KR100673107B1 - Method for Forming Pattern for Ion-Implantation of Semiconductor Device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 소자의 이온주입 공정을 위한 패턴 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 전기적 특성(Vt)을 높이기 위한 이온 주입 공정 시에 용해 물성이 다른 제 1 포토레지스트층 및 제 2 포토레지스트층을 피식각층 패턴의 전면에 순차적으로 형성한 후, 패터닝(patterning) 공정을 수행함으로써, 포토레지스트층 내부에 보이드(void)가 발생되는 것을 방지하여 안정한 후속 이온주입 공정을 수행할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a pattern forming method for an ion implantation process of a semiconductor device, and more particularly, a first photoresist layer and a second photo having different dissolution properties during an ion implantation process for increasing the electrical characteristics (Vt) of a substrate. After the resist layer is sequentially formed on the entire surface of the etched layer pattern, a patterning process is performed to prevent voids from occurring in the photoresist layer, thereby performing a stable subsequent ion implantation process. It is to provide a formation method.

Description

반도체 소자의 이온주입 공정을 위한 패턴 형성방법{Method for Forming Pattern for Ion-Implantation of Semiconductor Device}Pattern Forming Method for Ion Implantation Process of Semiconductor Device {Method for Forming Pattern for Ion-Implantation of Semiconductor Device}

도 1a 내지 도 1e는 종래 이온주입 공정을 위한 패턴 형성 방법에 따른 공정도.1a to 1e is a process chart according to the pattern formation method for a conventional ion implantation process.

도 2 는 상기 도 1c 공정에 의해 형성된 포토레지스트층 내부에 발생된 보이드의 SEM 사진.FIG. 2 is a SEM photograph of voids generated inside the photoresist layer formed by the FIG. 1C process. FIG.

도 3 은 실시예 1 의 중합체의 NMR 그래프.3 is an NMR graph of a polymer of Example 1. FIG.

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 이온주입 공정을 위한 패턴 형성 방법에 따른 공정도.Figures 4a to 4f is a process chart according to the pattern forming method for the ion implantation process of the present invention.

도 5는 상기 도 4b 공정에 의해 제 1 포토레지스트층이 형성된 피식각층 패턴의 SEM 사진.FIG. 5 is an SEM photograph of an etched layer pattern in which a first photoresist layer is formed by the FIG. 4B process.

도 6은 상기 도 4c 공정에 의해 제 2 포토레지스트층이 형성된 피식각층 패턴의 SEM 사진.FIG. 6 is a SEM photograph of an etched layer pattern in which a second photoresist layer is formed by the FIG. 4C process. FIG.

도 7은 상기 도 4f 공정에 의해 형성된 포토레지스트층 내부에 보이드가 발생되지 않아 이온 주입 영역의 결점이 생기지 않은 피식각층 패턴의 SEM 사진.FIG. 7 is a SEM photograph of an etched layer pattern in which voids are not generated in the photoresist layer formed by the process of FIG.

< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 ><Brief description of the main parts of the drawing>

1, 41 : 반도체 기판 3, 43 : 피식각층 패턴 1, 41: semiconductor substrate 3, 43: etched layer pattern                 

5 : 포토레지스트층 5-1 : 포토레지스트 패턴5: photoresist layer 5-1: photoresist pattern

7 : 보이드(void) 9, 49 : 개구부 7: void 9, 49: opening

11, 51 : 형성된 이온주입 영역 13 : 이온 주입 공정 시 발생된 결점11, 51: formed ion implantation region 13: defects generated during the ion implantation process

45 : 제 1 포토레지스트층 45-1 : 제 1 포토레지스트 패턴 45: first photoresist layer 45-1: first photoresist pattern

47 : 제 2 포토레지스트층 47-1 : 제 1 포토레지스트 패턴 47: Second Photoresist Layer 47-1: First Photoresist Pattern

본 발명은 반도체 소자의 이온주입 공정을 위한 패턴 형성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 전기적 특성(Vt)을 높이기 위한 이온 주입 공정 시에 용해 물성이 다른 제 1 포토레지스트층 및 제 2 포토레지스트층을 피식각층 패턴의 전면에 순차적으로 형성한 후, 패터닝(patterning) 공정을 수행함으로써, 포토레지스트층 내부에 보이드(void)가 발생되는 것을 방지하여 안정한 후속 이온주입 공정을 수행할 수 있는 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.The present invention relates to a pattern forming method for an ion implantation process of a semiconductor device, and more particularly, a first photoresist layer and a second photo having different dissolution properties during an ion implantation process for increasing the electrical characteristics (Vt) of a substrate. After the resist layer is sequentially formed on the entire surface of the etched layer pattern, a patterning process is performed to prevent voids from occurring in the photoresist layer, thereby performing a stable subsequent ion implantation process. It is to provide a formation method.

현재 반도체 소자가 점점 더 고집적화 및 고밀도화 되어 감에 따라, 소자의 집적도를 증가시키기 위한 새로운 방법의 개발이 계속 요구되고 있다. 예를 들면, 종래에는 KrF(248nm) 광원을 이용하는 포토리소그라피(photo-lithography) 방법으로 미세 패턴을 형성하는 것이 어려워 원적외선 광원인 ArF(193nm) 광원 등을 적용한 포토리소그라피 방법이 개발되었지만, 상기 방법 또한 후속 공정을 수행하기 에 적합한 ArF 광원용 포토레지스트 조성물의 개발을 필요로 한다. As semiconductor devices become increasingly integrated and densified at present, there is a continuous demand for the development of new methods for increasing the integration of devices. For example, it has been difficult to form a fine pattern by a photo-lithography method using a KrF (248 nm) light source. Thus, a photolithography method using an ArF (193 nm) light source, which is a far infrared light source, has been developed. There is a need for the development of photoresist compositions for ArF light sources suitable for carrying out subsequent processes.                         

