반도체 전공정 - 증착(Deposition)공정

Deposition 공정

Thin Film 공정은 웨이퍼 표면에 박막을 형성하는 공정이다. Diffusion 공정과 일부 중복되는 영역이 있으나, 상대적으로 Thin Film Process의 막질이 Diffusion Process 보다 두껍게 형성된다는 점에서 차이가 있다.

■ 박막(Thin Film) 공정 정의 및 분류

박막을 형성하는 물질로는 크게 전극, 배선들을 형성하는 금속 물질과,Isolation(분리), Gap Fill, Mask Layer에 사용되는 유전물질(Dielectric)이 대표적이다. 박막 공정은 프리커서의 유무에 따라 분류할 수 있다. 프리커서가 있는 경우 CVD를, 프리커서가 없는 경우 PVD나 EP 공정을 하게 된다.

■ 반도체공정에서 쓰이는 박막의 종류와 역할

박막의 종류와 역할

 

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■ CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정

CVD 공정은 박막 공정의 일종으로 외부와 차단되어 진공상태인 Chamber에 웨이퍼를 넣고, 형성하고자 하는 박막의 원료를 함유하고 있는 Gas(Precursor)를 공급하여 열, 플라즈마, UV 등의 에너지를 이용해 Gas를 분해시킨 후 기판의 성질을 변화시키지 않고 박막을 증착하는 공정이다.

 

Gas를 이용해 박막을 형성한다는 면에서 Treatment(Diffusion) 공정과 유사한 면이 있으나, 기판의 성질을 변화시키지 않는다는 측면에서 차이가 있다.

 

CVD 공정의 흐름은, 1) 반응 Gas가 Chamber 내로 공급되면, 2) Gas가 기판 표면으로 확산된 후, 3) 표면에 흡착되거나, 표면을 따라 이동하게 된다(Migration). 이후, 4) 화학반응을 통해 고체 박막을 형성하고, 5) 반응에서 발생한 잔여 부산물은 표면에서 탈착 되어 배기되는 과정으로 이루어진다.

 

CVD 공정은 외부에서 가해지는 에너지원의 종류에 따라 열에너지를 이용하는 Thermal CVD와 열뿐만 아니라 플라즈마를 이용하는 Plasma-assisted CVD로 분류할 수 있다. Thermal CVD는 공정이 진행되는 압력에 따라 대기압 상태에서 진행되는 APCVD와 낮은 기압에서 진행되는 LPCVD가 있다.

 

Plasma-assisted CVD는 Chamber 내 플라즈마의 농도에 따라 PE(Plasma Enhanced)-CVD와 고농도의 플라즈마를 사용하는 HDP(High Density Plasma)-CVD로 분류할 수 있다.

■ Step Coverage

CVD 공정의 핵심 성능 지표 중 하나로, CVD 공정을 통해 박막을 형성한 경우 위치마다의 박막의 두께 비율을 나타낸 것이다(그림 수식 참고). 통상적으로는 비율이 위치에 따라 일정한 경우를 Step coverage가 좋다고 판단한다. Step coverage에 영향을 미치는 요인으로는 기압, 반응물의 형태, 온도 등에 따라 달라질 수 있다.

■ CVD 공정 분류

CVD 공정 분류