KR20060003993A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 소정의 하부구조가 구비된 반도체기판 상부에 산화막 또는 폴리막, 질화막을 형성하는 단계; 상기 결과물의 산화막 또는 폴리막, 질화막에 O2 플라즈마 처리를 하는 단계; 상기 결과물을 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)의 혼합 용액으로 세정하는 단계; 및 상기 세정된 산화막 또는 폴리막, 질화막 상부에 포토레지스트막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에서는 포토레지스트막을 형성하기에 앞서 산화막 또는 폴리막, 질화막에 O2 플라즈마를 처리한 후 황산 및 과산화수소의 혼합용액으로 세정하는 공정을 추가함으로써, 노광공정에서의 불량이 감소하고 재작업이 방지되어 제조 원가가 절감되며, 이를 통해 제조 기간이 단축될 뿐만 아니라, 반도체의 수율의 향상을 도모할 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, forming an oxide film, a poly film, or a nitride film on an upper surface of a semiconductor substrate having a predetermined substructure; Performing an O 2 plasma treatment on the resulting oxide film, poly film, or nitride film; Washing the resultant with a mixed solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ); And forming a photoresist film on the cleaned oxide film, poly film, or nitride film. In the method of the present invention, the O 2 plasma is treated to the oxide film, the poly film, and the nitride film before the photoresist film is formed, followed by the step of cleaning with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide, thereby reducing defects in the exposure process and reworking. This prevents manufacturing costs, which not only shortens the manufacturing period but also improves the yield of the semiconductor.
Description
도 1은 종래의 방법에 따른 공정에서 유기 반사방지막(Organic anti-reflective film)의 코팅불량(A) 및 디펙트(B)가 발생한 것을 보여주는 사진이다.1 is a photograph showing that a coating defect (A) and a defect (B) of an organic anti-reflective film occurred in a process according to a conventional method.
도 2는 본 발명의 방법에 따른 공정에서 유기 반사방지막의 코팅불량 및 디펙트가 제거된 것을 보여주는 사진이다.Figure 2 is a photograph showing that the coating defects and defects of the organic anti-reflection film in the process according to the present invention is removed.
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산화막이나 폴리막(Poly)이 형성된 반도체 기판 상부에 포토레지스트막을 형성한 후 포토리소그래피 공정을 수행하여 패턴을 형성할 때, 유기 반사방지막의 코팅시에 나타나는 패턴 불량 및 디펙트(defect)가 발생하지 않도록 하기 위하여 상기 산화막이나 폴리막을 전처리하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, an organic antireflection film when a pattern is formed by performing a photolithography process after forming a photoresist film on a semiconductor substrate on which an oxide film or a poly film is formed. The present invention relates to a method of pretreating the oxide film or poly film in order to prevent the occurrence of defects and defects in the coating.
종래에는 반도체소자 제조 공정에서 소정의 하부구조를 구비하는 반도체기판 상부에 폴리막 또는 산화막을 형성한 다음, 노광 공정 이전에는 별도의 다른 공정 없이 코팅 공정을 진행하였다. 그러나, 도 1을 참조하면, 상기와 같이 별도의 다른 공정 없이 산화막 또는 질화막의 상부에 포토레지스트 조성물을 코팅한 후 베이 크하여 포토레지스트막을 형성한 다음, 패턴을 형성시키기 위하여 노광공정을 수행할 때에는 유기 반사방지막의 코팅불량에 따른 디펙트가 발생하여 불량이 유발되게 된다.Conventionally, a poly film or an oxide film is formed on a semiconductor substrate having a predetermined substructure in a semiconductor device manufacturing process, and then a coating process is performed without any other process before the exposure process. However, referring to FIG. 1, when the photoresist composition is coated on the oxide film or the nitride film and then baked to form a photoresist film without any other process as described above, an exposure process is performed to form a pattern. Defects occur due to poor coating of the organic antireflection film, thereby causing defects.
즉, 게이트를 형성한 이후 산화막이나 폴리막에 코팅을 할 경우에는 상기한 바와 같이 종래에는 포토레지스트막을 형성하기에 앞서 소수성(hydrophobic) 상태인 산화막 또는 폴리막의 표면을 별도로 처리하는 공정없이 진행함으로써, 포토레지스트막을 형성한 후 코팅공정을 수행할 때에 소수성 상태인 산화막 또는 폴리막의 표면에 의해 찌꺼기나 디펙트가 발생하게 되고, 그에 따라 노광공정에서의 불량이 다량 발생하여 제조 원가 및 기간이 상승하고, 수율이 저하되는 문제점이 있었다.That is, in the case of coating the oxide film or the poly film after the gate is formed, as described above, the process proceeds without a process of separately treating the surface of the hydrophobic oxide film or the poly film prior to forming the photoresist film. When the coating process is performed after the photoresist film is formed, debris or defects are generated by the surface of the hydrophobic oxide film or the poly film. Accordingly, a large amount of defects are generated in the exposure process, thereby increasing the manufacturing cost and period. There was a problem that the yield is lowered.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산화막 또는 폴리막, 질화막이 형성된 반도체기판 상부에 포토레지스트막을 형성한 후 코팅공정을 수행할 때에 디펙트가 발생하지 않도록 하기 위한 반도체 소자의 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, to form a photoresist film on the semiconductor substrate on which an oxide film, a poly film, or a nitride film is formed, so that no defect occurs when the coating process is performed. It is an object to provide a method for treating a surface of a semiconductor element.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
(1) 소정의 하부구조가 구비된 반도체기판 상부에 산화막 또는 폴리막, 질화막을 형성하는 단계; (1) forming an oxide film, a poly film, or a nitride film on the semiconductor substrate having a predetermined substructure;
(2) 상기 결과물의 산화막 또는 폴리막, 질화막에 O2 플라즈마 처리를 하는 단계;(2) performing O 2 plasma treatment on the resulting oxide film, poly film, or nitride film;
(3) 상기 결과물을 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)의 혼합 용액으로 세정하는 단계; 및(3) washing the resultant with a mixed solution of sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ); And
(4) 상기 세정된 산화막 또는 폴리막, 질화막 상부에 포토레지스트막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.(4) A method of manufacturing a semiconductor device comprising the step of forming a photoresist film on the cleaned oxide film, poly film, or nitride film.
상기에서, O2 플라즈마 처리시에는 O2와 N2의 혼합 가스를 사용하며, 이 경우에 고온, 고압의 조건에서 혼합 가스를 이용하여 진행함으로써 산화막이나 질화막의 표면을 친수성으로 변화시키게 되고, 따라서 후속 노광 공정시에 발생할 수 있는 디펙트 소스를 제거하게 된다. 바람직하게는 2,500mT / 1,300W / 8,200 O2 / 900 N2 / 210℃의 조건에서 50 내지 500초 동안 플라즈마 처리를 하게 된다.In the above, in the O 2 plasma treatment, a mixed gas of O 2 and N 2 is used. In this case, the mixed gas is used under high temperature and high pressure to change the surface of the oxide film or nitride film to be hydrophilic. Eliminates defect sources that may occur in subsequent exposure processes. And preferably a plasma treatment 2,500mT / 1,300W / 8,200 O 2/ 900 N 2 / under the conditions of 210 ℃ for 50 to 500 seconds.
또한, O2 플라즈마 처리 후의 세정을 위한 황산과 과산화수소의 혼합 용액에 있어서, 황산과 과산화수소의 부피비는 황산 : 과산화수소 = 1 ∼ 150 : 1, 그 온도는 60 내지 150℃ 범위이고, 바람직하게는 황산과 과산화수소의 부피비는 황산 : 과산화수소 = 50 : 1, 그 온도는 90℃이거나, 또는 황산과 과산화수소의 부피비는 황산 : 과산화수소 = 4 : 1, 그 온도는 120℃ 이다.In addition, in the mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide for cleaning after O 2 plasma treatment, the volume ratio of sulfuric acid and hydrogen peroxide is sulfuric acid: hydrogen peroxide = 1 to 150: 1, the temperature is in the range of 60 to 150 ℃, preferably sulfuric acid and The volume ratio of hydrogen peroxide is sulfuric acid: hydrogen peroxide = 50: 1, the temperature is 90 ℃, or the volume ratio of sulfuric acid and hydrogen peroxide is sulfuric acid: hydrogen peroxide = 4: 1, the temperature is 120 ℃.
상기 포토레지스트막은 I-라인(line)용 포토레지스트 수지, KrF용 포토레지스트 수지 또는 ArF용 포토레지스트 수지로 이루어지는 것을 특징으로 한다. The photoresist film is made of an I-line photoresist resin, a KrF photoresist resin or an ArF photoresist resin.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.
본 발명에서는 반도체소자 제조공정에 이용되는 산화막 또는 폴리막, 질화막의 상부에 포토레지스트막을 형성한 후 노광 공정을 수행할 때에 발생하는 디펙트가 산화막 또는 질화막 표면의 상태와 관련이 있다는 사실에 착안하여, 소수성 상태의 산화막 또는 질화막 표면을 친수성 상태로 바꾸어 주었다. 이를 위한 수단으로 본 발명에서는 O2 플라즈마 처리와 세정 공정을 이용한다.The present invention focuses on the fact that the defects generated during the exposure process after forming the photoresist film on the oxide film, the poly film, or the nitride film used in the semiconductor device manufacturing process are related to the state of the oxide film or nitride film surface. , The hydrophobic oxide or nitride film surface was changed to a hydrophilic state. As a means for this purpose, the present invention uses an O 2 plasma treatment and a cleaning process.
