KR20040043288A - 아르곤플로라이드 광원을 이용한 반도체 소자의 패턴형성방법 - Google Patents

아르곤플로라이드 광원을 이용한 반도체 소자의 패턴형성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 패턴 결함을 방지할 수 있는 ArF 광원을 이용하여 패턴을 형성하는 방법을 개시한다. 개시된 본 발명은, 반도체 기판상에 피식각층을 형성한다음, 상기 반도체 기판의 피식각층 상부에 ArF용 레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 ArF용 레지스트 패턴을 양측벽에, 상기 레지스트 패턴을 지지, 보호하기 위한 보호막 패턴을 형성하고, 상기 보호막 패턴 및 상기 ArF용 레지스트 패턴을 이용하여, 하부의 피식각층을 식각한다.

Description

아르곤플로라이드 광원을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법{Method for forming patterns in semiconductor device using ArF light source}
본 발명은 반도체 소자의 패턴 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 아르곤 플로라이드(ArF) 광원을 이용한 포토리소그라피 공정을 이용하여 반도체 소자상에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근, 반도체 집적 회로는 고집적화가 진행되어, 집적 회로의 최소 선폭이 서브 하프 마이크론 영역에 이르게 되었다. 이러한 미세화를 뒷받침하는 리소그라피 기술은, 피식각층이 형성된 기판상에 레지스트막을 도포하는 공정, 레지스트막을 노광시키는 공정, 노광된 레지스트막을 현상하여 레지스트 패턴을 형성하는 공정, 레지스트 패턴을 이용하여 피 식각층을 식각하는 공정을 포함한다.
현재에는 0.18㎛ 이하의 미세 패턴을 형성하는 리소그라피 공정이 요구되고 있으며, 이러한 미세화를 도모하기 위하여 단파장을 갖는 광원이 요구된다. 이러한 광원으로는 ArF 광원(193nm), F2엑시머 레이저(157nm), X선 및 전자선 등이 있으며, 그중 ArF 광원이 해상도 면에서 가장 우수하다.
그러나, 일반적인 레지스트 물질에 ArF 광원을 조사하게 되면, 수지내의 방향환이 광을 흡수하기 때문에 투과율이 극단적으로 약화되는 문제점이 있다.
이에 따라, 현재에는 ArF 광원을 사용하는 경우는 ArF 광원에 대하여 높은 해상력을 갖는 레지스트 물질을 사용하고 있다.
그러나, 이러한 ArF용 레지스트 물질은 근본적으로 단단하지 못하고, 식각 가스에 대한 내성이 낮기 때문에, 식각 공정시 쉽게 변형되고(도 1 참조), 이로 인하여, 하부의 하드 마스크막의 형태까지 변형시키게 된다. 이로 인하여 패턴 결함을 야기한다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 패턴 결함을 방지할 수 있는 ArF 광원을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 ArF용 레지스트 패턴을 보여주는 SEM 사진.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 각 공정별 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 반도체 기판 110 : 피식각층
120 : 하드 마스크막 130 : ArF용 레지스트 패턴
140 : 보호막 140a : 스페이서
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 반도체 기판상에 피식각층을 형성한다음, 상기 반도체 기판의 피식각층 상부에 ArF용 레지스트 패턴을 형성한다. 이어서, 상기 ArF용 레지스트 패턴을 양측벽에, 상기 레지스트 패턴을 지지, 보호하기 위한 보호막 패턴을 형성하고, 상기 보호막 패턴 및 상기 ArF용 레지스트 패턴을 이용하여, 하부의 피식각층을 식각한다.
상기 보호막 패턴은 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질 및 폴리머 계열의 물질 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 각 공정별 단면도이다.
