KR20030050100A - 반도체 장치의 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

반도체 장치의 패턴 형성 방법이 개시된다. 본 방법은, 기판에 패턴 대상막을 적층하는 단계, 패턴 대상막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 패턴 대상막의 적어도 일부를 제거하는 단계, 건식 처리를 통해 포토레지스 패턴을 제거하는 단계를 구비하여 이루어진다. 이때, 건식 처리는 패턴 대상막의 적어도 일부를 제거하는 단계와 동일한 공간에서 인 시튜로 이루어지는 것이 바람직하다. 패턴 대상막은 주된 대상막 위에 하드 마스크층과 반사 방지막 등이 더 적층되어 이루어질 수 있다.

Description

반도체 장치의 패턴 형성 방법{Method of forming pattern of semiconductor device}

본 발명은 반도체 장치의 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토레지스트 패턴을 에치 마스크로 이용하는 패터닝 방법에 관한 것이다.

소자 고집적화에 따라 반도체 장치의 선폭 축소가 계속된다. 이와 함께, 노광 공정의 정밀성을 위해 에치 마스크로 사용되는 포토레지스트 패턴의 두께도 점차 줄어들고 있다. 포토레지스트 패턴 두께가 줄어듦에 따라 포토레지스트 패턴을 사용하면서 건식 식각을 통해 조절할 수 있는 선폭에서의 조절 가능 폭이 줄어들고 있으며, 선폭을 원래의 포토레지스트 패턴의 그 것보다 더 넓게 조절하는 것은 더욱 힘들어진다.

한편, 실리콘 질화막 등을 패터닝 할 때에는 그 위에 바로 포토레지스트 패턴을 형성할 경우, 정확하고 깨끗한 측벽을 가지는 패턴 형성이 어려워지는 문제가있다. 따라서, 실리콘 질화막 위에 실리콘 산화막을 형성하고, 먼저 실리콘 산화막에 패턴을 형성한 뒤, 실리콘 산화막 패턴을 식각 마스크로 이용하여 실리콘 질화막에 패턴을 형성하게 된다. 이때, 실리콘 산화막 패턴이 형성되면 이용된 포토레지스트 패턴 및 이미 발생된 폴리머를 통상 먼저 제거하고, 실리콘 질화막 패터닝을 실시한다. 그런데, 포토레지스트 패턴 및 폴리머 제거를 위해서는 대개 기판을 에칭 챔버에서 애싱 챔버로 애싱(Ashing)을 실시하고, 경우에 따라서는 습식 스트립핑(stripping)을 더 실시하는데 각 과정마다 기판을 옮겨 작업하는 번거로움이 있다. 또한, 애싱 작업에서는 산소를 투입하면서 포토레지스트를 산화시켜 제거하는 방법을 사용하는데 이런 방법으로 충분히 실리콘 산화막 패턴의 측벽 등 기판에 붙어있는 폴리머를 충분히 제거하기 어렵다. 폴리머가 패턴 측벽에 잔류할 경우 형성되는 패턴 사이의 폭, 가령, 콘택 홀 등이 지나치게 협소해질 수 있다.

본 발명은 상술한 종래의 포토레지스트 패턴을 이용하는 패터닝 과정의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 포토레지스트 패턴을 이용한 식각 뒤에 이를 제거하는 애싱 과정을 생략할 수 있는 반도체 장치의 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 동시에, 포토레지스트 패턴을 이용한 식각 과정에서 발생하는 폴리머를 충분히 제거하는 수단을 갖추어 패턴 선폭을 용이하게 조절할 수 있는 반도체 장치의 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 별도의 보수 작업에 의하지 않고도 공정의 일 과정에서 발생하여 챔버 벽체에 부착되는 폴리머 등 적층물을 공정의 다른 과정을 통해 제거함으로써 장비의 유지 보수 주기를 늘리고 챔버 이용율을 높일 수 있는 반도체 장치의 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1 내지 도4는 본 발명의 일 실시예에 따라 이루어지는 반도체 장치 패턴 형성 방법의 각 단계를 나타내는 공정 단면도들이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기판에 패턴 대상막을 적층하는 단계, 패턴 대상막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 패턴 대상막의 적어도 일부를 제거하는 단계, 건식 처리를 통해 포토레지스 패턴을 제거하는 단계를 구비하여 이루어진다.

