• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.230-230
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• 2013

플라즈마를 활용한 미세 패턴의 건식 식각은 반도체 소자 공정에 있어서 가장 중요한 기술 중 하나이다. 한편, 매년 발행되는 ITRS Roadmap 에 따르면 DRAM 의 1/2 pitch 는 감소하는 동시에 Contact A/R (Aspect Ratio) 는 증가하고 있다. 이러한 추세 속에서 기존의 공정을 그대로 활용할 경우 식각물의 프로파일 왜곡 혹은 휨 현상이 발생하고 식각 속도가 저하되며 이러한 특성들이 결과적으로는 생산성의 저하로 이어질 수 있다. 이러한 현상을 최소화하기 위해서는 무엇보다 독립된 plasma parameter 들이 식각물의 프로파일 혹은 식각 속도 등에 어떠한 영향을 주는 지에 대한 학문적 이해가 필요하다. 본 논문에서는 최소 CD (Critical Dimenstion) 100nm, 최대 A/R 30 인 HARC (High Aspect Ration Contact hole) 의 식각 특성이 plasma parameter 에 따라 어떻게 변하는지 확인해 보고자 한다. 산화물의 식각은 대표적인 high density plasma source 중의 하나인 ICP에서 진행하였으며 기존에 알려진 plasma parameter 에 더하여 자장의 인가가 산화물의 식각 특성에 어떠한 영향을 주는지 살펴보고자 전자석을 ICP 에 추가로 설치하여 실험을 진행하였다. 결과적으로, plasma parameter 에 따른 혹은 자장의 세기 변화에 따른 산화물의 식각 실험을 플라즈마 진단 실험과 병행하여 진행함으로써 다양한 인자에 따른 산화물의 식각 메커니즘을 정확하게 이해하고자 하였다. 실험 내용을 요약하면 다음과 같다. 먼저, 전자석의 전류 인가 조건에 따라 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장의 분포가 달라질 수 있음을 확인하였고 플라즈마 진단 결과 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장이 증가하였을 때 고밀도의 플라즈마가 형성될 수 있음은 물론 반경 방향으로의 플라즈마 밀도의 균일도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 ICP 조건에서 바이어스 주파수, 압력, 바이어스 파워, 소스 파워, 가스 유량 등의 plasma parameter 가 산화물의 식각 특성에 미치는 영향 및 메커니즘을 규명하였고 이 과정을 통해 최적화된 프로파일을 바탕으로 축 방향 혹은 반경 방향으로 증가하는 자장을 인가하였을 때 (M-ICP 혹은 자화 유도 결합 플라즈마) ICP 대비 산화물의 식각 속도가 증가함은 물론 PR-to-oxide 의 선택비가 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다. 자장의 인가에 따른 산화물의 정확한 식각 메커니즘은 향후의 실험 진행을 통해 이해하고 이를 통해 궁극적으로는 산화물의 식각 공정이 나아가야 할 올바른 방향을 제시하고자 한다.

• Journal of Sensor Science and Technology
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• v.8 no.5
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• pp.414-420
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• 1999

The oxide sacrificial layer technology is one of the key technologies in surface micromachining. However, the commonly used aqueous HF solutions, including the $NH_4F$ buffered HF solutions (BHF), are known to attack the Al metal layers during the oxide sacrificial etch. A mixed $NH_4F$/HF/glycerine aqueous solution of 4:1:2 ratio is known to have the best etch selectivity between oxide and AI, but even this sacrificial etchant has a significant etch rate for AI. This paper reports an extensive experimental study on various concentration ratios for HF, $NH_4F$ and glycerine, and develops the optimal mixture ratio for sacrificial etching. At the $NH_4F$/HF/glycerine ratio of 2:1:4, the etch selectivity between PSG and Al improves by approximately 6 times over the previously known best selectivity, to a value of 7,700. At this condition, the measured etch rate of PSG film is approximately $2.1\;{\mu}m/min$, which is sufficiently fast. The developed sacrificial etchant allows the addition of a Al metal layer in surface micromachining, without the worry of Al layer erosion during sacrificial etch.

• Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology
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• v.21 no.4
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• pp.164-168
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• 2011

Etch selectivities of mask materials to ZnO and $SnO_2$ films were studied in $BCl_3$/Ar and $CF_4$/Ar inductively coupled plasmas for fabrication of nanostructure-based gas sensing layer with high aspect ratios. In $25BCl_3$/10Ar ICP discharges, selectivities of 5.1~6.1 were obtained for ZnO over Ni while no practical selectivity was obtained for ZnO over Al. High selectivities of 7 ~ 17 for ZnO over Ni were produced in $25CF_4$/10Ar mixtures. $SnO_2$ showed much higher etch rates than Ni and a maximum selectivity of 67 was observed for $SnO_2$ over Ni.

