스퍼터링 (Sputtering) 알아보기

스퍼터링은 물리적 기상 증착법 중 하나입니다.

광범위하게 사용되고 있는 증착 방법이기도 합니다. 

아래의 그림은 스퍼터링 원리를 간단하게 표현한 개략도입니다.

그림은 제 논문에서 가져왔습니다.

스퍼터링 원리 개략도

 

아무래도 그림을 먼저 가져오는 게 설명하기 쉬울 듯하네요.

 

스퍼터링(Sputtering)은 진공 챔버 안에서

일정한 양의 반응 가스와 전력을 타겟에 공급을 해주면

타겟 주위에 글로우 방전이 일어나고

방전 영역에 존재하던 원자, 분자, 이온 등 높은 에너지를 가진 입자들이

타겟의 표면과 충돌할 때 충돌한 물질의 에너지가 타겟 표면 물질들의 결합에너지 보다 크면

타겟의 물질이 밖으로 튀어나오는 원리를 말합니다. 

 

타겟의 물질이 밖으로 튀어나온 원자들이 기판에 붙으면서 박막이라는 것이 형성되게 됩니다.

 

반응 가스로는 Ar 가스를 많이 사용하고 타겟은 다양한 물질 사용 가능합니다.

타겟 물질에 따라 형성되는 박막의 종류도 달라지게 됩니다.

 

전력은 보통 RF와 DC 파워서플라이를 많이 사용합니다.

그래서 RF Sputtering / DC Sputtering으로 구분되는 것도

사용되는 파워에 따라서 명칭이 달라지게 됩니다.

 

조금 더 부연설명을 드리면

DC는 Direct Current로 직류

RF (Radio Frequency)는 AC (Alternating Current)로 교류

로 부르게 됩니다.

 

파워 종류에 의해 스퍼터링에 있어 증착 시 차이가 발생할 수 있습니다.

 

가장 큰 차이는

DC는 부도체의 타겟은 증착이 불가능하지만

RF는 부도체의 타겟도 증착이 가능합니다.

 

그 이유는 주파수 특성에 있습니다.

 RF는 주파수를 13.56 MHz 사용을 하는데 

그 말은 1초에 13,560,000번 양극과 음극이 번갈아 움직이게 됩니다. 

 

그래서

DC는 부도체인 음극 표면은 양이온으로 대전되어

이온화가 발생하지 못해 방전이 멈추게 됩니다. 

방전이 멈추게 되면 스퍼터링 현상도 일어나지 않기 때문에

박막 형성이 되지 않습니다.

 

그에 반해

RF는 음극과 양극이 계속 변하기 때문에 음극 표면에 양이온이 대전되지 않아서

이온화가 발생되고 방전은 유지가 됩니다.

방전이 계속 유지되기 때문에 스퍼터링 현상이 일어나고

기판에 박막 형성이 이루어집니다.