O$_2$plasma와 H(hfac)을 이용한 Cu 박막의 건식 식각을 조사하였다. 휘발성이 큰 Cu(hfac)$_2$와 $H_2O$를 탈착시키기 위하여 $O_2$ Plasma를 이용한 Cu 박막의 산화와 생성된 Cu 산화막을 H(hfac)과의 반응으로 제거하는 공정으로 식각을 수행하였다. Cu 박막의 식각율은 50-700 /min의 범위를 보였으며, 기판온도, H(hfac)/O$_2$ 유량비, plasma power에 따라 변하였다. Cu 박막의 식각율은 기판온도 215$^{\circ}C$보다 높은 온도구간에서 RF power가 증가함에 따라 증가하였고, 산화 공정과 H (hfac)과의 반응이 균형을 이루는 최적의 H (hfac)/O$_2$ 유량비는 1:1임을 확인하였다. Ti mask를 사용한 Cu Patterning은 유량비 1 : 1, 기판온도 25$0^{\circ}C$에서 실시하였고, 30$^{\circ}$외 taper slope를 갖는 등방성 etching profile을 얻을 수 있었다. Taper angle을 갖는 Cu 건식 patterning은 고해상도의 대면적 thin film transistor liquid-crystal(TFT-LCDs)를 위래 필요한 것으로써 기판온도, RF power, 유량비를 조절한 one-step 공정으로부터 성공적으로 얻을 수 있었다.
O$_2$plasma와 H(hfac)을 이용한 Cu 박막의 건식 식각을 조사하였다. 휘발성이 큰 Cu(hfac)$_2$와 $H_2O$를 탈착시키기 위하여 $O_2$ Plasma를 이용한 Cu 박막의 산화와 생성된 Cu 산화막을 H(hfac)과의 반응으로 제거하는 공정으로 식각을 수행하였다. Cu 박막의 식각율은 50-700 /min의 범위를 보였으며, 기판온도, H(hfac)/O$_2$ 유량비, plasma power에 따라 변하였다. Cu 박막의 식각율은 기판온도 215$^{\circ}C$보다 높은 온도구간에서 RF power가 증가함에 따라 증가하였고, 산화 공정과 H (hfac)과의 반응이 균형을 이루는 최적의 H (hfac)/O$_2$ 유량비는 1:1임을 확인하였다. Ti mask를 사용한 Cu Patterning은 유량비 1 : 1, 기판온도 25$0^{\circ}C$에서 실시하였고, 30$^{\circ}$외 taper slope를 갖는 등방성 etching profile을 얻을 수 있었다. Taper angle을 갖는 Cu 건식 patterning은 고해상도의 대면적 thin film transistor liquid-crystal(TFT-LCDs)를 위래 필요한 것으로써 기판온도, RF power, 유량비를 조절한 one-step 공정으로부터 성공적으로 얻을 수 있었다.
Dry etching of copper film using $O_2$ plasma and H(hfac) has been investigated. A one-step process consisting of copper film oxidation with an $O_2$ plasma and the removal of surface copper oxide by the reaction with H(hfac) to form volatile Cu(hfac)$_2$ and $H...
Dry etching of copper film using $O_2$ plasma and H(hfac) has been investigated. A one-step process consisting of copper film oxidation with an $O_2$ plasma and the removal of surface copper oxide by the reaction with H(hfac) to form volatile Cu(hfac)$_2$ and $H_2O$ was carried but. The etching rate of Cu in the range from 50 to 700 /min was obtained depending on the substrate temperature, the H(hfac)/O$_2$ flow rate ratio, and the plasma power. The copper film etch rate increased with increasing RF power at the temperatures higher than 215$^{\circ}C$. The optimum H(hfac)/O$_2$ flow rate ratio was 1:1, suggesting that the oxidation process and the reaction with H(hfac) should be in balance. Cu patterning using a Ti mask was performed at a flow rate ratio of 1:1 on 25$0^{\circ}C$\ulcorner and an isotropic etching profile with a taper slope of 30$^{\circ}$was obtained. Cu dry patterning with a tapered angle which is necessary for the advanced high resolution large area thin film transistor liquid-crystal displays was thus successfully obtained from one step process by manipulating the substrate temperature, RF power, and flow rate ratio.
