KR100344767B1 - Method of defining micro-patterns in semiconductor devices - Google Patents

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KR100344767B1
KR100344767B1 KR1019990047217A KR19990047217A KR100344767B1 KR 100344767 B1 KR100344767 B1 KR 100344767B1 KR 1019990047217 A KR1019990047217 A KR 1019990047217A KR 19990047217 A KR19990047217 A KR 19990047217A KR 100344767 B1 KR100344767 B1 KR 100344767B1
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조병호
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주식회사 하이닉스반도체
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Abstract

PURPOSE: A method for forming a micro-pattern of a semiconductor device is provided to be capable of securing process margin and reducing fabrication cost by defining an active region and an isolation region using a two-step photolithography process. CONSTITUTION: A mask layer is formed on a substrate(200), wherein the substrate has the first and second pattern region. After coating photoresist on the mask layer, the first photoresist pattern is formed by exposing and developing the photoresist using the first exposure mask. An etching mask(230) is formed by selectively etching the mask layer using the first photoresist pattern as a mask. After removing the first photoresist pattern, the second photoresist pattern(25) is formed on the resultant structure. A plurality of grooves are formed in the substrate by carrying out an etching process using the etching mask and the second photoresist pattern as a mask.

Description

반도체장치의 미세패턴 형성방법{Method of defining micro-patterns in semiconductor devices}Method of defining micro-patterns in semiconductor devices

본 발명은 반도체장치의 미세패턴 형성방법에 관한 것으로서, 특히, PGI(profile grooved isolation)에 의한 활성영역과 소자격리영역을 기존의 노광장치를 사용하는 두 단계의 포토리쏘그래피로 정의함으로써 공정마진을 확보함과 동시에 제조원가를 감소시키도록 한 반도체장치의 초미세패턴 형성방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for forming a micropattern of a semiconductor device. In particular, the process margin is defined by defining an active region and a device isolation region by profile grooved isolation (PGI) using two steps of photolithography using an existing exposure apparatus. The present invention relates to a method for forming an ultra-fine pattern of a semiconductor device, which ensures the manufacturing cost and reduces the manufacturing cost.

소자의 집적도가 증가함에 따라 소자형성영역인 활성영역과 필드영역인 소자격리영역을 형성하는 방법으로 PGI(profile grooved isolation, 이하 PGI라 칭함)법을 사용하고 있다. 이는, 기판의 소자격리영역을 제외한 영역 상에 노광, 현상 및 식각 등을 포함하는 포토리쏘그래피 공정을 통해 식각마스크를 형성한 다음, 식각마스크로 보호되지 않는 기판부위를 소정 깊이로 제거하여 그루브(groove)를 형성한 후, 그루브를 절연물질로 매립하여 형성하는 방법이다.As the integration degree of the device increases, a profile grooved isolation (PGI) method is used as a method of forming an active region, which is an element formation region, and a device isolation region, which is a field region. This is performed by forming an etching mask through a photolithography process including exposure, development, and etching on a region other than the device isolation region of the substrate, and then removing a portion of the substrate not protected by the etching mask to a predetermined depth. After the groove is formed, the groove is formed by embedding the groove with an insulating material.

소자의 집적도가 증가함에 따라 필연적으로 메모리 셀 등의 소자 크기가 감소하며, 이들이 형성되는 활성영역 역시 미세해지지만, 이들의 형성마진 확보에는 한계가 있다. 특히, 약 248㎚의 파장을 갖는 자외선(deep ultra violet)광원을 노광 광원으로 사용하며 상변환 마스크(phase shift mask)를 포토마스크로 사용하여 노광하는 경우, 또는 변형조명을 사용하는 경우, 미세패턴을 갖는 활성영역을 형성할 수 있지만, 이들 역시 칩의 집적도 향상에는 한계가 있다. 즉, 활성영역간의 거리 또는 소자격리영역간의 거리가 작아질수록 근접효과 등의 광학특성에 기인한 개개 패턴간의 브릿지(bridge) 현상을 유발하는 등 공정마진 확보가 어려워진다.As the degree of integration of devices increases, the size of devices such as memory cells is inevitably reduced, and the active regions in which they are formed also become fine, but there is a limit in securing their formation margins. In particular, when using a deep ultra violet light source having a wavelength of about 248nm as an exposure light source and using a phase shift mask as a photomask, or when using a modified illumination, the fine pattern Although it is possible to form an active region having a, these also have a limit in improving the integration of the chip. In other words, as the distance between the active regions or the device isolation regions decreases, it becomes difficult to secure process margins such as causing a bridge phenomenon between individual patterns due to optical characteristics such as proximity effect.

도 1은 종래 기술에 따라 형성된 소자격리영역과 활성영역 패턴들의 레이아웃이다.1 is a layout of a device isolation region and an active region pattern formed according to the prior art.

