극자외선 리소그래피 하부 무반사층용 fluorinated silicon nitride 박막의 제조 및 특성분석 Fabrication and characterization of fluorinated silicon nitride thin film for the bottom antireflective layer in deep ultraviolet lithography원문보기
비정질 fluorinated silicon nitride 박막을 유도 커플링 플라즈마에 의하여 SiH4, N2, Ar 그리고 NF3 기체를 이용하여 Si과 fused silica 기판위에 기체 유량비와 ...
비정질 fluorinated silicon nitride 박막을 유도 커플링 플라즈마에 의하여 SiH4, N2, Ar 그리고 NF3 기체를 이용하여 Si과 fused silica 기판위에 기체 유량비와 RF 파워를 변화시켜가며 제조하였다. 0.25 마이크론 광 리소그라피 공정에서 하부 무반사층으로의 응용성이 연구되었고 증착 변수에 따른 절대 조성, 산화 기구 그리고 광학성질등의 변화에 관하여 알아보았다. Fluorinated silicon nitride 박막의 248nm 광파장에서의 굴절률 (n)과 소멸계수 (k)는 250mtorr, 250W, $300^\circ C$ 그리고 Ar=150sccm의 조건 하에서 SiH4:N2:NF3의 기체 유량비에 따라 각각 1.665~2.352, 0.007~0.695의 범위에 있었다. 무반사 디자인 시뮬레이션을 이용하여 박막 두께 300\AA이라고 가정시 0% 반사율을 갖는 최적조건은 Si 기판에서 n=2.109, k=0.68 그리고 W-Si 기판에서 n=2.052, k=0.592 임을 알아내었다. 이 최적 조건은 증착된 박막의 광학상수 범위에 포함되는 값임을 알 수 있다. PR/300\AA SiNx:F film/c-Si and PR/300\AA SiNx:F film/W-Si 구조에서 PR과 박막 계면에서의 계산된 반사율은 SiH4:N2=2:15 (sccm)하 NF3 유량 0.65~1sccm 범위에서 5% 이하의 값을 그리고 SiH4:N2=3:20 (sccm)하 1~2.5sccm에서 7% 이하의 값을 나타내었다. 또한 반사율은 박막 두께에 매우 민감하여 박막 두께를 변화시켜가며 0%로 반사율을 낮출 수 있다. 대표적인 예로 SiH4:N2:NF3=3:20:2 (sccm)에서 증착된 n=2.214 and k=0.695를 갖는 박막인 경우 Si 기판과 W-Si 기판에서 각각 270\AA, 250\AA일때 반사율은 0.002%, 0.19%를 나타내었다. 이들 결과를 기초로 실제 KrF 엑사이머 레이저 리소그라피 공정으로부터 무반사층의 성능을 성공적으로 입증하였다. 최적 무반사 조건을 만족시키는 박막은 $160^\circ C$, 85% 인산 용액에서 350\AA/min의 높은 식각 속도를 갖는 stripping 능력을 보여주었다. 이로부터 fluorinated silicon nitride 박막의 $0.25 \mu m$ 광 리소그라피에서 하부 무반사층으로 응용할 수 있음을 알 수 있었다. 박막내 수소를 포함한 모든 원소들에 대한 절대적 정량 분석은 ERD-TOF 법을 이용하여 행하여 졌다. NF3, N2 유량이 증가하고 power가 증가함에 따라 박막내 불소 함량은 계속 증가하였으나 수소량은 감소하였다. 특이하게도 산소 소스가 들어가지 않음에도 불구하고 박막내 산소 함량은 변수들의 증가에 따라 급격히 증가하였다. 이러한 현상은 SiNx:F 박막위에 in-situ로 SiNx 박막을 증착하여 AES depth를 행한 결과, 증착 쳄버내의 잔류산소종이 불소로 인한 open structure를 갖는 박막내로 들어가 안정화 되는 것으로 사료된다. 산소와 불소는 높은 전기음성도를 갖는 원소이고 따라서 이들은 박막 물성에 큰 영향을 미친다. NF3, N2 유량 그리고 power가 증가함에 따라 실리콘 함량의 감소와 산소, 불소 함량의 증가로부터 박막의 밀도는 2.45 g/cm3에서 1.96 g/cm3으로 감소하였다. 633nm 파장에서 굴절률은 2.21에서 1.62로 계속 감소하였는데 이는 높은 전기음성도를 갖는 산소와 불소 함량의 증가에 기인한다. Fused silica 위에 증착된 박막의 투과율과 반사율을 기초로 파장의 함수로써 흡수계수를 계산하였고 이로부터 광 에너지 갭을 구하였다. NF3, N2 유량과 power가 증가함에 따라 흡수단은 짧은 파장쪽으로 이동하였고 광 에너지 갭은 2.5eV에서 6.3eV으로 계속 증가하였는데 이는 산소, 불소 함량의 증가에 따라 밴드 갭천이가 어려워지게 되기 때문이다.
