KR20120107530A - 드라이 에칭제 및 그것을 사용한 드라이 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 드라이 에칭제는, 화학식 CF3C≡CX(단, X는 H, F, Cl, Br, I, CH3, CFH2 또는 CF2H를 나타낸다.)로 나타내지는 불소화 프로핀과, (B) O2, O3, CO, CO2, COCl2, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스, (C) F2, NF3, Cl2, Br2, I2, 및 YFn(식 중, Y는 Cl, Br 또는 I를 나타낸다. n은 정수를 나타내고, 1≤n≤5이다.)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스, 및 (D) CF4, CHF3, C2F6, C2F5H, C2F4H2, C3F8, C3F4H2, C3ClF3H, 및 C4F8로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스 중 어느 것을 포함하는 것을 특징으로 하고, 환경에 대한 부하가 적다는 효과를 가짐과 함께, 프로세스 윈도우가 넓고, 특수한 기판의 여기 조작 등 없이 고애스펙트비가 요구되는 가공에도 대응할 수 있다.

Description

드라이 에칭제 및 그것을 사용한 드라이 에칭 방법{DRY ETCHING AGENT AND DRY ETCHING METHOD USING THE SAME}
본 발명은, 불소화 프로핀류의 용도에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 드라이 에칭제 및 그것을 사용한 반도체의 드라이 에칭 방법에 관한 것이다.
오늘날, 반도체 제조에 있어서는, 매우 미세한 처리 기술이 요구되고 있고, 습식법 대신 드라이 에칭법이 주류로 되어 있다. 드라이 에칭법은, 진공 공간에 있어서, 플라즈마를 발생시켜서, 물질 표면상에 미세한 패턴을 분자 단위로 형성시키는 방법이다.
이산화규소(SiO2) 등의 반도체 재료의 에칭에 있어서는, 기재로서 사용되는 실리콘, 폴리실리콘, 질화규소 등에 대한 SiO2의 에칭 속도를 크게 하기 위하여, 에칭제로서, CF4, CHF3, C2F6, C3F8, C4F8 등의 퍼플루오로카본(PFC)류나 하이드로플루오로카본(HFC)류가 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 PFC류나 HFC류는, 모두 대기 수명이 긴 물질이고, 높은 지구 온난화 계수(GWP)를 가지고 있다는 점에서 교토 의정서(COP3)에 있어서 배출 규제 물질로 되어 있다. 반도체 산업에 있어서는, 경제성이 높기 때문에, 미세화가 가능한 저(低)GWP의 대체 물질이 요구되어 왔다.
특허 문헌 1에는 4∼7개의 탄소 원자를 가지는 퍼플루오로케톤을 함유하는 반응성 가스를 클리닝 가스나 에칭 가스로서 사용하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 퍼플루오로케톤의 분해 물질에는 적지 않게 고(高)GWP의 PFC가 포함되는 것이나, 비등점이 비교적 높은 물질이 포함되는 점에서, 반드시 에칭 가스로서 바람직한 것은 아니었다.
특허 문헌 2에는 2∼6개의 탄소 원자를 가지는 하이드로플루오로에테르(HFE)를 드라이 에칭 가스로서 사용하는 방법이 개시되어 있다.
이러한 배경 하에서, 더욱 저GWP를 가지고, 또한 공업적으로도 제조가 용이한 화합물의 개발이 요구되어 오고 있으며, 분자 내에 이중 결합, 삼중 결합을 가지는 불포화 플루오로카본을 사용한, 에칭 용도로서의 적용이 검토되어 왔다. 이와 관련되는 종래 기술로서, 특허 문헌 3에는 CaF2a +1OCF=CF2를 포함하는 에테르류 외에, CF3CF=CFH, CF3CH=CF2 등의 불소화 올레핀류를 Si막, SiO2막, Si3N4막, 또는 고융점 금속 실리사이트막을 에칭하는 방법이 개시되어 있다.
또, 특허 문헌 4에, 헥사플루오로-2-부틴, 헥사플루오로-1,3-부타디엔 및 헥사플루오로프로펜 등을 에칭 가스로서 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 5에는, (a) 헥사플루오로부타디엔, 옥타플루오로펜타디엔, 펜타플루오로프로펜 또는 트리플루오로프로핀으로 이루어지는 군에서 선택되는 불포화 플루오로카본, (b) 모노플루오로메탄 또는 디플루오로메탄으로 이루어지는 군에서 선택되는 히드로플루오로메탄 및 (c) 불활성한 캐리어 가스를 포함하는 혼합 가스를 사용하여, 질화물층으로 이루어지는 비산화물층 상의 산화물층을 에칭하는 방법이 개시되어 있다.
