펄스 플라즈마를 이용한 라디칼 제어에 의한 실리콘 건식 식각시 RIE lag 개선에 관한 연구

본 논문에서는 HBr, O2 gas를 사용하여 나노급 반도체 디바이스에 응용되는 실리콘 트렌치 패턴의 건식 식각시 중요한 인자중의 하나인 RIE (Reactive Ion Etching) Lag현상에 관하여 연구하였다. 실험에서 사용된 식각 장치는 유도 결합 플라즈마(Inductively Coupled Plasma) 식각 장치로써, Source Power및 기판에 인가되는 Bias power 모두 13.56 MHz로 구동되는 장치이며, Source Power와 Bias Power 각각에 펄스 플라즈마를 인가할 수 있도록 제작 되어있다. HBr과 O2 gas를 사용한 트렌치 식각 중 발생하는 식각 부산물인 SiO는 프로파일 제어에 중요한 역할을 함과 동시에, 표면 산화로 인해 Trench 폭을 작게 만들어 RIE lag를 심화시킨다. Br은 실리콘을 식각하는 중요한 라디칼이며, SiO는 실리콘과 O 라디칼의 반응으로부터 형성되는 식각 부산물이다. SiO가 많으면, 실리콘 표면의 산화가 많이 진행될 것을 예측할 수 있으며, 이에 따라 RIE lag도 나빠지게 된다. 본 실험에서는 Continuous Plasma와 Bias Power의 펄스, Source Power의 펄스를 각각 적용하고, 각각의 경우 Br과 SiO 라디칼의 농도를 Actinometrical OES (Optical Emission Spectroscopy) tool을 사용하여 비교하였다. 두 라디칼 모두 Continuous Plasma와 Bias Power 펄스에 의해서는 변화가 없는 반면, Source Power 펄스에 의해서만 변화를 보였다. Source Power 값이 증가함에 따라 Br/SiO 라디칼 비가 증가함을 알 수 있었고, 표면 산화가 적게 형성됨을 예측할 수 있다. 이 조건의 경우, Continuous Plasma대비 Source Power 펄스에 의하여 RIE lag가 30.9 %에서 12.8 %로 현격히 개선된 결과를 얻을 수 있었다. 또한, 식각된 실리콘의 XPS 분석 결과, Continuous Plasma대비 Source Power 펄스의 경우 표면 산화층이 적게 형성되었음을 확인할 수 있었다. 따라서, 본 논문에서는 식각 중 발생한 Br과 SiO 라디칼을 Source Power펄스에 의한 제어로 RIE lag를 개선할 수 있으며, 이러한 라디칼의 변화는 Actinometrical OES tool을 사용하여 검증할 수 있음을 보여준다.