KR20170091317A - 반도체 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 장치의 제조 방법이 제공된다. 반도체 장치의 제조 방법은, 기판 상에 마스크층을 형성하고, 상기 마스크층 상에 친수성 표면을 가지고, 서로 제1 간격으로 이격된 복수 개의 패턴을 포함하는 포토 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토 레지스트 패턴을 친수성 도포액으로 덮고, 상기 포토 레지스트 패턴과 상기 도포액 사이에서 화학 결합 반응을 일으켜, 상기 포토 레지스트 패턴을 컨포말하게 덮는 친수성 부착막을 형성하고, 상기 포토 레지스트 패턴과 상기 부착막을 통해, 상기 마스크층을 식각하여 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함한다.
Description
본 발명은 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 고집적화에 따라 보다 작은 CD(Critical Dimension)의 디자인 룰(design rule)이 적용되고, 리소그래피 공정시 보다 작은 개구 사이즈(opening size)를 가지는 콘택홀 또는 보다 작은 폭을 가지는 스페이스를 갖춘 미세 패턴을 형성하는 기술이 요구되고 있다.
통상적인 리소그래피 기술을 이용하여 미세 콘택홀을 형성하기 위한 기술로서, 단파장의 노광원(exposure tool)을 이용하는 방법인 E-빔 리소그래피와, 하프톤 위상 반전 마스크(half-tone phase shift mask)를 이용하는 방법이 있다. 이들 중, 단파장의 노광원을 사용하는 방법에서는 재료 의존성 및 경제적 측면에 있어서 많은 어려움이 있다. 또한, 하프톤 위상 반전 마스크를 이용하는 방법에서는 마스크 제작 기술 및 해상도에 있어서의 한계가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 콘택홀 패턴의 CD 산포를 개선하기 위한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 콘택홀 패턴의 CD 슈링크(shrink) 효과를 구현하기 위한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 반도체 장치의 제조 방법의 일 실시예는, 기판 상에 마스크층을 형성하고, 상기 마스크층 상에 친수성 표면을 가지고, 서로 제1 간격으로 이격된 복수 개의 패턴을 포함하는 포토 레지스트 패턴을 형성하고, 상기 포토 레지스트 패턴을 친수성 도포액으로 덮고, 상기 포토 레지스트 패턴과 상기 도포액 사이에서 화학 결합 반응을 일으켜, 상기 포토 레지스트 패턴을 컨포말하게 덮는 친수성 부착막을 형성하고, 상기 포토 레지스트 패턴과 상기 부착막을 통해, 상기 마스크층을 식각하여 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 부착막 사이의 간격은 상기 제1 간격보다 작은 제2 간격을 가질 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것은, 포토 마스크를 이용하여 상기 마스크층 상에 형성된 포토 레지스트층을 노광시키고, 상기 포토 레지스트층의 노광 영역을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 포토 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 포토 레지스트 패턴 상에 산(acid)을 포함하는 코팅층을 형성하고, 상기 포토 레지스트 패턴의 내부에 친수성인 트리트먼트층을 형성하고, 상기 코팅층을 유기 용매를 이용하여 제거하고, 상기 트리트먼트층 상에 상기 도포액을 덮는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 트리트먼트층을 형성하는 것은, 상기 코팅층을 가열하여 상기 코팅층에 포함된 수소 이온을 상기 포토 레지스트 패턴에 제공하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서,
상기 코팅층은 화학식 1 내지 3에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이고,
<화학식 1>
<화학식 2>
<화학식 3>
상기 화학식 1 내지 3에서 R1은 C1 내지 C3의 알킬(alkyl) 및 C1 내지 C3의 플루오르알킬(fluoroalkyl) 중 적어도 하나를 포함하고, R2는 C1 내지 C15의 알킬(alkyl)을 포함하고, R3은 C1 내지 C3의 플루오르알킬(fluoroalkyl) 및 방향족 산(aromatic acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것은, 포토 마스크를 이용하여 상기 마스크층 상에 형성된 포토 레지스트층을 노광시키고, 상기 포토 레지스트층의 비노광 영역을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 도포액은 C5 내지 C50의 지방족 탄소 사슬(aliphatic carbon chain) 구조 및 방향족(aromatic) 구조 중 적어도 하나를 포함하는 화학식 4의 물질을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이고,
<화학식 4>
상기 화학식 4에서 m은 0 내지 150이고, n은 0 내지 150이고, m과 n 중 적어도 하나는 1 이상일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 도포액은 C5 내지 C50의 지방족 탄소 사슬(aliphatic carbon chain) 구조 및 방향족(aromatic) 구조 중 적어도 하나를 포함하는 화학식 5의 물질을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법이고,
