KR930002679B1 - 제조중에 반도체 장치의 물질 위의 유기막을 위한 애싱(ashing)방법 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 25℃ 애싱온도에서, 반응가스에 대한 CF4의 흐름비와 O2및 CF4로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 레지스트에 대한 애싱속도의 변화를 나타내는 그래프.
제 2 도는 200℃ 애싱온도에서 O2및 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 레지스트에 대한 애싱속도의 변화와 반응가스에 대한 N2의 흐름비와 함께 다운-플로우된 가스내의 산소원자의 농도변화를 나타내는 그래프.
제 3 도는 90% 흐름비를 갖는 O2와 10% 흐름비를 갖는 N2로 구성된 반응가스와 산소로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 레지스트에 대한 애싱속도의 아레뉴스 플로트(plots)를 나타내는 그래프.
제 4 도는 180℃ 애싱온도에서 O2및 H2O로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도의 변화와 반응가스에 대한 H2O의 흐름비와 함께 다운-플로우된 가스내의 산소원자의 농도변화를 나타내는 그래프.
제 5 도는 60% 흐름비를 갖는 O2와 40% 흐름비를 갖는 H2O로 구성된 반응가스와 산소로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도의 아레뉴스 플로트를 나타내는 그래프.
제 6 도는 반응가스에 대한 H2O의 흐름비와 O2및 H2O로 구성된 반응가스를 사용하는 애싱의 활성화 에너지의 변화를 나타내는 그래프.
제 7 도는 다운-플로우(down-flow) 애싱장치의 진공 챔버의 개략도.
제 8 도는 다른 종류의 반응가스를 사용하는 경우의 레지스트에 대한 애싱속도를 나타내는 아레뉴스 플로트로 표시된 그래프.
제 9 도는 H2O의 흐름비가 일정하게 유지되는 경우, O2및 N2의 혼합가스에 대한 N2의 흐름비와 함께 180℃와 200℃ 애싱온도에서 O2, H2O및 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도의 변화를 나타내는 그래프.
제10도는 O2, H2O 및 CF4로 구성된 반응가스를 사용하는 플라즈마 애싱을 실행하는 경우에, 혼합된 가스에 대한 H2O의 흐름비와 150℃와 25℃ 애싱온도에서 SiO2막 에칭속도의 변화를 나타내는 그래프.
제11도는 O2및 CF4로 혼합된 가스에 대한 CF4의 15% 흐름비가 유지되는 경우, 반응가스에 대한 H2O의 흐름비와 함께 25℃, 150℃ 및 180℃ 애싱온도에서 O2, H2O 및 CF4로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 레지스트에 대한 애싱속도의 변화를 나타내는 그래프.
제12도는 O2, H2O 및 N2로 구성된 반응가스, O2와 N2로 구성된 반응가스 및 산소로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 레지스트에 대한 애싱속도의 아레뉴스 플로트를 나타내는 그래프.
제13도는 O2와 H2의 반응가스에 대한 H2의 흐름비와 O2및 H2O의 반응가스에 대한 H2O의 흐름비와 함께 O2및 H2로 구성된 반응가스와 O2및 H2O로 구성된 반응가스를 사용하는 애싱의 활성화 에너지의 변화를 나타내는 그래프.
본 발명은 반도체 장치에 사용된 유기물의 제거방법에 관한 것으로, 특히 본 발명은 제조중에 반도체 장치의 물질위에 임의로 형성된 유기막의 애싱방법에 관한 것이다.
물질위에 임의로 형성된 레지스트 또는 폴리이미드막 등의 유기막은 반도체 장치의 일부이며, 반도체 장치를 제조하는 동안 산소 플라즈마를 사용하는 애싱방법에 의하여 일반적으로 제거된다. 레지스트막을 제거하는 것은 반도체 장치의 제조에 있어서 중요한 과정이며, 유기막으로서의 레지스트막을 제거하는 것이 지금부터 서술될 것이다. 반도체 장치가 대규모 집적회로(LSI)장치 또는 초대규모 집적회로(VLSI)장치와 같이 매우 작기 때문에, 지금부터 간단히 "레지스트"라 불리는 레지스트막이 장치를 손상시키지 않고 산소 플라즈마를 사용하는 일반적인 애싱방법에 의하여 제거되는 것은 어렵다. 왜냐하면, 레지스트의 특성이 LSI 또는 VLSI의 제조과정에 널리 실행되는 이온주입과 건식에칭이 처리동안 변화함에 따라 애싱을 실행하기 위해서는 오랜시간이 요구되기 때문이다. 다시 말하면, 레지스트의 애싱속도가 낮아지기 때문이다. 레지스트가 VSI 또는 VLSI의 제조과정중에 많은 시간을 소모하기 때문에, 각 레지스트에 대한 애싱속도가 LSI 또는 VLSI 제조를 개선하기 위해 커져야 한다.
레지스트가 그 위에 형성되는 지금부터 간단히 "지반층"이라 불리는 층은 일반적으로 실리콘 디옥사이드(SiO2), 폴리실리콘(Si) 또는 알루미늄(AL)등의 물질로 만들어진다. 일반적으로, 레지스트가 애싱방법에 의하여 고의로 에칭되는 것은 쉽지 않다. 다시 말하면, 레지스트가 애싱과정에서 지반층의 어떠한 손상도 없이 단지 레지스트만을 제거하기 위하여 정확하게 에칭되는 것은 어렵다. 그러므로, 애싱방법이 LSI 또는 VLSI의 제조과정에 적용되면, 지반층을 그대로 남기기 위해 많은 주의가 요구되어야 한다. 왜냐하면, LSI 또는 VLSI 지반층이 매우 얇고 이것의 어떠한 약간의 부분도 에칭되도록 허용되지 않기 때문이다.
반도체 장치의 절연층 위에 제공된 레지스트막을 제거하기 위해 많은 종류의 플라즈마 애싱방법이 있으나 이중 다운-플로우 애싱방법이 널리 사용된다. 왜냐하면, 플라즈마 애싱과정에 다운-플로우 애싱방법을 적용하면 충전된 입자에 의하여 야기되는 손상을 제조중에 피할 수 있기 때문이다. 다운스트림 애싱속도가 일반적으로 지금부터 간단히 "애싱온도"라 불리는 레지스트의 온도에 따르기 때문에 애싱속도는 애싱온도의 감소와 더불어 감소한다. 애싱속도는, 애싱속도가 그에 의하여 각 애싱온도의 역수에 대항하는 선으로 표시되는 잘 알려진 아레뉴스 플로트(arrhenius plot)에 의하여 일반적으로 표시된다. 아레뉴스 플로트에서, 선의 기울기는, 애싱온도의 감소에 따라 애싱속도가 급격히 감소할때 활성화 에너지가 크고, 애싱온도의 감소에 따라 애싱속도가 조금씩 변화할때 활성화 에너지가 작은 이러한 애싱에 대해 활성화 에너지를 부여한다. 여기서, 작은 활성화 에너지는, 애싱이 애싱온도에서 거의 독립적으로 실행될 수 있기 때문에, 다시 말하면 애싱이 안정되고 정확하게 실행될 수 있기 때문에 바람직하다.
최근에, 반도체 장치가 LSI 또는 VLSI에서 알 수 있는 바와 같이 보다 높은 집적화 회로를 가짐에 따라, 반도체 장치의 제조과정에서 웨이퍼 처리가 보다 낮은 온도에서 실행되는 경향이 있다. 애싱처리는 300℃보다 낮은 온도, 가장 바람직하게는 레지스트로부터 오염을 피하기 위하여 200℃보다 낮은 온도에서 실행되는 것이 바람직하다. 낮은 온도에서 큰 애싱속도를 유지하기 위하여, 실질적으로 0.5㎛/min보다 큰, 애싱속도의 활성화 에너지는 작아야 한다. 애싱속도의 활성화 에너지는 애싱을 위해 사용된 반응가스의 종류를 변화시킴으로써 어느정도 변화될 수 있다. 반응가스의 선택과 조합은 애싱속도를 높게 하고 활성화 에너지를 작게 만들며, 가능한한 완전한 지반층을 남기고 정확하게 레지스트를 에칭하며, 손상을 최소로 하기 위해 매우 중요하다. 반응가스의 선택과 조합은 활동적으로 연구되어 왔다.
다운스트림 애싱은 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트리퍼를 사용하는 마이크로파 플라즈마의 다운스트림에서 실행된다. 이것은 다음의 참조문에 발표되었다(참조 : "Heavy Metal Contamination From Resists during Plasma Stripping" by Shuzo Fujimura and Hiroshi Yano, in Elect. Chem. Soc. Vol.135, No.5, May 1988).
마이크로파 플라즈마 레지스트 스트리퍼의 다운스트림은 플라즈마 발생 쳄버를 포함하는 진공 쳄버, 진공 쳄버에 가스를 배출하기 위한 진공펌프 및 표본 웨이퍼가 그 위에 놓이는 페디스틀과 마이크로파 전원을 포함하는 처리 쳄버로 이루어진다. 반응가스는 플라즈마 발생 쳄버를 통하여 처리 쳄버에 공급된다.
다음, 가스 플라즈마에서 제조된 애싱을 위한 활성좀(active species)이 처리 쳄버 아래로 흐르고 레지스트를 제거하기 위하여 표본 웨이퍼 위에 미리 형성된 레지스트와 반응하도록, 반응가스 플라즈마는 플라즈마 발생 챔버에서 발생된다.
다운스트림 애싱처리에서, 산소는 전술된 바와 같이 오랜시간 동안 반응가스로서 사용되어 왔다. 그러나, 단지 산소만이 사용되면, 애싱속도가 낮고 활성화 에너지는 크기 때문에, 단지 산소만을 사용하는 다운스트림 애싱이 LSI 또는 VLSI의 제조과정에 적용되는 것은 어렵다. 그러므로, 산소에 다른 종류의 가스들을 첨가시킴으로써, 애싱속도를 증가시키고 활성화 에너지를 감소시키기 위한 많은 다른 반응가스들이 연구되어 왔다. 결과적으로, 반응가스의 개발을 유도하는 첫번째, 두번째, 세번째 및 네번째 예들로써 주어지는 몇가지 종류의 효과적인 반응가스들이 아래에 서술되는 바와 같이 발견되었다. 지금부터 애싱속도와 활성화 에너지는 플라즈마 애싱방법에 의하여 반도체 장치에 제공된 레지스트막을 제거하는 것과 관련하다.
