안녕하세요. 플라즈마응용연구실의 박사과정생 유상원입니다. 답변드리겠습니다.

일반적으로 NF3/NH3 를 이용한 SiO2 식각은 Si와 SiO2가 모두 존재하는 상황에서 SiO2 만 선택적으로 식각할 때 사용되고 있습니다.

NF3와 NH3는 플라즈마 내에서 해리와 결합 반응을 하여 F, NH4F, NH4HF2 등을 만들어 내는데, 이들이  SiO2 표면에 증착이 되어 film이 형성 됩니다.

이 때, Si - F 의 결합 에너지 (132 kcal/mol) 가 Si - O 의 결합 에너지 (111 kcal/mol) 보다 높기 때문에 증착된 film이 SiO2의 결합을 끊고, (NH4)2SiF6 를 형성하게 됩니다.

위 반응은 상온에서 잘 일어나는 것으로 알려져 있는데, 위와 같이 반응을 한 후 SiO2 의 온도를 100 'C 이상으로 올리면 (NH4)2SiF6 가 SiF4와 NH3로 승화하게 됩니다.

따라서 NF3/NH3/O2 를 이용한 SiO2 식각에서 핵심이 되는 것은

1) NF3와 NH3를 plasma source 에서 반응 시켜 F, NH4F, NH4HF2 등의 반응성 기체를 만들어내는 것

2) SiO2 의 온도를 상온으로 유지하여 film 형성을 돕고, 이후 SiO2의 온도를 100 'C 이상으로 heating 하여 쌓여있는 막을 승화하는 것

이 되겠습니다.

현재 시스템과 운전 조건이 상세히 서술되어있지 않아 확답을 드리기 어려운 부분이 있습니다만,

먼저 플라즈마가 켜진 상태에서 SiO2의 온도를 상온으로 유지 -> 플라즈마 off 후 100 'C 이상으로 SiO2 가열 -> SiO2를 상온으로 유지하고 플라즈마 on -> ... 의 과정을 반복하여 식각을 시도해보시는 것이 좋을 것 같고,

그 후에 NF3와 NH3 둘 다 plasma source에 넣어서 반응성 기체가 생성되도록 하는 것이 좋을 것 같습니다.

아래 논문을 공부해보시는 것도 좋을 것 같습니다.

1. H. J. Oh et al., "NF3/NH3 Dry Cleaning Mechanism Inspired by Chemical and Physical Surface Modification of Si, SiO2 and Si3N4", ECS Transactions, 61 (38) pp. 1-8 (2014).

2. H. Nishino et al, "Damage-free Selective Etching of Si Native Oxides Using NH3/NF3 and SF6/H2o down-flow etching", J. Appl. Phys. 74 (2), 15 July (1993).

참고하시기 바랍니다.