KR20090044573A - Manufacturing Method of Semiconductor Device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체 기판에 형성된 피식각층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 실릴화제를 이용하여 실릴레이션시킨 후 유리전이온도 이상의 온도에서 베이크하여 실릴레이션된 포토레지스트 패턴을 리플로우시키는 단계; 및 상기 리플로우된 포토레지스트 패턴에 O2 플라즈마 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면 포토레지스트막의 리플로우시 두꺼운 포토레지스트막을 사용함에 따른 레지스트 균일성 불량에 의한 미세 콘택홀의 CD 균일성 열화 현상을 개선할 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, forming a photoresist pattern on an etched layer formed on a semiconductor substrate; Reflowing the silylated photoresist pattern by baking the photoresist pattern using a silylating agent and then baking at a temperature above a glass transition temperature; And performing an O 2 plasma process on the reflowed photoresist pattern. According to the method of the present invention, it is possible to improve the CD uniformity deterioration phenomenon of the fine contact hole due to the resist uniformity defect caused by the use of the thick photoresist film during the reflow of the photoresist film.
레지스트 리플로우, 실릴레이션, 패턴 형성 Resist Reflow, Silylation, Pattern Formation
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 포토레지스트 패턴의 리플로우시 두꺼운 두께의 포토레지스트막을 사용함으로써 초래될 수 있는 레지스트 균일성 불량에 의한 미세 콘택홀의 CD 균일성 열화 현상을 개선할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to the CD uniformity deterioration of fine contact holes due to poor resist uniformity caused by the use of a thick photoresist film during reflow of the photoresist pattern. It is related with the manufacturing method of the semiconductor element which can be improved.
반도체 미세 패턴 형성 공정 중 하나인 콘택홀(contact hole)을 형성함에 있어서, 노광 장비의 해상력 이상의 미세 콘택홀을 형성해야 하는 경우 레지스트 리플로우 공정 등을 도입하게 된다. 레지스트 리플로우 공정은 노광 공정과 현상 공정을 실시하여 노광 장비의 분해능 정도의 감광막 패턴을 형성한 다음, 레지스트의 유리전이 온도 이상으로 열에너지를 인가하여 감광제가 열 유동(thermal flow) 되도록 하는 공정을 의미한다. 이때, 이미 형성된 패턴은 공급된 열에너지에 의해 원래의 크기를 감소시키는 방향으로 열 유동하여 최종적으로 집적 공정에 요구되는 미세 패턴을 얻게 된다. 이러한 레지스트 리플로우 공정을 도입함으로써 노광 장비의 해상력 이하의 미세한 패턴을 형성할 수 있게 되었으나, 레지스트 리플로우 공정에서는 특정 온도, 특히 포토레지스트 수지의 유리전이 온도 이상의 온도에서 레지스트의 흐름이 급격하게 일어나 패턴의 프로필(profile)이 휘어지거나 붕괴될 수 있고, 과도한 유동이 발생될 때 패턴이 매립되어 버리는 현상(over flow)이 나타난다는 점 등의 문제점이 있다(도 1a 참조). 이는 대부분의 레지스트가 인가된 열에 매우 민감하게 반응하여 온도 조절이 잘못되거나, 혹은 유동 시간이 설정값보다 길어질 때 과도한 열 유동이 발생되기 때문이다. 이러한 현상은 형성된 콘택홀에서 상층부와 중앙부 그리고 하층부에 존재하는 플로우될 수 있는 폴리머의 양이 다르기 때문에 발생되는데, 상층부 및 하층부에서는 흐를 수 있는 폴리머의 양이 중앙보다 상대적으로 적으므로 같은 열 에너지 전달시 흐름이 적게 일어나 흐름 후 형성된 패턴이 휘게 되는 것이다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 종래에는 열을 인가하는 베이크 오븐(bake oven)의 온도 균일도를 증가시키거나, 베이크 오븐에 유지되는 시간을 정확하게 조절하는 방법을 사용하고 있는데, 오븐 공정의 개선 정도가 오버 플로우 문제를 해결할 만한 수준은 아니며, 또한 오븐을 조절하는 것만으로는 상기와 같은 휘어진 패턴 모양을 개선시킬 수 없다는 등의 문제점은 여전히 남아 있게 된다.In forming a contact hole, which is one of the semiconductor fine pattern forming processes, a resist reflow process or the like may be introduced when it is necessary to form a fine contact hole having a resolution higher than that of an exposure apparatus. The resist reflow process refers to a process of forming a photoresist pattern having a resolution equivalent to that of an exposure apparatus by performing an exposure process and a development process, and then applying thermal energy above the glass transition temperature of the resist so that the photoresist is thermally flowed. do. At this time, the already formed pattern is heat-flowed in the direction of reducing the original size by the supplied thermal energy to finally obtain a fine pattern required for the integration process. By introducing such a resist reflow process, it is possible to form a fine pattern below the resolution of the exposure equipment. However, in the resist reflow process, the resist flows rapidly at a specific temperature, particularly at a temperature higher than the glass transition temperature of the photoresist resin. There is a problem in that the profile of the (profile) can be bent or collapsed, and when the excessive flow occurs, the pattern (over flow) appears to be embedded (see Fig. 1a). This is because most of the resists are very sensitive to the applied heat, resulting in poor thermal regulation or excessive heat flow when the flow time is longer than the set point. This phenomenon occurs because the amount of polymer that can be flowed in the upper layer, the central layer and the lower layer in the formed contact hole is different. In the upper layer and the lower layer, the amount of polymer that can flow is relatively smaller than that of the center. There is less flow and the pattern formed after the flow is bent. In order to solve this problem, conventionally, a method of increasing the temperature uniformity of a baking oven to which heat is applied or precisely controlling the time maintained in the baking oven is used. Problems such as not being able to solve the problem, and also by adjusting the oven can not improve the shape of the curved pattern as described above still remains.
또한, 0.5 ㎛ 이상 두께의 레지스트를 이용하여 원하는 CD (critical dimension)보다 훨씬 큰 폭으로 콘택홀을 형성한 후 레지스트 리플로우를 진행하여 원하는 CD의 콘택홀을 형성할 수도 있는데, 이 경우에는 두꺼운 레지스트막을 사용하게 됨에 따라 레지스트 균일성 및 리플로우 프로필의 열화가 일어나게 되고, 이에 따라 콘택홀 패턴의 CD 균일성도 열화되게 된다(도 1b 및 도 1c 참조). 따라서, 레지스트 리플로우를 이용하여 원하는 표적 CD를 맞추었다고 해도 그 프로필이 불량함에 따라 하부 반사방지막을 식각한 후 형성되는 실제 콘택홀의 CD가 원하는 CD보다 커지게 된다. 이에 따라 피식각층에 대한 식각을 진행한 후에도 이러한 CD 변화가 그대로 전사되게 되며, 이는 레지스트 리플로우 공정을 미세 콘택홀 패턴에 적용할 경우 나타나는 CD 균일성 열화의 원인이 될 수 있다(도 2a 내지 도 2g 참조).In addition, by using a resist having a thickness of 0.5 μm or more, a contact hole is formed in a width much larger than a desired CD (critical dimension), and then a resist reflow is performed to form a contact hole of a desired CD. In this case, a thick resist The use of a film results in deterioration of resist uniformity and reflow profile, thereby degrading the CD uniformity of the contact hole pattern (see FIGS. 1B and 1C). Therefore, even if the desired target CD is matched by using a resist reflow, since the profile is poor, the CD of the actual contact hole formed after etching the lower anti-reflection film is larger than the desired CD. Accordingly, even after etching the etched layer, such CD change is transferred as it is, which may cause CD uniformity deterioration when the resist reflow process is applied to the micro contact hole pattern (FIGS. 2A to 2). 2g).
본 발명은 상기와 같은 종래 반도체 소자 제조 방법상의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 보다 낮은 두께의 포토레지스트막을 이용한 레지스트 리플로우 공정을 통해 원하는 폭의 CD를 갖는 패턴을 얻을 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to improve the above problems in the conventional semiconductor device manufacturing method, and provides a method for obtaining a pattern having a CD having a desired width through a resist reflow process using a lower thickness photoresist film. For the purpose of
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은In order to achieve the above object, the present invention
반도체 기판에 형성된 피식각층 상부에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Forming a photoresist pattern on the etched layer formed on the semiconductor substrate;
상기 포토레지스트 패턴을 실릴화제를 이용하여 실릴레이션시킨 후, 상기 포토레지스트의 유리전이온도 이상의 온도에서 베이크하여 실릴레이션된 포토레지스트 패턴을 리플로우시키는 단계; 및Silylating the photoresist pattern using a silylating agent, and then baking at a temperature above the glass transition temperature of the photoresist to reflow the sililated photoresist pattern; And
상기 리플로우된 포토레지스트 패턴에 O2 플라즈마 처리 공정을 수행하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 형성 방법을 제공한다.It provides a method of forming a fine pattern of a semiconductor device comprising the step of performing an O 2 plasma treatment process on the reflowed photoresist pattern.
본 발명의 방법에 따르면 포토레지스트막의 리플로우시 두꺼운 포토레지스트막을 사용함에 따른 레지스트 균일성 불량에 의한 미세 콘택홀의 CD 균일성 열화를 방지할 수 있다.According to the method of the present invention, it is possible to prevent CD uniformity deterioration of the fine contact hole due to poor resist uniformity due to the use of a thick photoresist film during reflow of the photoresist film.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 따른 반도체 소자의 미세패턴 형성 방법을 도시하는 단면도로서, 그 제조과정을 살펴보면 다음과 같다.3A to 3H are cross-sectional views illustrating a method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 반도체 기판 상부에 피식각층(200), 하드마스크층(210) 및 하부 반사방지막(220)을 형성하고 4,000 내지 5,000Å 두께의 포토레지스트막(230)을 순차적으로 형성한 후, 노광 및 현상하여 제1 포토레지스트 패턴(235)을 형성한다.3A and 3B, an
이때, 상기 포토레지스트막은 화학증폭형 수지를 포함하는 것으로, 예를 들면 하기 화학식 1의 중합반복단위를 포함하는 중합체로 이루어진 조성물을 이용하여 형성한다.In this case, the photoresist film includes a chemically amplified resin, and is formed using, for example, a composition made of a polymer including a polymerization repeating unit represented by the following Chemical Formula 1.
상기에서, R은 산에 민감한 보호기이고, n은 10 내지 500 중에서 선택되는 정수이다. 산에 민감한 보호기는 특별히 제한되는 것은 아니며, 터셔리-부틸, 테트라하이드로피란-2-일, 2-메틸 테트라하이드로피란-2-일, 테트라하이드로퓨란-2-일, 2-메틸 테트라하이드로퓨란-2-일, 1-메톡시프로필, 1-메톡시-1-메틸에틸, 1-에 톡시프로필, 1-에톡시-1-메틸에틸, 1-메톡시에틸, 1-에톡시에틸, 터셔리-부톡시에틸, 1-이소부톡시에틸, 2-아세틸멘트-1-일 등을 이용하는 것이 바람직하다.In the above, R is an acid sensitive protecting group, n is an integer selected from 10 to 500. The acid-sensitive protecting group is not particularly limited, but tertiary-butyl, tetrahydropyran-2-yl, 2-methyl tetrahydropyran-2-yl, tetrahydrofuran-2-yl, 2-methyl tetrahydrofuran- 2-yl, 1-methoxypropyl, 1-methoxy-1-methylethyl, 1-ethoxypropyl, 1-ethoxy-1-methylethyl, 1-methoxyethyl, 1-ethoxyethyl, tertiary -Butoxyethyl, 1-isobutoxyethyl, 2-acetylment-1-yl, etc. are preferable.
또한, 노광원으로 노광하기 전에 소프트(soft) 베이크 및/또는 노광한 후에 포스트(post) 베이크 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 이러한 베이크 공정은 70 내지 200℃ 범위의 온도에서 수행되는 것이 바람직하다. 상기 노광은 VUV (157 nm), ArF (193 nm), KrF (248 nm), EUV (13 nm), E-빔(beam), X-선 또는 이온빔을 노광원으로 사용하여 0.1 내지 100 mJ/㎠의 노광 에너지로 수행되는 것이 바람직하다. 아울러, 상기 현상은 알칼리 현상액을 이용하여 수행될 수 있으며, 알칼리 현상액은 0.01 내지 5 중량%의 테트라메틸암모늄하이드록사이드(TMAH) 수용액인 것이 바람직하다.In addition, it may further comprise a soft bake and / or post bake step after exposure to exposure to an exposure source, which is preferably carried out at a temperature in the range of 70 to 200 ° C. . The exposure is 0.1 to 100 mJ / using VUV (157 nm), ArF (193 nm), KrF (248 nm), EUV (13 nm), E-beam, X-ray or ion beam as the exposure source. It is preferably carried out with an exposure energy of 2 cm 2. In addition, the development may be carried out using an alkaline developer, the alkali developer is preferably 0.01 to 5% by weight of aqueous tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution.
노광 및 현상에 의해 형성된 제1 포토레지스트 패턴(235)은 하기 반응식 1과 같이 실릴화제와 반응하기 용이한 히드록시기를 갖는, 예를 들면 폴리(히드록시스티렌)이 생성된다.The first
도 3c를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(235)에 대해 실릴화제를 사용하여 상온, 상압 조건하에서 실릴레이션을 수행한다. 상기 실릴화제로는 헥사메 틸디실라잔(hexamethyl disilazane; HMDS), 트리메틸실릴디메틸아민(trimethylsilyldimethyl amine; TMSDMA), 트리메틸실릴디에틸아민(trimethylsilyldiethyl amine; TMSDEA), 테트라메틸디실라잔(tetramethyl disilazane; TMDS) 및 디메틸실릴에틸아민(dimethylsilylethylamine; DMSDMA) 등을 사용할 수 있으며, 상기 실릴레이션은 10 내지 100 Torr의 압력 및 50 내지 150℃의 온도 조건하에서 수행되는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3C, the first
이와 같은 실릴레이션에 의해 실리콘 성분이 포토레지스트 패턴 표면으로 침투하여, 하기 반응식 2에 도시한 바와 같이 포토레지스트막의 -OH 반응기와 실릴화제의 Si 그룹이 반응하게 되므로 Si-O 결합이 발생하여 제1 포토레지스트 패턴(235) 상부에 실릴레이션막(240)이 형성된다.The silicon component penetrates into the surface of the photoresist pattern by such sillation, and the Si-O bond occurs because the -OH reactor of the photoresist film and the Si group of the silylating agent react as shown in Scheme 2 below. The
도 3d를 참조하면, 사용된 포토레지스트막의 유리전이온도 이상의 온도에서 베이크를 수행하여 원하는 폭의 CD를 갖는 제2 포토레지스트 패턴(235')을 형성한다. 이때, 상기 베이크 온도는 사용된 포토레지스트의 종류에 따라 차이가 있지만, 통상 200 내지 220℃ 범위의 온도인 것이 바람직하다. 이와 같이, 포토레지스트막을 실릴레이션한 후 리플로우를 진행하게 되면 종래의 리플로우시 사용되는 포 토레지스트막보다 훨씬 낮은 두께의 레지스트를 사용해도 동일한 효과를 볼 수 있으므로, 두꺼운 포토레지스트막을 사용함으로써 야기되는 패턴의 균일성 불량을 방지할 수 있다.Referring to FIG. 3D, the second
도 3e를 참조하면, 상기 실릴레이션막(240)에 O2 플라즈마 공정을 수행하면, 상기 실릴레이션막(240)의 Si와 O2가 반응하여 SiO2와 같은 실리콘 산화막물질이 형성되며, 포토레지스트막의 프로필에 상관없이 하부 반사방지막이 원하는 CD 표적대로 식각되게 된다. 즉, 포토레지스트막의 리플로우 프로필에 상관없이 하부 반사방지막이 드러난 부분만 식각이 가능하게 된다. 상기 O2 플라즈마 공정은 압력 10 내지 30 mTorr 및 전압 500 내지 800 W의 조건하에 산소 유량(flow rate)을 10 내지 50 sccm으로 가하여 수행하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3E, when an O 2 plasma process is performed on the
도 3f 내지 도 3h를 참조하면, 제2 포토레지스트 패턴(235')을 제거한 후, 상기 하부 반사방지막 패턴(225)을 식각방지막으로 하부 하드마스크층(210)을 식각하여 하드마스크층 패턴(215)을 형성하고, 상기 하드마스크층 패턴(215)을 식각방지막으로 하부 피식각층(200)을 식각하여 원하는 폭의 CD를 갖는 피식각층 패턴(205)을 형성한다. 이때, 상기 식각 공정은 상기 피식각층이 폴리실리콘층, 알루미늄층 또는 티타늄나이트라이드층인 경우 염소(chlorine)계 플라즈마, 예를 들면 Cl2 및 BCl3 가스 등을 이용하여 수행하는 것이 바람직하며, 상기 피식각층이 텅스텐층, 산화막 및 질화막인 경우 불소(fluorine)계 플라즈마, 예를 들면 CF4, C4F8 및 C4F6 가스등을 이용하여 수행되는 것이 바람직하다.3F to 3H, after removing the second
