KR19990073659A

KR19990073659A - Fine pattern formation method using silylation

Info

Publication number: KR19990073659A
Application number: KR1019980006733A
Authority: KR
Inventors: 류달래
Original assignee: 김규현; 아남반도체 주식회사
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-10-05

Abstract

박막층 위에 감광제 성분 중에서 광반응 성분을 제거한 레진을 도포한 후, 그 위에 실릴레이션용 감광막을 1,500∼5,000Å 정도의 두께로 도포한다. 이 때, 감광막은 염료를 다량 포함하고 있어 광 투과율이 매우 낮다. 다음, 통상의 방법으로 노광, 현상하여 감광막에 미세 패턴을 형성한다. 다음, 레진막 및 감광막 패턴을 전면 노광하면 감광막 패턴이 형성된 부분이 노광되어 고분자 구조가 저분자 구조로 변화한다. 다음, 규소가 포함된 기체 내에서 가열한 후, 산소 플라스마를 이용한 반응성 이온 식각 방법을 이용하여 최종적으로 미세 패턴을 형성한다.After apply | coating resin on which the photoreaction component was removed from the photosensitive agent component on the thin film layer, the photosensitive film for silylation is apply | coated on it in thickness of about 1,500-5,000 kPa. At this time, the photosensitive film contains a large amount of dye and the light transmittance is very low. Next, it exposes and develops by a conventional method, and forms a fine pattern in a photosensitive film. Next, when the resin film and the photoresist pattern are exposed to the entire surface, the portion where the photoresist pattern is formed is exposed to change the polymer structure into a low molecular structure. Next, after heating in a gas containing silicon, a fine pattern is finally formed using a reactive ion etching method using an oxygen plasma.

이와 같은 방법으로 미세 패턴을 형성할 경우, 선폭 조절이 용이하여 미세 패턴을 좀 더 정확하게 형성할 수 있으므로, 결국, 반도체 소자의 신뢰도 향상 및 수율 향상을 기대할 수 있다.When the fine pattern is formed in this manner, since the line width can be easily adjusted to form the fine pattern more accurately, the reliability and yield of the semiconductor device can be improved.

Description

Fine pattern formation method using silylation

본 발명은 반도체 소자 제조 방법에 관한 것으로서, 특히, 실릴레이션(sililation)을 이용하여 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a fine pattern using sillation.

일반적으로 반도체 제조 공정은 웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하는 공정, 칩을 리드 프레임과 결합하여 완제품으로 조립하는 공정, 완성된 제품을 검사하는 공정을 포함한다.In general, the semiconductor manufacturing process includes a process of constructing an electronic circuit on a wafer, a process of assembling a chip into a lead frame to assemble the finished product, and a process of inspecting the finished product.

웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하기 위해서는 웨이퍼의 표면에 막을 형성시킨 후, 전자 회로가 설계된 마스크를 사용하여 특정 부분을 선택적으로 깎아내는 사진 공정(photolithography process)을 여러번 반복해서 진행해야 한다.In order to construct an electronic circuit on a wafer, a film is formed on the surface of the wafer, and then a photolithography process is repeatedly performed to selectively scrape a specific portion using a mask in which the electronic circuit is designed.

사진 식각 공정은 웨이퍼의 표면에 감광막을 원하는 두께로 도포하는 도포 단계, 마스크를 통하여 빛을 쬐서 마스크의 패턴을 웨이퍼에 옮기는 노광 단계, 현상액을 이용하여 감광막의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분을 선택적으로 제거하는 현상 단계, 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 검사하는 단계를 포함한다.The photolithography process involves applying a photoresist film to a desired thickness on the surface of the wafer, exposing the mask pattern onto the wafer by exposing light through a mask, and selectively exposing the exposed or unexposed portions of the photoresist film using a developer. The developing step of removing, and the step of inspecting the pattern formed on the wafer.

