KR980012064A - 단결성 실리콘 에칭 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단결정 실리콘내에 얕은 트렌치를 에칭하기 위한 방법에 관한 것이다. 처리 에칭제는 HBr/Cl₂/O₂/He를 포함한다. 상기 방법은 예를 들어 포토레지스트, 산화물 경질 마스크 및 질화물 경질 마스크를 포함하는 여러 가지 마스크(24) 구성과 함께 사용될 수 있다. 상기 방법은 약 0.25 미크론 내지 약 1 미크론의 폭과 약 0.3 미크론 내지 약 1 미크론의 깊이를 가지는 얕은 트랜치(32)를 형성한다. 상기 얕은 트렌치(32)는 둥근 하부 코너(38), 평탄하고 연속적인 측벽 (34) 및 실질적으로 평면이고 깨끗한 하부(36)를 가진다 소정 트렌치 폭을 위해, 프로파일 각도는 실질적으로 단결정 실리콘에 걸쳐 균일하다. 상기 트렌치 깊이는 실질적으로 또한 단결정 실리콘에 걸쳐 균일하다. 부가적으로, 상기 프로파일 각도는 실질적으로 트렌치 길이에 무관하다. 상기 방법은 단결정 실리콘 에칭을 위해 하나 또는 둘의 에칭 단계를 포함할 수 있다. 상기 2단계 에칭 방법은 트렌치 깊이에 대해 변화하는 프로파일 각도를 가지는 얕은 트렌치를 형성한다.

Description

단결정 실리콘 에칭 방법

본 발명은 실리콘 에칭 방법에 관한 것으로서 특히 진보된 집적 회로에 사용하기 위한 단결정 실리콘내에 얕은 트렌치를 형성하기 위한 건식 에칭 방업에 관한 것이다.

소자 절연 기술은 진보된 집적 회로 제조에 중요하다. 소자 위상은 현재 0.5미크론 이하이고 계속 0.35 미크론 미만까지 감소되고 있다. 현재 소자 위상은 이미 다수의 공지된 절연 기술의 효율을 능가하고 있다.

하나의 공지된 절연 기술은 실리콘의 국부산화(LOCOS : local oxigation of silicon) 기술이다. 상기 LOCOS 기술은 (ⅰ) 실리콘 기판상에 Si_xN_y의 층을 증착하고, (ⅱ) 반응성 이온 에칭 처리에 의해 Si_xN_y층을 통해 선택적으로 개구부를 형성하며, (ⅲ) 노출된 실리콘의 영역상에 SiO₂의 필드 산화물을 성장시키는 것을 포함한다. 패드 산화물은 전형적으로 Si_xN_y층 아래에 제공된다.

그러나, LOCOS 기술은 고밀도 집적 회로에 사용하기 위한 0.5 미크론 미만 소자를 준비하기에는 완전히 만족할 수 없는 것으로 알려졌다. 이것은 실리콘 개구부내에 적단한 깊이의 필드 산화물을 성장하기 위해 인접한 트랜지스터의 게이트 사이의 절연 거리가 "버즈 피크 잠식˝의 고유의 발생을 보상하기 위해 감소되어야 하기 때문이다. 버즈 피크 잠식은 산화체가 측면으로 확산하고 필드 산화물이 아래로 성장하여 Si_xN_y에지를 들어올릴 때 발생한다. 질화물 에지에서 필드 산화물의 모양은 새부리를 닮았다. 버즈 피크는 소자 활성 영역내의 필드 산화물의 연장이다. 버즈 피크 잠식은 최소 절연 요구를 위임 통치하고 LOCOS 기술에서 능동 소자의 잠식을 허용한다. 이런 문제는 단지 약 0.5 미크론까지 LOCOS 기술에서 달성할 수 있는 최소구조 크기를 제허한다. 그러므로, LOCOS 기술은 현재 요구되는 감소된 소자 위상을 달성할 수 없고 미래의 발생 진보 집적 회로에 곧 요구될 여전히 더 작은 소자 위상을 달성할 수 없다.

따라서, 진보된 집적 회로의 현재와 밀에 발생하는 소자 위상은 LOCOS 기술을 대체할 다른 소자 절연 기술을 요구한다. 하나의 다른 기술은 트렌치 에칭밀 재충전이다. 재충전 기술은 다수의 VLSI(대규모 집적 회로)와 ULSI(초대규모 집적회로) 응용에 사용되고 있다. 트렌치 에칭과 재충전 처리는 3차원 구조개념, 이를테면 트렌치 절연을 개발하는 전자 소자의제조에 중요한다.

이런 트렌치 에칭과 재충전 기술에서, 트렌치 형성 방법은 일반적으로 깊은, 적당한 또는 얕은 트렌치가 되는 것으로 특징화된다. 깊은 트렌치는 전형적으로 약 3 미크론 이상의 깊이와 약 2 미크론 미만의 폭을 가지고; 적당한 트렌치는 전형적으로 약 1 미크론 내지 약 3 미크론의 깊이를 가지며; 얕은 트렌치는 전형적으로 약 1 미크론 미만의 깊이를 가진다.

높은 수행을 제공하는 트렌치 에칭가 재충전 절연 기술은 얕은 트렌치와 재충전 절연(STI : shallow trench and refill isolation) 기술로서 공지되어 있다. 상기 STI 기술은 전형적으로 (ⅰ) 기판에 대해 패턴화된 마스크 개구부를 형성하기 위해 중첩 마스크 재료를 선택적으로 에칭하고, (ⅱ) 실리콘 기판에 중첩하는 산화물층을 관통 에칭하고, (ⅲ) 얕은 트렌치를 형성하기 위해 기판을 이방성 건식 에칭하고, (ⅳ) 상기 트렌치를 n 또는 p-타입 도핑하고, (ⅴ) 상기 기판으로부터 마스크 재료를 제거하고, (ⅵ) 유전체 재료로 트렌치를 재충전하며, (ⅶ) 웨이퍼 위상을 개선하도록 평탄화를 수행하는 단계를 포함한다.

평탄화는 전형적으로 소자를 제조하기 위한 평면 표면을 형성하기 위해 오리지널 기판 표면상의 마스크와 유전체 재료를 제거하는 화학-기계적 연마와 에칭백 단계를 포함한다.

능동 소자 영역은 트렌치의 형성 동안 마스크 재료에 의해 에칭제로부터 보호되는 영역이다.

상기 마스크 재료는 전형적으로 포토레지스트 또는 경질마스크, 이를테면 경질마스크 질화물과 경질마스크 산화물이다. 포토레지스트 마스크와 경질 마스크는 전형적으로 산 제거 처리에 의해 기판으로부터 제거된다. 화학-기계적 연마 단계동안, 경질 마스크는 기판의 바람직하지 않은 손상을 방지하기 위한 종말점 마스크로서 작용한다.

트렌치 프로파일, 트렌치 하부의 측벽 연속성 및 매끄러움, 평탄함과 트렌치 하부 코너의 모양을 제어하고 에칭 속도와 프로파일 마이크로로딩 효과를 최소화하는 것은 STI 기술에서 중요하다. 이런 인자는 실리콘 기판에 제공된 마스크 재료의 선택과 기판내의 얕은 트렌치를 형성하는데 사용되는 처리 파라미터에 의해 제어된다.

상기 트렌치 프로파일 각도는 전형적으로 STI 처리에서 약 75°로부터 약 90°까지 변화한다. 일반적으로, 트렌치 프로파일 각도가 90°를 향해 증가할 때 보이드를 형성하지 않고 유전체 재료로 트렌치를 채우는 것은 더욱 어렵게 된다.