이러한 일련의 과정을 통해 두꺼운 포토레지스트막을 사용함으로써 유발되는 패턴의 균일성 불량, 레지스트 리플로우 프로필 불량에 의한 미세 콘택홀의 CD 균일성 열화 현상을 방지할 수 있게 된다.Through such a series of processes, it is possible to prevent the CD uniformity deterioration of the micro contact hole due to the poor pattern uniformity and the poor resist reflow profile caused by using a thick photoresist film.
도 1a 내지 도 1c는 종래 레지스트 리플로우 공정에 의한 CD 균일성의 열화 현상을 보여주는 사진이다.1A to 1C are photographs showing deterioration of CD uniformity caused by a conventional resist reflow process.
도 2a 내지 도 2g는 종래 레지스트 리플로우 공정에 의해 감광막 패턴의 폭이 줄어드는 과정을 보여주는 모식도이다.2A to 2G are schematic views illustrating a process of reducing the width of the photoresist pattern by a conventional resist reflow process.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 레지스트 리플로우 공정에 의해 감광막 패턴의 폭이 줄어드는 과정을 보여주는 모식도이다.3A to 3H are schematic views showing a process of reducing the width of the photosensitive film pattern by the resist reflow process of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
100,200 ; 피식각층, 105,205 ; 피식각층 패턴,100,200; Etched layers 105,205; Etching Layer Pattern,
110,210 ; 하드마스크층, 115,215 ; 하드마스크층 패턴,110,210; Hardmask layer, 115,215; Hardmask Layer Pattern,
120,220 ; 하부 반사방지막, 125,225 ; 하부 반사방지막 패턴,120,220; Bottom antireflective film, 125,225; Bottom anti-reflective pattern,
130,230 ; 포토레지스트막, 135,235 ; 제1 포토레지스트 패턴,130,230; Photoresist film, 135,235; A first photoresist pattern,
235' ; 제2 포토레지스트 패턴, 240 ; 실릴레이션막235 '; A
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|---|---|---|---|
| KR1020070110713A KR20090044573A (en) | 2007-10-31 | 2007-10-31 | Manufacturing Method of Semiconductor Device |
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| KR20090044573A true KR20090044573A (en) | 2009-05-07 |
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| KR (1) | KR20090044573A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8877634B2 (en) | 2012-04-05 | 2014-11-04 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Methods of forming a fine pattern on a substrate and methods of forming a semiconductor device having a fine pattern |
| CN107104044A (en) * | 2017-05-12 | 2017-08-29 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of preparation method of method for making its electrode and array base palte |
| CN112201749A (en) * | 2020-09-27 | 2021-01-08 | 昕原半导体(上海)有限公司 | Preparation method of resistive random access memory |
| CN118801207A (en) * | 2024-09-13 | 2024-10-18 | 度亘核芯光电技术(苏州)有限公司 | Semiconductor laser manufacturing method and semiconductor laser |
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2007
- 2007-10-31 KR KR1020070110713A patent/KR20090044573A/en not_active Application Discontinuation
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Legal Events
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| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20071031 |
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| PG1501 | Laying open of application | ||
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