KR100223755B1 - 반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

1.청구 범위에 기재된 발명이 속한 기술 분야

반도체 장치 제조 방법

2.발명이 해결하려고 하는 기술적 과제

종래의 미세 패턴 형성 공정에 있어서, 미세 패턴의 크기는 노광 장비 및 포토마스크의 해상력에 따라 좌우되기 때문에, 현재 이용가능한 노광 장비에 의해서는 초미세 패턴 형성에 한계가 있다는 문제점을 해결하고자 함.

3.발명의 해결방법의 요지

포토레지스트의 연성 중합체 성질을 이용하여, 소정의 포토레지스트 패턴 형성 후, 열처리를 통해 포토레지스트를 수축시킨 다음, 식각 공정을 실시하므로써, 노광 장비의 해상력 한계를 극복하고자 함.

4. 발명의 중요한 용도

고집적 반도체 장치 제조에 이용됨.

Description

반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법

본 발명은 일반적으로 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 반도체 장치 제조 공정중 콘택홀과 같은 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 기술의 진보와 더불어, 반도체 장치의 고속화 및 고집적화가 진행 되고 있고, 이에 수반해서 패턴에 대한 미세화의 필요성이 점점 높아지고 있으며, 또한 패턴의 칫수도 고 정밀화가 요구되고 있다. 일반적으로 반도체 장치의 제조에 있어 패턴은 감광성 중합체 패턴, 즉 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 하층 박막을 식각하는 포토리소그래피 공정을 이용하고 있는 바, 이러한 종래의 패턴 형성 방법을 도1A 내지 도1C를 참조하여 간단히 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 도1A에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1) 상부에 식각하고자 하는 물질인 피식각층(2)을 형성하고, 포토리소그래피의 일련의 공정에 의하여 포토레지스트를 약 0.5 내지 3㎛ 두께로 도포한 다음, 예를 들어 콘택홀과 같은 미세 패턴을 형성하기 위한 포토마스크(4)를 이용하여 노광 및 현상 공정을 실시하므로써 소정의 포토레지스트 패턴(3)을 형성한다. 다음에, 도1B에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(3)을 식각 마스크로 하여 하부의 피 식각층(2)을 식각한다. 다음 포토레지스트를 제거하게 되면, 도1C에 도시된 바와 같은 미세 패턴이 형성되게 된다. 그런데, 이와 같은 종래의 미세 패턴 형성 공정은 광의 회절로 인하여 공정 능력의 한계가 있으며, 포토리소그래피 공정으로 형성 가능한 패턴의 한계, 즉 해상도는 포토리소그래피 공정의 중요한 변수이며 다음의 레이레이 방정식(Rayleigh's Equation)에 의해 결정된다.

[수학식1]

R=k(λ/NA)

여기서 R은 해상도, λ는 노광 파장, NA는 노광장비의 렌즈의 개구수를 의미하며, K는 공정관련 상수로서 공정 능력에 따라 변하는 값이지만 양산 단계에서는 약 0.7 정도이다. 또한 현대의 양산 체제에서 주로 사용되는 광원인 G-선의 파장은 0.436㎛ 이고, I-선의 파장은 0.365㎛ 이며, 최근에 양산 도입 단계에 있는 DUV 광원은 0.248㎛의 파장을 갖는다. 렌즈의 개구수가 0.5인 경우에 상기 [수학식1]에 각각에 변수를 대입하여 각각의 분해능을 계산하면, G, I, DUV는 각각 0.5, 0.4, 0.3㎛ 정도의 값을 가진다. 이 분해능은 반복되는 라인 및 공간(Line Space)에 대한 것으로서 콘택홀의 경우에는 분해능이 더 나쁜 것으로 알려져 있다. 즉, 차세대급의 미세패턴을 얻기 위해서는 더 짧은 파장의 노광원을 사용하여야 하나 G, I, 및 DUV 장비들의 가격이 기하 급수적으로 증가하여 원가가 상승하는 요인이 된다. 또한 DUV 이후의 노광 장비는 아직 개발 중에 있어 다음 세대의 미세 패턴 형성을 위해서는 특별한 기술이 요구되고 있다.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 노광 및 현상 공정을 이용하여 이용하여 1차로 포토레지스트 패턴을 형성한 다음, 고온 열처리 공정을 추가하여 포토레지스트 패턴의 크기를 축소시킨 후, 식각 공정을 실시하므로써 미세 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도1A 내지 도1C는 종래 기술에 따라 콘택홀을 형성하는 방법의 공정 단면도.

도2A 내지 도2C는 본 발명의 한 실시예에 따라 콘택홀을 형성하는 방법의 공정 단면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명.

11 : 반도체 기판 12 : 피식각층

13 : 포토레지스트 패턴 14 : 포토마스크

본 발명의 한 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법은, 소정의 피식각층이 형성된 반도체 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계; 소정의 포토마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 통해 소정의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 소정의 온도에서의 열처리 공정을 통해 상기 포토레지스트 패턴을 수축시키는 단계; 및 상기 수축된 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이제, 본 발명은 도2A 내지 도2C를 참조하여 양호한 실시예에 대해 상세하게 설명되게 된다. 먼저 도2A에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(11)상에 피식각층(12)을 형성하고, 예를 들어, 콘택홀과 같은 미세 패턴을 형성하기 위해, 통상적인 반도체 포토리소그래피 공정을 통해 식각 마스크 역할을 하는 포토레지스트 패턴(13)을 얻는다. 이때, 포토레지스트 패턴(13)의 크기는 노광 장비 및 포토마스크 패턴(14)의 크기에 의해 결정된다. 다음에, 약 100℃ 내지 300℃의 온도에서 약 10초 내지 2시간 정도의 열처리 공정을 실시하게 되면, 도2B에 도시된 바와 같이, 점선(13A)으로 도시된 모양에서 수축된 모양의 콘택홀 패턴(13)으로 변하게 된다. 이러한 현상이 나타나는 이유는 일반적으로 포토레지스트는 연성을 가진 중합체로 액체와 고체의 중간적 성질을 갖고 있으며, 따라서 고온 열처리 공정의 온도와 시간에 어느 정도 비례하여 흐름이 일어나기 때문이다. 다음에, 식각 공정에 의하여 포토레지스트 패턴(13)을 식각 마스크로 하여 하부의 피식각층(12)을 식각하고, 잔류 포토레지스트를 제거하게 되면, 도2C에 도시된 바와 같이, 기존의 노광 장비의 해상력 한계를 뛰어넘는 미세 콘택홀 패턴을 형성할 수 있게 된다. 이때, 콘택홀의 크기가 줄어드는 양은 열처리 공정의 온도와 시간에 어느 정도 비례한다. 고온 열처리 공정의 한 방식으로는 웨이퍼를 고온 열판 위에 올려 놓는 방식과 고온 오븐에서 열처리하는 방식, 또는 강한 자외선을 조사하는 방식 등이 있다. 열 공정 도중에 일어나는 포토레지스트 중합체의 흐름에 의해 생기는 모양을 조절하기 위하여 반도체 기판을 뒤집어 놓을 수도 있고, 옆으로 세워 놓거나, 또는 이 두가지 방식을 이용하면서 반도체 기판을 회전시키는 방식을 사용할 수 있다.

비록 본 발명이 특정 실시예에 관해 설명 및 도시 되었지만, 이것은 본 발명을 제한하고자 의도된 것은 아니며, 이 기술에 숙련된 사람은 본 발명의 정신 및 범위내에서 여러 가지 변형 및 수정이 가능하다는 것을 알 수 있을 것이다.

반도체 장치 제조시 전술한 바와 같은 본 발명에 따라, 간단한 열공정 만을 추가하여 기존의 포토리소그래피 공정에서의 해상력 한계를 극복하여 미세 콘택 홀을 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 소정의 피식각층이 형성된 반도체 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계;

   소정의 포토마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 통해 소정의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   소정의 온도에서의 열처리 공정을 통해 상기 포토레지스트 패턴을 수축시키는 단계; 및

   상기 수축된 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함해서 이루어진 반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열처리 단계는 약 100℃ 내지 300℃의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 열처리 단계는 약 10초 내지 2시간 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 열처리 단계는 웨이퍼를 거의 수직으로 위치시킨 상태로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 열처리 단계는 웨이퍼의 소자 형성면을 아래로 위치시킨 상태로 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법.
6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,

   상기 열처리 단계는 웨이퍼를 회전시키면서 실시되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세 패턴 형성 방법.