[Depo] ALD Process

ALD (Atomic Layer Deposition)

반응가스의 표면 흡착반응을 이용하여 원자층 단위로 박막을 형성하는 증착법

 

 

흡착

1. Chemical Bond

원자들 간에 힘이 작용하여 안정한 화합물을 형성하기 위한 결합으로, 결합력이 강하다 (화학흡착)

 

- 이온결합 : 전기음성도 차이가 큰 원자들 사이의 결합으로 일반적으로 양이온과 음이온 사이의 결합

- 공유결합 : 전기음성도 차이가 작은 원자들 사이의 결합으로 전자쌍을 두 원자가 공유하는 형태의 결합

- 금속결합 : 금속원자의 전자들이 떨어져나와 자유전자를 형성하는 결합 

 

2. 분자간력 

 서로 다른 두 분자의 약한 정전기적 인력에 의한 결합으로 화학결합에 비해 결합력이 약하다 (물리흡착)

 

- 수소결합 : 전기음성도가 큰 원자(F, O,N)가 이웃한 다른 분자의 수소원자 사이의 강한 쌍극자 인력

- 반데르 발스 힘 (Vander Waals Force) 무극성 분자에서 전자의 운동으로 형성된 순간적인 쌍극자와 유발 쌍극자 사이의 인력

- Keesom 힘 : 쌍극자-쌍극자 인력

- Debye 힘 : 쌍극자-유도쌍극자 인력

- London 힘 : 분산력, 유도쌍극자-유도쌍극자 인력

 

- 결합의 세기

이온결합>공유경랍>금속결합>>>>>수소결합>반데르발스 힘

 

 

ALD cycle

전구체가 기판 표면에 흡착되는 원리를 이용하여, 한 싸이클 당 한 개의 원자층이 증착됨

자기제한적 반응으로 전구체가 1개의 층만 쌓임

https://www.adekakorea.co.kr:57356/kor/rd/equipment.php

1. 표면흡착반응

- 전구체 A를 가스형태로 챔버로 주입하면, 전구체와 기판간 화학결합하여 표면에 흡착됨 (화학흡착 : 기판↔전구체)

- 전구체끼리는 Vander waals 힘에 의해 물리흡착하여 쉽게 떨어진다 (전구체↔전구체)

2. Purge

- 남은 잔여가스를 퍼지가스와 함께 챔버 외부로 배출

3. 막 생성

- 전구체 B를 주입하면 표면의 전구체 A와 반응하여 막 생성

  1차 흡착된 전구체 물질과 2차 물질간 화학적 치환반응으로 신규 막 생성

4. Purge

- 퍼지가스를 사용하여 남은 잔여가스 배출

 

 

ALD 특징

자기 제한적 표면반응

1Cycle에 오직 1개의 원자층만 형성

nono 단위로 박막의 두께를 정밀하게 제어 가능

 

장점

- Step Coverage가 우수함

- 저온공정 가능 (200~400도)

- 고품질의 박막 증착??? → CVD보다 낮은 공정온도로, 막의 물성이 떨어짐

- 박막두께 정밀제어 가능

 

단점

- 공정속도가 느리다

- 저온 공정으로 막의 물성이 떨어진다

- 전구체를 선택하는데 한정적임

   → thermal 안정성이 좋아야 함

   → chemical reactivity가 좋아야 함

   → 증기압이 높아야 함

- 공정가능한 온도범위가 좁다

   → 온도가 낮을 때, 활성화 에너지가 부족하여 막 성장속도가 느림

   → 온도가 높을 때, 반응가스의 열분해로 CVD 반응이 일어난다

 

 

DRAM의 커패시터, 케이트 옥사이드, 메탈 베리어

NAND의 적층구조를 위한 절연막, 금속막

 

 

+ PEALD

플라즈마를 이용한 ALD로, 반응을 위한 활성화에너지를 온도가 아닌 플라즈마로부터 얻기 때문에 ALD보다 낮은 온도에서 사용가능