KR100685392B1 - 반도체 소자 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판상에 형성된 포토레지스트 패턴을 제거하기 위한 방법으로 0.7 내지 2Pa의 압력으로 0.1 내지 0.6W/㎠의 파워 밀도를 갖는 유도 결합형 플라즈마 장치를 이용하여 산소 플라즈마를 발생시켜 포토레지스트 패턴의 잔류물이 발생되지 않도록 제거하는 반도체 소자 형성 방법에 관한 것이다.
본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 소정의 소자가 형성된 기판상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 소정의 공정을 진행하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 0.7 내지 2Pa의 공정 압력과 0.1 내지 0.6W/㎠의 파워 밀도를 갖는 고밀도 플라즈마 장치로 산소 플라즈마를 발생하여 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 반도체 소자 형성 방법에 기술적 특징이 있다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 유도 결합형 플라즈마 장치를 이용하여 특정의 공정 압력 및 파워 밀도에서 산소 플라즈마를 발생시켜 포토레지스트 패턴을 잔류물없이 제거함으로서, 공정 시간을 단축시킬 뿐만 아니라 포토레지스트의 잔류물이 남지 않아 이후 박막트랜지스터를 형성하였을 때, 잔류물에 의한 불량이 발생하지 않는 효과가 있다.
포토레지스트 패턴, 유도 결합형 플라즈마, 잔류물
Description
도 1 내지 도 5는 포토레지스트를 이용하여 불순물 주입 공정을 진행하는 공정 단면도.
도 6은 본 발명을 이용하여 제조한 박막트랜지스터의 단면도.
도 7은 포토레지스트의 잔류물이 남은 것을 보여 주는 사진.
도 8은 본 발명에 의해 포토레지스트가 완전히 제거된 것을 보여 주는 사진.
도 9는 변성된 포토레지스트의 잔류물이 남은 것을 보여 주는 사진.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
14 : 마스크 15 : 빛
17 : 변성된 영역을 갖는 포토레지스트 패턴 18 : 불순물 주입 공정
21 : 산소 플라즈마
본 발명은 반도체 소자 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 0.7 내지 2Pa의 압력으로 0.1 내지 0.6W/㎠의 파워 밀도를 갖는 유도 결합형 플라즈마 장치를 이용하여 산소 플라즈마를 발생시켜 포토레지스트 패턴의 잔류물이 발생되지 않도록 제거하는 반도체 소자 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정에 있어서 각 단계마다 사진(photolithography) 공정이 필수적으로 사용되고 있다. 사진 공정이란 반도체 기판상에 만들고자 하는 패턴이 새겨진 마스크에 빛을 투과시킴으로써, 그 패턴을 포토레지스트에 전사하는 공정을 말한다. 패턴이 새겨진 포토레지스트는 식각 마스크 또는 불순물 주입 마스크가 되어 하부 물질막을 패터닝하거나 불순물을 주입하는데 사용되며, 식각 공정 또는 불순물 주입 공정 후에 더 이상 불필요하게 된 포토레지스트 패턴은 제거해야 한다. 일반적으로 불필요한 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정을 스트립(stripe) 공정이라고 한다. 상기 스트립 공정은 황산(H2SO4) 또는 오존(O3)을 초순수에 혼합하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정이다.
그러나, 상기의 스트립 공정은 불순물 주입 공정에 의해 변성된 포토레지스트를 제거하지 못해 포토레지스트 잔류물을 남겨, 이후 완성된 반도체 소자에 악영향을 주는 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 0.7 내지 2Pa의 압력으로 0.1 내지 0.6W/㎠의 파워 밀도를 갖는 유도 결합형 플라즈마 장치를 이용하여 산소 플라즈마를 발생시켜 포토레지스트 패턴의 잔류물이 발생되지 않도록 완전히 제거하는 반도체 소자 형성 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 소정의 소자가 형성된 기판상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 소정의 공정을 진행하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴을 0.7 내지 2Pa의 공정 압력과 0.1 내지 0.6W/㎠의 파워 밀도를 갖는 고밀도 플라즈마 장치로 산소 플라즈마를 발생하여 제거하는 단계로 이루어진 반도체 소자 형성 방법에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
도 1 내지 도 5는 포토레지스트를 이용하여 불순물 주입 공정을 진행하는 공정 단면도이다.
