[Depo] PVD - evaporation, supttuering

PVD (Physical Vapor Deposition)

물리적 반응으로 증기를 이용해서 박막 형성

반도체 공정에서 주로 금속배선을 형성하는 데 사용

evaporation

- 열 에너지로 타겟 물질을 휘발시켜 기판위에 증착

- low adhesion, bad step coverage, bad uniformity

장점

간단하고 저렴한 공정

plasma 생성장치 필요X

- 단점

박막의 품질이 떨어짐

 

1. thermal (저항 가열 증착)

sciencedirect.com

전기를 이용해서 증발원 가열

녹는점이 높은 금속 히터에 박막원료를 놓고, 히터에 전류를 흘려 가열

2. e-beam (전자빔 가열 증착)

sciencedirect.com

전자빔 (e-beam)을 타겟에 쬐어 타겟만 직접 가열

 

 

sputtering

이온 충돌에 의해 고체 표면에 위치한 원자가 방출되어 기판위로 날아가 박막생성

- 플라즈마 상태의 양이온이 target물질과 충돌하여 target물질에서 원자 방출

- evaporate방식보다 good adhesion, good step coverage, good uniformity

- RF, DC, magnetron, reactive sputter

sciencedirect.com

1. DC

- 원리

음극에서 튀어나온 전자가 전기장에 의해 가속화되어 Ar과 충돌하고, Ar 양이온을 생성

Ar 이온이 target에 충돌하여 target원자가 튀어나와 기판으로 날아가 박막 생성

-  특징

cathode(target)에 양이온이 쌓여 cathode 표면이 양전위를 띠게 되고, plasma 내부의 평형상태가 깨지게 되어 plalsma 유지가 어려움

2. RF

- 원리

교류전원을 사용하여 전극에 양전위와 음전위를 번갈아 가해주기 때문에 cathode 표면에 전하가 이온이나 전하가 축적되지 않아 glow 방전 상태를 유지

- 특징

절연체 물질도 타겟으로 활용 가능 -> 금속, 합금, 산화물, 질화물 등 거의 모든 물질 성막 가능

성막속도가 낮고, Ar 압력에 민감

3. magnetron

- 원리

스퍼터링 시스템에 자기장을 적용(cathode에 영구 자석 장착)하여 플라즈마가 target의 표면 가까이에서 유지되어 이온화율 증가

- 특징

상대적으로 증착속도가 빠름

기판 가열효과가 줄어듦

4. reactive

- 원리

Metal target 스퍼터링 시, 반응성이 있는 gas를 동시에 주입하여 화합물 박막을 형성

Oxides, Nitrides, Carbides, Sulfides 등에 적용 가능

타겟 재료 + 반응 가스 → 박막 + 부산물 가스

- 특징

고품질 박막 형성가능

조성이나 물성의 제어가 용이

target표면이 항상 깨끗하게 유지되어야 함