KR20010053226A - 규소를 플라즈마 에칭하는 방법 - Google Patents
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Abstract
처리 가스를 이용한 가운데 규소 기판 내 횡으로 한정된 구조물을 처리 가스로 플라즈마 에칭하는, 특히 이방성 에칭하는 방법이 추천되어 있다. 그 때, 에칭 전 및/또는 에칭 중에 횡으로 한정되어 있는 구조물의 측벽들 위에 적어도 일시적으로 하나의 불활성 물질이 분리된다. 첫째 방법에서는, 처리 가스에, 플루오르 제공 에칭 가스로서, ClF3, BrF3또는 IF5군 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 첨가한다. 둘째 방법에서는, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을 소모시키는 첨가제 NF3를첨가한다. 마지막으로 셋째 방법에서는, 처리 가스에 적어도 일시적으로, 가볍고 용이하게 이온화할 가스, 특히 H2, He 또는 Ne를 첨가한다. 추천된 세 방법은 또한 조합될 수도 있다.
Description
본 발명은 독립 청구항의 주 개념에 따라 규소를 플라즈마 에칭하는, 특히 이방성 플라즈마 에칭하는 방법에 관한 것이다.
DE 197 06 682 C2로부터 규소를 이방성 고속 플라즈마 에칭하는 방법이 알려져 있는데, 거기에서는 측벽을 불활성화 하기 위해 불활성 물질로서 원래의 SiF6의 에칭 화학약품에 SiF4와 O2를 첨가하여 형성된 SiO2가 사용되어 있다. 동시에 에칭 가스에, 구조적 이유로 존재하게 되는 SiO2를 선택적으로 제거하기 위해, SiO2의 소모 첨가제("스캐빈저")로서 CHF3, CF4, C3F6또는 C4F9가 연속적으로 또는 펄스식으로 첨가될 수 있다.
또 다른 규소의 고속 에칭 방법이 예컨대 DE 42 41 045 C2에 공개되어 있는데, 그에 따르면, 고밀도 플라즈마 소스가 유도 고주파 자극(ICP 원천) 또는 특수한 극초단파 자극(PIE 원천)에 의해, 플루오르 공급 에칭 가스로부터 플로오르 래디칼을, 또한 테플론 형성 단량체를 공급하는 불활성화 가스로부터 테플론과 같은 불활성 물질을 형성하는 (CF2)x-래디칼을 방출시키는 데에 사용된다.
마지막으로, 출원 DE 43 17 623 A1로부터, SF6또는 다른 플로오르 공급 에칭 가스 및 CHF3또는 다른 테플론 모양의 단량체를 형성하는 불활성화 가스의 혼합물을 고밀도 플라즈마에 노출시키고, 그에 따라 플루오르 래디칼이 규소 구조물 저부를 에칭하고 그와 동시에 테플론상의 단량체가 구조물 측벽 위에 불활성화 재료를 형성하게 하여 에칭 처리의 이방성 거동을 제어하게 하는 것이 알려져 있다.
본 발명은 독립 청구항의 주 개념에 따라 규소를 플라즈마 에칭하는, 특히 이방성 플라즈마 에칭하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 목적은, 새로운 처리 가스의 사용에 의해, 높은 에칭 속도(에칭 율), 에칭 시의 낮은 윤곽 편차 및 처리 가스의 개선된 환경 친화성이 보장되도록, 현존하는 규소에 대한 플라즈마 에칭 방법을 상기한 공지 기술에 대하여 개선하는 것이다.
독립 청구항의 특징을 가진 본 발명에 의한 방법은 공지 기술에 반하여 규소의 플라즈마 에칭 처리의 경우, 특히 이방성 고속 플라즈마 에칭 처리의 경우, 윤곽 제어의 개선 및 높은 에칭 속도가 달성될 수 있다는 이점을 갖는다. 동시에 사용되는 처리 가스는 특히 온실 효과에 있어 종전에 사용되던 에칭 가스 또는 첨가제 보다 훨씬 더 환경 친화적이고 그와 함께 장기적으로 이용 가능하다.
