지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 염근영
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 성균관대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수15
이 논문의 연구 히스토리 (2)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
현재 SiO2의 등방성 건식 식각 공정은 HF source와 NH3 gas를 사용해 SiO2 표면을 (NH4)2SiF6로 변형시킨 뒤, 열처리를 통해 승화시키는 공정을 반복하는 공정이 널리 사용된다. 하지만 산성인 HF와 염기성인 NH3가 반응해 ammonium salt를 형성하며, 이는 powder 등의 형태로 chamber 내에 오염원으로 작용할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 NF3/H2 remote plasma를 방전시켜 HF 및 NH4F를 형성하고, NH3 대신 methanol vapor를 사용해 F radical 양을 제어하며 SiO2 표면에 (NH4)2SiF6를 형성하는 반응 단계와, 150 ℃ Hot plate에서의 열처리를 통해 (NH4)2SiF6를 승화시키는 제거 단계를 반복해 SiO2를 식각하는 공정이 연구되었다.
이때 NF3/H2 remote plasma 및 methanol vapor를 통한 반응 단계에서의 공정 최적화를 통해 NF3:H2 및 (NF3/H2):Methanol 비율, 공정 기판 온도, 공정 시간과 같은 조건의 공정 최적화를 진행했으며, 최적화된 조건을 cyclic 식각 공정에 적용했다. 그 결과 약 13 nm/cycle의 SiO2 etch depth per cycle (EPC)와 함께 Si3N4에 대해 100 이상, Si에 대해 20 이상의 선택비(selectivity)를 달성할 수 있었다. 이러한 식각 결과에 대한 이해를 위해 각 시간 공정에서의 OES 및 RGA, 가스 FT-IR 분석을 수행했으며, 그 결과 HF 양이 NF3/H2 비율 및 양에 의존적이고, 이렇게 형성된 HF 양이 식각 속도와 비례했다. 또한 methanol은 F radical과의 반응을 통해 F를 직접적으로 제거하거나, 방전 영역으로 소량 들어가 해리되어 CO와 H를 방출하며 H-donor로써 F radical을 효과적으로 제어하고 HF 형성에 도움을 주는 것을 알 수 있었다. 또한 모든 조건에서 SiO2 및 Si3N4 반응 공정 중 SiF4 및 SiH4가 형성되지 않았으며, 이는 식각이 F radical에 의해 자발적으로 식각되는 것이 아닌 (NH4)2SiF6의 형성 및 탈착에 의해 식각된다는 것을 의미한다.
최적화된 공정 조건에서 XPS, 박막 FT-IR, AFM 분석으로 공정 단계에 따른 표면 조성, 결합 상태, 거칠기 등을 측정해 반응 공정 후 SiO2 표면에 형성된 부산물이 (NH4)2SiF6 이라는 것과 공정 전후의 식각 damage를 평가했다. 마지막으로 공정의 산업화 가능성 평가를 위해 패턴에서의 공정 적용을 SEM을 통해 평가했으며, 그 결과 SiO2가 식각 완료된 후 Si3N4 막이 드러났을 때 식각이 종료되었으며, 패턴 밑바닥의 SiO2 막까지 식각이 잘 진행되었다. 이는 차세대 3차원 소자 공정에 본 연구의 고선택적 등방성 건식 식각 기술이 적용될 수 있음을 시사한다.
