| 【発明の名称】 |
残膜率を調節できるフォトレジストパターンの形成方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】李 大▲ヨップ▼
【氏名】南 廷林
【氏名】柳 到烈
【氏名】李 庭佑
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| 【要約】 |
【課題】イオン注入のためのドーピング角を確保して残膜率を調節できるフォトレジストパターンの形成方法を提供する。
【解決手段】ポリヒドロキシスチレンを含むフォトレジストを利用して残膜率を４０％ないし８５％に調節でき、透過率１０％ないし３０％のマスクを利用して残膜率を６０％ないし８５％に調節できる。フォトレジストパターンの残膜率を調節することによって、不均一なドーピング領域を形成できるドーピング角を確保するフォトリソグラフィー工程を提供できる。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 半導体基板上に下記化学式１及び化学式２を含む残膜率調節フォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する段階と、【化１】
［式中、Ｒはアセタール基またはtert−ブチルオキシカルボニル基であり、ｎ及びｍは整数であり、ｎ／（ｍ＋ｎ）は０.０１〜０.８であり、ｍ／（ｍ＋ｎ）は１−［ｎ／（ｍ＋ｎ）］である。］
【化２】
［式中、ｒは整数であって８〜４０である。］
前記フォトレジスト層を露光、現像して残膜率が調節されたフォトレジストパターンを形成する段階を含むことを特徴とするフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２】 前記化学式１の分子量は３０００ないし３００００であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項３】 前記化学式１の分子量の分散は１.１ないし３.０であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項４】 前記化学式２の分子量は１０００ないし５０００であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項５】 前記化学式２の分子量の分散は１.１ないし３.０であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項６】 前記フォトレジストパターンの残膜率は４０％ないし８５％であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項７】 前記フォトレジストパターンの残膜率は４５％ないし６５％であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項８】 前記フォトレジストパターンの残膜率は５０％であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項９】 前記フォトレジストの現像時に使用する現像液は、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、メタノール、水酸化ナトリウム、エタノール及びコリンよりなる群のうち選択されたいずれか一つ以上であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１０】 前記現像にかかる時間は３０秒ないし１２０秒であることを特徴とする請求項１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１１】 半導体基板上にフォトレジスト層を形成する段階と、光線の透過率が１００％である第１領域と前記光線の透過率が１０％ないし３０％である第２領域とを具備するマスクパターンを利用して、残膜率が調節された前記フォトレジストを露光、現像してフォトレジストパターンを形成する段階とを含むフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１２】 前記フォトレジストパターンの残膜率は６０％ないし８５％であることを特徴とする請求項１１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１３】 前記フォトレジストパターンの残膜率は６０％ないし７０％であることを特徴とする請求項１１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１４】 前記フォトレジストパターンの残膜率は６５％であることを特徴とする請求項１１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１５】 