박막형성법의 종류 #1. CVD 법

1. 건식도금법의 발달

   흔히 알고 있는 도금법으로는 대부분 습식도금을 많이 사용해왔다. 이것은 시편을 특정한 용액속에 담가 전기도금 또는 무전해도금등의 방법으로 시편표면에 원하는 물질을 석출시키는 방법이다. 이 방법들은 매우 간단하고 저렴하며, 시편의 모양에 그다지 영향받지 않는 다는 장점이 있다. 또한 한번에 많은 양의 도금을 할 수 있어서 대량생산에 적합하여 널리 이용되어오면서 오랜 기술적 경험을 축적하며 지속적인 발전을 해왔다. 그러나 원하는 화합물의 조성을 마음대로 조절할 수 없다는 단점이 있고, 무엇보다 크롬도금에서 발생하는 6가크롬의 문제 및 기타 중금속 오염, 다량의 폐수 발생과 처리시설의 미비로 인한 환경오염 및 인류건강의 문제가 심각하게 대두되었다. 이러한 문제들을 해결하기 위한 대응책이 필요했는데 그래서 발전된 것이 도금시에 액체를 사용하지 않는 건식도금법이다. 그리고 건식도금법은 화학적 방법을 이용한 CVD(Chemical Vapor Deposition)과 물리적 방법을 이용한 PVD(Physical Vapor Deposition)로 구분되어 진다.

 

2. 화학적 기상 증착법(CVD)

   CVD(Chemical Vapor Deposition)란 말 그대로 화학적 기상증착법을 의미한다. 이 방법은 접착력이 우수하고 복잡한 형태의 기판에 균일하게 증착시킬 수 있으며, 고순도 물질의 증착이 용이하다. 그리고 특정한 형태의 기판에 원하는 부위를 선택하여 국부적인 증착도 가능하다는 점 등 때문에 현재 반도체 제조법에 있어 가장 유용한 방법중 하나로 사용되고 있다. 내마모나 내식성 코팅 등의 여러 산업에도 다양하게 되고 있다. CVD의 기본원리는 기판에 증착하고자 하는 물질을 고체상태가 아닌 기체상태인 가스로 주입하고 반응챔버 내의 기판위에서 고온분해 또는 고온화학반응을 통해 증착시키는 방법이다. 이때 원활한 반응을 위해 높은 온도가 필요하게 되므로 CVD 법은 보통 약 1000℃ 정도의 고온에서 이루어진다.

 

그림. 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition)

 

   예를 들어 기판위에 Si 를 증착시켜 본다고 해보자. 이를 위해서 보통은 SiH₄(silane gas)를 가스를 많이 사용한다. SiH₄는 가스형태로 챔버내에 주입되고 기판위에서 고온분해를 일으켜 다음과 같이 변화된다.

SiH₄ → Si + 2H₂



  이 반응으로 Si는 기판에 증착되고 수소(2H₂)는 배기되어 빠져나가게 된다. 비슷한 분해 반응으로는 다음과 같은 것들이 있다.

B₂H₆ → B + 3H₂

CH₄ → C + 2H₂

Si₃N₄(Silicon Nitride)를 증착시키고 싶다면, 고온분해가 아닌 고온 반응을 이용할 수 있다. 즉, SiH₄ 와 NH₃ 를 주입하여 고온반응 시키면 다음과 같은 반응이 일어난다.  
        

3SiH₄ + 4NH₃ → Si₃N₄ + 12H₂

   이 반응으로 Si₃N₄가 기판에 증착되고 수소는 마찬가지로 배기되어 나간다. 만약 실리콘카바이드(SiC)나 황화아연(ZnS)을 얻기 위해서는 다음 반응을 이용한다.

SiCl₄ + CH₄ → SiC + 4HCl

Zn + H₂S → ZnS + H₂

 

   이 외에도 고체확산, 수소환원, 치환반응 등을 이용하기도 한다. 이러한 화학적 고온분해나 고온반응이 일어나기 위해서 가장 중요한 변수는 기판의 가열온도 인데, 그렇기 때문에 기판과 증착재료에 제약이 따르게 된다는 단점도 있다. 즉, 고온에서 박막을 제조 하였는데 기판과 박막의 냉각시 상변화가 발생하여 성질이 변화하기도 하며, 기판과 박막간의 밀착력이 감소할 수도 있으므로 이들 모두를 고려해야 하므로 제어가 쉽지 않다. 이러한 문제의 해결방법으로 챔버 내부에서 플라즈마를 발생시켜 기체분자들을 플라즈마의 에너지로 분해시킴으로써 좀더 낮은 온도에서 증착이 가능한 PACVD(Plasma assisted CVD)법이 개발되어 사용중이다.

...by 개날연..