KR100613350B1 - 반도체 소자의 제조 방법 및 그 반도체 소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자외선을 이용하여 산화막에 존재하는 하이드록실기(-OH)를 효과적으로 제거하여 산화막과 감광막의 접착성을 높일 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 반도체 소자의 제조방법에 따르면, 먼저 반도체 소자의 기판 상에 전기적으로 절연되는 산화막을 형성한다. 그리고 산화막에 자외선을 조사하여 산화막상에 존재하는 하이드록실기(-OH)를 제거한 후 산화막 상에 감광막을 도포한다. 여기서 자외선은 상기 하이드록실기(-OH)의 산소와 수소의 결합에너지보다 큰 에너지, 즉 대략 250 ㎽/㎠ 정도의 강도를 갖는다.
하이드록실기, 반도체, 산화막, 감광막, 접착성

Description

반도체 소자의 제조 방법 및 그 반도체 소자{Method for fabricating a semiconductor device and the semiconductor device therefore}
도 1a는 일반적인 하이드록실기(-OH)가 포함된 산화막 구조를 보여주는 도면이다.
도 1b는 종래의 HMDS 및 NH3를 산화막의 하이드록실기(-OH)를 이용하여 소수화 처리된 후의 산화막 구조를 보여주는 도면이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예에 따른 산화막 처리방법에 의해 산화막에 존재하는 하이드록실기(-OH)가 제거되는 과정을 순서대로 보여주는 도면이다.
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 산화막 상에 감광막을 증착할 때, 산화막과 감광막과 사이의 접착도를 향상시킬 수 있는 산화막 처리방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고속화, 고집적화에 따라 집적회로의 최소 선폭이 감소함에 따라 노광 기술이 크게 대두되고 있는 현실이다. 반도체 노광에 쓰이는 광원으로는 자외선 영역의 파장을 가지고 있는 수은 램프가 사용되고 있으나 짧은 파장에서 세기가 감소하는 단점이 있어 최근에는 자외선을 사용하고 있다. 자외선의 광원인 레이저는 248nm 인 KrF 엑시머 레이저가 가장 많이 사용되어 지고 있으며 최근에는 193nm 인 ArF 엑시머 레이저를 이용하여 회로선폭을 좀더 줄여 나가고 있다.
광원과 함께 연구되어 지는 것이 감광제이다. 감광제에서 중요시되고 있는 것이 산화막과 감광막의 접착력이다. 접착력을 악화시키는 주된 이유는 산화막 표면에 하이드록실기(-OH)가 생성되어 있기 때문이다.
극성을 갖는 하이드록실기(-OH)는 실라놀기(Si-OH) 형태 또는 실라놀기(Si-OH)에 수소 결합한 물분자의 형태로 산화막내에 포함되어 있다. 통상적인 열처리 방법으로 하이드록실기(-OH)를 완전히 제거하기 위해서는 약 1000℃ 에서 수 시간 열처리를 해야 하는 것으로 알려져 있는데, 이와 같은 열처리 온도는 너무 높은 온도이므로 반도체 소자의 제조 공정에 응용하기가 어렵다.
따라서 반도체 소자의 제조 공정에 응용할 수 있는 하이드록실기(-OH)의 제거 방법으로 여러 가지 디하이드록실레이션(dehydroxylation) 방법이 연구되었다. 그 중에서 실리콘 유기 화합물인 HMDS(hexamethyldisilazane)를 하이드록실기(-OH)와 반응시켜 박막을 소수화 처리하는 방법이 널리 알려져 있다.
도 1a는 하이드록실기(-OH)가 포함된 산화막 구조를 보여주는 도면이고, 도 1b는 HMDS 및 NH3를 산화막의 하이드록실기(-OH)를 이용하여 소수화 처리된 후의 산화막 구조를 보여주는 도면이다. 그러나, HMDS 처리의 경우는 과도한 용액을 사용하여야 하며 공정시간이 길어진다는 문제점이 있고, 또한, 게이트 CD(Critical Dimension)가 0.18μm 정도로 소형화되는 경우에는 포토레지스트의 두께가 0.6μm 정도로 낮아져서 감광막에 크랙(crack)이 발생할 수도 있다.
또 다른 방법으로는 수소(H2) 또는 질소(N2) 분자를 포함하는 기체 분위기에서 박막을 열처리하는 방법이 있다. 수소(H2) 또는 질소(N2) 기체 처리 방법은 400℃ 의 기판 온도 하에 처리해야 하므로, 반도체 소자에 과도한 열부하(extra thermal budget)를 야기 시키는 문제점을 가지고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자외선을 이용하여 산화막에 존재하는 하이드록실기(-OH)를 효과적으로 제거하여 산화막과 감광막의 접착성을 높일 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
자외선을 이용하여 산화막의 표면에 존재하는 하이드록실기(-OH)를 효과적으로 제거하여 감광막과의 접착성이 높은 산화막을 포함하는 반도체 소자를 제공하는 것이다.
본 발명의 하나의 특징에 따른 반도체 소자의 제조방법은,
a) 상기 반도체 소자의 기판 상에 전기적으로 절연되는 산화막을 형성하는 단계;
b) 상기 산화막에 자외선을 조사하는 단계; 및
c) 자외선의 조사된 상기 산화막 상에 감광막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 산화막의 표면은 하이드록실기(-OH)가 포함되고, 상기 자외선은 상기 하이드록실기의 결합에너지보다 큰 에너지를 가질 수 있다.
상기 자외선은 대략 250 ㎽/㎠의 강도를 가질 수 있다.
상기 자외선이 조사되는 시간은 1㎳ ∼ 10㎳ 범위 내일 수 있다.
상기 c) 단계는 상기 자외선이 조사된 상기 산화막의 표면으로부터 이탈된 물분자를 제거한 후 상기 산화막 상에 감광막을 형성하는 단계일 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따른 반도체 소자는, 산화막을 형성하고 상기 산화막 상에 감광막을 형성하여 패터닝하는 공정을 통하여 형성되는 반도체 소자로서,
상기 산화막은 적어도 표면에
Figure 112004061039872-pat00001
상기와 같은 화학식 구조를 포함한다.
상기 화학식 구조의 상기 산화막은 조사되는 자외선에 의해 상기 산화막 표면에 존재하는 하이드록실기로부터 물분자가 이탈되어 형성될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기 에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법에 대하여 도 3a 내지 도 3c를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법에 의해 산화막에 존재하는 하이드록실기(-OH)가 제거되는 과정을 순서대로 보여주는 도면이다.
하부에 트랜지스터 및 다층의 금속 배선이 형성된 반도체 기판 상에 하부와 전기적으로 절연하는 산화막을 형성한다.
이렇게 형성된 산화막 표면에는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 실라놀기(Si-OH) 형태로 하이드록실기(-OH)가 존재한다. 이 산화막 표면에 자외선을 조사한다. 자외선의 빛은 에너지가 약 4.86 eV 에 해당되고, 하이드록실기(-OH)의 산소원자와 수소 원자의 결합 해리 에너지인 4.43 eV 보다 크기 때문에 자외선에 의해 O-H 결합은 파괴될 수 있다. 따라서 이러한 자외선을 약 250 ㎽/㎠의 강도로 수 ㎳의 시간동안, 즉 1㎳ ∼ 10㎳ 범위 내의 시간 동안 조사했을 때, 1000℃ 에서 수 시간 동안 열처리한 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
그 다음, 도 3b에 도시된 바와 같이 하이드록실기(-OH)의 O-H 결합이 끊어지면서 수소원자(H)는 인접한 산소원자(O)에 결합되고 수소원자가 떨어져 나간 산소원자(O)는 인접한 규소(Si)와 결합하게 된다.
이렇게 하여 도 3c에 도시된 바와 같이, 하나의 산소원자는 두 개의 규소 원자와 결합되고 물분자(H2O)는 이탈된다. 즉, 산화막이 표면에는 이하의 화학식 1의 화학식 구조를 포함한다.
Figure 112004061039872-pat00002
이와 같은 과정에 의해 산화막으로부터 물분자가 빠져나가게 됨으로써 산화막에 존재하던 하이드록실기(-OH)가 제거된다. 이렇게 산화막 표면으로부터 이탈된 물분자는 제거될 수 있다.
이렇게 하여 산화막 표면에 하이드록실기(-OH)를 제거한 후 감광막을 형성하고 패터닝한다. 산화막의 표면에 하이드록실기가 없기 때문에 산화막 표면에 도포된 감광막과 산화막의 접착성은 개선될 수 있다.
여기서, 자외선 조사에 의해 일어나는 박막 내의 광물리적 작용(photophysical process)의 기대 효과에 대해 간단히 설명하면, 광물리적 작용은 광열 작용(photothermal process)과 광화학적 작용(photochemical process)으로 나누어지는데 광화학 작용에 의해 산화막의 하이드록실기가 제거되고 광열 작용에 의해 미세결함(microscopic defects)의 밀도가 감소하게 된다. 따라서, 하이드록실기의 감소로부터 흡습성 문제를 해결할 수 있으며 산화막과 감광막과의 접착력을 증가시켜 좀 더 우수한 소자 신뢰성을 확보할 수 있게 되는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 그 외의 다양한 변경이나 변형이 가능하다.
본 발명은 산화막의 표면 특성을 개선시키는 위한 산화막 처리방법으로서 산화막에 자외선을 조사함에 따라 산화막에 존재하고 있는 하이드록실기(-OH)를 제거함으로써 산화막의 흡습문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 산화막과 감광막의 접착성을 향상시켜 반도체 소자의 제조공정을 단순화시킬 수 있다.

Claims (7)

  1. 반도체 소자의 제조방법에 있어서,
    a) 상기 반도체 소자가 형성된 기판 상에 전기적으로 절연되는 산화막을 형성하는 단계;
    b) 상기 산화막에 자외선을 조사하는 단계; 및
    c) 자외선의 조사된 상기 산화막 상에 감광막을 형성하는 단계
    를 포함하며,
    상기 c) 단계는 상기 자외선이 조사된 상기 산화막의 표면으로부터 이탈된 물분자를 제거한 후 상기 산화막 상에 감광막을 형성하는 단계인 반도체 소자의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화막의 표면은 하이드록실기(-OH)가 포함되고,
    상기 자외선은 상기 하이드록실기의 결합에너지보다 큰 에너지를 갖는 반도체 소자의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자외선은 대략 250 ㎽/㎠의 강도를 갖는 반도체 소자의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 자외선이 조사되는 시간은 1㎳ ∼ 10㎳ 범위 내인 반도체 소자의 제조방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
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