PECVD를 통해 이산화규소 및 질화규소 박막을 형성하려면, 이 공정은 주로 실리콘 공급원으로 실란($SiH_4$)을 사용하며 별도의 반응성 가스와 함께 사용됩니다.
이산화규소($SiO_2$)의 경우, 실란은 일반적으로 산소($O_2$) 또는 아산화질소($N_2O$)와 결합됩니다. 또는 TEOS(테트라에틸오르토실리케이트)를 산소 플라즈마와 함께 사용할 수 있습니다. 질화규소($SiN_x$)의 경우, 표준 전구체 조합은 실란과 암모니아($NH_3$)입니다.
핵심 요점 박막의 특정 화학적 성질은 실리콘 전구체와 함께 선택된 산화제 또는 질화제의 선택에 의해 결정됩니다. 성공적인 증착은 기상 반응을 방지하고 균일한 박막 품질을 보장하기 위해 저압에서 이러한 가스 조합을 관리하는 데 달려 있습니다.
이산화규소($SiO_2$) 전구체
실란 기반 접근 방식
이산화규소 증착의 가장 일반적인 방법은 실란($SiH_4$)을 산화제와 반응시키는 것입니다.
주로 사용되는 산화제는 산소($O_2$)입니다.
추가 데이터에 따르면, 특정 박막 특성을 제어하기 위해 아산화질소($N_2O$)가 산소 전구체로 자주 사용됩니다.
액체 공급원 대안(TEOS)
특정 응용 분야에서는 엔지니어가 실리콘 공급원으로 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)를 자주 사용합니다.
이 전구체는 산화물 박막을 증착하기 위해 산소 플라즈마와 결합되어 챔버로 도입됩니다.
TEOS는 실란에 비해 특정 스텝 커버리지 또는 취급 특성이 요구될 때 종종 선택됩니다.
대체 실리콘 전구체
실란이 표준이지만, 다른 실리콘 전구체도 가끔 사용됩니다.
디클로로실란은 산소 전구체와 결합하여 이산화규소를 형성하는 데 실란 대신 사용될 수 있습니다.
질화규소($SiN_x$) 전구체
표준 질화물 레시피
질화규소를 형성하기 위해 이 공정은 산화제를 질소 공급원으로 대체합니다.
주요 조합은 실란($SiH_4$)과 암모니아($NH_3$)입니다.
이 반응은 일반적으로 400°C 미만의 낮은 증착 온도에서 발생합니다.
반응물 변형
암모니아가 주요 질화제이지만, 질소($N_2$)도 반응 화학에 관여할 수 있습니다.
질화규소산과 같은 복잡한 박막의 경우, 실란, 아산화질소, 암모니아, 질소의 혼합물이 사용됩니다.
공정 변수 및 절충점 이해
기상 반응 관리
PECVD의 주요 과제는 화학 물질이 웨이퍼 표면에 도달하기 전에 반응하는 것을 방지하는 것입니다(바람직하지 않은 기상 반응).
이를 완화하기 위해 아르곤(Ar)이 운반 가스 및 희석제로 자주 사용됩니다.
아르곤은 공정을 안정화하고 반응물을 효율적으로 운반하는 데 도움이 됩니다.
압력 요구 사항
이러한 반응은 대기압에서 수행되지 않습니다.
증착에는 일반적으로 수백 밀리토르에서 몇 토르 범위의 저압이 필요합니다.
조성 제어
박막의 최종 화학량론(조성)은 가스 흐름 비율에 매우 민감합니다.
예를 들어, 다른 비율을 일정하게 유지하면서 아산화질소의 유량을 조정하면 박막의 질소 대 산소(N:O) 비율을 조정할 수 있습니다.
목표에 맞는 올바른 선택
- 표준 SiO2 증착이 주요 초점인 경우: 입증되고 널리 확립된 공정을 위해 실란과 산소 또는 아산화질소를 사용하세요.
- 표준 SiNx 증착이 주요 초점인 경우: 저온 공정(400°C 미만)을 허용하는 실란과 암모니아를 활용하세요.
- 증착 전 반응 최소화가 주요 초점인 경우: 반응물을 희석하고 기상 핵 생성을 방지하기 위해 운반 가스로 아르곤을 통합하세요.
열 예산과 장치 아키텍처에 필요한 특정 박막 조성에 따라 전구체 조합을 선택하세요.
요약 표:
| 박막 유형 | 실리콘 공급원 | 반응물 / 산화제 / 질화제 |
|---|---|---|
| 이산화규소($SiO_2$) | 실란($SiH_4$) | 산소($O_2$) 또는 아산화질소($N_2O$) |
| 이산화규소($SiO_2$) | TEOS | 산소 플라즈마 |
| 질화규소($SiN_x$) | 실란($SiH_4$) | 암모니아($NH_3$) 또는 질소($N_2$) |
| 질화규소산 | 실란($SiH_4$) | $N_2O$, $NH_3$, 및 $N_2$ 혼합물 |
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