KR100586165B1

KR100586165B1 - 바닥 반사 방지 코팅 방법

Info

Publication number: KR100586165B1
Application number: KR1020030100491A
Authority: KR
Inventors: 최용준
Original assignee: 동부일렉트로닉스 주식회사
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2003-12-30
Publication date: 2006-06-07
Also published as: US7335585B2; KR20050068727A; US20050142855A1

Abstract

본 발명은 바닥 반사 방지 코팅 방법에 관한 것으로, 유전막과 비아에 대하여 흡광물질을 1% 내지 60%, 발색단(chromophore)을 1% 내지 30%, 가교제(Cross-linker)을 1% 내지 30%, 용매를 1% 내지 90%, 계면활성제를 0.001% 내지 10%로 혼합하여 만든 제1 혼합물을 도포하여 제1 코팅막을 형성한 후 40℃ 내지 300℃로 열처리를 수행하는 과정과; 상기 제1 코팅막 상에 산 확산 물질(Acid diffusion material)을 1% 내지 60%, 산을 1% 내지 20%, 용매를 1% 내지 90%, 계면활성제를 0.001% 내지 10%로 혼합하여 만든 제2 혼합물을 도포하여 제2 코팅막을 형성한후 40℃ 내지 300℃로 열처리를 수행하여 상기 제1 코팅막 상에 가교 영역을 형성하는 과정과; DI 워터를 이용하여 세정하여 상기 제2 코팅막을 제거하고 건조시키는 과정을 포함하여 구성된다.

본 발명은 반도체 제조시에 이루어지는 듀얼 다마신 공정에서 트랜치 포토레지스트 패터닝을 수행하는 경우 바닥 반사 방지 코팅 물질이 비아에 완전히 채워지게 하여 비아에서의 보이드 발생을 제거함으로써 트랜치 형성시에 팬스의 생성을 방지함과 아울러 해당 바닥 반사 방지 코딩 면의 평탄도를 향상시키게 된다.

Description

바닥 반사 방지 코팅 방법{bottom anti-reflective coating method}

도1a 내지 도1d는 종래의 바닥 반사 방지 코팅을 도시한 공정 단면도.

도2a 내지 도2f는 본 발명에 따른 바닥 반사 방지 코팅을 도시한 공정 단면도.

도3은 본 발명에서의 가교 메카니즘(cross linking mechanism)을 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

20; 반도체 기판 21; 금속층

22; 층간 절연막 23; 유전막

25; 제1 코팅막 26; 제2 코팅막

27; 가교 영역

본 발명은 반도체 제조시에 이루어지는 바닥 반사 방지 코팅(BARC; bottom anti-reflective coating)에 관한 것으로, 특히 반도체 제조시에 이루어지는 듀얼 다마신 공정(dual damascene process)에서 트랜치 포토레지스트 패터닝을 수행하는 경우 바닥 반사 방지 코팅 물질이 비아(Via)에 완전히 채워지게 하여 비아에서의 보이드(Void) 발생을 제거함으로써 팬스(frnse)의 형성을 방지함과 아울러 해당 바닥 반사 방지 코딩 면의 평탄도를 향상시키도록 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체의 집적도를 증가함에 따라 양호한 전기적 특성을 얻기 위하여 구리를 이용하여 금속 배선을 하고 있는데, 기존의 식각 공정으로는 구리막의 식각이 매우 어렵기 때문에 듀얼 다마신 공정을 적용하여 반도체 소자를 제조한다.

종래에는 듀얼 다마신 공정에서 바닥 반사 방지 코팅을 이용하여 트랜치 패터닝 공정을 진행하는 경우에 도1a 내지 도1d에 도시된 바와 같이 진행한다. 먼저, 도1a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(SB)상에 구리로 이루어지 금속층(1)을 형성하고, 해당 금속층(1) 상에 질화실리콘으로 이루어진 층간 절연막(2)을 형성하고, 해당 층간 절연막(2) 상에 유전체로 이루어진 유전막(3)을 형성한 후, 유전막(3) 상에 비아(Via) 형성을 위한 패터닝 작업 및 식각을 수행하여 해당 유전막(3)의 사이에 비아(4)를 형성한다. 그리고, 도1b에 도시된 바와 같이 유전막(3)과 비아(4)에 대하여 아크릴레이트계(Acrylate) 폴리머(Pendent group; Antracene계의 발색단과 수산화기), 가교제(Cross-linker), 계면활성제, TAG(Thermal acid generator) 및, 용매(PGMEA, PGME, EL, NBA)로 구성된 혼합물을 코팅함으로써 바닥 반사 방지 코팅막(5)을 형성하고, 도1c에 도시된 바와 같이 해당 바닥 반사 방지 코팅막(5) 상에 트랜치 형성을 위한 포토레지스트 패터닝을 수행하여 포토레지스트 패턴(7)을 형성한 후, 식각을 시행하여 도1d와 같이 트랜치를 형성한다.

