화학 기상 증착 (CVD)은 기체 형태로 공급되는 시약과 함께 가열 된 기판의 표면에서 열적 또는 전기적으로 유도 된 화학 반응을 사용하는 코팅 공정입니다. CVD는 일반적으로 진공 상태에서 고품질의 고성능 고체 재료를 생산하는 데 사용되는 증착 방법입니다. 박막 또는 코팅은 활성화 된 (열, 빛, 플라즈마) 환경에서 기체 반응물의 해리 또는 화학 반응에 의해 생성됩니다.
에피 택시는" 상단" 또는&쿼트는&쿼트에 할당되고 다른 레이어 위에 레이어가 생성되고 결정 구조를 상속하는 프로세스를 나타냅니다. 증착 된 층이 기판과 동일한 재료 인 경우 호모 에피 택시라고 말하고,' 다른 재료 인 경우' 소위 헤테로 에피 택시라고합니다. 호모 에피 택시에서 가장 중요한 공정은 실리콘 위에 실리콘을 증착하는 것이며, 헤테로 에피 택시에서는 일반적으로 실리콘 층이 산화물 (Silicon On Insulator : SOI)과 같은 절연체 위에 증착됩니다. 화학 기상 증착 (CVD)은 열적으로 사용하는 코팅 공정입니다. 또는 기체 형태로 공급되는 시약을 사용하여 가열 된 기판의 표면에서 전기적으로 유도 된 화학 반응. CVD는 일반적으로 진공 상태에서 고품질의 고성능 고체 재료를 생산하는 데 사용되는 증착 방법입니다. 박막 또는 코팅은 활성화 된 (열, 빛, 플라즈마) 환경에서 기체 반응물의 해리 또는 화학 반응에 의해 생성됩니다.
동성애
공정에 따라 웨이퍼는 에피 택셜 레이어 (예 : CMOS 기술)를 사용하여 웨이퍼 제조업체에서 제공하거나 칩 제조업체가 직접 만들어야합니다 (예 : 바이폴라 기술).
에피 택티컬 층을 생성하기위한 가스로 순수한 수소가 실란 (SiH)과 함께 사용됩니다.4), 디클로로 실란 (SiH2Cl2) 또는 사염화 규소 (SiCl4). 약 1000 ° C에서 가스는 웨이퍼 표면에 증착되는 실리콘을 절단합니다. 실리콘은 기판의 구조를 물려받으며 에너지상의 이유로 층별로 연속적으로 성장하고 있습니다. 다결정 실리콘이 성장하지 않으려면 항상 실리콘 원자 부족을 극복해야합니다. 예를 들어, 재료가 실제로 성장할 수 있으므로 사용 가능한 실리콘이 항상 약간 적습니다. 사염화 규소를 사용하는 경우 반응은 두 단계로 진행됩니다.
SiCl4+ H2→SiCl2+ 2HCl
2 SiCl2→Si + SiCl4
기질'의 방향을 상속하려면 표면이 완전히 투명해야합니다. 따라서 평형 반응을 활용할 수 있습니다. 두 반응 모두 기체의 비율에 따라 다른 방향으로 발생할 수 있습니다. 원료 실리콘의 정제를위한 트리클로로 실란 공정에서와 같이 대기 중에 수소가 거의없는 경우 높은 염소 농도로 인해 실리콘 웨이퍼 표면에서 물질이 제거됩니다. 수소 성장의 농도가 증가해야만 달성됩니다.
SiCl 사용4증착 속도는 분당 약 1 ~ 2 미크론입니다. 단결정 실리콘은 노출 된 표면에서만 성장하기 때문에 특정 영역은 실리콘이 다결정 실리콘으로 성장하는 산화물로 가려 질 수 있습니다. 그러나이 폴리 실리콘은 역방향 실행 반응을 통해 단결정 실리콘에 비해 매우 쉽게 에칭됩니다. 디보 란 (B2H6) 또는 포스 핀 (PH3) 도핑 가스가 고온에서 분해되고 도펀트가 결정 격자에 포함되기 때문에 도핑 된 층을 생성하기 위해 공정 가스에 추가됩니다.
