KR100275133B1 - 반도체장치제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 집적회로를 구성하는 각종 패턴 형성을 위한 리소그래피 공정과 관련된 것이며, 균일한 반사율을 확보하며, 공정 후 제거가 용이한 반사방지막을 사용하는 반도체 장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 특징적인 반도체 장치 제조방법은, 소정의 하부층 상에 HBr 가스, N2가스, O2가스 중 적어도 어느 하나의 가스와 탄소를 포함하는 가스를 사용하여 90 내지 140Å 두께의 비휘발성 폴리머층을 증착하는 제1 단계; 상기 비휘발성 폴리머층 상에 포토레지스트를 도포하는 제2 단계; 및 상기 비휘발성 폴리머층을 반사방지막으로 사용하여 상기 포토레지스트에 대하여 노광 공정을 수행하는 제3 단계를 포함하여 이루어진다.

Description

반도체 장치 제조방법{A method for fabricating semiconductor device}
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 집적회로를 구성하는 각종 패턴 형성을 위한 리소그래피 공정과 관련된 것이다.
포토레지스트를 사용한 반도체 장치의 패턴 형성은 하부막의 반사율에 크게 영향을 받는다. 즉, 반사율이 작은 물질을 패터닝하는 경우에는 용이하게 패턴을 형성할 수 있으나, 반사율이 큰 물질을 패터닝하는 경우에는 반사된 빛에 의하여 패턴 형성이 방해를 받아 원하는 패턴의 위치 및 형상을 확보하기가 어렵다. 이러한 현상은 반도체 장치의 고집적화에 따라 패턴이 미세화될수록 더욱 심각한 문제로 대두되고 있다.
이러한 하부층의 반사율에 따른 리소그래피 공정상의 난점을 해소하기 위하여 반사율이 큰 하부층 상부에 반사방지막(ARC; Anti-Reflective Coating)을 사용하여 빛의 반사를 줄이는 기술이 일반화되고 있다.
반사방지막은 크게 산화질화막(SiON)과 같은 필름 형태의 반사방지막과 유기물 형태의 반사방지막으로 나뉘어 진다.
이중에서 필름 형태의 반사방지막은 리소그래피 공정 완료후 제거가 쉽지 않으며 반도체 장치 제조가 완료된 후에도 계속하여 남아있는 단점이 있다.
한편, 유기물 형태의 반사방지막의 경우에는 리소그래피 공정 완료후 제거가 용이한 장점이 있어 차세대 소자에 적용이 유력시되고 있다. 그러나, 이러한 유기물 형태의 반사방지막은 필름 형태의 반사방지막에 비하여 단차를 가진 부분에서 형성되는 반사방지막의 두께가 불균일하여 반사율의 차이를 유발하는 문제점을 가지고 있으며, 이러한 현상을 제거하기 위해서는 반사방지막의 두께를 두껍게 사용해야 한다. 이와 같이 유기물 형태의 반사방지막이 두께가 두꺼워지면 역시 반사방지막의 식각시에 식각 마스크인 포토레지스트 패턴의 손실이 심하게 유발되며, 공정 마진 확보에도 어려움이 따르게 된다.
따라서, 새로운 형태의 반사방지막의 개발이 필요한 실정이다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은, 균일한 반사율을 확보하며, 공정 후 제거가 용이한 반사방지막을 사용하는 반도체 장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라즈마 형성 시간에 따른 비휘발성 폴리머의 증착 두께를 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 증착된 비휘발성 폴리머 두께에 따른 반사율(reflective index)을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명에 따라 웨이퍼 상에 증착된 비휘발성 폴리머의 전자 현미경(SEM) 사진도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 웨이퍼
20 : 비휘발성 폴리머
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징적인 반도체 장치 제조방법은, 소정의 하부층 상에 HBr 가스, N2가스, O2가스 중 적어도 어느 하나의 가스와 탄소를 포함하는 가스를 사용하여 90 내지 140Å 두께의 비휘발성 폴리머층을 증착하는 제1 단계; 상기 비휘발성 폴리머층 상에 포토레지스트를 도포하는 제2 단계; 및 상기 비휘발성 폴리머층을 반사방지막으로 사용하여 상기 포토레지스트에 대하여 노광 공정을 수행하는 제3 단계를 포함하여 이루어진다.
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 공정을 살펴보면, 먼저 소정의 하부층 공정을 마친 웨이퍼 상에 식각 대상층(예를 들면, 실리콘 웨이퍼, 폴리실리콘막, 산화막, 질화막, 산화질화막, 실리사이드막)을 형성한다.
다음으로, 식각 대상층이 형성된 웨이퍼를 TCP(Transfomer Coupled Plasma) 방식의 플라즈마 장비에 로딩하고, 탄소(carbon) 성분을 포함하는 가스를 사용하여 식각 대상층 상부에 비휘발성 폴리머(polymer)를 증착한다.
