안녕하세요, 송송입니다. 저번 시간엔 증착 공정에 대해 간단히 알아보았는데요, 증착하는 방법에 따라 CVD, PVD로 나뉜다고 말씀드렸었죠? 이번 시간에는 CVD와 PVD에 대해 알아보겠습니다.
그럼 바로 시작하시죠.
1. CVD(Chemical Vapor Deposition) : 화학적 기상 증착법
- 반응기 안에서 화학 증착 반응 기체들을 주입하여 화학 반응에 의해 생성된 고체 화합물을 증착시키는 방법
*말이 어렵죠. 간단히 가볼게요. 반응기=챔버 챔버 안에 우리가 증착하고자 하는 물질을 생성할 수 있는 반응성 가스를 주입하여 얘네들이 화학 반을 후 막을 형성시키는 방법입니다.
- CVD에서 내가 원하는 막을 증착시키기 위해서는 어떤 반응성 가스를 사용해야할지 잘 알아놔야겠죠?
▶ CVD 기본적 순서를 알아보겠습니다.
1) 화학 반응의 전구체(Precursor)를 확산시킵니다.
* 전구체가 뭔데? - 어떤 화학 반응을 통해 A라는 물질을 만들 때, 최종 물질인 A가 되기 바로 이전 단계의 물질
한마디로, 내가 원하는 물질이 있는데 그걸 바로 넣을 수 없잖아요! 그러니 그 물질을 만들기 위한 어떤 반응 물질이라고 생각하시면 됩니다. 각 형성하는 물질마다 사용되는 전구체가 있습니다!
2) 전구체 기판 표면에 흡착
3) 표면에서 화학반응(원하는 물질 형성), 화학 반응이 일어난 물질은 표면에서 확산되면서 퍼지게 됨
4) 반응의 부산물들 탈착
5) 반응의 부산물들 밖으로 내보냄
* 화학 반응을 통해 우리가 만들고자하는 막을 증착시키게 되는데, 적절한 퍼지를 통해서 반응 후 부산물들이나, 불순물들을 내보내줍니다.
CVD의 증착 속도는 온도에 따라 다르게 나타나게 됩니다.
- 높은 온도 영역의 경우에는 확산(Diffusion)에 의존하게 됩니다.
즉, 온도 ↑, 화학 반응 속도 ↑
- 낮은 온도 - 반응(Reaction)에 의존하게 됩니다.
기체 확산 속도가 일정하기 때문에 가스가 지나가며 실리콘(기판)에 닿는 부분에서 발생하는 반응성이 증착 속도에 영향을 미치게 됩니다.
▶ 장점
1) 증착되는 박막의 순도가 높다.
2) 화학적 결합으로 인해 PVD보다 결합력이 강하다.
3) 대량 생산 가능하다 → 한 배치에 많이 넣으면 되니까!, 그러나 이 경우에는 각 배치 구간마다 균일성이 안좋을 수도 있어요. 이건 로딩 이펙트라는 현상 때문인데, 이 현상과 비슷한 경우는 이전 글에 나와 있습니다.
2023.07.02 - [분류 전체보기] - 반도체 공정 간단히 알아보기 part.2 @ 산화 공정(2/2)
반도체 공정 간단히 알아보기 part.2 @ 산화 공정(2/2)
네, 송송입니다. 저번 포스팅에서 실리콘 산화에 대해 간단히 알아봤습니다. 이번엔 예고 대로 열산화(Thermal oxidation)법에 대해 알아보겠습니다~ 1. Thermal oxidation - 노(로) Furnance를 이용하여 고온(9
ssongsong23.tistory.com
4) 복잡한 형태 위 균일한 코팅 가능 → 아무리 형태가 이상해도 어차피 화학반응에 의한 증착이므로 붙겠죠?
5) 여러 가지 종류의 원소 및 화합물 증착 가능 → 증착하고자하는 물질의 전구체를 적절하게 활용하면 가능합니다.
6) PVD보다 우수한 Step coverage를 갖는다.
7) 플라즈마를 사용한 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)의 경우 저온 공정도 가능하다.
▶ 단점
1) Coating 반응에 대한 기판 안정도를 고려해야한다.
