반도체 8대 공정 중 증착 공정에 대해 알아보겠습니다.
증착 공정, Thin film 공정은 크게 Chemical Vapor Depostion 과 Physical Vapor Deposition으로 나뉩니다.
먼저 Chemical Vapor Deposition 즉, CVD에 대해 알아보겠습니다.
CVD은 Chemical Vapor Deposition으로 한국말로 해석하면 '화학적 기상 증착'이다. 즉, 증착물질을 화학반응을 통해서 웨이퍼 위에 증착하는 방법이다. 그 원리에 대해 좀 더 자세히 살펴보면
1. 기판 위에 증착될 원료가스들이 챔버 내로 주입된다.
2. 가스들이 기판으로 이동한다.
3. 열에너지 등으로 인해 화학반응이 일어나 박막 전구체가 만들어진다.
4. 박막 전구체는 기판 표면에 흡착되고 확산한다.
5. 기판 표면에서 일어나는 반응을 통해 박막이 형성된다.
6. 표면 반응 이후 휘발성 부산물은 떨어져 나간다.
또한, CVD는 증착방법에 따라 여러 종류로 나뉜다.
Plasma를 이용해 증착하는 Plasma Enhanced CVD는 낮은 온도 (약 150 ~ 450℃)에서 증착이 가능하고 플라즈마의 반응성이 활발하기 때문에 반응속도가 빠르다. 하지만 비싼 장비 비용과 막질의 상태가 좋지 않고 낮은 Step Coverage가 발생한다는 단점이 있습니다.
PVD는 Physical Vapor Deposition으로
CVD와 PVD 이외에도 반도체 박막을 만드는 기법으로 ALD(Atomic Layer Deposition)이 있습니다.
ALD의 특징은 PVD와 같은 물리적 방식이 아닌, CVD와 유사한 화학적 방식이라는 것입니다. 하지만 PVD나 CVD는 여러 입력 소스를 동시에 공급해 여러 분자들이 표면에서 반응하면서 한꺼번에 막이 쌓이게 하는 방식인 반면, ALD는 입력 소스들을 순서에 맞추어 차례로 공급하여 단원자(혹은 분자) 층이 한 사이클 당 한 개 원자층(Mono Layer: ML)이 쌓이도록 합니다. 또한 쌓이는 방식은 엄밀히 말해 PVD나 CVD같은 증착이 아닌 흡착방식으로, 갭이나 트랜치의 벽면에도 잘 달라붙는 성질을 갖습니다. 1차 소스(전구체)를 프로세스 챔버에 넣으면 먼저 표면에 흡착이 일어나고, 뒤이어 다른 종류의 2차 소스(반응체)를 넣으면 1차 흡착된 물질과 화학적 치환이 일어나서 최종적으로 제3의 신규물질(막)이 생성됩니다. 결국 1개 층만 표면에 흡착되어 달라붙게 되는 것이죠.