KR20050059794A - 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 초미세 콘택홀 형성방법은, 반도체 기판 상의 절연막 상에 콘택 형성을 한정하는 제1크기의 마스크 패턴을 구비한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴 및 절연막 상에 RELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) 물질막을 도포하는 단계; 상기 RELACS 물질막이 도포된 결과물을 베이크하여 상기 포토레지스트 패턴내 에시드(Acid)의 촉매 작용을 통해 상기 마스크 패턴 측벽에 가교 결합층을 형성하는 단계; 상기 가교 결합되지 않은 RELACS 물질막을 제거하는 단계; 상기 가교 결합층을 포함한 포토레지스트 패턴을 이용해서 절연막을 식각하여 제1크기 보다 작은 제2크기의 제1콘택홀을 형성하는 단계; 상기 가교 결합층을 포함한 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 기판 결과물을 고농도 오존(Highly Concentrated Ozone) 가스에 노출시켜 상기 제1콘택홀 표면에 산화막을 추가 형성시키는 것에 의해 최종적으로 제2크기 보다 작은 제3크기의 제2콘택홀을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히, RELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) 및 고농도 오존(Highly Concentrated Ozone) 노출에 의한 산화 기술을 이용한 초미세 콘택홀 형성방법에 관한 것이다.
반도체 소자를 제조함에 있어서, 콘택홀을 포함한 각종 패턴들은 포토리소그라피(Photolithography) 공정을 통해 형성하고 있다. 이러한 포토리소그라피 공정은, 알려진 바 대로, 식각대상층 상에 포토레지스트를 도포하는 도포(coating) 공정과, 도포된 포토레지스트의 소정 부분에 광을 조사하는 노광(exposure) 공정 및 노광되거나 노광되지 않은 포토레지스트 부분을 제거하는 현상(develop) 공정으로 구성되며, 최종적으로 얻어진 포토레지스트 패턴을 이용해서 피식각층을 식각함으로써 소망하는 패턴을 형성하게 된다.
여기서, 포토리소그라피 공정으로 구현 가능한 패턴의 임계 치수(Critical Demension : 이하, CD)는 상기한 노광 공정에서 어떤 파장의 광원을 사용하느냐에 따라 좌우된다. 이것은 노광 공정을 통해 구현할 수 있는 포토레지스트 패턴의 선폭에 따라 실제 패턴의 CD가 결정되기 때문이다.
예컨데, 기존에는 248㎚ 파장의 KrF 광원 및 이를 적용한 공정 기술들이 이용었으나, 현재는 193㎚ 파장의 ArF 광원 및 이를 이용한 공정 기술들을 이용하는 쪽으로 이동되고 있다. 이것은 248㎚ 대역의 KrF 광원으로 구현 가능한 최소 CD는 0.15㎛ 정도였으나, 현재의 반도체 제조 공정에서는 0.13㎛ 이하 CD의 패턴을 요구하고 있고, 상기한 193㎚ 파장의 ArF 광원으로는 0.13㎛ 이하 CD의 패턴 구현이 가능하기 때문이다.
이러한 관점에서, 현재 보편적으로 사용되고 있는 248㎚ 파장의 KrF 광원을 이용해서는 0.12㎛ 크기의 미세 패턴, 즉, 콘택홀을 형성함에 어려움이 있다.
한편, ArF 광원이나 X-ray 장비 등을 이용하면 0.12㎛ 크기의 콘택홀 형성을 위한 미세 콘택 마스크는 용이하게 형성할 수 있겠으나, 현재로서는 상기 ArF 광원을 이용한 패턴 형성 공정이 완전히 세트-업(set-up)된 상태가 아니므로, 그 이용에는 어려움이 있다.
