KR20060129412A - 다양한 에칭 및 리소 집적 설계를 위한 비결정형탄소(ａｐｆ)의 사용 기술 - Google Patents

다양한 에칭 및 리소 집적 설계를 위한 비결정형탄소(ａｐｆ)의 사용 기술 Download PDF

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Abstract

기판의 에칭방법이 제공된다. 본 기판의 에칭방법은 상기 기판에 하드마스크로서 더블 패턴화된 비결정형 탄소탄소탄소하여 상기 기판에 패턴을 전사하는 단계를 포함한다. 선택적으로, 비탄소 기반 층은 상기 패턴이 기판에 전사되기 전에 비결정형 탄소 층에 캐핑(capping) 층으로서 증착된다.

Description

다양한 에칭 및 리소 집적 설계를 위한 비결정형 탄소(ＡＰＦ)의 사용 기술{TECHNIQUES FOR THE USE OF AMORPHOUS CARBON(APF) FOR VARIOUS ETCH AND LITHO INTEGRATION SCHEME}
본 발명의 실시예들은 집적 회로의 제작에 관한 것이다. 보다 상세하게, 본 발명의 실시예들은 반도체 회로기판내의 피쳐 패터닝 및 에칭 공정에 관한 것이다.
집적 회로가 처음으로 도입된 이래 몇십 년간 그 기하학적 구조의 크기는 극적으로 작아져 왔다. 집적 회로는 일반적으로 2년마다 하나의 칩에 실리는 소자(device)의 갯수가 두 배가 된다는 2년/2분의1축적 규칙(종종 무어의 법칙으로 불린다)을 따라가고 있다. 오늘날 제조 설비들은 일반적으로 0.13㎛의 피쳐 크기부터 심지어 0.1㎛의 피쳐 크기를 가지는 소자들을 생산하고 있고, 나아가 미래의 설비들은 곧 이보다 더욱 작은 피쳐 크기를 가지는 소자들을 생산하게 될 것이다.
소자 기하학적 구조가 축소되면서, 반도체 기판에서 나노미터 간격으로 분리되는 나노미터 스케일의 피쳐 형성방법이 요구되고 있다. 최근의 리소그래피 공정이 광학 레졸루션의 한계에 접근함에 따라, 기판상의 피쳐 또는 소자들 간의 간격을 줄이기 위해 개발되고 있는 방법의 하나로, 패턴을 기판상에 전사하는데 이용되는 하드마스크 층의 더블 패터닝을 들 수 있다. 이러한 더블 패터닝 방법에서, 하 드마스크 층은 에칭되어야 할 기판 층상에 증착된다. 하드마스크 층은 하드마스크 층상에 증착된 포토레지스트에 의하여 패터닝된다. 그 후 포토레지스트는 제거되고, 하드마스크 층에 증착되는 제2 포토레지스트를 이용하여 제2 패턴이 하드마스크 층으로 도입된다.
최근의 더블 패터닝 방법은 기판상에 피쳐들 간 간격을 줄이기 위하여 사용될 수 있지만, 더블 패터닝 방법을 위하여 하드마스크로서 사용될 수 있는 재료들에 대한 요구가 여전히 남아있다. 특히, 리소그래피 과정 중에 레졸루션을 손상시킬 수 있는 반사를 최소화하기 위한 비반사(anti-reflective) 코팅으로서 작용하는 하드마스크 층의 더블 패터닝이 요구된다. 도 1(종래 기술)은 낮은 레졸루션으로 패터닝된 피쳐(12, 14)를 가지는 기판(10)의 일예를 도시하고 있다. 또한, 에칭되어야 하는 하부에 놓인 기판에 대한 우수한 에칭 선택비를 가지고, 기판이 에칭된 후에도 쉽게 제거되는 하드마스크 층의 더블 패터닝이 요구된다.
본 발명의 실시예들은, 기판에 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 제1 패턴을 형성하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 포토레지스트 층을 증착하는 단계; 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 제2 패턴을 형성하기 위하여 상기 비결정형 탄소 층을 통하여 상기 포토레지스트에 상기 패턴을 전사하는 단계; 및 상기 기판을 통하여 상기 비결정형 탄소 층에 상기 제1 및 제2 패턴을 전사하는 단계를 포함하는 기판의 에칭방법을 제공한다.
한 측면에서, 기판의 에칭방법은, 상기 기판에 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 비탄소 기반 층을 증착하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 포토레지스트 층을 증착하는 단계; 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 제2 패턴을 형성하기 위하여 상기 비탄소 기반 층 및 상기 비결정형 탄소 층을 통하여 상기 포토레지스트에 상기 패턴을 전사하는 단계; 및 상기 기판을 통하여 상기 비결정형 탄소 층에 제1 및 제2 패턴을 전사하는 단계를 포함한다.
다른 측면에서, 기판의 에칭방법은, 상기 기판에 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 제1 비탄소 기반 층을 증착하는 단계; 상기 비탄소 기반 층 및 상기 비결정형 탄소 층에 제1 패턴을 형성하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 제2 비탄소 기반 층을 증착하는 단계; 상기 제2 비탄소 기반 층에 포토레지스트 층을 증착하는 단계; 상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계; 상기 비결정형 탄소 층에 제2 패턴을 형성하기 위하여 상기 제2 비탄소 기반 층 및 상기 비결정형 탄소 층을 통하여 상기 포토레지스트에 상기 패턴을 전사하는 단계; 및 상기 기판을 통하여 상기 비결정형 탄소 층에 상기 제1 및 제2 패턴을 전사하는 단계를 포함한다.
실시예들을 참고하여 상기한 본원발명에 대하여 보다 상세히 설명한다. 이에 의하여 위에서 간략히 요약된 본원발명의 특징적인 방법을 상세하게 이해할 수 있다. 실시예들 중 일부는 첨부된 도면에 기재되어 있다. 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만 첨부된 도면들은 단지 본원발명의 전형적인 실시예에 불과하며, 그것을 본 발명의 한계로 여겨서는 안 될 것이다. 본 발명은 동일한 효과를 가지는 다른 실시예들도 포함함은 물론이다.
도 1은 종래 기술에 따른 구조의 단면도이고,
도 2A-2F는 본원발명의 일실시예에 따른 구조의 단면도이고,
도 3A-3F는 본원발명의 일실시예에 따른 구조의 단면도이며,
도 4A-4F는 본원발명의 일실시예에 따른 구조의 단면도이다.
본 발명의 실시예들은 예컨대, 70-75nm의 라인들과 같은 라인들 또는 상호접속 홀들이 예컨대, 70-75nm 간격으로 매우 가깝게 이격되는, 매우 작은 피쳐들을 형성하기 위한 기판 에칭 방법을 제공한다. 매우 작고 가깝게 이격되는 피쳐들을 형성하기 위해 비결정형 탄소 층이 기판 에칭을 위한 하드마스크 층으로서 사용된다. 비결정형 탄소 층은 예컨대, 250nm 미만의 원자외선(DUV: deep ultraviolet)에서 비반사 코팅이다. 이러한 비결정형 탄소 층은 산화물에 대하여 약 10:1의 에칭 선택비 및 폴리실리콘에 대하여 약 6:1의 에칭 선택비를 가진다. 플라즈마 애싱(ashing)은 하드마스크로 사용된 후 비결정형 탄소 층을 쉽게 제거하기 위하여 사용될 수 있다.
도면 2A-2F을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다. 비결정형 탄소 층(104)은 도 2A에 도시된 바와 같이 기판(102)에 증착된다. 기판(102)은 실리콘, 폴리실리콘, 산화물, 질화물, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 알루미늄, 실리콘 옥시 탄화물 및 이들의 조합물로 구성되는 그룹으로부터 선택된 재료이거나 또는 이를 포함할 수 있다. 기판(102)은 하부층(100)의 위에 위치할 수 있다. 하부층(100)은 기판(102)의 에칭 중에 기판(102)에 대한 에칭 스톱(stop)일 수 있다. 선택적으로, 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄, 티타늄 질화물로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 비반사 코팅 층은 비결정형 탄소 층(104)이 기판에 증착되기 전에 기판(102)상에 증착될 수 있다. 비반사 코팅 층의 재료는 비반사 코팅 층과 기판 사이에 양호한 에칭 선택비가 제공되도록 선택된다.
