KR100950482B1

KR100950482B1 - 포토레지스트막 제거방법

Info

Publication number: KR100950482B1
Application number: KR1020080061042A
Authority: KR
Inventors: 정지원
Original assignee: 주식회사 하이닉스반도체
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2010-03-31
Also published as: KR20100001217A

Abstract

본 발명의 포토레지스트막 제거방법은, 반도체 기판 상에 제1 광원에 반응하는 제1 포토레지스트막 및 제2 광원에 반응하는 제2 포토레지스트막을 형성하는 단계; 제2 포토레지스트막 상에 제2 광원을 조사하는 리소그래피 공정을 진행하여 제1 포토레지스트막을 선택적으로 노출시키는 제2 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 제2 포토레지스트막 패턴을 이온주입배리어막으로 한 이온주입공정으로 반도체 기판 내에 불순물 영역을 형성하는 단계; 및 반도체 기판 상에 제1 포토레지스트막과 반응하는 스트립 용매를 공급하여 제1 포토레지스트막 및 이온주입공정에서 경화된 제2 포토레지스트막 패턴을 스트립하여 제거하는 단계를 포함한다.

포토레지스트, 경화

Description

포토레지스트막 제거방법{Method for removing photo resist layer}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토레지스트막 제거방법에 관한 것이다.

포토레지스트(Photo resist)는 반도체 기판 상에 미세 패턴을 형성하는 과정에서 식각마스크로 이용하거나, 이온주입공정시 이온주입배리어막으로 이용하고 있다. 일반적으로 반도체 메모리 소자는 수많은 미세 패턴들로 이루어져 있으며, 이와 같은 미세 패턴들은 리소그래피(Lithography) 공정을 통해 형성된다. 리소그래피 공정은 패터닝하려는 대상막 위에 포토레지스트막을 코팅하고, 노광 공정 및 현상 공정을 진행하여 포토레지스트막의 일부분을 선택적으로 제거하여 대상막의 일부 표면을 노출시키는 포토레지스트막 패턴을 형성한다. 다음에 포토레지스트막 패턴을 식각마스크로 대상막의 노출부분을 제거한 다음, 포토레지스트막 패턴을 스트립(strip)함으로써 타겟 패턴을 형성하고 있다. 또한, 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성한 다음, 이온주입공정이 진행될 영역을 선택적으로 노출시키는 포토레지스트막 패턴을 이온주입배리어막으로 이용한다.

한편, 포토레지스트는 폴리머(polymer)가 포함된 화합물로서 웨이퍼 상에 도 포되는데, 회로가 새겨져 있는 포토마스크(Photomask)를 통해서 빛을 조사하면 빛이 조사된 부분의 레지스트가 화학적인 변화를 일으켜서 현상액으로 쉽게 제거할 수 있다. 포토레지스트는 감광된 부분의 현상액에 대한 용해도에 따라 포지티브(positive)형과 네거티브(negative)형 포토레지스트로 나뉜다. 포지티브 포토레지스트는 노광된 부분이 현상액에 용해되며, 네거티브 포토레지스트는 노광된 부분은 녹지 않고, 노광되지 않은 부분이 용해된다. 포토레지스트는 대상막에 접착이 잘 되어야 하며, 노광 후 해상도가 좋고, 추후 잔여물이 없이 제거가 잘 이루어져야 한다. 그러나 소자의 특성을 맞추기 위해 진행하는 이온주입공정에서 불순물(dopant)의 주입량을 과도하게 사용할 수 있다. 이 경우, 포토레지스트에 잔존하는 불순물들은 촉매로 작용하여 포토레지스트 사이의 새로운 결합을 유도시키면서 포토레지스트가 단단해짐에 따라 스트립(strip) 공정에서 제거가 쉽지 않아 결함을 유발시키는 문제가 발생한다. 특히 반도체 소자가 고집적화되면서 소자의 특성들을 맞추기 어려워짐에 따라 이온주입공정의 역할이 점점 커지고 있는 상황에서 이러한 문제는 점점 큰 이슈로 부각되고 있다. 이에 따라 이온주입공정에서 포토레지스트 내에 불순물이 주입된 경우에도 스트립 공정에서 포토레지스트를 용이하게 제거할 수 있는 방법이 요구된다.

