유도결합 플라즈마를 이용한 백금 박막의 식각 연구 = A Study on Etching of Platinum Thin Film using Inductively Coupled Plasmas
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발행연도
1998
작성언어
English
KDC
504
자료형태
학술저널
수록면
157-173(17쪽)
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소장기관
반도체 메모리 소자가 기가 비트급 이상으로 집적화 되어짐에 따라서, DRAM의 정전 용량 확보를 위하여 강유전체막 캐패시터의 연구에 관심이 집중되어졌다. 일반적으로 강유전체 물질들은 하부전극 물질 위에 sol-gel법 등과 같은 고온-산소 분위기의 화학적 방법으로 증착되어진다. 백금은 그 화학적 안정도 때문에 가장 유력한 하부 전극 물질로 대두되고 있다. 하지만, 백금은 어떠한 식각 가스와도 쉽게 휘발성 물질을 생성하지 않는 단점이 있기 때문에 플라즈마 식각의 어려움이 있다. 따라서, 고집적 메모리 소자의 개발을 위해서는 백금 박막의 식각에 관한 연구가 선결되어져야 한다. 본논문에서는 유도 결합 Cl₂/AR, HBr/Cl₂/Ar 플라즈마를 이용한 백금 박막의 식가에 관한 연구를 수행하였다. 또한 O₂ 가스첨각가 백금 박막의 식각에 미치는 영향에 고나하여 연구하였다. 플라즈마 진단은 Langmuir 탐침과 OES 및 QMS를 이용하였고, 식각 후 표면 반응에 관한 조사는 XPS를 이용하였으며 식각 형상은 SEM을 이용해서 관찰하였다. 처음으로, Cl₂/Ar 프라즈마를 이용한 식각 하였을 때 보다도, 10% Cl₂/90% Ar 조성비일 때가 분당 1450A 정도로 더 높았다. 하지만, 식각 형상에서 펜스 현상이 SEM 사진을 통해서 관찰되어졌고, XPS 분석에 의해 그 주용 성분이 Pt-Cl의 화합물 형태임을 확인하였다. 다음으로 HBr 가스의 백금 박막의 식각에 미치는 영향에 대한 연구를 수행하였다. HBr 가스의 분압이 높아질수록 마스트로서의 산화막에 대한 선택비는 다소 향상되는 반면, 백금 박막의 식각 속도는 현저히 감소함을 볼 수 있었다. 마지막으로 O₂ 가스의 첨가가 백금 박막의 식각에 미치는 효과에 대한 연구를 수행하였다. 10% Cl₂/90% Ar 가스 조성비를 유지할 수 O₂ 가스를 5% 첨가하였을 때, 식각 속도의 저하 없이 펜스 현상이 사라짐과 식각 속도의 저하 없이 펜스 현상이 사라짐과 식각 경사도가 60°가량으로 향상되어짐을 관찰할 수 있었다. 또한 산화막과의 선택비는 2.4 이상으로 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
As highly integrated memory device develops above giga bit, dynamic random access memory (DRAM) requires the capacitor of high dielectric films. Generally, high dielectric materials are prepared on the bottom electrode by chemical methods including sol-gel method with high temperature and oxygen ambient. Pt is the most promising material as bottom electrode owing to its good chemical stability. However, Pt has the drawback of plasma etching because Pt does not easily produce volatile compounds with any etching gas. Therefore, it is the first priority to develop the technology for plasma etching of Pt film in order to achieve the highly integrated memory device. In this study, the etching mechanism of Pt film in inductively coupled plasma etching of Pt film in inductively coupled plasma (ICP) were investigated by using Cl₂/Ar, HBr/Cl₂/Ar plasmas, respectively. And then the additive O₂ gas influence on the etching of Pt film was examined. Surface reaction of Pt etching was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy(XPS). Etch profile was observed by scanning electron microscopy (SEM). And plasma characteristics was investigated by Langmuir probe, optical emission spectroscopy (OES) and quadrapole mass spectrometer (QMS). First, the experimental results etched by using Cl
/Ar gas chemistry. It is found that the highest etch rate as about 1450 A was obtained at 10% Cl₂/90% Ar gas mixing ratio. However, the fence phenomenon was observed by SEM photograph. The redeposited materials on the pattern sidewall were analyzed into mainly gas in (HB+Cl₂) gas mixing under 90% Ar gas mixing made the fence-free profile and raised the etch slope as about 60° without reducing etch rate of Pt film. And the selectivity increases above 2.4.
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