KR20000053068A - 드라이에칭용 가스 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지구환경문제를 일으키지 않는 플루오로탐소-기재 드라이에칭용 가스 및 이로부터 수득된 플라즈마 가스를 이용한 에칭방법을 제공한다. 상기 가스는 탄소, 불소, 수소 및 산소로 구성된 탄소수 2 ~ 6 의 불소화 에테르를 함유한다.
Description
IC 의 제조에 있어서, 드라이에칭기술은 미세 패턴의 형성을 가능하게 하기 때문에, 웨트에칭 (WET ETCHING) 을 대신하여 초 LSI 등의 제조에 사용되고 있다.
반도체재료, 예를 들어 이산화실리콘 (이하, SiO2라고도 함) 의 드라이에칭에 있어서는, 그 바탕이 되는 실리콘 (이하, Si 라고도 함) 또는 폴리실리콘 (이하, PolySi 라고도 함) 에 대한 SiO2의 에칭속도비를 충분히 크게하기 위하여 에칭용가스로는, CF4와 H2의 혼합가스, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8또는 이들의 혼합가스가 사용되고 있다. 그러나, 드라이에칭용 가스성분으로 사용되고 있는 상기 CF4, CHF3, C2F6, C3F8등의 불소함유 가스는, 어느 것이나 대기중에서 수명이 길며 지구온난화계수가 크고, 대기중에 방출되면 장기간 분해되지 않고 체류하기 때문에 온실효과가스 (이하, GHG 라고도 함) 로서 지구의 온난화에 영향을 미친다.
지구온난화는 현재 문제가 되고 있는 수많은 지구환경문제중에서도 최대 문제로서, 그 방지를 위하여 1992 년에 기후변화협약이 채택되고, 현재 동조약 체결국 회의에서 GHG 의 구체적인 규제방법 및 그 스케쥴이 논의되고 있다.
이러한 지구온난화문제에 대응하기 위하여, 각종 GHG 의 방출소멸대책이 검토되고 많은 대체기술의 개발이 추진되고 있다.
그러나, 반도체재료의 에칭용 가스의 대체품에 대해서는 유효한 대체물이 발견되지 않고 있다. 그래서 현재의 대응책은 에칭사용 후의 배출가스를 분해함으로써, 대기중에 대한 GHG 의 방출을 억제하는 방법이 주류를 이루고 있다.
본 발명은 지구온난화 등의 지구환경문제를 일으키지 않는 드라이에칭용 가스 및 그것을 이용한 피가공재료의 플라스마 가공방법을 제공하는 것을 그 과제로 한다.
발명의 개시
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭한 결과, 탄소, 불소, 수소 및 산소로 구성된 탄소수 2 ~ 6 의 유기화합물을 사용함으로서 상기 과제를 해결할 수 있다는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명에 의하면, 탄소, 불소, 수소 및 산소로 구성되고, 탄소수 2 ~ 6 의 유기화합물로 이루어지는 드라이에칭용 가스가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 드라이에칭용 가스를 플라스마화하여 얻어지는 플라스마가스를 사용하여 피가공재료를 가공하는 것을 특징으로 하는 피가공재료의 플라스마 가공방법이 제공된다.
본 발명은 드라이에칭용 가스 및 이를 사용하여 피가공재료를 플라스마 가공하는 방법에 관한 것이다.
도 1 은 본 발명에서 사용하는 드라이에칭장치의 1 예를 나타내는 모식도이다.
본 발명에서 사용되는 드라이에칭용 가스는 탄소, 불소, 수소 및 산소로 구성되고, 탄소수 2 ~ 6 의 유기화합물이다. 이 유기화합물에 있어서, 그 비점은 80 ℃ 이하, 바람직하게는 20 ℃ 이하이다.
상기 유기화합물은 하이드로플루오로에테르인 것이 바람직하다. 본 발명자들은 이 하이드로플루오로에테르의 원자조성과 에칭효과와의 관계에 대하여 검토한 바, 하기식 (1) 을 만족시키는 것이 우수한 에칭효과를 나타낸다는 것을 알아내었다.
[C]/([F]+[O]-[H]) ＜ 0.8 (1)
상기식 [C]/([F]+[O]-[H]) 의 값 (R) 은 바람직하게는 0.7 ~ 0.4, 보다 바람직하게는 0.6 ~ 0.4 의 범위이다. 상기식의 값 (R) 이 0.8 이상이 되면, 에칭시에 피가공재료표면에 퇴적되는 플루오로카본 중합막량이 많아지게 되어 피가공재료의 에칭이 저해되게 된다.
