[반도체 공정] 박막 증착(Deposition) (1)

박막은 얇은 막을 뜻하는 데요. 기본적으로 박막증착이란 얇은 막을 쌓아 올린다고 생각하시면 됩니다. 마치 햄버거나 샌드위치를 만들기 위해서 빵 위에 양상추, 패티, 소스, 베이컨 등등을 올리는 것과 비슷합니다. (여기서 햄버거, 샌드위치 = 완성된 Device, 재료들: 박막)

*박막의 제조방법

박막의 제조방법으로는 크게 세 가지가 있습니다.

첫 번째로 화학 기상 증착(CVD, chemical vapor deposition), 두 번째로 물리기상 증착(PVD, physical vapor deposition), 세 번째로 원자 층 박막증착(ALD, atomic layer depositon)이 있습니다.

*CVD 공정

먼저 CVD 공정부터 설명해 드리겠습니다.

CVD 공정은 아까 말씀드렸듯이 chemical vapor deposition이잖아요? 뭔가 느낌이 화학적인 반응을 일으켜서 증착을 시킬 것 같지 않으세요? 네 맞습니다. 화학적 반응을 일으켜 박막을 기판 위에 만드는 것입니다. 실제로 CVD는 상대적으로 낮은 온도에서 고품질의 층을 만들 수 있습니다. 또한, 다양한 종류의 박막을 형성할 수 있는 데요, 이에 반해 PVD 공정은 Target 물질을 물리적인 힘을 가해서 분리된 물질들을 기판에 쌓는 형식인데, 쉽게 분리가 되지 않는 물질들이 있겠죠? 이러한 물질들은 PVD를 이용해 Deposition 하는 데 한계가 있습니다.

*CVD 공정 종류

CVD 공정의 종류는 APCVD(atmospheric, 상압), LPCVD(low pressure, 저압), PECVD(plasma enhanced, 플라즈마 보강), EECVD(energy enhanced, 에너지 증속형), MOCVD(metalorganic, 유기금속) 등이 있습니다.

*CVD 공정 메커니즘

기본적인 메커니즘은 전구체를 reaction Chamber(공정이 일어나는 통) 안에 넣습니다. 그리고 이 전구체들은 

(1) 내부에서 확산(diffusion)하고

(2) 기판표면에 흡착(adsorption)하고

(3) 표면에서 반응(chemical reation)하고

(4) 반응하고 필요 없는 물질들이 탈착(desorption) 됩니다.

(5) 그리고 이 필요 없는 물질들은 밖으로 배출시켜 줍니다.

더욱 이해하기 쉽게 예를 들어 설명해 드릴게요.

Ex) 기체상태의 물질 A와 B를 챔버 안에 주입합니다. 여기서 A와 B는 내부에서 확산하고 뜨거운 기판표면에 흡착합니다. 그리고 기판의 열에 의해 A와 B가 화학반응하여 C라는 물질이 생성되어 박막이 형성되는 것입니다. 그 과정에서 나온 부산물(Byproduct) D라는 물질은 필요 없으니 밖으로 배출시켜 줍니다.

대표적인 CASE: SiH4 + O2 = SiO2 + 2H2(Byproduct)

*용어 정리

전구체: 여기서 전구체란 영어로 precursor라고 하는 데요. 뜻은 ‘내가 원하는 만들고자 하는 물질의 전 단계’라고 생각하시면 될 것 같습니다. 도대체 뭔 소리냐.. 위의 예로 생각하자면 A와 B가 전구체입니다. 원하고자 하는 물질은 C겠죠?