첫번째 반응가스는 테트라플루오로메탄(CF4)등의 탈로겐니드와 산소(O2)의 혼합가스이다. 첫번째 반응가스가 큰 애싱속도를 갖기 때문에 가장 널리 사용되었다. 제 1 도는 룸 온도에서 혼합가스에 대한 테트라플루오로메탄의 흐름비의 변화대 플로트된 상업상 이용가능한 포토레지스트(OFPR-800, TOKYO-OHKA)에 대한 애싱속도를 나타낸다. 지금부터, 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도를 간단히 반응가스에 대한 애싱속도라 부른다. 제 1 도에서, 테트라플루오토가 흐름비의 약 15%만큼 산소에 첨가되면, 애싱속도는 실제로 사용하기에 충분히 큰 25℃에서 1.5㎛/min인 최대값에 도달한다. 그러나, SiO2, 폴리실리콘(Si) 또는 Al등의 지반층은 첫번째 반응가스에 혼합된 불소(F) 때문에 에칭된다. 한편, 첫번째 반응가스가 사용되면 단지 산소에 대한 활성화 에너지인 0.52eV로부터 0.1eV의 값까지 철저하게 감소된다. 테트라플루오토메탄에 기인한 활성화 에너지의 이와 같은 큰 감소는, 다음 참조문에 설명되어 있다(참조 : J.J.Hannon and J.M.Cook, J. Electrochem. Soc., Vol.131, No.5, PP1164(1984)).
두번째 반응가스는 지반층을 에칭시키지 않으며 불소(F)를 포함하지 않는 질소(N2)와 산소의 혼합가스이다. 애싱속도와 다운-플로우된 가스내의 산소원자의 농도는 제 2 도에 도시된 바와 같이 두번째 반응가스에 대한 질소의 흐름비를 변화시킴으로써 측정된다. 여기서, 산소원자의 농도는 광량 측정법에 의하여 측정된다. 이 경우에, 애싱온도는 200℃이고 두번째 반응가스의 흐름속도는 1000SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute)이다.
제 2 도에서, 흰색 원형은 아르곤원자로부터 발광(7067Å의 파장에서)에 대한 산소원자로부터의 발광(6158Å의 파장에서)의 스펙트럼의 밀도비로부터 얻어진 산소원자의 농도를 표시하고, 삼각형은 아르곤 원자로부터 발광(7067Å의 파장에서)에 대한 산소원자로부터의 발광(4368Å의 파장에서)의 스펙트럼의 밀도비로부터 얻어진 동일한 산소원자의 농도를 표시한다. 더욱이, 이러한 농도값은 두번째 반응가스에 대한 질소의 약 10%의 흐름비에 위치한 농도의 최대값에 의하여 정규화된다. 곱셈 부호는 두번째 애싱속도에 반응가스에 대한 질소의 흐름비를 표시한다. 제 2 도로부터 알 수 있는 바와 같이, 애싱속도의 곡선과 산소원자 농도의 곡선은 상호일치하며, 이것은 산소원자가 애싱을 실행하는데 가장 효과적이라는 것을 의미한다. 제 3 도는 두번째 반응가스가 90%의 산소와 10%의 질소를 흐름비를 포함할때의 애싱속도의 아레뉴스 플로트와 산소가스만의 아레뉴스 플로트를 나타낸다. 두번째 반응가스의 애싱속도는 원형으로 표시되고 산소의 애싱속도는 곱셈 부호로 표시된다. 두번째 반응가스에 대한 애싱속도는 산소만의 애싱속도의 약 두배이다. 지금부터, 반응가스를 사용하는 경우의 애싱의 활성화 에너지는 간단히 반응가스의 활성화 에너지라 부른다. 두번째 반응가스의 활성화 에너지(Ea)와 산소의 활성화 에너지는 0.52eV로서 같다. 즉, 활성화 에너지는 혼합한 질소에 의하여 변하지 않는다. 160℃에서 0.2㎛/min의 두번째 반응가스에 애싱속도는 실질적으로 사용하기에 너무 작다. 애싱속도를 증가시키기 위해서는 다른 종류의 가스가 필요하다.
세번째 반응가스은 지반층을 에칭시키지 않는 수증기(H2O)와 산소의 혼합가스이다. 애싱속도와 산소원자의 농도는 제 4 도에 도시된 바와 같이 세번째 반응가스에 대한 수중기의 흐름비를 변화시킴으로써 측정된다. 측정은 180℃의 애싱온도와 1000SCCM의 세번째 반응가스의 흐름속도 아래에서 실행된다. 제 4 도의 원형과 곱셈 부호는 각각 제 2 도의 그것들과 동일하다. 세번째 반응가스에 대한 수증기의 흐름비가 40%를 초과하면, 수증기 흐름비의 증가에 대하여 산소원자의 농도는 감소한다. 그러나, 제 4 도에서 알 수 있는 바와 같이 산소원자 농도의 감소만큼 애싱속도가 감소하지 않는다. 이것은 산소원자를 제외한 몇가지 활성종이 애싱의 일부를 수행하는 것이 가능하다는 것을 의미한다. 제 5 도는 60%의 산소와 40%의 수증기를 포함하는 세번째 반응가스의 아레뉴스 플로트와 산소가스의 아레뉴스 플로트를 비교한다. 수증기의 40% 흐름비를 갖는 세번째 반응가스의 애싱속도는 삼각형으로 표시되고 산소의 애싱속도는 곱셈 부호로 표시된다. 세번째 반응가스의 활성화 에너지는 제 6 도에 도시된 바와 같이 산소의 활성화 에너지(0.52eV)의 3/4인 0.39eV이다. 제 6 도는 흰색 원형으로 표시된, 세번째 반응가스에 대한 수증기의 흐름비를 변화시킴으로써 세번째 반응가스를 사용하는 경우의 애싱의 활성화 에너지를 나타낸다.