더욱이 ClF3, BrF3또는 IF5와 같은 플루오르 에칭 가스를 사용하는 경우에는 비교적 작은 플라즈마 자극에서 이미 대량의 플루오르가 방출되고 그래서 이 방법은 자극면에서 또한 달성되는 높은 규소 에칭 속도에 있어 대단히 효율적이고 그와 동시에 예컨대 유도성 플라즈마 원천 또는 극초단파 플라즈마 원천의 소요 전력량은 대단히 낮다. 또한 특히 ClF3가 ClF로 분해될 때 또는 BrF3가 BRF로 분해될 때, 공지의 SF6가 종전의 분해 경로를 통해 SF4로 분해될 때 보다 더 용이하게 또한 더 많은 개수로 플루오르 래디칼을 방출한다는 점에서 대단히 유리하다. 또한, ClF3의 ClF 및 2F+로의 반응 또는 BrF3의 BrF 및 2F+로의 분해 반응은 SF6의 SF4와 2F+로의 반응시 보다 훨씬 더 적은 활성화 에너지를 필요로 한다. 따라서 필요로 하는 대량의 플루오르 래디칼을 자극하기 위해 플라즈마 원천에 고주파 전력 내지 극초단파 전력이 적게 필요하기 때문에 대단히 유리하게도 다음에 제작된 에칭 윤곽을 악화시킬 수 있는 교란 효과도 역시 줄어든다.
추가의 이점은, 플루오르 공급 에칭 가스 보다 할로겐간 플루오르화물을 사용할 경우에는 에칭 장치의 폐가스 영역부에 황 퇴적이 일어나지 않을 수 있고 그렇지 않으면 그것은 제거되거나 억제되어야 한다는 사실이다.
끝으로, 특히 ClF3와 BrF3은 화학적으로 불안정하고 공기 중에서 공기 습기에 의해 용이하게 HF와 HCl 또는 HBr로 가수분해한다. 그래서 이들 화합물 또는 가스에 의한 온실 효과가 발생하지 않을 수 있고 그래서 환경적 관점 하에서 대량 생산의 이용성이 장기적으로도 보장될 수 있으며 이것은 예컨대 SF3의 경우에는 제한 없이 성립되는 것이 아니다.
불활성 물질, 특히 SiO2또는 테플론성 물질을 소모하는 첨가제로서 처리 가스 중에 때때로 사용되는 NF3은, 플루오르-탄소 화합물에 기초하는 종래 기술에서 공지된 첨가제에 비하여, 구조물 저부를 차폐하는 유전물질 층을 훨씬 심하게 마모시키고, 그렇기 때문에 이 물질은 실제의 플라즈마 에칭 처리에서 공지의 첨가제에 비해 훨씬 적은 양이 사용될 필요가 있고 따라서 특히 이것의 사용과 불가피하게 관련된 나머지 활성 반응물들의 감소된 희석의 점에서 전체적으로는 전체 공정에 부정적 영향을 덜 미친다는 이점을 갖고 있다.
더욱이 첨가제 NF3은 플루오르화 탄화수소(CHF3, CF4, C3F6, C4F8, C2F6등)와는 반대로 약한 가수분해 작용의 덕택으로 공기중 수명이 비교적 짧아 온실 효과도 발생하지 않는다. NF3은 공기 중에서는 이미 단시간 후에 공기중에서의 습기에 의해 불활성 물질로 결합되어 소실된다. 따라서 온실효과 가스로서 작용하는 플루오르화 탄화수소와는 반대로 이 화합물의 사용에 의해서는 대규모 이용성이 장기간 보장된다.
에칭 가스에, 가볍고 용이하게 이온화 할 수 있는 가스, 즉 용이하게 양 하전된 이온이 생성될 수 있는, He, H2또는 Ne과 같은 저 원자량을 가진 가스의 첨가에 의해, 예컨대 전기 전도성 규소와 마스크 물질 또는 매립된 희생층으로서 사용되는 전기 절연성 유전 물질 사이의 이행 위치에 있어서의 현저하게 방해적인 충전(하전) 효과가 현저하게 감소될 수 있다는 이점이 얻어진다. 그리하여 특히 규소로부터 매립된 산화층, 중합체 정지층, 또는 마스크 가장 자리로의 이행부, 즉, 유전성 마스크 층(광 라커 또는 SiO2로 된 요소 마스크)으로부터 에칭할 규소로의 이행부에 있어 형성된 에칭 윤곽의 분명한 윤곽 개선이 달성된다.
