PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)

PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)

 

1. 진공

- 대기압 이하의 압력

- 대기압, 저진공, 중진공, 고진공으로 분류(저진공 → PECVD ,중~고진공 → Dry Etch, Sputter)

- MFP (Mean Free Path)

 : 기체분자가 다른 입자와 충돌하지 않고 움직이는 평균 거리

   MFP가 길수록, 증착 공정에서 증착물질이 기판에 도달하기 쉬워 균일한 층 형성할 수 있다

 

 

2. Plasma

- 기체분자나 원자에 높은 에너지가 가해져, 이온화된 상태의 기체 (물질의 제 4상태)

- 가속된 전자가 분자와 충돌하여, 분자의 최외각 전자가 궤도를 이탈하여 양이온과 자유전자를 형성하는데,

  이렇게 생성된 양이온과 전자들이 모여있는 상태

- 전체적으로는 전기적 중성이지만, 국부적으로는 전하의 흐름에 의한 전류와 자기장 발생

 

플라즈마 상태에서는 주로 아래 3가지 반응이 존재한다

- ionization (이온화) : 가속된 전자가 분자와 충돌하여, 분자의 전자가 떨어져나가 양이온과 전자로 나뉨

- excitation (여기) : 원자가 외부 에너지를 흡수하여 전자가 안정한 준위에서 높은 에너지 준위로 여기(들뜬 상태)됨

- dissociation (해리) : 분자가 외부 에너지에 의해서 반응성이 높은 원자, 이온, 라디칼의 형태로 해리됨

 

 

3. PECVD

- 플라즈마를 에너지원으로 활용하여 반응소스를 활성화시키는 CVD 공정

- CVD 챔버에 반응가스를 주입하고 RF 전원을 인가하여 전자 충돌에 의한 플라즈마 생성

- 플라즈마 상태에서 생성된 라디칼이 웨이퍼 표면으로 이동하여 화학반응을 일으켜 막 생성

- LPCVD보다 낮은 온도에서 박막을 증착시킬 수 있어, 하부 메탈층이 녹지 않도록 하면서 박막 증착 가능

 

 

3. CVD 비교

	APCVD	LPCVD	PECVD
장점	간단한 장비 빠른 증착 속도 낮은 온도	고순도 높은 균일도 높은 step coverage	낮은 온도 낮은 활성화 에너지 빠른 증착속도
단점	낮은 step coverage 높은 오염	높은 공정 온도 낮은 증착 속도 (Low Pressure)	낮은 step coverage
증착온도	300 ~ 500 도	500 ~ 900 도	100 ~ 350 도
압력	대기압	진공	진공

 

 

4. CVD 메커니즘

- 증착 가스가 기판 표면으로 이동

- 반응물질이 기판 표면에 흡착

- 기판 위에서 화학반응을 일으키며 핵 성장 → 막 성장

- 반응 부산물이 떨어져 나감

- gas 흐름 속으로 반응 부산물이 이동