KR100942980B1 - METHOD FOR FABRICATION OF SELF ALIGN CONTACT HOLE OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING ArF PHOTO LITHOGRAPHY - Google Patents
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Abstract
본 발명은 F2 또는 불화아르곤(ArF)등의 보다 발전된(Advanced) 노광원을 이용한 반도체소자의 자기정렬콘택 식각 공정시 수직한 식각 프로파일을 확보하고, 콘택 저면에서 넓은 임계치수를 확보할 수 있는 불화아르곤 노광원을 이용한 반도체소자의 자기정렬콘택홀 형성 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 기판 상에 이웃하는 다수의 도전패턴을 형성하는 단계; 상기 도전패턴 상에 절연막을 증착하는 단계; 상기 절연막 상에 하드마스크용 희생막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크용 희생막 상에 상기 도전패턴 사이에 콘택홀을 형성하기 위해 ArF 노광원을 이용한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크 희생막을 식각하여 희생하드마스크를 형성하는 단계; 상기 희생하드마스크를 식각마스크로 상기 도전패턴 상부가 노출되는 식각 조건으로 상기 절연막의 일부를 식각하여 상기 콘택홀 형성 영역을 정의하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 정의된 상기 콘택홀의 개구부를 확장하기 위해 세정하는 단계; 상기 절연막의 일부가 식각되고 세정된 프로파일을 따라 식각정지막을 형성하는 단계; 전면식각을 통해 상기 식각정지막과 상기 절연막을 제거하여 상기 도전패턴 사이의 상기 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 ArF 노광원을 이용한 반도체소자의 자기정렬콘택홀 형성 방법을 제공한다.The present invention can secure a vertical etching profile during the self-aligned contact etching process of a semiconductor device using a more advanced exposure source such as F 2 or argon fluoride (ArF), and can secure a wide critical dimension at the bottom of the contact. To provide a method for forming a self-aligned contact hole of a semiconductor device using an argon fluoride exposure source, the present invention comprises the steps of forming a plurality of neighboring conductive patterns on the substrate; Depositing an insulating film on the conductive pattern; Forming a sacrificial film for a hard mask on the insulating film; Forming a photoresist pattern using an ArF exposure source to form contact holes between the conductive patterns on the hard mask sacrificial layer; Etching the hard mask sacrificial layer by using the photoresist pattern as an etching mask to form a sacrificial hard mask; Defining the contact hole forming region by etching a portion of the insulating layer under an etching condition in which an upper portion of the conductive pattern is exposed using the sacrificial hard mask as an etching mask; Removing the photoresist pattern; Cleaning to expand the opening of the defined contact hole; Forming an etch stop layer according to a profile in which a portion of the insulating layer is etched and cleaned; It provides a method of forming a self-aligned contact hole of a semiconductor device using an ArF exposure source comprising the step of forming a contact hole for exposing the substrate between the conductive pattern by removing the etch stop layer and the insulating film through the entire surface etching. .
ArF, 콘택홀, 식각정지막, 희생하드마스크, SAC.ArF, contact hole, etch stop, sacrificial hard mask, SAC.
Description
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 SAC 식각 공정을 도시한 단면도.
1A to 1D are cross-sectional views illustrating a SAC etching process of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
10 : 기판 11 : 필드산화막10
12 : 게이트절연막 13 : 게이트전도막12 gate
14 : 하드마스크용 절연막 15 : 제1식각정지막14: insulating film for hard mask 15: first etching stop film
16 : 절연막 17' : 희생하드마스크16: insulating film 17 ': sacrificial hard mask
21' : 제2식각정지막 23 : 콘택홀21 ': second etch stop 23: contact hole
G : 게이트전극 패턴
G: gate electrode pattern
본 발명은 반도체소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 패턴 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불화아르곤(ArF) 노광원을 이용한 반도체소자의 자기정렬콘택(Self Align Contact; 이하 SAC라 함) 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a pattern of a semiconductor device, and more particularly, to a self-aligned contact of a semiconductor device using an argon fluoride (ArF) exposure source. ) Forming method.
반도체소자의 진전을 지지해 온 미세 가공 기술은 사진식각(Photo lithography) 기술인 바, 이 기술의 해상력 향상이 반도체 소자의 고집적화의 장래와 직결된다고 해도 과언은 아니다.Since the microfabrication technology that has supported the progress of semiconductor devices is a photolithography technology, it is no exaggeration to say that the improvement in resolution of the technology is directly connected to the future of high integration of semiconductor devices.
