KR101951456B1 - 반도체 제조 공정에 있어서 미세 실리콘 패턴을 형성하기 위한 신규 식각방법 - Google Patents

반도체 제조 공정에 있어서 미세 실리콘 패턴을 형성하기 위한 신규 식각방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 반도체 제조 공정 중 종횡비가 큰 미세 실리콘 패턴을 구현하기 위한 공정을 제공하기 위한 목적을 갖는 것으로서, 유기탄소막 층에 내불산성 물질을 선택적으로 부착되도록 처리한 후 불산 함유 수용액을 사용하여 습식 식각으로 패턴을 형성하는 신규의 습식 식각 방법에 관한 것이며, 본원 발명의 습식 식각으로 패턴을 형성하는 방법은 CD가 작은 패턴 형성시 수 um깊이의 식각대상물의 활성영역에 손상을 주지 않고 식각함으로써, 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 효과를 나타내는 것이다.

Description

반도체 제조 공정에 있어서 미세 실리콘 패턴을 형성하기 위한 신규 식각방법 {A NEW ETCHING METHOD FOR FORMING A FINE SILICON PATTERN IN A SEMICONDUCTOR MANUFACTURING PROCESS}
본원 발명은 반도체 제조 공정에서 미세 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하기 위하여 유기탄소막 패턴에 내불산성 물질을 선택적으로 부착되도록 도포한 후 불산 함유 수용액을 사용하여 습식 식각으로 패턴을 형성하는 신규의 습식 식각 방법에 관한 것이다.
근래 반도체 디바이스의 소형화 및 집적화에 수반하여 미세패턴의 구현이 요구되고 있으며, 이러한 미세패턴을 형성하는 방법으로는 노광장비의 개발 또는 추가적인 공정의 도입을 통한 포토레지스트 패턴의 미세화가 효율적이다.
반도체를 제조하는 공정에 있어서, 과거에는 365nm 파장의 i-line 광원을 이용하여 반도체 기판에 패턴을 형성하였으나 더 미세한 패턴을 형성하기 위해 더 작은 파장대의 광원을 필요로 하게 되었다.
실제로 KrF(248nm)를 시작으로 ArF(198nm), EUV(extreme ultra violet-극자외선, 13.5nm) 광원을 이용한 리소그래피(lithography), ArF 리소그래피의 이중 노광(더블 패터닝 리소그래피) 기술이 개발되어, 현재 상용화되었거나 상용화 중에 있으며 이를 이용하여 더 미세한 패턴을 구현할 수 있게 되었다.
종횡비(aspect ratio)가 큰 실리콘 미세화 패턴을 구현하기 위해서 기존처럼 두꺼운 두께(>500nm)의 포토레지스트를 사용하게 되면 포토레지스트의 패턴 종횡비가 높아지면서 패턴 붕괴가 발생하게 되므로 큰 종횡비를 가지는 실리콘 패턴 구현에 장애가 되고 있다. 패턴 붕괴와 관련하여, 포토레지스트의 두께를 낮추면, 후속 건식 식각(Dry etch) 공정에서 기판(substrate)에 대한 마스크(mask)로서의 역할을 충분히 하지 못하게 되므로, 이러한 이유로 인하여 패턴을 구현하기 위해서 요구되는 깊이만큼 깊은 패턴을 만들 수 없게 된다.
이런 문제를 해결하기 위하여 무정형 탄소막(ACL: amorphous carbon layer)이나 SOC(spin on carbon) 또는 SOH(spin on hardmask) 등의 하드마스크(Hardmask)라는 유기탄소막 재료를 사용하여 공정을 진행하고 있으나 이 방법 또한 더 깊은 실리콘 패턴을 형성하기에는 한계를 보이고 있다.
도 1에서 보는 바와 같이 식각이 진행될 막을 형성한 후 플라즈마를 이용한 선택적 건식 식각을 통하여 패턴을 형성하는 방법을 적용한다.
