KR20010074948A - 반도체 공정에서의 반사방지 물질층 형성 및 이용법과트랜지스터 게이트 적층구조 형성법 - Google Patents
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Abstract
한 태양에서, 기판 위에 실리콘, 질소, 산소를 증착할 때 기체형태의 실리콘, 질소, 산소를 고밀도 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는 반도체 공정법이 공개된다. 또하나의 태양에서 발명은, a) 기판(52) 위에 폴리실리콘층(56)을 형성하고, b) 폴리실리콘층(56) 위에 금속 실리사이드층(58)을 형성하며, c) 고밀도 플라즈마를 이용하여 금속 실리사이드층(58) 위에 반사방지 물질층(60)을 증착하고, d) 반사방지 물질층(60) 위에 포토레지스트층(62)을 형성하며, e) 포토레지스트층(62)으로부터 패턴처리된 마스크층을 형성하기 위해, 포토레지스트층(62)을 포토리소그래피 방식으로 패턴처리하고, 그리고 f) 반사방지 물질층, 금속 실리사이드층, 폴리실리콘층을 게이트 적층구조로 패턴처리하기 위해, 패턴처리된 마스크층(62)으로부터 반사방지 물질층(60), 금속 실리사이드층(58), 폴리실리콘층(56)까지 패턴을 전이하는, 이상의 단계를 포함하는 게이트 적층구조 형성 방법을 포함한다.
Description
반도체 공정은 기판 위에 포토레지스트층을 제공하는 과정을 자주 포함한다. 포토레지스트층 부분은 마스크 처리된 광원을 통해 광에 노출된다. 마스크는 포토레지스트층에 생성될 패턴을 형성하는 투명 및 불투명 영역을 포함한다. 광에 노출되는 포토레지스트층 영역은 용매에 가용성이거나 불용성이도록 만들어진다. 노출된 영역이 가용성일 경우, 마스크의 양의 상이 포토레지스트에 생성된다. 따라서 포토레지스트는 양성 프로토레지스트로 불린다. 이에 반해, 비방사 영역이 용매에 의해 반응하지 않을 경우, 음의 상이 생긴다. 따라서, 이때 포토레지스트는 음성 포토레지스트로 불린다.
포토레지스트를 광에 노출시킬 때 발생할 수 있는 어려움은 방사파가 포토레지스트 아래의 층으로 포토레지스트를 통해 전파할 수 있고, 그후, 포토레지스트를통해 다시 반사되어 포토레지스트를 통과하는 다른 파동과 상호작용할 수 있다는 점이다. 반사된 파동은 포토레지스트를 통과하는 다른 파동과 보강 간섭이나 상쇄 간섭을 일으킬 수 있어서 포토레지스트 내의 광강도의 주기적 변화를 생성할 수 있다. 이러한 광강도의 변화로 인해 포토레지스트가 그 두께 전반에서 에너지의 균일하지 않은 분포를 수용하게 될 수 있다. 비균일한 분포는 마스크 처리 패턴이 포토레지스트로 옮겨질 때 정확성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 포토레지스트층 하부의 층에 의해 반사되는 것을 방사파가 억제할 수 있는 방법을 개발하는 것이 요구된다.
반사파를 억제하기 위해 사용된 방법은 포토레지스트층 아래 반사방지 물질을 형성하는 것이다. 반사방지 물질은 방사를 흡수하는 물질이어서, 방사의 반사를 억누를 수 있다. 반사방지 물질은 여러 파장의 파동을 효과를 달리하면서 흡수한다. 반사방지 물질로 사용하기에 적합한 물질의 수는 제한된다. 따라서, 흡수되는 파장을 변화시키는 대안의 방법, 그리고 반사 방지 물질에 대해 파동이 흡수될 때의 효과를 달리하는 대안의 방법을 개발하는 것이 바람직하다.
특별한 종류의 반사방지 코팅 물질로는 증착형 반사방지 코팅(DARC)이 있다. DARC의 예로는 SixOyNz가 있고, 이때 x는 40-60%, y는 29-45%, 그리고 z는 10-16%이다. DARC는 예를 들어 Si50O37N13일 수 있다. SiH4와 N2O를 프리커서로 사용하여 4-6.5 Torr의 압력에서 섭씨 400도로 기판에 화학 증기 증착법을 실행함으로서 DARC가 형성될 수 있다. DARC 물질은 증착 중 반응 챔버 내에 플라즈마 존재 여부에 상관없이 증착될 수 있다. DARC 필름을 사용하는 통상적인 목적은 포토레지스트 상부층에 도달하는 반사파를 DARC 필름에서 입사파의 10% 이하로 감소시키는 것이다.
