KR19990068156A - 선택성이 높은 깃모양 산화물 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면,
(1) 부분적으로 충진된 트렌치,
(2) (i) 상기 트렌치를 부분적으로 충진하는 충진 물질에 의해 한정된 충진 표면, (ii) 상기 트렌치의 외부 상부 표면, 및 (iii) 상기 충진 물질에 의해 덮이지 않은 트렌치 측벽 표면, 및
(3) 상기 충진 표면, 상기 상부 표면 및 상기 측벽 표면 위에 놓여 여기에 부합되는(conformal) 산화물 층(이후, 부합성 산화물 층이라 칭함)을 갖는 기판을 포함하는 소정의 반도체 기판 안에
(a) 상기 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에 상기 상부 표면상에 부합성 산화물의 적어도 일부가 제거될 때까지 수소-함유 플루오로카본 및 산소 공급원 기체의 혼합물과 접촉시키는 단계, 및
(b) 상기 단계(a)를 수행한 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에 수소-비함유 플루오로카본 및 희소 기체의 혼합물과 접촉시켜 상기 충진 표면상에 남아 있는 부합성 산화물을 추가로 제거하고 상기 상부 표면 및 충진 표면을 오버에칭함으로써(overetching) 상기 부합성 산화물의 실질적인 부분이 상기 측벽 표면상에 남게 되어 깃모양 산화물을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 부합성 산화물 층을 선택적으로 에칭하는 방법에 의해, 깃모양(collar) 산화물이 형성된다.
임의의 잔존하는 부산물 중합체 침착물을 제거하기 위해 오버에칭된 후 단계(c)가 추가될 수 있다. 이러한 방법은 집적 회로를 위한 높은 종횡비의 트렌치 캐패시터의 제조시 유용하게 사용된다. 이러한 방법은 패드 질화물 층의 열화를 감소시키고 CO 기체를 사용하지 않으면서 수행될 수 있다.
Description
트렌치가 깊은 캐패시터는 동적 임의접근기억장치(dynamic random access memory, DRAM) 디바이스 및 그 밖의 집적 회로 디바이스에서 구성요소로서 사용된다. 반도체 웨이퍼(칩) 위에 집적 회로 디바이스를 형성할 때, 칩 표면의 단위 면적당 디바이스의 수를 증가시키고자 하는 노력이 계속되어 왔다. 이와 같이 디바이스 밀도를 증가시키기 위해, 캐패시터와 같은 디바이스 구성요소가 차지하는 표면적을 감소시키기 위한 노력이 계속되고 있다. 높은 종횡비(주된 웨이퍼 표면에 수직인 깊이 : 주된 웨이퍼 표면에 평행한 폭)의 기하학적 구조를 갖는 트렌치 캐패시터는 칩에 더 많은 캐패시터가 놓일 수 있도록 할 수 있다.
트렌치 캐패시터 및 그 밖의 트렌치를 기본으로 하는 구성요소의 일반적인 제조공정은 잘 알려져 있다. 일반적인 방법은 기판(또는 웨이퍼, 보통 실리콘 웨이퍼)에서 트렌치 도입부의 에칭과 관련된다. 트렌치를 에칭하기 전에, 하나 이상의 부합성 유전성 물질 층이 웨이퍼 표면에 형성될 수 있다. 일반적으로, 부합성 산화물 유전성 층은 이러한 산화물 층 위에 있는 부합성 질화물 유전성 층(소위 "패드 질화물")과 함께 반도체 표면에 가장 근접하게 위치할 것이다. 이어서 패드 유전성 층을 통한 반도체 기판 물질 안으로의 에칭에 의해 트렌치가 형성된다. 트렌치의 기저부에서의 기판 영역은 도핑되어 전하 저장 용량이 증가된 영역을 제공하며, 이러한 영역은 캐패시터의 하나의 플레이트를 이룬다. 얇은 노드 유전성 층(높은 유전 상수를 갖는 물질)이 트렌치 표면을 덮는 부합성 층으로 형성된다. 이어서 트렌치를 도핑된 다결정체 실리콘(폴리실리콘) 또는 그 밖의 전하 저장물질로 충진하여 캐패시터의 다른 플레이트를 형성한다.
