KR20050106161A - Method for forming antireflective layer of semiconductor devices - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 질소분위기에서의 어닐링에 의해 산화질화막을 형성하고 산화질화막의 상부에 산소 이온을 주입하여 산화막을 형성함으로써 산화질화막의 조성제어를 용이하게 하고 평탄도를 높임과 동시에 두께 재현성이 좋지 않은 산화막 증착 공정을 생략할 수 있는 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming an antireflection film of a semiconductor device, and more particularly, to easily control the composition of an oxynitride film by forming an oxynitride film by annealing in a nitrogen atmosphere and injecting oxygen ions into the top of the oxynitride film. The present invention relates to a method for forming an anti-reflection film of a semiconductor device, which can increase the flatness and omit an oxide film deposition process having poor thickness reproducibility.
본 발명의 상기 목적은 도전막이 형성된 기판상에 제 1 산화막을 형성하는 단계, 상기 제 1 산화막을 질소분위기에서 어닐링하여 산화질화막을 형성하는 단계 및 상기 산화질화막의 상부에 산소 이온을 주입하여 제 2 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법에 의해 달성된다.The above object of the present invention is to form a first oxide film on a substrate on which a conductive film is formed, to form an oxynitride film by annealing the first oxide film in a nitrogen atmosphere, and injecting oxygen ions into an upper portion of the oxynitride film to form a second oxide film. It is achieved by a method for forming an antireflection film of a semiconductor device comprising the step of forming an oxide film.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법은 산화질화막의 조성 제어를 용이하고 하고 평탄도를 높임으로써 포토레지스트 패턴의 프로파일과 균일도를 개선할 수 있으며 두께 재현성이 좋지 않은 산화막 증착 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the method of forming an anti-reflection film of the semiconductor device of the present invention can improve the profile and uniformity of the photoresist pattern by facilitating the composition control of the oxynitride film and increasing the flatness, and omit the oxide film deposition process having poor thickness reproducibility. It can be effective.
Description
본 발명은 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 질소분위기에서의 어닐링에 의해 산화질화막을 형성하고 산화질화막의 상부에 산소 이온을 주입하여 산화막을 형성함으로써 산화질화막의 조성제어를 용이하게 하고 평탄도를 높임과 동시에 두께 재현성이 좋지 않은 산화막 증착 공정을 생략할 수 있는 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming an antireflection film of a semiconductor device, and more particularly, to easily control the composition of an oxynitride film by forming an oxynitride film by annealing in a nitrogen atmosphere and injecting oxygen ions into the top of the oxynitride film. The present invention relates to a method for forming an anti-reflection film of a semiconductor device, which can increase the flatness and omit an oxide film deposition process having poor thickness reproducibility.
근래에 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 발전에 따라 반도체 소자 제조 기술도 비약적으로 발전하고 있다. 상기 반도체 소자는 집적도, 미세화, 동작속도 등을 향상시키는 방향으로 기술이 발전하고 있다. 이에 따라 집적도 향상을 위한 포토리소그라피 공정과 같은 미세 가공 기술에 대한 요구 특성 또한 엄격해지고 있다.In recent years, with the rapid development of information media such as computers, semiconductor device manufacturing technology is also rapidly developing. The semiconductor device has been developed in the direction of improving the degree of integration, miniaturization, operating speed and the like. As a result, requirements for microfabrication techniques such as photolithography processes for improved integration are becoming more stringent.
패턴 사이즈의 미세화에 따라 포토리소그라피의 광원으로 UV(ultraviolet) 영역인 436nm의 g-line과 365nm의 i-line을 거쳐 현재는 DUV(Deep ultraviolet) 영역의 248nm의 파장을 가지는 KrF 레이저와 193nm의 파장을 ArF 레이저 같은 엑시머 레이저들을 주로 사용한다.According to the miniaturization of the pattern size, as a light source for photolithography, a KrF laser having a wavelength of 248 nm in the deep ultraviolet (DUV) region and a wavelength of 193 nm through the UV-ultraviolet region (436 nm g-line and 365 nm i-line) Are mainly used excimer lasers such as ArF laser.
