Heptafluoropropyl methyl ether를 이용한 SiO₂ 콘택홀 플라즈마 순환 식각
Cyclic plasma etching of SiO₂ contact holes using heptafluoropropyl methyl ether
- 주제(키워드) Cyclic etching
- 주제(DDC) 621, 042
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김창구
- 발행년도 2023
- 학위수여년월 2023. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000032421
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
순환 식각은 증착(deposition)과 식각(etching)을 반복하며 비등방적인 식각 형상을 구현할 수 있지만 기존 순환 식각 공정에 사용되는 C4F8과 SF6는 지구온난화지수(global warming potential, GWP)가 높다. 이 연구에서는 C4F8과 SF6보다 GWP가 낮은 heptafluoropropyl methyl ether (HFE-347mcc3)를 이용해 순환 식각으로 SiO2 콘택홀을 식각하여 HFE-347mcc3의 대체 가능성을 살펴보았다. 순환 식각에 앞서 HFE-347mcc3/O2/Ar 플라즈마에서 연속 식각으로 콘택홀을 식각했을 때 식각 형상을 파악하기 위하여 SiO2 콘택홀을 연속 식각하였지만 콘택홀에 bowing, necking, narrowing, etch stop 등 다양한 패턴 왜곡 현상이 발생하였다. 이를 개선하기 위해 증착 단계와 식각 단계를 반복하는 순환 식각을 수행하였다. 순환 식각의 증착 단계와 식각 단계에서 방전 가스 유량비와 공정 시간이 SiO2 콘택홀에 미치는 영향을 알아보기 위해 이들을 변화하여 순환 식각으로 직경이 200 nm이고 종횡비가 12인 SiO2 콘택홀을 식각하였다. 각 변수에 따른 콘택홀 형상은 콘택홀 내부에 형성되는 불화탄소막의 특성에 영향을 받는다고 판단된다. 콘택홀 측벽에 얇거나 무른 불화탄소막이 형성될 때 측벽이 충분히 보호받지 못하고 식각되어 bowing이 발생하였고, 반대로 콘택홀 측벽에 두껍거나 단단한 불화탄소막이 형성될 때 측벽이 과보호되고 식각이 억제되어 narrowing과 etch stop이 발생하였다고 판단된다. 각 변수들이 콘택홀 내부에 형성된 불화탄소막에 미치는 영향을 알아보기 위해 불화탄소 상대노출도(relative exposure to fluorocarbon, REF)를 정의하여 REF에 따른 콘택홀 입구와 바닥의 직경 차이(△D)를 비교했다. REF가 작을수록 콘택홀이 불화탄소 플라즈마에 상대적으로 덜 노출되어 콘택홀 내부 불화탄소막의 두께는 얇아지고 이로 인해 bowing이 발생하기 쉬워져서 △D가 증가하여 비등방성이 악화되었다고 판단된다. 반면에 REF가 커질수록 콘택홀이 불화탄소 플라즈마에 상대적으로 많이 노출되어 콘택홀 내부 불화탄소막의 두께는 두꺼워지고 이로 인해 narrowing이 발생하기 쉬워져서 △D가 증가하여 비등방성이 악화되었다고 판단된다. 따라서 순환 식각으로 SiO2 콘택홀을 비등방적으로 식각하기 위해서는 불화탄소 플라즈마에 노출되는 정도를 적절한 수준으로 조절하는 것이 중요하다. SiO2 콘택홀이 가장 비등방적으로 식각된 조건에서 직경이 100 nm이고 종횡비가 24인 SiO2 콘택홀을 각각 연속 식각과 순환 식각으로 식각하여 콘택홀을 비교했을 때 순환 식각 시 더 비등방적인 콘택홀 형상을 얻을 수 있었다. 결과적으로 HFE-347mcc3를 이용한 순환 식각으로 고종횡비 구조물을 비등방적으로 식각할 수 있는 가능성을 제시하였다.
more초록/요약
Cyclic etching is a process capable of implementing anisotropic etching profile by alternating deposition and etching. However, C4F8 and SF6, which are used in existing circular etching processes, have a high global warming potential (GWP). In this study, SiO2 contact holes were etched by cyclic etching using heptafluoropropyl methyl ether (HFE-347mcc3), which has a lower GWP than C4F8 and SF6, to examine the feasibility of replacing HFE-347mcc3. Before cyclic etching, SiO2 contact holes were continuously etched in HFE-347mcc3/O2/Ar plasma to analyze etch profiles. After continuous etching, various pattern deformation phenomena such as bowing, necking, rowing, and etch stop occurred in the etch profiles of the contact holes. To suppress the pattern deformation phenomenon, cyclic etching was performed to alternate the deposition step and the etching step. To investigate the effect of discharge gas flow ratios and durations on the SiO2 contact hole in the deposition and etching steps of the cyclic etching, SiO2 contact holes with a diameter of 200 nm and an aspect ratio of 12 were etched by the cyclic etching. It seems that the profile of the contact holes at various process parameters are influenced by the characteristics of the fluorocarbon film deposited inside the contact hole. When thin or soft fluorocarbon films were deposited on the contact hole sidewall, the sidewall was not sufficiently protected and etched, resulting in bowing. On the contrary, when thick or hard fluorocarbon films were deposited on the contact hole sidewall, the sidewall was overprotected, so etching was suppressed, resulting in narrowing and etch stop. To investigate the effect of process parameters on the fluorocarbon film deposited inside the contact hole, a relative exposure of fluorocarbon (REF) was defined and difference in the diameter between top and bottom of SiO2 contact holes (△D) as a function of REF was compared. As the REF is smaller, the contact hole is relatively less exposed to the fluorocarbon plasma, so the thickness of the fluorocarbon film inside the contact hole becomes thinner, resulting in bowing, and as a result, it is judged that △D is increased and the anisotropy is deteriorated. On the contrary, as the REF increases, the thickness of the fluorocarbon film inside the contact hole increases as the contact hole is relatively exposed to the fluorocarbon plasma, and as a result, narrowing is more likely to occur, so △D is increased and the anisotropy is deteriorated. Therefore, to anisotropically etch the SiO2 contact hole by cyclic etching, it is important to adjust REF to an appropriate level. Under the conditions in which the SiO2 contact holes were most anisotropically etched, SiO2 contact holes with a diameter of 100 nm and an aspect ratio of 24 were etched in continuous etching and circulating etching, respectively, to compare the profiles. Through comparison, it was found that the etching profile of the straight contact hole may be obtained by cyclic etching. As a result, the feasibility of anisotropic etching of the high aspect ratio structure by cyclic etching using HFE-347mcc3 was suggested.
more목차
1 서론 1
1.1 플라즈마(plasma) 식각 1
1.2 SiO2 식각 메커니즘 3
1.3 순환 식각 6
1.4 연구 목적 7
2.실험 8
2.1 유도결합 플라즈마 시스템 8
2.2 패러데이(Faraday) 상자 11
2.3 실험 조건 및 분석 방법 13
3 결과 및 토의 17
3.1 HFE-347mcc3/O2/Ar 플라즈마를 이용한 연속 식각 17
3.2 HFE-347mcc3를 이용한 순환 식각 20
3.2.1 증착 단계의 방전 가스 유량비 변화 20
3.2.2 식각 단계의 방전 가스 유량비 변화 29
3.2.3 증착 단계의 공정 시간 변화 39
3.2.4 식각 단계의 공정 시간 변화 46
3.3 콘택홀 식각 형상 최적화 55
4 결론 62
참고문헌 65
