Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

KR20240047769A - 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법 - Google Patents

가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240047769A
KR20240047769A KR1020220127218A KR20220127218A KR20240047769A KR 20240047769 A KR20240047769 A KR 20240047769A KR 1020220127218 A KR1020220127218 A KR 1020220127218A KR 20220127218 A KR20220127218 A KR 20220127218A KR 20240047769 A KR20240047769 A KR 20240047769A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
wafer
gas
etching method
atomic layer
layer etching
Prior art date
Application number
KR1020220127218A
Other languages
English (en)
Inventor
유신재
김시준
이영석
조철희
성인호
유예빈
Original Assignee
충남대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 충남대학교산학협력단 filed Critical 충남대학교산학협력단
Priority to KR1020220127218A priority Critical patent/KR20240047769A/ko
Publication of KR20240047769A publication Critical patent/KR20240047769A/ko

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Abstract

본 발명은 원자층 식각 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면, 이산화규소 소재로 이루어진 웨이퍼를 챔버 내에 배치한 상태에서 불활성 이온 가스를 주입하고 소정의 전력을 가하여 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨 뒤, 이에 처리가스를 주입하고 중단하는 과정이 반복적으로 이루어짐에 따라 웨이퍼의 표면을 설정된 두께로 식각할 수 있는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법에 관한 것이다.

