KR20080071328A - Method for forming fine pattern of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 미세 패턴 형성 방법에 의해 형성된 섬형 패턴을 도시한 평면도.1 is a plan view showing an island pattern formed by a conventional fine pattern formation method.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 미세 패턴 형성 방법을 도시한 공정 단면도.Figures 2a to 2e is a cross-sectional view showing a method for forming a fine pattern of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명 ><Brief description of the main parts of the drawing>
1 : 제1 피식각층 패턴 3 : 제2 피식각층 패턴1: first etched layer pattern 3: second etched layer pattern
11 : 피식각층 13 : 제1 하드마스크막11: etching target layer 13: first hard mask layer
15 : 제2 하드마스크막 15: second hard mask film
15-1 : 이중 노광 공정으로 형성된 제2 하드마스크 패턴15-1: Second hard mask pattern formed by double exposure process
15-2 : 3차 노광 공정으로 형성된 제2 하드마스크 패턴 15-2: second hard mask pattern formed by third exposure process
17 : 반사방지막 19 : 제2 포토레지스트막17
21 : 콘택홀 22 : 제2 하드마스크 패턴의 말단부21: contact hole 22: distal end of second hard mask pattern
본 발명은 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a fine pattern of a semiconductor device.
반도체 소자의 리소그라피 공정에 있어서, 30nm∼50nm 급의 반도체 소자를 제조하는 경우 극도로 공정 마진이 제한되어 패턴 형성 공정이 어렵다.In the lithography process of a semiconductor device, when manufacturing a semiconductor device of 30 nm to 50 nm class, the process margin is extremely limited and the pattern forming process is difficult.
이를 해결하기 위하여, F2 (157㎚) 또는 EUV (13nm) 등과 같은 단파장화 광원을 사용하는 새로운 노광 장비를 개발하거나, 노광 렌즈의 개구수 (numerical aperture)가 증대시켰다. 하지만, 렌즈 개구수가 증가하면 노광 장비의 해상력(resolution)이 낮아지기 때문에, 미세 패턴 제조 공정은 광학적 한계에 도달하였다.In order to solve this problem, new exposure equipment using short wavelength light sources such as F 2 (157 nm) or EUV (13 nm) or the like has been developed, or the numerical aperture of the exposure lens has been increased. However, as the lens numerical aperture increases, the resolution of the exposure equipment is lowered, so the fine pattern manufacturing process has reached an optical limit.
최근, 이러한 문제를 해결하기 위하여 반도체 소자 제조 공정 시에 이중 노광 공정(Double Exposure Tech) 방법이 도입되었다. Recently, in order to solve this problem, a double exposure process method has been introduced in a semiconductor device manufacturing process.
상기 이중 노광 공정 방법은 반도체 기판의 피식각층 상부에 포지티브 포토레지스트를 도포하고, 섬(island) 형 투광부를 구비한 제1 노광 마스크를 이용하여 상기 포지티브 포토레지스트를 1차 노광한다. In the double exposure process method, a positive photoresist is coated on an etched layer of a semiconductor substrate, and the positive photoresist is first exposed using a first exposure mask having an island-type transmissive portion.
섬형 투광부를 구비한 제2 노광 마스크를 이용하여 상기 1차 노광 공정 시 비투광 영역이었던 포토레지스트 패턴 영역에 대한 2차 노광 공정을 수행하고, 현상하여 섬 형 제1 포토레지스트 패턴(1) 및 제2 포토레지스트 패턴(3)을 형성한다(도 1 참조).The second exposure mask having the island-type light-transmitting unit is used to perform a second exposure process on the photoresist pattern region that was a non-transmissive area during the first exposure process, and is developed to form the island-type
후속 공정으로, 상기 제1 및 제2 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 하드마스크막을 식각하여 섬 형 하드마스크 패턴을 형성한다.In a subsequent process, the hard mask layer is etched using the first and second photoresist patterns as an etching mask to form an island type hard mask pattern.
