KR100727834B1 - 드라이 에칭 가스 및 드라이 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이중결합에 직접 결합한 CF3CF 프래그먼트를 갖는 화합물(단, CF3CF=CFCF=CF2를 제외한다.)을 포함하는 드라이 에칭 가스에 관한 것이다. 이 드라이 에칭 가스에 의하면, 고 종횡비의 콘택트 홀 등의 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.

Description

드라이 에칭 가스 및 드라이 에칭 방법{Dry etching gas and method for dry etching}
본 발명은 드라이 에칭 가스 및 드라이 에칭 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 미세화와 동시에, 홀 직경이 작은 고 종횡비의 콘택트 홀 등의 미세 패턴의 형성이 필요하게 되었다. 종래, Ar를 다량으로 혼합한 c-C4F8/Ar(/O2) 등의 가스 플라스마에서 콘택트 홀 등의 패턴이 형성되는 일이 많았지만, 환상 c-C4F8은 지구 온난화 효과가 높은 가스로, 금후의 사용이 제한될 가능성이 있다. 또한, 환상 c-C4F8은 Ar를 혼합하지 않으면, 대 레지스트 선택비, 대 실리콘 선택비가 불충분하고, 산소를 미량 첨가하지 않으면 패턴 사이즈에 따라서 에칭 속도가 다르고, 미세한 패턴에서는 에칭이 스톱한다. 한편, 산소를 첨가함으로써 레지스트, 실리콘에 대한 선택비가 저하한다. 또한, Ar를 다량으로 혼합하면 고 에너지 전자가 많아져, 디바이스에 손상을 주는 문제도 보고되어 있다.
본 발명은 지구 온난화의 영향이 매우 작은 에칭 가스를 이용하여, 홀 또는 라인 등의 사이즈가 미세하더라도 에칭 속도가 저하하지 않고 에칭 속도의 패턴 사이즈 의존성이 작은 에칭 스톱이 없는 고 종횡비 미세 패턴을 형성할 수 있는 드라 이 에칭 가스 및 에칭 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 이하의 드라이 에칭 가스 및 드라이 에칭 방법을 제공하는 것이다.
항 1.
이중결합에 직접 결합한 CF3CF 프래그먼트를 갖는 화합물(단, CF3CF=CFCF=CF2를 제외한다)를 포함하는 드라이 에칭 가스.
항 2. 일반식(1):
CF3CF=CXY (1)
(X 및 Y는 동일하거나 상이하고, F, Cl, Br, I, H 또는 CaFbHc(a=1∼3, b+c=2a+1)를 나타낸다.)로 나타내는 화합물을 포함하는 항 1에 기재된 드라이 에칭 가스.
항 3. 일반식(2):
CF3CF=CZ2-m(CnF2n+1)m (2)
(Z는 F, Cl, Br, I, H, CH3, C2H5, C3H7, CF3 , C2F5 또는 C3F7을 나타낸다. m은 O, 1 또는 2를 나타낸다. n은 1, 2 또는 3을 나타낸다.)로 나타내는 화합물을 포함하는 항 1에 기재된 드라이 에칭 가스.
항 4. CF3CF=CFCF3를 포함하는 항 3에 기재된 드라이 에칭 가스.
항 5. 추가로 희(希)가스, 불활성 가스, NH3, H2, 탄화수소, O2, 산소 화합물, 요오드 화합물, HFC(Hydrofluorocarbon) 및 단결합 및 이중결합 중 적어도 1종을 갖는 PFC(perfluorocarbon) 가스(단, 항 1에 기재된 화합물을 포함하지 않는다.)로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 항 1에 기재된 드라이 에칭 가스.
항 6. 추가로 He, Ne, Ar, Xe, Kr로 이루어지는 희가스; N2 등으로 이루어지는 불활성 가스; NH3; H2; CH4, C2H6, C3H8, C2H4, C3H6 등으로 이루어지는 탄화수소; O2; CO, CO2, (CH3)2C=O, (CF3)2C=O, CF3CFOCF2, CF3OCF3 등으로 이루어지는 산소 화합물; CF3I, CF3CF2I, (CF3)CFI, CF2=CFI 등으로 이루어지는 요오드 화합물; CH2F2, CHF3, CF3CHF2, CHF2CHF2, CF3CH2F, CHF2CH2F, CF3CH3, CH2FCH2F, CF2=CHF, CHF=CHF, CH2=CF2, CH2=CHF, CF3CH=CF2, CF3CH=CH2, CH3CF=CH2, CH3CHF2, CH3CH2F, CF3CF2CF2H, CF3CHFCF3, CHF2CF2CHF2, CF3CF2CH2F, CF2CHFCHF2, CF3CH2CF3, CHF2CF2CH2F, CF3CF2CH3, CF3CH2CHF2, CH3CF2CHF2, CH3CHFCH3 등으로 이루어지는 HFC(Hydrofluorocarbon); 및 CF2=CF2, CF2=CFCF=CF2, CF3CF=CFCF=CF2, c-C5F8, CF4, C2F6, C3F8, C4F10, c-C4F8 등으로 이루어지는 단결합 및 이중결합 중 적어도 1종을 갖는 PFC(perfluorocarbon) 가스(단, 항 1에 기재된 화합물을 포함하지 않는다.)로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종의 가스를 포함하는 항 1에 기재된 드라이 에칭 가스.
항 7. 이중결합에 직접 결합한 CF3CF 프래그먼트를 갖는 화합물(단, CF3CF=CFCF=CF2를 제외한다.)을 포함하는 드라이 에칭 가스의 가스 플라스마에서 산화실리콘 막 및/또는 실리콘을 함유하는 저유전율 막 등의 실리콘계 재료를 에칭하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
항 8. 드라이 에칭 가스가 일반식(1):
CF3CF=CXY (1)
(X 및 Y는 동일하거나 상이하고, F, Cl, Br, I, H 또는 CaFbHc(a=1∼3, b+c=2a+1)를 나타낸다.)로 나타내는 화합물을 포함하는 항 7에 기재된 드라이 에칭 방법.
항 9. 드라이 에칭 가스가 일반식(2):
CF3CF=CZ2-m(CnF2n+1)m (2)
(Z는 F, Cl, Br, I, H, CH3, C2H5, C3H7, CF3 , C2F5 또는 C3F7을 나타낸다. m은 O, 1 또는 2를 나타낸다. n은 1, 2 또는 3을 나타낸다.)로 나타내는 화합물을 포함하는 항 7에 기재된 드라이 에칭 방법.
항 10. 드라이 에칭 가스가 CF3CF=CFCF3를 포함하는 항 7에 기재된 드라이 에칭 방법.
항 11. (ⅰ) 이중결합에 직접 결합한 CF3CF 프래그먼트를 갖는 화합물(단, CF3CF=CFCF=CF2를 제외한다.), 및 (ⅱ) CF3CH2CF3, CHF2CF2CH2F, CF3CF2CH3, CF3CH 2CHF2, CH3CF2CHF2, CH3CHFCH3 등희가스, 불활성 가스, NH3, H2, 탄화수소, O2, 산소 화합물, 요오드 화합물, HFC(Hydrofluorocarbon) 및 단결합 및 이중결합 중 적어도 1종을 갖는 PFC(perfluorocarbon) 가스(단, (ⅰ)에 기재된 화합물을 포함하지 않는다.)로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 드라이 에칭 가스의 혼합 가스 플라스마에서 산화실리콘 막 및/또는 실리콘을 함유하는 저유전율 막 등의 실리콘계 재료를 에칭하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
항 12. 드라이 에칭 가스가 (ⅰ) 이중결합에 직접 결합한 CF3CF 프래그먼트를 갖는 화합물(단, CF3CF=CFCF=CF2를 제외한다.), 및 (ⅱ) He, Ne, Ar, Xe, Kr로 이루어지는 희가스; N2 등으로 이루어지는 불활성 가스; NH3, H2, CH4 , C2H6, C3H8, C2H4, C3H6 등으로 이루어지는 탄화수소; O2; CO, CO2, (CH3)2C=O, (CF3)2C=O, CF3CFOCF2, CF3OCF3 등으로 이루어지는 산소 화합물; CF3 I, CF3CF2I, (CF3)CFI, CF2=CFI 등으로 이루어지는 요오드 화합물; CH2F2, CHF3, CF 3CHF2, CHF2CHF2, CF3CH2F, CHF2CH2F, CF3CH3, CH2FCH2F, CF2 =CHF, CHF=CHF, CH2=CF2, CH2=CHF, CF3CH=CF2, CF3CH=CH2, CH3CF=CH2, CH3CHF2, CH 3CH2F, CF3CF2CF2H, CF3CHFCF3 , CHF2CF2CHF2, CF3CF2CH2F, CF2CHFCHF2, CF3CH2 CF3, CHF2CF2CH2F, CF3CF2CH3 , CF3CH2CHF2, CH3CF2CHF2, CH3CHFCH3 등으로 이루어지는 HFC(Hydrofluorocarbon); 및 CF2=CF2 , CF2=CFCF=CF2, CF3CF=CFCF=CF2, c-C5F8, CF4, C2F6 , C3F8, C4F10, c-C4F8 등으로 이루어지는 단결합 및 이중결합 중 적어도 1종을 갖는 PFC(perfluorocarbon) 가스(단, 항 1에 기재된 화합물을 포함하지 않는다.)로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종의 가스를 포함하는 드라이 에칭 가스인 항 11에 기재된 드라이 에칭 방법.
본 발명에 있어서,「분자 중의 이중결합에 직접 결합한 CF3CF 프래그먼트」란 CF3CF=C 구조를 갖는 것을 의미한다.
본 발명에서 사용하는 드라이 에칭 가스는 분자 중에 이중결합을 갖는 CF3CF 프래그먼트를 갖는 화합물 중 적어도 1종(이하, 「에칭 가스 성분」이라는 적이 있다)(단, CF3CF=CFCF=CF2를 제외한다.)을 포함하는 것으로, 바람직하게는 일반식(1):
CF3CF=CXY (1)
(X 및 Y는 상기에 정의된 바와 같다.)로 나타내는 화합물 중 적어도 1종, 바람직하게는 일반식(2):
CF3CF=CZ2-m(CnF2n+1)m (2)
(Z, m 및 n은 상기에 정의된 바와 같다.)로 나타내는 화합물 중 적어도 1종, 보다 바람직하게는 CF3CF=CFCF3를 포함한다. 이 드라이 에칭 가스는 CF3 + 이온을 선택적으로 발생시켜, CF3CF 프래그먼트로부터 발생하는 라디칼로 밀도가 높고 평탄한 플루오로카본 폴리머막에 유래하는 에칭 반응층이나 보호막을 형성하여, 산화실리콘 막 및/또는 실리콘을 함유하는 저유전율 막 등의 실리콘계 재료를 에칭한다.
본 발명의 에칭 가스 성분은 이중결합에 직접 결합한 CF3CF 프래그먼트를 갖는 화합물로 이루어지고, 바람직하게는 일반식(1):
CF3CF=CXY (1)
(식 중, X 및 Y는 상기에 정의된 바와 같다.)로 나타내는 화합물 중 적어도 1종이다. 구체적으로는, CF3CF=CFCF3, CF3CF=CF2, CF3CF=C(CF3)2, CF3CF=C(C2F5)2, CF3CF=C(C3F7)2, CF3CF=C(CF3)(C3F7), CF3CF=C(C2F5)(C3F7), CF3CF=C(CF3)(C2F5), CF3CF=CFC2F5, CF3CF=CFC3F7, CF3CF=CFCl, CF3CF=CClCF3, CF3CF=CBrCF3, CF3CF=CFBr, CF3CF=CFI, CF3CF=CICF3, CF3CF=CH2, CF3CF=CHF, CF3CF=CHCF3, CF3CF=CHC2F5, CF3CF=CHC3F7, CF3CF=CCHF2CF3, CF3CF=CCHF2C2F5, CF3CF=CCHF2C3F7, CF3CF=CCH2FCF3, CF3CF=CCH2FC2F5, CF3CF=CCH2FC3F7, CF3CF=CCH3F, CF3CF=CCH3CF3, CF3CF=CCH3C2F5, CF3CF=CCH3C3F7, CF3CF=CCHFCF3F, CF3CF=CCHFCF3CF3, CF3CF=CCHFCF3C2F5, CF3CF=CCHFCF3C3F7, CF3CF=CCF2CHF2F, CF3CF=CCF2CHF2CF3, CF3CF=CCF2CHF2C2F5, CF3CF=CCF2CHF2C3F7, CF3CF=CCH2CF3F, CF3CF=CCH2CF3CF3, CF3CF=CCH2CF3C2F5, CF3CF=CCH2CF3C3F7, CF3CF=CCHFCHF2F, CF3CF=CCHFCHF2CF3, CF3CF=CCHFCHF2C2F5, CF3CF=CCHFCHF2C3F7CF3CF=CCH3F, CF3CF=CCH3CF3, CF3CF=CCH3C2F5, CF3CF=CCH3C3F7이 예시된다.
