KR20200139758A - 비플라즈마 에칭 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비플라즈마 에칭 방법을 제공하며, 여기에는 에칭 가스와 촉매 가스를 포함하는 가스 혼합물을 반응 챔버 내에 넣어 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 단계 S1이 포함되고, 여기에서 에칭 가스는 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 데 사용되고, 촉매 가스는 에칭 속도를 높이는 데 사용되고, 가스 혼합물 중 각 가스 성분의 유량 비율은 필요한 이산화규소/질화규소 에칭 선택비에 따라 결정된다. 상기 비플라즈마 에칭 방법은 넓은 범위에서 이산화규소/질화규소 에칭 선택비를 효과적으로 조정할 수 있어, 다양한 응용 분야의 요건을 충족시킬 수 있을 뿐만 아니라 공정 복잡성과 장비 비용을 줄이고 플라즈마 손상과 미세 구조 점착을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 분야에 속하는 것으로, 더욱 상세하게는 비플라즈마 에칭 방법에 관한 것이다.
반도체 프론트 엔드 공정에서는 설계 요건을 충족시키기 위해 여러 에칭 공정으로 특정한 패턴을 형성해야 한다. 현재 대부분의 에칭 공정은 이산화규소(SiO2)와 질화규소(SiN) 에칭에 집중되어 있다. 가공할 공작물 상에서 이 두 가지 박막은 통상적으로 인접해 있기 때문에 둘 다 에칭 공정의 영향을 받을 수 있다.
응용 분야마다 에칭 공정 시 이산화규소/질화규소 에칭 선택비(selectivity)에 대한 요건도 다르다. 예를 들어, SiN 스페이서(spacer)를 형성할 때, STI 산화층(Shallow Trench Isolation Oxide)이 오버 에칭되는 것을 방지하기 위해 비교적 높은 질화규소/이산화규소 에칭 선택비가 필요하다. 다른 예를 들면, 자연 산화층(native oxide)을 제거할 때, 스페이서 상의 질화규소와 이산화규소의 두께가 일치하도록 보장하기 위해 질화규소/이산화규소 에칭 선택비가 최대한 1:1에 도달해야 한다. 또 다른 예를 들면, 게이트(gate) 표면 상의 자연 산화층을 제거할 때, SiN 스페이서의 손상을 방지하기 위해서는 비교적 높은 이산화규소/질화규소 에칭 선택비가 필요하다.
종래 기술에서 대부분의 기술적 해결책은 그 중 하나의 응용 상황의 요건만 충족시킬 수 있는데, 예를 들어 종래 기술의 일반적인 기술적 해결책은 습식 에칭을 채택하는 것이다. 불화수소산 용액(HF)과 뜨거운 인산 용액(H3PO4)을 사용하여 각각 이산화규소와 질화규소를 에칭한다. 에칭 생성물은 모두 수용성 물질이며, 반응 종료 후 탈이온수(DI water)로 세척한다. 그 반응 원리는 다음과 같다.
HF+SiO2 → SiF4 + H2O （1）
H3PO4(hot) + SiN + H2O → Si(OH)4 + NH4H2PO4 （2）
이산화규소를 에칭할 때, 가공할 공작물을 불화수소산 용액에 넣고, 생성된 에칭 생성물 SiF4를 상기 용액에 용해시킨 다음 탈이온수로 세척하고 건조시킨다. 질화규소를 에칭할 때, 가공할 공작물을 뜨거운 인산 용액에 넣고, 생성된 에칭 생성물 Si(OH)4와 NH4H2PO4를 상기 용액에 용해시킨 다음 탈이온수로 세척하고 건조시킨다. 불화수소산 용액과 뜨거운 인산 용액의 에칭 시간을 변경함으로써, 이산화규소/질화규소의 에칭 선택비를 효과적으로 조정할 수 있다(n:1-1:n, n≥1).
이러한 기술적 해결책에서 두 가지 에칭 공정은 모두 선택비가 비교적 높다. 예를 들어 불화수소산 용액이 이산화규소를 에칭할 때 질화규소에 대한 에칭 선택비는 10:1에 도달할 수 있는 반면, 뜨거운 인산 용액이 질화규소를 에칭할 때 이산화규소에 대한 에칭 선택비는 150:1에 도달할 수 있다. 따라서, 이산화규소와 질화규소막을 개별적으로 에칭할 수 있으며, 이 두 가지 에칭 공정의 에칭 시간을 변경함으로써 질화규소와 이산화규소의 에칭량을 효과적으로 조정할 수 있다.
