[논문]ICP Poly Etcher를 이용한 Poly-Si Dry Etch시 Gas Flow에 따른 Etching 특성 변화 연구

김동일; 한승수

ICP Poly Etcher를 이용한 Poly-Si Dry Etch시 Gas Flow에 따른 Etching 특성 변화 연구
Study of Characteristics Variation of Etching according to Gas Flow in Poly-Si Dry Etching using ICP Poly Etcher 원문보기

김동일 (명지대학교 정보통신공학과) , 한승수 (명지대학교 정보통신공학과)

본 논문에서는 ICP Poly Etcher를 이용한 Dry Etch에서 몇가지 공정조건의 변화에 따른 Etching 특성 변화를 연구하였다. 주요 가스유량들이 증가 할 때, Poly-Si 의 Etch rate는 증가 하였으며 Uniformity는 나빠진 것을 확인 할 수 있었고 다른 특성들은 특별한 변화를 보이지 않았다. 주요 Gas인 HBr의 증가는 PR(Photo Resist)와 Uniformity에 영향을 주었다. 이 논문을 통해 HBr의 유량이 Poly-Si Etching에 영향을 주는 결과를 알아 볼 수 있었고 HBr 가스의 유량 증가가 Polymer의 생성에 영향을 줘 Selectivity와 Uniformity를 증가 시킨다는 것도 확인 해 볼 수 있었다.

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문제 정의

이러한 공정 조건 중 Gas Flow 의 변화는 특히 Etch rate과 밀접한 연관을 갖고 있는데 이는 플라즈마를 이용한 건식 식각 시 Chamber 내로 유입되는 Gas 양이 증가 되면 반응하는 Etchant Species의 양이 증가되어 더 많은 식각이 일어나게 되고 Etch rate이 증가하게 되기 때문이다. 본 연구에서는 Poly-Si건식 식각 시 공정 조건 중 Main Etch에 들어가는 Gas Flow를 변화 시켜가며 다른 Etch Parameter(Uniformity, Selectivity, Profile) 은 유지되면서 Etch rate은 향상시키기 위한 연구를 진행 하였다.

제안 방법

본 연구에 사용되었던 Etch 장비는 ICP 방법을 사용하는 ICP Poly Etcher를 이용하여 진행 했다. 공정은 단일 실리콘 웨이퍼에 Buffer 역할을 할 산화 막 층을 약 2600Å Deposition 하고(SEM 사진 관찰시 Bare 웨이퍼와 Poly-Si 의 경계 구분을 위한) 그 위에 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 Poly-Si을 Deposition 한 다음 Photo lithography 공정으로 패턴을 입히고 Main Etching을 진행 하였다. 공정 흐름 도는 [Fig1] 과 같다.
실험은 기본 공정조건으로 진행한 실험을 포함해 총 3번에 걸쳐 진행되었으며 실험결과 값들의 기준인 해당 장비의 Target Spec 은 위에 표시한 것과 같다. 실험의 결과 값들은 각 Recipe의 조건에 따라 Table1과 같이 나타나는 것을 확인 할 수 있었다.
실험 결과 값들을 Table1을 통해 살펴보면 대체적으로 장비의 목표 Spec에 만족하는 것을 확인 할 수 있었지만 Recipe2 PR selectivity가 약간 안 좋아진 것과 Recipe3 에서는 Etch rate 은 향상 됬지만 Uniformity 는 목표 Spec 에는 어긋나는 것을 확인 할 수 있었다. 측정장비로 측정한 실험 결과 값에 신뢰도를 주기 위해 실험한 Wafer를 측면에서 촬영한 SEM 사진을 추가 하였다. 이는 Fig2~4를 통해 확인 할 수 있다.

이론/모형

본 연구에 사용되었던 Etch 장비는 ICP 방법을 사용하는 ICP Poly Etcher를 이용하여 진행 했다. 공정은 단일 실리콘 웨이퍼에 Buffer 역할을 할 산화 막 층을 약 2600Å Deposition 하고(SEM 사진 관찰시 Bare 웨이퍼와 Poly-Si 의 경계 구분을 위한) 그 위에 LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition) 공정을 통해 Poly-Si을 Deposition 한 다음 Photo lithography 공정으로 패턴을 입히고 Main Etching을 진행 하였다.

성능/효과

실험 결과 값들을 Table1을 통해 살펴보면 대체적으로 장비의 목표 Spec에 만족하는 것을 확인 할 수 있었지만 Recipe2 PR selectivity가 약간 안 좋아진 것과 Recipe3 에서는 Etch rate 은 향상 됬지만 Uniformity 는 목표 Spec 에는 어긋나는 것을 확인 할 수 있었다. 측정장비로 측정한 실험 결과 값에 신뢰도를 주기 위해 실험한 Wafer를 측면에서 촬영한 SEM 사진을 추가 하였다.
실험의 결과에서 Gas flow를 증가 시켰을 때 Etch rate이 향상 되는 것을 확인 할 수 있었지만 Recipe2와 Recipe3의 경우를 살펴보면 Etch rate외에 목표 Spec에 어긋나는 결과 값들을 확인 할 수 있었다. 이 결과 값들은 fig5를 통해 확인 할 수 있으며 Selectivity의 변화는 Polymer라는 물질의 생성으로 설명 할 수 있다.

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