제 2 장 Chemical Vapor Deposition (CVD, 화학기상증착 ) 1. Introduction (1) 실리콘소자제조에사용되는박막의종류및용도 분류 막의종류 증착기술 용도 열산화막게이트산화막 Oxidation (SiO 2 ) Isolation CVD-Si

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웅인 동
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1 제 2 장 Chemical Vapor Deposition (CVD, 화학기상증착 ) 1. Introduction (1) 실리콘소자제조에사용되는박막의종류및용도 분류 막의종류 증착기술 용도 열산화막게이트산화막 Oxidation (SiO 2 ) Isolation CVD-SiO 2 APCVD, LPCVD ILD, Passivation 이온주입 Mask 실리콘 ILD, PSG APCVD, LPCVD, PECVD 절산화막확산 source 연 BPSG APCVD, LPCVD, PECVD ILD 막 Plasma- SiO PECVD ILD, Passivation SOG 도포법 ILD Si 3 N 4 LPCVD 선택산화, MNOS 실리콘 Plasma- 질화막 PECVD Passivation SiN 반도체막 단결정실리콘 Epitaxy Epitaxy 층다결정실리콘 LPCVD 게이트전극, 배선 금속막 Al, Mo, W, Cu, Ti TiSi 2, MoSi 2, WSi 2 Sputtering, CVD 전극, 배선

2 (2) PVD vs CVD 비교 PVD (physical vapor deposition) - 저압 chamber 내입자의평균자유행로 (mean free path) 가 chamber 의 dimension 보다클때증착할입자들을열에너지또는 Ar 의운동량전달등의물리적인힘을가하여박막을증착하는방법 (evaporation, sputtering ) CVD (chemical vapor deposition) - 기체상태에서이종화합반응을통하여미세구조를갖는고체상태의박막을증착하는방법. PVD 와같은고진공은필요하지않음. - 예제 : SiH 4 + O 2 -> SiO 2 + 2H 2 (3) CVD 의장 단점 장점 - 저온공정 (ß vs. Oxidation, Nitridation ) - 불순물의분포와농도를조절가능 - 두께의조절가능 / 용이 : 수십 A ~ 수십 mm - 열역학적평형반응에가까움 - 반응 gas 의선택이가능 - 절연체위에도증착가능 - 대량생산이가능 - Step coverage 가좋음 - 기판을 in-situ etching 가능 단점 - 반응변수가많음 - 위험한가스의사용 - 장치가복잡

3 2. CVD 의기본원리 (1) CVD 의장점 고순도 film 형성 고생산성 공정자동제어용이 재료의선택에의한각종 film 의증착이가능 (2) Grove Film Growth Model CVD의원리반응가스 ---> 고체 + 가스부산물 2AX(g) + H 2 (g) ---> 2A(s) + 2HX(g) 막의증착과정 1 reactor 안으로주입된반응가스가웨이퍼표면위로이동 2 반응가스가표면에흡착 3 화학반응으로웨이퍼표면에막을증착하고, 반응부산물생성 4 반응부산물가스가웨이퍼표면으로부터탈착하여 reactor 의 gas stream 으로증발된후밖으로배출

4 Film Growth Kinetics F 1 = h g (C g -C s ) F 2 = k s C s 여기서, h g : gas-phase mass transfer coefficient k s : chemical surface reaction rate constant At steady state: F = F 1 = F 2 h g (C g - C s ) = k s C s F = k s C s. = GR = F/ N 1 = 여기서, N 1 : silicon atomic density(/cm 3 ) Y: mole fraction of reactant gas C T : total # of gas molecules/cm 3

5 막증착속도의온도의존성 Growth rate = 1 저온증착시 : h g >> k s, (reaction rate limited) 여기서, ks = k o e -Ea/kT, E a = 1.9eV 온도의영향이크다 2 고온증착시 : k s >> h g, (mass transport limited) 여기서, hg T 온도의영향이작다

(3) Gas Phase Mass Transfer Stagnant Film Model CVD chamber 내에서는가스는균일한속도로웨이퍼표면평행한방향으로이동 : laminar flow 웨이퍼표면에서는가스와웨이퍼표면과의마찰로인하여가스 flow 속도가 zero ->

