Reactive Sputtering원리 Sputtering과의 차이점, 부도체 생성

안녕하세요 오늘은 Reactive Sputter 즉, 반응성 스퍼터링에 대해 공부해 보겠습니다. 기본적인 스퍼터에 관한건 아래 글에서 확인하시면 됩니다. 대략적인 설명이니 간단하게 이해하실분만 보시면 되겠습니다.

반도체 기초 6. sputtering 원리와 공정 및 pre-sputtering

스퍼터는 즉 기판에 원하는 물질을 증착시키는 공정으로 원하는 물질(타겟)을 반대편에 놓고 흠씬 두들겨패서 거기서 나온 물질이 기판위에 올라가는 방식입니다. 말로는 아주 간단하지만 진공상태에서 타겟에 아킹이 발생하지 않고 공정 조건을 잘 맞춰야하기에 무조건 간단하다고는 할 수 없습니다.

 

그럼 각설은 이만하고 Reactive Sputtering과 그냥 스퍼터는 무엇이 다른가? 를 생각해보면 반응성이라는 말에 답이 있습니다. 일반적으로 스퍼터는 단일 물질의 타겟을 가지고 사용하기에 기판에 쌓이는게 단순히 타겟 물질 하나입니다. 본인이 원하는 여러가지 물질들을 조합하기에는 쉽지않죠. 왜냐하면 타겟은 모두 금속이기 때문입니다. 

 

하지만 우리가 원하는건 부도체도 있는데 이런경우에 사용하는게 Reactive Sputtering입니다. 예를들어 Y2O3를 증착시키고 싶다라고 한다면 Y(이트륨)을 타겟으로 하고 타겟에서 떨어진 Y에 O2 PLASMA를 반응시켜 Y2O3를 만드는겁니다.

여기서 하나 짚고 넘어가야할점은 O2는 가스로 넣어주고 내부에서 PLASMA화 되는겁니다. 또한 Y2O3가 타겟 근처에서 바로 만들어져서 기판에 붙는것이 아닌(일부는 이런형식)

 

Y가 먼저 기판에 붙고->O2가 반응하여 Y2O3가 형성됨

이런식으로 진행됩니다. Reactive Sputtering 원리는 일반 스퍼터에 반응성 가스를 넣어주는것으로 큰 차이는 없습니다. 다만 중요한점은 반응성 가스와 메탈을 같이 사용하기에 자신이 원하는 박막을 만들고자 한다면 여러번의 실험을 통해서 가장 적합한 실험 DATA를 선정해야하죠.

 

거기다가 위에서 말씀드린것처럼 부도체를 형성하는 경우가 많아서 타겟에 부도체 물질이 생성되는경우가 발생하는데 이는 보통 주입 가스량의 변화에 의해 발생합니다. 그리고 이런 가스량의 변화는 히스테리시스 곡선을 만듭니다.

 

 

위 그림을 설명드리자면 반응가스가 들어가지 않으면 챔버는 메탈 타겟이 주로 들어가고 반응가스가 없기때문에 기판에는 메탈만 증착됩니다. 점차 가스를 늘리면 원하는 부도체 물질이 만들어지다가 점차 가스량을 늘리게되면 반대로 반응가스만 증착되는 경우가 발생합니다. 즉 실험적으로 이 간극을 잘 조절해야한다는것이죠. 거기다가 부도체가 과하게 생성되어 타겟에 붙으면 이는 바로 아킹이 발생합니다. 그러면 다시 전류와 반응가스를 줄이고 약간의 클리닝이 필요하죠.

 

여기까지 일단 작성해보겠습니다. 질문은 항상 감사합니다.