KR101194192B1 - 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법, 어모퍼스 카본 나이트라이드막, 다층 레지스트막, 반도체 장치의 제조 방법 및 제어 프로그램이 기억된 기억 매체 - Google Patents

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Abstract

에칭 내성이 우수하고, 그리고 레지스트막의 노광시, 반사율의 저하가 가능한 어모퍼스 카본막을 형성한다. 반도체 장치의 제조 방법에서는, 웨이퍼 상에 에칭 대상막을 형성하는 공정, 처리 용기 내에 CO 가스 및 N2 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정, 공급된 CO 가스 및 N2 가스로부터 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 성막하는 공정, 막(330) 상에 산화 실리콘막(335)을 형성하는 공정, 막(335) 상에 ArF 레지스트막(345)을 형성하는 공정, ArF 레지스트막(345)을 패터닝하는 공정, ArF 레지스트막(345)을 마스크로 하여 산화 실리콘막(335)을 에칭하는 공정, 산화 실리콘막(335)을 마스크로 하여 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 에칭하는 공정, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 마스크로 하여 에칭 대상막을 에칭하는 공정을 갖는다.

Description

어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법, 어모퍼스 카본 나이트라이드막, 다층 레지스트막, 반도체 장치의 제조 방법 및 제어 프로그램이 기억된 기억 매체{METHOD FOR FORMING AMORPHOUS CARBON NITRIDE FILM, AMORPHOUS CARBON NITRIDE FILM, MULTILAYER RESIST FILM, METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE, AND STORAGE MEDIUM IN WHICH CONTROL PROGRAM IS STORED}
본 발명은, 반도체 장치에 적용되는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법, 어모퍼스 카본 나이트라이드막, 다층 레지스트막, 반도체 장치의 제조 방법 및 제어 프로그램이 기억된 기억 매체에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서는, 포토리소그래피 기술을 이용하여 패턴 형성된 포토레지스트를 에칭 마스크로 하여 플라즈마 에칭을 행하고, 이에 따라 회로 패턴을 에칭 대상막에 전사(transfer)한다. 포토리소그래피에 의해 포토레지스트에 패턴을 투영할 때, CD가 45㎚의 세대에서는, 미세화에 대응하여 ArF 레지스트가 사용되고, ArF 레지스트의 노광에는 193㎚의 파장의 ArF 레이저 광원이 사용된다.
그러나 , ArF 레지스트는 플라즈마 내성이 낮다는 특성을 갖고 있다. 이 때문에, ArF 레지스트의 아래에 SiO2막과 플라즈마 내성이 높은 레지스트막을 적층시켜, 이 다층 레지스트막을 이용하여 패터닝하는 기술이 제안되고 있다.
다층 레지스트막에는, SiO2막의 대신이나 반사 방지층으로서, 탄화수소 가스와 불활성 가스를 이용하여 CVD(Chemical Vapor Deposition: 화학 증착 박막 성막법) 처리에 의해 형성된 어모퍼스 카본막을 적용하는 기술도 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1을 참조).
또한, 최근, 일부의 공정에서 포토리소그래피 기술을 이용하지 않는 패터닝 기술이 제안되고 있다. 구체적으로는, 예를 들면, ArF 레지스트막의 아래에 SiO2막, SiO2막 아래에 어모퍼스 카본막을 적층시킨 다층 레지스트막을 구성하고, 다층 레지스트막에 대하여 다음과 같이 패터닝한다. 즉, 우선, ArF 레지스트막을 패터닝하고, 패터닝된 ArF 레지스트막을 이용하여 SiO2막을 에칭한다. 다음으로, 패터닝된 SiO2막을 이용하여 어모퍼스 카본막을 에칭한다. 이 결과, ArF 레지스트막의 패터닝 공정 이외의 공정에서 포토리소그래피 기술을 사용하지 않고, ArF 레지스트막에 형성된 패턴을 어모퍼스 카본막에 전사할 수 있다.
일본공개특허공보 2002-12972호
그러나, 포토리소그래피 기술을 이용하여 ArF 레지스트막을 패터닝하는 경우, ArF 레지스트막은, 입사광뿐만 아니라 ArF 레지스트막의 하지(base)에서 반사된 빛에 의해서도 감광된다. 그 결과, 모처럼 입사광에 의해 ArF 레지스트막에 정확하게 소망하는 패턴이 투영되어도, 제어되어 있지 않은 반사광에 의한 감광에 의해 ArF 레지스트막에 투영된 패턴의 경계 부분이 애매해져, 정밀도가 높은 패터닝을 방해하게 된다.
그래서, 상기 문제를 해소하기 위해, 본 발명은, 레지스트막의 아래에 형성되는 어모퍼스 카본막으로서, 에칭 내성이 우수하고, 그리고 레지스트막을 노광할 때, 조사된 빛의 반사율을 저하시키는 것이 가능한 어모퍼스 카본막을 제안한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 발명자는, 예의 검토한 결과, (1)～(4)의 사항을 발견했다.
