KR20110047872A - 반도체 소자의 미세패턴 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토레지스트의 변형을 방지하여 미세패턴을 형성함으로써 40㎚급 소자의 신뢰성을 확보하도록 한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공하는 것으로서, 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법은 실리콘 기판 상에 패턴 형성용 식각 대상물을 형성하는 단계; 상기 식각 대상물 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 상기 반사방지막 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 포토레지스트를 경화하는 단계; 상기 포토레지스트에 노광 및 현상 공정을 실시하여 상기 포토레지스트를 선택적으로 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상기 반사방지막 및 식각 대상물을 선택적으로 식각하여 미세패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 및 반사방지막을 제거하는 단계를 포함하고, 하부의 BARC를 식각하기 전에 포토레지스트를 도포한 후 전면에 플라즈마 처리를 통해 경화(hardening)처리를 실시하여 안정된 포토레지스트 패턴을 확보함으로써 미세패턴 형성시 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
미세패턴, 포토레지스트, BARC, 플라즈마, 경화
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 특히 소자의 신뢰성 확보를 위한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 웨이퍼(Wafer) 제조 공정 중 포토 리소그래피(Photo-Lithography) 공정에서는 여러 개의 마스크(Mask)를 이용하여 웨이퍼에 회로 모양을 인식하기 위한 노광 작업을 실시하게 된다.
이러한 노광 공정은 마스크에 형성된 패턴을 웨이퍼 표면의 패턴과 일치시킨 후 레티클(Reticle)에 광을 선별적으로 투과 또는 차단하는 부재를 사용하여 웨이퍼 상에 적층된 포토레지스트에 자외선 빛을 부분적으로 투과시켜 해당 부위의 감광막을 선택적으로 노광하는 공정을 말한다.
상기와 같이 노광된 포토레지스트를 현상하여 패터닝하고, 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 식각 대상물을 선택적으로 식각하여 원하는 패턴을 형 성하고 있다.
그러나, 지속적인 반도체 소자의 라인 축소(Line Shrinkage)에 따라 도 1에 도시된 LWR(Line Width Roughness), LER(Line Edge Roughness)의 증가 및 그에 따른 소자 신뢰성 저하 및 양산성 확보의 어렵다.
즉, 미세패턴 형성시 사용되는 반사방지막의 식각물질(Etchant)에 의한 포토레지스트의 형태 변형(Volume Deformation)을 유발하여 패턴 불량이 발생하고, 포토레지스트 위의 전자(Electron) 축적물(Accumulation)에 기인하여 국부적 전위차 제어 기술이 부족하여 40㎚이하의 미세패턴 형성시 LWR및 LER 증대로 소자 집적도 확보에 어려움이 많다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 포토레지스트의 변형을 방지하여 미세패턴을 형성하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법은 실리콘 기판 상에 패턴 형성용 식각 대상물을 형성하는 단계; 상기 식각 대상물 상에 반사방지막을 형성하는 단계; 상기 반사방지막 상에 포토레지스트를 도포하는 단계; 상기 포토레지스트를 경화하는 단계; 상기 포토레지스트에 노광 및 현상 공정을 실시하여 상기 포토레지스트를 선택적으로 패터닝하는 단계; 상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상기 반사방지막 및 식각 대상물을 선택적으로 식각하여 미세패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 및 반사방지막을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 포토레지스트의 경화는 플라즈마 조사, UV 베이크 및 X-Ray 조사로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 사용하고, 상기 반사방지막의 식각은 수소가 다량으로 포함된 가스를 이용하여 식각하되, 상기 수소 가스는 기화된 H2O를 이용하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 포토레지스트의 경화는 바이어스 영향을 최소화시키는 조건으로 진행하고, 플라즈마 온도가 낮은 크세논(Xe)을 이용하여 플라즈마 처리하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 플라즈마 조사시 펄스파워를 이용하는 것을 특징으로 한다.
상술한 본 발명은 포토레지스트를 도포한 후 전면에 플라즈마 처리를 통해 경화(hardening)처리를 실시하여 안정된 포토레지스트 패턴을 확보함으로써 미세패턴 형성시 소자의 신뢰성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 2a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(110) 위에 패턴 형성을 위한 식각 대상물(120)을 증착하고, 식각 대상물(120) 상에 반사 방지막(130)을 형성한다.
