KR100949889B1 - 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 마스크 에러(mask error enhencement factor)를 감소시키기 위하여 보조 패턴을 사용함으로써 슬릿 콘택을 형성할 때 공정마진을 향상시킬 수 있는 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것이다.

상기와 같이 슬릿 콘택홀 주변에 보조 패턴을 삽입함으로써 노광 장비의 패터닝 한계까지 공정이 가능하며, 서로 다른 패턴 밀도와 패턴 크기를 갖는 슬릿 콘택홀을 동시에 형성할 수 있음으로 인해 반도체 제조의 포토 마스크 수를 줄일 수 있으며, 슬릿 콘택홀의 공정 마진을 장축으로도 넓힐 수 있다.

또한, 플래쉬 메모리 소자의 경우에는 드레인 콘택과 메탈 콘택을 동시에 형성할 수 있으며 디램의 경우에는 비트라인 콘택 사이즈를 줄임으로써 셀 피치 감소로 인하여 칩 사이즈를 줄일 수 있는 장점이 있다.

슬릿 콘택, 보조 패턴

Description

노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법{The exposure mask and the manufacturing method of semiconductor device using the same}

본 발명은 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 마스크 에러(mask error enhencement factor)를 감소시키기 위하여 보조 패턴을 사용함으로써 슬릿 콘택을 형성할 때 공정마진을 향상시킬 수 있는 노광 마스크 패턴에 관한 것이다.

반도체 소자의 고집적화가 요구되면서 셀 영역 및 주변회로 영역으로 나누어지는 소자의 경우, 상기 셀 영역에 형성되는 패턴은 크기가 작고 패턴 간격이 일정하도록 형성되어 패턴의 밀도가 높고, 상기 주변회로 영역에 형성되는 패턴은 셀 영역에 형성되는 패턴에 비하여 크기와 간격이 커지기 때문에 상대적으로 패턴의 밀도가 낮다.

이때, 패턴 밀도가 큰 영역의 패턴을 중심으로 패턴이 구현되도록 노광이 이루어지기 때문에 패턴 밀도가 상대적으로 낮은 영역의 패턴은 플레어와 같은 노이즈에 의해 패턴 구현에 있어 균일도가 떨어져 패턴형성이 불균일하게 이루어진다.

상기와 같이 서로 다른 패턴 밀도로 인하여 영역에 따라 노광 분포가 달라져 이에 따른 노광 불량이 발생하게 되는바, 노광 불량을 방지하기 위하여 메인 패턴 주위에 보조 패턴을 삽입함으로써, 상기 보조 패턴으로부터 회절된 광의 상호 작용 또는 간섭에 의해 메인 패턴의 형상이 보다 정밀하게 웨이퍼 상으로 전사될 수 있도록 한다.

한편, 콘택홀의 형성에 있어서 콘택홀의 구조가 원형에서 슬릿(slit) 형태로 변환되고 있는데, 이는 반도체 소자의 고집적화로 인해 패턴의 크기가 작아짐에 따라 콘택홀의 크기도 작아져야 하지만 반도체 소자의 일정한 면적에 일정치 이하의 콘택 저항이 구현되어야 하므로 콘택 면적을 넓히기 위하여 슬릿 형태로 변환되고 있는 것이다.

상기와 같이 슬릿 형태의 콘택홀의 경우에는 원형의 콘택홀과 달리 장축방향으로 패터닝이 정확하게 이루어지지 않는데, 이는 동일한 노광 조건으로 동일한 장축을 갖는 레이아웃을 노광하는 경우에 단축의 길이에 따라 장축의 길이 변화가 발생되어 레이아웃 패턴의 크기와 동일하게 패터닝 되지 않기 때문이다.

특히 반도체의 고집적으로 인해 패턴이 미세해짐에 따라 패턴 구현의 해상도를 높이는 변형조명계를 사용하는 경우에는 그 현상이 더욱 심화된다.