도 1을 참조하면, 실리콘 등의 반도체로 이루어진 반도체기판(도시안함)의 표면에 산화막 등의 절연물질로 이루어진 소자격리영역(11)과 다수개의 활성영역(12)이 위치하고 있다.Referring to FIG. 1, a device isolation region 11 made of an insulating material such as an oxide film and a plurality of active regions 12 are located on a surface of a semiconductor substrate (not shown) made of a semiconductor such as silicon.

활성영역(12)들은 소정의 규칙적인 패턴을 갖고 서로 이격되어 있다. 그러나, 종래 기술에서는 소자격리영역(11)에 의하여 활성영역(12)들 사이의 상호 이격거리(S1)가 광학적 특성상 감소되는데 한계가 있다.The active regions 12 have a predetermined regular pattern and are spaced apart from each other. However, in the prior art, there is a limit in that the mutual separation distance S1 between the active regions 12 is reduced by the device isolation region 11 due to the optical characteristic.

도 2a 내지 도 2d는 종래 기술에 따른 반도체장치의 소자격리방법을 도시한 공정단면도로서, 도 1의 절단선 I-I'에 따라 절단한 단면도이다.2A to 2D are cross-sectional views taken along the cutting line I-I 'of FIG.

도 2a를 참조하면, 실리콘 등으로 이루어진 반도체기판(10)상에 질화막(13)을 화학기상증착(chemical vapor deposition)으로 증착하여 형성한다. 이때, 질화막(13)은 소정 형태로 패터닝되어 소자격리영역이 될 그루브 형성용 식각마스크를 형성하기 위하여 형성된다.Referring to FIG. 2A, a nitride film 13 is formed by chemical vapor deposition on a semiconductor substrate 10 made of silicon or the like. In this case, the nitride film 13 is patterned to form a groove forming etching mask to be a device isolation region.

그리고, 질화막(13)상에 포토레지스트를 도포한 다음 소자격리영역을 한정하는 포토마스크를 이용하여 노광 및 현상을 실시하여 잔류한 포토레지스트로 이루어진 포토레지스트패턴(14)을 형성한다. 이때, 노출된 질화막(13)표면에 대응하는 기판(10) 부위가 소자격리영역이 된다. 그러나, 포토레지스트패턴을 형성하는데 있어서, 노출된 질화막 표면간의 간격을 더욱 미세화하기 위하여 위상반전마스크나 변형조명을 사용할 수 있지만, 이러한 방법들 역시 마진확보에 어려움이 있다.Then, a photoresist is applied on the nitride film 13, and then a photoresist pattern 14 made of the remaining photoresist is formed by performing exposure and development using a photomask defining a device isolation region. At this time, the portion of the substrate 10 corresponding to the exposed surface of the nitride film 13 becomes an element isolation region. However, in forming the photoresist pattern, a phase inversion mask or modified illumination may be used to further refine the gap between the exposed nitride film surfaces, but these methods also have difficulty in securing margins.

또한, 포토마스크가 정의하는 패턴은 소정의 간격으로 규칙적인 배열을 가지며 각각의 패턴들이 지즈재그(zigzag) 형태를 갖도록 형성된다. 즉, n열과 (n+2)열의 패턴들이 행을 이루며 규칙적으로 배열되고, (n+1)열의 패턴들이 n열과 (n+2)열의 행사이에 위치하도록 배열되어 있다. 이때, n은 자연수이다.In addition, the pattern defined by the photomask has a regular arrangement at predetermined intervals, and each pattern is formed to have a zigzag shape. That is, the patterns of n columns and (n + 2) columns are arranged regularly in rows, and the patterns of (n + 1) columns are arranged such that the events of n and (n + 2) columns are located at. N is a natural number.

도 2b를 참조하면, 포토레지스트패턴(140)으로 보호되지 않는 부위의 질화막을 비등방성 건식식각으로 제거하여 기판의 소자격리영역에 해당하는 표면을 노출시키는 식각마스크(130)를 형성한다.Referring to FIG. 2B, an nitride mask of an area not protected by the photoresist pattern 140 is removed by anisotropic dry etching to form an etching mask 130 exposing a surface corresponding to the device isolation region of the substrate.

도 2c를 참조하면, 포토레지스트패턴을 산소애슁(O2 ashing) 등으로 제거한 다음, 잔류한 질화막으로 이루어진 식각마스크(130) 표면을 노출시킨다.Referring to FIG. 2C, the photoresist pattern is removed by oxygen ashing or the like, and then the surface of the etching mask 130 formed of the remaining nitride film is exposed.