가정 -epitactical 레이어를 만드는 프로세스는 진공 분위기에서 실현됩니다. 이를 위해 공정 챔버를 1200 ° C로 가열하여 실리콘 표면에 항상 존재하는 천연 산화물을 제거합니다. 위에서 언급했듯이 낮은 수소 농도로 인해 실리콘 표면에 백 에칭이 발생합니다. 이것은 실제 공정이 시작되기 전에 표면을 청소하는 데 사용할 수 있습니다. 이 세척 후 가스 농도가 변하면 증착이 시작됩니다.
epitactical 프로세스를위한 배럴 원자로의 그림
높은 공정 온도로 인해' 기판에서 도펀트의 확산 또는 이전 공정에서 사용되었던 불순물이 기판으로 이동할 수 있습니다. SiH 인 경우2Cl2또는 SiH4고온이 필요하지 않기 때문에 이러한 가스가 주로 사용됩니다. 에 치백 공정을 통해 표면을 청소하려면 HCl을 별도로 추가해야합니다. 이 실란의 단점은 증착 직전에 대기 중에 세균을 형성하므로 층의 품질이 SiCl만큼 좋지 않다는 것입니다4.
기판에서 바로 생성 할 수없는 레이어가 필요한 경우가 많습니다. 실리콘 질화물 또는 실리콘 산 질화물 층을 증착하려면 필요한 모든 구성 요소를 포함하는 가스를 사용해야합니다. 가스는 열 에너지를 통해 분해됩니다. 그' 화학 기상 증착의 원리 : CVD. 웨이퍼 표면은 가스와 반응하지 않고 바닥층 역할을합니다. 공정 매개 변수 (압력, 온도)에 따라 CVD 방법은 밀도와 적용 범위가 다른 여러 방법으로 나눌 수 있습니다. 수평 표면의 성장이 수직 표면만큼 높으면 증착이 일치합니다.
적합성 K는 수직 및 수평 성장의 비율입니다.K = Rv/Rh. 증착이 이상적이지 않으면 적합성은 1 미만입니다 (예 :Rv/Rh= 1/2 → K = 0.5). 높은 적합성은 높은 공정 온도에서만 달성 할 수 있습니다.
상상할 수있는 프로필
APCVD는 정상 압력 (대기압)에서 CVD 방법으로 도핑 및 도핑되지 않은 산화물의 증착에 사용됩니다. 증착 된 산화물은 낮은 밀도를 가지며 상대적으로 낮은 온도로 인해 커버리지가 적당합니다. 향상된 도구로 인해 APCVD는 르네상스를 겪고 있습니다. 높은 웨이퍼 처리량은이 프로세스의 큰 장점입니다.
공정 가스 실란 SiH4(질소 N으로 많이 희석2) 및 산소 O2사용됩니다. 가스는 약 400 ° C에서 열로 분해되고 서로 반응하여 원하는 필름을 형성합니다.
SiH4+ O2→SiO2+ 2H2(T = 430°C, p = 105° Pa)
오존 O 추가3축적 된 입자의 이동성을 향상시키기 때문에 더 나은 적합성을 유발할 수 있습니다. 산화물은 다공성이고 전기적으로 불안정하며 고온 공정에 의해 치밀화 될 수 있습니다.
추가 층의 증착에 어려움을 초래할 수있는 가장자리를 피하기 위해 인 규산염 유리 (PSG)가 중간 층에 사용됩니다. 이를 위해 포스 핀이 SiH에 첨가됩니다.4그리고 O2, 증착 된 산화물이 4 ~ 8 % 인을 함유하도록합니다. 다량의 인은 유동 특성의 높은 증가로 이어지지 만 인산이 형성되어 알루미늄 (도체 경로)을 부식시킬 수 있습니다.
어닐링은 초기 공정 (예 : 도핑)에 영향을 미치기 때문에 긴 용광로 공정에서 어닐링하는 대신 강력한 아르곤 램프 (여러 허드렛 kW, 10 초 미만, T=1100 ° C)로 짧은 템퍼링 만 수행됩니다.
아날로그 -PSG 붕소를 동시에 첨가 할 수 있습니다 (붕소 인 규산염 유리, BPSG, 4 % B 및 4 % P).
수평 APCVD 반응기 그림
LPCVD에서는 진공이 사용됩니다. 실리콘 질화물 (Si3N4), 실리콘 산 질화물 (SiON), SiO2그리고 텅스텐 (W)을 만들 수 있습니다. LPCVD 공정은 거의 1의 높은 순응도를 가능하게합니다. 이는 10 ~ 100Pa (대기압=100.000Pa)의 낮은 압력으로 인해 입자가 균일하지 않게 이동하기 때문입니다. 입자는 충돌로 인해 확산되고 수평 표면뿐만 아니라 수직 표면을 덮습니다. 적합성은 최대 900 ° C의 고온에서 지원됩니다. APCVD에 비해 밀도와 안정성이 매우 높습니다.
