JPH1140542A - ポリシリコン層蝕刻用ガス混合物及びこれを用いたポリシリコン電極層の蝕刻方法 - Google Patents
ポリシリコン層蝕刻用ガス混合物及びこれを用いたポリシリコン電極層の蝕刻方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ポリシリコンよりなる電極層蝕刻時、蝕刻工
程が短縮されて蝕刻工程の再現性が向上し、蝕刻装置の
内部の定期的な洗浄周期が短くなるようなガス混合物及
びこれを用いた電極層蝕刻方法を提供する。 【解決手段】 本発明によるガス混合物はCl2ガス及びN2
ガスの混合物よりなり、N2ガスは、Cl2ガスとN2ガスの
総体積を基準として30体積％以内に含まれる。本発明に
よる導電層の蝕刻方法では半導体基板上に導電物質を使
用して電極層を形成する。前記電極層上にマスクパター
ンを形成する。前記マスクパターンを蝕刻マスクとし、
Cl2ガス及びN2ガスの混合ガスによるプラズマを利用し
て前記電極層を蝕刻する。この際、Cl2ガスを100〜400s
ccm、N2ガスを3〜15sccmの量で供給しながら500〜1000W
範囲の上位パワーを供給する。
程が短縮されて蝕刻工程の再現性が向上し、蝕刻装置の
内部の定期的な洗浄周期が短くなるようなガス混合物及
びこれを用いた電極層蝕刻方法を提供する。 【解決手段】 本発明によるガス混合物はCl2ガス及びN2
ガスの混合物よりなり、N2ガスは、Cl2ガスとN2ガスの
総体積を基準として30体積％以内に含まれる。本発明に
よる導電層の蝕刻方法では半導体基板上に導電物質を使
用して電極層を形成する。前記電極層上にマスクパター
ンを形成する。前記マスクパターンを蝕刻マスクとし、
Cl2ガス及びN2ガスの混合ガスによるプラズマを利用し
て前記電極層を蝕刻する。この際、Cl2ガスを100〜400s
ccm、N2ガスを3〜15sccmの量で供給しながら500〜1000W
範囲の上位パワーを供給する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の微細パ
ターン形成方法に係り、特にポリシリコンよりなる電極
層蝕刻時用いられるガス混合物及びこれを用いた電極層
蝕刻方法に関する。
ターン形成方法に係り、特にポリシリコンよりなる電極
層蝕刻時用いられるガス混合物及びこれを用いた電極層
蝕刻方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造工程中キャパシタの下部電極
を形成するための導電物質として一般的にポリシリコン
を使用する。このようにポリシリコンよりなる電極層を
パタニングするためにはプラズマを用いた蝕刻方法を主
に利用する。その中でも特にTCP技術を用いた蝕刻装置
ではコイル状及びそれに準する構造によって十分に均等
したプラズマを形成するので、TCP蝕刻方法でポリシリ
コン層を蝕刻するとイオン密度または上位パワーを直接
制御することによってポリシリコン層を異方性で蝕刻で
き、酸化物及びフォトレジスト物質に対して選択性が確
保できる利点がある。
を形成するための導電物質として一般的にポリシリコン
を使用する。このようにポリシリコンよりなる電極層を
パタニングするためにはプラズマを用いた蝕刻方法を主
に利用する。その中でも特にTCP技術を用いた蝕刻装置
ではコイル状及びそれに準する構造によって十分に均等
したプラズマを形成するので、TCP蝕刻方法でポリシリ
コン層を蝕刻するとイオン密度または上位パワーを直接
制御することによってポリシリコン層を異方性で蝕刻で
き、酸化物及びフォトレジスト物質に対して選択性が確
保できる利点がある。
【０００３】従来にはポリシリコンよりなる電極層を形
成する時、蝕刻ガスとして主にHBrを含有する混合ガス
を使用した。HBrガスは蝕刻時蝕刻される膜質の側壁を
