KR20010113735A - 1 미크론 이하의 폭을 갖는 금속 라인을 형성하기에적절한 패턴의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 리프트-오프 공정에 사용하기 위한 기재상에 패턴을 제공하는 방법으로,
1) 기재를 액체 포지티브 포토레지스트층으로 코팅하는 단계,
2) 코팅된 기재를 연성 소성 처리하는 단계,
3) 기재를 알킬렌 글리콜 알킬 에테르 약 0.005∼0.05 부피%를 함유하는 수성 알칼리 현상제와 접촉시키는 단계,
4) 기재에 패턴을 포함하는 마스크를 배치하는 단계,
5) 마스크를 통해 기재를 노광시키는 단계,
6) 기재를 후-노광 소성 처리하는 단계,
7) 임의로, 기재를 범람 노광시키는 단계,
8) 기재를 수성 알칼리성 현상제로 현상시키는 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 알킬렌 글리콜 알킬 에테르 약 0.005 부피%∼약 0.5 부피%를 함유하는 수산화암모늄 용액의 신규한 현상제 및, 이러한 신규한 현상제 용액의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

1 미크론 이하의 폭을 갖는 금속 라인을 형성하기에 적절한 패턴의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A PATTERN SUITABLE FOR FORMING SUB-MICRON WIDTH METAL LINES}
집적 회로의 제조에 있어서 금속 패턴 형성은 핵심 공정에 해당한다. 수년 동안 2 가지의 에칭법이 사용되어 왔다. 우선 첫번째로 개발되었던 것은 습식 에칭법이다. 그후에 건식 에칭법이 개발되었다. 집적 회로의 성능을 향상시키는데 있어서의 금속의 역활에 대한 지식이 증가됨에 따라 더 많은 금속 소재가 집적 회로의 제조에 응용 및 사용되고 있다. 리프트-오프 기법은 수년전에 제안된 것으로서, 이는 습식 및 건식 에칭 모두의 고유한 단점을 제거하였다. 이러한 리프트-오프 공정은 금속, 포토레지스트 및 기재 사이의 에칭 선택도를 최적화시켜야 하는 필요성을 배제시켰다. 또한, 이러한 공정은 기재의 표면상의 반사성 토포그래피에 패턴을 형성하는 것과 관련하여 많은 난점들을 배제시켰다. 금속 중에서도, 금속 합금 또는 금속 조성물을 포토레지스트 필름에 부착시킬 수 있다. 그러므로, 금속은 에칭 선택도를 기준으로 선택되는 것이 아니라, 이들의 전자이동(electromigration) 또는 기타의 성능 고려사항을 기준으로 하여 선택될 수 있다. 또한, 전도체 사이의 장에 잔존하는 규소 잔류물, 측면 에칭으로 인한 전도체 폭 감소 및 습식 에칭에서의 이웃하는 전도체 사이에서의 공간 증가와 같은 기타의 단점들이 배제되었다. 리프트-오프 공정에서는 네가티브 슬로프를 갖는 측벽의 형성이 중요한 단계가 된다.
리프트-오프 공정은 포토레지스트와 마스크를 사용하는 통상의 공정과는 반대의 것으로서, 소정의 금속화 영역이 보호되고, 나머지 부위는 노광되어 에칭에 의해 제거된다. 이러한 리프트-오프 공정에서, 금속화를 원하는 부위를 제외한 모든 부위에서 포토레지스트의 박막으로 기재를 덮는다. 그후, 금속을 부착시키고, 포토레지스트의 상부에서 그리고 포토레지스트에 의해 보호되지 않은 부위에서 기재면과 접촉되도록 금속층으로 전체 기재를 덮는다. 그후, 포토레지스트를 제거하고, 원치 않는 금속층을 기재로부터 들어올려 제거한다. 그리하여 기재면에는 희망하는 금속 패턴만이 잔존하게 된다.