DARC 물질을 이용한 공지 공정은 도 1에서 반도체 웨이퍼(10)를 들어 설명된다. 웨이퍼(10)는 기판(12)을 포함한다. 기판(12)은 배경 p형 도펀트로 약하게 도핑된 단결정 실리콘을 한 예로 포함할 수 있다. 첨부된 청구범위의 해석을 돕기 위해, "반도체 기판"이라는 용어는 반도체 웨이퍼와 같은 벌크 반도체 물질을 포함하는(그러나 이에 한정되지는 않는) 반도체 물질과, 반도체 물질층을 포함하는 모든 구조를 의미한다. "기판"이라는 용어는 앞서 언급한 반도체 기판을 포함하는(그러나 이에 한정되지는 않는) 모든 지지 구조를 의미한다.
게이트 유전층(14), 폴리실리콘층(16), 실리사이드층(18)이 기판(12) 위에 형성된다. 게이트 유전층(14)은 예를 들어 이산화규소를 포함할 수 있다. 폴리실리콘층(16)은 가령, 전도가능하게 도핑된 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 실리사이드층(18)은 가령, 텅스텐 실리사이드나 티타늄 실리사이드를 포함할 수 있다. 층(14, 16, 18)은 궁극적으로는 트랜지스터 게이트 구조로 패턴 처리될 것이다.
반사방지 코팅층(20)이 실리사이드층(18) 위에 제공되고, 포토레지스트층(22)이 반사방지 코팅층(20) 위에 제공된다. 반사방지 코팅층(20)은 SixOyNz와 같은 무기질층을 포함할 수 있다. 실제로, 층(20)은 본질적으로 무기질일 수 있고, "본질적으로 무기질"이라는 말은 층(20)이 소량의 탄소(1% 이하)를 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
실리사이드층(18)은 트랜지스터 게이트에 층을 이용하기 전에 실리사이드층의 전도도와 결정 구조를 개선시키기 위해 어닐링 처리된다. 한 예로 실리사이드층(18)의 어닐링 처리는 대기압(1기압)에서 섭씨 850도로 30분간 실시된다.
어닐링 처리중 기체 산소로부터 층(18)을 보호하기 위해 어닐링 처리 전에 실리사이드층(18) 위에 DARC 물질(20)이 제공된다. 기체 산소가 어닐링 중에 층(18)과 반응하면, 산소는 층(18)의 일부를 산화시켜서 층(18)의 전도도에 악영향을 끼칠 수 있다. 불행하게도, 어닐링 조건은 DARC 물질(20)의 광학적 성질에 해로운 영향을 미칠 수 있다. 특히, DARC 물질(20)은 굴절률(n)과 소광 계수(에너지 흡수 계수)(k)로 표현할 수 있는 광학적 성질을 가진다. 실리사이드층(18)의 전도도를 개선시키는 어닐링 조건은 층(20)의 "n"과 "k"중 한 개나 두 개 모두를 변화시킬 수 있다. 방사파가 포토레지스트층(22)에 도달하기 전에 반사파를 소광시키도록 적절한 매개변수로 물질의 "n"과 "k"를 조절하도록 물질층(20)의 화학구조가 조심스럽게 선택된다. "n"과 "k"에 대한 어닐링 조건의 효과는 이러한 매개변수를 최적 조절 범위에서 밀어낼 수 있다. 따라서, 물질의 "n"과 "k"가 어닐링 조건에 의해 유도되는 변화에 둔감한 DARC 물질을 형성하는 방법을 개발하는 것이 요구된다.
본 발명은 반사방지 물질층 형성 및 이용법과 트랜지스터 게이트 적층구조 형성법에 관한 것이다.
도 1은 기존 반도체 웨이퍼의 단면도.
도 2는 본 발명의 방법의 예비 단계에서 반도체 웨이퍼의 단면도.
도 3은 도 2의 단계의 다음 단계의 웨이퍼 단면도.