한편, 미세 패턴을 형성하기 위하여 위의 방법 중에서 노광 단계를 거친 후, 감광막의 감광된 부분에 규소가 치환, 결합하도록 하는 실릴레이션 단계를 포함시킬 수도 있다.On the other hand, after the exposure step in the above method to form a fine pattern, it may include a siliculation step for the silicon to be substituted, bonded to the photosensitive portion of the photosensitive film.

그러면, 도 1a 내지 도 1d를 참고로 하여 실릴레이션을 이용한 종래 기술에 따른 미세 패턴을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.1A to 1D, a method of forming a fine pattern according to the related art using sillation will be described.

먼저, 도 1a에 도시한 바와 같이, 패턴을 형성하고자 하는 박막층(1) 위에 실릴레이션용 감광막(2)을 도포한다. 이 때, 감광막(2)에는 빛을 흡수할 수 있는 염료(dye)가 다량 함유되어 있어 감광막(2)의 광 투과율은 매우 낮다. 다음, 도포된 감광막(2)을 노광시키는데, 감광막(2)의 광 투과율이 작으므로, 도 1b에 도시된 바와 같이 표면층만 노광되고, 노광된 부분(3)은 광화학 반응을 일으켜 고분자의 체인 구조들이 끊어지고 분자량이 작은 저분자 구조로 변화된다. 다음, 규소(Si)가 함유된 기체(4) 내에서 고온으로 가열하면 도 1c에 도시한 바와 같이, 노광되어 저분자 구조가 변한 표면층(3)에 규소가 치환되어 결합한다. 다음, 도 1d에 도시한 바와 같이, 감광되지 않은 영역을 산소 플라스마(5)를 이용한 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 방법으로 건식 현상한다.First, as illustrated in FIG. 1A, a silylation photosensitive film 2 is coated on the thin film layer 1 on which a pattern is to be formed. At this time, the photosensitive film 2 contains a large amount of dye which can absorb light, and the light transmittance of the photosensitive film 2 is very low. Next, the coated photoresist film 2 is exposed, and since the light transmittance of the photoresist film 2 is small, only the surface layer is exposed as shown in FIG. 1B, and the exposed portion 3 causes a photochemical reaction to cause a polymer chain structure. Breaks and changes to a low molecular weight structure with a small molecular weight. Next, when heated to a high temperature in the silicon 4 containing silicon (Si), as shown in Fig. 1C, silicon is substituted and bonded to the surface layer 3 exposed and changed in the low molecular structure. Next, as shown in FIG. 1D, the non-photosensitive region is dry developed by a reactive ion etching method using an oxygen plasma 5.

반응성 이온 에칭 방법은 과다 식각(undercut)을 일으키지 않고 수직 가공을 가능하게 하므로 미세 패턴 형성에 용이하다. 이러한 반응성 이온 식각 방법으로 감광막(2)을 식각하기 위해서는 산소 플라스마(5)가 사용되며, 감광막에 금속 원자 또는 이온 등이 함유되어 있을 경우에는 식각되지 않는다.The reactive ion etching method facilitates vertical processing without causing over-etching, thereby facilitating fine pattern formation. Oxygen plasma 5 is used to etch the photosensitive film 2 by the reactive ion etching method, and when the photosensitive film contains metal atoms or ions or the like, it is not etched.

따라서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 감광막 중 노광시 구조가 변하지 않은 부분은 산소 플라스마와 반응하여 제거되지만, 규소와 산소가 반응하여 산화막(SiO₂)(6)을 형성하게 되는 감광된 표면층(3)은 식각되지 않는다. 이 때, 감광된 표면층(3)에 형성된 산화막(6)은 식각시 식각 장벽 역할을 하여 산화막(6) 아래 부분의 감광막이 손실없이 존재하도록 함으로써 미세 패턴을 형성할 수 있다.Thus, as shown in FIG. 1D, the portion of the photoresist that has not changed in structure upon exposure is removed by reaction with oxygen plasma, but the photosensitive surface layer where silicon and oxygen react to form an oxide film (SiO ₂ ) 6 ( 3) is not etched. At this time, the oxide film 6 formed on the photosensitive surface layer 3 serves as an etch barrier during etching, so that the photoresist film under the oxide film 6 is present without loss, thereby forming a fine pattern.

