[공정] Deposition, PVD와 CVD

 

 반도체공정에 있어서 유전물질이나 Metal이 필요할 때, 대부분은 Deposition 방식을 통해 각 Layer를 적층해간다.

Deposition은 목적과 물질에 따라 다양한 방식이 혼용되고 있으며, 막질에 따른 Deposition의 특징을 이해하는 것이 중요하다.

 

 

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PVD(Physical Vapor Deposition)

 

 PVD는 물리적인 방법을 사용하여 기체 상태의 물질을 표면에 쌓는 방식으로, 보통 Metal을 Deposition할 때 사용된다.

대표적으로는 Sputter와 evaporator 두가지 설비를 이용해서 증착하는 방식으로 구분된다.

 

PVD Sputtering

 

Sputtering

 먼저 증착(sputtering)은 고압 가스의 압력을 이용하여 표면을 때려서 물질을 튀겨내어 표면에 쌓는 방식으로, 아래와 같은 Process로 진행된다.

 

 - 기판을 진공 상태로 유지 
 - 증착 대상 물질을 도체에 접착
 - 증착 가스를 기판 주변에 주입
 - 증착 가스를 가열하여 기화
 - 기화된 증착 가스가 도체 표면에 충돌하여 물질을 타격
 - 튀어나온 물질이 기판에 적층

 

증착은 다양한 종류의 물질을 증착할 수 있는 장점이 있다. 그러나 박막의 두께가 균일하지 않을 수 있고, 박막의 결함이 발생할 수 있어서 민감한 공정에는 적합하지 않은 편이다.

 

Evaporation

 증착(evaporation)은 물질을 기화시켜 표면에 쌓는 방식으로, 아래와 같은 Process로 진행된다.

 - 기판을 진공 상태로 유지
 - 증착 대상 물질을 도체에 접착
 - 전자빔을 도체 표면에 조사
 - 전자빔 조사에 의해 도체 표면의 물질이 기화
 - 기화된 물질이 기판에 적층

 

증착은 상대적으로 고에너지 전자빔을 사용하기 때문에 박막의 두께가 균일하고, 박막의 결함이 적은 장점이 있다.

 

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PVD는 CVD 대비 공정 관점에서 아래와 같은 특징을 갖는다.

• Adhesion : PVD 공정으로 형성된 박막의 표면 거칠기를 조절하거나 후처리 공정을 통해 접착력을 향상시킬 수 있기때문에 몇가지 추가 Process까지 고려한다면 PVD의 adhesion이 CVD보다 우수한 편이라고 볼 수 있다.
• Safe process : 유해한 chemical을 사용하는 CVD 대비 훨씬 안전하고 간단한 공정이라는 장점이 있다.
• Low temperature : chemical을 다루는 특성상 고온으로 진행되는 CVD 대비 PVD는 저온에서 이루어지므로 열에 민감한 물질을 증착할때 훨씬 유리하다.
• Step Coverage : isotropic하게 증착되는 CVD에 비해 선형성이 강한 PVD는 측벽에 물질을 좀처럼 증착시키지 않는다. 따라서 Step Coverage가 낮은 편이다.

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CVD(Chemical Vapor Deposition)

 

 CVD는 화학 반응을 통해 기체 상태의 원료를 표면에 쌓아 박막을 형성하는 기술이다. 일반적으로 유전물질을 deposition할 때 사용되며, CVD는 그 종류가 다양한 편이지만 단순하게 구분하자면 열 CVD와 플라즈마 CVD로 나눌 수 있습니다.

 

CVD

Thermal CVD

 열 CVD는 원료를 가열하여 기화시킨 후, 기판을 고온으로 가열하여 기화된 원료가 기판에 흡착되어 박막을 형성하는 방식이다. 열 CVD는 박막의 두께, 균일성, 결함 등이 우수한 장점이 있다. 그러나, 공정 온도가 높기 때문에 열에 민감한 물질을 증착하기 어렵습니다.

 

Plasma CVD

 플라즈마 CVD는 원료와 가스를 플라즈마 상태로 만들어 반응시켜 박막을 형성하는 방식이다. 
플라즈마 CVD는 열 CVD보다 공정 온도가 낮기 때문에 열에 민감한 물질을 증착하기에 유리합니다. 또한, 공정 시간이 짧고, 박막의 결함이 적은 장점이 있습니다.

 

 

CVD는 PVD 대비 공정 관점에서 아래와 같은 특징을 갖는다.

• Temperature : CVD는 공정온도가 PVD보다 높은 편이다. 이는 물질 Deposition에 있어서 제약이 된다.
• Adhesion : 일반적으로 CVD의 adhesion이 PVD보다 우수하며, 별도의 전처리 과정을 거칠 필요가 없다.
• Step Coverage : CVD가 PVD대비 확실하게 우위를 갖는 부분으로, isotropic하게 deposition되는 CVD가 훨씬 우수하다.
• Doping 조성 : 물질의 Doping 조성을 조절함에 있어 CVD가 PVD보다 유리하다.
• 유해물질을 다량 사용하는 편이라서 환경에는 유해한 위험공정으로 분류된다.

 

 

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상술했듯 여러 차이가 있겠지만,

결국 Metal 계열의 막질 Deposition에는 PVD를, Dielectric 계열의 막질 Deposition에는 CVD를 사용한다고 구분할 수 있겠다. 또한, 직진성 Deposition보다 등방성 Deposition이 요구되는경우에도 PVD보다는 CVD를 선호하는 편이다.