KR101546290B1 - Etching process of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식각공정에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 식각공정은 Oxide 및 Poly-Si중에 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자에 증착된 SiNx 막을 식각하는 공정에 있어서, 상기 Oxide 및 Poly-Si에 대해 상기 SiNx막을 선택적 및 등방성으로 식각하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an etching process, wherein an etching process according to the present invention is a process for etching a SiNx film deposited on a semiconductor device including at least one of oxide and poly-Si, wherein the SiNx The film is selectively and isotropically etched.
Description
본 발명은 반도체 소자의 식각공정에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 소자의 SiNx 막을 식각하는 경우에 Oxide 및 Poly-Si의 식각을 최대한 방지하면서 SiNx막을 선택적으로 및 등방성으로 식각할 수 있는 식각공정에 관한 것이다.The present invention relates to an etching process for a semiconductor device, and more particularly, to an etching process for selectively and isotropically etching a SiNx film while preventing etching of oxide and poly-Si to the greatest extent when the SiNx film of a semiconductor device is etched. .
최근 반도체 소자의 제조공정이 10 ~ 20nm 이상으로 미세화됨에 따라 웨이퍼 간 공정 균일도(wafer to wafer process uniformity)를 비롯하여 허용 가능한 defect level의 요구는 점점 올라가고 있다. 이러한 요구는 기존 공정으로 만족시킬 수 없으므로 기존 공정의 개량이나, 신공정의 도입을 필요로 하고 있다. 특히, 반도체 소자의 SiNx막은 화학적으로 안정한 특성을 가지고 있는 유전막이기 때문에, 메모리 소자의 기본적인 소자분리 공정뿐 만 아니라 contact 공정이나 capping 공정에서 sidewall 소재로 사용되는 등 DRAM 및 FLASH Memory 제조 공정에 광범위하게 사용되는 막질이다.In recent years, as the semiconductor device fabrication process has been miniaturized to 10 to 20 nm or more, demands for an allowable defect level including a wafer to wafer process uniformity are increasing. This requirement can not be satisfied with the existing process, so it is necessary to improve the existing process and introduce the new process. In particular, since SiNx films of semiconductor devices are chemically stable dielectric films, they are widely used in DRAM and FLASH memory manufacturing processes as well as basic device separation processes in memory devices, as well as in sidewall materials in contact and capping processes. Is a membrane quality.
기존에는 상기 SiNx막을 제거하기 위해 인산(H3PO4)을 주로 사용하였다. 상기 인산은 사용한 식각공정은 150 ~ 180℃ 정도의 고온공정으로 수십장의 웨이퍼를 베스(bath)에 수용하여 공정을 진행하였다. 이러한 배치공정은 웨이퍼 간 공정 균일도 확보의 어려움, 파티클 제어의 어려움, 그리고 화학 반응물의 생성 등의 어려움을 수반하였다.In the past, phosphoric acid (H 3 PO 4 ) was mainly used to remove the SiN x film. The etching process used phosphoric acid was performed at a high temperature of about 150 to 180 ° C and several dozens of wafers were accommodated in a bath. Such a batch process is accompanied by difficulties in ensuring uniformity of the wafer-to-wafer process, difficulty in particle control, and generation of chemical reactants.
따라서, 종래의 SiNx막을 식각하는 습식공정을 대체하는 건식 식각공정을 도입할 필요성이 증대되어 왔다. 또한, SiNx막을 식각하는 경우에 상기 반도체 소자의 Oxide 및 Poly-Si에 대한 SiNx막의 선택도롤 높이어 Oxide 및 Poly-Si의 식각을 최대한 방지하면서 SiNx막을 등방성으로 식각할 수 있는 식각공정의 개발이 필요하게 되었다.Therefore, there is a growing need to introduce a dry etching process that replaces the wet process for etching the conventional SiNx film. Also, in the case of etching the SiNx film, the selection of the SiNx film for the oxide and poly-Si of the semiconductor device is required to be improved and the etching process that can etch the SiNx film isotropically while preventing the oxide and poly-Si etching as much as possible .
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 반도체 소자의 SiNx막을 건식으로 식각할 수 있는 식각공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an etching process capable of dry-etching a SiNx film of a semiconductor device to solve the above problems.
특히, 본 발명은 반도체 소자의 SiNx막을 식각하는 경우에 Oxide 및 Poly-Si에 대한 높은 식각 선택도를 유지하면서 SiNx막을 식각할 수 있는 식각공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.In particular, it is an object of the present invention to provide an etching process capable of etching a SiNx film while maintaining a high etch selectivity for oxide and poly-Si when etching a SiNx film of a semiconductor device.
또한, 본 발명은 반도체 소자의 SiNx막을 식각하는 경우에 종래의 습식 식각공정과 유사하게 등방성으로 SiNx막을 식각할 수 있는 식각공정을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an etching process capable of etching an SiNx film in an isotropic manner similar to a conventional wet etching process when etching a SiNx film of a semiconductor device.
상기와 같은 본 발명의 목적은 Oxide 및 Poly-Si를 포함하는 반도체 소자에 증착된 SiNx 막을 식각하는 공정에 있어서, 상기 Oxide 및 Poly-Si에 대해 상기 SiNx막을 선택적 및 등방성으로 식각하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정에 의해 달성된다.It is an object of the present invention to provide a method of etching a SiNx film deposited on a semiconductor device including oxide and poly-Si, wherein the SiNx film is selectively and isotropically etched with respect to the oxide and poly-Si, And is achieved by an etching process of a semiconductor element.
여기서, 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도는 100이상이며, 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx에의 식각 선택도는 40 이상일 수 있다.Here, the etching selectivity of the SiNx to the oxide is 100 or more, and the etching selectivity to the SiNx with respect to the poly-Si may be 40 or more.
구체적으로, 상기 식각공정은 CH2F2, CH3F, NF3, CF4 로 이루어진 가스군 중에서 선택된 적어도 하나의 제1 가스와, N2, H2, O2 중에서 선택된 적어도 하나의 제2 가스를 공급하여 소정의 온도에서 소정의 파워에서 구동하는 라디칼 발생장치에 의해 라디칼을 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 라디칼 발생장치는 700와트(W) 이하의 파워에서 구동할 수 있드며, 상기 라디칼 발생장치는 CCP 타입의 리모트 플라즈마를 사용할 수 있다. 또한, 상기 식각공정은 5 내지 15 ℃의 온도에서 수행될 수 있다. Specifically, the etching process is CH 2 F 2, CH 3 F, NF 3, CF and at least a first gas selected from the gas group consisting of 4, N 2, H 2, O 2, at least a second selected from the group consisting of The radical can be supplied by a radical generating apparatus that supplies gas and drives it at a predetermined temperature at a predetermined power. In this case, the radical generator can be operated at a power of 700 W or less, and the radical generator can use a CCP type remote plasma. In addition, the etching process may be performed at a temperature of 5 to 15 캜.
