C4F6/Ar/O2 플라즈마에서 CH2F2 첨가에 따른 SiO2와 Si3N4의 식각속도 및 식각선택비의 각도의존성

Abstract

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.