Selective etching of SiO₂ using embedded RF pulsing in a dual-frequency capacitively coupled plasma system

반도체 제조는 chip의 성능 향상 및 단가 하락을 위해 지속적으로 pattern size가 nano size로 감소해 왔고, capacitor 용량은 증가해 왔다. 이러한 현상은 contact hole의 aspect ratio를 지속적으로 증가시킨바, 그에 따라 최적의 HARC (high aspect ratio contact)을 확보하는 적합한 dry etch process가 필수적이다. 그러나 HARC dry etch process는 많은 critical plasma properties 에 의존하는 매우 복잡한 공정이다. 따라서, critical plasma properties를 적절히 조절하여 higher aspect ratio, higher etch selectivity, tighter critical dimension control, lower P2ID과 같은 plasma characteristics을 확보하는 것이 요구된다. 현재 critical plasma properties를 제어하기 위해 다양한 plasma etching 방법이 연구 되어왔다. 이 중 plasma를 낮은 kHz의 frequency에서 on/off 하는 pulsed plasma etching technique은 nanoscale semiconductor material의 etch 특성을 효과적으로 향상 시킬 수 있다. 따라서 본 실험에서는 dual-frequency capacitive coupled plasma (DF-CCP)을 사용하여 plasma operation 동안 duty ratio와 pulse frequency와 같은 pulse parameters를 적용하여 plasma의 특성을 각각 제어함으로써 etch selectivity와 uniformity를 향상 시키고자 하였다. Selective SiO2 contact etching을 위해 top electrode에는 60 MHz pulsed RF source power를, bottom electrode에는 2MHz pulse plasma를 인가하여 synchronously pulsed dual-frequency capacitive coupled plasma (DF-CCP)에서의 plasma 특성과 dual pulsed plasma의 sync. pulsing duty ratio의 영향에 따른 etching 특성 등을 연구 진행하였다. 또한 emissive probe를 통해 전자온도, OES를 통한 radical 분석으로 critical Plasma properties를 분석하였고 SEM을 통한 etch 특성분석과 XPS를 통한 표면분석도 함께 진행하였다. 그 결과 60%의 source duty percentage와 50%의 bias duty percentage에서 가장 향상된 etch 특성을 얻을 수 있었다.