KR100219550B1 - Anti-reflective coating layer 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 are disclosed. An anti-reflection film used to prevent light incident from a base film and incident on a photoresist film in manufacturing a semiconductor device, wherein the anti-reflection film according to the present invention is formed of a material containing germanium (Ge). Therefore, since the thickness can be uniformly adjusted and easy to remove, the disadvantages of the conventional organic antireflection film and the inorganic antireflection 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.The present invention relates to an anti-reflective coating used in a photolithography process and a pattern forming method using the same. In particular, the present invention relates to an inorganic antireflective film and a pattern forming method using the same. It is about.
일반적으로 반도체 제조 공정 중 포토리소그래피 공정에서는 반도체 기판 위에 소자를 형성하기 위하여, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여 물질층을 식각하거나 이온주입을 진행하게 된다.In general, in the photolithography process of the semiconductor manufacturing process, in order to form a device on the semiconductor substrate, the material layer is etched or ion implanted using the photoresist pattern as a mask.
이때, 포토레지스트 패턴 형성을 위한 노광시 물질층에서 반사되어 포토레지스트막 내로 입사되는 빛에 의해 다음과 같은 문제가 발생된다.In this case, the following problems are caused by the light reflected from the material layer and incident into the photoresist film during exposure to form the 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 caused by multiple interferences of light in the photoresist film, ripples in the photoresist pattern are generated, which makes it difficult to accurately control the line width.
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, because the thickness of the photoresist film is uneven in the step portion generated during the semiconductor manufacturing process, 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 FIGS. 1 and 2.
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 of forming a pattern of a conventional semiconductor device. The insulating layer 3 is formed on the semiconductor substrate 1 to insulate an underlying structure including a transistor and the like. Then, the material layer 5 and the photoresist film 7 to form a pattern are formed thereon (FIG. 1). Next, the photoresist film 7 is exposed using a photomask 9 and then developed to form a 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.In this case, as shown in the drawing, a step is formed on the surface of the insulating layer 3 due to a lower structure. As a result, a photoresist film applied on the material layer 5 has a thick step, such as a thick step. It is not uniform over the entire surface (FIG. 1). In addition, after the exposure and development processes using the photomask 9, as described above, the line widths of the photoresist patterns formed at low and high portions due to multiple interferences of light are different, so that notching or bridging occurs. do.
상기와 같은 문제점들은 패턴을 형성하고자 하는 물질층이 알루미늄과 같은 고반사물질로 형성된 경우 더욱 심각하게 나타난다.These problems are more serious when the material layer to be formed of the pattern is formed of a high 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.In order to solve this problem, a method of forming an anti-reflection film between the photoresist and the material layer is proposed to prevent light reflected from the material layer formed under the photoresist film from entering 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 used by applying an organic material, and an inorganic antireflection film using 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 antireflection film may be easily etched or ion implanted using a photoresist pattern as a mask, and then the remaining antireflection film and photoresist may be easily removed by a photoresist etching process using an oxygen (O 2 ) plasma. However, since the organic antireflection film is formed by using a spin coating method, it is almost impossible to uniformly adjust the thickness of the antireflection film at the site where the step is formed. In addition, there is almost no etching selectivity between the photoresist and the organic antireflective film, so that severe loss of the photoresist pattern may not be avoided during the organic antireflective film patterning.
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 anti-reflection film can overcome the above disadvantages of the organic anti-reflection film, there is a disadvantage that can not easily remove the remaining anti-reflection film after the material layer pattern is formed.
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.Accordingly, an object of the present invention is to solve the disadvantages of the conventional organic and inorganic antireflection film, can be uniformly formed on the stepped semiconductor substrate, easy to control the etching selectivity with other film quality, easy to remove It is to provide an antireflection film.
도 1 및 도 2는 종래 일반적인 반도체 장치의 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.1 and 2 are cross-sectional views illustrating a method for forming a pattern of a conventional general semiconductor device.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지막을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view for explaining an anti-reflection 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 cross-sectional views illustrating a pattern forming method according to a 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 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 pattern forming method 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 anti-reflection film.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 장치 제조시 하지막으로부터 반사되어 포토레지스트막으로 입사되는 빛을 방지하기 위해 사용되는 반사방지막에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention provides an anti-reflection film which is used to prevent the light reflected from the underlying film and incident on the photoresist film in the manufacture of a semiconductor device,
상기 반사방지막이 게르마늄(Ge)을 함유하는 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 반사방지막을 제공한다.It provides an anti-reflection film, characterized in that the anti-reflection 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 widely used in the semiconductor manufacturing process.
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.The present invention for achieving the above another object, the first step of forming a first material layer covering the stepped substructure; A second step of forming a second material layer to form a pattern on the first material layer; A third step of forming an anti-reflection film containing germanium (Ge) on the second material layer; Forming a photoresist film on the anti-reflection film; Exposing and developing the photoresist film to form a photoresist pattern; A sixth step of sequentially forming an anti-reflection film pattern and a second material layer pattern by etching the anti-reflection film and the second material layer by 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 anti-reflection film is formed of germanium nitride (GeNx) by a conventional deposition method, for example, using a germanium target as a nitrogen atmosphere or a mixture of nitrogen gas or argon gas and nitrogen gas It can be formed by using the RF sputtering method.
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.In addition, by adjusting the flow rate of the nitrogen gas and RF power during the RF sputtering, the extinction coefficient of the germanium nitride anti-reflection film can be adjusted to 0.25 to 1.0. For example, the flow rate of the nitrogen gas is 77 sccm, and the RF power is 150 W. When formed under phosphorus conditions, 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.On the other hand, the anti-reflection film pattern can be removed using a solution of heated sulfuric acid and hydrogen peroxide water.
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 forming of the anti-reflection film, a high temperature heat treatment process may be performed to improve the film quality of the anti-reflection film or RF plasma treatment to improve the surface state of the anti-reflection film.
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.In order to achieve the above another object, the present invention also provides a first step of forming a first material layer covering a stepped substructure; A second step of forming a second material layer to form a pattern on the first material layer; A third step of forming an anti-reflection film containing germanium (Ge) on the second material layer; Forming an etch stop layer on the anti-reflection layer to prevent etching of the anti-reflection layer; A fifth step of forming a photoresist film on the etch stop layer; Exposing and developing the photoresist film to form a photoresist pattern; A seventh step of sequentially forming an etch stop layer pattern, an anti-reflection layer pattern, and a second material layer pattern by etching the etch stop layer, the anti-reflection layer, 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 stop 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 adjusted and easy to remove, the disadvantages of the conventional organic antireflection film and the inorganic antireflection film are improved.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the present invention.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 반사방지막을 설명하기 위해 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view for explaining an anti-reflection 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 the semiconductor substrate 50 to cover a substructure (not shown) including a transistor and the like, and a pattern is formed on the first material layer 52. The second material layer 54 is formed to form a. In addition, an anti-reflection film 56 made of a material containing germanium (Ge) is formed on the second material layer 54 so that light incident on the second material layer 54 is not reflected. A photoresist film 58 is formed on the antireflection film 56. In order to form a photoresist pattern to be used as a mask when forming the pattern of the second material layer 54, the photoresist layer 58 is exposed using the photo mask 60.
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 anti-reflection film 56 according to the present invention is a material containing germanium (Ge), for example, germanium nitride, which has a property of easily adjusting the etching selectivity with other films and being easily removed by wet etching. GeNx). The germanium nitride antireflection film 56 can be easily removed by an etchant, such as heated sulfuric acid. Therefore, it is possible to improve the disadvantages of the conventional inorganic anti-reflective coating that can not easily remove the residual anti-reflection coating.
한편, 상기 게르마늄 나이트라이드 반사방지막 내에 산소, 실리콘, 수소, 불소 등의 원소들이 함유되어도 무방하다.Meanwhile, 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.In addition, the anti-reflection film 56 according to the present invention is formed by a deposition method capable of forming a uniform thickness. Therefore, the thickness of the organic anti-reflective coating can be improved compared to the conventional organic anti-reflective coating applied using a spin-coating method, thereby improving the disadvantages of the organic anti-reflective coating.
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.Here, the principle in which the anti-reflection film 56 serves as an anti-reflection will be briefly described. Light reflected from the second material layer 54 to the photoresist film 58 may be reflected by the photoresist film 58 and the anti-reflection film 56. Light reflected from the interface with) ) And the light reflected from the interface between the anti-reflection film 56 and the second material layer 54 ) Is the sum of
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 anti-reflection film 56 ) And light reflected from the interface between the anti-reflection film 56 and the second material layer 54 ( ) Has a phase difference of 180 ° to allow extinction interference, or to allow the incident light to be absorbed almost in the course of passing through the antireflection film, thereby reflecting at the interface between the antireflection film 56 and the second material layer 54. Light ( ) Should be hardly reflected to the photoresist film 58. The former case is called an interference type antireflection film and the latter case is called an absorption type antireflection film.
통상 간섭형 반사방지막(56)의 두께(d)는 ??/4n(여기서, ??는 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.Usually, the thickness d of the interference type antireflection film 56 should have a thickness near an odd multiple of ?? / 4n (where ?? is the exposure wavelength and n is the refractive index of the antireflection film at the exposure wavelength). Known and accurate optimum thickness of the interference type antireflection film is determined by reflectance calculation considering the refractive index of the antireflection film and the refractive index of the films formed on and under the exposure wavelength. As such, the interference type antireflection film should be formed of a material that can be easily controlled and deposited with 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 use it as an absorption type antireflection film, an antireflection film having a sufficiently thick thickness must be used so that incident light can be absorbed while passing through the antireflection film.
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.The germanium nitride anti-reflection film 56 according to the present invention is formed by sputtering or chemical vapor deposition as in the case of a conventional inorganic anti-reflection film, so that it can be formed in a uniform thickness at the stepped portion, and easy to adjust the thickness, interference type Or it can be used as an absorption type antireflection film.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.4 to 9 are cross-sectional views illustrating a pattern forming method according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 포토레지스트막(58)을 형성하는 단계를 도시한다.4 shows the step of forming the photoresist film 58.
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 substructure (not shown) including a transistor or the like is formed on the semiconductor substrate 50, and a first material layer 52, for example, an insulating layer, is formed thereon, which covers the substructure. Forming a second material layer 54 by depositing a material to form a pattern on the first material layer 52, and then containing germanium to prevent the light incident on the second material layer 54 is reflected An antireflection film 56 is formed. Next, a photoresist film 58 is formed on the antireflection film 56.
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.Here, a step is formed on the surface of the first material layer 52 by the substructure, and the second material layer 54 to form the pattern may be a polysilicon layer, a metal layer, a metal silicide layer, or a polyside. It may be a highly reflective material layer such as a layer.
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.Here, the germanium nitride anti-reflection film 56 is formed using germanium as a target and using RF sputtering in an atmosphere in which nitrogen (N 2 ) gas or argon (Ar) gas and nitrogen gas are mixed, or chemically It may be formed by a vapor deposition method (CVD) method, a plasma-treated chemical vapor deposition method (PECVD), or a sol-gel method.
따라서, 종래 스핀 코팅을 이용하던 유기반사방지막 공정에 비해, 단차부위에서 균일한 두께로 형성할 수 있다.Therefore, compared with the organic anti-reflective coating process which used the conventional spin coating, it can form in a uniform thickness in a step part.
본 발명에 따른 게르마늄 나이트라이드 반사방지막은, 동일한 노광 파장에서 게르마늄의 함량에 따라 소멸계수(extinction coefficient, k)가 다르게 나타난다.In the germanium nitride anti-reflection film according to the present invention, extinction coefficient (k) is different 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 should be 0.05 or more at the wavelength used for exposure, and it is known that it is particularly preferable to have a value 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.As a result, it was found that the greater the content of germanium in the germanium nitride, the greater the extinction coefficient (k) in the exposure wavelength. Therefore, the extinction coefficient in the exposure wavelength can be easily adjusted by adjusting the flow rate of 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 nitrogen gas is 77sccm and the RF power is 150W is 0.37. This value is obtained by obtaining the complex refractive index of the germanium nitride antireflection film under the above conditions and then taking an imaginary part. In this case, 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 the germanium nitride anti-reflection film 56 according to the present invention is formed, the content of germanium may be adjusted so that its 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.On the other hand, the thickness of the germanium nitride anti-reflection film, as mentioned with reference to Figure 3, the thickness of the reflectance (minimum) through the calculation of reflectance (ref) in consideration of the refractive index of the film formed on the upper and lower antireflection film Can be obtained. 8 illustrates a relationship between the thickness of the germanium nitride anti-reflection film formed according to an embodiment of the present invention and the reflectance r.
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 anti-reflection film 56 is formed, by performing a high temperature heat treatment such as annealing, the film quality of the anti-reflection film can be improved, and the anti-reflection film surface state can be improved by performing RF plasma treatment.
도 5는 포토레지스트 패턴(62)을 형성하는 단계를 도시한다.5 shows the step of forming the photoresist pattern 62.
포토마스크(60)를 이용하여 상기 포토레지스트막(58)을 노광 및 현상함으로써 상기 반사방지막(56) 상에 포토레지스트 패턴(62)을 형성한다.The photoresist pattern 62 is formed on the anti-reflection film 56 by exposing and developing the photoresist film 58 using the photomask 60.
도 6은 반사방지막 패턴(56') 및 제2 물질층 패턴(54')을 형성하는 단계를 도시한다.FIG. 6 shows the steps of forming the anti-reflection 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 anti-reflection film pattern 56 'and the second material layer pattern 54' are sequentially formed by using the photoresist pattern 62 as an etching mask and etching the anti-reflection film 56 and the second material layer 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-reflection film 56 has a large etch selectivity with the photoresist, it is possible to avoid the photoresist pattern loss generated during the patterning of the organic anti-reflection film.
도 7은 포토레지스트 패턴(62) 및 반사방지막 패턴(56')을 제거하는 단계를 도시한다.7 shows the steps of removing the photoresist pattern 62 and the antireflective 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, for example, a photoresist etching process using an oxygen plasma, and then the antireflection film pattern 56 'is removed by an etchant such as heated sulfuric acid (H 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide ( H 2 O 2 ) Remove using a mixture.
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.On the other hand, the pattern forming method according to the present invention, as well as the case of directly forming the anti-reflection film 56 on the second material layer 54 to form a pattern as in the first embodiment, the second material layer ( 54, a layer of material 55 transparent or translucent to the exposure wavelength and an antireflection film 56 formed thereon (see FIG. 8) or between the photoresist film 58 and the antireflection film 56 The same may be applied to the case where the material layer 55 transparent or translucent to the exposure wavelength is formed (see FIG. 9). Here, the material layer 55 that is transparent or translucent to the exposure wavelength may include silicon oxide that is not doped with impurities, silicon oxide that is doped with impurities, silicon oxide grown by thermal oxidation, oxynitride, and silicon nitrite. It may be formed using a ride or the like.
도 10은 게르마늄 나이트라이드 반사방지막의 두께와 반사율과의 관계를 시뮬레이션한 결과를 도시한 그래프이다.FIG. 10 is a graph showing a result of simulating the relationship between the thickness and 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 result of calculating the reflection coefficient according to the thickness of the anti-reflection film for each case is different from the second material layers formed under the anti-reflection film, and the solid line (a) indicates that the tungsten silicide layer is a dotted line. Phosphor (b) is a polysilicon layer, and (c) is a single-dot chain line, and the aluminum layer is formed of a second material layer. An antireflection film may be formed to have a thickness having a minimum reflectance and used as an interference 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, first, as in the case of using a general anti-reflection film, it is possible to form a photoresist pattern having no line width change and no notching despite the change in 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 anti-reflection film is formed by sputtering or chemical vapor deposition, it can be formed with a uniform thickness at the stepped portion, and the thickness of the anti-reflection film can be easily adjusted. Therefore, the disadvantage of the conventional organic anti-reflection film which used the spin-coating method is improved.
셋째, 포토레지스트와의 식각선택비가 크기 때문에 종래 유기반사방지막 패터닝시 발생하던 포토레지스트 패턴 손실을 피할 수 있다.Third, since the etching selectivity with the photoresist is large, the loss of the photoresist pattern generated during the conventional organic anti-reflection film patterning can be avoided.
넷째, 다른 막질과의 식각선택비 조절이 용이하고 특정 에쳔트에 의해 쉽게 제거될 수 있으므로 종래 무기반사방지막의 단점이 개선된다.Fourth, the disadvantages of the conventional inorganic anti-reflection film is improved because it is easy to control the etching selectivity with other membranes and can be easily removed by a specific etchant.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 패턴형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.11 to 14 are cross-sectional views illustrating a pattern forming method 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 anti-reflection film containing germanium, and the same as in the first embodiment. Identical reference numerals denote the same materials.
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, the process of forming the antireflection film 56 containing germanium is performed in the same manner as in the first embodiment, and then an insulator, for example, silicon oxide is deposited on the antireflection film 56. An etch stop layer 57 is formed. Next, as in the first embodiment, the photoresist film 58 is formed, and the photoresist pattern 62 is formed by exposing and developing the photoresist film 58.
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 stop layer 57 is formed to prevent the germanium-containing anti-reflection film 56 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 forming the etch stop layer 57, by adding the step of removing the anti-reflection film 56 of the wafer edge portion (edge) so that the etch film 56 wraps the anti-reflection film 56 In the cleaning step, the side surface of the anti-reflection film 56 may be prevented from being etched (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 photoresist pattern 62 is used as an etch mask, and the etch stop layer 57, the antireflection layer 56, and the second material layer 54 are etched to reflect the antireflection layer pattern 56 ′ and reflection. The prevention layer pattern 57 'and the second material layer pattern 54' are sequentially formed.
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.Referring to FIG. 13, the photoresist pattern 62 is removed, the etch stop layer is removed using, for example, hydrofluoric acid (HF), and the antireflective film pattern 56 ′ is removed from an etchant such as heated sulfuric acid (H). 2 SO 4 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to remove the mixture.
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 an etch stop layer 57 on the anti-reflection film 56 containing germanium, even if the anti-reflection film 56 is manufactured to be water-soluble according to the process conditions carried out in the photographic process Etching is prevented in the cleaning step.
본 발명이 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 명백하다.The present invention is not limited to the above embodiments, and it is apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical idea of the present invention.
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, as in the case of using a general anti-reflection film, it is possible to form a photoresist pattern without a change in line width and no notching despite a change in thickness of the photoresist film. Second, since the anti-reflection film is formed by sputtering or chemical vapor deposition, it can be formed with a uniform thickness at the stepped portion, and the thickness of the anti-reflection film can be easily adjusted. Therefore, the disadvantage of the conventional organic anti-reflection film which used the spin-coating method is improved. Third, since the etching selectivity with the photoresist is large, the loss of the photoresist pattern generated during the conventional organic anti-reflection film patterning can be avoided. Fourth, the disadvantages of the conventional inorganic anti-reflection film is improved because it is easy to control the etching selectivity with other membranes and can be easily removed by a specific etchant.
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