1-C4F8과 2-C4F8 플라즈마를 이용한 SiO2 식각
Plasma etching of SiO2 using 1-C4F8 and 2-C4F8
- 주제(키워드) 반도체 , 디스플레이 , 식각
- 주제(DDC) 621.042
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 김창구
- 발행년도 2026
- 학위수여년월 2026. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 에너지시스템학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000036340
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
이 연구에서는 불포화 불화탄소인 octafluoro-1-butene （1-C4F8）과 octafluoro-2-butene （2-C4F8） 플라즈마에서 SiO2를 식각하여 PFC （perfluorocarbon）의 대체 식각 물질로 사용 가능성을 평가하였다. 1-C4F8/Ar과 2-C4F8/Ar 플라즈마에서 SiO2 식각속도는 소스 파워 와 바이어스 전압이 증가함에 따라 모두 증가하였다. 모든 조건에서 2-C4F8/Ar 플라즈마의 SiO2 식각속도는 CF4/Ar 플라즈마보다 높았으 며, 1-C4F8/Ar 플라즈마에서의 SiO2 식각속도는 CF4/Ar 플라즈마보다 낮았다. PR 대비 SiO2 식각선택비는 2-C4F8/Ar 플라즈마에서 가장 높 았으며, 1-C4F8/Ar 플라즈마에서도 식각선택비가 CF4/Ar 플라즈마에 비해 높았다. 식각속도 차이의 원인을 파악하기 위해 XPS로 식각 후 SiO2 표면에 형성된 정상상태 불화탄소 박막의 특성을 분석하였다. 정상상태 불화탄 소 박막의 F/C 비율은 2-C4F8/Ar 〉 CF4/Ar 〉 1-C4F8/Ar 순으로 높았 다. F/C 비율이 높을수록 가교 결합 정도가 낮고 식각저항이 작아 식각 에 유리해 2-C4F8/Ar 플라즈마에서 SiO2 식각속도가 상대적으로 높게 나타나는 원인으로 작용하였다. OES를 통한 라디칼 분석 결과 CF2, CF, F 라디칼의 양은 2-C4F8/Ar 〉 1-C4F8/Ar 〉 CF4/Ar 순으로 높았다. CF4/Ar 플라즈마의 F/（CF2+CF+F） 비율은 0.34로 1-C4F8/Ar （0.17） 과 2-C4F8/Ar （0.15） 플라즈마에 비해 약 2배 높았다. CF2와 CF 라디 칼은 주로 불화탄소 박막 형성에 기여하는 반면 F 라디칼은 SiO2를 직 접 식각하는 반응물로 작용하기 때문에 F/（CF2+CF+F） 비율이 높을수 록 식각반응이 우세하다. 이로 인해 CF4/Ar 플라즈마에서 CF2, CF, F 라디칼의 양이 1-C4F8/Ar 플라즈마보다 적음에도 불구하고 SiO2 식각 속도가 더 높았다. 즉, SiO2 식각속도는 각 라디칼의 양뿐만 아니라 F 라디칼과 CFx 라디칼 간의 상대적인 비율도 중요하다. 1-C4F8/Ar과 2-C4F8/Ar 플라즈마에서 비등방적 구조물 식각 가능 성을 확인하기 위해 SiO2 홀 패턴을 식각하여 CF4/Ar 플라즈마와 비교 하였다. 2-C4F8/Ar 플라즈마에서 hole CD skew가 39 nm로 가장 작고 opening ratio가 96.8%로 가장 높아 세 플라즈마 중 가장 우수한 비등 방적 식각 프로파일을 나타내었다. 이는 CFx 라디칼에 의한 벽면 보호 효과, 높은 식각선택비에 따른 마스크 모서리 라운딩 억제, 그리고 빠른 식각속도로 인한 짧은 공정시간이 복합적으로 작용한 결과이다. 반면 1-C4F8/Ar 플라즈마는 벽면 보호와 식각선택비는 CF4/Ar 플라즈마에 비해 우수하였으나 낮은 식각속도에 의한 긴 공정시간이 식각 프로파일 특성을 저하시키는 요인으로 작용하였다. 이를 종합하면 2-C4F8은 CF4 대비 높은 SiO2 식각속도와 식각선택 비 및 비등방적 식각 프로파일이 우수하여 고 GWP PFC를 대체할 수 있는 가능성을 보였다. 1-C4F8은 CF4 대비 SiO2 식각속도는 낮았으나 높은 식각선택비와 우수한 벽면 보호 측면에서 추가적인 공정 조건 최적 화를 통해 고 GWP PFC를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.
more목차
1 서론 1
1.1 플라즈마 식각 1
1.2 불화탄소 플라즈마를 이용한 SiO2 식각 3
1.3 지구온난화지수가 낮은 물질을 이용한 식각 6
1.4 연구 목적 9
2 실험 11
2.1 ICP 장치 11
2.2 실험 조건 및 분석 방법 15
3 결과 및 토의 20
3.1 1-C4F8과 2-C4F8 플라즈마에서 SiO2 식각속도 20
3.2 1-C4F8과 2-C4F8 플라즈마에서 SiO2 식각 메커니즘 24
3.2.1 1-C4F8과 2-C4F8 플라즈마에서 정상상태 불화탄소 박막의 특성 24
3.2.2 1-C4F8과 2-C4F8 플라즈마에서 라디칼 특성 32
3.3 1-C4F8과 2-C4F8 플라즈마를 이용한 SiO2 홀 패턴 식각 35
4 결론 41
참고문헌 43