그런데, 상술한 종래의 기술에서는 코팅을 위한 혼합물을 비아(4)에 채우는 경우 완전히 채워지지 않아서 도1b와 같이 보이드(6)가 발생되므로 차후에 트랜치를 형성하면 도 1d와 같이 해당 트랜치 내부에 팬스(9; fense)가 발생하는 문제점이 있고, 유전막(3) 상에 형성되는 바닥 방사 방지 코팅막(5)의 표면이 평탄하지 못하게 되어 트랜치 패턴이 기울어지거나 트랜치를 균일하게 형성할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 반도체 제조시에 이루어지는 듀얼 다마신 공정에서 트랜치 포토레지스트 패터닝을 수행하는 경우 바닥 반사 방지 코팅 물질이 비아에 완전히 채워지게 하여 비아에서의 보이드 발생을 제거함으로써 팬스의 형성을 방지함과 아울러 해당 바닥 반사 방지 코딩 면의 평탄도를 향상시키도록 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법을 제공하는데 있다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 듀얼 다마신 공정(dual damascene process)에서 트랜치 포토레지스트 패터닝을 수행하는 경우에 바닥 반사 방지 코팅막을 형성하기 위한 바닥 반사 방지 코팅 방법에 있어서, 유전막과 비아에 대하여 흡광물질을 1% 내지 60%, 발색단(chromophore)을 1% 내지 30%, 가교제(Cross-linker)을 1% 내지 30%, 용매를 1% 내지 90%, 계면활성제를 0.001% 내지 10%로 혼합하여 만든 제1 혼합물을 도포하여 제1 코팅막을 형성한 후 40℃ 내지 300℃로 열처리를 수행하는 과정과; 상기 제1 코팅막 상에 산 확산 물질(Acid diffusion material)을 1% 내지 60%, 산을 1% 내지 20%, 용매를 1% 내지 90%, 계면활성제를 0.001% 내지 10%로 혼합하여 만든 제2 혼합물을 도포하여 제2 코팅막을 형성한후 40℃ 내지 300℃로 열처리를 수행하여 상기 제1 코팅막 상에 가교 영역을 형성하는 과정과; DI 워터를 이용하여 세정하여 상기 제2 코팅막을 제거하고 건조시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에서는 듀얼 다마신 공정에서 바닥 반사 방지 코팅을 이용하여 트랜치 패터닝 공정을 진행하는 경우에 도2a 내지 도2f에 도시된 바와 같이 진행한다. 먼저, 도2a에 도시된 바와 같이 반도체 기판(20)상에 구리로 이루어진 금속층(21)을 형성하고, 해당 금속층(21) 상에 질화실리콘으로 이루어진 층간 절연막(22)을 형성하고, 해당 층간 절연막(22) 상에 유전체로 이루어진 유전막(23)을 형성한 후, 유전막(23) 상에 비아(Via) 형성을 위한 패터닝 작업 및 식각을 수행하여 해당 유전막(23)의 사이에 비아(24)를 형성한다.

그리고, 도2b에 도시된 바와 같이 유전막(23)과 비아(24)에 대하여 흡광물질, 발색단(chromophore), 가교제(Cross-linker), 용매 및, 계면활성제를 혼합하여 이루어진 혼합물을 10nm 내지 500nm 두께로 도포함으로써 제1 코팅막(25)을 형성한 후 40℃ 내지 300℃의 온도로 열처리를 수행하고, 도2c에 도시된 바와 같이 해당 제1 코팅막(25) 상에 산 확산 물질(Acid diffusion material), 산, 용매 및, 계면활성제를 혼합하여 이루어진 혼합물을 10nm 내지 500nm 두께로 도포하여 제2 코팅막(26)을 형성한다.

이와 같이, 제1 및 제2 코팅막(25),(26)을 형성한 후, 40℃ 내지 500℃의 온도로 열처리하면 도3에 도시된 바와 같이 제2 코팅막(26)에 존재하는 양성자(H⁺)가 제1 코팅막(25) 측으로 확산되어 제1 코팅막(25)에 존재하는 가교제가 제1 코팅막(25)의 수산기(OH)와 반응하여 가교됨에 기인하여 도2d와 같이 제1 코팅막(25)와 제2 코팅막(26) 사이에 가교 영역(27; Cross Linking Area)이 형성된다.

그후에, 도2e에 도시된 바와 같이 DI 워터(de-ionized water)를 이용하여 세정하여 제2 코팅막(26)을 제거하고 건조시키고, 트랜치를 형성하기 위하여 도2f에 도시된 바와 같이 그 위에 포토레지스트(28)를 코팅한 후, 에칭을 시행하여 트랜치를 형성한다.

즉, 제1 코팅막(25)은 안정된 가교 영역을 형성하여 바닥 반사 방지 코팅막으로서의 역할을 하는데, 해당 바닥 반사 방지 코팅막은 비아(Via) 상에 평탄도가 매우 양호한 표면을 형성할 수 있고 비아에서의 보이드(Void) 발생을 방지하므로 트랜치 형성시에 팬스가 생성되지 않아서 매우 양호한 트랜치를 형성할 수 있다.

한편, 상술한 제1 코팅막(25)을 형성하는 경우에 흡광물질, 발색단(chromophore), 가교제(Cross-linker), 용매 및, 계면활성제를 혼합하여 이루어진 혼합물을 이용하는데, 흡광물질로서는 248nm의 광파장에서 흡광성이 양호한 물질을 사용하되 노보락 수지(Novolak Resin)를 1% 내지 60% 사용하고, 발색단으로서는 안트라센(antracene)을 1% 내지 30% 사용하고, 가교제로서는 다이-엔(di-en)계를 1% 내지 30% 사용하고, 용매로서는 PGMEA, PGME, NBA, EL을 단독 또는 혼합하여 사용하되 1% 내지 90% 사용하며, 계면활성제로서는 R08 또는 R32 등을 0.001% 내지 10% 사용한다.

또한, 상술한 제2 코팅막(26)을 형성하는 경우에 산 확산 물질(Acid diffusion material), 산, 용매 및, 계면활성제를 혼합하여 이루어진 혼합물을 사용하는데, 산 확산 물질로서는 하이드로피릭 폴리머(Hydrophilic polymer)를 1% 내지 60% 사용하고, 산으로서는 황산, 아세트산, 염산, 토실산 등을 단독 또는 혼합하여 사용하되 1% 내지 20% 사용하고, 용매로서는 물을 1% 내지 90% 사용하고, 계면 활성제로서는 설팩턴트(sulfactant)를 0.001% 내지 10% 사용한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 반도체 제조시에 이루어지는 듀얼 다마신 공정에서 트랜치 포토레지스트 패터닝을 수행하는 경우 바닥 반사 방지 코팅 물질이 비아에 완전히 채워지게 하여 비아에서의 보이드 발생을 제거함으로써 트랜치 형성시에 팬스의 생성을 방지함과 아울러 해당 바닥 반사 방지 코딩 면의 평탄도를 향상시키게 된다.

Claims

듀얼 다마신 공정(dual damascene process)에서 트랜치 포토레지스트 패터닝을 수행하는 경우에 바닥 반사 방지 코팅막을 형성하기 위한 바닥 반사 방지 코팅 방법에 있어서,

유전막과 비아에 대하여 흡광물질을 1% 내지 60%, 발색단(chromophore)을 1% 내지 30%, 가교제(Cross-linker)을 1% 내지 30%, 용매를 1% 내지 90%, 계면활성제를 0.001% 내지 10%로 혼합하여 만든 제1 혼합물을 도포하여 제1 코팅막을 형성한 후 40℃ 내지 300℃로 열처리를 수행하는 과정과;

상기 제1 코팅막 상에 산 확산 물질(Acid diffusion material)을 1% 내지 60%, 산을 1% 내지 20%, 용매를 1% 내지 90%, 계면활성제를 0.001% 내지 10%로 혼합하여 만든 제2 혼합물을 도포하여 제2 코팅막을 형성한후 40℃ 내지 300℃로 열처리를 수행하여 상기 제1 코팅막 상에 가교 영역을 형성하는 과정과;

DI 워터를 이용하여 세정하여 상기 제2 코팅막을 제거하고 건조시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 흡광물질은 노보락 수지(Novolak Resin)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 발색단은 안트라센(antracene)을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 가교제는 다이-엔(di-en)계를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 혼합물의 용매는 PGMEA, PGME, NBA 및, EL을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제5항에 있어서,

상기 용매는 PGMEA, PGME, NBA 및, EL 중의 하나를 선택하거나 PGMEA, PGME, NBA 및, EL를 혼합하여 이루어진 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 혼합물의 계면활성제는 R08와 R32를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 산 확산 물질은 하이드로피릭 폴리머(Hydrophilic polymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

산은 황산, 아세트산, 염산 및, 토실산을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제9항에 있어서,

상기 산은 황산, 아세트산, 염산 및, 토실산 중에서 하나를 선택하거나 황산, 아세트산, 염산 및, 토실산을 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 혼합물의 용매는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 혼합물의 계면 활성제는 설팩턴트(sulfactant)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 코팅막은 상기 제1 혼합물을 10nm 내지 500nm 두께로 도포하여 형성하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 코팅막은 상기 제2 혼합물을 10nm 내지 500nm 두께로 도포하여 형성하는 것을 특징으로 하는 바닥 반사 방지 코팅 방법.