Vacuum III ( Vapor Deposition) 2004. . . PJ KODIVAC LTD.

Vapor Deposition Vapor Deposition (기상증착) Chemical Process Physical Process Plating Sol-Gel CVD ALD Evaporation Sputtering Electro Plating APCVD Thermal DC LPCVD Electron beam RF Electroless -Plating PECVD Molecular beam Magnetron MOCVD Ion plating MICVD Laser ablating

Physical Process - Sputtering 고체의 표면에 고에너지의 입자를 충돌시키면, 그 고체표면의 원자·분자가 그러한 고에너지 입자와 운동량을 교환하여 표면에서 밖으로 튀어 나오는 현상 [충돌 전] [충돌 후] Sputtering coating : sputtering 가스를 진공상태의 Chamber 내 주입 Target 물질과 충돌시켜 Plasma를 생성 기판에 증착

Physical Process - Sputtering Ar g a s Sputter 전원 MFC 기판전극 기판 plasma Roughing pump Diffusion pump Main valve foreline valve roughing valve conductance valve target cathode

Physical Process - Sputtering 합금이나 화합물도 조성을 유지하면서 증착이 가능 • 증착시 증착물의 조성을 바꿀 수 있다. • 내화 재료의 증착. • 절연막의 증착 • 증착막 두께의 균일성 • 큰 면적의 타겟 이용 가능 → 성막 분포를 얻기 쉬움 • 열적 증발(Thermal evaporation)이 없다. • 아크 증착(Arc deposition)시와 같은 macro-particle 이 형성되지 않는다. • 높은 온도를 요구하지 않는다. → 저온 or 상온 증착

Physical Process - Sputtering ► DC sputtering • 원리 - 충분한 농도(1~500×10-4 mbar)에서 큰 직류전압(300~5000V)을 걸어 줄 때 plasma 형성 → 가스 원자들의 적은 양이 이온화 되고, 이온이 가속되어 cathode sheath를 가로질러 target과 충돌해서 표면의 sputtering을 일으킴. - Target에 공급된 전력의 75~95%가 냉각수에 의해 소비되므로, target물질의 열전도도가 중요한 변수다. - target재료 : 전도체 • 장점 : 장치 구조와 조작이 간단하다. • 단점 : 낮은 증착속도, 높은 기판온도(target으로 부터의 열방사, 2차전자), 에너지의 비효율성, 방전가스의 압력이 높고, 절연체의 sputtering이 불가능

Physical Process - Sputtering ► RF sputtering • 원리 - 고주파 전압을 걸어 타겟 표면에 축적된 전하를 중화 → 플라즈마와 전위차를 적당히 유지시켜 스퍼터링을 지속 시킴 - 고주파의 주파수 영역 : 공업용 해당 주파수인 13.56 MHz - 고주파 전위를 전극에 걸어주었을 때 음의 반주기 동안은 양이온을 끌어들여 sputtering 양의 반주기 동안은 전자를 끌어들여 축적된 양전하를 중화 시켜 방전을 지속시킴 • 장점 : - 거의 모든 물질(금속, 합금, 산화물, 질화물, 탄화물)을 sputtering • 단점 : - 생성된 막이 target의 조성과 반드시 일치하지는 않음

Physical Process - Evaporation Thermal Evaporation • 박막 증착법 중 가장 기본적인 증착법 • 원리: - 진공 상태에서 가열되어진 금속 물질이 기화되거나 승화시켜 증착하는 방법 • 특성 - 장점 : 기판의 모서리까지 전 면적 증착, 저에너지 사용 - 단점 : step coverage가 불량, 기판과 박막의 접합 강도 약함

Physical Process - Evaporation Ebeam Evaporation •

Physical Process - Evaporation Molecular beam Evaporation (MBE)

Physical Process - Evaporation Ion Plating Evaporation •

Chemical Process - CVD Chemical Vapor Deposition • 원리 차단된 반응실 안에 substrate를 넣고 Gas를 공급하여 열, Plasma, 빛, 임의의 에너지에 의해 열분해를 일으켜 기판 특성을 변화 시키지 않고 고체 박막을 증착하는 합성 공정 반응 에너지 A (gas) + B (gas) + • • • • A (solid) + B (gas) + • • • • 장점 : - 적용 대상의 다양성 : 금속, 반도체, 유기 고분자 등 합성할 수 있는 물질 다양, 박막, 섬유, 분체 등 다양한 재료형태를 얻음 - 고순도 재료의 합성에 적합 : 고순도 기체 사용이 가능하며 많은 수요시 경제적 대량 생산 - 정밀한 공정제어 가능 - 복잡한 형태 위에 균일한 Coating 가능 • 단점 : - 기판과 증착 재료간 열팽창계수 차이 고려 - 부산물 : Toxic, Corrosive에 대한 중성화를 위하여 비용이 많이 듬.

Chemical Process - CVD CVD 반응 개략도

Chemical Process - CVD APCVD (Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition) • 반응로(Chamber)의 진공도를 대기압 상태에서 실시하며 주로 열(Heat)에 의한 Energy에 의존. • 장점 - 간단한 반응 - 높은 증착율 • 단점 - 미립자의 오염 - 박막성장의 빈약

Chemical Process - CVD LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) • 반응로(Chamber)의 진공도가 저압(0.25~2.0 Torr)이며, 고열에 의한 Energy로 반응를 유도 • 장점 : 좋은 uniformity, 좋은 박막 성장, 낮은 오염율 • 단점 : 낮은 증착율, 높은 온도 (550~600도)

Chemical Process - CVD PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) • 원리 : Source gas의 분해를 플라즈마를 이용함으로써 비교적 낮은 온도에서 gas를 분해 박막증착 • 장점 - 낮은 온도 과정 - 좋은 접착력 - 낮은 pinhole 밀도 • 단점 - 최적의 조건 위해서 많은 변수들 있음

ALD (Atomic Layer Deposition) 원리 • 반응원료를 각각 분리하여 공급하는 방식 • 한 cycle 증착 시에 표면 반응에 의해 1ML(monolayer) 이하의 박막 성장 • 반응 원료의 chemisorption과 ligand의 exchange reaction을 이용 • AXn, Bym은 각각 physisorption / Substrate와 A, B원소는 chemisorbtion bonding 한다 Substrate Sub + AXn(g) Sub + A +Bym(g) Sub + A + B AXn(g) BYm(g) purge

ALD (Atomic Layer Deposition) 장점 • 박막의 두께 조절이 용이 • 대면적 내 박막 두께 균일 • 증착 온도가 CVD보다 낮음 • self-limited mechanism을 이용하므로 일정 이상 반응 원료 동급 후, 그 이상 반응 원료 량에 대해 민감하지 않음 → 증착조건에 대한 안전성 단점 • 증착 속도가 상당히 느림 : 0.5 ~2Å/cycle • 증착 온도에서 멸분해 반응이 발생 되면 안되므로 반응 원료의 제약 많음 • 저온 공정으로 인해 CVD보다 불순물 함유 가능성 높음 이용 • gate dielect, DRAM에서 capacitor등 증착에 이용

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