KR100468824B1 - Method to remove photoresist on the patterned Ti thin film for single electron transistor - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for removing a photoresist layer for fabricating a single electron device is provided to obtain a photoresist-free titanium thin film by removing a photoresist layer by an oxygen plasma ashing process and by eliminating titanium oxide having reacted with oxygen while using sulphuric acid. CONSTITUTION: An ashing process is performed in an oxygen plasma atmosphere at a temperature of 200 deg.C to eliminate a photoresist layer for forming a titanium thin film pattern. The photoresist remaining on the titanium thin film pattern exposed after the oxygen plasma ashing process and the titanium oxide generated by the oxygen plasma are etched by a wet etch process.

Description

단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법{Method to remove photoresist on the patterned Ti thin film for single electron transistor}Method to remove photoresist on the patterned Ti thin film for single electron transistor}

본 발명은 티타늄을 이용한 단일 전자 트랜지스터의 제조 공정 중 감광막 제거 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of removing a photoresist in the manufacturing process of a single electron transistor using titanium.

도 1은 일반적인 단일 전자 트랜지스터의 구조를 보여주는 평면도이고, 도 2는 도 1의 단일 전자 트랜지스터를 A-A'라인을 따라 절개한 부분의 모습을 보여주는 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 단일 전자 트랜지스터는 일반적으로 Ti 등의 금속 패턴 혹은 반도체 패턴을 이용하여 제조된다. 즉, Ti 금속 패턴의 경우, SiO2/Si 기판(10) 위에 50Å의 두께의 박막을 증착한다. 이 티타늄 박막 상에 감광막 (photoresist)을 도포한 후, 마스크를 이용하여 노광한 다음 현상하여 식각용 패턴을 형성한다. 다음에 이 식각용 포토레지스트 패턴 사용하여 습식이나 건식 식각법으로 티타늄 박막에 패턴을 형성시킨다. Ti 등의 금속을 증착하여 패터닝한 금속 박막 패턴(1, 2, 4)의 일정 영역을 산화시켜 형성된 터널 장벽 영역(5)을 형성하여 소스(1), 드레인(2), 게이트(3) 및 아일런드(4)를 형성함을써 단일 전자 트랜지스터의 기본 구조를 형성한다. 여기에, 각각 Au 전극들(1',2',3')을 각각 형성하면 단일 전자 트랜지스터가 완성된다. 이와 같이, 단일 전자 트랜지스터의 아일런드(4)를 구분짓기 위해서는 메탈 패턴 영역의 국소 영역을 스캐닝 프로브 마이크로스코피 리소그래피(Scanning Probe Microscopy(SPM) lithography)를 이용하여 산화시켜 터널 장벽(5)을 형성한다. 그러나 종래의 단일 전자 트랜지스터의 박막 재료로는 주로 티타늄 박막이 사용되었기 때문에 티타늄 박막 패턴 형성 후 티타늄 박막 위의 감광막을 제거하여야 하나 티타늄 금속의 물질적인 특성 때문에 감광막을 완전히 제거할 수 없는 문제점이 있었다. 이는 티타늄(Ti)의 물질 친화력으로 인하여 다른 물질과의 반응성이 좋기 때문이다.FIG. 1 is a plan view illustrating a structure of a typical single electron transistor, and FIG. 2 is a vertical cross-sectional view illustrating a portion of the single electron transistor of FIG. 1 taken along line AA ′. As shown, a single electron transistor is generally manufactured using a metal pattern or semiconductor pattern such as Ti. That is, in the case of the Ti metal pattern, a thin film having a thickness of 50 μs is deposited on the SiO 2 / Si substrate 10. After the photoresist is applied onto the titanium thin film, it is exposed using a mask and then developed to form an etching pattern. Next, a pattern is formed on the titanium thin film by wet or dry etching using this etching photoresist pattern. A tunnel barrier region 5 formed by oxidizing a predetermined region of the metal thin film patterns 1, 2, and 4 patterned by depositing a metal such as Ti is formed to form a source 1, a drain 2, a gate 3, By forming the island 4, the basic structure of a single electron transistor is formed. Here, forming Au electrodes 1 ', 2', and 3 ', respectively, completes a single electron transistor. As such, in order to distinguish the island 4 of the single electron transistor, the local region of the metal pattern region is oxidized using Scanning Probe Microscopy (SPM) lithography to form the tunnel barrier 5. . However, since a thin film of a conventional single electron transistor is mainly used as a thin film of titanium, the photoresist on the titanium thin film must be removed after forming the titanium thin film pattern. This is because the reactivity with other materials is good due to the material affinity of titanium (Ti).

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 티타늄 박막 패턴 형성을 위한 포토리소그래피 공정이 끝난후 티타늄 박막 패턴 상에 남게되는 감광막의 제거를 용이하게 하여 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was devised to improve the above problems, and after the photolithography process for forming the titanium thin film pattern, the photosensitive film removing method for fabricating a single electronic device by facilitating the removal of the photosensitive film remaining on the titanium thin film pattern. The purpose is to provide.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법은, (가) 티타늄 박막 패턴 형성을 위하여 형성된 상기 포토레지스트막을 제거하기 위하여 200℃에서 산소 플라즈마로 애슁하는 단계; 및 (나) 황산 수용액으로 상기 산소 플라즈마 애슁 공정 이후 드러난 티타늄 박막 패턴 상에 잔존하는 포토레지스트 및 상기 산소 플라즈마에 의해 생성된 티타늄 산화물을 식각하여 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of removing a photoresist film for fabricating a single electronic device according to the present invention includes: (A) annealing with oxygen plasma at 200 ° C. to remove the photoresist film formed for forming a titanium thin film pattern; And (b) etching and removing the photoresist remaining on the titanium thin film pattern exposed after the oxygen plasma ashing process and the titanium oxide generated by the oxygen plasma with an aqueous sulfuric acid solution.

본 발명에 있어서, 상기 (나)단계에서 상기 습식식각법은 식각액으로 H2O:H2SO4=(1~100):1의 비율의 황산 수용액을 사용하는 것이 바람직하다.In the present invention, in the step (b), the wet etching method may preferably use an aqueous sulfuric acid solution in a ratio of H 2 O: H 2 SO 4 = (1 to 100): 1 as an etching solution.

이하 본 발명에 따른 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of removing a photoresist film for fabricating a single electronic device according to the present invention will be described in detail.

본 발명은 금속 패턴을 이용한 단일 전자 소자를 제작함에 있어서, 패턴으로 사용되는 티타늄 박막의 패턴형성 후 감광막을 제거하기 위하여 O2 플라즈마 애슁(plasma ashing) 공정을 실시하고, 이 산소 플라즈마 애슁 공정에 의한 티타늄 산화물 등의 부산물을 제거하기 위하여 황산 수용액 등을 이용한 습식 식각법을 시행하는 점에 특징이 있다. 이러한 감광막을 완벽하게 제거하기 위한 식각법을 중심으로하는 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법을 도 3a 내지 도 3e를 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.According to the present invention, in the fabrication of a single electronic device using a metal pattern, an O 2 plasma ashing process is performed to remove a photoresist after pattern formation of a titanium thin film used as a pattern. In order to remove by-products such as titanium oxide, it is characterized in that a wet etching method using an aqueous solution of sulfuric acid is performed. The photoresist removal method for fabricating a single electronic device based on an etching method for completely removing the photoresist is described in detail with reference to FIGS. 3A to 3E.

먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, SiO2/Si 기판(10) 상에 단일 전자 트랜지스터형성용 티타늄 박막 패턴을 형성하기 위하여, 티타늄을 증착하여 티타늄 박막(20)을 형성하고, 그 위에 포토레지스트(30)를 도포한다. 이 때 포토레지스트는 1000-4000rpm으로 회전하는 기판에 HMDS와 PR AZ1512를 떨어뜨려 도포한다.First, as shown in FIG. 3A, in order to form a titanium thin film pattern for forming a single electron transistor on the SiO 2 / Si substrate 10, titanium is deposited to form a titanium thin film 20, and a photoresist thereon. Apply 30. At this time, the photoresist is applied by dropping HMDS and PR AZ1512 on a substrate rotating at 1000-4000 rpm.

다음에, 100℃에서 90초 동안 프리베이킹(prebaking)한 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 100mJ/㎠ 정도의 자외선에 노출(Exposure)하고, AZ500MIF로 1분간 현상하여 포토레지스트 패턴(30')을 형성한다.Next, after prebaking at 100 ° C. for 90 seconds, as shown in FIG. 3B, exposure to ultraviolet rays of about 100 mJ / cm 2 and development for 1 minute with AZ500MIF were performed to form the photoresist pattern 30 ′. ).

다음에, 포토레지스트 패턴(30')을 120℃ 온도에서 90초 동안 하드베이킹(hardbaking)한 다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(30')을 이용하여 Ar/C2F6/Cl2 에챈트로 티타늄 박막(20)을 식각함으로써 티타늄 박막 패턴(20')을 형성한다.Next, the photoresist pattern 30 'is hardbaked at a temperature of 120 ° C. for 90 seconds, and then Ar / C 2 F 6 is formed using the photoresist pattern 30' as shown in FIG. 3C. The titanium thin film 20 is etched with / Cl 2 enchantment to form the titanium thin film pattern 20 ′.

다음에, 도 3d에 도시된 바와 같이, 200℃에서 산소 플라즈마(O2 Plasma)로 애슁(ashing) 공정을 실시하여 대부분의 포토레지스트 패턴(30')을 제거한다. 이 때 티타늄이 산소와 반응을 일으킬 수 있도록 충분한 산소를 공급하여 감광막을 벗겨낸다. 이 애슁 공정에 의해 티타늄 박막 패턴이 드러나게 되면, 티타늄과 산소가 반응하게 되어 티타늄 박막 패턴의 표면에는 티타늄 산화물 등의 부산물(20a)이 생성된다.Next, as shown in FIG. 3D, an ashing process is performed with an oxygen plasma (O 2 Plasma) at 200 ° C. to remove most of the photoresist pattern 30 ′. At this time, the photosensitive film is peeled off by supplying enough oxygen so that titanium reacts with oxygen. When the titanium thin film pattern is exposed by the ashing process, titanium and oxygen react to generate by-products 20a such as titanium oxide on the surface of the titanium thin film pattern.

다음에, 도 3e에 도시된 바와 같이, H2O:H2SO4=(1~100):1이 되는 식각액을 이용하는 습식식각을 행하면 잔존하는 포토레지스트 및 티타늄 산화물 등의 부산물이 완전이 제거된다.Next, as shown in FIG. 3E, when wet etching is performed using an etchant such that H 2 O: H 2 SO 4 = (1 to 100): 1, residual by-products such as photoresist and titanium oxide are completely removed. do.

다음에, 헹구기 및 건조(Rinsing and drying) 공정을 시행한 다음, 형성된 티타늄 박막 패턴 위에 주사 탐침 현미경(scanning probe microscope)을 이용하여 미세 금속 산화물(TiOX)을 형성시켜 터널 장벽(tunnel barrior)(5)으로 이용한다.Next, a rinsing and drying process is performed, and then a fine metal oxide (TiO X ) is formed on the formed titanium thin film pattern using a scanning probe microscope to obtain a tunnel barrior ( Use 5).

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법은 티타늄의 물질 친화력으로 인하여 생기는 감광막 제거의 어려움을 해결하기 위해 산소 플라즈마 애슁(plasma ashing) 공정을 이용하여 감광막을 제거하고, 산소와 반응을 일으킨 산화 티타늄은 황산을 이용하여 제거함으로써 포토레지스트가 남지않은(photoresist-free) 티타늄 박막을 얻을 수 있다.As described above, the method of removing the photoresist for fabricating a single electronic device according to the present invention removes the photoresist using an oxygen plasma ashing process to solve the difficulty of removing the photoresist due to the material affinity of titanium. Titanium oxide reacted with oxygen is removed using sulfuric acid to obtain a photoresist-free titanium thin film.

도 1은 일반적인 단일 전자 트랜지스터의 구조를 보여주는 평면도이고,1 is a plan view showing the structure of a typical single electron transistor,

도 2는 도 1의 단일 전자 트랜지스터를 A-A'라인을 따라 절개한 부분의 모습을 보여주는 수직 단면도이며,FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a portion of the single electron transistor of FIG. 1 taken along line AA ′,

그리고 도 3a 내지 도 3e는 본 발명에 따른 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 단계를 포함하는 소자 제작 단계별 공정 후의 수직 단면도이다. 3A to 3E are vertical cross-sectional views after a device fabrication step-by-step process including removing a photoresist film for fabricating a single electronic device according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1. 소스 2. 드레인1. Source 2. Drain

3. 게이트 4. 아일런드3. Gate 4. Island

1', 2',3'. Au 전극1 ', 2', 3 '. Au electrode

Claims (4)

(가) 티타늄 박막 패턴 형성을 위하여 형성된 상기 포토레지스트막을 제거하기 위하여 산소 플라즈마로 200℃에서 애슁하는 단계; 및(A) ashing at 200 ° C. with an oxygen plasma to remove the photoresist film formed for forming the titanium thin film pattern; And (나) 습식 식각법으로 상기 산소 플라즈마 애슁 공정 이후 드러난 티타늄 박막 패턴 상에 잔존하는 포토레지스트 및 상기 산소 플라즈마에 의해 생성된 티타늄 산화물을 식각하여 제거하는 단계;를 (B) etching and removing the photoresist remaining on the titanium thin film pattern exposed after the oxygen plasma ashing process by a wet etching method and the titanium oxide generated by the oxygen plasma; 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법.Method of removing the photoresist for manufacturing a single electronic device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (가) 단계 이전에 티타늄 박막을 패터닝하기 위하여 상기 티타늄 박막 상에 바로 포토레지스트를 도포하는 단계; 및 상기 도포된 포토레지스트를 노광하고 형상하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법.Applying a photoresist directly on the titanium thin film to pattern the titanium thin film before step (a); And exposing and shaping the coated photoresist; and removing the photoresist film for manufacturing a single electronic device. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (나) 단계에서 상기 습식식각법은 식각액으로 황산 수용액을 이용하는 것을 특징으로 하는 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법.In the step (b), the wet etching method is a photoresist removing method for fabricating a single electronic device, characterized in that using an aqueous solution of sulfuric acid as an etchant. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 황산 수용액은 H2O:H2SO4=(1~100):1의 비율을 만족하는 것을 특징으로 하는 단일 전자 소자 제작을 위한 감광막 제거 방법.The aqueous solution of sulfuric acid is H 2 O: H 2 SO 4 = (1 ~ 100): the photosensitive film removal method for manufacturing a single electronic device, characterized in that the ratio of 1.
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