이때 NF3/H2 remote plasma 및 methanol vapor를 통한 반응 단계에서의 공정 최적화를 통해 NF3:H2 및 (NF3/H2):Methanol 비율, 공정 기판 온도, 공정 시간과 같은 조건의 공정 최적화를 진행했으며, 최적화된 조건을 cyclic 식각 공정에 적용했다. 그 결과 약 13 nm/cycle의 SiO2 etch depth per cycle (EPC)와 함께 Si3N4에 대해 100 이상, Si에 대해 20 이상의 선택비(selectivity)를 달성할 수 있었다. 이러한 식각 결과에 대한 이해를 위해 각 시간 공정에서의 OES 및 RGA, 가스 FT-IR 분석을 수행했으며, 그 결과 HF 양이 NF3/H2 비율 및 양에 의존적이고, 이렇게 형성된 HF 양이 식각 속도와 비례했다. 또한 methanol은 F radical과의 반응을 통해 F를 직접적으로 제거하거나, 방전 영역으로 소량 들어가 해리되어 CO와 H를 방출하며 H-donor로써 F radical을 효과적으로 제어하고 HF 형성에 도움을 주는 것을 알 수 있었다. 또한 모든 조건에서 SiO2 및 Si3N4 반응 공정 중 SiF4 및 SiH4가 형성되지 않았으며, 이는 식각이 F radical에 의해 자발적으로 식각되는 것이 아닌 (NH4)2SiF6의 형성 및 탈착에 의해 식각된다는 것을 의미한다.
최적화된 공정 조건에서 XPS, 박막 FT-IR, AFM 분석으로 공정 단계에 따른 표면 조성, 결합 상태, 거칠기 등을 측정해 반응 공정 후 SiO2 표면에 형성된 부산물이 (NH4)2SiF6 이라는 것과 공정 전후의 식각 damage를 평가했다. 마지막으로 공정의 산업화 가능성 평가를 위해 패턴에서의 공정 적용을 SEM을 통해 평가했으며, 그 결과 SiO2가 식각 완료된 후 Si3N4 막이 드러났을 때 식각이 종료되었으며, 패턴 밑바닥의 SiO2 막까지 식각이 잘 진행되었다. 이는 차세대 3차원 소자 공정에 본 연구의 고선택적 등방성 건식 식각 기술이 적용될 수 있음을 시사한다.
목차
제1장 서 론 11.1. 연구목적 1제2장 이론적 배경 52. 1. Plasma process 52.1.1 Plasma 52.1.2 Dry etching using plasma 72.1.3 Inductive Coupled Plasma (ICP) 92.1.4 Remote plasma 112.2 Silicon oxide (SiO2) 132.2.1 Silicon oxide properties 132.2.2 Etch mechanism of silicon oxide dry etching 132.3 Analytical tools 162.3.1 Spectroscopic Ellipsometer 162.3.2 Optical Emission Spectroscopy (OES) 182.3.3 Residual Gas Analyzer (RGA) 202.3.4 Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR) 222.3.5 X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 252.3.6 Atomic Force Microscope (AFM) 272.3.7 Scanning Electron Microscope (SEM) 29제3장 실험 방법 323.1 Remote inductively coupled plasma etching system 323.2 Experimental condition 35제4장 실험 결과 및 고찰 374.1 반응 단계의 공정 조건에 따른 식각 특성 374.1.1 NF3/H2 비율에 따른 식각 특성 374.1.2 NF3/H2와 Methanol 비율에 따른 식각 특성 374.1.3 기판 온도에 따른 식각 특성 394.1.4 공정 시간에 따른 식각 특성 394.1.5 Cycle 수의 증가에 따른 식각 특성 414.2 반응 단계의 공정 조건에 따른 식각 메커니즘 434.2.1 분석 방법 및 가스 상 반응 메커니즘 434.2.2 NF3/H2 비율에 따른 가스 종 분석 결과 (OES, RGA, FT-IR) 444.2.3 NF3/H2 와 Methanol 비율에 따른 가스 분석 (OES, RGA, FT-IR) 464.2.4 SEM을 통한 NF3/H2 비율에 따른 SiO2, Si3N4 SEM image 분석 484.3 최적화 조건에서 식각 step별 표면 분석 514.3.1 XPS를 통한 표면 조성 변화 분석 514.3.2 FT-IR를 통한 표면 결합 상태 분석 534.3.3 AFM을 통한 공정 전후 표면 거칠기 변화 분석 554.4 패턴에서의 cyclic 식각 특성 57제5장 결 론 59참 고 문 헌 60ABSTRACT 69
최근 본 자료
댓글(0)
0