KR100896160B1 - 실리콘 카바이드 플라즈마 식각 방법 - Google Patents

실리콘 카바이드 플라즈마 식각 방법 Download PDF

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Abstract

상부 및/또는 하부 유전체막에 대해 선택비를 갖고 실리콘 카바이드를 플라즈마 식각하는 공정을 개시한다. 유전체는 이산화 실리콘, 실리콘 옥시나이트라이드, 실리콘 나이트라이드 또는 유기 로우-k 물질을 포함하는 다양한 로우-k 유전체를 포함할 수 있다. 식각 가스는 Cl2 와 같은 염소 함유 가스, O2 와 같은 산소 함유 가스, 및 Ar 과 같은 캐리어 가스를 포함한다. 이러한 유전체에 대해 원하는 선택비를 달성하기 위해서, 유전체를 더 느린 속도로 식각하면서, 원하는 실리콘 카바이드의 식각 속도를 얻을 수 있도록 플라즈마 식각 가스 성분이 선택된다. 이러한 공정은 수소 처리된 실리콘 카바이드 식각 저지막 또는 실리콘 카바이드 기판을 선택적으로 식각하는 데 사용될 수 있다.

Description

실리콘 카바이드 플라즈마 식각 방법{PLASMA ETCHING OF SILICON CARBIDE}
본 발명은 실리콘 카바이드와 같은 유전체를 플라즈마 식각하는 개량 공정에 관한 것이다.
일반적으로, 다층 구조 제조는 포토레지스트 보호 물질로 피복된 반도체 표면의 영역을 패터닝 식각하는 단계를 포함한다. 식각 기술 중의 하나는 반응성 이온 식각 (RIE; reactive ion etching) 이다. 이 공정은 반도체 웨이퍼를 반응 챔버 안에 위치시키는 단계와 그 챔버 안으로 식각 가스를 공급하는 단계를 포함한다. 식각 가스는 라디오 주파수 (RF) 필드 안에서 분해되어, 식각 가스에 포함된 이온이 웨이퍼 표면으로 가속된다. 가속된 이온은 웨이퍼 표면 상의 마스킹되지 않은 물질과 화학적으로 결합한다. 그 결과, 휘발성 식각 생성물이 발생되고 플라즈마 안으로 통합된다. RIE 공정의 종료점, 즉 화학 반응이 웨이퍼 표면으로부터 원하는 레벨의 물질을 제거한 때를 결정하기 위해, 휘발성 식각 생성물의 농도를 추적할 수 있다. RIE 공정 동안에, 물질이나 박막의 단층 혹은 다층막이 제거될 수도 있다. 이러한 물질은, 예컨대, 실리콘 나이트라이드 (Si3N4), PSG, 이산화 실리콘 (SiO2) 및 폴리실리콘 (PSi) 을 포함할 수도 있다.
Haga 에게 허여된 미국 특허 제 3,398,033 호는 1200℃ 내지 1300℃ 로 가열된 산소 (O2) 와 염소 (Cl2) 혼합물의 화학 반응을 이용해 실리콘 카바이드를 습식 식각하는 방법을 논의한다. Yonezawa 에게 허여된 미국 특허 제 4,351,894 호는 사불화탄소 (CF4) 와 선택적으로 산소 (O2) 를 사용하여 SiC 를 제거하는 플라즈마 식각 공정에 대해 개시하고 있다. Yamazaki 에게 허여된 미국 특허 제 4,595,453 호는 건식 식각 플라즈마 공정에서 불화수소 가스 (HF) 를 사용하는 것에 대해 개시하고 있다.
Palmour 에게 허여된 미국 특허 제 4,865,685 호 및 제 4,981,551 호는 NF3 및 선택적으로 O2 및 아르곤 (Ar) 과 혼합된 NF3 를 사용하여 SiC 의 반응성 이온 식각에 관해 개시하고 있다.
상부 포토레지스트 또는 하드 마스크 및/또는 실리콘 카바이드막의 상부 또는 하부에 있는 유전체막에 대해 선택비를 갖고 실리콘 카바이드를 플라즈마 식각하는 개선된 방법에 대한 요구가 있다.
