KR100642393B1 - Method of forming a pattern in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체소자의 패턴 형성방법은, 제1 영역에는 상대적으로 작은 제1 폭을 가지면서 스트라이프 형태로 이루어지고, 제2 영역에는 상대적으로 큰 제2 폭을 갖는 패턴을 형성하기 위한 것이다. 이 방법에 따르면, 먼저 패터닝하고자 하는 대상막질 위에 포토레지스트막을 형성한다. 다음에 노광 및 현상공정을 수행하여 대상막질의 제거될 부분을 노출시키는 포토레지스트막패턴을 형성한다. 여기서 노광공정은, 제1 영역 및 제2 영역에 제1 폭에 대응되는 폭을 갖는 주패턴이 배치되고, 제2 영역에는 주패턴과 인접되게 배치되는 적어도 하나 이상의 보조패턴이 구비된 마스크를 이용하여 수행한다. 다음에 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각공정으로 대상막질의 노출부분을 제거하여 패턴을 형성한다.The pattern forming method of the semiconductor device of the present invention is for forming a pattern having a relatively small first width in the first region and having a stripe shape in the second region, and having a relatively large second width in the second region. According to this method, a photoresist film is first formed on the target film to be patterned. An exposure and development process is then performed to form a photoresist film pattern exposing the portion to be removed of the target film quality. The exposure process may include a mask having a main pattern having a width corresponding to the first width in the first region and a second region, and at least one auxiliary pattern disposed adjacent to the main pattern in the second region. Do it. Next, an exposed portion of the target film quality is removed by an etching process using the photoresist film pattern as an etching mask to form a pattern.
HEIP, 게이트패턴, 마스크, 주패턴, 보조패턴 HEIP, gate pattern, mask, main pattern, auxiliary pattern
Description
도 1은 소자분리영역 및 액티브영역의 경계부분에서의 게이트패턴을 나타내 보인 레이아웃도이다.1 is a layout diagram illustrating a gate pattern at a boundary between an isolation region and an active region.
도 2는 도 1의 게이트패턴을 형성하기 위하여 사용되었던 종래의 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.FIG. 2 is a layout diagram illustrating a conventional mask used to form the gate pattern of FIG. 1.
도 3은 본 발명에 따른 반도체소자의 패턴 형성방법에 사용되는 마스크의 일 예를 나타내 보인 레이아웃도이다.3 is a layout diagram illustrating an example of a mask used in a method of forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention.
도 4는 도 3의 마스크를 선 Ⅳ-Ⅳ'을 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the mask of FIG. 3 taken along line IV-IV '.
도 5 내지 도 9는 도 3의 마스크를 이용한 본 발명에 따른 반도체소자의 패턴 형성방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다.5 to 9 are cross-sectional views illustrating a method of forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention using the mask of FIG. 3.
도 10은 본 발명에 따른 반도체소자의 패턴 형성방법에 의해 만들어진 게이트패턴을 도 3의 마스크와 중첩하여 나타내 보인 평면도이다.FIG. 10 is a plan view illustrating a gate pattern formed by a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention overlaid with the mask of FIG. 3.
본 발명은 반도체소자의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 포토리소그라피(photolithography) 공정을 이용한 반도체소자의 패턴 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method for forming a pattern of a semiconductor device using a photolithography process.
최근 반도체소자의 집적도가 증가함에 따라, 포토리소그라피 공정을 이용하여 미세패턴을 형성하는 기술도 또한 크게 발전하였다. 특히 게이트패턴을 미세하게 형성함으로써 트랜지스터의 채널길이도 점점 작아지고 있다. 그러나 트랜지스터의 채널길이가 작아짐에 따라 짧은채널효과(SCE; Short Channel Effect)에 의한 여러 가지 좋지 않은 특성들이 문제시되고 있다. 따라서 그와 같은 짧은채널효과를 억제하기 위한 여러 가지 방법들이 연구되고 제안되고 있는 실정이다.With the recent increase in the degree of integration of semiconductor devices, techniques for forming fine patterns using photolithography processes have also been greatly developed. In particular, the channel length of the transistor is also getting smaller by forming the gate pattern finely. However, as the channel length of the transistor is shortened, various unfavorable characteristics due to a short channel effect (SCE) have been problematic. Therefore, various methods for suppressing such short channel effects have been studied and proposed.
