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ICP Poly Etcher를 이용한 RF Power와 HBr Gas의 변화에 따른 Polysilicon의 건식식각
Dry Etching of Polysilicon by the RF Power and HBr Gas Changing in ICP Poly Etcher 원문보기

韓國眞空學會誌 = Journal of the Korean Vacuum Society, v.15 no.6, 2006년, pp.630 - 636  

남상훈 (성균관대학교 화학과) ,  현재성 (성균관대학교 화학과) ,  부진효 (성균관대학교 화학과)

초록
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플래시 메모리 반도체의 고집적화와 고밀도화가 진행함에 따라 플래시 메모리의 트랜지스터 안 선폭을 중심으로 게이트 패턴의 미세화가 진행 중이다. 최근 100 nm 이하의 선폭을 구현하기 위해서 ONO(oxide-nitride-oxide)를 사용하기 위한 연구가 개발 중이고, 이러한 100 nm이하의 미세 선폭으로 갈수록 식각 속도와 식각의 프로파일은 중요한 요인으로 작용하고 있다. ICP 식각 장비를 이용하여, power를 50 W 증가 하였을 때, 각각 식각 속도와 포토레지스트와의 선택비를 확인 한 결과 platen power를 100 W로 올렸을 경우 가장 좋은 결과를 나타내었다. 100 W에서 HBr가스의 유량에 변화를 주었을 경우 가스의 양을 증가 할수록 식각 속도는 감소하였지만, 포토레지스트와의 선택비는 증가함을 보였다. 유도결합 플라즈마 식각 장비를 가지고 platen power를 100 W, HBr gas를 35 sccm 공급하여 하부 층에 노치가 형성이 안되고, 식각 속도 320 nm/min, 감광액과의 선택비 3.5:1, 측면식각 프로파일이 수직인 공정 조건을 찾았다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Scale down of semiconductor gate pattern will make progress centrally line width into transistor according to the high integration and high density of flash memory semiconductor. Recently, the many researchers are in the process of developing research for using the ONO(oxide-nitride-oxide) technolog...

