KR100796501B1 - Method for forming metal pattern - Google Patents
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Abstract
Description
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 금속 패턴 형성 방법에 따른 공정과정의 단면도. 1A to 1E are cross-sectional views of a process in accordance with a metal pattern forming method of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법 중 포토레지스트 패턴의 언더 컷을 설명하기 위한 예시도. 2A and 2B are exemplary views for explaining an undercut of a photoresist pattern in a metal pattern forming method according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100: 기판 110: 제 1 포토레지스트 막 100
120: 제 2 포토레지스트 막 121: 경화된 제 2 포토레지스트막120: second photoresist film 121: cured second photoresist film
130: 감광 영역 140: 금속 패턴 130: photosensitive area 140: metal pattern
본 발명은 금속 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 특히 리프트 오프(lift-off) 방식을 이용하여 재현성 있는 금속 패턴을 형성하는 금속 패턴 형성 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a metal pattern forming method, and more particularly, to a metal pattern forming method for forming a reproducible metal pattern using a lift-off method.
스탭 커버리지(Step coverage)가 좋고 식각이 어려운 Cu 등의 금속 박막에 대해 패턴(pattern)을 형성하기 위한 기술로서 절연층에 트랜치(Trench)를 형성한 후 채워 넣는 다마신(Damascene) 방법 또는 리소그래피(lithography) 방법에 의해 형성한 포토레지스트 패턴을 먼저 형성한 후 금속 박막을 증착하여 리프트-오프(lift-off) 하는 방법 등이 있다. Damascene method or lithography for forming a pattern on a thin metal film such as Cu, which has good step coverage and difficulty in etching, after forming a trench in an insulating layer. A photoresist pattern formed by a lithography method is first formed, and then a metal thin film is deposited to lift-off.
이들 중 리프트 오프 방법이 상대적으로 많이 쓰이지 않는 이유는 금속 패턴의 재현성 있는 구현이 어렵기 때문으로, 보통 리프트-오프 방법을 사용하기 위해서는 포토레지스트 패턴의 단면이 T-탑(T-top) 형태를 가지도록 형성해야 한다. 그러나, 종래의 기술로는 노광 과정의 입사 광량 변화에 따라 포토레지스트 패턴의 단면 프로파일이 크게 변한다는 어려움이 있다. The reason why the lift-off method is relatively less used is that the reproducibility of the metal pattern is difficult. Usually, in order to use the lift-off method, the cross-section of the photoresist pattern has a T-top shape. It must be formed to have. However, the conventional technology has a difficulty in that the cross-sectional profile of the photoresist pattern is greatly changed according to the change in the incident light amount during the exposure process.
또한, 다른 방법으로 포토레지스트 막에 T-탑 형태의 단면 프로파일을 형성하여 금속 패턴을 형성하는 경우에도 역시 재현성 있는 구현이 어렵다는 단점이 있다. In addition, in the case of forming a metal pattern by forming a cross-sectional profile of a T-top shape in the photoresist film by another method, there is a disadvantage in that reproducible implementation is difficult.
본 발명은 리프트 오프(lift-off) 방식을 이용하여 재현성 있는 금속 패턴을 구현하기 위한 금속 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a metal pattern forming method for implementing a reproducible metal pattern using a lift-off (lift-off) method.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판상에 제 1 포토레지스트막과 상기 제 1 포토레지스트막에 대해 큰 굴절률을 가지는 제 2 포토레지스트막을 순차적으로 형성하는 단계; 소정의 각으로 상기 제 2 포토레지스트막으로 입사한 광에 의해 노광 공정을 수행하여 상기 제 1 포토레지스트막과 상기 제 2 포토레지스트막에 대해 언더 컷(under-cut) 구조의 감광영역을 형성하는 단계; 상기 제 1 포토레지스트막과 제 2 포토레지스트막을 구비한 반도체 기판을 MCB(MonoChloroBenzene)에 담가 상기 제 2 포토레지스트막을 경화시키는 단계; 상기 제 1 포토레지스트막과 제 2 포토레지스트막에 대해 식각공정과 에싱공정을 수행하여 언더 컷 구조의 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 언더 컷 구조의 포토레지스트 패턴을 이용하여 금속 패턴을 형성하고 상기 경화된 제 2 포토레지스트막에 대해 리프트-오프(lift-off)를 수행하는 단계; 및 상기 제 1 포토레지스트막 패턴에 대한 에싱 공정을 수행하여 제거하는 단계를 포함하는 금속 패턴 형성 방법에 관한 것이다. The present invention for achieving the above object comprises the steps of sequentially forming a first photoresist film and a second photoresist film having a large refractive index with respect to the first photoresist film on a semiconductor substrate; An exposure process is performed by light incident on the second photoresist film at a predetermined angle to form an under-cut photosensitive region between the first photoresist film and the second photoresist film. step; Curing the second photoresist film by immersing the semiconductor substrate including the first photoresist film and the second photoresist film in MonoChloro Benzene (MCB); Performing an etching process and an ashing process on the first photoresist film and the second photoresist film to form a photoresist pattern having an undercut structure; Forming a metal pattern using the photoresist pattern of the undercut structure and performing lift-off on the cured second photoresist film; And performing an ashing process on the first photoresist film pattern to remove the metal pattern.