<화학식 5>
상기 화학식 5에서 R1은 C1 내지 C3의 알킬(alkyl) 및 수소 중 적어도 하나를 포함하고, R2는 C1 내지 C15의 알킬렌(alkylene)을 포함하고, R3은 하이드록시(hydroxyl), 아미노(amino), 술폰산(sulfonic acid), 티올(thiol), 할로겐화 실리콘(halogen silicon), 플루오르알콜(fluoroalcohol) 및 O(CH2)xSiCl3의 작용기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서, 상기 화학 결합은 수소 결합(hydrogen bonding) 또는 이온 결합(ionic bonding) 중 적어도 하나의 결합을 포함할 수 있다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서 포토 레지스트 패턴을 형성하기 위한 방법을 도시한 도면들이다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 중단 단계 도면들이다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 중단 단계 도면들이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서 포토 레지스트 패턴을 형성하기 위한 방법을 도시한 도면들이다.
도 4 내지 도 11은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 중단 단계 도면들이다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
도 13 내지 도 17은 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 중단 단계 도면들이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자나 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자나 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자나 구성요소를 다른 소자나 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자나 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자나 구성요소 일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서, 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다. 도 2 및 도 3은 본 발명의 기술적 사상에 따른 몇몇 실시예에서 포토 레지스트 패턴을 형성하기 위한 방법을 도시한 도면들이다. 도 4 내지 도 11은 본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 중단 단계 도면들이다.
도 1을 참조하면, 반도체 장치의 제조 방법(100)은 기판 상에 마스크층을 형성하고(S110), 마스크층 상에 포토 레지스트층을 형성하고(S120), 포토 레지스트층의 노광 영역에 현상액을 도포하여 포토 레지스트 패턴을 형성하고(S130), 포토 레지스트 패턴 상에 산(acid)을 포함하는 코팅층을 형성하고(S140), 코팅층을 이용하여 포토 레지스트 패턴의 내부에 친수성 트리트먼트층을 형성하고(S150), 포토 레지스트 패턴 상에 친수성 도포액을 도포하고(S160), 트리트먼트층과 도포액을 화학 반응시켜 포토 레지스트 패턴 상에 친수성 부착막을 형성하고(S170), 포토 레지스트 패턴을 통해 마스크 패턴을 형성하고(S180), 마스크 패턴을 통해 기판을 식각하는 것(S190)을 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(110) 상에 마스크층(120)을 형성할 수 있다(S110).
마스크층(120)은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, 실리콘 산질화막 중 적어도 하나를 포함하는 물질로 형성될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
마스크층(120) 상에 포토 레지스트층(130)을 형성할 수 있다(S120).
포토 레지스트층(130)은 화학적 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition), 스핀 코팅, PECVD(Plasma Enhanced CVD), HDP-CVD(High Density Plasma CVD) 등을 이용하여 형성될 수 있다.
포토 레지스트층(130)은 마스크층(120) 상에 30 내지 60nm 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 포토 레지스트층(130)은 마스크층(120) 상에 50nm 두께로 형성될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 포토 레지스트층(130)의 두께는 형성하고자 하는 패턴의 사이즈를 고려하여 결정될 수 있다.
포토 레지스트층(130)이 스핀 코팅 공정으로 형성되는 경우에, 저속 회전 상태에서 포토 레지스트를 마스크층(120) 상에 뿌린 후, 회전 속도를 특정 회전수까지 가속한 후 고속으로 회전시킴을 통해, 포토 레지스트층(130)을 원하는 두께로 조절할 수 있다. 원하는 두께의 포토 레지스트층(130)이 형성된 후, 저속 회전으로 잔여물을 제거할 수 있다.