비정질 fluorinated silicon nitride 박막을 유도 커플링 플라즈마에 의하여 SiH4, N2, Ar 그리고 NF3 기체를 이용하여 Si과 fused silica 기판위에 기체 유량비와 RF 파워를 변화시켜가며 제조하였다. 0.25 마이크론 광 리소그라피 공정에서 하부 무반사층으로의 응용성이 연구되었고 증착 변수에 따른 절대 조성, 산화 기구 그리고 광학성질등의 변화에 관하여 알아보았다. Fluorinated silicon nitride 박막의 248nm 광파장에서의 굴절률 (n)과 소멸계수 (k)는 250mtorr, 250W, $300^\circ C$ 그리고 Ar=150sccm의 조건 하에서 SiH4:N2:NF3의 기체 유량비에 따라 각각 1.665~2.352, 0.007~0.695의 범위에 있었다. 무반사 디자인 시뮬레이션을 이용하여 박막 두께 300\AA이라고 가정시 0% 반사율을 갖는 최적조건은 Si 기판에서 n=2.109, k=0.68 그리고 W-Si 기판에서 n=2.052, k=0.592 임을 알아내었다. 이 최적 조건은 증착된 박막의 광학상수 범위에 포함되는 값임을 알 수 있다. PR/300\AA SiNx:F film/c-Si and PR/300\AA SiNx:F film/W-Si 구조에서 PR과 박막 계면에서의 계산된 반사율은 SiH4:N2=2:15 (sccm)하 NF3 유량 0.65~1sccm 범위에서 5% 이하의 값을 그리고 SiH4:N2=3:20 (sccm)하 1~2.5sccm에서 7% 이하의 값을 나타내었다. 또한 반사율은 박막 두께에 매우 민감하여 박막 두께를 변화시켜가며 0%로 반사율을 낮출 수 있다. 대표적인 예로 SiH4:N2:NF3=3:20:2 (sccm)에서 증착된 n=2.214 and k=0.695를 갖는 박막인 경우 Si 기판과 W-Si 기판에서 각각 270\AA, 250\AA일때 반사율은 0.002%, 0.19%를 나타내었다. 이들 결과를 기초로 실제 KrF 엑사이머 레이저 리소그라피 공정으로부터 무반사층의 성능을 성공적으로 입증하였다. 최적 무반사 조건을 만족시키는 박막은 $160^\circ C$, 85% 인산 용액에서 350\AA/min의 높은 식각 속도를 갖는 stripping 능력을 보여주었다. 이로부터 fluorinated silicon nitride 박막의 $0.25 \mu m$ 광 리소그라피에서 하부 무반사층으로 응용할 수 있음을 알 수 있었다. 박막내 수소를 포함한 모든 원소들에 대한 절대적 정량 분석은 ERD-TOF 법을 이용하여 행하여 졌다. NF3, N2 유량이 증가하고 power가 증가함에 따라 박막내 불소 함량은 계속 증가하였으나 수소량은 감소하였다. 특이하게도 산소 소스가 들어가지 않음에도 불구하고 박막내 산소 함량은 변수들의 증가에 따라 급격히 증가하였다. 이러한 현상은 SiNx:F 박막위에 in-situ로 SiNx 박막을 증착하여 AES depth를 행한 결과, 증착 쳄버내의 잔류산소종이 불소로 인한 open structure를 갖는 박막내로 들어가 안정화 되는 것으로 사료된다. 산소와 불소는 높은 전기음성도를 갖는 원소이고 따라서 이들은 박막 물성에 큰 영향을 미친다. NF3, N2 유량 그리고 power가 증가함에 따라 실리콘 함량의 감소와 산소, 불소 함량의 증가로부터 박막의 밀도는 2.45 g/cm3에서 1.96 g/cm3으로 감소하였다. 633nm 파장에서 굴절률은 2.21에서 1.62로 계속 감소하였는데 이는 높은 전기음성도를 갖는 산소와 불소 함량의 증가에 기인한다. Fused silica 위에 증착된 박막의 투과율과 반사율을 기초로 파장의 함수로써 흡수계수를 계산하였고 이로부터 광 에너지 갭을 구하였다. NF3, N2 유량과 power가 증가함에 따라 흡수단은 짧은 파장쪽으로 이동하였고 광 에너지 갭은 2.5eV에서 6.3eV으로 계속 증가하였는데 이는 산소, 불소 함량의 증가에 따라 밴드 갭 천이가 어려워지게 되기 때문이다.
