KR19990003517A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세한 콘택홀 또는 미세한 패턴을 형성하는 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device forming a fine contact hole or a fine pattern.

본 발명의 구성은, 표면에 피식각층이 구비된 반도체 기판상에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광하는 단계; 상기 노광된 부분의 저부가 잔존하도록 1차 과소 현상하는 단계; 상기 포토레지스트막을 경화하는 단계; 상기 포토레지스트막을 2차 과소 현상하여, 피식각층의 소정 부분을 노출시키는 단계;및 상기 포토레지스트막을 마스크로 하여 피식각층을 식각하는 단계를 포함한다.The configuration of the present invention, forming a photoresist film on a semiconductor substrate having an etched layer on the surface; Selectively exposing the photoresist film; First underdeveloping such that a bottom of the exposed portion remains; Curing the photoresist film; Performing a second underdevelopment of the photoresist film to expose a predetermined portion of the etched layer; and etching the etched layer using the photoresist film as a mask.

Description

반도체 소자의 제조방법Manufacturing method of semiconductor device

본 발명은 반도체 소자의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 소자에 미세한 직경을 갖는 콘택홀을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for forming a contact hole having a fine diameter in the semiconductor device.

반도체 기술의 진보와 더불어 더 나아가서는 반도체 소자의 고속화, 고집적화가 진행되고 있고, 이에 수반해서 패턴에 대한 미세화의 필요성이 점점 높아지고 있으며. 또한 패턴의 치수도 고정밀화가 요구되고 있다.Along with the advancement of semiconductor technology, the high speed and high integration of semiconductor devices are progressing, and accordingly, the necessity of miniaturization of patterns is increasing. Moreover, the dimension of a pattern is also required for high precision.

일반적으로 반도체 소자의 제조에 있어서, 미세한 콘택홀 또는 미세한 패턴을 형성하기 위하여는, 감광성 중합체 패턴을 마스크로 하여 하층 박막을 식각하는 포토리소그라피 공정을 이용된다.In general, in the manufacture of semiconductor devices, in order to form fine contact holes or fine patterns, a photolithography process of etching a lower layer thin film using a photosensitive polymer pattern as a mask is used.

이러한 포토리소그라피 공정은, 피식각층상에 포토레지스트막을 도포하고, 준비된 레티클을 이용하여 선택적으로 노광한다. 이때, 노광 장비로는 비교적 파장이 짧은 I-라인 장비(λ=365nm)가 이용된다. 이어서, 노광된 부분을 소정 시간, 예를들어, 약 60초간 현상 공정을 진행하여, 노광된 부분을 제거한다. 그후, 남아있는 부분을 경화하여 레지스트 패턴을 형성하고, 이 레지스트 패턴을 마스크로 하여 피 식각층을 제거한다.In such a photolithography process, a photoresist film is coated on an etched layer and selectively exposed using a prepared reticle. At this time, I-line equipment (λ = 365 nm) having a relatively short wavelength is used as the exposure equipment. The exposed portion is then subjected to a developing process for a predetermined time, for example, about 60 seconds, to remove the exposed portion. Thereafter, the remaining portion is cured to form a resist pattern, and the etching layer is removed using the resist pattern as a mask.

그러나, 상기와 같은 종래의 포트리소그라피 공정은 광의 회절로 인하여 공정능력에 한계가 있으며, 현재의 노광 장비로는 소망하는 사이즈의 패턴을 형성하는데 어려움이 있다.However, the conventional photolithography process has a limitation in processing capability due to diffraction of light, and it is difficult to form a pattern having a desired size with current exposure equipment.

부가하자면, 포토리소그라피 공정으로 형성 가능한 패턴의 한계, 즉 해상도는 다음의 식에 의하여 산출되는데, 현재 이용되는 노광 장비인 I - 라인 장비를 이용하여, 노광 공정을 진행하게 되면, 약 0.3μm의 해상도를 얻게된다.In addition, the limit of the pattern that can be formed by the photolithography process, that is, the resolution is calculated by the following equation. When the exposure process is performed using the I-line equipment, which is currently used, the resolution of about 0.3 μm You get

R = k (λ / NA )R = k (λ / NA)

[R은 해상도, λ는 노광 파장(0.356), NA는 노광장비의 렌즈 개구수(0.5), k는 공정관련 상수로서 공정 능력에 따라 변하는 값이지만, 양산 단계에서는 약 0.43∼0.45][R is the resolution, λ is the exposure wavelength (0.356), NA is the lens numerical aperture (0.5) of the exposure equipment, k is a process-related constant, the value varies depending on the process capability, but in the mass production stage is about 0.43 ~ 0.45]

그러나, 상기와 같은 해상도는 이론상으로는 0.3μm의 직경을 갖도록 형성되지만, 실제적으로 공정을 진행하게 되면, 이보다 더 큰 사이즈로 형성된다.However, the above resolution is theoretically formed to have a diameter of 0.3 μm, but when the process is actually carried out, a larger size than this is formed.

