KR19980021248A

KR19980021248A - Semiconductor device fine pattern formation method

Info

Publication number: KR19980021248A
Application number: KR1019960040035A
Authority: KR
Inventors: 김동완; 강호영
Original assignee: 김광호; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1996-09-14
Filing date: 1996-09-14
Publication date: 1998-06-25

Abstract

반도체소자 미세패턴 형성방법을 개시하고 있다. 이는 반도체 기판 상에 패턴을 형성하고자 하는 물질층을 형성하는 제1 단계; 상기 물질층 위에 포토레지스트를 증착한 다음 패터닝하여 식각마스크로 사용하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 제2 단계; 포토레지스트 패턴이 형성된 상기 결과물 상에, 균일도가 매우 양호한 수소처리된 비정질 카본(hydrogenated amorphous carbon)을 증착하여 마스크층을 형성하는 제3 단계; 마스크층이 형성된 상기 결과물에 대한 이방성식각공정을 진행하여상기 마스크층을 포토레지스트 패턴 측벽에만 잔존시키는 제4 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴 및 마스크층을 식각마스크로 사용하여 상기 물질층을 식각함으로써 미세한 물질층 패턴을 형성하는 제5 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 사진공정의 분해능 한계를 극복할 수 있는 미세한 패턴을 형성할 수 있다.A method of forming a semiconductor device fine pattern is disclosed. This is a first step of forming a material layer to form a pattern on a semiconductor substrate; Depositing and then patterning the photoresist on the material layer to form a photoresist pattern for use as an etch mask; Forming a mask layer by depositing hydrogenated amorphous carbon having a very good uniformity on the resultant formed photoresist pattern; Performing an anisotropic etching process on the resultant product on which the mask layer is formed, and leaving the mask layer only on the sidewalls of the photoresist pattern; And forming a fine material layer pattern by etching the material layer using the photoresist pattern and the mask layer as an etching mask. Therefore, it is possible to form a fine pattern that can overcome the resolution limitation of the photographic process.

Description

Semiconductor device fine pattern formation method

본 발명은 반도체 메모리 소자 제조방법에 관한 것으로, 특히 미세 패턴 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor memory device, and more particularly, to a method of forming a fine pattern.

반도체 메모리 소자가 고집적화되고 고성능화됨에 따라 복잡한 구조의 도입으로 반도체 기판 상에 미세패턴 형성 기술에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히 이러한 미세패턴은 반도체소자 제조공정 중 사진공정에 의해 좌우되며, 미세 패턴 분해능 향상을 위해 위상반전마스크(phase shift mask), 변형조명(modified illumination or off-axis illumination), VUV 사진공정(VUV lithography) 전자빔 사진공정, X-레이 사진공정 등 다양한 방법이 제시된 바 있다. 그러나, 이와 같은 방법을 사용하더라도 극복불가능한 한계분해능이 존재한다.As semiconductor memory devices are highly integrated and high performance, the demand for micropattern forming techniques on semiconductor substrates is increasing due to the introduction of complex structures. In particular, the fine pattern depends on the photolithography process in the semiconductor device manufacturing process, and phase shift mask, modified illumination or off-axis illumination, and VUV lithography to improve fine pattern resolution. Various methods have been proposed, including electron beam imaging and X-ray imaging. However, even with this method, there is an insurmountable marginal resolution.

도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 반도체 메모리 소자 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들로서, 반도체 기판(1) 상에 패턴을 형성하고자 하는 물질층(3)을 형성하고, 그 위에 포토레지스트를 도포한 다음 패터닝하여 포토레지스트 패턴(5)을 형성한다(도 1). 다음, 상기 포토레지스트 패턴(5)을 마스크로 사용하여 상기 물질층을 식각하여 물질층 패턴(7)을 형성하고(도 2), 상기 포토레지스트 패턴(5)을 제거한다(도 3).1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the prior art, in which a material layer 3 to be patterned is formed on a semiconductor substrate 1, and a photoresist is formed thereon. After coating and patterning, a photoresist pattern 5 is formed (FIG. 1). Next, the material layer is etched using the photoresist pattern 5 as a mask to form a material layer pattern 7 (FIG. 2), and the photoresist pattern 5 is removed (FIG. 3).

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 사진식각공정의 분해능 한계를 극복할 수 있는 미세패턴 형성방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a fine pattern forming method that can overcome the resolution limitation of the photolithography process.

도 1 내지 도 3은 종래 기술에 따른 반도체 메모리 소자 제조방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.1 to 3 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor memory device according to the prior art.

도 4 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세패턴 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.4 to 7 are cross-sectional views illustrating a method for forming a fine pattern according to a first embodiment of the present invention.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세패턴 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.8 to 11 are cross-sectional views illustrating a method for forming a fine pattern according to a second embodiment of the present invention.

도 12 내지 도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세패턴 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다.12 to 16 are cross-sectional views illustrating a method for forming a fine pattern according to a third embodiment of the present invention.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 기판 상에 패턴을 형성하고자 하는 물질층을 형성하는 제1 단계; 상기 물질층 위에 포토레지스트를 증착한 다음 패터닝하여 식각마스크로 사용하기 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 제2 단계; 포토레지스트 패턴이 형성된 상기 결과물 상에, 균일도가 매우 양호한 수소처리된 비정질 카본(hydrogenated amorphous carbon)을 증착하여 마스크층을 형성하는 제3 단계; 마스크층이 형성된 상기 결과물에 대한 이방성식각공정을 진행하여상기 마스크층을 포토레지스트 패턴 측벽에만 잔존시키는 제4 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴 및 마스크층을 식각마스크로 사용하여 상기 물질층을 식각함으로써 미세한 물질층 패턴을 형성하는 제5 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체소자 미세패턴 형성방법을 제공한다.The present invention to achieve the above object, the first step of forming a material layer to form a pattern on a semiconductor substrate; Depositing and then patterning the photoresist on the material layer to form a photoresist pattern for use as an etch mask; Forming a mask layer by depositing hydrogenated amorphous carbon having a very good uniformity on the resultant formed photoresist pattern; Performing an anisotropic etching process on the resultant product on which the mask layer is formed, and leaving the mask layer only on the sidewalls of the photoresist pattern; And a fifth step of forming a fine material layer pattern by etching the material layer using the photoresist pattern and the mask layer as an etching mask.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 단계 이후, 상기 물질층 상에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 구비할 수 있다. 이때, 상기 반사방지막은 비정질 카본을 사용하여 형성하는 것이 바람직하다.According to an embodiment of the present disclosure, after the first step, the method may further include forming an anti-reflection film on the material layer. In this case, the anti-reflection film is preferably formed using amorphous carbon.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 포토레지스트층은 하부 포토레지스트층, 식각마스크층 및 상부포토레지스트층이 적층된 다층 포토레지스트(multi-layer photoresist)를 사용할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the photoresist layer may use a multi-layer photoresist in which a lower photoresist layer, an etching mask layer, and an upper photoresist layer are stacked.

따라서, 사진공정의 분해능 한계를 극복할 수 있는 미세한 패턴을 형성할 수 있다.Therefore, it is possible to form a fine pattern that can overcome the resolution limitation of the photographic process.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4를 참조하면, 반도체 기판(50) 상에 패턴을 형성하고자 하는 물질층, 예컨대 절연층(52)을 형성하고, 그 위에 포토레지스트를 도포한다. 다음, 상기 포토레지스트를 통상의 노광 및 현상공정을 거쳐 패터닝함으로써, 식각마스크로 사용하기 위한 포토레지스트 패턴(54)을 형성한다.Referring to FIG. 4, a material layer, for example, an insulating layer 52, to be formed on a semiconductor substrate 50 is formed, and a photoresist is applied thereon. Next, the photoresist is patterned through a normal exposure and development process to form a photoresist pattern 54 for use as an etching mask.

도 5를 참조하면, 포토레지스트 패턴(54)이 형성된 상기 결과물 상에, 균일도가 매우 양호한 막질, 예컨대 수소처리된 비정질 카본(hydrogenated amorphous carbon)을 증착함으로써 마스크층(56)을 형성한다. 이때, 상기 수소처리된 비정질 카본은 포토레지스트의 주성분인 탄소와 수소로 이루어져 있으므로 건식식각이나 포토레지스트 에슁 공정을 진행할 때 포토레지스트와 동일한 식각 특성을 갖는다. 즉, 건식식각시 다른 막질과의 식각선택비가 포토레지스트와 비슷하여 포토레지스트 에슁공정에 의하여 포토레지스트와 함께 제거될 수 있는 장점이 있다.Referring to FIG. 5, a mask layer 56 is formed by depositing a film of very good uniformity, for example, hydrogenated amorphous carbon, on the resultant on which the photoresist pattern 54 is formed. In this case, the hydrotreated amorphous carbon is composed of carbon and hydrogen, which are the main components of the photoresist, and thus has the same etching characteristics as the photoresist when the dry etching or photoresist etching process is performed. That is, the etching selectivity with other film quality during the dry etching is similar to the photoresist has the advantage that can be removed with the photoresist by a photoresist etching process.

