반도체 증착 공정(Deposition) - PVD Thermal Evaporation(열 증발) 방식 이란?

 *목차*

1. 반도체 증착 공정(Deposition) - Thermal Evaporation(열 증발) 이란?

2. Thermal Evaporation 원리

3. Thermal Evaporation의 장단점

1. 반도체 증착 공정(Deposition)
- Thermal Evaporation(열 증발) 이란?

-. 반도체 공정에서 Deposition(증착) 공정 방식에는 크게 2가지 종류로 볼 수 있어요.

PVD(Physical Vapor Deposition), CVD(Chemical Vapor Deposition) 

물리적인 반응으로 증착을 하느냐, 화학적인 반응으로 증착을 하느냐로 나눌 수 있어요.

(**이전 포스팅에서 PVD와 CVD에 대해 정리해봤으니 필요하시면 참고하세요.)

2가지 중에서 PVD 종류 중 하나인

'Thermal Evaporation(열 증발)' 방식의 증착 방법이란.

'Wafer 표면에 증착할 물질(Source)'에 '열'을 가해서 '증발'시키면

기체화된 증착 물질 입자가 여기저기 분산되어 날아가다가

낮은 온도의 Wafer 표면에 기체 입자들이 닿으면

응축되어 모이면서 '박막'이 증착되는 방식이에요.

여기서 증착 물질(Source)를 가열하는 방법은

'필라멘트'의 거대한 저항으로 발생한 '저항열(P=R*I^2)'을 활용해요.

'Thermal Evaporation'은 반도체 제작 공정 초기에 사용하던 방식인데

현재는 거의 쓰이지 않는다고 하네요...

2. Thermal Evaporation 원리

-. Thermal Evaporation 방식의 장비를 보면 아래와 같아요.

고진공을 만들 수 있는 Vacuum Chamber 내부 하단에

증착 물질 재료 Source를 넣는 바구니 모양의 'Boat'가 있어요.

'Boat'에는 '저항열(P=R*I^2)'을 만들어내는 높은 저항의 '필라멘트'가 있어요.

'Boat'에 증착 물질을 담고 '필라멘트'에 전류를 흘리면 '저항열(P=R*I^2)'이 발생하고

'Boat'와 함께 Source도 가열되고 증발을 하게 돼요.

흘려주는 전류량을 조절해서 증착 속도를 조절해요.

'Boat'를 만들 때 사용하는 물질은 같이 증발하면 안 되기 때문에

용융점이 높은 'W(텅스텐)', 'Mo(몰리브덴)' 등의 물질을 사용해요.

Source가 증발해서 증착 물질이 기체화하면서 떨어져 나온 입자들은

Chamber 내부 여기저기로 분산되어 날아가요.

증착 물질 입자가 날아가다가 차가운 Wafer 표면에 닿으면

입자들이 응축되어 모이는 방식으로 박막이 증착이 돼요.

이때 Wafer에만 증착되는게 아니라 Chamber 내부 여기저기에 증착돼요.

Thermal Evaporation 방식은 [10^-4 ~ 10^-6 torr] 수준의 고진공을 필요로 해요.

증착물질(Source)는 열에너지로 원자의 결합을 끊고 Wafer까지 날아가야 되는데

그 에너지도 충분히 높지 못해요.

그리고 증발 물질은 '직진'으로 날아가는데

만약 Wafer까지 날아가는 중간에 불순물 또는 다른 기체에 충돌해서 에너지를 읽게 되면

Wafer가 아닌 다른 곳에 증착 될 수 있어요.

그래서 고진공 환경이 필요하다고 해요.

그리고 Thermal Evaporation 방식은 증발물질이 직선으로 날아가기 때문에

입체적인 패턴을 가진 시편에서는 구석구석 증착이 되지 않아요.

박막을 균일하게 증착하기 위해서 Wafer를 회전 시키거나 증발원(Source)의 위치를 다양하게 조절해야 돼요.

3. Thermal Evaporation 장단점

-. Thermal Evaporation의 장단점은 아래와 같아요.

** 장점

-. 장비 값이 저렴함.

-. 공정 과정이 간단함.

-. 용융점이 낮은 재료 증착에 유리함 (Al, Cu, Ag, Au etc.)

** 단점

-. 불순물에 취약함.

  → Boat 또는 필라멘트에 불순물이 붙어 있을 경우 같이 증발하면서 증착 될 수 있음.

  → Boat 또는 필라멘트를 구성하는 물질이 증발되서 증착될 수도 있음.

-. Uniformity(균일도) 조절 어려움.

  → Source가 증발 하면서 양이 줄어들면 같은 온도에서 더 증발함.

-. Thick film 증착 어려움.

-. 낮은 밀착강도.

  → 증발 입자의 에너지가 충분히 높지 못함. 

-. 고진공 환경 필요함.

-. SiO2 등 절연체 물질의 경우 금속보다 녹는점이 높아서 증착하기 어려움.

-. 용융점이 높은 물질은 녹이기 어려움

**공부하면서 정리해봤는데 오류가 있으면 댓글로 알려주세요