KR20020030108A - 금속 함유층의 이방성 에칭용 탄화수소 가스 - Google Patents

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Abstract

기판(10)상의 금속 함유층(15)을 이방성 에칭하는 방법이 제공된다. 이 에칭 방법은, 금속 함유층을 에칭하여 휘발성 금속 화합물을 형성하는 할로겐 함유 에천트 가스와 약 1:1 내지 약 1:3의 탄수-수소 비율을 갖는 탄화수소 반응 억제제 가스를 포함하는 활성화된 공정 가스를 사용하여, 에칭된 금속 윤곽상에 반응 억제제를 증착하고 이방성 에칭을 제공한다. 보다 바람직하게는, 탄화수소 반응 억제제 가스는 약 1:1 내지 약 1:3의 높은 탄소:수소 비율을 갖는다.

Description

금속 함유층의 이방성 에칭용 탄화수소 가스{HYDROCARBON GASES FOR ANISOTROPIC ETCHING OF METAL-CONTAINING LAYERS}
배경 기술
본 발명은 반도체 기판상의 금속 함유층을 에칭하는 방법에 관한 것이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 공정은, 예컨대 실리콘 또는 갈륨아세나이드 웨이퍼 등의 반도체 기판(10)상에 적층된 금속 함유층(15)을 에칭하는데 사용된다. 금속 함유층(15)은, 전형적으로 Ti, TiN, Ta, TaN, W, WN 등의 확산 배리어 및/또는 접합 촉진층(20), 알루미늄, 구리, 텅스텐, 또는 이들 및/또는 다른 금속과의 합금의 금속층(25), 및 TiN, 실리콘 옥시나이트라이드, 또는 유기 반반사 재료 등의 반반사층(30)을 구비한다. 상기 적층된 금속층(15)을 에칭함으로써 기판(10)상의 능동소자를 전기적으로 접속하는 금속 배선(32)이 형성된다. 금속 배선(32)을 형성하기 위한 대표적인 공정 절차는, (1) 기판(10) 상에 금속 함유층(15)의 각 층(20, 25, 30)을 순서대로 증착하는 단계, (2) 금속 함유층(15)으로 전사될 패턴을 포착하며, 전형적으로 포토레지스트로 구성되지만 2산화실리콘 또는 질화실리콘 등의 다른 재료로도 구성될 수 있는 마스크층(35)을 형성하는 단계, (3) 상기 마스크에 포착된 패턴을 상기 금속 함유층(15)으로 전사하여 배선(32)을 형성하도록 상기 금속 함유층(15)을 에칭하는 단계, (4) (마스크에 남아 있다면) 임의의 잔류 레지스트를 제거하고, 에칭 잔류물을 제거함으로써 금속 함유 배선을 보호하여 부식을 방지하도록 산소 함유 플라즈마로 애싱(ashing)하는 단계, (5) 금속 배선(32)을 다음 레벨의 금속 배선 및/또는 주변으로부터 격리하도록 유전체층(도시되지 않음)을 증착하는 단계, (6) 금속 배선(32)을 다음 금속층의 배선에 연결하기 위하여 그 위의 유전체층에 도전성 금속 스터드(stud) (도시되지 않음)을 형성하는 추가 공정 단계들, 및 (7) 유전체층 증착 공정의 결과이거나 도는 상기 스터드 형성 후에 화학적 기계적 연마(CMP)일 수 있는 유전체층의 평탄화 단계를 포함한다. 본 발명은, 배선 패턴이나 포토레지스트 또는 다른 마스크층에 포착된 다른 윤곽이 플라즈마 에칭 공정(반응성 이온 에칭(RIE)이라 불리기도 함)에 의해 금속 함유층(15)으로 전사되는 에칭 단계 (3)에 관한 것이다.
반도체 산업이 보다 저렴하고 빠른 장치를 제조하기 위하여 노력함에 따라, 반도체 기판(10)상의 장치의 표면 밀도를 증가해야 하는 동시에 금속 배선의 도전성을 가능한 한 높게 유지하려는 노력이 있다. 그 결과, 각 장치 세대에 따라, 배선(32)의 최소 면 치수(최소 선폭(CD; critical dimension)이라고도 함)가 적층된 금속층의 두께보다 빠른 속도로 줄어들고 있다. 현재, 2 또는 3 정도의 애스펙트비(라인의 폭에 대한 높이의 비)를 갖는 배선(32)을 보는 것은 흔하지 않으며, 가까운 장래에 4 정도가 될 수도 있다. 이것은 특히 에칭 공정에 대한 엄격한 요구를 초래한다.
