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칩 제조의 전면 공정: 박막 증착

집적 회로는 복잡하고 정교한 여러 제조 단계로 구성되며, 그중 박막 증착은 가장 중요한 기술 중 하나입니다. 박막 증착의 목적은 반도체 장치에 다층 스택을 구축하고 금속 층 간의 절연을 보장하는 것입니다. 여러 전도성 금속 층과 유전체 절연 층이 웨이퍼 표면에 번갈아 쌓입니다. 그런 다음 반복적인 에칭 공정을 통해 선택적으로 제거되어 3D 구조를 형성합니다.

박막은 일반적으로 1미크론 미만의 두께를 가진 필름을 의미하며, 이는 기존의 기계 가공으로는 생산할 수 없습니다. 이러한 분자 또는 원자 필름을 웨이퍼 표면에 부착하는 과정을 증착이라고 합니다.

기본 원리에 따라 박막 증착 기술은 일반적으로 다음과 같이 분류됩니다.

• 화학 기상 증착(CVD)

• 물리 기상 증착(PVD)

• ALD는 자기 제한 표면 반응을 통해 한 번에 한 원자층씩 증착하여 초박막 성장을 가능하게 하는 특수한 유형의 CVD입니다.

박막 기술이 발전함에 따라 웨이퍼 제조의 다양한 단계를 처리하기 위해 다양한 증착 시스템이 등장했습니다.

증착 기술 비교물리 기상 증착(PVD)

PVD는 물리적 수단을 사용하여 대상 물질(고체 또는 액체)을 원자 또는 분자로 기화시키거나 부분적으로 이온화하고, 저압 가스 또는 플라즈마를 통해 운반하여 기능성 필름을 기판에 증착하는 진공 기반 공정 그룹을 말합니다.

일반적인 PVD 방법은 다음과 같습니다.

• 증발 증착

• 스퍼터 증착

• 아크 플라즈마 증착

• 이온 플레이팅

• 분자 빔 에피택시(MBE)

PVD는 다음과 같은 특징을 갖습니다.

• 높은 필름 순도

• 안정적인 필름 품질

• 낮은 공정 온도

• 높은 증착 속도

• 상대적으로 낮은 제조 비용

PVD는 주로 금속 필름 증착에 사용되며 절연 필름에는 적합하지 않습니다. 그 이유는 양이온이 절연 대상에 충돌하면 운동 에너지를 대상 표면으로 전달하지만, 양이온 자체가 표면에 축적되기 때문입니다. 이 전하 축적은 들어오는 이온을 밀어내고 결국 스퍼터링 공정을 중단시키는 전기장을 생성합니다.

● 진공 증발

진공 환경에서 대상 물질을 가열하고 증발시킵니다. 원자 또는 분자는 표면에서 기화되어 진공을 통해 최소한의 충돌로 이동하여 기판에 증착됩니다. 일반적인 가열 방법은 다음과 같습니다.

• 저항 가열

• 고주파 유도

• 전자 빔, 레이저 빔 또는 이온 빔 충격

● 스퍼터 증착

진공에서 고에너지 입자(일반적으로 Ar⁺ 이온)가 대상 표면에 충돌하여 원자가 방출되어 기판에 증착됩니다.

● 이온 플레이팅

이온 플레이팅은 플라즈마를 사용하여 코팅 물질을 이온과 고에너지 중성 원자로 이온화합니다. 음의 바이어스가 기판에 가해져 이온을 끌어당겨 증착하고 박막을 형성합니다.

증착 기술 비교화학 기상 증착(CVD)

CVD는 화학 반응을 이용하여 박막을 증착합니다. 반응 기체가 반응 챔버에 도입되고 열, 플라즈마 또는 빛을 사용하여 활성화됩니다. 이러한 기체는 화학적으로 반응하여 기판에 원하는 고체 필름을 형성하는 반면, 부산물은 챔버에서 배출됩니다.

CVD는 조건에 따라 많은 변형을 포함합니다.

• 대기압 CVD(APCVD)

• 저압 CVD(LPCVD)

• 플라즈마 강화 CVD(PECVD)

• 고밀도 PECVD(HDPECVD)

• 금속 유기 CVD(MOCVD)

• ALD는 자기 제한 표면 반응을 통해 한 번에 한 원자층씩 증착하여 초박막 성장을 가능하게 하는 특수한 유형의 CVD입니다.

CVD 필름은 일반적으로 다음과 같은 특징을 나타냅니다.

• 높은 순도

• 우수한 성능
  칩 제조에서 금속, 유전체 및 반도체 필름을 제조하는 주류 방법입니다.

● APCVD

대기압 및 400–800 °C에서 수행되며 다음과 같은 필름을 생산하는 데 사용됩니다.

• 단결정 실리콘

• 다결정 실리콘

• 이산화 규소(SiO₂)

• 도핑된 SiO₂

● LPCVD

SiO₂, PSG/BPSG를 생산하기 위해 >90nm 공정에 적용됩니다.

• 질화 규소(Si₃N₄)

• 폴리실리콘

• ● PECVD

유전체 및 반도체 재료를 증착하기 위해 28–90 nm 노드에서 널리 사용됩니다.

장점:
낮은 증착 온도

• 높은 필름 밀도 및 순도

• 더 빠른 증착 속도

• PECVD 시스템은 APCVD 및 LPCVD에 비해 팹에서 가장 널리 사용되는 박막 도구가 되었습니다.
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증착 기술 비교ALD는 자기 제한 표면 반응을 통해 한 번에 한 원자층씩 증착하여 초박막 성장을 가능하게 하는 특수한 유형의 CVD입니다.

기존 CVD와 달리 ALD는 전구체 펄스를 번갈아 사용합니다. 각 층은 이전에 증착된 층과의 순차적인 표면 반응에 의해 형성됩니다. 이를 통해 다음을 수행할 수 있습니다.

원자 규모의 두께 제어

• 컨포멀 커버리지

• 핀홀이 없는 필름

• ALD는 다음의 증착을 지원합니다.

금속

• 산화물

• 탄화물, 질화물, 황화물, 규화물

• 반도체 및 초전도체

• 집적 밀도가 증가하고 장치 크기가 축소됨에 따라 하이-k 유전체가 트랜지스터 게이트에서 SiO₂를 대체하고 있습니다. ALD의 뛰어난 스텝 커버리지와 정밀한 두께 제어는 첨단 장치 제조에 이상적이며 최첨단 칩 생산에 점점 더 많이 채택되고 있습니다.

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증착 기술 비교●

필름 증착 성능(

증착 속도, 온도, 균일성, 비용을 비교하는 표 삽입)결론

(

증착 속도, 온도, 균일성, 비용을 비교하는 표 삽입)결론

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증착 속도, 온도, 균일성, 비용을 비교하는 표 삽입)결론

박막 증착 기술의 발전은 반도체 산업의 지속적인 발전에 필수적입니다. 이러한 공정은 더욱 다양하고 전문화되어 집적 회로 제조의 추가적인 혁신과 개선을 가능하게 합니다.

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