제 6 도에서, 비교하기 위하여 혼합가스에 대한 수소의 흐름비를 변화시킴으로써 산소와 수소의 혼합가스를 사용하는 경우의 애싱의 활성화 에너지는 검은색 원형으로 나타낸다. 제 6 도에서, 활성화 에너지가 약간의 수증기를 첨가함으로써 쉽게 감소되고 수증기의 흐름비가 5%를 초과할때 활성화 에너지가 수증기의 흐름비 위에서 독립적으로 일정하게 된다는 것을 알 수 있다. 두번째 반응가스의 활성화 에너지가, 세번째 반응가스와 비교하기 위하여, 제 6 도의 일점쇄선으로 표시된다. 산소에 대해 질소를 첨가시킴으로써 활성화 에너지가 변화되지 않는다는 것을 이 비교로부터 알 수 있다. 산소와 수증기의 혼합가스에 대한 비슷한 반응을 산소와 수소의 혼합가스에 대해서도 볼 수 있다. 한편, 세번째 반응가스의 애싱속도는 제 5 도에서 볼 수 있듯이 160℃에서 약 0.22㎛/min이다. 결론적으로, 세번째 반응가스의 애싱속도의 값은 실제적으로 사용하기에는 역시 너무 작다.
네번째 반응가스는 산소, 질소 및 테트라플루오토메탄의 혼합가스이다. 네번째 반응가스가 다음 참조문에 발표되었다(참조 : 일본 공개특허 출원소 63-102232, Mikio Nonaka에 의한 "DRY ETCHING APPARATUS"). 테트라플루오토메탄과 질소의 흐름비가 각각 5-20%와 5-10%의 범위에 있으면, 지반층을 에칭하는 속도 대 포지티브 레지스트를 에칭하는 속도의 큰비가 애싱속도를 감소시키지 않고 얻어질 수 있다. 그러나, 이 경우에 발생하는 지반층의 에칭은 피할 수 없다.
산소, 질소 및 테트라플루오토메탄의 혼합가스에 0.2%만큼의 수소를 첨가하여 만들어진 혼합가스는 EMERGENT TECHNOLOGIES CO.(Phoenix 2320 NORD 포토리지스트 스트리퍼)으로부터 상업상 이용될 수 있다. 이 경우에, 질소에 의하여 묽어진 수소는 마이크로파 전력과 어울리는 것을 개선하기 위하여 첨가된다. 즉, 혼합가스에 수소를 첨가하는 것은 활성화 에너지의 감소를 위한 것은 아니다. 그래서, 혼합가스는 근본적으로 첫번째 혼합가스와 동일하다. 사실, 수소와 혼합된 두번째 반응가스의 활성화 에너지가 수소의 0.5%까지는 감소하지 않는다는 것이 알려져 있다.
첫번째, 두번째, 세번째 및 네번째 반응가스의 서술로부터 알 수 있는 바와 같이, 큰 애싱속도와 작은 활성화 에너지를 가지며 지반층을 에칭시키지 않는 이상적인 혼합가스는 새로운 반응가스들에 대한 많은 연구에도 불구하고 발견되지 않았다.
따라서, 본 발명의 목적은 애싱속도가 증가되며 활성화 에너지가 감소되고 지반층이 애싱처리에서 결코 에칭되지 않도록, 제조중에 반도체 장치의 지반층 위에 형성된 유기막을 제거하기 위한 애싱처리를 개선하기 위한 것이다.
상기 목적은 애싱처리에 적어도 세종류의 가스들로 이루어진 반응가스를 적용하여 성취된다. 반응가스는 두 그룹의 혼합가스로 분류되는데 그중 하나는 (첫번째 그룹가스) 적어도 산소와 수증기로 구성되고 다른 하나는 (두번째 그룹가스) 적어도 산소와 수소로 구성된다. 공지된 바와 같이 각 그룹가스내의 산소는 애싱을 실행하기 위한 주요가스이다. 그러나, 첫번째 그룹가스내의 수증기와 두번째 그룹가스내의 수소는 주로 활성화 에너지를 감소시키고, 애싱속도를 증가시키며 지반층이 첫번째 그룹가스와 두번째 그룹가스 각각에 첨가된 다른 세번째 가스와 협력하여 에칭되는 것을 피하기 위한 것이다. 첫번째 그룹가스에 첨가된 세번째 가스는 수소, 질소 및 산화질소 또는 할로겐니드이며 두번째 그룹가스에 첨가된 세번째 가스는 수증기, 질소 및 산화질소 또는 할로겐니드이다. 할로겐니드는 테트라플루오토메탄(CF4), 염소(Cl2), 니트로겐트리플루오라이드(NF3), 헥사 플로오토에탄(C2F6) 및 트리플루오로메탄(CHF3)를 포함한다. 첫번째 그룹가스의 수증기와 세번째 가스의 흐름속도 및 두번째 그룹가스의 수소와 세번째 가스의 흐름속도는 각각 제어된다.
질소의 세번째 가스를 포함하는 첫번째 그룹가스에서, 산소에 첨가된 수증기는 제 5 도에 의거하여 서술된 그것과 동일한 효과를 가지며, 첨가된 질소는 제 3 도에 의거하여 서술된 그것과 동일한 효과를 갖는다. 그러나, 질소의 세번째 가스를 포함하는 첫번째 그룹가스에서, 첨가된 수증기와 질소는 애싱속도를 증가시키고 활성화 에너지를 감소시키는 상승효과를 발생한다. 즉, 질소의 세번째 가스를 포함하는 첫번째 그룹가스의 애싱속도가 단지 산소와 질소로 혼합된 가스의 경우와 동일하게 증가되고, 질소의 세번째 가스를 포함하는 첫번째 그룹가스의 활성화 에너지가 단지 산소와 수증기로 혼합된 가스의 경우와 동일하게 감소된다는 것이 제 3 도와 5도로부터 간단히 얻어진다. 그러나, 실제로 애싱속도는 제 3 도로부터 얻어진 값의 두배만큼 증가하고 활성화 에너지는 제 5 도로부터 얻어진 값과 거의 동일한 값까지 감소한다.
