KR100760110B1 - Resist Composition, Method For Forming Resist Pattern, Semiconductor Device, And Method For Manufacturing Thereof - Google Patents
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Abstract
레지스트 물질 및 술폰산 암모늄염을 포함하는 조성물. 상기 조성물로부터 형성되는 레지스트 패턴은 레지스트 후육화(厚肉化) 재료에 의해 균일하게 후육화되어, 노광 장치의 해상도 한계를 넘어선 미세한 패턴을 형성할 수 있다.A composition comprising a resist material and an ammonium sulfonate salt. The resist pattern formed from the composition can be uniformly thickened by a resist thickening material to form a fine pattern beyond the resolution limit of the exposure apparatus.
레지스트 패턴, 후육화, 레지스트 조성물, 술폰산 암모늄염 Resist pattern, thickening, resist composition, ammonium sulfonic acid salt
Description
도 1은 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을, 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하는 메카니즘의 설명도이고, 레지스트 패턴 후육화 재료를 레지스트 패턴의 표면에 부여한 상태를 나타낸다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing of the mechanism which thickens the resist pattern formed from the resist composition of this invention using a resist pattern thickening material, and shows the state which provided the resist pattern thickening material to the surface of a resist pattern.
도 2는 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을, 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하는 메카니즘의 설명도이고, 레지스트 패턴 후육화 재료가 레지스트 패턴 표면에 침투한 상태를 나타낸다. 2 is an explanatory diagram of a mechanism for thickening a resist pattern formed from the resist composition of the present invention using a resist pattern thickening material, and shows a state in which the resist pattern thickening material has penetrated the resist pattern surface.
도 3은 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을, 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하는 메카니즘의 설명도이고, 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 레지스트 패턴이 후육화된 상태를 나타낸다. 3 is an explanatory diagram of a mechanism for thickening a resist pattern formed from the resist composition of the present invention using a resist pattern thickening material, and shows a state where the resist pattern is thickened by the resist pattern thickening material.
도 4는 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 레지스트 막을 형성한 상태를 나타낸다. 4 is a schematic view for explaining an example of a method of forming a resist pattern of the present invention, and showing a state in which a resist film is formed.
도 5는 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 레지스트 막을 패턴화하여 레지스트 패턴을 형성한 상태를 나타낸다. 5 is a schematic view for explaining an example of a method of forming a resist pattern of the present invention, and showing a state in which a resist pattern is formed by patterning a resist film.
도 6은 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법의 일예를 설명하기 위한 개략 도이고, 레지스트 패턴 표면에 레지스트 패턴 후육화 재료를 부여한 상태를 나타낸다. 6 is a schematic view for explaining an example of a method of forming a resist pattern of the present invention, and showing a state in which a resist pattern thickening material is applied to the resist pattern surface.
도 7은 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 레지스트 패턴 표면 및 레지스트 패턴 후육화 재료의 사이의 계면의 부근에서 믹싱이 일어나고, 레지스트 패턴 후육화 재료가 레지스트 패턴에 침투한 상태를 나타낸다. 7 is a schematic view for explaining an example of a method of forming a resist pattern of the present invention, in which mixing occurs near the interface between the resist pattern surface and the resist pattern thickening material, and the resist pattern thickening material penetrates into the resist pattern. Indicates a state.
도 8은 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 레지스트 패턴 후육화 재료를 현상한 상태를 나타낸다. 8 is a schematic view for explaining an example of a method of forming a resist pattern of the present invention, and showing a state in which a resist pattern thickening material is developed.
도 9는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 실리콘 기판상에 층간 절연막을 형성한 상태를 나타낸다. 9 is a schematic view for explaining an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and showing a state in which an interlayer insulating film is formed on a silicon substrate.
도 10은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 도 9에 나타내는 층간 절연막상에 티탄 막을 형성한 상태를 나타낸다. FIG. 10 is a schematic view for explaining an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, showing a state where a titanium film is formed on the interlayer insulating film shown in FIG. 9.
도 11은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 티탄 막상에 레지스트 막을 형성하여 티탄 막상에 홀 패턴을 형성한 상태를 나타낸다. Fig. 11 is a schematic view for explaining an example of a method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, and showing a state in which a resist pattern is formed on a titanium film to form a hole pattern on the titanium film.
도 12는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 홀 패턴을 층간 절연막에도 형성한 상태를 나타낸다. 12 is a schematic view for explaining an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, showing a state where a hole pattern is also formed in an interlayer insulating film.
도 13은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 홀 패턴을 형성한 층간 절연막상에 Cu 막을 형성한 상태를 나타낸다. FIG. 13 is a schematic view for explaining an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and showing a state where a Cu film is formed on an interlayer insulating film on which a hole pattern is formed.
도 14는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도 이고, 홀 패턴상 이외의 층간 절연막상에 퇴적된 Cu를 제거한 상태를 나타낸다. Fig. 14 is a schematic view for explaining an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, showing a state in which Cu deposited on an interlayer insulating film other than the hole pattern is removed.
도 15는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 홀 패턴 내에 형성된 Cu 플러그상 및 층간 절연막상에 층간 절연막을 형성한 상태를 나타낸다. Fig. 15 is a schematic view for explaining an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and showing a state in which an interlayer insulating film is formed on a Cu plug and an interlayer insulating film formed in a hole pattern.
도 16은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 표층으로서의 층간 절연막에 홀 패턴을 형성하여 Cu 플러그를 형성한 상태를 나타낸다. FIG. 16 is a schematic view for explaining an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and showing a state where a Cu plug is formed by forming a hole pattern in an interlayer insulating film as a surface layer.
도 17은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예를 설명하기 위한 개략도이고, 3층 구조의 배선을 형성한 상태를 나타낸다. 17 is a schematic view for explaining an example of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, and showing a state in which wiring of a three-layer structure is formed.
도 18은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 FLASH EPROM의 일예를 나타내는 평면도이다. 18 is a plan view showing an example of a FLASH EPROM manufactured by the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
도 19는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 FLASH EPROM의 다른 예를 나타내는 평면도이다. It is a top view which shows the other example of FLASH EPROM manufactured by the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.
도 20은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이다. 20 is a schematic cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a FLASH EPROM that is an example of the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention.
도 21은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 20의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is an example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG. 20.
도 22는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 21의 다음 스텝을 나타낸다. 22 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is one example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG. 21.
도 23은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 22의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is an example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG.
도 24는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 23의 다음 스텝을 나타낸다. 24 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is one example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG.
도 25는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 24의 다음 스텝을 나타낸다. 25 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is one example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG.
도 26은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 25의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 26 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is one example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG.
도 27은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 26의 다음 스텝을 나타낸다. 27 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is one example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG.
도 28은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 일예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 27의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is an example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG. 27.
도 29는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 다른 예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이다.29 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of a FLASH EPROM which is another example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention.
도 30은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 다른 예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 29의 다음 스텝을 나타낸다. 30 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is another example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG. 29.
도 31은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 다른 예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 30의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 31 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is another example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG.
도 32는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 또 다른 예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이다. 32 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of a FLASH EPROM which is still another example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention.
도 33은 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 또 다른 예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 32의 다음 스텝을 나타낸다. 33 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is still another example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step of FIG. 32.
도 34는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법의 또 다른 예인 FLASH EPROM의 제조 방법을 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 33의 다음 스텝을 나타낸다. 34 is a schematic cross-sectional view showing the manufacturing method of the FLASH EPROM which is still another example of the manufacturing method of the semiconductor device of the present invention, and shows the next step in FIG. 33.
도 35는 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이다. 35 is a schematic cross-sectional view illustrating an example in which a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head.
도 36은 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 35의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 36 is a schematic cross-sectional view illustrating an example in which a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG. 35.
도 37은 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 36의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 37 is a schematic cross-sectional view illustrating an example in which a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG. 36.
도 38은 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 37의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 38 is a schematic sectional view illustrating an example in which a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG.
도 39는 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 38의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 39 is a schematic cross-sectional view illustrating an example in which a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG. 38.
도 40은 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 39의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 40 is a schematic cross-sectional view illustrating an example in which a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG. 39.
도 41은 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 40의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 41 is a schematic cross-sectional view illustrating an example where a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG. 40.
도 42는 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 41의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 42 is a schematic cross-sectional view illustrating an example where a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG. 41.
도 43은 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 42의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 43 is a schematic cross-sectional view illustrating an example in which a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG. 42.
도 44는 본 발명의 레지스트 조성물로부터 형성된 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하고, 이를 기록 헤드의 제조에 응용한 일예를 설명하는 개략적인 단면도이고, 도 43의 다음 스텝을 나타낸다. FIG. 44 is a schematic cross-sectional view illustrating an example in which a resist pattern formed from the resist composition of the present invention is thickened using a resist pattern thickening material and applied to the manufacture of a recording head, and shows the next step in FIG. 43.
도 45는 도 35 내지 도 44의 스텝을 경유하여 제조된 기록 헤드의 일예를 나타내는 평면도이다. 45 is a plan view illustrating one example of a recording head manufactured via the steps of FIGS. 35 to 44.
도 46A는 간격 변화를 갖는 레지스트 패턴의 일예를 나타내는 개략 설명도이고, 도 46B는 간격 변화를 갖는 레지스트 패턴의 후육화 후의 상태의 일예를 나타내는 개략 설명도이다. 46A is a schematic explanatory diagram showing an example of a resist pattern having a gap change, and FIG. 46B is a schematic explanatory diagram showing an example of a state after thickening of a resist pattern having a gap change.
도 47A는 장방형의 레지스트 패턴의 일예를 나타내는 개략 설명도이고, 도 47B는 장방형의 레지스트 패턴의 후육화 후의 상태의 일예를 나타내는 개략 설명도 이다. 47A is a schematic explanatory diagram showing an example of a rectangular resist pattern, and FIG. 47B is a schematic explanatory diagram showing an example of a state after thickening the rectangular resist pattern.
도 48은 종래의 레지스트 패턴을 후육화한 경우의 노광량과 후육화량과의 관계의 일예를 나타내는 그래프이다. 48 is a graph showing an example of a relationship between an exposure amount and a thickening amount when a conventional resist pattern is thickened.
도 49는 술폰산암모늄염을 첨가한 비감광성 수지로부터 제조된 레지스트 패턴에 대하여 후육화를 행한 경우의 노광량과 후육화량과의 관계의 일예를 나타내는 그래프이다. Fig. 49 is a graph showing an example of the relationship between the exposure amount and the thickening amount when thickening is performed on a resist pattern prepared from a non-photosensitive resin to which ammonium sulfonate is added.
도 50은 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 형성한 레지스트 패턴에 대하여 후육화를 행한 경우의 노광량과 후육화량과의 관계의 일예를 나타내는 개략 설명도이다. It is a schematic explanatory drawing which shows an example of the relationship between the exposure amount and the thickening amount at the time of thickening the resist pattern formed using the resist composition of this invention.
도 51은 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 형성한 레지스트 패턴에 대하여 후육화를 행한 경우의 노광량과 후육화량과의 관계의 일예를 나타내는 그래프이다. FIG. 51 is a graph showing an example of a relationship between an exposure amount and a thickening amount when thickening is performed on a resist pattern formed using the resist composition of the present invention. FIG.
도 52A는 실시예 1에 있어서의 후육화 전의 레지스트 패턴을 나타내는 개략 설명도이고, 도 52B는 실시예 1에 있어서의 후육화 후의 레지스트 패턴을 나타내는 개략 설명도이다. 52A is a schematic explanatory diagram showing a resist pattern before thickening in Example 1, and FIG. 52B is a schematic explanatory diagram showing a resist pattern after thickening in Example 1. FIG.
도 53은 실시예 3에 있어서의 후육화 전의 레지스트 패턴을 나타내는 개략 설명도이다. Fig. 53 is a schematic explanatory diagram showing a resist pattern before thickening in Example 3;
<관련 출원들의 상호 참조>Cross-Reference to Related Applications
본 출원은 2005년 8월 23일에 출원되고, 그 전체 내용이 인용에 의하여 본원에 포함된 일본특허출원제2005-241665호에 기초한 우선권을 주장한다.This application is filed on August 23, 2005, and claims priority based on Japanese Patent Application No. 2005-241665, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
<발명의 배경>Background of the Invention
본 발명은 반도체 장치를 제조할 때에 이용되는 레지스트 패턴에 적합한 레지스트 조성물, 상기 레지스트 패턴을 후육화시켜 기존의 노광 장치의 광원의 노광 한계를 넘어서는 미세 간격 패턴을 형성하는 것인 레지스트 패턴의 형성 방법, 반도체 및 상기 레지스트 조성물을 사용하여 반도체를 제조하는 방법에 관한 것이다. The present invention provides a resist composition suitable for a resist pattern used when manufacturing a semiconductor device, a method of forming a resist pattern by thickening the resist pattern to form a fine gap pattern exceeding an exposure limit of a light source of a conventional exposure apparatus, A semiconductor and a method of manufacturing a semiconductor using the resist composition.
<관련 기술의 설명><Description of Related Technology>
현재, 반도체 집적 회로의 고집적화가 진행되어 LSI나 VLSI가 실용화되고 있고, 그것에 수반하여 배선 패턴은 0.2 ㎛ 이하의 크기로, 최소의 것으로는 0.1 ㎛ 이하의 크기까지 미세화되어 오고 있다. 미세 배선 패턴을 형성하는 데는, 기판을 레지스트 막으로 피복하고, 이 레지스트 막에 대하여 선택 노광을 행한 후에 현상함으로써 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 건식 에칭을 행하며, 그 후에 상기 레지스트 패턴을 제거함으로써 원하는 패턴을 얻는 리소그래피 기술이 매우 중요하다. 이 리소그래피 기술을 사용하여 미세 배선 패턴을 형성함에 있어서는, 노광 장치의 광원의 단파장화와, 그 빛의 특성에 적합하며 고해상도를 갖는 레지스트 재료의 개발이 필요하다. At present, high integration of semiconductor integrated circuits has progressed, and LSI and VLSI have been put into practical use. With this, wiring patterns have been miniaturized to a size of 0.2 μm or less and to a size of 0.1 μm or less. In forming the fine wiring pattern, the substrate is covered with a resist film, and the resist film is developed after performing selective exposure to the resist film to form a resist pattern, and dry etching is performed using the resist pattern as a mask. The lithographic technique of obtaining the desired pattern by removing the resist pattern is very important. In forming a fine wiring pattern using this lithography technique, it is necessary to shorten the wavelength of the light source of the exposure apparatus and to develop a resist material having a high resolution and suitable for the characteristics of the light.
그러나, 상기 노광 장치의 광원을 단파장화하기 위해서는, 노광 장치의 개량 이 필요하므로 막대한 비용을 필요로 한다. 한편, 단파장의 노광 광에 적합한 레지스트 재료의 개발도 용이하지 않다. However, in order to shorten the wavelength of the light source of the exposure apparatus, an improvement of the exposure apparatus is required, which requires enormous cost. On the other hand, development of a resist material suitable for short wavelength exposure light is not easy.
이 때문에, 레지스트 패턴 후육화 재료(「레지스트 팽윤제」 라고도 함)를 이용하여, 기형성된 레지스트 패턴을 후육화하여 간격 패턴을 미세하게 하는 기술이 제안되어 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 (평)10-73927호 공보에는 심자외선인 KrF(불화크립톤) 엑시머 레이저 광(파장 248 nm)과 같은 노광 광에 포지티브 또는 네가티브 레지스트 물질을 노광함으로써 레지스트 패턴을 형성한 후, 수용성 수지 조성물을 이용하여 상기 레지스트 패턴을 덮도록 도막을 설치하고, 상기 레지스트 패턴에 포함되어 있는 잔류 산의 작용에 의하여 상기 도막과 상기 레지스트 패턴을 그의 접촉 계면에서 상호 작용시킴으로써, 상기 레지스트 패턴을 후육화(이하, 「팽윤」이라고도 함)시킴으로써 상기 레지스트 패턴간의 간격을 짧게 하여, 미세 간격 패턴을 형성하고, 그 후에 상기 간격 패턴과 동일한 치수를 갖는 원하는 패턴(예를 들면 배선 패턴)을 형성하는, RELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrinkage)라 불리는 기술이 제안되어 있다. For this reason, the technique which thickens a preformed resist pattern using a resist pattern thickening material (also called a "resist swelling agent") and refines a space | interval pattern is proposed. For example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-73927 discloses a resist pattern formed by exposing a positive or negative resist material to exposure light such as deep ultraviolet KrF (krypton fluoride) excimer laser light (wavelength 248 nm). Thereafter, a coating film is provided to cover the resist pattern by using a water-soluble resin composition, and the resist pattern is made to interact with the coating film and the resist pattern at its contact interface by the action of the residual acid contained in the resist pattern. The thickness between the resist patterns is shortened by thickening (hereinafter also referred to as "swelling") to form a fine gap pattern, and then a desired pattern (for example, a wiring pattern) having the same dimensions as the gap pattern is formed. A technique called Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrinkage (RELACS) is proposed. The.
그러나, RELACS 기술의 경우, 사용되는 상기 KrF 레지스트는 노볼락 수지, 나프토퀴논 디아지드 등의 방향족계 수지 조성물로 형성되고, 상기 방향족계 수지 조성물에 포함되어 있는 방향환은, 상기 KrF(불화크립톤) 엑시머 레이저 광(파장 248 nm)은 투과 가능하지만, 그보다 단파장인 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광(파장 193 nm)은 흡수하여, 투과 불능이기 때문에, 상기 KrF(불화크립톤) 레지스트를 이용한 경우에는, 노광 광으로서, 상기 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광을 사 용할 수 없고, 보다 미세한 배선 패턴 등을 형성할 수 없는 문제가 있다. 또한, 상기 레지스트 팽윤제는, 상기 KrF 레지스트 패턴의 후육화(팽윤)에는 효과적이지만, ArF 레지스트 패턴의 후육화(팽윤)에는 효과적이지 않다는 문제가 있다. 추가로, 상기 레지스트 팽윤제는 낮은 에칭 내성을 가지고 있다. 따라서, 낮은 에칭 내성을 갖는 ArF 레지스트 패턴을 팽윤시키는 경우, 피처리 기판상에 팽윤된 패턴과 동일한 치수를 패턴화할 수 없다. 나아가, 비교적 만족스러운 에칭 내성을 갖는 KrF 레지스트를 팽윤시키더라도, 에칭 조건이 가혹한 경우, KrF 레지스트 패턴이 미세한 경우, 레지스트막이 얇은 경우 등에는 에칭이 정교하게 수행될 수 없고, 팽윤된 패턴과 동일한 치수를 갖는 패턴을 얻을 수 없는 문제가 있다.However, in the case of the RELACS technique, the KrF resist used is formed of an aromatic resin composition such as a novolak resin or naphthoquinone diazide, and the aromatic ring contained in the aromatic resin composition is KrF (krypton fluoride). The excimer laser light (wavelength 248 nm) can be transmitted, but since the ArF (argon fluoride) excimer laser light (wavelength 193 nm), which is shorter, is absorbed and cannot be transmitted, when the KrF (krypton fluoride) resist is used, As the exposure light, there is a problem in that the ArF (argon fluoride) excimer laser light cannot be used and a finer wiring pattern or the like cannot be formed. In addition, the resist swelling agent is effective for thickening (swelling) the KrF resist pattern, but has a problem in that it is not effective for thickening (swelling) the ArF resist pattern. In addition, the resist swelling agent has low etching resistance. Therefore, when swelling the ArF resist pattern having low etching resistance, it is not possible to pattern the same dimensions as the swelled pattern on the substrate to be treated. Furthermore, even when the KrF resist having relatively satisfactory etching resistance is swollen, etching cannot be performed precisely when the etching conditions are severe, when the KrF resist pattern is fine, when the resist film is thin, etc., and the same dimensions as the swollen pattern There is a problem in that a pattern having? Cannot be obtained.
