Plasma in general CCP기반 power와 Etch rate 관계에 대해 여쭈어드립니다.
2019.10.17 14:03
안녕하세요! 저는 ICP와 CCP 에쳐장비를 이용해서 산화물 반도체 식각 연구를 진행중인 석사과정 학생입니다.
기존의 ICP 에처를 이용하였을때에는 기존 페이퍼의 경향대로 bias power 증가시 Etch rate 증가하는 결과를 얻을 수 있었는데요!
CCP 장비를 이용하고 나서는 오히려 Power 증가할 때 Etch rate가 감소하는 현상을 보였습니다.
사용한 가스는 CH4 H2 Ar 혼합가스 이고 Power는 150W , 180W에서 실험을 진행했는데 Etch rate는 반토막이 나서 결과를 이해하는데 어려움을 겪고 있습니다.
Power 증가시 Ion energy 및 dissociation 증가로 radical flux 또한 증가하게 될터이니, 당연히 Etch rate까지 증가하는게 맞다고 생각하는데요,( power 이외의 gas flow rate , temperature, pressure 등의 조건은 모두 동일합니다.)
다만 한가지 의심이 드는건, ion bombardment + Radical의 Chemical reaction이 진행하는 경우보다 Ion의 sputtering을 진행하는 메커니즘이 dominent해지기 때문일 것이라는 생각이 드는데...
이부분에 대해서 설명을 부탁드리기 위해 글을 남겼습니다. 감사합니다
댓글 3
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김곤호
2019.10.18 23:30
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조현철2
2019.10.24 11:53
안녕하세요 질문글 작성자입니다. 제가 산화물반도체 종류는 말씀드리기 어렵지만,
사용한 Gas는 CH4/H2/Ar 혼합가스입니다. CF4의 경우 F radical과 산화물 반도체 반응시 non -volatile byproduct 형성비율이 높아
ER 특성을 확보할 수 없을거란 생각을 하였고 , 실제 ICP Etcher 이용 실험을 해보아도 낮은 ER을 확인했습니다.
따라서 ,반응시 생성물의 melting point가 낮은 CH4 based gas를 사용하였습니다. 열역학적 반응성을 고려해서 선정한 etch chemistry였는데, CF4기반 GAS보다 ETCH RATE가 훨씬 높은 것은 확인할 수 있었습니다.
공정진행후 Profile, roughness , byproduct 조성확인을 위해 현재 분석중이나, volatile한 byproduct를 형성하면 pump에 의해 빠져나가기 때문에(CF4 이용 시, 양산성 측면에서 Ar 측면에서 nonvolatile byproduct 제거는 chamber wall 오염 issue로 고려하지않음.) 적합한 chemistry로 판단하였습니다.
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김곤호
2019.10.24 20:21
ICP와 CCP에서 식각 radical 생성량이 서로 다른 것 같습니다. 식각 대상의 화학 조성을 모르니 그 이상을 설명하기는 어려울 것 같네요. ICP는 훨씬 효과적으로 해리가 활발해 질 수 있습니다. 특히 Low F driven CCP를 사용하는 경우에는 더욱 그럴 가능성이 큽니다. 유사한 연구가 CF4 경우에서 이미 진행된 바가 있을 것으로 예상됩니다. 패턴이 좋을지도 궁금하니 성과가 있으면 알려 주세요.
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plasma chemistry가 핵심이지요/ 플라즈마 공간에서는 해리와 재결합이 동시에 빈번합니다. byproduct이 많아지면 식각률이 증가하지 않을 수도 있습니다. 교과서적인 답을 찾을 수 있을 것 같습니다. CF4가 맞겠지요?