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KR960016321B1 - Etching method of polysilicon film of oxide film layers structure - Google Patents

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KR960016321B1 KR1019930008191A KR930008191A KR960016321B1 KR 960016321 B1 KR960016321 B1 KR 960016321B1 KR 1019930008191 A KR1019930008191 A KR 1019930008191A KR 930008191 A KR930008191 A KR 930008191A KR 960016321 B1 KR960016321 B1 KR 960016321B1
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정종호
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현대전자산업 주식회사
김주용
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Abstract

generating a Cl2 plasma by loading a silicon substrate(1) into a plasma-etching apparatus in a high vacuum after forming a photoresist pattern(5) on a polysilicon film(3) to inject Cl2 gas into the etching apparatus; generating CCl by the reaction of carbon components contained in the Cl2 plasma, radical and the photoresist to etch a native oxide film(4) grown on the polysilicon film(3); etching the polysilicon film by the reaction of the the Cl2 plasma ion, radical and the polysilicon film; and generating CCl by the reaction of the the Cl2 plasma ion, radical and the carbon component contained in the photoresist to etch the oxide film(2) revealed by the CCl.

Description

2층 구조의 폴리실리콘/산화막 식각 방법2-layer polysilicon / oxide film etching method

제1 내지 제4도는 2층 구조로 형성된 폴리실리콘/산화막을 식각하는 단계를 나타낸 단면도.1 to 4 are cross-sectional views illustrating a step of etching a polysilicon / oxide film formed of a two-layer structure.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 실리콘 기판2 : 산화막1 silicon substrate 2 oxide film

3 : 폴리실리콘막4 : 자연산화막3: polysilicon film 4: natural oxide film

5 : 감광막 패턴5: photosensitive film pattern

본 발명은 2층 구조의 폴리실리콘/산화막 식각 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 제조 공정을 단순화시키며 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있도록 한 2층 구조의 폴리실리콘/산화막 식각 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a polysilicon / oxide film etching method having a two-layer structure, and more particularly, to a polysilicon / oxide film etching method having a two-layer structure that simplifies the manufacturing process of a semiconductor device and prevents contamination of a wafer.

일반적으로 반도체 소자의 제조 공정에서 산화막(Oxide Film)과 폴리실리콘막(Polysilicon Film)을 순차적으로 형성한 후 패터닝하는 경우가 있다. 예를 들어 트랜지스터(Transistor)의 게이트 전극을 형성하거나 캐패시터(Capacitor)의 전극을 형성하는 공정이 여기에 속한다. 그런데 게이트 전극 또는 캐패시터의 전극을 형성하기 위하여 폴리실리콘막 및 산화막을 패터닝하는 경우 폴리실리콘막과 산화막의 식각 특성이 서로 다르기 때문에 패터닝 공정이 복잡해지고, 그로 인한 웨이퍼(wafer)의 오염 가능성도 높아진다. 그러면 상기와 같이 2층 구조로 형성된 폴리실리콘막 및 산화막을 패터닝하기 위한 종래의 식각 공정을 제1 내지 제4도를 통해 설명하기로 한다.In general, an oxide film and a polysilicon film are sequentially formed in the semiconductor device manufacturing process, and then patterned. For example, a process of forming a gate electrode of a transistor or an electrode of a capacitor belongs to this process. However, when the polysilicon film and the oxide film are patterned to form an electrode of the gate electrode or the capacitor, since the etching characteristics of the polysilicon film and the oxide film are different from each other, the patterning process is complicated, thereby increasing the possibility of contamination of the wafer. Then, the conventional etching process for patterning the polysilicon film and the oxide film formed in the two-layer structure as described above will be described with reference to FIGS.

제1도는 실리콘 기판(1)상에 산화막(2) 및 폴리실리콘막(3)을 순차적으로 형성한 후 2층 구조로 형성된 상기 산화막(2) 및 폴리실리콘막(3)을 패터닝하기 위하여 상기 폴리실리콘막(3)상에 감광막 패턴(5)을 형성한 상태의 단면도인데, 상기 감광막 패턴(Photoresist Pattern ; 5)을 형성하기 전에 대기중의 노출로 인하여 상기 폴리실리콘막(3)상에 자연산화막(Native Oxide ; 4)이 성장된다.FIG. 1 shows the polysilicon film 3 in order to form the oxide film 2 and the polysilicon film 3 on the silicon substrate 1 in sequence, and then to pattern the oxide film 2 and the polysilicon film 3 formed in a two-layer structure. It is a cross-sectional view of the photoresist pattern 5 formed on the silicon film 3, and a natural oxide film is formed on the polysilicon film 3 due to exposure to the atmosphere before the photoresist pattern 5 is formed. (Native Oxide 4) is grown.