일반식(1)의 화합물에 있어서, a는 1∼3의 정수, 바람직하게는 1 또는 2이다. b는 0∼7의 정수, 바람직하게는 3∼7이다. c는 0∼7의 정수, 바람직하게는 0∼3이다.
본 발명의 에칭 가스 성분은 더욱 바람직하게는 일반식(2):
CF3CF=CZ2-m(CnF2n+1)m (2)
(Z는 F, Cl, Br, I, H, CH3, C2H5, C3H7, CF3 , C2F5 또는 C3F7을 나타낸다. m은 O, 1 또는 2를 나타낸다. n은 1, 2 또는 3을 나타낸다.)로 나타내는 화합물 중 적어도 1종이다.
일반식(2)의 화합물에 있어서, Z는 F, Cl, Br, I, H, CH3, C2H5, C3 H7, CF3, C2F5 또는 C3F7을 나타내고, 바람직하게는 F, I, H, CH3 또는 CF3를 나타내고, 보다 바람직하게는 F 또는 CF3를 나타낸다.
일반식(2)의 화합물에 있어서, m은 0 내지 2의 정수, 바람직하게는 0 또는 1, 보다 바람직하게는 1을 나타낸다.
일반식(2)의 화합물에 있어서, n은 1∼3의 정수, 바람직하게는 1 또는 2, 보다 바람직하게는 1이다.
일반식(2)으로 나타내는 화합물로는 구체적으로는 CF3CF=CFCF3, CF3CF=CF2, CF3CF=CFC2F5, CF3CF=CFC3F7, CF3CF=C(CF3)2, CF3CF=C(CF3)(C2F5), CF3CF=C(CF3)(C3F7), CF3CF=C(C2F5)2, CF3CF=C(C2F5)(C3F7), CF3CF=C(C3F7)2, CF3CF=CH2, CF3CF=CHF, CF3CF=CHCF3, CF3CF=CHC2F5, CF3CF=CHC3F7, CF3CF=CCH3F, CF3CF=CCH3CF3, CF3CF=CCH3C2F5, CF3CF=CCH3C3F7, CF3CF=CC2H5F, CF3CF=CC2H5CF3, CF3CF=CC2H5C2F5, CF3CF=CC2H5C3F7, CF3CF=CC3H7F, CF3CF=CC3H7CF3, CF3CF=CC3H7C2F5, CF3CF=CC3H7C3F7, CF3CF=CFCl, CF3CF=CClCF3, CF3CF=CBrCF3, CF3CF=CFBr, CF3CF=CFI, CF3CF=CICF3가 예시된다.
본 발명의 바람직한 드라이 에칭 가스로는 CF3CF=CFCF3, CF3CF=CF2, CF3CF=CFC2F5, CF3CF=C(CF3)2, CF3CF=C(CF3)(C2F5), CF3CF=C(C2F5)2, CF3CF=CH2, CF3CF=CHF, CF3CF=CHCF3, CF3CF=CHC2F5, CF3CF=CCH3F, CF3CF=CCH3CF3, CF3CF=CCH3C2F5, CF3CF=CFI, CF3CF=CICF3가 예시된다.
