KR20090056433A - 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

실시예는 기판과 포토레지스트막 사이의 접착력을 향상시키는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다. 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 하부 막이 형성된 기판 상에 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌글라이콜(PEG) 및 폴리비닐알코올(PVA) 중 적어도 하나를 포함하는 고분자 물질로 이루어진 접착층을 코팅하는 단계 및 상기 접착층 상에 상부막을 형성하는 단계를 포함한다. 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 기판과 포토레지스트막 사이의 접착력을 향상시켜 포토레지스트 패턴의 불량을 방지함으로써 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 양호한 품위의 패턴을 형성할 수 있으므로 수율 향상을 기대할 수 있다.
폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌글라이콜(PEG), 폴리비닐알코올(PVA)

Description

반도체 소자의 제조 방법{METHOD FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE}
실시예는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근에는 컴퓨터와 같은 정보 매체의 급속한 보급에 따라 반도체 장치도 비약적으로 발전하고 있다. 그 기능 면에 있어서, 상기 반도체 장치는 고속으로 동작하는 동시에 대용량의 저장 능력과 정보 처리 능력을 가질 것이 요구된다. 이러한 요구에 부응하여, 상기 반도체 장치는 집적도, 신뢰도 및 응답 속도 등을 향상시키는 방향으로 제조 기술이 급발전되고 있다.
이와 같이, 반도체 소자의 초고집적화 추세는 미세 패턴 형성 기술의 발전에 큰 영향을 받고 있다.
이러한 미세 패턴 형성 가공 기술은 포토리소그래피(photolithography) 기술과 직결된다. 상기 사진 식각 기술은 잘 알려져 있는 바와 같이, 기판상에 유기 포토레지스트를 사용하여 포토레지스트막을 형성한다. 이어서 노광 및 현상에 의해 상기 포토레지스트막의 소정 부위를 제거하여 포토레지스트 패턴을 형성하고, 잔류하는 포토레지스트를 제거한다.
그러나, 포토리소그래피 공정에서 하부기판과 포토레지스트막의 성질이 서로 다르면, 포토레지스트막의 도포나 패턴 형성시 도포 불량이나 패턴 이동 또는 무너짐 등의 문제가 발생한다. 이러한 문제는 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 더욱 소자의 신뢰성을 손상시키는 주요한 요인이 된다.
실시예는 기판과 포토레지스트막 사이의 접착력을 향상시켜 포토레지스트 패턴의 불량을 방지할 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은, 하부 막이 형성된 기판 상에 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌글라이콜(PEG) 및 폴리비닐알코올(PVA) 중 적어도 하나를 포함하는 고분자 물질로 이루어진 접착층을 코팅하는 단계 및 상기 접착층 상에 상부막을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 기판과 포토레지스트막 사이의 접착력을 향상시켜 포토레지스트 패턴의 불량을 방지함으로써 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 양호한 품위의 패턴을 형성할 수 있으므로 수율 향상을 기대할 수 있다.
또한, 실시예는 포토리소그래피 공정에서 현상이나 세척공정, 그리고 식각 공정시 포토레지스트 패턴을 쉽게 제거할 수 있어 디펙트(defect)나 파티클(particle)이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 실시예는 PEO 또는 PEG 화합물을 접착제층으로 사용하여 신뢰성 높은 반도체 장치를 경제적으로 생산할 수 있게 되므로 전체적인 반도체 제조 공정에 요구되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차세대 고집적의 반도체 장치의 제조공정에 적용하여 경쟁력을 확보할 수 있으며 반도체 소자가 고집적화됨에 따른 균일한 임계치수(CD)를 가지는 미세 패턴의 형성도 가능하게 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 구성요소의 추가, 부가, 삭제, 변경등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.
첨부한 도면을 참조로 하여 실시예들에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 구체적으로 설명한다. 이하, "제 1 ", "제 2 " 등으로 언급되는 경우 이는 부재들을 한정하기 위한 것이 아니라 부재들을 구분하고 적어도 두개를 구비하고 있음을 보여주는 것이다. 따라서, 상기 "제 1 ", "제 2 "등으로 언급되는 경우 부재들이 복수 개 구비되어 있음이 명백하며, 각 부재들이 선택적으로 또는 교환적으로 사용될 수도 있다. 또한, 첨부한 도면의 각 구성요소들의 크기(치수)는 발명의 이해를 돕기 위하여 확대하여 도시한 것이며, 도시된 각 구성요소들의 치수의 비율은 실제 치수의 비율과 다를 수도 있다. 또한, 도면에 도시된 모든 구성요소들이 본 발명에 반드시 포함되어야 하거나 한정되는 것은 아니며 본 발명의 핵심적인 특징을 제외한 구성 요소들은 부가 또는 삭제될 수도 있다. 본 발명에 따른 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on/above/over/upper)"에 또는 "아래(down/below/under/lower)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 그 의미는 각 층(막), 영역, 패드, 패턴 또는 구조물들이 직접 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들에 접촉되어 형성되는 경우로 해석될 수도 있으며, 다른 층(막), 다른 영역, 다른 패드, 다른 패턴 또는 다른 구조물들이 그 사이에 추가적으로 형성되는 경우로 해석될 수도 있다. 따라서, 그 의미는 발명의 기술적 사상에 의하여 판단되어야 한다.
도 1 및 도 2는 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법을 보여주는 단면도들이다.
반도체 소자는 여러가지 패턴들을 포함하는데, 예를 들어, 폴리실리콘 패턴으로 이루어진 트랜지스터의 게이트 패턴, 금속 배선들, 패드들, 각종 전자 소자들을 포함한다.
상기 패턴들을 형성하기 위하여 포토리소그래피 공정을 이용하는데, 식각 대상막에 포토레지스트를 균일하게 도포하고, 도포된 포토레지스트막을 소정의 레이아웃(lay-out)으로 형성된 포토 마스크를 이용하여 노광 공정을 수행하고 노광된 감광막을 현상하여 특정 형상의 패턴들을 형성하게 된다.
도 1을 참조하면, 기판(100) 전면에 접착층(110)을 형성하고, 상기 접착층(110) 상에 포토레지스트막(120)이 형성되어 있다.
상기 기판(100)은 식각대상막을 포함하는 하부 구조물이 형성된 반도체 기판일 수 있다.
상기 식각대상막은 형성하고자 하는 패턴에 따라, 폴리실리콘막일 수도 있고 금속막일 수도 있으며 절연막일 수도 있다.
상기 접착층(110)은 상기 기판(100)과 포토레지스트막(120)의 접착력을 강화시키기 위한 것으로, 상기 접착층(110)은 상기 포토레지스트막(120)의 들뜸, 도포 불량 등을 방지하고, 포토레지스트 패턴(120a)의 들뜸 무너짐, 패턴 이동과 같은 불량 발생을 방지할 수 있다.
상기 포토레지스트막(120)은 파지티브 포토레지스트(positive photoresist) 물질 또는 네거티브 포토레지스트 물질로 이루어질 수 있다.
상기 파지티브 포토 레지스트 물질은 빛을 받은 부분의 크로스 링크(cross link)가 깨져 현상액에 의해 제거되는 물질이고, 상기 네거티브 포토 레지스트 물질은 빛을 받은 부분에 크로스 링크가 생성되어 빛을 받지 않은 부분이 현상액에 의해 제거되는 물질이다.
실시예에 따른 상기 접착층(110)은 여기서 언급하는 포토레지스트막(120) 하부에만 적용되는 것이 아니라, 상부막과 하부막의 접착력 개선이 필요한 공정에서는 그 사이에 개재되어 적용될 수 있다.
상기 접착층(110)은 1 ~ 1000Å 두께로 형성할 수 있다.
상기 접착층(110)은 상기 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide), 폴리에틸렌글라이콜 (PEG, polyethylene glycol) 및 폴리비닐알코올(PVA, polyvinylalcohol) 화합물 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 폴리에틸렌옥사이드, 상기 폴리에틸렌글라이콜 및 폴리비닐알코올은 수용성 고분자 물질로서 필름 형태로 형성할 수 있다.
상기 폴리에틸렌옥사이드 및 상기 폴리에틸렌글라이콜은 에테르(ether)기와 하이드록실(hydroxyl) 기를 포함하고 있어 기판(100)과 포토레지스트막(120) 사이의 접착력을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 폴리비닐알코올은 는 OH기를 가지고 있어 기판(100)과 포토레지스트막(120) 사이의 접착력을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 폴리에틸렌옥사이드, 상기 폴리에틸렌글라이콜 및 폴리비닐알코올은 분말 형태로 대량 구입이 용이한 재료로서, 재료비를 절감할 수 있다.
상기 폴리에틸렌옥사이드는 [화학식 1]과 같은 분자 구조를 가지고 있다.
Figure 112007086561658-PAT00001
상기 폴리에틸렌글라이콜은 [화학식 2]와 같은 분자 구조를 가지고 있다.
Figure 112007086561658-PAT00002
상기 폴리비닐알코올은 [화학식 3]과 같은 분자 구조를 가지고 있다.
Figure 112007086561658-PAT00003
여기서, 화학식에 표시된 n, m, l은 수평균 중합도이다.
예를 들어, 상기 폴리비닐알코올의 수평균 중합도 l는 100~1500 일 수 있다.
또한, 분자 구조 내의 원자 배열 순서가 다른 구조이성질체는 혼성배열을 가질 수 있다. 상기 폴리비닐알코올은 가격이 저렴할 뿐 아니라 현상이나 세척 공정 시 제거가 용이하여 파티클이 발생되지 않는다.
상기 폴리에틸렌옥사이드, 상기 폴리에틸렌글라이콜 및 상기 폴리비닐알코올은 상온에서도 수용성의 특성이 강하므로 어떠한 수평균 중합도를 가지는 고분자를 사용하더라도 원하는 특성을 가질 수 있다.