짧은채널효과를 유발시키는 원인들 중의 하나는 핫 일렉트론에 의한 펀치스루(Hot Electron Induced Punchthrough; 이하 HEIP) 현상이다. 이 HEIP 현상은, 특히 p채널형 모스트랜지스터에서 핫 일렉트론들이 드레인영역 근처의 게이트절연막 내에 트랩되고, 이 트랩된 핫 일렉트론에 의해 드레인영역에 인접한 곳에 반전층이 형성되는 현상이다. 이 HEIP 현상은 드레인영역에 인접하여 반전층을 형성시킴으로써 유효채널길이를 감소시키며, 그 결과 짧은채널효과가 더욱 더 심해진다. 이와 같은 HEIP 현상은 일반적인 액티브영역 내에서도 발생하지만, 액티브영역과 소자분리영역의 경계면에서도 발생한다. 따라서 액티브영역과 소자분리영역의 경계면에서 HEIP 현상이 발생하는 현상을 억제하기 위해서는 이 부분에서의 게이트패턴이 충분한 폭을 갖도록 형성할 필요가 있다.One of the causes of the short channel effect is Hot Electron Induced Punchthrough (HEIP). This HEIP phenomenon is particularly a phenomenon in which, in a p-channel type transistor, hot electrons are trapped in the gate insulating film near the drain region, and an inversion layer is formed near the drain region by the trapped hot electrons. This HEIP phenomenon reduces the effective channel length by forming an inversion layer adjacent to the drain region, and as a result, the short channel effect becomes more severe. This HEIP phenomenon occurs in the general active region, but also occurs at the interface between the active region and the isolation region. Therefore, in order to suppress the phenomenon in which the HEIP phenomenon occurs at the interface between the active region and the device isolation region, it is necessary to form the gate pattern in this portion to have a sufficient width.
도 1은 액티브영역과 소자분리영역의 경계면에서의 HEIP 현상을 방지하기 위하여 만들고자 하는 게이트패턴을 나타내 보인 레이아웃도이다.FIG. 1 is a layout diagram illustrating a gate pattern to be manufactured to prevent a HEIP phenomenon at an interface between an active region and an isolation region.
도 1에 도시된 바와 같이, 상호 인접되게 배치되는 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)을 가로지르도록 스트라이프(stripe) 형태의 게이트패턴(130)이 배치된다. 게이트패턴(130)은, 소자분리영역(110) 및 액티브영역(120)에서는 상대적으로 작은 폭(w1)을 갖는 반면에, 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에서는 상대적으로 큰 폭(w2)을 갖는다. 이와 같이 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에서 상대적으로 큰 폭(w2)을 갖도록 함으로써, 이 부분에서의 HEIP 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.As illustrated in FIG. 1, a
도 2는 도 1의 게이트패턴을 형성하기 위하여 사용되는 종래의 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.FIG. 2 is a layout diagram illustrating a conventional mask used to form the gate pattern of FIG. 1.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 마스크(200)는, 투명기판(210) 위에 광차단막패턴(220)이 배치되는 구조로 이루어진다. 광차단막패턴(220)은 형성하고자 하는 게이트패턴, 즉 도 1에 나타낸 게이트패턴(130)과 유사한 형상을 갖는다. 따라서 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에 대응되는 부분에서의 폭이 다른 부분에서의 폭보다 상대적으로 크다.As shown in FIG. 2, the
이와 같은 종래의 마스크(200)를 사용하여 노광 및 현상공정에 이은 식각공정을 수행하게 되면, 도 1에 나타낸 게이트패턴(130)을 얻을 수 있다. 즉 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에서의 게이트패턴(130)의 프로파일은 마스크(200)의 광차단막패턴(220)의 돌출부분의 돌출정도(a)와, 길이(b)와 폭(c)에 의해 좌우되어 결정된다. 그런데 이 경우 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에서는 마스크(200)의 오정렬 등의 원인에 의해 정확한 CD(Critical Dimension) 조절이 용이하지 않으며, 특히 디자인룰이 작아질수록 더욱 더 CD 조절이 어려워서 소망하는 프로파일의 게이트패턴(130)을 얻기가 용이하지 않고 있다.When the etching process following the exposure and development processes is performed using the
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, CD 조절이 용이하고 원하는 프로파일의 패턴을 형성할 수 있도록 하는 반도체소자의 패턴 형성방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a method of forming a pattern of a semiconductor device to facilitate CD control and to form a pattern of a desired profile.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체소자의 패턴 형성방법은, 제1 영역에는 상대적으로 작은 제1 폭을 가지면서 스트라이프 형태로 이루어지고, 제2 영역에는 상대적으로 큰 제2 폭을 갖는 패턴을 형성하기 위한 반도체소자의 패턴 형성방법에 있어서, 패터닝하고자 하는 대상막질 위에 포토레지스트막을 형성하는 단계; 노광 및 현상공정을 수행하여 상기 대상막질의 제거될 부분을 노출시키는 포토레지스트막패턴을 형성하되, 상기 노광공정은 상기 제1 영역 및 제2 영역에 상기 제1 폭에 대응되는 폭을 갖는 주패턴이 배치되고, 상기 제2 영역에는 상기 주패턴과 인접되게 배치되는 적어도 하나 이상의 보조패턴이 구비된 마스크막패턴을 이용하여 수행하는 단계; 및 상기 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각공정으로 상기 대상막질의 노출부분을 제거하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the method of forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention has a relatively small first width in the first region and has a stripe shape, and has a relatively large second width in the second region. A pattern forming method of a semiconductor device for forming a pattern, comprising: forming a photoresist film on an object film to be patterned; A photoresist film pattern is formed to expose a portion of the target film to be removed by performing an exposure and development process, wherein the exposure process includes a main pattern having a width corresponding to the first width in the first region and the second region. Performing a mask layer pattern having at least one auxiliary pattern disposed adjacent to the main pattern in the second region; And forming a pattern by removing the exposed portion of the target film quality by an etching process using the photoresist film pattern as an etching mask.
상기 패턴은 게이트패턴일 수 있다.The pattern may be a gate pattern.
이 경우, 상기 게이트패턴의 폭 중 상대적으로 큰 제2 폭을 갖는 제2 영역은 소자분리영역과 액티브영역의 경계부분을 포함하는 것이 바람직하다.In this case, the second region having a relatively large second width among the widths of the gate pattern may include a boundary between the device isolation region and the active region.
상기 마스크는 위상반전마스크일 수 있다.The mask may be a phase inversion mask.
이 경우, 상기 위상반전마스크의 주패턴의 광투과율은 6% 이하이고, 반전되는 위상은 180도인 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the light transmittance of the main pattern of the said phase inversion mask is 6% or less, and the inverted phase is 180 degree | times.
상기 보조패턴은 상기 주패턴과 나란하게 배치되는 바 형태를 가질 수 있다.The auxiliary pattern may have a bar shape arranged in parallel with the main pattern.
상기 보조패턴과 상기 주패턴 사이의 이격거리는, 상기 보조패턴 폭의 2.5 내지 3배가 되도록 하는 것이 바람직하다.Preferably, the separation distance between the auxiliary pattern and the main pattern is 2.5 to 3 times the width of the auxiliary pattern.
상기 보조패턴의 폭은 상기 주패턴 폭의 1/3 내지 1/2배가 되도록 하는 것이 바람직하다.Preferably, the width of the auxiliary pattern is 1/3 to 1/2 times the width of the main pattern.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described below.
도 3은 본 발명에 따른 반도체소자의 패턴 형성방법에 사용되는 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.3 is a layout diagram illustrating a mask used in a method of forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체소자의 패턴 형성방법에 사용되는 마스크(300)는, 투명기판(310) 위에 배치되는 주패턴(320) 및 보조패턴(330)을 포함하여 구성된다. 주패턴(320) 및 보조패턴(330)은 광차단을 위한 패턴일 수 있다. 이 마스크(300)는 도 1의 게이트패턴(도 1의 130)을 형성하기 위한 것이다. 주패턴(320)은 형성하고자 하는 게이트패턴(130)과 유사한 프로파일을 가지며, 이에 따라 스트라이프 형태로 이루어진다. 보조패턴(330)은, 주패턴(320)의 양 측면으로부터 제1 간격(d1)으로 이격되도록 배치되는 제1 보조패턴(331)과, 주패턴(320)의 측면과 제1 간격(d1)보다 큰 제2 간격(d2)으로 제1 보조패턴(331)과 나란하게 배치되는 제2 보조패턴(332)을 포함한다. 경우에 따라서 제1 보조패턴(331)만으로 구성될 수 있으며, 또는 제2 보조패턴(332)과 나란하게 배치되는 제3 보조패턴을 더 포함할 수도 있다.Referring to FIG. 3, the
보조패턴(330)의 개수는 형성하고자 하는 패턴의 프로파일에 의해 결정된다. 도 1의 게이트패턴(130)과 같은 프로파일의 패턴을 형성하기 위해서는 주패턴(320)과 제1 보조패턴(331)의 간격(d1)은 제1 보조패턴(331)의 폭의 대략 2.5 내지 3배가 되도록 한다. 마찬가지로 제1 보조패턴(331)과 제2 보조패턴(332) 사이의 간격도 제1 보조패턴(331)의 폭의 대략 2.5 내지 3배가 되도록 한다.The number of
보조패턴(330)의 폭은 실제 포토리소그라피공정을 수행하였을 때, 포토레지스트막패턴에 영향을 주지 않는 정도의 폭이다. 즉 도 3의 마스크(300)를 사용하여 노광 및 현상공정을 수행하더라도 보조패턴(330)과 같은 포토레지스트막패턴은 만들어지지 않는다. 이를 위하여 보조패턴(330)의 폭은 주패턴(320)의 폭의 대략 1/3 내지 1/2배가 되도록 한다.The width of the
도 4는 도 3의 마스크를 선 Ⅳ-Ⅳ'를 따라 절단하여 나타내 보인 단면도이다.4 is a cross-sectional view of the mask of FIG. 3 taken along the line IV-IV '.
도 4를 참조하면, 투명기판(310) 위에 반사방지막(311)이 배치되고, 그 위에 주 위상반전막패턴(320a)과 보조 위상반전막패턴(331a, 332a)이 배치된다. 보조 위 상반전막패턴(331a, 332a)은 제1 보조 위상반전막패턴(331a) 및 제2 보조 위상반전막패턴(332a)을 포함한다. 주 위상반전막패턴(320a) 위에는 주패턴(320)이 배치된다. 그리고 제1 보조 위상반전막패턴(331a) 및 제2 보조 위상반전막패턴(332a) 위에는 각각 제1 보조패턴(331) 및 제2 보조패턴(332)이 배치된다. 주패턴(320)과 제1 및 제2 보조패턴(331, 332)은 크롬막으로 이루어진다. 주 위상반전막패턴(320a)과 보조 위상반전막패턴(331a, 332a)의 광투과율은 대략 6% 이하이고, 반전되는 위상은 대략 180도이다. 본 실시예에서는 위상반전마스크를 예를 들어 설명하였지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 주 위상반전막패턴(320a)만 없거나, 보조 위상반전막패턴(331a, 332a)만 없거나, 또는 주 위상반전막패턴(320a)과 보조 위상반전막패턴(331a, 332a)이 모두 없을 수도 있다.Referring to FIG. 4, an
도 5 내지 도 9는 도 3의 마스크를 이용한 포토리소그라피공정을 수행하여 게이트패턴을 형성하는 방법을 설명하기 위하여 나타내 보인 단면도들이다. 여기서 도 5와 도 7은 도 3의 선 A-A'을 따라 나타내 보인 단면도이고, 도 8은 도 3의 선 B-B'를 따라 나타내 보인 단면도이며, 그리고 도 6과 도 9는 도 3의 선 C-C'를 따라 나타내 보인 단면도이다.5 through 9 are cross-sectional views illustrating a method of forming a gate pattern by performing a photolithography process using the mask of FIG. 3. 5 and 7 are cross-sectional views taken along the line A-A 'of FIG. 3, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along the line B-B' of FIG. 3, and FIGS. 6 and 9 are shown in FIG. It is sectional drawing shown along the line C-C '.
