• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2011.08a
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• pp.310-311
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• 2011

Dual-frequency (DF) capacitively coupled plasmas (CCP) are used to separately control the mean ion energy and flux at the electrodes [1]. This separate control in capacitively coupled radio frequency discharges is one of the most important issues for various applications of plasma processing. For instance, in the Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition processes such as used for solar cell manufacturing, this separate control is most relevant. It principally allows to increase the ion flux for high deposition rates, while the mean ion energy is kept constant at low values to prevent highly energetic ion bombardment of the substrate to avoid unwanted damage of the surface structure. DF CCP can be analyzed in a fashion similar to single-frequency (SF) driven with effective parameters [2]. It means that DF CCP can be converted into SF CCP with effective parameters such as effective frequency and effective current density. In this study, comparison of DF CCP and its converted effective SF CCP is carried out through particle-in-cell/Monte Carlo (PIC-MCC) simulations. The PIC-MCC simulation shows that DF CCP and its converted effective SF CCP have almost the same plasma characteristics. In DF CCP, the negative resistance arises from the competition of the effective current and the effective frequency [2]. As the high-frequency current increases, the square of the effective frequency increases more than the effective current does. As a result, the effective voltage decreases with the effective current and it leads to an increase of the ion flux and a decrease of the mean ion energy. Because of that, the negative resistance regime can be called the preferable regime for solar cell manufacturing. In this preferable regime, comparison of DF (13.56+100 or 200 MHz) CCP and SF (60 MHz) CCP with the same effective current density is carried out. At the lower effective current density (or at the lower plasma density), the mean ion energy of SF CCP is lower than that of DF CCP. At the higher effective current density (or at the higher plasma density), however, the mean ion energy is lower than that of SF CCP. In this case, using DF CCP is better than SF CCP for solar cell manufacturing processes.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2015.08a
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• pp.136.2-136.2
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• 2015

반도체 제조는 chip의 성능 향상 및 단가 하락을 위해 지속적으로 pattern size가 nano size로 감소해 왔고, capacitor 용량은 증가해 왔다. 이러한 현상은 contact hole의 aspect ratio를 지속적으로 증가시킨바, 그에 따라 최적의 HARC (high aspect ratio contact)을 확보하는 적합한 dry etch process가 필수적이다. 그러나 HARC dry etch process는 많은 critical plasma properties 에 의존하는 매우 복잡한 공정이다. 따라서, critical plasma properties를 적절히 조절하여 higher aspect ratio, higher etch selectivity, tighter critical dimension control, lower P2ID과 같은 plasma characteristics을 확보하는 것이 요구된다. 현재 critical plasma properties를 제어하기 위해 다양한 plasma etching 방법이 연구 되어왔다. 이 중 plasma를 낮은 kHz의 frequency에서 on/off 하는 pulsed plasma etching technique은 nanoscale semiconductor material의 etch 특성을 효과적으로 향상 시킬 수 있다. 따라서 본 실험에서는 dual-frequency capacitive coupled plasma (DF-CCP)을 사용하여 plasma operation 동안 duty ratio와 pulse frequency와 같은 pulse parameters를 적용하여 plasma의 특성을 각각 제어함으로써 etch selectivity와 uniformity를 향상 시키고자 하였다. Selective SiO2 contact etching을 위해 top electrode에는 60 MHz pulsed RF source power를, bottom electrode에는 2MHz pulse plasma를 인가하여 synchronously pulsed dual-frequency capacitive coupled plasma (DF-CCP)에서의 plasma 특성과 dual pulsed plasma의 sync. pulsing duty ratio의 영향에 따른 etching 특성 등을 연구 진행하였다. 또한 emissive probe를 통해 전자온도, OES를 통한 radical 분석으로 critical Plasma properties를 분석하였고 SEM을 통한 etch 특성분석과 XPS를 통한 표면분석도 함께 진행하였다. 그 결과 60%의 source duty percentage와 50%의 bias duty percentage에서 가장 향상된 etch 특성을 얻을 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.307-307
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• 2013

초고집적 회로에 적용되는 반도체 소자의critical dimension (CD)이 수 nano 사이즈로 줄어들고 있기 때문에, 다양한 물질의 식각을 할 때, 건식식각의 중요성이 더 강조되고 있다. 특히 $SiO_2$와 같은 유전체 물질을 식각할 때, plasma process induced damages (P2IDs)가 관찰되어 왔고, 이러한 P2IDs를 줄이기 위해, pulsed-time modulation plasma가 광범위하게 연구되어 왔다. Pulsed plasma는 정기적으로 radio frequency (RF) power on과 off를 반복하여 rf power가 off된 동안, 평균전자 온도를 낮춤으로써, 웨이퍼로 입사되는 전하 축적을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한 fluorocarbon plasmas를 사용하여 $SiO_2$를 식각하기 위해 Dual-Frequency Capacitive coupled plasma (DF-CCP)도 널리 연구되어 왔는데, 이것은 기존의 방법과는 다르게 plasma 밀도와 ion bombardment energy를 독립적으로 조절 가능하다는 장점이 있어서 미세 패턴을 식각할 때 효과적이다. 본 연구에서는 Source power에는 60 MHz pulsed radio frequency (RF)를, bias power에는 2 MHz continuous wave (CW) rf power가 사용된 system에서 Ar/$C_4$ F8/$O_2$ 가스 조합으로, amorphous carbon layer (ACL)가 hard mask로 사용된 $SiO_2$를 식각했다. 그리고 source pulse의 duty ratio와 pulse frequency의 효과에 따른 $SiO_2$의 식각특성을 연구하였다. 그 결과, duty ratio의 감소에 따라 $SiO_2$, ACL의 etch rate이 감소했지만, $SiO_2$/ACL의 etch selectivity는 증가하였다. 반면에 pulse frequency의 변화에 따른 두 물질의 etch selectivity는 크게 변화가 없었다. 그 이유는 pulse 조건인 duty ratio의 감소가 전자 온도 및 전자 에너지를 낮춰 $C_2F8$가스의 분해를 감소시켰으며, 이로 인해 식각된 $SiO_2$의 surface와 sidewall에 fluorocarbon polymer의 형성이 증가하였기 때문이다. 또한 duty ratio의 감소에 따라 etch selectivity뿐만 아니라 etch profile까지 향상되는 것을 확인할 수 있었다.