하지만, 상기와 같은 섬 형 포토레지스트 패턴은 노광 공정 시에 빛의 산란, 반사 굴절, 간섭 등의 특성에 의해 실제 얻고자 하는 포토레지스트 패턴과 현상 후 포토레지스트 패턴에 많은 차이가 있다. 특히, 제1 포토레지스트 패턴의 밀도 및 모양에 따라 제2 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 후속 2차 노광 공정 조건을 적절하게 조절하여야 한다. 즉, 2차 노광 공정은 1차 노광 공정 시 비투광 지역인 제1 포토레지스트 패턴 사이 영역에 대해서만 노광 공정이 수행될 수 있도록 노광 마스크를 위치해야 한다. 하지만, 하프 피치가 30nm 이하인 반도체 소자 제조 시에는 공정 마진이 부족하여 노광 마스크 위치를 제어하기가 매우 어렵다. 따라서, 정렬 오차 등이 발생하여 후속 공정을 안정하게 수행할 수 없다. 이러한 현상은 섬형 피식각층 패턴의 크기와 간격이 작을수록 더욱 심화된다.However, the island-type photoresist pattern as described above has many differences between the photoresist pattern actually obtained and the post-development photoresist pattern due to characteristics of light scattering, reflection refraction, and interference during the exposure process. In particular, subsequent secondary exposure process conditions for forming the second photoresist pattern should be appropriately adjusted according to the density and shape of the first photoresist pattern. That is, in the second exposure process, the exposure mask should be positioned so that the exposure process may be performed only on the region between the first photoresist patterns, which is the non-transmissive area, in the first exposure process. However, when manufacturing a semiconductor device having a half pitch of 30 nm or less, it is difficult to control the exposure mask position due to a lack of process margin. Therefore, an alignment error or the like may occur, and thus subsequent processes may not be stably performed. This phenomenon becomes more severe as the size and spacing of the island-type etched layer pattern become smaller.
하지만, 전술한 바와 같이 노광 장치의 해상력의 한계에 의해 공정 마진이 매우 작기 때문에, 패턴 간 브리지(bridge)가 유발되는 등 정렬 오차가 발생하거나, 포토레지스트 패턴의 장축 임계 치수를 정확하게 확보할 수 없다. 이에, 반도체 메모리 소자의 수율 및 신뢰성이 저하된다.However, as described above, since the process margin is very small due to the limitation of the resolution of the exposure apparatus, alignment errors such as a bridge between patterns are caused, or the long-axis critical dimension of the photoresist pattern cannot be accurately secured. . As a result, the yield and reliability of the semiconductor memory device are reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 발명으로서, 이중 노광 공정 방법으로 형성된 라인 앤 스페이스(line & space; 이하 “L/S”라 칭함)형 하드마스크 패턴 일부분에 대하여 콘택홀 형태의 투광부를 구비한 노광 마스크를 이용한 3차 노광 공정을 한번 더 수행함으로써, 패턴의 장축 길이를 확보할 수 있는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, the contact hole shape for a part of the line & space (hereinafter referred to as "L / S") type hard mask pattern formed by the double exposure process method. It is an object of the present invention to provide a method for forming a fine pattern of a semiconductor device capable of securing a long axis length of a pattern by performing the third exposure process using an exposure mask having a light transmitting unit once more.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로서, The present invention is to achieve the above object,
반도체 기판상에 형성된 피식각층 상부에 하드마스크막을 형성하는 단계;Forming a hard mask layer on the etched layer formed on the semiconductor substrate;
상기 하드마스크막 상부에 제1 포지티브 포토레지스트막을 도포하는 단계;Applying a first positive photoresist layer on the hard mask layer;
상기 제1 포지티브 포토레지스트막에 대한 이중 노광 공정 및 현상 공정을 수행하여 라인 앤 스페이스 형태의 제1 포지티브 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;Performing a double exposure process and a development process on the first positive photoresist film to form a first positive photoresist pattern having a line-and-space shape;
상기 라인 앤 스페이스 형태의 제1 포지티브 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 하드마스크막을 패터닝하는 단계;Patterning the hard mask layer using the first positive photoresist pattern having a line-and-space shape as an etching mask;
상기 라인 앤 스페이스 형태의 하드마스크 패턴 상부에 제2 포지티브 포토레지스트막을 도포하는 단계;Applying a second positive photoresist layer on the line and space hard mask pattern;
콘택홀 투광부를 구비한 노광 마스크를 이용하여 상기 제2 포지티브 포토레지스트에 대한 3차 노광 및 현상 공정을 수행하여, 상기 하드마스크 패턴 일부분이 노출된 제2 포지티브 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 및Performing a third exposure and development process on the second positive photoresist using an exposure mask including a contact hole transmissive part to form a second positive photoresist pattern exposing a portion of the hard mask pattern; And
상기 콘택홀 개구부를 가지는 제2 포지티브 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 하드마스크 패턴을 패터닝하여 섬형 하드마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법을 제공한다.And forming an island-type hard mask pattern by patterning the hard mask pattern using the second positive photoresist pattern having the contact hole opening as an etch mask.
