KR100867086B1 - 반도체 장치 제조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 그 상에 실리콘층(3)을 갖는 기판(1), 실리콘층(3)에 도포된 무기 비반사층(4), 및 무기 비반사층(4)에 도포된 레지스트 마스크(16)를 제공하는 것을 포함하는 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로, 이 방법은 레지스트 마스크(6)에 의해 무기 비반사층(4)을 패터닝하는 단계와, 실리콘층(3)을 패터닝하는 단계와, 레지스트 마스크(6)를 제거하는 단계와, 저농도의 플루오르화수소산을 포함하고 높은 온도로 인가되는 수용액을 이용한 에칭에 의해 무기 비반사층(4)을 제거하는 단계를 포함한다.

Description

반도체 장치 제조 방법 및 장치{METHOD OF MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE}
본 발명은, 실리콘층을 갖는 기판, 실리콘층에 도포된 무기 비반사층, 및 무기 비반사층에 도포된 레지스트 마스크의 제공을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
그러한 방법은 미국 특허 제 5,963,841A 호에 개시되어 있다. 이 방법에 따르면, "바닥 비반사 코팅(bottom antireflective coating ; BARC)"을 이용하여 반도체 장치에 전도 게이트가 형성된다. 시작 재료는 유전층과, 예를 들어 다결정 실리콘의 전도층, 산화물층이 제공된 BARC층, 및 레지스트 마스크가 제공된 기판을 갖는 기판이다. 레지스트 마스크, BARC 및 전도층에 의해 선택된 산화물층 영역이 에칭된다. 그 후 레지스트 마스크가 제거되어 하위의 산화물층이 노출된다. 그 후통상적인 습식 에칭 기술 및 플루오르화수소산(HF) 용액을 이용하여 산화물층이 제거되며, 이는 BARC를 노출시킨다. 최종적으로, 통상적인 습식 에칭 기술 및 H3PO4(인산) 용액을 이용하여 잔존하는 BARC가 제거된다.
공지된 방법에서는 게이트의 임계 치수(CD)의 손실이 발생하는 것이 발견되었다. 전도층내 통로의 치수는 레지스트 마스크에 의해 규정된 치수에 더 이상 정확하게 대응하지 않는다. 양호한 CD 제어는 집적회로내 장치의 치수의 지속적인 감소 추세의 관점에서 상당히 중요하다.
발명의 요약
본 발명은 특히 임계 치수(CD)에 전형 또는 실질적으로 변화가 없는 서두에 언급된 종류의 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 위한 본 발명에 따른 방법은,
레지스트 마스크에 의해 무기 비반사층을 패터닝하는 단계와,
실리콘층을 패터닝하는 단계와,
레지스트 마스크를 제거하는 단계와,
저농도의 플루오르화수소산을 포함하고 높은 온도로 적용되는 수용액을 이용한 에칭에 의해 무기 비반사층을 제거하는 단계를 포함한다.
무기 비반사층을 에칭하는 동안, 실리콘층의 노출된 측벽의 침식이 상쇄된다. 결과적으로, 무기 비반사층은 임계 치수(CD)에 어떠한 중대한 변화도 발생시키지 않고 제거될 수 있다. 또한, 실리콘층의 상부벽이 노출되면, 또한 이 상부벽의 침식은 상술한 에칭 프로세스 동안 상쇄된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 유리한 실시예는 종속 청구항에 개시되어 있다.
또한, 본 발명은 저농도의 플루오르화수소산을 포함하는 수용액으로 에칭함으로써 무기 비반사층을 제거하는 단계를 수행하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 수용액은 고온에서 도포된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 방법을 이용한 반도체 장치의 제조에 있어서의 연속적인 단계의 개략적인 단면도.
본 발명의 이들 및 다른 관점은 도면을 참조하여 보다 상세히 설명될 것이다.
도 1 내지 도 4는 반도체 장치의 제조를 위한 본 발명에 따른 프로세스의 많은 단계를 개략적으로 도시한다.
