KR100752172B1 - Method for Forming of Contact Hole - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콘택홀 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming a contact hole.
본 발명에 따른 콘택홀 형성 방법은 먼저 실리콘 기판에 형성된 절연막 위에 반사방지막 및 포토레지스트 물질을 순차적으로 도포하고, 포토레지스트 물질을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. In the method for forming a contact hole according to the present invention, first, an antireflection film and a photoresist material are sequentially applied onto an insulating film formed on a silicon substrate, and the photoresist material is exposed and developed to form a photoresist pattern.
그리고 유량이 6sccm 내지 8sccm인 산소와, 플루오르화메틸렌의 유량이 25sccm 내지 27sccm인 플루오르화메틸렌을 식각제로 사용하여 반사방지막을 선택적으로 식각한다. 이때, 산소와 플루오르화메틸렌의 비율은 6:27~8:25로 하는 것이 바람직하다. 또한, 식각제에 400sccm의 아르곤을 더 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 반사방지막의 식각은 150mT의 압력에서 1300Ws의 전압으로 60초간 시행된다. 반사 방지막을 식각한 다음 절연막을 선택적으로 식각함으로써 콘택홀을 형성한다The antireflection film is selectively etched using oxygen having a flow rate of 6 sccm to 8 sccm and methylene fluoride having a flow rate of methylene fluoride of 25 sccm to 27 sccm as an etchant. At this time, it is preferable that the ratio of oxygen and methylene fluoride is 6: 27-8: 25. In addition, it is preferable to further include 400 sccm of argon in the etchant. The anti-reflection film is etched for 60 seconds at a voltage of 1300 Ws at a pressure of 150 mT. A contact hole is formed by etching the antireflection film and then selectively etching the insulating film.
이와 같은 조건으로 식각을 하면 콘택홀의 설계 임계치수와 실제 치수와의 차이를 줄이고, 이에 따라 미세 콘택홀을 형성할 수 있다.Etching under these conditions reduces the difference between the design critical dimension and the actual dimension of the contact hole, thereby forming a fine contact hole.
콘택홀. 반사방지막. 식각 Contact Hall. Antireflection film. Etching
Description
도 1a 내지 도 1c는 콘택홀 형성 방법을 나타내는 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method for forming a contact hole.
도 2는 식각제 비율에 따른 콘택홀의 패턴 편차 값을 나타내는 그래프.2 is a graph showing a pattern deviation value of a contact hole according to an etchant ratio.
도 3은 식각제 비율에 따라 형성된 콘택홀의 사진도.3 is a photographic view of a contact hole formed according to an etchant ratio.
도 4는 식각제 비율에 따라 형성된 콘택홀의 상부 임계치수와 하부 임계치수를 나타내는 그래프.4 is a graph showing upper and lower critical dimensions of a contact hole formed according to an etchant ratio.
본 발명은 콘택홀 형성 방법에 관한 것으로, 특히 패턴 선폭의 설계 임계치수와 최종 임계치수간의 편차를 조절하여 미세 콘택홀을 형성하기에 적합한 콘택홀 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a contact hole, and more particularly, to a method for forming a contact hole suitable for forming a fine contact hole by adjusting a deviation between a design threshold dimension and a final threshold dimension of a pattern line width.
반도체 소자는 트랜지스터 및 커패시터 등으로 구성되며, 각각의 구성요소들 사이에 전기적인 신호를 전달하기 위한 수단으로 배선을 형성한다. 이러한 배선은 콘택홀을 통하여 원하는 부분과 접촉된다. 그리고, 각종 패턴들과 마찬가지로 콘택홀도 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 형성한다.The semiconductor device is composed of a transistor, a capacitor, and the like, and forms a wiring as a means for transferring an electrical signal between the respective components. This wiring is in contact with the desired portion through the contact hole. Like the various patterns, contact holes are formed through a photolithography process.
