KR20070089493A - Method of manufacturing semiconductor device using nitride film hard mask - Google Patents

Abstract

Translated fromKorean

본 발명은 감광막(ArF)과 질화막하드마스크의 선택비를 높여 추가로 텅스텐하드마스크를 사용하지 않고서도 동일한 성능의 패터닝이 가능한 반도체소자의 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 반도체소자의 제조 방법은 식각대상층 상에 질화막하드마스크를 형성하는 단계, 상기 질화막하드마스크 상에 감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막패턴을 식각마스크로 하여 상기 질화막하드마스크를 식각하되, 물리적식각보다는 화학적식각이 주로 진행되는 레시피를 사용하여 식각하는 단계, 및 상기 질화막하드마스크를 식각마스크로 하여 상기 식각대상층을 식각하는 단계를 포함하고, 이와 같이 질화막하드마스크를 식각하는 식각스텝(메인식각스텝과 과도식각스텝) 진행시에, 압력과 플루오르카본계 가스의 가스유량을 더 많이 사용하고, 바이어스파워를 감소시켜 진행하면, 플라즈마들의 기계적식각 특성(또는 '물리적식각특성'이라고도 함)을 줄여주면서 동시에 화학적식각(Chemical etch) 특성을 강화시켜주므로써 감광막과 질화막하드마스크의 선택비를 높일 수 있다.The present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of patterning the same performance without using a tungsten hard mask by increasing the selectivity of the photoresist film (ArF) and the nitride film hard mask, the manufacturing of the semiconductor device of the present invention The method may include forming a nitride hard mask on an etch target layer, forming a photoresist pattern on the nitride hard mask, and etching the nitride hard mask using the photoresist pattern as an etch mask, wherein chemical etching is mainly performed rather than physical etching. Etching by using an ongoing recipe, and etching the etching target layer by using the nitride film hard mask as an etching mask, and thus etching steps (main etching step and transient etching step) for etching the nitride film hard mask. In proceeding, use more pressure and gas flow rate of fluorocarbon gas In addition, reducing the bias power increases the selectivity of the photoresist and the nitride hard mask by reducing the mechanical etching characteristics (also called 'physical etching characteristics') of the plasmas and enhancing the chemical etching characteristics. Can be.

Description

Translated fromKorean

질화막하드마스크를 이용한 반도체소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE USING NITRIDE HARDMASK}Method of manufacturing semiconductor device using nitride film hard mask {METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE USING NITRIDE HARDMASK}

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 비트라인 형성 방법을 간략히 도시한 도면이다.1A and 1B are schematic views illustrating a bit line forming method according to the related art.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 비트라인 형성 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질화막하드마스크 식각 공정의 순서를 나타낸 공정 흐름도이다.3 is a process flowchart showing a sequence of a nitride film hard mask etching process according to an embodiment of the present invention.

도 4는 종래기술과 본 발명을 적용한 경우의 X-SEM 프로파일을 도시한 사진이다.Figure 4 is a photograph showing the X-SEM profile when the prior art and the present invention is applied.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

101 : 유기반사방지막 식각스텝101: organic antireflection film etching step

102 : 메인식각 스텝102: main etching step

103 : 과도식각 스텝103: transient etching step

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체소자의 비트라인 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing techniques, and more particularly to a method for forming a bit line of a semiconductor device.

반도체소자의 고집적화가 진행될수록 작은 크기의 미세패턴을 형성하기 위하여 다양한 방법들이 시도되고 있으며, 마스크패턴 측면에서는 기존 KrF 감광막으로는 원하는 DICD(Develop Insfection Critical Dimension) 타겟을 맞추기 어려워 ArF 감광막을 사용하는 추세에 있다.As high integration of semiconductor devices proceeds, various methods have been attempted to form small-sized micropatterns, and in terms of mask patterns, ArF photoresist films have been used since it is difficult to meet desired DECD targets with the existing KrF photoresist film. Is in.

그러나, ArF 감광막은 KrF 감광막 대비 마스크 초기 두께가 낮을뿐만 아니라 KrF 감광막 대비 식각막에 대한 선택비도 낮아서 양호한 식각프로파일을 얻기가 어렵다.However, the ArF photoresist film has a low initial mask thickness compared to the KrF photoresist film, and also has a low selectivity for the etching film compared to the KrF photoresist film, thus making it difficult to obtain a good etching profile.