본 발명의 드라이 에칭 가스는 He, Ne, Ar, Xe, Kr 등의 희가스; N2 등의 불활성 가스; NH3; H2; CH4, C2H6, C3H8, C2H4, C3H6 등의 탄화수소; O2; CO, CO2, (CF3)2C=O, CF3CFOCF2 등의 산소 화합물 가스; CF3I, CF3CF2I, (CF3)CFI, CF2=CFI 등의 요오드 화합물; CH2F2, CHF3, CF3CHF2, CHF2CHF2, CF3CH2F, CHF2CH2F, CF3CH3, CH2FCH2F, CH3CHF2, CH3CH2F, CF3CF2CF2H, CF3CHFCF3, CHF2CF2CHF2, CF3CF2CH2F, CF2CHFCHF2, CF3CH2CF3, CHF2CF2CH2F, CF3CF2CH3, CF3CH2CHF2, CH3CF2CHF2, CH3CHFCH3, CF2=CHF, CHF=CHF, CH2=CF2, CH2=CHF, CF3CH=CF2, CF3CH=CH2, CH3CF=CH2 등의 HFC(Hydrofluorocarbon) 가스; 및 CF2=CF2, CF2=CFCF=CF2, CF3CF=CFCF=CF2, c-C5F8, CF4, C2F6, C3F8, C4F10, c-C4F8 등의 탄소-탄소간의 단결합 및/또는 이중결합을 갖는 PFC(perfluorocarbon) 가스(단, 상기 항 1에 기재된 화합물을 제외한다.)로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종 이상의 가스(이하, 「병용 가스 성분」이라는 적이 있다)를 에칭 가스 성분과 혼합하여 사용해도 된다.
He, Ne, Ar, Xe, Kr 등의 희가스는 플라스마의 전자 온도 및 전자 밀도를 변화시킬 수 있고, 또한, 희석 효과도 있다. 이러한 불활성 가스를 병용함으로써, 플루오로카본 라디칼이나 플루오로카본 이온의 밸런스를 컨트롤하여, 에칭의 적정한 조건을 정할 수 있다.
N2, H2 또는 NH3를 병용함으로써, 저유전율 막의 에칭에 있어서 양호한 에칭형상이 얻어진다.
탄화수소와 HFC는 플라스마 중에서 카본이 풍유한 폴리머막을 에칭 마스크인 레지스트나 기초층에 퇴적시켜 에칭의 선택비를 향상시킨다. 또한, HFC는 그 자체로도 에칭종이 되는 이온을 발생시키는 효과도 있다.
산소 화합물은 C0, C02, 아세톤, (CF3)2C=O 등의 케톤, CF3CFOCF 2 등의 에폭사이드, CF3OCF3 등의 에테르와 같은 산소를 포함한 화합물을 의미한다. 이들 산소 화합물이나 O2를 병용함으로써, 미세 패턴을 에칭할 때, 에칭 속도가 저하하는 것(마이크로로딩(microloading) 효과라 한다)을 억제하여, 에칭이 스톱하는 것을 방지하는 효과가 있다.
CF3I, CF3CF2I, (CF3)2CFI, CF2CFI 등의 요오드 화합물은 일본국 특개평 11-340211호 공보, 다른 문헌[참조: Jpn.J.App1.Rhys.Vol.39(2000) pp1583-1596] 등에 개시되어 있다. 이들 요오드 화합물은 전자 밀도를 올리기 쉽고, 이들 중에는 CF3 +를 선택적으로 발생하는 것이 있으므로, 병용하는 것이 바람직하다.
분자 중에 이중결합을 갖는 HFC 및 PFC은 지구 온난화 효과가 작고, 플라스마 중에서 이중결합이 해리하기 쉽기 때문에, 에칭에 필요한 라디칼이나 이온의 발생을 제어하기 쉽다.
본 발명의 드라이 에칭 가스로서, 에칭 가스 성분과 병용 가스 성분으로 이루어지는 혼합 가스를 사용하는 경우, 통상 에칭 가스 성분 중 적어도 1종을 유량비 10% 정도 이상, 병용 가스 성분 중 적어도 1종을 유량비 90% 정도 이하 사용한다. 바람직하게는 에칭 가스 성분 중 적어도 1종을 유량비 20∼95% 정도, 병용 가스 성분 중 적어도 1종의 가스를 유량비 5∼80% 정도 사용한다. 바람직한 병용 가스 성분은 Ar, N2, O2, CO, CF3I 및 CH2F2로 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종이다.
방전입사전력 600W, 압력 3mTorr(0.399㎩)에서 발생시킨 본 발명의 바람직한 드라이 에칭 가스 CF3CF=CFCF3와 기존 에칭 가스 c-C4H8의 가스 플라스마 중의 양이온과 형성되는 플루오로카본막을 비교하여, 이하의 표 1에 나타낸다.
Figure 112003008074354-pct00001
CF3CF=CFCF3와 c-C4F8의 가스 플라스마 중의 양이온의 함유율과 형성되는 플루오로카본 막을 평가하기 위해 사용한 유도 결합 플라스마 등의 해리성이 높은 플라스마에서는 양이온은 에칭 효율이 낮은 CF+가 대부분을 차지하고, 에칭 효율이 높은 CF3 +는 매우 적으며, 지금까지, 기존 가스로는 c-C4F8을 이용하면 비교적 많이 CF3 + 이온을 발생시킬 수 있었다. CF3CF=CFCF3에서는 c-C4 F8보다도 CF3 +를 많이 발생시킬 수 있고, CF3 +는 양이온 전체의 30% 이상을 차지한다. 또한, CF3CF=CFCF 3는 c-C4F8보다도 플루오로카본 막을 퇴적시키는 주된 전구체인 저분자의 CFx(x=1∼3) 라디칼(그 중에서도, CF2가 가장 퇴적 효과가 크다)이 적음에도 불구하고, 플루오로카본 막의 평탄성이 2배 이상 향상하고, 막밀도도 1㎚당 1.1배 높다. 이들은 CF3CF 프래그먼트와 결합력이 약한 이중결합으로 구성하는 구조의 분자로부터, 플라스마 중에서 에칭 효율이 높은 CF3 + 이온이 발생하여, 고분자 라디칼이 적고, CF3CF에 유래하는 라디칼이 밀도가 높은 평탄한 플루오로카본 막을 형성하는 것을 뜻하고 있다.
산화실리콘 막 및/또는 실리콘을 함유하는 저유전율 막 등의 실리콘계 재료는 Si0F 등의 산화실리콘 막 중에 F를 함유하는 막이나 질화실리콘 막등이어도 된다. 실리콘계 재료란 막이나 층구조를 가진 재료에 한정되지 않고, 실리콘을 포함하는 화학적 조성을 갖는 전체가 그 재료 그 자체로 구성되는 물질이다. 예컨대, 유리나 석영판 등의 고체물질이 이것에 상당한다.
본 발명의 드라이 에칭 가스에 의하면, 에칭하는 산화실리콘 막 및/또는 실리콘을 함유하는 저유전율 막 등의 실리콘계 재료를 레지스트, 폴리실리콘 등의 마스크, 실리콘, 질화실리콘 막, 실리사이드, 금속 질화물 등의 기초층, 질화실리콘 막, 탄화실리콘 막 등의 스토퍼막 등에 대하여 선택적으로 에칭하는 것이 가능하다.