이러한 높은 애스펙트비의 배선(32)을 제조하기 위하여는, 금속 함유층(15)의 고도의 이방성 에칭을 수행할 필요가 있다. 도 2a는 기판(10)의 평면에 평행한 방향(측벽 쪽)으로의 에칭 속도가 수직하게 진행하는 에칭 속도와 실질적으로동일(거리 a가 거리 b와 동일)한 등방성 에칭을 예시한다. 이로 인하여, 에칭된 두께의 2배보다 좁은 배선(32)간의 공간을 에칭하기 어렵게 하는 언더컷이 마스크층(35) 아래에 생기며, 이것은 0.5보다 작은 애스펙트비(라인 간격)만이 달성될 수 있다는 것을 의미한다. 도 2b 내지 도 2d는 이방성 식각 공정을 나타낸다. 도 2b는 측벽 쪽으로 여전히 진행하지만 수직 방향보다는 느린 속도로 진행하는 에칭을 나타낸다(a < b). 고도의 이방성 에칭의 가장 바람직한 경우가 도 2c에 나타나 있는데, 이 때 기판(10)에 평행한 방향으로의 에칭 속도는 정확히 0이다(a = 0). 도 2d는 고도의 이방성 에칭의 경우를 예시하는데, 여기서 에칭된 배선의 저부가 상부보다 더 넓다, 즉 평행 방향의 에칭 속도가 음(a < 0)이며 프로파일 각도 α는 90°보다 크다. 알루미늄, 구리, 텅스텐, 티타늄, 탄탈륨 등의 금속 및 합금을 에칭하는 동안 이들 모든 상황이 가능하지만, 도 2c에 나타낸 에칭된 모습의 형상이, 금속 배선(32)간에 매우 높은 애스펙트비의 간격을 제공하기 때문에, 가장 바람직하다.
요즈음 이루어지는 고도의 이방성 에칭은 플라즈마 에칭 장치에서 수행된다. 플라즈마는 고도의 이방성 에너지원인 이온을 갖고 있기 때문에 이방성 에칭을 제공한다. 플라즈마에 존재하는 이온은 플라즈마 외장 내의 기판(10)을 향하여 가속되며, 이들 이온(도 3의 X+)과 기판에 평행한 표면과의 충돌은 어떤 표면 반응을 가속화하는 (열에너지를 초과하는) 추가의 에너지를 제공한다. 이온과는 달리, 중성 종(species)(Y0)은 방향성을 갖지 않으며, 따라서 플라즈마에 노출된 모든 표면과충돌한다. 열에너지는 표면으로부터 얻을 수 있으며, 중성 플라즈마 종은 표면 배향을 구분하지 않는다. 따라서, 에칭을 담당하는 표면 반응들의 세트가 이온에 의해 제공되는 추가의 에너지에는 민감하지 않다면, 알루미늄을 염소로 에칭하거나 텅스텐을 불소로 에칭하는 등의 할로겐으로 많은 금속을 에칭하는 경우(오염물질 없이)에서와 같이, 등방성 에칭이 얻어진다. 한편, 에칭 반응이 열에너지보다 큰 활성화 에너지를 갖는 경우, 에칭 반응이 플라즈마 이온 충격을 받는 기판 표면상에서 발생하여 본질적으로 기판(10)에 수직한 방향으로 에칭이 진행한다.
에칭을 용이하게 하기 위하여, 에칭 공정 가스는, 에칭되어 진공 펌프에 의해 반응기로부터 제거되는 휘발성 가스상 부산물을 형성하는 재료와 쉽게 반응하는 반응성 에칭 가스를 포함한다. 예컨대, 할로겐 가스가 많은 금속들과 반응하여 휘발성 금속 할라이드를 형성한다는 것이 알려져 있다. 그러나, (현재 배선 재료로서 사용되는 알루미늄 및 알루미늄을 대체할 것으로 기대되는 구리와 같은) 대부분의 금속들은 할로겐 가스와 자발적으로 반응한다. 따라서, 금속 함유층(15)의 고도의 이방성 에칭은 할로겐 가스 이외의 반응물이 없는 가운데에서는 가능하지 않다. 이방성을 달성하기 위하여, 새롭게 에칭된 금속 윤곽의 측벽상에 증착되는 반응 억제층(40)을 형성하는 가스 반응 억제제나 패시베이터(passivator)가 에칭 가스에 첨가된다. 반응 억제층(40)은 측벽으로의 에칭 가스(보통 할로겐)의 접근을 부분적으로 또는 완전하게 방지하여 이방성 에칭을 제공한다. 동시에, 그것은 이온에 의해 스퍼터링되거나 에칭되므로, 이온 충격을 받는 표면에는 축적되지 않으며, 따라서 에칭 공정이 계속 진행되게 한다. 따라서, 가스 반응 억제제는 두가지다소 모순되는 요구 조건을 갖는데, 측벽상에 쉽게 증착되어 에칭 가스에 대한 불침투성 밀집된 층을 형성하여야 한다는 것과, 동일 에칭 가스 분위기속에서 이온 충격하에 쉽게 에칭 가능해야 한다는 것이 그것이다. 이들 요구 조건은 우수한 억제제 가스를 발견하기 어렵게 하는 동시에 금속 배선(32)의 성공적인 프로파일 에칭에 필수적이다.
