KR20160115669A - 실리콘계 중간층 조성물 - Google Patents

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Abstract

반도체 디바이스를 제조하는 방법이 제공된다. 이 방법은 기판 상에 알킬기를 갖는 실리콘계 성분을 포함하는 제1 재료층을 형성하는 단계와, 상기 재료층 상에 바로 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층을 방사선 소스에 노광시키는 단계를 포함한다.

Description

실리콘계 중간층 조성물{SILICON-BASED MIDDLE LAYER COMPOSITION}
반도체 집적 회로(integrated circuit, IC) 산업은 급속하게 성장하고 있다. IC 재료 및 설계에 있어서의 기술적 진보는 여러 세대의 IC를 생산하였고, 각 세대는 이전 세대보다 더 작고 더 복잡한 회로를 갖는다. 그러나, 이러한 진보는 IC의 처리 및 제조 복잡성을 상승시키며, 이러한 진보가 실현되기 위해서는 IC 처리 및 제조에서도 유사한 발전이 필요하다. IC 발전 과정에서, 기능적 밀도(즉, 칩 면적당 상호접속된 디바이스의 수)는 기하학적 사이즈(즉, 제조 공정을 이용하여 생성될 수 있는 최소형의 구성요소)가 감소하면서 일반적으로 증가하고 있다. 리소그래피 피쳐가 예컨대 40 나노미터(nm) 이하로 감소함에 따라, 고개구율(high numerical aperture) 공정이 분해능 한계를 극복하는데 필요하다. 이 점에 있어서 3층(trilayer) 포토레지스트막 스킴(scheme)의 이용이 유리하게 유망할 것으로 보인다. 구체적으로 3층 포토레지스트막은 다른 장점보다도 라인 엣지 거칠기(line edge roughness, LER)와 라인 폭 거칠기(line width roughness, LWR)를 개선시킬 수 있다.
그러나 3층 스킴을 이용하면, 피쳐들 사이에 제공되는 피치 및 기술 노드의 감소에 따른 과제들이 발생한다. 피쳐 사이즈 및 피치의 감소는 포토레지스트 피쳐의 붕괴를 유도할 수 있다. 이 붕괴는 3층 스킴의 상단 포토레지스트층과 중간층 사이의 흡착성(adhesion) 저하 및/또는 의도하지 않은 혼입물 때문일 수 있다. 이에, 패터닝 재료에 따른 문제들을 감소, 최소화 또는 제거하는 공정 및 재료가 요구되고 있다.
본 개시의 양태들은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 해당 산업계의 표준 관행에 따라, 도면 내의 다양한 피쳐(feature)를 실척으로 도시하지는 않는다. 사실상, 다양한 피쳐의 치수는 설명의 편의상 임의대로 확대 또는 축소될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 다양한 양태에 따른 반도체 디바이스를 제조하는 방법의 일 실시형태의 흐름도이다.
도 2 내지 도 5는 본 개시내용의 다양한 양태에 따른 반도체 디바이스의 일 실시형태의 도식적 부분 단면도이다.
도 6은 본 개시내용의 다양한 양태에 따른 첨가 재료를 포함하는 중간층 조성물의 예시적인 화학 구조를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 개시내용의 다양한 양태에 따른 첨가 재료를 포함하는 중간층 조성물의 예시적인 화학 구조를 도시하는 도면이다.
이하의 개시내용은 다양한 실시형태의 상이한 특징을 구현하기 위해 다수의 상이한 실시형태 또는 실시예를 제공하는 것으로 이해된다. 본 개시내용을 단순화하기 위해 구성요소 및 장치(arrangement)의 특정 실시예에 대해 후술한다. 물론 이들은 예시일뿐이며, 한정되는 것을 목적으로 하지 않는다. 예를 들어, 이어지는 설명에 있어서 제2 피쳐 위(over) 또는 상(on)의 제1 피쳐의 형성은 제1 및 제2 피쳐가 직접 접촉으로 형성되는 실시형태를 포함할 수도 있고, 제1 및 제2 피쳐가 직접 접촉하지 않도록 제1 및 제2 피쳐 사이에 추가 피쳐가 형성될 수 있는 실시형태도 또한 포함할 수 있다. 또한, 본 개시내용은 다양한 실시예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이 반복은 단순화 및 명확화를 위한 것이며, 그 자체가 설명하는 다양한 실시형태 및/또는 구성 간의 관계를 지시하지는 않는다.