6 (3) Gas Phase Mass Transfer Stagnant Film Model CVD chamber 내에서는가스는균일한속도로웨이퍼표면평행한방향으로이동 : laminar flow 웨이퍼표면에서는가스와웨이퍼표면과의마찰로인하여가스 flow 속도가 zero -> 웨이퍼표면에 stagnant layer ( 정체층, boundary layer) 형성 반응가스는 gas stream 으로부터웨이퍼표면에도달하기위하여이러한 stagnant layer 를확산에의해통과하여함. 또한, gas stream 과웨이퍼표면사이에반응가스농도와온도가어떤기울기를갖게됨

7 Boundary Layer Theory F (friction) = = ma 이때, m = ρδ(x), a = = ρδ(x) 양변을적분하면, μ: gas viscosity, ρ: gas density U: gas velocity at laminar flow

8 Average Boundary Layer thickness 여기서, : Reynold number of the reactor * When R e is small (< 2000), gas flow is viscous. When R e is large (>2000), gas flow is turbulent which is undesirable. Growth Rate vs Flow Velocity If growth rate is mass transport limited, 여기서, h g = D/δ GR U 1/2 U 1/2

9 CVD chamber 내부의 boundary layer 분포와온도, 반응개스, 개스유속의분포

10 (4) 핵형성및박막형성 Atomistic model of Epitaxial Growth 막의성장은실질적으로수직방향이아니라수평방향으로이루어짐. 웨이퍼표면에흡수된반응가스분자는급속히확산에의해수평으로이동함 Homogeneous Nucleation 반응가스가 gas phase 에서개별적인핵을형성하여웨이퍼기판위와 chamber 벽등에에피층을증착 에피층증착의경우막의 quality 가나쁨 : dirty epi Heterogeneous Nucleation 핵이단지웨이퍼위에서만형성 웨이퍼의온도를가장높게유지 : cold-walled system

11 (5) CVD reaction Chemistry 공정조건 1 반응기체와반응생성물의 free energy 차이가커서자발적인반응이가능해야함 2 Film 은고체, 나머지반응생성물의 volatile 해야함 3 Activation energy 가존재해야함 Reaction type Type Reaction Example Pyrolysis AB A + B SiH 4 (g) Si(s) + 2H 2 (g) Reduction AX + H 2 A + HX SiCl 4 (g) + 2H 2 (g) Si(s) + 4HCl(g) Oxidation AX + O 2 AO + XO SiH 4 (g) + 2O 2 (g) SiO 2 (s) + 2H 2 O(g) Hydrolysis AX + H 2 O AO + HX Al 2Cl 6 (g) + 3CO 2 (g) + 3H 2 O(g) Al 2 O 3 (s) + 6HCl(g) + 3CO 2 (g) Nitridation AX + NH 3 AN + HX 3SiCiH NH 3 Si 3 N 4 + 6NH 4 Cl + 6H 2

12 (6) Step Coverage 용어정리 : step coverage 란?

500 이상이면 conformal film 형성 PECVD 는 APCVD 보다 surface migraion 이더활발 2 반응가스의 mean free

13 Sticking Coefficient Effects of arrival angle on step coverage Step coverage 를결정하는요소 1 Surface migration 온도의함수. 500 이상이면 conformal film 형성 PECVD 는 APCVD 보다 surface migraion 이더활발 2 반응가스의 mean free path (λ) : λ π α LPCVD, PECVD: λ= μm. Gas arrival 은 unisotropic: shadow effect APCVD: λ = μm. Gas arrival 은 isotropic: 막의두께는 arrival angle 에비례

14 (7) Film Stress

15 3. CVD System (1) CVD 시스템의분류 reactor 내의압력 분류 조건 APCVD atmospheric pressure 상압 (1기압, 760 Torr) LPCVD PECVD low pressure 수십 Torr - 수 m Torr 반응의에너지소스 Thermal CVD Plasma CVD 분류 저항 coil type lamp type plasma enhanced high density 조건저항을이용하여 susceptor를가열 lamp을이용하여 susceptor를가열 RF 플라즈마에서가스를활성화함 RF로가스를활성화, bias로 physical etching 증착되는막의종류에따라서 분류역할 Oxide CVD SiO 2 gap fill, 절연막 SiON ARL, etch stopping layer Nitride CVD SiN protection layer Metal CVD W, Ti, TiN, Cu 좋은 step coverage의 metal 웨이퍼의 heating 방식 Hot wall (radiant heating) Cold wall (rf induction heating)

