KR100570069B1 - Method for fabrication of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하드마스크와 절연막 사이의 열악한 계면 특성을 개선하여 세정 공정시 하드마스크가 리프팅되는 현상을 방지할 수 있는 반도체소자 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막의 표면 거칠기를 증가시키기 위해 상기 절연막 상부를 표면처리하는 단계; 상기 표면처리된 절연막 상에 하드마스크용 물질막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크용 물질막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크용 물질막을 식각하여 하드마스크를 형성하는 단계; 및 적어도 상기 하드마스크를 식각마스크로 상기 절연막을 식각하여 소정의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자 제조 방법을 제공한다.The present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent the phenomenon that the hard mask is lifted during the cleaning process by improving the poor interface characteristics between the hard mask and the insulating film, the present invention provides an insulating film on the substrate Forming; Surface treating the insulating film to increase the surface roughness of the insulating film; Forming a material layer for a hard mask on the surface treated insulating film; Forming a photoresist pattern on the material layer for the hard mask; Etching the hard mask material layer using the photoresist pattern as an etching mask to form a hard mask; And etching the insulating layer using at least the hard mask as an etch mask to form a predetermined pattern.
SAC, 절연막, 하드마스크, 버퍼 절연막, 표면처리, 리프팅.SAC, insulating film, hard mask, buffer insulating film, surface treatment, lifting.
Description
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 SAC 형성 공정을 도시한 단면도.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a SAC forming process according to the prior art.
도 2는 도 1b의 SAC 공정 후의 공정 단면을 도시한 SEM 사진.FIG. 2 is a SEM photograph showing a process cross section after the SAC process of FIG. 1B. FIG.
도 3은 세정 공정 후의 공정 단면을 도시한 SEM 사진.3 is a SEM photograph showing a process cross section after the cleaning process.
도 4는 세정 공정에 의해 발생된 하드마스크의 리프팅을 도시한 평면 SEM 사진.4 is a planar SEM photograph showing the lifting of the hard mask generated by the cleaning process.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체소자의 제조 공정을 도시한 단면도.5A through 5C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
도 6은 도 5c를 도시한 평면 SEM 사진.6 is a planar SEM photograph of FIG. 5C.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체소자의 제조 공정을 도시한 단면도.7A to 7C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체소자의 제조 공정을 도시한 단면도.8A to 8C are cross-sectional views illustrating a process of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
50 : 기판 51 : 게이트절연막50
52 : 제1전도막 53 : 제2전도막52: first conductive film 53: second conductive film
54 : 게이트전극 하드마스크 55 : 스페이서54 gate electrode
56 : 소스/드레인 영역 57 : 절연막56 source / drain
59: 표면처리된 절연막 60' : 하드마스크59: surface treated insulating film 60 ': hard mask
62 : 오픈부62: open section
본 발명은 반도체소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 자기정렬콘택(Self Align Contact; 이하 SAC이라 함) 등의 식각 공정시 사용되는 하드마스크와 절연막 사이의 열악한 계면 특성으로 인한 패턴의 리프팅 현상을 방지할 수 있는 반도체소자 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
반도체소자의 고집적화에 따라 노광장비의 DOF 값도 낮아지고 또한, 보다 짧은 파장의 노광원을 이용함에 따라 투과율을 높이기 위해 포토레지스트 패턴의 두께도 감소하고 있다. 이러한 포토레지스트 패턴의 두께가 감소함에 따라 패턴 형성이 완료되기 전에 포토레지스트 패턴이 소진되면서 초기 포토레지스트 패턴의 모양이 변형되는 문제점을 안고 있다.As the integration of semiconductor devices becomes higher, the DOF value of the exposure apparatus is lowered, and the thickness of the photoresist pattern is also reduced in order to increase the transmittance by using an exposure source of shorter wavelength. As the thickness of the photoresist pattern decreases, the photoresist pattern is exhausted before the pattern formation is completed, and thus the shape of the initial photoresist pattern is deformed.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 피식각층 예컨대, SAC 공정시의 절연막과 포토레지스트 패턴 사이에 하드마스크를 채용하게 되었다. 하드마스크로는 텅스텐, 텅스텐 나이트라이드, 실리콘질화막 또는 폴리실리콘 등 다양한 물질이 사용되고 있다.In order to solve such a problem, a hard mask is employed between an insulating layer and a photoresist pattern during an SAC process. As the hard mask, various materials such as tungsten, tungsten nitride, silicon nitride, or polysilicon are used.
따라서, 이와 같이 하드마스크를 채용하는 경우에는 포토레지스트 패턴은 하드마스크(및 반사방지막) 만을 패터닝하기 위한 식각마스크로서 작용하기 때문에 얇은 두께의 포토레지스트 패턴으로도 보다 미세한 패턴의 형성이 가능하게 되었다.Therefore, in the case of employing the hard mask as described above, since the photoresist pattern acts as an etching mask for patterning only the hard mask (and the antireflection film), a finer pattern can be formed even with a thin photoresist pattern.
도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 SAC 형성 공정을 도시한 단면도이다.1A and 1B are cross-sectional views illustrating a SAC forming process according to the prior art.