도 1은 본 개시내용의 다양한 양태에 따른 반도체 디바이스를 제조하는 방법(100)의 일 실시형태의 흐름도이다. 도 2 내지 도 5는 이 방법(100)의 하나 이상의 단계들에 따라 제조된 반도체 디바이스(200)의 단면도이다. 방법(100)은 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 기술 공정 플로우의 특징을 갖는 단계들을 포함하며, 따라서 본 명세서에서는 개요만 설명하는 것을 이해해야 한다. 방법(100)의 이전, 이후 및/또는 도중에 추가 단계들이 수행될 수도 있다.
또한, 반도체 디바이스(200)의 부분들이 CMOS 기술 공정 플로우에 의해 제조될 수 있으며, 따라서 일부 공정들은 본 명세서에서 개요만 설명되는 것을 이해해야 한다. 또한, 반도체 디바이스(200)는 추가 트랜지스터, 바이폴라 정션 트랜지스터, 레지스터, 커패시터, 다이오드, 퓨즈 등의 다양한 다른 디바이스 및 피쳐를 포함할 수 있지만, 본 개시내용의 발명 개념을 더욱 잘 이해하기 위해 단순화된다.
디바이스(200)는 집적 회로, 또는 그 일부의 처리 중에 제조되는 중간 디바이스일 수 있으며, SRAM(static random access memory) 및/또는 기타 논리 회로와, 레지스터, 커패시터, 및 인덕터 등의 수동 소자, P채널 전계 효과 트랜지스터(PFET), N채널 FET(NFET), MOSFET(metal-oxide semiconductor field effect transistor), CMOS(complementary metal-oxide semiconductor) 트랜지스터, 바이폴라 트랜지스터, 고전압 트랜지스터, 고주파수 트랜지스터, 기타 메모리 셀, 및 이들의 조합 등의 능동 소자를 포함할 수 있다. 반도체 디바이스(200)는 상호접속될 수 있는 복수의 반도체 디바이스(예, 트랜지스터)를 포함한다.
방법(100)은 기판을 수용하는 블록 102에서 시작된다. 기판은 반도체 웨이퍼 등의 반도체 기판일 수 있다. 기판은 결정질 구조 내에 실리콘을 포함할 수 있다. 대안적 실시형태에 있어서, 기판은 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 실리콘 탄화물, 갈륨 비화물, 인듐 비화물, 인듐 인화물, 및/또는 기타 적절한 재료를 포함할 수 있다. 기판은 반도체 온 절연체(semiconductor-on-insulator, SOI) 기판일 수도 있다. 기판은 도핑 영역 또는 웰(well)을 포함한 반도체 기판 상에 형성된 복수의 층 및/또는 피쳐, STI(shallow trench isolation) 피쳐 등의 격리 영역(isolation region), 전도성 층, 절연성 층, 및 다양한 다른 적절한 피쳐를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 하나 이상의 타겟층을 포함할 수 있으며, 이들은 패터닝되는 것이 바람직하다. 도 2의 예를 참조하면, 기판(202)이 도시되어 있다. 일부 예시적인 실시형태에 있어서, 기판(202)은 위에 형성된, 임의의 복수의 층(전도성 층, 절연체층) 또는 피쳐(소스/드레인 영역, 게이트 구조, 배선 라인 및 비아)를 구비한다. 기판(202)은 반도체 기판 상에 배치된 하나 이상의 타겟층을 포함할 수 있으며, 이 타겟층은 방법(100)에 의해 패터닝되기에 적합하다. 예시적인 타겟층은 게이트층, 배선층, 및/또는 기타 적절한 층을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 방법(100)에 의한 패터닝은 (예컨대, 이를테면 핀타입(fin-type) 전계 효과 트랜지스터를 위한 핀의 형성 등에 있어서) 반도체 기판 자체의 에칭 부분에 적합할 수 있다.
