[증착공정] 훈련 2 : "Chemical Vapor Deposition, CVD에 대해서 설명하세요"

이번 장부터는 CVD에 대해서 다루어보도록 하겠습니다.

[질문 1]. Chemical Vapor Deposition, CVD 에 대해서 설명해주세요.

CVD는 Chemical Vapor Deposition으로, 형성하고자 하는 박막의 구성성분을 가진 기상 상태의 반응 가스들을 주입하여 wafer 표면에서 화학적 반응을 일으켜 고체 박막을 형성하는 방법입니다. 주입된 반응 소스들이 wafer 표면으로 이동하여 표면 전체로 diffusion 되고 기판 표면에서의 화학적 반응을 유도함으로써 기판 위에 박막층이 형성됩니다.

[꼬리 1-1]. Chemcial Vapor Deposition, CVD가 반도체 산업에서 많이 사용되는 이유에 대해서 설명하세요.

우선 CVD 공정을 통해 다양한 종류의 Uniform한 박막의 두께와 저항을 얻을 수 있습니다. 그리고 우수한 막질의 Poly Si, SiN, SiO2 막을 적은 비용으로 대량생산이 가능합니다. 특히 Passivation 층인 SiO2나 SiN막은 Plasma를 이용한 PECVD를 통해 저온공정이 가능합니다. 그리고 박막의 화학량론적 구성을 쉽게 조절 가능합니다.

[꼬리 1-2]. Chemcial Vapor Deposition, CVD 공정에 장단점에 대해서 설명하세요.

앞서 말씀드렸듯이 CVD 공정은 다양한 재료에 적용 가능하다는 장점이 있습니다. 현재 CVD는 APCVD에서 시작하여 LPCVD, PECVD, HDPCVD, 그리고 ALD 까지 박막의 막질과 우수한 Step coverage를 달성하기 위해 기술이 개발되었습니다. 이러한 고도의 기술로 높은 aspect ratio를 가지는 profile에 우수한 막질의 균일한 coating이 가능합니다. 하지만 CVD에도 고려해야할 사항들이 있습니다. CVD는 반응가스를 주입하여 "기판의 성질을 변화시키지 않고" 표면반응을 유도함으로써 박막을 형성하는 방법입니다. LPCVD의 경우 800-1,000℃에 고온 공정이기 때문에 기판과 박막간의 열팽창계수를 고려해야 하며, 기판 안정도 또한 고려해야 합니다. 그리고 Byproduct의 독성으로 이를 중성시키는데 높은 비용이 들어갑니다.

[질문 2]. Chemical Vapor Deposition, CVD 공정의 박막성장 메커니즘에 대해서 설명하세요.

"박막성장 메커니즘에 대한 근본적인 원리는 LPCVD에서 더욱 자세히 다루도록 하겠습니다"

CVD는 표면에서 화학반응 유도하여 박막을 형성합니다. 우선 반응가스인 전구체가 챔버 내부로 주입되면 균일한 열분해가 발생합니다. 대류와 확산에 의해 반응종들이 기판 표면으로 이동하고, '반응 전구체들이 기판 표면에 흡착'됩니다. 흡착된 반응종들은 기판 표면에서 표면 확산되어 표면 전체로 이동합니다. 표면에서 화학적 반응에 의한 박막 형성되고 휘발성 부산물이 형성되어 탈착 및 기상으로 배기 되는 과정을 거칩니다.

[꼬리 2-1]. CVD로 박막 증착 시 영향을 끼치는 요소에 대해서 설명하세요.

박막 형성 시 고려해야 할 요소는 반응 gas, 공정온도, 가스의 조성, 챔버 내부 압력 등이 있습니다. 예를 들어, 같은 SiO2 박막을 형성하더라도, 실레인 (SiH4)가스, DCS(SiH2Cl2), TEOS ((C2H5O)4Si) 박막의 쓰임과 품질에 따라 주입되는 가스가 다릅니다. 반응가스에 따라 박막의 막질, density 그리고 deposition rate이 다르기 때문에 선택적으로 사용하여 박막 조건을 최적화 합니다. 다음은 공정온도입니다. 최근 저온공정이 추세이지만 공정온도에 따라 역시 막질과 deposition rate이 달라집니다. 그리고 가스의 조성입니다. 박막의 두께 균일성은 가스 조성비에 크게 의존하며 열분해 반응에서 가스 농도는 deposition rate을 결정합니다. 마지막으로 압력입니다. CVD는 압력에 따라 APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD 순으로 저압공정입니다. 저압 상태에서는 가스의 Mean Free Path, MFP를 크게 하여 막두께가 균일한 우수한 막질의 박막을 형성할 수 있습니다.

다음 교육에서는 CVD의 종류와 Mass Transport에 대해서 간단하게 다루어보도록 하겠습니다.
오늘 하루도 고생 많으셨습니다.
from. 교관 홍딴딴

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