본 발명에 따른 포토레지스트막 제거방법은, 반도체 기판 상에 제1 광원에 반응하는 제1 포토레지스트막 및 제2 광원에 반응하는 제2 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 제2 포토레지스트막 상에 제2 광원을 조사하는 리소그래피 공정을 진행하여 상기 제1 포토레지스트막을 선택적으로 노출시키는 제2 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계; 상기 제2 포토레지스트막 패턴을 이온주입배리어막으로 한 이온주입공정으로 상기 반도체 기판 내에 불순물 영역을 형성하는 단계; 및 상기 반도체 기판 상에 상기 제1 포토레지스트막과 반응하는 스트립 용매를 공급하여 상기 제1 포토레지스트막 및 상기 이온주입공정에서 경화된 제2 포토레지스트막 패턴을 스트립하여 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 광원에 반응하는 제1 포토레지스트막은 상기 제2 포토레지스트막이 반응하는 제2 광원에 반응하지 않는다.

상기 제1 포토레지스트막은 메타 아크릴레이트(meta acrylate)계열의 포토레지스트를 포함한다.

상기 제1 포토레지스트막은 상기 반도체 기판이 노출되지 않는 정도의 두께로 형성한다.

상기 제2 포토레지스트막은 벤젠고리를 함유하는 스틸렌(stylene) 중합체를 포함한다.

상기 이온주입공정은 보론(B; Boron)계 이온 또는 포스포러스(P; Phosphorus)계 이온을 공급하여 진행할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

포토레지스트는 조사되는 광원에 의해 화학 반응하는 고분자 화합물로 반응에 수반하는 물성 변화, 특히 용해성의 변화를 이용하여 패턴을 형성한다. 포토레지스트는 대상막에 접착이 잘 되어야 하며, 노광 후 해상도가 좋고, 추후 잔여물이 없이 제거가 잘 이루어져야 한다. 그런데 반도체 소자가 고집적화되면서 소자의 특성을 맞추기 위해 진행하는 이온주입공정에서 불순물이 과도하게 주입되는 경우가 있다. 이 경우, 주입된 불순물이 촉매로 작용하여 포토레지스트 사이에 새로운 결합을 유도하면서 포토레지스트를 경화시켜 스트립 공정에서 제거가 용이하지 않은 문제가 발생한다.

도 1은 포토레지스트 내에 불순물이 잔류시 결합 메커니즘을 설명하기 위해 나타내보인 도면이다.

도 1을 참조하면, 이온주입배리어막으로 이용하고 있는 포토레지스트 분자(PR)는 대부분 스틸렌(stylene) 중합체로 벤젠 고리(benzene circle)의 n 전자를 갖고 있다. 그런데 이온주입공정에서 사용하는 불순물, 예를 들어 보론(B; Boron)계 이온 또는 포스포러스(P; Phosphorus)계 이온이 양(+)이온인 경우, 그 양이온들은 전자가 부족하기 때문에 전자가 풍부한 n 전자에 접근한다. 양이온들이 n 전자 에 접근하면 인접한 포토레지스트 분자(PR) 사이의 거리가 좁혀지고, 연결되면서 결국 새로운 결합(carbonization)을 유도하게 된다. 이와 같이 인접한 포토레지스트 분자(PR)들이 결합하면, 포토레지스트가 경화되면서 스트립 공정에서 제거가 용이하지 않고, 결함을 유발시키게 된다. 이에 따라 이온주입공정에서 포토레지스트 내에 불순물이 주입된 경우에도 스트립 공정에서 용이하게 제거할 수 있는 방법이 요구된다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 포토레지스트막 제거방법을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

도 2를 참조하면, 반도체 기판(200) 상에 제1 광원에 반응하는 제1 포토레지스트막(205) 및 제2 광원에 반응하는 제2 포토레지스트막(210)을 형성한다. 여기서 제1 광원에 반응하는 제1 포토레지스트막(205)은 제2 포토레지스트막(210)이 반응하는 제2 광원에는 반응하지 않는다. 제1 포토레지스트막(205)은 ArF 광원에 사용하는 포토레지스트로 형성할 수 있다. 제1 포토레지스트막(205)은 메타 아크릴레이트(meta acrylate)계열의 포토레지스트를 포함하여, 화학식은 하기 [화학식 1] 및 [화학식 2]에 도시한 바와 같이, 벤젠고리를 함유하지 않는 것이 기본 구조이며, 이에 따라 n 전자를 포함하고 있지 않다. 이러한 제1 포토레지스트막(205)은 예를 들어, IMB사가 제조한 메타 아크릴레이트 터폴리머(meta acrylate terpolymer)를 포함한다.

[화학식 1]

[화학식 2]

[화학식 1] 및 [화학식 2]를 참조하면, 탄소 체인(carbon chain)이 중합체로 연결되어 있다. 여기서 l, m 및 n은 수십 내지 수만의 정수 값을 가지며, 바람직하게는 수백 내지 수천의 정수 값을 갖는다. 또한, 종단부에는 O, OH기를 갖는다. 다시 [화학식 1] 및 [화학식 2]를 참조하면, 제1 포토레지스트막(205)은 π전자, 즉 이중결합을 가진 탄소 고리 구조가 없다. 제2 포토레지스트막(210)은 이후 이온주입배리어막으로 형성되며, 벤젠고리를 함유하는 스틸렌(stylene) 중합체를 포함하 여 형성할 수 있다. 여기서 제1 포토레지스트막(205)의 두께는 하부의 반도체 기판(200)이 노출되지 않는 정도의 얇은 두께로 형성한다. 제1 포토레지스트막(205)은 스트립(strip) 공정에서 포토레지스트를 용이하게 제거하기 위해 도포하는 것이므로 이후 진행할 이온주입공정에 영향을 미치게 하지 않기 위해 반도체 기판(200)이 노출되지 않는 정도의 얇은 두께로 형성하는 것이 바람직하다. 이에 따라 제1 포토레지스트막(205)은 제2 포토레지스트막(210)보다 상당히 얇은 두께로 형성하여 이후 공정에서 경화되더라도 용이하게 제거할 수 있다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제2 광원에 반응하는 제2 포토레지스트막(210, 도 2 참조)을 패터닝(patterning)하여 제1 포토레지스트막(205)의 표면을 선택적으로 노출시키는 제2 포토레지스트막 패턴(215)을 형성한다. 구체적으로, 제2 포토레지스트막(210) 상에 제2 광원을 조사하는 노광 공정을 진행한다(도 3a 참조). 그러면 제2 포토레지스트막(210)의 제2 광원이 조사된 지역과 제2 광원이 조사되지 않은 지역에 광화학반응에 의한 용해도 차이가 발생한다. 여기서 제2 광원을 조사하더라도 제2 포토레지스트막(210) 하부의 제1 광원에 반응하는 제1 포토레지스트막(205)에는 광화학반응에 의한 용해도 차이가 발생하지 않는다. 이 경우, 제2 광원이 조사된 지역은 이후 이온주입공정이 진행될 영역이다. 다음에 노광 공정이 진행된 제2 포토레지스트막(210) 상에 현상 공정을 진행한다. 현상액을 이용한 현상 공정을 진행하여 노광 공정에 의해 용해도 차이가 발생된 부분을 제거하면, 제1 포토레지스트막(205)을 선택적으로 노출시키는 제2 포토레지스트막 패턴(215)이 형성된다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 포토레지스트막 패턴(215)을 이온주입배리어막으로 이온주입공정을 진행하여 반도체 기판(200) 내에 불순물 영역(220)을 형성한다. 구체적으로, 반도체 기판(200)을 이온주입장치에 배치한다. 다음에 도면에서 화살표로 표시한 바와 같이, 제2 포토레지스트막 패턴(215)을 이온주입배리어막으로 반도체 기판(200) 상에 불순물을 주입하는 이온주입공정을 진행한다. 여기서 불순물은 반도체 소자의 특성을 제어할 수 있는 불순물, 예를 들어 보론(B; Boron)계 이온 또는 포스포러스(P; Phosphorus)계 이온을 포함하여 공급한다. 그러면 제2 포토레지스트막 패턴(215)에 의해 노출된 영역과 대응되는 반도체 기판(200) 내에 불순물 영역(220)이 형성된다. 이와 같이 불순물을 주입하는 이온주입공정을 진행하는 과정에서 벤젠고리의 n 전자를 갖고 있는 제2 포토레지스트막 패턴(215a)은 도 5에 도시한 바와 같이, 경화되어 단단해진다. 이는 제2 포토레지스트막 패턴(215a) 내에 존재하는 불순물이 촉매로 작용하여 포토레지스트 분자(PR) 사이의 거리가 좁아짐에 따라 새로운 결합을 유도하기 때문이다. 제2 포토레지스트막 패턴(215)이 경화되어 단단해지는 반면, 제1 포토레지스트막 패턴(205)은 화학식 1 및 화학식 2에 도시한 바와 같이, 벤젠고리를 함유하지 않으며, 포토레지스트 분자를 연결시키는 n 전자를 포함하고 있지 않다. 이에 따라 불순물을 주입하는 이온주입공정을 진행하여 불순물이 제1 포토레지스트막 패턴(205) 내부에 존재하더라도 포토레지스트 분자들끼리 반응이 일어나지 않는다. 따라서 이온주입공정시 불순물의 주입량을 많게 또는 이온주입에너지를 높게 진행하는 경우에도 제2 포토레지스트막 패턴(215a)은 경화되어 단단해지나, 제1 포토레지스트막(205)은 원래의 성질을 그대로 유지한 다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 포토레지스트막(205)과 반응하는 스트립 용매를 공급하여 제1 포토레지스트막(205) 및 제2 포토레지스트막 패턴(215a)을 스트립시킨다. 먼저 도 6에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(200) 상에 스트립 용매를 공급한다. 스트립 용매는 제1 포토레지스트막(205)을 용해시키는 용매, 예를 들어 ArF 광원에 사용하는 포토레지스트를 용해시킬 수 있는 용매를 공급한다. 제1 포토레지스트막(205) 상에 스트립 용매를 공급하면 제1 포토레지스트막(205)의 노출 표면이 용해되고, 시간이 지남에 따라 도 7에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(200)으로부터 제1 포토레지스트막(205)이 스트립된다. 제2 포토레지스트막 패턴(215a)은 제1 포토레지스트막(205)에 부착되어 있으므로 함께 제거할 수 있다. 이에 따라 반도체 기판 상에 포토레지스트 잔여물 또는 부산물을 남기지 않고 제거할 수 있다.