한편, 포토 레지스트층(130)을 형성하기 전에, 포토 레지스트층(130)이 형성되는 마스크층(120) 또는 기판(110)의 표면을 포토 레지스트층(130)과의 접착력을 향상시키기 위하여 화학 처리를 수행 할 수 있다. 상기 화학 처리는 예를 들어, HMDS(hexamethyldisilazane) 처리일 수 있다. 마스크층(120) 또는 기판(110)의 표면이 친수성인 경우에, 상기 화학 처리를 통하여 상기 표면을 소수성으로 바꾸어, 포토 레지스트층(130)의 접착력을 향상시킬 수 있다.
포토 레지스트층(130) 상에 패턴 형성을 위한 포토 마스크(140)를 배치한 후, 광(L)을 조사하여 제1 포토 레지스트 패턴(131)과 제2 포토 레지스트 패턴(231)을 형성할 수 있다.
제1 포토 레지스트 패턴(131)은 광(L)이 조사되지 않은 비노광 영역일 수 있고, 제2 포토 레지스트 패턴(231)은 광(L)이 조사된 노광 영역일 수 있다. 포토 레지스트층(130)이 포지티브(positive) 포토 레지스트인 경우에는, 노광 영역이 화학 반응을 일으켜 현상액에 의해 제거될 수 있고, 포토 레지스트층(130)이 네거티브(negative) 포토 레지스트인 경우에는, 비노광 영역이 현상액에 의해 제거될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 노광 공정은 EUV(extreme ultraviolet) 노광 공정일 수 있고, 광원으로 아이-라인(I-line), 불화 크립톤(KrF) 또는 불화 아르곤(ArF)을 사용하여 광(L)을 조사할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 도 3에서, 포토 마스크(140)를 이용한 노광 공정을 도시하고 있지만, 이는 발명의 설명을 위한 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 노광 공정은 포토 마스크를 사용하지 않는 마스크리스(maskless) 노광 공정일 수 있다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 포토 레지스트층(130)의 노광 영역(231)에 현상액을 도포하여 노광 영역(231)을 제거함으로써 제1 포토 레지스트 패턴(131)을 형성할 수 있다(S130).
포토 레지스트층(130)이 포지티브 포토 레지스트인 경우, 현상액은 수용성 알칼리 용액을 포함할 수 있고, 예를 들어, TMAH(tetramethyl-ammonium-hydroxide) 수용액일 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제1 포토 레지스트 패턴(131)은 소수성 작용기 예를 들어, 에스터(ester) 작용기를 포함할 수 있다.
제1 포토 레지스트 패턴(131)에 포함된 각각의 패턴들은 마스크층(120)과 평행한 평면 상에서 서로 제1 간격(W1)만큼 서로 이격될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 각각의 패턴들이 서로 이격된 간격은 서로 다를 수 있다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 제1 포토 레지스트 패턴(131) 상에 산(acid)을 포함하는 코팅층(150)을 형성할 수 있다(S140).
구체적으로, 제1 포토 레지스트 패턴(131) 사이에 노출된 마스크층(120)과 제1 포토 레지스트 패턴(131) 상에 산(acid)을 포함하는 코팅층(150)을 형성할 수 있다. 코팅층(150)은 수소 이온을 제1 포토 레지스트 패턴(131)에 제공할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 코팅층(150)은 화학식 1 내지 3에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
<화학식 1>
<화학식 2>
<화학식 3>
상기 화학식 1 내지 3에서 R1은 C1~C3의 알킬(alkyl)을 포함할 수 있고, 상기 화학식 1 내지 3에서 R1은 C1~C3의 플루오르알킬(fluoroalkyl)을 포함할 수 있다.
상기 화학식 1 내지 3에서 R2는 C1~C15의 알킬(alkyl)을 포함할 수 있고, R3은 C1~C3의 플루오르알킬(fluoroalkyl) 또는 방향족 산(aromatic acid) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
코팅층(150)은 pKa 값이 -12보다 크고, 0보다 작을 수 있고, 빛과 열에 반응하는 산을 포함할 수 있다. 코팅층(150)은 하이드록시(hydroxyl), 아미노(amino), 술폰산(sulfonic acid), 티올(thiol), 할로겐화 실리콘(halogen silicon), 플루오르알콜(fluoroalcohol), 에스터(ester), 에테르(ether) 및 아릴아민(allylamine)의 작용기 중 적어도 하나를 포함하는 단분자, 올리고머 또는 고분자 형태의 탄소화합물을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 코팅층(150)에 포함된 물질 또는 작용기를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 제1 포토 레지스트 패턴(131)의 내부에 친수성 트리트먼트층(160)을 형성할 수 있다(S150).
