KR100255661B1 - Method for etching electrode layer of semiconductor device - Google Patents
Method for etching electrode layer of semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- KR100255661B1 KR100255661B1 KR1019970005467A KR19970005467A KR100255661B1 KR 100255661 B1 KR100255661 B1 KR 100255661B1 KR 1019970005467 A KR1019970005467 A KR 1019970005467A KR 19970005467 A KR19970005467 A KR 19970005467A KR 100255661 B1 KR100255661 B1 KR 100255661B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- etching
- layer
- platinum group
- metal layer
- group metal
- Prior art date
Links
- 238000005530 etching Methods 0.000 title claims abstract description 179
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 105
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 36
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical group [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 135
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims abstract description 46
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 30
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 29
- 150000001728 carbonyl compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 24
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 17
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 173
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 76
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 55
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 55
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 39
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 22
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 18
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 9
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 claims description 8
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 6
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 2
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 16
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 9
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 7
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 7
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 150000002366 halogen compounds Chemical class 0.000 description 5
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- -1 platinum group metals Chemical class 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- 125000002915 carbonyl group Chemical group [*:2]C([*:1])=O 0.000 description 2
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 2
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 2
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- DUPIXUINLCPYLU-UHFFFAOYSA-N barium lead Chemical compound [Ba].[Pb] DUPIXUINLCPYLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052454 barium strontium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N barium titanate Chemical compound [Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-] JRPBQTZRNDNNOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002113 barium titanate Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001805 chlorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- NHYCGSASNAIGLD-UHFFFAOYSA-N chlorine monoxide Inorganic materials Cl[O] NHYCGSASNAIGLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N dioxido(oxo)titanium;lead(2+) Chemical compound [Pb+2].[O-][Ti]([O-])=O NKZSPGSOXYXWQA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 150000002222 fluorine compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 230000005596 ionic collisions Effects 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 1
- VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N strontium titanate Chemical compound [Sr+2].[O-][Ti]([O-])=O VEALVRVVWBQVSL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
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
- H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
- H01L21/321—After treatment
- H01L21/3213—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer
- H01L21/32133—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only
- H01L21/32135—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only
- H01L21/32136—Physical or chemical etching of the layers, e.g. to produce a patterned layer from a pre-deposited extensive layer by chemical means only by vapour etching only using plasmas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L28/40—Capacitors
- H01L28/60—Electrodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 식각 방법에 관한 것으로, 특히 백금족 금속으로 이루어진 전극층 식각 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an etching method of a semiconductor device, and more particularly to an electrode layer etching method of a platinum group metal.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 수백 이상의 유전 상수와 자발 분극 및 잔류 분극의 특성을 가진 강유전 물질을 사용한 커패시터 구조가 활발히 응용되고 있다.As semiconductor devices have been highly integrated, capacitor structures using ferroelectric materials having dielectric constants, spontaneous polarizations, and residual polarizations of hundreds or more have been actively applied.
종래에는 유전율이 4인 실리콘 산화막(SiO2)를 사용하여 커패시터의 유전막을 형성하였는데, 이는 낮은 유전율로 인해 초고집적 메모리 소자(ULSI)에 적용하기 어렵다. 따라서 제한된 면적내에서 용량을 증가시키기 위해 유전막 두께를 작게하거나 셀의 유효 면적을 증가시키는 방법을 이용하는데 이러한 방법은 공정을 복잡하게하고 주변 기술을 어렵게 하는 문제점이 있고 또한 수율과 생산성을 저하시킨다.Conventionally, a dielectric film of a capacitor is formed by using a silicon oxide film (SiO 2 ) having a dielectric constant of 4, which is difficult to apply to an ultra high density memory device (ULSI) due to low dielectric constant. Therefore, in order to increase capacity within a limited area, a method of decreasing the thickness of the dielectric film or increasing the effective area of the cell is used. This method complicates the process and makes the peripheral technology difficult, and also lowers the yield and productivity.
이에 반해 유전 상수가 100 이상인 물질, 즉 강유전 물질을 사용하여 커패시터의 유전막을 형성하면 커패시터를 형성하는 공정이 단순해지고 공정 능력 및 소자 특성이 향상될 수 있다. 상기 강유전 물질로는 바륨 티탄산염(BaTiO3), 바륨 스트론튬 티탄산염((Ba,Sr)TiO3), 바륨 리드 티탄산염((Ba,Pb)TiO3), 리드 티탄산염(PbTiO3), 리드 지르코늄산염(PbZnO3), 리드 지르코늄 티탄산염(Pb(Zn,Ti)O3),스트론튬 티탄산염(SrTiO3) 등이 있다.In contrast, when the dielectric film of the capacitor is formed using a material having a dielectric constant of 100 or more, that is, a ferroelectric material, the process of forming the capacitor may be simplified, and the process capability and device characteristics may be improved. The ferroelectric material includes barium titanate (BaTiO 3 ), barium strontium titanate ((Ba, Sr) TiO 3 ), barium lead titanate ((Ba, Pb) TiO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), and lead Zirconate (PbZnO 3 ), lead zirconium titanate (Pb (Zn, Ti) O 3 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), and the like.
그런데 상기와 같이 강유전 물질을 사용하여 유전막을 형성하려면 상기 강유전 물질 형성시 안정한 전극 재료와 상기 전극 재료로 이루어진 전극층을 패터닝하는 방법 등 주변 기술에 대한 개발이 요구된다. 상기 전극 재료로는 백금(Pt)을 많이 사용한다. 이는 백금이 산소와의 반응성이 낮고 일함수가 커서 누설 전류밀도의 저하를 막고 강유전체의 고유전율을 유지하는 특성을 가지기 때문이다. 그러나 백금의 화학적 안정성으로 인해 화학적 반응을 이용한 식각이 용이하지 못한 단점이 있다.However, in order to form the dielectric film using the ferroelectric material as described above, development of peripheral technologies such as a method of patterning an electrode layer made of the electrode material and the stable electrode material when forming the ferroelectric material is required. Platinum (Pt) is used a lot as the electrode material. This is because platinum has a low reactivity with oxygen and a large work function to prevent a decrease in leakage current density and maintain a high dielectric constant of the ferroelectric. However, due to the chemical stability of platinum, there is a disadvantage in that etching using a chemical reaction is not easy.