도 2d를 참조하면, 식각마스크(130)로 보호되지 않는 부위의 기판을 소정 깊이로 제거하여 소자격리영역의 산화막 등의 절연물질이 매립될 부위인 그루브(G1)를 형성한다. 이때, 그루브(G1)는 반응성이온식각이나 플라즈마 식각 등의 비등방성 건식식각으로 기판의 소정부위를 제거하여 형성한다. 이웃한 활성영역 사이의 거리가 'S1'으로 표시되어 있다. 'S1'에 포함되는 영역이 소자격리영역이 되며, 따라서, 'S1'은 그루브(G1)의 폭을 표시한다.Referring to FIG. 2D, the substrate G of the portion not protected by the etching mask 130 is removed to a predetermined depth to form the groove G1, which is a portion where an insulating material such as an oxide film of the device isolation region is to be buried. In this case, the groove G1 is formed by removing a predetermined portion of the substrate by anisotropic dry etching such as reactive ion etching or plasma etching. The distance between neighboring active regions is indicated by 'S1'. The region included in 'S1' becomes the device isolation region, and thus 'S1' indicates the width of the groove G1.

이후, 도시되지는 않았지만, 그루브(G1)를 포함하는 기판(100)상에 HLD(high temperature low pressure dielectric)등의 절연물질을 증착한 다음, 이를 에치백 또는 화학기계적연마 등의 평탄화공정으로 그루브내에만 잔류시켜, 소자격리영역인 필드절연막을 형성하여 소자격리공정을 완료한다.Subsequently, although not shown, an insulating material such as a high temperature low pressure dielectric (HLD) is deposited on the substrate 100 including the groove G1, and then grooved by a planarization process such as etch back or chemical mechanical polishing. Only the inside is left to form a field insulating film which is an element isolation region to complete the element isolation process.

그러나, 상술한 종래 기술에 따른 반도체장치의 소자격리방법은 소자 집적도 향상의 한계를 극복하기 곤란하다. 즉, 활성영역 패턴들의 단축(width) 사이의 이격거리를 감소시킬수록 집적도 향상이 가능하지만, 이러한 거리를 줄이는데는 한계가 있다.However, the device isolation method of the semiconductor device according to the related art described above is difficult to overcome the limitation of the device integration. That is, as the separation distance between the widths of the active area patterns is reduced, the degree of integration can be improved, but there is a limit in reducing the distance.

그리고, 248㎚ 파장을 갖는 자외선을 사용하는 노광시 위상반전마스크나 변형조명을 사용하여 활성영역의 패턴들을 미세하게 정의하는 경우에도 한계가 있다.In addition, there is a limit in the case of finely defining the patterns of the active region by using a phase inversion mask or modified illumination during exposure using ultraviolet rays having a wavelength of 248 nm.

따라서, 종래 기술에 따른 반도체장치의 소자격리방법은 패턴들의 이격거리가 짧을수록 근접효과 등 빛의 광학적 특성에 의한 패턴간의 브릿지현상을 유발하여 결국 공정마진을 감소시키는 문제점이 있다.Therefore, the device isolation method of the semiconductor device according to the related art has a problem of shortening the distance between the patterns, causing bridges between patterns due to optical characteristics of light, such as a proximity effect, and thus reducing process margins.

따라서, 본 발명의 목적은 PGI(profile grooved isolation)에 의한 활성영역과 소자격리영역을 기존의 노광장치를 사용하는 두 단계의 포토리쏘그래피로 정의함으로써 공정마진을 확보함과 동시에 제조원가를 감소시키도록 한 반도체장치의 초미세패턴 형성방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to define the active region and the device isolation region by PGI (profile grooved isolation) as two-stage photolithography using a conventional exposure apparatus to secure process margins and reduce manufacturing costs. An ultrafine pattern forming method of a semiconductor device is provided.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체장치 미세패턴 형성방법은, 제 1 패턴영역과 제 2 패턴영역이 지그재그 모양으로 상호 엇갈린 형태로 정의된 기판 상에 마스크층을 형성하는 단계와, 상기 마스크층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 서로 이격되어 매트릭스 형태를 정의하는 제 1 노광마스크를 이용하는 노광 및 현상을 상기 포토레지스트에 실시하여 상기 기판의 제 1 패턴영역 상부의 상기 마스크층 부위를 덮는 제 1 포토레지스트패턴을 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토레지스트패턴으로 덮히지 않은 상기 마스크층 부위를 제거하여 상기 기판의 제 1 패턴영역을 덮는 식각마스크를 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토레지스트패턴을 제거하는 단계와, 상기 기판의 제 2 패턴영역을 덮는 제 2 포토레지스트패턴을 형성하는 단계와, 상기 식각마스크와 상기 제 2 포토레지스트패턴으로 덮혀있지 않는 상기 기판 부위를 소정 깊이로 제거하여 그루브를 형성하는 단계와, 상기 식각마스크와 상기 제 2 포토레지스트패턴을 제거하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a semiconductor device fine pattern, including forming a mask layer on a substrate in which a first pattern region and a second pattern region are staggered in a zigzag shape, and the mask Applying a photoresist on the layer, and performing exposure and development using a first exposure mask spaced apart from each other to define a matrix form, covering the mask layer portion over the first pattern region of the substrate. Forming a first photoresist pattern, forming an etching mask covering the first pattern region of the substrate by removing the mask layer portion not covered with the first photoresist pattern, and forming the first photoresist pattern; Removing the pattern, forming a second photoresist pattern covering the second pattern region of the substrate; It comprises the steps of removing the etch mask, and the second photo-resist pattern for forming a groove by removing the substrate region and the first group that the etching mask is not covered with the second photo-resist pattern to a predetermined depth.

