KR101539172B1 - 플라즈마 식각을 이용한 원뿔형 나노 구조물 형성 방법 및 원뿔형 나노 구조물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 피식각층 상에 홀 패턴을 가지는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층의 상부면 및 상기 홀의 벽면에 제공층을 형성하는 단계; 및 플라즈마 식각을 통해 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하고, 상기 제공층은 상기 플라즈마 식각에 의해 스퍼터되는 물질로 이뤄지는, 피식각층을 식각하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 플라즈마 식각에 의해 식각하는 방법에 관한 것이다. 특이적으로 본 발명은 원뿔형 구조물을 형성하도록 플라즈마 식각을 하는 방법에 관한 것이다.
원뿔 구조물은 반도체 소자, MEMS 소자, 광소자 등 다양한 소자 제조 공정에 사용된다. 대표적인 원뿔 구조물 제작 방법은 화학 용액을 이용한 습식 식각법과 플라즈마를 이용한 건식 식각법이 있다. 습식 식각법은 대한민국 특허 출원 번호 제 10-2010-0073212가 참조되며, 플라즈마를 이용한 건식 식각법은 대한민국 특허 출원 번호 제 10-2007-0007497이 참조된다.
습식 식각법은 산이나 알칼리의 혼합 용액에 결정성 기판이 노출될 때 결정면에 따라서 식각 속도가 달라지는 현상을 이용한 방법이다. 도 6이 참조된다. 이 습식 식각법은 단순히 화학 용액에 기판을 담그는 것이기 때문에 공정이 매우 단순하다는 장점이 있으나, 이 습식 식각법을 통하여 경사면을 갖는 식각 구조를 구현하기 위해서는 기판이 반드시 결정성이어야 한다는 제한이 있고 식각 단면도 임의로 조절하는 것이 불가능하다는 단점이 있다.
플라즈마 식각법을 이용한 원뿔 구조물 제작방법은 식각 깊이에 따라 홀의 직경이 좁아지는 현상(tapering 현상)을 이용한 것이다. 도 7이 참조된다. 플라즈마 식각 공정에서 식각 깊이가 증가하면 식각 바닥면에 입사하는 이온 플럭스가 감소하여 식각벽면이 좁아지는 tapering 현상이 발생된다. 이때 플라즈마 방전가스의 종류는 CF4, CHF3, 및 Ar 혼합가스이고, 대한민국 특허 출원 번호 제 10-2007-0007497호는 공정 조건을 적절히 조절하면 식각 벽면의 각도를 임의로 조절할 수 있는 것으로 기재하고 있다. 그러나 이 방법으로 원뿔 구조를 형성할 경우, 마스크 직경이 수 마이크로미터 정도로 비교적 넓으면 식각 종결이 발생하지 않아 식각 하부에 V 형태의 식각 구조를 형성할 수 없는 단점이 있다. 마스크의 직경이 넓을 경우 식각 하부는 밑면이 넓은 
과 같은 U자와 같은 구조로 형성된다. 또한 이 방법으로 원뿔 구조를 구현할 경우 식각 과정에서 홀 상부가 넓어지는 보윙(bowing)이 형성되어 
, 
와 같은 구조가 형성된다.
본 발명의 목적은 종래의 습식 식각, 플라즈마 식각, FIB 방법에 의존하여 개발된 원뿔 구조물 제작 방법의 한계를 극복하는, 플라즈마 식각을 이용한 새로운 방식의 플라즈마 식각 기술을 제공함에 있다.
일 측면으로서, 본 발명은, 피식각층 상에 홀 패턴을 가지는 마스크층을 형성하는 단계; 상기 마스크층의 상기 홀의 벽면에 제공층을 형성하는 단계; 및 상기 피식각층과 상기 제공층을 플라즈마 처리하는 단계를 포함하고, 상기 플라즈마 처리를 통해 상기 피식각층은 식각되고, 상기 제공층은 스퍼터 되는, 피식각층을 식각하는 방법을 제공한다.
상기 피식각층은 피식각층의 식각 시작면으로부터 식각 깊이 아래 수직 방향으로 식각 되는 것이 아니고, 식각 깊이 아래 방향으로 진행하면서 좁아지는 경사를 가지도록, 즉 원뿔형이 되도록 식각된다. 다시 말해, 피식각층의 종단면이 V 형 구조를 가진다. 이의 형상은 도면이 참조된다.
상기 피식각층은 절연막, 반도체 등 플라즈마에 의해 식각 가능한 물질이다. 본 발명에서 상기 피식각층의 물질은 비제한적으로 불화탄소 플라즈마에 의해 식각 가능한 SiO2, Si, Si3N4, 또는 SiC일 수 있다. 또는 Cl2, BCl3, SiCl4 또는 HBr과 같은 플라즈마 가스에 의해 식각 가능한 사파이어일 수 있다.
본 발명에서 홀 패턴의 수직 단면은 도 9의 도면부호 130이 참조된다. 상기 마스크층은 상기 피식각층 물질 대비 플라즈마 식각 선택비가 높은 물질이면 가능하다. 식각 마스크의 직경은 원뿔 구조물을 형성하고자 하는 목적에 따라 수십 나노미터에서 수십 마이크로미터로 다양하게 형성 가능하다.
상기 제공층의 물질은 상기 플라즈마에 의해 식각될 수 있는 물질, 특이적으로 상기 피식각층을 식각할 수 있는 플라즈마 환경에서 식각될 수 있는 물질이다. 예를 들어, 본 발명에서 상기 제공층은 불화탄소막 탄화수소막이다.
상기 제공층은 피식각층의 식각에 필요한 문턱에너지(threshold energy)를 넘지 않는 바이아스 전압(bias voltage)을 인가하여 불화탄소 플라즈마를 형성하여 불화탄소막을 증착하여 형성할 수 있다.
상기 불화탄소 박막 증착에 사용하는 가스는 CxFyHz계 가스로 예를 들어, CF4, C4F8, C4F6, CH2F2, CHF3 등을 사용할 수 있으며, Ar 또는 O2등 희석가스를 첨가하여 사용할 수 있다. 식각에 필요한 문턱에너지를 넘지 않는 범위에서 바이아스 전압을 인가하여 식각 없이 증착을 달성한다.
바람직하게는, 제공층으로서 불화탄소 막 증착을 위한 플라즈마 소스 가스는 CF4, C4F8, 및 C4F6로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스; 및 CH2F2, 및 CHF3으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는, 혼합 가스인 것을 특징으로 한다. 이러한 혼합 가스의 사용이 다음 단계에서의 피식각층 플라즈마 식각시 증착된 불화탄소막이 적절히 식각되어 피식각층의 원뿔형 식각에 바람직하다.
불화탄소 박막의 증착두께는 원하고자 하는 원뿔구조물의 각도에 따라 다양하게 변화할 수 있다(마스크 직경대비 50 % 이내로 형성).
구체적인 불화탄소 박막의 증착조건은 다음과 같을 수 있다.
| 소스 파워 (w) |
바이아스 전압 (V) |
압력 (mTorr) |
불화탄소 가스의 유속(sccm) |
| 50 ∼ 1000 | 0 ∼ -150 | 5 ∼ 50 | 5 ∼ 100 |
불화탄소 플라즈마를 이용하여 바이아스 전압을 인가하여 시편(SiO2)을 식각하는 단계에서, 사용하는 가스는 CxFyHz계 가스이다.
바람직하게는 피식각층을 위한 플라즈마 소스 가스는, CF4, C4F8, C4F6, CH2F2, 및 CHF3으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스; 및 Ar 및 O2로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 혼합 가스인 것을 특징으로 한다. 이러한 혼합 가스는 V형의 피식각층 식각을 위한 적절한 플라즈마 밀도를 제공하고, 알맞은 식각 속도 및 깊이를 제공한다.
바람직하게는, 본 발명의 SiO2의 피식각층의 식각을 위한 플라즈마 소스는 C4F6 및 CH2F2를 포함하는 불화탄소 플라즈마 소스이다. CH2F2 가스의 사용이 SiO2 피식각층의 원뿔형 식각에 바람직하다.
