KR100192933B1 - 미세 감광막 패턴 형성방법 - Google Patents

미세 감광막 패턴 형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조시 웨이퍼 기판상에 리소그라피(Lithography) 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, KrF(248nm) 또는 ArF(193nm)등 광원의 종류에 관계없이 감광막을 사용하고, 노광부의 감광막이 제거되어 포지티브 감광막과 동일한 감광막 패턴을 얻으며, 0.18㎛ 이하의 미세패턴을 형성할 수 있는 감광막 패턴을 얻을수 있도록 하는 싸일레이션 공정을 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 기술이다.

Description

미세 감광막 패턴 형성방법
제1도 내지 제5도는 종래의 방법으로 싸일레이션 공정을 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 단계를 도시한 단면도.
제6도 내지 제9도는 본 발명의 실시예에 의해 싸일레이션 감광막 패턴을 형성하는 단계를 도시한 단면도.
제10도는 본 발명에 사용되는 싸일레이션용 감광막을 제조하는 단계를 도시한 도념.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,10 : 하부층 2,11 : 감광막
3,12 : 마스크 4,17 : 광
5,13 : 노광부 6,15 : 실리콘 산화막
14 : 비노광부
본 발명은 반도체 소자 제조시 웨이퍼 기판상에 리소그라피(Lithography) 공정으로 감광막 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로, 특히, 싸일레이션 감광막을 이용하여 미세 감광막 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
반도체소자의 리소그라피 공정은 패턴을 형성하는 공정에 필수적으로 이용되는데 즉, 패턴을 형성하고자 하는 층의 상부면에 감광막을 도포하고, 패턴이 구비된 마스크를 이용하여 노광 및 현상 공정을 진행하여 감광막 패턴을 형성하고, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 하부층을 식각함으로 하부층의 패턴을 형성하는 것이다.
한편, 4G 및 16G DRAM을 생산하기 위해서는 우선 0.18㎛ 이하의 미세패턴을 형성해야 한다. 현재의 습식 현상(wet develop)을 이용한 현상 방법은 패턴의 무너지는 현상이나 실제 구조(Topology) 위에서의 초점심도(Depth of focus) 여유도 등의 해결에 어려운 문제점이 있다. 그로인하여 싸일레이션(Silylation)을 이용한 드라이 현상(dry develop)이 4G 및 16G DRAM의 마스크 공정에서는 필요하게 된다.
제1도 내지 제5도는 종래의 방법으로 싸일레이션 공정을 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.
제1도는 반도체기판(100) 상부에 피식각층(1)을 형성하고, 그 상부에 감광막(2)을 도포하고, 마스크(3)를 이용한 노광 공정으로 광(4)을 노광하는 것이다.
상기 감광막(2)은 감광막 물질과 노블락 수지로 이루어져 있다.
제2도는 노광 후 상기 감광막(2)을 베이킹(Baking)하면 비노광부의 수지는 열경화가 일어나고 노광부(5)에는 열경화가 일어나지 않는다.
제3도는 베이크 후 싸일레이션 공정을 이용하여 상기 노광부(5)로 싸일레이션 물질(agent)로 예를들어 헥사메칠디실라잔(Hexamethyl disilazane) 테트라메칠디실라잔(Tetramethyldisilazane) 등 주로 N-Si 결합(bond)를 갖는 물질을 주입한다. 이때, N-Si 결합은 약하기 때문에 수지의 R-O-H와 반응하여 R-O-Si(CH3)3(trimethyl silicon)가 생긴다.
제4도는 O2플라즈마를 이용한 드라이 현상(Dry develop)을 실시하여 노광부(5)에는 수지와 결합한 트리메칠 실리콘(trimethyl silicon)에 실리콘 산화막(6)을 형성하게 되고, 비노광부의 감광막(2)은 식각하여 감광막패턴(2')을 형성한 단면도이다.
제5도는 상기 감광막 패턴(2')을 마스크로 이용하여 피식각층(1)을 식각하여 피식각층 패턴(1')을 형성한 단면도이다.
상기한 종래의 기술은 노광부에 감광막 패턴이 남게되고, 비노광부의 감광막이 제거되어 일반적인 네가티브 감광막과 같이 패턴이 형성된다.
그리고, 상기한 종래의 싸일레이션 공정에 의해 감광막 패턴을 형성하는 경우 노광부와 비노광부의 경계부가 불확실하여 감광막 패턴의 프로파일이 양호하지 못한 문제가 발생되고, 비노광부로 광이 회절되어 스웰링 현상이 발생된다.
또한, 노광원으로 KrF(248nm) 또는 ArF(193nm)를 사용하는 경우 노광원의 종류에 따라 감광막에 포함되는 PAC(Photo Acid Compound)의 종류를 각각 다른 것을 사용해야 하는 번거러움이 발생된다.