특허 문헌 6에는, 탄소수 5 또는 6의 사슬형 퍼플루오로알킨을 플라즈마 반응 가스로서 사용하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허 공표 제2004-536448호 공보 일본 특허 공개 평10-140151호 공보 일본 특허 공개 평10-223614호 공보 일본 특허 공개 평9-192002호 공보 일본 특허 공표 제2002-530863호 공보 일본 특허 공개 제2003-282538호 공보
PFC류나 HFC류는 GWP가 높기 때문에 규제 대상 물질이며, 그것들의 대체 물질인 퍼플루오로케톤류, 하이드로플루오로에테르류나 하이드로플루오로비닐에테르류는, 분해 물질에 적지 않게 고GWP의 PFC가 포함되는 것이나 제조가 어렵고 경제적이지 않다는 점에서, 지구 환경에 대한 영향이 작고, 또한 필요로 하는 성능을 가지는 드라이 에칭제의 개발이 요구되고 있다. 또, 플라즈마 에칭의 경우, 예를 들면 CF4의 가스로부터 생성된 F 라디칼에 의해, SiO2는 등방성으로 에칭되지만, 미세 가공이 요구되는 드라이 에칭에 있어서는, 등방성보다 이방성 에칭에 지향성을 가지는 에칭제가 바람직하고, 또한 지구 환경 부하가 작고, 또한 경제성이 높은 에칭제가 요망되고 있다.
또, 지금까지의 에칭 가스를 사용하는 기술에서는 특허 문헌 5에 기재된 바와 같은 복잡한 공정이나 장치, 한정된 온도 조건이나 기판, 가스에 대한 진동 부가 등의 조작이 필요하여, 프로세스 윈도우가 좁다는 문제가 있었다.
본 발명은, 가스의 분자 구조 및 가스 조성을 최적화함으로써, 프로세스 윈도우가 넓고, 특수한 장치를 사용하지 않고 양호한 가공 형상이 얻어지는 드라이 에칭제, 및 그것을 사용한 드라이 에칭제를 사용한 드라이 에칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 드라이 에칭에 있어서 이방성 에칭에 적합하고, 또한 지구 환경에 대한 영향이 더 작은 대체 물질을 찾아내었다. 구체적으로는, 불소화 프로핀류인 CF3C≡CX(단, X는 H, F, Cl, Br, I, CH3, CFH2, 또는 CF2H를 나타낸다.)에 O2, O3, CO, CO2, COCl2, COF2 등의 함산소 가스, 할로겐 가스 또는 할로겐 화합물 가스 중 어느 것을 첨가한 혼합 가스, 혹은, 이들 가스와 N2, He, Ar 등의 불활성 가스를 첨가한 혼합 가스를 드라이 에칭제로서 사용함으로써 양호한 가공 형상이 얻어지는 것을 찾아내었다.
즉, 본 발명은, 이하의 특징을 가진다.
[발명 1]
(A) 화학식 CF3C≡CX(단, X는 H, F, Cl, Br, I, CH3, CFH2 또는 CF2H를 나타낸다.)로 나타내지는 불소화 프로핀과, (B) O2, O3, CO, CO2, COCl2, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스, (C) F2, NF3, Cl2, Br2, I2, 및 YFn(식 중, Y는 Cl, Br 또는 I를 나타낸다. n은 정수를 나타내고, 1≤n≤5이다.)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스, 및 (D) CF4, CHF3, C2F6, C2F5H, C2F4H2, C3F8, C3F4H2, C3ClF3H, 및 C4F8로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스 중 어느 것을 포함하는 드라이 에칭제.
[발명 2]
불소화 프로핀이 3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CH), 1-플루오로-3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CF), 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CCl), 또는 1-브로모-3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CBr)인, 발명 1에 기재된 드라이 에칭제.
[발명 3]
불소화 프로핀이 3,3,3-트리플루오로프로핀인, 발명 2에 기재된 드라이 에칭제.
[발명 4]
또한, 불활성 가스 캐리어인 N2, He, Ar, Ne 및 Kr로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스를 포함하는, 발명 1 내지 3에 기재된 드라이 에칭제.
[발명 5]
불소화 프로핀의 함유율이 5∼95체적%인, 발명 1 내지 발명 4에 기재된 드라이 에칭제.
