KR830000573B1 - Device manufacturing method by plasma etching - Google Patents

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Abstract

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Description

플라즈마 에칭에 의한 소자 제조방법Device manufacturing method by plasma etching

그림은 로딩 효과의 정도를 도시한 그래프도이며, 종축에 로딩율 10%와 100%에 있어서의 에칭 속도비 횡축은 웨이퍼 수를 나타낸다.The figure is a graph showing the degree of the loading effect, and the horizontal axis shows the number of wafers with the etch rate ratio at 10% and 100% loading rate.

소형회로 및 회로소자, 예를들어 실리콘 고밀도 직접회로(실리콘 LSI)의 제조에는 다층물질을 에칭에 의해 제거하는 페턴 형상 처리가 포함된다. 페턴 형상은 위에 장치된 페턴화 개구부를 가지는 레지스트 재료에 의해 결정된다. 현재 널리 사용되고 있는 기술에 있어서 레지스트 페턴(1)은 패턴화된 마스크를 통한 노광공정 및 (2)현상에 의해(a) 비노광부(네가형레지스트) 또는 (b) 노광부(포지형 레지스트)를 제거하는 공정에 의해 형성된다.The manufacture of small circuits and circuit elements, such as silicon high density integrated circuits (silicon LSIs), includes a patterning process that removes the multilayer material by etching. The pattern shape is determined by the resist material having the patterned openings arranged above. In the presently widely used technique, the resist pattern 1 is used to expose (a) the non-exposed portion (negative resist) or (b) the exposed portion (positive resist) by an exposure process through a patterned mask and (2) development. It is formed by the process of removing.

회로의 소형화에 따라 마스크페턴을 순차적으로 겹치기가 곤란해진다. 보통 패턴 도형을 마이크로 메터 또는 그 이하로 축소하려면 페턴 작성을 제조중의 소자의 레지스트층에서 직접 행하는 무 마스크법(직접법)이 보다 유리하게 된다고 생각된다.As the circuit becomes smaller, it becomes difficult to sequentially overlap the mask patterns. In general, in order to reduce the pattern figure to micrometers or less, it is considered that the maskless method (direct method) in which the patterning is performed directly in the resist layer of the device under manufacture is more advantageous.

소형화의 경향은 소자 제조법 자체에도 중대한 영향을 주고 있다. 수년에 걸쳐 사용되며 4마이크로메터의 범위에도 만족하게 사용되고 있는 습식 에칭은 건식법으로 대체되어 가고 있다. 플라즈마 에칭법이 그대표적인 것으로서 건식 에칭은 특히 예를들어 하부 침식 현상으로 인하여 선이 가늘어지는 것을 감소시키므로서 해상력을 개선할 수 있는 이점을 가진다. 또한 건식에칭은 레지스트의 접착성에 대한 요구가 완화되며 또한 에칭 제부산물의 처리가 용이한 점을 가진다.The trend toward miniaturization has a significant impact on the device manufacturing method itself. Wet etching, which has been in use for many years and satisfies the 4 micrometer range, is being replaced by the dry method. Plasma etching is a side effect, and dry etching has the advantage of improving resolution, in particular by reducing the tapering, for example due to the lower erosion. Dry etching also has the advantage that the demand for adhesion of the resist is alleviated and the processing of the etching additives is easy.

플라즈가 에칭법은 실리콘 집적회로(SIC)의 제조에 사용되는 물질에 대해 만족스럽게 적용된다. 현재 제조되고 있는 소자 구조에는 플라즈마 증착법에 의한 질화 규소, 알미늄, 인이 주입된 무정형 산화물(P유리), 다결정 실리콘(폴리실리콘), 열적으로 형성되는 산화규소의 게이트층, 열분해 형성 질화 규소의 중간층 및 실리콘 웨어퍼의 각층이 포함된다. SIC 및 다른 직접회로의 플라즈마 에칭에는 또한 질화붕소가 포함될 수가 있다. 플라즈마에칭(플라즈마 스트립핑이라고도 칭한다)은 각 레지스트층의 마스크 작용이 완료한 후에 이것을 제거하기 위해 사용된다. 레지스트 제거는 그 제거 공정중에 상당히 미묘한 인자를 함유할 때가 있다. 이 때문에 실리콘과 병행하여 다른 기술을 사용하는 집적회로 및 기타의 소자에 있어서는 건식법이 사용될 때가 있다. 피처리 물질에는 약자성 및 강자성 물질(퍼멀로이 치환이트륨 철 가넷트 등) 광학활성물질(니오브산리튬, 탄탈산 리튬 등), 금속 및 금속 화합물이 포함된다.The plasma etching method is applied satisfactorily for the materials used in the manufacture of silicon integrated circuits (SICs). Currently fabricated device structures include silicon nitride, aluminum, phosphorus-injected amorphous oxide (P glass), polycrystalline silicon (polysilicon), thermally formed silicon oxide gate layer, and pyrolysis-forming silicon nitride by plasma deposition. And each layer of a silicon wafer. Plasma etching of SIC and other integrated circuits may also include boron nitride. Plasma etching (also called plasma stripping) is used to remove this after the masking action of each resist layer is complete. Resist removal sometimes contains quite subtle factors during its removal process. For this reason, the dry method is sometimes used in integrated circuits and other devices that use other technologies in parallel with silicon. Materials to be treated include weak and ferromagnetic materials (permalloy substituted yttrium iron garnet, etc.) optically active materials (lithium niobate, lithium tantalate, etc.), metals and metal compounds.

역사적인 배경으로, 급속히 실용화되어 현재에도 널리 이용되고 있는 플라즈마 에칭법은 공지의 CF4-O2를 에칭제로 사용하여 처리된다. 이 에칭제는 이전부터 시판되고 있는 것이며 각종의 반응기에 있어서 상술한 여러물질 및 기타 물질의 제거에 이용되고 있다. 또한 CCl4계열의 에칭재도 상술한 물질의 제거에 이용되고 있다.In the historical background, the plasma etching method, which is rapidly put into practical use and is still widely used, is treated using known CF 4 -O 2 as an etchant. This etchant is commercially available from the past and used for the removal of various substances and other substances mentioned above in various reactors. In addition, the CCl 4 series etching material is also used to remove the above-mentioned materials.

