KR100309617B1 - 염화수소,염소함유에칭액,및질소를이용하여알루미늄및알루미늄합금을에칭시키는방법 - Google Patents

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Abstract

알루미늄의 일부가 부식방지재료로 보호되고 있는 기판으로 부터 알루미늄을 에칭시키는 방법이 개시되었다. 기판이 챔버 안으로 설치되고, 염화수소와 염소 함유 부식액 및 질소를 포함하고 있는 처리가스가 챔버 안으로 유입된다. 챔버 안에 플라즈마가 발생되어서 처리가스로 부터 에칭가스를 생성시키며, 이 에칭 가스는 빠른 에칭속도로 기판으로부터 알루미늄을 에칭시키는데, 이러한 에칭은 양호한 선택비와, 감소된 측면부하, 및 거의 비등방성 에칭을 제공한다.

Description

염화수소, 염소 함유 에칭액, 및 질소를 이용하여 알루미늄 및 알루미늄 합금을 에칭시키는 방법
본 발명은 기판으로부터 알루미늄을 에칭시키는 방법에 관한 것이다.
반도체 집적회로에 사용되는 칩과 같이 아주 미세한 크기의 반도체등의 소자를 제조함에 있어서, 반응이온 에칭법이 사용되고 있다. 이러한 방법은 실리콘 웨이퍼의 표면으로부터 알루미늄합금을 에칭시키는데 사용되며, 여기서 알루미늄의 일부가 포토레지스트(photoresist)나 산화물-하드마크(oxide-hardmask)등과 같은 부식방지성인 "레지스트" 재료의 패턴에 의해서 보호되고 있다. 보호되고 있는 알루미늄의 일부는 실리콘 웨이퍼상에 남겨져서 "피쳐(features)"를 형성하여 웨이퍼상에서 처리되는 집적회로의 일부를 형성한다. 이러한 에칭방법은, 챔버안으로 처리가스를 유입시키는 단계와, AlCl3과 같은 휘발성의 알루미늄 함유 혼합물을 발생시키기 위해서 기판으로부터 알루미늄을 에칭시키는 에칭가스를 발생시키도록 챔버안에 플라즈마를 발생시키는 단계와, 그리고 챔버로부터 휘발성의 알루미늄 함유 혼합물을 제거시키는 단계에 의해서 효과적으로 수행되고 있다.
통상적으로, 처리가스는 BCl3, Cl2및 필요에 따라서는 N2를 포함하는 것이다. 이와 같은 처리가스에 있어서의 문제점은 바로, 레지스트 및 챔버의 벽상에 Al, Cl, B 및 N를 함유하고 있는 비교적 두께가 두꺼운 잔류물 혹은 용착물이 형성된다는 것이다. 챔버벽상에 형성된 용착물은 웨이퍼를 오염시키는 입자를 형성할 수 있다. 더욱이, 레지스트에는 과잉의 잔류물이 형성될 수가 있고, 이에 따라서 레지스트에 의해서 보호되는 면적이 증가하게 될 수도 있다. 이와 같은 문제들은 바로, 처리된 웨이퍼를 사용할 수 없게 만드는 원인이 될 수 있다.
또한, 용착층은 알루미늄 함유층내에 에칭된 채널의 측벽상에도 형성될 수 있다. 이러한 용착층은 연속적인 에칭을 방지하는 소위 "표면 안정화 (passivating)"층으로 작용하여서, "등방성(isotropic)" 에칭 또는 언더컷팅 (undercutting)을 방지한다. 등방성에칭은, 에칭공정이 피복되지 않은 부분을 통해 수직방향으로 진행되는 것 대신에 레지스트의 아랫쪽에서 수평하게 진행되는 경우에 발생하는 것이며, 그 결과 피쳐의 하부지역이 안쪽으로 경사지게 된다. 수직방향의 "비등방성(anisotropic)" 에칭이 바람직하지만, 측벽상에 과잉의 표면안정화층이 형성되면 이를 제거시키기가 매우 곤란하다. 통상적으로, BCl3의 에칭작업에서는 이와 같은 측벽상의 용착물의 양을 제어하기가 어렵다.
더욱이, 통상적으로 BCl3의 에칭작업에서는 형상의 미세부하(profile microloading)가 증가되는데, 이러한 현상은 알루미늄함유 층에서 형성된 피쳐의 횡단면 형상이 이들 피쳐간의 간격에 따라서 변화할 때 발생된다. 따라서, 피쳐간의 간격에 관계없이 일정한 횡단면을 제공하는 것이 바람직함은 말할 것도 없다.
또한, 에칭공정의 효율을 위하여 높은 에칭속도와 높은 알루미늄 대 레지스트의 에칭선택비를 제공하는 것이 바람직하다.