도 4는 도 3의 단계의 다음 단계의 웨이퍼 단면도.
도 5는 도 4의 단계의 다음 단계의 웨이퍼 단면도.
도 6은 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 반응 챔버의 단면도.
(도면의 부호설명)
10, 50, 110 ... 반도체 웨이퍼 12, 52 ... 기판
14, 54 ... 게이트 유전층 16, 56 ... 폴리실리콘층
18, 58 ... 실리사이드층 20, 60 ... 반사방지 코팅층
22 ... 포토레지스트층 70 ... 게이트 적층구조
100 ... 반응기 102 ... 코일
104 ... 전원 106 ... 챔버
108 ... 웨이퍼 홀더(척) 112 ... 전원
한 태양에서, 기판 위에 실리콘, 질소, 산소를 포함하는 고체층을 증착할 때 기체 형태의 실리콘, 질소, 그리고 산소가 고밀도 플라즈마에 노출되는 반도체 공정 방법을 본 발명이 포함한다.
또다른 태양에서, 발명은 포토리소그래피 공정의 반도체 공정 방법을 포함한다. 금속 실리사이드층이 기판 위에 형성된다. 고밀도 플라즈마를 이용하여 반사방지 물질층이 금속 실리사이드층 위에 증착된다.
또하나의 태양에서, 발명은 트랜지스터 게이트 적층구조 형성 방법을 포함한다. 폴리실리콘층이 기판 위에 형성된다. 금속 실리사이드층이 폴리실리콘층 위에 형성된다. 고밀도 플라즈마를 이용하여 반사방지 물질층이 금속 실리사이드층 위에 증착된다. 반사방지 물질층 위에 포토레지스트층이 형성된다. 포토레지스트층은 포토리소그래피 방식으로 패턴 처리되어, 포토레지스트층으로부터 패턴처리된 마스크층을 형성한다. 패턴처리된 마스크층으로부터 반사방지 물질층, 금속 실리사이드층, 그리고 폴리실리콘층으로 패턴이 전이되어, 반사방지 물질층, 금속 실리사이드층, 폴리실리콘층을 트랜지스터 게이트 적층구조로 패턴처리한다.
도 2는 발명의 방법의 예비 단계에서 반도체 웨이퍼(50)의 단면도이다. 웨이퍼(50)는 기판(52), 게이트 유전층(54), 폴리실리콘층(56), 실리사이드층(58)을 포함한다. 기판(52), 게이트 유전층(54), 폴리실리콘층(56), 그리고 실리사이드층(58)은 기판(12), 게이트 유전층(14), 폴리실리콘층(16), 그리고 실리사이드층(18)에 대해 도 1의 공지 구조에서 사용된 물질과 동일한 물질을 포함할 수 있다.
실리사이드층(58) 위에 DARC 물질층(60)이 형성된다. 기존 방법에 반해, DARC 물질(60)이 고밀도 플라즈마 증착을 이용하여 형성된다. 이러한 증착은 반응 챔버 내에서 발생할 수 있다. 첨부된 청구범위의 해석을 돕기 위하여, "고밀도 플라즈마"는 1010이온/cm3이상의 밀도를 가지는 플라즈마로 정의된다. 층(60)이 증착되는 웨이퍼(50) 부분은 증착 중에 섭씨 300-800 도로 유지되는 것이 선호되며, 섭씨 600도가 가장 선호된다. 웨이퍼 냉각을 위해 증착 중에 웨이퍼 후면에 헬륨을쏘임으로서 웨이퍼(50) 온도가 제어될 수 있다. 온도가 높을수록 조밀한 층(60)이 형성될 수 있다. 이러한 조밀한 층(60)은 덜 조밀한 층(60)에 비해 어닐링 조건에서 보다 안정할 수 있다. 층(60)을 증착할 때 반응 챔버 내의 선호되는 압력 범위는 1-100 mTorr이다. 고밀도 플라즈마 증착에 사용되는 공급 기체로는 SiH4, N2, O2, 그리고 아르곤이 있다.
