KR20030000651A - 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로, ArF 감광막 패턴 형성시 하부에 질화막계열 하드마스크를 이용함으로써, 식각 내성 열화를 방지하여 패턴의 변형을 최소화하며 좁은 패턴 형성을 가능하게 할 수 있는 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 발명은, 소정 공정이 완료된 기판 상에 피식각층을 형성하는 제1단계; 상기 피식각층 상에 하드마스크 질화막을 형성하는 제2단계; 상기 하드마스크 질화막 상에 불화아르곤 전사법을 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 제3단계; 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 하드마스크 질화막을 선택적으로 식각하는 제4단계; 피알 스트립하는 제5단계; 상기 하드마스크를 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하여 상기 기판 표면을 노출시키는 제6단계; 및 상기 하드마스크 절연막을 제거하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 방법을 제공한다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로 특히, 불화아르곤(ArF) 전사법(Photolithography)에 의한 식각 프로파일 이상(Striation) 개선 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 진전을 지지해 온 미세 가공 기술은 광 전사법 기술이다. 즉,이 기술의 해상력 향상이 반도체 소자의 고집적화의 장래를 맞고 있다고 해도 과언은 아니다
일반적으로, 전사법이라 함은 패턴을 하는 공정으로서 광공정과 새김공정으로 나눌 수 있다. 그러나 근래에 와서 전사법의 의미는 일반적으로 광공정만을 지칭하고 있고 다시 세부적으로 광원에 따른 광학과 비광학 전사법으로 구분되고 있다. 반도체 공정에서의 전사법은 기판 상의 다양한 물질에 회로 기판을 형성시키는 것을 목적으로 기질 위에 레지스터라는 고분자 물질을 도포한 후 P기판의 원판 역할을 하는 가리개, 즉 마스크(Mask)를 이용하여 빛을 투과시켜 레지스터에 광반응을 일으킨 후 현상하여 레지스터 패턴을 형성시키고, 이 레지스터를 장벽으로 하여 기질을 새겨 최종적으로 원하는 패턴을 구현하는 기술이다.
DRAM(Dynamic Random Access Memory)을 핵심으로 하는 반도체 제품의 대량생산이 시작된 이후로 전사법 기술 개발이 비약적으로 이루어져 왔다. DRAM의 집적도는 3년 주기로 4배씩 증가하여 왔고 기타 다른 기억 소자 제품은 약 2∼3년 늦게 뒤따라오고 있다. 이에 따른 제품의 디자인 역시 4M 비트 DRAM의 0.8㎛에서 4G 비트 DRAM의 0.13㎛까지 발전해 왔고 현재는 비광학전사법 기술을 맞이해야 하는 단계에 놓여 있다.
광학전사법에서의 해상력은 노광 광원의 파장에 반비례 하는데 “단계와 반복” 의 노광방식을 채택한 초기의 스테퍼(stepper)에서 사용한 광원의 파장은 436㎚ (g-line)에서 365㎚(i-line)을 거쳐 현재는 248㎚(KrF Excimer Laser) 파장의 DUV(Deep Ultra-violet)를 이용하는 스테퍼나 스캐너 타입의 노광장비를 주로 사용하고 있다.
광전사법은 그동안 0.6 mm 이상의 높은 구경수(Numerical Aperture) 렌즈와 하드웨어, 즉 구경, 마춤, 등과 같은 노광장비 자체의 발전은 물론이고 CAR(Chemically Amplified Resist) 타입 레지스터와 같은 재료의 개발 그리고 공정 측면에서의 TLR(Tri Layer Resist), BLR(Bi-Layer Resist), TSI(Top Surface Imaging), ARC(Anti Reflective Coating), 마스크 면에선 PSM(Phase Shift Mask)과 OPC (Optical Proximity Correction) 등의 많은 기술개발들이 이루어져 왔다.
248㎚의 DUV 전사법은 초기에 시간 지연 효과, 기질 의존성 등과 같은 많은 문제들이 발생하여 0.18㎛ 디자인의 제품을 개발하였다. 그러나 0.15㎛ 이하의 디자인을 갖는 제품을 개발하기 위해서는 새로운 193㎚(ArF Excimer Laser)의 파장을 갖는 새로운 DUV 전사법으로의 기술개발이 필수적이다. 그러나, 이러한 DUV 전사법에서 해상력을 높이기 위한 여러 기술을 조합한다 하여도 0.1㎛ 이하의 패턴은 불가능하므로 새로운 광원을 갖는 전사법의 개발이 활발히 진행되고 있다. 현재 가장 근접한 기술로는 전자 빔과 X-선을 광원으로 하는 노광장비 개발이 이루어져 있고, 그외에 약한 X-선을 S광원으로 하는 EUV (Extreme Ultraviolet) 기술이 개발되고 있다. 아직 어느 것이 차세대 전사법이 될지 예측은 불가능하지만 최소 2년에서 3년내에는 윤곽이 나타날 것이다.
초기의 노광장비는 접촉프린터로서 기판 위에 바로 마스크를 대고 눈으로 마춘 후 노광하는 방식이였다. 이 기술이 조금 더 발전하여 마스크와 기판간의 갭을 줄여 해상력을 높였는데 갭의 차이에 따라 연접촉(Soft contact)과 경접촉(Hardcontact)(10㎛ 이하) 등의 근접 프린터로 노광하게 된다.
그후, 1970년대 초반에는 반사나 굴절을 이용한 광학계를 적용한 투영 타입의 노광장비의 개발로 해상력은 물론이고 마스크의 수명연장과 기판의 크기 대구경화의 제품개발에의 적용이 본격적으로 시작될 수 있었다. 그후 1970년대 중반에는 반도체 대량생산에 획기적인 기여를 하면서 광전사법의 기술개발에 전기를 마련한 투영 광학을 이용한 스테퍼의 시대가 시작되었다. 스테퍼란 “단계와 반복”의 줄임말로 이 방식의 노광장비를 사용하여 해상력은 물론이고 맞춤 정확도의 향상이 이루어졌다. 초기 스테퍼는 마스크 패턴 대비 기판 상에서의 패턴비율이 5:1 또는 10:1의 축소 투영 노광방식으로 설계되었으나 마스크 패턴과 크기의 한계로 인하여 5:1 축소투영방식이 주류를 이루게 되었다.
다시 1990년대 초반부터 개발된 “단계와 주사” 형태의 스캐너는 4:1 축소방식으로 마스크 패턴의 부담을 주기는 했지만 점점 커지는 칩 크기에 대응하고 생산성을 높일 수 있도록 한 노광장비이다. 해상력은 광원의 파장과 밀접한 관계를 갖는데 초기의 g-선(λ=436㎚)을 이용한 노광장비로는 약 0.5㎛ 수준의 패턴이 가능하였고 i-선(λ=365㎚)을 이용하면 약 0.3㎛ 수준의 패턴이 가능하였다. 최근에는 KrF 레이저(λ=248㎚)를 광원으로 하는 노광장비의 개발과 레지스터의 발전 그리고 기타 부대기술의 향상으로 인하여 0.15㎛ 이하의 패턴도 가능하게 되었다.
현재는 ArF 레이저(λ=193㎚)로 하는 장비를 0.11㎛까지의 패턴을 목표로 개발하고 있다. DUV 전사법은 i-선 대비 해상도 및 DOF 등의 성능면에서 우수하지만, 공정제어가 쉽지 않다. 이러한 문제는 짧은 파장에서 기인된 광학적인 원인과 화학증폭형 레지스트의 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 레지스트를 사용할 수밖에 없는데, 그 반응메카니즘과 관련하여 PED(Post Exposure Delay) 안정성, 가질 의존성 등의 문제점이 발생한다.
KrF 다음의 노광기술로는 ArF 노광기술이다. ArF 노광기술의 핵심 과제 중의 하나는 ArF용 레지스터의 개발이다. KrF와 같은 화학 증폭형이지만 재료를 근본적으로 개량해야하는 필요가 있기 때문인데, ArF 레지스터 재료 개발이 어려운 것은 벤젠고리를 사용할 수 없기 때문이다. 벤젠고리는 건식 식각(Dry etching) 내성을 확보하기 위해 i-선 및 KrF 레지스터에 사용되어 왔다. 그러나, ArF 레지스터에 벤젠고리가 도입될 경우 ArF 레이저의 파장영역인 193nm에서 흡광도가 크기 때문에 투명성이 떨어져 레지스터 하부까지 노광이 불가능한 문제가 발생한다. 이 때문에, 벤젠고리를 가지지 않고 건식 식각 내성을 확보할 수 있으며, 접착력이 좋고 2.38% TMAH에 현상할 수 있는 재료의 연구가 진행 되고 있다. 현재까지 세계적으로 많은 회사 및 연구소에서 연구성과를 발표하고 있는 상태이다.
예컨대, 상용화 되어 있는 COMA(CycloOlefin-maleic Anhydride) 또는 아크릴레이드(Acrylate) 계통의 폴리머 형태, 또는 이들의 혼합 형태의 레지스터는 상기한 바와 같은 벤젠 구조를 가지고 있다. ArF 전사법을 사용하여 랜딩 플러그콘택(Landing Plug Contact; 이하 LPC라 함) 등의 공정 시 줄무늬 모양 형태의 패턴의 변형(Striation)이 일어나거나, SAC 식각 도중 PR이 뭉치거나(Cluster) 성형 변형(Plastic deformation)되는 현상 또는 SAC 식각 도중 PR의 내성이 약하여 한쪽으로 몰리는 현상이 발생한다.
따라서, 이러한 ArF 전사법에 합당한 물질의 개발이나 공정 기술 개발이 요구된다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은, ArF 감광막 패턴 형성시 하부에 질화막계열 하드마스크를 이용함으로써, 식각 내성 열화를 방지하여 패턴의 변형을 최소화하며 좁은 패턴 형성을 가능하게 할 수 있는 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 공정을 도시한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 기판
11 : 피식각층
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 소정 공정이 완료된 기판 상에 피식각층을 형성하는 제1단계; 상기 피식각층 상에 하드마스크 질화막을 형성하는 제2단계; 상기 하드마스크 질화막 상에 불화아르곤 전사법을 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 제3단계; 상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 하드마스크 질화막을 선택적으로 식각하는 제4단계; 피알 스트립하는 제5단계; 상기 하드마스크를 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하여 상기 기판 표면을 노출시키는 제6단계; 및 상기 하드마스크 절연막을 제거하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 방법을 제공한다.
후술하는 본 발명은, ArF 감광막 도포 전에 질화막 계열을 하드마스크 물질로 사용함으로써, ArF 감광막 패턴의 고질적인 문제점인 식각 내성을 개선하여 식각 프로파일이 열화되는 것을 방지하기 위한 것으로, 이러한 프로파일 이상의 주 요인이 감광막과 하부 물질 특히, 산화막 계열 물질과의 접착력 또는 결합력의 차이로 인한 물성 차이로 인한 것임을 인지하여 감광막과의 접착/결합력이 우수한 질화막 계열의 하드마스크를 이용함으로써, 상기한 문제점을 해결하기 위한 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 보다 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예에 따른 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 공정을 도시한 단면도이다.
먼저 도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 소자를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 기판(10) 상에 피식각층(11)과 하드마스크 질화막(12)을 형성한다.
여기서, 피식각층(11)은 통상의 절연막 예컨대, BPSG(Boro Phospho Silicate Glass), SOG(Spin On Glass), 산화막 또는 질화막 계열을 이용하는 소자분리막, 층간절연막, 하드마스크 등을 포함하며, 폴리실리콘, W 등의 금속을 이용한 비트라인, 워드라인 등의 감광막 패턴을 형성하는 모든 물질막을 다 포함할 수 있다.
다음으로 도 1b에 도시된 바와 같이, 하드마스크 질화막(12) 상에 감광막을 도포한 후, ArF 전사법을 이용하여 감광막 패턴(13)을 형성한다.
여기서, 감광막은 COMA(CycloOlefin-maleic Anhydride) 또는 아크릴레이드(Acrylate) 등을 이용하며, 감광막 도포시 그 두께는 피식각층(11)과의 식각선택비 등을 고려하여 적절하게 한다.
다음으로 도 1c에 도시된 바와 같이, 하드마스크 질화막(12)을 선택적으로 식각하여 하부에 패턴을 전사한 후, 피알 스트립(PR strip)을 실시하여 감광막 패턴(13)을 제거한다.
이때, 자기 정렬 콘택(Self Align Contact; 이하 SAC라 함)을 일예로 하였을 경우에는 플라즈마에 의한 건식 식각을 이용하는 바, CxFy(x는 1 내지 5, y는 1 내지 10), CxHyFz(x,y,z는 1 내지 3) 또는 SxFy(x는 1 내지 5, y는 1 내지 10) 등의 F가 포함된 식각가스를 이용한다.
한편, O2가스의 경우 패턴 프로파일의 이상을 일으키는 주원인으로 작용하는 바, 이를 제외하는 것이 바람직하다. 또한, 패턴은 온도에 특히 민감하므로 기판(10)의 온도를 적절히 조절하여 패턴 변형을 최소화하며 식각 기구의 하부 전극 쿨링 온도와 내부 압력 및 바이어스 파워 등을 적절히 조절한다.
다음으로 도 1d에 도시된 바와 같이, 바와 같이, 하드마스크 질화막(12)을마스크로 하여 피식각층(11)을 식각하여 기판(10) 표면을 노출시킨 후, 하드마스크 질화막(12)을 제거함으로써 패턴의 변형이 최소화된 원하는 패턴을 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 감광막 패턴과 접촉되는 하부에 질화막 계열의 하드마스크를 이용하여 접착력을 높이고, 식각 공정시 O2를 제외한 가스를 이용하여 공정을 진행함으로써, ArF 전사법에 의한 감광막 패턴의 변형을 방지할 수 있어, 보다 좁은 패턴 형성을 가능하게 할 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전술한 본 발명은, ArF 전사법에 따른 감광막 패턴의 변형과 손실을 방지할 수 있게 함으로써, 소자의 집적도를 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.
Claims (3)
- 반도체 소자 제조 방법에 있어서,소정 공정이 완료된 기판 상에 피식각층을 형성하는 제1단계;상기 피식각층 상에 하드마스크 질화막을 형성하는 제2단계;상기 하드마스크 질화막 상에 불화아르곤 전사법을 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 제3단계;상기 감광막 패턴을 마스크로 하여 상기 하드마스크 질화막을 선택적으로 식각하는 제4단계;피알 스트립하는 제5단계;상기 하드마스크를 마스크로 하여 상기 피식각층을 식각하여 상기 기판 표면을 노출시키는 제6단계; 및상기 하드마스크 절연막을 제거하는 제7단계를 포함하여 이루어지는 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 감광막은, COMA(CycloOlefin-maleic Anhydride) 또는 아크릴레이드(Acrylate) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 콘택 형성 방법.
- 상기 제4단계의 상기 하드마스크 질화막의 식각은,CxFy(x는 1 내지 5, y는 1 내지 10), CxHyFz(x,y,z는 1 내지 3) 또는 SxFy(x는 1 내지 5, y는 1 내지 10) 가스 중 어느 하나를 이용한 플라즈마에 의한 건식식각인 것을 특징으로 하는 콘택 형성 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020010036705A KR20030000651A (ko) | 2001-06-26 | 2001-06-26 | 불화아르곤 전사법에 의한 식각 프로파일 이상 개선 방법 |
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2001
- 2001-06-26 KR KR1020010036705A patent/KR20030000651A/ko not_active Application Discontinuation
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