본 발명은 하부 및/또는 상부 유전체에 대해 선택비를 갖고 실리콘 카바이드막을 플라즈마 식각하는 방법을 제공한다. 실리콘 카바이드막과 그 하부 및/또는 상부에 유전체막을 구비한 기판을 반응기 챔버 안에 위치시키고, 염소 함유 가스, 산소 함유 가스, 및 선택적인 캐리어 가스의 식각 가스를 챔버로 공급하여 플라즈마 상태로 활성화한다. 플라즈마는 실리콘 카바이드막 내부에 개구부를 식각하고, 실리콘 카바이드막은 상기 유전체보다 빠른 속도로 식각된다.
기판은 실리콘 웨이퍼일 수도 있으며, 실리콘 카바이드막 상부 및/또는 하부에 로우(low)-k 유전체막 및 패터닝된 이산화 실리콘 하드 마스크를 포함할 수도 있다. 실리콘 카바이드막 상부의 로우-k 유전체는 하드 마스크 내부의 개구부에 대응되는 위치에 실리콘 카바이드막을 노출시키도록 이미 식각된 것일 수도 있다. 로우-k 유전체는 유기 폴리머 물질일 수도 있다.
방법은 바람직하게는 적어도 1200Å/min 의 실리콘 카바이드 식각률 및 적어도 10 의 실리콘 카바이드 : 유전체 식각률 선택비를 제공할 수 있으며, ECR 플라즈마 반응기, 유도 결합 플라즈마 반응기, 용량성 결합 반응기, 헬리콘 플라즈마 반응기 또는 마그네트론 플라즈마 반응기와 같은 반응기 챔버에서 이용될 수도 있다. 방법은 기판 내부에 비아, 콘택, 및/또는 트렌치와 같은 개구부를 식각하는 데에 이용될 수 있으며, 단일 또는 이중 다마신 구조 혹은 자기정렬 콘택 또는 트렌치 구조를 형성하는 식각 방법으로서 이용될 수 있다.
염소 함유 가스는 Cl2 또는 BCl3 일 수도 있고, 산소 함유 가스는 O2, CO 또는 CO2 일 수도 있으며, 캐리어 가스는 He, Ne, Ar, Kr, 또는 Xe 일 수도 있다. 염소 함유 가스와 산소 함유 가스는 반응기 챔버로 2 : 1 내지 3 : 1 의 Cl2 : O2 유량비로 공급될 수도 있다. 산소 함유 가스는 반응기 챔버로 5 내지 30 sccm 의 속도로, 바람직하게는 15 내지 25 sccm 의 속도로 공급될 수도 있으며, 캐리어 가스는 상기 반응기 챔버로 10 내지 80 sccm 의 속도로, 바람직하게는 40 내지 60 sccm 의 속도로 공급될 수도 있다.
본 발명의 목적 및 장점은 첨부된 도면과 함께 후술하는 바람직한 실시형태의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이고, 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 가리킨다.
도 1a 내지 도 1d 는 본 발명의 공정에 따라 식각될 수 있는 비아-퍼스트 이중-다마신 (via-first dual-damascene) 구조의 개략적인 도면으로서, 도 1a 는 식각 전의 상태를 보여주고, 도 1b 는 비아가 식각된 식각 후의 상태를 보여주고, 도 1c 는 트렌치 식각을 위해 재-패터닝된 구조를 보여주며, 도 1d 는 트렌치가 식각된 식각 후 상태를 보여준다.
도 2a 내지 도 2d 는 본 발명의 공정에 따라 식각될 수 있는 트렌치-퍼스트 이중-다마신 (trench-first dual-damascene) 구조의 개략적인 도면으로서, 도 2a 는 식각 전의 상태를 보여주고, 도 2b 는 트렌치가 식각된 식각 후의 상태를 보여주고, 도 2c 는 비아 식각을 위해 재-패터닝된 구조를 보여주며, 도 2d 는 비아가 식각된 식각 후의 상태를 보여준다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 공정에 따라 식각될 수 있는 자기-정렬 이중-다마신 (self-aligned dual-damascene) 구조의 개략적인 도면으로서, 도 3a 는 식각 전의 상태를 보여주고, 도 3b 는 트렌치와 비아가 식각된 식각 후의 상태를 보여준다.
도 4 는 본 발명의 공정을 수행하는 데에 이용될 수 있는 유도 결합 고밀도 플라즈마 반응기의 개략적인 도면이다.
도 5 는 본 발명의 공정을 수행하는 데에 이용될 수 있는 중간 밀도 평행판 (parallel plate) 플라즈마 반응기의 개략적인 도면이다.
