KR20070002861A - Method of forming fine patterns for semiconductor device - Google Patents

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이두열
이석주
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Abstract

A fine pattern forming method of a semiconductor device is provided to prevent the deformation of a photoresist pattern due to the inter-mixing of a double patterning process by using a DBARC(Developable Bottom Anti-Reflective Coating). A first material layer is formed on a semiconductor substrate(10). A plurality of first mask patterns are formed on the resultant structure by patterning selectively the first material layer. A DBARC(50') for filling completely a portion between adjacent first mask patterns is formed thereon. A second material layer made of photoresist is formed on the DBARC. A second mask pattern is formed between the first mask patterns by patterning selectively the second material layer and the DBARC.

Description

반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법{Method of forming fine patterns for semiconductor device}Method of forming fine patterns for semiconductor device

도 1a 및 도 1b는 이중 패터닝을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.1A and 1B are schematic cross-sectional views for explaining double patterning.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 반도체 기판 상에 형성된 제 1 포토레지스트층 패턴을 설명하기 위한 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a first photoresist layer pattern formed on a semiconductor substrate according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 제 1 포토레지스트층 패턴을 포함하는 전면에 형성된 DBARC층을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a DBARC layer formed on the entire surface including the first photoresist layer pattern of FIG. 2.

도 4는 도 3의 DBARC층 상에 형성된 제 2 포토레지스트층을 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view illustrating a second photoresist layer formed on the DBARC layer of FIG. 3.

도 5는 도 4의 제 2 포토레지스트층에 형성된 노광 패턴을 설명하기 위한 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view for describing an exposure pattern formed on the second photoresist layer of FIG. 4.

도 6은 제 1 포토레지스트층 패턴과 제 2 포토레지스트층 패턴으로 구성된 미세한 피치를 갖는 포토레지스트 패턴을 설명하기 위한 단면도이다.6 is a cross-sectional view for describing a photoresist pattern having a fine pitch composed of a first photoresist layer pattern and a second photoresist layer pattern.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명> <Explanation of symbols for main parts of the drawings>

10 : 반도체 기판 20 : 피식각막10 semiconductor substrate 20 etching target film

30 : 유기반사방지층 40 : 제 1 포토레지스트층 패턴 30 organic reflection prevention layer 40 first photoresist layer pattern

50 : DBARC층 50' : DBARC층 패턴50: DBARC layer 50 ': DBARC layer pattern

60 : 제 2 포토레지스트층 60a : 제 2 포토레지스트층의 노광부분60: second photoresist layer 60a: exposed portion of second photoresist layer

60b : 제 2 포토레지스트층의 노광되지 않은 부분60b: unexposed portion of second photoresist layer

60a' : 제 2 포토레지스트층 패턴60a ': second photoresist layer pattern

본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세 피치를 갖는 포토레지스트 패턴의 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a method of forming a photoresist pattern having a fine pitch.

반도체 소자의 집적도가 높아짐에 따라 디자인룰이 급격히 감소하고 있으며 미세한 포토레지스트 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그래피 노광 장치의 높은 해상력이 요구되고 있다. 이를 위하여 노광 파장이 ArF(193㎚)보다 짧은 EUVL(Extreme Ultra Violet Lithography)의 개발이 요구되나 기술 도입시기가 반도체 소자의 개발 요구를 충족시키기 어려울 것으로 예상된다.As the degree of integration of semiconductor devices increases, design rules are rapidly decreasing, and high resolution of the photolithography exposure apparatus is required to form fine photoresist patterns. For this purpose, it is required to develop Extreme Ultra Violet Lithography (EUVL) whose exposure wavelength is shorter than that of ArF (193 nm).

미세 패턴 형성에 대한 포토리소그래피의 광학적 한계를 극복하기 위하여 패터닝 공정의 개발에 많은 노력이 기울여지고 있다. 예를 들면, 사이드월 패터닝과 같이 식각 공정을 포함하는 종합적인 패터닝 공정이나 이중 패터닝과 같이 2회의 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정의 개발이 진행되고 있다. 사이드월 패터닝의 경우 패턴 형성이 잘못되었을 때 재작업의 한계가 있다.In order to overcome the optical limitation of photolithography for the formation of fine patterns, much effort has been made in the development of a patterning process. For example, development of a comprehensive patterning process including an etching process such as sidewall patterning and a process of forming two photoresist patterns such as double patterning are in progress. In the case of sidewall patterning, there is a limit to rework when the pattern formation is incorrect.