구체적으로, 반도체 소자가 고집적화 되면서 패턴 선폭(critical dimension; CD)이 감소되고, 이로 인하여 패턴의 아스펙트비(aspect ratio)가 증가되었기 때문에, 종래 사용되는 포토레지스트 조성물만으로는 패턴 사이의 좁은 공간을 균일하게 매립하는 것이 어렵다.In particular, since the semiconductor device is highly integrated, the pattern critical dimension (CD) is reduced, and thus the aspect ratio of the pattern is increased. Thus, only a photoresist composition used in the prior art uniforms narrow spaces between the patterns. It is difficult to landfill.

이러한 단점은 결국, 0.1㎛ 이하의 패턴이 형성된 기판에서 패턴을 하나씩 건너 기판을 노출시킨 포토레지스트 패턴을 형성하여, 이를 이온 주입 공정용 마스크로 이용하는 경우, 이온 주입 가스로부터 기판을 보호할 수 있을 만큼 충분한 두께를 가지는 포토레지스트층을 얻을 수 없기 때문에, 기판에 대해 안정한 C-할로 주입 공정을 수행할 수 없게 한다.This disadvantage, after forming a photoresist pattern to expose the substrate by crossing the pattern one by one on a substrate formed with a pattern of 0.1㎛ or less, when used as a mask for the ion implantation process, it is enough to protect the substrate from the ion implantation gas Since a photoresist layer having a sufficient thickness cannot be obtained, it becomes impossible to perform a stable C-halo implantation process on the substrate.

전술한 바와 같은 종래 이온주입 공정을 위한 패턴 형성 방법은 도 1a 내지 도 1e에 도시한 바와 같다.The pattern formation method for the conventional ion implantation process as described above is as shown in Figures 1a to 1e.

도 1a를 참조하면, 반도체 기판(1) 상부에 피식각층(미도시)을 형성한 후, 식각하여 피식각층 패턴(3)을 형성한다.Referring to FIG. 1A, an etched layer (not shown) is formed on the semiconductor substrate 1 and then etched to form an etched layer pattern 3.

상기 도 1a의 피식각층 패턴(3)을 포함하는 전면에 도 1b에서 도시한 바와 같이 포토레지스트층(5)을 형성한다.A photoresist layer 5 is formed on the entire surface including the etched layer pattern 3 of FIG. 1A as shown in FIG. 1B.

상기 도 1b의 포토레지스트층(5)에 대한 노광 및 현상 공정을 수행하여, 도 1c에 도시한 바와 같은 포토레지스트 패턴(5-1)을 형성한다. 이때, 상기 포토레지스트 패턴은 피식각층 패턴(5-1)이 하나씩 오픈(open)된 개구부(9)를 포함한다. The photoresist layer 5 of FIG. 1B is exposed and developed to form the photoresist pattern 5-1 as shown in FIG. 1C. In this case, the photoresist pattern includes an opening 9 in which the etched layer pattern 5-1 is opened one by one.

상기 도 1c에 형성된 포토레지스트 패턴(5-1)을 이온주입 공정용 마스크로 이용하여 상기 형성된 개구부(9)에 대한 이온주입 공정을 수행하여 도 1d에 도시한 바와 같이 이온 주입 영역(11)을 형성한다.Using the photoresist pattern 5-1 formed in FIG. 1C as a mask for an ion implantation process, an ion implantation process is performed on the formed opening 9 to form the ion implantation region 11 as shown in FIG. 1D. Form.

그 다음, 상기 포토레지스트 패턴(5-1)을 제거하여, 도 1e에 도시한 바와 같이 피식각층 패턴을 하나씩 건너 이온 주입 영역(11)이 형성된 반도체 기판(1)을 완성한다.Next, the photoresist pattern 5-1 is removed to complete the semiconductor substrate 1 in which the ion implantation regions 11 are formed by crossing the etched layer patterns one by one as shown in FIG. 1E.

이때, 상기 도 1b에서와 같이 아스펙트비가 크거나, 높낮이 차이가 심한 피식각층 패턴 전면에 포토레지스트층을 형성하는 경우, 포토레지스트 조성물이 가지는 점도에 의하여 포토레지스트층이 균일하게 매립되지 않을 뿐만 아니라, 포토레지스트층 내부에 보이드(7)가 발생된다(도 2 참조). 이러한 보이드(7)는 해상도(resolution)가 높은 포토레지스트 조성물을 사용하더라도 패턴의 내부가 좁고 깊을수록 더욱 심하게 발생된다. In this case, as shown in FIG. 1B, when the photoresist layer is formed on the entire surface of the etched layer pattern having a large aspect ratio or a high level difference, the photoresist layer is not uniformly buried due to the viscosity of the photoresist composition. The voids 7 are generated inside the photoresist layer (see FIG. 2). Such voids 7 are more severely generated as the inside of the pattern is narrower and deeper even when using a high resolution photoresist composition.

이와 같이 보이드가 형성된 포토레지스트층에 대해 후속 이온주입 공정을 수행하는 경우, 상기 도 1d에 도시한 바와 같이 포토레지스트층이 이온주입 공정 가스로부터 반도체 기판을 보호할 만큼 충분한 두께를 가지지 못하기 때문에, 원치 않는 영역의 기판까지 영향을 주어 또 다른 이온 주입 영역의 결점(13)이 형성되는 문제점이 발생되고, 이러한 문제점은 추후 반도체 소자의 전기적 특성에 영향을 주어 최종 반도체 소자의 수율을 낮춘다.When a subsequent ion implantation process is performed on the void-formed photoresist layer as shown in FIG. 1D, since the photoresist layer does not have a thickness sufficient to protect the semiconductor substrate from the ion implantation process gas, The problem arises that the defects of another ion implantation region are formed by affecting the substrate of the unwanted region, which later affects the electrical characteristics of the semiconductor device, thereby lowering the yield of the final semiconductor device.

최근에는 초미세 패턴을 형성하기 위하여 높은 렌즈 개구수(NA: numerical aperture)를 갖는 노광장치를 사용하는데, 이때 DOF(depth of focus)에 의해 아스펙트비가 더욱 높아진 미세한 패턴이 형성되므로 상기 패턴 사이에 포토레지스트층을 형성하는 것이 더 어렵고, 포토레지스트층 내부에서 보이드의 발생 정도도 더욱 심화된다.Recently, an exposure apparatus having a high numerical aperture (NA) is used to form an ultra-fine pattern. A fine pattern having a higher aspect ratio is formed by a depth of focus (DOF). It is more difficult to form the photoresist layer, and the degree of generation of voids inside the photoresist layer is further intensified.

이에 본 발명자들은 활발한 연구 결과 새로운 물성을 가지는 포토레지스트 조성물의 개발이나, 고가의 장비 개발 없이도 상기한 종래의 문제점들을 극복할 수 있는 새로운 개념의 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors have completed the present invention by developing a new concept of method that can overcome the above-mentioned problems without developing a photoresist composition having new physical properties or expensive equipment.

본 발명은 포토레지스트층 내부에 보이드가 발생되는 것을 방지하여 안정한 후속 이온주입 공정을 수행하도록 하기 위하여, 피식각층 패턴간의 공간에 포토레지스트층을 2층 구조로 형성한 후 이온 주입용 마스크 패턴으로 형성시키는, 반도체 소자의 이온주입 공정을 위한 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is formed as a mask pattern for ion implantation after forming a photoresist layer in a two-layer structure in the space between the etched layer pattern in order to prevent the generation of voids in the photoresist layer to perform a stable subsequent ion implantation process It is an object of the present invention to provide a pattern forming method for an ion implantation process of a semiconductor device.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는In the present invention to achieve the above object

반도체 기판 상부에 피식각층 패턴을 형성하는 단계;Forming an etched layer pattern on the semiconductor substrate;

상기 피식각층 패턴 전면에 제 1 포토레지스트층을 형성하는 단계;Forming a first photoresist layer on the entire surface of the etched layer pattern;

상기 제 1 포토레지스트층 상부에 상기 제 1 포토레지스트층과 용해 물성이 다른 포토레지스트 조성물로 제 2 포토레지스트층을 형성하여 피식각층 패턴을 매립시키는 단계;Filling the etched layer pattern by forming a second photoresist layer on the first photoresist layer with a photoresist composition having different dissolution properties from the first photoresist layer;

상기 형성된 2층 포토레지스트층에 대한 노광 및 현상 공정을 수행함으로써, 상기 피식각층 패턴이 하나 건너씩 오픈(open)된 개구부를 포함하는 2층 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a two-layer photoresist pattern including an opening in which the etched layer pattern is opened one by one by performing an exposure and development process on the formed two-layer photoresist layer; And

상기 포토레지스트 패턴을 이온주입용 마스크로 이용하여 상기 노출된 반도 체 기판에 대한 이온 주입 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법을 제공한다.Provided is a pattern forming method for an ion implantation process of a semiconductor device comprising the step of performing an ion implantation process on the exposed semiconductor substrate using the photoresist pattern as an ion implantation mask.

이때, 상기 제 1 포토레지스트층은 기판으로부터 50㎚∼800㎚ 두께, 바람직하게는 100㎚∼300㎚의 두께로 형성한다.At this time, the first photoresist layer is formed to a thickness of 50nm to 800nm, preferably 100nm to 300nm from the substrate.

또한, 상기 제 1 포토레지스트층을 형성하는 단계 후, 및 제 2 포토레지스트층을 형성하는 단계 후에, 상기 각각의 층 또는 하나의 층에 대해 유리전이 온도 이상의 온도, 예를 들면 130∼180℃에서 베이크하는 단계를 더 포함할 수 있다. Further, after the forming of the first photoresist layer and after the forming of the second photoresist layer, at a temperature above the glass transition temperature, for example, 130 to 180 ° C., for each layer or one layer. The method may further include baking.

상기 제 1 포토레지스트층과 제 2 포토레지스트층은 용해 물성이 서로 다른 포토레지스트 조성물이면 무엇이든 이용하여 형성 할 수 있는데, 예를 들어 바람직하게 상기 제 1 포토레지스트층은 일반적인 유기 용매, 예를 들면 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트(PGMEA) 또는 에틸 락테이트(ethyl lactate)에 용해되는 물성을 가지는 저분자 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물을 사용하고, 상기 제 2 포토레지스트층은 부탄올 용매에 용해되는 고분자 물질을 사용할 수 있다. 이때, 상기 제 1 포토레지스트층과 제 2 포토레지스트층을 형성하는 포토레지스트 조성물의 순서가 상기와 역으로 수행되어도 무관하다.The first photoresist layer and the second photoresist layer may be formed using any photoresist composition having different dissolution properties. For example, the first photoresist layer may be a general organic solvent, for example, A photoresist composition comprising a low molecular material having physical properties dissolved in propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) or ethyl lactate is used, and the second photoresist layer is a polymer material that is dissolved in a butanol solvent. Can be. In this case, the order of the photoresist composition for forming the first photoresist layer and the second photoresist layer may be reversely performed.

이하 본 발명을 도 4a 내지 도 4e를 이용하여 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4A to 4E.

도 4a를 참조하면, 반도체 기판(41) 상부에 피식각층(미도시)을 형성한 후, 식각하여 피식각층 패턴(43)을 형성한다.Referring to FIG. 4A, an etched layer (not shown) is formed on the semiconductor substrate 41 and then etched to form an etched layer pattern 43.

이때, 상기 피식각층 패턴 폭은 10∼150㎚이고, 패턴간의 스페이스 폭은 10∼150㎚이다. In this case, the width of the etched layer pattern is 10 to 150 nm, and the space width between the patterns is 10 to 150 nm.                     

도 4a와 같은 상기 피식각층 패턴(43)을 포함하는 전면에 도 4b에 도시한 바와 같이 제 1 포토레지스트층(45)을 형성한 다음, 선택적 공정으로서 상기 제 1 포토레지스트층을 130∼180℃, 바람직하게는 150∼160℃에서 100∼150초, 바람직하게 110∼130초 동안 베이크 한다(도 5 참조).After the first photoresist layer 45 is formed on the entire surface including the etched layer pattern 43 as shown in FIG. 4A, as shown in FIG. 4B, the first photoresist layer is 130-180 ° C. as an optional process. Bake at 100 to 150 seconds, preferably 110 to 130 seconds, preferably at 150 to 160 ° C (see FIG. 5).

상기 제 1 포토레지스트층은 기판으로부터 50㎚∼800㎚, 바람직하게는 100㎚∼300㎚의 두께로 형성한다. 이때, 상기 제 1 포토레지스트층은 일반적인 포토레지스트 조성물, 바람직하게는 화학증폭형 포토레지스트 조성물이면 무엇이든 사용 가능하다. The first photoresist layer is formed to a thickness of 50 nm to 800 nm, preferably 100 nm to 300 nm, from the substrate. In this case, the first photoresist layer may be any general photoresist composition, preferably a chemically amplified photoresist composition.

도 4b에서 형성된 상기 제 1 포토레지스트층(45) 상부에 도 4c에 도시한 바와 같이 제 2 포토레지스트층(47)을 형성하여 패턴을 매립한 다음, 선택적 공정으로서 상기 제 1 포토레지스트층과 같이 유리전이 온도 이상의 온도에서 베이크한다(도 6 참조).As shown in FIG. 4C, the second photoresist layer 47 is formed on the first photoresist layer 45 formed in FIG. 4B to fill the pattern. Bake at a temperature above the glass transition temperature (see FIG. 6).

이때, 상기 제 2 포토레지스트층은 상기 제 1 포토레지스트층과 용해 물성이 다른 물질이면 무엇이든 이용하여 형성 가능한데, 바람직하게 제 2 포토레지스트층은 부탄올에 용해되는 고분자 물질 및 부탄올을 포함하는 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성한다. 상기 고분자 물질로는 하기 화학식 1 로 표시되는 화합물, 바람직하게는 폴리(t-부틸 아크릴레이트/메틸 메타크릴레이트) 중합체를 포함한다. In this case, the second photoresist layer may be formed using any material having different solubility properties from the first photoresist layer. Preferably, the second photoresist layer includes a photoresist including a polymer material and butanol dissolved in butanol. It is formed using the composition. The polymer material includes a compound represented by the following Chemical Formula 1, preferably a poly (t-butyl acrylate / methyl methacrylate) polymer.                     

[화학식 1][Formula 1]

Figure 112004046169194-pat00001
Figure 112004046169194-pat00001

상기 식에서,Where

R1은 산에 민감한 보호기이고,R 1 is an acid sensitive protecting group,

R2는 C1 내지 C10의 직쇄 또는 측쇄의 알킬이며,R 2 is C 1 to C 10 linear or branched alkyl,

상기 n : m 의 상대비는 1∼99 : 99∼1 mol% 이다.The relative ratio of n: m is 1-99: 99-1 mol%.

이때, 상기 산에 민감한 보호기는 산에 의해 탈리 될 수 있는 그룹으로서, PR 물질의 알칼리 현상액에 대한 용해 여부를 결정한다. 즉, 산에 민감한 보호기가 붙어있는 경우에는 PR 물질이 알칼리 현상액에 의해 용해되는 것이 억제되며, 노광에 의해 발생된 산에 의해 산에 민감한 보호기가 탈리되면 PR 물질이 현상액에 용해될 수 있게 된다. 이러한 산에 민감한 보호기는 상기와 같은 역할을 수행할 수 있는 것이면 무엇이든 가능하며, 그 예로는 US 5,212,043 (1993. 5. 18), WO 97/33198 (1997. 9. 12), WO 96/37526 (1996. 11. 28), EP 0 794 458 (1997. 9. 10) EP 0 789 278 (1997. 8. 13), US 5,750,680 (1998. 5. 12), US 6,051,678 (2000. 4. 18), GB 2,345,286 A (2000. 7. 5), US 6,132,926 (2000. 10. 17), US 6,143,463 (2000. 11. 7), US 6,150,069 (2000. 11. 21), US 6.180.316 B1 (2001. 1. 30), US 6,225,020 B1 (2001. 5. 1), US 6,235,448 B1 (2001. 5. 22) 및 US 6,235,447 B1 (2001. 5. 22) 등에 개시된 것을 포함하고, 바람직하게는 t-부틸, 테트라히드로피란-2-일, 2-메틸 테트라히드로피란-2-일, 테트라히드로퓨란-2-일, 2-메틸 테트라히드로퓨란-2-일, 1-메톡시프로필, 1-메톡시-1-메틸에틸, 1-에톡시프로필, 1-에톡시-1-메틸에틸, 1-메톡시에틸, 1-에톡시에틸, t-부톡시에틸, 1-이소부톡시에틸 또는 2-아세틸멘트-1-일 등을 사용할 수 있다.In this case, the acid-sensitive protecting group is a group that can be detached by the acid, and determines whether the PR material is dissolved in the alkaline developer. That is, when an acid sensitive protecting group is attached, the PR material is suppressed from being dissolved by the alkaline developer, and when the acid sensitive protecting group is released by the acid generated by exposure, the PR material can be dissolved in the developing solution. Such acid-sensitive protecting groups can be any one which can play such a role, for example US 5,212,043 (May 18, 1993), WO 97/33198 (September 12, 1997), WO 96/37526 (Nov. 28, 1996), EP 0 794 458 (October 10, 1997) EP 0 789 278 (August 13, 1997), US 5,750,680 (May 12, 1998), US 6,051,678 (April 18, 2000) , GB 2,345,286 A (July 5, 2000), US 6,132,926 (October 17, 2000), US 6,143,463 (Nov. 7, 2000), US 6,150,069 (November 21, 2000), US 6.180.316 B1 (2001. 1. 30), US 6,225,020 B1 (May 1, 2001), US 6,235,448 B1 (May 22, 2001) and US 6,235,447 B1 (May 22, 2001) and the like, preferably t -butyl, Tetrahydropyran-2-yl, 2-methyl tetrahydropyran-2-yl, tetrahydrofuran-2-yl, 2-methyl tetrahydrofuran-2-yl, 1-methoxypropyl, 1-methoxy-1 -Methylethyl, 1-ethoxypropyl, 1-ethoxy-1-methylethyl, 1-methoxyethyl, 1-ethoxyethyl, t -butoxyethyl, 1-isobutoxyethyl or 2-acetylment-1 -Work Etc. can be used.

상기 제 1 포토레지스트층 및 제 2 포토레지스트층의 포토레지스트 조성물은 광산발생제 및 용매를 더 포함할 수 있다.The photoresist composition of the first photoresist layer and the second photoresist layer may further include a photoacid generator and a solvent.

상기 광산발생제는 빛에 의해 산을 발생할 수 있는 화합물이면 무엇이든 사용가능하며, US 5,212,043 (1993. 5. 18), WO 97/33198 (1997. 9. 12), WO 96/37526 (1996. 11. 28), EP 0794458 (1997. 9. 10), EP 0789278 (1997. 8. 13), US 5,750,680 (1998. 5. 12), US 6,051,678 (2000. 4. 18), GB 2,345,286 A (2000. 7. 5), US 6,132,926 (2000. 10. 17), US 6,143,463 (2000. 11. 7), US 6,150,069 (2000. 11. 21), US 6.180.316 B1 (2001. 1. 30), US 6,225,020 B1 (2001. 5. 1), US 6,235,448 B1 (2001. 5. 22) 및 US 6,235,447 B1 (2001. 5. 22)등에 개시된 것을 포함하고, 주로 황화염계 또는 오니움염계 화합물을 사용한다. 특히, 157nm 및 193nm에서 흡광도가 적은 프탈이미도 트리플루오로메탄술포네이트(phthalimidotrifluoromethanesulfonate), 디니트로벤질토실레이트 (dinitrobenzyltosylate), n-데실디술폰(n-decyl disulfone), 나프틸이미도 트리플 루오로메탄술포네이트(naphthylimido trifluoromethane sulfonate), 디페닐요도염 헥사플루오로포스페이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 아르세네이트, 디페닐요도염 헥사플루오로 안티모네이트, 디페닐파라메톡시페닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라톨루에닐설포늄 트리플레이트, 디페닐파라이소부틸페닐설포늄 트리플레이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 아르세네이트, 트리페닐설포늄 헥사플루오로 안티모네이트, 트리페닐설포늄 트리플레이트, 디부틸나프틸설포늄 트리플레이트 및 트리페닐설포늄 노나플레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 광산발생제를 사용할 수 있으며, 상기 포토레지스트 중합체 100중량부에 대해 0.05 내지 10중량부%의 비율로 사용한다. The photoacid generator may be used as long as the compound can generate an acid by light, US 5,212,043 (May 18, 1993), WO 97/33198 (September 12, 1997), WO 96/37526 (1996. 11.28), EP 0794458 (September 10, 1997), EP 0789278 (August 13, 1997), US 5,750,680 (May 12, 1998), US 6,051,678 (April 18, 2000), GB 2,345,286 A (2000) 7. 5), US 6,132,926 (October 17, 2000), US 6,143,463 (11/7/2000), US 6,150,069 (11/21/2000), US 6.180.316 B1 (January 30, 2001), US 6,225,020 B1 (May 1, 2001), US 6,235,448 B1 (May 22, 2001), and US 6,235,447 B1 (May 22, 2001) and the like, and mainly sulfur-based or onium salt-based compounds are used. In particular, low absorbance at 157 nm and 193 nm phthalimidotrifluoromethanesulfonate, dinitrobenzyltosylate, n-decyl disulfone, naphthylimido triple fluoro Naphthylimido trifluoromethane sulfonate, diphenylurido salt hexafluorophosphate, diphenylurido salt hexafluoro arsenate, diphenylurido salt hexafluoro antimonate, diphenylparamethoxyphenylsulfonium triflate, diphenyl Paratoluenylsulfonium triflate, diphenylparaisobutylphenylsulfonium triflate, triphenylsulfonium hexafluoro arsenate, triphenylsulfonium hexafluoro antimonate, triphenylsulfonium triflate, dibutyl Mine selected from the group consisting of naphthylsulfonium triflate and triphenylsulfonium nonaplate Available antibiotics, and it is used in a proportion of 0.05 to 10% parts by weight based on 100 parts by weight of the photoresist polymer.

또한, 상기 포토레지스트 조성물에 포함되는 용매는 바람직하게, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸-3-에톡시프로피오네이트, 메틸 3-메톡시 프로피오네이트, 사이클론헥사논, 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트, n-헵타논, 에틸 락테이트, 사이클론펜타논 및 트리에탄올 아민 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용한다. In addition, the solvent included in the photoresist composition is preferably diethylene glycol diethyl ether, ethyl-3-ethoxypropionate, methyl 3-methoxy propionate, cyclonehexanone, propylene glycol methyl ether acetate, n-heptanone, ethyl lactate, cyclonepentanone, triethanol amine and the like are used.

도 4c에서 형성된 2층 포토레지스트층(45, 47)에 대한 노광 및 현상 공정을 수행하여 도 4d에 도시한 바와 같은 2층 포토레지스트 패턴(45-1, 47-1)을 형성한다. 이때, 상기 포토레지스트 패턴은 피식각층 패턴(43)이 하나씩 건너 오픈된 개구부(49)를 포함한다.Exposure and development of the two-layer photoresist layers 45 and 47 formed in FIG. 4C are performed to form two-layer photoresist patterns 45-1 and 47-1 as shown in FIG. 4D. In this case, the photoresist pattern includes an opening 49 in which the etched layer pattern 43 is opened one by one.

이때, 상기 노광 공정은 ArF 뿐만 아니라, KrF, EUV(Extreme Ultra Violet), VUV (Vacuum Ultra Violet), E-빔, X-선 또는 이온빔 등을 모두 이용할 수 있고, 1 내지 100mJ/cm2의 노광에너지로 수행되는 것이 바람직하다. 상기 현상은 알칼리 현상액, 예를 들면 0.01 내지 5wt%의 TMAH 수용액을 이용하여 수행된다.In this case, the exposure process may use not only ArF, but also KrF, Extreme Ultra Violet (EUV), Vacuum Ultra Violet (VUV), E-beam, X-ray, or ion beam, and exposure of 1 to 100 mJ / cm 2 . It is preferably carried out with energy. The development is carried out using an alkaline developer, for example 0.01 to 5 wt% of a TMAH aqueous solution.

그 다음, 상기 도 4d에서 형성된 2층 포토레지스트 패턴(45-1, 47-1)을 이온주입 공정용 마스크로 이용하여 상기 형성된 개구부(49)에 대한 이온주입 공정을 수행하여 도 4e에 도시한 바와 같은 이온 주입 영역(51)을 형성한다.Next, an ion implantation process is performed on the formed openings 49 using the two-layer photoresist patterns 45-1 and 47-1 formed in FIG. 4D as masks for an ion implantation process, as shown in FIG. 4E. An ion implantation region 51 as is formed.

상기 이온 주입 공정은 브롬(Br) 및 이불화 붕소(BF2) 이온을 이용하여 50KeV, 도즈량 (Dose) = 2x1013의 중간 주입 방식으로 수행한다.The ion implantation process is performed by an intermediate implantation method of 50 KeV, dose = 2 × 10 13 using bromine (Br) and boron difluoride (BF 2 ) ions.

그리고, 상기 도 4e의 2층 포토레지스트 패턴(45-1, 47-1)을 알칼리 현상액으로 제거하여, 도 4f에 도시한 바와 같이 피식각층 패턴을 하나씩 건너 이온 주입 영역(51)이 형성된 반도체 기판(41)을 제조한다(도 7 참조).Then, the two-layer photoresist patterns 45-1 and 47-1 of FIG. 4E are removed with an alkaline developer, and the semiconductor substrate on which the ion implantation regions 51 are formed by crossing the etching layer patterns one by one as shown in FIG. 4F. 41 is manufactured (see FIG. 7).

또한, 본 발명에서는 전술한 이온주입 공정을 위한 패턴 형성 방법을 이용하여 제조된 반도체 소자를 제공한다.In addition, the present invention provides a semiconductor device manufactured using the pattern formation method for the above-described ion implantation process.

이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명한다. 단 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by examples. However, the examples are only for exemplifying the present invention and the present invention is not limited by the following examples.

I. 포토레지스트 중합체의 제조I. Preparation of Photoresist Polymer

실시예 1.Example 1.

t-부틸 아크릴레이트(14g), 메틸 메타크릴레이트(6g) 및 2,2'-아조비스이소부티로니트릴 (AIBN)(0.8g)을 PGMEA(100g)에서 60℃에서 6시간 중합 반응시킨 후, 혼합물을 감압 증류하고, 헥산에서 폴리머를 침전, 여과 및 건조하여 폴리(t-부틸 아크릴레이트/메틸 메타크릴레이트) 중합체(8g)를 얻었다(도 3 의 NMR 참조). t-butyl acrylate (14 g), methyl methacrylate (6 g) and 2,2'-azobisisobutyronitrile (AIBN) (0.8 g) were polymerized in PGMEA (100 g) at 60 DEG C for 6 hours. The mixture was distilled under reduced pressure, and the polymer was precipitated, filtered and dried in hexane to obtain a poly (t-butyl acrylate / methyl methacrylate) polymer (8 g) (see NMR in FIG. 3).