前記第２領域をなす物質はＭｏＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＯｘ、ＣｒＳｉＯ、ＣｒＳｉＯＮ、ＳｉＮ、非晶質炭素及びＭｏＳｉよりなる群のうち選択されたいずれか一つ以上であることを特徴とする請求項１１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１６】 前記第２領域の透過率は第２領域をなす物質膜の厚さにより調節されることを特徴とする請求項１１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１７】 前記第１領域と前記第２領域との境界部位の位相差は６０゜ないし１８０゜で形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１１に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１８】 半導体基板上に下記化学式１及び化学式２とを含むフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する段階と、【化３】
［式中、Ｒはアセタール基またはtert−ブチルオキシカルボニル基であり、ｎ及びｍは整数であり、ｎ／（ｍ＋ｎ）は０.０１〜０.８であり、ｍ／（ｍ＋ｎ）は１−［ｎ／（ｍ＋ｎ）］である。］
【化４】
［式中、ｒは整数であって８〜４０である。］
前記フォトレジスト層を露光、現像して、前記半導体基板上に残膜率４０％ないし８５％のフォトレジストパターンを形成する段階を含むことを特徴とするフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項１９】 前記化学式２の分子量は１０００ないし５０００であることを特徴とする請求項１８に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２０】 前記化学式２の分子量の分散は１.１ないし３.０であることを特徴とする請求項１８に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２１】 前記フォトレジストパターンの残膜率は４５％ないし６５％であることを特徴とする請求項１８に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２２】 前記フォトレジストパターンの残膜率は５０％であることを特徴とする請求項１８に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２３】 半導体基板上にフォトレジスト層を形成する段階と、光線の透過率が１００％である第１領域と前記光線の透過率が１０％ないし３０％である第２領域とを具備するマスクパターンを利用して、残膜率６０％ないし８５％のフォトレジストパターンを形成する段階とを含むフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２４】 前記フォトレジストパターンの残膜率は６０％ないし７０％であることを特徴とする請求項２３に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２５】 前記フォトレジストパターンの残膜率は６５％であることを特徴とする請求項２３に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２６】 前記第２領域をなす物質はＭｏＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＯｘ、ＣｒＳｉＯ、ＣｒＳｉＯＮ、ＳｉＮ、非晶質炭素及びＭｏＳｉよりなる群のうち選択されたいずれか一つ以上であることを特徴とする請求項２３に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２７】 前記第２領域の透過率は第２領域をなす物質膜の厚さにより調節されることを特徴とする請求項２３に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
【請求項２８】 前記第１領域と前記第２領域との境界部位の位相差は６０゜ないし１８０゜で形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のフォトレジストパターンの形成方法。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の形成方法に係り、特に残膜率を調節できるフォトレジストパターンの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高速を必要とするロジック素子やＣＰＵ素子の場合にはゲートを小さくして速度を改善する。この時、ホットキャリアによるパンチスルーを防止するために不均一にドープされた領域を形成する。特に、狭いピッチのセルではゲート間の空間が小さくなる。したがって、パンチスルーの防止は必須である。不均一なドーピングはイオン注入を利用して行う。
