반도체 공정 실습) E-Beam Evaporator를 이용한 Ti 전극 증착

E-beam evaporator을 이용하여 Ti 증착 실습을 진행하였습니다.
이번 시간 sample은 LED EPI sample입니다.

LED epi sample

실제 sample의 현재 상태

현재 샘플은 바로 위 사진과 같이, n 전극 위치 부분에 PR이 증착되어 있는 상태입니다.
​이 위에 금속을 얹히고, 금속 부분을 Lift off 하여 원하는 부분의 metal을 남기고 버립니다.

이러한 방법으로 p 전극 metal, n전극 metal을 따로 만들어 줍니다.

 

제가 이론 편에서 말씀드렸다시피, 각 소재별 전극을 따로 만들어주는 이유는 반도체와 전극 간의 '오믹 컨택'을 위해서입니다.

2022.10.26 - [전자공학/반도체 소자 이론] - 반도체 물성과 소자) 9. Metal Semiconductor Heterojunction

반도체 물성과 소자) 9. Metal Semiconductor Heterojunction

 

대략적인 Sample 구조는 알았으니, E-Beam Evaporator로 금속을 증착하는 방법에 대해서 설명해 드리겠습니다.

먼저, E-Beam Evaporator는 고진공에서 진행됩니다. 

왜 고진공에서 진행될까요?

고진공의 역할

1. 고진공은 target sample의 녹는점을 낮춰주는 역할을 합니다.

2. 긴 mean free path로 인해 기판에 도달하는 원자의 에너지가 높아 박막이 치밀해집니다.

3. Chamber 내 불순물, 먼지 등 오염이 거의 없어 film 내 defect, contamination 위험성이 떨어집니다.

 

E-beam Evaporator 실제 모습

E-Beam Evaporator Mechanism

필라멘트에 고전압을 인가하면 열 전자들이 형성됩니다.
고전압 인가로 인해 생긴 자기장이 crucible(원하는 금속 material이 들어간 그릇)에 열 전자들을 때리게 됩니다.

이 열전자들이 원하는 금속 타깃을 때려 금속 원자가 기체로 증발됩니다.

위 금속 원자가 차가운 기판으로 날아가 증착되는 장비를 E-beam Evaporator이라고 합니다.

 

 

E-Beam Evaporator 순서

이미 main chamber가 고진공으로 되어있다고 가정을 하겠습니다. (통상적인 진공 장비는 공정 마친 후 진공을 잡는 것이 원칙입니다.)

 

1. load lock chamber을 질소를 통해 vent 하여 상압과 맞춥니다.

Pirani gauge 2(Load lock chamber 진공 게이지)의 진공도가 올라감을 확인하였습니다. 

760 Torr까지 질소가 들어가며, 로드락 내에 소리가 나는 순간 상압과 같아지게 됩니다.

이로 인해 로드락 챔버를 밖에서 열 수 있습니다. 

 

2. Load lock chamer을 열고 샘플을 넣어줍니다.

 

 

넣고 닫은 후, 로터리 펌프로 load lock chamber의 저진공(7x10^-3Torr)을 뽑아줍니다.

 

3. load lock chamber가 저진공이 되면  로봇 암을 이용하여 main chamber로 sample이 이동하게 만듭니다.

 

4. 필라멘트에 고전압을 가합니다. 

 

1번: Al, 2번 : Ti 이런 식으로 숫자를 바꾸면서 증착하고 싶은 금속 target을 고를 수 있습니다.

 

5, Crucible(금속 target)이 열전자에 다굴 당합니다.

이렇게 파이지요..

 

6. 다굴 당하여 금속 target 원자들이 밖으로 나가게 되고, 상대적으로 차가운 substrate를 만나 결합을 하여 금속 박막이 됩니다.

 

 

7. Alpha-step으로 측정합니다.

알파스텝으로 확인 시 995암스트롱의 Ti가 증착이 되었음.

 

증착 후 Lift Off 공정 방식

1. 아세톤에 만들어진 샘플을 10분 동안 넣어 PR, metal을 떨어지게 합니다.

가장자리가 잘 안 떨어지는 이유는 다음과 같습니다

첫 번째로, Spin coater에서 pr 증착이 원심력으로 인해 과도하게 바깥쪽으로 형성이 되었기 때문입니다.

두 번째로, 트위져로 기판을 잡을 때 생기는 결함들 때문입니다.

2. DI 용액으로 닦아준 후, 질소 총으로 앞면, 뒷면을 닦아주면 lift off 공정은 끝입니다.

하지만 negative PR을 사용하여 해상도가 좋지 않아, 현재 이 공정은 산업에서 잘 쓰이지 않고 있습니다.