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물리적 기상증착법
물리적 기상증착법(Physics Vapr Deposition, PVD)은 웨이퍼에 얇은 옷을 입히는 증착공정(deposition)에서 증착하고자 하는 박막과 같은 재료를 진공 중에서 증발 또는 스퍼터링을 시켜 기판 위에 증착시키는 기술이다.
증착의 방법은 크게 두 가지로 나뉘는데 물리적 기상증착방법(PVD, Physical Vapor Deposition)과 화학적 기상증착방법(CVD, Chemical Vapor Deposition)이다.물리적 기상증착방법(PVD)는 금속 박막의 증착에 주로 사용되며 화학반응이 수반되지는 않는다. 한편 화학적 기상증착방법(CVD)는 가스의 화학 반응으로 형성된 입자들을 외부 에너지가 부여된 수증기 형태로 쏘아 증착 시키는 방법인데요. 도체, 부도체, 반도체의 박막증착에 모두 사용될 수 있는 기술이다. 현재 반도체 공정에서는 화학적 기상증착방법(CVD)를 주로 사용하고 있다.
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개요[편집]
물리적 기상증착법은 증착시키고자 하는 물질을 기체 형태로 증발시켜 상대적으로 차가운 기판 위에 응고되도록 하여 증착하는 기법이다.
화학 기상증착법과 달리 소스와 기판 사이의 화학 반응에 별로 의존하지 않기 때문에, 비교적 증착 물질과 기판 종류를 크게 가리지 않고, 대체로 증착속도가 빠르다는 장점이 있다. 그렇다고 해서 화학적으로 잘 붙지 않는 물질을 억지로 증착시키면 당연히 쉽게 떨어져 나가므로(Lifting 이라고 한다) 주의가 필요하다.
증착 기법으로는 열증착법, 전자빔증발법, 스퍼터링법으로 나눌 수 있으며, 진공상태에서 진행해야 한다. 그 이유는 진공상태는 물질이 전혀 존재하지 않는 공간으로 진공이 아니라면, 위에 떠다니는 먼지나 다른 입자들도 박막과정에 증착될 수 있기 때문이다. 여기서 말하는 증발 이란 증착할 물질을 기화하는데 있어서 열에너지를 이용하는 방법이며, 이에 따라 세부적으로 분류하면 필라멘트, 저항가열 보트, 전자빔, 이크 등을 용도에 따라 이용한다.
전자빔과 아크 증발원을 이용하는 경우에는 불가피하게 플라즈마가 발생하기는 하지만 특별히 이것을 활성화 시키고 이용하는 경우는 이온 플레팅으로 분류되므로, 엄밀한 의미에서 증발은 플라즈마 PVD에 속하지는 않는다.
특징[편집]
- 물리적 기상증착법 PVD는 증착하고자 하는 재료를 진공 챔버 내부에서 증발 또는 스퍼터링을 시켜 기판 위에 증착하는 공정 방법이다.
- PVD 방법은 소스의 온도가 올가 긴 하지만 기판은 상대적으로 저온이 유지되어 공정의 안정도가 높은 편이다. 진공상태에서 공정이 진행되기 때문에 불순물 오염도가 낮은 장점도 있다.
- 공정 환경에 진공이 필수적이므로 진공에 필요한 장비와 부가적 비용으로 인해 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
- 대표적으로 열증발법(Thermal Evaporator), 전자빔 증발법(E-beam Evaporator), 스퍼트링(Sputtering) 등의 방법이 있다.
분류[편집]
열증발법(Thermal Evaporator), 전자빔 증발법(E-beam Evaporator), 스퍼트링(Sputtering) 등 세 가지의 증착방법 모두 물리적 증착방법으로 분류되는데, 그 이유는 증착시키고자 하는 물질이 기판이나 Wafer와 닿을때에 LG디스플레이 일어나는 상태변화가 물리적 변화이기 때문이다. 예를 들어, 기체의 물질이 기판에 닿아 고체로 변하기 때문이다.