본 발명의 내용을 구현하는 과정에서, 출원인은 종래 기술로부터 다음과 같은 결함을 발견했다.
즉, 습식 에칭에는 두 가지 유형의 장비를 사용해야 하며, 공정 단계가 비교적 복잡하고 생산성이 낮다. 또한 도 1에 도시된 바와 같이 표면 장력의 영향으로 인해 가공할 공작물 표면의 미세 구조가 습식 에칭 공정에서 점착되기 쉽다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이산화규소/질화규소 에칭 선택비를 넓은 범위에서 효과적으로 조절할 수 있는 비플라즈마 에칭 방법을 제안함으로써, 다양한 응용 분야의 요건을 충족시킬 뿐만 아니라 공정 복잡성과 장비 비용을 낮추고 플라즈마 손상과 미세 구조 점착을 방지하는 데에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 비플라즈마 에칭 방법을 제공하며, 여기에는 에칭 가스와 촉매 가스를 포함하는 가스 혼합물을 반응 챔버 내에 넣어 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 단계(S1)가 포함된다.
여기에서, 상기 에칭 가스는 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 데 사용되고, 상기 촉매 가스는 에칭 속도를 높이는 데 사용되고, 상기 가스 혼합물 중 각 가스 성분의 유량 비율은 필요한 이산화규소/질화규소 에칭 선택비에 따라 결정된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 에칭 가스는 불화수소를 포함하고, 상기 촉매 가스는 상기 불화수소와 이산화규소의 반응을 촉진하기 위한 제1 촉매 가스, 및 상기 불화수소와 질화규소의 반응을 촉진하기 위한 제2 촉매 가스를 포함한다. 여기에서 상기 제1 촉매 가스는 수산기 화합물을 포함하고, 상기 제2 촉매 가스는 불소 함유 가스를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 단계 S1에서 상기 불화수소, 수산기 화합물 및 불소 함유 가스를 동시에 상기 반응 챔버에 넣어 동시에 이산화규소와 질화규소를 에칭한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 단계 S1은,
S11: 상기 불화수소 및 불소 함유 가스를 상기 반응 챔버에 넣어 이산화규소를 에칭하는 단계; 및
S12: 상기 불화수소 및 수산기 화합물을 상기 반응 챔버에 넣어 질화규소를 에칭하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 단계 S1은,
S11: 상기 불화수소 및 수산기 화합물을 상기 반응 챔버에 넣어 질화규소를 에칭하는 단계; 및
S12: 상기 불화수소 및 불소 함유 가스를 상기 반응 챔버에 넣어 이산화규소를 에칭하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 단계 S1 이후에,
S2: 상기 단계 S1의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 S1로 돌아가고, 도달했으면 프로세스를 종료하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 단계 S11과 상기 단계 S12 사이에,
S21: 상기 단계 S11의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 S11로 돌아가고, 도달했으면 상기 단계 S12를 수행하는 단계를 더 포함한다.
상기 단계 S12 이후에,
S22: 상기 단계 S12의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 S12로 돌아가고, 도달했으면 프로세스를 종료하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 단계 S11과 상기 단계 S12 사이에,
S3: 퍼지 가스를 상기 반응 챔버 내에 넣어 상기 반응 챔버 내의 잔류 가스를 제거하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 이산화규소와 질화규소에 대한 1회 이상의 에칭을 통해, 상기 이산화규소와 질화규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달하도록 만든다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 단계 S11과 상기 단계 S12를 적어도 2회 교대로 수행하여, 이산화규소와 질화규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달하도록 만든다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 단계 S11과 상기 단계 S12는 동일한 반응 챔버 또는 상이한 반응 챔버 내에서 수행된다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 F2, XeF2, ClF3 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 수산기 화합물은 알코올류 화합물 또는 페놀류 화합물을 포함한다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 불소 함유 가스의 유량은 상기 불화수소 유량의 0.5배이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 수산기 화합물의 유량은 상기 불화수소 유량의 1 내지 2배이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 불소 함유 가스와 상기 수산기 화합물의 유량 비율의 범위는 10:1 내지 1:10이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 불소 함유 가스의 유량은 400sccm 이하이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 수산기 화합물의 유량은 1000sccm 이하이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 불화수소의 유량의 범위는 50 내지 1000sccm이다.
