KR100510448B1 - Manufacturing method of small photoresist pattern using thermal flow process for semiconductor device - Google Patents
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Abstract
열적 흐름 공정(thermal flow process)을 이용한 반도체 장치의 미세 포토레지스트패턴(small photoresist pattern) 형성 방법을 개시한다. 본 발명은 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성한다. 다음에, 포토레지스트막을 선택적으로 노광 및 현상하여 포토레지스트패턴을 형성한다. 이어서, 포토레지스트패턴을 원자외선, 전자 빔 또는 이온 빔 등으로 선택적으로 노광하여 선택적으로 경화시킨다. 다음에, 선택적으로 경화된 포토레지스트패턴을 열적 흐름 공정으로 처리하여 포토레지스트패턴의 경화되지 않은 부분을 흐르게 하여 미세 포토레지스트패턴을 형성한다. A method of forming a small photoresist pattern of a semiconductor device using a thermal flow process is disclosed. The present invention forms a photoresist film on a semiconductor substrate. Next, the photoresist film is selectively exposed and developed to form a photoresist pattern. Subsequently, the photoresist pattern is selectively exposed to ultraviolet light, an electron beam, an ion beam, or the like to be selectively cured. Next, the selectively cured photoresist pattern is subjected to a thermal flow process to flow the uncured portion of the photoresist pattern to form a fine photoresist pattern.
Description
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로, 특히 열적 흐름 공정(thermal flow process)을 이용한 반도체 장치의 미세 포토레지스트패턴(photoresist pattern) 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly, to a method of forming a fine photoresist pattern of a semiconductor device using a thermal flow process.
반도체 장치가 고집적화됨에 따라서 미세 콘택(small contact)의 형성이 요구되고 있다. 이러한 미세 콘택을 형성하기 위해서 미세 포토레지스트패턴을 형성하여야 한다. 이에 따라 노광 공정에서의 해상도(resolution)의 향상이 요구된다. 일반적으로 해상도를 향상시키는 방법으로는 위상 반전 마스크(Phase Shift Mask;이하 "PSM"이라 한다) 또는 하프톤(half tone) PSM을 이용하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 해상도를 향상시키는 방법에는 한계를 있다. 이에 따라, 포토레지스트 물질의 열적 흐름 특성을 이용한 미세 콘택 형성 방법이 제안되고 있다. As semiconductor devices are highly integrated, the formation of small contacts is required. In order to form such a fine contact, a fine photoresist pattern should be formed. Accordingly, improvement in resolution in the exposure process is required. In general, a method of improving the resolution may be a phase shift mask (hereinafter, referred to as a "PSM") or a half tone PSM. However, there is a limit to how to improve such resolution. Accordingly, a method of forming a fine contact using a thermal flow characteristic of the photoresist material has been proposed.
도 1 및 도 2는 종래의 미세 포토레지스트패턴 형성 방법의 문제점을 설명하기 위해서 도시한 단면도 및 평면도이다.1 and 2 are a cross-sectional view and a plan view for explaining the problem of the conventional method for forming a fine photoresist pattern.
구체적으로, 종래의 열적 흐름 공정을 이용하는 미세 포토레지스트패턴 형성 방법은 다음과 같이 수행된다. 먼저, 반도체 기판(10) 상에 포토레지스트막을 형성한다. 이후에, 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 포토레지스트패턴을 형성한다. 다음에, 상기 포토레지스트패턴을 노광 후 베이크 공정(Post Exposure Bake process;이하 "PEB 공정"이라 한다)을 수행한다. 이어서, 상기 포토레지스트패턴을 열적 흐름 공정으로 열처리한다. 이에 따라 포토레지스트 물질은 상기 열적 흐름 공정에서 인가되는 열에 의해서 흐르게된다. 따라서, 상기 포토레지스트패턴에 의해서 노출되는 반도체 기판(10) 면적, 즉, 콘택의 면적은 감소하게 된다. 이와 같은 방법으로 미세 포토레지스트패턴(20)이 형성된다. 이후에, 상기 노출되는 반도체 기판(10)을 상기 미세 포토레지스트패턴(20)을 식각 마스크로 이용하여 식각하는 공정을 수행한다.Specifically, the method for forming a fine photoresist pattern using a conventional thermal flow process is performed as follows. First, a photoresist film is formed on the semiconductor substrate 10. Thereafter, the photoresist film is exposed and developed to form a photoresist pattern. Next, the photoresist pattern is subjected to a post exposure bake process (hereinafter referred to as a "PEB process"). Subsequently, the photoresist pattern is heat treated by a thermal flow process. Accordingly, the photoresist material is caused to flow by the heat applied in the thermal flow process. Therefore, the area of the semiconductor substrate 10 exposed by the photoresist pattern, that is, the area of the contact is reduced. In this way, the fine photoresist pattern 20 is formed. Thereafter, the exposed semiconductor substrate 10 is etched using the fine photoresist pattern 20 as an etching mask.