도 1를 참조하면, 기판(10) 상에 복수의 게이트전극 패턴이 형성되어 있으며, 게이트전극 패턴은 게이트절연막(11)과 제1 및 제2전도막(12, 13)과 하드마스크(14)가 적층된 구조를 이루고 있다.Referring to FIG. 1, a plurality of gate electrode patterns are formed on the
게이트절연막(11)은 주로 산화막 계열을 사용하고, 제1 및 제2전도막(12, 13)은 폴리실리콘, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 나이트라이드 등의 단독 또는 조합된 구조를 사용한다. The
하드마스크(14)는 SAC 식각 등 후속 공정에서 제1 및 제2전도막(12, 13)이 어택받는 것을 방지하고, 또한 제1 및 제2전도막(12, 13)과 후속 연결부 간의 전기적 단락을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해서 주로 실리콘산화질화막, 실리콘산화막 또는 실리콘질화막을 하드마스크(14) 물질로 주로 사용한다.The
이러한 게이트전극 패턴이 형성된 프로파일을 따라 버퍼 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 실시하여 게이트전극 패턴 측면에 스페이서(15)를 형성한다.A buffer insulating layer is deposited along the profile on which the gate electrode pattern is formed, and then the entire surface is etched to form a
스페이서(15)는 이온주입에 의해 게이트전극 패턴 측면의 기판(10)에 LDD 구 조의 소스/드레인을 형성함과 아울러 SAC 공정시 게이트전극 패턴 측면의 어택을 방지하기 위한 것이다.The
따라서, 질화막의 단독 또는 산화막과 질화막이 적층된 구조 또는 질화막/산화막/질화막 구조 등 다양한 구조로 형성하며, 여기서 사용되는 질화막은 실리콘산화질화막 또는 실리콘질화막을 포함한다.Therefore, the nitride film is formed alone or in various structures such as an oxide film and a nitride film laminated or a nitride film / oxide film / nitride film structure. The nitride film used here includes a silicon oxynitride film or a silicon nitride film.
게이트전극 패턴 측면의 기판(10, 또는 웰(도시하지 않음))에 이온주입과 열확산에 의해 기판(10) 표면으로부터 일정 깊이까지 확장된 소스/드레인 영역(16)을 형성한다.A source /
숏 채널에 의한 핫 캐리어 효과를 방지하기 위해 로우 레벨의 불순물 도핑 및 스페이서(15) 형성 후 다시 하이 레벨의 불순물 도핑을 실시하여 컨벤셔널한 구조로 형성하나, 여기서는 LDD 구조가 아닌 단순한 형태로 도시하였다.In order to prevent the hot carrier effect due to the short channel, a low level impurity doping and a
이어서, 게이트전극 패턴이 형성된 전체 구조 상부에 층간절연을 위한 절연막(17)을 형성한다.Next, an
절연막(17)은 BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)막, BSG(Boro Silicate Glass)막, PSG(Phospho Silicate Glass)막, TEOS(Tetra Ethyl Ortho SIlicate)막 또는 HDP(High Density Plasma) 산화막 등 산화막 계열의 물질을 사용한다.The
한편, 고집적화에 따라 게이트전극 패턴의 수직 높이가 증가하여 게이트전극 패턴 사이에서의 종횡비가 증가하여 절연막(17) 증착시 갭-필 불량이 초래된다.On the other hand, as the high integration increases the vertical height of the gate electrode pattern, the aspect ratio between the gate electrode patterns increases, resulting in gap-fill defects when the
이를 방지하기 위해 최근에는 갭-필 특성이 우수한 SOD막 등을 이용하여 도포하고, 막의 치밀화를 위해 열처리 공정을 실시한다.In order to prevent this, recently, an SOD film having excellent gap-fill characteristics is applied, and a heat treatment process is performed to densify the film.
이어서, 절연막(17) 상에 후속 SAC 공정시 포토레지스트의 약한 식각 내성을 확보하기 위해 하드마스크용 물질막(18)을 증착한 다음, 하드마스크용 물질막(18) 상에 SAC 형성용 포토레지스트 패턴(19)을 형성한다.Subsequently, a hard
하드마스크용 물질막(18)은 얇은 포토레지스트 패턴(19)의 두께로 식각 공정을 진행하기 때문에 두께가 낮지만 층간절연용으로 주로 사용되는 산화막 계열의 물질막에 대해서는 식각선택비가 높은 것이 요구되므로 주로 질화막 계열의 물질막을 이용한다.Since the hard
이어서, 포토레지스트 패턴(19)을 식각마스크로 하드마스크용 물질막(19)을 식각하여 패턴 영역을 정의 하는 바, 이 때 하드마스크(18')가 형성된다.Subsequently, the hard
계속해서, 포토레지스트 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(19)을 제거한 다음, 하드마스크(18')를 식각마스크로 절연막(17)을 식각하는 SAC 식각 공정을 실시하여 도 1b에 도시된 바와 같이 소스/드레인 영역(16)을 노출시키는 오픈부(20) 즉, 콘택홀을 형성한다.Subsequently, a photoresist strip process is performed to remove the
SAC 공정은 주로 불소계 가스에 대해 식각선택비를 갖는 산화막과 질화막을 이용하여 하지층(즉, 절연막(17))을 식각한다.In the SAC process, an underlying layer (ie, insulating film 17) is etched using an oxide film and a nitride film having an etching selectivity mainly with respect to a fluorine-based gas.
