박막(Thin film)

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박막(Thin film)에 대한 보고서 자료입니다.

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자장도 가해서 박막을 만들 수 있도록 된 것 이다. 비교적 균일한 두께의 박막을 얻을 수 있다. 이 장치는 <그림1-18>에서 보여준 것과 유사한 것인데, 즉 전극 ②와③ 사이에 고주파 전원을 걸어 준 것이 그것과 다를 뿐이다.
b. 진공 증착과 음극 스퍼터링과의 차이점
Ⅰ. 진공 증착시에는 도가니가 용해되어 막 내로 섞이는 경우가 있으나, 음극 스퍼터링의 경우에는 그 런 염려가 없다.
Ⅱ. 진공 증착시 녹는점이 높으면 그를 용해시킬 도가니를 선택하기 곤란하다. 그러나 이 음극 스퍼터 링은 도가니가 필요하지 않으므로 높은 융점의 물질도 박막화가 가능하다.
Ⅲ. 음극 스퍼터링은 합금이나 화합물의 막도 제작이 용이하다.
Ⅳ. 음극 스퍼터링은 전류밀도와 전압으로 증착률의 제어가 용이하다.
④ 이온 프레이팅과 이온빔을 이용한 방법
이온 프레이팅(ion plating)법은 진공 증착의 이점과 고에너지 입자를 이용한 방법의 혼합 형태이다. 증 착되어야 할 물질이 불활성 기체로 직류, 교류, 고주파 방전하는 공간 내에서 녹아 증발하면 그 물질은 이온 형태로 되어 음의로 대전된 기판을 향해 가속되게 된다.
<그림 1-20 이온 도금>
<그림 1-20>에 이 장치가 소개되어 있다. 기체 내에 반응성인 산소, 질소, 메탄가스등을 섞어 사용하면 이온이 기판에 도달하면서 이들 기체와 반응을 일으켜 화합물을 이룬다. 모든 경우에서 기체 방전과 동시에 플라즈마가 적용되고, 기판에는 여러 종류의 이온이 다른 에너지와 다른 입사각으로 와 닿는다.
5) 막의 두께 측정방법
막의 두께는 막의 특성을 결정하는데 가장 중요한 인자 중의 하나이다. 막의 특성을 파악하기 위해서 는 그 두께를 측정하는 것이 중요하다. 그래서 두께를 측정하는 방법이 다양하다. 작은 면적의 두께라 도 위치에 따라, 또 측정하는 방법에 따라 그 값이 다르므로 가능한 여러 가지 방법으로 측정해서 그 값의 평균값을 택하는 것이 옳다.
막이 다 완성된 뒤에 측정하는 것과, 막이 형성되는 과정을 모니터링 하는 방법이 있다. 막의 형성과정 을 모니터링 한는 것은 막의 성장속도를 관찰하고 통제할 수 있게 해준다.
이와 같은 방법에는 칭량법, 전기적 방법, 그리고 그 외의 방법이 있다. 모니터링 법에는 측정위치가 기판자체가 아니고, 다른 위치에서 관찰하는 것으로서 사전에 예비 실험을 통해 그 두께비를 측정해 두어야 한다.
그 중 막의 표면을 관찰하는 방법에는 AFM(Atomic Force Microscope)를 사용하는 방법이 있다. AFM 을 소개하면 다음과 같다.
AFM은 서로 떨어진 원자들 사이에 형성되는 힘이 제각기 다른 점을 이용해 거리를 측정하는 현미경이 다. 나노(10억분의 1)미터 수준에서 물질 표면을 관찰할 수 있다. 원자 몇 개 정도에 불과한 크기의 얇 은 바늘(탐침)을 통해 물질(시료) 표면 굴곡을 훑는다. 바늘이 시료에 가까이 접근하면 서로 밀어내는 힘(척력)과 끌어당기는 힘(인력)이 발생한다. 그 힘으로 인해 바늘이 휘어지는데, 이 바늘에 레이저 광 선을 비춰 반사되는 각도를 계산해 시료 표면 굴곡을 알아낸다. 이는 나노기술 연구에 필수적으로 쓰 인다. 또 반도체 미세회로 패턴을 측정하는 데 사용되며, 탐침을 이용해 나노 구조를 만들기도 한다.
기본적으로 원자 간 척력을 이용하며 인력, 마찰력, 정전기력, 자기력 등을 활용하는 측정방법도 사용 된다. 측정하는 대상(시료)에 따라 탐침 특성이 맞아야 한다. 주로 실리콘, 실리콘질화물로 만든 탐침 을 쓴다. 최근에는 탄소나노 튜브를 탐침으로 만드는 연구가 활발히 진행 중 이다.
6) 향후의 전망
막형성기술에 있어서는 신 디바이스 등장과 함께 많은 새로운 막재료를 필요로 하게 되었다.
가까운 장래에 개발되지 않으면 안될 재료와 장치로는 다음과 같은 것이 있다.
새로운 금속 배선재료로서의 Cu 막형성장치
로직 LSI 성능향상을 위한 저유전율 절연막 형성장치
강유전체 메모리 디바이스 관련 박막의 양산 레벌로 형성 가능한 장치
모두 다 양산 자치로서의 개발이 기대되고 있다. 디바이스 고집적화를 위해 다층배선기술은 앞으로 더욱 중요해 지고, Cu와 저비유전율막은 혼합 사용하든지 또는 각각 단독으로 디바이스 구조에 도입될 것으로 보여진다. Fe RAM용의 재료는 특수하여 향후 신재료가 개발될 가능성은 대단히 높다.
박막형성장치의 최대 과제는 메인티넌스(Maintenance)이다. 파티클, 메탈 컨태미녀이션 등도 박막형성장치 특유의 문제이다. 단, CVD 장치와 스파터 장치는 원리가 다르기 때문에 공통적인 대책은 찾기 어렵다.
* PLD(Pulsed laser deposition)란?
펄스레이저 증착법 (Pulsed laser deposition (PLD) 또는 Laser ablation) 방법이 산화물 박막을 연구 하는 연구진 들에 의하여 널리 사용되고 있다. 펄스레이저 증착법의 기본원리는 <그림1-21.1>에서 쉽게 이해할 수 있다. 외부에서 입사한 강한 펄스 레이저 빛 이산화물 target 위에 들어가게 되면, target에서 튀어나온 입자들은 추후에 입사한 빛의 에너지에 의하여 플라즈마를 형성하게 된다. 이러 한 입자들을 기판위에 쌓게 되면 양질의 산화물 박막을 얻을 수 있다. 특히 이방법 에서는 target 및 기판, heater 등의 단순한 부품만이 chamber 안에 들어가면 되므로, 높은 산소 분압에서도 증착이 가능하다. 또한, 기판에 도달하는 입자의 운동에너지가 수백eV 이므로, 이미 증착된 박막에는 큰 손상 을주지 않으면서도 비교적 낮은 온도에서 산화물 상을 형성하는데에 필요한 에너지를 얻을 수 있다. 이에 따라, 펄스레이저 증착법은 우수한 양질의 산화물 박막을 얻는 훌륭한 방법으로 알려져 있다.
다만, 산업현장에서 쓰이기에는 다소의 문제점들이 있기 때문에, 아직은 연구실에서 널리 활용되고 있 다.
<그림 1-20.1 PLD 기본원리>
◎ 참고문헌 : 반도체 제조장치 입문, 전전 화부, 성안당
집적회로 설계를 위한 반도체 소자 및 공정, 정항근, 홍릉과학
실리콘 공정기술 입문, 김종성, 동영 출판사
박막공학의 기초, 최시영, 일진사

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박막,   VLSI,   CVD,   흡착