KR20010038407A - 플라즈마로 처리된 반사방지막을 이용한 포토레지스트 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자의 플라즈마로 처리된 반사방지막을 이용한 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 대구경 웨이퍼상에 형성되는 고집적화된 반도체 소자의 미세한 포토레지스트 패턴 형성시, 플라즈마로 표면처리된 반사방지막을 이용하여 노광시 발생하는 포토레지스트 내부의 H⁺와 반사방지막의 표면과의 반응을 차단함으로써 미세한 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있는 방법을 제공한다.

Description

플라즈마로 처리된 반사방지막을 이용한 포토레지스트 패턴 형성 방법{Method for forming a photoresist pattern using an anti-reflective coating with plasma treatment in semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 포토리소그래피(photolithography) 공정의 노광시 반사방지막(anti-reflective coating)을 사용하여 고집적화된 반도체 소자에서 필요한 미세한 포토레지스트(photoresist) 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 집적도가 증가함에 따라 반도체 소자의 제조 공정, 특히 포토리소그래피 공정에서 가장 어려운 문제중 하나는 미세한 포토레지스트 패턴을 형성하는 것이다.

현재, 반도체 소자가 고집적화됨에 따른 대량생산을 위해 대구경 300㎜ 웨이퍼를 이용하여 64Mb DRAM 이상의 초고집적 소자를 제조하려 하고 있다. 그러기 위해서, 현재 사용하고 있는 Deep UV(248nm, 이하 DUV) 등의 파장의 한계 해상도를 요구하고 있다. 이때 포토레지스트로 해상할 수 있는 콘택의 한계 사이즈는 DUV의 경우에 0.3μm 정도로 미세하다.

이러한 고집적화에 따른 포토리소그래피 공정에서 노광을 진행할 때, 포토레지스트 하부 막질의 난반사에 의한 포토레지스트의 패턴의 불량이 발생한다. 이러한 불량을 방지하기 위하여 포토레지스트 하부 막질의 반사도를 줄여주기 위한 종래의 방법으로서, 포토레지스트가 도포되기전에 SiON막과 같은 반사방지막(anti-reflective coating)막을 형성하여 포토레지스트 미세 패턴을 형성하고 있다.

그러나, 고집적 반도체 소자의 제조에 대구경 300㎜ 웨이퍼를 사용하면서 노광 후의 포토레지스트의 미세 패턴의 프로파일(profile)이 바닥부위에서는 경사가 지며 완전한 노광이 되지 않는 포토레지스트 풋팅(photoresist footing)현상이 발생하고 있다. 이러한 현상은 노광 후에 DUV용 포토레지스트 내에 함유된 PAG(photo acid generator)성분으로부터 발생된 H⁺가 SiON 막 표면에서 N^-또는 NH^-기와 반응하여 중화되기 때문이다.

H⁺는 현상액에 포토레지스트가 잘 녹을 수 있도록 촉매역할을 하는데, 미세한 포토레지스트 패턴의 바닥부위의 H⁺가 중화되어 충분히 촉매역할을 하지 못한다. 이로 인해 포토레지스트 패턴의 완전한 노광이 이루어지지 않는다. 따라서 원하는 크기의 미세한 포토레지스트 패턴을 형성하기 어렵다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전술한 제반의 문제점들을 초래하지 않는, 플라즈마로 처리된 반사방지막을 이용하여 반도체 소자의 미세한 포토레지스트 패턴의 형성 방법을 제공하는 것이다.

도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법을 개략적으로 나타내 보이기 위한 단면도이다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법을 개략적으로 나타내 보이기 위한 단면도이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명에 따른 포토레지스트 패턴 형성 방법은 기판 상부에 소정의 물질막을 형성하는 단계; 상기 물질막 상부에 포토공정의 노광단계에서의 상기 물질막에 의한 난반사를 방지하기 위한 반사방지막을 형성하는 단계; 상기 반사방지막의 표면을 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 표면 처리 단계; 상기 반사방지막 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 노광하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 플라즈마로 처리된 반사방지막을 이용한 포토레지스트 패턴 형성 방법이다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 이하의 도면을 참조한 설명은, 본 발명의 실시예를 본 발명과 관련된 산업기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다. 첨부된 도면상에서 여러 막들은 명료성을 위해서 과장되었다. 또한 어느 한 막이 다른 막 또는 기판 상부에 존재하는 것으로 지칭될 때, 다른 막 또는 기판 위에 바로 위에 있을 수도 있고, 층간막이 존재할 수도 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 기술에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법을 개략적으로 나타내 보이기 위한 단면도이다.

도 1를 참조하면, 통상의 방법에 의하여 기판(10)상에 소정의 물질막(12), 예를 들면 도전라인을 형성하기 위한 금속막을 형성한다. 그 후, 상기 물질막(12)을 패터닝하기 위하여 포토레지스트(16)를 도포하고 포토리소그래피 공정을 진행한다.

이 때, 물질막(12)의 난반사를 방지하기 위하여 물질막(12)과 포토레지스트(16) 사이에 SiON막과 같은 반사방지막(14)을 형성한다. 그리고 레티클(reticle)(18)을 통과한 DUV의 빛(20)을 이용하여 포토레지스트(16)를 노광시킨다.

도 2를 참조하면, DUV의 빛(20)에 노광되어진 포토레지스트의 소정의 부위를 현상액으로 제거하여 포토레지스트 패턴(22)을 형성한다.

