Capacitive coupled plasma(CCP)장비를 이용한 높은 종횡비 공정에서 Krypton gas의 에칭특성

Abstract

국문요지

현재 메모리 반도체는 크게 DRAM 과 Flash로 나뉘게 된다. 두 Device는 density 및 cost 절감을 위해서, DRAM은 Capacitor 개발에 힘을 쓰고 있고, Flash는 구조적으로 2D Planar(평판)방식에서 3D Vertical(수직)방식으로 개발중에 있다. 더 나은 제품개발을 위해서, Deep Contact 공정이 중요한 부분을 차지하고 있다. Aspect ratio가 올라감에 따라서, Etch공정에 대한 도전이 더욱더 부각되고 있고, Etch공정이 뒷받침이 안된다면 최신제품 개발의 한계에 부딪치게 될 것이다. 따라서 본 논문에서는 현 메모리 반도체의 한계(High Aspect Ratio 공정)을 극복하기 위해서, New Chemistry를 이용하여 연구하였다. Process gas에서 반응성이 적으면서, High Ion Energy를 얻을 수 있는 Krypton을 이용하였다. Krypton은 기존의 Argon 대비 atom의 무게가 무겁고, 이러한 부분을 이용해서 High Ion Energy를 얻을 수 있을뿐만 아니라, Plasma dissociation 관점에서도 효과를 보이고자 했다. 실험결과, Argon 대비 Hole Etch Rate은 5~7% 정도 빠른 것을 얻을 수 있었고, 뿐만 아니라 Hard Mask관점에서는 18% 이상 Loss가 적은 것을 얻을 수 있었다. 그리고, Krypton이 Argon 대비 Hole Etch Rate이 빠른 이유에 대해서 분석한 결과, OES파장 분석시 Argon 에서는 안보이는 Fluorine(761nm) peak이 Krypton으로 대체시 Fluorine(761nm) peak이 올라가는 것을 확인할 수 있다. SiO2 막질을 Etch할 때, 주 Etchant가 Fluorine이기 때문에 Krypton은 Physical적인 Ion Energy 관점도 있지만, Chemistry적인 반응에서도 효과를 확인할 수 있다. 그리고 Source Power를 이용해서 Plasma dissociation관점에서 진행한 결과 Krypton이 Argon대비 보다 더 빠른 Hole Etch Rate(1~3%) 및 더 낮은 Mask loss(3~6%)를 얻을 수 있다. 다시말해, Source Power를 올리게 되면, Krypton에 대한 Plasma dissociation측면에서 더 많은 장점을 얻을 수 있었다. 마지막으로, 평판(SiO2)막질을 이용하여 Etch Rate을 확인했을 때, No inert 대비 Argon은 ~1% 가량 Etch Rate 이 증가되었고, Krypton은 무려 26% 정도 감소하였다. 또한, 여기서 Argon 및 Krypton의 유량을 더 늘렸을 때는, Etch Rate이 Saturation 되는 것을 볼 수 있다. 이러한 부분에서, 동일 유량을 사용하더라도 비활성기체의 종류에 따라서 dissociation의 능력이 달라질수 있다는 부분과 일정량 이상의 비활성기체가 들어가게 되면 오히려 dilution 효과로 인해서 saturation되는 것을 확인할 수 있었다.