상기와 같은 이유로 슬릿 형태의 콘택홀의 장축에 대한 정확한 패터닝을 위하여 보조 패턴을 삽입하였는데, 상기 보조 패턴은 웨이퍼 상에 구현되지는 않지만 슬릿 형태의 전사 정밀도를 향상시키도록 바 타입(bar type)의 패턴이 슬릿 콘택홀 패턴의 장축이나 단축과 평행한 방향으로 형성된다.

도 1은 종래의 노광 마스크 패턴에 의해 나타난 에어리얼 이미지(aerial image)의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면으로 (a)는 바이너리(binary) 마스크를 정상조명계로 노광한 경우, (b)는 위상반전마스크를 정상조명계로 노광한 경우, (c)는 바이너리 마스크를 변형조명계로 노광한 경우, (d)는 위상반전마스크를 변형조명계로 노광한 경우의 에어리얼 이미지의 시뮬레이션 결과이다.

도 1의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 슬릿 콘택홀의 패턴인 경우 보조 패턴의 유무와 조명계의 종류, 마스크 종류에 따라 서로 다른 에어리얼 이미지의 시뮬레이션 결과를 나타내는데 상기 결과는 노광되는 빛이 슬릿 콘택홀 패턴을 투과하여 웨이퍼 상에 실제 패터닝 되는 형상을 마치 등고선의 이미지와 같은 형상으로 표현한 것이다.

다시 말해, 상기 슬릿 콘택홀 패턴을 노광하는 경우 상기 등고선 이미지 대로 포토리지스트(PR)가 제거됨으로써 현상 후에 슬릿 콘택홀이 형성되는 것이다.

이때, 상기 등고선의 간격이 촘촘하게 형성될수록 슬릿 콘택홀의 형상에 변화없이 정교하게 웨이퍼 상에 형성되는데, 상기 등고선의 간격은 장축보다 단축으로 갈수록 촘촘하게 형성된 것을 알 수 있으며, 노광 장비의 정상조명계와 변형조명계에 따라, 마스크 종류에 따라 장축 방향으로 CD(critical dimension) 변화가 크게 발생되는 것을 알 수 있다.

상기와 같이 슬릿 콘택홀을 형성하는데 있어서 슬릿의 장축방향으로 CD 변화가 크기 때문에 반도체 제조시에 칩 사이즈가 커지는 문제점이 있고 노광 장비에 적용되는 조명계에 따라 CD 변화가 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 반도체 소자의 슬릿 콘택홀을 형성하는 경우 조명계에 따라 장축방향으로 CD 변화가 커져서 원하는 슬릿 콘택홀의 형상과 다르게 형성되는 문제점을 해결하기 위하여 슬릿 콘택홀 주변에 보조 패턴을 삽입하여 상기 보조 패턴으로부터 회절광에 의한 슬릿 콘택홀의 이미지 콘트라스트의 개선을 유도하는 노광 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법을 제공한다.

본 발명의 노광 마스크는 슬릿 콘택홀 패턴과 상기 슬릿 콘택홀 패턴을 둘러싸는 형상으로 상기 슬릿 콘택홀 패턴의 단축과 평행한 단축 패턴 및 상기 단축 패턴과 일측이 연결되고 상기 슬릿 콘택홀 패턴의 장축과 평행하게 형성된 장축패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 단축패턴의 폭은 노광원 파장의 0.1 내지 0.35배이고, 상기 장축패턴의 폭은 상기 노광원 파장의 0.1 내지 0.2배인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노광원은 I-라인, KrF, ArF, EUV 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 노광원은 정상 조명계 및 변형 조명계 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 변형 조명계는 다이폴 조명계 및 크로스 조명계 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 슬릿 콘택홀 패턴은 드레인 콘택과 메탈 콘택을 동시에 형성하기 위한 것임을 특징으로 한다.

그리고, 상기 노광 마스크는 바이너리 마스크 또는 위상반전 마스크인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 반도체 소자를 형성하는 방법은 상기 노광 마스크를 준비하는 단계와 피식각층 상에 감광막을 형성하는 단계와 상기 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 피식각층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 반도체 소자의 슬릿 콘택홀을 형성하는데 슬릿 콘택홀 주변에 보조 패턴을 삽입함으로써 노광 장비의 패터닝 한계까지 공정이 가능하며, 서로 다른 패턴 밀도와 패턴 크기를 갖는 슬릿 콘택홀을 동시에 형성할 수 있어 반도체 제조의 포토 마스크 수를 줄일 수 있으며, 슬릿 콘택홀의 공정 마진을 단축 뿐만 아니라 장축으로도 넓힐 수 있다.

