KR100223324B1 - 반도체 장치의 미세패턴 제조방법 - Google Patents

Abstract

반도체장치의 미세패턴 제조방법은 반도체 기판상에 축소노광장치의 분해능 이하의 정밀한 미세패턴을 형성하여 반도체 장치의 집적도를 향상시킨다. 이를 위하여, 상기 반도체장치의 미세패턴 제조방법은 반도체기판 상부의 일평면상에 형성될 다수의 미세패턴들을 비월선택하여 형성된 제1 및 제2 노광마스크를 사용한다. 상기 제1 및 제2 노광마스크는 서로 보완적인 위치에 위치하는 금속물질패턴 및 감광물질패턴이 반도체 기판에 순차적으로 형성되도록 한다. 그리고 상기 두개의 패턴은 하나의 미세한 식각장벽물질층 패턴을 형성하는데 이용된다. 그리고, 상기 식각장벽물질층 패턴을 형성하는데 이용된다. 그리고, 상기 식각장벽 물질층 패턴은 식각대상층을 패턴화하기 위하여 이용된다. 그로인하여, 반도체장치의 공정마진을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.

Description

반도체 장치의 미세패턴 제조 방법

제1a도 내지 제1g도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 장치의 미세패턴 형성방법을 설명하기 위한 반도체 장치의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 반도체 기판 12 : 식각 대상층

12A : 식각대상층 패턴 14,16 : 제1 마스크 물질층 패턴

14A,16A : 제1 및 제2 마스크 물질층 패턴

18,26 : 제1 및 제2 감광막 18A,26A : 제1 및 제2 감광막 패턴

26B : 잔여 감광막 20,28 : 제1 및 제2 노광마스크

22,30 : 제1 및 제2 투명기판 24,32 : 제1 및 제2 광차단막 패턴

본 발명은 반도체 장치를 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 특히 반도체 기판상에 축소노광장치의 분해는 이하의 정밀한 미세패턴을 형성하여 반도체 장치의 집적도를 향상시킬 수 있는 반도체장치의 미세패턴 제조방법에 관한 것이다.

최근, 반도체 장치는 많은 회로소자들을 수용하여 좀 더 많은 정보를 처리 및 저장할 수 있도록 고집적화되고 있다. 상기 반도체장치의 고집적화는 회로소자 및 상기 회로소자들을 접속시키기 위한 배선들을 되도록 좁은 영역에 정확하게 형성하는가에 좌우된다. 상기 회로소자들 및 배선들 등을 고밀도로 형성하기 위해서는, 먼저 패턴 식각 공정에서 식각장벽으로 이용되는 감광막패턴을 미세하게 형성하여야 한다.

도시되지는 않았으나, 종래기술을 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 반도체기판 상부에 식각대상층을 형성하고 그 상부에 감광막패턴을 형성한다.

이때, 상기 감광막패턴은, 상기 반도체기판의 전체표면상부에 감광막의 도포하고 이를 노광 및 현상하여 형성한다.

그리고, 상기 노광공정은 노광마스크에 의하여 선택적으로 노출되는 감광막의 표면에 광을 조사하는 사진 전사 장치 또는 축소 노광 장치(Step and Repeat; 이하 스테퍼 라 함)에 의하여 수행된다. 여기서, 상기 스테퍼는 상기 감광막패턴를 미세하게 구분하는 중요한 요소가 되며, 상기 스테퍼가 얼마 만큼 미세하게 형성할 수 있는가의 척도를 스테퍼의 분해능이라 한다. 그리고, 상기 스테퍼의 분해능 R은

R = k × λ/NA

으로 표현되며, 여기서 k는 공정 상수, λ는 광원의 광파장 그리고 NA(Numerical Aperture)는 스테퍼에서 렌즈를 통과한 빛의 구경에 관계되는 상수 이다. 상기 식에서 나타난 광의 파장, 랜즈 구경 및 공정 상수는 일정 한계 이하로 조절될 수 없으며, 이로 인하여 상기 스테퍼의 분해능은 일정 한계 이하의 값을 가질수 없다. 예를들어, 파장이 각각 436,365 및 248nm인 G-라인, i-라인 및 엑시머 레이저를 광원으로하는 스테퍼의 광 분해능으로는 약 0.5, 0.35 또는 0.2μm 정도 크기의 패턴 형성이 한계이다.

여기서, 상기 노광마스크는 상기 스테퍼의 광분해능 보다 큰 이격 거리에 배열된 광차단패턴들을 구비하여야 한다. 이는 상기 광차단패턴들간의 거리(빛이 투과되는 석영 스페이스 부분)가 작은 사이즈인 경우 광의 회절에 의하여 감광막의 표면이 원하는 영역보다 더 크게 노광되어 패턴 이미지 콘트라스트를 저해하기 때문이다. 이로 인하여, i-라인(λ=365nm) 스테퍼를 사용하는 종래의 미세패턴 형성방법은 0.3 μm 이상의 미세한 패턴을 형성할 수 없고 1 GDRAM ( Giga Dynamic Randon Access Memory ) 이상의 집적도를 갖는 반도체 장치의 개발을 곤란하게 하였다.

