RIE induced damage recovery on trench surface

A damage-reduced trench was investigated in view of the defect distribution along trench sidewall and bottom using high resolution transmission electron microscopy, which was formed by HBr plasma and additive gases in magnetically enhanced reactive ion etching system. Adding $O_2$ and other additive gases into HBr plasma makes it possible to eliminate sidewall undercut and lower surface roughness by forming the passivation layer of lateral etching. To reduce the RIE induced damage and obtain the fine shape trench corner rounding, we investigated the hydrogen annealing effect after trench formation. Silicon atomic migration on trench surfaces using high temperature hydrogen annealing was observed with atomic scale view. Migrated atoms on crystal surfaces formed specific crystal planes such as (111), (113) low index planes, instead of fully rounded comers to reduce the overall surface energy. We could observe the buildup of migrated atoms against the oxide mask, which originated from the surface migration of silicon atoms. Using this hydrogen annealing, more uniform thermal oxide could be grown on trench surfaces, suitable for the improvement of oxide breakdown.

트렌치 표면에서의 RIE 식각 손상 회복

트렌치 소자 제조시 게이트 산화막 성장과 내압 강하의 원인이 되는 식각손상 회복과 코너 영역의 구조를 개선하기 위해 수소 분위기 열처리를 하였다. 열처리시 수소 원자에 의한 환원 반응을 이용하여 표면 에너지가 높은 코너 영역에서는 원자들의 이동에 의한 결정면 재배열, 산화막 측벽에서의 실리콘 원자 적층, 표면 거칠기의 개선 효과 등을 전자현미경 관찰을 통해 확인하였다. 실리콘 원자의 이동을 방해하는 식각 후 잔류 산화막을 수소 가스의 환원성 분위기에서 열처리함으로써 표면 에너지를 낮추는 방향으로 원자의 이동이 일어나 concave 영역, 즉 트렌치 bottom corner에서는 (111), (311) 결정면 재분포 현상이 일어남을 확인할 수 있었다. 또한 convex comer에서의 원자 이동으로 인해 corner 영역에서는 (1111) 면의 step 들이 존재하게 되고 원자 이동에 의해 산화막 측벽에 이르러 이동된 원자의 적층이 일어나며, 이는 열처리시 표면 손상 회복이 원자이동에 의함을 나타낸다. 이러한 적층은 표면 상태가 깨끗할수록 정합성을 띄어 기판과 일치하는 에피 특성을 나타내고 열처리 온도가 높을수록 표면 세정 효과가 커져 식각손상 회복효과가 커지며, 이를 이용하여 이후의 산화막 성장시 균일한 두께를 코너영역에서 얻을 수 있었다