KR20090027425A - Method for fabricating minute pattern in semiconductor device - Google Patents

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Abstract

A method of manufacturing the micro-pattern of the semiconductor device is provided to improve the double patterning technology using photoresist and to implement the pattern having precision. The hard mask layer(23) is formed on the etch target layer(21). The sacrificial layer pattern(24A) is formed on the hard mask layer. The spacer(28A) is formed in the side wall of the sacrificial layer pattern. The sacrificial layer pattern is removed. The hard mask layer is etched by using the spacer as the etch barrier. By using the hard mask layer as the etch barrier, it is the etch target layer is etched to form the pattern.

Description

반도체 소자의 미세패턴 제조방법{METHOD FOR FABRICATING MINUTE PATTERN IN SEMICONDUCTOR DEVICE}METHOD FOR FABRICATING MINUTE PATTERN IN SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 소자 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor device manufacturing technology, and more particularly to a method of forming a fine pattern of a semiconductor device.

반도체 소자의 고집적화에 따라 패턴의 미세화는 필수적이다. 그러나, 반도체 소자의 구현에 필요한 패턴, 예를 들어 라인 및 스페이스 패턴(line and space pattern, 이하, L/S 패턴)은 포토리소그래피(photolithography) 장비의 한계로 인하여 미세하게 형성하는 데 한계가 있다.With high integration of semiconductor devices, finer patterns are essential. However, a pattern required for the implementation of a semiconductor device, for example, a line and space pattern (hereinafter, referred to as an L / S pattern), is limited to be minutely formed due to the limitation of photolithography equipment.

이러한 문제를 해결하기 위하여 최근 2장의 포토마스크를 이용하여 패턴을 형성하는 더블 패터닝(double patterning) 기술이 제안되었으며, 이는 현재 상용화된 포토리소그래피 장비를 이용하면서도 미세한 L/S 패턴 형성을 용이하게 한다. 이하, 도1을 참조하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.In order to solve this problem, a double patterning technique for forming a pattern using two photomasks has recently been proposed, which facilitates the formation of a fine L / S pattern while using a commercially available photolithography apparatus. Hereinafter, with reference to Figure 1 will be described in more detail.

도1a 내지 도1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위 한 공정 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art.

도1a에 도시된 바와 같이, 피식각층(10) 상부에 제1 포토레지스트(PR1)를 도포하고 노광 및 현상 공정으로 제1 포토레지스트(PR1)를 패터닝한 후, 패터닝된 제1 포토레지스트(PR1)를 마스크로 피식각층(10)을 식각한다. As shown in FIG. 1A, after applying the first photoresist PR1 on the etched layer 10 and patterning the first photoresist PR1 by an exposure and development process, the patterned first photoresist PR1 is formed. ) To be etched (10).

도1b에 도시된 바와 같이, 제1 포토레지스트(PR1)를 제거한 후, 결과물의 전체 구조 상부에 제2 포토레지스트(PR2)를 도포하고 노광 및 현상 공정으로 제2 포토레지스트(PR2)을 패터닝한다. 이때, 패터닝된 제2 포토레지스트(PR2)의 개구부는 패터닝된 제1 포토레지스트(PR1)의 개구부와 중첩되지 않는다.As shown in FIG. 1B, after the first photoresist PR1 is removed, the second photoresist PR2 is applied over the entire structure of the resultant product, and the second photoresist PR2 is patterned by an exposure and development process. . In this case, the openings of the patterned second photoresist PR2 do not overlap the openings of the patterned first photoresist PR1.

도1c에 도시된 바와 같이, 패터닝된 제2 포토레지스트(PR2)를 마스크로 피식각층(10)을 재식각함으로써, 라인/스페이스 폭이 작은 미세 패턴을 형성할 수 있다.As illustrated in FIG. 1C, by etching the etched layer 10 again using the patterned second photoresist PR2 as a mask, a fine pattern having a small line / space width may be formed.