도 1은 유전 재료(2)의 층이 최상부층으로 제공된, 예를 들어 실리콘 본체와 같은 반도체 본체로 이루어진 기판(1)을 도시한다. 당업자들에게는, 제조 프로세스의 단계에 따라 기판(1)이 다른 층 및 나아가 다른 구조체로 이루어질 수 있음이 분명할 것이다. 유전 재료(2)의 층상에는 실리콘층(3)이 있다. 본 실시예에서게이트층으로서 도포되는 실리콘층(3)은 다결정 실리콘 또는 비정질 실리콘의 층으로 도포되는 것이 유리하다. 실리콘층(3)상에는 무기 비반사층(4)이 도포되는데, 무기 비반사층으로는 질화규소 또는 산화질화규소의 층이 도포되는 것이 유리하며, 바람직하게는 실리콘-리치 질화규소 또는 실리콘-리치 산화질화규소의 층이 도포되는 것이 바람직하다. 본 실시예에 있어서 게이트 유전층으로 도포되는 유전 재료(2)의 층은 산화실리콘 또는 산화실리콘과 유사한 재료 등, 무기 비반사층(4)이 선택적으로 에칭될 수 있는 재료로 이루어지는 것이 유리하다. 무기 비반사층(4)에는 레지스트 마스크(6)가 제공된다. 무기 비반사층(4) 및 레지스트 마스크(6) 사이에는 예를 들어 산화실리콘층 등의 다른 층이 존재할 수 있다. 무기 비반사층(4)은 레지스트 마스크(6)에 의해 통상적인 방법으로 에칭된다. 그 후 레지스트 마스크(6)는 통상적인 방법으로 제거된다(도 2).
도 3에 있어서, 실리콘층(3)은 패터닝된 무기 비반사층(4)을 하드 마스크로 이용하면서 에칭에 의해 통상적인 방법으로 유전 재료(2)의 층까지 아래로 패터닝된다.
도 4에 있어서, 무기 비반사층(4)은 저농도, 바람직하게는 0.001 내지 0.1M 범위의 농도의 플루오르화수소산을 포함하는 수용액을 이용한 에칭에 의해 제거된다. 수용액은 고온, 바람직하게는 30℃ 내지 130℃ 범위의 온도, 보다 바람직하게는 100℃ 내지 130℃ 범위의 온도로 인가된다. 수용액의 온도는 수용액을 고압에서 사용함으로써 100℃ 이상의 값으로 증가될 수 있다. 예를 들어, 이것은 무기 비반사층의 에칭이 수행되는 프로세스 챔버내로 가압된 불활성 가스를 전달함으로써 수행될 수 있다. 이를 달성하기 위한 다른 방법은 밀폐 기밀 시스템내에서 소망 온도까지의 수용액을 가열하는 것일 수 있다. 이러한 가열 동안 밀폐 기밀 시스템내측의 압력이 상승하여 수용액의 온도를 극한까지 상승시킨다. 또 다른 방법 은 유압 펌프를 사용하는 것일 수 있다.
이러한 에칭 프로세스에 의해 실리콘층(3)의 노출된 측벽의 침식이 상쇄된다. 결과적으로, 무기 비반사층(4)은 임계 치수(CD)에 어떠한 중대한 변화도 없이 제거될 수 있다. 또한, 실리콘층(3)의 상부벽이 노출되면, 상부벽의 침식 또한 상기 에칭 프로세스동안 상쇄된다. 또한, 이러한 에칭 프로세스는 유전 재료(2)의 층에 대해 우수한 선택성을 추가로 갖는다. 즉, 무기 비반사층(4)은 유전 재료(2)의 층보다 상당히 빠른 속도로 에칭된다. 30℃ 내지 130℃ 범위에서 온도가 보다 높을 수록, 무기 비반사층(3)의 에칭 속도가 보다 빠르고 유전 재료(2)의 층에 대한 에칭 선택성이 보다 높아진다. 또한, 무기 비반사층(4)과 실리콘층(3) 사이의 에칭 선택성을 개선하기 위해, 즉 무기 비반사층(4)의 에칭 속도에 대한 실리콘층(3)의 에칭 속도를 감소시키기 위해, 무기 비반사층(4)을 에칭하는 동안 실리콘층(3)이 비산화 상태로 유지되도록 수용액을 처리하는 것이 바람직하다. 이는 수용액을 배출하여 수용액으로부터 용존 산소를 제거함으로써 달성될 수 있다. 다른 방법은 수용액에 불활성 가스 기포를 통과시켜 용존 산소를 질소(N2) 또는 아르곤(Ar) 등의 불활성 가스와 바꾸는 것이다. 실리콘층(3)의 상태에 긍정적인 효과를 미치기 위해 모든 용존 산소가 제거되거나 또는 불활성 가스로 교체될 필요는 없다는 것이 당업자들에게 분명할 것이다. 이 효과는 수용액으로부터 제거되거나 또는 불활성 가스로 교체된 용존 산소의 비율이 증가할수록 더 커질 것이다. 용존 산소의 제거 또는 교체뿐만 아니라, 또 다른 방법으로는 용존 수소(H2), 또는 다이 티온산(H2S2O4), 하이포아황산(H2S2O6) 또는 포름산(HCOOH) 등의 화학물질 등의 환원제의 첨가하는 것이다. 수소는 수용액에 그 기포를 통과시킴으로써 용해될 수 있다. 상기 수용액 처리중 둘 또는 그 이상의 적용에 의해 실리콘층(3)의 상태에 훨씬 많은 공언된 효과를 달성할 수 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다.