따라서, 본 발명은 KrF(248nm), ArF(193nm)등 광원의 종류에 관계없이 감광막을 사용하고, 노광부의 감광막이 제거되어 포지티브 감광막과 동일한 패턴을 얻으며, 0.18㎛ 이하의 미세패턴을 형성할 수 있는 감광막 패턴을 얻을수 있도록 하는 싸일레이션 공정을 이용한 감광막 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 감광막 패턴 형성 방법은, 피식각층 상부에 수지, 광산 발생체 및 염기가 포함된 감광막을 도포하는 단계와, 상기 감광막을 노광마스크를 이용하여 일정두께 노광하는 단계와, 상기 감광막을 포스트 노광 베이킹하여 노광된 부분의 염기를 산과 반응시킴으로써 염기를 제거하는 단계와, N-Si 결합의 N이 H로 치환된 구조로 아민이 없는 H-Si 결합(bond)을 갖는 싸일레이션 물질을 이용하여 싸일레이션 공정을 실시함으로써 노광부에서는 Si-O-수지의 결합이 형성되지 않고, 비노광부에 있는 염기가 촉매역할을 하여 Si-O-수지의 결합이 형성되도록 하는 단계와, 상기 감광막을 O2플라즈마 식각하여 비노광부의 감광막에 포함된 OSi-O수지와 산소를 결합시킴으로써 비노광부에 실리콘 산화막을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 산화막을 식각 장벽으로 하여 상기 노광부의 감광막을 식각함으로써 감광막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
제6도 내지 제9도는 본 발명의 실시예에 의해 싸일레이션 감광막 패턴을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.
제6도는 피식각층(10) 상부에 수지, 광산 발생체 및 염기가 포함된 감광막(11)을 도포하고, 마스크를 이용하여 광(17) 예를들어 KrF(248nm), ArF(193nm)의 광원을 사용하여 노광하되 상기 감광막(11)의 일정두께를 노광한 단면도이다.
참고로, 상기 구지는 노볼락 계열이며, 상기 광산 발생체와 염기의 구성비율은 몰당량%비로 51-90 : 10-49이며, 염기는 지방족(Aliphatic) 계열의 아민류, 하이드록 사이드(OH-) 또는 알콕사이드(Alkoxide)를 포함하며, 도면에서 A는 산이고, B는 염기이고, G는 광산발생체이다.
제7도는 상기 노광후 포스트 노광 베이크 공정을 예를들어 60-200℃의 온도에서 실시한 단면도로서, 노광무(13)의 광산발생체(G)는 노광후 베이크(Bake)하면 산(A)을 발생한다. 이때 상기 수지는 KrF(248nm), ArF(193nm)의 광원을 모두 흡수하는 노블락 수지를 사용하기 때문에 감광막 상층부만 노광되어 산을 발생한다. 노광부(13)에 발생된 산(A)은 주위의 염기(B)들과 결합하여 주위의 염기가 거의 없어지게 된다.
제8도는 H-Si결합(bond)을 갖고 있는 싸일레이션 물질을 사용하여 싸일레이션 공정을 실시하는 경우 노광부(13)에서는 염기가 없기 때문에 Si-O-수지의 결합이 형성되지 않는다. 그러나 비노광부(14)는 염기를 갖고 있기 때문에 이 염기가 촉매역할을 하여 Si-O-수지의 결합이 생긴다. 또 Si-O-수지 결합이 생길 때 수소 가스가 발생하여 싸일레이션 물질이 수지내로 확산하는 것을 더욱 용이하게 한다. 결국 비노광부(14)에서는 싸일레이션이 일어나게 된다.
그리고, 후속 공정으로 베이크 공정으로 60-200℃의 온도에서 진행하면 노광부(13)에 확산된 싸일레이션 물질은 감광막(11)의 외부로 기화시킬 수 있다.(이 베이크 공정은 생략 할수도 있다) 이것은 싸일레이션 물질로 사용되는 물질이 가지고 있는 Si-H 결합이 안정하기 때문에 염기 촉매가 없을 때에는 수지의 수산화기(hydroxy)와 반응하지 않기 때문이다.
상기 싸일레이션 물질은(Si-H) 결합을 가지고 있는 것으로, 예를들어 디메칠페닐실레인(Dimethylphenylsilane), 디페닐메칠실레인(Diphenylmethylsilane), 트리에칠실레인(Triethylsilane), 1,1,3,3-테트라메칠디실록세인(1,1,3,3-Tetramethyldisiloxane), 트리에톡시실레인(Triethoxysilane), 트리메톡시실레인(Trimethoxysilane), 트리메칠실레인(Trimethylsilane) 중의 하나 또는 그 이상을 포함하는 것이다.
제9도는 O2플라즈마에 의한 드라이 현상(dry develop)으로 노광부(13)와 그 하부의 감광막을 식각하고, 비노광부(14)의 표면에는 싸일레이션 물질이 남아 있기 때문에 O2플라즈마의 산소와 결합하여 실리콘 산화막(15)가 형성되어 식각장벽층의 역할을 수행하게 됨으로써 그 하부에 감광막 패턴(11)이 형성된다.
이어서 후속 공정으로 노출된 피식각층(10)을 식각하여 패턴을 형성한다.
제10도는 본 발명에 사용되는 싸일레이션용 감광막을 제조하는 원리를 도시한 것으로 테트라메칠디실록세인(1)과 비스페놀(2)의 혼합하여 혼합물을 만들고, 상기 혼합물에 트리에칠아민(3)을 넣어서 혼합물을 생성시키면 여기에서 수소가 발생되면서 디비스페녹시테트라메틸디실록세인(4)(Dibisphenoxytetramethyldislaxane)을 형성한다.(분자구조식은 도면 참조).
상기한 바와같이 본 발명은 염기가 촉매로 작용하여야만 수지의 수산화기와의 결합이 이루어지는데 즉 노광부와 비노광부의 싸일레이션 되는 정도의 차이가 크다. 이는 콘트라스트(Contrast)의 증가로 이어지기 때문에 4G, 16G 등의 초고밀도 회로의 패턴을 형성할 수 있다. 또한 노광부의 산이 많은 지역과 비노광부의 염기가 많은 지역 사이의 완충영역은 산 또는 염기의 확산에 의한 콘트라스트의 감소 효과를 완충시키는 역할을 수행한다.
또한, 본 발명은 KrF(248nm), ArF(193nm)등 광원의 종류에 관계없이 한 종류의 감광막을 사용하고, 노광부의 감광막이 제거되어 포지티브 감광막과 동일한 감광막 패턴을 얻으며, 0.18㎛ 이하의 미세패턴을 형성할 수 있는 것으로 고집적화에 기여할 수가 있다.