[발명 6]
발명 1 내지 발명 5 중 어느 하나에 기재된 드라이 에칭제를 플라즈마화하여 플라즈마 가스를 발생시키는 것과, 발생한 플라즈마 가스를 사용하여, 이산화규소, 질화규소, 및 탄화규소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 실리콘계 재료를 선택적으로 에칭하는 것을 포함하는 드라이 에칭 방법.
[발명 7]
드라이 에칭제는, (A) CF3C≡CH와, (E) O2, CO, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화성 가스와, Ar로 이루어지고, (A) CF3C≡CH, (E) 산화성 가스, 및 Ar의 체적 유량비가 각각 5∼95%:1∼50%:4∼94%(단, 각각의 가스의 체적 유량비의 합계는 100이다.)인, 발명 6에 기재된 드라이 에칭 방법.
[발명 8]
드라이 에칭제는, (A) CF3C≡CH와, (E) O2, CO, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화성 가스와, H2와, Ar로 이루어지고, (A) CF3C≡CH, (E) 산화성 가스, H2, 및 Ar의 체적 유량비가 각각 5∼95%:1∼50%:1∼50%:3∼93%(단, 각각의 가스의 체적 유량비의 합계는 100이다.)인, 발명 6에 기재된 드라이 에칭 방법.
[발명 9]
드라이 에칭제는, (A) CF3C≡CF, CF3C≡CCl, 및 CF3C≡CBr로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 (A) 1-할로게노-3,3,3-트리플루오로프로핀과, (F) O2, CO, H2, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 첨가 가스와, Ar로 이루어지고, (A) 1-할로게노-3,3,3-트리플루오로프로핀, (F) 첨가 가스, 및 Ar의 체적 유량비가 각각 5∼95%:3∼50%:2∼92%(단, 각각의 가스의 체적 유량비의 합계는 100이다.)인, 발명 6에 기재된 드라이 에칭 방법.
도 1은 실시예에서 사용한 리모트 플라즈마 장치의 개략도의 일례이다.
먼저, 본 발명의 드라이 에칭제에 대하여 설명한다.
본 발명의 드라이 에칭제는, 화학식 CF3C≡CX로 나타내지는 불소화 프로핀을 유효 성분으로서 포함하고, 첨가 가스로서 다른 1종 또는 2종 이상의 유기 화합물 또는 무기 화합물과 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서 드라이 에칭제의 유효 성분으로서 사용하는 불소화 프로핀 CF3C≡CX는, 불소 원자와 탄소 원자수의 비(F/C비)가 1.34 이하인 것이면 특별히 한정되지 않지만, 구체적으로는, X가 H, F, Cl, Br, I, CH3, CFH2, CF2H, CClH2, CBrH2, CCl2H, CBr2H, CClFH, CBrFH 등의 불소화 프로핀을 들 수 있다.
드라이 에칭제의 유효 성분으로서 사용하는 불소화 프로핀 CF3C≡CX는, 분자 내에 불포화의 삼중 결합을 가지기 때문에, 대기 중에서의 분해성이 있고, 지구 온난화에 대한 기여도 현재 드라이 에칭제로서 사용되고 있는 CF4나 CF3H 등의 PFC류나 HFC류보다 현저하게 낮다. Cl이나 Br을 포함하는 함불소 프로핀이어도, 그것들의 대기 수명이 매우 짧기 때문에, 오존 파괴 계수는 무시할 수 있을 만큼 낮다고 예상된다. 또, 불소화 프로핀 CF3C≡CX는, 분자 중의 삼중 결합이 단결합에 의해 트리플루오로메틸기(CF3기)와 연결되어 있고, 에칭 효율이 높은 CF3 + 이온이 높은 빈도로 발생하며, 한편, 삼중 결합 부분은 폴리머화하여 퇴적된다는 특징을 가진다.
에칭제 중의 탄소 원자가 고분자화하여 피에칭재의 측벽의 비선택적인 에칭을 방어하기 위해서는, F/C비는 가능한 한 1에 근접하도록 조정하는 것이 바람직하다.
또한, Cl, Br이나 I를 포함하는 3,3,3-트리플루오로프로핀류에서는, 회화(灰化) 처리 효과를 기대할 수 있기 때문에, 측벽에 퇴적한 플루오로카본막을 효율적으로 제거하면서 이방성 에칭을 행할 수 있다. 또, 에칭 종료 후에, O2 등의 산화성 가스를 사용하여 회화 처리를 할 수도 있다.
따라서, 불소화 프로핀 CF3C≡CX로서는, X가 H인 경우인 3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CH)이나, X가 F, Cl, 또는 Br의 경우인 1-할로게노-3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CF, CF3C≡CCl, CF3C≡CBr)이 바람직하고, 분자 중의 F/C비가 1로 작은 3,3,3-트리플루오로프로핀이 특히 바람직하다.
또한, 본 발명에 있어서 사용하는 불소화 프로핀 CF3C≡CX는, 예를 들면, 일본 특허 공개 제2008-285471호 등의 종래 공지된 방법으로 제조 입수할 수 있다.
본 발명의 드라이 에칭제는, 각종 드라이 에칭 조건 하에서 사용 가능하고, 대상막의 물성, 생산성, 미세 정밀도 등에 의해, 다양한 첨가제를 가하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 드라이 에칭제 중의 불소화 프로핀 CF3C≡CX의 함유량은 5∼95체적%인 것이 바람직하고, 불소화 프로핀 CF3C≡CX의 함유량을 20∼90체적% 정도, 첨가 가스의 함유량을 10∼80체적% 정도로 하는 것이 특히 바람직하다.
첨가 가스로서는, O2, F2 등의 산화성 가스, 또는 H2, CO 등의 환원성 가스(본 명세서에서는, 당해 가스를 「산화성 가스」, 「함산소 가스」, 「함할로겐 가스」, 「환원성 가스」라고 하는 경우가 있다.)를 사용할 수 있다.
생산성을 높이기 위하여 에칭 속도를 높이는 경우에는, 산화성 가스를 첨가 가스로서 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, O2, O3, CO2, CO, COCl2, COF2,등의 함산소 가스, F2, NF3, Cl2, Br2, I2, YFn(식 중, Y는 Cl, Br 또는 I를 나타내고, n은 정수를 나타내며, 1≤n≤5이다.) 등의 할로겐 가스가 예시된다. 또한, O2, CO, COF2, F2, NF3, Cl2가 특히 바람직하다. 당해 가스는, 1종류, 혹은 2종류 이상을 혼합하여 첨가할 수도 있다.
산화성 가스의 첨가량은 출력 등의 장치의 형상, 성능이나 대상막 특성에 의존하지만, 통상, 유량의 1/20에서 30배이다. 바람직하게는, 불소화 프로핀 CF3C≡CX의 유량의 1/10에서 10배이다. 만일, 이 이상 첨가한 경우에는, 불소화 프로핀 CF3C≡CX의 우수한 이방성 에칭 성능이 손상되는 경우가 있다.
특히, 산소를 첨가하면 선택적으로 금속의 에칭 레이트를 가속하는 것이 가능해진다. 즉, 산화물에 대한 금속의 에칭 속도의 선택비를 현저하게 향상시킬 수 있고, 금속의 선택 에칭이 가능해진다.
등방적인 에칭을 촉진하는 F 라디칼량의 저감을 원할 때에는, CH4, C2H2, C2H4, C2H6, C3H4, C3H6, C3H8, HI, HBr, HCl, CO, NO, NH3, H2로 예시되는 환원성 가스의 첨가가 유효하다.
환원성 가스의 첨가량은, 불소화 프로핀 CF3C≡CX:환원성 가스(몰비)=10:1∼1:5, 바람직하게는 5:1∼1:1이다. 첨가량이 너무 많은 경우에는, 에칭에 작용하는 F 라디칼이 현저하게 감량되어, 생산성이 저하되는 경우가 있다. 상기 서술한 환원성 가스 중, 특히, H2, C2H2를 첨가하면 SiO2의 에칭 속도는 변화되지 않는 것에 대하여 Si의 에칭 속도는 저하되고, 선택성이 높아지기 때문에, 그 결과, 기판의 실리콘에 대하여 SiO2를 선택적 에칭하는 것이 가능해진다.
트리플루오로프로핀 등의 불소화 프로핀만이어도 충분한 효과는 있지만, 이방성 에칭을 더욱 높일 수 있도록, CF4, CHF3, CH2F2, CH3F, C2F6, C2F4H2, C2F5H, C3F4H2, C3F5H, C3ClF3H 등의 가스를 가할 수 있다.
이들 가스의 첨가량은 불소화 프로핀 CF3C≡CX에 대하여 10배 이하가 바람직하다. 10배 이상에서는 불소화 프로핀 CF3C≡CX의 우수한 에칭 성능이 손상되는 경우가 있다.