방법(100)은 3층 패터닝 스택(stack)의 하부층(underlayer, UL)(또는 제1층)이 기판 상에 형성되는 블록 104에서 계속된다. 하부층은 3층 포토레지스트라고도 칭해지는 3층 패터닝 스택의 제1층(예, 기판의 최근접층)일 수 있다. 일 실시형태에서는 하부층이 유기물(organic)이다. 추가 실시형태에 있어서, 유기 재료는 가교 결합하지 않는 복수의 모노머(monomer) 또는 폴리머(polymer)를 포함한다. 일반적으로, 하부층은 패터닝 가능한 재료를 함유하고/하거나 반사 방지 특성을 제공하도록 조정된 조성물을 가질 수 있다. 하부층의 예시적인 재료는 탄소 골격 폴리머(carbon backbone polymer)를 포함한다. 일 실시형태에서는 하부층이 생략된다. 일부 실시형태에 있어서, 하부층은 스핀 코팅 공정에 의해 형성될 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 하부층은 다른 적절한 성막 공정(deposition process)에 의해 형성될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 3층 패터닝 스택(204)이 기판(202) 상에 성막된다. 3층 패터닝 스택(204)은 하부층(206)을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 하부층(206)은 탄소 골격 폴리머이다.
도 1과 도 2를 참조하면, 방법(100)은 기판 및/또는 하부층(206) 위에 중간층(208)(또는 제2층)을 형성하는 블록 106으로 이행된다. 중간층은 3층 패터닝 스택의 제2층이다. 일반적으로, 중간층은 리소그래피 공정을 위한 반사 방지 특성 및/또는 하드 마스크 특성을 제공하는 조성물을 가질 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 중간층은 실리콘 함유층(예, 실리콘 하드 마스크 재료)을 포함한다. 중간층은 실리콘 함유 무기 폴리머를 포함할 수 있다. 추가 실시형태에 있어서, 중간층은 실록산 폴리머(예, O-Si-O-Si- 등의 골격을 갖는 폴리머)를 포함한다. 실록산 폴리머의 실리콘 비율은 이를테면 중간층의 에칭률을 제어하기 위해 제어될 수 있다. 예를 들어, 실록산 폴리머의 실리콘 비율은 약 10% 내지 약 45% 사이의 값일 수 있다. 더욱 구체적으로, 실록산 폴리머의 분자량은 약 1000 g 내지 약 8000 g 사이에 있을 수 있다. 일부 대안적 실시형태에 있어서, 중간층은 실리콘 산화물(예, 스핀 온 글래스(SOC))과, 실리콘 질화물과, 실리콘 산질화물과, 다결정 실리콘과, 티탄, 티탄 질화물, 알루미늄 및/또는 타탄 등의 금속을 함유한 금속 함유 유기 폴리머 재료, 및/또는 기타 적절한 재료를 포함할 수 있다. 중간층은 가교 결합을 위해 열 베이킹될 수 있으며, 따라서 추가로 솔벤트를 필요로 하지 않는다. 일부 실시형태에 있어서, 중간층은 PGEE(1-에톡시-2-프라놀), PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate), 물, 또는 이들의 조합 등의 솔벤트를 포함한다. 중간층의 이러한 조성물 중 임의의 것 또는 전부에 대해, 첨가제가 부가되어(혼합되거나 함께 결합되어서) 중간층을 강화시킬 수 있다. 이 첨가제에 대해서는 후술하기로 한다.
일부 예시적인 실시형태에 있어서, 중간층은 첨가제를 포함할 수도 있는데, 이 첨가제는 중간층이 상부 포토레지스트층(이에 대해서는 단계 108을 참조하여 후술함)과의 중간층의 계면의 접촉 각도 및 다른 특성에 영향을 미치게 할 수 있다. 이들 첨가제 중 일부는 층들 간의 계면에, 이를테면 친수기(hydrophilic) 대 친수기 힘 또는 수소 결합에 의해 제공되는 강화를 유리하게 제공할 수 있다.
