증착(Deposition)의 종류와 방법에 대해 설명해보세요.

바깥으로 소자구조를 연결시키기 위해서는 금속층의 증착과 패터닝이 요구된다. 복잡한 IC는 전기적으로 고립된 3개 또는 4개의 금속화된 층을 가지고 있다. 금속층의 전기적인 고립은 다음으로 중재하는 유전층의 점착이 요구된다. 박막은 물질의 상호확산을 막고 오염으로부터 회로나 소자를 보호하기 위해 증착(Deposition)된다. 증착(Deposition)의 종류와 각각의 원리는 아래와 같다.

① 이베포레이션

이베포레이션은 박막 증착의 오래되고 좀더 직접적인 방법 중의 하나이다. 증발된 물질은 진공챔버 안에서 저항가열 소스홀더 위나 안에 놓여지게 된다. 예를 들어 Al을 이베포레이션하기 위해서, 작은 Al 선은 텅스텐 필라멘트나 보트 위에 놓여졌다. 박막이 증착되는 기판은 소스를 직면하는 챔버 안에서 위치가 정해진다. 그 다음에 챔버는 진공이 되고 홀더에 전원이 공급되고 소스는 증발하게 된다. 줄어진 압력 때문에 소스물질은 방해받지 않고 기판으로 이동하고 박막으로서 증착된다.

일반적으로 말하자면 뜨거운 필라멘트 이베포레이션은 꽤 높은 수준의 오염이 되기 쉽다. 전자빔 이베포레이션, 전자광에 의해 가열된 소스에서의 여러 가지 과정은 오염을 제거하지만 소자를 악화시키는 x-ray를 생성한다. 결과적으로 이베포레이션은 언급된 문제점들이 별로 문제가 안 될 경우, 간단한 소자를 만드는 데 널리 쓰이기는 하지만 현대 IC의 생산라인공정에서는 좀처럼 쓰이지 않는다.

② 스퍼터링

증발처럼 스퍼터링은 진공 챔버에서 행해진다. 소스물질과 기판은 고전압전원에 연결된 반대편의 평행판 위에 놓여지게 된다. 증착이 되는 과정은 먼저 챔버를 진공으로 만든 다음 낮은 압력의 스퍼터링기체, 보통 Ar을 챔버 내로 흘려준다. 전극에 전압을 가해주게 되면 Ar 기체를 이온화하게 되고 플레이트 간에 플라즈마를 발생시키게 된다.k 소스물질로 덮여 있는 플레이트는 기판에 비해 음전위로 유지되므로 Ar+ 이온은 소스물질이 덮여 있는 플레이트로 가속되게 된다. Ar+ 이온의 충격으로 소스원자와 분자들은 플레이트로부터 방출되게 된다. 방출된 원자와 분자는 중성화하기 위하여 요구되는 박막을 증착시킬 기판을 향해 날아가게 된다.

금속증착에는 직류전원이 필요할 것이고, 절연체를 증착시키는 경우에는 교류전원이 필요할 것이다. 화합물을 스퍼터링할 때 박막의 화학양론을 맞추기 위하여 구성물질 중 하나를 기체화하여 도입하는 것이 필요하기도 하다. 적당한 생산량의 낮은 온도, 낮은 오염도를 가진 박막을 만들기 위해 스퍼터링은 Al과 그 밖의 금속을 증착하는 주요한 수단이 되고 있다.

③ 화학기상 증착법(CVD: Chemical Vapor Deposition)

화학기상 증착법에서는 하나 혹은 그 이상의 기체 종류들로부터 박막을 증착한다. 화합물이 박막형성을 위해 분해되기도 하고 기체상태의 원소들이 반응하여 박막을 만들기도 한다. CVD 반응은 항상 표면에 제한되며 기체흐름에 노출된 웨이퍼의 표면에서 주로 발생한다. 사용되는 CVD는 세 가지 범주로 구분된다. 그것들은 APCVD 또는 CVD(atmospheric pressure), LPCVD(low pressure), 그리고 PECVD(plasma-enhanced)로 나뉜다. APCVD는 비교적 간단한 시스템에서 사용된다. LPCVD는 기체소비가 적고 향상된 균일도의 운동량을 갖기도 한. PECVD에서는 플라즈마 내의 충돌에너지가 반응기체에 전달되어 반응을 향상시키고 아주 낮은 온도에서 증착될 수 있게 한다.

CVD 반응기는 여러 가지 모양과 구조를 가지고 있다. CVD 프로세스는 보통 마스크와 복잡한 IC의 금속간 유전체 박막을 만드는 데 사용되어 왔다. 과도하게 도핑될 경우 준금속적인 성질을 지니는 다결정질 Si도 APCVD와 LPCVD를 사용하여 증착된다. APCVD, LPCVD, 그리고 PECVD는 모두 IC 제조과정에서 전형적으로 사용된다.