또한, 종래에는 미세 패턴 형성을 위해 포토레지스트의 플로우(Flow) 특성을 이용하기도 하는데, 이 방법은 0.12㎛ 이하 크기의 패턴 형성에는 실질적으로 그 적용이 어렵고, 특히, 보윙(Bowing) 현상으로 인해 원하는 프로파일(profile)을 얻기 힘드므로, CD 균일도 확보에 어려움을 갖는다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 현 노광장비를 이용하면서도 매우 용이하게 0.12㎛ 이하 크기의 미세 패턴을 형성할 수 있는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 반도체 기판 상의 절연막 상에 콘택 형성을 한정하는 제1크기의 마스크 패턴을 구비한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴 및 절연막 상에 RELACS 물질막을 도포하는 단계; 상기 RELACS 물질막이 도포된 결과물을 베이크(bake)하여 상기 포토레지스트 패턴내 에시드(Acid)의 촉매 작용을 통해 상기 마스크 패턴 측벽에 가교 결합층을 형성하는 단계; 상기 가교 결합되지 않은 RELACS 물질막을 제거하는 단계; 상기 가교 결합층을 포함한 포토레지스트 패턴을 이용해서 절연막을 식각하여 제1크기 보다 작은 제2크기의 제1콘택홀을 형성하는 단계; 상기 가교 결합층을 포함한 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 기판 결과물을 고농도 오존 가스에 노출시켜 상기 제1콘택홀 표면에 산화막을 추가 형성시키는 것에 의해 최종적으로 제2크기 보다 작은 제3크기의 제2콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법을 제공한다.
여기서, 상기 RELACS 물질은 물-가용성 폴리머(wter-soluble polymer)와 가교제(Cross Linker)로 구성되며, 상기 가교제로서는 메틸 에테르(Methyl Ether) 또는 에틸 에테르(Methyl Ether)와 같은 멀티-펑션 에테르(Multi-Function Ether), 또는, 알킬 클로로(Chloro) 컴파운드, 알킬 브로모(Bromo) 컴파운드 또는 알킬 로도(lodo) 컴파운드와 같은 멀티-펑션 알킬 할로 컴파운드(Multi-Function Alkyl Halo Compond) 등이 이용된다.
상기 RELACS 물질막이 도포된 결과물을 베이크는 110∼130℃에서 20∼70초간 수행하며, 상기 베이크의 결과로 형성된 상기 가교 결합층은 상기 베이크 온도 또는 시간으로 그 두께를 조절한다.
상기 가교 결합되지 않은 RELACS 물질막의 제거는 물과 미소량의 첨가제로 구성된 현상제를 이용하여 20∼25℃에서 50∼100초 동안 수행한다.
상기 제1콘택홀 측벽에의 산화막 추가 형성은 연속 플로우 조건(Continuous Flow Condition)하의 대기압에서 오존 가스의 농도를 20∼30vol%으로 하고, 오존 가스의 플로우 속도(flow rate)를 200∼400sccm으로 하며, 공정 챔버의 온도를 30∼400℃로 하고, 오존 가스에의 노출 시간인 산화 시간을 20∼30분으로 하여 수행한다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법을 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1) 상의 절연막(2) 상에, 예컨데, 현재 반도체 제조 공정에서 주로 사용되고 있는 KrF 광원에 반응하는 포토레지스트를 도포한다. 그런다음, 상기 포토레지스트를 KrF 광원을 이용하여 노광한 후, 노광된 포토레지스트 부분을 제거하여 콘택홀 형성을 위한 포토레지스트 패턴(3), 즉, 콘택 형성 영역을 한정하는 제1크기(d1)의 마스크 패턴을 구비한 포토레지스트 패턴을 형성한다.
도 1b를 참조하면, 제1크기(d1)의 마스크 패턴을 갖는 포토레지스트 패턴(3)을 포함한 절연막(2) 상에 RELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) 물질막(4)을 스핀 도포한다. 여기서, 상기 RELACS 물질막(4)은 물-가용성 폴리머(wter-soluble polymer)와 가교제(Cross Linker)로 구성된 물질로서, 상기 가교제로서는 메틸 에테르(Methyl Ether) 또는 에틸 에테르(Methyl Ether)와 같은 멀티-펑션 에테르(Multi-Function Ether), 또는, 알킬 클로로 (Chloro) 컴파운드, 알킬 브로모(Bromo) 컴파운드 또는 알킬 로도(lodo) 컴파운드와 같은 멀티-펑션 알킬 할로 컴파운드(Multi-Function Alkyl Halo Compond) 등이 이용 가능하다.
