KR0124497B1 - 드라이 에칭 방법 및 그 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피처리체의 중앙부와 둘레 가장자리에서 에칭 속도를 균일하게 하는 것을 목적으로 한다.
반응성 가스 플라즈마에 의해 피처리체(26)를 에칭할 때, 제2도입 파이프(32)에 의해 피처리체(26)의 에칭 속도가 빠른 지역에 에칭 반응에 의해 생성되는 복수의 반응 생성 가스 중 적어도 1종의 가스를 반응 억제 가스로서 도입한다. 따라서, 에칭 속도가 빠른 지역의 에칭 속도를 억제할 수 있어서 피처리체(26) 각부의 에칭 속도를 균일화할 수 있다.
Description
제1도는 종래의 반응성 이온 에칭 장치를 도시한 구성도.
제2도는 본 발명의 제1실시예를 도시한 구성도.
제3도는 제2도의 주요부를 선택해서 도시한 상면도.
제4도는 본 발명의 에칭 속도와 종래의 에칭 속도를 대비하여 도시한 특성도.
제5도는 본 발명의 제2실시예를 도시한 구성도.
제6도는 본 발명의 제3실시예를 도시한 구성도.
제7도는 본 발명에 적용되는 에칭막, 반응 가스 및 반응 생성 가스의 예를 도시한 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
21 : 반응실 22 : 상부 전극
23 : 하부 전극 24 : 제1도입 파이프
26 : 피처리체 28 : 고주파 전원
32 : 제2도입 파이프
본 발명은 반도체 장치의 미세 패턴을 형성하기 위한 드라이 에칭 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
반도체 장치의 미세 가공 기술로서는 마이크로파 플라즈마 에칭, 반응성 이온 에칭 등이 공지되어 있다. 상기 반응성 에칭에 있어서는 평행 평판을 사용한 방법 및 ECR(사이클로트론 공명)을 사용한 방법 등이 있다.
제1도는 평행 평판 전극을 사용한 종래의 반응성 이온 에칭 장치를 도시한 것이다.
반응실(10)의 상부에는 평행 평판 전극을 구성하는 상부 전극(11)이 설치되고, 반응실(10)의 내부에는 하부 전극(12)이 설치되어 있다. 상기 상부 전극(11)은 접지되고, 내부는 중공상으로 되어 있다. 상부 전극(11)의 상면에는 반응 가스를 도입하는 도입 파이프(13)가 설치되고, 하면에는 반응 가스를 반응실(10) 내로 도입하는 복수의 투과 구멍(14)이 설치되어 있다. 또한, 상기 하부 전극(12) 상에는 실리콘 웨이퍼 등의 피처리체(15)가 탑재된다. 하부 전극(12)은 저지 컨덴서(Blocking Condenser ; 16)를 통해 고주파 전원(17)에 접속되어 있다. 상기 반응실(10) 내에서 상기 하부 전극(12) 주위에는 배플판(18)이 설치되고, 배플판(18)에는 복수의 투과구멍(19)이 설치되어 있다. 또한, 반응실(10)의 측면에는 배기 파이프(20)가 설치되어 있다.
상기 구성에 있어서, 피처리체(15)를 에칭하는 경우, 상부 전극(11)의 복수의 투과 구멍(14)에서 반응실(10)의 내부로 반응 가스를 도입함과 동시에 배기 파이프(20)에서 반응 가스를 배기하여 반응실(10) 내의 압력을 제어한다. 동시에 고주파 전원(17)에서 하부 전극(12)으로 고주파 전력을 공급하여 상부 전극(11) 및 하부 전극(12) 상호간에 플라즈마를 생성함으로써 피처리체(15)의 피에칭막이 에칭된다.
그런데, 상기 종래 장치에 의해 피처리체(15)를 에칭할 때, 상부 전극(11)의 투과구멍(14)에서 반응실(10) 내로 도입된 반응 가스는 배플판(18)의 투과 구멍(19)을 통해 배기 파이프(20)에서 배출된다. 이때에, 에칭에 따라 생성되는 반응 생성 가스중 피처리체(15)의 둘레 가장자리부에서 생성되는 것은 배기 파이프(20)에서 즉시 배출된다. 그러나, 피처리체(15)의 중앙부에서 생성되는 것은 배출되기 어려워서 피처리체(15)의 표면에 퇴적된다. 즉, 가스는 피처리체(15)의 둘레 가장자리부에서 배기되기 때문에, 피처리체(15)의 둘레 가장자리부일수록 반응 생성 가스의 퇴적이 적다. 따라서, 피처리체(15)의 중앙부에 비해 둘레 가장자리부쪽이 에칭 속도가 빨라지는 것이다.
