반도체 8대 공정 박막공정

공부 출처는 삼성 반도체이야기, 네이버 빛의 디스플레이 블로그를 주로 참고했습니다.

반도체의 공정은 크게 8가지로 구성되어 있어 8대공정이라 불립니다.

웨이퍼 공정 - 산화공정 - 포토공정 - 식각공정 - 박막공정 - 금속공정 - EDS 공정 - 패키지 공정

이번 글은 박막공정에 대해서 다뤄보겠습니다.

박막증착공정(Thin film Deposition)

우선 박막(Thin film)은 1um이하의 매우 얇은 막을 말합니다. 박막은 매우 미세하기 때문에 정교하고 세밀한 기술이 필요합니다.

반도체 공정에서는 원하는 전기적 특성을 가지기 위해 분자 또는 원자 단위의 물질을 박막 단위로 촘촘히 쌓습니다.

그리고 분자 또는 원자 단위의 물질을 쌓는 것을 증착이라고 합니다.

이 증착은 방법에 따라서 물리기상증착법(PVD), 화학기상증착법(CVD)으로 나뉩니다.

물리기상증착법은 주로 금속증착에 사용하고 화학기상증착법은 실리콘, 유전체 증착에 사용합니다.

물리기상증착법에는 Thermal Evaporation, E beam Evaporation, Sputtering 가 있습니다.

Thermal Evaporation = 열을 통해 증착 물질을 증발시켜 기판에 증착

https://www.researchgate.net/figure/265051181_Schematic-of-thermal-evaporation-40

E beam Evaporation = 전자빔을 통해 증착 물질을 증발시켜 기판에 증착

http://civilengineersforum.com/8-electron-beam-evaporation-facts/

Sputtering = 플라즈마를 이용하여 기판에 증착

http://lnf-wiki.eecs.umich.edu/wiki/Sputter_deposition

화학기상증착법에는 대표적으로 APCVD, LPCVD, PECVD, HDPCVD, ALCVD가 있습니다.

현재는 화학기상증착법을 많이 사용하고 특히 그 중에서도 플라즈마 CVD (PECVD)를 저온에서 형성 가능하고 두께 균일도를 

조절할 수 있고 대량 처리가 가능하다는 이유 때문에 가장 많이 사용합니다.

https://www.oxford-instruments.com/products/etching-deposition-and-growth/plasma-etch-deposition/pecvd

Sputtering과 PECVD가 헷갈렸는데 Sputtering은 플라즈마 상태를 물리적으로 이용하여 Ar+기체가 Target을 때려 나온 부스러기가 증착되는 

과정이고 PECVD는 증착시킬 기체를 플라즈마 상태로 만들어 화학적으로 기판에 증착하는 과정입니다. 

HDPCVD, ALCVD 둘다 Step coverage를 좀 더 개선하기 위한 과정입니다.

HDPCVD는 증착, 식각을 동시에 진행하는데 이 비율을 잘 조절 함으로써 공간이 확보되어 Void(빈공간 = 결함)를 더 잘 피하게 됩니다.

ALCVD는 기판에 붙어있는것만 반응식을 통해 증착되어 거리에 상관없이 균일한 박막을 쌓을 수 있지만 한층 한층 쌓기 때문에 속도가 느립니다. 

https://www.materialstoday.com/nanomaterials/comment/chemistry-at-the-bottom-atomic-layer-deposition/

이렇게 크게 PVD(물리), CVD(화학), ALD(원자층)라고 분류합니다.

증착 시 중요한 부분은 전기적, 물리적 특징과 두께 균일도, Step coverage 입니다.

화학기상증착법이 step coverage가 더 좋은데 step coverage는 쉽게 얼마나 고르게 박막이 되었는가 라고 생각하면됩니다.

step coverage = s1/t, s2/t

Aspect ratio = 종횡비 , 높을수록 균일화가 어렵다.

이 밖에도 스핀 온 글라스, 도금이 있습니다.

스핀 온 글라스는 감광액을 도포할 때 처럼 회전력을 이용한 과정입니다.

수평적인 유전체 증착에 주로 사용합니다.

증착시 위와 같이 빈 공간이 생기게 되면 결함입니다. 빈 공간은 void라고 불립니다. 

균일하지 못하게 증착이 일어나면 Void가 생깁니다.

증착공정을 통해 형성된 박막은 전기적인 신호를 연결해주는 금속막과 

내부 연결층을 전기적으로 분리하거나 오염원으로부터 차단해주는 절연막층으로 구분됩니다.

그리고 박막은 높은 온도에서 품질 좋은 박막이 형성됩니다. 높은 온도로 움직일 수 있는 에너지를 갖고 움직이다가 

가장 안정된 위치에 결합될 확률이 크기 때문입니다.

속도에는 상관이 없습니다. 확산 속도를 높여주면 속도가 증가합니다!