ALD 공정에 대한 이해

 

■ ALD 정의

1) ALD란?
    Atomic Layer Depo의 약어로서 증착공법중에서 한국에서 가장 처음으로 Field 적용한 방법임
2) 기존공법 대비 차별성
    - 기존의 CVD공법대비 개별 소재를 순차적으로 투입하여 박막을 형성하는 공법
     - 막형성에 필요한 원소를 한번에 한가지만 증발(기화)시켜 박막을 형성하는 원자층 적층 성장 공법
3) 장점
    - 모든 소재를 한꺼번에 투입하여 박막을 형성하는 CVD대비 장점이 있어 최근에 반도체 공정에서 사용하는 공법임

■  박막 성장을 위한 기본 사이클(4단계)

1) 전구체의 주입과 노출
2) 과잉 공급된 전구체와 부산물 제거를 위한 퍼지(purge) 및 배출
3) 반응체의 주입과 노출
4) 과잉 공급된 반응체와 부산물 제거를 위한 기상반응으로부터의 퍼지(purge) 및 배출

※ 참고

- 증착률 : 사이클 당 박막의 두께
    -> 막의 성장속도는 시간이 아니라 원료 공급 주기의 회수에 비례하여 막의 두께를 정밀하게 제어할 수 있음
        (원료공급량, Reactant 기체 유량/압력 등의 공정 조건에 민감하지 않음)

 

■ ALD의 장점

1) 매우 얇은 막을 형성할 수 있음

2) 기판의 면적이 넓어도 균일한 두께의 막 형성이 가능함
    (300mm웨이퍼에도 쉽게 적용이 可)

3) 기판의 요철에 관계없이 일정한 두께의 막이 형성됨
    (단차 피복성이 좋음)
4) 형성된 막에 핀홀이 없음
5) 분말이나 다공성 물질에도 균일한 두께의 막을 형성할 수 있음

 

■ 박막 성장 사이클에 소요되는 시간

1) 공정의 목적
2) 사용되는 전구체의 화학적 특성
3) 기판의 구조와 증착 온도
4) 기판과 전구체 간 반응성

 

■ 요구사항 충족을 위한 작업

- 원자층 증착 기술의 사이클은 요구되는 두께 증착을 위해 반복진행함
   (사이클 수에 따라 정확한 박막 두께의 제어가 가능함)

 

■ ALD 적용분야

- 전자의 흐름을 제어하는 절연층 증착에 사용
- 금속배선 공정까지 적용범위를 확대

 

■ ALD의 분류

1. 분류기준
- 반응체의 종류에 따라 분류가 가능함

2.  열(Thermal) 원자층 증착 기술
1) 정의
- 주어진 온도에서 오직 열에너지의 공급에 의해 전구체와 기체상의 반응체를 반응시켜 박막을 형성하는 공법

2) 할라이드(Halide)계 사용 공법
- 증착장비의 부식 문제 발생
- 파티클 생성의 가능성이 존재

3) 유기금속(Metal-organic)계 사용 공법
- 증착된 박막의 밀도 저하
- 박막 내 불순물이 잔존하는 문제 존재

3. 플라즈마(Plasma) 원자층 증착 기술
1) 정의
- 플라즈마 사용에 의해 저온에서도 증착된 박막의 불순물이 적고 치밀한 박막을 성장시킬 수 있는 공법

2) PEALD의 장점
- 낮은 온도에서 박막을 형성할 수 있다는 장점으로 인해 반도체 소자의 제조 공정에서 많이 사용됨
- 플라즈마를 이용한 증착기술의 경우 낮은 온도에서 박막형성 기능으로 인하여 전자/광학 소자 제조에 널리 사용됨

3) 직접 플라즈마(direct plasma) 공법
- 플라즈마에 의해 형성된 이온에 의한 손상이 발생할 수 있음

4) 원거리 플라즈마(remote plasma) 공법
- 기판과 플라즈마 발생영역이 분리되어 있어 이온에 의한 손상을 최소화할 수 있음

■ 3차원 구조의 메모리에서 박막형성

1. 핵심 기술
- 적층수와 메모리 집적도 증가에 의해 높은 종횡비가 요구됨
- 선행 공정에서 증착된 물질에 대한 영향을 최소화해야 함

2. 선행공정의 증착 물질에 의한 영향 최소화를 위한 필요조건
- 낮은 증착 온도
- 균일한 피복성을 지닌 고품위의 박막을 형성하는 것이 중요함

■ 여분의 원료 기체 제거 방법

1. 원료 기체를 진공 펌프로 배기하는 방법
 

2. 아르곤 등의 불활성 기체를 흘려 여분의 원료 기체를 씻어내는 방법
 

 

■ ALD의 성능parameter

- 반응가스의 종류
- 증착온도 높은 경우 : 화학적 결합이 지속되지 못하거나 화학반응영역의 밀도가 감소하여 증착 속도는 감소함
- 증착온도 낮은 경우 : 화학적 흡착과 박막 형성 반응이 열적으로 활성화되기 때문에 증착 속도는 증가함

 

■ Canister

- 케미칼의 보관/이동/사용 과정에서 케미칼의 변질없이 안전하게 보관하기 위한 저장용기이다.
- 또한 장비에 케미칼을 공급하는 과정에서 장비의 사용에 따라 여러 가지 적합한 방법으로 공급하기 위한 목적으로 사용한다.
- 장비 및 공정에 따라 내부 진공, 가압, 가열 등 다양한 악조건에서 사용되는 경우가 빈번하다.