기재상에 금속 라인의 패턴을 형성하기 위한 리프트-오프 공정은, 이러한 공정 단계가 사용되는 소재 또는 공정에 적절하지 않거나 또는 비상용성을 갖는 경우 화학적 또는 플라즈마 에칭을 사용할 필요를 배제시키거나 또는 이를 최소로 한다. 비소화갈륨(GaAs) 기재의 처리에서, 통상의 금속화 공정은 금속 접촉 및 전송 라인을 형성하기 위해 금속 복합재를 사용하여야만 한다. 이러한 공정에 사용되는 통상의 금속의 예로는 알루미늄, 금, 니켈, 크롬, 백금, 탄탈륨 및 티탄 등이 있다. 필요한 구조로는 이들 금속의 2 또는 3 개의 금속층, 종종 조합형으로도 사용될 수 있다. 이러한 금속을 화학적으로 에칭시키는 것은 매우 강하고 유독한 화학물질을 사용하게 되는데, 이러한 물질은 GaAs 기재를 침식시킬 수 있고 생성되는 마이크로전자 장치의 성능을 저하시킬 수 있다.
밀집된 라인 폭 제어를 필요로 하는 경우에는 리프트-오프 공정이 종종 사용된다. 습식 화학 에칭은 통상적으로 본래 등방성을 갖는다. 처리와 관련된 일탈로 인하여, 금속막은 종종 기재에서 부착된 층의 두께가 변화되기도 한다. 이러한 막 두께의 변화는 완전 에칭이 수행되도록 하는 장시간 동안 에칭시키고자 하는 기재(예, 웨이퍼)를 필요로 한다. 그리하여, 등방성 화학 에칭이 포토레지스트 마스크의 아래에서 수행될 때 라인의 폭이 감소된다. 이의 가장 최악의 경우는 막 두께가 최소가 되는 경우이다. 그러나, 이러한 리프트-오프 공정은 포토레지스트의 제어에 의해 가장 크게 좌우된다. 그러므로, 일정한 라인 폭은 금속층의 두께 변화 또는 에칭 공정의 변화와는 무관하게 유지된다.
포지티브 포토레지스트 조성물을 사용하는 종래 기술에 기재된 통상의 리프트-오프 공정은 1) 적절한 기재상에서의 포토레지스트의 단일층의 코팅, 2) 기재면에 포토레지스트를 접착시키기 위한 코팅된 기재의 열 처리, 3) 클로로벤젠과 같은 방향족 용제의 조 내에서의 열 처리된 기재의 침지, 4) 코팅된 기재의 재열처리, 5) 소정 패턴의 형상으로 화학선에 포토레지스트를 노광, 6) 미노광 부분을 제거하기 위한 노광된 포토레지스트층의 현상후, 포토레지스트층에서의 소정 패턴의 형성, 7) 패턴이 형성된 포토레지스트층과 노광된 기재면상에서의 금속층의 부착, 8) 기재면상의 부착된 금속 패턴을 남기면서, 포토레지스트층상에 부착된 금속층과 포토레지스트층을 제거하기 위한 용제의 조에서의 기재의 침지를 포함한다.
미국 특허 제4,814,258호에는 PMGI 평탄화층에 이웃한 포토레지스트층 및 GaAs 기재면에 병렬배치된 폴리디메틸 글루타르이미드(PMGI)의 평탄화층을 포함하는 GaAs 기재를 사용하는 금속 리프트-오프 공정에 관한 것이다. 이 방법은 1) 용제를 사용하여 PMGI 평탄화층과 포토레지스트층을 침지시킴으로써 포토레지스트층의 용해도를 감소시키고, PMGI 평탄화층의 용해도를 증가시키고, 2) PMGI 평탄화층을 현상시킴으로써 평탄화층과 포토레지스트층 사이의 언더컷 프로파일을 형성하는 것을 포함한다. 종래 기술의 바람직한 구체예에서, 현상은 PMGI 평탄화층과 관련한 포지티브 마스크 특성을 갖는 포토레지스트층과의 공칭광에 기재를 범람(flood) 노광시킴으로써 수행하였다.
본 발명은 적절한 기재상에 패턴이 형성된 금속층을 형성하는 단일 포토레지스트층 리프트-오프(lift-off) 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 포토레지스트 프로파일의 측벽에서의 네가티브 슬로프 및 우수한 포토레지스트 프로파일 오버행(overhang)을 갖는 패턴 형성된 포토레지스트층을 생성하며, 여기서 양자는 제조 시간을 단축함으로써 생산율을 증대시킨다.