그래서, 일본 특개소 62-290885호에 개시된 바와 같이, 피처리체의 중앙부와 둘레 가장자리부에서 반응가스의 농도를 변화시켜서 피처리체의 중앙부와 둘레 가장자리부에서 에칭 속도를 균일하게 하는 장치가 개발되어 있다. 그러나, 이 장치는 반응 가스를 상부 전극을 통해 반응실 내로 도입하고, 특히 그 농도를 변화시키기 위한 상부 전극의 구조가 복잡하고, 반응 가스의 도입 제어가 복잡하다.
또, 일본 특개소 61-163640호에는 상기와 마찬가지로 피처리체의 중앙부와 둘레 가장자리부에서 반응가스의 농도 및 도입량을 변경하는 드라이 에칭 장치가 개시되어 있다. 그러나, 이 장치도 구성이 복잡하다.
또한, 일본 특개평 3-16210호에는 반응 가스에 에칭으로 생성되는 반응 생성 가스를 첨가해서 에칭 속도를 제어하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 방법의 경우, 반응 생성 가스를 반응 가스에 단지 첨가하여 반응실 내로 도입하기 때문에 피처리체의 중앙부와 둘레 가장자리부에서 에칭 속도를 충분히 균일화하기 곤란하다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 피처리체의 중앙부와 둘레 가장자리부에서 에칭 속도를 충분히 균일화시킬 수 있는 드라이 에칭 및 그 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 반응성 가스 플라즈마에 의해 피처리체를 에칭할 때, 피처리체의 에칭 속도가 빠른 영역에 에칭 반응에 의해 생성되는 복수의 반응 생성 가스 중 적어도 1종의 가스를 반응억제 가스로서 도입한다.
또한, 상기 반응 억제 가스는 적어도 금속 할로겐 화합물 가스를 포함하는 가스이다.
또한, 상기 반응 억제 가스는 적어도 유기 산화물 가스를 포함하는 가스이다.
본 발명의 장치는 반응 가스가 도입되는 반응실, 이 반응실에 설치되는 피처리체가 탑재되는 제1전극, 이 제1전극과 대향된 제2전극, 상기 제1 및 제2전극 상호간에서 상기 반응 가스를 플라즈마화하기 위해 상기 제1전극에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원 및 상기 피처리체의 에칭 속도가 빠른 영역에 대응해서 설치되고, 에칭 반응에 의해 생성되는 복수의 반응 생성 가스 중 적어도 1종의 가스를 반응 억제 가스로서 도입하는 도입 파이프를 갖고 있다.
상기 도입 파이프는 상기 제1전극 주변에 설치되어 반응 억제 가스를 피처리체의 둘레 가장자리부로 도입한다.
상기 도입 파이프는 상기 제2전극에 설치되어 반응 억제 가스를 피처리체의 둘레 가장자리부로 도입한다.
상기 도입 파이프는 상기 제1전극에 설치되어 반응 억제 가스를 피처리체의 둘레 가장자리부로 도입한다.
또한, 상기 반응 가스는 상기 제2전극 방향에서 피처리체로 도입되고, 피처리체의 제2전극과는 반대측에서 반응실의 외부로 배출된다.
즉, 본 발명은 피처리체의 에칭 속도가 빠른 영역에 에칭 반응에 의해 생성되는 복수의 반응 생성 가스에 대응한 적어도 1종의 가스를 반응 억제 가스로서 도입한다. 따라서, 에칭 속도가 빠른 영역에 반응 생성물을 퇴적하여 이 영역의 에칭을 억제하고 있기 때문에, 피처리체의 각부에 있어서 에칭 속도를 균일화할 수 있다.
그리고, 반응 억제 가스를 도입하는 도입 파이프를 피처리체의 에칭 속도가 빠른 영역, 예를 들면 피처리체가 탑재되는 제1전극 주변에 설치함으로써 피처리체의 둘레 가장자리부와 중앙부에서 에칭 속도를 균일하게 할 수 있다.