다수의 웨이퍼를 CF4-O2로서 동시에 에칭할 경우에는 잘 알려져 있는 "로딩효과"(loading effect-에칭속도가 피처리면의 크기에 의존하는 것)"에 의한 영향이 나타난다. CCl4를 사용할 경우 이러한 현상은 통상적으로 사용되는 모든 물질에 있어서 나타난다. 피처리면에 대하여 에칭율의 의존은 높은 로딩에 대하여 낮은 산출량을 초래한다. 이 효과는 그 자체가 중대한 문제이지만 더욱 불균일한 에칭을 초래한다. 웨이퍼사이 또는 웨이퍼 내의 불균일성은 무시할 수도 있지만, (a)피처리물질과 아래에 높인 기관과의 에칭 속도비율, (b)종점 검출의 필요성 및 그 방법에 관련하는 인자(c)치수의 오차 등의 인자에 의해 중대 문제가 될 수 있다(로딩율을 높이면 돌연 에칭속도가 증대하고, 소요 에칭 시간내에 있어서의 하부침식 현상의 제어가 불가능하게 될 수가 있다).When simultaneously etching a plurality of wafers as a CF 4 -O 2 there appears (to loading effect- etching rate is dependent on the size of the features front and back surfaces), well known as the "loading effect" due to the effect ". When using a CCl 4 This phenomenon occurs for all commonly used materials: The dependence of the etch rate on the surface to be treated leads to low yields for high loadings, which is a significant problem in itself but leads to more non-uniform etching. Non-uniformity between or within the wafer may be ignored, but factors such as (a) the etch rate ratio between the material to be processed and the engine raised below, (b) the necessity of end point detection, and factors related to the method (c) dimension error This may cause a serious problem (increasing the loading rate may increase the etching rate suddenly and make it impossible to control the lower erosion phenomenon within the required etching time). There is).

반응기의 개량에 의해 이로딩 효과를 경감 시키려고 시도하였지만 성과가 없었다. 반응기 개량에 의해에칭의 균일성은 어느정도 개선할 수 있지만 불균일 에칭은 로딩율에도 의존하며, 아직까지 소형회로에 있어서의 문제점으로 남아 있다. 현재 사용되고 있는 반응기에 대해서는 R.G.플센의 논문(J.Vac.Sci.Technol 14,266(1977)이 참고될 수 있다.Attempts were made to mitigate the effect of loading by improving the reactor, but there was no performance. Although the uniformity of the etching can be improved to some extent by the reactor improvement, the non-uniform etching also depends on the loading rate, and still remains a problem in small circuits. For the reactor currently in use, see R.G. Plsen's paper (J. Vac. Sci. Technology 14,266 (1977)).

로딩 효과는 이미 잘알려져 있고 특정의 물질에 대해서는 중대한 장해가 되지만 다른 물질에 대해서는 문제가 되지 않는 것도 이미 알려진 바이다. 예를들어 이 효과는 CF4-O2를 폴리실리콘의 에칭에 사용할 경우에는 장해가 되지만 산화규소에 사용할 경우에는 문제가 되지 않는다. 산화 규소의 에칭에 대해서는 에칭제를 바꾸어도 마찬가지로 문제가 되지 않는다. 이 물질에 대해서는 로딩 효과는 문제가 되지 않는다고 생각된다.The loading effect is already known and it is known to be a serious obstacle for certain materials but not for other materials. For example, this effect is disturbed when CF 4 -O 2 is used for etching polysilicon, but it is not a problem when used for silicon oxide. The etching of silicon oxide does not cause a problem even if the etchant is changed. It is thought that the loading effect does not matter for this material.

본 발명을 요약하면,In summary, the present invention

플라즈마 에칭에 의한 제조법은 로딩 효과의 영향을 감소시키도록 구성할 수 있다. 보통 본 발명의 플라즈마 에칭으로는 에칭 속도의 피처리면에의 의존도가 감소하여 바람직한 실시형태에 있어서의 최적 조건으로는 양자가 실질상 독립적으로 될 수 있다. 또 에칭의 균일도(웨이퍼 사이 또는 웨이퍼내)도 개선된다.The manufacturing method by plasma etching can be configured to reduce the effect of the loading effect. In general, in the plasma etching of the present invention, the dependence of the etching rate on the surface to be treated is reduced, so that the optimum conditions in the preferred embodiment can be substantially independent of each other. In addition, the uniformity of etching (between wafers or in wafers) is also improved.

본 발명의 에칭방법은 설명의 편의상 단지 플라즈마 에칭으로서 정의하여 둔다. 그러나 뒤에 상술하는 바와 같이 이들 방법은 경우에 따라 구체적인 명칭으로 예를들면 반응성 이온 에칭, 반응성 스퍼터링으로도 칭하여 진다. 어느 종류의 이미 알려진 방법은 로딩 효과를 수반하지 않는다는 것이 알려져 있다. 따라서 본 발명의 신균성은 로딩 효과를 수반하는 방법에 관하는 것이다. 현행 기술에 따르면 본 발명처리의 분야는 CF4-O2또는 CCl4의 사용에 의해 생기는 플라즈마를 사용하여 에칭을 행할 때에 로딩 효과를 수반하는 방법으로서 정의된다. 본 발명 방법은 이 분야에 한정되는 것은 아니지만 이들 에칭제는 실리콘 집적회로 기술에 있어서 널리 사용되며 또 플라즈마 에칭 처리되는 물질 전체에 응용되어 있으므로, 그 기술분야에 있어서 특히 유용하다. 보통, 본 발명 방법은 에칭속도의 표면적에의 의존성을 감소시키는 바와 같은 조건을 발견하는 것에 관계되어 있다.For ease of explanation, the etching method of the present invention is defined as plasma etching only. However, as detailed later, these methods are sometimes referred to by specific names, for example, reactive ion etching and reactive sputtering. It is known that certain types of known methods do not involve loading effects. The mycology of the present invention therefore relates to a method involving a loading effect. According to the present technology, the field of the present invention is defined as a method involving a loading effect when etching using plasma generated by the use of CF 4 -O 2 or CCl 4 . Although the method of the present invention is not limited to this field, these etchant is particularly useful in the art because it is widely used in silicon integrated circuit technology and applied to the whole material to be plasma etched. In general, the method relates to finding conditions such as reducing the dependence of the etching rate on the surface area.

