1. Sputtering의 고안 이유?
우선, 기판(substrate)와 유사한 격자상수를 가지는 물질을 특정한 결정학적 연관성을 가지게 하면서 박막을 성장시키는 에피택시(Epitaxy)는 제외하도록 하죠. 스퍼터링 보다 늦게 개발된 것일 테니까요.그럼 남은 것들을 분류해보면, 크게 두 가지로 분류할 수 있습니다.
1) 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition, PVD)
2) 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)
이 중에서 스퍼터링은 PVD에 속합니다. PVD의 종류는 Evaporation과 Sputtering으로 나눌 수 있습니다. Evaporation 방법은 고진공상태에서(오염을 줄이기 위해) 전기저항이나 전자빔 등을 이용해서, 기판에 증착하고자 하는 물질의 Source를 가열, 고체 상태로부터 기체 상태로 Evaporization을 시켜 증착하는 방법입니다.
즉, 고체 덩어리에 붙어 있던 원자가 외부로부터 열에너지를 공급받아 기체 상체의 원자로 탈출하게 됩니다. 이 탈출한 원자를 기판 위에 증착시키는 것을 Evaporation Deposition이라고 합니다.
이 방법은 가장 원시적인 형태의 박막 증착기기로, 원리는 단순하지만, 단점이 많습니다. 기판에 증착되는 원자는 Source로부터 직선으로 날아오기 때문에
(오염을 줄이기 위해 고진공을 유지 -> Source원자는 운동방향의 변화없이 Source에서 기판까지 직선으로 날아가게 됨)
기판의 표면에 기복이 존재하는 경우에는 증착이 되지 않는 부분이 있을 수도 있고, 부위별로 두께가 다를 수 도 있습니다.
또한, Evaporation을 위해서는 충분한 열에너지를 공급해 주어야 하는데, 증착하고자 하는 물질이 다수의 Source 원소를 포함하는 경우에는 조성을 조절하기가 매우 힘듭니다.
(물질별로 Evaporation에 필요한 에너지의 크기가 다르기 때문에) 또한, 열에너지에 의해, Source원자 뿐만 아니라, Source를 담고 있는 용기를 구성하는 물질의 원자도 기체상태로 Evaporization이 일어나 증착될 수 있기 때문에, 고순도의 균일한 두께의 복합 물질을 증착하는데 상당한 애로사항이 있습니다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 등장한 것이 Sputtering이 아닌가 생각됩니다. Sputtering은 열에너지 대신에, 외부에서 Source Target에 운동에너지를 전달함으로써, 원자를 강제로 탈출시키는 방법을 사용합니다.
Evaporation 방법과 달리, Sputtering은 Target Source와 충돌할 원자(운동량을 전달하기 위해서 필요)가 필요하며, 비활성의 Ar기체 원자을 주로 이용합니다.
따라서, Power을 걸어ionnized Ar(Ar+)들과 충돌하게 되고(plasma puttering), 기판에 도착하여 증착이 될 때는, 입자의 운동 방향이 Random해 지게 됩니다.
따라서 기판의 표면에 기복이 존재하는 경우에도 증착이 균일하게 잘 이루어 지게 됩니다. 이러한 것을 Step Coverage, Screening 등의 용어를 사용하여 설명합니다 또한, 다수의 원소로 구성된 박막을 증착하는 경우에도, Target Source를 여러개 이용하여 동시에 Sputtering하거나, 박막과 동일한 물질을 Sputtering하면 되기 때문에, 다성분 박막을 증착하는데 유리합니다.이러한 이유로, Evaporation에서 Sputtering으로 기술이 발전한 것으로 생각됩니다.
2. 에칭 기술 발전 방향의 키포인트
- 전자소자 에칭에 있어서 핵심 키워드는 방향성(Directionality)이 있느냐 없느냐, 선택성(Selectivity)이 있느냐 없느냐? 두 가지로 볼 수 있습니다. 즉, 소자의 크기가 작아짐에 따라, 특정한 방향으로의 에칭을 원하게 됩니다. 즉, Isotropy(등방성)한 에칭보다는 Anisotropy(이방성)한 에칭이 필요하고, 원하는 물질만 에칭할 수 있는 Selectivity도 필요합니다. 건식에칭(Dry Etching, 이온빔 에칭 등)은 Anisotropy 특성이 우수하지만, Selectivity가 열악하며 웨이퍼에 데미지를 줄 수 있는 반면, 습식에칭(Wet Etching, 화학물질 등 이용)은 이와는 반대입니다. 굳이 두 가지 특성중에 어떤 것을 선택해야 한다면, Anisotropy를 선택해야 할 것입니다. 최근에는 기기 기술의 발전으로, Etching Stop 제어가 매우 우수하고, 소자의 크기를 줄이는데는 Anisotropy가 매우 중요하기 때문입니다.
[출처] Evaporation & Sputtering deposition region|작성자 떨진꽃