KR20050110540A - 반도체 소자 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포토레지스트 패턴을 이용하여 불순물 주입 공정을 진행하였을 경우 상기 포토레지스트 패턴의 표면이 불순물 주입 공정에 의해 고에너지를 갖는 불순물에 의해 경화되어 애싱 공정 또는 습식 스트립 공정에 의해서는 완전히 제거되지 않는 문제점을 해결하기 위해 상기 경화된 포토레지스트 패턴의 표면은 애싱 공정으로 제거하고, 나머지 부분은 습식 스트립 공정으로 제거하여 포토레지스트 패턴을 완전히 제거할 수 있는 반도체 소자 형성 방법에 관한 것이다.

본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 소정의 소자가 형성된 기판상의 반도체층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 불순물 주입 공정을 하는 단계; 상기 불순물 주입 공정으로 경화된 포토레지스트 패턴의 표면을 플라즈마 애싱 공정으로 제거하는 단계; 및 상기 경화된 표면이 제거된 포토레지스트 패턴을 습식 스트립 공정으로 제거하는 단계를 포함하여 이루어진 반도체 소자 형성 방법에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 종래 기술의 애싱 공정 또는 습식 스트립 공정으로는 제거되지 않는 불순물 이온 주입에 의해 경화된 포토레지스트 패턴의 표면을 애싱 공정으로 제거하고, 나머지 부분을 습식 스트립 공정으로 제거함으로서, 공정을 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 포토레지스트 패턴의 잔류물을 완전히 제거할 수 있는 효과가 있다.

Description

반도체 소자 형성 방법{Method for fabricating semiconductor device}

본 발명은 반도체 소자 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 불순물 주입 공정에 의해 경화된 포토레지스트 패턴층은 애싱 공정으로 제거하고, 나머지 포토레지스트 패턴은 습식 스트립 공정으로 제거하여 포토레지스트 패턴을 잔류물없이 완전히 제거하는 반도체 소자 형성 방법에 관한 것이다.

반도체 제조공정에 있어서 각 단계마다 사진(photolithography) 공정이 필수적으로 사용되고 있다. 사진 공정이란 반도체 웨이퍼 상에 만들고자 하는 패턴이 새겨진 마스크에 빛을 투과시킴으로써, 그 패턴을 포토레지스트에 전사하는 공정을 말한다. 패턴이 새겨진 포토레지스트는 식각 마스크 또는 불순물 주입 마스크가 되어 하부 물질막을 패터닝하는거나 불순물 주입에 사용되며, 식각 공정 또는 불순물 주입 공정 후에 더 이상 불필요하게 된 포토레지스트 패턴은 제거해야 한다. 일반적으로 불필요한 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정을 애싱(ashing) 또는 스트립(stripe) 공정이라고 한다.

상기 애싱 공정은 크게 산소 플라즈마 방전을 이용하는 방법과 오존을 이용하는 방법 그리고 엑시머 램프(Excimer Lamp)를 이용한 방법 등으로 크게 구분할 수 있다.

이중에서 플라즈마 애싱이 일어나는 메카니즘은 산소 플라즈마 중의 산소 라디칼이 반응하여 유기물인 포토레지스트의 벤젠 고리를 분해하는 것으로 보고되고 있다. 즉, 애싱 공정은 산소 라디칼이 벤젠 고리를 이루는 탄소(C)와 반응하여 이산화탄소가 생성되는 과정이다. 그런데 실제 플라즈마 애싱 공정에서는 산소 라디칼이 단독으로 반응을 하기는 어렵고 산소 플라즈마 중의 이온이 기여하고 있는 것으로 평가된다. 이 경우 이온이 기판상의 포토레지스트와 충돌하여 생긴 충돌 에너지가 산소 라디칼이 벤젠 고리를 분해하는데 유효하게 작용하여 탄소와 산소의 반응을 촉진시킨다.

또한, 상기 스트립 공정은 주성분으로는 모노에탄올아민 등과 같은 알칸올아민류, N-메틸피롤리돈, 디메틸설폭시드 등과 같은 극성 용매류, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 비극성 용매류를 성분으로하는 스트립 용액을 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다.

