반도체 장비 - PE-CVD(Plasma enhancement CVD)장비

PE-CVD-장비

반도체 전(前) 공정 장비로 웨이퍼 표면에 원료가 되는 가스를 공급한 뒤 열과 플라스마를 이용해 화학적 반응을 일으켜 산화막과 금속막 등을 증착시키는 장비로 고난도의 기술을 필요합니다. 반응 에너지의 원천을 플라즈마로 함으로써 열에 대한 의존도를 크게 낮춰 저온공정이 가능하다는 장점이 있습니다. 또한, 열 이외의 다양한 공정 변수들을 조정할 수 있기 때문에 박막의 두께, Stress, 밀도 등을 컨트롤할 수 있는 장점이 있습니다.

■ PE CVD 장비

PE-CVD를 이용한 SiO2 증착은 0.1 ~ 5.0 Torr의 압력과 350 ~ 400도의 공정조건으로 0.1~10 Torr 압력과 400 ~ 900도였던 LP-CVD 대비 낮은 압력과 공정 온도를 가지며 Si3N4의 경우에도 400도 전후로 LP-CVD 공정에서의 600 ~ 900도에 비해 낮습니다. 이와 같이 저온공정이 가능하기 때문에 하부 금속층에 미치는 부작용이 적은 장점이 있어 IMD(Inter Metal Dielectric), ILD(Inter Layer Dielectric) 등 Passivation layer 박막 형성에 주로 사용됩니다.

 

점차 소자의 Aspect Ratio가 커지며 Step coverage를 개선하기 위해 기압을 낮춰 이온들의 MFP(Mean Free Path)를 높이고자 하면 플라즈마의 밀도가 작아지는 문제가 있습니다. 이는 CCP 방식의 PE-CVD의 전형적인 한계입니다. 플라즈마의 밀도와 에너지를 독립적으로 조절하기 어렵기 때문에 발생하는 문제입니다. 또한, 저온 공정의 특성상 박막의 품질이 LPCVD보다 떨어지며, 플라즈마로 인한 기판 손상 가능성이 있다는 점 등이 한계입니다.

 

 

■ PE-CVD로 형성하는 주요 박막 및 응용 ■

PE-CVD로-형성하는-박막(출처-미래에셋증권 리서치센터)

 

PE-CVD는 플라즈마의 형성과 이온의 이동 방향성에 의존하기 때문에 Batch Type으로의 구현은 어렵고, Single Type이 일반적입니다. 또한, 플라즈마를 이용하기 때문에 Dry Etching 공정과 마찬가지로 Focus Ring이 사용됩니다. 장비내 플라즈마와 이온의 목적이 박막을 제거하기 위해 존재했던 Etching 공정과는 달리 증착이 되는 원리이기 때문에 Ring의 내식각성이 상대적으로 부각되지 않아 Si/SiC Ring 보다는 Quartz Ring을 주로 사용합니다.

 

Direct plasma를 사용하기 때문에, 막 증착을 한 장씩 따로 해야 합니다. 즉 batch type이 아닌 single type을 사용하기 때문에 생산성이 감소합니다. 또한 plasma가 웨이퍼에 바로 쏘아지기 때문에 박막에도 플라즈마가 damage를 입힐 수 있습니다.

 

다만, Batch Type은 웨이퍼와 기체의 접촉면을 세밀하게 컨트롤하기 어렵고, 파티클 컨트롤이 어렵기 때문에 poly-Si, SiO2, Si3N4 공정을 제외하면 미세공정의 막질 형성 대부분은 Single TypeLP-CVD를 사용합니다.

 

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■ PE-CVD 장비의 장, 단점

• 장점
  • 저온 증착
  • 저압 증착
  • 빠른 증착 속도
• 단점
  • 불균일한 증착
  • particle(불순물) 함유량이 많음
  • Single Type으로 생산성이 감소

국내의 대표적인 PE-CVD 제조사는 원익 IPS, 테스가 있습니다. 원익 IPS의 대표적인 PE-CVD는 3D NAND의 Oxide-Nitride 적층 장비 ARC(Anti Reflective Coating) 장비입니다. ONON 적층 공정은 TEOS와 SiH4(Silane)을 이용해 각각 SiO2층과 Si3N4 층을 형성하는 공정입니다. 테스의 대표적인 PECVD 장비는 SiON을 이용한 3D NAND HAR Etching용 Hardmask 증착 장비가 있습니다.

 

■ 국내 PE-CVD 장비 업체들의 주요 공정 적용 분야 ■

국내-PE-CVD-장비-업체-공정-분야PE-CVD로-형성하는-박막(출처-미래에셋증권 리서치센터)