증착 공정

이번 포스트에서는 8대 공정 중 증착 공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

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1) 증착공정이란?

: 열에너지 또는 전기적 에너지를 사용하여 박막을 증착하는 공정입니다.

 

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2) Step Coverage

: 증착시 위치에 따른 박막 두께의 비율

 

①  Side Wall Step Coverage

: 윗면과 옆면의 박막 두께 비율

Side Wall Step Coverage

 

②  Bottom Step Coverage

: 윗면과 바닥면의 박막 두께 비율

Bottom Step Coverage

 

 

 

Step Coverage가 나쁜 경우 Void 등의 Issue가 발생할 수 있습니다.

Void

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3) PVD / CVD

	PVD	CVD
증착 원리	물리적으로 박막 증착	가스나 전구체의 전리 반응
반응온도	비교적 저온	고온
Step Coverage	비교적 나쁨	우수

 

1. PVD (Physical Vapor Deposition)

 

1.1. Evaporation

①  Thermal Evaporation

: 증착하고자 하는 물질을 열을 가해 기화시켜 박막 형성

- 장점 : 간단한 공정, 저렴한 비용

- 단점 : 높은 오염 가능성, 화합물 증착 불가능

 

②  Electron beam Evaporation

: Electron Beam을 이용해 증착하고자 하는 물질을 가열하여 박막 형성

- 장점 : 녹는 점이 높은 물질 증착 가능

- 단점 : 느린 증착 속도

 

 

1.2. Sputtering

: 높은 에너지를 가진 이온을 증착하고자 하는 물질에 충돌시켜 기판 위에 박막 형성

- 장점 : Evaporation에 비해 Step Coverage 우수, 저온 공정

- 단점 : 웨이퍼 표면 Damage, 느린 증착 속도

 

①  DC Sputtering

→ 부도체 증착 불가

DC Sputtering

 

※ 부도체 증착이 불가능한 이유가 무엇일까요?

부도체 내에는 자유 전자가 존재하지 않기 때문에 DC 전압을 인가할 경우 양이온이 표면에 쌓여 Sputtering이 불가능해집니다.

 

②  RF Sputtering

→ DC Sputtering과 달리 부도체 증착 가능

 

※ RF 전압을 인가할 때 부도체 증착이 가능한 이유가 무엇일까요?

RF 전압을 인가하면 (+) 전압일 때, Target 표면에 있는 양이온이 중성화 되어 다시 플라즈마로 이동하여 이온화 되고,

이게 계속 반복되면서 부도체 증착이 가능합니다.

 

③  Reactive Ion Sputtering

: 비활성 기체에 반응성 기체를 투입하여 화학 반응을 일으켜 기판 위에 박막 형성

→ DC 전압에서도 부도체 증착 가능

 

 

2. CVD (Chemical Vapor Deposition)

 

주요 과정은 다음과 같습니다.

①  반응성 기체를 주입하면 반응체가 표면으로 확산하여 이동

②  기판 표면에서 물리척 흡착

③  화학반응이 이루어져 화학적 흡착

④  화학 반응 후 발생하는 부산물 증발

 

2.1. APCVD (Atmospheric Pressure CVD)

: 대기압에서 진행하는 CVD

- 장점 : 빠른 증착 속도

- 단점 : 나쁜 Step Coverage, 오염 발생 가능

 

2.2. LPCVD (Low Pressure CVD)

: 낮은 압력에서 진행하는 CVD

- 장점 : 좋은 Step Coverage

- 단점 : 느린 증착 속도, 고온 공정

따라서 하부에 Metal이 있는 경우 고온 공정이 불가능하기 때문에 LPCVD를 진행할 수 없습니다. 

LPCVD는 보통 높은 질의 박막을 얻기 위해 진행합니다.

 

2.3. PECVD (Plasma Enhanced CVD)

: 챔버 내부 반응성 기체를 주입한 후, Plasma를 이용해 반응 소스를 활성화해 기판 위에 박막 증착

- 장점 : 빠른 증착 속도, 저온 공정

- 단점 : Step Coverage 한계

PECVD는 보통 두꺼운 박막을 빠르게 증착하고 싶을 때, 또는 아래에 Metal 이 있어 고온 증착이 불가능한 상황일 때 진행합니다.

 

2.4. HDP CVD (High Density Plasma CVD)

: Deposit - Etch - Deposit을 반복하여 진행하는 박막 증착 공정

 

Depo - Etch - Depo

Step Coverage에 한계가 존재하는 PECVD의 문제점을 보완하기 위해 개발된 방법입니다.

HDP CVD의 경우 위에서 보는 것처럼 Gap Fill 특성이 좋아집니다.

 

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4) ALD

: 원자층을 한 층 씩 쌓아올려 박막을 형성하는 공정

 

원리는 다음과 같습니다. 

①  반응 소스인 전구체 주입

→ 주입된 전구체가 기판 표면으로 이동하여 기판 전체에 흡착됩니다.

②  Purge

→ 기판에 흡착하지 않은 잔여 전구체를 제거합니다.

③  Reactant 주입

→ 주입된 Reactant가 기판 표면에 흡착되어 있는 전구체와 반응하여 박막이 형성됩니다.

④  Purge

→ 반응하지 않은 잔여 Reactant를 제거합니다.

 

- 장점 : 높은 균일도 및 우수한 Step Coverage

- 단점 : 느린 증착 속도 및 복잡한 공정 과정

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이번 포스트는 여기서 마무리하도록 하겠습니다.

다음 포스트에서는 금속배선 공정에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

읽어주셔서 감사합니다.

 

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