기체를 쌓아
한 겹의 막을
만들다
칩은 막을 쌓고, 그리고, 깎는 일을 수백 번 되풀이해 만든다. 그중 "쌓는" 일의 대부분을 맡는 것이 화학 기상 증착(CVD)과 원자층 증착(ALD)이다. 이 교과서는 기체 분자가 웨이퍼 표면에서 반응해 막이 되는 원리에서 출발해, 플라즈마와 좁은 틈 메우기, 원자 한 층씩 쌓는 ALD, 장비의 속 구조, 막을 재는 법, 현업에서 실제로 부딪히는 문제까지 시뮬레이터로 직접 움직여 보며 익히게 한다.
데포 · 얇은 막을 차곡차곡 쌓는 친구첫 실험: 막이 자라 틈을 메운다
좁은 홈(트렌치) 위로 막의 재료가 되는 분자가 날아든다. 벽에 닿은 분자는 일정한 확률로 붙고, 붙지 않으면 튕겨 나가 다른 곳에 다시 닿는다. 막이 쌓일수록 홈은 좁아진다. 입구 쪽이 더 빨리 자라 먼저 닫혀 버리면 안에 빈 공간(Void)이 갇히고, 안쪽까지 고르게 자라면 빈틈 없이 메워진다. 홈이 깊을수록 "붙을 확률"이 더 낮아야 하고, 그만큼 낮출 수 없으면 쌓는 방식 자체를 바꾼다. 5장에서 자세히 다룬다.
부착 확률과 종횡비로 바뀌는 틈 메우기
근거: 막이 자라는 동안 플럭스가 새 모양에 곧바로 맞춰진다고 보는 유사 정상 상태 가정, 부착 확률이 낮을수록 좁은 틈의 단차 피복이 좋아지고 ALD는 표면 반응이 포화되어 입구가 먼저 막히지 않는다는 결과, 종횡비 10:1을 넘는 구조를 CVD로 고르게 덮으려면 부착 계수가 10⁻³ 미만처럼 아주 낮아야 한다는 특허의 서술.
숫자로 보는 박막 증착
이 교과서를 끝내면 아래 숫자가 어디서 나오는지, 공정에서 무엇을 뜻하는지 설명할 수 있게 된다.
TMA와 물로 300 °C에서 Al₂O₃를 ALD로 쌓을 때 한 사이클에 자라는 두께. 원자 한 층의 약 30%다. 6장에서 왜 한 층을 다 채우지 못하는지 본다.
압력을 760 Torr에서 1 Torr로 낮출 때 커지는 기체 전달 계수 hg. 공급이 넉넉해져 LPCVD가 반응 제한에서 고른 막을 얻는다(2·3장).
5:1 BHF에서 열처리하지 않은 PECVD 산화막이 열산화막보다 빨리 녹는 배수(490 대 100 nm/min을 나눈 값). 같은 SiO₂라도 만든 방법이 막의 질을 바꾼다(7장).
PECVD 질화막을 높은 주파수로 쌓으면 인장, 낮은 주파수로 쌓으면 압축 응력이 된다. 주파수로 응력을 고르는 이유는 4장에서 본다.
같은 종횡비에서 원형 홀이 트렌치보다 더 필요로 하는 전구체 노출량. 구멍 바닥까지 덮는 일이 왜 어려운지 5장에서 다룬다.
크게 휜 3D NAND 웨이퍼를 보상하지 않았을 때 남은 비선형 Overlay 잔차(평평한 웨이퍼는 약 1 nm). 막 응력이 노광까지 흔든다(10·11장).
이 책을 읽는 방법
눈으로 읽고 끝나는 책이 아니다. 숫자를 바꿔 보고, 결과를 먼저 예측해 보고, 왜 그런지 설명해 보는 책이다.
전체 챕터
1~4장은 원리, 5~7장은 구조와 막, 8~10장은 장비와 계측, 11장은 현업의 이상 분석이다.
세미툰 공정 교과서 시리즈
반도체 공정을 한 권씩 나누어 같은 방식으로 만든다. 캐릭터마다 맡은 공정이 있다.
이 페이지의 근거
홈 화면의 숫자 카드에 쓴 근거만 모았다. 각 장 끝에는 그 장에서 인용한 참고문헌이 있고, 책 전체의 참고문헌은 12장 · 전체 참고문헌에서 한꺼번에 볼 수 있다. 근거: ALD 성장 속도, 압력과 hg, 식각 속도와 RF 주파수에 따른 응력, 홀과 트렌치의 노출량, 3D NAND 휨과 Overlay.