반도체 공정 - (7) 증착 공정

증착 공정: 반도체 공정에서 필요한 특성을 갖는 박막을 쌓아 올리는 공정

과정: nucleation -> nuclei(island growth) -> continuous film

 

gas molecule이 substrate에 adsorption되어 돌아다님

다른 molecule과 부딪히고 서로 뭉치며 nucleation됨

박막에 고정돼 성장해 island가 되고 다른 island와 합쳐짐

균일한 continuous 박막 형성

Film Growth

 

증착 parameter

Step Coverage

: profile의 수평 방향 대비 수직 방향 증착 두깨 비율

 

 

 

Step coverage

 

Aspect Ratio

: trench 혹은 via의 너비 대비 깊이 => high aspect ratio일 수록 균일한 증착이 어려움

 

 

 

Aspect ratio

 

PVD(Physical Vapor Deposition)

(Thermal) Evaporation

: source 물질이 진공 챔버에서 열 에너지 혹은 electron beam에 의해 증발되어 기판에 증착

*step coverage와 기판과의 adsorption이 좋지 않아 잘 사용하지 않음

Evaporation

 

Sputtering

: 플라즈마 이온이 target source에 부딪히며 떨어져 나온 물질이 기판에 증착

*주로 metal 증착에 사용

Sputtering

CVD(Chemical Vapor Deposition)

(PE)CVD: Plasma-Enhanced CVD, plasma dry etch와 같은 공정 과정, but gas 종류가 다름

 

과정

1. gas주입, plasma에 의해 precursor와 byproduct 생성

2. precursor가 기판에 붙어 diffusion하다가 nucleation 및 nuclei

3. 반복되며 박막이 continuous 성장

PECVD

 

Plasma의 사용 유무, Plasma 세기, 압력의 정도에 따라 다양한 종류의 CVD 존재

구분	장점	단점	용도
APCVD(Atmospheric Pressure CVD)	저렴, 빠른 증착 속도	Step coverage 나쁨	평평한 산화막
LPCVD(Low Pressure CVD)	고품질 필름	고온, 느린 증착 속도	Poly-Si, SiO2, Si3N4
PECVD(Plasma-Enhanced CVD)	저온, 빠른 증착 속도	저품질 필름	IMD(Inter Metal Dielectric), Passivation
HDPCVD(High-Density Plasma CVD)	Gap filling 특성 우수, 저온, 고품질	플라즈마 데미지	Shallow Trench, Isolation(STI), IMD
ALD(Atomic Layer Deposition)	고품질, step coverage 우수	낮은 생산량	게이트 유전막, Interconnect

 

공정속도: 표면으로의 반응 물질 전달 속도 vs 표면 반응속도 => 더 느린 속도에 따라 정해짐

 

Mass Transport Limited: 물질 전달 속도 < 표면 반응 속도 

반응 온도가 높아 반응 속도가 충분히 높음 => 물질 전달 속도에 따라 공정 속도 결정됌

*Chamber design 중요

 

Reaction Rate Limited: 물질 전달 속도 > 표면 반응 속도 (LPCVD: 압력이 낮아 물질 전달 속도 매우 빠름)

반응온도가 낮아 반응 속도가 낮음 => 물질 반응 속도에 따라 공정 속도 결정됌

*반응 온도에 민감하므로 온도 control 중요

CVD kinetics

 

ALD(Atomic Layer Deposition): SLG(Self-Limiting Deposition)을 이용해 atomic layer를 한 층 한 층 쌓아 나가는 증착 공정

*SLG: 한정된 개수의 반응기로 인해 증착 입자 개수를 제한함

 

과정

1. Precursor A 주입, 기판에 chemisorption, physisorption

2. Purging => physisorped precursor 제거

3. Precursor B 주입, chemisorption, physisorption

4. Purging => physisorped precursor 제거

ALD