그리고, 최근 80nm급의 비트라인 공정에서는 텅스텐을 식각하기 위하여 하드마스크로서 질화막(이하 '질화막하드마스크'라 약칭함)을 사용하고 있으며, 질화막하드마스크를 식각하기 위하여 ArF 감광막을 사용하고 있으나, ArF 감광막만으로는 질화막하드마스크의 패터닝이 어려워(즉 선택비가 낮아서) 질화막하드마스크 위에 또하나의 하드마스크로서 텅스텐(이하 '텅스텐하드마스크'라 약칭함)을 사용하고 있다.In the recent 80nm bit line process, a nitride film (hereinafter, referred to as a 'nitride film hard mask') is used as a hard mask to etch tungsten, and an ArF photoresist film is used to etch the nitride film hard mask. Since the photoresist film alone is difficult to pattern the nitride film hard mask (ie, the selectivity is low), tungsten (hereinafter referred to as 'tungsten hard mask') is used as another hard mask on the nitride film hard mask.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 비트라인 형성 방법을 간략히 도시한 도면이다.1A and 1B are schematic views illustrating a bit line forming method according to the related art.

도 1a를 참조하면, 배리어메탈(11) 상에 텅스텐막(W, 12), 질화막하드마스크(HM Nit, 13) 및 텅스텐하드마스크(HM W, 14)를 차례로 적층한 후에, 유기반사방지 막(OBARC, 15)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, after the tungsten films W and 12, the nitride film hard mask HM Nit 13, and the tungsten hard mask HM W 14 are sequentially stacked on thebarrier metal 11, the organic antireflection film is stacked. (OBARC, 15).

이어서, 유기반사방지막(15) 상에 ArF 감광막 도포, 노광 및 현상을 통해 비트라인마스크 역할을 하는 감광막패턴(16)을 형성한다.Subsequently, thephotoresist layer pattern 16 serving as a bit line mask is formed on theorganic antireflection layer 15 by applying, exposing and developing an ArF photoresist layer.

이어서, 감광막패턴(16)을 식각마스크로 하여 유기반사방지막(15)을 식각한다.Subsequently, theorganic antireflection film 15 is etched using thephotoresist pattern 16 as an etch mask.

이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(16) 및 텅스텐하드마스크(14)를 식각배리어로 하여 질화막하드마스크(13)를 식각한다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, the nitride filmhard mask 13 is etched using thephotosensitive film pattern 16 and the tungstenhard mask 14 as an etching barrier.

이어서, 텅스텐하드마스크(14)와 질화막하드마스크(13)를 식각배리어로 텅스텐막(12)과 배리어메탈(11)을 식각하여 비트라인(BL)의 패터닝을 완료한다. 이때, 텅스텐하드마스크(14)는 텅스텐막(12) 식각시 모두 소모되어 잔류하지 않는다.Subsequently, thetungsten film 12 and thebarrier metal 11 are etched using the tungstenhard mask 14 and the nitride filmhard mask 13 as an etch barrier to complete the patterning of the bit line BL. At this time, the tungstenhard mask 14 is consumed when thetungsten film 12 is etched and does not remain.

상술한 바와 같이, 종래기술은 ArF 감광막을 사용함에 따른 KrF 감광막 대비 질화막하드마스크(13)에 대한 낮은 선택비를 해결하고자 추가로 텅스텐하드마스크(14)를 사용하여 질화막하드마스크(13)를 식각하고 있다.As described above, the conventional technique further uses the tungstenhard mask 14 to etch the nitride filmhard mask 13 to solve the low selectivity of the nitride filmhard mask 13 compared to the KrF photosensitive film by using the ArF photosensitive film. Doing.

그러나, 종래기술은 하드마스크를 두 층으로 사용함에 따라 공정이 길어져 TAT 측면에서도 불리할뿐만 아니라 패터닝 중에 문제 발생시 문제가 발생된 공정을 파악하는데 어려움이 따른다. 또한, 텅스텐하드마스크가 패터닝된 후에 질화막하드마스크를 식각하기 때문에 레시피 중의 산소에 의해 텅스텐하드마스크가 산화되는 등의 변형이 초래되어 FICD(Final Insfection Critical Dimension) 제어가 용이하지 않다.However, the prior art uses a hard mask in two layers, which makes the process longer, which is disadvantageous in terms of TAT, and also causes difficulty in identifying a process in which a problem occurs during patterning. In addition, since the nitride film hard mask is etched after the tungsten hard mask is patterned, deformation such as oxidation of the tungsten hard mask is caused by oxygen in the recipe, which makes it difficult to control Final Insfection Critical Dimension (FICD).

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 감광막과 질화막하드마스크의 선택비를 높여 추가로 텅스텐하드마스크를 사용하지 않고서도 동일한 성능의 패터닝이 가능한 반도체소자의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of patterning the same performance without further using a tungsten hard mask by increasing the selectivity of the photosensitive film and the nitride film hard mask. The purpose is.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자의 제조 방법은 식각대상층 상에 질화막하드마스크를 형성하는 단계, 상기 질화막하드마스크 상에 감광막패턴을 형성하는 단계, 상기 감광막패턴을 식각마스크로 하여 상기 질화막하드마스크를 식각하되, 물리적식각보다는 화학적식각이 주로 진행되는 레시피를 사용하여 식각하는 단계, 및 상기 질화막하드마스크를 식각마스크로 하여 상기 식각대상층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 질화막하드마스크를 식각하는 단계는 적어도 메인식각단계와 과도식각단계를 순차적으로 진행하되, 상기 메인식각단계에서는 물리적식각 보다 화학적식각이 주로 진행되는 레시피를 사용하고, 상기 과도식각단계에서는 화학적식각만 진행되는 레시피를 사용하는 것을 특징으로 하며, 상기 과도식각단계에서는 상기 화학적식각만 진행되도록 가스를 설정하고, 상기 물리적 식각이 주로 진행되는 조건 대비 가스유량 및 압력을 더 높게 하고, 바이어스파워는 더 낮게 설정하는 것을 특징으로 한다.The method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a nitride film hard mask on an etching target layer, forming a photosensitive film pattern on the nitride film hard mask, the nitride film by using the photosensitive film pattern as an etching mask Etching the hard mask using a recipe that is mainly chemical etching rather than physical etching, and etching the etching target layer using the nitride film hard mask as an etching mask, the nitride film The etching of the hard mask may be performed at least in the main etching step and the transient etching step, but in the main etching step, a recipe in which chemical etching is performed rather than physical etching is used, and in the transient etching step, only chemical etching is performed. It is characterized by using a recipe, Schematic Each step sets the gas to be advanced by the chemical etching, and further increase the gas flow rate and pressure conditions over which the physical etching proceeds mainly, the bias power is characterized in that lower setting.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. .

후술하는 실시예에서는 감광막과 질화막하드마스크의 선택비를 향상시키므로써 추가의 텅스텐하드마스크를 사용하지 않고서도 동일한 성능(performance)의 비트라인 패터닝이 가능하도록 하는 방법을 제시한다.In the embodiments described below, a method for improving bit ratio patterning without using an additional tungsten hard mask by improving the selectivity of the photoresist film and the nitride film hard mask is provided.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 비트라인 형성 방법을 도시한 공정 단면도이다.2A and 2B are cross-sectional views illustrating a method of forming a bit line according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2a를 참조하면, 배리어메탈(21) 상에 텅스텐막(W, 22)을 형성한 후, 텅스텐막(W, 22) 상에 질화막하드마스크(HM Nit, 23)를 300∼3000Å 두께로 형성한다.Referring to FIG. 2A, after the tungsten films W and 22 are formed on thebarrier metal 21, the nitride film hard mask HM Nit 23 is formed on the tungsten films W and 22 to a thickness of 300 to 3000 GPa. do.

이어서, 질화막하드마스크(23) 상에 후속 노광공정을 용이하게 진행하기 위해 유기반사방지막(OBARC, 24)을 형성한 후, 유기반사방지막(24) 상에 ArF 감광막을 도포한다.Subsequently, an organic antireflection film (OBARC) 24 is formed on the nitride filmhard mask 23 to facilitate a subsequent exposure process, and then an ArF photoresist film is applied on theorganic antireflection film 24.

이어서, 노광 및 현상으로 패터닝하여 비트라인마스크 역할을 하는 감광막패턴(25)을 형성한다.Subsequently, patterning is performed by exposure and development to form a photoresist pattern 25 serving as a bit line mask.

이어서, 감광막패턴(25)을 식각마스크로 하여 유기반사방지막(24)을 식각하고, 감광막패턴(25)을 식각마스크로 하여 질화막하드마스크(23)를 식각한다. 이때, 질화막하드마스크(23) 식각시 감광막패턴(25)이 충분히 식각이 완료될때까지 식각배리어 역할을 할 수 있도록 레시피를 조절한다. 즉, 질화막하드마스크(23)와 감광막패턴(25)의 선택비를 높이는 레시피를 사용하여 질화막하드마스크(23)를 식각한다.Subsequently, theorganic antireflection film 24 is etched using the photoresist pattern 25 as an etch mask, and the nitride filmhard mask 23 is etched using the photoresist pattern 25 as an etch mask. At this time, the recipe is adjusted so that the photoresist layer pattern 25 may serve as an etching barrier until the etching of the nitride filmhard mask 23 is sufficiently completed. That is, the nitride filmhard mask 23 is etched using a recipe for increasing the selectivity between the nitride filmhard mask 23 and the photosensitive film pattern 25.

도 2b를 참조하면, 잔류하는 감광막패턴(25a) 및 질화막하드마스크(23)를 식각배리어로 텅스텐막(22)과 배리어메탈(21)을 식각하여 비트라인 패터닝을 완료한다. 이때, 잔류하는 감광막패턴(25a)과 유기반사방지막(24)은 텅스텐막 식각 초기에 모두 소모되고 실질적으로 질화막하드마스크(23)가 텅스텐막 식각은 물론 배리어메탈의 식각이 완료될때까지 식각배리어 역할을 하게 된다. 따라서, 배리어메탈 식각이 완료된 후 질화막하드마스크(23)만 잔류한다.Referring to FIG. 2B, thetungsten film 22 and thebarrier metal 21 are etched using the remaining photoresist film pattern 25a and the nitride filmhard mask 23 to complete bit line patterning. At this time, the remaining photoresist layer pattern 25a and the organicanti-reflective layer 24 are consumed at the initial stage of the tungsten film etching, and the role of the etching barrier until the nitride filmhard mask 23 is completely etched not only of the tungsten film but also of the barrier metal. Will be Therefore, only the nitride filmhard mask 23 remains after the barrier metal etching is completed.

도 2a에서, 감광막패턴(25)을 형성한 후에, 질화막하드마스크(23)의 식각 공정(유기반사방지막 식각 포함)을 진행하는데, 질화막하드마스크(23)의 식각공정은 유기반사방지막 식각 스텝(OBARC Etch step), 메인식각 스텝(Main etch step), 과도식각 스텝(Over etch step)의 순서로 진행한다.In FIG. 2A, after the photoresist pattern 25 is formed, an etching process of the nitride filmhard mask 23 is performed (including oil-based anti-reflective coating etching), and the etching process of the nitridehard mask 23 is performed by an organic anti-reflective coating etching step ( Proceed with OBARC Etch step, Main etch step, Over etch step.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 질화막하드마스크 식각 공정의 순서를 나타낸 공정 흐름도이다.3 is a process flowchart showing a sequence of a nitride film hard mask etching process according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 먼저, 유기반사방지막 식각스텝(101)은 감광막패턴을 식각마스크로 하여 유기반사방지막을 식각하는 과정이고, 메인식각스텝(102)은 감광막패턴을 식각마스크로 하여 질화막하드마스크를 식각하는 과정이며, 과도식각스텝(103)은 질화막하드마스크의 잔류물을 제거하기 위한 식각 과정이다.Referring to FIG. 3, first, the organic anti-reflectivecoating etching step 101 is a process of etching the organic anti-reflective coating using the photoresist pattern as an etch mask, and themain etch step 102 uses a nitride hard mask using the photoresist pattern as an etch mask. Is a process of etching, and thetransient etching step 103 is an etching process for removing the residue of the nitride film hard mask.

본 발명은 질화막하드마스크(23)를 식각하는 메인식각스텝(102)과 과도식각스텝(103)에서의 레시피(식각가스 및 가스유량, 압력, 바이어스파워)를 다음과 같이 설정한다.The present invention sets the recipe (etch gas and gas flow rate, pressure, bias power) in themain etching step 102 and thetransient etching step 103 for etching the nitride filmhard mask 23 as follows.

먼저, 식각가스로는 CF₄, CHF₃, Ar 및 O₂의 혼합가스를 사용하며, 각 가스의 가스유량은 100∼300sccm, 100∼300sccm, 100∼300sccm, 0∼30sccm으로 한다. 여기서, CF₄와 CHF₃는 플루오르카본계 가스로서, 실질적으로 질화막하드마스크의 식각에 중요한 역할을 함과 동시에 감광막의 선택비 증가 역할을 하며, 메인식각스텝과 과도식각스텝에서 모두 각각 100∼300sccm의 가스유량을 사용한다.First, a mixed gas of CF₄ , CHF₃ , Ar, and O₂ is used as an etching gas, and the gas flow rate of each gas is 100 to 300 sccm, 100 to 300 sccm, 100 to 300 sccm, and 0 to 30 sccm. Here, CF₄ and CHF₃ are fluorocarbon gas, which plays an important role in the etching of the nitride film hard mask and increases the selection ratio of the photoresist film, respectively, in the main etching step and the transient etching step, respectively, 100 to 300 sccm. Use gas flow rate of.

그리고, 압력은 150∼300mT로 하고, 바이어스파워(Bias power)는 0W∼500W로 한다.The pressure is set to 150 to 300 mT, and the bias power is set to 0W to 500W.

일 예로, 각 식각스텝에서의 레시피를 살펴보면 다음과 같다.As an example, the recipe at each etching step is as follows.

1) 유기반사방지막식각 스텝 : 150mT/450W/100CF₄/150CHF₃1) Organic Anti-reflective Film Etching Step: 150mT / 450W / 100CF₄ / 150CHF₃

2) 메인식각 스텝 : 200mT/300W/165CF₄/185CHF₃/100Ar/14O₂2) Main etching step: 200mT / 300W / 165CF₄ / 185CHF₃ / 100Ar / 14O₂

3) 과도식각 스텝 : 200mT/300W/190CF₄/100CHF₃3) Transient Etch Step: 200mT / 300W / 190CF₄ / 100CHF₃

여기서, 메인식각스텝과 과도식각스텝에서 사용하는 가스에서, CF₄와 CHF₃는 화학적식각을 발생시키는 가스이고, Ar와 O₂는 물리적식각을 발생시키는 가스이다. 이때, 화학적식각과 물리적식각 중에서 어느 한쪽의 식각을 주로 발생시키고자 하는 경우에는 해당 가스의 가스유량을 조절하면 되고, 또한 후술하겠지만, 압력 및 바이어스파워에 의해서도 화학적식각과 물리적식각 중 어느 한쪽이 주로 진행될 수 있다.Here, in the gas used in the main etching step and the transient etching step, CF₄ and CHF₃ are gases for generating chemical etching, and Ar and O₂ are gases for generating physical etching. In this case, when one of the chemical etching and the physical etching is to be mainly generated, the gas flow rate of the corresponding gas may be adjusted. Further, as will be described later, either one of the chemical etching and the physical etching is mainly caused by the pressure and the bias power. Can proceed.

식각가스 관점에서만 살펴보면, 메인식각스텝에서는 물리적식각과 화학적식 각이 동시에 진행되도록 하는 반면, 과도식각스텝에서는 화학적식각만 진행되도록 하는 가스조합이다. 그리고, 메인식각스텝에서는 물리적식각을 발생시키는 가스보다 화학적식각을 발생시키는 가스의 가스유량이 더 크다. 이는 메인식각스텝에서는 화학적식각이 주로 진행됨을 의미한다. 결국, 메인식각스텝과 과도식각스텝에 의한 질화막하드마스크의 식각은 물리적식각보다는 화학적식각이 주로 진행되는 레시피를 사용하는 것이다.Looking only at the etching gas point of view, in the main etching step, the physical and chemical etching proceed simultaneously, whereas in the transient etching step, the gas combination allows the chemical etching only to proceed. In the main etching step, the gas flow rate of the gas generating the chemical etching is greater than that of the physical etching. This means that chemical etching is mainly performed in the main etching step. As a result, the etching of the nitride hard mask by the main etching step and the transient etching step uses a recipe in which chemical etching is mainly performed rather than physical etching.

질화막하드마스크만을 사용하는 경우와 텅스텐하드마스크 및 질화막하드마스크를 모두 사용하는 경우를 비교하기 위해 종래 텅스텐하드마스크와 질화막하드마스크를 모두 사용할 때의 레시피는 다음과 같다. 종래기술은 텅스텐하드마스크를 식각한 후에 질화막하드마스크를 식각하므로 유기반사방지막 식각 스텝이 없으며, 동일 레시피로 과도식각스텝까지 실시한다.In order to compare the case where only the nitride film hard mask is used and the case where both the tungsten hard mask and the nitride film hard mask are used, the recipe for using both the conventional tungsten hard mask and the nitride film hard mask is as follows. In the prior art, since the nitride film hard mask is etched after the tungsten hard mask is etched, there is no organic anti-reflective film etch step, and the same recipe is performed until the transient etch step.

11) 메인식각 스텝 : 50mT/1200W/55CHF₃/50Ar/12O₂11) Main etching step: 50mT / 1200W / 55CHF₃ / 50Ar / 12O₂

12) 과도식각 스텝 : 50mT/1200W/55CHF₃/50Ar/12O₂12) Transient Etch Step: 50mT / 1200W / 55CHF₃ / 50Ar / 12O₂

메인식각스텝과 과도식각 스텝의 레시피 비교에서 알 수 있듯이, 압력(pressure)과 가스 유량(gas flow rate)을 종래기술 대비 3∼4배 정도 많이 사용하며, 바이어스파워를 종래기술 대비 30% 정도만 사용한다. 여기서, 가스유량 비교는 플루오르카본계(Fluorocarbon) 가스만을 일컫는 것으로, 본 발명은 메인식각스텝과 과도식각스텝 진행시 플루오르카본계 가스로 CF₄와 CHF₃를 동시에 사용하였으나, 종래기술은 플루오르카본계 가스로 CHF₃만을 사용하고 있으며, 사용하는 가스유량또한 본 발명에 비해 작다.As can be seen from the recipe comparison between the main etch step and the transient etch step, the pressure and gas flow rate are used 3 to 4 times more than the prior art, and the bias power is only about 30% compared to the prior art. do. Here, the gas flow comparison refers to only fluorocarbon gas, and the present invention uses CF₄ and CHF₃ simultaneously as the fluorocarbon gas during the main etching step and the transient etching step, but the prior art is a fluorocarbon system. Only CHF₃ is used as the gas, and the gas flow rate used is also smaller than that of the present invention.

레시피를 상세히 비교해보면, 본 발명은 종래기술 대비 압력은 50mT에서 200mT로 증가시키고, 플루오르카본계 가스인 CHF₃의 가스유량은 55sccm에서 185sccm으로 증가시켰으며, 바이어스파워는 1200W에서 300W로 감소시키고 있다. 더불어, 본 발명은 플루오르카본계 가스로 CF₄를 소정 가스유량으로 하여 더 추가하였다.Compared to the recipe in detail, the present invention increases the pressure from 50mT to 200mT compared to the prior art, the gas flow rate of the fluorocarbon gas CHF₃ was increased from 55sccm to 185sccm, the bias power is reduced from 1200W to 300W . In addition, the present invention further added CF₄ as a fluorine-based gas as a predetermined gas flow rate.

전술한 바와 같이, 질화막하드마스크를 식각하는 메인식각스텝과 과도식각스텝 진행시에, 압력과 플루오르카본계 가스의 가스유량을 더 많이 사용하고, 바이어스파워를 감소시켜 진행하면, 플라즈마들의 기계적식각 특성(또는 '물리적식각특성'이라고도 함)을 줄여주면서 동시에 화학적식각(Chemical etch) 특성을 강화시켜주므로써 감광막과 질화막하드마스크의 선택비를 높일 수 있다. 이처럼, 선택비를 높이면 추가로 텅스텐하드마스크를 형성하지 않아도 된다. 결국, 본 발명은 감광막패턴(25)만으로도 충분히 질화막하드마스크(23)를 식각할 수 있게 된다.As described above, when the main etching step and the transient etching step of etching the nitride film hard mask are used, the mechanical etching characteristics of the plasma are increased by using more gas flow rate of the pressure and fluorocarbon gas, and reducing the bias power. By reducing the physical etching characteristics (also called physical etching characteristics) and enhancing the chemical etching characteristics, the selectivity of the photoresist and nitride hard mask can be increased. As such, when the selectivity is increased, there is no need to further form a tungsten hard mask. As a result, in the present invention, the nitride filmhard mask 23 can be sufficiently etched using only the photosensitive film pattern 25.

도 4는 종래기술과 본 발명을 적용한 경우의 X-SEM 프로파일을 도시한 사진으로서, 본 발명처럼 텅스텐하드마스크를 생략하여도 종래기술과 동일한 결과의 비트라인패턴을 구현할 수 있음을 알 수 있다.Figure 4 is a photograph showing the X-SEM profile in the case of applying the prior art and the present invention, it can be seen that even if the tungsten hard mask is omitted as in the present invention can implement a bit line pattern of the same result as the prior art.

상술한 바와 같이, 본 발명은 텅스텐하드마스크를 생략하여도 질화막하드마스크와 감광막의 선택비를 높이기 위해 질화막하드마스크 식각시 물리적식각특성보다는 화학적식각특성을 강화시키고 있으며, 이를 위해 물리적식각이 주로 진행되는 레시피 대비 압력과 가스유량을 더 높이고, 바이어스파워는 더 낮추어 화학적식각이 주로 진행하는 레시피를 사용한다.As described above, the present invention enhances the chemical etching characteristics rather than the physical etching characteristics during the etching of the nitride hard mask to increase the selectivity between the nitride hard mask and the photoresist even when the tungsten hard mask is omitted. The pressure and gas flow rate is higher than that of the recipe, and the bias power is lowered, so the recipe mainly used for chemical etching is used.

이처럼, 텅스텐하드마스크를 생략하게 되면, 텅스텐하드마스크 증착 및 텅스텐하드마스크 식각을 위한 장비의 추가 투자를 절감할 수 있고, 텅스텐하드마스크 증착 및 텅스텐하드마스크 식각이 생략되므로 TAT가 단축되어 조기 제품 개발이 가능하다. 또한, FICD 제어가 용이하여 안정적인 공정 진행이 가능하고, 공정스텝이 단순하여 문제 발생시 문제의 공정을 찾는데 용이하다.As such, if the tungsten hard mask is omitted, additional investments in equipment for tungsten hard mask deposition and tungsten hard mask etching can be saved, and the TAT is shortened because the tungsten hard mask deposition and tungsten hard mask etching are omitted. This is possible. In addition, the FICD control is easy to proceed a stable process, the process step is simple, it is easy to find the problem process when a problem occurs.

상술한 실시예에서는 질화막하드마스크를 단독으로 사용하는 경우를 예로 들었으나, 본 발명은 산화막 계열의 하드마스크를 단독으로 사용하는 경우에도 적용이 가능하다. 또한, 본 발명은 비트라인 패터닝외에도 질화막하드마스크와 감광막패턴을 이용하는 모든 반도체소자의 패터닝 공정에 적용이 가능하다.In the above-described embodiment, the case where the nitride film hard mask is used alone is taken as an example, but the present invention can be applied to the case where the oxide mask-based hard mask is used alone. In addition, the present invention can be applied to patterning processes of all semiconductor devices using nitride film hard masks and photoresist patterns in addition to bit line patterning.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

상술한 본 발명은 텅스텐하드마스크를 생략하고 질화막하드마스크만을 사용하므로써, 텅스텐하드마스크 증착 및 텅스텐하드마스크 식각을 위한 장비의 추가 투자를 절감할 수 있고, 텅스텐하드마스크 증착 및 텅스텐하드마스크 식각이 생략 되므로 TAT가 단축되어 조기 제품 개발이 가능하다. 또한, FICD 제어가 용이하여 안정적인 공정 진행이 가능하고, 공정스텝이 단순하여 문제 발생시 문제의 공정을 찾는데 용이하다.The present invention described above can reduce the additional investment of equipment for tungsten hard mask deposition and tungsten hard mask etching by omitting the tungsten hard mask and using only the nitride film hard mask, and the tungsten hard mask deposition and tungsten hard mask etching are omitted. Therefore, the TAT is shortened and early product development is possible. In addition, the FICD control is easy to proceed a stable process, the process step is simple, it is easy to find the problem process when a problem occurs.

Claims (15)

Translated fromKorean

식각대상층 상에 질화막하드마스크를 형성하는 단계;Forming a nitride film hard mask on the etching target layer;상기 질화막하드마스크 상에 감광막패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the nitride film hard mask;상기 감광막패턴을 식각마스크로 하여 상기 질화막하드마스크를 식각하되, 물리적식각보다는 화학적식각이 주로 진행되는 레시피를 사용하여 식각하는 단계; 및Etching the nitride film hard mask using the photoresist pattern as an etching mask, using a recipe in which chemical etching is performed rather than physical etching; And상기 질화막하드마스크를 식각마스크로 하여 상기 식각대상층을 식각하는 단계Etching the etching target layer using the nitride film hard mask as an etching mask를 포함하는 반도체소자의 제조 방법.Method for manufacturing a semiconductor device comprising a.제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 질화막하드마스크를 식각하는 단계는,Etching the nitride film hard mask,적어도 메인식각단계와 과도식각단계를 순차적으로 진행하되, 상기 메인식각단계에서는 물리적식각 보다 화학적식각이 주로 진행되는 레시피를 사용하고, 상기 과도식각단계에서는 화학적식각만 진행되는 레시피를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.At least a main etching step and a transient etching step are sequentially performed, but the main etching step uses a recipe in which chemical etching is mainly performed rather than physical etching, and in the transient etching step, a recipe in which only chemical etching is performed is used. A method for manufacturing a semiconductor device.제2항에 있어서,The method of claim 2,상기 메인식각단계에서의 레시피는 상기 화학적식각이 주로 진행되도록 상기 물리적 식각이 주로 진행되는 조건 대비 가스유량 및 압력을 더 높게 하고, 바이어스파워는 더 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.The recipe in the main etching step is a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the gas flow rate and pressure is higher than the conditions in which the physical etching is mainly performed so that the chemical etching is mainly performed, and the bias power is set lower.제3항에 있어서,The method of claim 3,상기 메인식각단계에서의 레시피는 플루오르카본계 가스, 아르곤 및 산소의 혼합가스를 포함하고, 상기 화학적식각이 주로 진행되도록 상기 물리적 식각이 주로 진행되는 조건 대비 플루오르카본계 가스의 가스유량을 더 많이 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.The recipe in the main etching step includes a mixed gas of fluorocarbon gas, argon and oxygen, and uses more gas flow rate of the fluorocarbon gas than the condition where the physical etching is mainly performed so that the chemical etching is mainly performed. The semiconductor device manufacturing method characterized by the above-mentioned.제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein상기 화학적식각이 주로 진행되도록 하는 플루오르카본계 가스의 가스유량은 상기 물리적 식각이 주로 진행되는 플로우르카본계 가스의 가스유량 대비 3∼4배 더 많이 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.The gas flow rate of the fluorocarbon gas to cause the chemical etching mainly proceeds 3 to 4 times more than the gas flow rate of the flow carbon gas mainly subjected to the physical etching.제3항에 있어서,The method of claim 3,상기 메인식각단계에서의 레시피에서 상기 화학적식각이 주로 진행되도록 하는 플루오르카본계 가스는 CF₄와 CHF₃의 혼합을 사용하고, 상기 CF₄와 CHF₃의 가스유량은 각각 100∼300sccm으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.In the recipe in the main etching step and the gas flow rate of the fluorocarbon-based gas so that the chemical etching is conducted usually using a mixture of CF₄ and CHF_3, the CF₄ and CHF₃ is characterized in that each 100~300sccm A semiconductor device manufacturing method.제6항에 있어서,The method of claim 6,상기 메인식각단계에서의 레시피에서 상기 아르곤의 가스유량은 100∼300sccm으로 하고, 상기 산소의 가스유량은 0∼30sccm으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.The gas flow rate of the argon in the recipe in the main etching step is 100 to 300sccm, the gas flow rate of oxygen is 0 to 30sccm.제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 3 to 7,상기 메인식각단계는,The main etching step,상기 물리적 식각이 주로 진행되는 압력 대비 3∼4배 더 높은 고압을 사용하면서 바이어스파워는 상기 물리적 식각이 주로 진행되는 바이어스파워 대비 30% 수준의 낮은 바이어스파워를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.Manufacturing a semiconductor device characterized in that the bias power is used at a pressure of 3 to 4 times higher than the pressure at which the physical etching is mainly performed, and the bias power is at a level of 30% lower than the bias power at which the physical etching is mainly performed. Way.제8항에 있어서,The method of claim 8,상기 메인식각단계는,The main etching step,150∼300mT의 고압과 0∼500W의 낮은 바이어스파워를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by using a high voltage of 150 to 300 mT and a low bias power of 0 to 500 W.제2항에 있어서,The method of claim 2,상기 과도식각단계에서는 상기 화학적식각만 진행되도록 가스를 설정하고, 상기 물리적 식각이 주로 진행되는 조건 대비 가스유량 및 압력을 더 높게 하고, 바이어스파워는 더 낮게 설정하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.In the transient etching step, the gas is set so that only the chemical etching proceeds, and the gas flow rate and pressure are set higher than those of the physical etching process, and the bias power is set lower. .제10항에 있어서,The method of claim 10,상기 과도식각단계에서는,In the transient etching step,플루오르카본계 가스만을 사용하되, 상기 플루오르카본계 가스의 가스유량은 상기 물리적 식각이 주로 진행되는 플로우르카본계 가스의 가스유량 대비 3∼4배 더 많이 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.Using only a fluorocarbon gas, the gas flow rate of the fluorocarbon gas is used 3 to 4 times more than the gas flow rate of the flow carbon gas in which the physical etching is mainly performed .제11항에 있어서,The method of claim 11,상기 플루오르카본계 가스는 CF₄와 CHF₃의 혼합을 사용하고, 상기 CF₄와 CHF₃의 가스유량은 각각 100∼300sccm으로 하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.The fluorocarbon-based gas is CF₄ and CHF₃ gas flow rate of the mixture to use, and the CF₄ and CHF₃ is a method of producing a semiconductor device characterized in that each 100~300sccm.제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 10 to 12,상기 메인식각단계는,The main etching step,상기 물리적 식각이 주로 진행되는 압력 대비 3∼4배 더 높은 고압을 사용하면서 바이어스파워는 상기 물리적 식각이 주로 진행되는 바이어스파워 대비 30% 수준의 낮은 바이어스파워를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.Manufacturing a semiconductor device characterized in that the bias power is used at a pressure of 3 to 4 times higher than the pressure at which the physical etching is mainly performed, and the bias power is at a level of 30% lower than the bias power at which the physical etching is mainly performed. Way.제13항에 있어서,The method of claim 13,상기 메인식각단계는,The main etching step,150∼300mT의 고압과 0∼500W의 낮은 바이어스파워를 사용하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by using a high voltage of 150 to 300 mT and a low bias power of 0 to 500 W.제1항에 있어서,The method of claim 1,상기 식각대상층은, 텅스텐막을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체소자의 제조 방법.The etching target layer includes a tungsten film manufacturing method of a semiconductor device.

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