이러한 사진식각 공정은 주지된 바와 같이, 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정과 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 피식각층을 식각해서 원하는 형태의 패턴 예컨대, 콘택홀 또는 게이트전극 등의 라인 패턴 등을 형성하는 공정을 포함하는 바, 여기서 포토레지스트 패턴은 피식각층 상에 포토레지스트를 도포하는 공정과 준비된 노광 마스크를 이용해 포토레지스트를 선택적으로 노광하는 공정 및 소정의 화학용액으로 노광되거나, 또는 노광되지 않은 포토레지스트 부분을 제거하는 현상 공정을 통해 이루어진다.The photolithography process is, as is well known, by etching a layer to be etched through a process of forming a photoresist pattern and an etching process using the photoresist pattern as an etch mask. A process of forming a pattern or the like, wherein the photoresist pattern is a process of applying the photoresist on the etched layer, a process of selectively exposing the photoresist using a prepared exposure mask and a predetermined chemical solution, or Through a developing process to remove unexposed portions of the photoresist.
한편, 사진식각 공정으로 구현할 수 있는 패턴의 임계치수(Critical Dimension; 이하 CD라 함)는 상기한 노광 공정에서 어떤 파장의 광원을 사용하냐에 따라 좌우된다. 이것은 노광 공정을 통해 구현할 수 있는 포토레지스트 패턴의 폭에 따라 실제 패턴의 CD가 결정되기 때문이다.On the other hand, the critical dimension of the pattern that can be implemented by the photolithography process (hereinafter referred to as CD) depends on the wavelength of the light source used in the above exposure process. This is because the CD of the actual pattern is determined by the width of the photoresist pattern that can be realized through the exposure process.
636㎚ (g-line)의 파장의 광원과 365㎚(i-line)의 광원을 사용하던 초기의 스테퍼(Stepper)를 거쳐 현재는 248㎚(KrF Excimer Laser) 파장의 DUV(Deep Ultra-violet)를 이용하는 스테퍼나 스캐너 타입의 노광장비를 주로 사용하고 있는 바, 248㎚의 DUV 사진식각 기술은 초기에 시간 지연 효과, 기질 의존성 등과 같은 많은 문제들이 발생하였으며, 0.18㎛ 디자인의 제품 개발에 사용되었다. 그러나 0.15㎛ 이하의 디자인을 갖는 제품을 개발하기 위해서는 새로운 193㎚(ArF Excimer Laser) 또는 157nm(F2 Laser)의 파장을 갖는 새로운 DUV 사진식각 기술로의 기술개발이 필수적이다. 그러나, 이러한 DUV 사진식각 기술에서 해상력을 높이기 위한 여러 기술을 조합한다 하여도 0.1㎛ 이하의 패턴은 불가능하므로 새로운 광원을 갖는 사진식각 기술의 개발이 활발히 진행되고 있다. Deep Ultra-violet (DUV) at 248nm (KrF Excimer Laser) through the early stepper that used 636nm (g-line) light source and 365nm (i-line) light source The 248nm DUV photolithography technology has been used for the development of products with 0.18µm design. However, in order to develop a product with a design of 0.15 μm or less, it is necessary to develop a new DUV photolithography technique having a wavelength of 193 nm (ArF Excimer Laser) or 157 nm (F 2 Laser). However, even if a combination of various techniques for enhancing the resolution in the DUV photolithography technique is impossible to pattern less than 0.1㎛, the development of a photolithography technique having a new light source is actively progressing.