본 발명에서 상기 제 1 포토레지스트막의 두께는 상기 금속 패턴의 두께보다 두터운 것을 특징으로 한다. In the present invention, the thickness of the first photoresist film is thicker than the thickness of the metal pattern.
본 발명에서 상기 언더 컷(under-cut) 구조의 감광영역을 형성하는 단계는 상기 입사광의 입사각도에 따라 상기 제 1 포토레지스트막과 상기 제 2 포토레지스트막 사이의 경계에서 굴절하여 상기 제 2 포토레지스트막의 감광영역보다 상기 제 1 포토레지스트막의 감광영역이 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the forming of the photosensitive region having the under-cut structure may be performed by refraction at the boundary between the first photoresist film and the second photoresist film according to the incident angle of the incident light. The photosensitive region of the first photoresist film is wider than the photosensitive region of the resist film.
본 발명에서 상기 제 1 포토레지스트막의 감광영역은 상기 제 1 포토레지스트막과 상기 제 2 포토레지스트막 사이의 경계에서 굴절하는 광의 굴절각이 θ이고 상기 제 2 포토레지스트막의 두께를 t인 경우, 상기 제 2 포토레지스트막의 감광영역보다 t×tan(θ)의 길이만큼 넓게 형성되는 것을 특징으로 한다. In the present invention, when the photosensitive region of the first photoresist film has the refractive angle of the light refracted at the boundary between the first photoresist film and the second photoresist film is θ and the thickness of the second photoresist film is t, 2 is wider than the photosensitive region of the photoresist film by a length of t × tan (θ).
본 발명에서 상기 금속 패턴은 구리를 증착하여 상기 언더 컷 구조의 포토레지스트 패턴의 오픈(open)된 경계를 따라 형성하는 것을 특징으로 한다. In the present invention, the metal pattern is formed by depositing copper along an open boundary of the photoresist pattern of the undercut structure.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 금속 패턴 형성 방법에 따른 공정과정의 단면도이고 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 금속 패턴 형성 방법 중 포토레지스트 패턴의 언더 컷을 설명하기 위한 예시도이다. 1A to 1E are cross-sectional views of a process according to the metal pattern forming method of the present invention, and FIGS. 2A and 2B are exemplary views for explaining the undercut of the photoresist pattern in the metal pattern forming method according to the embodiment of the present invention. to be.
본 발명의 금속 패턴 형성 방법은 먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이 예를 들어 반도체 기판(100) 상에 제 1 포토레지스트막(110) 및 제 1 포토레지스트막(110)에 대해 큰 값의 굴절률을 가지는 제 2 포토레지스트막(120)을 순차적으로 형성한다. In the method of forming a metal pattern of the present invention, first, as shown in FIG. 1A, for example, a large refractive index of the first
제 1 포토레지스트막(110)과 제 2 포토레지스트막(120)은 서로 굴절률이 상이한 포토레지스트 물질로 형성하는 이유는, 도 2a에 도시된 바와 같이 예를 들어 n1의 굴절률을 가지는 제 2 포토레지스트막(120)과 n2의 굴절률을 가지는 제 1 포토레지스트막(110)을 통해 노광 공정의 입사광이 제 1 포토레지스트막(110)과 제 2 포토레지스트막(120) 사이의 경계면에서 굴절되어 감광됨으로써, 도 2b에 도시된 바와 같이 패터닝 과정을 통해 언더 컷(under-cut) 형태의 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 것이다. The first
구체적으로, 248nm 노광 파장에 사용되는 포토레지스의 경우 굴절률(n)이 1.6 ~ 1.8 정도의 범위를 가지므로 원하는 언더 컷 정도에 따라 제 1 포토레지스트막(110)과 제 2 포토레지스트막(120)의 굴절률을 각각 설정하여, 예를 들어 제 1 포토레지스트막(110)의 굴절률(n2)이 1.6이고 제 2 포토레지스트막(120)의 굴절률(n1)이 1.8이며 입사광의 각도가 30°인 경우, 스넬의 법칙(Snell's law)에 따라 n2/n1이 0.89이므로 굴절된 광은 약 35°의 굴절각(θ)으로 굴절된다. In detail, in the case of the photoresist used for the 248 nm exposure wavelength, the refractive index n has a range of about 1.6 to 1.8, so the first