알루미늄 함유 배선에 대한 종래의 염소 기반 에칭에 있어서, 일반적으로 마스크 재료로서 사용되는 유기 포토레지스트는 알루미늄 함유층의 에칭 속도의 보통 약 0.2 내지 0.5배의 속도로 에칭(침식)되어 버린다. 이 포토레지스트 침식의 부산물이 페시베이터 가스로서 작용한다고 생각된다. 이렇게 생각되는 두가지 이유가 있다. 포토레지스트에 대한 알루미늄의 에칭 선택성(상대적인 에칭 속도)을 변화시킴으로써 알루미늄 에칭 공정 조건이 조정될 수 있다는 것은 공지되어 있다. 에칭 선택성을 감소시킴으로써 또는 포토레지스트 재료를 더 희생함으로써, 에칭이 점점 이방성으로 된다(반응 억제제의 보호 작용이 보다 작으면서 높은 애스펙트비의 윤곽에 대하여 감소하기 때문에, 증가된 포토레지스트 침식에 의해 보다 작은 윤곽의 이방성 에칭이 가능하다)는 것도 알려져 있다. 또한, P. Czuprynski, O. Joubert, L. Vallier, M. Puttock 및 M. Heitzmann에 의한 기사, 즉 J. Vac. Sci. Technol. B, 16(1), (1997), 147에 보고된 측벽 폴리머의 복합 분석은, 측벽 폴리머가 많은 양의 탄소-포토레지스트의 주된 원자 성분-를 포함하고 있음을 설명하였다. 이들 에칭 가스는 Cl2와 BCl3만을 포함하고 있기 때문에, 탄소는 탄소 및 수소를 주성분으로 하는 포토레지스트로부터만 생길 수 있다. 따라서, 통상적인 알루미늄 에칭 공정에서는, 포토레지스트 에칭 공정의 부산물이 에칭 화학의 중점 부분이며, 금속 함유층(15)의 이방성 에칭을 제공한다.
에칭된 윤곽의 최소 선폭이 계속 줄어듦에 따라, 포토레지스트 침식에 의존하는 종래의 방법에 의해서는 이방성 에칭을 달성하거나 에칭 프로파일을 제어하는 것이 점점 더 어렵게 되고 있다. 반응 억제제가 에칭된 금속 배선(32)간의 보다 좁은 공간으로 침투하는 것이 보다 어렵기 때문에, 보다 작은 최소 선폭과 보다 큰 애스펙트비는 프로파일 제어를 위해 보다 많은 반응 억제제 종(species)이 플라즈마에 존재할 것을 요구한다. 그러나, 종래의 리소그라피 방법은 포토레지스트층이 충분히 얇은 경우에만 작은 윤곽을 생성할 수 있기 때문에, 보다 적은 포토레지스트가 이용될 수 있다. 얇은 포토레지스트 마스크층(35)에는, 종종 증착되어 에칭 프로파일을 제어하기에 충분한 탄소 종을 제공하기에는 충분하지 않은 포토레지스트 재료가 있게 된다. 또한, 2산화실리콘이나 질화실리콘(하드 마스크라고도 불림)와 같은, 유기 포토레지스트 이외의 마스크 재료를 사용하는 것이 종종 유리하다. 이들 재료는 알루미늄 함유층을 에칭하기 위해 보다 흔하게 사용되는 염소 함유 플라즈마에서 쉽게 에칭되지 않는다는 이점을 갖는다. 따라서, 최근의 에칭 공정들은 금속층에서 윤곽을 이방성으로 에칭하기에 충분한 반응 억제제 종을 제공하지 못하게 되는 경우가 종종 있다.