(1) 어모퍼스 카본막 중에 있어서의 탄소 원자의 함유율이 높을수록 에칭 내성의 향상을 도모할 수 있는 점
(2) 탄소 원자의 함유율을 높이기 위해서는 수소 원자의 함유율을 저하시키는 것이 불가결한 점
(3) CVD법에 있어서의 탄소를 공급하는 가스로서, 탄화수소 가스를 대신하여, 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소를 사용함으로써, 수소 원자의 함유율이 매우 낮은 어모퍼스 카본막을 생성할 수 있는 점
(4) 수소 원자의 함유율이 매우 낮은 어모퍼스 카본막에, 추가로 질소 가스를 도핑함으로써, 레지스트막을 노광할 때, 조사되는 빛이 어모퍼스 카본막에서 반사되는 확률을 저하시킬 수 있는 점
상기 관점에서, 본 발명의 어느 실시 형태에 의하면, 처리 용기의 내부에 피(被)처리체를 배치하는 공정과, 상기 처리 용기의 내부에 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기의 내부에서 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 분해하여 피처리체 상에 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 성막하는 공정을 갖는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법이 제공된다.
이에 의하면, 에칭 내성이 우수하고, 그리고 레지스트막을 노광할 때, 조사된 빛의 반사율을 저하시키는 것이 가능한 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 형성할 수 있다. 이에 따라, 포토리소그래피 기술을 이용한 패턴 형성시에 레지스트막을 정확하게 패터닝할 수 있다. 또한, 높은 에칭 내성에 의해, 후공정의 에칭시에 있어서도 하층막에 양호한 패턴을 형성할 수 있어, 에칭 대상막의 패턴에 변형을 발생시키는 일 없이 정확한 패턴 전사를 실현할 수 있다.
상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막 중의 질소 원자의 함유율은, 동일 막중의 탄소 원자의 10％ 이하라도 좋다.
상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막은, 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 피처리체 상에 성막되어도 좋다.
상기 플라즈마 CVD 장치는, 상기 처리 용기의 내부에 상부 전극 및 하부 전극이 설치된 평행 평판형이고, 상기 하부 전극 상에 피처리체가 배치된 상태에서, 적어도 상기 상부 전극에 고주파 전력을 인가하여 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성해도 좋다. 이에 더하여, 상기 하부 전극에 바이어스용의 고주파 전력을 인가해도 좋다. 이때, 상기 상부 전극은 탄소 전극이라도 좋다. 처리 가스는, 불활성 가스를 포함해도 좋다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 이용하여 플라즈마 CVD에 의해 피처리체 상에 형성된 어모퍼스 카본 나이트라이드막이 제공된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 처리 용기의 내부에 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하고, 상기 처리 용기의 내부에서 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 분해함으로써, 에칭 대상막 상에 형성된 어모퍼스 카본 나이트라이드막과, 상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막 상에 형성된 실리콘계 박막과, 상기 실리콘계 박막 상에 형성된 포토레지스트막을 포함하는 다층 레지스트막이 제공된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 피처리체 상에 에칭 대상막을 형성하는 공정과, 처리 용기의 내부에 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기의 내부에서 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 분해하여 피처리체 상에 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 성막하는 공정과, 상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막 상에 실리콘계 박막을 형성하는 공정과, 상기 실리콘계 박막 상에 포토레지스트막을 형성하는 공정과, 상기 포토레지스트막을 패터닝하는 공정과, 상기 포토레지스트막을 에칭 마스크로 하여 상기 실리콘계 박막을 에칭하는 공정과, 상기 실리콘계 박막을 에칭 마스크로 하여 상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 에칭하여 상기 포토레지스트의 패턴을 전사하는 공정과, 상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 에칭 마스크로 하여 상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정을 갖는 반도체 장치의 제조 방법이 제공된다.
이때, 193㎚의 파장의 빛을 이용하여, 상기 포토레지스트막으로서의 ArF 레지스트막을 패터닝해도 좋다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 컴퓨터상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서, 상기 제어 프로그램은, 상기 방법이 실행되도록, 상기 컴퓨터에 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 형성하기 위한 성막 장치를 제어시키는 기억 매체가 제공된다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 실시 형태에 의하면, 처리 용기의 내부에 피처리체를 배치하는 공정과, 상기 처리 용기의 내부에 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 탄소 원자와 산소 원자만으로 이루어지는 가스와 질소 가스를 공급하는 공정과, 상기 처리 용기의 내부에서 플라즈마를 이용하여, 피처리체 상에 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 성막하는 공정을 갖는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법이 제공된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 에칭 내성이 우수하고, 그리고 레지스트막을 노광할 때, 조사된 빛의 반사율을 저하시키는 것이 가능한 어모퍼스 카본막을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 성막에 적용 가능한 플라즈마 CVD 장치의 종단면도이다.
도 2는 동 실시 형태에 따른 어모퍼스 카본 나이트라이드막 생성시의 분해, 생성 반응을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 동 실시 형태에 따른 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 이용하여 반도체 장치를 제조하기 위한 다층막 구조를 나타낸 종단면도이다.