구체적으로, 코팅층(150)은 가열되어 코팅층(150)에 포함된 수소 이온을 소수성 제1 포토 레지스트 패턴(131)의 내부에 제공할 수 있고, 이로 인해 소수성 제1 포토 레지스트 패턴(131)의 내부에 친수성 트리트먼트층(160)을 형성할 수 있다.
도 1 및 도 7을 참조하면, 제1 포토 레지스트 패턴(131)의 내부에 트리트먼트층(160)을 형성한 후, 코팅층(150)의 잔여물을 유기 용매 예를 들어, 부틸 아세테이트(n-butyl acetate)를 이용하여 제거할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 8을 참조하면, 제1 포토 레지스트 패턴(131) 상에 친수성 도포액을 도포할 수 있다(S160).
구체적으로, 트리트먼트층(160) 사이에 노출된 마스크층(120)과 트리트먼트층(160) 상에 친수성 도포액(170)을 형성할 수 있다. 이 경우, 도포액(170)은 스핀 코팅 공정을 통해 도포될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 도포액(170)은 원자층 증착 방법(ALD)에 의해 도포될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도포액(170)은 화학식 4의 물질을 포함하는 탄소화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 4>
화학식 4에서 m = 0 내지 150, n = 0 내지 150인 블록 공중합체(block copolymer) 또는 공중합체(copolymer)일 수 있다. m이 0인 경우에는 n은 1 내지 150일 수 있고, n이 0인 경우에는 m은 1 내지 150일 수 있다. 또한, 구성 단분자는 스티렌(styrene), 하이드록시 스티렌(hydroxystyrene) 및 메타크리레이트(methacrylate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
화학식 4에서 R은 하이드록시기(hydroxyl group), 알콕시기(alkoxy group), 니트로기(nitro group), 시아노기(cyano group), 아미노기(amino group), 아지도기(azido group), 아미디노기(amidino group), 할로겐화 실리콘(halogen silicon group), 히드라지노기(hydrazino group), 히드라조노기(hydrazono group), 카르보닐기(carbonyl group), 카르바밀기(carbamyl group), 티올기(thiol group), 알릴아민기(allylamin group), 플루오르알콜기(fluoroalcohol group), 에테르기(ether group), 에스테르기(ester group), 카르복실기(carboxyl group), 카르복실기의 염, 술폰산기(sulfonic acid group), 트리메톡시실란기(-Si(OCH3)3), 트리클로로실란기(-SiCl3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도포액(170)은 에폭시(epoxy), 알코올(alcohol), 아민(amine), 에스터(ester) 및 카르복시산(carboxylic acid)의 작용기 중 적어도 하나를 포함하는 C5~C50의 지방족 탄소 사슬(aliphatic carbon chain) 구조 또는 방향족(aromatic) 구조를 가질 수 있다.
도포액(170)은 극성을 갖는 산소 또는 질소 중 적어도 하나를 포함하는 C5~C50의 지방족 탄소 사슬 구조 또는 방향족 구조를 가질 수 있다.
다른 몇몇 실시예에서, 도포액(170)은 화학식 5의 물질을 포함하는 C1~C15의 탄소화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 5>
화학식 5에서 m = 0 내지 150, n = 0 내지 150인 블록 공중합체(block copolymer) 또는 공중합체(copolymer)일 수 있다. m이 0인 경우에는 n은 1 내지 150일 수 있고, n이 0인 경우에는 m은 1 내지 150일 수 있다. 또한, 구성 단분자는 스티렌(styrene), 하이드록시 스티렌(hydroxystyrene) 및 메타크리레이트(methacrylate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
화학식 5에서 R1은 C1~C3의 알킬(alkyl) 또는 수소 중 적어도 하나를 포함할 수 있고, R2는 C1~C15의 알킬렌(alkylene)을 포함할 수 있고, R3은 하이드록시(hydroxyl), 아미노(amino), 술폰산(sulfonic acid), 티올(thiol), 할로겐화 실리콘(halogen silicon) 및 플루오르알콜(fluoroalcohol)의 작용기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 도포액(170)은 R3가 -O(CH2)xSiCl3인 작용기를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 도포액(170)에 포함된 물질 또는 작용기를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 9를 참조하면, 트리트먼트층(160)과 도포액(170)을 화학 반응시켜 트리트먼트층(160) 상에 친수성 부착막(180)을 형성할 수 있다(S170).
구체적으로, 친수성 트리트먼트층(160)과 친수성 도포액(170)을 가열하여 화학 반응시킴으로써 트리트먼트층(160)을 덮는 부착막(180)을 컨포말하게 형성할 수 있다.
화학 반응에 의해 트리트먼트층(160)과 도포액(170) 사이에 형성되는 화학 결합은 예를 들어, 수소 결합(hydrogen bonding) 또는 이온 결합(ionic bonding) 중 적어도 하나의 결합을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
각각의 부착막(180)들은 마스크층(120)과 평행한 평면 상에서 서로 제2 간격(W2)만큼 서로 이격될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 각각의 부착막들이 서로 이격된 간격은 서로 다를 수 있다.
각각의 부착막(180)들 사이의 제2 간격(W2)은 각각의 제1 포토 레지스트 패턴(131) 즉, 각각의 트리트먼트층(160)들 사이의 제1 간격(W1)보다 작다. 이로 인해, CD 슈링크(shrink) 효과를 구현할 수 있다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 부착막(180)이 부착된 제1 포토 레지스트 패턴(131)을 통해 마스크층(120)을 식각하여 마스크 패턴(190)을 형성할 수 있다(S180).
마스크층(120)의 식각 공정은 건식 식각 공정일 수 있고, 건식 식각 공정은 플루오린(fluorine) 가스를 식각 가스로 이용하는 공정일 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1 및 도 11을 참조하면, 마스크 패턴(190) 상에 형성된 제1 포토 레지스터 패턴(131), 트리트먼트층(160) 및 부착막(180)을 제거할 수 있다.
이어서, 도면에는 미도시되어 있으나, 마스크 패턴(190)을 통해 기판(110)을 식각할 수 있다(S190).
본 발명의 기술적 사상에 따른 일 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법(100)은, 소수성 포토 레지스트 패턴(131)의 내부에 친수성 트리트먼트층(160)을 형성함으로써, 친수성 트리트먼트층(160)과 친수성 부착막(180) 사이에서 발생하는 화학 반응에 의해 생성되는 화학 결합을 이용하여, 포토 레지스트 패턴(131) 상에 형성되는 부착막(180)의 산포를 개선할 수 있다. 또한, 포토 레지스트 패턴(131) 상에 형성되는 부착막(180)을 이용하여 CD 슈링크 효과를 구현할 수 있다.
또한, 도포액(170)의 도포시에 고비용의 원자층 증착 방법(ALD)을 사용하지 않고, 유기물질을 스핀 코팅으로 형성함으로써 비용 절감의 이점이 있다.
이하에서, 도 12 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법에 대해 설명한다. 도 1의 반도체 장치의 제조 방법과의 차이점을 중심으로 설명한다. 도 2 및 도 3에 도시된 반도체 장치의 제조 공정은 도 12의 반도체 장치의 제조 방법에도 적용될 수 있다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 순서도이다. 도 13 내지 도 17은 본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법을 설명하는 중단 단계 도면들이다. 도 2 및 도 3에 도시된 반도체 장치의 제조 공정은 도 12의 반도체 장치의 제조 방법에도 적용된다.
도 12를 참조하면, 반도체 장치의 제조 방법(200)은 기판 상에 마스크층을 형성하고(S210), 마스크층 상에 포토 레지스트층을 형성하고(S220), 포토 레지스트층의 비노광 영역에 현상액을 도포하여 포토 레지스트 패턴을 형성하고(S230), 포토 레지스트 패턴 상에 친수성 도포액을 도포하고(S240), 포토 레지스트 패턴과 도포액을 화학 반응시켜 포토 레지스트 패턴 상에 친수성 부착막을 형성하고(S250), 포토 레지스트 패턴을 통해 마스크 패턴을 형성하고(S260), 마스크 패턴을 통해 기판을 식각하는 것(S270)을 포함한다.