위와 같은 미세 패턴 형성 방법에서, 노광 단계시 도포된 감광막(2) 위에 레티클(reticle)을 위치한 후 노광하면 패턴의 가장자리에서 빛의 회절이 일어나 빛의 세기가 약해지고 가운데 부분의 빛의 세기는 높아진다. 따라서, 도 1b에서 볼 수 있는 바와 같이, 감광막의 노광된 부분의 가장자리(A)가 중심부(B)보다 얇게 형성되고 산화막(6) 또한 가장자리가 얇게 형성된다. 이러한 구조는 미세 패턴의 선폭(critical dimension) 조절을 매우 어렵게 하는 요인이 되고 있다.In the method of forming a fine pattern as described above, when the reticle is placed on the photoresist film 2 applied during the exposure step, the light is diffracted at the edge of the pattern, resulting in weak light intensity and high light intensity in the center portion. Thus, as can be seen in FIG. 1B, the edge A of the exposed portion of the photosensitive film is formed thinner than the central portion B, and the oxide film 6 is also formed thinner in the edge. Such a structure has become a very difficult factor in controlling the critical dimension of the fine pattern.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 선폭 조절이 용이하여 미세 패턴을 정확하게 형성할 수 있는 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a fine pattern forming method that can easily form a fine pattern by adjusting the line width.

도 1a 내지 도1d는 종래 기술에 따른 미세 패턴 형성 방법을 순서대로 도시한 단면도이고,1A to 1D are cross-sectional views sequentially illustrating a method for forming a fine pattern according to the prior art,

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 순서대로 도시한 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views sequentially illustrating a method for forming a fine pattern according to an embodiment of the present invention.

이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 감광막을 이중으로 형성한다.In order to achieve such a problem, in the present invention, a photosensitive film is doubled.

먼저, 감광제 성분 중에서 광반응 성분(photo active compound)이 제거된 레진을 도포하고 그 위에 실릴레이션용 감광막을 도포한다. 다음, 일반적인 방법으로 노광, 현상하면, 레진막은 반응하지 않고 상부의 감광막 패턴이 형성된다. 이를 다시 전면 노광하여 감광막 패턴 부분의 분자 구조를 변화시킨 다음, 규소가 포함된 기체 분위기에서 가열한 후 건식 식각하면 원하는 미세 패턴을 정확한 크기로 형성할 수 있다. 이 때, 감광막 도포시 레진을 보호하기 위해 레진을 도포한 후 고온에서 가열하여 경화시킬 수 있다. 또한, 레진막은 실릴레이션 공정에서 일반적으로 도포하는 1μm의 두께보다 1,000∼5000Å 정도 얇게 형성하며, 감광막의 두께는 1,500∼5,000Å 정도로 형성할 수 있다.First, a resin from which a photo active compound is removed from the photosensitive component is applied, and then a photosensitive film for silylation is applied thereon. Next, when exposed and developed by a general method, the resin film does not react and an upper photosensitive film pattern is formed. The entire surface is exposed again to change the molecular structure of the photoresist pattern portion, and then heated in a gas atmosphere containing silicon, followed by dry etching to form a desired fine pattern to an accurate size. At this time, in order to protect the resin when the photosensitive film is applied, it can be cured by heating at a high temperature after applying the resin. In addition, the resin film may be formed to be about 1,000 to 5000 mm thinner than the thickness of 1 μm, which is generally applied in the silylation process, and the thickness of the photosensitive film may be formed to about 1,500 to 5,000 mm thick.

위와 같은 미세 패턴 형성 방법은 종래의 방법보다 미세 패턴의 해상도 및 초점 여유도가 우수하며, 또한 선폭 조절이 용이하여 미세 패턴을 정확하게 형성할 수 있어 반도체 소자의 신뢰도 향상 및 수율 향상 등을 기대할 수 있다.The fine pattern forming method as described above has better resolution and focus margin of the fine pattern than the conventional method, and can easily form the fine pattern by easily adjusting the line width, thereby improving reliability and yield of the semiconductor device. .