미세한 배선 패턴 등을 형성하는 관점에서는, 노광 장치의 광원으로서, KrF(불화크립톤) 엑시머 레이저 광(파장 248 nm)보다 단파장의 빛, 예를 들면 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광(파장 193 nm) 등을 이용하는 것이 요구된다. 한편, 상기 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광(파장 193 nm)보다 더욱 단파장인 X선, 전자선 등을 이용한 패턴 형성의 경우에는, 고비용으로 생산성이 낮아지기 때문에, 상기 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광(파장 193 nm)을 이용하는 것이 요구된다. From the viewpoint of forming a fine wiring pattern, as a light source of the exposure apparatus, light having a shorter wavelength than KrF (krypton fluoride) excimer laser light (wavelength 248 nm), for example, ArF (argon fluoride) excimer laser light (wavelength 193 nm) And the like are required. On the other hand, in the case of pattern formation using X-rays, electron beams, and the like having shorter wavelengths than the ArF (argon fluoride) excimer laser light (wavelength 193 nm), the productivity is lowered at high cost, so the ArF (argon fluoride) excimer laser light ( Wavelength 193 nm) is required.
따라서, 상기 RELACS 기술에서는 ArF 레지스트 패턴에 대하여 상기 레지스트 팽윤제가 효과적으로 기능하지 않는다. 상기 ArF 레지스트 패턴과의 친화성을 계면활성제에 의해 향상시켜, 미소 패턴을 형성 가능한 레지스트 패턴 후육화 재료가 본 발명자들에 의해 제안되었다(일본 특허 공개 2003-131400호 공보). 그러나, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료 조성물은, 후육화 전의 패턴 크기에 대한 의존성을 종종 나타낸다. 즉, 후육화 전의 패턴 크기가 커지면, 후육화에 의한 패턴 크기의 축소량이, 이것에 비례하여 증대할 수 있다. 따라서, 다양한 크기의 레지스트 패턴이 혼재하는 LOGIC LSI의 배선층에 이용되는 라인-스페이스 패턴에 있어서 레지스트 패턴 후육화 재료를 사용하는 경우, 노광 마스크 설계에의 부담을 충분히 경감시킬 수 없는 문제가 있었다. Therefore, in the RELACS technique, the resist swelling agent does not function effectively with respect to the ArF resist pattern. The resist pattern thickening material which can improve affinity with the said ArF resist pattern by surfactant, and can form a micro pattern was proposed by the present inventors (Japanese Unexamined-Japanese-Patent No. 2003-131400). However, the resist pattern thickening material composition often exhibits a dependency on the pattern size before thickening. That is, when the pattern size before thickening becomes large, the amount of reduction of the pattern size due to thickening can increase in proportion to this. Therefore, when the resist pattern thickening material is used in the line-space pattern used for the wiring layer of LOGIC LSI in which resist patterns of various sizes are mixed, there is a problem that the burden on the exposure mask design cannot be sufficiently reduced.
즉, 레지스트 패턴 후육화 재료를 사용하여 종래의 레지스트 조성물로 형성한 레지스트 패턴을 후육화하는 경우, 레지스트 패턴의 짧은 변 방향, 또는 레지스트 패턴의 요소들이 서로 멀리 떨어져서 위치한 영역(레지스트 패턴의 요소들의 간격이 긴 영역)에서는 패턴 부근의 노광량이 적기 때문에 후육화량이 작고, 한편, 레지스트 패턴의 긴 변 방향 또는 레지스트 패턴의 요소들이 서로 가깝게 위치한 영역(레지스트 패턴의 요소들의 간격이 짧은 영역)에서는 노광량이 많기 때문에 후육화량이 크다. 따라서, 레지스트 패턴의 후육화량은 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화에 의존하여 크게 변화한다.That is, when thickening a resist pattern formed of a conventional resist composition using a resist pattern thickening material, a short side direction of the resist pattern, or an area where elements of the resist pattern are far apart from each other (gap of elements of the resist pattern) In this long region, the thickening amount is small because the exposure amount near the pattern is small, whereas in the region where the long side direction of the resist pattern or the elements of the resist pattern are close to each other (the region where the elements of the resist pattern are short), the exposure amount is large. Because of this thickening amount is large. Therefore, the thickening amount of the resist pattern changes greatly depending on the change in the direction and / or spacing of the resist pattern.
이러한 상황은 본 발명의 도 46A-47B에 설명되어 있다. 도 46A에는 불균일한 간격을 갖는 레지스트 패턴을 보여준다. 즉, 도 46A에 개시된 레지스트 패턴은 레지스트 패턴의 요소들이 서로 성기게 위치한 영역, 즉, 레지스트 패턴의 요소들의 간격이 넓은 영역과 레지스트 패턴의 요소들이 서로 조밀하게 위치한 영역, 즉, 레지스트 패턴의 요소들의 간격이 짧은 영역을 갖는다. 본 명세서에서, "레지스트 패턴의 요소"는 일반적으로 복수개의 패턴을 포함하는 레지스트 패턴을 형성하는 하나의 패턴을 의미한다. 도 46A에 개시된 레지스트 패턴을 후육화하면, 도 46B에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴의 요소들이 서로 성기게 위치한 영역에서는 후육화량이 작고, 레지스트 패턴의 요소들이 서로 조밀하게 위치한 영역에서는 후육화량이 크다. 또한, 도 47A에 나타낸 바와 같은 장방형의 레지스트 패턴을 후육화하면, 도 47B에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴의 긴 변 방향에서는 짧은 변 방향에 비해 보다 후육화량이 커진다. This situation is illustrated in Figures 46A-47B of the present invention. 46A shows resist patterns with non-uniform spacing. That is, the resist pattern disclosed in Fig. 46A is a region in which the elements of the resist pattern are coarsely located, that is, the regions where the elements of the resist pattern are spaced apart from each other and the regions of the resist pattern are densely located, that is, the elements of the resist pattern. It has a short interval. As used herein, "element of a resist pattern" generally means one pattern forming a resist pattern including a plurality of patterns. If the resist pattern disclosed in Fig. 46A is thickened, as shown in Fig. 46B, the thickening amount is small in the region where the elements of the resist pattern are coarsely located with each other, and the thickening amount is large in the region where the elements of the resist pattern are densely located with each other. Further, when the rectangular resist pattern as shown in Fig. 47A is thickened, as shown in Fig. 47B, the thickening amount is larger in the long side direction of the resist pattern than in the short side direction.
도 48은 패터닝시의 노광량(패턴 주위의 영역에 대한 노광량)과 레지스트 패턴의 후육화량과의 관계를 나타낸다. 도 48에 개시된 바와 같이, 레지스트 패턴의 요소들이 서로 성기게 위치한 영역 또는 짧은 변 방향(도 48의 B 참조)에서는 패턴 주위의 영역에 대한 노광량이 보다 적고, 레지스트 패턴의 요소들이 서로 조밀하게 위치한 영역 또는 긴 변 방향(도 48의 C 참조)에서는 패턴 주위의 영역에 대한 노광량이 보다 크고, 따라서, 후육화량은 패턴 주위의 영역에 대한 노광량의 차이에 따라서 변화한다. 따라서, 레지스트 패턴은 레지스트 패턴의 간격 및/또는 방향에 따라서 불균일한 현상 결과를 나타낸다. 상기 후육화량은 특정 노광량의 전후에서 크게 상승한다. 후육화량을 증가시키는 상기 노광량이 패터닝-노광량(도 48의 A 참조)에 근접하는 경우, 노광량의 차이가 후육화량에 있어서 큰 차이를 야기한다. 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 후육화 효과는 일반적으로 상기 레지스트 패턴의 노광 영역의 산 농도에 의존한다. 당업계에서, 레지스트 조성물은 광산 발생제를 함유하고, 상기 산은 노출된 영역에서 예를 들어 노광에 의하여 생성된다. 따라서, 상기 노광량 주위에서 통상 후육화량이 증가하고, 따라서, 후육화량이 레지스트 패턴에 의해서 크게 변화한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 노광량을 상 기 후육화량을 증가시키는 노광량(도 48의 X 참조)으로부터 멀리 떨어지게 조절할 수 있다.Fig. 48 shows the relationship between the exposure amount (pattern exposure to the area around the pattern) and the thickening amount of the resist pattern during patterning. As shown in FIG. 48, the area where the elements of the resist pattern are coarsely located with each other or in the short side direction (see B of FIG. 48) is less exposed to the area around the pattern, and the areas of the resist pattern are densely located with each other. Alternatively, in the long side direction (see FIG. 48C), the exposure amount for the area around the pattern is larger, and accordingly, the thickening amount changes according to the difference in the exposure amount for the area around the pattern. Thus, the resist pattern exhibits uneven development results depending on the spacing and / or direction of the resist pattern. The thickening amount greatly increases before and after the specific exposure amount. When the exposure amount that increases the thickening amount approaches the patterning-exposure amount (see A of FIG. 48), the difference in the exposure amount causes a large difference in the thickening amount. The thickening effect of the resist pattern thickening material generally depends on the acid concentration of the exposed area of the resist pattern. In the art, resist compositions contain photoacid generators and the acid is produced, for example, by exposure in the exposed areas. Therefore, the thickening amount usually increases around the exposure amount, and accordingly, the thickening amount is greatly changed by the resist pattern. To solve this problem, the exposure dose can be adjusted away from the exposure dose (see X in FIG. 48) which increases the thickening amount.
레지스트 패턴의 후육화량은 레지스트 패턴 후육화 재료의 초기 막 두께(도 48의 Y 참조) 이하이다. The thickening amount of the resist pattern is equal to or less than the initial film thickness (see Y in FIG. 48) of the resist pattern thickening material.
또한, 통상적으로, 레지스트 패턴의 고해상도는 염기성 물질, 예를 들어 켄처(quencher)를 첨가하여 달성하였다. 상기 켄처는 레지스트 패턴에 있어서 노광에 의해 광산 발생제로부터 생성되는 산의 확산을 제어한다. 그러한 켄처로서 사용되는 화합물은 통상 테트라알킬수산화암모늄, 아민류 등으로부터 선택되는데, 이들 물질이 함유되어 있는 시판되는 레지스트 조성물과 시판되는 레지스트 패턴 후육화 재료를 조합하여 사용하면, 크기 의존성 등의 여러가지 문제가 발생하기 쉽다. 또한, 상기 켄처로 이용되는 염기성 물질은 레지스트 패턴 후육화 재료로의 산의 확산을 제어하기 어렵기 때문에, 상기 레지스트 패턴과 레지스트 패턴 후육화 재료와의 반응을 제어할 수 없다. Also, typically, high resolution of the resist pattern has been achieved by the addition of a basic material such as a quencher. The quencher controls the diffusion of acid generated from the photoacid generator by exposure in the resist pattern. The compound used as such a quencher is usually selected from tetraalkyl ammonium hydroxide, amines, and the like. When a combination of a commercially available resist composition containing these materials and a commercially available resist pattern thickening material is used, various problems such as size dependence are encountered. Easy to occur In addition, since the basic material used as the quencher is difficult to control the diffusion of acid into the resist pattern thickening material, the reaction between the resist pattern and the resist pattern thickening material cannot be controlled.
요약하면, KrF 또는 노볼락 레지스트 페턴 상에 RELACS 물질을 사용하는 종래 기술에 있어서, KrF 레지스트에 의한 노광의 강한 흡수로 인하여 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광을 패터닝을 위한 노광 장치의 광원으로서 사용할 수 없다. 또한, 종래의 ArF 레지스트 패턴 등은 RELACS 기술에서 사용되는 상기 언급된 레지스트 팽윤 물질에 의하여 충분히 후육화될 수 없다. 또한, 전자선 또는 X선 노광을 적용하면서 저비용으로 미세 간격 패턴 또는 배선 패턴을 형성하는 것은 곤란하다. 따라서, RELACS 기술을 개량하는 것이 요망된다. In summary, in the prior art using RELACS material on KrF or novolak resist pattern, due to the strong absorption of exposure by KrF resist, ArF (argon fluoride) excimer laser light can be used as the light source of the exposure apparatus for patterning. none. In addition, conventional ArF resist patterns and the like cannot be sufficiently thickened by the above-mentioned resist swelling materials used in RELACS technology. In addition, it is difficult to form a fine gap pattern or a wiring pattern at low cost while applying electron beam or X-ray exposure. Therefore, it is desirable to improve the RELACS technology.
본 발명은 종래의 문제를 해결하고, 이하의 목적을 달성하는 것을 과제로 한다. This invention makes it a subject to solve the conventional problem and to achieve the following objectives.
본 발명은 패터닝시에 노광 광으로서 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광을 이용할 수 있고, 노광 및 현상되어 레지스트 패턴이 형성된 후, 상기 레지스트 패턴의 표면에 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포하여, 상기 레지스트 패턴을 후육화시키는 데 적합하며, 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화 그리고 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의존하지 않고, 균일하게 후육화되어 노광 장치의 광원에 있어서의 노광 한계 또는 해상 한계를 넘어서는 미세 간격 패턴을 낮은 비용으로 간편하고 효율적으로 형성 가능한 레지스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention can use ArF (argon fluoride) excimer laser light as the exposure light at the time of patterning, and after exposure and development to form a resist pattern, by applying a resist pattern thickening material on the surface of the resist pattern, the resist pattern It is suitable for thickening the film, and is uniformly thickened to exceed the exposure limit or resolution limit in the light source of the exposure apparatus without depending on the direction and / or gap change of the resist pattern and the components of the resist pattern thickening material. It is an object of the present invention to provide a resist composition capable of easily and efficiently forming a fine gap pattern at low cost.
또한, 본 발명은 패터닝시에 노광 광으로서 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광을 이용할 수 있고, 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화 그리고 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의존하지 않고, 레지스트 패턴을 균일하게 후육화할 수 있어, 노광 장치의 광원에 있어서의 노광 한계 또는 해상 한계를 넘어서는 미세 간격 패턴을 낮은 비용으로 간편하고 효율적으로 형성하기에 적합한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention can use ArF (argon fluoride) excimer laser light as the exposure light at the time of patterning, and does not depend on the change of the direction and / or spacing of the resist pattern and the components of the resist pattern thickening material, It is an object of the present invention to provide a resist pattern forming method that can be thickened uniformly and is suitable for easily and efficiently forming a fine gap pattern exceeding an exposure limit or resolution limit in a light source of an exposure apparatus at low cost.
또한, 본 발명은 패터닝시에 노광 광으로서 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광을 이용할 수 있고, 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화 그리고 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의존하지 않고, 레지스트 패턴을 균일하게 후육화 할 수 있어, 노광 장치의 광원에 있어서의 노광 한계 또는 해상 한계를 넘어서는 미세 간격 패턴을 낮은 비용으로 간편하고 효율적으로 형성하기에 적합하며, 이 미세 간격 패턴을 이용하여 형성한 미세 배선 패턴을 갖는 고성능 반도체 장치를 효율적으로 양산할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 및 이 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되어 미세한 배선 패턴을 갖는 고성능 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. In addition, the present invention can use ArF (argon fluoride) excimer laser light as the exposure light at the time of patterning, and does not depend on the change of the direction and / or spacing of the resist pattern and the components of the resist pattern thickening material, It can be thickened uniformly and is suitable for easily and efficiently forming a fine gap pattern exceeding the exposure limit or resolution limit in the light source of the exposure apparatus at low cost, and the fine wiring formed by using this fine gap pattern An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device capable of mass-producing a high-performance semiconductor device having a pattern, and a high-performance semiconductor device manufactured by the method for manufacturing the semiconductor device and having a fine wiring pattern.
본 발명자들은 상기 과제를 감안하여 예의 검토한 결과, 이하의 발견을 얻었다. 즉, 상기 레지스트 조성물 중에 술폰산암모늄염을 첨가하면, 노광량과는 무관하게, 상기 레지스트 조성물과 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와의 상호 작용이 행해져, 상기 레지스트 패턴의 방향, 간격 변화 등이나 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의한 영향을 받지 않고, 양호하면서 또한 균일하게 상기 레지스트 패턴이 후육화된다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM The present inventors earned the following discoveries as a result of earnestly examining in view of the said subject. That is, when the sulfonate ammonium salt is added to the resist composition, interaction between the resist composition and the resist pattern thickening material is performed irrespective of the exposure amount, and thus the direction, gap change, etc. of the resist pattern and the thickness of the resist pattern are thickened. The resist pattern is thickened in a good and uniform manner without being influenced by the components of the material.
본 발명은 본 발명자들의 상기 경험 및 발견에 기초한 것이다. 본 발명의 레지스트 조성물은 술폰산암모늄염을 포함한다. 본 발명의 레지스트 조성물을 사용하여 레지스트 패턴을 형성하고, 형성된 레지스트 페턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 사용하여 후육화하면, 상기 레지스트 패턴의 방향, 간격 변화 등이나 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의한 영향을 받지 않고, 양호하면서 또한 균일하게 상기 레지스트 패턴이 후육화된다.The present invention is based on the experience and findings of the inventors. The resist composition of the present invention includes an ammonium sulfonate salt. When the resist pattern is formed using the resist composition of the present invention, and the formed resist pattern is thickened using a resist pattern thickening material, the resist pattern thickening material may be formed by the direction of the resist pattern, a change in spacing, or the like. It is not affected, and the resist pattern is thickened both well and uniformly.
