질화규소용 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 공정은 기판 위에 고품질의 고밀도 비정질 질화규소 층을 증착하는 과정을 포함합니다. 이 공정은 다양한 애플리케이션을 위한 반도체 제조, 특히 마스크와 유전체 층을 만드는 데 매우 중요합니다.
공정 요약:
실리콘 질화물을 위한 LPCVD 공정은 일반적으로 디클로로실란(DCS)과 암모니아를 전구 기체로 사용합니다. 이러한 가스는 저압, 고온 환경에서 반응하여 기판 위에 고체 실리콘 질화물 층을 형성합니다. 이 반응은 또한 부산물로 염산과 수소를 생성합니다. 증착은 700~800°C 범위의 온도에서 열벽 LPCVD 반응기에서 이루어집니다.
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자세한 설명:
- 전구체 가스 선택:
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디클로로실란과 암모니아는 LPCVD 조건에서 반응하여 질화규소를 형성하기 때문에 전구 가스로서 선택이 매우 중요합니다. 디클로로실란(SiH2Cl2)은 실리콘 소스를 제공하고 암모니아(NH3)는 질소를 공급합니다.
- 반응 조건:
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반응은 일반적으로 약 0.1~1 Torr의 저압 환경에서 수행되므로 기판 전체에 균일하게 증착할 수 있습니다. 고온(700-800°C)은 전구체 가스의 완전한 반응을 보장하고 조밀하고 균일한 실리콘 질화물 층의 형성을 촉진합니다.
- 증착 메커니즘:
- 반응기에서 전구체 가스는 가열된 기판 위로 흐르면서 열분해되고 반응하여 질화규소(Si3N4)를 형성합니다. 반응은 다음과 같이 요약할 수 있습니다:
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[3SiH2Cl2 + 4NH3 \직사각형 Si3N4 + 6HCl + 6H2 ]로 요약할 수 있습니다.
- 염산과 수소는 배기 가스로 제거되어 기판에 순수한 질화규소 층이 남게 됩니다.
- 응용 분야 및 특성:
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LPCVD로 생산된 실리콘 질화물 층은 비정질이고 밀도가 높으며 화학적으로 안정적이어서 반도체 제조의 다양한 응용 분야에 이상적입니다. 실리콘의 선택적 산화를 위한 마스크(LOCOS), 얕은 트렌치 격리를 위한 하드 마스크, 커패시터(예: DRAM)의 유전체 층으로 사용됩니다.
- 이 층은 일반적으로 높은 인장 응력을 나타내며, 애플리케이션의 특정 요구 사항에 따라 조정할 수 있습니다.
도전 과제와 제어:
이 공정은 균일한 증착을 보장하고 결함을 방지하기 위해 온도, 압력, 가스 유량을 세심하게 제어해야 합니다. 핫월 반응기에서는 기판 전체에 걸쳐 일관된 필름 품질을 유지하기 위해 고갈 효과를 보정해야 합니다.