일반적으로, 반도체 장치를 형성하는 공정에는 미세 콘택이 요구되는 부분과 미세 콘택이 필수적이지 않는 부분이 혼재하여 있다. 특히, 참조 부호21과 같이 콘택이 밀집된 부분에서는 상기한 열적 흐름 공정에 의해서 콘택 형상이 변화하는 불량이 발생한다. 즉, 참조 부호35와 같이 격리된 콘택(isolated contact)이 존재하는 부분에서는 열적 흐름 공정에 의해서 원형의 양호한 형상을 가지게 되나, 참조 부호21과 같은 밀집된 콘택(dense contact) 부분에서는 콘택 형상이 비대칭된 형상, 예컨대 콘택이 마주보는 방향으로 찌그러진 타원형으로 변형된다. 이와 같은 불량은 상기 미세 포토레지스트패턴(20)을 식각 마스크로 노출되는 반도체 기판(10)을 식각할 때, 식각 불량, 정렬 마진(alignment margin) 감소 및 원하는 형태의 콘택홀(contact hole)을 형성할 수 없는 형태 불량이 발생하게 된다. In general, in the process of forming a semiconductor device, a portion where a fine contact is required and a portion where the fine contact is not essential are mixed. In particular, in the parts where the contacts are dense as shown by reference numeral 21, a defect occurs in which the contact shape is changed by the above-described thermal flow process. In other words, in the part where an isolated contact is present as shown by reference numeral 35, it has a good circular shape by the thermal flow process, but the contact shape is asymmetric in the dense contact part as indicated by reference numeral 21. The shape deforms, for example, into an oval that is crushed in the direction in which the contacts face. Such defects, when etching the semiconductor substrate 10 exposing the fine photoresist pattern 20 as an etching mask, the etching defects, the alignment margin is reduced and the desired contact hole (contact hole) is formed Unstable shape defects occur.
더하여, 포토레지스트패턴을 식각 마스크로 이용할 때, 식각 공정에 뒤따르는 다른 식각 공정, 확산 공정(diffusion process) 또는 이온 주입 공정(implantation process)의 연속적이 수행이 요구된다. 이에 따라 포토레지스트패턴의 내열성 및 내약품성의 개선이 요구되고 있다.In addition, when the photoresist pattern is used as an etching mask, it is required to continuously perform another etching process, a diffusion process or an implantation process following the etching process. Accordingly, there is a demand for improvement of heat resistance and chemical resistance of the photoresist pattern.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 콘택 형상 불량의 발생을 방지할 수 있는 열적 흐름 공정을 이용하는 반도체 장치의 미세 포토레지스트패턴을 형성 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a method of forming a fine photoresist pattern of a semiconductor device using a thermal flow process that can prevent the occurrence of contact shape defects.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성한다. 다음에, 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광 및 현상하여 포토레지스트패턴을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트패턴을 경화시킨다. 여기서, 상기 포토레지스트패턴을 경화시키는 단계는 원자외선, 전자 빔 또는 이온 빔 등으로 상기 포토레지스트패턴을 노광하는 방법으로 수행된다.In order to achieve the above technical problem, the present invention forms a photoresist film on a semiconductor substrate. Next, the photoresist film is selectively exposed and developed to form a photoresist pattern. Subsequently, the photoresist pattern is cured. The curing of the photoresist pattern may be performed by exposing the photoresist pattern to ultraviolet rays, electron beams, or ion beams.
또한 본 발명은 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 형성한다. 다음에, 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광 및 현상하여 포토레지스트패턴을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트패턴을 선택적으로 경화시킨다. 다음에, 상기 선택적으로 경화된 포토레지스트패턴을 열적 흐름 공정으로 처리하여 상기 포토레지스트패턴의 경화되지 않은 부분을 흐르게 하여 미세 포토레지스트패턴을 형성한다. 여기서, 상기 포토레지스트패턴을 선택적으로 경화시키는 단계는 원자외선, 전자 빔 또는 이온 빔 등으로 상기 포토레지스트패턴을 선택적으로 노광시키는 방법으로 수행된다. In addition, the present invention forms a photoresist film on a semiconductor substrate. Next, the photoresist film is selectively exposed and developed to form a photoresist pattern. Subsequently, the photoresist pattern is selectively cured. Next, the selectively cured photoresist pattern is subjected to a thermal flow process to flow an uncured portion of the photoresist pattern to form a fine photoresist pattern. Here, the step of selectively curing the photoresist pattern is performed by a method of selectively exposing the photoresist pattern with far ultraviolet rays, electron beams or ion beams.
본 발명에 따르면, 콘택 형태 불량의 발생을 방지할 수 있는 열적 흐름 공정을 이용하는 반도체 장치의 미세 포토레지스트패턴을 형성 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a method for forming a fine photoresist pattern of a semiconductor device using a thermal flow process that can prevent the occurrence of contact shape defects.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 막의 두께 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한 어떤 막이 다른 막 또는 반도체 기판의 "상"에 있다 또는 접촉하고 있다라고 기재되는 경우에, 상기 어떤 막은 상기 다른 막 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는 그 사이에 제 3의 막이 개재되어질 수도 있다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. Accordingly, the thickness of the film and the like in the drawings are exaggerated for clarity, and the elements denoted by the same reference numerals in the drawings mean the same elements. Also, when a film is described as being on or in contact with another film or semiconductor substrate, the film may be in direct contact with the other film or semiconductor substrate, or a third film is interposed therebetween. It may be done.
도 3 및 도 4는 반도체 기판(100) 상에 포토레지스트패턴(200)을 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.3 and 4 schematically illustrate a step of forming the photoresist pattern 200 on the semiconductor substrate 100.
구체적으로, 반도체 기판(100) 상에 포토레지스트막을 형성한다. 이후에, 상기 포토레지스트막을 노광 및 현상하여 포토레지스트패턴(200)을 형성한다. 다음에, 상기 포토레지스트패턴(200)을 PEB하는 공정을 수행한다. 이때, 포토레지스트패턴(200)은 미세 콘택이 요구되는 부분과 미세 콘택이 필수적이지 않는 부분이 혼재하여 있다. 즉, 참조 부호210과 같이 밀집된 콘택 부분과 참조 부호250과 같이 격리된 콘택 부분이 혼재한다.Specifically, a photoresist film is formed on the semiconductor substrate 100. Thereafter, the photoresist film is exposed and developed to form a photoresist pattern 200. Next, a process of PEBing the photoresist pattern 200 is performed. At this time, the photoresist pattern 200 is a mixture of the portion where the microcontact is required and the portion where the microcontact is not essential. That is, a dense contact portion as shown by reference numeral 210 and an isolated contact portion as shown by reference numeral 250 are mixed.
도 5 및 도 6은 포토레지스트패턴(200)을 선택적으로 노광하는 단계를 개략적으로 나타낸다. 5 and 6 schematically illustrate the step of selectively exposing the photoresist pattern 200.
구체적으로, 미세 콘택이 요구되지 않는 부분, 즉, 밀집된 콘택 부분(210)을 노출시키는 마스크(300)를 반도체 기판(100)의 상부에 도입한다. 이후에, 상기 마스크(300)에 의해 노출되는 포토레지스트패턴(200)의 일부분을 선택적으로 노광시켜 경화시킨다. 이때, 상기 노광은 상기 포토레지스트패턴(200)으로 이용되는 포토레지스트 물질이 경화 반응, 예컨대 가교 반응을 일으킬 수 있는 임계 에너지(critical energy) 이상의 에너지를 구현할 수 있는 광을 이용한다. 예컨대, 전자 빔(electron beam), 이온 빔(ion beam) 또는 원자외선 등을 이용한다. 이때, 상기 원자외선으로는 대략 248㎚ 또는 대략 365㎚정도의 파장 길이(λ)를 가지는 광을 이용한다. Specifically, a mask 300 exposing a portion where microcontact is not required, that is, a dense contact portion 210, is introduced over the semiconductor substrate 100. Thereafter, a portion of the photoresist pattern 200 exposed by the mask 300 is selectively exposed and cured. In this case, the exposure may use light capable of realizing energy above a critical energy that may cause a photoresist material used as the photoresist pattern 200 to cause a curing reaction, for example, a crosslinking reaction. For example, an electron beam, an ion beam, or far ultraviolet rays are used. At this time, as the far ultraviolet rays, light having a wavelength length λ of about 248 nm or about 365 nm is used.
