KR20030056798A - Method for forming photoresist of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 붕소 화합물을 이용하여 저유전율(Low-k)의 물질을 사용한 패턴 형성 공정시에 발생하는 레지스트 포이즌 현상을 억제하여 공정의 안정성을 확보할 수 있도록한 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 하부 도전층 또는 하부 도전성 영역이 형성된 반도체 기판상에 바아홀을 갖는 층간 절연층을 형성하는 단계;상기 비아홀을 포함하는 전면에 붕소 화합물을 함유하는 포토레지스트를 도포하는 단계;상기 붕소 화합물에 의한 붕소-질소 결합에 의해 공정 진행중에 발생하는 암모니아가 블록킹되도록 하면서 선택적으로 노광 및 현상하여 트렌치를 형성하는 단계를 포함한다.The present invention relates to a method of forming a photoresist pattern of a semiconductor device in which a boron compound is used to suppress the resist poisoning phenomenon occurring during the pattern formation process using a low-k material, thereby ensuring stability of the process. A method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: forming an interlayer insulating layer having a bar hole on a semiconductor substrate having a lower conductive layer or a lower conductive region formed thereon; applying a photoresist containing a boron compound to an entire surface including the via hole; Selectively exposing and developing the trench to form a trench while allowing ammonia generated during the process to be blocked by boron-nitrogen bonding.
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조에 관한 것으로, 특히 붕소 화합물을 이용하여저유전율(Low-k)의 물질을 사용한 패턴 형성 공정시에 발생하는 레지스트 포이즌 현상을 억제하여 공정의 안정성을 확보할 수 있도록한 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to the fabrication of semiconductor devices. In particular, it is possible to secure the stability of the process by suppressing the resist poisoning phenomenon occurring during the pattern formation process using a low-k material using a boron compound. A method of forming a photoresist pattern of a semiconductor device.
일반적으로 광반응 중합 재료와 호환하지 않는 오염물은 ARC 층 또는 다른 수직 층으로부터 포토레지스트 층으로 이동할 수 있다.In general, contaminants that are incompatible with the photoreactive polymeric material may migrate from the ARC layer or other vertical layer to the photoresist layer.
이들 오염물은 포토레지스트에 포이즌(poison)으로 작용하여, 간섭 반응이 발생하고 중합 재료와 이질적인 화학 상호작용에 의해 반응의 비균일성을 유발한다.These contaminants act as poisons to the photoresist, causing interference reactions and causing heterogeneity of the reaction by heterogeneous chemical interactions with the polymeric material.
이것은 일반적으로 포토레지스트 포이즌이라 불리고 양의 포토레지스트가 사용되는 경우 포토레지스트 푸팅(footing), 또는 음의 포토레지스트가 사용되는 경우 포토레지스트 핀칭(piching)의 형성을 유발한다.This is commonly called photoresist poisoning and leads to the formation of photoresist footing if positive photoresist is used, or photoresist pinching if negative photoresist is used.
특히, 현상중 포토레지스트층의 노출된 패턴 영역은 비균일한(수직이 아닌) 측벽을 갖는 패턴 프로파일 또는 구조를 갖기 때문에 패터닝 후에 포토레지스트 푸팅 또는 포토레지스트 핀칭은 하부의 식각 대상층에 패턴의 불완전한 전사를 유발한다.In particular, since the exposed pattern region of the photoresist layer during development has a pattern profile or structure with non-uniform (non-vertical) sidewalls, photoresist footing or photoresist pinching after patterning may result in incomplete transfer of the pattern to the underlying etch target layer. Cause.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 종래 기술의 반도체 소자의 포토레지스트 패터닝 공정에 관하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a photoresist patterning process of a semiconductor device of the prior art will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1a내지 도 1c는 종래 기술의 반도체 소자의 포토레지스트 패터닝을 위한 공정 단면도이고, 도 2는 포토레지스트 패터닝시의 레지스트 포이즌 현상을 보여주는 단면 사진이다.1A to 1C are cross-sectional views of a process for photoresist patterning of a semiconductor device of the prior art, and FIG. 2 is a cross-sectional photograph showing a resist poisoning phenomenon during photoresist patterning.
반도체 집적 회로의 다층 배선을 형성하는 효율적인 방법은 다마신 (damascene) 기술을 포함한다.Efficient methods of forming multilayer interconnects of semiconductor integrated circuits include damascene technology.
이 기술 중에서, 듀얼 다마신 기술은 공정을 간략화하고 TAT (Turn-and Around-Time) 를 감소시키는 공정을 촉진하여 제조 비용을 현저히 절감시키는 장점을 갖고 있다.Among these technologies, the dual damascene technology has the advantage of significantly reducing manufacturing costs by simplifying the process and facilitating the process of reducing turn-and around-time (TAT).
듀얼 다마신 기술은 상층 배선이 형성되는 배선 트렌치와 이 상층 배선을 하층 배선 또는 기판에 접속하는 비아홀 또는 콘택홀을 절연층에 형성한 후, 금속막을 이 배선 트렌치 및 비아홀에 동시에 충전하여 배선과 비아를 동시에 형성하는 것이다.The dual damascene technology forms a wiring trench in which upper wiring is formed and a via hole or contact hole connecting the upper wiring to a lower wiring or a substrate in an insulating layer, and then simultaneously fills the wiring trench and via hole with a metal film. To form simultaneously.
종래 기술의 듀얼 다마신 공정에서의 포토레지스트 패터닝 공정은 먼저, 도 1a에서와 같이, 하부 도전층 또는 하부 도전성 영역이 형성된 반도체 기판(11)상에 층간 절연층(12)을 형성하고 포토리소그래피 공정으로 선택적으로 식각하여 비아홀(13)을 형성한다.The photoresist patterning process in the dual damascene process of the prior art first forms an interlayer insulating layer 12 on a semiconductor substrate 11 on which a lower conductive layer or a lower conductive region is formed, as shown in FIG. 1A, and a photolithography process. Selectively etching to form a via hole (13).
여기서, 층간 절연층(12)은 저유전율(Low-k) 물질을 사용하여 형성한다.Here, the interlayer insulating layer 12 is formed using a low dielectric constant (Low-k) material.
그리고 도 1b에서 와같이, 상부 배선층을 형성하기 위하여 상기 비아홀(13)을 갖는 층간 절연층(12)상에 포토레지스트(14)를 도포한다.As shown in FIG. 1B, a photoresist 14 is coated on the interlayer insulating layer 12 having the via holes 13 to form an upper wiring layer.
이어, 도 1c에서와 같이, 상기 포토레지스트(14)를 선택적으로 노광 및 현상하여 트렌치 형성 영역을 정의한다.Next, as shown in FIG. 1C, the photoresist 14 is selectively exposed and developed to define a trench formation region.
여기서, 포토레지스트(14) 패터닝 공정시에 발생된 물질이 상기 저유전율의 층간 절연층(12)에 흡착되어 있는 물질과 반응하여 비아홀(13)영역을 막는 레지스트 포이즌층(14b)을 유발한다.Here, the material generated during the photoresist 14 patterning process reacts with the material adsorbed on the low dielectric constant interlayer insulating layer 12 to cause the resist poison layer 14b to block the via hole 13 region.
상기 레지스트 포이즌층(14b)의 실제 형태는 도 2의 (가)부분에서와 같다.The actual shape of the resist poison layer 14b is the same as in part (a) of FIG.
레지스트 포이즌층(14b)은 주로 듀얼 다마신 공정에서 발견되는 것으로, 화학 증폭형 레지스트(Chemically Amplified Resist)의 포토 산성 발생자(Photo Acid Generator)로부터 생성된 H+가 저유전율의 층간 절연층(12)에 흡착되어 있는 암모니아와 산,염기 반응을 통해 약산으로 변하여 적절한 레지스트 반응을 못하게 하여 발생하는 것이다.The resist poison layer 14b is mainly found in the dual damascene process, and the H + produced from the photo acid generator of the chemically amplified resist has a low dielectric constant interlayer insulating layer 12. It is caused by ammonia adsorbed on and converted into weak acid through acid and base reaction to prevent proper resist reaction.
