KR19990027887A - 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스페이서를 마스크로 이용한 미세 패턴 형성방법에 관해 개시한다. 본 발명은 스페이서가 형성되는 물질막 패턴의 측면에 언더 컷을 형성하여 물질막 패턴 자체의 프로화일을 수직형으로 형성한다. 이에 따라 상기 물질막 패턴의 측면에 형성되는 스페이서의 프로화일도 기울어진 형태가 아닌 수직형태의 프로화일을 갖게 된다. 이러한 스페이서를 마스크로 하여 그 아래의 물질막을 식각함으로써 양호한 형태의 미세 패턴 예컨데, 게이트 도전층 패턴이 균일한 밀도로 형성될 뿐만 아니라 패턴간의 피치도 균일해진다.

Description

스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법

본 발명은 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법에 관한 것으로서 특히, 언더 컷을 이용하여 수직한 프로화일의 스페이서를 형성한 다음 이를 이용한 미세 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체장치의 고집적화에 의해 기판의 단위 면적당 반도체소자밀도가 급속히 증가되고 있다. 이에 따라 소자들간의 피치 뿐만 아니라 소자들의 체적 또한 작아지고 있다. 이와 같이, 반도체소자들의 체적과 그 사이의 피치를 작게 형성하기 위해서는 먼저, 반도체소자로 사용될 물질층을 미세한 간격으로 패터닝할 수 있는 기술이 있어야 한다.

일반적으로 반도체장치의 제조공정에서 임의의 물질층의 패터닝 하는 방법으로 포토 리소그래피(photolithography) 방법이 널리 사용된다. 포토 리소그래피 방식에서는 패터닝하고자 하는 물질층 상에 포토레지스트막을 도포한 다음 원하는 형태로 포토레지스트막을 감광하고 현상하여 원하는 형태의 포토레지스트막 패턴 곧 마스크 패턴을 형성한다. 이어서, 이 마스크 패턴을 이용하여 패터닝하고자 하는 물질층을 식각함으로써 원하는 형태의 물질층 패턴이 형성된다. 그러나, 반도체장치가 고집적화 되면서 포토레지스트막을 더욱 좁은 피치를 갖는 포토레지스트막 패턴으로 형성 해야하는데, 이를 경우, 포토레지스트막의 식각시 선택비 문제와 패턴이 끊어지는 문제가 발생된다. 이에 따라 마스크 패턴 재료로서 포토레지스트막을 사용하는 대신 산화막계열의 하드 마스크를 이용하여 물질층을 패터닝하는 방법이 제시되어 산업현장에서 사용되고 있다. 이 경우에도, 산화막계열 물질층을 하드 마스크로 사용하기 위해서는 먼저, 포토레지스트막을 이용하여 산화막 계열의 물질층을 식각하여야 한다. 이 과정에서 상기 포토레지스트막을 마스크층으로 사용할 때의 문제점이 나타나게 된다. 따라서 포토레지스트막이나 하드마스크를 이용하여 미세 패턴을 형성하는 방법에는 한계가 있다.

이에 따라 종래 기술에 의한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법은 스페이서를 이용한 미세 패턴 형성방법을 제시하고 있다.

이하, 종래 기술에 의한 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세패턴 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.

도 1을 참조하면, 반도체기판(10) 상에 게이트 산화막(12)을 형성한다. 상기 게이트 산화막(12)의 전면에 게이트 도전층(14)을 형성하고 그 전면에 실리사이드층(16)을 형성한다. 실리사이드층(16)은 텅스텐 실리사이드층이다. 실리사이드층(16) 상에 포지티브(positive)측면 기울기를 갖는 스페이서 형성용 물질층 패턴(18)을 형성한다. 이후, 결과물 전면에 스페이서 형성용 절연막을 형성한다. 이러한 절연막의 전면을 이방성식각한다. 이 결과, 실리사이드층(16)과 스페이서 형성용 물질층 패턴(18)의 수평면 상에서 절연막이 제거되고, 스페이서 형성용 물질층 패턴(18)의 경사진 측면에 스페이서(20)가 형성된다(도 2 참조).