따라서, 기판상의 포토레지스트층의 두께나 조성에 의존하지 않는 금속층의 이방성 에칭을 제공하는 에칭 공정이 필요하다. 또한 에칭된 윤곽이 큰 애스펙트비와 작은 최소 선폭을 갖는 경우에도 금속 윤곽의 고도의 이방성 에칭을 제공하는 에칭 공정이 필요하다. 특히, 얇은 중첩된 포토레지스트층을 갖는 무기 하드 마스크로 에칭되는 금속층의 이방성 식각을 제공하는 공정이 필요하다.
개요
본 발명의 방법은 반도체 기판에서 높은 애스펙트비와 작은 최소 선폭을 갖는 금속 윤곽을 이방성 에칭할 수 있다. 이 방법에서, 금속 함유층을 갖는 기판이 공정 영역에 배치되고 활성화된 공정 가스에 노출되어 기판 상의 금속 함유층을 에칭한다. 공정 가스는, 금속 함유층을 에칭하여 휘발성 금속 화합물을 형성하는 할로겐 함유 에천트와, 약 1:1 내지 약 1:3의 높은 탄소:수소 비율을 갖는 탄화수소 반응 억제제 가스를 포함하여, 기판상의 금속 함유층을 이방성 에칭한다. 보다 바람직하게는, 탄화수소 반응 억제제 가스는 약 1:1 내지 1:2의 높은 탄소:수소 비율을 포함한다.
탄화수소 반응 억제제 가스 조성물은, 알루미늄이나 구리 또는 이들의 합금을 염소를 함유하는 활성화된 공정 가스로 에칭하는 것, 또는 텅스텐을 불소를 함유하는 활성화된 공정 가스로 에칭하는 것과 같은, 배선을 형성하는데 사용되는 금속 함유층의 에칭에 특히 유용하며, 마스크 재료가 2산화실리콘이나 질화실리콘인 경우 또는 충분한 반응 억제제 종을 제공하지 않는 얇은 층의 포토레지스트인 경우에 특히 유용하다.
도면
본 발명의 이들 및 다른 특징, 관점 및 이점은 본 발명의 공정에 따라 수행되는 예들을 예시하고 설명하는 이하의 도면 및 기재로부터 보다 분명해질 것이다.
도 1a는 에칭에 앞서 반도체 기판상의 적층된 금속 함유층의 개략 단면도.
도 1b는 에칭후에 반도체 기판상의 적층된 금속 함유층의 개략 단면도.
도 2a는 등방성 에칭된 윤곽의 개략 단면도.
도 2b는 적당하게 이방성 에칭된 윤곽의 개략 단면도.
도 2c는 이상적인 수직 측벽을 갖는 이방성 에칭된 윤곽의 개략 단면도.
도 2d는 양의 프로파일을 갖는 고도로 이방성 에칭된 윤곽의 개략 단면도.
도 3은 고도의 방향성 이온과 랜덤한 방향성 중성물을 나타내는 기판을 이온 충격의 개략도.
도 4는 본 발명의 에칭 공정을 실시하는데 적합한 공정 챔버의 개략 단면도.
상세한 설명
본 발명은 금속 함유층(15)을 갖는 기판(10)의 고도의 이방성 에칭을 위한 방법을 제공한다. 금속 함유층(15)은, 일반적으로 도 1a 및 1b에 나타낸 바와 같이 금속 함유 합금층과 화합물층의 적층이며, 종래의 공정 챔버(50)에서 에칭된다. 도 4에 나타낸 공정 챔버(50)의 특정한 실시예는 본 발명을 예시하기 위하여만 제공되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하는데 사용되어서는 안된다. 본 발명의 공정을 실시하는데 사용될 수 있는 다른 공정 챔버는 평행판 반응기, 다른 유도 결합 플라즈마 반응기, 전자 사이클론 공진 반응기, 또는 헬리콘 파형 반응기를 포함한다.