保護するために垂直で蝕刻させる特性が強く、マスク層
として用いられる酸化膜との選択的な蝕刻特性の強い特
徴がある。しかし、HBrガスを含有した混合ガスを使用
する時、蝕刻速度がのろくて蝕刻工程に長時間が要る
し、それにより蝕刻工程の再現性の不足で連続的に製造
される製品から不良品が発生する恐れがある。また、ポ
リマー等副産物が過多形成されるので蝕刻装置の内部の
定期的な洗浄周期が短くなる短所がある。
成する時、蝕刻ガスとして主にHBrを含有する混合ガス
を使用した。HBrガスは蝕刻時蝕刻される膜質の側壁を
保護するために垂直で蝕刻させる特性が強く、マスク層
として用いられる酸化膜との選択的な蝕刻特性の強い特
徴がある。しかし、HBrガスを含有した混合ガスを使用
する時、蝕刻速度がのろくて蝕刻工程に長時間が要る
し、それにより蝕刻工程の再現性の不足で連続的に製造
される製品から不良品が発生する恐れがある。また、ポ
リマー等副産物が過多形成されるので蝕刻装置の内部の
定期的な洗浄周期が短くなる短所がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は前記し
た従来技術の問題点を解決するためのことであって、ポ
リシリコンよりなる電極層を効率よく蝕刻できるガス混
合物を提供することである。本発明の他の目的は前記ガ
ス混合物を使用してポリシリコンよりなる電極層をプラ
ズマを用いた乾式蝕刻方法によって効率よく蝕刻する方
法を提供することである。
た従来技術の問題点を解決するためのことであって、ポ
リシリコンよりなる電極層を効率よく蝕刻できるガス混
合物を提供することである。本発明の他の目的は前記ガ
ス混合物を使用してポリシリコンよりなる電極層をプラ
ズマを用いた乾式蝕刻方法によって効率よく蝕刻する方
法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明によるガス混合物はCl2ガス及びN2ガスの混合
物よりなる。前記ガス混合物においてN2ガスはCl2ガス
とN2ガスの総体積を基準として30体積％以内に含まれ
る。前記他の目的を達成するための本発明による導電層
の蝕刻方法では、半導体基板上に導電物質を使用して電
極層を形成する。前記電極層上にマスクパターンを形成
する。前記マスクパターンを蝕刻マスクとし、Cl2ガス
及びN2ガスの混合ガスによるプラズマを利用して前記電
極層を蝕刻する。
の本発明によるガス混合物はCl2ガス及びN2ガスの混合
物よりなる。前記ガス混合物においてN2ガスはCl2ガス
とN2ガスの総体積を基準として30体積％以内に含まれ
る。前記他の目的を達成するための本発明による導電層
の蝕刻方法では、半導体基板上に導電物質を使用して電
極層を形成する。前記電極層上にマスクパターンを形成
する。前記マスクパターンを蝕刻マスクとし、Cl2ガス
及びN2ガスの混合ガスによるプラズマを利用して前記電
極層を蝕刻する。
【０００６】前記電極層を形成する段階はポリシリコン
を使用して形成し、前記電極層を蝕刻する段階はCl2ガ
スを100〜400sccm、N2ガスを3〜15sccmの量で供給しな
がら500〜1000W範囲の上位パワーで行なう。本発明によ
れば、蝕刻工程が短縮されて蝕刻工程の再現性が向上さ
れ、蝕刻装置内部の定期的な洗浄周期が短くなる効果が
ある。
を使用して形成し、前記電極層を蝕刻する段階はCl2ガ
スを100〜400sccm、N2ガスを3〜15sccmの量で供給しな
がら500〜1000W範囲の上位パワーで行なう。本発明によ
れば、蝕刻工程が短縮されて蝕刻工程の再現性が向上さ
れ、蝕刻装置内部の定期的な洗浄周期が短くなる効果が
ある。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本
発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。半