여기서, 식각 대상물(120)은 절연막 또는 금속막이다.
또한, 반사 방지막(130)은 유기 반사 방지막으로서, 폴리 비닐 페놀계, 폴리 하이드록시 스타이렌계, 폴리 노르보넨계, 폴리 아다만계, 폴리이미드계, 폴리 아크릴레이트계, 폴리메타 아크릴레이트계 및 폴리 플루오린계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 중합체를 포함하는 것이 바람직하다. 또는 유기 반사 방지막은 에틸 3-에록시 프로피오네이트. 메틸 3-메톡시 프로피오네이트, 이클로헥사논, 프로필렌글리콜 메틸 에테르 아세테이트, 메틸에틸케톤, 벤젠, 톨루엔, 디옥산 및 디메텔 포름아미드로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 용매 또는 둘 이상의 혼합 용매를 포함하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에서 이용된 유기 반사 방지막은 열광산 발생제가 함유되거나 일차 아민, 이차 아민 또는 삼차 아민류 첨가제가 함유되어 있는 것을 사용한다. 또한 노광 파장에 대한 광을 흡수하는 안트라센이 함유된 것을 사용한다. 이때, 본 발명의 제조 공정에서 열광산 발생제를 사용하지 않아도 되는데, 그 이유는 전자빔 전면 조사 공정에 의해서도 충분히 열가교 결합을 유도하기 때문에 열광산 발생제의 사용시 발생되는 화학 가스의 생성을 막아 노광 장비의 오염과 공정의 열화를 예방할 수 있다.
이어서, 반사 방지막(130) 상에 포토레지스트(140)를 도포한다.
그리고 포토레지스트(140)의 전면에 플라즈마 처리를 통해 포토레지스트(140)를 경화한다. 여기서, 포토레지스트(140)의 경화는 포토레지스트 내부의 크로스 링킹(Cross linking)을 강화시키기 위해 실시한다.
한편, 포토레지스트(140)의 경화는 바이어스의 영향을 최소화시키는 조건으로 진행하는 것이 바람직하다. 예컨대, 낮은 바이어스(Low Bias)를 인가하며, 이 때, 바이어스는 인가하지 않거나 적어도 50W이하로 인가한다.
또한, 플라즈마 온도가 낮은 크세논(Xe)을 이용하여 플라즈마 처리를 실시한다.
그리고, 또 다른 실시예로 포토레지스트(140)에 플라즈마 처리를 하지 않고 UV 베이크(Bake) 또는 X-Ray 조사를 통해 포토레지스트(140)의 표면을 경화 처리할 수도 있다.
또한, 포토레지스트(140)의 전기적 중화 및 Te(Elctron Temperature)가 낮은 플라즈마를 구현하기 위하여 펄스 파워(Pulsed Power) 또는 Xe 베이스 플라즈마 연소(Base Plasma Ignition) 후 로우 파워 식각 상태를 구현한다.
여기서, 낮은 플라즈마를 구현 위하여 Xe 베이스 플라즈마 연소는 바이어스는 50W이하로 분자량 무게(Heavy)에 따른 과다한 처리는 피해야 한다.
또한, 포토레지스트(140)의 비정형 변형을 방지하기 위하여 스틱킹(Sticking) Co-효율(efficient)을 낮추기 위한 고온 공정을 구현한다.
도 2b에 도시한 바와 같이, 패턴이 정의된 포토 마스크(도시되지 않음)를 마스크로 이용하여 포토레지스트(140)를 선택적으로 노광하고, 노광된 포토레지스트(140)를 현상하여 선택적으로 패터닝한다.
한편, 포토레지스트(140)는 포지티브형과 네거티브형 포토레지스트로 나눌 수 있는데, 포지티브형 포토레지스트는 노광된 부분이 현상 공정을 통해 제거되고, 네거티브형 포토레지스트는 노광되지 않는 부분이 현상 공정을 통해 제거된다.