본 발명에서 바람직하게 사용되는 하이드로플루오로에테르의 구체예를 나타내면, 예를 들어 CHF2OCF3(R=0.4), CF3CHFOCF3(R=0.43), CF3CHFOCF3(R=0.43), CHF2CF2OCF2CF3(R=0.44) 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용되는 드라이에칭용 가스는, 플라스마화하여 플라스마가스로서 피가공재료에 적용된다.
도 1 에 본 발명에서 사용하는 드라이에칭장치의 모식도를 나타낸다.
도 1 에 있어서, 1 은 진공용기를 나타내고, 2, 3 은 1 쌍의 평판상 전극을 나타내고, 4 는 에칭할 피가공재료이다.
이 드라이에칭장치를 사용해서 피가공재료의 에칭을 실시하기 위해서는, 드라이에칭용 가스를 도관 (6) 을 통해 진공용기 (1) 내로 도입하여 용기내를 진공으로 유지한다. 이어서, 고주파전원 (7) 을 사용해서 전극 (2,3) 에 고주파전압을 인가하여 대향하는 전극 (2,3) 사이에 플라즈마를 발생시키고, 도입한 가스를 분해 및 여기시켜 피가공재료 (4) 를 에칭한다.
본 발명의 드라이에칭용 가스는 각종 피가공재료에 적용할 수 있으나, 특히 반도체재료에 대하여 유리하게 적용된다. 반도체재료로서는 이산화실리콘, 특히 실리콘막이나 폴리실리콘막의 표면에 형성한 이산화실리콘막 등을 들 수 있다.
본 발명의 드라이에칭용 가스는 대기로 방출되었을 때의 대기수명이 현저하게 짧아 지구온난화의 문제를 거의 일으키지 않는다.
표 1 에 각종 함불소가스의 대기수명 및 지구온난화 계수를 나타낸다.
표 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 드라이에칭용 가스는 대기중에서는 수명이 매우 짧아, 기존의 함불소에칭용 가스에 비하여 지구온난화 방지효과가 대폭 개선되었다.
| 화학식 | C/F+O-H | 대기중 수명 (년) | 지구온난화 계수 (HGWP) |
| CF4 | 0.25 | 50,000 | 7.1 |
| CHF3 | 0.50 | 264 | 7.0 |
| C2F6 | 0.33 | 10,000 | 10.0 |
| C3F8 | 0.38 | 2,600 | 7.2 |
| C4F8 | 0.50 | 3,200 | 9.1 |
| CHF2OCHF2 | 0.67 | 19 | 0.61 |
| CF3CHFOCF3 | 0.43 | 11 | 0.22 |
| CH3OCF2CF3 | 1.0 | 1.2 | 0.024 |
| CHF2CF2OCF2CF3 | 0.44 | 6.8 | 0.13 |
| CH3OCF2CF2CF3 | 0.80 | 1.3 | 0.019 |
| 주 : 지구온난화 계수 (HGWP) : CFC-11 의 지구온난화 계수를 1.0 으로 하였을 때의 상대치 |
이어서, 본 발명의 실시예에 의해 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 1
도 1 에 본 발명의 실시에 사용한 에칭장치의 모식도를 나타낸다. 진공용기 (1) 내에 대향하여 설치된 1 쌍의 평판상 전극 (2,3) 내의 하부전극 (2) 상에 에칭할 피가공재료 (4) 를 둔다. 가스도입구 (6) 를 통해 에칭용 가스와 O2를 합계유량 90 sccm, He 를 유량 10 sccm 의 비율로 진공용기 (1) 내로 도입하여 용기 (1) 내의 압력을 60 mTorr 로 유지한다. 이어서, 고주파전원 (7) 을 사용해서 전극에 고주파전력 (주파수 400 KHz, 출력 600 W) 을 인가하여 대항전극 (2,3) 사이에 플라즈마를 발생시키고, 도입된 가스를 분해 및 여기시켜 상기 피가공재료 (4) 의 에칭을 실시한다. 에칭에 사용한 가스는 HFE-134 (CHF2OCHF2), HFE-245 (CH3OCF2CF3), HFE-329 (CHF2CF2OCF2CF3) 및 HFE-347 (CH3OCF2CF2CF3) 의 4 종류였다. 4 종류의 HFE 의 SiO2의 에칭속도의 측정결과를 표 2 에 나타낸다.
