Heptafluoroisopropyl methyl ether를 이용한 SiC 플라즈마 식각
Plasma etching of SiC using heptafluoroisopropyl methyl ether
- 주제(키워드) Silicon carbide , plasma 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/000000032432
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
SiC는 화학적, 물리적 안정성이 높아 Si의 대체제로써 연구되고 있다. SiC는 일반적으로 SF6와 같은 불화가스를 이용하여 식각한다. 그러나 SF6는 지구온난화지수(global warming potential, GWP)가 높고 대기 중 수명이 길어 환경에 유해하다. 이 연구에서는 SF6의 대체 식각제로 GWP가 낮은 Heptafluoroisopropyl methyl ether (HFE-347mmy) 플라즈마를 이용하여 SiC를 식각하였다. HFE-347mmy 플라즈마로 SiC를 식각할 때 식각 반응을 보조하기 위해 O2를 첨가하였다. 적절한 O2 유량비를 결정하고 HFE-347mmy 플라즈마로 SiC 식각 시 O2가 식각에 미치는 영향을 분석하기 위해 HFE-347mmy/O2/Ar 플라즈마에서 O2 유량비를 변경하며 SiC를 식각하였다. HFE-347mmy/O2/Ar 플라즈마와 SF6/O2/Ar 플라즈마의 식각속도, 식각 후 표면 거칠기를 비교하여 SF6의 대체 식각제로써 수소화 불화 에테르(hydrofluoroether)의 사용 가능성을 연구하였다. 식각 특성은 F 라디칼의 양, 불화탄소 박막의 두께, Si-O occupancy로 나누어 분석하였다. HFE-347mmy/O2/Ar 플라즈마에서 O2 유량비에 따른 SiC 식각속도는 HFE-347mmy/O2/Ar = 3/7/5 sccm에서 가장 빨랐다. HFE-347mmy/O2/Ar = 3/7/5 sccm보다 O2 유량비가 증가하면 F 라디칼이 감소하고 Si-O occupancy가 증가하여 SiC 식각을 저해하고, O2 유량비가 감소하면 불화탄소 박막이 두꺼워져 SiC 식각을 저해한다. HFE-347mmy/O2/Ar과 SF6/O2/Ar 플라즈마에서 소스 파워와 바이어스 전압 변화에 따른 SiC 식각은 비슷한 식각 특성을 보였다. 불화탄소 박막은 이온이 에너지 소실 없이 투과할 만큼 충분히 얇아 두께 차이에 관계없이 식각을 저해하는 영향이 적었으며, Si-O occupancy가 식각을 저해하는 영향은 비슷하였다. HFE-347mmy/O2/Ar과 SF6/O2/Ar 플라즈마에 존재하는 F 라디칼의 양 차이가 두 플라즈마의 식각속도 차이에 지배적인 영향을 끼쳤다고 할 수 있다. HFE-347mmy/O2/Ar 플라즈마에서 SiC의 표면 거칠기는 SF6/O2/Ar 플라즈마보다 더 낮았는데 이는 HFE-347mmy/O2/Ar 플라즈마가 SF6/O2/Ar 플라즈마보다 이온 밀도가 낮기 때문일 것으로 추측된다. 결과적으로 이 연구는 HFE-347mmy 플라즈마가 SiC 식각에서 기존의 SF6 플라즈마의 대체 식각제로 사용될 수 있는 가능성을 제시하였다.
more초록/요약
Herein, SiC was investigated as an alternative to Si because of its high chemical and physical stability. SiC is generally etched using a fluorinated gas such as SF6. However, SF6 is harmful for the environment, owing to its high global warming potential (GWP) and long atmospheric lifetime. In this study, SiC was etched using heptafluoroisopropyl methyl ether (HFE-347mmy) plasma, which has a low GWP, instead of SF6. While etching SiC with the HFE-347mmy plasma, O2 was added to assist the etching reaction. The optimal O2 flow rate and effect of O2 on the etching of SiC using HFE-347mmy plasma were determined by changing the O2 flow rate during the etching process. By comparing the etch rate and surface roughness values after the HFE347mmy/O2/Ar plasma and SF6/O2/Ar plasma etching processes, the possibility of using hydrofluoroether as an alternative etchant for SF6 was studied. The etching characteristics were analyzed by categorizing the F radical amount, thickness of the fluorocarbon film, and Si-O occupancy. The SiC etch rate in the HFE-347mmy/O2/Ar plasma was the highest at an HFE-347mmy/O2/Ar flow rate of 3/7/5 sccm. At a higher O2 flow rate, the amount of F radicals decreased and the SiO occupancy increased, which disrupted the SiC etching; in contrast, at a lower O2 flow rate, the thickness of the fluorocarbon film increased, which inhibited SiC etching. SiC etching in the HFE-347mmy/O2/Ar and SF6/O2/Ar plasmas using various source powers and bias voltages showed similar characteristics. Because the fluorocarbon film was thin enough to let ions pass without energy loss, the inhibitory effect on etching was small, irrespective of the thickness difference, and the inhibitory effect of Si-O occupancy on etching was similar. Thus, the difference in the amounts of F radicals present in the HFE-347mmy/O2/Ar and SF6/O2/Ar plasmas had a dominant effect on the etch rate difference between them. The SiC surface roughness in the HFE-347mmy/O2/Ar plasma was lower than that in the SF6/O2/Ar plasma, which was attributed to a lower ion density in the HFE-347mmy/O2/Ar plasma than that in the SF6/O2/Ar plasma. Therefore, HFE-347mmy plasma may be used as an alternative to the conventional SF6 plasma in SiC etching.
more목차
1 서론 1
1.1 Silicon carbide (SiC) 1
1.2 플라즈마(plasma) 식각 2
1.3 SiC 식각 메커니즘 5
1.4 온실가스 감축 8
1.5 연구 목적 9
2 실험 11
2.1 Inductively coupled plasma (ICP) 시스템 11
2.2 실험 조건 및 분석 방법 14
3 실험 결과 18
3.1 HFE-347mmy/O2/Ar 플라즈마에서 O2 유량비에 따른 SiC 식각속도 18
3.2 HFE-347mmy/O2/Ar과 SF6/O2/Ar 플라즈마에서 SiC 식각속도 20
3.2.1 소스 파워 변화 20
3.2.1 바이어스 전압 변화 22
4 토의 24
4.1 HFE-347mmy/O2/Ar 플라즈마에서 산소 첨가 효과 26
4.2 HFE-347mmy/O2/Ar과 SF6/O2/Ar 플라즈마에서 SiC 식각 특성 33
4.2.1 소스 파워 변화 33
4.2.2 바이어스 전압 변화 41
4.3 HFE-347mmy/O2/Ar과 SF6/O2/Ar 플라즈마에서 식각 후 SiC 표면 거칠기 49
5 결론 53
참고문헌 55