도 1은 종래 기술에 따라 형성된 소자격리영역과 활성영역 패턴의 레이아웃1 is a layout of a device isolation region and an active region pattern formed according to the prior art;

도 2a 내지 도 2d는 종래 기술에 따른 반도체장치의 소자격리방법을 도시한 공정단면도2A through 2D are cross-sectional views illustrating a method of isolating a device of a semiconductor device according to the prior art;

도 3은 본 발명에 따른 반도체장치의 미세패턴 형성방법중 제 1 단계에 대한 기판 레이아웃3 is a substrate layout of a first step in the method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention;

도 4는 본 발명에 따른 반도체장치의 미세패턴 형성방법중 제 2 단계에 대한 기판 레이아웃4 is a substrate layout of a second step in the method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 반도체장치의 소자격리방법을 도시한 공정단면도* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *20,200 : 기판 21 : 소자격리영역22 : 제 1 활성영역 23 : 질화막24 : 제 1 포토레지스트패턴25 : 제 2 포토레지스트패턴/제 2 식각마스크220 : 제 2 활성영역 230 : 제 1 식각마스크5A through 5E are cross-sectional views showing a device isolation method of a semiconductor device according to the present invention. Explanation of symbols for major parts of the drawings. * 20,200: substrate 21: device isolation region 22: first active region 23: nitride film 24 : First photoresist pattern 25: second photoresist pattern / second etching mask 220: second active region 230: first etching mask

본 발명에서는 규칙적인 소정의 패턴을 정의하는 식각마스크의 패턴을 두 단계로 형성하므로서 일반적인 포토리쏘그래피의 한계해상력을 극복하여 활성영역 등의 초미세패턴을 정의할 수 있다. 즉, 패턴들의 단축과 이격거리가 감소하여 광학적특성에 기인한 브릿지효과발생을 억제할 수 있는 것이다.In the present invention, by forming a pattern of an etch mask defining a predetermined pattern in two steps, it is possible to define ultrafine patterns such as active regions by overcoming the limit resolution of general photolithography. That is, the shortening and the separation distance of the patterns can be reduced to suppress the bridge effect caused by the optical characteristics.

본 발명의 실시예는 제 1 노광마스크와 제 2 노광마스크의 중첩마진만을 고려한 이격거리-약 60㎚-까지를 갖는 초미세패턴들을 형성할 수 있다. 이러한 마진은 노광시 사용되는 자외선(deep ultraviolet ray) 파장의 한계를 극복하는 수치이며 차세대 소자인 기가급 소자제조나 전자빔을 사용하는 노광의 공정마진에 필적하는 수치이다.According to an exemplary embodiment of the present invention, ultrafine patterns having a separation distance of about 60 nm may be formed in consideration of only the overlap margin of the first exposure mask and the second exposure mask. This margin is a numerical value that overcomes the limitations of the deep ultraviolet ray wavelength used during exposure and is comparable to the process margin of the production of next-generation devices, such as giga-class devices and exposure using electron beams.

따라서, 본 발명에 의하여 공정마진이 개선되고, 자외선 파장을 사용하는 장치에 적용할 수 있기 때문에 제조원가 절감에도 크게 기여한다.Therefore, according to the present invention, the process margin is improved, and the present invention can be applied to an apparatus using ultraviolet wavelengths, which greatly contributes to manufacturing cost reduction.

또한, 본 발명에서는 별도의 패턴을 정의하는 두 종류의 노광마스크를 이용하여 패턴을 정의하므로 패턴이 밀집된 영역(예를 들면, 메모리 셀영역)과 밀집되지 않은 영역(예를 들면, 코아/페리영역)을 별도의 단계로 정의한 후 이를 하나의 식각공정으로 기판상에 구현하므로 식각특성이 향상되는 효과도 있다.In addition, in the present invention, the pattern is defined using two types of exposure masks that define separate patterns, so that the pattern is densely populated (for example, memory cell region) and the non-dense region (for example, core / ferry region). ) Is defined as a separate step, and then implemented as a single etching process on the substrate, thereby improving the etching characteristics.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 반도체장치의 미세패턴 형성방법중 제 1 단계에 대한 기판 레이아웃으로 제 1 노광마스크에 의하여 정의되고, 도 4는 본 발명에 따른 반도체장치의 미세패턴 형성방법중 제 2 단계에 대한 기판 레이아웃으로 제 2 노광마스크에 의하여 정의된다.3 is a substrate layout for a first step of the method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention, and is defined by a first exposure mask, and FIG. 4 is a second step of the method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention. The substrate layout for is defined by the second exposure mask.

도 3을 참조하면, 실리콘 등의 반도체로 이루어진 반도체기판(도시안함)의 표면에 산화막 등의 절연물질로 이루어진 소자격리영역(21)과 다수개의 제 1 활성영역(22)들이 규칙적으로 행렬(matrix)을 이루며 배열되어 위치하고 있다.Referring to FIG. 3, an element isolation region 21 made of an insulating material such as an oxide film and a plurality of first active regions 22 are regularly arranged on a surface of a semiconductor substrate (not shown) made of a semiconductor such as silicon. Are arranged in a row.

그리고, 또 다른 제 2 활성영역(220)이 네 개의 제 1 활성영역(22)들에 의하여 둘러싸여 있다.In addition, another second active region 220 is surrounded by four first active regions 22.

제 1 활성영역(22)들은 소정의 규칙적인 패턴을 갖고 서로 이격되어 있다. 특히, 도면에서 종축방향으로 산화막 등의 절연물질로 이루어진 소자격리영역(21)에 의하여 제 1 활성영역(22)들 사이의 상호 소정의 제 1 이격거리(S2)를 가지며 절연되어 있다. 이러한 제 1 활성영역(22)들은 제 1 노광마스크(도시안함)에 의하여 정의된다.The first active regions 22 have a predetermined regular pattern and are spaced apart from each other. In particular, in the drawing, the device isolation region 21 made of an insulating material such as an oxide film has a predetermined first separation distance S2 between the first active regions 22. These first active regions 22 are defined by a first exposure mask (not shown).

그리고, 제 1 활성영역(22)과 제 2 활성영역(220) 역시 종축방향으로 소정의 제 2 이격거리(S3)를 가지며 소자격리영역(21)에 의하여 절연되어 있다. 이때, 제 2 활성영역(220)은 제 2 노광마스크(도시안함)에 의하여 사각형을 구성하는 네 개의 제 1 활성영역(22)에 의하여 둘러싸인 형태를 갖도록 정의된다.In addition, the first active region 22 and the second active region 220 also have a predetermined second separation distance S3 in the longitudinal axis direction and are insulated by the device isolation region 21. In this case, the second active region 220 is defined to have a shape surrounded by four first active regions 22 forming a quadrangle by a second exposure mask (not shown).

도 4를 참조하면, 실리콘 등의 반도체로 이루어진 반도체기판(도시안함)의 표면에 산화막 등의 절연물질로 이루어진 소자격리영역(21)과 다수개의 제 1 활성영역(22)들이 규칙적으로 행렬(matrix)을 이루며 배열되어 위치하고 있다.Referring to FIG. 4, a device isolation region 21 made of an insulating material such as an oxide film and a plurality of first active regions 22 are regularly arranged on a surface of a semiconductor substrate (not shown) made of a semiconductor such as silicon. Are arranged in a row.

그리고, 또 다른 제 2 활성영역(220)이 네 개의 제 1 활성영역(22)들에 의하여 둘러싸여 있다.In addition, another second active region 220 is surrounded by four first active regions 22.

제 1 활성영역(22)들은 소정의 규칙적인 패턴을 갖고 서로 이격되어 있다. 특히, 도면에서 종축방향으로 산화막 등의 절연물질로 이루어진 소자격리영역(21)에 의하여 제 1 활성영역(22)들 사이의 상호 소정의 제 1 이격거리(S2)를 가지며 절연되어 있다. 이러한 제 1 활성영역(22)들은 제 1 노광마스크(도시안함)에 의하여 정의된다.The first active regions 22 have a predetermined regular pattern and are spaced apart from each other. In particular, in the drawing, the device isolation region 21 made of an insulating material such as an oxide film has a predetermined first separation distance S2 between the first active regions 22. These first active regions 22 are defined by a first exposure mask (not shown).