Description

가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법 {Atomic layer etching method using gas pulsing}
본 발명은 원자층 식각 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면, 이산화규소 소재로 이루어진 웨이퍼를 챔버 내에 배치한 상태에서 불활성 이온 가스를 주입하고 소정의 전력을 가하여 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨 뒤, 이에 처리가스를 주입하고 중단하는 과정이 반복적으로 이루어짐에 따라 웨이퍼의 표면을 설정된 두께로 식각할 수 있는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법에 관한 것이다.
일반적으로 플라즈마 에칭에서는, 플루오로카본이나 불활성 가스, 산소 등을 처리 가스로서 사용하고, 이들 처리 가스에 고주파의 전기장을 인가하여 글로우 방전을 일으켜 플라즈마를 발생시킨다.
그리고 플라즈마 중의 반응종과 에칭 가공 대상을 구비하는 피처리 기판을 반응시킴으로써 에칭을 수행하고 있는데, 최근 반도체 디바이스의 용도의 다양화나, 에칭 패턴의 미세화에 대한 요구의 고조에 따라, 여러 가지 플라즈마 에칭 방법이 제안되고 있다.
그 중에서도, 옹스트롬 오더인 원자층 레벨에서 에칭 형상을 제어 가능한, 원자층 에칭방법(Atomic Layer Etching: ALE)이라는 기술이 주목받고 있다.
이러한 종래의 원자층 에칭방법에 대한 기술 중 하나로 공개특허공보 제10-2020-0094751호가 개시되어 있다.
도 1을 참고하여 종래의 원자층 에칭방법에 대해 설명하면, 먼저 챔버(10) 내부에 피처리 기판을 구비한 뒤, 불활성 이온 가스를 주입하여 플라즈마를 형성하고, 이에 처리가스를 소정 시간동안 주입하여 피처리 기판의 표면에 증착 반응이 유도되게 한다.
이후, 증착 반응이 완전히 이루어진 후, 챔버(10) 내부의 잔류 기체를 제거하는 퍼지 공정을 수행하며, 이후, 수정된 표면층을 제거하여 피처리 기판의 표면이 노출되게 하는 에칭 공정이 수행되면서 하나의 사이클이 종료되며, 이후, 새로운 사이클을 시작하기 전, 챔버(10) 내부의 환경을 정리하기 위한 퍼지 공정이 수행된 이후, 증착, 퍼지 및 에칭 공정이 순차적으로 이루어지면서 피처리 기판의 표면을 식각하게 된다.
즉, 종래의 원자층 에칭방법에서는 각 공정의 사이에 퍼지공정이 수행되는 것은 물론이고 사이클의 사이에도 퍼지공정이 수행되는 등 전체 식각 공정 단계가 복잡하게 구성되어 있기 때문에 각 공정을 수행하기 위한 다양한 장비들이 추가적으로 필요하게 되고, 이로 인해 많은 비용이 소요되는 문제가 있다.
또한, 종래의 원자층 에칭방법은 복잡한 공정 중 문제가 발생할 경우, 정확한 문제 지점을 찾기가 쉽지 않은 한계가 있다.
따라서 이러한 문제를 해결하기 위해 보다 단순화된 새로운 원자층 에칭방법에 대한 필요가 대두되고 있다.
공개특허공보 제10-2020-0094751호 (2020.08.07.공개)
본 발명은 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 이산화규소 소재로 이루어진 웨이퍼를 챔버 내에 배치한 상태에서 불활성 이온 가스를 주입하고 소정의 전력을 가하여 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨 뒤, 이에 처리가스를 주입하고 중단하는 과정이 반복적으로 이루어짐에 따라 웨이퍼의 표면을 설정된 두께로 식각할 수 있는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 웨이퍼(W)가 배치된 챔버(10) 내에 불활성 이온 가스를 주입하여 플라즈마를 지속적으로 발생시키는 과정에서 상기 챔버(10)의 내부에 처리가스를 소정의 시간동안 주입하고 중단하는 과정을 반복적으로 수행하여 웨이퍼(W)의 표면을 설정된 두께로 식각하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 원자층 식각 방법은, 불활성 이온 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시키는 과정을 플라즈마 발생단계라 하며, 공정이 완료될 때까지 상기 플라즈마 발생단계가 지속적으로 수행되게 한다.
한편, 상기 원자층 식각 방법은, 처리가스를 주입하는 과정을 표면 증착 단계라 하며, 상기 표면 증착 단계에서는, 주입된 처리가스가 웨이퍼(W)의 표면과 반응하여 웨이퍼(W)의 표면에 필름막(F)을 형성하고, 형성된 필름막이 이보다 하단측의 웨이퍼(W) 표면과 반응하면서 혼합층(M)을 생성함로써 웨이퍼(W)의 표면 증착이 이루어지게 한다.
이때, 상기 혼합층(M)은, 상기 필름막(F)의 성장과 함께 성장하여 점차 두꺼워지다가 설정된 증착시간이 소요된 뒤에는 포화상태가 되어 더 이상 두꺼워지지 않게 한다.
한편, 상기 원자층 식각 방법은, 처리가스의 주입을 중단하는 과정을 표면 제거 단계라 하며, 상기 표면 제거 단계에서는, 처리가스의 주입에 따라 증착된 웨이퍼(W)의 표면이 플라즈마에 의해 식각되게 한다.
이때, 상기 표면 제거 단계에서는, 표면 증착 단계에서 생성된 필름막(F)과 혼합층(M)이 플라즈마에 의해 제거됨에 따라 웨이퍼(W)의 표면이 식각되게 한다.
