Etch SiO2 식각 위한 Remote Plasma Source관련 질문 드립니다.
2016.09.26 16:57
RPS를 이용하여 SiO2를 식각을 하려 하는데요..
가스는 NF3, NH3, O2를 이용하려 합니다.
NF3를 RPS쪽으로 흘려서 Plasma로 인가를 시키고.. NH3는 Gas상태로 다른 라인을 이용하여 함께 넣어 보았는데요...
SiO2가 생각보다 Etching이 되지 않네요...
어떤조건을 건드려 보는게 SiO2 에칭에 가장 효과 적일까요..?
조언 부탁 드립니다.
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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.