• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.08a
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• pp.97-97
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• 2010

많은 플라즈마 공정 중에 건식 식각은 복잡하고 표면반응이 잘 알려지지 않은 등의 이유로 가장 어려운 분야 중의 하나이다. 이러한 이유로 식각 장치 디자인뿐만 아니라 플라즈마를 이용한 건식 식각의 공정 조건은 수많은 시행착오를 통해 시도되어 왔다. 이런 문제들을 극복하기 위해 많은 연구자들에 의해서 다양한 방법과 tool을 이용해 모델링이 시도되고 있다. 본 연구에서는 $CF_4$ 가스를 이용한 유도결합 플라즈마에 의해 Si와 $SiO_2$를 식각하는 것을 상용 프로그램인 전산모사 유체역학 시뮬레이터인 CFD-ACE+를 이용하여 모델링했다. 150 mm 직경의 웨이퍼에 대한 모델은 식각 속도 실험결과와 비교 하였다. Ar의 경우 20 mTorr에서 13.56 MHz, 500 W인가 시 2.0 eV의 전자온도와 $7.3{\times}10^{11}\;cm^{-3}$의 전자밀도가 계산결과와 상당히 일치하게 측정되었고, $CF_4$를 이용한 $SiO_2$ 식각에서도 식각 속도가 평균 190 nm/min로 일치했고 식각 균일도는 3% 였다. 450 mm 웨이퍼 공정용 장치의 모델 계산 결과에서는 안테나와 기판의 거리, 챔버의 단면적, 기판 지지대와 배기구와의 높이 등 기하학적인 구조와 각 안테나 턴의 위치 및 전류비가 플라즈마 균일도에 많은 영향을 주었으며, 안쪽부터 4 turn이 있는 경우 2번째, 4번째 turn에만 1:4의 전류비를 인가했을 때, 수십%의 전자밀도의 불균일도를 4.7%까지 낮출 수 있었다. 또한, Si 식각에서는 식각 속도의 분포가 F radical의 분포와 같은 경향을 보임을 확인했고, $SiO_2$ 식각에서는 전자 밀도의 분포와 일치함을 확인함으로써 균일한 식각을 위해서 두 물질의 식각 공정에서는 다른 접근의 시도가 필요함을 확인했다. 플라즈마의 준중성 조건을 이용해서 Poisson 방정식을 풀지 않고 sheath를 해석적 모델로 처리하는 방법과, Poisson 식으로 정전기장을 푸는 방법을 통해서 입사 이온의 에너지 분포를 비교하였다. 에너지 범위는 80~120 eV로 같지만, 실험에서는 IED가 낮은 에너지 쪽이 더 높게 측정됐고, 계산 결과에서는 높은 에너지 쪽이 높았다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.137-137
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• 2011

펄스 직류 $BCl_3$ 플라즈마의 전기적 특성과 GaAs의 건식식각을 연구하였다. 공정변수는 펄스 직류 전압 (350~550 V), 펄스 직류 주파수 (100~250 kHz), 리버스 시간 (0.4~1.2 ${\mu}s$)이었다. 전기적 특성은 오실로스코프를 이용하여 분석하였다. 펄스 직류 전원의 경우 평균 전압이 일정하더라도 주파수가 커지거나 리버스 시간이 커지면 peak-to-peak 전압이 증가한다는 사실을 이해하였다. GaAs 식각 실험 후 샘플의 식각률, 식각 선택비, 표면 형상을 비교, 분석하였다. GaAs의 식각 결과는 식각 속도, 식각 선택비, 표면 형상, 잔류 물질 분석을 실시하엿다. 본 실험에서는 1대의 기계적 펌프만을 상ㅇ하여 진공 압력을 유지하였다. GaAs의 식각 속도는 10 sccm $BCl_3$를 사용한 경우 최대 0.4 ${\mu}m$까지 얻을 수 있었다. 감광제에 대한 최대 식각 선택비는 약 2.5 : 1이었다. BCl₃ 플라즈마의 경우 75 mTorr의 저진공 조건에서는 500 V, 250 kHz, 0.7 ${\mu}s$의 실험에서 가장 좋은 식각 특성을 얻을 수 있엇다. X-레이 광전 분석기 데이터에 의하면, 식각된 GaAs의 표면을 깨끗하였으며, 염소와 관련된 잔류 물질은 거의 발견되지 않았다.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.18 no.4
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• pp.288-295
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• 2009