그리고 전극층을 패터닝하기 위해서는 플라즈마를 이용한 식각 방법을 이용하는데 상기 플라즈마를 이용하는 식각 방법으로는 플라즈마(plasma) 식각 방법과 반응성 이온 식각(RIE;Reactive ion Etching) 방법이 있다. 상기 플라즈마 식각방법은 할로겐 가스와의 화학적 반응을 이용한 것으로 반응성 이온 식각 방법에 비해 등방성(Isotropic)으로 식각되고, 상기 반응성 이온 식각(RIE) 방법은 할로겐 가스 및 불활성 가스를 사용하여 화학적(chemical) 물리적(physical) 반응에 의한 식각 방법으로 플라즈마 식각 방법에 비해 이방성(Anisotroplc)으로 식각된다.In order to pattern the electrode layer, an etching method using a plasma is used. An etching method using the plasma includes a plasma etching method and a reactive ion etching (RIE) method. The plasma etching method uses a chemical reaction with a halogen gas, and is etched isotropically compared to the reactive ion etching method. The reactive ion etching (RIE) method uses a chemical reaction using a halogen gas and an inert gas. The etching method by a (physical) reaction is etched with anisotropy compared to the plasma etching method.
즉, 반응성 이온 식각(Rie) 방법은 이온 충돌에 의한 물리적 반응과 플라즈마에 의한 화학적 반응을 결합한 것이다.In other words, the reactive ion etching method combines a physical reaction by ion collision and a chemical reaction by plasma.
제1(a)도 내지 제1(d)도는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 전극층 식각 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들로서, 특히 커패시터의 스토리지 전극을 형성하기 위해 전극층을 식각하는 방법을 나타낸다.1 (a) to 1 (d) are cross-sectional views illustrating a method of etching an electrode layer of a semiconductor device according to the prior art, and particularly, a method of etching an electrode layer to form a storage electrode of a capacitor.
도면에서 참조 번호 1은 반도체 기판을, 3은 층간 절연층을, 5는 확산 장벽층을, 7 및 7a는 전극층을, 9 및 9a는 밀착층을, 11은 마스크 층을 그리고 12는 잔유물을 각각 나타낸다.In the drawings,
제1(a)도를 참조하면, 반도체 기판(1) 상에 절연 물질을 증착하여 층간 절연층(3)을 형성한 후, 상기 층간 절연층(3) 상에 확산 장벽층(5), 전극층(7) 및 밀착층(9)을 차례로 형성한다.Referring to FIG. 1 (a), after the insulating material is deposited on the
상기 전극층(7)은 백금(Pt)을 사용하여 형성한다.The
상기 확산 장벽층(5)은 상기 전극층(7)의 구성 물질인 백금이 그 하부의 폴리실리콘층(도시하지 않음)으로 확산되어 반응하는 것을 방지하기 위한 것이고, 상기 밀착층(9)은 후속 공정에서 증착되는 산화 막과의 밀착을 용이하게하기 위한 것이다.The
상기 확산 장벽층(5)과 밀착층(9)은 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN) 중 어느 하나를 사용하여 형성한다.The
이어서 상기 밀착층(9) 상에 산화막을 증착한 후 패터닝하여 마스크층(11)을 형성한다,Subsequently, an oxide film is deposited on the adhesion layer 9 and then patterned to form a
제1(b)도를 참조하면, 상기 마스크층(11)을 마스크로하여 상기 밀착층(9)과 전극층(7)을 플라즈마 식각함으로써 밀착층(9a)/전극층(7a)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, the
이 때 상기 전극층(7a)의 구성 물질인 백금이 화학적으로 안정한 특성, 즉 반응성이 낮아 반응 생성물을 형성하지 못하는 특성을 가지므로 식각 가스로는 일반적으로 반응성이 강한 할로겐 가스, 예컨대 염소(Cl2)를 사용한다.At this time, since platinum, which is a constituent material of the electrode layer 7a, has a chemically stable property, that is, a low reactivity, and thus does not form a reaction product, an etching gas generally includes a highly reactive halogen gas such as chlorine (Cl 2 ). use.
상기 식각 공정에서는 상기 식각 가스를 활성화시키기 위해 플라즈마를 형성하고 상기 전극층(7a) 상·하부의 밀착층들과의 식각 선택비를 향상시키기 위해 산소를 추가한다.In the etching process, a plasma is formed to activate the etching gas, and oxygen is added to improve the etching selectivity with the adhesion layers above and below the electrode layer 7a.
그 결과 식각된 백금이 휘발되지 않고 상기 마스크층(11)/밀착층(9a) 측벽에 재증착되어 그 구성 물질이 고체 상태의 할로겐 화합물인 잔유물(12)을 형성하고, 상기 비휘발성 잔유물(12)은 식각을 방해하여 상기 전극층(7a)의 측벽을 수직(vertical)이 아닌 소정의 경사(slope)를 가지게 한다.As a result, the etched platinum is not volatilized and redeposited on the sidewall of the
따라서 화학적 반응이 주가 되는 상기 플라즈마 식각 공정 대신 화학적 반응과 아르곤(Ar)과 같은 불활성 기체를 사용하여 스퍼터링(sputtering) 효과를 증가시키는 물리적 반응이 동시에 이루어지는 반응성 이온 식각 방법을 이용하는데 이 경우에도 상기 플라즈마 식각과 동일한 결과, 즉 비휘발성 잔유물(12)이 형성된다.Therefore, instead of the plasma etching process in which the chemical reaction is mainly used, a reactive ion etching method using a chemical reaction and an inert gas such as argon (Ar) to increase the sputtering effect at the same time is used. As a result of etching, that is,
제1(c)도를 참조하면, 불산(HF) 및 불산혼합물 중 어느 하나를 사용하여 상기 마스크층(11)을 제거한다.Referring to FIG. 1 (c), the
제1(d)도를 참조하면, 상기 잔유물(12)을 제거한다.Referring to FIG. 1 (d), the
그 결과 상기 전극층(7a) 사이, 즉 상기 장벽층(5)이 노출된 부분에서 선폭 손실(critical dimension loss)이 나타난다.As a result, a critical dimension loss appears between the electrode layers 7a, i.e., the portion where the
따라서 상기와 같은 반도체 소자의 전극층 식각 방법으로는 백금이 식각 가스인 할로겐 가스와 반응하여 비휘발성인 잔유물을 형성하므로 식각 속도가 낮아지고 패턴 프로화일이 저하되는 문제점이 있다.Therefore, in the electrode layer etching method of the semiconductor device as described above, since platinum reacts with halogen gas, which is an etching gas, to form a nonvolatile residue, the etching rate is lowered and the pattern profile is lowered.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 강유전막의 전극 물질로 사용되는 백금족 금속을 패터닝하기 위한 식각 공정에서 비휘발성 잔유물로 인해 전극층이 원하는 패턴으로 형성되지 않는 것을 억제하기 위한 가스 혼합물을 이용한 반도체 소자의 전극층 식각 방법을 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is an electrode layer of a semiconductor device using a gas mixture for suppressing that the electrode layer is not formed in a desired pattern due to the non-volatile residue in the etching process for patterning the platinum group metal used as the electrode material of the ferroelectric film To provide an etching method.