이 충전 효과는, 웨이퍼 표면 방향이 아닌 곳에 작용하는 음 하전된 전자가 바람직하게는 에칭하려는 구조물의 측벽에 도달하여, 측벽이 에칭 저부에 비하여 음성으로 하전되는 데에 기인한다. 이들 전자는 전기 전도성 규소 내에서는 대체로 자유롭게 이동할 수 있고, 한편 전기 절연성 에칭 저부에서는 존재하는 양 하전된 이온이 거기에 고정된다. 따라서 전체적으로 이동 가능한 전자들은 규소와 유전층 사이의 이행 구역에 끌리고, 따라서 거기에는 큰 전장이 발생하여 정지할 경우에는 결국 평균적으로 대단히 많은 이온들이 그 전의 전자들과 마찬가지로 측벽에 도달하게 되는 것인데, 그 이유는 이들 전자는 해당하는 큰 전계에 의해 측벽으로 향하게 되기 때문이다. 이 효과는 문헌에는 "노치 형성 현상(Notching Phenomena)"으로 기록되어 있고 이에 의해 측벽 내로 침식된 큰 주머니를 형성하게 된다.
예컨대 He과 같은 가볍고 용이하게 이온화하는 가스의 첨가는 이 주머니 형성을 대단히 유리하게도 현저하게 감소시킨다.
전기 충전 효과에 원인이 있고 가볍고 용이하게 이온화 하는 가스의 첨가에 의해 역시 해결될 수 있는 다른 문제는 상부 마스크 가장자리에서 생긴다. 규소 웨이퍼 위의 유전성 마스크 층의 표면은, 소위 "자기 바이어스"에 의해, 통상적인 기판 전극 위에 인가되는 고주파 전압의 결과로 심하게 음으로 하전된다("직류 바이어스"). 이 충전은 전자와 이온들의 상이한 이동성에 의해 해명될 수 있는 것으로, 즉 고속 전자와 같이 시간 중간에 움직이지 않는 이온들을 표면에 끌어들이기 위해 거기에는 음의 전압이 형성되어야 하는 것이다. 이제 마스킹 층의 개구들 내로 규소가 부식되면, 이 표면의 충전은 새로 생성된 규소 벽에 대해 규소로부터 유전 마스킹 층으로의 이행부에 있어 전자의 농축을 야기한다. 환언하면 이와 같은 이온 변향에 의해, 강력한 이온들이 이 에칭된 규소 홈 은폐부의 상부 내로 배향 이동되고, 이에 의해 거기에서는 역시 윤곽 불균일성 또는 주머니가 생기게 된다. 끝으로, 에칭 가스에 가볍고 용이하게 이온화하는 가스를 첨가하면, DE 42 41 045로부터 알려진 측벽막 이동 기구가 확실히 개선되어, 에칭 저부에서는 중합체가 많이 부식되고 측벽에서는 중합체가 조금 부식되어 선택도가 개선된다는 이점이 얻어진다.
본 발명의 유리한 추가의 양태들은 청구 범위 종속 항에 기재된 조치에서 얻어질 수 있다.
따라서, 개개 방법의 이점이 유지되게 하면서 본 발명에 의한 방법들을 서로 조합하는 것이 특히 유리하다. 그 위에 에칭 가스에, 불활 물질을 형성하는 가스, 특히 SiF4, 첨가제 또는 반응물로서 사용되는 예컨대 산소, 질소, 이산화탄소 또는 산화질소와 같은 가스를 희석제 아르곤에 추가하여 첨가하는 것이 유리할 수 있다.
전체적으로, 기재된 기구에 있어서는 이온 투입과 전자 투입 사이의 동적 균형을 형성하는데 필요한 전계의 크기(강도)는, 도달하는 이온들이 전계에 의해 얼마나 용이하게 방향 전환될 수 있는가에 직접 의존한다. 그래서 비교적 가벼운 이온들은 이미 비교적 낮은 전계 강도에서 전향되어 전하 균형을 완전히 이루는 한편 비교적 무거운 이온은 비교적 큰 전계 강도에서 비로소 전향된다는 것은 자명하다. 작은 원자량의 이온 종류의 도입에 의해, 상기 기재된 영역에서 아직도 낮은 전계 강도가 형성되어 있고 이 때에 이미 이 낮은 전계 강도에서 전하 균형을 성취할 정도로 충분히 많은 가벼운 이온들이 그 영역으로 전향될 정도로 대단히 유리하게 될 수 있다.