그러나, 이와 같은 더블 패터닝 방식을 이용하더라도 패턴의 라인/스페이스 폭을 일정값 이하로 만드는 것은 어렵다. 이는 현재의 공정 기술로는 2장의 포토마스크로 라인/스페이스 폭을 일정값 이하로 만들기 어렵고, 그 이상의 포토마스크를 사용하면 노광 공정시 중첩(overlay) 정확도를 제어하기 어렵기 때문이다.However, even when using such a double patterning method, it is difficult to make the line / space width of the pattern below a certain value. This is because the current process technology makes it difficult to make the line / space width below a certain value with two photomasks, and when more photomasks are used, it is difficult to control the overlay accuracy during the exposure process.

따라서, 반도체 소자의 고집적화 경향에 대응하여 라인/스페이스 폭을 일정값 이하(예컨대, 35㎚이하의 디자인 룰)로 만들 수 있는 미세 패턴을 구현하는 것이 요구된다. Therefore, it is required to implement a fine pattern that can make the line / space width below a predetermined value (for example, a design rule of 35 nm or less) in response to the tendency of high integration of semiconductor devices.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 포토레지스트를 이용한 더블 패터닝 기술을 개선하여 정확하고 절밀도 있는 패턴을 구현할 수 있는 반도체 소자의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device capable of realizing an accurate and accurate pattern by improving a double patterning technique using a photoresist.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 제조방법은 식각대상층 상에 하드마스크층을 형성하는 단계; 상기 하드마스크층 상에 희생층패턴을 형성하는 단계; 상기 희생층패턴의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계; 상기 희생층패턴을 제거하는 단계; 상기 스페이서를 식각배리어로 상기 하드마스크층을 식각하는 단계; 상기 하드마스크층을 식각배리어로 상기 식각대상층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. Method of manufacturing a semiconductor device of the present invention for achieving the above object comprises the steps of forming a hard mask layer on the etching target layer; Forming a sacrificial layer pattern on the hard mask layer; Forming a spacer on sidewalls of the sacrificial layer pattern; Removing the sacrificial layer pattern; Etching the hard mask layer using the spacer as an etch barrier; And forming the etching target layer using the hard mask layer as an etching barrier.

또한, 본 발명의 제1실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법은 식각대상층 상에 하드마스크층을 형성하는 단계; 상기 하드마스크층 상에 희생산화막패턴을 형성하는 단계; 상기 희생산화막패턴의 측벽에 폴리실리콘스페이서를 형성하는 단계; 상기 희생산화막패턴을 제거하는 단계; 상기 폴리실리콘스페이서를 식각배리어로 상기 하드마스크층을 식각하는 단계; 상기 하드마스크층을 식각배리어로 상기 식각대상층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention comprises the steps of forming a hard mask layer on the etching target layer; Forming a sacrificial oxide film pattern on the hard mask layer; Forming a polysilicon spacer on sidewalls of the sacrificial oxide film pattern; Removing the sacrificial oxide film pattern; Etching the hard mask layer with the polysilicon spacer into an etch barrier; And etching the etching target layer by using the hard mask layer as an etching barrier to form a pattern.

또한, 본 발명의 제2실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법은 식각대상층 상 에 하드마스크층을 형성하는 단계; 상기 하드마스크층 상에 희생비정질카본패턴을 형성하는 단계; 상기 희생비정질카본패턴의 측벽에 산화막스페이서를 형성하는 단계; 상기 희생비정질카본패턴을 제거하는 단계; 상기 산화막스페이서를 식각배리어로 상기 하드마스크층을 식각하는 단계; 상기 하드마스크층을 식각배리어로 상기 식각대상층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention comprises the steps of forming a hard mask layer on the etching target layer; Forming a sacrificial amorphous carbon pattern on the hard mask layer; Forming an oxide film spacer on sidewalls of the sacrificial amorphous carbon pattern; Removing the sacrificial amorphous carbon pattern; Etching the hard mask layer using the oxide spacer as an etching barrier; And etching the etching target layer by using the hard mask layer as an etching barrier to form a pattern.