본 발명의 방법에 사용될 수 있는 반응 챔버가 반응기(100)의 일부로 도 6에 도시된다. 반응기(100)는 전원(104)에 연결된 코일(102)을 포함한다. 코일(102)은 반응 챔버(106)를 둘러싸며, 챔버(106) 내에 플라즈마를 생성하는 구조를 가진다. 웨이퍼 홀더(척)(108)는 전원(112)에 전기적으로 연결된다. 전원(104, 112)은 분리된 전원일 수도 있고, 단일 전원으로부터 발생하는 분리된 공급원일 수도 있다. 전원(104)으로부터의 전력은 한 예로 2000 와트일 수 있고, 13.6 MHz의 주파수를 포함할 수 있다. 전원(112)으로부터 웨이퍼(110)에 가해지는 전력은 200 와트 이하로 바이어스되는 것이 선호되며, 100 와트 바이어스가 가장 선호된다. 실제로, 바이어스 전력은 웨이퍼(110) 자체에서보다는 웨이퍼(110) 홀더인 척(108)에서 측정되는 것이 일반적이다.
공급 기체가 반응 챔버(106)로 흐르는 예는 SiH4100 sccm, N2150 sccm, O2150 sccm, 그리고 아르곤 200 sccm이다. 본 발명의 고압 플라즈마 공정에서 반도체 웨이퍼에 층(60)(도 2)을 증착하는 동안, 증착 및 에칭 공정이 동시에 일어나, 증착-에칭 비를 나타낼 것이다. 증착 속도는 에칭 속도보다 빨라서, 알짜 효과는 물질이 웨이퍼에 증착되는 것이다. 증착 속도는 증착 중에 기판에 바이어스를 제공하지 않음으로서 연산될 수 있고, 에칭 속도는 어떤 증착 프리커서도 반응기(106) 내로 공급되지 않을 때 에칭 속도를 결정함으로서 계산될 수 있다. 기판(110)에 대한 바이어스 전력을 조절함으로서 증착-에칭비의 수정은 증착된 층(60)의 "n"과 "k" 갓에 영향을 미치도록 사용될 수 있다.
도 2에서, 실리사이드층(58)은 DARC 물질(60)의 증착 후 어닐링 처리된다. 본 발명의 고압 플라즈마 증착은 실리사이드층(58)의 어닐링 처리중 물질(60)의 광학적 성질(가령 "n"과 "k" 값)의 가변성을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 본 명세서의 "배경기술" 단락에서 논의된 조건을 이용한 어닐링 처리에 의해 유도되는 "n"과 "k" 값의 변화는 10% 이하로 제한될 수 있다.
도 3에서, DARC 물질(60) 위에 포토레지스트층(62)이 형성된다. 층(62) 부분을 제거하고 도 4에 도시되는 구조를 형성하기 위해 마스크 처리된 광원과 용매에 노출시킴으로서 포토레지스트층(62)이 패턴처리된다.
층(62)으로부터 하부층(54, 56, 58, 60)으로 패턴이 전이되어, 도 5에 도시되는 게이트 적층구조(70)를 형성한다. 게이트 적층구조가 층(60, 58, 56)을 포함하고 층(54)이 패턴처리되지 않는 실시예도 발명에 또한 포함된다. 포토레지스트층(62)으로부터 하부층(54, 56, 58, 60)으로 패턴을 전이하는 방법은 플라즈마 에칭이다. 게이트 적층구조(60)가 형성된 후, 포토레지스트층(62)이 제거될 수 있다. 또한, 게이트 적층구조(70) 주변에 소스 및 드레인 영역이 주입될 수 있고, 게이트 적층구조로부터 트랜지스터 게이트 구조를 형성하기 위해 게이트 적층구조(70)의 측벽을 따라 측벽 스페이서가 형성될 수 있다.
