KR20240031783A - 건식 식각 방법 - Google Patents
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Abstract
대면적의 기판에 대하여도 식각 균일도를 높일 수 있는 건식 식각 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 건식 식각 방법은 제1 확산 속도를 갖는 제1 반응 가스 및 상기 제1 확산 속도보다 느린 제2 확산 속도를 갖는 제2 반응 가스를 포함하는 복수의 반응 가스를 이용하여 대상물을 건식 식각하는 방법으로서, (a) 식각 대상물이 배치된 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 느린 제2 반응 가스를 공급하는 단계; 및 (b) 상기 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 빠른 제1 반응 가스를 공급하여 식각 대상물을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 건식 식각 방법은 제1 확산 속도를 갖는 제1 반응 가스 및 상기 제1 확산 속도보다 느린 제2 확산 속도를 갖는 제2 반응 가스를 포함하는 복수의 반응 가스를 이용하여 대상물을 건식 식각하는 방법으로서, (a) 식각 대상물이 배치된 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 느린 제2 반응 가스를 공급하는 단계; 및 (b) 상기 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 빠른 제1 반응 가스를 공급하여 식각 대상물을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 건식 식각 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수의 반응 가스를 이용한 건식 식각 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 불산 가스 및 암모니아 가스를 이용하여 실리콘 산화물층을 건식 식각하는 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 과정 또는 디스플레이 제조 과정에 있어서, 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하기 위해 다수의 식각 공정이 포함된다. 식각 공정은 식각액을 이용한 습식 식각과, 식각 가스를 이용한 건식 식각 방식으로 구분된다.
종래에는 식각 대상이 되는 웨이퍼를 식각액에 침지하여 식각이 진행되는 습식 식각 방식이 주로 이용되었다. 그러나, 습식 식각 방식의 경우 반도체 소자의 정밀도 향상에 한계가 있어, 최근에는 식각 대상이 되는 웨이퍼가 배치되어 있는 반응 챔버 내에 식각 가스를 공급하여 식각이 진행되는 건식 식각 방식이 주로 이용되고 있다.
건식 식각 방식에는 일반적으로 2 이상의 반응 가스가 이용된다. 반응 가스들은 식각 대상이 되는 층의 재질에 따라 결정된다. 예를 들어, 실리콘 산화물층을 건식 식각하는 경우, 불산 가스와 암모니아 가스를 반응 가스로서 주로 이용하고 있다.
건식 식각 공정에서 2 이상의 반응 가스가 이용될 경우, 이들은 일반적으로 동시에 투입된다. 이 경우, 반응 가스들이 샤워헤드 내에서 반응하여 고체 생성물을 형성하고, 생성된 고체 생성물이 샤워헤드 내벽에 증착되는 결과를 가져옴으로써 식각 효율의 저하, 샤워헤드 오염 등의 문제를 가져온다.
이를 개선하는 방식으로 샤워헤드의 구조 개선을 통해 반응 가스들이 가능한 샤워헤드 내에서 반응하지 않도록 하는 방식이 제안되었다.
예를 들어, 특허문헌 1에서는 상호 반응성 있는 2 이상의 반응가스를 반응 챔버 내부로 유입할 때, 반응가스들이 샤워헤드 내에서 서로 혼합되지 않도록 각각의 통로를 독립적으로 마련하고, 제1 반응가스의 방출구는 샤워헤드의 저면 가장자리에 형성하고, 제2 반응가스의 방출구는 그 중앙부에 형성하였다.
이를 이용한 건식 식각 공정의 경우, 제1 반응가스와 제2 반응가스의 확산 속도의 차이로 인해 기판의 중앙부와 기판의 가장자리에서의 식각률의 차이가 클 수 있다.
