스퍼터링이 뭔가요? SPUTTERING이 뭔가요?

스퍼터링이 뭔가요?

 

고체의 표면에 고 에너지의 입자를 표면원자와 충돌시켜 고체 표면의 원자나 분자를 면으로부터 제거하는 현상.

주로 이온이 고체 표면에 충돌 시 target 의 입자가 입사되는 이온으로부터 momentum 전달과정에 의해 에너지를

얻어서 밖으로 튀어나오는 과정

 

플라즈마와 글로우 방전

 

스퍼터링을 이해하기 위해서는 플라즈마와 글로우 방전이 무엇인지 이해해야 합니다.

1. 플라즈마: 양전하(gas+)와 음전하(e-)가 같은 수로 이온화된 가스

2.플라즈마를 생성, 유지하는 것은 글로우 방전임

3.글로우 방전은 DC 또는 AC(RF systems)에 의해 이루어 짐

 

플라즈마란 무엇인가요?
= 부분적으로 이온화된 기체 성분: 전자, 양이온,  중성원자, 중성분자

플라즈마 설명

 

 

플라즈마	Neutrals
	Positive ions	Same density
	Negative electrons

 

 

 

 

 

Gas 상태에서 원자나 분자로부터 전자가 분리되거나 결합하여 전 자, 음이온, 양이온 및 여기된(들뜬) 상태의 원자나

분자등이 혼합된 gas의 방전 상태

 

스퍼터링 메카니즘 

스퍼터링과 중성기체 발생에 관한 목표물 충돌과정

 

스퍼터링과 색상구현

 

1.Oxides-산화물(Oxygen) : Al2O3, SiO2, Ta2O5……

2.Nitrides-질화물 (Nitrogen, Ammonia) : TaN, TiN, AlN, Si3N4…….

3.Carbides-탄화물(Methane, Acetylene, Propane) : TiC, WC, SiC …….

4.Sulfides-황화물(H2S) : CdS, CuS, ZnS……

5.Oxycarbides and oxynitrides of Ti, Ta, Al and Si

스퍼터링 타켓 색상분류

 

스퍼터링 시스템

스퍼터링 시스템 구조

 

 

플라즈마 생성과정 

 

1.전압이 가해지지 않았을 때  가스는 중립의 원자 상태로 존재함

2.전압이 가해지면, 자유전자가 가속되며 원자와 탄성 충돌함

3.전압을 증가시키면, 전자는 가스 원자를 더욱 이온화시킴

4. 전자는 가스 원자에 충돌함으로써 가스 원자를 이온화 함.

 

 

 

 

플라즈마 발생원리

 

양 극에 전원을 연결 시키면 자유전자가 양(+)극으로 이동하게 되고 전류는 전자의 반대 방향으로 흐르게 된다.

이때 고온과 고압을 흘려주게 되면 자유전자가 활발하게 움직이게 되고 양(+)극은 음 전위를 음(-)극은 양 전위를 뛰게 된다

이때 Ar Gas를 투입하게 되면 자유전자가 Ar의 전자와 부딪치는 현상이 일어나게 되는데

이 과정을  ‘이온화’ 라고 말하며  이 현상이 연쇄적으로 일어나게 되는데 이것을 플라즈마(Plasma)  현상이라 말한다

 

 

스퍼터링의 원리

 

1. 원자 A와 B의 충돌은 다시 B와 C 원자의 충돌을 일으킴.

2.이온화된 가스 원자는 타겟에 충돌하고 모멘텀 전달에 의해 타겟내의 원자는 방출됨.

3.충돌 시 알곤은 중성 상태로 돌아가고 이온화 된 후 다시 충돌하는 과정을 반복함

Sputtering 원리 및 특성

 

 

D.C 스퍼터링 증착법

DC 스퍼터 구조

 

 

DC GLOW CHARGE

 

 

DC스퍼터링의 증착과정

 

스퍼터링 증착과정
1	아르곤 양이온은 음극 외장을 통과하면서 과속
2	가속된 양이온의 금속 타겟 에의 충돌
3	충돌로 인해 튕겨 나온 금속 원자의 기판에의 증착

 

 

 

 

RF 스퍼터링

RF 스퍼터 구조

RF 스퍼터링 시스템개략도 및 RF파형

 

 

RF 목적

 

산화물이나 비전도성 TARGET을 이용하여 SPUTTER 할때 이들은  전기가 통하지 않기 때문에 CATHODE 에서 

이온에게 전자를 제공하지 못하기 때문에 이온이 CATHODE  표면에 쌓이게 되는데

결국은 PLASMA가 소멸되고 GLOW CHARGE가 불가능하다

이러한 현상 때문에 부도체를 SPUTTER 나 ETCHING  할 때는  교류전원(AC)을 사용하게 된다

 

 

 

RF스퍼터링의 특징

 

1.두 전극의 면적이 같지 않을 때, 면적이 작은 전극에서 전류 밀도가 더 높다

2.타겟 전극 면적을 작게 만들면 Sputtering 은 타겟에서만 일어난다

3.시편 전극은 개별적으로 바이어스를 걸어줄 수 있다.

4.아르곤의 양이온으로 시편의 Sputtering 및 cleaning을 할 수 있다.

5.Sputtering 증착법은 sputter를 선택할 수 있고, 이온은 더 높은 방향성을 가진다

 

스퍼터링(Sputtering) vs 증발증착 (Evaporation) 비교

 

1.온도: 증발 증착법은 높은 온도를 필요로 한다

2.물질: 증발 증착법은 금속만 가능한 반면 sputtering 증착법은 어떤 물질이나 가능함

3. 스퍼터링 증착의 장점

 - 더 좋은 step coverage. (박막의 두께 균일도)

 -반응성 물질의 공정이 수월함 (TiN, TiCN, TiAlN, TiC, TiO2, SiO2, AlN, ……….)

 - 낮은 온도에서 공정 가능하므로 시편에 전혀 영향을 주지 않음. (플렉시블 PCB, 아크릴 원단, 천…………)

- 타겟을 녹여 증기로 증착하는 E-BAEM 방식과 달리 고에너지의 입자가 시편에 달라 붙으므로 물질의 밀착력 우수

- 오염 물질 적음

- 막의 두께를 Å(옹스트롱;10-10 m) 단위부터 조절 가능

-다양한 칼라 구현 가능 (금색,은색,회색,보라,연두,갈색,남색……..)

-인라인 방식을 사용하면 펌핑 시간이 매우 짧아 생산성 매우 우수

 

스퍼터 장비& 증착장비

 

 

진공에 대해서 알아보려면

증착에서 진공이 무엇인가요?