이상에서 설명한 바와같이 종래기술에 따른 반도체장치의 미세패턴 제조방법은, 0.3μm 이하의 작은 사이즈 패턴을 형성하기 위하여 i-라인 스테퍼를 사용하여 노광공정을 실시할때 상기 스테퍼의 광분해능 한계로 인해 광의 회절이 유발되고 이로 인하여 감광막의 표면이 원하는 영역보다 더 크게 노광되어 패턴 이미지 콘트라스트를 저해하기 때문에 미세패턴을 형성하기 어려워 반도체소자의 고집적화를 어렵게 하는 문제점이 있다.

따라서, 본발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 반도체 기판상에 축소노광장치의 분해능을 초월하는 미세패턴을 형성하여 반도체 장치의 집적도를 향상시킬 수 있는 반도체장치의 미세패턴 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명은 따른 반도체장치의 미세패턴 제조방법은,

반도체기판의 상부의 일평면상에 형성될 다수의 미세패턴들을 비월선택하여 제1 및 제2 노광마스크를 형성하는 공정과,

상기 반도체기판 상부에 식각대상층, 제1 마스크 물질층 및 제2 마스크 물질층을 순차적으로 형성하는 공정과,

상기 제1 노광마스크를 이용한 사진식각공정으로 제2마스크물질층패턴을 형성하는 공정과,

상기 제2노광마스크를 이용한 사진식각공정으로 제1마스크물질층패턴을 형성하는 공정과,

상기 제1마스크물질층패턴과 제2마스크물질층패턴을 마스크로한 식각공정으로 식각대상층패턴을 형성하는 공정과,

상기 식각대상층패턴 상부의 구조물을 제거하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 제1a도 내지 제1g도를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

제 1a도 내지 제 1g도는 본 발명의 실시예에 따른 반도체장치의 미세패턴 제조방법을 도시한 단면도이다.

제 1a도를 참조하면, 상기 반도체장치는 실리콘 기판(10)의 상부에 순차적으로 형성된 식각대상층(12), 제1 마스크 물질층(14), 제2 마스크 물질층(16) 및 제1 감광막(18)을 구비한다.

이때, 상기 반도체 기판(10)은 실리콘에 의하여 형성된 것이고, 상기 식각대상물질층(12)은 금속물질에 의하여 형성된다. 그리고, 상기 제1 마스크 물질층(14)은 200 내지 3000Å 정도의 두께를 갖는 산화물질로 형성된다. 그리고, 상기 제2 마스크 물질층(16)은 상기 제1 마스크 물질층(14)에 비하여 적어도 1 내지 7배 정도의 식각선택비를 갖도록 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 또는 질화 티탄늄(TiN)에 의하여 100 내지 5000Å 정도의 두께로 형성된다. 그리고, 상기 제1 감광막(18)은 양의 극성을 갖는다.

여기서, 상기 제1 및 제2 마스크 물질층(14,16)은 중간 감광막의 역활을 담당하도록 사용된 것으로, 이는 큰 단차로 인하여 상기 제1 감광막(18)이 불균일하게 되는 것을 방지함과 아울러 감광막의 경사패턴(휘어짐)으로 인하여 식각대상층(12)의 삭각시 패턴 바이어싱을 방지한다.

그 다음, 상기 제1 감광막(18)은 제1 노광마스크(20)를 통과하여 조사되는 광빔(11)에 의하여 선택적으로 노광된다.

이때, 상기 제1 노광마스크(20)은 석영(Quartz)로 된 제1 투명기판(22)과, 상기 제1 투명기판(22)의 하면에 형성된 제1광차단막패턴(24)으로 구성된다. 그리고 상기 제1광차단막 패턴(24)은 크롬에 의하여 형성된다.

여기서, 상기 제1 광차단막 패턴(24)은 광빔의 파장에 비하여 인접한 패턴과 거리가 크게 이격되어 광빔의 회절현상이 발생되지 않도록 한다.

한편, 상기 제1 감광막(18)의 음의 극성을 갖을 경우, 상기 투명기판(22)과 상기 광차단막 패턴(24)의 점유영역이 서로 뒤바뀌게 된다. 이 결과, 상기 제1 감광막(18)에서의 노광영역과 비노광영역이 서로 뒤바뀌게 된다.

제1b도를 참조하면, 상기 노광된 제1감광막(18)을 현상하여 제1감광막패턴(18A)을 형성한다. 그리고, 상기 제1감광막패턴(18A)을 마스크로하여 상기 제2 마스크 물질층(16)을 식각하여 제2마스크물질층패턴(16A)을 형성한다.

