유도결합형 플라즈마 반응성 이온식각 장치를 이용한 SrBi₂Ta₂O₉ 박막의 물리적, 전기적 특성

Physical and Electrical Characteristics of SrBi₂Ta₂O₉ thin Films Etched with Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching System

본 연구에서는 SrBi₂Ta₂O₉ (SBT)박막의 고속식각에 따른 잔류물질 및 식각 손상의 영향을 조사하였다. ICP-RIE (inductively coupled plasma reactive ion etching) 의 ICP power와 CCP(capacitively coupled plasma) power를 변화시키면서 고속식각에 따른 박막의 손상과 열화를 XPS 분석과 Capacitance-Voltage (C-V) 측정을 통하여 알아보았다. ICP와 CCP의 power가 증가함에 따라 식각율이 증가하였고 ICP power가 700 W, CCP power가 200 W 일때 식각율은 900Å/min이었다. 강유전체의 건식식각에 있어서 문제점이 플라즈마에 의한 강유전체 박막의 열화인데 반응가스 Ar/C1₂/CHF₃를 20/14/2의 비율로 사용하고 ICP와 CCP power를 각각 700w와 200w로 사용하였을 때 전혀 열화되지 않는 강유전체 박막의 특성을 얻을 수 있었다. 본 연구 결과는 Metal-Ferroelectric-Semiconductor (MFS) 또는 Metal-Ferroelectric-Insulator-Semiconductor (MFIS) 구조를 가지는 단일 트랜지스터형 강유전체 메모리 소자를 만드는데 건식 식각이 응용될 수 있음을 보여준다

In this study, the dry etching characteristics of SrBi₂Ta₂O₉ (SBT) thin films were investigated by using ICP-RIE (inductively coupled plasma-reactive ion etching). The etching damage and degradation were analyzed with XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) and C-V (Capacitance-Voltage) measurement. The etching rate increased with increasing the ICP power and the capacitively coupled plasma (CCP) power. The etch rate of 900Å/min was obtained with 700 W of ICP power and 200 W of CCP power. The main problem of dry etching is the degradation of the ferroelectric material. The damage-free etching characteristics were obtained with the Ar/C1₂/CHF₃ gas mixture of 20/14/2 when the ICP power and CCP power were biased at 700 W and 200 W, respectively. The experimental results show that the dry etching process with ICP-RIE is applicable to the fabrication of the single transistor type ferroelectric memory device.