먼저, 도 1은 소정의 소자가 형성된 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 플라스틱 또는 유리와 같은 절연 기판(11)상에 소정의 소자를 형성하기 위한 박막층(12)을 형성하고, 상기 박막층에 불순물 주입 공정을 진행하기 위해 포토레지스트(13)를 도포하는 공정이다. 이때 상기 박막층은 반도체층과 게이트 절연막으로 형성되어 있을 수 있다.
이때 상기 포토레지스트는 크게 네가티브 포토레지스트(Negative Photoresist) 또는 포지티브 포토레지스트(Positive Photoresist)로 나눌 수 있는데, 상기 두 종류의 포토레지스트는 빛이 조사된 부분이 현상액에 녹으면 포지티브이고, 빛이 조사된 부분이 녹지 않으면 네가티브이다.
상기 포토레지스트는 스프레이(Spray) 방식 또는 스핀(Spin) 방식 등과 같은 방법으로 상기 기판에 도포된다. 이때 상기 포토레지스트를 기판상에 도포하기 전에 탈수굽기(Dehydration Bake) 공정을 진행하고 도포한 후, 선굽기(Prebake) 공정을 진행한다. 상기 탈수굽기 공정은 기판에 흡착된 수분을 제거하여 포토레지스트가 기판에 잘 점착되도록 하기 위한 공정으로 400℃이하에서 실행한다. 또한 상기 포토레지스트의 접착력을 더 개선하기 위해 HMDS(Hexamethyldisilzane)를 도포하기도 한다.
상기 선굽기 공정은 액체 상태인 포토레지스트를 가열하여 고체 필름으로 변화시키는 공정으로 포토레지스트의 성분퇴화없이 용제(Solvent)만을 제거하는데 각 포토레지스트 재료에 따라 상기 가열 온도가 다르다. 예를 들면, 로버(Robber)의 경우에는 54 내지 200℃의 범위이고, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 경우에는 105 내지 200℃의 온도 범위이다.
다음, 도 2는 상기 기판상에 형성된 포토레지스트를 노광하는 공정의 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 포토레지스트 상부에 마스크(14)를 위치시키고 광원에서 발생한 빛(15)을 상기 마스크에 오픈된 영역을 지나 포토레지스트에 조사시켜 상기 포토레지스트의 일부분을 변화(16)시킨다.
이때 광을 조사시키는 방법은 크게 음영 인쇄법(Shadow printing)과 투사형 인쇄법(Projection printing)으로 나눌수 있다. 이때 상기 음영 인쇄법은 마스크와 포토레지스트를 접촉시키는 접촉인쇄법과 포토레지스트와 마스크 사이에 10 내지 50㎛ 정도의 간격을 두는 근접인쇄법이 있고, 상기 투사형 인쇄법은 빛을 굴절시키는 굴절 투사형 인쇄법과 빛을 반사시키는 반사 투사형 인쇄법이 있다.
다음, 도 3은 상기 노광된 포토레지스트를 현상 공정을 진행하여 패턴을 형성하는 단계의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 상기 노광 공정을 진행한 기판을 현상액을 이용하여 포토레지스 패턴(17)이외의 영역의 포토레지스트를 제거하는 공정이다. 도 3에서 보여 주고 있는 포토레지스트는 네가티브 포토레지스트로 빛이 조사된 영역이 남고 빛이 조사되지 않은 영역은 현상액에 의해 제거되어진 것을 볼 수 있다.
이어서, 후굽기(Postbake) 공정을 진행하는데, 이는 현상 공정 이후 포토레지스트 패턴이 현상액에 의하여 부풀어 올라 포토레지스트와 하부층간의 부착되는 정도가 약해지는 것을 보강하기 위해 진행된다.