따라서, 제 1 포토레지스트막(110)의 두께를 t 라고 할 때 제 2 포토레지스트막(120)의 감광영역보다 t*tan(35°)의 길이만큼 넓게 파고들어 도 1b에 도시된 바와 같이 제 1 포토레지스트막(110)의 감광영역을 형성하게 된다. Therefore, when the thickness of the first
이와 같이 굴절률의 차이에 의해 언더 컷 구조의 제 1 포토레지스트막(110)과 제 2 포토레지스트막(120)의 감광영역(130)을 형성한 후, 감광영역(130)이 형성된 제 1 포토레지스트막(110)과 제 2 포토레지스트막(120)을 구비한 반도체 소자를 MCB(MonoChloroBenzene)에 담가 도 1c에 도시된 바와 같이 최상부의 포토레지스트막, 즉 감광영역(130)이 형성된 제 2 포토레지스트막(120)의 표면에 MCB(MonoChloroBenzene)를 침투시켜 감광영역(130)을 가지는 제 2 포토레지스트막(120)을 경화된 제 2 포토레지스트막(121)으로 변질시킬 수 있다. As such, after forming the
이러한 상태에서 식각공정과 에싱공정을 수행하면 도 1d에 도시된 바와 같이 언더 컷 형태의 포토레지스트 패턴(110,121)이 형성되고, 이러한 언더 컷 형태의 포토레지스트 패턴(110,121)을 이용하여 구리 등의 금속 물질을 증착하면 제 2 포토레지스트막(120) 패턴의 오픈(open)된 경계를 따라 금속 패턴(140)이 형성된다. When the etching process and the ashing process are performed in this state, as shown in FIG. 1D, the undercut
이와 같이 제 2 포토레지스트막(120) 패턴의 오픈된 경계를 따라 금속 패턴(140)이 형성됨으로써, 제 2 포토레지스트막(120)의 패턴 경계가 금속 패턴(140)의 경계가 되고 제 2 포토레지스트막(120) 패턴에 대한 리프트-오프(lift-off)를 수행한 후 제 1 포토레지스트막(110) 패턴에 대한 에싱 공정을 수행하면 도 1e에 도시된 바와 같이 금속패턴(140)이 깨끗하게 구현되므로 재현성 있는 금속 패턴(140)을 형성할 수 있다. 물론, 제 1 포토레지스트막(110)의 두께는 최소한 구현하고자 하는 금속 패턴(140)의 두께보다 두터워야 한다. As such, the
이와 같이 본 발명의 실시예에 따라 리프트-오프(lift-off)를 위한 포토레지스트 패턴을 구현하여 금속 패턴을 형성하는 경우 종래의 노광 감도 차이에 의해 형성되는 경우에 비해 재현성 있는 금속 패턴을 얻을 수 있고, 노광 에너지가 아닌 노광시 입사광의 각도에 의해 언더 컷 정도가 결정되므로 노광량에 덜 민감한 포토레지스트 패턴 단면 구조를 형성할 수 있다. As such, when a metal pattern is formed by implementing a photoresist pattern for lift-off according to an embodiment of the present invention, a reproducible metal pattern may be obtained as compared with the case where the metal pattern is formed by a difference in conventional exposure sensitivity. In addition, since the degree of undercut is determined by the angle of incident light during exposure rather than exposure energy, a photoresist pattern cross-sectional structure that is less sensitive to the exposure amount can be formed.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. Although the technical spirit of the present invention has been described in detail according to the above-described preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.In addition, those skilled in the art will understand that various implementations are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상기한 바와 같이 본 발명은 리프트-오프(lift-off)를 위한 포토레지스트 패턴을 구현하여 재현성 있는 금속 패턴을 얻을 수 있고, 노광 에너지가 아닌 노광시 입사광의 각도에 의해 언더 컷 정도가 결정되므로 노광량에 덜 민감한 포토레지스트 패턴 단면 구조를 형성할 수 있다. As described above, the present invention can obtain a reproducible metal pattern by implementing a photoresist pattern for lift-off, and the amount of undercutting is determined by the angle of incident light during exposure, not exposure energy. It is possible to form a photoresist pattern cross-sectional structure that is less sensitive to.
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