에칭 공정을 수행하기 위하여, 기판(10)이 챔버(50)내의 지지대(60)상에 배치되고, 챔버가 저압, 통상 약 10-4Torr까지 소개된다. 공정 가스가 가스 노즐(70)을 통하여 챔버(50)의 공정 영역(55)으로 도입되고, 챔버 압력이 스로틀 밸브(80)의 위치를 규제하도록 조정된다. 압력이 안정화된 후에, 소스 RF 전력을 코일(90)에 인가하고 적어도 도전성이며 캐소드로서 작용하는 부분인 지지대(60)와 챔버(50)의 접지된 측벽(95)과의 사이에 바이어스 RF 전력을 인가함으로써, 공정 가스가 활성화되어 플라즈마를 점화한다. 공정 가스로부터 플라즈마, 즉 활성화된 공정 가스가 발생됨에 따라, 플라즈마는 금속 함유층(15)과 반응하여, 진공 펌프(110)에 의해 배기 가스와 함께 챔버(50)로부터 제거되는 휘발성 부산물을 형성한다. 에칭 완료시에, RF 전력과 공정 가스가 턴오프되고 기판이 공정 챔버(50)로부터 제거된다. 에칭 공정 중에 기판의 온도를 제어하기 위하여, 헬륨 등의 냉각 가스가 지지대(60)의 표면상의 그로브에 흐른다. 기판(10)은 냉각 가스압으로 인한 들림을 방지하기 위하여 기계식 또는 정전식 척을 사용하여 제위치에 유지된다.
공정 가스는 금속층(15)의 재료와 반응하여 휘발성 가스상 화합물을 형성하거나 또는 플라즈마에서의 해리시에 이 반응 가스를 생성하는 에천트 가스인 적어도 하나의 가스를 포함한다. 금속층(15)이 할로겐과 쉽게 반응하여 종종 휘발성 생성물을 형성하기 때문에 에천트 가스는 일반적으로 할로겐 함유 가스이다. 특정 에천트 가스 조성의 최적 선택은 금속 함유층(15)의 조성에 좌우된다. 예컨대, 금속 배선 에칭 공정에 대하여는, 여기에 인용에 의해 삽입되어 있는 S.M. Sze에 의해 McGraw-Hill 출판사(1988)에서 간행된 VLSI Technology, Second Edition, Chapter 5에 기재된 바와 같이, 적합한 할로겐 에천트 가스는 HCl, BCl3, SF6, CF4및 CF2Cl2를 포함한다. 알루미늄이나 알루미늄 합금과 화합물에 대하여는, Cl2, BCl3및 CCl4와 그 혼합물 등의 염소 함유 가스가 바람직하다. 텅스텐이나 텅스텐 합금과 화합물에 대하여는, SF6, NF3또는 F2와 그 혼합물 등의 불소 함유 가스가 바람직하다. 구리나 티타늄을 주성분으로 하는 합금 및 화합물은 불소나 염소 함유 가스로 에칭할 수 있다. 본 발명이 특정한 할로겐 가스를 사용하여 예시되었지만, 에천트 가스의 선택은 본 발명에 필수적이지 않으며, 본 발명은 여기에 기재된 할로겐 가스에 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명에 따르면, 공정 가스는 탄화수소 반응 억제제 가스를 더 포함한다. 탄화수소 반응 억제제 가스와 플라즈마에서의 그 반응 생성물은 반응 억제층(40)으로서 새롭게 에칭된 금속 윤곽상에 증착되어 이방성 에칭을 제공한다. 탄화수소 반응 억제제 가스는 x-y의 비율이 1:1 내지 1:3인 CxHy의 일반식을 갖는다. 탄화수소 반응 억제제 가스를 사용하는 한가지 중요한 유리한 점은 이것이 유기 기반 반은 억제층(40)을 형성한다는 것이다. 나이트라이드, 보라이드 또는 옥사이드 기반 패시베이션층과 같이, 무기 반응 억제층에 반대이므로, 탄화수소 반응 억제제 가스가 첨가되어 형성된 우수한 유기 반응 억제층(40)은 스트립 및/또는 패시베이션 공정 중에 산소 플라즈마에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 에칭 공정 후의 반응 억제층(40)의 이러한 제거는 공기에 노출시에 에칭된 윤곽의 부식을 방지하기 위하여 요구된다. 반응 억제층의 측벽에 포획된 할로겐은 부식을 초래하는 공기중의 습기 속에서 수화된다고 생각된다.
