PECVD란?

Plasma Enhanced CVD의 약자로, 플라즈마를 에너지원으로 사용해 반응 소스를 활성화시키는 공정입니다. 고에너지의 플라즈마를 이용하면 기존 LPCVD(Low pressure CVD)와 같이 고온의 열에너지로 활성화시키는 것과 다르게, 저온에서 반응소스를 활성화시킬 수 있어 저온에서 박막증착이 가능하다는 장점이 있습니다. 최근 반도체 산업은 플라즈마를 적극적으로 활용해 반응에 필요한 activation energy를 감소시켜 낮은 온도에서도 반응을 유도함으로써 열역학적 한계를 극복하고 있습니다.

 

[꼬리질문] PECVD와 LPCVD의 차이에 대해 설명하세요

우선 공정온도가 훨씬 낮습니다. LPCVD는 보통 600~900ºC에 공정온도를 가지며, PECVD는 200~500ºC의 공정온도로 thermal budget을 낮추기 위해 도입된 기술입니다. 뿐만 아니라 PECVD는 gas flow, plasma power, pressure, reaction temperature 같이 박막을 제어하기 위한 다양한 변수가 존재하며, 이 변수를 제어함으로써 박막의 막질, thickness, Rs, resistivity, uniformity 등을 제어하는 등 공정유연성이 높습니다. 하지만 저온에서 공정하다보니 LPCVD에 비해 막질이 우수하지 않으며, step coverage가 낮아 우수한 막질을 요구하지 않는 step에서 주로 사용됩니다. 또한 plasma를 사용하다보니, plasma damage의 가능성이 있다는 단점이 있습니다.

 

[꼬리질문] plasma damage에 대해 설명하세요

plasma는 가스 내에 charge가 존재하며, 반도체 소자의 금속 배선을 통해 플라즈마 내의 charge가 배선을 타고 소자를 손상시키는 것을 plasma damage라고 합니다.

 

[PECVD 정리]

1. 동작 특성

- Process presure : 0.1~0.5 Torr

- Process Temperature : 200~500 ºC

- RF Frequency : 13.65 MHz

 

2. Advantages

- 저온공정

 저압 상태에서 gas를 주입하고, 플라즈마를 반응에너지원으로 사용하기 때문에 저온에서 증착이 가능

 

- 박막 종류에 따른 조건

1) SiN : SiH4 (Silane) or SiH2Cl2 (Dichlorosilane), NH3 / Thermal deposition 750 ºC / Plasma enhanced 200~500 ºC

2) SiO2 : SiH4, O2 or N3O / Thermal deposition 350~550 ºC / Plasma enhanced 200~400 ºC

               TEOS (Tetraethyl orthosilicate), O3 / Thermal deposition 700~900 ºC / Plasma enhanced 300~500 ºC

3) a-Si : SiH4 / Thermal deposition 550~600 ºC / Plasma enhanced 300~400 ºC

 

- 다양한 공정 변수 (gas flow, plasma power, pressure, reaction temperature등)

 stress, moisture, resistance, density 제어 가능

 

- 높은 생산성.

 PECVD는 LPCVD보다 depo rate.이 높음

 

- Moisture blocking

 

- Good mechanical strength

 

3. Disadvantages

- poor gap fill capability

- plasma damage

- complex equipment