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KR-20260061277-A - 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치

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Abstract

에칭 방법은 (a) 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 기판을 반입하는 공정이며, 기판은 실리콘 함유막과, 실리콘 함유막 상에 마련된 마스크를 가지며, 실리콘 함유막은 질소, 인, 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는, 공정과, (b) 불화 수소 가스를 포함하는 처리 가스로부터 생성되는 플라즈마에 기판을 노출시키는 공정을 포함하고, (b)는 실리콘 함유막에 오목부를 형성하는 공정과, 오목부의 측벽에 적어도 하나의 원소를 포함하는 보호막을 형성하는 공정을 포함한다.

Inventors

  • 이시이 아키히로
  • 고히라 다쿠

Assignees

  • 도쿄엘렉트론가부시키가이샤

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20240827
Priority Date
20230928

Claims (20)

  1. (a) 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 기판을 반입하는 공정이며, 상기 기판은 실리콘 함유막과, 상기 실리콘 함유막 상에 마련된 마스크를 가지며, 상기 실리콘 함유막은 질소, 인, 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는, 공정과, (b) 불화 수소 가스를 포함하는 처리 가스로부터 생성되는 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 공정 을 포함하고, 상기 (b)는 상기 실리콘 함유막에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 오목부의 측벽에 상기 적어도 하나의 원소를 포함하는 보호막을 형성하는 공정을 포함하는, 에칭 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 실리콘 함유막은 질소를 포함하고, 상기 실리콘 함유막은 인 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는, 에칭 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 실리콘 함유막은 실리콘 질화막, 및 실리콘 산질화막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 에칭 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 실리콘 함유막은 상기 적어도 하나의 원소를 포함하는 실리콘 산화막을 포함하는, 에칭 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 함유막 중에 포함되는 상기 적어도 하나의 원소의 비율은, 10원자% 이하인, 에칭 방법.
  6. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 함유막은 질소를 포함하고, 상기 보호막은 규불화 암모늄을 포함하는, 에칭 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실리콘 함유막은 상기 적어도 하나의 원소를 제1 비율로 포함하는 제1 영역과, 상기 적어도 하나의 원소를 상기 제1 비율과는 상이한 제2 비율로 포함하는 제2 영역을 가지는, 에칭 방법.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제2 영역은, 상기 기판의 두께 방향에 있어서, 상기 제1 영역 상에 마련되고, 상기 제2 비율은 상기 제1 비율보다도 큰, 에칭 방법.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 제2 영역은, 상기 기판의 두께 방향에 있어서, 상기 제1 영역 상에 마련되고, 상기 제2 비율은 상기 제1 비율보다도 작은, 에칭 방법.
  10. 청구항 7에 있어서, 상기 제2 영역은, 상기 기판의 면내 방향에 있어서, 상기 제1 영역과 나란히 있고, 상기 마스크는, 상기 제1 영역 상에 있어서, 홀 모양의 개구를 가짐과 아울러, 상기 제2 영역 상에 있어서, 슬릿 모양의 개구를 가지는, 에칭 방법.
  11. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 처리 가스는 질소 함유 가스, 인 함유 가스, 탄소 함유 가스, 불소를 제외한 할로겐을 함유하는 가스, 붕소 함유 가스, 및 산소 함유 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 에칭 방법.
  12. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (b)에서는, 상기 기판을 지지하는 기판 지지부의 온도가 0℃ 이하로 설정되는, 에칭 방법.
  13. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마스크는 실리콘, 탄소, 및 금속으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 에칭 방법.
  14. (a) 플라즈마 처리 장치의 챔버 내에 기판을 반입하는 공정이며, 상기 기판은 실리콘 함유막과, 상기 실리콘 함유막 상에 마련된 마스크를 가지며, 상기 실리콘 함유막 및 상기 마스크 중 적어도 한쪽은, 질소, 인, 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는, 공정과 (b) 불소 및 수소를 포함하는 처리 가스로부터 생성되는 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 공정 을 포함하고, 상기 (b)는 상기 실리콘 함유막에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 오목부의 측벽에 상기 적어도 하나의 원소를 포함하는 보호막을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 플라즈마는 불화 수소 에천트를 포함하는, 에칭 방법.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 (b)에서는, 상기 불화 수소 에천트가 상기 실리콘 함유막을 에칭함으로써 상기 오목부가 형성되는, 에칭 방법.
  16. 청구항 14 또는 청구항 15에 있어서, 상기 처리 가스는 수소 및 불소를 포함하는 화합물의 가스를 포함하거나, 또는, 수소 함유 가스 및 불소 함유 가스를 포함하는 혼합 가스인, 에칭 방법.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 화합물의 가스는 불화 수소 가스 및 하이드로플루오로카본 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 에칭 방법.
  18. 청구항 16에 있어서, 상기 혼합 가스에 포함되는 상기 수소 함유 가스는, H 2 가스, NH 3 가스, H 2 O 가스, H 2 O 2 가스, 및 하이드로카본 가스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 에칭 방법.
  19. 청구항 16에 있어서, 상기 혼합 가스에 포함되는 상기 불소 함유 가스는, NF 3 가스, SF 6 가스, WF 6 가스, XeF 2 가스, 플루오로카본 가스, 및 하이드로플루오로카본 가스로부터 선택되는 적어도 하나를 포함하는, 에칭 방법.
  20. 플라즈마 처리 장치로서, 챔버와, 상기 챔버 내에 있어서 기판을 지지하기 위한 기판 지지부이며, 상기 기판은 실리콘 함유막과, 상기 실리콘 함유막 상에 마련된 마스크를 가지며, 상기 실리콘 함유막은 질소, 인, 및 붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는, 기판 지지부와, 불화 수소 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 챔버 내에 공급하도록 구성된 가스 공급부와, 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된 플라즈마 생성부와, 제어부 를 구비하고, 상기 제어부는 (a) 상기 챔버 내에 상기 기판을 반입하는 공정과, (b) 상기 플라즈마에 상기 기판을 노출시키는 공정이며, 상기 실리콘 함유막에 오목부를 형성하는 공정과, 상기 오목부의 측벽에 상기 적어도 하나의 원소를 포함하는 보호막을 형성하는 공정을 포함하는, 공정 을 포함하는 에칭 방법을 실행하도록, 상기 플라즈마 처리 장치를 제어하도록 구성되는, 플라즈마 처리 장치.