이중 패터닝을 도 1a 및 도 1b를 참조하여 간략하게 설명한다. 도 1a에 나타낸 바와 같이 반도체 기판(1) 상의 피식각막(2) 위에 소정의 피치(2P)를 갖는 제 1 포토레지스트층 패턴(3)을 형성한다. 이후, 도 1b에 나타낸 바와 같이 제 1 포토레지스트층 패턴(3) 사이에 제 1 포토레지스트층 패턴(3)과 동일한 피치(2P)를 갖는 제 2 포토레지스트층 패턴(4)을 형성한다. 제 1 포토레지스트층 패턴(3)과 제 2 포토레지스트층 패턴(4)은 피치 2P의 절반인 피치 P를 갖는다. 따라서 이중 패터닝에 의하여 광학적 한계 안의 피치를 갖는 패터닝을 두 번 적용함으로써 광학적 한계를 벗어나는 미세한 피치를 갖는 패턴을 형성할 수 있다.Double patterning is briefly described with reference to FIGS. 1A and 1B. As shown in FIG. 1A, a first photoresist layer pattern 3 having a predetermined pitch 2P is formed on the etched film 2 on the semiconductor substrate 1. Thereafter, as shown in FIG. 1B, a second photoresist layer pattern 4 having the same pitch 2P as the first photoresist layer pattern 3 is formed between the first photoresist layer patterns 3. The first photoresist layer pattern 3 and the second photoresist layer pattern 4 have a pitch P that is half of the pitch 2P. Therefore, by applying the patterning having a pitch within the optical limit twice by double patterning, it is possible to form a pattern having a fine pitch beyond the optical limit.

그러나 상기한 이중 패터닝 방식은 제 1 포토레지스트층 패턴(3)과 제 2 포토레지스트층 패턴(4)이 인터믹싱(intermixing)될 수 있다. 즉, 제 1 포토레지스트층이 제 2 포토레지스트층과 섞이거나, 제 2 포토레지스트층 패턴(4)을 형성하는 과정에서 먼저 형성된 제 1 포토레지스트층 패턴(3)이 제 2 포토레지스트층과 함께 노광되어, 제 1 포토레지스트층 패턴(3)의 형상이 변형될 수 있다. However, in the double patterning method, the first photoresist layer pattern 3 and the second photoresist layer pattern 4 may be intermixed. That is, the first photoresist layer pattern 3 is first mixed with the second photoresist layer or the first photoresist layer pattern 3 formed in the process of forming the second photoresist layer pattern 4 together with the second photoresist layer. After exposure, the shape of the first photoresist layer pattern 3 may be deformed.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이중 패터닝 공정에서 인터믹싱에 의한 포토레지스트 패턴의 변형을 방지할 수 있는 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a fine pattern formation method that can prevent the deformation of the photoresist pattern by intermixing in the double patterning process.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법에서는 반도체 기판 위에 제 1 물질층을 형성한다. 상기 제 1 물질층을 패터닝하여 제 1 마스크 패턴을 형성한다. 상기 제 1 마스크 패턴 사이를 완전히 매립할 수 있도록 상기 제 1 마스크 패턴 상에 DBARC층을 도포한다. 상기 DBARC층 위에 포토레지스트로 형성된 제 2 물질층을 형성한다. 상기 제 2 물질층과 상기 DBARC층을 패터닝하여 상기 제 1 마스크 패턴 사이에 제 2 마스크 패턴을 형성한다. In order to achieve the above technical problem, in the method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention, a first material layer is formed on a semiconductor substrate. The first material layer is patterned to form a first mask pattern. A DBARC layer is coated on the first mask pattern to completely fill the spaces between the first mask patterns. A second material layer formed of photoresist is formed on the DBARC layer. The second material layer and the DBARC layer are patterned to form a second mask pattern between the first mask pattern.

