KR100571418B1 - Pattern formation method using argon fluoride photoresist - Google Patents

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Abstract

불화아르곤(ArF)용 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 본 발명의 패턴 형성 방법은, 식각하고자 하는 피식각층 위에 반사방지막(ARC : anti reflective coating)을 형성하는 단계; 불화아르곤(ArF) 노광원에 반응하는 ArF용 포토레지스트를 상기 반사방지막 위에 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 반사방지막을 식각하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴의 표면에 실리콘 성분을 퇴적(stack)하여 상기 피식각층과의 선택성을 향상시키는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴 및 반사방지막을 마스크로 상기 피식각층을 식각하는 단계;를 포함한다.A pattern forming method using a photoresist for argon fluoride (ArF), the pattern forming method of the present invention comprises the steps of: forming an anti reflective coating (ARC) on the etching target layer to be etched; Coating a photoresist for ArF in response to an argon fluoride (ArF) exposure source on the antireflection film, and then exposing and developing the photoresist pattern to form a photoresist pattern; Etching the anti-reflection film using the photoresist pattern as a mask; Stacking a silicon component on a surface of the photoresist pattern to improve selectivity with the etched layer; And etching the etched layer using the photoresist pattern and the anti-reflection film as a mask.

사진식각, ArF, 감광막, 경도, 선택성, 실리콘Photo Etch, ArF, Photoresist, Hardness, Selectivity, Silicon

Description

불화아르곤용 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법{PATTERN FORMING METHOD USING ArF PHOTORESIST} Pattern formation method using argon fluoride photoresist {PATTERN FORMING METHOD USING ArF PHOTORESIST}

도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 나타내는 공정도이다. 1A to 1E are process charts illustrating a pattern forming method according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 반도체 소자 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 불화아르곤(ArF)용 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a pattern forming method using a photoresist for argon fluoride (ArF).

반도체 소자가 고집적화 소형화 고속화 되어감에 따라 미세 가공 기술, 즉 사진 식각 공정이 중요한 요소로 대두되고 있다.As semiconductor devices have been highly integrated, miniaturized, and speeded up, fine processing techniques, that is, photolithography processes, have emerged as important factors.

상기한 사진 식각 공정은 주지된 바와 같이, 포토레지스트 패턴을 형성하고 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 통해 피식각층을 제거하여 원하는 형태의 패턴, 예컨대 콘택홀 등을 형성하는 공정이다.As described above, the photolithography process is performed by forming a photoresist pattern and removing a layer to be etched through an etching process using the photoresist pattern as an etching mask to form a pattern having a desired shape, such as a contact hole. It is a process.

여기에서, 포토레지스트 패턴은 피식각층 위에 포토레지스트를 도포하는 공정과, 준비된 노광 마스크를 이용해 포토레지스트를 노광하는 공정 및 소정의 화학 용액으로 노광되거나, 또는 노광되지 않은 포토레지스트 부분을 제거하는 현상 공 정을 통해 형성된다.Here, the photoresist pattern includes a process of applying a photoresist on the etched layer, a process of exposing the photoresist using a prepared exposure mask, and a developing process of removing a portion of the photoresist exposed or not exposed by a predetermined chemical solution. It is formed through the tablets.

한편, 사진 식각 공정으로 구현할 수 있는 패턴의 임계치수(CD: Critical Dimension)는 노광 공정에서 어떤 파장의 광원을 사용하느냐에 따라 좌우되며, 보다 미세한 선폭을 구현하기 위해 보다 짧은 파장의 빛을 사용한 노광 공정으로 감광막 패턴을 형성한다.On the other hand, the critical dimension (CD) of the pattern that can be realized by the photolithography process depends on which wavelength of light source is used in the exposure process, and an exposure process using light having a shorter wavelength to realize finer line width. A photoresist pattern is formed.

종래에는 파장이 248㎚ 인 KrF 노광원을 사용하여 포토레지스트 패턴을 형성하였으나, 이 노광원은 0.13㎛ 이하의 선폭을 갖는 소자를 구현하는 것이 어려운 것이 현실이다.Conventionally, a photoresist pattern was formed using a KrF exposure source having a wavelength of 248 nm, but it is difficult to realize a device having a line width of 0.13 μm or less.

따라서, 근래에는 파장이 193㎚ 인 ArF 노광원을 사용함으로써 0.13㎛ 이하의 선폭을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하고 있다.Therefore, in recent years, the photoresist pattern which has a line width of 0.13 micrometer or less is formed by using the ArF exposure source whose wavelength is 193 nm.