이때, 에칭속도는 1 분당 SiO2표면에서 제거되는 SiO2양을 두께 (Å) 로 나타낸 것이다.
| 가스의 종류 | 에칭속도 (Å/분) | |||
| O2농도 (%) | ||||
| 0 | 10 | 30 | 50 | |
| HFE-134HFE-245HFE-329HFE-347 | 1413×3148× | 1512--× | 10287231107× | -602-× |
| 주 1 : O2농도 (vol%) = [O2/(HFE+O2]×100주 2 : × 는 웨이퍼상에 중합물이 침착되어 측정불능주 3 : - 는 미측정 |
실시예 2
실시예 1 과 동일한 에칭장치를 사용하여, 동일조건 (O2농도 0%) 에서 HFE-329 (CHF2CF2OCF2CF3) 를 이용하여 시험하였다. 상기 시험에서는, SiO2의 에칭속도 외에, Poly-Si 에 대한 선택비 및 포토레지스트 (photoresist) 에 대한 선택비도 측정하였다.
SiO2의 에칭속도는 3017 Å/분 으로, 이때 Poly-Si 에 대한 선택비는 16.5, 포토레지스트에 대한 선택비는 12.2 로 되어, SiO2에칭속도 및 선택비 모두 기존 에칭가스와 동등하거나 그 이상의 성능을 확보할 수 있었다. 또한, 이때 O2첨가량의 효과를 보기위해, HFE-329＋O2의 합계유량을 90 sccm 으로 유지하면서 O2첨가량을 상기의 0% 에서 10%, 20% 로 증가시켰다. 그 결과, O2첨가량 10% 일 때, SiO2의 에칭속도는 3176 Å/분, Poly-Si 에 대한 선택비는 1.7, 포토레지스트에 대한 선택비는 1.3 으로, O2첨가에 의한 효과는 볼 수 없었다.
또한, 상기 Poly-Si 에 대한 선택비는, Poly-So 의 에칭속도에 대한 SiO2의 에칭속도의 비를 나타내고, 포토레지스트에 대한 선택비는 포토레지스트의 에칭속도에 대한 SiO2에칭속도의 비를 나타낸다.
실시예 3
실시예 1 과 동일한 장치를 이용하여, 동일 조건으로 HFE-227 (CF3CHFOCF3) 를 이용하여 에칭을 실시하였다. 그 결과, O2첨가량 0% 일 때, SiO2의 에칭속도는 3632 Å/분, Poly-Si 에 대한 선택비는 16.9, 포토레지스트에 대한 선택비는 11.1 이고, O2첨가량 10% 일 때, SiO2의 에칭속도는 3084 Å/분, Poly-Si 에 대한 선택비는 4.2, 포토레지스트에 대한 선택비는 2.9 이었다. 또한, O2첨가량 20% 일 때, SiO2의 에칭속도는 2147 Å/분, Poly-Si 에 대한 선택비는 1.5, 포토레지스트에 대한 선택비는 1.2 였다.
실시예 2 와 동일하게 HFE-227 단독으로 SiO2에칭속도 및 선택비 모두 충분하고, 또 O2첨가에 의한 효과는 볼 수 없었다.
본 발명의 드라이에칭용 가스는, 종래 이용되고 있는 함불소가스와 동일하거나 그 이상의 우수한 에칭효과를 나타내고, 또한 지구온난화 등의 심각한 지구환경 상의 문제를 일으키지 않는다.
Claims (6)
- 탄소, 불소, 수소 및 산소로 구성된 탄소수 2 ∼ 6 의 유기화합물을 함유하는 드라이에칭용 (dry etching) 가스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유기화합물이 하이드로플루오로에테르인 드라이에칭용 가스.
- 제 2 항에 있어서, 상기 하이드로플루오로에테르가 하기식을 만족하는 하이드로플루오로에테르인 드라이에칭용 가스:[C]/([F]+[O]-[H]) ＜ 0.8(식중, [C] 는 탄소원자의 수, [F] 는 불소원자의 수, [O] 는 산소원자의 수, [H] 는 수소원자의 수를 나타낸다).
- 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항의 드라이에칭용 가스를 플라즈마화하여 얻어지는 플라즈마 가스를 이용하여 피가공재료를 가공하는 것을 특징으로 하는 피가공재료의 플라즈마 가공방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 피가공재료가 이산화실리콘인 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 피가공재료가 실리콘막 또는 폴리실리콘막의 표면에 형성된 이산화실리콘막인 방법.
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