비휘발성 폴리머의 증착 과정은 다음과 같다. 먼저, CHF3가스, CF4가스, C2H8가스, CH2F 가스등 탄소 성분을 포함하는 가스를 사용하여 플라즈마를 형성한다. 이때, 탄소 성분과 반응하여 쉽게 폴리머를 발생시키는 가스(예를 들면, HBr 가스, N2가스, O2가스)를 단독으로 또는 둘 이상 혼합하여 사용하여 플라즈마를 형성할 수 있다. 플라즈마 형성시 소오스 전원은 100W 내지 600W로 조절하며, 바이어스 전원은 0W 내지 300W로 조절한다. 즉, 바이어스 전원은 300W 이하의 범위에서 사용할 수도, 사용하지 않을 수도 있다. 또한, 플라즈마 형성시 챔버 압력은 1mtorr 내지 50mtorr로 조절하며, 전극 온도는 -30℃ 내지 +80℃의 범위에서 조절한다. 다음으로, 형성된 플라즈마를 구성하는 여러 가지 물질 중에서 전하를 띤 이온들이 식각 대상층에 입사되어 스캐터링(scattering)을 일으키는데, 플라즈마에서 입사된 이온들과 식각 대상층의 Si, O, N 등의 성분과 탄소 성분이 반응하여 비휘발성 폴리머를 발생시키게 된다.
이후, 후속 포토레지스트 코팅 공정을 비롯한 사진 식각 공정을 진행한다.
위에서 플라즈마의 형성은 그 플라즈마 소오스로서 상기한 TCP 방식을 포함하는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 방식 이외에도, Helicon, ECR, Helical, RIE, RERIE 방식 등을 사용할 수 있으며, 증착 장비 또는 식각 장비를 모두 사용할 수 있다.
첨부된 도면 도 1은 플라즈마 형성 시간에 따른 폴리머의 증착 두께를 도시한 것이다. 도시된 바와 같이 비휘발성 폴리머의 증착 두께의 조절은 플라즈마 형성 시간을 조절함으로써 가능하다. 또한, 폴리머는 단차를 가진 부분에서도 균일한 두께의 증착이 가능하여 균일한 반사율을 얻을 수 있다.
첨부된 도면 도 2는 증착된 폴리머 두께에 따른 반사율(reflective index)을 도시한 것으로, 90 내지 140Å의 얇은 두께의 비휘발성 폴리머를 사용하더라도 낮은 반사율을 유지할 수 있음을 알 수 있다. 이러한 비휘발성 폴리머를 반사방지막으로 사용할 경우, 얇은 두께로 증착하기 때문에 식각시 포토레지스트 패턴의 지나친 손실을 방지할 수 있다. 또한, 식각 공정 완료후 제거가 용이한 장점을 가지고 있다.
실험 결과, 100Å 정도의 얇은 두께로 증착된 폴리머를 사용하더라도 1300Å 정도의 두께를 가진 유기물 형태의 반사방지막 적용시 보다 반사율이 작음을 확인할 수 있었다.
그 실험 데이터를 아래의 표 1에 나타내었다.
종류 두께 1 2 3 4 5 6 7 8 9 평균 3σ
베어(bare) 웨이퍼 0Å 0.660 · · · · · · · · 0.66 0.015
비휘발성 폴리머 67.5Å .414 0.390 0.436 0.434 0.398 0.387 0.437 0.452 0.384 0.41 0.073
91.5Å 0.110 · · · · · · · · 0.11 0.072
144.4Å 0.105 0.117 0.108 0.103 0.117 0.133 0.153 0.140 0.145 0.12 0.053
150Å 0.230 0.241 0.248 0.244 0.224 0.232 0.256 0.256 0.229 0.24 0.034
유기물 반사방지막 1352Å 0.140 · · · · · · · · 0.14 ·
첨부된 도면 도 3은 본 발명에 따라 웨이퍼(10) 상부에 균일한 두께의 비휘발성 폴리머(20)가 형성된 상태를 나타내는 전자 현미경(SEM) 사진을 도시한 것이다.
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.
이상에서와 같이 본 발명을 실시하면 사진 식각 공정시 식각 대상층의 반사율을 안정적으로 관리할 수 있어 미세 패턴의 형성이 용이하며, 균일한 공정을 반복 재현할 수 있어 수율 향상에 기여할 수 있다. 또한, 별도의 특수 장비를 필요로 하지 않고 기존의 플라즈마 식각 또는 증착 장비를 이용할 수 있기 때문에 원가 상승의 염려가 없는 장점이 있다.

Claims (3)

  1. 소정의 하부층 상에 HBr 가스, N2가스, O2가스 중 적어도 어느 하나의 가스와 탄소를 포함하는 가스를 사용하여 90 내지 140Å 두께의 비휘발성 폴리머층을 증착하는 제1 단계;
    상기 비휘발성 폴리머층 상에 포토레지스트를 도포하는 제2 단계; 및
    상기 비휘발성 폴리머층을 반사방지막으로 사용하여 상기 포토레지스트에 대하여 노광 공정을 수행하는 제3 단계
    를 포함하여 이루어진 반도체 장치 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비휘발성 폴리머층은,
    1mtorr 내지 50mtorr의 증착 압력 및 -30℃ 내지 +80℃의 전극 온도 조건을 사용하여 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 비휘발성 폴리머층은,
    100W 내지 600W의 소오스 전원을 단독으로 사용하거나, 상기 소오스 전원과 함께 300W를 넘지 않는 바이어스 전원을 사용하여 증착하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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