CVD에 관해서

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CVD에 관해서에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Introduction
1) CVD의 정의
2) CVD의 분류
2. Thermodynamics and Kinetics
1) Equilibrium Thermodynamics of Reactions
2) Chemical Reaction Kinetics
3. Thermal CVD
1) 압력에 따른 분류
2) Reactor 온도에 따른 분류
3) Reactor Shape에 따른 분류
4. PECVD
1) PECVD 원리
2) PECVD 증착 기구
3) PECVD의 장점 및 단점
5. ECR PECVD
1) ECR 플라즈마의 원리
2) ECR PECVD 증착 기구
3) ECR PECVD의 장점 및 단점
6. Photo CVD
1) Photochemical CVD
2) Laser CVD

본문내용

1)
: 입자의 질량
: 자기장에 수직한 속도
: Larmor radius
따라서 입자는 일정한 크기의 원운동을 하게 되며 이 반경을 Larmor radius라 한다. Larmor radius는 다음과 같다.
(22)
이 경우 입자가 자기장 에 수직하지 않은 초기 속도를 가지고 있다면 식 (22)에 따른 일정한 반경을 갖는 원운동을 하면서 자기장 에 수직하지 않은 초기 속도 방향으로 drift 속도를 가지게 된다.
자기장의 에너지는 입자에 직접 에너지를 전달하지 못하며, , 인 특정 주파수 일 때 수직 방향으로 전기장 에 의해 에너지가 주기적으로 계속 주어진다. 이 때 를 cyclotron frequency라 하며 이는 식 (21), 식 (22)에 의해 구할 수 있다.
(23)
즉 전자의 나선형 운동과 전기장의 주파수가 동조(synchronize) 되는 경우 전기장을 공급하는 마그네트론(magnetron)에서 플라즈마로의 에너지 전이율이 최대가 되고 또한 이온화율이 극대가 된다. 이를 ECR 조건이라 한다.
현재 마이크로 웨이브의 주파수는 를 사용함으로 식 (23)에 대입하면 (, : 마이크로 웨이브 주파수), ECR coupling은 영역에서 일어남을 알 수 있다. 그리고 이 때 Larmor Radius는 약 0.2 mm이다.
2) ECR PECVD 증착 기구
ECR 플라즈마 원리에서 가정한 일정한 자기장은 무한대 solenoid 형태의 자기 코일에서 가능한 것이며 실제 ECR PECVD system에서 자기 코일은 크기가 작아 자기장 기울기가 존재한다. 자기장의 강도는 플라즈마 chamber에서 시편으로 갈수록 감소하게 된다.
Fig. 12 Distribution of magnetic field intensity from the top of plasma chamber to the specimen table
플라즈마 반응관 내에서 원운동을 하는 전자들이 자신들의 자기 모멘트 와 자기장 기울기 에 의해 시편 반응관 쪽으로 가속된다. 그러나 이온의 경우는 전자에 비해 이동도가 훨씬 작아서 플라즈마 내에서 원운동이 불가능하며, 따라서 자기장 기울기에 따른 이동은 없다. 가속된 전자들은 시편 쪽에 negative potential을 주어 정전기장을 형성시킨다. 이렇게 형성된 정전기장은 전자를 감속시키고, 이온을 가속시키며 시편 반응관으로 extraction 시키는데 이 때 전자와 이온의 움직임을 ambipolar diffusion이라 한다. 이 ambipolar diffusion에서는 전자와 이온의 가속도가 같다. 따라서 불활성 기체의 플라즈마는 extraction window를 지나 시편 쪽으로 이동하게 되고 반응기체가 시편 반응관으로 들어오면 플라즈마에 의해 이온과 radical 등이 생성되게 된다.
3) ECR PECVD의 장점 및 단점
낮은 공정 온도를 가지므로 thermal stress와 원하지 않는 확산을 줄일 수 있다. 또한 이 방법은 전자의 에너지 흡수율이 높아 이온화율이 높아서 낮은 압력에서도 고밀도의 플라즈마 형성이 가능하여 박막내의 불순물의 함량을 크게 줄일 수 있고 particle 문제도 감소시킬 수 있다. 충돌하는 이온의 에너지가 낮으므로 이온의 충돌에 의한 박막의 손상을 줄일 수 있다.
그러나 들어오는 이온의 높은 방향성과 높은 표면 반응성으로 인해 step coverage가 thermal CVD에 비해서 좋지 않다. 또한 장치가 복잡하고 가격이 비싸 대량 생산이 어려운 단점이 있다.
6. Photo CVD
Gas phase나 표면에 흡착된 물질을 분해하기 위한 에너지원으로 광원을 이용하는 CVD 법이다. 광원의 에너지를 반응 기체의 활성화를 이용하느냐 열로 이용하느냐에 따라 photochemiclal CVD와 laser CVD로 크게 나눌 수 있다.
1) Photochemcial CVD
Photochemical CVD의 경우 가시광선이나 UV source 등의 빛을 조사시키면 반응 기체 분자나 외곽 전자들이 여기가 되면서 photon의 에너지를 흡수하게 된다. 이 때 반응 기체의 분해나 활성화가 일어나게 되면서 증착이 일어나게 된다. 이 경우 반응 기체들은 빛에 active한 물질이어야 하며 보통 각 물질마다 고유의 반응 파장대를 가지게 된다.
Photochemical CVD법은 열에너지를 이용하지 않으므로 상온에 가까운 낮은 온도에서 증착시킬 수 있으며 기판에 손상이 거의 없다는 장점이 있다. 또한 각 반응 기체마다 특정 파장의 빛을 흡수하므로 적절한 파장의 photon을 선택함으로써 증착의 선택성을 높일 수 있다.
2) Laser CVD
Laser CVD의 경우 Fig. 13에서 보는 것처럼 반응 기체들이 흡수할 수 없는 파장의 laser를 기판 위에 조사시킨다. Laser는 좁은 에너지 spectrum을 나타내는 coherent하고 monochromatic한 광원이기 때문에 기판이 국부적으로 가열되면서 증착이 일어나게 된다. 이 방법은 광원을 사용하여 기판을 가열한다는 것을 제외하면 cold wall reactor의 경우와 거의 비슷하다.
Laser의 경우 증착 면적이 작고 낮은 기판 온도로 인해 흡착이 잘 일어나지 않는다는 단점을 가지며, 증착속도도 thermal CVD나 PECVD에 비해 떨어진다.
Fig. 13 Schematic diagram of laser CVD growth mechanism
Reference
1. S. Sivaram, Chemical Vapor Deposition, International Thomson publishing Inc., 1987
2. M. L. Hitchman, Chemical Vapor Deposition Principle and Application,
Academic Press, 1993
3. Donald L. Smith, Thin Film Deposition, McGraw Hill Inc., 1995
4. Milton Ohring, The Materials Science of Thin Films, Academic Press, 1992

키워드

CVD,   PE CVD,   thermal CVD,   ECR CVD,   Photo CVD,   plamsa,   LP CVD,   surface reaction