플라즈마를 이용한 높은 선택비로 하부층 손상이 없는 등방성 활성종 식각에 관한 연구

Abstract

반도체 소자의 속도를 향상하고 전력 소비를 줄이며, 또한 고집적화하기 위해 소자의 미세선폭이 점점 작아지고 있다. 최근에는 미세선폭이 십 수 나노미터 이하로 내려감으로서, 미세선폭을 보다 정밀하고 균일하게 한정하기 위해 플라즈마를 이용한 미세 식각 공정의 새로운 기술의 필요성이 대두되고 있는 실정이다. 이러한 미세 플라즈마 제어 필요성에 대한 일환으로 높은 선택비를 요구하는 식각(High Selective Etch) 기술이 연구 보고되고 있다. 높은 선택비 식각은 크게 두가지로 영역으로 나뉠수 있는데, 첫째는 이등방성 선택 식각이며, 나머지 하나는 등방성 선택 식각이다. 이등방성 선택 식각은 방향성을 가진 원자층 식각 공정(Directional ALE)이 대표적이며, 등방성 식각에는 등방성 원자층 식각(Isotropic ALE)과 등방성 활성종 식각(Isotropic Radical Etch)으로 다시 나눌수 있다. 하지만, 원자층 식각 공정은 원자층 단위로 증착과 식각을 반복하여 구현함으로서 정확하고 미세한 식각 조절은 가능하나, 식각률이 현저히 떨어지므로 얇은 층의 막질을 제거하는 데는 용이하나, 많은 양의 막질을 식각 제어에는 효율적이지 못하다. 본 연구는 서로 다른 막질에 대해 높은 선택비와 빠른 식각률을 필요로 하는 미세 공정에서 선택비를 wet etch 수준으로 높이는 것에 관한 것이다. 각 막질의 식각 특성이 Plasma내에서 화학적으로 서로 다른 점을 극대화하여 일반적인 식각에서는 얻을 수 없는 높은 선택비를 만들 수 있었다. 이것은 Wet Etch공정과 비슷한 특성을 보여주나, Wet Etch공정에서 보여주는 선택비의 한계와 미세 불순물 입자에 의한 결함(Defectivity)과 낮은 제어성(Controllability), 국부적 편차를 보이는 균일성(Uniformity), 높은 종횡비를 가진 구조에서의 패턴 손상(Collapse, Bending), 단일 wafer가공 Wet 챔버(Single wafer wet)의 높은 비용 등의 여러 가지 한계를 극복할 수 있을 것으로 여겨진다. 또한, 원자층 식각공정에 비해 이온에너지를 더욱 최소화함으로서 이온 에너지에 의한 손상을 최소화 할 수 있어 높은 선택비를 구현할 수 있다. 본 연구는 미세 선폭을 갖는 나노 구조체에서 원활한 식각이 가능하고, 선택비 확보를 위한 목적뿐만 아니라 여러 방면에서 기존 식각의 한계를 극복할 수 있기에 앞으로 플라즈마 공정에서 다양한 활용이 기대된다.