도 1에 나타난 공정 순서를 간략하게 보면 기판층 위에 유기탄소막인 SOC 층을 코팅하고, 무기막인 SiON층을 화학기상증착법으로 증착하고, 그 위에 포토레지스트를 코팅 및 노광하여 패터닝을 진행한다. 패터닝된 포토레지스트를 이용하여 SiON층을 할로겐 플라즈마로 식각한 다음, 산소 플라즈마로 유기탄소막층을 식각하고, 최종 기판층을 할로겐 플라즈마를 이용하여 패턴의 깊이를 증폭하여 식각하게 된다.
할로겐 플라즈마를 사용하면 무기막인 SiON층에서 유기막인 포토레지스트보다 식각 속도가 빠르기 때문에 얇은 두께의 포토레지스트로도 원하는 패턴을 전사할 수 있고, 산소플라즈마를 사용하면 유기탄소막인 SOC층에서 속도가 SiON층보다 빠르기 때문에 식각이 쉽게 이루어진다.
최종 기판층은 Si, SiO2 또는 SiN 이므로, 기판층을 탄소막질보다 더 잘 식각하는 할로겐 플라즈마를 이용하여 패턴의 깊이를 증폭하여 전사하게 된다.
미세화 패턴을 구현하기 위하여 하드마스크를 도입하는 공정에서 패턴이 미세화 되어감에 따라 패턴의 종횡비가 더 높아지고 있으며, 이로 인하여 건식 식각 공정으로 구현할 수 있는 패턴에 문제가 발생되고 있다. 미세 패턴을 만들기 위하여 기판층을 더 깊게 만들어야하는데 건식 식각공정으로 진행하려면 포토레지스트 층이나 유기탄소막층 및 ACL층의 두께를 더 두껍게 만들어야 하는데 ArF 또는 KrF PR의 경우 레진의 구조상 i-line PR처럼 두께를 높이는데 한계가 있고, 유기탄소막층의 두께를 높이면 건식 식각 공정 진행시에 패턴이 휘어지거나 부러질 수 있어 적용이 불가능하다. 또한 ACL층의 두께를 높이려면 증착 시간과 비용이 증가하게 되어 생산 단가 및 효율이 떨어지게 되는 단점이 있고 무엇보다도 구현할 수 있는 두께도 한정적이라 종횡비가 큰 현재의 수십 또는 수백 nm 폭을 가진 패턴을 수 um 깊이보다 훨씬 깊은 수십 um 깊이의 실리콘 또는 실리콘 화합물층을 식각할 수는 없다.
본원 발명의 발명자는 이에 착안하여 현재의 공정으로는 불가능한 종횡비가 큰 미세 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 구현하기 위해 신규 공정 개발에 대한 연구를 수행하였으며, 연구 수행 결과 건식 식각(Dry ethc)보다는 습식 식각(Wet etch)이 공정면에서 식각 속도가 빠르고 안정성을 갖는 우수한 것이며 비용면에서도 더욱 경제적인 것으로 평가되므로 습식 방법을 사용하여 더 미세한 패턴을 형성할 수 있는 기술을 개발하게 되었다.
본원 발명은 반도체 제조 공정 중 미세 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하기 위하여 유기탄소막층에 내불산성 물질을 선택적으로 부착되도록 도포한 후 불산 함유 수용액을 사용하여 습식 식각으로 패턴을 형성하는 신규의 습식 식각 방법에 관한 것이다.
본원 발명은 원하는 패턴을 형성하기 위하여 포토레지스트 패턴 에치후 남아 있는 유기탄소막 층에 내불산성 물질을 선택적으로 부착되도록 도포한 다음 불산 함유 수용액을 사용하여 습식 식각으로 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
보다 자세하게는 반도체 제조 공정 중 실리콘 또는 실리콘 화합물 층의 식각 공정에 있어서, 식각 대상물에 유기막과 무기막을 차례대로 적절한 두께로 적층하는데, 먼저 탄소가 다량 함유되어 있는 유기탄소막층을 코팅하고, 그리고 SiON층을 화학기상증착법으로 증착한 다음, 그 위에 포토레지스트를 코팅하여 패터닝을 진행한다. 패터닝된 포토레지스트를 이용하여 SiON층을 할로겐 플라즈마로 식각한 다음, 산소 플라즈마로 유기탄소막층을 식각하여 형성하고자 하는 패턴 깊이의 일부만 식각한다.