마찬가지로 에칭 처리에서, 예컨대 에칭 가스 또는 첨가제의 이온화된 분자 또는 분자 부분으로서 발생하는 무거운 이온들은, 그 질량 및 그것과 연관된 관성에 의해 이들 전계에 의해 더 이상 전향되지 않고 방해받지 않고 에칭 저부에까지 흘러서 거기에서 유리하게도 예컨대 에칭 반응 또는 저부 중합체 마모(에칭)를 행할 수 있다. 그래서 가벼운, 용이하게 이온화하는 가스의 첨가에 의해, 전체적으로 대단히 유리하게도 전하 균형을 수행하는 가벼운 이온과 유리하게 에칭 저부에 작용하는 무거운 이온 사이의 분리가 일어난다.
가벼운 가스로서의 희유 가스 헬륨 외에 수종의 플라즈마 처리에서는 처리 약품과 양립성이 있는 한 수소(H2)의 사용도 유리하다. 수소는 이온화된 형태의 분자로서는 단지 2의 원자량을 갖고 그 위에 플라즈마 내에서는 특히 용이하게 원자량 1을 가진 양 하전된 원자로 해리한다.
제 1 실시예는, 우선 DE 197 06 682 C2에 공개되어 있는 것과 같은, 고밀도 플라즈마 원천, 예컨대 ICP 플라즈마 원천, ECR 플라즈마 원천 또는 PIE 플라즈마 원천에 의한 이방성 플라즈마 원천에서 시작할 것이다.
그러나 거기에 사용된 플루오르 공급 SF5또는 NF3대신에 에칭 가스로서의 처리 가스에 제 1 실시예에서는 가스상의 삼플루오르화 염소 ClF3, 삼플루오르화 브롬 BrF3, 또는 오플루오르화 요드 IF5또는 그들의 혼합물이 사용된다. 바람직하게는 삼플루오르화 염소 또는 삼플루오르화 브롬은 충분히 높은 완충압을 갖고 있기 때문에 직접 질량흐름 조절기를 통해 공급될 수 있는 이들 화합물을 사용할 수 있다. 유체의 삼플루오르화 브롬을 사용할 경우에는, 가스상으로 천이할 때 그 온도는 바람직하게는 20℃ 이상에 유지된다. 또한 추가적으로 그 자체 공지의 방법으로 불활성 운반가스, 바람직하게는 아르곤을 혼합하는 것도 가능하다. 아르곤 대신에 헬륨을 사용할 수도 있다.
또한 DE 197 06 682 C2로부터 알려진 SiO2-소모 첨가제(CHF3, CF4, C2F6등)를 삼플루오르화 질소 NF3로 대치하여 처리 가스에 연속적으로 또는 바람직하게는 펄스식으로 첨가한다. 이 첨가제는 특히 에칭 저부로부터 불활 물질을 촉진적으로 제거하는 역할을 한다.
NF3는 너무 강하지는 않은 플라즈마 자극 하에서 즉 전형적인 ICP 자극 조건하에서 우선적으로 래디칼 파편 NFx(x = 1, 2)으로 분해하는데, 그 파편은 유전성 재료에 대해 극히 공격적으로 반응하고 그래서 예컨대 대단히 유효한 반응물로서의 SiO2, SiN, SiOxNy(질화옥시규소) 또는 테플론성 재료에 대해 반응 작용한다.
그 때에 NF3의 해리로 인해 동시에 방출되는 플루오르의 양은 플루오르 제공 에칭 가스, 예컨대 ClF3또는 BrF3로부터의 플루오르의 양에 비해 거의 중량이 감소하지도 않고, 따라서 규소 에칭 반응에 기여한다.
공정에서 구조물 측벽의 불활성화는, DE 197 06 682 C2의 교시에 비해 변함 없이 처리 가스에 SiF4및 O2, N2O, NO, NOx, CO2, NO2또는 N2의 군으로부터 선택된 한 반응물을 적어도 일시적으로 첨가함에 의해 달성된다. 바람직한 것은 산소이다.
추가의 처리 패라미터(특히 가스 흐름, 처리 압력, 이온 에너지 및 투입되는 플라즈마 전력)에 관해서는, 이미 DE 197 06 682 C2로부터 알려진 해당하는 패라미터가 별도로 지시하지 않는 한, 그것들이 대체로 그대로 유지(이용)될 수 있다.
DE 197 06 682 C2로부터 알려진 공정으로부터 출발하는 처리 가스의 바람직한 요약은 예컨대 다음과 같은 처방예로 표현될 수 있다:
일정 첨가의 경우 60 sccm ClF3+ 50 sccm O2+ 50 sccm SiF4+ 70 sccm He + 5 sccm NF, 20 m 토르의 압력, 플라즈마 원천에 13.56 MHz의 주파수로 1000 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 와트 내지 20 와트의 고주파 전력,
또는:
100 sccm BrF3+ 50 sccm O2+ 50 sccm SiF4+ 70 sccm He; 30 sccm NF3의 추가 첨가, 주기적으로 총 30 내지 60 초, 바람직하게는 각 5 초씩의 기간에 걸친 총 45 초, 20 m 토르의 압력, 플라즈마 원천에 1000 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 와트 내지 20 와트의 고주파 전력.
본 발명의 추가의 실시예에 있어서는, 먼저 DE 42 41 045 C1으로부터 알려진 것과 같은 방법으로부터 출발한다. 이 공지의 방법에서는, 규소의 이방성 에칭이, 플라즈마에 의해, 특히 극초단파 플라즈마 또는 유도성 플라즈마 원천을 통해 생성된 플라즈마에 의해 행해지는 것으로, 거기에서는 이방성 에칭 과정이 서로 독립적으로 제어되어, 차례로 에칭 단계, 중합 단계 및 불활성화 단계가 교대로 서로 분리되어 행해진다. 그 경우 중합 단계 중에는 에칭 마스크에 의해 획정된 구조물의 횡 경계 위로 중합체가 피복 형성되고 그 중합체는 다음의 에칭 단계 동안에는 다시 마손된다.
또한 중합 가스에는 적어도 일시적으로, 특히 에칭 단계 중, SF6가 플루오르화 에칭 가스로 첨가된다. 중합 단계 중, 특히 유도적으로 결합된 플라즈마 원천의 경우에는, 처리 가스에, 추가의 8 플루오로사이클로부탄(C4F8) 또는 6 플루오로사이클로부탄(C3F8)이 테플론 형성 단량체 제공 불활성화 가스로서 첨가된다. 이 불활성화 가스는 특히 에칭되는 구조물의 측벽 위에 불활 물질로서 테플론성 보호막을 형성하는데, 이 막은 구조물을 플루오르 래디칼에 의한 공격으로부터 보호한다.
상기한 만큼은 그 자체 공지인 이 방법은, 본 발명에 따라 처리 가스에 추가적으로 적어도 일시적으로 He4또는 He3의 형태의 헬륨을 첨가함으로써 개선될 수 있는데, 그 첨가는 연속적으로 에칭 단계 기간 중에도 또한 불활성화 단계 기간 중에도 행해지는데, 그 이유는 헬륨은 불활성 가스로서 처리 약품에 결코 영향을 미치지 않기 때문이다. 헬륨의 첨가에 의해 상기한 양 단계에서, 상기와 같이, 소망스럽지 않은 충전현상이 감소되고 에칭된 구조물의 측벽 위로의 손실적인 이온 낙하가 영구적으로 억제 또는 감소되는 것이 보장된다.
다른 방법으로는, 헬륨 첨가가 단지 에칭 단계 중에만, 또는 단지 중합 단계 중이나 또는 불활성화 단계 중에만 행해질 수도 있고, 즉 헬륨 흐름을 에칭 가스나 불활성화 가스처럼 펄스식으로 조절하여, 헬륨 사용을 목적에 맞게 특별히 에칭 단계 중에 첨가하는 것인데, 그 이유는 바로 추가 에칭 기간에 있어서는, 이미 발생되어 있는 홈 심부에 있어 강한 표유 전계의 형성(전자 집중에 의한)을 효과적으로 억제하는 것이 중요하기 때문이다. 바람직하게는 양 공정 단계에 있어 헬륨은 대체로 일정 가스 흐름으로 공급된다.
적당한 헬륨 흐름은 보통 10 내지 100 sccm(표준 입방 cm) 범위이나, 그러나 설치되어 있는 에칭 시설의 터보 분자 펌프의 흡인 동력에 따라 그 보다 적거나 또는 많은 유량이 사용될 수도 있다.
에칭 저부로부터 불활 물질의 마모제거를 지원하기 위해, 이 경우 불활 물질 소모 물질로서의 NF3가 적어도 일시적으로 도입될 수 있다.
유도적으로 결합된 플라즈마 원천에 대한 플라즈마 발생의 경우(ICP 원천) 바람직한 처리 가스의 조성은 예컨대 DE 42 41 045 C1에 기초하여 다음 처방식으로 주어진다:
불활성화 층:
12 m 토르의 압력에서 5 초에 걸쳐 100 sccm C3F6또는 C4F8+ 50 sccm He, 플라즈마 원천에 800 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 고주파 전력 없음.
에칭 층:
20 m 토르의 압력에서 9 초에 걸쳐 130 sccm SF6+ 20 sccm O2+ 50 sccm He, 플라즈마 원천에 800 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 내지 20 와트의 고주파 전력.
처리 가스 조성에 대한 추가의 실시예는, DE 42 41 045 C2에 의한 방법에 기초하여, 에칭 단계에서 플루오르 제공 에칭 가스(SF6)를 ClF3또는 BrF3에 의해 대치시키는 다음의 처방에 의해 주어진다. 추가하여 에칭 단계에서 처리 가스에 바람직하게도 특히 에칭 저부로부터 불활성화 테플론 물질을 마손하는 첨가제로서의 NF3가 적어도 가끔 첨가된다. 이때 불활성화 단계에서의 처리 패라미터들은 앞의 실시예와 같게 유지된다.
에칭 층:200 sccm ClF3+ 10 sccm NF3+ 50 sccm He, 플라즈마 원천에 1000 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 내지 20 와트의 고주파 전력. 또는:
에칭 층:
20 m 토르의 압력에서 10 초에 걸쳐 200 sccm ClF3+ 50 sccm He, 추가적으로 에칭 단계의 처음 3 초 동안에 30 sccm NF3, 플라즈마 원천에 1000 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 내지 20 와트의 고주파 전력.
추가의 처방식에서는 NF3대신에 특히 바람직하게도 에칭 저부로부터 테플론성 불활성 물질을 마손하는 첨가제로 대용적인 O2를 사용한다. 산소는 명백히 플라즈마 중에서 생성된 NF3-파편보다는 덜 공격적으로 거동하기 때문에, 에칭 가스에는 적어도 일시적으로는 훨씬 더 많은 양의 산소가 첨가되어야 한다.
상기한 처방예에서 에칭 가스로서의 SF6에 첨가되었던 분명히 소량인 산소분량은 거기에서 단지 폐가스 영역에서 황이 분리(퇴적)하는 것을 억제하는 역할을 한다. 그러나 이 황 분리는 에칭 가스로서 ClF3를 사용하는 경우에는 일어나지 않고, 그렇기 때문에 ClF3에 적어도 주로 첨가된 산소 분량은 특히 바람직하게도 에칭 저부로부터 불활 물질을 마손시키는 데에 전적으로 이용될 수 있다. 추가의 불활성화 단계가 조성과 처리 패라미터에 있어서는 변하지 않은 경우에는 그래서 에칭 단계에 대한 추가의 유리한 처방예로서 다음이 얻어진다:
에칭 단계:
10 초에 걸쳐 250 sccm ClF3+ 50 sccm He, 추가적으로 에칭 단계의 처음 4 초 동안에 100 sccm O2, 30 m 토르의 압력, 플라즈마 원천에 1200 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 내지 30 와트의 고주파 전력, 또는:
에칭 단계:
10 초에 걸쳐 200 sccm ClF3+ 50 sccm He + 50 sccm O2, 30 m 토르의 압력, 플라즈마 원천에 1000 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 내지 30 와트의 고주파 전력.
추가의 처리 패라미터에 관해서는, 이미 DE 42 41 045 C2로부터 알려진 해당하는 패라미터가 별도로 지시하지 않는 한, 그것들이 대체로 그대로 유지(이용)될 수 있다.
가볍고 용이하게 이온화하는 가스인 수소가 처리 가스에 첨가되는 한, 이 첨가는 DE 42 41 045 C1에 기초한 공정에서 단지 불활성화 단계 중에 가능하다. 에칭 가스에 첨가된 수소는 방출된 플루오르와 반응하여 HF로 되고 그래서 중화될 것이고 즉 이들 플루오르 래디칼은 후속하는 규소와의 에칭 반응에 더 이상 이용될 수 없다. 또한 산소 분으로 인해 에칭 단계에서는 에칭 시설의 폐가스 영역에서 폭발 가스 형성에 의한 폭발 위험이 있다. 끝으로 첨가된 수소는 불활성화 단계에서 불활성화 화학에서도 고려되어야 한다. 불활성화 가스로서 처리 가스 중에 가끔, 특히 불활성화 단계에서 사용되는 8 플루오르화사이클로부탄(C4F8) 또는 6 플루오르화사이클로부탄(C3F6)은 수소 첨가로 인해 플루오르 분이 감소되기 때문에, 이 경우에는 플루오르 분이 많이 함유된 불활성화 가스를 피하는 것이 합목적적이다. 여기에는 특히 예컨대 C2F6, C3F8또는 바람직하게는 C4F10과 같은 퍼플루오로알칸이 바람직하다.