비결정형 탄소 층(104)은 화학적기상증착(CVD), 플라즈마 강화 화학적기상증착(PE-CVD), 고밀도 플라즈마 화학적기상증착, 또는 이들의 조합 등과 같은 다양한 방법들에 의해 증착될 수 있다. 비결정형 탄소 층은 탄소 및 수소 또는 탄소, 수소 및 질소, 보론, 플루오르, 인, 또는 이들의 혼합물과 같은 도펀트 및 그 외의 것들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 비결정형 탄소 층은 하이드로탄소 화합물의 가스 혼합물 및 아르곤, 헬륨, 제논, 크립톤, 네온 또는 이들의 조합물과 같은 비활성 가스로부터 형성된다. 탄소의 소스는 선형 탄화수소 같은 기체 탄화수소인 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 탄화수소 화합물은 일반식인 CxHy를 갖는데, 여기서, x는 2에서 4의 범위를 가지고, y는 2에서 10의 범위를 가진다. 예컨대, 프로필렌(C3H6), 프로핀(C3H4), 프로판(C3H8), 부탄(C4H10), 부틸렌(C4H8), 부타디엔(C4H6) 또는 아세틸 렌(C2H2)뿐 아니라 이들의 조합물들이 탄화수소 화합물로서 사용될 수 있다. 유사하게, 수소(H2), 질소(N2), 암모니아(NH3) 또는 이들의 조합물 등은, 원한다면, 이러한 가스 혼합물에 첨가될 수 있다. Ar, He 및 N2는 비결정형 탄소 층의 밀도 및 증착율을 조정하기 위하여 사용될 수 있다. 아래 논의하는 바와 같이, H2 및/또는 NH3를 첨가하면 비결정형 탄소 층의 수소 비율을 조정할 수 있다.
일반적으로, 비결정형 탄소 층을 형성하기 위하여 다음과 같은 증착 프로세스 파라미터들이 사용될 수 있다. 이러한 프로세스 파라미터들의 범위는 약 100℃-약 700℃의 웨이퍼 온도, 약 1torr-약 20torr의 챔버 압력, 약 50sccm-약 500sccm(8인치 웨이퍼당)의 하이드로탄소 가스 유속, 약 1W/in2-약 100W/in2, 예를 들어 약 3W/in2-약 20W/in2의 RF 전원, 약 300mils-약 600mils의 플레이트 간격일 수 있다. 바람직하게는, 비결정형 탄소 층은 약 400Å-약 1000Å, 예를 들어 약 500Å의 두께에서 증착된다. 상술한 프로세스 파라미터들은 약 100Å/min-약 500Å/min의 범위에서 비결정형 탄소 층을 위한 전형적인 증착율을 제공하고, 산타 클라라의 어플라이드 머티리얼스 사에 의해 지원 가능한 증착 챔버에서 200mm의 기판상에서 실행될 수 있다. 사용될 수 있는 증착 챔버의 일예로는 어플라이드 머티리얼스 사에 의해 지원 가능한 Producer system®의 APF™ 챔버가 있다.
본 발명의 영역 내에 있는 다른 증착 챔버들과 상술한 파라미터들은 비결정형 탄소 층을 형성하기 위해 사용되는 특수한 증착 챔버에 따라 변형 가능할 것이 다. 예를 들어, 다른 증착 챔버들은 어플라이드 머티리얼스 사에 의해 지원 가능한 상술한 증착 챔버들보다 더 크거나 작은 크기를 가지고, 더 크거나 작은 가스 유속을 필요로 할 수 있다.
증착 직후의(as-deposited) 비결정형 탄소 층은 약 10%-약 60%의 하이드로겐 범위 내에서 탄소:수소 비율의 조정이 가능하다. 비결정형 탄소 층의 수소 비율을 조정하는 것은 에칭 선택비뿐 아니라 광학 특성을 조정하는데 바람직하다. 보다 명확하게 말하자면, 수소 비율이 낮아짐에 따라, 예컨대 흡수율(k)과 같이 증착 직후의 층의 광학 특성은 증가한다. 유사하게는, 수소 비율이 감소됨에 따라, 사용되는 에칭 화학제에 따라 비결정형 탄소 층의 에칭 저항력(resistance)은 증가될 수 있다.