제1(a)도 내지 제1(d)도는 종래 기술에 의한 반도체 소자의 전극층 식각 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating an electrode layer etching method of a semiconductor device according to the prior art.
제2도는 반도체 소자의 식각 장치를 나타낸다.2 shows an etching apparatus of a semiconductor device.
제3도는 공정 압력에 따른 백금 전극층의 식각 특성을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the etching characteristics of the platinum electrode layer according to the process pressure.
제4도는 식각 가스의 비율에 따른 백금 전극층의 식각 특성을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing etching characteristics of the platinum electrode layer according to the ratio of etching gas.
제5도는 식각 장치에서 반도체 기판이 놓이는 하부 전극의 온도와 식각 가스비율에 따른 백금 전극층의 식각 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph illustrating etching characteristics of the platinum electrode layer according to the etching gas ratio and the temperature of the lower electrode on which the semiconductor substrate is placed in the etching apparatus.
제6(a)도 내지 제6(e)도는 본 발명에 의한 반도체 소자의 전극층 식각 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.6 (a) to 6 (e) are cross-sectional views illustrating an electrode layer etching method of a semiconductor device according to the present invention.
상기 과제를 이루기 위하여 본 발명은 반도체 기판 상에 도전 물질을 증착하여 전극층을 형성한다. 할로겐 가스, 할로겐 가스의 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질과 카보닐 화합물(carbonyl compound)을 형성하는 물질로 조성된 가스 혼합물을 식각 가스로 사용하고 플라즈마를 이용한 식각 방법으로 상기 전극층을 식각한다.In order to achieve the above object, the present invention forms an electrode layer by depositing a conductive material on a semiconductor substrate. The electrode layer is etched by using a gas mixture composed of any one of halogen gas, a compound of halogen gas, and a mixture thereof and a material forming a carbonyl compound as an etching gas and an etching method using plasma. .
상기 가스 혼합물에서 상기 할로겐 가스, 할로겐 가스의 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질과 카보닐 화합물(carbonyl compound)을 형성하는 물질의 조성비는 1:0.01∼1:100으로 한다.In the gas mixture, a composition ratio of the material forming the carbonyl compound with any one of the halogen gas, the halogen gas compound, and a mixture thereof is 1: 0.01 to 1: 100.
따라서 본 발명에 의하면, 전극층을 패터닝하는 식각 공정에서 전극층의 구성 물질과 반응하여 휘발성 반응 생성물을 형성할 수 있는 식각 가스를 사용함으로써 화학적 반응에 의한 식각이 가능하고, 전극층 패턴의 측벽에 비휘발성 잔유물이 남지 않아 원하는 패턴의 전극층을 형성할 수 있다.Therefore, according to the present invention, by using an etching gas that can react with the constituent material of the electrode layer to form a volatile reaction product in the etching process of patterning the electrode layer, etching by chemical reaction is possible, and non-volatile residue on the sidewall of the electrode layer pattern Since this does not remain, an electrode layer having a desired pattern can be formed.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제2도는 반도체 소자의 식각 장치를 나타낸다.2 shows an etching apparatus of a semiconductor device.
먼저 5000Å 두께의 산화막, 예컨대 SiO2와 3000Å 두께의 백금 전극층을 차례로 형성한 반도체 기판을 제1시료로하고 5000Å 두께의 산화 막만이 증착된 반도체 기판을 제2시료로하여 상기 제1·2시료(23)를 플라즈마 식각 장치의 하부 전극(24)에 장착한다.First, a semiconductor substrate having a 5000 nm thick oxide film, for example, SiO 2 and a 3000 mm thick platinum electrode layer, is used as a first sample, and a semiconductor substrate having only 5000 nm thick oxide film as a second sample. 23 is mounted on the
이어서 온도 조절 수단(25)과 냉각 수단(26,27)을 이용하여 상기 하부 전극(24)을 0∼500℃ 온도로 유지하고, 질량유속제어 수단(21)과 상부 전극의 가스 분사 수단(22)을 통해 반응 가스, 예컨대 염소(Cl2)와 일산화탄소(CO)를 1:0.01∼1:100의 비율로 유입시킨다. 그리고 상기 식각 장치 내의 압력은 압력 센서(29)와 배기수단(30)의 밸브 조절기를 이용하여 조절하고, 전력 공급 수단(28)을 이용하여 상기 하부전극(24)에 고주파 전력(Radio Frequency Power)을 인가한다.Subsequently, the temperature control means 25 and the cooling means 26 and 27 are used to maintain the
상기 식각 장치 내에 상기 반응 가스를 활성화시키는 플라즈마를 형성하기 위해 10-4~2토르(Torr) 압력과 175와트(Watt)의 전력을 사용한다.10 -4 to 2 Torr pressure and 175 Watts of power are used to form a plasma in the etching apparatus to activate the reaction gas.
