제작 공정에서 증착이란 무엇인가요? 마이크로 스케일 장치를 층층이 쌓아 올리는 기술의 핵심

제작 공정의 맥락에서, 증착은 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 위에 얇은 재료 막을 입히는 공정입니다. 이는 집적 회로, MEMS 장치 및 기타 마이크로 스케일 기술을 형성하는 복잡한 다층 구조를 구축하는 데 사용되는 기본적인 "첨가" 제조 단계입니다.

파악해야 할 핵심 개념은 현대 전자 장치가 단일 블록에서 조각되는 것이 아니라 원자층 단위로 위로 구축된다는 것입니다. 증착은 이러한 정밀한 층을 추가하기 위한 핵심 도구 키트이며, 선택된 특정 기술은 최종 장치의 속성과 성능을 근본적으로 결정합니다.

증착의 역할: 바닥부터 구축하기

본질적으로 제작 공정은 재료 추가(증착), 패턴 형성(리소그래피), 재료 제거(식각)의 순환입니다. 증착은 이 순환의 중요한 첫 번째 단계로, 장치의 모든 기능성 층을 만드는 역할을 합니다.

첨가 원리

증착을 원자 규모에서 이루어지는 매우 진보된 형태의 3D 프린팅이라고 생각하십시오. 맨 기반인 기판으로 시작하여 특정 전기적 또는 구조적 목적을 가진 다양한 재료의 새 층을 전략적으로 추가합니다.

어떤 종류의 층이 있나요?

이러한 증착된 박막은 전기적 단락을 방지하기 위한 절연체(이산화규소 등), 배선 및 상호 연결을 형성하기 위한 도체(구리 또는 알루미늄 등), 트랜지스터 및 기타 활성 부품을 만들기 위한 반도체(다결정 실리콘 등)일 수 있습니다.

두 가지 주요 증착 범주

거의 모든 증착 기술은 재료를 소스에서 기판으로 전달하는 방식에 따라 물리적 기상 증착(PVD)과 화학 기상 증착(CVD)이라는 두 가지 주요 계열 중 하나에 속합니다.

물리적 기상 증착(PVD): 원자를 물리적으로 이동

PVD에서 증착될 재료는 고체 타겟으로 시작됩니다. 이 타겟은 에너지로 폭격되어 원자가 물리적으로 튕겨 나가거나 증발되어 증기가 됩니다. 이 증기는 진공을 통해 이동하여 더 차가운 기판 위로 얇은 막으로 응축됩니다.

가장 일반적인 두 가지 PVD 방법은 다음과 같습니다.

• 스퍼터링: 이온 빔(아르곤 등)이 타겟을 폭격하여 미시적인 당구공처럼 원자를 물리적으로 방출합니다. 이 방법은 조밀하고 고순도의 박막을 생성합니다.
• 증발: 소스 재료를 고진공 상태에서 가열하여 증발(또는 승화)시키고, 생성된 증기가 기판을 코팅합니다.

화학 기상 증착(CVD): 화학을 이용한 구축

CVD에서는 기판이 하나 이상의 휘발성 전구체 가스에 노출됩니다. 이 가스들은 기판 표면에서 반응하거나 분해되어 원하는 고체 재료를 박막으로 남깁니다.

PVD와 달리 증착된 재료는 화학 반응의 결과입니다. 이는 스퍼터링으로 만들기 어려운 복합 재료를 만드는 것을 가능하게 합니다. CVD는 복잡한 3차원 표면 특징에 완벽하게 순응할 수 있는 매우 균일한 박막을 생성하는 것으로 알려져 있습니다.

상충 관계 이해: PVD 대 CVD

엔지니어는 임의로 증착 방법을 선택하지 않습니다. 이 결정은 원하는 박막 특성, 기반 재료 및 제조 비용 사이의 중요한 상충 관계입니다.

박막 품질 및 순응도

CVD 공정은 일반적으로 우수한 순응도를 가진 박막을 생성합니다. 전구체 가스가 반응하기 전에 표면의 모든 틈새에 도달할 수 있기 때문에, 복잡한 지형 위에서도 결과 박막의 두께가 매우 균일합니다. PVD는 "직선 가시선" 공정이며 수직 측벽을 균일하게 코팅하는 데 어려움을 겪습니다.

증착 온도

전통적인 CVD는 종종 필요한 화학 반응을 유도하기 위해 매우 높은 온도가 필요합니다. 이 열은 이전에 증착된 층을 손상시키거나 변경할 수 있습니다. PVD 및 특정 유형의 CVD(예: 플라즈마 강화 CVD 또는 PECVD)는 훨씬 낮은 온도에서 작동할 수 있어 제작 공정의 후반 단계에 적합합니다.

순도 및 밀도

PVD, 특히 스퍼터링은 매우 순수하고 밀도가 높은 박막을 증착하는 데 탁월하며, 특히 금속의 경우 그렇습니다. 물리적 폭격 공정은 단단하게 채워진 박막 구조를 만드는 데 도움이 되며, 이는 견고한 전기 접점을 만드는 데 이상적입니다.

재료 다양성

CVD는 칩 제조에서 중요한 절연체인 질화규소 또는 이산화규소와 같은 복합 재료를 만드는 데 더 많은 유연성을 제공합니다. 전구체 가스의 레시피만 변경하면 됩니다. PVD는 일반적으로 고체 타겟으로 만들 수 있는 재료를 증착하는 데 제한됩니다.

응용 분야에 맞는 올바른 선택

PVD와 CVD 중 선택은 증착되는 층의 특정 목표에 전적으로 달려 있습니다.

• 복잡한 표면 위에 고품질의 균일한 절연층을 만드는 것이 주된 목표인 경우: 우수한 순응도로 인해 CVD가 결정적인 선택입니다.
• 배선 또는 전기 접점을 위한 고순도 금속 박막을 증착하는 것이 주된 목표인 경우: 고순도와 박막 밀도로 인해 PVD, 특히 스퍼터링이 업계 표준입니다.
• 온도에 민감한 장치나 기판을 코팅하는 것이 주된 목표인 경우: 기존 구조를 손상시키지 않기 위해 PECVD 또는 PVD와 같은 저온 공정이 필요합니다.

궁극적으로 증착은 정밀하게 제어되는 원자층 하나하나를 통해 현대 세계를 구성하는 근본적인 예술입니다.

요약표:

측면	물리적 기상 증착 (PVD)	화학 기상 증착 (CVD)
공정	고체 타겟으로부터의 원자 물리적 전달	기판 위 전구체 가스의 화학 반응
일반적인 방법	스퍼터링, 증발	LPCVD, PECVD, APCVD
박막 순응도	직선 가시선; 순응도 낮음	복잡한 모양 위에서 우수한 순응도
일반적인 온도	더 낮은 온도	더 높은 온도 (PECVD 제외)
이상적인 용도	순수 금속 박막, 전기 접점	절연층, 복합 재료

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