다양한 기체 첨가에 따른 C4F6/Ar 플라즈마 식각 특성 변화 연구

Abstract

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.