한편, 표면 증착 단계와 표면 식각 단계는 하나의 사이클로 이루어져, 웨이퍼(W)의 표면을 설정된 두께로 식각하기 까지 N번의 사이클이 연속적으로 수행되며, 상기 표면 증착 단계와 표면 식각 단계는 처리가스의 주입과 중단을 기점으로 과정이 구분되게 한다.
본 발명에 따르면, 처리가스의 주입과 중단을 반복적으로 실시하는 가스펄싱을 이용하여 웨이퍼를 식각하기 때문에 종래의 기술에 대비하여 퍼지공정이 필요하지 않아 공정이 단순화할 수 있으며, 퍼지공정에 필요한 각종 장비들이 필요하지 않기 때문에 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래의 원자층 식각 방법에 대한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법의 도면.
도 3은 본 발명에 적용되는 챔버의 개략도.
도 4는 본 발명에 따른 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법의 개략 순서도.
도 5a는 본원발명의 실험조건에 따라 챔버의 내부 환경을 설정한 뒤, RF전력의 변화에 따라 LP의 전자 에너지 확률 함수(EEPF)을 측정한 그래프.
도 5b는 도 5a를 만족하는 LP를 이용하여 RF전력의 변화에 따라 전자밀도 및 플라즈마 전위의 변위를 측정한 그래프.
도 6a 내지 도 7b는 도 5a 및 도 5b의 조건을 만족하는 상태에서 일정한 조건으로 실험을 실시한 결과를 나타내는 그래프들.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 원자층 식각 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 설명하면, 이산화규소 소재로 이루어진 웨이퍼를 챔버 내에 배치한 상태에서 불활성 이온 가스를 주입하고 소정의 전력을 가하여 챔버 내에 플라즈마를 발생시킨 뒤, 이에 처리가스를 주입하고 중단하는 과정이 반복적으로 이루어짐에 따라 웨이퍼의 표면을 설정된 두께로 식각할 수 있는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법은 이산화규소 소재로 이루어진 웨이퍼(W)를 식각하기 위한 것으로서, 웨이퍼(W)가 배치된 챔버(10) 내에 불활성 이온 가스를 주입하여 플라즈마를 지속적으로 발생시키는 과정에서 상기 챔버(10)의 내부에 처리가스를 소정의 시간동안 주입하고 중단하는 과정을 반복적으로 수행하여 웨이퍼(W)의 표면을 설정된 두께로 식각하는 것을 특징으로 한다.
이때, 본 발명에서는 불활성 이온 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시키는 과정을 플라즈마 발생단계라 하며, 공정이 완료될 때까지 상기 플라즈마 발생단계가 지속적으로 수행되게 한다.
한편, 본 발명에세는 처리가스를 주입하는 과정을 표면 증착 단계라 하며, 상기 표면 증착 단계에서는, 주입된 처리가스가 웨이퍼(W)의 표면과 반응하여 웨이퍼(W)의 표면에 필름막(F)을 형성하고, 형성된 필름막이 이보다 하단측의 웨이퍼(W) 표면과 반응하면서 혼합층(M)을 생성함로써 웨이퍼(W)의 표면 증착이 수행되게 한다.
한편, 본 발명에서는 처리가스의 주입을 중단하는 과정을 표면 제거 단계라 하며, 상기 표면 제거 단계에서는, 처리가스의 주입에 따라 증착된 웨이퍼(W)의 표면이 플라즈마에 의해 식각되게 한다.
하기에서는 도 2를 참고하여 각 단계에 대해 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
1. 플라즈마 발생단계(S10)
상기 플라즈마 발생단계는 웨이퍼(W)가 배치된 챔버(10) 내에 불활성 이온 가스를 주입하고, 이에 설정된 전력을 가하여 플라즈마를 발생시키는 과정이다.
이때, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 챔버(10)는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 챔버(10)로 구성되는데, 더욱 상세하게 설명하면, 소정의 부피를 갖는 원통형으로 형성되어 내부 하단에는 웨이퍼(W)가 구비되고, 내부 상단에는 불활성 이온 가스를 주입하는 가스 공급부(20)가 구비되며, 상기 가스 공급부(20)는 링 형태의 샤워헤드로 이루어져 상기 챔버(10)의 내부 상단에 구비되어 챔버(10)의 내부에 불활성 이온 가스를 균일하게 공급할 수 있다.
이때, 상기 불활성 이온 가스는 아르곤(Ar) 가스 등을 포함할 수 있으며, 본 발명에서는 아르곤을 주입한 것을 실시 예로서 설명한다.
한편, 상기 챔버(10)의 상부면은 세라믹 소재로 이루어지며, 이의 상부에는 ICP 안테나(30)가 구비되어 설정된 RF 전력을 공급받아 세라믹 상부면을 통해 챔버(10)의 내부로 전달되게 한다.
즉, 상기 플라즈마 발생단계에서는 상기와 같이 이루어진 챔버(10)의 내부에 불활성 이온 가스를 주입한 뒤, 상기 ICP 안테나(30)에 소정의 RF 전력을 공급함으로써 챔버(10) 내부에 플라즈마(본 발명에서는 아르곤 플라즈마)가 발생될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 웨이퍼(W)의 식각 공정이 진행되는 동안 아르곤 가스가 지속적으로 주입되되, 상기 ICP 안테나(30)로 공급되는 RF 전력과 아르곤 플라즈마의 에너지가 설정된 수치를 유지하도록 한다.
이때, 상기 챔버(10) 내에서 발생되는 플라즈마는 웨이퍼(W)의 표면과 반응이 일어나지 않게 구성되는데, 이에 대해서는 이후 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
한편, 상기 플라즈마 발생단계에서는 불활성 이온 가스를 주입하기 전 소정의 시간 동안 챔버(10)의 내부 압력이 설정된 진공압력에 도달되게 하는 전처리단계가 수행될 수 있으며, 예를 들면, 상기 전처리단계에서는 터보 분자 펌프 등의 장치를 이용하여 30분 이상의 시간동안 실시됨에 따라 챔버(10)의 내부 환경을 정리할 수 있다.
한편, 상기 플라즈마 발생단계는 모든 식각공정이 완료될 때까지 지속적으로 수행된다.
2. 표면 증착 단계(S20)
상기 표면 증착 단계는 상기 플라즈마 발생단계에 의해 상기 챔버(10)의 내부에 플라즈마가 발생된 이후, 상기 챔버(10)의 내부로 소정 시간동안 처리가스를 주입하여 웨이퍼(W)의 표면 증착이 이루어지는 과정이다.
부연하면, 상기 표면 증착 단계에서는 설정된 증착시간동안 설정된 유량으로 처리가스를 상기 가스 공급부(20)를 통해 주입하게 되며, 이때, 상기 처리가스는 CF계 가스로 이루어지는데, 이하 본 발명에서는 C4F8가스를 주입한 것을 예로서 설명한다.
한편, 상기 증착시간(deposition)은 CF계 가스의 주입이 시작되는 시점부터 주입이 중단되는 시점까지를 의미한다.
한편, 상기 표면 증착 단계에서는 주입된 처리가스로부터 챔버(10) 내에 CF 라디칼이 생성되며, 이후, 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 상기 CF 라디칼이 웨이퍼(W)의 표면에 CF 필름막(이하, '필름막(F)'이라 함)을 형성하게 되고, 상기 필름막(F)이 웨이퍼(W)의 표면과 반응하면서 SiO2-FC 혼합층(이하, '혼합층(M)'이라 함)을 생성하게 된다.
이후, 도 4(c)와 같이, 상기 혼합층(M)은 필름막(F)의 성장과 함께 성장하여 점차 두꺼워지게 되며, 충분한 증착시간이 소요된 뒤에는 필름막(F)이 너무 두꺼워져 이온 충격 에너지가 더 이상 혼합층(M)에 도달하지 못하는 상태가 됨에 따라 혼합층(M)은 더 이상 두꺼워지지 않는 포화상태가 된다.
이때, 상기 포화상태는 증착시간에 따라 결정되는데, 상술하면, 증착시간이 특정시간 미만인 상태에서는 불충분한 증착상태로 증착시간의 경과에 따라 혼합층(M)이 지속적으로 성장하는 상태가 되고, 증착시간이 특정시간 이상인 상태에서는 충분한 증착상태로 혼합층(M)이 포화상태에 도달하게 된다.
아울러, 상기 특정시간은 챔버(10) 내부의 환경에 따라 결정되는데, 예를 들면, 주입되는 아르곤 가스의 유량, 플라즈마의 세기 등에 의해 결정되는 것으로서, 챔부 내부에 가해지는 조건의 변화에 따라 상기 특정시간이 조절될 수 있다.
상기와 같이, 상기 표면 증착 단계에서는 상기 혼합층(M)이 점차 두꺼워지다가 포화상태에 도달하게 되면 더 이상 두꺼워지지 않고 일정한 두께를 유지하게 되며, 상기 필름막(F)의 두께는 지속적으로 두꺼워지는 과정이 이루어진다.
즉, 본 발명에서는 처리가스가 주입된 이후 특정시간을 포함하는 충분한 증착시간을 제공함에 따라 충분히 두꺼운 필름막(F)을 형성할 수 있으며, 이러한 필름막(F)을 이용하는 것으로 웨이퍼(W)의 표면에 일정한 두께를 갖는 혼합층(M)을 형성할 수 있다.
3. 표면 제거 단계(S30)
상기 표면 제거 단계는 상기 표면 증착 단계 이후, 처리가스의 주입을 중단하여 증착된 웨이퍼(W)의 표면이 제거되게 하는 과정이다.
상술하면, 도 4(d)와 같이, 상기 표면 제거 단계에서 처리가스의 주입을 중단하게 되면, 도 4(e)와 같이, 표면 증착 단계에서 생성된 필름막(F)에는 아르곤 플라즈마에 의해 이온 충돌이 발생되면서 두께가 점차 얇아지게 되고, 필름막(F)의 하단에 위치한 혼합층(M) 또한 아르곤 플라즈마의 이동 충돌에 의해 점차 두께가 얇아지면서 제거됨에 따라 도 4(f)와 같이, 웨이퍼(W)의 표면 식각이 이루어진다.
즉, 상기 표면 제거 단계에서는 필름막(F)과 혼합층(M)을 제거하기 위한 별도의 가스 공급 또는 챔버(10) 내부의 가스 제거 등의 공정이 필요하지 않으며, 단순히 처리가스의 공급이 중단됨에 따라 플라즈마에 의해 자동적으로 식각 공정이 수행될 수 있다.
이때, 본 발명에서 웨이퍼(W)의 표면은 처리가스를 주입하지 않은 상태에서는 플라즈마에 의한 반응이 이루어지지 않기 때문에 상기 표면 제거 단계에서 혼합층(M)만 제거가 가능하게 된다.
이때, 본 발명에서는 상기 표면 제거 단계가 수행된 이후, 다시 표면 증착 단계가 연속적으로 재실시되는 과정이 반복적으로 수행되면서 웨이퍼(W)의 표면이 점차 식각된다.
부연하면, 본 발명에서는 표면 제거 단계와 표면 증착 단계가 처리가스의 주입과 중단을 기점으로 분류되는데, 상기 표면 제거 단계와 표면 증착 단계가 순차적으로 실행되는 것을 하나의 사이클이라고 할 때, 사이클 사이에 다른 공정이 수행되지 않고 N번의 사이클이 연속적으로 수행되면서 웨이퍼(W)의 표면을 식각한다.
즉, 본 발명에서는 처리가스의 펄싱을 이용하여 웨이퍼(W)의 표면을 원하는 두께로 식각하게 되며, 사이클과 사이클 사이에는 별도의 휴지기나 챔버(10) 내부의 환경을 변경하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않다.
하기에서는 본 발명에 따른 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법에 의해 웨이퍼(W)가 식각되는 과정을 실험한 예를 기준으로 하여 설명하기로 하는데, 이러한 실험예는 본 발명에 따른 하나의 실시예에 불과하다.
실험조건.
챔버(10)는 내부직경이 330mm이고, 높이가 250mm인 원통형으로 이루어지며, 챔버(10)의 상부면은 20mm의 두께를 갖는 세라믹 플레이트로 이루어진다.
아울러, 웨이퍼(W)가 배치된 기판은 20℃의 물로 냉각되고, 상기 세라믹 플레이트로부터 하방으로 180mm 이격된 위치에 배치되며, 웨이퍼(W)가 배치된 기판으로부터 상방으로 20mm 이격된 위치에 정전 프로브(Langmuir Probe, LP)가 구비되어 챔버(10) 내부 환경의 적절성을 측정하였다.
이때, 정전 프로브는 일반적으로 사용되는 것에 불과하므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
한편, 도 5a는 RF전력의 변화에 따라 측정된 LP의 전자 에너지 확률 함수(EEPF)에 대한 그래프로서, 전자 에너지 확률 함수 그래프에서 LP 측정의 높은 신뢰성을 위해서는 최대 지점에서 전자 에너지가 1eV 미만이어야 하는데, 도면을 보면, RF전력의 변화에 따라 발생하는 각 최대 지점의 전자 에너지가 1eV 미만인 것으로 판단되는 바, 본 발명에 적용되는 LP는 높은 신뢰성을 갖는 것을 알 수 있다.
한편, 도 5b는 RF전력의 변화에 따라 측정된 전자밀도 및 플라즈마 전위의 변위에 대한 그래프인데, 이를 보면, RF전력의 증가에 따라 전자밀도는 증가하는 한편, 플라즈마 전위는 감소하는 것을 알 수 있다.
이때, 플라즈마 전위는 14 ~ 16V 사이에 있는 것을 알 수 있는데, 이는 이산화규소 소재의 웨이퍼(W)가 갖는 스퍼터링 임계값 에너지보다 플라즈마 전위가 낮기 때문에 처리가스가 주입되지 않은 상태에서는 플라즈마가 웨이퍼(W)와 반응하지 않는 것을 알 수 있는 바, 웨이퍼(W)가 갖는 스퍼터링 임계값 에너지보다 전위가 낮은 플라즈마를 발생시키는 경우에는 웨이퍼(W)가 식각되지 않는 것을 알 수 있다.
상기와 같이 내부환경이 조성된 챔버(10)에는 30분 동안 터보 분자 펌프 장치를 동작시켜 내부 진공압이 6×10-5Torr가 되게 한 뒤, 아르곤 가스를 22SCCM으로 주입하여 내부 압력이 7.8mTorr가 되게 하며, 플라즈마의 RF전력이 13.56MHz이고, 100W가 되게 하였으며, 이러한 챔버(10) 내부환경은 실험이 종료될 때까지 유지하였다.
이후, 상기 챔버(10)의 내부에는 C4F8가스를 1SCCM으로 증착시간(2분, 5분, 10분 및 15분)동안 공급한 뒤, 주입을 중단하는 과정(1사이클)을 각 시간별로 진행하여 웨이퍼(W)의 두께변화를 측정하였다.
도 6a는 각 증착시간에 따른 1사이클 동안의 웨이퍼(W)의 두께 변화를 나타내는 그래프이고, 도 6b는 증착시간에 따른 식각량을 그래프로 나타낸 것이다.
도 6a를 보면, 처리가스가 주입되어 표면 증착 단계가 수행되는 증착 시간동안은 웨이퍼(W)의 두께가 점차 증가하고, 이후, 처리가스의 주입이 중단되어 표면 제거 단계가 수행되는 동안은 웨이퍼(W)의 두께가 점차 감소하여 일정양이 식각됨을 알 수 있다.
또한, 도 6b를 보면, 증착시간이 특정시간을 초과하게 되면, 증착시간동안 웨이퍼(W)의 두께는 증가하지만 최종 웨이퍼(W)의 두께는 비슷한 값에 수렴하는 것을 알 수 있으며, 도면을 보면, 웨이퍼(W)의 식각량은 점차 증가하다가 상기와 동일한 특정시간에 도달하게 되면, 일정한 값에 수렴하는 것을 알 수 있다.
즉, 증착시간이 특정시간보다 길어지더라도 필름막(F)만 지속적으로 성장하게 되고, 특정시간에 혼합층(M)은 포화상태가 되어 더 이상 성장하지 않게 되기 때문에 도면에서 공통적으로 나타나는 특정시간이 혼합층(M)의 포화시간임을 알 수 있으며, 포화시간 이후에는 혼합층(M)이 성장하지 않기 때문에 최종적으로 식각되는 양이 동일한 양에 수렴하게 되는 것을 알 수 있다.
따라서 혼합층(M)의 두께는 최종 식각두께와 관련이 있으며, 표면 증착 단계에서 형성되는 혼합층(M)의 두께가 두꺼울수록 이후, 표면 제거 단계에서 식각되는 두께가 두꺼워지게 된다.
한편, 도 7a 내지 도 7b는 다른 실험예로서 상기와 같이 챔버(10) 내부 환경을 조성한 뒤, 아르곤 가스를 44SCCM으로 주입하여 내부 압력이 14.3mTorr가 되게 하며, 플라즈마의 RF전력이 13.56MHz이고, 100W가 되게 하였으며, 이러한 챔버(10) 내부환경은 실험이 종료될 때까지 유지하였다.
이후, 상기 챔버(10)의 내부에는 C4F8가스를 2SCCM으로 증착시간(0.5분, 1분, 2분, 5분, 7.5분 및 15분)동안 공급한 뒤, 주입을 중단하는 과정(1사이클)을 각 시간별로 진행하여 웨이퍼(W)의 두께변화를 측정하였다.
이를 보면 앞선 실험과 포화시간과 식각량에 차이가 있으나, 그래프의 형태가 비슷한 형태를 이루는 것을 알 수 있다.
한편, 도 7c는 상기한 과정을 3번의 사이클 동안 진행하는 동안 웨이퍼의 두께 변화를 그래프로 나타낸 것으로서, 이를 보면 모든 사이클 동안 유사한 비율로 웨이퍼의 두께가 증가하다가 감소하면서 각 사이클 동안 일정한 두께로 웨이퍼를 식각한 것을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능하다.
10 : 챔버 20 : 가스 공급부
30 : ICP 안테나
F : 필름막 M : 혼합층
W : 웨이퍼