따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 노광 장비의 요구없이, 해상도 이하의 미세한 콘택홀 또는 패턴을 형성할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of forming a fine contact hole or a pattern having a resolution or less, without requiring a separate exposure apparatus.

도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 열실시예를 설명하기 위한 반도체 소자의 공정 단면도.1A to 1D are cross-sectional views of a semiconductor device for explaining a thermal example of the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 반도체 기판 2 : 절연막1 semiconductor substrate 2 insulating film

3 : 포토레지스트막3: photoresist film

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 표면에 피식각층이 구비된 반도체 기판상에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광하는 단계; 상기 노광된 부분의 저부가 잔존하도록 1차 과소 현상하는 단계; 상기 포토레지스트막을 경화하는 단계; 상기 포토레지스트막을 2차 과소 현상하여, 피식각층의 소정 부분을 노출시키는 단계; 및 상기 포토레지스트막을 마스크로 하여 피식각층을 식각하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object of the present invention, the present invention comprises the steps of forming a photoresist film on a semiconductor substrate having an etched layer on the surface; Selectively exposing the photoresist film; First underdeveloping such that a bottom of the exposed portion remains; Curing the photoresist film; Second underdeveloping the photoresist film to expose a predetermined portion of the etched layer; And etching the etched layer using the photoresist film as a mask.

본 발명에 의하면, 선택적으로 노광된 포토레지스트막의 현상 공정시, 노광된 부분이 완전히 제거되도록 현상하지 않고, 노광 부분의 저부가 소정 부분 잔존하도록 1차 과소 현상 공정을 진행하고, 잔존하는 포토레지스트막 하부의 막 표면이 노출되도록 잔존하는 포토레지스트막의 소정 부분을 제거하는 2차 과소 현상 공정을 진행하여, 노광 장비의 노광 한계보다 미세한 홀 또는 패턴을 형성한다.According to the present invention, during the development process of the selectively exposed photoresist film, the first underdevelopment process is performed so that the bottom portion of the exposed portion remains, without developing such that the exposed portion is completely removed. A second underdevelopment process is performed to remove a predetermined portion of the remaining photoresist film so that the film surface of the film is exposed, thereby forming a hole or pattern finer than the exposure limit of the exposure equipment.

[실시예]EXAMPLE

이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부한 도면 도 1a 내지 도 1d는 본 발명의 일실시예를 설명하기 위한 반도체 소자의 공정 단면도이다.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a semiconductor device for describing an embodiment of the present invention.

먼저, 도 1a를 참조하여, 집적회로 또는 트랜지스터가 형성된 반도체 기판(1)상에 이후에 형성될 전도층과 집적회로, 또는 트랜지스터의 쇼트를 방지하기 위하여, 절연막(2)이 형성된다. 그후, 절연막(2) 상부에 공지의 스핀 코팅 방식에 의하여, 포토레지스트막(3)이 형성된다. 이어서, 미세 콘택홀이 형성될 부분상에 레티클(4)을 준비한 다음, 노광을 실시한다. 이때, 노광장비로는 종래에 이용되는 I- 라인 장비를 이용한다.First, referring to FIG. 1A, an insulating film 2 is formed on a semiconductor substrate 1 on which an integrated circuit or a transistor is formed so as to prevent a short circuit of a conductive layer and an integrated circuit or a transistor to be formed later. Thereafter, the photoresist film 3 is formed on the insulating film 2 by a known spin coating method. Subsequently, the reticle 4 is prepared on the portion where the fine contact hole is to be formed, and then exposure is performed. At this time, the I-line equipment conventionally used as the exposure equipment.

그후, 선택적으로 노광된 포토레지스트막(3)을 1차적으로 현상한다. 이때, 본 실시예에서는 노광된 부분이 완전히 제거되지 않고, 저부가 잔존하도록 과소 현상한다. 바람직하게는 약 25 내지 35초 동안 진행한다. 이와같이, 과소 현상 공정을 진행하게 되면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트막(3)내에는 상부에 비하여 저부의 폭이 좁은 등방성 형태의 홀(H)이 형성된다.Thereafter, the selectively exposed photoresist film 3 is primarily developed. At this time, in the present embodiment, the exposed portion is not completely removed and underdeveloped so that the bottom portion remains. Preferably about 25 to 35 seconds. As described above, when the underdevelopment process is performed, as shown in FIG. 1B, an isotropic hole H having a narrower width at the bottom than the top is formed in the photoresist film 3.

이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 현상된 포토 레지스트막(3)은 전자 빔 경화 방식에 의하여 경화된다. 이때, 경화 공정시, 공정 온도는 상온이고, 5 내지 10KeV의 에너지와, 도즈량을 800 내지 1000μc/㎠으로 하여 진행한다.Subsequently, as shown in Fig. 1C, the developed photoresist film 3 is cured by an electron beam curing method. At this time, at the time of a hardening process, process temperature is normal temperature and it advances with the energy of 5-10 KeV and the dose amount to 800-1000 micrometers / cm <2>.

