12. 물질 공정을 제어하는 변수들에 대하여

 

 

Kinetic Parameters: 전구체와 희석제, 유량, 펌핑 속도, 압력 등을 포함하며, 플라즈마의 운동학적 특성을 결정함.

Electrical Parameters: 전력, 주파수, 전극 기하학 등으로 구성되며, 플라즈마의 전기적 특성을 조절함.

이 두 매개변수 집합은 'Plasma Parameters'로 통합되며, 이는 이온의 에너지, 화학종, 밀도, 온도, 체류 시간 등을 포함함. 이러한 플라즈마 매개변수는 공정 운동학과 기작에 영향을 미치고, 이는 다시 'Processed layer'의 특성에 영향을 줌.

'Plasma Parameters'와 'Surface Parameters'는 플라즈마-표면 상호작용을 통해 상호 연결됨. 'Surface Parameters'는 기판 및 전극의 재료(전도성/절연성), 바이어스, 온도를 포함함. 이러한 매개변수들은 공정 중에 생성되는 가스 형태의 생성물과 가공된 층의 최종 특성에 직접적인 영향을 줌.

 

 

전자와 CF4 분자가 충돌하여 CF3와 F 라디칼을 생성함.
전자가 아르곤(Ar)과 충돌하여 아르곤 이온(Ar⁺)과 추가 전자를 생성함.
아르곤 이온이 다시 아르곤 원자로 재결합하면서 광자(hv, 빛)를 방출함.
SiO2와 CF3 라디칼이 반응하여 SiF4와 CO2를 생성함.
이러한 반응은 플라즈마 공정에서 발생하는 이온-분자 반응, 광 방출, 라디칼-분자 반응 등을 포함함. 전기장 안에서 이온과 라디칼은 전극을 향해 드리프트(drift)되며, 표면 반응을 일으키거나 기체 형태의 생성물을 생성함. 

 

 

• 해리 (dissociation):

\( e + AB \rightarrow e + A + B \) (분자를 떼어 놓는 과정)

예: \( e + CF_4 \rightarrow e + CF_3(\text{radical}) + F(\text{원자}) \)

• 이온화 (Ionization):

\( e + Ar \rightarrow Ar^+ + e + e \) (플라즈마)

• 재결합 (recombination):

\( e + Ar^+ \rightarrow Ar + hv \) (빛 방출)

• 라디칼-분자 반응 (radical – molecule reactions):

라디칼은 불안정하고 화학적으로는 매우 큰 활성을 가진다.

\( SiO_2 + CF_3 \rightarrow SiF_4 + CO_2 \)

• 1 Torr에서 기체의 분자밀도는 약 \( 3.5 \times 10^{16} \text{cm}^{-3} (n_n) \)
• 전자온도가 1eV, 분자해리 에너지가 5eV, 이온화 에너지가 10eV인 플라즈마에서는 해리된 분자의 밀도는 \( 10^{14} \text{cm}^{-3} (n_r) \)
• 저온 플라즈마에서 전자와 이온의 밀도는 약 \( 10^9 \)~\( 10^{11} \text{cm}^{-3} (n_i) \)
• \( n_i \ll n_r \ll n_n \)
• 밀도차이로 라디칼-분자 충돌이 이온-분자 반응보다 중요함