[논문]유도 결합 플라즈마를 이용한 TiN 박막의 식각 특성

엄두승; 강찬민; 양성; 김동표; 김창일

doi:10.5695/jkise.2008.41.3.083

[국내논문] 유도 결합 플라즈마를 이용한 TiN 박막의 식각 특성
Etch Characteristics of TiN Thin Films in the Inductively Coupled Plasma System 원문보기

한국표면공학회지 = Journal of the Korean institute of surface engineering, v.41 no.3, 2008년, pp.83 - 87

엄두승 (중앙대학교 전자전기공학부) , 강찬민 (중앙대학교 전자전기공학부) , 양성 (중앙대학교 전자전기공학부) , 김동표 (중앙대학교 전자전기공학부) , 김창일 (중앙대학교 전자전기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

This study described the effects of RF power, DC bias voltage, chamber pressure and gas mixing ratio on the etch rates of TiN thin film and selectivity of TiN thin film to $SiO_2$ with $BCl_3$/Ar gas mixture. When the gas mixing ratio was $BCl_3$(20%)/Ar(80%) with other conditions were fixed, the maximum etch rate of TiN thin film was 170.6 nm/min. When the DC bias voltage increased from -50 V to -200 V, the etch rate of TiN thin film increased from 15 nm/min to 452 nm/min. As the RF power increased and chamber pressure decreased, the etch rate of TiN thin film showed an increasing tendency. When the gas mixing ratio was $BCl_3$(20%)/Ar(80%) under others conditions were fixed, the intensity of optical emission spectra from radical or ion such as Ar(750.4 nm), $Cl^+$(481.9 nm) and $Cl^{2+}$(460.8 nm) was highest. The TiN thin film was effectively removed by the chemically assisted physical etching in $BCl_3$/Ar ICP plasma.

Keyword

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

제안 방법

본 연구에서는 BCl3/Ar 가스를 기반으로 유도결합 플라즈마(ICP : Inductively Coupled Plasma) 시스템을 이용하여 Metal /high-k gate stack 구조에서 금속 배선으로 사용되어질 수 있는 TiN과 마스크로 사용되어질 수 있는 SiO2를 식각하였다. 가스 혼합비, RF Power, DC bias voltage와 공정압력에 대한식각속도의 변화와 식각 선택비를 관찰하였고, OES(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 BCl3/Ar 플라즈마의 활성종을 분석하였다,
수 있는 SiO2를 식각하였다. 가스 혼합비, RF Power, DC bias voltage와 공정압력에 대한식각속도의 변화와 식각 선택비를 관찰하였고, OES(Optical Emission Spectroscopy)를 이용하여 BCl3/Ar 플라즈마의 활성종을 분석하였다,
Mechanical pump와 turbo-molecular pump를 이용하여 base-pressure# 10% Torr 이하로 유지하였다. 위와 같은 ICP 장비에서 BCl3/Ar 가스를 이용하여 식각 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 가스의 총 유량은 20 seem으로 고정 하였고, 사용된 시료인 TiN 박막의 두께는 200 nm이었다.
BCl3/Ar의 가스 비율에 따른 식각의 경향성을 분석하기 위하여 OES를 이용한 플라즈마 분석을 진행하였다. 원소별 대표적 파장은 Ar(750.
물리적 식각에 사용되는 Ar+ 이온들과 화학적 식 각에 주로 사용되는 Clx 라디칼들이 BC₁₃(20%)/Ar(80%)에서 가장 많이 생성된다고 할 수 있다. 다음은 TiN 식각에 필요한 BCl3/Ar 플라즈마의 이온 및 라디칼들의 특정 파장에 따른 강도에 대해서 분석을 해봄으로서 식각 속도의 경향성을 분석을 진행하였다9).
본 연구에서는 BCl3/Ar 가스를 기반으로 유도결합 플라즈마를 이용하여 TiN과 sio2를 식각 실험을 수행하였다. 가스 혼합비 BCL(20%)/Ar(80%)에서 170.

대상 데이터

본 실험에서 사용된 ICP 장비는 스테인레스의 내경 26 cm 원통형 반응로로 하부 전극은 Al2O₃로 anodizing되어 있다. 플라즈마를 형성하기 위한 안테나는 3.
위와 같은 ICP 장비에서 BCl3/Ar 가스를 이용하여 식각 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 가스의 총 유량은 20 seem으로 고정 하였고, 사용된 시료인 TiN 박막의 두께는 200 nm이었다. 식각 실험에서 60 sec 식각하였을 때 200 nm 이상으로 식각되는 경우가 발생하였기 때문에, 식각 실험은 20 sec 동안 수행 하였고, 기 판온도는 40℃로 고정하였다.
위하여 OES를 이용한 플라즈마 분석을 진행하였다. 원소별 대표적 파장은 Ar(750.4 nm), Cl+ (481.9nm) 그리고 Cl2+(460.8im)으로 선택하였다. 그림 2는 -100 V의 DC bias voltage, 500 W의 RF power, 15mTorr의 공정 압력 그리고 총 가스 유량 20 seem의 조건에서 OES를 이용한 BCl3/Ar 플라즈마의 스펙트럼 분포를 400 run에서 700 nm까지의 파장을 나타낸 것이다.

성능/효과

BC₁₃(20%)/Ar(80%)에서 화학적 식각에 필요한 C1- base의 라디칼들의 밀도가 다른 조건들 보다 높고, 또한 물리적 식각에 필요한 Ar+ 이온의 밀도도 상당히 높음을 보인다. 즉, 화학적 식각에 필요한 라디칼들과 물리적 식각에 필요한 Ar+ 이온들의 양이 BCl3(20%)/Ar(80%) 가스 혼합 조건에서 가장 많이 발생한다는 것을 알 수 있다. 따라서 TiN의 효율적 제거는 Ar+ 이온과 Clx 라디칼의 밀도에 의존하고 있음을 확인할 수 있다10,11)
수행하였다. 가스 혼합비 BCL(20%)/Ar(80%)에서 170.6 nm/min으로 가장 높은 식각 속도를 보였고, RF power 700 W에서 548, 6 nm/min으로 최고의식 각 속도를 보였다. 그리고 DC bias voltage가 증가할수록 공정압력이 낮아질수록 TiN의 식각속도는 증가함을 알 수 있다.
6 nm/min으로 가장 높은 식각 속도를 보였고, RF power 700 W에서 548, 6 nm/min으로 최고의식 각 속도를 보였다. 그리고 DC bias voltage가 증가할수록 공정압력이 낮아질수록 TiN의 식각속도는 증가함을 알 수 있다. OES 진단결과 BC₁₃(2O%)/ Ar(80%)의 가스 혼합비에서 400nm에서 850 nm 사이의 파장대에서 전체적으로 가장 높은 강도를 보였다.
그리고 DC bias voltage가 증가할수록 공정압력이 낮아질수록 TiN의 식각속도는 증가함을 알 수 있다. OES 진단결과 BC₁₃(2O%)/ Ar(80%)의 가스 혼합비에서 400nm에서 850 nm 사이의 파장대에서 전체적으로 가장 높은 강도를 보였다. 위 결과를 고려하면, TiN의 식각은 화학적 식각의 도움에 의한 물리적 식각 메커니즘이고, 가스혼합비 BCl3(20%)/Ar(80%), RF power 700 W, DC bias voltage -200 V 그리고 공정 압력 7.
OES 진단결과 BC₁₃(2O%)/ Ar(80%)의 가스 혼합비에서 400nm에서 850 nm 사이의 파장대에서 전체적으로 가장 높은 강도를 보였다. 위 결과를 고려하면, TiN의 식각은 화학적 식각의 도움에 의한 물리적 식각 메커니즘이고, 가스혼합비 BCl3(20%)/Ar(80%), RF power 700 W, DC bias voltage -200 V 그리고 공정 압력 7.5m Torr에서의 식각속도는 최대가 될 것이라고 예측할 수 있다.

참고문헌 (13)

A. L. Gouil, O. Joubert, G. Cunge, T. Chevolleau, L. Vallier, B. Chenevier, I. Matko, J. Vac. Sci. Technol. B, 25 (2007) 767-778

상세보기
김관하, 김경태, 김종규, 우종창, 강찬민, 김창일, 대한전기학회논문지, 5(2) (2007) 349-354

원문보기 상세보기
W. T. Chang, T. E. Hsieh, C. J. Lee, J. Vac. Sci. Technol. B, 25 (2007) 1265-1269

상세보기
W. S. Hwang, J. H. Chen, W. J. Yoo, V. Bliznetsov, J. Vac. Sci. Technol. A, 23(4) (2005) 964-970

상세보기
D. R. Lide, "Handbook of Chemistry and Physics", CRC Press, (2004) 10(3)-10(15)
B. Y. Jeong, M. S. Hwang, C. M. Lee, M. H. Kim, Kor. Inst. Met. & Mater., 38(6) (2000) 823-828
I. M. Dharmadasa, M. Ives, J. S. Brooks, G. H. France, S. J. Brown, Semicond. Sci. Technol., 10 (1995) 369-372

상세보기
A. Pastol, Y. Catherine, J. Phys. D: Appl. Phys., 23 (1990) 799-805

상세보기
J. W. Lee, Y. T. Lim, I. K. Beak, S. Y. Yoo, G. S. Cho, M. H. Jeoin, J. Y. Leem, S. J. Pearton, Applied Surface Science, 233(1-4) (2004) 402-410

상세보기
G. H. Kim, K. T. Kim, D. P. Kim, C. I. Kim, Thin Solid Films, 475(1-2) (2005) 86-90

상세보기
염근영, "플라즈마식각기술", 미래컴, (2006) 384-391
H. K. Kim, J. W. Bae, K. K. Kim, S. J. Park, T. Y. Seong, I. Adesida, Thin Solid Film, 447-448 (2004) 90-94

상세보기
J. W. Lee, W. T. Lim, I. K. Baek, S. R. Yoo, M. H. Jeon, G. S. Cho, S. J. Pearton, C. R. Abernathy, Solid-State Electronics, 48 (2004) 189-192

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

활용도 분석정보

상세보기

다운로드

내보내기

활용도 Top5 논문

해당 논문의 주제분야에서 활용도가 높은 상위 5개 콘텐츠를 보여줍니다.
더보기 버튼을 클릭하시면 더 많은 관련자료를 살펴볼 수 있습니다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증