본 발명은 비소화갈륨 또는 실리콘 웨이퍼와 같은 적절한 기재상에서 금속 패턴을 생성하기 위한 단일 레벨의 금속 리프트-오프 공정에 사용하기 위한 적절한 기재상에 패턴을 제공하는 개선된 방법에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 방법은
1) 적절한 기재를 액체 포지티브 포토레지스트층으로 코팅하는 단계,
2) 포토레지스트층으로부터 포토레지스트 용제를 실질적으로 제거하기 위해 단계 1로부터의 코팅된 기재를 연성 소성 처리하는 단계,
3) 단계 2로부터의 연성 소성 처리된 코팅 기재상의 포토레지스트층을, 수성알칼리성 현상제, 바람직하게는 수산화암모늄 현상제, 더욱 바람직하게는 수산화테트라메틸암모늄(TMAH) 현상제, 가장 바람직하게는 C1-C4알킬렌 글리콜 알킬 에테르, 바람직하게는 프로필렌 글리콜 알킬 에테르, 예컨대 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 약 0.005∼0.5 부피%를 함유하는 수산화테트라메틸암모늄 현상제와 접촉시키는 단계,
4) 단계 3으로부터의 연성 소성 처리된 코팅 기재상의 포토레지스트층에 패턴을 포함하는 마스크를 배치하는 단계,
5) 단계 4에서 얻은 마스크를 통해 단계 3으로부터 얻은 연성 소성 처리된 코팅 기재상에 i-라인과 같은 화학선에 포토레지스트층의 일부를 노광시키는 단계,
6) 단계 5로부터의 연성 소성 처리된 코팅 기재상에 포토레지스트층을 후-노광 소성 처리하는 단계,
7) 임의로, 단계 6으로부터의 연성 소성 처리된 코팅 기재상의 포토레지스트층을 화학선, 예컨대 광역 조사에 범람 노광시키는 단계,
8) 단계 6 또는 단계 7로부터의 코팅된 기재상의 포토레지스트층을 수성 알칼리성 현상제, 예컨대 수산화암모늄, 바람직하게는 수산화테트라메틸암모늄 현상제로 현상시키는 단계를 포함한다.
단계 1에서, 포지티브 포토레지스트는 비소화갈륨 또는 실리콘 웨이퍼와 같은 회전 기재상에 부착되는 것이 바람직하다. 회전 속도는 바람직하게는 약 1,000 rpm∼약 6,000 rpm, 더욱 바람직하게는 약 2,000 rpm∼약 5,000 rpm이다. 단계 2의 연성 소성은 가능한한 저온에서, 바람직하게는 약 45℃∼약 75℃, 더욱 바람직하게는 약 50℃∼약 60℃, 가장 바람직하게는 약 55℃∼약 60℃에서, 약 60 초∼약 180 초, 바람직하게는 약 60 초∼약 120 초에서 수행한다.
본 발명의 방법은 포토레지스트 측벽의 상부에서 실질적으로 네가티브 슬로프를 갖는 측벽을 포함하는 프로파일을 제공하며, 이는 측벽상에 부착된 금속이 실질적으로 없는 금속 부착 공정이 가능케 된다. 이로써, 제거하고자 하는 금속과 잔존시키고자 하는 금속 사이의 뚜렷한 불연속이 존재하게 되며, 그리고 기재상에 전도성 금속 패턴을 제공하게 된다. 또한, 이는 유연한 금속 프로파일이 가장 바람직한 것 이외에도 초과의 금속 부착물을 제거하게 된다.
또한, 본 발명은 현상제 용액이 C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르, 바람직하게는 프로필렌 글리콜 알킬 에테르, 예를 들면 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 약 0.005 부피%∼약 0.5 부피%를 함유하는 물중의 수산화암모늄, 바람직하게는 수산화테트라메틸암모늄의 개선된 수성 현상제 용액 및, 이러한 현상제의 제조 방법도 제공하게 된다. 이러한 방법은
1) 물중의 바람직하게는 약 0.20∼약 0.30 N의 수성 알칼리성 화합물, 바람직하게는 수산화암모늄, 가장 바람직하게는 수산화테트라메틸암모늄의 현상제 용액을 제공하는 단계,
2) 약 0.005 부피%∼약 0.5 부피%의 C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르를 함유하는 현상제 용액을 제공하기에 충분량으로 C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르와 상기 단계 1로부터의 현상제 용액을 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명은 하기의 실시예에 의해 예시된다.
실시예 1
물 중의 수산화테트라메틸암모늄의 현상제 수용액 995 ㎖ (클래리언트 코포레이션에서 시판하는 0.261 N의 등록상표 AZ 300 MIF 현상제)를 제공하였다. 또한, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르(PGME) 5 ㎖를 제공하였다. PGME를 300 MIF 현상제와 혼합하였다. 생성된 현상제 용액은 PGME 0.5 부피%를 포함한다.
