KR20060094710A - 반도체 소자의 패턴용 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소정의 물질층을 다양한 구조의 패턴으로 형성하기 위한 사진식각 공정을 단순화하여 반도체 소자의 제조 공정을 단순화할 수 있는 반도체 소자의 패턴용 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명에서는 투명기판과, 상기 투명기판 상의 소정 영역에 일정 투과율을 갖고 형성된 제1 마스크 패턴과, 상기 제1 마스크 패턴이 형성되지 않은 상기 투명기판 상의 소정 영역에 상기 제1 마스크 패턴과 다른 투과율을 갖고 형성된 제2 마스크 패턴을 포함하는 반도체 소자의 패턴용 마스크를 제공한다.

투과율, 마스크, 포토레지스트, 패턴.

Description

반도체 소자의 패턴용 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법{MASK FOR PATTERNING OF SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR FORMING SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}

도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 패턴 형성방법을 설명하기 위해 도시된 공정단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 패턴용 마스크를 나타낸 단면도.

도 4 내지 도 6은 도 3을 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법을 설명하기 위해 도시된 공정단면도.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

110 : 투명기판 111 : 제1 마스크 패턴

112 : 제2 마스크 패턴 113 : 하부층

114 : 물질층 115 : 노광공정

116 : 포토레지스트 패턴 117 : 식각공정

114a : 물질층 패턴

본 발명은 반도체 소자의 패턴용 마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법에 관한 것으로, 특히 소정의 물질층을 패터닝하기 위해 형성된 반도체 소자의 패턴용 마스크 및 이를 이용해 다양한 구조의 물질층 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조과정은 실리콘 기판(웨이퍼) 상에 다양한 물질층을 형성하고 이를 소정의 형상으로 패터닝(식각)하는 과정을 반복하여 이루어진다. 이때, 소정의 물질층을 원하는 패턴으로 식각하기 위해서는 통상 포토리소그래피(photo lithography)라 불리는 사진식각 공정을 거치게 된다.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 일반적인 사진식각 공정을 설명하기로 한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 패터닝하고자 하는 소정의 물질층(13) 상에 포토레지스트(15)를 도포하고, 포토레지스트(15) 상에는 투명기판(10) 상에 차광막 패턴(11)이 형성된 포토마스크(photomask)를 위치시킨다. 여기서, 포토마스크란 통상적으로, 마스크에 형성된 패턴과 실제 노광에 의해 형성되는 포토레지스트 패턴의 크기가 동일한 마스크를 말한다. 한편, 축소투영 노광방식에서 실제 형성되는 패턴보다 수 배만큼 확대된 패턴이 형성되어 있는 마스크는 레티클(reticle)이라 한다. 이하에서는, 이들을 구분없이 마스크라 통칭한다.

이어서, 마스크에 소정 파장의 빛을 조사하는 노광공정(14)을 실시하면, 차 광막 패턴(11)대로 포토레지스트(15)에 빛이 조사된 부분과 조사되지 않은 부분이 형성된다.

이어서, 현상공정을 실시하여 빛이 조사된 부분 또는 반대로 조사되지 않은 부분을 제거하면 차광막 패턴(11)을 따라 포토레지스트 패턴(15)이 형성된다.

이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 도 1에서 얻어진 포토레지스트 패턴(15)을 마스크로 하는 식각공정(16)을 실시하여 물질층(13; 도 1 참조)을 식각하면, 원하는 물질층 패턴(13a)이 형성된다. 도면에 도시되었으나 미설명된 '12'는 실리콘 기판 또는 상기 물질층(13)의 하부층이 될 수 있다.

그러나, 종래 기술에 따르면, 차광막 패턴(110)을 통해 빛이 조사된 부분과 조사되지 않은 부분 중 어느 하나를 제거하여 이원적인 구조의 포토레지스트 패턴(15)을 형성하므로, 이원적인 구조의 물질층 패턴(13a)만을 형성할 수 있다. 따라서, 다양한 구조의 물질층 패턴(13a)을 얻으려면 여러번의 사진식각 공정을 거쳐야 한다. 따라서, 반도체 소자의 제조 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 소정의 물질층을 다양한 구조의 패턴으로 형성하기 위한 사진식각 공정을 단순화하여 반도체 소자의 제조 공정을 단순화할 수 있는 반도체 소자의 패턴용 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 반도체 소자의 패턴용 마스크를 이용한 반도체 소자의 패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기에서 설명한 목적을 달성하기 위한 일측면에 따른 본 발명은, 투명기판과, 상기 투명기판 상의 소정 영역에 일정 투과율을 갖고 형성된 제1 마스크 패턴과, 상기 제1 마스크 패턴이 형성되지 않은 상기 투명기판 상의 소정 영역에 상기 제1 마스크 패턴과 다른 투과율을 갖고 형성된 제2 마스크 패턴을 포함하는 반도체 소자의 패턴용 마스크를 제공한다.

또한, 상기에서 설명한 목적을 달성하기 위한 다른 측면에 따른 본 발명은, 소정의 물질층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 포토레지스트에 상기 본 발명의 일측면에 따른 반도체 소자의 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제1 마스크 패턴 및 상기 제2 마스크 패턴이 형성된 영역별로 상기 포토레지스트의 두께 단차를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 상기 포토레지스트 패턴과 동일한 패턴의 물질층 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성방법을 제공한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

이하, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 마스크를 나타낸 단면도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 마스크는, 제1 투과율을 갖는 투명기판(110)과, 투명기판(110) 상에 제2 투과율을 갖고 형성된 제1 마스크 패턴(또는, 제1 차광막 패턴; 111)과, 제1 마스크 패턴이 형성되지 않은 투명기판(110) 상에 제3 투과율을 갖고 형성된 제2 마스크 패턴(또는, 제2 차광막 패턴; 112)을 포함한다. 이때, 제1 투과율이 가장 높고 제2 투과율이 가장 낮으며 제3 투과율은 제1 투과율과 제2 투과율의 중간치이다.

여기서, 제1 마스크 패턴(111) 및 제2 마스크 패턴(112)은 모두 투명기판(110) 상에 형성되므로, 제1 마스크 패턴(111) 및 제2 마스크 패턴(112)의 투과율에 비례하여, 후속으로 진행되는 노광공정시 빛의 투과깊이가 결정된다. 예컨대, 동일한 파장으로 빛을 조사하면, 빛이 제2 마스크 패턴(112)을 투과하여 제1 깊이까지 도달하는 반면, 제1 마스크 패턴(111)은 투과하지 못한다. 한편, 제1 마스크 패턴(111) 또는 제2 마스크 패턴(112)이 전혀 형성되지 않은 영역은 빛이 투명기판(110)만을 투과하여 제1 깊이보다 더 깊은 제2 깊이까지 도달한다.

따라서, 후속으로 진행되는 현상공정시 제1 마스크 패턴(111)이 형성된 영역에 위치한 포토레지스트는 그대로 남게되는 반면, 제2 마스크 패턴(112)이 형성된 영역에 위치한 포토레지스트는 일정두께만큼 제거된다. 한편, 제1 마스크 패턴(111) 또는 제2 마스크 패턴(112)이 전혀 형성되지 않은 영역에 위치한 포토레지스트는 모두 제거된다. 이에 따라, 영역별로 그 두께 단차를 갖는 포토레지스트 패턴 (116; 도 4 참조)을 형성할 수 있다.

그리고, 식각공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(116)과 동일한 구조로 물질층 패턴(114a; 도 5 참조)을 형성하므로, 한번의 사진식각 공정으로 다양한 구조의 물질층 패턴(114a)을 형성할 수 있다. 따라서, 원하는 구조의 물질층 패턴(114a)을 얻기 위한 사진식각 공정의 횟수를 줄여 반도체 소자의 제조공정을 단순화시킬 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성방법을 설명하기 위하여 도시된 공정단면도이다. 여기서, 도 4 내지 도 6에 도시된 도면부호 중 동일한 도면부호는 동일한 기능을 하는 동일요소이다.

먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 물질층(114) 상에 포토레지스트(미도시)을 도포한다. 이때, 물질층(114)의 하부에는 하부층(113)이 존재한다. 여기서, 하부층(113)은 실리콘 기판 또는 소정의 물질로 이루어진 물질층이 될 수 있다.

이어서, 도 3에 도시된 반도체 소자의 마스크를 통해 포토레지스트(미도시)에 빛을 조사하는 노광공정(115)을 실시한다. 예컨대, 제1 마스크 패턴(111)은 제2 마스크 패턴(112)보다 투과율이 낮으므로 동일한 파장으로 빛을 조사하면, 빛이 제2 마스크 패턴(112)을 투과하여 제1 깊이까지 도달하는 반면, 제1 마스크 패턴(111)은 투과하지 못한다. 한편, 제1 마스크 패턴(111) 또는 제2 마스크 패턴(112)이 전혀 형성되지 않은 영역은 빛이 투명기판(110)만을 투과하여 제1 깊이보다 더 깊은 제2 깊이까지 도달한다.

이어서, 현상공정을 실시하여 빛이 도달한 부분의 포토레지스트를 제거하여 다양한 구조의 포토레지스트 패턴(116)을 형성한다. 예컨대, 제1 마스크(111)가 형성된 영역은 빛이 투과하지 못하여 포토레지스트가 그대로 남아있게되는 반면, 제2 마스크(112)가 형성된 영역은 빛이 제1 깊이까지 도달하여 포토레지스트가 일정 두께('H' 부위 참조)만큼 제거된다. 또한, 제1 또는 제2 마스크 패턴(111 또는 112)이 형성되지 않은 영역은 빛이 가장 잘 투과하여 제2 깊이까지 도달하므로 포토레지스트가 모두 제거된다.

결국, 도 3에 도시된 반도체 소자의 마스크를 통해 노광 및 현상공정을 실시함으로써 즉, 한번의 사진공정으로 다양한 구조의 포토레지스트 패턴(116)을 형성할 수 있다.

이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(116)을 마스크로 이용한 식각공정(117)을 실시하여 물질층(114; 도 4 참조)을 식각한다. 이에 따라, 포토레지스트 패턴(116)과 동일한 패턴으로 물질층 패턴(114a)이 형성된다.

이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 스트립(strip) 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴(116)을 제거한다.

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 반도체 소자의 패턴 형성방법에 따르면, 일정한 투과율을 갖는 투명기판(110) 상에 서로 다른 투과율을 갖는 제1 마스크 패턴(111) 및 제2 마스크 패턴(112)을 형성하고, 이를 통해 사진식각 공정을 실시하여 다양한 구조의 물질층 패턴(114a)을 형성한다. 따라서, 한번의 사진식각 공정으로도 다양한 구조의 물질층 패턴(114a)을 형성할 수 있게 된다. 이는 결국, 반 도체 소자의 원하는 패턴을 형성하기 위한 사진식각 공정의 횟수를 감소시켜, 반도체 소자의 제조공정을 단순화시킬 수 있도록 한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 일정한 투과율을 갖는 투명기판 상에 서로 다른 투과율을 갖는 제1 마스크 패턴 및 제2 마스크 패턴을 형성하고, 이를 통해 사진식각 공정을 실시하여 다양한 구조의 물질층 패턴을 형성한다. 따라서, 한번의 사진식각 공정으로도 다양한 구조의 물질층 패턴을 형성할 수 있게 된다.

이는 결국, 반도체 소자의 원하는 패턴을 형성하기 위한 사진식각 공정의 횟수를 감소시켜, 반도체 소자의 제조공정을 단순화시킬 수 있도록 한다.

Claims (5)

1. 투명기판;

   상기 투명기판 상의 소정 영역에 일정 투과율을 갖고 형성된 제1 마스크 패턴; 및

   상기 제1 마스크 패턴이 형성되지 않은 상기 투명기판 상의 소정 영역에 상기 제1 마스크 패턴과 다른 투과율을 갖고 형성된 제2 마스크 패턴;

   을 포함하는 반도체 소자의 패턴용 마스크.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 투명기판은 상기 제1 마스크 패턴 및 상기 제2 마스크 패턴보다 더 큰 투과율을 갖는 반도체 소자의 패턴용 마스크.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 마스크 패턴은 상기 제2 마스크 패턴보다 낮은 투과율을 갖는 반도체 소자의 패턴용 마스크.
4. 소정의 물질층 상에 포토레지스트를 도포하는 단계;

   상기 포토레지스트에 제 1 항 또는 제 2 항의 구성을 갖는 반도체 소자의 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 실시하여 상기 제1 마스크 패턴 및 상기 제2 마스크 패턴이 형성된 영역별로 상기 포토레지스트의 두께 단차를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및

   상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 상기 포토레지스트 패턴과 동일한 패턴의 물질층 패턴을 형성하는 단계;

   를 포함하는 반도체 소자의 패턴 형성방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 포토레지스트 패턴은 상기 제1 마스크 패턴이 형성된 영역에서의 상기 포토레지스트의 두께가 상기 제2 마스크 패턴이 형성된 영역에서의 상기 포토레지스트의 두께보다 두껍도록 형성하는 반도체 소자의 패턴 형성방법.

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