본 발명은 상부 및/또는 하부 유전체막에 대해 선택비를 갖고 실리콘 카바이 드 (SiC) 를 플라즈마 식각하는 공정을 제공한다. 유전체는 유기 로우-k 물질, 무기 유전체, 이산화 실리콘, 실리콘 옥시나이트라이드, 실리콘 나이트라이드 등을 포함하는 다양한 로우-k 유전체를 포함할 수 있다. 이러한 유전체에 대해 원하는 선택비를 얻기 위하여, 더 느린 속도로 유전체를 식각하면서, 실리콘 카바이드의 원하는 식각률을 얻기 위해 플라즈마 식각 가스 성분이 선택된다.
실리콘 카바이드는 넓은 밴드갭, 높은 열전도도, 높은 포화 전자 드리프트 속도, 및 높은 전자 이동도를 포함하여 반도체 물질로서 바람직한 특성을 가진다. 이러한 특성은 SiC 를 집적 회로에 있어서 매력적인 유전체로 만들었다. 게다가, SiC 는 다층 집적 회로 제조 공정에 사용되는 특정 식각제에 대한 상대적인 내성에 기인해 식각 저지, 보호 코팅, 마스크, 확산 배리어 등의 용도를 발견했다. 그러나, 높은 공정 온도, 출발 물질의 불순물, 특정 도핑 기술의 어려움 및 고선택비를 가진 적당한 식각 기술의 개발이 제한된 점 등을 포함하여 실리콘 카바이드를 가지고 작업하는 데에 어려움이 있다.
본 발명은 실리콘 산화막 (SiO2), 실리콘 나이트라이드 (Si3N4), 실리콘 옥시나이트라이드 및 포토레지스트 물질 (PR) 과 같은 하부 및/또는 상부 유전체막에 대한 원하는 선택비를 제공하면서 실리콘 카바이드막 내부에 개구부를 플라즈마 식각할 수 있는 반도체 제조 공정을 제공한다. 일 실시형태에서, 실리콘 카바이드는 수소 처리된 실리콘 카바이드를 포함할 수 있다. 이러한 선택비는 다층 구조에 하나 이상의 실리콘 카바이드 식각 저지막이 통합된 다마신 구조의 제조에 있어서 관심사이다. 이러한 구조를 제조하는 동안에 콘택, 비아, 전도체 라인 등과 같은 특징이 집적 회로 제조공정에서 산화막 및 유기 실리케이트 글래스막과 같은 유전체 안에 식각된다. 본 발명은 실리콘 카바이드와 마스크/산화물/로우-k 유전체/포토레지스트막과 같은 상부 및/또는 하부의 막 사이의 선택비가 상업적으로 적용하기에는 너무 낮았던 종래 식각 기술의 문제를 극복한다. 이러한 선택비 문제는 실리콘 카바이드 물질에 비해 상대적으로 이러한 막의 식각률을 감소시키는 식각 가스 성분을 이용함으로써 해결된다.
본 발명의 일 견지에 따르면, 로우-k 유전체막이 0.25㎛ 이하의 기하 (geometry) 에서 적어도 1.8㎛ 의 식각 깊이로 식각되는, 단일 혹은 이중 다마신 구조의 제조에서, 실리콘 카바이드 식각 저지막이 실리콘 카바이드 : 로우-k 유전체/포토레지스트/산화물 식각률 선택비가 5 : 1 이상으로 식각된다. 이러한 구조는 약 40 내지 60nm 두께를 갖는 하드 마스크, 약 200 내지 400nm 의 두께를 갖는 로우-k 유전체막, 약 40 내지 60nm 의 두께를 갖는 식각 저지막, 약 40 내지 60nm 의 두께를 갖는 배리어막, 금속 배선막, 금속 배선으로 채워진 비아 및 트렌치 등을 포함할 수 있다. 후술하는 설명에서 실리콘 카바이드는 다양한 다마신 구조의 하나 이상의 막에 대해 사용될 수도 있다. 그러나, 본 발명의 공정은 실리콘 카바이드가 그 구조의 식각된 구성요소로 사용되는 한 어떠한 집적 회로 구조에라도 적용될 수 있다.