The amorphous fluorinated silicon nitride thin films were fabricated on Si and fused silica substrates using inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition (ICPECVD) process. The SiH4, N2, Ar and NF3 gases were used as reaction gases, and the deposition variables for different thin fi...
The amorphous fluorinated silicon nitride thin films were fabricated on Si and fused silica substrates using inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition (ICPECVD) process. The SiH4, N2, Ar and NF3 gases were used as reaction gases, and the deposition variables for different thin films were gas flow rate ratios and RF power. The applicability as a bottom antireflective layer (BARL) in the quarter micron optical lithography was examined, and the effects of deposition variables on the absolute composition, oxidation mechanism and optical properties were investigated. The refractive indices (n) and the extinction coefficients (k) of the fluorinated silicon nitride films at the wavelength of 248nm lay in wide ranges from 1.665 to 2.352 and from 0.007 to 0.695 respectively, depending on the gas flow rate ratio of SiH4:N2:NF3 under the condition of 250mtorr, 250W, $300^\circ C$ and Ar=150sccm. Simulation process predicts that for a film thickness of 300\AA at a wavelength of 248nm, the optimum conditions for nearly 0% reflectance are when n=2.109, k=0.68 and n=2.052, k=0.592 for Si and W-Si substrates respectively, which are included in the range of optical constants of the deposited films. The calculated reflectance values at the interface between PR and the film postulating the structures of PR/300\AA SiNx:F film/c-Si and PR/300\AA SiNx:F film/W-Si were less than 5% for the NF3 flow rates of 0.65∼1sccm in SiH4:N2=2:15 (sccm) and less than 7% for the NF3 flow rates of 1∼2.5sccm in SiH4:N2=3:20 (sccm). In addition, the reflectance is very sensitive to the film thickness, so that it could be reduced to almost 0% by changing the film thickness. As a representative example, for the film having n=2.214 and k=0.695 deposited at SiH4:N2:NF3=3:20:2 (sccm), 0.002% and 0.19% reflectances could be obtained at film thicknesses of 270\AA and 250\AA for Si and W-Si substrates respectively. Based on the above results, the BARL performance was successfully verified from the actual KrF excimer laser lithographic process. The film satisfying the optimum AR condition showed high stripping ability with a high etch rate of about 350\AA/min in $160^\circ C$, 85% H3PO4 solution. Therefore, the fluorinated silicon nitride thin films are optically applicable as the bottom antireflective layer in $0.25 \mu m$ optical lithography. The absolute quantitative analysis for all elements including hydrogen in the films was performed using the elastic recoil detection - time of flight (ERD-TOF) system. As the NF3, N2 flow rates and RF power increased, the fluorine content in the film continuously increased, but the hydrogen content decreased. Extraordinarily, although the oxygen gas was not fed, the oxygen content in the film dramatically increased with the increase of the variables. It was proved by in-situ deposition of SiNx film as a passivation layer on SiNx:F film that the oxidation occurred during the deposition because the activated residual oxygen species in the deposition chamber went into the film with the open structure due to the fluorine element. These oxygen and fluorine have higher electronegativities among the constituent elements, and thus it gives great influence on the film properties. As the NF3, N2 flow rates and RF power increase, the density of the SiNx:F film decreased from 2.45 g/cm3 to 1.96 g/cm3 with the decrease of silicon content and the variation of nitrogen, oxygen and fluorine contents. The refractive index at the wavelength of 633nm decreased from 2.21 to 1.62 consistently because of the increase of the contents of oxygen and fluorine with high electronegativity. Based on the transmittance and reflectance data of the films deposited on fused silica substrate, the absorption coefficient as a function of wavelength was calculated, and then the optical energy gap (Eopt) was obtained. As the NF3, N2 flow rates and RF power increased, the absorption edges occurred at shorter wavelengths, and thus Eopt increased with wide range from 2.5eV to 6.3eV continuously due to the weak band gap transition of electron by increasing the contents of oxygen and fluorine elements.
The amorphous fluorinated silicon nitride thin films were fabricated on Si and fused silica substrates using inductively coupled plasma enhanced chemical vapor deposition (ICPECVD) process. The SiH4, N2, Ar and NF3 gases were used as reaction gases, and the deposition variables for different thin films were gas flow rate ratios and RF power. The applicability as a bottom antireflective layer (BARL) in the quarter micron optical lithography was examined, and the effects of deposition variables on the absolute composition, oxidation mechanism and optical properties were investigated. The refractive indices (n) and the extinction coefficients (k) of the fluorinated silicon nitride films at the wavelength of 248nm lay in wide ranges from 1.665 to 2.352 and from 0.007 to 0.695 respectively, depending on the gas flow rate ratio of SiH4:N2:NF3 under the condition of 250mtorr, 250W, $300^\circ C$ and Ar=150sccm. Simulation process predicts that for a film thickness of 300\AA at a wavelength of 248nm, the optimum conditions for nearly 0% reflectance are when n=2.109, k=0.68 and n=2.052, k=0.592 for Si and W-Si substrates respectively, which are included in the range of optical constants of the deposited films. The calculated reflectance values at the interface between PR and the film postulating the structures of PR/300\AA SiNx:F film/c-Si and PR/300\AA SiNx:F film/W-Si were less than 5% for the NF3 flow rates of 0.65∼1sccm in SiH4:N2=2:15 (sccm) and less than 7% for the NF3 flow rates of 1∼2.5sccm in SiH4:N2=3:20 (sccm). In addition, the reflectance is very sensitive to the film thickness, so that it could be reduced to almost 0% by changing the film thickness. As a representative example, for the film having n=2.214 and k=0.695 deposited at SiH4:N2:NF3=3:20:2 (sccm), 0.002% and 0.19% reflectances could be obtained at film thicknesses of 270\AA and 250\AA for Si and W-Si substrates respectively. Based on the above results, the BARL performance was successfully verified from the actual KrF excimer laser lithographic process. The film satisfying the optimum AR condition showed high stripping ability with a high etch rate of about 350\AA/min in $160^\circ C$, 85% H3PO4 solution. Therefore, the fluorinated silicon nitride thin films are optically applicable as the bottom antireflective layer in $0.25 \mu m$ optical lithography. The absolute quantitative analysis for all elements including hydrogen in the films was performed using the elastic recoil detection - time of flight (ERD-TOF) system. As the NF3, N2 flow rates and RF power increased, the fluorine content in the film continuously increased, but the hydrogen content decreased. Extraordinarily, although the oxygen gas was not fed, the oxygen content in the film dramatically increased with the increase of the variables. It was proved by in-situ deposition of SiNx film as a passivation layer on SiNx:F film that the oxidation occurred during the deposition because the activated residual oxygen species in the deposition chamber went into the film with the open structure due to the fluorine element. These oxygen and fluorine have higher electronegativities among the constituent elements, and thus it gives great influence on the film properties. As the NF3, N2 flow rates and RF power increase, the density of the SiNx:F film decreased from 2.45 g/cm3 to 1.96 g/cm3 with the decrease of silicon content and the variation of nitrogen, oxygen and fluorine contents. The refractive index at the wavelength of 633nm decreased from 2.21 to 1.62 consistently because of the increase of the contents of oxygen and fluorine with high electronegativity. Based on the transmittance and reflectance data of the films deposited on fused silica substrate, the absorption coefficient as a function of wavelength was calculated, and then the optical energy gap (Eopt) was obtained. As the NF3, N2 flow rates and RF power increased, the absorption edges occurred at shorter wavelengths, and thus Eopt increased with wide range from 2.5eV to 6.3eV continuously due to the weak band gap transition of electron by increasing the contents of oxygen and fluorine elements.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.