상기 설명한 바와 같이, 종래의 레지스트 조성물로 형성한 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 사용하여 후육화하는 경우, 레지스트 패턴의 후육화량은 레지스트 패턴의 방향, 간격 변화에 의해 크게 변화한다. 그러나, 본 발명의 경우, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료가 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 형성된 레지스트 패턴상에 도포되면, 상기 도포된 레지스트 패턴 후육화 재료 중, 상기 레지스트 패턴과의 계면 부근에 있는 것이 상기 레지스트 패턴에 침투하여 상기 레지스트 패턴 조성물과 상호 작용(믹싱)한다. 이 때, 상기 술폰산암모늄염이 상기 패턴 근처의 노광량과는 무관하게 상기 상호 작용을 유발시키기 때문에, 상기 레지스트 패턴을 내층으로 하여 그의 표면상에, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와 상기 레지스트 패턴이 상호 작용하여 표층(믹싱층)이 효율적으로 형성된다. 그 결과, 상기 레지스트 패턴이 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 효율적으로 후육화된다. 이렇게 하여 후육화된 레지스트 패턴(이하, 「후육화 레지스트 패턴」이라고도 함)은 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 균일하게 후육화되어 있다. 이 때문에, 상기 후육화 레지스트 패턴에 의해 형성되는 간격 패턴은 노광 한계(해상 한계)를 넘어 보다 미세한 구조를 갖는다. 상기 용어 "간격 패턴"(space pattern)은 본 발명의 명세서에서 일반적으로 레지스트 패턴에 의해 형성되는 홀, 트렌치(trench), 리세스(recess) 또는 기타의 빈 공간을 의미한다. 따라서, 본 발명의 상기 레지스트 조성물은, 다양한 크기의 레지스트 패턴이 혼재하는 LOGIC LSI의 배선층에 라인 및 간격 패턴과 같은 레지스트 패턴을 형성하기 위해 사용할 수 있다.As described above, when thickening a resist pattern formed of a conventional resist composition using a resist pattern thickening material, the thickening amount of the resist pattern is greatly changed by the direction and spacing of the resist pattern. However, in the case of the present invention, when the resist pattern thickening material is applied onto a resist pattern formed using the resist composition of the present invention, one of the applied resist pattern thickening materials is near the interface with the resist pattern. It penetrates into the resist pattern and interacts with (mixes) the resist pattern composition. At this time, since the ammonium sulfonate salt causes the interaction regardless of the exposure amount near the pattern, the resist pattern thickening material and the resist pattern interact with each other on the surface of the resist pattern as an inner layer. The surface layer (mixing layer) is formed efficiently. As a result, the resist pattern is thickened efficiently by the resist pattern thickening material. The thickened resist pattern (hereinafter also referred to as "thickness resist pattern") is uniformly thickened by the resist pattern thickening material. For this reason, the gap pattern formed by the thickening resist pattern has a finer structure beyond the exposure limit (resolution limit). The term “space pattern” in the context of the present invention generally means a hole, trench, recess or other void space formed by a resist pattern. Therefore, the resist composition of the present invention can be used to form resist patterns such as line and gap patterns in a wiring layer of LOGIC LSI in which resist patterns of various sizes are mixed.
본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법은, 본 발명의 상기 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계 및 상기 레지스트 패턴의 표면을 덮도록 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포하는 단계를 포함한다.The method of forming a resist pattern of the present invention includes forming a resist pattern using the resist composition of the present invention and applying a resist pattern thickening material to cover the surface of the resist pattern.
상기 레지스트 패턴의 형성 방법에 있어서는, 본 발명의 상기 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴이 형성된 후, 상기 레지스트 패턴상에 상기 레지스트 패턴 후육화 재료가 도포되면, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료 중, 상기 레지스트 패턴과의 계면 부근에 있는 것이 상기 레지스트 패턴에 침투하여 상기 레지스트 조성물과 상호 작용(믹싱)한다. 따라서, 상기 레지스트 패턴을 내층으로 하여 그의 표면상에, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와 상기 레지스트 패턴과 상호 작용하여 이루어지는 표층(믹싱층)이 형성된다. 이렇게 하여 상기 레지스트 패턴은 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 균일하게 후육화된다. 이 때문에, 상기 후육화 레지스트 패턴에 의해 형성되는 간격 패턴은 노광 한계(해상 한계)를 넘어 보다 미세한 구조를 갖는다. 또한, 상기 레지스트 조성물은 상기 술폰산암모늄염을 포함하기 때문에, 상기 레지스트 조성물을 이용하여 형성된 레지스트 패턴은 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화 그리고 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의존하지 않고, 레지스트 패턴을 양호하면서 또한 균일하게 후육화할 수 있다. 상기 레지스트 패턴의 후육화는 과정은 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화 그리고 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 대한 의존성이 없다. 이 때문에, 상기 레지스트 패턴의 형성 방법은 컨택트 홀 패턴뿐만 아니라, 다양한 크기의 레지스트 패턴이 혼재하는 LOGIC LSI의 배선층에 이용되는 라인-간격 패턴 등의 레지스트 패턴의 형성에도 바람직하게 적용 가능하다. In the method of forming the resist pattern, after the resist pattern is formed using the resist composition of the present invention, the resist pattern thickening material is applied onto the resist pattern. What is near the interface with the infiltrate the resist pattern to interact with (mix) the resist composition. Therefore, a surface layer (mixing layer) formed on the surface of the resist pattern as an inner layer and interacting with the resist pattern thickening material and the resist pattern is formed. In this way, the resist pattern is uniformly thickened by the resist pattern thickening material. For this reason, the gap pattern formed by the thickening resist pattern has a finer structure beyond the exposure limit (resolution limit). In addition, since the resist composition includes the ammonium sulfonate salt, the resist pattern formed by using the resist composition does not depend on the change in the direction and / or spacing of the resist pattern and the components of the resist pattern thickening material. It can be thickened favorably and uniformly. The thickening of the resist pattern is not dependent on the direction and / or spacing change of the resist pattern and the components of the resist pattern thickening material. For this reason, the method of forming the resist pattern is preferably applicable not only to the contact hole pattern but also to the formation of resist patterns such as line-gap patterns used in wiring layers of LOGIC LSI in which resist patterns of various sizes are mixed.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은, 피가공면상에 본 발명의 상기 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 레지스트 패턴의 표면을 덮도록 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포함으로써 상기 레지스트 패턴을 후육화하는 단계, 상기 후육화된 레지스트 패턴을 마스크로 사용하여 상기 피가공면을 에칭하여 패터닝하는 단계를 포함한다. In the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, forming a resist pattern using the resist composition of the present invention on a surface to be processed, and applying the resist pattern thickening material to cover the surface of the resist pattern, thereby forming the resist pattern. Thickening, etching and patterning the surface to be processed using the thickened resist pattern as a mask.
상기 반도체 장치의 제조 방법으로서는, 우선 상기 레지스트 패턴 형성 공정에서 배선 패턴 등의 패턴을 형성하는 대상인 상기 피가공면상에 본 발명의 상기 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴의 표면을 덮도록 상기 레지스트 패턴 후육화 재료가 도포된다. 그렇게 하면, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료 중, 상기 레지스트 패턴과의 계면 부근에 있는 것이 상기 레지스트 패턴에 침투하여 상기 레지스트 패턴의 재료와의 상호 작용(믹싱)을 유발한다. 이 때문에, 상기 레지스트 패턴을 내층으로 하여 그의 표면상에, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와 상기 레지스트 패턴이 상호 작용하여 표층(믹싱층)이 형성된다. 이렇게 하여 후육화된 후육화 레지스트 패턴은, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 균일하게 후육화된다. 따라서, 상기 후육화 레지스트 패턴에 의해 형성되는 간격 패턴은 노광 한계(해상 한계)를 넘어 보다 미세한 구조를 갖는다. 또한, 상기 레지스트 조성물은 상기 술폰산암모늄염을 포함하기 때문에, 상기 레지스트 조성물을 이용하여 형성된 레지스트 패턴은, 상기 레지스트 패턴의 방향, 간격 변화 등에 관계 없이, 또한 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 관계 없이 양호하면서 또한 균일하게 후육화된다. 레지스트 패턴의 후육화 과정은 상기 레지스트 패턴의 방향 및 간격 변화, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분 등에 대한 의존성이 없다. 이 때문에, 컨택트 홀 패턴뿐만 아니라, 다양한 크기의 레지스트 패턴이 혼재하는 반도체 장치인 LOGIC LSI의 배선층에 이용되는 라인-간격 패턴 등의 후육화 레지스트 패턴이 용이하면서 또한 고정밀하게 형성된다. In the method of manufacturing the semiconductor device, first, a resist pattern is formed on the processed surface, which is a target for forming a pattern such as a wiring pattern, in the resist pattern forming step by using the resist composition of the present invention, and then the surface of the resist pattern The resist pattern thickening material is applied so as to cover. In this case, among the resist pattern thickening materials, those near the interface with the resist pattern penetrate the resist pattern and cause interaction (mixing) with the material of the resist pattern. Therefore, the resist pattern thickening material and the resist pattern interact with each other to form a surface layer (mixing layer) on the surface of the resist pattern as an inner layer. The thickened resist pattern thus thickened is uniformly thickened by the resist pattern thickening material. Therefore, the gap pattern formed by the thickening resist pattern has a finer structure beyond the exposure limit (resolution limit). In addition, since the resist composition contains the ammonium sulfonate salt, a resist pattern formed by using the resist composition is good regardless of the direction of the resist pattern, a change in spacing, etc., and regardless of the components of the resist pattern thickening material. While also thickening uniformly. The thickening process of the resist pattern has no dependence on the direction and spacing change of the resist pattern, the components of the resist pattern thickening material, and the like. For this reason, not only the contact hole pattern but also thickening resist patterns such as line-gap patterns used in the wiring layer of LOGIC LSI, which is a semiconductor device in which resist patterns of various sizes are mixed, are easily and precisely formed.
다음에, 상기 후육화된 레지스트 패턴을 이용하여 피가공면을 에칭함으로써, 상기 피가공면이 미세하면서 고정밀하며 또한 양호한 치수 정밀도로 패터닝되어, 매우 미세하면서 고정밀하고, 또한 치수 정밀도가 우수한 배선 패턴을 갖는 고품질이면서 고성능인 반도체 장치가 효율적으로 제조된다. Next, by etching the surface to be processed using the thickened resist pattern, the surface to be processed is fine, high precision, and patterned with good dimensional accuracy, so that a wiring pattern having a very fine, high precision and excellent dimensional accuracy is obtained. The high quality and high performance semiconductor device which has is manufactured efficiently.
본 발명의 반도체 장치는 본 발명의 상기 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. 이 반도체 장치는 매우 미세하면서 고정밀하고, 또한 치수 정밀도가 우수한 배선 패턴 등의 패턴을 가지며 고품질이면서 고성능이다. The semiconductor device of this invention is manufactured by the manufacturing method of the said semiconductor device of this invention, It is characterized by the above-mentioned. This semiconductor device has a very fine and high precision and has a pattern such as a wiring pattern which is excellent in dimensional accuracy, and is of high quality and high performance.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>Best Mode for Carrying Out the Invention
본 발명은 레지스트 재료 및 술폰산암모늄염을 포함하는 레지스트 조성물을 제공한다.The present invention provides a resist composition comprising a resist material and an ammonium sulfonate salt.
본 발명의 레지스트 재료는 일반적으로 화학적으로 증폭된 레지스트 시스템으로 사용될 수 있다. 상기 레지스트 재료는 수지, 광산 발생제(들), 켄처(들), 계면활성제(들)을 포함할 수 있고, 필요에 따라 다른 물질들을 더 포함할 수 있다.The resist material of the present invention can generally be used as a chemically amplified resist system. The resist material may include resins, photoacid generator (s), quencher (s), surfactant (s), and may further include other materials as needed.
본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하고 상기 레지스트 패턴상에 후술하는 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포한 경우, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료 중, 상기 레지스트 패턴과의 계면 부근에 있는 것이 상기 레지스 트 패턴에 침투하여 상기 레지스트 패턴의 재료와 상호 작용(믹싱)한다. 이 때, 상기 술폰산암모늄염은 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와의 반응성이 높기 때문에, 상기 레지스트 패턴을 내층으로 하여 그의 표면상에, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와 상기 레지스트 패턴이 상호 작용하여 표층(믹싱층)이 효율적으로 형성된다. 그 결과, 상기 레지스트 패턴이 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 효율적으로 후육화되고, 상기 후육화된 레지스트 패턴(이하, 「후육화 레지스트 패턴」이라 함)은 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 균일하게 후육화되어 있다. 이 때문에, 상기 후육화 레지스트 패턴에 의해 형성되는 간격 패턴은 노광 한계(해상 한계)를 넘어 보다 미세한 구조를 갖는다. When the resist pattern is formed using the resist composition of the present invention and a resist pattern thickening material described later is applied on the resist pattern, the resist pattern thickening material is located near an interface with the resist pattern. Penetrates into the trace pattern and interacts with (mixes) the material of the resist pattern. At this time, since the ammonium sulfonate salt has high reactivity with the resist pattern thickening material, the resist pattern thickening material and the resist pattern interact with each other on the surface thereof with the resist pattern as an inner layer (a mixing layer). ) Is formed efficiently. As a result, the resist pattern is efficiently thickened by the resist pattern thickening material, and the thickened resist pattern (hereinafter, referred to as a "thinned resist pattern") is uniformly made by the resist pattern thickening material. It is thickened. For this reason, the gap pattern formed by the thickening resist pattern has a finer structure beyond the exposure limit (resolution limit).
본 발명의 상기 레지스트 조성물은 상기 술폰산암모늄염을 포함하기 때문에, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 관계 없이 양호하면서 또한 균일한 후육화 효과를 나타낸다. 나아가, 상기 레지스트 조성물은 상기 레지스트 패턴의 크기, 간격 변화, 방향, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분 등에 대하여 거의 영향을 받지 않는다. Since the resist composition of the present invention contains the ammonium sulfonate salt, it exhibits a good and uniform thickening effect regardless of the components of the resist pattern thickening material. Further, the resist composition is hardly affected by the size, gap change, direction of the resist pattern, components of the resist pattern thickening material, and the like.
상기 레지스트 패턴 후육화 재료는 일반적으로 수지를 포함한다. 따라서, 상기 레지스트 조성물에 함유되어 있는 술폰산암모늄염은 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와의 상호작용(반응)을 야기하여 상기 레지스트 패턴을 후육화시킬 수 있고, 상기 상호 작용은 노광과는 무관하게 행해진다. 도 49는 광 반응성을 가지지 않는 수지에 상기 술폰산암모늄염을 첨가하여 레지스트 패턴의 후육화를 행하는 경우의 노광량과 레지스트 패턴의 후육화량과의 관계를 보여준다. 도 49에 나타낸 바와 같이, 상기 술폰산암모늄염은 노광량에 의존하지 않고 일정량의 후육화 효과를 나타내었다. 도 50은 술폰산암모늄염을 포함하는 레지스트 조성물로부터 레지스트 패턴을 형성하는 경우의 노광량과 레지스트 패턴의 후육화량과의 관계를 보여준다. 도 50에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴의 후육화량은, 통상의 노광량에 의존한 후육화량에, 상기 술폰산암모늄염에 의한, 노광량에 의존하지 않는 후육화량이 서로 합해진 크기가 된다. 이 때, 후육화량의 최대치는 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 초기 막 두께 이상으로는 되지 않는다. 그 결과, 패터닝 노광량으로부터 후육화량 상승 노광량을 멀리 떨어지게 설정하고 그에 의하여 후육화량차를 작게 할 수 있다. The resist pattern thickening material generally includes a resin. Therefore, the ammonium sulfonate salt contained in the resist composition can cause an interaction (reaction) with the resist pattern thickening material to thicken the resist pattern, and the interaction is performed irrespective of exposure. Fig. 49 shows the relationship between the exposure amount and the thickening amount of the resist pattern when the sulfonate salt is added to the resin having no photoreactivity to thicken the resist pattern. As shown in Fig. 49, the sulfonate ammonium salt showed a certain amount of thickening effect without depending on the exposure dose. 50 shows the relationship between the exposure amount and the thickening amount of the resist pattern when forming a resist pattern from a resist composition containing an ammonium sulfonate salt. As shown in FIG. 50, the thickening amount of a resist pattern becomes the size which thickened amount which depended on a normal exposure amount, and the thickening amount which does not depend on an exposure amount by the said ammonium sulfonate salt sum together. At this time, the maximum value of the thickening amount does not exceed the initial film thickness of the resist pattern thickening material. As a result, the thickening amount rising exposure amount can be set away from the patterned exposure amount, whereby the thickening amount difference can be reduced.
(술폰산암모늄염)(Sulfonic Ammonium Salt)
상기 설명한 바와 같이, 레지스트 조성물은 술폰산암모늄염을 포함한다. 상기 술폰산암모늄염은 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 술폰산암모늄염은 중성이고, 또한 레지스트 조성물에 대한 사용량이 미량이기 때문에, 레지스트 조성물의 기능에 나쁜 영향을 미치지 않는다.As described above, the resist composition includes an ammonium sulfonate salt. The ammonium sulfonate salt can be appropriately selected according to the purpose. Since the ammonium sulfonate salt is neutral and the amount of use of the resist composition is small, it does not adversely affect the function of the resist composition.
상기 술폰산암모늄염은 술폰산 잔기 및 암모늄 잔기를 갖는다. 상기 술폰산 잔기는 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있지만, 합성이나 입수가 용이한 점에서 트리플루오로메탄술폰산, 톨루엔술폰산 등, 즉, 트리플루오로메탄술폰산 음이온, p-톨루엔술폰산 음이온으로부터 유도될 수 있다. 상기 레지스트 조성물이 1 종 이상의 술폰산암모늄염을 포함하는 경우, 술폰산 잔기는 서로 동일하거나 상이하며, 상기 게재된 이온들로부터 선택될 수 있다. The sulfonate ammonium salt has a sulfonic acid residue and an ammonium residue. The sulfonic acid residue may be appropriately selected depending on the purpose, but may be derived from trifluoromethanesulfonic acid, toluenesulfonic acid, and the like, that is, trifluoromethanesulfonic acid anion and p-toluenesulfonic acid anion in view of ease of synthesis and availability. . When the resist composition comprises one or more sulfonate ammonium salts, the sulfonic acid residues are the same or different from one another and may be selected from the ions listed above.
상기 암모늄 잔기는 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 암모늄 잔기는 1급 암모늄 양이온, 2급 암모늄 양이온, 3급 암모늄 양이온 등일 수 있다. 상기 레지스트 조성물이 1 종 이상의 술폰산암모늄염을 포함하는 경우, 암모늄 잔기는 서로 동일하거나 상이하며, 상기 게재된 이온들로부터 선택될 수 있다. 만약 상기 암모늄 잔기가 암모늄 이온(NH4 +)이나, 테트라메틸암모늄 이온, 테트라에틸암모늄 이온 등의 4급 암모늄 이온로부터 선택되면, 이들은 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와 반응하지 않거나 또는 반응성이 현저하게 부족하다.The ammonium moiety can be appropriately selected depending on the intended purpose. The ammonium moiety may be a primary ammonium cation, a secondary ammonium cation, a tertiary ammonium cation, or the like. When the resist composition comprises at least one ammonium sulfonate salt, the ammonium moieties are the same or different from one another and may be selected from the ions listed above. If the ammonium moiety is selected from quaternary ammonium ions such as ammonium ions (NH 4 + ), tetramethylammonium ions, tetraethylammonium ions, or the like, they do not react with the resist pattern thickening material or significantly lack reactivity. Do.
합성이나 입수의 용이성 및 적절한 반응성의 관점에서 상기 암모늄 잔기는 하기 화학식 1로 표시될 수 있다.In view of ease of synthesis or availability and appropriate reactivity, the ammonium moiety may be represented by the following formula (1).
