• 제목/요약/키워드: dc plasma etching

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The surface kinetic properties of $ZrO_2$ Thin Films in dry etching by Inductively Coupled Plasma

  • Yang-Xue, Yang-Xue;Kim, Hwan-Jun;Kim, Dong-Pyo;Um, Doo-Seung;Woo, Jong-Chang;Kim, Chang-Il
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2009년도 하계학술대회 논문집
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    • pp.105-105
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    • 2009
  • $ZrO_2$ is one of the most attractive high dielectric constant (high-k) materials. As integrated circuit device dimensions continue to be scaled down, high-k materials have been studied more to resolve the problems for replacing the EY31conventional $SiO_2$. $ZrO_2$ has many favorable properties as a high dielectric constant (k= 20~25), wide band gap (5~7 eV) as well as a close thermal expansion coefficient with Si that results in good thermal stability of the $ZrO_2/Si$ structure. In order to get fine-line patterns, plasma etching has been studied more in the fabrication of ultra large-scale integrated circuits. The relation between the etch characteristics of high-k dielectric materials and plasma properties is required to be studied more to match standard processing procedure with low damaged removal process. Due to the easy control of ion energy and flux, low ownership and simple structure of the inductively coupled plasma (ICP), we chose it for high-density plasma in our study. And the $BCl_3$ included in the gas due to the effective extraction of oxygen in the form of $BCl_xO_y$ compound In this study, the surface kinetic properties of $ZrO_2$ thin film was investigated in function of Ch addition to $BCl_3/Ar$ gas mixture ratio, RF power and DC-bias power based on substrate temperature. The figure 1 showed the etch rate of $ZrO_2$ thin film as function of gas mixing ratio of $Cl_2/BCl_3/Ar$ dependent on temperature. The chemical state of film was investigated using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The characteristics of the plasma were estimated using optical emission spectroscopy (OES). Auger electron spectroscopy (AES) was used for elemental analysis of etched surface.

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유도결합 플라즈마에 의한 (Ba,Sr)$TiO_3$박막의 식각 손상에 관한 연구 (Damages of Etched (Ba, Sr) $TiO_3$Thin Films by Inductively Coupled Plasmas)

  • 최성기;김창일;장의구
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제14권10호
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    • pp.785-791
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    • 2001
  • High dielectric (Ba, Sr) TiO$_3$ thin films were etched in an inductively coupled plasma (ICP) as a function of Cl$_2$/Ar mixing ration. Under Cl$_2$(20)/Ar(80), the maximum etch rate of the BST films was 400 $\AA$/mim and selectivities of BST to Pt and PR were obtained 0.4 and 0.2, respectively. Etching products were redeposited on the surface of BST and resulted in varying the nature of crystallinity. Therefore, we investigated the etched surface of BST by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) atomic force microscopy (AFM) and x-ray diffraction (XRD). From the result of XPS analysis, we found that residues of Ba-Cl and Ti-Cl bonds remained on the surface of the etched BST for high boiling point. The morphology of the etched surfact was analyzed by AFM. A smoothsurface(roughness ~2.8nm) ws observed under Cl$_2$(20)/Ar(80), rf power of 600 W, dc bias voltage of -250 V and pressure of 10 mTorr. This changed the nature of the crystallinity of BST. From the result of XRD analysis, the crystallinities of the etched BST film under Ar only and Cl$_2$(20)/Ar(80) were maintained as similar to as-deposited BST. However, intensity of BST(100) orientation under Cl$_2$ only plasma was abruptly decreased. This indicated that CI compounds were redeposited on the etched BST surface and resulted in changed of the crystallinity of BST during the etch process.

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저온 산화공정에 의해 낮은 Dit를 갖는 실리콘 산화막의 제조 (Preparation of the SiO2 Films with Low-Dit by Low Temperature Oxidation Process)

