반도체 공정 과정 - 박막 증착 공정 (5)

박막 증착 공정이란 무엇인가

박막이란 것은 기계 가공으로는 실현불가능한 두께인 1마이크로미터(μm) 이하의 얇은 막을 의미한다.

반도체는 평소에 전기가 흐르지 않기 때문에 전도체 역할을 하는 불순물을 가스 입자로 만들어 웨이퍼 전면에 균일하게 넣어준다.

이 과정을 통해 전류가 흐르는 전도성을 갖게 되며, 이온 주입을 마치게 되면 기판 위에 매우 얇은 박막을 증착한다.

이는 반도체를 보호하는 코팅제로 절연체의 역할을 한다.

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박막 증착 공정의 중요성

전자제품의 성능 및 저전력 요구가 높아짐에 따라 반도체에 미세화가 진행된다. 더 작고 에너지 소비가 적은 반도체를 도입하면 기기에 더 많은 기능을 추가할 수 있기 때문이다. 반도체 미세화가 진행되니 내부에는 각기 다른 역할을 하는 다양한 물질로 구성된 얇은 막이 필요해졌다. 그중 하나가 금속 피막이다.

과거 반도체 회사들은 칩 내부의 금속 배선으로 전도도가 높은 알루미늄을 사용했는데, 알루미늄의 미세화가 한계에 다다르자 대체 배선 물질로 알루미늄보다 전도도가 높은 구리를 사용하려 했다. 구리 원자는 알루미늄과는 달리 이산화 규소까지 뚫고 확산하는 성질이 있다. 이를 방지하고자 구리 배선을 도포할 영역에 구리가 통과하지 못하는 일종의 보호막을 씌우게 되었다.

출처 : https://news.skhynix.co.kr/post/jeonginseong-column-deposition

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박막의 역할

1. 각종 방어막

회로 간의 경계를 만들어 줌으로써 반도체 핵심 소자들의 간섭과 전류의 누설을 막아 동작 신뢰성을 높이는 것이다.

필요한 경우, 칩을 외부의 충격으로부터 방어하는 막을 제조 공정 마지막에 씌우기도 한다.

• STI(Shallow Trench Isolation) : 소자 경계부의 누설 전류를 방지한다.
• IMD(Intermetal Dielectric) : 금속 배선 층 사이의 전류 흐름을 막는다.

2. 금속 배선

• 반도체 하부 소자(트랜지스터) 층은 존재하는 것 만으로는 아무 의미가 없으며, 다른 소자 및 전원 등과 연결되어야 제 역할을 할 수 있다. 이를 연결하기 위해서는 티타늄, 구리, 알루미늄 등의 금속 배선이 필요하다.
• 각 금속 배선과 소자 및 전원을 연결한다.

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박막 증착의 종류

1. 화학 증기 증착법(Chemical Vapor Deposition, CVD)

화학 반응을 통해 박막을 반드는 방식이다. 전구체 가스가 챔버에 유입되면서 일어나는 반응으로 인해 웨이퍼 표면에 박막이 형성되고, 이 과정에서 생성된 불필요한 부산물은 챔버밖으로 제거된다.

 

플라즈마 강화 CVD는 반응 가스의 플라즈마를 생성하는 과정을 포함한다. 이 증착 방법은 반응 온도를 낮추기 때문에 온도에 민감한 구조물 증착 시 유리하다. 또, 플라즈마를 사용하여 증착에 걸리는 시간을 줄이고 우수한 품질의 박막을 얻을 수 있다.

 

2. 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)

ALD는 매우 얇은 막을 쌓는 기술이다.

일반적으로 원자층을 한 번에 여러 겹 쌓는 기술이다. 이 증착 방식의 핵심은 쉽게 제어 가능한 순차적이고 서로 분리된 반복되는 단계들을 사용한다.

웨이퍼에 전구체를 투입한 후, 다른 가스를 유입시켜 전구체와의 반응을 통해 웨이퍼 표면에 원하는 물질의 박막을 형성한다.

 

3. 물리적 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD)

PVD는 물리적은 방식을 이용해 증착을 시킨다. 물리적 기상 증착 방식 중 하나인 스퍼터링(Sputtering) 방식은 일반적으로 아르곤(Ar) 플라즈마를 사용하여 증착 물질을 웨이퍼 표면에 침전시킨다.

출처 : https://m.blog.naver.com/lam-r-korea/222166693027