상기 방법은 제1 및 제2 포지티브 포토레지스트막을 형성하기 전에 하드마스크막 상부에 반사방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include forming an anti-reflection film over the hard mask film prior to forming the first and second positive photoresist films.
상기 하드마스크막은 비정질 탄소층, 실리콘 질화막 및 이들을 조합한 다층으로 형성된다.The hard mask film is formed of an amorphous carbon layer, a silicon nitride film, and a multilayer in combination thereof.
상기 이중 노광 공정으로 형성된 L/S 형태의 하드마스크 패턴은 현재 사용되는 노광 장비로 얻을 수 있는 최소한의 피치 값보다 최소 약 1/2배, 바람직하게는 0.1∼0.5배의 작은 크기를 가지는 것이 바람직하다. The L / S-type hard mask pattern formed by the double exposure process preferably has a size that is at least about 1/2 times, preferably 0.1 to 0.5 times smaller than the minimum pitch value that can be obtained with current exposure equipment. Do.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 2a 및 도 2e는 본 발명에 따른 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법의 일 실시예를 도시한 공정 단면도들이다.Hereinafter, a method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. 2A and 2E are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention.
도 2a는 반도체 기판상에 형성된 피식각층(11) 상에 제1 하드마스크막(13) 및 제2 하드마스크막(15)이 순차적으로 형성된 구조를 도시한다.FIG. 2A illustrates a structure in which a first
이때, 제1 하드마스크막(13)은 비정질 카본(amorphous Carbon)층으로 2000∼4000Å의 두께로 형성하고, 제2 하드마스크막(15)은 SiON막으로 300∼600Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다. At this time, the first
도 2b는 이중 노광 방법에 의해 형성된 L/S 제2 하드마스크 패턴(15-1)을 도시한다.2B shows the L / S second hard mask pattern 15-1 formed by the double exposure method.
우선, 제2 하드마스크막 상부에 제1 반사방지막(미도시) 및 제1 포지티브 포토레지스트막(미도시)으로 이루어진 제1 적층 구조를 형성한 다음, L/S 형태의 투광부를 구비한 제1 노광 마스크를 이용하여 상기 적층 구조에 대한 1차 노광을 수행한다.First, a first stacked structure including a first anti-reflection film (not shown) and a first positive photoresist film (not shown) is formed on the second hard mask film, and then the first light having an L / S type light transmitting part. A first exposure is performed on the laminated structure using an exposure mask.
상기 제1 포지티브 포토레지스트막은 KrF 광원 또는 ArF 광원에 적합한 화학증폭형 포지티브 포토레지스트라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 광산발생제, 유기용매와 함께 개환된 말레익안하이드라이드를 반복단위로 포함하는 ROMA 형 중합체; 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트계 중합 반복단위, 사이클로올레핀 중합반복단위와 말레익안하이드라이드 중합 반복단위를 포함하는 COMA형 공중합체; 및 상기 중합체들이 혼합된 형태(hybrid type)의 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체를 베이스 수지로 포함한다.The first positive photoresist film is not particularly limited as long as it is a chemically amplified positive photoresist suitable for a KrF light source or an ArF light source. Type polymers; A COMA-type copolymer comprising a methacrylate or acrylate-based polymerization repeating unit, a cycloolefin polymerization repeating unit, and a maleic anhydride polymerization repeating unit; And a polymer selected from the group consisting of a hybrid type polymer as the base resin.
1차 노광 공정 후, L/S 형태의 투광부를 구비한 제2 노광 마스크를 이용하여 상기 1차 노광 공정의 비투광 영역인 제1 포지티브 포토레지스트 영역에 대한 2차 노광 공정을 수행한다. 2차 노광 공정 후 현상하여 제1 반사방지막 패턴 및 포지티브 포토레지스트 패턴이 형성된 제1 적층 패턴(미도시)을 형성한다.After the primary exposure process, the secondary exposure process is performed on the first positive photoresist region, which is the non-transmissive region of the first exposure process, using a second exposure mask having a light-transmitting portion having an L / S shape. It develops after a secondary exposure process, and forms the 1st laminated pattern (not shown) in which the 1st anti-reflective film pattern and the positive photoresist pattern were formed.
이때, 상기 제1 적층 패턴의 피치는 현재 노광 장비로 얻을 수 있는 최소한의 크기, 바람직하게는 최소 크기보다 최고 1/2배, 더욱 바람직하게는 0.1∼0.5배의 작은 크기를 가진다.At this time, the pitch of the first laminated pattern has a minimum size that can be obtained with the current exposure equipment, preferably a maximum of 1/2 times, more preferably 0.1 to 0.5 times smaller than the minimum size.
상기 제1 적층 패턴을 식각 마스크로 제2 하드마스크막을 패터닝 하면, 피치 크기가 현재 노광 장비로 얻을 수 있는 최소한의 크기보다 최고 1/2배, 더욱 바람직하게는 0.1∼0.5배 작은 제2 하드마스크 패턴(15-1)이 형성된다.When the second hard mask layer is patterned using the first stacked pattern as an etch mask, a second hard mask having a pitch size of up to 1/2 times, more preferably 0.1 to 0.5 times smaller than the minimum size that can be obtained with current exposure equipment. The pattern 15-1 is formed.
도 2c은 상기 제2 하드마스크 패턴(15-1) 상부에 제2 반사방지막(17) 및 제2 포지티브 포토레지스트막(19)이 순차적으로 도포 된 제2 적층 구조를 도시한다.FIG. 2C illustrates a second stacked structure in which a second
상기 제2 포지티브 포토레지스트막은 KrF 광원 또는 ArF 광원에 적합한 화학증폭형 포지티브 포토레지스트라면 특별히 제한하지 않으나, 바람직하게는 광산발생제, 유기용매와 함께 개환된 말레익안하이드라이드를 반복단위로 포함하는 ROMA형 중합체; 메타크릴레이트 또는 아크릴레이트계 중합반복단위, 사이클로올레핀 중 합반복단위와 말레익안하이드라이드 중합반복단위를 포함하는 COMA형 공중합체; 및 상기 중합체들이 혼합된 형태의 중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체를 베이스 수지로 포함한다.The second positive photoresist film is not particularly limited as long as it is a chemically amplified positive photoresist suitable for a KrF light source or an ArF light source. Type polymers; A COMA-type copolymer comprising a methacrylate or acrylate-based polymerization repeating unit, a polymerization repeating unit in a cycloolefin, and a maleic hydride polymerization repeating unit; And a polymer selected from the group consisting of polymers in which the polymers are mixed as a base resin.
콘택홀 투광부를 구비한 노광 마스크를 상기 제2 포지티브 포토레지스트막 상에 위치하고, 이를 이용하여 상기 하드마스크 패턴 일부분이 노출되도록 상기 제2 적층 구조에 대한 3차 노광 및 현상 공정을 수행한다. An exposure mask including a contact hole transmissive part is disposed on the second positive photoresist layer, and a third exposure and development process of the second stacked structure is performed to expose a portion of the hard mask pattern using the exposure mask.
그 결과, 도 2d에서 도시한 바와 같이 제2 하드마스크 패턴(15-1) 상부에 콘택홀(21) 개구부를 구비한 제2 반사방지막 및 제2 포지티브 포토레지스트 패턴이 적층된 제2 적층 패턴이 형성된다.As a result, as shown in FIG. 2D, the second stacked pattern in which the second anti-reflection film and the second positive photoresist pattern including the openings of the
도 2e는 상기 콘택홀 개구부를 가지는 제2 포지티브 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제2 하드마스크 패턴 일부를 패터닝하여 섬 형 제2 하드마스크 패턴이 형성된 구조를 도시한다.FIG. 2E illustrates a structure in which an island-type second hard mask pattern is formed by patterning a portion of the second hard mask pattern by using a second positive photoresist pattern having the contact hole opening as an etching mask.
이어서, 상기 섬 형 제2 하드마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 제1 하드마스크막이나, 피식각층을 패터닝한다.Subsequently, the first hard mask film or the etched layer is patterned using the island-type second hard mask pattern as an etching mask.
이때, 상기 섬형 제2 하드마스크 패턴의 장축 말단부는 콘택홀 형태에 따라 모서리가 날카롭게 형성되지만, 상기 제1 하드마스크 패터닝 식각 공정 시에 날카로운 부분이 완화되어 완만한 모서리 형태를 가지게 된다.In this case, although the edge portion of the long axis of the island-type second hard mask pattern is sharply formed according to the contact hole shape, the sharp portion is relaxed in the first hard mask patterning etching process to have a smooth edge shape.
전술한 바와 같이, 본 발명은 종래 이중 노광 공정으로 얻을 수 없는 섬 형 패턴의 장축 길이를 확보하기 위하여, 이중 노광 공정 방법으로 현재 노광 장비로 얻을 수 있는 해상력보다 최소 1/2배 작은 피치 크기를 가지는 L/S 패턴을 형성한 다. 이어서, 3차 노광 및 현상 공정에 의해 형성된 콘택홀을 구비한 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 L/S 하드마스크 패턴 말단부에 대한 패터닝 공정을 추가로 수행함으로써, 패턴의 장축 길이와 후속 공정 마진을 확보할 수 있는 반도체 소자의 섬 형 하드마스크 패턴을 형성할 수 있다.As described above, in order to secure the long axis length of the island pattern which cannot be obtained by the conventional double exposure process, the present invention uses a pitch size that is at least 1/2 times smaller than the resolution that can be obtained with the current exposure equipment by the double exposure process method. Branches form L / S patterns. Subsequently, the patterning process for the end portion of the L / S hard mask pattern is further performed by using the photoresist pattern having the contact hole formed by the third exposure and development process as an etching mask, whereby the long axis length of the pattern and the subsequent process are performed. An island-type hard mask pattern of a semiconductor device capable of securing a margin can be formed.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법은 이중 노광 공정 방법에 의해 형성된 L/S 하드마스크 패턴을 3차 노광 및 현상 공정에 의해 형성된 콘택홀 투광부를 구비한 포토레지스트 패턴을 이용하여 한번 더 패터닝 함으로써, 반도체 소자의 하드마스크 패턴의 장축 길이와 후속 공정 마진을 확보할 수 있다.As described above, in the method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention, a photoresist pattern including a contact hole light-transmitting part formed of a L / S hard mask pattern formed by a double exposure process method by a third exposure and development process By patterning once more, the long axis length and subsequent process margin of the hard mask pattern of the semiconductor device can be secured.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.In addition, the preferred embodiment of the present invention for the purpose of illustration, those skilled in the art will be able to various modifications, changes, substitutions and additions through the spirit and scope of the appended claims, such modifications and changes are the following claims It should be seen as belonging to a range.
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| KR1020070009404A KR20080071328A (en) | 2007-01-30 | 2007-01-30 | Method for forming fine pattern of semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20080071328A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9472653B2 (en) | 2014-11-26 | 2016-10-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor device |
-
2007
- 2007-01-30 KR KR1020070009404A patent/KR20080071328A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9472653B2 (en) | 2014-11-26 | 2016-10-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor device |
| US10038077B2 (en) | 2014-11-26 | 2018-07-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for fabricating semiconductor device |
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Legal Events
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| WITN | Withdrawal due to no request for examination |