[반도체 공정 05] 증착 공정 : 나노 단위로 층을 쌓는 초정밀 적층 기술

반도체 8대 공정 시리즈, 오늘은 웨이퍼 위에 원하는 물질을 얇은 막 (Thin Film) 형태로 입히는 증착 (Deposition) 공정에 대해 알아보겠습니다. 층이 높아질수록 (V-NAND 등) 증착 기술의 중요성은 더욱 커지고 있습니다.

 

1. 증착 공정이란?

증착은 웨이퍼 표면에 분자 또는 원자 단위의 물질을 입혀 전기적인 특성을 갖게 하거나 보호막을 만드는 공정입니다.

얼마나 얇고 (Thin), 균일하게 (Uniformity), 그리고 굴곡진 곳까지 잘 채우느냐 (Step Coverage) 가 기술의 핵심입니다.

출처 https://www.researchgate.net/figure/Simplified-schemes-of-step-coverage-and-gap-fill-for-structures-with-different-gap-shape_fig1_273634788

2. PVD vs CVD vs ALD (증착 방식의 진화)

방식	특징	비유
PVD (Physical)	물리적 충돌 (Sputtering) 이용	스프레이로 페인트를 뿌리는 방식
CVD (Chemical)	가스 간의 화학 반응 이용	증기를 쐬어 막을 형성하는 방식
ALD (Atomic)	원자 층 단위로 한 층씩 쌓음	벽돌을 한 장씩 정교하게 쌓는 방식

 

출처 https://beneq.com/atomic-layer-deposition/thin-film-deposition/

특히 RF 엔지니어에게 중요한 것은 화학 반응을 돕기 위해 플라즈마를 사용하는 PECVD (Plasma Enhanced CVD) 입니다.

낮은 온도에서도 증착이 가능해 하부 막질에 손상을 주지 않는 장점이 있습니다.

낮은 온도에서 공정을 잡게되면 에너지 효율도 개선되어 이점이 많으나 실제로 구현하기 어려운 부분들이 많습니다.

출처 https://lnf-wiki.eecs.umich.edu/wiki/index.php?title=Plasma_enhanced_chemical_vapor_deposition&redirect=no&mobileaction=toggle_view_mobile#/media/File%3APECVD_chamber_diagram.jpg

3. RF 시스템 엔지니어의 시각 : 증착 품질을 결정하는 RF 파워

제가 근무한 분야가 증착 장비였는데요 증착 장비 (특히 PECVD, Sputter) 를 유지보수할 때 우리는 다음 요소에 집중해야 합니다.

 

Dual RF (HF/LF) 제어 : 막질의 밀도 (Density) 와 스트레스 (Stress) 를 조절하기 위해 고주파 (High Frequency) 와 저주파 (Low Frequency) 를 혼합하여 사용합니다. 두 파워의 비율을 최적화하는 매칭 기술이 중요합니다.

 

Deposition Rate (증착 속도) 안정성 : RF 파워가 미세하게 흔들리면 증착 속도가 변해 막의 두께가 달라집니다. 이는 소자의 전기적 특성 불량으로 이어집니다. 설비에 RF Path 부분과 매칭을 잘하는게 중요한 부분입니다.

 

Chamber Cleaning (NF3) : 증착 후 챔버 내벽에 쌓인 부산물을 제거할 때 RF 플라즈마를 이용한 Remote Plasma Source (RPS) 등을 관리하는 것도 엔지니어의 몫입니다. 라디컬이 중요한데 RPS의 Type이나 도파관이 중요합니다.

출처 https://gemini.google.com/app/d0c2a64117e3b5d9?hl=ko

4. 마치며

증착 공정은 반도체라는 고층 빌딩을 짓는 '골조 및 외벽' 공사와 같습니다. ALD와 PECVD 기술의 발전 없이는 현재의 초미세 반도체는 불가능했을 것입니다. 다음 시간에는 전기가 흐를 수 있도록 길을 만들어주는 [반도체 공정 06] 금속배선 (Metallization) 공정으로 이어가겠습니다.