열증발법(Thermal Evaporator)[편집]
열증발법은 증착 시키고자 하는 물질을 보트 위에 올려두고 보트를 가열하여 증착물질을 증발해 기판에 증착하는 방식이다. 주로 단원소 물질을 증착하는 공정에서 사용된다.
- 고체상 또는 액체상의 증발될 사료(재료)가 기체 상으로 Transition 된다.
- 사료(재료)가 기체 상으로 Wafer 및 기판에 이동합한다.
- 기판에서 응축과정을 거친 뒤, 도포된다. 열증발법은 열적, 화학적 반응이 적고 공정속도가 빠르고 단순하지만 증착된 박막 두께의 균일성이 좋지 못하거나, 반응 시 항상 진공상태를 유지해야하므로 대량 생산 시, 고진공상태 유지로 인해 경제성이 떨어지는 단점이 있다.
전자빔증발법(E-beam Evaporator)[편집]
전자빔 증발법은 열증발법과 동일하게 증착시키고자 하는 물질을 증발시켜 웨이퍼에 증착시킨다. 다만 전자빔증발법은 보트의 가열에 의한 열전달이 아닌 전자빔을 이용하여 증착물질을 가열한다는 점에서 열증발법과 차이점이 있다'
스퍼터링(Sputtering)[편집]
스퍼터링법은, 높은 에너지를 가진(불안정한) 입자들이 Target에 충돌, Target의 원자들이 방출되어 기판에 증착되는 원리이다. 스퍼터링법은 Up, Down, Side Sputtering 방법이 있지만, 보편적으로 Down Sputtering법을 쓴다. 간단히 그 과정을 보면 비교적 낮은 진공압력에서 이온화된 Ar(아르곤) Gas를 주입한 뒤, Plasma를 발생시켜 Target에 충돌시킨다. 전류를 흐르게 하기 위해 Target 쪽을 음극, 기판 쪽을 양극으로 둔다.
한 가지 주지의 사실은 Sputtering 이란 원래 어떤 입자가 어떤 고체 물질에 충돌하여, 그 충격으로 인해 표면의 원자가 튀어나오는 현상을 말한다는 것이다. 즉, 증착(Deposition)보다는 식각(Etching)에 가까운 것인데, 이것을 역으로 이용하여 증착하고자 하는 물질을 sputtering 시켜 튀어나온 입자를 기판에 증착하는 데에 사용하면서 역설적으로 증착기술의 명칭으로도 사용하게 되었다. 식각이나 분석기술(SIMS, XPS 등)에서는 본래의 의미 그대로 사용하기도 하니 주의가 필요하다.
- Magnetron Sputtering - 소스 타겟 뒤쪽에 자석을 배치하여 자기장으로 Plasma 가 타겟 근처에 집중적으로 형성되도록 한다. 사실상 현재 사용되는 모든 Sputter 는 Magnetron Sputter 라고 보면 된다.
- Reactive Sputtering - Sputtering 된 소스 물질이 Gas 와 반응하여 화합물을 증착하는 방식. 예를 들어 Ti 를 Sputtering 시키면서 N2 를 흘려 TiN 을 증착하는 것이다.
참고자료[편집]
- 〈6탄, 반도체에 전기적 특성을 입히다! 증착&이온주입 공정〉, 《삼성반도체》, 2018-02-22
- 〈증착 공정〉, 《나무위키》
- 소확행, 〈PVD 물리적 기상 증착법 : Physics Vapr Deposition〉, 《네이버 블로그》, 2019-12-31
- 디플, 〈증착공정 - PVD,CVD,ALD 파헤치기〉, 《네이버 블로그》, 2016-12-06
- 보보쓸모, 〈물리적 기상증착법 (PVD) (박막공정)〉, 《티스토리》, 2023-03-26
같이 보기[편집]
