CVD란 반도체 산업에서 화학 기상 증착 방식을 의미합니다.
2025년 현재 반도체 제조 공정에서 핵심적인 역할을 하는 기술입니다.
공정 시 CVD 기술은 각각의 단계마다 품질과 수율에 결정적인 영향을 미칩니다.
그만큼 중요하고 섬세한 작업이 요구됩니다.
따라서 이번 글에서는 CVD 공정의 주요 단계별 특징 5가지를 알아보겠습니다.
1. 전처리(Pre-treatment) 단계의 핵심 특징 TOP 5
CVD 공정이 본격적으로 시작되기 전에 전처리 과정을 거쳐야 합니다.
전처리 과정이란 기판의 표면 상태를 정돈하고 반응성을 높이기 위해 필수로 거쳐야 하는 과정입니다.
전처리 단계에는 아래와 같은 핵심 특징 5가지가 있습니다.
오염 제거를 통한 필름 품질 향상
기판 표면의 미세한 입자나 유기물은 필름 결함을 유발할 수 있습니다.
따라서 이때 오염 제거를 위해 플라즈마 세정이나 습식 세정이 활용됩니다.
기판 표면의 활성화
플라즈마 처리나 표면 산화 등의 기술로 반응성을 높여야 합니다.
덕분에 증착이 고르게 이루어질 수 있게 됩니다.
박막 접착력 향상
기판과 증착막 사이의 계면 접착력을 개선하여 필름 박리 현상을 최소화할 수 있습니다.
잔류 수분 제거
잔류 수분 제거를 위해 고온 진공 처리 등을 통해 수분을 제거합니다.
덕분에 불순물 형성을 방지할 수 있습니다.
정전기 제어
입자 오염을 줄이기 위해 클린룸 환경에서 정전기 방지 장비를 사용하는 것이 일반적입니다.
2. 반응물 공급 단계의 핵심 특징 TOP 5
균일한 박막 형성을 위해서는 CVD 공정에서 전구체와 반응 가스를 정확히 제어하는 것이 필수적으로 요구됩니다.
전구체 선택의 정밀성
원하는 박막 특성에 따라 유기 금속, 할로겐화물 등 다양한 화학물질이 사용됩니다.
따라서 정밀한 기준으로 전구체를 선택해야 합니다.
가스 유량 제어(MFC 사용)
가스의 정밀한 공급이 이루어질 때는 질량유량 컨트롤러(MFC)를 사용합니다.
혼합 균일성 확보
가스가 혼합되는 챔버 구조와 유동 해석을 통해 균일한 혼합을 보장할 수 있습니다.
온도에 따른 반응속도 제어
반응물 공급 온도를 조절하여 원하는 박막 성장률을 확보한다.
반응물 전환 효율 고려
반응 효율이 낮으면 부산물이 많아집니다.
또한 필름 품질이 저하될 수 있으므로 최적화를 진행해야 합니다.
3. 박막 성장 단계의 핵심 특징 TOP 5
이 단계에서는 실제로 기판 위에 화학 반응을 통해 박막이 성장하게 됩니다.
박막 성장 단계에도 여러 특징이 있습니다.
성장 메커니즘의 다양성
먼저 성장 매커니즘이 다양하다는 것이 큰 특징입니다.
표면 반응 중심의 성장(CVD), 기상 반응 중심의 성장 등 다양한 메커니즘이 있습니다.
성장 속도 제어
온도, 압력, 반응물 농도 등을 조정하여 박막 두께를 제어할 수 있습니다.
필름의 결정성 확보
고온 증착이나 후열 처리를 통해 결정성을 높일 수 있습니다.
그 덕분에 전기적 특성을 향상시킬 수 있습니다.
균일도 확보(Uniformity)
균일한 두께의 필름을 확보하는 것은 대면적 웨이퍼에서 매우 중요합니다.
응력 제어
박막 내 응력을 제어하지 않으면 필름 균열이나 박리 문제가 발생할 수 있습니다.
4. 부산물 및 폐기물 처리 단계의 핵심 특징 TOP 5
CVD 공정에서는 다양한 화학 반응을 수반합니다.
따라서 그에 대한 부산물 처리도 매우 중요합니다.
플루오린계 부산물의 안정화
먼저 고독성 플루오린계 가스가 있습니다.
이를 안정적으로 중화하여 배출해야 한다.
스크러버 시스템 운영
화학 반응 부산물을 물 또는 화학약품을 이용해 처리하는 장치가 필수적으로 요구됩니다.
필터 및 트랩 시스템
고체 부산물이나 파우더도 있습니다.
이를 회수하기 위해 필터링 시스템을 운용해야 할 것입니다.
챔버 클리닝 주기 설정
부산물 누적으로 인한 공정 불안정을 방지할 수 있어야 합니다.
즉 정기적인 챔버 세정이 필요합니다.
환경 규제 준수
동시에 각국의 반도체 환경 규제를 만족시켜야 합니다.
지속적인 관리 시스템이 요구됩니다.
5. 후처리(Post-treatment) 단계의 핵심 특징 TOP 5
CVD 이후에는 후처리 단계를 거칩니다.
이는 박막의 특성과 성능을 최종적으로 완성 시키는 중요한 과정입니다.
어닐링(Annealing)
어닐링 과정에서는 열처리를 통해 박막의 결정성과 전기적 특성을 개선할 수 있습니다.
표면 평탄화(CMP 연계)
화학 기계적 연마(CMP) 공정과 연계하여 표면을 매끄럽게 합니다.
불순물 제거
필름 내 잔류 불순물 제거를 통해 반도체 성능을 향상시킬 수 있습니다.
박막 두께 및 특성 측정
마지막으로 반사율이나 두께, 스트레스 등을 측정하여 품질을 검증해야 합니다.
기판 검사 및 불량 분석
SEM, TEM 등의 장비를 통해 미세한 결함까지 놓치지 않고 분석할 수 있어야 합니다.
결론
2025년 현재, CVD 공정은 반도체 소자의 성능과 수율을 좌우하는 핵심 기술입니다.
이때 각 단계별로 다양한 변수와 기술적 고려 사항이 존재합니다.
이들의 정밀한 제어와 최적화를 이루어야만 고성능 반도체를 제조할 수 있습니다.
특히 최근에는 3D 구조와 GAA 트랜지스터 등 새로운 구조가 나타나고 있습니다.
이에 대응하기 위해 CVD 공정 기술도 고도화되고 있습니다.
나아가 앞으로도 지속적인 연구와 투자가 필요한 분야입니다.
이러한 CVD 기술이 더욱 발전하여 앞으로의 반도체 산업에 새로운 바람이 불기를 바랍니다.
감사합니다.