KR100390991B1 - 반도체소자의 감광막패턴 형성방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체소자의 감광막패턴 형성방법에 관한 것으로, 화학증폭형 감광막(chemically amplified resist)을 사용하여 패턴을 형성하는 경우 피식각층 상에 감광막을 도포하고 상기 감광막의 표면을 붕소화합물으로 표면 처리하여 별도의 화학 필터에 의한 독립 공조없이 감광막 표면에 흡착되어 있는 암모니아 또는 NMP(N-Methyl-2-pyrrolidone)가 감광막 내의 H+와 반응하는 것을 억제하여 감광막패턴에 티-탑(T-top)현상이 발생하는 것을 방지함으로써 패턴의 재현성을 향상시키고, 그에 따른 반도체소자의 미세화 및 공정 안정성을 향상시키는 기술이다.

Description

반도체소자의 감광막패턴 형성방법{Forming method for photoresist pattern of semiconductor device}
본 발명은 반도체 소자의 감광막패턴 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게 붕소화합물을 이용하여 암모니아 오염(contamination)에 의해 발생하는 감광막패턴의 티-탑(T-top)현상을 방지하는 반도체소자의 감광막패턴 형성방법에 관한 것이다.
반도체소자의 제조공정에서 초 미세패턴을 형성하기 위하여, 근래에는 KrF(248㎚), ArF(193㎚) 또는 EUV와 같은 화학증폭성인 원자외선(DUV : deep ultra violet)영역의 광원을 사용하는 리소그래피공정에 적합한 화학증폭형 감광막이 각광을 받고 있다.
상기와 같은 감광막은 주로 광산발생제(photo acid generator, PAG)와 산에 민감하게 반응하는 구조의 감광막용 중합체를 배합하여 제조된다.
그러나, 상기 화학증폭형 감광막은 광산발생제에 의해 생성된 H+가 감광막 표면에 흡착된 암모니아나 NMP(N-methylpyrrolidon) 등과 산, 염기 반응을 일으켜 약산을 변해 티-탑(T-top) 형태의 프로파일(profile)을 형성하거나, 기판으로 사용되는 SiN, TiN, SiON 등의 표면에 존재하는 -NH2기와 반응하여 약산으로 변해서 패턴의 풋팅(footing)을 유발하는 문제점이 있다.
특히, 패턴의 티-탑현상은 식각프로파일에 직접적인 영향을 미칠 포토리소그래피(photolithography) 공정 중 임계치수(critical dimension) 측정에 난점으로 작용하여 공정의 신뢰성(reliability) 측면에서 큰 문제가 되었다. 심각한 경우에는 티-탑현상으로 인해 탑-다운(top-down) SEM을 이용하여 패턴을 관찰할 경우 전혀 패터닝이 안된 것으로 보이기도 한다.
도 1a 및 도 1b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법을 도시한 단면도로서, 피식각층(13)이 적층되어 있는 반도체기판(11) 상부에 도포된 감광막(15)의 표면에 흡착된 암모니아(NH3)나 NMP에 의해 광산발생제로부터 생성된 산(H+)이 약산(NH4 +)으로 변환됨으로인해 티-탑현상을 야기하는 것을 도시한다.
그리고, 도 2 는 종래기술에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법에 의해 티-탑(T-top)이 형성된 감광막패턴의 SEM사진이다.
상기한 바와 같이 종래기술에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법은 감광막패턴 형성 시 발생하는 티-탑현상을 제거하기 위해서 감광막의 특성을 변화시키거나, 베이크(bake)공정을 변화시키는 등의 노력을 기하였으나 궁극적인 해결책은 되지 못하였다. 또한, 화학증폭형 감광막을 사용하는 공정의 경우 트랙(track)과 노광 시스템을 특별히 제작된 화학 필터(chemical filter)를 통해 독립 공조하고 있는 실정이나, 비용이 상당히 많이 소모될 뿐만 아니라 항시 시스템을 모니터링(monitoring)해야 하는 단점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 루이스 산(Lewis acid)으로 작용할 수 있는 붕소화합물을 이용하여 감광막의 표면을 처리함으로써 공기 중에 존재하는 암모니아나 NMP가 감광막의 표면을 오염시키는 경우 붕소-질소 결합을 통해 암모니아나 NMP에 의해 발생하는 티-탑 현상을 방지하여 패턴의 재현성을 향상시키고, 그에 따른 반도체소자의 고집적화 및 미세화를 가능하게 하는 반도체소자의 감광막패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1a 및 도 1b 는 종래기술에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법을 도시한 단면도.
도 2 는 종래기술에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법에 의해 티-탑(T-top)이 형성된 감광막패턴의 SEM사진.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법을 도시한 단면도.
도 4 는 본 발명에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법에서 붕소화합물을 첨가하여 붕소-질소 결합을 통해 티-탑이 방지된 감광막패턴의 SEM 사진.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
11, 31 : 반도체기판 13, 33 : 피식각층
15, 35 : 감광막
이상의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법은,
반도체 기판 상부에 피식각층을 형성하는 공정과,
상기 피식각층 상부에 감광막을 도포하는 공정과,
상기 감광막을 붕소화합물로 표면 처리하는 공정과,
상기 감광막을 노광 및 현상공정으로 패터닝하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b 는 본 발명에 따른 반도체소자의 감광막패턴 형성방법을 도시한 단면도이다.
먼저, 반도체기판(31) 상부에 피식각층(33)을 형성한다. 상기 피식각층(33)은 절연막 또는 도전층 등의 박막이 사용될 수 있다.
다음, 상기 피식각층(33) 상부에 감광막(35)을 도포한다. 상기 감광막(35)의 표면은 공기 중에 포함된 암모니아 또는 NMP 등이 흡착되어 있다.
그 다음, 상기 감광막(35)의 표면을 암모니아와 루이스 산/베이스(Lewis acid/베이스)결합이 용이하고, 광산발생제에 의해 생성된 H+산성에서도 결합이 깨지지 않는 루이스 산중에서 융점이 낮은 붕소화합물을 이용하여 표면 처리한다. 이때, 상기 붕소화합물은 기체상태 또는 액체상태로서, 트리에틸보란 (triethylboran), 트리-n-프로필보란(tri-n-propylboran), 트리-i-프로필보란(tri-i-propylboran), 트리-n-부틸보란(tri-n-butylboran), 트리페닐보란 (triphenylboran), 트리프루오로보란(trifluoroboran), 트리클로로보란 (trichloroboran), 트리브로모보란(tribromoboran) 또는 분자량 300이하의 트리알킬보란(trialkylboran)을 이용할 수 있다. 상기 붕소화합물을 이용한 표면 처리공정에 의해 붕소-질소 결합(NH3:BR3, R은 알킬기)이 생성되어 광산발생제에 의해 생성된 H+를 공기중의 암모니아 또는 NMP로부터 보호할 수 있다. (도 3a 및 도 3b 참조)
그 후, 노광 및 현상공정을 실시하여 티-탑현상이 발생되지 않는 감광막패턴을 형성한다.
도 4 는 감광막의 표면을 붕소화합물을 이용하여 표면 처리한 후 형성된 감광막패턴의 SEM 사진으로서, 티-탑 현상이 없는 프로파일을 얻은 것을 나타낸다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 화학증폭형 감광막(chemically amplified resist)을 사용하여 패턴을 형성하는 경우 피식각층 상에 감광막을 도포하고 상기 감광막의 표면을 붕소화합물으로 표면 처리하여 별도의 화학 필터에 의한 독립 공조없이 감광막 표면에 흡착되어 있는 암모니아 또는 NMP가 감광막 내의H+와 반응하는 것을 억제하여 감광막패턴에 티-탑(T-top)현상이 발생하는 것을 방지함으로써 패턴의 재현성을 향상시키고, 그에 따른 반도체소자의 미세화 및 공정 안정성을 향상시키는 이점이 있다.

Claims (3)

  1. 반도체 기판 상부에 피식각층을 형성하는 공정과,
    상기 피식각층 상부에 감광막을 도포하는 공정과,
    상기 감광막을 트리에틸보란(triethylboran), 트리-n-프로필보란(tri-n-propylboran), 트리-i-프로필보란(tri-i-propylboran), 트리-n-부틸보란(tri-n-butylboran), 트리페닐보란(triphenylboran), 트리프루오로보란(trifluoroboran), 트리클로로보란(trichloroboran), 트리브로모보란(tribromoboran) 및 분자량 300이하의 트리알킬보란(trialkylboran)으로 이루어지는 군에서 임의로 선택된 하나의 붕소화합물로 표면 처리하는 공정과,
    상기 감광막을 노광 및 현상공정으로 패터닝하는 공정을 포함하는 반도체 소자의 감광막패턴 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 붕소화합물은 기체상태 또는 액체상태인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 감광막패턴 형성방법.
  3. 삭제
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