반도체 화학기상증착에서 사용되는 열전달장치의 산화알루미늄 박막형성을 통한 공정개선 연구
Study for improvement process used in Semiconductor Chemical Vapor Deposition process of Heat transfer device through aluminum oxide thin film coating
초록/요약
본 논문에서는 반도체 제조공정 중 화학기상증착(CVD : Chemical Vapor Deposition) 공정에서 사용되는 열전달장치(Heater)의 소재 특성과 비교를 연구하였다. 열전달장치(Heater)는 반도체 제조공정에서 원하는 막질을 얻기 위한 필수적인 장치이며 소재 특성에 따라 막질의 두께 및 온도구배의 편차를 확인 할 수 있었다. 본 논문에서 소개되는 열전달장치(Heater)의 소재는 알루미늄과 산화알루미늄이며 알루미늄의 경우 막질을 얻기 위하여 인위적인 플라즈마 인가 시 열전달장치(Heater)에 국부적인 손상(Arcing)을 가져오며 이로 인한 불량을 초래하며 막질에서 우수한 특성을 평가하는 기준인 막질의 두께가 기준치 이하로 감소되는 현상을 가져 온다 또한 소재의 무른 특성으로 인하여 표면에 흠집이 발생되기도 한다. 반면 알루미늄에 산화막을 코팅한 산화알루미늄 열전달장치(Heater)의 경우 알루미늄 열전달장치(Heater)에서 발생되는 국부적 손상(Arcing)에 대해 우수하며 막질 두께 역시 기준치에 도달함을 확인하였다. 본 논문에서는 이러한 두 소재간의 특성을 이해하기 위하여 열 전달계수를 통한 열전달장치(Heater)의 온도구배를 이론값과 실험값을 비교 확인하고 막질의 두께를 검증하여 반도체 제조공정에서의 우수한 막질특성을 유지하며 산화알루미늄으로 코팅된 열전달장치(heater) 사용을 통해 반복되는 불량을 방지하고 우수한 막질특성을 얻을 수 있을 것으로 생각된다.
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목 차 (List of Text)
국문요약
ABSTRACT
1. 서 론................................................................................1
1.1.반도체 공업............................................................................ 1
1.1.1. 반도체 공업의 특징.................................................................. 1
2. 본 론............................................................................................................... 2
2.1 반도체의 원리와 종류...................................................................... 2
2.1.1 반도체의 원리........................................................................... 2
2.1.2 반도체의 종류........................................................................... 5
2.2. 반도체 제조 원료............................................................................ 7
2.2.1. 실리콘 단결정(single crystal)................................................. 7
2.2.1.1. 초크랄스키법(CZ법) .........................................................8
2.2.1.2. 플롯존법(Float Zone Method, FZ).................................12
2.2.1.3. 그 외의 결정 성장법........................................................15
2.2.2. 반도체 가스와 약품..............................................................15
2.2.2.1. 반도체 특수가스..............................................................15
2.2.2.2. 반도체 화학약품..............................................................18
2.3. 반도체 제조 기술........................................................................19
2.3.1. 웨이퍼 세척..........................................................................19
2.3.1.1. 웨이퍼 표면의 오염원과 오염원의 검출.........................19
2.3.1.2. 웨이퍼 세척 과정...........................................................21
2.3.2. 에칭......................................................................................23
2.3.2.1. 습식 식각.......................................................................23
2.3.2.1.1. 실리콘의 습식 식각.................................................26
2.3.2.1.2. 열산화막의 습식 식각..............................................27
2.3.2.1.3. 질화 실리콘의 습식 식각........................................28
2.3.2.2. 건식 식각.......................................................................29
2.3.3. 이온주입 (Ion Implantation)...................................................33
2.3.3.1. 개요...................................................................................33
2.3.3.2.이온주입 장비.....................................................................36
2.3.3.3. 이온 주입의 특징 및 응용.................................................37
2.3.3.4. 비정질에서의 이온 주입 : 에너지 손실...........................39
2.3.3.5. 단결정에서의 이온 주입....................................................40
2.3.3.6. 손상(Damage) 및 어닐링(Annealing)...............................41
2.3.3.7. 소자 및 집적회로 기술에 미치는 영향..............................43
2.3.4. 박막 증착의 기술 및 공정.......................................................44
2.3.4.1. 개요...................................................................................44
2.3.4.2. 기화법 (Evaporation)........................................................45
2.3.4.3. 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition).................46
2.3.4.4. 스퍼터 증착(Sputter deposition)......................................51
2.4. 화학기상증착법의 소개.................................................................55
2.4.1. 화학기상증착법 (Chemical Vapor Deposition: CVD)............55
2.4.2. CVD의 정의 및 원리...............................................................58
2.4.3. CVD법의 장점.........................................................................59
2.4.4. CVD법의 단점.........................................................................59
2.4.5. CVD 장비의 기본구성.............................................................60
2.4.6. CVD System 의 분류.............................................................60
2.5. 열전달장치 (Heater)....................................................................68
2.5.1. 열전달장치(Heater) 및 화학기상증착 장비의 구성.................62
2.6.산화알루미늄(Al2O3)과 열전달장치(Heater)의 산화알루미늄 박막형
성....................................................................................................64
2.6.1. 산화알루미늄 (Al2O3)...............................................................64
2.6.2. 열전달장치(Heater)의 산화알루미늄 박막형성........................66
2.6.2.1. 미세양극산화 (Micro Arc Oxidation):MAO.......................66
2.7. 실험의 진행..................................................................................68
2.7.1. 실험결과...................................................................................70
3. 결론.....................................................................................................73참고문헌...................................................................................................74
