불활성 가스 주입을 통한 플라즈마의 E-H 모드 전이 현상 개선

Abstract

실리콘-옥시나이트라이드(SiON) 및 실리콘-나이트라이드(SiN) 등의 nitride 계열의 물질은 반도체 제조 공정에서 널리 사용되어져 왔다. 최근 patterning 기술이 보편화되면서 SiON 필름과 탄소 필름 층의 식각 기술이 갈수록 중요해지고 있다. 그러나 nitride 계열의 필름 식각 공정은 E-H 모드 전이로 인하여 플라즈마 이중성 위험을 잠재적으로 내포하고 있는 것으로 밝혀졌다. 이러한 플라즈마 E-H 모드 전이 현상은 SiON 필름 식각공정에서 반사 전력 발생 및 광학 방출 스펙트럼 신호 변환을 발생시키는 것으로 관찰되었다. 결과적으로, 이것은 소자의 크기(critical dimension: CD)를 제어하는데 주요 위험 요인이 되고 있는 상황이다. 본 논문에서는 반도체 제조 공정의 하나인 식각 공정에서 유도 결합 플라즈마 식각 장비에서 발생하는 E-H 모드 전이에 대하여 연구 하였다. 특히 nitride열 식각 시 발생하는 E-H 모드 전이 현상으로 인한 광학 방출 스펙트럼(optical emission spectrum: OES)신호 외곡 현상과 반사 전력(reflected power)에 주안을 두었다. 특히 식각 장비 내부에(chamber) nitride 계열의 wafer를 기반으로 하여 이 때 발생하는 반사 전력은 E-H 모드 전이에 대한 발생 유무를 판별하는 기준점으로 제시 하였고, E-H 모드 전이가 발생하는 구간의 반사 전력량 대비 낮은 구간을 E-H 모드 전이가 일어나지 않는 조건으로 판별하였다. 낮은 반사 전력을 갖는 조건으로는 인가전력 및 공정 압력 그리고 가스유량 등에 대한 평가가 되었으며, 일정 조건에서는 안정적인 반사 전력을 가지는 상태가 관찰되었다. 그렇지만 이는 후속 공정에 영향을 끼치는 식각 비율(etch rate) 변화 및 식각 균일성(etch uniformity) 등의 변화가 발생하였다. 대체 방법으로 불활성 가스의 일종인 헬륨(helium: He)과 아르곤(argon: Ar) 등의 첨가를 실시하였으며 이로 인하여 보다 안정적인 반사 전력이 발생하는 상태를 확인하였다. 이는 nitride 필름 식각 시 유발될 수 있는 E-H 모드 전이 현상에 대하여 보다 안정적인 식각 조건을 제시 한다.