증착 공정
: 반도체 소자를 동작시키기 위해 필요한 다양한 물질(금속 등)을 얇은 두께의 박막으로 형성하는 공정
PVD
Sputtering
: 화학적 반응을 수반하지 않고 타겟 원자의 운동 에너지만으로 막질을 형성하는 방식으로 운동에너지를 갖는 타겟 원자와 충돌하여 산란이 일어날 수 있으므로 고진공 상태에서 공정이 진행된다.
화학적 반응을 수반하지 않아 clean 하고 박막 간 adhesion이 높다.
그러나 저압(고진공)에서 공정을 진행해 MFP가 길고, 직진성을 갖고 있어 CVD대비 side-step coverage가 불량하다.
Evaporation
: 반응 소스를 증발시켜 박막에 증착시키는 방법
○ Thermal Evaporation
: 증착하고자 하는 소스에 열에너지를 가해 소스가 증발하면서 기체화되어 기판에 증착한다.
화학적 반응을 수반하지 않고 직진성을 가지는 타겟 소스가 기판 위에 증착되는 것이기 때문에 다른 입자와의 산란을 방해하기 위해 챔버 내부를 고진공 상태로 유지해야 한다.
○ Ebeam Evaporation
: 타겟 소스를 열에너지가 아닌 전자 빔을 이용하여 충돌에 의해 반응 소스를 증발시켜 기판 위에 증착시키는 방식.
- 장점: 고온의 열에너지, 높은 에너지로 가속화된 전자 빔을 사용하므로 증착하고자 하는 박막의 스펙트럼이 넓다.
타겟 소스와 바이어스 조절을 통해 증착 속도를 높일 수 있다.
-단점: 박막 형성후 추가적인 에너지가 부족해 표면에서 기판과의 접착도가 떨어진다.
타겟 소스가 직진성을 가지고 증착되는 특성이 있어 step coverage가 불량하여 기판을 회전시키거나 반응 소스의 위치를 조절해야 한다.
CVD
: 크게 열을 사용하는 방식과 플라즈마를 사용하는 방식으로 나누어진다.
Thermal CVD
○ APCVD
: 상압(760 torr)에서 4-500도의 공정 온도 범위로 진공 펌프나 RF Generator가 필요하지 않다.
저온에서 증착이 가능하고 증착 속도가 빠르지만, 상압에서 진행하기 때문에 step coverage가 우수하지 않고 생산성이 낮으며 가스 소모량이 많고 particle 오염이 빈번히 일어난다는 단점이 있다.
○ LPCVD
: 0.1~10 torr의 저압에서 공정을 진행하는 방식으로 저압(고진공)에서 공정이 진행되어 주입된 반응가스의 유속이 매우 빨라 박막의 uniformity가 우수하다.
그러나 확산 계수의 증가(MFP)로 인해 기판 표면에서의 반응성이 감소해, 기판 온도를 높여(1000도) 표면 반응성을 높임으로써 우수한 막질을 형성한다.
우수한 step coverage와 pin-hole density가 낮다는 장점이 있고, 공정이 저압에서 진행되어 particle 오염이 낮고 batch type 설비를 사용해 wafer capacity가 높다.
그러나 deposition rate가 낮고, 고온 온정이다 보니 재료나 기판의 안정성에 문제가 있다.
※ 화학반응 위치
- Homogeneous reaction(동종 반응): Gas-Gas 반응으로 웨이퍼 표면과 떨어진 공기 중의 가스 상태에서 화학반응이 먼저 일어난 후, 표면에 증착된다. 압력과 반응 온도가 클수록 발생 확률이 높으며 막질이 좋지는 않다.
- Heterogeneous reaction(이종 반응): Gas-Solid 반응으로 웨이퍼 표면 상에 화학반응이 직접 발생하여 생성물이 표면에 고착된다. 막질이 우수하고 박막의 uniformity가 우수하다.
※ Mass Transport Limited VS Reaction Rate Limited
: 확산 속도(압력에 의한)와 반응 속도(온도에 의한)를 일치시키는 것이 CVD에서 공정의 최적화이다.
- Mass Transport Limited: 반응 속도가 확산 속도보다 빠른 경우.
고압(저진공)에서 공정을 진행하므로 반응 물질의 확산 속도가 느리다. 따라서 표면에서 반응이 일어나기 쉽지만 gas phase에서도 반응이 일어나기 쉬워 막질이 우수하지는 않다. = APCVD
- Reaction Rate Limited: 반응 가스의 확산 속도가 표면 반응 속도보다 빠른 경우.
저압(고진공)의 경우 반응 가스의 확산 속도가 빨라 gas phase에서 반응이 잘 일어나지는 않지만 표면에서도 반응이 잘 일어나지 않아 deposition rate가 낮다.
표면 반응 속도는 온도와 관련 있으므로 온도를 높여 표면 반응 속도를 향상한다. = LPCVD
→ 플라즈마 CVD: 고진공,