먼저 도 5 및 도 6을 참조하면, 소자분리영역(110)에 의해 액티브영역(120)이 한정되는 반도체기판(500) 위에 게이트절연막(510)을, 예컨대 산화막으로 형성한다. 여기서 소자분리영역(110)에는 트랜치 소자분리막(111)이 배치되는 영역이며, 경우에 따라서는 로코스(LOCOS; LOCal Oxidation of Silicon) 소자분리막이 배치될 수도 있다. 다음에 게이트절연막(510) 위에 게이트(520)를, 예컨대 폴리실리 콘막, 금속실리사이드막 및 캡핑층으로 형성한다. 다음에 게이트(520) 위에 포토레지스트막(530)을 형성한다.First, referring to FIGS. 5 and 6, the
다음에 도 7 내지 도 9를 참조하면, 도 5 및 도 6의 결과물을 대상으로 도 3의 마스크(300)를 이용한 노광공정 및 현상공정을 수행하여 게이트(520)의 일부표면을 노출시키는 개구부(533)를 갖는 포토레지스트막패턴(532)을 형성한다. 그러면 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)을 길게 관통하는 스트라이프 형태의 포토레지스트막패턴(532)이 만들어진다(도 9 참조). 이때 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에서는, 보조패턴(도 3의 330)의 존재로 인하여 상대적으로 큰 폭의 포토레지스트막패턴(532)이 만들어지고(도 7 참조), 나머지 부분에서는 상대적으로 작은 폭의 포토레지스트막패턴(532)이 만들어진다(도 8 참조).Next, referring to FIGS. 7 to 9, an opening for exposing a portion of the
다음에 상기 포토레지스트막패턴(532)을 식각마스크로 한 식각공정을 수행하여 개구부(533)에 의해 노출되는 게이트(520)의 노출부분을 제거한다. 그러면 포토레지스트막패턴(532)과 유사한 프로파일을 갖는 게이트패턴을 얻을 수 있다. 게이트패턴을 형성하기 위한 식각공정을 수행한 후에는 통상의 스트립공정을 수행하여 포토레지스트막패턴(532)을 제거한다.Next, an etching process using the
도 10은 본 발명에 따른 반도체소자의 패턴 형성방법에 의해 만들어진 게이트패턴을 도 3의 마스크와 중첩하여 나타내 보인 평면도이다.FIG. 10 is a plan view illustrating a gate pattern formed by a method of forming a semiconductor device in accordance with the present invention overlaid with the mask of FIG. 3.
도 10을 참조하면, 게이트패턴(522)은 소자분리영역(110) 및 액티브영역(120)에서는 상대적으로 작은 제1 폭(w1')을 갖도록 형성된다. 반면에 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에서는 제1 폭(w1')보다 상대적으로 큰 제2 폭(w2')을 갖도록 형성된다. 이는 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에 배치되는 보조패턴(330)을 갖는 마스크(도 3의 300)를 사용하였기 때문이다. 또한 보조패턴(330)에 의해서 어떠한 별개의 패턴도 만들어지지 않는다. 소자분리영역(110)과 액티브영역(120)의 경계부분에서의 게이트패턴(522)의 돌출부분의 프로파일은, 마스크(300)의 주패턴(320)과 보조패턴(330) 사이의 간격(d1)에 의해 결정되며, 따라서 용이하게 CD 조절을 함으로써 소망하는 프로파일의 게이트패턴(522)을 만들 수 있다. 이 외에도 게이트패턴(522)의 돌출부분의 단부가 종래의 경우와 비교하여 평평하게 형성되며, 따라서 HEIP 현상의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.Referring to FIG. 10, the
지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체소자의 패턴 형성방법에 따르면, 주패턴 양쪽에 보조패턴을 구비한 마스크를 사용하여 포토리소그라피공정을 수행함으로써, 소자분리영역과 액티브영역의 경계부분에 상대적으로 큰 폭의 게이트패턴을 형성하여 HEIP 현상의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 더욱이 주패턴과 보조패턴 사이의 간격을 조절함으로써 용이하게 CD 조절을 할 수 있으며, 또한 소망하는 프로파일을 갖도록 패턴을 형성할 수 있다는 이점도 제공된다.As described above, according to the method for forming a pattern of a semiconductor device according to the present invention, by performing a photolithography process using a mask having auxiliary patterns on both sides of a main pattern, By forming a large gate pattern, it is possible to effectively suppress the occurrence of the HEIP phenomenon. Furthermore, the CD can be easily adjusted by adjusting the distance between the main pattern and the auxiliary pattern, and the advantage is also provided that the pattern can be formed to have a desired profile.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.Although the present invention has been described in detail with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications may be made by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention. Do.
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