실시예 2
실시예 1에서 생성된 현상제 용액 1 부피를 등록상표 0.261 N 등록상표 AZ 300 MIF 현상제 9 부피%와 혼합하였다. 생성된 현상제 용액은 PGME 0.05 부피%를 함유하였다.
실시예 3
실시예 2에서 생성된 현상제 용액 1 부피를 등록상표 0.261 N AZ 300 MIF 현상제 9 부피%와 혼합하였다. 생성된 현상제 용액은 PGME 0.005 부피%를 함유하였다.
실시예 4
4 인치 헥사메틸디실라잔(HMDS) 프라이밍 처리된 비소화갈륨 웨이퍼를 3500 rpm에서, 등록상표 AZ 7908 액체 포토레지스트 (클래리언트 코포레이션 시판)로 0.90 ㎛의 막 두께로 코팅시켰다. 코팅된 웨이퍼를 90℃에서 60 초간 핫 플레이트에서 연성 소성 처리하였다. 연성 소성 처리된 웨이퍼를 2 분간 실시예 1의 절차(침지 단계)에 의해 생성된 현상제 내에서 침지하였다. 그후 코팅된 웨이퍼를 해상도 테스트 십자선을 사용하여 300 mJ/㎠ 조사량으로 0.54 NA i-라인 스텝퍼상에서 노광시켰다. 노광 처리된 웨이퍼를 145℃에서 45 초간 핫 플레이트상에서 후-노광 소성 처리(PEBed)하였다. 웨이퍼를 2 분간 등록상표 AZ 300 MIF 현상제 용액내에 침지시키고, 이를 탈이온수(DI)로 세정하고 건조시켰다. 공칭 0.5 ㎛ 이격 공간의 주사 전자 현미경 사진(SEM)을 사용하여 관찰한 결과, 프로파일의 각 측벽상에서 0.16 ㎛의 오버행이 존재하는 것으로 밝혀졌다.
실시예 5
4 인치의 헥사메틸디실라잔(HMDS) 프라이밍 처리된 비소화갈륨 웨이퍼를 3500 rpm에서 등록상표 AZ 7908 액체 포토레지스트(클래리언트 코포레이션에서 시판)를 사용하여 0.90 ㎛의 막 두께로 코팅하였다. 코팅된 웨이퍼를 90℃에서 60 초간 핫 플레이트에서 연성 소성 처리하였다. 연성 소성 처리된 웨이퍼를 2 분간 실시예 3의 절차에 의해 생성된 현상제 내에서 침지하였다. 그후 코팅된 웨이퍼를 해상도 테스트 십자선을 사용하여 340 mJ/㎠ 조사량으로 0.54 NA i-라인 스텝퍼상에서 노광시켰다. 노광 처리된 웨이퍼를 145℃에서 45 초간 후-노광 소성 처리(PEBed)하였다. PEBed 웨이퍼를 80 mJ 조사량에서 Perkin ElmerTMAligner (이는 365∼436 ㎚ 파장의 광역 조사를 생성함)를 사용하여 범람 노광 처리하였다. 웨이퍼를 1 분간 등록상표 AZ 300 MIF 현상제 용액내에서 침지시키고, 이를 탈이온수(DI)로 세정하고 건조시켰다. 공칭 0.5 ㎛ 이격 공간의 주사 전자 현미경 사진(SEM)을 사용하여 관찰한 결과, 프로파일의 각 측벽상에서 0.25 ㎛의 오버행이존재하는 것으로 밝혀졌다.
실시예 6
4 인치의 헥사메틸디실라잔(HMDS) 프라이밍 처리된 비소화갈륨 웨이퍼를 3500 rpm에서 등록상표 AZ 7908 액체 포토레지스트(클래리언트 코포레이션에서 시판)를 사용하여 0.90 ㎛의 막 두께로 코팅하였다. 코팅된 웨이퍼를 90℃에서 60 초간 핫 플레이트에서 연성 소성 처리하였다. 연성 소성 처리된 웨이퍼를 2 분간 실시예 1의 절차에 의해 생성된 현상제 내에서 침지하였다. 그후 코팅된 웨이퍼를 해상도 테스트 십자선을 사용하여 300 mJ/㎠ 조사량으로 0.54 NA i-라인 스텝퍼상에서 노광시켰다. 노광 처리된 웨이퍼를 145℃에서 45 초간 후-노광 소성(PEB) 처리하였다. 웨이퍼를 2 분간 등록상표 AZ 300 MIF 현상제 용액내에서 침지시키고, 이를 탈이온수(DI)로 세정하고 건조시켰다. 공칭 0.5 ㎛ 이격 공간의 주사 전자 현미경 사진(SEM)을 사용하여 관찰한 결과, 프로파일의 각 측벽상에서 0.09 ㎛의 오버행이 존재하는 것으로 밝혀졌다.