트렌치 하부 코너의 모양을 고려하여, 둥근 트렌치는 결함과 전기적 누설에 관련된 스트레스를 최소화하는데 굉장히 유리하다.

또한 트렌치는 산화물의 보전성을 유지하고 소자 절연 수행을 개선하기 위해 매끄럽고 연속적 측벽과 평탄하고 깨끗한 트렌치 하부 표면을 가지는 것은 소자 응용에 유리하다.

프로파일 마이크로로딩은 형상의 단면적 프로파일이 기판상의 형상사이의 간격의 함수로서 변화할 때 초래한다. 상기 에칭 처리가 상기 형상 또는 형상의 밀도 사이의 거리에 무관한 균일한 단면을 가지는 형상을 형성하는 것이 바람직하다.

트렌치 에칭 처리에서, 또한 웨이퍼에 걸친 트렌치 깊이와 트렌치 프로파일 각도의 최대 균일성을 달성하는 것이 상당히 바람직하다. 특히. 트렌치 깊이와 트렌치 프로파일 각도는 둘다 웨이퍼의 중앙과 에지 사이에서 일정하게 되는 것이 바람직하다. 균일한 트렌치 깊이는 웨이퍼에 걸친 소자 성능을 균일하게 할 수 있다. 부가적으로, 트렌치 프로파일은 트렌치 깊이와 무관하게 되는 것이 바람직하고, 그 결과 트렌치 깊이는 트렌치 에칭 처리에서 달성할 수 있는 트렌치 프로파일 각도를 제한하지 않는다.

공지된 트렌치 에칭 처리는 단결정 실리콘 얕은 에칭 처리에서 트렌치 프로파일 각도와 트렌치 하부 코너의 모양을 엄밀히 제어하고 매끄럽고 연속적인 트렌치 측벽과 평탄하고 깨끗한 트렌치 하부 표면을 형성하며, 에칭 속도와 프로파일 마이크로로딩 효과를 최소화하는 필요를 달성할 수 없다.

따라서, (ⅰ) 둥근 트렌치 하부 코너, (ⅱ) 실리콘에 걸쳐 실질적으로 균일한 트렌치 깊이, (ⅲ) 소정 트렌치 폭을 위해, 실리콘에 걸친 실질적으로 균일한 트렌치 프로파일 각도, (ⅳ) 트렌치 깊이에 무관한 트렌치 프로파일, (ⅴ) 매끄럽고 연속적인 트렌치 측벽, 및 (ⅵ) 평탄하고 깨끗한 트렌치 하부를 제공하는 단결정 실리콘에 얕은 트렌치를 형성하기 위한 방법이 요구된다.

본 발명의 목적은 상기 필요를 만족하는 단결정 실리콘에 얕은 트렌치를 에칭하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

제1도는 전형적 얕은 트렌치 절연 처리의 순차적 단계를 도시하는 도면.

제2도는 본 발명에 따른 2단계 주요 에칭 처리에 의해 형성되 얕은 트렌치 프로파일을 도시하는 도면.

제3도는 에칭 이전의 개방되지 않은 마스크를 가지는 단결정 실리콘 기관을 도시하는 도면.

제4도는 본 발명의 처리를 수행하기에 적당한 장치의 수직 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

22 : 단결정 실리콘 기관 32 : 트렌치

34a, 34b : 측벽부

특히, 상기 방법은 (ⅰ) 둥근 트렌치 하부 코너, (ⅱ) 실리콘에 걸쳐 실질적으로 균일한 트렌치 깊이, (ⅲ) 소정 트렌치 폭을 위해, 실리콘에 걸친 실질적으로 균일한 트렌치 프로파일 각도, (ⅳ) 트렌치 깊이에 무관한 트렌치 프로파일, (ⅴ) 매끄럽고 연속적인 트렌치 측벽, 및 (ⅵ) 평탄하고 깨끗한 트렌치 하부를 제공한다.

부가적으로, 본 방법은 실질적으로 요각의 프로파일, 언더컷팅, 노칭 또는 트렌칭이 없이 진행한다.

본 발명의 방법은 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭을 포함한다. 상기 방법은,

(a) 염소-함유 화합물, 플로오르-함유 화합물과 붕소-함유 화하물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물, 및 산소로 구성된 처리 가스를 에칭 존내로 유입하는 단계;

(b) 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 발생하는 단계; 및

(c) 얕은 트렌치를 형성하기 위해 상기 플라즈마와 단결정 실리콘을 접촉시키는 단계를 포함한다.

상기 얕은 트렌치는 전형적으로 약 0.3 미크론으로부터 약 1미크론까지의 깊이와 약 0.25 미크론으로부터 약 0.35 미크론까지의 트렌치 폭을 가지고 전형적으로 약 75°로부터 약 90°까지의 각도를 가진다. 상기 얕은 트렌치는 매끄럽고 연속적인 측벽, 단결정 실리콘에 걸친 일정한 깊이, 트렌치 깊이와 무관한 프로파일 각도, 및 둥근 하부 코너를 가지는 것으로서 특징화된다.

처리 가스에서, 염소-함유 화합물은 전형적으로 C_l2이다. 이런 화합물은 실리콘을 에칭하기 위한 주요한 에칭제이다. 상기 붕소-함유 화합물은 전형적으로 HBr이다. C_l2와 함께 부가될 때, 이런 화합물은 프로파일 각도 제어를 위해 트렌치 측벽을 주로 불활성하는 2차 가스이다.

상기 처리 가스는 바람직하게 불활성과 산화 효과를 제공하는 얕은 트렌치내의 둥근 하부 코너의 형성을 증진하는 O₂를 포함한다. 상기 산소는 전형적으로 불활성 희석 가스, 이를테면 He 과 함께 에칭 존내로 유입된다.

얕은 트렌치를 형성하기 위해, 상기 단결정 실리콘은 거기에 마스크를 가진다. 마스크는 패턴화되거나 개방되지 않을 수 있다. 상기 방법은 예를 들어 포토레지스트 마스크와 산화물과 질화물 경질 마스크를 포함하여 다양한 마스크 구성을 가지는 단결정 실리콘을 에칭하기 위해 사용될 수 있다. 반사 방지 코팅물이 마스크에 제공될 수 있다.

상기 에칭 챔버내의 캐소드 온도는 전형적으로 약 10℃ 내지 약 85℃로 유지되고 바람직하게 약 60℃로 유지된다. 증가된 캐소드 온도는 더욱 수직한 트렌치 프로파일, 감소된 프로파일 마이크로로딩, 증가된 단결정 실리콘 에칭 및 증가된 하부 코너 라운딩을 가지는 얕은 트렌치를 형성한다.

상기 처리에 사용된 얍력은 전형적으로 약 20mTorr 내지 약 150 mTorr, 더욱 바람직하게 약 60mTorr이다.

상기 불활성 가스와 O₂는 전체 처리 가스 흐름 속도의 약 5% 내지 약 30%의 전체 흐름 속도를 챔버내로 유입된다. 높은 흐름 속도는 일반적으로 둥근 하부 코너의 형성을 증진시킨다. 헬륨은 약 7.3의 He:O₂의 비율로 O₂를 위한 희석제로서 부가된다.

사용된 RF전력 레벨은 일반적으로 6인치 내지 8인치 웨이퍼 처리를 위해 약 200와트 내지 약 750와트, 바람직하게 약 300 와트 내지 약 400와트이다. 낮은 전력 레벨은 프로파일 마이크로로딩을 감소시키고, 더 넓은 트렌치의 프로파일 테이퍼(taper)를 감소시키며, 하부 코너 라운딩을 증가시킨다.