현재는 ArF(불화아르곤) 레이저(λ=193㎚)를 사용하는 노광장비를 0.11㎛까지의 패턴을 목표로 개발하고 있다. DUV 사진식각 기술은 i-선 대비 해상도 및 DOF 등의 성능면에서 우수하지만, 공정제어가 쉽지 않다. 이러한 문제는 짧은 파장에서 기인된 광학적인 원인과 화학증폭형 포토레지스트의 사용에 의한 화학적인 원인으로 구분할 수 있다. 파장이 짧아지면 정지파 효과에 의한 CD 흔들림 현상과 기질 위상에 의한 반사광의 새김현상이 심해진다. CD 흔들림이란 입사광과 반사광의 간섭 정도가 레지스트의 미소한 두께 차이 또는 기질 필름의 두께차이에 따라 변함으로써 결과적으로 선 두께가 주기적으로 변하는 현상을 말한다. DUV 공정에서는 민감도 향상을 위해서 화학증폭형 포토레지스트를 사용할 수밖에 없는데, 그 반응 메카니즘과 관련하여 PED(Post Exposure Delay) 안정성, 기질 의존성 등의 문제점이 발생하는 바, F2 또는 ArF 노광기술의 핵심 과제 중의 하나는 F2 또는 ArF용 포토레지스트의 개발이다. F2 또는 ArF는 KrF와 같은 화학 증폭형이지만 재료를 근본적으로 개량해야 하는 필요가 있기 때문인데, 특히 ArF 포토레지스트 재료 개발이 어려운 것은 벤젠고리를 사용할 수 없기 때문이다. 벤젠고리는 건식 식각(Dry etching) 내성을 확보하기 위해 i-선 및 KrF용 포토레지스트에 사용되어 왔다. 그러나 예컨대, ArF용 포토레지스트에 벤젠고리가 사용될 경우 ArF 레이저의 파장영역인 193nm에서 흡광도가 크기 때문에 투명성이 떨어져 포토레지스트 하부까지 노광이 불가능한 문제가 발생한다. 이 때문에, 벤젠고리를 가지지 않고 건식 식각 내성을 확보할 수 있으며, 접착력이 좋고 2.38% TMAH(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)로 현상되어질 수 있는 재료의 연구가 진행 되고 있다. 현재까지 세계적으로 많은 회사 및 연구소에서 연구성과를 발표하고 있는 상태이며, 아직까지 상용화 되어 있는 것으로는 COMA(CycloOlefin-Maleic Anhydride) 또는 아크릴레이드(Acrylate) 계통의 폴리머 형태, 또는 이들의 혼합 형태이다. 하지만, 상기한 포토레지스트는 상기한 바와 같은 벤젠 구조를 가지고 있다.Currently, an exposure apparatus using an ArF (argon fluoride) laser (λ = 193 nm) is being developed to target patterns up to 0.11 mu m. DUV photolithography is superior in terms of performance and resolution compared to i-rays, but process control is not easy. These problems can be divided into optical causes due to short wavelengths and chemical causes due to the use of chemically amplified photoresists. If the wavelength is shortened, the CD shake phenomenon due to the stationary wave effect and the reflection of reflected light due to the substrate phase become worse. CD oscillation refers to a phenomenon in which the line thickness changes periodically as the degree of interference between incident light and reflected light changes depending on the slight thickness difference of the resist or the thickness difference of the substrate film. In the DUV process, chemically amplified photoresist must be used to improve sensitivity, and problems related to the reaction mechanism such as PED (Post Exposure Delay) stability and substrate dependence arise, which is a key task of F 2 or ArF exposure technology. One is the development of photoresists for F 2 or ArF. Although F 2 or ArF is a chemically amplified type such as KrF, it is necessary to fundamentally improve the material. Particularly, development of ArF photoresist material is difficult because benzene rings cannot be used. Benzene rings have been used in photoresists for i-rays and KrF to ensure dry etching resistance. However, for example, when the benzene ring is used in the ArF photoresist, since the absorbance is large at 193 nm, which is the wavelength region of the ArF laser, the transparency is poor and the exposure to the lower portion of the photoresist is impossible. For this reason, research has been conducted on materials that can secure dry etching resistance without having a benzene ring, have good adhesion, and can be developed with 2.38% TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide). To date, many companies and research institutes around the world have been publishing their research results, and the commercialized products are still in the form of polymers of COMA (CycloOlefin-Maleic Anhydride) or Acrylate series, or a mixture thereof. However, the photoresist has the benzene structure as described above.
따라서, F2 또는 ArF 노광원을 이용한 사진식각을 통해 예컨대, 게이트전극 패턴 등을 형성하기 위해 식각공정을 진행할 때 줄무늬 모양 형태의 패턴의 변형(Striation)이 일어나거나, 식각 도중 포토레지스트가 뭉치거나(Cluster) 성형 변형(Plastic deformation)되는 현상과 식각 도중 포토레지스트의 내성이 약하여 한쪽으로 몰리는 현상이 발생하며, 이로 인해 주로 게이트전극 패턴 상의 하드마스 크층의 두께가 불균일해 짐으로 인해 노치(Notch) 발생 등 하드마스크의 국부적인 식각 손실이 발생한다.Therefore, when the etching process is performed to form, for example, a gate electrode pattern, or the like through photolithography using an F 2 or ArF exposure source, a stripe-shaped pattern may occur, or photoresist may aggregate during etching. (Cluster) Plastic deformation and weakness of the photoresist during etching cause it to drift to one side, which is mainly caused by the uneven thickness of the hard mask layer on the gate electrode pattern. Local mask loss of hard mask occurs.
또한, SAC 식각 공정이 질화막과 산화막과의 선택비를 이용하기 때문에 발생하는 식각 프로파일 상의 기울기 발생으로 인해 식각 후의 식각 개구부의 CD 감소가 발생한다.In addition, the CD reduction of the etching opening after etching occurs due to the generation of the slope on the etching profile generated because the SAC etching process uses the selectivity between the nitride film and the oxide film.
