박막공학 [18] CVD 공정 (1) APCVD, LPCVD, PECVD

2025.08.06 - [학교 수업/박막공학] - 박막공학 [17] Deposition(증착) (2) PVD 공정: Evaporation 공정, Sputtering 공정

박막공학 [17] Deposition(증착) (2) PVD 공정: Evaporation 공정, Sputtering 공정

 

 

이번 시간에는 CVD 공정에 대해 알아보도록 하자.

 

1. CVD 공정

CVD(Chemical Vapor Deposition) 공정
: 기체 상태의 반응물(gas precursor)이 Wafer 표면에 도달하여 화학반응을 통해 고체 물질을 형성하는 증착 방식이다.

 

 

1-1. CVD 공정의 mechanism

 

1-2. CVD vs. PVD

CVD와 PVD는 각각 Chemical, Physical의 앞글자가 다른 방식으로 기반 원리부터 온도 조건까지 많은 부분에서 차이점이 있다.

 

 

CVD는 '기체 상태'의 전구체의 표면 화학 반응이 기반 원리인 반면 PVD는 고체 타겟에 이온을 충돌시키는 방식 (sputtering)이 main mechanism이다. CVD는 step coverage가 우수하고 고온에서 가능하며, 기체 상태여야 가능하다는 특징이 있다

 

 

 

1-3. CVD의 분류

1-3-1. 증착 방식에 따른 분류

증착 방식도 고온/저온의 여부, 압력의 크기에 따른 분류, 방식(플라즈마, 원자두께수준의 증착)에 따라서도 나뉠 수 있다.

 

1-3-2. 처리 방식에 따른 분류

 처리 방식에 따라서도 분류할 수 있는데, 공정에 들어가는 wafer의 개수가 다수인지/ 소수인지에 따라 분류할 수 있다.

 

2. APCVD

APCVD (Atmospheric Pressure CVD)
: 상압 (760 Torr)에서 진행되는 CVD, 진공 장비 없이 가능한 가장 단순한 CVD 방식

 

 

 

APCVD의 Barrel 웨이퍼 방식과 Single Wafer Epitaxial System 방식에 구분지어 알아보자.

 

APCVD의 Barrel 방식은 3가지가 존재한다.

 

 

 

3. LPCVD (Low Pressure CVD)

LPCVD (Atmospheric Pressure CVD)
: 저압(0.1 ~ 1 Torr)에서 진행되며, 반응 제어가 잘되어 균일도와 step coverage가 뛰어난 CVD 방식이다.

 

 

장점

- Batch 공정이 가능하고 막질이 우수하다

- 가스 소모 효율이 적다

- step coverage가 우수하다

- particle 발생이 적다

 

단점

- 증착 속도가 낮다

- 공정 온도가 높은 편이다.

 

 

 

4. PECVD (Plasma-Enhanced CVD)

PECVD(Plasma-Enhanced CVD)
: 플라즈마를 사용해 저온에서도 화학 반응을 유도하는 반응

 

 

 

4-1. Si3N4의 사용

 

 Si3N4는  SiO2를 대신하여 Sidewall Spacer로 쓰이는 대표적인 물질이다. SiO2보다 절연 특성이 뛰어나고, gate나 중요 다른 부분들을 보호하는 능력이 뛰어나며 물과 mobile ion에 대한 확산이 느린 물질이기 때문이다.

 

 

PECVD의 경우 SiNxHy 꼴의 질화 규소를 사용한다.

 

이는 보호막의 역할 뿐 아니라 Diffusion Barrier로, 금속 이온이 기판으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 한다.