다음으로, 식각 대상물에 내불산성 강화 재료를 선택적으로 유기탄소막층에만 부착하고 베이킹하여 보호막을 형성한 다음, 상기 기판을 불산이 포함된 수용액으로 2차 습식 식각하여 원하는 패턴을 형성한다.
여기서, 유기탄소막이라 함은 스핀 코팅이나 화학적 물리적 증착 방법으로 웨이퍼 상에 도포가 가능한 탄소 함유량이 30% 내지 100%인 막질을 의미한다.
상기 유기탄소막층 중 스핀 코팅이 가능한 SOC의 스핀 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 100Å 내지 30,000Å 두께로 도포될 수 있고, 150℃ 내지 400℃의 온도에서 1분 내지 5분간 베이크 공정을 진행할 수 있다.
상기 화학적 또는 물리적 증착 방법으로 형성 가능한 SiON은 증착장비에서 플라즈마를 이용하여 0.01 내지 10 torr의 압력으로 100Å 내지 10,000Å의 두께로 형성할 수 있다.
내불산성 강화재료는 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴, 폴리비닐클로라이드, 폴리이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리스타일렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐린에테르, 폴리비닐리덴플로라이드로 내불산성이 있으면서 유기탄소막에 선택적으로 코팅이 가능한 물질이면 모두 가능하다.
상기 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께는 10Å 내지 1,000Å 두께로 도포되고, 50℃ 내지 400℃ 온도에서 1분 내지 5분간 베이크 공정을 진행하는 것이 바람직하다.
내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께가 10Å보다 낮게(얇게) 코팅되면 유기탄소막의 코팅이 덜 되어 불산 용액을 이용한 습식 식각 과정에서 유기탄소막이 불산에 의해 식각됨으로써 원하는 식각 형태를 형성할 수 없는 한편, 1000Å보다 높게(두껍게) 코팅을 하게 되면, 식각하고자 하는 패턴의 크기가 수십 ~ 수백 nm인 유기탄소막층 사이로, 즉 패턴과 패턴 사이로 물리적으로 내불산성 코팅물질이 차 들어가게 되어 불산 용액을 이용한 식각이 불가능하게 되는 것이어서 적용할 수 없는 것이다. 이러한 이유로 본원 발명의 발명자는 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께는 10Å 내지 1,000Å인 것이 바람직한 것임을 밝혔다.
나아가, 유기탄소막에 코팅되는 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께에 따라 식각하고자 하는 패턴의 크기가 변하게 되는 것이므로, 본원 발명의 발명자는 수십 ~ 수백 nm인 유기탄소막층의 식각 마진을 고려하여, 유기막 패턴 크기의 10%이하가 적절한 것으로 확인하였으며, 장기적이고 지속적인 연구 수행 결과 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께가 10Å 내지 500Å인 것이 더욱 바람직한 것임을 밝혔다.
본원 발명에 따른 신규의 습식 식각으로 미세 패턴을 형성하는 방법은 실리콘 또는 실리콘화합물층 위에 유기탄소막층이 남도록 건식 식각으로 에칭을 진행한 후에, 남아 있는 유기탄소막층에 내불산성 강화재료를 선택적으로 부착하여 패턴 보호막을 형성한다. 내불산성 강화재료는 유기탄소막층과 반응을 일으키는 물질로서 유기탄소막 표면을 보호하여 습식 식각시에 불산에 대한 내식각성이 보강된다. 때문에, 미세패턴 형성을 위하여 불산을 이용한 습식식각 공정 진행시에 패턴의 쓰러짐이나 휘어짐 없이 원하는 높은 종횡비(high aspect ratio)를 갖는 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성할 수 있는 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 건식 식각 공정의 단면도.
도 2는 본원 발명에 의한 습식 식각 공정의 단면도.
이하, 본원 발명을 보다 상세히 설명한다.
본원 발명은 반도체 제조 공정 중 미세 실리콘 패턴을 형성하기 위하여 남아 있는 유기탄소막에 내불산성 강화재료를 처리 후 불산 함유 수용액을 사용하여 습식 식각으로 패턴을 형성하는 신규의 습식 식각 방법에 관한 것이다.
본원 발명에서의 신규의 습식 식각으로 미세패턴을 형성하는 방법은 기판층 위에 유기탄소막층을 형성하고 SiON층을 화학기상증착법으로 증착하고 그 위에 포토레지스트를 코팅하고 노광하여 마스크를 형성하는 단계; 상기 마스크를 이용하여 1차 건식 식각하여 형성하고자 하는 패턴 깊이의 일부만 식각하는 단계; 상기 기판에 내불산성 강화재료를 코팅하고 베이킹하는 단계; 및 상기 기판을 불산이 포함된 수용액으로 2차 습식 식각하는 단계에 의해 패턴이 형성된다.
유기탄소막층이라 함은 탄소 함유량이 30% 내지 100%인 것으로 막 층을 형성하는 방법은 스핀코팅, 화학적 또는 물리적 증착 방법 모두 가능하다.
상기 유기탄소막층 중 스핀 코팅이 가능한 SOC의 스핀 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 100Å 내지 30,000Å 두께로 도포될 수 있고, 150℃ 내지 400℃의 온도에서 1분 내지 5분간 베이크 공정을 진행할 수 있다.
상기 화학적 또는 물리적 증착 방법으로 형성 가능한 SiON은 증착장비에서 플라즈마를 이용하여 0.01 내지 10 torr의 압력으로 100Å 내지 10000Å의 두께로 형성할 수 있다.
내불산성 강화재료는 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴, 폴리비닐클로라이드, 폴리이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리스타일렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐린에테르, 폴리비닐리덴플로라이드로 내불산성이 있으면서 유기탄소막에 선택적으로 코팅이 가능한 물질이면 모두 가능하다.
상기 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께는 10Å 내지 1,000Å 두께로 도포되고, 50℃ 내지 400℃ 온도에서 1분 내지 5분간 베이크 공정을 진행할 수 있다.
내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께가 10Å보다 낮게(얇게) 코팅되면 유기탄소막의 코팅이 덜 되어 불산 용액을 이용한 식각 과정에서 유기탄소막이 불산에 의해 식각되게 됨으로써 원하는 식각 형태를 형성할 수 없게 되는 것이다.
한편, 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께가 1000Å보다 높게(두껍게) 코팅되면, 식각하고자 하는 패턴의 크기가 수십 ~ 수백 nm인 유기탄소막층 사이로, 즉 패턴과 패턴 사이로, 물리적으로 내불산성 코팅물질이 차 들어가게 되어 불산 용액을 이용한 식각이 불가능하게 되는 것이어서 적용할 수 없는 것이다.
이러한 이유로 본원 발명의 발명자는 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께는 10Å 내지 1000Å인 것이 바람직한 것임을 밝혔다.
또한, 유기탄소막에 코팅되는 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께에 따라 식각하고자 하는 패턴의 크기가 변하게 되는 것이다. 이러한 점에 착안한 본원 발명의 발명자는 수십 ~ 수백 nm인 유기탄소막층의 식각 마진을 고려하여, 유기탄소막에 코팅되는 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께는 유기막 패턴 크기의 10%이하가 적절한 것으로 확인하였으며, 연구 수행 결과 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께가 10Å 내지 500Å인 것이 더욱 바람직한 것임을 밝혔다.
본원 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본원 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 수 있다.
도 1은 선행기술에 의한 건식 식각 공정의 단면도이다.
도 2는 본원 발명에 의한 2차 습식 식각이 포함된 공정의 단면도이다.
