KR100684271B1 - 금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법 - Google Patents

금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속, 반도체, 절연체의 패턴 형성 방법에 있어서, 종래의 방법으로 선폭이 10 nm 이상인 패턴(202)을 만드는 단계(S302), 및 상기 패턴(202)을 물리적, 기계적 가공으로 깍아서 크기를 줄이는 단계, 상기 패턴(202)을 화학적 방법으로 식각함으로써 상기 패턴(202)의 크기를 줄이는 단계 및 상기 패턴(202)을 재료의 가장 외부로부터 분해하여 상기 패턴(202)의 크기를 줄이는 단계들 중에서 선택된 하나의 단계(S306)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법에 관한 것이다.
금속, 반도체, 절연체, 패턴, 식각, 이온빔 식각, 화학적 식각, 전기분해

Description

금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법{The method of reducing the linewidths and sizes of metallic, semiconducting, and insulating patterns}
도 1은 종래 기술의 사진 공정을 이용한 패턴 형성 과정의 흐름도,
도 2a는 기판 위에 미리 만들어진 크기가 큰 패턴의 단면도,
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 작아진 미세 패턴의 단면도,
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도,
도 4는 본 발명의 제 2 실시예로서 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도,
도 5는 본 발명의 제 3 실시예로서 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 설명>
200 : 기판,
202 : 크기가 큰 패턴,
212 : 작아진 미세 패턴.
본 발명은 종래의 방법으로 일단 선폭이나 크기가 큰 금속, 반도체, 절연체의 패턴을 제작한 후, 물리적, 화학적, 기계적 식각을 이용하여 패턴의 크기를 줄이는 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체소자는 기판상에서 필름증착, 산화, 사진, 식각, 이온주입, 확산 등의 각 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행함으로써 이루어진다.
도 1은 종래 기술의 사진 공정을 이용한 패턴 형성 과정의 흐름도이다. 상기 사진 공정과 후속 공정을 포함한 반도체소자의 패턴을 형성하는 과정에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 기판상에 포토 레지스트를 도포(S102)하고, 도포된 포토 레지스트를 소프트 베이크(S104)하고, 이 웨이퍼의 에지부분을 노광(S106)한 후, 상기 웨이퍼 상에 노광할 레티클을 정렬시켜서 노광(S108)하게 된다.
상기 정렬/노광 공정(S108)을 진행한 후, 웨이퍼를 베이크하는 피이비(Post exposure bake : PEB)(S110)를 진행하고, 이 웨이퍼를 현상(S112)하며, 형성된 포토레지스트 패턴을 하드베이크(S114)한다.
상기 하드베이크 공정(S114)을 진행한 후, 포토리지스트를 마스크로 이용하여 식각을 하거나, 이온 주입 등을 공정(S116)을 수행한 후 불필요해진 포토리지스트를 제거(S118)한다.
이로서, 금속, 반도체, 절연체 등의 재료로 된 패턴이 만들어지는데, 종래의 사진기술의 한계에 의해 선폭이 10 nm 이하의 패턴을 대량 제작할 수 없었다.
어떤 패턴의 선폭이나 크기가 10 nm 이하가 되도록 미세 선폭의 패턴들을 대량으로 제작하기는 현재 거의 불가능하거나 어렵다. 그러나, 미래의 고성능 소자들에서는 이런 미세 패턴의 형성이 요구된다. 현재 10 nm 수준을 만들기 위해 개발된 방법들은 부분적으로만 가능하거나, 매우 속도가 느리거나, 생산 비용이 매우 높아진다. 따라서, 기존의 방법으로 최소 선폭이 10 nm 이하가 되는 패턴들을 대량으로 생산하는 것은 현재 거의 불가능하다.
본 발명은 기존의 방법으로 일단 선폭이나 크기가 큰(예를들어 10 nm 이상) 패턴(202)들을 제작한 후 물리적, 화학적, 기계적 식각을 이용하여 패턴의 크기를 더 줄이는 방법에 관한 것이다. 이렇게 하여 대량 생산에 적합한 기존의방법을 그대로 이용하고 추가로 적은 비용을 들여서 선폭이나 크기가 작은(예를들어 10 nm 이하) 미세 패턴(212)을 만들고자 하는 것이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 기술의 사진 공정을 이용한 패턴 형성 과정의 흐름도, 도 2a는 기판 위에 미리 만들어진 패턴의 단면도, 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 작아진 패턴의 단면도, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 금속, 반도체, 절연체의 패 턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예로서 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예로서 금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도이다.
본 발명의 제 1실시예에 따른 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법은 금속, 반도체, 절연체의 패턴 형성 방법에 있어서, 크기가 큰 패턴(202)을 만드는 단계(S302) 후에, 이온빔 등에 의한 물리적, 기계적 원리를 이용하여 패턴(202)을 깍아서 크기를 줄이는 단계, 패턴(202)의 재료를 식각할 수 있는 산이나 알칼리를 사용하여 화학적으로 식각하여 패턴(202)의 크기를 줄이는 단계 및 전기 분해 등에 의한 패턴(202) 재료의 가장 외부로부터 분해하여 패턴(202)의 크기를 줄이는 단계들 중에서 선택된 하나의 단계(S306)를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법에 관한 것이다. 또한, 선택적으로 식각된 표면의 효율성과 균일성을 높이기 위해 패턴에 열처리를 하거나 화학적 처리를 하는 단계(S404, S408), 또는 식각의 효율성과 균일성을 높이기 위해 미리 기판의 일부분을 식각하거나 조작하는 단계(S505)를 더 포함할 수 있다.