그리고, 제2 노광마스크(28)를 이용하여 상기 제2 감광막(26)을 광빔(11)으로 노광한다.

이때, 상기 제2 노광마스크(28)는 석영(Quartz)으로 된 제2 투명기판(30)과, 상기 제2 투명기판(30)의 하부면에 형성된 제2 광차단막 패턴(32)을 구비한다. 여기서, 상기 제2 광차단막 패턴(32)은 크롬으로 형성된 것으로, 상기 제1노광마스크(20)에 형성된 상기 제1 광차단막 패턴(24) 사이의 중간지점에 위치하여 상기 제1 광차다막 패턴(24)과 중첩되지 않도록 형성한다.

여기서, 상기 제2 광차단막 패턴(32)은 광빔의 파장에 비하여 인접한 패턴과 거리가 크게 이격되어 광빔의 회절현상이 발생되지 않도록 한다.

제 1d도를 참조하면, 상기 노광된 제 2감광막(26)을 현상하여 제 2감광막패턴(26A)을 형성한다. 이때, 상기 제 2감광막패턴(26A)은 상기 제 1 마스크 물질층(14)의 상부의 상기 제 2 마스크 물질층 패턴(16A)의 사이에 위치한다.

그리고, 상기 제 2 감광막패턴(26A)과 제 2 마스크물질층패턴(16A)을 마스크로하여 상기 제 1 마스크물질층(14)을 식각하여 제 1 마스크물질층패턴(14A)을 형성한다.

제 1e도를 참조하면, 상기 식각대상층(12) 상부에 형성된 상기 제 1,2마스크물질층패턴(14A,16A)과 제 2감광막패턴(26A)을 마스크로하여 상기 식각대상층(12)을 플라즈마식각하여 패터닝함으로써 식각대상층패턴(12A)을 형성한다.

여기서, 상기 식각대상층(12)의 식각공정시, 상기 제 2 마스크 물질층패턴(14A)이 모두 제거됨과 아울러 상기 제 2감광막패턴(26A)도 대부분 제거되어 얇은 두께의 잔류 감광막 패턴(26B)만이 상기 제 1 마스크 물질층패턴(14A)의 상부에 남게 된다.

이때, 상기 제 1 마스크 물질층 패턴(16A)은 하부의 상기 식각대상층패턴(12A)가 식각되는 것을 방지하는 식각정지층으로 사용된다. 그리고, 상기 식각대상층 패턴(12A)은 상기 제 1 광차단막 패턴(24) 및 제2광차단막 패턴(32)가 합쳐진 형상의 매우 미세한 패턴을 갖는다.

제 1g도를 참조하면, 상기 잔여 감광막(26B) 및 상기 제 1 마스크 물질층패턴(14A)을 습식 또는 건식 식각공정으로 제거한다.

상기한 바와같이 본 발명에 따른 반도체장치의 미세패턴 제조방법은, 형성하고자하는 미세패턴에 포함된 다수의 라인들을 비월(飛越, Interlace)선택한 상태의 노광마스크, 즉 광빔의 파장에 비하여 인접한 패턴과 거리가 크게 이격되어 광빔의 회절현상을 방지할 수 있는 노광마스크 두개를 조합하여 노광 공정을 실시함으로써 광빔의 파장에 비하여 인접한 패턴과 거리가 작게 이격되 패턴영역 및 비패턴영역을 정확하게 구분할 수 있도록 하는 효과를 갖는다. 이로인해 제조공정의 마진을 향상시킬 수 있고 그에 따른 반도체장치의 고집적화를 가능하게 한다.

Claims (5)

1. 반도체기판의 상부의 일평면상에 형성될 다수의 미세패턴들을 비월선택하여 제 1 및 제 2 노광마스크를 형성하는 공정과,

   상기 반도체기판 상부에 식각대상층, 제 1 마스크 물질층 및 제 2 마스크 물질층을 순차적으로 형성하는 공정과,

   상기 제 1 노광마스크를 이용한 사진식각공정으로 제 2 마스크물질층패턴을 형성하는 공정과,

   상기 제 2 노광마스크를 이용한 사진식각공정으로 제 1 마스크물질층패턴을 형성하는 공정과,

   상기 제 1 마스크물질층패턴과 제 2 마스크물질층패턴을 마스크로한 식각공정으로 식각대상층패턴을 형성하는 공정과,

   상기 식각대상층패턴 상부의 구조물을 제거하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 미세패턴 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1마스크 물질층이 200 내지 3000Å두께의 산화물질 계열로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세패턴 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제 1 마스크 물질층은 제 1마스크물질층패턴 형성공정시 식각장벽으로 사용된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세패턴 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 마스크 물질층이 100 내지 5000Å의 두께를 갖는 금속물질에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세패턴 제조방법.
5. 상기 식각대상층이 상기 제 2 마스크 물질층과 동일한 물질에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 미세패턴 제조방법.