이와 같이 선택적으로 노광된 포토레지스트패턴(200)의 일부분은 가교 반응 등을 일으켜 경화된다. 이에 따라 포토레지스트패턴(200)을 이루는 포토레지스트 물질의 특성이 변화한다. 예컨대, 분자량 등의 증가가 구현된다. 따라서 내열성 및 내약품성 등이 증가한다. 따라서, 보다 높은 열에도 흐르지 않는 특성이 구현되고, 높은 내약품성에 의해서 후속에 진행되는 식각 공정에서도 높은 식각 선택비를 구현할 수 있다. 또한, 이후에 수행되는 이온 주입 공정 등에서도 주입되는 이온에 의한 폭격(bombardment)에 대한 저항 능력이 커진다.A portion of the photoresist pattern 200 selectively exposed as described above is cured by causing a crosslinking reaction or the like. Accordingly, the properties of the photoresist material constituting the photoresist pattern 200 are changed. For example, an increase in molecular weight or the like is realized. Therefore, heat resistance and chemical resistance increase. Therefore, a characteristic that does not flow even with a higher heat is realized, and a high etching selectivity may be realized even in an etching process that is subsequently performed by high chemical resistance. In addition, in the ion implantation process performed later, the resistance to bombardment by the implanted ions increases.
도 7 및 도 8은 미세 포토레지스트패턴(200a)을 형성하는 단계를 개략적으로 나타낸다.7 and 8 schematically illustrate forming the fine photoresist pattern 200a.
구체적으로, 선택적으로 경화된 포토레지스트패턴(200)을 열적 흐름 공정으로 처리한다. 즉, 상기 선택적으로 경화된 포토레지스트패턴(200)에 열을 인가한다. 이에 따라, 포토레지스트패턴(200)을 이루는 포토레지스트 물질은 흐르게된다. 그러나, 상기 포토레지스트패턴(200)에서 경화된 일부분은 내열성 등이 향상되어 상기 인가되는 열에 의해서 잘 흐르지 않는다. 이에 따라 포토레지스트패턴(200)에서 경화되지 않은 부분에서만 열적 흐름 현상이 나타난다. 즉, 참조 부호250과 같이 격리된 콘택이 형성되는 부분에서만 포토레지스트 물질의 흐름이 나타난다. 이에 따라 격리된 콘택 부분만이 미세 콘택이 형성된다. 이와 같이 하여 국부적으로 열적 흐름 공정을 제어하여 미세 포토레지스트패턴(200a)을 형성한다. 따라서, 미세 콘택이 형성될 필요가 없는 부분, 즉, 참조 부호210과 같은 밀집된 콘택 부분에서의 열적 흐름에 따른 콘택 형상의 불량을 억제할 수 있다.Specifically, the selectively cured photoresist pattern 200 is treated by a thermal flow process. That is, heat is applied to the selectively cured photoresist pattern 200. Accordingly, the photoresist material constituting the photoresist pattern 200 flows. However, the part cured in the photoresist pattern 200 is improved in heat resistance and the like and does not flow well by the applied heat. Accordingly, the thermal flow phenomenon occurs only in the uncured portion of the photoresist pattern 200. That is, the flow of photoresist material appears only at the portion where an isolated contact is formed, such as 250. As a result, only the isolated contact portion forms a fine contact. In this manner, the thermal flow process is locally controlled to form the fine photoresist pattern 200a. Therefore, it is possible to suppress defects in the contact shape due to the thermal flow in the portion where the microcontact does not need to be formed, that is, the dense contact portion as indicated by reference numeral 210.
도 9는 포토레지스트패턴의 선폭(critical dimension;이하 "CD"라 한다)과 열적 흐름 공정 이후의 경화된 포토레지스트패턴의 CD의 선폭차이(ΔCD)를 나타낸다.FIG. 9 shows the line width difference (ΔCD) of the CD of the photoresist pattern cured after the thermal flow process and the critical dimension of the photoresist pattern (hereinafter referred to as “CD”).
