Plasma의 구성요소와 특징(발생과정, Sheath영역)

오늘은 반도체 8대 공정 중에서도 특히 식각(Etch)과 증착(Deposition)의 심장이라고 불리는 플라즈마(Plasma)에 대해 공부한 내용을 정리하려고 합니다!

 

 

플라즈마란?

이온화된 기체로, 물질의 제 4의 상태라고도 한다.

전자, 이온, 중성기체 분자 등으로 이루어진다.

 

• 전체적으로 전기적 중성이다. (Sheath영역 제외)
• 전자와 이온의 질량차이
• 자유 전자로 인한 높은 전도성

 

 

 

플라즈마의 구성 성분

• 전자 : 기체 입자에 에너지를 전달해주는 가장 중요한 1차적인 매개체
  질량이 작아 가장 먼저, 빠르게 가속되어 다른 중성입자와 충돌하여 이온과 라디칼을 만들어낸다!
• 이온 : 전자를 얻거나 잃어서 전기적으로 불안정한 상태(극성)
  Sheath영역에서 가속되어 웨이퍼 표면을 강하게 때리는 물리적 식각을 담당한다!
  
  
  
• 라디칼 : 해리(Dissociation)으로 생성되며 화학결합이 깨져 화학적으로 매우 불안정함
  대부분의 화학반응을 담당

 

 

플라즈마 발생 과정

플라즈마는 탄성 충돌로 전자가 에너지를 얻으면(Excitation)

다른 중성분자와 부딪혀 이온과 라디컬 생성(Ionization & Dissociation)

에너지를 얻은 입자들이 또 다른 중성분자들과 충돌하며 연쇄반응

 

 

 

 

Sheath 영역

 

질량이 작은 전자가 빨리 먼저 wall(cathode)에 도달하면

해당 전자를 음전하로 대전된다. 

그러면 이후 오는 전자는 밀어내고, 양이온만 가속된다.

 

이렇듯 전극 주변엔 (+) 이온층만 존재하는 작은 층이 존재하고, 이를 Sheath 영역이라 한다.

Sheath 영역에 걸리는 전위차를 Floating Potential 이라고 한다.

 

 

 

Reference

Handbook of Deposition Technologies for Films and Coatings (Third Edition)