Study on deep Si etching mechanism using in-situ surface temperature monitoring in $SF_6/O_2$ plasma

Thermocouple 을 통해 Inductively coupled plasma 에 노출된 실리콘 기판 표면온도를 공정조건 변화 에 따라 실시간 (in-situ) 측정하였다. 이를 바탕으로 공정변화에 따른 플라즈마 내 활성종의 거동을 연구하였다. 더 나아가 기판의 표면온도변화 및 활성종의 거동해석을 토대로 공정변화에 의한 딥 실리콘 구조형성 메커니즘을 해석하였다. 플라즈마에 노출된 기판표면 온도를 상승시키는 주 활성종은 positive ion 이며 ICP power, Bias power, 플라즈마 압력 변화에 따라 positive ion 의 밀도 및 가속에너지가 변화하는데 이러한 거동변화는 기판의 표면온도를 변화시킴을 알 수 있었다. 딥 실리콘 구조의 측벽 및 바닥에 형성되어 있는 passivaiton layer 즉 $SiO_xF_y$(silicon oxyflouride) 는 온도에 매우 민감한 물질이며 이는 딥 실리콘 구조 내부로 입사하는 positive ion 거동변화에 따라 그 성질이 변화하여 deep Si 구조 형상을 변화시킴을 알 수 있었다. 기판표면 온도가 $0^{\circ}C$ 이하의 극저온으로 유지된 상황에서 플라즈마를 방전할 경우 positive ions 의 가속에너지로 인해 기판표면온도가 상승하며 액화질소 유량증가를 통해 다시 기판의 표면온도를 유지시킬 수 있었다. 이를 통해 플라즈마 방전 전과 방전 후의 기판 표면온도는 상온의 기판뿐만 아니라 극저온의 기판에서도 다름을 알 수 있었다. 냉각환경 변화에 따른 딥 실리콘 구조형성 메커니즘을 positive ions 거동 그리고 온도 감소에 의한 $SiO_xF_y$ 성질 변화를 이용해 해석할 수 있었다.