KR20010005085A

KR20010005085A - 반도체 소자 제조방법

Info

Publication number: KR20010005085A
Application number: KR1019990025879A
Authority: KR
Inventors: 송운영; 전범진
Original assignee: 김영환; 현대전자산업 주식회사
Priority date: 1999-06-30
Filing date: 1999-06-30
Publication date: 2001-01-15

Abstract

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조 공정 중 포토레지스트를 식각 베리어로 사용하는 건식 식각 공정에 관한 것이며, 건식 식각 공정을 일정 기간 반복한 챔버에서 나타나는 포토레지스트의 선택비 저하를 방지할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 건식 식각 공정을 일정 기간 반복한 챔버에서 나타나는 포토레지스트의 선택비 저하 현상은 특히, CF계 가스를 소오스 가스로 사용하는 챔버에서 빈번하게 발견되고 있다. 이는 공정을 반복하여 진행함에 따라 CF계 가스가 챔버 벽에 증착되어 있는 폴리머를 조금씩 제거하는 역할을 수행하는데 기인한 것으로, 이처럼 CF계 가스를 소오스 가스로 사용하는 건식 식각 공정을 진행하는 경우, 챔버 벽에 증착되어 있는 폴리머의 상태를 일정하게 만들기가 어려워 식각 공정의 재현성(식각 선택비)을 확보하기가 힘들었다. 이에 본 발명은 주기(매 로트 진행시마다 또는 매 웨이퍼 런 진행시마다)적으로 CH계 가스, CHF계 가스와 같이 다량의 폴리머를 유발하는 가스를 사용하여 시즈닝을 실시함으로써 챔버 벽의 폴리머 상태가 일정하게 유지되도록 한다. 시즈닝은 별도의 시즈닝용 웨이퍼를 사용하여 수행한다.

Description

반도체 소자 제조방법{A method for fabricating semiconductor device}

본 발명은 반도체 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자 제조 공정 중 포토레지스트를 식각 베리어로 사용하는 건식 식각 공정에 관한 것이다.

건식 식각 공정의 재현성 확보를 위하여 식각 챔버는 항상 일정한 분위기를 유지해야 한다. 이처럼 일정한 분위기를 유지하기 위한 작업을 시즈닝(seasoning)이라 한다.

대부분의 건식 식각 공정은 의도적으로 또는 비의도적으로 폴리머가 유발되는 조건으로 실시하게 되는데, 이에 따라 챔버 벽에는 식각 공정의 부산물인 폴리머가 증착된다. 이처럼 챔버 벽에서의 폴리머 증착 상태는 직/간접적으로 식각 공정에 영향을 미치게 된다.

한편, 반도체 소자의 고집적화 및 디자인 룰(design rule)의 축소로 인하여 소자의 전극 패턴의 선폭 및 패턴 간극이 좁아지고 있다. 이에 따라 포토레지스트만으로는 이처럼 미세한 패턴 또는 패턴 간극을 패터닝하기 어렵게 되어 질화막, 산화막 등을 사용한 하드 마스크를 사용하게 되었다.

질화막 하드 마스크 공정을 진행하는 챔버의 예를 들어, 하드 마스크 식각시 CF₄/O₂/Ar 가스 분위기에서 일정 기간 또는 일정 수의 로트(lot)를 진행하게 되면 특별한 사유없이 포토레지스트에 대한 선택비가 하락하는 현상이 발생하였다. 이와 같이 포토레지스트에 대한 선택비가 떨어지게 되면, 하드 마스크의 선폭 이득이 발생하거나, 프로파일 자체에 경사가 발생하는 등의 문제점이 유발된다.

첨부된 도면 도 1은 도핑 폴리실리콘/실리사이드 적층 구조의 워드라인을 형성하기 위한 하드 마스크 질화막 식각 후의 평면 프로파일을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 'A' 부분과 같이 패터닝된 하드 마스크 질화막 상에 포토레지스트의 대부분이 손실되어 거의 잔류하지 않음을 나타내고 있다.

이러한 문제점은 비단 하드 마스크 식각시에만 나타나는 것이 아니라, 거의 모든 식각 챔버에서 발생할 수 있다.

본 발명은 건식 식각 공정을 일정 기간 반복한 챔버에서 나타나는 포토레지스트의 선택비 저하를 방지할 수 있는 반도체 소자 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 도핑 폴리실리콘/실리사이드 적층 구조의 워드라인을 형성하기 위한 하드 마스크 질화막 식각 후의 평면 프로파일을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시즈닝을 거친 상태에서 하드 마스크용 질화막 식각 후의 평면 프로파일을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징적인 반도체 소자 제조방법은, 시즈닝용 베어 웨이퍼를 식각 챔버에 로딩하는 제1 단계; 상기 제1 단계 수행 후, 폴리머 유발을 촉진하는 가스를 사용하여 식각 챔버를 시즈닝하는 제2 단계; 상기 시즈닝용 웨이퍼를 상기 식각 챔버로부터 언로딩하는 제3 단계; 상기 식각 챔버에 런 웨이퍼를 로딩하는 제4 단계; 및 상기 런 웨이퍼의 식각 공정을 수행하는 제5 단계를 포함하여 이루어진다.

