KR20020044633A - Method for dry etching in semiconductor device processing - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조에서 건식 식각 방법에 관한 것으로서 보다 상세하게는 건식 식각의 수행 시에 챔버 내의 R.F 파워의 난조(hunting)를 방지하기 위한 건식 식각 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dry etching method in the manufacture of semiconductor devices, and more particularly, to a dry etching method for preventing hunting of R.F power in a chamber during dry etching.
일반적으로 반도체 장치의 제조에서는 반도체 장치로 제조하기 위한 반도체 웨이퍼 상에 피가공막을 형성한 후, 상기 피가공막을 상기 반도체 장치의 특성에따른 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정이 수회에 걸쳐 수행된다. 상기 식각 공정은 습식 식각 및 건식 식각에 의해 수행할 수 있는데, 최근의 0.15㎛ 이하의 디자인 룰(desine rule)을 요구하는 미세 패턴을 형성하기 위한 식각은 주로 건식 식각에 의해 수행되고 있다.In general, in the manufacture of a semiconductor device, after forming a processing film on a semiconductor wafer for manufacturing a semiconductor device, an etching process for forming the processing film in a pattern according to the characteristics of the semiconductor device is performed several times. The etching process may be performed by wet etching and dry etching. An etching process for forming a fine pattern requiring a design rule of 0.15 μm or less is mainly performed by dry etching.
상기 건식 식각은 챔버 내에 R.F 파워를 인가하고, 식각 가스 및 압력등을 조절한다. 상기 R.F파워에 의해 상기 식각 가스는 플라즈마(plasma) 상태가 된다. 따라서 상기 플라즈마 상태의 식각 가스와 피가공막이 화학 반응하여 피가공막의 특정 영역을 식각한다. 상기 R.F 파워를 인가하여 피가공막을 식각하는 건식 식각 방법은 야마노(Yamano) 등에게 허여된 미 합중국 특허 제 5,259,922호에 개시되어 있다.The dry etching applies the R.F power in the chamber and controls the etching gas and the pressure. The etching gas is in a plasma state by the R.F power. Therefore, the etching gas in the plasma state and the processing film chemically react to etch a specific region of the processing film. A dry etching method of etching the processed film by applying the R.F power is disclosed in US Pat. No. 5,259,922 to Yamano et al.
도 1a 내지 도1c는 종래의 건식 식각 방법을 설명하기 위한 공정도이다.1A to 1C are process diagrams for explaining a conventional dry etching method.
도 1a는, 하부막(12)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼에 패턴을 형성하기 위한 피가공막(14)을 증착한다.FIG. 1A deposits a processing film 14 for forming a pattern on a semiconductor wafer on which the lower film 12 is formed.
도 1b는, 상기 피가공막(14)의 상부에 포토레지스트를 도포하고 상기 포토레지스트를 패터닝한다. 그리고 상기 포토레지스트 패턴(16)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 건식 식각이 수행되는 챔버 내에 로딩한다.In FIG. 1B, a photoresist is applied over the processing film 14 to pattern the photoresist. The semiconductor wafer on which the photoresist pattern 16 is formed is loaded into a chamber in which dry etching is performed.
도 1c는, 상기 피가공막을 식각하여 패턴(14a)을 형성한다. 이 때 피가공막 상에 패턴의 브리지가 발생하는 것을 보여준다. 상기 브리지와 같은 결함(14b)이 발생되는 원인은 여러 가지가 있는데 그중 챔버에 인가되는 R.F 파워의 난조에 의한 파티클 발생, 챔버내의 이상 방전 또는 챔버의 열화등이 가장 큰 원인이 된다.구체적으로 설명하면, 상기 식각 공정을 수행하기 위해 챔버 내에 파워를 인가하면 상기 파워가 순간적으로 과도하게 인가되어서 상기 인가된 파워에 대한 반사 파워(reflectd power)가 불규칙적으로 발생하게 된다. 따라서 상기 챔버 내에는 R.F 파워의 난조가 발생하게 되어 챔버의 상태가 불안정하게 되고 피가공막의 식각이 안정적으로 이루어지지 않는다. 즉 상기 반사 파워에 의해 인가된 파워가 상기 챔버 내에 적용되지 못하게 되고 이에 따라 피가공막의 식각율이 저하된다. 상기 챔버 내에 발생되는 상기 반사 파워가 상기 건식 식각 장치에서 설정된 임계값 이상일 경우에는 상기 챔버 내에서 이상 방전이 발생하게 되거나 또는 식각이 수행되는 챔버가 열화되어 피가공막 표면에 버닝(burning)이 발생된다. 이로 인해 상기 피가공막의 식각이 정상적으로 수행되지 않거나, 상기 피가공막을 식각하여 형성된 패턴의 일부가 챔버의 열화에 의해 녹아내려 마이크로 브리지를 형성하게 된다. 또한 챔버 내에 존재하는 폴리머 등이 정상적으로 배기되지 않고 웨이퍼 표면에 낙하하여 파티클을 유발하고, 상기 파티클이 놓인 부분이 식각되지 않음으로 상기 브리지를 형성한다.In FIG. 1C, the processed film is etched to form a pattern 14a. It is shown that the bridge of the pattern is generated on the film to be processed at this time. There are various causes of the defect 14b such as the bridge, which is caused by the generation of particles by hunting of RF power applied to the chamber, abnormal discharge in the chamber, or deterioration of the chamber. In this case, when power is applied to the chamber to perform the etching process, the power is excessively instantaneously applied to cause irregularly