* 무슨말이냐.. 예를 들어볼게요. 내가 우리집 마우스에 어떤 물질을 증착시키고 싶은데.. 우리집 마우스는 맨들맨들 플라스틱이라 원하는 물질이 잘 안달라붙을 수도 있는거죠. (물론 실제로 안붙는다 붙는다는건 모릅니다 .예시니까 넘어가자구요)
제 말은, 증착하고자 하는 물질을 찾아도 그 물질이 기판과의 상호작용이 되지 않을 수 있다는 겁니다. 막이 형성되지만, 바로 박리가 될 수 있는것이죠 또는 아예 반응을 안하거나.
그렇기 때문에 CVD 공정을 진행 할때는 기판과의 안정성도 충분히 고려해봐야하는 상황입니다.
2) 기판과의 증착 재료 간 열팽창계수 차이를 고려해야함
*열팽창계수는 온도가 올라감에따라 팽창하는 정도를 나타내는 수치입니다. 얘가 높으면 어떨까요? 더 많이 팽창하게 되겠죠? 그런데 이 수치가 서로 너무 다르다면 두 물질간의 팽창 정도가 달라서 박리현상이 일어나게 되겠죠.
3) 위험한 가스의 사용
* 가스하면 일반적으로 위험한거 같죠? 네 거의 80%는 맞습니다. 물론 우리에게 위험하지 않은 가스들도 있지만, 주로 반도체 공정에서 사용하는 반응성 가스들은 Toxic한 가스들이 많이 있습니다. 예를들면 F(플루오린), Cl(염소) 매우 독한 가스이기 때문에 항상 주의해서 Leak가 있는지 잘 체크하고 사용하셔야합니다.
4) 장치가 복잡함
*이런 장비들은 보통 여러 STEP으로 나눠져 있기 때문에, 조작이 복잡할 수 있습니다. 그렇기 떄문에 조작 방법을 잘 숙지하여 사용해야합니다. 고가의 장비들의 경우.. 잘못하면 OUT!!
▶ CVD 구조
▶ CVD 종류
- Themal CVD, LPCVD, PECVD 등 있습니다. 대표적인 3가지만 말씀드리도록 할게요.
1) Thermal CVD : Hot wall 방식과 Cold wall 방식으로 나뉩니다.
- 뭐 해석 그래도 챔버 벽이 Hot이냐 Cold이냐 차이입니다.
* Hot wall : 챔버 전체를 가열하여 한번에 여러 기판 증착이 가능하다. 그러나, 챔버 벽에서도 증착이 발생하기 때문에 이로 인해 오염 가능성이 높다.
* Cold wall : 챔버 전체를 가열하는 방식이 아닌, 코일에 의한 기판만 가열하는 방식. 챔버 벽에 증착이 되지 않기 때문에 오염 가능성이 Hot wall 방식보다 적겠죠?
2) LPCVD(Low Pressure CVD) : 저기압 CVD. 압력이 내려감에 따라 평균자유행로가 증가하여 확산이 더 많이 일어나게 됩니다. 약 500 ~ 800℃ 반도체 박막의 경우, IC내 트랜지스터의 게이트 층으로 사용되는 다결정 실리콘이 LPCVD법에 의해 증착되고 있습니다.
3) PECVD(Plasma Enhanced CVD) : 최상층에 금속 배선 위를 덮는 보호막인 Si3N4 박막과 금속 배선층간 절연막인 SiO2 박막 등은 PECVD 방식에 의해 증착되고 있습니다. 원리는 CCP와 비슷한 맥락입니다.
- 원료 기체들을 플라즈마 상태로 만들어 박막 형성하는 방식으로, 저진공 조건에서 증착되고 있습니다.
- 고온 공정에 경우는 웨이퍼 위 Al 도건이나 유리 기판이 높기 때문에 제약이 있습니다. (저온 공정 필요로 함 약 400 ℃)
- 특히, OLED의 경우 수분이나 산소에 취약하기 때문에 소자와 산소와의 접촉을 막아주는 PECVD 공정 방식이 사용되고 있습니다.
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설명하다보니.. CVD만 해도 꽉 차버렸네요. 그럼 한 템포 쉬고 다음 포스팅에서 PVD를 마저 설명해보도록 하겠습니다.
PVD의 경우는 제가 식각 공정에서 설명했던 Sputtering 방식과 같기 때문에 어렵지는 않을겁니다.
다들 화이팅하세요!