구체적으로, 포토레지스트패턴의 CD를 측정하고 열적 흐름 공정을 진행한 이후의 경화된 포토레지스트패턴의 CD를 측정하여 차이를 로그(log)값으로 변화시켜 Y축 상에 도시한다. 이때, X축으로는 포토레지스트패턴의 경화를 위해서 사용되는 λ=248㎚, 365㎚인 원자외선의 노광량을 이용한다. 상기 노광량은 도즈(dose)량(mj)을 로그값(log value)으로 변화시켜 X축 상에 도시한다. 이에 따르면, 노광량의 증가에 따라 ΔCD가 줄어듦을 알 수 있다. 이는 노광량의 증가에 따라 열적 흐름 공정에 의한 포토레지스트패턴의 흐름이 작아짐을 의미한다. 즉, 많은 노광량에 의해서 포토레지스트패턴의 경화 반응 정도가 커, 이에 따른 내열성 및 내흐름성의 증가를 더 구현할 수 있음을 의미한다. Specifically, the CD of the photoresist pattern is measured and the CD of the cured photoresist pattern after the thermal flow process is measured and the difference is changed to a log value and shown on the Y axis. At this time, the exposure amount of far ultraviolet rays (lambda) = 248 nm and 365 nm used for hardening a photoresist pattern is used as an X-axis. The exposure amount is shown on the X-axis by changing the dose amount mj to a log value. According to this, it can be seen that ΔCD decreases with increasing exposure dose. This means that the flow of the photoresist pattern by the thermal flow process decreases as the exposure amount increases. That is, the degree of curing reaction of the photoresist pattern is large due to a large exposure dose, which means that the heat resistance and flow resistance can be increased.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, this invention is not limited to this, It is clear that the deformation | transformation and improvement are possible by the person of ordinary skill in the art within the technical idea of this invention.
상술한 본 발명에 따르면, 포토레지스트패턴을 형성한 후, 선택적으로 상기 포토레지스트패턴을 경화시킨다. 이에 따라 상기 경화된 포토레지스트패턴은 내열성 및 내약품성 등과 같은 특성의 증가를 구현한다. 이에 따라, 후속에 진행되는 식각 공정 또는 이온 주입 공정에서 마스크로 양호하게 이용될 수 있다. According to the present invention described above, after the photoresist pattern is formed, the photoresist pattern is selectively cured. Accordingly, the cured photoresist pattern implements an increase in properties such as heat resistance and chemical resistance. Accordingly, it can be preferably used as a mask in a subsequent etching process or ion implantation process.
더하여, 상기 포토레지스트패턴을 선택적으로 경화시킨 이후에 열적 흐름 공정을 수행한다. 이에 따라 상기 포토레지스트패턴의 경화된 일부분에서는 열적 흐름이 억제되고, 경화되지 않은 상기 포토레지스트패턴의 일부분에서 열적 흐름이 나타난다. 즉, 선택적으로 열적 흐름 공정이 수행되는 효과가 발생한다. 이에 따라, 미세 콘택이 형성될 필요성이 요구되지 않은 부분, 예컨대 콘택이 밀집된 부분에서의 콘택 형상 불량의 발생을 방지할 수 있다.In addition, a thermal flow process is performed after the photoresist pattern is selectively cured. Accordingly, thermal flow is suppressed in the cured portion of the photoresist pattern, and thermal flow appears in the portion of the photoresist pattern that is not cured. That is, the effect of selectively performing the thermal flow process occurs. As a result, it is possible to prevent the occurrence of contact shape defects in a portion where a necessity of forming a fine contact is not required, for example, a portion in which the contact is dense.
도 1 및 도 2는 종래의 미세 포토레지스트패턴 형성 방법의 문제점을 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도 및 평면도이다.1 and 2 are cross-sectional views and plan views schematically illustrating a problem of a conventional method for forming a fine photoresist pattern.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따르는 포토레지스트패턴을 형성하는 단계를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도 및 평면도이다.3 and 4 are cross-sectional views and plan views schematically illustrating the steps of forming the photoresist pattern according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따르는 포토레지스트패턴을 선택적으로 경화시키는 단계를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도 및 평면도이다.5 and 6 are cross-sectional views and plan views schematically illustrating a step of selectively curing the photoresist pattern according to an embodiment of the present invention.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따르는 미세 포토레지스트패턴을 형성하는 단계를 설명하기 위해서 개략적으로 도시한 단면도 및 평면도이다.7 and 8 are cross-sectional views and plan views schematically illustrating the steps of forming the fine photoresist pattern according to an embodiment of the present invention.
도 9는 포토레지스트패턴의 선폭과 열적 흐름 공정 이후의 경화된 포토레지스트패턴의 선폭의 선폭차이를 나타낸다.9 illustrates the line width difference between the line width of the photoresist pattern and the line width of the cured photoresist pattern after the thermal flow process.
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1998
- 1998-01-13 KR KR1019980000687A patent/KR100510448B1/en not_active IP Right Cessation
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19990065414A (en) | 1999-08-05 |
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