다양한 기체 첨가에 따른 C4F6/Ar 플라즈마 식각 특성 변화 연구
A study of etching characteristics with various gas addition on a C4F6/Ar plasma
- 주제(키워드) C4F6/Ar plasma , Etch , 반도체
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 권오필
- 발행년도 2017
- 학위수여년월 2017. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 공학대학원 화학생명공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000025609
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 etch 진행 중에 C4F6/Ar 플라즈마에서 C4F6 gas를 기본으로 하여 polymer의 저감, 증감을 비교적 명확하게 확인할 수 있는 CF4, CH2F2 gas를 첨가하여 이에 따른 식각의 특성 중 mask necking 및 bowing의 변화에 대해 비교 연구하였다. 본 연구의 실험은 먼저, 실리콘 웨이퍼(wafer) 위에 시료를 부착하여 챔버(chamber) 내에 시료를 넣어 실험을 진행한다. RF전력은 웨이퍼 전극에 공급되었다. 웨이퍼는 순환 냉각제 및 후면 헬륨가스에 의해 일정 온도로 유지되었다. C4F6/Ar을 기본으로 한 plasma 상태에서 준비된 시료를 넣어 30초간 etching을 진행하여 레퍼런스 profile을 확보한다. 가스압력은 30 mTorr로 고정하였다. C4F6/Ar plasma에 C4F6 gas를 25 sccm에서 30 sccm, 35 sccm으로 증가시켜 가며 profile을 확인했다. 또한 polymer의 형성의 저감과 증가 확인이 용이한 CF4, CH2F2 gas를 첨가 시켜가며 시료를 etching한다. 이후에 CF4 gas량을 0 sccm, 20 sccm, 30 sccm으로 증가시켜 etching하는 실험을 반복하여 진행한다. 또한 CH2F2 gas량을 0 sccm, 40 sccm, 60 sccm으로 증기시켜 etching 하는 실험을 반복하여 진행한다. 실험의 결과는 시료의 단면을 잘라서 Scanning Electron Microscopy(SEM)을 통해 profile을 Quartz PCI프로그램을 이용하여 확인 및 측정한다. 실험 결과 첫째, C4F6 가스를 증가시킴에 따라 SiO2 탑 층에 형성된 폴리머의 양이 증가하는 현상을 보였고 이에 따라 necking CD는 감소하였다. 하지만 bowing CD의 변화는 초기 necking CD가 감소함에 따라 bowing CD는 초기에는 증가하는 현상을 보였지만 necking CD가 일정 수준 이하로 감소 하자 hole내에 들어가는 etchant량이 감소하게 되어 bowing CD는 더 이상 커지지 않고 줄어드는 현상을 보였다. 둘째, CF4 가스를 증가시켰을 때 SiO2 탑 층에 형성된 폴리머의 양이 감소하였고 그에 따라 necking CD는 증가하였다. bowing CD는 SiO2 상부에 형성된 폴리머 모양의 영향을 받는다기보다 necking CD의 크기에 영향을 받아 necking CD가 증가함에 따라 bowing CD도 증가하는 현상을 보였다. 마지막으로 CH2F2 가스를 증가시킴에 따라 SiO2 상부에 형성된 폴리머의 양이 증가함에 따라 necking CD는 감소하였다. 그 결과 bowing CD는 necking CD가 감소하는 것에 반해 증가하는 것을 확인할 수 있었다. bowing CD 증가의 원인은 마스크에서 hole 안쪽으로 형성된 polymer가 테이퍼 된 마스크에서 반사 된 이온이 측벽에 충돌하여 측벽 방향의 침식 속도가 증가한다는 것으로 결론지었다. 이 연구를 통해 향후 etch가 진행됨에 따라 형성되는 polymer에 의해 나타날 수 있는 bending, striation, twisting현상에 대한 추가 연구가 이루어질 것으로 기대된다.
more초록/요약
This research shows the alteration of mask necking and bowing which are features of etch process with C4F6 gas for C4F6/Ar plasma, adding CF4, CH2F2 gas. CF4, CH2F2 can relatively prove the more specific increase and decrease of polymer. First of all, this research has been experimented with a sample on a silicon wafer. The sample was in a chamber during an experiment. RF power was provided to the wafer electrode. The wafer kept stable temperature by circulating coolant and backside helium flow. The next thing is to put a prepared sample to the chamber. It was from plasma status that used C4F6/Ar. Gathering reference data that was extracted from etch process for 30 second was needed. Profile was checked, adding C4F6 gas to C4F6/Ar plasma from 25 sccm to 30 sccm and 35 sccm after gas pressure 30 mTorr. The sample was etched, adding CF4, CH2F2 gas that is useful to find the increase and decrease of polymer. After that, etching experiments (adding CF4 gas from 0 sccm to 20 sccm and 30 sccm and CH2F2 gas 0 sccm to 40 sccm and 60 sccm) were repeated. Lastly, the outcome of this experiment was produced by Quartz PCI program and Scanning Electron Microscopy(SEM). PCI program could find and measure profile that was created through cutting the sample and scanning it by SEM. The more C4F6 gas increase, the more the amount of polymer increase on the layer of SiO2. By this, necking CD was reduced. However, the alteration of bowing CD showed it was getting higher as necking CD was getting lower, but when necking CD decreased at the low level, the small amount of Etchant in hole caused bowing CD no longer increase, but decrease. When CF4 gas was higher, polymer on the layer of SiO2 was lower. With this necking CD increased. bowing CD was not affected by the shape of polymer on the top layer of SiO2, but the size of necking CD. bowing CD increased as necking CD increased. Lastly, necking CD was getting lower as CH2F2 gas and polymer on the SiO2 increased. This shows bowing CD increase. It is different from necking CD. The cause of bowing CD’s growth is the polymer formed inside of hole in mask. It conflicts with the side wall and the rate of erosion of the side wall increase as a consequence. With this research, bending, striation, twisting will be expected to studied as those phenomenons are related to polymer.
more목차
Ⅰ. 서 론1
1. 연구의 목적 및 배경 1
2. 선행 연구 및 이론적 고찰 3
2.1 플라즈마 식각 3
2.2 불화탄소 플라즈마 5
Ⅱ. C4F6, CF4, CH2F2 첨가에 따른 C4F6/Ar 플라즈마 식각 특성 변화 8
1. 연구 목적 8
2. 실험 10
2.1 플라즈마 식각 공정 10
2.2 실험 조건 및 분석방법 11
2.3 실험 결과 12
Ⅲ. 결론 18
참고 문헌 20
ABSTRACT 23