구체적인 식각공정 조건은 다음과 같다.
| 소스 파워 (w) |
바이아스 전압 (V) |
압력 (mTorr) |
불화탄소 가스의 유속 (sccm) |
| 50 ∼ 1000 | -150 ∼ -1500 | 5 ∼ 50 | 5 ∼ 100 |
다른 측면으로서, 본 발명은 하나의 플라즈마 챔버 내에서 제공층의 증착 및 피식각층의 V 형 식각이 가능한, 플라즈마 식각 방법을 제공한다.
이 방법은, 피식각층 및 상기 피식각층 상에 위치하는 홀 패턴을 가지는 마스크층을 포함하는 피처리물을 준비하는 단계; 상기 피처리물을 플라즈마 발생 챔버에 위치시키는 단계; 상기 플라즈마 발생 챔버 내에 제 1 플라즈마 소스 가스를 주입하고, 상기 피식각층의 식각에 필요한 문턱에너지를 넘지 않는 바이아스 전압을 인가하는 단계; 및 상기 플라즈마 발생 챔버 내에 제 2 플라즈마 소스 가스를 주입하고, 상기 피식각층의 식각에 필요한 문턱에너지를 넘는 바이아스 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 피식각층을 식각하는 방법을 제공한다.
상기 피식각층은 SiO2 층 또는 사파이어 층이다.
상기 제 1 플라즈마 소스 가스는 CxFyHz계 가스, 바람직하게는 CF4, C4F8, C4F6, CH2F2, 및 CHF3 으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스이며, 상기 제 2 플라즈마 소스 가스는 CxFyHz계 가스, 바람직하게, CF4, C4F8, C4F6, CH2F2, 및 CHF3 으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스이다.
본 발명은 동일한 플라즈마 소스 가스를 사용할 수 있고, 동일한 플라즈마 소스 환경에서 바이어스 인가 전압의 조절로, 상기 제공층 증착 후 식각 과정을 통해, V 형 플라즈마 식각을 달성한다.
또 다른 측면으로서, 상기 원뿔형 나노 구조물은 상기한 플라즈마 식각 방법에 따라 형성되는 구조물이다.
또 다른 측면으로서, 본 발명은 플라즈마 식각에 의해 식각 가능한 피식각층; 상기 피식각층 상에 형성된 상기 마스크층으로서, 상기 마스크층은 홀 패턴을 가지는 마스크 층; 상기 마스크층의 홀의 벽면에 형성된 제공층을 포함하는, 원뿔형 나노 구조물로서, 상기 마스크의 홀 패턴에 노출된 상기 피식각층은 종단면이 V 형 구조를 가지고, 상기 제공층은 상기 피식각층의 플라즈마 식각 과정에 식각 가능한 물질인, 원뿔형 나노 구조물을 제공한다.
상기 피식각층은 SiO2 층 또는 사파이어 층일 수 있고, 상기 제공층 불화탄소막일 수 있다. 또한, 상기 피식각층의 V형 노출면 전부 또는 일부에 제공층을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 제시하는 원뿔구조물 제작 방법은 기존의 방식에 비해 공정이 매우 간단하고 대면적 제조가 가능하여 공정 수율이 우수하고 균일한 배열(array) 을 갖는 원뿔구조물을 형성할 수 있으며, 원뿔구조의 각도와 직경을 임의로 조절할 수 있어 그 응용가능성이 매우 크다. 본 발명은 광소자, LED 등 다양한 소자제조공정에 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다.
도 1은 피식각층 및 마스크층을 가지는 피식각물의 단면의 확대 사진이다.
도 2는 피식각층, 마스크 층 및 제공층을 가지는 피식각물의 단면의 확대 사진이다.
도 3 및 4는 도 2의 피식각물을 플라즈마 처리에 의해 식각한 피식각물의 단면의 확대 사진이다.
도 5는 도 9 (c)에서의 플라즈마 식각에 따라 원뿔구조물이 형성되는 과정을 설명하기 위한 도식화한 도면이다.
도 6은 습식 식각을 이용한 원뿔 구조물 제작의 개념도이다.
도 7는 플라즈마 식각을 이용한 원뿔 구조물 제작의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 구체예로서, 본 발명의 플라즈마 식각 방법을 예시적으로 설명하는 공정도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 구체예로서, 본 발명의 플라즈마 식각 방법을 예시하는 개략적 단면도이다.
도 2는 피식각층, 마스크 층 및 제공층을 가지는 피식각물의 단면의 확대 사진이다.
도 3 및 4는 도 2의 피식각물을 플라즈마 처리에 의해 식각한 피식각물의 단면의 확대 사진이다.
도 5는 도 9 (c)에서의 플라즈마 식각에 따라 원뿔구조물이 형성되는 과정을 설명하기 위한 도식화한 도면이다.
도 6은 습식 식각을 이용한 원뿔 구조물 제작의 개념도이다.
도 7는 플라즈마 식각을 이용한 원뿔 구조물 제작의 개념도이다.
도 8은 본 발명의 하나의 구체예로서, 본 발명의 플라즈마 식각 방법을 예시적으로 설명하는 공정도이다.
도 9는 본 발명의 하나의 구체예로서, 본 발명의 플라즈마 식각 방법을 예시하는 개략적 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 아래 에서는 특정 실시예들을 예시하여 상세히 설명하는 것일 뿐, 본 발명은 다양하게 변경될 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있기 때문에, 예시된 특정 실시예들에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 8는 본 발명의 하나의 구체예로서, 본 발명의 플라즈마 식각 방법을 예시적으로 설명하는 공정도이다. 도 8에서와 같이 본 발명은 마스크층 형성 단계(S1), 제공층 증착 단계(S2) 및 플라즈마 식각 단계(S3)를 포함한다.
S1 단계는 피식각층 상에 홀 패턴을 가지는 마스크층을 형성하는 단계이다. 상기 마스크층의 홀 패턴을 가진다. 상기 홀 패턴은 피식각층 면을 외부로 노출시킨다. 홀의 너비는 피식각층의 식각 너비 등을 참조하여, 임의 선택가능하다.
S2 단계는 기판, 피식각층 및 마스크층이 형성된 후, 상기 피식각층 및 마스크층의 외부로 노출된 면 위에 제공층을 형성 또는 증착하는 단계이다. 이 단계는 본 발명의 일 특징으로서, 적절한 바이어스 전압에 의한 플라즈마 증착에 의해 달성할 수 있지만, 본 발명의 명세서에서 언급한 제공층의 목적을 위한 제공층의 형성을 위해 다양한 방식의 증착도 본 발명의 범위가 될 것이다.
S3 단계는 플라즈마 식각 단계로서, 플라즈마 환경에 S2까지 단계로 준비된 피처리물을 위치시키고, 피처리물(피식각층 및 제공층)이 식각될 정도로 인가된 바이어스 전압에 의해 플라즈마를 발생시켜, 상기 피처리물을 식각하는 단계이다.
도 9는 본 발명의 하나의 구체예로서, 본 발명의 플라즈마 식각 방법을 예시하는 개략적 단면도이다.
도 9의 (a)에서와 같이, 기판(110) 상의 피식각층(120)을 준비한다. 본 발명에서는 일 예로서, 피식각층은 SiO2 층일 수 있다. 상기 피식각층 상에 소정의 홀 패턴을 가지는 마스크 층(130)을 준비한다. 도 9의 (a)의 단면에 대응되는 확대 사진은 도 1의 사진이다.
도 9의 (b)에서와 같이, 상기 마스크 층(130), 특히 상기 마스크층의 홀의 벽면에 제공층(140)을 증착한다. 본 발명에서는 일 예로서, 상기 제공층은 불화탄소 층일 수 있으며, 증착 가능한 적정 바이어스 전압에 따라 불화탄소 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 제공층을 증착하였다. 도 9의 (b)의 단면에 대응되는 확대 사진은 도 2의 사진이다.
도 9의 (b) 단계까지 준비된 피처리물을 플라즈마에 의해 식각하여 (c)에서와 같이 결과를 달성한다. 본 발명에서는 일 예로서, 상기 피처리층(120)이 식각되며, 상기 제공층이 식각과 함께 식각 가능한 바이어스 전압에 따라 불화탄소 가스의 플라즈마를 발생시켜 상기 제공층을 식각하면서 상기 피처리층을 식각한다. 상기와 같이 준비된 피처리물을 플라즈마 식각을 하면, 도 9의 (c)와 같이 원뿔형으로 식각된다. 도 9의 (c)의 단면에 대응되는 확대 사진은 도 3의 사진이다.
도 5는 도 9 (c)에서의 플라즈마 식각에 따라 원뿔구조물이 형성되는 과정을 설명하기 위한 도식화한 도면이다. 제공층(불화탄소 박막)은 마스크 벽면에 증착되어 있고, 플라즈마에 의해 발생된 입사 이온은 상기 벽면에 증착된 제공층을 식각하여 식각된 물질을 아래로 제공하게 되고, 이 식각된 물질들은 부착계수(sticking coefficient)가 높아 인접 피식각층 식각벽면에 증착된다. 식각이 진행되면 식각구조 하부에 식각된 입자가 재증착하여 하부 직경이 줄어들게 된다. 상대적으로 피식각층의 벽면 식각율은 피식각층의 하면 식각율에 비해 낮게 된다. 이는 상기 제공층으로부터 식각된 입자에 의한 지연으로 판단된다. 그 결과 피식각층은 원뿔형으로 식각된다.
마스크 벽면에 증착한 불화탄소 박막의 두께를 조절할 경우 인접 식각벽면에 재증착하는 양이 변화하므로 다양한 형태의 원뿔구조물을 구현할 수 있다(불화탄소 벽면으로부터 식각되는 입자의 양은 불화탄소 박막의 두께에 비례하여 증가).
실시예1
플라즈마 식각에 의해 식각 가능한 피식각층으로서 SiO2 막층, 상기 피식각층 상에 형성된 상기 마스크층으로서, 상기 마스크층은 홀 패턴을 가지는 마스크층을 준비하였다. 도 1은 이렇게 준비된 피식각물의 단면의 확대 사진이다. 이 피식각물을 상기 반응 챔버 내에 위치시켰다.
다음과 같은 실험 조건으로, 앞서 준비된 상기 마스크층에, 불화탄소 박막을 증착하였다.
| 소스 파워 | 150 W |
| 바이아스 전압 | -300 V |
| 압력 | 25 mTorr |
| 공급 가스 | C4F6/CH2F2/Ar=6/3/31 sccm |
| 증착 시간 | 40s |
도 2의 확대 사진과 같이 불화탄소가 증착됨이 확인된다.
이렇게 불화탄소가 증착된 기판을 다음과 같은 조건을 플라즈마 식각하였다.
| 소스 파워 | 80 W |
| 바이아스 전압 | -1100 V |
| 압력 | 10 mTorr |
| 공급 가스 | C4F6/CH2F2/Ar/O2=6/1/28/5 sccm |
| 식각 시간 | 1분 |
도 3의 확대 사진과 같이 SiO2 피식각층이 V형으로 식각됨이 확인되었다.
실시예2
실시예1에서, 증착시간을 40초로하고, 식각시간을 2.5분으로 한 것을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 진행하여, 도 4(a)와 같은 결과를 얻었다.
실시예3
실시예1에서, 증착시간을 30초로하고, 식각시간을 3.5분으로 한 것을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 진행하여, 도 4(a)와 같은 결과를 얻었다.
실시예4
실시예1에서, 증착시간을 20초로하고, 식각시간을 3.5분으로 한 것을 제외하고, 실시예1과 동일한 방법으로 진행하여, 도 4(a)와 같은 결과를 얻었다.
상기 실시예들의 결과를 통해, V형 식각이 가능함을 확인하였고, 제공층이 두께 제어(제공층 증착시간 제어)를 통해, V형 경사 각도를 조절할 수 있음을 확인하였다.