탄화수소 반응 억제제는 높은 탄소:수소의 원자비를 갖는다. 유기 포토레지스트는 또한 높은 탄소:수소 비율을 갖기 때문에, 공정 가스에 대한 수소의 첨가는 포토레지스트 침식을 반응 억제제 종의 소스로서 대체시킬 수 있다. 높은 식각 선택성을 갖는 2산화실리콘이나 질화실리콘 마스크 또는 포토레지스트 마스크로 에칭을 수행하는 경우, 탄화수소 반응 억제제 가스는 이방성 에칭을 초래하는 포토레지스트 침식에 의해 제공된 것과 유사한 탄소 함유 종을 제공한다. 과도한 수소는 에칭된 윤곽의 측벽에 증착된 반응 억제층(40)과 반응하여 휘발성 화합물을 형성하며 따라서 이것이 에칭되어 이방성 에칭 공정을 방해하기 때문에, 높은 탄소:수소 비율을 갖는 것이 중요하다. 과도한 수소는 또한 플라즈마내의 할로겐과 결합하여 주된 에칭 종인 원자 또는 분자 할라이드보다 금속 함유층과의 반응성이 작은 수소 할라이드를 형성한다. 또한, 수소는 반응하여 금속과의 휘발성 생성물을 형성하지 않기 때문에, 수소는 단지 플라즈마 가스의 조성을 희석함으로써 에칭 속도를 낮출 뿐이다. 따라서, 높은 수소 함량을 갖는 탄화수소는 반응 억제제 가스로서는 덜 효과적이며, 또한 낮은 수소 함량을 갖는 탄화수소보다 낮은 에칭 속도를 초래한다.
전술한 바와 같이, 탄화수소 반응 억제제 가스는 적어도 1:3, 더 바람직하게는 적어도 1:2의 높은 탄소:수소 비율을 가져야 한다. 탄화수소 반응 억제제 가스는 탄소-탄소 이중결합이나 삼중결합, 또는 환상 결합, 또는 양쪽 모두를 포함해야 할 수도 있다. 따라서, 탄화수소 반응 억제제 가스는, 예컨대 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 아세틸렌(에틴), 프로핀이나 부틴 등의 알켄이나 알킨, 또는 예컨대 벤젠, 크실렌과 같은 5원이나 6원 환상 탄화수소 가스 등의 방향족 화합물, 또는 시클로부타디엔, 시클로펜텐이나 시클로헥센 등의 비방향족 링형 화합물일 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 탄화수소 반응 억제제 가스는 하나의 삼중 탄소-탄소 결합을 갖는 아세틸렌(C2H2)을 필수적으로 포함하거나 그것만으로 구성된다. 아세틸렌은, 에칭 속도를 과도하게 줄이지 않고도 보다 효과적인 패시베이션과 억제를 제공할 것으로 기대되는 1:1의 매우 높은 탄소:수소 비율을 갖는다. 아세틸렌과 같은 낮은 분자량의 탄화수소는 높은 증기압을 갖고 따라서 플라즈마로 도입되기 용이하기 때문에 바람직하다. 낮은 분자량은 또한, 비교적 낮은 분자량을 갖는 것으로 생각되어 대체되고 있는 포토레지스트 부산물과 유사한 조성을 갖는 반응 억제제 종을 제공한다. 따라서, 탄화수소 반응 억제제 가스는 약 2 내지 약 10 탄소 원자를 포함하는 것이 바람직하다.
다른 공정 파라미터뿐만 아니라 탄화수소 반응 억제제 가스의 체적 유량비는 최적의 공정 성능을 위해 조율되어야 한다. 탄화수소 반응 억제제 가스의 유량을 변화시킴으로써, 양호한 에칭 프로파일과 에칭 속도를 얻을 수 있도록 반응 억제층(40)의 증착 속도가 변화될 수 있다. 아세틸렌을 사용하면, 유량은 에천트 가스의 유량의 3% 내지 30%라고 예상되며, 적용물에 따라 다르다. 다른 탄화수소를 사용하면, 분자내에 탄소 수가 많을수록 최적의 유량이 감소하고, 다른 탄소:수소 비율을 갖는 분자에 대하여 최적의 유량이 다를 수도 있다. 탄화수소 반응 억제제 가스에 대한 할로겐 함유 가스의 유효한 체적 유량비는 약 50:1 내지 약 3:1인 것으로 생각된다.
가능성 있는 예
다른 금속을 에칭하는데 필요한 공정 조건은 실질적으로 다르기 때문에, 다음의 세가지 가능성 있는 예를 본 발명의 적용을 예시하기 위하여 제시한다. 이들 예에서의 에칭은 도 4에 나타낸 약 20리터의 공정 체적을 갖는 것으로 설계된 챔버내에서 수행되는 것으로 가정한다. 웨이퍼는 직경이 200mm인 것으로 가정한다.