본 발명의 에칭제는, 희망에 따라, 산화성 가스와 동시에, N2, He, Ar, Ne, Kr 등의 불활성 가스의 첨가도 가능하다. 이들 불활성 가스는 희석제로서도 사용 가능하지만, 특히 Ar은 불소화 프로핀 CF3C≡CX와의 상승 효과에 따라, 더욱 높은 에칭 레이트가 얻어진다.
불활성 가스의 첨가량은 출력, 배기량 등의 장치의 형상, 성능이나 대상막 특성에 의존하지만, 불소화 프로핀 CF3C≡CX의 유량의 1/10에서 30배가 바람직하다.
본 발명의 드라이 에칭제의 바람직한 조성을 이하에 예시한다. 또한, 각 예에 있어서, 각 가스의 체적%의 합계는 100%이다.
예를 들면, CF3C≡CH:함산소 가스 혹은 함할로겐 가스(O2, CO, COF2, F2, Cl2 등)의 경우에는, 체적%는 5∼95%:5∼95%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 20∼80%:20∼80%로 하는 것이 특히 바람직하다.
CF3C≡CH:함산소 가스 또는 함할로겐 가스(O2, CO, COF2, F2, Cl2 등):불활성 가스(Ar 등)의 경우에는, 체적%는 5∼95%:1∼50%:4∼94%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 5∼80%:10∼40%:10∼85%로 하는 것이 특히 바람직하다.
CF3C≡CH:함산소 가스 혹은 함할로겐 가스(O2, CO, COF2, F2, Cl2 등):환원성 가스(H2 등)의 경우에는, 체적%는 5∼95%:1∼50%:4∼94%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 10∼80%:10∼40%:10∼80%로 하는 것이 특히 바람직하다.
CF3C≡CH:함산소 가스 혹은 함할로겐 가스(O2, CO, COF2, F2, Cl2 등):환원성 가스(H2 등):불활성 가스(Ar 등)의 경우에는, 체적%는 5∼95%:1∼50%:1∼50%:3∼93%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 5∼80%:5∼40%:5∼40%:10∼85%로 하는 것이 특히 바람직하다.
CF3C≡CX(CF3C≡CF, CF3C≡CCl, CF3C≡CBr):산화성 가스 또는 환원성 가스(O2, CO, COF2, F2, Cl2, H2 등)의 경우에는, 체적%는 5∼95%:5∼95%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 20∼80%:20∼80%로 하는 것이 특히 바람직하다.
또, CF3C≡CX(CF3C≡CF, CF3C≡CCl, CF3C≡CBr):산화성 가스 또는 환원성 가스(O2, CO, COF2, F2, Cl2, H2 등):불활성 가스(Ar 등)의 경우에는, 체적 유량 비율은 5∼95%:3∼50%:2∼92%로 하는 것이 바람직하고, 또한, 10∼80%:10∼40%:10∼80%로 하는 것이 특히 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 드라이 에칭제를 사용한 에칭 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 드라이 에칭제는, 각종 피가공물에 적용 가능하고, 실리콘 웨이퍼, 금속판, 유리, 단결정, 다결정 등의 기판 상에 중층(重層)한 B, P, W, Si, Ti, V, Nb, Ta, Se, Te, Mo, Re, Os, Ru, Ir, Sb, Ge, Au, Ag, As, Cr 및 그 화합물, 구체적으로는, 산화물, 질화물, 탄화물, 불화물, 옥시불화물, 실리사이드 및 이들 합금의 에칭 등 각종 피가공물에 적용 가능하다. 특히, 반도체 재료에 대하여 유효하게 적용할 수 있고, 반도체 재료로서, 특히 실리콘, 이산화규소, 질화규소, 탄화규소, 산화불화실리콘 또는 탄화산화규소의 실리콘계 재료, 텅스텐, 레늄, 그것들의 실리사이드, 티탄 혹은 질화티탄, 루테늄 혹은 루테늄실리사이드, 루테늄나이트라이드, 탄탈, 탄탈옥사이드, 옥시탄탈플루오라이드, 하프늄, 하프늄옥사이드, 옥시하프늄실리사이드, 하프늄지르코늄옥사이드를 들 수 있다.
또, 본 발명의 드라이 에칭제를 사용한 에칭 방법은, 반응성 이온 에칭(RIE), 전자 사이클로트론 공명(ECR) 플라즈마 에칭, 마이크로파 에칭 등의 에칭 방법이나 반응 조건은 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있다.
