Takeda, K.;Fukunaga, Y.;Tsutsumi, T.;Ishikawa, K.;Kondo, H.;Sekine, M.;Hori, M.
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2016년도 제50회 동계 정기학술대회 초록집
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pp.93-93
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2016
Large scale integrated circuits (LSIs) has been improved by the shrinkage of the circuit dimensions. The smaller chip sizes and increase in circuit density require the miniaturization of the line-width and space between metal interconnections. Therefore, an extreme precise control of the critical dimension and pattern profile is necessary to fabricate next generation nano-electronics devices. The pattern profile control of plasma etching with an accuracy of sub-nanometer must be achieved. To realize the etching process which achieves the problem, understanding of the etching mechanism and precise control of the process based on the real-time monitoring of internal plasma parameters such as etching species density, surface temperature of substrate, etc. are very important. For instance, it is known that the etched profiles of organic low dielectric (low-k) films are sensitive to the substrate temperature and density ratio of H and N atoms in the H2/N2 plasma [1]. In this study, we introduced a feedback control of actual substrate temperature and radical density ratio monitored in real time. And then the dependence of etch rates and profiles of organic films have been evaluated based on the substrate temperatures. In this study, organic low-k films were etched by a dual frequency capacitively coupled plasma employing the mixture of H2/N2 gases. A 100-MHz power was supplied to an upper electrode for plasma generation. The Si substrate was electrostatically chucked to a lower electrode biased by supplying a 2-MHz power. To investigate the effects of H and N radical on the etching profile of organic low-k films, absolute H and N atom densities were measured by vacuum ultraviolet absorption spectroscopy [2]. Moreover, using the optical fiber-type low-coherence interferometer [3], substrate temperature has been measured in real time during etching process. From the measurement results, the temperature raised rapidly just after plasma ignition and was gradually saturated. The temporal change of substrate temperature is a crucial issue to control of surface reactions of reactive species. Therefore, by the intervals of on-off of the plasma discharge, the substrate temperature was maintained within ${\pm}1.5^{\circ}C$ from the set value. As a result, the temperatures were kept within $3^{\circ}C$ during the etching process. Then, we etched organic films with line-and-space pattern using this system. The cross-sections of the organic films etched for 50 s with the substrate temperatures at $20^{\circ}C$ and $100^{\circ}C$ were observed by SEM. From the results, they were different in the sidewall profile. It suggests that the reactions on the sidewalls changed according to the substrate temperature. The precise substrate temperature control method with real-time temperature monitoring and intermittent plasma generation was suggested to contribute on realization of fine pattern etching.
In this paper, the etching studies for n-GaN were carried out using the wet chemical, the photo-enhanced-chemical, and the electro-chemical etching methods. The experimental results show that n-GaN is etched in diluted NaOH solution at room temperture and the etched thickness of NaOH and electron concentrations. Te etching rate of n-GaN samples with n.simeq.1*10$^{19}$ cm$^{-3}$ were used to compare the photo-enhanced-chemical etching with the electrochemical etching methods. The removed thickness was 680.angs./25min by the electrochemical etching methods. The removed thickness was 680 .angs./25min by the electrochemical etching method ad 784.angs./25min by the photoenhanced-chemical etching method. The patterns are 100.mu.m*100.mu.m rectangulars covered with SiO$_{2}$film. It is shown that the profile of etched side-wall of the pattern is vertical without dependance of the n-GaN orientations.
In this study, $CeO_2$ thin films were etched with a $CF_4/Ar$ gas combination in inductively coupled plasma (ICP), The maximum etch rate of $CeO_2$ thin films is $270{\AA}/min$under $CF_4/(CF_4+Ar)$ of 0.2, 600 W/-200 V, 15 mTorr, and $25^{\circ}C$. The selectivities of $CeO_2$ to PR and SBT are 0.21, 0.25. respectively. The surface reaction of the etched $CeO_2$ thin films was investigated with x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). There is a chemical reaction between Ce and F, Compounds such as $Ce-F_x$ are remains on the surface of $CeO_2$ thin films. Those products can be removed by Ar ion bombardment effect, The results of secondary ion mass spectrometer (SIMS) were equal to these of XPS. Scanning electron microscopy (SEM) was used to examine etched profiles of $Ce-F_x$ thin films. The etch profile of over-etched $CeO_2$ films with the $0.5 {\mu}m$ line was approximately $65^{\circ}$.
고밀도 유도결합 $Cl_2$ 및 HBr/$Cl_2$ 플라즈마를 이용하여 차세대 반도체 집적회로에 사용가능한 STI(Shallow Trench Isolation)구조에서 trench 식각시 trench etch profile 및 격자손상에 영향을 미치는 공정변수의 효과에 대하여 연구하였다. 식각결과 $Cl_2$만을 사용한 경우에는 trench 식각공정 동안 화학적 측면식각의 증가로 인하여 등방성 식각이 얻어지고 이는 유도입력 전력이 증가하고 바이어스 전압이 감소함에 따라 이의 경향이 증가하였다. 측면식각의 정도는 $Cl_2$에 $N_2$ 및 $O_2$의 첨가에 따라 감소하였다. 순수 HBr을 사용한 경우에 있어서는 Br 라디칼이 Cl 라디칼에 비하여 자발적인 실리콘 식각의 민감도가 감소하여 positive angle의 식각형상이 얻어졌으며 HBr내에 $Cl_2$의 증가에 따라 이방성 식각이 얻어졌 다. 물리적인 격자손상을 투과전자현미경으로 관찰한 결과 <$Cl_2/N_2$및 HBr을 함유한 식각가 스를 사용한 경우에 trench표면에서 결함이 관찰되었다.
Characteristics of laser-assisted wet etching of titanium in phosphoric acid were investigated to examine the feasibility of this method for fabrication of high aspect ratio microchannels. Laser power, number of scans, etchant concentration, position of beam waist and scanning speed were taken into consideration as the major process parameters exerting the temperature distribution and the cross sectional profile of etched channels. Experimental results indicated that laser power influences on both etch width and depth while number of scans and scanning speed mainly affect on the etch depth. At a low etchant concentration, the cross sectional profile of an etched channel becomes a U-shape but it gradually turns into a V-shape as the concentration increases. On the other hand, surface of the laser beam focus with respect to the sample surface is found to be a key factor determining the bubble dynamics and thus the process stability. It is demonstrated that metallic microchannels with different cross sectional profiles can be fabricated by properly controlling the process parameters. Microchannels of aspect ratio up to 8 with the width and depth ranges of 8∼32 m and 50∼300 m, respectively, were fabricated.
Polyimide (PI) films have been studied widely as the interlayer dielectric materials due to a low dielectric constant, low water absorption, high gap-fill and planarization capability. The polyimide film was etched using inductively coupled plasma system. The etcying characteristics such as etch rate and selectivity were evaluated at different $CF_4/(CF_4+O_2)$chemistry. The maximum etch rate was 8300 ${\AA}/min$ and the selectivity of polyimide to SiO$_2$was 5.9 at $CF_4/(CF_4+O_2)$ of 0.2. Etch profile of polyimide film with an aluminum pattern was measured by a scanning electron microscopy. The vertical profile was approximately $90^{\circ}$ at $CF_4/(CF_4+O_2)$ of 0.2. As 20% $CF_4$ were added into $O_2$ plasma from the results of the optical emission spectroscopy, the radical densities of fluorine and oxygen increased with increasing $CF_4$ concentration in $CF_4/O_2$ from 0 to 20%, resulting in the increased etch rate. The surface reaction of etched PI films was investigated using x-ray photoelectron spectroscopy.
Bi$_4$-$_{x}$EU$_{x}$Ti$_3$O$_{12}$ (BET) thin films were etched by inductively coupled CF$_4$/Ar plasma. We obtained the maximum etch rate of 78 nm/min at the gas mixing ratio of CF$_4$(10%)/Ar(90%). The variation of volume density for F and Ar atoms are measured by the optical emission spectroscopy. As CF$_4$increased in CF$_4$/Ar plasma, the emission intensities of F increase, but Ar atoms decrease, which confirms our suggestion that emission intensity is proportional to the volume density of atoms. From X-ray photoelectron spectroscopy, the intensities of the Bi-O, the Eu-O and the Ti-O peaks are changed. By pure Ar plasma, intensity peak of the oxygen-metal (O-M : TiO$_2$, Bi$_2$O$_3$, Eu$_2$O$_3$) bond was seemed to disappear while the intensity of pure oxygen peak showed an opposite tendency. After the BET thin films was etched by CF$_4$/Ar plasma, the peak intensity of O-M bond increase slowly, but more quickly than that of peak belonged to pure oxygen atoms due to the decrease of Ar ion bombardment. Scanning electron microscopy was used to investigate etching Profile. The Profile of etched BET thin film was over 85$^{\circ}$./TEX>.
In this study. the recovery of plasma induced damage in the etched PZT thin film with $O_2$ re-annealing have been investigated. The PZT thin films were etched as a function of $Cl_2/Ar$ and additive $CF_4$ into $Cl_{2}(80%)/Ar(20)%$. The etch rates of PZT thin films were $1600\dot{A}/min$ at $Cl_{2}(80%)/Ar(20)%$ gas mixing ratio and $1970\dot{A}/min$ at 30 % additive $CF_4$ into $Cl_{2}(80%)/Ar(20)%$. The etched profile of PZT films was obtained above 70 by SEM. In order to recovery properties of PZT thin films after etching, the etched PZT thin films were re-annealed at various temperatures in $O_2$ atmosphere. From the hysteresis curves, ferroelectrical properties are improved by $O_2$ re-annealing process. The improvement of ferroelectric behavior at annealed sample is consistent with the increase of the (100) and (200) PZT phase revealed by x-ray diffraction (XRD). From XPS analysis, intensity of Pb-O, Zr-O and Ti-O peak are increased and the chemical residue peak is reduced by $O_2$ re-annealing. The ferroelectric behavior consistent with the dielectric nature of TixOy is recovered by $O_2$ recombination during rapid thermal annealing process. From AFM images, it shows that the surface roughness of re-annealed sample after etching is improved.
In this study, Au thin films were etched with a $Cl_2/Ar$ gas combination in an in an inductively coupled plasma. The etch properties were measured for different gas mixing ratios of $Cl_2/(Cl_2+Ar)$ while the other process conditions were fixed at rf power (700 W), dc bias voltage (150 V), and chamber pressure (15 mTorr). The highest etch rate of the Au thin film was 3500 $\AA/min$ and the selectivity of Au to $SiO_2$ was 4.38 at a $Cl_2/(Cl_2+Ar)$ gas mixing ratio of 0.2. The surface reaction of the etched Au thin films was investigated using x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. There is Au-Cl bonding by chemical reaction between Cl and Au. During the etching of Au thin films in $Cl_2/Ar$ plasma, Au-Cl bond is formed, and these products can be removed by the physical bombardment of Ar ions. In addition, Optical emission spectroscopy (OES) were investigated to analyze radical density of Cl and Ar in plasma. The profile of etched Au investigated with scanning electron microscopy (SEM).
Etch characteristics of SF6/CI2 electron cyclotron resonance (ECR) plasmas have been investigated. Surface reaction of gas plasma with polysilicon was also analysed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). At the same time, the relationship between surface reaction and the etched profile of polysilicon was examined using XPS. The etch rate of polysilicon and oxide increases with increasing flow rate of SF6 in the SF6/CI2 gas mixture, and tis selectivity also increase also increase. It was also found that as increasing flow rate of SF6 in the SF6/CI2 gas mixture, the atomic% of chlorine detected at surface region decrease, but F and S contents increase. At the same time, when the mixing ratio of SF6 gas increases, the anisotropy of etched polysilicon is sharply decreased in the 0%~10% range of the SF6 mixing ratio, but is rarely varied in the range over 10%, in spite of the large variations in flow rates. It can be explained that the bonding of S-Si due to SiSx(x$\leq$2) compound formed on the etched surface suppress the formation of Si-Cl and 'or Si-F bonding in the silicon etching.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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