아울러, ArF 노광기술을 이용할 경우 100㎚ 이하의 디자인룰(Design rule)을 갖는 소자의 경우는 식각후 콘택 개구부의 저면 CD가 50㎚ 이하로 매우 작을 뿐만아니라 ArF용 포토레지스트의 식각 내성을 고려하여 식각 장치 기판 온도를 10℃ 이하의 저온에서 실시해야 하는 관계로 질화막과 산화막간의 선택비가 낮기 때문에 이전의 KrF 노광원을 이용한 공정 기술에 비해 플라즈마 식각시 게이트전극 상부의 하드마스크 및 그 측벽의 손상이 더 심하게 발생하여 후속의 플러그 물질 증착후 화학기계적연마(Chemical Mechanical Polishing; 이하 CMP라 함) 공정시 하드마스크의 측벽 일부가 손실되어 SAC 결함 가능성이 높아진다.
In addition, in the case of using the ArF exposure technology, in the case of a device having a design rule of 100 nm or less, the bottom CD of the contact opening after etching is very small (50 nm or less), and considering the etching resistance of the ArF photoresist, Since the selectivity between the nitride film and the oxide film is low because the etching apparatus substrate temperature should be performed at a low temperature of 10 ° C. or lower, the hard mask and the sidewalls of the gate electrode are damaged when the plasma is etched compared to the process technology using the KrF exposure source. It occurs more severely, resulting in the loss of a portion of the sidewalls of the hardmask during subsequent chemical mechanical polishing (CMP) processes after subsequent plug material deposition, increasing the likelihood of SAC defects.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, F2 또는 불화아르곤(ArF)등의 보다 발전된(Advanced) 노광원을 이용한 반도체소자의 자기정렬콘택 식각 공정시 수직한 식각 프로파일을 확보하고, 콘택 저면에서 넓은 임계치수를 확보할 수 있는 불화아르곤 노광원을 이용한 반도체소자의 자기정렬콘 택홀 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and a vertical etching profile during a self-aligned contact etching process of a semiconductor device using a more advanced exposure source such as F 2 or argon fluoride (ArF). SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for forming a self-aligning contact hole in a semiconductor device using an argon fluoride exposure source capable of securing a wide critical dimension at the bottom of a contact.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 기판 상에 이웃하는 다수의 도전패턴을 형성하는 단계; 상기 도전패턴 상에 절연막을 증착하는 단계; 상기 절연막 상에 하드마스크용 희생막을 형성하는 단계; 상기 하드마스크용 희생막 상에 상기 도전패턴 사이에 콘택홀을 형성하기 위해 ArF 노광원을 이용한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 상기 하드마스크 희생막을 식각하여 희생하드마스크를 형성하는 단계; 상기 희생하드마스크를 식각마스크로 상기 도전패턴 상부가 노출되는 식각 조건으로 상기 절연막의 일부를 식각하여 상기 콘택홀 형성 영역을 정의하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 정의된 상기 콘택홀의 개구부를 확장하기 위해 세정하는 단계; 상기 절연막의 일부가 식각되고 세정된 프로파일을 따라 식각정지막을 형성하는 단계; 전면식각을 통해 상기 식각정지막과 상기 절연막을 제거하여 상기 도전패턴 사이의 상기 기판을 노출시키는 콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 ArF 노광원을 이용한 반도체소자의 자기정렬콘택홀 형성 방법을 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a plurality of neighboring conductive patterns on the substrate; Depositing an insulating film on the conductive pattern; Forming a sacrificial film for a hard mask on the insulating film; Forming a photoresist pattern using an ArF exposure source to form contact holes between the conductive patterns on the hard mask sacrificial layer; Etching the hard mask sacrificial layer by using the photoresist pattern as an etching mask to form a sacrificial hard mask; Defining the contact hole forming region by etching a portion of the insulating layer under an etching condition in which an upper portion of the conductive pattern is exposed using the sacrificial hard mask as an etching mask; Removing the photoresist pattern; Cleaning to expand the opening of the defined contact hole; Forming an etch stop layer according to a profile in which a portion of the insulating layer is etched and cleaned; It provides a method of forming a self-aligned contact hole of a semiconductor device using an ArF exposure source comprising the step of forming a contact hole for exposing the substrate between the conductive pattern by removing the etch stop layer and the insulating film through the entire surface etching. .
본 발명은 ArF용 노광원을 이용한 반도체소자의 SAC 식각시 게이트전극 패턴의 하드마스크가 노출되는 시점에서 종말점(Rnd Of Point; 이하 EOP라 함)으로 하여 일차적으로 식각을 멈춘(SAC 패턴 영역을 정의) 후, 습식 세정으로 폴리머를 제 거하고 CD를 확장시킨 다. 계속해서, 개구부가 확장된 식각 프로파일을 따라 단차피복성이 불량한 식각정지막을 증착하고 SAC 식각 공정을 실시한다.In the present invention, when the hard mask of the gate electrode pattern is exposed during the SAC etching of the semiconductor device using the ArF exposure source, the etching is first stopped by the end point (Rnd Of Point; EOP). The wet scrubbing removes the polymer and expands the CD. Subsequently, an etch stop film having poor step coverage is deposited along the etch profile in which the opening is extended, and a SAC etching process is performed.
따라서, 콘택 개구부의 확장이 유리하고, 식각정지막의 단차피복성이 불량하기 때문에 게이트전극 패턴 상부에서 오버-행(Over-hang) 구조로 증착되어 게이트전극 패턴 상부에서 하드마스크의 손실을 최소화할 수 있다.
Therefore, since the contact opening is advantageously extended and the etch stop film has poor step coverage, the over-hang structure is deposited on the gate electrode pattern to minimize the loss of the hard mask on the gate electrode pattern. have.
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 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체소자의 SAC 식각 공정을 도시한 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a SAC etching process of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
도 1a는 SAC 식각을 위한 포토레지스트 패턴이 형성된 공정 단면을 나타낸다.1A shows a process cross section in which a photoresist pattern for SAC etching is formed.
공정을 구체적으로 살펴 보면, 반도체소자를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 기판(10) 상에 LOCOS 또는 STI 공정을 통해 필드산화막(11)을 형성하여 활성영역과 소자분리영역을 구분한다.Looking at the process in detail, the
활성영역에 이웃하는 다수의 전도막패턴 예컨대, 게이트전극 패턴을 형성하는 바, 산화막 계열의 게이트절연막(12)을 증착하고, 그 상부에 텅스텐 등의 금속막, 텅스텐 질화막 같은 금속 질화막, 텅스텐 실리사이드 등의 금속 실리사이드 또는 폴리실리콘 등을 단독 또는 조합하여 게이트 전도막(13)을 증착한 다음, 질화막 계열의 하드마스크용 절연막(14)을 증착한다A plurality of conductive film patterns adjacent to the active region, for example, a gate electrode pattern are formed to deposit an oxide-based
이어서, 하드마스크용 절연막(14) 상에 게이트전극 패턴 형성용 포토레지스트 패턴(도시하지 않음)을 형성한 다음, 게이트전극 패턴 형성용 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하드마스크용 절연막(14)을 식각하여 게이트전극 패턴을 정의한다.Subsequently, a photoresist pattern (not shown) for forming a gate electrode pattern is formed on the hard
포토레지스트 스트립(Photoresist strip) 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴을 제거한 다음, 세정 공정을 실시한다.A photoresist strip process is performed to remove the photoresist pattern, followed by a cleaning process.
이어서, 하드마스크용 절연막(14)을 식각마스크로 게이트 전도막(13)과 게이트절연막(12)을 식각함으로써, 하드마스크용 절연막(14)/게이트 전도막(13)/게이트절연막(12)의 적층 구조의 게이트전극 패턴(G)을 형성한다.Subsequently, the gate
계속해서, 게이트전극 패턴(G)이 형성된 전체 프로파일을 따라 질화막 계열의 제1식각정지막(15)을 얇게 증착한다. 여기서, 제1식각정지막(15)의 물질로 질화막 계열의 물질을 사용하는 이유는 후속 플러그 형성을 위한 SAC 식각 공정시 층간절연용 절연막(16)으로 주로 사용되는 산화막과의 식각선택비를 얻을 수 있고, 또한 게이트전극 패턴(G)의 식각 손실을 방지하기 위한 것이다.Subsequently, the nitride etch-based first
여기서, 게이트전극 패턴 사이에 이온주입 마스크(도시하지 않음)를 이용한 이온주입 공정을 통해 소스/드레인 등의 불순물접합층(도시하지 않음)을 형성하는 공정은 생략한다.Here, a process of forming an impurity bonding layer (not shown) such as a source / drain through an ion implantation process using an ion implantation mask (not shown) between the gate electrode patterns is omitted.