테트라플루오토메탄 등의 할로겐니드의 세번째 가스를 포함하는 첫번째 그룹가스는 반응가스로서 우수하다. 최근에, 할로겐니드는 할로겐이 지반층을 쉽게 에칭한다는 단점때문에 LSI 또는 VLSI의 제조에 세번째 가스로서 사용되지 않았다. 그러나, 발명자들에 의한 실험에 따라, 수증기가 반응가스에 포함되고 지정된 값을 초과하기 위하여 제어된 흐름비에 의하여 공급될때, 할로겐니드의 세번째 가스를 포함하는 첫번째 그룹가스가 지반층을 에칭하지 않는다는 것이 밝혀졌다. 왜냐하면, 할로겐 원자들이 물분자의 수소원자들과 반응하기 때문이다. 그결과, 할로겐의 활성은 억제된다. 반응가스로서 할로겐의 세번째 가스를 포함하는 첫번째 그룹가스를 사용하면, 질소의 세번째 가스를 포함하는 첫번째 그룹가스와 비교하여 볼때, 애싱속도는 크게 되고 애싱속도의 활성화 에너지는 작게 된다.
질소의 세번째 가스를 포함하는 두번째 그룹가스가 논의된다.
발명자들에 의한 실험에 따라, 활성화 에너지는 3% 이상의 수로를 첨가시킴으로써 0.52eV로부터 0.44eV까지 감소된다. 여기서, 0.52eV는 산소에 대응하는 활성화 에너지이다. 이것은, 수소가 활성화 에너지를 감소시키기 위해 작용하기 때문이다. 질소의 세번째 가스를 포함하는 두번째 그룹가스의 애싱속도는 보통 산소와 질소의 혼합가스의 애싱속도보다 두배 또는 세배만큼 크다.
상술된, 세번째 가스로서 질소를 포함하는 첫번째 그룹가스, 세번째 가스로서 할로겐니드를 포함하는 첫번째 그룹가스 및 두번째 그룹가스의 이러한 혼합가스들은 큰 애싱속도와 작은 활성화 에너지를 가지며 LSI 또는 VLSI의 제조과정에 지반층을 에칭시키지 않는 세가지 장점을 갖는다.
세종류의 반응가스를 사용하는, 레지스트를 제거하기 위한 플라즈마 애싱방법들이 제 8 도 내지 12도에 의거하여, 본 발명의 실시예로서 서술될 것이다. 실시예들은 세종류의 반응가스들에 따라 첫번째, 두번째 및 세번째 실시예로 분리된다. 플라즈마 애싱은 제 7 도와 개략적으로 도시된 종래의 다운스트림 마이크로파 플라즈마 레지스트 스트리퍼를 사용하는 다운플로우 애싱방법에 의하여 실행된다.
[첫번째 실시예]
첫번째 실시예는 O2, H2O 및 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 플라즈마 애싱방법이다. 제 7 도에서, 720SCCM O2, 100SCCM H2O 및 180SCCM N2를 구성된 반응가스는 가스입구 3을 통하여 약 0.8Torr의 가스 압력을 유지하는 초기에 배출된 진공 쳄버 6에 공급된다. O2, H2O 및 N2이 가스들의 흐름속도는 가스들이 진공 쳄버 6에 흐르기 전에, 표시되지 않은 제어기에 의하여 각각 제어된다. 도파관 1과 윈도우 2를 통하는 2.45GHz의 마이크로파 전력은 플라즈마 발생 쳄버 4에 공급된다. 플라즈마는 플라즈마 발생 쳄버 4내의 반응가스로 발생되고 충전된 입자들은 샤워 플레이트 5에 의하여 트랩된다. 따라서, 플라즈마에서 생성된 유일한 중성의 활성종들은 샤워헤드 플레이트 5에 제공된 홀을 통하여 처리 쳄버 4 아래로 흐르고 표시되지 않은 히터에 의하여 140℃로 가열된 스테이지 7 위에 놓인 표본 웨이퍼 8의 지반층 9위에 형성된 레지스트 10의 표면에 접촉한다. 결과적으로, 레지스트 10은 지반층의 어떤 부분도 에칭시키지 않고 지반층 9의 표면이 나타날때까지 에칭된다. 반응가스가 할로겐을 포함하지 않기 때문에, 지반층 9는 결코 에칭되지 않는다.
O2, H2O 및 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도는 아레뉴스 플로트(arrhenius plot)로 표시된 제 8 도의 흰색 삼각형을 연결하는 선으로 표시된다. 제 8 도에서, 다른 몇 종류의 반응가스들을 사용하는 경우의 애싱속도는, 비교하기 위하여 동일한 방법으로 표시된다. 즉, 단지 O2로만 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도, O2와 H2O로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도 및 O2와 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도는 각각 검은색 원형, 검은색 삼각형 및 흰색 원형으로 표시된다.
제 8 도에서 볼 수 있는 바와 같이 O2, H2O 및 N2의 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도는 O2, O2와 H2O 및 O2와 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도보다 더 크다. 약 O2, H2O 및 N2로 구성된 반응가스는 160℃ 애싱온도에서 약 0.5㎛/min의 애싱속도와 0.4eV의 활성화 에너지를 갖는다. 실제적으로 이용하기에 0.5㎛/min 애싱속도는 너무 크고, 0.4eV 활성화 에너지는 너무 작다. 제 9 도는 100SCCM내 H2O의 흐름속도와 900SCCM내 O2와 N2의 전체 흐름속도를 유지하는, 180℃와 200℃의 애싱온도에서, O2와 N2와 혼합가스에 대한 N2의 다양한 흐름비에 대하여 애싱속도의 변화를 나타낸다. O2, H2O 및 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도는 흐름비가 5%보다 더 클때 O2와 N2의 혼합가스에 대한 질소의 흐름비를 변화시킴으로써 거의 변화되지 않는다는 것을 제 9 도에서 알 수 있다. 그러므로, 5%보다 큰 흐름비를 갖는 O2, H2O 및 N2를 혼합한 반응가스는 정확한 애싱처리를 실행하기 위한 반응가스로서 또한 사용될 수 있다.
바람직한 예로서, O2, H2O 및 N2에 대한 각 구성가스의 흐름속도가 각각 720SCCM, 100SCCM 및 180SCCM으로 설정된다. 그러나, N2의 흐름속도는, 만약 O2와 N2의 혼합가스에 대한 N2의 흐름비가 5%보다 더 크면, 흐름비가 제 9 도에서 볼 수 있는 바와 같이 5%를 초과할때 흐름비에 무관하게 애싱속도가 일정하기 때문에, 제한받지 않는다. 만약 O2와 H2O의 혼합가스에 대한 H2O의 흐름비가 1%보다 더 크면, 제 6 도에서 볼 수 있는 바와 같이, 1%를 초과할때 흐름비에 무관하게 활성화 에너지는 약 0.4eV이기 때문에, H2O의 흐름속도는 제한받지 않는다.
첫번째 실시예에서, NOx 또는 H2가 N2대신에 O2와 H2O의 혼합가스에 첨가될 수 있다.
[두번째 실시예]
두번째 실시예에서, O2, H2O 및 CF4로 구성된 반응가스가 플라즈마 애싱을 위해 사용된다. 애싱은 첫번째 실시예에서 서술된 동일한 방법으로 실행된다. O2, H2O 및 CF4의 흐름속도는 각각 730SCCM 및 120SCCM이다.
반응가스에 대한 H2O의 흐름비가 제10도에 도시된 바와 같이 10%보다 더 크게 하기 위하여 제어될때, CF4를 사용함으로써 발생하는 지반층을 에칭시키는 단점은 피할 수 있다. 제10도는 O2, H2O 및 CF4의 전체 흐름속도가 1000SCCM으로 유지되고 O2+CF4의 혼합가스에 대한 CF4의 흐름비가 15%로 유지되는 조건 아래에서, 반응가스에 대한 H2O의 흐름비와 150℃와 25℃ 애싱온도에서, SiO2로 만들어진 지반층의 에칭속도를 나타내는 그래프이다. 제10도로부터, 반응가스에 대한 H2O의 흐름비가 10%를 초과할때 SiO2의 지반층의 에칭속도가 제로로 된다는 것, 다시 말하면, SiO2의 지반층이 결코 에칭되지 않는다는 것을 알 수 있다. 따라서, H2O의 이 10%는 지반층이 에칭되는 것으로부터 피하기 위한 매우 중요한 퍼센트이다. 게다가, 반응가스에 대한 H2O비가 10%일때, 제10도의 상기 조건으로부터 반응가스에 대한 O2와 CF4의 흐름비가 각각 76.5%와 13.5%로 계산될 수 있다.
O2, H2O 및 CF4로 구성된 반응가스의 애싱속도는 제 8 도의 검은색 역삼각형을 연결하는 선에 의하여 도시된다. 제 8 도에 도시된 바와 같이 애싱속도는 다른 반응가스를 사용하는 경우의 다른 애싱속도와 비교하여 볼때 가장 크다.
O2, H2O 및 CF4로 구성된 반응가스의 애싱속도는, O2, H2O 및 CF4로 전체 흐름속도가 1000SCCM으로 유지되고 O2와 CF4의 혼합가스에 대한 CF4의 흐름비가 15%로 유지되는 조건 아래에서, 각각 25℃, 150℃ 및 180℃ 애싱온도에서 반응가스에 대한 H2O의 흐름비를 변화시킴으로써 측정된다. 측정 결과가 제11도에 도시되어 있으며, 이곳으로부터, 반응가스에 대한 H2O의 흐름비가 10%를 초과하면, 반응가스에 대한 H2O의 흐름비와 상관없이 애싱속도가 일정하다는 것을 알 수 있다.
바람직한 예로서, O2, H2O 및 CF4에 대한 각 구성가스의 흐름속도는 각각 730SCCM, 150SCCM 및 120SCCM으로 설정된다. 그러나, 만약 H2O의 수소원자들의 수가 CF4로부터 유리된 불소원자들의 수보다 크면, H2O의 흐름속도는 제한받지 않는다. 한편, 반응가스를 사용하는 경우의 애싱의 활성화 에너지가, 제 6 도에서 볼 수 있는 바와 같이, 흐름비와 상관없이 약 0.4eV가 되도록 하기 위해서는 O2와 H2O의 혼합가스에 대한 H2O의 흐름비는 1%보다 더 커야 한다.
두번째 실시예에서, CF4가 할로겐니드로 사용되었지만 Cl2, NF3, C2F6및 CHF3도 CF4대신에 사용될 수 있다.