제2도는 상기 감광막 패턴(5)을 마스크로 이용하여 노출된 부분의 상기 자연 산화막(4)을 식각한 상태의 단면도로서, 상기 식각 공정은 SF6및 He 가스 분위기에서 실시된다.2 is a cross-sectional view of the exposed portion of the natural oxide film 4 in the exposed portion using the photosensitive film pattern 5 as a mask, the etching process is carried out in SF 6 and He gas atmosphere.

제3도는 He 및 Cl2가스를 이용하여 노출된 부분의 상기 폴리실리콘막(3)을 식각한 후 HBr, Cl2및 He가스 분위기하에서 계속적인 과도식각(Over Etch)을 진행하여 폴리실리콘 잔유물(Residue)을 제거하고 100 : 1의 BOE(Buffered Oxide Etchant)용액에 디핑(Dipping)하여 식각된 상기 폴리실리콘막(3)의 측벽에 잔류되는 폴리머(Polymer)를 제거한 상태의 단면도이다.FIG. 3 shows that the polysilicon film 3 is etched by using He and Cl 2 gas, followed by continuous over etching under HBr, Cl 2 and He gas atmosphere. Residue is removed and the polymer remaining on the sidewall of the polysilicon film 3 etched by dipping in a 100: 1 BOE (Buffered Oxide Etchant) solution is removed.

제4도는 CF4, CHF3및 Ar가스 분위기하에서 노출된 부분의 상기 산화막(2)을 식각한 상태의 단면도로서, 이때 상기 산화막(2)이 완전히 제거되도록 과도 식각을 실시한다.FIG. 4 is a cross-sectional view of the oxide film 2 being etched in the CF 4 , CHF 3 and Ar gas atmospheres in which the oxide film 2 is completely removed.

그런데 상기와 같은 방법을 이용하는 경우 폴리실리콘막을 식각하기 위한 식각 장비와 산화막을 식각하기 위한 식각 장비를 각각 필요하며 각기 다른 식각 가스가 사용되기 때문에 웨이퍼의 오염 가능성도 높이진다. 또한 여러번의 식각과정을 거치기 때문에 공정의 단계가 복잡하며 다량의 폴리머 및 파티클(Particle)의 생성으로 인해 소자의 특성 및 수율이 저하된다.However, in the case of using the above method, an etching apparatus for etching a polysilicon film and an etching apparatus for etching an oxide film are required, respectively, and different etching gases are used, thereby increasing the possibility of wafer contamination. In addition, since the etching process is complicated, the steps of the process are complicated, and the production of a large amount of polymers and particles reduces the device characteristics and yield.

따라서 본 발명은 Cl2가스를 이용하여 플라즈마 이온을 생성시키고 생성된 플라즈마이온과 래디컬이 노출된 막과 반응하도록 하므로써 상기 단점을 해소할 수 있는 2층 구조의 폴리실리콘/산화막 식각 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention provides a two-layer polysilicon / oxide film etching method that can solve the above disadvantages by generating plasma ions using Cl 2 gas and reacting the generated plasma ions with radicals. There is a purpose.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 실리콘 기판 상에 산화막 및 폴리실리콘막을 순차적으로 형성한 후 2층 구조의 상기 폴리실리콘막 및 산화막을 패터닝하기 위한 식각 방법에 있어서, 상기 폴리실리콘막상에 감광막 패턴을 형성한 후 상기 실리콘 기판을 고진공 상태의 플라즈마 식각 장비내로 로드하고 상기 식각 장비내에 Cl2가스를 주입하여 하기의 <식 1>과 같은 반응에 의해 염소 플라즈마가 생성되도록 하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 생성된 염소 플라즈마 이온 및 래디컬 및 상기 감광막에 함유된 탄소 성분의 반응에 의해 하기의 <식 2>와 같이 염화탄소(CCl)가 생성되도록 하고 상기 염화탄소(CCl)에 의해 대기중의 노출로 인해 상기 폴리실리콘 막상에 성장된 자연 산화막이 식각되도록 하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 염소 플라즈마 이온 및 래디컬과 상기 폴리실리콘막의 반응에 의해 하기의 <표 3>과 같이 상기 폴리실리콘막이 식각되도록 하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 염소 플라즈마 이온 및 래디컬과 상기 감광막에 함유된 탄소성분의 반응에 의해 상기 <식 2>와 같이 염화탄소(CCl)가 생성되도록 하고 상기 염화탄소(CCl)에 의해 노출된 부분의 상기 산화막이 식각되도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하며 상기 <식1, 식 2 및 식3>은 다음과 같다.The present invention for achieving the above object in the etching method for patterning the polysilicon film and the oxide film of the two-layer structure after sequentially forming an oxide film and a polysilicon film on a silicon substrate, the photosensitive film pattern on the polysilicon film Forming a chlorine plasma by loading the silicon substrate into a plasma etching apparatus of a high vacuum state and injecting Cl 2 gas into the etching apparatus to produce a chlorine plasma by a reaction as in the following <Equation 1>; By the reaction of the generated chlorine plasma ions and radicals and the carbon component contained in the photosensitive film, carbon chloride (CCl) is generated as shown in <Formula 2> and exposed to the atmosphere by the carbon chloride (CCl). Causing the natural oxide film grown on the polysilicon film to be etched, and the chlorine plasma from the step The polysilicon film is etched by the reaction of ions and radicals with the polysilicon film, and by the reaction of the chlorine plasma ions and radicals with the carbon component contained in the photosensitive film from the step. It is characterized in that the carbon chloride (CCl) is generated as shown in the <Equation 2> and the oxide film of the portion exposed by the carbon chloride (CCl) is etched, characterized in that <Equation 1, Equation 2 and 3> is as follows.

Cl2+e ……→ Cl+Cl++2e ………………………………………………<식 1>Cl 2 + e... … ¡Æ Cl + Cl + + 2e … … … … … … … … … … … … … … … … … <Equation 1>

SiO2+4CCl ……→ SiCl4↑+CO2+3C ……………………………………<식 2>SiO 2 + 4CCl... … ¡Æ SiCl 4 ↑ + CO 2 + 3C... … … … … … … … … … … … … … <Equation 2>

Si+4Cl ……→ SiCl4↑……………………………………………………<식 3>Si + 4Cl... … SiCl 4 ↑. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … <Equation 3>

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

일반적으로 패터닝 공정에 사용되는 감광막은 폴리머, PAC(Photo Active Compound), 솔벤트(Solvent)등으로 이루어지며 탄소(Carbon) 및 수소(Hydrogen)가 주성분이다. 따라서 본 발명은 Cl2가스를 이용하여 플라즈마 이온(Plasma Ion)을 생성시키고 생성된 플라즈마 이온이 상기 감광막이 주성분인 탄소(C)와 반응하도록 하므로써 하나의 플라즈마 식각 장비내에서 패터닝 공정이 이루어질 수 있도록 한 것인데, 그 과정을 상기 제1 내지 제4도를 재참조하여 설명하면 다음과 같다.In general, the photoresist used in the patterning process is composed of a polymer, a PAC (Photo Active Compound), a solvent (Solvent), and the like, and carbon and hydrogen are main components. Therefore, the present invention generates plasma ions using Cl 2 gas and allows the generated plasma ions to react with carbon (C), which is the main component of the photoresist, so that the patterning process can be performed in one plasma etching equipment. The process will be described with reference to FIGS. 1 to 4 again as follows.

제1도는 실리콘 기판(1)상에 산화막(2) 및 폴리실리콘막(3)을 순차적으로 형성한 후 2층 구조로 형성된 상기 산화막(2) 및 폴리실리콘막(3)을 패터닝하기 위하여 상기 폴리실리콘막(3)상에 감광막 패턴(5)을 형성한 상태의 단면도인데, 상기 감광막 패턴(5)을 형성하기 전에 대기중의 노출로 인하여 상기 폴리실리콘막(3)상에 자연산화막(4)이 성장된다.FIG. 1 shows the polysilicon film 3 in order to form the oxide film 2 and the polysilicon film 3 on the silicon substrate 1 in sequence, and then to pattern the oxide film 2 and the polysilicon film 3 formed in a two-layer structure. It is a cross-sectional view of the photosensitive film pattern 5 formed on the silicon film 3, the natural oxide film 4 on the polysilicon film 3 due to exposure to the atmosphere before forming the photosensitive film pattern 5 This is grown.

제2도는 상기 실리콘 기판(1)을 고진공 상태의 플라즈마 식각 장비내로 로드(Load)한 후 상기 식각 장비내에 Cl2가스를 주입하여 하기의 <식 1>과 같은 반응에 의해 염소 플라즈마가 생성되도록 하고 생성된 염소 플라즈마 이온 및 레디컬(Radical)과 상기 감광막(5)에 함유된 탄소(C)성분의 반응에 의해 하기의 <식 2>와 같이 염화탄소(CCl : Carbon Chloride)가 생성되도록 한 다음 상기 염화탄소(CCl)에 의해 노출된 부분의 상기 자연 산화막(4)이 식각되도록 한 상태의 단면도로서, 이때 상기 생성된 염화 탄소(CCl)와 상기 자연산화막(4)의 성분인 이산화규소(SiO2)는 상기 <식 2>와 같은 반응에 의해 사염화규소(SiCl4), 이산화탄소(CO2) 및 탄소(C)로 변환되기 때문에 상기 자연 산화막(4)이 제거된다.FIG. 2 shows that the chlorine plasma is generated by the reaction as shown in <Equation 1> by loading the silicon substrate 1 into the plasma etching apparatus in a high vacuum state and then injecting Cl 2 gas into the etching apparatus. By the reaction of the generated chlorine plasma ions and radicals (Radical) and the carbon (C) component contained in the photosensitive film 5 to produce a carbon chloride (CCl: Carbon Chloride) as shown in the following <Equation 2> A cross-sectional view of a state in which the natural oxide film 4 in the portion exposed by the carbon chloride (CCl) is etched, wherein the produced carbon chloride (CCl) and silicon dioxide (SiO) which is a component of the natural oxide film (4) 2 ) is converted into silicon tetrachloride (SiCl 4 ), carbon dioxide (CO 2 ) and carbon (C) by the reaction as shown in <Formula 2>, so that the natural oxide film 4 is removed.

제3도는 상기 자연 산화막(4)이 제거된 후 계속적으로 상기 염소 플라즈마 이온 및 래디컬과 상기 폴리실리콘막(3)의 반응에 의해 하기의 <식 3>과 같이 상기 폴리실리콘막(3)이 식각되도록 한 상태의 단면도로서, 이때 상기 염소(Cl)와 상기 폴리실리콘막(3)의 성분인 규소(Si)는 상기 <식 3>과 같은 반응에 의해 사염화규소(SiCl4)로 변환되기 때문에 상기 폴리실리콘막(3)이 제거된다.3 shows that the polysilicon film 3 is etched by the reaction of the chlorine plasma ions and radicals with the polysilicon film 3 after the natural oxide film 4 is removed. In this state, the chlorine (Cl) and the silicon (Si) as a component of the polysilicon film (3) is converted into silicon tetrachloride (SiCl 4 ) by the reaction as described above. The polysilicon film 3 is removed.

제4도는 상기 폴리실리콘막(3)이 완전히 제거된 후 계속적으로 상기 염소 플라즈마 이온 및 래디컬과 상기 감광막(5)에 함유된 탄소(C)성분의 반응에 의해 상기 <식 2>와 같이 염화탄소(CCl)가 생성되도록 한 다음상기 염화탄소(CCl)에 의해 노출된 부분의 상기 산화막(2)이 식각되도록 한 상태의 단면도로서, 이때 상기 생성된 염화탄소(CCl)와 상기 산화막(2)의 성분인 이산화규소(SiO2)는 상기 <식 2>와 같은 반응에 의해 사염화규소(SiCl4), 이산화탄소(CO2) 및 탄소(C)로 변환되기 때문에 상기 산화막(2)이 제거된다.4 shows carbon chloride as shown in <Formula 2> by continuously reacting the chlorine plasma ions and radicals with the carbon (C) component contained in the photosensitive film 5 after the polysilicon film 3 is completely removed. (CCl) is a cross-sectional view of the state in which the oxide film (2) of the portion exposed by the carbon chloride (CCl) is etched, wherein the carbon chloride (CCl) and the oxide film (2) Since the silicon dioxide (SiO 2 ) as a component is converted into silicon tetrachloride (SiCl 4 ), carbon dioxide (CO 2 ), and carbon (C) by a reaction as in <Formula 2>, the oxide film 2 is removed.

