Deposition PECVD Precursor 별 Arcing 원인
2019.09.23 17:31
안녕하십니까 교수님. 현업 종사자로 Plasma Arcing 이슈로 문의코자 합니다.
현재 사용하는 Precursor는 TEOS로 Ar Carrier Gas를 사용합니다.
Low k CVD에서는 OMCTS로 Precursor를 변경하고 He Carrier Gas를 사용합니다.
이 때, OMCTS를 사용하는 Low k에서 Arcing이 발생하여 원인을 찾고자 합니다.
추측하는 원인으로는 교수님께서 Arcing Mechanism으로 언급하셨던 주위 부품들에서 축전된 전하로 발생할 가능성을 기반으로,
부품의 유전율은 동일하니, Sheath의 두께가 달라 Capacity가 다를 수 있어 Arcing에 취약하지 않을까 추측하고 있습니다.
관련 문헌들을 조사하였을 때, He Gas가 Ar에 비해 Sheath 두께가 얇고, Ion Density가 높음을 보입니다. 또한, 일부 문헌에서는 Precursor의 Corss section이 달라져 Sheath에 영향을 준다고 합니다.
정리하자면, TEOS, Ar -> OMCTS,He으로 변경 시, Arcing이 발생하는 것은 Sheath의 두께에 따른 Capacity 차이에 의함이 아닌가 싶습니다.
검토해주셔서 답변해주시면 감사하겠습니다.
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질문에 제 관점으로 답변을 드리겠습니다. 저는 Si/SIN depo 경험이 많지 않아 arc 문제에 대해서 깊은 이해가 없기 때문입니다.
문제를 헬륨/아르곤 플라즈마로 좁혀서 보면, 모두 불활성 기체이며 플라즈마 생성과 유지를 도와줍니다. 이들 불활성 기체들이 플라즈마를 만드는 과정에 전자 충돌로 직접 이온화 되는 반응 경로가 있고, 여기종(준안정상태)에서 이온화로 가는 반응 경로가 또 다른 주요 경로입니다. 따라서 일반적으로 직접 이온화 되는 반응보다는 훨씬 플라즈마를 잘 만들 수 있고, 화학적 반응을 하지 않음으로 플라즈마 생성용 seed 제공자 역할로 이. 가스를 사용합니다.
여기서 이온화에너지를 보면, 즉 입자 하나를 플라즈마로 만드는데 필요한 에너지가 헬륨은 24.59eV (여기 에너지는 약 22eV)이고, 아르곤은 15.76eV (여기에너지는 11.5eV)입니다. 따라서 헬륨 플라즈마 만드는데 에너지가 더 들어가게 되거나, 같은 전력을 인가했을때 밀도가 낮습니다. 따라서 같은 프로세스를 얻으려면 헬륨 경우 에너지를 더 필요로 하게 되는데, 전력을 높이면 전극에 전압이 더 크게 걸립니다. 더구나 헬륨과 아르론은 단면적 차이도 큽니다. 아르곤이 10배 이상 더 무겁고 커서, 아르곤 플라즈마가 이온화도 잘 되고, 해리, 즉 박막물질을 잘 형성하게 됩니다. 이는 박막이 쌓인 전극에 전압이 커져 박막 내의 전기장을 키울 가능성이 큽니다. 따라서 arc가 일어날 확률이 놓아질 것으로 예상이 됩니다.
아크가 일어난 곳이 하전에 의한 전기장이 크게 만들어지는 곳이니, 기구적인 보완이 필요할 것 같고, 운전 영역 (하전 시간)을 정하는 실험이 진행되면 좋을 듯 합니다. 하지만 압력 및 장비 운전 이력 등도 고려할 변수이니, 장치 특성에 대한 자료 축적이 필요하겠습니다.