박막 증착 기술에 대한 포괄적인 개요: MOCVD, 마그네트론 스퍼터링 및 PECVD

반도체 제조에서 포토리소그래피와 에칭이 가장 자주 언급되는 공정이지만, 에피택셜 또는 박막 증착 기술 또한 마찬가지로 중요합니다. 본 논문에서는 칩 제조에 사용되는 몇 가지 일반적인 박막 증착 방법을 소개합니다.MOCVD, 마그네트론 스퍼터링, 그리고혈전색전술(PECVD).

칩 제조에 박막 공정이 필수적인 이유는 무엇입니까?

예를 들어, 평범하게 구운 플랫브레드를 상상해 보세요. 그 자체로는 밋밋한 맛이 날 수 있습니다. 하지만 표면에 짭짤한 된장이나 달콤한 맥아 시럽 같은 다양한 소스를 바르면 풍미가 완전히 달라질 수 있습니다. 이러한 풍미 강화 코팅은 다음과 같습니다.박막반도체 공정에서는 플랫브레드 자체가기판.

칩 제조 과정에서 박막은 절연, 전도성, 수동화, 빛 흡수 등 다양한 기능적 역할을 수행하며, 각 기능에는 특정 증착 기술이 필요합니다.

1. 금속 유기 화학 기상 증착(MOCVD)

MOCVD는 고품질 반도체 박막과 나노 구조를 증착하는 데 사용되는 고도로 발전되고 정밀한 기술입니다. LED, 레이저, 전력 전자 장치와 같은 장치 제작에 중요한 역할을 합니다.

MOCVD 시스템의 핵심 구성 요소:

• 가스 공급 시스템
  반응물을 반응 챔버에 정밀하게 주입하는 업무를 담당합니다. 여기에는 다음 항목의 흐름 제어가 포함됩니다.

• 운반 가스

• 금속 유기 전구체

• 수소화물 가스
  이 시스템은 성장 모드와 정화 모드를 전환하기 위한 다중 방향 밸브를 갖추고 있습니다.

• 반응실
  실제 물질적 성장이 발생하는 시스템의 핵심입니다. 구성 요소는 다음과 같습니다.

  • 흑연 서셉터(기판 홀더)

  • 히터 및 온도 센서

  • 현장 모니터링을 위한 광 포트

  • 웨이퍼 자동 로딩/언로딩을 위한 로봇 팔

• 성장 제어 시스템
  프로그래머블 로직 컨트롤러와 호스트 컴퓨터로 구성됩니다. 이를 통해 증착 공정 전반에 걸쳐 정밀한 모니터링과 반복성을 보장합니다.

• 현장 모니터링
  고온계 및 반사계와 같은 도구는 다음을 측정합니다.

  • 필름 두께

  • 표면 온도

  • 기판 곡률
    이를 통해 실시간 피드백과 조정이 가능해졌습니다.

• 배기 처리 시스템
  열분해나 화학 촉매를 이용해 독성 부산물을 처리하여 안전과 환경 규정 준수를 보장합니다.

폐쇄형 샤워헤드(CCS) 구성:

수직형 MOCVD 반응기에서 CCS 설계는 샤워헤드 구조의 교대 노즐을 통해 가스를 균일하게 주입할 수 있도록 합니다. 이를 통해 조기 반응을 최소화하고 균일한 혼합을 향상시킵니다.

• 그만큼회전 흑연 서셉터또한 웨이퍼 전체에 걸쳐 필름 균일성을 개선하여 가스 경계층을 균질화하는 데 도움이 됩니다.

2. 마그네트론 스퍼터링

마그네트론 스퍼터링은 전자, 광학, 세라믹 분야에서 특히 박막과 코팅을 증착하는 데 널리 사용되는 물리 기상 증착(PVD) 방법입니다.

작동 원리:

1. 대상 물질
   증착될 소스 물질(금속, 산화물, 질화물 등)은 음극에 고정됩니다.

2. 진공 챔버
   오염을 피하기 위해 고진공 상태에서 공정을 수행합니다.

3. 플라즈마 생성
   일반적으로 아르곤인 불활성 가스가 이온화되어 플라즈마를 형성합니다.

4. 자기장 응용
   자기장은 이온화 효율을 높이기 위해 전자를 표적 근처에 가두어 둡니다.

5. 스퍼터링 공정
   이온은 타겟을 폭격하여 챔버를 통과해 기판에 쌓인 원자를 떨어뜨립니다.

마그네트론 스퍼터링의 장점:

• 균일한 필름 증착넓은 지역에 걸쳐.

• 복합 화합물을 증착하는 기능합금과 세라믹을 포함합니다.

• 조정 가능한 프로세스 매개변수두께, 구성, 미세구조를 정밀하게 제어합니다.

• 높은 필름 품질강력한 접착력과 기계적 강도를 가지고 있습니다.

• 광범위한 소재 호환성금속부터 산화물, 질화물까지.

• 저온 작동온도에 민감한 기판에 적합합니다.

3. 플라즈마 강화 화학 기상 증착(PECVD)

PECVD는 질화규소(SiNx), 이산화규소(SiO₂), 비정질 실리콘과 같은 박막을 증착하는 데 널리 사용됩니다.

원칙:

PECVD 시스템에서는 전구체 가스가 진공 챔버로 도입됩니다.글로우 방전 플라즈마다음을 사용하여 생성됩니다.

• RF 여기

• 직류 고전압

• 마이크로파 또는 펄스 소스

플라즈마는 기체 반응을 활성화하여 기판에 증착되어 박막을 형성하는 반응성 물질을 생성합니다.

증언 단계:

1. 플라즈마 형성
   전자기장에 의해 여기된 전구체 가스는 이온화되어 반응성 라디칼과 이온을 형성합니다.

2. 반응 및 수송
   이러한 종은 기질을 향해 이동하면서 2차 반응을 겪습니다.

3. 표면 반응
   기판에 도달하면 흡착, 반응하여 고체 막을 형성합니다. 일부 부산물은 기체로 방출됩니다.

PECVD의 이점:

• 우수한 균일성필름 구성과 두께에 있어서.

• 강력한 접착력비교적 낮은 증착 온도에서도 마찬가지입니다.

• 높은 증착률따라서 산업적 규모의 생산에 적합합니다.

4. 박막 특성화 기술

품질 관리를 위해서는 박막의 특성을 이해하는 것이 필수적입니다. 일반적인 기법은 다음과 같습니다.

(1) X선 회절(XRD)

• 목적: 결정 구조, 격자 상수, 방향을 분석합니다.

• 원칙: 브래그의 법칙에 근거하여 X선이 결정질 물질을 통과하여 어떻게 회절되는지 측정합니다.

• 응용 프로그램: 결정학, 상분석, 변형률 측정, 박막 평가.

(2) 주사전자현미경(SEM)

• 목적: 표면 형태와 미세구조를 관찰합니다.

• 원칙: 전자빔을 사용하여 시료 표면을 스캔합니다. 검출된 신호(예: 2차 전자 및 후방 산란 전자)는 표면의 세부 정보를 보여줍니다.

• 응용 프로그램: 재료과학, 나노기술, 생물학 및 고장 분석.

(3) 원자간력현미경(AFM)

• 목적: 원자 또는 나노미터 분해능으로 표면을 이미지화합니다.

• 원칙: 날카로운 탐침이 일정한 상호 작용력을 유지하면서 표면을 스캔합니다. 수직 변위로 3D 지형이 생성됩니다.

• 응용 프로그램: 나노구조 연구, 표면 거칠기 측정, 생물 분자 연구.