그러나, 상기 플라즈마 애싱 공정은 포토레지스트를 완전히 제거하는데는 너무 많은 공정 시간이 걸린다는 단점이 있고, 상기 스트립 공정은 경화된 포토레지스트는 완전히 제거하지 못한다는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 상기 불순물 이온 주입에 의해 경화된 포토레지스트 패턴의 표면은 산소 플라즈마의 애싱 공정으로 제거하고, 나머지 포토레지스트 패턴은 스트립 공정으로 제거함으로서, 잔류물이 남지않지 않을 뿐만 아니라 공정 시간을 단축할 수 있는 반도체 소자 형성 방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 소정의 소자가 형성된 기판상의 반도체층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 불순물 주입 공정을 하는 단계; 상기 불순물 주입 공정으로 경화된 포토레지스트 패턴의 표면을 플라즈마 애싱 공정으로 제거하는 단계; 및 상기 경화된 표면이 제거된 포토레지스트 패턴을 습식 스트립 공정으로 제거하는 단계로 이루어진 반도체 소자 형성 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 1 내지 도 5b는 포토레지스트를 이용하여 불순물 주입 공정을 진행하는 공정 단면도이다.

먼저, 도 1은 소정의 소자가 형성된 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 플라스틱 또는 유리와 같은 절연 기판(11)상에 소정의 소자를 형성하기 위한 박막층(12)을 형성하고, 상기 박막층에 불순물을 주입하기 위해 포토레지스트(13)를 도포하는 공정이다. 이때 상기 박막층은 반도체층과 게이트 절연막으로 형성되어 있을 수 있다.

이때 상기 포토레지스트는 크게 네가티브 포토레지스트(Negative Photoresist) 또는 포지티브 포토레지스트(Positive Photoresist)로 나눌 수 있는데, 상기 두 종류의 포토레지스트는 빛이 조사된 부분이 현상액에 녹으면 포지티브이고, 빛이 조사된 부분이 녹지 않으면 네가티브이다.

상기 포토레지스트는 스프레이(Spray) 방식 또는 스핀(Spin) 방식 등과 같은 방법으로 상기 기판에 도포된다. 이때 상기 포토레지스트를 기판상에 도포하기 전에 탈수굽기(Dehydration Bake) 공정을 진행하고 도포한 후, 선굽기(Prebake) 공정을 진행한다. 상기 탈수굽기 공정은 기판에 흡착된 수분을 제거하여 포토레지스트가 기판에 잘 점착되록 하기 위한 공정으로 400℃이하에서 실행한다. 또한 상기 포토레지스트의 접착력을 더 개선하기 위해 HDMS(Hexamethyldisilzane)를 도포하기도 한다.

상기 선굽기 공정은 액체 상태인 포토레지스트를 가열하여 고체 필름으로 변화시키는 공정으로 포토레지스트의 성분퇴화없이 용제(Solvent)만을 제거하는데 각 포토레지스트 재료에 따라 상기 가열 온도가 다르다. 예를 들면, 로버(Robber)의 경우에는 54 내지 200℃의 범위이고, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 경우에는 105 내지 200℃의 온도 범위이다.

다음, 도 2는 상기 기판상에 형성된 포토레지스트를 노광하는 공정의 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 포토레지스트 상부에 마스크(14)를 위치시키고 광원에서 발생한 빛(15)을 상기 마스크에 오픈된 영역을 지나 포토레지스트에 조사시켜 상기 포토레지스트의 일부분을 변화(16)시킨다.

이때 광을 조사시키는 방법은 크게 음영 인쇄법(Shadow printing)과 투사형 인쇄법(Projection printing)으로 나눌수 있다. 이때 상기 음영 인쇄법은 마스크와 포토레지스트를 접촉시키는 접촉인쇄법과 포토레지스트와 마스크 사이에 10 내지 50㎛ 정도의 간격을 두는 근접인쇄법이 있고, 상기 투사형 인쇄법은 빛을 굴절시키는 굴절 투사형 인쇄법과 빛을 반사시키는 반사 투사형 인쇄법이 있다.

다음, 도 3은 상기 노광된 포토레지스트를 현상 공정을 진행하여 패턴을 형성하는 단계의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 상기 노광 공정을 진행한 기판을 현상액을 이용하여 포토레지스 패턴(17)이외의 영역의 포토레지스트를 제거하는 공정이다. 도 3에서 보여 주고 있는 포토레지스트는 네가티브 포토레지스트로 빛이 조사된 영역이 남고 빛이 조사되지 않은 영역은 현상액에 의해 제거되어진 것을 볼 수 있다.

이어서, 후굽기(Postbake) 공정을 진행하는데, 이는 현상 공정 이후 포토레지스트 패턴이 현상액에 의하여 부풀어 올라 포토레지스트와 하부층간의 부착되는 정도가 약해지는 것을 보강하기 위해 진행된다.

