Ion Implant & Deposition - 이온 주입 & 증착 공정

 

Implant

• 이온 주입 공정 : 실리콘에 이온을 주입하여 P/N형 반도체를 만드는 공정
• 산화막이 깎여 노출된 실리콘 웨이퍼에 이온을 주입하여 전기가 흐르는 회로가 새겨진다

정의와 특징

• 반도체가 전기적 특성을 갖도록 만드는 과정 => 불순물로 소자의 특성을 결정한다
• 불순물을 이온화시켜 고전압을 이용해서 Wafer에 주입한다 => 큰 에너지로 표면을 뚫어 이온 주입
• 불순물의 양을 조절할 수 있고 침투 깊이를 조절할 수 있다(에너지로 깊이 조절 가능)
• 균일성이 우수하며 저온 공정이 가능하다

공정 특성

• Dose : 단위 면적당 주입되는 이온 갯수
• Energy : 전압 세기를 의미하고 세기에 따라 이온 주입 깊이가 달라진다
• Beam Current : 단위 시간당 주입되는 불순물의 양

공정 순서

• 불순물 이온화 -> 필요한 Ion만 추출 -> Ion 가속화(깊이에 따라 전압 세기 결정) -> 일정 면적에 이온 주입 -> 주입된 양 측정 및 Ion Beam 생성 경로에 High Vacuum 상태 형

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Deposition

• 회로들 사이에 박막(미세한 막)을 만들어 회로 간 구분, 보호, 연결 역할을 한다
• 증착 공정 : 두 회로(소자) 사이에 전기를 통하게 하는 전도성 박막(금속 박막)을 사용하거나, 전기가 통하지 않도록 절연성 박막을 증착하는 과정이다

정의와 특징

• 회로 간의 구분, 연결, 보호 역할을 하는 Thin Film을 만드는 과정
• 박막 증착 방법에 따라 CVD(화학적 기상증착방법,Chemical Vapor Deposition)와 PVD(물리적 기상증착방법, Physical Vapor Deposition)가 있다
• 순서 : Cleaning -> Deposition -> Photo -> Etch

참조 : https://news.skhynix.co.kr/post/jeonginseong-column-deposition

 

CVD

정의와 특징

• 화학 반응물질을 기화시켜 화학 작용으로 생성된 생성물을 웨이퍼 표면에 증착한다
• Film 원료를 함유한 Gas 화합물의 반응으로 기판 위에 증착한다
• CVD 영향 요소 : 증착속도, Uniformity, Step Coverage, 막질
• CVD 증착법 분류 : 압력과 에너지원에 따라 분류한다
  • 반응 압력 : LP-CVD, AP-CVD, SA-CVD
  • 반응 에너지 Source : Thermal-CVD, Plasma-CVD

CVD 증착 분류

• 증착 대상(연결, 구분, 보호) : 금속배선, 절연막, 보호막
• 금속배선 화학기상 증착법
  • WiSix로 텅스텐을 이용하여 고온 공정의 안정성을 가진 증착법(Al의 경우 고온에 약한 특성이 있어 W 사용함)
• 절연막 화학기상 증착법 : BPSG, IMD
  • BPSG Film : 산화막 증착 시 B나 P를 함유한 반응물을 추가하여 반도체 소자 배선 층간 절연 역할
  • IMD Film : Metal 간 절연 목적의 공정으로 금속 배선 다층화로 금속 배선간 층간 절연 역할
• 보호막 화학기상 증착법
  • Plasma를 이용해 저온에서 양질의 Oxide와 Nitride Film을 증착하여 외부로부터 기계적/전기적/화학적으로 보호

PVD

정의와 특징

• Al 입자를 Wafer 표면에 접착하여 신호 입/출력을 전달하는 도선을 만드는 공정(Metal)
• 웨이퍼 표면에 형성된 각 회로를 연결해주는 배선을 증착하여 전원공급, 신호전달, 외부와의 연결이 가능하도록 한다
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• Sputtering(진공증착)으로 화학반응 없이 박막층을 형성하거나, Evaporation 방식으로 증착한다
• Metal의 역할
  • 전원 공급 : 소자와 소자 간의 연결(Interconnection)
  • 전기 신호 전달 : 소자와 접촉부 간 연결(Metal - Metal)
  • 외부와의 연결 : Chip과 외부 연결
• PVD의 경우 물리적인 힘으로 기판에 증착하여 제어가 용이, 접착이 잘 되지만, Step Coverage가 좋지 않다

PVD 증착 분류

• Sputtering 방식
  • DC, Bias, RF 등의 방식으로 Ar Gas를 이용하여 Plasma를 만든다
    • DC : Target에 (-)전압, 웨이퍼에 (+)전압을 인가
    • RF : 웨이퍼 뒤에 +/-를 번갈아서 인가
  • 순서 : Chamber를 진공으로 만들어 웨이퍼를 넣는다 -> Ar Gas를 주입 -> 웨이퍼 반대편에 위치한 Target에 DC Power를 인가 -> Ar Gas가 이온화되고 Target으로 이동하여 충돌 -> Target의 금속 입자가 분리되어 웨이퍼에 증착
• Evaporation 방식
  • 금속을 고온으로 가열하여 기체로 금속막을 입힌다

증착과 관련된 수치

• Uniformity : 증착 과정에서 얼마나 균일한 두께로 생성되었는가
• Step Coverage : 웨이퍼 표면에 단차나 뾰족한 부분이 있어 박막의 두께가 균일하지 않는가를 판단하는 것으로 상단과 측벽 막질 두께 차이를 의미함
  • Step Coverage가 1에 가까우면 상하단 차이가 없고 1보다 작은 경우는 하단/측면 두께가 얇은 것을 의미
• Gap Fill : 빈 공간을 얼마나 잘 채우는가
  • Gap Fill 특성이 좋지 않으면 내부에 빈 공간이 생길 수 있음