導体装置の下部電極形成のためのポリシリコン層をプラ
ズマ蝕刻方法、例えばTCP蝕刻方法で蝕刻する時、ポリ
シリコン層の蝕刻速度は化学的な蝕刻メカニズムに影響
を受ける。
発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。半
導体装置の下部電極形成のためのポリシリコン層をプラ
ズマ蝕刻方法、例えばTCP蝕刻方法で蝕刻する時、ポリ
シリコン層の蝕刻速度は化学的な蝕刻メカニズムに影響
を受ける。
【０００８】一般的に半導体基板上に電極を形成する
時、まず半導体基板上に導電物質を使用して電極層を形
成し、前記電極層上にマスクパターン、例えば酸化膜パ
ターンまたはフォトレジストパターンを形成した後、前
記マスクパターンを蝕刻マスクとして電極層を蝕刻す
る。本発明では前記電極層がポリシリコンよりなる場合
に前記電極層を蝕刻するために、蝕刻ガスとしてCl2及
びN2混合ガスを使用する。ここで、N2ガスを使用する理
由は、蝕刻工程中にポリマーを発生させて蝕刻される電
極層の側壁を保護することによって異方性蝕刻特性を高
めるためである。
時、まず半導体基板上に導電物質を使用して電極層を形
成し、前記電極層上にマスクパターン、例えば酸化膜パ
ターンまたはフォトレジストパターンを形成した後、前
記マスクパターンを蝕刻マスクとして電極層を蝕刻す
る。本発明では前記電極層がポリシリコンよりなる場合
に前記電極層を蝕刻するために、蝕刻ガスとしてCl2及
びN2混合ガスを使用する。ここで、N2ガスを使用する理
由は、蝕刻工程中にポリマーを発生させて蝕刻される電
極層の側壁を保護することによって異方性蝕刻特性を高
めるためである。
【０００９】ここで、Cl2ガスは100〜400sccmまで使用
することが適当であるが、必要に応じてさらに広い範囲
で使用することも可能である。N2ガスは3〜15sccmまで
使用することが適当であるが、Cl2ガスとの比率によっ
てさらに広い範囲で使用することも可能である。ただ、
N2ガスの使用量をあまり大きくすると、ポリマー生成が
多くなって生産性が下がる不利な点がある。望ましく
は、ポリシリコンよりなる電極層を異方性食蝕するため
に、Cl2ガスとN2ガスの混合ガスの総体積に対してN2ガ
スが30体積%を越えないようにする。
することが適当であるが、必要に応じてさらに広い範囲
で使用することも可能である。N2ガスは3〜15sccmまで
使用することが適当であるが、Cl2ガスとの比率によっ
てさらに広い範囲で使用することも可能である。ただ、
N2ガスの使用量をあまり大きくすると、ポリマー生成が
多くなって生産性が下がる不利な点がある。望ましく
は、ポリシリコンよりなる電極層を異方性食蝕するため
に、Cl2ガスとN2ガスの混合ガスの総体積に対してN2ガ
スが30体積%を越えないようにする。
【００１０】図1は一般的なTCP蝕刻装置の概略的な構成
を示すブロック図である。一般的なTCP蝕刻装置は蝕刻
装置のチャンバ10の内部で蝕刻される膜質が蒸着された
ウェーハ20の上部に位置するように設置されるTCPコイ
ル30にパワーを供給する上位パワー40と、ウェーハ20が
ローディングされるステージの下部からパワーを供給す
る低位電極のバイアスパワー50を具備する。ここで、前
記上位パワー40は蝕刻ガスをアクティブさせる役割を
し、低位電極のバイアスパワー50はアクティブされたガ
スをウェーハが位置する方向に引き寄せる役割をする。
本出願人は前記のようなTCP蝕刻装置を使用してポリシ
リコン層を蝕刻する時、ポリシリコン層の蝕刻速度は上
位パワーに影響を受けるということが明かになった。
を示すブロック図である。一般的なTCP蝕刻装置は蝕刻
装置のチャンバ10の内部で蝕刻される膜質が蒸着された
ウェーハ20の上部に位置するように設置されるTCPコイ