이 방법에 의해 불활성화 단계에서의 수소 첨가를 통해 한편으로는 과잉의 플루오르 분이 HF 형성에 의해 결합되어 소망하는 중합작용이 달성되고 다른 한편으로는 항상 충분한 수소가 이온화 반응에 이용되어 충전현상이 감소될 수 있다.
처리 가스에 수소 첨가의 경우 적합한 처리 패라미터들은 예컨대 DE 42 41 045 C1 식의 방법에 기초하여 다음의 처방에 의해 주어지는데, 폐가스 영역에 대한 적당한 조치에 의해 보장적으로 폭발 위험이 생기지 않을 수 있다. 이를 위해, 예컨대 폐가스 영역에 설치된 터보 분자 펌프와 회전 슬라이드 펌프 사이에 촉매적으로 수소를 전환시키기 위한 그 자체 공지의 장치가 배치된다.
불활성화 층:
12 m 토르의 압력에서 5 초에 걸쳐 100 sccm C4F10+ 70 sccm H2, 플라즈마 원천에 800 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 고주파 전력 없음.
에칭 층:
20 m 토르의 압력에서 9 초에 걸쳐 130 sccm SF6+ 20 sccm O2, 플라즈마 원천에 800 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 내지 20 와트의 고주파 전력.
한 추가의 처방예에서는, 앞의 것과 불변한 불활성화 단계에 플루오르화 시키는 에칭 가스로서의 SF6를 BrF3로 대치하고, 그 가스에 바람직하게도 특히 에칭 저부로부터 불활성화 테플론 물질을 마모시키는 첨가제로서의 NF3가 적어도 가끔 첨가되게 할 것이 제안되어 있다.
에칭 층:
25 m 토르의 압력에서 10 초에 걸쳐 150 sccm BrF3+ 50 sccm Ar 또는 헬륨(불활성화 운반 가스로서) + 10 sccm NF3, 플라즈마 원천에 1500 와트의 고주파 전력, 기판 전극에 5 내지 30 와트의 고주파 전력.
헬륨 또는 수소 첨가에 의해 달성되는 윤곽 편차의 억제 효과에 의해, 대체로 추가 조치 필요 없이 추가적으로 이제 높은 에칭율을 달성하는 것이 가능하고 그래서 사용된 플라즈마 처리, 특히 플라즈마 원천의 전력 패라미터가 예컨대 800 와트로부터 3000 와트로까지 규모 확대된다.
본 발명에 따른 처리 가스 첨가, 특히 He 또는 H2의 첨가에 의해, 끝으로 에칭 단계 중에 측벽 중합체 마손(에칭)과 에칭 저부 중합체 마손 사이의 선택도가 에칭 저부 중합체 마손은 가속되고 측벽 중합체 마손은 감소되도록 개선된다. 이것은 가벼운 이온은 바람직하게 측벽에 향하고 한편 무거운 이온은 방해 받지 않고 에칭 저부에 도달하는 결과이다.
H2, Ne 또는 바람직하게는 He 가볍고 용이하게 이온화되는 가스의 첨가는, 기판 전극에서의 기판 전극 전압의 주파수가 낮을수록 더 효과적인데, 그 이유는 가벼운 이온은 관성이 낮아 전계 변화에 더욱더 따를 수 있기 때문이다. 에칭할 기판에 기판 전압 발전기(전원으로서 Bi)를 통한 고주파 기판 전극 전압의 인가는 그 자체 공지이고 보통 플라즈마에 발생된 이온을 기판으로 가속화시키는 역할을 한다.
이를 위해 위에서 설명된 실시예에 있어 사용된 고주파 기판 전압은 그 주파수가 예컨대 통상의 13.56 MHz로부터 2 MHz 이하로 감소된다. 따라서 보통의 에칭 가스의 성분에 비해 가벼운 가스 성분의 질량 차이가 특히 강하게 효과를 낸다.