본 발명의 일부 실시예에 있어서, 상기 반응 챔버의 압력은 300Torr 이하이고, 상기 반응 챔버의 온도는 15 내지 105℃이다.
본 발명에서 제공하는 비플라즈마 에칭 방법은 에칭 가스와 촉매 가스를 포함하는 가스 혼합물을 반응 챔버 내에 넣어 비플라즈마 방식으로 이산화규소와 질화규소에 대한 에칭을 구현할 수 있으며, 이를 통해 플라즈마 손상 및 미세 구조 점착을 방지할 수 있다. 또한 상기 가스 혼합물 중 각 가스 성분의 유량 비율은 필요한 이산화규소/질화규소 에칭 선택비에 따라 결정할 수 있기 때문에, 넓은 범위에서 이산화규소/질화규소 에칭 선택비를 효과적으로 조정할 수 있다. 나아가 다양한 응용 분야의 요건을 충족시키고 공정 복잡성과 장비 비용도 낮출 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 습식 공정 후 미세 구조 점착의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법의 흐름도이다.
본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 장점을 보다 명확하게 설명하기 위하여, 이하에서는 구체적인 실시예 및 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에서 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법은, 에칭 가스와 촉매 가스를 포함하는 가스 혼합물을 반응 챔버 내에 넣어 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 단계 S1을 포함한다.
여기에서 에칭 가스는 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 데 사용되고, 촉매 가스는 에칭 속도를 높이는 데 사용된다. 가스 혼합물 중 각 가스 성분의 유량 비율은 필요한 이산화규소/질화규소 에칭 선택비에 따라 결정된다.
본 발명에서 제공하는 비플라즈마 에칭 방법은 에칭 가스와 촉매 가스를 포함하는 가스 혼합물을 반응 챔버 내에 넣어 비플라즈마 방식으로 이산화규소와 질화규소에 대한 에칭을 구현할 수 있으며, 이를 통해 플라즈마 손상 및 미세 구조 점착을 방지할 수 있다. 또한 상기 가스 혼합물 중 각 가스 성분의 유량 비율은 필요한 이산화규소/질화규소 에칭 선택비에 따라 결정할 수 있기 때문에, 넓은 범위에서 이산화규소/질화규소 에칭 선택비를 효과적으로 조정할 수 있다. 나아가 다양한 응용 분야의 요건을 충족시키고 공정 복잡성과 장비 비용도 낮출 수 있다.
선택적으로 에칭 가스는 불화수소(HF)를 포함한다.
불화수소는 이산화규소 에칭에 사용할 수 있으며, 질화규소 에칭에도 사용할 수 있다. 그러나 불화수소만 이용한 에칭은 속도가 비교적 느리기 때문에, 본 발명에서는 에칭 속도를 높이기 위해 촉매 가스를 사용한다.
선택적으로 촉매 가스는 불화수소와 이산화규소의 반응을 촉진하기 위한 제1 촉매 가스, 및 불화수소와 질화규소의 반응을 촉진하기 위한 제2 촉매 가스를 포함하며, 여기에서 제1 촉매 가스는 수산기 화합물을 포함한다. 수산기 화합물에는 알코올류 화합물 또는 페놀류 화합물이 포함된다. 여기에서 알코올류 화합물에는 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 이소부탄올 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 포함된다. 페놀류 화합물에는 페놀, 디페놀, 메틸 페놀 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상이 포함된다.
바람직하게는, 제1 촉매 가스는 메탄올 등과 같이 끓는점이 비교적 낮은 수산기 화합물로부터 선택된다. 이는 반응에 의해 생성되는 소량의 물을 가져가 가공할 공작물 표면에 잔류하는 물의 양을 감소시킴으로써 미세 구조 점착을 방지할 수 있다. 예를 들어, 불화수소, 메탄올 및 이산화규소의 반응 원리는 다음과 같다.