Claims (28)
- 반도체 공정 방법으로서, 상기 방법은:- 기판 위에 실리콘, 질소, 산소를 포함하는 층을 증착시키고, 그리고 상기 층의 증착 중에 고밀도 플라즈마에 실리콘, 질소, 산소를 노출시키며, 이때 증착되는 층은 "n"과 "k"값의 특성을 가지며,- 섭씨 850 도 이상의 어닐링 조건에서 증착된 층을 노출시키는, 이상의 단계를 포함하고,이때 "n"과 "k" 값은 어닐링 조건에 대해 노출 중 10% 이하로 변화하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 어닐링 조건은 1기압 이상의 압력을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 어닐링 조건은 1기압 이상에서 30분 이상의 노출 시간을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 반도체 공정 방법으로서, 상기 방법은 기판 위에 실리콘, 질소, 산소를 포함하는 고체층을 증착할 때 기체 형태의 실리콘, 질소, 그리고 산소를 고밀도 플라즈마에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 4 항에 있어서, 상기 방법은:- 실리콘, 질소, 그리고 산소를 포함하는 고체층을 증착하기 전에 기판 위에 금속 실리사이드층을 형성하고, 그리고- 금속 실리사이드를 어닐링처리하는 조건에 실리콘, 질소, 산소 포함 고체층과 금속 실리사이드층을 노출시키는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 5 항에 있어서, 실리콘, 질소, 그리고 산소 포함 고체층은 금속 실리사이드층과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 반도체 공정 방법으로서, 상기 방법은:- 기판 위에 금속 실리사이드층을 형성하고,- 금속 실리사이드층 위에 반사방지 물질층을 증착하며,- 증착 중에 고밀도 플라즈마에 반사방지 물질층을 노출시키고,- 반사방지 물질층 위에 포토레지스트층을 형성하고, 그리고- 포토레지스트층을 포토리소그래피 방식으로 패턴처리하는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 증착 단계는 SiH4, N2, 그리고 O2를 포함하는 공급 기체를 이용하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 8 항에 있어서, 공급 기체는 아르곤을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 증착 중 기판의 어느 한 부분 이상을 섭씨 300-800도로 유지하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 증착 단계가 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중 반응기 내의 온도가 섭씨 300-800 도인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 증착 단계가 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중 반응기 내의 압력이 1-100 mTorr인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 증착 단계가 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중 기판은 100 와트로 바이어스되고 플라즈마는 2000 와트의 전력에서 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 증착 단계는 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중 반응기 내의 온도는 섭씨 300-800도이며, 반응기 내의 압력은 1-100 mTorr인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 증착 단계는 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중에 기판은 100 와트의 전력으로 바이어스되고, 플라즈마는 2000 와트의 전력에서 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 반사방지 물질층이 금속 실리사이드층 위에 위치할 때, 금속 실리사이드층을 어닐링처리하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 증착된 반사방지 물질층은 실리콘, 질소, 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 7 항에 있어서, 증착된 반사방지 물질층은 금속 실리사이드층과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 트랜지스터 게이트 적층구조를 형성하는 방법으로서, 상기 방법은:- 기판 위에 폴리실리콘층을 형성하고,- 폴리실리콘층 위에 금속 실리사이드층을 형성하며,- 금속 실리사이드층 위에 반사방지 물질층을 증착하고,- 증착 중에 반사방지 물질층을 고밀도 플라즈마에 노출시키며,- 반사방지 물질층 위에 포토레지스트층을 형성하고,- 포토레지스트층으로부터 패턴처리된 마스크층을 형성하기 위해 포토레지스트층을 포토리소그래피 방식으로 패턴처리하며,- 반사방지 물질층, 금속 실리사이드층, 폴리실리콘층을 트랜지스터 게이트 적층구조로 패턴처리하기 위해, 패터처리된 마스크층으로부터 반사방지 물질층, 금속 실리사이드층, 그리고 폴리실리콘층까지 패턴을 전이하는, 이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 증착 단계는 섭씨 300-800 도로 반사방지 물질층을 증착하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 증착 단계는 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중 반응기 내의 온도는 섭씨 300-800도인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 증착 단계는 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중 반응기 내의 압력은 1-100 mTorr인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 증착 단계는 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중에 기판은 100 와트의 전력으로 바이어스되며, 약 2000 와트의 전력에서 플라즈마가 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 증착 단계는 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중에 반응기 내의 온도는 섭씨 300-800도이며, 증착 중에 반응기 내의 압력은 1-100 mTorr인 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 상기 증착 단계는 반응기 내에서 행하여지고, 증착 중에 상기 기판은 100 와트의 전력으로 바이어스되며, 2000 와트의 전력에서 플라즈마가 유도되는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 반사방지 물질층이 금속 실리사이드층 위에 있을 때, 금속 실리사이드층을 어닐링처리하는, 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 증착된 반사방지 물질층은 실리콘, 질소, 그리고 산소를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제 19 항에 있어서, 증착된 반사방지 물질층은 금속 실리사이드층과 직접 접촉하는 것을 특징으로 하는 방법.
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