KR19990000014A

KR19990000014A - Method for manufacturing cell aperture mask of semiconductor device

Info

Publication number: KR19990000014A
Application number: KR1019970015596A
Authority: KR
Inventors: 허철
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1997-04-25
Filing date: 1997-04-25
Publication date: 1999-01-15
Also published as: KR100253586B1

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 셀 애퍼처 마스크 제작방법에 관한 것으로, 셀 애퍼처 마스크로 사용되는 SOI 웨이퍼에 있어서, 하부 실리콘 기판은 결정면의 구조가 (100)인 종래의 (100) 실리콘 기판으로 하되, 상부 실리콘 기판을 상기 하부 실리콘 기판과 그 결정면의 구조가 다른 (111) 실리콘 기판을 사용하고, 상기 상부 및 하부 실리콘 기판의 중간부에 실리콘 산화막을 개재시켜 상부 실리콘 기판과 하부 실리콘 기판을 결합시킨 새로운 구조로 함으로써, 20μm 정도의 두께를 갖는 상부 실리콘 기판을 습식식각에 의한 패터닝으로도 수직형상의 양호한 프로파일을 형성할 수 있도록 함으로써, 셀 애퍼처 마스크 제조공정상의 효율 및 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a method of fabricating a cell aperture mask of a semiconductor device, wherein in an SOI wafer used as a cell aperture mask, the lower silicon substrate is a conventional (100) silicon substrate having a crystal plane structure of (100), The upper silicon substrate is formed by using a (111) silicon substrate having a different structure from the lower silicon substrate and its crystal plane, and interposing the upper silicon substrate and the lower silicon substrate by interposing a silicon oxide film in the middle of the upper and lower silicon substrates. The structure allows the upper silicon substrate having a thickness of about 20 μm to form a good vertical profile even by wet etching, thereby improving the efficiency of the cell aperture mask manufacturing process and device reliability. .

Description

Method for manufacturing cell aperture mask of semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 셀 애퍼처 마스크 제작방법에 관한 것으로, 특히 셀 애퍼처 마스크로 사용되는 SOI 웨이퍼를 서로 다른 결정의 Si층을 2개 이상 가진 구조로 하여 종래의 20μm에 이르는 두꺼운 Si층을 건식식각함에 따른 공정상의 여러 문제점을 해결하여 반도체 소자의 제조공정 수율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 셀 애퍼처 마스크 제작방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for fabricating a cell aperture mask of a semiconductor device. In particular, a SOI wafer used as a cell aperture mask is a structure having two or more Si layers of different crystals, and thus a conventional thick Si layer of up to 20 μm is used. The present invention relates to a method of fabricating a cell aperture mask of a semiconductor device capable of improving process yield and reliability of a semiconductor device by solving various problems caused by dry etching.

반도체 리소그라피(Lithography) 공정에서 사용되는 셀 애퍼처 마스크(Cell Aperture Mask)는 일반적으로 SOI(Silicon On Insulator) 웨이퍼로 제작된다.Cell Aperture Masks used in semiconductor lithography processes are typically fabricated from silicon on insulator (SOI) wafers.

상기 종래의 SOI 웨이퍼로 셀 애퍼처 마스크를 제조하기 위한 공정을 도 1a 내지 도 1g에 도시하였다.A process for manufacturing a cell aperture mask from the conventional SOI wafer is shown in FIGS. 1A-1G.

도 1a는 셀 애퍼처 마스크를 제조하기 위한 종래의 SOI 웨이퍼의 단면도이다.1A is a cross-sectional view of a conventional SOI wafer for fabricating a cell aperture mask.

상기 종래의 SOI 웨이퍼는 애퍼처 역할을 하는 상부 실리콘 기판(15)의 두께가 약 18∼22μm에 이르는 두꺼운 두께로 되어 있으며, 하부 실리콘(11)과 동일한 결정면을 가진다.The conventional SOI wafer has a thickness of about 18 to 22 占 퐉 and a thickness of the upper silicon substrate 15 serving as an aperture, and has the same crystal plane as the lower silicon 11.

종래의 상부 및 하부 실리콘 기판(11,15)은 결정면이 동일한 (100) Si 기판을 일반적으로 사용하고 있다.Conventional upper and lower silicon substrates 11 and 15 generally use (100) Si substrates having the same crystal plane.

도 1b를 참조하면, 상기 상부 실리콘 기판(15) 상부에 소정두께의 실리콘 산화막(17)을 형성한다.Referring to FIG. 1B, a silicon oxide film 17 having a predetermined thickness is formed on the upper silicon substrate 15.

도 1c를 참조하면, 상기 웨이퍼 외측면부에 SiN(19)을 증착하고, 하부 실리콘 기판(11)의 배면부에 증착된 SiN층(19)을 식각하여 하부 실리콘 식각용 마스크 패턴(19')을 형성한다.Referring to FIG. 1C, a SiN 19 is deposited on an outer surface of the wafer, and a SiN layer 19 deposited on a rear surface of the lower silicon substrate 11 is etched to form a mask pattern 19 ′ for lower silicon etching. do.

이때 상기 SiN층(19)의 두께는 1800Å-2200Å 범위로 한다.At this time, the thickness of the SiN layer 19 is in the range of 1800Å-2200Å.

도 1d를 참조하면, 상기 마스크 패턴(19')을 이용하여 노출된 하부 실리콘 기판(11)을 식각하되, 습식식각으로 하여 일정 각도 경사진 프로파일이 형성되게 한다.Referring to FIG. 1D, the exposed lower silicon substrate 11 is etched using the mask pattern 19 ′, and the wet silicon is etched to form a predetermined angled profile.

도 1e를 참조하면, 잔류하는 SiN층(17)을 제거하고 상부의 실리콘 산화막(17)을 패터닝한다.Referring to FIG. 1E, the remaining SiN layer 17 is removed and the upper silicon oxide film 17 is patterned.

도 1f를 참조하면, 상기 실리콘 산화막 패턴(17')을 이용하여 하부의 상부 실리콘 기판(15)을 식각하되, 양호한 형상의 프로파일을 얻기 위하여 건식식각으로 진행하며, 그 방법의 하나로 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching)을 이용할 수 있다.Referring to FIG. 1F, the lower upper silicon substrate 15 is etched using the silicon oxide layer pattern 17 ′, and the etching process proceeds by dry etching to obtain a good profile. Reactive Ion Etching) can be used.

도 1g를 참조하면, 계속하여 노출된 실리콘 산화막(13)을 식각한 뒤, 전류한 실리콘 산화막(17')을 제거하여 셀 애퍼처 제조공정을 완료한다.Referring to FIG. 1G, the exposed silicon oxide film 13 is subsequently etched and the current silicon oxide film 17 ′ is removed to complete the cell aperture manufacturing process.

도 3은 상기 종래의 방법으로 상부 실리콘을 건식식각으로 식각하였을 경우 형성되는 실리콘 기판의 프로파일을 도시한 단면도로서, 형성되는 프로파일이 수직형상으로 이뤄지지 않고, 일정각도로 경사진 형상으로 이뤄짐을 알 수 있다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a profile of a silicon substrate formed when the upper silicon is etched by dry etching according to the conventional method, and it is understood that the formed profile is not formed in a vertical shape but is inclined at a predetermined angle. have.

이상 상기와 같은 종래의 셀 애퍼처 제조공정에 있어서, 상부 실리콘의 두께는 약 20μm 정도에 이르러 일반적으로 식각공정에 적용되는 두께의 수십배에 해당되므로 종래의 건식식각을 이용한 기술로는 장시간에 걸쳐 여러회 식각공정을 반복해야 하고, 또한 식각후 형성되는 프로파일이 수직한 형상으로 이뤄지지 않아 실제 웨이퍼상에 노광을 하는 경우 원하는 패턴을 얻을 수 없게 되는 등의 식각에 따른 공정상의 많은 어려움이 따르는 문제점이 있다.As described above, in the conventional cell aperture manufacturing process, the thickness of the upper silicon reaches about 20 μm, which is generally several tens of the thickness applied to the etching process. Since the etching process must be repeated and the profile formed after etching is not formed in a vertical shape, there is a problem that many difficulties in the process due to etching, such as a desired pattern cannot be obtained when exposing on an actual wafer. .

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 종래의 SOI 웨이퍼 대신 결정 구조면이 서로 다른 실리콘을 본딩한 새로운 구조의 SOI 웨이퍼를 만들어 식각 선택도가 우수한 습식식각을 이용하여 식각하도록 함으로써, 수직형상의 양호한 프로파일을 얻을 수 있도록 한 셀 애퍼처 마스크 제작방법을 제공함에 그 목적이 있다.Therefore, in order to solve the above problems, instead of the conventional SOI wafer, a new structure of SOI wafer is formed by bonding silicon having different crystal structure planes to be etched by using wet etching with excellent etching selectivity, It is an object of the present invention to provide a cell aperture mask manufacturing method capable of obtaining a good profile.

도 1a 내지 도 1g는 종래의 기술에 따른 셀 애퍼처 마스크 제조공정단계를 도시한 단면도.1A to 1G are cross-sectional views showing a cell aperture mask manufacturing process step according to the prior art.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 방법에 따른 셀 애퍼처 마스크 제작 공정단계를 도시한 단면도.2A to 2G are cross-sectional views illustrating cell aperture mask fabrication process steps in accordance with the method of the present invention.

도 3은 종래의 방법으로 결정면의 구조가 (100)인 상부 실리콘 기판을 건식식각으로 식각하였을 경우 형성되는 프로파일을 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view illustrating a profile formed when the upper silicon substrate having the crystal plane structure (100) is etched by dry etching according to a conventional method.

도 4는 본 발명의 방법에 따라 결정면의 구조가 (111)인 상부 실리콘 기판을 습식식각으로 패터닝한 경우의 실리콘 기판 단면도.4 is a cross-sectional view of a silicon substrate when the upper silicon substrate having the crystal surface structure (111) is wet-etched according to the method of the present invention.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

11,21:하부 실리콘 기판13,23:실리콘 산화막11, 21: lower silicon substrate 13, 23: silicon oxide film

15,25:상부 실리콘 기판17,27:실리콘 산화막15, 25: upper silicon substrate 17, 27: silicon oxide film

19,29:실리콘 질화막19,29: silicon nitride film

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은;The present invention for achieving the above object;

하부 실리콘 기판, 실리콘 산화막, 상부 실리콘 기판이 하부에서 상부로 차례로 형성되어 이루어진 SOI 웨이퍼를 사용하여 셀 애퍼처 마스크를 제조하는 셀 애퍼처 마스크 제조방법에 있어서;A cell aperture mask manufacturing method for manufacturing a cell aperture mask using an SOI wafer in which a lower silicon substrate, a silicon oxide film, and an upper silicon substrate are sequentially formed from bottom to top;

상기 하부 실리콘 기판과 상부 실리콘 기판이 서로 다른 구조의 결정면을 가지며, 실리콘 산화막이 중간에 개재되어 결합된 구조의 SOI 웨이퍼를 형성하고;The lower silicon substrate and the upper silicon substrate have crystal surfaces of different structures, and an SOI wafer having a bonded structure with a silicon oxide film interposed therebetween;

상기 상부 실리콘 기판 식각공정시 습식식각으로 하여 수직형상의 양호한 프로파일을 얻는 것을 특징으로 하는 셀 애퍼처 마스크 제작방법을 제공한다.A method of manufacturing a cell aperture mask is provided by wet etching during an upper silicon substrate etching process to obtain a good profile of a vertical shape.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대한 상세한 설명을 하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 방법에 따른 셀 애퍼처 마스크 제조 공정단계를 도시한 단면도이다.2A to 2G are cross-sectional views illustrating cell aperture mask manufacturing process steps according to the method of the present invention.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 방법에 따른 SOI 웨이퍼 구조는 하부 실리콘 기판(21)이 종래의 (100) 결정면 구조를 가진 실리콘으로 하고, 상부 실리콘 기판(25)은 상기 하부 실리콘 기판(21)의 결정구조와 다른 (111) 구조를 가진 실리콘으로 한다.Referring to FIG. 2A, the SOI wafer structure according to the method of the present invention is a lower silicon substrate 21 having silicon having a conventional (100) crystal plane structure, and the upper silicon substrate 25 is the lower silicon substrate 21. Silicon having a (111) structure different from the crystal structure of?

즉, 도시된 본 발명의 SOI 웨이퍼 구조는 상부 실리콘 기판(25)과 하부 실리콘 기판(21) 사이에 실리콘 산화막(23)이 개재되어 서로 결합된 구조를 이루고 있다.That is, in the illustrated SOI wafer structure of the present invention, a silicon oxide film 23 is interposed between the upper silicon substrate 25 and the lower silicon substrate 21 to form a structure bonded to each other.

이때 상기 도시된 SOI 웨이퍼에서 실리콘 산화막(23)의 두께는 약 1μm 정도이고, 상부 실리콘 기판(25)의 두께는 20μm 정도, 또한 하부 실리콘 기판(20)은 500∼700μm이다.In this case, the thickness of the silicon oxide layer 23 is about 1 μm, the thickness of the upper silicon substrate 25 is about 20 μm, and the lower silicon substrate 20 is 500 to 700 μm.

도 2b 내지 도 2e를 참조하면, 상기 공정단계는 앞에서 기 설명한 종래의 셀 애퍼처 제조공정단계(도 1b 내지 도 1e)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.2B to 2E, the process step is the same as the conventional cell aperture manufacturing process step (FIG. 1B to FIG. 1E) described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.

도 2e를 참조하면, 상부 실리콘 기판(25) 상부에 형성된 실리콘 산화막 패턴(27')을 이용하여 하부의 상부 실리콘 기판(25)을 습식식각으로 식각한다.Referring to FIG. 2E, the lower upper silicon substrate 25 is etched by wet etching using the silicon oxide layer pattern 27 ′ formed on the upper silicon substrate 25.

이때 상기 습식식각시 사용되는 용액으로 KOH 용액을 사용한다.At this time, KOH solution is used as the solution used during the wet etching.

도 2f와 도 2g에 도시된 공정은 상기 종래의 공정단계와 동일하다.2F and 2G are the same as the conventional process step.

도 4는 본 발명의 방법에 따라 결정면이 (111)인 상부 실리콘 기판(25)을 습식식각으로 패터닝한 경우의 실리콘 기판(25') 단면도이다.4 is a cross-sectional view of a silicon substrate 25 ′ when the upper silicon substrate 25 having the crystal plane (111) is wet-etched according to the method of the present invention.

상기 도면에 도시한 바와 같이, 하부 실리콘 기판(21)과 구조가 다른 (111) 실리콘 기판 을 상부 실리콘(25)으로 하여 습식식각으로 패터닝하게 될 경우, 결정구조의 특성상 수직형상의 양호한 프로파일을 얻을 수 있음을 알 수 있다.As shown in the figure, when wet patterning the (111) silicon substrate having a different structure from the lower silicon substrate 21 as the upper silicon 25, a good profile of the vertical shape is obtained due to the characteristics of the crystal structure. It can be seen that.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 셀 애퍼처 마스크의 상부 실리콘 기판을 종래의 (100) 결정 구조면을 가지는 하부 실리콘 기판과 결정 구조면이 다른 (111) 실리콘 기판을 결합한 구조로 함으로써, 약 18∼22μm의 두께를 갖는 상부 실리콘 기판을 습식식각에 의해서도 수직형상의 양호한 프로파일을 용이하게 형성할 수 있도록 함으로써, 셀 애퍼처 마스크 제조공정상의 효율 및 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the method of the present invention, the upper silicon substrate of the cell aperture mask is formed by combining a lower silicon substrate having a conventional (100) crystal structure surface with a (111) silicon substrate having a different crystal structure surface. By making it possible to easily form a good profile of the vertical shape even by wet etching, the upper silicon substrate having a thickness of about 18 to 22 탆 can improve the efficiency and cell reliability in the cell aperture mask manufacturing process.

Claims

In the cell aperture mask manufacturing method of manufacturing a cell aperture mask using a SOI wafer formed by sequentially forming a lower silicon substrate, a silicon oxide film, and an upper silicon substrate from bottom to top,

The lower silicon substrate and the upper silicon substrate have different crystal planes, and an SOI wafer having a bonded structure with a silicon oxide film interposed therebetween,

The method of manufacturing a cell aperture mask of a semiconductor device, characterized in that a good profile of a vertical shape is obtained by wet etching during the upper silicon substrate etching process.

The method of claim 1, wherein the upper silicon substrate is (111) silicon having a (111) crystal plane, and the lower silicon substrate is (100) silicon.

The method of claim 1, wherein the upper silicon substrate has a thickness of 18 to 22 μm.

The method of claim 1, wherein the lower silicon substrate has a thickness of 500 μm to 700 μm.

The method of claim 1, wherein a KOH solution is used as an etching solution when etching the upper silicon substrate.