상기 방법은 단결정 실리콘을 에칭하기 위한 2가지 주요 에칭 단계를 포함할 수 있다. 제 1단계는 실질적으로 수직적 테이퍼를 가지는 상부 측벽부를 형성한다. 제 2단계는 상부 측벽부보다 더 큰 테이퍼를 가지는 하부 측벽부를 형성한다. 제 2단계는 얕은 트렌치에 둥근 하부 코너를 사용하기 위해 산소를 포함하는 처리가스를 사용한다.

도 1a-1d를 참조하면, 전형적 얕은 트렌치 절연(STI)방법의 순차적 단계의 흐름도가 도시되어 있다.

상기 방법은 전형적으로 기판(22)과 중첩 마스크(24)를 포함하는 패턴화된 웨이퍼(20)상에서 수행된다.

상기 기판(22)은 단결정 실리콘으로 구성된다. 상기 다결정 실리콘은 전형적으로 진보된 집적 회로 소자에서의 사용을 위한 웨이퍼이다. 상기 기판 (22)은 상부표면(30)을 가진다.

상기 도시된 마스크(24)는 2층 구조를 포함한다. 상기 기판(22)의 상기 상부표면(30)상의 상기 층926)은 하부 SiO2와 패드 산화물 층(도시안됨)을 가지는 Si3N4와 같은 질화물 재료의 층을 포함한다. 상기 층(26)상에 배치된 층(28)은 포토레지스트 재료로 구성될 수 있다.

상기 단결정 기판(22)상에 제공된 마스크(24)는 변경될 수 있다. 상기 수반하는 바람직한 마스크(24) 구성은 상기 기판(22)의 상부 표면(30)상에 직접 형성되는 상기 마스크(24)의 제 1층(전형적으로 패드 산화물), 및 연속적으로 상기 제 1층상에 형성되는 나머지 층: 패드 산화물/질화물/산화물; 패드 산화물/질화물/포토레지스트; 및 패드 산화물/질화물로 단결정 실리콘 기판(22)상에 형성될 수 있다.

상기 질화물 층은 전형적으로 약 1000Å 내지 3000Å, 더욱 바람직하게 약 1500Å의 두께를 가진다. 상기 질화물 층은 높은 단단함을 가지는 것으로서 특징화된다. 이런 층은 전형적으로 화학 기상 증착(CVD) 기술을 사용하여 증착된다.

상기 패드 산화물층은 전형적으로 상기 질화물 층의 높은 단단함을 보상하기 위해 상기 기판(22)과 질화물층 사이에 형성된다. 상기 패드 산화물 층은 전형적으로 약 150Å내지 약 250Å의 두께를 가진다.

상기 마스크(24)는 포토리소그래피 처리 동안 반사적 노칭 정상파와 후면 수캐터링 광을 감소시키고, 포토레지스트 노출 범위를 최대화하며 포토레지스트 측벽 프로파일을 최적화하도록 유기적 반사방지 코팅물을 추가로 포함한다. 반사 방지 코팅물을 포함하는 바람직한 마스크(24)는 다음 층: 패드 산화물/질화물/반사방지 코팅물/포토레지스트를 포함한다.

바람직한 유기적 반사방지 코팅물은 Brewer Sccience, Inc의 상표 "ARC"로 상업적으로 입수가능하다. 상기 포토레지스트는 상기 포토레지스트 패턴에 의해 커버된 상기 기판 (22)부분이 상기 기판(22) 에칭동안 에칭되지 않도록 실질적으로 에칭에 저항한다.

도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 방법은 상기 기판(22)내의 도시된 얕은 트랜치(32)와 같은 얕은 트랜치의 에칭을 포함한다. 상기 얕은 트랜치(32)는 대립된 측벽(34), 트랜치 하부(36) 및 트랜치 하부 코너(38)를 포함한다. 상기 얕은 트랜치는 전형적으로 약 0.25미크론 내지 1 미크론의 최소 폭을 가지고, 약 0.3미크론 내지 약 1미크론의 깊이를 가진다. 약 0.25미크론 내지 약 0.35미크론의 폭을 가지는 얕은 트랜치를 위해 상기 얕은 트랜치 측벽은 전형적으로 단결정 실리콘표면(30)과 관련하여 약 75°내지 약 90°의 프로파일 각도(α)를 가진다.

본 발명에 따르면 상기 얕은 트랜지 에칭 방법은 전형적으로 초기 돌파 에칭단계와 본 명세서에서 ˝주요 에칭˝으로서 참조되는 1단계 또는 2단계 단결정 실리콘 에칭을 포함한다.

상기 돌파 에칭 단계는 상기 단결정 기판(22)의 표면(30)으로부터 어떤천연산화물을 제거하기 위해 수행된다. 상기 돌파 에칭 단계를 위한 바람직한 건식 에칭제는 CF₄이다. 다른 적당한 에칭제가 임으로 사용될 수 있다.

단결정 실리콘 기판(22)에 대한 1단계 주요 에칭 처리에서, 얕은 트랜치(32)는 2개별 에칭 단계에 의해 형성된다. 도2를 참조하면, 상기 제 1 에칭 단계는 실질적으로 상기 실리콘 기판(22)내에 수직 상부 측벽부(34a)를 형성한다. 다음에 제 2 에칭 단계는 테이퍼링되는 하부 측벽부(34b)와 둥근 하부 코너(38)를 형성한다. 인터페이스(34c)는 상기 강부 측벽부(34a)와 상기 하부 측벽부(34b) 사이의 변화 위치에 형성할 수 있다. 이런 인터페이스는 예를들어 처리 압력을 램핑(ramping)함으로서 매끄럽게 될 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 1단계 주요 에칭의 몇몇의 이유 때문에 2단계 주요 에칭이 바람직하다. 우선, 1단계 에칭은 에칭단계를 제거함으로서 주요 에칭 처리를 간략화한다. 결론적으로, 처리 시간은 감소될 수 있다. 둘째, 1단계 처리는 상기 상부 측벽부와 하부 측벽부 사이의 인터페이스 형성을 제거한다.

둘다의 1단계와 2단계 얕은 트랜치 에칭 처리에서, 상기 형성된 트랜치는 바람직하게도 도 1b와 3에 도시된 바와 같이 둥근 하부 코너(38)를 가지는 것이 바람직하다. 둥근 하부 코너는 결함과 전기적 누설과 관련된 스트레스를 최소화하는 점을 제공한다. 또한 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 얕은 에칭 처리는 상기 유전체 재료(40)의 보전성을 유지하고 소자 절연 성능을 개선하기 위해 매끄럽고 연속적이 측벽(34,34a,34c)과 평탄하고 깨끗한 트랜치 하부 표면(36)을 형성하는 것이 바람직하다.

도 1c를 참조하면, 상기 포토레지스트 층(28)은 상기 유전체 재료(40)로 얕은 트랜치를 재충전하기 전에 H₂SO₄/H₂O₂와 같은 일반적 제거 용액을 사용하여 상기 층(26)으로부터 제거될 수 있다. 상기 포토레지스트의 제거에 수반하여, 상기 웨이퍼(20)는 상기 측벽(34)상에 존재하는 어떤 부활성물을 제거하기 위해 전형적으로 희석된 HF 용액에 담가진다.

상기 유전체 재료는 전형적으로 SiO₂이다. 다른 유전체 재료가 상기 얕은 트랜치(32)를 재충전하기 위해 임의로 사용될 수 있다. 상기 유전체 재료(40)는 전형적으로 CVD기술을 사용하여 상기 얕은 트랜치(32)내에 증착된다. 도시된 바와 같이 상기 증착된 유전체 층(40)은 상기 트랜치(32)를 충전하고 상기 층(26)상에 연장한다.

도 1d를 참조하면, 평탄화는 전형적으로 상기 층 (26)의 상부 표면(27)으로 상기 유전체 재료(40)의 상부 표면(42)을 형성하도록 상기 층 (26)상의 상기 유전체재료(40)를 제거하기 위해 수행된다. 이런 레벨화는 일반적 화학-기계적 연마 단계에 의해 달성된다. 이런 단계 동안, 상기 층(26)은 종말점 미스크로서 기능 할 수 있다.

평탄화에 수반하여, 상기 질화물과 패드 산화물은 순차적으로 소자 처리를 위해 제거된다.

도 4를 참조하면, 본 발명을 수행하기에 적당한 반응 장치(50)는 에칭 존(54)을 가지는 에칭 챔버(52)를 포함한다. 처리 가스는 가스 인렛(58)을 통해 상기 에칭 챔버(52)내로 유입된다. 다음에 상기 처리 가스는 상기 에칭 존(54)내에 처리 가스를 분배하는 "샤워헤드" 확산기 플레이트(60)를 통과한다. 주위 포커스 링(62)은 실질적으로 상기 에칭 존(54)내에 발생된 플라즈마를 유지한다.

정벽 또는 펌핑 플레이트(48)는 다수의 배기 홀(72a,72b)을 한정하고 상기 에칭 챔버(52)를 2개 존: 상기 에칭 존(54)과 비에칭 존 (74)으로 분리한다. 상기 배기 홀(72a,72b)은 상기 에칭 챔버(52)로부터 소모 처리 가스와 휘발성 에칭 부산물을 배기하기 위해 배기 포트(76)를 통해 진공 펌프(도시안됨)와 통해 있는 유체내에 있다.

상기 반응 챔버(50)는 자성적으로 증진될 수 있다. 자성 코일(80)은 상기 에칭 존(54)내의 처리 가스로부터 형성된 플라즈마를 자성적으로 증진하기 위해 상기 에칭 챔버(52) 둘레에 공급될 수있다.

동작중, 도 1a에 도시된 바와 같은 기판(10)은 상기 캐소드(56)상에 배치되고 처리 가스는 상기 가스인렛(58)을 통해 에칭 챔버(52)내로 유입된다. 플라즈마는 상기 기판(22)을 에칭하기 위해 상기 존(54)내의 상기 처리 가스로부터 발생된다. 플라즈마의 흐름은 화살표(82a 와 82b)에 의해 표현된다.

본 발명에 따르면, 단결정 실리콘 에칭을 위한 주요 에칭 처리에 사용된 처리 가스는 붕소-함유가스, 염소-함유 가스, 및 플루오르-함유 가스 중 적어도 하나를 포함한다.

상기 염소-함유 가스는 전형적으로 C_l2이다. 이런 가스는 단결정 실리콘을 에칭하기 위한 주요 에칭제이다.

상기 붕소-함유 가스는 전형적으로 HBr이다. C_l2가 부가 될 때, 이런 가스는 프포파일 각도 제어를 위한 트랜치 측벽을 주로 불활성화 하는 2차 가스이다.

상기 플루오르-함유 가스는 예를들어 SF₆, CF₄, 도는 NF₃가 될 수 있다.

산소는 바람직하게 O₂의 형태이다. 상기 산소는 상기 얕은 트랜치(32)의 측벽(34)의 불활성화를 증가시키고 또한 단결정 실리콘 기판(22)을 산화시킨다. 이런 불활성화와 산화는 상기 트랜치 하부 코너(38)의 라운딩을 증진시킨다.

상기 처리 가스는 바람직하게 불활성 희석 가스, 전형적으로 He를 더 포함한다. 본 명세서에서 "He-O₂"로 참조된 헬륨과 산소 가스 가스 혼합물은 상업적으로 입수가능하다.

상기 처리 가스는 미크로마스킹(micromasking)의 제거를 위해 효과적 양의 플루오으-함유 가스, 이를테면 하나 이상의 CF₄, SF₆, NF₃등을 포함할 수 있다. 미크로마스킹은 HBr/Cl₂/He-O₂를 포함하는 처리 가스를 이용한 얕은 트랜치 에칭 처리에서 달성될 수 있는 소정구조 크기를 위해 상기 얕은 트랜치의 테이퍼를 제한할 수 있다. 예를 들면, 이런 처리 가스 구성에 대한 CF₄의 첨가는 미크로로딩을 제거할 수 있고 더큰 정도의 테이퍼가 얕은 트랜치 측벽에 대해 달성되도록 할 수 있다.

예를 들면, 약 75°미만의 테이퍼는 이런 첨가에 의해 약 0.3미크론 구조를 위해 달성될 수 있다. 전형적 처리 가스 흐름은 90sccm HBr/30sccm Cl₂/20sccm He-O₂/10sccm 플루오르-함유 가스이다.

이런 가스의 초과 부가가 실질적으로 상기 얕은 트랜치내에 측벽을 형성할 수 있을 때 부가되는 상기 플루오르-함유 가스의 양은 정확히 제어된다. 따라서 플루오르-함유 가스는 바람직하게 미크로로딩이 발생할 때만 상기 처리 가스에 부가된다.

상기 처리 가스는 상기 처리 가스의 전체 흐름에 대해 HBr/Cl₂/He-O₂의 전체 GM름속도, HBr/Cl₂의 흐름비, 및 He-O₂의 전체 흐름비를 조절함으로써 변경된다.

8인치 웨이퍼에 대해, 상기 처리 가스의 전체 흐름속도는 전형적으로 약 80sccm내지 약 200sccm이다.

상기 HBR/Cl₂의 흐름비는 일반적으로 약 1:1 내지 약 10:1, 전형적으로 약 3:1이다. 이런 비율은 상기 얕은 트랜치 프로파일을 변경하기 위해 변화될 수 있다. 상기 HBr/Cl₂의 흐름비는 단지 상당히 테이퍼링된 얕은 트랜치에 대한 트랜치프로파일에 최소의 영향을 미친다.

상기 He-O₂의 체적비는 전형적으로 약 7:3이다. 이런 혼합물은 상업적으로 입수가능하다.

상기 He-O₂의 전체 흐름 속도는 전형적으로 약 10sccm 내지 약 40sccm, 바람직하게 약 15sccm 내지 약 30sccm이다. He-O₂의 높은 흐름 속도는 둥근 트렌치 하부 코너의 형성을 촉진한다. 또한 He-O₂의 높은 흐름 속도는 단결정 실리콘 에칭 속도를 증진시킴으로써 처리량을 증가시킨다. 약 15sccm 이상의 He-O₂전체 흐름 증가는 얕은 트랜치 프로파일을 상당히 변화시키지 않는다.

포토레지스트 마스크 때문에, 상기 단결정 실리콘에 대한 보통 에칭 속도는 전형적으로 약 2500Å/분 내지 약 4000Å/분이다.

He-O₂의 전체 흐름은 바람직하게 분명한 코너 라운딩을 달성하기위해 상기 처리가스의 전체 흐름중 약 10% 내지 약 20%이다. He-O₂의 전체 흐름이 약 20sccm이상까지 증가할 때, 상기 단결정 실리콘의 표면상의 에칭 부산물과 폴리머의 미크로마스킹이 발생한다.