상기 제 1 마스크 패턴과 상기 제 2 마스크 패턴은 각각 제 1 피치를 갖도록 형성할 수 있다.The first mask pattern and the second mask pattern may be formed to have a first pitch, respectively.

상기 제 1 물질층은 포토레지스트로 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 물질층은 하드마스크층을 포함할 수도 있다.The first material layer is preferably formed of a photoresist. In addition, the first material layer may include a hard mask layer.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 도면에서 막 또는 영역들의 크기 또는 두께는 명세서의 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면 상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, embodiments of the present invention may be modified in many different forms, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described below. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art. The size or thickness of the film or regions in the drawings is exaggerated for clarity of specification, the elements denoted by the same reference numerals in the drawings means the same elements.

도 2 내지 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세 피치를 갖는 포토레지스트 패턴 형성 방법을 공정 순서에 따라 개략적으로 도시한 단면도들이다.2 to 6 are cross-sectional views schematically illustrating a method of forming a photoresist pattern having a fine pitch according to a preferred embodiment of the present invention in a process sequence.

도 2를 참조하면, 반도체 기판(10) 상의 피식각막(20) 위에 유기반사방지막(organic antireflective coating)(30)과 제 1 포토레지스트층(미도시)을 도포한 후, 제 1 포토레지스트층 패턴(40)을 형성한다. 이때 제 1 포토레지스트층 패턴(40)의 라인 너비는 형성하고자 하는 미세패턴의 라인 너비와 같고, 제 1 포토레지 스트층 패턴(40)의 피치는 형성하고자 하는 미세패턴의 피치의 2배가 되도록 한다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이 라인 너비 W와 피치 2P를 갖는 제 1 포토레지스트층 패턴(40)을 형성할 수 있다. 한편, 피식각막(20) 위에 하드마스크층(미도시)을 형성하여 제 1 포토레지스트층 패턴(40) 대신 하드마스크층 패턴(미도시)을 형성할 수도 있다.Referring to FIG. 2, after the organic antireflective coating 30 and the first photoresist layer (not shown) are applied onto the etched film 20 on the semiconductor substrate 10, the first photoresist layer pattern 40 is formed. At this time, the line width of the first photoresist layer pattern 40 is equal to the line width of the fine pattern to be formed, and the pitch of the first photoresist layer pattern 40 is twice the pitch of the fine pattern to be formed. . For example, as shown in FIG. 2, the first photoresist layer pattern 40 having the line width W and the pitch 2P may be formed. Meanwhile, a hard mask layer (not shown) may be formed on the etched film 20 to form a hard mask layer pattern (not shown) instead of the first photoresist layer pattern 40.

도 3을 참조하면, 제 1 포토레지스트층 패턴(40) 형성 후 인터믹싱 방지층으로서 DBARC층(Developable Bottom Anti Reflective Coating)(50)을 도포한다. DBARC층(50)의 도포는 기존의 인터믹싱 방지를 위한 포토레지스트 하드닝이나 플라즈마 처리에 비하여 패터닝 공정을 단순하게 한다. 또한, 노광시 반사를 방지하는 기능을 가지며, 스핀코팅 방식으로 도포하여 제 1 포토레지스트층 패턴(40)에 의한 굴곡을 평탄화할 수 있으므로 제 2 포토레지스트층 패턴을 형성하는데 유리하다. 다만, DBARC층(50)이 제 2 포토레지스트층 패턴 형성시 함께 패터닝되므로 제 1 포토레지스트층 패턴(40)에 의한 굴곡을 평탄화할 수 있는 범위에서 DBARC층(50)의 두께를 얇게 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 3, after the formation of the first photoresist layer pattern 40, a DBARC layer (Developable Bottom Anti Reflective Coating) 50 is applied as an intermixing prevention layer. Application of the DBARC layer 50 simplifies the patterning process as compared to conventional photoresist hardening or plasma treatment to prevent intermixing. In addition, it has a function of preventing reflection during exposure, it is advantageous to form a second photoresist layer pattern because it can be applied by a spin coating method to flatten the curvature by the first photoresist layer pattern 40. However, since the DBARC layer 50 is patterned together at the time of forming the second photoresist layer pattern, it is preferable to form a thin thickness of the DBARC layer 50 in a range capable of flattening the bending caused by the first photoresist layer pattern 40. desirable.

