반도체 PVD 공정의 종류와 원리

소개글

반도체 PVD 공정의 종류와 원리에 대한 보고서 자료입니다.

목차

PVD 목적 및 역할
PVD 종류
용어 정리
①PVD(정의)
②Evaporation(정의)
③Deposition(정의)
④Vaccum(정의,목적)
⑤Plasma(정의,설명,특징)
주요 펌프 설명
①Ratary Pump 작동 원리(분해 사진)
②Diffusion Pump 작동 원리(분해 사진)
③TMP 작동 원리
Sputtering 이란?
①Sputtering 과정
②Sputtering 기본 원리
Plasma의 원리
Magnetron Sputtering의 원리 및 작동과정 설명
Magnetron Sputtering 장치 사진
Thermal Evaporation 원리 및 작동과정
Thermal Evaporation 장치 사진

본문내용

이온화에는 충분하지 않지만 충돌된 원자에 에너지를 공급하여 최외각전자를 페르미 준위보다는 낮은 궤도 올려놓게 된다. 그러나 이 궤도는 불안정하기 때문에 다시 원래의 궤도로 돌아오면서 빛에너지를 발산하게 된다. 이때 발산하는 빛은 원자마다 최외각 전자가 올라갈 수 있는 궤도가 정해져 있기 때문에 일정한 색을 지니게 된다.
위의 세 가지의 충돌현상을 보면 이온화되기 적절한 조건을 찾을 수 있다. 즉 첫 번째의 경우에서와 같이 가속이 덜된 상태에서의 충돌은 이온화에 영향을 주지 못하며, 또 충돌할 확률이 낮아도 이온화하는데 더 어렵게 된다. 즉 이온화를 쉽게 하기 위해서는 적당한 압력과 적당한 전압이 필요하게 된다. 압력이 높아서 입자가 많이 지면 평균행정거리(Mean Free Pass)가 짧아지기 때문에 전압이 높더라도 이온화하기 어렵고, 압력이 너무 낮으면 충돌할 확률이 낮아지기 때문에 이온화하기 적당한 압력이 필요하게 된다
Magnetron Sputtering의 원리 및 작동과정
원 리
타겟에 인가된 “-” Power는 타겟 면에 수직한 방향으로 전기장을 형성시킨다. 이때 타겟 면에 수평 방향으로 자기장을 걸어주면, 전자는 타겟 표면 근처에서 나선 운동을 하게 된다. 전자가 타겟 부근에서만 운동하므로, 실제로 스퍼터링이 일어나는 타겟 표면 근처에서 Ar을 집중적으로 이온화 시킬 수 있다. 또한 전자의 나선 운동을 통해 전자가 Ar과 충돌할 확률을 크게 증가시킨다.
이와 같은 효과를 통해 스퍼터링 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 최근에는 막 두께의 균일도, 증착율, 타겟 부식 개선을 위해, 기존의 Planer Magnetron 방식 대신 자장의 범위를 타겟 전면에 만들어 주는 영구 자석의
Circular Magnetron 방식을 일반적으로 사용한다.
영구 자석이 타겟 주위를 회전 운동한다.
작동 과정
Vent Valve on Chamber Open Boat 위 시료 Chamber close -
모든 Valve off - Rotary Pump on Foreline Valve on TMP on(27,000rpm) -
Foreline Valve off - Roughing Valve on Chamber 내 진공 2x10^-3 Torr -
Roughing Valve off Foreline Valve on Gate Valve on Ion gauge on -
Chamber 내 진공 2x10^-6 Torr Ion gauge off MFC on/조절 Ar Gas 주입 -
Ar Gas Valve 조절 RF Power 조절 Plasma 발생 Shutter on - 증착
특징 및 장점
타겟 표면의 전류 밀도가 기존 DC Diode 방식에 비해 10~100배 향상되므로, 스퍼터 효율도 크게 개선된다.
막 두께 균일도를 개선하기 위해, 타겟의 크기가 웨이퍼의 크기보다 크게 제작된다. 8인치 웨이퍼의 경우, 타겟 크기는 보통 14인치를 사용한다.
장치 사진
Thermal Evaporation의 원리 및 작동과정
원 리
챔버는 펌프를 사용해 높은 진공상태를 유지시키고 아래쪽에는 증발시킬 재료인 소스(증발원)을 설치한다. 그리고 위쪽에는 기판을 장착한다.
보통 초기 진공도는 10^-4 Torr 이하로 고진공을 만들고, 전기적 저항을 주거나 전자빔 등으로 소스를 가열한다. 고진공 상태에서 소스를 원하는 고온까지 가열하면, 소스는 기체화 되어 증발하면서 챔버내로 분산되어 날아가게 된다. 이렇게 증발된 기체 원자 및 분자들은 기판까지 날아가고, 기판은 기체에 비하여 매우 낮은 온도를 가지고 있기 때문에 기판 표면에서 기체원자들이 응축되며 모이면서 박막이 형성되게 된다.
특징 및 장점
진공증착에서 증발된 기체들은 오로지 열 에너지로 인한 것이므로 에너지가 충분히 높질 못하여 밀착력이 떨어질 수 있다는 단점이 있다. 또한 증발입자의 움직임은 직선운동을 하기 때문에 입체적 모양을 가진 시편 등의 구석이나 뒷면에는 증착이 되지 않는다. 이를 위해 기판을 회전시키거나 증발원의 위치를 다양하게 조절해야 한다. 증착원이 챔버의 한가운데, 즉 기판의 사이사이에 위치하게 되면 모든 방향으로 균일한 증착이 이루어진다. 그러나 바닥에 위치하게 되면 증발입자는 직진하므로 가까운 곳에 더 많은 수의 증착이 이루어지므로 불균일한 증착두께가 나올 수 있다. 실제 증착업체에서는 챔버 내 여러 군데에 증발 원을 설치하여 모든 기판에서 매우 균일한 증착이 이루어지도록 하고 있다.
장치 사진

키워드

반도체,   PVD,   Implant