비결정형 탄소 층의 광 흡수율 k는 약 250nm 이하의 파장에서 약 0.1-약 1.0의 범위 내에서 변경할 수 있으며, 이는 DUV 파장에서 비반사 코팅(ARC)으로서의 사용에 적합하게 한다. 비결정형 탄소 층의 흡수율은 증착 온도에 따라 변화할 수 있다. 특히, 온도가 증가함에 따라 증착 직후의 층의 흡수율도 역시 증가한다. 예를 들어, 프로필렌이 비결정형 탄소 층을 증착하는 하이드로탄소 화합물일 때, 증착 온도가 약 150℃-약 480℃의 범위로 증가함에 따라 증착 직후의 비결정형 탄소 층의 k값은 약 0.2-약 0.7까지 증가할 수 있다. 바람직하게, 비결정형 탄소 층은 약 450nm-약 700nm의 파장을 가지는 빛의 50% 미만을 흡수하고, 반도체 기판들은 일반적으로 정렬 마크에 맞추어 정렬되며, 약 450nm-약 700nm의 파장을 사용하여 검사된다.
비결정형 탄소 층의 흡수율은 또한 가스 혼합물에 사용되는 첨가물에 따라 변경될 수 있다. 특히, 가스 혼합물에서 H2, NH3, N2 또는 이들의 결합물의 존재는 약 10%에서 약 100%까지 k 값을 증가시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 비결정형 탄소 층은 고밀도 플라즈마 화학적기상증착(HDP-CVD)에 의하여 탄화수소 화합물을 포함하는 가스 혼합물으로부터 증착된다. 탄화수소 가스는 메탄(CH4)인 것이 바람직하다. 그러나, C2H6, C2H2 와 같은 다른 탄화수소 가스들뿐 아니라, 예컨대 아세틸렌 및 메탄의 혼합물 같은 탄화수소 가스들의 혼합물도 사용될 수 있다. 알켄(alkene) 그룹, 알칸(alkane) 그룹 및 알킨(alkyne) 그룹의 기체 및 액체 탄화수소가 사용될 수 있다. 이러한 탄화수소의 일예로 CH4, C2H2, C2H4 , C2H6 및 C2H8를 들 수 있다.
탄화수소 가스는 아르곤과 같은 캐리어 가스와 함께 HDP-CVD 챔버에 주입된다. 사용 가능한 HDP-CVD 챔버의 일예로 어플라이드 머티리얼 사에서 지원 가능한 Centura® system의 Ultima HDP-CVD 챔버를 들 수 있다. HDP-CVD 챔버의 일예는 미국특허 제6,423,384호에 더욱 상세히 설명되어 있으며, 상기 미국특허는 본 명세서에 참조된다. 바람직하게, 탄화수소 가스는 약 10sccm-약 500sccm의 유속에서 제1 가스 노즐 세트를 통하여 챔버에 주입되고, 캐리어 가스는 약 5sccm-약 300sccm의 유속에서 제2 가스 노즐 세트를 통하여 챔버에 주입된다. 하나의 바람직한 실시예에서, 탄화수소 가스는 약 125sccm의 유속으로 챔버에 주입되고, 아르곤 가스는 약 27sccm의 유속으로 챔버에 주입된다. 탄화수소 가스 유속 대 캐리어 가스 유속 비율은 약 2:1 내지 약 5:1인 것이 바람직하다. 탄화수소 가스와 캐리어 가스는 각각 분리된 가스 노즐을 통하여 챔버에 주입되는 것이 바람직하나, 챔버에 주입되기 전에 탄화수소 가스와 캐리어 가스가 미리 혼합되는 것도 가능하다.