상기와 같은 공정 조건에서 식각 공정이 완료되면 상기 전력 공급 수단(28)을 차단하고 상기 배기 수단(30)을 이용하여 상기 식각 챔버내의 가스를 배기하고 상기 시료를 꺼낸다.When the etching process is completed under the above process conditions, the power supply means 28 is shut off and the gas in the etching chamber is exhausted using the exhaust means 30 and the sample is taken out.
제3도 내지 제5도는 상기 제2도의 식각 장치에서 공정 조건을 다르게 하여 백금의 식각율 및 산화막(SiO2)에 대한 식각 선택비 특성을 나타낸 그래프이다.3 to 5 are graphs showing the etching rate of the platinum and the etching selectivity of the oxide layer (SiO 2 ) with different process conditions in the etching apparatus of FIG. 2.
제3도는 공정 압력에 따른 백금 전극층의 식각 특성을 나타낸 그래프이다.3 is a graph showing the etching characteristics of the platinum electrode layer according to the process pressure.
(a)는 백금 전극층의 식각율을 그리고 (b)는 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비를 나타낸다.(a) shows the etching rate of the platinum electrode layer, and (b) shows the etching selectivity of the platinum electrode layer with respect to the oxide film.
이때 공정 조건을 설명하면, 상기 식각 장치에 유입하는 식각 가스, 즉 염소(Cl2)와 일산화탄소(CO)의 비율을 1:2.3으로하고 식각 온도를 250℃로 유지하면서 압력을 200∼500미리토르(mTorr) 범위에서 변화시켰다.In this case, when the process conditions are described, the etching gas flowing into the etching apparatus, that is, the ratio of chlorine (Cl 2 ) and carbon monoxide (CO) is 1: 2.3 and the etching temperature is maintained at 250 ° C. while the pressure is 200 to 500 millitorr. (mTorr) range.
그 결과 압력이 증가할수록 백금 전극층의 식각율(a)이 감소하고 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비(b)가 증가한다. 즉 압력이 증가할수록 산화막의 식각율이 백금 전극층의 식각율보다 빠르게 감소됨을 알 수 있다.As a result, as the pressure increases, the etching rate (a) of the platinum electrode layer decreases and the etching selectivity ratio (b) of the platinum electrode layer to the oxide film increases. That is, as the pressure increases, the etching rate of the oxide film decreases faster than the etching rate of the platinum electrode layer.
제4도는 식각 가스의 비율에 따라 백금 전극층의 식각 특성을 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing the etching characteristics of the platinum electrode layer according to the ratio of the etching gas.
(a)는 백금 전극층의 식각율을 그리고 (b)는 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비를 나타낸다.(a) shows the etching rate of the platinum electrode layer, and (b) shows the etching selectivity of the platinum electrode layer with respect to the oxide film.
이때 공정 조건으로는 250℃ 온도와 300미리토르(mTorr) 압력을 유지하면서 염소와 일산화탄소의 비율(Cl2:CO, Cl2/(Cl2+CO)%)을 1:0.43(70%), 1:1(50%), 1:1.5(40%), 1:2.3(30%), 1:4(20%)로 변화시켰다.In this case, the ratio of chlorine to carbon monoxide (Cl 2 : CO, Cl 2 / (Cl 2 + CO)%) was maintained at 250 ° C. and 300 mTorr, and the ratio was 1: 0.43 (70%), 1: 1 (50%), 1: 1.5 (40%), 1: 2.3 (30%), 1: 4 (20%).
그 결과 염소의 비율이 증가할수록 백금 전극층의 식각율(a)은 감소하고 반대로 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비(b)는 증가한다.As a result, as the ratio of chlorine increases, the etching rate (a) of the platinum electrode layer decreases, whereas the etching selectivity (b) of the platinum electrode layer with respect to the oxide film increases.
따라서 공정시 요구되는 조건에 따라 염소와 일산화탄소의 비율을 조정한다.Therefore, the ratio of chlorine and carbon monoxide is adjusted according to the conditions required in the process.
제5도는 식각 장치에서 반도체 기판이 놓이는 하부 전극의 온도와 식각 가스비율에 따른 백금 전극층의 식각 특성을 나타낸 그래프이다.5 is a graph illustrating etching characteristics of the platinum electrode layer according to the etching gas ratio and the temperature of the lower electrode on which the semiconductor substrate is placed in the etching apparatus.
(a)와 (b)는 염소와 일산화 탄소의 비율(Cl2:CO)이 1:1인 경우로서 먼저 (a)는 백금 전극층의 식각율을 나타내고 (b)는 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비를 나타낸다.(a) and (b) is a case where the ratio of chlorine to carbon monoxide (Cl 2 : CO) is 1: 1. First, (a) represents the etching rate of the platinum electrode layer, and (b) shows the etching of the platinum electrode layer with respect to the oxide film. Represents the selection ratio.
또한 (c)와 (d)는 염소와 일산화 탄소의 비율(Cl2:CO)이 1:2.3인 경우로서 (c)는 백금 전극층의 식각율을 나타내고 (d)는 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비를 나타낸다.In addition, (c) and (d) is a case where the ratio of chlorine to carbon monoxide (Cl 2 : CO) is 1: 2.3, (c) represents the etching rate of the platinum electrode layer, and (d) represents the etching of the platinum electrode layer with respect to the oxide film. Represents the selection ratio.
이때 공정 조건으로는 300미리토르(mTorr) 압력을 유지하면서 온도를 50∼350℃로 변경하였다.At this time, the temperature was changed to 50 to 350 ° C. while maintaining 300 mTorr pressure as the process conditions.
그 결과 (a) 및 (c)에서 보는 바와 같이 온도가 증가할수록 백금 전극층의 식각율은 염소의 비율에 관계없이 증가한다.As a result, as shown in (a) and (c), as the temperature increases, the etching rate of the platinum electrode layer increases regardless of the proportion of chlorine.
