[엔지닉]반도체 8대 공정, 박막 증착 공정

안녕하세요, 동동이입니다😊
엔지닉 반도체 8대공정 빡공스터디 7일차, 식각 공정입니다!
바로 정리 들어가볼까요?

7일차 인증

7일차 인증

화학 기상 증착(CVD)
- 전구체로 부르는 기체 상태의 분자를 기판 표면에 고체 상태의 필름 형태로 변환시키는 화학 반응
- 웨이퍼 표면에 경계층을 통해 반응 가스의 확산하여 이동 → 웨이퍼 표면에 반응물이 흡착 → 표면에서 분해, 반응, 이동, 고착 반응이 일어남 → 웨이퍼 표면에서의 부산물 탈착(기체) → 경계층을 통해 부산물의 확산, 이동

열 화학적 기상 증착(Thermal CVD)
상압(AP) CVD
- 400~500 ºC, 대기압
- 증착 속도 LP대비 높음, 설비구조 단순(진공, 플라즈마 필요X)
- 생산성 낮음, 균일도 낮음, 불순물 농도 높음, 계단 피복 능력 낮음

저압(LP) CVD
- AP-CVD의 단점을 보완
- 저압에서 증착속도↓, 고온
- 고온/저압 증착 → 막질↑, MFP↑ → 계단 피복능력↑

플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)
- 열에너지가 아닌 반응가스를 플라즈마 상태의 활성종을 이용하여 증착 (샤워 헤드형 반응 챔버로 반응 가스 주입 / 불완전한 결합구조를 갖는 자유 활성종 이용)
- 저압, 저온에서 진행
- 저온 증착, 빠른 증착 속도 등의 장점이 있으나, 불순물 함유량이 많고 불균일한 증착 특성 등의 단점을 가짐

원자층 증착(ALD)
- 화학 기상 증착 기술과 유사한 화학 흡착을 통한 원자층 수준의 박막의 증착 공정
- 전구체가 동시에 주입되지 않고, 각 반 주기 동안 별도로 주입됨

물리 기상 증착(PVD)

진공 증착(Evaporation)
- 열 에너지/전자빔 등을 통해 금속 소스를 가열, 기체 상태가 증발되면 기판이 응축되어 박막이 증착됨.
- 고진공에서는 입자 직진성이 커 그림자 효과가 발생하여 피복능력이 줄어듬
- 고융점 금속 및 합금 증착이 어려움

스퍼터링(Sputtering) 증착
- 아르곤 가스를 주입하여 고 전기장에서 플라즈마를 생성
- 진공 증착 대비 고압인 이유 → 충돌에 의한 피복 능력을 개선하기 위함임
- 플라즈마 내 아르곤 이온이 원재료와의 충돌하여 원재료 스퍼터링이 일어남. 이를 통해 입자가 떨어져 나와 웨이퍼에 증착됨
- 원재료부터 2차 전자가 발생하여 이온화에 참여함
- 원재료의 크기가 웨이퍼 크기보다 커, 증착 균일도가 증가함

DC 마그네트론 스퍼터링(Magnetron Sputtering)
- DC 스퍼터링이므로, 스퍼터링 효율이 낮고, 증착속도가 낮음
- 자석이 음극인 타겟 뒤쪽에 위치하여 플라즈마 내 전자의 나선형 원운동을 유도함
- 자석 근처에만 전자를 묶어 두어 전자가 챔버 벽 및 전극 충돌을 감소함
- 이온과의 충돌 확률이 증가하여 고밀도의 플라즈마가 생성되며, 이는 증착 속도를 개선시킴
- 플라즈마가 집중된 지역에서는 타겟의 불균일이 소모되어 증착 두께 균일도가 떨어짐.

1. ALD공정과 CVD공정의 차이점에 대해 정리해보세요.
- 두 공정 모두 기상의 전구체를 진공 상태의 챔버에 주입함
- ALD공정 : 시간에 따라 순차적으로 주입 / 전구체는 열분해 되지 않아야 함 / 전구체의 반응성이 매우 높아야 함 / 자기 제한 특성으로 정확히 제어하지 않아도 무방함 / 퍼지 시간을 짧게하기 위해 챔버의 크기를 가능한 한 작게 해야 함
- CVD공정 : 모든 전구체가 동시에 주입함 / 전구체는 공정 온도에서 열분해 됨 / 온도를 올려주면 되므로 반응성이 낮아도 무방함 / 전구체 가스 유량을 세밀히 제어해야 함 / 챔버의 크기가 상대적으로 큼

2. 진공 증착에 대해 아는대로 작성해보세요.
- 물리 기상 증착은 진공 증착(Evaporation)과 스퍼터링 증착(Sputtering) 등으로 나눌 수 있음.
- 높은 진공 상태에서 진행되며, 입자의 직진성에 의해 그림자 효과가 발생, 피복능력이 떨어짐.
- 이는 웨이퍼를 회전시키거나 웨이퍼 기판을 가열하여 증착된 입자의 표면 이동도를 높여 개선 가능함
- 현대 반도체 제조에서는 거의 사용되지 않음.