KR102121640B1 - 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

마스크막의 개구의 형상을 조정하면서 에칭을 실행하는 것을 목적으로 한다. 플라즈마 생성용의 고주파 전력에 의해 수소 함유 가스, 및 불소 함유 가스를 포함하는 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 에칭하는 방법으로서, 상기 불소 함유 가스는 하이드로 플루오로 카본 가스를 포함하며, 상기 하이드로 플루오로 카본 가스로부터 생성되는 라디칼은 사플루오르화 탄소(CF4)로부터 생성되는 라디칼보다 부착 계수가 큰 에칭 방법이 제공된다.

Description

에칭 방법{ETCHING METHOD}
본 발명은 에칭 방법에 관한 것이다.
저온 영역에서, CH2F2 가스를 포함하는 에칭 가스를 이용한 실리콘 산화막 등의 에칭 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조). 특허 문헌 1에는, 개시한 에칭 가스에 의해, 고 어스펙트비의 컨택트 홀 등의 패턴을 형성하는 것이 기재되어 있다.
또한, 수소 가스, 취화 수소 가스 및 삼플루오르화 질소 가스를 포함하며, 또한 탄화 수소 가스, 플루오로 카본 가스, 및 하이드로 플루오로 카본 가스 중 적어도 어느 하나를 포함하는 가스를 여기시키고, 다층막을 그 표면으로부터 적층 방향의 도중 위치까지 에칭하여 홀을 형성하는 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 2를 참조).
일본 특허 공개 제 2015-159308 호 공보 일본 특허 공개 제 2015-153941 호 공보
그렇지만, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 플라즈마 에칭 중에 발생하는 반응 생성물을 마스크막의 어느 위치에 부착시킬지의 제어를, 적절한 가스의 조합을 선택하여 실행하는 것에는 주목하고 있지 않다. 따라서, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 마스크막의 어느 위치에 반응 생성물을 퇴적시킬지의 제어를, 에칭 가스에 첨가하는 가스에 의해 실행하는 것은 어렵다.
상기 과제에 대하여, 일 측면에서는, 본 발명은 마스크막의 개구의 형상을 조정하면서 실행하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 일 태양에 의하면, 플라즈마 생성용의 고주파 전력에 의해 수소 함유 가스, 및 불소 함유 가스를 포함하는 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 에칭하는 방법에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 하이드로 플루오로 카본 가스를 포함하며, 상기 하이드로 플루오로 카본 가스로부터 생성되는 라디칼은 사플루오르화 탄소(CF4)로부터 생성되는 라디칼보다 부착 계수가 큰, 에칭 방법이 제공된다.
일 측면에 의하면, 마스크막의 개구의 형상을 조정하면서 에칭을 실행할 수 있다.
도 1은 일 실시형태에 따른 에칭 장치의 종단면을 도시하는 도면이다.
도 2는 H2 및 CF4에 의한 실리콘 산화막의 에칭 결과의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 H2 및 CHF3에 의한 실리콘 산화막의 에칭 결과의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 H2 및 CH2F2에 의한 실리콘 산화막의 에칭 결과의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 H2 및 CH3F에 의한 실리콘 산화막의 에칭 결과의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 CF4 또는 CH2F2의 유량을 일정, 수소의 유량을 변동으로 했을 때의 마스크 선택비의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 7은 일 실시형태에 따른 에칭 방법에 따른 개구의 형상의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 에칭 방법에 따른 개구의 형상의 제어의 일 예를 도시하는 도면이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 구성에 대해서는, 동일한 도면부호를 부여함으로써 중복된 설명을 생략한다.
[에칭 장치의 전체 구성]
우선, 본 발명의 일 실시형태의 에칭 장치에 대해 도 1에 근거하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 에칭 장치의 종단면의 일 예를 도시하는 도면이다.
에칭 장치(1)는, 예를 들면 표면이 알루마이트 처리(양극 산화 처리)된 알루미늄으로 이루어지는 원통형의 처리 용기(10)를 갖고 있다. 처리 용기(10)는 접지되어 있다.
처리 용기(10)의 내부에는 탑재대(17)가 마련되어 있다. 탑재대(17)는, 예를 들면 알루미늄(Al)이나 티탄(Ti), 탄화 규소(SiC) 등의 재질로 이루어지며, 절연성의 보지부(14)를 거쳐서 지지부(16)에 지지되어 있다. 이에 의해, 탑재대(17)는 처리 용기(10)의 바닥부에 설치된다.
처리 용기(10)의 바닥부에는, 배기관(26)이 마련되며, 배기관(26)은 배기 장치(28)에 접속되어 있다. 배기 장치(28)는 터보 분자 펌프나 드라이 펌프 등의 진공 펌프로 구성되며, 처리 용기(10) 내의 처리 공간을 소정의 진공도까지 감압하는 동시에, 처리 용기(10) 내의 가스를 배기로(20) 및 배기구(24)로 인도하고, 배기한다. 배기로(20)에는, 가스의 흐름을 제어하기 위한 배플판(22)이 장착되어 있다.
처리 용기(10)의 측벽에는 게이트 밸브(30)가 마련되어 있다. 게이트 밸브(30)의 개폐에 의해 처리 용기(10)로부터 웨이퍼(W)의 반입 및 반출이 실행된다.
탑재대(17)에는, 플라즈마를 생성하기 위한 제 1 고주파 전원(31)이 정합기(33)를 거쳐서 접속되며, 웨이퍼(W)에 플라즈마 중의 이온을 인입하기 위한 제 2 고주파 전원(32)이 정합기(34)를 거쳐서 접속되어 있다. 예를 들면, 제 1 고주파 전원(31)은 처리 용기(10) 내에서 플라즈마를 생성하기 위해서 적합한 제 1 주파수, 예를 들면 60 ㎒의 제 1 고주파 전력(HF)(플라즈마 생성용의 고주파 전력)을 탑재대(17)에 인가한다. 제 2 고주파 전원(32)은 탑재대(17) 상의 웨이퍼(W)에 플라즈마 중의 이온을 인입하는데 적합한 제 1 주파수보다 낮은 제 2 주파수, 예를 들면 13.56 ㎒의 제 2 고주파 전력(LF)(바이어스 전압 발생용의 고주파 전력)을 탑재대(17)에 인가한다. 이와 같이 하여, 탑재대(17)는 웨이퍼(W)를 탑재하는 동시에, 하부 전극으로서의 기능을 갖는다.
탑재대(17)의 상면에는 웨이퍼(W)를 정전 흡착력으로 보지하기 위한 정전 척(40)이 마련되어 있다. 정전 척(40)은 도전막으로 이루어지는 전극(40a)을 한쌍의 절연층(40b)(또는 절연 시트)의 사이에 끼운 것이며, 전극(40a)에는 직류 전압원(42)이 스위치(43)를 거쳐서 접속되어 있다. 정전 척(40)은, 직류 전압원(42)으로부터의 전압에 의해, 쿨롬력에 의해 웨이퍼(W)를 정전 척 상에 흡착하고 보지한다. 정전 척(40)에는 온도 센서(77)가 마련되며, 정전 척(40)의 온도를 측정하게 되어 있다. 이에 의해, 정전 척(40) 상의 웨이퍼(W)의 온도가 측정된다.
정전 척(40)의 주연부에는, 탑재대(17)의 주위를 둘러싸도록 포커스 링(18)이 배치되어 있다. 포커스 링(18)은, 예를 들면 실리콘이나 석영으로 형성되어 있다. 포커스 링(18)은 에칭의 면내 균일성을 높이도록 기능한다.
처리 용기(10)의 천정부에는, 가스 샤워 헤드(38)가 접지 전위의 상부 전극으로서 마련되어 있다. 이에 의해, 제 1 고주파 전원(31)으로부터 출력되는 제 1 고주파 전력(HF)이 탑재대(17)와 가스 샤워 헤드(38)의 사이에 용량적으로 인가된다.
가스 샤워 헤드(38)는 다수의 가스 환기 구멍(56a)을 갖는 전극판(56)과, 전극판(56)을 착탈 가능하게 지지하는 전극 지지체(58)를 갖는다. 가스 공급원(62)은 가스 공급 배관(64)을 거쳐서 가스 도입구(60a)로부터 가스 샤워 헤드(38) 내에 처리 가스를 공급한다. 처리 가스는 가스 확산실(57)에서 확산되며, 다수의 가스 환기 구멍(56a)으로부터 처리 용기(10) 내에 도입된다. 처리 용기(10)의 주위에는, 환상 또는 동심원 형상으로 연장되는 자석(66)이 배치되며, 자력에 의해 상부 전극과 하부 전극의 플라즈마 생성 공간에 생성되는 플라즈마를 제어한다.
정전 척(40)에는, 히터(75)가 매립되어 있다. 히터(75)는 정전 척(40) 내에 매립되는 대신에 정전 척(40)의 이면에 부착하도록 하여도 좋다. 히터(75)에는, 급전선을 통하여 교류 전원(44)으로부터 출력된 전류가 공급된다. 이에 의해, 히터(75)는 탑재대(17)를 가열한다.
탑재대(17)의 내부에는 냉매관(70)이 형성되어 있다. 칠러 유닛(71)으로부터 공급된 냉매(이하, 「브라인(Brine)」이라고도 말함)는 냉매관(70) 및 냉매 순환관(73)을 순환하며, 탑재대(17)를 냉각한다.
이러한 구성에 의해, 탑재대(17)는 히터(75)에 의해 가열되는 동시에, 소정 온도의 브라인이 탑재대(17) 내의 냉매관(70)을 흐르는 것에 의해 냉각된다. 이에 의해, 웨이퍼(W)가 소망의 온도로 조정된다. 또한, 정전 척(40)의 상면과 웨이퍼(W)의 이면의 사이에는, 전열 가스 공급 라인(72)을 통하여 헬륨(He) 가스 등의 전열 가스가 공급된다.
제어부(50)는 CPU(51), ROM(Read Only Memory)(52), RAM(Random Access Memory)(53) 및 HDD(Hard Disk Drive)(54)를 구비한다. CPU(51)는, ROM(52), RAM(53) 또는 HDD(54)의 기록부에 기록된 레시피에 설정된 순서에 따라서, 에칭 등의 플라즈마 에칭을 실행한다. 또한, 기록부에는, 후술하는 데이터 테이블 등의 각종 데이터가 기록된다. 제어부(50)는 히터(75)에 의한 가열 기구나 브라인에 의해 냉각 기구의 온도를 제어한다.
처리 용기(10) 내에서 생성된 플라즈마에 의해 에칭을 실행할 때에는, 게이트 밸브(30)의 개폐가 제어되고, 웨이퍼(W)가 처리 용기(10) 내에 반입되며, 정전 척(40) 상에 탑재된다. 게이트 밸브(30)는 웨이퍼(W)가 반입후에 폐쇄된다. 처리 용기(10) 내의 압력은 배기 장치(28)에 의해 설정값으로 감압된다. 정전 척(40)의 전극(40a)에 직류 전압원(42)으로부터의 전압을 인가하는 것에 의해, 웨이퍼(W)는 정전 척(40) 상에 정전 흡착된다.
다음에, 소정의 가스가 가스 샤워 헤드(38)로부터 샤워 형상으로 처리 용기(10) 내에 도입되고, 소정 파워의 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력(HF)이 탑재대(17)에 인가된다. 도입된 가스가 제 1 고주파 전력(HF)에 의해 전리 및 해리되는 것에 의해 플라즈마가 생성되고, 플라즈마의 작용에 의해 웨이퍼(W)에 플라즈마 에칭이 실시된다. 탑재대(17)에는, 웨이퍼(W)에 플라즈마 중의 이온을 인입하기 위해서, 바이어스 전압 발생용의 제 2 고주파 전력(LF)이 인가되어도 좋다. 플라즈마 에칭 종료 후, 웨이퍼(W)는 처리 용기(10)로부터 반출된다.
[에칭 방법]
다음에, 이러한 구성의 에칭 장치(1)를 이용하여 웨이퍼(W)를 에칭하는 에칭 방법의 일 실시형태에 대해 설명한다. 구체적으로는, 도 2 내지 도 5의 가장 왼쪽에 적층막의 초기 상태를 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(W) 상에는, 에칭 대상막인 실리콘 산화(SiO2)막(200), 실리콘 질화(SiN)막(190), 폴리실리콘의 마스크막(180)이 적층되어 있다. 실리콘 산화막(200)에 대한 에칭 레이트(이하, 「ER」이라고도 표기함)가 높아지면, 마스크막(180)에 대한 에칭 레이트가 낮아지므로, 마스크 선택비가 향상되고, 고 어스펙트비의 홀 등을 실리콘 산화막(200)에 형성할 수 있다. 그 때, 마스크막(180)의 형상을 제어하는 것에 의해, 실리콘 산화막(200)의 에칭 형상을 양호하게 할 수 있다.
그래서, 본 실시형태에 따른 에칭 방법에서는, 마스크막의 개구의 형상을 조정하면서 에칭을 실행한다. 그 때, 칠러의 설정 온도를 -60℃ 이하로 설정하는 것에 의해 웨이퍼(W)의 온도를 -35℃ 이하로 제어하고, 극저온 환경에서 실리콘 산화막(200)을 고 에칭 레이트로 에칭한다. 웨이퍼(W)는, 예를 들면 실리콘 웨이퍼이다. 마스크막(180)은, 예를 들면 폴리실리콘, 텅스텐(W)이 바람직하며, 유기막, 아몰퍼스 카본막, 질화 티탄막이어도 좋다.
<프로세스 조건 1(도 2의 경우)>
칠러의 설정 온도: -60℃
가스: 수소(H2)/사플루오르화 탄소(CF4)
가스 유량: H2 변동/CF4 일정
제 1 고주파 전력(HF): 2500W, 연속파
제 2 고주파 전력(LF): 4000W, 펄스파(주파수 5㎑) Duty비 50%
(제 2 고주파 전력(LF)의 실효값: 2000W)
프로세스 조건 1에 따라서, H2 가스 및 CF4 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 마스크막(180) 및 실리콘 질화막(190)을 거쳐서 실리콘 산화막(200)을 에칭했다. 그 때, CF4 가스의 유량을 일정하게 제어하고, H2 가스를, 도 2의 (a)에서는 0 sccm, 도 2의 (b)에서는 50 sccm, 도 2의 (c)에서는 100 sccm, 도 2의 (d)에서는 150 sccm, 도 2의 (e)에서는 300 sccm으로 제어했다.
그 결과, 마스크 선택비는, 도 2의 (a)에서는 1.0, 도 2의 (b)에서는 9.0, 도 2의 (c)에서는 6.9, 도 2의 (d)에서는 8.0, 도 2의 (e)에서는 4.1이었다. 이 결과로부터, 불소 함유 가스에 H2 가스 등의 수소 함유 가스를 포함한 쪽이, 수소 함유 가스를 포함하지 않는 경우와 비교하여 마스크 선택비가 향상되는 것을 알 수 있었다.
<프로세스 조건 2(도 3의 경우)>
칠러의 설정 온도: -60℃
가스: 수소(H2)/플루오로 포름(CHF3)
가스 유량: H2 변동/CHF3 일정
제 1 고주파 전력(HF): 2500W, 연속파
제 2 고주파 전력(LF): 4000W, 펄스파(주파수 5㎑) Duty비 50%
(제 2 고주파 전력(LF)의 실효값: 2000W)
프로세스 조건 2에 따라서, H2 가스 및 CHF3 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 마스크막(180) 및 실리콘 질화막(190)을 거쳐서 실리콘 산화막(200)을 에칭했다. 그 때, CHF3 가스의 유량을 일정하게 제어하고, H2 가스를, 도 3의 (a)에서는 0 sccm, 도 3의 (b)에서는 25 sccm, 도 3의 (c)에서는 50 sccm, 도 3의 (d)에서는 100 sccm으로 제어했다.
그 결과, 마스크 선택비는, 도 3의 (a)에서는 9.7, 도 3의 (b)에서는 16.9, 도 3의 (c)에서는 12.8, 도 3의 (d)에서는 9.5였다. 이 결과로부터, 에칭 가스를 H2 및 CF4 가스로부터 H2 및 CHF3 가스로 변경하는 것에 의해, 에칭 중에 생성되는 반응 생성물이 마스크막(180)에 퇴적되는 양이 보다 많아져, 실리콘 산화막(200)의 에칭에 있어서의 마스크 선택비가 향상되는 것을 알 수 있었다.
<프로세스 조건 3(도 4의 경우)>
칠러의 설정 온도: -60℃
가스: 수소(H2)/디플루오로 메탄(CH2F2)
가스 유량: H2 변동/CH2F2 일정
제 1 고주파 전력(HF): 2500W, 연속파
제 2 고주파 전력(LF): 4000W, 펄스파(주파수 5㎑) Duty비 50%
(제 2 고주파 전력(LF)의 실효값: 2000W)
프로세스 조건 3에 따라서, H2 가스 및 CH2F2 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 마스크막(180) 및 실리콘 질화막(190)을 거쳐서 실리콘 산화막(200)을 에칭했다. 그 때, CH2F2 가스의 유량을 일정하게 제어하고, H2 가스를, 도 4의 (a)에서는 0 sccm, 도 4의 (b)에서는 50 sccm, 도 4의 (c)에서는 100 sccm, 도 4의 (d)에서는 200 sccm으로 제어했다.
