[논문]Bosch 공정에서 Si 식각속도와 식각프로파일에 대한 Ar 첨가의 영향

지정민; 조성운; 김창구

doi:10.9713/kcer.2013.51.6.755

Bosch 공정에서 Si 식각속도와 식각프로파일에 대한 Ar 첨가의 영향
Effects of Ar Addition on the Etch Rates and Etch Profiles of Si Substrates During the Bosch Process 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.51 no.6, 2013년, pp.755 - 759

지정민 (아주대학교 화학공학과, 에너지시스템학과) , 조성운 (아주대학교 화학공학과, 에너지시스템학과) , 김창구 (아주대학교 화학공학과, 에너지시스템학과)

초록
AI-Helper

Bosch 공정의 식각 단계에서 Ar을 첨가하였을 때 Si의 식각특성을 관찰하기 위하여 식각 단계에서 $SF_6$ 플라즈마만 사용한 경우와 Ar 유속비율이 20%인 $SF_6$/Ar 플라즈마를 각각 사용하여 Si을 Bosch 공정으로 식각하였다. Bosch 공정의 식각 단계에서 $SF_6$ 플라즈마에 Ar 가스를 첨가하면 $Ar^+$ 이온에 의한 이온포격이 증가하였고 이는 Si 입자의 스퍼터링을 초래할 뿐 아니라 F 라디칼과 Si의 화학반응을 가속하였다. 그 결과 식각 단계에서 20%의 Ar이 첨가되어 Bosch 공정으로 수행된 Si의 식각속도는 Ar이 첨가되지 않은 경우보다 10% 이상 빨라졌고 식각프로파일도 더욱 비등방적이었다. 이 연구의 결과는 Bosch 공정으로 Si을 식각할 때 식각속도와 식각프로파일의 비등방성을 개선하는데 필요한 기초자료로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The etch rate and etch profile of Si was investigated when Ar was added to an $SF_6$ plasma in the etch step of the Bosch process. A Si substrate was etched with the Bosch process using $SF_6$ and $SF_6$/Ar plasmas, respectively, in the etch step to analyze the effects of Ar addition on the etch characteristics of Si. When the Ar flow rate in the $SF_6$ plasma was increased, the etch rate of the Si substrate increased, had a maximum at 20% of the Ar flow rate, and then decreased. This was because the addition of Ar to the $SF_6$ plasma in the etch step of the Bosch process resulted in the bombardment of Ar ions on the Si substrate. This enhanced the chemical reactions (thus etch rates) between F radicals and Si as well as led to sputtering of Si particles. Consequently, the etch rate was higher more than 10% and the etch profile was more anisotropic when the Si substrate was etched with the Bosch process using a $SF_6$/Ar (20% of Ar flow rate) plasma during the etch step. This work revealed a feasibility to improve the etch rate and anisotropic etch profile of Si performed with the Bosch process.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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

문제 정의

이 연구는 비활성기체인 Ar을 첨가하여 Bosch 공정으로 식각한 Si 패턴의 식각속도와 식각프로파일의 비등방성을 매우 간단하게 개선할 수 있음을 제시하였다.

제안 방법

Ar 첨가에 따른 F 라디칼 농도의 상대적인 변화를 관찰하기 위하여 optical emission spectroscopy (OES) 측정을 실시하였다. Fig.
이 효과를 알아보기 위하여 Bosch 공정의 식각 단계에서 Ar을 첨가하여 Bosch 공정 으로 Si 식각을 수행하였다. Blanket Si 기판을 이용한 실험에서 Ar 분율이 20%일 때 Si 식각속도가 최대였으므로(Fig. 4 참조) Bosch 공정의 식각 단계에서 Ar 첨가 시 Ar 유속을 1.25 sccm으로 하여 전체 유속에 대한 Ar 유속 분율이 20%가 되도록 하였다.
Bosch 공정으로 Si를 식각할 때 원하는 식각프로파일을 얻기 위해 서는 식각 단계와 증착 단계의 시간을 균형있게 조절하는 것이 중요 하다. Bosch 공정의 식각 단계에서 Ar을 첨가하였을 때 Si 식각속도가 얼마나 변화하는지 파악하기 위하여 SF₆플라즈마에 Ar을 첨가 하여 Si 식각속도를 측정하였다.
Bosch 공정의 식각 단계에서 SF₆ 플라즈마에 Ar을 첨가하여 Si 식각을 수행하였을 때 Si 식각속도와 식각프로파일의 변화를 관찰하였다. Bosch 공정의 증착 단계에서는 C₄F₆ 플라즈마를 사용하고 식각 단계에서는 SF₆ 와 SF₆ /Ar 플라즈마를 각각 사용하여 Ar 첨가효과를 분석하였다.
플라즈마에 Ar을 첨가하여 Si 식각을 수행하였을 때 Si 식각속도와 식각프로파일의 변화를 관찰하였다. Bosch 공정의 증착 단계에서는 C₄F₆ 플라즈마를 사용하고 식각 단계에서는 SF₆ 와 SF₆ /Ar 플라즈마를 각각 사용하여 Ar 첨가효과를 분석하였다. SF₆ 플라즈마에 Ar을 첨가하였을 때 Si의 식각속도는 Ar 유속분율이 증가하면서 증가하다가 Ar 분율이 20%일 때 최대가된 후 감소하였다.
이 때, SF₆ 플라즈마에 첨가된 Ar의 첨가량에 따른 Si 식각속도 변화를 규명하였다. 또한 식각 단계에서 SF₆ 플라즈마와 SF₆/Ar 플라즈마를 사용하여 각각 Bosch 공정으로 Si을 식각하여 식각프로파일의 비등방성을 비교 및 분석하였다.
플라즈마에 Ar을 첨가하여 Si식각을 수행하였을 때 Si 식각속도와 식각프로파일의 변화를 관찰하였다. 이 때, SF₆ 플라즈마에 첨가된 Ar의 첨가량에 따른 Si 식각속도 변화를 규명하였다. 또한 식각 단계에서 SF₆ 플라즈마와 SF₆/Ar 플라즈마를 사용하여 각각 Bosch 공정으로 Si을 식각하여 식각프로파일의 비등방성을 비교 및 분석하였다.
이 연구에서는 Bosch 공정의 증착 단계에서는 C₄F₆ 플라즈마를 사용하고 식각 단계에서는 SF₆ 플라즈마에 Ar을 첨가하여 Si식각을 수행하였을 때 Si 식각속도와 식각프로파일의 변화를 관찰하였다. 이 때, SF₆ 플라즈마에 첨가된 Ar의 첨가량에 따른 Si 식각속도 변화를 규명하였다.
플라즈마에 Ar을 적절히 첨가하면 Si 식각속도가 증가할 뿐 아니라 Ar 이온에 의한 스퍼터링 효과로 인하여 비등방성이 개선된 식각프로파일이 형성될 것으로 예상된다. 이 효과를 알아보기 위하여 Bosch 공정의 식각 단계에서 Ar을 첨가하여 Bosch 공정 으로 Si 식각을 수행하였다. Blanket Si 기판을 이용한 실험에서 Ar 분율이 20%일 때 Si 식각속도가 최대였으므로(Fig.
전극은 stainless-steel 재질로 직경은 120 mm이고 전극의 온도는 항온순환 수조장치(RW-3025G, 제이오테크)로 일정 하게 유지되었다. 전극에는 유도코일에 인가되는 소스 파워(source power)와는 별도로 바이아스 파워(bias power)를 인가하여 바이아스 전압을 따로 조절하였다.

대상 데이터

3은 이 연구에서 사용된 시료의 SEM (scanning electron microscopy) 사진이다. 시료는 line-and-space 형태로 패터닝된 p-type Si (100) 웨이퍼(wafer)였다. 이 시료의 마스크(mask)로는 두께가 2 µm인 SiO₂를 사용하였다.
4는 SF₆ 플라즈마에서 Ar 첨가량에 따른 Si의 식각속도를 나타낸다. 이 때 기판은 패턴 웨이퍼가 아닌 blanket Si 기판이었다. 식각속도는 두께측정기(Spectra-thick 2000 Deluxe, K-Mac)로 식각 전과 후 기판의 두께를 측정하여 구하였다.
이 시료의 마스크(mask)로는 두께가 2 µm인 SiO2를 사용하였다.

성능/효과

Bosch 공정의 식각 단계에서 SF₆ 플라즈마만 사용한 경우와 Ar 유속비율이 20%인 SF₆ /Ar 플라즈마를 사용하여 각각 Bosch 공정으로 Si을 식각하였을 때 Bosch 공정의 식각 단계에서 20%의 Ar 첨가된 경우 식각깊이가 더 깊어졌을 뿐만 아니라 식각프로파일도 더욱 비등방적이었다. 이는 Ar 첨가로 인하여 F 라디칼과 Si의 화학반응이 가속되었을 뿐 아니라 Ar⁺ 이온에 의한 스퍼터링으로 비등방성이 개선되었기 때문이다.
그러나 Ar의 분율이 너무 크면 F 라디칼이 희석되어 Si 식각속도가 감소하였다. 이 연구 에서 사용된 공정조건에서는 Ar의 분율이 20%일 때 Si 식각속도가 최대가 되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	플라즈마는 어떻게 비등방적인 식각프로파일을 형성할 수 있는가?	플라즈마(plasma)는 부분적으로 이온화된 기체로서 플라즈마 내에 존재하는 이온을 이용한 식각에 의하여 수직적인 식각 프로파일 (profile), 즉 비등방적인 식각프로파일을 형성할 수 있다. 이러한 플라즈마는 반도체소자나 MEMS (microelectromechanical systems) 소자와 같은 다양한 소자제조공정에서 고종횡비(high aspect ratio) 구조물을 얻기 위해 많이 사용되고 있다[1-4].
	플라즈마란?	플라즈마(plasma)는 부분적으로 이온화된 기체로서 플라즈마 내에 존재하는 이온을 이용한 식각에 의하여 수직적인 식각 프로파일 (profile), 즉 비등방적인 식각프로파일을 형성할 수 있다. 이러한 플라즈마는 반도체소자나 MEMS (microelectromechanical systems) 소자와 같은 다양한 소자제조공정에서 고종횡비(high aspect ratio) 구조물을 얻기 위해 많이 사용되고 있다[1-4].
	플라즈마를 이용해 고종횡비의 Si 구조물을 얻기 위한 deep Si etching에는 어떤 방법이 주로 이용되는가?	이러한 플라즈마는 반도체소자나 MEMS (microelectromechanical systems) 소자와 같은 다양한 소자제조공정에서 고종횡비(high aspect ratio) 구조물을 얻기 위해 많이 사용되고 있다[1-4]. 특히 고종횡비의 Si 구조물을 얻기 위한 deep Si etching에는 Bosch 공정(process)이라고 불리우는 식각방법이 주로 이용된다[5-9]. Fig.

참고문헌 (15)

Yun, H. J., Kim, T. H., Shin, C. B., Kim, C.-K., Min, J.-H. and Moon, S. H., "Comparison of Atomic Scale Etching of Poly-Si in Inductively Coupled Ar and He Plasmas," Korean J. Chem. Eng., 24, 670-673(2007).

상세보기
Aachboun, S. and Ranson, P., "Deep Anisotropic Etching of Silicon," J. Vac. Sci. Technol. A, 17, 2270-2273(1999).

상세보기
Lee, W. G, "Characteristics of Amorphous Silicon Gate Etching in $Cl_2$ /HBr/ $O_2$ High Density Plasma," Korean Chem. Eng. Res. (HWAHAK KONGHAK), 47, 79-83(2009).
Kang, S.-K., Min, J.-H., Lee, J.-K. and Moon, S. H. "Effects of Bias Voltage and Ion-incident Angle on the Etching of Photoresist in a High-density $CHF_3$ Plasma," Korean Chem. Eng. Res.(HWAHAK KONGHAK), 44, 498-504(2006).
Laermer, F. and Schilp. A., U.S. Patent No. 5,501,893(1996).
Tachi, S., Tsujimoto, K. and Sadayuki, O., "Low-temperature Reactive Ion Etching and Microwave Plasma Etching of Silicon," Appl. Phys. Lett., 52, 616-618(1988).

상세보기
Volland, B., Shi, F., Hudek, P., Heerlein, H. and Rangelow, I. W., "Dry Etching with Gas Chopping without Rippled Sidewalls," J. Vac. Sci. Technol. B, 17, 2768-2771(1999).

상세보기
Rangelow, I. W., "Critical Tasks in High Aspect Ratio Silicon Dry Etching for Microelectromechanical Systems," J. Vac. Sci. Technol. A, 21, 1550-1562(2003).
Blauw, M. A., Zijlstra, T. and van der Drift, E., "Balancing the Etching and Passivation in Time-Multiplexed Deep Dry Etching of Silicon," J. Vac. Sci. Technol. B, 19, 2930-2934(2001).

상세보기
Blauw, M. A., Craciun, G., Sloof, W. G., French, P. J. and van der Drift, E., "Advanced Time-Multiplexed Plasma Etching of High Aspect Ratio Silicon Structures," J. Vac. Sci. Technol. B, 20, 3106-3110(2002).

상세보기
Abdolvand, R. and Ayazi, F., "An Advanced Reactive Ion Etching Process for Very High Aspect-Ratio Sub-Micron Wide Trenches in Silicon," Senss. Actuator A-Phys., 144, 109-116(2008).

상세보기
Rhee, H., Kwon, H., Kim, C.-K., Kim, H. J., Yoo, J. and Kim, Y. W., "Comparison of Deep Silicon Etching Using $SF_6$ / $C_4F_8$ and $SF_6$ / $C_4F_6$ Plasmas in the Bosch Process," J. Vac. Sci. Technol. B, 26, 576-581(2008).

상세보기
Rhee, H., Lee. H. M., Namkoung, Y. M., Kim, C.-K., Chae, H. and Kim, Y. W., "Dependence of Etch Rates of Silicon Substrates on the Use of $C_4F_8$ and $C_4F_6$ Plasmas in the Deposition Step of the Bosch Process," J. Vac. Sci. Technol. B, 27, 33-40(2009).

상세보기
Hedlund, C., Jonsson, L. B., Katardjiev, I. V., Berg, S. and Blom, H.-O., "Angular Dependence of the Polysilicon Etch Rate during Dry Etching in $SF_6$ and $Cl_2$ ," J. Vac. Sci. Technol. A, 15, 686-691(1997).

상세보기
Min, J.-H., Lee, G.-R., Lee, J.-K., Moon, S. H. and Kim, C.-K., "Dependences of Bottom and Sidewall Etch Rates on Bias Voltage and Source Power during the Etching of Poly-Si and Fluorocarbon Polymer Using $SF_6$ , $C_4F_8$ , and $O_2$ Plasmas," J. Vac. Sci. Technol. B, 22, 893-901(2004).

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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