본 발명의 에칭 방법은, 에칭 처리 장치 내에서 대상으로 하는 프로펜류의 플라즈마를 발생시키고, 장치 내에 있는 대상의 피가공물의 소정 부위에 대하여 에칭함으로써 행한다. 예를 들면, 반도체의 제조에 있어서, 실리콘 웨이퍼 상에 실리콘계 산화물막 또는 질화규소막 등을 성막하고, 특정한 개구부를 설치한 레지스트를 상부에 도포하며, 실리콘계 산화물 또는 질화규소막을 제거하도록 레지스트 개구부를 에칭한다.
에칭을 행할 때, 압력은 이방성 에칭을 행하기 때문에, 가스 압력은 0.133∼133Pa의 압력으로 행하는 것이 바람직하다. 0.133Pa보다 낮은 압력에서는 에칭 속도가 늦어지고, 한편, 133Pa를 넘는 압력에서는 레지스트 선택비가 손상되는 경우가 있다.
에칭을 행할 때의 불소화 프로핀 CF3C≡CX, 및, 함산소 가스, 환원성 가스 또는 함할로겐 가스(O2, CO, H2, COF2, F2, Cl2 등), 불활성 가스(Ar 등), 각각의 체적 유량 비율은, 상기 서술한 체적%와 동일한 비율로 에칭을 행할 수 있다.
사용하는 가스 유량은, 에칭 장치의 반응기 용량, 웨이퍼 사이즈와도 관련이 있지만, 10SCCM∼10000SCCM 사이의 유량이 바람직하다.
또, 에칭하는 온도는 300℃ 이하가 바람직하고, 특히 이방성 에칭을 행하기 위해서는 240℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 300℃를 넘는 고온에서는 등방적으로 에칭이 진행되는 경향이 강해져서, 필요로 하는 가공 정밀도가 얻어지지 않고, 또한, 레지스트가 현저하게 에칭되기 때문에 바람직하지 않다.
에칭 처리를 행하는 반응 시간은, 특별히 한정은 되지 않지만, 개략 5분∼30분 정도이다. 그러나 에칭 처리 후의 경과에 의존하기 때문에, 당업자가 에칭의 상황을 관찰하면서 적절히 조정하는 것이 좋다.
수소 또는 수소 함유 화합물 가스와 혼합하여 사용하는 것이나 압력, 유량, 온도 등을 적성화함으로써, 예를 들면, 콘택트홀의 가공 시의 실리콘과 실리콘 산화막의 에칭 속도의 선택성을 향상시킬 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1∼15]
도 1에 나타내는 실험 장치에 의해, 3,3,3-트리플루오로프로핀 CF3C≡CH와, 첨가 가스와, 희망에 따라 불활성 가스로 이루어지는 드라이 에칭제를 콘택트홀 가공에 적용하였다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 실험 장치는, 챔버(1)와, 어스(2)와, 고주파 전원(3)(13.56MHz, 2.2W/㎠)과, 제1 가스 도입구(4)와, 제2 가스 도입구(5)와, 제3 가스 도입구(6)와, 사파이어관(7)과, 압력계(8)와, 배기 가스 라인(9)을 구비하고, 제1 가스 도입구(4), 제2 가스 도입구(5) 및 제3 가스 도입구(6)로부터 3,3,3-트리플루오로프로핀 CF3C≡CH, 첨가 가스 및 불활성 가스를 각각 사파이어관(7)에 도입하며, 사파이어관(7) 내에서, 고주파 전원(3)을 사용하여 도입된 가스를 여기시켜 생성한 활성종을, 챔버(1) 내의 시료 홀더(10)에 설치한 시료(11)에 공급하여, 에칭을 행하였다. 에칭 시의 챔버(1)의 가스압은 1.33Pa, 기판 온도는 200℃로 설정하였다. 또, 시료(11)로서는, 단결정 실리콘 웨이퍼 상에 SiO2 또는 질화규소 층간 절연막이 형성되고, 또한, 당해 SiO2 또는 질화규소의 에칭 마스크로서 개구부를 설치한 레지스트·마스크를 형성한 것을 사용하였다. 에칭 후, 레지스트 개구부 주변의 가공 형상, SiO2 또는 질화규소 에칭 속도의 대(對)레지스트비의 측정을 실시하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.