그후, 경화 공정이 진행된 포토레지스트막(3)은,2차적으로 과소 현상 공정이 진행되어, 절연막(2) 표면이 노출되도록 홀(H) 저부의 소정 부분이 제거된다. 이때, 홀(H) 저부에 해당하는 포토레지스트막(3)은 버티칼 프로파일(vertical profile)에 의하여 현상되어, 도 1d에 도시된 바와 같이, 홀(H) 저부가 이방성으로 제거된다. 따라서, 포토레지스트막(3A)내에는 저부의 폭(A)이 상부의 폭(B)보다 좁은 홀이 구비된다. 바람직하게는, 상기 저부의 폭(A)이 약 0.2㎛정도가 된다.Thereafter, the photoresist film 3 subjected to the curing process is subjected to a second underdevelopment process, and a predetermined portion of the bottom of the hole H is removed so that the surface of the insulating film 2 is exposed. At this time, the photoresist film 3 corresponding to the bottom of the hole H is developed by a vertical profile, and as shown in FIG. 1D, the bottom of the hole H is anisotropically removed. Therefore, in the photoresist film 3A, a hole having a width A of the bottom portion narrower than the width B of the upper portion is provided. Preferably, the width A of the bottom portion is about 0.2 μm.

그후, 도면에 도시되지는 않았지만, 상기의 포토레지스트막(3A)을 마스크로하여, 절연막(2)을 식각하면 약 0.2㎛정도의 폭을 갖는 미세한 콘택홀이 형성된다.Thereafter, although not shown in the drawing, when the insulating film 2 is etched using the photoresist film 3A as the mask, fine contact holes having a width of about 0.2 탆 are formed.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 선택적으로 노광된 포토레지스트막의 현상 공정시, 노광된 부분이 완전히 제거되도록 현상하지 않고, 노광부분의 저부가 소정 부분 잔존하도록 1차 과소 현상 공정을 진행하고, 잔존하는 포토레지스트막 하부의 막 표면이 노출되도록 잔존하는 포토레지스트막의 소정 부분을 제거하는 2차 과소 현상 공정을 진행하여, 노광 장비의 노광 한계보다 미세한 홀 또는 패턴을 형성한다.As described in detail above, according to the present invention, in the development process of the selectively exposed photoresist film, the first underdevelopment process is performed so that the exposed portion remains at a predetermined portion without developing the exposed portion completely. A second underdevelopment process is performed to remove a predetermined portion of the remaining photoresist film so that the film surface under the remaining photoresist film is exposed, thereby forming a hole or pattern finer than the exposure limit of the exposure equipment.

본 발명의 원리와 정신에 위배되지 않는 범위에서 여러 실시예는 이 기술에 속하는 당업자에게 자명할 뿐만 아니라 용이하게 발명해 낼 수 있다. 따라서 여기에 첨부된 청구범위는 앞서 설명된 것에 한정하지 않고, 상기의 청구범위는 이 발명에 내제되어 있는 특허성 있는 신규한 모든 것을 포함하며, 아울러 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해서 균등하게 처리되는 모든 특징을 포함한다.Various embodiments are obvious to those skilled in the art without departing from the spirit and spirit of the invention and can be easily invented. Therefore, the claims appended hereto are not limited to those described above, and the above claims encompass all patentable novelties that are inherent in this invention, and furthermore, those of ordinary skill in the art to which this invention pertains. It includes all features processed evenly by the ruler.

Claims (6)

표면에 피식각층이 구비된 반도체 기판상에 포토레지스트막을 형성하는 단계;Forming a photoresist film on a semiconductor substrate having an etched layer on its surface; 상기 포토레지스트막을 선택적으로 노광하는 단계;Selectively exposing the photoresist film; 상기 노광된 부분의 저부가 잔존하도록 1차 과소 현상하는 단계;First underdeveloping such that a bottom of the exposed portion remains; 상기 포토레지스트막을 경화하는 단계;Curing the photoresist film; 상기 포토레지스트막을 2차 과소 현상하여, 피식각층의 소정 부분을 노출시키는 단계; 및Second underdeveloping the photoresist film to expose a predetermined portion of the etched layer; And 상기 포토레지스트막을 마스크로 하여 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.And etching the layer to be etched using the photoresist film as a mask. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 및 2차 과소 현상하는 단계는 약 25 내지 35초동안 현상 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the first and second underdevelopment steps are performed for about 25 to 35 seconds. 제 1 항에 있어서, 상기 경화하는 단계는, 전자빔 경화 방식에 의하여 진행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 1, wherein the curing is performed by an electron beam curing method. 제 3 항에 있어서, 상기 전자빔 경화시, 에너지는 5 내지 10KeV를 인가하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 3, wherein, during the electron beam curing, energy is applied in a range of 5 to 10 KeV. 제 4 항에 있어서, 상기 전자빔 경화시 전자 도즈량은 800 내지 1000μc/㎠인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of claim 4, wherein the electron dose is 800 to 1000 μc / cm 2 during curing of the electron beam. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 과소 현상 공정에서, 잔존하는 포토레지스트막이 이방성 제거되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein in the secondary underdevelopment step, the remaining photoresist film is anisotropically removed.