도 1c를 참조하면, RELACS 물질막(4)이 도포된 기판 결과물을 110∼130℃, 바람직하게 120℃에서 20∼70초간 믹싱 베이크(Mixing bake)한다. 이때, 포토레지스트 패턴(3) 내에 남아 있는 에시드(Acid)가 촉매(catalzer)로 작용함으로써 상기 RELACS 물질이 포토레지스트 패턴(3)에 가교 결합(cross linking)되며, 이에 따라, 상기 포토레지스트 패턴(3)의 표면에 RELACS 물질의 가교 결합층(4a)이 형성된다.
여기서, 상기 RELACS 물질의 가교 결합층(4a)은 믹싱 베이크시의 온도 및 시간에 따라 크 폭의 조절이 가능하다.
도 1d를 참조하면, RELACS 물질의 가교 결합층(4a)을 제외한 나머지 RELACS 물질막을 제거하고, 이를 통해, 포토레지스트 패턴(3)에서의 마스크 패턴을 제1크기 보다 작은 제2크기(d2)로 축소시킨다. 여기서, 상기 가교 결합되지 않은 RELACS 물질막의 제거는 물과 미소량의 첨가제로 구성된 현상제(developer : AZ R2)를 이용해서 20∼25℃, 바람직하게 23℃에서 50∼100초 동안 수행한다.
도 1e를 참조하면, 제2크기(d2)의 콘택홀 형성용 마스크 패턴을 갖는 포토레지스트 패턴을 식각장벽으로 이용해서 그 아래의 절연막(2)을 식각하고, 이를 통해, 상기 포토레지스트 패턴에서와 동일하게 제2크기(d2)를 갖는 콘택홀(5)을 형성한다. 그런다음, 상기 식각장벽으로 이용된 RELACS 물질의 가교 결합층을 포함한 포토레지스트 패턴을 제거한다.
도 1f를 참조하면, 상기 기판 결과물을 연속 플로우 조건(Continuous Flow Condition)하의 대기압에서 고농도 오존(Highly Concentrated Ozone) 가스에 노출시킨다. 이때, 오존 가스의 농도는 20∼30vol% 정도로 하며, 공정 챔버의 온도는 30∼400℃로 하고, 오존 가스의 플로우 속도(flow rate)는 200∼400sccm으로 하며, 그리고, 오존 가스에의 노출 시간, 즉, 산화 시간은 20∼30분 정도로 한다.
이 경우, 고농도 오존 가스에 의한 산화로 인해 콘택홀 표면에 산화막(6)이 추가로 형성되며, 이에 따라, 콘택홀(5)은 제2크기 보다 더 작은 제3크기(d3), 예컨데, 0.10㎛의 초미세 크기로 축소된다.
결과적으로, 본 발명은 통상의 포토리소그라피 기술을 이용해서 콘택 마스크를 형성한 후, RELACS 기술 및 고농도 오존 가스를 이용한 추가 산화를 적용함으로써 0.10㎛ 정도의 초미세 콘택홀을 용이하면서도 재현성있게 형성할 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 통상의 포토리소그라피 공정으로 콘택 마스크를 형성한 후, RELACS 기술을 이용해서 콘택홀 크기를 1차로 축소시키고, 이후, 고농도 오존 가스를 이용한 추가 산화를 통해 상기 콘택홀 크기를 2차로 축소시킴으로써, 최종적으로 초미세 크기의 콘택홀을 형성할 수 있다.
따라서, 본 발명은 현 노광 기술을 이용하면서도 해상도 이상의 초미세 콘택홀을 형성할 수 있는 바, 그래서, 고집적 반도체 소자의 제조에 매우 유리하게 적용할 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명의 특정 실시예에 대하여 설명하고 도시하였지만, 당업자에 의하여 이에 대한 수정과 변형을 할 수 있다. 따라서, 이하, 특허청구의 범위는 본 발명의 진정한 사상과 범위에 속하는 한 모든 수정과 변형을 포함하는 것으로 이해할 수 있다.
도 1a 내지 도 1f는 본 발명에 따른 초미세 콘택홀 형성방법을 설명하기 위한 공정별 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 반도체 기판 2 : 절연막
3 : 포토레지스트 패턴 4 : RELACS 물질막
4a : 가교 결합층 5 : 콘택홀
6 : 산화막
Claims (9)
- 반도체 기판 상의 절연막 상에 콘택 형성을 한정하는 제1크기의 마스크 패턴을 구비한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴 및 절연막 상에 RELACS 물질막을 도포하는 단계;상기 RELACS 물질막이 도포된 결과물을 베이크(bake)하여 상기 포토레지스트 패턴내 에시드(Acid)의 촉매 작용을 통해 상기 마스크 패턴 측벽에 가교 결합층을 형성하는 단계;상기 가교 결합되지 않은 RELACS 물질막을 제거하는 단계;상기 가교 결합층을 포함한 포토레지스트 패턴을 이용해서 절연막을 식각하여 제1크기 보다 작은 제2크기의 제1콘택홀을 형성하는 단계;상기 가교 결합층을 포함한 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계; 및상기 기판 결과물을 고농도 오존(Highly Concentrated Ozone) 가스에 노출시켜 상기 제1콘택홀 표면에 산화막을 추가 형성시키는 것에 의해 최종적으로 제2크기 보다 작은 제3크기의 제2콘택홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 RELACS 물질은물-가용성 폴리머(wter-soluble polymer)와 가교제(Cross Linker)로 구성된 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 가교제는 멀티-펑션 에테르(Multi-Function Ether) 또는 멀티-펑션 알킬 할로 컴파운드(Multi-Function Alkyl Halo Compond)인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 멀티-펑션 에테르는 메틸 에테르(Methyl Ether) 또는 에틸 에테르(Methyl Ether)인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법.
- 제 3 항에 있어서, 상기 멀티-펑션 알킬 할로 컴파운드는 알킬 클로로 (Chloro) 컴파운드, 알킬 브로모(Bromo) 컴파운드, 및 알킬 로도(lodo) 컴파운드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법.
- 제 2 항에 있어서, 상기 RELACS 물질막이 도포된 결과물을 베이크는110∼130℃에서 20∼70초간 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가교 결합층은 베이크 온도 또는 시간으로 그 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 가교 결합되지 않은 RELACS 물질막의 제거는 물과 미소량의 첨가제로 구성된 현상제를 이용하여 20∼25℃에서 50∼100초 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제1콘택홀 측벽에의 산화막 추가 형성은연속 플로우 조건(Continuous Flow Condition)하의 대기압에서 오존 가스의 농도를 20∼30vol%으로 하고, 오존 가스의 플로우 속도(flow rate)를 200∼400sccm으로 하며, 공정 챔버의 온도를 30∼400℃로 하고, 오존 가스에의 노출 시간인 산화 시간을 20∼30분으로 하여 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 소자분리막 형성방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020030091509A KR20050059794A (ko) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020030091509A KR20050059794A (ko) | 2003-12-15 | 2003-12-15 | 반도체 소자의 초미세 콘택홀 형성방법 |
Publications (1)
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|---|---|
| KR20050059794A true KR20050059794A (ko) | 2005-06-21 |
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ID=37252658
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| KR (1) | KR20050059794A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100895406B1 (ko) * | 2007-12-31 | 2009-05-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 형성 방법 |
-
2003
- 2003-12-15 KR KR1020030091509A patent/KR20050059794A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100895406B1 (ko) * | 2007-12-31 | 2009-05-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | 반도체 소자의 형성 방법 |
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