HF +CH3OH → HF2-+ CH3OH2+ （3）
HF2-+ CH3OH2+ + SiO2 → SiF4+CH3OH + H2O （4）
상기 불화수소와 메탄올의 가스 혼합물은 n:1(n≥1)의 SiO2/SiN 에칭 선택비를 요구하는 공정에 적용될 수 있다.
제2 촉매 가스는 불소 함유 가스를 포함한다. 불소 함유 가스는 F2, XeF2, ClF3 등 중 하나 이상을 포함한다. 불소 함유 가스는 에칭 속도를 증가시키는 동시에 질화규소 대 이산화규소의 에칭 선택비를 개선하여 미세 구조 점착을 방지할 수 있다. 예를 들어, 제2 촉매 가스는 F2이다. 불화수소, F2 및 질화규소의 반응 원리는 다음과 같다.
SiN +HF + F2 → SiF4 + N2 （5）
상기 불화수소와 F2의 가스 혼합물은 n:1(n≥1)의 SiO2/SiN 에칭 선택비를 요구하는 공정에 적용될 수 있다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 비플라즈마 건식 에칭 방법은 전술한 제1 실시예를 기반으로 추가적으로 개선한 것이다. 구체적으로, 상기 단계 S1에 있어서, 불화수소, 수산기 화합물 및 불소 함유 가스를 동시에 반응 챔버에 넣어 동시에 이산화규소와 질화규소를 에칭한다.
동일한 반응 챔버에서 이산화규소와 질화규소를 동시에 에칭함으로써, 이산화규소와 질화규소의 에칭을 완료하는 데 한 세트의 공정 장비만 필요하므로 공정 복잡성과 장비 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 생산성도 높일 수 있다.
도 3을 참조하여 이하에서는 에칭 가스로 불화수소를, 제1 촉매 가스로 메탄올을, 제2 촉매 가스로 F2를 예로 들어 본 발명의 제2 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법을 설명한다. 구체적으로, 상기 비플라즈마 에칭 방법은,
101: 불화수소, 메탄올 및 F2를 반응 챔버에 동시 넣어, 이산화규소와 질화규소를 동시에 에칭하는 단계;
102: 불화수소, 메탄올 및 F2를 반응 챔버로 넣는 것을 중지하는 단계; 및
103: 단계 101의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 101로 돌아가고, 도달했으면 프로세스를 종료하는 단계를 포함한다.
상기 단계 101에 있어서, 가스 혼합물 중 각 가스 성분의 유량 비율은 필요한 이산화규소/질화규소 에칭 선택비에 따라 결정된다. 구체적으로, 불화수소, F2 및 메탄올의 유량 비율을 조정함으로써 이산화규소/질화규소의 에칭 선택비(n:1-1:n, n≥1)를 넓은 범위에서 효과적으로 조정할 수 있다. 따라서 에칭 선택비의 범위가 n:1-1:n(SiO2/SiN, n≥1)인 요건의 공정에 적용할 수 있으므로, 공정 복잡성과 장비 비용을 줄일 수 있다.
실제 응용에서 페놀로 상기 메탄올을 대체할 수도 있다. 이는 마찬가지로 미세 구조 점착을 효과적으로 방지할 수 있고, 불화수소, F2 및 페놀의 유량 비율을 조정함으로써 이산화규소/질화규소의 에칭 선택비(n:1-1:n, n≥1)를 넓은 범위에서 효과적으로 조정할 수 있다.
선택적으로, 불소 함유 가스의 유량은 불화수소 유량의 0.5배이다. 바람직하게는, 불소 함유 가스의 유량은 400sccm 이하이고, 보다 바람직하게는 20 내지 200sccm이다.
선택적으로, 수산기 화합물의 유량은 불화수소 유량의 1 내지 2배이다. 바람직하게는, 수산기 화합물의 유량은 1000sccm 이하이고, 보다 바람직하게는 400sccm이다.
선택적으로, 불화수소의 유량 범위는 50 내지 1000sccm이고, 보다 바람직하게는 20 내지 400sccm이다.
선택적으로, 불소 함유 가스와 수산기 화합물의 유량 비율 범위는 10:1 내지 1:10이고, 바람직하게는 2:1 내지 1:4이다.
선택적으로, 상기 단계 101에 있어서 공정 압력은 0 내지 300Torr이고, 바람직하게는 20 내지 150Torr이고, 공정 온도는 15 내지 105°C이고, 바람직하게는 60 내지 80°C이다.
본 실시예에 있어서, 이산화규소와 질화규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달할 때까지 불화수소, 수산기 화합물 및 불소 함유 가스를 소정의 유량 비율로 연속 공급한다. 즉, 일회성 에칭은 이산화규소와 질화규소의 목표 에칭 두께에 도달한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법은 상기 제2 실시예와 다음의 차이점이 있다. 즉, 이산화규소와 질화규소의 에칭을 여러 하위 단계로 수행한다. 매번 하위 단계는 모두 소정의 유량 비율로 불화수소, 수산기 화합물 및 불소 함유 가스를 일정 시간 공급하여, 이산화규소와 질화규소가 소정의 에칭 두께에 도달하도록 만든다. 여러 하위 단계를 완료한 후, 이산화규소와 질화규소의 에칭 두께는 모두 최종 요건에 도달한다.
여러 하위 단계에 사용되는 불화수소, 수산기 화합물 및 불소 함유 가스의 유량 비율은 같거나 다를 수 있다.
도 4를 참조하여 이하에서는 에칭 가스로 불화수소를, 제1 촉매 가스로 메탄올을, 제2 촉매 가스로 F2를 예로 들어 본 발명의 제3 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법을 설명한다. 구체적으로, 상기 비플라즈마 에칭 방법은 이산화규소와 질화규소의 에칭을 각각 제1차 하위 단계, 제2차 하위 단계,...... 등 여러 하위 단계로 나누어 실행한다.
여기에서 제1차 하위 단계는,
201: 불화수소, 메탄올 및 F2를 반응 챔버에 동시 넣어, 이산화규소와 질화규소를 동시에 에칭하는 단계;
202: 불화수소, 메탄올 및 F2를 반응 챔버로 넣는 것을 중지하는 단계; 및
203: 단계 201의 에칭 두께가 제1 에칭 두께에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 201로 돌아가고, 도달했으면 제2차 하위 단계를 종료하는 단계를 포함한다.
여기에서 제2차 하위 단계는,
301: 불화수소, 메탄올 및 F2를 반응 챔버에 동시 넣어, 이산화규소와 질화규소를 동시에 에칭하는 단계;
302: 불화수소, 메탄올 및 F2를 반응 챔버로 넣는 것을 중지하는 단계; 및
303: 단계 301의 에칭 두께가 제2 에칭 두께에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 301로 돌아가고, 도달했으면 제2차 하위 단계를 종료하는 단계를 포함한다.
이와 같이 여러 하위 단계를 완료한 후, 이산화규소와 질화규소의 에칭 두께가 모두 최종 요건에 도달했는지 여부를 판단하고, 그렇다면 프로세스를 종료한다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법은 상기 제2 실시예와 다음의 차이점이 있다. 즉, 먼저 이산화규소를 에칭한 후 질화규소를 에칭하거나, 또는 먼저 질화규소를 에칭한 후 이산화규소를 에칭한다는 것이다.
구체적으로, 단계 S1은,
S11: 불화수소 및 불소 함유 가스를 반응 챔버에 넣어 이산화규소를 에칭하는 단계; 및
S12: 불화수소 및 수산기 화합물을 상기 반응 챔버에 넣어 질화규소를 에칭하는 단계를 더 포함한다.
또는 단계 S1은,
S11: 불화수소 및 수산기 화합물을 반응 챔버에 넣어 질화규소를 에칭하는 단계; 및
S12: 불화수소 및 불소 함유 가스를 반응 챔버에 넣어 이산화규소를 에칭하는 단계를 더 포함한다.
선택적으로, 상기 단계 S11과 단계 S12 사이에,
S3: 퍼지 가스를 반응 챔버 내에 넣어 반응 챔버 내의 잔류 가스를 제거하는 단계를 더 포함한다.
이러한 방식으로 단계 S12가 단계 S11의 잔류 가스에 의해 영향을 받지 않도록 보장할 수 있다.
선택적으로 퍼지 가스에는 불활성 가스가 포함된다.