We report the etch characteristics of GaAs and AlGaAs in the diffusion pump-based capacitively coupled $BCl_3$ plasma. Process variables were chamber pressure ($50{\sim}180$ mTorr), CCP power ($50{\sim}200\;W$) and $BCl_3$ gas flow rate ($2.5{\sim}10$ sccm). Surface profilometry was used for etch rate and surface roughness measurement after etching. Scanning electron microscopy was used to analyze the etched sidewall and surface morphology. Optical emission spectroscopy was used in order to characterize the emission peaks of the $BCl_3$ plasma during etching. We have achieved $0.25{\mu}m$/min of GaAs etch rate with only 5 sccm $BCl_3$ flow rate when the chamber pressure was in the range of 50{\sim}130 mTorr. The etch rates of AlGaAs were a little lower than those of GaAs at the conditions. However, the etch rates of GaAs and AlGaAs decreased significantly when the chamber pressure increased to 180 mTorr. GaAs and AlGaAs were not etched with 50 W CCP power. With $100{\sim}200\;W$ CCP power, etch rates of the materials increased over $0.3{\mu}m$/min. It was found that the etch rates of GaAs and AlGaAs were not always proportional to the increase of CCP power. We also found the interesting result that AlGaAs did not etched at 2.5 sccm $BCl_3$ flow rate at 75 mTorr and 100 W CCP power even though it was etched fast like GaAs with more $BCl_3$ gas flow rates. By contrast, GaAs was etched at ${{\sim}}0.3{\mu}m$/min at the 2.5 sccm $BCl_3$ flow rate condition. A broad molecular peak was noticed in the range of $500{\sim}700\;mm$ wavelength during the $BCl_3$ plasma etching. SEM photos showed that 10 sccm $BCl_3$ plama produced more undercutting on GaAs sidewall than 5 sccm $BCl_3$ plasma.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.238-239
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• 2011

최근 반도체 산업은 더 높은 성능의 회로 제작을 통해 초고집적화를 추구하고 있다. 이를 위해서 회로 설계의 최소 선폭과 소자 크기는 지속적으로 감소하고 있고 이를 위한 배선 기술들은 플라즈마 공정을 이용한 식각공정에 크게 의존하고 있다. 식각공정에 있어서 반응가스의 조성은 식각 속도와 선택도를 결정하는 중요한 요소이다. 본 연구에서는 CIS QMS (closed ion source quadrupole mass spectrometer)를 이용하여 CF4+Ar를 이용한 실리콘 산화막의 플라즈마 식각 공정 시 생성되는 라디칼과 이온 종들을 측정하였다. Ar 이온이 기판표면과 충돌하여 기판물질간의 결합을 깨놓으면, 반응성 기체 및 라디칼과의 반응성이 커져서 식각 속도를 향상 시키게 된다. 본 실험에서는 2 MHz의 RPS (remote plasma source)를 이용하여 플라즈마를 발생시키고 13.56 MHz의 rf 전력을 기판에 인가하여 식각할 웨이퍼에 바이어스 전압을 유도하였다. CF4/(CF4+Ar)의 가스 혼합비가 커질수록 식각 부산물인 SiF3의 양은 증가 하였으며, CF4 혼합비가 0일 때(Ar 100%) 비하여 1일 때(CF4 100%) SiF3의 QMS 이온 전류는 106배 증가하였다. 이때의 Si와 결합하여 SiF3를 형성하는 F라디칼의 소모는 0.5배로 감소하였다. 또한 RPS power가 800 W일 때 플라즈마에 의해서 CF4는 CF3, CF2, CF로 해리 되며 SiO2 식각 시 라디칼의 직접적인 식각과 Si_F2의 흡착에 관여되는 F라디칼의 양은 CF3 대비 7%로 검출되었고, 식각 부산물인 SiF3는 13%로 측정되었다. Ar의 혼합비를 0 %에서 100%까지 증가시켜 가면서 측정한 결과 F/CF3는 $1.0{\times}105$에서 $2.8{\times}102$로 변화하였다. SiF3/CF3는 1.8에서 6.3으로 증가하여 Ar을 25% 이상 혼합하는 것은 이온 충돌 효과에 의한 식각 속도의 증진 기대와는 반대로 작용하는 것으로 판단된다.

• Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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• 1999.10a
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• pp.187-197
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• 1999

해양수산부가 개발 .운영 중인 항만운영정보시스템(PORT-MIS)은 선박입출항 관련 업무, 수출입 화물 반출입에 관한 업무, 항만시설물관리에 관한 업무, 의사결정지원시스템에 관한 업무 등 크게 4개 업무오 구성되어 있으며, 총 19개의 전자문서와 1,500여개의 단위 프로그램으로 구성되어 있다. 그동안 PORT-MIS를 권역별로 확대 운영하면서 발생한 여러 가지 문제점들을 보완하기 위해 해양수산부와 정보통신부(한국전산원)가 공동으로 $\ulcorner$수출입화물 일괄처리시스템 구축$\lrcorner$ 용역 사업을 현재 진행 중에 있다. 본 연구는 용역과업 내용에 포함되어 있지 않으면서 개선이 필요한 외항선(국전선.외국전선 포함) 선박입항보고서(최초.변경.최종)와 선박출항보고서(최초.변경.최종), 내항선입.출항신고서, 예선사용허가신청서 및 지정서, 도선사용허가신청서 및 지정서 등의 민원업무를, 사용자로 하여금 최소한의 노력으로 처리할 수 있도록 제출방법을 개선(EDI방식에서 온라인방식으로)하여 행정소요시간을 단축함으로써 PORT-MIS의 효율성을 높일 수 있는 방안을 제시하고자 한다. 이러한 노력을 통해 PORT-MIS EDI업무가 개선되어 선박입.출항보고를 1회롤 처리할 수 있다면 연간 29만9천건의 서류절감으로 약 1억3천7백만원의 물류비를 줄일 수 있으며, 시간 단축에 따른 간접비용을 계산하면 보다 많은 효과가 있다고 판단된다. 그리고 내항선입.출항신고서 및 예.도선업무를 EDI방식에서 온라인방식으로 전환함으로써 선사와 예선업체 및 도선사협회가 대화형식으로 업무처리가 이루어져 분쟁을 최소화 할 수 있다면, 전자문서 31만6천건/년 절감으로 1억3백만원/년의 예산이 절감될 것으로 예상된다.rr로 변화시켰고 inductive power는 200~800watt, bias voltage는 0~-200voltage로 변화시켰으며 식각마스크로는 SiO2를 patterning 하여 사용하였다. n-GaN, p-GaN 층 이외에 광소자 제조시 필수적인 InGaN 층을 100% Cl2로 식각한 경우에 InGaN의 식각속도가 GaN에 비해 매우 낮은 식각속도를 보였다. Cl2 gas에 소량의 CH4나 Ar gas를 첨가하는 경우와 공정압력을 감소시키는 경우 식각속도는 증가하였고, Cl2/10%Ar 플라즈마에서 공정 압력을 감소시키는 경우 식각속도는 증가하였고, Cl2/10%CHF3 와 Cl2/10%Ar 플라즈마에서 공정압력을 15mTorr로 감소시키는 경우 InGaN과 GaNrks의 선택적인 식각이 가능하였다. InGaN의 식각속도는 Cl2/Ar 플라즈마의 이온에 의한 Cl2/CHF3(CH4) 플라즈마에서의 CHx radical 형성에 의하여 증가하는 것으로 사료되어 진다.$ 이상을 나타내었다. 박막의 Sn/In atomic ratio는 0.12, O/In의 비율은 In2O3의 화학양론적 비율인 1.5보다 작은 1.3을 나타내었다.로 보인다.하면 수평축과 수직축의 분산 장벽의 비에 따라 cluster의 두께비가 달라지는 성장을 볼 수 있었고, 한 축 방향으로의 팔 넓이는 fcc(100) 표면의 경우 동일한 Ed+Ep값에 대응하는 팔 넓이와 거의 동일한 결과가 나타나는 것을 볼 수 있다. 따라서 이러한 비대칭적인 모양을 가지는 성장의 경우도 cluster 밀도, cluster 모양, cluster의 양 축 방향 길이 비, 양 축 방향의 평균 팔 넓이로부터 각 축 방향의 분산 장벽을 얻어낼 수 있을 것으로 보인다. 기대할 수 있는 여러

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.26 no.4
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• pp.145-149
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• 2016