상기 폴리에틸렌옥사이드, 상기 폴리에틸렌글라이콜 및 상기 폴리비닐알코올은 물이나 기타 용매에 쉽게 녹아 스핀코팅(spin coating)으로도 기판(100) 상에 도포할 수 있으며, 이때 계면활성제를 사용하면 코팅 균일성이 더욱 향상될 수 있다.
상기 폴리에틸렌옥사이드, 폴리에틸렌글라이콜 및 폴리비닐알코올 중 적어도 하나를 포함하는 고분자 물질로 이루어진 접착층(110)을 도포한 이후 잔류 용매를 제거하기 위하여 베이킹(baking) 공정을 실시할 수 있다.
이어서, 상기 접착층(110) 상에 포토레지스트막(120)을 형성하고, 마스크를 이용하여 상기 포토레지스트막(120)을 선택적으로 노광한 후 현상하여 포토레지스트 패턴(120a)을 형성한다.
상기 포토레지스트 패턴(120a)을 마스크로 상기 접착층(110)을 식각하고, 기판(100)에 형성된 식각대상막을 식각하여 원하는 패턴을 형성한다.
도 3 및 도 4는 실시예에 따른 접착층이 형성된 반도체 소자의 다른 예들이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 식각대상막이 형성된 기판(200) 상에 접착층(210)을 형성하고, 상기 접착층(210) 상에 반사방지막(220)을 형성하고, 상기 반사방지막(220) 상에 포토레지스트막(230)을 형성할 수 있다.
상기 접착층(210)은 앞서 설명한 바와 같이, 상기 폴리에틸렌옥사이드(PEO, polyethylene oxide), 폴리에틸렌글라이콜 (PEG, polyethylene glycol) 및 폴리비닐알코올(PVA, polyvinylalcohol) 화합물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 접착층(210)은 상기 기판(200)과 상기 반사방지막(220) 사이의 접착력을 증대시킬 수 있다.
상기 반사방지막(220)은 포토 공정에서 노광시에 표면반사를 작게 해서 빛의 세기를 크게 함과 동시에 반사광으로 인한 산란광을 제거하여, 상기 포토레지스트막(230)의 노광 및 현상에 의해 형성된 포토레지스트 패턴의 프로파일을 좋게 한다.
상기 반사방지막(220)은 유기막 또는 무기막일 수 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 식각대상막이 형성된 기판(300) 상에 반사방지막(320)을 형성하고, 상기 반사방지막(320) 상에 접착층(310)을 형성하고, 상기 접착층(310) 상에 포토레지스트막(330)을 형성할 수도 있다.
상기 접착층(310)은 상기 반사방지막(320)과 상기 포토레지스트막(330) 간의 접착력을 증대시킬 수 있다.
실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 기판과 포토레지스트막 사이의 접착력을 향상시켜 포토레지스트 패턴의 불량을 방지함으로써 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 양호한 품위의 패턴을 형성할 수 있으므로 수율 향상을 기대할 수 있다.
또한, 실시예는 포토리소그래피 공정에서 현상이나 세척공정, 그리고 식각 공정시 포토레지스트 패턴을 쉽게 제거할 수 있어 디펙트(defect)나 파티클(particle)이 발생되는 것을 방지하는 효과가 있다.
또한, 실시예는 PEO 또는 PEG 화합물을 접착제층으로 사용하여 신뢰성 높은 반도체 장치를 경제적으로 생산할 수 있게 되므로 전체적인 반도체 제조 공정에 요구되는 시간 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 차세대 고집적의 반도체 장치의 제조공정에 적용하여 경쟁력을 확보할 수 있으며 반도체 소자가 고집적화됨에 따른 균일한 임계치수(CD)를 가지는 미세 패턴의 형성도 가능하게 한다.
이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1 및 도 2는 실시예에 따른 반이다.도체 소자의 제조 방법을 보여주는 단면도들이다.
도 3 및 도 4는 실시예에 따른 접착층이 형성된 반도체 소자의 다른 예들이다.

Claims (7)

  1. 하부 막이 형성된 기판 상에 폴리에틸렌옥사이드(PEO), 폴리에틸렌글라이콜(PEG) 및 폴리비닐알코올(PVA) 중 적어도 하나를 포함하는 고분자 물질로 이루어진 접착층을 코팅하는 단계; 및
    상기 접착층 상에 상부막을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층 위 또는 아래에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 상부막은 포토레지스트막인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층을 코팅하는 단계 이후에,
    상기 접착층의 용매를 제거하기 위한 베이킹 공정을 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층을 코팅하는 방법은 스핀코팅법을 이용하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층은 1 ~ 1000 Å의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 접착층의 고분자 물질의 중합도는 100 내지 1500 인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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