【０００３】以下、添付した図面を参照して一般的なイオン注入のためのフォトレジストパターンの形成方法を説明する。
【０００４】図１及び図２は、イオン注入のための一般のフォトレジストパターンの形成方法を説明するために示した図面である。
【０００５】図１を参照すれば、半導体基板１０上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層１２を形成する。さらに、イオン注入のために光の透過率が１００％の透明パターン１４と光の透過率が０％の不透明パターン１６を具備したマスクパターンを形成する。ここで、不透明パターン１６はクロムのような不透明性物質を利用する。
【０００６】図２を参照すれば、半導体基板１０にイオン注入２０のために前記フォトレジスト層１２を露光、現像してフォトレジストパターン１８を形成する。この時、形成されたフォトレジストパターン１８の高さはフォトレジスト層１２の厚さとほぼ同一である。次いで、前記フォトレジストパターン１８をマスクとして半導体基板１０に不均一なドーピングのためのイオン注入２０を実施する。ここで、不均一なドーピングは半導体基板１０の法線に対して６０゜ないし−６０゜の角度でイオン注入２０して実施する。この時、イオン注入２０のための角度をドーピング角θという。
【０００７】ところが、ゲート間の間隔が狭まるにつれてパターンの間隔も狭まっている。すなわち、パターンの高さは同一に維持されるが、パターンの間隔は狭まって縦横比が大きくなっている。これにより、適切なドーピング角θを確保し難い実情である。適切なドーピング角θを確保するためのパターンの高さはゲートの高さに準じる３０００Åないし６０００Åが望ましい。イオン注入のためのフォトレジスト層の厚さ１２は一般に約７４００Åである。したがって、適切なドーピング角θを有するためにフォトレジスト層を薄くすることが望ましい。しかし、フォトレジスト層１２を薄くすれば、ゲートの段差が浮刻されてフォトレジストの塗布が不良になる。特に精密なパターンを形成するためにＤＵＶ（ｄｅｅｐ ｕｌｔｒａ−ｖｉｏｌｅｔ）工程を使用する必要がある。また、フォトレジストの塗布不良は臨界寸法の不均一を誘発する。結果的に適切なフォトリソグラフィー工程の遂行が不可能になる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようとする技術的課題は、イオン注入のためのドーピング角を確保できるフォトレジストパターンの形成方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記技術的課題を達成するための本発明によるフォトレジストパターンの形成方法は、半導体基板上に下記化学式１及び化学式２を含む残膜率調節フォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する段階と、【化５】
［式中、Ｒはアセタール基またはtert−ブチルオキシカルボニル基であり、ｎ及びｍは整数であり、ｎ／（ｍ＋ｎ）は０.０１〜０.８であり、ｍ／（ｍ＋ｎ）は１−［ｎ／（ｍ＋ｎ）］である。］
【化６】
［式中、ｒは整数であって８〜４０である。］
【００１０】次いで、前記フォトレジスト層を露光、現像して残膜率が調節されたフォトレジストパターンを形成する。
【００１１】本発明によるフォトレジストパターンの形成方法は、半導体基板上にフォトレジスト層を形成する。次いで、光線の透過率が１００％である第１領域と前記光線の透過率が１０％ないし３０％である第２領域とを具備するマスクパターンを利用して、残膜率が調節された前記フォトレジストを露光、現像してフォトレジストパターンを形成する。
【００１２】本発明によるフォトレジストパターンの形成方法は、半導体基板上に下記化学式１及び化学式２とを含むフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成する。次いで、前記フォトレジスト層を露光、現像して、前記半導体基板上に残膜率４０％ないし８５％のフォトレジストパターンを形成する。
【００１３】本発明によるフォトレジストパターンの形成方法は、半導体基板上にフォトレジスト層を形成する。次いで、光線の透過率が１００％である第１領域と前記光線の透過率が１０％ないし３０％である第２領域とを具備するマスクパターンを利用して、残膜率６０％ないし８５％のフォトレジストパターンを形成する。
