KR100269305B1 - 포토레지스트패턴쓰러짐을방지하는반사방지막형성방법 - Google Patents

포토레지스트패턴쓰러짐을방지하는반사방지막형성방법 Download PDF

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Abstract

포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지할 수 있는 미세 패턴 형성에 사용되는 반사방지막(ARL)의 형성 방법에 관하여 개시한다. 이를 위하여 본 발명은, 반도체 기판에 하부막을 형성하는 단계와, 하부막 위에 암모니아 가스를 사용하여 반사방지막을 형성하는 단계와, 반사방지막 위에 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막을 형성하는 단계와, 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법을 제공한다. 이러한 포토레지스트 쓰러짐 방지막은 반사방지막의 두께가 250±50Å인 경우에, 700±100Å의 두께로 플라즈마 화학기상증착 방식에 의해 TEOS막을 적층함으로써 형성한다.

Description

포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법{Forming method for antireflective layer which can prevent of photoresist pattern tile}
본 발명은 반도체 제조공정에 관한 것으로, 특히 미세 패턴 형성에 사용되는 반사방지막(ARL)의 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화, 고성능화가 진행됨에 따라 미세 패턴 형성 기술에 대한 요구도가 점차 높아지고 있는 실정이다. 이러한 반도체 장치의 미세 패턴 형성은 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 통해 일반적으로 형성된다. 초기에는 다층 포토레지스트막(MLR: Multi-Layer Resist)을 사용하여 DUV(Deep Ultra Violet) 파장의 노광장비에서 서브미크론급(submicron) 이하의 미세 패턴을 형성하였다. 그러나, 상기 MLR을 포토리소그래피 공정에 적용할 경우에는 공정이 복잡해지고, 비용이 많이 소요되어 지금은 대부분 단일 포토레지스트막(SLR :Single Layer Resist)을 사용하고 있다. 그러나, SLR 방식으로 포토레지스트막을 형성하면, 노광과정에서 SLR 아래의 하부막에서 포토레지스트막으로 반사된 빛은 다음과 같은 여려가지 문제점을 유발시킨다.
첫째, 포토레지스트막 안에서의 빛의 다중 간섭 현상에 의해 생기는 정재파 효과(standing wave effect)에 의하여 포토레지스트 패턴의 프로파일(profile)에 물결 모양의 리플(ripple)이 생겨 정확한 선폭을 제어하기 힘들며, 노광 후 베이킹(Post Exposure Baking)에 의하여 이러한 리플(ripple)을 제거한다고 하여도 포토레지스트 패턴이 꼬리(Tail) 모양으로 변형되거나, 언더컷(undercut)이 발생된다.
둘째, 포토레지스트막 안에서의 빛의 다중 간섭 현상에 의하여 동일한 노광에너지를 사용하더라도 포토레지스트막에 실제 흡수된 빛의 양이 포토레지스트막의 두께에 따라 주기적으로 변화는 스윙 현상(Swing effect)이 발생하여 형성하고자 하는 선폭을 원하는 범위 내에서 제어하기가 힘들다.
셋째, 반도체 제조과정에서 생긴 하부 막질의 단차 부위에서 발생하는 원하지 않는 반사광에 의해 포토레지스트 패턴에 나칭(notching) 또는 브릿징(Bridging)이 발생하게 된다.
따라서, 이러한 포토레지스트막 아래에 반사방지막(ARL: Antl Refractive Later)을 추가로 형성하여 상술한 여러 가지 공정상의 문제점을 해결하고 있다. 상기 반사방지막(ARL)은 크게 간섭형 반사방지막과, 흡수형 반사방지막으로 구분한다. 간섭형 반사방지막은 포토레지스트막의 하부막에서 포토레지스트막 방향으로 반사되는 빛의 영향을 줄이기 위해 포토레지스트막과 하부막의 경계면에 추가로 반투명막 또는 투명막으로 된 반사방지막을 구성하여 하부막 및 반사방지막에서 반사되는 빛의 위상차가 180도가 되도록 조절하여 반사파의 소멸간섭이 일어나도록 하는 원리를 가지고 있다. 이러한 반투명막 또는 투명막으로 널리 사용되고 있는 소재로는 실리콘 옥시나이트라이드막(SiON) 및 실리콘 옥시나이트라이드막(SiON)을 포함하는 복합막이 주로 이용된다. 그리고, 흡수형 반사방지막은 포토레지스트막과 하부막의 경계면에 빛을 잘 흡수하는 차광막을 설치하여 하부막에서 반사되는 빛을 모두 흡수하여 반사파의 영향을 줄이는 원리를 가지고 있다.
도 1은 종래 기술에 따라 간섭형 반사방지막을 사용하여 미세 패턴 형성을 위한 포토레지스트 패턴을 형성하였을 때의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(51)에 하부막(53)을 형성하고, 상기 하부막(53) 위에 PECVD 방식에 의한 실리콘 옥시나이트라이드막(SiON)을 반사방지막(55)으로 형성한다. 이때 상기 실리콘 옥시나이트라이드막(SiON)막을 형성하기 위하여 화학소스로 암모니아(NH3) 가스를 사용하게 된다. 이어서, 상기 반사방지막(55) 위에 포토레지스트막을 도포하여 노광 및 현상공정을 진행하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 여기서 상기 포토레지스트는 노광하는 빛에 민감한 음성(nagetive type)의 화학증폭형 포토레지스트를 사용한다.
그러나, 상술한 종래 기술에 있어서의 문제점은 형성하고자 하는 패턴의 선폭이 0.2㎛ 이하로 미세한 경우, 반사방지막(53)을 형성하기 위하여 사용되었던 암모니아 가스와 증폭형 포토레지스트의 구성성분이 서로 화학반응을 일으켜 OH기(基)를 생성함으로써, 포토레지스트 패턴(57)의 하부에 손상을 발생(59)시킨다. 이러한 손상된 포토레지스트 패턴(57)을 공정을 진행하는 동안 쓰러짐이 발생하여 정확한 선폭의 제어 및 불량의 발생이 높아지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 반사방지막 위에 포토레지스트 쓰러짐 방지막을 추가로 구성하여 포토레지스트막과 반사방지막의 경계면에서 발생하는 화학반응을 억제하여 포토레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지할 수 있는 반사방지막 형성방법을 제공하는데 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 반사방지막을 사용하여 포토레지스트 패턴을 형성하였을 때의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막을 사용하여 포토레지스트 패턴을 형성하였을 때의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100: 반도체 기판, 102: 하부막,
104: 반사방지막, 106: 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막,
108: 포토레지스트 패턴.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판에 하부막을 형성하는 단계와, 상기 하부막 위에 암모니아 가스를 사용하여 반사방지막을 형성하는 단계와, 상기 반사방지막 위에 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 하부막은 금속, 금속실리사이드 및 폴리실리콘 중에서 하나를 사용하여 형성한 막이 적합하고, 상기 암모니아 가스를 사용하여 형성한 반사방지막은 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 방식으로 형성한 실리콘 옥시나이트라이드막(SiON)으로 두께를 250±50Å으로 형성하는 것이 적합하다.
또한, 상기 포토레지스트 쓰러짐 방지막은 플라즈마 화학기상증착 방식으로 형성한 TEOS막으로서, 두께를 700 ±100Å으로 형성하는 것이 적합하다.
바람직하게는, 상기 포토레지스트 패턴은 음성(nagetive type)의 화학증폭형 포토레지스트로서, 형성된 패턴의 폭이 2㎛ 이하인 것이 적당하다.
본 발명에 따르면, 반사방지막 위에 포토레지스트 쓰러짐 방지막을 추가로 g형성하여 현상공정에서 반사방지막과 화학증폭형 포토레지스트막의 경계면에서 발생하는 화학반응을 억제하여 포토레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 의한 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막을 사용하여 포토레지스트 패턴을 형성하였을 때의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 하부구조가 형성된 반도체 기판(100)에 금속, 금속실리사이드 및 폴리실리콘 중에서 하나의 물질을 사용하여 하부막(102)을 형성한다. 이어서, 후속되는 노광공정에서 반사되는 빛에 소멸간섭을 일으켜서 반사파의 영향을 최소화시켜줄 수 있는 반사방지막(104)을 플라즈마 화학기상증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방식으로 250±50Å의 두께로 형성한다. 상기 반사방지막(104)은 실리콘 옥시나이트라이드막(SiON)으로, 암모니아(NH3) 가스를 화학소스로 사용한다. 계속해서, 상기 반사방지막(104) 상부에 포토레지스트와 반사방지막(104)과 화학반응을 차단시키기 위한 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막(106)을 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 방식으로 TEOS(Tera-Ethyl-Otho-Silicate)을 적층하여 형성한다. 여기서, 상기 반사방지막(104)과 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막(106)의 두께는, 본 발명이 추구하는 목적을 달성하기 위하여 상당히 중요한 요소이다. 즉, 후속되는 노광 공정에서 하부막(102)으로부터 발생하는 반사파의 효과적인 차단 및 포토레지스트 패턴(108) 하부에서 OH기의 발생으로 인한 손상(damage) 방지 등을 고려할 때, 상기 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막의 두께는 700±100Å의 범위에서 형성하는 것이 가장 적당하다. 이어서, 상기 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막(106)이 형성된 결과물에 음성 화학증폭형 포토레지스트막(도시 안됨)을 코팅(coating) 한다. 상기 포토레지스트막에 노광 및 현상공정을 수행하여 포토레지스트 패턴을 형성하면, 노광 공정에서는 상기 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막(106)과 반사방지막(104)이, 하부막(102)으로부터 반사되는 반사파를 소멸 간섭시켜 포토레지스트 패턴(108)의 변형을 방지시켜 주며, 동시에 현상공정에서는 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막(106)이 하부의 반사방지막(104)과 화학 증폭형의 포토레지스트 패턴의 경계면에서 유발되는 화학반응을 차단시켜 OH기가 생성되는 것을 방지함으로서 포토레지스트 패턴(108)의 하부가 손상되는 문제를 해결하여 준다. 상술한 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막(106)은 미세 패턴의 선폭이 0.2㎛ 이상에서는 포토레지스트 패턴(108) 하부의 손상이 미미하여 크게 효과를 나타내지 않지만, 그 이하의 미세패턴을 형성할 경우에는 정확한 선폭을 형성하는데 큰 영향을 미치기 때문에 효과적으로 작용한다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
따라서, 상술한 본 발명에 따르면, 반사방지막 위에 포토레지스트 쓰러짐 방지막을 추가로 형성하여 현상공정에서 반사방지막과 화학증폭형 포토레지스트막의 경계면에서 발생하는 화학반응을 억제함으로써 포토레지스트 패턴의 쓰러짐을 방지할 수 있다. 이러한 포토레지스트 쓰러짐 방지막은, 특히 0.2㎛ 이하의 정밀한 미세 패턴 형성에 있어서 필요하다.

Claims (9)

  1. 반도체 기판에 하부막을 형성하는 단계;
    상기 하부막 위에 암모니아 가스를 사용하여 실리콘옥시나이트라이드(SiON)로 된 반사방지막을 형성하는 단계;
    상기 반사방지막 위에 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴 쓰러짐 방지막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하부막은 금속, 금속실리사이드 및 폴리실리콘 중에서 선택된 하나를 사용하여 형성한 막인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 암모니아 가스를 사용하여 형성한 반사방지막은 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 방식으로 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 반사방지막은 두께를 250±50Å으로 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 쓰러짐 방지막으로 플라즈마 화학기상증착 방식으로 형성한 TEOS막을 사용하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 쓰러짐 방지막은 두께를 700 ±100Å으로 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 화학 증폭형 포토레지스트를 사용하여 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 화학 증폭형 포토레지스트는 음성(Nagetive type) 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴은 선폭이 0.2㎛이하로 형성하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 쓰러짐을 방지하는 반사방지막 형성방법.
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