[논문]BCl3/Ar 유도결합 플라즈마 안에 CH4 가스 첨가에 따른 건식 식각된 TaN 박막 표면의 연구

우종창; 최창억; 양우석; 주영희; 강필승; 전윤수; 김창일

doi:10.4313/jkem.2013.26.5.335

BCl3/Ar 유도결합 플라즈마 안에 CH4 가스 첨가에 따른 건식 식각된 TaN 박막 표면의 연구
A Study on the Surface of the Dry Etched TaN Thin Film by Adding The CH4 Gas in BCl3/Ar Inductively Coupled Plasma 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.26 no.5, 2013년, pp.335 - 340

우종창 (한국전자통신연구원 나노융합센서연구실) , 최창억 (한국전자통신연구원 나노융합센서연구실) , 양우석 (한국전자통신연구원 나노융합센서연구실) , 주영희 (중앙대학교 전자전기공학부) , 강필승 (중앙대학교 전자전기공학부) , 전윤수 (중앙대학교 전자전기공학부) , 김창일 (중앙대학교 전자전기공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the plasma etching of the TaN thin film with $CH_4/BCl_3/Ar$ gas chemistries was investigated. The etch rate of the TaN thin film and the etch selectivity of TaN to $SiO_2$ was studied as a function of the process parameters, including the amount of $CH_4$. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM) was used to investigate the chemical states of the surface of the TaN thin film.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

본 연구에서는 BCl₃/Ar에 CH₄ 가스의 첨가에 따른 TaN 박막 표면의 식각 반응을 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 이용하여 알아보았다. 또한 식각 시 TaN 박막표면에서의 화학적 반응들은 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 확인하였으며, 식각된 표면을 FE-SEM (field emission scanning electron microscopy)을 통해 관찰하였다.

제안 방법

가스를 0∼12 sccm까지 변화시켰다. Depth profiler (alpha-step 500, KLA Tencor)를 이용하여 TaN 박막의 식각속도를 측정하였으며, 식각된 박막 표면의 화학적 구성 및 변화를 알아보기 위하여 XPS(AXIS-HSI, KRATOS)분석을 진행하였다. 또한, 표면의 화학적 반응을 눈으로 확인하기 위해 FE-SEM(Microlab 310-D, Thermo VG Scientific)을 이용하였다.
그러나 6 sccm 이상의 CH₄ 가스가 첨가되었을 때는 오히려 식각 속도가 감소되는 현상도 그림 3(c)와 (d)와 같이 확인할 수 있었다. TaN 박막 표면에서 라디칼과의 반응에 따른 식각 특성을 이해하기 위해서 식각된 TaN 박막 표면상에서의 화학적 반응을 살펴보고자 XPS를 수행하였다.
가스의 첨가에 따른 TaN 박막 표면의 식각 반응을 유도결합 플라즈마(inductively coupled plasma, ICP)를 이용하여 알아보았다. 또한 식각 시 TaN 박막표면에서의 화학적 반응들은 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)를 통해 확인하였으며, 식각된 표면을 FE-SEM (field emission scanning electron microscopy)을 통해 관찰하였다.
Depth profiler (alpha-step 500, KLA Tencor)를 이용하여 TaN 박막의 식각속도를 측정하였으며, 식각된 박막 표면의 화학적 구성 및 변화를 알아보기 위하여 XPS(AXIS-HSI, KRATOS)분석을 진행하였다. 또한, 표면의 화학적 반응을 눈으로 확인하기 위해 FE-SEM(Microlab 310-D, Thermo VG Scientific)을 이용하였다.
본 실험의 공정 조건은 상부 RF 전력 500 W, 하부 직류 바이어스 전압 - 150 V, 공정 압력 15 mTorr, 기판 온도 40℃, 그리고 BCl3/Ar (4:16 sccm)의 가스비에 CH4 가스를 0∼12 sccm까지 변화시켰다.
본 연구에서 유도결합 플라즈마 (ICP) 시스템을 이용한 TaN 박막의 식각 실험을 수행하였고, SiO₂ 와의 식각 선택비를 관찰하였다. BCl₃/Ar(4:16 sccm)의 가스 조건에서 3 sccm의 CH₄ 가스를 첨가하였을 때가장 높은 식각속도를 얻었다.

대상 데이터

그림 1은 본 실험에 이용된 건식식각 장비로 유도결합 플라즈마 (ICP) 시스템을 사용하였으며, 지름 26 cm의 원형 chamber 및 9 cm 높이의 구조로 형성되었다. Chamber 상부는 플라즈마를 형성하기 위한 3.
본 실험에 사용된 시료는 TaN/SiO2/Si substrate의 구조로 TaN 박막의 두께는 1,000 Å이었다.

성능/효과

그림 3에서 본 것처럼, CH₄ 가스가 3 sccm까지 증가함에 따라 식각 속도가 증가하면서 표면이 식각 부산물로 덮인 사실을 확인할 수 있었다. 그리고 6 sccm 이상의 CH₄ 가스가 첨가되었을 때는 오히려 식각 속도가 감소되었으나 표면에 남은 식각 부산물들이 모두 없어지는 것을 확인할 수 있었다.
BCl₃/Ar(4:16 sccm)의 가스 조건에서 3 sccm의 CH₄ 가스를 첨가하였을 때가장 높은 식각속도를 얻었다. 또한, 3 sccm 이상의 CH₄가 첨가될 경우 식각 속도는 줄어들었으나, TaCl_x와 같은 식각 부산물을 감소시켜 깨끗한 TaN 표면을 얻을 수 있는 것으로 판단된다.
05이었다. 이러한 결과로 볼 때, CH₄ 가스가 3 sccm까지 첨가됨에 따라 여기된 Ar 이온이 C, Cl 혹은 CH 와 충돌하여 C 라디칼로 해리시키는데 도움을 주기 때문에 C의 부피 밀도가 증가한 것으로 판단되며, 이러한 C 라디칼의 증가로 높은 식각속도를 보이는 것으로 여겨진다. 그러나 6 sccm 이상의 CH₄ 가스가 첨가되었을 때는 오히려 식각속도가 감소하는 현상을 확인할 수 있었다.

후속연구

트랜지스터의 크기가 줄어듦에 따라 게이트의 폭 및 전극의 폭도 줄어들어야하며, 따라서 소자의 미세화가 진행될수록 습식식각 대신 플라즈마를 이용한 건식식각의 중요성은 더욱 커지고 있다 [10]. 결국, 확산 방지막으로 사용되는 TaN을 금속/고-유전막 구조에서 전극으로 사용하기 위해서는 TaN 박막의 건식 식각 특성에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	현재 연구되고 있는 확산 방지막에는 어떠한 물질들이 있는가?	현재 연구되고 있는 확산 방지막으로는 TaN, TiN, WN 등과 같은 금속 질화물들이 있으며, 이 중 TaN과 TiN은 금속/고-유전막 구조에서의 전극으로 사용될 수 있기 때문에 지속적인 연구가 요구되고 있다 [4-9].
	구리가 기존의 알루미늄 배선과 비교하였을 때 갖고 있는 장점은?	고-유전막의 전기적 특성을 향상시키기 위하여 금속 전극을 적용한 고-유전막이 연구되고 있으며, 또한 기존의 알루미늄 금속 배선의 한계를 극복하기 위하여 전자 이주 현상이 낮고 전도도가 매우 높은 구리 금속 배선이 연구되고 있다. 구리는 기존의 알루미늄 배선과 다르게 다마신 공정을 이용하여 비아나 컨택의 홀에도 적용할 수 있어서 중간 공정을 많이 줄일 수 있다는 장점을 지니고 있다 [2,3]. 그러나 구리는 주변 다른 층에 쉽게 확산되는 성질을 가지고 있어 구리와 타 박막 사이 확산 방지막의 형성이 필수적이다 [4,5].
	고-유전막으로 게이트 절연막을 대체하려는 연구가 진행중인 이유는 무엇인가?	최근에 트랜지스터의 게이트의 크기를 획기적으로 줄이면서 소자의 집적도를 향상시키고, 동작 전압을 낮출 수 있으나, 게이트 산화막 (SiO2)에서의 터널링 증가로 인한 소자의 오동작이 자주 유발된다. 따라서 게이트 절연막을 두껍게 만들어 터널링을 방지함에도 낮은 전압에서도 반전채널을 형성할 수 있는 고-유전막 (high-k thin film)으로 게이트 절연막을 대체하려는 연구가 진행 중에 있다 [1].

참고문헌 (17)

M. L. Green, M. Y. Ho, B. Busch, G. D. Wilk, T. Sorsch, T. Conard, B. Brijs, W. Vandervorst, P. I. Raisanen, D. Muller, M. Bude, and J. Grazul, J. Appl. Phys., 92, 7168 (2002).

상세보기
C. S. Kang, H. J. Cho, Y. H. Kim, R. Choi, K. Onishi, A. Shahriar, and J. C. Lee, J. Vac. Sci. Technol. B, 21, 2026 (2003).

상세보기
C. K. Hu, L. Gignac, S. G. Malhotra, R. Rosenberg, and S. Boettcher, Appl. Phys. Lett., 78, 904 (2001).

상세보기
K. H. Min, K. C. Chun, and K. B. Kim, J. Vac. Sci. Technol. B, 14, 3263 (1996).

상세보기
J. S. Park, M. J. Lee, C. S. Lee, and S. W. Kang, Electrochem. Solid State Lett., 4, C17 (2001).

상세보기
A. Arranz and C. Palacio, Surf. Interface Anal. 29, 653 (2000).

상세보기
P. Lamour, P. Fioux, A. Ponche, M. Nardin, M. F. Vallat, P. Dugay, J. P. Brun, N. Moreaud, and J. M. Pinvidic, Surf. Interface Anal., 40, 1430 (2008).

상세보기
S. K. Yang, H. H. Kim, B. H. O, S. G. Lee, E. H. Lee, S. G. Park, S. P. Chang, J. G. Lee, and H. Y. Song, J. Korean Phys. Soc., 51, S198 (2007).

상세보기
M. H. Shin, M. S. Park, N. E. Lee, J. Kim, C. Y. Kim, and J. Ahn, J. Vac. Sci. Technol. A, 24, 1373 (2006).

상세보기
K. Nakamura, T. Kitagawa, K. Osari, K. Takahashi, and K. Ono, Vacuum, 80, 761 (2006).

상세보기
B. H. Lee, R. Choi, L. Kang, S. Gopalan, R. Nieh, K. Onishi, Y. Jeon, W. J. Qi, C. Kang, and Jack C. Lee, Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet, 39 (2000).
A. Le Gouil, O. Joubert, G. Cunge, T. Chevolleau, L. Vallier, B. Chenevier and I. Matko, J. Vac. Sci. Technol. B, 25, 767 (2007).

상세보기
S. H. Kim, S. H. Woo, H. C. Kim, I. H. Kim, K. W. Lee, W. H. Jeong, T. Y. Park, and H. T. Jeon, J. Korean Phys. Soc., 52, 1103 (2008).

상세보기
C. Q. Jiao, R. Nagpal, P. Haaland, Chem. Phys. Lett., 265, 242 (1997).
M. H. Shin, S. W. Na, N. E. Lee, and J. H. Ahn, Thin Solid Films, 506, 230 (2006).

상세보기
F. A. Khan, L. Zhou, V. Kumar, I. Adesida, and R. Okojie, Mat. Sci. Eng. B, 95, 51 (2002).

상세보기
S. M. Koo, D. P. Kim, K. T. Kim, and C. I. Kim, Mat. Sci. Eng. B, 118, 201 (2005).

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

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