KR100567383B1 - 게이트 셀 선폭을 조절하는 광학 근접 보상방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체용 게이트 패턴의 선폭 조절을 용이하고 정확하게 할 수 있도록 함으로써 마스크 패턴의 신뢰도를 높일 수 있는 게이트 셀 선폭을 조절하는 광학 근접 보상 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 액티브 영역과 게이트 셀을 포함하는 메모리 반도체용 마스크 설계에 있어서, 상기 액티브 영역과 상기 게이트 셀이 중첩되는 부분에 대응하는 마스크 상의 게이트 셀 패턴의 선폭을 변화시키는 광학 근접 보상 방법이 제공된다. 본 발명에 따르면, 게이트 셀 사이징 룰을 게이트 패턴에 적용하되, 액티브 패턴과 중첩되는 부분만 고려하고 나머지는 제거함으로써, 종전의 광학 근접 보상 방법보다 데이터 용량을 줄일 수 있으며, 설계가 용이하고 마스크 제작비용을 절감할 수 있다.

마스크 패턴, 게이트 셀, 광학 근접 보상

Description

게이트 셀 선폭을 조절하는 광학 근접 보상 방법 {Optical Proximity Correction controlling the line width of Gate Cell}

도 1은 메모리 반도체의 일부를 나타내는 설계도면.

도 2는 도 1의 G부분의 확대도로서 종래의 룰 광학 근접 보상 방법이 적용되는 예를 설명하는 도면.

도 3은 종래 기술에 따라 도 1에 도시된 메모리 반도체의 마스크에 대해 보조패턴을 부착하는 방식으로 광학 근접 보상을 실시예는 예를 설명하는 도면.

도 4는 본 발명에 따른 광학 근접 보상 방법이 적용되는 메모리 반도체의 일부를 나타내는 설계도면.

도 5는 본 발명에 따른 광학 근접 보상 방법이 적용되는 중첩부분을 도시한 도면.

도 6은 도 5에 도시된 중첩부분에 게이트 네가티브 셀 리사이징 방법을 적용하는 예를 설명하는 도면.

도 7은 도 5에 도시된 중첩부분에 게이트 포지티브 셀 리사이징 방법을 적용하는 예를 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2: 게이트 셀 3: 액티브 영역

5: 콘택홀 10: 보상된 선폭

본 발명은 반도체용 게이트 패턴의 선폭 조절을 용이하고 정확하게 할 수 있도록 함으로써 마스크 패턴의 신뢰도를 높일 수 있는 게이트 셀 선폭을 조절하는 광학 근접 보상 방법에 관한 것이다.

마스크 패턴 형성 기술은 반도체 기판에 형성되는 메모리 패턴의 정확도와 밀접한 관련이 있다. 특히, 반도체 기판의 단차가 존재하는 경우, 이를 마스크에서 보상해 주지 못하면 반도체 소자특성에 많은 나쁜 영향을 주게 된다.

반도체 포토리소그라피 기술은 마스크 설계를 정교하게 해줌으로써 마스크로 투광되어 나오는 빛의 양을 적절히 조절할 수 있게 되었다. 이를 위해 광학 근접 보상기술(Optical Proximity Correction)이라든가 위상반전마스크 기술(Phase Shifting Mask)이 등장하였고, 마스크에 그려진 Pattern형상에 의한 빛의 왜곡 현상을 최소화 시킬 수 있는 여러 방법들이 모색되었다. 최근에는 248nm or 194 nm의 파장을 가지는 원자외선에 감광력이 뛰어난 화학증폭형 포토레지스트가 개발되어 더욱 해상도를 증가시킬 수 있게 되었다. 특히, 메모리 반도체에 있어서 게이트 셀 패턴은 액티브 패턴(Active area)과 중첩되는 부분을 정확하게 가공하는 것이 매우 중요하다.

도 1에는 메모리 반도체의 일부를 나타내는 설계도면이 도시되어 있다.

도 1에 도시한 것과 같이, 액티브 패턴(active pattern)(3), 게이트 셀(2) 및 콘택홀(contact hole)(5)이 중첩되어 있는 반도체 메모리 설계도면에서 NMOS영역의 게이트 셀(1C, 1D)과 PMOS영역의 게이트 셀(1A, 1B)은 서로 대칭적이고 균일한 선폭을 유지할 수 있도록 조절되어야 한다. 만일 액티브 패턴(3)과 중첩되는 게이트 셀(2)의 선폭이 불규칙적이면 포화전류(Idsat)값이 불안정하게 변하고, 게이트 속도가 느려지게 된다.

현실적으로 리소그라피 노광시 광학 근접효과가 작용하면 셀 선폭(1A, 1B, 1C 및 1D)이 달라지므로, 이를 방지하기 위해 광학 근접보상(Optical Proximity Correction: OPC)을 실시한다. 이러한 보상 방법은 아래와 같이 크게 2가지로 나누어진다.

도 2에는 선폭 거리에 따라 광학 근접 바이어스(bias) 보상을 하는 룰 광학 근접 보상 방법을 설명하는 도면이 도시되어 있다.

도 2에 도시된 것과 같이, 룰 광학 근접 보상 방법은 광학 근접 바이어스 보상 시 인접 패턴의 선폭 거리에 의존하므로 보상이 필요하지 않은 부분에 까지 광학 근접 바이어스 보상이 이루어진다. 즉, 하지층의 액티브(3)를 제대로 고려하기가 어려워진다.

도 3에는 광학 이미지를 모사 프로그램으로 평가하고 광학적으로 문제가 생긴 부분에 맞는 보조패턴을 부착하여 광학 근접 보상을 수행하는 광학 근접 보상 방법이 도시되어 있다.

도 3에 도시된 것과 같이, 보조패턴을 부착하는 광학 근접 보상 방법의 경우, 설계도면에서 NMOS영역의 게이트 셀(1C, 1D)과 PMOS영역의 게이트 셀(1A, 1B)은 모두 비대칭적이기 쉽다. 그 이유는 설계 기준중 하나인 최소 마스크 그리드(grid)의 크기에 의존하기 때문이다. 즉, 그리드 눈금의 정수배로 광학 근접 보상 선폭이 결정되어 모사 과정중 미세한 계산차이에 의해 불규칙적인 선폭이 만들어지게 된다. 1A, 1B, 1C 및 1D의 원본 선폭 자체는 모두 같으나, 광학 근접 보상 과정에서 각각의 미세한 선폭 차이가 발생하기 쉽다. 따라서, 도 2 및 도 3에서 설명한 2가지 방법 모두 셀 트랜지스터를 정확히 조절하는데 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위해 개발된 것으로서, 본 발명의 목적은 게이트 셀 사이징 룰을 게이트 패턴에 적용할 때, 종래의 광학 근접 보상 방법보다 데이터 용량을 줄일 수 있으며, 설계가 용이하고 마스크 제작비용을 절감할 수 있는 광학 근접 보상 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 액티브 영역과 게이트 셀을 포함하는 메모리 반도체용 마스크 설계에 있어서, 상기 액티브 영역과 상기 게이트 셀이 중첩되는 부분에 대응하는 마스크 상의 게이트 셀 패턴의 선폭을 변화시키는 광학 근접 보상 방법을 제공함으로써 달성된다.

여기서, 에일리히의 방정식을 사용하여 계산된 게이트 셀 패턴의 선폭이 임계 치수보다 큰 경우, 상기 게이트 셀 패턴의 선폭을 임계 치수 이하로 감소시키는 것이 바람직하다.

또한, 여기서, 레일리히의 방정식을 사용하여 계산된 게이트 셀 패턴의 선폭이 임계 치수보다 작은 경우, 상기 게이트 셀 패턴의 선폭을 임계 치수 이상으로 증가시키는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하도록 한다.

도 4에는 반도체 메모리 설계도면의 일예가 도시되어 있다.

도 4에 도시된 것과 같이, 반도체 메모리는 액티브 패턴(3), 게이트 패턴(2) 및 콘택홀(5)이 중첩되어 구성된다. 게이트 셀(2)의 구동 전류를 전기적으로 정확히 조절하기 위해서는 마스크에서 균일한 셀 선폭 보상을 해 주어야 한다. 이 경우 다음과 같이 게이트 셀(2)과 액티브 패턴(3)이 중첩되는 부분만을 선택적으로 리사이징(resizing)하는 방법을 사용하여 손쉽게 셀 선폭을 조절할 수 있다.

도 5에는 도 4의 E부분의 확대도가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 것과 같이, E부분에서는 게이트 셀(2)과 액티브 패턴(3)이 중첩되어 있다. 도 5에 직선 F-F' 영역 내에서 상기 액티브 패턴(3)과 중첩되는 게이트 셀(2) 부분을 1C 영역으로 정의한다.

다음의 수학식 1로 표현되는 레일리히의 방정식(Rayleigh's Equation)을 사용하여 계산된 게이트 셀 패턴의 선폭에 따라 상기 게이트 셀 패턴의 선폭을 증가시키거나 감소시키도록 보상한다.

단, 여기서 R은 해상력, k는 상수, 그리고 λ는 조명계 파장이며, N.A.는 조명계 렌즈의 구경수(Numerical Aperture)로 다음의 수학식 2로부터 구할 수 있다.

단, 여기서 n은 렌즈의 굴절률이고, θ는 웨이퍼 상의 중심점으로부터 렌즈의 단부에 이르는 선과, 광원으로부터 상기 중심점에 이르는 선 사이에 이루는 각도를 나타낸다.

예를 들어, k가 0.5, λ가 0.248㎛, N.A.가 0.65일 때, 상기 수학식 1에 의해 해상도 R은 0.19㎛로 계산된다.

도 6에는 도 5의 1C 영역에 네가티브 셀 리사이징이 적용되는 경우를 설명하 는 도면이 도시되어 있다.

수학식 1의 계산 결과, 중첩 부분에서 게이트 셀의 해상도가 임계 치수(Critical Dimension: CD)보다 크게 계산된 경우, 상기 중첩 부분에 대해 네가티브 셀 리사이징을 실시한다.

즉, 도 6에 도시된 것과 같이, 액티브 영역(3)과 게이트 셀(2)이 중첩되는 부분(F-F')에서 게이트 셀(2)의 크기를 양쪽에서 줄이는 방식으로 게이트 네가티브 셀 리사이징을 적용한다.

이러한 게이트 셀(2)의 네가티브 셀 리사이징은, 액티브 패턴의 노광 후에 게이트 셀(2)을 다시 노광함으로써, 액티브 패턴(3)과 중첩되는 부분이 광원에 과다 노출되는 것을 방지하기 위해 이루어진다. 예를 들어 0.15㎛의 게이트 셀(2)을 개별 에지(edge)에 대해 0.005㎛씩 감소시켜 리사이징하여 도 6에 도시된 것과 같이 1C 부분의 게이트 셀(2)을 액티브 패턴(3)을 따라 폭을 감소시킨다.

도 7에는 도 5의 1C 영역에 포지티브 셀 리사이징이 적용되는 경우를 설명하는 도면이 도시되어 있다.

수학식 1의 계산 결과, 중첩 부분에서 게이트 셀의 해상도가 임계 치수(Critical Dimension: CD)보다 작게 계산된 경우, 상기 중첩 부분에 대해 포지티브 셀 리사이징을 실시한다.

즉, 도 7에 도시된 것과 같이, 액티브 영역(3)과 게이트 셀(2)이 중첩되는 부분(F-F')에서 게이트 셀(2)의 크기를 양쪽에서 증가시키는 방식으로 게이트 포지티브 셀 리사이징을 적용한다.

게이트 셀(2)의 포지티브 셀 리사이징은, 액티브 패턴의 노광 후에 게이트 셀(2)을 다시 노광할 때, 액티브 패턴(3)과 중첩되는 부분이 부족 노광되는 것을 방지하기 위해 이루어진다. 예를 들어 0.15㎛의 게이트 셀(2)을 개별 에지(edge)에 대해 0.005㎛씩 증가시키는 리사이징을 실시하여 도 7에 도시된 것과 같이 1C 부분의 게이트 셀(2)을 액티브 패턴(3)을 따라 폭을 증가시킨다.

본 방법을 적용할 경우, 게이트의 광학 근접 보상 사이징 룰을 게이트 패턴에 모두 적용하는 것이 아니고, 액티브 패턴와 겹치는 부분에만 선택적으로 적용해 효과적인 선폭 조절이 가능해진다.

본 발명에 따르면, 게이트 셀 사이징 룰을 게이트 패턴에 적용하되, 액티브 패턴과 중첩되는 부분만 고려하고 나머지는 제거함으로써, 종전의 광학 근접 보상 방법보다 데이터 용량을 줄일 수 있으며, 설계가 용이하고 마스크 제작비용을 절감할 수 있는 선택적인 게이트 패턴 선폭 방법이 제공된다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

Claims (3)

1. 액티브 영역과 게이트 셀을 포함하는 메모리 반도체용 마스크 설계에 있어서,

   상기 액티브 영역과 상기 게이트 셀이 중첩되는 부분에 대응하는 마스크 상의 게이트 셀 패턴의 선폭을 변화시키는 것으로,

   다음의 수학식을 사용하여 계산된 게이트 셀 패턴의 해상도가 임계 치수보다 큰 경우, 상기 게이트 셀 패턴의 선폭을 임계 치수까지 감소시키고,

   다음의 수학식을 사용하여 계산된 게이트 셀 패턴의 해상도가 임계 치수보다 작은 경우, 상기 게이트 셀 패턴의 선폭을 임계 치수까지 증가시키는 것을 특징으로 하는 광학 근접 보상 방법.

   [수학식]

   

   단, 여기서 R은 해상도, k는 상수, λ는 조명계 파장이고, N.A.는 조명계 렌즈의 구경수을 나타낸다.
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