Plasma in general RIE에서 O2역할이 궁금합니다

2021.03.31 05:00

백소영 조회 수:3947

안녕하세요 교수님. 플라즈마 식각에 대해 공부하던중 이 사이트를 보게되었고 궁금한 것이 생겨 질문드리게 되었습니다.

 

SF6, CF4 based process에서 O2의 역할이

1. Reaction with SFn and CFn- -fluorine concentration

2. Reaction with resist-sidewall polymer formation

3. Increase in the resist etch rate

이라고 배웠습니다.

 

먼저 1번의 fluorine concentration의 의미에 대해 여쭤보고 싶습니다. 산소가 C혹은 F와 어떤 반응을 일으켜 F의 농도를 조절하는 것인지 궁금합니다.

2번의 sidewall polymer formation에서는 산소가 polymer를 직접적인 원소가 되는지, 아니면 C나 S, F가 polymer을 형성하는데에 도움을 주는건지 궁금합니다.

마지막으로 3번의 etch rate를 향상시키는 이유를 블로그에서 찾아봤습니다. 산소가 F*와 결합, 분해를 반복하며 F*의 recombination을 방지하여 F*농도를 유지하게 해주기 때문에 etch rate가 증가한다.' 라고 하는데 이 이유가 맞는지 여쭤보고싶습니다.

 

교수님께서 쓰신 아래의 댓글과 연관시켜 생각해보려했는데 쉽지가 않아서 질문드렸습니다. 

 

((상황 해석에는 장치 구조와 flow 해석 등이 포함되어야 하겠습니다만, 일단 Ar 과 O2의 플라즈마 생성 기전의 차이를 참고해 보세요. 

Ar은 Ar+e --> Ar+ + 2e 및 Ar+e--> Ar* ==? Ar*+e--> Ar+ + 2e 의 step ionization 으로 metastable을 거쳐서 이온화되는 과정이 활발하여 플라즈마를 만들기가 쉽습니다. 하지만 O2의 경우에는 O2 의 이온화, 및 dissociation을 통한 O2+e -->O+O+e--> O+O+ +2e 의 dissociative ionization 즉 해리과정을 거치 후에 라디컬 만들면서 이온화 되는 경향도 큽니다. 여기에는 해리에 전자 에너지 소모가 커지게 됩니다. 더욱 방전을 방해하는 요인으로 O는 전자 친화도가 커가 O- 음이온을 만들기도 하여 가속될 전자들이 줄어드는 효과까지 있으니, 산소는 플라즈마 방전에 에너지를 더 필요로 합니다. 따라서 Ar 기반에 산소를 첨가해서 방전을 안정적으로 유지하기도 하는 까닭이 있습니다. 산소는 화학반응력이 크기 써야 하겠고, 플라즈마를 안정적으로 쓰려면 Ar를 첨가하거나 분율을 맞추어 주는 방법입니다. 분율의 절대값은 장치 특성에 따르니 몇 번의 자료를 얻으면 범위를 찾을 수가 있고, 굳이 이론적으로 해석할 가치는 없을 것 같습니다. ))

 

읽어주셔서 감사합니다!!

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