예를 들어 제1 반응가스가 제2 반응가스보다 확산속도가 빠르다고 가정하면, 샤워헤드의 저면 가장자리로부터 방출된 제1 반응가스는 상대적으로 빠른 속도로 기판 중앙부를 향하여 확산되나, 샤워헤드의 저면 중앙부로부터 방출된 제2 반응가스는 상대적으로 느린 속도로 기판 가장자리를 향하여 확산된다. 이 경우, 기판 중앙부에서의 식각률이 기판 가장자리에서의 식각률보다 더 클 수 있고, 그 결과, 그에 따라 기판 중앙부와 가장자리부 간의 식각 불균일이 발생할 수 있다. 그리고, 이러한 식각 불균일 현상은 대면적 기판을 건식 식각하기 위한 장치에서 보다 현저할 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 대면적 기판에 대하여도 식각 균일도를 향상시킬 수 있는 건식 식각 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 불산 가스 및 암모니아 가스를 이용하여 기판의 실리콘 산화물층을 높은 식각 균일도로 건식 식각하는 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 건식 식각 방법은 제1 확산 속도를 갖는 제1 반응 가스 및 상기 제1 확산 속도보다 느린 제2 확산 속도를 갖는 제2 반응 가스를 포함하는 복수의 반응 가스를 이용하여 대상물을 건식 식각하는 방법으로서, (a) 식각 대상물이 배치된 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 느린 제2 반응 가스를 공급하는 단계; 및 (b) 상기 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 빠른 제1 반응 가스를 공급하여 식각 대상물을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제2 반응 가스는 상기 제1 반응 가스보다 더 큰 분자량을 갖는 것일 수 있다.
상기 제2 반응 가스는 상기 제1 반응 가스보다 더 낮은 분사 압력으로 반응 챔버 내에 공급되는 것일 수 있다.
상기 (b) 단계에서, 상기 제1 반응 가스의 공급 개시는 반응 챔버 내부의 압력이 일정하게 된 이후에 수행될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 건식 식각 방법은 불산 및 암모니아를 이용하여 실리콘 산화물층을 건식 식각하는 방법으로서, (a) 실리콘 산화물층이 포함된 기판이 배치된 반응 챔버 내부에 불산을 공급하는 단계; 및 (b) 반응 챔버 내부에 암모니아를 공급하여 실리콘 산화물층을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서 불산을 일정한 유량으로 15초 이상 공급할 수 있다.
상기 (b) 단계에서, 상기 암모니아의 공급 개시는 반응 챔버 내부의 압력이 일정하게 된 이후에 수행될 수 있다.
상기 (b) 단계에서 하기의 반응을 통해 실리콘 산화물층을 식각할 수 있다.
1) HF + NH3 → NH4F
2) 6NH4F + SiO2 → (NH4)2SiF6 + H2O + 4NH3
본 발명에 따른 건식 식각 방법은 상기 (b) 단계에서 반응 챔버 내부로의 불산 공급을 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 건식 식각 방법은 상기 (b) 단계 이후, 반응 챔버 내부로 암모니아를 추가 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 건식 식각 방법은 (d) 기판의 온도를 승온하여 적어도 상기 (b) 단계에서 생성된 식각 생성물을 승화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 불산 및 암모니아 각각은 불활성 가스와 함께 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 건식 식각 방법에 의하면, 복수의 반응 가스를 이용한 건식 식각 공정을 수행함에 있어서, 확산 속도가 상대적으로 느린 가스를 반응 챔버 내부로 먼저 공급한 후에 확산 속도가 상대적으로 빠른 반응 가스를 챔버 내부로 공급함으로써 반응가스들의 확산 속도 차이에 의해 기판 중앙부와 기판 가장자리부 간의 식각 불균일을 저감할 수 있다.
특히, 확산 속도가 상대적으로 느린 가스를 반응 챔버 내부로 먼저 공급하고, 반응 챔버 내부를 안정화한 후에 확산 속도가 상대적으로 빠른 반응 가스의 공급이 개시되는 경우, 기판 중앙부와 기판 가장자리부 간의 식각 불균일을 보다 효과적으로 저감할 수 있다.