Description

에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치 본 개시의 예시적 실시 형태는, 에칭 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다. 전자 디바이스의 제조에 있어서는, 기판의 실리콘 함유막의 플라즈마 에칭이 행해지고 있다. 플라즈마 에칭에서는, 처리 가스로부터 생성된 플라즈마를 이용하여 실리콘 함유막의 에칭이 행해진다. 미국 특허 출원 공개 제2016/0343580호 명세서는, 실리콘 함유막의 플라즈마 에칭에 이용되는 처리 가스로서, 플루오로카본 가스를 포함하는 처리 가스를 개시하고 있다. 일본 특개 2016－39310호 공보는, 실리콘 함유막의 플라즈마 에칭에 이용되는 처리 가스로서, 탄화수소 가스 및 하이드로플루오로카본 가스를 포함하는 처리 가스를 개시하고 있다. 도 1은 일 예시적 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 2는 일 예시적 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 일 예시적 실시 형태에 관한 에칭 방법의 순서도이다. 도 4는 도 3의 방법이 적용될 수 있는 일례의 기판의 단면도이다. 도 5는 도 3의 방법이 적용될 수 있는 다른 일례의 기판의 단면도이다. 도 6은 도 3의 방법이 적용될 수 있는 또 다른 일례의 기판의 단면도이다. 도 7은 일 예시적 실시 형태에 관한 에칭 방법의 일 공정을 나타내는 단면도이다. 도 8은 실리콘 함유막에 포함되는 질소의 비율에 따른 에칭 레이트의 차이에 대해 실험한 결과의 예를 나타내는 도면이다. 이하, 도면을 참조하여 다양한 예시적 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 것으로 한다. 도 1은 일 예시적 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 일 실시 형태에 있어서, 플라즈마 처리 시스템은 플라즈마 처리 장치(1) 및 제어부(2)를 포함한다. 플라즈마 처리 시스템은 기판 처리 시스템의 일례이며, 플라즈마 처리 장치(1)는 기판 처리 장치의 일례이다. 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 기판 지지부(11) 및 플라즈마 생성부(12)를 포함한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 플라즈마 처리 공간을 가진다. 또한, 플라즈마 처리 챔버(10)는 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 공간에 공급하기 위한 적어도 하나의 가스 공급구와, 플라즈마 처리 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 적어도 하나의 가스 배출구를 가진다. 가스 공급구는 후술하는 가스 공급부(20)에 접속되고, 가스 배출구는 후술하는 배기 시스템(40)에 접속된다. 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 공간 내에 배치되고, 기판을 지지하기 위한 기판 지지면을 가진다. 플라즈마 생성부(12)는 플라즈마 처리 공간 내에 공급된 적어도 하나의 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하도록 구성된다. 