[반도체]박막증착공정 기본: CVD(Chemical Vapor Deposition)

1. CVD 개념

• Chemical Vapor Deposition의 줄임말로 화학기상증착법이라고도 불림
• 가스의 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지 부여된 수증기 형태로 쏘아 증착하는 방식
• 가장 오래된 반도체 공정 중 하나임

(1) CVD 장점

• PVD보다 표면접착력이 10배 높음
• 대부분의 표면에 적용가능하므로 활용도가 높음
• 도체, 부도체, 반도체 박막증착에 모두 사용가능
• 불순물의 분포와 농도조절 가능
• 반응 가스 선택가능
• 대량생산 가능

(2) CVD 단점

• 압력이 낮을수록 공정의 프로세싱 시간이 길어짐
• 고진공 상태에서 기체들의 반응속도를 유지하려면 웨이퍼 온도를 높여야하지만, 그러면 재료 선택이 까다로워짐
• 두께 조절 컨트롤하기 어려움
• 반응 변수가 많음
• 위험한 가스의 사용

 

2. CVD방식의 종류

• 열에너지 이용 방식 : APCVD(대기압 Atmosphere pressure CVD), LPCVD(저기압 Low Pressure CVD)
• 플라즈마 에너지 이용 방식 : PECVD(저밀도 플라즈마), HDPCVD(고밀도 플라즈마)
• 원자를 표면에 흡착시키는 방식 : ALCVD(원자층 증착방법)

 

CVD 방식의 종류

 

압력을 기준으로 본 CVD

 

3. CVD 원리

  1) 프로세스 챔버 속으로 주입된 반응 가스가 웨이퍼 표면 위로 이동

 

  2) 반응 가스가 표면에 흡착

 

  3) 화학반응을 거쳐 웨이퍼 표면에 고체 상태(막)을 형성하고, 반응 부산물 생성

 

  4) 반응부산물 가스가 웨이퍼 표면으로부터 탈착하여 프로세스 챔버의 gas stream으로 증발된 후 밖으로 배출

 

 

(1) SiO2증착 예

• Silane과 oxygen이 반응하여 가열된 웨이퍼기판 위에 silicon dioxide가 형성되고 hydrogen이 남음

 

 

4. CVD 요소

• 핵심3요소 : 진공압력(압력이 낮을 수록 균일한 필름만들 수 있음), 온도, 화학적 원소
• 챔버제어 3요소 : 부피 변화를 포함한 진공압력과 온도와의 상관관계

CVD 3요소

 

5. 참고

[1] 진종문, "[반도체 특강] 화학적으로 막을 성장시키는 방법", CVD, Skhynix newsroom (2019)

[2] http://contents.kocw.net/KOCW/document/2014/Chungbuk/parkkeunhyung/2.pdf

[3] 김시우, "반도체? 이 정도는 알고 가야지: (6) 박막증착 공정", SK하이닉스 (2017)