그리고, 반도체 소자의 고집적화로 인해 슬릿 콘택홀의 사이즈가 작아지더라도 상기 보조 패턴은 실제 웨이퍼에 구현되지 않기 때문에 그 사이즈에 구애받지 않고 형성할 수 있어 마스크 제작에 매우 용이하다.

또한, 플래쉬 메모리 소자의 경우에는 드레인 콘택과 메탈 콘택을 동시에 형성할 수 있으며 디램의 경우에는 비트라인 콘택 사이즈를 줄임으로써 셀 피치 감소 로 인하여 칩 사이즈를 줄일 수 있다.

본 발명에서는 이미지 콘트라스트가 정상조명과 비대칭조명에 대해서도 장축과 단축의 모든 방향으로 정확하게 형성되고 마스크 에러를 개선하기 위하여 슬릿 콘택홀 패턴 주위에 보조 패턴을 형성하는데, 상기 보조 패턴의 형상은 상기 슬릿 콘택홀 패턴을 모두 둘러싸는 형태로 형성된다.

상기와 같이 슬릿 콘택홀을 둘러싸는 형태의 보조 패턴은 슬릿 콘택홀의 장축 및 단축방향으로 회절된 광의 상호작용으로 간섭에 의해 슬릿 콘택홀이 보다 정밀하게 형성되게 한다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로한다.

도 2는 본 발명의 노광 마스크에 의해 나타난 에어리얼 이미지의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면으로, (a)는 바이너리(binary) 마스크를 정상조명계로 노광한 경우, (b)는 위상반전마스크를 정상조명계로 노광한 경우, (c)는 바이너리 마스크를 변형조명계로 노광한 경우, (d)는 위상반전마스크를 변형조명계로 노광한 경우의 에어리얼 이미지의 시뮬레이션 결과이다.

본 발명의 노광 마스크에는 슬릿 콘택홀 패턴(H)의 주변으로 상기 슬릿 콘택홀 패턴(H)을 둘러싸는 형상의 보조패턴이 삽입되는데, 상기 보조패턴은 단축(L1)과 평행한 단축패턴(10) 및 상기 단축패턴(10)과 일측이 연결되고 상기 슬릿 콘택홀 패턴(H)의 장축(L2)과 평행한 장축패턴(20)으로 형성되어 있다.

상기와 같은 보조 패턴의 형상은 슬릿 콘택홀 패턴(H)의 가장자리 부분까지 회절광을 이용하여 슬릿 콘택홀이 정확하게 형성될 수 있도록 하는 것인데 이때, 상기 단축패턴(10)의 폭(d1)은 노광원 파장의 0.1 내지 0.35배이고, 상기 장축패턴(20)의 폭(d2)은 노광원 파장의 0.1 내지 0.2배로 형성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 노광원의 파장에 따라 보조 패턴의 폭이 결정됨으로써 I-라인, KrF, ArF, EUV와 같이 서로 다른 파장을 가지고 있는 다양한 노광원을 적용할 수 있으며, 상기 보조 패턴은 노광되는 파장보다 작은 크기로 형성되기 때문에 실제 웨이퍼 상에는 구현되지 않는다.

상기 보조 패턴의 형상에 있어서 단축패턴(10)의 폭(d1)이 장축패턴(20)의 폭(d2)보다 크게 형성되는 것은, 회절 효율을 극대화하여 슬릿 콘택홀의 형성시 슬릿 콘택홀 패턴(H) 형상에 의해 장축(L2)방향으로는 패턴이 잘 형성되지 않는 것을 방지하고 장축(L1)방향 및 단축(L2)방향으로 모두 동일하게 패터닝이 잘 이루어질 수 있도록 하기 위함이다.

그리고, 상기 슬릿 콘택홀 패턴 주변에 본 발명의 상기 보조 패턴을 삽입함으로써 정상 조명계 뿐만 아니라 변형 조명계에서도 상기 슬릿 콘택홀 패턴의 왜곡됨 없이 웨이퍼 상에 구현할 수 있다.

이때, 상기 변형 조명계는 다이폴 조명계 및 크로스 조명계 중 어느 하나가 적용될 수 있다.

또한, 상기의 보조 패턴은 바이너리 마스크 또는 위상반전 마스크에 형성되 어 드레인 콘택과 메탈 콘택을 동시에 형성할 수 있다.

도 2의 (a) 내지 (d)를 살펴보면, 실제 웨이퍼 상에 형성되는 슬릿 콘택홀의 형상은 시뮬레이션 결과대로 상기 등고선이 나타내는 패턴대로 구현되는데 이때, 도 2의 (a) 내지 (d)에 도시된 등고선의 간격이 도 1의 (a) 내지 (d)에 도시된 등고선 간격보다 더 촘촘하게 형성되어 본 발명의 보조 패턴의 형상을 삽입하였을 때 슬릿 콘택홀 패턴(H)과 더 유사하게 형성되는 것을 알 수 있다.

특히, 보조 패턴의 장축패턴(20)에 의하여 도 1의 (a) 내지 (d)에 도시된 시뮬레이션 결과인 슬릿 콘택홀의 장축으로의 등고선 간격보다 도 2의 (a) 내지 (d)에 도시된 시뮬레이션 결과인 슬릿 콘택홀의 장축으로의 등고선 간격이 더 촘촘하게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

또한, 슬릿 콘택홀이 점차 미세해짐에 따라 위상반전마스크와 변형조명계를 적용하여 노광하는 경우 도 1의 (d)와 비교하였을때 보조 패턴에 의한 시뮬레이션 결과가 슬릿 콘택홀의 패턴의 형상에 가깝게 형성됨을 알 수 있다.

이는 상기 장축패턴(10)의 폭보다 상기 단축패턴(20) 폭이 크게 형성된 보조 패턴을 슬릿 콘택 홀 주변에 형성함으로써 빛의 회절 효율을 극대화시켜 슬릿 콘택홀의 장축 방향으로 변화하는 크기를 줄여 슬릿 콘택홀의 형상을 정확하게 구현할 수 있도록 하는 것이다.

도 1은 종래의 노광 마스크 패턴에 의해 나타난 에어리얼 이미지(aerial image)의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.

도 2는 본 발명의 노광 마스크 패턴에 의해 나타난 에어리얼 이미지(aerial image)의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.

Claims (8)

1. 슬릿 콘택홀 패턴;

   상기 슬릿 콘택홀 패턴을 둘러싸는 형상으로 상기 슬릿 콘택홀 패턴의 단축과 평행한 단축 패턴; 및

   상기 단축 패턴과 일측이 연결되고 상기 슬릿 콘택홀 패턴의 장축과 평행하게 형성된 장축패턴을 포함하되,

   상기 단축패턴의 폭은 노광원 파장의 0.1 내지 0.35배이고, 상기 장축패턴의 폭은 상기 노광원 파장의 0.1 내지 0.2배인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 노광원은 I-라인, KrF, ArF, EUV 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
4. 제 1항에 있어서, 상기 노광원은 정상 조명계 및 변형 조명계 중 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
5. 제 4항에 있어서, 상기 변형 조명계는 다이폴 조명계 및 크로스 조명계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
6. 제 1항에 있어서, 상기 슬릿 콘택홀 패턴은 드레인 콘택과 메탈 콘택을 동시에 형성하기 위한 것임을 특징으로 하는 노광 마스크.
7. 제 1항에 있어서, 상기 노광 마스크는 바이너리 마스크 또는 위상반전 마스크인 것을 특징으로 하는 노광 마스크.
8. 제 1항의 노광 마스크를 준비하는 단계;

   피식각층 상에 감광막을 형성하는 단계;

   상기 노광 마스크를 이용하여 상기 감광막을 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 감광막 패턴을 식각마스크로 이용하여 상기 피식각층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.

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