트렌치 측벽에서 기생적 누수를 최소화하여 트렌치 캐패시터 디자인의 신뢰도를 증가시키기 위해, "깃모양" 산화물을 트렌치의 상부 안쪽 표면 주위에서 형성할 수 있다. 깃모양 산화물 자체의 형성은 매우 복잡한 방법이다. 일반적으로, 충진된 트렌치의 위쪽 부분은 노출된 트렌치 측벽의 상부 부분을 따라 유전성 층을 남기면서 다시 에칭되어야 한다. 이어서 부합성 산화물 층(또는 일반적으로 그의 전구물질)을 침착시킨다. 이어서 부분적으로 충진된 트렌치에 남아 있는 폴리실리콘(또는 다른 전하 저장물질)의 표면 위에 있는 부합성 산화물 층의 일부분을 선택적으로 제거하는 동시에 트렌치의 상부 측벽 주위에 산화물을 남겨서 깃모양 산화물을 제공한다. 폴리실리콘 표면으로부터 부합성 산화물을 제거하는 방법에서, 트렌치 외부의 이러한 부합성 산화물 층의 일부분(즉, 질화물 패드를 덮는 부분)도 또한 제거된다. 이어서 트렌치의 충진되지 않은 부분은 폴리실리콘으로 재충진되어 트렌치의 상부 말단 근처에 상주하는 깃모양 산화물과 함께 캐패시터 플레이트를 완전히 형성한다.
부합성 산화물의 이러한 선택적인 제거는 트렌치 캐패시터 제조공정에서 중요한 단계이다. 트렌치에 재충진되는 폴리실리콘(또는 다른 충진 물질) 표면으로부터 산화물이 완전하게 제거되지 않는다면, 트렌치에서 깊게 존재하는 폴리실리콘 물질과 트렌치 재충진시 침착된 폴리실리콘 물질 사이의(즉, 트렌치 벽을 따라 깃모양 산화물을 갖는 트렌치의 일부분에서) 전기적 접속부가 열등해지기 때문에 캐패시터의 성능이 떨어질 수도 있다. 추가로, 부합성 산화물을 선택적으로 제거하더라도 아래에 놓인 노드 유전성 층, 유전성 패드 층 또는 트렌치의 외부에 기판 위에 존재하는 다른 특징부들에 불리한 영향을 미치지 않아야 한다. 트렌치의 상부 근처에서 패드 질화물 층을 보호하는 것은, 패드 질화물 층의 보호가 다음에 이어지는 기판 제조중에 에칭을 종결하기 위해 일반적으로 사용되기 때문에 특히 중요하다. 더 작은 크기/더 높은 종횡비(예를 들어, 20 또는 그이상)의 기하학적 구조로 수요가 계속 이동함에 따라 이러한 방법을 실행시키기가 더 어렵다.
일반적으로 반응성 이온 에칭 방법 또는 그 밖의 건식 에칭 방법들이 부합성 산화물을 선택적으로 제거하기 위해 사용되어 왔다. 이러한 방법들은 에칭 속도가 느리고(제조 시간이 길고), 바람직하지 않은 부산물/침착물이 형성되고, CO와 같은 문제성 기체를 사용해야만 한다거나 또는 신뢰도가 낮아서 산출량이 낮고 제조변수를 너무 정확하게 조절해야 한다는 문제를 나타내었다. 따라서, 부합성 산화물 에칭에 있어서, 특히 트렌치 캐패시터의 제조공정에서 사용하기 위해 향상된 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 부합성 산화물 층의 선택적인 에칭을 위한 향상된 방법을 제공한다. 본 발명은 패드 유전성 층의 향상된 집적도를 제공하여 그 결과, 생성된 디바이스의 향상된 구조 신뢰도 및 작동 신뢰도를 나타내도록, 반도체 기판의 트렌치에서 깃모양 산화물을 형성시키기 위한 방법을 추가로 제공한다. 본 발명의 방법은 특히 집적회로를 위한 높은 종횡비를 갖는 트렌치 캐패시터의 제조 및 레지스트의 부재하에 높은 종횡비를 갖도록 산화물을 에칭하는 방법을 비롯한 그 밖의 방법들에 유용하다.
