Metallization 금속 막의 용도 적층 방법 진공 시스템 스퍼터링 요약.

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1 Metallization 금속 막의 용도 적층 방법 진공 시스템 스퍼터링 요약

2 금속 막의 용도 배선 금속의 경우: 주로, 알루미늄(Al) 고 전류 밀도의 경우: 금(Au)/몰리브덴(Mo)/백금(Pt),
내열 금속류 (Pt, W, Ti) 게이트 전극의 경우: 폴리 실리콘 (Poly-Si) 알루미늄(Al)의 장점. 1. 좋은 전기 전도도. 2. SiO2에 우수한 부착력. 3. 패턴 형성의 용이성. 4. 높은 순도 ( ~ %). 5. 실리콘과의 우수한 전기 접촉. 박막 배선

3 금속 막의 용도 알루미늄(Al)의 단점. 1. 전기적 이동 (Electromigration)
 회로 동작 중에 알루미늄 선에 전기장이 걸려 알루미늄의 이동 발생.  전류에 의해 열이 발생할 경우나 온도 기울기가 있을 경우에 촉진. (해결법) 1. 접촉부분의 overlap 면적을 증대. 2. 막의 두께를 균일하게 생성. 3. 구리를 4% 첨가하여 해결. 2. 접촉 저항을 낮추기 위한 열처리 공정이 필요  열처리 공정 시, 알루미늄과 실리콘이 공융 (Eutectic)되어 접합의 단락 발생. (해결법) 1. 열처리 온도를 450℃로 제한하여, 공융 현상이 발생하지 않도록 처리함. 2. 순수한 알루미늄 대신에 1~2%의 실리콘이 첨가된 알루미늄을 사용하여, 공융시 실리 콘 기판으로부터의 실리콘 유입을 막음. 3. 차단막(Barrier layer)사용. TiW, TiW/Pt 전기적 이동 (Electromigration)

4 적층 방법 Evaporation 종류 1. Thermal Evaporation 2. E-beam Evaporation
- Density : higher than sputtering (EB) - Poor Adhesion - Metal, Alloy, nitride, oxide - Very high-vacuum required - 0.1 ~ 5 um range

5 적층 방법 진공 챔버 (Vacuum Chamber)
 챔버 내에 공기가 있으면, 증발된 고 에너지의 알루미늄 원자는 산소와 결합해 Al2O3를 생성하여 절연체를 형성.  5ⅹ10-5Torr 이하의 낮은 압력을 유지하기 위해 스테인레스 강으로 chamber를 구성. 진공 증착기

6 적층 방법 Conformal Planarizing Non-conformal Step Coverage
- 회로의 구조가 복잡해짐에 따라 스텝의 수와 높이가 증가하여 문제 발생. - PR coating이나, 금속 박막의 증착에 있어서 step coverage가 좋아야 함. - 좋은 step coverage를 형성하기 위해, 1. 천체형 웨이퍼 홀더: dome형태의 홀더를 사용하여 증착시 회전 시키므로써 균일한 두께의 막을 생성. 2. 가열기: 웨이퍼 홀더의 온도를 400℃로 가열하여, 알루미늄 원자가 모세관 현상으로 스텝 코너에 스며들게 함. 3. 비스듬한 측면: silicon oxide를 over etch해서 step의 경사를 완만하게 만들어 금속 막 증착. Conformal Planarizing Non-conformal

7 진공 시스템 Vacuum Pumps Two basic principles of pumping Pressure Ranges
Gas Transfer - Rotary Vane Pump - Rotary Piston Pump - Diffusion Pump - Turbomolecular Pump Gas Capture - Sorption Pump - Cryo Pump - Ion Pump - Titanium Sublimation Pump

8 진공 시스템 Rotary Vane Pump Oil Sealed mechanical pump
for rough pumping or for backing HV pump Pumping Speed (S) : 50∼3000L/min (typically ∼600L/min) Ultimate Pressure (P) : ∼10-4torr Hydrocarbon contamination by the back-streaming of mechanical pump oil vapor (a proper trap needed)

9 진공 시스템 Rotary Vane Pump 작동원리 기체 분자의 흡입  고립  압축  배기

10 진공 시스템 Diffusion Pump (DP)
- DP is operated by boiling a fluid (often a hydrocarbon oil) - Gas molecules are pushed toward the boiler by momentum transfer from the large oil molecules. Pumping Speed (S) : 200∼8000L/min (typically ∼1000L/min) Ultimate Pressure (P) : 10-7∼10-9torr (typically ∼10-7torr)

11 진공 시스템 Diffusion Pump (DP) < Advantage > < Disadvantage >
Pump any gas and handle large gas loads High pumping speed for relative low cost No vibration and no noise < Disadvantage > - Hydrocarbon contamination - Lots of energy to operate

12 진공 시스템 Turbomolecular Pump
Transport gas molecules by momentum transfer from the very high speed rotating blade to the gas molecules. Pumping Speed (S) : 100∼5000L/min (H2<He<N2) Ultimate Pressure (P) : 10-9∼10-11torr

13 진공 시스템 Turbomolecular Pump < Advantage > < Disadvantage >
Clean pump (no back-streaming of oil) Ease of service and operation < Disadvantage > - Difficult to remove light gas molecules (esp. H2 and He) - Relatively expensive

14 스퍼터링 Sputtering 종류 1. DC/RF Sputtering 2. Magnetron Sputtering
3. Reactive Sputtering Sputtering 특징 - Various materials (oxide, nitride…) - Residual Stress, - Less density - Requires high vacuum depending on material - 0.1 ~ 5 um range

15 스퍼터링 Magnetron Sputtering

16 요 약