KR100819647B1 - Method of Manufacturing Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판에 형성된 피식각층 상부에 실리콘을 포함하는 하부 반사방지막을 형성하는 단계; 상기 하부 반사방지막 상부에 감광막을 형성한 후 노광원으로 노광하는 단계; 상기 노광된 감광막을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 상기 감광막 패턴을 마스크로 하부 반사방지막을 식각하여 반사방지막 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 반사방지막 패턴을 마스크로 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에서는 통상의 유기 하부 반사방지막 대신 실리콘을 포함하는 하부 반사방지막을 사용함으로써 추가 공정없이 간단한 방법으로 패턴의 크기를 축소할 수 있으며, 또한 공정 단계를 줄일 수 있어 전체적인 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, forming a lower anti-reflection film including silicon on an etched layer formed on a semiconductor substrate; Forming a photoresist film on the lower anti-reflection film and exposing the light source to an exposure source; Developing the exposed photoresist to form a photoresist pattern; Etching the lower anti-reflection film using the photoresist pattern as a mask to form an anti-reflection film pattern; And etching the etched layer using the anti-reflection film pattern as a mask. In the method of the present invention, by using a lower anti-reflective film containing silicon instead of a conventional organic lower anti-reflective film, it is possible to reduce the size of the pattern in a simple manner without an additional process, and also to reduce the process steps to reduce the overall cost. You can get the effect.
실리콘, 반사방지막, 리세스 게이트 Silicon, Anti-Reflection, Recess Gate
Description
도 1은 종래 반도체 소자 제조 방법에 의한 패턴 형성시 최외각 더미(dummy) 패턴이 불량하게 되는 것을 보여주는 사진으로, 불량하게 된 패턴을 붉은색으로 표시하였다.FIG. 1 is a photograph showing that the outermost dummy pattern becomes poor when a pattern is formed by a conventional semiconductor device manufacturing method, and the defective pattern is displayed in red.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 방법에 의한 반도체 소자 제조 과정을 도시한 공정 단면도이다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device by the method of the present invention.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 방법에 의한 반도체 소자 제조 과정을 보여주는 패턴 사진으로서, 도 3a는 감광막 패턴을 나타내고, 도 3b는 하부 반사방지막 패턴을 나타내며, 도 3c는 최종 피식각층 패턴을 나타낸다.3A to 3C are pattern photographs illustrating a process of fabricating a semiconductor device by the method of the present invention. FIG. 3A shows a photoresist pattern, FIG. 3B shows a lower anti-reflection film pattern, and FIG. 3C shows a final etched layer pattern.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
11 ; 반도체 기판, 12 ; 피식각층,11;
13 ; 하드 마스크층, 14 ; 실리콘을 포함하는 반사방지막,13; A
15 ; 감광막, 15'; 감광막 패턴,15; Photoresist, 15 '; Photoresist pattern,
14' ; 반사방지막 패턴, 13' ; 하드 마스크 패턴,14 '; Antireflection film pattern, 13 '; Hard mask pattern,
12' ; 피식각층 패턴12 '; Etch layer pattern
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 통상의 유기 반사방지막 대신 실리콘을 포함하는 반사방지막을 사용하여 패턴을 형성함으로써 경사(slope) 식각을 통한 선폭 제어로 미세 패턴을 구현할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to form a pattern using an anti-reflection film containing silicon instead of a conventional organic anti-reflection film to realize a fine pattern by line width control through slope etching. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device.
DRAM 소자의 제조 공정중 리세스 게이트(recess gate) 패턴 형성 공정은 선폭이 가장 중요한 공정으로 최소 패턴 크기를 구현해야 한다. 현재 60 nm 이하 급의 소자에서는 37 nm 정도의 초미세 선폭을 요구하고 있으며, 해상도를 극대화한 노광조건과 적절한 감광제의 사용으로 이를 해결하고 있다. 그러나, 타 패턴 형성 공정에 비해 부족한 공정 마진과 패턴의 거칠기(roughness)로 인해 개선이 시급한 실정이다. 이를 위해서는 뛰어난 해상도의 감광제를 개발하는 것이 현실적인 대안이나, 많은 시간과 비용을 투자하여도 감광제의 성능을 대폭적으로 향상시키는 것이 어렵다는 문제점을 안고 있다. 특히, 54 nm 이하 급의 소자의 경우 리세스 게이트 마스크에 요구되는 선폭의 크기가 29 nm 이하 정도인데, ArF 감광제를 적용한 모의 가능성 검토 결과 ArF 공정으로는 공정마진이 부족하고 ArF 이머젼 리소그라피를 사용하여야 패터닝이 가능한 수준이다(표 1 및 표 2 참조).The recess gate pattern forming process of the DRAM device manufacturing process is a process in which line width is the most important and should implement a minimum pattern size. Currently, devices with a size of less than 60 nm require ultra-fine line widths of about 37 nm, which are addressed by exposure conditions that maximize resolution and the use of suitable photosensitizers. However, improvement is urgent due to insufficient process margin and roughness of the pattern compared to other pattern forming processes. To this end, developing a high resolution photosensitizer is a realistic alternative, but it is difficult to significantly improve the performance of the photosensitizer even if a lot of time and money are invested. Particularly, in case of 54 nm or less devices, the line width required for the recess gate mask is about 29 nm or less. As a result of the simulation possibility of applying ArF photosensitizer, the process margin is insufficient for ArF process and ArF immersion lithography should be used. Patterning is possible (see Table 1 and Table 2).
상기에서, 이택릭체로 표시된 부분은 상기 모의 검토시 사용한 ASML 1400 Dry 장비의 최적 조건에서의 결과이고, 굵은 글씨로 표시된 부분은 ASML 1400 Dry 장비로 공정 진행 가능한 조건을 나타낸다. 또한, EL, MEF은 각각 Energy Latitude, Mask Error Factor를 나타내고, Icut은 PAC concentration의 threshold 값을 나타낸다.In the above, the parts shown in italics are the results of the optimum conditions of the ASML 1400 Dry equipment used in the simulation, and the parts shown in bold indicate the conditions that can be processed by the ASML 1400 Dry equipment. In addition, EL and MEF represent Energy Latitude and Mask Error Factor, respectively, and Icut represents threshold value of PAC concentration.
또한, 널리 적용되고 있는 감광제 열유동(thermal flow) 공정 적용시에는 최외각 더미 패턴이 불량하여 수축(shrink) 공정을 적용하는 것이 현실적으로 어렵다는 문제점이 있다(도 1 참조). 아울러, 또 다른 패턴 수축 기술로 RELACS나 SAFIER 공정이 적용 가능하나, 상기 기술은 공정이 복잡하여 효율이 저하되고 고가의 물질들을 사용함으로써 제조 단가가 상승할 뿐만 아니라, 디펙트(defect)의 발생 등과 같은 여러 가지 문제점(defect issue, shrink volume 부족 등)이 산재되어 있어 바로 공정 적용이 불가능한 실정이다.In addition, when the photoresist thermal flow process that is widely applied has a problem that it is difficult to apply a shrink process because the outermost dummy pattern is poor (see FIG. 1). In addition, although the RELACS or SAFIER process can be applied as another pattern shrinkage technology, the technology is complicated and the efficiency is lowered, and the manufacturing cost is increased by using expensive materials, as well as the occurrence of defects. Various problems (defect issue, lack of shrink volume, etc.) are scattered and it is impossible to apply the process immediately.
본 발명은 상기와 같은 종래 반도체 소자 제조 방법상의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 통상의 유기 반사방지막 대신 실리콘이 함유되어 있는 유기 반사방지막을 사용하여 패턴을 형성함으로써, 동일한 공정 마진에서도 식각 내성이 우수하여 패턴의 경사를 용이하게 조절할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems in the manufacturing method of a semiconductor device, by forming a pattern using an organic anti-reflection film containing silicon instead of a conventional organic anti-reflection film, the etching resistance is the same in the same process margin It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device which is excellent and can easily adjust the inclination of a pattern.
본 발명의 반도체 소자의 제조 방법은The manufacturing method of the semiconductor element of this invention is
반도체 기판에 형성된 피식각층 상부에 실리콘을 포함하는 하부 반사방지막을 형성하는 단계;Forming a lower anti-reflection film including silicon on the etched layer formed on the semiconductor substrate;
상기 하부 반사방지막 상부에 감광막을 형성한 후 노광원으로 노광하는 단계;Forming a photoresist film on the lower anti-reflection film and exposing the light source to an exposure source;
상기 노광된 감광막을 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계;Developing the exposed photoresist to form a photoresist pattern;
상기 감광막 패턴을 마스크로 하부 반사방지막을 식각하여 반사방지막 패턴을 형성하는 단계; 및Etching the lower anti-reflection film using the photoresist pattern as a mask to form an anti-reflection film pattern; And
상기 반사방지막 패턴을 마스크로 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함한다.Etching the etched layer using the anti-reflection film pattern as a mask.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 도시하는 단면도로서, 그 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.2A through 2E are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention.
도 2a를 참조하면, 반도체 기판(11)에 형성된 피식각층(12) 상부에 하드 마스크층(13), 실리콘을 포함하는 하부 반사방지막(14) 및 감광막(15)을 형성한다. 이때, 상기 하부 반사방지막(14)은 30 내지 40 wt%의 실리콘이 함유된 물질로 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2A, a
도 2b를 참조하면, 상기 감광막(15)을 노광원으로 노광한 후 현상하여 감광막 패턴(15')을 형성한다. 이때, 노광전에 소프트 베이크 공정 및/또는 노광후에 포스트 베이크 공정을 실시하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 베이크 공정은 각각 70 내지 200℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 또한, 상기 노광원으로는 400 nm 이하의 파장을 갖는 모든 광원, 구체적으로는 ArF (193 nm), KrF (248 nm), EUV (Extreme Ultra Violet), VUV (Vacuum Ultra Violet, 157 nm), E-빔, X-선 및 이온빔으로 구성된 군으로부터 선택되는 광원이 제한없이 사용될 수 있으며, 노광 공정은 사용되는 감광제의 종류에 따라 다르지만 통상적으로 15 내지 70 mJ/㎠, 바람직하게는 40 mJ/㎠의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다. 이중에서 노광원으로는 ArF, KrF 또는 VUV를 사용하는 것이 바람직하고, ArF를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 아울러, 상기 현상은 알칼리 현상액을 이용하여 수행하는 것이 바람직하며, 이때 알칼리 현상액은 0.01 내지 5중량%의 테트라메틸암모늄하이드록사이 드(TMAH) 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2B, the
패턴 형성시, 바람직하게는 ArF 건식 스캐너 장비를 이용하여 40 nm 정도의 간격으로 패터닝한다. 이후, 식각 공정시의 바이아스(bias) 및 패터닝시 안정적인 공정마진을 고려하여 패턴 크기를 조절이 가능하다.At the time of pattern formation, patterning is preferably performed at an interval of about 40 nm using ArF dry scanner equipment. Subsequently, the pattern size may be adjusted in consideration of a stable process margin during bias and patterning during the etching process.
도 2c를 참조하면, 상기 감광막 패턴(15')을 마스크로 하부 반사방지막(14)을 식각하여 반사방지막 패턴(14')을 형성한다. 이때, 02 플라즈마 처리공정을 수행하여 상기 반사방지막 패턴내의 실리콘을 산화시킴으로써, SiO2로 변형된 반사방지막 패턴을 형성하는 것이 바람직하다. 실리콘을 포함하는 하부 반사방지막은 감광막에 비해 우수한 내식각 선택비를 가지며, 식각 과정을 조절함으로써 패턴의 경사를 적절하게 조절할 수 있다. 또한, 실리콘을 포함하는 반사방지막은 통상의 유기 반사방지막에 비해 식각 내성이 우수하여 동일한 두께의 감광막을 배리어(barrier)로 사용하여도 패턴의 경사를 용이하게 조절할 수 있다는 장점이 있으며, 이러한 특성을 이용하여 종래의 방법을 이용한 패턴 형성시의 한계 해상력을 극복할 수 있다. 즉, 최종적으로 원하는 것보다 큰 공정마진을 확보한 패터닝 가능한 선폭을 안정적으로 구현하고 이를 식각공정에서 다시 축소시킴으로써 원하는 패턴을 구현할 수 있게 된다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 초기에 수직으로 형성된 감광막 패턴을 실리콘을 포함하는 반사방지막을 식각하면서 패턴의 경사를 조절할 수 있다.Referring to FIG. 2C, the
한편, 바람직하게는 상기 하부 반사방지막 패턴상에 RELACS 물질이나 SAFIER 물질 등과 같은 화학 수축 물질을 도포할 수 있으며, 상기 물질을 도포할 시에는 이를 140~160℃ 정도의 온도에서 베이크한 후 순수(deionized water)로 세척한다. 이때, 반사방지막 패턴(14')상의 수축 물질이 가교화 반응을 일으켜 식각된 반사방지막 패턴 주변에 남아있게 되는데, 이와 같은 과정을 통해 식각된 패턴의 선폭이 증가하게 되고 결국 패턴의 공간(space)이 줄어들게 된다. 따라서, 이와 같은 방법을 통하여 리세스 게이트 층에서 선폭을 더욱 효과적으로 감소시키는 것이 가능하다. 상기에서, RELACS 물질이란 온도를 가하면 감광제와 반응하여 상기 감광제의 면적이 늘어나게 되어 미세 콘택홀을 형성할 수 있도록 하는 물질이며, SAFIER 물질이란 온도를 가하면 감광제와 반응하지는 않지만 물리적으로 상기 감광제를 잡아당겨 미세 콘택홀을 형성할 수 있도록 하는 물질이다.Meanwhile, preferably, a chemical shrinkage material such as a RELACS material or a SAFIER material may be applied onto the lower anti-reflection film pattern, and when the material is applied, it is baked at a temperature of about 140 to 160 ° C. and then deionized. wash with water). At this time, the shrinkage material on the anti-reflection film pattern 14 'causes a crosslinking reaction to remain around the etched anti-reflection film pattern. Through this process, the line width of the etched pattern is increased, and thus, the pattern space. Will be reduced. Therefore, it is possible to more effectively reduce the line width in the recess gate layer through this method. In the above, RELACS material is a material that reacts with the photosensitive agent to increase the area of the photoresist to form a fine contact hole when the temperature is added, SAFIER material does not react with the photosensitive agent when the temperature is added to physically pull the photosensitive agent It is a material to form a fine contact hole.
도 2d를 참조하면, 상기 하부 반사방지막 패턴(14')을 마스크로 하드 마스크층(13)을 식각하여 하드 마스크 패턴(13')을 형성한다. 이때, 상기 하드마스크층(13)은 비정질 탄소층 및 무기계 하드마스크층의 2중층으로 구성되어 있는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2D, the
도 2e를 참조하면, 하드 마스크 패턴(13')을 마스크로 하부 피식각층(13)을 식각하여 원하는 피식각층 패턴(12')을 형성한다. 도 3c에 최종 피식각층 패턴을 나타내었다.Referring to FIG. 2E, the
또한, 본 발명에서는 상기 제조 방법을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device manufactured using the manufacturing method.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 방법에서는 통상의 유기 하부 반사방지막 대신 실리콘을 포함하는 하부 반사방지막을 사용함으로써 추가 공정없이 간단한 방법으로 패턴의 크기를 축소할 수 있으며, 별도의 추가 비용이 발생되지 않아 비용을 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 즉, 현재 공정 수준으로는 ArF 이머젼 노광장비를 사용해야만 가능한 공정을 종래의 ArF 건식 노광장비를 사용하여 패터닝함으로써 ArF 이머젼 층을 1개 감소시킬 수 있으며, 양산 기준으로 1,500억 이상의 실질적인 투자 절감 효과를 얻을 수 있을 것으로 기대된다.As described above, in the method of the present invention, by using a lower anti-reflective film containing silicon instead of a conventional organic lower anti-reflective film, the size of the pattern can be reduced in a simple manner without an additional process, and no additional cost is incurred. As a result, the cost can be reduced. In other words, at the current process level, the ArF immersion layer can be patterned using the conventional ArF dry exposure equipment, which reduces one layer of ArF immersion, resulting in substantial investment savings of more than 150 billion on a volume basis. It is expected to be obtained.
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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Payment date: 20110222 Year of fee payment: 4 |
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LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |