Sputtering sputtering gas에 따른 플라즈마 데미지
2017.10.02 14:13
안녕하세요.
해외에서 박사과정을 하고 있는 학생입니다.
RF스퍼터로 reactive sputtering을 통해 유전층을 증착하는 실험을 하는데요.
저희연구실에서는 스퍼터링 가스로 Ar/Kr를 사용하고 있습니다.
학부때는 Kr이 Ar보다 질량이 커서 sputtering yield가 증가한다 정도로만 배웠는데, ion bombardment energy 가 작기 때문에 플라즈마 데미지가 줄고, 더 좋은 막질이 형성된다고 하더라구요.
논문을 조금 찾아봤는데 스퍼터링 가스에 대한 연구는 오래전에 진행되었는지 최근논문들을 찾아보기 힘들더라구요.
그냥 단순히 생각했을 때 질량이 크면 충돌하는 에너지도 크고, 데미지가 더 셀 것 같은데 Kr 등의 가스가 Ar보다 플라즈마 데미지가 적은 원리에 대해 설명을 부탁드려도 될까요?
감사합니다.
저는 sputter 경험이 없어, 원론적인 말씀을 드립니다. 스퍼터 연구는 군산대학의 주정훈 교수님께서 깊은 연구를 하시고 계시는 상세한 사항은 문의해 보심도 좋을 것입니다.
플라즈마 관점에서 말씀을 드리면, 스퍼터링 효과는 입사하는 이온의 에너지와 입자속에 따를 것입니다. 여기서 플라즈마 밀도는 입사에너지, 즉 쉬스 에너지에 따를 것이며, 공간 전위는 밀도에 비례하기 때문에 밀도가 높고, 고속 전자가 많아지면 플라즈마 (공간)전위가 커지게 됩니다. 물론 그 크기는 플라즈마 온도에 비례하는 정도의 값이 될 것으로, 수백 V 의 바이어스 전압을 인가하는 경우 그 영향을 미미할 것입니다.
당연히, 입자속은 쉬스 경계에서의 플라즈마 밀도에 비례하는 값입니다.
자, Kr과 Ar의 질량비와 함께, 어떤 가스가 동인 반응기 운전 조건에서 밀도를 높이 가져 갔을 까요/ 아마도 시편에서의 전류를 측정하면 쉽게 판단이 될 것이고, 그 이해는 이온화 에너지 및 여기종의 생성확률로 부터 step ionization을 같이 고려하면 좋을 것입니다.