2단계 주요 에칭 처리에서, He-O₂는 전형적으로 제 2주요 에칭 단계에서 상기 처리 가스에 부가되고 제 1단계 동안 부가되지 않는다. 상기 제 2 에칭 단계는 트랜치 하부 코너를 포함하는 얕은 트랜치의 하부 부분을 형성하고, 따라서, He-O₂는 상기 트랜치 하부 코너의 라운딩을 증진시키기 위해 이런 단계 동안 부가된다.

상기 플라즈마는 상기 에칭 단계에서 단결정 실리콘 기판(22)을 에칭하기 위해 처리 가스로부터 발생한다. 상기 플라즈마를 발생하기 위해 사용된 전력은 일반적으로 약 200와트 내치 약 750와드, 전형적으로 400와트이다. 저전력 레벨은 일반적으로 더 넓은 트랜치에서 프로파일 테이퍼를 감소시키고, 프로파일 미크로로딩을 감소시키며, 본질적으로 더 넓은 트랜치에서 트랜치 하부 코너 라운딩을 증가시키는 장점을 제공한다. 전력 감소는 또한 단결정 실리콘 기판의 에칭 속도를 감소시킨다.

상기 플라즈마는 예를 들어 전자 공명 공진, 자성적으로 증진된 반응기 및 유도적으로 결합된 플라즈마를 사용하여 증진될 수 있다. 바람직하게, 자성적으로 증진된 이온 반응기가 사용된다. 상기 자성 코일(80)에 의해 유도된 반응장치(50)내의 자계는 상기 플라즈마내에 형성된 이온 밀도를 증가시키기에 충분히 강해야 한다. 상기 단결정 실리콘 기판(22)의 표면상의 자계는 일반적으로 약 10가우스 내지 약 80가우스, 전형적으로 약 30가우스이다.

상기 에칭 챔버(2)내의 압력은 전형적으로 약 20mTorr 내지 약 150mTorr, 바람직하게 약 60mTorr이다. 상기 압력은 국부화된 트렌칭과 볼록한 형태의 트렌치 하부 표면의 형서에 상당히 영향을 끼친다. 이런 바람직하지 않은 효과는 트렌치 하부 코너 근처의 증진된 이온 충격에 기인하는 저압에서 발생한다. 효과적으로 높은 압력은 상당히 테이퍼링된 프로파일을 제공할 수 있다. 약 60mTorr의 압력은 평탄한 트렌치 하부 표면과 테이퍼링된 측벽을 달성한다. 또한 사용된 압력은 마스크 구성에 의존한다.

상기 캐소드(56)의 온도는 얕은 트렌치 프로파일과 미코로로딩의 발생에 영향을 미친다. 상기 캐소드 온도는 전형적으로 약 10℃ 내지 약 85℃, 바람직하게 약 60℃로 유지된다. 증가된 캐소드 트렌치 프로파일 각도는 프로파일 미크로로딩을 감소시키고, 단결정 실리콘 에칭 속도를 증진시키며 트렌치 하부 라운딩을 증진시킨다.

본 발명에 따른 방법은 여러 가지 마스크 구성에 대해 높은 정도의 에칭 속도 균일성을 달성한다. 바람직하게 상기 처리는 포토레제스트 마사크, 지로하물 경질 마스크 및 산화물 결질 마스크에 대해 단결정 실리콘의 약 3% 미만의 에칭 속도 비균일성을 달성한다.

또한 본 발명에 따른 방법은 단결정 실리콘에서 높은 정도의 에칭 깊이 균일성을 달성한다. 특히, 상기 방법은 약 0.25미크론 내지 1 미크론 범위 이상의 근소한 얕은 트렌치 폭을 위해 단결정 실리콘 기판에 걸친 약 3% 미만의 에칭 깊이 비균일성을 달성한다.

부가적으로, 본 발명에 다른 방법은 단결정 실리콘에서 높은 정도의 얕은 트랜치 프로파일 각도 균일성을 달성한다. 소정 트렌치 폭을 위해, 상기 방법은 실질적으로 0.25미크론 내지 1미크론 범위의 근소한 얕은 폭을 위해 단결정 실리콘 기판에 걸쳐 균일한 프로파일 각도를 달성한다.

실시예

다음의 실시예는 단결정 실리콘에 얕은 트렌치를 형성에 대한 본 발명의 효율을 증명한다.

상기 실시예는 자성적으로 증진된 반응성 이온 반응기, 특히 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드의 "Precision 5000"플렛폼상의 6인치 또는 8인치 MxP폴리실리콘 에칭 챔버를 t사용하여 수행된다.

상기 테스트된 웨이퍼는 (100) 방향을 가지는 6인치(150mm)(실시예 1-22)와 8인치(200mm)(실시예 23-37)단결정 실리콘 웨이퍼이다. 몇몇 웨이퍼 마스크 구성은 처리 결과에서 이들의 영향을 결정하기 위해 평가된다.

상기 에칭 처리에 수반하여, 상기 웨이퍼가 평가된다. 특히, 측벽 프로파일 각도 하부 평탄 및 하부 코너 라운딩을 포함하는 트렌치 깊이 트렌치 폭, 및 트렌치 프로파일의 히다찌 모텔 S-4500 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 결정된다. 부가적으로, 상기 에칭제의 선택도(Si:마스크)는 SEM 포토리소그래프와 포토리소그래프와 프로메트믹 UV-1050 박막 두께 측정 시스템을 이용하여 평가된다.

실시예 1-12

실시예 1-12에서, 경질 마스크 산화물이 단결정 실리콘상에 형성된다. 이런 실시예에 사용된 상기 마스크는 단결정 실리콘 기판상에 연속하는 110Å 패드 산화물/2000Å SiN/1500 Å 산화물을 포함한다. 상기 마스크는 패턴화된다. 상기 사용된 처리 조건은 다음과 같은 표 1에 제공된다.

실시예 1-3에서, 1단계 주요 에칭 처리("M.E." : main etch)는 상기 마스킹된 웨이퍼상에서 수행된다. 상기 처리 가스는 HBr/C_l2를 포함하고 He-O₂는 포함하지 않는다. 실시예 1은 초기 처리 구성으로 선정된다. 트렌칭과 휨(bowing)이 발생된다.

실시예 2에서, 압력은 20mTorr까지 감소되고 에칭 시간은 70초까지 감소된다. 상기 트렌치는 단지 약 3700Å의 수직적 프로파일과 얕은 깊이를 나타낸다.

상기 에칭 시간은 이런 얕은 트렌치 깊이를 교정하도록 실시예 3에서 증가된다. 상기 트렌치는 수직 프로파일, 날카롭고 둥글지 않은 하부 코너 및 약 4000Å의 증가된 깊이를 가진다.

실시예 4와 5에서, 2단계 주요 메인 에칭 처리가 HBr/Cl₂처리 가스를 사용하여 상기 웨이퍼상에서 수행된다. ＂M.E.1"은 제 1 주요 에칭 단계를 나타내고 ＂M.E.2＂는 제 2 주요 에칭 단계를 나타낸다.

실시예 4는 트렌치 하부 코너의 라운딩 정도를 증가시킬 시도로 수행된다. 상기 제 2 주요 에칭단계에서 HBr/Cl₂비율의 증가는 하부 코너 라운딩의 상당한 개선을 초래하지 않는다. 약 89.5°의 프로파일 각도와 약 4000Å의 트렌치 깊이가 얻어진다.

또한 실시예 5의 상기 제 2 주요 에칭 단계에서 HBr/Cl₂비율 감소는 하부 코너 라운딩상의 측정가능한 효과를 가지지 않는다. 근소하게 휘어진 프로파일이 얻어진다.

