[반도체]박막증착공정 심화: CVD 온도에 따른 증착률(Deposition Rate)

1. CVD kinetics

 

 

그림1. CVD kinetics

 

CVD반응 단계에는 물질전달(mass transfer)단계와 표면반응(surface reaction)단계가 있다. 이때, 물질전달단계에서는 그림1과 같이 F1만큼 기판쪽으로 가스전달이 일어나난다. 표면반응단계에서는 F2만큼 기판표면에서 화학반응이 일어나 막이 형성된다. 식으로 표현하면 다음과 같다.

 

 

 

 

여기서, F1과 F2가 같다는 조건에서 다음과 같이 식을 정리할 수 있다.

 

 

 

 

 

2. 막 증착 속도의 온도 의존성

 

(1) 저온 증착

저온에서 증착시, 기판에서 화학적반응이 거의 일어나지 않기 때문에 아래와 같은 조건이 성립된다.

 

 

 

위식의 조건에서 식을 다시 정리하면 다음과 같은 식이 적용된다.

 

 

 

결국 온도T가 바뀌면 GR값이 바뀌기 때문에 온도에 대해 크게 영향을 받는다.

 

 

(2) 고온 증착

고온에서 증착시, 기판 표면에서 화학적반응이 잘 일어나기 때문에 다음과 같은 조건이 확립된다.

 

 

식을 다시 정리하면 다음과 같다.

 

 

저온 증칙시에는 온도가 바뀌면 지수함수적으로 GR값이 변화하는것에 비해, 고온 증착시에는 GR값이 온도에 대해 거의 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다. 

 

 

그림2. Deposition Rate vs. Temp

 

그림2에서도 볼 수 있듯이 저온 증착조건(surface-reaction linited)에서는 온도에 따른 GR이 변동시 심한데에 반하여, 고온 증착조건(mass transport limited)에서는 온도에따른 그래프 변동이 거의 없다.

 

 

 

[1] N.Cheung, "Notes on CVD Kinetics",

[2] 제 2 장 Chemical Vapor Deposition (CVD, 화학기상증착)