건식 식각 공정을 일정 기간 반복한 챔버에서 나타나는 포토레지스트의 선택비 저하 현상은 특히, CF계 가스를 소오스 가스로 사용하는 챔버에서 빈번하게 발견되고 있다. 이는 공정을 반복하여 진행함에 따라 CF계 가스가 챔버 벽에 증착되어 있는 폴리머를 조금씩 제거하는 역할을 수행하는데 기인한 것으로, 이처럼 CF계 가스를 소오스 가스로 사용하는 건식 식각 공정을 진행하는 경우, 챔버 벽에 증착되어 있는 폴리머의 상태를 일정하게 만들기가 어려워 식각 공정을 재현성(식각 선택비)을 확보하기가 힘들었다. 이에 본 발명은 주기(매 로트 진행시마다 또는 매 웨이퍼 런 진행시마다)적으로 CH계 가스, CHF계 가스와 같이 다량의 폴리머를 유발하는 가스를 사용하여 시즈닝을 실시함으로써 챔버 벽의 폴리머 상태가 일정하게 유지되도록 한다. 시즈닝은 별도의 시즈닝용 웨이퍼를 사용하여 수행한다.

이하, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 소개하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공정은 다음과 같이 진행한다.

우선, 도핑 폴리실리콘/텅스텐 실리사이드 적층 구조 상에 하드 마스크용 질화막을 증착한다.

계속하여, 질화막 상에 포토레지스트를 도포하고, 이를 워드라인용 포토마스크를 사용하여 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.

다음으로, 질화막 식각 챔버에 시즈닝용 베어(bare) 웨이퍼를 로딩한 상태에서 CHF₃가스를 사용하여 시즈닝을 실시한다. 이때, 압력 50mTorr, 온도 45℃, 소오스 파워 800W, CHF₃가스 유량비 50sccm 조건을 사용하는 것이 바람직하며, 플라즈마 상태를 안정화하기 위하여 100sccm 정도의 Ar 가스를 사용할 수 있다.

이어서, 상기 시즈닝용 베어 웨이퍼를 언로딩하고, 상기 식각 챔버에 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 런(run) 웨이퍼를 로딩한 후, CF₄/O₂/Ar 가스를 사용하여 질화막 식각 공정을 실시한다.

이상과 같은 공정을 실시하는 경우, CHF₃가스를 사용한 시즈닝을 통해 식각 챔버 벽에 다량의 폴리머가 증착된 상태에서 질화막 식각 공정을 수행하게 되므로, 종래와 같은 포토레지스트의 선택비 저하 현상은 발생하지 않는다. 한편, 상기와 같은 시즈닝은 매 웨이퍼 런을 진행하기에 앞서 실시하거나, 매 로트를 진행하기에 앞서 실시할 수 있다.

첨부된 도면 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 시즈닝을 거친 상태에서 하드 마스크용 질화막 식각 후의 평면 프로파일을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진으로서, 'B' 부분과 같이 패터닝된 하드 마스크 질화막 상에 포토레지스트가 정상적으로 잔류하고 있음을 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

예컨대, 전술한 실시예에서는 시즈닝시 다량의 폴리머를 유발하기 위한 가스로 CHF₃가스를 사용하는 경우를 일례로 들어 설명하였으나, 본 발명은 CHF₃가스를 대신하여 CH계 가스 또는 CHF₃가스 이외의 다른 CHF계 가스를 사용하는 경우에도 적용될 수 있다.

전술한 본 발명은 챔버 벽의 폴리머 증착 상태가 일정하게 유지된 상태에서 건식 식각 공정을 수행함으로써 포토레지스트의 선택비 저하 현상을 억제하는 효과가 있으며, 이로 인하여 반도체 소자의 신뢰도 및 수율을 개선하는 효과를 기대할 수 있다. 또한, 본 발명은 챔버 벽의 폴리머 증착 상태에 따른 지속적인 레시피 조절을 요하지 않으므로 레시피 조절 시간을 최소화하는 효과가 있다.

Claims

시즈닝용 베어 웨이퍼를 식각 챔버에 로딩하는 제1 단계;

상기 제1 단계 수행 후, 폴리머 유발을 촉진하는 가스를 사용하여 식각 챔버를 시즈닝하는 제2 단계;

상기 시즈닝용 웨이퍼를 상기 식각 챔버로부터 언로딩하는 제3 단계;

상기 식각 챔버에 런 웨이퍼를 로딩하는 제4 단계; 및

상기 런 웨이퍼의 식각 공정을 수행하는 제5 단계

를 포함하여 이루어진 반도체 소자 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 폴리머 유발을 촉진하는 가스가,

CH계 가스 또는 CHF계 가스인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제5 단계에서,

CF계 가스를 식각 소오스 가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 단계가,

매 런 웨이퍼 또는 매 로트마다 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.