한가지 양태에서, 본 발명은 반도체 기판의 트렌치에서 깃모양 산화물을 형성하는 방법에 관한 것으로서,
(1) 부분적으로 충진된 트렌치(예를 들어, 충진되고 다시 에칭된 트렌치),
(2) (i) 상기 트렌치를 부분적으로 충진시키는 충진 물질에 의한 한정된 충진 표면, (ii) 트렌치의 외부 상부 표면 및 (iii) 충진 물질로 덮히지 않은 트렌치 측벽 표면 및
(3) 상기 충진 표면, 상기 상부 표면 및 상기 측벽 표면 위에 있는 부합성 산화물 층을 갖는 기판을 포함하는 소정의 반도체 기판 안에
(a) 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에서 상부 표면 위의 부합성 산화물 층의 적어도 일부분이 제거될 때까지 수소를 포함하는 플루오로카본 및 산소 공급원의 혼합물과 접촉시키는 단계, 및
(b) 상기 단계(a)를 수행한 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에서 수소-비함유 플루오로카본 및 희소 기체의 혼합물과 접촉시켜서 충진 표면에 남아 있는 부합성 산화물을 추가로 제거하고 상기 상부 표면 및 충진 표면을 오버에칭시킴으로써 부합성 산화물의 실질적인 부분이 측벽에 남게 되어 깃모양 산화물을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 부합성 산화물 층을 선택적으로 에칭하는 방법에 의해, 깃모양 산화물이 형성된다. 바람직하게는, 부합성 산화물이 단계(a)에서 상부 표면으로부터 완전하게 제거된다. 오버에칭 후에 단계(c)를 추가하여 잔존하는 부산물인 중합체 침착물을 제거할 수 있다. 본 발명의 방법은 CO와 같은 기체를 사용하지 않고 실행될 수 있다.
이어서 형성된 깃모양 산화물을 갖는 트렌치를 충진 물질의 추가 부분으로 추가로 충진할 수도 있고/있거나 캐패시터와 같은 전기적으로 작용하는 구조물을 형성하기 위해 그 밖의 제조 단계에 도입할 수도 있다. 도핑된 폴리실리콘은 바람직한 충진 물질이다. 본 발명의 방법은 특히 기판의 상부 표면의 일부 또는 전부가 실리콘 질화물과 같은 패드 유전성 층을 포함할 때 유용하다. 본 발명의 방법은 또한 높은 트렌치 종횡비(깊이대 폭)를 갖는 트렌치 디바이스를 제조할 때도 특히 유용하다.
본 발명의 이러한 양태 및 그 밖의 양태를 다음에서 추가로 상세히 기술하겠다.
도 1은 얇은 노드 유전성 층이 형성되고, 전하 저장용 충진 물질로 충진되고, 충진 물질이 부분적으로 다시 에칭된 후에 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 트렌치의 도식적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 트렌치에 부합성 산화물 층이 적용된 후의 도식적인 단면도이다.
도 3은 도 2의 트렌치에서 기판의 상부 표면으로부터 부합성 산화물 층이 제거된 후의 도식적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 트렌치에서 충진 표면으로부터 부합성 산화물 층이 추가로 제거되고 잔존하는 부산물이 침착된 후의 도식적인 단면도이다.
도 5는 도 4의 트렌치에서 잔존하는 부산물이 추가로 제거된 후의 도식적인 단면도이다.
도 6은 도 5의 트렌치에서 추가의 충진 물질로 충진된 후의 도식적인 단면도이다.
본 발명은 일반적으로 부합성 산화물 층의 일부분을 선택적으로 제거하기 위한 향상된 방법과 관련된다. 본 발명의 방법은 특히 트렌치 캐패시터를 형성하기 위해 사용되는 반도체 기판 트렌치 및 높은 종횡비를 갖도록 에칭하는 그 밖의 용도를 위해서 깃모양 산화물을 형성할 때 유용하다. 도면들은 트렌치 캐패시터의 기본 구조를 도식적으로 설명한다. 본 발명의 도면중 어느 것도 규격화되지 않았다는 것을 이해해야 한다.
본 발명은 어떠한 트렌치 형성의 특정 방법에도 제한되지 않는다. 깃모양 산화물 특징부를 갖는 트렌치 캐패시터를 형성하기 위한 일반적인 기술은 당 분야에 공지되어 있다. 예를 들어 본원에서 참조로서 인용하는 미국 특허 제 4,794,434 호, 제 5,283,453 호, 제 5,434,109 호, 제 5,656,535 호 및 제 5,677,219 호에 개시되어 있다. 트렌치 형성의 일반적인 방법을 다음에서 기술하겠다.