Dry etching of copper film using $O_2$ plasma and H(hfac) has been investigated. A one-step process consisting of copper film oxidation with an $O_2$ plasma and the removal of surface copper oxide by the reaction with H(hfac) to form volatile Cu(hfac)$_2$ and $H_2O$ was carried but. The etching rate of Cu in the range from 50 to 700 /min was obtained depending on the substrate temperature, the H(hfac)/O$_2$ flow rate ratio, and the plasma power. The copper film etch rate increased with increasing RF power at the temperatures higher than 215$^{\circ}C$. The optimum H(hfac)/O$_2$ flow rate ratio was 1:1, suggesting that the oxidation process and the reaction with H(hfac) should be in balance. Cu patterning using a Ti mask was performed at a flow rate ratio of 1:1 on 25$0^{\circ}C$\ulcorner and an isotropic etching profile with a taper slope of 30$^{\circ}$was obtained. Cu dry patterning with a tapered angle which is necessary for the advanced high resolution large area thin film transistor liquid-crystal displays was thus successfully obtained from one step process by manipulating the substrate temperature, RF power, and flow rate ratio.
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문제 정의
본 연구에서는 다양한 기판 온도에서 02 plasma를 이용하여 Cu 박막을 산화시켜, 생성된 Cu oxide를 H (hfac)과 반응하여 낮은 기판 온도에서도 표면으로부터 쉽게 분리되는 Cu(hfac)2(s)t- 형성, 탈착시키는 방법을 이용한 건식 식각 공정을 실시하였다. Cu 박막의 산화와 식각을 분리 및 동시에 진행함으로써 고해상도를 갖는 large area display device 공정에 필요한 taper etching 의 공정변수에 대해 연구하였다.
제안 방법
본 연구에서는 다양한 기판 온도에서 02 plasma를 이용하여 Cu 박막을 산화시켜, 생성된 Cu oxide를 H (hfac)과 반응하여 낮은 기판 온도에서도 표면으로부터 쉽게 분리되는 Cu(hfac)2(s)t- 형성, 탈착시키는 방법을 이용한 건식 식각 공정을 실시하였다. Cu 박막의 산화와 식각을 분리 및 동시에 진행함으로써 고해상도를 갖는 large area display device 공정에 필요한 taper etching 의 공정변수에 대해 연구하였다.
Cu 박막을 Ti/SiOeSi 인 다충 기판 위에 DC magnetron sputtering 방법으로 공정압력 2mTorr, DC power 120W에서 1㎛두께로 중착하였다. 300A 두께의 Ti는 접착충으로서 sputter로 증착하였다.
Cu 건식 식각은 두 가지 방법으로 나누어 실시하였다. 첫 번째 공정은 Cu 박막을 O2 plasma을 이용해 산화시킨 후 H (hfac)과의 반응을 통해 Cu oxide를 제거하는 것이고, 두 번째 공정은 Cu박 막의 산화와 H (hfac)과의 반응을 동시에 진행시켰다. Cu 건식 식각에 사용되는 ICP 장비의 schematic diagrame Fig.
Ti(300A, 2000A)는 Cu 배선의 patterning을 위한 etch mask로 사용되었다. 평균 식각율은 식각 시간에 따론 Cu 박막의 식각 두께로 확인하였다. X-ray diffraction (XRD)와 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)를 이용하여 각각 박막의 상(phase)과 박막의 두께를 확인하였다.
평균 식각율은 식각 시간에 따론 Cu 박막의 식각 두께로 확인하였다. X-ray diffraction (XRD)와 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)를 이용하여 각각 박막의 상(phase)과 박막의 두께를 확인하였다. Cu 박막의 patterning profile도 FE- SEM에 의해 관찰하였다.
식각율의 중가를 위해서 남아있는 Cu는 H (hfac)과의 반응옱 위해서 산화되어야 한다. 그래서 Cu 박막의 산화와 H (hfac)과의 반응오 통한 Cu oxide의 제거률 동시에 시행 하였다.
Ti mask는 Cu(Mm)/Ti(300A)/Si 다층 박막 상부에 sputter로 2000A 중착하여 사용하였다. Cu patterning 공정에서 식각율에 영향을 주는 주요 인자들을 조사하기 위해서 전체 pressure를 200mTorr로 고정하고 H (hfac)/O2 유량비를 변화시켰다. 세가지 다른 H (hfac)/O2 의 유량비는 150/50, 100/100, 50/100 (sccm/sccm) 5.
본 연구에서는 Oz plasma에 의한 Cu의 산화와 H (hfac) 과의 반응을 통한 Cu oxide의 제거 공정을 동시 및 분리 시행함으로써 Cu 건식 식각을 시행하였다. Cu 건식 식각의 조절 능력은 기판온도, RF power, H (hfac)/O2 유량비, bias power를 변수로 조사하였다.
본 연구에서는 Oz plasma에 의한 Cu의 산화와 H (hfac) 과의 반응을 통한 Cu oxide의 제거 공정을 동시 및 분리 시행함으로써 Cu 건식 식각을 시행하였다. Cu 건식 식각의 조절 능력은 기판온도, RF power, H (hfac)/O2 유량비, bias power를 변수로 조사하였다. 가열된 기판에 산화 매개체와 H (hfac) 을 동시에 제공하는 공정이 분리 제공하는 공정보다 더 효율적인 것으로 나타났다.
Cu 박막의 식각율은 50-700A/min으로 기판온도, plasma power, H (hfac)/Ch 유량비에 크게 의존하였으며, 최적의 H(hfac)/O2 유량비는 1:1이었다. 고해상도를 갖는 대면적 display device인 TFT-LCDs의 공정에 필요한 taper slope를 형성하기 위해 Cu 건식 식각이 앞에서 언급한 기판온도, RF power, H (hfac)/O2 유량비를 조절하여 one-step 공정으로부터 성공적으로 이루어졌다.
대상 데이터
Ti(300A, 2000A)는 Cu 배선의 patterning을 위한 etch mask로 사용되었다. 평균 식각율은 식각 시간에 따론 Cu 박막의 식각 두께로 확인하였다.
11은 기판 온도 2501C, H (hfac)/O2 유량비 1:1인 조건에서 식각한 Cu(5000A)/ Ti(300A)/SiO2의 Cu patterning 형상의 FE SEM 사진이다. Sputter로 증착한 300 A 의 Ti mask를 Cu/Ti/SiOz 다층박막에 사용하였다. 또한 30° taper slope를 갖는 etching profile을 얻을 수 있었으나, etching profilee Fig.
이론/모형
X-ray diffraction (XRD)와 field emission scanning electron microscopy (FE-SEM)를 이용하여 각각 박막의 상(phase)과 박막의 두께를 확인하였다. Cu 박막의 patterning profile도 FE- SEM에 의해 관찰하였다.
성능/효과
주된 Cu oxide 상은 CuQ 이었고, 이상의 intensity는 bias power 에 따라 변하는 것을 확인할 수 있었다. Cu 박막의 산화 후, 기판온도 210℃에서 Cu oxide의 식각율은 Fig. 3에서 볼 수 있는 것과 같이 H (hfac) pressure가 중 가함에 따라서 증가하였고, H (hfac) pressure가 더 증가할 때는 식각율이 saturate되는 경향을 보였다. 즉 H (hfac) pressure lOOmTorr 이상, 기판 온도 210P에서 반웅 생성물이 탈착(desorption) 되는 것을 확인할 수 있었다.
3에서 볼 수 있는 것과 같이 H (hfac) pressure가 중 가함에 따라서 증가하였고, H (hfac) pressure가 더 증가할 때는 식각율이 saturate되는 경향을 보였다. 즉 H (hfac) pressure lOOmTorr 이상, 기판 온도 210P에서 반웅 생성물이 탈착(desorption) 되는 것을 확인할 수 있었다. 기판온도에 따른 Cu 식각율을 Fig.
5는 기판 온도 275RF power 80W, l:l-H(hfac) :0j, 200mTorr 조건에서 bias power 변화에 의한 Cu 박막의 식각율오 보여주고 있다. 그 결과 bias power는 식각율에 큰 영향온 주지 않는 것을 확인할 수 있었다. RF power를 175W로 중가시킬 때의 식각율은 현저히 중가하였으며, 이 보다 더 높은 RF power에서는 식각율이 비교적 일정하게 유지되는 것을 불 수 있었다 (Fig.
05eV까지 감소하게 한다. 이 홪성화 에너지는 CuQ와 2H (hfac)의 반옹에 필요한 에너지로써 Cu(hfac) 과 HQ간 옰 생성시키며, two-step 공정에서 관찰된 잔류 Cu를 산화시키고 H(hfac)과의 반응에 의해 성공적으로 제거하고 있음을 확인할 수 있었다. 그러므로 식각율이 현저하게 중가한다고 할 수 있다.
식각 시간 10분까지 one-sbep과 two-step 공정에서 얻어진 식각 두께에는 차이가 별로 없었다. 식각 시간올 증가했을 경우에 two- step 공정의 경우 두께변화는 극히 미세하였고, 반면에 one-step 공정의 경우에는 식각 시간이 20분일 때까지도 식각 두께가 계속 증가하는 것을 볼 수 있었다. Two-step 공정에서 식각 시간이 10분이 경과한 후부터 식각 두께의 변화량이 미미한 이유는 CuQ와 2H(hfac)가 반응하여 Cu 가 계속적으로 잔류되기 때문이다.
Taper etching은 TFT-LCD 소자의 Cu 배선을 위한 건식 식각의 적용에 실제적으로 필요하기 때문에, 본 연구에서 사용된 one-step 건식 식각 공정은 30°-60° 범위의 taper slope를 갖는 taper 에 적합한 공정으로 나타났다.
Cu 건식 식각의 조절 능력은 기판온도, RF power, H (hfac)/O2 유량비, bias power를 변수로 조사하였다. 가열된 기판에 산화 매개체와 H (hfac) 을 동시에 제공하는 공정이 분리 제공하는 공정보다 더 효율적인 것으로 나타났다. CU 와 O2 plasma의 반웅에 의해 생성된 Cu oxide는 H (hfac) 과의 반웅과 Cu(hfac)2의 탈착에 의해서 연속적으로 제거되었다.
그 결과 bias power는 식각율에 큰 영향온 주지 않는 것을 확인할 수 있었다. RF power를 175W로 중가시킬 때의 식각율은 현저히 중가하였으며, 이 보다 더 높은 RF power에서는 식각율이 비교적 일정하게 유지되는 것을 불 수 있었다 (Fig. 6). 이것은 중가한 RF power에 의해 oxygen radical의 양이 중가하여 Cu 박막의 산화가 중가하였기 때문이며, RF power가 175W보다 클 때의 비교적 일정한 식각율온 과도한 oxygen radical6! Cu와 반옹해 CuQ를 더 이상 형성하고 있지 않음옰 알 수 있었다.
후속연구
10(c) 의 결과와 다소 달랐으며, 300 A Ti mask를 사용한 patterning에서는 undercut 현상이 관찰되지 않았다. Cu patterning profile과 Ti mask 두께의 효과는 다음 연구에서 더 조사할 계획이다.
참고문헌 (17)
N. Awaya and Y. Arita, J. Electron. Mater., 21, (1992) 959
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