KR19990001771A - Pattern formation method of semiconductor device by photolithography process - Google Patents
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Abstract
포토리소그래피 공정에 의한 반도체 장치의 패턴 형성 방법에 관하여 개시한다. 본 발명에서는 상면에 소정의 막이 형성된 반도체 기판상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위하여 먼저 황산과 과산화수소가 소정의 비로 혼합된 혼합액으로 상기 소정의 막을 처리하여 상기 소정의 막 표면의 -OH기 및 수분을 제거한다. 상기 -OH기 및 수분이 제거된 소정의 막상에 포토레지스트막을 형성한다. 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상에 의하여 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.A pattern forming method of a semiconductor device by a photolithography step is disclosed. In the present invention, in order to form a photoresist pattern on a semiconductor substrate having a predetermined film formed on the upper surface, the predetermined film is treated with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide mixed at a predetermined ratio to remove -OH groups and moisture on the surface of the predetermined film. Remove A photoresist film is formed on a predetermined film from which the -OH group and water are removed. The photoresist film is patterned by exposure and development to form a photoresist pattern.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 포토리소그래피 공정에 의한 반도체 장치의 포토레지스트 패턴 및 이를 이용한 산화막 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a photoresist pattern of a semiconductor device by a photolithography process and an oxide film pattern forming method using the same.
반도체 제조 공정중 포토리소그래피 공정이 DUV(Deep UV) 공정의 시대로 접어들면서 기존의 i-라인 계통의 포토레지스트에서 화학 증폭형 포토레지스트로 바뀌어가고 있는 추세이다. 화학 증폭형 포토레지스트는 UV광을 받으면 그 내부의 PAG(Photoacid Generator)로부터 프로톤(H+)이 발생된다. 이와 같이 발생된 프로톤은 화학 증폭 반응의 촉매로서 작용하여 레진의 결합을 끊어주고, 이 반응의 부산물로서 다시 H+를 발생시켜서 다시 레진의 결합을 끊어주는 연쇄 반응을 하게 된다. 프로톤의 연쇄 반응에 의하여 화학 증폭형 포토레지스트가 원하는 구조를 가지게 되고, 이를 현상함으로써 최종적으로 마스크 패턴을 형성한다.As the photolithography process in the semiconductor manufacturing process enters the era of DUV (Deep UV) process, it is changing from conventional i-line photoresist to chemically amplified photoresist. When a chemically amplified photoresist receives UV light, protons (H + ) are generated from a photoacid generator (PAG) therein. The protons generated as described above act as a catalyst for chemical amplification reactions to break the bonds of the resins, and as a by-product of the reactions, H + is generated again to cause a chain reaction to break the bonds of the resins again. By a chain reaction of protons, the chemically amplified photoresist has a desired structure, and is finally developed to form a mask pattern.
상기한 바와 같이, 화학 증폭형 포토레지스트에서는 산(H+)의 역할이 매우 중요하고, 또한 산의 양을 조절하는 것이 모든 결과를 좌우하게 된다. 따라서, 만일 외부로부터 프로톤의 중화 반응을 야기시킬 만 한 요인이 발생하게 되면, 포토레지스트 패턴에 의하여 형성되는 마스크 패턴은 원하지 않는 형태를 갖게 되어 반도체 제조 공정에서 문제를 일으키게 된다.As described above, in the chemically amplified photoresist, the role of the acid (H + ) is very important, and controlling the amount of the acid determines all the results. Therefore, if a factor that causes the neutralization reaction of the proton from the outside occurs, the mask pattern formed by the photoresist pattern has an undesirable shape, causing problems in the semiconductor manufacturing process.
이와 같은 문제는 네가티브 포토레지스트 및 포지티브 포토레지스트에서 공통적으로 발생할 수 있다. 프로톤의 중화 반응을 야기시킬 만 한 외적 요인은 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 그 첫째는 포토레지스트에 의해 마스크 패턴을 형성할 하지막에 의한 영향이고, 둘째는 포토리소그래피 공정이 진행될 때의 주위 분위기에 의한 영향이다.This problem can occur in common in negative photoresist and positive photoresist. There are two major external factors that may cause proton neutralization. The first is the influence by the underlying film to form the mask pattern by the photoresist, and the second is by the ambient atmosphere when the photolithography process is performed.