도 2a를 참조하여, 반도체 기판(100) 상부에 식각이 진행될 제 1 층(110) 및 하드 마스크막(120)이 순차적으로 적층된다. 예를 들어, 제 1 층(110)은 게이트 산화막을 포함하는 게이트 도전층일 수 있다. 또한, 하드 마스크막(120)은 난반사 특성이 적으며, 게이트 도전층을 보호할 수 있는 막으로, 예를 들어, 실리콘 질화막이 이용될 수 있다. 그후, 하드 마스크막(120) 상부에 ArF용 레지스트막(도시되지 않음)을 도포한다. ArF용 레지스트막(도시되지 않음)은 단파장인 ArF로부터 투과율이 우수한 레지스트 물질이 이용된다. ArF용 레지스트막을 노광 및 현상하여, 패턴 예를 들어 게이트 전극을 한정하기 위한 ArF용 레지스트 패턴(130)을 형성한다.
이때, 상기 공지 기술에서 언급한 바와 같이 ArF용 레지스트 패턴(130)은 경화 공정을 진행하더라도 그 물성이 단단하지 않을 수 있으며, 이후 식각 가스에 대하여 내성이 약할 수 있다. 이에, 이러한 ArF용 레지스트 패턴(130)을 보호하기 위하여, 도 2b에 도시된 바와 같이, 하드 마스크막(120) 및 ArF용 레지스트 패턴(130) 상부에 보호막(140)을 증착한다. 이때, 보호막(140)은 식각 가스로부터 내성을 갖는 막으로서, 막질 자체가 단단한 막이 사용됨이 바람직하다. 본 실시예에서 보호막(140)으로는 예를 들어, 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질 또는 폴리머 계열의 물질일 수 있다. 여기서, 보호막(140)은 CD(critical dimension)의 변화를 최소화할 수 있도록 10 내지 500Å 두께로 형성됨이 바람직하고, 보호막(140)이 두께를 두껍게 형성하려면 이를 감안하여, ArF용 레지스트 패턴(130)의 선폭을 감소시킬 수 있다.
그후, 도 2c에서와 같이, 보호막(140)을 비등방성 식각하여, ArF용 레지스트 패턴(130)의 측벽에 스페이서(140a)를 형성한다. 이러한 스페이서(140a)의 형성으로, ArF용 레지스트 패턴(130)이 보호, 지지된다.
도 2d를 참조하여, 스페이서(140a) 및 ArF용 레지스트 패턴(130)을 이용하여, 하부의 하드 마스크막(120)을 식각한다.
다음, 도 2e에 도시된 바와 같이, 스페이서(140a), ArF용 레지스트 패턴(130) 및 패터닝된 하드 마스크막(120)을 이용하여, 노출된 피식각층(110)을 패터닝한다.
이때, ArF용 레지스트 패턴(130)은 막질 특성이 우수한 스페이서(140a)에 의하여 둘러싸여 있으므로, 식각 가스로부터 보호된다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
이상에서 자세히 설명된 바와 같이, 본 발명에 의하면, ArF용 레지스트 패턴의 측벽에 식각 가스에 대하여 내성이 강한 물질로 스페이서를 형성한다. 이에따라, 하부의 피식각층 식각시, ArF용 레지스트 패턴의 변형이 최소화된다. 따라서, 패턴 결함이 방지된다.

Claims (4)

  1. 반도체 기판상에 피식각층을 형성하는 단계;
    상기 반도체 기판의 피식각층 상부에 ArF용 레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 ArF용 레지스트 패턴을 양측벽에, 상기 레지스트 패턴을 지지, 보호하기 위한 보호막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 보호막 패턴 및 상기 ArF용 레지스트 패턴을 이용하여, 하부의 피식각층을 식각하는 단계
    를 포함하는 ArF 광원을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피식각층을 형성하는 단계와 상기 ArF용 레지스트 패턴을 형성하는 단계 사이에, 상기 피식각층 상부에 하드 마스크막을 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 피식각층 식각시, 상기 하드 마스크막 또한 식각되는 것을 특징으로 하는 ArF 광원을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막 패턴을 형성하는 단계는,
    상기 반도체 기판 결과물 상부에 보호막을 형성하는 단계; 및
    상기 보호막을 비등방성 식각하여, 상기 ArF용 레지스트 패턴 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 ArF 광원을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호막은 실리콘 산화막 계열의 물질, 실리콘 질화막 계열의 물질 및 폴리머 계열의 물질 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 ArF 광원을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법.
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