  • 전법주;정일현
    • 공업화학
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    • 제9권7호
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    • pp.990-997
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    • 1998
  • ECR 산소플라즈마를 이용하여 저온 확산법에 의해 서로 다른 종류의 기판에 마이크로파 출력, 기판의 위치 등을 실험변수로 실리콘 산화막을 제조하고, 열처리 전 후 물리 화학적 특성을 분석하여 Si/O 의 조성비, 산화막 표면의 morphology와 전기적 특성과의 관계를 살펴보았다. 마이크로파 출력이 높은 영역에서, 산화속도는 증가하지만 식각으로 인하여 표면조도가 증가하였다. 따라서 막내에 결함이 증가하고 기판자체에 걸리는 DC bias의 증가로 기상에 존재하는 산소 양이온이 다량 함유되어 산화막의 질이 저하되었다. 기판의 종류에 따라 기상에 존재하는 산소 양이온의 함량은 Si(100) $Si/SiO_2$계면에 존재하는 결함들은 줄일 수 있으나, 고정전하와 계면포획전하 밀도는 열처리와 무관하고 단지 기상에 존재하는 반응성 산소이온의 양과 기판자체 DS bias에 의존하였다. 마이크로파 출력이 300, 400 W인 실험조건에서 표면조도가 낮고, 계면결함밀도가 ${\sim}9{\times}10^{10}cm^{-2}eV^{-1}$$Si/SiO_2$계면에서 결함이 적은 양질의 산화막이 얻어졌다.

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O2/SF6, O2/N2와 O2/CH4 플라즈마를 이용한 폴리카보네이트 건식 식각 (Dry etching of polycarbonate using O2/SF6, O2/N2 and O2/CH4 plasmas)

  • 주영우;박연현;노호섭;김재권;이성현;조관식;송한정;전민현;이제원
    • 한국진공학회지
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    • 제17권1호
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    • pp.16-22
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    • 2008
  • [ $O_2/SF_6$ ], $O_2/N_2$ 그리고 $O_2/CH_4$의 혼합 가스를 이용하여 폴리카보네이트의 플라즈마 식각을 연구하였다. 플라즈마 식각 장비는 축전 결합형 플라즈마 시스템을 사용하였다. 폴리카보네이트 식각은 감광제 도포 후에 UV 조사의 포토리소그래피 방법으로 마스크를 제작하여 실험하였다. 본 식각 실험에서는 $O_2$와 다른 기체와의 혼합비와 RIE 척 파워 증가에 따른 폴리카보네이트의 식각 특성 연구를 중심으로 하였다. 특히 건식 식각 시에 사용한 공정 압력은 100 mTorr로 유지하였으며 공정 압력은 기계적 펌프만을 사용하여 유지하였다. 식각 실험 후에 표면 단차 측정기, 원자력간 현미경 그리고 전자 현미경 등을 이용하여 식각한 샘플을 분석 하였다. 실험 결과에 의하면 폴리카보네이트 식각에서 $O_2/SF_6$의 혼합 가스를 사용하면 순수한 $O_2$$SF_6$를 사용한 것보다 각각 약 140 % 와 280 % 정도의 높은 식각 속도를 얻을 수 있었다. 즉, 100 W RIE 척 파워와 100 mTorr 공정 압력을 유지하면서 20 sccm $O_2$의 플라즈마 식각에서는 약 $0.4{\mu}m$/min, 20 sccm의 $SF_6$를 사용하였을 때에는 약 $0.2{\mu}$/min의 식각 속도를 얻었다. 그러나 60 %의 $O_2$와 40 %의 $SF_6$로 혼합된 플라즈마 분위기에서는 20 sccm의 순수한 $O_2$에 비해 상대적으로 낮은 -DC 바이어스가 인가되었음에도 식각 속도가 약 $0.56{\mu}m$/min으로 증가하였다. 그러나 $SF_6$ 양의 추가적인 증가는 폴리카보네이트의 식각 속도를 감소시켰다. $O_2/N_2$$O_2/CH_4$의 플라즈마 식각에서는 $N_2$$CH_4$의 양이 각각 증가함에 따라 식각 속도가 감소하였다. 즉, $O_2$$N_2$$CH_4$의 혼합은 폴리카보네이트의 식각 속도를 저하시켰다. 식각된 폴리카보네이트의 표면 거칠기 절대값은 식각 전에 비해 $2{\sim}3$ 배정도 증가하였지만 전자현미경으로 표면을 관찰 하였을 때에는 식각 실험 후의 폴리카보네이트의 표면이 깨끗한 것을 확인할 수 있었다. RIE 척 파워의 증가는 -DC 바이어스와 폴리카보네이트의 식각 속도를 거의 선형적으로 증가시켰으며 이 때 폴리카보네이트의 감광제에 대한 식각 선택비는 약 1:1 정도였다. 본 연구의 의미는 기계적 펌핑 시스템만을 사용한 간단한 플라즈마 식각 시스템으로도 $O_2/SF_6$의 혼합 가스를 사용하면 폴리카보네이트의 미세 구조를 만드는데 사용이 가능하며 $O_2/N_2$$O_2/CH_4$의 결과에 비해 상대적으로 우수한 식각 조건을 얻을 수 있었다는 것이다. 이 결과는 다른 폴리머 소재 미세 가공에도 응용이 가능하여 앞으로 많이 사용될 수 있을 것으로 예상한다.

