Silicon Wafer 표면 위에 원자 단위로
절연체 및 전도체 물질을 고르게 박막 형성시켜 Device
수율을 높일수 있는 원자층 증착 (ALD : Automatic Layer
Deposition)기술이 급부상하고 있다.
CVD는 Wafer상에 회로를 형성시키는
가공공정을 통해 Wafer 표면에 골이 발생해 박막이 고르게
형성되지 않는 단점을 안고 있다.
박막을 형성하는 반응로 내에 원하는
가스를 주입하고 이를 Wafer 표면에 형성하기 때문에 오목한
부분 측면의 박막 층이 바닥 부분에 비해 얇게 형성되는
것이다.
이를 개선한 것이 ALD로, 크기가
옹스트롱 단위인 원자가 서로 밀어내는 성질을 이용해 측면과
바닥 부분의 박막 두께 차이를 제로에 가깝게 한다.
예를 들어 박막과 박막 사이를 차단하는
절연체인 산화규소(SiO2)막을 형성시킬 경우, CVD에서는
산화규소 가스를 반응로 내에 주입하지만, ALD방식을 실리콘화수소(SiH4)를
반응로에 주입해 수소는 공기 중에 분해 시키고 Silicon
원자만 Wafer 표면에 우선 입히게 된다. 이후 산소(O2)를
주입해 산화 규소막을 형성하게 된다.
원자는 서로 밀어내는 성질을 갖고
있어 다른 원자가 이미 Wafer 표면에 내려 앉아 있을 경우
다른 자리를 찾게 되고, 이를 통해 박막이 바닥과 측면에
모두 고르게 형성 된다는 것이 전문가들의 설명이다.
ALD장치는 데이터 저장 용량이 기가급
고집적 반도체와 0.18㎛(1마이크론은 100만분의 1m) 이하의
미세회로공정기술 등장으로 보급이 확산될 전망이다.
반도체 직접도가 높아지고 회로선
폭이 좁아질수록 요철의 모양이 깊고 좁아져 기존 CVD장치로는
측면과 바닥 부분의 박막 두께 차이를 백분율로 표시한
단차 피복도(Stop Coverage)를 높이는 데 한계가 있기 때문이다.
그러나 ALD는 다양한 가스를 순차적으로
주입해 Wafer위에서 절연막을 형성하기 때문에 반응 속도가
느리고, 낮은 온도에서 막을 형성하기 때문에 막의 성질이
떨어지는 단점을 갖고 있다.
이를 극복하기 위해 등장한 것이
플라즈마에너지를 사용하는 PE(Plasma Enhanced) ALD이다.
PEALD는 증착 과정에서 프라즈마를 주입시켜 온도는 그대로
유지하면서 높은 에너지를 발생시켜 막의 성질을 높이게
된다.
또 반응속도를 높이기 위해 반응로
내에 3, 4장의 Wafer를 동시에 넣고 증작시키는 미니배치방식이
도입되고 있다.
또한, 나노미터 두께의 박막 형성,
등방적 (conformad) 증착 등에 대해 기존의 CVD나 PVD는
적용하기 어려워 짐에 따라 ALD 기술이 적용되게 되었다.
ALD 주용 적용범위는 DRAM 커패시터용
유전체, Logic IC용 트랜지스터 게이트 유전체, Interconnect용
Barrier Layer 혹은 Seed Layer, 게이트 혹은 커패시터
전극물질, Non-semiconductor Application(gap dielec-
trics of magnetic recording head, MEMS, organic light
emitting display 등)에 적용된다. |