16 (2) 실리콘소자제조에사용되는 CVD 시스템 APCVD (atmospheric pressure CVD) 일반적인동작특성 - 압력 : 760 torr - 동작온도 : 증착속도 : mass transport limited => 웨이퍼를수평으로뉘어 loading => 저생산성, 많은 particle 오염 장점 - reactor 구조단순 ( 진공펌프, rf 발생기불필요 ) - 증착속도가큼 - 저온증착 단점 - poor step coverage - large particle contamination - large gas consumption - need frequent cleaning 주응용분야 박막의 Reaction 증착속도생산성종류 Gas 온도 ( ) (nm/min) (wafer/hr) 용도 SiCl 4, H 에피층 Epitaxial SiHCl 3, H 에피층 Si SiH 2 Cl 2, H 에피층 SiH 4,H 에피층 Si 3 N 4 SiH 4, NH 내산화막 (LOCOS) SiH 4,O ILD UDO TEOS,O sidewall spacing PSG SiH 4,O 2,PH passivation BPSG SiH 4,O 2,PH 3 B 2 H ILD * TEOS: Si(OC 2 H 5 ) 4

Reactors 1 Horizontal tube reactor: 두께균일성나쁨, 생산성낮음 2 Gas injector type continuous processing reactor - Cooled nitrogen shrouded nozzle 로부터가스주입 - 반응가스가수 mm

17 Reactors 1 Horizontal tube reactor: 두께균일성나쁨, 생산성낮음 2 Gas injector type continuous processing reactor - Cooled nitrogen shrouded nozzle 로부터가스주입 - 반응가스가수 mm 위에서혼합 => gas phase reaction 감소 - 두께균일성양호, 생산성양호, 파티클오염감소 3 Plenum-type continuous processing reactor - 대기압보다약간높은압력의 plenum 안에서반응가스혼합 - 두께균일성양호, 생산성양호, 파티클오염감소

18 LPCVD (low pressure CVD) 일반적인동작특성 - 압력 : torr - 동작온도 : 증착속도 : reaction rate limited 증착속도는온도에아주민감 Why reaction rate limited? - 압력이약 1,000 배감소 ( 즉 1 기압 ->1 Torr) - 가스유속 (flow velocity) 가진공펌프로인하여 100 배증가 - 에서 임으로 D 는 1,000 배증가 이고, ρ( ) 는 1,000배감소, U는 100배증가임으로 <δ> 는약 3배증가 ( ) h g 는약 300배증가 ( ) LPCVD 는 reaction rate limited!! * 참고로 Growth rate = 장점

19 - excellent purity/ uniformity - conformal step coverage ( 고온 / atomic gas flow) - low pin-hole density - large wafer capacity (vertical wafer loading) - Less dependence on gas flow dynamics - 낮은파티클오염 (due to low gas phase reaction) 단점 - 낮은증착속도 (APCVD 의 1/5-1/3 정도 ) - 고온증착 - 진공펌프오일오염 주응용분야 Reactors

20 1 End feed horizontal tube reactor: hot wall - Depletion effect 를줄이기위해 tube 안쪽으로가면서점차온도를높게함 (by ). - Tube 내의온도차로인하여위치에따라박막의특성에차이가날수있음. 특별히 polysilicon 과 doped oxide 의저온증착 (~400 ) 에서문제가됨. 따라서이러한시스템은 silicon nitride 나 oxynitride 의고온증착 ( ) 또는 undoped polysilicon 의증착 (~600 에사용된다. Mass depletion effect

21 Solutions for mass depletion problem (i) Temperature ramping along reactor length - For reaction rate limited regime R(x) = A exp[-e a /kt] C(x) where C(x) = SiH 4 Conc. => Creating a temperature gradient of C along the tube will give better uniformity. (ii) Distributed Feed Reactors 2 Distributed feed horizontal reactor( 횡형 ): hot wall

22 - 가스분할공급시스템 : depletion effect 제거 - Tube 를따라온도가일정하다. - 주로, SiO 2, PSG, BPSG 의저온증착 (<600 ) 에사용됨 3 Vertical flow isothermal reactor( 종형 ): cold wall - 가스분할공급시스템 : depletion effect 완전제거 - 낮은파티클오염 PECVD (plasma-enhanced CVD)

일반적인동작특성 - 압력 : 0.1-5.0 torr - 동작온도 : 200-500 - rf frequency: 13.