이것은 유효한 에칭원의 수명이 상당한 정도까지 에칭이외의 조건에 의해 결정되는 바와 같은 특성의 시스템에 의하여 달성된다. 환언한다면 에칭원의 고유의 수명이 에칭 반응 자체에 의한 수명보다 짧게 된다 이 때문에 전자를 「에칭제 고유 수명」, 또 후자를 「에칭 수명」으로서 정의한다. 만일 에칭제 고유 수명이 충분히 짧아 피처리 면적의 변화의 영향이 적으면 로딩 효과는 실절적으로 제거된다. 예를들어 대상이 되는 반응기에 있어서의 최대로딩의 바람직한 조건은 에칭제 고유 수명 ≤0.1×에칭 수명에 의해 정의된다.This is achieved by a system of characteristics as long as the lifetime of an effective etch source is determined by conditions other than etching. In other words, the inherent life of the etching source is shorter than the life due to the etching reaction itself. For this reason, the former is defined as "etching agent intrinsic life" and the latter as "etching life". If the inherent life of the etchant is sufficiently short that the effect of the change in the area to be treated is small, the loading effect is virtually eliminated. For example, the preferable conditions of the maximum loading in the target reactor are defined by etchant intrinsic life ≤ 0.1 x etching life.

로딩효과의 감소는 그 자신 에칭의 균일성의 개선을 가져온다. 최적의 균일성은 피처리면에 에칭원을 균일하게 도착시키는 바와 같은 조건을 설정하므로서 얻어진다. 또한 로딩 효과의 감소는 적어도 하부침식효과의 감소에 기여한다.Reducing the loading effect leads to an improvement in the uniformity of the etching itself. Optimum uniformity is obtained by setting conditions such as to uniformly arrive the etching source on the target surface. The reduction of the loading effect also contributes to at least the reduction of the bottom erosion effect.

에칭의 최적화에는 다수의 인자가 관여하고 있으나, 바람직한 실시형태에 있어서는 에칭제 고유 수명은 플라즈마 중에서의 재결합에 의해 단축된다. 이 바람직한 실시형태에 있어서는 에칭제는 2개의 부분 즉(a)유효에칭원 및 (b)재결합제로 구분된다.Many factors are involved in optimizing etching, but in a preferred embodiment the inherent lifetime of the etchant is shortened by recombination in the plasma. In this preferred embodiment, the etchant is divided into two parts: (a) an effective etching source and (b) a rebinding agent.

본 발명을 상세히 설명하면,When the present invention is described in detail,

플라즈마 에칭이란 플라즈마 상태의 반응원을 사용하여 주로 화학반응에 의하여 기층 물질의 제거를 하는 방법의 총칭이다. 본 발명 방법은 제거가 주로 운동량 교환에 의해 행해지는 점에서 이들 방법과는 다르다. 후자에는 본 발명에 관계되는 로딩효과를 나타내지 않는 이온밀링, 각종의 이온 에칭 및 스퍼터 에칭이 포함된다. 물론 플라즈마장 자체에 의해 어느 정도의 운동량 교한이 생긴다. 따라서 표면 제거는 주로 운동량 교환에 의한 것은 아니지만 운동량 교환은 발생하고 있고 사실 화학적 활성의 발생 또는 증가에 기여하고 있다고 생각된다.Plasma etching is a general term for a method of removing a base material mainly by a chemical reaction using a reaction source in a plasma state. The method of the present invention differs from these methods in that removal is mainly done by momentum exchange. The latter includes ion milling, various ion etching and sputter etching which do not exhibit the loading effect related to the present invention. Of course, a certain amount of momentum is created by the plasma field itself. Therefore, surface removal is not mainly due to momentum exchange, but it is believed that momentum exchange is occurring and actually contributes to the generation or increase of chemical activity.

본 발명에 있어서 대상이 되는 플라즈마 에칭 이란 로딩 효과가 감소된 방법이며 이것은 다음과 같이 정의된다.The target plasma etching in the present invention is a method in which the loading effect is reduced, which is defined as follows.

대상(reelvant)플라즈마 에칭이란 로딩 효과에 의한 특징을 가지는 플라즈마 에칭방법을 의미하다. 실리콘 기술과 관련하여 CF4-O2또는 CCl4에 의해 에칭을 할 분야에 있어서는 대상 플라즈마 에칭은 이들 에칭제의 플라즈마 중에 있어서 로딩 효과를 가져오는 바와 같은 방법으로서 정의된다. Cf4-O2중에 있어서의 산화규소의 에칭 속도의 변화는 임의의 장치내 또한 동일 조건하에 있어서 로딩율 100%에서 10%사이에서, 25%이하이다. SIC관련 물질중 그러한 조건하에서 로딩 효과를 나타내는 물질로는 실리콘(단결정 또는 다결정), 알미늄, 플라즈마 증착법에 의한 질화 규소, 열분 해법에 의한 질화 규소, 질화 붕소 및 각종의 레지스트가 포함된다.Reactive plasma etching means a plasma etching method having characteristics due to the loading effect. In the field to be etched by CF 4 -O 2 or CCl 4 in connection with silicon technology, the object plasma etching is defined as a method which produces a loading effect in the plasma of these etchant. The change in the etching rate of silicon oxide in Cf 4 -O 2 is 25% or less, between 100% and 10% loading rate in any apparatus and under the same conditions. Among the SIC-related materials, materials having a loading effect under such conditions include silicon (single crystal or polycrystalline), aluminum, silicon nitride by plasma deposition, silicon nitride by thermal decomposition, boron nitride and various resists.

로딩 효과는 에칭 속도가 표면적에 의존하는 것을 나타낸다. 보통 이 의존성을 실제상 완전히 제거하는 것은 불가능하다. 그러나 이것은 존재하여도 어느 한도까지는 허용할 수 있다. 예를들어 질화규소 에칭은 페턴 간격이 비교적 크기 때문에 엄밀성을 요하지 않으며, 따라서 상당한 로딩 효과가 허용된다. 이 용어의 정량화를 일으적으로 가능하게 할 수 없지만, 사용되는 설비에 있어서 용량의 10%로딩시와 완전로딩시의 에칭 속도가 25%는 받아들일 수 있는 수치이다.The loading effect indicates that the etch rate depends on the surface area. Usually it is impossible to completely remove this dependency in practice. However, even if present, this can be allowed to a certain extent. Silicon nitride etching, for example, does not require strictness because the pattern spacing is relatively large, thus allowing a significant loading effect. Although it is not possible to quantify this term, 25% of the etching rate at 10% loading and full loading of the capacity used is acceptable.

(a) 에칭제 고유 수명은(a) Inherent life of etchant

피처리면이 존재하지 않는 경우에 있어서, 플라즈마 형성 에칭원의 평균 수명을 나타낸다. 수명의 종말은 플라즈마에 의해 형성된 물질이 보통 플라즈마 중에 도입된 가스 상태의 성분에 대응하는 물질과 재결합 하므로서 생긴다.In the case where the surface to be treated does not exist, the average life of the plasma-forming etching source is shown. The end of life results from the recombination of the material formed by the plasma with the material that normally corresponds to the gaseous component introduced into the plasma.

(b) 에칭 수명은(b) etching life

플라즈마 상태로 된 에칭원이 피처리면과의 화학 받응을 행할 경우의 수명을 나타낸다. 반응기의 완전로딩시에 있어서의 에칭 수명을 나타내기가 편리하며, 이것을 최소 에칭 수명이라고 한다.It shows the lifetime when the etching source in the plasma state undergoes chemical reaction with the surface to be treated. It is convenient to show the etching life at the time of full loading of the reactor, and this is called the minimum etching life.

본 발명의 실시형태에 있어서는 에칭제 고유수명은 항상 에칭 수명보다 짧고 보통은 최소 에칭 수명의 10%이하로 된다. 후술의 실시 형태는 이 조건에 합치하는 것이다. 조작조건 수치는 용이하게 측정할 수있다. 에칭제 고유 수명은 피처리물을 넣치 않고 반응기를 작동하므로서 간단한 방법으로 측정할 수 있다.In the embodiment of the present invention, the intrinsic life of the etchant is always shorter than the etching life and usually becomes 10% or less of the minimum etching life. Embodiments mentioned later match this condition. The operating conditions can be easily measured. Etchant intrinsic life can be measured in a simple way by operating the reactor without the workpiece.

한 방법으로서, 전원을 끄고서 예를들어 적당한 파장의 CW레이저 광선의 흡수량 측정에 의해 에칭원의 잔존시간을 측정하면 된다. 이에 대체한 방법으로서는 반응기 하류에 적어도 2점에 있어서 화학적 적정을 행하여도 된다. 로딩 효과를 나타내는 등에 대해서의 실험에 의하면 실제적인 에칭 속도가 얻어지는 조건하에 있어서의 에칭 수명은 약 10밀리세컨드 또는 그 이상이다. 따라서 본 발명의 조건으로는 에칭제 고유수명은 1밀리세컨드 이하가 된다. 측정오차 및 사용측정 기술에 따르는 변동을 고려한다면 바람직한 실시형태에 있어서의 에칭제 고유 수명은 0.1밀리세컨드 이하라고 규정된다. 이 평균치는 상기의 공지 기술에 비하여 로딩 율의 유해한 영향을 현저하게 감소시키는 본 발명의 특징이라고 사료된다. 바람직한 방법은 에칭제 고유 수명이 약 0.01미리초를 넘지 않는 정도의 조건으로 한다. 사실 이 수치는 로딩효과가 1%이하(특정 반응기에 있어서 완전로딩시와 10%로딩시와의 비교)인 정도의 실험적 계통에 대응하는 것이다.As one method, the remaining time of an etching source may be measured by turning off a power supply, for example by measuring the absorption amount of CW laser beam of a suitable wavelength. As an alternative method, chemical titration may be performed at least two points downstream of the reactor. Experiments showing the loading effect and the like show that the etching life under conditions under which the actual etching rate is obtained is about 10 milliseconds or more. Therefore, under the conditions of the present invention, the intrinsic life of the etchant is 1 millisecond or less. Considering the measurement error and the variation according to the measurement technique used, the inherent life of the etchant in the preferred embodiment is defined to be 0.1 millisecond or less. This average value is considered to be a feature of the present invention which significantly reduces the deleterious effects of loading rate compared to the above known art. Preferred methods are conditions such that the intrinsic life of the etchant does not exceed about 0.01 milliseconds. In fact, this figure corresponds to an experimental system with a loading effect of less than 1% (compared to full loading and 10% loading in certain reactors).

대개의 경우 짧은 고유 수명은 플라즈마 내에 도입되는 개스 조정의 선택에 의해 달성되며, 그러한 조성은 재결합을 촉진하도록 선택된다. 바람직한 실시 형태에 있어서는 재결합제는 에칭원 또는 에칭원 발생물질이란 화학적으로 다르다. 그러나 유용한 계통은 에칭제와 재결해제가 동일할 때가 많다.In most cases short intrinsic lifetimes are achieved by the selection of gas adjustments introduced into the plasma, and such compositions are chosen to promote recombination. In a preferred embodiment, the recombination agent is chemically different from an etching source or an etching source generating material. However, useful systems often have the same etchant and rerelease.

상술한 바와 같이 에칭 속도의 표면적 의존성은 그 자신 유해하지만 본 발명에 의하면 이 의존성은 감소되며, 경우에 따라 실질적으로 제거될 수 있다. 로딩효과가 실질상 제거된다면 균일성은 적당한 에칭 조건에 의해 달성할 수 있다. 가장 중요한 조건은 흐름 페턴이며 이것은 보통 반응기의 설계에 의해 결정된다As mentioned above the surface area dependence of the etching rate is detrimental on its own but according to the invention this dependence is reduced and can be substantially eliminated in some cases. Uniformity can be achieved by appropriate etching conditions if the loading effect is substantially eliminated. The most important condition is the flow pattern, which is usually determined by the design of the reactor

실시예중의 데이라는 미국특허 제3757733호 기재와 같이 방사상태의 흐름을 발생하는 평행판 형 반응기에 있어서 얻어진 것이다. 그러한 장치로서 본 발명을 실시함에 있어 적어도 현재의 LS1기술에 충분한 에칭규일성이 얻어진다.Deira in the examples is obtained in a parallel plate reactor that generates a radial flow as described in US Pat. No. 3,757,333. In implementing the present invention as such an apparatus, sufficient etching uniformity is obtained at least for the current LS1 technology.

에칭제 조성에 대하여서,About the etchant composition,

실시예에서는 에칭제 고유 수명의 단축화는 유입개스로서 제공하는 사이트에서의 재결합에 의해 달성된다. 이 사이트는 불활성이며 방전영역에 있어서만 발생하는 것으로도 좋고, 또한 에칭원과 동일 또는 다른 것이라도 좋고, 보통 0.1미리초(바람직한 값으로 0.01미리초)이하의 평균 시간에서 에칭원과 재결합하여 에칭성의 비교적 낮은 혹은 바람직하기는 비에칭성의 물질을 형성한다. 이 반응생성물은 초기반응제와 동일 또는 다른 종류라도 된다. 실시예의 에칭제 계통에는 CF3Cl, CF3Br, C2F6-Cl2가 포함된다. 질량분광분석 및 다른 기술에 의하면 이들의 계통에 있어서 유효 에칭원은 각각 원자상태의 Cl, Br, Cl이다. 따라서 상기 2예에 있어서 재결합제는 CF2또는 CF3유도체이며, 제3예에 있어서도 한가지로 불화탄소(CF3생성물, 같은 계통의 CF3또는 CF3유도체)이다. 제4의 계통인 C2F6(에칭속도가 낮기 때문에 주로 학문적 흥미에 불과한 것)는 플라즈마 상태에 있어서 CF3를 생성한다고 생각되며 에칭원간의 재결합을 수반하는 것으로 생각된다. BCl3-Cl2를 사용하는 제5의 계통에서는 발광 분석에 의해 원자상태 염소의 존재가 인정되어 이것이 최소한 에칭원에 기여하고 있다고 생각된다. 재결합제는 이 경우도 주 플라즈마중에 존재하며 BCl3또는 다른 유도체라고 생각된다. C2F6-Cl2계통에 대해서는 2개의 치환기의 상대적량의 변화 및 C2F6의 알곤 치환에 의한 연구가 이루어졌다. 후자에 있어서는 동일조건하에 있어서 로딩효과가 변화하지 않는 사실에서 Cl+Cl=Cl2가 실제의 재결합 기구라고 생각된다. 그러나 전자의 실험에서 불화 탄소도 재결합에 기여하고 있다고 생각된다.In the examples, shortening of the intrinsic life of the etchant is achieved by recombination at the site serving as the inlet gas. This site may be inert and may only occur in the discharge region, may be the same as or different from the etching source, and is usually etched by recombination with the etching source at an average time of 0.1 milliseconds or less (preferably 0.01 milliseconds). Relatively low or preferred sex forms non-etchable materials. This reaction product may be the same as or different from the initial reactant. Etchant strains of the examples include CF 3 Cl, CF 3 Br, C 2 F 6 -Cl 2 . Mass spectrometry and other techniques show that the effective etch sources for these strains are Cl, Br, and Cl in atomic form, respectively. Therefore, in the two examples, the recombination agent is a CF 2 or CF 3 derivative, and also in the third example, carbon fluoride (CF 3 product, CF 3 or CF 3 derivative of the same family). The fourth system, C 2 F 6 (which is mainly academic interest because of low etching speed) is thought to produce CF 3 in the plasma state and is thought to involve recombination between etching sources. In the fifth system using BCl 3 -Cl 2 , the presence of atomic chlorine is recognized by luminescence analysis, which is thought to contribute at least to the etching source. The rebinding agent is also present in the main plasma and is thought to be BCl 3 or other derivative. For the C 2 F 6 -Cl 2 line, studies were made by changing the relative amounts of the two substituents and argon substitution of C 2 F 6 . In the latter case, Cl + Cl = Cl 2 is considered to be the actual recombination mechanism in the fact that the loading effect does not change under the same conditions. However, in the former experiment, carbon fluoride is also believed to contribute to recombination.

로딩효과 이외의 고려에서 재결합제와 에칭제를 화학적으로 다른 것으로 보는 것이 보통 바람직하다. 2종의 물질을 분리하므로서 에칭 속도, 에칭형상등의 인자에 결합하는 유연성이 얻어진다(1978년 3월 31일자, 미국특허출원번호 529549(하슈바가의 참조) 이것은 플라즈마 내에 있어서의 종류를 기술하고 있으며, 따라서 단일 개스 CF3Cl은 화학적으로 다른 재결합제와 에칭원을 발생한다. 이 화합물의 경우에 원자비율이 1 : 1이 되여 많은 에칭법에 적합하지만 염소 또는 불화탄소(Cl2또는 C2F6)의 첨가에 의해 이 비율을 변화시킬 수 있다. 실험에 의하면 유효한 에칭원은 모두 Cl(CF3Cl 또는 Cl2에서 발생)이다.It is usually desirable to see the recombinant and the etchant as chemically different from consideration other than the loading effect. By separating the two materials, flexibility to bind to factors such as etch rate, etch shape, etc. is obtained (US Pat. App. No. 529549, issued March 31, 1978). This describes the type in the plasma. Thus, a single gas CF 3 Cl generates chemically different recombinants and etch sources, with an atomic ratio of 1: 1, which is suitable for many etching methods, but with chlorine or carbon fluoride (Cl 2 or C 2). This ratio can be changed by the addition of F 6 ) Experiments have shown that all of the effective etching sources are Cl (generated from CF 3 Cl or Cl 2 ).