계속해서, 스페이서 형성용 물질층 패턴(18)을 제거한 다음 스페이서(20)를 이용하여 실리사이드층(16)과 게이트 도전층(14)을 순차적으로 이방성식각한다. 이렇게 하여 미세한 패턴을 형성할 수 있겠으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 스페이서 형성용 물질층 패턴(도 1의 18)의 측면이 경사져 있으므로 스페이서(20) 자체도 동일한 경사도로 경사지게 형성된다. 이에 따라, 스페이서(20)의 평평한 부분과 실리사이드층(16)으로 이루어지는 구석에 스페이서 형성용 물질층 패턴(18)의 잔류물질(18a)이 남아 있게 된다. 이러한 잔존물질은 실리사이드층(16)이나 게이트 도전층(14)을 식각할 때, 식각영역을 가리는 역할을 한다. 따라서 식각대상물중 식각되어야할 부분이 식각되지 않는 경우가 있을 수 있고, 패턴간의 피치가 달라질 수 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이러한 문제점을 해결하기위한 것으로서, 안정된 형태의 스페이서를 형성할 수 있고, 이를 마스크로 이용하는 반도체장치의 미세 패턴 형성방법을 제공함에 있다.

도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 스페이서를 이용한 반도체장치의 패턴 형성방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.

도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 의한 스페이서를 이용한 반도체 장치의 패턴 형성방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*

40:반도체기판. 42:게이트 산화막.

44:게이트 도전층. 45:실리사이드층.

46, 50:제1 및 제2 물질막.

50a:제2 물질막 패턴(스페이서).

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 미세 패턴 형성방법은 다음과 같은 순서로 진행한다.

(a) 반도체기판 상에 게이트 도전층과 실리사이드층을 순차적으로 형성한다. (b) 상기 실리사이드층 상에 물질막 패턴을 형성한다. (c) 상기 물질막 패턴의 측면에 스페이서를 형성한다. (d) 상기 물질막 패턴을 제거한다. (e) 상기 스페이서를 마스크로 하여 상기 실리사이드층과 게이트 도전층을 순차적으로 식각한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 스페이서를 형성하기 전에 상기 물질막 패턴의 측면에 언더 컷을 형성한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 언더 컷은 상기 물질막 패턴이 형성된 결과물을 고 밀도 플라즈마(High Density Plasma:이하, HDP라 함) 설비를 이용하여 측면 식각을 강하게 하여 형성한다. 이때, 염소가스(Cl₂)/산소가스(O₂)/브롬화수소 가스(HBr)로 이루어지는 혼합가스를 사용하여 상기 물질막 패턴의 측면 식각능력을 높인다.

본 발명은 스페이서를 마스크로 이용하여 미세 패턴을 형성하는 방법에서, 상기 스페이서가 형성되는 물질막 패턴의 측면에 언더 컷을 형성하여 물질막 패턴 자체의 프로화일을 수직형으로 형성한다. 이에 따라 상기 물질막 패턴의 측면에 형성되는 스페이서의 프로화일도 기울어진 형태가 아닌 수직형태의 프로화일을 갖게 된다. 이러한 스페이서를 마스크로 하여 그 아래의 물질막을 식각함으로써 양호한 형태의 미세 패턴 예컨데, 게이트 도전층 패턴이 균일한 밀도로 형성될 뿐만 아니라 패턴간의 피치도 균일해진다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 의한 스페이서를 이용한 반도체 장치의 패턴 형성방법을 단계별로 나타낸 도면들이다.