ル30にパワーを供給する上位パワー40と、ウェーハ20が
ローディングされるステージの下部からパワーを供給す
る低位電極のバイアスパワー50を具備する。ここで、前
記上位パワー40は蝕刻ガスをアクティブさせる役割を
し、低位電極のバイアスパワー50はアクティブされたガ
スをウェーハが位置する方向に引き寄せる役割をする。
本出願人は前記のようなTCP蝕刻装置を使用してポリシ
リコン層を蝕刻する時、ポリシリコン層の蝕刻速度は上
位パワーに影響を受けるということが明かになった。
【００１１】表1は上位パワーを変化させながらウェー
ハ上でポリシリコン層を蝕刻した時示した各特性を分析
した結果である。ここで、蝕刻時TCP蝕刻装置のチャン
バ内の圧力は20mT、低位電極のバイアスパワーは90W、C
l2の流量は150sccm、N2の流量は7sccm、ウェーハ背面に
供給されるHeガスの圧力は8トルで固定した状態で上位
パワーを変化させながら各特性を分析した。
ハ上でポリシリコン層を蝕刻した時示した各特性を分析
した結果である。ここで、蝕刻時TCP蝕刻装置のチャン
バ内の圧力は20mT、低位電極のバイアスパワーは90W、C
l2の流量は150sccm、N2の流量は7sccm、ウェーハ背面に
供給されるHeガスの圧力は8トルで固定した状態で上位
パワーを変化させながら各特性を分析した。
【００１２】
【表１】
【００１３】前記したように、上位パワーが増加するこ
とによって均一性、フォトレジスト膜に対する選択比及
びマウスバイトの欠陥の特性では大きい変化を見せなか
ったが、蝕刻率は前記上位パワーの増加に比例して大き
くなった。本発明による蝕刻方法において上位パワーは
500〜1000Wの範囲で適用可能であり、上位パワーを700W
以上に高くすると、Cl2ガスのイオン化を加速させてポ
リシリコン層の蝕刻速度を遥かに向上させうる。
とによって均一性、フォトレジスト膜に対する選択比及
びマウスバイトの欠陥の特性では大きい変化を見せなか
ったが、蝕刻率は前記上位パワーの増加に比例して大き
くなった。本発明による蝕刻方法において上位パワーは
500〜1000Wの範囲で適用可能であり、上位パワーを700W
以上に高くすると、Cl2ガスのイオン化を加速させてポ
リシリコン層の蝕刻速度を遥かに向上させうる。
【００１４】図2は本発明の望ましい実施の形態として
示した電極層蝕刻方法を説明するための断面図である。
図2を参照すると、半導体基板100上に電極層110、例え
ばドーピングされたポリシリコン層を形成し、前記電極
層110の上にマスクパターン120、例えば酸化膜パターン
を形成する。その後、前記マスクパターン120を蝕刻マ
スクとし、Cl2ガス及びN2ガスの混合ガスを混合ガスに
よるプラズマ130を利用して、TCP蝕刻装置内で前記電極
層110を蝕刻する。ここで、前記TCP蝕刻装置内にCl2ガ
スを100〜400sccm、N2ガスを3〜15sccmの量で供給しな
がら前記蝕刻段階を行なう。前記TCP蝕刻装置における
上位パワーは500〜1000Wの範囲になるように調節する。
示した電極層蝕刻方法を説明するための断面図である。
図2を参照すると、半導体基板100上に電極層110、例え
ばドーピングされたポリシリコン層を形成し、前記電極
層110の上にマスクパターン120、例えば酸化膜パターン
を形成する。その後、前記マスクパターン120を蝕刻マ
スクとし、Cl2ガス及びN2ガスの混合ガスを混合ガスに
よるプラズマ130を利用して、TCP蝕刻装置内で前記電極
層110を蝕刻する。ここで、前記TCP蝕刻装置内にCl2ガ
スを100〜400sccm、N2ガスを3〜15sccmの量で供給しな
がら前記蝕刻段階を行なう。前記TCP蝕刻装置における
上位パワーは500〜1000Wの範囲になるように調節する。
【００１５】本発明に適用するに適合した蝕刻チャンバ