【００１４】以上の本発明の残膜率調節フォトレジスト及び残膜率を調節できるフォトレジストパターンの形成方法は、フォトレジストの残膜率を低めてイオン注入のためのドーピング角を確保できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面を参照して本発明をより詳細に説明する。本発明は以下に開示される実施例に限定されずに多様な形態に具現できるが、ただ、本実施例は本発明の開示を完全にし、当業者に本発明の範ちゅうを完全に知らせるために提供されるものである。添付した図面でいろいろな膜と領域の厚さは明瞭性のために強調され、ある層が他の層や基板“上”に存在すると記載される時、このある層は他の層や基板と直接接して存在する場合もあり、その間に第３の層が存在する場合もある。
【００１６】本発明によれば、半導体基板上に一定の残膜率を有するフォトレジストパターンを形成する。具体的に説明すれば、フォトレジスト層を露光、現像する過程でパターンを形成する部分のフォトレジストの一部が除去される。ここで、残膜率とはフォトレジストが除去される割合をいう。例えば、残膜率が１００％であれば前記パターンの高さはフォトレジスト層の厚さと同一である。なぜなら、露光、現像過程で除去されるフォトレジストはほとんどないからである。残膜率が５０％であれば、前記パターンの高さはフォトレジスト層の厚さの５０％である。すなわち、露光、現像過程で５０％のフォトレジストが除去されたパターンである。
【００１７】一方、残膜率を調節する方法には、フォトレジスト自体の残膜率を調節する方法とマスクの透過率を利用して調節する方法とがある。次いで、フォトレジスト自体の残膜率を調節する方法は実施例１、そしてマスクの透過率を利用する方法は実施例２に分けて説明する。
【００１８】＜実施例１＞残膜率を調節するために下記化学式１のフォトレジストに添加剤としてポリヒドロキシスチレン（化学式２）を混合した。
【化７】
［式中、Ｒはアセタール基またはtert−ブチルオキシカルボニル基であり、ｎ及びｍは整数であり、ｎ／（ｍ＋ｎ）は０.０１〜０.８であり、ｍ／（ｍ＋ｎ）は１−［ｎ／（ｍ＋ｎ）］である。この時、化学式２の分子量が３０００ないし３００００であった。また、分子量分散が１.１ないし３.０であった。］
【化８】
［式中、ｒは整数であって８〜４０である。］この時、化学式２の分子量は１０００ないし５０００ｇ／ｍｏｌ、分子量の分散が１.１ないし３.０であった。
【００１９】化学式１及び化学式２の混合ｔ−ブチルカルボニルオキシポリスチレンとポリヒドロキシスチレン共重合体２０ｇをエチルラクタート１００ｇに溶解した。次いで、ポリヒドロキシスチレン４ｇにトリフェニルスルホニウム塩０.１ｇを添加して溶解した。次に、前記共重合体とポリヒドロキシスチレン及びトリフェニルスルホニウムとを混合した。
【００２０】本発明の実施例１で利用されるフォトレジストの残膜率は４０％ないし８５％であった。参考に、一般のフォトレジストの残膜率は約９５％である。本発明の実施例１で利用されるフォトレジストの残膜率が低い理由は添加剤としてポリヒドロキシスチレンを投入したからである。ポリヒドロキシスチレンは溶解促進剤の役割をして残膜率を低めるのに寄与する。また、ポリヒドロキシスチレンの他にノボラックを使用できる。
【００２１】一方、残膜率が４０％以下であれば後続工程でフォトレジストパターンの損傷という問題が発生する。また、残膜率が８５％以上であれば、適切なドーピング角が形成されない。前記フォトレジストパターンの残膜率は４５％ないし６５％が望ましくて、５０％がもっと望ましい。
【００２２】図３及び図４は、残膜率調節フォトレジストによる本発明のフォトレジストパターンの形成方法を説明するために示した図面である。
【００２３】図３及び図４を参照すれば、前記化学式１及び化学式２とを混合したフォトレジストを半導体基板１００に塗布した。次いで、ＫｒＦステッパを使用して露光した。次に、２.３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ；Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｙｄｅ）溶液に現像した。このような過程を経ればイオン注入１０６のためのフォトレジストパターン１０４が形成される。この時、フォトレジストパターン１０４の残膜率は５０％であった。ここで、前記フォトレジストを現像するのに使用する現像液はＴＭＡＨ溶液、メタノール、エタノール、水酸化ナトリウム及びコリンのうち一つを使用できる。また、前記現像にかかる時間は３０秒ないし１２０秒が望ましい。
【００２４】本発明の実施例１をイオン注入に適用する。半導体基板１００上に前記化学式１及び化学式２とを含むフォトレジストを塗布してフォトレジスト層１０２を形成する。次いで、前記フォトレジスト層１０２を露光、現像して半導体基板１００上にフォトレジストパターン１０４を形成する。次に、前記フォトレジストパターン１０４をマスクとして半導体基板１００にイオン注入１０６する。なお、前記イオン注入１０６は不均一にドープされた領域を形成でき、イオン注入１０６のドーピング角θは６０゜ないし−６０゜である。
