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ISSN : 1225-0562(Print)
ISSN : 2287-7258(Online)
Korean Journal of Materials Research Vol.31 No.3 pp.162-171
DOI : https://doi.org/10.3740/MRSK.2021.31.3.162

Effect of Hexafluoroisopropanol Addition on Dry Etching of Cu Thin Films Using Organic Material

Sung Yong Park, Eun Teak Lim, Moon Hwan Cha, Ji Soo Lee, Chee Won Chung†
Department of Chemical Engineering, Inha University, 100, Inharo, Michuhol-gu, Incheon 22212, Republic of Korea
Corresponding author E-Mail : cwchung@inha.ac.kr (C. W. Chung, Inha Univ.)
February 14, 2021 March 11, 2021 March 11, 2021

Abstract


Dry etching of copper thin films is performed using high density plasma of ethylenediamine (EDA)/ hexafluoroisopropanol (HFIP)/Ar gas mixture. The etch rates, etch selectivities and etch profiles of the copper thin films are improved by adding HFIP to EDA/Ar gas. As the EDA/HFIP concentration in EDA/HFIP/Ar increases, the etch rate of copper thin films decreases, whereas the etch profile is improved. In the EDA/HFIP/Ar gas mixture, the optimal ratio of EDA to HFIP is investigated. In addition, the etch parameters including ICP source power, dc-bias voltage, process pressure are varied to examine the etch characteristics. Optical emission spectroscopy results show that among all species, [CH], [CN] and [H] are the main species in the EDA/HFIP/Ar plasma. The X-ray photoelectron spectroscopy results indicate the formation of CuCN compound and C-N-H-containing polymers during the etching process, leading to a good etch profile. Finally, anisotropic etch profiles of the copper thin films patterned with 150 nm scale are obtained in EDA/HFIP/Ar gas mixture.



유기 물질을 사용한 구리박막의 건식 식각에 대한 헥사플루오로이소프로판올 첨가의 영향

박 성용, 임 은택, 차 문환, 이 지수, 정 지원†
인하대학교 화학공학과

초록


    National Research Foundation of Korea(NRF)
    2017R1D1A1B03033143

    Ministry of Trade, Industry and Energy(Ministry of Trade, Industry and Energy, Korea)
    10080450

    © Materials Research Society of Korea. All rights reserved.

    This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

    1.서 론

    구리는 ultra large scale integration (ULSI) 반도체 소자에서 배선물질로 널리 이용되어온 물질이다. 구리는 높은 전기 전도도와, 높은 전자이주(electromigration) 저 항성 및 우수한 기계적 특성을 지니고 있어 기존에 사 용되어온 알루미늄을 대체하는 배선물질이 되었다.1) 구 리의 배선공정은 구리의 낮은 반응성과 구리화합물의 낮 은 휘발성으로 인하여 기존의 플라즈마를 사용한 건식 식각방식으로는 이루어지지 못하였다. 이를 대신하여 상 감(damascene) 공정이 개발되어 구리 배선공정에 성공 적으로 이용되어 왔다. 상감공정은 절연물질을 증착 후 에 이를 식각하여 그 안에 구리를 전기도금하고 chemical mechanical polishing (CMP) 공정으로 평탄화하여 금속 배선을 완성하는 복잡한 고비용의 공정이다.2) 그러나 소 자의 집적도가 증가함에 따라서 소자의 선폭이 줄어들 게 되는 데, 이때 상감공정에서 size effect라는 공정의 한계점이 나타나게 된다. 이는 구리의 전자 평균 자유 행로(electron mean free path)의 한계로 인한 전자 산란 으로 100 nm 이하 선폭에서 전기저항도가 급격하게 증 가하는 현상이다. 이러한 size effect를 최소화하기 위하 여 구리박막의 더 큰 결정입도(grain size)가 필요하지만 선폭이 감소함에 따라서 구리의 전기도금시에 사용되는 첨가제가 결정성장을 방해하기 때문에 큰 결정을 성장 시킬 수 없게 되어 저항이 증가하며 또 다른 이유로 구 리의 선폭이 감소하게 되는 데, 이때 전기도금에 사용 되는 씨앗층(seed layer) 및 확산 방지역할을 하는 박막 의 두께는 크게 감소될 수 없기 때문에 전체적인 저항 이 증가하게 된다.3-5) 따라서, 이 문제를 해결하기 위해 기존의 건식 식각방식을 이용한 구리 식각방법의 개발 이 필요하다.6)

    초기에 연구된 구리의 건식 식각에서는 Cl2, CCl4, HBr 등의 할로겐 가스들을 이용하였다. 그러나 구리 할 라이드 화합물의 낮은 휘발도로 인하여 표면에 식각 부 산물이 남는 문제가 발생하였다.7-9) Wu 등은 H2 가스를 이용한 플라즈마 식각을 하여 10 °C의 저온에서 80° 이 상의 고이방성 식각 프로파일을 얻는데 성공하였다. 그 러나 미세패턴에 대하여는 적용이 어려운 것으로 알려 져 있다.10) 그 외에, 유기 킬레이터 물질인 헥사플루오 로아세틸아세톤(hexafluoroacetylacetone)을 사용하여 높은 휘발성을 갖는 구리 식각 생성물을 형성하여 식각을 적 용한 연구가 보고되었다.11) 최근에는 CH4/O2/Ar, 알코올 계열, 아세트산 및 유기 킬레이터 물질인 에틸렌다이아 민(ethylenediamine, EDA)과 첨가제로 butanol을 사용하 여 고밀도 플라즈마 식각법을 적용하여 구리 박막을 식 각한 연구결과가 보고되었다.12-15)

    본 연구에서는 EDA에 새로운 첨가제로 헥사플루오로 이소프로판올(hexafluoroisopropanol, HFIP)을 사용하여 구리 박막에 대하여 유도결합 플라즈마 반응성 이온 식 각법(inductively coupled plasma reactive ion etching, ICPRIE)을 적용하여 식각 특성이 연구되었다. 식각 가 스들의 농도와 식각 변수들을 변화하여 식각 속도, 식 각 선택도, 그리고 식각 프로파일들이 조사되었다. Optical emission spectroscopy (OES; Ocean Optics Maya 2000 Pro)를 이용하여 플라즈마 내의 활성 성분들과 양의 변 화를 조사하였고 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS; Thermo Scientific K-alpha)를 이용하여 식각 후에 구리 표면에 생성되는 물질들을 조사하여 구리 박막의 식각 메커니즘이 조사되었다.

    2. 실험 방법

    구리 박막은 티타늄 박막이 코팅된 실리콘 웨이퍼 위 에 DC magnetron sputtering을 이용하여 증착되었다. 그 위에 SiO2 하드 마스크가 plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD)을 이용하여 증착되었다. 구 리, 티타늄, SiO2 박막의 두께는 각각 150 nm, 30 nm, 300 nm이다. 시료는 photolithography을 이용하여 패턴 되었으며 패턴은 150 nm의 라인과 300 nm의 스페이스로 이루어져 있는 피치의 크기가 450 nm인 라인 array로 형 성되어 있다. SiO2 하드 마스크는 C2F6/Ar 가스를 이용 하여 식각되었다. 식각 후에 photoresist는 stripping 용액 으로 제거되었다.

    본 연구에서 SiO2와 구리 박막은 Fig. 1의 ICPRIE 시 스템을 이용하여 식각되었다. ICP 소스는 13.56 MHz 의 RF전원이 연결되어 있고, 기판쪽에는 12.56 MHz의 RF전원이 연결되어 바이어스 전압이 기판에 유도된다. Helium-backside cooling system을 이용하여 기판온도를 10 ~ 15 °C로 유지시켰다.

    SiO2 하드 마스크로 패턴된 구리 박막의 식각 특성 을 알아보기 위해, 가스 농도에 따른 식각 속도, 식각 선택도, 그리고 식각 프로파일들이 EDA/Ar, HFIP/Ar, EDA/HFIP/Ar 가스들에 대하여 각각 조사되었다. 또한 세 가지 주요 공정 변수인 ICP 소스 파워, dc-바이어스 전 압, 공정 압력에 따른 식각 특성을 확인하였다. 식각 속 도는 surface profilometer (Tencor P-1)와 field emission scanning electron microscopy (FESEM; Hitachi SU 8010)를 이용하여 측정되었고 식각 프로파일은 FESEM 을 이용하여 관찰되었다. 챔버 내부의 플라즈마 상태를 OES로 측정하여 활성 물질들에 대하여 분석하였고, 식 각된 구리박막들의 표면을 XPS를 이용하여 분석하여 구 리 박막의 식각 메커니즘을 조사하였다.

    3. 결과 및 고찰

    Fig. 2(a)는 EDA 농도에 따른 구리 박막과 SiO2 마스 크의 식각 속도와 SiO2 마스크에 대한 구리 박막의 식 각 선택도를 나타낸 것이다. 식각은 500W의 ICP 소스 파워, 300 V의 dc-바이어스 전압, 그리고 0.67 Pa의 공정 압력을 포함하는 표준 식각 조건에서 수행되었다. 구리 박막과 SiO2 마스크의 식각 속도는 EDA의 농도가 증 가함에 따라서 순수 아르곤에서 128.2 nm/min에서 점진 적으로 감소하였다. 구리 박막과 SiO2의 식각 선택도는 25 %의 EDA 농도에서 0.91로 가장 높았고, EDA의 농 도가 증가함에 따라 감소하여 100 %의 EDA농도에서 0.13으로 가장 낮았다. Fig. 2(c) ~ (g)는 EDA농도변화에 따른 식각 프로파일을 FESEM을 이용하여 관찰한 결과 이다. Fig. 2(b)는 식각 전의 구리 박막의 프로파일을 나 타내고 있다. Fig. 2(c)는 순수한 Ar 기체에서 식각한 경 우로 Ar 스퍼터링의 영향으로 구리 박막의 측면에 구리 의 재증착이 심하게 발생하고 측면의 거칠기도 매우 심 한 것으로 관찰된다. Fig. 2(d) ~ (e)에서 EDA의 농도가 증가함에 따라 측면의 재증착이 점차 감소하여, 75 %와 100 %의 EDA농도에서는 측면에 재증착이 거의 사라진 것으로 관찰되었다. 이는 EDA로부터 생성된 라디칼이 구 리와 반응하여 비교적 높은 휘발성의 식각 부산물을 생 성하기 때문인 것으로 판단된다.

    Fig. 3(a)에서는 표준 식각 조건에서 EDA/HFIP/Ar 혼 합가스로부터 EDA/HFIP 농도에 대한 구리 박막과 SiO2 마스크의 식각 속도, 식각 선택도를 나타낸 것이다. EDA 에 대한 HFIP의 부피비는 4:1로 고정되었다. EDA/HFIP 의 농도가 증가함에 따라 구리 박막과 SiO2 마스크의 식 각 속도와 식각 선택도는 감소한다. EDA에 HFIP를 첨 가한 경우에 EDA만을 사용한 경우와 비교하면 모든 농 도에서 구리 박막의 식각 속도와 식각 선택도가 약간 증 가하였다. 또한 7 %와 100 %의 EDA/HFIP 농도에서 구 리 박막의 측면에 재증착이 없어지고 식각된 구리 박막 표면이 EDA/Ar을 사용한 경우에 비하여 개선됨을 확인 할 수 있다[Fig. 3(d)(e)].

    HFIP 첨가의 효과를 좀 더 확인하기 위하여, EDA/ HFIP/Ar 혼합가스에서 EDA와 HFIP의 비율을 3:2 비율 의 고정하여 구리 박막을 식각하였다. Fig. 4(a)는 구리 박막과 SiO2 마스크의 식각 속도와 식각 선택도를 나타 내었다. EDA/HFIP의 농도가 증가할수록 식각 속도와 식 각 선택도는 감소하였다. Fig. 4(b) ~ (e)는 EDA/HFIP/Ar 의 혼합가스에서 EDA/HFIP의 농도에 따라 식각된 구리 박막의 식각 프로파일들이다. 25 %와 50 %의 EDA/HFIP 농도에서는 여전히 측면에 재증착물이 형성된 것이 관 찰되었다. 그러나 75 %와 100 %의 EDA/HFIP 농도에서 는 측면에 재증착이 없어졌다. 앞선 4:1 비율의 EDA/ HFIP에서의 결과와 비교해보면, EDA/HFIP의 농도가 증 가할수록 식각 속도가 감소하는 경향은 동일하지만 모 든 EDA/HFIP 농도에서 구리 박막과 SiO2 마스크의 식 각 속도가 약간 증가하였다. 그러나 식각 선택도가 약 간 감소하였고 식각된 표면과 측면의 프로파일이 좀 더 거칠게 나타나는 것을 확인할 수 있다.

    다음으로 표준 식각 조건으로부터 각각 ICP 소스 파 워, dc-바이어스 전압, 공정 압력의 주요 공정 변수를 변 화시켜 구리 박막의 식각 특성에 대하여 조사하였다. 4:1 비율의 EDA/HFIP 혼합가스에서 EDA/HFIP의 농도는 75 %로 고정하였고 표준 식각 조건은 Fig. 2에서의 조 건과 같다. Fig. 5(a)는 ICP 소스 파워를 300W에서부 터 700W까지 변화할 때 구리 박막과 SiO2 마스크의 식 각 속도와 식각 선택도를 나타낸 것이다. dc-바이어스 전 압은 300 V, 공정 압력은 0.67 Pa로 고정되었다. ICP 소 스 파워가 증가할수록 구리 박막과 SiO2 마스크의 식각 속도는 증가하며, 500 W에서 700 W로 증가할 때 식각 속도와 식각 선택도가 급격히 증가하였다. Fig. 5(b) ~ (d)는 ICP 소스 파워의 변화에 따른 식각 프로파일을 FESEM을 이용하여 관찰한 결과이다. ICP 소스 파워 700W에서 구리 박막 표면이 거칠어지고 식각 경사도가 감소한 것으로 관찰되었다. 이는 플라즈마 내부의 활성 종과 이온의 양이 증가함에 따라 이온의 스퍼터링 효과 가 증가하였기 때문인 것으로 판단된다.

    Fig. 6(a)는 dc-바이어스 전압변화에 따른 구리 박막의 식각 속도와 식각 선택도를 나타낸 것이다. ICP소스 파 워는 500W, 공정 압력은 0.67 Pa로 고정되었다. dc-바 이어스 전압이 증가함에 따라 구리 박막과 SiO2 마스크 의 식각 속도가 증가하였다. dc-바이어스 전압이 300 V 에서 400 V로 증가할 때 구리 박막의 식각 속도가 급 격히 증가하여 식각 선택도가 큰 폭으로 증가하였다. dc- 바이어스 전압이 400 V에서 구리 박막 표면이 거칠어지 고 식각 경사도가 크게 감소한 것으로 나타났다. 이는 높은 dc-바이어스 전압에서 기판에 충돌하는 이온의 에 너지가 증가하여 물리적인 스퍼터링의 효과가 증가하였 기 때문인 것으로 판단된다.

    Fig. 7(a)는 공정 압력 변화에 따른 구리 박막의 식각 속도와 식각 선택도를 나타낸 것이다. ICP 소스 파워는 500W, dc-바이어스 전압은 300 V로 고정되었다. 공정 압 력이 0.13 Pa에서 1.3 Pa로 증가함에 따라 구리 박막과 SiO2 마스크의 식각 속도는 감소하고 식각 선택도 또한 크게 감소하였다. 그러나 0.13 Pa에서 측면에 재증착이 발 생하였고 매우 낮은 식각 경사도를 보이는 식각 프로파 일이 관찰되었다. 이는 낮은 압력에서 증가된 평균 자 유 행로에 의하여 물리적 스퍼터링 효과가 증가하였기 때문인 것으로 판단된다. 반면에 1.3 Pa에서 가장 우수 한 식각 프로파일이 관찰되었다. 이는 구리 박막 표면 에서 구리와 높은 휘발성의 화합물을 형성할 활성종들의 농도가 증가하여 화학적 식각 효과가 증가하여 식각 프로파일이 개선된 것으로 판단된다.

    Fig. 8은 EDA/Ar과 EDA/HFIP/Ar 혼합가스들의 플라 즈마에 대한 OES 결과들을 나타낸 것이다. 플라즈마 안 의 다양한 활성 성분들 중에서 [CH], [CN], [H], [CO], [F], [N2]의 활성 성분들이 관찰되었다.16,17) EDA/Ar과 EDA/HFIP/Ar 플라즈마들 중에서 [CH], [CN], [H]의 피 크 세기가 다른 활성 성분들보다 매우 크게 나타나는 것 으로 확인되었다. 이는 이 세가지 활성 성분이 구리와 작용하여 식각 메커니즘에 크게 관여하는 것으로 판단 된다. EDA/HFIP/Ar 혼합가스의 경우에, 이 세가지 활성 성분의 피크 세기들은 EDA와 HFIP의 비가 3:2일 때의 플라즈마보다 EDA와 HFIP의 비가 4:1일 때의 플라즈 마에서 강하게 나타났다. 또한EDA와 HFIP의 비가 4:1 일 때 EDA/HFIP/Ar 혼합가스의 경우에 [CH], [CN] 활 성 성분들의 세기는 75 % EDA/HFIP 농도에서 각각 가 장 높은 것으로 나타났다[Fig. 8(b)]. 이는 Fig. 3의 우 수한 식각 프로파일이 구리박막과 [CN]과의 표면반응에 의해 얻어지는 것으로 판단된다.

    Fig. 9는 EDA/Ar과 EDA/HFIP/Ar (EDA:HFIP = 4:1) 플라즈마를 이용하여 식각된 구리박막의 표면에 대하여 XPS 분석의 (a) Cu 2p, (b) C 1s, (c) N 1s에 대한 narrow scan 스펙트럼을 나타낸다. Fig. 9(a)에서 식각 전 구리에 대한 피크는 구리와 구리 산화물의 결합에너지 인 932.6 eV와 932.4 eV에서 관찰된다.18) 50 % EDA/Ar 과 100 % EDA 가스에서 식각된 구리박막의 표면에서 는 결합에너지가 증가하는 방향으로 이동하였는데, 이는 구리 박막 표면에 CuCN 화합물이 형성되기 시작하는 것 으로 판단된다. 특히, 100 % EDA 가스에서 식각된 구 리 박막에서는 피크가 CuCN의 결합에너지인 933.1 eV 로 이동하였다.19) 이는 구리의 재증착이 거의 없이 CuCN 화합물이 더 많이 생성된 것으로 판단된다, 50 % (EDA/ HFIP)/Ar 혼합가스로 식각된 구리 박막의 경우에는 다 시 구리에 해당하는 결합에너지로 주 피크가 이동하였 는 데, 이는 50 % Ar 가스에 의한 구리 박막의 스퍼터 링이 증가한 결과이다. 85 % (EDA/HFIP)/Ar과 100 % (EDA/HFIP) 혼합가스들의 경우에는 주 피크가 다시 CuCN 쪽으로 증가하였다. EDA 및 EDA/HFIP의 농도 가 증가함에 따라 피크가 933.2 eV의 결합에너지로 이 동하고 피크의 강도가 낮은 데, 가스의 농도가 증가함 에 따라서 CuCN의 생성이 증가하지만 동시에 탄소와 수 소 등을 포함하는 고분자 물질이 생성되는 것으로 판단 된다. Fig. 9(b)에서는 구리 박막이 50 % EDA/Ar 가스 로 식각 되었을 때 284.6 eV의 결합에너지 위치에서 피 크가 나타나는 데, 이는 C-C 또는 C-H를 포함한 고분 자 물질을 나타낸다.20) 그러나 100 % EDA 가스에서 식 각 되었을 때는 피크가 285.5 eV의 결합에너지 위치로 이동하는 데, 이는 C-N-H 계열의 고분자 물질이 생성 되는 것으로 판단된다.21) 이러한 C-N-H 계열의 고분자 박막은 CuCN의 형성과 측면 보호에 의한 우수한 식각 프로파일 형성에 기여하는 것으로 판단된다. EDA/HFIP/ Ar 혼합가스로 식각된 경우에도 EDA/Ar가스로 식각된 경우와 유사한 C 1s의 narrow scan을 보여주고 있다. Fig. 9(c)에서는 구리박막이 50 % EDA/Ar 가스와 100 % EDA 가스로 식각 되었을 때, 피크가 398.7 eV에서 관 찰되었다. 이것은 CuCN에 해당하는 결합에너지로서 피 크의 세기는 50 % EDA/Ar보다 100 % EDA에서 크게 관찰되었으며 100 % EDA에서 더 많은 CuCN이 형성되 었음을 나타낸다.22) 또한 100 % EDA에서는 399.8 eV 의 결합에너지에서 N-H 또는 N-N 화합물의 피크가 다 소 존재하는 것으로 관찰된다.23,24) Fig. 9(a)에서 100 % EDA가스로 식각된 표면에서 구리의 피크가 거의 나타 나지 않은 이유는 이러한 C-N-H를 포함하는 고분자 물 질들이 구리표면을 덮었기 때문인 것으로 판단된다. 또 한 EDA/HFIP/Ar가스로 식각된 구리 박막의 표면에서 는 CuCN의 피크 세기가 감소된 것이 관찰되는 데, 이 는 HFIP가스 첨가로 인하여 C-H를 포함하는 고분자 물 질이 구리표면에 증착되어 있기 때문이다.

    Fig. 10은 EDA/HFIP/Ar 혼합가스로 식각된 150 nm 크기의 라인들을 buffered oxide etch (BOE) 용액을 이 용하여 SiO2 하드 마스크를 제거한 후에 FESEM을 이 용하여 관찰한 것이다. Fig. 10(a)는 표준 식각 조건에 서 식각된 구리의 라인 패턴의 식각 프로파일이고 Fig. 10(b)는 1.3 Pa의 높은 공정압력에서 식각된 구리의 식 각 프로파일이다. 500W의 ICP 소스 파워, 300 V의 dc- 바이어스 전압 그리고 1.3 Pa의 공정압력에서 식각되었 을 때 재증착이나 식각 부산물이 없는 높은 이방성을 갖 는 구리의 라인 패턴이 확보되었다.

    4.결 론

    본 연구에서는 ICP-RIE 식각 장비를 이용하여 구리 박 막이 식각되었고 EDA/HFIP/Ar 가스 농도를 변화하여 SiO2 하드 마스크로 패턴된 구리 박막의 식각 특성이 조 사되었다. EDA/Ar에 HFIP를 첨가하였을 때 식각 속도 및 식각 선택도의 향상은 미약하였지만 개선된 식각 프 로파일을 확보할 수 있었으며 특히 75 % EDA/HFIP 농도에서 가장 우수한 식각 프로파일을 얻었다. 75 % (EDA/HFIP)/Ar 농도에서 식각 변수들을 변화하여 식각 특성의 변화를 관찰하였다. ICP 소스 파워와 dc-바이어 스 전압이 증가할수록 식각 속도와 식각 선택도는 증가 하였지만, 식각 프로파일은 개선되지 않았다. 반면에 공 정 압력의 변화에서는 높은 압력에서 식각 속도와 선택 도는 큰 영향이 없었지만 식각 프로파일이 개선되었다.

    OES 분석에서는 EDA/Ar과 EDA/HFIP/Ar 플라즈마 내에서 [CN]과 [CH]의 세기가 높게 나타났으며 이것들 은 구리와 반응하여 CuCN을 형성하여 우수한 식각 프 로파일에 기여하는 것으로 판단된다. XPS 분석에서는 구 리박막 표면에서 CuCN 화합물과 C-N-H 계열의 고분자 물질이 형성되어 식각이 진행되는 것으로 확인되었다. 이 때, HFIP의 첨가로 인하여 구리 박막 측면의 보호막 형 성에 의한 식각 프로파일의 개선이 확인되었다. 최종적 으로 150 nm 라인 패턴의 구리박막의 건식 식각이 성 공적으로 이루어졌다.

    Acknowledgements

    This research was supported by Basic Science Research Program through the NRF (National Research Foundation of Korea) funded by the Ministry of Education (2017R1D1A1B03033143). This work was also supported by the MOTIE (Ministry of Trade, Industry & Energy (10080450)) and KSRC (Korean Semiconductor Research Consortium) support program for the development of the future semiconductor device. This paper was supported by Korea Institute for Advancement of Technology (KIAT) grant funded by the Korea Government (MOTIE) (P0008458, The Competency Development Program for Industry Specialist).

    Figure

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    Schematic diagram of inductively coupled plasma reactive ion etcher.

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    (a) Etch rates of copper thin films and SiO2 hard mask, and etch selectivities of copper films to SiO2 as a function of EDA concentration in EDA/Ar gas. FESEM micrographs of copper films etched in (b) before etching, (c) pure Ar, (d) 25 % EDA/Ar, (e) 50% EDA/Ar, (f) 75 % EDA/Ar, and (g) 100 % EDA.

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    (a) Etch rates of copper thin films and SiO2 hard mask, and etch selectivities of copper films to SiO2 as a function of EDA/HFIP concentration in EDA/HFIP/Ar gas mixture. The ratio of EDA to HFIP was fixed at 4:1. FESEM micrographs of copper films etched in (b) 25 % (EDA/HFIP)/Ar, (c) 50 % (EDA/HFIP)/Ar, (d) 75 % (EDA/HFIP)/Ar, and (e) 100 % EDA/HFIP.

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    (a) Etch rates of copper thin films and SiO2 hard mask, and etch selectivities of copper films to SiO2 as a function of EDA/HFIP concentration in EDA/HFIP/Ar gas mixture. The ratio of EDA to HFIP was fixed at 3:2. FESEM micrographs of copper films etched in (b) 25 % (EDA/HFIP)/Ar, (c) 50 % (EDA/HFIP)/Ar, (d) 75 % (EDA/HFIP)/Ar, and (e) 100 % EDA/HFIP.

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    (a) Etch rates of copper thin films and SiO2 hard mask, and etch selectivities of copper films to SiO2 as a function of ICP rf power. FESEM micrographs of copper films etched in (b) 300 W, (c) 500 W, and (d) 700 W. Etch conditions: The ratio of EDA to HFIP was fixed at 4:1, 75 % (EDA/HFIP)/Ar, 300 V dc-bias voltage to substrate, and 0.67 Pa process pressure.

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    (a) Etch rates of copper thin films and SiO2 hard mask, and etch selectivities of copper films to SiO2 as a function of dc-bias voltage to substrate. FESEM micrographs of copper films etched in (b) 200 V, (c) 300 V, and (d) 400 V. Etch conditions: The ratio of EDA to HFIP was fixed at 4:1, 75 % (EDA/HFIP)/Ar, 500 W ICP rf power, and 0.67 Pa process pressure.

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    (a) Etch rates of copper thin films and SiO2 hard mask, and etch selectivities of copper films to SiO2 as a function of process pressure. FESEM micrographs of copper films etched in (b) 0.13 Pa, (c) 0.67 Pa and (d) 1.3 Pa. Etch conditions: The ratio of EDA to HFIP was fixed at 4:1, 75 % (EDA/HFIP)/Ar, 500 W ICP rf power, and 300 V dc-bias voltage to substrate.

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    OES analysis of plasmas for the variation of the gas concentration in (a) EDA/Ar gas, (b) EDA/HFIP/Ar gas (EDA to HFIP ratio of 4:1), and (c) EDA/HFIP/Ar gas (EDA to HFIP ratio of 3:2), Etch conditions: 500 W ICP rf power, 300 V dc-bias voltage to substrate, and 0.67 Pa process pressure.

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    XPS narrow scan spectra of (a) Cu 2p, (b) C 1s, and (c) N 1s of the as-deposited copper thin films and copper thin films etched in EDA/Ar and (EDA/HFIP)/Ar (EDA to HFIP ratio of 4:1). Etch conditions: 500 W ICP rf power, 300 V dc-bias voltage to substrate, and 0.67 Pa process pressure.

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    FESEM micrographs of Cu films etched in 75% EDA/HFIP/Ar followed by the removal of SiO2 hard mask using wet treatment. Etch conditions: (a) 500 W ICP rf power, 300 V dc-bias voltage to substrate, and 0.67 Pa process pressure and (b) 500 W ICP rf power, 300 V dc-bias voltage to substrate, and 1.3 Pa process pressure.

    Table

    Reference

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