본 발명의 실시에 적합한 많은 계통에 있어서, 활성물질은 에칭제 및 재결합제로서 작용한다. 그러나 많은 경우에 주로 에칭제와 주요재결합제는 화학적으로 다르다. 또한 많은 바람직한 계통에 있어서, 물질은 로딩 효과를 나타내지 않는다. 그러나 소요의 에칭 특성이 얻어지지 않으므로 이 사실은 실용적으로 별로 가치가 없는 것이 많다. 예를 들어 C2F6은 대다수의 경우 로딩 효과를 나타내지 않치만 에칭 속도는 실용적으로는 너무 낮다. 또 염소 자체는 로딩효과가 없는 에칭제이지만 에딩 속도는 박막 기술에 대해서는 과대하며 제어 불가능인 것이다. Cl2의 에칭 속도는 예를 들어 알곤으로의 희석에 의해 허용할 수 있는 수준까지 저하시킬 수 있으며 이것은 보통 본 발명의 요소에 합치한다. 할로겐화탄소와 달리 희석 개스는 재결합제로서 작용하지 않는다. 할로겐 탄소 계통 재결합제는 에칭 벽 근방에 있어서의 바람직한 반응에 의해 상술의 미국특허출원 제929549호의 기재와 같이 형상제어를 하며, 하부 침식 형상의 대단히 적은 수직한벽을 형성하는 기구를 가능케 한다. 이와 같은, 기능은 예를들어 알미늄 에칭제인 BCl3등의 다른 할로겐 화물에도 볼 수 있다.In many systems suitable for practicing the present invention, the active material acts as an etchant and recombinant. In many cases, however, mainly the etchant and the major rebinding agent are chemically different. In addition, in many preferred systems, the material does not exhibit a loading effect. However, since the required etching characteristics are not obtained, this fact is often of little practical value. For example C 2 F 6 does not show a loading effect in most cases, but the etch rate is too low for practical use. Chlorine itself is an etchant with no loading effect, but the edging rate is excessive and uncontrollable for thin film technology. The etch rate of Cl 2 can be lowered to an acceptable level, for example by dilution with argon, which is generally consistent with the elements of the present invention. Unlike carbon halides, the dilution gas does not act as a rebinding agent. Halogen-carbon based recombinants are shaped by the preferred reaction in the vicinity of the etch wall, as described above in U.S. Patent Application No. 929549, allowing mechanisms to form very few vertical walls of the lower erosion shape. Such a function can also be seen in other halides such as, for example, BCl 3 , an aluminum etchant.

본 발명의 몇몇의 에칭원에 대해서는 조성을 결정할 수가 있다. 주 에칭원이 개스 혼합물 중에 원자상태 염소 발생제를 가하므로서 얻어질 경우에는 플라즈마 중에 도입되는 개스 혼합물에 대해 에칭제와 재결합 원자의 비율은 1% 내지 95%의 범위에 정하는 것이 타당하다. 이 양의 한계치는 적당한 조건하에 있어서 양호한 에칭을 주는 것이 발견되었다. 단일 화합물 예를들어 CF3Cl의 사용은 플라즈마 중의 양선분에 대해 유용한 기술을 준다. 이 경우의 비는 도입시에 있어서는 50%이며, 플라즈마 중에 있어서도, 필연적으로 동일의 비를 준다. 이 경우의 비는 도입시에 있어서는 50%이며, 플라즈마 중에 있어서도 , 필연적으로 동일의 비를 준다. 이것은 로딩 효과를 포함한 각종의 관점에서 유용한 에칭제이지만 보통 조건에 있어서는 이상적인 이방성 작용을 나타내지 않는다. 상기의 미국특허 출원번호 929549호의 기재와 같이 에칭 형상에서의 최적비율은 CF3의 증기(예를들어 분자상태 C2F6의 도입에 의한다)에 의해 달성된다.For some etching sources of the present invention, the composition can be determined. When the main etching source is obtained by adding an atomic chlorine generator in the gas mixture, it is reasonable to set the ratio of etching agent and recombination atoms in the range of 1% to 95% for the gas mixture introduced in the plasma. This positive limit has been found to give good etching under suitable conditions. The use of a single compound such as CF 3 Cl gives a useful technique for good line in plasma. The ratio in this case is 50% at the time of introduction, and inevitably gives the same ratio even in the plasma. The ratio in this case is 50% at the time of introduction, and inevitably gives the same ratio even in the plasma. This is a useful etchant from various viewpoints including a loading effect but does not exhibit ideal anisotropic action under normal conditions. As described in U.S. Patent Application No. 929549, the optimum ratio in the etch shape is achieved by the vapor of CF 3 (eg by introduction of molecular state C 2 F 6 ).

또한 다른 요인에서 조성이 변경될 경우가 있는 것도 이미 아는 바이다. 예를들어 플라즈마 상태의 안정을 위해 희석하게 될 때가 있다. 또 헬륨은 CF3Br에 첨가했을 경우 플라즈마의 불균일성을 방지하며 이것에 의해 생기는 불균일성을 방지한다.It is also known that the composition may be changed by other factors. For example, it may be diluted to stabilize the plasma state. In addition, helium, when added to CF 3 Br, prevents plasma non-uniformity and thereby prevents non-uniformity caused by it.

최적의 에칭을 얻기 위해서는 플라즈마의 범위를 한정하도록 예를들어 전력을 감소시키는 것이 바람직하지만 로딩 효과는 보통 전력 압력 등의 조건에는 비교적 좌우되지 않는다. 로딩 효과가 인정되는 것 같은 조건에 있어서는 온도를 낮추므로서 로딩 효과를 감소시킬 수 있는 경우가 있는 것이 발견되고 있다. 이비교적 경도의 영향은 에칭 수명의 증대에 의한 것이라고 생각되고 있다.In order to obtain an optimal etch, it is desirable to reduce the power, for example, to limit the range of the plasma, but the loading effect is usually relatively independent of conditions such as power pressure. Under conditions where the loading effect is recognized, it has been found that the loading effect can be reduced while lowering the temperature. The influence of this comparative hardness is considered to be due to the increase in the etching life.

바람직한 실시형태에 있어서는 개스 계통중에 존재하는 재결합 사이트가 이용되고 있다. 이 사실은 배출개스의 분광분석에 의해 강력히 증명되어 있지만 재결합이 고체표면 즉 레지스트 및 (또는) 피처리면에 있어서 선택적으로 발생하는 가능성이 제외되었다는 뜻은 아니다. 사실 필연적으로 방열성의 재결합은 방열판이 되는 고체 표면상에 있어서 발생하기 쉽다. 재결합의 일부 또는 전부가 고체면상에서 발생한다고 하면 단지 흡착(에칭원의 트랩을 초래하는) 및 활성표면, 십중팔구 레지스트 표면의 관여하는 다른 기구가 존재하는 것이 사료되며, 에칭제 고유수명을 단축시키는 반응을 일으키는 것이라고 생각된다.In a preferred embodiment, recombination sites present in the gas line are used. This fact is strongly demonstrated by spectroscopic analysis of the exhaust gas, but this does not mean that recombination is not excluded from the selective occurrence of solid surfaces, ie resists and / or treated surfaces. In fact, thermal recombination inevitably occurs on solid surfaces that become heat sinks. If some or all of the recombination occurs on a solid surface, it is believed that there are only other mechanisms involved, such as adsorption (which leads to trapping of the etch source) and the active surface and, in particular, the resist surface. It is thought to cause.