도 4는 동 실시 형태에 따른 ArF 레지스트막을 리소그래피에 의해 패터닝하는 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 동 실시 형태에 따른 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 반사율을 나타낸 실험 결과이다.
도 6은 동 실시 형태에 따른 패터닝된 ArF 레지스트막을 마스크로 하여 산화 실리콘막을 에칭한 결과를 나타내는 단면도이다.
도 7은 동 실시 형태에 따른 패터닝된 산화 실리콘막을 마스크로 하여 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 에칭한 결과를 나타내는 단면도이다.
도 8은 동 실시 형태에 따른 패터닝된 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 마스크로 하여 에칭 대상막을 에칭한 결과를 나타내는 단면도이다.
도 9는 동 실시 형태에 따른 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 플라즈마 내성을 평가하기 위한 실험 결과이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 설명 및 첨부 도면에 있어서, 동일한 구성 및 기능을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일 부호를 붙임으로써, 중복 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 중 1mTorr은 (10-3×101325/760)Pa, 1sc㎝은 (10-6/60)㎥/sec으로 한다.
우선, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법을 적용 가능한 성막 처리의 일 예로서, 평행 평판형의 플라즈마 CVD 장치를 이용하여 설명한다. 도 1은, 평행 평판형의 플라즈마 CVD 장치를 모식적(schematically)으로 나타낸 단면도이다.
(플라즈마 CVD 장치의 구성)
플라즈마 CVD 장치(10)는, 원통 형상의 처리 용기(100)를 갖고 있다. 처리 용기(100)는 접지되어 있다. 처리 용기(100)의 내부에는, 웨이퍼(W)를 올려놓는 서셉터(105)가 설치되어 있다. 서셉터(105)는, 지지체(110)에 의해 지지되어 있다. 서셉터(105)의 재치면 근방에는 하부 전극(115)이 매설되고, 그 하방에는 히터(120)가 매설되어 있다. 하부 전극(115)에는, 정합기(125)를 사이에 두고 고주파 전원(130)이 접속되어 있다. 필요에 따라서, 고주파 전원(130)으로부터 바이어스용의 고주파 전력이 출력되어 하부 전극(115)에 인가된다. 히터(120)에는, 히터 전원(135)이 접속되어 있어, 필요에 따라서 히터 전원(135)으로부터 교류 전압이 인가되어, 웨이퍼(W)를 소망하는 온도로 조정한다. 서셉터 상부의 외연부에는 가이드 링(140)이 설치되어, 웨이퍼(W)를 가이드하도록 되어 있다.
처리 용기(100)는 천정부에서 원통 형상으로 개구되고, 그 개구에는 절연체(145)를 사이에 두고 원통 형상의 샤워 헤드(150)가 끼워져 있다. 샤워 헤드(150)의 내부에는, 가스를 확산하는 버퍼 영역(150a)이 형성되어 있다. 가스 공급원(155)으로부터 공급된 소망하는 가스는, 가스 라인(L)을 경유하여 가스 도입구(160)로부터 샤워 헤드(150) 내로 도입되고, 버퍼 영역(150a)을 거쳐 복수의 가스 토출구(ejection hole;165)로부터 처리 용기 내부에 공급된다. 소망하는 가스에는, 일산화탄소 가스, 아르곤 가스, 질소 가스가 포함된다. 샤워 헤드(150)에는, 정합기(170)를 사이에 두고 고주파 전원(175)이 접속되어 있다. 이에 따라, 샤워 헤드(150)는 상부 전극으로서도 구성된다. 구체적으로는, 고주파 전원(175)으로부터 플라즈마 생성용의 고주파 전력이 출력되어, 상부 전극(샤워 헤드(150))에 인가됨으로써, 상부 전극 및 하부 전극 사이에 발생한 전계에 의해 방전이 발생하여, 처리 용기 내에 공급된 가스가 여기되어 플라즈마가 생성된다.
처리 용기의 저벽(底壁)에는 배기관(180)이 설치되고, 배기관(180)에는 진공 펌프(도시하지 않음)를 포함하는 배기 장치(185)가 연결되어 있다. 배기 장치(185)는, 이를 작동함으로써 처리 용기(100)의 내부를 소망하는 진공도까지 감압한다. 처리 용기(100)의 벽면에는, 웨이퍼(W)를 반입/반출하는 반입출구(190) 및 반입출구(190)를 개폐하는 게이트 밸브(195)가 설치되어 있다.
이상과 같이 구성된 플라즈마 CVD 장치(10)는, 제어 장치(200)에 의해 제어된다. 제어 장치(200)는, CPU(200a), ROM(200b), RAM(200c) 및 인터페이스(200d)를 갖는다. CPU(200a), ROM(200b), RAM(200c) 및 인터페이스(200d)는, 버스(200e)에 의해 각각 접속되어 있다.
