[ 반도체 ] TEOS 란 무엇일까? SiO2를 만드는 방식 중 하나!

 

TEOS 개념 Step by Step

1. 우선 SiO2는 무엇일까?

• SiO2는 절연성, 저항성이 좋음
• 이러한 특성 때문에 반도체 소자에서 실리콘-메탈 절연 (ILD, Inter Layer Dielectric), 메탈-메탈 절연 (IMD, Inter Metal Dielectric), Passivation 막으로 사용
• 저런 막들은 (1) 확산 공정에서 보호막, (2) 표면 보호 및 안정화, (3) 전기적 절연 및 유전, (4) 소자 간 분리, 표면 불순물 제거를 위해 사용

반도체 소자 내 다양하게 활용되는 SiO2 (Tsung-Cheng Tien  et al., Electrical and Hysteresis Characteristics of Top-Gate InGaZnO Thin-Film Transistors with Oxygen Plasma Treatment Prior to TEOS Oxide Gate Dielectrics, 2022)

 

 

2. 그럼 SiO2는 어떻게 만드는데?

• 보통 Oxidation이나 CVD로 SiO2 막질을 만드는데, 막질을 만들 때 사용되는 재료인 프리커서는 3가지 정도가 있음
• LPCVD 기준으로 설명하면 다음과 같음
• (1) Silane (SiH4)
  • Silane (SiH4) + 2N2O → SiO2 + 2N2 + 2H2
  • 750~900 ℃, 0.1~1 Torr (1 Torr = 133.3 Pa)
  • Carbon free, N도핑 가능, 밀도 높은 박막 (dense)
  • 밀도 높은 박막으로 온도 편차가 큰 공정에서 막질 간 스트레스 발생 위험
• (2) DCS (SiH2Cl2)
  • DCS (SiH2Cl2) + 2N2O → SiO2 + 2N2 + 2HCl
  • 750~900 ℃, 0.1~1 Torr
• (3) TEOS ((C2h5O)4Si)
  • TEOS ((C2h5O)4Si) + 12O2 → SiO2 + 10H2O + 8CO2
  • 600~800 ℃, 0.1~1 Torr
  • Step coverage 우수, 기계적 물성 우수, 비교적 저온 공정

 

 

3. TEOS 공정은?

• 일단 TEOS는 TetraEthylOrthoSilicate
• TEOS 프리커서를 통해 SiO2 막을 증착하는 공정
• TEOS와 O2나 O3를 반응시키고, 부산물인 CO2(g)와 H2O(g)는 기체로 날려버림

 

 

4. TEOS는 언제 사용하는데?

• 특히 TEOS로 만들어지는 SiO2는 절연성 및 저항성이 좋음
• 앞서 말했듯이 반도체 소자 내 ILD, IMD, Passivation으로 활용

 

 

5. TEOS의 장단점은?

• SiO2 막질을 만들기 위해 오랜 시간 동안 꾸준히 사용된 스테디 셀러
• 비부식성, 비열분해성으로 취급 용이
• SiH4 대비 독성이 적고, 균일성은 높고, 불순물 생성은 감소
• 재료비가 싸고 데포 속도 빠름 (반대로 SiH4 대비 dense한 막질은 아니라는 뜻)

 

 

 

참고자료

• https://sshmyb.tistory.com/83
• https://triptoknow.com/%EB%B0%98%EB%8F%84%EC%B2%B4-teos-%EA%B3%B5%EC%A0%95-%EC%95%8C%EC%95%84%EB%B3%B4%EA%B8%B0-triptoknow-blog/
• https://m.blog.naver.com/jayblue12/222394124362
• Tsung-Cheng Tien  et al., Electrical and Hysteresis Characteristics of Top-Gate InGaZnO Thin-Film Transistors with Oxygen Plasma Treatment Prior to TEOS Oxide Gate Dielectrics, 2022
• 홍성택 et al., TEOS/O2 용 플라즈마 반응기에서의 미립자 성장에 대한 실험적 분석, 2003