질문 ::

전 한양대 전자공학과를 졸업한 학생입니다.

플라즈마를 이용한 반도체 공정을 담당하고 있습니다.

그동안 많이 참조를 하고 좋은 자료들을 올려 주셔서 감사드리고 있습니다.

다름이아니라 최근 PECVD를 한대 구입했는데...

이 장비에서 공정을 거치면 소자 특성이 degrade가 됩니다.

제가 할 수 있는 실험들은 거의 모든걸 해봤는데

결론은 플라즈마 데미지로 인한 것이라고 판정을 받았습니다.

RF Power를 가능한 낮게 해서 실험하면 데미지 영향이 감소 합니다.

더이상 낮게 실험하는게 불가능해서 이렇게 조언을 부탁드립니다.

다른 분의 조언은 Electrode 거리를 멀게해서 데미지를 줄일 수 있다고

하는데 제가 이론적인 background가 약해서 별로 그 이유를 찾기가 힘드네요.

정말 진공 chamber 내의 electrode 거리를 지금보다 더 크게 하면

가능한지 알고 싶습니다.

답변 ::

플라즈마에 의한 damage에는 플라즈마에서 얻어진 전하들에 의한
damage와 주입 이온에 의한 damage가 있을 수 있습니다. 이외에도
damage의 원인은 많을 것입니다. 여기서 질문에 관련된 사항으로는
이온에 의한 damage가 아닐까 합니다.

전극 거리를 떼면 어떤일이 벌어질까요?
만일 이온에 의한 damage라 한다면 다음과 같은 scenario가 가능하지
않을까 합니다.

동일 전력/동일 압력에서 플라즈마가 유지되는 환경에서 전극 간의
거리를 멀리하게 된다면 그만큼 플라즈마 용적이 늘어나게 됩니다.
플라즈마를 만드는데 필요한 전력이 있었을 것인데 그 소모 전력은
대략 플라즈마 밀도x온도x용적 의 값에 비례할 터이고, 용적이 늘어나게
된다면 밀도가 줄어들거나 온도가 낮아져야 겠지요. 플라즈마 온도 변화는
크지 않을 것이고 밀도 변화는 보다 더 민감할 것 입니다. 여기서 플라즈마
밀도가 낮아지게 되면  디바이 차폐길이(=747sqrt(Te/n):cm)가 길어지게 됩니다. 이 길이는 온도 보다 밀도에 더 민감합니다.
또한 온도가 낮아지게 됨으로서 어떤효과가 있는가 하면 대부분의 PECVD의 시편은 floating 되어 있음으로 플라즈마 전위로 부터 부유된
시편 전위까지의 전위차는 약 3-5배의 전자온도를 갖음으로 이
전위차가 줄어들게 되는 효과를 봅니다. 이전위차는 주로 시편 주변의
쉬스에서 형성되고 쉬스의 크기는 디바이 차폐길이에 비례하기 때문에
쉬스내의 전기장의 크기는 감소하게 됩니다. 여기서 쉬스로 유입되는 이온의 에너지가 감소하게 되고 쉬스의 크기가
커지면서 유입되는 이온들이 공간내의 중성입자들과 충돌할 확률이
높아지면서 전하 교환확률이 증가함으로 시편 표면에 입사될 때의
이온의 에너지는 낮아지게 될 것 입니다. 이렇다면 이온에 의한 damage가 감소할 수 있겠지요.

혹은 플라즈마의 밀도가 낮아지게 되면 전자의 밀도도 낮아지게 되어서
전하 축적에 의한 damage를 낮출 수도 있을 것 입니다.

하지만 전극을 멀리하면 플라즈마의 igition이 어려워져서 전극을
멀리한 후에도 적정 운전 조건을 찾아야 할 것 입니다.