바람직하게는, 공정 동안의 챔버 압력은 약 10mTorr-약 100mTorr, 예컨대 약 20mTorr로 유지된다. 탄화수소 가스 및 캐리어 가스 모두를 포함하는 프로세싱 가스의 플라즈마를 발생시키고 유지시키기 위하여 챔버에 인가되는 소스 플라즈마 전원은, 약 2MHz 및 약 2000W 미만, 예컨대 200mm 기판에 대해 약 1000W 에서의 RF 전원인 것이 바람직하다. 인가되는 전원은 처리될 기판의 크기에 따라 조정된다. 바람직하게, 기판은 증착 공정 동안 약 300℃-약 430℃에서 유지되고, 기판의 뒷면은 정전기척 내부의 채널들에서의 헬륨가스에 의하여 냉각된다. 기판 바이어스 전압은 증착 공정 동안 비활성화되는 것이 바람직하다. 증착 공정 후, 기판은 진공상태에서 어닐링 챔버로 이송될 수 있고, 어닐링 챔버에서 진공 또는 비활성 가스 분위기에서의 약 300℃-약 430℃의 온도에서 약 30-약 90분간 선택적 어닐링 단계가 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 증착된 기판은 약 30분간 질소 분위기에서 어닐링된다.
비결정형 탄소 층(104)이 기판(102)에 증착된 후, 도 2C에 도시된 바와 같이 비결정형 탄소 층(104)은 그 내부에 피쳐(108)가 포함되도록 패터닝된다. 도 2B에 도시된 바와 같이, 비결정형 탄소 층(104)은 비결정형 탄소 층(104)상에 포토레지스트(106)를 증착 및 패터닝함으로써 패터닝될 수 있다. 도 2C에 도시된 바와 같 이, 포토레지스트(106)에 패터닝된 피쳐(107)들은 비결정형 탄소 층(104)에 피쳐(108)를 생성하기 위하여 비결정형 탄소 층(104)에 전사되고, 포토레지스트(106)는 제거된다. 이후, 도 2D에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(110)가 비결정형 탄소 층에 증착되고, 피쳐(112)를 포함하기 위하여 패턴화된다. 도 2E에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(110)에 패터닝된 피쳐(112)는 비결정형 탄소 층(104)에 피쳐(114)를 생성하기 위하여 비결정형 탄소 층(104)에 전사되고, 포토레지스트(110)는 제거된다. 비결정형 탄소 층(104)은 산소, 수소 및 NF3, SF6, CF4와 같은 가스를 함유하는 플루오르 또는 그 결합물의 플라즈마를 가지는 층을 에칭함으로써 패턴화될 수 있다. 이러한 플라즈마는 더 나아가 HBr, N2, He, Ar 또는 그 결합물들을 선택적으로 포함할 수 있다. 도 2F에 도시된 바와 같이, 비결정형 탄소 층에서 패터닝된 피쳐(108, 114)는 그후 기판에 피쳐들(116)을 형성하기 위한 하드마스크로서 비결정형 탄소 층을 이용하여 기판을 통하여 전사된다. 기판은 기판의 조성물에 적합한 에천트에 노출됨으로써 패터닝될 수 있다. 비결정형 탄소 층은 기판이 에칭된 후에 오존, 산소, 암모니아, 수소 또는 이들의 조합물을 포함하는 플라즈마를 이용하여 기판으로부터 제거될 수 있다.
본 명세서에 개시된 임의의 실시예들에서 포토레지스트는 종래의 일반적인 기술에 따라 증착, 패턴화, 제거될 수 있다. 예를 들어, 약 2000Å-약 6000Å의 두께를 가지는 포토레지스트 층이 기판상에 증착될 수 있다. 450nm 미만의 파장을 가지는 UV 방사에 민감한 포토레지스트, 또는 248nm 또는 193nm 같은 파장을 가지는 방사선에 민감한 원자외선 레지스트가 사용될 수 있다. 이러한 포토레지스트는 패터닝된 마스크를 통해 적절한 파장의 방사에 포토레지스트를 노출시킴으로써 패터닝될 수 있다. 플라즈마 애싱 공정에 의하여 포토마스크가 제거될 수 있다.
다른 실시예에서, 비탄소 기반 유전층 등의 비탄소 기반 층은 앞서 캐핑(capping) 층으로서, 앞서 개시된 비결정형 탄소 층상에 캐핑 층으로서 증착된다. 여기서 정의된 바에 따라, 비탄소 기반 층은 약 50 원자(atom)% 보다 낮은 탄소를 포함한다. 사용 가능한 비탄소 기반 재료들의 예로는 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄 및 티타늄 질화물을 포함한다. 비탄소 기반 층은 포토레지스트의 제거와 같은 공정 단계들 동안 비결정형 탄소 층을 보호할 수 있다. 또한 비탄소 기반 층은 비반사 코팅으로서 작용할 수도 있다. 비탄소 기반 층은 비탄소 기반 층과 비결정형 탄소 층 하부의 기판 사이에 우수한 에치 선택비가 제공되도록 선택될 수 있다. 바람직하게, 비탄소 기반 층은 약 50Å-약 500Å 사이, 예컨대 적어도 약 200Å의 두께를 가질 수 있다.
도 3A-3F를 참고하여 비결정형 탄소 층상에서 캐핑 층으로서 비탄소 기반 층을 포함하는 일실시예에 대하여 설명한다. 도 2A-2F에 대하여 상술한 방법은 도 3A-3F 및 도 4A-4F을 참조하여 설명되는 실시예에서 대응하는 단계들을 수행하기 위하여 사용될 수 있다.
도 3A에 기재된 바와 같이, 비결정형 탄소 층(204)은 기판(202)상에 증착된다. 기판(202)은 하부층(200)의 위에 위치할 수 있다. 하부층(200)은 기판(202)을 에칭하는 동안에 기판(202)에 대한 에치 스탑(stop)일 수 있다. 비탄소 기반 층(205)은 비결정형 탄소 층(204)에 증착된다. 비탄소 기반 층(205)은 화학적기상증착, 물리적기상증착 및 SOG(spin on glass)와 같은 종래의 방법에 의해서 증착될 수 있다. 도 3B에 도시된 바와 같이, 비결정형 탄소 층(204) 및 비탄소 기반 층(205)은 비탄소 기반 층(205)상에 포토레지스트(206)를 증착하고, 패터닝함으로써 패터닝될 수 있다. 도 3C에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(206)에 패터닝된 피쳐(207)는 비결정형 탄소 층(204) 및 비탄소 기반 층(205)에 피쳐(208)를 생성하기 위해 비결정형 탄소 층(204) 및 비탄소 기반 층(205)에 전사되고, 포토레지스트(206)는 제거된다. 도 3D에 도시된 바와 같이, 다음 포토레지스트(210)가 비결정형 탄소 층상에 증착되고, 피쳐(212)를 포함하도록 패터닝된다. 도 3E에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(210)에 패터닝된 피쳐(212)는 비결정형 탄소 층(204) 및 비탄소 기반 층(205)에 피쳐(214)를 생성하기 위하여 비결정형 탄소 층(204) 및 비탄소 기반 층(205)에 전사되고, 포토레지스트(210)는 제거된다. 도 3F에 도시된 바와 같이, 비결정형 탄소 층에 패터닝된 피쳐(208, 214)는 그 후 기판에 피쳐(216)를 형성하기 위한 하드마스크로서 비결정형 탄소 층을 이용하여 기판을 통하여 전사된다. 비탄소 기반 층은 피쳐들이 기판을 통하여 전사되는 동안 또는 비결정형 탄소 층이 제거되는 동안 제거될 수 있다. 비결정형 탄소 층은 오존, 옥시젠, 암모니아, 수소 또는 이들의 조합물들을 포함하는 플라즈마를 이용하여 기판으로부터 제거될 수 있다.
도 3A-3F의 실시예에 비탄소 기반 층(205)이 도시되어 있으며, 이러한 비탄 소 기반 층(205)은 피쳐(208)가 비결정형 탄소 층(204)에 형성된 후에도 기판상에 존재하고 있는 경우에 대하여 설명하고 있으나, 다른 실시예들에서, 피쳐(208)가 비결정형 탄소 층에 형성된 후, 이러한 비탄소 기반 층(205)의 일부 또는 전부가 예컨대 포토레지스트(206)가 제거되는 동안 제거될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 비탄소 기반 층이 기판상에 증착된다. 제2 비탄소 기반 층은 기판, 제1 비탄소 기반 층 또는 제1 비탄소 기반 층의 남아있는 부분상에 직접적으로 증착될 수 있다. 제2 비탄소 기반 층은 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄 또는 티타늄 질화물을 포함할 수 있다. 제2 비탄소 기반 층은 제1 비탄소 기반 층과 동일하거나 혹은 다른 조성을 가질 수 있다.