본 발명에서 건식 처리는 패턴 대상막의 적어도 일부를 제거하는 단계와 동일한 공간에서 인 시튜로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서 패턴 대상막은 하나의 막으로 이루어질 수도 있으나, 주된 대상막 위에 하드 마스크층과 반사 방지막이 더 적층되어 이루어지는 것일 수 있다. 이 경우, 통상 패턴 대상막의 적어도 일부를 제거하는 단계에서는 하드 마스크층까지 식각이 이루어진다. 이어서, 건식 처리를 통해 포토레지스트 패턴을 제거한 뒤 계속해서 하드 마스크를 이용하여 패턴 대상막의 나머지 부분인 주된 대상막을 식각하는 단계가 이루어진다.

본 발명에서 건식 처리는 포토레지스트 하부 막을 실리콘 질화막이나 실리콘 산화막을 사용하는 경우, 산소, CF₄나 CHF₃같은 불화 탄소를 위주로 공급하면서 상대적으로 고압력 저출력의 에칭 챔버에서 진행할 수 있다. 포토레지스트 하부막은 탄화 실리콘막, 폴리실리콘막 등으로 이루어질 수 있으며, 포토레지스트 하부막의 종류에 따라 건식 처리에 사용되는 가스는 산소 및 불화 탄소류 외에 염소계열 가스, 아르곤, 질소, 수소 등이 더 첨가되어 사용될 수 있다.

본 발명에서 건식 처리에 이어, 기판 등에 부착된 폴리머를 충분히 제거되도록 하기 위해 린스 단계가 더 이루어질 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명의 일 실시예를 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도1을 참조하면, CVD 공정을 통해 미도시된 패드막이 얇게 적층된 기판(10)에 트랜치 소자 분리막 형성을 위한 패턴을 형성할 식각 방지막(20)으로 실리콘 질화막이 1500 옹스트롬 정도 적층되고, 이어서, 하드 마스크막(30)으로서 실리콘 산화막이 500 옹스트롬, 반사 방지막(40)으로서 실리콘 산화질화막이 100 내지 200 옹스트롬 두께로 차례로 적층된다. 그리고, 포토레지스트 도포막 형성, 마스크 노광 및 현상으로 이루어지는 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴(50)을 반사 방지막(40) 위에 형성한다.

도2를 참조하면, 포토레지스트 패턴(50)을 식각 마스크로 반사 방지막(40)과 하드 마스크막(30)에 대한 식각이 이루어져 하드 마스크(31) 및 반사 방지막 패턴(41)이 이루어진다. 식각은 건식 이방성 식각으로 통상 이루어지며, 산화막에 대한 선택성을 갖는 식각 물질 및 공정 조건으로 이루어진다. 이 과정에서 포토레지스트 패턴(50')의 상당 두께가 제거되며, 기판 및 공정 챔버에 폴리머가 부착된다.

도3을 참조하면, 실리콘 질화막으로 이루어진 식각 방지막(20)이 드러나면 일정 과식각 후에 본 발명의 특징을 이루는 건식 처리 단계가 인 시튜로 진행된다. 이때, 건식 처리 단계의 공정 조건은 실리콘 산화막을 식각하는 조건과 식각 물질 조성 및 압력, 챔버 내부에 인가되는 플라즈마 인가 전력, 기판에 대한 가속 전압 등에서 달라질 수 있다. 포토레지스트 패턴 하부막이 실리콘 질화막, 실리콘 산화막인 경우, 따라서, 식각 방지막(20) 위에는 폭이 다소 변경된 하드 마스크(31)만 잔류하게 된다. 산소와 삼불화 메탄(CHF3), 사불화 메탄(CF4) 등의 불화 탄소 계열 식각 가스를 사용하여 잔류 포토레지스트 패턴과 제거한다. 또한, 포토레지스트 패턴과 함께 기판에 부착된 폴리머와 공정 챔버 내벽에 부착된 폴리머에 대한 제거가 함께 이루어진다. 이때 공정 챔버의 압력은 수십 내지 수백 torr로 상대적으로 높게 진행하고, 공정 챔버 내에 플라즈마를 인가하는 고주파 전력값은 상대적으로 낮추어 진행하는 것이 바람직하다.