따라서, 챔버와 기판의 오염을 최소화시키고, 거의 비등방성으로 진행되며, 알루미늄 함유층내에 과도의 피쳐를 형성시키지 않으며, 감소된 측면 미세부하를 제공하는 동시에, 에칭된 채널의 측벽상에 과잉의 용착물이 형성되지 못하도록 개선된, 알루미늄 함유재료를 에칭시키는 방법이 필요하다. 또한, 높은 에칭속도 및 높은 알루미늄 대 레지스트의 에칭선택비를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명은 이와 같은 조건들을 만족시키는 방법을 제공하기 위한 것이다. 특히, 본 발명은 기판으로부터 에칭가능한 알루미늄 함유층의 적어도 일부를 제거하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법에 따르면, 챔버내에 기판이 설치된 후에, 이 챔버안으로 HCl, Cl-함유 에칭액, 및 N2를 포함하고 있는 처리 가스를 유입시킨다. "Cl-함유 에칭액" 이라는 말은 HCl를 제외한 것을 의미하는 것으로서, 즉 처리가스가 HCl와 N2만을 포함하는 것이 아니라는 의미를 갖는 것으로 정의한다. Cl-함유 에칭액은 Cl2, SiCl4, CCl4, BCl3및 이들의 혼합물을 포함할 수가 있다. 그리고 나서, 챔버안으로 플라즈마를 발생시켜서 기판으로부터 알루미늄을 에칭시키는 에칭가스를 생성시키며, 이에 따라서 휘발성 알루미늄함유 혼합물이 형성되는데, 이러한 휘발성 알루미늄함유 혼합물은 다음 단계에서 챔버로부터 제거된다.
기판은 실리콘 웨이퍼이며, 에칭가능한 알루미늄층은 레지스트의 패턴을 가지므로, 상기 패턴 아래의 알루미늄함유 재료의 에칭이 방지된다.
에칭가능한 알류미늄층과 실리콘 웨이퍼 사이에 다수의 방벽층을 제공할 수도 있으며, 알루미늄 함유층의 상부에 비반사성 피복층을 제공할 수도 있다.
기판은 챔버내의 음극상에 설치되며, 음극은 에칭공정 중에 형성되는 AICl3와 같은 에칭 부산물을 휘발시키기에 충분한 높은 온도까지 가열된다. 이와 같이 음극이 가열되는 최고 온도는, 에칭된 알루미늄 상에 형성되는 표면안정화 용착물의 얇은 층이 휘발되지 않을 정도로 충분히 낮다.
본 발명의 처리가스는 HCl, Cl-함유 에칭액, 및 N2를 필히 포함한다. Cl-함유 에칭액은 Cl2, SiCl4, CCl4, BCl3또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있는데, 바람직한 Cl-함유 에칭액을 Cl2이다. 바람직한 처리가스는, 알루미늄 함유재료가 레지스트 밑에서 전혀 에칭되지 않도록 그리고 알루미늄의 거의 비등방성 에칭이 이루어질 수 있도록, 충분한 N2를 포함하는 것이다.
처리가스의 조성을 적절하게 조절함으로써, 알루미늄 대 레지스트의 선택도가 4 이상로 될 수 있으며, 에칭속도가 5000Å/분 이상으로 되고 심지어 10,000Å/분 이상으로 될 수도 있다. 통상적으로, Cl-함유 에칭액 대 HCl의 체적유량비는 약 10:1 내지 0.1:1 이며, Cl-함유 에칭액 대 N2의 체적유량비는 약 10:1 내지 0.1:1 이다.
에칭은 플라즈마 에칭법 또는 보강 플라즈마 에칭법(enhanced plasmaprocess) 으로 수행될 수 있다. 플라즈마 보강은 전자 싸이클로트론 공명기, 자기보강 반응기, 또는 유도결합 플라즈마 등과 같은 자기장이나 유도 결합에 의해서 제공될 수가 있다. 바람직하게, 자기 보강 반응이온 반응기가 사용된다.
이후 기술되는 실험으로부터, 본 발명에 따른 방법은 청결한 상태로 거의 비등방성 에칭으로 수행되며, 종래의 BCl3-Cl3-N2방법에 비해 감소된 입자 및 용착 오염물을 포함하는 동시에 높은 에칭속도와, 양호한 알루미늄 대 레지스트의 선택비, 그리고 감소된 형상 미세부하를 제공한다는 것을 알 수가 있다.
이제 이와 같은 본 발명의 특징들과, 실시형태, 그리고 여러 가지 잇점들을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 기판으로부터 알루미늄을 에칭시키는 이온 보강 플라즈마 공정으로 실시되며, HCl, Cl-함유 에칭액, 및 N2를 포함하는 처리가스가 에칭 챔버 안으로 유입된다. 여기서, "Cl-함유 에칭액"이란 말은 HCl와 N2를 제외한 것을 의미하는 것으로서, 즉 처리가스가 HCl와 N2로만 구성될 수 없음을 의미한다. Cl-함유 에칭액은 Cl2, SiCl4, CCl4, BCl3또는 이들의 혼합물로 구성될 수 있다.
기판은 그 위에 알루미늄이 증착되는 실리콘 웨이퍼, 유리, 또는 금속 기판 어느 것이라도 좋다. 통상적으로, 기판은 여러 층을 포함하고 있는 실리콘 웨이퍼이며, 그러한 층들 중 하나가 바로 알루미늄함유층이다. 실리콘 웨이퍼와 알루미늄 함유층 사이에는 TiN, TiW, W, 실리콘 산화물 혹은 이들의 혼합물로 이루어진 기지층 혹은 방벽층을 제공할 수도 있다. 알루미늄 함유층이 TiN, TiW, W 등과 같은 반사 방지용 피복으로 코팅될 수도 있다.
알루미늄 함유층은, 거의 순수한 알루미늄이나, 또는 이러한 알루미늄과 구리, 실리콘, 또는 티타늄 등의 재료들 중 하나 이상의 재료와의 합금 형태로 제공된 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
알루미늄 함유층의 일부가 레지스트의 패턴화된 오버레이(overlay)에 의해서 보호되어서, 이러한 알루미늄 함유층의 일부는 에칭되지 않으므로, 반도체 소자의 일부를 형성하는 피쳐들로 남겨지게 된다. 이와 같은 피쳐들은 서로 밀접한 간격을 두고서 약 10μ내지 0.5μ혹은 0.6μ이하의 크기로 형성되며, 이러한 피쳐들 사이의 간격은 약 0.5 내지 0.6μ정도이다.
기판은 에칭 챔버내의 음극상에 놓여지며, 음극은 에칭공정중에 형성되는 AlCl3와 같은 에칭 부산물들을 휘발시키기에 충분한 온도까지 가열되지만, 이러한 온도는 새롭게 에칭되는 채널의 측벽상에 형성되는 표면안정화 용착층이 휘발되지 않도록 층분히 낮다. 통상적으로, 음극은 적어도 70℃의 온도까지 가열되는데, 대체로 약 70℃ 내지 100℃ 까지 가열되며, 바람직하게는 약 80℃ 내지 90℃ 정도까지 가열된다.
바람직하게, 처리가스는 HCl, Cl-함유 에칭액 및 N2를 필히 포함한다. Cl-함유 에칭액를 Cl2, SiCl4, CCl4, BCl3혹은 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직한 Cl-함유 에칭액은 Cl2이다. Cl-함유 에칭액 대염화 수소의 체적유량비는 약10:1 내지 0.1:1 이다. 이러한 비가 높을 경우, 즉 너무 많은 Cl-함유 에칭액이 존재하는 경우에는, 레지스트 밑에 있는 알루미늄이 에칭(부식)될 수도 있다. 그러나, 이러한 비가 너무 낮은 경우, 즉 Cl-함유 에칭액이 불충분하게 존재하는 경우에는, 에칭 속도가 너무 낮어서 상용하기에 어렵다. 이와 같은 이유로 인하며, Cl-함유 에칭액 대 HCl의 체적유량비는 약 8:1 내지 1:1 정도가 바람직하며, 보다 바람직하게는 적어도 약 4:1 정도이다.
Cl-함유 에칭액 대 N2의 비는 에칭속도, 챔버의 벽에 형성되는 용착물의 양, 및 에칭되는 채널의 측벽에 형성되는 용착물의 양을 제어하는데 이용되고 있다. 너무 적은 N2가스를 함유하고 있는 경우에는, 언더컷팅(undercutting)이 발생하게 되는데, 즉 레지스트의 밑에 있는 알루미늄이 에칭되는 것이다. N2가스가 너무 많은 경우에는, 에칭속도가 느리고 챔버의 벽과 채널의 측벽상에 과잉의 용착물이 형성된다. 처리가스에 포함된 N2의 양은, 레지스트 밑에 있는 알루미늄이 전혀 에칭되지 않도록 그리고 거의 알루미늄의 비등방성 에칭만이 제공되도록 충분하여야 한다. 이와 같은 이유로 인하여, 통상적으로 Cl-함유 에칭액 대 N2의 체적유량비는 약 10:1 내지 0.1:1, 바람직하게는 5:1 내지 2:1, 그리고 보다 바람직하게는 약 4:1 정도이다.
"체적유량비"하는 말은, 어느 한 가스의 단위 시간당 체적 대 다른 하나의 가스의 단위 시간당 체적의 비를 의미하는 것이다.
플라즈마 조건하에서, 유입되는 처리가스가 에칭가스를 형성하게 되는데, 이러한 에칭가스는 알루미늄 및 알루미늄 합금을 에칭시켜서, AlCl3와 같은 휘발성의 알루미늄함유 물질들이 발생하게 되며, 이러한 물질들은 가스의 형태로 챔버로부터 제거된다. 레지스트가 그 밑에 있는 알루미늄을 보호하며, 그 결과 에칭되지 않은 지역들에는 알루미늄 피쳐들이 형성된다. 플라즈마를 발생시키는데 필요한 전력은 통상적으로 100 내지 1000 와트이며, 500 내지 1000 와트까지도 사용가능하고, 더 나아가서는 바람직하게 600 내지 850 와트까지가 사용가능하다.
에칭은 보강 플라즈마 공정으로 달성될 수 있다. 플라즈마의 보강은 전자 싸이클로트론 공명기, 자기 보강 반응기, 또는 유도결합 플라즈마등과 같은 곳에서 자기장이나 유도결합에 의해서 제공된다. 바람직하게, 자기 보강 반응 이온 반응기가 사용된다.
반응기내의 자기장은 플라즈마내에 형성된 이온밀도를 증가시키기에 충분한 정도로 강해야 하지만, CMOS 게이트와 같은 피쳐들을 손상시킬 수도 있는 충전손상을 유발하지 않을 정도여야 한다. 일반적으로, 웨이퍼 표면상의 자기장은 500 가우스 이상이며, 통상적으로 약 20 내지 80가우스 정도이고, 바람직하게는 40 내지 60 가우스 정도이다. 자기 보강 반응기내의 게이트들에 대한 충전손상을 감소시키기 위해서, 최대 상한이 60 가우스 정도인 것이 바람직하다.
챔버는 대체로 약 1 내지 300 밀리토르(mTorr)의 압력으로 유지되며, 바람직하게는 적어도 약 100 밀리토르, 보다 바람직하게는 약 200 내지 250 밀리토르 정도로 유지된다.
에칭공정 중에 처리조건들이 변화될 수 있다. 보호 피복 또는 상층을 갖춘 알루미늄함유층에 대해서, 통상적으로 서로 다른 처리조건을 갖는 3단계의 공정이 수행된다. 비교적 느리게 진행되는 제 1단계에서는, 비반사성 피복을 효율적으로 에칭시키고 알루미늄 함유층을 에칭하도록 처리조건들이 선택된다. 그리고 나서, 주 에칭단계인 제 2단계에서는 처리작업이 가속되는데, 보다 가혹한 처리조건하에서 알루미늄층을 신속하게 에칭시킨다. 알루미늄층이 완전히 에칭되었을때 혹은 알루미늄층이 에칭되고 나서 이 알루미늄층 밑에 있는 층 안으로 에칭이 수행되고 있을 때, 다수 덜 가혹한 처리조건의 제 3단계로 작업이 진행된다. 에칭이 완료된 후에, 기판이 세척되어서 웨이퍼상에 잔류하는 측벽의 용착물과 같은 임의의 용착물들 및 레지스트가 제거된다. 이와 같은 여러 단계의 처리에 대한 여러 가지 작업 변수들이 실시예 1 내지 12에 제공되어 있다.
작업이 제 1단계 중에, 에칭속도는 통상적으로 1000Å/분 이하이면 만족스러운 것이다. 바람직한 주 에칭속도는 적어도 5000Å/분이 되어야 상용할 수 있을 정도이며, 바람직하게는 주 에칭속도가 10,000Å/분 이상인 것이다. 15,000Å/분 이상의 에칭속도에서는 작업수행이 매우 어려운데, 이는 그러한 고속하에서는 알루미늄 함유층에 포함된 비에칭 불술물의 양이 증가하기 때문이며, 이러한 불순물은 그대로 알루미늄층상에 남겨지게 된다. 제 3단계에서의 에칭속도는 통상적으로 약 3000 내지 5000Å/분 정도이다.
본 발명에 따른 방법의 효과는 매우 크다. 주 에칭작업시 5000Å/분 이상의에칭속도가 제공될 수 있는데, 이러한 과정에서 어떠한 언더컷팅도 발생하지 않는, 즉 레지스트 밑에 있는 어떠한 알루미늄도 에칭되지 않는 상태로 유지되며, 알루미늄함유층의 거의 비등방성 에칭이 제공된다. 챔버내의 오염물질의 양이 상당히 감소되며, 새롭게 에칭되는 채널의 측벽상에 형성되는 표면안정화 용착층이 비교적 용이하게 세척된다. 더욱이, 알루미늄 함유층의 에칭 대 레지스트의 에칭비, 즉 알루미늄층 대 레지스트의 선택비가 6 이상으로 증가하게 된다.