도 4를 참조하면, DBARC층(50) 도포 후 제 2 포토레지스트층(60)을 형성한다.Referring to FIG. 4, after applying the DBARC layer 50, the second photoresist layer 60 is formed.

도 5를 참조하면, 제 2 포토레지스트층 패턴을 형성하기 위하여 제 2 포토레지스트층(60)을 노광한다. 이후 현상에 의하여 제 2 포토레지스트층(60)의 노광된 부분(60a)이 패턴을 형성하고 노광되지 않은 부분(60b)이 제거된다. 제 2 포토레지스트층 패턴은 제 1 포토레지스트층 패턴(40)과 같은 크기의 라인 너비와 피치를 갖고 제 1 포토레지스트층 패턴(40) 사이 가운데 형성되도록 한다.Referring to FIG. 5, the second photoresist layer 60 is exposed to form a second photoresist layer pattern. After the development, the exposed portion 60a of the second photoresist layer 60 forms a pattern, and the unexposed portion 60b is removed. The second photoresist layer pattern has a line width and pitch of the same size as the first photoresist layer pattern 40 so as to be formed in the middle between the first photoresist layer pattern 40.

도 6을 참조하면, 노광된 제 2 포토레지스트층(60)을 현상하여 제 2 포토레지스트층 패턴(60a')을 형성한다. 이때 제 2 포토레지스트층 패턴(60a') 아래에 DBARC층 패턴(50')도 함께 형성된다. DBARC층(50)은 노광원에는 반응하지 않으나 현상액에 의해 습식각되므로 제 2 포토레지스트층(60) 현상시 제 2 포토레지스트층(60)의 노광되지 않은 부분(60b)과 그 아래의 DBARC층(50)이 함께 제거된다. 제 2 포토레지스트층의 노광된 부분(60a) 아래의 DBARC층(50)은 제 2 포토레지스트층 패턴(60a')이 마스크가 되어 습식각되지 않으므로 DBARC층 패턴(50')을 형성한다. DBARC층(50)을 높게 형성하면 DBARC층(50)의 식각 중 횡방향이 과도식각되므로 DBARC층 패턴(50')의 프로파일이 불량해 진다. 따라서 DBARC층(50)은 제 1 포토레지스트층 패턴(40)에 의한 단차를 평탄화할 수 있는 범위에서 낮게 형성하는 것이 바람직하다.Referring to FIG. 6, the exposed second photoresist layer 60 is developed to form a second photoresist layer pattern 60a ′. At this time, the DBARC layer pattern 50 'is also formed under the second photoresist layer pattern 60a'. The DBARC layer 50 does not react to the exposure source, but is wet etched by the developer, so that the unexposed portion 60b of the second photoresist layer 60 and the DBARC layer below the second photoresist layer 60 are developed during development. 50 are removed together. The DBARC layer 50 under the exposed portion 60a of the second photoresist layer forms the DBARC layer pattern 50 'because the second photoresist layer pattern 60a' becomes a mask and is not wet etched. If the DBARC layer 50 is formed high, the transverse direction is excessively etched during the etching of the DBARC layer 50, resulting in poor profile of the DBARC layer pattern 50 ′. Therefore, it is preferable that the DBARC layer 50 be formed low in the range where the step difference caused by the first photoresist layer pattern 40 can be flattened.