ROM(200b)에는, 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법을 나타낸 제어 프로그램(레시피)이나 각종 프로그램이 기억되어 있다. RAM(200c)에는, 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 형성하기 위한 각종 데이터가 격납되어 있다. 제어 장치(200)는, 제어 프로그램(레시피)의 순서에 따라, 인터페이스(200d)를 통하여 바이어스용의 고주파 전원(130), 히터 전원(135), 가스 공급원(155), 플라즈마 여기용의 고주파 전원(175), 배기 장치(185)에 제어 신호를 송신하여, 이 제어 신호에 의해 각 기기는 소정의 타이밍에 동작한다. 이와 같이 하여, CPU(200a)가 기구 영역에 격납된 데이터 및 제어 프로그램을 실행함으로써, 웨이퍼(W) 상에 소망하는 어모퍼스 카본 나이트라이드막이 성막되도록 되어 있다.
인터페이스(200d)에는, 오퍼레이터가 조작 가능한 PC나 디스플레이(모두 도시하지 않음)가 접속되어 있고, 제어 장치(200)는, 오퍼레이터의 지시를 플라즈마 CVD 장치(10)의 제어에 반영시킨다. 또한, 제어 프로그램은, 하드 디스크나 EEPROM, DVD 등의 메모리에 기억되어 있어도 좋고, 네트워크를 통하여 전달되도록 해도 좋다.
(어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법)
다음으로, 플라즈마 CVD 장치(10)를 이용하여, 본 실시 형태에 따른 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 형성하는 방법에 대해서 설명한다.
우선, 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 형성하기 위한 웨이퍼(W)가, 서셉터 상에 올려놓여진다. 또한, 가스 공급원(155)으로부터 처리 용기 내에 Ar 가스 등의 불활성 가스가, 플라즈마 여기 가스로서 공급된다. 이와 함께 배기 장치(185)가 작동하여 처리 용기 내가 배기되어, 처리 용기 내가 소망하는 감압 상태로 유지된다. 고주파 전원(175)으로부터 샤워 헤드(150)에 고주파 전력이 인가되고, 이에 따라, 처리 용기 내의 가스가 플라즈마화된다. 이 상태에서, 가스 공급원(155)으로부터 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 가스를 공급한다. 예를 들면, 일산화탄소 가스(CO), 질소 가스(N2) 및 아르곤 가스(Ar)의 혼합 가스가 처리 용기 내로 도입된다. 또한, Ar 가스, He 가스, Ne 가스 등의 불활성 가스는 공급되지 않아도 좋지만, 균일한 플라즈마를 유지하기 위해 일산화탄소 가스 및 질소 가스와 함께 공급되는 편이 바람직하다.
이 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 일산화탄소 가스(CO)가 플라즈마에 의해 여기되고, 탄소(C)와 산소 라디칼(O*)로 분해되어(1-1: CO→C+O*), 생성된 탄소 원자(C)는 퇴적된다. 탄소 원자(C)의 일부는, 질소 가스로부터 분해된 질소 원자(N)와 결합된 상태로(1-2: C+N→CN), 탄소 원자(C)의 퇴적물 안에 혼입된다. 이와 같이 하여 탄소 중에 질소가 혼입된 상태에서 어모퍼스 카본 나이트라이드막이 형성된다.
또한, 샤워 헤드(150)를 탄소 전극으로 하면 바람직하다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이, 일산화탄소 가스(CO)가 분해될 때, 산소 라디칼(O*)이 생성되지만, 이 산소 라디칼(O*)은, 샤워 헤드(150)를 탄소 전극으로 함으로써, 일산화탄소의 생성 반응에 사용되고(2: O*+C→CO), 생성된 일산화탄소(CO)는, 전술한 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 생성에 사용된다. 이 결과, 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 성막 속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 산소 라디칼(O*)의 일부는, 챔버 내에서 이산화탄소의 생성 반응에 사용되고(3: O*+CO→CO2), 이에 따라 생성된 이산화탄소(CO2)는, 배기관(180)으로부터 배기된다.
성막 중, 필요에 따라서 히터를 가열하여 웨이퍼(W)의 온도를 조정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 웨이퍼(W)의 온도를 350℃ 이하, 바람직하게는 150～250℃로 조정한다. 또한, 플라즈마 CVD 장치(10)는, 평행 평판형(용량 결합형)에 한정되지 않고, 유도 결합형의 플라즈마 처리 장치, 마이크로파를 이용하여 플라즈마를 생성하는 플라즈마 처리 장치나 리모트 플라즈마(remote plasma)라도 좋다. 특히, 마이크로파를 이용한 플라즈마 처리 장치에서는, 전자 밀도(Ne)가 높고 전자 온도(Te)가 낮은 플라즈마를 생성할 수 있다. 이 때문에, 프로세스 중의 온도를 낮게 유지할 수 있어, Cu 배선을 포함하는 백엔드 프로세스(backend process)에 보다 적합하다.
또한, 필요에 따라서, 고주파 전원(130)으로부터 하부 전극(115)에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하여, 플라즈마 중의 N 이온을 서셉터측으로 끌어들이도록 해도 좋다. 이에 따라, 어모퍼스 카본 나이트라이드막 중에 N 이온을 확실히 혼입시킬 수 있다. 이는, 후술하는 바와 같이 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 반사율을 저하시킴과 함께, 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 보다 치밀하게 하여, 후공정에서 실행되는 에칭 대상막(피에칭막)의 드라이 에칭시에 고(高)선택비를 실현할 수 있다.
