[전자재료]PVD&CVD에 대하여

PVD란 기판 위에 증착재료를 물리적 mechanism에 의해 증착시키는 방법을 일컫는데 증기화, 증기화된 재료의 기판으로의 이동, 기판에서의 필름증착의 3단계로 이루어진다. 그 특징을 살펴보면, 증착속도는 표면의 증발 흐름속도에 비례하고, CVD에 비해 증착의 순도가 높은 편이고, CVD에 비해 Step coverage가 좋지 못한편인데 Step coverage에 관련된 내용은 앞으로 나올 슬라이드에서 자세히 살펴보도록 하겠습니다. 이러한 PVD방식은 증기 생성방법에 따라 크게 두가지 방법으로 분류되는데, 금속의 증기를 사용하는 이베포레이션 방법과 물질에 물리적인 충격을 주는 방법인 스퍼터링 방법이 있다. 앞으로 이 두가지 방법에 중점을 두어 설명을 하겠다.
Evaporation은 진공중에서 금속, 금속화합물 또는 합금을 가열 증발시켜서 증발금속 또는 증발금속화합물을 기판표면에 응축하게 하여 박막을 형성시키는 방법이다. Evaporation의 단계는 첫째,고체나 액체의 응축상에서 기체상태로의 전이과정, 둘째, 감소된 chamber안의 압력하에서 증발원과 기판사이의 공간을 통한 이동, 기판에 도착한 증기상의 응축과정으로 이루어져있다. 그 특징을 살펴보면, Back ground pressure가 10-6Torr정도의 낮은 압력이 요구 되는데, 그 이유는 증착시 오염과 충돌을 막기 위해서 이다. 또한, 증착물질은 금속이든 비금속이든 좋으며, 그 작업조작은 장치만 완전하면 매우 간단한 편이다. 이 방법은 증발되는 가스가 많으므로 증착속도가 빠르나 증발입자가 가지고 있는 에너지가 열에너지 뿐이며 따라서 물질의 종류에 따라 다르더라도 0.03eV를 넘지 못하게되어 밀착강도가 작다. 비록 Evaporation이 Ⅲ-Ⅴ족 물질의 합성과 연구를 위해 널리 사용되고 있지만, 두가지 이유 때문에 대부분의 실리콘 기술에서는 스퍼터링으로 대체되고 있다고 한다. 첫째는, 뒤에서 다루게 될 Step coverage라고 불리는 표면의 요철문제를 해결하는 능력때문에 그렇고, 두번째로 이베포레이션으로는 잘 제어된 합금을 만들기가 어렵다고 한다.
어떤 Ⅲ-Ⅴ족 합성 기술은 이베포레이션이 표면 요철 극복력이 부족한 점을 장점으로 사용하기도 한다. 금속층은 증착하고 식각하기 보다는 패턴된 포토레지스트층의 상부에 증착한다. 그 막은 자연적으로 포토레지스트의 가장자리에서 깨지기 쉬운 경향이 있어서 레지스트는 상부 막에 충분히 용해된 후에는 빨리 떼어낸다. 이런 기술은 합금을 형성하기 위해 사용되기보다는 여러가지 얇은 금속에 사용된다. 다층은 식각하기가 어렵지만 Lift-off로 교묘히 극복해낸다. 앞에서 분류했다시피 Evaporation은 고체 혹은 액체의 Evaporant를 기체상으로 convert하는데 사용되는 방식에 의해 Thermal, E-beam, Laser 등의 Evaporation등으로 분류되는데 그중 첫번째로 Thermal evaporation에 대해 알아보면 다음과 같다.