교대로 형성된 제 1 포토레지스트층 패턴(40)과 제 2 포토레지스트층과 DBARC층 패턴(60a', 50')은 동일한 너비와 스페이스를 형성하는 점에서 피치 P를 갖는 포토레지스트 패턴을 구성한다. 한편, DBARC층(50)은 현상액에 의하여 제거되므로 인터믹싱을 방지하기 위하여 포토레지스트 하드닝이나 플라즈마 처리를 한 경우보다 상기 포토레지스트층 패턴이 잘못 형성된 경우 재작업을 용이하게 할 수 있다.The first photoresist layer pattern 40, the second photoresist layer, and the DBARC layer patterns 60a 'and 50', which are alternately formed, constitute a photoresist pattern having a pitch P in that the same width and space are formed. On the other hand, since the DBARC layer 50 is removed by a developer, reworking may be facilitated when the photoresist layer pattern is formed incorrectly than when photoresist hardening or plasma treatment is performed to prevent intermixing.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 그 변형이나 개량이 가능하다.As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail through the specific Example, this invention is not limited to this, A deformation | transformation and improvement are possible by the person skilled in the art within the technical idea of this invention.

본 발명에 따른 미세 피치를 갖는 패턴 형성 방법에서는 이중 패터닝 공정에서 인터믹싱 방지층으로 DBARC층을 사용함으로써 인터믹싱에 의한 포토레지스트 패턴의 변형을 방지할 수 있는 미세 피치의 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 또한, DBARC층은 평탄화 특성이 우수하므로 제 1 포토레지스트층 패턴 형성 후 제 2 포토레지스트층 패턴 형성이 용이하다. 또한, DBARC층은 현상액에 의하여 제거되므로 재작업을 용이하게 할 수 있다.In the pattern formation method having the fine pitch according to the present invention, by using the DBARC layer as the intermixing prevention layer in the double patterning process, it is possible to form a fine pitch photoresist pattern which can prevent the deformation of the photoresist pattern by intermixing. . In addition, since the DBARC layer has excellent planarization characteristics, it is easy to form the second photoresist layer pattern after forming the first photoresist layer pattern. In addition, since the DBARC layer is removed by the developer, reworking can be facilitated.

Claims (6)

반도체 기판 위에 제 1 물질층을 형성하는 단계;Forming a first layer of material over the semiconductor substrate; 상기 제 1 물질층을 패터닝하여 제 1 마스크 패턴을 형성하는 단계;Patterning the first material layer to form a first mask pattern; 상기 제 1 마스크 패턴 사이를 완전히 매립할 수 있도록 상기 제 1 마스크 패턴 상에 DBARC층을 도포하는 단계;Applying a DBARC layer on the first mask pattern so as to completely fill between the first mask patterns; 상기 DBARC층 위에 포토레지스트로 형성된 제 2 물질층을 형성하는 단계; 및Forming a second material layer formed of a photoresist on the DBARC layer; And 상기 제 2 물질층과 상기 DBARC층을 패터닝하여 상기 제 1 마스크 패턴 사이에 제 2 마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법.Patterning the second material layer and the DBARC layer to form a second mask pattern between the first mask pattern. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 마스크 패턴과 상기 제 2 마스크 패턴은 각각 제 1 피치를 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법.The method of claim 1, wherein the first mask pattern and the second mask pattern are formed to have a first pitch, respectively. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 마스크 패턴은 상기 제 1 마스크 패턴의 스페이스의 한가운데 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법.The method of claim 2, wherein the second mask pattern is formed in the middle of the space of the first mask pattern. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 물질층은 포토레지스트로 형성하는 것을 특징 으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법.The method of claim 1, wherein the first material layer is formed of a photoresist. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 물질층을 형성하는 단계는 상기 제 1 물질층 아래 유기반사방지층을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법.The method of claim 4, wherein the forming of the first material layer comprises forming an organic anti-reflective layer under the first material layer. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 물질층은 하드마스크층을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법.The method of claim 1, wherein the first material layer comprises a hard mask layer.
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KR (1) KR20070002861A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100866725B1 (en) * 2008-03-21 2008-11-05 주식회사 하이닉스반도체 Method for manufacturing fine pattern of a semiconductor device
KR100920837B1 (en) * 2007-12-26 2009-10-08 주식회사 하이닉스반도체 Method Of Manufacturing Phase Change Memory Device Having Fine Contact Hole
KR101045371B1 (en) * 2008-12-22 2011-06-30 주식회사 하이닉스반도체 Method of forming fine patterns by using double patterning

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