그리고, 제 1 활성영역(22)과 제 2 활성영역(220) 역시 종축방향으로 소정의 제 2 이격거리(S3)를 가지며 소자격리영역(21)에 의하여 절연되어 있다. 이때, 제 2 활성영역(220)은 제 2 노광마스크(도시안함)에 의하여 사각형을 구성하는 네 개의 제 1 활성영역(22)에 의하여 둘러싸인 형태를 갖도록 정의된다. 즉, 네 개의 제 1 활성영역에 의하여 구성되는 사각형의 중앙부위에 하나의 제 2 활성영역(220)의 위치하는 배열이 도시되어 있다. 이를 확장하면, 제 1 활성영역(22) 역시 네 개의 제 2 활성영역(220)들이 이루는 사각형 구조의 중앙부위에 위치하는 구조가 된다.In addition, the first active region 22 and the second active region 220 also have a predetermined second separation distance S3 in the longitudinal axis direction and are insulated by the device isolation region 21. In this case, the second active region 220 is defined to have a shape surrounded by four first active regions 22 forming a quadrangle by a second exposure mask (not shown). That is, an arrangement in which one second active region 220 is positioned at the center of a quadrangle formed by four first active regions is shown. In this case, the first active region 22 is also positioned at the center of the quadrangular structure formed by the four second active regions 220.

도 5a 내지 도 5e는 본 발명에 따른 반도체장치의 소자격리방법을 도시한 공정단면도로서, 도 3 내지는 도 4의 절단선 II-II'에 따른 단면도이다.5A through 5E are cross-sectional views illustrating a method of isolating a device of a semiconductor device according to the present disclosure, and are taken along the line II-II ′ of FIGS. 3 to 4.

도 5a를 참조하면, 실리콘 등으로 이루어진 반도체기판(20)상에 질화막(23)을 화학기상증착(chemical vapor deposition)으로 증착하여 형성한다. 이때, 질화막(23)은 소정 형태로 패터닝되어 소자격리영역이 될 그루브 형성용 식각마스크를 형성하기 위하여 형성된다. 또한, 질화막(23)은 기판(20)과의 사이에 패드산화막(도시안함)을 개재시킨 형태로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 5A, a nitride film 23 is formed by chemical vapor deposition on a semiconductor substrate 20 made of silicon or the like. In this case, the nitride film 23 is patterned in a predetermined shape to form an etching mask for forming a groove to be an element isolation region. In addition, the nitride film 23 can be formed in a form in which a pad oxide film (not shown) is interposed between the substrate 20 and the substrate 20.

그리고, 질화막(23)상에 포토레지스트를 도포한 다음 소자격리영역을 한정하는 제 1 노광마스크(도시안함)를 이용하여 노광 및 현상을 실시하여 잔류한 포토레지스트로 이루어진 제 1 포토레지스트패턴(24)을 형성한다. 이후 단계에서, 노출된 질화막(23)표면에 대응하는 기판(20) 부위의 소정영역에 제 2 활성영역(도시안함)이 된다. 이때, 제 1 포토레지스트패턴(24)이 덮고 있는 질화막(23) 하부의 기판(20) 부위가 제 1 활성영역(도시안함)들을 절연시키는 소자격리영역이 형성될 부위이며,제 1 활성영역들이 형성될 부위를 정의하는 제 1 포토레지스트패턴(24)은 도 3에 도시된 바와 같이 정방형 행렬을 이루는 제 1 활성영역들을 격리시키는 부위를 포함하는 질화막(23) 표면을 노출시키도록 형성된다. 따라서, 제 2 활성영역(도시안함)이 형성될 부위를 덮는 포토레지스트패턴이 정의되지 않았으므로 제 1 포토레지스트패턴(24)간의 이격거리(S2)를 활보하기가 용이하다.After the photoresist is applied onto the nitride film 23, a first photoresist pattern 24 made of the remaining photoresist is exposed and developed by using a first exposure mask (not shown) defining a device isolation region. ). In a subsequent step, the second active region (not shown) becomes a predetermined region of the portion of the substrate 20 corresponding to the exposed surface of the nitride film 23. In this case, a portion of the substrate 20 under the nitride layer 23 covered by the first photoresist pattern 24 is a portion where an isolation region for insulating the first active region (not shown) is to be formed. As illustrated in FIG. 3, the first photoresist pattern 24 defining a portion to be formed is formed to expose the surface of the nitride film 23 including a portion to isolate the first active regions forming a square matrix. Therefore, since the photoresist pattern covering the portion where the second active region (not shown) is to be formed is not defined, it is easy to walk the separation distance S2 between the first photoresist patterns 24.

도 5b를 참조하면, 제 1 포토레지스트패턴으로 보호되지 않는 부위의 질화막을 비등방성 건식식각으로 제거하여 기판의 소자격리영역에 해당하는 표면을 노출시키는 잔류한 질화막으로 이루어진 제 1 식각마스크(230)를 형성한다.Referring to FIG. 5B, a first etching mask 230 including a remaining nitride film exposing a surface corresponding to an element isolation region of the substrate by removing an nitride film of a portion not protected by the first photoresist pattern by anisotropic dry etching. To form.