또한, 전술한 예에서는 하드마스크(18') 패턴 형성 후 포토레지스트 스트립 공정을 실시하였으나, SAC 식각 공정 후 포토레지스트 스트립 공정을 실시할 수도 있다.In the above-described example, the photoresist strip process is performed after the hard mask 18 'pattern is formed. However, the photoresist strip process may be performed after the SAC etching process.
SAC 식각 공정 및 통상의 식각 공정 후에는 식각잔류물을 제거하고 오픈부(20)의 저면 면적을 충분히 확보함과 동시에 소스/드레인 영역(16)을 이루는 기판(10) 영역에서 형성된 자연 산화막을 제거하기 위해 세정 공정을 실시한다. 세정 공정은 BOE 또는 희석된 불산 용액을 이용하여 실시한다.After the SAC etching process and the normal etching process, the etch residues are removed, the bottom area of the
한편, 피식각층인 절연막(17)과 하드마스크(18')는 서로 다른 식각 특성을 가지며, 이를 위해 이들의 구성 원소는 서로 다르다. 따라서, 절연막(17)과 하드마스크(18') 사이의 계면에서의 접착 특성은 양호한 상태를 유지하기가 함들며, 전술한 세정 공정에서 이러한 불량한 계면을 따라 어택이 발생하게 된다.Meanwhile, the
도 2는 도 1b의 SAC 공정 후의 공정 단면을 도시한 SEM 사진이고, 도 3은 세정 공정 후의 공정 단면을 도시한 SEM 사진이며. 도 4는 세정 공정에 의해 발생된 하드마스크의 리프팅을 도시한 평면 SEM 사진이다.FIG. 2 is an SEM photograph showing a process cross section after the SAC process of FIG. 1B, and FIG. 3 is an SEM photograph showing a process cross section after the cleaning process. 4 is a planar SEM photograph showing the lifting of the hard mask generated by the cleaning process.
예컨대, 절연막(17)으로 BPSG막을 사용하고 하드마스크(18')로 실리콘질화막을 사용하였을 경우 SAC 형성 공정까지는 이상이 없지만, 식각 공정에서 발생되는 폴리머성 부산물을 제거하거나, 계면에 발생하는 자연 산화막(Native oxide)을 제거하기 위해 세정 공정은 필수적으로 사용된다.For example, when the BPSG film is used as the
즉, 도 2를 참조하면, SAC 식각 공정 후에는 절연막(17)과 하드마스크(18') 사이의 계면에서의 접착 불량으로 인한 하드마스크(18')의 리프팅(Lifting)은 발생하지 않았음을 확인할 수 있다.That is, referring to FIG. 2, after the SAC etching process, no lifting of the
한편, 도 3을 참조하면, 절연막(17)으로 사용된 BPSG막과 하드마스크(18')로 사용된 실리콘질화막 사이의 계면 'a'이 세정 공정에 의해 취약해져 있음을 알 수 있다.On the other hand, referring to Figure 3, it can be seen that the interface 'a' between the BPSG film used as the insulating
따라서, 두 막 사이의 계면이 분리될 경우 도 4에 도시된 바와 같이 하드카 스크의 리프팅이 발생하게 되어, 결국 반도체소자의 패턴 불량을 초래하게 된다.Accordingly, when the interface between the two films is separated, the lifting of the hard mask occurs as shown in FIG. 4, resulting in a poor pattern of the semiconductor device.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 하드마스크와 절연막 사이의 열악한 계면 특성을 개선하여 세정 공정시 하드마스크가 리프팅되는 현상을 방지할 수 있는 반도체소자 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and provides a method for manufacturing a semiconductor device that can prevent the phenomenon that the hard mask is lifted during the cleaning process by improving the poor interface characteristics between the hard mask and the insulating film. For that purpose.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막의 표면 거칠기를 증가시키기 위해 상기 절연막 상부를 표면처리하는 단계; 상기 표면처리된 절연막 상에 하드마스크용 물질막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크용 물질막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크용 물질막을 식각하여 하드마스크를 형성하는 단계; 및 적어도 상기 하드마스크를 식각마스크로 상기 절연막을 식각하여 소정의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자 제조 방법을 제공한다.The present invention to achieve the above object, forming an insulating film on a substrate; Surface treating the insulating film to increase the surface roughness of the insulating film; Forming a material layer for a hard mask on the surface treated insulating film; Forming a photoresist pattern on the material layer for the hard mask; Etching the hard mask material layer using the photoresist pattern as an etching mask to form a hard mask; And etching the insulating layer using at least the hard mask as an etch mask to form a predetermined pattern.