비교예 7
침지 단계 또는 범람 노광 단계를 생략하고, 실시예 4의 절차를 반복하였다. 공칭 0.5 ㎛ 이격 공간의 주사 전자 현미경 사진(SEM)을 사용하여 관찰한 결과, 프로파일의 각 측벽상에서 오버행이 존재하지 않는 것으로 밝혀졌다.

Claims (15)

  1. 하기 1)∼8)의 단계를 포함하는, 적절한 기재상에서 1 미크론 이하의 폭을 갖는 금속 라인을 형성하기에 적절한 적절한 기재상에 패턴을 생성하는 방법으로,
    1) 기재를 액체 포지티브 포토레지스트층으로 코팅하는 단계,
    2) 포토레지스트층으로부터 포토레지스트 용제를 실질적으로 제거하기 위해 단계 1로부터의 코팅된 기재를 연성 소성 처리하는 단계,
    3) 단계 2로부터의 연성 소성 처리된 코팅 기재상의 포토레지스트층을, C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르 약 0.005∼0.5 부피%를 함유하는 수성 알칼리성 현상제와 접촉시키는 단계,
    4) 단계 3으로부터의 연성 소성 처리된 코팅 기재상의 포토레지스트층에 패턴을 포함하는 마스크를 배치하는 단계,
    5) 단계 4에서 얻은 마스크를 통해 단계 3으로부터 얻은 연성 소성 처리된 코팅 기재상에서 화학선에 포토레지스트층의 일부를 노광시키는 단계,
    6) 단계 5로부터의 연성 소성 처리된 코팅 기재상에 포토레지스트층을 후-노광 소성 처리하는 단계,
    7) 임의로, 단계 6으로부터의 연성 소성 처리된 코팅 기재상의 포토레지스트층을 화학선 조사로 범람 노광시키는 단계,
    8) 단계 6 또는 단계 7로부터의 코팅된 기재상의 포토레지스트층을 수성 알칼리성 현상제로 현상시키는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 단계 3)에서, 수성 알칼리성 현상제는 수산화암모늄 현상제인 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 단계 3)에서, 수성 알칼리성 현상제는 수산화테트라메틸암모늄 현상제인 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 단계 3)에서, C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르는 프로필렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르인 것인 방법.
  5. 제1항에 있어서, 단계 3)에서, C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르인 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 단계 8)에서, 수성 알칼리성 현상제는 수산화암모늄인 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 단계 8)에서, 수성 알칼리성 현상제는 수산화테트라메틸암모늄인 것인 방법.
  8. 물중의 수산화암모늄 용액을 포함하고, 이 용액은 또한 C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르 약 0.005 부피%∼약 0.5 부피%를 함유하는 것인 수성 알칼리성 현상제.
  9. 제8항에 있어서, C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르는 프로필렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르인 것인 수성 알칼리성 현상제.
  10. 제8항에 있어서, C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르인 것인 수성 알칼리성 현상제.
  11. 제8항에 있어서, 약 0.20∼약 0.30의 노르말 농도를 갖는 것인 수성 알칼리성 현상제.
  12. a) 물중의 수성 알칼리성 화합물의 용액을 제공하는 단계,
    b) 약 0.005 부피%∼약 0.5 부피%의 C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르를 함유하는 현상제 용액을 제공하기에 충분량으로 C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르와 상기 단계 a로부터의 용액을 혼합하는 단계를 포함하는 수성 알칼리성 현상제 용액의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르는 프로필렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르인 것인 방법.
  14. 제12항에 있어서, C1-C4알킬렌 글리콜 C1-C4알킬 에테르는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르인 것인 방법.
  15. 제12항에 있어서, 생성된 수성 알칼리성 현상제는 약 0.20∼약 0.30의 노르말 농도를 갖는 것인 방법.
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