도 1에 있어서, 트렌치 캐패시터의 일반적인 제조공정은 우선 웨이퍼 또는 기판(1)을 하나 이상의 부합성 패드 유전성 층, 통상적으로 산화물 층(50) 및 이어서 질화물 층(51)으로 피복하는 단계를 포함한다. 이어서 트렌치(100)를 기판(1)에서 에칭시킨다. 트렌치 에칭은 일반적으로 패드 유전성 층의 가장 윗부분에 TEOS(테트라에틸오르토실리케이트) 하드 마스크 층(도시되지 않음)을 피복함으로써 수행된다. 이어서 패턴화된 포토레지스트 층(도시되지 않음)을 하드 마스크 층 위에 형성시킨다. 이어서 하드 마스크를 선택적으로 에칭하여 패턴화한다. 이어서, 남아 있는 포토레지스트 층을 일반적으로 줄무늬가 생기게하고 트렌치를 패드 유전성 층(50,51) 및 반도체 기판(1)의 일부분을 통해 비등방성 에칭으로 형성시켜 바람직한 트렌치(100)를 형성시킨다. 이어서 하드 마스크 산화물을 제거한다. 트렌치 벽 근처에 있는 기판의 영역(5)을 도핑시켜 전하 저장 용량이 증가된 영역을 제공하며, 이러한 영역은 캐패시터의 하나의 플레이트를 이룬다. 얇은 노드 유전성 층(10)을 트렌치의 표면을 덮는 부합성 층으로 형성시킨다. 노드 유전 물질(10)을 형성한 후에, 트렌치(100)를 전하 저장물질(20)(일반적으로 도핑된 폴리실리콘)로 충진시키고 이어서 충진 표면(25)을 남기도록 다시 에칭한다.
깃모양 산화물을 형성하기 위해, 부합성 산화물 층(40)(도 2) 또는 일반적으로 그의 전구물질을 트렌치 위에 침착시켜 충진 표면(25), 상부 측벽(42) 및 상부 표면(52)(즉, 유전성 패드(51)의 가장 윗부분의 표면)을 덮는다. 이어서 충진 표면(25) 및 상부 표면의 부합성 산화물 층의 일부분을 선택적으로 제거하면 트렌치의 상부 측벽 주위에 산화물이 남게 되어 깃모양 산화물을 생성한다. 부합성 산화물을 또한 트렌치 외부의 기판 표면 위에 유전성 특징부(50)로부터 제거해야 한다. 이어서 트렌치의 상부 부분(53)을 추가의 전하 저장물질(도 6)로 재충진하여 트렌치의 상부 말단 근처에 잔존하는 깃모양 산화물(41)과 함께 캐패시터 플레이트를 완전히 형성한다.
본 발명의 방법이 반도체 기판 위의 기하학적 구조를 갖는 트렌치 제조용으로 사용될 때, 본 발명에 따르는 방법은 바람직하게는,
(1) 부분적으로 충진된 트렌치(예를 들어, 충진되고 다시 에칭된 트렌치),
(2) (i) 상기 트렌치를 부분적으로 충진시키는 충진 물질에 의해 한정된 충진 표면, (ii) 트렌치의 외부 상부 표면 및 (iii) 충진 물질로 덮히지 않은 트렌치 측벽 표면 및
(3) 상기 충진 표면, 상기 상부 표면 및 상기 측벽 표면을 완전히 덮는 부합성 산화물 층을 갖는 반도체 기판으로부터 출발한다. 이어서 본 발명의 방법은 바람직하게는 선택적인 에칭으로 부합성 산화물의 일부분을 제거하는데, 이때 에칭은
(a) 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에서 상부 표면 위에 부합성 산화물 층의 적어도 일부분이 제거될 때까지 수소-함유 플루오로카본 및 산소 공급원의 혼합물과 접촉시키는 단계, 및
(b) 상기 단계(a)을 수행한 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에서 수소-비함유 플루오로카본 및 희소 기체의 혼합물과 접촉시켜서 충진 표면에 남아 있는 부합성 산화물을 추가로 제거하고 상부 표면 및 충진 표면을 오버에칭시킴으로써 부합성 산화물의 실질적인 부분이 측벽에 남게 되어 깃모양 산화물을 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, 부합성 산화물이 단계(a)에서 상부 표면으로부터 완전하게 제거된다. 오버에칭 후에 단계(c)가 추가되어 임의의 잔존하는 부산물인 중합체 침착물을 제거할 수도 있다.