바람직한 에칭 조건을 이하에 나타낸다:
* 방전 전력 200∼3000W, 바람직하게는 400∼2000W;
* 바이어스 전력 25∼2000W, 바람직하게는 100∼1000W;
* 압력 30mTorr(3.99㎩) 이하, 바람직하게는 2∼10mTorr(0.266∼1.33㎩);
* 전자 밀도 109∼1013㎝-3, 바람직하게는 1010∼1012 ㎝-3;
* 전자 온도 2∼9eV, 바람직하게는 3∼8eV;
* 웨이퍼 온도 -40∼100℃, 바람직하게는 -30∼50℃;
* 챔버벽 온도 -30∼300℃, 바람직하게는 20∼200℃
방전 전력과 바이어스 전력은 챔버의 크기나 전극의 크기에 따라서 다르다. 소구경 웨이퍼용 유도결합 플라스마(ICP) 에칭 장치(챔버 용적 3500㎤)로 산화실리콘 막 및/또는 질화실리콘 막 및/또는 실리콘을 함유하는 저유전율 막 등에 콘택트 홀 등의 패턴을 에칭할 때의 이들의 바람직한 에칭 조건은,
* 방전 전력 200∼1000W, 바람직하게는 300∼600W
* 바이어스 전력 50∼500W, 바람직하게는 100∼300W이다.
또한, 웨이퍼가 대구경화하면 이들의 값도 커진다.
본 발명의 드라이 에칭 가스에 유래하는 가스 플라스마에서는 CF3CF 프래그먼트로부터 CF3 + 이온을 선택적으로 발생하여, CF3CF 프래그먼트에 유래하는 라디칼을 발생한다. CF3 + 이온은 에칭 효율을 향상시켜, 저 바이어스 전력에서의 에칭이 가능해지기 때문에, 레지스트나 실리콘 등의 기초층에 주는 손상도 적다. CF3CF 프래그먼트로부터 발생하는 라디칼은 밀도가 높은 평탄한 플루오로카본 폴리머 막으로 구성되는 에칭 반응층이나 보호막을 형성하여, 에칭 물질의 반응효율의 향상이나, 레지스트, 실리콘 등의 기초층, 및 질화실리콘, 탄화실리콘 등의 스토퍼 막의 보호를 가능하게 한다. 에칭 효율이 높은 CF3 + 이온을 CF3CF 유래의 라디칼에 의해 형성되는 평탄하고 밀도가 높은 막에 입사시킴으로써, 에칭의 밸런스를 잡아, 홀 또는 라인 등의 사이즈에 에칭 속도의 의존이 작고, 에칭 스톱이 없는 에칭을 실현한다.
이하, 본 발명을 실시예를 이용하여 보다 상세히 설명한다.
실시예 1 및 비교예 1:
ICP(Inductive Coupled Plasma) 방전 전력 600W, 바이어스 전력 200W, 압력 3mTorr(0.399㎩), 전자 밀도 8 ×1010∼2 ×1011㎝-3, 전자 온도 5∼7eV의 에칭 조건에서, 환상 c-C4F8(비교예 1) 및 CF3CF=CFCF3(실시예 1)를 에칭 가스로 하여, Si 기판상에 약 1㎛ 두께의 산화실리콘(SiO2) 막을 갖고, 또한 그 위에 홀 직경 0.2㎛의 레지스트 패턴을 갖는 반도체 기판을 깊이 약 1㎛ 에칭하였을 때의 에칭 속도와 직경 0.2㎛의 홀 저부 직경(㎛)을 이하의 표 2에 나타낸다.
Figure 112003008074354-pct00002
에칭 속도는 기존 에칭 가스인 환상 c-C4F8 쪽이 CF3CF=CFCF3 보다도 높음에도 불구하고, 홀 저부에서는 직경 O.10㎛로, 원래의 홀 사이즈보다도 축소되어 있어, 에칭이 스톱하는 경향을 나타내고 있다. CF3CF=CFCF3는 레지스트 패턴대로의 가공이 홀 저부까지 가능하다.
실시예 2 및 3 및 비교예 1:
ICP(Inductive Coupled Plasma) 방전 전력 400W, 바이어스 전력 25W, 압력 5mTorr(O.665㎩)의 에칭 조건에서, CF3CF=CF2(CF3CF=CZ2-m(C nF2n+1)m에 있어서 m=0, Z=F) 단독 가스, CF3CF=CF2/CH2F2 혼합 가스(유량비 45%/55%) 및 CF3CF=CF2/CH2F2 혼합 가스(유량비 20%/80%)로 콘택트 홀을 에칭한 경우와, 기존 에칭 가스인 c-C4F8/CH2F2/O2 혼합 가스(유량비 17%/76.6%/6.4%)의 최적 에칭 조건인 ICP 방전 전력 400W, 바이어스 전력 25W, 압력 7.5mTorr(9.975㎩)에서 콘택트 홀을 에칭한 경우의 에칭 속도와 평면에 대한 직경 0.2㎛의 에칭 속도의 저하율을 비교하여 표 3에 나타낸다.
Figure 112003008074354-pct00003
CF3CF=CF2/CH2F2 혼합 가스의 경우는 O2를 첨가하지 않더라도, 최적 조건에서의 c-C4F8/CH2F2/O2 혼합 가스보다도 에칭 속도의 저하율이 작다. 따라서, 다른 크기의 패턴을 거의 동일한 에칭 속도로 에칭할 수 있고, 기초층을 에칭하는 시간이 적어져서 손상이 적은 반도체 디바이스의 제작에 바람직하게 이용할 수 있다.

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  7. CF3CF=CFCF3를 포함하는 드라이 에칭 가스를 이용하여, CF3 + 가 양이온 전체의 30% ~ 35%인 가스 플라스마에서, 산화실리콘 막 및 실리콘을 함유하는 저유전율 막 중의 하나 이상의 실리콘계 재료를 에칭하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
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  11. (ⅰ) CF3CF=CFCF3 화합물 및 (ⅱ) 희가스, 불활성 가스, NH3, H2, 탄화수소, O2, 산소 화합물, 요오드 화합물, HFC(Hydrofluorocarbon) 및 단결합 및 이중결합 중 적어도 1종을 갖는 PFC(perfluorocarbon) 가스(단, (ⅰ)에 기재된 화합물을 포함하지 않는다.)로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종을 포함하는 드라이 에칭 가스를 이용하여, CF3 + 가 양이온 전체의 30% ~ 35%인 혼합 가스 플라스마에서 산화실리콘 막 및 실리콘을 함유하는 저유전율 막 중의 하나 이상의 실리콘계 재료를 에칭하는 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 드라이 에칭 가스가 (ⅰ) CF3CF=CFCF3 화합물 및 (ⅱ) He, Ne, Ar, Xe, Kr로 이루어지는 희가스; N2 등으로 이루어지는 불활성 가스; NH3; H2; CH4, C2H6, C3H8, C2H4, C3H6 등으로 이루어지는 탄화수소; O2; CO, CO2, (CH3)2C=O, (CF3)2C=O, CF3CFOCF2, CF3OCF3 등으로 이루어지는 산소 화합물; CF3I, CF3CF2I, (CF3)CFI, CF2=CFI 등으로 이루어지는 요오드 화합물; CH2F2, CHF3, CF3CHF2, CHF2CHF2, CF3CH2F, CHF2CH2F, CF3CH3, CH2FCH2F, CF2=CHF, CHF=CHF, CH2=CF2, CH2=CHF, CF3CH=CF2, CF3CH=CH2, CH3CF=CH2, CH3CHF2, CH3CH2F, CF3CF2CF2H, CF3CHFCF3, CHF2CF2CHF2, CF3CF2CH2F, CF2CHFCHF2, CF3CH2CF3, CHF2CF2CH2F, CF3CF2CH3, CF3CH2CHF2, CH3CF2CHF2, CH3CHFCH3 등으로 이루어지는 HFC(Hydrofluorocarbon); 및 CF2=CF2, CF2=CFCF=CF2, CF3CF=CFCF=CF2, c-C5F8, CF4, C2F6, C3F8, C4F10, c-C4F8 등으로 이루어지는 단결합 및 이중결합 중 적어도 1종을 갖는 PFC(perfluorocarbon) 가스(단, (ⅰ)에 기재된 화합물을 포함하지 않는다.)로 구성되는 그룹 중에서 선택되는 적어도 1종의 가스를 포함하는 드라이 에칭 가스인 것을 특징으로 하는 드라이 에칭 방법.
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