예를 들어, 알킬기의 첨가는 이에 중간층(208)의 소수성(hydrophobicity)을 조절하는데 이용될 수 있다. 또한, 첨가 알킬기의 농도는 그러한 목표(즉, 중간층의 소수성 조절)를 달성하기 위해 조절될 수 있다. 일반적으로, 중간층 내의 알킬기의 농도가 높을수록 중간층(208)의 소수성은 낮아진다(오일성(oil-like)이 낮아진다). 이와 같이, 중간층 내에 알킬기를 포함시키면 포토레지스트층과 중간층 간에 접촉 각도와 미스매치를 저감시킬 수 있다. 소수성이 강한 중간층은 포토레지스트층에서의 중간층의 흡착성을 향상시켜 포토레지스트 패턴 박리(peeling)를 개선한다. 패턴 박리가 감소하면 반도체 디바이스(200) 내의 피쳐들이 더욱 선예화되고(sharp) 더욱 구별화된다(distinct). 또한, 중간층의 소수성의 상승은 포토레지스트층의 현상 중에 친수성 현상액이 중간층에 침투하여 포토레지스트 패턴을 붕괴시키는 것을 막는다. 그러나, 중간층의 소수성의 상승은 또한, 중간층의 표면 상에, DAS(direct self-assembling) 응집물(aggregation) 등의 혼입물을 생성할 수 있다. 이러한 DSA 응집물은 중간층을 준비하는 과정의 어떤 스테이지에서도 발생할 수 있지만, 특히나 가교 결합 공정 시에 더욱 빈번하게 발생한다. DSA 응집물의 형성은 일반적으로 중간층의 모노머(예컨대, 실록산 폴리머)와 가교 결합 시약(reagent) 간의 실질적인 소수성의 차이로 인한 것이다. 가교 결합 공정은 실록산 폴리머를 가교 결합 시약과 혼합하고, 그 혼합물을 베이킹하여 가교 결합된 모노머/폴리머 등을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 원하는 목적에 맞게 적합한 접촉 각도와 소수성에 도달하기 위해서, 알킬기의 농도가 적절하게 선택될 수 있다.
다양한 실시형태에 따르면, 중간층(208)은 베이킹 공정 후에 중간층과 상부 포토레지스트 사이에 형성되는 혼입물(예, DSA 응집물)을 효과적으로 피할 수 있는 조성물을 포함한다. 보다 구체적으로, 중간층(208)은 알킬기 등의 첨가 화합물 또는 성분을 포함한다. 이 첨가 알킬기는 중간층의 모노머와 가교 결합 시약(reagent) 간의 소수성 차이를 줄이기 위해 중간층의 소수성을 상승시킨다.
일 실시형태에 있어서, 중간층은 조성물, 예컨대 알킬기가 부착된 폴리머를 포함한다. 대안으로 또는 추가로, 폴리머는 순환 링(cyclic ring), 노보네인(norbornane), 벤젠, 아다만틴(adamantine), 및/또는 기타 적절한 구조를 포함할 수 있다.
중간층은 스핀온 코팅 공정, 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 및/또는 기타 적절한 성막 공정에 의해 형성될 수 있다.
도 2의 예를 참조하면, 중간층(208)은 3층 패터닝 스택(204) 중 하나의 구성요소로서 하부층(206) 상에 배치된다. 중간층(208)은 알킬기 등의 첨가 성분을 갖는 하드 마스크 재료 등의 적절한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에 있어서, 중간층(208)은 첨가 성분(예, 알킬기)과 결합 또는 혼합되는 실록산 폴리머를 포함한다. 다른 실시형태에 있어서, 첨가 성분은 복수의 알킬기를 포함하는 조성물(예, 폴리머)일 수 있다. 또한, 이러한 알킬 첨가 실록산 폴리머는 가교 결합 시약을 이용해 가교 결합될 수 있으며, 가교 결합되어 체인형, 웨브(web)형, 원형, 콤(comb)형, 별형 등의 임의 종류의 형상을 형성할 수 있다. 알킬 첨가 실록산 폴리머 중간층(208)에 대해서는 도 6과 도 7을 참조하여 이하에서 더욱 자세하게 설명한다.