상기한 ArF 노광원을 사용하는 사진 식각 공정에서는 식각하고자 하는 피식각층 위에 빛의 난반사를 방지하기 위한 반사방지막(ARC : anti reflective coating)을 형성하고, 반사방지막 위에 포토레지스트를 도포한 후, 포토레지스트 위에 레티클(reticle)을 배치한 상태에서 상기 포토레지스트를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.In the photolithography process using the ArF exposure source, an anti-reflective coating (ARC) is formed on the etched layer to be etched to prevent diffuse reflection of light, a photoresist is applied on the anti-reflective film, and then a photoresist. The photoresist is exposed and developed with a reticle disposed thereon to form a photoresist pattern.

그리고, 상기한 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용하여 피식각층을 식각한 다음, 포토레지스트 패턴을 제거한다.The etched layer is etched using the photoresist pattern as a mask, and then the photoresist pattern is removed.

그런데, 상기한 ArF용 포토레지스트는 KrF용 포토레지스트에 비해 경도가 낮으므로, 식각 공정 중의 변형 및 이로 인한 패턴 뒤틀림 현상이 발생할 수 있고, 피식각층, 예컨대 산화막과의 선택성을 유지하는 것이 용이하지 않은 문제점이 있 다.However, since the ArF photoresist has a lower hardness than the KrF photoresist, deformation and pattern distortion due to the etching process may occur, and it is not easy to maintain selectivity with an etched layer such as an oxide film. There is a problem.

이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 카본 농후 가스(Carbon rich gas)를 이용하고 있지만, 상기 카본 농후 가스의 사용량이 너무 많으면 식각 정지(etch stop)가 발생하여 타겟(target)이나 프로파일(profile) 확보에 문제가 있다.Conventionally, carbon rich gas is used to solve this problem, but when the amount of the carbon rich gas is used too much, an etch stop occurs to secure a target or profile. there is a problem.

또한, 저유전율(low-k) 물질을 이용하는 다마신 공정에서는 카본 성분이 콘택홀 내의 물질과 결합하여 부산물이 형성되고, 이로 인해 아래에 기술하는 바와 같은 문제점들이 발생된다.In addition, in the damascene process using a low-k material, by-products are formed by combining a carbon component with a material in a contact hole, which causes problems as described below.

일례로, 상기한 다마신 공정에서는 트렌치 식각시 콘택홀을 막고 있는 희생막으로 인해 트렌치와 콘택홀 계면에 폴리머가 형성되며, 상기 폴리머로 인해 펜스/테라스가 형성되어 배리어 메탈 증착시 구리가 채워지지 않는 현상이 발생된다.For example, in the damascene process, a polymer is formed at the interface between the trench and the contact hole due to the sacrificial layer blocking the contact hole during the trench etching, and the polymer forms a fence / terrace, thereby preventing copper from filling during barrier metal deposition. Does not occur.

다른 예로, 희생막 제거 공정에서 상기한 희생막을 완전히 제거하지 못하는 경우에는 포토레지스트의 레지듀(residue)에 의해 콘택홀 주변에 보이드가 형성된다.As another example, when the sacrificial film cannot be completely removed in the sacrificial film removing process, voids are formed around the contact hole by the resist of the photoresist.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, ArF용 포토레지스트의 경도를 향상시켜 피식각층과의 선택성을 향상시킬 수 있는 ArF용 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법을 제공함을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a pattern forming method using an ArF photoresist capable of improving the hardness of an ArF photoresist to improve selectivity with an etched layer.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,

식각하고자 하는 피식각층 위에 반사방지막(ARC : anti reflective coating) 을 형성하는 단계;Forming an anti reflective coating (ARC) on the etched layer to be etched;

불화아르곤(ArF) 노광원에 반응하는 ArF용 포토레지스트를 상기 반사방지막 위에 도포한 후, 이를 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Coating a photoresist for ArF in response to an argon fluoride (ArF) exposure source on the antireflection film, and then exposing and developing the photoresist pattern to form a photoresist pattern;

상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 반사방지막을 식각하는 단계;Etching the anti-reflection film using the photoresist pattern as a mask;

상기 포토레지스트 패턴의 표면에 실리콘 성분을 퇴적(stack)하여 상기 피식각층과의 선택성을 향상시키는 단계; 및Stacking a silicon component on a surface of the photoresist pattern to improve selectivity with the etched layer; And

상기 포토레지스트 패턴 및 반사방지막을 마스크로 상기 피식각층을 식각하는 단계;Etching the etched layer using the photoresist pattern and the anti-reflection film as a mask;

를 포함하는 ArF용 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법을 제공한다.It provides a pattern forming method using a photoresist for ArF comprising a.

상기 피식각층과의 선택성을 향상시키는 단계는, 상부 전극으로 크리스탈 전극을 사용하는 식각 챔버의 내부로 일정량의 아르곤 가스를 주입하면서 실리콘 성분을 포토레지스트 패턴의 표면에 퇴적하는 것을 특징으로 한다.The step of improving selectivity with the etched layer is characterized in that the silicon component is deposited on the surface of the photoresist pattern while injecting a predetermined amount of argon gas into the etching chamber using the crystal electrode as the upper electrode.

이때, 상부 전극에는 500∼1200W의 전력을 인가하며, 300∼1000sccm의 아르곤 가스를 주입하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable to apply 500-1200W of electric power to the upper electrode and inject argon gas of 300-1000sccm.

이하, 첨부도명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a 내지 1e는 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다. 1A to 1E are cross-sectional views illustrating a pattern forming method according to an embodiment of the present invention according to a process sequence.

먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이, 하부 구조물이 형성된 반도체 기판 위에 절연 물질, 예컨대 산화막으로 이루어진 피식각층(10)을 형성하고, 그 위로 반사방 지막(12)을 형성한다. 이어서, 반사방지막(12) 위로 포토레지스트를 도포한다. 이때, 상기 포토레지스트는 ArF용 노광원에 반응하는 ArF용 포토레지스트(14)를 사용한다.First, as shown in FIG. 1A, an etched layer 10 made of an insulating material, for example, an oxide film, is formed on a semiconductor substrate on which a lower structure is formed, and a reflection preventing film 12 is formed thereon. Next, a photoresist is applied onto the antireflection film 12. In this case, the photoresist uses an ArF photoresist 14 which reacts with an ArF exposure source.

계속하여, 도 1b 및 도 1c에 도시한 바와 같이, 포토레지스트(14)의 상부에 레티클(16)을 둔 상태에서 ArF용 노광원(18)을 이용하여 노광한 후, 이를 현상하여 포토레지스트 패턴(14')을 형성하고, 상기한 포토레지스트 패턴(14')을 마스크로 하여 하부의 반사방지막(12)을 식각한다.Subsequently, as shown in FIGS. 1B and 1C, the light is exposed using the ArF exposure source 18 with the reticle 16 placed on top of the photoresist 14, and then developed to develop the photoresist pattern. (14 ') and the lower anti-reflection film 12 is etched using the photoresist pattern 14' as a mask.

반사방지막(12)의 식각을 완료한 후에는 상기 포토레지스트 패턴(14')의 표면에 실리콘 성분(20)을 퇴적시키는데, 이때, 상기 퇴적에는 크리스탈 전극(22)을 상부 전극으로 사용하는 식각장치를 사용하는 것이 바람직하다.After the etching of the anti-reflection film 12 is completed, a silicon component 20 is deposited on the surface of the photoresist pattern 14 ′. At this time, an etching apparatus using the crystal electrode 22 as an upper electrode for the deposition. Preference is given to using.

상기한 크리스탈 전극(22)을 상부 전극으로 사용하는 식각장치에서 아르곤 스퍼터링을 실시하면 상기 전극(22)의 실리콘 성분이 포토레지스트 패턴(14')의 표면에 퇴적되며, 이와 같이 퇴적된 실리콘 성분(20)은 ArF용 포토레지스트 패턴(14')의 경도를 향상시키게 된다. 따라서, 산화막 등으로 이루어진 피식각층(10)과 포토레지스트 패턴(14')의 선택성이 향상되는 효과가 있다.When argon sputtering is performed in the etching apparatus using the crystal electrode 22 as the upper electrode, the silicon component of the electrode 22 is deposited on the surface of the photoresist pattern 14 ', and thus the deposited silicon component ( 20) improves the hardness of the ArF photoresist pattern 14 '. Accordingly, the selectivity of the etching target layer 10 and the photoresist pattern 14 ′ formed of an oxide film or the like is improved.

또한, 상기한 실리콘 성분(20)은 피식각층(10)을 식각하는 동안 제거되며, 제거되지 않은 일부 실리콘 성분이 파티클의 형태로 잔류하더라도 이 파티클들은 후속하는 세정 공정에 의해 완전히 제거될 수 있다.In addition, the silicon component 20 described above is removed during the etching of the etched layer 10, and even if some silicon components which are not removed remain in the form of particles, the particles can be completely removed by a subsequent cleaning process.

물론, 상기한 식각장치를 사용하지 않더라도 실리콘 성분을 포함하는 공정 가스를 식각 챔버 내부에 추가로 주입하여 포토레지스트 패턴의 표면에 실리콘 성 분을 증착시킬 수는 있지만, 장비의 추가 투자로 인한 비용 증가의 문제점을 고려하면, 크리스탈 전극을 상부 전극으로 사용하는 상기한 구성의 식각장치를 사용하는 것이 바람직하다.Of course, even if the above etching apparatus is not used, a process gas containing a silicon component may be additionally injected into the etching chamber to deposit silicon components on the surface of the photoresist pattern, but the cost of additional equipment is increased. In consideration of the problem, it is preferable to use an etching apparatus of the above-described configuration using a crystal electrode as an upper electrode.

상기한 퇴적 공정을 실시할 때, 크리스탈 전극(22)에는 500∼1200W의 전력을 인가하며, 아르곤 가스는 300∼1000sccm의 유량으로 주입하는 것이 바람직하다.When performing the above deposition process, 500-1200 W of electric power is applied to the crystal electrode 22, and argon gas is preferably injected at a flow rate of 300-1000 sccm.

이후, 상기한 포토레지스트 패턴(14') 및 반사방지막(12)을 마스크로 하여 피식각층(10)을 식각하여 비아홀 또는 콘택홀로 사용할 홀 패턴(H)을 형성하고, 포토레지스트 패턴(14')을 제거한다.Thereafter, the etched layer 10 is etched using the photoresist pattern 14 ′ and the anti-reflection film 12 as a mask to form a hole pattern H to be used as a via hole or a contact hole, and the photoresist pattern 14 ′. Remove it.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 ArF용 포토레지스트 패턴의 표면에 실리콘 성분을 퇴적하고 있으므로, 포토레지스트 패턴의 경도 향상이 가능하여 포토레지스트 패턴과 피식각층(산화막 등)의 선택성을 향상시키는 것이 가능하다.As described above, in the present invention, since a silicon component is deposited on the surface of the ArF photoresist pattern, the hardness of the photoresist pattern can be improved and the selectivity of the photoresist pattern and the etching target layer (oxide film, etc.) can be improved. .

따라서, 수직한 프로파일의 홀 패턴을 양호하게 형성할 수 있으며, 상기한 선택성을 향상시키기 위해 카본 농후 가스를 사용하지 않아도 되므로, 카본 농후 가스의 사용으로 인한 문제점을 제거할 수 있는 등의 효과가 있다.Therefore, the hole pattern of the vertical profile can be formed satisfactorily, and since it is not necessary to use the carbon rich gas to improve the selectivity, there is an effect that the problem caused by the use of the carbon rich gas can be eliminated. .

Claims (3)

식각하고자 하는 피식각층 위에 반사방지막을 형성하는 단계;Forming an anti-reflection film on the etched layer to be etched; 불화아르곤(ArF) 노광원에 반응하는 ArF용 포토레지스트를 상기 반사방지막 위에 도포하고 노광 및 현상하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern by applying an ArF photoresist in response to an argon fluoride (ArF) exposure source on the antireflection film, and then exposing and developing the photoresist; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 상기 반사방지막을 식각하는 단계;Etching the anti-reflection film using the photoresist pattern as a mask; 상기 포토레지스트 패턴의 표면에 실리콘 성분을 퇴적하여 상기 피식각층과의 선택성을 향상시키는 단계; 및Depositing a silicon component on a surface of the photoresist pattern to improve selectivity with the etched layer; And 상기 포토레지스트 패턴 및 반사방지막을 마스크로 상기 피식각층을 식각하는 단계;Etching the etched layer using the photoresist pattern and the anti-reflection film as a mask; 를 포함하는 ArF용 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법.Pattern formation method using a photoresist for ArF comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 피식각층과의 선택성을 향상시키는 단계는, 상부 전극으로 크리스탈 전극을 사용하는 식각 챔버의 내부로 일정량의 아르곤 가스를 주입하면서 실리콘 성분을 포토레지스트 패턴의 표면에 퇴적하는 것을 특징으로 하는 ArF용 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법.The enhancing of the selectivity with the etched layer may include depositing a silicon component on the surface of the photoresist pattern while injecting a predetermined amount of argon gas into the etch chamber using the crystal electrode as the upper electrode. Pattern formation method using a resist. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 상부 전극에는 500∼1200W의 전력을 인가하며, 아르곤 가스는 300∼ 1000sccm의 유량으로 주입하는 것을 특징으로 하는 ArF용 포토레지스트를 이용한 패턴 형성 방법.The upper electrode is applied with a power of 500 ~ 1200W, argon gas is injected pattern at a flow rate of 300 to 1000sccm characterized in that the pattern formation method using the photoresist for ArF.
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