이하, 본 발명은 한 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
제2도에 있어서, 반응실(21)은 알루미늄으로 형성되고, 내편은 알루마이트 처리되어 있다. 반응실(21)의 상부에는 평행 평판 전극을 구성하는 상부 전극(22)이 설치되고, 반응실(21)의 내부에는 하부 전극(23)이 설치되어 있다. 상기 상부 전극(22)은 접지되고, 내부는 중공상으로 되어 있다. 상부 전극(22)의 상면에는 반응 가스를 도입하는 제1도입 파이프(24)가 설치되고, 하면에는 반응 가스를 반응실(21)내로 도입하는 복수의 투과 구멍(25)이 설치되어 있다.
또한, 상기 하부 전극(23)상에는 예를 들면 실리콘 웨이퍼 등의 피처리체(26)가 탑재되어 피처리체(26)는 도시하지 않은 기구로 고정되어 있다. 하부 전극(23)은 저지 컨덴서(27)를 통해 고주파 전원(28)에 접속되어 있다. 상기 반응실(21)내의 상기 하부 전극(23)의 주위에는 배플판(29)이 설치되고, 배플판(29)에는 복수의 투과 구멍(30)이 설치되어 있다. 또한, 반응실(21)의 측면에는 배기 파이프(31)가 설치되어 있다.
한편, 상기 하부 전극(23)의 주위에는 제2도입 파이프(32)가 설치되어 있다. 제2도입 파이프(32)는 반응 생성 가스와 동종의 가스를 적어도 1종 피처리체(26)의 둘레 가장자리부로 도입하는 것으로 제3도에 도시된 바와 같이 소정 간격으로 복수의 노즐(32a)이 설치되어 있다.
예를 들면, 상기 피처리체(26)의 피에칭막이 WSi막이고, 반응 가스가 Cl2와 SF6의 혼합 가스인 경우에는 WF5, SiCl4등의 반응 생성 가스가 생성된다. 상기 제2도입 파이프(32)에는 예를 들면 WF6이 도입된다.
상기 구성에 있어서, 피처리체(26)를 에칭하는 경우, 상부 전극(22)의 복수의 투과 구멍(25)에서 반응실(21)의 내부로 반응 가스 Cl2와 SF6을 도입함과 동시에 제2도입 파이프(32)에서 반응 생성 가스로서 WF6이 도입된다. 이 반응 생성 가스의 유량은 피처리체(26)의 중앙부에서 생성되는 반응 생성 가스량과 거의 대등하게 되어 있다. 또한, 배기 파이프(31)에서 이들 가스가 배치되어 반응실(21)내의 압력이 제어된다. 이와 동시에, 고주파 전원(28)에서 하부 전극(23)으로 고주파 전력이 공급되어 상부 전극(22) 및 하부 전극(23) 상로간에 플라즈마를 생성함으로써 피처리체(26)의 WSi막이 에칭된다.
상기 장치에서 반응실(21) 내에 반응 가스를 공급하면, 피처리체(26)의 WSi막의 에칭 반응과 함께 이 반응에 의해 생성된 반응 생성물의 퇴적이 일어난다. 이 생성된 반응 생성물의 퇴적량은 상기와 같이 피처리체(26)의 둘레 가장자리부에 비해 중앙부쪽이 많다. 그러나, 이 장치에 있어서는 피처리체(26)의 둘레 가장자리부에 제2도입 파이프(32)에서 피처리체(26)의 중앙부에서 생성되는 반응 생성 가스의 양과 거의 같은 양의 반응 생성물이 도입되어 있기 때문에, 피처리체(26)의 둘레 가장자리부와 중앙부에서 반응 생성물의 퇴적이 균일해진다. 따라서, 피처리체(26)의 둘레 가장자리부와 중앙부에서 에칭속도를 균일하게 할 수 있다.
제4도는 에칭 속도를 도시한 것으로 파선은 본 발명에 의한 것이고, 실선은 종래의 장치에 의한 것이다. 동 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 피처리체(26)의 둘레 가장자리부와 중앙부에서 에칭 속도를 균일하게 할 수 있다.
종래의 플라즈마 에칭 장비의 경우, 웨이퍼의 가장자리의 에칭 속도는 중앙 부위의 에칭 속도와 10% 이상 서로 다를 수 있다. 따라서, 이와 같은 방식의 에칭 장비로 제공한 웨이퍼의 수율은 36% 이하가 된다. 반면에, 본원 발명의 에칭 장비를 이용하여 수행하는 경우, 웨이퍼 중앙 부위의 에칭 속도와 웨이퍼 가장자리의 에칭 속도 사이의 차이 폭을 10% 이하로 줄일 수 있으므로 집적 회로의 수율을 100%까지 가져갈 수 있다.