도 1과 도 2를 참조하면, 방법(100)은 포토레지스트(PR)층(210)이 중간층(208) 위에 형성되는 블록 108로 이행된다. 포토레지스트층은 3층 패터닝 스택의 제3층 및 상단층일 수 있다. 포토레지스트층은 해당 기술분야에서 알려져 있는 바와 같이 방사선에 의해 패터닝되도록 작용 가능한 감광층일 수 있다. 통상, 입사 방사선이 충돌한 포토레지스트 영역의 화학적 특성은 이용되는 포토레지스트의 타입에 종속되는 방식으로 변한다. 일 실시형태에 있어서, 포토레지스트층은 적절한 포지티브 톤(positive tone) 레지스트이다. 포지티브 톤 레지스트는 방사선(통상 UV 광)에 노광될 때에 네거티브 톤 현상제에 용해되지 않는 포토레지스트 재료를 지칭하며, 노광되지 않은(덜 노광된) 포토레지스트의 부분은 네거티브 톤 현상제에 용해된다. "네거티브 톤 현상제"란 용어는 조사선량(exposure dose)을 전혀 수광하지 않은 영역 또는 미리 정해진 조사선량 값 미만의 조사선량을 수광한 영역을 선택적으로 용해하여 제거하는 임의의 적절한 현상제를 지칭할 수 있다. 네거티브 톤 현상제는 유기 솔벤트를 포함할 수 있다. 유기 솔벤트는 예컨대 케톤(ketone)계 솔벤트, 에스테르계 솔벤트, 알코올계 솔벤트, 아미드계 솔벤트, 에테르계 솔벤트, 탄화수소계 솔벤트, 및/또는 기타 적절한 솔벤트를 포함할 수 있다. 후술하겠지만, 용해성은 패터닝된 포토레지스트층을 형성하기 위한 것이다.
포토레지스트층(210)은 탄소 골격 폴리머를 포함할 수 있다. 포토레지스트층(210)은 솔벤트 및/또는 광산 발생제(photo acid generator) 등의 기타 적절한 성분을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 추가 실시형태에 있어서, 포토레지스트층은 해당 기술 분야에 알려진 화학 증폭형(chemical amplified, CA) 레지스트이다. 포토레지스트층은 그 포토레지스트층 내에 분산된 광산 발생제(PAG)를 포함할 수 있다. 노광 공정으로부터 광에너지(photo energy)를 흡수할 때에, PAG는 소량의 산을 형성한다. 레지스트는 폴리머 재료를 포함하는데, 이 폴리머 재료는 폴리머가 상기 생성된 산과 반응할 때에 현상제에 대한 그 재료의 용해성을 변화시킨다. CA 레지스트는 포지티브 톤(positive tone) 레지스트일 수 있다. 적절한 PAG의 예는 술포네이트(sulfonate)를 함유한 술폰늄 양이온(cation)의 염, 술포네이트를 함유한 요오드늄 양이온의 염, 술포닐디아조메탄(sulfonyldiazomethane), N-술포닐옥시이미드(sulfonyloxyimide) PAG, 벤조인술포네이트(benzoinsulfonate) PAG, 피로갈룰(pyrogallol) 트리술포네이트(trisulfonate) PAG, 니트로벤질(nitrobenzyl) 술포네이트 PAG, 술폰(sulfone) PAG, 글리옥심(glyoxime) 유도체, 트리페닐술포늄(triphenylsulfonium) 노나플레이트(nonaflate), 및/또는 현재 알려지거나 향후 개발되는 기타 적절한 PAG를 포함한다.
도 1을 참조하면, 방법(100)은 기판을 방사선에 노광시켜서 포토레지스트층을 패터닝하는 블록 110으로 이행된다. 방사선 빔은 IC 설계 레이아웃에 따라 방사선의 패턴을 제공하는 리소그래피 시스템을 이용하여 기판 상에 성막된 레지스트를 노광시킬 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 리소그래피 시스템은 자외(UV) 방사선, 심자외(DUV, deep ultraviolet) 방사선, 극자외(EUV, extreme ultraviolet) 방사선, X레이 방사선, 및/또는 기타 적절한 방사선 타입을 포함한다. 대안적 실시형태에 있어서, 리소그래피 시스템은 전자빔 또는 이온빔 리소그래피 시스템 등의 하전 입자 리소그래피 시스템을 포함한다.
도 3의 예를 참조하면, 패터닝된 방사선 빔(302)이 기판(302)에, 구체적으로 포토레지스트층(210)에 입사한다. 영역(210a)은 그 방사선에 노광된 레지스트의 부분을 나타내고 있는데, 이 부분에는 상기한 이유로 화학적 변화가 발생하였다. 네거티브 레지스트의 경우, 영역(210a)은 현상제에 용해되지 않는다. 일부 대안적 실시형태에 있어서, 중간층(208)이 광염기 발생제(photo base generator, PBG)를 가진 첨가 화합물 또는 성분을 포함한다면, 방사선 빔(302)은 중간층(208) 내에 화학적 변화를 또한 초래할 수 있다. 예를 들어, 중간층의 PBG는 방사선 노광 시에 염기(base)를 생성할 수 있다.
방법(100)의 실시형태에 있어서, 노광 공정 후에 베이킹 공정이 일어날 수 있다. 베이킹은 하드 베이킹일 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 포토레지스트층은 화학 증폭형 레지스트(CAR)이고, 베이킹 공정은 불용성을 개선시키는데 도움이 된다. 이 베이킹 공정 중에 또는 이후에, 중간층의 잔여 염기가 포토레지스트층의 성분과 반응하여 그 사이에 연결(linkage) 또는 결합(bond)을 형성한다. 일 실시형태에 있어서, 이 연결이 공유 결합이다. 일 실시형태에 있어서, 잔여 생성 염기는 포토레지스트층 내에 생성 및/또는 제공된 산 분해성 기(acid labile group, ALG)와 반응한다. 추가 실시형태에 있어서, 산 분해성 기(ALG)는 노광 후 레지스트에 의해 생성된다. 따라서, 일 실시형태에 있어서, 노광 후 생성되는 포토레지스트의 산을 ??칭(quenching)한 후에 중간층 내에 남아있는 잔여 염기가 포토레지스트 ALG와 반응하여 공유 결합 링커(linker)를 형성할 수 있다. 이에, 노광된 영역에서 중간층과 포토레지스트층 간의 흡착성을 개선시킬 수 있다.
이어서 방법은 노광된 층(들)이 현상되어 마스킹 요소를 형성하는 블록 112으로 이행된다. 기판 상에 레지스트 패턴을 형성하기 위해 현상제가 노광 레지스트에 도포될 수 있다.
일 실시형태에서는 블록 112에서 네거티브 톤 현상제가 도포된다. "네거티브 톤 현상제"란 용어는 조사선량(exposure dose)을 전혀 수광하지 않는 영역(또는 미리 정해진 조사선량 값 미만의 조사선량을 수광한 영역)을 선택적으로 용해하여 제거하는 현상제를 지칭한다.
일 실시형태에 있어서, 현상제는 MAK(methyl a-amyl ketone) 또는 MAK를 포함한 혼합물 등의 유기 솔벤트의 혼합물 또는 유기 솔벤트를 포함할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 현상제는 TMAH(tetramethylammonium hydroxide) 등의 수계 현상제를 포함한다. 현상제 도포는 노광된 레지스트막 상에 예컨대 스핀온 공정에 의해 현상제를 분사하는 것을 포함한다. 일 실시형태에 있어서, 현상제는 레지스트의 미노광 영역은 제거할 수 있고, 노광된 부분은 남아 있는다. 일 실시형태에서는, 포토레지스트층과 중간층 사이의 공유 결합은 방사선이 입사하는 이 영역에만 제공되는 것임을 알아야 한다. 이 영역은 전술한 네거티브 톤 현상제 등의 현상제에 용해되지 않는 포토레지스트층(예컨대, 포지티브 레지스트)의 영역일 수 있다.
도 4의 예를 참조하면, 마스킹 요소(402)가 포토레지스트층(210) 내에 제공된다. 일부 실시형태에 있어서, 마스킹 요소(402)는 포토레지스트층의 미노광 영역(210a)을 제거하기 위해, 노광되는 포토레지스트층(210)에 네거티브 톤 현상제를 도포함으로써 형성될 수 있다.
일 실시형태에 있어서, 마스크 요소(402)는 중간층(208)을 에칭하는데 이용된다. 이어서, 에칭된 중간층(208)은 추가층을 패터닝하기 위한 마스킹 요소로서 이용될 수 있다. 다른 실시형태 또는 추가 실시형태에 있어서, 기판(202) 상의 층 중 하나 이상은 또한 마스킹 요소(402)에 의해 제공된 패턴에 기초하여 건식 에칭 또는 플라즈마 에칭 등의 후속 에칭 공정을 이용해 패터닝될 수 있다. 마스킹 요소(402)는 네거티브 톤 현상제에 용해되지 않을 수 있다.