그 다음, 제 1 포토레지스트패턴을 산소애슁(O2 ashing) 등으로 제거하여 잔류한 질화막으로 이루어진 제 1 식각마스크(230) 표면을 노출시킨다.Next, the first photoresist pattern is removed by oxygen ashing or the like to expose the surface of the first etching mask 230 formed of the remaining nitride film.

도 5c를 참조하면, 제 1 식각마스크(230) 표면을 포함하는 기판(230) 표면에 포토레지스트를 도포한 다음, 제 2 활성영역이 형성될 부위를 정의하는 제 2 노광마스크(도시안함)를 사용하는 노광 및 현상을 실시하여 제 2 활성영역에 대응하는 기판(20)상부를 제외한 나머지 포토레지스트를 제거하여 제 2 포토레지스트패턴(25)을 형성한다. 제 2 포토레지스트패턴(25)은 별도의 식각마스크 형성공정 없이 제 2 포토레지스트패턴(25) 자체로 제 2 식각마스크(25)가 되어 제 2 활성영역이 형성될 기판(20)부위를 덮게 된다.Referring to FIG. 5C, a photoresist is applied to the surface of the substrate 230 including the surface of the first etching mask 230, and then a second exposure mask (not shown) defining a portion where the second active region is to be formed. Exposure and development are performed to remove the remaining photoresist except the upper portion of the substrate 20 corresponding to the second active region to form the second photoresist pattern 25. The second photoresist pattern 25 becomes the second etching mask 25 by the second photoresist pattern 25 itself without a separate etching mask forming process to cover the portion of the substrate 20 on which the second active region is to be formed. .

이때, 제 2 포토레지스트패턴(25)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 활성영역이 네 개의 제 1 활성영역에 의하여 둘러싸인 형태를 갖도록 정의한다. 즉, 네 개의 제 1 활성영역이 형성될 부위인 네 개의 제 1 식각마스크(230)가 이루는 사각형의중앙부위에 하나의 제 2 포토레지스트패턴(25)이 위치하도록 형성된다. 제 2 포토레지스트패턴(25)과 제 1 식각마스크(230)가 행축방향으로 이격된 거리(S3)를 확보하기 위한 최소 노광거리가 일회의 노광으로 형성하지 않고, 본 발명의 실시예에서와 같이 각각의 패턴을 별도의 노광공정으로 정의하므로 'S3'의 크기에 대한 마진확보가 우수하다.In this case, as shown in FIG. 4, the second photoresist pattern 25 is defined such that the second active region has a shape surrounded by four first active regions. That is, one second photoresist pattern 25 is formed at the central portion of the quadrangle formed by the four first etching masks 230, which are the areas where the four first active regions are to be formed. The minimum exposure distance for securing the distance S3 in which the second photoresist pattern 25 and the first etching mask 230 are spaced apart in the row axis direction is not formed by one exposure, as in the embodiment of the present invention. Since each pattern is defined as a separate exposure process, the margin for the size of 'S3' is excellent.

도 5d를 참조하면, 제 식각마스크(230)와 제 2 포토레지스트패턴(25)으로 보호되지 않는 부위의 기판을 소정 깊이로 제거하여 소자격리영역의 산화막 등의 절연물질이 매립될 부위인 그루브를 형성한다. 이때, 그루브는 반응성이온식각이나 플라즈마 식각 등의 비등방성 건식식각으로 기판의 소정부위를 제거하여 형성한다. 'S3'는 제 2 포토레지스트패턴(25)과 제 1 식각마스크(230)간의 행축방향으로의 이격된 거리를 표시함은 물론, 활성영역들간의 이격 거리, 즉, 그루브의 폭을 표시한다.Referring to FIG. 5D, a groove, which is a portion where an insulating material such as an oxide layer of an element isolation region is to be buried, is removed by removing a substrate having a predetermined depth from a portion not protected by the etching mask 230 and the second photoresist pattern 25. Form. In this case, the groove is formed by removing a predetermined portion of the substrate by anisotropic dry etching such as reactive ion etching or plasma etching. 'S3' indicates the spaced distance in the row axis direction between the second photoresist pattern 25 and the first etching mask 230, as well as the spaced distance between the active regions, that is, the width of the groove.