다음, 도 4는 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 불순물 주입 공정을 진행하는 공정의 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 상기 포토레지스트 패턴(17)을 마스크로 이용하여 하부의 박막층에 불순물 주입 공정(18)을 진행한다. 이때 하부의 박막층에 불순물이 주입(19)될 뿐만 아니라 포토레지스트 패턴에도 고에너지를 갖는 불순물 또는 기체 라디칼(Radical)에 의해 그 특성이 변화하게 하는 손상(Damage)을 입히게 되어, 상기 포토레지스트 패턴의 표면에 경화된 포토레지스트 패턴층(17a)을 형성하게 된다. 도 6a는 불순물 주입 공정에 의해 포토레지스트 패턴의 표면에 경화된 포토레지스트 패턴층(17a)이 형성된 사진의 단면도이다.

종래의 포토레지스트 제거 방법인 애싱 공정 또는 스트립 공정으로는 변성된 포토레지스트 패턴을 완전히 제거하지 못하게 되고, 잔류하는 포토레지스트를 제거하기 위해 특수한 약품을 처리해야함으로서, 공정이 복잡해지고, 공정 시간이 길어지는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 상기 잔류하는 포토레지스트를 완전히 제거하지 않은 경우에는 도 8a에서 보는 바와 같이 포토레지스트 잔류물(20)이 남아 이후 완성된 반도체 소자에 악영향을 주게 된다.

다음, 도 5a 내지 도 5b는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 공정의 단면도이다. 도 5a에서 보는 바와 같이 상기 불순물 이온 주입 공정에 의해 경화된 포토레지스트 패턴층(17a)을 플라즈마 애싱 공정(19)으로 제거한 후, 도 5b에서 보는 바와 같이 습식 스트립 공정으로 경화되지 않은 나머지 포토레지스트 패턴(17b)을 제거한다. 도 6b는 도 6a의 경화된 포토레지스트 패턴층을 도 5a의 플라즈마 애싱 공정으로 제거한 뒤의 경화되지 않은 포토레지스트 패턴층(17b)만이 남은 것을 보여주는 단면 사진이다. 그리고 도 8b는 본 발명에 의해 경화된 포토레지스트 패턴층은 플라즈마 애싱 공정으로 제거하고, 나머지 경화되지 않은 포토레지스트 패턴은 습식 스트립 공정으로 제거한 후, 기판의 표면에 잔류물이 남지 않고 완전히 제거된 모습을 보여주고 있는 평면 사진이다.

이때 상기 애싱 공정은 산소 가스 또는 CF₄ 또는 SF₆ 가스를 첨가한 산소 가스를 RIE(Reactive Ion Etch) 또는 유도 결합형 플라즈마(Induced Coupled Plasma) 장치를 이용하여 바이어스 RF가 4 내지 14MHz의 주파수 범위에서 0.7 내지 2Pa의 공정 압력으로 0.2 내지 0.6W/㎤의 파워 밀도에서 실시한다. 상기와 같은 애싱 공정에서 상기 파워 밀도가 너무 낮은 경우(0.2W/㎤이하인 경우)에는 경화된 포토레즈스트 패턴층이 제거되기는 하지만 너무 많은 공정 시간이 필요하다는 문제점이 있고, 너무 높은 경우(0.6W/㎤이상인 경우)에는 애싱 공정의 플라즈마에 의해 포토레지스트 패턴이 변성하여 제거되지 않아 애싱 공정에 의한 잔류물이 발생하는 문제점이 있어, 0.2 내지 06W/㎤의 파워 밀도로 공정을 진행하는 것이 가장 바람직하다.

상기 스트립 공정은 주성분으로는 모노에탄올아민 등과 같은 알칸올아민류, N-메틸피롤리돈, 디메틸설폭시드 등과 같은 극성 용매류, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 비극성 용매류를 성분으로하는 스트립 용액을 이용하여 상기 포토레지스트 패턴을 제거한다

도 7은 상기 포토레지스트가 완전히 제거된 후 상기 박막층을 이용하는 일실시예로서, 박막트랜지스터를 형성하는 공정의 공정 단면도이다. 도에서 보는 바와 같이 상기 플라스틱 또는 유리와 같은 기판(101)상에 실리콘층을 형성하고, 상기 실리콘층을 패턴하여 반도체층(102)을 형성한 후, 게이트 절연막(103)을 형성하고, 상기 게이트 절연막상에 게이트 전극(104)을 형성한 후, 불순물 주입 공정을 실시하여 소오스/드레인 영역(102b)을 형성하고, 상기 기판상에 층간절연막(105)을 형성한 후, 소오스/드레인 전극(106)을 형성하여 박막트랜지스터를 형성한다. 이때 상기 게이트 전극을 형성한 후 또는 전에 게이트 전극 영역에 포토레지스트 패턴을 형성하고, 불순물 주입 공정을 실시하여 LDD(Lightly Doped Drain)(102a) 영역을 형성할 수 있다.