도 2c에 도시한 바와 같이, 패터닝된 포토레지스트(140)를 마스크로 이용하 여 반사 방지막(130) 및 식각 대상물(120)을 선택적으로 식각하여 원하는 형태의 패턴(120a)을 형성한다.
여기서, 반사 방지막(130)의 식각시 유발되는 LWR 및 LER 개선을 위하여 수소가 풍부한 가스를 이용하여 화학 베이스(Chemistry Base) 식각을 실시하는 것이 바람직하다.
특히, 수소(Hydrogen) 가스는 기화된(Vaporized) H2O를 이용하며, 기화된 H2O는 플라즈마(plasma) 여기시 H+, H*, O*, OH-, H+로 전기적 일렉트론 쉐도우잉(Electron Shadowing)효과를 방지하면서, OH의 낮은 반응성으로 미세 패턴의 급격한 변형을 방지한다.
그 이유는 H+을 이용한 일렉트론 쉐도우잉을 제거함으로 국부적 전위차에 기인한 포토레지스트(140)의 변형을 방지하며 미세패턴(120a)을 형성한다. 이에 상용가능한 최적의 가스는 기화된 H2O가 이상적이다. H+와 OH*, OH-의 저 반응성 반사 방지막(130)의 에천트로 사용가능하기 때문이다.
도 2d에 도시한 바와 같이, 마스크로 사용된 포토레지스트(140)와 반사 방지막으로 사용된 반사 방지막(130)를 제거하여 원하는 패턴(120a)을 얻는다.
도 3은 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 적용하여 미세패턴을 형성한 후의 패턴 프로파일을 나타낸 사진이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 포토레지스트를 경화한 후에 반사 방지막 등의 식각 공정을 진행하여 패턴을 형성함으로써 안정된 포토레지스트 패턴의 프로파일을 확보하여 반도체 소자의 미세 패턴(120a) 또한 안정된 형태로 형성할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 기술에 의한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 적용했을 때 패턴에 불량이 발생한 상태를 나타낸 사진.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 나타낸 공정 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 적용하여 미세패턴을 형성한 후의 패턴 프로파일을 나타낸 사진.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 실리콘 기판 120 : 식각 대상물
130 : BARC 140 : 포토레지스트
Claims (7)
- 실리콘 기판 상에 패턴 형성용 식각 대상물을 형성하는 단계;상기 식각 대상물 상에 반사방지막을 형성하는 단계;상기 반사방지막 상에 포토레지스트를 도포하는 단계;상기 포토레지스트를 경화하는 단계;상기 포토레지스트에 노광 및 현상 공정을 실시하여 상기 포토레지스트를 선택적으로 패터닝하는 단계;상기 패터닝된 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상기 반사방지막 및 식각 대상물을 선택적으로 식각하여 미세패턴을 형성하는 단계; 및상기 포토레지스트 및 반사방지막을 제거하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 포토레지스트의 경화는 플라즈마 조사, UV 베이크 및 X-Ray 조사로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나를 사용하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 반사방지막의 식각은 수소가 포함된 가스를 이용하여 식각하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
- 제3항에 있어서,상기 수소 가스는 기화된 H2O를 이용하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
- 제1항에 있어서,상기 포토레지스트의 경화는 바이어스 영향을 최소화시키는 조건으로 진행하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
- 제5항에 있어서,상기 포토레지스트의 경화는 플라즈마 온도가 낮은 크세논(Xe)을 이용하여 플라즈마 처리하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
- 제2항에 있어서,상기 플라즈마 조사시 펄스파워를 이용하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.
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KR1020090104668A KR20110047872A (ko) | 2009-10-30 | 2009-10-30 | 반도체 소자의 미세패턴 형성방법 |
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KR (1) | KR20110047872A (ko) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20160033293A (ko) * | 2014-09-17 | 2016-03-28 | 엘지디스플레이 주식회사 | 유전체 광학마스크 및 그 제조방법 |
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2009
- 2009-10-30 KR KR1020090104668A patent/KR20110047872A/ko not_active Application Discontinuation
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KR20160033293A (ko) * | 2014-09-17 | 2016-03-28 | 엘지디스플레이 주식회사 | 유전체 광학마스크 및 그 제조방법 |
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