또한, 수소화처리된 비정질 카본은 아르곤(Ar)이나 헬륨(He)을 캐리어 가스로 사용하고 CH₄또는 이와 유사한 탄화수소 가스를 소오스로 사용하여 상온에서 증착 가능하다.In addition, the hydrogenated amorphous carbon can be deposited at room temperature using argon (Ar) or helium (He) as a carrier gas and CH ₄ or similar hydrocarbon gas as a source.

여기에서, 상기 마스크층(56)을 형성하기 위한 물질은 저온에서 증착할 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하며, 이때 증착방법으로는 플라즈마 처리된 화학기상증착법을 사용할 수 있다.In this case, the material for forming the mask layer 56 is preferably a material that can be deposited at a low temperature, wherein the deposition method may be a chemical vapor deposition method plasma treatment.

도 6을 참조하면, 마스크층(56)이 형성된 상기 결과물에 대한 이방성식각공정을 진행하여 상기 마스크층(56)을 포토레지스트 패턴(54) 측벽에만 잔존시킨다.Referring to FIG. 6, an anisotropic etching process is performed on the resultant product on which the mask layer 56 is formed to leave the mask layer 56 only on the sidewalls of the photoresist pattern 54.

도 7을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(54) 및 마스크층(56)을 식각마스크로 사용하여 상기 절연층(52)을 식각함으로써 사진공정의 분해능한계를 극복할 수 있는 미세한 절연층 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 7, the insulating layer 52 is etched using the photoresist pattern 54 and the mask layer 56 as an etching mask to form a fine insulating layer pattern that can overcome the resolution limit of the photolithography process. do.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미세패턴 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다. 상기 제2 실시예는 반사방지막으로 비정질 카본층을 포토레지스트층 하부에 형성하는 것을 제외하고는 상기 제1 실시예와 동일하며, 계속되는 도면에 있어서, 상기 제1 실시예에서와 동일 참조부호는 동일 부재를 나타낸다.8 to 11 are cross-sectional views illustrating a method for forming a fine pattern according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment is the same as the first embodiment except that the amorphous carbon layer is formed under the photoresist layer as an antireflection film, and in the subsequent drawings, the same reference numerals as in the first embodiment are the same. Indicates absence.

도 8을 참조하면, 반도체 기판(50) 상에 패턴을 형성하고자 하는 물질층, 예컨대 절연층(52)을 형성하고, 그 위에 반사방지막(53)을 형성한 다음 포토레지스트 패턴(54)을 형성한다. 여기에서, 상기 비반사방지막(53)은 노광에 사용하는 파장에서 반사방지막으로 사용하기에 적합한 굴절율 및 소멸계수를 갖는 비정질 카본을 이용하여 형성할 수 있다.Referring to FIG. 8, a material layer, for example, an insulating layer 52, to be formed on a semiconductor substrate 50 is formed, an antireflection film 53 is formed thereon, and then a photoresist pattern 54 is formed. do. Here, the anti-reflection film 53 may be formed using amorphous carbon having a refractive index and extinction coefficient suitable for use as an anti-reflection film at a wavelength used for exposure.

도 9를 참조하면, 포토레지스트 패턴(54)이 형성된 상기 결과물 상에, 예컨대 수소처리된 비정질 카본을 증착함으로써 마스크층(56)을 형성한다.Referring to FIG. 9, a mask layer 56 is formed by depositing, for example, hydrogenated amorphous carbon on the resultant on which the photoresist pattern 54 is formed.

도 10을 참조하면, 마스크층(56)이 형성된 상기 결과물에 대한 이방성식각공정을 진행하여 상기 마스크층(56)을 포토레지스트 패턴(54) 측벽에만 잔존시킨다.Referring to FIG. 10, an anisotropic etching process is performed on the resultant product on which the mask layer 56 is formed so that the mask layer 56 remains only on the sidewalls of the photoresist pattern 54.

도 11을 참조하면, 상기 포토레지스트 패턴(54) 및 마스크층(56)을 식각마스크로 사용하여 상기 반사방지막(53) 및 절연층(52)을 식각함으로써 사진공정의 분해능한계를 극복할 수 있는 미세한 절연층 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 11, by using the photoresist pattern 54 and the mask layer 56 as an etching mask, the anti-reflection film 53 and the insulating layer 52 may be etched to overcome the resolution limit of the photo process. A fine insulating layer pattern is formed.

도 12 내지 도 16은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미세패턴 형성방법을 설명하기 위해 도시한 단면도들이다. 상기 제3 실시예는 단일층 포토레지스트층 대신 다층 포토레지스트를 사용하는 것을 제외하고는 상기 제1 실시예와 동일하며, 계속되는 도면에 있어서, 상기 제1 실시예에서와 동일 참조부호는 동일 부재를 나타낸다.12 to 16 are cross-sectional views illustrating a method for forming a fine pattern according to a third embodiment of the present invention. The third embodiment is the same as the first embodiment except for using a multilayer photoresist instead of a single layer photoresist layer, and in the subsequent figures, the same reference numerals as in the first embodiment refer to the same members. Indicates.

도 12를 참조하면, 반도체 기판(50) 상에 패턴을 형성하고자 하는 물질층, 예컨대 절연층(52)을 형성하고, 그 위에 하부 포토레지스트층(100), 식각마스크층(102) 및 상부포토레지스트층(104)을 차례로 형성한 다음 상기 상부 포토레지스층(104)을 패터닝한다.Referring to FIG. 12, a material layer, for example, an insulating layer 52, on which a pattern is to be formed is formed on a semiconductor substrate 50, and a lower photoresist layer 100, an etching mask layer 102, and an upper photoresist are formed thereon. The resist layer 104 is sequentially formed, and then the upper photoresist layer 104 is patterned.

도 13을 참조하면, 상부 포토레지스트층(104)이 형성된 상기 결과물 상에, 예컨대 수소처리된 비정질 카본을 증착함으로써 마스크층(56)을 형성한다.Referring to FIG. 13, a mask layer 56 is formed by depositing, for example, hydrogenated amorphous carbon, on the resultant on which the upper photoresist layer 104 is formed.

도 14를 참조하면, 마스크층(56)이 형성된 상기 결과물에 대한 이방성식각공정을 진행하여 상기 마스크층(56)을 상부 포토레지스트층(104) 측벽에만 잔존시킨다.Referring to FIG. 14, an anisotropic etching process is performed on the resultant product on which the mask layer 56 is formed to leave the mask layer 56 only on the sidewalls of the upper photoresist layer 104.

도 15를 참조하면, 상기 상부 포토레지스트층(104) 및 마스크층(56)을 식각마스크로 사용하여 상기 식각마스크층(102)를 식각한다.Referring to FIG. 15, the etch mask layer 102 is etched using the upper photoresist layer 104 and the mask layer 56 as etching masks.

도 16을 참조하면, 상기 상부 포토레지스층(104) 및 마스크층(56)을 제거하고, 상기 하부 포토레지스트층(102)를 식각마스크로 사용하여 상기 절연층(52)을 식각함으로써 사진공정의 분해능한계를 극복할 수 있는 미세한 절연층 패턴을 형성한다.Referring to FIG. 16, the upper photoresist layer 104 and the mask layer 56 are removed, and the insulating layer 52 is etched using the lower photoresist layer 102 as an etch mask. A fine insulating layer pattern is formed to overcome the resolution limit.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 포토레지스트 패턴 상에 균일도가 매우 양호한 물질인 수소화처리된 비정질 카본을 증착한 다음 이방성식각하여 포토레지스트 패턴 측벽에만 잔존시킨 후, 이들을 식각마스크로 사용하여 물질층을 식각함으로써, 사진공정의 분해능 한계를 극복할 수 있는 미세한 패턴을 형성할 수 있다.As described above, according to the present invention, after depositing hydrogenated amorphous carbon, which is a material having very good uniformity, on the photoresist pattern and then anisotropically etching and remaining only on the sidewalls of the photoresist pattern, they are used as an etching mask. By etching, it is possible to form a fine pattern that can overcome the resolution limitation of the photographic process.

Claims

Forming a material layer on which the pattern is to be formed on the semiconductor substrate;

Depositing and then patterning the photoresist on the material layer to form a photoresist pattern for use as an etch mask;

Forming a mask layer by depositing hydrogenated amorphous carbon having a very good uniformity on the resultant formed photoresist pattern;

Performing an anisotropic etching process on the resultant product on which the mask layer is formed, and leaving the mask layer only on the photoresist pattern sidewalls; And

And forming a fine material layer pattern by etching the material layer by using the photoresist pattern and the mask layer as an etching mask.

The method of claim 1, further comprising forming an anti-reflection film on the material layer after the first step.

The method of claim 2, wherein the anti-reflection film is formed using amorphous carbon.

The method of claim 1, wherein the photoresist layer comprises a multi-layer photoresist in which a lower photoresist layer, an etching mask layer, and an upper photoresist layer are stacked.