실시예 6에서, He-O₂는 상기 제 2 주요 에칭 단계에만 상기 처리 가스에 부가된다. 상기 He-O₂부가는 He-O₂가 처리 가스에 부가되지 않는 실시예 1-5와 비교할 때 트렌치 하부 코너의 라운딩을 개선시킨다. 약 88°-89°의 트렌치 프로파일 각도와 약 4350Å의 트렌치 깊이가 측정된다.

실시예 7은 HBr/Cl₂/He-O₂처리 가TM를 사용하는 단지 단일 주요 에칭 단계에만 포함된다. 상기 얻어지는 트렌치는 수직 상부 측벽부를 가지지 않는다. 또함 미크로로딩이 발생된다.

실시예 8에서, 상기 제 2 주요 에칭 단계 시간은 증가되고, 제 1 단계의 시간 대 제 2 단계 시간의 비율은 감소된다. 상기 얻어진 얕은 트렌치는 87°이상의 상부 측벽부 각도와 실시예 6과 비교할 때 개선된 하부 코너 라운딩을 가진다.

실시예 9는 제 2 주요 에칭 단계에서 3:1 내지 1:1 HBr/Cl₂의 흐름비로 감소된다. 얻어진 트치치 하부 코너 라운딩상에서 측정할 수 있는 효과는 없다. 부가적으로, 약간의 굽은 프로파일이 발생된다.

실시예 10은 제 2 주요 에칭 단계에서 10sccm 내지 20sccm의 전체 흐름 속도로 증가된다. 상기 He-O₂의 증가된 흐름 속도는 트렌치 하부 코너 라운딩을 개선한다.

실시예 11은 제 2 주요 에칭 단계에서 400와트로부터 200와트까지 전력을 감소시킬때의 효과를 결정하기 위해 수행된다. 얻어진 상기 얕은 트렌치 프로파일에서 측정가능한 개선점은 없다.

실시예 12은 제 2 주요 에칭 단계에서 30가우스로부터 100가우스까지 이가되는 자계를 증가시키는 효과를 실험한다. 증가된 측벽 하부 부분에 테이퍼가 얻어진다.

실시예 13-17

실시예 13-17은 에칭 처리에서 형성된 얕은 트렌치상의 포토레지스트 마스크의 효과를 평가하기 위해 수행된다. 이런 시실예에 사용된 마스크는 다음의 연속적인 층: 110Å 패드 산화물/2000Å Si_xN_y/3100Å 포토레지스트가 포함된다. 상기 마스크는 패턴화된다. 이런 실시예에 사용된 처리 조건은 다음의 표 2에 주어진다.

실시예 13-16에서, 상기 에칭 처리는 단일 주요 에칭 단계에 포함되고, 상기 처리 가스는 HBr/Cl₂를 포함하고 He-O₂를 포함하지 않는다. 실시예 13은 초기 처리 구성이다. 80°미만의 각도를 가지는 상당히 테이퍼링된 트렌치 측벽이 관찰된다.

실시예 14에서, 상기 압력은 20mTorr로부터 80mTorr까지 증가 된다. 약 87°의 약간 테이퍼링된 프로파일과 약 4150Å의 트렌치 갚이가 형성된다.

실시예 15에서, 아벽은 90mToorr까지 추가로 증가된다. 87°이상의 증진된 수직 프로파일이 형성된다.

실시예 16에서, 압력은 100mTorr까지 추가로 증가된다. 약 2650Å의 약간 요각 및 매우 얕은 트렌치가 얻어진다.

실시예 17은 2단계 주요 에칭에 포함된다. He-O₂는 상기 제 2 에칭 단계에서 상기 처리 가스에 부가된다. 상기 얻어지는 트렌치는 4600Å의 깊이, 약 87°이상의 각도를 가지는 수직 상부 측벽부를 가진 개선된 프로파일, 약 77°로 테이퍼링된 하부 측벽부 및 둥근 하부 코너를 가진다.

실시예 18-22

실시예 18-22는 에칭 처리에서 형성된 얕은 트렌치상에서 경질 마스크 질화물의 효과를 평가한다. 이런 실시예에 사용된 마스크는 다음의 연속적인 층: 110Å 패드 산화물/2000Å 경질 질화물에 포함된다.

상기 마스크는 패턴화된다. 이런 실시예에 사용된 상기 처리 조건은 다음의 표 3에 주어진다.

실시예 18-20에서, 상기 에칭 처리는 단일 주요 에칭 단계에 포함되고 상기 처리 가스는 HBr/Cl₂를 포함하고 He-O₂를 포함하지 않는다. 실시예 18은 초기 처리 설정이다. 상당히 테이퍼링된 트렌치 측벽이 형성된다.

실시예 19에서, 에칭 시간은 감소되고 압력은 100mTorr까지 감소된다. 얻어지는 트렌치는 얕고, 약 3800Å의 깊이를 가지고, 약간 ˝S˝형 프로파일을 가진다.

실시예 20에서, 에칭 시간은 실시예 18의 그것보다 증가되고, 압력은 50mTorr까지 감소된다. 상기 트렌치는 86의프로 파일 각도의 약 5850Å의 깊이를 가진다.

실시예 21과 22에서, 2단계 주요 에칭 단계는 트렌치 하부 코너의 라운딩을 증가시키는데 사용된다. 상기 실시예 21에서 형성된 얕은 트렌치는 수직 상부 측벽부와 둥근 하부 코너를 가진 개선된 프로피일을 보여준다. 실시예 22에서 제 2 에칭 단계내의 20mTorr까지의 압력 감소는 약 87°이상의 프로파일 각도를 가지는 상부 측벽부가 형성되고 상기 하부 코너의 매끄러움이 개선된다.

실시예 1-22는 본 발명에 따른 에칭 처리의 결과상에서 마스크 구성의 효과를 증명한다. 이상적 HBr/Cl₂/He-O₂처리 조건을 위해, 상기 트렌치 측벽 프로파일 각도와 트렌치 하부 코너 라운딩(예를 들어 테이퍼 감소)은 포토레지스트/경질마스크 질화물/경질마스크 산화물의 순서로 증가한다. 압력은 100mTorr까지 추가로 증가된다. 또한, 상기 포토레지스트에 대한 에칭 속도는 경질 마스크 질화물과 경질 마스크 산화물에 대해서보다 더 낮다.

실시예 23-33

실시예 23-33에서, 개방된 마스크를 가지는 단결정 실리콘 웨이퍼가 평가된다. 상기 마스크는 단결정 실리콘 기판상에 연속적으로 형성된 150Å 패드 산화물/2000Å 경질 마스크 질화물/800Å 반사방지 코팅물/5000Å 포토레지스트를 포함한다. 상기 사용된 처리 조건은 다음의 표 4에 제시된다.

이런 실시예는 얻어지는 얕은 트렌치 프로파일과 미크로로딩 효과상의 He-O₂흐름, 압력, RF 전력 및 캐소드 온도의 효과를 실험하기 위해 수행된다.

돌파 에칭 단계는 실시예 23-28과 30-33에서 에비 마스크 개방 처리와 단결정 실리콘 기판상의 소정 고유 산화물로부터 초래하는 소정 잔류 패드산화물을 제거하는데 사용된다. 이런 단계에 사용된 에칭제는 CF₄이다.

실시예 23은 2단계 6인치 처리 조건에 기초한 8인치 웨이퍼 크기 처리까지의 스케일에서 수행된다. 상기 처리 가스는 주요 에칭 단계에 HBr/Cl₂/He-O₂/NF₃를 포함한다.