본 발명의 주목적은 로딩효과에 관련되어 있다. 상술한 바와 같이 조성 및 기타의 에칭제 조건에 의해다른 목적에 합치하도록 조정이 가능하다. 그러한 조건은 미세한 회로 또는 소형소자와 같이 피처리층이 I미크론 또는 그 이하일 경우를 상정하고 있다. 그러한 상황에서의 에칭 속도는 분당 100내지 2,000옹스트롱 정도이다. 이 보다 낮은 속도는 생산성이 낮고 또한 속도는 제어가 곤란하다. 플라즈마 출력은 16인치 반응기에 있어서 약 100내지 5,000W(0.05내지 5W/cm, 바람직하기는 0.1내지 1W/cm)라고 규정할 수 있다. 층 두께가 수미크론 또는 그 이상의 경우에는 에칭 속도를 높이기 때문에 이 상한치를 넘어도 된다.The main object of the present invention is related to the loading effect. As described above, the composition and other etchant conditions may be adjusted to meet other purposes. Such conditions assume that the layer to be treated is I micron or less, such as a fine circuit or a small device. Etch rates in such situations are on the order of 100 to 2,000 angstroms per minute. Lower speeds are less productive and difficult to control. The plasma output may be defined as about 100 to 5,000 W (0.05 to 5 W / cm, preferably 0.1 to 1 W / cm) for a 16 inch reactor. If the layer thickness is several microns or more, the upper limit may be exceeded because the etching rate is increased.

하한치는 보통 허용할 수 있는 최저 에칭 속도와 대응하고 있다. 압력은 보통 0.005내지 1토르(5 내지 1.000㎛Hg)의 범위이다. 이 하한으로는 반응성이 온 에칭의 영역에 들어가며 또한 저압으로는 격자 파괴가 생길 수 있다. 또 상한치를 넘으면 플라즈마 범위의 한정에 곤란하게 되며 에칭의 균일성이 없어진다.The lower limit usually corresponds to the lowest allowable etch rate. The pressure is usually in the range of 0.005 to 1 Torr (5 to 1.000 μm Hg). The lower limit enters the region of reactive ion etching, and at low pressure, lattice breakage may occur. If the upper limit is exceeded, it becomes difficult to limit the plasma range and the uniformity of etching is lost.

실시예에 대하여서,For the example,

비교를 위해 실시예는 동일기기 또한 같은 조건하에서 행해졌다. 실시예의 실험에는 직경 18"(45.6cm(의 방사상 평행관형 반응기를 사용했다. 이 장치는 파이렉스 진공 용기중에 2개의 평행한 수평 중공 전극을 가진다. 방전의 개시 및 유지를 위해 위쪽의 판에 13.56·MHz의 고주파 전력이 인가되었다. 아래쪽 판은 접지되며 피처리물이 놓여질 수 있도록 되어 있다. 방전은 압력이 0.1내지 1 토르의 범위 내에서 일어나며 방전영역에 에칭제 개스가 연속적으로 흘렀다. 유출물은 배출 용량이 25입방 피트/분(0.708입방미터/분)인 이단기계 펌프에 의해 배출된다. 로딩중의 수증기 응축을 최소로 하기 위해 최초의 펌프작동 전에 열수(80℃)가 양전극중에 수분간 통과되었다. 이어 용기를 열고, 피처리제가 시료대 위해 놓여졌다. 다음에 용기를 닫고 펌프가 작동되었다. 압력이 약 30마이크로메터 Hg에 달했을 시점에서 열수의 대신 냉수(25℃)를 순환시켰다. 압력이 수 마이크로메터 Hg가 될때까지 펌프 작동을 계속하며 에칭 개스를 도입했다. 에칭조건은 통상적으로 아래와 같이 유지시켰다.For comparison purposes, the examples were carried out under the same conditions and under the same conditions. In the experiments of the example, a radial parallel tubular reactor of 18 kPa (45.6 cm) was used. The apparatus had two parallel horizontal hollow electrodes in a Pyrex vacuum vessel. A high frequency power of MHz was applied, the lower plate was grounded and the workpiece was allowed to be discharged, the discharge occurred in the range of 0.1 to 1 Torr, and the etchant gas flowed continuously in the discharge zone. Discharged by a two-stage machine pump with a discharge capacity of 25 cubic feet / minute (0.708 cubic meters / minute) Hot water (80 ° C) passes through the positive electrode for several minutes before the first pump operation to minimize water vapor condensation during loading The vessel was then opened, the workpiece was placed for the sample stage, the vessel was then closed and the pump was operated at the time the pressure reached about 30 micrometers Hg. The cold water was circulated (25 ° C.) The pumping operation was continued while the pressure was introduced until the pressure was several micrometers Hg The etching conditions were normally maintained as follows.

압력 0.1내지 1.0토르0.1 to 1.0 Torr

유량 20내지 200SCCM(㎤/분 실온 환산)Flow rate 20 to 200 SCCM (cm 3 / min room temperature equivalent)

고주파 출력 100내지 2,000와트High frequency output 100 to 2,000 watts

전극 간격 7내지 30밀리메터Electrode spacing 7-30mm

기판온도 25내지 30°Board temperature 25 to 30 °

[예 1 내지 5(이 실시에는 도면의 곡선 10을 구성한다)][Examples 1 to 5 (this embodiment constitutes curve 10 of the drawing)]

단결정 실리콘을 CF3Br-30%He로 에칭하였고 조건은 출력 500W 압력 0.5토르, 전극 간격 30mm, 시료대온도 25℃, 류량 175SCCM, 웨이퍼 직경 3인치(7.6cm)였다. 웨이퍼수와 얻어진 에칭 속도는 하기와 같다.Single crystal silicon was etched with CF 3 Br-30% He and the conditions were 500W output pressure 0.5T, electrode spacing 30mm, sample temperature 25C, flow rate 175SCCM, wafer diameter 3 inches (7.6cm). The number of wafers and the obtained etching rate are as follows.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

동일의 표면조성 및 치수를 가지는 웨이퍼를 무희석의 CF3Cl로 에칭했다. 조건은 200W, 0.3토르 전극간격 30mm, 시료대온도25℃, 류량 200SCCM이였다.Wafers having the same surface composition and dimensions were etched with dilutionless CF3Cl. The conditions were 200 W, 0.3 Torr electrode spacing 30 mm, sample zone temperature 25 DEG C, and flow rate 200 SCCM.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

[예 10내지 17(공지의 기술로서 이 예는 곡선 12를 구성한다)][Examples 10-17 (As a known technique, this example constitutes curve 12)]

이 데이터는 대조치이며 전비례와 같은 단결정 실리콘층을 CF4-8%O2로서 에칭한 실험의 결과를 나타낸다. 얻어진 로딩 효과를 아래표에 도시한다. 조건은 출력 300W, 압력 0.3토르 전극간격 30mm시료대온도 100℃, 류량 150SCCM이다.This data is a control and shows the results of experiments in which the same monocrystalline silicon layer was etched as CF 4 -8% O 2 . The loading effect obtained is shown in the table below. The conditions were 300W output, 0.3 Torr electrode spacing 30mm sample temperature 100 ℃, flow rate 150SCCM.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

[예 18내지 19][Examples 18-19]

(인이 주입된 다결정 실리콘층을 갖는 3인치(7.6cm)웨이퍼의 C2F6-Cl2에 의한 에칭), 반응기의 조건은 출력 400W, 압력 0.35토르, 전극간격 30mm, 시료대온도 25℃, 15%Cl2+C2F685%의 류량 175SCCM이었다.(Etched by C 2 F 6 -Cl 2 on a 3 inch wafer (7.6 cm) with phosphorus-injected polycrystalline silicon layer), reactor conditions were 400W of output, 0.35 Torr pressure, 30mm electrode spacing, and sample temperature 25 ℃ , 15% Cl 2 + C 2 F 6 An amount of 85% of the stream was 175 SCCM.

Figure kpo00004
Figure kpo00004

[예 20 및 21][Examples 20 and 21]

(에칭 제90퍼센트 Cl2: 10퍼센트 C2F6)(Etching 90% Cl 2 : 10% C 2 F 6 )

Figure kpo00005
Figure kpo00005

[예 22내지 25][Example 22-25]

특별한 경우로서 도입개스의 조성을 BCl395%+Cl25%로 하였고, 직경 3인치(7.6cm)의 웨이퍼 상에는 알미늄-동 4%의 4000Å 두께의 합금층을 형성시켰다. 출력은 600W, 압력은 0.1토르 그리고 다른 조건은 다른 예와 동일하게 하였다.As a special case, the composition of the introduced gas was BCl 3 95% + Cl 2 5%, and a 4000-mm thick alloy layer of aluminum-copper 4% was formed on a 3 inch diameter (7.6 cm) wafer. The output was 600W, the pressure was 0.1 Torr and the other conditions were the same as the other examples.

Figure kpo00006
Figure kpo00006

본 발명의 로딩 효과란 에칭속도의 전체 피처리 면적에의 의존도를 말한다. 실시예의 각 조내에 있어서의 각 웨이퍼의 면적은 동일하다. 최초의 3조에 있어서는 웨이퍼에는 마스크가 장치되어 있지 않다. 예 18-21에 있어서는 웨이퍼 사이의 표준 페턴 규정을 위해 마스크가 장치되어 있다. 마지막 조의 웨이퍼도 마스크가 장치된다.The loading effect of the present invention refers to the dependence of the etching rate on the total processed area. The area of each wafer in each tank of an Example is the same. In the first three sets, the wafer is not equipped with a mask. In Examples 18-21, masks are set up for standard patterning between wafers. The last set of wafers is also masked.

Claims (1)

적어도 하나의 소자를 제조하기 위해서 적어도 1회의 조작이 필요하며, 제조되는 상기 소자는 적어도 한 부분의 피 에칭면을 가지며, 피 에칭면은 장치내의 플라즈마 분위기에 노출되며, 이 플라즈마는 두 전극사이 개스상 물질에 고주파 전장이 가해지므로서 형성되며,At least one operation is required to fabricate at least one device, and the device to be manufactured has at least one portion of the etched surface, the etched surface being exposed to a plasma atmosphere in the apparatus, the plasma being a gas between the two electrodes. It is formed by applying a high frequency electric field to a phase material, 그 피에칭면이 주로 CF6및 O2또는 CCl4로 구성되는 개스혼합물을 통과하는 플라즈마에 의해 에칭되었을 경우에 로딩효과를 나타내는 구성을 가지며,It has a configuration showing a loading effect when the etching target surface is etched by a plasma passing through a gas mixture composed mainly of CF 6 and O 2 or CCl 4 , 그 로딩효과가 그 장치의 로딩율이 10%에서 100%로 변화했을 때 적어도 25%에 달하는 에칭속도 변화에 의해 정의되며, 에칭이 주로 피 에칭면과 주 에칭원과의 반응에 의하여 행하여지는 플라즈마 에칭에 의한 소자 제조방법에 있어서,The loading effect is defined by a change in etch rate of at least 25% when the loading rate of the device varies from 10% to 100%, and the plasma is etched mainly by the reaction of the etched surface with the main etching source. In the device manufacturing method by etching, 상기 개스상 물질은 플라즈마 내에서 화학적으로 둘로 구분할 수 있는 활성 화학성분으로 구성되며, 주 에칭원으로 작용하는 제1성분은 피 에칭면과 반응하여 표면물질을 제거시키며,The gaseous material is composed of active chemically identifiable chemically in the plasma in two, the first component acting as the main etching source reacts with the surface to be etched to remove the surface material, 재결합원으로 작용하는 제2성분은 반응되지 않은 주 에칭원과 결합하여 플라즈마 내의 주 에칭원의 평균 고유 수명을 규정하며,The second component, which acts as a recombination source, combines with the unreacted main etch source to define the average intrinsic lifetime of the main etch source in the plasma, 피에칭면과의 화학반응으로 인한 평균 에칭 수명의 1/10을 넘지 않는 값으로 주 에칭원의 평균 고유수명을 감소시키기에 충분한 레벨로 재결합원의 양을 유지시키는 것을 특징으로 하는 플라즈마 에칭에 의한 소자 제조방법.By plasma etching, the amount of recombination source is maintained at a level sufficient to reduce the average intrinsic life of the main etching source to a value not exceeding 1/10 of the average etching life due to chemical reaction with the etching target surface. Device manufacturing method.
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