[반도체 공정] 박막공정(Thin film, Deposition)-1
1. 박막 공정
: 1 µm이하 얇은 두께 필름을 화학적, 물리적 방법을 통해 증착하는 공정
1) 분류
- 기상: PVD, CVD
- 액체: 도금, 졸. 겔
2) 주요 인자: 원소, 진공 , 압력, 온도
3) 증착속도
- 압력, 온도, 가스량, 플라즈마 등에 의존
2. 품질 특성
1) 박막 결정 구조
: 결정구조, Grain Size(결정립), Defect
-결정구조: Epitaxy-단결정/대부분의 금속-다결정/SiO2-비정질
기판에 흡착된 흡착 원자(Adatom)의(Adatom) 이동도에 의존
-Grain Size(결정립): 박막 두께, 증착 온도와 비례
입자의 표면 모빌리티 증가 때문
증착 초기 온도가 최종 결정입계 크기 결정에 중요 역할
2) Adhesion(접착력)
- 물리적 흡착-> 약함
화학적 흡착-> 중간층 형성, 강함
- 청결도, 표면 거칠기(약간의 거칠기 필요), 응력에 영향 받음
3) Stress(응력)
-Intrinsic stress- Film 성장과정에 의한 응력
- Extrinsic stress: 증착 후 온도가 내려가는 과정에서 기판과 박막의 열 평 창 계수 차이에 의한 응력
온도 조절을 통해 개선
Compressive(압축 응력) – 아래로 휨, 박막의 열팽창 계수작은 경우
Tensil stress(인장 응력)- 위로 휨, 박막의 열 팽창계수 큰 경우
-측정: Stoney equatioin- 증착 전후 Bow 측정
4) Step coverage(단차 피복성), Gap fill
-종횡비(Aspect ratio, A/R): 트렌치 높이/너비
증가할수록 Step coverage, Gap fill 특성 나빠짐
-Step coverage(단차 피복성)
: 상부 박막과 측면 or 바닥 박막 두께의 비율
영향 인자- 표면 이동도 (Surface mobility): 반응 후 반응물의 이동도
증가할수록 단차 피복성 개선
화학적 특성, 기판 온도에 의존
-고착 계수 (Sticking coefficient): 한 번의 충돌로 화학적 흡착될 확률(=Flux (화학 흡착)/Flux (전체 입사))
낮을수록 표면 이동도 증가해 단차 피복성 개선
*Flux=입자수/단위 시간. 단위면적
-도달 각도 (Arriving angle): 반응 가스가 표면에 도달하는 각도
가스 유속 밀도(도달 각도 함수)가 박막의 성장률과 관계됨
압력을 통해 조절
- 고압-> 짧은 MFP(Mean Free Path)->등방성-> 도달 각도가 큰 edge에 두껍게 증착,
트렌치 바닥 증착 잘 안됨
- 저압-> Shadowing effect-> 트렌치 바닥 모서리에 증착 잘 안됨
- Gap fill: Void, Seem 없이 트렌치를 채움
5) 균일도(Thickness uniformity)
6) 굴절율(Refractive index,n)
: =Speed (vaccuem)/Speed (material)
- 조성비/밀도 차이 측정-> Quality 모니터링
ex) Si↑ 밀도↑ -> n↑
- 측정: 빛의 입사각 따른 Intensity 변화 (위상차-> 간섭)
-> 두께 따라 색이 달라짐
-> 두께, 굴절률 측정 가능
7) 습식 식각 속도
- Dense 등에 따라 박막의 습식 식각 속도 차이 발생