주제어

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제안 방법

  • 이 중 RF power의 하나인 platen power 와 HBr 가스 유량을 조절하여 실험하였다. Platen power는 기본 공정 조건인 50 W에서 200 W로 50 W 씩 증가시키면서 실험하였고, 그 중에서 공정조건이 우수한 platen power 조건에서 HBr 가스를 20 seem ~ 35 seem까지 5 seem씩 변화를 두어 식각 속도, 포토레지스트와의 선택비, 식각 프로파일을 조사하였다. 또한, 공정 중 하부 노치의 형성관계를 알기 위해서, 최종 식각 조건에서 over etching을 10%, 20%, 30% 하여 하부 노치와의 관계를 해석하였다.
  • 0 ㎛인 게이트어레이 패턴을 형성시켰다. 가장 중요한 건식 식각 장비는 유도 결합형 플라즈마 식각 장비(Sur- face Technology Systems, Multiplex ICP)를 이용하여 표 1에 나와있는 공정 조건으로 실험을 하였다.
  • 고밀도의 식각 장비인 유도 결합형 플라즈마 식각장비를 이용하여 공정에 변화를 줄 수 있는 변수 중 파워와 가스의 유량을 변화시켜 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 첫째로, 파워를 50 W-200 W로 변화를 준 경우, 공정의 식각 속도와 측면의 수직 각도에 큰 영향을 주어 파워가 높아질수록 식각 속도는 증가를 하나 측면수직 각도는 점점 직각에서 벗어나는 것을 확인할 수 있었다.
  • 따라서 본 에치 연구는 C12를 사용하여 자연 산화막을 제거하는 초기 공정과 HBr/C)2를 이용한 본 공정으로 이루어진 유도 결합형 플라즈마 식각법을 이용하여 100 nm 이하 게이트로 사용될 수 있는 폴리실리콘을 식각하였다. 이 경우 여러가지 변수 중에서 platen power 와 HBr 가스의 유량변화에 따른 식각 속도, 감광액과의 선택비, 식각 프로파일의 변화를 확인하여, 최종 식각프로파일이 수직이고, 감광액과의 선택비가 우수하며, 식각 속도가 우수한 공정을 확인하였다.
  • 이 경우 여러가지 변수 중에서 platen power 와 HBr 가스의 유량변화에 따른 식각 속도, 감광액과의 선택비, 식각 프로파일의 변화를 확인하여, 최종 식각프로파일이 수직이고, 감광액과의 선택비가 우수하며, 식각 속도가 우수한 공정을 확인하였다. 또한 실제 공정에서 over etching을 할 경우, 게이트 선폭의 크기에 따라 노치 발생 여부를 확인하여, 폴리실리콘 식각 시 microloading effect에 의해 필현적으로 나타나는 하부 노치 (footing effect) 의 발생 여부를 확인하여 빠른식각 시간과 정확한 공정의 조건을 확인 하였다.
  • Platen power는 기본 공정 조건인 50 W에서 200 W로 50 W 씩 증가시키면서 실험하였고, 그 중에서 공정조건이 우수한 platen power 조건에서 HBr 가스를 20 seem ~ 35 seem까지 5 seem씩 변화를 두어 식각 속도, 포토레지스트와의 선택비, 식각 프로파일을 조사하였다. 또한, 공정 중 하부 노치의 형성관계를 알기 위해서, 최종 식각 조건에서 over etching을 10%, 20%, 30% 하여 하부 노치와의 관계를 해석하였다.
  • 분석은 laser profiler, alpha step으로 식각 유무를 확인한 후 FE-SEM으로 profile을 측정하여 각각 식각속도와 포토레지 스트와의 선택 비 를 비 교하였다.
  • 0 网1로 커질수록 90。에서 83°로 약 7°의 차이를 보이며 점점 이방성 식각의 특징을 가지게 되었다. 식각 측면각도는 게이트의 수직단면 이미지로부터 포토레지스트를 포함한 상하부 10%의 위치를 이은 선과 산화 실리콘 층과의 접선간의 각도로 결정하였다. Platen power를 증가시킬 경우에 식각 측면각도가 변화 하는 것은 power를 상승시키면 시료 방향에 대한 이온이나 라디칼의 운동에너지가 증가하여 물리적인 충돌효과가 강해지기 때문이다.
  • 식각이 끝난 기판은 그 기판의 상, 하, 좌, 우, 중앙총 다섯 군대의 위치를 정해 그 패턴의 프로파일을 주사 전자 현미경으로 수직된 단면을 관찰하였다. 포토레지스트와의 선택비를 확인하기 위해서 감광성 수지막을 제거하는 ashing 공정을 하지 않고 SEM images를 얻었다.
  • 있다. 이 중 RF power의 하나인 platen power 와 HBr 가스 유량을 조절하여 실험하였다. Platen power는 기본 공정 조건인 50 W에서 200 W로 50 W 씩 증가시키면서 실험하였고, 그 중에서 공정조건이 우수한 platen power 조건에서 HBr 가스를 20 seem ~ 35 seem까지 5 seem씩 변화를 두어 식각 속도, 포토레지스트와의 선택비, 식각 프로파일을 조사하였다.
  • 패턴 형성을 위해 stepper (Hitachie}, LD- 501HA)를 이용하여 0.9 倒1의 포토레지스트(TDMR- AR87, I—line)를 도포한 후에 게이트 선폭이 0.5~2.0 ㎛인 게이트어레이 패턴을 형성시켰다. 가장 중요한 건식 식각 장비는 유도 결합형 플라즈마 식각 장비(Sur- face Technology Systems, Multiplex ICP)를 이용하여 표 1에 나와있는 공정 조건으로 실험을 하였다.
  • 포토레지스트와의 선택비를 확인하기 위해서 감광성 수지막을 제거하는 ashing 공정을 하지 않고 SEM images를 얻었다.

대상 데이터

  • 본 실험은 서울대학교 내 반도체 공동 연구소의 장비를 사용하여 표 1과 같은 과정을 거쳐 실험이 진행되었다.
  • 비저항 1~20 Q—cm, boron0] 도핑된 P-100 4인치 실리콘 웨이퍼 위에 furnaceCmteegratoT Circuit Tech, KOREA)를 사용하여 열산화막을 100 nm 생성시키고, 그 위에 LPCVD(Inteegrator Circuit Tech)를사용하여 500 nm의 도핑되지 않은 폴리실리콘을 증착하였다. 패턴 형성을 위해 stepper (Hitachie}, LD- 501HA)를 이용하여 0.
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참고문헌 (11)

  1. T. F. Yen, K. J. Chang and K.-F. Chiu, Microelectronic Engineering, 82, 129-135 (2005) 

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  8. 박철희, 이병택, 김호성, 한국진공학회지 7, 161-168 (1998) 

  9. 이휘건, 한국진공학회지 8, 63-69 (1999) 

  10. 도현호, 이석현, 황기옹, 대한전자공학회지 14, 311-314 (1991) 

  11. Chang Mo Park, Sang Gyun Woo, Seung Yoon Lee, and Jinho Ahn, J. Microelectronics & Packaging Society 7, 1-6 (2000) 

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