内の圧力範囲は約15〜25mT、望ましくは約20mTであり、
低位電極のバイアスパワーは該当工程によって70〜200W
の範囲で適用可能である。実際に、蝕刻チャンバ内の圧
力を20mT、上位パワーを700W、低位電極のバイアスパワ
ーを100W、蝕刻ガスとしてCl2ガスの流量を200sccm、N2
ガスの流量を、10sccmとして7000オングストロームの厚
さを有するポリシリコン層の蝕刻工程を進行した結果、
ウェーハ当工程時間が135秒であった。これは、従来技
術から蝕刻ガスとしてHBrガスを使用し、上位パワーは3
00W、圧力は10mTとしたことを除いて本発明の場合と同
じ条件下でポリシリコン層の蝕刻工程を進行した場合(2
64秒/ウェーハ)に比べて蝕刻速度が早まり、工程時間が
はるかに短縮された結果を示すことである。よって、本
発明によれば工程時間の短縮によって工程再現性を向上
させうることが分かる。
内の圧力範囲は約15〜25mT、望ましくは約20mTであり、
低位電極のバイアスパワーは該当工程によって70〜200W
の範囲で適用可能である。実際に、蝕刻チャンバ内の圧
力を20mT、上位パワーを700W、低位電極のバイアスパワ
ーを100W、蝕刻ガスとしてCl2ガスの流量を200sccm、N2
ガスの流量を、10sccmとして7000オングストロームの厚
さを有するポリシリコン層の蝕刻工程を進行した結果、
ウェーハ当工程時間が135秒であった。これは、従来技
術から蝕刻ガスとしてHBrガスを使用し、上位パワーは3
00W、圧力は10mTとしたことを除いて本発明の場合と同
じ条件下でポリシリコン層の蝕刻工程を進行した場合(2
64秒/ウェーハ)に比べて蝕刻速度が早まり、工程時間が
はるかに短縮された結果を示すことである。よって、本
発明によれば工程時間の短縮によって工程再現性を向上
させうることが分かる。
【００１６】また、マスク層として用いられる酸化膜及
びフォトレジスト膜に対する蝕刻選択比もHBrガスを使
用した場合には各々6.0及び1.1であったことに比べて、
本発明によって前記条件を適用した結果、各々9.0及び
1.4であって、酸化膜及びフォトレジスト膜に対する蝕
刻選択比も向上した結果を示した。また、蝕刻装置の内
部の定期的な洗浄周期も10，000分で、従来の場合(3，5
00分)に比べて約290％向上した。
びフォトレジスト膜に対する蝕刻選択比もHBrガスを使
用した場合には各々6.0及び1.1であったことに比べて、
本発明によって前記条件を適用した結果、各々9.0及び
1.4であって、酸化膜及びフォトレジスト膜に対する蝕
刻選択比も向上した結果を示した。また、蝕刻装置の内
部の定期的な洗浄周期も10，000分で、従来の場合(3，5
00分)に比べて約290％向上した。
【００１７】前述した実施の形態では上位パワー及び低
位電極のバイアスパワーを同時に調節するプラズマ蝕刻
装置を使用することに対してだけ説明したが、本発明で
はこれに限らず、本発明による方法は単一パワーを使用
するプラズマ蝕刻装置を使用する場合も同じように適用
できることを当業者であればよく分かるはずである。
位電極のバイアスパワーを同時に調節するプラズマ蝕刻
装置を使用することに対してだけ説明したが、本発明で
はこれに限らず、本発明による方法は単一パワーを使用
するプラズマ蝕刻装置を使用する場合も同じように適用
できることを当業者であればよく分かるはずである。
【００１８】
【発明の効果】前記したように、本発明によってポリシ
リコンよりなる電極層を蝕刻する時、上位パワーを大き
くした状態で蝕刻ガスとしてN2ガス及びCl2ガスを使用
することによって、蝕刻工程が短縮されて蝕刻工程の再
現性が向上し、蝕刻装置の内部の定期的な洗浄周期が短
くなる効果がある。以上、本発明を望ましい実施の形態
について詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限ら