도 1a 내지 도 1d 는 비아 퍼스트 이중 다마신 식각 공정 동안에 실리콘 카바이드막을 식각하는 방법을 개략적으로 도시한다. 도 1a 는 식각 전의 상태를 보여주는데, 여기서 실리콘 산화막, 실리콘 나이트라이드, 실리콘 카바이드 등의 마스크 (13), 제 1 로우-k 유전체막 (14), 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드와 같은 제 1 저지막 (16), 제 2 로우-k 유전체막 (18), 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드와 같은 제 2 저지막 (20) 및 식각 저지막 (20) 아래의 배리어막 (미도시) 과 같은 다른 막 및 전기적 전도성막 (미도시) 을 포함할 수도 있는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 (22) 을 포함하는 막들의 스택 (stack) 위에 놓이는 포토레지스트 (12) 내부에 비아에 대응하는 개구부 (10) 가 제공된다. 도 1b 는 식각 후의 구조를 나타내는데, 개구부 (10) 는 마스크 (13), 로우-k 유전체막 (14, 18) 및 제 1 저지막 (16) 을 관통해 제 2 저지막 (20) 까지 확장한다. 도 1c 는 트렌치 (24) 를 위해 마스킹막을 재-패터닝한 후의 구조를 도시한다. 도 1d 는 포토레지스트를 제거하고 제 1 로우-k 유전체막 (14) 이 제 1 저지막 (16) 까지 식각된 후의 구조를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2d 는 트렌치-퍼스트 이중-다마신 식각 공정 동안에 실리콘 카바이드막을 식각할 수 있는 방법을 개략적으로 도시한다. 도 2a 는 식각 전의 상태를 보여주는데, 마스크막 (33), 제 1 로우-k 유전체막 (34), 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드와 같은 제 1 저지막 (36), 제 2 로우-k 유전체막 (38), 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드와 같은 제 2 저지막 (40) 및 저지막 (40) 아래에 금속 배선이나 배리어막 (미도시) 을 더 포함할 수도 있는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 (42) 을 포함하는 막의 스택 위에 놓이는 포토레지스트 마스킹막 (32) 내부에 트렌치에 대응하는 개구부 (30) 가 마련된다. 도 2b 는 식각 후의 구조를 도시하는데, 개구부 (30) 는 로우-k 유전체막 (34) 을 관통해 제 1 저지막 (36) 까지 확장한다. 도 2c 는 비아 (44) 를 위해 마스킹막을 재-패터닝한 후의 구조를 도시한다. 도 2d 는 제 2 로우-k 유전체막 (38) 이 제 2 저지막 (40) 까지 식각된 후의 구조를 도시한다.
도 3a 및 도 3b 는 단일 단계 이중 다마신 식각 공정 동안에 실리콘 카바이드막을 식각할 수 있는 방법을 개략적으로 도시한다. 도 3a 는 식각 전의 상태를 보여주는데, 제 1 로우-k 유전체막 (54), 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드와 같은 제 1 저지막 (56), 제 2 로우-k 유전체막 (58), 실리콘 나이트라이드 또는 실리콘 카바이드와 같은 제 2 저지막 (60) 및 저지막 (60) 아래에 금속 배선이나 배리어막 (미도시) 을 더 포함할 수 있는 실리콘 웨이퍼와 같은 기판 (62)을 포함하는 막의 스택 위에 놓이는 포토레지스트 (52) 및 마스킹막 (53) 내부에 트렌치에 대응하는 개구부 (50) 가 마련된다. 단일 식각 단계에서 제 1 저지막 (56) 을 관통하는 비아의 식각을 획득하기 위해서, 제 1 저지막 (56) 은 개구부 (64) 를 포함한다. 도 3b 는 식각 후의 구조를 나타내는데, 여기서 개구부 (50) 는 제 1 로우-k 유전체막 (54) 을 관통해 제 1 저지막 (56) 까지 확장하고, 개구부 (64) 는 제 2 로우-k 유전체막 (58) 을 관통해 제 2 저지막 (60) 까지 확장한다. 이와 같은 배열은 "자기-정렬 이중-다마신" 구조라고 부를 수 있다.
본 발명의 공정은, 다마신 또는 기판 형태인 실리콘 카바이드막을 식각하는 것을 포함한 다른 집적 회로 구조 내의 실리콘 카바이드막의 식각에 적용될 수 있다. 본 발명의 공정은 불소 처리된 산화 실리콘 (FSG) 과 같은 도핑된 산화 실리콘, 보론 포스패이트 실리케이트 글래스 (BPSG) 및 포스패이트 실리케이트 글래스 (PSG)와 같은 실리케이트 글래스, 폴리이미드와 같은 유기 폴리머 물질, 유기 실록산 (siloxane) 폴리머, 폴리-아릴렌 에테르 (poly-arylene ether), 카본-도핑된 실리케이트 글래스, 실세스퀴옥산 (silsesquioxane) 글래스, 불소 처리된 또는 불소 처리되지 않은 실리케이트 글래스, 유사 다이아몬드 비정질 카본, SiLK (다우 케미컬사 (Dow Chemical Co.) 로부터 입수할 수 있는 제품) 와 같은 방향족 탄화수소 폴리머, CORAL (노벨러스 시스템사 (Novellus Systems,Inc.) 로부터 입수할 수 있는 제품) 과 같은 c-도핑된 실리카 글래스, 또는 유전상수가 4.0 미만, 바람직하게는 3.0 미만인 다른 적당한 유전체를 포함하는 다양한 로우-k 유전체막을 포함하는 다층 구조의 제조에 특히 유용하다. 이러한 로우-k 유전체막은 배리어막과 같은 중간막, 및 다결정질 실리콘과 같은 도체 또는 반도체 막, 알루미늄, 구리, 티타늄, 텅스텐, 몰리브덴 혹은 이들의 합금과 같은 금속, 티타늄 나이트라이드와 같은 질화물, 티타늄 실리사이드, 코발트 실리사이드, 텅스텐 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드 등과 같은 금속 실리사이드 위에 놓일 수 있다.
플라즈마는 다양한 형태의 플라즈마 반응기에서 생산될 수 있다. 일반적으로 이러한 플라즈마 반응기는 중간 밀도에서부터 고밀도 플라즈마를 생산하기 위해 RF 에너지, 마이크로웨이브 에너지, 자기장 등을 사용하는 에너지 소스를 갖는다. 예를 들어, 고밀도 플라즈마는 유도 결합 플라즈마 반응기라고도 부르며 램 리서치 코오퍼레이션 (Lam Research Corporation) 으로부터 입수할 수 있는 변압기 결합 플라즈마 (transformer coupled plasma; TCPTM), 전자 사이클로트론 공진 (electron-cyclotron resonance; ECR) 플라즈마 반응기, 헬리콘 플라즈마 반응기 등에서 생산될 수 있다. 고밀도 플라즈마를 제공할 수 있는 고 유동 (high flow) 플라즈마 반응기의 예는 공동 소유의 미국 특허 제 5,820,723 호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참조로서 통합된다. 플라즈마는 공동 소유의 미국 특허 제 6,090,304 호에 개시되어 있는 이중 주파수 플라즈마 식각 반응기와 같은 평행판 식각 반응기에서 만들어질 수도 있으며, 그 개시 내용은 본 명세서에서 참조로서 통합된다.
본 발명의 공정은 도 4 에 도시한 반응기 (100) 와 같은 유도 결합 플라즈마 반응기 안에서 수행될 수 있다. 반응기 (100) 는 반응기 하부 벽체의 출구 (104) 에 접속된 진공 펌프에 의해 원하는 진공 압력으로 유지되는 내부 (interior; 102) 를 포함한다. 가스를 가스 공급부 (106) 로부터 유전체 윈도우 (110) 의 하측 주변으로 확장하는 충만부 (plenum; 108) 로 공급함으로써 샤워헤드 장치에 식각 가스를 공급할 수 있다. RF 에너지를 RF 소스 (112) 로부터 반응기 상부의 유전체 윈도우 (110) 바깥쪽에 1 회 이상의 턴 (turn) 을 갖는 평면 나선 코일과 같은 외부 RF 안테나 (114) 로 공급함으로써, 반응기에서 고밀도 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마 발생 소스는 반응기의 상측 단부 상에 진공 밀착 (tight) 형태로 제거 가능하게 장착된 모듈러 마운팅 장치의 일부일 수 있다.
모듈러 마운팅 장치에 의해 반응기의 측벽으로부터 제거가능하게 지지된 캔틸레버 척 장치와 같이 기판 지지대 (118) 상의 반응기에 지지된다. 전체 기판 지지대/지지암 어셈블리가 반응기 측벽의 개구부를 통하여 상기 반응기로부터 제거될 수 있는 캔틸레버식으로 장착된 지지암의 일단에 기판 지지대 (118) 가 있을 수 있다. 기판 지지대 (118) 는 정전척 (120) 과 같은 척킹 장치를 포함할 수 있고, 기판은 유전체 포커스 링 (122) 에 의해 감싸질 수 있다. 척은 식각 공정 동안 기판에 RF 바이어스를 인가하는 RF 바이어싱 전극을 포함할 수 있다. 가스 공급부 (106) 에 의해 공급되는 식각 가스는 윈도우 (110) 와 하부 가스 분배판 (124) 사이의 채널을 통해 흘러, 판 (124) 의 가스 출구를 통해 내부 (102) 로 들어갈 수 있다. 또한, 상기 반응기는 가스 분배판 (124) 에서부터 확장하는 원통형 또는 원뿔형태의 가열된 라이너 (126) 를 포함할 수 있다.
본 발명의 공정은 도 5 에 도시한 반응기 (200) 와 같이 평행판 플라즈마 반응기에서 수행될 수도 있다. 반응기 (200) 는 반응기 벽체의 출구에 접속된 진공 펌프 (204) 에 의해 원하는 진공 압력으로 유지되는 내부 (202) 를 갖는 챔버를 포함한다. 가스 공급부 (206) 로부터 가스를 공급함으로써 샤워헤드 전극에 식각 가스를 공급할 수 있다. 중간 밀도 플라즈마는 반응기 안에서 이중 주파수 장치에 의해 생성될 수 있는데, 여기서 RF 소스 (208) 로부터의 RF 에너지는 매치 네트워크 (210) 를 통해 샤워헤드 전극 (212) 으로 공급되고 RF 소스 (214) 로부터의 RF 에너지는 매치 네트워크 (216) 를 통해 보텀 전극 (218) 으로 공급된다. 대신에, 샤워헤드 전극 (212) 은 전기적으로 접지되고, 두 개의 다른 주파수의 RF 에너지가 보텀 전극 (218) 으로 공급될 수 있다. 보텀 전극 (218) 상에 지지된 기판 (220) 은 식각 가스를 플라즈마 상태로 활성화시켜서 생성된 플라즈마로 식각될 수 있다. RF 파워가 샤워헤드 전극으로만 또는 보텀 전극으로만 공급되는 다른 용량성 결합 반응기 또한 사용될 수 있다.
이중 주파수 중간 밀도 평행판 플라즈마 챔버 안에서 수행된 식각 공정의 예를 표 1 에 나타내었는데, 여기서 식각 가스의 성분은 Cl2/O2/Ar 혼합물이다. 이러한 가스 혼합물의 최적의 유량 및 비가 플라즈마 식각 챔버, 기판 크기 등의 선택에 따라 달라질 수도 있지만, 200mm 실리콘 웨이퍼 상에 다마신 구조를 식각하는 경우에 식각 가스의 각 구성요소는 상기 반응기 챔버로 5 내지 100 sccm, 그리고 보다 바람직하게는 20 내지 60 sccm 의 Cl2; 2 내지 50 sccm 그리고 보다 바람직하게는 10 내지 30 sccm 의 O2; 및 0 내지 500 sccm 그리고, 보다 바람직하게는 200 내지 300 sccm Ar 유량으로 공급될 수 있다. 식각하는 동안에, 챔버 압력은 1 내지 500 mTorr, 바람직하게는 50 내지 200 mTorr 로 설정될 수 있다. 바람직하게는, Cl2 의 유량이 O2 의 유량보다 크다. 그러나, Cl2의 유량은 O2의 유량보다 작을 수 있다. 예를 들어, 식각된 구조의 다른 막에 대한 선택비를 바람직한 수준으로 달성하기 위해서, O2 의 유량에 대한 Cl2 의 유량비는 0.5 내지 2.0, 보다 바람직하게는 1.25 내지 1.75 로 설정될 수 있다.
식각 가스 성분 공급 속도(sccm) 챔버 압력 (mTorr) 탑 RF 파워(W) 보텀 RF 파워(W) SiC 식각률 (Å/min)
Cl2 40 5 360 60 1400
O2 20
Ar 50
위 식각 공정은 Cl2, O2, 및/또는 Ar 대신에 다른 가스를 대체시킴으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, BCl3 와 같은 다른 Cl 함유 가스가 Cl2 를 대신하거나 Cl2 에 추가될 수 있고, 일산화탄소 (CO) 또는 이산화탄소 (CO2) 가 O2 를 대신하거나 O2 에 추가될 수 있고, Ar 을 대신하거나 Ar 에 더하여 다른 불활성 가스가 추가될 수 있다.
표 1 의 변수를 사용하는 공정에 있어서, 실리콘 카바이드막은 SiO2 와 Si3N4 유전체막 사이에 위치하였다. 샤워헤드 전극에는 360 와트의 RF 파워를 사용하고, 보텀 전극에는 60 와트의 RF 파워를 사용하여, SiC : SiO2 그리고 SiC : SiN 의 선택비는 적어도 10, 바람직하게는 적어도 20 을 제공하면서 실리콘 카바이드막의 식각률은 약 1400 (Å/min) 이었다.
높은 SiC : 유전체 선택비는 폴리이미드와 같은 로우-k 유기 유전체, 유기 실록산 폴리머, 폴리-아릴렌 에테르, 카본-도핑된 실리케이트 글래스, 또는 실세스퀴옥산 글래스, 스핀-온 글래스, 불소 처리된 또는 불소 처리되지 않은 실리케이트 글래스, 유사 다이아몬드 비결정질 카본, "SILK" (다우 케미컬사 (Dow Chemical Co.) 의 상표) 와 같은 방향족 탄화수소 폴리머, 또는 이 분야에서 유전체로서 유용하다고 알려진 유사한 저 유전상수 (로우-k) 물질을 포함하는 다른 유전체를 사용해서도 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 플라즈마 과학 분야에 숙련된 자에게 알려져 있듯이, 플라즈마는 수많은 가스 압력 및 전기 파워 조건 하에서 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명을 실행하는 데 사용된 온도, 파워 레벨 및 가스 압력의 선택은 다양하게 변화될 수 있으며, 여기에 명시된 것은 예시하기 위한 목적이지 본 발명의 범위를 한정하려는 것이 아님을 이해하여야 한다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예들을 들어 상세하게 설명하였으나, 여기에 특별히 기술하지 않은 추가, 삭제, 변경 및 대체가 다음에 이어지는 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 본질 및 범주에서 벗어남이 없이 당업자들에 의해 상기 실시예들로부터 만들어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
상부 포토레지스트 또는 하드 마스크 및/또는 실리콘 카바이드막의 상부 또는 하부에 있는 유전체막에 대해 선택비를 갖고 실리콘 카바이드를 플라즈마 식각하여 반도체 소자를 제조할 수 있다.

Claims (29)

  1. 실리콘 카바이드막 상부의 로우-k 유전체막에 대해 선택도를 갖는 상기 실리콘 카바이드막을 플라즈마 식각하는 방법으로서,
    상기 실리콘 카바이드막 및 상기 로우-k 유전체막을 구비하는 반도체 기판을 반응기 챔버에 위치시키는 단계;
    Cl2, O2 및 Ar 을 포함하는 식각 가스를 상기 챔버에 공급하는 단계로서, 상기 Cl2 및 O2 는 상기 로우-k 유전체막에 대해 적어도 5 의 식각률 선택도로 상기 실리콘 카바이드막을 식각하는 유량비로 공급되는 단계; 및
    상기 식각 가스를 플라즈마 상태로 활성화하고, 상기 실리콘 카바이드막의 개구부를 식각하는 단계로서, 상기 식각된 개구부는 상기 로우-k 유전체막의 개구부에 의해 정의되는 단계를 포함하는, 플라즈마 식각 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각 가스는 Cl2/O2/Ar 혼합물로 구성된, 플라즈마 식각 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 Cl2 및 O2 는 적어도 2:1 의 유량비로 상기 반응기 챔버로 공급되는, 플라즈마 식각 방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 Cl2 는 5 내지 50 sccm 의 속도로 상기 반응기 챔버에 공급되는, 플라즈마 식각 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 O2 는 2 내지 25 sccm 의 속도로 상기 반응기 챔버에 공급되는, 플라즈마 식각 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 Ar 은 10 내지 400 sccm 의 속도로 상기 반응기 챔버에 공급되는, 플라즈마 식각 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 Ar 은 25 내지 100 sccm 의 속도로 상기 반응기 챔버로 공급되는, 플라즈마 식각 방법.
  10. 삭제
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 카바이드막의 식각률은 적어도 1200 Å/min 인, 플라즈마 식각 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 로우-k 유전체막 상부에 패터닝된 이산화 실리콘 하드 마스크를 더 구비하고,
    상기 로우-k 유전체막은 미리 식각되어 상기 하드 마스크의 개구부에 대응하는 위치에 상기 실리콘 카바이드막을 노출시키고,
    상기 실리콘 카바이드는 상기 하드 마스크에 대해 적어도 5 의 식각률 선택도로 식각된 식각 저지막인, 플라즈마 식각 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 실리콘 카바이드막 하부에 로우-k 유전체막을 더 구비하는, 플라즈마 식각 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 로우-k 유전체막은 유기 폴리머 물질을 포함하고,
    상기 실리콘 카바이드는 수소 처리된 실리콘 카바이드막을 포함하는, 플라즈마 식각 방법.
  15. 제 1 항에 있어서,
    실리콘 카바이드막 : 로우-k 유전체막 식각률 선택도의 비율은 적어도 10 인, 플라즈마 식각 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 챔버는 ECR 플라즈마 반응기, 유도 결합 플라즈마 반응기, 용량성 결합 반응기, 헬리콘 플라즈마 반응기, 또는 마그네트론 플라즈마 반응기를 포함하는, 플라즈마 식각 방법.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부는 비아, 콘택, 및 트렌치 중 하나 이상을 포함하는, 플라즈마 식각 방법.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부는 단일 또는 이중 다마신 구조인, 플라즈마 식각 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응기 챔버의 상기 챔버 압력은 5 내지 500 mTorr 인, 플라즈마 식각 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    상기 실리콘 카바이드막은 구리막 상부에 있는, 플라즈마 식각 방법.
  21. 실리콘 카바이드막 상부의 로우-k 유전체막에 대해 선택도를 갖는 상기 실리콘 카바이드막을 플라즈마 식각하는 방법으로서,
    반도체 기판을 이중 주파수 평행판 플라즈마 식각 반응기의 반응기 챔버에 위치시키는 단계로서, 상기 기판은 상기 실리콘 카바이드막 및 상기 로우-k 유전체막을 구비하는 단계;
    Cl2, O2 및 Ar 을 포함하는 식각 가스를 상기 챔버에 공급하는 단계로서, 상기 반응기 챔버는 5 mTorr 내지 200 mTorr 의 압력에 있고, 상기 Cl2 는 5 내지 100 sccm 의 유량으로 공급되고, 상기 O2 는 2 내지 50 sccm 의 유량으로 공급되는 단계; 및
    상기 식각 가스를 플라즈마 상태로 활성화하고, 상기 실리콘 카바이드막에 식각된 개구부를 형성하는 단계로서, 상기 식각된 개구부는 상기 로우-k 유전체막의 개구부에 의해 정의되고, 상기 실리콘 카바이드막은 상기 로우-k 유전체막보다 더 빠른 속도로 식각되는 단계를 포함하는, 플라즈마 식각 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 개구부는 0.25 ㎛ 이하의 사이즈를 갖는, 플라즈마 식각 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 유전체는 도핑된 실리카 글래스인, 플라즈마 식각 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 유전체는 3.0 미만의 유전 상수를 갖는, 플라즈마 식각 방법.
  25. 실리콘 카바이드막 상부의 로우-k 유전체막에 대해 선택도를 갖는 상기 실리콘 카바이드막을 플라즈마 식각하는 방법으로서,
    상기 실리콘 카바이드막 및 상기 로우-k 유전체막을 구비하는 기판을 포함하는 반응기 챔버에 식각 가스를 공급하는 단계로서, 상기 식각 가스는 Cl2, O2 및 Ar 을 포함하고, 상기 Cl2 및 O2 는 5:1 내지 20:1 의 유량비로 상기 반응기 챔버에 공급되는 단계; 및
    상기 식각 가스를 플라즈마 상태로 활성화하고, 상기 로우-k 유전체막의 개구부에 의해 정의된 상기 실리콘 카바이드막에 식각된 개구부를 형성하는 단계로서, 상기 실리콘 카바이드막은 상기 로우-k 유전체막보다 더 빠른 속도로 식각되는 단계를 포함하는, 플라즈마 식각 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 Cl2 및 O2 는 5:1 내지 10:1 의 유량비로 상기 반응기 챔버에 공급되는, 플라즈마 식각 방법.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 Cl2 및 O2 는 10:1 내지 20:1 의 유량비로 상기 반응기 챔버에 공급되는, 플라즈마 식각 방법.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 Cl2 및 O2 의 전체 가스 플로우는 50 sccm 보다 큰, 플라즈마 식각 방법.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 Cl2 및 O2 의 전체 가스 플로우는 적어도 100 sccm 인, 플라즈마 식각 방법.
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