도 4A-4D는 제1 비탄소 기반 층(205)의 모두가 공정 중에 제거되는 실시예를 도시하고 있다. 도 4A는 제1 비탄소 기반 층(205)이 제거되는 것을 제외하고 도 3C과 대응된다. 도 4B에 도시된 바와 같이, 제2 비탄소 기반 층(220)은 그 후 비결정형 탄소 층(204) 및 노출된 기판(202)상에 증착되고, 포토레지스트(222)는 제2 비탄소 기반 층(220)상에 증착된다. 도 4C에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(222)는 피쳐(224)를 포함하도록 패터닝된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(222)에 패터닝된 피쳐(224)는 비결정형 탄소 층(204) 및 비탄소 기반 층(220)에 피쳐(208)를 생성하기 위하여 비결정형 탄소 층(204) 및 비탄소 기반 층(220)에 전사되고, 포토레지스트(222)는 제거된다. 도 4D는 실질적으로 도 3E와 대응된다. 도 3F에 도시된 바와 같이, 그 후 기판(202)이 에칭된다.
도 2A-2F 및 3A-3F에 개시된 실시예들에서, 두번 패턴화되고, 기판을 패터닝하기 위한 하드마스크로서 사용되는 되는 비결정형 탄소 층에 동일하거나 실질적으로 동일한 피쳐들이 형성된다. 바람직하게, 제1 마스크는 비결정형 탄소 층에 제1 패턴을 형성하는데 이용되고, 제2 마스크는 비결정형 탄소 층에 제2 패턴을 형성하는데 이용된다.
예
550Å의 비결정형 탄소 APF™ 층은 PRODUCER® 시스템의 실리콘 기판상에 증착된다. 250Å의 비탄소 기반 층, 실리콘 옥시질화물 유전체 비반사 코팅(DARC)은 PRODUCER® 시스템의 비결정형 탄소 APF™ 층상에 증착된다. 비결정형 탄소 APF™ 층 및 DARC 층은 248nm 전자복사에 대해 0.5% 미만의 반사율을 가진다. DARC 층은 2000Å의 TOK N850 네거티브 톤(negative-tone) 레지스트로 코팅된다. 레지스트는 Canon FPA-5000ES2 노광장치로, 0.68의 NA 및 0.3의 σ에서 노광된다. 레지스트는 노출된 후 110℃에서 90초동안 베이킹되고, 23℃에서 60초 동안 0.26 N 테트라메틸 암모니움 하이드록사이드(TMAH)로 현상된다. 어퍼쳐(aperture) 마스크를 대체하는 측벽(side-wall) 크롬이 노광을 위해 사용된다. 포토레지스트에 정의된 패턴은 어플라이드 머티리얼사에서 제공되는 DPS Ⅱ 챔버에서 비결정형 탄소 층을 통하여 전사된다. 또 다른 레지스트 층이 기판상에 증착되고, 상술한 바와 같이 패터닝된다. 포토레지스트에 패턴은 DPS Ⅱ 챔버에서 비결정형 탄소 층을 통하여 전사된다. 비결정형 탄소 층의 패턴들은 그 후 DPS Ⅱ 챔버에서 기판을 통하여 전사된다. 패터 닝된 기판은 75nm의 간격만큼 이격된 75nm 상호접속부(interconnects)를 가진다.