reflected power of the applied power. Therefore, hunting of the R.F power occurs in the chamber, so that the state of the chamber becomes unstable and the etching of the processed film is not stable. In other words, the power applied by the reflected power cannot be applied in the chamber, thereby reducing the etching rate of the film to be processed. When the reflected power generated in the chamber is greater than or equal to the threshold set in the dry etching apparatus, abnormal discharge occurs in the chamber or the chamber in which the etching is performed deteriorates and burning occurs on the surface of the processing film. do. As a result, the etching of the processing film is not normally performed, or a part of the pattern formed by etching the processing film is melted due to deterioration of the chamber to form a micro bridge. In addition, the polymer or the like present in the chamber is not normally exhausted to fall on the wafer surface causing particles, and the portion on which the particles are placed is not etched to form the bridge.
상기 건식 식각에 의한 패턴의 형성시에 발생하는 결함은 반도체 장치에 심각한 불량을 유발하며, 이에 따라 반도체 장치의 생산성 및 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생하였다.Defects generated during the formation of the pattern by the dry etching cause serious defects in the semiconductor device, thereby degrading the productivity and reliability of the semiconductor device.
본 발명의 목적은, 건식 식각 수행 시에 챔버 내에서 R.F 파워의 난조(hunting)를 방지하기 위한 건식 식각 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a dry etching method for preventing hunting of the R.F power in the chamber during dry etching.
도 1a 내지 도 1c은 종래의 건식 식각 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a conventional dry etching method.
도 2는 본 발명에 따른 건식 식각 방법을 수행하기 위한 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.2 is a schematic diagram illustrating an etching apparatus for performing a dry etching method according to the present invention.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 방법을 설명하기 위한 공정도이다.3 is a process chart for explaining a dry etching method according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a dry etching method according to an exemplary embodiment of the present invention.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 장치의 제조에서 건식 식각 방법은, 피가공막이 형성된 반도체 웨이퍼에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼를 식각 챔버에 로딩하는 단계와 상기 식각 챔버에 R.F파워를 인가하면서, 식각을 수행하기 위한 공정 분위기로 안정화 시키는 단계와 상기 식각 챔버를 식각을 수행하기 위한 공정 분위기로 안정화시킬 때 인가하는 R.F 파워보다 3배 내지 8배 정도 높은 R.F 파워를 인가하여 상기 피가공막을 식각하는 단계를 수행한다.Dry etching method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a photoresist pattern on the semiconductor wafer formed with the processing film and loading the semiconductor wafer formed with the photoresist pattern in the etching chamber and While applying RF power to the etching chamber, stabilizing the process chamber for etching and stabilizing the etching chamber in the process atmosphere for etching, the RF power three to eight times higher than the RF power applied Etching the processed film by applying power.
상기 안정화는 수초 내지 수십초 동안 수행된다.The stabilization is carried out for a few seconds to several tens of seconds.
따라서 상기 식각 챔버의 안정화를 수행함으로서 순간적으로 과도하게 R.F 파워가 인가함에 따라 발생하는 챔버 내의 R.F 파워의 난조를 방지할 수 있고, 이에 따라 패턴에 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.Therefore, by performing stabilization of the etching chamber, it is possible to prevent hunting of the R.F power in the chamber generated when the R.F power is applied excessively instantaneously, thereby preventing the occurrence of a defect in the pattern.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라서 더욱 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 따른 건식 식각 방법을 수행하기 위한 식각 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.2 is a schematic diagram illustrating an etching apparatus for performing a dry etching method according to the present invention.
도 2를 참조하면, 웨이퍼상에 형성된 피가공막의 식각을 수행하기 위한 챔버(20)가 구비된다. 상기 챔버(20)의 내부에 상기 웨이퍼(W)를 로딩하기 위한 척(22)이 구비된다. 상기 척(22)에는 플라즈마를 형성하기 위한 소오스 파워(24)로서 R.F파워가 인가된다. 또한 상기 웨이퍼가 놓이는 척의 반대 전극에 바이어스 파워(26)가 인가된다. 상기 바이어스 파워(26)에 의해 코일(28)에 R.F 전류가 흐르고, 이에 따라 회전하는 전기장이 발생하여 상기 전기장에 의해 가속된 전자는 상기 플라즈마의 생성을 유도한다. 따라서, 상기 챔버(20)의 내부의 척(22)에 웨이퍼(W)를 놓고, 상기 소오스 파워(24)와 바이어스 파워(26)를 인가하여 식각 가스를 플라즈마 상태가 되게하여 상기 웨이퍼(W)상에 형성된 피가공막의 소정 영역을 식각한다.Referring to FIG. 2, a chamber 20 for etching the processed film formed on the wafer is provided. The chuck 22 for loading the wafer W is provided in the chamber 20. R.F power is applied to the chuck 22 as a source power 24 for forming a plasma. The bias power 26 is also applied to the opposite electrode of the chuck on which the wafer is placed. R.F current flows in the coil 28 by the bias power 26, thereby generating a rotating electric field, and the electrons accelerated by the electric field induce the generation of the plasma. Accordingly, the wafer W is placed on the chuck 22 inside the chamber 20, and the source power 24 and the bias power 26 are applied to bring the etching gas into a plasma state so that the wafer W is in the plasma state. The predetermined region of the processed film formed on the substrate is etched.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 방법을 설명하기 위한 공정도이다.3 is a process chart for explaining a dry etching method according to an embodiment of the present invention.
하부막이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼에 패턴을 형성하고자 하는 피가공막을 증착한다.(S10) 상기 하부막은 절연막 등을 포함하고, 상기 패턴을 형성하고자하는 피가공막은 금속막, 폴리실리콘막 등을 포함한다.A process film to be patterned is deposited on a semiconductor wafer on which a bottom film is formed. (S10) The bottom film includes an insulating film and the like, and the process film to form the pattern includes a metal film, a polysilicon film, and the like. .
상기 피가공막의 상부에 포토레지스트를 도포하고 상기 포토레지스트를 패터닝한다.(S12) 상기 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼를 건식 식각이 수행되는 챔버 내의 척에 로딩한다.(S14)A photoresist is applied to the upper portion of the film to be processed and the photoresist is patterned. (S12) A semiconductor wafer on which the photoresist pattern is formed is loaded into a chuck in a chamber where dry etching is performed.
상기 식각 챔버 내에 R.F 파워를 인가하면서, 상기 식각 챔버를 식각을 수 행하기 위한 공정분위기로 안정화시킨다(S16) 상기 안정화는, 상기 피가공막을 식각하기 위한 공정 조건들과 동일하게 챔버내의 식각 가스, 압력, 온도 등을 조절하고 단지 R.F파워는 상기 피가공막이 식각되지 않도록 낮은 R.F를 일정 시간동안 유지한다. 상기 R.F파워는 후속으로 식각을 수행하기 위한 R.F의 10 내지 30퍼센트 정도로 인가 할 수 있다. 또한 상기 안정화를 수행하는 시간은, 상기 피가공막의종류나 인가되는 R.F 파워 등에 따라 달라지지만 일반적으로 수초 내지 수십초 동안 수행될 수 있다. 상기 안정화는, 상기 피가공막을 식각할 때 식각 챔버 내에 R.F 파워가 갑작스럽게 인가됨에 따라 불규칙적인 반사 파워가 발생되고, 상기 반사 파워에 의해 R.F 파워의 난조를 방지하기 위하여 실시된다. 따라서 상기 안정화를 위한 R.F 파워는 상기 반사 파워의 발생을 최소화할 수 있는 조건으로 설정되어야 한다.While applying the RF power in the etching chamber, the etching chamber is stabilized with a process atmosphere for performing etching (S16). The stabilization may include etching gas in the chamber in the same manner as process conditions for etching the process film, The pressure, temperature, etc. are adjusted and only the RF power maintains a low RF for a certain time so that the processed film is not etched. The R.F power may be applied to about 10 to 30 percent of the R.F for subsequent etching. In addition, the time to perform the stabilization, depending on the type of the film to be processed, the applied R.F power, etc., but may generally be performed for several seconds to several tens of seconds. The stabilization is performed when the R.F power is suddenly applied to the etching chamber when the processed film is etched, and irregular reflection power is generated, and the reflection power is performed to prevent hunting of the R.F power. Therefore, the R.F power for the stabilization should be set to a condition that can minimize the generation of the reflected power.
상기 식각 챔버의 공정 분위기를 안정화 시킬 때 인가하는 R.F 파워보다 3배 내지 10배 상승한 R.F 파워를 인가하여 피가공막의 식각을 수행한다.(S18)When the process atmosphere of the etching chamber is stabilized, an R.F power that is 3 to 10 times higher than the R.F power applied is applied to perform etching of the processed film.
도 4a 내지 도 4c은 본 발명의 일 실시예에 따른 건식 식각 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 4a 내지 도 4c에서는 금속막 패턴을 형성하는 건식 식각 방법에 대하여 설명하고자 한다.4A to 4C are cross-sectional views illustrating a dry etching method according to an exemplary embodiment of the present invention. 4A to 4C, a dry etching method of forming a metal film pattern will be described.
도 4a은, 하부막(32)이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼(30)에 금속막 패턴을 형성하기 위해 텅스텐(34)을 증착한다. 상기 하부막은 절연막 등을 포함한다.4A deposits tungsten 34 to form a metal film pattern on the semiconductor wafer 30 on which the lower film 32 is formed. The lower layer includes an insulating film or the like.
도 4b는, 상기 증착된 텅스텐(34)의 상부에 포토레지스트(36)를 도포하고 포토레지스트(36)를 패터닝한다. 상기 포토레지스트(36)가 패터닝된 웨이퍼를 식각이 수행되는 식각 챔버내의 척에 놓는다.4B shows photoresist 36 is applied on top of the deposited tungsten 34 and patterned photoresist 36. The photoresist 36 patterned wafer is placed in a chuck in an etching chamber where etching is performed.
도 4c는, 상기 식각 챔버를 식각을 수행하기 위한 공정분위기로 안정화 시킨다음 상기 포토레지스트(36)가 패터닝된 웨이퍼에 텅스텐의 식각을 수행한다.4C shows that the etching chamber is stabilized with a process atmosphere for etching, and then tungsten is etched on the wafer on which the photoresist 36 is patterned.
상기 식각 챔버를 식각을 수행하기 위한 공정분위기로 안정화 시키기 위하여 상기 챔버 내에 상기 텅스텐을 식각하기 위한 공정 조건과 동일하게 챔버의 분위기를 조절한다. 그러나 이 때 플라즈마를 형성하기 위한 R.F.파워는 낮게 인가하여 상기 텅스텐이 식각되지 않도록 한다.In order to stabilize the etching chamber with a process atmosphere for etching, the atmosphere of the chamber is controlled in the same manner as the process conditions for etching the tungsten in the chamber. However, at this time, the R.F. power for forming the plasma is applied low so that the tungsten is not etched.
구체적으로 상기 텅스텐을 식각하기 위한 공정 조건과 동일하게 식각 가스를 SF6: Cl2: N2= 15 : 1 : 1로 혼합한 혼합 가스를 챔버내에 제공한다. 상기 식각 가스는 구체적으로 SF6를 130 내지 170sccm, Cl2와 N2를 각각 9 내지 11sccm 으로 제공한다. 또한 상기 챔버 내의 압력을 11 내지 13mTorr로 유지한다. 그리고 R.F 파워는 소스 파워와 바이어스 파워를 인가한다. 상기 R.F 파워중에서 플라즈마를 형성하기 위한 소스 파워는 상기 텅스텐의 식각을 수행할 때 사용하는 조건보다 낮게 인가하여 상기 텅스텐이 식각이 되지 않으면서 상기 식각 챔버의 내부가 식각이 이루어지는 공정 분위기로 안정화된다. 즉 150 내지 450W의 소스 파워와 50 내지 150W의 바이어스 파워를 2초 내지 8초 동안 인가한다.Specifically, in the same manner as in the process conditions for etching the tungsten, a mixed gas in which the etching gas is mixed with SF 6 : Cl 2 : N 2 = 15: 1: 1 is provided in the chamber. The etching gas specifically provides SF 6 to 130 to 170 sccm, and Cl 2 and N 2 to 9 to 11 sccm, respectively. In addition, the pressure in the chamber is maintained at 11 to 13 mTorr. RF power applies source power and bias power. The source power for forming plasma in the RF power is lower than the conditions used to perform the etching of the tungsten to stabilize the process atmosphere in which the inside of the etching chamber is etched without the tungsten being etched. That is, a source power of 150 to 450W and a bias power of 50 to 150W are applied for 2 to 8 seconds.
상기 2초 내지 8초 동안 상기 안정화를 수행한 후, 연속적으로 상기 텅스텐 막을 식각하는 조건으로 상기 소스 파워를 상승한다. 상기 소스 파워는 상기 안정화를 수행할 때 인가한 소오스 파워보다 3배 내지 10배를 상승하여 인가한다. 그러나 상기 바이어스 파워는 상기 안정화를 수행할 때 인가하는 파워를 그대로 유지한다. 즉 상기 소스 파워는 500 내지 1500W로 상승하고 상기 바이어스 파워는 50 내지 150W로 유지한다.After the stabilization is performed for 2 to 8 seconds, the source power is increased under the condition of continuously etching the tungsten film. The source power is increased by 3 to 10 times higher than the source power applied when performing the stabilization. However, the bias power maintains the power applied when performing the stabilization. That is, the source power is increased to 500 to 1500W and the bias power is maintained at 50 to 150W.
상기 안정화를 수행할 때 사용되는 상기 R.F파워는, 텅스텐 막을 식각할 때의 공정조건이 소스 파워가 500 내지 1500W이고, 상기 바이어스 파워는 50 내지150W일 때 사용할 수 있으며, 식각되는 피가공막의 종류나 또는 후속의 식각 공정에서 인가되는 R.F 파워 등에 따라 조절할 수 있다.The RF power used when performing the stabilization may be used when the process conditions when etching the tungsten film is 500 to 1500W of source power, and the bias power is 50 to 150W, and the type of the film to be etched. It may be adjusted according to the RF power or the like applied in the subsequent etching process.
따라서 피가공막의 식각을 수행하기 이전에, 상기 식각 챔버 내에 R.F 파워를 인가면서 상기 식각 챔버를 식각을 수행하기 위한 분위기로 안정화함에 따라 상기 챔버내의 R.F 파워가 급격하게 변화되지 않는다. 이에 따라 상기 챔버 내에 인가되는 R.F 파워에 의한 반사 파워의 발생이 감소되어 상기 반사 파워에 의한 R.F 파워의 난조가 최소화 된다. 이에 따라 상기 R.F 파워의 난조에 의한 챔버 내의 이상 방전, 챔버의 열화, 파티클 발생 등이 감소하게 되므로 상기 피가공막을 식각하여 형성되는 패턴에 결함이 발생하는 것을 최소화 할 수 있다.Therefore, before the etching of the processing film, the R.F power in the chamber does not change rapidly as the R.F power is stabilized to the atmosphere for performing the etching while applying the R.F power in the etching chamber. Accordingly, the generation of the reflected power due to the R.F power applied in the chamber is reduced, thereby minimizing the hunting of the R.F power due to the reflected power. Accordingly, since abnormal discharge in the chamber, deterioration of the chamber, and particle generation are reduced due to the R.F power hunting, defects may be minimized in the pattern formed by etching the processed film.
본 발명에 의하면, 식각을 수행하기 이전에 상기 식각 챔버를 식각을 수행하기 위한 분위기로 안정화시켜서, 식각을 수행할 때 갑작스러운 R.F파워가 발생하지 않는다. 이에 따라 R.F 파워의 난조가 발생하는 것을 방지하여 웨이퍼 표면의 이상 방전, 버닝 또는 파티클의 발생 등이 감소된다. 때문에 웨이퍼의 패턴상에 결함이 발생되는 것을 최소화되어 반도체 장치의 신뢰성 및 수율이 향상되는 효과가 있다.According to the present invention, the etching chamber is stabilized to an atmosphere for performing etching before performing etching, so that sudden R.F power does not occur when performing etching. This prevents the occurrence of R.F power hunting, thereby reducing abnormal discharge, burning or generation of particles on the wafer surface. Therefore, the occurrence of defects on the pattern of the wafer is minimized, thereby improving the reliability and yield of the semiconductor device.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below. I can understand that you can.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020000073622A KR20020044633A (en) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | Method for dry etching in semiconductor device processing |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020000073622A KR20020044633A (en) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | Method for dry etching in semiconductor device processing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20020044633A true KR20020044633A (en) | 2002-06-19 |
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ID=27679822
Family Applications (1)
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| KR1020000073622A KR20020044633A (en) | 2000-12-06 | 2000-12-06 | Method for dry etching in semiconductor device processing |
Country Status (1)
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2000
- 2000-12-06 KR KR1020000073622A patent/KR20020044633A/en not_active Application Discontinuation
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|---|---|---|---|
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |