반도체 공정 실습 ) 증착 공정, ALD 공정 실습

ALD 정의 

ALD 공정은 원자 두께로 박막층을 한 층​씩 형성시키는 공정입니다. 

 

ALD 공법은 표면 화학 흡착 공법, 자기 제한적 흡착 공법으로 구분됩니다. 

표면 화학 흡착 공법은 말 그대로 표면에 원자가 화학적 흡착을 함으로 박막이 성장이 되는 공법을 말합니다.

자기 제한적 흡착 공법은, 일정 반응이 진행되면 더 이상 증착이 되지 않는 공법을 말합니다.

'자기 제한적 흡착 공법'에 의해 박막을 한 층씩 형성시킬 수 있습니다. 

 

ALD의 장점

 

ALD의 장점은 다음과 같습니다.

1. 원자 단위의 증착을 control 가능합니다.

2. Step coverage 한계를 극복할 수 있습니다.

3. 한 층 이상 증착이 안되어 모든 면적에서 균일도를 가집니다.

4. 낮은 온도에서 공정을 진행하여 다른 막 영향을 최소화시킬 수 있습니다.

 

박막 증착 공정은 이상적인 온도를 찾아 공정해야 합니다. 

이상적인 온도 그래프는 위 사진과 같습니다.

온도가 낮으면 분자량에 따라 Condensation, Incomplete reaction이 일어납니다.

온도가 높으면 분자량에 따라 Decomposition, Desorption이 일어납니다. 

 

위 실험에서는 Ideal ALD window에서 실험을 진행하였습니다. 

 

ALD 증착 장비 실습

공정 순서 

1. 로드락 챔버를 열어서 샘플을 loading합니다.

2. 로드락 챔버의 진공을 뽑아줍니다. 

 

3. 로드락 챔버 진공과 메인 챔버의 진공이 어느 정도 비슷해지면, gate 밸브를 열어 sample을 메인 챔버에 loading 해 줍니다. 

 

4. 전구체를 주입합니다.

전구체란, 반응을 도와주는 물질로 표면과 작용하고 나중에 넣어줄 반응물과 작용하는 물질을 말합니다.

실습에서 Zr 원자를 사용하였습니다.

 

5. 반응하지 않은 전구체들을 불활성 기체를 이용하여 챔버 밖으로 펌핑시켜줍니다.

안 하면 반응물과 남아있는 전구체가 반응을 하기 때문에 꼭 필요한 공정입니다. 

6. 반응할 기체(O2)를 주입해줍니다.

7. RF power을 통해 plasma를 띄워줍니다.

8. 그 이후 반응하지 않은 반응물들을 챔버 밖으로 펌핑시켜줍니다.

 

이런 식으로, '전구체'를 이용하여 원자 단위 두께의 박막을 형성시킬 수 있습니다. 

9. 위 방법(1-8)을 계속 반복하여 원하는 두께로 증착을 진행합니다.