Cl2/Ar gas 를 이용한 코발트 박막의 순환 식각 = Cyclic etching of cobalt films using Cl2/Ar gas

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, the cobalt thin film was etched through cyclic etching using a two-step process of Cl2 plasma and Ar sputtering. In the first step, the cobalt surface was chlorinated by exposing the cobalt thin films to Cl2 plasma to form a CoCl2 layer, and the chlorinated cobalt thin film was removed through Ar sputtering in the second step. In the first step, the saturation point of the CoCl2 layer was confirmed through XPS surface analysis, and it was confirmed through XPS depth profile analysis that the CoCl2 layer was saturated to a thickness of 2 nm. In the second step, the dc-bias voltage and Ar sputtering time were changed to optimize the removal of the CoCl2 layer. In the second step, similarly, the point where the CoCl2 layer was removed was confirmed through XPS surface analysis. In addition, the etch profiles and EPCs were obtained according to the dc-bias voltage and Ar sputtering time. The results reveal the close relationship between the thickness of the CoCl2 layer and the sputtering conditions, which affects the etch profile of the cobalt thin films. Finally, the 300 nm pattern size of the cobalt thin film was successfully etched without redeposition of the sidewall through the cyclic etching of the two-step process. Keywords: cobalt thin films, cyclic etching, ALE, dc-bias voltage, Ar sputtering, surface modification

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 Cl2 플라즈마와 Ar 스퍼터링의 2 단계 공정을 사용하여 순환 식각을 통해 코발트 박막을 식각하였다. 첫 번째 단계에서, 코발트 박막을 Cl2 플라즈마에 노출시켜 CoCl2 층을 형성함으로써 코발트 표면을 염소화하고 두 번째 단계에서 Ar 스퍼터링을 통해 염소화된 코발트 박막을 제거하였다. 첫 번째 단계에서 XPS 표면 분석을 통하여 CoCl2 층의 포화 지점을 확인하였고 XPS 깊이 프로파일 분석을 통하여 CoCl2 층이 2 nm 두께로 포화되었다는 것을 확인하였다. 두 번째 단계에서, CoCl2 층의 제거를 최적화하기 위해 dc-bias 전압과 Ar 스퍼터링 시간을 변경하였다. 두 번째 단계에서도 마찬가지로 XPS 표면 분석을 통하여 CoCl2 층이 제거되는 지점을 확인하였다. 또한, dc-bias 전압과 Ar 스퍼터링 시간에 따른 식각 프로파일과 EPC 를 얻어냈다. 그 결과, CoCl2 층의 두께와 스퍼터링 조건 사이의 밀접한 관계가 밝혀졌고, 이는 코발트 박막의 식각 프로파일에 기인하였다. 마지막으로, 2 단계 공정의 순환 식각을 통해 코발트 박막의 300 nm 패턴을 측벽의 재증착 없이 성공적으로 식각하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. Introduction 1
• 2. Theoretical background 3
• 2.1 Definition and classification of etching 3
• 2.1.1 Wet etching 3
• 2.1.2 Dry etching 4
• 2.1.2.1 Definition of dry etching 4
• 2.1.2.2 Mechanism of Dry Etching 6
• 3. Experimental 8
• 4. Results and Discussion 12
• 5. Conclusions 27
• 6. References 29