$Ar/Cl_{2}/CF_{4}$ 코밀도 플라즈마를 이용한 강유전체 $YMnO_3$의 건식식각 특성연구 (Dry Etch Characteristic of Ferroelectric $YMnO_3$ Thin Films Using High Density $Ar/Cl_{2}/CF_{4}$ $PAr/Cl_{2}/CF_{4}$)

  • 박재화;김창일;장의구;이철인;이병기
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2001년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.213-216
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    • 2001
  • Etching behaviors of ferroelectric YMn $O_3$ thin films were studied by an inductively coupled plasma (ICP). Etch characteristic on ferroelectric YMn $O_3$ thin film have been investigated in terms of etch rate, selectivity and etch profile. The maximum etch rate of YMn $O_3$ thin film is 300 $\AA$/min at Ar/C $l_2$ of 2/8, RF power of 800W, dc bias voltage of 200V, chamber pressure of 15mTorr and substrate temperature of 3$0^{\circ}C$. Addition of C $F_4$ gas decrease the etch rate of YMn $O_3$ thin film. From the results of XPS analysis, Y $F_{X}$ compunds were found on the surface of YMn $O_3$ thin film which is etched in Ar/C1/C $F_4$ plasma. The etch profile of YMn $O_3$ film is improved by addition of C $F_4$ gas into the Ar/C $l_2$ plasma. These results suggest that fluoride yttrium acts as a sidewall passivants which reduce the sticking coefficient of chlorine on YMn $O_3$.>.

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The surface kinetic properties between $BCl_3/Cl_2$/Ar plasma and $Al_2O_3$ thin film

  • Yang, Xue;Kim, Dong-Pyo;Um, Doo-Seung;Kim, Chang-Il
    • 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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    • 한국전기전자재료학회 2008년도 하계학술대회 논문집 Vol.9
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    • pp.169-169
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    • 2008
  • To keep pace with scaling trends of CMOS technologies, high-k metal oxides are to be introduced. Due to their high permittivity, high-k materials can achieve the required capacitance with stacks of higher physical thickness to reduce the leakage current through the scaled gate oxide, which make it become much more promising materials to instead of $SiO_2$. As further studying on high-k, an understanding of the relation between the etch characteristics of high-k dielectric materials and plasma properties is required for the low damaged removal process to match standard processing procedure. There are some reports on the dry etching of different high-k materials in ICP and ECR plasma with various plasma parameters, such as different gas combinations ($Cl_2$, $Cl_2/BCl_3$, $Cl_2$/Ar, $SF_6$/Ar, and $CH_4/H_2$/Ar etc). Understanding of the complex behavior of particles at surfaces requires detailed knowledge of both macroscopic and microscopic processes that take place; also certain processes depend critically on temperature and gas pressure. The choice of $BCl_3$ as the chemically active gas results from the fact that it is widely used for the etching o the materials covered by the native oxides due to the effective extraction of oxygen in the form of $BCl_xO_y$ compounds. In this study, the surface reactions and the etch rate of $Al_2O_3$ films in $BCl_3/Cl_2$/Ar plasma were investigated in an inductively coupled plasma(ICP) reactor in terms of the gas mixing ratio, RF power, DC bias and chamber pressure. The variations of relative volume densities for the particles were measured with optical emission spectroscopy (OES). The surface imagination was measured by AFM and SEM. The chemical states of film was investigated using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), which confirmed the existence of nonvolatile etch byproducts.

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불화 함유 다이아몬드 상 탄소 스탬프를 사용하는 UV 나노 임프린트 리소그래피 (UV-Nanoimprint Lithography Using Fluorine Doped Diamond-Like Carbon Stamp)

  • 정준호;알툰알리;나종주;최대근;김기돈;최준혁;이응숙
    • 한국소성가공학회:학술대회논문집
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    • 한국소성가공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.109-112
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    • 2006
  • A fluorine-doped diamond-like carbon (F-DLC) stamp which has high contact angle, high UV-transmittance and sufficient hardness, was fabricated using the following direct etching method: F-DLC is deposited on a quartz substrate using DC and RF magnetron sputtering, PMMA is spin coated and patterned using e-beam lithography and finally, $O_2$ plasma etching is performed to transfer the line patterns having 100 nm line width, 100 nm line space and 70 nm line depth on F-DLC. The optimum fluorine concentration was determined after performing several pre-experiments. The stamp was applied successfully to UV-NIL without being coated with an anti-adhesion layer.