(어모퍼스 카본 나이트라이드막을 포함하는 다층막의 적층 구조)
다음으로, 반도체 장치를 제조하기 위해 사용되는 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 포함하는 다층막의 적층 구조에 대해서, 도 3을 참조하면서 설명한다. 웨이퍼(W) 상에는 에칭 대상막으로서, SiC막(305), SiOC막(Low-k막)(310), SiC막(315), SiO2막(320), SiN막(325)이 차례로 적층되어 있다.
에칭 대상막의 위에는, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330), 산화 실리콘막(335)(SiO2), 반사 방지막(340)(DARC(등록 상표): dielectric anti-reflective coating), ArF 레지스트막(345)이 차례로 적층되어 있다. ArF 레지스트막(345)은, 포토 레지스트막의 일 예이다. 산화 실리콘막(335)은, 실리콘계 박막의 일 예이다. 반사 방지막(340)은, 산화 실리콘막이나 질화된 산화 실리콘막으로 형성될 수 있다. 이상의 적층 구조에 의하면, 후술하는 반도체 장치의 제조 방법시, ArF 레지스트막(345), 반사 방지막(340), 산화 실리콘막(335), 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은, 다층 레지스트막으로서 기능한다. 또한, 반사 방지막(340)은 다층 레지스트막에 포함되어 있는 편이 바람직하지만 없어도 좋다.
에칭 대상막의 막두께로서는, SiC막(305)이 30㎚, SiOC막(Low-k막)(310)이 150㎚, SiC막(315)이 30㎚, SiO2막(320)이 150㎚, SiN막(325)이 70㎚라도 좋다. 다층 레지스트막의 막두께로서는, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)의 두께가 100～800㎚(예를 들면 280㎚), 산화 실리콘막(335)의 두께는 10～100㎚(예를 들면 50㎚), 반사 방지막(340)(DARC)의 두께는 30～100㎚(예를 들면 70㎚), ArF 레지스트막(345)의 두께는 200㎚ 이하(예를 들면 180㎚)라도 좋다. 또한, 산화 실리콘막(335) 대신에 SiOC, SiON, SiCN, SiCNH 등의 다른 실리콘계 박막을 이용할 수도 있다.
(반도체 장치의 제조 방법)
다음으로, 전술한 적층 구조의 다층막에 적용하는 반도체 장치의 제조 방법에 대해서, 도 4～도 8을 참조하면서 설명한다. 도 4는, 포토리소그래피에 의한 ArF 레지스트막의 패터닝을 설명하기 위한 도면이다. 도 5는, 어모퍼스 카본막 및 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 반사율의 측정치를 나타낸 도면이다. 도 6～도 8은, 에칭에 의한 다층막의 패터닝을 설명하기 위한 도면이다.
(포토리소그래피에 의한 패터닝)
우선, 포토리소그래피에 의한 ArF 레지스트막의 패터닝을 설명한다. 도 4의 상부의 노광 공정에 나타낸 바와 같이, ArF 레지스트막(345)은, 193㎚의 파장의 ArF 엑시머 레이저를 이용하여 ArF 레지스트막(345)을 감광함으로써 도시하지 않는 마스크의 패턴을 투영한다. 도 4에는 투영된 패턴의 일부로서 패턴의 경계 부분(B)이 나타나고 있다. ArF 레지스트막(345)의 감광 부분은, 도 4의 하부의 현상 공정에 나타낸 바와 같이 제거되어, 이에 따라, ArF 레지스트막(345)의 패터닝이 완료된다.
상기 포토리소그래피에 의한 패터닝 중, 레이저광은, ArF 레지스트막(345)의 하지를 투과한다. 그때, 반사 방지막(340)에 의해 ArF 레지스트막(345)으로의 반사광이 억제된다. 그러나, 반사 방지막(340)을 투과한 빛은, 추가로 그 하층막에서 반사되는 경우도 있다. 그 경우, 그 반사광은 ArF 레지스트막(345)을 감광하게 된다. 그 결과, 모처럼 입사광에 의해 ArF 레지스트막(345)에 샤프한 패턴(B)을 정확하게 투영했음에도 불구하고, 제어되지 않은 반사광에 의해 ArF 레지스트막(345)에 불필요한 감광이 발생하여, ArF 레지스트막(345)에 투영된 패턴의 경계 부분(B)이 애매해져 정확한 패터닝을 방해하게 된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 이하에 설명하는 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)에 의해 반사를 억제한다.
(어모퍼스 카본 나이트라이드막의 반사율)
본 실시 형태에 따른 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은, 어모퍼스 카본에 질소 원자가 혼입되어 있다. 발명자가 예의 연구한 결과, 도 5에 나타낸 바와 같이, 첨가하는 N 원자의 양에 따라, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 반사하는 193㎚의 빛의 반사율이 변화하는 것을 알았다.
