CVD 작업의 플라즈마 공정

1. 챔버 청소

화학기상증착(CVD) 공정 중에 증착물은 웨이퍼 표면뿐만 아니라 공정 챔버 내부의 구성 요소와 벽에도 형성됩니다. 안정적인 공정 조건을 유지하고 웨이퍼의 입자 오염을 방지하려면 부품에 증착된 필름을 정기적으로 제거해야 합니다. 대부분의 CVD 챔버는 세척을 위해 불소 기반 화학 반응 가스를 사용합니다.

산화규소 CVD 챔버에서 플라즈마 세척에는 일반적으로 플라즈마에서 분해되어 불소 라디칼을 방출하는 CF4, C2F6 및 C3F8과 같은 탄화불소 가스가 포함됩니다. 화학 반응은 다음과 같이 표현됩니다.

·e- + CF4 -> CF3 + F + e-

· e- + C2F6 -> C2F5 + F + e-

반응성이 가장 높은 라디칼 중 하나인 불소 원자는 산화규소와 빠르게 반응하여 챔버에서 쉽게 배출될 수 있는 기체 SiF4를 형성합니다.

·F + SiO2 -> SiF4 + O2 + 기타 휘발성 부산물

텅스텐 CVD 챔버는 일반적으로 SF6 및 NF3를 불소 공급원으로 사용합니다. 불소 라디칼은 텅스텐과 반응하여 휘발성 육불화텅스텐(WF6)을 생성하며, 이는 진공 펌프를 통해 챔버에서 배출될 수 있습니다. 플라즈마 챔버의 세척은 플라즈마 내 불소의 방출 특성을 모니터링하여 자동으로 종료되어 챔버의 과도한 정화를 방지할 수 있습니다. 이러한 측면에 대해서는 더 자세히 논의하겠습니다.

2. 갭필

금속 라인 사이의 간격이 4:1의 종횡비로 0.25μm로 좁아지면 대부분의 CVD 증착 기술은 보이드 없이 간격을 채우는 데 어려움을 겪습니다. HDP-CVD(고밀도 플라즈마 CVD)는 보이드를 생성하지 않고 이러한 좁은 간격을 채울 수 있습니다(아래 그림 참조). HDP-CVD 공정은 이후에 설명될 것이다.

3. 플라즈마 에칭

습식 에칭과 비교하여 플라즈마 에칭은 합리적인 높은 에칭 속도, 우수한 선택성 및 균일성과 함께 이방성 에칭 프로파일, 자동 끝점 감지 및 낮은 화학 물질 소비와 같은 이점을 제공합니다.

4. 에칭 프로파일 제어

플라즈마 에칭이 반도체 제조에 널리 보급되기 전에는 대부분의 웨이퍼 제조 공장에서 패턴 전사를 위해 습식 화학적 에칭을 사용했습니다. 그러나 습식 에칭은 등방성 프로세스(모든 방향에서 동일한 속도로 에칭)입니다. 형상 크기가 3μm 미만으로 줄어들면 등방성 에칭으로 인해 언더컷이 발생하여 습식 에칭 적용이 제한됩니다.

플라즈마 공정에서 이온은 지속적으로 웨이퍼 표면에 충격을 가합니다. 격자 손상 메커니즘을 통해서든 측벽 패시베이션 메커니즘을 통해서든 플라즈마 에칭은 이방성 에칭 프로파일을 달성할 수 있습니다. 에칭 공정 중 압력을 줄임으로써 이온의 평균 자유 경로가 증가할 수 있으므로 이온 충돌이 줄어들어 프로파일 제어가 향상됩니다.

5. 식각률과 선택도

플라즈마의 이온 충격은 표면 원자의 화학적 결합을 끊어 플라즈마에 의해 생성된 라디칼에 노출시키는 데 도움이 됩니다. 이러한 물리적 및 화학적 처리의 조합은 에칭의 화학 반응 속도를 크게 향상시킵니다. 에칭 속도와 선택성은 공정 요구 사항에 따라 결정됩니다. 이온 충격과 라디칼은 모두 식각에서 중요한 역할을 하고 RF 전력은 이온 충격과 라디칼을 제어할 수 있으므로 RF 전력은 식각 속도를 제어하는 ​​핵심 매개변수가 됩니다. RF 전력을 높이면 식각 속도가 크게 향상될 수 있으며 이에 대해서는 더 자세히 설명하고 선택성에 영향을 줍니다.

6. 종말점 탐지

플라즈마가 없으면 에칭 종료점은 시간 또는 작업자의 육안 검사를 통해 결정되어야 합니다. 플라즈마 공정에서는 에칭이 표면 물질을 통해 진행되어 기본(종료점) 물질 에칭이 시작됨에 따라 에칭 부산물의 변경으로 인해 플라즈마의 화학적 조성이 변하며 이는 방출 색상의 변화를 통해 분명하게 나타납니다. 광센서로 발광색의 변화를 모니터링하여 식각 종료점을 자동으로 처리할 수 있습니다. IC 생산에서 이는 매우 귀중한 도구입니다.**