그 결과, 도 4의 (a)에서는 에칭 중에 마스크가 절삭되지 못하고, 마스크 선택비는 무한대가 되었다. 도 4의 (b)에서는 22.7, 도 4의 (c)에서는 20.6, 도 4의 (d)에서는 26.2였다. 이 결과로부터, 에칭 가스를 H2 가스 및 CF4 가스로부터 H2 가스 및 CH2F2 가스로 변경하는 것에 의해, 실리콘 산화막(200)을 에칭할 때의 마스크 선택비가 향상되는 것을 알 수 있었다.
<프로세스 조건 4(도 5의 경우)
칠러의 설정 온도: -60℃
가스: 수소(H2)/모노플루오로메탄(CH3F)
가스 유량: H2 변동/CH3F 일정
제 1 고주파 전력(HF): 2500W, 연속파
제 2 고주파 전력(LF): 4000W, 펄스파(주파수 5㎑) Duty비 50%
(제 2 고주파 전력(LF)의 실효값: 2000W)
프로세스 조건 4에 따라서, H2 가스 및 CH3F 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 마스크막(180) 및 실리콘 질화막(190)을 거쳐서 실리콘 산화막(200)을 에칭했다. 그 때, CH3F 가스의 유량을 일정하게 제어하고, H2 가스를, 도 5의 (a)에서는 0 sccm, 도 5의 (b)에서는 25 sccm, 도 5의 (c)에서는 50 sccm, 도 5의 (d)에서는 100 sccm으로 제어했다.
그 결과, 마스크 선택비는, 도 5의 (a)에서는 18.0, 도 5의 (b)에서는 13.7, 도 5의 (c)에서는 12.9, 도 5의 (d)에서는 21.8이었다. 이 결과로부터, 에칭 가스를 H2 가스 및 CF4 가스로부터 H2 가스 및 CH3F 가스로 변경하는 것에 의해, 실리콘 산화막(200)을 에칭할 때의 마스크 선택비가 향상되는 것을 알 수 있었다.
이상으로부터, 마스크막(180)에 폴리실리콘을 사용한 경우, 수소 함유 가스 및 불소 함유 가스의 에칭 가스에, CHF3 가스, CH2F2 가스, CH3F 가스 중 적어도 어느 하나를 첨가하는 것에 의해, H2 및 CF4 가스를 공급하여 플라즈마 처리를 실행했을 때보다 마스크 선택비를 높게 할 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들면, H2 가스 및 CF4 가스의 에칭 가스에, CHF3 가스, CH2F2 가스, CH3F 가스 중 적어도 어느 하나를 추가하는 것에 의해, 마스크 선택비를 5 이상, 바람직하게는 9 이상으로 할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 에칭 방법에서는, 수소 함유 가스의 일 예로서 H2 가스가 공급되고, 불소 함유 가스의 일 예로서 CF4 가스가 공급된다. 가스에 포함되는 H2 가스에 의한 실리콘 산화막의 에칭의 결과, H2O가 반응 생성물로서 발생한다. 일반적인 증기압 곡선에 의하면, H2O는 포화 증기압이 낮다. 증기압 곡선 상은 액체와 기체가 혼재된 상태이다. 따라서, 칠러의 설정 온도를 -60℃ 정도의 극저온으로 하면, 실리콘 산화막의 표면의 H2O는, 포화되어 어느 정도 액체 상태로 존재하고 있다고 생각할 수 있다. 실리콘 산화막의 표면에 존재하는 액체에는, 반응 생성물의 물 이외에, CF4 가스로부터 반응하여 생성된 HF계 라디칼도 함유되어 있다. 이 때문에, HF계 라디칼과 물에 의해 플루오르화 수소산(HF)이 발생한다. 이에 의해, 실리콘 산화막의 표면에서 물에 녹아 있는 플루오르화 수소산에 의해 주로 화학 반응에 의한 에칭이 촉진되고, 에칭 레이트가 특이적으로 상승한다고 생각할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에 따른 에칭 방법에서는, H2 가스 및 CF4 가스에, CHF3 가스, CH2F2 가스, CH3F 가스 중 적어도 어느 하나를 추가하여 에칭을 실행하여도 실리콘 산화막(200)의 에칭은 저해되지 않는다. 즉, 본 실시형태에 따른 에칭 방법에서는, 웨이퍼(W)의 온도를 -35℃ 이하로 제어한 극저온 환경에서, 실리콘 산화막(200)의 표면에 존재하는 플루오르화 수소산의 액체의 작용에 의해 실리콘 산화막(200)의 에칭이 촉진되어, 에칭 레이트를 높게 유지할 수 있다.
또한, 상기 프로세스 조건 1~4에서는, 제 2 고주파 전력(LF)은 펄스파로 출력된다. 이 때의 제 2 고주파 전력(LF)의 온 시간을 「Ton」으로 하고, 제 2 고주파 전력(LF)의 오프 시간을 「Toff」로 한다. 이 경우, 1/(Ton+Toff)의 주파수의 제 2 고주파 전력의 펄스파가 인가된다. 또한, Duty비는 온 시간(Ton) 및 오프 시간(Toff)의 총 시간에 대한 온 시간(Ton)의 비율, 즉 Ton/(Ton+Toff)으로 나타난다.
상기 에칭 결과에 의하면, 제 2 고주파 전력(LF)을 펄스파로 출력하는 것에 의해, 제 2 고주파 전력(LF)의 오프 시간(Toff)에 플라즈마로부터의 입열을 억제하고, 이에 의해 웨이퍼(W)의 온도 상승을 억제하여 온도 제어성을 높일 수 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)의 온도를 -35℃ 이하로 제어하여, 극저온 환경에서 고 에칭 레이트로 실리콘 산화막(200)을 에칭할 수 있다.
