KR19980015458A - Antireflection film and pattern forming method using the same - Google Patents
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Abstract
반사방지막 및 이를 이용한 패턴형성방법을 개시하고 있다. 반도체 장치 제조시 하지막으로부터 반사되어 포토레지스트막으로 입사되는 빛을 방지하기 위해 사용되는 반사방지막에 있어서, 본 발명에 따른 반사방지막은 게르마늄(Ge)을 함유하는 물질로 형성된 것을 특징으로 한다. 따라서, 두께를 균일하게 조절할 수 있으며, 제거가 용이하므로, 종래 유기반사방지막과 무기반사방지막 각각의 단점들이 개선된다.An antireflection film and a pattern forming method using the same. An antireflection film used to prevent light incident on a photoresist film from being reflected from a base film during the manufacture of a semiconductor device, the antireflection film according to the present invention is formed of a material containing germanium (Ge). Therefore, since the thickness can be uniformly controlled and the removal can be easily performed, disadvantages of each of the organic anti-reflective film and the inorganic anti-reflective film are improved.
Description
본 발명은 포토리소그래피 공정에서 사용되는 반사방지막(Anti-Reflective Coating) 및 이를 이용한 패턴형성방법에 관한 것으로, 특히 두께를 균일하게 조절할 수 있으며, 제거가 용이한 무기반사방지막 및 이를 이용한 패턴형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an anti-reflective coating used in a photolithography process and a pattern forming method using the same. More particularly, the present invention relates to an inorganic anti-reflective coating which can uniformly control the thickness, .
일반적으로 반도체 제조 공정 중 포토리소그래피 공정에서는 반도체 기판 위에 소자를 형성하기 위하여, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 물질층을 식각하거나 이온주입을 진행하게 된다.Generally, in a photolithography process in a semiconductor manufacturing process, a material layer is etched or ion implantation is performed using a photoresist pattern as a mask in order to form an element on a semiconductor substrate.
이때, 포토레지스트 패턴 형성을 위한 노광시 물질층에서 반사되어 포토레지스트막 내로 입사되는 빛에 의해 다음과 같은 문제가 발생된다.At this time, the following problems are caused by the light reflected by the material layer and incident into the photoresist film during exposure for forming a photoresist pattern.
첫째, 포토레지스트막 내에서 빛의 다중 간섭에 의한 스탠딩 웨이브 효과(standing wave effect)로 인해 포토레지스트 패턴에 물결모양의 리플(ripple)이 생겨 정확한 선폭의 제어가 어렵다.First, due to the standing wave effect due to multiple interference of light in the photoresist film, a ripple is formed in the photoresist pattern, making it difficult to control the line width accurately.
둘째, 반도체 제조과정 중 생긴 단차부위에서 포토레지스트막의 두께가 불균일하여 노광되어야 할 부분이 노광되지 않거나 노광되지 않아야 할 부분이 노광되기 때문에, 패터닝될 물질층에 노칭 또는 브리징이 발생된다. 이를 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.Second, the thickness of the photoresist film is uneven in the stepped portion formed during the semiconductor manufacturing process, so that the portion to be exposed is not exposed, or the portion to be exposed is exposed, so that notching or bridging occurs in the material layer to be patterned. This will be described with reference to FIG. 1 and FIG.
도 1 및 도 2는 종래 일반적인 반도체 장치의 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들로서, 반도체 기판(1) 상에 트랜지스터 등을 포함하는 하부구조물과의 절연을 위한 절연층(3)을 형성하고, 그 위에 패턴을 형성하고자 하는 물질층(5)과 포토레지스트막(7)을 형성한다(도 1). 다음, 포토마스크(9)를 이용하여 포토레지스트막(7)을 노광한 다음 현상함으로써, 포토레지스트 패턴(11)을 형성한다(도 2).1 and 2 are cross-sectional views illustrating a conventional method for forming a pattern of a semiconductor device, in which an insulating layer 3 is formed on a semiconductor substrate 1 for insulation with a lower structure including transistors and the like , And a material layer 5 and a photoresist film 7 to form a pattern thereon are formed (FIG. 1). Next, the photoresist film 7 is exposed using the photomask 9 and then developed to form the photoresist pattern 11 (FIG. 2).
이때 통상 도시된바와 같이, 상기 절연층(3) 표면에는 하부구조물로 인해 단차가 형성되며, 이로 인해 상기 물질층(5) 위에 도포되는 포토레지스트막은 단차가 낮은 부위가 두껍게 도포되는 등 그 두께가 전면에 걸쳐 균일하지 않게 된다(도 1). 또한, 포토마스크(9)를 사용한 노광 및 현상공정 이후에는, 상술한 바와 같이 빛의 다중간섭에 의해 단차가 낮은 부위와 높은 부위에서 형성되는 포토레지스트 패턴의 선폭이 다르며, 노칭 또는 브리징이 발생하게 된다.At this time, as shown in the drawing, a step is formed on the surface of the insulating layer 3 due to the lower structure, and therefore, the photoresist film applied on the material layer 5 has a thickness of, for example, So that it is not uniform over the entire surface (FIG. 1). After the exposure and development processes using the photomask 9, the line widths of the photoresist patterns formed at low and high steps are different due to multiple interference of light as described above, and notching or bridging occurs do.
상기와 같은 문제점들은 패턴을 형성하고자 하는 물질층이 알루미늄과 같은 고반사물질로 형성된 경우 더욱 심각하게 나타난다.Such problems are more serious when the material layer to be patterned is formed of a highly reflective material such as aluminum.
이러한 문제를 해결하는 한 방법으로, 포토레지스트막 하부에 형성된 물질층에서 반사된 빛이 포토레지스트 내부로 입사되지 못하도록 포토레지스트와 물질층 사이에 반사방지막을 형성하는 방법이 제안되어 있다.As a method for solving such a problem, there has been proposed a method of forming an antireflection film between a photoresist and a material layer so that light reflected from a material layer formed under the photoresist film can not be incident into the photoresist.
종래 제안된 반사방지막으로는 유기물질을 도포하여 사용하는 유기 반사방지막과, 타이타늄 나이트라이드(TiNx) 또는 실리콘 나이트라이드(SiNx)를 사용하는 무기 반사방지막이 있다.Conventionally proposed antireflection films include an organic antireflection film which is coated with an organic material and an inorganic antireflection film which uses titanium nitride (TiNx) or silicon nitride (SiNx).
이중, 유기 반사방지막은 포토레지스트 패턴을 마스크로하여 식각 또는 이온주입 공정을 진행한 후, 산소(O2) 플라즈마를 사용한 포토레지스트 에슁 공정으로 잔여 반사방지막과 포토레지스트를 쉽게 제거할 수 있다. 그러나, 유기 반사방지막은 스핀 코팅(spin coating) 방법을 사용하여 형성하기 때문에, 단차가 형성되어 있는 부위에서 반사방지막의 두께를 균일하게 조절하는 것이 거의 불가능하다. 또한, 포토레지스와 유기 반사방지막과의 식각선택비가 거의 없어 유기 반사방지막 패터닝시 포토레지스트 패턴의 심한 손실을 피할 수 없다.The organic antireflective film may be etched or ion implanted using a photoresist pattern as a mask, and then the remaining antireflection film and the photoresist can be easily removed by a photoresist ashing process using oxygen (O 2) plasma. However, since the organic antireflection film is formed by using a spin coating method, it is almost impossible to uniformly control the thickness of the antireflection film at the position where the step is formed. In addition, since the etching selectivity ratio between the photoresist and the organic antireflection film is insufficient, a severe loss of the photoresist pattern can not be avoided when the organic antireflection film is patterned.
한편, 무기 반사방지막은 위와 같은 유기 반사방지막의 단점은 극복할 수 있으나, 물질층 패턴 형성후, 잔여 반사방지막을 쉽게 제거할 수 없는 단점이 있다.On the other hand, the inorganic antireflection film can overcome the above-mentioned disadvantages of the organic antireflection film, but it can not easily remove the residual antireflection film after forming the material layer pattern.
따라서, 본 발명의 목적은 종래의 상기 유기 및 무기 반사방지막의 단점들을 해결하여, 단차가 형성된 반도체 기판 상에도 균일하게 형성할 수 있으며, 다른 막질과의 식각선택비 제어가 용이하고, 제거가 용이한 반사방지막을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to solve the disadvantages of the conventional organic and inorganic antireflection film and to uniformly form the same on the semiconductor substrate having the stepped portion, And an anti-reflection film.
도 1 및 도 2는 종래 일반적인 반도체 장치의 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern of a conventional semiconductor device.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지막을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an antireflection film according to an embodiment of the present invention.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.4 to 9 are sectional views for explaining a pattern forming method according to the first embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명에 따른 게르마늄 나이트라이드 반사방지막의 두께와 반사율과의 관계를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.10 is a graph showing a result of simulating the relationship between the thickness and the reflectance of the germanium nitride anti-reflection film according to the present invention.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 목적은 상기 반사방지막을 사용한 패턴형성방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a pattern forming method using the antireflection film.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 장치 제조시 하지막으로부터 반사되어 포토레지스트막으로 입사되는 빛을 방지하기 위해 사용되는 반사방지막에 있어서,According to an aspect of the present invention, there is provided an antireflection film used to prevent light incident on a photoresist film from being reflected from a base film during the manufacture of a semiconductor device,
상기 반사방지막이 게르마늄(Ge)을 함유하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 반사방지막을 제공한다.Wherein the antireflection film is formed of a material containing germanium (Ge).