본 발명의 공정 순서를 살펴보면, 먼저 소정의 하부구조가 구비된 반도체 기판의 상부에 산화막 또는 질화막을 형성한 후, O2 플라즈마를 이용하여 표면처리를 한다.Referring to the process sequence of the present invention, first, an oxide film or a nitride film is formed on an upper portion of a semiconductor substrate provided with a predetermined substructure, and then subjected to surface treatment using an O 2 plasma.
다음으로, 상기 결과물의 산화막 또는 질화막을 황산 및 과산화수소의 혼합용액으로 세정한다. 그 결과, 산화막 또는 질화막의 표면 상태가 소수성에서 친수성으로 변화된다. 이때, 황산 및 과산화수소의 혼합용액은 세정되는 막의 종류에 따라 다른 조성과 온도가 되도록 적절하게 조절하여 사용할 수 있다. 상기 혼합용액에 있어서, 바람직한 황산과 과산화수소의 부피비는 황산 : 과산화수소 = 1 ∼ 150 : 1, 그 온도는 60 내지 150℃이고, 더욱 바람직하게는 황산과 과산화수소의 부피비는 황산 : 과산화수소 = 4 : 1, 그 온도는 120℃ 이거나 또는 황산과 과산화수소의 부피비는 황산 : 과산화수소 = 50 : 1, 그 온도는 90℃이다.Next, the oxide film or nitride film of the resultant is washed with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. As a result, the surface state of the oxide film or nitride film is changed from hydrophobic to hydrophilic. At this time, the mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide may be appropriately adjusted and used so as to have a different composition and temperature depending on the type of membrane to be washed. In the mixed solution, a preferable volume ratio of sulfuric acid and hydrogen peroxide is sulfuric acid: hydrogen peroxide = 1-150: 1, the temperature is 60 to 150 ℃, more preferably, the volume ratio of sulfuric acid and hydrogen peroxide is sulfuric acid: hydrogen peroxide = 4: 1, The temperature is 120 ° C or the volume ratio of sulfuric acid and hydrogen peroxide is sulfuric acid: hydrogen peroxide = 50: 1, the temperature is 90 ° C.
상기 혼합용액에 있어서, 황산 : 과산화수소 = 4 : 1, 120℃인 혼합용액과 황산 : 과산화수소 = 50 : 1, 90℃인 혼합용액의 차이는 황산 : 과산화수소의 비율 에 의해서 달라지며, 상기와 같이 다른 조성의 혼합용액을 사용하는 이유는 과산화수소에 의해 발생하는 하부 막(Under Layer Film)의 손상이나 데미지(damage)를 줄이기 위해서이다. 즉, 상기 혼합용액은 하부 막의 종류에 따라 다양한 비율로 사용할 수 있다.In the mixed solution, the difference between the sulfuric acid: hydrogen peroxide = 4: 1, 120 ℃ mixed solution and the sulfuric acid: hydrogen peroxide = 50: 1, 90 ℃ mixed solution depends on the ratio of sulfuric acid: hydrogen peroxide, different as described above The reason for using the mixed solution of the composition is to reduce damage or damage of the under layer film generated by hydrogen peroxide. That is, the mixed solution may be used in various ratios according to the type of the lower membrane.
상기와 같은 과정을 거친 후, 노광공정에서는 두 가지 종류의 감광제를 사용할 수 있다. 즉, 포토 공정의 마진을 증가시키기 위하여 사용하는 유기 반사방지막을 코팅한 후에는 포지티브(positive) 포토레지스트 또는 네가티브(negative) 포토레지스트를 사용하여 노광 공정을 진행할 수 있다.After the above process, two types of photoresist may be used in the exposure process. That is, after coating the organic antireflection film used to increase the margin of the photo process, the exposure process may be performed using a positive photoresist or a negative photoresist.
상기 세정된 산화막 또는 질화막 상부에 I-라인용 포토레지스트 수지, KrF용 포토레지스트 수지 또는 ArF용 포토레지스트 수지를 포함하는 조성물을 코팅한 다음 베이크함으로써 포토레지스트막을 형성한다.A photoresist film is formed by coating a composition including an I-line photoresist resin, a KrF photoresist resin, or an ArF photoresist resin on the cleaned oxide film or nitride film and baking the same.
도 2를 참조하면, 패턴을 형성시키기 위하여 상기 포토레지스트막에 노광 공정을 수행한 결과, 본 발명에 따른 방법을 이용한 포토레지스트막에서는 디펙트가 발생하지 않았다. 또 다른 방법으로는 코팅된 웨이퍼에 블랭크(blank) 노광(Mask를 사용하지 않고 전체를 노광하는 방법)을 실시한 후 패턴 노광을 실시함으로써 찌꺼기가 남는 문제점을 해결할 수 있다.Referring to FIG. 2, as a result of performing an exposure process on the photoresist film to form a pattern, no defect occurred in the photoresist film using the method according to the present invention. In another method, a blank exposure (a method of exposing the whole without using a mask) is performed on the coated wafer, and then a pattern exposure is performed to solve the problem of leaving residue.
본 발명에 따른 반도체 소자 제조방법에 대한 한 실시예로서, 찰로 마스크(Chalo Mask) 공정으로 게이트를 형성시킨 후, 게이트 식각시에 데미지를 받은 액티브 영역에 이온 주입을 하여 보상해주는 이온주입 공정에 본 발명의 제조방법을 적용하는 경우를 살펴보면 다음과 같다. 게이트까지 형성한 후 게이트 산화막 - 게이트 질화막(또는 산화막) 위에 찰로 마스크를 이용하여 패터닝을 실시한다. 이러한 경우에 산화막이나 질화막의 표면에 O2 플라즈마 처리를 한 후 전술한 황산 및 과산화수소의 혼합용액을 사용하여 산화막이나 질화막을 세정한다. 상기 혼합용액은 황산과 과산화수소의 부피비가 황산 : 과산화수소 = 50 : 1, 그 온도가 90℃이거나, 황산 : 과산화수소 = 4 : 1, 그 온도가 120℃인 것이다. O2 플라즈마 처리만 단독으로 진행된 경우나 상기의 혼합액으로 세정만 한 경우에는 찌꺼기가 완전히 제거되지 않는 경우가 발생할 수 있다.As an embodiment of the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, a gate is formed by a chalo mask process, and the ion implantation process compensates by implanting ions into the damaged active region during gate etching. Looking at the case of applying the manufacturing method of the invention as follows. After forming the gate, patterning is performed on the gate oxide film-gate nitride film (or oxide film) using a chalo mask. In this case, the surface of the oxide film or nitride film is subjected to O 2 plasma treatment, and then the oxide film or nitride film is cleaned using the above-described mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. The mixed solution is a volume ratio of sulfuric acid and hydrogen peroxide is sulfuric acid: hydrogen peroxide = 50: 1, the temperature is 90 ℃ or sulfuric acid: hydrogen peroxide = 4: 1, the temperature is 120 ℃. If only the O 2 plasma treatment is performed alone or if the cleaning is performed only with the mixed solution, the residue may not be completely removed.
다음으로, 상기 보호산화막이나 질화막 상부에 I-라인용 포토레지스트 수지, KrF용 포토레지스트 수지, 유기 반사방지막 또는 ArF용 포토레지스트 수지를 포함하는 조성물을 코팅한 다음, 베이크하여 포토레지스트막을 형성한다.Next, a composition including an I-line photoresist resin, a KrF photoresist resin, an organic antireflection film, or an ArF photoresist resin is coated on the protective oxide film or nitride film, and then baked to form a photoresist film.
다음으로, 패턴이 형성되어 있는 마스크를 통하여 특정한 파장을 갖고 있는 빛을 투영하는 노광공정을 수행한다.Next, an exposure step of projecting light having a specific wavelength is performed through the mask on which the pattern is formed.
다음으로, 빛에 의해 노광된 영역과 비노광된 영역에 대해 용해도의 차이를 크게 나타내는 현상액을 이용하여 현상공정을 수행함으로써 포토레지스트 패턴을 형성한다.Next, a photoresist pattern is formed by performing a developing process using a developing solution that exhibits a large difference in solubility in a region exposed by light and an unexposed region.
다음으로, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 활성영역에 이온 주입공정을 수행함으로써, 소스(source) 영역 및 드레인 영역을 형성한다.Next, an ion implantation process is performed in the active region using the photoresist pattern as a mask to form a source region and a drain region.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에서는 포토레지스트막을 형성하기에 앞 서 산화막 또는 폴리막, 질화막에 O2 플라즈마를 처리한 후 황산 및 과산화수소의 혼합용액으로 세정함으로써, 노광공정에서의 불량이 감소하여 재작업이 방지되어 제조 원가가 절감되고, 이를 통해 제조 기간이 단축될 뿐만 아니라, 수율이 향상된다.As described above, in the present invention, the O 2 plasma is treated on the oxide film, the poly film, and the nitride film before the photoresist film is formed, followed by cleaning with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. Operation is prevented to reduce manufacturing costs, which not only shortens the manufacturing period but also improves the yield.
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