KR100944331B1 - 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, G형 활성 영역을 형성하기 위한 하드마스크 패턴 형성 시 하나의 라인에 I형 활성 영역을 정의하는 바 형태의 패턴과 다른 하나의 라인에 비트 라인 콘택 영역을 정의하는 섬 형태의 패턴을 포함하는 노광 마스크를 사용한 이중 패터닝 공정을 수행하여 G형 활성 영역을 정의하는 최종 패턴을 형성함으로써, OPC 공정 마진을 확보하고, 비트 라인과의 콘택 저항을 감소시키며, 전류량을 증가시켜 소자의 특성을 향상시키는 기술을 개시한다.

Description

노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{EXPOSURE MASK AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
도 1a는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 I형 활성 영역을 형성하기 위한 노광 마스크를 도시한 레이아웃.
도 1b 및 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 I형 활성 영역을 형성하기 위한 이중 패터닝 방법을 도시한 평면도.
도 2a는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 G형 활성 영역을 형성하기 위한 노광 마스크를 도시한 레이아웃.
도 2b 및 도 2c는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 G형 활성 영역을 형성하기 위한 이중 패터닝 방법을 도시한 평면도.
도 3a는 본 발명에 따른 반도체 소자의 G형 활성 영역을 형성하기 위한 노광 마스크를 도시한 레이아웃.
도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 G형 활성 영역을 형성하기 위한 이중 패터닝 방법을 도시한 평면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 >
100, 200, 300 : 노광 마스크 110, 210 : 차광 패턴
115, 215, 315 : 반도체 기판 117, 217 : 제 1 하드마스크층
120, 220 : 제 2 하드마스크 패턴 125, 225 : 감광막 패턴
130, 230 : 제 1 하드마스크 패턴 310a: 제 1 차광 패턴
310b : 제 2 차광 패턴 317 : 제 1 하드마스크층
320 : 제 2 하드마스크 패턴 320a : 제 1 패턴
320b : 제 2 패턴 325 : 감광막 패턴
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325a : 제 3 패턴 325b : 제 4 패턴
330 : 제 1 하드마스크 패턴
본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, G형 활성 영역을 형성하기 위한 하드마스크 패턴 형성 시 하나의 라인에 I형 활성 영역을 정의하는 바 형태의 패턴과 다른 하나의 라인에 비트 라인 콘택 영역을 정의하는 섬 형태의 패턴을 포함하는 노광 마스크를 사용한 이중 패터닝 공정을 수행하여 G형 활성 영역을 정의하는 최종 패턴을 형성함으로써, OPC 공정 마진을 확보하고, 비트 라인과의 콘택 저항을 감소시키며, 전류량을 증가시켜 소자의 특성을 향상시키는 기술을 개시한다.
일반적인 디램 소자의 활성 영역 형성 시 전류의 양을 증가시키고, 비트 라인과의 콘택 저항을 감소시키기 위해 비트 라인 콘택 예정 영역인 상기 활성 영역 의 중앙부의 면적을 증가시킨 G형 활성 영역을 사용하는 방법이 제안되고 있다.
도 1a는 I형 활성 영역용 노광 마스크를 도시한 레이아웃이다.
도 1a를 참조하면, I형 활성 영역을 정의하는 바 형태의 차광 패턴(110)이 구비된 노광 마스크(100)를 도시한 것이다.
도 1b 및 도 1c는 반도체 소자의 I형 활성 영역을 형성하기 위한 이중 패터닝 방법(Double Patterning Process)을 도시한 평면도이다.
도 1b의 (ⅰ)을 참조하면, 반도체 기판(115) 상부에 제 1 하드마스크층(117)을 형성하고, 상기 '도 1a'의 노광 마스크(100)를 이용한 사진 식각 공정을 수행하여 제 2 하드마스크 패턴(120)을 형성한다.
도 1b의 (ⅱ)를 참조하면, 제 2 하드마스크 패턴(120)이 형성된 라인과 다른 라인에 상기 '도 1a'의 노광 마스크를 이용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 I형 활성 영역을 정의하는 감광막 패턴(125)을 형성한다.
도 1c를 참조하면, 제 2 하드마스크 패턴(120) 및 감광막 패턴(125)을 마스크로 제 1 하드마스크층(117)을 식각하여 I형 활성 영역을 정의하는 제 1 하드마스크 패턴(130)을 형성한다.