이 과정을 통해 초기에 비해 상대적으로 얇아진 도2의 포토레지스트 패턴(50')과 하드 마스크(31) 위에 있는 반사 방지막 패턴(41) 대부분이 제거될 수 있다. 또한, 도시되지 않지만 하드 마스크(31) 측벽 등의 기판 표면 및 공정 챔버 내벽에 부착된 폴리머도 함께 제거될 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 건식 처리를 추가함으로써 종래의 애싱 및 스트립 공정을 생략할 수 있고, 공정 챔버 내벽에 적층된 폴리머를 제거하기 위해 일정 주기로 실시하는 유지 보수 작업에 대한 보수 주기를 연장시킬 수 있다. 더욱이 건식 처리 과정에서 기판 전면에 부착된 폴리머 제거와 함께 하드 마스크(31) 측벽에 대한 식각도 일부 이루어질 수 있으므로 패터닝 공정에서 형성되는 패턴의 선폭 조절이 용이해진다. 또한, 이 과정에서 폴리머 제거 및 포토레지스트 제거가 불완전한 면이 있을 경우, 이를 보충하기 위한 디 린스(di-rinse) 작업을 실시할 수 있다.

도4를 참조하면, 하드 마스크(31)를 식각 마스크로 이용하여 식각 방지막을 식각하여 식각 방지막 패턴(21)을 형성한다. 후속적으로 이들 식각 방지막 팬턴(21)을 다시 식각 마스크로 하여 기판(10)을 식각하여 트렌치를 형성하게 된다.

본 발명에 따르면, 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 과정에 이어 건식 처리 과정을 추가함으로써 기존의 애싱 및 스트립 공정을 생략할 수 있도록 하며, 건식 처리 과정에서 식각 물질 및 조건 조절을 통해 최종적으로 형성될 패턴 선폭을 종래에 비해 용이하게 조절할 수 있다. 또한, 별도의 보수 작업에 의하지 않고도 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하는 식각 과정에서 발생하는 폴리머 등 적층물을 건식 처리 과정에서 제거하여 장비의 유지 보수 주기를 늘리고 장비 이용율을 높일 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 기판에 패턴 대상막을 적층하는 단계,

   상기 패턴 대상막 위에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계,

   상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 상기 패턴 대상막의 적어도 일부 두께를 제거하는 식각 단계 및

   상기 식각 단계에 이어 건식 처리를 통해 상기 포토레지스 패턴을 제거하는 건식 처리 단계를 구비하여 이루어지는 반도체 장치의 패턴 형성 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 건식 처리 단계는 상기 식각 단계와 인 시튜로 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패턴 형성 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 패턴 대상막은 주된 대상막 위에 적어도 하드 마스크층을 더 구비하여 이루어지며,

   상기 식각 단계에서 상기 하드 마스크층까지 식각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패턴 형성 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 건식 처리 단계에 이어 상기 하드 마스크층을 이용하여 상기 주된 대상막을 식각하는 단계가 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패턴 형성 방법.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 하드 마스크층은 실리콘 산화막 혹은 실리콘 질화막으로 이루어지고,

   상기 건식 처리는 산소 및 불화 탄소를 포함하는 가스 분이기에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패턴 형성 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 건식 처리 단계에 이어, 폴리머 추가 제거를 위한 린스 단계가 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패턴 형성 방법.