그러나 DUV용 포토레지스트의 높은 반사도, 정재파(standing wave) 현상, 초점깊이(DOF: Depth of Focus)의 마진 부족 등으로 인해 반사방지막(ARC: Anti Reflective Coating)을 형성하여 노광시 광의 반사를 최소화하고 있다.However, due to the high reflectivity of DUV photoresist, standing wave phenomenon, and lack of depth of focus (DOF), anti-reflective coating (ARC) is formed to minimize the reflection of light during exposure. have.
도 1은 종래 기술에 따른 반도체 소자의 반사방지막 형성 공정을 순차적으로 보여주는 흐름도(flow chart)이다.1 is a flow chart sequentially showing a process of forming an anti-reflection film of a semiconductor device according to the prior art.
먼저, 반도체 기판에 도전막을 증착한다(S10). 상기 도전막은 예를 들어, 폴리실리콘막과 텅스텐실리사이드막을 차례로 증착한 게이트 도전막이다.First, a conductive film is deposited on a semiconductor substrate (S10). The conductive film is, for example, a gate conductive film obtained by sequentially depositing a polysilicon film and a tungsten silicide film.
다음, 상기 기판에 산화질화막을 증착한다(S11). 상기 산화질화막은 굴절율이 서로 다른 계면에서의 광의 반사를 최소화하기 위한 반사방지막으로서 예를 들어, 무기 SiON막이다. 상기 SiON막은 예를 들어, 화학기상증착(chemical vapor deposition, 이하 CVD) 방법으로 증착하며 두께는 보통 200Å 내지 300Å이다. 상기 SiON막 증착시 Si, O, 그리고 N의 조성비를 변화시킴으로써 SiON 막의 빛에 대한 굴절율 및 흡수율을 변화시키게 되는데, Si, O, 그리고 N의 조성비에 따라 포토레지스트 패턴 형성의 편차가 심하게 발생하는 문제가 있다.Next, an oxynitride film is deposited on the substrate (S11). The oxynitride film is, for example, an inorganic SiON film as an antireflection film for minimizing reflection of light at interfaces having different refractive indices. The SiON film is deposited by, for example, chemical vapor deposition (CVD), and its thickness is usually 200 kPa to 300 kPa. When the SiON film is deposited, the refractive index and the absorbance of the SiON film are changed by changing the composition ratio of Si, O, and N, and the variation of photoresist pattern formation is severely generated according to the composition ratio of Si, O, and N. There is.
다음, 상기 산화질화막 상부에 산화막을 증착한다(S12). 상기 산화막은 예를 들어, SiO2로서 CVD 공정을 사용하여 40 내지 60Å 두께로 증착한다. 상기 산화막은 포토레지스트 패턴의 푸팅(footing) 현상이 생기는 것을 방지하기 위해 산화질화막과 포토레지스트의 계면에 얇게 형성하는 것으로서 그 두께를 재현성 있게 관리하기 힘들다는 문제가 있다.Next, an oxide film is deposited on the oxynitride film (S12). The oxide film is deposited, for example, as SiO 2 to a thickness of 40 to 60 microns using a CVD process. The oxide film is formed to be thin at the interface between the oxynitride film and the photoresist in order to prevent the footing of the photoresist pattern from occurring.
마지막으로, 상기 산화막 상에 포토레지스트를 전면 도포(S13)한 후 노광 및 현상 공정을 거쳐 포토레지스트 패턴을 형성한다.Finally, after the photoresist is entirely coated on the oxide layer (S13), a photoresist pattern is formed through an exposure and development process.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허 제 2000-0067354호는 마스크용 물질막을 형성하고 상기 마스크용 물질막에 불순물 이온을 주입하여 반사방지막을 형성하는 방법을 개시하고 있다.In order to solve the above problems, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2000-0067354 discloses a method of forming an antireflection film by forming a mask material film and implanting impurity ions into the mask material film.
그러나, 상기와 같은 반사방지막 형성 방법은 반사방지막의 조성 제어가 용이하지 않고 반사방지막의 상부에 얇은 산화막을 형성하기가 쉽지 않다는 문제를 가지고 있다.However, the antireflection film formation method as described above has a problem that it is not easy to control the composition of the antireflection film and to form a thin oxide film on the antireflection film.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 질소분위기에서의 어닐링에 의해 산화질화막을 형성하고 산화질화막의 상부에 산소 이온을 주입하여 산화막을 형성함으로써 산화질화막의 조성제어를 용이하게 하고 평탄도를 높임과 동시에 두께 재현성이 좋지 않은 산화막 증착 공정을 생략할 수 있는 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다. Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above to form an oxynitride film by annealing in a nitrogen atmosphere and to form an oxide film by injecting oxygen ions on the oxynitride film to facilitate the composition control of the oxynitride film. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for forming an antireflection film of a semiconductor device which can increase the flatness and omit an oxide film deposition process having a poor thickness reproducibility.
본 발명의 상기 목적은 도전막이 형성된 기판상에 제 1 산화막을 형성하는 단계, 상기 제 1 산화막을 질소분위기에서 어닐링하여 산화질화막을 형성하는 단계 및 상기 산화질화막의 상부에 산소 이온을 주입하여 제 2 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 반사반지막 형성 방법에 의해 달성된다.The object of the present invention is to form a first oxide film on a substrate on which a conductive film is formed, to form an oxynitride film by annealing the first oxide film in a nitrogen atmosphere, and injecting oxygen ions into the upper portion of the oxynitride film to form a second oxide film. It is achieved by a method of forming a reflective ring film of a semiconductor device comprising the step of forming an oxide film.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.Details of the above object and technical configuration of the present invention and the effects thereof according to the present invention will be more clearly understood by the following detailed description with reference to the drawings showing preferred embodiments of the present invention.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 소자의 반사방지막 형성 공정을 순차적으로 보여주는 흐름도(flow chart)이며 도 3a 내지 도 3d는 상기 반사방지막 형성 공정에 대한 단면도이다.FIG. 2 is a flow chart sequentially showing a process of forming an antireflection film of a semiconductor device according to the present invention, and FIGS. 3A to 3D are cross-sectional views of the process of forming an antireflection film.
먼저, 반도체 기판(도시하지 않았음) 상에 도전막(10)을 증착한다(S100). 상기 도전막(10)은 그 재질에 제한이 있는 것은 아니나 Al-Cu, Ti, TiN, Poly Si, W, Mo 및 Cu 중 어느 하나 이상으로 구성되는 것이 바람직하다.First, the conductive film 10 is deposited on a semiconductor substrate (not shown) (S100). The conductive film 10 is not limited to the material, but is preferably composed of any one or more of Al-Cu, Ti, TiN, Poly Si, W, Mo and Cu.
다음, 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 도전막(10) 상부에 TiN 반사방지막(12)을 증착한 후 제 1 산화막(14)을 증착한다(S101). 상기 TiN 반사방지막(12)은 상기 도전막(10)에 의한 노광 광원의 반사를 줄이기 위해 증착하는 것이다. 그러나 상기 TiN 반사방지막(12)만으로는 반사도를 최소화 하기는 힘들기 때문에 상기 TiN 반사방지막(12)의 상부에 반사방지막을 추가적으로 형성한다. 상기 제 1 산화막(14)은 이후의 질소분위기에서의 어닐링 공정을 거치는 동안 반사방지막 역할을 하는 산화질화막으로 변환되게 되며 유기막 또는 무기막으로 구성된다. 무기막으로는 SiO2가 바람직하며 CVD 공정을 사용하여 200Å 내지 300Å의 두께로 증착한다.Next, as shown in FIG. 3A, after depositing the TiN antireflection film 12 on the conductive film 10, the first oxide film 14 is deposited (S101). The TiN antireflection film 12 is deposited to reduce the reflection of the exposure light source by the conductive film 10. However, since the TiN anti-reflection film 12 alone is difficult to minimize the reflectivity, an anti-reflection film is additionally formed on the TiN anti-reflection film 12. The first oxide film 14 is converted into an oxynitride film which serves as an antireflection film during an annealing process in a nitrogen atmosphere, and is composed of an organic film or an inorganic film. SiO 2 is preferably used as the inorganic film and is deposited at a thickness of 200 kPa to 300 kPa using a CVD process.
다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 산화막(14)이 형성된 기판을 질소 분위기에서 어닐링하여 산화질화막(16)을 형성한다(S102). 질소분위기 하에서, 300℃ 내지 500℃의 저온 어닐링 또는 급속열공정(RTP: Rapid Thermal Process) 공정을 통해 제 1 산화막(14)은 산화질화막(16)으로 변환되며 어닐링 공정을 거치는 동안 산화질화막의 평탄도가 더욱 개선되는 장점이 있다. 상기 제 1 산화막(14), 예를 들어 SiO2에 대한 어닐링 공정시의 온도, 시간 및 질소분압 등의 공정 조건을 제어함으로써 SiON 막의 빛에 대한 최적의 굴절율 및 흡수율을 가지는 Si, O, 그리고 N의 조성비를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, SiON막의 평탄도를 개선하기 위한 공정 조건을 도출할 수 있다.Next, as shown in FIG. 3B, the substrate on which the first oxide film 14 is formed is annealed in a nitrogen atmosphere to form an oxynitride film 16 (S102). Under nitrogen atmosphere, the first oxide film 14 is converted into the oxynitride film 16 through a low temperature annealing or rapid thermal process (RTP) process at 300 ° C to 500 ° C, and the planarization of the oxynitride film during the annealing process is performed. There is an advantage that the degree is further improved. Si, O, and N having an optimum refractive index and absorption rate for light of the SiON film by controlling process conditions such as temperature, time, and nitrogen partial pressure during annealing of the first oxide film 14, for example, SiO 2 The composition ratio of can be obtained easily. In addition, process conditions for improving the flatness of the SiON film can be derived.
상기 산화질화막(16)의 조성 및 두께를 조절하여 계면에서의 반사파를 상쇄간섭시켜 반사광을 최소화시키는 공정 조건을 도출함으로써 이후의 노광 공정시 노광 에너지의 마진(margin) 증가, 초점깊이 향상 및 CD(Critical Dimension) 균일도 향상의 효과를 가져올 수 있다. By adjusting the composition and thickness of the oxynitride layer 16 to deduce the process conditions to cancel the reflected wave at the interface to minimize the reflected light to increase the margin of exposure energy, the depth of focus and CD ( Critical Dimension) Can improve the uniformity.
다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 산화질화막(16)의 상부에 산소 이온을 고농도로 주입하여 산화질화막의 상부에 제 2 산화막(18)을 형성한다(S103). 제 2 산화막(18)은 예를 들어, SiO2로서 그 두께는 40Å 내지 60Å이 바람직하다. 상기 산소 이온의 에너지, 도스(dose) 및 경사각(tilt angle) 등을 조절함으로써 상기 제 2 산화막(18)의 특성을 제어하게 된다. 40 내지 60Å 정도의 얇은 산화막을 만들기 위해서는 이온 주입의 깊이도 그만큼 작아지므로 예를 들어, 0.1 내지 10 keV의 에너지 범위를 갖는 저에너지 이온 주입을 사용할 수 있다. 또한, 저에너지 이온 주입일지라도 상기 산화질화막(16) 상부 구조에 손상을 줄 수 있으므로, 산소 이온 주입 후 소둔을 실시하는 것도 가능하다. 예를 들어, 급속 열소둔 공정을 사용하여 수초 내지 수분의 소둔 시간만으로도 바람직한 결과를 얻을 수 있다.Next, as shown in FIG. 3C, a high concentration of oxygen ions is injected into the oxynitride film 16 to form a second oxide film 18 on the oxynitride film (S103). The second oxide film 18 is, for example, SiO 2 , and the thickness thereof is preferably 40 kPa to 60 kPa. The characteristics of the second oxide film 18 are controlled by adjusting the energy, dose and tilt angle of the oxygen ions. In order to make a thin oxide film of about 40 to 60 kW, the depth of ion implantation is also reduced so that low energy ion implantation having an energy range of 0.1 to 10 keV can be used. In addition, even low energy ion implantation may damage the upper structure of the oxynitride film 16, so that annealing may be performed after oxygen ion implantation. For example, using a rapid heat annealing process, only a few seconds to several minutes of annealing time can achieve a desirable result.
상기 이온 주입 공정에 의한 제 2 산화막(18)은 증착 공정에 의한 산화막보다 두께 편차가 작고 재현성이 높다. 그리고 하부 산화질화막이 평탄화되므로 제 2 산화막 또한 평탄화되어 이후의 포토레지스트 공정을 용이하게 해준다. 상기 제 2 산화막(18)은 하부의 산화질화막(16)과 상부의 포토레지스트(20) 간의 접촉을 방해하여 산화질화막에 존재하는 -NH2기와 포토레지스트에 존재하는 -H+의 반응으로 인해 약산이 형성되어 포토레지스트 패턴의 푸팅 현상이 생기는 것을 방지한다.The second oxide film 18 by the ion implantation process has a smaller thickness variation and higher reproducibility than the oxide film by the deposition process. And since the lower oxynitride film is planarized, the second oxide film is also planarized to facilitate subsequent photoresist processing. The second oxide film 18 is a weak acid due to the reaction between the -NH 2 group present in the oxynitride film and the -H + present in the photoresist by preventing the contact between the lower oxynitride film 16 and the upper photoresist 20. This formation prevents the footing phenomenon of the photoresist pattern from occurring.
다음, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 산화막(18)의 상부에 포토레지스트(20)를 도포하고(S104) 노광 및 현상을 거쳐 패터닝한다.Next, as shown in FIG. 3D, the photoresist 20 is coated on the second oxide film 18 (S104), and patterned through exposure and development.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments as described above, it is not limited to the above-described embodiments and those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. Various changes and modifications will be possible.
따라서, 본 발명의 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법은 질소분위기에서 어닐링 함으로써 산화질화막의 조성 제어를 용이하고 하고 평탄도를 높임으로써 포토레지스트 패턴의 프로파일과 균일도를 개선할 수 있으며 두께 재현성이 좋지 않은 산화막 증착 공정을 생략할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the method of forming an anti-reflection film of the semiconductor device of the present invention facilitates the control of the composition of the oxynitride film by annealing in a nitrogen atmosphere and improves the profile and uniformity of the photoresist pattern by increasing the flatness, and the oxide film having poor thickness reproducibility. There is an effect that the deposition process can be omitted.
도 1은 종래기술에 의한 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법의 흐름도이다.1 is a flowchart of a method for forming an antireflection film of a semiconductor device according to the prior art.
도 2는 본 발명에 의한 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법의 흐름도이다.2 is a flowchart of a method of forming an anti-reflection film of a semiconductor device according to the present invention.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 반사방지막 형성 방법의 공정 단면도이다.3A to 3D are cross-sectional views of a method of forming an antireflection film of a semiconductor device according to the present invention.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120119 Year of fee payment: 7 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |