• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.230-230
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• 2013

플라즈마를 활용한 미세 패턴의 건식 식각은 반도체 소자 공정에 있어서 가장 중요한 기술 중 하나이다. 한편, 매년 발행되는 ITRS Roadmap 에 따르면 DRAM 의 1/2 pitch 는 감소하는 동시에 Contact A/R (Aspect Ratio) 는 증가하고 있다. 이러한 추세 속에서 기존의 공정을 그대로 활용할 경우 식각물의 프로파일 왜곡 혹은 휨 현상이 발생하고 식각 속도가 저하되며 이러한 특성들이 결과적으로는 생산성의 저하로 이어질 수 있다. 이러한 현상을 최소화하기 위해서는 무엇보다 독립된 plasma parameter 들이 식각물의 프로파일 혹은 식각 속도 등에 어떠한 영향을 주는 지에 대한 학문적 이해가 필요하다. 본 논문에서는 최소 CD (Critical Dimenstion) 100nm, 최대 A/R 30 인 HARC (High Aspect Ration Contact hole) 의 식각 특성이 plasma parameter 에 따라 어떻게 변하는지 확인해 보고자 한다. 산화물의 식각은 대표적인 high density plasma source 중의 하나인 ICP에서 진행하였으며 기존에 알려진 plasma parameter 에 더하여 자장의 인가가 산화물의 식각 특성에 어떠한 영향을 주는지 살펴보고자 전자석을 ICP 에 추가로 설치하여 실험을 진행하였다. 결과적으로, plasma parameter 에 따른 혹은 자장의 세기 변화에 따른 산화물의 식각 실험을 플라즈마 진단 실험과 병행하여 진행함으로써 다양한 인자에 따른 산화물의 식각 메커니즘을 정확하게 이해하고자 하였다. 실험 내용을 요약하면 다음과 같다. 먼저, 전자석의 전류 인가 조건에 따라 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장의 분포가 달라질 수 있음을 확인하였고 플라즈마 진단 결과 축 방향 혹은 반경 방향으로의 자장이 증가하였을 때 고밀도의 플라즈마가 형성될 수 있음은 물론 반경 방향으로의 플라즈마 밀도의 균일도가 향상됨을 확인할 수 있었다. 또한 ICP 조건에서 바이어스 주파수, 압력, 바이어스 파워, 소스 파워, 가스 유량 등의 plasma parameter 가 산화물의 식각 특성에 미치는 영향 및 메커니즘을 규명하였고 이 과정을 통해 최적화된 프로파일을 바탕으로 축 방향 혹은 반경 방향으로 증가하는 자장을 인가하였을 때 (M-ICP 혹은 자화 유도 결합 플라즈마) ICP 대비 산화물의 식각 속도가 증가함은 물론 PR-to-oxide 의 선택비가 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다. 자장의 인가에 따른 산화물의 정확한 식각 메커니즘은 향후의 실험 진행을 통해 이해하고 이를 통해 궁극적으로는 산화물의 식각 공정이 나아가야 할 올바른 방향을 제시하고자 한다.

• Electronics and Telecommunications Trends
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• v.4 no.2
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• pp.76-109
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• 1989

본 연구에서는 초고집적 반도체소자의 제작을 위한 건식 식각장비의 기술동향 분석과 식각공정에 대한 요구조건 추출 및 실제의 공정예를 검토함으로써 submicron급의 초미세형상을 가공하는데 이방성과 저손상의 중요한 특성을 갖는 ECR 플라즈마, 특히 저온의 식각방식이 차세대의 건식 식각장치의 주류가 될 것임을 예측하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.02a
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• pp.263-263
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• 2011

본 연구에서는 DBD (Dielectric Barrier Discharge)방식의 상압 플라즈마를 이용하여 FPD (flat panel display) 공정에 사용되는 a-Si, Si3N4의 식각 공정 특성을 평가하였다. 사용된 DBD 반응기는 기존의 blank planar plate 형태의 Power가 인가되는 anode 부분과 Dielectric Barrier 사이 공간을 액상의 도전체로 채워 넣은 형태의 전극이 사용 하였으며, 인가 Power는 40kHz AC 최대인가 전압 15 kVp를 사용 하였다. 방전 가스는 N2, 반응가스로는 CDA (Clean Dry Air)와 NF3, 액상의 Etchant를 사용 하였으며 모든 공정은 In-line type으로 시편을 처리 하였다. NF3의 경우 30 mm/sec 이송속도 1회 처리 기준 a-Si 1300${\AA}$, Si3N4 1900${\AA}$의 식각 두께를 보였으며 a-Si : Si3N4 선택비는 N2, CDA의 조절을 통하여 최대 1:2에서 4:1 정도까지 변화가 가능하였다. 균일도는 G2 (370 mm${\times}$470 mm)의 경우 5.8 %의 균일도를 보이고 있다. 이외에도 NF3 공정의 경우 실제 TFT-LCD 공정 중 n+ channel (n+ a-Si:H)식각 공정에 적용하여 5.5 inch LCD panel feasibility를 확인 할 수 있었다. 액상 Etchant (HF수용액, NH4HF2)는 버블러를 사용하여 기화 시켜 플라즈마 소스를 통해 1차적으로 활성화 시키고 기존 DBD 반응기에 공급해 주는 형태로 평가를 진행하였다. 식각 특성은 30mm/sec 이송속도에서 a-Si $25{\AA}$ 정도로 가스 형태의 Etchant에 비해 매우 낮은 수준이나 Etching rate 향상을 위한 factor 파악 및 개선을 위한 연구를 진행 하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.400-400
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• 2011

습식 식각과 RIE (reactive ion etching) 텍스처링 된 다결정 실리콘 태양전지의 라미네이팅 공정 전 후에 양자 효율과 광학적 특성 및 전기적 특성의 변화를 관찰 하였다. 두 식각 방법을 이용해 라미네이팅 공정 전 습식 식각의 표면 텍스처 태양전지에 비해 RIE 표면 텍스처태양전지에서 높은 양자 효율이 관측 되었지만, 라미네이팅 공정 후에 두 셀을 비교해 보면 RIE 텍스처링 된 것의 양자 효율이 더 낮아지는 것을 확인 할 수 있었다. 300~1,100 nm의 파장 범위에서 10 nm의 간격으로 양자효율, 반사율, 투과율, 흡수율 및 변환 효율을 측정하였다. 또한, 공정 전 후의 셀의 dark current를 측정하였다. 위 연구 결과를 통해 라미네이팅 공정에 따른 다결정 실리콘 태양전지의 특성 변화를 분석 하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• v.47 no.1
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• pp.79-83
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• 2009

In this study, the characteristics of amorphous silicon etching for the formation of gate electrodes have been evaluated at the variation of several process parameters. When total flow rates composed of $Cl_2/HBr/O_2$ gas mixtures increased, the etch rate of amorphous silicon layer increased, but critical dimension (CD) bias was not notably changed regardless of total flow rate. As the amount of HBr in the mixture gas became larger, amorphous silicon etch rate was reduced by the low reactivity of Br species. In the case of increasing oxygen flow rate, etch selectivity was increased due to the reduction of oxide etch rate, enhancing the stability of silicon gate etching process. However, gate electrodes became more sloped according to the increase of oxygen flow rate. Higher source power induced the increase of amorphous silicon etch rate and CD bias, and higher bias power had a tendency to increase the etch rate of amorphous silicon and oxide.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.701-701
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• 2013

표면조직화는 입사되는 빛의 반사를 줄이고 태양전지 내부에서 빛의 이동거리를 길게하여 효율을 향상시키는 중요한 요소가 된다. 결정질 실리콘 표면 조직화에서 일반적으로 알카리 습식 식각이 많이 사용되며 이 식각 방법으로 반사도를 400~1000 nm의 파장에서 평균 11%까지 줄일 수 있다. 본 논문에서는 빛의 반사를 더 줄여 단락전류를 향상 시키기 위해 기존 NaOH를 이용한 표면 조직화를 수행한 후에 반응성 이온 식각 공정을 적용하는 2단계 표면 조직화 공정을 최적화 하였다. 먼저 NaOH 2%, IPA 7.5%용액에서 $80^{\circ}C$ 유지하면서 35분간 식각을 한 후에 ICP 장치에서 SF6/O2 비율 1:1, 공정 압력 25 mTorr, 시간 200 s로 고정하고 RF 파워를 25~200 W로 변화를 주면서 실험 하였다. 그 결과 마이크로 크기의 피라미드 위에 나노 크기의 피라미드를 형성할 수 있었으며 400~1,000 nm 파장에서 평균 4.96%까지 반사도를 낮출 수 있었다. 기존 알카리 식각 공정에 비해 반사도가 많이 낮아지게 되어 입사되는 빛의 양이 증가함으로서 단락전류가 증가하고 효율이 향상될 것으로 기대된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.102.1-102.1
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• 2015