부분적으로 충진된 트렌치 위로 부합성 산화물 층을 갖는 출발 구조물은 전술한 미국 특허에서 기술된 방법과 같은 임의의 종래 방식으로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 부합성 산화물은 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS) 화학적 증착(chemical vapor deposition, CVD) 기술을 사용하여 형성되고, 그 결과 부합성 SiO2층을 형성한다. 본 발명은 어떠한 특정 깃모양 산화물 조성물에도 제한되지 않는다.
상기 지적한 대로, 기판의 상부 표면은 바람직하게 부분적으로 충진된 트렌치 위에 침착된 부합성 산화물 피복물 아래에 놓인, 트렌치를 형성하기 전에 적용된 하나 이상의 패드 유전성 층을 갖는다. 바람직하게는 패드 유전성 물질의 가장 윗부분은 실리콘 질화물 또는 실리콘 옥시질화물과 같은 질화물이다. 구조물이 캐패시터로서 사용될 때, 트렌치를 부분적으로 충진시키는 물질(및 따라서 충진 표면을 형성하는 물질)은 바람직하게는 전기적 전하를 보유 및 방전할 수 있는 물질이다. 바람직한 충진 물질은 트렌치 캐패시터의 형성시 통상적으로 사용되는 것과 같은 도핑된 폴리실리콘(다결정체 실리콘)이다.
본 발명의 방법은 어떠한 특정 트렌치의 기하학적 구조 또는 종횡비에도 제한되지 않는다. 그러나, 본 발명의 방법은 특히 약 5 이상, 더욱 바람직하게는 약 20 이상의 종횡비(깊이 : 넓이)를 갖는 트렌치 캐패시터에 대해 유용하고, 이때 트렌치 깊이는 반도체 표면에서 반도체 표면에 수직 방향인 트렌치 입구까지로 측정된다. 트렌치 폭은 이러한 반도체 표면에 평행한 방향으로 트렌치의 최대 폭으로 측정된다. 본 발명은 어떠한 특정 트렌치 크기 또는 층 두께에도 제한되지 않는다.
본 발명의 양 에칭 단계(a) 및 (b)는 바람직하게는 부분적으로 충진된 트렌치 위에 적용된 부합성 산화물의 일부분을 제거하는 단계를 포함한다.
단계(a)에서, 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에서 상부 표면 위에 부합성 산화물 층의 적어도 일부분이 제거될 때까지 수소-함유 플루오로카본 및 산소 공급원의 혼합물과 접촉시킨다.
수소-함유 플루오로카본 기체는 바람직하게는 C, H 및 F 원자로 구성되고, 더욱 바람직하게는 수소-함유 플루오로카본 기체는 CHF3, CH2F2, CH3F 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 수소-함유 플루오로카본 기체는 필수적으로 CHF3로 구성된다. 산소 공급원은 바람직하게는 이원자 산소(O2), CO2, CO와 같은 산소-함유 환원성 기체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 헬륨 및 아르곤과 같은 희소 기체 또한 포함될 수 있다. O2는 부산물인 중합체 형성 및 그 밖의 불리한 영향을 최소화하므로 바람직한 산소 공급원 기체이다. 수소-함유 플루오로카본의 유속은 바람직하게는 약 40 내지 100 sccm, 더욱 바람직하게는 약 60 내지 80 sccm이다. 산소 공급원 기체의 유속은 바람직하게는 약 2 내지 15 sccm이다. 바람직하게 CO 기체는 사용하지 않는다.
단계(a)에서 반응성 이온 에칭 조건은 바람직하게는 약 50 내지 150 mTorr의 작동 압력, 약 200 내지 500W의 전력 및 약 0 내지 90 가우스의 자기장을 포함한다. 몇몇 경우에서, C4F8또는 CF4와 같은 수소-비함유 플루오로카본을 소량으로 총 기체 혼합물에 첨가하는 것도 또한 바람직하다. 단계(a)에서 수소-비함유 플루오로카본의 총 유속은 바람직하게는 약 2 내지 20 sccm이다.