실시예 24는 수직 상부 측벽부와 둥근 트렌치 하부 코너를 얻기 위해 2단계 주요 에칭을 포함한다. 1단계 주요 에칭 처리는 Hr-O₂가 상기 처리 가스에 부가되지 않는 실시예 26과 27과 He-O₂가 상기 처리 가스에 부가되는 실시예 25-28과 30-33에서 수행된다.

실시예 23-33으로부터의 결과는 얻어지는 얕은 트렌치 프로파일과 에칭 속도 미크로로딩상의 효과를 변화시킨다.

실시예 33에 대한 결과는 표 5와 표 6에 주어진다.

표 5에 도시된 바와 같이, 실시예 33의 1단계 주요 에칭 처리는 단결정 실리콘 기판에 걸친 소정 트렌치 폭 상단히 균일한 프로파일 각도, 특히 0.25미크론 내지 0.30미크론 범위의 공칭 트렌치 폭을 달성한다.

표 6에 도시된 바와 같이, 또한 실시예 33의 처리 파라미터는 약 0.25 미크론 내지 약 1.0 미크론 범위의 공칭 트렌치 폭에 대한 높은 정도의 트렌치 깊이 균일성이 달성된다. 상기 트렌치 깊이 비균일성은 트렌치 폭의 이런 범위에 대해 약 3.1% 미만이다. 부가적으로, 상기 얕은 트렌치는 매끄럽고 연속적인 측벽, 둥근 하부 코너, 평면 하부를 나타내고 휨이 없다.

상기 단결정 기판에 대한 약 2670Å/분의 에칭 속도는 실시예 33에서 측정된다.

He-O₂흐름을 참조하면, 실시예 23-33에 대한 결과는 높은 He-O₂흐름 속도가 둥근 트렌치 하부 코너를 달성한다는 것을 증명한다. 실시예 33에서, 2670Å/분의 에칭 속도는 15sccm의 He-O₂흐름을 달성한다.

압력은 더 넓은 트렌치에서 오목한 트렌치 하부 표면과 날카로운 하부 코너를 제거하는 효과를 가지는 것으로 증명된다. 더 높은 압력은 오목한 하부 트렌치의 형성을 제거한다. 그러나, 초과 압력은 트렌치 측벽 테이퍼에 대해 불리하다. 실시예 28에서, 상기 주요 에칭 단계의 60 mTorr의 압력은 모든 트렌치 크기에 대해 평면 트렌치 측벽 하부 표면, 및 공정 0.25 미크론 트렌치에 대한 약 80°의 각도와 1 미크론 트렌치에 대해 약 65°의 각도를 가지는 상당히 테이퍼링된 측벽을 달성한다.

상기 실시예들은 높은 캐소드 온도가 측벽 테이퍼를 개선하고 프로파일 미코로로딩을 감소시킨다는 것을 증명한다. 실시예 28의 공칭 0.25 미크론과 1 미크론형상사이의 프로파일 미코로로딩을 최소화하기 위해, 상기 캐소드 온도는 실시예 31-33에서 60℃까지 증가된다. 상기 얻어지는 트렌치 프로파일 각도는 공칭 0.25 미크론 트렌치에 대해 약 85°와 1 미크론 트렌치에 대해 약 73°까지 개선된다.

에칭 처리에 사용된 RF 전력을 고려하여, 낮은 전력은 프로파일 미크로로딩을 최소화하는 것으로 결정된다. 실시예 32와 33에서, 상기 RF 전력은 실시예 31에서 600와트로부터 400와트까지 감소된다. 상기 감소된 RF 전력은 좁은 트렌치보다 더 넓은 트렌치상에서 더욱 효과적으로 프로파일 테이퍼가 감소된다. 또한 저전력은 실시예 33에서 하부 코너 라운딩을 증가시킨다. 2670Å/분의 감소된 단결정 실리콘 에칭 속도가 초래된다. 표 5에 도시된 바와 같이, 86°의 포로파일 각도는 공칭 0.25 미크론 트렌치에서 달성되고, 77°의 프로파일 각도는 공칭 1 미크론 트렌치에서 달성된다.

다소의 노칭은 실시예 23-33에서 트렌치 프로파일의 상부에서 관찰된다 이것은 상기 주요 트렌치 에칭 이전과 상기 주요 트렌치 에칭 동안 마스크상의 대량의 폴리머 증착에 의해 초래된다.

대량의 측벽 증착은 마스크 개방 처리에 의해 형성된다. 상기 측벽 증착물은 더 넓은 개방 영역에서 더 많다고 믿어진다. 결론적으로, 증착된 폴리머는 주요 트렌치 에칭동안 침식되고, 더 크게 노칭된 코너가 더 넓은 트렌치에서 관철된다.

부가적으로, 미크로로딩에 의해 초래된 다소의 찌꺼기가 관찰된다. 이런 찌꺼기는 불완전한 질화물 마스크 개방 처리에 의해 초래되는 것으로 믿어진다.

실시예 34와 35

결합된 인-시튜 마스크 개방과 얕은 트렌치 에칭 처리가 2개 웨이퍼에 대해 평가된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 실시예 34와 35에서 상기 마스크는 단결정 실리콘 기판(22)상에 패드 산화물(90)/질화물 경질마스크(92)/반사 방지 코팅물(94)/포토레지스트(96)의 연속적인 층을 포함하여 형성된다. 이런 층들은 150Å패드 산화물/2000Å 질화물 경질 마스크/800Å 반사 방지 코팅물/7500Å 포토레지스트의 두께를 가진다. 상기 패턴화된 포토레지스트 층은 약 0.25 미크론 내지 약 1미크론 크기의 개구부(x)를 한정한다. 상기 사용된 처리 조건은 표 4에 주어진다.

상기 반사 방지 코팅물(˝BARC˝)은 CF₄/He-O₂에칭제를 사용하여 에칭된다. 상기 질화물은 주요 에칭 단계와 오버 에칭(˝O.E˝: overetch)단계에서 SF₆에칭제를 사용하여 에칭된다. 얕은 트렌치를 형성하기 위한 단결정 실리콘 기판에 대해 주요 에칭 단계에서, 상기 에칭제는 HBr/Cl₂/He-O₂를 포함한다.

실시예 34와 35의 반사 방지 코팅물과 질화물 에칭 단계에 대한 상기 에칭 속도와 선택 결과는 표 7에 제시되어 있다.

실시예 35는 매끄러운 트렌처 측벽, 평면 트렌치 하부 및 둥근 합 코너를 형성한다. 부가적으로, 찌꺼기와 상부 노칭은 관찰되지 않는다. 다소 둥근 얕은 트렌치 상부 코너가 초래된다.

실시예 35에 기초하면, 본 발명에 따른 처리는 단결정 실리콘 웨이퍼에 대한 효과적인 인-시튜 마스크 개방과 얕은 트렌치 에칭 처리이다.

그러므로, 단결정 실리콘에 얕은 트렌치를 에칭하기 위한 본 방법은 (ⅰ)둥근 트렌치 하부 코너, (ⅱ)실리콘에 걸쳐 실질적으로 균일한 트렌치 깊이, (ⅲ) 소정 트렌치 폭을 위해, 실리콘에 걸친 실질적으로 균일한 트렌치 프로파일 각도, (ⅳ) 트렌치 깊이에 무관한 트렌치 프로파일, (ⅴ) 매끄럽고 연속적인 트렌치 측벽, 및 (ⅵ) 평탄하고 깨끗한 트렌치 하부를 제공한다.

부가적으로 본 발명은 요각의 프로파일, 언더컷팅, 노칭 또는 트렌칭을 형성하지 않는다.