비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 하기 청구항들에 의해 한정되는 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (23)

  1. 기판 에칭방법으로서,
    상기 기판상에 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층에 제1 패턴을 형성하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층상에 포토레지스트 층을 증착하는 단계;
    상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층에 제2 패턴을 형성하기 위하여 상기 비결정형 탄소 층을 통하여 상기 포토레지스트에 상기 패턴을 전사하는 단계; 및
    상기 기판을 통하여 상기 비결정형 탄소 층에 상기 제1 및 제2 패턴들을 전사하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층은 일반식 CxHy를 가지는 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 가스혼합물로부터 기상증착에 의하여 증착되며, 여기서 상기 x는 2-4의 범위이고 상기 y는 2-10의 범위인 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘, 폴리실리콘, 산화물, 질화물, 텅스텐, 텅스텐 실리사이 드, 알루미늄, 실리콘 옥시탄화물 및 이들의 조합물들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계 전에, 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄 및 티타늄 질화물로 이루어진 그룹에서 선택된 비반사 코팅 층을 기판에 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층은 약 1W/in2와 약 100W/in2 사이의 전력에서 증착되는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층의 제1 및 제2 패턴이 상기 기판을 통하여 전사된 후, 상기 비결정형 탄소 층을 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  7. 기판 에칭방법으로서,
    상기 기판상에 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층상에 비탄소 기반 층을 증착하는 단계;
    상기 비탄소 기반 층 및 상기 비결정형 탄소 층에 제1 패턴을 형성하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층상에 포토레지스트 층을 증착하는 단계;
    상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층에 제2 패턴을 형성하기 위하여 상기 비탄소 기반 층 및 상기 비결정형 탄소 층을 통하여 상기 포토레지스트에 상기 패턴을 전사하는 단계; 및
    상기 기판을 통하여 상기 제1 및 제2 패턴들을 상기 비결정형 탄소 층에 전사하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층은 일반식 CxHy를 가지는 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 가스혼합물로부터 기상증착에 의하여 증착되며, 여기서 상기 x는 2-4의 범위이고 상기 y는 2-10의 범위인 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘, 폴리실리콘, 산화물, 질화물, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 알루미늄, 실리콘 옥시탄화물 및 이들의 조합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 재료들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계 전에, 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄 및 티타늄 질화물로 이루어진 그룹에서 선택된 비반사 코팅 층을 기판상에 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층은 약 1W/in2와 약 100W/in2 사이의 전력에서 증착되는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 비탄소 기반 층은 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄 및 티타늄 질화물로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료들을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비탄소 기반 층은 약 50Å-약 500Å의 두께인 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  14. 제7항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층의 제1 및 제2 패턴이 상기 기판을 통하여 전사된 후, 상기 비결정형 탄소 층 및 상기 비탄소 기반 층을 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  15. 기판 에칭방법으로서,
    상기 기판상에 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층상에 제1 비탄소 기반 층을 증착하는 단계;
    상기 비탄소 기반 층 및 상기 비결정형 탄소 층에 제1 패턴을 형성하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층상에 제2 비탄소 기반 층을 증착하는 단계;
    상기 제2 비탄소 기반 층상에 포토레지스트 층을 증착하는 단계;
    상기 포토레지스트를 패터닝하는 단계;
    상기 비결정형 탄소 층에 제2 패턴을 형성하기 위하여 상기 제2 비탄소 기반 층 및 상기 비결정형 탄소 층을 통하여 상기 포토레지스트에 상기 패턴을 전사하는 단계; 및
    상기 기판을 통하여 상기 제1 및 제2 패턴들을 상기 비결정형 탄소 층에 전사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 비탄소 기반 층은 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄 및 티타늄 질화물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 비탄소 기반 층은 약 50Å-약 500Å의 두께인 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제2 비탄소 기반 층은 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄 및 티타늄 질화물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층은 일반식 CxHy를 가지는 하나 이상의 탄화수소를 포함하는 가스혼합물로부터 기상증착에 의하여 증착되며, 여기서 상기 x는 2-4의 범위이고 상기 y는 2-10의 범위인 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘, 폴리실리콘, 산화물, 질화물, 텅스텐, 텅스텐 실리사이드, 알루미늄, 실리콘 옥시탄화물 및 이들의 조합물들로 이루어진 그룹에서 선택되는 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  21. 제15항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층을 증착하는 단계 전에, 비결정형 실리콘, 실리콘 질화물, 실리콘 옥시질화물, 실리콘 산화물, 도핑된 실리콘 산화물, 실리콘 옥시탄화물, 탄화물, 실리콘 탄화물, 티타늄 및 티타늄 질화물로 이루어진 그룹에서 선택된 비반사 코팅 층을 기판에 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  22. 제15항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층은 약 1W/in2와 약 100W/in2 사이의 전력에서 증착되는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
  23. 제15항에 있어서,
    상기 비결정형 탄소 층의 제1 및 제2 패턴들이 상기 기판을 통하여 전사된 후, 상기 비결정형 탄소 층 및 상기 제2 비탄소 기반 층을 상기 기판으로부터 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 에칭방법.
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