Transcript 5차년도_최종교류회_발표자료(황기웅 교수님).

Si Trench 및 HARC 의 Dry etch 시
RIE lag 개선 메커니즘 연구
2015년 xx월 xx일
대표 학생
김지원
과제 책임자
황기웅 교수
School of EE,
Seoul National University
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4년간 전략산학 연구 성과 결산
연구 성과 요약 (’11.07~’15. 06)
1. 참여 기간 : 2011. 07. 01 ~ 현재
2. 전략산학 장학생 현황 : 이우현, 김지원 (총 2 명)
3. 대표 연구 주제 :
- Si Trench Dry etch 시 RIE lag 제어 기술
- HARC Dry etch 시 RIE lag 제어 기술
- M-ICP 의 RIE lag 제어 메커니즘 분석
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대표 논문 Review
논문 제목 :
- A study on reactive ion etching lag of a high
aspect ratio contact hole in a magnetized
inductively coupled plasma
논문 내용 :
- M-ICP 의 공정 변수에 따른 식각 특성 및
RIE lag 의 경향성을 살펴보고, 다양한 툴을 활용한
진단을 통해 HARC 의 RIE lag 가 개선되는 메커니즘을
분석함.
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대표 논문 Review
선정 이유 :
- RIE lag 를 개선할 수 있는 중요한 process parameter 를 확인했을 뿐만
아니라, 좁은 범위 내에서 공정 변수를 조절하였음에도 RIE lag 및 inverse
RIE lag 가 동시에 관찰되는 새로운 현상을 목격하고 그 메커니즘을 분석.
저널 정보 :
- 저널명 : Plasma Sources Science and Technology
- Impact Factor : 3.056 (2013년 기준)
- 플라즈마 소스 분야 최고 저널
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About RIE lag
RIE Lag or Aspect Ratio Dependent Etching (ARDE)
High Aspect ratio의 feature가 low aspect ratio의 feature 보다 etch rate이
감소하는 현상, 혹은 식각 깊이 증가에 따라 etch rate이 감소하는 현상
Mask
𝟏𝟎𝟎 −
Etch할 물질
𝐥𝐨𝐰𝐞𝐬𝐭 𝐝𝐞𝐩𝐭𝐡
× 𝟏𝟎𝟎 (%)
𝐡𝐢𝐠𝐡𝐞𝐬𝐭 𝐝𝐞𝐩𝐭𝐡
Key factor for RIE lag control
M-ICP
Magnetic flux density
Gas Pressure
Bias Frequency
Source power
Bias Power
Gas ratio
What is the mechanism of RIE lag?
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Reduction in
RIE lag
STI : RIE lag according to Bias Power
50, 100, 150, 250, 350, 500W/ 0.67Pa / 𝑯𝑩𝒓 200sccn 𝑶𝟐 2sccm / 500𝑾𝑺 / 110sec
Profile image, 150 W
Normalized Etch Depth
Ion Energy Distribution
Ion Current Density
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RIE Lag & Si etch rate
• Bias power ↑ → Si etch rate ↑
• Bias power ↑ → Ion energy ↑, Ion current
density ↑ → RIE lag ↓
• Positive charge build-up → RIE lag ↑
when employing too mush bias power
STI : RIE lag according to Pulsed Plasma Frequency
CW, 0.1, 1, 10, 100kHz / 0.67Pa / 𝑯𝑩𝒓 200sccn 𝑶𝟐 2sccm / 500𝑾𝑺 / 500𝑾𝑩 (50% duty) / 110sec
0.1kHz
1kHz
Normalized Etch Depth
10kHz
RIE Lag
100kHz
Continuous
Trench bottom의 vertical profile
• RIE lag ↓ with pulsed plasma
• Vertical profile with pulsed
plasma
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HARC : RIE lag according to Magnetic Flux Density
0, 4, 8, 12, 15Gauss / 0.67Pa / 𝐂𝟒 𝐅𝟖 2.6sccm - Ar 4sccm / 750𝑾𝑺 / 500𝑾𝑩 (2M)
Profile image, 4G
IED
Normalized depth
RIE lag
Ion flux
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• ~8Gauss : RIE lag ↓ since ion
flux ↑
• Low-energy ions and high 𝑻𝒆
(12, 15Gauss)
→ Oxide E/R ↓, CD ↑, RIE lag
↑
• Inverse RIE lag in M-ICP vs
RIE lag in ICP
→ Electron (10.5eV~) : M-ICP
> ICP
EEPF
HARC : RIE lag according to Neutral Gas Pressure
0.067, 0.14, 0.4, 0.67Pa / 𝐂𝟒 𝐅𝟖 2.6sccm - Ar 4sccm / 750𝑾𝑺 / 500𝑾𝑩 (2M) / 8Gauss
Etch rate
Profile image, 0.067Pa
Normalized depth
Top CD :
90 / 110 / 130 / 160 / 200nm
• Pressure ↓ → Ion flux ↑ → RIE lag ↓
• Inverse RIE lag in 0.4Pa and
0.67Pa
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Ion flux
RIE lag
Plasma Density and Electron Temp. in M-ICP
0, 4, 15, 25Gauss / 0.67Pa / Ar 20sccm / 1000𝑾𝑺
Plasma density
Electron temperature
0Gauss
4Gauss
0Gauss
4Gauss
15Gauss
25Gauss
15Gauss
25Gauss
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R-wave in M-ICP
0, 4, 15, 25Gauss / 0.67Pa / Ar 20sccm / 1000𝑾𝑺
Time-varying B-field
Dispersion relation
0Gauss
4Gauss
15Gauss
25Gauss
Propagates
when 𝝎 < 𝝎𝒈
L – wave :
𝒄𝟐 𝒌𝟐
𝝎𝟐
R – wave :
𝒄𝟐 𝒌𝟐
𝝎𝟐
𝟐
= 𝒏 =𝟏−
𝟐
= 𝒏 =𝟏−
𝝎𝒑 𝟐 ∕𝝎𝟐
𝟏−(𝝎𝒈 𝒘)
𝝎𝒑 𝟐 ∕𝝎𝟐
𝟏+(𝝎𝒈 𝒘)
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요약
5년간 주요 연구 성과
1. 실적 : SCI 3편, Conf. 5편
2. 주요 연구 성과
- Si Trench Dry etch 시 RIE lag 제어 방법 및 메커니즘 연구
→ Ion current density 제어 및 pulsed plasma 활용이 RIE lag 제어의 핵심
- HARC Dry etch 시 RIE lag 제어 방법 및 메커니즘 연구
→ 자장의 인가를 통한 저압 구동이 RIE lag 제어의 핵심
- 플라즈마 진단을 통한 ICP 및 M-ICP 의 방전 특성 비교 분석
→ M-ICP 에서 R-wave heating 에 의한 라디컬 생성 및 기판 전자 온도 조절이 중요
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