예 1
이 예에서는, 2산화실리콘 마스크를 갖는 종래의 알루미늄 함유 적층의 에칭이 수행된다. 알루미늄 함유 적층은, 바닥부터 상부까지 800Å의 TiN, 0.5%의 구리 합금을 갖는 6,000Å의 알루미늄, 300Å의 TiN 및 2,500Å의 두꺼운 2산화실리콘 마스크를 포함한다. 염소 기반 플라즈마에서 에칭이 수행되며, 다음과 같은 것이 공정 파라미터에 대한 범위로서 생각된다. 염소 유속은 약 30sccm 내지 약 150sccm이고, BCl3유속은 약 5sccm 내지 약 100sccm이고, 아세틸렌 유속은 약 3sccm 내지 약 30sccm이고, 코일에 대한 RF 전력은 약 200W 내지 1500W이고, 캐소드에 대한 RF 전력(바이어스 전력)은 약 30W 내지 약 300W이고, 공정 챔버 압력은 약 1mTorr 내지 약 50mTorr이며, 웨이퍼 표면 온도는 약 50℃ 내지 약 100℃이다.
예 2
이 예에서는, 2산화실리콘 마스크를 갖는 구리 함유 금속층의 에칭이 수행된다. 이 적층은, (바닥부터 상부까지) 200Å의 탄탈륨, 300Å의 TaN, 5,000Å의 구리, 300Å의 TaN 및 5,000Å의 두꺼운 2산화실리콘 마스크를 포함한다. 염소 기반 플라즈마에서 에칭이 수행되며, 다음과 같은 것이 적합한 공정 조건으로 생각된다. 염소 유속은 약 30sccm 내지 약 150sccm이고, BCl3유속은 0 내지 약 30sccm이고, 아세틸렌 유속은 약 5sccm 내지 약 50sccm이고, 코일에 대한 RF 전력은 약 200W 내지 1500W이고, 캐소드에 대한 RF 전력(바이어스 전력)은 약 150W 내지 약 600W이고, 공정 챔버 압력은 약 1mTorr 내지 약 50mTorr이며, 웨이퍼 표면 온도는 약 200℃ 내지 약 400℃이다.
예 3
이 예에서는, 2산화실리콘 마스크를 갖는 종래의 텅스텐 함유 적층의 에칭이 수행된다. 이 적층은, 바닥부터 상부까지 200Å의 티타늄, 500Å의 TiN, 5,000Å의 텅스텐, 300Å의 TiN 및 2,000Å의 두꺼운 2산화실리콘 마스크를 포함한다. 불소 기반 플라즈마에서 에칭이 수행되며, 다음과 같은 것이 공정 파라미터에 대한 범위로 생각된다. SF6유속은 약 20sccm 내지 약 100sccm이고, 질소 유속은 0 내지 약 20sccm이고, 아르곤 유속은 0 내지 200sccm이고, 아세틸렌 유속은 약 3sccm 내지 약 30sccm이고, 코일에 대한 RF 전력은 약 200W 내지 1500W이고, 캐소드에 대한 RF 전력(바이어스 전력)은 약 30W 내지 약 200W이고, 공정 챔버 압력은 약 2mTorr내지 약 50mTorr이며, 웨이퍼 표면 온도는 0℃ 내지 약 60℃이다.
본 발명이 그 바람직한 버젼에 대하여 상세하게 설명되었지만, 다른 버젼도 가능하다. 예컨대, 플라즈마는 마이크로웨이브 플라즈마 소스를 사용하여 형성될 수 있고, 탄화수소 반응 억제제가 유전층 재료나 반도체 재료 등의 비금속 재료를 포함하는 다른 재료를 이방성 에칭하는데 사용될 수 있다. 그러므로, 첨부한 특허청구범위는 여기에 포함된 바람직한 버젼의 설명에 제한되어서는 안된다.

Claims (24)

  1. 기판상의 금속 함유층을 에칭하는 방법으로서,
    (a) 공정 영역내에 기판을 배치하는 단계;
    (b) 상기 금속 함유층을 에칭하여 휘발성 금속 화합물을 형성하는 할로겐 함유 에천트 가스와 약 1:1 내지 1:3의 탄소:수소 비율을 갖는 탄화수소 반응 억제제 가스를 포함하는 활성화된 공정 가스에 상기 공정 영역내의 상기 기판을 노출시켜서, 상기 기판상의 상기 금속 함유층을 이방성 에칭하는 단계; 및
    (c) 상기 공정 영역으로부터 상기 휘발성 금속 화합물을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 약 1:1 내지 약 1:2의 탄소:수소 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 약 2 내지 약 10 탄소 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 아세틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 5원 또는 6원 환상 탄화수소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 벤젠, 크실렌, 시클로부타디엔, 시클로펜텐, 또는 시클로헥센을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    탄화수소 반응 억제제 가스에 대한 할로겐 함유 가스의 체적 유량비는 약 50:1 내지 약 3:1인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 상기 기판은 2산화실리콘이나 질화실리콘을 포함하는 마스크층을 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  9. 반도체 기판상의 금속 함유층을 에칭하는 방법으로서,
    (a) 공정 영역내에, 알루미늄, 구리, 탄탈륨, 티타늄, 텅스텐 또는 이들의 합금과 화합물을 포함하는 금속 함유층과 2산화실리콘이나 질화실리콘을 포함하는 중첩 패터닝 마스크층을 갖는 반도체 기판을 배치하는 단계;
    (b) (ⅰ) 상기 금속 함유층과의 반응시에 휘발성 화합물을 형성하는 할로겐 함유 가스와 (ⅱ) 약 1:1 내지 1:3의 탄소:수소 비율을 갖는 탄화수소 반응 억제제 가스를 포함하는 활성화된 공정 가스에 상기 공정 영역내의 상기 기판을 노출시켜서, 상기 기판상의 상기 금속 함유층을 이방성 에칭하는 단계; 및
    (c) 상기 공정 영역으로부터 상기 휘발성 화합물을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 약 1:1 내지 약 1:2의 탄소:수소 비율을 갖는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 2 내지 10 탄소 원자를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 아세틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는에칭 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스는 벤젠, 크실렌, 시클로부타디엔, 시클로펜텐 또는 시클로헥센으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 5원 또는 6원 환상 탄화수소 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  14. 제 9 항에 있어서,
    탄화수소 반응 억제제 가스에 대한 할로겐 함유 가스의 체적 유량비는 약 50:1 내지 약 3:1인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 상기 기판은 2산화실리콘이나 질화실리콘을 포함하는 마스크층을 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  16. 기판상의 알루미늄 함유층을 에칭하는 방법으로서,
    (a) 알루미늄 함유층을 갖는 기판을 공정 영역내에 배치하는 단계;
    (b) 알루미늄과 반응하여 휘발성 화합물을 형성하는 염소 함유 가스와 탄화수소 반응 억제제 가스를 포함하는 활성화된 공정 가스에 상기 공정 영역내의 상기 기판을 노출시켜서, 상기 기판상의 상기 알루미늄 함유층을 이방성 에칭하는 단계;및
    (c) 상기 공정 영역으로부터 상기 휘발성 화합물을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스에 대한 상기 염소 함유 가스의 체적 유량비는 약 50:1 내지 약 3:1인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 상기 기판은 2산화실리콘이나 질화실리콘을 포함하는 마스크층을 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  19. 기판상의 텅스텐 함유층을 에칭하는 방법으로서,
    (a) 텅스텐 함유층을 갖는 기판을 공정 영역내에 배치하는 단계;
    (b) 상기 텅스텐 함유층과 반응하여 휘발성 화합물을 형성하는 불소 함유 가스와 탄화수소 반응 억제제 가스를 포함하는 활성화된 공정 가스에 상기 공정 영역내의 상기 기판을 노출시켜서, 상기 기판상의 상기 텅스텐 함유층을 이방성 에칭하는 단계; 및
    (c) 상기 공정 영역으로부터 상기 휘발성 화합물을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스에 대한 상기 불소 함유 가스의 체적 유량비는 약 50:1 내지 약 3:1인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 상기 기판은 2산화실리콘이나 질화실리콘을 포함하는 마스크층을 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  22. 기판상의 구리 함유층을 에칭하는 방법으로서,
    (a) 구리 함유층을 갖는 기판을 공정 영역내에 배치하는 단계;
    (b) 상기 구리 함유층과 반응하여 휘발성 화합물을 형성하는 염소 함유 가스와 탄화수소 반응 억제제 가스를 포함하는 활성화된 공정 가스에 상기 공정 영역내의 상기 기판을 노출시켜서, 상기 기판상의 상기 구리 함유층을 이방성 에칭하는 단계; 및
    (c) 상기 공정 영역으로부터 상기 휘발성 화합물을 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 탄화수소 반응 억제제 가스에 대한 상기 염소 함유 가스의 체적 유량비는 약 50:1 내지 약 3:1인 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 단계 (a)에서 상기 기판은 2산화실리콘이나 질화실리콘을 포함하는 마스크층을 구비하는 것을 특징으로 하는 에칭 방법.
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