Abstract
Silicon trench etching has been carried out using a magnetically enhanced reactive ion etching system in HBr plasma containing He-$O_2$, $CF_4$. The changes of etch rate and etch profile, the degree of residue formation, and the change of surface chemical state were investigated as a function of additive gas flow rate. A severe lateral etching was observed when pure HBr plasma was used to etch the silicon, resulted in a pot shaped trench. When He-$O_2$, $SiF_4$ additives were added to HBr plasma, the lateral etching was almost eliminated and a better trench etch profile was obtained. The surface etched in HBr/He-$O_2/SiF_4$ plasma showed relatively low contamination and residue elements compared to the surface etched in HBr/He-$O-2/CF_4$plasma. In addition, the etching characteristics including low residue formation and chemically clean etched surface were obtained by using HBr containing He-$O_2$ or $SiF_4$ additive gases instead of $CF_4$ gas, which were confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM).
MERIE 플라즈마 장비를 사용하여 실리콘의 트렌치 식각을 HBr, He-$O_2,SiF_4,CF_4$ 등의 가스를 주입하여 수행하였으며 식각 속도, 식각 프로파일 변화, 잔류물 생성 및 표면 상태 등을 관찰하였다. HBr만을 이용한 플라즈마 식각시에는 트렌치 하부 영역에 상당한 횡방향 식각이 일어나 항아리 모양의 식각 프로파일이 관찰되었으며, HBr에 He-$O_2$가스와 $SiF_4$나 $CF_4$등의 주입량을 변화시켜 벽면 기울기와 횡방향 식각의 정도를 제어할 수 있었다. 표면 잔류물 특성 및 표면 거칠기(roughness)등은 HBr/He-$O_2$/$SiF_4$가스를 동시에 주입하여 식각하였을 때 가장 양호한 식각 특성을 나타내었으며, 첨가 가스로 $SiF_4$를 이용함으로써 기존의 C-F계 플라즈마를 이용한 트렌치 식각 특성들보다 우수한 공정 결과를 얻었다. 또 한 $SiF_4$를 이용함으로써 $CF_4$ 첨가시보다 C의 잔류물을 크게 줄이고 표면 손상을 개선할 수 잇음을 X-선 광전자 분석과 주사전자현미경(scanning electron microscopy) 및 AFM(atomic force microscopy)의 결과로써 확인하였다.