Claims (7)

  1. 웨이퍼(W)가 배치된 챔버(10) 내에 불활성 이온 가스를 주입하여 플라즈마를 지속적으로 발생시키는 과정에서 상기 챔버(10)의 내부에 처리가스를 소정의 시간동안 주입하고 중단하는 과정을 반복적으로 수행하여 웨이퍼(W)의 표면을 설정된 두께로 식각하는 것을 특징으로 하는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 원자층 식각 방법은,
    불활성 이온 가스를 주입하여 플라즈마를 발생시키는 과정을 플라즈마 발생단계라 하며,
    공정이 완료될 때까지 상기 플라즈마 발생단계가 지속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 원자층 식각 방법은,
    처리가스를 주입하는 과정을 표면 증착 단계라 하며,
    상기 표면 증착 단계에서는,
    주입된 처리가스가 웨이퍼(W)의 표면과 반응하여 웨이퍼(W)의 표면에 필름막(F)을 형성하고, 형성된 필름막이 이보다 하단측의 웨이퍼(W) 표면과 반응하면서 혼합층(M)을 생성함로써 웨이퍼(W)의 표면 증착이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 혼합층(M)은,
    상기 필름막(F)의 성장과 함께 성장하여 점차 두꺼워지다가 설정된 증착시간이 소요된 뒤에는 포화상태가 되어 더 이상 두꺼워지지 않는 것을 특징으로 하는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 원자층 식각 방법은,
    처리가스의 주입을 중단하는 과정을 표면 제거 단계라 하며,
    상기 표면 제거 단계에서는,
    처리가스의 주입에 따라 증착된 웨이퍼(W)의 표면이 플라즈마에 의해 식각되게 하는 것을 특징으로 하는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법.

  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 표면 제거 단계에서는,
    표면 증착 단계에서 생성된 필름막(F)과 혼합층(M)이 플라즈마에 의해 제거됨에 따라 웨이퍼(W)의 표면이 식각되는 것을 특징으로 하는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    표면 증착 단계와 표면 식각 단계는 하나의 사이클로 이루어져, 웨이퍼(W)의 표면을 설정된 두께로 식각하기 까지 N번의 사이클이 연속적으로 수행되며,
    상기 표면 증착 단계와 표면 식각 단계는 처리가스의 주입과 중단을 기점으로 과정이 구분되는 것을 특징으로 하는 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법.
KR1020220127218A 2022-10-05 2022-10-05 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법 KR20240047769A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220127218A KR20240047769A (ko) 2022-10-05 2022-10-05 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220127218A KR20240047769A (ko) 2022-10-05 2022-10-05 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240047769A true KR20240047769A (ko) 2024-04-12

Family

ID=90680495

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220127218A KR20240047769A (ko) 2022-10-05 2022-10-05 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240047769A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200094751A (ko) 2017-12-15 2020-08-07 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200094751A (ko) 2017-12-15 2020-08-07 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 플라즈마 에칭 방법 및 플라즈마 에칭 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6069092A (en) Dry etching method and semiconductor device fabrication method
EP3007205B1 (en) Workpiece processing method
US7510976B2 (en) Dielectric plasma etch process with in-situ amorphous carbon mask with improved critical dimension and etch selectivity
US20140144876A1 (en) Plasma etching method
EP1100119A1 (en) Plasma processing method
KR102363778B1 (ko) 에칭 방법
TWI766866B (zh) 蝕刻方法
KR20090026253A (ko) 챔버 탈불화 및 웨이퍼 탈불화 단계들을 방해하는 플라즈마에칭 및 포토레지스트 스트립 프로세스
JP2012142495A (ja) プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
US10991594B2 (en) Method for area-selective etching of silicon nitride layers for the manufacture of microelectronic workpieces
TW201426861A (zh) 半導體結構的刻蝕方法
KR20190142741A (ko) 기판 처리 방법 및 기판 처리 장치
KR20200116055A (ko) 플라즈마 에칭 장치 및 플라즈마 에칭 방법
KR20240047769A (ko) 가스 펄싱을 이용한 원자층 식각 방법
CN110783187A (zh) 等离子体处理方法和等离子体处理装置
JP7190988B2 (ja) エッチング方法及び基板処理装置
JP7193428B2 (ja) エッチング方法及び基板処理装置
KR20080062112A (ko) 박막 증착 장비의 세정 방법
CN113284786A (zh) 基片处理方法和基片处理装置
CN108133888B (zh) 一种深硅刻蚀方法
JP4480012B2 (ja) エッチング方法およびエッチング装置
EP4202979A1 (en) Method of reducing surface roughness
US11201063B2 (en) Substrate processing method and substrate processing apparatus
JP4958658B2 (ja) プラズマ処理方法
US20040228982A1 (en) Method for forming CVD film

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal