반도체 금속배선 제조공정 (1) 물리기상증착(PVD) (종류, 방법, 장단점 등)

안녕하세요 율짓입니다.
 
오늘은 반도체 금속배선 제조공정 중 하나인 물리기상증착(PVD)를 설명드릴 예정입니다.
 

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* 박막 증착
 
1. 물리기상증착(PVD)
증착하고자 하는 재료를 진공 중에서 기화시켜 기판 표면에 증착시키는 방법
 

2. 화학기상증착(CVD)
증착하고자 하는 기체를 기판 표면 근처에서 가열하여 기판과 반응, 분해, 석출 시키는 방법

반도체 금속배선 제조공정 (2) 화학기상증착(CVD) (종류, 방법, 장단점 등)

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1. 물리기상증착(PVD)
 
 
1-1. 물리기상증착(PVD) 종류
- 기화법(Evaporation)
열을 가해 고진공 상태에서 금속 기체를 증기화해 증착시키는 방법
 
- 스퍼터링(Sputtering)
플라즈마를 이용하여 금속 타깃에서 원자를 방출시켜 기판 위에 증착시키는 방법
 
 
 
1-2. 기화법(Evaporation)
- 열증발(Thermal Evaporation)
필라멘트 증발 방식으로 많은 전류를 흘려주어 저항열에 박막을 형상하고자 하는 물질을 증발시켜
기판에 증착시키는 방법
 
- 전자빔 증발(E-beam evaporation)
열증발과 다르게 고온 필라멘트 대신 전자선을 이용하여 물질을 증발하여 기판에 증착하는 방법
 
 
 
1-3. 스퍼터링(Sputtering)
낮은 기압상태에서 두 전극 사이에 강한 전압을 가하는 경우,
전극사이에서 플라즈마에 의한 방전이 발생하고 이를 이용하여 박막을 증착시키는 방법
 

- 스퍼터링(Sputtering) 증착 방법
진공상태의 진공관에 Ar 가스를 넣고 직류를 통하면 음극에서 전자가 튀어나와 기체분자와 충돌
 
충돌한 기체분자의 일부는 Ar+ 이온상태가 되고 나머지는 이온화하지 못하여 여기 상태로 되어 곧 원래의
안정한 상태로 되돌아감
 
플라즈마 속의 Ar+ 이온은 음전기의 힘으로 음극 타깃 쪽으로 가속시켜 음극 물질을 튕겨내어
기판에 부착
 
 
-  PVD 진공 이유
증착시키기 위한 물질을 기상상태로 원료에서 기판까지 이동시켜야 하므로 원자의 평균자유이동거리를 극대화하고 
 
불순물을 최소화하여 원하는 상태의 박막을 만들기 위함
 
 
- Ar 가스 압력
높은 경우: 기상이 박막 내에 불순물로 혼입
 
낮은 경우: 플라즈마 상태의 기상이 적어서 스퍼터링 효율 저하
 
 
- 스퍼터링의 장단점
* 장점
증착속도가 CVD에 비해서 빠름
 
복잡한 조성의 합금이나 화합물의 증착이 가능
 
넓은 면적에 균일한 박막 증착 가능
 
 
*  단점
낮은 증착률
 
불순물 혼입 가능성
 
고가의 장비

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다음시간에는 화학기상증착(CVD)에 대해서 포스팅 해보도록 하겠습니다.
 
감사합니다.