CVD 공정과 Deal-Grove Model

• CVD
• Deal-Grove Model, 반응속도의 계산

---

 

 

1)CVD

CVD는 Chemical Vapor Deposition의 약자로 화학적 에너지로 원료 가스를 기판(Wafer) 표면에서 증착하는 공정입니다.

일반적으로 쌓고자하는 막의 원료가 되는 가스가 어떤 에너지에 의해 Film을 만드는 것이고, 이때 공급된 에너지는 열 일수도있고, 플라즈마, Radical 등 여러가지 일 수 있습니다.

thin film - activation evergy

어떤 방식으로 에너지를 공급했는지도 중요하겠지만 반응물을 만들어내기 위해선 결국 반응 할 수 있는 만큼의 에너지를 공급해줘야하고 이것을 Activation 에너지 라고 합니다.

CVD에서 공정이 진행되는 순서는 그림처럼 크게 1)반응물의 웨이퍼로의 이동, 2)표면에서의 반응 3)부산물의 배출 로 이뤄집니다.

여기서 전체 반응이 일어나는 속도는 가장 느린 과정에의해 결정됩니다.

A와 B지역을 잇는 고속도로가 x, y, z로 세 구간이 있다고 생각했을때 세 구간중 어느 하나가 정체되면 전체 이동시간이 늘어나게되겠죠..?

 

2)Deal-Grove Model, 반응속도의 계산

위에서 설명한것 처럼 CVD 전체 반응에서 가장 느린 구간을 고려하여 전체 반응속도를 알 수있는 Model이 Deal-Grove Model 입니다.

원료 가스는 Main Gas Stream에서 Wafer로 확산되어가는 유량(F1, 물질 이동)과 Wafer 표면에서 반응이 일어나는 유량(F2, 표면 반응)으로 나눌 수 있습니다.

먼저 F1은 Main Gas Stream과 Wafer 표면에서 원료 가스의 농도차에 의해서 확산이 일어나는것이기 때문에 아래와 같이 식으로 표현되고 hg는 확산 계수 입니다.

여기서 Cg는 Main Gas Stream의 Total gas중 반응에 참여하는 Gas의 농도이기 때문에 전체 가스 분자의 농도(Ct)에 반응 가스의 Mole Fraction(Y)을 곱해야합니다.

 

 

F2는 Wafer 표면에서 반응하는 양으로 표면에 반응 가스가 많을 수록, 표면 온도가 높거나 반응하기 위한 Activation 에너지가 낮을수록 반응하는 양이 많아져서 표면 반응 속도와 표면에서 반응물 농도의 곱으로 표현되고..

ks는 아레니우스 방정식의 형태로 아래와 같이 표현할 수 있습니다.

 

이제 CVD의 전체반응 속도는 1) F1=F2, 2)F1>F2, 3)F1<F2의 세가지 경우를 생각해볼 수 있는데,

F1과 F2의 속도가 같은 경우 아래와 같이 식을 유도할 수 있습니다.

deal grove model 설명

여기서 atomic density(N)를 나눠주면 Growth Rate / Growth velocity가 됩니다.

Cg=CtY

나머지 F1이 느릴때와 F2가 느린경우는 다음 글에 이어서 설명하겠습니다^^..