Claims (8)

  1. 피식각층 상부에 수지, 광산 발생체 및 염기가 포함된 감광막을 도포하는 단계와, 상기 감광막을 노광마스크를 이용하여 일정두께 노광하는 단계와, 상기 감광막을 포스트 노광 베이킹하여 노광된 부분의 염기를 산과 반응시킴으로써 염기를 제거하는 단계와, N-Si 결합의 N이 H로 치환된 구조로 아민이 없는 H-Si 결합(bond)을 갖는 싸일레이션 물질을 이용하여 싸일레이션 공정을 실시함으로써 노광부에서는 Si-O-수지의 결합이 형성되지 않고, 비노광부에 있는 염기가 촉매역할을 하여 Si-O-수지의 결합이 형성되도록 하는 단계와, 상기 감광막을 O2플라즈마 식각하여 비노광부의 감광막에 포함된 Si-O-수지와 산소를 결합시킴으로써 비노광부에 실리콘 산화막을 형성하는 단계와, 상기 실리콘 산화막을 식각 장벽으로 하여 상기 노광부의 감광막을 식각함으로써 감광막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 감광막 패턴 형성방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 노광 공정시 사용되는 광은 KrF(248nm), ArF(193nm)의 광원을 사용하는 것을 특징으로 하는 미세 감광막 패턴 형성방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수지는 노볼락 계열인 것을 특징으로 하는 미세 감광막 패턴 형성방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광산 발생체 대 염기와의 구성비율이 몰당량%비로 51-90 : 10-49인 것을 특징으로 하는 미세 감광막 패턴 형성방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 염기는 지방족(Aliphatic) 계열의 아민류, 하이드록 사이드(OH-) 또는 알콕사이드(Alkoxide)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 감광막 패턴 형성방법.
  6. 제1항에 있어서, 포스트 노광 베이크 공정은 60-200℃의 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 미세 감광막 패턴 형성방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 싸일레이션 물질은 디메칠페닐실레인, 디페닐메칠실레인, 트리에칠실레인, 1,1,3,3-테트라메칠디실록세인, 트리에톡시실레인, 트리메톡시실레인, 트리메칠실레인 중의 하나 또는 그 이상을 포함하는 특징으로 하는 미세 감광막 패턴 형성방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 염기를 함유하는 비노광부의 Si-O-수지 결합후 60-200℃의 베이크 공정이 실시되는 것을 특징으로 하는 미세 감광막 패턴 형성방법.
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