도 5의 실험을 행하기 위해, 발명자는, 우선, 플라즈마 CVD 장치(10)를 이용하여 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 성막했다. 구체적으로는, 제어 장치(200)로부터의 지시 신호에 기초하여, 플라즈마 CVD 장치(10)의 각 기기는 다음과 같이 제어되었다. 즉, 웨이퍼 재치 후, 가스 공급원(155)으로부터 가스 라인(L) 및 샤워 헤드(150)를 통하여 Ar 가스를 처리 용기 내에 공급함과 함께 배기 장치(185)에 의해 처리 용기 내를 배기함으로써, 처리 용기 내를 20mTorr의 감압 상태로 유지했다. 또한, 상부 월(wall), 하부 월, 서셉터(105)의 온도가 각각 60℃, 50℃, 40℃가 되도록 처리 용기 내의 온도를 조정했다. 샤워 헤드(상부 전극)(150)에는, 고주파 전원(175)으로부터 4.0W/㎠의 고주파 전력을 인가했다. 바이어스용의 고주파 전력은 인가하지 않았다. 샤워 헤드(150)와 서셉터(105)와의 사이의 갭은 30㎝였다. 처리 용기 내의 분위기가 안정된 후, 가스 공급원(155)으로부터 일산화탄소(CO) 가스, 아르곤(Ar) 가스, 질소(N2) 가스의 혼합 가스를 공급했다.
CO/Ar/N2의 가스 유량비를 18:1:0으로 했을 때, 질소가 첨가되지 않아, 어모퍼스 카본막(막 1로 함)에 포함되는 C 원자의 함유율은, 96.8(Atomic％)이었다. 이와 같이, N 원자를 첨가하지 않는 어모퍼스 카본막에 193㎚의 레이저광을 입사 한 경우, 입사광에 대한 반사광의 비율, 즉, 반사율은 「4.42」였다.
한편, CO/Ar/N2의 가스 유량비를 17:1:1로 했을 때, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)(막 2로 함)에 포함되는 N 원자 및 C 원자의 함유율은, 각각 6.7, 88.2(Atomic％)였다. 이는, C 원자에 대하여 약 7.6％의 N 원자가 어모퍼스 카본 나이트라이드막 중에 함유되어 있는 것을 나타낸다. 이때, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)에 193㎚의 레이저광을 입사한 경우, 반사율은 「2.16」으로 감소했다.
또한, CO/Ar/N2의 가스 유량비를 17:1:2로 했을 때, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)(막 3으로 함)에 포함되는 N 원자 및 C 원자의 함유율은, 각각 10.0, 83.2(Atomic％)였다. 이는, C 원자에 대하여 약 12％의 N 원자가 어모퍼스 카본 나이트라이드막 중에 함유되어 있는 것을 나타낸다. 이때, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)에 193㎚의 레이저광을 입사한 경우, 반사율은 「4.20」으로 증가했다.
이상으로부터, 발명자는, 어모퍼스 카본 나이트라이드막 중에 첨가하는 N 원자를 C 원자의 대략 10％ 이하로 하면, 193㎚의 레이저광의 대부분을 ArF 레지스트막(345) 측으로 반사시키는 일 없이, 리소그래피 공정을 실행할 수 있는 것을 발견했다. 이에 따라, 발명자는, C 원자에 대한 N 원자의 함유율이 10％ 이하의 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 이용하여, ArF 레지스트막(345)에 정확하게 패턴을 형성할 수 있었다.
(에칭에 의한 패터닝)
다음으로, ArF 레지스트막(345)에 형성된 패터닝을 에칭에 의해 하층막에 전사하는 공정을 설명한다. 도 3에 나타낸 상태의 ArF 레지스트막(345)을 에칭 마스크로 하여, 플라즈마 CVD 장치(10)를 이용하여, 반사 방지막(340) 및 산화 실리콘막(335)을 플라즈마에 의해 에칭한다. 그 결과, 도 6에 나타낸 바와 같이, 산화 실리콘막(335)에 ArF 레지스트막(345)의 패턴이 전사된다. ArF 레지스트막(345)은 에칭 내성이 낮기 때문에, 본 공정 중에 ArF 레지스트막(345)은 소실되어 버린다. 또한, 반사 방지막(340)도 에칭되어 얇아져 있다.
다음으로, 도 6에 나타낸 상태의 산화 실리콘막(335)을 에칭 마스크로 하여, 플라즈마 CVD 장치(10)를 이용하여 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 플라즈마에 의해 에칭한다. 그 결과, 도 7에 나타낸 바와 같이, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)에 ArF 레지스트막(345)의 패턴이 전사된다. 후술하는 바와 같이, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은, 충분한 플라즈마 내성을 갖는다. 따라서, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은, 본 공정 중, 양호한 형상을 유지하면서 에칭된다. 이 결과, ArF 레지스트막(345)의 패턴을 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)에 정확하게 전사할 수 있다.
이어서, 도 7에 나타낸 상태의 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 에칭 마스크로 하여, 플라즈마 CVD 장치(10)를 이용하여, SiN막(325), SiO2막(320), SiC막(315), SiOC막(Low-k막)(310), SiC막(305)의 차례로 에칭 대상막을 에칭한다. 전술한 바와 같이 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은 플라즈마 내성(에칭 내성)이 높기 때문에, 에칭 중, 에칭 대상막에 대하여 높은 선택비를 갖는다. 이 결과, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은, SiC막(305)의 에칭이 종료될 때까지, 충분히 에칭 마스크로서 잔존할 수 있어, 에칭 대상막의 패턴에 변형이 발생하는 일 없이 정확한 패턴 전사가 가능해진다. 또한, 에칭 종료 후, 잔존한 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은, O2계 가스에 의해 애싱(ashing)되고, 이에 따라, 도 8에 나타낸 바와 같이, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)이 소실된 상태에서 에칭 대상막의 패터닝이 완성된다. 또한, 애싱에는, O2 가스 및 Ar의 혼합 가스, 또는 O2 가스 및 N2의 혼합 가스가 이용되어도 좋고, N2 가스 및 H2 가스의 혼합 가스가 이용되어도 좋다.
(어모퍼스 카본 나이트라이드막의 플라즈마 내성)
전술한 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 플라즈마 내성에 대해서, 발명자가 행한 실험을 이하에 서술한다. 프로세스 조건으로서는, 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 성막시와 거의 동일하며, 처리 용기 내를 20mTorr의 감압 상태로 유지하여, 상부 월, 하부 월, 서셉터(105)의 온도가 각각 60℃, 50℃, 40℃가 되도록 처리 용기 내의 온도를 조정했다. 샤워 헤드(상부 전극)(150)에는, 고주파 전원(175)으로부터 출력된 4.0W/㎠의 고주파 전력을 「15초」인가했다. 바이어스용의 고주파 전력은 인가하지 않았다. 샤워 헤드(150)와 서셉터(105)와의 사이의 갭은 30㎝였다.
처리 용기 내의 분위기가 안정된 후, 이하의 각 막의 소실량을 계측했다. 구체적으로는, 상기 프로세스 조건에 있어서, 436㎚의 파장의 광원(g선)에 이용하는 레지스트막(비교막 1), 어모퍼스 카본막(막 1), 어모퍼스 카본 나이트라이드막(막 2, 막 3)에 대하여 동일 평가를 행했다. 이 결과를 도 9에 나타낸다. 도 9에서는, 에칭 대상막을 15초간 에칭한 동안에 비교막 1은, 중앙부에서 Δ70㎚, 단부(端部)에서 Δ90㎚만큼 소실되었다. 즉, 15초간의 에칭 중에, 비교막 1은, 중앙부에서 70㎚, 단부에서 90㎚만큼 얇아져 있었다.
이에 대하여, 막 1, 막 2, 막 3은, 중앙부에서 각각 Δ37.6㎚, Δ42.7㎚, Δ54.8㎚, 단부에서 Δ37.8㎚, Δ48.6㎚, Δ57.7㎚만큼 막이 소실되었다. 이 결과, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은, 436㎚의 파장의 광원(g선)에 이용하는 레지스트막보다 플라즈마 내성이 향상되어 있는 것을 알았다. 그뿐만 아니라, 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)은, g선에 이용하는 레지스트막보다, 에칭에 대한 면 내 균일성이 높다. g선의 레지스트막은 실용면에서 충분한 플라즈마 내성을 갖고 있는 것이 경험상 이해되어 있다. 따라서, 보다 막의 소실량이 적고, 그리고 에칭시의 면 내 균일성이 높은 어모퍼스 카본 나이트라이드막은, g선의 레지스트막 이상의 선택비를 갖고, 실용에도 견딜 수 있는 우수한 막인 것이 이 실험에서 증명되었다.
이상의 설명을 간단하게 정리하면, 본 실시 형태에 따른 반도체 장치의 제조 방법에는, 적어도 다음에 나타낸 공정이 포함된다.
(a) 웨이퍼 상에 에칭 대상막을 형성하는 공정
(b) 처리 용기 내에 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정
(c) 처리 용기 내에서 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 분해하여 웨이퍼 상에 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 성막하는 공정
(d) 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)의 위에 산화 실리콘막(335)을 형성하는 공정
(e) 산화 실리콘막(335)의 위에 ArF 레지스트막(345)을 형성하는 공정
(f) ArF 레지스트막(345)을 패터닝하는 공정
(g) ArF 레지스트막(345)을 에칭 마스크로 하여 산화 실리콘막(335)을 에칭하는 공정
(h) 산화 실리콘막(335)을 에칭 마스크로 하여 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 에칭하여 ArF 레지스트막(345)의 패턴을 전사하는 공정
(i) 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)을 에칭 마스크로 하여 에칭 대상막을 에칭하는 공정
이에 의하면, 에칭 내성이 우수하고, 그리고 ArF 레지스트막(345)을 193㎚의 레이저광으로 노광할 때, 조사된 빛의 반사율을 저하시키는 것이 가능한 어모퍼스 카본 나이트라이드막(330)에 의해, 에칭 대상막에 정확한 패턴을 전사할 수 있다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는 것은 말할 필요도 없다. 당업자라면, 특허 청구의 범위에 기재된 범주 내에 있어서, 각종의 변경예 또는 수정예에 생각이 미칠 수 있는 것은 분명하고, 그것들에 대해서도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.
