Heptafluoropropyl methyl ether를 이용한 SiO₂ 콘택홀 플라즈마 순환 식각 - 이유종 (The Graduate School, Ajou University, 2023)
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.
학위논문(석사)--아주대학교 일반대학원 :에너지시스템학과,2023. 2
Keywords: Cyclic etching