그러나 (b)와 (d)에서는 온도가 증가할수록 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비가 다르게 나타나는데, 즉 염소의 비율이 일산화탄소의 비율보다 작은 경우에는 온도가 증가할수록 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비(d)가 증가하는 반면 염소의 비율이 더 큰 경우에는 산화막에 대한 백금 전극층의 식각 선택비(b)가 감소한다.However, in (b) and (d), the etching selectivity of the platinum electrode layer with respect to the oxide film is different as the temperature increases. That is, when the chlorine ratio is smaller than the carbon monoxide ratio, the etching selectivity ratio of the platinum electrode layer with respect to the oxide film is increased. When (d) increases while the ratio of chlorine is larger, the etching selectivity ratio (b) of the platinum electrode layer to the oxide film decreases.
따라서 전극층을 패터닝하는 식각 공정에서는 상기 제2도 내지 제5도의 실험 결과를 이용하여 식각 장치의 온도, 압력 및 식각 가스의 비율을 조절함으로써 전극층을 원하는 패턴으로 형성할 수 있다.Therefore, in the etching process of patterning the electrode layer, the electrode layer may be formed in a desired pattern by adjusting the ratio of temperature, pressure, and etching gas of the etching apparatus using the experimental results of FIGS. 2 to 5.
이 때 상기 전극층으로는 백금 이외에 루테늄(Ru), 모스윰(Os), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd)과 같은 백금족 금속을 사용할 수 있고, 또한 식각 가스로는 염소(Cl2) 이외에 불소(F2), 브롬(Br2), 요오드(I2) 등과 같은 할로겐 가스, 할로겐 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용할 수 있고, 상기 일산화탄소(CO) 이외에 이산화탄소(CO2) 및 카보닐기(>C=0)를 포함하는 카보닐 화합물을 사용할 수 있다.In this case, platinum group metals such as ruthenium (Ru), mosque (Os), iridium (Ir), rhodium (Rh), and palladium (Pd) may be used as the electrode layer, and chlorine (Cl 2 ) may be used as an etching gas. ), In addition to fluorine (F 2 ), bromine (Br 2 ), iodine (I 2 ) can be used any one of halogen gas, halogen compounds and mixtures thereof, in addition to carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ) and Carbonyl compounds containing a carbonyl group (> C = 0) can be used.
상기 할로겐 화합물로는 불화화합물(예컨대 HF, CF4, CHF3), 염화화합물(예컨대 BCl3, HCl), 브롬화합물(예컨대 HBr) 등이 있다.The halogen compounds include fluoride compounds (eg HF, CF 4 , CHF 3 ), chloride compounds (eg BCl 3 , HCl), bromine compounds (eg HBr), and the like.
제6(a)도 내지 제6(e)도는 본 발명에 의한 반도체 소자의 전극층 식각 방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들로서, 특히 커패시터의 스토리지 전극을 형성하기 위해 전극층을 식각하는 방법을 나타낸다.6 (a) to 6 (e) are cross-sectional views illustrating an electrode layer etching method of a semiconductor device according to the present invention, and particularly, a method of etching an electrode layer to form a storage electrode of a capacitor.
도면에서 참조 번호 51은 반도체 기판을, 53은 층간 절연층을, 55 및 55a는 확산 장벽층을, 57 및 57a는 전극층을, 59 및 59a는 밀착층을 그리고 61은 마스크층을 각각 나타낸다.In the drawings,
제6(a)도를 참조하면, 반도체 기판(51) 상에 절연 물질을 증착하여 층간 절연층(53)을 형성하는 공정, 상기 층간 절연층(53) 상에 확산 장벽층(55)을 형성하는 공정, 상기 확산 장벽층(55) 상에 도전 물질을 증착하여 전극층(57)을 형성하는 공정, 그리고 상기 전극층(57) 상에 밀착층(59)을 형성하는 공정을 차례로 진행한다.Referring to FIG. 6A, a process of forming an interlayer insulating
상기 전극층(57)은 강유전 물질의 유전율을 유지할 수 있는 특성을 가진 물질, 예컨대 백금족 금속, 예컨대 백금(Pt)을 사용하여 형성한다.The
상기 백금족 금속으로는 상기 백금 이외에 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd)이 있다.The platinum group metals include ruthenium (Ru), osmium (Os), iridium (Ir), rhodium (Rh), and palladium (Pd) in addition to the platinum.
상기 확산 장벽층(55)은 상기 전극층(57)의 구성 물질이 그 하부의 폴리실리콘층(도시하지 않음)으로 확산되는 것을 방지하는 역할을 하고, 상기 밀착층(59)은 후속공정에서 증착되는 산화막과의 밀착을 용이하게하는 역할을 한다. 그리고 상기 확산 장벽층(55)과 밀착층(59)은 티타늄(Ti) 및 질화 티타늄(TiN) 중 어느 하나를 사용하여 단일 층으로 형성하거나 이들을 조합한 다중막으로 형성한다.The
이어서 상기 밀착층(59) 상에 산화막을 증착한 후 패터닝하여 마스크층(61)을 형성한다. 상기 마스크층(61)은 산화막 이외에 포토레지스트막 및 질화막 중 어느 하나를 사용하여 형성할 수 있다.Subsequently, an oxide film is deposited on the adhesion layer 59 and then patterned to form a
제6(b)도를 참조하면, 상기 마스크층(61)을 식각 마스크로 하여 상기 밀착층(59)을 건식 식각함으로써 밀착층(59a)을 형성한다.Referring to FIG. 6 (b), the
이 때 식각 가스로는 할로겐 가스, 할로겐 가스 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질을 사용할 수 있는데 본 실시예에서는 염소(Cl2) 가스를 사용한다.In this case, any one of a halogen gas, a halogen gas compound, and a mixture thereof may be used as the etching gas. In this embodiment, chlorine (Cl 2 ) gas is used.