도 5를 참조하여 이하에서는 먼저 질화규소를 에칭한 후 이산화규소를 에칭하며, 에칭 가스는 불화수소이다. 제1 촉매 가스는 메탄올이고, 제2 촉매 가스는 F2인 예를 들어 본 발명의 제4 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법을 설명한다. 구체적으로, 상기 비플라즈마 에칭 방법은,
401: 불화수소와 메탄올을 반응 챔버에 넣어 불화수소를 에칭하는 단계;
402: 불화수소와 메탄올을 반응 챔버로 넣는 것을 중지하는 단계;
403: 단계 401의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 401로 돌아가고, 도달했으면 단계 404를 수행하는 단계;
404: 퍼지 가스를 반응 챔버에 넣어, 반응 챔버 내에서 잔류 가스를 제거하는 단계;
405: 불화수소와 F2를 반응 챔버에 넣어 이산화규소를 에칭하는 단계;
406: 불화수소와 F2를 반응 챔버에 넣는 것을 중지하는 단계; 및
407: 단계 405의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 405로 돌아가고, 도달했으면 프로세스를 종료하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 있어서, 질화규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달할 때까지 불화수소와 수산기 화합물을 소정의 유량 비율로 연속 공급한다. 즉, 일회성 에칭은 질화규소의 목표 에칭 두께에 도달한다. 마찬가지로, 이산화규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달할 때까지 불화수소와 불소 함유 가스을 소정의 유량 비율로 연속 공급한다. 즉, 일회성 에칭은 이산화규소의 목표 에칭 두께에 도달한다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법은 상기 제4 실시예와 다음의 차이점이 있다. 즉, 이산화규소의 에칭을 여러 하위 단계로 나누어 실행하고, 질화규소의 에칭을 여러 하위 단계로 나누어 실행한다. 또한 이산화규소와 질화 규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달할 때까지, 이산화규소 에칭의 여러 하위 단계와 질화규소 에칭의 여러 하위 단계를 교대로 실행한다.
도 6를 참조하여 이하에서는 먼저 질화규소를 에칭한 후 이산화규소를 에칭하며, 에칭 가스는 불화수소이다. 제1 촉매 가스는 메탄올이고, 제2 촉매 가스는 F2인 예를 들어 본 발명의 제5 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법을 설명한다. 구체적으로, 상기 비플라즈마 에칭 방법은,
501: 불화수소와 메탄올을 반응 챔버에 넣어 불화수소를 에칭하는 단계;
502: 불화수소와 메탄올을 반응 챔버로 넣는 것을 중지하는 단계;
503: 단계 501의 에칭 두께가 제1 에칭 두께에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 501로 돌아가고, 도달했으면 단계 504를 수행하는 단계;
504: 퍼지 가스를 반응 챔버에 넣어, 반응 챔버 내에서 잔류 가스를 제거하는 단계;
505: 불화수소와 F2를 반응 챔버에 넣어 이산화규소를 에칭하는 단계;
506: 불화수소와 F2를 반응 챔버에 넣는 것을 중지하는 단계;
507: 단계 505의 에칭 두께가 제2 에칭 두께에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 505로 돌아가고, 도달했으면 단계 508을 수행하는 단계; 및
508: 이산화규소와 질화규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달했는지 여부를 판단하고, 도달하지 않았으면 단계 501로 돌아가고, 도달했으면 프로세스를 종료하는 단계를 포함한다.
본 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법은 유연성이 우수하고, 질화규소와 이산화규소의 에칭을 동일한 반응 챔버에서 수행할 수 있어 이산화규소와 질화규소의 에칭을 완료하는 데 한 세트의 공정 장비만 필요하다. 따라서, 공정 복잡성과 장비 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 생산성도 높일 수 있다. 물론, 하나의 반응 챔버에서 질화규소를 에칭한 다음 가공할 공작물을 다른 반응 챔버에 배치하여 이산화규소를 에칭하는 것도 가능하다.
또한 이산화규소를 에칭할 때 불화수소와 불소 함유 가스만 넣고 수산기 화합물을 넣지 않기 때문에, 이때 질화규소의 에칭 속도가 비교적 느려 이산화규소 대 질화규소의 에칭 선택비를 현저하게 향상시킬 수 있다. 반대로 불화수소와 수산기 화합물만 넣을 때 질화규소 대 이산화규소의 에칭 선택비를 현저하게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제3 내지 제5 실시예에서 제공하는 비플라즈마 에칭 방법의 다른 기술적 해결책은 본 발명의 제2 실시예에서 제공하는 비플라즈마 건식 에칭 방법과 동일하므로 여기에서 반복하지 설명하지 않는다.
상기 내용을 종합하면, 본 발명의 상기 각 실시예에 따른 비플라즈마 에칭 방법은 에칭 가스와 촉매 가스를 포함하는 가스 혼합물을 반응 챔버 내에 넣어 비플라즈마 방식으로 이산화규소와 질화규소에 대한 에칭을 구현할 수 있으며, 이를 통해 플라즈마 손상 및 미세 구조 점착을 방지할 수 있다. 또한 상기 가스 혼합물 중 각 가스 성분의 유량 비율은 필요한 이산화규소/질화규소 에칭 선택비에 따라 결정할 수 있기 때문에, 넓은 범위에서 이산화규소/질화규소 에칭 선택비를 효과적으로 조정할 수 있다. 나아가 다양한 응용 분야의 요건을 충족시키고 공정 복잡성과 장비 비용도 낮출 수 있다.
상기 구체적인 실시예는 본 발명의 목적, 기술적 해결책 및 유익한 효과를 더욱 상세히 설명하기 위한 것이며, 상기 내용은 본 발명의 구체적인 실시예일뿐이므로 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 본 발명의 사상 및 원칙 내에서 이루어진 모든 수정, 동등한 대체, 개선 등은 본 발명의 보호 범위에 포함되어야 한다.
또한 실시예에 사용된 "상", "하", "전", "후", "좌", "우" 등과 같은 방향 용어는 첨부 도면의 방향일 뿐이므로 본 발명의 보호 범위를 제한하지 않는다. 도면 전체에서 동일한 요소는 동일하거나 유사한 참조 부호로 표시된다. 본 발명의 이해에 혼동을 줄 수 있는 경우, 종래의 구조 또는 구성은 생략한다.
공지된 반대 의미가 없는 한, 본 명세서 및 첨부된 특허 청구 범위의 수치 매개변수는 근사값으로, 본 발명의 내용을 통해 획득되는 필요한 특성에 따라 변경될 수 있다. 구체적으로, 조성물의 함량, 반응 조건 등을 나타내기 위해 명세서 및 청구 범위에 사용된 모든 숫자는, 모든 상황에서 "약"이라는 용어에 의해 수정된 것으로 이해되어야 한다. 일반적으로 그 표현의 함의는 특정 수량의 일부 실시예에서 ±10%의 변화, 일부 실시예에서 ±5%의 변화, 일부 실시예에서 ±1%의 변화, 일부 실시예에서 ±0.5%의 변화를 지칭한다.
또한 "포함"이라는 용어는 청구 범위에 나열되지 않은 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 요소 앞의 "하나" 또는 "한 개"라는 용어는 이러한 여러 요소의 존재를 배제하지 않는다.
명세서 및 청구 범위에 사용된 "제1", "제2", "제3" 등과 같은 서수는 해당 요소를 수식하는 데 사용되며, 그 자체는 해당 요소에 임의 서수가 있다는 것을 의미하거나 나타내지 않는다. 특정 요소와 다른 요소의 순서, 또는 제조 방법 상의 순서를 나타내지도 않고, 이러한 서수의 사용은 특정 이름을 가진 요소를 다른 동일 이름을 가진 요소와 명확하게 구분하기 위해서만 사용된다.
유사하게, 본 발명을 간명하게 설명하고 각 개시 측면에서의 하나 이상에 대한 이해를 돕기 위하여, 상기에서는 본 발명의 예시적 실시예의 설명에서, 본 발명의 각 특징이 종종 단일 실시예, 도면, 또는 이에 대한 설명에서 함께 그룹화된다는 점을 이해해야 한다. 그러나 보호를 청구하는 본 발명이 각 청구항에 명시된 특징보다 더 많은 특징에 대한 보호를 청구하려는 의도가 있는 것으로 상기 개시된 방법을 이해하여서는 안 된다. 보다 정확하게는, 다음의 청구 범위에 반영된 바와 같이, 개시된 측면은 이전에 개시된 단일 실시예의 모든 특징보다 적다. 따라서 구체적인 실시예를 따르는 청구 범위는 여기에서 명확하게 상기 구체적인 실시예로 통합되며, 그 중 각 청구항 자체는 모두 본 발명의 단독 실시예로 사용된다.
Claims (20)
- 비플라즈마 에칭 방법에 있어서,
에칭 가스와 촉매 가스를 포함하는 가스 혼합물을 반응 챔버 내에 넣어 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 단계 S1을 포함하고,
여기에서, 상기 에칭 가스는 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 데 사용되고, 상기 촉매 가스는 에칭 속도를 높이는 데 사용되고, 상기 가스 혼합물 중 각 가스 성분의 유량 비율은 필요한 이산화규소/질화규소 에칭 선택비에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제1항에 있어서,
상기 에칭 가스는 불화수소를 포함하고,
상기 촉매 가스는 상기 불화수소와 이산화규소의 반응을 촉진하기 위한 제1 촉매 가스, 및 상기 불화수소와 질화규소의 반응을 촉진하기 위한 제2 촉매 가스를 포함하며, 여기에서 상기 제1 촉매 가스는 수산기 화합물을 포함하고, 상기 제2 촉매 가스는 불소 함유 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 단계 S1에서 상기 불화수소, 수산기 화합물 및 불소 함유 가스를 동시에 상기 반응 챔버에 넣어 동시에 이산화규소와 질화규소를 에칭하는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 단계 S1은,
상기 불화수소와 불소 함유 가스를 상기 반응 챔버에 넣어 이산화규소를 에칭하는 단계 S11; 및
상기 불화수소와 수산기 화합물을 상기 반응 챔버에 넣어 질화규소를 에칭하는 단계 S12를 더 포함하는 것을 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 단계 S1은,
상기 불화수소와 수산기 화합물을 상기 반응 챔버에 넣어 질화규소를 에칭하는 단계 S11; 및
상기 불화수소와 불소 함유 가스를 상기 반응 챔버에 넣어 이산화규소를 에칭하는 단계 S12를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제3항에 있어서,
상기 단계 S1 이후,
상기 단계 S1의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 단계 S1로 돌아가고, 도달했으면 프로세스를 종료하는 단계 S2를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 단계 S11과 상기 단계 S12 사이에,
상기 단계 S11의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 상기 단계 S11로 돌아가고, 도달했으면 상기 단계 S12를 수행하는 단계 S21을 더 포함하고,
상기 단계 S12 이후에,
상기 단계 S12의 에칭 두께가 소정 범위에 도달했는지 여부를 판단하며, 도달하지 않았으면 상기 단계 S12로 돌아가고, 도달했으면 프로세스를 종료하는 단계 S22를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 단계 S11과 상기 단계 S12 사이에,
퍼지 가스를 상기 반응 챔버 내에 넣어 상기 반응 챔버 내의 잔류 가스를 제거하는 단계 S3을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제3항에 있어서,
이산화규소와 질화규소에 대한 1회 이상의 에칭을 통해, 상기 이산화규소와 질화규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달하도록 만드는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 단계 S11과 상기 단계 S12를 적어도 2회 교대로 수행하여, 상기 이산화규소와 질화규소의 에칭 두께가 최종 요건에 도달하도록 만드는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 단계 S11과 상기 단계 S12는 동일한 반응 챔버 또는 상이한 반응 챔버 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 불소 함유 가스는 F2, XeF2, ClF3 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 수산기 화합물은 알코올류 화합물 또는 페놀류 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 불소 함유 가스의 유량은 상기 불화수소 유량의 0.5배인 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 수산기 화합물의 유량은 상기 불화수소 유량의 1 내지 2배인 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제2항에 있어서,
상기 불소 함유 가스와 상기 수산기 화합물의 유량 비율 범위는 10:1 내지 1:10인 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불소 함유 가스의 유량이 400sccm 이하인 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수산기 화합물의 유량이 1000sccm 이하인 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불화수소의 유량 범위는 50 내지 1000sccm인 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법. - 제1항에 있어서,
상기 반응 챔버의 압력은 300Torr 이하이고, 상기 반응 챔버의 온도는 15 내지 105℃인 것을 특징으로 하는 비플라즈마 에칭 방법.
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