23 일반적인동작특성 - 압력 : torr - 동작온도 : rf frequency: MHz - 증착속도 : reaction rate limited 장점 1 low temperature - 저압상태에서 (< 수 Torr) Gas 주입, 반응에너지로플라즈마를이용 - 플라즈마에너지를이용하기때문에낮은온도에서도증착가능 2 다양한공정변수가있어두께, stress, moisture

24 resistance, density control 가능 - Energetic ion bombardment ( 이온의운동에너지 : 수 ev ~ 수백 ev) 가증착되는막의특성에심각한영향을줌. Ion bombardment 가증가하면막의밀도가증가하고막의스트레스가더 compressive 로바뀜. 물론지나친 compressive stress 는심각한막의신뢰성문제를야기할수있음. 공정조건, chamber geometry, or excitation 의변화를통한스트레스를조절하고, 이를통하여막의특성을조절할수있음. 3 High throughput 4 Good Mechanical strength 5 Moisture blocking 6 Reactor 의청소가용이 - 예를들면 CF 4 개스를사용하여 plasma 를발생시키면전극과 chamber 벽에붙어있는 silicon, silicon nitride, or silicon dioxide 를쉽게제거할수있음 단점 1 Poor gap fill capability 2 Plasma damage 3 Chemical (H 2, N 2, O 2 ) and particle contamination 4 Complex equipment 기본개념

25 - 플라즈마인가를통한반응에필요한 activation energy 를감소시켜낮은온도에서도성막형성이가능하게함 Plasma Sequence 1 RF power on the electrodes è E-field 2 Free e- accelerated by the field 3 High E e- à atoms and molecules è ionization + more e- 4 chamber fills with e- and ions è Plasma stabilization

26 플라즈마내주요반응 - 전자충돌에의한 chemical reactivity 높은 ion/radical 의형성으로저온반응가능 1 Ionization: A + e- A+ + e- + e- - 전자충돌에의한원자 / 분자로부터의전자탈착으로이온생성 - 플라즈마상태를지속적으로유지하기위한필수적인반응 2 Excitation: A + e- A* + e- - 전자충돌에의해기저상태의원자 / 분자들이여기상태로전이 - 다시여기상태에서기저상태로전이 -> 다양한파장의빛방출 - 기저상태로전이되지않는준안정상태의원자 / 분자들이 CVD 반응에참여 3 Dissociation: A2 + e- A* + A* + e- - 전자충돌에의해분자들이원자형태로해리됨 - 열역학적으로분해가어려운분자들도쉽게해리되어전반적인 CVD 반응이용이해짐 주응용분야 박막의종류 Reaction Gas (Carrier) 온도 ( ) 용도 SiN SiO SiH 4, NH passivation SiH 2 Cl 2, NH passivation TEOS, O 2 /O ILD SiH 4, N 2 O ILD PSG SiH 4, N 2 O, PH passivation BPSG SiH 4, O 2, PH 3, B 2 H ILD Reactors

27 1 Parallel plate reactor: cold wall - 플라즈마밀도와가스주입량의조절에의해 depletion 효과감소 - reactor 벽과전극으로부터의 particle 오염가능 - low throughput 2 Horizontal tube reactor: hot wall - 온도 ramping 과 pulsed plasma 형성에의해 depletion 효과최소화 - low particle 오염 - large throughput CVD 시스템특성의상호비교

박막증착 System 들간의특성비교 증착온도 ( ) 압력 (Torr) Fine THK Control Step Coverage APCVD LPCVD PECVD PVD ALD SOD 370-500 400-900 200-500 상온 - 300 100-600 400-450 760 0.1-10 0.2-5.0 0.1-1.0 0.5-1.