<화학식 1><
N+R1R2R3R4 N + R 1 R 2 R 3 R 4
단, 상기 화학식 1 중, N은 질소 원자를 나타낸다. R1 내지 R4는 1개 이상이 수소 원자를 나타내고, 나머지는 C1 -4의 알킬기 및 페닐기로부터 선택된다.In the formula (1), N represents a nitrogen atom. R 1 to R 4 has at least one represents hydrogen and the other is selected from alkyl group and a phenyl group in C 1 -4.
상기 술폰산암모늄염의 구체예로서는, p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염, 트리플루오로메탄술폰산 메틸페닐암모늄염, 트리플루오로메탄술폰산 디메틸암모늄염, p-톨루엔술폰산 모노에틸암모늄염 등을 들 수 있다. 상기 술폰산암모늄염들은 본 발명의 레지스트 조성물에서 1종 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.Specific examples of the ammonium sulfonate salt include p-toluenesulfonic acid triethylammonium salt, trifluoromethanesulfonic acid methylphenylammonium salt, trifluoromethanesulfonic acid dimethylammonium salt, and p-toluenesulfonic acid monoethylammonium salt. The ammonium sulfonate salts may be used alone or in combination in the resist composition of the present invention.
상기 술폰산암모늄염의 상기 레지스트 조성물에 있어서의 함유량은 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 술폰산암모늄염의 상기 레지스트 조성물에 있어서의 함유량은 일실시양태에서, 상기 레지스트 조성물의 전체 고형분의 질량에 대하여 0.01 내지 5 질량%일 수 있고, 다른 실시양태에서 0.05 내지 2 질량%일 수 있다.Content in the said resist composition of the said ammonium sulfonate salt can be suitably selected according to the objective. The content of the ammonium sulfonate salt in the resist composition may, in one embodiment, be 0.01 to 5% by mass relative to the total solids of the resist composition, and in other embodiments may be 0.05 to 2% by mass.
상기 함유량이 레지스트 조성물의 전체 고형분의 질량에 대하여 하한선 미만이면, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와의 반응성이 떨어질 수 있다. 상기 함유량이 레지스트 조성물의 전체 고형분의 질량에 대하여 상한선을 초과하면, 염의 석출 등에 의해서 레지스트 특성이 열화될 수 있다. If the content is less than the lower limit with respect to the mass of the total solid of the resist composition, the reactivity with the resist pattern thickening material may be inferior. When the content exceeds the upper limit with respect to the mass of the total solids of the resist composition, the resist characteristics may be deteriorated due to precipitation of salt or the like.
또한, 상기 술폰산암모늄염은 상기 레지스트 조성물의 제조시에 첨가되거나 시판되는 레지스트 조성물에 첨가된다.In addition, the ammonium sulfonate salt is added at the time of preparation of the resist composition or to a commercially available resist composition.
상기 레지스트 조성물에 있어서의 상기 술폰산암모늄염의 존재 확인 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들면 액체 크로마토그래피에 의해 확인할 수 있다. There is no restriction | limiting in particular as a presence confirmation method of the said sulfonate ammonium salt in the said resist composition, For example, it can confirm by liquid chromatography.
(레지스트 재료)(Resist material)
본 발명의 레지스트 재료는, 상기 레지스트 재료와 술폰산암모늄염이 본 발명의 레지스트 조성물을 형성하는 한, 목적에 따라 적절하게 선택될 수 있다. 상기 레지스트 조성물은 파장이 440 nm 이하인 노광 광에 대한 감도를 가져서 파장이 440 nm 이하인 노광 광을 이용하여 노광될 수 있다.The resist material of this invention can be suitably selected according to the objective as long as the said resist material and ammonium sulfonate salt form the resist composition of this invention. The resist composition has a sensitivity to exposure light having a wavelength of 440 nm or less, and may be exposed using exposure light having a wavelength of 440 nm or less.
상기 노광 광으로서는, 노광 파장이 440 nm 이하인 한 특별히 제한은 없고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 노광 광의 예로서는 g선(파장 436 nm), i선(파장 365 nm), KrF 엑시머 레이저 광(파장 248 nm), ArF 엑시머 레이저 광(193 nm), F2 엑시머 레이저 광(파장 157 nm), 전자선 등을 들 수 있다. The exposure light is not particularly limited as long as the exposure wavelength is 440 nm or less, and can be appropriately selected according to the purpose. Examples of the exposure light include g line (wavelength 436 nm), i line (wavelength 365 nm), KrF excimer laser light (wavelength 248 nm), ArF excimer laser light (193 nm), F 2 excimer laser light (wavelength 157 nm), Electron beams; and the like.
상기 레지스트 조성물은 노광 광에 의해 패터닝 가능한 레지스트 재료를 포함할 수 있고, 이들은 공지된 네가티브형 또는 포지티브형 레지스트 재료로부터 선택될 수 있다. 레지스트 재료의 예로서는 g선 레지스트, i선 레지스트, KrF 레지스트, ArF 레지스트, F2 레지스트, 전자선 레지스트 등을 들 수 있다. 이들은 화학 증폭형 레지스트이거나 비화학 증폭형 레지스트이다. 이들 중에서도 KrF 레지스트, ArF 레지스트, 아크릴계 수지를 포함하여 제조되는 레지스트 등이 바람직하고, 보다 미세한 패터닝, 작업 처리량의 향상 등의 관점에서는, 노광 한계의 연장이 요구되는 ArF 레지스트, 및 아크릴계 수지를 포함하여 제조되는 레지스트가 보다 바람직하다. The resist composition may comprise a resist material that is patternable by exposure light, and these may be selected from known negative or positive resist materials. Examples of the resist material include g-ray resist, i-ray resist, KrF resist, ArF resist, F 2 resist, electron beam resist and the like. These are chemically amplified resists or non-chemically amplified resists. Among these, KrF resists, ArF resists, and resists made of acrylic resins are preferred. From the viewpoint of finer patterning, improvement in throughput, and the like, ArF resists requiring an extension of exposure limit and acrylic resins are included. The resist produced is more preferred.
상기 ArF 레지스트는 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 ArF 레지스트는 지환족 레지스트일 수 있다.The ArF resist can be appropriately selected depending on the purpose. The ArF resist may be an alicyclic resist.
상기 지환족 레지스트로서는, 예를 들면 지환족 관능기를 측쇄에 갖는 아크릴 레지스트, 시클로올레핀-말레산 무수물(COMA) 레지스트, 시클로올레핀 레지스트, 하이브리드(지환족 아크릴-COMA 공중합체) 레지스트 등을 들 수 있다. 이들은 불소로 개질될 수 있다.As said alicyclic resist, an acrylic resist which has an alicyclic functional group in a side chain, a cycloolefin maleic anhydride (COMA) resist, a cycloolefin resist, a hybrid (alicyclic acrylic-COMA copolymer) resist, etc. are mentioned, for example. . These can be modified with fluorine.
또한, 상기 지환족 관능기는 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 지환족 관능기는 아다만틸기, 노르보르닐계 관능기 등일 수 있다. 또한, 상기 시클로올레핀계 레지스트는 아다만탄, 노르보르난, 트리시클로노난 등을 주쇄에 포함하는 시클로올레핀을 함유하는 레지스트일 수 있다.Moreover, the said alicyclic functional group can be suitably selected according to the objective. The alicyclic functional group may be an adamantyl group, a norbornyl functional group, or the like. In addition, the cycloolefin-based resist may be a resist containing a cycloolefin containing adamantane, norbornane, tricyclononane and the like in the main chain.
(레지스트 패턴의 형성 방법)(Formation method of resist pattern)
상기 레지스트 패턴의 형성 방법, 크기, 두께 등은 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있으며, 특별히 두께에 대해서는 가공 대상인 피가공면, 에칭 조건 등에 의해 적절하게 결정할 수 있지만, 일반적으로 0.2 내지 700 ㎛ 정도이다. The formation method, size, thickness, and the like of the resist pattern can be appropriately selected according to the purpose, and the thickness can be appropriately determined depending on the surface to be processed, the etching conditions, and the like, but is generally about 0.2 to 700 µm.
상기 레지스트 조성물을 이용한 상기 레지스트 패턴의 후육화에 대하여 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. The thickening of the resist pattern using the resist composition will be described below with reference to the drawings.
도 1에 나타낸 바와 같이, 피가공면(기재)(5)상에 본 발명의 상기 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴(3)을 형성한 후, 레지스트 패턴(3)의 표면에 레지스트 패턴 후육화 재료(1)을 부여(도포)한다. 프리베이킹(가온 및 건조)하여 도막을 형성한다. 이어서, 적절한 마스크 패턴을 통하여 노광 광에 의하여 레지스트 필름을 노광한다. 노광된 필름을 베이킹하고, 알칼리 현상제 중에서 현상하고, 탈이온수에서 세정한다. 이어서, 레지스트 패턴 후육화 재료를 레지스트 패턴 상에 코팅하고, 베이킹한다. 레지스트 패턴(3)과 레지스트 패턴 후육화 재료(1)과의 계면에서 레지스트 패턴 후육화 재료(1)의 레지스트 패턴(3)에의 믹싱(침투)이 발생한다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 내층 레지스트 패턴(10b)(레지스트 패턴(3))과 레지스트 패턴 후육화 재료(1)과의 계면에서 상기 믹싱(침투)한 부분이 반응하여 표층(믹싱층)(10a)가 형성된다. 이 때, 본 발명의 상기 레지스트 조성물 중에 상기 술폰산암모늄염이 포함되어 있기 때문에, 내층 레지스트 패턴(10b)(레지스트 패턴(3))의 방향이나 간격 변화에 의존하지 않고 후육화된다. As shown in FIG. 1, after forming the resist
이 후, 도 3에 나타낸 바와 같이, 현상 처리를 행함으로써 부여(도포)한 레지스트 패턴 후육화 재료(1) 중, 레지스트 패턴(3)과 상호 작용(믹싱)하지 않은 부분 내지 상호 작용(믹싱)이 약한 부분(수용성이 높은 부분)이 용해 제거되어, 균일하게 후육화된 후육화 레지스트 패턴(10)이 형성(현상)된다. Thereafter, as shown in FIG. 3, the portion of the resist
또한, 상기 현상 처리는 물 또는 알칼리 현상액을 사용하여 수행될 수 있다.In addition, the development treatment may be performed using water or an alkaline developer.
후육화 레지스트 패턴(10)은 내층 레지스트 패턴(10b)(레지스트 패턴(3))의 표면에, 레지스트 패턴 후육화 재료(1)이 반응하여 형성된 표층(믹싱층)(10a)를 갖는다. 후육화 레지스트 패턴(10)은 레지스트 패턴(3)에 비해 표층(믹싱층)(10a)의 두께 분량만큼 후육화되어 있기 때문에, 후육화 레지스트 패턴(10)에 의해 형성되는 간격 패턴의 크기(인접하는 후육화 레지스트 패턴(10) 사이의 거리, 또는 후육화 레지스트 패턴(10)에 의해 형성된 홀 패턴의 개구경)는, 후육화 전의 레지스트 패턴(3)에 의해 형성되는 것보다 작다. 이 때문에, 상기 레지스트 패턴에 의해 형성된 간격 패턴은 레지스트 패턴(3)을 형성할 때의 노광 장치의 광원의 노광 한계(해상 한계)를 넘는다. 즉, ArF 엑시머 레이저 광을 이용하여 레지스트 패턴을 패터닝하고, 레지스트 패턴 후육화 재료를 사용하여 상기 레지스트 패턴을 후육화한 경우에, 상기 후육화된 레지스트 패턴에 의해 형성된 간격 패턴이 전자선을 이용하여 패터닝한 것과 같은 미세한 상태를 나타낼 수 있다. 후육화 레지스트 패턴(10) 에 의해 형성되는 상기 간격 패턴은, 레지스트 패턴(3)에 의해 형성되는 상기 간격 패턴보다 미세하면서 또한 정밀도가 높다. The thickened resist
본 발명의 레지스트 조성물은 상기 술폰산암모늄염을 함유하기 때문에, 노광 및 현상되어 레지스트 패턴이 형성된 후, 상기 레지스트 패턴의 표면에 레지스트 패턴 후육화 재료가 도포되어, 상기 레지스트 패턴이 후육화되는 데 바람직하다. 나아가, 형성된 레지스트 패턴의 방향, 간격 변화 등에 관계 없이, 또한 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 종류에 의존하지 않고, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 균일하게 후육화되어, 노광 장치의 광원에 있어서의 노광 한계(해상 한계)를 넘어 미세한 간격 패턴을 저비용으로 간편하게 효율적으로 형성 가능하다. 또한, 본 발명의 레지스트 조성물은, 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법 등에 특히 바람직하게 사용할 수 있다. Since the resist composition of the present invention contains the ammonium sulfonate salt, after exposure and development to form a resist pattern, a resist pattern thickening material is applied to the surface of the resist pattern, so that the resist pattern is preferably thickened. Further, regardless of the direction of the formed resist pattern, change in spacing, or the like, the thickness is uniformly thickened by the resist pattern thickening material without depending on the type of the resist pattern thickening material. Beyond the limit (resolution limit), fine spacing patterns can be easily and efficiently formed at low cost. Moreover, the resist composition of this invention can be used especially suitably for the formation method of the resist pattern of this invention, the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, etc.
본 발명의 레지스트 조성물은 본 발명의 레지스트 패턴 형성 방법 및 본 발명의 반도체 장치 제조 방법에 적절히 사용된다.The resist composition of this invention is used suitably for the resist pattern formation method of this invention, and the semiconductor device manufacturing method of this invention.
상기 기술한 바와 같이, 고해상도의 실현과 양호한 후육화량의 확보는 종래에 동시에 달성될 수 없었다. 그러나, 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하면, 상기 레지스트 패턴과 레지스트 패턴 후육화 재료와의 반응(상호 작용)을, 산의 확산을 제어하지 않고, 제어할 수 있으므로, 고해상도를 실현하면서 레지스트 패턴의 크기에 대한 후육화 효과의 의존성을 감소시킬 수 있다.As described above, the realization of high resolution and the securing of a good thickening amount cannot be achieved simultaneously in the past. However, by using the resist composition of the present invention, the reaction (interaction) between the resist pattern and the resist pattern thickening material can be controlled without controlling the diffusion of acid, so that the size of the resist pattern is realized while realizing high resolution. The dependency of the thickening effect on can be reduced.
일반적으로, 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법은 본 발명의 상기 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴의 표면을 덮도록 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포하는 것을 포함한다. 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법은 필요에 따라서 적절하게 선택한 그 밖의 처리를 더 포함할 수 있다. In general, the method for forming a resist pattern of the present invention includes forming a resist pattern using the resist composition of the present invention and then applying a resist pattern thickening material to cover the surface of the resist pattern. The formation method of the resist pattern of this invention can further include the other process suitably selected as needed.
상기 레지스트 조성물에 대한 상세한 설명은 본 발명의 상기 레지스트 조성물 항목에서 상술한 바와 같다. Details of the resist composition are as described above in the resist composition section of the present invention.
상기 레지스트 패턴은 피가공면(기재)상에 형성할 수 있다. 상기 피가공면(기재)는 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 레지스트 패턴이 반도체 장치에 형성되는 경우에는, 상기 피가공면(기재)는 예를 들어 반도체 기재 표면이다. 구체적인 예로서는 실리콘 웨이퍼 등의 기판, 각종 산화막 등을 들 수 있다. The resist pattern may be formed on the surface to be processed (substrate). The surface to be processed (base material) can be appropriately selected according to the purpose. When the resist pattern is formed in a semiconductor device, the processing surface (substrate) is, for example, a semiconductor substrate surface. As a specific example, board | substrates, such as a silicon wafer, various oxide films etc. are mentioned.
상기 레지스트 패턴 후육화 재료는, 레지스트 패턴 상에 도포함으로써 상기 레지스트 패턴을 후육화하는 한, 목적에 따라서 공지된 것 중에서 적절하게 선택할 수 있다. 상기 레지스트 패턴 후육화 재료는 계면활성제 등을 포함할 수도 있으며, 시판품일 수도 있고, 적절하게 합성할 수도 있다. The resist pattern thickening material can be appropriately selected from known ones according to the purpose as long as the resist pattern is thickened by applying it onto the resist pattern. The resist pattern thickening material may contain a surfactant or the like, may be a commercial item, or may be appropriately synthesized.
상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 도포 방법은 목적에 따라서 공지된 도포 방법 중에서 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면 스핀 코팅법 등을 바람직하게 들 수 있다. 상기 스핀 코팅법의 경우, 그의 조건으로서는 일실시양태에서 회전수가 약 100 내지 10,000 rpm이고, 다른 실시양태에서 800 내지 5,000 rpm이며, 지속 시간이 일실시양태에서 약 1 초 내지 10 분이고, 다른 실시양태에서 1 초 내지 90 초이다.The application method of the resist pattern thickening material can be appropriately selected from known application methods according to the purpose. For example, a spin coating method etc. are mentioned preferably. In the case of the spin coating method, the conditions thereof include, in one embodiment, about 100 to 10,000 rpm, in another embodiment 800 to 5,000 rpm, a duration of about 1 second to 10 minutes in one embodiment, and another embodiment. From 1 second to 90 seconds.
상기 도포시의 도포 두께로서는, 일실시양태에서 통상 100 내지 10,000 Å (10 내지 1,000 nm) 정도이고, 다른 실시양태에서 1,000 내지 5,000 Å(100 내지 500 nm)이다.As application thickness at the time of the said application | coating, it is about 100-10,000 mm (10-1,000 nm) in one embodiment normally, and is 1,000-5,000 mm (100-500 nm) in another embodiment.
상기 도포시 내지 그 후에, 도포한 상기 레지스트 패턴 후육화 재료를 프리베이킹(가온 및 건조)를 행하여, 상기 레지스트 패턴과 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와의 계면에서 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 상기 레지스트 패턴에의 믹싱(침투)을 효율적으로 발생시킬 수 있다. At the time of the application and thereafter, the applied resist pattern thickening material is prebaked (heated and dried) to form the resist pattern of the resist pattern thickening material at an interface between the resist pattern and the resist pattern thickening material. Mixing (penetration) of ene can be generated efficiently.
또한, 상기 프리베이킹(가온 및 건조)의 조건, 방법 등은 레지스트 패턴을 연화시키지 않도록 선택될 수 있고, 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면 프리베이킹의 횟수로서는, 1회일 수도 있고, 2회 이상일 수도 있다. 2회 이상의 경우, 각 회에 있어서의 프리베이킹의 온도는 일정할 수도 있고, 상이할 수도 있다. 온도가 일정한 경우, 일실시양태에서 40 내지 150 ℃ 정도일 수 있고, 다른 실시양태에서 70 내지 120 ℃일 수 있으며, 또한 그의 시간으로서는, 일실시양태에서 10 초 내지 5 분 정도일 수 있고, 다른 실시양태에서 40 초 내지 100 초일 수 있다.In addition, the conditions, methods, and the like of the prebaking (heating and drying) may be selected so as not to soften the resist pattern, and may be appropriately selected according to the purpose. For example, the number of prebakings may be one or two or more times. In the case of two or more times, the temperature of the prebaking in each time may be constant, and may differ. If the temperature is constant, in one embodiment it may be on the order of 40-150 ° C., in other embodiments it may be 70-120 ° C., and also as its time, in one embodiment it may be on the order of 10 seconds to 5 minutes, and in other embodiments From 40 seconds to 100 seconds.
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또한, 상기 레지스트 패턴과 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와의 계면에서 믹싱 또는 침투를 효율적으로 진행시킬 수 있다는 관점에서, 필요한 경우 프리베이킹(가온 및 건조) 후에 베이킹될 수 있다.In addition, it can be baked after prebaking (warming and drying) if necessary in view of efficiently advancing mixing or penetration at the interface between the resist pattern and the resist pattern thickening material.
상기 베이킹의 조건, 방법 등은 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 그러나, 통상 프리베이킹(가온 및 건조)에서의 온도보다 높은 온도가 사용된다. 베이킹 조건은 예를 들어 온도가 일실시양태에서 70 내지 150 ℃ 정도일 수 있고, 다른 실시양태에서 90 내지 130 ℃일 수 있으며, 또한 그의 시간은 일실시양태에서 10 초 내지 5 분 정도일 수 있고, 다른 실시양태에서 40 초 내지 100 초일 수 있다.The baking conditions, methods and the like can be appropriately selected according to the purpose. However, temperatures higher than those in prebaking (heating and drying) are usually used. Baking conditions can be, for example, a temperature of about 70 to 150 ° C. in one embodiment, 90 to 130 ° C. in another embodiment, and its time may also be on the order of 10 seconds to 5 minutes in one embodiment, and In embodiments, from 40 seconds to 100 seconds.
또한, 상기 베이킹 후에, 도포한 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 대하여 현상을 수행할 수 있다. 이 경우, 상기 현상은 도포한 레지스트 패턴 후육화 재료 중, 상기 레지스트 패턴과 상호 작용(믹싱)하지 않은 부분 내지 상호 작용(믹싱)이 약한 부분(수용성이 높은 부분)을 용해 제거하여, 후육화 레지스트 패턴을 현상할 수 있는(얻을 수 있는) 점에서 바람직하다. In addition, after the baking, development may be performed on the applied resist pattern thickening material. In this case, the above development is performed by dissolving and removing a portion of the applied resist pattern thickening material that does not interact (mix) with the resist pattern or a portion having a weak interaction (mixing) with a high thickness resist. It is preferred in that the pattern can be developed (obtainable).
또한, 상기 현상 처리는 물 현상일 수도 있고, 알칼리 현상액에 의한 현상일 수 있다. 저비용 및 효율성의 측면에서 물 현상이 일반적으로 수행될 수 있다.In addition, the developing treatment may be water development, or may be development by an alkaline developer. In terms of low cost and efficiency, water development can generally be carried out.
상기 레지스트 패턴 후육화 재료를 상기 레지스트 패턴상에 도포하고, 상기 레지스트 패턴과 상호 작용(믹싱)시키면, 상기 레지스트 패턴의 표면에, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료와 상기 레지스트 패턴이 상호 작용하여 이루어지는 층(믹싱층)이 형성된다. 그 결과, 상기 레지스트 패턴은, 상기 믹싱층의 두께에 상응하는 양만큼 후육화되어, 후육화된 레지스트 패턴이 형성된다. When the resist pattern thickening material is applied onto the resist pattern and interacts with (mixes) the resist pattern, a layer formed by interacting the resist pattern thickening material and the resist pattern on the surface of the resist pattern ( Mixing layer) is formed. As a result, the resist pattern is thickened by an amount corresponding to the thickness of the mixing layer, thereby forming a thickened resist pattern.
이렇게 하여 후육화된 상기 레지스트 패턴에 의해 형성된 상기 간격 패턴의 직경 내지 폭은, 후육화 전의 상기 레지스트 패턴에 의해 형성되었던 상기 간격 패턴의 직경 내지 폭보다 작아진다. 그 결과, 상기 레지스트 패턴의 패터닝시에 이용한 노광 장치의 광원의 노광 한계(해상 한계)를 넘어(상기 광원에 이용되는 빛의 파장으로 패터닝 가능한 개구 내지 패턴 간격 크기의 한계치보다 작음), 보다 미세한 상기 간격 패턴이 형성된다. 즉, 패터닝시에 ArF 엑시머 레이저 광을 이용하여 레지스트 패턴을 얻고, 이것을 상기 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하면, 후육화된 레지스트 패턴에 의해 형성된 간격 패턴은 전자선을 이용하여 패터닝한 것과 간격 패턴과 같이 미세하면서 고정밀해진다. The diameter to width of the gap pattern formed by the thickened resist pattern is thus smaller than the diameter to width of the gap pattern formed by the resist pattern before thickening. As a result, the finer said beyond the exposure limit (resolution limit) of the light source of the exposure apparatus used at the time of patterning the resist pattern (less than the limit of the opening to the pattern interval size patternable to the wavelength of light used for the light source) A gap pattern is formed. That is, when patterning a resist pattern using ArF excimer laser light and thickening it using the resist pattern thickening material, the gap pattern formed by the thickened resist pattern is spaced from that patterned using an electron beam. It becomes fine and high precision like a pattern.
또한, 상기 레지스트 패턴의 후육화량은 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 점도, 도포 두께, 베이킹 온도, 베이킹 시간 등을 적절하게 조절함으로써 원하는 범위로 제어할 수 있다. In addition, the thickening amount of the resist pattern can be controlled in a desired range by appropriately adjusting the viscosity, coating thickness, baking temperature, baking time and the like of the resist pattern thickening material.
본 발명에 따르면, 패턴 사이즈 변동이 일실시양태에서 20 nm 미만으로 제한될 수 있고, 다른 실시양태에서 15 nm 미만으로 제한될 수 있다. 본 발명에서, 용어 "패턴 사이즈 변동"은 일반적으로 레지스트 패턴의 요소의 좁은 변의 사이즈 및 넓은 변의 사이즈의 차이 또는 폭과 길이의 차이를 의미한다. According to the present invention, the pattern size variation may be limited to less than 20 nm in one embodiment, and to less than 15 nm in other embodiments. In the present invention, the term “pattern size variation” generally means the difference between the size of the narrow side and the size of the wide side or the width and length of the elements of the resist pattern.
여기서, 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법에 대하여 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. Here, the formation method of the resist pattern of this invention is demonstrated, referring drawings.
도 4에 나타낸 바와 같이, 피가공면(기재)(5)상에 본 발명의 레지스트 조성물(3a)를 도포한 후, 도 5에 나타낸 바와 같이, 이것을 패터닝하여 레지스트 패턴(3)을 형성한다. 이어서, 도 6에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(3)의 표면에 레지스트 패턴 후육화 재료(1)을 도포하고, 프리베이킹(가온 및 건조)하여 도막을 형성한다. 그렇게 하면, 레지스트 패턴(3)과 레지스트 패턴 후육화 재료(1)과의 계면에서 레지스트 패턴 후육화 재료(1)의 레지스트 패턴(3)으로의 믹싱(침투)가 발생한다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 레지스트 패턴(3)과 레지스트 패턴 후육화 재료(1)과의 계면에서 상기 믹싱(침투)한 부분이 추가로 반응 또는 상호 작용을 한다. 이 후, 도 8에 나타낸 바와 같이, 현상 처리를 행하면, 도포한 레지스트 패턴 후육화 재료(1) 중, 레지스트 패턴(3)과 반응하지 않은 부분 내지 상호 작용(믹싱)이 약한 부분(수용성이 높은 부분)이 용해 제거되어, 내층 레지스트 패턴(10b)(레지스트 패턴(3))상에 표층(10a)를 갖는 후육화 레지스트 패턴(10)이 형성(현상)된다. As shown in FIG. 4, after applying the resist
후육화 레지스트 패턴(10)은 레지스트 패턴 후육화 재료(1)에 의해 후육화되고, 내층 레지스트 패턴(10b)(레지스트 패턴(3))의 표면에 레지스트 패턴 후육화 재료(1)이 반응하여 형성된 표층(10a)를 갖는다. 이 때, 레지스트 조성물(3a)가 상기 술폰산암모늄염을 포함하기 때문에, 내층 레지스트 패턴(10b)(레지스트 패턴(3))의 방향, 간격 변화 등이나, 레지스트 패턴 후육화 재료(1)의 종류에 의해 악영향을 받지 않고 후육화된다. 후육화된 레지스트 패턴(10)은, 레지스트 패턴(3)(내층 레지스트 패턴(10b))에 비해 표층(10a)의 두께 분량만큼 후육화되어 있다. 후육화 레지스트 패턴(10)에 의해 형성되는 간격 패턴의 폭은 레지스트 패턴(3)(내층 레지스트 패턴(10b))에 의해 형성되는 간격 패턴의 폭보다 작고, 후육화 레지스트 패턴(10)에 의해 형성되는 상기 간격 패턴은 미세하다. The thickened resist
본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법은 각종 간격 패턴, 예를 들면 라인 & 스페이스 패턴, 홀 패턴(컨택트 홀용 등), 트렌치(홈) 패턴 등의 형성에 바람직하다. 상기 레지스트 패턴의 형성 방법에 의해 형성된 후육화 레지스트 패턴은, 마 스크 패턴, 레티클 패턴 등으로서 사용할 수 있으며, 금속 플러그, 각종 배선, 기록 헤드, LCD(액정 디스플레이), PDP(플라즈마 디스플레이 패널), SAW 필터(탄성 표면파 필터) 등의 기능 부품, 빛 배선의 접속에 이용되는 광 부품, 마이크로액튜에이터 등의 미세부품, 반도체 장치의 제조에 사용할 수 있고, 후술하는 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 바람직하게 사용할 수 있다. The method of forming the resist pattern of the present invention is suitable for forming various gap patterns, for example, line & space patterns, hole patterns (for contact holes, etc.), trench (groove) patterns and the like. The thickened resist pattern formed by the method of forming the resist pattern can be used as a mask pattern, a reticle pattern, or the like, and can be used as a metal plug, various wirings, a recording head, an LCD (liquid crystal display), a PDP (plasma display panel), and a SAW. Functional parts, such as a filter (elastic surface wave filter), optical components used for connection of light wiring, micro components, such as a micro actuator, can be used for manufacture of a semiconductor device, and are suitable for the manufacturing method of the semiconductor device of this invention mentioned later Can be used.
(반도체 장치의 제조 방법)(Manufacturing Method of Semiconductor Device)
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 피가공면상에 본 발명의 상기 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴의 표면을 덮도록 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포함으로써 상기 레지스트 패턴을 후육화하고, 이어서 상기 후육화된 레지스트 패턴을 마스크로서 사용하여 피가공면을 에칭하여 피가공면을 패터닝하는 과정을 포함한다. 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 필요에 따라서 그 밖의 공정을 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing a semiconductor device of the present invention, after forming a resist pattern using the resist composition of the present invention on the surface to be processed, the resist pattern thickening material is applied to cover the surface of the resist pattern, and then subjected to the resist pattern. Thickening, and then etching the surface to be processed using the thickened resist pattern as a mask to pattern the surface to be processed. The manufacturing method of the semiconductor device of this invention can further include another process as needed.
상기 레지스트 패턴 형성 공정은 피가공면상에 본 발명의 상기 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정이고, 상기 도포 공정은 레지스트 패턴의 표면을 덮도록 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포함으로써 상기 레지스트 패턴을 후육화하는 공정이다. 이러한 방식으로 후육화 레지스트 패턴이 상기 피가공면상에 형성된다. The resist pattern forming step is a step of forming a resist pattern using the resist composition of the present invention on the surface to be processed, and the applying step is performed by applying a resist pattern thickening material to cover the surface of the resist pattern. It is the process of thickening. In this manner, a thickened resist pattern is formed on the workpiece surface.
상기 레지스트 패턴 형성 공정에 대한 상세한 설명은 본 발명의 상기 레지스트 패턴의 형성 방법과 동일하다. Detailed description of the resist pattern forming process is the same as the method of forming the resist pattern of the present invention.
상기 피가공면으로서는, 반도체 장치에 있어서의 각종 부재의 표면층을 들 수 있지만, 실리콘 웨이퍼 등의 기판 내지 그의 표면, 각종 산화막 등을 바람직하게 들 수 있다. 상기 레지스트 패턴은 상술한 바와 같다. 상기 도포 방법은 상술한 바와 같다. 또한, 상기 도포 후에는, 상술한 프리베이킹, 베이킹 등을 행할 수 있다.Although the surface layer of the various member in a semiconductor device is mentioned as said to-be-processed surface, The board | substrate, such as a silicon wafer, its surface, various oxide films, etc. are mentioned preferably. The resist pattern is as described above. The coating method is as described above. In addition, after the said application, the above-mentioned prebaking, baking, etc. can be performed.
상기 에칭 공정은 상기 레지스트 패턴 형성 공정에 의해 형성한 상기 후육화 레지스트 패턴을 마스크 등으로서 이용하여(마스크 패턴 등으로서 이용하여) 에칭를 행함으로써 상기 피가공면을 패터닝하는 공정이다. The said etching process is a process of patterning the said to-be-processed surface by performing the etching using the said thickening resist pattern formed by the said resist pattern formation process (as a mask pattern etc.).
상기 에칭 방법은 공지된 방법 중에서 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 일실시양태에서 건식 에칭을 사용할 수 있다. 상기 에칭 조건은 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. The said etching method can be suitably selected from a well-known method according to the objective. In one embodiment dry etching may be used. The said etching conditions can be suitably selected according to the objective.
상기 그 밖의 공정으로서는, 계면활성제 도포 공정, 현상 공정 등을 들 수 있다. As said other process, surfactant coating process, image development process, etc. are mentioned.
상기 계면활성제 도포 공정은 상기 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포하기 전에 레지스트 패턴의 표면에 계면활성제를 도포하는 공정이다. The surfactant coating step is a step of applying a surfactant to the surface of the resist pattern before applying the resist pattern thickening material.
상기 계면활성제는 양이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제 및 비이온성 계면활성제(이들은 금속 원자나 이온을 함유하지 않는다)로부터 목적에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 적절한 예로서는 폴리옥시에틸렌-폴리옥시프로필렌 축합물, 폴리옥시알킬렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬에테르, 폴리옥시에틸렌 유도체, 소르비탄 지방산 에스테르, 글리세린 지방산 에스테르, 1급 알코올 에톡실레이 트, 페놀 에톡실레이트, 노닐페놀 에톡실레이트, 옥틸페놀 에톡실레이트, 라우릴 알코올 에톡실레이트, 올레일 알코올 에톡실레이트, 지방산 에스테르, 아미드, 천연 알코올, 에틸렌 디아민, 2급 알코올 에톡실레이트, 알킬 양이온, 아미드형 4급 양이온, 에스테르형 4급 양이온, 아민옥시드, 베타인 계면활성제 등을 들 수 있다. The surfactant may be appropriately selected from cationic surfactants, anionic surfactants, and nonionic surfactants (they do not contain metal atoms or ions) according to the purpose. Suitable examples include polyoxyethylene-polyoxypropylene condensates, polyoxyalkylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene derivatives, sorbitan fatty acid esters, glycerin fatty acid esters, primary alcohol ethoxylates, phenol ethoxyls Latex, nonylphenol ethoxylate, octylphenol ethoxylate, lauryl alcohol ethoxylate, oleyl alcohol ethoxylate, fatty acid ester, amide, natural alcohol, ethylene diamine, secondary alcohol ethoxylate, alkyl cation, amide Type quaternary cation, ester type quaternary cation, amine oxide, a betaine surfactant, etc. are mentioned.
상기 현상 처리 공정은 상기 레지스트 패턴 형성 공정 후, 상기 에칭 공정 전에, 도포한 레지스트 패턴 후육화 재료의 현상 처리를 행하는 공정이다. 또한, 상기 현상 처리는 상술한 바와 같다. The said developing process process is a process of developing the apply | coated resist pattern thickening material after the said resist pattern formation process and before the said etching process. In addition, the said developing process is as above-mentioned.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 의하면, 예를 들면 플래시 메모리, DRAM, FRAM 등을 비롯한 각종 반도체 장치를 효율적으로 제조할 수 있다. According to the manufacturing method of the semiconductor device of this invention, various semiconductor devices including a flash memory, DRAM, FRAM, etc. can be manufactured efficiently, for example.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 전혀 한정되지 않는다. Hereinafter, although the Example of this invention is described, this invention is not limited to these Examples at all.
(실시예 1)(Example 1)
-레지스트 조성물의 제조-Preparation of Resist Composition
하기 조성을 갖는 레지스트 조성물을 제조하였다. A resist composition having the following composition was prepared.
tert-부톡시카르보닐옥시스티렌:p-히드록시스티렌=20:80으로 혼합되어 제조된 수지(분자량 약 10,000) ㆍㆍㆍ100 질량부tert-butoxycarbonyloxystyrene: Resin prepared by mixing with p-hydroxystyrene = 20:80 (molecular weight: about 10,000) .. 100 parts by mass
트리페닐술포늄퍼플루오로부탄술포네이트ㆍㆍㆍ5 질량부Triphenylsulfonium perfluorobutanesulfonate ... 5 parts by mass
p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염ㆍㆍㆍ1 질량부p-toluenesulfonic acid triethylammonium salt ... 1 mass part
락트산에틸ㆍㆍㆍ800 질량부Ethyl lactate ... 800 parts by mass
-레지스트 패턴의 형성-Formation of resist pattern
이상으로부터 제조한 본 발명의 레지스트 조성물을 실리콘 웨이퍼(미츠비시머테리얼사 제조) 상에 스핀 코팅법에 의해 3,500 rpm에서 20 초 동안 전면 도포한 후, 110 ℃에서 120 초 동안 프리베이킹을 행하였다. 다음으로, 마스크를 통해 KrF 엑시머 레이저 광을 80 mJ/cm2의 조건에서 조사하고, 110 ℃에서 120 초 동안 노광 후 베이킹을 행한 후, 2.38 질량% TMAH 수용액을 이용하여 1 분간 현상함으로써, 250 nm×1,000 nm의 장방형 고립 패턴을 형성하였다. 또한, 얻어진 레지스트 패턴의 막 두께는 500 nm였다. The resist composition of the present invention prepared above was coated on a silicon wafer (manufactured by Mitsubishi Material Corporation) by spin coating for 20 seconds at a speed of 3,500 rpm, and then prebaked at 110 ° C for 120 seconds. Next, 250 nm by irradiating KrF excimer laser light under the conditions of 80 mJ / cm <2> through a mask, performing post-exposure baking at 110 degreeC for 120 second, and developing for 1 minute using 2.38 mass% TMAH aqueous solution, A rectangular isolation pattern of 1,000 nm was formed. In addition, the film thickness of the obtained resist pattern was 500 nm.