포토리소그라피 공정은 식각대상층 상에 포토레지스트를 도포하는 도포공정, 도포된 포토레지스트의 소정 부분에 광을 조사하는 노광공정, 노광되거나 노광되지 않은 포토레지스트 부분을 제거하는 현상 공정으로 구성된다. 이런 과정을 통하여 최종적으로 얻어진 포토레지스트 패턴을 이용해서 피식각층을 식각함으로써 원하는 패턴을 형성한다. 이때, 포토리소그라피 공정으로 구현 가능한 패턴의 임계치수(Critical Dimension 이하; CD)는 노광 공정에서 사용하는 광원의 파장에 의해 좌우된다. 이것은 노광 공정을 통해 구현할 수 있는 포토레지스트 패턴의 선폭에 따라 실제 패턴의 CD가 결정되기 때문이다. The photolithography process includes a coating step of applying a photoresist on an etch target layer, an exposure step of irradiating light to a predetermined portion of the applied photoresist, and a developing step of removing an exposed or unexposed part of the photoresist. The desired pattern is formed by etching the layer to be etched using the photoresist pattern finally obtained through this process. At this time, the critical dimension (CD) of the pattern that can be implemented by the photolithography process depends on the wavelength of the light source used in the exposure process. This is because the CD of the actual pattern is determined according to the line width of the photoresist pattern that can be realized through the exposure process.
하지만 특정 광원을 가지고 패턴을 형성하는 데에는 한계가 있다. 특히 미세 패턴의 콘택홀을 형성하는 데에는 노광장치의 한계로 인해 다른 방법들이 제안되고 있다.However, there is a limit to forming a pattern with a specific light source. In particular, other methods have been proposed for forming a fine pattern contact hole due to the limitation of the exposure apparatus.
예컨대 KrF 광원을 이용하여 콘택홀을 제조할 때 노광공정에서의 임계치수인 설계 CD(Development Inspection Critical Dimension; 이하 DI CD)와 식각을 통해서 형성된 실제 패턴의 치수인 최종 CD(Final Inspection Critical Dimension; 이하 FI CD) 간에는 차이가 발생한다. 이러한 패턴 편차는 일반적으로 FI CD가 DI CD 보다 큰 값을 갖는다. 즉, 콘택홀을 형성하는 데에 설계된 치수보다도 더 큰 CD값을 가지는 콘택홀이 형성됨에 따라 콘택홀을 미세화하는 데에 더욱 큰 난점을 가지고 있다.For example, when manufacturing a contact hole using a KrF light source, a design CD (Development Inspection Critical Dimension), which is a critical dimension in the exposure process, and a final inspection critical dimension, which is a dimension of an actual pattern formed through etching, FI CD). This pattern deviation generally has a larger value than FI CD for DI CD. That is, as contact holes having a CD value larger than the dimensions designed for forming the contact holes are formed, there are further difficulties in miniaturizing the contact holes.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 설계 CD와 최종 CD간의 편차를 줄여서 미세 콘택홀을 형성할 수 있는 콘택홀 형성 방법을 제공하는 것이 목적이다.The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method for forming a contact hole capable of forming a fine contact hole by reducing a deviation between a design CD and a final CD.
이러한 목적들을 달성하기 위해 본 발명에 따른 콘택홀 형성 방법은 먼저 실리콘 기판에 형성된 절연막 위에 반사방지막 및 포토레지스트 물질을 순차적으로 도포하고, 포토레지스트 물질을 노광 및 현상 공정을 통하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. In order to achieve these objects, the method for forming a contact hole according to the present invention first sequentially applies an antireflection film and a photoresist material on an insulating film formed on a silicon substrate, and forms a photoresist pattern through an exposure and development process. .