제6(c)도를 참조하면, 플라즈마를 이용한 식각 방법을 이용하여 상기 전극층(57)을 식각함으로써 전극층(57a)을 형성한다.Referring to FIG. 6 (c), the
식각 가스로는 반응성이 강한 할로겐 가스, 할로겐 가스 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질에, 카보닐 화합물을 형성하는 물질을 추가하여 사용하는데, 이는 상기 카보닐 화합물을 형성하는 물질이 휘발성이 강하여 휘발성 반응 생성물을 형성할 수 있기 때문이다.As the etching gas, a substance that forms a carbonyl compound is added to any one of a highly reactive halogen gas, a halogen gas compound, and a mixture thereof, which is volatile because the substance forming the carbonyl compound is highly volatile. This is because the reaction product can be formed.
다시 말해서, 상기 전극층(57)의 구성 물질인 백금은 할로겐 가스와 반응하여 휘발성 반응 생성물을 형성하지 못하므로, 할로겐 가스에 휘발성이 강한 카보닐 화합물을 형성할 수 있는 물질을 추가함으로써 휘발성 반응 생성물을 형성할 수 있다. 따라서 식각 중 또는 식각 후 상기 휘발성 반응 생성물이 상기 마스크층(61)/밀착층(59a) 측벽에 재증착되어 잔유물로 남지 않고 휘발되므로 상기 전극층(57a)을 원하는 패턴으로 형성할 수 있다.In other words, platinum, which is a constituent of the
상기 플라즈마를 이용한 식각 공정들은 반응성 이온 식각(Reactive ion Etching) 방법 및 플라즈마(Plasma) 식각 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여 식각 장치에서 진행한다.The plasma etching processes are performed in an etching apparatus using any one of a reactive ion etching method and a plasma etching method.
상기 식각 장치의 온도는 0∼500℃로하고 압력은 10-4~2토르(Torr)로 한다. 그리고 식각 가스로는 할로겐 가스, 할로겐 가스 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질과 카보닐 화합물을 형성하는 물질을 사용하는데, 이 때 상기 제3도 내지 제5도의 그래프에서 보여주는 실험 결과를 기초로하여 공정 조건을 조절한다.The temperature of the etching apparatus is 0 ~ 500 ℃ and the pressure is 10 -4 ~ 2 Torr (Torr). As the etching gas, a material which forms a carbonyl compound with a material of halogen gas, a halogen gas compound, and a mixture thereof is used, based on the experimental results shown in the graphs of FIGS. Adjust process conditions.
이 때 상기 식각 가스의 비율, 즉 할로겐 가스, 할로겐 가스 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질과 카보닐 화합물을 형성하는 물질의 조성비를 1:0.01∼1:100로 하는데, 본 실시예에서는 상기 할로겐 가스로는 염소(Cl2)를 사용하고 상기 카보닐 화합물을 형성하는 물질로는 일산화탄소(CO)를 사용하고, 그리고 300미리토르(mTorr)의 압력과 175와트(w)의 고주파 전력을 사용하여 상기 식각 가스들을 활성화시키는 플라즈마를 형성한다.In this case, the ratio of the etching gas, that is, the composition ratio of any one of the halogen gas, the halogen gas compound, and a mixture thereof and the carbonyl compound is 1: 0.01 to 1: 100. Chlorine (Cl 2 ) is used as the halogen gas, and carbon monoxide (CO) is used as the material for forming the carbonyl compound, and a pressure of 300 mTorr and a high frequency power of 175 watts (w) are used. A plasma is activated to activate the etching gases.
상기 카보닐 화합물을 형성하는 물질은 휘발성이 강한 물질로서 상기 일산화탄소(CO) 이외에 이산화탄소(CO2) 및 카보닐 화합물이 있다. 상기 카보닐 화합물은 카보닐기(>C=0)를 포함하는 유기화합물이다.Materials for forming the carbonyl compound include carbon dioxide (CO 2 ) and carbonyl compounds in addition to the carbon monoxide (CO) as a highly volatile material. The carbonyl compound is an organic compound containing a carbonyl group (> C = 0).
이 때 상기 전극층(57a) 상·하부의 물질층들과의 식각 선택비를 조절하고 이방성 식각을 가능하게 하기 위해 상기 반응 가스들의 조성을 변화시키거나 또다른 가스를 추가 사용할 수 있는데, 상기 추가되는 가스로는 탄화수소계, 탄화불소계, 산소, 질소, 비활성 가스 및 이들의 혼합 가스 등이 있다.In this case, in order to control the etching selectivity with the material layers above and below the
다음에서는 상기 전극층(57a)을 형성하는 방법을 식각 장치와 연계하여 설명하는데 여기에는 두가지 방법이 있다.Next, a method of forming the
그 첫 번째 방법으로, 일정 온도의 식각 장치에 상기 반도체 기판(51)을 로딩하는 공정, 상기 식각 장치에 할로겐 가스 및 할로겐 가스의 혼합물 중 어느 하나 이상의 물질과 카보닐 화합물(carbonyl compound)을 형성하는 물질을 유입하고 일정 압력을 유지하는 공정, 그리고 상기 식각 장치 내에 플라즈마를 형성시키는 공정으로 진행한다.In the first method, a step of loading the
상기 전극층(57)의 구성 물질이 백금이고 식각 가스중 할로겐 가스가 각각 염소, 브롬, 요오드인 경우 일산화탄소 또는 이산화탄소와 화학 반응하는 것을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.When the constituent material of the
Pt + Cl2+ CO/CO2‥‥‥‥> Pt(CO)2Cl2↑ (210℃, 1기압)Pt + Cl 2 + CO / CO 2 ‥‥‥‥> Pt (CO) 2 Cl 2 ↑ (210 ℃, 1atm)
‥‥‥‥> Pt(CO)Cl2↑ (240℃, 1기압)‥‥‥‥> Pt (CO) Cl 2 ↑ (240 ℃, 1atm)
‥‥‥‥> Pt2(CO)2C14↑ (240℃, 1기압)‥‥‥‥> Pt 2 (CO) 2 C1 4 ↑ (240 ℃, 1atm)
Pt + Br2+ CO/CO2‥‥‥‥> Pt(CO)2Br2↑ (220℃, 1기압)Pt + Br 2 + CO / CO 2 ‥‥‥‥> Pt (CO) 2 Br 2 ↑ (220 ℃, 1atm)
Pt + I2+ CO/CO2‥‥‥‥> Pt(CO)2I2↑ (40℃, 1기압)Pt + I 2 + CO / CO 2 ‥‥‥‥> Pt (CO) 2 I 2 ↑ (40 ℃, 1atm)
그 두번째 방법으로는, 상기 반도체 기판(51)을 다수개의 식각 챔버를 구비한 식각 장치에 로딩하는 제1공정, 상기 식각 장치에 할로겐 가스, 할로겐 가스 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나의 물질을 유입하는 제2공정, 상기 식각 장치 내에 플라즈마를 형성시키는 제3공정, 상기 식각 장치에 카보닐 화합물(carbonyl compound)을 형성하는 물질을 유입하여 상기 반도체 기판(51) 상의 전극층(57)을 식각하는 제4공정으로 진행한다.In a second method, a first process of loading the
상기 제2공정에서 상기 전극층(57)의 구성 물질이 백금이고 식각 가스중 할로겐 가스가 각각 염소, 브롬, 요오드인 경우 상기 백금과 할로겐 가스가 화학 반응하는 것을 화학식으로 나타내면 다음과 같다.In the second process, when the constituent material of the
Pt + Cl2‥‥‥‥> PtClX Pt + Cl 2 ‥‥‥‥> PtCl X
Pt + Br2‥‥‥‥> PtBrX Pt + Br 2 ‥‥‥‥> PtBr X
Pt + I2‥‥‥‥> PtIX Pt + I 2 ‥‥‥‥> PtI X
따라서 상기와 같은 제2공정 결과 상기 마스크층(61)/밀착층(57a) 측벽에 PtClX, PtBrX, PtIX와 같은 고체 상태의 할로겐 화합물로 이루어진 잔유물(도시하지 않음)이 형성되면서 그 하부의 전극층(57)이 수직으로 패터닝되지 않는다.Therefore, as a second process output said mask layer (61) / adhesive layer (57a) (not shown), the residue consisting of a halogen compound in a solid state, such as PtCl X, PtBr X, PtI X side wall formed as the lower
따라서 상기 제4공정은 상기 잔유물을 고체 상태에서 기체 상태로 승화(sublimation)시켜 상기 마스크층(61)/밀착층(57a) 측벽으로부터 휘발시키기 위한 것으로 그 화학 반응은 다음과 같다.Therefore, the fourth step is to sublimate the residue from the solid state to the gas state to volatilize it from the sidewall of the
PtClx+ CO/CO2‥‥‥‥> Pt(CO)2Cl2↑ (210℃, 1기압)PtCl x + CO / CO 2 ‥‥‥‥> Pt (CO) 2 Cl 2 ↑ (210 ℃, 1atm)
‥‥‥‥> Pt(CO)Cl2↑ (240℃, 1기압)‥‥‥‥> Pt (CO) Cl 2 ↑ (240 ℃, 1atm)
‥‥‥‥> Pt2(CO)2Cl4↑ (240℃, 1기압)‥‥‥‥> Pt 2 (CO) 2 Cl 4 ↑ (240 ℃, 1atm)
PtBrx+ CO/CO2‥‥‥‥> Pt(CO)2Br2↑ (220℃, 1기압)PtBr x + CO / CO 2 ‥‥‥‥> Pt (CO) 2 Br 2 ↑ (220 ℃, 1atm)
PtIX+ CO/CO2‥‥‥‥> Pt(CO)2I2↑ (40℃, 1기압)PtI X + CO / CO 2 ‥‥‥‥> Pt (CO) 2 I 2 ↑ (40 ℃, 1atm)
즉, PtClX, PtBrX, PtIX와 같은 고체 상태의 할로겐 화합물이 Pt(CO)2Cl2, Pt(CO)Cl2, Pt2(CO)2C14, Pt(CO)2Br2, Pt(CO)2I2와 같이 기체 상태로 승화된다.That is, the halogen compounds in the solid state such as PtCl X , PtBr X , PtI X are Pt (CO) 2 Cl 2 , Pt (CO) Cl 2 , Pt 2 (CO) 2 C1 4 , Pt (CO) 2 Br 2 , Sublimates to gaseous state as Pt (CO) 2 I 2 .
따라서 상기 제2공정 내지 제4공정을 1회 이상 반복함으로써 그 측벽이 보다 수직인 전극층(57a)을 형성할 수 있다.Accordingly, the second and fourth processes may be repeated one or more times to form an
상기 제3공정에서는 상기 식각 장치에 고주파 전원(Radio Frequency Power)을 공급함으로써 플라즈마를 형성하고, 상기 제4공정에서는 상기 식각 장치에 고주파 전원(Radio Frequency Power)을 공급하지 않고, 즉 플라즈마를 형성시키지 않고 상기 카보닐 화합물을 형성하는 물질과의 화학적 반응만에 의한 식각 공정을 진행한다.In the third process, a plasma is formed by supplying a radio frequency power to the etching apparatus, and in the fourth process, a plasma is not supplied to the etching apparatus, that is, a plasma is not formed. Instead, the etching process is performed only by a chemical reaction with the substance forming the carbonyl compound.
또한 상기 공정들은 상기 식각 장치 중 동일한 식각 챔버에서 또는 다른 식각 챔버에서 진행하는데, 다른 식각 챔버에서 진행할 경우 각 식각 챔버의 온도, 압력 및 고주파 전원 등의 공정 조건을 다르게 할 수 있다.In addition, the processes may be performed in the same etching chamber or in another etching chamber among the etching apparatuses, and when proceeding in another etching chamber, process conditions such as temperature, pressure, and high frequency power of each etching chamber may be different.