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또한, 상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상에 이웃하는 제1 및 제2도전패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2도전패턴을 포함한 전체 구조 상부에 절연막을 형성하는 단계; 상기 절연막을 선택적으로 제거하여 상기 제1 및 제2도전패턴 상부와 평탄화시키는 단계; 상기 평탄화 전체구조 상부에 하드마스크용 물질막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크용 물질막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크용 절연막을 식각하여 하드마스크를 형성하는 단계; 및 적어도 상기 하드마스크를 식각마스크로 상기 절연막을 식각하여 소정의 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체소자 제조 방법을 제공한다.In addition, to achieve the above object, the present invention, forming a neighboring first and second conductive pattern on the substrate; Forming an insulating film on the entire structure including the first and second conductive patterns; Selectively removing the insulating layer to planarize the upper portion of the first and second conductive patterns; Forming a material layer for a hard mask on the planarization entire structure; Forming a photoresist pattern on the material layer for the hard mask; Forming a hard mask by etching the insulating layer for the hard mask using the photoresist pattern as an etching mask; And etching the insulating layer using at least the hard mask as an etch mask to form a predetermined pattern.
본 발명은, 절연막을 피식각층으로 하는 식각 공정에서 패턴 변형을 방지하기 위해 포토레지스트 패턴과 절연막 사이에 형성하는 하드마스크와 절연막 사이의 계면 특성을 향상시키거나 또는 계면을 줄임으로써, 패턴 형성을 위한 식각 공정 후 실시하는 세정 공정에서 하드마스크가 리프팅되는 문제점을 해결할 수 있도록 한다.The present invention provides a method for forming a pattern by improving or reducing an interface property between a hard mask and an insulating film formed between a photoresist pattern and an insulating film in order to prevent pattern deformation in an etching process using the insulating film as an etched layer. The problem that the hard mask is lifted in the cleaning process performed after the etching process may be solved.
이를 위해 다음과 같은 3가지 방법을 사용한다.There are three ways to do this.
1). 피식각층인 절연막을 표면처리하여 거칠기를 증가시킴으로써, 절연막과 하드마스크의 계면 접착 특성을 향상시킨다.One). By increasing the roughness by surface treatment of the insulating film to be etched, the interfacial adhesion between the insulating film and the hard mask is improved.
2). 절연막과 하드마스크 사이에 두 막간의 접착력을 향상시킬 수 있는 버퍼 절연막을 형성한다.2). A buffer insulating film capable of improving the adhesion between the two films is formed between the insulating film and the hard mask.
3). 게이트전극 패턴 등 도전패턴 사이를 노출시키는 SAC 공정의 경우 절연막을 도전패턴의 상부(게이트 하드마스크)와 평탄화시키고, 평탄화된 도전패턴 상단부와 하드마스크가 직접 접촉되도록 하여 절연막과 하드마스크 사이의 접촉 계면을 줄인다.3). In the SAC process exposing the conductive patterns such as the gate electrode pattern, the insulating film is planarized with the upper part of the conductive pattern (gate hard mask), and the upper surface of the planarized conductive pattern is directly contacted with the hard mask so that the contact interface between the insulating film and the hard mask is made. Reduce
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체소자의 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 반도체소자 제조 공정을 상세히 살펴 본다.5A to 5C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and the semiconductor device manufacturing process of the present invention will be described in detail with reference to the drawing.
도 5a를 참조하면, 기판(50) 상에 복수의 게이트전극 패턴이 형성되어 있으며, 게이트전극 패턴은 게이트절연막(51)과 제1 및 제2전도막(52, 53)과 하드마스크(54)가 적층된 구조를 이루고 있다.Referring to FIG. 5A, a plurality of gate electrode patterns are formed on the
게이트절연막(51)은 주로 산화막 계열을 사용하고, 제1 및 제2전도막(52, 53)은 폴리실리콘, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 텅스텐 나이트라이드 등의 단독 또는 조합된 구조를 사용한다. The
하드마스크(54)는 SAC 식각 등 후속 공정에서 제1 및 제2전도막(52, 53)이 어택받는 것을 방지하고, 또한 제1 및 제2전도막(52, 53)과 후속 연결부 간의 전기적 단락을 방지하는 역할을 한다. 이를 위해서 주로 실리콘산화질화막, 실리콘산화막 또는 실리콘질화막을 하드마스크(54) 물질로 주로 사용한다.The
이러한 게이트전극 패턴이 형성된 프로파일을 따라 버퍼 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 실시하여 게이트전극 패턴 측면에 스페이서(55)를 형성한다.A buffer insulating layer is deposited along the profile in which the gate electrode pattern is formed, and then the entire surface is etched to form a
스페이서(55)는 이온주입에 의해 게이트전극 패턴 측면의 기판(50)에 LDD 구조의 소스/드레인을 형성함과 아울러 SAC 공정시 게이트전극 패턴 측면의 어택을 방지하기 위한 것이다.The
따라서, 질화막의 단독 또는 산화막과 질화막이 적층된 구조 또는 질화막/산화막/질화막 구조 등 다양한 구조로 형성하며, 여기서 사용되는 질화막은 실리콘산화질화막 또는 실리콘질화막을 포함한다.Therefore, the nitride film is formed alone or in various structures such as an oxide film and a nitride film laminated or a nitride film / oxide film / nitride film structure. The nitride film used here includes a silicon oxynitride film or a silicon nitride film.
게이트전극 패턴 측면의 기판(50, 또는 웰(도시하지 않음))에 이온주입과 열확산에 의해 기판(50) 표면으로부터 일정 깊이까지 확장된 소스/드레인 영역(56)을 형성한다.A source /
숏 채널에 의한 핫 캐리어 효과를 방지하기 위해 로우 레벨의 불순물 도핑 및 스페이서(55) 형성 후 다시 하이 레벨의 불순물 도핑을 실시하여 컨벤셔널한 구조로 형성하나, 여기서는 LDD 구조가 아닌 단순한 형태로 도시하였다.In order to prevent the hot carrier effect due to the short channel, a low-level impurity doping and a
이어서, 게이트전극 패턴이 형성된 전체 구조 상부에 층간절연을 위한 절연막(57)을 형성한다.Subsequently, an insulating
절연막(57)은 BPSG막, BSG막, PSG막, TEOS막 또는 HDP 산화막 등 산화막 계열의 물질을 사용한다.The insulating
한편, 고집적화에 따라 게이트전극 패턴의 수직 높이가 증가하여 게이트전극 패턴 사이에서의 종횡비가 증가하여 절연막(57) 증착시 갭-필 불량이 초래된다.On the other hand, as the high integration increases the vertical height of the gate electrode pattern, the aspect ratio between the gate electrode patterns increases, resulting in gap-fill defects when the insulating
이를 방지하기 위해 최근에는 갭-필 특성이 우수한 SOD막 등을 이용하여 도포하고, 막의 치밀화를 위해 열처리 공정을 실시한다.In order to prevent this, recently, an SOD film having excellent gap-fill characteristics is applied, and a heat treatment process is performed to densify the film.
이어서, 후속 하드마스크용 물질막과 절연막(57)의 접촉 계면에서의 접착력을 향상시키기 위해 절연막(57)의 표면처리(58)를 실시하여 도면부호 '59'와 같이 절연막(57) 표면의 특성을 변화시킨다.Subsequently, in order to improve the adhesion at the contact interface between the material film for hard mask and the insulating
표면 처리의 방식으로는 플라즈마를 이용한 건식 방식 또는 습식 용액을 이용한 습식 방식으로 절연막(57) 표면의 막 거칠기를 증가시켜 후속 하드마스크용 물질막과의 결합력을 향상시킨다.As a surface treatment method, the film roughness of the surface of the insulating
플라즈마를 이용하는 경우, N2O, N2, NH3, O2, O3, Ar 또는 He 등을 이용하며, 5초 ∼ 30초 정도의 시간 동안 실시하는 것이 바람직하다.In the case of using a plasma, N 2 O, N 2 , NH 3 , O 2 , O 3 , Ar, or He is used, and it is preferable to carry out for a time of about 5 seconds to 30 seconds.
습식 용액을 이용하는 경우, HF와 NH4F의 비가 7 : 1 ∼ 500 : 1인 BOE, SC(Standard Cleaning)-1(NH4OH, H2O2 및 H2O의 혼합용액), SC-2(HCl, H2O2 및 H2O의 혼합용액) 또는 물에 5 : 1 ∼ 500 : 1로 희석된 HF를 사용한다. When using a wet solution, the ratio of HF and NH 4 F is 7: 1 to 500: 1 BOE, SC (Standard Cleaning) -1 (mixture of NH 4 OH, H 2 O 2 and H 2 O), SC- 2 (mixture of HCl, H 2 O 2 and H 2 O) or HF diluted 5: 1 to 500: 1 in water is used.
이어서, 도 5b에 도시된 바와 같이, 표면처리된 절연막(59) 상에 후속 SAC 공정시 포토레지스트의 약한 식각 내성을 확보하기 위해 하드마스크용 물질막(60) 을 증착한 다음, SAC 형성용 포토레지스트 패턴(61)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 5B, a hard
반도체소자의 고집적화에 따라 노광장비의 DOF 값도 낮아지고 포토레지스트의 두께도 낮아진다. 포토레지스트의 두께가 낮아지면서 패턴 형성이 완료되기 전에 포토레지스트 패턴이 소진되면서 초기의 패턴 모양이 변형되는 문제점이 발생한다.As the semiconductor device is highly integrated, the DOF of the exposure apparatus is lowered and the thickness of the photoresist is lowered. As the thickness of the photoresist decreases, a problem occurs that the initial pattern shape is deformed as the photoresist pattern is exhausted before the pattern formation is completed.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 포토레지스트 패턴(61)과 피식각층(여기서는 절연막(57)) 사이에 텅스텐, 텅스텐 나이트라이드, 질화막 또는 폴리실리콘 등 다양한 물질을 이용하여 하드마스크를 형성하는 기술이 적용되었다.In order to solve this problem, a technique of forming a hard mask using various materials such as tungsten, tungsten nitride, nitride, or polysilicon is applied between the
따라서, 상기한 하드마스크용 물질막(60)을 증착하게 되었는 바, 하드마스크용 물질막(60)은 얇은 포토레지스트 패턴(61)의 두께로 식각 공정을 진행하기 때문에 두께가 낮지만 층간절연용으로 주로 사용되는 산화막 계열의 물질막에 대해서는 식각선택비가 높은 것이 요구되므로 주로 질화막 계열의 물질막을 이용한다.Therefore, since the hard
여기서, 하드마스크용 물질막(60)으로 질화막을 사용하는 경우, 질화막을 플라즈마 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; 이하 PECVD라 함) 방식으로 증착할 때, 전술한 절연막(57)의 플라즈마 처리시 동일 챔버 내에서 진공 파괴없이 즉, 인시튜(In-situ)로 진행할 수 있다.Here, in the case where the nitride film is used as the hard
이어서, 도 5c에 도시된 비와 같이, 포토레지스트 패턴(61)을 식각마스크로 하드마스크용 물질막(60)을 식각하여 패턴 영역을 정의 하는 바, 이 때 하드마스크(60')가 형성된다.Subsequently, as shown in FIG. 5C, the hard
계속해서, 포토레지스트 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(61)을 제거한 다음, 하드마스크(60')를 식각마스크로 표면처리된 절연막(59)과 절연막(57)을 식각하는 SAC 식각 공정을 실시하여 도 5c에 도시된 바와 같이 소스/드레인 영역(56)을 노출시키는 오픈부(62) 즉, 콘택홀을 형성한다.Subsequently, a photoresist strip process is performed to remove the
SAC 공정은 주로 불소계 가스에 대해 식각선택비를 갖는 산화막과 질화막을 이용하여 하지층(즉, 절연막(57))을 식각한다.In the SAC process, the underlying layer (ie, the insulating film 57) is etched mainly by using an oxide film and a nitride film having an etching selectivity with respect to the fluorine-based gas.
한편, 여기서는 게이트전극 패턴 사이에 플러그를 형성하기 위한 SAC 공정을 그 예로 하였으나, 이외에 절연막이 피식각층이고 그 상부에 하드마스크를 형성하고 절연막을 식각하는 통상의 패턴 형성 공정에 적용이 가능하다.Meanwhile, although the SAC process for forming a plug between the gate electrode patterns is taken as an example, the insulating film is an etched layer, and the present invention may be applied to a general pattern forming process for forming a hard mask on the upper portion and etching the insulating film.
또한, 전술한 예에서는 하드마스크(60') 패턴 형성 후 포토레지스트 스트립 공정을 실시하였으나, SAC 식각 공정 후 포토레지스트 스트립 공정을 실시할 수도 있다.In the above-described example, the photoresist strip process is performed after the hard mask 60 'pattern is formed, but the photoresist strip process may be performed after the SAC etching process.
SAC 식각 공정 및 통상의 식각 공정 후에는 식각잔류물을 제거하고 오픈부(62)의 저면 면적을 충분히 확보함과 동시에 소스/드레인 영역(56)을 이루는 기판(50) 영역에서 형성된 자연 산화막을 제거하기 위해 세정 공정을 실시한다. 세정 공정은 BOE 또는 희석된 불산 용액을 이용하여 실시한다.After the SAC etching process and the normal etching process, the etch residues are removed, the bottom area of the
상기한 제1실시예에서는, 절연막(57)의 표면처리를 통해 표면 거칠기를 증가시켜 하드마스크(60')와의 접착 특성을 향상시킴으로써, 세정 공정에 따른 하드마스크(60')의 리프팅 현상을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.In the first embodiment described above, the surface roughness is increased through surface treatment of the insulating
도 6은 도 5c를 도시한 평면 SEM 사진으로서, 세정 공정에 의해 하드마스크의 리프팅이 발생하지 않고 패턴이 양호하게 형성되었음을 확인할 수 있다.FIG. 6 is a planar SEM photograph of FIG. 5C, and it may be confirmed that the pattern is well formed without lifting of the hard mask by the cleaning process.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체소자의 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 반도체소자 제조 공정을 상세히 살펴 보는 바, 제1실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호를 사용하며, 그 구체적인 설명은 생략한다.7A to 7C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention. With reference to this, the semiconductor device manufacturing process of the present invention will be described in detail with reference to the same elements as in the first embodiment. The same reference numerals are used for, and a detailed description thereof will be omitted.
도 7a를 참조하면, 기판(50) 상에 복수의 게이트전극 패턴이 형성되어 있으며, 게이트전극 패턴은 게이트절연막(51)과 제1 및 제2전도막(52, 53)과 하드마스크(54)가 적층된 구조를 이루고 있다.Referring to FIG. 7A, a plurality of gate electrode patterns are formed on the
이러한 게이트전극 패턴이 형성된 프로파일을 따라 버퍼 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 실시하여 게이트전극 패턴 측면에 스페이서(55)를 형성한다.A buffer insulating layer is deposited along the profile in which the gate electrode pattern is formed, and then the entire surface is etched to form a
게이트전극 패턴 측면의 기판(50)에 이온주입과 열확산에 의해 기판(50) 표면으로부터 일정 깊이까지 확장된 소스/드레인 영역(56)을 형성한다.A source /
이어서, 게이트전극 패턴이 형성된 전체 구조 상부에 층간절연을 위한 절연막(57)을 형성하며, 절연막(57)은 BPSG막, BSG막, PSG막, TEOS막 또는 HDP 산화막 등 산화막 계열의 물질을 사용한다.Subsequently, an insulating
이어서, 후속 하드마스크용 물질막과 절연막(57)의 접촉 계면에서의 접착력을 향상시키기 위해 절연막(57) 상에 버퍼 절연막(63)을 형성한다.Subsequently, a
버퍼 절연막(63)은 절연막(57)과 후속 하드마스크와의 열악한 계면 접착 특성을 확보하기 위해 산화막 계열의 물질막을 사용하며, PECVD 방식을 이용한다.The
이 때, SiH4, TEOS, O2 또는 N2O 등의 반응 소스를 이용하여 100W ∼ 1KW의 파워를 이용하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to use a power of 100 W to 1 KW using a reaction source such as SiH 4 , TEOS, O 2, or N 2 O.
이어서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 버퍼 절연막(63) 상에 후속 SAC 공정시 포토레지스트의 약한 식각 내성을 확보하기 위해 하드마스크용 물질막(60)을 증착한 다음, SAC 형성용 포토레지스트 패턴(61)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 7B, a hard
하드마스크용 물질막(60)은 얇은 포토레지스트 패턴(61)의 두께로 식각 공정을 진행하기 때문에 두께가 낮지만 층간절연용으로 주로 사용되는 산화막 계열의 물질막에 대해서는 식각선택비가 높은 것이 요구되므로 주로 질화막 계열의 물질막을 이용한다.Since the hard
이어서, 포토레지스트 패턴(61)을 식각마스크로 하드마스크용 물질막(60)을 식각하여 패턴 영역을 정의 하는 바, 이 때 하드마스크(60')가 형성된다.Subsequently, the hard
계속해서, 포토레지스트 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(61)을 제거한 다음, 하드마스크(60')를 식각마스크로 버퍼 절연막(63)과 절연막(57)을 식각하는 SAC 식각 공정을 실시하여 도 7c에 도시된 바와 같이 소스/드레인 영역(56)을 노출시키는 오픈부(62) 즉, 콘택홀을 형성한다.Subsequently, the photoresist strip process is performed to remove the
SAC 공정은 주로 불소계 가스에 대해 식각선택비를 갖는 산화막과 질화막을 이용하여 하지층(즉, 절연막(57))을 식각한다.In the SAC process, the underlying layer (ie, the insulating film 57) is etched mainly by using an oxide film and a nitride film having an etching selectivity with respect to the fluorine-based gas.
한편, 전술한 예에서는 하드마스크(60') 패턴 형성 후 포토레지스트 스트립 공정을 실시하였으나, SAC 식각 공정 후 포토레지스트 스트립 공정을 실시할 수도 있다.In the above-described example, the photoresist strip process is performed after the hard mask 60 'pattern is formed. However, the photoresist strip process may be performed after the SAC etching process.
SAC 식각 공정 및 통상의 식각 공정 후에는 식각잔류물을 제거하고 오픈부(62)의 저면 면적을 충분히 확보함과 동시에 소스/드레인 영역(56)을 이루는 기판(50) 영역에서 형성된 자연 산화막을 제거하기 위해 세정 공정을 실시한다. 세정 공정은 BOE 또는 희석된 불산 용액을 이용하여 실시한다.After the SAC etching process and the normal etching process, the etch residues are removed, the bottom area of the
상기한 제2실시예에서는, 절연막(57)과 하드마스크(60') 사이에 버퍼 절연막(63)을 형성하여 계면 접착 특성을 향상시킴으로써, 세정 공정에 따른 하드마스크(60')의 리프팅 현상을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.In the second embodiment described above, the
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체소자의 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 반도체소자 제조 공정을 상세히 살펴 보는 바, 제1 및 제2실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일부호를 사용하며, 그 구체적인 설명은 생략한다.8A to 8C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. The semiconductor device manufacturing process of the present invention will be described in detail with reference to the first and second embodiments. The same reference numerals are used for the same components, and detailed description thereof will be omitted.