본 발명의 목적은 포토리소그래피 공정시에 포토레지스트에 의해 마스크 패턴을 형성할 하지막 표면에서 프로톤이 중화 반응을 일으키는 것을 방지할 수 있는 반도체 장치의 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a method of forming a photoresist pattern of a semiconductor device which can prevent protons from causing a neutralization reaction on the surface of a base film on which a mask pattern is to be formed by a photoresist during a photolithography process.
본 발명의 다른 목적은 상기한 바와 같은 포토레지스트 패턴 형성 방법을 이용하여 반도체 장치의 산화막 패턴을 형성하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method of forming an oxide film pattern of a semiconductor device by using the photoresist pattern forming method as described above.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 순차적으로 도시한 단면도들이다.1 to 4 are cross-sectional views sequentially shown in order according to a process to explain a preferred embodiment of the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10 : 반도체 기판, 12 : 산화막10: semiconductor substrate, 12: oxide film
12A : 산성층, 12' : 산화막 패턴12A: acidic layer, 12 ': oxide film pattern
12A' : 산성층 패턴, 14 : 포토레지스트 패턴12A ': acidic layer pattern, 14: photoresist pattern
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따르면, 상면에 소정의 막이 형성된 반도체 기판상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위하여 먼저 황산과 과산화수소가 소정의 비로 혼합된 혼합액으로 상기 소정의 막을 처리하여 상기 소정의 막 표면의 -OH기 및 수분을 제거한다. 상기 -OH기 및 수분이 제거된 소정의 막상에 포토레지스트막을 형성한다. 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상에 의하여 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성한다.In order to achieve the above object, according to the present invention, in order to form a photoresist pattern on a semiconductor substrate on which a predetermined film is formed, the predetermined film is first treated with a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide mixed in a predetermined ratio. Removes -OH groups and water from the surface. A photoresist film is formed on a predetermined film from which the -OH group and water are removed. The photoresist film is patterned by exposure and development to form a photoresist pattern.
상기 혼합액은 황산과 과산화수소가 6:1의 부피비로 혼합된 혼합액이고, 상기 혼합액으로 상기 소정의 막을 처리하는 단계는 160 ∼ 170℃의 온도에서 행한다.The mixed liquid is a mixed liquid in which sulfuric acid and hydrogen peroxide are mixed at a volume ratio of 6: 1, and the step of treating the predetermined film with the mixed liquid is performed at a temperature of 160 to 170 ° C.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 장치의 패턴 형성 방법에 따르면, 반도체 기판상에 산화막을 형성한다. 황산과 과산화수소가 소정의 비로 혼합된 혼합액으로 상기 산화막을 처리하여 상기 산화막 표면에 산성층을 형성한다. 상기 산성층이 형성된 산화막 위에 포토레지스트막을 형성한다. 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상에 의하여 패터닝하여 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 산성층이 형성된 산화막을 식각하여 상부에 산성층 패턴이 형성된 산화막 패턴을 형성한다.According to the method for forming a pattern of a semiconductor device according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above another object, an oxide film is formed on a semiconductor substrate. The oxide film is treated with a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide in a predetermined ratio to form an acidic layer on the surface of the oxide film. A photoresist film is formed on the oxide film on which the acidic layer is formed. The photoresist film is patterned by exposure and development to form a photoresist pattern. The oxide layer on which the acidic layer is formed is etched using the photoresist pattern as an etching mask to form an oxide layer pattern on which an acidic layer pattern is formed.
상기 산화막은 BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)막이다.The oxide film is a BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass) film.
본 발명에 의하면, 포토리소그래피 공정시에 포토레지스트에 의해 마스크 패턴을 형성할 하지막 표면을 황산과 과산화수소의 혼합액을 사용하여 고온으로 처리함으로써 상기 하지막 표면에서 프로톤이 중화 반응을 일으키는 것을 방지할 수 있다.According to the present invention, it is possible to prevent the protons from being neutralized on the surface of the underlying film by treating the underlying film surface on which the mask pattern is to be formed by the photoresist at a high temperature using a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide during the photolithography process. have.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
포토리소그래피 공정에서 프로톤의 중화 반응을 야기시킬 만 한 외적 요인중 한 가지로서 포토레지스트에 의해 마스크 패턴을 형성할 하지막의 표면에서 일어나는 중화 반응은 주로 하지막에 존재하는 -OH기에 의한 것으로서, 하지막에 존재하는 -OH기에 의하여 화학증폭형 레지스트에서 발생된 산 촉매가 중화 반응을 일으킨다.One of the external factors that can cause the neutralization reaction of the protons in the photolithography process, the neutralization reaction occurring on the surface of the underlying film to form the mask pattern by the photoresist is mainly due to the -OH group present in the underlying film. The acid catalyst generated in the chemically amplified resist due to the -OH group present in the neutralization reaction occurs.
반도체 제조 공정에서 주로 사용되고 있는 막질은 산화막 계열 또는 폴리실리콘 계열이다. 포토리소그래피 공정에서는 상면에 포토레지스트 패턴이 형성되는 하지막으로서 주로 산화막이 사용되고 있다. 그 중에서도 BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)막은 -OH기를 포함하는 막으로서 흡습성이 강하다. 따라서, BPSG막 위에 화학 증폭형 포토레지스트를 패터닝할 때 노광에 의하여 빛을 받은 화학 증폭형 포토레지스트에서 연쇄 반응에 의하여 생성된 프로톤(H+) 촉매가 BPSG막 표면에 분포되어 있는 -OH기와 중화 반응을 일으킨다.The film quality mainly used in the semiconductor manufacturing process is an oxide film series or a polysilicon series. In the photolithography process, an oxide film is mainly used as the base film on which the photoresist pattern is formed on the upper surface. Among them, the BPSG (Boro-Phospho-Silicate Glass) film is a film containing a -OH group and has a high hygroscopic property. Therefore, when the chemically amplified photoresist is patterned on the BPSG film, the neutralized -OH group, which is a proton (H + ) catalyst produced by the chain reaction in the chemically amplified photoresist that is illuminated by exposure, is distributed on the surface of the BPSG film. Causes a reaction.
따라서, 예를 들면 네가티브 포토레지스트의 경우에는 하지막과 접하고 있는 포토레지스트 패턴의 하부가 잘록하게 패이는 현상이 초래되고, 심한 경우에는 포토레지스트 패턴이 넘어져버리는 문제까지 야기된다.Thus, for example, in the case of negative photoresist, a phenomenon in which the lower portion of the photoresist pattern in contact with the underlying film is cut off is caused, and in a severe case, the problem that the photoresist pattern falls down is also caused.
또한, 포지티브 포토레지스트의 경우에는 상기한 반응 기구와 마찬가지의 원리에 의하여 포토레지스트 패턴중 하지막과 접해있는 부분이 프로톤과 -OH기와의 중화 반응의 결과로서 현상 공정시에 현상액에 의하여 제거되지 않고 그대로 남아 있게 되고, 후속의 에칭 공정시에 상기 남아 있는 부분이 마스크 역할을 하게 되어 원하는 패턴 형성이 불가능하게 된다.In the case of the positive photoresist, the portion of the photoresist pattern which is in contact with the underlying film in the photoresist pattern is not removed by the developer during the development process as a result of the neutralization reaction between the protons and the -OH group. The remaining portion is left as it is, and the remaining portion serves as a mask in a subsequent etching process, thereby making it impossible to form a desired pattern.
따라서, 본 발명에서는 포토리소그래피 공정시에 포토레지스트에 의해 마스크 패턴을 형성할 하지막에 의하여 프로톤이 중화 반응을 일으키는 것을 방지하기 위하여, 하지막 위에 포토레지스트막을 도포하기 전에 상기 하지막 위에 산성층을 형성한다.Therefore, in the present invention, in order to prevent the proton from causing a neutralization reaction by the underlayer which will form a mask pattern by the photoresist during the photolithography process, an acidic layer is applied on the underlayer before applying the photoresist layer on the underlayer. Form.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위하여 공정 순서에 따라 순차적으로 도시한 단면도들이다.1 to 4 are cross-sectional views sequentially shown in order according to a process to explain a preferred embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 반도체 기판(10)상에 패턴을 형성할 산화막(12), 예를 들면 BPSG막을 형성한다.Referring to FIG. 1, an oxide film 12, for example, a BPSG film, is formed on a semiconductor substrate 10.