Claims (21)
- 홀 패턴을 가지는 마스크층을 피식각층 상에 형성하는 단계;
상기 마스크층의 상기 홀의 벽면에 불화탄소막의 제공층을 형성하는 단계; 및
상기 피식각층이 식각되고, 상기 제공층이 식각되도록 상기 피식각층과 상기 제공층을 플라즈마 처리하는 단계를 포함하고,
상기 제공층은 상기 피식각층의 식각에 필요한 문턱에너지를 넘지 않는 바이아스 전압을 인가하여 CF4, C4F8, 및 C4F6로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스; 및 CH2F2, 및 CHF3으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 혼합 가스의 플라즈마로부터 증착하고,
상기 플라즈마 식각에 사용되는 플라즈마 가스는 CF4, C4F8, C4F6, CH2F2, 및 CHF3으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스; 및 Ar 및 O2로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 혼합 가스인,
피식각층의 종단면이 V 형 구조가 되도록 식각하는 방법. - 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 피식각층은 Si, SiO2, Si3N4, SiC 및 사파이어로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어짐을 특징으로 하는,
피식각층의 종단면이 V 형 구조가 되도록 식각하는 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 마스크층은 상기 피식각층 물질 대비 플라즈마 식각 선택비가 높은 물질임을 특징으로 하는,
피식각층의 종단면이 V 형 구조가 되도록 식각하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 피식각층 및 상기 피식각층 상에 위치하는 홀 패턴을 가지는 마스크층을 포함하는 피처리물을 준비하는 단계;
상기 피처리물을 플라즈마 발생 챔버에 위치시키는 단계;
상기 플라즈마 발생 챔버 내에 제 1 플라즈마 소스 가스를 주입하고, 상기 피식각층의 식각에 필요한 문턱에너지를 넘지 않는 바이아스 전압을 인가하는 단계; 및
상기 플라즈마 발생 챔버 내에 제 2 플라즈마 소스 가스를 주입하고, 상기 피식각층의 식각에 필요한 문턱에너지를 넘는 바이아스 전압을 인가하는 단계를 포함하며,
상기 제 1 플라즈마 소스 가스는:
CF4, C4F8, 및 C4F6로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스; 및
CH2F2, 및 CHF3으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는, 혼합 가스이고,
상기 제 2 플라즈마 소스 가스는:
CF4, C4F8, C4F6, CH2F2, 및 CHF3으로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스; 및
Ar 및 O2로 구성되는 군으로부터 선택된 하나 이상의 가스를 포함하는 혼합 가스인 것을 특징으로 하는,
피식각층의 종단면이 V 형 구조가 되도록 식각하는 방법. - 삭제
- 제 11항에 있어서,
상기 피식각층은 Si, SiO2, Si3N4, SiC, 및 사파이어로 구성되는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 물질로 이루어짐을 특징으로 하는,
피식각층의 종단면이 V 형 구조가 되도록 식각하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140006517A KR101539172B1 (ko) | 2014-01-20 | 2014-01-20 | 플라즈마 식각을 이용한 원뿔형 나노 구조물 형성 방법 및 원뿔형 나노 구조물 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020140006517A KR101539172B1 (ko) | 2014-01-20 | 2014-01-20 | 플라즈마 식각을 이용한 원뿔형 나노 구조물 형성 방법 및 원뿔형 나노 구조물 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101539172B1 true KR101539172B1 (ko) | 2015-07-24 |
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| KR (1) | KR101539172B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102697865B1 (ko) * | 2023-03-07 | 2024-08-21 | 아주대학교산학협력단 | 플라즈마 식각 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0637072A (ja) * | 1992-07-15 | 1994-02-10 | Kawasaki Steel Corp | テーパエッチング方法 |
| KR20100007763A (ko) * | 2008-07-11 | 2010-01-22 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 기판 처리 방법 |
| KR101263666B1 (ko) * | 2011-07-26 | 2013-05-22 | 아주대학교산학협력단 | 반도체 장치의 콘택홀 형성방법 |
-
2014
- 2014-01-20 KR KR1020140006517A patent/KR101539172B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0637072A (ja) * | 1992-07-15 | 1994-02-10 | Kawasaki Steel Corp | テーパエッチング方法 |
| KR20100007763A (ko) * | 2008-07-11 | 2010-01-22 | 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 | 기판 처리 방법 |
| KR101263666B1 (ko) * | 2011-07-26 | 2013-05-22 | 아주대학교산학협력단 | 반도체 장치의 콘택홀 형성방법 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102697865B1 (ko) * | 2023-03-07 | 2024-08-21 | 아주대학교산학협력단 | 플라즈마 식각 방법 |
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