증착 — 좁고 깊은 틈을 빈틈없이 채우기

증착은 웨이퍼 위에 새 막을 올리는 공정입니다. 평평한 면에 올리는 것은 어렵지 않습니다. 어려운 것은 좁고 깊은 틈을 빈틈없이 채우는 것입니다. 소자가 작아질수록 틈은 좁아지고 깊이는 그대로여서, 종횡비가 계속 커지기 때문입니다.

단차 피복률

평탄부에 쌓인 두께 대비 측벽·바닥에 쌓인 두께의 비를 단차 피복률(step coverage)이라고 합니다. 반응 기체가 트렌치 바닥까지 도달하기 어려울수록 이 값이 떨어집니다. 공정마다 이 값이 다른 이유는 입자가 표면에 닿았을 때 바로 붙느냐, 여러 번 튕기며 안쪽까지 들어가느냐가 다르기 때문입니다.

• PVD는 입자가 직진해 날아와 바로 붙습니다. 위쪽은 잘 쌓이지만 안쪽은 거의 못 갑니다.
• PECVD는 플라즈마로 반응성을 높여 저온에서 빠르지만, 잘 붙는 만큼 안쪽 피복은 중간입니다.
• LPCVD는 낮은 압력에서 열로 반응시켜 입자가 여러 번 튕기며 들어가 피복이 좋습니다.
• ALD는 한 층씩 자기 제한 반응으로 쌓기 때문에 모양과 거의 무관하게 균일합니다. 대신 느립니다.

보이드는 왜 생기는가

트렌치 입구의 모서리는 위와 옆 양쪽에서 기체를 받기 때문에 가장 빨리 자랍니다. 이 오버행이 커지면 안쪽이 채워지기 전에 입구가 먼저 닫히고, 내부에 빈 공간이 갇힙니다. 이것이 보이드(키홀)입니다.

보이드는 배선이라면 저항 상승과 일렉트로마이그레이션 취약점이 되고, 절연막이라면 습기와 오염이 지나가는 통로가 됩니다. 나중 공정에서 CMP로 갈아 내다 보이드가 열리면 그 자리가 결함이 됩니다.

• LPCVD로 종횡비를 8까지 올리면 어디서 보이드가 시작되는지 보세요.
• 같은 조건을 ALD로 바꾸면 결과가 어떻게 달라지는지 비교해 보세요.
• 상부 막 두께를 키우면 오히려 입구가 빨리 막히는 것을 확인해 보세요.