또한, 본 실시예의 경우, 상부 전극 및 하부 전극의 구조를 바꿀 필요가 없기 때문에 구성이 간단하다.
제5도 및 제6도는 본 발명의 제2 및 제3실시예를 도시한 것이다. 동 도면에서 제2도와 동일 부분에는 동일 부호를 붙인다.
상기 실시예에 있어서, 제2도입 파이프(32)는 반응실(21) 내에 설치된다. 제5도에 도시된 제2실시예에 있어서는 제2도입 파이프(32)를 상부 전극(22) 내부의 복수의 투과 구멍(25) 주위에 배치한다.
제6도에 도시된 제3실시예에 있어서는 제2도입 파이프(32)를 하부 전극(23)내부를 통해 하부 전극(23)주위에 배치한다.
상기 제2 및 제3실시예에 의해서는 에칭 속도를 균일하게 할 수 있다.
본 실시예의 경우는 피처리체(26)의 중앙부의 에칭 속도, 즉 에칭속도가 느린 쪽에 일치했다. 그러나, 속도는 온도 조건을 변경함으로써 빠르게 할 수 있어서 전혀 문제는 없다.
에칭막, 반응 가스 및 제2도입 파이프(32)에서 도입되는 반응 생성 가스의 조성은 상기 실시예로 한정되는 것이 아니고, 제7도에 도시하는 바와 같이 조합 가능하다.
상기 제1 내지 제3실시예에 있어서는 제2도입 파이프(32)를 피처리체의 둘레 가장자리부 근방에 설치했으나, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 에칭 반응이 빠른 부분에 대응하여 설치하면 된다.
또한, 상기 실시예에서는 평행 평판을 사용한 플라즈마 에칭 장치에 대해서 설명했으나, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 본 발명을 배럴형 에칭 장치, 다운 플로우형 에칭 장치, ECR 플라즈마 에칭 장치 등에 적용할 수 있다.
그밖에 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양하게 변형실시 가능하다.
본원 청구 범위의 각 구성 요건에 병기한 도면 참조 번호는 본원 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 것으로, 본원 발명의 기술적 범위를 도면에 도시한 실시예로 한정하는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 피처리체의 중앙부와 둘레 가장자리부에서 에칭 속도를 충분히 균일하게 할 수 있는 드라이 에칭 방법 및 그 장치를 제공할 수 있다.
Claims (9)
- 반응성 가스 플라즈마에 의해 피처리체를 에칭할 때에 피처리체의 중앙 부위보다 에칭 속도가 10% 이상 빠른 피처리체의 부위에 대해 에칭 반응에 의해 생성되는 복수의 반응 생성 가스 중 적어도 1종의 가스를 반응 억제로서 도입하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 억제 가스가 적어도 금속 할로겐 화합물 가스를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 억제 가스가 적어도 실리콘 할라이드(Halide) 가스를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
- 반응 가스가 도입되는 반응실(21), 이 반응실에 설치되는 피처리체(26)가 탑재되는 제1전극(23), 이 제1전극과 대향하는 제2전극(22), 상기 제1 및 제2전극 상호간에서 상기 반응 가스를 플라즈마화 하기 위해 상기 제1전극에 고주파 전력을 공급하는 고주파 전원(28) 및 상기 피처리체의 에칭 속도가 빠른 영역에 대응해서 설치되고, 에칭 반응에 의해 생성되는 복수의 반응 생성 가스 중 적어도 1종의 가스를 반응 억제 가스로서 도입되는 도입 파이프(32)를 구비한 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 도입 파이프가 상기 제1전극 주변에 설치되고, 반응 억제 가스를 피처리체의 둘레 가장자리부로 도입하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 도입 파이프가 상기 제2전극에 설치되고, 반응 억제 가스를 피처리체의 둘레 가장자리부로 도입하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 도입 파이프가 상기 제1전극에 설치되고, 반응 억제 가스를 피처리체의 둘레 가장자리부로 도입하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 제4항에 있어서, 상기 반응 가스가 상기 제2전극 방향으로 피처리체로 도입되어, 피처리체의 제2전극과는 반대측에서 반응실의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 반응 억제 가스가 적어도 산화 탄소(Carbon Oxide) 가스를 포함하는 가스인 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 장치.
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