[반도체 병아리반 Chap3] 반도체를 만드는 방법 및 흐름 이해하기 - Deposition

Deposition

쌓고(Deposition) - 그리고(Photo) - 깎고(Etching) 반복되는 부분에서 쌓는(Stack) 부분

반도체 3대 주요 공정

1. Deposition : 틀 위에 달고나 붓기
2. Photo : 모양으로 찍어내기
3. Etching : 테두리를 따라서 깎아내기

박막 증착 (Deposition)

• 박막(Thin film) = 1마이크로미터 이하의 얇은 막
• 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 반막을 입히는 일련의 과정

박막 증착의 필요성

• Si wafer가 전기적으로 작동할 수 있도록 특성을 만듦 ⇒ 실리콘 웨이퍼에는 전기가 통하지 않음
• PVD / CVD / ALD 방식으로 분류되어 공정 진행
• 반도체의 전기적 특성에 맞게 공정 방식 선택하여 진행

좋은 품질을 위한 3가지

1. 깨끗하게 (파티클 청소)

• 최대한 진공(Vacuum)상태를 유지

1. 폭과 깊이를 일정하게 (레이어의 틈까지 확실하게 채울 수 있도록)

• Step Coverage : 증착한 박막의 밑면과 벽면의 두께가 얼마나 다른지 알아보는 척도 일정하지 않으면 Void(공동)이 생김 ex) ㄷ 를 균일하게 쌓으면 ㄷ가 되지만 잘못 쌓으면 ㅁ으로 되며 공동이 생김

1. 전체적으로 골고루 (센터와 엣지의 높낮이 차이가 없게)

• Uniformity : 웨이퍼 전체에서 박막이 균일하게 증착되었는지 나타내는 척도5

진공이란

• 이상적인 진공 : 공간 내에 어떠한 입자도 존재하지 않음
• 과학적인 진공 : 대기압보다 낮은 압력 상태
• 증착 공정에서의 필요성 : 증착과정에서 불순물이 유입되면 그 불순물로부터 Crack 혹은 pinhole이 발생함

평균 자유 행로 (Mean Free Path)

• 직선적으로 움직이는 분자가 서로 충돌하기까지의 평균 이동거리
• 고진공일수록 내부의 물질(파티클)이 적어서 거리가 짧아짐

박막 응력 (Stress)

• 박막 형성 도중에 응력이 발생하고 기판과의 접착력으로 인해 발생하는 결함
• ex) 두 물질간의 인장력이 다를때 휘어지는 것

박막 증착 공정의 분류

• PVD (Physical Vapor Deposition)
  • E-beam Evaporator
  • Sputter
• CVD (Chemical Vapor Deposition)
  • LPCVD (Low Pressure CVD)
  • PECVD (Plasma Enhanced CVD)
  • MOCVD (Metal Organic CVD)
  • ALD
    • Thermal ALD
    • PEALD (Plasma Enhanced ALD)

PVD

• 열 or 전자 등의 물리적인 방법으로 금속과 같은 target 물질을 기판 위 박막으로 형성하는 공정 기법
• 특징 : 고진공, 빠른 공정 속도

CVD

• 챔버 내의 가스를 열 or 플라즈마를 이용하여 분해한 후 화학반응을 일으켜 기판 위에 증착하는 공정 기법
• 특징 : 박막 두께 조절 용이, Step Coverage 우수, 유독 가스 사용으로 비교적 위험
  • Step Coverage : 높낮이 간의 사이없이 웨이퍼에 일정한 두께로 쌓임

ALD (Atomic Layer Deposition)

• 원자 층을 한층씩 쌓아 올려 막을 형성하는 공정 기법
• 특징 : 얇은 두꼐의 박막 형성 가능, 느린 증착 속도, 박막 균일도 우수, 낮은 온도에서 공정 가능

PVD, CVD, ALD간의 비교

공정난이도, 품질, 위험성 : PVD < CVD < ALD

생산속도 : PVD > CVD > ALD

PVD (Physical Vapor Deposition)

Evaporation

• 진공 중에서 증착 물질을 증발시켜 Wafer에 증착
• Thermal Evaporation : 물질을 열로 증발시키는 방법
• E-beam Evaporation : 물질을 Beam으로 가열하여 증발시키는 방법
• ex) 물을 끓일때 냄비 뚜껑에 수증기가 맺히는 형태

Sputter

• 이온 충돌에 의해 표면으로 튀어나온 원자를 기판으로 이동시켜 증착하는 방법
• ex) 나무에 쌓인 눈을 떨어뜨려서 쌓는 형태

Evaporation, Sputter간의 비교

품질, 비용 : Evaporation < Sputter

증착속도 : Evaporation > Sputter

CVD (Chemical Vapor Deposition)

APCVD (Atmosphere Pressure CVD, 대기압 CVD)

• 진공 상태가 아니므로 반응 gas가 많음
• 박막 품질 저하, 불순물 많음
• 간편한 공정, 공정 비용 저렴

LPCVD (Low Pressure CVD, 저진공 CVD)

• 저진공 상태이므로 고온 공정 진행
• 낮은 증착 속도
• 비교적 좋은 박막 품질
• 대용량 wafer 처리 가능

PECVD (Plasma Enhanced CVD)

• 플라즈마로 반응 gas를 충격을 줘 박막 증착
• 저온 공정 가능
• 빠른 증착 속도
• Plasma Damage로 인해 절연체 증착용
• 품질이 좋지 않음