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 반사방지막은 게르마늄 나이트라이드로 형성되며, 반도체 제조공정에서 많이 사용되는 산소, 실리콘, 수소 및 불소 등의 다른원소를 적어도 하나이상 함유하더라도 무방하다.According to a preferred embodiment of the present invention, the anti-reflection film is formed of germanium nitride and may contain at least one or more other elements such as oxygen, silicon, hydrogen, and fluorine, which are frequently used in semiconductor manufacturing processes.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 단차가 형성된 하부구조물을 덮는 제1 물질층을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 물질층 상에 패턴을 형성하고자 하는 제2 물질층을 형성하는 제2 단계; 상기 제2 물질층 상에 게르마늄(Ge)을 함유하는 반사방지막을 형성하는 제3 단계; 상기 반사방지막 상에 포토레지스트막을 형성하는 제4 단계; 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 제5 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로하여 상기 반사방지막 및 제2 물질층을 식각함으로써, 반사방지막 패턴 및 제2 물질층 패턴을 차례로 형성하는 제6 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 제7 단계; 및 상기 반사방지막 패턴을 제거하는 제8 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패턴형성방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first material layer covering a lower structure having steps; A second step of forming a second material layer on the first material layer to form a pattern; A third step of forming an antireflection film containing germanium (Ge) on the second material layer; A fourth step of forming a photoresist film on the antireflection film; A fifth step of exposing and developing the photoresist film to form a photoresist pattern; A sixth step of sequentially forming an antireflection film pattern and a second material layer pattern by etching the antireflection film and the second material layer using the photoresist pattern as a mask; A seventh step of removing the photoresist pattern; And an eighth step of removing the anti-reflection film pattern.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 반사방지막은 게르마늄 나이트라이드(GeNx)를 통상의 증착방법으로 형성하는데, 예를 들어, 게르마늄을 타겟으로 사용하고 질소가스 또는 아르곤가스와 질소가스가 혼합된 분위기에서 RF 스퍼터링법을 이용하여 형성할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the antireflection film is formed of germanium nitride (GeNx) by a conventional deposition method. For example, when germanium is used as a target and nitrogen gas or an atmosphere mixed with argon gas and nitrogen gas Can be formed by RF sputtering.
또한, 상기 RF 스퍼터링시 질소가스의 유량과 RF 파워를 조절하여 게르마늄 나이트라이드 반사방지막의 소멸계수를 0.25∼1.0으로 조절할 수 있으며, 그 일예로 상기 질소가스의 유량을 77sccm으로하고, RF 파우어를 150W 인 조건에서 형성하면 소멸계수가 0.37인 게르마늄 나이트라이드 반사방지막이 얻어진다.The extinction coefficient of the germanium nitride antireflection film can be adjusted to 0.25 to 1.0 by controlling the flow rate and the RF power of the nitrogen gas during the RF sputtering. For example, when the flow rate of the nitrogen gas is 77 sccm and the RF power is 150 W , A germanium nitride antireflection film having an extinction coefficient of 0.37 is obtained.
한편, 상기 반사방지막 패턴은 가열된 황산과 과산화수소수가 혼합된 용액을 이용하여 제거할 수 있다.Meanwhile, the anti-reflection film pattern can be removed by using a mixed solution of heated sulfuric acid and hydrogen peroxide.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반사방지막을 형성하는 단계 이후, 고온열처리 공정을 수행하여 반사방지막의 막질을 개선하거나, RF 플라즈마 처리를 실시하여 반사방지막의 표면상태를 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, after the step of forming the antireflection film, the surface condition of the antireflection film may be improved by improving the film quality of the antireflection film or performing RF plasma treatment by performing a high temperature heat treatment process.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 또한, 단차가 형성된 하부구조물을 덮는 제1 물질층을 형성하는 제1 단계; 상기 제1 물질층 상에 패턴을 형성하고자 하는 제2 물질층을 형성하는 제2 단계; 상기 제2 물질층 상에 게르마늄(Ge)을 함유하는 반사방지막을 형성하는 제3 단계; 상기 반사방지막 상에 상기 반사방지막의 식각을 방지하기 위한 식각방지막을 형성하는 제4 단계; 상기 식각방지막 상에 포토레지스트막을 형성하는 제5 단계; 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 제6 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로하여 상기 식각방지막, 반사방지막 및 제2 물질층을 식각함으로써, 식각방지막 패턴, 반사방지막 패턴 및 제2 물질층 패턴을 차례로 형성하는 제7 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 제8 단계; 상기 식각방지막 패턴을 제거하는 제9 단계; 및 상기 반사방지막 패턴을 제거하는 제10 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 패턴형성방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising the steps of: forming a first material layer covering a stepped bottom structure; A second step of forming a second material layer on the first material layer to form a pattern; A third step of forming an antireflection film containing germanium (Ge) on the second material layer; A fourth step of forming an anti-etching film on the anti-reflection film to prevent the anti-reflection film from being etched; A fifth step of forming a photoresist film on the etch stopping film; A sixth step of exposing and developing the photoresist film to form a photoresist pattern; A seventh step of sequentially forming an etch stopping film pattern, an antireflection film pattern and a second material layer pattern by etching the etch stopping film, the antireflection film, and the second material layer using the photoresist pattern as a mask; An eighth step of removing the photoresist pattern; A ninth step of removing the etch stopping layer pattern; And a tenth step of removing the anti-reflection film pattern.
따라서, 두께를 균일하게 조절할 수 있으며, 제거가 용이하므로, 종래 유기반사방지막과 무기반사방지막 각각의 단점들이 개선된다.Therefore, since the thickness can be uniformly controlled and the removal can be easily performed, disadvantages of each of the organic anti-reflective film and the inorganic anti-reflective film are improved.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지막을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view illustrating an antireflection film according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 반도체 기판(50) 상에 트랜지스터 등을 포함하는 하부구조물(도시되지 않음)을 덮는 제1 물질층(52)이 형성되어 있으며, 상기 제1 물질층(52) 상에 패턴을 형성하고자 하는 제2 물질층(54)이 형성되어 있다. 또한, 상기 제2 물질층(54)으로 입사된 빛이 반사되지 않도록하기 위해 게르마늄(Ge)을 함유하는 물질로 된 반사방지막(56)이 상기 제2 물질층(54) 상에 형성되어 있으며, 포토레지스트막(58)이 상기 반사방지막(56) 위에 형성되어 있다. 상기 제2 물질층(54)의 패턴 형성시 마스크로 사용될 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해, 포토 마스크(60)를 이용하여 상기 포토레지스트막(58)을 노광시킨다.Referring to FIG. 3, a first material layer 52 is formed on a semiconductor substrate 50 to cover a lower structure (not shown) including a transistor and the like. A first material layer 52 is formed on the first material layer 52, A second material layer 54 is formed. An anti-reflection film 56 made of a material containing germanium (Ge) is formed on the second material layer 54 to prevent light incident on the second material layer 54 from being reflected, A photoresist film 58 is formed on the antireflection film 56. The photoresist film 58 is exposed using a photomask 60 to form a photoresist pattern to be used as a mask in patterning the second material layer 54.
본 발명에 따른 반사방지막(56)은, 다른 막질과의 식각선택비 조절이 용이하고 습식식각에 의해 쉽게 제거될 수 있는 특성을 갖는 게르마늄(Ge)을 함유하는 물질, 예를 들면 게르마늄 나이트라이드(GeNx)로 형성된다. 상기 게르마늄 나이트라이드 반사방지막(56)은 에쳔트(etchant), 예컨대 가열된 황산에 의해 쉽게 제거될 수 있다. 따라서, 잔여 반사방지막을 쉽게 제거할 수 없던 종래 무기반사방지막의 단점을 개선할 수 있다.The antireflection film 56 according to the present invention may be formed of a material containing germanium (Ge), such as germanium nitride (Ge), which has a property that etching selectivity with other film materials is easy to control and can be easily removed by wet etching GeNx). The germanium nitride antireflection film 56 can be easily removed by an etchant, for example, heated sulfuric acid. Therefore, it is possible to improve the disadvantage of the conventional inorganic antireflection film which can not easily remove the residual antireflection film.
한편, 상기 게르마늄 나이트라이드 반사방지막 내에 산소, 실리콘, 수소, 불소 등의 원소들이 함유되어도 무방하다.On the other hand, elements such as oxygen, silicon, hydrogen, and fluorine may be contained in the germanium nitride antireflection film.
또한, 본 발명에 따른 상기 반사방지막(56)은, 두께를 균일하게 형성할 수 있는 증착방법으로 형성된다. 따라서, 스핀-코팅 방법을 사용하여 도포하는 종래 일반적인 유기반사방지막에 비해 두께 조절이 용이하므로 유기반사방지막의 단점을 개선할 수 있다.Further, the antireflection film 56 according to the present invention is formed by a deposition method capable of uniformly forming a thickness. Therefore, it is easy to control the thickness of the organic antireflection film compared with the conventional organic antireflection film which is applied using the spin-coating method, so that the disadvantage of the organic antireflection film can be improved.
여기에서, 상기 반사방지막(56)이 반사방지 역할을 하는 원리를 간단히 살펴보면, 제2 물질층(54)에서 포토레지스트막(58)으로 반사되는 빛은 포토레지스트막(58)과 반사방지막(56)과의 경계면에에서 반사된 빛()과 반사방지막(56)과 제2 물질층(54)과의 경계면에서 반사된 빛()과의 합이 된다.The light reflected from the second material layer 54 to the photoresist film 58 is reflected by the photoresist film 58 and the anti-reflection film 56 ) At the interface between the light And the light reflected from the interface between the antireflection film 56 and the second material layer 54 ).
따라서, 제2 물질층(54)에서 포토레지스트막(58)으로 반사되는 빛을 줄이기 위해서는, 포토레지스트막(58)과 반사방지막과(56)의 경계면에서 반사된 빛()과, 반사방지막(56)과 제2 물질층(54)과의 경계면에서 반사된 빛()이 서로 180°의 위상차를 가지게하여 소멸간섭을 하도록 하거나, 또는 입사된 빛이 반사방지막을 통과하는 과정에서 거의 흡수되게하여 반사방지막(56)과 제2 물질층(54)과의 경계면에서 반사된 빛()이 포토레지스트막(58)으로 거의 반사되지 않도록 하여야한다. 여기서 전자의 경우를 간섭형 반사방지막이라 하고 후자의 경우를 흡수형 반사방지막이라 한다.Therefore, in order to reduce the light reflected from the second material layer 54 to the photoresist film 58, the light reflected from the interface between the photoresist film 58 and the antireflection film 56 And light reflected from the interface between the antireflection film 56 and the second material layer 54 And the incident light is substantially absorbed in the course of passing through the antireflection film, so that reflection at the interface between the antireflection film 56 and the second material layer 54 Light ( Should not be substantially reflected by the photoresist film 58. Here, the former case is referred to as an interference type antireflection film, and the latter case is referred to as an absorption type antireflection film.
통상 간섭형 반사방지막(56)의 두께(d)는 ｜K/4n(여기서, ｜K는 노광파장이고, n은 노광파장에서 반사방지막의 굴절율을 말함)의 홀수배 근방의 두께를 가져야 하는 것으로 알려져 있으며, 간섭형 반사방지막의 정확한 최적두께는, 노광파장에서 상기 반사방지막의 굴절율과 그 상·하부에 형성되는 막들의 굴절율을 고려한 반사율 계산을 통하여 결정된다. 이와 같이, 간섭형 반사방지막은 두께 조절이 용이하고 균일한 두께로 증착될 수 있는 물질로 형성되어야 한다.The thickness d of the normal interference type antireflection film 56 should have a thickness near the odd number of times | K / 4n (where | K is the exposure wavelength and n is the refractive index of the antireflection film at the exposure wavelength) And the exact optimal thickness of the interference type antireflection film is determined through calculation of reflectance considering the refractive index of the antireflection film and the refractive indexes of the films formed at the upper and lower portions of the antireflection film at the exposure wavelength. As such, the interference type antireflection film should be formed of a material which can be easily adjusted in thickness and can be deposited in a uniform thickness.
반면, 흡수형 반사방지막으로 사용하기 위해서는 입사한 빛이 반사방지막을 통과하면서 흡수될 수 있도록 충분히 두꺼운 두께의 반사방지막을 사용하여야 한다.On the other hand, in order to be used as an absorption type antireflection film, an antireflection film having a thickness sufficiently large so that incident light can be absorbed while passing through the antireflection film should be used.
본 발명에 따른 상기 게르마늄 나이트라이드 반사방지막(56)은 통상의 무기반사방지막과 마찬가지로 스퍼터링 또는 화학기상증착법으로 형성되므로, 단차부위에서 균일한 두께로 형성할 수 있으며, 두께 조절이 용이하여, 간섭형 또는 흡수형 반사방지막으로 사용될 수 있다.Since the germanium nitride antireflection film 56 according to the present invention is formed by sputtering or chemical vapor deposition in the same manner as the conventional inorganic antireflection film, the germanium nitride antireflection film 56 can be formed with a uniform thickness at the stepped portion, Or an absorption type antireflection film.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.4 to 9 are sectional views for explaining a pattern forming method according to the first embodiment of the present invention.
도 4는 포토레지스트막(58)을 형성하는 단계를 도시한다.Fig. 4 shows the step of forming the photoresist film 58. Fig.
반도체 기판(50) 상에 트랜지스터 등을 포함하는 하부구조물(도시되지 않음)을 형성하고, 그 위에 하부구조물을 덮는 제1 물질층(52), 예를 들면 절연층을 형성한다. 제1 물질층(52) 상에 패턴을 형성하고자 하는 물질을 증착하여 제2 물질층(54)을 형성한 다음, 제2 물질층(54)으로 입사된 빛이 반사되지 않도록하기 위해 게르마늄을 함유하는 반사방지막(56)을 형성한다. 다음, 상기 반사방지막(56) 상에 포토레지스트를 도포하여 포토레지스트막(58)을 형성한다.A lower structure (not shown) including transistors and the like is formed on the semiconductor substrate 50, and a first material layer 52, for example, an insulating layer is formed thereon to cover the lower structure. A material to be patterned is deposited on the first material layer 52 to form a second material layer 54 and then germanium is added to prevent the light incident on the second material layer 54 from being reflected. The antireflection film 56 is formed. Next, a photoresist is coated on the antireflection film 56 to form a photoresist film 58.
여기에서, 상기 제1 물질층(52) 표면에는 상기 하부구조물에 의해 단차가 형성되어 있으며, 상기 패턴을 형성하고자 하는 제2 물질층(54)은 폴리실리콘층, 금속층, 금속실리사이드층 또는 폴리사이드층 등의 고반사 물질층일 수 있다.In this case, a step is formed on the surface of the first material layer 52 by the lower structure, and the second material layer 54 to be patterned is formed of a polysilicon layer, a metal layer, a metal silicide layer, Layer or the like.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 반사방지막(56)은 게르마늄과 질소가 함유된 예를 들면 게르마늄 나이트라이드(GeNx)층으로 형성한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the anti-reflection film 56 is formed of, for example, a germanium nitride (GeNx) layer containing germanium and nitrogen.
여기서, 상기 게르마늄 나이트라이드 반사방지막(56)은 게르마늄을 타겟으로 사용하고 질소(N2)가스 또는 아르곤(Ar)가스와 질소가스가 혼합된 분위기에서 RF 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 형성하거나, 화학기상증착법(CVD) 방법, 플라즈마 처리된 화학기상증착법(PECVD), 또는 졸-겔(sol-gel)방법에 의해 형성할 수 있다.The germanium nitride antireflection film 56 may be formed using RF sputtering in an atmosphere in which germanium is used as a target and nitrogen (N 2) gas or argon (Ar) gas and nitrogen gas are mixed, May be formed by a CVD method, a plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method, or a sol-gel method.
따라서, 종래 스핀 코팅을 이용하던 유기반사방지막 공정에 비해, 단차부위에서 균일한 두께로 형성할 수 있다.Therefore, compared with the organic antireflection film process using the conventional spin coating, it can be formed in a uniform thickness at the stepped portion.
본 발명에 따른 게르마늄 나이트라이드 반사방지막은, 동일한 노광 파장에서 게르마늄의 함량에 따라 소멸계수(extinction coefficient, k)가 다르게 나타난다.The germanium nitride antireflection film according to the present invention exhibits different extinction coefficients (k) depending on the content of germanium at the same exposure wavelength.
일반적으로 반사방지막으로 사용되기 위해서는 노광에 사용하는 파장에서 소멸계수(k)가 0.05 이상이어야 하며, 특히 0.25∼1.0 사이의 값을 갖는 것이 바람직한 것으로 알려져 있다.In general, in order to be used as an antireflection film, the extinction coefficient (k) at the wavelength used for exposure should be 0.05 or more, and it is particularly preferable that the extinction coefficient is between 0.25 and 1.0.
실험결과, 게르마늄 나이트라이드내 게르마늄의 함량이 많을수록 노광파장에서의 소멸계수(k)가 크게 나타남을 알 수 있었다. 따라서, 질소가스의 유량(flow rate)을 조절하여 노광파장에서의 소멸계수를 쉽게 조절할 수 있다.Experimental results show that the extinction coefficient (k) at the exposure wavelength increases with increasing germanium content in germanium nitride. Therefore, the extinction coefficient at the exposure wavelength can be easily controlled by controlling the flow rate of the nitrogen gas.
예를 들어, 질소가스의 유량이 77sccm이고, RF 파워가 150W인 조건으로 형성된 게르마늄 나이트라이드 반사방지막의 소멸계수는 0.37이다. 이 값은 상기 조건으로 게르마늄 나이트라이드 반사방지막의 복소굴절율(complex refractive index)을 구한 다음, 허수부를 취한 것이다. 이때, 노광 파장은 436nm, 365nm, 248nm, 193nm를 포함하는 450nm이하의 파장대역을 말한다.For example, the extinction coefficient of the germanium nitride antireflection film formed under the condition that the flow rate of the nitrogen gas is 77 sccm and the RF power is 150 W is 0.37. This value is obtained by determining the complex refractive index of the germanium nitride antireflection film under the above conditions, and then taking the imaginary part. At this time, the exposure wavelength refers to a wavelength band of 450 nm or less including 436 nm, 365 nm, 248 nm and 193 nm.
즉, 본 발명에 따른 상기 게르마늄 나이트라이드 반사방지막(56) 형성시 그 소멸계수가 0.25∼1.0 사이의 한 값을 갖도록 게르마늄의 함량을 조절할 수 있다.That is, when forming the germanium nitride anti-reflection film 56 according to the present invention, the content of germanium can be controlled so that the extinction coefficient has a value between 0.25 and 1.0.
한편, 상기 게르마늄 나이트라이드 반사방지막의 두께는, 도 3을 참조하여 언급한 바와 같이, 반사방지막 상·하부에 형성되는 막들의 굴절율을 고려한 반사율(reflectance, r) 계산을 통해 반사율이 최소가 되는 두께를 구할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따라 형성된 게르마늄 나이트라이드 반사방지막의 두께와 반사율(r)과의 관계를 도 8에 도시하였다.3, the thickness of the germanium nitride antireflection film is determined by calculating a reflectance (r) taking into consideration the refractive index of the films formed on and under the antireflection film, Can be obtained. The relationship between the thickness of the germanium nitride antireflection film formed according to an embodiment of the present invention and the reflectance r is shown in Fig.
한편, 상기 반사방지막(56)을 형성한 후, 어닐링과 같은 고온 열처리를 실시함으로써 반사방지막의 막질을 향상할 수 있으며, RF 플라즈마 처리를 실시함으로써 반사방지막 표면상태를 개선할 수 있다.On the other hand, after the antireflection film 56 is formed, the film quality of the antireflection film can be improved by performing a high-temperature heat treatment such as annealing, and the surface state of the antireflection film can be improved by performing the RF plasma treatment.
도 5는 포토레지스트 패턴(62)을 형성하는 단계를 도시한다.FIG. 5 shows the step of forming the photoresist pattern 62. FIG.
포토마스크(60)를 이용하여 상기 포토레지스트막(58)을 노광 및 현상함으로써 상기 반사방지막(56) 상에 포토레지스트 패턴(62)을 형성한다.A photoresist pattern 62 is formed on the antireflection film 56 by exposing and developing the photoresist film 58 by using a photomask 60.
도 6은 반사방지막 패턴(56') 및 제2 물질층 패턴(54')을 형성하는 단계를 도시한다.FIG. 6 shows the step of forming the anti-reflective film pattern 56 'and the second material layer pattern 54'.
상기 포토레지스트 패턴(62)을 식각마스크로하고 상기 반사방지막(56) 및 제2 물질층(54)을 식각함으로써 반사방지막 패턴(56')과 제2 물질층 패턴(54')을 차례로 형성한다.The antireflection film 56 and the second material layer 54 are etched using the photoresist pattern 62 as an etching mask to form the antireflection film pattern 56 'and the second material layer pattern 54' .
여기에서, 상기 게르마늄 나이트라이드 반사방지막(56)은 포토레지스트와 식각선택비가 크기 때문에 종래 유기반사방지막 패터닝시 발생하던 포토레지스트 패턴 손실을 피할 수 있다.Here, since the germanium nitride anti-reflective layer 56 has a large etching selectivity with respect to the photoresist, it is possible to avoid the loss of the photoresist pattern that has occurred in the conventional patterning of the organic anti-reflective layer.
도 7은 포토레지스트 패턴(62) 및 반사방지막 패턴(56')을 제거하는 단계를 도시한다.7 shows a step of removing the photoresist pattern 62 and the anti-reflection film pattern 56 '.
상기 포토레지스트 패턴(62)을, 예컨대 산소 플라즈마를 이용한 포토레지스트 에슁공정으로 제거하고, 이어서, 상기 반사방지막 패턴(56')을, 에쳔트 예컨대 가열된 황산(H2SO4)과 과산화수소수(H2O2) 혼합액을 사용하여 제거한다.The photoresist pattern 62 is removed by a photoresist ashing process using, for example, oxygen plasma, and then the antireflection film pattern 56 'is etched using a mixture of heated sulfuric acid (H2SO4) and hydrogen peroxide solution (H2O2) .
한편, 본 발명에 따른 패턴형성방법은, 상기 제1 실시예와 같이 패턴을 형성하고자 하는 제2 물질층(54) 상에 반사방지막(56)을 직접 형성하는 경우 뿐만 아니라, 제2 물질층(54) 상에 노광파장에 대해 투명하거나 반투명한 물질층(55)을 형성하고 그 위에 반사방지막(56)을 형성하는 경우(도 8 참조)나 포토레지스트막(58)과 반사방지막(56) 사이에 노광파장에 대해 투명하거나 반투명한 물질층(55)을 형성하는 경우(도 9 참조)에도 모두 적용될 수 있다. 여기에서, 노광파장에 대해 투명하거나 반투명한 상기 물질층(55)은 불순물이 도우프되지 않은 실리콘 산화물, 불순물이 도우프된 실리콘 산화물, 열산화에 의해 성장된 실리콘 산화물, 옥시나이트라이드, 실리콘 나이트라이드 등을 사용하여 형성될 수 있다.The method of forming a pattern according to the present invention is not limited to the case where the antireflection film 56 is directly formed on the second material layer 54 to be patterned as in the first embodiment, (See FIG. 8) or between the photoresist film 58 and the antireflection film 56 (see FIG. 8) in the case of forming a transparent or translucent material layer 55 on the photoresist film 58 (See FIG. 9) in which a transparent or semi-transparent material layer 55 is formed with respect to the exposure wavelength. Here, the material layer 55, which is transparent or translucent to the exposure wavelength, may be a silicon oxide doped with no impurities, silicon oxide doped with impurities, silicon oxide grown with thermal oxidation, oxynitrides, silicon nitride And the like.
도 10은 게르마늄 나이트라이드 반사방지막의 두께와 반사율과의 관계를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.10 is a graph showing a result of simulating the relationship between the thickness and the reflectance of the germanium nitride antireflection film.
도 10을 참조하면, 반사방지막 하부에 형성된 제2 물질층들을 달리하고 각각의 경우에 대해 반사방지막 두께에 따른 반사계수를 계산한 결과를 도시하였으며, 실선인 (a)는 텅스텐실리사이드층이, 점선인 (b)는 폴리실리콘층이, 일점쇄선인 (c)는 알루미늄층이 제2 물질층으로 형성된 경우로서, 반사율이 최하가 되는 두께를 갖도록 반사방지막을 형성하고 이를 간섭형 반사방지막으로 사용할 수 있다.Referring to FIG. 10, the results of calculation of the reflection coefficient according to the antireflection film thickness for each of the second material layers formed under the antireflection film are shown. In the solid line (a), the tungsten silicide layer (B) shows a polysilicon layer, and (c) shows a case where an aluminum layer is formed of a second material layer. In this case, an antireflection film is formed so as to have the minimum reflectance and used as an interference type antireflection film have.
상술한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따르면, 첫째, 일반적인 반사방지막을 사용한 경우와 마찬가지로, 포토레지스트막의 두께 변화에도 불구하고 선폭 변화가 없고 노칭이 없는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.As described above, according to the first embodiment of the present invention, as in the case of using a general antireflection film, it is possible to form a photoresist pattern free from a change in linewidth and having no notching in spite of a change in the thickness of the photoresist film.
둘째, 스퍼터링 또는 화학기상증착법으로 반사방지막을 형성하기 때문에, 단차부위에서 균일한 두께로 형성할 수 있으며, 반사방지막의 두께 조절이 용이하다. 따라서, 스핀-코팅 방법을 사용하던 종래의 유기반사방지막의 단점이 개선된다.Second, since the antireflection film is formed by sputtering or chemical vapor deposition, it can be formed in a uniform thickness at the stepped portion, and the thickness of the antireflection film can be easily adjusted. Therefore, the disadvantages of the conventional organic antireflection film using the spin-coating method are improved.
셋째, 포토레지스트와의 식각선택비가 크기 때문에 종래 유기반사방지막 패터닝시 발생하던 포토레지스트 패턴 손실을 피할 수 있다.Third, since the etch selectivity with the photoresist is large, loss of the photoresist pattern, which has been caused by patterning of the organic antireflection film, can be avoided.
넷째, 다른 막질과의 식각선택비 조절이 용이하고 특정 에쳔트에 의해 쉽게 제거될 수 있으므로 종래 무기반사방지막의 단점이 개선된다.Fourth, since the etching selectivity with respect to other film materials can be easily adjusted and can be easily removed by a specific etch, disadvantages of conventional inorganic antireflection films are improved.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴형성방법은, 상기 게르마늄을 함유하는 반사방지막 상에, 식각방지층을 더 형성하는 것을 제외하고는 상기 제1 실시예와 동일하며, 상기 제1 실시예에서와 동일한 참조부호는 동일 물질을 나타낸다.The pattern forming method according to the second embodiment of the present invention is the same as the first embodiment except that an etch stop layer is further formed on the antireflective film containing germanium. In the first embodiment, The same reference numerals denote the same substance.
도 11을 참조하면, 게르마늄을 함유하는 반사방지막(56)을 형성하는 공정까지 상기 제1 실시예와 동일하게 진행한 다음, 상기 반사방지막(56) 상에 절연물, 예를 들면 실리콘산화물을 증착하여 식각방지막(57)을 형성한다. 다음, 제1 실시예에서와 마찬가지로, 포토레지스트막(58)을 형성하고, 이를 노광 및 현상함으로써 포토레지스트 패턴(62)을 형성한다.Referring to FIG. 11, steps similar to those of the first embodiment are performed until the step of forming the antireflection film 56 containing germanium, and then an insulating material such as silicon oxide is deposited on the antireflection film 56 An etch stopping film 57 is formed. Next, as in the first embodiment, a photoresist film 58 is formed, and the photoresist pattern 62 is formed by exposing and developing it.
여기에서, 상기 식각방지막(57)은 상기 포토레지스트 패턴(62)을 형성하는 사진공정에서 실시되는 세정단계에서, 상기 게르마늄을 함유하는 반사방지막(56)이 식각되는 것을 방지하기 위해 형성한다.Here, the etch stopping layer 57 is formed to prevent the antireflection layer 56 containing germanium from being etched in the cleaning step performed in the photolithography process of forming the photoresist pattern 62.
이때, 상기 식각방지막(57)을 형성하기 전에, 웨이퍼 가장자리(edge) 부위의 상기 반사방지막(56)을 제거하는 공정을 추가하여 상기 식각방지막(56)이 상기 반사방지막(56)을 감싸도록 함으로써, 세정단계에서 상기 반사방지막(56)의 측면이 식각되는 것을 방지할 수 있다(도 14 참조).At this time, before the etch stopping layer 57 is formed, a step of removing the antireflection layer 56 at an edge portion of the wafer is added so that the etch stopping layer 56 surrounds the antireflection layer 56 , It is possible to prevent the side surface of the antireflection film 56 from being etched in the cleaning step (see FIG. 14).
도 12를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(62)을 식각마스크로하고 상기 식각방지막(57), 반사방지막(56) 및 제2 물질층(54)을 식각함으로써 반사방지막 패턴(56'), 반사방지막 패턴(57') 및 제2 물질층 패턴(54')을 차례로 형성한다.Referring to FIG. 12, the anti-reflection film 56, the anti-reflection film 56, and the second material layer 54 are etched using the photoresist pattern 62 as an etching mask, An anti-reflective film pattern 57 'and a second material layer pattern 54'.
도 13을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(62)을 제거하고, 상기 식각방지막을 예컨대 불산(HF)을 이용하여 제거한 다음, 상기 반사방지막 패턴(56')을, 에쳔트 예컨대 가열된 황산(H2SO4)과 과산화수소수(H2O2) 혼합액을 사용하여 제거한다.13, the photoresist pattern 62 is removed and the etch stop layer is removed using, for example, hydrofluoric acid (HF), and then the antireflection layer pattern 56 'is etched, for example, ) And a hydrogen peroxide solution (H2O2).
상기 본 발명의 제2 실시예에 따르면, 게르마늄을 함유하는 반사방지막(56) 상에 식각방지막(57)을 형성함으로써, 상기 반사방지막(56)이 공정 조건에 따라 수용성으로 제조되더라도 사진공정에서 실시되는 세정단계에서 식각되는 것이 방지된다.According to the second embodiment of the present invention, by forming the anti-etching film 57 on the anti-reflection film 56 containing germanium, even if the anti-reflection film 56 is made water-soluble according to the process conditions, Is prevented from being etched in the cleaning step.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.It is apparent that the present invention is not limited to the above embodiments, and many modifications are possible within the technical scope of the present invention by those skilled in the art.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 첫째, 일반적인 반사방지막을 사용한 경우와 마찬가지로, 포토레지스트막의 두께 변화에도 불구하고 선폭 변화가 없고 노칭이 없는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 둘째, 스퍼터링 또는 화학기상증착법으로 반사방지막을 형성하기 때문에, 단차부위에서 균일한 두께로 형성할 수 있으며, 반사방지막의 두께 조절이 용이하다. 따라서, 스핀-코팅 방법을 사용하던 종래의 유기반사방지막의 단점이 개선된다. 셋째, 포토레지스트와의 식각선택비가 크기 때문에 종래 유기반사방지막 패터닝시 발생하던 포토레지스트 패턴 손실을 피할 수 있다. 넷째, 다른 막질과의 식각선택비 조절이 용이하고 특정 에쳔트에 의해 쉽게 제거될 수 있으므로 종래 무기반사방지막의 단점이 개선된다.As described above, according to the present invention, first, a photoresist pattern having no line width variation and having no notching can be formed in spite of a change in the thickness of the photoresist film, similarly to the case of using a general antireflection film. Second, since the antireflection film is formed by sputtering or chemical vapor deposition, it can be formed in a uniform thickness at the stepped portion, and the thickness of the antireflection film can be easily adjusted. Therefore, the disadvantages of the conventional organic antireflection film using the spin-coating method are improved. Third, since the etch selectivity with the photoresist is large, loss of the photoresist pattern, which has been caused by patterning of the organic antireflection film, can be avoided. Fourth, since the etching selectivity with respect to other film materials can be easily adjusted and can be easily removed by a specific etch, disadvantages of conventional inorganic antireflection films are improved.
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| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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