도 2, 도 3, 도 12 및 도 13을 참조하면, 포토 레지스트층(130)의 비노광 영역(131)에 현상액을 도포하여 비노광 영역(131)을 제거함으로써 제2 포토 레지스트 패턴(231)을 형성할 수 있다(S230).
포토 레지스트층(130)이 네거티브 포토 레지스트인 경우, 현상액은 n-부틸 아세테이트(n-butyl acetate) 또는 2-햅탄온(2-heptanone)일 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
제2 포토 레지스트 패턴(231)은 친수성 작용기 예를 들어, 카르복실기(carboxylic acid)를 포함할 수 있다.
제2 포토 레지스트 패턴(231)에 포함된 각각의 패턴들은 마스크층(220)과 평행한 평면 상에서 서로 제3 간격(W3)만큼 서로 이격될 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 다른 몇몇 실시예에서, 각각의 패턴들이 서로 이격된 간격은 서로 다를 수 있다.
반도체 장치의 제조 방법(200)은 반도체 장치의 제조 방법(100)과 달리, 제2 포토 레지스트 패턴(231)이 친수성 작용기를 포함하고 있으므로, 제2 포토 레지스트 패턴(231)의 내부에 친수성 트리트먼트층을 형성하는 공정이 생략될 수 있다.
도 12 및 도 14를 참조하면, 친수성 제2 포토 레지스트 패턴(231) 상에 친수성 도포액(270)을 도포할 수 있다(S240).
도 12 및 도 15를 참조하면, 제2 포토 레지스트 패턴(231)과 도포액(270)을 화학 반응시켜 제2 포토 레지스트 패턴(231) 상에 친수성 부착막(280)을 컨포말하게 형성할 수 있다(S250).
각각의 부착막(280)들 사이의 제4 간격(W4)은 각각의 제2 포토 레지스트 패턴(231)들 사이의 제3 간격(W3)보다 작다. 이로 인해, CD 슈링크(shrink) 효과를 구현할 수 있다.
도 12 및 도 16을 참조하면, 부착막(280)이 부착된 제2 포토 레지스트 패턴(231)을 통해 마스크층(220)을 식각하여 마스크 패턴(290)을 형성할 수 있다(S260).
도 12 및 도 17을 참조하면, 마스크 패턴(290) 상에 형성된 제2 포토 레지스터 패턴(231) 및 부착막(280)을 제거할 수 있다.
이어서, 도면에는 미도시되어 있으나, 마스크 패턴(290)을 통해 기판(210)을 식각할 수 있다(S270).
본 발명의 기술적 사상에 따른 다른 실시예에 따른 반도체 장치의 제조 방법(200)은, 친수성 포토 레지스트 패턴(231) 상에 친수성 부착막(280)을 형성하여, 친수성 포토 레지스트 패턴(231)과 친수성 부착막(280) 사이에서 발생하는 화학 반응에 의해 생성되는 화학 결합을 이용하여, 포토 레지스트 패턴(231) 상에 형성되는 부착막(280)의 산포를 개선할 수 있다. 또한, 포토 레지스트 패턴(231) 상에 형성되는 부착막(280)을 이용하여 CD 슈링크 효과를 구현할 수 있다.
