C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 CH2F2 첨가에 따른 SiO2와 Si3N4의 식각속도 및 식각선택비의 각도의존성
Effect of CH2F2 addition on the angular dependence of SiO2 and Si3N4 etch rates and etch selectivity in a C4F6/Ar/O2 plasma
- 주제(키워드) plasma etching , Angular dependence , Fraday cage , steady-state fluorocarbon film
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김창구
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학부
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011337
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 SiO2와 Si3N4를 식각할 때 이온의 입사각도에 따른 식각속도와 식각선택비의 각도의존성 및 CH2F2의 첨가효과를 알아보았다. 시편에 입사하는 이온의 각도를 조절하기 위해 파라데이 상자를 이용하였으며 이온의 입사각도는 0˚에서 90˚까지 다양한 각도를 갖는 시편홀더를 이용하여 조절하였다. CH2F2를 첨가하지 않은 C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 SiO2의 식각속도는 이온의 입사각도가 증가할수록 감소하였으며 정규식각수율(normalized etch yield ,NEY)은 70˚까지 점점 증가하여 최대값 1.7를 나타내었다. CH2F2의 유량비율이 증가할수록 NEY의 최대값은 1.7에서 1.2로 감소하였으며, 최대값을 갖는 각도 또한 70˚에서 45˚로 감소하였다. 이온의 입사각도가 0~30˚ 범위에서는 CH2F2의 유량비율에 관계없이 이온에 의해 SiO2의 식각이 제한되었다. 이온의 입사각도가 45~70˚ 범위에서는 CH2F2의 유량비율에 따른 정상상태 불화탄소박막(steady-state fluorocarbon film, st-st FC film)의 특성변화에 의해 SiO2의 식각속도가 결정되었다. Si3N4 식각의 경우, CH2F2를 첨가하지 않은 C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 NEY는 70˚ 에서 최대값 1.4을 가졌으며, 물리적 스퍼터링이 주요 식각 메카니즘으로 작용하였다. CH2F2의 유량비율에 따른 Si3N4 식각속도는 CH2F2의 유량비율이 7.5 %, 12.5 % 로 증가할수록 NEY의 최대값이 각각 1.8, 3.0으로 증가 하였고, 최대 NEY를 갖는 각도는 45~50˚였다. 결과적으로 CH2F2의 유량비율이 증가할수록 Si3N4에 대한 SiO2의 식각선택비는 30~50˚영역에서 급격히 감소하였다. CH2F2의 유량비율에 따라 Si3N4 표면에 형성된 st-st FC film의 특성을 알아보기 위해 불화탄소박막의 증착 및 식각실험을 수행하였다. CH2F2의 유량비율이 증가하면 불화탄소박막의 증착속도가 증가하였고 박막의 F/C ratio는 낮아졌다. 이온의 입사각도에 따른 불화탄소박막의 식각속도는 CH2F2의 유량비율이 높은 조건에서 증착된 박막일수록 중간각도 영역인 30~50˚에서 최대를 가졌다. 즉, CH2F2의 유량비율이 증가하면 st-st FC film는 두껍게 형성되었지만, CH2F2의 유량비율이 증가할수록 st-st FC film의 두께는 수평면보다 30~50˚영역에서 더 얇게 형성되었다. 그 결과 중간각도 영역에서 활성라디칼(F-radicals)이 쉽게 st-st FC film을 통과하여 Si3N4와 반응할 수 있기 때문에 Si3N4의 NEY가 매우 크게 증가하였다.
more초록/요약
The effect of CH2F2 addition on the angular dependence of SiO2 and Si3N4 etch rates and etch selectivity in a C4F6/Ar/O2 plasma was investigated. A specially-designed Faraday cage system and substrate holders having nine different angles from 0˚ to 90˚ were used to accurately control the angles of ion-incident on the substrate surfaces. The etch rates of SiO2 were decreased as an ion-incident angle was increased. The normailized etch yield (defined as the etch yield normalized to one obtained on a horizontal surface, NEY) of SiO2 showed a maximum of 1.7 at 70˚ in the C4F6/Ar/O2 plasma. However, the maximum NEY was decreased from 1.7 to 1.2 and the angle that has maximum NEY was decreased from 70˚ to 45˚ as ratios of CH2F2 flow rate were increased. The etching of SiO2 between 0˚ and 30˚ was contoled by ions in all ratios of CH2F2 flow rate . But, the etch rates between 45˚ and 70˚ were determined by the changes in st-st FC films formed on SiO2 with ratios of CH2F2 flow rate. In Si3N4 etching, the NEY had a maximum of 1.4 at 70˚ and physical sputtering was the main etch mechanism in the C4F6/Ar/O2 plasma. However, the maximum NEY was increased from 1.8 to 3.0 and the angle that has maximum NEY showed between 45˚ and 50˚ as ratios of CH2F2 flow rate were increased from 7.5% to 12.5%. As a result, the etch selectivity (defined as etch rate of SiO2 at horizontal surface divided by that of Si3N4 at ion-incident angle θ) was decreased between 30˚ and 50˚ as ratios of CH2F2 flow rate were increased. The characteristic changes in the NEY for SiO2 and Si3N4 substrates depended strongly on the characteristics of the st-st FC films formed on the surface of the substrates.
more목차
1 서론 1
1.1 플라즈마 식각 1
1.2 불화탄소 플라즈마 3
1.3 식각속도의 각도의존성 및 식각선택비 6
2 C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 CH2F2 첨가에 따른 SiO2 식각속도의 각도의존성 8
2.1 연구목적 8
2.2 실험 12
2.2.1 플라즈마 시스템 12
2.2.2 파라데이 상자 12
2.2.3 실험 조건 및 분석방법 16
2.3실험결과 19
2.3.1 이온의 입사각도에 따른 식각속도 19
2.3.2 이온의 입사각도에 따른 식각수율 21
2.4 토의 24
2.4.1 식각 메카니즘 24
2.4.2 C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 SiO2표면에 형성된 st-st FC film의 특성변화 25
2.4.3 CH2F2/C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 SiO2표면에 형성된 st-st FC film의 특성변화 28
2.4.4 CH2F2/C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 SiO2의 식각 메카니즘 32
2.5 결론 36
3 C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 CH2F2 첨가에 따른 Si3N4 식각속도의 각도의존성 37
3.1 연구목적 37
3.2 실험 41
3.3 실험결과 42
3.3.1 SiO2와 Si3N4의 식각속도 및 식각선택비 42
3.3.2 이온의 입사각도에 따른 식각속도 45
3.3.3 이온의 입사각도에 따른 식각수율 47
3.3.4 이온의 입사각도에 따른 식각 선택비 47
3.4 토의 51
3.4.1 CH2F2/C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 불화탄소박막의 증착 특성 51
3.4.2 이온의 입사각도에 따른 불화탄소박막의 식각속도 53
3.4.3 이온의 입사각도에 따른 st-st FC film의 특성변화 55
3.4.4 CH2F2/C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 Si3N4의 식각특성 57
3.5 결론 59