도 8a를 참조하면, 기판(50) 상에 복수의 게이트전극 패턴이 형성되어 있으며, 게이트전극 패턴은 게이트절연막(51)과 제1 및 제2전도막(52, 53)과 하드마스크(54)가 적층된 구조를 이루고 있다.Referring to FIG. 8A, a plurality of gate electrode patterns are formed on the
이러한 게이트전극 패턴이 형성된 프로파일을 따라 버퍼 절연막을 증착한 다음, 전면식각을 실시하여 게이트전극 패턴 측면에 스페이서(55)를 형성한다.A buffer insulating layer is deposited along the profile in which the gate electrode pattern is formed, and then the entire surface is etched to form a
게이트전극 패턴 측면의 기판(50)에 이온주입과 열확산에 의해 기판(50) 표면으로부터 일정 깊이까지 확장된 소스/드레인 영역(56)을 형성한다.A source /
이어서, 게이트전극 패턴이 형성된 전체 구조 상부에 층간절연을 위한 절연막(57)을 형성하며, 절연막(57)은 BPSG막, BSG막, PSG막, TEOS막 또는 HDP 산화막 등 산화막 계열의 물질을 사용한다.Subsequently, an insulating
이어서, 절연막(57)을 선택적으로 제거(64)하여 게이트전극 패턴의 하드마스크(54)와 실질적으로 동일한 높이가 되도록 평탄화시킨다.Subsequently, the insulating
평탄화는 CMP 공정을 실시하여 형성하거나, 건식 또는 습식의 전면식각을 이용할 수도 있고, 게이트전극 패턴이 형성되지 않는 영역에서 절연막(57)이 손실되는 것을 방지하기 위해 게이트전극 패턴이 형성되지 않는 영역 만을 마스킹하고 건식 및 습식 식각 공정을 진행할 수도 있다.The planarization may be performed by performing a CMP process, or may use dry or wet front surface etching, and may plan only a region where the gate electrode pattern is not formed in order to prevent loss of the insulating
이어서, 도 8b에 도시된 바와 같이, 게이트전극 패턴과 절연막(57)이 평탄화된 전체 구조 상부에 후속 SAC 공정시 포토레지스트의 약한 식각 내성을 확보하기 위해 하드마스크용 물질막(60)을 증착한 다음, SAC 형성용 포토레지스트 패턴(61)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 8B, the hard
하드마스크용 물질막(60)은 얇은 포토레지스트 패턴(61)의 두께로 식각 공정을 진행하기 때문에 두께가 낮지만 층간절연용으로 주로 사용되는 산화막 계열의 물질막에 대해서는 식각선택비가 높은 것이 요구되므로 주로 질화막 계열의 물질막을 이용한다.Since the hard
이어서, 포토레지스트 패턴(61)을 식각마스크로 하드마스크용 물질막(60)을 식각하여 패턴 영역을 정의 하는 바, 이 때 하드마스크(60')가 형성된다.Subsequently, the hard
계속해서, 포토레지스트 스트립 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(61)을 제거한 다음, 하드마스크(60')를 식각마스크로 절연막(57)을 식각하는 SAC 식각 공정을 실시하여 도 8c에 도시된 바와 같이 소스/드레인 영역(56)을 노출시키는 오픈부(62) 즉, 콘택홀을 형성한다.Subsequently, a photoresist strip process is performed to remove the
SAC 공정은 주로 불소계 가스에 대해 식각선택비를 갖는 산화막과 질화막을 이용하여 하지층(즉, 절연막(57))을 식각한다.In the SAC process, the underlying layer (ie, the insulating film 57) is etched mainly by using an oxide film and a nitride film having an etching selectivity with respect to the fluorine-based gas.
한편, 전술한 예에서는 하드마스크(60') 패턴 형성 후 포토레지스트 스트립 공정을 실시하였으나, SAC 식각 공정 후 포토레지스트 스트립 공정을 실시할 수도 있다.In the above-described example, the photoresist strip process is performed after the hard mask 60 'pattern is formed. However, the photoresist strip process may be performed after the SAC etching process.
SAC 식각 공정 및 통상의 식각 공정 후에는 식각잔류물을 제거하고 오픈부(62)의 저면 면적을 충분히 확보함과 동시에 소스/드레인 영역(56)을 이루는 기판(50) 영역에서 형성된 자연 산화막을 제거하기 위해 세정 공정을 실시한다. 세정 공정은 BOE 또는 희석된 불산 용액을 이용하여 실시한다.After the SAC etching process and the normal etching process, the etch residues are removed, the bottom area of the
상기한 제3실시예에서는, 하드마스크(60')를 게이트전극 패턴 상부의 하드마스크(54)와 평탄화시켜 절연막(57)과 하드마스크(60') 사이의 접촉 면적을 최소로 함으로써, 세정 공정에 따른 하드마스크(60')의 리프팅 현상을 방지할 수 있음을 확인할 수 있다.In the third embodiment, the hard mask 60 'is planarized with the
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 절연막을 피식각층으로 하는 식각 공정에서 패턴 변형을 방지하기 위해 포토레지스트 패턴과 절연막 사이에 형성하는 하드마스크와 절연막 사이의 계면 특성을 향상시키거나 또는 계면을 줄임으로써, 패턴 형성을 위한 식각 공정 후 실시하는 세정 공정에서 하드마스크가 리프팅되는 문제점을 해결할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.According to the present invention as described above, in order to prevent pattern deformation in an etching process using an insulating film as an etched layer, an interface property between a hard mask and an insulating film formed between the photoresist pattern and the insulating film is improved or the interface is reduced. In the cleaning process performed after the etching process for forming the pattern, the problem that the hard mask is lifted has been found through the examples.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
예컨대, 전술한 본 발명의 실시예에서는 게이트전극 패턴 형성 공정을 그 일예로 하였으나, 이외에도 실시예에 제시한 구조(하드마스크와 도전막이 적층된 구조)를 갖는 다양한 도전패턴에 적용이 가능하다.For example, in the above-described embodiment of the present invention, the gate electrode pattern forming process is taken as an example. However, the present invention may be applied to various conductive patterns having the structure (a structure in which a hard mask and a conductive film are stacked).
상술한 바와 같은 본 발명은, 하드마스크의 리프팅을 억제하여 패턴 변형을 방지할 수 있어, 궁극적으로 반도체소자의 수율을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.The present invention as described above can prevent the deformation of the pattern by inhibiting the lifting of the hard mask, it can be expected an excellent effect that can ultimately improve the yield of the semiconductor device.
Claims (11)
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