Cl2+e ……→ Cl+Cl++2e ………………………………………………<식 1>Cl 2 + e... … ¡Æ Cl + Cl + + 2e … … … … … … … … … … … … … … … … … <Equation 1>

SiO2+4CCl ……→ SiCl4↑+CO2+3C …………………………………<식 2>SiO 2 + 4CCl... … ¡Æ SiCl 4 ↑ + CO 2 + 3C... … … … … … … … … … … … … <Equation 2>

Si+4Cl ……→ SiCl4↑……………………………………………………<식 3>Si + 4Cl... … SiCl 4 ↑. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … <Equation 3>

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 Cl2가스를 이용하여 플라즈마 이온을 생성시키고 생성된 플라즈마 이온과 레디컬이 노출된 막과 반응하도록 하므로써 하나의 식각 장비내에서 2층 구조로 형성된 폴리실리콘막 및 산화막이 계속적으로 시각될 수 있다. 그러므로 공정의 단순화가 이루어지고 웨이퍼의 오염 가능성이 감소되어 소자의 수율이 증대되며, 또한 이와 같은 식각 방법을 이용하는 경우 우수한 비등방성 식각 특성에 의해 측벽의 형태가 양호한 패턴을 얻을 수 있으므로 공정의 정확도가 향상될 수 있는 탁월한 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a polysilicon film and an oxide film formed in a two-layer structure in one etching apparatus by generating plasma ions using Cl 2 gas and reacting the generated plasma ions with radicals are exposed. This can be seen continuously. Therefore, the process is simplified and the wafer is less likely to be contaminated to increase the yield of the device. Also, when the etching method is used, the pattern of the sidewalls is obtained by the excellent anisotropic etching characteristic, so the accuracy of the process is improved. There is an excellent effect that can be improved.

Claims (1)

실리콘 기판상에 산화막 및 폴리실리콘막을 순차적으로 형성한 후 2층 구조의 상기 폴리실리콘막 및 산화막을 패터닝하기 위한 식각방법에 있어서, 상기 폴리실리콘막상에 감광막 패턴을 형성한 후 상기 실리콘 기판을 고진공 상태의 플라즈마 식각 장비내로 로드하고 상기 식각 장비내에 Cl2가스를 주입하여 하기의 <식 1>과 같은 반응에 의해 염소 플라즈마가 생성되도록 하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 생성된 염소 플라즈마 이온 및 래디컬과 상기 감광막에 함유된 탄소 성분의 반응에 의해 하기의 <식 2>와 같이 염화 탄소(CCl)가 생성되도록 하고 상기 염화탄소(CCl)에 의해 대기중의 노출로 인해 상기 폴리실리콘막상에 성장된 자연 산화막이 식각되도록 하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 염소 플라즈마 이온 및 래디컬과 상기 폴리실리콘막의 반응에 의해 하기의 <식 3>과 같이 상기 폴리실리콘막이 식각되도록 하는 단계와, 상기 단계로부터 상기 염소 플라즈마 이온 및 래디컬과 상기 감광막에 함유된 탄소 성분의 반응에 의해 상기 <식 2>와 같이 염화탄소(CCl)가 생성되도록 하고 상기 염화탄소(CCl)에 의해 노출된 부분의 상기 산화막이 식각되도록 하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2층 구조의 폴리실리콘/산화막 식각 방법.An etching method for patterning the polysilicon film and the oxide film having a two-layer structure after sequentially forming an oxide film and a polysilicon film on a silicon substrate, wherein the silicon substrate is in a high vacuum state after forming a photoresist pattern on the polysilicon film. Loading into the plasma etching equipment of the plasma and injecting Cl 2 gas into the etching equipment to produce a chlorine plasma by the reaction as shown in the following <Equation 1>, wherein the generated chlorine plasma ions and radicals and the The natural oxide film grown on the polysilicon film by carbon dioxide (CCl) is produced by the reaction of the carbon component contained in the photosensitive film and is exposed to the atmosphere by the carbon chloride (CCl). And etching the chlorine plasma ions and radicals and the polysilicon film from the step. The polysilicon film is etched as shown in the following <Formula 3>, and the chlorine plasma ions and radicals are reacted with the carbon component contained in the photosensitive film by the reaction. Allowing carbon (CCl) to be produced and etching the oxide film in a portion exposed by the carbon chloride (CCl). 2. Cl2+e ……→ Cl+Cl++2e ………………………………………………<식 1>Cl 2 + e... … ¡Æ Cl + Cl + + 2e … … … … … … … … … … … … … … … … … <Equation 1> SiO2+4CCl ……→ SiCl4↑+CO2+3C …………………………………<식 2>SiO 2 + 4CCl... … ¡Æ SiCl 4 ↑ + CO 2 + 3C... … … … … … … … … … … … … <Equation 2> Si+4Cl ……→ SiCl4↑……………………………………………………<식 3>Si + 4Cl... … SiCl 4 ↑. … … … … … … … … … … … … … … … … … … … <Equation 3>
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