상기 폴리(t-부틸 아크릴레이트/메틸 메타크릴레이트) 중합체에 대한 분석치Analytical Values for the Poly (t-butyl Acrylate / Methyl Methacrylate) Polymer

1H NMR(CD3COD3) 3.6∼3.8ppm (d, 3H, -OCH 3 ), 1 H NMR (CD 3 COD 3 ) 3.6-3.8 ppm (d, 3 H, -O CH 3 ),

1.4∼1.6ppm (s, 9H, -C-(CH 3 ) 3 ).1.4-1.6 ppm (s, 9H , -C- (CH 3 ) 3 ).

Ⅱ. 포토레지스트 조성물의 제조II. Preparation of Photoresist Composition

실시예 2.Example 2.

상기 실시예 1의 중합체(1g)와 광산발생제인 트리페닐설포늄 노나플레이트(0.03g)와 트리에탄올 아민(0.0024g)을 부탄올(20g)에 녹인 후 0.01 ㎛ 필터로 여과시켜 포토레지스트 조성물을 얻었다.The polymer (1 g) of Example 1, triphenylsulfonium nonaplate (0.03 g) and triethanol amine (0.0024 g), which are photoacid generators, were dissolved in butanol (20 g) and filtered through a 0.01 μm filter to obtain a photoresist composition.

III. 포토레지스트 패턴 형성III. Form photoresist pattern

실시예 3.Example 3.

0.1㎛ 이하의 피식각층 패턴이 형성된 기판 상부에 에틸 락테이트에 용해시킨 제 1 포토레지스트 조성물(A52T3; 금호석유화학)을 200㎚의 두께로 스핀 코팅한 다음, 155℃의 오븐 또는 열판에서 120초간 소프트 베이크를 하여 제 1 포토레지스트층을 형성하였다(도 5 참조).A first photoresist composition (A52T3; Kumho Petrochemical) dissolved in ethyl lactate was formed on the substrate on which the etching layer pattern of 0.1 μm or less was formed to a thickness of 200 nm, and then 120 seconds in an oven or hot plate at 155 ° C. Soft baking was performed to form the first photoresist layer (see FIG. 5).

상기 제 1 포토레지스트층 상부에 상기 실시예 2의 포토레지스트 조성물을 스핀 코팅하여 상기 피식각층 패턴을 매립한 다음, 150℃의 오븐 또는 열판에서 120초간 소프트 베이크를 하여 제 1 및 제 2 포토레지스트층이 순차적으로 형성된 2층 구조의 포토레지스트층을 형성하였다(도 6 참조). The photoresist composition of Example 2 was spin-coated to fill the etched layer pattern on the first photoresist layer, and then the first and second photoresist layers were soft baked for 120 seconds in an oven or a hot plate at 150 ° C. This sequentially formed photoresist layer of two-layer structure was formed (see Fig. 6).                     

상기 2층 포토레지스트층에 대한 노광 및 현상 공정으로 피식각층 패턴이 하나씩 건너 오픈된 개구부를 포함하는 2층 포토레지스트 패턴을 형성한 다음, 상기 2층 포토레지스트 패턴을 마스크로 50KeV, 도즈량 (Dose) = 2x1013의 중간 주입 방식으로 브롬(Br) 이온을 주입하였다.In the exposure and development process for the two-layer photoresist layer, a two-layer photoresist pattern including an opening in which the etched layer pattern is crossed one by one is formed, and then 50KeV and dose (Dose) Bromine (Br) ions were implanted by an intermediate implantation method of = 2 × 10 13 .

상기 이온주입 공정을 수행한 기판을 2.38wt% TMAH 수용액에서 40초간 침지하고 현상함으로써, 하나씩 건너 이온 주입 영역이 형성된 0.08㎛의 L/S 피식각층 패턴을 포함하는 반도체 기판을 제조하였다(도 7 참조).The substrate subjected to the ion implantation process was immersed in a 2.38wt% TMAH aqueous solution for 40 seconds and developed to prepare a semiconductor substrate including a 0.08 μm L / S etched layer pattern having ion implantation regions therebetween (see FIG. 7). ).

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 기판의 전기적 특성을 높이기 위한 이온 주입 공정 시에 물성이 다른 두 종류의 포토레지스트 조성물을 이용하여 2층 구조의 포토레지스트층으로 형성하고 패터닝 한 후, 이를 이온주입 공정용 마스크로 이용함으로써, 포토레지스트층 내부에 보이드가 발생되는 현상을 방지하여 안정한 이온주입 공정을 수행할 수 있도록 하므로 반도체 소자의 최종 수율을 높일 수 있다.As described above, in the present invention, after forming and patterning a photoresist layer having a two-layer structure by using two types of photoresist compositions having different physical properties during an ion implantation process for enhancing electrical characteristics of a substrate, ion implantation is performed. By using it as a process mask, it is possible to prevent a phenomenon in which voids are generated in the photoresist layer to perform a stable ion implantation process, thereby increasing the final yield of the semiconductor device.

Claims (13)

반도체 기판 상부에 피식각층 패턴을 형성하는 단계;Forming an etched layer pattern on the semiconductor substrate; 상기 피식각층 패턴 전면에 제 1 포토레지스트층을 형성하는 단계;Forming a first photoresist layer on the entire surface of the etched layer pattern; 상기 제 1 포토레지스트층 상부에 상기 제 1 포토레지스트층과 용해 물성이 다른 포토레지스트 조성물로 제 2 포토레지스트층을 형성하여 피식각층 패턴을 매립시키는 단계;Filling the etched layer pattern by forming a second photoresist layer on the first photoresist layer with a photoresist composition having different dissolution properties from the first photoresist layer; 상기 형성된 2층 포토레지스트층에 대한 노광 및 현상 공정을 수행함으로써, 상기 피식각층 패턴이 하나 건너씩 오픈(open)된 개구부를 포함하는 2층 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Forming a two-layer photoresist pattern including an opening in which the etched layer pattern is opened one by one by performing an exposure and development process on the formed two-layer photoresist layer; And 상기 포토레지스트 패턴을 이온주입용 마스크로 이용하여 상기 노출된 반도체 기판에 대한 이온 주입 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.And performing an ion implantation process on the exposed semiconductor substrate using the photoresist pattern as an ion implantation mask. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 포토레지스트층은 기판으로부터 50㎚∼800㎚ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.And the first photoresist layer is formed to a thickness of 50 nm to 800 nm from the substrate. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제 1 포토레지스트층은 기판으로부터 100㎚∼300㎚ 두께로 형성되는 것 을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.And the first photoresist layer is formed to a thickness of 100 nm to 300 nm from the substrate. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 포토레지스트층을 형성하는 단계 후, 및 제 2 포토레지스트층을 형성하는 단계 후에, 상기 각각의 층 또는 하나의 층에 대해 130∼180℃ 온도에서 베이크하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.After the forming of the first photoresist layer and after the forming of the second photoresist layer, the method further comprises baking at a temperature of 130 to 180 ° C. for each layer or one layer. A pattern forming method for an ion implantation process of a semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 포토레지스트층 또는 제 2 포토레지스트층은 프로필렌글리콜 메틸에테르아세테이트(PGMEA) 또는 에틸 락테이트(ethyl lactate)에 용해되는 물성을 가지는 저분자 물질을 포함하는 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.The first photoresist layer or the second photoresist layer is formed using a photoresist composition comprising a low molecular material having physical properties dissolved in propylene glycol methyl ether acetate (PGMEA) or ethyl lactate (ethyl lactate) A pattern formation method for an ion implantation process of a semiconductor device. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제 1 포토레지스트층 또는 제 2 포토레지스트층은 부탄올에 용해되는 고분자 물질 및 부탄올을 포함하는 포토레지스트 조성물을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.The method of claim 1, wherein the first photoresist layer or the second photoresist layer is formed using a photoresist composition comprising a polymer material and butanol dissolved in butanol. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 부탄올 용매에 용해되는 고분자 물질은 하기 화학식 1 로 표시되는 화합물인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법:Method for forming a pattern for the ion implantation process of the semiconductor device, characterized in that the polymer material dissolved in the butanol solvent is a compound represented by the following formula (1): [화학식 1][Formula 1]
Figure 112004046169194-pat00002
Figure 112004046169194-pat00002
(상기 식에서,(Wherein R1은 산에 민감한 보호기이고,R 1 is an acid sensitive protecting group, R2는 C1 내지 C10의 직쇄 또는 측쇄의 알킬이며,R 2 is C 1 to C 10 linear or branched alkyl, 상기 n : m 의 상대비는 1∼99 : 99∼1 mol% 이다.).The relative ratio of n: m is 1 to 99:99 to 1 mol%.).
제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 화학식 1 의 화합물은 폴리(t-부틸 아크릴레이트/메틸 메타크릴레이트) 중합체인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.The compound of Formula 1 is a poly (t-butyl acrylate / methyl methacrylate) polymer, characterized in that the pattern formation method for the ion implantation process of a semiconductor device. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,The method according to claim 5 or 6, 상기 포토레지스트 조성물은 광산발생제 및 용매를 더 포함하는 것을 특징으 로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.The photoresist composition is a pattern forming method for the ion implantation process of the semiconductor device characterized in that it further comprises a photoacid generator and a solvent. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 노광 공정은 KrF, ArF, EUV(Extreme Ultra Violet), VUV (Vacuum Ultra Violet), E-빔, X-선 또는 이온빔으로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.The exposure process is a pattern forming method for the ion implantation process of a semiconductor device, characterized in that performed by KrF, ArF, Extreme Ultra Violet (EUV), Vacuum Ultra Violet (VUV), E-beam, X-ray or ion beam. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 이온 주입 공정은 브롬(Br) 및 이불화 붕소(BF2) 이온을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.The ion implantation process is a pattern forming method for the ion implantation process of the semiconductor device, characterized in that performed using bromine (Br) and boron difluoride (BF 2 ) ions. 제1항 기재의 방법을 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 의해 제조된 반도체 소자.The semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the semiconductor device containing the method of Claim 1. 제7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 산에 민감한 보호기는 t-부틸, 테트라히드로피란-2-일, 2-메틸 테트라히드로피란-2-일, 테트라히드로퓨란-2-일, 2-메틸 테트라히드로퓨란-2-일, 1-메톡시프로필, 1-메톡시-1-메틸에틸, 1-에톡시프로필, 1-에톡시-1-메틸에틸, 1-메톡시에틸, 1-에톡시에틸, t-부톡시에틸, 1-이소부톡시에틸 및 2-아세틸멘트-1-일로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 이온 주입 공정을 위한 패턴 형성 방법.The acid sensitive protecting groups are t -butyl, tetrahydropyran-2-yl, 2-methyl tetrahydropyran-2-yl, tetrahydrofuran-2-yl, 2-methyl tetrahydrofuran-2-yl, 1- Methoxypropyl, 1-methoxy-1-methylethyl, 1-ethoxypropyl, 1-ethoxy-1-methylethyl, 1-methoxyethyl, 1-ethoxyethyl, t -butoxyethyl, 1- A pattern forming method for an ion implantation process of a semiconductor device, characterized in that selected from the group consisting of isobutoxyethyl and 2-acetylment-1-yl.
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