얻어진 레지스트 패턴상에 레지스트 패턴 후육화 재료(「AZ R500」; AZ 일렉트로닉 머테리얼즈)를 스핀 코팅법에 의해 3,500 rpm/60 초의 조건에서 도포하고, 110 ℃/60 초의 조건에서 베이킹을 행한 후, 순수한 물로 레지스트 패턴 후육화 재료를 60 초간 린스하여, 상호 작용(믹싱)하지 않은 미반응부를 제거하고, 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 후육화된 레지스트 패턴을 현상시킴으로써 후육화 레지스트 패턴을 형성하였다. On the obtained resist pattern, a resist pattern thickening material (" AZ R500 "; AZ Electronic Materials) was applied by spin coating at 3,500 rpm / 60 sec. And then baked at 110 < 0 > C / 60 sec. A thickened resist pattern was formed by rinsing the resist pattern thickening material with pure water for 60 seconds to remove unreacted portions that did not interact (mixed), and developing a resist pattern thickened by the resist pattern thickening material.
후육화 전의 레지스트 패턴(상기 레지스트 패턴)은 도 52A에 도시되어 있고, 후육화 후의 레지스트 패턴(상기 후육화 레지스트 패턴)은 도 52B에 도시되어 있다. 짧은 변 방향의 크기 X1 및 X2, 및 긴 변 방향의 크기 Y1 및 Y2를 각각 측정하고, 짧은 변 방향의 패턴 크기 변화량(X2-X1) 및 긴 변 방향의 패턴 크기 변화량(Y2-Y1)을 산출하였다. 그 결과, 패턴 크기 변화량은 짧은 변 방향이 52 nm이고, 긴 변 방향이 55 nm였다. 이상으로부터 실시예 1의 레지스트 조성물을 이용하면, 레지스트 패턴의 방향에 의해 영향을 받지 않고 균일하게 레지스트 패턴을 후육화할 수 있음을 알았다. The resist pattern before the thickening (the resist pattern) is shown in Fig. 52A, and the resist pattern after the thickening (the thickening resist pattern) is shown in Fig. 52B. Measure the size X1 and X2 of the short side direction and the size Y1 and Y2 of the long side direction, respectively, and calculate the pattern size change amount (X2-X1) of the short side direction and the pattern size change amount (Y2-Y1) of the long side direction, respectively. It was. As a result, the pattern size change amount was 52 nm in the short side direction and 55 nm in the long side direction. As mentioned above, when the resist composition of Example 1 was used, it turned out that the resist pattern can be thickened uniformly without being influenced by the direction of a resist pattern.
(비교예 1) (Comparative Example 1)
레지스트 조성물의 제조시에, p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염을 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 후육화 레지스트 패턴을 형성하고, 짧은 변 방향 및 긴 변 방향의 패턴 크기 변화량을 산출하였다. 그 결과, 패턴 크기 변화량은 짧은 변 방향이 15 nm이고, 긴 변 방향이 35 nm였다. 이상으로부터, 술폰산암모늄염으로서의 p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염을 첨가하지 않은 비교예 1의 레지스트 조성물에서는, 레지스트 패턴의 방향에 따라서 후육화량이 현저히 다르고, 특히 긴 변 방향에서는 짧은 변 방향에 비해 후육화량이 커지는 것을 알 수 있었다. At the time of preparation of the resist composition, a thickening resist pattern was formed in the same manner as in Example 1 except that p-toluenesulfonic acid triethylammonium salt was not added, and the amount of change in the pattern size in the short and long side directions was calculated. . As a result, the pattern size change amount was 15 nm in the short side direction and 35 nm in the long side direction. As mentioned above, in the resist composition of the comparative example 1 which does not add p-toluenesulfonic acid triethylammonium salt as an ammonium sulfonate salt, the thickening amount is remarkably different according to the direction of a resist pattern, especially the thickening amount compared with a short side direction in a long side direction. I could see that it grew.
(실시예 2) (Example 2)
실시예 1에 있어서 레지스트 조성물을, 하기 조성에 기초하여 제조한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 후육화 레지스트 패턴을 형성하여 짧은 변 방향 및 긴 변 방향의 패턴 크기 변화량을 산출하였다. In Example 1, except having manufactured the resist composition based on the following composition, the thickening resist pattern was formed like Example 1, and the pattern size change amount of the short side direction and the long side direction was computed.
-레지스트 조성물의 제조-Preparation of Resist Composition
KrF 레지스트(「DX5200P」; AZ 일렉트로닉 머테리얼즈 제조) ㆍㆍㆍ5 gKrF resist ("DX5200P"; manufactured by AZ Electronic Materials)
트리플루오로메탄술폰산 메틸페닐암모늄염ㆍㆍㆍ3 mg Trifluoromethanesulfonic acid methylphenylammonium salt ... 3 mg
또한, 상기 KrF 레지스트의 고형분 질량에 대한 상기 암모늄염의 함유량은 0.3 내지 0.6 질량% 정도이다. Moreover, content of the said ammonium salt with respect to solid content mass of the said KrF resist is about 0.3-0.6 mass%.
패턴 크기 변화량은 짧은 변 방향이 59 nm이고, 긴 변 방향이 63 nm였다. 이상으로부터, 실시예 2의 레지스트 조성물을 이용하면, 레지스트 패턴의 방향에 의해 영향을 받지 않고 균일하게 레지스트 패턴을 후육화할 수 있음을 알았다. The pattern size change amount was 59 nm in the short side direction and 63 nm in the long side direction. As mentioned above, it turned out that using the resist composition of Example 2 can thicken a resist pattern uniformly without being influenced by the direction of a resist pattern.
(비교예 2) (Comparative Example 2)
레지스트 조성물의 제조시에 트리플루오로메탄술폰산 메틸페닐암모늄염을 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여 후육화 레지스트 패턴을 형성하고, 짧은 변 방향 및 긴 변 방향의 패턴 크기 변화량을 산출하였다. 그 결과, 패턴 크기 변화량은 짧은 변 방향이 22 nm이고, 긴 변 방향이 53 nm였다. 이상으로부터, 술폰산암모늄염으로서의 트리플루오로메탄술폰산 메틸페닐암모늄염을 첨가하지 않은 비교예 2의 레지스트 조성물에서는, 레지스트 패턴의 방향에 의해 후육화량이 현저히 다르고, 특히 긴 변 방향에서는 짧은 변 방향에 비해 후육화량이 커지는 것을 알았다. A thickening resist pattern was formed in the same manner as in Example 2 except that trifluoromethanesulfonic acid methylphenylammonium salt was not added during the preparation of the resist composition, and the pattern size variation in the short and long side directions was calculated. As a result, the pattern size change amount was 22 nm in the short side direction and 53 nm in the long side direction. As mentioned above, in the resist composition of the comparative example 2 which does not add the trifluoromethanesulfonic acid methylphenylammonium salt as an ammonium sulfonate salt, the thickening amount is remarkably different with the direction of a resist pattern, especially the thickening amount compared with a short side direction in a long side direction. I knew it grew.
(실시예 3) (Example 3)
레지스트 패턴이 도 53에 나타낸 패턴 형상으로 형성된 것 이외에는, 실시예 2와 동일하게 하여 후육화 레지스트 패턴을 형성하였다. A thickening resist pattern was formed in the same manner as in Example 2 except that the resist pattern was formed in the pattern shape shown in FIG.
도 53에 있어서 패턴 형상은, 1변 300 nm의 정방형이 가로 방향으로 4개, 세로 방향으로 3개 각각 정렬한 것이고, 상기 레지스트 패턴 사이의 간격은 가로 방향 W가 300 nm이고, 세로 방향 H가 600 nm이다. In Fig. 53, the pattern shape is one in which 300 squares of one side 300 nm are arranged in four in the horizontal direction and three in the vertical direction, and the spacing between the resist patterns is 300 nm in the horizontal direction and H in the vertical direction. 600 nm.
12개의 상기 정방형 패턴에 대하여, 실시예 1과 동일하게 하여 가로 방향 및 세로 방향의 레지스트 패턴의 패턴 크기 변화량을 각각 측정하고, 그의 평균치를 산출한 바, 가로 방향이 60 nm이고, 세로 방향이 55 nm였다. 이상으로부터, 실시예 2의 레지스트 조성물을 이용하면, 레지스트 패턴의 간격 변화에 의하여 영향을 받지 않고 균일하게 레지스트 패턴을 후육화할 수 있음을 알 수 있었다. In the same manner as in Example 1, the pattern size change amounts of the resist patterns in the horizontal and vertical directions were measured for the 12 square patterns, and the average value thereof was calculated. The horizontal direction is 60 nm and the vertical direction is 55, respectively. nm. As mentioned above, it turned out that using the resist composition of Example 2 can thicken a resist pattern uniformly without being influenced by the change of the space | interval of a resist pattern.
(비교예 3) (Comparative Example 3)
실시예 3에 있어서 비교예 2의 레지스트 조성물을 이용한 것 이외에는, 실시예 3과 동일하게 하여 도 51에 나타낸 패턴 형상으로 레지스트 패턴을 형성하고, 레지스트 패턴 후육화 재료에 의하여 후육화하여, 레지스트 패턴의 패턴 크기 변화량의 평균치를 측정하였다. 그 결과, 가로 방향이 51 nm이고, 세로 방향이 25 nm였다. 이상으로부터, 비교예 2의 레지스트 조성물을 이용하면, 레지스트 패턴의 간격 변화에 대하여 현저히 의존하고, 특히 레지스트 패턴이 조밀한 방향에서의 후육화량이 커지는 것을 알았다. In Example 3, except that the resist composition of Comparative Example 2 was used, a resist pattern was formed in the pattern shape shown in FIG. 51 in the same manner as in Example 3, and thickened with a resist pattern thickening material to obtain a resist pattern. The average value of the pattern size change amount was measured. As a result, the transverse direction was 51 nm and the longitudinal direction was 25 nm. As mentioned above, when the resist composition of the comparative example 2 was used, it turned out remarkably with respect to the change of the space | interval of a resist pattern, and especially the thickening amount in the direction in which a resist pattern is dense became large.
(실시예 4)(Example 4)
-레지스트 조성물의 제조-Preparation of Resist Composition
하기 조성을 갖는 레지스트 조성물을 제조하였다. A resist composition having the following composition was prepared.
ArF 레지스트(「AR1244J」; JSR 제조) ㆍㆍㆍ5 g ArF resist ("AR1244J"; manufactured by JSR) ... 5 g
트리플루오로메탄술폰산 디메틸암모늄염ㆍㆍㆍ2 mg Trifluoromethanesulfonic acid dimethylammonium salt ... 2 mg
또한, 상기 ArF 레지스트의 고형분 질량에 대한 상기 암모늄염의 함유량은 0.2 내지 0.4 질량%이다. Moreover, content of the said ammonium salt with respect to the solid content mass of the said ArF resist is 0.2-0.4 mass%.
-레지스트 패턴의 형성-Formation of resist pattern
이상으로부터 제조한 본 발명의 레지스트 조성물을 실리콘 웨이퍼(미츠비시머테리얼사 제조)상에 스핀 코팅법에 의해 3,500 rpm/20 초의 조건에서 전면 도포한 후, 110 ℃/60 초의 조건에서 프리베이킹을 행하였다. 다음으로, 마스크를 통해 ArF 엑시머 레이저 광을 40 mJ/cm2의 조건에서 조사하고, 110 ℃/60 초의 조건에서 노광 후 베이킹을 행한 후, 2.38 질량% TMAH 수용액을 이용하여 1 분간 현상함으로써, 120 nm×500 nm의 장방형 고립 패턴을 형성하였다. 또한, 얻어진 레지스트 패턴의 막 두께는 250 nm였다. The resist composition of the present invention prepared above was coated on a silicon wafer (manufactured by Mitsubishi Material Co., Ltd.) under a spin coating method under conditions of 3,500 rpm / 20 seconds, and then prebaked under conditions of 110 ° C / 60 seconds. . Next, the ArF excimer laser light was irradiated through a mask under conditions of 40 mJ / cm 2 , post-exposure baking was performed under conditions of 110 ° C./60 seconds, and then developed for 1 minute using a 2.38 mass% TMAH aqueous solution. A rectangular isolated pattern of nm × 500 nm was formed. In addition, the film thickness of the obtained resist pattern was 250 nm.
-레지스트 패턴 후육화 재료의 제조-Production of Resist Pattern Thickening Material
하기 조성을 갖는 레지스트 패턴 후육화 재료를 제조하였다. A resist pattern thickening material having the following composition was prepared.
폴리비닐아세탈수지(「KW-3」; 세끼스이 가가꾸) ㆍㆍㆍ16 질량부Polyvinyl acetal resin ("KW-3"; Sekisui Kagaku) ... 16 parts by mass
2-히드록시벤질 알코올ㆍㆍㆍ1 질량부2-hydroxybenzyl alcohol ... 1 part by mass
순수한 물ㆍㆍㆍ95.5 질량부Pure water ... 95.5 parts by mass
이소프로필 알코올ㆍㆍㆍ0.5 질량부Isopropyl alcohol ... 0.5 parts by mass
비이온성 계면활성제(「PC-6」; 아사히 덴까 제조, 다핵 페놀에톡실레이트 계면활성제) ㆍㆍㆍ0.08 질량부Nonionic surfactant ("PC-6"; manufactured by Asahi Denka, polynuclear phenol ethoxylate surfactant) ... 0.08 parts by mass
얻어진 레지스트 패턴상에, 제조한 레지스트 패턴 후육화 재료를 스핀 코팅법에 의해 3,500 rpm/20 초의 조건에서 도포하고, 110 ℃/60 초간의 조건에서 베이킹을 행한 후, 순수한 물로 레지스트 패턴 후육화 재료를 60 초간 린스하여, 상호 작용(믹싱)하지 않은 미반응부를 제거하고, 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 후 육화된 레지스트 패턴을 현상시킴으로써 후육화 레지스트 패턴을 형성하였다. On the obtained resist pattern, the prepared resist pattern thickening material was applied by spin coating on the condition of 3,500 rpm / 20 sec, and baked under the condition of 110 ° C./60 sec, and then the resist pattern thickening material was pure water. A thickened resist pattern was formed by rinsing for 60 seconds to remove unreacted portions that did not interact (mixed), and developing a thickened resist pattern with a resist pattern thickening material.
패턴 크기 변화량을 측정한 바, 짧은 변 방향이 36 nm이고, 긴 변 방향이 40 nm였다. When the pattern size change amount was measured, the short side direction was 36 nm and the long side direction was 40 nm.
(실시예 5) (Example 5)
실시예 4에 있어서 하기 방법에 의해 제조한 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용한 것 이외에는, 실시예 4와 동일하게 하여 후육화 레지스트 패턴을 형성하였다. In Example 4, the thickening resist pattern was formed like Example 4 except having used the resist pattern thickening material manufactured by the following method.
-레지스트 패턴 후육화 재료의 제조-Production of Resist Pattern Thickening Material
하기 조성을 갖는 레지스트 패턴 후육화 재료를 제조하였다. A resist pattern thickening material having the following composition was prepared.
폴리비닐아세탈수지(「KW-3」; 세끼스이 가가꾸) ㆍㆍㆍ16 질량부Polyvinyl acetal resin ("KW-3"; Sekisui Kagaku) ... 16 parts by mass
테트라메톡시메틸글리콜우릴(계면활성제, 산와 케미컬제) ㆍㆍㆍ1.35 질량부Tetramethoxymethylglycoluril (surfactant, acid and chemicals) ... 1.35 parts by mass
순수한 물ㆍㆍㆍ98.6 질량부Pure water ... 98.6 parts by mass
이소프로필알코올ㆍㆍㆍ0.4 질량부Isopropyl alcohol..0.4 mass parts
비이온성 계면활성제(「PC-6」; 아사히 덴까 제조, 다핵 페놀에톡실레이트 계면활성제) ㆍㆍㆍ0.12 질량부Nonionic surfactant ("PC-6"; manufactured by Asahi Denka, polynuclear phenol ethoxylate surfactant) ... 0.12 parts by mass
실시예 4에서와 동일한 방법으로 패턴 크기 변화량을 측정하였다. 패턴 크기 변화량은 짧은 변 방향이 46 nm이고, 긴 변 방향이 51 nm였다. 이상으로부터, 계면활성제를 포함하는 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하는 경우에도, 레지스트 패턴의 크기 및 방향에 의하여 영향을 받지 않고 레지스트 패턴을 균일하게 후육화할 수 있음을 알았다. The pattern size change amount was measured in the same manner as in Example 4. The pattern size change amount was 46 nm in the short side direction and 51 nm in the long side direction. As mentioned above, even when using the resist pattern thickening material containing surfactant, it turned out that a resist pattern can be thickened uniformly without being influenced by the magnitude | size and the direction of a resist pattern.
(비교예 4) (Comparative Example 4)
실시예 5에 있어서 레지스트 조성물의 제조시에 트리플루오로메탄술폰산 디메틸암모늄염을 첨가하지 않은 것 이외에는, 실시예 5와 동일하게 하여 후육화 레지스트 패턴을 형성하고, 짧은 변 방향 및 긴 변 방향의 패턴 크기 변화량을 산출하였다. 그 결과, 패턴 크기 변화량은 짧은 변 방향이 21 nm이고, 긴 변 방향이 46 nm였다. 이상으로부터, 술폰산암모늄염으로서의 트리플루오로메탄술폰산 디메틸암모늄염을 첨가하지 않은 비교예 4의 레지스트 조성물에서는, 레지스트 패턴의 방향에 의해 후육화량이 현저히 다르고, 특히 긴 변 방향에서는 짧은 변 방향에 비해 후육화량이 커지는 것을 알았다. A thickening resist pattern was formed in the same manner as in Example 5, except that trifluoromethanesulfonic acid dimethylammonium salt was not added in the preparation of the resist composition in Example 5, and the pattern sizes in the short and long side directions were formed. The amount of change was calculated. As a result, the pattern size change amount was 21 nm in the short side direction and 46 nm in the long side direction. As mentioned above, in the resist composition of the comparative example 4 which does not add the trifluoromethanesulfonic acid dimethylammonium salt as an ammonium sulfonate salt, the thickening amount is remarkably different by the direction of a resist pattern, especially the thickening amount compared with a short side direction in a long side direction. I knew it grew.
(실시예 6) (Example 6)
술폰산 트리에틸암모늄염을 p-톨루엔술폰산 모노에틸암모늄염으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 후육화 레지스트 패턴을 형성하고, 짧은 변 방향 및 긴 변 방향의 패턴 크기 변화량을 산출하였다. 레지스트 패턴의 패턴 변화량은 짧은 변 방향이 40 nm이고, 긴 변 방향이 43 nm이었다. 따라서, p-톨루엔술폰산 모노에틸암모늄염을 함유하는 레지스트 조성물은 레지스트 패턴의 방향에 의해 영향 받지 않고 레지스트 패턴을 균일하게 후육화할 수 있음을 알았다. A thickening resist pattern was formed in the same manner as in Example 1 except that the sulfonic acid triethylammonium salt was changed to p-toluenesulfonic acid monoethylammonium salt, and the pattern size change in the short side direction and long side direction was calculated. The pattern variation of the resist pattern was 40 nm in the short side direction and 43 nm in the long side direction. Therefore, it was found that the resist composition containing p-toluenesulfonic acid monoethylammonium salt can uniformly thicken the resist pattern without being affected by the direction of the resist pattern.