그리고 유량이 6sccm 내지 8sccm인 산소와, 플루오르화메틸렌의 유량이 25sccm 내지 27sccm인 플루오르화메틸렌을 식각제로 사용하여 반사방지막을 선택적으로 식각한다. 이때, 산소와 플루오르화메틸렌의 비율은 6:27~8:25로 하는 것이 바람직하다. 또한, 식각제에 400sccm의 아르곤을 더 포함하는 것이 바람직하다. 그리고, 이러한 반사방지막의 식각은 150mT의 압력에서 1300Ws의 전압으로 60초간 시행된다.The antireflection film is selectively etched using oxygen having a flow rate of 6 sccm to 8 sccm and methylene fluoride having a flow rate of methylene fluoride of 25 sccm to 27 sccm as an etchant. At this time, it is preferable that the ratio of oxygen and methylene fluoride is 6: 27-8: 25. In addition, it is preferable to further include 400 sccm of argon in the etchant. The anti-reflection film is etched for 60 seconds at a voltage of 1300 Ws at a pressure of 150 mT.
반사 방지막을 식각한 다음 절연막을 선택적으로 식각함으로써 콘택홀을 형성한다.After the anti-reflection film is etched, the insulating film is selectively etched to form contact holes.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 콘택홀 형성방법은 먼저, 도 1a와 같이 실리콘 기판(2)에 형성된 절연막(4) 위에 반사방지막(Bottom anti-reflective coating, 6)과 포토레지스트 물질(8)을 도포한다. 반사방지막(6)은 포토레지스트 물질(8)을 노광하는 과정에서 빛의 반사로 인하여 발생하는 문제점을 방지하기 위한 것이다. In the method for forming a contact hole according to the present invention, first, a bottom
이어서 도시하지 않은 마스크를 이용하여 노광 및 현상 공정을 통하여 도 1b와 같이 포토레지스트 패턴(8a)을 형성한다. Subsequently, a
포토레지스트 패턴(8a)을 기준으로 반사방지막(6) 및 절연막(4)을 선택적으로 식각하여 도 1c와 같은 콘택홀(11)을 형성한다. 이후 반사방지막(6)은 제거된다. The
이처럼 콘택홀(11)을 형성하는 데에는 몇 번의 사진공정과 식각공정을 거쳐야 하고, 식각공정은 콘택홀(11)의 형성과 밀접한 관계가 있는 공정으로, 식각공정에 대해 좀 더 자세히 살펴보면 다음과 같다.As described above, the
먼저 반사방지막(6)을 식각하기 위하여 아르곤(Ar), 산소(O2) 및 플루오르화메틸렌(CH2F2)을 사용하여 식각한다. 또한 압력은 150mT로 설정하고 전압은 1300Ws로 하여 약 60초간 식각한다. First, in order to etch the
반사방지막(6)은 절연막 식각의 시작이 되는 홀을 형성하기 위한 것으로 전체적인 식각 패턴의 사이즈를 결정하는 중요한 요인이다.The
식각 조건 중에서 식각제의 비율은 식각율을 제어하는 중요한 요인 중 하나이다. 반사방지막(6)을 식각하는 식각제 중에서 산소(O2)는 포토레지스트 패턴을 식각하기 때문에 산소(O2)가 많으면 포토레지스트 패턴이 많이 식각되어 CD가 커진다. 한편, 플루오르화메틸렌(CH2F2)은 폴리머를 생성시키기 때문에 플루오르화메틸렌(CH2F2)이 많으면 폴리머 증착이 많아서 CD가 작아진다. Among the etching conditions, the ratio of the etchant is one of the important factors controlling the etching rate. Since the
이처럼 식각에서 CD는 식각제인 산소(O2)와 플루오르화메틸렌(CH2F2)에 직접적인 영향을 받는다.As such, CD is directly affected by the etching agents oxygen (O 2 ) and methylene fluoride (CH 2 F 2 ).
반사방지막(6)을 식각하는 과정에서 식각 가스의 유량에 따른 패턴 편차를 값을 살펴보면 다음과 같다. Looking at the value of the pattern deviation according to the flow rate of the etching gas in the process of etching the anti-reflection film (6) as follows.
