초록 ▼

반응성 이온 식각 장치에서 SF?를 이용하여 텅스텐 박막과 텅스텐 실리사이드 박막의 식각을 연구하였다. 기본적인 식각 메카니즘과 조업변수가 식각속도, 균일성, 이방성, 선택도, RIE lag등에 미치는 영향을 규명하였다. 최대 식각속도는 텅스텐의 경우 200mTorr의 반응기 압력에서 실리사이드의 경우는 300mTorr에서 얻어졌다. 이러한 현상은 화학반응 메카니즘과 이온 충동에 의한 물리적 현상의 서로 상승작용에 의해 나타나는 것으로 생각된다. 또한 반응기체의 유량은 20 sccm 정도가 최적값이었다. 압력이 최적치보다

반응성 이온 식각 장치에서 SF?를 이용하여 텅스텐 박막과 텅스텐 실리사이드 박막의 식각을 연구하였다. 기본적인 식각 메카니즘과 조업변수가 식각속도, 균일성, 이방성, 선택도, RIE lag등에 미치는 영향을 규명하였다. 최대 식각속도는 텅스텐의 경우 200mTorr의 반응기 압력에서 실리사이드의 경우는 300mTorr에서 얻어졌다. 이러한 현상은 화학반응 메카니즘과 이온 충동에 의한 물리적 현상의 서로 상승작용에 의해 나타나는 것으로 생각된다. 또한 반응기체의 유량은 20 sccm 정도가 최적값이었다. 압력이 최적치보다 작을때 전극간의 거리가 증가하면 식각농도도 증가하였고 압력이 최적치보다 클 때는 그 반대로 나타났다. 첨가기체의 영향을 보기위해 산소, 질소, 아르곤을 사용하였다. 산소의 경우는 20％ 정도에서 최대값을 나타냈으며 그 이상이나 그이하에서는 감소하였다. 낮은 산소농도에서는 산소의 존재가 활성화 된 불소 라디칼의 농도를 증가시키나 높은 산소 농도에서는 희석효과로 인해 식각 농도가 떨어지는 것으로 생각된다. 아르곤의 경우는 20％ 정도 첨가할때까지 첨가량에 따라 식각 속도가 서서히 증가하였으며 질소의 경우는 연속적으로 감소하였다. 식각속도의 균일도는 압력의 감소와 더불어 대선되었으며 100mTorr 이하에서는 4％ 이내로 균일도가 유지되었다. 텅스텐 박막의 실리사이드 박막보다 높은 이방성을 보이는 반면 선택도는 낮았다. 두 경우 모두 전력이 작고 압력이 낮으며 전극간의 거리가 작을수록, 그리고 기판온도가 낮을수록 이방성은 향상되었다. 또한 메탄을 첨가한 경우 이방성은 좋아졌으며 이는 식각 측면 벽에 탄화불소막이 형성되기때문으로 생각된다. 텅스텐 막의 경우 산소를 10％까지 첨가 했을 때 이방성이 향상되었으며 텅스텐 실리사이드의 경우 20％까지 산소를 첨가하여도 이방성은 변하지 않았다. 선택성은 전력이 작고 압력이 높으며 전극간의 거리가 크고 온도가 낮을수록 좋아지는 것으로 나타났다. 텅스텐 실리사이드 막의 경우 RIE lag은 전력이 크고 압력이높으며 전극간의 거리가 크고 산소분압이 높으며 기판온도가 낮을수록 심각한 것으로 나타났다. 실험에서는 Quadrupole massspectrometer를 이용해 반응기체를 분석하였고 식각의 종말점을 찾아내었다. 또한 XPS 분석을 통해 이온 손상과 표면의 화학적 조성을 분석하였다. 표면의 손상은 이온충격때문에 플라즈마 전력이 증가할수록 크게 나타났다. 텅스텐실리사이드의 식각에서는 산소 첨가령이 늘어날수록 SiO?, WO? 그리고 SiOxFy, WOxFg화합물이 표면에서 많이 관측되었다.

Abstract ▼

Experiments on RIE of tungsten and its silicide films using SF? plasma were conducted to identify the fundamental etching mechanism and to investigate the effect of process parameters on etch rate, uniformity, anisotropy, selectivity, and RIE Lag. As power increased, the etch rate increased for bot

Experiments on RIE of tungsten and its silicide films using SF? plasma were conducted to identify the fundamental etching mechanism and to investigate the effect of process parameters on etch rate, uniformity, anisotropy, selectivity, and RIE Lag. As power increased, the etch rate increased for both films. Maximum etch rate was obtained at 200 mtorr for tungsten and at 300 mtorr for tungsten silicide film, which is the result of the synergistic effect of ion-assisted and chemical etching reaction. As interelectrode spacing increased, the etch rate increased for P＜200 mtorr while it decreased for P＞200 mtorr. There was an optimum gas flow rate at 20 sccm to give maximum etch rate. As substrate increased, the etch rate increased and activation energy was 0.046 eV. In addition, maximum etch rate was acquired at 20％ O? addition. The etch rate was slightly increased when Ar was added up to 20％ while it continuously decreased when N? was added. The uniformity got improved as pressure decreased and was less than 4％ for P＜100 mtorr. Quadrupole mass spectrometer was utilized to analyze the residual gas and to detect an end point. RIE of tungsten showed higher anisotropic etch profile and lower selectivity than that of tungsten silicide. For both films, the anisotropy was better for smaller power, lower pressure, smaller spacing, and lower substrate temperature. It was improved when CH? gas was added due to the formation of fluorocabon films on sidewall. Also, anisotropic etch profile was obtained when about 10％ O? was added for tunsten, but for tungsten silicide anisotropy was almost constant up to 20 ％ O?. The selectivity was better for smaller power, larger pressure, and larger spacing, and lower temperature. For tungsten silicide film, RIE Lag was aggrevated for higher power, pressure, interelectrode spacing, O? partial pressure, and for lower substrate temperature. XPS analysis was conductrd to varify the ion damage and surface layer compositions. Surface damage by ion bombardment was observed to increase as power increased for tungsten film. In the case of tungsten silicide film, oxide (SiO?, WO?) and oxyfluoride (SiO(sub)(x)F(sub)(y), WO(sub)(x)F(sub)(y)) compound in the surface layer were increased for larger O? addition.

목차 Contents

• I. 서 론...15
• I.1 연구배경...15
• I.2 연구내용...18
• II. 이론적 배경...19
• II.1 RF 플라즈마...19
• II.1.1 Bulk 플라즈마...19
• II.1.2 Sheath...22
• II.2 식각공정...25
• II.2.1 식각반응메카니즘...25
• II.2.1.1 스퍼터링...25
• II.2.1.2 화학적 식각...26
• II.2.1.3 반응성 이온 삭각...27
• II.2.2 식각특성...30
• II.2.3 난용성 금속 및 금속 실리사이트이 건식식각...33
• III. 실험...36
• III.1 실험장비...36
• III.2 실험방법...38
• IV. 결과 및 고찰...41
• IV.1 텅스텐 박막의 식각...41
• IV.1.1 식각율에 대한 고찰...41
• IV.1.1.1 전력 효과...41
• IV.1.1.2 압력 효과...41
• IV.1.1.3 전극간 거리 효과...45
• IV.1.1.4 유량 효과...46
• IV.1.1.5 온도 효과...48
• IV.1.1.6 첨가기체 효과...48
• IV.1.2 균일도 측정 결과...56
• IV.1.3 잔류기체 조성분석과 종말점 측정...58
• IV.1.4 식각 후 표면의 xps 분석 및 sem 관찰...60
• IV.1.5 이방성 및 선택도에 대한 고찰...64
• IV.1.5.1 전력 효과...64
• IV.1.5.2 압력 효과...66
• IV.1.5.3 전극간 거리 효과...66
• IV.1.5.4 온도 효과...70
• IV.1.5.5 메탄 첨가 효과...70
• IV.1.5.6 산소 첨가 효과...72
• IV.2 텅스텐 실리사이드 박막의 식각...75
• IV.2.1 식각율에 대한 고찰...75
• IV.2.1.1 전력 효과...75
• IV.2.1.2 압력 효과...75
• IV.2.1.3 전극간 거리 효과...79
• IV.2.1.4 유량 효과...79
• IV.2.1.5 온도 효과...82
• IV.2.1.6 첨가기체 효과...84
• IV.2.2 이방성 및 선택도에 대한 고찰...91
• IV.2.2.1 전력 효과...91
• IV.2.2.2 압력 효과...91
• IV.2.2.3 전극간 거리 효과...94
• IV.2.2.4 온도 효과...96
• IV.2.2.5 메탄 첨가 효과...96
• IV.2.2.6 산소 첨가 효과...99
• IV.2.2.7 염소 첨가 효과...99
• IV.2.3 RIE Lag에 대한 고찰...104
• IV.2.4 식각후 표면의 XPS 분석...109
• V. 결론...118
• Nomenclature...121
• References...123