제6(d)도를 참조하면, 상기 마스크층(61)을 제거한다.Referring to FIG. 6 (d), the
이 때 상기 마스크층(61)의 구성 물질이 산화막이므로 불산(HF) 및 불산혼합물 중 어느 하나를 사용하여 상기 마스크층(61)을 제거한다.At this time, since the constituent material of the
제6(e)도를 참조하면, 할로겐 가스, 할로겐 가스 화합물 및 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용하여 상기 전극층(57a)들 사이에 해당하는 확산 장벽층(55)과 상기 밀착층(59a)을 식각한다.Referring to FIG. 6 (e), the
이때 상기 할로겐 가스로 염소를 사용하고 반응성 이온 식각(RIE) 및 플라즈마(Plasma) 식각 중 어느 하나의 방법으로 진행한다.In this case, chlorine is used as the halogen gas and the reaction is performed by any one of reactive ion etching (RIE) and plasma etching.
그 결과 상기 전극층(57a)은 원하는 패턴, 즉 그 측벽이 수직인 패턴이 되므로 상기 전극층(57a) 사이, 즉 상기 층간 절연층(53)이 노출된 부분에서는 선폭 손실(critical dimension loss)이 나타나지 않는다.As a result, since the
본 발명은 이에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to this, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
이상, 설명된 바와 같이 본 발명에 의한 가스 혼합물 및 이를 사용한 반도체 소자의 전극층 식각 방법은, 전극층을 패터닝하는 식각 공정에서 전극층의 구성 물질과 반응하여 휘발성 반응 생성물을 형성할 수 있는 식각 가스를 사용하고 플라즈마를 이용하는 식각 방법을 이용함으로써 화학적 반응에 의한 식각이 가능하고, 전극층 패턴의 측멱에 비휘발성 잔유물이 남지 않는다. 또한 식각시 공정 조건을 변화시킴으로써 전극층과 전극층 상·하부의 물질층들에 대한 식각 선택비를 조절할 수 있다.As described above, the gas mixture according to the present invention and the electrode layer etching method of the semiconductor device using the same using an etching gas capable of reacting with the constituents of the electrode layer to form a volatile reaction product in the etching process of patterning the electrode layer. By using an etching method using plasma, etching by chemical reaction is possible, and non-volatile residues do not remain on the side of the electrode layer pattern. In addition, the etching selectivity of the electrode layer and the material layers above and below the electrode layer may be controlled by changing process conditions during etching.
Claims (31)
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970005467A KR100255661B1 (en) | 1997-02-22 | 1997-02-22 | Method for etching electrode layer of semiconductor device |
TW086108193A TW409152B (en) | 1996-06-13 | 1997-06-13 | Etching gas composition for ferroelectric capacitor electrode film and method for etching a transition metal thin film |
JP9157133A JPH1068094A (en) | 1996-06-13 | 1997-06-13 | Etching gaseous mixture for transition metallic thin film and method for etching transition metallic thin film formed by using the same |
US09/627,377 US6284146B1 (en) | 1996-06-13 | 2000-07-28 | Etching gas mixture for transition metal thin film and method for etching transition metal thin film using the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1019970005467A KR100255661B1 (en) | 1997-02-22 | 1997-02-22 | Method for etching electrode layer of semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR19980068710A KR19980068710A (en) | 1998-10-26 |
KR100255661B1 true KR100255661B1 (en) | 2000-05-01 |
Family
ID=19497720
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1019970005467A KR100255661B1 (en) | 1996-06-13 | 1997-02-22 | Method for etching electrode layer of semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100255661B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101116727B1 (en) | 2009-06-25 | 2012-02-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming insulating layer in semiconductor device |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6350699B1 (en) * | 2000-05-30 | 2002-02-26 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Method for anisotropic plasma etching using non-chlorofluorocarbon, fluorine-based chemistry |
JP4849881B2 (en) | 2005-12-08 | 2012-01-11 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | Plasma etching method |
US20130270227A1 (en) * | 2012-04-13 | 2013-10-17 | Lam Research Corporation | Layer-layer etch of non volatile materials |
-
1997
- 1997-02-22 KR KR1019970005467A patent/KR100255661B1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101116727B1 (en) | 2009-06-25 | 2012-02-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | Method for forming insulating layer in semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR19980068710A (en) | 1998-10-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6284146B1 (en) | Etching gas mixture for transition metal thin film and method for etching transition metal thin film using the same | |
KR100465947B1 (en) | Plasma processing of tungsten using a gas mixture comprising a fluorinated gas and oxygen | |
US20060252265A1 (en) | Etching high-kappa dielectric materials with good high-kappa foot control and silicon recess control | |
US6686292B1 (en) | Plasma etch method for forming uniform linewidth residue free patterned composite silicon containing dielectric layer/silicon stack layer | |
US6902681B2 (en) | Method for plasma etching of high-K dielectric materials | |
JP3729632B2 (en) | Method of etching platinum film of semiconductor device | |
JP2003532289A (en) | Method for patterning lead zirconium titanate and barium strontium titanate | |
US6054391A (en) | Method for etching a platinum layer in a semiconductor device | |
KR100319879B1 (en) | Method of forming lower electrode of capacitor using dry etching of platinum group metal film | |
US5167762A (en) | Anisotropic etch method | |
US6296777B1 (en) | Structuring process | |
KR100255661B1 (en) | Method for etching electrode layer of semiconductor device | |
US6232174B1 (en) | Methods for fabricating a semiconductor memory device including flattening of a capacitor dielectric film | |
US6692648B2 (en) | Method of plasma heating and etching a substrate | |
KR100259609B1 (en) | Etching method for transition metal layer | |
KR100338808B1 (en) | Dry etching method of iridium electrode | |
KR100289389B1 (en) | Capacitor fabrication method of semiconductor device | |
KR100395507B1 (en) | Semiconductor device and the method of fabricating same | |
US6709609B2 (en) | Plasma heating of a substrate with subsequent high temperature etching | |
US7015049B2 (en) | Fence-free etching of iridium barrier having a steep taper angle | |
TWI233160B (en) | Semiconductor device manufacturing method | |
KR100269298B1 (en) | Method for etching pt layer in semiconductor fabrication | |
JP3390340B2 (en) | Method of forming dielectric element | |
KR100255660B1 (en) | Method for etching ir electrode | |
KR100495913B1 (en) | Method for fabricating semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130131 Year of fee payment: 14 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140129 Year of fee payment: 15 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150202 Year of fee payment: 16 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |