고밀도 플라즈마를 이용한 YMnO_3 박막의 건식 식각 특성 = Dry Etching Characteristics of YMnO_3 Thin Films in High Density Plasma

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 YMnO_3 박막을 유도결합 플라즈마 (ICP : inductively coupled plasma)와 Cl_2/Ar 가스를 이용하여 식각하였다. 최대 식각율은 1.0의 Cl_2/(Cl_2+Ar) 가스 혼합비, 600W의 rf 전력, -200 V의 직류 바이어스 전압, 15 mTorr의 반응로 압력 및 25 ℃의 기판 온도에서 285A˚/min이었다. 완충층으로 사용되는 CeO_2, Y_2O_3와 전극 물질인 Pt, 마스크 물질인 PR (photoresist)와의 선택비는 각각 2.85, 1.72, 0.45, 0.06이었다. 식각된 YMnO_3 박막 표면에서의 화학반응을 알아보기 위해서 XPS (x-ray photoelectron spectroscopy)와 SIMS (secondary ion mass spectrometry) 분석을 수행하였다. Y은 Cl 라티칼과의 화학적인 반응에 의해 주로 제거되는 반면, Mn은 Ar 이온에 의한 물리적인 스퍼터링에 의해 주로 식각된다. SEM (scanning electron microscopy)을 통해 식각 단면을 분석하여 약 65°의 식각 기울기와 측벽에 잔류물이 없는 것을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Ferroelectric YMnO_3 thin films are excellent dielectric materials for high integrated ferroelectric random access memory (FRAM) with metal-ferroelectric-silicon field effect transistor (MFSFET) structure.
In this study, YMnO_3 thin films were etched with Cl_2/Ar gas chemistries in inductively coupled plasma (ICP). The maximum etch rate of YMnO_3 thin films is 285A˚/min under Cl_2/Ar of 10/0, 600 W/-200 V and 15 mTorr. The selectivities of YMnO_3 over CeO_2 and Y_2O_3 are 2.85, 1.72, respectively. The results of x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) reflect that Y is removed dominantly by chemical reaction between Y and Cl, while Mn is removed more effective by Ar ion bombardment than chemical reaction. The results of secondary ion mass spectrometer (SIMS) were equal to these of XPS. The etch profile of the etched YMnO_3 film is approximately 65° and free of residues at the sidewall.