PEALD 내용 정리 02

13.56MHz??

13.56MHz??

PEALD(Plasma-Enhanced Atomic Layer Deposition) 공정에서 RF 주파수는 플라즈마 특성과 박막 품질을 결정하는 핵심 변수라고 한다. 13.56 MHz가 표준으로 사용되며, 이의 정수배 (예: 27.12 MHz, 40.68 MHz, 162 MHz)도 활용된다고 한다. 13.56 MHz가 표준으로 사용되는 이유와 공정에 어떤 영향을 끼치는지 Perplexity를 사용해서 찾아보았다.

1. 13.56 MHz 사용 이유

(1) 전자기파 간섭 방지

13.56 MHz는 ISM 밴드(Industrial, Scientific, Medical Band)로 할당된 주파수로, 통신 시스템과의 간섭 없이 산업용으로 자유롭게 사용 가능
국제 규격(FCC 규정)에 따라 전자기파 간섭을 최소화하기 위해 선택

(2) 플라즈마 특성 균형

플라즈마 밀도 vs. 이온 에너지:
- 13.56 MHz는 높은 플라즈마 밀도와 적절한 이온 에너지를 동시에 확보할 수 있는 최적 지점
- 고주파(>13.56 MHz): 플라즈마 밀도 ↑, 이온 에너지 ↓ → 미세 구조 보호에 유리
- 저주파(<13.56 MHz): 이온 에너지 ↑ → 기판 손상 리스크 증가

(3) 공정 안정성

13.56 MHz는 임피던스 매칭이 용이하여 전력 손실을 최소화하고, 플라즈마 불균일성을 방지
산업계 표준 장비와 호환성이 높아 유지보수 및 확장이 쉬움

2. 13.56 MHz 정수배(27.12, 40.68, 162 MHz 등) 사용 이유

(1) 고밀도 플라즈마 구현

주파수 증가 → 전자 가속 효율 ↑ → 플라즈마 밀도 ↑
- 예시: 162 MHz(13.56 × 12) 사용 시, 13.56 MHz 대비 플라즈마 밀도 10배 증가 (1.06×10¹⁰ → 1.06×10¹¹ cm⁻³) 1
- 고밀도 플라즈마는 전구체 분해 효율을 높여 불순물 감소 및 균일성 개선에 기여

(2) 이온 에너지 제어

VHF(Very High Frequency) 영역(30–300 MHz)에서:
- 이온 에너지 분포가 좁아지고, 평균 에너지가 감소 → 표면 손상 최소화
- 데이터: 162 MHz에서 Vp-Vf(이온 에너지 지표)가 13.56 MHz 대비 50% 감소 1

(3) 고종횡비 구조 충진 개선

고주파 플라즈마는 긴 전자 거동 주기로 인해 고종횡비 트렌치 내부까지 침투 가능:
- 162 MHz PEALD SiNₓ는 15:1 종횡비 구조에서 94.8% 스텝 커버리지 달성 (13.56 MHz 대비 34.6%) 1

(4) 하모닉 간섭 방지

정수배 주파수 사용 시 하모닉 주파수 간 상호 간섭이 발생하지 않아 공정 안정성이 유지됩니다.
예시: 13.56 MHz 기반 시스템에서 27.12 MHz(2차 하모닉)를 추가하면, 주파수 겹침 없이 독립적 제어 가능

3. 주파수 선택에 따른 공정 결과 비교

주파수	플라즈마 밀도	이온 에너지	스텝 커버리지	적용 분야
13.56 MHz	중간	중간	34.6% (15:1 구조)	범용 로직/메모리
162 MHz	높음	낮음	94.8% (15:1 구조)	3D NAND 고종횡비 충진

4. 내용 요약

13.56 MHz는약규제 준수, 플라즈마 안정성, 장비 호환성 측면에서 표준으로 채택
정수배 주파수(27.12, 40.68, 162 MHz)는 고밀도 플라즈마와 저에너지 이온을 통해 미세 공정의 한계 극복 가능
향후 고HF(30–300 MHz) 및 MMW(밀리미터파) 대역 확대를 통해 극미세 공정 기술이 진화할 전망

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