계속해서, 게이트전극 패턴(G)과 기판(10) 상부를 충분히 덮으며 층간절연을 위해 BPSG(Boro Phospho Silicate Glass)막 등의 산화막 계열의 절연막(16)을 형성 한다. Subsequently, an oxide-based
여기서, 절연막(16)은 전술한 BPSG막 이외에 PSG(Phospho Silicate Glass)막 또는 BSG(Boro Silicate Glass)막 등을 그 예로 들 수 있으며, 이들은 통상적으로 증착 후 소정의 온도에서 열처리하여 플로우시키는 공정이 수반된다.Here, the insulating
또한, HDP(High Density Plasma) 산화막이나 APL(Advanced Planarization Layer)막을 이용할 수도 있다.In addition, an HDP (High Density Plasma) oxide film or an APL (Advanced Planarization Layer) film may be used.
이어서, 절연막(16)에 상에 산화막 계열인 절연막(16)과의 식각선택비를 갖는 하드마스크용 희생막(17)을 증착한다.Subsequently, a hard mask
하드마스크용 희생막(17)은 후속 ArF 포토레지스트 패턴의 식각시 ArF 포토레지스트 패턴의 불소계 가스에 대한 약한 식각 내성을 극복하기 위해 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 하는 식각 공정에서 사용하는 염소계 가스에 대한 어느 정도의 식각률을 갖는 물질을 사용한다. 이러한 물질로 가장 적합한 것이 폴리실리콘막이며, 이외에도 Ti막 또는 TiN막 등의 Ti를 포함하는 막, 텅스텐을 포함하는 막, 텅스텐막 또는 텅스텐 실리사이드 등의 텅스텐을 포함하는 막, 질화막 또는 산화질화막을 사용할 수 있다.The hard mask
여기서, 하드마스크용 희생막(17)은 ArF 노광기술을 사용하는 고집적 반도체소자의 포토리소그라피 공정에서 미세 패턴 형성을 위해서는 포토레지스트의 두께 감소가 필수적이며, 반대로 고집적화에 따라 식각되어야 하는 타겟은 갈수록 증가하므로 포토레지스트의 두께 감소에 따라 해상도는 향상시킬 수 있으나, 식각마스크로서의 특성이 약화되므로 이를 보완하기 위해 사용된 것이다. Here, the thickness of the photoresist is required to form a fine pattern in the photolithography process of the highly integrated semiconductor device using the ArF exposure technique, and the target to be etched due to the high integration is gradually increased. Therefore, the resolution can be improved as the thickness of the photoresist decreases, but since the characteristics as the etching mask are weakened, it is used to compensate for this.
이어서, 하드마스크용 희생막(17) 상에 패턴 형성을 위한 노광시 하부 즉, 하드마스크용 희생막(17)의 광반사도가 높임으로써 난반사가 이루어져 원하지도 않는 패턴이 형성되는 것을 방지하며, 하드마스크용 희생막(17)과 후속 ArF용 포토레지스트의 접착력을 향상시킬 목적으로 반사방지막(ARC)을 형성한다.Subsequently, when the exposure for forming the pattern is performed on the hard mask
여기서, 반사방지막(도시하지 않음)은 포토레지스트와 그 식각 특성이 유사한 유기계열의 물질을 사용하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the antireflection film (not shown) uses an organic material similar to the photoresist and its etching characteristics.
다음으로, 게이트전극 패턴(G) 사이의 기판(10) 구체적으로, 기판(10) 표면의 소스/드레인 등의 불순물접합층과 후속 공정에 의해 상부에 형성될 소자간의 전기적 연결을 위한 콘택 플러그 형성을 위해 셀콘택 오픈마스크인 포토레지스트 패턴인 포토레지스트 패턴(18)을 형성한다.Next, a contact plug is formed to electrically connect the
이하, 구체적인 포토레지스트 패턴(18)의 형성 공정을 살펴 본다.Hereinafter, a detailed process of forming the
반사방지막 상에 F2 노광원용 또는 ArF 노광원용의 포토레지스트를 스핀 코팅 등의 방법을 통해 적절한 두께로 도포한 다음, F2 노광원 또는 ArF 노광원과 SAC 식각을 통해 형성될 콘택홀의 폭을 정의하기 위한 소정의 레티클(도시하지 않음)을 이용하여 포토레지스트의 소정 부분을 선택적으로 노광하고, 현상 공정을 통해 노광 공정에 의해 노광되거나 혹은 노광되지 않은 부분을 잔류시킨 다음, 후세정 공정 등을 통해 식각 잔유물 등을 제거함으로써 포토레지스트 패턴(18)을 형성한다.F 2 exposure distance or ArF coated with a photoresist of the exposure distance to an appropriate thickness by a method such as spin coating, and then, F 2 exposure light source or the ArF define the contact hole width is formed through an exposure light source and the SAC etching on top of the anti-reflective film A predetermined portion of the photoresist is selectively exposed using a predetermined reticle (not shown), and the portion exposed or not exposed by the exposure process is left through a developing process, and then a post-cleaning process is performed. The
계속해서, 포토레지스트 패턴(18)을 식각 마스크로 한 선택적 식각 공정을 통해 반사방지층을 식각하는 바, 이 때 포토레지스트 패턴(18)의 손실을 최소화하 기 위해 Cl2, BCl3, CCl4 또는 HCl 등의 염소계 가스를 사용한 플라즈마를 이용하여 식각 공정을 실시하거나, CF 계열의 가스를 사용할 경우 C/F의 비율이 낮은 가스 예컨대, CF4, C2F2, CHF3 및 CH2F2로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 가스를 사용한 플라즈마를 이용하여 식각 공정을 실시한다.Subsequently, the antireflective layer is etched through a selective etching process using the
이는 반사방지막 식각시에는 CD의 조절이 용이해야 하므로 폴리머를 거의 발생시키지 않는 조건으로 식각을 진행하기 위한 것이다.This is because the CD should be easily controlled during the anti-reflection film etching, so that the etching may be performed under conditions that hardly generate polymer.
이어서, 포토레지스트 패턴(18)과 반사방지막을 식각마스크로 하드마스크용 희생막(17)을 식각하여 희생하드마스크(17')를 형성한다.Subsequently, the sacrificial
이하, 전술한 하드마스크용 희생막(17)의 식각 공정을 구체적으로 살펴본다.Hereinafter, the etching process of the
하드마스크용 희생막(17)이 W막, WSix막 또는 WN막과 같이 텅스텐(W)을 포함하는 경우, SF6/N2의 혼합 가스를 사용한 플라즈마를 이용하며, 이 때 SF6/N
2의 혼합비율이 0.10 ∼ 0.60인 것을 사용하는 것이 바람직하다.When the hard mask
하드마스크용 희생막(17)이 폴리실리콘막 또는 Ti막, TiN막, TiSix막, TiAlN막 또는 TiSiN막과 같이 티타늄(Ti)을 포함하는 박막인 경우, 염소 계열의 가스 특히, Cl2를 주식각가스로 하며, 이 때 식각 프로파일의 제어를 위해 산소(O2) 또는 CF 가스를 첨가하여 사용한다.When the hard mask
하드마스크용 희생막(17)이 질화막 계열인 경우에는 CF 계열의 가스를 사용한다.When the hard mask
이어서, 적어도(포토레지스트 패턴(18)과 반사방지막은 대부분 식각과정에서 제거가 되나 그 일부가 잔류될 수 있는 바, 포토레지스트 패턴(18)과 반사방지막의 제거를 위한 별도의 포토레지스트 스트립 공정을 실시하지 않는 경우 잔류하는 포토레지스트 패턴(18)과 반사방지막층이 식각마스크 역할을 할 수 있으므로 '적어도'라고 표현함) 희생하드마스크(17')를 식각마스크로 절연막(16)을 식각하는 SAC 공정을 진행한다.Subsequently, at least the
이 때, 식각 종말점을 게이트전극 패턴(G)의 하드마스크(14) 상부가 거의 노출되는 시점으로 하여 식각 공정을 실시하면, 도 1b에 도시된 바와 같이 제1식각정지막(15)이 일부 식각되며, 게이트전극 패턴(G)의 사이에서는 산화막 계열인 절연막(16)의 식각률이 SAC 식각시 사용되는 CF 가스에 대한 식각률이 질화막 계열인 제1식각정지막(15)에 비해 높으므로 하드마스크(14) 하부까지 식각된다.In this case, when the etching process is performed at a point where the
이어서, 포토레지스트 스트립(Photoresist strip) 공정을 실시하여 잔류하는 포토레지스트 패턴(18)과 반사방지막을 제거한다.Subsequently, a photoresist strip process is performed to remove the remaining
포토레지스트 스트립 공정은 주로 O2 가스를 사용하므로 이 공정에서 반사방지막 또한 제거가 되도록 하기 위해 반사방지막을 유기 계열로 사용하는 것이 공정 단순화 측면에서 유리하다.Since the photoresist strip process mainly uses O 2 gas, it is advantageous in terms of process simplification to use an organic anti-reflection film in order to remove the anti-reflection film in this process.
HF 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant) 등의 케미컬을 이용하여 콘택 예정 영역의 개구부를 확장하며, SAC 식각시 발생된 폴리머(20)를 제거한다.Chemicals such as HF or BOE (Buffered Oxide Etchant) are used to extend the openings of the contact regions, and the
BOE는 100:1 ∼ 300:1의 묽은 용액으로 사용하며, 세정 공정은 5초 ∼ 100초 동안 실시한는 것이 바람직하다. BOE is used as a dilute solution of 100: 1 to 300: 1, and the washing process is preferably performed for 5 seconds to 100 seconds.
도면부호 '19'는 개구부 확장시 제거된 절연막(16)의 일부를 나타낸다.
다음으로, 도 1c에 도시된 바와 같이, SAC 공정에 의해 하드마스크(14) 상부까지 절연막(16)이 식각되고 개구부가 확장된 프로파일을 따라 제2식각정지막(21)을 증착한다.Next, as shown in FIG. 1C, the second
도 1c는 제2식각정지막(21)이 형성된 공정 단면을 나타내며, 제2식각정지막(21)은 산화막과의 식각선택비를 고려하여 실리콘산화막 또는 실리콘산화질화막 등의 질화막 계열을 사용하는 것이 바람직하며, 이 때 물리기상증착(Physical Vapor Deposition; 이하 PVD라 함) 방식 또는 플라즈마화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; 이하 PECVD라 함) 방식 등의 단차피복성이 비교적 떨어지는 증착 방식을 이용하여 제2식각정지막(21)을 증착함으로써, 도면부호 '22'와 같이 식각 공정시 가장 식각 손실이 큰 부분에서 오버-행 구조가 되도록 한다.FIG. 1C illustrates a process cross section in which the second
계속해서, SAC 공정을 진행하여 게이트전극 패턴(G) 사이의 기판(10) 표면을 노출시키는 콘택홀(23)을 형성한다. 도 도 1d는 콘택홀(23)이 형성된 공정 단면을 도시한다.Subsequently, the SAC process is performed to form contact holes 23 exposing the surface of the
구체적으로 CF계 가스를 주식각가스로 사용한 전면식각을 실시하여 제2식각정지막(21)과 절연막(16) 및 제1식각정지막(15)을 식각하여 게이트전극 패턴(G) 사이에서 기판(10)이 노출되도록 한다. 이 때 전면식각을 실시해도 게이트전극 패턴(G) 상부에서는 제2식각정지막(21)이 두텁게 증착되어 있어, 게이트전극 패턴(G) 구체적으로 하드마스크(14)의 손실을 방지할 수 있다.
Specifically, the second
도 1d에서 제2식각정지막(21')은 게이트전극 패턴(G) 상부에서 일부 남아 있음을 확인할 수 있다.
In FIG. 1D, a portion of the second
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, ArF 포토레지스트 패턴 하부에 폴리실리콘막과 같은 하드마스크용 희생막(17)을 적용하므로써, 후속 SAC 식각시에 ArF 포토레지스트 패턴의 약한 식각 내성을 극복할 수 있다.
또한, 본 발명은 ArF 등의 포토리소그라피 공정을 이용한 SAC 공정시 하드마스크 상부에서 1차 식각 멈춤을 한 후, 세정 공정을 통해 개구부를 넓히고, 이어서 단차피복성이 열악한 증착 방식으로 식각정지막을 사용하여 얇게 증착한 후 나머지 SAC 식각 공정을 실시한다. 따라서, ArF 포토리소그라피 공정을 적용한 SAC 식각에 따른 게이트전극 패턴의 어택을 방지하고 식각 프로파일에서의 경사 발생을 억제하여 콘택 개구부를 최대로 확보할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.According to the present invention as described above, by applying a hard mask
In addition, the present invention, after the first etching stop on the top of the hard mask during the SAC process using a photolithography process such as ArF, widening the opening through the cleaning process, and then using the etch stop layer in a deposition method of poor step coverage After thin deposition, the remaining SAC etching process is performed. Accordingly, the present invention has been found to prevent the attack of the gate electrode pattern according to the SAC etching to which the ArF photolithography process is applied, and to prevent the inclination in the etching profile to maximize the contact opening.
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.
상술한 바와 같은 본 발명은, ArF 또는 F2 노광원을 이용한 자기정렬콘택 식각 공정시 경사 프로파일과 개구부 축소를 방지할 수 있어, 궁극적으로 반도체 소 자의 수율을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.As described above, the present invention can prevent the reduction of the inclination profile and the opening during the self-aligned contact etching process using an ArF or F 2 exposure source, and ultimately, the excellent effect of improving the yield of semiconductor elements can be expected. .
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KR20020091891A (en) * | 2001-06-01 | 2002-12-11 | 주식회사 하이닉스반도체 | A forming method of contact |
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KR20020091891A (en) * | 2001-06-01 | 2002-12-11 | 주식회사 하이닉스반도체 | A forming method of contact |
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