Etch [RIE] reactice, non-reactice ion의 역할 [Dissociation과 Ar plasma]
2020.08.03 13:46
안녕하세요 교수님, ICP Dry etching을 활용한 High-k , Oxide semiconductor patterning 연구를 진행중인 석사과정 학생입니다.
제가 사용하는 Dry etch chemistry는 CF4/Ar gas인데요, 이 때 반응성 이온으로 형성될수 있는 F+,CFx+ ion 그리고 non-reactive gas인 Ar의 역할들에 대해 질문을 여쭙고 싶습니다.
흔히 Ar ion의 경우 energetic bombardment라 하여 target 표면의 1.physical sputtering 및 2. bonding을 깨 radical과의 화학반응을 유도하며 3. 낮은 ionization energy로 인해 RIE 공정 시 plasma 안정화의 역할을 하는 것으로 알고 있습니다.
반면 Reactive ion 의 경우의 역할에 대해 혼란이 있는데요, 예를들어 CF4 gas의 경우 plasma에서 CFx+ 및 F+ ion이 형성되고
수많은 논문들에서는 이들 reactive ion 의 역할을 1.radical과 같은 표면반응으로 byproduct 형성 / 2. icp의 bias power의 영향을 받아 Ar ion 과 같은 bombardment 역할을 한다고 이야기하고 있습니다.
이부분에서 장비 및 공정의 조건 그리고 target물질에 따라, reactive ion(CF3+ CF2+,CF+,F+ etc..)들의 역할이 바뀔 수 있는 것인지요, 아님 복합적으로 화학반응 및 sputtering 역할이 동시에 일어나되, 공정조건에 따라 dominent한 역할이 달라지는 것인지... 궁금합니다.
정리하면 rie에서 reactive ion의 역할이 ion bombardment & sputtering, chemical reaction 둘다 맞는 말인지 여쭙고 싶습니다.
감사합니다.
Ar/CxFy 식각 공정에 대해서는 제법 연구가 많이 되어 있을 것입니다. x/y 비율에 대한 정밀한 데이터는 미흡하겠지만 이들 입자에 의한식각 개요를 확인할 수는 있겠습니다. CF는 inhibitor 로 사용이 되고 F+식각에 전념하겠고, Ar+는 조력을 하겠지요. 다만 Ar 가스는 식각 플라즈마를 유지, etchant 생성에 매우 중요합니다. 일반적으로 F+는 단순하게 플라즈마 전자 충돌로 만들어진다고 생각할 수 있지만 Ar이 개입하면 Ar* 에 의한 CF 플라즈마의 해리, 즉 heavy ion collision의 확률이 커지므로, F/C 비율 변화가 급격해 지고, 이를 조절하기 위해서 O2등을 추가하게 됩니다. 따라서 Ar은 식각에 화학 반응과 물리적 반응을 모두 변동시키며, 이를 공정조건에 따라 달라진다고 할 수 있습니다. 다만, 공정 조건, 보다는 '플라즈마 장비 운전 조건과 가열 메카니즘 CCP/ICP'에 다라서 달라지게 됩니다.
(추가로 참고할 자료를 첨부합니다.: Principles of Plasma Discharges and Material Processing, (2nd Ed. M.A.Lieberman and A.J. Lichtenberg) Ch. 15.3)