• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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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.

• 센서학회지
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• 제8권5호
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• pp.414-420
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• 1999

희생층을 제거하는 기술은 표면 마이크로머시닝 공정의 핵심기술중 하나이다. 그러나 희생층을 제거하는데 널리 쓰이는 BHF 용액을 포함한 HF 수용액은 희생층 제거시 금속층으로 쓰이는 알루미늄도 같이 식각하는 것으로 알려져 있다. 기존의 문헌에서 $NH_4F$:HF:glycerine=4:1:2의 비를 갖는 혼합 용액이 알루미늄과 PSG 간의 식각 선택비가 최적조건으로 제시되었지만 이 희생층 식각액 또한 상당한 알루미능 식각률을 가지고 있다. 본 논문에서는 HF, $NH_4F$, glycerine의 농도를 광범위하게 변화시켜 희생층 제거에 필요한 최적 혼합비를 개발하였으며 그 결과 $NH_4F$:HF:glycerine=2:1:4의 혼합비에서 약 7,700정도의 PSG와 Al의 식각 선택비를 가져 기존의 최적 식각 선택비보다 차수가 약 6배정도 향상된 희생층 식각액을 얻을 수 있었다. 이 조건에서 PSG의 식각률은 희생층 제거시 충분히 빠른 값인 약 $2.1\;{\mu}m/min$을 나타내었다. 이러한 개발된 희생층 식각액은 표면 마이크로머시닝 공정에서 알루미늄 금속 공정의 추가를 용이하게 한다.

• 한국결정성장학회지
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• 제21권4호
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• pp.164-168
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• 2011

고이온밀도 플라즈마 식각에 의한 고종횡비, 고이방성을 갖는 ZnO, $SnO_2$ 나노 구조 가스 감응층 형성을 위하여 mask 재료들과의 식각 선택도를 조사하였다. $25BCl_3$/10Ar ICP 플라즈마에서는 ZnO와 Ni 간 5.1~6.1 범위의 식각 선택도가 확보된 반면에 Al의 경우 효율적인 식각 선택도를 확보할 수 없었다. $25CF_4$/10Ar ICP 플라즈마에서는 ZnO와 Ni 간에 7~17 범위의 높은 식각 선택도를 얻을 수 있었다. $SnO_2$는 $SnF_x$ 식각 생성물의 높은 휘발성에 기인하여 Ni에 비해 매우 높은 식각 속도를 나타내었고, 최고치 약 67의 매우 높은 식각 선택도를 확보하였다.

• 한국진공학회지
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• 제15권6호
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• pp.630-636
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• 2006

플래시 메모리 반도체의 고집적화와 고밀도화가 진행함에 따라 플래시 메모리의 트랜지스터 안 선폭을 중심으로 게이트 패턴의 미세화가 진행 중이다. 최근 100 nm 이하의 선폭을 구현하기 위해서 ONO(oxide-nitride-oxide)를 사용하기 위한 연구가 개발 중이고, 이러한 100 nm이하의 미세 선폭으로 갈수록 식각 속도와 식각의 프로파일은 중요한 요인으로 작용하고 있다. ICP 식각 장비를 이용하여, power를 50 W 증가 하였을 때, 각각 식각 속도와 포토레지스트와의 선택비를 확인 한 결과 platen power를 100 W로 올렸을 경우 가장 좋은 결과를 나타내었다. 100 W에서 HBr가스의 유량에 변화를 주었을 경우 가스의 양을 증가 할수록 식각 속도는 감소하였지만, 포토레지스트와의 선택비는 증가함을 보였다. 유도결합 플라즈마 식각 장비를 가지고 platen power를 100 W, HBr gas를 35 sccm 공급하여 하부 층에 노치가 형성이 안되고, 식각 속도 320 nm/min, 감광액과의 선택비 3.5:1, 측면식각 프로파일이 수직인 공정 조건을 찾았다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 C
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국재료학회지
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• 제10권6호
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• pp.450-455
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• 2000

실리콘 소자가 더욱 미세화되면서, 발생되는 power consumption, crosstalk와 interconnection delay 등을 감소시키기 위해 $SiO_2$ 대신에 저유전 상수막의 적용이 고려되어진다. 본 논문에서는, 저유전 상수 층간 절연막 재료로 유망한 폴리이미드의 식각 특성에 $O_2/SF_6$ 가스가 미치는 영향을 연구하였다. 폴리이미드의 식각률을 SF(sub)6 가스의 첨가에 따라 산소와 hydrocarbon 폴리머 간의 반응을 억제하는 비휘발성 물질은 fluorine 화합물의 형성에 의해 감소되었다. 반면에, 기판 전극의 전압 증가는 물리적인 충격을 통해 식각 공정을 증가시켰다. 또한 작은 량의 SF(sub)6 가스 첨가는 식각 topography에 바람직하였다. 폴리이미드 식각을 위한 $SiO_2$ hard mask 사용은 산소 플라즈마 식각 하에서 효과적이었다(선택비-30). 반면에 $O_2SF_6$ 가스 조성은 식각 선택비를 4로 저하시키게 되었다. 이러한 결과를 기초로, $1-2\mu\textrm{m}$ 선폭을 가진 PI 2610의 식각을 원활히 수행할 수 있었다.

• 한국반도체및디스플레이장비학회:학술대회논문집
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• 한국반도체및디스플레이장비학회 2003년도 춘계학술대회 발표 논문집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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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.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2000년도 제18회 학술발표회 논문개요집
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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.