증착, 특히 반도체 공정에서의 박막 증착(thin film deposition)은 웨이퍼 위에 얇은 막들을 만드는 과정입니다. 여기에는 단순한 물리적 충돌과 쌓임으로 진행되는 물리적 증착과 화학 반응을 수반하는 화학적 증착이 있죠. 물리적 증착법으로는 증착원에 열 에너지를 가하여 기체 상태로 만들어 웨이퍼에 이르게 한 뒤 온도를 낮춰 고체 상태의 막으로 돌아오게 하는 증발(evaporation)과 에너지를 가진 이온이 증착원과 충돌아여 이로부터 이탈된 원자들이 웨이퍼 표면으로 이동하여 쌓이게 하는 스퍼터링(sputtering)이 대표적입니다. 열 에너지는 저항 가열이나 혹은 전자선을 이용하여 제공되죠. 화학적 증착법으로는 서로 다른 기체들이 에너지를 얻어 화학 반응을 일으킴으로써 반응 생성물이 웨이퍼 위에서 막을 형성합니다. 이 때 반응 에너지원은 열이나 플라즈마 등을 사용하죠.
증발(evaporation)의 경우, 증발원을 보트에 넣고 보트나 필라멘트를 가열하여 증발원을 승화시켜서 웨이퍼에 박막을 형성하죠. 이 때 저항 가열 대신에 전자선을 사용하기도 합니다.
스퍼터링의 경우, 아르곤과 같은 이온들로 이루어진 플라즈마를 생성하고 이온들이 에너지를 얻어 타겟(증착원, target)과 물리적으로 충돌합니다. 충돌 과정에서 이탈된 타겟의 원자들이 웨이퍼 위에 쌓이면서 박막을 형성하죠.
화학적 증착인 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD)에서는 기체들이 반응실로 들어오고(convection), 웨이퍼의 표면에 흡착되어(adsorption), 화학 반응을 하죠(reaction). 반응으로 만들어진 분자들은 표면에서 이동을 하면서(surface diffusion) 결합이 이루어지며 결정막을 만들어갑니다(crystal film growth). 만들어지는 막은 주로 단결정 박막이지만 기판의 결정성이나 상태에 따라 다결정 박막이나 비정질막 등이 형성되기도 하죠. 반응에 참여하지 않은 기체들은 떨어져 나와(desorption) 외부로 배출됩니다(exhaust). 원자층 증착(Atomic Layer Deposition, ALD)은 반응 기체의 유입부터 반응 후 박막 생성, 그리고 잔류 기체의 배기를 사이클로하여, 한 사이클이 끝나면 다음 사이클이 시작되면서 원자층들을 차곡차곡 쌓아가는 방식으로 밀도가 높고 우수한 결정성을 갖는 막을 만들 수 있습니다.
화학 기상 증착에서 높은 공정 온도를 피하고 싶을 때는 반응을 위한 에너지로 열 대신 플라즈마를 사용합니다. 이러한 PE-CVD(Plasma-Enhanced CVD) 공정에서는 반응 기체들이 들어오면 이를 전기장으로 분리, 전구체(precursor)를 형성하여 웨이퍼에 흡착이 일어나도록 한 뒤, 전구체의 이동과 표면에서의 반응을 중심으로 막이 만들어집니다. 만들고자 하는 막의 종류와 증착 방식에 따라 다양한 반응 기체들이 사용되죠.
반도체 소자에서 전극으로 사용되는 금속 배선들도 이러한 박막 증착에 의해 막이 만들어지고, 다음으로 사진 식각 공정을 통하여 패터닝됩니다. 금속 전극용 증착 방식은 증발, 스퍼터링, 그리고 화학 기상법까지 다양하며, 이를 통하여 금속 혹은 합금이나 실리콘이 첨가된 금속 배선들이 제조됩니다.
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