도 2는 기판층 위에 유기탄소막인 SOC(spin on carbon; 주로 탄소로 이루어진 중합체 수용액)층을 코팅하고, 무기막인 SiON층을 화학기상증착법으로 증착하고 그 위에 포토레지스트를 코팅하고 노광하여 마스크를 형성한다.
상기 유기탄소막층 중 스핀 코팅이 가능한 SOC의 스핀 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 100Å 내지 30,000Å 두께로 도포될 수 있고, 150℃ 내지 400℃의 온도에서 1분 내지 5분간 베이크 공정을 진행할 수 있다.
상기 화학적 또는 물리적 증착 방법으로 형성 가능한 SiON은 증착장비에서 플라즈마를 이용하여 0.01 내지 10 torr의 압력으로 100Å 내지 10,000Å의 두께로 형성할 수 있다.
상기 형성된 마스크를 이용하여 증착된 막을 식각할 수 있는 식각 가스를 이용하여 1차 건식 식각을 실시한다. 이때 상기 1차 건식 식각은 형성하고자 하는 패턴의 전체깊이로 완전한 식각을 실시하는 것이 아니라 일부만 식각 되도록 한다.
다음, 1차 건식 식각된 기판에 내불산성 강화재료로 처리하고 베이킹을 진행한다.
내불산성 강화재료는 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴, 폴리비닐클로라이드, 폴리이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리스타일렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐린에테르, 폴리비닐리덴플로라이드로 내불산성이 있으면서 유기탄소막에 선택적으로 코팅이 가능한 물질이면 모두 가능하다.
상기 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께는 특별히 한정되지 않으나, 10Å 내지 1,000Å 두께로 도포되어야 하는데, 바람직하게는 10Å 내지 500Å의 두께로 도포되어야 하며, 50℃ 내지 400℃ 온도에서 1분 내지 5분간 베이크 공정을 진행할 수 있다.
이때 상기 내불산성 강화재료는 베이킹시에 유기막층인 SOC 표면과 반응하여 얇은 코팅막을 형성하고 이 코팅막이 불산을 포함한 수용액으로 2차 습식 식각 진행시에 보호막으로 작용하게 된다.
다음, 상기 기판을 2차 습식 식각하여 막의 패턴을 완성하는 단계이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 상기에서 형성된 보호막을 이용하여 불산 함유 수용액을 사용하여 2차 습식 식각으로 식각하여 원하는 패턴을 얻고, 에싱 공정 등을 이용하여 패턴을 완성한다.
상기 2차 습식 식각의 불산 함유 수용액을 사용하여 100rpm으로 15mL/s의 속도로 10초간 분사 후 30초간 정치(puddle)하고, 2,000rpm의 회전수로 20초간 웨이퍼를 회전시킴으로써 패턴 형성을 완성하였다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본원 발명의 바람직한 실시 방법을 구체적으로 기술하였다.
아래에서는 본원 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 설명한다. 그러나 하기한 실시예는 본원 발명의 바람직한 일 실시예일 뿐 본원 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1 ~ 7 및 비교예 1 ~ 6
실시예 1
도 2와 같이 기판층 위에 유기탄소막인 SOC(spin on carbon; 주로 탄소로 이루어진 중합체 수용액)층을 1,000Å으로 코팅하고, 400℃의 온도에서 3분간 베이크 공정을 진행하며, 무기막인 SiON층을 화학기상증착법으로 300Å 두께로 증착한 후, KrF용 포토레지스트를 2,000Å 두께로 코팅한 다음, 니콘 204B KrF 노광 장비로 24mj에서 노광하여 200nm 크기의 패턴을 가지는 마스크를 형성하였다.
상기 형성된 마스크를 이용하여 증착된 막을 CF4 혼합 식각 가스를 이용하여 유기탄소막층이 500Å 남도록 1차 건식 식각을 실시한 다음, 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 0.1 wt%가 포함된 유기용매액을 스핀 도포 방식으로 코팅하고 200℃, 2분간 베이크하여 10Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
상기 2차 습식 식각의 불산 함유 수용액을 사용하여 100rpm으로 15mL/s의 속도로 10초간 분사 후 30초간 정치(puddle)하고, 2000rpm의 회전수로 20초간 웨이퍼를 회전시킴으로써 패턴 형성 공정을 완성하였다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 0.5 wt%가 포함된 유기용매액으로 100Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같이 진행하여 패턴 형성을 완성하였다.
실시예 3
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 3 wt%가 포함된 유기용매액으로 500Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같이 진행하여 패턴 형성을 완성하였다.
실시예 4
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 7 wt%가 포함된 유기용매액으로 700Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같이 진행하여 패턴 형성을 완성하였다.
실시예 5
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 7 wt%가 포함된 유기용매액으로 1,000Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
실시예 6
내불산성 강화재료를 달리하여 실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미다졸 0.1 wt%가 포함된 유기용매액으로 10Å 두께로 폴리이미다졸을 도포하였다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같이 진행하여 패턴 형성을 완성하였다.
실시예 7
식각 시간에 따른 유기탄소막의 소실과 실리콘 식각 정도를 확인하기 위해 다음과 같이 실시하였다.
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미다졸 0.1 wt%가 포함된 유기용매액으로 10Å 두께로 폴리이미다졸을 도포하였다.
상기 2차 습식 식각의 불산 함유 수용액을 사용하여 100rpm으로 15mL/s의 속도로 120초간 분사 후 60초간 정치(puddle)하고, 2000rpm의 회전수로 20초간 웨이퍼를 회전시킴으로써 패턴 형성을 완성하였다.
비교예 1
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에, 폴리이미드 등의 내불산성 물질을 도포하지 않았다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같은 습식 식각을 진행하였다.
비교예 2
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 0.1 wt%가 포함된 유기용매액으로 7Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같은 습식 식각을 진행하였다.
비교예 3
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 0.1 wt%가 포함된 유기용매액으로 7Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
상기 2차 습식 식각의 불산 함유 수용액을 사용하여 100rpm으로 15mL/s의 속도로 120초간 분사 후 60초간 정치(puddle)하고, 2,000rpm의 회전수로 20초간 웨이퍼를 회전시킴으로써 패턴 형성을 완성하였다.
비교예 4
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 7 wt%가 포함된 유기용매액으로 1,100Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같은 습식 식각을 진행하였다.
비교예 5
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 7 wt%가 포함된 유기용매액으로 1,300Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같은 습식 식각을 진행하였다.
비교예 6
실시예 1과 동일한 방법을 이용하여 1차 건식 식각된 기판에 폴리이미드 7 wt%가 포함된 유기용매액으로 1,500Å 두께로 폴리이미드를 도포하였다.
이후 처리 공정은 실시예 1과 같은 습식 식각을 진행하였다.
실시예 및 비교예 평가
실시예 1~5의 결과를 살펴보면, 유기탄소막에 코팅되는 내불산성 강화재료의 스핀 도포 두께가 10 ~ 1,000Å인 경우 남아있던 유기탄소막층의 소실 없이 폭 200um, 깊이 1.2um의 실리콘 패턴을 형성할 수 있음을 확인하였다.
또한, 내불산성 코팅물질로 폴리이미다졸을 처리한 실시예 6에서도 실시예 1~5와 동일한 결과를 확인할 수 있었다. 나아가 실시예로 기재하지는 아니하였만 다른 내불산성 코팅물질들 역시 동일한 결과를 나타내는 것으로 확인되었다.
그리고, 불산 용액 처리 시간을 늘린 실시예 7의 경우에도 남아있던 유기탄소막층의 소실 없이 폭 208um, 깊이 15um의 실리콘 패턴을 형성이 가능한 것으로 확인되었다.
이에 비하여, 비교예 1의 경우 1차 건식 식각된 기판에, 폴리이미드 등의 내불산성 물질을 도포하지 아니한 채로 습식 식각을 진행한 것인바, 불산에 의하여 유기탄소막층이 완전히 소실되어 실리콘 패턴 형성이 불가능한 것으로 확인되었다.
비교예 2의 경우 7Å 두께로 폴리이미드를 도포한 것인바, 코팅된 유기탄소막층이 일부 붕괴되어 폭 200um, 깊이 1.2um의 실리콘 패턴이 불완전하게 형성된 것으로 확인되었다.
비교예 3의 경우 비교예 2에 있어서 식각시간을 늘린 것인바, 이와 같이 식각 시간을 늘렸을 때 유기탄소막층이 완전히 소실되어 실리콘 패턴 형성이 불가능한 것으로 확인되었다.
비교예 4의 경우 1,100Å 비교예 5의 경우 1,300Å 두께로 폴리이미드를 도포한 것인바, 이러한 경우 실리콘 패턴이 거의 형성되지 않았다. 비교예 6의 경우 1,500Å 두께로 폴리이미드를 도포한 것인데, 이 경우에는 실리콘 패턴이 전혀 형성되지 않았다.
그리고, 비교예 4 내지 6의 단면 확인시 유기탄소막층의 패턴 사이가 내불산성 코팅물로 채워짐으로써 식각이 되어야 하는 실리콘 층까지 코팅이 되어 보호된 것이 원인으로 확인되었다.
실시예 및 비교예의 결과를 정리하면, 내불산성 물질의 코팅 두께가 10Å 내지 1,000Å 범위를 벗어난 비교예 2 내지 비교예 6에서는 패턴이 불완전하게 형성되거나 패턴 형성이 불가능한 것으로 평가된다.
그리고, 최대 코팅 가능 두께는 패턴의 사이즈가 반드시 고려되어야 하는 것으로서, 코팅 두께는 10Å 내지 1,000Å 범위에서 폭 200um, 깊이 1.2um의 실리콘 패턴이 완전하게 형성되는 것인바, 바람직하게는 10Å 내지 500Å 범위로 낮게(얇게) 코팅하는 것이 공정면에서 안정성을 갖는 우수한 것이며 비용면에서도 더욱 경제적인 것으로 평가되었다.

Claims (8)

  1. 반도체 제조 공정 중 실리콘 또는 실리콘 화합물 층의 식각 공정에 있어서,
    i) 식각 대상물에 유기막과 무기막을 차례대로 적층하고 패턴 형성을 위한 포토레지스트를 도포한 후 노광과 현상을 거쳐 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    ii) 상기와 같이 형성된 포토레지스트 패턴을 이용하여 식각이 가능한 기체로 건식 식각을 실시하여 식각 대상물 바로 위의 유기탄소막을 남기는 단계;
    iii) 남아 있는 유기탄소막 패턴에 내불산성 물질을 10Å 내지 1,000Å으로 도포하는 단계;
    iv) 50℃ 내지 400℃ 온도에서 1분 내지 5분간 베이크 하는 단계; 및
    v) 불산이 함유된 수용액으로 습식 식각을 시키는 단계;를 포함하는 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 식각 대상물에 유기막과 무기막을 적층하는 방법은 코팅을 하거나 화학적 또는 물리적으로 증착하는 방법인 것을 특징으로 하는 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 식각 대상물에 적층하는 유기탄소막은 탄소 함유량이 30% 내지 100%인 것을 특징으로 하는 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 패턴 형성을 위한 광원은 13.5nm, 198nm, 248nm, 365nm 파장을 갖는 것과 E-beam을 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 패턴을 형성한 뒤 건식 식각에 사용할 수 있는 가스는 아르곤, 질소를 비롯한 불활성 가스; 불소 원소가 1개 이상 포함된 분자로 이루어진 가스; 산소 가스;를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 내불산성 물질은 유기탄소막에 선택적으로 코팅이 가능한 물질로서 폴리이미드, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴, 폴리비닐클로라이드, 폴리이미다졸, 폴리카보네이트, 폴리스타일렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리페닐린에테르, 폴리비닐리덴플로라이드를 단독 또는 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하는 방법.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 내불산성 물질의 코팅 두께는 10Å 내지 500Å인 것을 특징으로 하는 실리콘 또는 실리콘 화합물 패턴을 형성하는 방법.
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