ず、本発明の技術的な思想範囲内で当分野で通常の知識
を有する者によっていろいろ変形できる。
リコンよりなる電極層を蝕刻する時、上位パワーを大き
くした状態で蝕刻ガスとしてN2ガス及びCl2ガスを使用
することによって、蝕刻工程が短縮されて蝕刻工程の再
現性が向上し、蝕刻装置の内部の定期的な洗浄周期が短
くなる効果がある。以上、本発明を望ましい実施の形態
について詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限ら
ず、本発明の技術的な思想範囲内で当分野で通常の知識
を有する者によっていろいろ変形できる。
【図１】 一般的なTCP蝕刻装置の概略的な構成を示す
ブロック図である。
ブロック図である。
【図２】 本発明の望ましい実施の形態として示した電
極層蝕刻方法を説明するための断面図である。
極層蝕刻方法を説明するための断面図である。
100 半導体基板 110 電極層 120 マスクパターン 130 プラズマ
Claims (15)
- 【請求項１】 ポリシリコン層を蝕刻するためのガス混
合物において、 前記ガス混合物はCl2ガス及びN2ガスの混合物よりなる
ことを特徴とするガス混合物。 - 【請求項２】 前記ガス混合物においてN2ガスはCl2ガス
とN2ガスの総体積を基準として30体積％以内に含まるこ
とを特徴とする請求項1に記載のガス混合物。 - 【請求項３】 半導体基板上に導電物質を使用して電極
層を形成する段階と、 前記電極層上にマスクパターンを形成する段階と、 前記マスクパターンを蝕刻マスクとし、Cl2ガス及びN2
ガスの混合ガスによるプラズマを利用して前記電極層を
蝕刻する段階とを含むことを特徴とする半導体装置の電
極層蝕刻方法。 - 【請求項４】 前記電極層を形成する段階はポリシリコ
ンを使用して形成することを特徴とする請求項3に記載
の電極層蝕刻方法。 - 【請求項５】 前記電極層はキャパシタの下部電極形成
用の電極層であることを特徴とする請求項4に記載の電
極層蝕刻方法。 - 【請求項６】 前記マスクパターンは酸化膜よりなるこ
とを特徴とする請求項3に記載の電極層蝕刻方法。 - 【請求項７】 前記マスクパターンはフォトレジスト膜
よりなることを特徴とする請求項3に記載の電極層蝕刻
方法。 - 【請求項８】 前記電極層を蝕刻する段階はCl2ガスを10
0〜400sccm、N2ガスを3〜15sccmの量で供給しながら行
なうことを特徴とする請求項3に記載の電極層蝕刻方
法。 - 【請求項９】 前記電極層を蝕刻する段階においてN2ガ
スはCl2ガスとN2ガスの総体積を基準として30体積%以内
に含まれているように供給することを特徴とする請求項
3に記載の電極層蝕刻方法。 - 【請求項１０】 前記電極層を蝕刻する段階は上位パワ
ー及び低位電極のバイアスパワーが調節できるプラズマ
蝕刻装置を使用して行なうことを特徴とする請求項3に
記載の電極層蝕刻方法。 - 【請求項１１】 前記蝕刻装置はTCP蝕刻装置であること
を特徴とする請求項10に記載の電極層蝕刻方法。 - 【請求項１２】 前記電極層を蝕刻する段階は単一電極
を使用するプラズマ蝕刻装置を使用して行なうことを特
徴とする請求項3に記載の電極層蝕刻方法。 - 【請求項１３】 前記電極層を蝕刻する段階は500〜1000
Ｗ範囲の上位パワーで行なうことを特徴とする請求項3
に記載の電極層蝕刻方法。 - 【請求項１４】 前記電極層を蝕刻する段階は70〜200Ｗ
範囲の低位電極バイアスパワーで行なうことを特徴とす
る請求項9に記載の電極層蝕刻方法。 - 【請求項１５】 前記電極層を蝕刻する段階は15〜25ｍ
Ｔ範囲の圧力下で行なうことを特徴とする請求項9に記
載の電極層蝕刻方法。
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