KR100280857B1 - 반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 장치의 제조 공정에 있어서, 스텝퍼의 광원 파장 이하 미세한 레지스트 패턴을 안정적으로 형성한다.
반도체 기판 상에 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하고, 그 위에 산 성분을 함유하는 유기막을 형성한다. 이것을 가열 처리하여 산을 확산시키고, 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화하며, 이 표면층을 알칼리 현상액으로 제거함으로써 미세한 레지스트 패턴을 형성한다.

Description

반도체 장치의 제조 방법 및 반도체 장치
본 발명은, 미세한 패턴을 갖는 반도체 장치와 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, LSI 반도체 소자, 액정 표시 패널 등의 미세 가공에 있어서의 레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 보다 특정적으로는 고정밀도로 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
도 8은 종래의 방법에 따라, 기초층(21) 상에 스텝퍼에 의해 최적 초점으로 마스크를 노광하여 레지스트 패턴을 형성한 상태를 나타낸 도면이다. 도 8에서, 참조 번호(22)는 스텝퍼의 광원 파장보다 큰 선폭의 레지스트 패턴을 나타내고, 참조 번호(23)는 스텝퍼의 광원 파장 이하의 미세한 레지스트 패턴을 나타낸다. 이와 같이, 최적 초점으로 마스크를 노광하는 경우에는, 종래의 방법에서도 마스크의 패턴에 거의 충실하게 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
도 9는 종래의 방법에 따라, 기초층(21) 상에, 스텝퍼에 의해 초점이 어긋난 상태로 마스크를 노광하여 레지스트 패턴을 형성한 상태를 나타낸 도면이다. 도 9에서, 참조 번호(22')는 스텝퍼의 광원 파장보다 큰 선폭의 레지스트 패턴을 나타내고, 참조 번호(23')는 스텝퍼의 광원 파장 이하의 미세한 레지스트 패턴을 나타낸다. 이와 같이, 초점이 어긋난 상태로 마스크를 노광하는 경우, 스텝퍼의 광원 파장보다 큰 선폭의 패턴(22')을 형성하는 경우에는 문제는 없지만, 스텝퍼의 광원 파장 이하의 미세한 레지스트 패턴(23')을 형성하는 경우에는, 패턴의 선폭이 가늘어지는 문제가 있었다.
도 10은 이것을 설명하기 위해, 레지스트 패턴의 치수와 초점 어긋남의 관계를 나타낸 도면이다. 도 10의 선(22a)과 같이, 패턴 치수가 큰 레지스트 패턴을 형성하는 경우에는, 스텝퍼의 초점 어긋남이 다소 발생한 경우에도, 치수 변동은 발생하지 않는다. 그러나, 도 10의 곡선(23a)과 같이, 스텝퍼의 광원 파장 이하의 미세한 레지스트 패턴을 형성하는 경우에는, 스텝퍼의 초점 어긋남이 발생한 경우, 치수 변동이 커져서, 원하는 치수가 얻어지지 않게 된다.
이상과 같이, 종래의 리소그래피 기술에서는, 미세한 레지스트 패턴을 형성할 때, 안정적으로 레지스트 패턴을 형성할 수 없다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 노광 파장 이하의 미세 패턴을 형성할 때에, 산의 확산 및 레지스트 분해 등의 화학 메카니즘에 의한 레지스트 수식에 의해, 노광 파장의 한계를 초월한 미세 레지스트 패턴을 안정적으로 형성하는 것을 목적으로 한다.
또한, 이와 같이 형성한 미세 레지스트 패턴을 이용하는 반도체 장치의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조한 미세한 패턴을 갖는 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 반도체 장치 제조 방법은, 반도체 기판 상에 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정, 상기 레지스트 패턴을 포함하는 상기 반도체 기판의 표면에 산성 성분을 함유하는 유기막을 형성하는 공정, 상기 유기막을 열 처리하여 상기 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키는 공정, 및 상기 열 처리 후의 유기막과 상기 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 의해 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 산성 성분을 함유하는 유기막으로서, 산성 폴리머를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 산성 폴리머로서, 폴리아크릴산 또는 폴리비닐술폰산을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 산성 성분을 함유하는 유기막으로서, 폴리머에 산 성분을 첨가한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 폴리머로서, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리든, 폴리비닐아민, 폴리비닐아세탈 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 산 성분으로서, 알킬카르본산, 알킬술폰산, 살리실산 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 반도체 장치의 다른 제조 방법은, 반도체 기판 상에 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정, 상기 레지스트 패턴을 포함하는 상기 반도체 기판의 표면에 광 조사에 의해 산을 발생하는 유기막을 형성하는 공정, 상기 유기막에 광 조사하여 산을 발생시킴으로써 열 처리를 하여 상기 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키는 공정 및 상기 광 조사 후에 상기 유기막과 상기 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 의해 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 광 조사를 포토마스크를 이용하여 선택적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 광 조사에 의해 산을 발생하는 유기막은, 폴리머에 광 산 발생제를 첨가하여 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 유기막을 순수한 물, 또는 실질적으로 레지스트 패턴을 용해하지 않는 순수한 물과 유기 용매와의 혼합 용매에 가용인 폴리머를 주성분으로서 구성한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 유기막을 구성하는 폴리머로서, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리든, 폴리비닐아민 및 폴리비닐아세탈 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 광 산 발생제는 상기 레지스트 패턴의 감광 파장과는 다른 감광 파장을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 광 산 발생제로서, 오늄염계, 디아조벤젠술폰산계, 디아조벤젠카르본산계, 클로로메틸트리아진계 및 2, 1-나프토퀴논디아지드-4-술폰산 에스테르계 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 광 조사에 Hg 램프의 g선 또는 i선, 또는 KrF 액시머 레이저를 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 유기막 중에 유기 염기성 성분을 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 유기 염기성 성분으로서, 테트라메틸암모늄히드로옥사이드, 에탄올아민 및 암모니아 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 유기막 중에 계면 활성제를 첨가하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 알칼리 현상액으로서, 테트라메틸암모늄히드로옥사이드의 1 내지 5wt% 알칼리 수용액, 또는 이 알칼리 수용액에 10wt% 이하의 알콜을 첨가한 것을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 상기 유기막의 형성 재료의 용액으로서, 순수한 물, 또는 실질적으로 레지스트 패턴을 용해하지 않는 순수한 물과 유기 용매와의 혼합 용매를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 반도체 장치는, 청구항1 내지 2중 어느 한항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법, 구체적으로는 미세 레지스트 패턴의 형성 방법을 종래의 방법과 비교하면서 설명하기 위한 도면.
도 2는 액시머용 화학 증폭형 포지티브 레지스트의 베이스 수지와 보호기와의 결합 및 분해를 모식적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법, 구체적으로는 미세 레지스트 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 것으로서, 레지스트 패턴 형성 방법의 각 공정을 나타낸 부분 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예3 에 따른 반도체 장치의 제조 방법, 구체적으로는 미세 레지스트 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 것으로서, 레지스트 패턴 형성 방법의 각 공정을 나타낸 부분 상면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 다른 제조 방법을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 또 다른 제조 방법을 나타낸 도면.
도 8은 종래의 방법에 따라, 스텝퍼에 의해 최적 초점으로 마스크를 노광시켜 레지스트 패턴을 형성한 상태를 나타낸 도면.
도 9는 종래의 방법에 의해, 스텝퍼에 의해 초점이 어긋난 상태로 마스크를 노광하여 레지스트 패턴을 형성한 상태를 나타낸 도면.
도 10은 레지스트 패턴의 치수와 초점 어긋남의 관계를 나타낸 도면.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
1 : 웨이퍼
2 : 반도체 기판
3 : 단차
4 : 화학 증폭형 포지티브 레지스트
5a, 5b : 마스크
6, 8, 12 : 레지스트 패턴
7 : 산성 성분을 함유하는 유기막
9 : 광 조사에 의해 산을 발생하는 유기막
11 : 가용화층
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법, 구체적으로는 미세 레지스트 패턴의 형성 방법을 종래의 방법과 비교하면서 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 좌반부 (a)는, 본 발명의 실시예에 따른 레지스트 패턴 형성 방법의 각 공정을 나타낸 부분 단면도, 도 1의 우반부 (b)는, 종래의 리소그래피에 의한 레지스트 패턴 형성 방법의 각 공정을 나타낸 부분 단면도이다.
우선, 스텝 1에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(1)로서는 반도체 기판(2) 상에 단차(3)가 형성된 것으로부터 출발한다. 이 단차(3)를 포함하는 반도체 기판(2) 상에, 액시머용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(4)를 3,000 내지 20,000Å 도포한다.
또, 상기 포지티브 레지스트(4)를 도포하기 전에 웨이퍼(1) 표면을 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane) 등으로 처리하고, 레지스트(4)와 웨이퍼(1)와의 밀착성을 강화하여도 좋다. 또한, 레지스트(4) 상에 상층재(upper layer materail)를 도포하여도 좋다. 또한, 도포 후 열처리를 행하여도 좋다.
다음으로 스텝 2를 참조하면, 이 실시예 (a)에서는, 0.25㎛ 선폭의 패턴이 얻어지도록 조정한 마스크(5a) (5 : 1 축소 투영 노광의 경우에는 1.25㎛ 선폭)를 이용하여, 액시머용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(4)를 향해 선택적으로 광을 조사한다.
또한, 종래의 방법 (b)에서는, 0.15㎛의 선폭이 얻어지도록 조정한 마스크(5b) (5 : 1 축소 투영 노광의 경우에는 0.75㎛ 선폭)를 이용하여, 액시머용 화학 증폭형 포지티브 레지스트(4)를 향해 선택적으로 광을 조사한다.
다음에, 스텝 3에서는, 현상 처리를 수행한다. 스텝 2에 있어서의 노광을 반도체 기판(1)의 단차(3) 하부에 초점 위치를 맞춰 수행한 경우, 이 실시예(a)에서는 패턴의 치수가 크므로, 단차(3) 상부 및 하부 모두에서 0.25㎛의 레지스트 패턴이 얻어졌다.
한편, 종래의 방법 (b)에서는, 단차(3) 하부에서는 0.15㎛의 레지스트 패턴(6)이 얻어지고, 단차(3) 상부에서는 0.10㎛의 레지스트 패턴(6)으로 되어, 패턴의 선폭에 변동이 생겼다.
다음으로 스텝 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 웨이퍼(1) 상에 산성 성분을 함유하는 유기막(7)으로서, 폴리아크릴산으로 구성되는 수지를 도포하였다.
다음으로 스텝 5에서는, 핫 플레이트(도시하지 않음) 상에 웨이퍼(1)를 싣고, 웨이퍼(1)의 유기막(7)에 대해 120℃, 60초의 열처리를 행하였다. 이것은, 유기막(7)을 가열하여 산을 레지스트 패턴(6)의 표면층에 확산시킴으로써, 레지스트 패턴(6)의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키기 때문이다. 이렇게 해서 레지스트 패턴(6)의 표면에 가용화층(11)을 형성한다.
다음으로 스텝 6에 나타낸 바와 같이, 알칼리 현상액에 의해 현상을 수행하면, 레지스트 패턴(6)의 표면층이 용해되고, 선폭이 0.10㎛ 수축하며, 0.15㎛의 레지스트 패턴(8)이 얻어졌다.
또, 스텝 5에서 열처리 온도를 높게 하고 열처리 시간을 길게 함으로써, 스텝 6에서의 현상에 의한 용해량은 커지고, 선폭의 수축량은 커진다.
다음으로, 상기한 실시예에 있어서, 산성 성분을 함유하는 유기막(7)으로서는 산성 폴리머를 이용할 수 있다. 즉, 그 자체가 산성인 베이스 폴리머를 이용하는 경우이다.
이 산성 폴리머로서는, 바람직한 예로서 폴리아크릴산 또는 폴리비닐술폰산을 이용할 수 있다.
또한, 산성 성분을 함유하는 유기막으로서, 폴리머에 산성분을 첨가한 것을 이용할 수 있다. 즉, 베이스 폴리머 자체는 중성이고, 이것에 산성분을 첨가하는 경우이다.
이 경우의 폴리머로서는, 적합한 예로서 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리든, 폴리비닐아민 및 폴리비닐아세탈 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 이러한 폴리머에 첨가하는 산성분으로서는, 바람직하게는, 알킬카르본산, 알킬술폰산 및 살리실산 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 유기막(7)의 형성 재료인 용액으로서는, 바람직하게는, 순수한 물, 또는 레지스트 패턴을 용해하지 않을 정도의 순수한 물과 유기 용매와의 혼합 용매를 이용할 수 있다.
또, 유기막(7) 중에, 테트라메틸암모늄히드로옥사이드, 에탄올아민 및 암모니아 등의 유기 염기성 성분을 첨가함으로써, 유기막(7)의 성막성 향상 또는 산 확산 길이의 억제를 도모할 수 있다.
이 유기 염기성 성분으로서는, 바람직하게는, 테트라메틸암모늄히드로옥사이드, 에탄올아민 및 암모니아 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 유기막(7) 중에 계면 활성제를 첨가하여, 유기막(7)의 성막성을 향상시킬 수 있다.
또한, 알칼리 현상액으로서는, 바람직하게는, 테트라메틸암모늄히드로옥사이드의 1 내지 5wt% 알칼리 수용액, 또는 이 알칼리 수용액에 10wt% 이하의 알콜을 첨가한 것을 이용할 수 있다.
다음으로, 유기막(7)을 열처리하여 레지스트 패턴(6)의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키는 메카니즘은 다음과 같이 설명된다.
도 2a에 모식적으로 도시한 바와 같이, 액시머용 화학 증폭형 포지티브 레지스트에서는, 베이스 수지(4a)에 보호기(4b)를 결합하고 있어 알칼리 난용성으로 되어 있다. 이것에 가열 처리에 의해 발생한 산을 작용시키면, 도 2b에 도시한 바와 같이, 베이스 수지(4a)와 보호기(4b)의 결합이 절단되고, 알칼리 가용성으로 된다. 따라서, 산성 처리된 레지스트 패턴의 표면층만 알칼리 가용으로 되고, 알칼리 현상액으로 처리함으로써, 레지스트 표면층이 용해하고, 레지스트 패턴(레지스트의 잔여 부분)을 가늘게 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 이 실시예에서는 우선 반도체 기판 상에 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트에 의한 통상의 포토리소그래피에 의해 레지스트 패턴을 형성한다. 다음에, 상기 패턴 상에 산성 성분을 함유하는 유기막을 도포하여, 발생한 산을 레지스트 패턴에 확산시키고, 또한 그 산 촉매 작용으로 레지스트 패턴(레지스트 잔여 부분)의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키도록 한다. 그 후, 상기 유기막과 상기 가용화층을 알칼리 현상액으로 박리함으로써, 당초 형성된 레지스트 패턴(레지스트 잔여 부분)을 가늘게 하여, 가는 레지스트 패턴을 형성할 수 있다.
즉, 이에 따라, 노광 파장 이하의 미세 패턴을 안정적으로 형성할 수 있다.
또, 상기한 설명에서는, 반도체 기판(2) 상에 레지스트 패턴을 형성하는 경우를 예로 들었다. 그러나, 반도체 장치의 제조에 있어서의 레지스트 패턴의 형성은, 반도체 기판의 상부뿐만 아니라, 실리콘 산화막 등의 절연막 상에 또는 폴리실리콘막, 금속막 등 각종 도전막 상에 형성된다. 이 실시예는, 이러한 모든 기초막 상에 레지스트막을 형성할 때에 적용할 수 있는 것이다. 이 명세서에서,「반도체 기판 상에」라고 말하는 경우에는, 이러한 모든 경우를 포함하는 것이다.
(제2 실시예)
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법, 구체적으로는 미세 레지스트 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로, 레지스트 패턴 형성 방법의 각 공정을 나타낸 부분 단면도이다.
도 3을 참조하면, 우선 스텝 1에 있어서, 반도체 기판(2) 상에 통상의 포토리소그래피에 의해, KrF 레이저용 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트에 의한 0.25㎛ 폭 L/S의 레지스트 패턴(6)을 형성한다.
다음에, 스텝 2에 있어서, 레지스트 패턴(6)을 포함하는 반도체 기판(2) 상에, 광 조사에 의해 산을 발생하는 유기막(9)을 형성한다. 다시 말하면, 광 산 발생제(photosensitive acid generator)를 포함하는 폴리머에 의한 막을 형성한다. 구체적인 예로서는, 나프토퀴논디아지드-4 술폰산 에스테르 유도체를 약 1%로 베이스 폴리머로 하여 폴리비닐필로리든을 포함하는 수용액을 스핀 코팅함으로써 유기막(9)을 형성한다.
다음에, 스텝 3에 있어서, 상기한 0.25㎛ 폭 L/S의 레지스트 패턴(6)에 대해, 선폭을 가늘게 하고 싶은 부분만 개구(10a)를 갖는, 원하는 패턴을 포함하는 포토마스크(10)를 이용하여, 유기막(9)에 대해 Hg 램프의 i선에 의해 200 내지 1000mJ/㎠의 광 조사를 수행한다. 유기막(9)에는, 이 노광 처리에 의해 노광된 부분에만 선택적으로 염산 성분이 생성된다.
다음으로, 스텝 4에 있어서, 웨이퍼(1)에 대해, 핫 플레이트에 의해 60 내지 140℃에서 약 1 내지 3분간의 열처리를 수행한다. 이에 따라, 발생한 산 성분을 KrF 레이저용 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트의 레지스트 패턴(6: 잔여 패턴) 중에 확산시키고, 또한 그 산 촉매 작용으로 레지스트 패턴(6: 레지스트 잔여 부분)의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시켜, 가용화층(11)을 만든다.
다음으로, 스텝 5에 있어서, 유기막(9)과 가용화층(11)을 알칼리 현상액으로 제거한다. 구체적으로는, 테트라메틸암모늄히드로옥사이드의 2.38wt% 현상액으로 박리한다. 그 후 박리된 패턴 내의 수분 등을 제거하기 위해서 100 내지 130℃에서 약1 내지 3분간의 열 처리를 수행한다.
결과로서 유기막(9)의 노광된 부분과 접촉하는 레지스트 패턴(6: 레지스트 잔여 부분)의 치수만이 0.1㎛ 후퇴하고, 당초 KrF 액시머 레이저의 포토리소그래피에서는 형성 불가능하던 0.15㎛L/0.35㎛S의 레지스트 배선 패턴(8)을 선택적으로 형성할 수 있다.
다음으로, 이 실시예에 있어서, 유기막(9)을 구성하는 폴리머로서는 순수한 물, 또는 실질적으로 레지스트 패턴을 용해하지 않는 순수한 물과 유기 용매와의 혼합 용매에 가용인 폴리머를 주성분으로 하여 이용할 수 있다.
또한 구체적으로는, 유기막(9)을 구성하는 폴리머로서, 제1 실시예에서 산 성분을 첨가하여 이용하는 폴리머와 동일한 양태의 폴리머를 이용할 수 있다. 즉, 베이스 폴리머 자체는 중성이다. 바람직한 예로서는, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴산, 폴리비닐피롤리든, 폴리비닐아민 및 폴리비닐아세탈 중 어느 하나를 적절하게 이용할 수 있다.
또한, 광 산 발생제는, 기초의 레지스트 패턴의 감광 파장과는 다른 감광 파장을 갖는 것을 이용한다.
구체적으로는, 광 산 발생제로서 바람직한 것으로서, 오늄염계, 디아조벤젠술폰산계, 디아조벤젠카르본산계, 클로로메틸트리아진계 및 2,1- 나프토퀴논디아지드 4-술폰산 에스테르계 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 바람직한 광 산 발생제의 예를 구체적으로 예를 들면, 4-히드록시나프틸디메틸술포늄트리플레이트(트리플로오로메탄술포네이트라고도 함), 4,8-디히드록시나프틸디메틸술포늄트리플레이트(트리플로오로메탄술포네이트라고도 함), 4,7-디히드록시나프틸디메틸술포네니트(트리플로오로메탄술포네이트라고도 함), 1,8-나프탈이미딜트리플레이트(트리플로오로메탄술포네이트라고도 함), 1, 8-나프탈이미딜 토실레이트(트리엔술포네이트라고도 함), 1, 8-나프탈이미딜메실레이트(메탄술포네이트라고도 함), 비스(페닐술포닐) 디아조메탄, 비스(4-클로로페닐술포닐) 디아조메탄, 비스(2, 4-디메틸페닐술포닐) 디아조메탄, 4-메톡시-α-토실옥시이미노페닐아세토니트릴 또한 2,1-나프토퀴논디아지드-4-술폰산 에스테르 화합물로서 피로/갈롤 에스테르체, 몰식자 산 에스테르체를 이용할 수 있다.
또한, 광 조사에는 바람직하게 Hg 램프의 g선 또는 i선, 또는 KrF 액시머 레이저를 사용할 수 있다.
또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 유기막의 형성 재료의 용액으로서는, 바람직하게는, 순수한 물, 또는 레지스트 패턴을 용해하지 않을 정도의 순수한 물과 유기 용매와의 혼합 용매를 이용할 수 있다.
또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 유기막 내에 테트라메암모늄히드로옥사이드, 에탄올아민 및 암모니아 등의 유기 염기성 성분을 첨가함으로써, 유기막의 성막성 향상 또는 산확산 길이의 억제를 도모할 수 있다.
이 유기 염기성 성분으로서는, 바람직하게는 테트라메틸암모늄히드로옥사이드, 에탄올아민 및 암모니아 중 어느 하나를 이용할 수 있다.
또한, 유기막 중에 계면 활성제를 첨가하고, 유기막의 성막성을 향상시킬 수 있다.
또한, 제1 실시예와 마찬가지로, 알칼리 현상액으로서는 바람직하게 테트라메틸암모늄히드로옥사이드의 1 내지 5wt% 알칼리수용액, 또는 이 알칼리 수용액에 10wt% 이하의 알콜을 첨가한 것을 이용할 수 있다.
다음으로, 유기막(9)을 열 처리하여 레지스트 패턴(6)의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키는 메카니즘은 제1 실시예에서 설명한 부분과 동일하기 때문에, 중복한 설명은 생략한다.
이상 설명한 바와 같이, 이 실시예에서는 우선 반도체 기판 상에 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트에 의한 통상의 포토리소그래피에 의해 레지스트 패턴을 형성한다. 다음에, 상기 패턴 상에 광 조사에 의해 산을 발생하는 유기막, 즉 광 산 발생제를 포함하는 유기막을 도포하고, 이것에 광 조사하여 산을 발생시킨다. 그리고, 열 처리에 의해 발생한 산을 레지스트 패턴 내에 확산시키고, 또한 그 산 촉매 작용으로 레지스트 패턴(레지스트 잔여 부분)의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키도록 열처리를 행한다. 그 후, 상기 유기막과 상기 가용화층을 알칼리 현상액으로 박리함으로써, 당초 형성된 레지스트 패턴(레지스트 잔여 부분)을 가늘게 할 수 있다.
또한, 광 조사 시에 포토마스크를 사용하여 선택적으로 노광함으로써, 레지스트 패턴(레지스트 잔여 부분)을 선택적으로 가늘게 할 수 있다.
(제3 실시예)
도 4는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법, 구체적으로는 미세 레지스트 패턴의 형성 방법을 설명하기 위한 도면으로, 레지스트 패턴의 형성 방법의 각 공정을 나타내는 부분 상면도이다.
도 4를 참조하여, 우선 스텝 1 및 스텝 2는 제2 실시예와 마찬가지기 때문에, 중복 설명을 생략한다.
다음으로 스텝 3에 있어서, 상기 0.25㎛ 폭 L/S의 레지스트 패턴(6)에 대해, 선폭을 가늘게 하고 싶은 부분만 개구(10a)를 갖는, 원하는 패턴을 포함하는 포토마스크(10)를 이용하여, 유기막(9)에 대해 Hg 램프의 i선에 의해 200 내지 1000mJ/㎠의 광 조사를 수행한다.
이 실시예에서는, 도시한 스텝 3의 중앙부 수평 방향의 띠 형상 부분(10a)을 광 조사하고, 그 양 사이드의 띠 형상 부분은 광 차폐를 한다. 이 노광 처리에 의해 노광된 부분에만 선택적으로 염산 성분이 생성된다.
다음으로 스텝 4에 있어서, 제2 실시예와 마찬가지로 열 처리를 행하고, 레지스트 패턴(6)의 표면에 가용화층(11)을 형성한다.
다음으로 스텝 5에 있어서, 제2 실시예와 마찬가지로 유기막(9)과 가용화층(11)을 알칼리 현상액으로 제거한다.
결과로서 유기막(9)의 노광된 부분에 접촉하는 레지스트 패턴(6: 레지스트 잔여 부분)의 치수만이 0.1㎛ 후퇴하고, 부분적으로 선폭이 가늘게 된 부분(12a)을 갖는 레지스트 패턴(12)을 형성할 수 있다.
이 제3 실시예와 앞의 제2 실시예는, 광 조사하는 마스크의 패턴이 다르고, 생성하는 레지스트 패턴이 다르지만, 프로세스와 그 효과는 마찬가지이기 때문에, 이 이상의 중복 설명은 생략한다.
다음으로, 실시예1 내지 3의 방법에 의해 형성한 레지스트 패턴을 이용하여 반도체 장치를 제조하는 공정에 대해 설명한다.
제1 예로서, 도 5a는 반도체 기판(2) 상에 절연막(13)을 형성하고, 그 위에 폴리실리콘막 또는 알루미늄막 등의 도전막(14)을 형성하고, 이 도전막(14) 상에 제1 실시예의 방법에 의해 레지스트 패턴(8)을 형성한 상태를 나타내고 있다.
도 5b에 도시한 바와 같이, 이 웨이퍼(1)의 도전막(14)을 레지스트 패턴(8)을 통해 에칭함으로써, 선폭이 노광 파장보다 좁은, 가는 배선 패턴(14a)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 선폭이 0.15㎛인 배선 패턴을 안정적으로 형성할 수 있다.
제2 예로서, 도 6a는 반도체 기판(1) 상에 절연막(13)을 형성하고, 그 위에 폴리실리콘막 또는 알루미늄막 등의 도전막(14)을 형성하고, 이 도전막(14) 상에 제2 실시예의 방법에 의해 레지스트 패턴(8과 6)을 형성한 상태를 나타내고 있다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 이 웨이퍼(1)의 도전막(14)을 레지스트 패턴(8 및 6)을 통해 에칭함으로써, 예를 들면, 선폭이 0.15㎛ 정도인 선폭이 가는 배선 패턴(14a)과, 예를 들면 선폭이 0.25㎛인 통상의 선폭의 배선 패턴(14b)을 형성할 수 있다.
제3 예로서, 도 7a는 반도체 기판(1) 상에 절연막(13)을 형성하고, 그 위에 폴리실리콘막 또는 알루미늄막 등의 도전막(14)을 형성하고, 이 도전막(14) 상에 제3 실시예의 방법에 의해 레지스트 패턴(12a)을 형성한 상태를 나타내고 있다.
다음으로, 도 7b에 도시한 바와 같이 이 웨이퍼(1)의 도전막(14)을 레지스트 패턴(12a)을 통해 에칭함으로써 부분적으로 선폭이 가는 배선 패턴(14a)을 형성할 수 있다. 또한, 그 다음에 도 7c에 도시한 바와 같이, 층간 절연막(15)을 형성하고, 이 층간 절연막(15) 중에서 가늘게 된 2개의 배선 패턴(14a) 사이에 수직으로 신장하는 도전 플러그(16a)가 형성되어, 층간 절연막(15) 상에 형성된 배선(16b)과 접속하고 있다. 이 예를 반도체 메모리에 적용하면, 배선 패턴(14a)은 워드선이 되고, 배선(16b)은 비트선이 된다.
이상 설명한 도 5 내지 도 7의 공정 후, 반도체 제조 공정은 계속되지만, 이것은 종래부터 알려져 있는 방법이므로 그 설명은 생략한다.
이상과 같은 방법에 의해, 노광 파장의 한계를 초월한 선폭의 미세한 패턴을 갖는 반도체 장치를 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 산의 확산 및 레지스트의 분해 등의 화학 메카니즘에 의한 레지스트 수식에 의해, 노광 파장의 한계를 넘은 미세 레지스트 패턴을 안정적으로 형성할 수 있다.
또한, 이와 같이 형성한 레지스트 패턴을 이용하여, 도전막·절연막을 막론하고, 노광 파장의 한계를 넘은 미세 패턴을 안정적으로 형성할 수 있고, 그와 같은 미세 패턴을 갖는 반도체 장치를 형성할 수 있다.
또한, 적당한 노광 마스크를 통해 노광함으로써, 미세 패턴의 형성을 선택적으로 행할 수 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 기판 상에 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정;
    상기 레지스트 패턴을 포함하는 상기 반도체 기판의 표면에 산성 성분을 함유하는 유기막을 형성하는 공정;
    상기 유기막을 열처리하여 상기 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키는 공정; 및
    상기 열 처리 후의 유기막과 상기 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 의해 제거하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  2. 반도체 기판 상에 산 촉매 화학 증폭 포지티브형 레지스트를 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정;
    상기 레지스트 패턴을 포함하는 상기 반도체 기판의 표면에 광 조사에 의해 산을 발생하는 유기막을 형성하는 공정;
    상기 유기막에 광 조사하여 산을 발생시키고 열처리하여 상기 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 가용화시키는 공정; 및
    상기 광 조사 후에 상기 유기막과 상기 레지스트 패턴의 표면층을 알칼리 현상액에 의해 제거하는 공정
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  4. 제2항에 기재된 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조된 것으 특징으로 하는 반도체 장치.
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