구체적으로, 불산과 암모니아를 이용하여 기판 상의 실리콘 산화물층을 건식 식각 하는 방법의 경우, 확산 속도가 상대적으로 느린 저압 가스인 불산을 먼저 반응 챔버 내부로 공급한 후에 확산 속도가 상대적으로 빠른 고압 가스인 암모니아 공급을 개시함으로써 기판 중앙부와 기판 가장자리부 간의 실리콘 산화물층에 대한 식각 불균일을 저감할 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과는 아래의 상세한 설명으로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3a는 불산의 유량 및 시간에 따른 반응 챔버 내부 압력 변화를 나타낸 데이터이다.
도 3b는 도 3a의 데이터를 보정한 것이다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b의 데이터를 토대로 불산의 유량에 따른 반응 챔버 내부의 안정화 압력을 나타낸 것이다.
도 4a는 실시예 1에 따른 방법으로 건식 식각된 기판의 여러 영역에서의 식각률을 나타낸 것이다.
도 4b는 비교예 1에 따른 방법으로 건식 식각된 기판의 여러 영역에서의 식각률을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 3a는 불산의 유량 및 시간에 따른 반응 챔버 내부 압력 변화를 나타낸 데이터이다.
도 3b는 도 3a의 데이터를 보정한 것이다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b의 데이터를 토대로 불산의 유량에 따른 반응 챔버 내부의 안정화 압력을 나타낸 것이다.
도 4a는 실시예 1에 따른 방법으로 건식 식각된 기판의 여러 영역에서의 식각률을 나타낸 것이다.
도 4b는 비교예 1에 따른 방법으로 건식 식각된 기판의 여러 영역에서의 식각률을 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층의 "상부" 또는 "하부"에 있다고 언급되는 것은 다른 요소 또는 층의 바로 위 또는 아래 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 요소를 개재한 경우를 모두 포함한다. 또한, 어떤 요소가 다른 요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 요소 사이에 다른 요소가 "개재"되거나, 각 요소가 다른 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 요소, 소자, 단계 및/또는 동작은 하나 이상의 다른 요소, 소자, 단계 및/또는 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판 처리 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에서 처리 대상이 되는 기판은 디스플레이 제조용 글래스 기판, 반도체 제조용 실리콘 웨이퍼 등이 될 수 있다. 본 발명에서 식각 대상이 되는 박막은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 등과 같이 불소종과 반응하는 막일 수 있다. 본 발명에서 식각 대상이 되는 실리콘 산화막은 모 기판이나 금속층 상에 형성된 상에 형성된 자연 산화막, 인위적으로 형성한 실리콘 산화막이 될 수 있다.
또한, 본 발명에서 이용되는 식각 가스는 확산 속도가 상이한 제1 반응 가스 및 제2 반응 가스를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
본 발명에서는 제1 확산 속도를 갖는 제1 반응 가스 및 상기 제1 확산 속도보다 느린 제2 확산 속도를 갖는 제2 반응 가스를 포함하는 복수의 반응 가스를 이용하여 기판 상의 실리콘 산화물과 같은 대상물을 건식 식각하는 방법을 제공한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 건식 식각 방법은 느린 확산 속도를 갖는 제2 반응 가스 공급 및 안정화 단계(S110) 및 빠른 확산 속도를 갖는 제1 반응 가스 공급 및 식각 단계(S120)를 포함한다.
반응 가스들의 확산 속도는 가스들의 분자량, 가스의 압력 등에 의해 결정된다. 예를 들어, 반응 가스의 확산 속도는 그레이엄의 법칙으로 알려져 있는 바와 같이, 일정한 온도와 압력 하에서 가스의 분자량의 제곱근에 반비례한다. 또한 분자량이 비슷한 반응 가스들의 경우 저압 가스의 확산 속도가 고압 가스의 확산 속도보다 느리다. 본 발명에서는 이러한 반응 가스들의 확산 속도를 이용하여 반응 챔버 내부로의 공급을 제어함으로써 대상물의 식각 깊이 및 식각 균일도를 향상시킬 수 있었다.
먼저, 제2 반응 가스 공급 및 안정화 단계(S110)에서는 상부에 실리콘 산화막이 배치된 기판과 같은 식각 대상물이 배치된 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 느린 제2 반응 가스를 공급한다.