Si에 대한 반응3N4, SiON, SiO2그리고 텅스텐은 다음과 같습니다 :
a) Si3N4(850 ° C) : 4NH3+ 3SiH2Cl2→시3N4+ 6HCl + 6H2
b) SiON (900 ° C) : NH3+ SiH2Cl2+ N2O→시3N4+ 네벤 프로 덕테
c) SiO2(700 ° C) : SiO4C8H20→SiO2+ 네벤 프로 덕테
d) Wolfram (400 ° C) : WF6+ 3H2→승 + 6HF
Si에 사용되는 기체 전구체와 달리3N4, SiON 및 텅스텐, 액체 테트라 에틸 오르토 실리케이트는 SiO에 사용됩니다.2. 이외에도 DTBS (SiH2C8H20) 또는 테트라 메틸 시클로 테트라 실록산 (TMTCS, Si4O4C4H16).
텅스텐 필름은 베어 실리콘에서만 제작할 수 있습니다. 따라서 실리콘 기판이없는 경우 실란을 추가해야합니다.
TEOS 필름 용 LPCVD 반응기 그림
PECVD는 250 ~ 350 ° C에서 발생합니다. 저온으로 인해 공정 가스는 열로 분해 될 수 없습니다. 고주파 전압에서 가스는 플라즈마 상태로 변환됩니다. 플라즈마는 에너지가 넘치고 표면에 흩어집니다. 알루미늄과 같은 금속 화는 고온에 노출 될 수 없기 때문에 PECVD는 SiO에 사용됩니다.2그리고 Si3N4금속 층 위에 증착. SiH2Cl2 실란 대신 저온에서 분해되기 때문에 사용됩니다. 적합성은 LPCVD (0.6 ~ 0.8)만큼 좋지 않지만 증착 속도는 훨씬 높습니다 (분당 0.5 마이크론).
PECVD 반응기 그림
ALD (Atomic Layer Deposition)는 박막을 제조하기위한 수정 된 CVD 공정입니다. 공정은 공정 챔버로 교대로 유입되는 여러 가스를 사용합니다. 각 가스는 현재 표면이 포화되는 방식으로 반응하므로 반응이 정지됩니다. 대체 가스는 같은 방식으로이 표면과 반응 할 수 있습니다. 이러한 가스의 반응 사이에서 챔버는 질소 또는 아르곤과 같은 불활성 가스로 퍼지됩니다. 간단한 ALD 프로세스는 다음과 같습니다.
첫 번째 가스와 표면에서 자기 제한 반응
불활성 가스로 퍼지
두 번째 가스와 표면에서 자기 제한 반응
불활성 가스로 퍼지
ALD 공정의 구체적인 예는 산화 알루미늄의 증착입니다. 이는 트리메틸 알루미늄 (TMA, C3H9Al) 및 물 (H2O).
첫 번째 단계는 웨이퍼 표면에서 산소에 결합 된 수소 원자를 제거하는 것입니다. 메틸기 (CH3)의 TMA는 수소와 반응하여 메탄 (CH4). 나머지 분자는 불포화 산소와 결합합니다.
이러한 원자가 포화되면 더 이상 TMA 분자가 표면에서 반응 할 수 없습니다.
챔버가 퍼지되고 후속 수증기가 챔버로 유입됩니다. H의 하나의 수소 원자2O 분자는 이제 이전에 증착 된 표면 원자와 반응하여 메탄을 형성하는 반면 하이드 록실 음이온은 알루미늄 원자에 결합됩니다.
따라서 표면에는 처음과 같이 TMA와 이후 단계에서 반응 할 수있는 새로운 수소 원자가 있습니다.
원자 층 증착은 다른 증착 기술에 비해 상당한 이점을 제공하므로 박막을 제조하는 데 매우 중요한 공정입니다. ALD를 사용하면 3 차원 구조도 매우 균일하게 증착 될 수 있습니다. 절연 필름은 전도성 필름뿐만 아니라 다른 기판 (반도체, 폴리머 등)에 생성 할 수 있습니다. 필름 두께는 사이클 수로 매우 정밀하게 제어 할 수 있습니다. 반응성 가스는 동시에 챔버로 유입되지 않기 때문에 실제 증착 직전에 세균을 형성 할 수 없습니다. 따라서 영화의 품질이 매우 높습니다.