수행될 습식 에칭 프로세스에 따라, 수용액에는 예를 들어, 에칭 속도 및/또는 에칭 선택성을 제어하기 위한 pH 변경제(modifier), 표면 웨팅(wetting)을 개선하기 위한 계면 활성제, 또는 예를 들어 에칭 선택성을 제어하기 위한 유기 용제 등의 하나 또는 그 이상의 다른 첨가제가 이용될 수 있다. pH 변경제의 예로는 NH4OH, NH4F, HCL, HNO3 및 H2SO를 들 수 있다.
무기 비반사층(4)의 에칭 프로세스는 예를 들어 분무 공구 또는 습식 벤치(wet bench)내에서의 다중-웨이퍼 프로세스에 의해 수행될 수 있다. 다중-웨이퍼 프로세스는 다중 웨이퍼가 하나의 동일한 챔버내에서 동시에 처리되는 프로세스이다. 그러나, 본 발명에 따른 방법은 종래 기술의 방법의 에칭 속도보다 상당히 빠른 에칭 속도를 가능하게 하므로, 유리하게는 무기 비반사층의 에칭 프로세스는 단일-웨이퍼 프로세스, 즉 한번에 하나의 웨이퍼만이 하나의 동일한 프로세스 챔버내에서 처리되는 프로세스에 의해 수행될 수 있다.
게이트가 규정된 후, 장치는 반도체 본체에 소스 및 드레인 영역을 제공하고 트랜지스터 사이에 접속을 제공하는 등의 집적회로의 제조를 위한 일반적으로 알려진 통상적인 프로세스 단계에 종속될 수 있다.
본 발명은 상술한 예에 한정되지 않으며, 본 발명의 범위내에서 보다 많은 변형이 가능하다는 것은 당업자들에게 분명할 것이다. 예로써, 또한 레지스트 마스크는 실리콘층이 패터닝된 후 제거될 수 있다.

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  17. 실리콘층을 그 위에 갖는 기판, 상기 실리콘층에 도포된 무기 비반사층, 및 상기 무기 비반사층에 도포된 레지스트 마스크를 제공하는 것을 포함하는 반도체 장치 제조 방법에 있어서,
    상기 레지스트 마스크에 의해 상기 무기 비반사층을 패터닝하는 단계와,
    상기 실리콘층을 패터닝하는 단계와,
    상기 레지스트 마스크를 제거하는 단계와,
    저농도의 플루오르화수소산을 포함하고 100℃ 이상의 온도에 도달하도록 가압 상태로 되는 수용액을 이용한 에칭에 의해 상기 무기 비반사층을 제거하는 단계를 포함하는
    반도체 장치 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 플루오르화 수소산은 최고 0.1 M의 농도로 적용되는
    반도체 장치 제조 방법,
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 플루오르화 수소산은 적어도 0.001 M의 농도로 적용되는
    반도체 장치 제조 방법.
  20. 제 17 항 내지 제 19 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용액은 최고 130℃의 온도로 적용되는
    반도체 장치 제조 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 무기 비반사층으로는 질화규소층 또는 산화질화규소층이 도포되는
    반도체 장치 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 질화규소층으로서 실리콘-리치(silicon-rich) 질화규소층이 도포되는
    반도체 장치 제조 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 산화질화규소층으로서 실리콘-리치 산화질화규소층이 도포되는
    반도체 장치 제조 방법.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 수용액은 무기 비반사층을 에칭하는 동안 실리콘층을 비산화 상태로 유지하도록 처리되는
    반도체 장치 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 수용액을 배기함으로써 상기 수용액으로부터 용존 산소를 제거하는
    반도체 장치 제조 방법.
  26. 제 24 항에 있어서,
    불활성 가스와 용존 산소를 교체함으로써 상기 수용액으로부터 용존 산소를 제거하는
    반도체 장치 제조 방법.
  27. 제 24 항에 있어서,
    상기 수용액에 환원제가 첨가되는
    반도체 장치 제조 방법.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 기판에는 무기 비반사층이 선택적으로 에칭될 수 있는 유전 재료의 최상부층이 도포되는
    반도체 장치 제조 방법.
  29. 제 17 항에 있어서,
    상기 실리콘층으로서 다결정 실리콘층 또는 비정질 실리콘층이 도포되는
    반도체 장치 제조 방법.
  30. 제 17 항에 있어서,
    실리콘층이 패터닝되기 전에 상기 레지스트 마스크가 제거되는
    반도체 장치 제조 방법.
  31. 제 17 항에 있어서,
    상기 무기 비반사층은 단일-웨이퍼 프로세스에 의해 에칭되는
    반도체 장치 제조 방법.
  32. 제 17 항에 따른 무기 비반사층을 제거하는 단계를 수행하기 위한
    장치.
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