또한, BCl3-Cl2-N2공정에서 최근에 이용되고 있는 기존의 장치를 가능한 변경을 통해서 사용할 수가 있으며, 이런 변경 사항은 단지 HCl 만큼 부식에 더 강한 재료가 사용된다는 점뿐이다. 이러한 내부식성 재료는 크롬 혹은 몰리브덴 함유의 강이 사용될 수 있다.
이하, 다음의 실시예 1 내지 12로부터 본 발명의 바람직한 효과를 설명하면 다음과 같다.
실시예 1 내지 4
제 1 내지 제 4실시예로부터, 본 발명에 따른 방법은 높은 에칭속도(5000Å/분 이상)와, 양호한 알루미늄 대 레지스트의 선택비, 그리고 레지스트 밑에 형성되는 피쳐들에 대한 만족스런 측벽 형상을 제공함을 알 수가 있다.
이들 실시예는 자지보강 반응이온 반응기를 사용하여 수행되었는데, 특히 미합중국 캘리포니아 산타 클라라(Santa Clara)에 소재하는 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)에서 시판하는 프리시젼 5000 마크 ∥ 시스템(Precision 5000(TM) Mark ∥ system)과, 마찬가지로 어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드에서 시판하는 알루미늄 에칭 페이스 ∥ 프로세스 키트(Aluminum etch Phase ∥ process kit)를 사용하였다. 사용된 웨이폐는 직경 200mm의 실리콘 웨이퍼로서, 5000Å의 산화물층과, 1000Å의 티타늄층과, 1.0μ의 구리를 0.5% 함유하는 알루미늄층과, 4000Å의 TiN층으로 연속적으로 코팅되었으며, 또한 1,45μ의 두께로 선택지역들이 레지스트로 코팅된 것이다. G 라인 포토레지스트(G line photoresist)가 사용되었다. 이러한 레지스트는, 웨이퍼의 표면적의 약 50%에 걸쳐서 설치되어 있어서, 간격 및 크기가 다른 여러 피쳐들을 생성한다. 가장 밀도가 높은 피쳐들은 0.6μ의 폭으로 형성되고 서로 0.8μ의 간격을 두고 있는 것이다.
웨이퍼는 3단계로 에칭되는데, 즉 예비에칭단계, 주 에칭단계, 및 최종에칭 단계이다. 서로 다른 두 가지 유형의 최종에칭단계를 이용할 수 있다. 예비에칭 및 최종에칭의 처리조건은 표 1에 요약되어 있다. 예비에칭은 관통되는 단계인데, 즉 위에 있는 TiN 층을 에칭시켜서 관통한 후에 알루미늄층이 에칭되기 시작할 때까지의 작업이 수행된다. 주 에칭단계는, 알루미늄 합금층을 에칭시키는 단계로서, 밑에 있는 TiN 층이 에칭되기 시작할 때까지 수행된다. 최종에칭단계는, 밑에 있는 TiN층을 에칭시켜서 관통한 후에 기판 안으로 에칭이 수행되기까지의 단계이다. 적절한 방출수단을 사용하여 챔버로부터 회수되는 가스의 조성을 모니터 함으로써, 각각의 에칭과정이 모니터된다.
주 에칭단계 중에는 챔버의 벽온도가 65℃로 유지되고, 온도제어를 위해서 웨이퍼의 뒷쪽으로 압력이 약 10 토르 정도의 헬륨을 유지시킨다.
에칭된 웨이퍼의 주사 전자 현미경법에 의한 사진(Scanning Electron Microscopy photos)으로부터 에칭형상, 잔류하는 레지스트, 측벽의 평활도 (smoothness), 및 잔류하는 잔류물의 양이 계산된다. 알루미늄 에칭속도는, 부분적으로 에칭된 웨이퍼의 피쳐들의 깊이를 측정함으로써 계산된다. 건식 스트립핑(dry stripping) 공정만으로 혹은 이러한 건식 스트립핑 공정과 습식 스트립핑 공정의 조합에 의해서, 레지스트의 스트립능력(웨이퍼로부터 잔류하는 레지스트를 제거시키는 능력)및 측벽 용착물의 제거능력(알루미늄 피쳐들의 측벽 상에 형성된 용착물을 제거시키는 능력)이 시험된다. 이러한 건식 스트립핑 공정은, 75분의 애싱 (ashing) 시간을 갖는 브란슨(Branson)식 레지스트 애셔(asher)나, 또는 2분의 작업시간을 갖는 가소닉스(Gasonics)식 레지스트 스트립퍼(siripper)에서 수행된다. 습식공정은, 상표명 "액트-150(ACT-150)" 으로 시판되고 있는 종래의 스프립핑 용제내에서 90℃의 온도로 약 10분 동안 담궈주거나, 또는 상표명 "애쉬랜드 로아 (ASHLAND ROA)"로 시판되고 있는 종래의 에틸렌 글리콜 기지의 스프립핑 용제내에서 실온으로 약 3분정도 담궈줌으로써 수행된다.
각각의 실험결과가 표 2에 제공되어 있다. 이들 결과로부터, 제 4실시예에서 알루미늄 대 레지스트의 에칭비가 4 이상으로 얻어졌음을 알 수가 있다. 제 3 및 제 4실시예에서는, 매우 매그러운 측벽이 제공되었으며, 상당히 밀집된 피쳐들 및 고립된 피쳐들에 대해서 잔류하는 알루미늄의 만족스런 측면 형상이 제공되었다. 측벽의 용착물은, 특히 피쳐들이 서로 근접하게 형성되어 있는 지역에서 발견되었다. 눈에 띄는 소위 토끼귀(rabbit ear) 모양은 나타나지 않았다. 측벽의 용착물및 레지스트의 잔류물들은, "액트-150" 내에 90℃정도로 10분간 담궈주거나 또는 "애쉬랜드 로아" 내에 실온으로 3분간 담궈줌으로써, 완전히 제거될 수 있다.
실시예 5 내지 10
제 5 내지 제 10 실시예들로부터, 본 발명에 따른 방법이 종래의 BCl3-Cl2-N2 공정에 비해서 챔버벽의 용착물의 관점에서 훨씬 깨끗하다는 것을 알 수가 있다.
사용된 웨이퍼는 앞에서 설명한 제 1 내지 제 4실시예에서와 동일하다. 사용된 처리조건이 표 3에 나타나 있다. 음극은 80℃로 유지되고, 벽온도는 65℃이며, 웨이퍼의 뒷면은 압력 10 토르의 헬륨에 노출되었다.
이들 실험의 결과가 표 4에 나타나 있다. 일반적으로, BCl3-Cl2-N2공정은 HCl-Cl2-N2공정에 비해서 챔버벽상에 약 5.5 배의 용착물을 제공한다. 따라서, HCl-Cl2-N2공정에서는 챔버벽상의 용착물이 감소되어서, 챔버의 청결도를 향상시킨다.
실시예 11 및 12
제 11 및 제 12실시예로부터, 본 발명에 따른 방법은 고속의 알루미늄 에칭속도를 제공한다는 것을 알 수가 있다.
사용된 웨이퍼는 제 1 내지 제 4실시예에서와 동일하다. 처리조건이 표 5에 요약되어 있다. 음극은 80℃로 유지되고, 웨이퍼의 뒷면상에는 압력 10 토르의 헬륨이 사용되었다.
제 11 실시예에서, 주 에칭단계는 대체로 모든 알루미늄이 에칭될 때까지 수행되었다. 이를 표 5에서 "EPB"로 표시하였는데, 즉 "바닥의 끝지점(end point at bottom)"을 나타낸 것이다.
제 12실시예에서, 주 에칭단계는 "EPT"에서 종결되었는데, 이는 "상부의 끝지점(end point when top)"를 나타낸 것이다. 회수된 가스내의 알루미늄의 양의 감소가 1차로 관측되었을 때 에칭이 중단되었다.
제 11실시예에서의 알루미늄 에칭속도는 7317Å/분 이었고, 제 12실시예에서의 알루미늄 에칭속도는 14000Å/분 이었다. 평균 잔류 레지스트는, 제 11실시예에서는 9426Å 이었고, 제 12실시예에서는 13000Å 이었다. 알루미늄 대 레지스트의 선택비는, 제 11실시예에서는 4.58이었고, 제 12실시예에서는 이 보다 큰 6 이었다. 웨이퍼상에는 미소량의 잔류물만이 남겨졌으며, 두 실시예에서 중앙의 밀집지역에 다소의 잔류물이 남겨졌었고, 제 11실시예에서는 밀집지역에서도 소량의 잔류물만이 남겨졌다.
주: (1) 모든 처리조건은 주에칭에 대한 것임. 예비에칭 및 최종에칭에 대한 처리조건은 표 1에 기록됨.
(2) 포토레지스트층
(3) 1.0μ이상 이격된 측벽라인은 모두 매끄럽기 때문에, 측벽 평활도는 0.6μ밀도선상에서 측정된 것임. 평활도 0의 측벽은 상당히 매끄럽다는 것을 의미하는 것임.
주 : (4) 예비에칭 및 최종에칭에 대한 처리조건은 제 11 및 제 12실시예에 대해서 동일함.
이상으로 본 발명은 몇 가지 바람직한 실시예들에 근거하였지만, 본 발명에 대한 그 밖의 여러 가지 변경들이 가능하다. 따라서, 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위가 이들 실시예로만 국한되는 것은 결코 아니다.

Claims (40)

  1. 기판으로부터 알루미늄함유 재료를 제거시키는 방법으로서,
    (a) 알루미늄 함유 재료층이 제공되어 있는 기판을 챔버 안으로 설치하는 단계와,
    (b) HCl, Cl-함유 에칭액, 및 N2를 포함하는 처리가스를 상기 챔버안으로 유입시키는 단계와,
    (c) 상기 챔버안에 플라즈마를 발생시켜서 휘발성 알루미늄 함유 혼합물이 형성되도록 기판으로부터 알루미늄을 에칭시키는 에칭가스를 상기 처리가스로부터 발생시키는 단계와, 그리고
    (d) 상기 챔버로부터 상기 휘발성 알루미늄 함유 혼합물을 제거시키는 단계를 포함하고 있는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 Cl-함유 에칭액을 Cl2, SiCl4, CCl4및 BCl3로 이루어진 그룹 중에서 선택하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 처리가스가 HCl, Cl2및 N2로 이루어진 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 Cl-함유 에칭액이 Cl2인 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄 함유 재료층의 일부에는 기판으로부터 알루미늄이 에칭되는 것을 방지하기 위한 레지스트가 제공된 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 처리가스가 상기 레지스트 밑에 있는 어떠한 알루미늄도 에칭되지 않을 정도로 충분한 N2를 포함하고 있는 방법.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 알루미늄 함유 재료층이 비반사성 피복을 갖추고 있으며, 상기 비반사성 피복이 상기 알루미늄함유 재료층과 상기 레지스트 사이에 제공되는 방법.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 처리가스가 상기 알루미늄함유 재료층의 비등방성 에칭만이 발생하기에 충분할 정도의 N2를 포함하고 있는 방법.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 알루미늄의 에칭된 부분상에 표면안정화 용착층이 형성되며, 상기 표면안정화 용착층이 에칭된 알루미늄의 추가의 에칭을 방지하여 거의 비등방성 에칭을 제공하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 에칭된 알루미늄상의 표면안정화 용착층의 휘발이 일어나지 않을 정도의 충분히 낮은 온도로 가열하는 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 챔버로부터 상기 휘발성 알루미늄 함유 혼합물을 휘발시키기에 충분할 정도의 높은 온도로 가열하는 방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 알루미늄함유 재료층이 피복을 갖추고 있는 방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 기판을 상기 챔버내의 지지부상에 설치하며, 상기 지지부를 70℃ 이상의 온도로 가열하는 방법.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 기판을 상기 챔버내의 지지부상에 설치하며, 상기 지지부를 약 70 °내지 100℃의 온도로 가열하는 방법.
  15. 제 1항에 있어서, 상기 기판을 상기 챔버내의 지지부상에 설치하며, 상기 지지부를 약 80℃ 내지 90℃의 온도로 가열하는 방법.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 Cl-함유 에칭액 대 HCl 대 N2의 체적유량비를 알루미늄 대 상기 레지스트의 선택비가 4 이상으로 되도록 선택하는 방법.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 처리가스를 유입시키는 단계는 에칭속도가 5000Å/분 이상으로 충분한 처리가스를 유입시키는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 처리가스를 유입시키는 단계는 에칭속도가 10,000Å/분 이상으로 충분한 처리가스를 유입시키는 방법.
  19. 제 1항에 있어서, 상기 챔버내의 압력을 1 밀리토르(mTorr)이상으로 유지하는 방법.
  20. 제 1항에 있어서, 상기 기판이 실리콘 웨이퍼인 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 기판이 상기 알루미늄 함유 재료층과 상기 실리콘 웨이퍼 사이로 다수의 방벽층을 갖추고 있는 방법.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 방벽층이 TiN, TiW, W 및 실리콘 산화물로 이루어진 그룹 중에서 선택된 재료로 이루어진 방법.
  23. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마의 밀도가 전자 싸이클로트론 공명기, 자기 보강 반응기, 및 유도 결합 플라즈마로 이루어진 그룹 중에서 선택된 방법에 의해서 보강되는 방법.
  24. 기판으로부터 알루미늄함유 재료를 제거시키는 방법으로서,
    (a) 알루미늄함유 재료층을 갖추고 있으며 상기 알루미늄함유 재료층의 일부에는 레지스트가 제공되어 있는 실리콘 웨이퍼를 챔버 안으로 설치하는 단계와,
    (b) HCl, Cl2및 N2를 포함하는 처리가스로서, Cl2대 HCl의 체적유량비가 약 10:1 내지 0.1:1 이고 Cl2대 N2의 체적유량비가 약 10:1 내지 0.1:1 인 처리가스를 상기 챔버 안으로 유입시키는 단계와,
    (c) 상기 챔버 안으로 플라즈마를 발생시켜서 휘발성 알루미늄함유 혼합물이 형성되도록 상기 레지스트보다 먼저 상기 기판상의 알루미늄의 일부를 에칭시키는 에칭가스를 상기 처리가스로부터 발생시키는 단계와, 그리고
    (d) 상기 챔버로부터 상기 휘발성 알루미늄함유 혼합물을 제거시키는 단계를 포함하고 있는 방법.
  25. 제 24항에 있어서, 상기 Cl2대 HCl의 체적유량비가 약 8:1 내지 1:1 인 방법.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 Cl2대 HCl의 체적유량 비가 4:1 이상인 방법.
  27. 제 24항에 있어서, 상기 Cl2대 N2의 체적유량비가 약 5:1 내지 2:1인 방법.
  28. 제 27항에 있어서, 상기 Cl2대 N2의 체적유량비가 4:1 이상인 방법.
  29. 제 24항에 있어서, 상기 처리가스를 유입시키는 단계는 500sccm 이하의 체적유량으로 상기 처리가스를 유입시키는 방법.
  30. 제 24항에 있어서, 상기 처리가스가 상기 레지스트 밑에 있는 어떠한 알루미늄도 에칭되지 않을 정도로 충분한 N2를 포함하는 방법.
  31. 제 24항에 있어서, 상기 처리가스가 상기 알루미늄함유 재료층의 비등방성 에칭만이 발생하기에 충분할 정도의 N2를 포함하는 방법.
  32. 제 24항에 있어서, 상기 처리가스를 유입시키는 단계는 적어도 5,000Å/분의 에칭속도로 알루미늄이 에칭되도록 충분한 처리가스를 유입시키는 방법.
  33. 제 24항에 있어서, 상기 알루미늄 함유 재료층이 피복을 갖추고 있으며, 상기 피복이 상기 알루미늄함유 재료층과 상기 레지스트 사이로 제공되어 있는 방법.
  34. 제 24항에 있어서, 상기 알루미늄의 에칭된 부분상에 표면안정화 용착층을 형성되며, 상기 표면안정화 용착층이 에칭된 알루미늄의 추가의 에칭을 방지하여 비등방성 에칭을 제공하는 방법.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 에칭된 알루미늄상에 제공된 어떠한 표면안정화 용착층도 휘발되지 않을 정도의 충분히 낮은 온도까지 가열하는 방법.
  36. 제 24항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 챔버내의 지지부상에 설치하며, 상기 지지부를 70℃ 이상의 온도까지 가열하는 방법.
  37. 제 24항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 챔버내의 지지부상에 설치하며, 상기 지지부를 약 70℃ 내지 100℃까지 가열하는 방법.
  38. 제 24항에 있어서, 상기 웨이퍼를 상기 챔버내의 지지부상에 설치하며, 상기 지지부를 약 80℃ 내지 90℃ 까지 가열하는 방법.
  39. 제 24항에 있어서, 상기 플라즈마의 밀도가 전자 싸이클로트론 공명기, 자기보강 반응기, 및 유도결합 플라즈마로 이루어진 그룹 중에서 선택된 방법에 의해서 보강되는 방법.
  40. 기판으로부터 알루미늄 함유 재료를 제거시키는 방법으로서,
    (a) 알루미늄함유 재료층을 갖추고 있으며 상기 알루미늄함유 재료층의 일부에는 레지스트가 제공되어 있는 실리콘 웨이퍼를 챔버 안으로 설치하는 단계와,
    (b) HCl, Cl2및 N2를 포함하는 처리가스로서, Cl2대 HCl의 체적유량비가 약 10:1 내지 0.1:1이고 Cl2대 N2의 체적유량비가 약 10:1 내지 0.1:1인 처리가스를 약 500sccm 이하의 체적유량으로 상기 챔버 안으로 유입시키는 단계와,
    (c) 상기 챔버 안으로 플라즈마를 발생시켜서 휘발성 알루미늄함유 혼합물이 형성되도록 상기 레지스트보다 먼저 상기 기판상의 알루미늄의 일부를 에칭시키는 에칭가스를 상기 처리가스로부터 발생시키는 단계와, 그리고
    (d) 상기 챔버로부터 상기 휘발성 알루미늄 함유 혼합물을 제거시키는 단계를 포함하고 있으며,
    상기 처리가스가 상기 레지스트 밑에 있는 어떠한 알루미늄도 에칭되지 않도록 그리고 상기 알루미늄의 비등방성 에칭만이 발생하도록 충분한 N2를 포함하는 방법.
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