모아의 기웃기웃 · 이해의 작업대

전공정 연재 8 / 10웨이퍼 위 회로 형성 · 박막 증착

웨이퍼 위에 얇은 막은 어떻게 쌓을까?

PVD·CVD·ALD를 번갈아 눌러 같은 홈에 막이 쌓이는 모습을 비교해 보세요.

왜 박막 증착이 필요할까?

웨이퍼 위에 금속막을 쌓아 전류가 흐를 길을 만들고, 절연막을 쌓아 금속선끼리 닿지 않게 해요. 보호막으로 표면을 덮기도 합니다.

웨이퍼 준비부터 회로 형성까지 · 전공정 보기

같은 홈의 윗면·옆벽·바닥을 비교해 보세요

PVD · 물리 기상 증착

스퍼터링에서는 아르곤 이온이 고체 타깃에서 원자를 떼어 내요. 날아온 원자가 표면에 붙어 막이 돼요.

증착 방식에 따라 홈의 세 면에서 막 두께가 달라지는 단면
막 두께를 확대했어요. 표시하는 두께와 피복률은 방식의 차이를 설명하는 모형 값이에요.
윗면 막
20 nm
옆벽 막
3 nm · 15%
바닥 막
10 nm · 50%

옆벽과 바닥의 %는 각각의 두께를 윗면 두께로 나눈 피복률이에요. 모형의 윗면은 20 nm로 맞췄어요. 실제 두께는 공정 조건과 홈의 형태에 따라 달라요.

MIT 증착과 단차 피복 강의 · UCSB ALD 원리

실제 공정에서는 얼마나 자랄까?

PVD 스퍼터링 · 구리
6.7 nm/분
PECVD · 질화규소
약 11 nm/분
200 °C 열 ALD · Al₂O₃
약 0.116 nm/사이클

UCSB NanoFab의 서로 다른 재료와 장비 사례예요. ALD에서는 사이클을 몇 번 반복할지로 목표 두께를 가늠할 수 있어요.

0.11631 nm/사이클이 일정하다고 가정하면 10.00 nm가 자라요.

UCSB 구리 스퍼터링 · UCSB 질화규소 PECVD · UCSB 열 ALD

평균 두께가 같아도 웨이퍼 안에서 다를 수 있어요

평균 20 nm인 모형에서 중앙과 가장자리의 차이를 늘려 보세요. 같은 웨이퍼 안에서도 절연막의 얇은 지점에는 같은 전압에서 더 강한 전기장이 걸릴 수 있어요.

웨이퍼 중앙에서 가장자리까지의 두께 분포 모형
이 모형에서는 중앙이 두껍고 가장자리로 갈수록 얇아져요.
중앙
22.0 nm
가장자리
18.0 nm
면적 평균
20.0 nm
두께 비균일도
10.00%

여기서는 (최대−최소) ÷ (2×평균) × 100으로 계산해요.

실제 UCSB 이온빔 스퍼터 증착 사례에서는 6인치 웨이퍼의 SiO₂ 두께를 여러 곳에서 쟀어요. 평균 1,677.80 nm, 최소 1,671.09 nm, 최대 1,688.90 nm로, 위 산식을 적용하면 약 0.53%예요.

UCSB SiO₂ 두께 측정

HBM의 TSV에서는 어떻게 쓸까?

TSV는 실리콘을 관통해 칩을 위아래로 연결하는 통로예요. 공개 장비 사례에서는 CVD로 구멍 벽에 절연막을 입히고, PVD로 구리의 확산을 막는 층과 도금이 시작될 씨앗막을 만들어요.

Applied Materials HBM TSV 사례