5. 증착 공정) 반도체 증착 공정이란 (feat. 박막)

박막(Thin Film)

박막이란, 두께가 1 um(마이크로미터) 이하의 매우 얇은 막을 말합니다. (1 um 이상의 두꺼운 막을 ‘후막’이라고 하죠.) 

반도체에서 ‘박막’을 증착하는 이유가 무엇일까요?
'반도체에 전기적 성질을 띄게 하기 위해서입니다'.

<전기가 안 통하게 만드는 '절연 성질'도 당연히 전기적 성질입니다.>

박막? 처음 들어보는데!

아닙니다. 모든 공정에서 '박막'을 다루었습니다. 

 
산화 공정에서 산화막을 증착해봤고, 만드는 이유에 대해서 배웠습니다.

2022.10.12 - [전자공학/2. Oxide] - 2. 산화 공정) 반도체 산화 공정 (feat. 습식 산화가 빠른 이유)

2. 산화 공정) 반도체 산화 공정 (feat. 습식 산화가 빠른 이유)

2022.11.15 - [전자공학/2. Oxide] - 2-2 산화 공정) 유전율, high k, low k에 대해서 알아보자

2-2 산화 공정) 유전율, high k, low k에 대해서 알아보자

Gate Oxide : gate와 기판 사이 전기적 성질(유전 효과)을 얻기 위해 열 산화 공정을 진행했습니다.
Field Oxide : 소자 간 전기적 성질(절연 효과)을 얻기 위해 열 산화 공정을 진행했습니다.여태까지 배웠던 이런 층들이 다 박막입니다!

박막의 종류

1. 열 산화막
기판의 Si과 외부 가스 O와 결합하여 생기는 박막입니다.
현재 high k, low k 요구에 의해 산화 공정은 Si 기판을 이용한 열 산화 공정이 아닌 외부 가스를 모두 사용하는 증착 공정으로 바뀌었죠. 이 부분은 산화 공정 글에서 정말 열심히 설명해 드렸습니다.

2. 유전체 막
외부에서 Si, O 혹은 Si, N 가스를 사용하여 만든 막입니다. 즉 기판의 원소를 이용하지 않고 외부 가스만을 사용하여 만든 유전체 막입니다. 
전도층 간 절연, 확산 및 이온 주입 mask, 회로 보호막 등의 역할이 있습니다.

3. Epitaxial 막
반도체 성질의 박막을 형성시킨 박막을 말합니다.
Homoepitaxy 기법과 Heteroepitaxy 기법으로 분류됩니다.

4. 다결정 Si
한 때, gate 전극으로 사용되었던 다결정 Si입니다.
Gate Oxide가 High k(Non Si)로 바뀜에 따라 현재 사용을 하지 않습니다.

5. 금속 박막(전극)
Al, Silicide 같은 전극을 말합니다.

이번 챕터에서는 유전체 막, Epitaxial 막, 금속 박막에 대해서 다룰 예정입니다.

박막 증착 공정 종류

박막을 만드는 공정은 여러 가지가 있지만 대표적으로 열 산화공정, CVD, PVD, ALD 공정이 있습니다.

열 산화 공정은 기판의 원자와 외부 원자를 사용하여 박막을 만들죠. 

이와 달리 PVD. CVD, ALD 공정은 기판의 원자를 이용하지 않고 모두 외부 가스를 가져와 기판 위에 박막을 만듭니다.

 

삼성전자 유튜브에서 'CVD, PVD'는 건물의 '아스팔트'라고 비유했습니다.
이 말을 감히 바꿔보면 건물의 아스팔트를 만들고, 쌓아주는 것이 PVD, CVD 장비입니다.

열 산화 공정은 건물 아래의 흙을 이용하여 흙 벽돌을 만드는 것으로 이해하시면 됩니다.

여기선 흙 벽돌 퀄리티가 아스팔트보다 훨씬 좋아요.

 

PVD 장비

 

CVD 장비

2022.11.30 - [전자공학/5. Deposition] - 5.2 증착 공정) CVD의 이해

5.2 증착 공정) CVD의 이해