도 5e를 참조하면, 제 2 포토레지스트패턴(25)을 산소 애슁 등으로 제거한 다음, 질화막으로 이루어진 제 1 식각마스크를 습식식각으로 제거하여 소자형성 부위인 제 1 활성영역과 제 2 활성영역의 표면을 노출시킨다.Referring to FIG. 5E, the second photoresist pattern 25 is removed by oxygen ashing, and then the first etching mask made of a nitride film is removed by wet etching to form the surface of the first active region and the second active region, which are device forming regions. Expose

이후, 도시되지는 않았지만, 그루브를 포함하는 기판(200)상에 HLD(high temperature low pressure dielectric)등의 절연물질을 증착한 다음, 이를 에치백, 화학기계적연마 등의 평탄화공정으로 그루브내에만 잔류시켜 소자격리영역인 필드절연막을 형성하여 소자격리공정을 완료한다.Subsequently, although not shown, an insulating material such as a high temperature low pressure dielectric (HLD) is deposited on the substrate 200 including the groove, and then left only in the groove by a planarization process such as etch back and chemical mechanical polishing. To form a field insulating film as a device isolation region to complete the device isolation process.

따라서, 본 발명의 반도체장치의 미세패턴 형성방법은 활성영역패턴들의 단축과 이격거리가 감소하여 광학적특성에 기인한 브릿지효과발생을 억제할 수 있고, 이들의최소 이격거리확보 공정마진이 개선되며, 자외선 파장을 사용하는 장치에 적용할 수 있기 때문에 제조원가 절감에도 크게 기여하고, 또한, 패턴형성용 식각특성이 향상되는 장점이 있다.Therefore, the method of forming a micropattern of the semiconductor device of the present invention can reduce the shortening and the separation distance of the active region patterns, thereby suppressing the bridge effect caused by the optical characteristics, and the process margin securing the minimum separation distance is improved. Since it can be applied to a device using an ultraviolet wavelength, it contributes greatly to manufacturing cost reduction, and also has an advantage of improving the etching characteristics for pattern formation.

Claims (5)

삭제delete 제 1 패턴영역과 제 2 패턴영역이 지그재그 모양으로 상호 엇갈린 형태로 정의된 기판 상에 마스크층을 형성하는 단계와,Forming a mask layer on a substrate in which the first pattern region and the second pattern region are staggered in a zigzag shape; 상기 마스크층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계와,Applying photoresist on the mask layer; 서로 이격되어 매트릭스 형태를 정의하는 제 1 노광마스크를 이용하는 노광 및 현상을 상기 포토레지스트에 실시하여 상기 기판의 제 1 패턴영역 상부의 상기 마스크층 부위를 덮는 제 1 포토레지스트패턴을 형성하는 단계와,Forming a first photoresist pattern covering the mask layer portion over the first pattern region of the substrate by performing exposure and development using a first exposure mask spaced apart from each other to define a matrix shape; 상기 제 1 포토레지스트패턴으로 덮히지 않은 상기 마스크층 부위를 제거하여 상기 기판의 제 1 패턴영역을 덮는 식각마스크를 형성하는 단계와,Removing an area of the mask layer not covered with the first photoresist pattern to form an etching mask covering the first pattern region of the substrate; 상기 제 1 포토레지스트패턴을 제거하는 단계와,Removing the first photoresist pattern; 상기 기판의 제 2 패턴영역을 덮는 제 2 포토레지스트패턴을 형성하는 단계와,Forming a second photoresist pattern covering the second pattern region of the substrate; 상기 식각마스크와 상기 제 2 포토레지스트패턴으로 덮혀있지 않는 상기 기판 부위를 소정 깊이로 제거하여 그루브를 형성하는 단계와,Removing a portion of the substrate not covered with the etching mask and the second photoresist pattern to a predetermined depth to form a groove; 상기 식각마스크와 상기 제 2 포토레지스트패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.And removing the etching mask and the second photoresist pattern. 제 2 항에 있어서, 상기 마스크층은 질화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.The method of claim 2, wherein the mask layer is formed of a nitride film. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 패턴영역과 상기 제 2 패턴영역은 각각 정방형 행렬을 이루는 구조로 배열되어 있고 상기 제 2 패턴영역은 네 개의 상기 제 1 패턴영역이 이루는 사각형의 중앙 부위에 둘러싸인 형태로 상호 엇갈린 형태로 배열되도록 정의된 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.The method of claim 2, wherein the first pattern region and the second pattern region are arranged in a square matrix structure, and the second pattern region is surrounded by a central portion of a quadrangle formed by four first pattern regions. Method for forming a fine pattern of a semiconductor device, characterized in that it is defined to be arranged in a mutually staggered form. 제 2 항에 있어서, 상기 반도체장치의 미세패턴 형성방법은 상기 그루브에 절연물질을 매립하여 소자격리영역을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 미세패턴 형성방법.The method of claim 2, wherein the method for forming a micropattern of the semiconductor device further comprises forming an isolation region by filling an insulating material in the groove.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR0135053B1 (en) * 1994-04-30 1998-04-20 문정환 Forming method of fine-pattern
US20100012119A1 (en) * 2006-12-11 2010-01-21 Valois Sas Fluid product dispensing device

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