【００２５】＜実施例２＞次いで、マスクの透過率を利用した残膜率調節方法について説明する。図５及び図６は、マスクパターンを利用して残膜率を調節する本発明のフォトレジストパターンの形成方法を説明するために示した図面である。
【００２６】図５を参照すれば、本発明の実施例２で利用されるマスクパターンは、光線の透過率が１００％である第１領域１０８と、光線の透過率が１０％ないし３０％である第２領域１１０とを具備する。ここで、前記第２領域１１０をなす物質はＭｏＳｉＯＮ、Ｃｒ、ＣｒＯｘ、ＣｒＳｉＯ、ＣｒＳｉＯＮ、ＳｉＮ、非晶質炭素及びＭｏＳｉよりなる群のうち選択されたいずれか一つ以上であることが望ましい。この時、前記第２領域１１０の透過率は第２領域１１０をなす物質膜の厚さにより調節される。すなわち、物質膜が厚ければ透過率が小さく、薄ければ透過率が大きい。
【００２７】本発明の実施例２によるフォトレジストパターンの形成方法は、実施例１の場合と同じ方法である。ただ、本発明の実施例２に使われるフォトレジストは実施例１のフォトレジストとは異なる物質である。言い換えれば、ポリヒドロキシスチレンを添加しなかった。すなわち、本発明の実施例２による残膜率の調節はプロテクティンググループの反応を利用する実施例１の場合とは違う。本発明の実施例２ではマスクパターンの透過率を利用して残膜率を調節する。
【００２８】残膜率が低くなる理由は第２領域１１０によりフォトレジスト層の一部が感光されたからである。本発明の実施例２により形成されたフォトレジストパターンの残膜率は６０％ないし８５％である。残膜率Ｉ６０％以下であれば安定したフォトレジストパターンを得られない。すなわち、フォトレジストパターン自体が崩壊できる。残膜率が８５％以上であれば、適切なドーピング角が形成されない。前記フォトレジストパターンの残膜率は６０％ないし７０％が望ましく、６５％がもっと望ましい。
【００２９】図６を参照すれば、マスク基板１１２上の第１領域１０８と第２領域１１０との境界部位は所望のパターン形成のために位相差６０゜ないし１８０゜の位相シフト１１４を形成する。
【００３０】本発明の実施例１をイオン注入に適用する。図５で説明したマスクパターンを利用して前記フォトレジスト層（図３の１０２）を露光、現像して前記半導体基板上にフォトレジストパターン（図３の１０４）を形成する。次いで、前記フォトレジストパターン１０４をマスクとして前記半導体基板にイオン注入（図４の１０６）する。なお、前記イオン注入は不均一にドープされた領域を形成でき、前記イオン注入のドーピング角θは６０゜ないし−６０゜である。
【００３１】図７は、本発明によるマスクパターンを利用して残膜率を調節する時、マスクパターンの透過率と形成されるフォトレジストパターンの厚さとの相関関係を示したグラフである。
【００３２】フォトレジストを完全に除去できるドーズ量は２８ｍＪ／ｃｍ２である。したがって、マスクパターンの透過率は露光量（ｍＪ／ｃｍ２）から類推できる。もし露光量が６ｍＪ／ｃｍ２であれば、透過率は（６／２８）％、すなわち、約２１％である。図７によれば、透過率が増加するほどフォトレジストパターン１０４の高さは減少する。透過率が１０％以内であれば前記パターン１０４の高さはほとんど減少しない。また透過率が３０％以上であれば、安定したパターン形態を得られない。したがって、第２領域１１０の透過率は１０％ないし３０％が望ましいだ。
【００３３】
【発明の効果】前述した本発明による残膜率調節フォトレジストと残膜率を調節して不均一なドーピング領域を形成できるドーピング角を確保するフォトリソグラフィー工程を提供できる。
【００３４】以上本発明を詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、当業者により多くの変形及び改良が可能である。
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| 【出願人】 |
【識別番号】３９００１９８３９
【氏名又は名称】三星電子株式会社
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| 【出願日】 |
平成１４年８月８日（２００２．８．８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００６４９０８
【弁理士】
【氏名又は名称】志賀 正武 （外１名）
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| 【公開番号】 |
特開２００３−１２２０１５（Ｐ２００３−１２２０１５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年４月２５日（２００３．４．２５） |
| 【出願番号】 |
特願２００２−２３２０２７（Ｐ２００２−２３２０２７） |
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