도 2a는 G형 활성 영역용 노광 마스크를 도시한 레이아웃이다.
도 2a를 참조하면, I형 활성 영역을 정의하는 바 형태의 차광 패턴(210)이 구비되되, 차광 패턴(210)의 중앙부(즉, 비트 라인 콘택 영역)가 인접한 영역보다 큰 선폭을 가지고 구비된 노광 마스크(200)이다.
도 2b 및 도 2c는 반도체 소자의 G형 활성 영역을 형성하기 위한 이중 패터 닝 방법을 도시한 평면도이다.
도 2b의 (ⅰ)을 참조하면, 반도체 기판(215) 상부에 제 1 하드마스크층(217) 및 제 2 하드마스크층(미도시)을 순차적으로 형성한다.
다음에, 상기 '도 2a'의 노광 마스크(200)를 이용한 사진 식각 공정을 수행하여 하나의 라인에 G형 활성 영역을 정의하는 제 2 하드마스크 패턴(220)을 형성한다.
도 2b의 (ⅱ)를 참조하면, 제 2 하드마스크 패턴(220)을 포함하는 전체 상부에 감광막(미도시)을 형성한 후 상기 '도 2a'의 노광 마스크(200)를 일정 거리 시프트(Shift)시킨 후 노광 및 현상 공정을 수행하여 제 2 하드마스크 패턴(220)이 형성된 라인 사이의 라인에 감광막 패턴(225)을 형성한다.
그 다음, 제 2 하드마스크 패턴(220) 및 감광막 패턴(225)을 마스크로 제 1 하드마스크층(217)을 식각하여 제 1 하드마스크 패턴(230)을 형성한다.
다음에, 제 2 하드마스크 패턴(220) 및 감광막 패턴(225)을 제거한다.
도 2c를 참조하면, 제 1 하드마스크 패턴(230)을 마스크로 반도체 기판(215)을 식각하여 G형 활성 영역을 정의하는 소자분리용 트렌치를 형성한다.
상술한 종래 기술에 따른 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에서, G형 활성 영역을 정의하는 하드마스크 패턴을 형성하기 위해서는 상기 '도 2a'의 차광 패턴과 같이 패턴의 중앙부가 단축방향의 양측으로 소정 두께 돌출되도록 하기 위해 OPC 공정을 수행하여야 한다. 그러나, 상기와 같이 OPC 공정을 수행하는 경우 중앙부가 돌출되도록 하기 위한 여유 공간이 부족하여 비트 라인과의 콘택 저항이 증가되고, 이로 인해 전류량이 감소되어 소자의 특성이 악화되는 문제가 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, G형 활성 영역을 형성하기 위한 하드마스크 패턴 형성 시 하나의 라인에 I형 활성 영역을 정의하는 바 형태의 패턴과 다른 하나의 라인에 비트 라인 콘택 영역을 정의하는 섬 형태의 패턴을 포함하는 노광 마스크를 사용한 이중 패터닝 공정을 수행하여 G형 활성 영역을 정의하는 최종 패턴을 형성함으로써, OPC할 여유 공간을 확보하고, 비트 라인과의 콘택 저항을 감소시키며, 전류량을 증가시켜 소자의 특성을 향상시키는 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 노광 마스크는
I형 활성 영역을 정의하는 바(Bar) 형태의 제 1 차광 패턴과,
비트 라인 콘택 영역을 정의하는 섬 형태의 제 2 차광 패턴을 포함하며, 상기 제 1 차광 패턴과 상기 제 2 차광 패턴은 서로 이격되어 각각 다른 라인에 형성되는 것을 특징으로 하고,
상기 제 1 차광 패턴 및 제 2 차광 패턴은 교대로 배치되는 것과,
상기 제 1 차광 패턴은 중앙부가 단축방향으로 돌출된 영역을 포함하는 것과,
상기 제 1 차광 패턴은 직사각 형태, 십자가 형태 또는 마름모 형태로 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노광 마스크를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은
반도체 기판 상부에 제 1 하드마스크층을 형성하고, 제 2 하드마스크층을 형성하는 단계와,
상기 제 1 항 기재의 노광 마스크를 사용한 사진 식각으로 상기 제 2 하드마스크층을 식각하여 제 2 하드마스크 패턴을 형성하는 단계와,
상기 제 1 항 기재의 노광 마스크를 사용한 노광 및 현상 공정으로 상기 제 2 하드마스크 패턴과 중첩되는 감광막 패턴을 형성하는 단계와,
상기 제 2 하드마스크 패턴 및 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 제 1 하드마스크층을 식각하여 G형 활성 영역을 정의하는 제 1 하드마스크 패턴을 형성하는 단계와,
상기 제 2 하드마스크 패턴 및 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계와,
상기 제 1 하드마스크 패턴을 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 소자분리용 트렌치를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
상기 제 2 하드마스크 패턴은 중앙부에 돌출부가 구비된 바(Bar) 형태의 제 1 패턴과 섬(Island) 형태의 제 2 패턴이 서로 다른 라인에 형성되는 것과,
상기 감광막 패턴은 섬 형태의 제 3 패턴 및 중앙부에 돌출부가 구비된 바(Bar) 형태의 제 4 패턴이 서로 다른 라인에 형성되는 것과,
상기 제 3 패턴은 상기 제 1 패턴의 돌출부와 중첩되도록 형성하는 것과,
상기 제 4 패턴의 돌출부는 상기 제 2 패턴과 중첩되도록 형성하는 것을 특징으로 한다.
