1. DC Plasma와 DC Sputtering 이란?
2. DC Sputtering의 장단점
이전 포스팅에서 반도체 증착 공정(Deposition)에서
PVD(Physical Vapor Deposition) 중에 Sputtering(스퍼터링)에 대해서 정리해봤는데요.
이번 포스팅에서는 Sputtering 중에서 DC Plasma를 이용한
"DC Sputtering"에 대해서 정리해봤어요.
1. DC Plasma와 DC Sputtering 이란?
-. DC Sputtering에 대해 알기 전에 먼저 "DC Plasma"에 대해 알 필요가 있을 것 같아요.
**이전 포스팅에서 DC Discharge Plasma에 대해서 자세히 정리한 글이 있으니 참고하세요.
DC Plasma는 이름 그대로 평행하게 놓인 2개의 전극(Electrode)에
직류 전원, DC Power를 연결해서 DC voltage를 인가해서
2개 전극 사이 공간에 Plasma를 방전시키는 방법이에요.
2개의 전극을 나란히 평행하게 놓고 전극 사이 공간에서 Plasma를 만드는 방식을
"CCP(Capacitively Coupled Plasma, 축전 결합 플라즈마)"라고 해요.
DC Plasma가 방전되는 방식을 알아보면 DC 전압을 전극에 인가를 하면
2개 전극 사이에 "전기장(Electric Field)"가 생성이 돼요.
그러면 Chamber 내부 공간에 있는 "전자(Electron)" 입자가
(+)극의 전극 방향으로 가속하면서 이동을 해요.
충분히 가속된 전자 입자는 높은 '운동 에너지'를 갖게 되는데
전자 입자가 높은 에너지를 갖고 있는 상태에서 Gas 입자와 충돌을 하면
양이온과 전자로 분리가 되거나 라디칼(Radical)를 생성하면서 Plasma가 생성이 돼요.
분리되어 나온 전자도 똑같이 가속을 하고 Plasma를 생성하는 반응을 계속 하면서
Plasma 상태가 유지가 돼요.
그런데, Plasma 안에 전자의 수가 충분히 있어야 Plasma 생성 반응이 계속 유지되는데
전자는 (+)전극이나 Chamber 벽면에 부딪히면서 계속 손실이 되고 전자 수가 부족해져요.
DC Plasma는 어떻게 계속 유지가 될까요?
Plasma의 양이온은 (-) 전극으로 가속하면서 이동하는데요.
이때 양이온은 가속되면서 높은 에너지를 가진 상태에서 전극 표면에 충돌을 하게 돼요.
양이온이 전극 표면에 충돌을 할 때 (-)전극에서 다량의 전자가 튀어나오는데요.
이때 충돌로 나온 전자를 "2차 전자"라고 해요.
전극에서 나온 전자는 전기장을 따라 (+) 전극으로 가속되고 Plasma 생성 반응을 해요.
Plasma의 전자가 계속 손실 되더라도 양이온의 충돌로 전자를 계속 공급해주기 때문에
DC Plasma는 계속 유지가 돼요.
DC Plasma로 Sputtering은 어떻게 되는 걸까요.
Sputtering은 Plasma의 이온의 충돌로 증착 물질을 뜯어내서 증착하는 방식인데요.
DC Plasma는 양이온이 (-)전극에 충돌을 하기 때문에
(-)전극(Cathode)에 증착 물질(Target)을 위치하고
반대편 (+)전극(Anode)에 Wafer를 위치해요.
(-)전극에 놓인 증착 물질(Target)에 양이온이 높은 에너지로 충돌을 하고
뜯겨져 나온 입자가 Chamber이리저리 날아가다가
반대편 Anode 전극에 놓인 Wafer 표면에 닿으면 증착이 돼요.
DC Sputtering 방식에서는 Target을 "금속(Metal)" 물질만 증착할 수 있고
"부도체(Insulator)"는 증착 할 수 없어요.
그 이유는, DC Plasma가 유지되려면 양이온이 (-)전극에 충돌해서
2차 전자를 계속 생성해야 되는데
만약 전극 표면이 도체가 아니라 부도체로 되어있으면
양이온이 전극에 계속 충돌을 하면 부도체 표면이 (+)로 축적(Charging)이 되고
양이온을 척력으로 밀어내게 돼요....
결국 2차 전자를 생성하지 못하고 전자가 부족해서 Plasma가 유지가 안돼요....
그래서 DC Plasma의 전극 표면은 도체를 사용해야 돼요.
만약 Cathode 전극 위에 놓인 Target 물질이 부도체이면
위와 동일한 이유로 양이온의 충돌이 없게 되고 Sputtering이 되지 않아요....
2. DC Sputtering의 장단점
*장점
-. 구조가 간단하며 가장 표준적인 Sputter임.
-. 여러 종류 금속의 성막속도가 일정함.
-. 전류량과 박막두께가 거의 정비례하여 조절하기가 쉬움.
-. Evaporation 방식에 비해서 박막 균일도가 좋음.
-. 높은 에너지를 사용하는 공정으로 박막의 밀착강도가 좋음.
-. RF Sputtering 비해 성막속도가 빠름
*단점
-. 앞서 설명한 이유 때문에 Target이 금속으로 한정됨.
-. 기판이 가열되기 쉬움.
-. 높은 공정 압력 필요.(Ar 1~100mTorr)
-. 높은 압력으로 박막 순도가 떨어짐.
댓글 없음:
댓글 쓰기