28 박막증착 System 들간의특성비교 증착온도 ( ) 압력 (Torr) Fine THK Control Step Coverage APCVD LPCVD PECVD PVD ALD SOD 상온 good good bad bad excellent good bad very good Throughput low low high high Pin Hole Density Film not bad Si SiO 2 SiN PSG BPSG not bad Si SiO 2 SiN PSG BPSG W WSi x bad bad excellent excellent not bad SiO 2 SiN SiC SiOC α-c very low high high low high Ti TiN Al Cu TaN W SiN TiN Al 2 O 3 TaO HfO SiO 2 SiOC α-c:h 4. 다결정실리콘막의증착및특성

29 (1) Polysilicon 박막의특성 물리적, 기계적특성 As-deposited films: 증착온도 < 560 C : amorphous 증착온도 > 580 C : polycrystalline 불순물확산계수가 grain boundary에서 배증가 - 불순물의 grain boundary로의 segregation: As, P; 大, B: 小 전기적인특성 농도가낮을때는단결정실리콘보다저항이월등히높으나, 농도가높아짐에따라점차저항이단결정실리콘의저항에접근 (2) CVD of Polysilicon: commonly use LPCVD

30 Reaction SiH 4 (g) = Si(s) + 2H 2 (g) Polysilicon 박막생성속도의온도의존성 증착속도와불순물농도 Polysilicon 박막의 grain 크기

31 증착조건에따른 Polysilicon 막의결정구조 As-deposited amorphous silicon As-deposited polysilicon 박막의열처리후의 dark-field 박막의열처리후의 dark-field TEM micrograph TEM micrograph (3) Doping of Polysilicon

32 확산 (Ex: PoCl 3 doping) 낮은저항 고온 : 표면거칠기증가 이온주입 & anneal 정밀한농도제어가능 상대적으로높은저항 ( 확산보다약 10 배 ) in-situ doping 도핑공정을단순화시킬수있음 증착속도및 doping uniformity 제어가어려움 (4) Polysilicon Oxidation 5. CVD SiO 2 의증착과특성

33 (1) CVD Oxide 증착 (undoped) 장치사용개스증착온도 ( ) Step Coverage APCVD SiH 4 + O poor LPCVD SiH 4 + O good TEOS (Si(OC 2 H 5 ) 4 ) conformal SiH 4 + 2N 2 O conformal SiCl 2 H 2 + 2N 2 O conformal PECVD SiH 4 + O good SiH 4 + N 2 O good (2) Typical CVD Oxide 의특성 * T: tensile, C: compressive (3) Step Coverage of As-Deposited CVD Oxide Films

34 Sticking Coefficient Step coverage can also be improved by changing

35 the slope of the walls. But this may result in an area penalty. Different lines show time evolution of the profile as simulated by the deposition and etch simulator SPEEDIE. Sticking Coefficient (i) TEOS Oxide, LPCVD, , rapid surface migration

36 (ii) SiH 4 Oxide, PECVD, , low pressure, no surface migration (iii) SiH 4 Oxide, APCVD, high pressure, no surface migration (4) Doped Oxide (Reflow glass)

Reflow glass (PSG, BPSG) 의응용 Reflow glass 가사용되기전에는 metal 과 poly/diffusion 의 isolation 을위하여 thermal oxide 또는 CVD oxide/nitride 가사용되었으나, sharp step 과 re-entrant angle 로인하여 metal

37 Reflow glass (PSG, BPSG) 의응용 Reflow glass 가사용되기전에는 metal 과 poly/diffusion 의 isolation 을위하여 thermal oxide 또는 CVD oxide/nitride 가사용되었으나, sharp step 과 re-entrant angle 로인하여 metal shorting 발생 Reflow glass 는 P, B 등의불순물이도핑된실리콘산화막으로, 녹는온도가도핑이안된순수한실리콘산화막의녹는온도 (1700 ) 보다월등히낮아 (1000 이하가능 ), 증착한후 reflow 시키면 smooth step 을얻을수있음 Reflow glass 의장점 - Smooth surface topology 형성