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UV 나노임프린트 리소그래피를 위한 불화 함유 다이아몬드 상 탄소 스탬프의 제작 (Fabrication of Fluorine Doped Diamond-Like Carbon Stamp for UV-Nanoimprint Lithography)

  • 알툰 알리;정준호;나종주;최대근;김기돈;이응숙
    • 한국정밀공학회:학술대회논문집
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    • 한국정밀공학회 2006년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.145-146
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    • 2006
  • A fluorine-doped diamond-like carbon (F-DLC) stamp which has high contact angle, high UV-transmittance and sufficient hardness, was fabricated using the following direct etching method: F-DLC is deposited on a quartz substrate using DC and RF magnetron sputtering, PMMA is spin coated and patterned using e-beam lithography and finally, O2 plasma etching is performed to transfer the line patterns having 100 nm line width, 100 nm line space and 70 nm line depth on F-DLC. The optimum fluorine concentration was determined after performing several pre-experiments. The stamp was applied successfully to UV-NIL without being coated with an anti-adhesion layer.

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Cylindrical Magnetron을 사용한 실리콘의 반응성 이온 건식식각의 특성에 관한 연구 (A Study on the Characterisitics of Reactive Ion Etching)

  • 염근영
    • 한국재료학회지
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    • 제3권4호
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    • pp.327-335
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    • 1993
  • Helmholz구성을 가진 두개의 전자석에 의해 작동되는 RF cylindrical magnetron을 사용하여 이의 플리즈마 성질을 가한 자장의 함수로 조사하고, 또한 $CHF_3$$CF_4/H_2$를 3mTorr의 낮은 압력하에서 사용하여 실리콘의 반응성 이온 건식식각 특성을 조사하였다. 또한 여러 자장의 크기 및 개스 분위기하에서 식각한 실리콘으로 제조한 Schottky다이오드의 전류-전압 특성으로 식각으로 인한 실리콘의 손상정도를 측정하였다. Cylindrical magnetron에 가한 자장을 증가시킴에 따라 플라즈마내이온밀도 및 분해될 개스밀도(radical density)가 직선적으로 증가하였으며 시편이 위치한 전극에 유도되는 직류 자기 바이아스 전압(dc self-bais voltage)은, 반면, 지수적인 감소를 하였다. 100Gauss부근의 자장을 가한 경우에 최대의 식각속도를 갖고 이때의 실리콘의 식각속도가 자장을 가하지 않은 경우에 비해서 5배정도로 증가하였으며, 전지적인 특성 역시 습식방법을 사용하여 식각한 실리콘에 가까운 정도의 이온 손상이 없느 식각상태를 얻을 수 있었다.

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유도결합 플라즈마를 이용한 $YMnO_3$ 박막의 건식 식각 특성 연구 (Dry Etching Characteristics of $YMnO_3$ Thin Films Using Inductively Coupled Plasma)

  • 민병준;김창일;창의구
    • 한국전기전자재료학회논문지
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    • 제14권2호
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    • pp.93-98
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    • 2001
  • YMnO$_3$ films are excellent gate dielectric materials of ferroelectric random access memories (FRAMs) with MFSFET (metal -ferroelectric-semiconductor field effect transistor) structure because YMnO$_3$ films can be deposited directly on Si substrate and have a relatively low permittivity. Although the patterning of YMnO$_3$ thin films is the requisite for the fabrication of FRAMs, the etch mechanism of YMnO$_3$ thin films has not been reported. In this study, YMnO$_3$thin films were etched with Cl$_2$/Ar gas chemistries in inductively coupled plasma (ICP). The maximum etch rate of YMnO$_3$ film is 285$\AA$/min under Cl$_2$/(Cl$_2$+Ar) of 1.0, RF power of 600 W, dc-bias voltage of -200V, chamber pressure of 15 mTorr and substrate temperature of $25^{\circ}C$. The selectivities of YMnO$_3$ over CeO$_2$ and $Y_2$O$_3$ are 2.85, 1.72, respectively. The selectivities of YMnO$_3$ over PR and Pt are quite low. Chemical reaction in surface of the etched YMnO$_3$ thin films was investigated with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) surface of the selected YMnO$_3$ thin films was investigated with X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) and secondary ion mass spectrometry (SIMS). The etch profile was also investigated by scaning electron microscopy(SEM)

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