또한, 제 2 고주파 전력(LF) 뿐만 아니라, 제 1 고주파 전력(HF)을 펄스파로 출력하여도 좋다. 또한, 제 2 고주파 전력(LF)을 인가하지 않고, 제 1 고주파 전력(HF)만을 인가하여도 좋다. 제 2 고주파 전력(LF)을 인가하지 않는 경우, 바이어스 전압 발생용의 고주파 전력이 오프가 되고, 실리콘 산화막(200)의 에칭에 대한 마스크막(180)으로의 반응 생성물의 퇴적을 촉진시킬 수 있다.
[마스크막에 텅스텐(W)을 사용한 경우의 에칭 결과]
다음에, 마스크막(180)에, 폴리실리콘을 대신하여 텅스텐(W)을 사용했을 때의 마스크 선택비에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는, 텅스텐(W)의 블랭킷(W Blanket)과 실리콘 산화막(200)을 에칭한다. 실리콘 산화막(200)의 에칭 레이트(Ox ER)를 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)의 좌측의 종축에 나타낸다. 또한, 텅스텐(W)의 블랭킷의 에칭 레이트(W Blanket ER)를 도 6의 (a) 및 도 6의 (b)의 오른쪽의 종축에 나타낸다. 도 6의 (a)의 횡축은, CF4 가스의 유량을 일정하게 제어하여, H2 가스를 변동시켰을 때의 H2 가스의 유량을 나타낸다. 도 6의 (b)의 횡축은, CH2F2 가스의 유량을 일정하게 제어하고, H2 가스를 변동시켰을 때의 H2 가스의 유량을 나타낸다. 가스 이외의 프로세스 조건은 이하이다.
칠러의 설정 온도: -60℃
제 1 고주파 전력(HF): 2500W, 연속파
제 2 고주파 전력(LF): 4000W, 펄스파(주파수 5㎑) Duty비 50%
(제 2 고주파 전력(LF)의 실효값: 2000W)
도 6의 (a)와 도 6의 (b)의 에칭의 결과를 비교하면, CF4 가스 및 CH2F2 가스 중 어느 가스를 사용하여도, 또한 H2 가스의 유량이 변동되어도, 실리콘 산화막(200)의 에칭 레이트에 대하여 텅스텐(W)의 블랭킷의 에칭 레이트는 충분히 낮다. 도 6의 (b)의 에칭 결과에서는, 에칭 가스에 H2 가스 및 CH2F2 가스를 포함하는 가스를 사용하고, 마스크막(180)에 텅스텐(W)을 사용한 경우에 있어서, 높은 마스크 선택비(10 이상)를 얻을 수 있다.
[실리콘 산화막의 개구의 형상의 제어]
다음에, 하이드로 플루오로 카본 가스에 의한 실리콘 산화막(200)의 개구의 형상의 제어에 대하여, 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 7의 가장 왼쪽에 실리콘 산화막(200)의 초기 상태를 도시한다. 실리콘 산화막(200) 위에 마스크막은 없다. 실리콘 산화막(200)에는 홀이 형성되어 있는 상태이다. 프로세스 조건은 이하이다.
가스: 도 7의 (a) H2/CF4
도 7의 (b) H2/CH2F2
제 1 고주파 전력(HF): 2500W, 연속파
제 2 고주파 전력(LF): 인가하지 않음
이상의 프로세스 조건에 있어서, 에칭을 실행한 바, 실리콘 산화막(200) 상에 서서히 반응 생성물이 퇴적되는 것을 알 수 있다. 도 7의 (a)에서는, 시간(t1) 경과후에 있어서 퇴적한 반응 생성물(202) 상에, 또한 시간(t2) 경과후(t2>t1)에는 보다 많은 반응 생성물(202)이 퇴적되어 있는 것을 알 수 있다.
도 7의 (b)도 마찬가지로, 시간(t3)(t3<t1) 경과후에 있어서 퇴적되는 반응 생성물(203) 상에, 또한 시간(t4) 경과후(t4>t3, t4<t2)에는 보다 많은 반응 생성물(203)이 퇴적되어 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 7의 (a)에 도시하는 반응 생성물(202)의 형상과, 도 7의 (b)에 도시하는 반응 생성물(203)의 형상은 상이한 것을 알 수 있다. 구체적으로는, 반응 생성물(203)에 형성된 홀의 가장 좁은 부분(wd1)은 반응 생성물(202)에 형성된 홀의 가장 좁은 부분(wd2)보다 상부에 위치하며, 반응 생성물(202)보다 상부측에 퇴적되는 것을 알 수 있다.
또한, 도 7의 (a) 및 도 7의 (b)에서는, 반응 생성물(202, 203)의 높이가 동일하게 되었을 때의 막의 단면을 도시하고 있지만, 반응 생성물(203)의 퇴적 속도는 반응 생성물(202)의 퇴적 속도보다 빠르다.
반응 생성물(202)은, 처리 용기(10)에 공급되는 H2 가스 및 CF4 가스 중, CF4 가스로부터 생성되는 플라즈마 중의 CF3 라디칼(CF3*)이 퇴적된 것이다. 한편, 반응 생성물(203)은, H2 가스 및 CH2F2 가스 중, CH2F2 가스로부터 생성되는 플라즈마 중의 CH2F 라디칼(CH2F*), CHF2 라디칼(CHF2*)이 퇴적된 것이다.
CF3 라디칼의 부착 계수는 CH2F 라디칼 및 CHF2 라디칼의 부착 계수보다 작다. 따라서, 부착 계수가 작은 CF3 라디칼은 홀의 안쪽까지 날라와서 부착될 확률이 높다. 한편, 부착 계수가 큰 CH2F 라디칼 및 CHF2 라디칼은 홀의 바로 앞측에서 홀의 벽면이나 반응 생성물의 상면 등에 부착될 확률이 높다. 그 결과, 반응 생성물(202)은 반응 생성물(203)보다 홀의 개구의 안쪽의 벽면에 퇴적되기 쉬우며, 반응 생성물(203)은 반응 생성물(202)보다 홀의 개구에 가까운 벽면이나 퇴적물의 상부에 퇴적되기 쉽다.
또한, CH2F 라디칼 및 CHF2 라디칼은 CF3 라디칼보다 부착 계수가 크므로, 반응 생성물(203)의 퇴적 속도는 반응 생성물(202)의 퇴적 속도보다 빨라진다. 그 결과, H2 가스 및 CH2F2 가스를 공급했을 때에 생성되는 반응 생성물(203)은 H2 가스 및 CF4 가스를 공급했을 때에 생성되는 반응 생성물(202)보다 마스크 선택비가 높아진다. 추가로, H2 가스 및 CH2F2 가스를 공급했을 때에 생성되는 반응 생성물(203)은 H2 가스 및 CF4 가스를 공급했을 때에 생성되는 반응 생성물(202)보다 홀의 개구에 가까운 벽면이나 퇴적물의 상부에 퇴적되기 쉽다. 이 때문에, 퇴적되는 반응 생성물(203)의 홀 형상을 반응 생성물(202)의 홀 형상보다 수직으로 제어할 수 있다(도 7의 (c)를 참조).
이상으로부터, 본 실시형태에 따른 에칭 방법에서는, 플라즈마 생성용의 제 1 고주파 전력(HF)에 의해 H2 가스, CF4 가스 및 CH2F2 가스로부터 플라즈마를 생성하고, 생성된 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 에칭한다. 이에 의하면, CH2F2 가스로부터 생성되는 라디칼은 CF4 가스로부터 생성되는 라디칼보다 부착 계수가 크다. 이 때문에, CH2F2 가스의 CF4 가스에 대한 유량 등을 제어하는 것에 의해, 마스크막(180)에 퇴적되는 반응 생성물(203)의 형상을 제어할 수 있다. 이에 의해, 마스크막(180)의 개구의 형상을 미세조정하면서 에칭을 실행하는 것에 의해, 실리콘 산화막(200)의 에칭 형상을 보다 수직으로 할 수 있다.
[하이드로 플루오로 카본 가스의 종류]
본 실시형태에 따른 에칭 방법에 있어서, H2 가스 및 CF4 가스와 함께 공급하는 가스는 CH2F2 가스에 한정되지 않으며, 다른 하이드로 플루오로 카본 가스라도 좋다. 단, 하이드로 플루오로 카본 가스로부터 생성되는 라디칼이 불소 함유 가스로부터 생성되는 라디칼보다 부착 계수가 큰 것이 필요하다.
예를 들면, 본 실시형태에 따른 에칭 방법에서는, 3종류 이상의 가스를 사용하고, H2 가스 및 CF4 가스의 에칭 가스에 첨가하는 하이드로 플루오로 카본 가스는 CH2F2 가스, CH3F 가스 및 CHF3 가스 중 적어도 어느 하나라도 좋다. H2 가스 및 CF4 가스에 첨가하는 하이드로 플루오로 카본 가스의 종류를 2종류 이상으로 하여도 좋다. 첨가한 복수의 하이드로 플루오로 카본 가스의 각각의 유량을 제어하는 것에 의해, 마스크막(180)에 퇴적되는 반응 생성물(203)의 형상을 더욱 미세조정할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 에칭 방법에서는, H2 및 CF4 가스를 공급하여 플라즈마 에칭을 실행하는 공정과, H2, CF4 및 하이드로 플루오로 카본 가스를 공급하여 플라즈마 에칭을 실행하는 공정을 교대로 실행하면서 에칭을 실행하여도 좋다.
[에칭 결과]
도 8의 (a) 내지 (d)는, 상기의 프로세스 조건에 있어서, 하이드로 플루오로 카본 가스의 종류 및 유량을 다음과 같이 변경하여, 퇴적되는 반응 생성물의 높이가 동일해지도록, 본 실시형태에 따른 에칭 방법을 실행했을 때의 결과를 도시한다.
도 8의 (a)의 경우 H2/CF4=150 sccm/100 sccm
도 8의 (b)의 경우 H2/CHF3=100 sccm/100 sccm
도 8의 (c)의 경우 H2/CH2F2=100 sccm/100 sccm
도 8의 (d)의 경우 H2/CH3F=0 sccm/100 sccm
웨이퍼(W)의 온도를 -35℃ 이하의 극저온으로 유지한 상태에서 에칭을 실행한 바, 도 8의 (a), 도 8의 (b), 도 8의 (c) 및 도 8의 (d)에 도시하는 바와 같이, 실리콘 산화막(200) 상에 반응 생성물(202, 204, 203, 205)이 각각 퇴적되었다. 이에 의하면, CH2F2 가스, CH3F 가스 및 CHF3 가스 중 적어도 어느 하나의 하이드로 플루오로 카본 가스와 H2 가스를 포함하는 가스를 사용한 에칭에 있어서 생성되는 반응 생성물(203~205)은, CF4 가스와 H2 가스를 포함하는 가스를 사용한 에칭에 있어서 생성되는 반응 생성물(202) 보다 반응 생성물에 형성되는 개구의 상방에 퇴적되며, 개구의 측벽측에 퇴적되지 않기 때문에, 보다 수직인 형상을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, H2 가스 및 CH3F 가스를 공급한 경우(도 8의 (d)), H2 가스 및 CH2F2 가스를 공급한 경우(도 8의 (c)), H2 가스 및 CHF3 가스를 공급한 경우(도 8의 (b))의 순으로 퇴적 속도가 빠르다. 즉, 하이드로 플루오로 카본 가스 CHxFy의 H가 많아질수록 퇴적 속도가 높아져, 마스크 선택비가 향상되는 것을 알 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 에칭 방법에 의하면, H2 가스 및 CF4 가스에, 상기 불소 함유 가스로부터 생성되는 라디칼보다 부착 계수가 큰 라디칼을 생성하는 하이드로 플루오로 카본 가스를 첨가하는 것에 의해, 마스크막(180)의 개구의 형상을 조정하면서 에칭을 실행할 수 있다. 이에 의해, 마스크막(180)의 하층의 실리콘 산화막(200)의 에칭 형상을 수직으로 할 수 있다.
또한, CF4 가스는 제 1 불소 함유 가스의 일 예이다. 하이드로 플루오로 카본 가스는 제 2 불소 함유 가스의 일 예이다. 제 2 불소 함유 가스는 디플루오로 메탄(CH2F2) 가스, 모노 플루오로 메탄(CH3F) 가스 및 플루오로 포름(CHF3) 가스 중 적어도 어느 하나라도 좋다.
이상, 상기 실시형태에 따른 에칭 방법을 설명했지만, 본 발명에 따른 에칭 방법은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 범위 내에서 여러 가지의 변형 및 개량이 가능하다. 상기 복수의 실시형태에 기재된 사항은 모순되지 않는 범위에서 조합할 수 있다.
예를 들면, 본 발명에 따른 에칭 방법은, 에칭 장치(1)에 나타내는 용량 결합형 플라즈마(CCP: Capacitively Coupled Plasma) 장치 뿐만 아니라, 그 이외의 플라즈마 처리 장치에 적용 가능하다. 그 이외의 플라즈마 처리 장치로서는, 유도 결합형 플라즈마(ICP: Inductively Coupled Plasma), 래디얼 라인 슬롯 안테나를 이용한 플라즈마 처리 장치, 헬리콘파 여기형 플라즈마(HWP: Helicon Wave Plasma) 장치, 전자 사이클로트론 공명 플라즈마(ECR: Electron Cyclotron Resonance Plasma) 장치 등이어도 좋다.
본 명세서에서는, 에칭 대상으로서 반도체 웨이퍼(W)에 대하여 설명했지만, LCD(Liquid Crystal Display), FPD(Flat Panel Display) 등에 이용되는 각종 기판이나, 포토마스크, CD 기판, 프린트 기판 등이어도 좋다.
1: 에칭 장치
10: 처리 용기
17: 탑재대
31: 제 1 고주파 전원
32: 제 2 고주파 전원
71: 칠러 유닛
180: 마스크막
190: 실리콘 질화(SiN)막
200: 실리콘 산화(SiO2)막

Claims (31)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 고주파 전력에 의해 수소 함유 가스, 제 1 불소 함유 가스, 및 제 2 불소 함유 가스를 포함하는 가스로부터 제 1 플라즈마를 생성하고, 생성된 제 1 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 에칭하는 제 1 공정과,
    제 2 고주파 전력에 의해 상기 수소 함유 가스 및 상기 제 1 불소 함유 가스를 포함하는 가스로부터 제 2 플라즈마를 생성하고, 생성된 제 2 플라즈마에 의해 상기 실리콘 산화막을 에칭하는 제 2 공정을 갖고,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 하이드로 플루오로 카본 가스를 포함하며,
    상기 하이드로 플루오로 카본 가스로부터 생성되는 라디칼은 상기 제 1 불소 함유 가스로부터 생성되는 라디칼보다 부착 계수가 크며,
    상기 제 1 공정은 웨이퍼의 온도가 -35℃ 이하에서 실시되고,
    상기 실리콘 산화막은, 상기 제 1 플라즈마와 상기 제 2 플라즈마에 의해 교대로 에칭되고,
    상기 제 1 불소 함유 가스로부터 생성된 제 1 반응 생성물과 상기 제 2 불소 함유 가스로부터 생성된 제 2 반응 생성물은 홀의 벽면에 부착하고,
    상기 제 1 반응 생성물은 상기 제 2 반응 생성물보다 상기 홀의 개구로부터 먼쪽의 벽면에 부착하며,
    상기 제 2 반응 생성물이 상기 제 1 반응 생성물 상에 부착되는 것에 의해 상기 홀의 개구의 크기가 조정되는
    에칭 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수소 함유 가스는 수소(H2) 가스이며,
    상기 제 1 불소 함유 가스는 사플루오르화 탄소(CF4) 가스이며,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 디플루오로 메탄(CH2F2) 가스, 모노 플루오로 메탄(CH3F) 가스 및 플루오로 포름(CHF3) 가스 중 적어도 하나인
    에칭 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 디플루오로 메탄(CH2F2) 가스이며, 상기 사플루오르화 탄소 가스로부터 CF3 라디칼이 생성되며, 상기 디플루오로 메탄 가스로부터 CH2F 라디칼 및 CHF2 라디칼이 생성되는
    에칭 방법.
  8. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화막은 마스크막을 거쳐서 에칭되며,
    상기 마스크막이 텅스텐(W)인 경우의 마스크 선택비는 10 이상인
    에칭 방법.
  9. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 실리콘 산화막은 마스크막을 거쳐서 에칭되며,
    상기 마스크막이 폴리실리콘인 경우의 마스크 선택비는 5 이상인
    에칭 방법.
  10. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 디플루오로 메탄(CH2F2) 가스, 모노 플루오로 메탄(CH3F) 가스 및 플루오로 포름(CHF3) 가스 중 적어도 2종류를 포함하며, 상기 2종류의 가스의 유량을 제어하는 것에 의해 마스크막에 퇴적하는 반응 생성물의 형상을 조정하는
    에칭 방법.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제 1 고주파 전력을 인가하는 제 1 고주파 전원과, 제 2 고주파 전력을 인가하는 제 2 고주파 전원과, 가스를 공급하는 가스 공급원과, 제어부를 갖는 에칭 장치에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제 1 고주파 전력에 의해 수소 함유 가스, 제 1 불소 함유 가스, 및 제 2 불소 함유 가스를 포함하는 가스로부터 제 1 플라즈마를 생성하고, 생성된 제 1 플라즈마에 의해 실리콘 산화막을 에칭하는 제 1 공정과, 상기 제 2 고주파 전력에 의해 상기 수소 함유 가스 및 상기 제 1 불소 함유 가스를 포함한 가스로부터 제 2 플라즈마를 생성하고, 생성된 제 2 플라즈마에 의해 상기 실리콘 산화막을 에칭하는 제 2 공정을 제어하고,
    상기 제 1 공정과, 상기 제 2 공정을 교대로 실행하며,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 하이드로 플루오로 카본 가스를 포함하며,
    상기 하이드로 플루오로 카본 가스로부터 생성되는 라디칼은 상기 제 1 불소 함유 가스로부터 생성되는 라디칼보다 부착 계수가 크고,
    상기 제 1 공정을, 웨이퍼의 온도가 -35℃ 이하에서 실시하며,
    상기 실리콘 산화막은, 상기 제 1 플라즈마와 상기 제 2 플라즈마에 의해 교대로 에칭되고,
    상기 제 1 불소 함유 가스로부터 생성된 제 1 반응 생성물과 상기 제 2 불소 함유 가스로부터 생성된 제 2 반응 생성물은 홀의 벽면에 부착하고,
    상기 제 1 반응 생성물은 상기 제 2 반응 생성물보다 상기 홀의 개구로부터 먼쪽의 벽면에 부착하며,
    상기 제 2 반응 생성물이 상기 제 1 반응 생성물 상에 부착되는 것에 의해 상기 홀의 개구의 크기가 조정되는
    에칭 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 수소 함유 가스는 수소(H2) 가스이며,
    상기 제 1 불소 함유 가스는 사플루오르화 탄소(CF4) 가스이며,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 디플루오로 메탄(CH2F2) 가스, 모노 플루오로 메탄(CH3F) 가스 및 플루오로 포름(CHF3) 가스 중 적어도 하나인
    에칭 장치.
  16. 삭제
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 디플루오로 메탄(CH2F2) 가스이며, 상기 사플루오르화 탄소 가스로부터 CF3 라디칼이 생성되며, 상기 디플루오로 메탄 가스로부터 CH2F 라디칼 및 CHF2 라디칼이 생성되는
    에칭 장치.
  18. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 디플루오로 메탄(CH2F2) 가스, 모노 플루오로 메탄(CH3F) 가스 및 플루오로 포름(CHF3) 가스 중 적어도 2종류를 포함하며,
    상기 제어부는,
    상기 2종류의 가스의 유량을 제어하는 것에 의해 마스크막에 퇴적되는 반응 생성물의 형상을 조정하는
    에칭 장치.
  19. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실리콘 산화막을, 마스크막을 거쳐서 에칭하며,
    상기 마스크막이 텅스텐(W)인 경우의 마스크 선택비는 10 이상인
    에칭 장치.
  20. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 실리콘 산화막을, 마스크막을 거쳐서 에칭하며,
    상기 마스크막이 폴리실리콘인 경우의 마스크 선택비는 5 이상인
    에칭 장치.
  21. 고주파 전력에 의해 수소 함유 가스, 제 1 불소 함유 가스, 및 제 2 불소 함유 가스를 포함하는 가스로부터 플라즈마를 생성하고,
    상기 제 1 불소 함유 가스 및 상기 제 2 불소 함유 가스의 유량을 제어함으로써 마스크막의 개구의 형상을 조정하고, 그에 의해 반응 생성물이 부착하는 위치를 제어하고,
    상기 마스크막의 개구를 통해 상기 플라즈마를 사용함으로써 실리콘 함유막을 에칭하고,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 하이드로 플루오로 카본 가스를 포함하며,
    상기 하이드로 플루오로 카본 가스로부터 생성되는 라디칼은 상기 제 1 불소 함유 가스로부터 생성되는 라디칼보다 부착 계수가 크며,
    상기 제 1 불소 함유 가스로부터 생성된 제 1 반응 생성물과 상기 제 2 불소 함유 가스로부터 생성된 제 2 반응 생성물은 홀의 벽면에 부착하고,
    상기 제 1 반응 생성물은 상기 제 2 반응 생성물보다 상기 홀의 개구로부터 먼쪽의 벽면에 부착하며,
    상기 제 2 반응 생성물이 상기 제 1 반응 생성물 상에 부착되는 것에 의해 상기 홀의 개구의 크기가 조정되는
    에칭 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 수소 함유 가스는 수소(H2) 가스이며,
    상기 제 1 불소 함유 가스는 사플루오르화 탄소(CF4) 가스이며,
    상기 제 2 불소 함유 가스는 디플루오로 메탄(CH2F2) 가스, 모노 플루오로 메탄(CH3F) 가스 및 플루오로 포름(CHF3) 가스 중 적어도 하나인
    에칭 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 플라즈마에 의한 에칭은 웨이퍼의 온도가 -35℃ 이하에서 실시되는
    에칭 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 실리콘 함유막은 실리콘 산화막인
    에칭 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 마스크막이 폴리실리콘 또는 텅스텐(W)을 포함하는
    에칭 방법.
  26. 제 21 항에 있어서,
    상기 플라즈마의 생성과, 상기 개구의 형상의 조정과, 상기 실리콘 함유막의 에칭은 동시에 수행되는
    에칭 방법.
  27. 제 21 항에 있어서,
    마스크 선택비는 10 이상인
    에칭 방법.
  28. 제 21 항에 있어서,
    상기 마스크막의 개구의 형상은 상기 개구를 협소화함으로써 조정되는
    에칭 방법.
  29. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전원이 탑재대에 인가되어 상기 제 1 플라즈마가 생성되고,
    상기 제 2 고주파 전원의 제 2 주파수는 상기 제 1 고주파 전원의 제 1 주파수보다 낮은 주파수이고,
    상기 제 2 고주파 전원은 펄스파의 형태로 출력되는
    에칭 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전원은 펄스파의 형태로 출력되는
    에칭 방법.
  31. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 고주파 전원은 연속파의 형태로 출력되는
    에칭 방법.
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