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1. Sputtering 개요
반도체 공정에서 주로 사용되는 박막증착방식은 크게 PVD 방식과 CVD방식으로 나눌 수 있다.
반도체 산업의 특성상 지속적인 기술개발이 빠른 속도로 진행되고 있어 두 방식을 발전시킨 방식 또는 두 방식을 혼합한 방식 등 실제 반도체 공정에서는 공정의 특성에 맞는 다양한 박막 증착 방식이 사용되고 있다.
A. PVD
1. 장점
A. 저온 증착 가능
B. 불순물 적음
C. 모든 물질 증착 가능
D. Adhesion (부착력) 우수
2. 단점
A. Bad Step Coverage
B. 얇은 두께 컨트롤 및 조성 조절 불가
C. 고가의 장비
D. 증착 속도 느림
B. CVD
1. 장점
A. 다양한 재료에 적용 가능
B. 증착층 성분 조절 가능
C. 석출 속도가 비교적 빠르고 대량생산 가능
D. 밀착성이 좋음
E. 균일한 코팅층
F. PVD에 비해 장치가 간단하고 복잡한 형상의 소재도 피복이 가능
G. Good Step Coverage
2. 단점
A. 높은 반응 온도
B. 소재의 변형 가능성
C. 복잡한 반응 경로
D. 사용기체의 위험성 (Toxic-gas)
E. 큰 도금면적을 얻을 수 없음
2. Sputtering
A. 진공증착(Evaporation)과 함께 대표적인 PVD방식으로 주로 Magnetron Sputtering 법을 사용함
B. Magnetron Sputtering 원리
3. 스퍼터링 타겟 특성이 스터퍼링 공정에 미치는 영향
A. 순도
Sputtering 공정은 기본적으로 미세 정밀 제품에 사용되며, 형성되는 박막의 두께는 0.1㎛ 이하에서 수㎛ 정도에 불과한 얇은 막이므로 불순물의 존재는 작업자가 원하는 특성의 박막 형성에 치명적일 수 있다. 그러므로 용도에 따라 정확한 순도의 제품의 사용이 중요하다.
B. 미세구조
Target의 grain size가 균일하지 않을 경우, particle이 생성되므로 증착 되는 박막의 품질과 target의 수명에 영향을 미친다.
ii. Crystal orientation결정구조에 따라 Closed-packed direction이 존재하는데 Sputtering 공정에서 Ar+ 원자의 충돌에 의해 방출되는 원자는 closed-packed direction으로 방출될 확률이 높으므로 Crystal orientation이 균일하면 원자의 방출 방향도 균일하게 되어 균일한 특성의 박막을 얻을 수 있다.
C. Bonding
Sputtering Target은 기본적으로 고순도의 target과 저순도의 Backing plate로 이루어져 있으며 이 두 부분을 완벽하게 접합하는 것이 Bonding 기술이다. Bonding 방법은 여러가지가 있으며 제품의 품질과 사용 용도에 따라 적합한 공정을 선택해야 한다.
Bonding시 불량이 발생할 경우, 마주 보는 target 면과 substrate 면이 수평을 이루지 못해 균일한 박막을 얻을 수 없는 문제가 발생할 수 있고, sputtering 공정 중 플라즈마 때문에 생성되는 target 표면의 고열을 방출할 수 없으므로 target에 열이 집중되어 박막 품질 저하, target 분리 등의 문제가 발생할 수 있다.
D. Surface
공기중에 장기간 방치되었거나 적절한 표면 처리 공정을 거치지 못한 sputtering target은 표면에 산화막이 덮이거나 반응성 기체, 수증기 등이 표면에 흡착하여 sputtering 시 속도를 저하시키거나 불순물을 생성하는 등의 불량 요소가 될 수 있다.