이러한 레지스트 포이즈 현상을 억제하기 위하여 특수한 레지스트를 사용하거나 듀얼 다마신 공정의 변경등을 시도하고 있으나 완전한 해결 방안을 제시하지 못하고 있다.In order to suppress the resist poise phenomenon, a special resist or a dual damascene process is attempted, but there is no complete solution.
그러나 이와 같은 종래 기술의 반도체 소자의 레지스트 패터닝 공정은 다음과 같은 문제점이 있다.However, the resist patterning process of the semiconductor device of the prior art has the following problems.
종래 기술의 듀얼 다마신 공정등에서는 레지스트의 패터닝 공정시에 H+에 의해 레지스트의 정상적인 반응을 억제하는 레지스트 포이즌층이 발생된다.In the dual damascene process of the prior art, a resist poison layer for suppressing the normal reaction of the resist is generated by H + during the resist patterning process.
레지스트 포이즌층은 비아홀등의 패턴상에 위치하여 후속되는 패터닝 또는 배선 형성시에 금속 배선간의 전기적인 페일 또는 특성 저하를 유발하여 소자의 신뢰성을 크게 저하시키는 원인으로 작용한다.The resist poison layer is positioned on a pattern such as a via hole, and thus causes electrical failure or deterioration between metal wirings during subsequent patterning or wiring formation, thereby acting as a cause of greatly lowering the reliability of the device.
본 발명은 이와 같은 종래 기술의 반도체 소자의 레지스트 패터닝 공정의 문제를 해결하기 위한 것으로, 붕소 화합물을 이용하여 저유전율(Low-k)의 물질을 사용한 패턴 형성 공정시에 발생하는 레지스트 포이즌 현상을 억제하여 공정의 안정성을 확보할 수 있도록한 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve such a problem of the resist patterning process of the semiconductor device of the prior art, to suppress the resist poisoning phenomenon occurring during the pattern formation process using a low-k material using a boron compound The purpose is to provide a method of forming a photoresist pattern of a semiconductor device to ensure the stability of the process.
도 1a내지 도 1c는 종래 기술의 반도체 소자의 포토레지스트 패터닝을 위한 공정 단면도1A-1C are cross-sectional views of a process for photoresist patterning of semiconductor devices of the prior art
도 2는 포토레지스트 패터닝시의 레지스트 포이즌 현상을 보여주는 단면 사진Figure 2 is a cross-sectional photograph showing the resist poisoning phenomenon during photoresist patterning
도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패터닝을 위한 공정 단면도3A to 3C are cross-sectional views of a process for photoresist patterning of a semiconductor device according to the present invention.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명Explanation of symbols for the main parts of the drawings
31. 반도체 기판 32. 층간 절연층31. Semiconductor substrate 32. Interlayer insulating layer
33. 비아홀 34. 포토레지스트33. Via Hole 34. Photoresist
34a. 포토레지스트 패턴 35. 포이즌 방지 화합물34a. Photoresist Pattern 35. Poison Resistant Compound
36. 붕소-질소 화합물36. Boron-Nitrogen Compounds
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법은 하부 도전층 또는 하부 도전성 영역이 형성된 반도체 기판상에 바아홀을 갖는 층간 절연층을 형성하는 단계;상기 비아홀을 포함하는 전면에 붕소 화합물을 함유하는 포토레지스트를 도포하는 단계;상기 붕소 화합물에 의한 붕소-질소 결합에 의해 공정 진행중에 발생하는 암모니아가 블록킹되도록 하면서 선택적으로 노광 및 현상하여 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of forming a photoresist pattern of a semiconductor device, the method including: forming an interlayer insulating layer having a bar hole on a semiconductor substrate on which a lower conductive layer or a lower conductive region is formed; Applying a photoresist containing a boron compound to the entire surface; selectively exposing and developing the ammonia generated during the process by blocking the boron-nitrogen bond by the boron compound to form a trench It features.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of forming a photoresist pattern of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3a내지 도 3c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패터닝을 위한 공정 단면도이다.3A to 3C are cross-sectional views of a process for photoresist patterning of semiconductor devices according to the present invention.