표 1은 반사방지막(6)의 식각하는 과정에서 O2/CH2F2의 비율에 따른 콘택홀의 패턴 편차 값을 나타낸다. Table 1 shows the pattern deviation values of the contact holes according to the ratio of O 2 / CH 2 F 2 during the etching of the
위의 표 1에서 보는 바와 같이, O2/CH2F2의 비율이 감소함에 따라 패턴 편차도 점차 감소하여 O2/CH2F2의 비율이 0.320㎛일 경우에는 패턴 편차가 0.0019㎛로 줄어듬을 알 수 있다.As shown in Table 1 above, as the ratio of O 2 / CH 2 F 2 decreases, the pattern deviation gradually decreases, and when the ratio of O 2 / CH 2 F 2 is 0.320 μm, the pattern deviation decreases to 0.0019 μm. .
도 2는 표 1의 결과값을 그래프로 나타낸 것으로 패턴 편차는 O2/CH2F2의 변화(X값의 변화)에 대하여 -0.0924X+0.0313(㎛)의 관계를 가지며 선형적으로 변하는 것을 알 수 있다. FIG. 2 is a graph showing the results of Table 1. The pattern deviation has a linear relationship with -0.0924X + 0.0313 (µm) with respect to the change of O 2 / CH 2 F 2 (change of X value). Able to know.
또한 도 3은 O2/CH2F2의 값을 달리하면서 반사방지막(6)을 식각한 다음, 각각 최종적인 콘택홀을 형성하였을 때의 형태에 대하여 평면과 단면을 전자현미경을 통하여 관찰한 것을 나타낸 사진도이다. 3 shows that the surface and the cross section of the
도 3에서 보는 바와 같이 O2/CH2F2의 값을 달리하면 CD의 크기는 달라지지만 최종적인 콘택홀의 모양에는 차이가 없는 것을 알 수 있다.As shown in FIG. 3, when the value of O 2 / CH 2 F 2 is changed, the size of the CD is different but the shape of the final contact hole is not different.
한편, 표 2는 O2/CH2F2의 값을 달리하여 콘택홀을 형성하였을 경우에 콘택홀의 형태에 대한 세부적인 사항으로 콘택홀의 상부 CD와 하부 CD값의 변화를 나타낸 표이다. On the other hand, Table 2 is a table showing the change in the upper CD and the lower CD value of the contact hole in the details of the form of the contact hole when the contact hole is formed by changing the value of O 2 / CH 2 F 2 .
또한, 도 4는 표 2의 측정값을 가지고 O2/CH2F2의 변화에 따른 상부 CD와 하부 CD의 변화를 그래프로 나타낸 것이다.4 is a graph showing the change of the upper CD and the lower CD according to the change of O 2 / CH 2 F 2 with the measured values of Table 2.
표 2와 도 4에서 보는 바와 같이 O2/CH2F2의 변화에 대해서 상부 CD와 하부 CD의 변화도 선형적으로 변하는 것을 알 수 있다. 이처럼 O2/CH2F2의 비율을 조절함으로써 패턴 편차를 줄일 수 있고, 이에 따라 최종적으로 형성되는 콘택홀의 사이즈를 줄일 수 있다.As shown in Table 2 and FIG. 4, it can be seen that the change of the upper CD and the lower CD also changes linearly with respect to the change of O 2 / CH 2 F 2 . As such, by controlling the ratio of O 2 / CH 2 F 2 , the pattern deviation can be reduced, and thus the size of the finally formed contact hole can be reduced.
즉, 콘택홀의 패턴 편차를 1nm~10nm로 조절함으로써 종래의 패턴 편차가 (-)6nm~(-)10nm였던 것에 비해서 (+)7nm~20nm정도로 크게 할 수 있다. 즉, 콘택홀이 형성된 후의 실제 패턴의 크기를 기존에 비해 7nm~20nm정도 줄임으로써 미세 콘택홀을 형성하는 데에 더욱 적합한 조건을 형성한다.That is, by adjusting the pattern deviation of the contact hole to 1 nm to 10 nm, the pattern variation of the contact hole can be increased to about (+) 7 nm to 20 nm compared with the conventional pattern deviation of (-) 6 nm to (-) 10 nm. That is, by reducing the size of the actual pattern after the contact hole is formed by about 7nm ~ 20nm than before, a condition more suitable for forming a fine contact hole is formed.
이와 같은 조건으로 반사방지막을 식각한 다음, 포토레지스트 패턴과 반사방지막 패턴을 마스크로 하여 절연막을 식각한다. After the antireflection film is etched under such conditions, the insulating film is etched using the photoresist pattern and the antireflection film pattern as masks.
절연막의 식각은 메인 식각(main etching)과 오버 식각(over etching)으로 구분할 수 있다. 메인 식각은 식각제로 아르곤(Ar), 산소(O2), 일산화탄소(CO) 및 옥타플루오르시클로부탄(C4F8)을 사용하여 55mT의 기압에서 1700Ws의 전압으로 약 80초간 식각한다. 이때, 식각제의 유량은 아르곤(Ar)은 380sccm, 산소(O2)는 10sccm, 일산화탄소는 300sccm 및 옥타플루오르시클로부탄(C4F8)은 16sccm이 되도록 한다. The etching of the insulating layer may be divided into main etching and over etching. The main etch is etched for about 80 seconds using a argon (Ar), oxygen (O 2 ), carbon monoxide (CO) and octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ) as a etchant at a pressure of 1700Ws at a pressure of 55mT. At this time, the flow rate of the etchant is argon (Ar) is 380sccm, oxygen (O 2 ) is 10sccm, carbon monoxide is 300sccm and octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ) to 16sccm.
이처럼 메인 식각을 통하여 완전히 식각되지 않은 절연막을 식각하는 오버 식각을 시행한다. 오버 식각은 남은 절연막을 식각하면서 절연막의 하부가 식각되지 않도록 절연막과 실리콘 기판과의 선택비가 큰 식각제를 사용한다. 즉, 아르곤(Ar), 산소(O2) 및 옥타플루오르시클로부탄(C4F8)을 사용하여 50mT, 1500Ws의 전압으로 약 58초간 식각한다. 이 때 식각제의 유량은 아르곤은 380sccm, 산소의 유량은 10sccm 및 옥타플루오르시클로부탄(C4F8)은 10sccm로 설정한다.As such, over etching is performed through the main etching to etch the insulating film that is not completely etched. In the over-etching, an etchant having a large selectivity between the insulating film and the silicon substrate is used so that the lower portion of the insulating film is not etched while the remaining insulating film is etched. That is, using argon (Ar), oxygen (O 2 ) and octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ) is etched for about 58 seconds at a voltage of 50mT, 1500Ws. At this time, the flow rate of the etchant is set to 380 sccm for argon, 10 sccm for oxygen and 10 sccm for octafluorocyclobutane (C 4 F 8 ).
지금까지 실시예를 통하여 설명한 바와 같이, CD의 설계값과 실제 식각한 후의 CD값의 차이를 줄여서 미세 콘낵홀에 유리한 콘택홀 제조 방법을 제공하는 것이 목적이다.As described above through the examples, it is an object to provide a method for manufacturing a contact hole that is advantageous to fine plug holes by reducing the difference between the CD design value and the CD value after actual etching.
본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 이를 위해 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.In the present specification and drawings, preferred embodiments of the present invention have been disclosed, and although specific terms have been used for this purpose, they are merely used in a general sense to easily explain the technical contents of the present invention and to help the understanding of the present invention. It is not intended to limit the scope of the invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention can be carried out in addition to the embodiments disclosed herein.
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