한편, 상기 제1 가스는 상기 CH2F2 또는 상기 CH3F의 상기 CF4 에 대한 비율이 1/15 내지 1/30일 수 있으며, 상기 제2 가스는 상기 N2의 상기 CF4에 대한 비율이 1/3 내지 6일 수 있다. 여기서, 상기 제2 가스는 상기 H2의 상기 CF4에 대한 비율이 1/25 내지 1/750일 수 있다.On the other hand, the first gas may be in the ratio of the CF 4 of the CH 2 F 2 or the CH 3 F 1/15 to 1/30, and the second gas to the CF 4 in the N 2 The ratio may be 1/3 to 6. The second gas may be the proportion relative to the CF 4 in the
한편, 상기와 같은 본 발명의 목적은 Oxide 및 Poly-Si를 포함하는 반도체 소자에 증착된 SiNx 막을 식각하는 공정에 있어서, 상기 Poly-Si 상에 CFx 폴리머막을 형성하는 단계, 상기 SiNx막을 선택적으로 식각하는 단계 및 상기 CFx폴리머막을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정에 의해 달성된다.It is another object of the present invention to provide a method of etching a SiNx film deposited on a semiconductor device including oxide and poly-Si, comprising: forming a CFx polymer film on the poly-Si film; And a step of etching the CFx polymer film.
여기서, 상기 CFx폴리머막을 형성하는 단계는 CH2F2, C4F8, O2 및 N2로 이루어진 가스 중에 선택된 적어도 하나를 공급하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 상기 SiNx막을 선택적으로 식각하는 단계는 CH2F2, CH3F, NF3, CF4 로 이루어진 가스군 중에서 선택된 적어도 하나의 제1 가스와, N2, H2, O2 중에서 선택된 적어도 하나의 제2 가스를 공급하여 소정의 온도에서 소정의 파워를 가지는 라디칼 발생장치에 의해 라디칼을 공급할 수 있다. 이 경우, 상기 CFx 폴리머막을 식각하는 단계는 H2 또는 O2 가스의 라디칼을 제공할 수 있다.Here, the step of forming the CFx polymer film may be performed by supplying at least one selected from the group consisting of CH 2 F 2 , C 4 F 8 , O 2, and N 2 . Further, the SiNx etching selectively film is CH 2 F 2, CH 3 F, NF 3, and at least a first gas selected from the gas group consisting of CF 4, N 2, H 2 ,
전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면 반도체 소자의 SiNx막을 건식으로 식각할 수 있으며, 특히, Oxide 및 Poly-Si에 대한 높은 식각 선택도를 유지하면서 SiNx막을 식각할 수 있다.According to the present invention having the above-described structure, the SiNx film of the semiconductor device can be dry-etched, and in particular, the SiNx film can be etched while maintaining high etch selectivity for oxide and poly-Si.
또한, 본 발명의 식각공정에 따르면 반도체 소자의 SiNx막을 식각하는 경우에 종래의 습식 식각공정과 유사하게 등방성으로 SiNx막을 식각할 수 있다.Also, according to the etching process of the present invention, the SiNx film of the semiconductor device can be etched isotropically similar to the conventional wet etching process.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 식각공정이 적용되는 챔버의 개념도,
도 3은 라디칼 발생장치의 RF 파워에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프,
도 4는 챔버 내부의 온도변화에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프,
도 5는 CH2F2 가스의 공급량에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프,
도 6은 챔버 내부의 공정 압력에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프,
도 7은 H2가스의 공급량에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프,
도 8은 N2가스의 공급량에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프,
도 9는 챔버의 가스공급부와 반도체 소자 사이의 거리에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프,
도 10은 본 발명의 식각공정에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프,
도 11 및 도 12는 본 발명의 식각공정에 따라 실제로 반도체 소자를 식각한 경우를 도시한 사진 및 개략도,
도 13은 3차원 구조를 가지는 반도체 소자의 식각 전후 모습을 도시한 개략도,
도 14는 3차원 구조를 가지는 반도체 소자를 식각하는 과정을 도시한 개략도이다.1 and 2 are a conceptual view of a chamber to which an etching process according to the present invention is applied,
3 is a graph showing the etching amount and the selectivity according to the RF power of the radical generator,
4 is a graph showing the etching amount and the selectivity according to the temperature change inside the chamber,
FIG. 5 is a graph showing the etching amount and selectivity according to the supply amount of CH 2 F 2 gas,
6 is a graph showing the etching amount and the selectivity according to the process pressure inside the chamber,
FIG. 7 is a graph showing the etching amount and selectivity according to the supply amount of H 2 gas,
8 is a graph showing the etching amount and selectivity according to the supply amount of N 2 gas,
9 is a graph showing the etching amount and selectivity according to the distance between the gas supply part of the chamber and the semiconductor element,
10 is a graph showing the etching amount and selectivity according to the etching process of the present invention,
11 and 12 are a photograph and a schematic view showing a case where a semiconductor device is actually etched according to the etching process of the present invention,
13 is a schematic view showing a state before and after etching of a semiconductor device having a three-dimensional structure,
14 is a schematic view showing a process of etching a semiconductor device having a three-dimensional structure.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.
이하에서 설명하는 식각공정은 Oxide 및 Poly-Si중에 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자에 증착된 SiNx 막을 식각하는 공정에 관한 것으로서, 특히, 상기 Oxide 및 Poly-Si에 대해 상기 SiNx막을 선택적으로 식각하며, 나아가 상기 SiNx막을 등방성으로 식각하는 것을 특징으로 한다. The etching process described below relates to a process for etching a SiNx film deposited on a semiconductor device including at least one of oxide and poly-Si, and more particularly, to selectively etching the SiNx film with respect to the oxide and poly-Si, And further, the SiNx film is isotropically etched.
이와 같이 Oxide 및 Poly-Si에 대해서 상기 SiNx막만을 선택적으로 식각하기 위해서는 상기 Oxide 및 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도(SiNx의 식각량/대상물의 식각량)가 매우 중요하다. 후술하는 본 발명의 식각공정에서는 상기 SiNx막을 식각하는 경우에 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도(SiNx 식각량/Oxide 식각량)가 100 이상이며, 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도(SiNx 식각량/Poly-Si 식각량)가 40 이상으로 매우 높은 식각 선택도를 가지게 된다.In order to selectively etch only the SiNx film with respect to oxide and poly-Si, the etch selectivity (SiNx etching amount / etching amount of the object) of the SiNx to the oxide and poly-Si is very important. In the etching process of the present invention described below, the etching selectivity (SiNx etching amount / oxide etching amount) of the SiNx to the oxide when the SiNx film is etched is 100 or more, and etching selectivity of the SiNx to the poly- (SiNx etching amount / Poly-Si etching amount) is 40 or more, so that the etching selectivity is very high.
이러한, 식각 선택도 및 등방성 식각은 각종 식각조건과 식각가스의 조합에 의해 달성될 수 있는 바, 먼저 본 발명에 따른 식각공정이 적용될 수 있는 챔버 구조에 대해서 살펴보고, 이어서 본 발명에 따른 식각공정을 살펴보기로 한다.The etching selectivity and the isotropic etching can be achieved by a combination of various etching conditions and an etching gas. First, the chamber structure to which the etching process according to the present invention can be applied will be described. Then, the etching process according to the present invention .
도 1은 본 발명에 따른 식각공정이 적용될 수 있는 챔버 구조를 도시한 개략도이다.1 is a schematic view showing a chamber structure to which an etching process according to the present invention can be applied.
도 1을 참조하면, 챔버(1)는 내부에 반도체 소자(이하, '기판'이라 함)(W)를 수용할 수 있는 수용공간(3)을 구비하고, 상기 수용공간(3) 내에는 상기 기판(W)을 지지하는 기판 지지부(5)를 구비한다. 상기 기판지지부(5)는 상하로 이동 가능하도록 구비될 수 있으며, 나아가 상기 기판(W)을 가열할 수 있는 가열수단을 구비할 수 있다.1, the
상기 챔버(1) 내측의 수용공간(3) 상부에는 각종 가스를 공급하는 가스공급부(7)를 구비할 수 있다. 상기 가스공급부(7)는 본 발명에 따른 식각공정을 수행하도록 식각공정에 사용되는 각종 가스를 공급할 수 있다. 상기 식각공정에 사용되는 가스 및/또는 그 조합에 대해서는 이후에 상세히 살펴본다. 또한, 상기 챔버(1)가 상기 기판의 식각 뿐만 아니라 증착공정에도 공용된다면 상기 가스공급부(7)는 상기 기판을 증착하기 위한 각종 원료가스 및/또는 반응가스를 공급할 수 있도록 구비될 수 있을 것이다.A
한편, 본 발명에 따른 식각공정은 각종 식각가스를 활성화시켜 상기 가스의 라디칼을 공급하여 수행될 수 있다. 따라서, 상기 식각가스를 활성화시키는 라디칼 발생장치(10)를 구비할 수 있다. 이와 같이 라디칼을 공급하는 경우에 본 발명에서는 다이렉트 플라즈마(dirct plasma)방식이 아니라 리모트 플라즈마(remote plasma) 방식에 의해 라디칼을 공급하게 된다. 리모트 플라즈마 방식을 사용하는 경우에 라디칼 이외에 공급될 수 있는 이온 등에 의한 기판의 손상을 방지할 수 있는 장점이 있다.Meanwhile, the etching process according to the present invention can be performed by activating various etching gases to supply radicals of the gas. Accordingly, a
도 1은 리모트 플라즈마 방식에서 'ICP (Inductively Coupled Plasma : 고주파 유도결합 플라즈마)' 방식에 의한 라디칼 발생장치(10)를 도시한다. 상기 라디칼 발생장치(10)는 라디칼 발생부(11)와 생성된 라디칼을 이송시키는 도파관(12)을 구비한다. FIG. 1 shows a
상기 라디칼 발생부(11)로 후술하는 각종 식각가스가 공급되며, 상기 식각가스를 활성화시켜 라디칼을 생성시키게 된다. 상기 생성된 라디칼은 상기 도파관(12)을 통해 상기 챔버(1)의 가스공급부(7)로 이송되며, 상기 가스공급부(7)를 통해 기판(W)으로 공급된다.Various etching gases to be described later are supplied to the radical generating
한편, 도 2는 다른 실시예에 따른 챔버(20)를 도시한 개략도이다. 도 2에 따른 챔버(20)는 라디칼을 공급하는 방식에 있어서 전술한 챔버와 차이가 있으므로 이하, 차이점을 중심으로 설명한다.2 is a schematic view showing a
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 챔버(20)는 'CCP (Capacitively Coupled Plasma : 용량결합 플라즈마)' 방식에 의해 식각가스의 라디칼을 공급하는 가스공급부(25)를 구비한다. 상기 가스공급부(25)로 챔버(20) 외부에서 후술하는 식각가스가 공급되며, 상기 공급된 식각가스는 가스공급부(25)의 제1 전극(21)과 제2 전극(23) 사이로 분산된다. 이 경우, 상기 제1 전극(21)에 소정의 파워가 인가되며, 상기 제2 전극(23)은 접지될 수 있다. 이에 의해 상기 제1 전극(21)과 제2 전극(23) 사이에서 식각가스가 활성화되어 라디칼이 생성되며, 상기 라디칼을 상기 제2 전극(23)을 통해 기판(W)으로 공급된다.Referring to FIG. 2, the
따라서, 본 발명에 따른 식각공정은 공급되는 식각가스를 활성화시켜 생성된 라디칼을 리모트 플라즈마 방식으로 공급하게 되며, 예를 들어, 'CCP 방식' 또는 'ICP 방식'에 의해 라디칼을 공급할 수 있다. 그런데, 상기 2가지 방식 중에서 'ICP 방식'은 공급된 각종 식각가스를 활성화하여 라디칼을 생성한 다음, 상기 라디칼을 도파관에 의해 챔버로 공급하게 된다. 따라서, 가스의 종류를 비롯하여 챔버 내부의 공정조건에 따라 활성화된 가스의 균일한 분포 제어가 매우 어려울 수 있다. 이에 반해서, 'CCP 방식'은 일단 챔버 내부의 가스공급부로 공급된 식각가스에 소정의 파워를 인가하여 활성화하게 되므로 'ICP 방식'에 비해 가스를 활성화하여 라디칼을 균일하게 공급하는 제어가 보다 용이하다. 따라서, 본 발명에 따른 식각공정에서는 리모트 플라즈마 방식, 즉 'CCP 방식' 또는 'ICP 방식'에 의해 라디칼을 공급하며, 바람직하게는 'CCP 방식'에 의해 라디칼을 공급하게 된다.Therefore, the etch process according to the present invention activates the supplied etch gas to supply the generated radicals in a remote plasma manner. For example, the radical can be supplied by the 'CCP method' or the 'ICP method'. Among the above two methods, the 'ICP method' activates various etch gases to generate radicals, and then supplies the radicals to the chamber by a waveguide. Therefore, it is very difficult to control the uniform distribution of the activated gas depending on the type of gas and the process conditions inside the chamber. On the other hand, since the 'CCP method' is activated by applying a predetermined power to the etching gas supplied to the gas supply part inside the chamber, it is easier to control the supply of the radicals uniformly by activating the gas as compared with the 'ICP method' . Accordingly, in the etching process according to the present invention, a radical is supplied by a remote plasma method, that is, a 'CCP method' or an 'ICP method', and preferably a radical is supplied by a 'CCP method'.
