CVD4 — CVD 주요 공정 장비의 소개

1️⃣ PECVD USG 공정

📘 공정의 역할

• USG (Undoped Silicate Glass) : 비도핑된 SiO₂ 절연막 형성
• 주요 용도
  • STI (Shallow Trench Isolation)
  • ILD (Inter-Layer Dielectric)
  • IMD (Inter-Metal Dielectric)
• 주로 IMD Film (금속 간 절연층) 으로 활용

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⚙️ 사용 재료 및 반응식

항목	내용
Precursor	TEOS 또는 SiH₄
형성막	SiO₂ 절연막
반응식	Plasma + Heat 에너지로 기상 반응이 활성화되어 SiO₂ 박막이 성장함

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⚙️ 주요 공정 변수

변수	제어 목적
SiH₄/N₂O or TEOS/O₂ 비율	산화 반응 속도 및 막 조밀도 조정
Pressure (2~10 Torr)	반응 확산 속도 및 플라즈마 균일도 조절
RF Power (HF 13.56MHz / LF 126~135kHz)	플라즈마 밀도 및 에너지 제어
He / N₂ Flow	캐리어 가스로 막 균일도 향상
Temperature	반응 활성화 에너지 및 막 Stress 조정

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🔧 TEOS 공급 방식

• 액상 소스 공급
  • LFM (Liquid Flow Meter)로 공급량 측정
  • Injection Valve로 기화 후 챔버 투입
• Delivery Line 온도 제어 필수
  • 응축 방지 및 공급 안정성 확보

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🛠 장비 관리 인자

관리 항목	목적
Gas Flow	반응가스 공급 균일도 및 두께 제어
Pressure	플라즈마 안정성 유지
RF Power	플라즈마 점화 및 에너지 조절
Heater Temp	웨이퍼 온도 균일 → 막 Stress 최소화
Delivery Line Temp	액상소스 응축 방지

💡 핵심 포인트:
PECVD USG 공정은 SiH₄/N₂O 또는 TEOS/O₂ 플라즈마 반응으로 SiO₂ 절연막을 형성하며,
Gas 비율·압력·RF Power·온도 제어가 중요하다.
특히 TEOS의 온도 관리와 공급 안정성이 핵심이며,
장비 관리 5대 요소(Gas Flow, Pressure, RF, Heater, Delivery Temp)를 정밀 제어해야 재현성과 균일도를 확보할 수 있다.

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2️⃣ Thermal CVD BPSG 공정

📘 공정의 역할

• BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass)
  → SiO₂ 절연막(USG)에 B, P를 도핑하여 유리의 연화점(Melting Point) 을 낮춘 절연막
• 장점
  • 낮은 온도에서도 Flow 특성 확보 → Gap Fill 및 평탄화 용이
  • Plasma 미사용 → PID(Plasma Induced Damage) 없음 → Gate Oxide 등 민감 소자 보호

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⚙️ 주요 반응식

• TEOS + TMB + TMP + O₃/O₂ → BPSG + By-products

구성	역할
TEOS	Si 공급원
TMB (Trimethylborate)	Boron Source
TMP (Trimethylphosphate)	Phosphorus Source
O₃/O₂	산화제
Heat	반응 유도 에너지 (플라즈마 대신 열 사용)

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3️⃣ Flow 특성과 Anneal 효과

🧬 TEOS–O₃ 반응 메커니즘

• TEOS + O₃ → TEOS Oligomer (짧은 사슬 고분자) 생성
• 표면 이동성↑ → 자연스러운 Flow 발생
• Desorption 현상으로 Void 없이 Gap Fill 및 평탄화 가능

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🔥 Anneal (후열처리)

항목	내용
목적	공정 직후 존재하는 Void 및 단차 제거
온도	800℃ 이상에서 Flow 발생 → 평탄화
가스	H₂O 분위기가 N₂보다 Flow 특성 우수
주의	과도한 온도 시 Stress·Crack·WER 상승 위험

⇒ B, P 농도 및 온도 조건을 최적화해 Stress와 Etch Rate를 관리해야 함

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⚠️ 최신 공정 트렌드

• 기존: Flow 중심 → Gap Fill / 평탄화 중점
• 현재: WER 제어 중심 → Cap 용량 확장 및 신뢰성 향상 목적

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4️⃣ 장비 관리 인자

항목	제어 목적
Gas Flow	TEOS / TMB / TMP 비율 제어
Pressure	열 반응 균일도 확보
Heater Temp	Flow 유동성 및 Anneal 반응 제어
Delivery Line Temp	액상 Precursor 응축 방지

💡 B, P 도핑 농도 제어가 핵심이며, 장비별 특성에 따라 Precursor 조합을 달리 설정해야 함

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5️⃣ Thermal CVD (BPSG) vs PECVD (USG)

구분	Thermal CVD (BPSG)	PECVD (USG)
에너지원	Heat (열)	Plasma
주요 기능	Flow / 평탄화	절연층 증착
PID 위험	없음	존재
주요 변수	B, P 농도 / Anneal Temp	RF Power / Gas Ratio
적용 영역	Gap Fill, Planarization	IMD 절연층
주요 특징	Flow 특성 우수, Void 제거	균일도·생산성 우수

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✅ 핵심 요약

• PECVD USG: TEOS/O₂ 또는 SiH₄/N₂O 기반 플라즈마 증착으로 SiO₂ 형성
  → 온도·압력·가스 비율·RF Power 균일 제어 필수
• Thermal CVD BPSG: TEOS + TMB + TMP + O₃/O₂ 열반응으로 도핑 유리막 형성
  → Flow 특성 및 Anneal로 평탄화, PID 없음
• 품질 핵심 인자: Gas Flow, Pressure, Heater Temp, Delivery Temp, B/P 농도

🔹 BPSG는 “Flow + 평탄화”,
🔹 USG는 “균일 절연막 형성”에 강점을 가진 대표 절연막 공정이다.