[비교예 1∼4]
비교예 1, 비교예 2 및 비교예 3에서는 CF4, C4F6(CF2=CF-CF=CF2), 3,3,3-트리플루오로프로핀 CF3C≡CH를 각각 단독으로 드라이 에칭제로서 사용하고, 비교예 4에서는 3,3,3-트리플루오로프로핀 CF3C≡CH와 Ar을 혼합하여 드라이 에칭제로서 사용한 것 이외에는 실시예 1∼15과 동일하게 하여, 콘택트홀 가공을 실시하였다. 비교예 1∼4에 있어서의 레지스트 개구부 주변의 가공 형상, SiO2 또는 질화규소 에칭 속도의 대레지스트비의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
표 1에 나타내는 바와 같이, 비교예 1∼4에서는, 대레지스트 선택비, 애스펙트비가 모두 작고, 일부 숄더 로스와 측벽의 패임이 보였다.
한편, 실시예 1∼4, 6, 11∼15의 3,3,3-트리플루오로프로핀 CF3C≡CH에 산화성의 첨가 가스를 가한 드라이 에칭제(본 발명의 드라이 에칭제)를 사용한 경우, 산화성 가스를 사용하지 않는 비교예 1이나 비교예 4에 비해, 에칭 속도, 대레지스트 선택비 또는 애스펙트비가 크고, 양호한 콘택트홀 가공 형상이 얻어졌다.
실시예 7, 9, 10의 3,3,3-트리플루오로프로핀 CF3C≡CH에 CF4, C2F6, C4F8의 첨가 가스를 가한 드라이 에칭제(본 발명의 드라이 에칭제)를 사용한 경우에도, 실용상(實用上) 충분히 사용 가능한 에칭 속도, 대레지스트 선택비, 애스펙트비이고, 양호한 콘택트홀 가공 형상이 얻어졌다.
실시예 5, 8의 3,3,3-트리플루오로프로핀 CF3C≡CH에 제2 가스로서 CO를, 제3 가스로서 Ar을 첨가한 드라이 에칭제를 사용한 경우에도, 에칭 속도, 대레지스트 선택비, 애스펙트비가 모두 크고, 양호한 콘택트홀 가공 형상이 얻어졌다.
특히, 드라이 에칭제에 H2를 가한 실시예 2, 실시예 3 및 실시예 15에서는, 양호한 대레지스트 선택비가 얻어졌다.
또한, 층간 절연막으로서 질화규소를 사용한 실시예 14나 실시예 15에서도, 양호한 콘택트홀 가공 형상이 얻어졌다.
[실시예 16∼29]
드라이 에칭제의 유효 성분으로서 3,3,3-트리플루오로프로핀 CF3C≡CH 대신 불소화 프로핀 CF3C≡CX(X=F, Cl, Br, I, CH3, CFH2, CF2H)를 사용한 것 이외에는 실시예 1∼15와 동일하게 하여, 콘택트홀 가공을 실시하였다. 에칭 후, 레지스트 개구부 주변의 가공 형상, SiO2 또는 질화규소 에칭 속도의 대레지스트비의 측정을 실시하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
[비교예 5∼6]
비교예 5에서는 CF4 단독으로 드라이 에칭제로서 사용하고, 비교예 6에서는 CF4와 O2를 혼합하여 드라이 에칭제를 사용한 것 이외에는 실시예 16∼29와 동일하게 하여, 콘택트홀 가공을 실시하였다. 비교예 5∼6에 있어서의 레지스트 개구부 주변의 가공 형상, SiO2 또는 질화규소 에칭 속도의 대레지스트비의 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00002
표 2에 나타내는 바와 같이, 비교예 5∼6에서는, 대레지스트 선택비, 애스펙트비가 모두 작고, 일부 숄더 로스와 측벽의 패임이 보였다.
한편, 실시예 19∼23, 25, 28, 29의 불소화 프로핀 CF3C≡CX에 산화성의 첨가 가스를 가한 드라이 에칭제(본 발명의 드라이 에칭제)를 사용한 경우, 에칭 속도, 대레지스트 선택비, 애스펙트비가 모두 크고, 양호한 콘택트홀 가공 형상이 얻어졌다.
실시예 24의 불소화 프로핀 CF3C≡CX에 제2 가스로서 CO를, 제3 가스로서 Ar을 첨가한 드라이 에칭제(본 발명의 드라이 에칭제)를 사용한 경우에도, 에칭 속도, 대레지스트 선택비, 애스펙트비가 모두 크고, 양호한 콘택트홀 가공 형상이 얻어졌다.