도 3은 라디칼 발생장치의 RF 파워에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프이다.3 is a graph showing the etching amount and selectivity according to the RF power of the radical generator.
도 3의 (A)는 전술한 도 1 및 도 2의 라디칼 발생장치에 인가되는 RF 파워에 따른 SiNx막과 Oxide막의 식각량(Å)을 도시한다. 도 3의 (A)를 참조하면, 라디칼 발생장치에 인가되는 RF 파워가 증가할수록 SiNx막과 Oxide막의 식각량이 증가함을 알 수 있다.3 (A) shows the etching amount (Å) of the SiNx film and the oxide film according to the RF power applied to the radical generator of FIGS. 1 and 2 described above. Referring to FIG. 3A, it can be seen that as the RF power applied to the radical generator increases, the etching amount of the SiNx film and the oxide film increases.
이 때 도 3의 (B)는 라디칼 발생장치에 인가되는 RF 파워에 따른 Oxide막에 대한 SiNx막의 식각 선택도를 도시한다. 도 3의 (B)를 참조하면, RF 파워가 대략 700와트(W) 이하인 경우에 Oxide막에 대한 SiNx막의 식각 선택도가 100 이상을 유지하게 되며, 상기 RF 파워가 700와트(W)를 넘어서게 되면 Oxide막에 대한 SiNx막의 식각 선택도가 100 이하로 급격하게 감소함을 알 수 있다. 이는 RF 파워가 증가함에 따라 SiNx막의 식각량이 증가하지만, Oxide막의 식각량도 증가하게 되어 선택도가 감소하는 것으로 볼 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 식각공정에서는 라디칼 발생장치에 의해 식각가스의 라디칼을 공급하는 경우에 상기 라디칼 발생장치에 인가되는 RF 파워를 700 와트(W) 이하로 공급할 수 있으며 이에 의해 Oxide막에 대한 SiNx막의 식각 선택도를 100 이상으로 유지할 수 있다.3 (B) shows the etching selectivity of the SiNx film to the oxide film according to the RF power applied to the radical generator. Referring to FIG. 3B, when the RF power is about 700 watts or less, the etch selectivity of the SiNx film to the oxide film is maintained at 100 or more, and the RF power exceeds 700 watts The etch selectivity of the SiNx film with respect to the oxide film is sharply reduced to 100 or less. It can be seen that as the RF power increases, the etching amount of the SiNx film increases, but the etching amount of the oxide film also increases and the selectivity decreases. Therefore, in the etching process according to the present invention, when a radical of the etching gas is supplied by the radical generator, the RF power applied to the radical generator can be supplied to 700 W (W) or less, The etching selectivity of the film can be maintained at 100 or more.
한편, 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도 및 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도는 상기 식각공정이 수행되는 온도, 즉 챔버 내부의 온도에 의해서도 많은 영향을 받게 된다. 도 4는 챔버 내부의 온도변화에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프이다.On the other hand, the etch selectivity of the SiNx with respect to the oxide and the selectivity of the SiNx with respect to the poly-Si are affected by the temperature at which the etching process is performed, that is, the temperature inside the chamber. 4 is a graph showing the etching amount and the selectivity according to the temperature change inside the chamber.
도 4의 (A)는 챔버 내부의 온도 변화에 따른 SiNx, Oxide 및 Poly-Si의 식각량을 도시한다. 도 4의 (A)를 참조하면, 챔버 내부의 온도가 변화하는 경우에 Oxide의 식각량은 크게 변화가 없음을 알 수 있다. 또한, Poly-Si의 경우에는 Oxide에 비해서는 그 변화폭이 크지만, SiNx에 비해서는 변화폭이 작음을 알 수 있다. SiNx의 경우에는 온도 변화에 따른 식각량의 변화가 상대적으로 매우 크다는 것을 알 수 있다. 즉, SiNx의 경우에는 온도가 5℃를 넘어서면서 그 식각량이 현저히 증가함을 알 수 있다. 이러한 식각량은 대략 15℃까지 유지되다가 온도가 15℃를 넘어서면 서서히 감소함을 알 수 있다.4 (A) shows the etching amounts of SiNx, Oxide and Poly-Si according to the temperature change in the chamber. Referring to FIG. 4 (A), it can be seen that when the temperature inside the chamber changes, the etching amount of oxide does not change much. In addition, in the case of Poly-Si, the variation width is larger than that of oxide, but the variation width is smaller than that of SiNx. In the case of SiNx, it can be seen that the change of the etching amount with the temperature change is relatively large. That is, in the case of SiNx, it can be seen that the etching amount significantly increases as the temperature exceeds 5 ° C. It can be seen that the etching amount is maintained at about 15 ° C. and gradually decreases when the temperature exceeds 15 ° C.
도 4의 (B)는 챔버 내부의 온도 변화에 따른 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도 및 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 도시한다. 도 4의 (B)를 참조하면, 챔버 내부의 온도가 5℃인 경우에 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도가 120 이상으로 매우 높음을 알 수 있으며, 15 ℃까지 경우에 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도가 100 이상을 유지함을 알 수 있다. 이러한 선택도는 온도가 15 ℃를 넘어서서 20℃를 초과하게 되면 100 이하로 급격히 감소함을 알 수 있다. FIG. 4B shows the etching selectivity of the SiNx to the oxide and the etching selectivity of the SiNx to the poly-Si according to the temperature change inside the chamber. Referring to FIG. 4B, when the temperature inside the chamber is 5 ° C., the etching selectivity of the SiNx to the oxide is very high, ie, 120 or more. When the temperature is 15 ° C., The etching selectivity of SiNx is maintained at 100 or more. This selectivity decreases sharply to below 100 when the temperature exceeds 15 ° C and exceeds 20 ° C.
한편, 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 살펴보면 온도가 증가함에 따라 선택도가 증가하지만, 대략 20 이하의 선택도를 나타내어 아직 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도의 향상이 필요함을 알 수 있다.On the other hand, the etch selectivity of the SiNx with respect to the poly-Si increases as the temperature increases. However, the selectivity of the SiNx with respect to the poly-Si is about 20 or less, Is required.
결국, 본 발명에 따른 식각공정은 5 내지 15 ℃의 온도에서 수행될 수 있으며, 나아가 라디칼 발생장치에 인가되는 RF 파워를 700 와트(W) 이하로 공급하여 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 100 이상으로 유지할 수 있다. 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도는 후술하는 식각가스의 조합에 의해 달성하게 된다. 이하, 식각가스의 조합에 대해서 상세히 살펴보기로 한다.As a result, the etching process according to the present invention can be performed at a temperature of 5 to 15 ° C. Further, the RF power applied to the radical generator is supplied to 700 W or less to select the etching selectivity of the SiNx to the oxide Can be maintained at 100 or more. The etching selectivity of the SiNx to the poly-Si is achieved by a combination of etch gases to be described later. Hereinafter, the combination of the etching gas will be described in detail.
