KR100402142B1 - 독립적으로제어된3전극을가진에칭챔버 - Google Patents

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Abstract

반도체 웨이퍼의 이방성 및 선택 에칭을 위한 에칭 챔버는 유전체 창과 챔버내에서 플라즈마를 발생시키기 위해 상기 유전체 창에 인접하는 외부적으로 위치된 제 1 전극 부재를 포함한다. 제 2 전극부재는 상기 제 1 전극 부재에 의해 발생된 플라즈마를 여기시키는 챔버내에 위치된다. 제 3 전극은 상기 챔버내에 위치된 반도체 웨이퍼의 이방성 및 선택에칭을 위한 측벽 패시베이션을 제공하기 위해 유전체 창을 스퍼터링하는 상기 제 1 전극 부재와 유전체창 사이에 위치된다. 각각의 전극 부재는 분리된 RF 발생기에 의해 전력이 공급된다. 이 장치는 챔버내에 위치된 반도체 웨이퍼의 에칭을 최적화하기위해 제 3 전극 부재를 각각 독립적으로 제어할 수 있다.

Description

독립적으로 제어되는 3전극을 가진 에칭 챔버
본 발명은 일반적인 반도체 웨이퍼 제조에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼 제조에서 다결정 실리콘 및 금속 도체를 선택 및 이방성 에칭하기 위한 3개의 전극을 갖는 에칭 챔버에 관한 것이다.
다결정 실리콘은 반도체 웨이퍼 제조에서 게이트 재료로서 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 기술에 관련한 현재의 추세는 반도체 웨이퍼 공정중에 정확히 유지되어야 하는 보다 작은 최소의 피처(feature) 크기를 필요로 하는 장치의 조밀도가 점점 더 커지는 경향이다. 이것은 상대적으로 낮은 압력에서 제공되는 고밀도 플라즈마를 이용하는 이방성 및 선택 에칭을 이용하여 성취되고 있다.
이미 공지된 기술에서와 같이, 플라즈마 에칭은 기판의 비보호 층을 포함하는 휘발성 에칭 부산물을 형성하는 화학적 활성 부식액을 만들기 위해 RF 전압에 결합(coupling)된 플라즈마를 이용한다. 이러한 기술은 기판 및 에칭 가스의 적절한 조합에 의해서 가능해진다. 이러한 조합은 반도체 장치의 제조에 이용되는 대부분의 막에 유용하다. 전형적인 에칭 가스의 예로는 CCl4및 CF4의 형태로서 각각 유용한 클로린과 플루오린의 화합물이 있다. 이들 화합물은 다결정 실리콘, SiO2, Si3N4및 메탈을 에칭하기 위해 제공되었다. 예를들어 플루오린 기는 휘발성 실리콘 태트라 플루오라이드 에칭 산물을 생산하기 위해 실리콘과 반응한다. 산소함유 플라즈마는 레시스트를 함유하는 유기체 막을 에칭하거나 에칭 가스의 에칭율을 상당히 증가시키기는데 공통적으로 이용된다.
플라즈마 에칭은 도 1에 나타낸 에칭 챔버내에서 일반적으로 수행된다. 도 1의 종래의 에칭 챔버는 측벽(12)과 극도로 순수한 수정(quartz)판으로 이루어진 유전체 창(14)을 포함한다. 유도 코일(16)은 챔버(10)의 유전체 창(14) 위에 위치되고 RF 발생기(18)에 의해 전력이 공급된다. 일반적으로 척(chuck)으로 공지된 전기 전도성 웨이퍼 지지 메카니즘(22)은 챔버(10)내에 위치된다. 제 2의 RF 발생기(20)는 웨이퍼 척에 전력을 공급한다. 농밀하게 유도적으로 결합된 플라즈마는 발생기(18)로 코일(16)에 전력을 공급하므로서 발생된다. 제 2의 발생기(20)는 웨이퍼(24)의 RF 바이어스를 발생시키는데 이용되며 이것은 이방성 반응 이온 에칭(R.I.E)에 필요한 웨이퍼 표면에 대해 이온 충돌을 일으킨다.
그러나, 상술한 챔버내에서의 에칭은 언제나 요구하는 이방성을 제공하는 것은 아니다. 예를들어 제 1도의 챔버내에서 플라즈마 에칭에 의한 다결정 실리콘 게이트의 제조는 경사지거나 아래를 잘라낸 측벽을 가진 게이트를 종종 생산한다. 이것은 선택도 문제에 의해 야기된다. 특히, 장치가 더 작아짐에 따라 필요한 에칭율이 증가하기 때문에, 선택율은 아래에 놓인 얇은 게이트 산화물을 제거하지 않고 다결정 실리콘 게이트 산화물을 패턴하는데 요구된다. 특히, 접합깊이가 필드산화물의 두께보다 더 빨리 감소하기 때문에 실리콘에 대한 실리콘 이산화물의 선택도가 좀더 높을 필요가 있다. 또한 게이트 산화물의 두께는 게이트 전극의 두께보다 더 빠른 비율로 감소하기 때문에, 실리콘 이산화물 대한 실리콘의 선택도가 좀더 높아야만 한다. 더욱이 요구되는 선택도는 에칭되어 아래에 놓이는 막의 두께 뿐만 아니라 초기의 처리 단계에 의해 생성된 토포그래피에 의존한다.
그러므로, 도 1의 챔버내에서 플라즈마 에칭중에 이방성을 얻기 위해, 접합측벽 패시베이션이 필요하다. 이것은 초기에 기술된 에칭 부산물을 적절히 선택하므로서 도 1의 종래의 챔버내에서 이루어진다. 그러나, 적절한 선택으로도, 이들 에칭 부산물의 농도가 에칭 과정의 끝에서 거의 고갈되며 따라서 측벽 패시베이션의 축적이 느려진다. 여러 경우에, 이것은 게이트 산화물과 같은 아래에 놓이는 층에 대하여 감소된 선택율과 노칭(notching)을 야기한다. 따라서, 에칭 부산물의 신중한 선택과는 달리 어떤 것을 이용하여 측벽 패시베이션의 형성을 제어할 필요가있다.
본 발명이 주요 목적은 측벽 패시베이션의 형성이 보다 정확히 제어될 수 있는 개선된 에칭 챔버를 제공하는데 있다.
일반적으로, 반도체 웨이퍼의 이방성 에칭과 선택 에칭을 위한 에칭 챔버는 유전체 창을 갖는 엔클로져(enclosure)를 포함한다. 제 1 전극수단은 엔클로져 외부에 제공되며, 또한 가스를 플라즈마로 변환시키기위해 엔클로져에 도입될 처리가스에 RF 전압을 유도적으로 결합하는 유전체 창 가까이에 제공된다.
제 2 전극수단은 에칭될 적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 지지하고 상기 제 1 전극수단에 의해 발생된 플라즈마를 여기하는 엔클로져내에 제공된다.
제 3 전극수단은 상기 제 1 전극수단과 유전체 창 사이에 제공되며 반도체 웨이퍼의 이방성 및 선택 에칭을 위한 측벽 패시베이션을 제공하기 위해 유전체 창을 스퍼터링한다. 또한 상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극수단은 반도체 웨이퍼의 에칭을 최적화하기 위해 독립적으로 제어될 수 있다.
도 1은 종래의 에칭 챔버의 개략도.
도 2는 본 발명인 에칭 챔버의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
30 : 챔버 31 : 엔클로져
34 : 유전체 창 36 : 유도 코일
42 : 척 44 : 웨이퍼
48 : 격자 전극 50 : RF 발생기
본 발명은 첨부 도면과 관련한 다음의 상세한 설명으로부터 명확히 이해될것이다.
본 발명의 에칭 챔버는 특히 반도체 게이트 도전성 스택과 금속 라인의 이방성 에칭 및 선택 에칭을 위해 제공된다. 그러나 본 발명의 에칭 챔버는 다른 형태의 반도체 구조를 에칭하는데 유용한 것으로 이해해야 한다.
도 2를 보면, 도면부호 30으로 표시된 본 발명의 에칭 챔버의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 일반적으로 에칭 챔버(30)는 연속적인 측벽(32)과 극도로 순수한 수정판으로 이루어진 평면 유전체 창(34)을 갖는 종래에 설계된 엔클로져(31)를 포함한다. 엔클로져(31)는 알루미늄과 같은 전도성 금속로부터 제조되며, 어떤 다른 적절한 공지의 재료로부터 제조된다.
도 2를 다시 보면, 본 발명의 에칭 챔버(30)는 반도체 웨이퍼상에서 게이트 도전성 스택과 금속 라인의 선택 및 이방성 에칭을 가능케하는 독립적으로 제어되는 3전극(36,42,48)을 포함한다. 특히, 전극(36)은 엔클로져(31)의 유전체 창(34)위로 향하는 나선형 유도 코일을 포함한다. 전극(36)은 이와 결합되는 RF 발생기(38)에 의해 전력이 공급된다. 엔클로져(31)의 내부에는 하나 이상의 반도체 웨이퍼(44)를 지지하는 종래의 전도성 척을 포함하는 전극(42)이 위치된다. 척(42)은 웨이퍼(44)를 지지할 뿐만 아니라 에칭중 일정한 레벨에서 웨이퍼의 온도를 유지하기 위해 동작한다. 제 2의 RF 발생기(46)는 척(42)과 웨이퍼(44)에 전력을 공급하기 위해 척(42)과 결합된다. 상기 전극(48)은 측벽 패시베이션의 형성을 통해 독립 제어 가능하며 새로운 격자형 전극(48)을 포함한다. 격자형 전극(48)은 적절한 전도 재료로부터 제조된다. 격자형 전극(48)은 유도 코일(36)과 챔버(30)의 유전체 창(34) 사이로 향한다. 제 3의 RF 발생기(50)는 개별적으로 제어되는 RF 에너지 원을 이곳에 제공하기 위해 격자형 전극(48)과 결합된다.
반도체 웨이퍼(44)를 에칭하기 위해, RF 발생기(38),유도 코일(36) 및 유전체 창(34)은 위치(40)에서 엔클로져(31)에 안내되는 선택 처리 가스와 RF 전압을유도적으로 결합하기 위해 상호 작용한다. 그러한 가스의 예로는 하이드로겐 염화물(HCL), 클로린(Cl2), 질소(N2) 및 산소(O2) 또는 다른 적절한 에칭 가스를 포함한다. 유도 결합은 선택 가스 또는 가스들을 유도 플라즈마로 변환시킨다. 제 2의 RF 발생기(46)는 유도 코일(36)과 유전체 창(34)에 의해 생성된 유도 플라즈마를 추가로 여기시키기 위해 척과 웨이퍼를 개별적으로 구동되도록 할 수 있다. 격자전극(48)에 전력을 공급하는 RF 발생기(50)는 에칭의 농도가 주 에칭의 끝에서 거의 고갈될때 챔버(30)의 유전체 창(34)을 스퍼터링하기 위해 선택적으로 제어될수 있다. 따라서, 측벽 패시베이션이 느려지는 것을 방지하게 된다. 이것은 또한 아래에 놓이는 웨이퍼(44)의 산화물층에 대한 선택율을 강화시킨다.
여기서 기술된 실시예는 단지 예시적인 것이며 기능적으로 동일한 요소를 이용하여 실시예에 대한 다양한 변경과 수정이 당업자에 의해 이루어질 것이다. 당업자에 의해 명백해지는 그러한 모든 변경이나 수정 뿐만 아니라 다른것도 첨부된 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 범위내에 포함된다.
본 발명은 측벽 패시베이션의 형성이 보다 정확히 제어될 수 있는 효과를 가진다.

Claims (20)

  1. 반도체 웨이퍼의 이방성 및 선택적 에칭을 위한 에칭 챔버에 있어서,
    유전체 창을 갖는 엔클로져와;
    상기 엔클로져의 외부에 위치하고 상기 유전체 창에 인접하며, 상기 엔클로져로 도입되는 처리 가스와 RF 전압을 유도적으로 결합하고 상기 가스를 플라즈마로 변환시키기 위한 제 1 전극수단과;
    상기 엔클로져내에 위치하며 에칭될 적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 지지하고 상기 제 1 전극수단에 의해 발생된 상기 플라즈마를 여기하기 위한 제 2 전극수단 및;
    상기 제 1 전극수단과 상기 유전체 창 사이에 위치되며 상기 적어도 하나의 반도체 웨이퍼의 이방성 및 선택적 에칭을 위한 측벽 패시베이션을 제공하기 위해 상기 유전체 창을 스퍼터링 하기 위한 제 3 전극수단을 포함하며,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극수단은 상기 적어도 하나의 반도체 웨이퍼의 에칭을 최적화하기 위해 독립적으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 창은 수정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 웨이퍼는 다결정 실리콘을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극수단은 제 1의 RF 발생기와 결합되는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극수단은 제 2의 RF 발생기와 결합되는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 전극수단은 제 3의 RF 발생기와 결합되는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극수단은 유도 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 전극수단은 웨이퍼 지지 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 전극수단은 격자형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  10. 반도체 웨이퍼의 이방성 및 선택적 에칭을 위한 에칭 챔비에 있어서,
    유전체 창을 갖는 엔클로져와;
    상기 엔클로져의 외부에 위치하고 상기 유전체 창에 인접하며, 상기 엔클로져로 도입되는 처리 가스와 RF 전압을 유도적으로 결합하고 상기 가스를 플라즈마로 변환시키기 위한 제 1 전극수단과;
    상기 엔클로져내에 위치하며 에칭될 적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 지지하고 상기 제 1 전극수단에 의해 발생된 상기 플라즈마를 여기하기 위한 제 2 전극수단과;
    상기 제 1 전극수단과 상기 유전체 창 사이에 위치되며 상기 적어도 하나의 반도체 웨이퍼의 이방성 및 선택적 에칭을 위한 측벽 패시베이션을 제공하기 위해 상기 유전체 창을 스퍼터링 하기 위한 제 3 전극수단 및;
    RF 에너지 원을 상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극수단에 공급하는 RF 발생기 수단을 포함하며,
    상기 RF 발생기 수단은 상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극수단이 상기 적어도 하나의 반도체 웨이퍼의 에칭을 최적화하도록 독립적으로 제어될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 RF 발생기 수단은 분리된 3개의 RF 발생기를 포함하는데, 상기 각각의 RF 발생기는 연결된 상기 제 1, 제 2 및 제 3 전극수단중 하나에 결합되는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 전극수단은 유도 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 전극수단은 웨이퍼 지지 척을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 3 전극수단은 격자형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 유전체 창은 수정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  16. 유전체 창을 갖는 엔클로져와, 상기 엔클로져에 외부적으로 결합되고 상기 엔클로져내에서 플라즈마를 발생시키는 상기 유전체 창에 인접한 유도코일과, 상기 유도 코일에 의해 발생된 상기 플라즈마를 여기시키는 상기 엔클로져내에 위치된 웨이퍼 지지 척을 포함하며, 반도체 웨이퍼의 이방성 및 선택적 에칭을 하는데 이용되는 에칭 챔버에 있어서,
    상기 유도 코일과 상기 유전체 창 사이에 위치되며, 상기 엔클로져내의 상기 척에서 지지될 적어도 하나의 반도체 웨이퍼를 이방성 및 선택적 에칭하는 측벽 패시베이션을 제공하기 위해 상기 유전체 창을 스퍼터링하는 전극수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 유도 코일, 상기 척 및 상기 전극수단에 에너지원을 공급하는 RF 발생기 수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 RF 발생기 수단은 분리된 3개의 RF 발생기를 포함하는데, 상기 각각의 RF 발생기는 연결된 상기 유도 코일, 상기 척, 상기 전극수단에 결합되고, 상기 RF발생기 수단은 상기 유도 코일, 상기 척 및 상기 전극수단이 상기 적어도 하나의 반도체 웨이퍼의 에칭을 최적화하도록 독립적으로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 유전체 창은 수정판을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 전극수단은 격자형 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 챔버.
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