이어서 방법(100)은 반도체 디바이스 피쳐를 형성하기 위해 마스킹 요소가 이용되는 블록 114로 이행된다. 일 실시형태에 있어서, 마스킹 요소는 포토레지스트층, 중간층 및 하부층 중 하나 이상을 포함한다. 추가 실시형태에 있어서, 포토레지스트층은 (전술한 적절한 에칭 공정에 의해) 패턴을 중간층에 전사한 후에 박리된다. 그런 다음 패터닝된 중간층은 하부층 등의 추가층을 패터닝하기 위한 마스킹 요소로서 이용될 수 있다. 도 5의 예를 참조하면, 피쳐(502)가 기판(202)의 타겟층으로 형성된다. 일부 실시형태에 있어서, 피쳐(502)는 포토레지스트층(210), 중간층(208) 및 하부층(206) 중 하나 이상으로 형성될 수 있다. 피쳐(502)는 마스킹 요소(402)(도 4 참조)에 의해 규정된다. 피쳐(502)는 게이트 구조와, 이를테면 핀 타입 전계 효과 트랜지스터 내에 제공되는 핀 구조와, 배선 구조와, 절연 피쳐와, 라인 등의 전도성 피쳐, 및/또는 기타 적절한 반도체 디바이스 피쳐일 수 있다.
방법(100)은 본 명세서에 구체적으로 설명하지는 않지만 당업자라면 알 수 있는 추가 단계들로 계속될 수 있다. 예를 들어, 반도체 디바이스(200)는 다음으로 탈이온(de-ionized, DI)수 린스 등의 린스 공정이 행해질 수 있다. 린스 공정은 잔여 입자를 제거할 수 있다.
도 6과 도 7은 다양한 실시형태에 따른 중간층 내에 포함되는 적절한 모노머의 예시적인 구조(600 및 700)를 제공한다. 전술한 바와 같이, 모노머는 알킬 첨가 실록산 폴리머일 수 있다. 도 6과 도 7을 참조하면, 그 구조는 실록산 골격(O-Si-O-Si- 등), R1 및 R2을 포함한다. 일부 실시형태에 있어서, "R1"은 1 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알킬기를 표시하고, "R2"은 수산기, 카르복실산기, 아민기 또는 이들의 조합을 갖는 유기기(organic group)를 표시한다. "X"는 다른 종류의 모노머, 가교 결합 시약 등과 같은, 실록산 폴리머에 연결되는 임의 종류의 적절한 성분 또는 기(group)를 표시한다.
일부 실시형태에 있어서, 도 6과 도 7에 도시한 알킬 첨가 실록산 폴리머(600 및 700)는 가교 결합 시약에 의한 혼합, 결합 및/또는 베이킹으로 가교 결합될 수 있다. 중간층(208)을 형성하는 동안 또는 그 후에, 알킬 첨가 실록산 폴리머는 가교 결합 시약으로 주기적으로 연결될 수 있다. 도 6을 참조하면, 3개의 X 각각이 가교 결합 시약에 연결될 수 있고, 가교 결합 시약 각각은 600 또는 700에도 연결될 수 있다. 이 경우에, 가교 결합 시약과 알킬 첨가 실록산 폴리머의 주기적 배열로 균일한 폴리머가 형성될 수 있다. 즉, 균일한 중간층이 형성되면(즉, 중간층의 상단면 상에 형성되는 DSA 응집물이 없거나 적으면), 중간층에 대한 포토레지스트층의 후속 형성의 최적 접촉 각도 및/또는 중간층과의 포토레지스트층의 더 나은 흡착성이 효과적으로 제공될 수 있다.
본 명세서에 설명한 방법, 디바이스, 및 조성물의 하나 이상의 실시형태에는 다양한 효과가 존재할 수 있다. 본 개시내용은 3층 패터닝 스택 중 중간층에 대한 신규 재료를 제공한다. 이들 재료 및 이 재료를 이용한 방법의 실시형태는, 스택의 층들 사이에 향상된 흡착성을 제공함으로써 포토레지스트 패턴 박리를 개선시킬 수 있다. 또한, 이들 재료 및 방법의 실시형태는 DSA 응집물의 형성도 피할 수 있다. 이처럼, 개시하는 재료 및 방법은 보다 정밀한 패터닝, 더욱 선예한 패턴 분해능, 재가공 또는 스크랩(scrap)률 저하, 및/또는 기타 장점을 제공할 수 있다. 향상된 흡착성은 중간층의 모노머와 가교 결합 시약 간의 소수성 차이를 줄이기 위해 중간층의 모노머의 소수성을 변화시킴으로써 제공된다.