제1 반응 가스 및/또는 제2 반응 가스는 각각 단독으로 공급될 수 있으며, 캐리어 가스와 함께 공급될 수 있다. 캐리어 가스는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스가 이용될 수 있다.
다음으로, 제1 반응 가스 공급 및 식각 단계(S120)에서는 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 빠른 제1 반응 가스를 공급하여 식각 대상물을 식각한다. 식각 대상물의 식각은 예를 들어 제1 반응 가스와 제2 반응 가스가 화학 반응하여 반응종(etchant)을 형성한 후, 형성된 반응종이 식각 대상물과 반응하여 대상물의 식각이 진행된다.
전술한 바와 같이, 확산 속도가 상대적으로 느린 제2 반응 가스는 제1 반응 가스보다 더 큰 분자량을 갖는 것일 수 있다. 다른 예로, 제2 반응 가스는 제1 반응 가스보다 더 낮은 분사 압력으로 반응 챔버 내에 공급되는 저압 가스일 수 있다.
본 발명에 따른 건식 식각 방법에 의하면, 복수의 반응 가스를 이용한 건식 식각 공정을 수행함에 있어서, 확산 속도가 상대적으로 느린 가스가 반응 챔버 내부로 먼저 공급된 후에 확산 속도가 상대적으로 빠른 반응 가스가 반응 챔버 내부로 공급한다.
확산 속도가 느린 제2 반응 가스를 반응 챔버 내부로 먼저 공급함으로써 대상물 전체 영역에 걸쳐 제2 반응 가스가 균등하게 존재하는 상태에서 확산 속도가 빠른 제1 반응 가스가 반응 챔버 내부로 공급됨으로써 대상물 전체 영역에 걸쳐 고른 식각 균일도를 얻을 수 있다. 그 결과, 반응가스들의 확산 속도 차이에 의해 기판 중앙부와 기판 가장자리부 간의 식각 불균일이 저감될 수 있다.
특히, 확산 속도가 상대적으로 느린 가스를 반응 챔버 내부로 먼저 공급하고, 반응 챔버 내부를 안정화한 후에 확산 속도가 상대적으로 빠른 반응 가스의 공급이 개시되는 경우, 기판 중앙부와 기판 가장자리부 간의 식각 불균일을 보다 효과적으로 저감할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응가스가 반응 챔버 내부의 샤워헤드 중앙부를 통해 공급되고, 제2 반응가스가 반응 챔버 내부의 샤워헤드 가장자리부를 통해 공급되는 경우, 확산 속도가 상대적으로 빠른 제1 반응가스가 먼저 공급되고 안정화된 후에 제2 반응가스가 공급되면 제2 반응가스의 느린 확산 속도로 인해 기판의 중앙부보다는 기판의 가장자리부에서 상대적으로 높은 식각률을 나타낼 것이고, 기판의 중앙부에서와 기판의 가장자리부에서의 식각률 편차가 클 것이다. 그러나, 확산 속도가 상대적으로 느린 제2 반응 가스가 먼저 공급되고 안정화된 후에 제1 반응가스가 공급되면 제1 반응 가스의 빠른 확산 속도로 인해 기판의 전체 영역에 걸쳐 고른 식각률을 나타낼 수 있다.
한편, 제1 반응 가스의 공급 개시는 반응 챔버 내부의 압력이 일정하게 된 이후에 수행될 수 있다. 반응 챔버 내부의 압력이 일정하게 된다는 것은 반응 챔버 내부로 먼저 공급된 제2 반응 가스가 안정화되었다는 것을 의미한다. 반응 챔버 내부가 안정화되었을 때가 그렇지 않은 경우보다 더 높은 식각 균일도를 얻는데 유리하다.
제2 반응 가스의 안정화는 제2 반응 가스를 일정한 유량으로 반응 챔버 내부로 공급하면 시간이 경과함에 따라 반응 챔버 내부의 압력이 일정하게 유지되는 방법으로 달성될 수 있다. 제2 반응 가스의 유량이 증가하면 반응 챔버 내부의 압력도 더 높은 상태에서 제2 반응 가스가 안정화된다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 도시된 기판 처리 방법은 불산 공급 및 안정화 단계(S210) 및 암모니아 공급 및 식각 단계(S220)를 포함한다. 또한, 도 2에 도시된 기판 처리 방법에 의하면, 후처리 단계(S230) 및/또는 식각 생성물 제거 단계(S240)를 추가로 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 건식 식각 방법은 불산 및 암모니아를 이용하여 실리콘 산화물층, 예를 들어 기판 상에 형성된 자연 산화물층을 건식 식각하는 방법이다.
불산 공급 및 안정화 단계(S210)
먼저, 불산 공급 및 안정화 단계(S210)에서는 실리콘 산화물층이 포함된 기판이 배치된 반응 챔버 내부에 불산을 공급한다. 일 예로, 불산은 저압 가스로 공급되고, 암모니아는 고압 가스로 공급되어, 불산의 확산 속도가 더 느리다.
이때, 반응 챔버 내에서 불산의 안정화를 위해, 반응 챔버 내에 불산을 미리 정해진 일정한 유량으로 15초 이상, 보다 바람직하게는 15초 내지 40초동안 공급할 수 있다.
도 3a는 불산의 유량 및 시간에 따른 반응 챔버 내부 압력 변화를 나타낸 데이터이다. 도 3b는 도 3a의 데이터를 보정한 것이다. 도 3c는 도 3a 및 도 3b의 데이터를 토대로 불산의 유량에 따른 반응 챔버 내부의 안정화 압력을 나타낸 것이다.
반응 챔버 내부에 60초 동안 불산을 다양한 유량으로 공급하여 시간의 경과에 따른 반응 챔버의 압력 변화를 측정하였다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 20 sccm 내지 100 sccm 유량의 불산 공급시 공급 초기에 급격한 압력 증가를 보이다가 약 15초 이후에는 반응 챔버 내부 압력이 일정해지는 것을 볼 수 있다.
또한, 도 3를 참조하면, 불산 유량이 증가할수록 불산 안정화를 위한 반응 챔버 압력이 더 높은 것을 볼 수 있다.
암모니아 공급 및 식각 단계(S220)
다음으로, 암모니아 공급 및 식각 단계(S220)에서는 반응 챔버 내부에 암모니아를 공급하여 실리콘 산화물층을 식각한다.
이때, 암모니아의 공급 개시는 반응 챔버 내부의 압력이 일정하게 된 이후에 수행될 수 있다.
본 단계에서 암모니아는 약 20~30 sccm 정도의 유량으로 공급될 수 있다.
본 단계(S220)에서 불산 공급이 유지될 수 있다. 예를 들어, 본 단계에서 불산은 약 15~25 sccm 정도의 유량으로 공급될 수 있다. 또한, 본 단계에서 불산의 공급 유량은 앞선 불산 공급 및 안정화 단계(S210)에서의 불산 공급 유량과 동일할 수 있다. 또한, 본 단계에서 불산/암모니아 유량비는 0.5~2.0인 것이 바람직하다. 상기 범위에서 잔류 불소 생성량이 상대적으로 적게 나타날 수 있다.
불산이 안정화된 상태에서 암모니아를 공급함에 따라, 하기의 반응을 통해 실리콘 산화물층이 식각될 수 있다.
1) HF + NH3 → NH4F
2) 6NH4F + SiO2 → (NH4)2SiF6 + H2O + 4NH3
암모니아가 반응 챔버 내부로 공급 및 확산되면, 암모니아와 불산이 실리콘산화물 표면에서 반응종(예를 들어, 불화암모늄(NH4F))을 생성하고, 생성된 반응종이 실리콘산화물과 화학반응하여 식각 생성물을 생성함으로써 실리콘산화물의 식각이 진행된다. 이 식각 반응은 약 30초 이내로 수행될 수 있다.
불산 공급 및 안정화 단계(S210) 및 암모니아 공급 및 식각 단계(S220)는 약 20℃ 내지 약 150℃의 기판 온도, 약 200 mTorr 내지 약 2000 mTorr 의 공정압력에서 수행될 수 있다.
또한, 불산 공급 및 안정화 단계(S210) 및 암모니아 공급 및 식각 단계(S220)에서 제1 반응 가스 및/또는 제2 반응 가스는 각각 단독으로 공급될 수 있으며, 캐리어 가스와 함께 공급될 수 있다. 캐리어 가스는 아르곤 가스와 같은 불활성 가스가 이용될 수 있으며, 약 50 sccm 내지 약 500 sccm의 유량으로 공급될 수 있다.
후처리 단계(S230)
한편, 본 실시예에 따른 건식 식각 방법은 암모니아 공급 및 식각 단계(S220) 이후 후처리 단계(S230)를 추가로 포함할 수 있다. 후처리 단계에서는, 불산 공급을 차단한 상태에서 반응 챔버 내부로 암모니아를 단독으로 또는 불활성 가스와 함께 추가 공급하여, 반응 챔버 내 미반응 불산을 추가 반응시킬 수 있다. 후처리 단계는 약 60초 이내로 수행될 수 있다.
후처리 단계(S230)는 불산 공급 및 안정화 단계(S210) 및 암모니아 공급 및 식각 단계(S220)와 마찬가지로 약 20℃ 내지 약 150℃의 기판 온도에서 수행될 수 있다.
후처리 단계 또는 식각 생성물 제거 단계 이후에는 불활성 가스를 이용하여 반응 챔버 내부를 퍼지할 수 있다.
식각 생성물 제거 단계(S240)
또한, 본 실시예에 따른 건식 식각 방법은 암모니아 공급 및 식각 단계(S220) 이후 또는 후처리 단계(S230) 이후, 식각 생성물 제거 단계(S240)를 추가로 포함할 수 있다.
구체적으로, 식각 생성물 제거 단계(S240)에서는 암모니아 공급 및 식각 단계(S220) 또는 암모니아 공급 및 식각 단계(S220)와 후처리 단계(S230)에서 생성된 식각 생성물(예를 들어, (NH4)2SiF6)을 제거한다.
상기 식각 생성물 제거 단계(S240)는 이하 3)의 염 분해 반응 및 열처리를 포함할 수 있다.
3) (NH4)2SiF6 → 2NH3 + SiF4 + 2HF
건식 식각에 의해 생성된 (NH4)2SiF6는 승화 반응 또는 염 분해 반응을 통해 NH3, SiF4 및 HF로 분해된다. 승화 반응은 승화는 램핑(lamping) 등의 방법으로 기판 온도를 식각 생성물 승화온도보다 높은 온도(예를 들어, 90℃ 이상의 온도)로 승온시킴으로써 달성될 수 있다.
열처리는 승화 반응 또는 염 분해 반응을 통해 생성된 물질들의 즉시 제거를 위해 진공 분위기에서 수행될 수 있으며, 약 150℃ 내지 약 350 ℃에서 수행될 수 있다.
도 2에 도시된 실시예의 경우, 불산과 암모니아를 이용하여 기판 상의 실리콘 산화물층을 건식 식각함에 있어서, 확산 속도가 상대적으로 느린 저압 가스인 불산을 먼저 반응 챔버 내부로 공급하여 안정화한 후에, 확산 속도가 상대적으로 빠른 고압 가스인 암모니아 공급을 개시함으로써 기판 중앙부와 기판 가장자리부 간의 실리콘 산화물층에 대한 식각 불균일을 저감할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1에서는 불산 우선 공급 및 안정화 후에 암모니아를 공급하여 직사각형 글래스 기판 상의 자연 산화막을 식각하였다. 비교예 1에서는 실시예 1과 반대로, 암모니아 우선 공급 및 안정화 후에 불산을 공급하여 직사각형 글래스 기판 상의 자연 산화막을 식각하였다.
실시예 1 및 비교예 1에서 공정 조건은 다음과 같다:
기판 온도 : 약 40℃
안정화 단계:
실시예 1 : HF 25 sccm, Ar 100 sccm, 30초
비교예 1 : NH3 25 sccm, Ar 100 sccm, 30초
식각 단계:
실시예 1 : HF 25 sccm, NH3, 25 sccm, Ar 100 sccm, 30초
비교예 1 : HF 25 sccm, NH3, 25 sccm, Ar 100 sccm, 30초
후처리 단계
실시예 1 : NH3, 25 sccm, 30초
비교예 1 : NH3, 25 sccm, 30초
표 1은 실시예 1 및 비교예 1에 따른 방법으로 건식 식각된 기판의 여러 영역에서의 식각량 및 식각률, 그리고 식각 균일도를 나타낸 것이다. 또한, 도 4a는 실시예 1에 따른 방법으로 건식 식각된 기판의 여러 영역에서의 식각률을 나타낸 것이고, 도 4b는 비교예 1에 따른 방법으로 건식 식각된 기판의 여러 영역에서의 식각률을 나타낸 것이다.
[표 1]
표 1, 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 실시예 1의 경우 평균 식각률이 6.2 Å/s를 나타내어, 비교예 1의 평균 식각률 4.24Å/s보다 더 높으면서, 특히 식각 균일도도 더 우수한 것을 볼 수 있다.
이러한 실시예 1의 결과는 불산 우선 공급 및 안정화에 따라, 식각 단계에서 암모니아의 빠른 확산 속도에 기인하는 것이라 볼 수 있다. 반면, 비교예 1의 경우, 도 4b를 보면 오른쪽 부분(불산 투입구 부근)이 식각률이 상당히 높은 것을 볼 수 있는데, 이는 불산의 느린 확산 속도에 기인한다.
따라서, 이상의 실시예 1 및 비교예 1의 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 확산 속도가 상이한 2 이상의 반응 가스를 이용한 건식 식각 공정에 있어서, 확산 속도가 상대적으로 느린 가스를 반응 챔버 내부에 먼저 공급하고 안정화한 후, 확산 속도가 상대적으로 빠른 가스 공급을 개시하여 건식 식각을 진행하는 것이 식각률 및 식각 균일도 모두에서 유리하다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
Claims (12)
- 제1 확산 속도를 갖는 제1 반응 가스 및 상기 제1 확산 속도보다 느린 제2 확산 속도를 갖는 제2 반응 가스를 포함하는 복수의 반응 가스를 이용하여 대상물을 건식 식각하는 방법으로서,
(a) 식각 대상물이 배치된 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 느린 제2 반응 가스를 공급하는 단계; 및
(b) 상기 반응 챔버 내부에 상대적으로 확산 속도가 빠른 제1 반응 가스를 공급하여 식각 대상물을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 반응 가스는 상기 제1 반응 가스보다 더 큰 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 반응 가스는 상기 제1 반응 가스보다 더 낮은 분사 압력으로 반응 챔버 내에 공급되는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 제1 반응 가스의 공급 개시는 반응 챔버 내부의 압력이 일정하게 된 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 불산 및 암모니아를 이용하여 실리콘 산화물층을 건식 식각하는 방법으로서,
(a) 실리콘 산화물층이 포함된 기판이 배치된 반응 챔버 내부에 불산을 공급하는 단계; 및
(b) 반응 챔버 내부에 암모니아를 공급하여 실리콘 산화물층을 식각하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 (a) 단계에서, 불산을 일정한 유량으로 15초 이상 공급하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 (b) 단계에서, 상기 암모니아의 공급 개시는 반응 챔버 내부의 압력이 일정하게 된 이후에 수행되는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제5항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 하기의 반응을 통해 실리콘 산화물층을 식각하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
1) HF + NH3 → NH4F
2) 6NH4F + SiO2 → (NH4)2SiF6 + H2O + 4NH3
- 제5항에 있어서,
상기 (b) 단계에서 반응 챔버 내부로의 불산 공급을 유지하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제5항에 있어서,
(c) 상기 (b) 단계 이후, 반응 챔버 내부로 암모니아를 추가 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
(d) 기판의 온도를 승온하여 적어도 상기 (b) 단계에서 생성된 식각 생성물을 승화시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
- 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 불산 및 암모니아 각각은 불활성 가스와 함께 공급되는 것을 특징으로 하는 건식 식각 방법.
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