본 발명은 루이스 산(Lewis Acid)으로 작용할 수 있는 붕소 화합물을 함유한 레지스트를 사용하여 저유전율의 물질에 존재하는 암모니아를 근원적으로 제거하여 레지스트 포이즌 현상을 억제한 것이다.The present invention suppresses resist poisoning by fundamentally removing ammonia present in a low dielectric constant material using a resist containing a boron compound capable of acting as Lewis acid.
공정 진행은 도 3a에서와 같이, 먼저, 하부 도전층 또는 하부 도전성 영역이 형성된 반도체 기판(31)상에 층간 절연층(32)을 형성하고 포토리소그래피 공정으로선택적으로 식각하여 비아홀(33)을 형성한다.As shown in FIG. 3A, first, an interlayer insulating layer 32 is formed on a semiconductor substrate 31 on which a lower conductive layer or a lower conductive region is formed, and then selectively etched through a photolithography process to form a via hole 33. do.
여기서, 층간 절연층(32)은 저유전율(Low-k) 물질을 사용하여 형성한다.Here, the interlayer insulating layer 32 is formed using a low dielectric constant (Low-k) material.
그리고 도 3b에서 와같이, 상부 배선층을 형성하기 위하여 상기 비아홀(33)을 갖는 층간 절연층(32)상에 포이즌 방지 화합물(35) 즉, 붕소 화합물을 함유하는 포토레지스트(34)를 도포한다.3B, a photoresist 34 containing a poison prevention compound 35, that is, a boron compound, is applied on the interlayer insulating layer 32 having the via holes 33 to form the upper wiring layer.
이어, 도 3c에서와 같이, 상기 포토레지스트(34)를 선택적으로 노광 및 현상하여 트렌치 형성 영역이 정의된 포토레지스트 패턴(34a)을 형성한다.3C, the photoresist 34 is selectively exposed and developed to form a photoresist pattern 34a in which a trench formation region is defined.
여기서, 붕소 화합물에 의해 포토레지스트 패턴(34a) 형성시에 층간 절연층(32)내에 붕소-질소 화합물(36)이 생성되면서 레지스트 포이즈 현상은 발생하지 않는다.Here, the resist poise phenomenon does not occur while the boron-nitrogen compound 36 is generated in the interlayer insulating layer 32 when the photoresist pattern 34a is formed by the boron compound.
이와 같은 레지스트 포이즌 억제 효과를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.The resist poison suppression effect will be described in detail as follows.
실제로 듀얼 다마신 공정중에 발생하는 레지스트 포이즌 현상은 비아홀 형성을 위한 식각 공정후 트렌치를 형성하기 위한 포토 공정시에 발생한다.In practice, the resist poisoning phenomenon generated during the dual damascene process occurs during the photo process for forming the trench after the etching process for forming the via hole.
즉, 증착 단계 또는 비아홀 식각후의 애싱(Ashing) 과정에서 저유전율의 층간 절연층에 흡착되는 암모니아(NH3)는 트렌치를 형성하기 위한 포토 공정의 하나의 단계인 핫 플레이트(hot plate)에서의 베이크 과정에서 비아홀내의 레지스트와 작용하여 해당 부분의 레지스트가 현상되지 못하고 남게되는 레지스트 포이즌 현상을 유발한다.That is, ammonia (NH 3 ) adsorbed to the interlayer insulating layer having low dielectric constant during ashing after deposition or via hole etching is baked in a hot plate, which is one step of a photo process for forming a trench. In the process, it acts with the resist in the via hole, causing the resist poisoning phenomenon that the resist of the corresponding part is left undeveloped.
본 발명에서는 이와 같은 레지스트 포이즌 현상을 다음과 같은 방법으로 억제한다.In the present invention, such a resist poisoning phenomenon is suppressed by the following method.
트렌치를 형성하기 위한 포토 공정을 진행하기 위하여 사용되는 포토레지스트를 붕소 화합물을 함유한 물질을 사용한다.As the photoresist used to proceed the photo process for forming the trench, a material containing a boron compound is used.
이는 암모니아와 루이스 산/베이스(Lewis acid/base) 결합을 매우 잘하고 포토 산 발생자(PAG)에 의해 생성된 H+ 산성에서도 그 결합이 깨어지지 않는 루이스 산으로 비교적 끓는점이 낮은 붕소 화합물의 특성을 이용하는 것이다.It takes advantage of the properties of boron compounds that are very good at ammonia and Lewis acid / base linkages and are relatively low-boiling Lewis acids that do not break even in the H + acid produced by the photoacid generator (PAG). will be.
붕소 화합물을 함유하는 레지스트를 이용하여 포토 공정을 진행하는 경우 효과적으로 저유전율의 층간 절연층에 흡착되어 있던 암모니아와 붕소-질소 결합을 만들 수 있다.When the photo process is performed using a resist containing a boron compound, it is possible to effectively form ammonia and boron-nitrogen bonds adsorbed on the low dielectric constant interlayer insulating layer.
이와 같이, 암모니아가 루이스 산에 의해 블록킹되는 경우에는 트렌치 포토공정중에 암모니아의 방해없이 PAG로부터 생성된 H+가 정상적으로 작용하여 비아홀내의 레지스트가 정상적으로 현상되어 레지스트 포이즌 현상을 억제하는 것이다.As described above, when ammonia is blocked by Lewis acid, H + generated from PAG functions normally without interrupting ammonia during the trench photo process so that the resist in the via hole is normally developed to suppress the resist poisoning phenomenon.
여기서, 붕소 화합물로는 다음과 같은 물질이 사용된다.Here, the following materials are used as the boron compound.
triethylboran, tri-n-propylboran, bri-i-propylboran, tri-n-butylboran, triphenylboran, 분자량 300이하의 trialkylboran, trifluoroboran, trichloroboran, tribromoboran의 어느 하나를 사용한다.triethylboran, tri-n-propylboran, bri-i-propylboran, tri-n-butylboran, triphenylboran, trialkylboran, trifluoroboran, trichloroboran or tribromoboran with molecular weight less than 300 are used.
이와 같은 본 발명에 따른 포토레지스트 패터닝 공정은 듀얼 다마신 공정중에 흔히 나타나는 레지스트 포이즌 현상을 유효하게 억제할 수 있다.Such a photoresist patterning process according to the present invention can effectively suppress the resist poisoning phenomenon commonly seen during the dual damascene process.
이와 같은 본 발명에 따른 반도체 소자의 포토레지스트 패턴 형성 방법은 다음과 같은 효과가 있다.Such a method of forming a photoresist pattern of a semiconductor device according to the present invention has the following effects.
듀얼 다마신 공정에서의 트렌치 형성 공정시에 붕소 화합물을 함유한 레지스트를 사용하여 레지스트 포이즌 현상을 억제한다.The resist poisoning phenomenon is suppressed by using a resist containing a boron compound in the trench formation step in the dual damascene process.
이는 듀얼 다마신 공정의 다변화 및 개선을 가능하게 하는 효과가 있다.This has the effect of enabling the diversification and improvement of the dual damascene process.
또한, 포토 공정시에 사용되는 레지스트의 선택의 폭을 넓게 하고 포토 공정의 안정성을 높인다.In addition, the selection of the resist used in the photolithography process is broadened and the stability of the photolithography process is enhanced.
이와 같은 포토 공정의 안정화로 수율 향상 및 원가 절감의 효과를 갖는다.Such stabilization of the photo process has the effect of improving yield and cost.
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Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20011228 |
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