상기 박막트랜지스터 형성 공정에서, 소오스/드레인 영역을 형성할 때 일반적으로 게이트 전극상에 불순물 주입 포토레지스트 패턴을 형성하고, 상기 불순물 주입 포토레지스트 패턴을 이용하여 불순물 주입 공정을 진행하여 소오스/드레인 영역을 형성한다. 또한 상기 LDD 영역을 형성할 때도, 불순물 주입 포토레지스트 패턴을 이용하여 LDD 영역을 형성하는 불순물 주입 공정을 진행하게된다. 그리고, 상기 소오스/드레인 영역 및 LDD 영역을 형성한 후, 상기 불순물 주입 포토레지스트 패턴을 제거할 때, 본 발명의 플라즈마 애싱 공정으로 경화된 포토레지스트 패턴층을 제거한 후, 습식 스트립 공정으로 나머지 포토레지스트 패턴을 완전히 제거하여 상기 불순물 주입 포토레지스트 패턴을 완전히 제거하여 잔류물이 남지않아 상기 박막트랜지스터의 포토레지스트 잔류물에 의한 불량은 발생하지 않게 된다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 반도체 소자 형성 방법은 종래 기술의 애싱 공정 또는 습식 스트립 공정으로는 제거되지 않는 불순물 이온 주입에 의해 경화된 포토레지스트 패턴의 표면을 애싱 공정으로 제거하고, 나머지 부분을 습식 스트립 공정으로 제거함으로서, 공정을 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 포토레지스트 패턴의 잔류물을 완전히 제거할 수 있는 효과가 있다.

도 1 내지 도 5b는 포토레지스트를 이용하여 불순물 주입 공정을 진행하는 공정 단면도.

도 6a 및 도 6b는 표면이 경화된 포토레지스트 패턴층을 갖는 포토레지스트 패턴 및 경화된 포토레지스트 패턴층이 제거된 후의 단면 사진.

도 7은 본 발명의 포토레지스트 패턴 제거에 의해 형성된 박막트랜지스터의 단면도.

도 8a 및 도 8b는 포토레지스트 패턴의 잔류물이 남은 것과 남지 않은 평면사진.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

17 : 포토레지스트 패턴 17a : 경화된 포토레지스트 패턴층

17b : 경화되지 않은 포토레지스트 패턴 18 : 불순물 주입 공정

19 : 플라즈마 애싱 공정

Claims (8)

1. 소정의 소자가 형성된 기판상의 반도체층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 불순물 주입 공정을 하는 단계;

   상기 불순물 주입 공정으로 경화된 포토레지스트 패턴의 표면을 플라즈마 애싱 공정으로 제거하는 단계; 및

   상기 경화된 표면이 제거된 포토레지스트 패턴을 습식 스트립 공정으로 제거하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 불순물 주입 공정은 LDD 영역 또는 소오스/드레인 영역을 형성하는 공정임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 플라즈마 애싱 공정은 산소 플라즈마 애싱 공정임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 플라즈마 애싱 공정은 산소 가스, CF₄ 가스가 첨가된 산소 가스 및 SF₆ 가스가 첨가된 산소 가스 중 어느 하나를 이용함을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 플라즈마 애싱 공정은 유도 결합형 플라즈마 또는 RIE 장치를 이용함을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 플라즈마 애싱 공정은 바이어스 RF가 4 내지 14MHz의 주파수 범위에서 0.7 내지 2Pa의 공정 압력으로 0.2 내지 0.6W/㎤의 파워 밀도로 진행함을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는

   상기 기판을 선굽기하는 단계;

   상기 기판상에 HDMS층을 증착하는 단계;

   상기 기판상에 포토레지스트를 도포하는 단계;

   상기 기판을 노광하는 단계;

   상기 기판을 현상하는 단계; 및

   상기 기판을 후굽기하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.
8. 제 1항에 있어서,

   상기 반도체 소자는 박막트랜지스터임을 특징으로 하는 반도체 소자 형성 방법.