• 한국표면공학회지
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• 제57권3호
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• pp.165-178
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• 2024

In semiconductor memory device manufacturing, the capability for high aspect ratio contact (HARC) etching determines the density of memory device. Given that there is no standardized definition of "high" in high aspect ratio, it is crucial to continuously monitor recent technology trends to address technological gaps. Not only semiconductor memory manufacturing companies such as Samsung Electronics, SK Hynix, and Micron but also semiconductor manufacturing equipment companies such as Lam Research, Applied Materials, Tokyo Electron, and SEMES release annual reports on HARC etching technology. Although there is a gap in technological focus between semiconductor mass production environments and various research institutes, the results from these institutes significantly contribute by demonstrating fundamental mechanisms with empirical evidence, often in collaboration with industry researchers. This paper reviews recent studies on HARC etching and the study of dielectric etching in various technologies.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.136.2-136.2
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• 2015

반도체 제조는 chip의 성능 향상 및 단가 하락을 위해 지속적으로 pattern size가 nano size로 감소해 왔고, capacitor 용량은 증가해 왔다. 이러한 현상은 contact hole의 aspect ratio를 지속적으로 증가시킨바, 그에 따라 최적의 HARC (high aspect ratio contact)을 확보하는 적합한 dry etch process가 필수적이다. 그러나 HARC dry etch process는 많은 critical plasma properties 에 의존하는 매우 복잡한 공정이다. 따라서, critical plasma properties를 적절히 조절하여 higher aspect ratio, higher etch selectivity, tighter critical dimension control, lower P2ID과 같은 plasma characteristics을 확보하는 것이 요구된다. 현재 critical plasma properties를 제어하기 위해 다양한 plasma etching 방법이 연구 되어왔다. 이 중 plasma를 낮은 kHz의 frequency에서 on/off 하는 pulsed plasma etching technique은 nanoscale semiconductor material의 etch 특성을 효과적으로 향상 시킬 수 있다. 따라서 본 실험에서는 dual-frequency capacitive coupled plasma (DF-CCP)을 사용하여 plasma operation 동안 duty ratio와 pulse frequency와 같은 pulse parameters를 적용하여 plasma의 특성을 각각 제어함으로써 etch selectivity와 uniformity를 향상 시키고자 하였다. Selective SiO2 contact etching을 위해 top electrode에는 60 MHz pulsed RF source power를, bottom electrode에는 2MHz pulse plasma를 인가하여 synchronously pulsed dual-frequency capacitive coupled plasma (DF-CCP)에서의 plasma 특성과 dual pulsed plasma의 sync. pulsing duty ratio의 영향에 따른 etching 특성 등을 연구 진행하였다. 또한 emissive probe를 통해 전자온도, OES를 통한 radical 분석으로 critical Plasma properties를 분석하였고 SEM을 통한 etch 특성분석과 XPS를 통한 표면분석도 함께 진행하였다. 그 결과 60%의 source duty percentage와 50%의 bias duty percentage에서 가장 향상된 etch 특성을 얻을 수 있었다.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제18권5호
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• pp.389-395
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• 2005

The etching technology of the high aspect ratio contact(HARC) is necessary at the critical contact processes of semiconductor devices. Etching the $SiO_{2}$ contact hole with the sub-micron design rule in manufacturing VLSI devices, the unexpected phenomenon of 'profile tilting' or 'bottom distortion' is often observed. This makes a short circuit between neighboring contact holes, which causes to drop seriously the device yield. As the aspect ratio of contact holes increases, the high C/F ratio gases, $C_{4}F_{6}$, $C_{4}F_{8}$ and $C_{5}F_{8}$, become widely used in order to minimize the mask layer loss during the etching process. These gases provide abundant fluorocarbon polymer as well as high selectivity to the mask layer, and the polymer with high sticking yield accumulates at the top-wall of the contact hole. During the etch process, many electrons are accumulated around the asymmetric hole mouth to distort the electric field, and this distorts the ion trajectory arriving at the hole bottom. These ions with the distorted trajectory induce the deformation of the hole bottom, which is called 'profile tilting' or 'bottom distortion'. To prevent this phenomenon, three methods are suggested here. 1) Using lower C/F ratio gases, $CF_{4}$ or $C_{3}F_{8}$, the amount of the Polymer at the hole mouth is reduced to minimize the asymmetry of the hole top. 2) The number of the neighboring holes with equal distance is maximized to get the more symmetry of the oxygen distribution around the hole. 3) The dual frequency plasma source is used to release the excessive charge build-up at the hole mouth. From the suggested methods, we have obtained the nearly circular hole bottom, which Implies that the ion trajectory Incident on the hole bottom is symmetry.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.244.2-244.2
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• 2013

Contact Pattern을 Plasma Etching을 통해 Pattering 공정을 진행함에 있어서 Plasma 내에 존재하는 High Energy Ion 들의 Bombardment 에 의해, Contact Bottom 의 Silicon Lattice Atom 들은 Physical 한 Damage를 받아 Electron 의 흐름을 방해하게 되어, Resistance를 증가시키게 된다. 또한 Etchant 로 사용되는 Fluorine 과 Chlorine Atom 들은, Contact Bottom 에 Contamination 으로 작용하게 되어, 후속 Contact 공정을 진행하면서 증착되는 Ti 나 Co Layer 와 Si 이 반응하는 것을 방해하여 Ohmic Contact을 형성하기 위한 Silicide Layer를 형성하지 못하도록 만든다. High Aspect Ratio Contact (HARC) Etching 을 진행하면서 Contact Profile을 Vertical 하게 형성하기 위하여 Bias Power를 증가하여 사용하게 되는데, 이로부터 Contact Bottom에서 발생하는 Etchant 로 인한 Damage 는 더욱 더 증가하게 된다. 이 Damage Layer를 추가적인 Secondary Damage 없이 제거하기 위하여 본 연구에서는 원자층 식각방법(Atomic Layer Etching Technique)을 사용하였다. 실험에 사용된 원자층 식각방법을 이용하여, Damage 가 발생한 Si Layer를 Secondary Damage 없이 효과적으로 Control 하여 제거할 수 있음을 확인하였으며, 30 nm Deep Contact Bottom 에서 Damage 가 제거될 수 있음을 확인하였다. XPS 와 Depth SIMS Data를 이용하여 상기 실험 결과를 확인하였으며, SEM Profile 분석을 통하여, Damage 제거 결과 및 Profile 변화 여부를 확인하였으며, 4 Point Prove 결과를 통하여 결과적으로 Resistance 가 개선되는 결과를 얻을 수 있었다.