(실시예 7) (Example 7)
실시예 1에 있어서 상기 p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염 1 질량부를 p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염 0.5 질량부 및 p-톨루엔술폰산 모노에틸암모늄염 0.5 질량부의 조합으로 치환한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 후육화 레지스 트 패턴을 형성하고, 짧은 변 방향 및 긴 변 방향의 패턴 크기 변화량을 산출하였다. 레지스트 패턴의 패턴 변화량은 짧은 변 방향이 44 nm이고, 긴 변 방향이 47 nm이었다. 따라서, 2종의 술폰산암모늄염을 함유하는 레지스트 조성물이 레지스트 패턴의 방향에 의해 영향 받지 않고 레지스트 패턴을 균일하게 후육화할 수 있음을 알았다. In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except having replaced 1 mass part of said p-toluenesulfonic acid triethylammonium salts with the combination of 0.5 mass part of p-toluenesulfonic acid triethylammonium salts, and 0.5 mass part of p-toluenesulfonic acid triethylammonium salts. The thickening resist pattern was formed, and the pattern size change amount of the short side direction and the long side direction was computed. The pattern variation of the resist pattern was 44 nm in the short side direction and 47 nm in the long side direction. Therefore, it was found that the resist composition containing two ammonium sulfonate salts can uniformly thicken the resist pattern without being affected by the direction of the resist pattern.
(실시예 8) (Example 8)
실시예 1에 있어서 p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염의 첨가량을 0.005 질량%로 바꾼 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 후육화 레지스트 패턴을 형성하고, 짧은 변 방향 및 긴 변 방향의 패턴 크기 변화량을 산출하였다. 레지스트 패턴의 패턴 변화량은 짧은 변 방향이 20 nm이고, 긴 변 방향이 35 nm였다. In Example 1, except having changed the addition amount of p-toluenesulfonic acid triethylammonium salt into 0.005 mass%, the thickening resist pattern was formed like Example 1, and the pattern size change amount of the short side direction and the long side direction was changed. Calculated. The pattern variation of the resist pattern was 20 nm in the short side direction and 35 nm in the long side direction.
(실시예 9) (Example 9)
p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염의 첨가량을 7 질량%로 바꾼 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 레지스트 조성물을 제조하고, 이 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 후육화하였다. 실시예 9에서는 레지스트 감도가 30 % 정도 저하하고, 패터닝에 영향을 미쳤다. 따라서, 술폰산 암모늄염이 레지스트 조성물 중에 7 질량%를 초과하여 첨가되는 경우 레지스트 성능 자체에 대한 영향이 큰 것을 알 수 있었다. A resist composition was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of p-toluenesulfonic acid triethylammonium salt added was changed to 7% by mass, and then, the resist pattern was formed using the resist composition to thicken the resist pattern. It was. In Example 9, the resist sensitivity was lowered by about 30%, which affected the patterning. Therefore, it was found that when the ammonium sulfonic acid salt was added in excess of 7% by mass in the resist composition, the effect on the resist performance itself was large.
(실시예 10) (Example 10)
p-톨루엔술폰산 트리에틸암모늄염을 4급 암모늄염, 즉, p-톨루엔술폰산 테트라메틸암모늄염 및 p-톨루엔술폰산 테트라에틸암모늄염으로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 레지스트 조성물을 제조하였다. 그러나, 이들 4급 암모늄염은 레지스트 재료의 용매에 용해되지 않았다.The resist composition was prepared like Example 1 except having changed p-toluenesulfonic acid triethylammonium salt into quaternary ammonium salt, ie, p-toluenesulfonic acid tetramethylammonium salt and p-toluenesulfonic acid tetraethylammonium salt. However, these quaternary ammonium salts were not dissolved in the solvent of the resist material.
또한, 실시예 1과 동일하게 하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 후육화하였다. 그러나, 결과는 4급 암모늄염을 첨가하지 않는 경우와 유사하였다.In addition, after forming a resist pattern similarly to Example 1, it thickened. However, the results were similar to those without adding quaternary ammonium salts.
실시예 1 내지 10 및 비교예 1 내지 4의 레지스트 패턴의 패턴 변화량을 표 1에 나타내었다. 또한, 표 1 중 「함유량」은 레지스트 재료에 함유된 수지의 질량에 대한 술폰산 암모늄염의 함유량(질량%)을 나타낸다. Table 1 shows the pattern change amounts of the resist patterns of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 4. FIG. In addition, in Table 1, "content" shows content (mass%) of the sulfonate ammonium salt with respect to the mass of resin contained in a resist material.
표 1로부터, 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 형성한 레지스트 패턴은 균일하면서 또한 양호하게 후육화되어 있음을 알았다. From Table 1, it turned out that the resist pattern formed using the resist composition of this invention is thickening uniformly and favorably.
(실시예 11) (Example 11)
도 9에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(11)상에 층간 절연막(12)를 형성하고, 도 10에 나타낸 바와 같이, 층간 절연막(12)상에 스퍼터링법에 의해 티탄 막(13)을 형성하였다. 다음에, 도 11에 나타낸 바와 같이, 공지된 포토리소그래피 기술에 의해 레지스트 패턴(14)를 형성하고, 이것을 마스크로서 이용하여, 반응성 이온 에칭에 의해 티탄 막(13)을 패터닝하여 개구부(15a)를 형성하였다. 계속해서, 반응성 이온 에칭에 의해 레지스트 패턴(14)를 제거함과 동시에, 도 12에 나타낸 바와 같이, 티탄 막(13)을 마스크로 하여 층간 절연막(12)에 개구부(15b)를 형성하였다. As shown in FIG. 9, the
다음에, 티탄 막(13)을 습식 처리에 의해 제거하고, 도 13에 나타낸 바와 같이 층간 절연막(12)상에 TiN 막(16)을 스퍼터링법에 의해 형성하고, 계속해서 TiN 막(16)상에 Cu 막(17)을 전해 도금법으로 막 형성하였다. 계속해서, 도 14에 나타낸 바와 같이, CMP에 의하여 개구부(15b)(도 12)에 상당하는 홈부에만 배리어 금속과 Cu 막(제1 금속막)을 남기고 평탄화하여, 제1층의 배선(17a)를 형성하였다. Next, the
계속해서, 도 15에 나타낸 바와 같이, 제1층의 배선(17a) 위에 층간 절연막(18)을 형성한 후, 도 9 내지 도 14와 동일하게 하여, 도 16에 나타낸 바와 같이 제1층의 배선(17a)를, 후에 형성하는 상층 배선과 접속하는 Cu 플러그(제2 금속막)(19) 및 TiN 막(16a)를 형성하였다. Subsequently, as shown in FIG. 15, after the
상술한 각 공정을 반복함으로써, 도 17에 나타낸 바와 같이, 실리콘 기판(11)상에 제1층의 배선(17a), 제2층의 배선(20) 및 제3층의 배선(21)을 포함하는 다층 배선 구조를 구비한 반도체 장치를 제조하였다. 또한, 도 17에 있어서는, 각층의 배선 하층에 형성한 배리어 금속층은 도시를 생략하였다. By repeating the above-described steps, as shown in FIG. 17, the
이 실시예 11에서는 레지스트 패턴(14)가, 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 실시예 1 내지 7에 있어서의 경우와 동일하게 하여 제조한 후육화 레지스트 패턴이다. In Example 11, after the resist
(실시예 12)(Example 12)
-플래시 메모리 및 그의 제조-Flash memory and its manufacture
실시예 12는, 본 발명의 레지스트 조성물을 이용한 본 발명의 반도체 장치 및 그의 제조 방법의 일예이다. 또한, 이 실시예 9에서는, 이하의 레지스트 막(26), (27), (29) 및 (32)가, 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 실시예 1 내지 7에서의 것 와 동일한 방법에 의해 후육화된 것이다. Example 12 is an example of the semiconductor device of the present invention and the manufacturing method thereof using the resist composition of the present invention. In Example 9, the following resist
도 18 및 도 19는 FLOTOX형 또는 ETOX형이라 불리는 FLASH EPROM의 상면도(평면도)이다. 도 20 내지 도 28은 상기 FLASH EPROM의 제조 방법에 관한 일예를 설명하기 위한 단면 개략도이다. 이들에 있어서의 좌도는 메모리 셀부(제1 소자 영역)로서, 부유 게이트 전극을 갖는 MOS 트랜지스터가 형성되는 부분의 게이트 폭 방향(도 18 및 도 19에 있어서의 X 방향)의 단면(A-A 방향 단면) 개략도이다. 중앙도는 상기 좌도와 동일한 부분의 메모리 셀부로서, 상기 X 방향과 직교하는 게이트 길이 방향(도 18 및 도 19에 있어서의 Y 방향)의 단면(B-B 방향 단면) 개략도이며, 우측도는 주변 회로부(제2 소자 영역)의 MOS 트랜지스터가 형성되는 부분의 단면(도 18 및 도 19에 있어서의 A-A 방향 단면) 개략도이다. 18 and 19 are top views (top views) of FLASH EPROM called FLOTOX type or ETOX type. 20 to 28 are schematic cross-sectional views for explaining an example of the method for manufacturing the FLASH EPROM. The left view in these is a memory cell portion (first element region), and a cross section (AA direction cross section) in the gate width direction (X direction in FIGS. 18 and 19) of a portion where a MOS transistor having floating gate electrodes is formed. ) Schematic diagram. The center view is a memory cell portion of the same portion as the left side, and is a schematic diagram (BB direction cross section) of the gate length direction (Y direction in FIGS. 18 and 19) orthogonal to the X direction, and the right side diagram shows a peripheral circuit portion ( It is a schematic diagram (section AA direction in FIG. 18 and FIG. 19) of the part in which the MOS transistor of the 2nd element area | region is formed.
우선, p형의 Si 기판(22)상의 소자 분리 영역에 선택적으로 SiO2 막을 형성하고, 그로 인하여 SiO2 막의 필드 산화막(23)을 형성하였다(도 20). 그 후, 메모리 셀부(제1 소자 영역)의 MOS 트랜지스터에 있어서의 제1 게이트 절연막(24a)로서 두께가 100 내지 300 Å(10 내지 30 nm)가 되도록 열 산화에 의하여 SiO2 막을 형성하였다. 다른 단계에서, 주변 회로부(제2 소자 영역)의 MOS 트랜지스터에 있어서의 제2 게이트 절연막(24b)으로서 두께가 100 내지 500 Å(10 내지 50 nm)가 되도록 열산화에 의하여 SiO2 막을 형성하였다. 또한, 제1 게이트 절연막(24a) 및 제2 게이트 절연막(24b)를 동일한 두께로 하는 경우에는, 동일한 공정에서 동시에 산화막을 형성할 수도 있다. First, SiO 2 is selectively added to the device isolation region on the p-
다음에, 상기 메모리 셀부(도 20의 좌도 및 중앙도)에 n형 디플레션 유형의 채널을 갖는 M0S 트랜지스터를 형성하기 위한 임계치 전압을 제어할 목적으로 상기 주변 회로부(도 20의 우측도)를 레지스트 막(26)에 의해 마스킹하였다. 또한, 부유 게이트 전극 직하의 채널 영역이 되는 영역에, n형 불순물로서 도우즈량 1×1011 내지 1×1014 cm-2의 인(P) 또는 비소(As)를 이온 주입법에 의해 도입하여, 제1 임계치 제어층(25a)를 형성하였다. 또한, 이 때의 불순물의 도우즈량 및 도전형은, 채널이 디플레션 유형인지 어큐뮬레이션 유형인지에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. Next, the peripheral circuit portion (right side of FIG. 20) is controlled for the purpose of controlling a threshold voltage for forming a M0S transistor having an n-type deflation type channel in the memory cell portion (left and center views of FIG. 20). Masking was performed by the resist
다음에, 상기 주변 회로부(도 21의 우측도)에 n형 디플레션 유형의 채널을 갖는 MOS 트랜지스터를 형성하기 위한 임계치 전압을 제어할 목적으로 메모리 셀부(도 21의 좌도 및 중앙도)를 레지스트 막(27)에 의해 마스킹하였다. 또한, 게이트 전극 직하의 채널 영역이 되는 영역에, n형 불순물로서 도우즈량 1×1011 내지 1×1014 cm-2의 인(P) 또는 비소(As)를 이온 주입법에 의해 도입하고, 제2 임계치 제어층(25b)를 형성하였다. Next, the memory cell portion (left and center views in FIG. 21) is resisted for the purpose of controlling the threshold voltage for forming an MOS transistor having an n-type deflation type channel in the peripheral circuit portion (right side in FIG. 21). Masked by
다음에, 상기 메모리 셀부(도 22의 좌도 및 중앙도)의 MOS 트랜지스터의 부유 게이트 전극, 및 상기 주변 회로부(도 22의 우측도)의 MOS 트랜지스터의 게이트 전극으로서, 두께가 500 내지 2,000 Å(50 내지 200 nm)인 제1 폴리실리콘 막(제1 도전체막)(28)을 전체 면에 형성하였다. Next, the floating gate electrode of the MOS transistor of the memory cell portion (left and center views of FIG. 22) and the gate electrode of the MOS transistor of the peripheral circuit portion (right side of FIG. 22) have a thickness of 500 to 2,000 mW ( 50-200 nm) of 1st polysilicon film (1st conductor film) 28 was formed in the whole surface.
그 후, 도 23에 나타낸 바와 같이, 레지스트 막(29)을 형성하고, 마스크로서 상기 레지스트 막(29)을 사용하여 제1 폴리실리콘 막(28)을 패터닝하여 상기 메모리 셀부(도 23의 좌도 및 중앙도)의 MOS 트랜지스터에서의 부유 게이트 전극(28a)를 형성하였다. 이 때, 도 23에 나타낸 바와 같이, X 방향은 최종적인 치수폭이 되도록 패터닝하고, Y 방향은 패터닝하지 않아서, 그에 의하여 S/D(source-drain) 영역층이 되는 영역은 레지스트 막(29)에 의해 피복된 그대로 하였다. Thereafter, as shown in FIG. 23, a resist
다음에, 레지스트 막(29)를 제거한 후, 부유 게이트 전극(28a)를 피복하기 위하여 SiO2막으로 형성된 캐패시터 절연막(30a)를 두께가 약 200 내지 500 Å(20 내지 50 nm)가 되도록 열산화로써 형성하였다(도 24의 좌도 및 중앙도). 이 때, 상기 주변 회로부(도 24의 우측도)의 제1 폴리실리콘 막(28)상에도 SiO2막으로 형성된 캐패시터 절연막(30b)가 형성된다. 또한, 여기서 캐패시터 절연막(30a) 및 (30b)는 SiO2막만으로 형성되어 있지만, SiO2막 및 Si3N4막이 2 내지 3개 적층된 복합막으로 형성될 수도 있다. Next, after the resist
다음에, 부유 게이트 전극(28a) 및 캐패시터 절연막(30a)를 피복하기 위하여, 제어 게이트 전극이 되는 제2 폴리실리콘 막(제2 도전체막)(31)을 두께가 500 내지 2,000 Å(50 내지 200 nm)가 되도록 형성하였다(도 24). Next, in order to cover the floating
다음에, 도 25에 나타낸 바와 같이, 상기 메모리 셀부(도 25의 좌도 및 중앙도)를 레지스트 막(32)에 의해 마스킹하고, 상기 주변 회로부(도 25의 우측도)의 제2 폴리실리콘 막(31) 및 캐패시터 절연막(30b)를 차례로 에칭에 의해 제거하여 제1 폴리실리콘 막(28)을 노출시켰다. Next, as shown in FIG. 25, the memory cell portion (left and center views in FIG. 25) is masked by the resist
다음에, 도 26에 나타낸 바와 같이, 상기 메모리 셀부(도 26의 좌도 및 중앙도)의 제2 폴리실리콘 막(31), 캐패시터 절연막(30a) 및 X 방향만 패터닝되어 있는 제1 폴리실리콘 막(28a)에 대하여 레지스트 막(32)를 마스크로 하여, 제1 게이트부(33a)가 최종적인 치수가 되도록 Y 방향의 패터닝을 행하였다. 따라서, Y 방향으로 폭 약 1 ㎛의 제어 게이트 전극(31a)/캐패시터 절연막(30c)/부유 게이트 전극(28c)에 의한 적층체를 형성하였다. 또한, 상기 주변 회로부(도 26의 우측도)의 제1 폴리실리콘 막(28)에 대하여, 레지스트 막(32)를 마스크로 하여 제2 게이트부(33B)가 최종적인 치수가 되도록 패터닝을 행하여 폭 약 1 ㎛의 게이트 전극(28b)를 형성하였다. Next, as shown in FIG. 26, only the
다음에, 상기 메모리 셀부(도 27의 좌도 및 중앙도)의 제어 게이트 전극(31a)/캐패시터 절연막(30c)/부유 게이트 전극(28c)의 적층체를 마스크로 하여, 소자 형성 영역의 Si 기판(22)에 도우즈량 1×1014 내지 1×1016 cm-2의 인(P) 또는 비소(As)를 이온 주입법에 의해 도입하고, n형의 S/D 영역층(35a) 및 (35b)를 형성하였다. 또한, 상기 주변 회로부(도 27의 우측도)의 게이트 전극(28b)를 마스크로 하여, 소자 형성 영역의 Si 기판(22)에 n형 불순물로서 도우즈량 1×1014 내지 1×1016 cm-2의 인(P) 또는 비소(As)를 이온 주입법에 의해 도입하고, S/D 영역층(36a) 및 (36b)를 형성하였다. Next, the Si substrate in the element formation region is formed by using a laminate of the
다음에, 상기 메모리 셀부(도 28의 좌도 및 중앙도)의 제1 게이트부(33a) 및 상기 주변 회로부(도 28의 우측도)의 제2 게이트부(33b)를 덮기 위하여, 층간 절연막(37)으로서 두께가 약 5,000 Å(500 nm)인 PSG(포스페이트-실리케이트 유리) 막을 형성하였다. Next, in order to cover the
그 후, S/D 영역층(35a), (35b), (36a) 및 (36b)상의 층간 절연막(37)에 컨택트 홀(38a), (38b), (39a) 및 (39b)를 형성한 후, S/D 전극(40a), (40b), (41a) 및 (41b)를 형성하였다. 또한, 컨택트 홀(38a), (38b), (39a) 및 (39b)를 형성하기 위하여, 본 발명의 레지스트 조성물에 의한 홀 패턴을 형성하고, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화하며, 미세한 간격 패턴(홀 패턴)을 형성하였다. 이어서, 컨택트 홀을 통상법에 따라서 제조하였다. Thereafter,
이상으로부터, 반도체 장치로서 FLASH EPROM을 제조하였다(도 28). As mentioned above, FLASH EPROM was manufactured as a semiconductor device (FIG. 28).
이 FLASH EPROM에서는, 상기 주변 회로부(도 20 내지 도 28에 있어서의 우측도)의 제2 게이트 절연막(24b)가 형성된 후부터 시종, 제1 폴리실리콘 막(28) 또는게이트 전극(28b)에 의해 피복되어 있기 때문에(도 20 내지 도 28에 있어서의 우측도), 제2 게이트 절연막(24b)는 최초에 형성되었을 때의 두께를 유지한 그대로이다. 이 때문에, 제2 게이트 절연막(24b)의 두께의 제어를 용이하게 행할 수 있음과 동시에, 임계치 전압의 제어를 위한 도전형 불순물 농도의 조정도 쉽게 행할 수 있다. In this FLASH EPROM, after the second
상기 실시예에서는 우선 게이트 폭 방향(도 18 및 도 19에 있어서의 X 방향)으로 소정 폭으로 패터닝한 후, 게이트 길이 방향(도 18 및 도 19에 있어서의 Y 방향)으로 패터닝하여 최종적인 소정 폭으로 하여 제1 게이트부(33a)를 형성한다. 별법으로, 게이트 길이 방향(도 18 및 도 19에 있어서의 Y 방향)으로 소정 폭으로 패터닝한 후, 게이트 폭 방향(도 18 및 도 19에 있어서의 X 방향)으로 패터닝하여 최종적인 소정 폭으로 할 수도 있다. In the above embodiment, patterning is first performed at a predetermined width in the gate width direction (the X direction in FIGS. 18 and 19), and then patterned in the gate length direction (the Y direction in FIGS. 18 and 19) to give a final predetermined width. Thus, the
도 29 내지 도 31에 나타내는 FLASH EPROM의 제조예는, 상기 실시예에 있어서 도 28에서 나타낸 공정의 이후가 도 29 내지 도 31에 나타낸 바와 같이 변경된 것 이외에는 상기 실시예와 동일하다. 즉, 도 29에 나타낸 바와 같이, 상기 메모리 셀부(도 29에 있어서의 좌도 및 중앙도)의 제2 폴리실리콘 막(31) 및 상기 주변 회로부(도 29의 우측도)의 제1 폴리실리콘 막(28)상에, 텅스텐(W) 막 또는 티탄(Ti) 막으로 형성된 내화 금속막(제4 도전체막)(42)를 두께가 약 2,000 Å(200 nm)가 되도록 형성하여 폴리사이드 막을 설치한 점에서만 상기 실시예와 다르다. 도 29의 이후의 공정, 즉 도 30 내지 도 31에 나타내는 공정은, 도 26 내지 도 28과 동일하게 행하였고, 그의 상세한 설명은 생략하였다. 도 29 내지 도 31에 있어서 도 26 내지 도 28과 동일한 것은 동일한 기호로 표시하였다. The manufacture example of FLASH EPROM shown in FIGS. 29-31 is the same as that of the said Example except having changed after the process shown in FIG. 28 as shown in FIG. 29-31 in the said Example. That is, as shown in FIG. 29, the
이렇게 하여 반도체 장치로서 FLASH EPROM을 제조하였다(도 31). In this way, a FLASH EPROM was manufactured as a semiconductor device (FIG. 31).
상기 FLASH EPROM에서는 제어 게이트 전극(31a) 및 게이트 전극(28b) 상에 내화 금속막(제4 도전체막)(42a) 및 (42b)를 갖기 때문에, 전기 저항치를 한층 저감시킬 수 있다. In the FLASH EPROM, since the refractory metal films (fourth conductor films) 42a and 42b are provided on the
또한, 여기서는, 내화 금속막(제4 도전체막)으로서 내화 금속막(제4 도전체막)(42a) 및 (42b)를 이용하고 있지만, 티탄 실리사이드(TiSi) 막 등의 내화 금속 실리사이드 막을 이용할 수도 있다. In addition, although the refractory metal films (4th conductor film) 42a and 42b are used as a refractory metal film (4th conductor film), refractory metal silicide films, such as a titanium silicide (TiSi) film, can also be used here. .
또 다른 FLASH EPROM을 도 32 내지 도 34에 나타낸 단계들을 제외하고, 상기 언급한 실시양태에서의 제조 공정에 의하여 제조하였다. 구체적으로, 상기 주변 회로부(제2 소자 영역)(도 32에 있어서의 우측도)의 제2 게이트부(33c)는 상기 메모리 셀부(제1 소자 영역)(도 32에 있어서의 좌도 및 중앙도)의 제1 게이트부(33a)와 동일하게, 제1 폴리실리콘 막(28b)(제1 도전체막)/SiO2막(30d)(캐패시터 절연막)/제2 폴리실리콘 막(31b)(제2 도전체막)를 이 순서로 포함하는 다층 구조를 가지고 있다. 제1 폴리실리콘 막(28b) 및 제2 폴리실리콘 막(31b)를 단락시켜 게이트 전극을 형성한다(도 33 및 도 34).Another FLASH EPROM was produced by the manufacturing process in the above-mentioned embodiment except for the steps shown in FIGS. 32-34. Specifically, the
여기서는, 도 33에 나타낸 바와 같이, 제1 폴리실리콘 막(28b)(제1 도전체막)/SiO2막(30d)(캐패시터 절연막)/제2 폴리실리콘 막(31b)(제2 도전체막)을 관통하는 개구부(52a)를, 예를 들면 도 32에 나타내는 제2 게이트부(33c)와는 다른 부분, 예를 들면 절연막(54)상에 형성하고, 개구부(52a) 내에 제3 도전체막, 예를 들면 W 막 또는 Ti 막 등의 내화 금속막(53a)를 매립함으로써, 제1 폴리실리콘 막(28b) 및 제2 폴리실리콘 막(31b)를 단락시키고 있다. 또한, 도 34에 나타낸 바와 같이, 제1 폴리실리콘 막(28b)(제1 도전체막)/SiO2막(30d)(캐패시터 절연막)을 관통하는 개구부(52b)를 형성하여 개구부(52b)의 바닥부에 하층의 제1 폴리실리콘 막(28b)를 표출시킨 후, 개구부(52b) 내에 제3 도전체막, 예를 들면 W 막 또는 Ti 막 등의 내화 금속막(53b)를 매립함으로써, 제1 폴리실리콘 막(28b) 및 제2 폴리실리콘 막(31b)를 단락시키고 있다. Here, as shown in Fig. 33, the
이 FLASH EPROM에서는, 상기 주변 회로부의 제2 게이트부(33c)는 상기 메모리 셀부의 제1 게이트부(33a)와 동일한 구조이다. 따라서, 상기 메모리 셀부를 형성할 때에 동시에 상기 주변 회로부를 형성할 수 있고, 제조 공정을 간단하게 행할 수 있어 효율적이다. In this FLASH EPROM, the
또한, 여기서는, 제3 도전체막(53a) 또는 (53b)와, 내화 금속막(제4 도전체막)(42)를 각각 따로따로 형성하였다. 별법으로, 이 막들을 공통의 내화 금속막으로서 동시에 형성할 수도 있다.In this case, the
(실시예 13)(Example 13)
-자기 헤드의 제조--Manufacture of magnetic head
실시예 13은 본 발명의 레지스트 조성물을 이용한 본 발명의 레지스트 패턴의 응용예로서의 자기 헤드의 제조에 관한 것이다. 또한, 이 실시예 13에서는, 이하의 레지스트 패턴(102) 및 (126)이, 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 레지스트 패턴을 형성한 후, 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 실시예 1 내지 7에서의 것과 동일한 방법에 의해 후육화된 것이다. Example 13 relates to the production of a magnetic head as an application example of the resist pattern of the present invention using the resist composition of the present invention. In addition, in the thirteenth embodiment, the following resist
도 35 내지 도 38은 자기 헤드의 제조를 설명하기 위한 공정도이다. 35 to 38 are process drawings for explaining the manufacture of the magnetic head.
우선, 층간 절연층(100)상에, 두께가 6 ㎛가 되도록 레지스트 막을 형성하고, 노광, 현상을 행하여 소용돌이상의 박막 자기 코일 형성용 개구 패턴을 갖는 레지스트 패턴(102)를 형성하였다(도 35). First, a resist film was formed on the
다음에, 층간 절연층(100)상에서의, 레지스트 패턴(102)상 및 레지스트 패턴(102)가 형성되지 않은 부위, 즉 개구부(104)의 노출면상에, 두께가 0.01 ㎛인 Ti 밀착막과 두께가 0.05 ㎛인 Cu 밀착막이 적층되어 형성되는 도금 피가공면(106)을 증착법에 의해 형성하였다(도 36). Next, on the
다음에, 층간 절연층(100)상에서의, 레지스트 패턴(102)가 형성되지 않은 부위, 즉 개구부(104)의 노출면상에 형성된 도금 피가공면(106)의 표면에, 두께가 3 ㎛인 Cu 도금막으로 형성된 박막 도체(108)을 형성하였다(도 37). Next, Cu having a thickness of 3 μm on the surface where the resist
다음에, 레지스트 패턴(102)를 용해 제거하여 층간 절연층(100)상으로부터 리프트 오프(lift-off)하면, 박막 도체(108)의 소용돌이상 패턴에 의한 박막 자기 코일(110)이 형성된다(도 38). Next, when the resist
이상으로부터 자기 헤드를 제조하였다. The magnetic head was manufactured from the above.
여기서 얻어진 자기 헤드는, 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 형성한 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화한 레지스트 패턴(102)에 의해 소용돌이상 패턴이 미세하게 형성되기 때문에, 박막 자기 코일(110)은 미세하면서 정밀하다. 또한 상기 자기 헤드는 만족스럽게 대량생산될 수 있다.The magnetic head obtained here is a thin-film magnetic coil because the swirl pattern is finely formed by the resist
도 39 내지 도 44는 다른 자기 헤드의 제조를 설명하기 위한 공정도이다. 39 to 44 are process charts for explaining the manufacture of another magnetic head.
세라믹제 비자성 기판(112)상에 스퍼터링법에 의해 갭층(114)를 피복 형성하였다(도 39). 또한, 비자성 기판(112)상에는, 도시하지 않았지만 미리 산화규소에 의한 절연체층 및 Ni-Fe 퍼멀로이(permalloy)를 포함하는 도전성 피가공면이 스퍼터링법에 의해 피복 형성되고, Ni-Fe 퍼멀로이를 포함하는 하부 자성층이 더 형성되어 있다. 또한, 도시하지 않은 상기 하부 자성층의 자성 선단부가 되는 부분을 제외한 갭층(114)상의 소정 영역에 열경화 수지에 의해 수지 절연막(116)을 형성하였다. 다음에, 수지 절연막(116)상에 레지스트재를 도포하여 레지스트 막(118)을 형성하였다. The
다음에, 레지스트 막(118)에 노광, 현상을 행하여 소용돌이상 패턴을 형성하였다(도 40). 또한, 이 소용돌이상 패턴의 레지스트 막(118)을 수백 ℃에서 1 시간 정도 열경화 처리를 행하여, 돌기상의 제1 소용돌이상 패턴(120)을 형성하였다(도 41). 또한, 제1 소용돌이상 패턴(120)의 표면을 덮기 위하여 Cu를 포함하는 도전성 피가공면(122)를 형성하였다. Next, the resist
다음에, 도전성 피가공면(122)상에 레지스트재를 스핀 코팅법에 의해 도포하여 레지스트 막(124)를 형성한 후, 레지스트 막(124)를 제1 소용돌이상 패턴(120)상에 패터닝하여 레지스트 패턴(126)을 형성하였다(도 42). Next, a resist material is applied on the
다음에, 도전성 피가공면(122)의 노출면상에, 즉 레지스트 패턴(126)이 형성되지 않은 부위상에, Cu 도체층(128)을 도금법에 의해 형성하였다(도 43). 그 후, 레지스트 패턴(126)을 용해 제거함으로써, 도전성 피가공면(122)상으로부터 리프트 오프하고, Cu 도체층(128)에 의한 소용돌이상의 박막 자기 코일(130)을 형성하였다(도 44). Next, the
이상으로부터, 도 45의 평면도에 나타낸 바와 같은, 수지 절연막(116)상에 자성층(132)를 가지고, 표면에 박막 자기 코일(130)이 설치된 자기 헤드를 제조하였다. As mentioned above, the magnetic head which manufactured the
여기서 얻어진 자기 헤드는, 본 발명의 레지스트 조성물을 이용하여 형성한 레지스트 패턴을 레지스트 패턴 후육화 재료를 이용하여 후육화한 레지스트 패턴(126)에 의해 소용돌이상 패턴이 미세하게 형성되어 있기 때문에, 박막 자기 코일(130)은 미세하면서 정밀하다. 또한 상기 자기 헤드는 만족스럽게 대량생산될 수 있다.The magnetic head obtained here is thin-film porcelain because the vortex pattern is finely formed by the resist
본 발명은 종래의 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성할 수 있다.The present invention solves the conventional problems and can achieve the above object.
본 발명은 패터닝시에 노광 광으로서 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광을 이용할 수 있고, 노광 및 현상되어 레지스트 패턴이 형성된 후, 상기 레지스트 패턴의 표면에 레지스트 패턴 후육화 재료를 도포하여, 상기 레지스트 패턴을 후육화 시키는 데 적합하며, 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화 그리고 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의존하지 않고, 균일하게 후육화되어 노광 장치의 광원에 있어서의 노광 한계 또는 해상 한계를 넘어서는 미세 간격 패턴을 낮은 비용으로 간편하고 효율적으로 형성 가능한 레지스트 조성물을 제공한다. The present invention can use ArF (argon fluoride) excimer laser light as the exposure light at the time of patterning, and after exposure and development to form a resist pattern, by applying a resist pattern thickening material on the surface of the resist pattern, the resist pattern It is suitable for thickening the film, and is uniformly thickened to exceed the exposure limit or resolution limit in the light source of the exposure apparatus without depending on the direction and / or gap change of the resist pattern and the components of the resist pattern thickening material. There is provided a resist composition capable of easily and efficiently forming a fine gap pattern at low cost.
본 발명은 패터닝시에 노광 광으로서 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광을 이용할 수 있고, 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화 그리고 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의존하지 않고, 레지스트 패턴을 균일하게 후육화할 수 있어, 노광 장치의 광원에 있어서의 노광 한계 또는 해상 한계를 넘어서는 미세 간격 패턴을 낮은 비용으로 간편하고 효율적으로 형성하기에 적합한 레지스트 패턴 형성 방법을 제공한다. The present invention can use ArF (argon fluoride) excimer laser light as the exposure light at the time of patterning, and uniformly resist pattern without depending on the direction and / or spacing change of resist pattern and components of the resist pattern thickening material. Provided is a method of forming a resist pattern that can be thickened and suitable for easily and efficiently forming a fine gap pattern exceeding an exposure limit or resolution limit in a light source of an exposure apparatus at low cost.
본 발명은 패터닝시에 노광 광으로서 ArF(불화아르곤) 엑시머 레이저 광을 이용할 수 있고, 레지스트 패턴의 방향 및/또는 간격 변화 그리고 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 성분에 의존하지 않고, 레지스트 패턴을 균일하게 후육화할 수 있어, 노광 장치의 광원에 있어서의 노광 한계 또는 해상 한계를 넘어서는 미세 간격 패턴을 낮은 비용으로 간편하고 효율적으로 형성하기에 적합하며, 이 미세 간격 패턴을 이용하여 형성한 미세 배선 패턴을 갖는 고성능 반도체 장치를 효율적으로 양산할 수 있는 반도체 장치의 제조 방법, 및 이 반도체 장치의 제조 방법에 의해 제조되어 미세한 배선 패턴을 갖는 고성능 반도체 장치를 제공한다. The present invention can use ArF (argon fluoride) excimer laser light as the exposure light at the time of patterning, and uniformly resist pattern without depending on the direction and / or spacing change of resist pattern and components of the resist pattern thickening material. It can be thickened and is suitable for easily and efficiently forming a fine gap pattern exceeding an exposure limit or a resolution limit in a light source of an exposure apparatus at low cost, and using the fine gap pattern formed using this fine gap pattern Provided are a method of manufacturing a semiconductor device capable of mass-producing a high-performance semiconductor device having a high efficiency, and a high-performance semiconductor device manufactured by the method of manufacturing the semiconductor device and having a fine wiring pattern.
본 발명의 레지스트 조성물은, 노광 및 현상되어 레지스트 패턴이 형성된 후, 상기 레지스트 패턴의 표면에 레지스트 패턴 후육화 재료가 도포되어, 상기 레지 스트 패턴이 후육화되는 데 바람직하고, 형성된 레지스트 패턴의 방향, 간격 변화 등에 관계 없이 또한 상기 레지스트 패턴 후육화 재료의 종류에 의존하지 않고, 상기 레지스트 패턴 후육화 재료에 의해 균일하게 후육화되어, 노광 장치의 광원에 있어서의 노광 한계(해상 한계)를 넘어 미세한 간격 패턴의 형성에 바람직하게 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 레지스트 조성물은 각종 패터닝 방법, 반도체의 제조 방법 등에 바람직하게 적용할 수 있고, 본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 특히 바람직하게 사용할 수 있다. After the resist composition of the present invention is exposed and developed to form a resist pattern, a resist pattern thickening material is applied to the surface of the resist pattern to thicken the resist pattern, and the direction of the formed resist pattern, Irrespective of the change in the gap and the like, the thickness is uniformly thickened by the resist pattern thickening material without depending on the kind of the resist pattern thickening material, and is a fine interval beyond the exposure limit (resolution limit) in the light source of the exposure apparatus. It can use suitably for formation of a pattern. Therefore, the resist composition of this invention can be preferably applied to various patterning methods, the manufacturing method of a semiconductor, etc., and can be used especially for the formation method of the resist pattern of this invention, and the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.
본 발명의 레지스트 패턴의 형성 방법은, 예를 들면 마스크 패턴, 레티클 패턴, 자기 헤드, LCD(액정디스플레이), PDP(플라즈마 디스플레이패널), SAW 필터(탄성 표면파 필터) 등의 기능 부품, 빛 배선의 접속에 이용되는 광 부품 마이크로 액튜에이터 등의 미세 부품, 반도체 장치의 제조에 바람직하게 적용할 수 있고, 본 발명의 반도체 장치의 제조 방법에 바람직하게 사용할 수 있다. The method of forming the resist pattern of the present invention includes, for example, a mask pattern, a reticle pattern, a magnetic head, an LCD (liquid crystal display), a plasma display panel (PDP), a SAW filter (elastic surface wave filter), and the like. It can apply suitably to manufacture of micro components, such as an optical component micro actuator used for connection, and a semiconductor device, and can use preferably for the manufacturing method of the semiconductor device of this invention.
본 발명의 반도체 장치의 제조 방법은 플래시 메모리, DRAM, FRAM 등을 비롯한 각종 반도체 장치의 제조에 바람직하게 사용할 수 있다. The manufacturing method of the semiconductor device of this invention can be used suitably for manufacture of various semiconductor devices including flash memory, DRAM, FRAM, etc.
본 발명은 본 발명의 발명자들이 최선의 실시형태라고 생각하는 실시양태에 기초하여 기술되었다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 구체적인 실시예로 한정되지 않으며, 당업자는 본 발명의 범위 안에서 상기 실시양태를 변경할 수 있다.The present invention has been described based on the embodiments considered by the inventors of the present invention to be the best embodiments. However, the present invention is not limited to the specific examples disclosed herein, and those skilled in the art can modify the above embodiments within the scope of the present invention.
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