Claims (18)
- 에칭 전 또는 에칭 중에 횡으로 한정되어 있는 구조물의 적어도 측벽 위에 적어도 일시적으로 하나의 불활성 물질이 분리되는, 규소 기판 내 횡으로 한정된 구조물을 처리 가스로 플라즈마 에칭하는, 특히 이방성 에칭하는 방법에 있어서,처리 가스에 적어도 일시적으로, ClF3, BrF3또는 IF5군중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는 플루오르 제공 에칭 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을 형성하는 가스로서 SiF4, C4F8, C3F6, C4F10, C3F8또는C2F6의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 부가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, O2, N2O, NO, NOx, CO2, Ar, NO2또는 N2의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을, 특히 SiO2또는 테플론 상 물질을 소모시키는 첨가제, 특히 CHF4, CF4, C2F6, C3F6, C4F8, C4F10, C3F8, 플루오로알칸 또는 NF3를첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 1 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 가볍고 용이하게 이온화할 가스, 특히 H2, He 또는 Ne를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 에칭 전 또는 에칭 중에 횡으로 한정되어 있는 구조물의 적어도 측벽 위에 적어도 일시적으로 하나의 불활 물질이 분리되는, 규소 기판 내 횡으로 한정된 구조물을 처리 가스로 플라즈마 에칭하는, 특히 이방성 에칭하는 방법에 있어서,처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을, 특히 SiO2또는 테플론 상 물질을 소모시키는 첨가제 NF3를첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 6 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, SF6, ClF3, BrF3또는 IF5중에서 선택된 적어도 한 화합물을 함유하는 플루오르 제공 에칭 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 6 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을 형성하는 가스로서 SiF4, C4F8, C3F6, C4F10, C3F8또는C2F6의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 부가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 6 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, O2, N2O, NO, NOx, CO2, Ar, NO2또는 N2의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 6 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 가볍고 용이하게 이온화할 가스, 특히 H2, He 또는 Ne를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 에칭 전 또는 에칭 중에 횡으로 한정되어 있는 구조물의 측벽들 위에 적어도 일시적으로 하나의 불활성 물질이 분리되는, 규소 기판 내 횡으로 한정된 구조물을 처리 가스로 플라즈마 에칭하는, 특히 이방성 에칭하는 방법에 있어서,처리 가스에는 적어도 일시적으로, 가볍고 용이하게 이온화할 가스, 특히 H2, He 또는 Ne를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 11 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, SF6, ClF3, BrF3또는 IF5중에서 선택된 적어도 한 화합물을 함유하는 플루오르 제공 에칭 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 11 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을 형성하는 가스로서 SiF4, C4F8, C3F6, C4F10, C3F8또는C2F6의 군으로부터 선택된 적어도 한 가스를 부가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 11 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, O2, N2O, NO, NOx, CO2, Ar, NO2또는 N2의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 11 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을, 특히 SiO2또는 테플론 상 물질을 소모시키는 첨가제, 특히 CHF4, CF4, C2F6, C3F6, C4F8, C4F10, C3F8, 플루오로알칸 또는 NF3를첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 에칭 전 또는 에칭 중에 횡으로 한정되어 있는 구조물의 측벽들 위에 적어도 일시적으로 하나의 불활성 물질이 분리되는, 규소 기판 내 횡으로 한정된 구조물을 처리 가스로 플라즈마 에칭하는, 특히 이방성 에칭하는 방법에 있어서,처리 가스에는 적어도 일시적으로, ClF3, BrF3또는 IF5군 중에서 선택된 적어도 하나의 화합물을 함유하는 플루오르 제공 에칭 가스를 첨가하며, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을 소모시키는 첨가제 NF3를부가로 첨가하며, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 가볍고 용이하게 이온화할 가스, 특히 H2, He 또는 Ne를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 16 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, 불활성 물질을 형성하는 가스로서 SiF4, C4F8, C3F6, C4F10, C3F8또는C2F6의 군으로부터 선택된 적어도 한 가스를 부가로 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
- 제 16 항에 있어서, 처리 가스에는 적어도 일시적으로, O2, N2O, NO, NOx, CO2, Ar, NO2또는 N2의 군으로부터 선택된 적어도 하나의 가스를 첨가하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
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