다음, 도 4는 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 불순물 주입 공정을 진행하는 공정의 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 상기 포토레지스트 패턴(17)을 마스크로 이용하여 하부의 박막층에 불순물 주입 공정(18)을 진행한다. 이때 하부의 박막층에 불순물이 주입(19)될 뿐만 아니라 포토레지스트 패턴에도 고에너지를 갖는 불순물 또는 기체 라디칼(Radical)에 의해 그 특성이 변화하게 하는 손상(Damage)을 입히게 된다. 따라서 종래의 포토레지스트 제거 방법인 스트립 공정으로는 변성된 포토레지스트 패턴을 완전히 제거하지 못하게 되고, 잔류하는 포토레지스트를 제거하기 위해 특수한 약품을 처리해야함으로서, 공정이 복잡해지고, 공정 시간이 길어지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 상기 잔류하는 포토레지스트를 완전히 제거하지 않은 경우에는 도 7에서 보는 바와 같이 포토레지스트 잔류물(20)이 남아 이후 완성된 반도체 소자에 악영향을 주게 된다.
다음, 도 5는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정의 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 상기 불순물 이온 주입 공정에 의해 변성된 영역을 갖는 포토레지스트 패턴을 산소 플라즈마(21)를 이용하여 제거하는 공정을 보여주고 있다. 이때 상기 산소 플라즈마는 공정 압력이 0.7 내지 2Pa이고, 바이어스 RF가 4MHz 내지 14MHz인 경우에는 0.1 내지 0.6W/㎠의 파워 밀도를 갖는 플라즈마를 발생시키는 유도 결합형 플라즈마(Induced Coupled Plasma)를 이용한다. 상기 유도 결합형 플라즈마로 발생되고, 상기 공정 조건으로 상기 변성된 영역을 갖는 포토레지스트를 제거하게 되면 도 8에서 보는 보와 같이 포토레지스트가 완전히 제거되어 잔류물이 전혀 남지 않게 된다.
그러나, 상기 파워 밀도가 0.1W/㎠이하인 경우에는 상기 포토레지스트를 제거할 수는 있으나, 공정시간이 100초 이상의 장시간 동안 플라즈마 처리를 해야, 포토레지스트의 잔류물이 없이 완전히 제거할 수 있어, 실제 공정에 적용하기에는 너무 많은 공정 시간이 필요한 문제점이 있을 뿐만 아니라 장시간 플라즈마 공정을 진행함으로서, 다른 소자에 플라즈마 손상과 같은 악영향을 미칠수 있는 문제점이 있다. 또한 파워 밀도가 0.6W/㎠이상인 경우에는 도 9에서 보는 바와 같이 고에너지의 플라즈마에 의해 포토레지스트가 변성되고, 변성된 포토레지스트는 제거되지 않고 잔류물로 남게 됨으로 파워 밀도를 0.6W/㎤이상은 사용하지 않는 것이 바람직함을 알 수 있다.
다음, 도 6은 상기 포토레지스트가 완전히 제거된 후 상기 박막층을 이용하는 일실시예로서, 박막트랜지스터 및 유기 전계 발광 소자를 형성하는 공정의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 상기 플라스틱 또는 유리와 같은 기판(101)상에 실리콘층을 형성하고, 상기 실리콘층을 패턴하여 반도체층(102)을 형성한 후, 게이트 절연막(103)을 형성하고, 상기 게이트 절연막상에 게이트 전극(104)을 형성한 후, 상기 게이트 전극을 이용하여 불순물 주입 공정을 실시하여 소오스/드레인 영역(102b)을 형성하고, 상기 기판상에 층간절연막(105)을 형성한 후, 소오스/드레인 전극(106)을 형성하여 박막트랜지스터를 형성한다. 이때, 상기 게이트 전극을 형성한 후, 불순물 주입 공정을 실시하여 LDD(Lightly Doped Drain)(102a) 영역을 형성하는 공정을 더 진행할 수 있다.
또한, 상기 기판상에 패시베이션층(107) 및 평탄화층(108)을 형성하고, 상기 평탄화층 및 패시베이션층을 식각하여 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀이 형성된 기판상에, 제1전극(109)을 형성하고, 상기 기판상에 화소 영역을 정의하는 PDL(110)을 형성한 후, 상기 기판상에 유기 발광층(111)을 형성하고, 이어서, 제2전극(112)을 형성하여 유기 전계 발광 소자를 형성한다.
이때, 상기 박막트랜지스터 또는 유기 전계 발광 소자를 형성할 때 또는 형 성한 후, 기판의 소정 영역에서는 금속 배선을 형성하고, 상기 금속 배선들을 콘택하기 위한 비아홀을 형성할 뿐만 아니라 필요한 경우에는 캐패시터(Capacitor)를 형성하기도 한다(도시 안함).
즉, 상기에서 상술한 박막트랜지스터 또는 유기 전계 발광 소자를 형성하기 위한 여러 공정에서 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토레지스트 패턴을 제거할 때 잔류물이 남지 않도록 하기 위해서는 본 발명의 산소 플라즈마를 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 소오스/드레인 영역 또는 LDD 영역을 형성하기 위한 불순물 주입 공정에 의해 변성된 포토레지스트 패턴을 제거하기 위해 본 발명의 산소 플라즈마를 이용한 포토레지스트 패턴 제거 뿐만 아니라, 반도체층 형성 공정, 게이트 전극 형성 공정, 소오스/드레인 전극을 반도체층에 콘택하기 위한 콘택홀 형성 공정, 소오스/드레인 전극 형성 공정, 제1전극을 소오스/드레인 전극에 콘택하기 위한 평탄화층에 형성되는 비아홀 형성 공정, 투명 전극과 같은 제1전극 형성 공정, PDL 형성 공정, 유기 발광층 형성 공정, 금속 배선 형성 공정, 금속 배선들을 콘택하기 위한 비아홀 형성 공정, 캐패시터 형성 공정 등과 같은 식각 공정에서 마스크로 이용되는 포토레지스트 패턴을 제거할 때도 본 발명의 산소 플라즈마를 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거할 수 있다. 예를 들어, 반도체층 형성 공정은 기판 전면에 반도체를 형성하고, 반도체층을 형성하는 영역에 포토레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 반도체를 식각하여 반도체층을 형성한다. 이때 상기 식각 공정에서 상기 포토레지스트 패턴이 변성할 수 있어, 기존 의 공정으로는 상기 포토레지스트 패턴을 완전히 제거할 수 없게 된다. 이때 상기 산소 플라즈마를 이용하여 상기 상술한 공정 조건을 이용하여 포토레지스트 패턴을 제거하게 되면 잔류물이 남지않아 상기 박막트랜지스터의 포토레지스트 잔류물에 의한 불량은 발생하지 않게 된다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 유도 결합형 플라즈마 장치를 이용하여 특정의 공정 압력 및 파워 밀도에서 산소 플라즈마를 발생시켜 포토레지스트 패턴을 잔류물없이 제거함으로서, 공정 시간을 단축시킬 뿐만 아니라 포토레지스트의 잔류물이 남지 않아 이후 박막트랜지스터를 형성하였을 때, 잔류물에 의한 불량이 발생하지 않는 효과가 있다.
Claims (9)
- 소정의 소자가 형성된 기판상에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 소정의 공정을 진행하는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴을 0.7 내지 2Pa의 공정 압력과 0.1 내지 0.6W/㎠의 파워 밀도를 갖는 고밀도 플라즈마 장치로 산소 플라즈마를 발생하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 소정의 공정은 불순물 주입 공정임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 소정의 공정은 식각 공정임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 고밀도 플라즈마 장치는 유도 결합형 플라즈마 장치임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 0.1 내지 0.6W/㎠의 파워 밀도는 RF 바이어스가 4MHz 내지 14MHz인 경우임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는상기 기판을 선굽기하는 단계;상기 기판상에 HMDS층을 증착하는 단계;상기 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계;상기 기판을 노광하는 단계;상기 기판을 현상하는 단계; 및상기 기판을 후굽기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는반도체층 형성 공정, 게이트 전극 형성 공정, 콘택홀 형성 공정, 소오스/드레인 전극 형성 공정, 비아홀 형성 공정, 제1전극 형성 공정, PDL 형성 공정, 유기 발광층 형성 공정, 금속 배선 형성 공정 또는 캐패시터 형성 공정 중 어느 하나 이상의 공정임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 7항에 있어서,상기 비아홀은 제1전극을 콘택하는 비아홀 또는 금속 배선들을 콘택하기 위한 비아홀임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 반도체 소자는 박막트랜지스터 또는 유기 전계 발광 소자임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
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