바람직하게는 화학적 검출 방식을 사용하여 상부 표면 아래에 있는 부합성 산화물 층의 반응과 관련해서 반응 생성물의 전개를 모니터링한다. 상부 표면이 패드 질화물 층을 포함할 때, 화학적 검출 방식은 질소-함유 반응 생성물(예를 들어, CN 또는 SixNy종들) 또는 그 밖의 반응 생성물(예를 들어, SixFy)의 전개를 관찰하기 위해서 사용될 수 있다. 일반적으로 부합성 산화물이 완전하게 패드 질화물을 덮을 때, 질소-함유 반응 생성물은 아주 적은 양으로 검출되거나 검출되지 않는다. 패드 질화물이 노출되었을 때, 질소-함유 반응 생성물의 전개는 일반적으로 완전한 또는 거의 완전한 패드 질화물의 노출에 상응하는 안정상태(즉, 반응에 노출된 질화물 표면적이 상수에 접근하는 상태)에 도달할 때까지 증가한다.
에칭 단계(a)는 바람직하게는 적어도, 실질적인 양의 부합성 산화물 층이 상부 표면(예를 들어, 패드 질화물 표면)으로부터 제거될 때까지, 더욱 바람직하게는, 적어도 상부 표면의 반응과 관련된 반응 생성물(일반적으로 질소를 포함하는 반응 생성물)의 전개가 발생할 때까지 실행된다. 가장 바람직하게는, 에칭 단계(a)는 상부 표면 반응 생성물의 전개가 최초로 도달하는 안정상태 농도가 될 때까지 계속된다. 이러한 상태는 도 3에 도식적으로 설명되어 있는데, 이때 부합성 산화물(40)이 더 이상 패드 유전성 물질(51) 위에 존재하지 않는다. 단계(a)는 안정상태에 최초로 도달한 후에 몇 시간 동안 계속될 수도 있지만(오버에칭), 패드 질화물의 부식을 최소화하기 위해서, 에칭 단계(a)는 바람직하게는 안정상태에 최초로 도달한 후에 너무 많은 시간동안 실행하지 않는다. 다른 한편으로, 단계(b)로의 전환은 바람직하게는 부합성 산화물의 실질적인 부분이 상부 표면으로부터 제거되기 전에는 실행되지 않는다. 그렇지 않으면 과량의 바람직하지 않은 부산물이 형성될 수도 있다.
단계(b)에서는, 단계(a)의 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에서 수소-비함유 플루오로카본 및 희소 기체의 혼합물과 접촉시켜 충진 표면(25) 위에 남아 있는 부합성 산화물을 추가로 제거하고 상부 표면 및 충진 표면을 오버에칭하여 부합성 산화물의 실질적인 부분을 측벽위에 남게하여 깃모양 산화물을 형성시킨다. 단계(b)에서 에칭액 혼합물은 바람직하게는 패드 질화물 또는 트렌치 충진 물질의 실질적인 분해 없이 산화물을 매우 선택적으로 에칭한다. 도 4에 도시되어 있는 대로, 충진 표면(25)에서 산화물의 에칭은 바람직하게는 심하게 비등방성이어서 측벽 위에 부합성 산화물(41)이 충진 표면(25)에 대해 직각으로 하강하고 측벽의 부합성 산화물(41)로부터 멀리 떨어진 실질적으로 깨끗한(즉, 부합성 산화물이 없는) 충진 표면이 수득된다. 단계(b)에서, 중합체 부산물은 에칭된 표면 위에 침착될 수도 있다. 이러한 부산물들은 일반적으로 층(70)으로서 도시된다.
수소-비함유 플루오로카본은 바람직하게는 약 0.33 이상, 더욱 바람직하게는 약 0.5 이상의 C:F 원자비를 갖는 플루오로카본이다. 바람직한 수소-비함유 플루오로카본의 예는 본원에서 참조로서 인용하는 미국 특허 제 5,338,399 호에 개시되어 있다. 환식 C4F8이 가장 바람직하다. 희석제는 수소-비함유 플루오로카본의 성능이나 전반적인 에칭 작업에 불리한 영향을 미치지 않는 임의의 기체일 수 있다. 바람직한 희석제는 Ar, He, 및 Xe, 가장 바람직하게는 Ar와 같은 희소 기체이다. N2와 같은 그 밖의 기체가 희석제로서 사용될 수도 있다. 수소-비함유 플루오로카본의 유속은 바람직하게는 약 3 내지 20 sccm이다. 희석제 기체의 유속은 바람직하게는 약 50 내지 300 sccm이다. 단계(b)에서 사용된 기체 혼합물은 소량의 그 밖의 불소 화합물 기체(예: 수소-함유 플루오로카본 또는 SF6)를 함유할 수 있지만, 수소-비함유 플루오로카본대 수소-함유 플루오로카본의 몰비(또는 일정한 압력에서 체적비)는 단계(a)보다 단계(b)에서 크다. 바람직하게는, CO 기체는 사용하지 않는다. 단계(b)에서 반응성 이온 에칭 조건은 바람직하게는 약 25 내지 200 mTorr 작동 압력, 약 500 내지 1200W 전력, 및 약 0 내지 90 가우스 자기장을 포함한다. 단계(b) 에칭 방법은 바람직하게는 산화물이 도 4에 나타낸 바와 같이 측벽 산화물(41)의 수직 하강물(즉, 충진 표면에 실질적으로 직각인)을 제외하고는 충진 표면(25)에서 완전히 제거된다. 바람직하게는, 단계(b)는 단계(a)에 사용된 시간의 2배를 넘지 않게, 더욱 바람직하게는 단계(a)에서 사용된 시간의 약 50 내지 100% 동안 수행된다.
일반적으로, 에칭 단계(b)는 기판상에서 중합체 부산물 침착물(70)(도 4)의 형성을 초래할 것이다. 침착된 중합체는 바람직하게는 기판의 추가의 가공 전에 세정 단계(c)에서 제거된다. 이러한 제거로 도 5에 도식적으로 설명된 바와 같이 세정 표면을 얻을 수 있다. 세정 단계(c)는 바람직하게는 단계(b)를 수행한 기판을 중합체 부산물의 제거를 용이하게 하기 위해 적용되는 하나 이상의 성분, 더욱 바람직하게는 NF3, CF4, O2또는 이의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 기체 성분을 함유하는 기체와 접촉시키는 단계를 포함한다. 기체 성분은 가장 바람직하게는 CF4이다. NF3의 경우, 유속은 바람직하게는 약 2 내지 100 sccm, 더욱 바람직하게는 약 10 내지 100 sccm이다. CF4의 경우, 유속은 바람직하게는 약 10 내지 200 sccm이다. O2의 경우, 유속은 바람직하게는 약 10 내지 200 sccm이다. 바람직하게는, CO 기체는 사용하지 않는다. 바람직하게는, Ar, He, N2, 또는 Xe와 같은 희소 기체는 상기 언급한 기체와 조합하여 사용된다. 세정은 바람직하게는 약 25 내지 300 mTorr 작동 압력, 약 50 내지 300W 전력, 및 약 0 내지 90 가우스 자기장을 포함하는 조건하에 수행된다. 세정 단계는 바람직하게는 약 1 내지 100 초 동안 수행된다.
본 발명의 에칭 방법은 산화물의 반응성 이온 에칭에 통상적으로 사용되는 임의의 통상적인 에칭 장치로 수행될 수 있다. 바람직한 에칭 장치는 어플라이드 머티리알즈 인코포레이티드(Applied Materials Inc.)로부터 시판중인 모델 AME MXP+이다.
일단 세정되면, 에칭된 구조물은 목적하는 깃모양 산화물 및 깨끗한 충진 기판이 수득되고, 트렌치는 도 6에 나타낸 바와 같이 전하 저장 물질의 추가량 30으로 재충진할 수 있다. 이러한 충진 기술은 당 분야에 잘 알려져 있다. 선택적으로, 이러한 구조물은 목적하는 바에 따라 그 밖의 제조방법에 도입될 수 있다.
본 발명에 따른 에칭 방법은 패드 질화물 층의 열화를 감소시키고 CO 기체를 사용하지 않으면서 수행될 수 있으므로, 집적 회로를 위한 높은 종횡비의 트렌치 캐패시터의 제조시 유용하게 사용될 수 있는 깃모양 산화물을 형성시킬 수 있다.
Claims (20)
- (1) 부분적으로 충진된 트렌치,(2) (i) 상기 트렌치를 부분적으로 충진하는 충진 물질에 의해 한정된 충진 표면, (ii) 상기 트렌치의 외부 상부 표면, 및 (iii) 상기 충진 물질에 의해 덮이지 않은 트렌치 측벽 표면, 및(3) 상기 충진 표면, 상기 상부 표면 및 상기 측벽 표면 위에 있는 부합성(conformal) 산화물 층을 갖는 기판을 포함하는 소정의 반도체 기판 안에(a) 상기 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에 상기 상부 표면 위의 부합성 산화물의 적어도 일부가 제거될 때까지 수소-함유 플루오로카본 및 산소 공급원 기체의 혼합물과 접촉시키는 단계 및(b) 상기 단계(a)를 수행한 기판을 반응성 이온 에칭 조건하에 수소-비함유 플루오로카본 및 희소 기체의 혼합물과 접촉시켜 상기 충진 표면상에 남아 있는 부합성 산화물을 추가로 제거하고 상기 상부 표면 및 충진 표면을 오버에칭함으로써(overetching) 상기 부합성 산화물의 실질적인 부분이 상기 측벽 표면상에 남게 되어 깃모양(collar) 산화물을 형성하는 단계를 포함하는, 상기 부합성 산화물을 선택적으로 에칭하는 방법에 의해서, 깃모양 산화물을 형성하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,부합성 산화물 에칭 단계가 (c) 단계(b)를 수행한 에칭된 기판을 O2, NF3및 CF4로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 성분을 함유하는 기체와 접촉시켜서 단계(a) 및 단계(b)중 상기 표면상에 침착된 임의의 잔존하는 중합체를 제거하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상부 표면중 적어도 일부가 질화물 조성물을 포함하고 단계(a)중 에칭 단계가 이러한 질화물 조성물이 노출될 때까지 수행되는 방법.
- 제 1 항에 있어서,단계(a)에서 혼합물이 수소-비함유 플루오로카본을 추가로 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,단계(a)에서 혼합물이 수소-함유 플루오로카본 약 40 내지 100체적부 및 산소 공급원 기체 약 2 내지 15체적부를 포함하는 방법.
- 제 5 항에 있어서,단계(a)에서 반응성 이온 에칭 조건이 약 50 내지 150 mTorr의 작동 압력 및 약 200 내지 500W의 전력을 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,수소-함유 플루오로카본이 트리플루오로메탄인 방법.
- 제 1 항에 있어서,단계(b)에서 혼합물이 수소-비함유 플루오로카본 약 3 내지 20체적부 및 희소 기체 약 50 내지 300 체적부를 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,희소 기체가 Ar, He, Xe, N2및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
- 제 8 항에 있어서,단계(b)에서 반응성 이온 에칭 조건이 약 25 내지 200 mTorr의 작동 압력 및 약 500 내지 1200W의 전력을 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,단계(b)에서 혼합물이 0.25보다 큰 C/F 원자비를 갖는 수소-비함유 플루오로카본을 포함하는 방법.
- 제 11 항에 있어서,단계(b)에서 혼합물이 약 0.5 이상의 C/F 원자비를 갖는 수소-비함유 플루오로카본을 포함하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,단계(c)에서 접촉 단계가 약 25 내지 300 mTorr의 압력 및 약 50 내지 300W의 전력으로 수행되는 방법.
- 제 12 항에 있어서,수소-비함유 플루오로카본이 C4H8인 방법.
- 제 1 항에 있어서,단계(b)가 단계(a)를 수행하기 위해 걸린 시간량의 약 0.1 내지 2배 동안 수행되는 방법.
- 제 3 항에 있어서,질화물 조성물이 실리콘 질화물 및 실리콘 옥시질화물로 이루어진 군으로부터 선택된 질화물을 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,트렌치를 부분적으로 충진하는 물질이 폴리실리콘 및 도핑된 폴리실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택된 방법.
- 제 1 항에 있어서,측벽 표면이 부합성 산화물의 적용 전에 고유전성 일정한 물질 층으로 피복된 방법.
- 제 1 항에 있어서,부합성 산화물 층이 실리카를 포함하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,단계(c) 후 트렌치를 추가량의 충진 물질로 충진하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
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