예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 본 발명의 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 드라이 현상 기술에 있어서의 다층 레지스트막 중의 하위층에 적용한 경우에 대해서 나타냈지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 동 막을 통상의 포토레지스트막의 바로 아래에 형성하여 반사 방지막 기능을 갖는 에칭 마스크로 하여 이용하는 등, 다른 여러 가지의 용도에 이용할 수 있다.
또한, 예를 들면, 상기 실시 형태에서는, 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 성막에 이용하는 가스를 일산화탄소 가스로 했지만, 프로세스에 따라 이산화탄소 가스를 이용하는 것도 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 피처리체로서 반도체 웨이퍼를 예시했지만, 이에 한정되지 않고, 액정 표시 장치(LCD)로 대표되는 플랫 패널 디스플레이(FPD)용의 유리 기판 등 다른 기판에도 적용할 수 있다.
10 : 플라즈마 CVD 장치
105 : 서셉터
115 : 하부 전극
130 : 고주파 전원
150 : 샤워 헤드
155 : 가스 공급원
175 : 고주파 전원
200 : 제어 장치
330 : 어모퍼스 카본 나이트라이드막
335 : 산화 실리콘막
340 : 반사 방지막
345 : ArF 레지스트막

Claims (13)

  1. 처리 용기의 내부에 피(被)처리체를 배치하는 공정과,
    상기 처리 용기의 내부에 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기의 내부에서 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 분해하여 피처리체 상에 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 성막하는 공정
    을 갖는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막 중의 질소 원자의 함유율은, 동일 막 중에 함유되는 탄소 원자의 10％ 이하인 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막은,
    플라즈마 CVD 장치를 이용하여 피처리체 상에 성막되는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 플라즈마 CVD 장치는, 상기 처리 용기의 내부에 상부 전극 및 하부 전극이 설치된 평행 평판형이고, 상기 하부 전극 상에 피처리체가 배치된 상태에서, 적어도 상기 상부 전극에 고주파 전력을 인가하여 상기 처리 가스로부터 플라즈마를 생성하는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 하부 전극에 바이어스용의 고주파 전력을 인가하는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 상부 전극은 탄소 전극인 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 처리 가스는, 불활성 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법.
  8. 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 이용하여 플라즈마 CVD에 의해 피처리체 상에 형성된 어모퍼스 카본 나이트라이드막.
  9. 처리 용기의 내부에 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하고, 상기 처리 용기의 내부에서 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 분해함으로써, 에칭 대상막 상에 형성된 어모퍼스 카본 나이트라이드막과,
    상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막 상에 형성된 실리콘계 박막과,
    상기 실리콘계 박막 상에 형성된 포토레지스트막
    을 포함하는 다층 레지스트막.
  10. 피처리체 상에 에칭 대상막을 형성하는 공정과,
    처리 용기의 내부에 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 포함하는 처리 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기의 내부에서 일산화탄소 가스 및 질소 가스를 분해하여 피처리체 상에 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 성막하는 공정과,
    상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막 상에 실리콘계 박막을 형성하는 공정과,
    상기 실리콘계 박막 상에 포토레지스트막을 형성하는 공정과,
    상기 포토레지스트막을 패터닝하는 공정과,
    상기 포토레지스트막을 에칭 마스크로 하여 상기 실리콘계 박막을 에칭하는 공정과,
    상기 실리콘계 박막을 에칭 마스크로 하여 상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 에칭하는 공정과,
    상기 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 에칭 마스크로 하여 상기 에칭 대상막을 에칭하는 공정
    을 갖는 반도체 장치의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    193㎚의 파장의 빛을 이용하여 상기 포토레지스트막으로서의 ArF 레지스트막을 패터닝하는 반도체 장치의 제조 방법.
  12. 컴퓨터상에서 동작하는 제어 프로그램이 기억된 컴퓨터 판독 가능한 기억 매체로서,
    상기 제어 프로그램은, 제1항에 기재된 방법이 실행되도록, 상기 컴퓨터에 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 형성하기 위한 성막 장치를 제어시키는 기억 매체.
  13. 처리 용기의 내부에 피처리체를 배치하는 공정과,
    상기 처리 용기의 내부에 수소 원자를 분자 중에 포함하지 않는 탄소 원자와 산소 원자만으로 이루어지는 가스와 질소 가스를 공급하는 공정과,
    상기 처리 용기의 내부에서 플라즈마를 이용하여, 피처리체 상에 어모퍼스 카본 나이트라이드막을 성막하는 공정
    을 갖는 어모퍼스 카본 나이트라이드막의 형성 방법.
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