더욱이, 본 발명은 서로 다른 마스크 구성을 가지는 단결정 실리콘을 에칭하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 요구된 얕은 트렌치 프로파일에 의존하는 1 또는 2 주요 에칭 단계를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은 단결정 실리콘 웨이퍼에 대해 효과적인 인-시튜 마스크 개방과 얕은 트렌치 에칭 처리를 제공한다.

이상에서는 본 발명의 양호한 일 실시예에 따라 본 발명이 설명되었지만, 첨부된 청구 범위에 의해 한정되는 바와 같은 본 발명의 사상을 일탈하지 않는 범위내에서 다양한 변형이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에게는 명백하다.

Claims (33)

1. 단결정 실리콘 에칭 방법에 있어서, (a) HBr, Cl₂및 산소로 구성된 처리 가스를 에칭 존내로 유입하는 단계; (b) 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 발생하는 단계; 및 (c) 상기 플라즈마와 상기 단결정 실리콘을 접촉시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 에칭 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 처리 가스는 O₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 에칭 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 처리 가스는 불활성 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 에칭 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 불활성 가스는 헬륨인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 에칭 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 처리 가스는 플루오르-함유 가스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 에칭 방법.
6. 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법에 있어서, (a) 패턴화된 마스크를 가지는 단결정 실리콘을 챔버내에 배치시키는 단계; (b) 염소-함유 화합물, 플로오르-함유 화합물과 붕소-함유 화합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 화합물, 및 산소로 구성된 처리 가스를 에칭 존내 유입하는 단계; (c) 상기 챔버내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 발생하는 단계; 및 (d) 상기 챔버내의 플라즈마와 상기 단결정 실리콘을 접촉시켜 상기 단결정 실리콘에 얕은 트렌치를 에칭하는 단계를 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘 에칭 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 붕소-함유 화합물은 HBr인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 염소-함유 화합물은 Cl₂인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
9. 제6항에 있어서, 상기 플루오르-함유 화합물은 CF₄, SF₄및 NF₃으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
10. 제6항에 있어서, 상기 처리 가스는 HBr, Cl₂및 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
11. 제6항에 있어서, 상기 마스크는 포토레지스트 마스크, 산화물 경질 마스크 및 질화물 경질 마스크로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
12. 제6항에 있어서, 상기 처리 가스는 O₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
13. 제6항에 있어서, 상기 처리 가스는 불활성 가스와 O₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 불활성 가스는 He인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
15. 제13항에 있어서, 상기 처리 가스는 미크로마스킹을 제거하기 위해 HBr, Cl₂및 효과적 양의 상기 플루오르-함유 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
16. 제6항에 있어서, 상기 얕은 트렌치는 약 0.3 미크론 내지 약 1 미크론의 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
17. 제16항에 있어서, 상기 얕은 트렌치는 약 0.25 미크론 내지 약 0.35 미크론의 폭과 약 75°내지 약 90°의 측벽 프로파일 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
18. 제6항에 있어서, 상기 얕은 트렌치는 둥근 하부 코너와 평탄한 하부를 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
19. 제6항에 있어서, 상기 얕은 트렌치는 매끄럽고 연속적인 측벽을 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
20. 제6항에 있어서, 상기 얕은 트렌치는 상기 단결정 실리콘에 걸쳐 일정한 깊이를 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
21. 제6항에 있어서, 상기 얕은 트렌치는 그것의 상기 깊이와 무관한 측벽 프로파일 각도를 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
22. 제6항에 있어서, 상기 배치 단계는 약 10℃ 내지 약 85℃의 온도를 가지는 캐소드상에 상기 단결정 실리콘을 배치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
23. 제6항에 있어서, 상기 챔버내의 압력은 약 20mTorr 내지 약 150 mTorr인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
24. 제13항에 있어서, 상기 불활성 가스와 O₂는 상기 처리 가스의 전체 흐름 속도중 약 5% 내지 약 30%의 전체 흐름 속도로 상기 챔버내로 유입되는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
25. 제10항에 있어서, 상기 HBr 대 Cl₂의 흐름비율은 약 1:1 내지 약 10:1인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
26. 제6항에 있어서, 상기 플라즈마 발생 단계는 약 200 와트 내지 약 750 와트의 전력 레벨을 가지는 RF 전류를 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
27. 제6항에 있어서, 상기 접촉시키는 단계는 얕은 트렌치를 형성하기 위해 상기 단결정 실리콘을 이방적으로 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법.
28. 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법에 있어서, (a) 패턴화된 마스크를 가지는 단결정 실리콘을 챔버내에 배치시키는 단계; (b) HBr과 Cl₂로 구성된 제 1 처리 가스를 상기 챔버내에 유입하는 단계; (c) 상기 챔버내에 상기 제 1 처리 가스의 제 1 플라즈마를 발생하는 단계; 및 (d) 상기 단결정 실리콘에 제 1 프로파일 각도의 상부 측벽부를 가지는 상부 트렌치부를 에칭하기 위해 상기 챔버내에 상기 제 1 플라즈마와 상기 단결정 실리콘을 접촉시키는 단계; (e) HBe, Cl₂및 산소로 구성된 제 2 처리 가스의 제 2 플라즈마를 발생하는 단계; (f) 상기 챔버내의 상기 제 2 처리 가스의 제 2 플라즈마내로 유입하는 단계; 및 (g) 상기 단결정 실리콘에 제 2 프로파일 각도의 하부 측벽부를 가지는 하부 트렌치부를 에칭하기 위해 상기 챔버내에 상기 제 2 플라즈마와 상기 단결정 실리콘을 접촉시키는 단계를 포함하며, 상기 상부 측벽부와 하부 측벽부는 상기 트렌치의 측벽을 포함하며, 상기 트렌치는 트렌치 하부 및 하부 코너를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 트렌치 에칭 방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 제 2 처리 가스는 O₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 트렌치 에칭 방법.
30. 제28항에 있어서, 상기 제 2 처리 가스는 불활성 가스와 O₂를 포함하는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 트렌치 에칭 방법.
31. 제28항에 있어서, 상기 제 1 프로파일 각도는 상기 제 2 프로파일 각도 이상인 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 트렌치 에칭 방법.
32. 제31항에 있어서, 상기 트렌치의 하부 코너는 둥근 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 트렌치 에칭 방법.
33. 단결정 실리콘내의 얕은 트렌치 에칭 방법에 있어서, (a) 단결정 실리콘을 챔버내에 배치시키는 단계; (b) HBr, Cl₂로 불활성 가스 및 O₂구성된 처리 가스를 상기 챔버내에 유입하는 단계; (c) 상기 챔버내에 상기 처리 가스의 플라즈마를 발생하는 단계; 및 (d) 상기 단결정 실리콘에 얕은 트렌치를 에칭하기 위해 상기 챔버내에 상기 플라즈마와 상기 단결정 실리콘을 접촉시키는 단계를 포함하고, 상기 트렌치 대립된 측벽, 하부 벽 및 하부 코너를 포함하며, 상기 얕은 트렌치는 (ⅰ) 둥근 하부 코너, (ⅱ)소정 트렌치 폭에 대해 상기 단결정 실리콘에 걸친 균일한 트렌치 길이와 트렌치 프로파일 각도, (ⅲ) 상기 트렌치 깊이와 무관한 트렌치 측벽 각도, (ⅳ) 매끄럽고 연속적인 트렌치 측벽, 및 (ⅴ) 평탄한 하부를 가지는 것을 특징으로 하는 단결정 실리콘내의 트렌치 에칭 방법.

    ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개되는 것임.