38 - Gettering and diffusion barrier to Na + ions, moisture - Diffusion barrier to moisture 1 PSG (PhosphoSilicate Glass) 물질 SiO 2 와 P 2 O 5 분자로구성된 binary glass 증착 장치 화학반응 온도 ( ) APCVD, PECVD SiH 4 + 6O 2 + 4PH 3 -> SiO 2 + 2P 2 O 5 + 8H P 농도 6 8 wt% P 6 wt% 보다낮을때는 reflow 가잘안됨 8 wt% 보다높을때는 PSG 의습윤성이증가 => 습기를흡수하여 H 2 PO 4 ( 인산 ) 을형성 => metal 부식이발생 reflow 조건 , 분, H 2 O, N 2, O 2 분위기 Step angle: BPSG (BoroPhosphoSilicate Glass)

39 물질 : SiO 2, P 2 O 5, B 2 O 3 분자들로구성된 ternary glass 특성 Chemistry : Si(OC 2 H 5 ) 4 + O 3 /O 2 + B(OC 2 H 5 ) 3 + PO(OC 2 H 5 ) 3 ) SiO 2 (B,P) + H 2 O + CO 2 Void-free gap filling with 고온 reflow (>800 ) - 단점 High Wet Etch Rate (100:1 HF : 200 A /min) Liner SiN consume Low Temp.(<800 ) anneal 시 void 발생 - Applications ILD, mold oxide 증착 장치화학반응온도 ( ) APCVD PECVD SiH 4 + 9O 2 + 4PH 3 + 2B 2 H 6 -> SiO 2 + 2P 2 O 5 + 2B 2 O H B, P 농도 B: 5 wt%, P: 5wt% 농도가지나치게높으면습윤성이높아 H 2 PO 4 ( 인산 ) 및 BPSG crystal 형성가능 reflow 조건 , min., H 2 O, N 2 분위기

41 6. CVD Si 3 N 4 의증착과특성 (1) CVD Nitride 박막의증착 장치 화학반응 증착온도 ( ) 응용 LPCVD SiCl 2 H 2 + NH SiH 4 + NH LOCOS, MNOS PECVD SiH 4 + NH SiH 4 + N Passivation (2) CVD Nitride 박막의특성 내산화성이강함 Good barrier to diffusion of Na, H 2 O 경도가높다 : scratch 방지 높은유전율 (ε r = 6-9, 반면에 4.2 for CVD Oxide). 그러므로, ILD 로사용은부적당 high stress of film: 2000A 이상이면 crack 가능 LPCVD nitride: x10 10 dyne/cm 2 (tensile) PECVD nitride: 1-8 x10 9 dyne/cm 2 (compressive) 수소함유량이높다 LPCVD nitride: 8 wt% PECVD nitride: wt% with use of NH 3 * 고농도의수소함유는 MOS 의문턱전압의변동, nitride 막의에칭특성의변화를가져오며, 또한 nitride 막을사용한 H 2 passivation 가능 LPCVD nitride is stoichiometric and a good barrier against oxidation and sodium diffusion. PECVD nitride contains a large amount of hydrogen and can be etched with HF.

42 7. CVD Oxynitride and SIPOS (1) Oxynitride - Source gas: SiH 4 + N 2 O + NH 3 - Good barrier to moisture and Na - Good for Passivation (2) SIPOS (Semi-insulating polycrystalline silicon) - silicon-rich oxide film (SiO x : 0.48 < x < 2) - good passivation layer for high field transistor

43 8. HDP CVD (High Density Plasma CVD) PE-CVD 보다저압에서 ICP type high density plasma source 사용 Plasma density 증가 è Ion density 증가 > 1% (std PE-CVD < 0.01%) Mean free path 증가 Back bias 에따른 depo & sputtering ratio 변경가능 장점 - Better Mechanical strength than PE-CVD - High Quality SiO 2 - Dopant control 용이 (ex. PSG, FSG) 단점 - Plasma damage 용도 - STI, ILD, IMD filling

44 Inductive Coupled Plasma

0E9 dyne/cm 2 (IMD) Wet Etch Rate : 50A /min @ 100:1 HF Bias Power 증가시 :

45 HDP CVD - continued Chemistry : SiH 4 + 2O 2 + Ar(or He) SiO 2 + 2H 2 O + Ar(or He) Stress: -1.5E9 dyne/cm 2 (STI, ILD), -1.0E9 dyne/cm 2 (IMD) Wet Etch Rate : 50A 100:1 HF Bias Power 증가시 : Sputter rate, wafer temp, Plasma damage 공정관리 point ; DS ratio (D/R, Sputter rate) D/S ratio 에따른 profile 변화 증착속도 에칭속도 * 에칭속도