플라즈마 처리 공간에서 형성되는 플라즈마는, 용량 결합 플라즈마(CCP：Capacitively Coupled Plasma), 유도 결합 플라즈마(ICP：Inductively Coupled Plasma), ECR 플라즈마(Electron－Cyclotron－resonance plasma), 헬리콘파 여기 플라즈마(HWP：Helicon Wave Plasma), 또는, 표면파 플라즈마(SWP：Surface Wave Plasma) 등이어도 좋다. 또한, AC(Alternating Current) 플라즈마 생성부 및 DC(Direct Current) 플라즈마 생성부를 포함하는, 다양한 타입의 플라즈마 생성부가 이용되어도 좋다. 일 실시 형태에 있어서, AC 플라즈마 생성부에서 이용되는 AC 신호(AC 전력)는, 100kHz~10GHz의 범위 내의 주파수를 가진다. 따라서, AC 신호는 RF(Radio Frequency) 신호 및 마이크로파 신호를 포함한다. 일 실시 형태에 있어서, RF 신호는 100kHz~150MHz의 범위 내의 주파수를 가진다. 제어부(2)는, 본 개시에서 기술되는 여러 가지 공정을 플라즈마 처리 장치(1)에 실행시키는 컴퓨터 실행 가능한 명령을 처리한다. 제어부(2)는, 여기에서 기술되는 여러 가지 공정을 실행하도록 플라즈마 처리 장치(1)의 각 요소를 제어하도록 구성될 수 있다. 일 실시 형태에 있어서, 제어부(2)의 일부 또는 전부가 플라즈마 처리 장치(1)에 포함되어도 좋다. 제어부(2)는 처리부(2a1), 기억부(2a2) 및 통신 인터페이스(2a3)를 포함해도 좋다. 제어부(2)는, 예를 들어 컴퓨터(2a)에 의해 실현된다. 처리부(2a1)는 기억부(2a2)로부터 프로그램을 판독하고, 판독된 프로그램을 실행함으로써 다양한 제어 동작을 행하도록 구성될 수 있다. 이 프로그램은 미리 기억부(2a2)에 저장되어 있어도 좋고, 필요한 때에, 매체를 통하여 취득되어도 좋다. 취득된 프로그램은 기억부(2a2)에 저장되고, 처리부(2a1)에 의해 기억부(2a2)로부터 판독되어 실행된다. 매체는 컴퓨터(2a)로 판독 가능한 다양한 기억 매체이어도 좋고, 통신 인터페이스(2a3)에 접속되어 있는 통신 회선이어도 좋다. 처리부(2a1)는 CPU(Central Processing Unit)여도 좋다. 기억부(2a2)는 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Drive), 또는 이들 조합을 포함해도 좋다. 통신 인터페이스(2a3)는 LAN(Local Area Network) 등의 통신 회선을 통하여 플라즈마 처리 장치(1)와의 사이에서 통신해도 좋다. 이하에, 플라즈마 처리 장치(1)의 일례로서의 용량 결합형 플라즈마 처리 장치의 구성예에 대해 설명한다. 도 2는 일 예시적 실시 형태에 관한 플라즈마 처리 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 용량 결합형 플라즈마 처리 장치(1)는 플라즈마 처리 챔버(10), 가스 공급부(20), 전원(30) 및 배기 시스템(40)을 포함한다. 또한, 플라즈마 처리 장치(1)는 기판 지지부(11) 및 가스 도입부를 포함한다. 가스 도입부는 적어도 하나의 처리 가스를 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 도입하도록 구성된다. 가스 도입부는 샤워 헤드(13)를 포함한다. 기판 지지부(11)는 플라즈마 처리 챔버(10) 내에 배치된다. 샤워 헤드(13)는 기판 지지부(11)의 상방에 배치된다. 일 실시 형태에 있어서, 샤워 헤드(13)는 플라즈마 처리 챔버(10)의 천장부(ceiling)의 적어도 일부를 구성한다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 샤워 헤드(13), 플라즈마 처리 챔버(10)의 측벽(10a) 및 기판 지지부(11)에 의해 규정된 플라즈마 처리 공간(10s)을 가진다. 