도 3은 스페이서가 형성될 물질층 패턴을 한정하는 단계를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 반도체기판(40) 상에 게이트 산화막(42), 게이트 도전층(44) 및 실리사이드층(45)을 순차적으로 형성한다. 상기 실리사이드층(45)은 텅스텐 실리사이드층으로 형성한다. 계속해서, 상기 실리사이드층(45) 상에 제1 물질막(46)을 형성한다. 상기 제1 물질막(46)의 패터닝된 결과물 측면에 스페이서가 형성된다. 상기 제1 물질막(46)은 폴리실리콘층 또는 PE-SiH₄층으로 형성한다. 상기 제1 물질막(46)의 전면에 감광막으로서 포토레지스트막(도시하지 않음)을 도포한다. 이어서, 상기 포토레지스트막을 패터닝하여 상기 제1 물질막(46)을 부분적으로 한정하는 포토레지스트막 패턴(48)을 형성한다. 상기 포토레지스트막 패턴(48)은 상기 게이트 도전층(44)을 어떠한 형태로 패터닝하느냐에 따라 달라진다. 예컨대, 상기 제1 물질막(46)을 균일한 간격을 갖는 라인형태로 패터닝하고자 할 경우, 이에 사용되는 마스크도 동일한 형태로 형성되는 것이 바람직하므로, 상기 포토레지스트막도 동일한 간격의 라인형태로 패터닝한다. 그 결과, 도 1에 도시한 바와 같은 소정의 간격을 갖는 균일한 포토레지스트막 패턴(48)이 형성된다. 이렇게 하여, 제1 물질막(46)중 그 측면에 스페이서가 형성될 제1 물질막 패턴 영역이 한정된다.

계속해서, 상기 포토레지스트막 패턴(48)을 식각마스크로 사용하여 상기 제1 물질막(46)의 노출된 전면을 상기 실리사이드층(45)의 계면이 노출될 때 까지 이방성식각한다. 그리고 상기 포토레지스트막 패턴(48)을 제거한다. 이 결과, 도 2에 도시한 바와 같이, 측면에 스페이서가 형성될 제1 물질막 패턴(46a)이 형성된다. 이러한 결과물 상에 상기 제1 물질막 패턴(46a)의 전면을 커버링하는 스페이서 형성용 제2 물질막(50)을 형성한다.

도 3은 스페이서(50a)를 형성하는 단계를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 상기 제2 물질막(50)의 전면을 상기 제1 물질막 패턴(46a)과 실리사이드층(45)의 계면이 노출될 때 까지 이방성식각한다. 이 결과, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 제1 물질막 패턴(46a)의 측면에 제2 물질막 패턴(50a)이 형성된다. 상기 제2 물질막 패턴(50a)이 바로 상기 제1 물질막 패턴(46a)의 스페이서이다. 상기 제1 물질막 패턴(46a)을 제거한다. 이 결과, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 실리사이드층(45) 상에는 제2 물질막 패턴(50a)만 남게 된다. 이렇게 하여, 상기 스페이서 형태의 제2 물질막 패턴(50a)에 의해 상기 실리사이드층(45)과 게이트 도전층(44)의 노출 영역과 노출되지 않는 영역이 한정된다. 상기 실리사이드층(45)의 상기 제2 물질막 패턴(50a)에 의해 한정되는 영역은 상기 제2 물질막 패턴(50a)의 폭에 의해 결정된다. 상기 제2 물질막 패턴(50a)의 폭은 결국, 상기 제2 물질막(50)의 형성두계에 의해 결정되므로, 상기 제2 물질막(50)을 형성하는 단계에서 이러한 상황을 고려함으로써 상기 실리사이드층(45)의 한정되는 영역을 도 6에 도시한 영역보다 더 좁게 한정하거나 더 넓게 한정할 수 있다.

도 7은 게이트 도전층 패턴(44a)을 형성하는 단계를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 상기 제2 물질막 패턴(50a)을 식각마스크로 하여 상기 실리사이드층(45)의 전면을 이방성식각한다. 상기 게이트 도전층(44)의 계면이 노출되면, 상기 이방성식각을 상기 게이트 산화막(42)의 계면이 노출될 때 까지 계속 실시한다. 이 결과, 상기 반도체기판(40) 상에 상기 제2 물질막 패턴(50a)으로 한정된 폭의 미세한 실리사이드층 패턴(45a)과 게이트 도전층 패턴(44a)이 균일한 피치로 형성된다. 이 과정에서 상기 제2 물질막 패턴(50a)도 다소의 손상을 받아 정상부분이 깍인 형태로 된다(50b).

한편, 상기 제1 물질막 패턴(46a)의 프로화일(profile)이 수직한 형태로 형성되는 경우에는 상기 제2 물질막 패턴(50a)이 프로화일 또한 수직한 형태여서 별 문제가 발생되지 않으나, 그렇지 않고, 상기 제1 물질막 패턴(46a)의 측면이 경사지게 형성되는 경우, 종래 기술에서 언급한 바와 같은 문제가 발생되므로 이를 방지하기 위해, 상기 제1 물질막 패턴(46a)을 형성한 후 그 결과물을 HDP 설비에서 염소가스(Cl₂), 산소가스(O₂) 및 브롬화 수소가스(HBr)로 이루어지는 혼합가스를 사용하여 상기 제1 물질막 패턴(46a)의 경사진 부분의 측면 식각을 높인다. 이 결과, 도 8에 도시한 바와 같이, 측면에 언더 컷(54)이 형성된 제1 물질막 패턴(52)이 상기 실리사이드층(45) 상에 형성된다. 상기 언더 컷(54)으로 인해 상기 제1 절연만 패턴(52)의 전체 프로화일은 수직형으로 되어 안정된 형태가 된다. 이러한 제1 물질막 패턴(52)의 측면에 상술한 바와 같이 제2 물질막 패턴을 형성하고 그 전면을 이방성식각한 다음, 상기 제1 물질막 패턴(52)을 제거하면, 도 9에 도시한 바와 같이, 상기 실리사이드층(45) 상에는 수직한 형태의 프로화일을 갖는 제2 물질막 패턴(56)이 형성된다. 도 9에 도시한 상기 제2 물질막 패턴(56)의 아래쪽에는 상기 제1 물질막 패턴(52)의 언더 컷(54)에 맞도록 돌출된 부분이 있다. 이후, 상기 제2 물질막 패턴(52)을 식각마스크로 하고 상술한 바와 같이 공정을 진행한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 스페이서를 마스크로 이용하여 미세 패턴을 형성하는 방법인데, 상기 스페이서가 형성되는 물질막 패턴의 측면에 언더 컷을 형성하여 물질막 패턴 자체의 프로화일을 수직형으로 형성한다. 이에 따라 상기 물질막 패턴의 측면에 형성되는 스페이서의 프로화일도 기울어진 형태가 아닌 수직형태의 프로화일을 갖게 된다. 이러한 스페이서를 마스크로 하여 그 아래의 물질막을 식각함으로써 양호한 형태의 미세 패턴 예컨데, 게이트 도전층 패턴이 균일한 밀도로 형성될 뿐만 아니라 패턴간의 피치도 균일해진다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 기술적 사상내에서 당분야에서의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 실시가능함은 명백하다.

Claims (5)

1. (a) 반도체기판 상에 게이트 도전층과 실리사이드층을 순차적으로 형성하는 단계;

   (b) 상기 실리사이드층 상에 물질막 패턴을 형성하는 단계;

   (c) 상기 물질막 패턴의 측면에 스페이서를 형성하는 단계;

   (d) 상기 물질막 패턴을 제거하는 단계; 및

   (e) 상기 스페이서를 마스크로 하여 상기 실리사이드층과 게이트 도전층을 순차적으로 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스페이서를 형성하기 전에 상기 물질막 패턴의 측면에 언더 컷을 형성하는 것을 특징으로 하는 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 물질막 패턴이 형성된 결과물을 HDP설비에서 측면 식각을 강하게 하여 상기 언더 컷을 형성하는 것을 특징으로 하는 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 HDP설비를 이용한 언더 컷 형성에 염소가스(Cl₂)/산소가스(O₂)/브롬화수소 가스(HBr)로 이루어지는 혼합가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 물질막은 폴리실리콘층 또는 PE-SiH₄층중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 스페이서를 이용한 반도체장치의 미세 패턴 형성방법.