47 9. 도포법에의한절연막증착 회전도포와 bake process 를통하여절연막을형성하는기술로서평탄화능력이아주우수. 대표적인재료로는 SOG 와 polymide 수지막이있다. (1) SOG (Spin-On-Glass) (a) SOG 수용액 - Siloxane or Silicate - Alcohol-based solvent ( 에스테르, 케톤등 ) - 유기 binder {methyl(ch 3 ) or phenyl(c 6 H 5 )}: crack 방지 - 인화합물 (P 2 O 5 ): gettering, crack 방지 (b) 장점 - ILD without no void - 공정이단순 - 결함밀도가낮다 - 생산성이높다 - 공정비용이낮다 - no 유독성가스 (c) 단점 - Out-gassing 문제발생가능 : VIA 의 contact 저항증가 (SOG 내에잔존하고있는수분에의해발생 ) - high tensile stress: crack 가능 - metal, resist layer 와의접착력이나쁨

48 (d) SOG 증착공정 1 Dispense & Spin - 수용액의점도, 회전수에의해박막두께 / 두께균일도가결정됨 2 Cure - 저온 bake ( , 1-15 min) + 고온 bake ( , min) - Solvent, moisture 가증발하면서 silanol (SiOH) group 이 polymerization 되면서 SiO 2 막을형성 => 심각한 mass loss 로인해막이 shrink => 높은 tensile stress 발생 (e) SOG Process Integration - 일반적으로 SOG 는 sandwich-type: ILD 1 /SOG/ILD 2 - SOG 만을사용하는경우지나치게두꺼워 crack 이발생가능 - SOG 위에 ILD 2 가없는경우 metal/resist 사이접착력문제발생

49 (i) SOG Etchback 공정장점 : no poisoned VIA 단점 : complex process, thick ILD 1 film

(ii) SOG Non-etchback process - Process flow 1 Metal 1 deposition/ pattern/ etching/ PR strip 2 ILD 1 deposition: 2000A oxynitride 3 Spin 1: 2200A SOG 4 Spin 2: 2200A SOG 5 SOG Cure 1:

50 (ii) SOG Non-etchback process - Process flow 1 Metal 1 deposition/ pattern/ etching/ PR strip 2 ILD 1 deposition: 2000A oxynitride 3 Spin 1: 2200A SOG 4 Spin 2: 2200A SOG 5 SOG Cure 1: 425, 60 min 6 ILD 2 deposition: 4000A LTO, VIA pattern/ etching/ PR strip 8 SOG Cure 2: 425, 60 min, O 2 9 Metal 2 deposition/ pattern/ etching/ PR strip - 장점 : 공정단순단점 : poisoned VIA 발생가능

51 10. Atomic Layer Deposition (ALD) CVD 대비 Step Coverage 및두께조절능력우수 ( 특히수 A 단위의 Thin Layer) CVD 대비 Chamber Volume 이작음 ALD 는 Hardware 구성방법에따라, Traveling Wave 및 Shower Head Type 으로구분함 ALD 는사용하는 Source 분해원에따라 Thermal ALD 및 PE ALD (Plasma Enhanced ALD) 으로구분함 Throughput 개선을위하여, Pseudo-ALD 공정이나옴

53 ALD SiO 2 - Si 과 O source 교차주입에의한 film 형성 - 장점 : 저온공정, step coverage 우수, 두께조절용이 - 단점 : High wet etch rate, low dep. Rate - 용도 : Oxide spacer, sacrificial oxide

PowerPoint 프레젠테이션

PowerPoint 프레젠테이션 화학기상증착공정 1 I. 화학기상증착 II. 실리콘에피성장 III. 저압화학기상증착 IV. 플라즈마화학기상증착 I. 화학기상증착 (CVD) 2 1. 개요 gas 인입 gas 분해 gas 반응 substrate 흡착 gas 배기 1) gas분해 (1) thermal deposition (2) plasma deposition (3) photo (laser, UV)