• Journal of the Korean Vacuum Society
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• v.15 no.6
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• pp.630-636
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• 2006

Scale down of semiconductor gate pattern will make progress centrally line width into transistor according to the high integration and high density of flash memory semiconductor. Recently, the many researchers are in the process of developing research for using the ONO(oxide-nitride-oxide) technology for the gate pattern give body to line breadth of less 100 nm. Therefore, etch rate and etch profile of the line width detail of less 100 nm affect important factor in a semiconductor process. In case of increasing of the platen power up to 50 W at the ICP etcher, etch rate and PR selectivity showed good result when the platen power of ICP etcher has 100 W. Also, in case of changing of HBr gas flux at the platen power of 100 W, etch rate was decreasing and PR selectivity is increasing. We founded terms that have etch rate 320 nm/min, PR selectivity 3.5:1 and etch slope have vertical in the case of giving the platen power 100 W and HBr gas 35 sccm at the ICP etcher. Also notch was not formed.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2006.07c
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• pp.1380-1381
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• 2006

본 연구는 MgO 박막을 유도 결합 플라즈마를 이용하여, $CF_4/Ar$ 가스 혼합비로 식각하였고, RF 전력, DC-bais 전압과 Process Pressure를 변경하면서 실험하였다. 빛 방출 분석(optical emission spectroscopy, OES)을 이용하여, 플라즈마 진단과 식각 특성과의 관계를 분석하였다. OES 결과로부터 $CF_4$ 첨가비를 50%까지는 증가시킴에 따라 식각률이 증가하였고, 그 후에 Ar 이온이 감소함으로써 식각률이 감소하였다. MgO 박막의 최고 식각률은 50%의 $CF_4/(CF_{4}+Ar)$에서 700 W의 RF 전력, -150 V의 DC-bias 전압, 반응로 압력은 15 mTorr, 기판 온도는 $30^{\circ}C$로 고정시켰을 때 29nm/min이었다. 이 조건에서 MgO 박막과 $SiO_2$의 선택비는 0.06 이었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.200-200
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• 2013

기존 메모리 반도체에 비교해 빠른 재생속도와 높은 집적도, 비휘발성 등의 특성을 가지는 MRAM (Magnetic Random Access Memory)은 DRAM, flash memory 등을 대체할 수 있는 차세대 기억 소자로서 CoFeB/MgO/CoFeB로 구성된 한 개의 MTJ (Magnetic Tunnel Junction)를 단위 메모리로 사용한다. 이 MTJ 물질들은 고밀도 플라즈마를 이용한 건식 식각공정시 Cl2, BCl3 등과 같은 chlorine 을 포함한 가스를 이용하여 왔으나 식각 후 sidewall에서 발생하는 부식과 식각 선택비 확보의 어려움 등으로 마스크 물질에 제약을 받고 소자 특성이 감소하게 되는 등의 문제가 있다. 따라서 이러한 식각 문제점을 해결하기 위한 대안으로 noncorrosive 가스인 CO/NH3, CH3OH, CH4 등을 이용한 MTJ 식각 연구가 진행되어 오고 있으며 이중 CO/NH3 혼합가스는 부식성이 없고 hard mask와의 높은 선택비를 가지는 기체로 CO gas에 NH3 gas를 첨가하게 되면 etch rate이 증가하는 특성을 보인다. 또한 rf pulse-biased power를 이용하여 이온의 입사를 시간에 따라 제어함으로써 pulse off time 때 etch gas와 MTJ 물질간의 chemical reaction을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 CO/NH3 혼합가스를 이용하여 다양한 rf pulse-biased power 조건에서 MTJ 물질인 CoFeB, MgO와 hard mask 물질인 W을 식각 한 뒤 식각특성을 분석하였으며 MTJ surface의 chemical binding state, surface roughness 측정을 진행하였다. 식각 샘플의 측정은 Alpha step profiler, XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), AFM (Atomic Force Microscopy)를 통해 진행되었다. Time-averaged pulse bias에서는 duty ratio가 감소할수록 etch rate의 큰 감소 없이 CoFeB/W, MgO/W 물질의 etch selectivity가 향상됨을 확인할 수 있었으며 pulse off time 구간에서의 chemical reaction 향상으로 인해 식각부산물의 재증착이 감소하고 CoFeB의 surface roughness가 감소하는 것을 확인하였다.

