안녕하세요, 송송입니다. 이번 시간엔 끔찍한 식각 공정에 관한 이야기는 내던져 버리고 다음 공정으로 넘어가보겠습니다. 이번엔 증착(Deposition) 공정에 대해 간단히 알아보겠습니다. 지금까지 우리가 했던 식각은 원하는 물질을 깎아 내는거라면, 증착은 우리가 원하는 물질을 쌓는 것입니다. 매우 간단하죠?
그럼 같이 한번 알아가봅시다.
1. 증착(Deposition) 공정 이란?
- 반도체 소자를 구동하기 위해 웨이퍼 위 박막의 두께로 분자 또는 원자 단위의 물질을 막(Film)으로 입혀 전기적 특성을 갖게 하는 공정
* 원하는 박막을 씌우는 일은 고난이도 기술력이 필요한 작업이라고 할 수 있습니다.
(웨이퍼 위에 Uniformity 한 박막을 덮는 일이 그렇게 쉬운일은 아닙니다.)
우리는 굳이 따지자면 거시적 환경에서 생활하기 때문에 1 mm 정도의 오차도 충분히 균일성 있다고 넘어가지만, 박막의 세계에서의 1mm 오차는 한국이 뒤집히고, 세계가 경악하는.. 네 뭐 그정도 오차라고 하겠습니다.
2. 박막(Thin film) 이란?
- 1 um 이하의 얇은 막을 뜻합니다.
이게 어느 정도냐.. 우리 거시적 환경에서 예를 들어보겠습니다.
반경이 100 mm인 웨이퍼에 1 um 박막을 씌우는 것은 반경 100 m 크기의 운동장에 모래를 1 mm이하의 두께로 균일하게!! 쌓는 것 정도입니다.
내일부터 선생님이나 교수님이 운동장가서 모래를 1 mm이하의 두께로 균일하게 쌓아오세요~ 하면.. 벌써부터 어지럽겠죠?
그만큼 우리가 원하는 박막을 원하는 두께만큼 균일하게 증착하기는 어려운 기술입니다. 그렇기 때문에 어떻게 하면 얇고 균일한 막을 증착시킬 수 있는지 알아보죠.
그 전에 증착 공정에서 많이들 사용하는 용어를 한 번 짚고 넘어가겠습니다.
▶ Step coverage : 증착된 Flim의 표면 지형
- 증착한 후에 벽면에 쌓여있는 S1, S2의 두께와 평펴한 기판에서 쌓인 두께를 비율로 나타낸 식입니다.
- 일반적으로는 벽면과 동일하게 증착되어야 우수한 step coverage를 가졌다고 할 수 있죠 (=1)
같이 생각해봅시다. 증착되는 물질이 아래 그림에서 어느쪽에 먼저 붙을까요?
네. 당연히 높은 부분 즉, 붙기 쉬운쪽부터 붙겠죠? 그렇게 되면 아래 그림처럼 두께가 일정하게 쌓여지지 않고 위쪽 부분이 볼록한 Bottleneck(병목현상)이 형성되게 됩니다. 만약에 Width가 더 좁아진다면? Bottoleneck 현상이 더 심해지겠죠.
그럼 저~ 아래에 있는 곳을 증착시키려면 어떻게 해야할까요?
지금껏 잘 배우신 분이라면 눈치 채셨을겁니다. 평균자유행로(Mean Free Path)를 이용할겁니다.
평균 자유행로 유도 식 기억하시나요?
높은 온도, 낮은 압력을 가질수록 평균자유행로는 커질겁니다. 그렇다면 분자 또는 원자 하나가 어디 부딪히지 않고 더 멀리 날아가겠죠. 그럼? 저기 아래에 있는 곳까지 닿을 수 있을겁니다.
어딜가도 기본이 되는 용어들을 잘 숙지한다면 잘 끼워넣을 수 있습니다.!!
* 식각 공정에서 배운 Aspect ratio와 비슷한 맥락입니다. → 식각의 경우도 HAR(High A
spect Ratio)을 식각하기 위해 여러 방법을 동원하고 있는데요, 마찬가지로 증착 공정에서도 HAR에서 증착하기 어렵기 떄문에 다양한 방법들이 사용되고 있습니다.
▶ Void : 구멍 → 균일하게 증착되지 않으면 막 표면에 void가 형성됩니다. (미세구조 분석시 관찰 가능)
* 식각도 마찬가지겠지만, 증착의 경우는 내가 원하는 물질을 얼마나 잘 쌓았는지 확인하는게 필수적입니다. 그렇기 떄문에 자주 사용되는 분석기기는 SEM, TEM, Ellipsometer 등 다양하게 사용되고 있습니다. 이 외에도 많지만, 분석이 쉬운 3가지만 간단히 얘기하죠,
→ 추 후, 분석기기에 관한 소개도 해볼게요.
3. 증착 기술
- 증착의 방법으로는 크게 물리적 기상 증착법(PVD, Physical Vapor Deposition)과 화학적 기상 증착법(CVD, Chemical Vapor Deposition)으로 나뉩니다.
- PVD의 경우 금속 박막 증착에 주로 사용되고 있으며, 말 그대로 물리적 반응으로 증착하는 형태기 때문에 화학 반응이 수반되지 않습니다.
- CVD의 경우는 가스에 의한 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지가 부여된 증기 형태로 쏘아 증착시키는 방법으로, 주로 도체, 부도체, 반도체 등 다방면으로 사용되고 있습니다.
위 그림을 보시면 (a)의 경우 Step coverager가 매우 우수하죠? 가장 이상적인 증착 형태를 나타내고 있습니다.
주로 CVD에서 볼 수 있는 형태입니다. 예시로 들어서 그렇지 CVD가 항상 저렇게 우수한 품질로만 나오진 않습니다.
그렇다고 PVD가 저렇게 나쁘게만 나오는것도 아닙니다.. 참고만 해주세요!
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그럼 다음 포스팅에는 CVD와 PVD에 대해서 얘기해보겠습니다.
이번 증착 공정도 간단히 뿌셔봅시다. !!