본 개시내용은 스택의 층들 사이에 향상된 흡착성을 제공하고 3층을 형성하는 동안의 혼입물의 발생을 줄이기 위한 방법, 및 그 3층(trilayer)을 포함하는 FET의 게이트 스택을 제공한다. 일 실시형태에 있어서, 방법은 알킬기를 갖는 실리콘계 성분을 포함하는 제1 재료층을 기판 상에 형성하는 단계와, 상기 재료층 상에 바로 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층을 방사선 소스에 노광시키는 단계를 포함한다.
다른 실시형태에 있어서, 반도체 디바이스를 제조하는 단계는, 반도체 기판 상에 하부층을 형성하는 단계와, 상기 하부층 위에 중간층을 형성하는 단계로서, 상기 중간층은 알킬기를 포함하는 실리콘계 모노머를 포함하는 것인 상기 중간층 형성 단계와, 상기 중간층 위에 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트층에 입사하는 방사선 빔을 제공하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시형태에 있어서, 포토리소그래피 패터닝에 사용되는 금속 스택은 유기 폴리머를 갖는 하부층과, 실리콘 함유 폴리머와, 상기 폴리머의 실리콘 원자에 연결되는 알킬기를 갖는 중간층과, 상기 중간층 상의 포토레지스트층을 포함하고, 상기 포토레지스트층은 감광성 재료를 포함한다.
이상은 여러 실시형태들의 특징을 개관한 것이다. 당업자라면 동일한 목적을 달성하기 위한 다른 공정 및 구조를 설계 또는 변형하고/하거나 본 명세서에 소개하는 실시형태들의 동일한 효과를 달성하기 위한 기본으로서 본 개시내용을 용이하게 이용할 수 있다고 생각할 것이다. 또한 당업자라면 그러한 등가의 구조가 본 개시의 사상 및 범주에서 벗어나지 않는다는 것과, 본 개시의 사상 및 범주에서 일탈하는 일없이 다양한 변화, 대체 및 변형이 이루어질 수 있다는 것을 인식할 것이다.

Claims (10)

  1. 방법에 있어서,
    알킬기(alkyl group)를 갖는 실리콘계 성분(silicon-based component)을 포함하는 제1층을 기판 상에 형성하는 단계와,
    상기 제1층 상에 바로 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트층을 방사선 소스에 노광시키는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    반도체 기판 위에 상기 제1층을 형성하기 전에, 상기 반도체 기판 위에 재료층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 실리콘계 성분은 실록산 골격으로 형성된 폴리머인 것인 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 실록산 골격의 실리콘 원자가 연결되는 조성물이 알킬기인 것인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 알킬기가 연결되는 조성물이 수산기, 카르복실산기, 또는 아민기 중 하나인 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 실리콘계 성분은 실록산 골격으로 형성된 폴리머이고, 2개의 알킬기를 갖는 것인 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1층 상에 바로 포토레지스트층을 형성하기 전에, 반도체 기판에 대해 베이킹 공정을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 포토레지스트층을 노광시킨 후에, 노광된 포토레지스트층을 현상하여 패터닝된 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
    재료층을 에칭하기 위해 상기 패터닝된 포토레지스트층을 이용하는 단계를 더 포함하는 방법.
  9. 반도체 디바이스를 제조하는 방법에 있어서,
    반도체 기판 상에 하부층을 형성하는 단계와,
    상기 하부층 위에 중간층을 형성하는 단계로서, 상기 중간층은 알킬기를 포함하는 실리콘계 모노머(monomer)를 포함하는 것인 상기 중간층을 형성하는 단계와,
    상기 중간층 위에 포토레지스트층을 형성하는 단계와,
    상기 포토레지스트층에 입사하는 방사선 빔을 제공하는 단계
    를 포함하는 반도체 디바이스 제조 방법.
  10. 포토리소그래피 패터닝에 이용되는 재료 스택에 있어서,
    유기 폴리머를 갖는 하부층과,
    실리콘 함유 폴리머와, 그 폴리머의 실리콘 원자에 연결되는 알킬기를 갖는 중간층과,
    상기 중간층 상의 포토레지스트층
    을 포함하고, 상기 포토레지스트층은 감광성 재료를 포함하는 것인 포토리소그래피 패터닝에 이용되는 재료 스택.
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