또한, 도포액(270)의 도포시에 고비용의 원자층 증착 방법(ALD)을 사용하지 않고, 유기물질을 스핀 코팅으로 형성함으로써 비용 절감의 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 기판
120: 마스크층
130: 포토 레지스트층 131: 포토 레지스트 패턴
140: 포토 마스크 150: 코팅층
160: 트리트먼트층 170: 도포액
180: 부착막 190: 마스크 패턴
130: 포토 레지스트층 131: 포토 레지스트 패턴
140: 포토 마스크 150: 코팅층
160: 트리트먼트층 170: 도포액
180: 부착막 190: 마스크 패턴
Claims (10)
- 기판 상에 마스크층을 형성하고,
상기 마스크층 상에 친수성 표면을 가지고, 서로 제1 간격으로 이격된 복수 개의 패턴을 포함하는 포토 레지스트 패턴을 형성하고,
상기 포토 레지스트 패턴을 친수성 도포액으로 덮고,
상기 포토 레지스트 패턴과 상기 도포액 사이에서 화학 결합 반응을 일으켜, 상기 포토 레지스트 패턴을 컨포말하게 덮는 친수성 부착막을 형성하고,
상기 포토 레지스트 패턴과 상기 부착막을 통해, 상기 마스크층을 식각하여 마스크 패턴을 형성하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 부착막 사이의 간격은 상기 제1 간격보다 작은 제2 간격을 갖는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것은,
포토 마스크를 이용하여 상기 마스크층 상에 형성된 포토 레지스트층을 노광시키고,
상기 포토 레지스트층의 노광 영역을 제거하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 3항에 있어서,
상기 포토 레지스트 패턴을 형성한 후,
상기 포토 레지스트 패턴 상에 산(acid)을 포함하는 코팅층을 형성하고,
상기 포토 레지스트 패턴의 내부에 친수성인 트리트먼트층을 형성하고,
상기 코팅층을 유기 용매를 이용하여 제거하고,
상기 트리트먼트층 상에 상기 도포액을 덮는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 4항에 있어서,
상기 트리트먼트층을 형성하는 것은,
상기 코팅층을 가열하여 상기 코팅층에 포함된 수소 이온을 상기 포토 레지스트 패턴에 제공하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 4항에 있어서,
상기 코팅층은 화학식 1 내지 3에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
<화학식 1>
<화학식 2>
<화학식 3>
상기 화학식 1 내지 3에서 R1은 C1 내지 C3의 알킬(alkyl) 및 C1 내지 C3의 플루오르알킬(fluoroalkyl) 중 적어도 하나를 포함하고, R2는 C1 내지 C15의 알킬(alkyl)을 포함하고, R3은 C1 내지 C3의 플루오르알킬(fluoroalkyl) 및 방향족 산(aromatic acid) 중 적어도 하나를 포함한다. - 제 1항에 있어서,
상기 포토 레지스트 패턴을 형성하는 것은,
포토 마스크를 이용하여 상기 마스크층 상에 형성된 포토 레지스트층을 노광시키고,
상기 포토 레지스트층의 비노광 영역을 제거하는 것을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 도포액은 C5 내지 C50의 지방족 탄소 사슬(aliphatic carbon chain) 구조 및 방향족(aromatic) 구조 중 적어도 하나를 포함하는 화학식 4의 물질을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
<화학식 4>
상기 화학식 4에서 m은 0 내지 150이고, n은 0 내지 150이고, m과 n 중 적어도 하나는 1 이상이다. - 제 1항에 있어서,
상기 도포액은 C5 내지 C50의 지방족 탄소 사슬(aliphatic carbon chain) 구조 및 방향족(aromatic) 구조 중 적어도 하나를 포함하는 화학식 5의 물질을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
<화학식 5>
상기 화학식 5에서 R1은 C1 내지 C3의 알킬(alkyl) 및 수소 중 적어도 하나를 포함하고, R2는 C1 내지 C15의 알킬렌(alkylene)을 포함하고, R3은 하이드록시(hydroxyl), 아미노(amino), 술폰산(sulfonic acid), 티올(thiol), 할로겐화 실리콘(halogen silicon), 플루오르알콜(fluoroalcohol) 및 O(CH2)xSiCl3의 작용기 중 적어도 하나를 포함한다. - 제 1항에 있어서,
상기 화학 결합은 수소 결합(hydrogen bonding) 또는 이온 결합(ionic bonding) 중 적어도 하나의 결합을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160012178A KR20170091317A (ko) | 2016-02-01 | 2016-02-01 | 반도체 장치의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160012178A KR20170091317A (ko) | 2016-02-01 | 2016-02-01 | 반도체 장치의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170091317A true KR20170091317A (ko) | 2017-08-09 |
Family
ID=59652573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160012178A KR20170091317A (ko) | 2016-02-01 | 2016-02-01 | 반도체 장치의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20170091317A (ko) |
-
2016
- 2016-02-01 KR KR1020160012178A patent/KR20170091317A/ko unknown
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