• Korean Journal of Materials Research
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• v.10 no.6
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• pp.450-455
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• 2000

For further scaling down of the silicon devices, the application of low dielectric constant materials instead of silicon oxide has been considered to reduce power consumption, crosstalk, and interconnection delay. In this paper, the effect of $O_2/SF_6$ plasma chemistry on the etching characteristics of polyimide-one of the promising low-k interlayer dielectrics-has been studied. The etch rate of polyimide decreases with the addition of $SF_6$ gas due to formation of nonvolatile fluorine compounds inhibiting reaction between oxygen and hydrocarbon polymer, while applying substrate bias enhances etching process through physical attack. However, addition of small amount of $SF_6$ is desirable for etching topography. $SiO_2$ hard mask for polyimide etching is effective under $O_2$plasma etching(selectivity~30), while $O_2/SF_6$ chemistry degrades etching selectivity down to 4. Based on the above results, $1-2\mu\textrm{m}$ L&S PI2610 patterns were successfully etched.

• Proceedings of the Korean Society Of Semiconductor Equipment Technology
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• 2003.05a
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• pp.12-17
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• 2003

본 연구에서는 MICP Etching system 을 이용한 Via contact 및 Deep contact hole etch process 특성을 연구하였다. Langmuir probe 를 이용한 MICP source 의 Plasma density & electron temperature 측정하였고 탄소와 플로우르를 포함하는 혼합 Plasma 를 형성하여 RF frequency, wall temperature, chamber gap, gas chemistry 등의 변화에 따른 식각 특성을 조사하였다. Plasma density 는 1000w 에서 $10^{11}$/$cm^3$ 이상의 high density plasma와 uniform plasma 형성을 확인하였고 $CH_{2}F_{2}$와 CO의 적절한 혼합비를 이용하여 Oxide to PR 선택비가 10 이상인 고선택비 조건을 확보하였다. 고선택비 형성에 따라 Polymer 형성이 많이 되었고 이를 개선하기 위하여 반응 챔버의 온도 조절을 통하여 Polymer 증착 방지에 효과적인 것을 확인하였다. MICP source를 이용하여 탄소와 플로우르의 혼합 가스와 식각 챔버의 온도 조절에 의한 선택비 증가를 확보하여 High Aspect Ratio Contact Hole Etch 가능성을 확보하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.198-198
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• 2013

Metal-Oxide-Semiconductor (MOS)에서 사용되는 다양한 channel materials로 high electron mobility을 가지는 III-V compound semiconductor가 대두되고 있다 [1,2]. 하지만 이러한 III-V compound semiconductor는 Si에 비해 안정적인 native oxide가 부족하기 때문에 Si, Ge, Al2O3과 BeO 등과 같은 다양한 물질들의 interface passivation layers (IPLs)에 대한 연구가 많이 되고 있다. 이러한 IPLs 물질은 0.5~1.0 nm의 매우 얇은 physical thickness를 가지고 있고 또한 chemical inert하기 때문에 플라즈마 식각에 대한 연구가 되고 있지만 IPLs 식각 후 기판인 III-V compound semiconductor에 physical damage과 substrate recess를 줄이기 위해서 높은 선택비가 필요하다. 이러한 식각의 대안으로 원자층 식각이 연구되고 있으며 이러한 원자층 식각은 반응성 있는 BCl3의 adsorption과 low energy의 Ar bombardment로 desorption으로 self-limited한 one monolayer 식각을 가능하게 한다. 그러므로 본 연구에서는, III-V compound semiconductor 위에 IPLs의 adsorption과 desorption의 cyclic process를 이용한 원자층식각으로 다양한 물질인 SiO2, Al2O3 (self-limited one monolayer etch rate=about 1 ${\AA}$/cycle), BeO (self-limited one monolayer etch rate=about 0.75 ${\AA}$/cycle)를 얻었으며 그 결과 precise한 etch depth control로 minimal substrate recess 식각을 할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2000.02a
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• pp.40-40
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• 2000

직접 회로의 소자크기가 더욱 미세화에 따라, 기존에 사용하는 금속 배선의 저항과 금속 배선과 층간 유전 물질에 의한 정전용량의 증가로 인한 시간 지연 (RC time delay) 문제가 크게 대두되고 있다. 이 문제를 해결하기 위해 비유전율이 낮은 물질을 층간 유전체로 사용하여 정전용량을 낮추는 것이 필요하다. 기존의 실리콘 산호막 대신에 MSSQ(methylsilsequioxance)를 이용할 때 필요한 건식 식각 공정을 연구하였다. MSSQ 물질을 patterning 하기 위해 습식 공정의 부산물인 폐액 등의 문제점이 발생하지 않을 뿐만 아니라, 소자의 손상이 적고 선택비가 높으며, 식각의 이방성을 향상시킬 수 있는 장점을 갖고 있는 반응 이온 식각기(reactive ion etchin)을 이용하였다. CF4/O2 plasma를 사용하였는데, 가스의 양의 flow rate와 조성비, RF pover(50, 100, 150 W)등의 변화에 따른 식각 특성을 알아보았다. atep, SEM, AFM등을 이용하여 측정·분석하였다.