특히, 드라이 에칭제에 H2를 가한 실시예 28에서는, 양호한 대레지스트 선택비가 얻어졌다.
또, 드라이 에칭제에 CF4, CH3F의 첨가 가스를 가한 실시예 26, 27에서도, 실용상 충분히 사용 가능한 에칭 속도, 대레지스트 선택비, 애스펙트비이고, 양호한 콘택트홀 가공 형상이 얻어졌다.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 드라이 에칭제의 유효 성분인 불소화 프로핀 CF3C≡CX는, 분자 내에 1개의 불포화의 삼중 결합을 가지기 때문에, 대기 중에서의 분해성이 있고, 지구 온난화에 대한 기여도 CF4나 CF3H 등의 PFC류나 HFC류보다 현저하게 낮기 때문에, 드라이 에칭제로 한 경우, 환경에 대한 부하가 적다는 효과를 가진다. 또한, 제2 가스로서, 함산소 가스, 함할로겐 가스, 혹은 제3 가스로서 불활성 가스와 혼합함으로써 비약적으로 프로세스 윈도우를 넓힐 수 있고, 특수한 기판의 여기 조작 등 없이 고애스펙트비가 요구되는 가공에도 대응할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 당업자의 통상의 지식에 의거하여, 이하의 실시 형태에 대하여 적절히 변경, 개량 가능한 것은 말할 필요도 없다.

Claims (9)

  1. (A) 화학식 CF3C≡CX(단, X는 H, F, Cl, Br, I, CH3, CFH2 또는 CF2H를 나타낸다.)로 나타내지는 불소화 프로핀과, (B) O2, O3, CO, CO2, COCl2, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스, (C) F2, NF3, Cl2, Br2, I2, 및 YFn(식 중, Y는 Cl, Br 또는 I를 나타낸다. n은 정수를 나타내고, 1≤n≤5이다.)으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스, 및 (D) CF4, CHF3, C2F6, C2F5H, C2F4H2, C3F8, C3F4H2, C3ClF3H, 및 C4F8로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스 중 어느 것을 포함하는 드라이 에칭제.
  2. 제1항에 있어서,
    불소화 프로핀이 3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CH), 1-플루오로-3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CF), 1-클로로-3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CCl), 또는 1-브로모-3,3,3-트리플루오로프로핀(CF3C≡CBr)인, 드라이 에칭제.
  3. 제2항에 있어서,
    불소화 프로핀이 3,3,3-트리플루오로프로핀인, 드라이 에칭제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    불활성 가스 캐리어인 N2, He, Ar, Ne, 및 Kr로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 가스를 더 포함하는, 드라이 에칭제.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    불소화 프로핀의 함유율이 5∼95체적%인, 드라이 에칭제.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 드라이 에칭제를 플라즈마화하여 플라즈마 가스를 발생시키는 것과, 발생한 플라즈마 가스를 사용하여, 이산화규소, 질화규소 및 탄화규소로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 실리콘계 재료를 선택적으로 에칭하는 것을 포함하는 드라이 에칭 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    드라이 에칭제는, (A) CF3C≡CH와, (E) O2, CO, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화성 가스와, Ar로 이루어지고, (A) CF3C≡CH, (E) 산화성 가스, 및 Ar의 체적 유량비가 각각 5∼95%:1∼50%:4∼94%(단, 각각의 가스의 체적 유량비의 합계는 100이다.)인, 드라이 에칭 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    드라이 에칭제는, (A) CF3C≡CH와, (E) O2, CO, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 산화성 가스와, H2와, Ar로 이루어지고, (A) CF3C≡CH, (E)산화성 가스, H2 및 Ar의 체적 유량비가 각각 5∼95%:1∼50%:1∼50%:3∼93%(단, 각각의 가스의 체적 유량비의 합계는 100이다.)인, 드라이 에칭 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    드라이 에칭제는, (A) CF3C≡CF, CF3C≡CCl, 및 CF3C≡CBr로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 (A) 1-할로게노-3,3,3-트리플루오로프로핀과, (F) O2, CO, H2, 및 COF2로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 첨가 가스와, Ar로 이루어지고, (A) 1-할로게노-3,3,3-트리플루오로프로핀, (F) 첨가 가스, 및 Ar의 체적 유량비가 각각 5∼95%:3∼50%:2∼92%(단, 각각의 가스의 체적 유량비의 합계는 100이다.)인, 드라이 에칭 방법.
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