본 발명에 따른 식각공정은 CH2F2, CH3F, NF3, CF4 로 이루어진 가스군 중에서 선택된 적어도 하나의 제1 가스와, N2, H2, O2 중에서 선택된 적어도 하나의 제2 가스를 혼합공급하여 소정의 온도에서 소정의 파워가 인가된 라디칼 발생장치에 의해 라디칼을 공급하게 된다. 상기 온도 조건 및 라디칼 발생장치에 대해서는 이미 상술하였으므로 이하에서는 가스 조건에 대해서 살펴보기로 한다.Etching process according to the invention CH 2 F 2, CH 3 F ,
상기 식각공정은 CH2F2, CH3F, NF3, CF4 로 이루어진 가스군 중에서 선택된 적어도 하나의 제1 가스와, N2, H2, O2 중에서 선택된 적어도 하나의 제2 가스를 혼합하여 공급하게 된다. 이 경우, 메인 식각가스로 CF4를 공급하게 되며 Poly-Si의 식각을 억제하기 위하여 CH2F2, CH3F 등을 공급하게 된다.The etching process may include mixing at least one first gas selected from the group consisting of CH 2 F 2 , CH 3 F, NF 3 and CF 4 and at least one second gas selected from N 2 , H 2 and O 2 . In this case, CF 4 is supplied as the main etching gas, and CH 2 F 2 , CH 3 F and the like are supplied to suppress the etching of the poly-Si.
도 5는 CH2F2 가스의 공급량에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프이다.FIG. 5 is a graph showing the etching amount and selectivity according to the supply amount of CH 2 F 2 gas.
도 5의 (A)는 CH2F2 가스의 공급량에 따른 SiNx, Oxide 및 Poly-Si의 식각량을 도시한다. 도 5의 (A)를 참조하면, CH2F2 가스의 공급량이 변화함에 따라 SiNx의 식각량이 급격히 증가하는 구간이 존재하게 된다. 반면에 CH2F2 가스의 공급량이 변화함에 따라 Oxide 및 Poly-Si의 식각량은 크게 변화가 없게 된다.5 (A) shows the etching amounts of SiNx, Oxide and Poly-Si depending on the supply amount of CH 2 F 2 gas. Referring to FIG. 5A, there is a region in which the etching amount of SiNx abruptly increases as the supply amount of CH2F2 gas changes. On the other hand, as the supply of CH 2 F 2 gas is changed, the etching amount of oxide and poly-Si does not change much.
도 5의 (B)는 CH2F2 가스의 공급량에 따른 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 도시한다. 도 5의 (B)를 참조하면, CH2F2 가스의 공급량이 변화함에 따라 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도가 상대적으로 높은 수치를 나타내는 구간이 존재함을 알 수 있다. 즉, 상기 CH2F2 가스의 공급량이 증가함에 따라 SiNx의 식각량이 늘어나지만, 상기 CH2F2 가스의 공급량이 일정 수치를 넘어서게 되면 SiNx의 식각량이 줄어들게 된다. 이러한 현상은 아래와 같이 설명이 가능하다. FIG. 5 (B) shows the etch selectivity of the SiNx to the poly-Si according to the supply amount of CH 2 F 2 gas. Referring to FIG. 5B, it can be seen that as the supply amount of CH 2 F 2 gas is changed, there is a section showing a relatively high etching selectivity of the SiNx with respect to the poly-Si. That is, the amount of etching of the SiNx only increase as the CH 2 F 2 The feed rate of the gas increases, when the supply amount of the CH 2 F 2 gas beyond a certain value is reduced the amount of etching of the SiNx. This phenomenon can be explained as follows.
일반적으로 화학적 증착방법으로 증착한 실리콘 나이트라이드의 Si3N4에 다량의 수소가 포함되어 SiN의 식각율이 상대적으로 빠른 것으로 알려져 있다. 이때의 식각 현상은 다음과 같이 설명된다.It is generally known that Si 3 N 4 of silicon nitride deposited by a chemical vapor deposition method contains a large amount of hydrogen, and the etching rate of SiN is relatively fast. The etch phenomenon at this time is explained as follows.
즉, 상기 [식 1]과 같은 형태의 반응으로 실리콘 나이트라이드에 수소가 포함된 경우 식각이 상대적으로 빨라지는 경향이 나타난다. That is, when hydrogen is contained in the silicon nitride by the reaction of the above-mentioned [formula 1], the etching tends to be relatively fast.
이러한 현상으로 SiNx의 식각 시 CH2F2를 추가 함에 따라 초기에 SiNx의 식각율이 증가하는 현상을 설명할 수 있다. 즉, CH2F2의 H가 H*, CH* 등의 형태로 SiNx의 표면에 흡착하고 이때 CH2F2의 증가에 따라 H* 농도가 높아짐에 따라 NH3의 형성이 활성화 되어 SiN의 식각율이 증가하는 것으로 생각한다. 그러나 CH2F2의 농도가 일정량 이상이 되면 NH4F 등의 고상 부산물이 발생된다. 이때 CH2F2는 C*, H*, CH*, F* 등의 라디칼로 분해하게 되고 이중 H* 와 F*만을 포함하는 반응식을 예시하면 아래와 같다.This phenomenon can explain the phenomenon that the etching rate of SiNx is increased initially by adding CH 2 F 2 when etching the SiNx. That is, the H of CH 2 F 2 is adsorbed on the surface of SiN x in the form of H *, CH *, etc. At this time, as the concentration of H * increases with the increase of CH 2 F 2 , the formation of NH 3 is activated, I think that the rate increases. However, when the concentration of CH 2 F 2 exceeds a certain level, solid-state by-products such as NH 4 F are generated. At this time, CH 2 F 2 is decomposed into radicals such as C *, H *, CH *, F * and the like, and a reaction formula containing only H * and F * is shown below.
즉, 상기 일정량 이상의 CH2F2를 첨가하면 고체상태인 NH4F가 SiNx의 표면에 형성되게 되고 이러한 고상생성물이 SiNx의 식각을 억제하게 된다. 즉, 이러한 현상에 따라 SiNx의 식각율을 최대로 하는 특정의 CH2F2의 량이 존재하게 된다.That is, when CH 2 F 2 is added in a predetermined amount or more, solid NH 4 F is formed on the surface of SiNx, and the solid product suppresses the etching of SiNx. That is, there is a specific amount of CH 2 F 2 that maximizes the etching rate of SiN x in accordance with this phenomenon.
상기 SiNx의 식각율을 최대로 하는 CH2F2의 공급량을 메인 식각가스인 CF4의 공급량과 비교해보면 상기 CH2F2 또는 상기 CH3F의 상기 CF4 에 대한 유량 비율(CH2F2 또는 CH3F의 공급량/CF4의 공급량)이 대략 1/15 내지 1/30인 것을 알 수 있다. 즉, 상기 CF4의 공급량에 대해 상기 CH2F2 또는 상기 CH3F의 공급량의 유량 비율이 대략 1/15 내지 1/30을 이루는 경우에 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도가 상대적으로 높은 수치를 나타냄을 알 수 있다.As compared with the etch rate in the SiNx is CH 2 F 2 feed rate of the main etching gas of which a maximum of CF 4 feed the CH 2 F 2 or the flow rate of the CF 4 of the CH 3 F (CH 2 F 2 Or the supply amount of CH 3 F / the supply amount of CF 4 ) is about 1/15 to 1/30. That is, when the flow rate ratio of the supply amount of CH 2 F 2 or CH 3 F to the supply amount of CF 4 is approximately 1/15 to 1/30, the etch selectivity of the SiNx to the poly-Si is Which is relatively high.
한편, 상기 SiNx, Oxide 및 Poly-si의 식각량을 상기 챔버 내부의 압력에 따라서도 영향을 받게 된다. 도 6은 상기 챔버 내부의 압력변화에 따른 식각량 및 선택도의 변화를 도시한다.On the other hand, the etching amounts of SiNx, Oxide and Poly-Si are affected by the pressure inside the chamber. FIG. 6 shows the change in the etch amount and the selectivity according to the pressure change inside the chamber.
도 6의 (A)는 상기 챔버 내부의 압력변화에 따른 상기 SiNx, Oxide 및 Poly-Si의 식각량의 변화를 도시한다. 도 6의 (A)를 참조하면, SiNx의 경우 압력이 감소함에 따라 식각량이 상대적으로 증가함을 알 수 있으며, Poly-Si의 경우에도 압력이 감소함에 따라 식각량이 상대적으로 증가하게 된다. 이 경우, 도 6의 (B)는 상기 챔버 내부의 압력 변화에 따른 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 도시한다. 도 6의 (B)를 참조하면, 상기 챔버 내부의 압력이 감소함에 따라 상기 선택도가 증가함을 알 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 본 발명에 따른 식각공정은 대략 챔버 내부의 압력이 1000 mT 이하에서 수행된다.6A shows changes in the etching amounts of SiNx, Oxide and Poly-Si according to the pressure change in the chamber. Referring to FIG. 6A, it can be seen that the etching amount is relatively increased as the pressure is decreased in SiNx, and the etching amount is relatively increased in the case of Poly-Si as the pressure is decreased. In this case, FIG. 6 (B) shows etching selectivity of the SiNx to the poly-Si in accordance with the pressure change in the chamber. Referring to FIG. 6 (B), it can be seen that the selectivity increases as the pressure inside the chamber decreases. Based on these results, the etching process according to the present invention is performed at a pressure of approximately 1000 mT or less inside the chamber.
한편, 본 발명에 따른 식각공정은 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 높이기 위하여 N2, H2, O2 중에서 선택된 적어도 하나의 가스를 공급할 수 있다.Meanwhile, the etching process according to the present invention can supply at least one gas selected from N 2 , H 2 , and O 2 in order to increase the etch selectivity of the SiN x to the poly-Si.
도 7은 H2가스의 공급량에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프이다.7 is a graph showing the etching amount and the selectivity depending on the supply amount of the H 2 gas.
도 7의 (A)는 H2가스의 공급량 변화에 따른 SiNx, Oxide 및 Poly-Si의 식각량의 변화를 도시한다. 도 7의 (A)를 참조하면, H2 가스의 공급량이 늘어남에 따라 SiNx 및 Poly-Si의 식각량이 줄어들게 되지만, 상기 SiNx 및 Poly-Si의 식각량의 수치에 차이가 있게 되어 그 선택도에 있어서는 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도가 상대적으로 상승하는 구간이 존재하게 된다. 도 7의 (B)는 상기 H2 가스의 공급량의 변화에 따른 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 도시한다. 도 7의 (B)를 참조하면, 상기 H2 가스의 공급량이 변화함에 따라 상기 선택도가 상대적으로 높은 구간이 존재하게 되며, 상기 구간에서 메인 식각가스인 CF4의 공급량에 대한 상기 H2 가스의 공급량의 유량 비율(H2 공급량/CF4의 공급량)을 살펴보면 대략 1/25 내지 1/750을 이루게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 식각공정에서는 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 높이기 위하여 CF4의 공급량에 대한 상기 H2 가스의 공급량의 유량 비율을 대략 1/25 내지 1/750을 유지하게 된다.FIG. 7A shows changes in the etching amounts of SiNx, Oxide and Poly-Si in accordance with the change in the supply amount of H 2 gas. Referring to FIG. 7A, as the supply amount of H 2 gas increases, the etching amounts of SiNx and Poly-Si are reduced. However, there is a difference in the numerical values of the etching amounts of SiNx and Poly-Si, There is a section where the etching selectivity of the SiNx to the poly-Si rises relatively. 7B shows etching selectivity of the SiNx with respect to the poly-Si according to the change of the supply amount of the H 2 gas. Referring to (B) of 7, the selectivity and the relatively present a high range as the amount of supply of the H 2 gas changed, the H 2 gas to the supply of the main etching gas of CF 4 in the interval (Supply amount of H 2 / supply amount of CF 4 ) of the supply amount of the supply amount of H 2 is about 1/25 to 1/750. Accordingly, in the etching process according to the present invention, the flow rate ratio of the supply amount of the H 2 gas to the supply amount of CF 4 is maintained to be about 1/25 to 1/750 in order to increase the etching selectivity of the SiNx to the poly-Si .
한편, 도 8은 N2 가스의 변화량에 따른 식각량 및 선택도의 변화를 도시한 그래드이다.On the other hand, FIG. 8 is a graph showing changes in etching amount and selectivity depending on the amount of change in N 2 gas.
도 8의 (A)는 N2 가스의 변화량에 따른 SiNx와 Poly-Si의 식각량의 변화를 도시한다. 도 8의 (A)를 참조하면, N2 가스의 공급량이 늘어남에 따라 SiNx 및 Poly-Si의 식각량이 줄어들게 되지만, 상기 SiNx 및 Poly-Si의 식각량의 수치에 차이가 있게 되어 그 선택도에 있어서는 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도가 상대적으로 상승하는 구간이 존재하게 된다. 도 8의 (B)는 상기 N2 가스의 공급량의 변화에 따른 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 도시한다. 도 8의 (B)를 참조하면, 상기 N2 가스의 공급량이 변화함에 따라 상기 선택도가 상대적으로 높은 구간이 존재하게 되며, 상기 구간에서 메인 식각가스인 CF4의 공급량에 대한 상기 N2 가스의 공급량의 유량 비율(N2 공급량/CF4의 공급량)을 살펴보면 대략 1/3 내지 6을 이루게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 식각공정에서는 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 높이기 위하여 CF4의 공급량에 대한 상기 N2 가스의 공급량의 유량 비율을 대략 1/3 내지 6을 유지하게 된다.8 (A) shows the change in the etching amount of SiNx and Poly-Si depending on the amount of change in N 2 gas. Referring to FIG. 8A, as the supply amount of N 2 gas increases, the etching amounts of SiNx and Poly-Si are reduced. However, there is a difference in the numerical values of the etching amounts of SiNx and Poly-Si, There is a section where the etching selectivity of the SiNx to the poly-Si rises relatively. 8 (B) shows the etch selectivity of the SiNx with respect to the poly-Si according to the change of the supply amount of the N 2 gas. Referring to (B) of Figure 8, as the feed rate of the N 2 gas changed, and to the selectivity of the presence a relatively high interval, the N 2 gas to the supply of the main etching gas of CF 4 in the interval (Supply amount of N 2 / supply amount of CF 4 ) of about 1/3 to 6. Therefore, in the etching process according to the present invention, the flow rate ratio of the supply amount of the N 2 gas to the supply amount of CF 4 is maintained approximately 1/3 to 6 in order to increase the etching selectivity of the SiNx to the poly-Si .
한편, 도 9는 챔버의 가스공급부와 기판 사이의 거리에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프이다. 도 9의 (A)는 상기 거리 변화에 따른 SiNx 와 Poly-Si의 식각량의 변화를 도시하고, 도 9의 (B)는 상기 거리 변화에 따른 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 도시한다.9 is a graph showing the etching amount and the selectivity according to the distance between the gas supply part of the chamber and the substrate. 9 (A) shows a change in the etching amount of SiNx and Poly-Si according to the distance change, and FIG. 9 (B) shows the etching selectivity of the SiNx with respect to the poly- / RTI >
도 9의 (A)와 (B)를 참조하면, 상기 가스공급부와 기판 사이의 거리가 상대적으로 증가할수록 상기 식각량 및 선택도가 증가함을 알 수 있다. 이는 상기 가스공급부와 기판 사이의 거리가 일정수치 이상으로 가까워지면 상기 가스공급부에서 라디칼 뿐만 아니라 이온 등이 공급되어 식각공정에 영향을 미치기 때문이다.Referring to FIGS. 9A and 9B, it can be seen that as the distance between the gas supply unit and the substrate increases, the etching amount and selectivity increase. This is because when the distance between the gas supply unit and the substrate becomes closer to a certain value or more, radicals as well as ions are supplied from the gas supply unit to affect the etching process.
도 10은 전술한 본 발명의 식각조건, 즉 라디칼 발생장치의 RF 파워, 챔버 내부의 온도 및 압력, CH2F2 가스 공급량, H2 가스의 공급량, N2 가스의 공급량 및 상기 가스공급부와 기판 사이의 거리를 전술한 설명에 따라 유지한 경우에 식각공정에 따른 식각량 및 선택도를 도시한 그래프이다.10 is a graph showing the relationship between the etching conditions of the present invention, that is, RF power of the radical generator, temperature and pressure inside the chamber, CH 2 F 2 gas supply, H 2 gas supply, N 2 gas supply, Is maintained according to the above description, the etching amount and the selectivity according to the etching process.
도 10의 (A)는 SiNx, Oxide 및 Poly-Si의 식각량을 도시하며, 도 10의 (B)는 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도 및 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 도시한다.10 (A) shows the etching amounts of SiNx, oxide and poly-Si, FIG. 10 (B) shows etching selectivity of the SiNx with respect to the oxide and etching selectivity of the SiNx with respect to the poly- Fig.
도 10의 (A) 및 (B)를 참조하면, 전술한 본 발명의 식각조건에서 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도는 대략 417로서 대략 400 이상이며, 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도는 대략 44로서 40 이상임을 알 수 있다. 이는 전술한 요구조건, 즉 상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도는 100 이상이며, 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도는 40 이상인 요구조건을 만족함을 알 수 있다.10 (A) and 10 (B), the etch selectivity of the SiNx with respect to the oxide is approximately 417, which is approximately 400 or more under the etching condition of the present invention, The etch selectivity is approximately 44, which is greater than 40. It can be understood that the above requirement, that is, the etching selectivity of the SiNx with respect to the oxide is 100 or more, and the etching selectivity of the SiNx with respect to the poly-Si is 40 or more.
도 11 및 도 12는 본 발명의 식각공정에 따라 실제로 기판을 식각한 경우를 도시한 사진 및 개략도이다.11 and 12 are a photograph and a schematic view showing a case where the substrate is actually etched according to the etching process of the present invention.
도 11 및 도 12를 참조하면, 식각공정이 시작되어 시간의 경과에 따라 SiNx 막은 식각되지만, Oxide 및 Silico막은 상대적으로 식각이 억제되어 거의 식각되지 않는 것을 알 수 있다.Referring to FIGS. 11 and 12, it can be seen that although the SiNx film is etched with the lapse of time since the etching process is started, the oxide and silico films are relatively etched and thus hardly etched.
한편, 이하에서는 반도체 소자를 형성하는 기판이 3차원 구조를 가지는 경우에 식각공정에 대해서 살펴보기로 한다. 전술한 실시예에서는 SiN 등 두께가 200 ~ 300 Å으로 식각되는 SiNx 의 양이 상대적으로 적으며, 일반적으로 SiNx의 식각 시작 시에는 Poly-Si가 노출되지 않으므로 전술한 식각가스를 동시에 공급할 수 있다. 그러나, 최근 신기술인 3D 플래시 메모리의 경우에는 식각해야할 SiNx의 두께가 1000 ~ 3000 Å정도로 상대적으로 두껍고, 또한 SiNx 의 식각 시작 시 부터 바로 실리콘이 노출되게 된다. 도 13은 3차원 구조를 가지는 반도체 소자의 식각 전후 모습을 도시한 개략도이다.Hereinafter, the etching process will be described in the case where the substrate on which semiconductor devices are formed has a three-dimensional structure. In the above-described embodiment, the amount of SiNx to be etched to a thickness of 200 to 300 ANGSTROM is relatively small. In general, since the poly-Si is not exposed at the start of etching of SiNx, the etching gas described above can be supplied at the same time. However, recently, in the case of 3D flash memory, the thickness of SiNx to be etched is relatively thick as 1000 to 3000 Å, and silicon is exposed immediately from the start of etching of SiNx. 13 is a schematic view showing a state before and after etching of a semiconductor element having a three-dimensional structure.