[세번째 실시예]
세번째 실시예는 O2, H2및 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 플라즈마 애싱방법이다. 즉, 720SCCMO2및 100SCCMH2및 180SCCMN2로 구성된 반응가스는 첫번째 실시예에서 서술된 바와 같이 다운플로우 애싱처리에 적용된다.
O2, H2및 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우에, 애싱속도는 아레뉴스 플로트로 표시된 제12도의 흰색 사각형을 연결하는 선으로 표시되고, 활성화 에너지는 제13도의 O2, H2및 N2로 구성된 반응가스에 대한 H2의 흐름속도로써 표시된다.
제12도에서, O2로만 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도와 O2와 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도는, O2, H2및 N2로 구성된 반응가스와 비교하기 위하여, 각각 곱셈부호를 연결하는 선과 흰색 원형을 연결하는 선으로 표시된다. O2, H2및 N2로 구성된 반응가스를 사용하는 경우에, 애싱속도는 제12도에 도시된 바와 같이 160℃의 애싱온도에서 약 0.7㎛/min이고, 활성화 에너지는 제13도에 도시된 바와 같이 약 0.4eV이다.
제13도에서, 활성화 에너지의 흐름비가 0%로부터 약 5%까지 증가되는 동안 약 0.4eV보다 크거나 작은 값으로 일정하게 유지된다는 것을 알 수 있다. 플라즈마 애싱은 활성화 에너지의 이와 같은 일정한 범위에서 실제로 행해진다. 제13도에서, 일정환 활성화 에너지의 특성이 안정하고 정확하게 플라즈마 애싱을 실행하기 위해서는 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.
바람직한 예로서, O2, H2및 N2에 대한 각 구성가스의 흐름속도는 각각 720SCCM, 100SCCM 및 180SCCM으로 설정된다. 그러나, 만약 반응가스에 대한 H2의 흐름비가 3%보다 더 크면, 반응가스를 사용하는 경우의 애싱의 활성화 에너지가 제13도에서 볼 수 있는 바와 같이, 흐름비에 상관없이 약 0.4eV이기 때문에, H2의 흐름속도는 제한받지 않는다. 만약 O2와 N2의 혼합가스에 대한 N2의 흐름비가 5%보다 더 크면, 제 9 도에서 볼 수 있는 바와 같이, 흐름비가 5%를 초과할때 애싱속도가 흐름비에 상관없이 일정하기 때문에, N2의 흐름속도는 제한받지 않는다.
세번째 실시예에서, 플라즈마 애싱은 O2, H2및 N2의 반응가스를 사용함으로써 실행된다. 그러나, H2O, NOx 또는 할로겐니드가 N2대신에 사용될 수 있다는 것이 확인되었다.
상술된 첫번째, 두번째 및 세번째 실시예는 플라즈마 애싱에 의하여 레지스트막을 제거하는 것과 관련된다. 그러나, 본 발명은 유기폴리머막을 제거하기 위해 적용될 수 있다.
첫번째, 두번째 및 세번째 실시예들에서 서술된 반응가스들의 세종류의 가스들로 구성되었을지라도, He, Ne 또는 Ar등의 투입가스가 7%까지 반응가스에 첨가될 수 있다.
Claims (18)
- 반도체 장치의 지반물질 위에 형성된 유기물을 제거하기 위한 애싱방법에 있어서, 반응가스 플라즈마를 사용함으로서 유기물의 제거를 실행하기 위한 애싱수단을 제공하고, 본질적으로 산소, 수증기 및 첫번째 첨가가스로 이루어진 혼합가스를 상기 플라즈마 애싱수단에 공급하고, 산소와 수증기로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도보다 더 크고 활성화 에너지는 거의 같은 플라즈마 애싱이 실행되는 첫번째 반응가스를 얻기 위하여 상기 혼합가스의 산소, 수증기 및 첫번째 첨가가스의 흐름비들을 제어하고, 첫번째 반응가스의 활성종들을 제조하기 위하여 첫번째 반응가스의 플라즈마를 발생하고, 활성종들을 사용하여 지반물질은 남기고 유기물만을 제거하는 단계들로 이루어지는 애싱방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제거단계는 애싱되는 유기물의 표면이 마이크로파 전력에 노광되지 않는 조건하에서 실행되고, 여기서 상기 마이크로파 전력은 첫번째 반응가스의 상기 플라즈마를 발생시키는 애싱방법.
- 제 1 항 또는 2항에 있어서, 첫번째 첨가가스가 수소, 질소 및 산화질소로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 애싱방법.
- 제 3 항에 있어서, 산소, 수중기 및 질소가 선택된 첫번째 첨가가스의 상기 흐름비들이 산소와 수증기로 구성된 가스에 대해 수증기의 흐름비가 1%보다 높게 설정되고, 산소와 질소로 구성된 가스에 대한 질소의 흐름비가 5%보다 높게 설정되도록 제어되는 애싱방법.
- 제 4 항에 있어서, 0.5㎛/min보다 더 큰 애싱속도를 얻기 위하여, 유기물의 온도를 160℃보다 더 높게 설정하는 단계를 포함하는 애싱방법.
- 반도체 장치의 지반물질 위에 형성된 유기물을 제거하기 위한 플라즈마 애싱방법에 있어서, 반응가스를 사용하는 플라즈마 애싱에 의하여 유기물의 제거를 실행하기 위한 플라즈마 애싱수단을 제공하고, 본질적으로 산소, 수증기 및 두번째 첨가가스로 이루어진 혼합가스를 상기 플라즈마 애싱수단에 공급하고, 지반물질을 에칭시키지 않고, 산소와 수증기로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도보다 더 크고 활성화 에너지가 거의 같은 플라즈마 애싱이 실행되는 두번째 반응가스를 얻기 위하여 상기 혼합가스의 산소, 수증기 및 두번째 첨가가스의 흐름비들을 제어하고, 두번째 반응가스의 활성종들을 제조하기 위하여 두번째 반응가스의 플라즈마를 발생하고, 지반물질을 에칭시키지 않고, 활성종들을 사용하여 유기물을 제거하는 단계들로 이루어지는 플라즈마 애싱방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제거단계가 애싱되는 유기물의 표면이 마이크로파 전력에 노광되지 않는 조건하에서 실행되고, 여기서 상기 마이크로파 전력은 두번째 반응가스의 상기 플라즈마를 발생시키는 애싱방법.
- 제 6 항 또는 7항에 있어서, 두번째 첨가가스가 테트라플루오토메탄, 염소, 니트로겐트리플로라이드, 헥사 플루오토에탄 및 트리플루오토메탄으로 이루어지는 할로겐니드 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 애싱방법.
- 제 8 항에 있어서, 산소, 수증기와 테트라플루오토메탄으로 선택된 두번째 첨가가스의 상기 흐름비들이 산소와 수증기로 구성된 가스에 대한 수증기의 흐름비가 1%보다 높게 설정되고, 수증기와 테트라플루오토메탄으로 구성된 가스에 대한 테트라플루오토메탄의 흐름비는 수소원자들의 수가 할로겐원자들의 수보다 더 많게 설정되도록 하기 위하여 제어되는 플라즈마 애싱방법.
- 제 9 항에 있어서, 0.5㎛/min보다 더 큰 애싱속도를 얻기 위하여, 유기물의 온도를 140℃보다 높게 설정하는 단계를 포함하는 플라즈마 애싱방법.
- 반도체 장치의 지반물질 위에 형성된 유기물을 제거하기 위한 플라즈마 애싱방법에 있어서, 반응가스를 사용하는, 플라즈마 애싱에 의하여 유기물의 제거를 실행하기 위한 플라즈마 애싱수단을 제공하고, 본질적으로 산소, 혼합가스의 1%보다 더 큰 수소 및 세번째 첨가가스로 이루어지는 혼합가스를 상기 플라즈마 애싱수단에 공급하고, 산소와 수소로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도보다 더 크고 활성화 에너지는 거의 같은 플라즈마 애싱이 실행되는 세번째 반응가스를 얻기 위하여 상기 혼합가스의 산소, 수소 및 세번째 첨가가스의 흐름비들을 제어하고, 세번째 반응가스의 활성종들을 제조하기 위하여 세번째 반응가스의 플라즈마를 발생하고, 활성종에 의하여 지반물질은 남기고 유기물만을 제거하는 단계들로 이루어지는 플라즈마 애싱방법.
- 제11항에 있어서, 상기 제거단계는 애싱되는 유기물의 표면이 마이크로파 전력에 노광되지 않는 조건하에서 실행되고, 여기서 상기 마이크로파 전력은 세번째 반응가스의 상기 플라즈마를 발생시키는 애싱방법.
- 제11항 또는 12항에 있어서, 세번째 첨가가스는 질소와 산화질소로 구성된 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 애싱방법.
- 제13항에 있어서, 산소, 수증기 및 질소로 선택된 세번째 첨가가스의 상기 흐름비들이 산소, 수소 및 질소로 구성된 가스에 대해 수소의 흐름비가 3%보다 높게 설정되고 산소와 질소로 구성된 가스에 대한 질소의 흐름비가 5%보다 높게 설정되도록 제어되는 플라즈마 애싱방법.
- 제14항에 있어서, 0.5㎛/min보다 더 큰 애싱속도를 얻기 위하여, 유기물의 온도를 140℃보다 높게 설정하는 단계를 포함하는 플라즈마 애싱방법.
- 반도체 장치의 지반물질 위에 형성된 유기물을 제거하기 위한 플라즈마 애싱방법에 있어서, 반응가스를 사용하는, 플라즈마 애싱에 의하여 유기물의 제거를 실행하기 위하여 플라즈마 애싱수단을 제공하고, 본질적으로 산소, 수소 및 네번째 첨가가스로 이루어지는 혼합가스를 상기 플라즈마 애싱수단에 공급하고, 지반물질을 에칭시키지 않고, 산소와 수소로 구성된 반응가스를 사용하는 경우의 애싱속도보다 더 크고 활성화 에너지는 거의 같은 플라즈마 애싱이 실행되는 네번째 반응가스를 얻기 위하여 상기 혼합가스의 산소, 수소 및 네번째 첨가가스의 흐름비들을 제어하고, 네번째 반응가스의 활성종들을 제조하기 위하여 네번째 반응가스의 플라즈마를 발생하고, 지반물질을 에칭시키지 않고, 활성종들을 사용하여 유기물을 제거하는 단계들로 이루어지는 플라즈마 애싱방법.
- 제16항에 있어서, 상기 제거단계는 애싱되는 유기물의 표면이 마이크로파 전력에 노광되지 않는 조건하에서 실행되고, 여기서 상기 마이크로파 전력은 네번째 반응가스의 상기 플라즈마플 발생시키는 애싱방법.
- 제16항 또는 17항에 있어서, 상기 네번째 첨가가스가 테트라플루오토메탄, 염소, 니트로겐틀리플루오라이드, 헥사플루오르에탄 및 트리플루오토메탄으로 이루어지는 할로겐니드 그룹으로부터 선택되는 플라즈마 애싱방법.
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