플라즈마를 이용한 건식식각공정은 식각하고자 하는 기판과 더불어 챔버 내부를 구성하고 있는 부품들이 플라즈마에 함께 노출되는 환경이다. 챔버 내부가 장시간 플라즈마에 노출되어 열화 되면 기판의 불량을 야기하는 오염입자의 발생이 증가하므로 양산 공정에서는 그 때마다 내부 부품을 교체하여 청정한 공정 환경을 유지시킨다. 공정 챔버의 내부 부품은 플라즈마로 인한 열화를 방지하기 위하여 내플라즈마성이 우수하다고 알려진 코팅처리를 하여 사용한다. 금까지 플라즈마 식각 공정에 관한 연구는 식각하고자 하는 기판관점에서 활발히 이루어져 왔으나 내플라즈마성 코팅소재 관점에서의 연구 보고는 미미한 실정이다. 본 연구에서는 장시간의 양산공정을 모사하는 가혹한 플라즈마 조건에서 $CF_4/O_2$ 혼합가스를 사용하여 AAO (Anodic Aluminum oxide)피막의 오염입자 특성을 실시간 모니터링 하는 동시에 OES 분석을 수행하여 내플라즈마성 코팅소재의 오염입자 발생 메커니즘에 대하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.08a
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• pp.315.1-315.1
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• 2013

표면 조직화의 목적은 태양전지 표면에서의 입사되는 빛의 반사율을 감소 시키고, 웨이퍼 내에서 빛의 통과 길이를 길게 하며, 흡수되는 빛의 양을 증가시키는 것이다. 본 연구에는 습식, 건식 표면조직화 방법에 따른 표면 형상과 표면 반사도를 분석 하였으며, 셀을 제작하여 전기적 특성과 광학적 특성의 상관관계를 분석하였다. 표면 조직화 공정은 염기성 용액인 KOH를 이용한 식각 방법과 Ag를 이용한 metal-assisted 식각, 산증기를 이용한 식각, 플라즈마를 이용한 반응성 이온식각을 적용하여 제작하였다. 표면 반사율을 400~1000 nm 사이의 파장에서 측정하였으며 KOH를 이용하여 식각한 샘플이 9.11%의 표면 반사율을 가졌으며 KOH를 이용하여 식각한 표면에 추가로 metal-assisted 식각을 한 샘플이 2%로 가장 낮은 표면 반사율을 보였다. 표면 조직화 후 동일 조건으로 셀을 제작 하여 효율 측정 결과 Ag를 이용한 2단계 metal-assisted chemical 식각이 15.83%의 가장 낮은 광변환 효율을 보였으며 RIE를 이용한 2단계 반응성 이온 식각공정이 17.78%로 가장 높은 광변환 효율을 보였다. 이 결과는 반사도 결과와 일치 하지 않았다. 표면 조직화 모양에 따른 셀 효율의 변화는 도핑 프로파일과 표면 재결합 속도의 변화 때문이라 생각되며 더 명확한 분석을 위해 양자 효율을 측정하여 분석을 시도하였다. 측정 결과 단파장 대역에서 낮은 응답특성을 가지는 것을 확인 할 수 있었는데 그 이유는 낮은 반사도를 가지는 표면조직화 공정의 경우 나노사이즈의 구조를 갖기 때문에 균일한 도핑 프로파일을 얻지 못해 전자 정공의 분리가 제대로 이루어지지 못하였고 표면 재결합 속도증가의 원인으로 단락전류와 개방전압이 낮아져 효율이 떨어진 것으로 판단된다. 실험 결과 도핑 프로파일의 균일성은 셀 효율 개선을 위해 낮은 표면 반사율 만큼 중요하다는 점을 알게되었다. 낮은 반사율을 갖는 표면조직화 공정도 중요하지만 표면에 따른 균일한 도핑 프로파일을 갖는 공정을 개발한다면 단파장 응답도가 향상되어 단락전류밀도의 상승효과를 얻을 수 있을 것이라 판단된다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2012.02a
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• pp.463-463
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• 2012

ITRS (international technology roadmap for semiconductors)에 따르면 MOS(metal-oxide-semiconductor)의 CD (critical dimension)가 45 nm node이하로 줄어들면서 poly-Si/$SiO_2$를 대체할 수 있는 poly-Si/metal gate/high-k dielectric이 대두된다고 보고하고 있다. 일반적으로 high-k dielectric를 식각시 anisotropic 한 식각 형상을 형성시키기 위해서 plasma를 이용한 RIE (reactive ion etching)를 사용하고 있지만 PIDs (plasma induced damages)의 하나인 PIED (plasma induced edge damage)의 발생이 문제가 되고 있다. PIED의 원인으로 plasma의 direct interaction을 발생시켜 gate oxide의 edge에 trap을 형성시키므로 그 결과 소자 특성 저하가 보고되고 있다. 그러므로 본 연구에서는 이에 차세대 MOS의 high-k dielectric의 식각공정에 HDP (high density plasma)의 ICP (inductively coupled plasma) source를 이용한 원자층 식각 장비를 사용하여 PIED를 줄일 수 있는 새로운 식각 공정에 대한 연구를 하였다. One-monolayer 식각을 위한 1 cycle의 원자층 식각은 총 4 steps으로 구성 되어 있다. 첫 번째 step은 Langmuir isotherm에 의하여 표면에 highly reactant atoms이나 molecules을 chemically adsorption을 시킨다. 두 번째 step은 purge 시킨다. 세 번째 step은 ion source를 이용하여 발생시킨 Ar low energetic beam으로 표면에 chemically adsorbed compounds를 desorption 시킨다. 네 번째 step은 purge 시킨다. 결과적으로 self limited 한 식각이 이루어짐을 볼 수 있었다. 실제 공정을 MOS의 high-k dielectric에 적용시켜 metal gate/high-k dielectric CMOSFETs의 NCSU (North Carolina State University) CVC model로 구한 EOT (equivalent oxide thickness)는 변화가 없으면서 mos parameter인 Ion/Ioff ratio의 증가를 볼 수 있었다. 그 원인으로 XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)로 gate oxide의 atomic percentage의 분석 결과 식각 중 발생하는 gate oxide의 edge에 trap의 감소로 기인함을 확인할 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2010.02a
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• pp.478-478
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• 2010

대기압 플라즈마 공정은 진공 플라즈마 공정에 비해 장치의 경제성 및 규모면에서 많은 장점을 갖고 있어 대기압 공정에 대한 연구가 필요하다. 본 연구는 대기압 DC Arc Plasmatron을 이용하여 기체의 유량, 전류, plasmatron과 Si wafer 간의 거리를 변화시켜 이에 대한 Si wafer에 식각률(etching rate)을 확인하고 최적화 하였다. Ar은 2000sccm, $CF_4$는 50, 100sccm, 그리고 $O_2$는 0~1000sccm의 유량에 변화를 주었고 전류는 50A, 70A에서 식각하였다. 분석을 위해 Si wafer를 SEM(scanning electron microscope) 측정을 하였고, 그 결과 전류는 70A에서 기체 유량은 $CF_4$는 100sccm, $O_2$는 500sccm 일 때 식각률이 높게 나타났다. 그리고 전류와 유량을 위와 같은 조건에서 Plasmatron과 Si wafer 간의 거리를 5mm~15mm 변화를 주었을 때 Si wafer에 식각률을 측정해 본 결과 거리가 5mm일 때 식각률이 가장 높음을 확인 할 수 있었다. 아울러 거리를 변화시켰을 때가 유량이나 전압을 변화시킨 것 보다 식각률의 변화가 큰 경향을 보임을 알 수 있었다.