칩 제조: 박막 공정

박막 공정의 기본 소개는 무엇입니까?

반도체 박막 증착 공정은 현대 마이크로전자 공학 기술의 필수 구성 요소입니다. 여기에는 반도체 기판에 하나 이상의 얇은 재료 층을 증착하여 복잡한 집적 회로를 구성하는 작업이 포함됩니다. 이러한 박막은 금속, 절연체 또는 반도체 재료일 수 있으며 각각 전도, 절연, 보호 등 칩의 다양한 층에서 서로 다른 역할을 수행합니다. 이러한 박막의 품질은 칩의 성능, 신뢰성 및 비용에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 반도체 산업에 있어서 박막증착 기술의 발전은 매우 중요하다.

박막 공정은 어떻게 분류되나요?

현재 주류의 박막증착 장비 및 기술은 다음과 같습니다.PVD(물리 기상 증착), CVD(화학 기상 증착) 및 ALD(원자층 증착). 이 세 가지 기술은 증착 원리, 재료, 적용 가능한 필름 레이어 및 프로세스가 현저히 다릅니다.

1. 물리적 기상 증착(PVD)

PVD(물리적 기상 증착)는 증발 또는 스퍼터링을 통해 재료를 기화시킨 다음 기판에 응축하여 박막을 형성하는 순수 물리적 공정입니다.

진공 증발: 재료는 고진공 조건에서 가열되어 기화되고 기판에 증착됩니다.

스퍼터링: 가스 방전에 의해 생성된 가스 이온이 타겟 물질에 고속으로 충격을 가하여 기판에 필름을 형성하는 원자를 제거합니다.

이온 도금: 기화된 재료가 방전 공간에서 부분적으로 이온화되고 기판에 끌려 필름을 형성하는 진공 증발과 스퍼터링의 장점을 결합합니다.

특성: PVD는 화학반응 없이 물리적 변화만 수반합니다.

2. 화학 기상 증착(CVD)

CVD(Chemical Vapor Deposition)는 기체상 화학 반응을 통해 기판에 고체 박막을 형성하는 기술입니다.

기존 CVD: 다양한 유전체 및 반도체 필름을 증착하는 데 적합합니다.

플라즈마 강화 CVD(PECVD): 플라즈마를 사용하여 반응 활성을 강화하며 저온 증착에 적합합니다.

HDPCVD(고밀도 플라즈마 CVD): 동시 증착과 에칭이 가능하여 탁월한 고종횡비 갭필 기능을 제공합니다.

대기압 이하 CVD(SACVD): 고온에서 형성되는 반응성이 높은 산소 라디칼을 사용하여 고압 조건에서 탁월한 홀 필링 기능을 달성합니다.

MOCVD(금속-유기 CVD): GaN과 같은 반도체 재료에 적합합니다.

특성: CVD는 실란, 포스핀, 보란, 암모니아 및 산소와 같은 기상 반응물을 사용하여 고온, 고압 또는 플라즈마 조건에서 질화물, 산화물, 산질화물, 탄화물 및 폴리실리콘과 같은 고체 막을 생성합니다.

3. 원자층 증착(ALD)

원자층 증착(ALD)은 두 개 이상의 반응물을 교대로 펄스 방식으로 도입하여 정밀한 단일 원자층 증착을 달성하는 특수 CVD 기술입니다.

열 ALD(TALD): 기판의 전구체 흡착 및 후속 화학 반응에 열 에너지를 사용합니다.

플라즈마 강화 ALD(PEALD): 플라즈마를 사용하여 반응 활성을 향상시켜 더 낮은 온도에서 더 빠른 증착 속도를 가능하게 합니다.

특징: ALD는 정밀한 막 두께 제어, 우수한 균일성 및 일관성을 제공하므로 깊은 트렌치 구조의 막 성장에 매우 적합합니다.

다양한 박막 공정이 칩에 어떻게 적용되나요?

금속층: PVD는 주로 알루미늄 패드, 금속 하드 마스크, 구리 장벽층 및 구리 시드층과 같은 초순수 금속 및 전이 금속 질화물 필름을 증착하는 데 사용됩니다.

Al 패드: PCB용 본딩 패드.

금속 하드 마스크: 일반적으로 포토리소그래피에 사용되는 TiN입니다.

Cu 배리어 층: 종종 TaN이 Cu 확산을 방지합니다.

Cu 시드층(Cu Seed Layer): 후속 전기도금을 위한 시드층으로 사용되는 순수 Cu 또는 Cu 합금.

유전체층: CVD는 질화물, 산화물, 산질화물, 탄화물, 폴리실리콘과 같은 다양한 절연 재료를 증착하는 데 주로 사용되며, 이는 다양한 회로 구성 요소를 격리하고 간섭을 줄입니다.

게이트 산화물 층: 게이트와 채널을 분리합니다.

층간 유전체: 다양한 금속층을 분리합니다.

배리어 레이어: PVD는 금속 확산을 방지하고 장치를 오염으로부터 보호하는 데 사용됩니다.

Cu Barrier Layer: 구리 확산을 방지하여 장치 성능을 보장합니다.

하드 마스크: PVD는 포토리소그래피에서 장치 구조를 정의하는 데 사용됩니다.

금속 하드 마스크: 일반적으로 패턴을 정의하는 데 사용되는 TiN입니다.

SADP(Self-Aligned Double Patterning): ALD는 FinFET의 Fin 구조 제조에 적합한 미세한 패터닝을 위해 스페이서 층을 사용합니다.

FinFET: 스페이서 레이어를 사용하여 코어 패턴의 가장자리에 하드 마스크를 생성하여 공간 주파수 증폭을 달성합니다.

HKMG(High-K Metal Gate): ALD는 고유전율 재료와 금속 게이트를 증착하는 데 사용되어 특히 28nm 이하 공정에서 트랜지스터 성능을 향상시킵니다.

High-K 유전체층: HfO2가 가장 일반적인 선택이며, ALD가 선호되는 준비 방법입니다.

메탈 게이트: Hf 요소와 폴리실리콘 게이트의 비호환성 때문에 개발되었습니다.

기타 응용 분야: ALD는 구리 상호 연결 확산 장벽 층 및 기타 기술에도 널리 사용됩니다.

구리 상호 연결 확산 방지층: 구리 확산을 방지하여 장치 성능을 보호합니다.

위의 소개에서 PVD, CVD 및 ALD는 고유한 특성과 장점을 갖고 있으며 반도체 제조에서 대체할 수 없는 역할을 한다는 것을 알 수 있습니다. PVD는 주로 금속 필름 증착에 사용되며, CVD는 다양한 유전체 및 반도체 필름 증착에 적합하며, ALD는 우수한 두께 제어 및 스텝 커버리지 능력으로 첨단 공정에 탁월합니다. 이러한 기술의 지속적인 개발과 개선은 반도체 산업 발전을 위한 견고한 기반을 제공합니다.**

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