도 3 내지 도 5에서 일의자리 숫자가 같은 도번, 예를들어 S302, S402, S502 단계는 같은 단계를 의미하며, S306, S406, S506 단계 또한 같다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, S302 단계에서 종 래의 사진 기술 등을 이용하여 금속, 반도체, 절연체의 선폭이나 크기가 큰 패턴(202)을 만든다. 이러한 패턴(202)은 도 2a에 도시된 바와 같다.
S306 단계에서, 이온빔 등에 의한 물리적, 기계적 원리를 이용하여 패턴(202)을 깍아서 미세 패턴(212)을 만들 수 있다. 이러한 미세 패턴(212)은 도 2b에 도시된 바와 같다.
패턴(202)의 크기를 줄이는 또 다른 방법은 니켈, 철, 코발트 등의 전이금속으로 된 패턴을 염산이나 질산 등의 화학 약품을 이용하여 직접 화학적 방법으로 식각하는 것이다. 그 외에도, 전기 분해 방법을 이용하여 패턴(202) 재료의 가장 외부로부터 분해하여 패턴의 크기를 줄일 수 있다.
위에서 설명한 S306 단계는 거시계에서는 일반적으로 잘 작동하며 10 nm 수준에서 발표된 결과는 없으나, 엄격한 관리를 통한다면 충분히 적용될 것으로 예상된다. 부분적으로 실험결과 본 방법은 패턴의 크기를 줄이는 데 효과가 있었다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예로서 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, S402 단계에서 종래의 사진 기술 등을 이용하여 금속, 반도체, 절연체의 선폭이나 크기가 큰 패턴(202)을 만든다.
S404 단계에서, 식각된 표면의 효율성과 균일성을 높이기 위해 패턴에 열적 처리를 하거나 화학적 처리를 할 수 있다. 이 공정은 S402단계가 아닌 S406 단계 이후인 S408 단계에서 적용될 수도 있다. S404 단계와 S408 단계는 선택적으로 적용된다.
S406 단계에서, 전술한 바와 같이, 이온빔 등에 의한 물리적, 기계적 원리를 이용하여 가공하거나, 염산이나 질산 등의 화학 약품을 이용하여 직접 화학적 방법으로 식각한다. 또는, 전기 분해 방법을 이용하여 패턴 재료의 가장 외부로부터 분해하여 패턴(202)의 크기를 줄일 수 있다.
전술한바와 같이, S404 단계를 거치지 않은 경우 S408 단계를 거치며, S408 단계의 내용은 S404 단계와 같다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예로서 금속, 반도체, 절연체의 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법의 흐름도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, S502 단계에서 종래의 사진 기술 등을 이용하여 금속, 반도체, 절연체의 선폭이나 크기가 큰 패턴(202)을 만든다.
S505 단계에서, 식각의 효율성과 균일성을 높이기 위해 미리 기판의 일부분을 식각하거나 조작한다.
S506 단계에서, 전술한 바와 같이, 이온빔 등에 의한 물리적, 기계적 원리를 이용하여 가공하거나, 염산이나 질산 등의 화학 약품을 이용하여 직접 화학적 방법으로 식각한다. 또는, 전기 분해 방법을 이용하여 패턴 재료의 가장 외부로부터 분해하여 패턴(202)의 크기를 줄일 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예를 기준으로 주로 설명되어졌으나, 발명의 요지와 범위를 벗어나지 않고 많은 다른 가능한 수정과 변형이 이루어질 수 있다. 예컨데, 식각된 표면의 효율성과 균일성을 높이기 위해 패턴에 열적 처리를 하거나 화학적 처리를 하는 단계(S404)와 식각의 효율성과 균일성을 높이기 위해 미리 기판의 일 부분을 식각하거나 조작하는 단계(S505)를 혼합하여 적용하는 것은 본 발명의 상술한 실시예로부터 당업자가 용이하게 도출할 수 있는 변경일 것이다.
본 발명은 기존의 방법으로 일단 선폭이나 크기가 큰(예를들어 10 nm 이상) 패턴(202)들을 제작한 후 물리적, 화학적, 기계적 식각을 이용하여 패턴의 크기를 더 줄이는 방법에 관한 것이다. 따라서, 먼저 크기가 큰 패턴(202)을 기존의 방법으로 대량 제작하여 사용하므로 기존의 기술과 장비를 그대로 활용하여 경제성이 있다.
또한, 일단 만들어진 패턴(202)의 선폭이나 크기를 본 발명의 방법으로 단순히 줄이는 작업은 매우 쉽고 비용이 적게 들고 수율이 높다. 그리고, 기존의 방법으로 만들수 없는 미세 패턴(212)을 만들면 소자의 성능 향상이 이루어진다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 청구범위에서 정해지는 것으로서, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

Claims (8)

  1. 선폭이 10 nm 이상인 패턴(202)을 만드는 단계(S302); 및 상기 패턴(202)을 물리적, 기계적 가공으로 깍아서 크기를 줄이는 단계, 상기 패턴(202)을 재료의 가장 외부로부터 분해하여 상기 패턴(202)의 크기를 줄이는 단계 중에서 선택된 하나의 단계(S306); 를 포함하는 금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법에 있어서,
    상기 물리적, 기계적 가공은 이온빔 가공인 것을 특징으로 하는 금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 선폭이 10 nm 이상인 패턴(202)을 재료의 가장 외부로부터 분해하여 상기 패턴(202)의 크기를 줄이는 단계는 전기 분해를 이용하는 것을 특징으로 하는 금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서, 상기 선폭이 10 nm 이상인 패턴(202)의 재료는 니켈, 철, 코발트 등의 전이 금속인 것을 특징으로 하는 금속, 반도체, 절연체 패턴의 선폭과 크기를 줄이는 방법.
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