그런데 도시된 도 2와 같이 충분한 노광이 이루어 지지 않아, 포토레지스트 패턴(22)의 노광부위(22a)와 반사방지막(14)의 경계부분에서 포토레지스트가 잔류하게 되어 포토레지스트 풋팅현상과 같은 불량이 발생하게 된다. 이로 인해 정확한 포토레지스트 패턴(22)이 형성되지 못한다.

이러한 현상은 노광시에 포토레지스트(16)의 내부에 발생되는 H⁺가 반사방지막(14)의 일종인 SiON 막의 표면에서 N^-또는 NH^-와 반응하면서 중화되어, 노광부위(22a)의 바닥부분에서 H⁺가 균일하게 분포하지 않기 때문에, 현상액에 다 녹지 못한 상태의 포토레지스트 패턴(22)이 형성된다. 이와 같은 포토레지스트 패턴(22)을 이용하면 정확한 포토리소그래피 공정을 진행할 수 없게된다.

또한, 반도체 소자가 고집적화 됨에 따라 하부층에 의한 단차가 심해지고 디자인 룰의 감소 등과 더불어 반도체 소자의 제조에 대구경 300㎜ 웨이퍼를 사용하면서 그 크기가 커진만큼 포토레지스트의 균일한 두께의 증착이 어려워지고 있다. 그래서 노광공정도 더욱 어려워지게 되어 포토레지스트 풋팅과 같은 노광불량이 발생하게 되는 것으로 알려져 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법을 개략적으로 나타내 보이기 위한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 소정의 물질막(12) 상부에 반사방지막(14)을 형성하고 그 표면을 플라즈마(24)로 처리한다.

반사방지막(14)은 CVD(chemical vapor deposition)공정을 이용한 플라즈마 SiON막을 포함한, 하부막질 상부에 균일한 두께로 형성이 용이한 막질이 바람직하다. 반사방지막의 표면은 N^-또는 NH^-등과 같이 불안정한 성분으로 구성되어 있다. 이와 같이 불안정한 N^-또는 NH^-성분으로 되어 있는 반사방지막(14)의 표면을 플라즈마(24)로 처리하여 준다. 이러한 플라즈마로는 N₂O 또는 O₂플라즈마가 바람직하다.

N₂O 플라즈마의 경우에는 SiON 형성 후에 연속적으로 동일한 챔버(chamber)내에서의 진행도 가능하다.

플라즈마로 처리된 반사방지막(14a)의 표면은 질화(nitridation) 또는 산화(oxidation)되어지며, 그 표면의 N^-또는 NH^-성분이 제거되거나 후속 공정중의 여타의 성분과의 결합을 방지하여 준다.

도 4를 참조하면, 플라즈마로 표면처리된 반사방지막(14a) 상부에 포토레지스트(16)를 형성한다. 그리고 레티클(18)을 통과한 DUV의 빛(20)을 이용하여 선택적으로 포토레지스트(16)를 노광시킨다.

도 5를 참조하면, DUV의 빛(20)에 선택적으로 노광되어진 포토레지스트의 소정의 부위를 현상액으로 제거하여 포토레지스트 패턴(32)을 형성한다. 그러면, 도시된 도 5와 같이 충분한 노광이 이루어 진 포토레지스트 패턴(22)을 형성할 수 있다. 노광부위(32a)와 플라즈마로 표면 처리된 반사방지막(14a)의 경계부분에서도 정확하게 포토레지스트가 패터닝되어, 포토레지스트 풋팅현상과 같은 불량이 발생되지 않는다.

반사방지막(14a)의 표면은 플라즈마로 처리되어지며 N^-또는 NH^-성분과 노광시에 포토레지스트(16) 내부에 함유된 PAG성분으로부터 발생된 H⁺가 서로 반응하여 중화되는 것을 방지하여 준다. 그래서 노광부위(32a)의 바닥부분에서도 H⁺가 균일하게 분포되어 현상액에 잘 녹을 수 있도록 하여, 완전한 포토레지스트 패턴(32)이 형성된다.

이러한 포토레지스트 패턴(32)을 이용하여 대구경 웨이퍼 상에 형성되고 더욱 미세해지는 포토리소그래피 공정의 진행이 가능하다.

이상의 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 여기서 특정한 형태나 용어들이 사용되어졌으나, 이는 단지 본 발명을 상세하게 설명하기 위한 목적이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용한 것은 아니다.

이상의 설명에서와 같이, 본 발명에 따르는 플라즈마로 처리된 반사방지막을 이용한 포토레지스트 패턴 형성 방법은 대구경 웨이퍼상에 형성되는 고집적화된 반도체 소자의 미세한 포토레지스트 패턴 형성을 위하여, 플라즈마로 표면처리된 반사방지막을 이용하여 노광시 발생하는 포토레지스트 내부의 H⁺와 반사방지막의 표면과의 반응을 차단하여 포토레지스트 패턴 노광시에 원하는 미세한 포토레지스트 패턴을 형성하는 방법을 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 기판 상부에 소정의 물질막을 형성하는 단계;

   상기 물질막 상부에 포토공정의 노광단계에서의 상기 물질막에 의한 난반사를 방지하기 위한 반사방지막을 형성하는 단계;

   상기 반사방지막의 표면을 플라즈마를 이용하여 처리하는 플라즈마 표면 처리 단계;

   상기 반사방지막 상부에 포토레지스트를 도포하는 단계; 및

   상기 포토레지스트를 노광하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 플라즈마는 N₂O 또는 O₂플라즈마를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 반사방지막을 형성하는 단계와 상기 플라즈마 표면 처리 단계는 동일한 챔버내에서 연속적으로 진행하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴 형성 방법.