플라즈마 처리 챔버(10)는 접지된다. 샤워 헤드(13) 및 기판 지지부(11)는, 플라즈마 처리 챔버(10)의 하우징과는 전기적으로 절연된다. 기판 지지부(11)는 본체부(111) 및 링 어셈블리(112)를 포함한다. 본체부(111)는 기판(W)을 지지하기 위한 중앙 영역(111a)과, 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 환상 영역(111b)을 가진다. 웨이퍼는 기판(W)의 일례이다. 본체부(111)의 환상 영역(111b)은, 평면에서 보아 본체부(111)의 중앙 영역(111a)을 둘러싸고 있다. 기판(W)은 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상에 배치되고, 링 어셈블리(112)는 본체부(111)의 중앙 영역(111a) 상의 기판(W)을 둘러싸도록 본체부(111)의 환상 영역(111b) 상에 배치된다. 따라서, 중앙 영역(111a)은 기판(W)을 지지하기 위한 기판 지지면으로도 불리고, 환상 영역(111b)은 링 어셈블리(112)를 지지하기 위한 링 지지면으로도 불린다. 일 실시 형태에 있어서, 본체부(111)는 기대(1110) 및 정전 척(1111)을 포함한다. 기대(1110)는 도전성 부재를 포함한다. 기대(1110)의 도전성 부재는 하부 전극으로서 기능할 수 있다. 정전 척(1111)은 기대(1110) 위에 배치된다. 정전 척(1111)은 세라믹 부재(1111a)와 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되는 정전 전극(1111b)을 포함한다. 세라믹 부재(1111a)는 중앙 영역(111a)을 가진다. 일 실시 형태에 있어서, 세라믹 부재(1111a)는 환상 영역(111b)도 가진다. 또한, 환상 정전 척이나 환상 절연 부재와 같은, 정전 척(1111)을 둘러싸는 다른 부재가 환상 영역(111b)을 가져도 좋다. 이 경우, 링 어셈블리(112)는 환상 정전 척 또는 환상 절연 부재 상에 배치되어도 좋고, 정전 척(1111)과 환상 절연 부재 양쪽의 위에 배치되어도 좋다. 또한, 후술하는 RF 전원(31) 및/또는 DC 전원(32)에 결합되는 적어도 하나의 RF/DC 전극이 세라믹 부재(1111a) 내에 배치되어도 좋다. 이 경우, 적어도 하나의 RF/DC 전극이 하부 전극으로서 기능한다. 후술하는 바이어스 RF 신호 및/또는 DC 신호가 적어도 하나의 RF/DC 전극에 공급되는 경우, RF/DC 전극은 바이어스 전극으로도 불린다. 또한, 기대(1110)의 도전성 부재와 적어도 하나의 RF/DC 전극이 복수의 하부 전극으로서 기능해도 좋다. 또한, 정전 전극(1111b)이 하부 전극으로서 기능해도 좋다. 따라서, 기판 지지부(11)는 적어도 하나의 하부 전극을 포함한다. 링 어셈블리(112)는 하나 또는 복수의 환상 부재를 포함한다. 일 실시 형태에 있어서, 하나 또는 복수의 환상 부재는, 하나 또는 복수의 엣지 링과 적어도 하나의 커버 링을 포함한다. 엣지 링은 도전성 재료 또는 절연 재료로 형성되고, 커버 링은 절연 재료로 형성된다. 또한, 기판 지지부(11)는 정전 척(1111), 링 어셈블리(112) 및 기판 중 적어도 하나를 타겟 온도로 조절하도록 구성되는 온도 조절 모듈을 포함해도 좋다. 온도 조절 모듈은 히터, 전열 매체, 유로(1110a), 또는 이들의 조합을 포함해도 좋다. 유로(1110a)에는 브라인이나 가스와 같은 전열 유체가 흐른다. 일 실시 형태에 있어서, 유로(1110a)가 기대(1110) 내에 형성되고, 하나 또는 복수의 히터가 정전 척(1111)의 세라