본 발명에 따른 포토레지스트막 제거방법은, 고집적 소자에서 소자의 특성을 조절하기 위해 이온주입공정을 진행하는 경우, 포토레지스트막 상에 적용하는 광원 및 용매를 선택적으로 차이를 두어 불순물의 농도 또는 이온주입에너지의 크기와 같은 조건에 영향을 받지 않고, 포토레지스트막을 제거할 수 있다.

Claims

반도체 기판 상에 제1 광원에 반응하는 제1 포토레지스트막 및 제2 광원에 반응하는 제2 포토레지스트막을 형성하는 단계;

상기 제2 포토레지스트막 상에 제2 광원을 조사하는 리소그래피 공정을 진행하여 상기 제1 포토레지스트막을 선택적으로 노출시키는 제2 포토레지스트막 패턴을 형성하는 단계;

상기 제2 포토레지스트막 패턴을 이온주입배리어막으로 한 이온주입공정으로 상기 반도체 기판 내에 불순물 영역을 형성하는 단계; 및

상기 반도체 기판 상에 상기 제1 포토레지스트막과 반응하는 스트립 용매를 공급하여 상기 제1 포토레지스트막 및 상기 이온주입공정에서 경화된 제2 포토레지스트막 패턴을 스트립하여 제거하는 단계를 포함하는 포토레지스트막의 제거방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 광원에 반응하는 제1 포토레지스트막은 상기 제2 포토레지스트막이 반응하는 제2 광원에 반응하지 않는 포토레지스트막의 제거방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 포토레지스트막은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 포토레지스트막의 제거방법.

(화학식 1)

(화학식 2)
제1항에 있어서,

상기 제1 포토레지스트막은 ArF 광원에 반응하는 포토레지스트 물질을 포함하는 포토레지스트막의 제거방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 포토레지스트막은 메타 아크릴레이트(meta acrylate)계열의 포토레 지스트를 포함하는 포토레지스트막의 제거방법.
제1항에 있어서,

상기 제1 포토레지스트막은 상기 반도체 기판이 노출되지 않는 정도의 두께로 형성하는 포토레지스트막의 제거방법.
제1항에 있어서,

상기 제2 포토레지스트막은 벤젠고리를 함유하는 스틸렌(stylene) 중합체를 포함하는 포토레지스트막의 제거방법.
제1항에 있어서,

상기 이온주입공정은 보론(B; Boron)계 이온 또는 포스포러스(P; Phosphorus)계 이온을 공급하여 진행하는 포토레지스트막의 제거방법.