도 13의 (A)는 식각 전을 도시하며, 도 13의 (B)는 식각 후를 도시한다. 도 13의 (A)를 참조하면, 상기 반도체 소자는 실리콘 웨이퍼(100) 상에 Oxide 층(110)과 SiNx층(130)이 반복적으로 형성되어 있다. 이 경우, 식각공정을 통해 도 13의 (B)와 같이 SiNx층(130)만을 식각 해야한다. 그런데, 상기와 같은 3차원 구조의 반도체 소자는 식각 초기부터 실리콘 층이 노출된 상태를 유지하게 되므로 식각공정을 통해 poly-Si의 손상 가능성이 매우 높다는 문제점을 가진다. 이하에서는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 식각공정에 대해서 살펴보기로 한다.13 (A) shows the state before the etching, and FIG. 13 (B) shows the state after the etching. Referring to FIG. 13A, an
본 발명의 다른 실시예에 따른 식각공정은 Oxide 및 Poly-Si중에 적어도 하나를 포함하는 반도체 소자에 증착된 SiNx 막을 식각하는 공정에 있어서, 상기 Poly-Si 상에 CFx 폴리머막을 형성하는 단계와, 상기 SiNx막을 선택적으로 식각하는 단계 및 상기 CFx 폴리머막을 식각하는 단계를 포함할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of etching a SiNx film deposited on a semiconductor device including at least one of oxide and poly-Si, the method comprising: forming a CFx polymer film on the poly-Si; Selectively etching the SiNx film, and etching the CFx polymer film.
도 14는 3차원 구조를 가지는 기판을 식각하는 과정을 도시한 개략도이다.14 is a schematic view showing a process of etching a substrate having a three-dimensional structure.
도 14의 (A)는 상기 Poly-Si의 실리콘 웨이퍼(100) 상에 CFx 폴리머막(140)을 형성하는 단계를 도시한다. 상기 CFx 폴리머막(140)은 상기 Poly-Si 위에 형성되어 후속하는 SiNx의 식각단계에서 Poly-Si의 식각을 최대한 억제하여 실리콘 웨이퍼(100)의 손상을 방지한다.14 (A) shows the step of forming the
구체적으로, 상기 CFx 폴리머막을 형성하는 단계는 CH2F2, C4F8, O2 및 N2로 이루어진 가스 중에 적어도 하나를 공급하여 이루어진다. 상기 조합된 가스를 공급하는 경우에 상기 Poly-Si의 위에 CFx 폴리머막으로 이루어진 일종의 보호막을 형성하여 후속하는 SiNx의 식각단계에서 Poly-si의 식각을 최대한 방지하게 된다.Specifically, the step of forming the CFx polymer film is performed by supplying at least one of gas composed of CH 2 F 2 , C 4 F 8 , O 2, and N 2 . In the case of supplying the combined gas, a protective film made of a CFx polymer film is formed on the poly-Si to prevent the poly-si from being etched in a subsequent step of etching the SiNx.
상기 Poly-Si의 상부에 CFx 폴리머막(140)을 형성한 다음, 도 14의 (B)에 도시된 바와 같이 SiNx막(130)을 선택적으로 식각하게 된다. 상기 SiNx막(130)의 선택적 식각은 CH2F2, CH3F, NF3, CF4 로 이루어진 가스군 중에서 선택된 적어도 하나의 제1 가스와, N2, H2, O2 중에서 선택된 적어도 하나의 제2 가스를 공급하여 소정의 온도에서 소정의 파워를 가지는 라디칼 발생장치에 의해 라디칼을 공급하여 수행된다. 이러한 SiNx막의 선택적 식각공정은 전술한 실시예와 유사하므로 반복적인 설명은 생략한다.A
이어서, 도 14의 (C)에 도시된 바와 같이 상기 Poly-Si의 상부에 형성된 CFx 폴리머막을 제거할 수 있다. 상기 CFx 폴리머막을 식각하는 단계는 H2 또는 O2 가스의 라디칼을 제공하여 수행될 수 있다.Then, as shown in FIG. 14C, the CFx polymer film formed on the upper portion of the poly-Si can be removed. Etching the CFx polymer film may be performed by providing a radical of H 2 or O 2 gas.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the following claims. . It is therefore to be understood that the modified embodiments are included in the technical scope of the present invention if they basically include elements of the claims of the present invention.
1, 20..챔버
3..수용공간
5..기판지지부
7. 25..가스공급부1, 20 .. chamber
3 .. accommodation space
5. Substrate support
7. 25. Gas supply
Claims (13)
메인 식각가스인 CF4와 SiNx의 식각을 제어하기 위한 가스로 CH2F2 및 CH3F를 공급하며,
상기 Oxide 및 Poly-Si에 대해 상기 SiNx막을 선택적 및 등방성으로 식각하고, 상기 Poly-Si에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도를 40 이상으로 유지하기 위하여 상기 CH2F2 또는 상기 CH3F의 상기 CF4 에 대한 유량 비율이 1/30 내지 1/15인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정.In a process of etching a SiNx film deposited on a semiconductor device including oxide and poly-Si,
CH 2 F 2 and CH 3 F are supplied as gases for controlling etching of the main etch gases, CF 4 and SiN x,
Wherein the SiNx film is selectively and isotropically etched with respect to the oxide and the poly-Si, and the CH 2 F 2 or the CF of the CH 3 F is removed to etch the SiNx film selectively and isotropically with respect to the oxide and the poly- 4 is 1/30 to 1/15.
상기 Oxide에 대한 상기 SiNx의 식각 선택도는 100이상인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정.The method according to claim 1,
And etching selectivity of the SiNx with respect to the oxide is 100 or more.
상기 식각공정은
N2, H2, O2 중에서 선택된 적어도 하나의 가스를 더 공급하여 소정의 온도에서 소정의 파워에서 구동하는 라디칼 발생장치에 의해 라디칼을 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정.The method according to claim 1,
The etching process
Wherein at least one gas selected from the group consisting of N 2 , H 2 and O 2 is further supplied and the radical is supplied by a radical generator which is driven at a predetermined temperature and at a predetermined power.
상기 라디칼 발생장치는 700와트(W) 이하의 파워에서 구동하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정.The method of claim 3,
Wherein the radical generator is operated at a power of 700 watts or less.
상기 라디칼 발생장치는 CCP 타입의 리모트 플라즈마를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정.The method of claim 3,
Wherein the CCP type remote plasma is used as the radical generating device.
상기 식각공정은 5 내지 15 ℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정.The method of claim 3,
Wherein the etching process is performed at a temperature of 5 to 15 占 폚.
상기 N2의 상기 CF4에 대한 유량 비율이 1/3 내지 6인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정.The method of claim 3,
And the flow rate ratio of N 2 to CF 4 is 1/3 to 6.
상기 H2의 상기 CF4에 대한 유량 비율이 1/750 내지 1/25인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 식각공정.
The method of claim 3,
Wherein a flow rate ratio of the H 2 to the CF 4 is 1/750 to 1/25.
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