The effect of process parameters such as plasma composition, ICP (Inductively Coupled Plasma) source power and rf chuck power on the etch characteristics of GaN epitaxy layer was studied. $Cl_2/Ar$ ICP discharges showed higher etch rates than $SF_6/Ar$ discharges because of the higher volatility of $GaCl_x$ etch products than $GaF_x$ compounds. As the Ar ratio increases in the $Cl_2/Ar$ ICP discharges, the etch anisotropy was enhanced due to the improved physical component of the etching. For both plasma chemistries, the GaN etch rate increased continuously as both the ICP source power and rf chuck power increased, and a maximum etch rate of 251.9 nm/min was obtained at $13Cl_2/2Ar$, 750W ICP power, 400W rf chuck power and 10 mTorr condition.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.43 no.4
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• pp.531-536
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• 2005

Inductively coupled plasma reactive ion etching of CoTb and CoZrNb magnetic materials with the photoresist mask was performed using $Cl_2/Ar$ and $C_2F_6/Ar$ gas mixtures and characterized in terms of etch rate and etch profile. As the concentrations of $Cl_2$ and $C_2F_6$ gases increased, the etch rates of magnetic films decreased and the etch slopes became slanted. The $Cl_2/Ar$ gas was more effective in obtaining fast etch rate and steep sidewall slope than the $C_2F_6/Ar$ gas. As the coil rf power and dc bias increased, fast etch rate and steep etch slope were obtained but the redeposition on the sidewall was observed. This is due to the increase of ion and radical densities in plasma with increasing the coil rf power and the increase of incident ion energy to the substrate with increasing the dc bias voltage. By applying high density reactive ion etching to magnetic tunnel junction stack containing various magnetic films and metal oxide, steep etch slope and clean etch profile without redeposition were obtained.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.168-168
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• 2011

정보화 사회가 도래함으로 개인별 정보 이용량이 급격히 증가하였고 스마트폰과 같은 모바일 기기의 개발로 정보 이용량이 최고치를 갱신 중이다. 이러한 흐름 속에 사람들은 빠른 처리 속도와 고도의 저장 능력을 요구하게 되고 이에 따라 새로운 Random Access Memory에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 현재 Dynamic Random Access Memory (DRAM)가 눈부신 발전과 성과를 이룩하고 있지만 전원 공급이 중단 될 경우 저장된 내용들이 지워진다는 단점을 가지고 있다. DRAM의 장점에 이러한 단점을 보완할 수 있는 차세대 반도체 소자로 주목 받고 있는 것이 Magnetic Random Access Memory (MRAM)이다. DRAM에서 Capacitor와 유사한 기능을 하는 MTJ stack은 tunneling magnetoresistance (TMR) 현상을 나타내는 자기저항 박막을 이용하여 MRAM 소자에 집적된다. 본 연구에서는 MRAM의 자성 재료로 구성된 MTJ stack을 효과적으로 식각하고 우수한 식각 profile을 얻는 동시에 재증착의 문제를 해결하는데 목적을 둔다. 본 IrMn 자성 박막의 식각 연구는 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식각 (Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching: ICPRIE)법을 이용하여 진행되었다. 특히 본 연구에서는 종래의 $Cl_2$, $BCl_3$ 그리고 HBr과 같은 부식성 가스가 아닌 부식성이 없는 $CH_4$가스를 선택하여 그 농도를 변화시키면서 식각하였고 더 나아가 $O_2$를 첨가하면서 그 효과를 극대화하려고 시도하였다. IrMn 자성 박막의 식각 속도, TiN 하드 마스크에 대한 식각 선택도 그리고 profile 등이 조사되었고 최종적으로 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 이용하여 식각 메카니즘을 이해하려고 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.291-291
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• 2011

플라즈마에 노출된 재료 표면의 온도 증가는 다음과 같은 요인에 의해서 결정된다. 이온의 충돌에 의한 역학적 에너지, 이온의 중성화, 라디칼의 안정화에 의한 에너지 방출(잠열, latent heat), 플라즈마에서 방출된 빛의 흡수. 이중 식각을 위한 기판 바이어스에 의해서 주로 결정되는 이온 충돌 에너지와 잠열의 방출이 300 mm wafer용 유도 결합 플라즈마 식각 장치에서 소스 전력과 바이어스 전력에 따라서 어떻게 변화하는지 전산 유체 역학 모사 프로그램인 CFD-ACE를 이용하여 상용 식각 장비인 AMAT사의 DPS II를 대상으로 온도 분포의 변화를 계산하였다. 실험 결과와 비교를 위하여 다섯 곳에(상, 하, 좌, 우, 중심) 열전대를 부착한 온도 측정 웨이퍼를 기판의 위치에 설치하고 여러 가지 실험 조건에 대해서 온도의 변화를 측정하였다. Ar 10 mTorr에서 2열 병렬 안테나의 전력을 300 W에서 시간에 따른 온도의 변화를 측정하였다. 이때 wafer의 평균 온도는 $28.9^{\circ}C$에서 $150^{\circ}C$까지 12분 내에 상승하였으며 최고 온도에 도달한 다음에는 거의 일정하게 유지 되었다. Si의 식각에서 온도의 영향을 가장 크게 받는 반응은 F 라디칼에 의한 Si의 직접 식각이며 Arrhenius 식의 형태로 표현하면 0.116*exp (-1250/T)의 형태로 된다. 문헌에 보고된 계수를 이용해서 $29^{\circ}C$의 식각 속도와 플라즈마에 의한 가열 최고 온도인 $150^{\circ}C$ 때의 값을 비교해보면 3.3배의 차이가 난다. 따라서 4%내의 식각 균일도를 목표로 하는 폴리 실리콘 게이트 식각 장비의 설계에서는 플라즈마에 의한 가열 불균일을 상쇄 할 수 있는 히터와 냉각 구조의 최적 설계가 필요하다.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.29-29
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• 2009

현재 고집적 비휘발성 메모리 소자로는 MRAM (Magnetic Random Access Memory)과 PRAM (Phase Magnetic Random Access Memory)이 활발하게 미국과 일본, 한국 등에서 다양한 연구가 진행되어 오고 있다. 이 중에서 MRAM은 DRAM과 비슷한 10 ns의 빠른 읽기/쓰기 속도와 비휘발성 특성을 가지고 있으며, 전하를 저장할 커패시터가 필요 없고, 두 개의 자성충에 약 10 mA 정도의 전류를 가하면 그때 발생하는 약 10 Oe의 자장을 개개의 비트를 write하고, read 시에는 각 비트의 자기저항을 측정함으로써 데이터를 저장하고 읽을 있으므로, 고집적화가 가능성하다 [1]. 현재 우수한 박막 재료가 개발 되었으나, 고집적 MRAM 소자의 양산에는 해결 하여야 하는 문제점이 있다. 특히 다층 박막으로 구성되어 있으므로 식각 공정의 개발이 필수적이다. 지금까지 MRAM 재료의 식각은 주로 Ion milling, ICP, ECR등의 플라즈마 장치를 되었고, 식각 가스로는 할로겐 기체와 금속카보닐 형성을 위한 Co/$NH_3$와 $Ch_3OH$ 기체가 이용되고 있다. 그러나 할로겐 계열의 기체를 사용할 경우, 식각 부산물들의 높은 끓는점 때문에 식각 부산물이 박막의 표면에서 열적 탈착에 의하여 제거되지 않기 때문에 높은 에너지를 가지는 이온의 도움에 의한 식각이 필요하다. 또한 Cl 계열의 기체를 사용할 경우, 식각 공정 후, 시료가 대기에 노출되면 대기 중의 수분과 식각 부산물이 결합하여 부식 현상이 발생하게 된다. 그러므로 이를 방지하기 위한 추가 공정이 요구된다. 최근에는 부식 현상이 없고, MTJ 상부에 사용되는 Ta 또는 Ti Hard mask와의 높은 선택비를 가지는 $CH_3OH$ 또는 CO/$NH_3$가 사용되고 있다. 하부 박막에 따른 식각 특성에 연구와 다층의 박막의 식각 공정에 발생에 관한 발표는 거의 없다. MRAM을 양산에 적용하기 위하여서는 Main etch 공정에서 빠른 식각 공정이 필요하고, Over etch 공정에서 하부박막에 대한 높은 선택비가 요구된다. 그러므로 본 논문에서는 식각 변수에 따른 플라즈마 측정과 표면 반응을 비교하여 각 공정의 식각 메커니즘을 규명하고, Main Etch 공정에서는 $Cl_2$/Ar 또는 $BCl_3$/Ar 가스를 이용하여 식각 실험을 수행하고, Over etch 공정에는 낮은 Ta 박막 식각 속도를 가지는 $Ch_4/O_2$/Ar 또는 $Ch_3OH$/Ar 가스를 이용하고자 한다. 플라즈마 내의 식각종과 Ta 박막과의 반응을 XPS와 AES를 이용하여 분석하고, 식각 공정 변수에 따른 식각 속도, 식각 선택비와 식각 프로파일 변화를 SEM을 이용하여 관찰한다.