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이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 3a는 본 발명에 따른 반도체 소자의 G형 활성 영역을 형성하기 위한 노광 마스크를 도시한 레이아웃이며, 도 3b 및 도 3c는 본 발명에 따른 반도체 소자의 G형 활성 영역을 형성하기 위한 이중 패터닝 방법을 도시한 평면도이다.
도 3a를 참조하면, 노광 마스크(300)는 G형 활성 영역을 정의한다. 노광 마스크(300)는 I형 활성 영역을 정의하는 바(Bar) 형태의 제 1 차광 패턴(310a)을 포함한다.
또한, 비트 라인 콘택 영역을 정의하는 섬(Island) 형태의 제 2 차광 패턴(310b)을 포함한다.
이때, 제 1 차광 패턴(310a)과 제 2 차광 패턴(310b)은 서로 이격되어 있으며, 교대로 배열되는 것이 바람직하다. 한편, 제 2 차광 패턴(310b)의 장축 선폭은 제 1 차광 패턴(310a)의 단축 선폭보다 크게 형성하는 것이 바람직하다.
여기서, 제 1 차광 패턴(310a)의 중앙부는 비트 라인 콘택 영역에 대응하며, 제 1 차광 패턴(310a)의 중앙부는 단축 방향으로 돌출되는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 차광 패턴(310a)은 직사각 형태, 십자가 형태 또는 마름모 형태로 형성할 수도 있다.
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이때, 바 형태의 제 1 차광 패턴(310a)과 섬 형태의 제 2 차광 패턴(310b)을 각각 나누어서 형성함으로써 비트 라인 콘택 영역의 패턴이 형성될 수 있는 공간이 4개의 바 형 제 1 차광 패턴(310a) 사이에 위치한다. 따라서, OPC 공정을 수행할 공간을 충분히 확보할 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 상기 '도 3a'의 노광 마스크(300)를 이용한 반도체 소자의 G형 활성 영역 형성을 위한 이중 패터닝 방법(Double Patterning Process)을 도시한 평면도들이다.
도 3b의 (ⅰ)을 참조하면, 반도체 기판(315) 상부에 제 1 하드마스크층(317), 제 2 하드마스크층(미도시)을 순차적으로 형성한다.
다음에, 상기 '도 3a'의 노광 마스크(300)를 사용한 사진 식각 공정을 수행하여 제 2 하드마스크 패턴(320)을 형성한다. 여기서, 제 2 하드마스크 패턴(320)은 I형 활성 영역을 정의하는 바(Bar) 형태의 제 1 패턴(320a)을 포함하고, 비트 라인 콘택 영역을 정의하는 섬(Island) 형태의 제 2 패턴(320b)을 포함한다.
이때, 제 2 패턴(320b)의 장축 선폭은 제 1 패턴(320a)의 단축 선폭보다 크게 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 제 1 패턴(320a)과 제 2 패턴(320b)은 교대로 배열되는 것이 바람직하며, 제 1 패턴(320a)의 중앙부는 단축 방향으로 돌출된 돌출부를 포함하는 것이 바람직하다.
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도 3b의 (ⅱ)를 참조하면, 제 2 하드마스크 패턴(320)을 포함한 반도체 기판(315) 상부에 감광막(미도시)을 형성한 후 상기 '도 3a'의 노광 마스크(300)를 사용한 노광 및 현상 공정을 수행하여 제 2 하드마스크 패턴(320)과 중첩되는 감광막 패턴(325)을 형성한다.