도 2를 참조하면, 황산과 과산화수소의 혼합액을 사용하여 상기 산화막(12) 표면의 -OH기 및 수분을 제거한다. 이 과정을 통하여 상기 산화막(12) 표면의 막질이 알칼리성에서 산성으로 변화되어 상기 산화막(12) 표면에 산성층(12A)이 형성된다. 상기 황산과 과산화수소의 혼합액은 황산과 과산화수소를 각각 6:1의 부피비로 혼합한 것으로서, 상기 황산과 과산화수소의 혼합액으로 상기 산화막(12)의 표면 처리를 행할 때의 공정 온도는 약 160 ∼ 170℃, 바람직하게는 약 165℃로 하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 2, -OH group and water on the surface of the oxide film 12 are removed using a mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide. Through this process, the film quality of the surface of the oxide film 12 is changed from alkaline to acidic to form an acidic layer 12A on the surface of the oxide film 12. The mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide is a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide in a volume ratio of 6: 1, and the process temperature when the surface treatment of the oxide film 12 is performed with the mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide is about 160 to 170 ° C, Preferably it is about 165 degreeC.
도 3을 참조하면, 상기 산성층(12A)이 형성된 결과물 전면에 포지티브 또는 네가티브 포토레지스트막을 도포하고 선택적으로 노광 및 현상하여 상기 산화막(12)의 산성층(12A)을 일부 노출시키는 포토레지스트 패턴(14)을 형성한다.Referring to FIG. 3, a photoresist pattern exposing a portion of the acid layer 12A of the oxide layer 12 by applying a positive or negative photoresist film to the entire surface of the resultant layer on which the acid layer 12A is formed, and selectively exposing and developing the photoresist layer 12A. 14).
이 때, 상기 산화막(12)의 표면이 황산과 과산화수소의 혼합액으로 처리되어 그 표면에서 -OH기 및 수분이 제거되었으므로, 상기 포토레지스트 패턴(14)을 형성하기 위한 노광 공정시에 발생된 프로톤이 중화되어버리는 현상을 방지할 수 있고, 따라서 상기 포토레지스트 패턴(14)을 원하는 형상으로 형성할 수 있다.At this time, since the surface of the oxide film 12 was treated with a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide to remove -OH groups and moisture from the surface, protons generated during the exposure process for forming the photoresist pattern 14 The phenomenon of being neutralized can be prevented, and thus the photoresist pattern 14 can be formed in a desired shape.
도 4를 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(14)을 식각 마스크로 하여 상기 산성층(12A)이 형성된 산화막(12)을 식각하여 상부에 산성층 패턴(12A')이 형성된 산화막 패턴(12')을 형성한다. 그 후, 상기 포토레지스트 패턴(14)을 제거한다.Referring to FIG. 4, the oxide layer pattern 12 ′ having the acid layer layer 12A ′ formed thereon by etching the oxide layer 12 having the acid layer 12A formed thereon using the photoresist pattern 14 as an etching mask. To form. Thereafter, the photoresist pattern 14 is removed.
상기한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 포토리소그래피 공정에 의하여 반도체 장치의 패턴을 형성할 때, 포토레지스트 패턴을 형성하기 전에 고온에서 황산과 과산화수소의 혼합액을 사용하여 원하는 패턴으로 형성하고자 하는 하지막 표면으로부터 -OH기 및 수분을 제거함으로써 상기 하지막의 표면을 산성화시킴으로써, 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 노광 공정시에 촉매로 작용하는 프로톤이 중화되는 문제를 방지할 수 있고, 따라서 원하는 패턴을 형성할 수 있다.As described above, according to a preferred embodiment of the present invention, when forming a pattern of a semiconductor device by a photolithography process, it is desired to form a desired pattern using a mixture of sulfuric acid and hydrogen peroxide at a high temperature before forming the photoresist pattern. By acidifying the surface of the underlying film by removing -OH groups and moisture from the underlying film surface, it is possible to prevent the problem that the proton acting as a catalyst is neutralized during the exposure process for forming the photoresist pattern, thus eliminating the desired pattern. Can be formed.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.The present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. Do.
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