thin film[박막]에 대한 정의와 제조방법 정리

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thin film[박막]에 대한 정의와 제조방법 정리에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

: 증착속도가 빠르고(50/sec), 고융점 재료의 증착이 가능하며 Multiple deposition 이 가능하다.
-단점 : X-ray가 발생하고 e-beam source위에 원자의 농도가 크므로 와류 또는 discharge가 심하다.
(2) sputtering
-sputter deposition이란?
sputtering은 chamber내에 공급되는 gas cathode에서 발생되는 전자 사이의 충돌로부터 시작된다.
-장점: 여러 가지 다른 재료에도 성막 속도가 안정되고 비슷하고 균일한 성막이 가능하다. step 또는 defect coverage가 좋다. 박막의 응착력이 좋다. target냉각이 가능하고 큰 target사용이 가능하다. O2,N2 등의 reactive sputter로 산화물, 질화물 박막의 형성이 가능하다.
-단점: 성막속도가 낮다. High energy deposition이므로 박막의 불균일과 damage 발생요인이 된다. 박막이 전자, UV, 이온 등에 노출되어 가열된다(100~150℃)
-DC sputtering
직류전원을 이용한 sputtering방법이다. 구조가 간단하며 가장 표준적인 sputter장치이다. 성막속도가 여러 종류의 금속에 대해 거의 일정하며 전류량과 박막두께가 거의 정비례하므로 조절이 쉬운 장점이 있다. 하지만 target 재료가 금속에 한정되고 높은 Ar 압력이 필요(10~15mtorr)하며 기판이 과열되기 쉬운 단점이 있다.
위와 같은 결점은 diode 대신 tride형으로 하여 plasma 형성용 전자방출 전극을 이용해서 전자와 기체의 충돌을 촉진시킴으로써 낮은 Ar압력하에 sputter할 수 있게 하거나 magnetron방식을 사용하여 해결할 수 있다.
-Rf sputtering
DC sputtering에서는 target이 산화물이나 절연체일 경우 sputtering되지 않는다. 이러한 단점은 RF sputtering함으로써 해결될 수 있으며 특히 낮은 Ar압력에서도 plasma가 유지될 수 있다. RF sputtering은 금속 이외에도 비금속, 절연체, 산화물, 유전체 등의 sputtering이 가능하며 주로 13.56MHz의 고주파 전원을 사용한다.
-Magnetron sputtering
Magnetron sputtering이란 target(cathode)의 뒷면에 영구자석(CoSm,Alnoco)이나 전자석을 배열함으로써, 전기장에 의해(RF 또는 DC) cathode로부터 방출되는 전자를 target 바깥으로 형성되는 자기장 내에 국부적으로 모아 Ar 기체원자와의 충돌을 촉진시킴으로써 sputter yield를 높이는 방법이다.
이 방법은 sputtering 효율이 증가되며 전자의 와류운동으로 전자의 기판 및 박막에의 충돌을 감소시킬 수 있다. 따라서 기판온도 상승효과가 적다. 하지만 자기장이 target표면에 수직으로 들어오고 나가도록 해야 하며 효율이 약 25%정도로 적은 단점이 있고 자성이 있는 재료의 sputtering시, 자기장이 target 바깥으로 나오기 힘들어서 매우 얇은 target을 사용해야 한다.
(3) ion plating
이온 플레이팅은 은 박막의 성질을 향상시키기 위하여 glow discharge를 이용하는 물리증착과정의 총칭이라 할 수 있다. 이온 플레이팅도 스퍼터링과 비슷하게 플라즈마를 사용한 증착공정이지만 스퍼터링과는 달리 보통 증착하고자 하는 물질을 증발 법으로 기상화한 뒤 reactive gas나 불활성 기체들과 함께 이온화하여 음의 전압이 가해진 기판으로 가속하므로 기판의 표면이나 코팅 막은 생성된 이온들과 이온화 과정 중에 생성된 높은 에너지를 함유한 중성원자들과 충돌하게 된다.
이온 플레이팅은 이온과 중성입자의 충돌로 인하여 기판이 깨끗해지고 기판이 예열되기 때문에 접착력이 향상되며 증착 후 기계가공이나 연마를 할 필요가 없다.CVD법에 비해 낮은 증착온도를 필요로 하는 장점이 있다. 그리고 다른방법으로는 얻을 수 없는 합금계 박막을 얻을 수 있다.
PEPVD(plasma enhanced physical vapor deposition)
PVD의 원리와 같이 물리적인 힘을 가하여 박막 증착시키는 방법으로 비교적 낮은 압력 때문에 plasma가 박막을 때리는 영향이 크다. plasma를 이용하기 때문에 낮은 온도에서도 증착 가능한 방법이다. metal이나 산화물을 이용하기도 하며 공업적으로 대량생산도 가능하다. 조절이 쉽다.
4. Find the principles and processes to deposit Si by using the methods
-CVD를 이용한 실리콘 증착법
Polycrystalline silicon은 다음과 같은 반응에 의해 증착시킬 수 있다.
SiHCl3→ Si + H2+ HCl
SiH4 → Si + 2 H2
이 반응은 보통 순수한 Si를 얻거나 7080%정도의 질소 안의 Si의 용액을 얻을 때 LPCVD를 이용하여 수행된다. 온도는 600~650 °C이고 압력은 25~150Pa 이며 분당 10~20nm 정도 증착 가능하다.
* SiH2Cl2 + H2→ Si + 2HCl

(1)gas-phase decomposition (2) transport to the surface of the wafer
(3) adsorb (4) diffuse (5) decompose (6) the reaction by-products desorb
-PECVD를 이용한 실리콘 증착법
일반적으로 PECVD로 증착되는 필름은 silicon nitride (SixNy), silicon dioxide (SiO2), silicon oxy-nitride (SiOxNy), silicon carbide (SiC), 그리고 비결정성(amorphous silicon, α-Si)이다. 실리콘 소스 가스인 실레인(SiH4)은 산소계 소스 가스와 결합하여 silicon dioxide를 만들어 내거나 질소계 소스 가스와 결합하여 silicon nitride를 만들어 낸다.
PECVD를 이용한 실리콘 공정의 전체적인 모습은 위의 그림과 같다.

키워드

박막,   나노박막구조,   CVD process