여기서, 상기 노광 공정은 상기 '도 3a'의 노광 마스크(300)를 일정 거리 시프트(Shift)한 후 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 감광막 패턴(325)은 비트 라인 콘택 영역을 정의하는 섬 형태의 제 3 패턴(325a)을 포함한다. 또한, 감광막 패턴(325)은 I형 활성 영역을 정의하는 바 형태의 제 4 패턴(325b)을 포함한다. 이때, 제 3 패턴(325a)은 제 2 하드마스크 패턴(320)의 제 1 패턴(320a)과 중첩하며, 제 4 패턴(325a)은 제 2 하드마스크 패턴(320)의 제 2 패턴(325b)과 중첩하도록 형성하는 것이 바람직하다.
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도 3c를 참조하면, 감광막 패턴(325) 및 제 2 하드마스크 패턴(320)을 식각 마스크로 제 1 하드마스크층(317)을 식각하여 G형 활성 영역을 정의하는 제 1 하드마스크 패턴(330)을 형성한다.
다음에, 감광막 패턴(325) 및 제 2 하드마스크 패턴(320)을 제거한다.
그 다음, 제 1 하드마스크 패턴(330)을 식각 마스크로 반도체 기판(315)의 일부를 식각하여 소자분리용 트렌치(미도시)를 형성한다.
그리고, 상기 소자분리용 트렌치(미도시)를 매립하여 G형 활성 영역을 정의하는 소자분리막을 형성한다. 이후 게이트 형성 공정, 비트 라인 형성 공정 등을 수행하여 반도체 소자를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은 하나의 라인은 바 형태의 패턴이 구비되고, 다른 하나의 라인은 섬 형태의 패턴이 상기 바형 패턴과 어긋나도록 구비된 노광 마스크를 이용한 이중 패터닝 형성 방법으로 G형 활성 영역을 형성함으로써, 콘택 저항이 감소되고, 전류량을 증가되어 소자 의 특성이 향상되는 효과가 있다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (9)

  1. I형 활성 영역을 정의하는 바(Bar) 형태의 제 1 차광 패턴; 및
    비트 라인 콘택 영역을 정의하는 섬 형태의 제 2 차광 패턴을 포함하며, 상기 제 1 차광 패턴과 상기 제 2 차광 패턴은 서로 이격되어 각각 다른 라인에 형성되는 것을 특징으로 하는 G형 활성 영역 형성을 위한 노광 마스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 차광 패턴 및 제 2 차광 패턴은 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 G형 활성 영역 형성을 위한 노광 마스크.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 차광 패턴은 중앙부가 단축방향으로 돌출된 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 G형 활성 영역 형성을 위한 노광 마스크.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 차광 패턴은 직사각 형태, 십자가 형태 또는 마름모 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 G형 활성 영역 형성을 위한 노광 마스크.
  5. 반도체 기판 상부에 제 1 하드마스크층을 형성하고, 제 2 하드마스크층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 항 기재의 노광 마스크를 사용한 사진 식각으로 상기 제 2 하드마스크층을 식각하여 제 2 하드마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 1 항 기재의 노광 마스크를 사용한 노광 및 현상 공정으로 상기 제 2 하드마스크 패턴과 중첩되는 감광막 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 2 하드마스크 패턴 및 상기 감광막 패턴을 마스크로 상기 제 1 하드마스크층을 식각하여 G형 활성 영역을 정의하는 제 1 하드마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제 2 하드마스크 패턴 및 상기 감광막 패턴을 제거하는 단계; 및
    상기 제 1 하드마스크 패턴을 마스크로 상기 반도체 기판을 식각하여 소자분리용 트렌치를 형성하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 하드마스크 패턴은 중앙부에 돌출부가 구비된 바(Bar) 형태의 제 1 패턴과 섬(Island) 형태의 제 2 패턴이 서로 다른 라인에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 감광막 패턴은 섬 형태의 제 3 패턴 및 중앙부에 돌출부가 구비된 바(Bar) 형태의 제 4 패턴이 서로 다른 라인에 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 3 패턴은 상기 제 1 패턴의 돌출부와 중첩되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 4 패턴의 돌출부는 상기 제 2 패턴과 중첩되도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
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