그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다.Then, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 미세 패턴 형성 방법을 차례로 도시한 단면도이다.2A to 2E are cross-sectional views sequentially illustrating a method for forming a fine pattern according to an embodiment of the present invention.

도 2a 내지 도 2e를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 실릴레이션을 이용한 미세 패턴의 형성 방법에 대하여 설명한다.A method of forming a fine pattern using sililation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2E.

먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 박막층(10) 위에 감광제 성분 중에서 감반응 성분이 제거된 레진(11)을 도포하여 노광 단계시 빛과 반응하지 않도록 하며, 레진막(11)의 도포 두께는 실릴레이션 공정에서 일반적으로 도포하는 1μm 정도의 두께보다 1,000∼5,000Å 정도 얇게 형성한다. 다음, 도 2b에 도시한 바와 같이, 레진막(11) 위에 실릴레이션용 감광막(12)을 도포하는데, 이 때, 감광막에는 다량의 염료가 포함되어 있어 낮은 광 투과율을 가지며, 감광막의 두께가 얇을수록 해상 한계 및 초점 여유도가 향상되므로 감광막(12)의 두께는 1,500∼5,000Å 정도로 얇게 형성한다.First, as shown in FIG. 2A, the resin 11 having the photosensitive component removed from the photoresist component is applied on the thin film layer 10 so as not to react with light during the exposure step, and the coating thickness of the resin film 11 is In the silylation process, the thickness is generally about 1,000 to 5,000 mm2 than the thickness of about 1 μm. Next, as illustrated in FIG. 2B, a siliculation photosensitive film 12 is coated on the resin film 11, where a large amount of dye is included in the photosensitive film to have a low light transmittance and a thin film. As the recording resolution and focus margin are improved, the thickness of the photosensitive film 12 is formed to be as thin as about 1,500 to 5,000 mW.

한편, 감광막(12) 도포시 레진막(11)을 효과적으로 보호하기 위하여 감광막(12)을 도포하기 전, 레진막(11)을 고온에서 가열하여 경화시킨다. 이 때, 가열 온도는 약 90∼300℃, 좀 더 정확하게는 100∼150℃ 정도가 바람직하다.On the other hand, in order to effectively protect the resin film 11 when the photosensitive film 12 is applied, the resin film 11 is heated and cured at a high temperature before the photosensitive film 12 is applied. At this time, heating temperature is about 90-300 degreeC, More preferably, about 100-150 degreeC is preferable.

다음, 도 2c에 도시한 바와 같이, 감광막(12)을 노광한 후 현상하면, 빛과 반응하여 분자 구조가 변한 부분은 식각되고 감광막 패턴(13)이 형성된다. 이 때, 감광막(12)의 두께가 얇으므로 우수한 공정 마진으로 감광막 패턴(13)이 정확하게 형성될 수 있다. 다음, 다시 전면 노광하면 남아 있는 감광막 패턴 부분(13)이 노광되어 광 반응을 일으키고, 따라서, 고분자 구조가 끊어져 저분자 구조로 변화한다.Next, as illustrated in FIG. 2C, when the photosensitive film 12 is exposed and developed, a portion where the molecular structure is changed in response to light is etched to form a photosensitive film pattern 13. At this time, since the thickness of the photoresist film 12 is thin, the photoresist pattern 13 may be accurately formed with excellent process margin. Next, when the entire surface is exposed again, the remaining photoresist pattern portion 13 is exposed to cause a photoreaction, thus breaking the polymer structure and changing to a low molecular structure.

다음, 도 2d에 도시한 것처럼, 규소(Si)가 함유된 기체(14) 내에서 고온으로 가열하면, 노광되어 결합이 변화된 감광막 패턴 부분(13)에 규소가 치환되어 결합한다. 다음, 도 2e에 도시한 바와 같이, 산소 플라스마(15)를 이용한 반응성 이온 식각(reactive ion etching) 방법으로 건식 식각하여 현상한다. 이 때, 도 2f에 도시한 것처럼, 레진막(11) 중 감광막 패턴이 형성되지 않은 부분은 산소 플라스마(15)와 반응하여 식각되지만, 규소가 함유된 감광막 패턴(13)이 형성된 부분에서는 규소가 산소와 반응하여 산화막(SiO₂)(16)을 형성하게 되고 형성된 산화막(16)은 식각시 식각 장벽 역할을 하여 최종적으로 미세 패턴(17)을 형성한다.Next, as shown in FIG. 2D, when heated to a high temperature in the substrate 14 containing silicon (Si), silicon is substituted and bonded to the photosensitive film pattern portion 13 which is exposed and the bonding is changed. Next, as illustrated in FIG. 2E, dry etching is performed by reactive ion etching using an oxygen plasma 15. At this time, as shown in FIG. 2F, the portion of the resin film 11 in which the photoresist pattern is not formed is etched by reacting with the oxygen plasma 15, but the silicon is formed in the portion where the photoresist pattern 13 containing silicon is formed. The oxide layer (SiO ₂ ) 16 is formed by reaction with oxygen, and the oxide layer 16 serves as an etch barrier during etching to finally form the fine pattern 17.

한편, 감광막(12) 도포 전, 감광막의 접착도를 높이기 위하여 실시하는HMDS(hexamethyldisilane) 처리는 하지 않는 것이 바람직한데, HMDS에는 소량이지만 규소가 포함되어 있어 산소 플라스마(15)를 이용한 식각시 감광막 패턴(13) 이외의 부분에 산화막이 형성될 수 있기 때문이다.On the other hand, before applying the photoresist film 12, it is preferable not to perform the hexamethyldisilane (HMDS) treatment to increase the adhesion of the photoresist film. This is because an oxide film may be formed in portions other than (13).

위에서 언급한 바와 같이, 감광제 성분 중에서 광반응 성분을 제거한 하부 레진막 위에 광 투과율이 매우 낮은 상부 감광막을 얇게 도포한 후, 상부 감광막을 이용하여 감광막 패턴을 형성함으로써, 미세 패턴의 해상도 및 초점 여유도를 향상시킬 수 있으며, 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 최종적인 미세 패턴을 형성함으로써, 선폭의 조절이 용이하여 미세 패턴을 정확하게 형성할 수 있으므로, 결과적으로, 반도체 소자의 신뢰도 및 수율을 향상시킬 수 있다.As mentioned above, by applying a thin layer of the upper photoresist film having a very low light transmittance on the lower resin film from which the photoreactive component is removed from the photoresist component, and forming a photoresist pattern using the upper photoresist film, the resolution and focus margin of the fine pattern By using the photoresist pattern as a mask to form a final fine pattern, it is possible to easily adjust the line width to form a fine pattern accurately, as a result, it is possible to improve the reliability and yield of the semiconductor device .

Claims

Applying a resin film on the thin film layer,

Applying a photoresist film for silylation on the resin film;

Exposing and developing the photoresist to form a photoresist pattern;

Exposing the resin film and the photoresist pattern on the entire surface;

Heating in a gas containing silicon,

Developing Resin Film

Fine pattern formation method using a silicide comprising a.

In claim 1,

The resin film is a fine pattern forming method in which the photoreactive component is removed.

In claim 2,

The resin film is a fine pattern forming method to form a thickness of about 1,000 ~ 5,000mm thinner than 1μm.

In claim 3,

The photosensitive film is a fine pattern forming method comprising a dye.

In claim 4,

The photosensitive film is a fine pattern forming method for forming a thickness of about 1,500 ~ 5,000Å.

In claim 5,

The method of forming a fine pattern further comprises the step of curing by heating to a high temperature after applying the resin film.

In claim 6,

The said heating temperature is 100-150 degreeC fine pattern formation method.

In claim 7,

The method of forming a fine pattern is not subjected to the HMDS treatment before the photosensitive film coating.

In claim 8,

The resin film is developed using a reactive ion etching method fine pattern formation method.