또한, 본 발명의 제3실시예에 의한 반도체 소자의 제조방법은 식각대상층 상에 하드마스크층을 형성하는 단계; 상기 하드마스크층 상에 희생폴리실리콘패턴을 형성하는 단계; 상기 희생폴리실리콘패턴의 측벽에 산화막스페이서를 형성하는 단계; 상기 희생폴리실리콘패턴을 제거하는 단계; 상기 산화막스페이서를 식각배리어로 상기 하드마스크층을 식각하는 단계; 상기 하드마스크층을 식각배리어로 상기 식각대상층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention comprises the steps of forming a hard mask layer on the etching target layer; Forming a sacrificial polysilicon pattern on the hard mask layer; Forming an oxide film spacer on sidewalls of the sacrificial polysilicon pattern; Removing the sacrificial polysilicon pattern; Etching the hard mask layer using the oxide spacer as an etching barrier; And etching the etching target layer by using the hard mask layer as an etching barrier to form a pattern.

상술한 본 발명에 의한 반도체 소자의 제조방법은 한번의 노광만 진행하기 때문에 첫번째 노광 및 두번째 노광사이의 오정렬(Mis-align)에 의한 라인(Line)간의 CD 편차를 줄일 수 있고, 한번의 노광공정이 생략됨으로 인해 원가 절감을 도모할 수 있는 효과가 있다.Since the semiconductor device manufacturing method according to the present invention described above performs only one exposure, the CD deviation between lines due to misalignment between the first exposure and the second exposure can be reduced, and the one exposure process is performed. This omission has the effect of reducing costs.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily implement the technical idea of the present invention. .

((실시예 1))(Example 1)

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.2A to 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention.

도 2a에 도시된 바와 같이, 식각대상층(21) 상에 비정질카본층(22)과 실리콘산화질화 막(23)을 형성한다. 비정질카본층(22)은 식각대상층(21)을 식각하기 위한 식각배리어, 실리콘산화질화막(23)은 비정질카본층(22)을 식각하기 위한 식각배리어로 사용할 수 있고 제1실리콘산화질화막(43) 외에 질화막을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2A, an amorphous carbon layer 22 and a silicon oxynitride film 23 are formed on the etching target layer 21. The amorphous carbon layer 22 may be used as an etching barrier for etching the etching target layer 21, and the silicon oxynitride layer 23 may be used as an etching barrier for etching the amorphous carbon layer 22, and the first silicon oxynitride layer 43 may be used as an etching barrier for etching the amorphous carbon layer 22. In addition, a nitride film can be formed.

이어서, 실리콘산화질화막(23) 상에 희생산화막(24)을 형성한다. 희생산화막(24)은 후속 더블패터닝을 위한 희생층으로 사용하기 위한 것으로, HF에 식각이 잘되는 실리콘산화막(SiO2) 계통의 막일 수 있으며, TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate), HARP(High Aspect Ratio Process), SOD(Spin On Dielectric) 및 SOG(Spin On Glass)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다. 또한, 희생산화막(24)의 두께는 하부 실리콘산화질화막(23)을 식각할 수 있는 충분한 두께로 형성하되 500Å∼2000Å으로 형성할 수 있다.Subsequently, a sacrificial oxide film 24 is formed on the silicon oxynitride film 23. The sacrificial oxide film 24 is intended to be used as a sacrificial layer for subsequent double patterning. The sacrificial oxide film 24 may be a silicon oxide (SiO 2 ) -based film that is well etched in HF, and may be TEOS (Tetra Ethyle Ortho Silicate) or HARP (High Aspect Ratio Process). ), SOD (Spin On Dielectric) and SOG (Spin On Glass) may be any one selected from the group consisting of. In addition, the sacrificial oxide film 24 may be formed to a thickness sufficient to etch the lower silicon oxynitride film 23, but may be formed to be 500 kPa to 2000 kPa.

이어서, 희생산화막(24) 상에 제1폴리실리콘층(25)을 형성한다. 제1폴리실리콘층(25)은 희생산화막(24)을 식각하기 위한 것으로, 감광막으로 희생산화막(24)을 식각하는 경우 패턴 변형(Pattern Deformation) 및 선택비 감소에 의한 패턴 불량 이 일어나는 것을 방지하기 위해 사용할 수 있다. 이때, 제1폴리실리콘층(25)의 두께는 희생산화막(24)과의 식각선택비를 고려하여 조절하되 200Å∼1000Å으로 형성할 수 있다.Subsequently, the first polysilicon layer 25 is formed on the sacrificial oxide film 24. The first polysilicon layer 25 is for etching the sacrificial oxide layer 24. When the sacrificial oxide layer 24 is etched with the photoresist layer, the first polysilicon layer 25 prevents pattern defects due to pattern deformation and reduced selectivity. Can be used for In this case, the thickness of the first polysilicon layer 25 may be adjusted in consideration of an etching selectivity with the sacrificial oxide layer 24, but may be 200 μs to 1000 μs.

이어서, 제1폴리실리콘층(25) 상에 반사방지층(26)을 형성한다. 반사방지층(26)은 Anti Reflection Coating으로 후속 감광막 노광시 반사방지역할을 하기 위한 것이다. Subsequently, an antireflection layer 26 is formed on the first polysilicon layer 25. The anti-reflective layer 26 is intended to be anti-reflective upon subsequent photoresist exposure with Anti Reflection Coating.

이어서, 반사방지층(26) 상에 감광막패턴(27)을 형성한다. 감광막패턴(27)은 반사방지층(26) 상에 감광막을 코팅(Coating)하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 실시할 수 있다. 특히, 감광막패턴(27)은 이멀젼 리소그래피(Immersion lithograpy) 기술로 패터닝할 수 있는데, 이멀젼 리소그래피 기술은 프로젝션 렌즈부의 최종 투영 렌즈와 웨이퍼 사이에 임의의 이멀젼물질층을 채우고 그 이멀젼물질층의 굴절률만큼 광학계의 개구수(Numerical Aperture: 이하 NA)를 증가시켜 리소그래피 장치의 분해능을 개선시키는 기술이다. 이때, 이멀젼물질층에서 전파해 나가는 광원의 파장은 그 실제 파장인 공기 중에서 전파해 나가는 광원의 파장을 이멀젼물질층의 굴절률로 나눈 값에 해당한다. Subsequently, a photosensitive film pattern 27 is formed on the antireflection layer 26. The photoresist layer pattern 27 may be formed by coating a photoresist layer on the antireflection layer 26 and patterning the photoresist layer by exposure and development. In particular, the photoresist pattern 27 may be patterned by an emulsion lithography technique, which fills an arbitrary layer of emulsion material between the final projection lens of the projection lens portion and the wafer and forms the layer of emulsion material. It is a technique of improving the resolution of a lithographic apparatus by increasing the numerical aperture (NA) of the optical system by the refractive index of. In this case, the wavelength of the light source propagating in the emulsion material layer corresponds to a value obtained by dividing the wavelength of the light source propagating in the air, which is the actual wavelength, by the refractive index of the emulsion material layer.

또한, 감광막패턴(27)은 라인타입(Line Type)으로 패터닝되는데 최종 패터닝 후 최종 CD(Critical Dimension) 타겟(Target)을 고려하여 라인과 라인사이의 공간(Space)이 1:2.5∼3.5의 비율을 갖도록 패터닝할 수 있다.In addition, the photoresist pattern 27 is patterned in a line type. The space between the lines is 1: 2.5 to 3.5 in consideration of the final CD (Target) target after the final patterning. It can be patterned to have.

도 2b에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(27)을 식각배리어로 반사방지층(26)과 제1폴리실리콘층(25)을 식각한다. 제1폴리실리콘층(25)의 식각이 완료되는 시점 에서 감광막패턴(27) 및 반사방지층(26)이 모두 제거되거나, 제1폴리실리콘층(25) 식각 후 스트립공정으로 감광막패턴(27) 및 반사방지층(26)을 제거할 수 있다. As shown in FIG. 2B, the anti-reflection layer 26 and the first polysilicon layer 25 are etched using the photoresist pattern 27 as an etching barrier. When the etching of the first polysilicon layer 25 is completed, the photoresist pattern 27 and the antireflection layer 26 are all removed, or the photoresist pattern 27 and the photoresist layer 27 are subjected to a strip process after etching the first polysilicon layer 25. The antireflective layer 26 can be removed.

패터닝된 제1폴리실리콘층(25)을 '제1폴리실리콘패턴(25A)'이라고 한다. The patterned first polysilicon layer 25 is referred to as a 'first polysilicon pattern 25A'.

이어서, 제1폴리실리콘패턴(25A)을 식각배리어로 희생산화막(24)을 식각하여 희생산화막패턴(24A)을 형성한다. 희생산화막(24)의 식각은 제1폴리실리콘패턴(25A)과 식각선택비를 갖는 조건으로 실시하되, CF계 가스를 메인가스로 하고 산소가스를 첨가하여 실시할 수 있다. Subsequently, the sacrificial oxide film 24 is etched using the first polysilicon pattern 25A as an etching barrier to form the sacrificial oxide film pattern 24A. The sacrificial oxide film 24 may be etched under conditions having an etching selectivity with the first polysilicon pattern 25A, but may be performed by adding CF gas as the main gas and adding oxygen gas.

이어서, 희생산화막패턴(24A)을 포함하는 전체구조 상에 제2폴리실리콘층(28)을 형성한다. 제2폴리실리콘층(28)은 스텝커버리지(Step Coverage, 상부와 측벽의 두께비 또는 상부와 하부의 두께비)가 적어도 90%이상(90%∼100%)이 되도록 형성하고, 하부 비정질카본층(22)의 물성에 영향을 주지 않도록 적어도 550℃이하(30℃∼550℃)의 온도에서 형성한다. 바람직하게는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition)으로 형성할 수 있다. 또한, 폴리실리콘층 외에 원자층증착법을 이용한 알루미늄산화막(Al2O3) 또는 원자층증착법을 이용한 질화막(Nitride)을 형성할 수 있다.Next, the second polysilicon layer 28 is formed on the entire structure including the sacrificial oxide film pattern 24A. The second polysilicon layer 28 is formed such that the step coverage (the thickness ratio of the top and sidewalls or the thickness ratio of the top and bottom) is at least 90% or more (90% to 100%), and the lower amorphous carbon layer 22 It is formed at a temperature of at least 550 ° C. (30 ° C. to 550 ° C.) so as not to affect the physical properties of the c. Preferably, it may be formed by atomic layer deposition. In addition to the polysilicon layer, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) using an atomic layer deposition method or a nitride film using an atomic layer deposition method may be formed.

도 2c에 도시된 바와 같이, 제2폴리실리콘층(28)을 식각한다. 제2폴리실리콘층(28)의 식각시 희생산화막패턴(24A)의 상부에 형성된 제1폴리실리콘패턴(25A)이 함께 식각되어 제2폴리실리콘층(28)의 식각이 완료되는 시점에서 희생산화막패턴(24A)의 상부가 오픈된다. 제2폴리실리콘층(28)의 식각은 전면식각 또는 에치백 으로 실시하되, 화학적 식각특성보다는 물리적 식각특성을 갖도록 BCl3, C2F6 및 Ar의 혼합가스를 사용하여 실시할 수 있다. 이는 화학적 식각특성이 강하게 작용할 경우 잔류하는 제2폴리실리콘층(28)의 CD가 작아지는 것을 방지하기 위함이다. As shown in FIG. 2C, the second polysilicon layer 28 is etched. When the second polysilicon layer 28 is etched, the first polysilicon pattern 25A formed on the sacrificial oxide pattern 24A is etched together to complete the etching of the second polysilicon layer 28. The upper part of the pattern 24A is opened. The second polysilicon layer 28 may be etched by full etching or etch back, but may be performed using a mixed gas of BCl 3 , C 2 F 6, and Ar to have physical etching characteristics rather than chemical etching characteristics. This is to prevent the CD of the remaining second polysilicon layer 28 from decreasing when the chemical etching characteristic is strongly acted on.

또한, 물리적 식각특성에 의한 하부층(예컨대, 실리콘산화질화막(23))의 어택(Attack)을 최소화하기 위해 제2폴리실리콘층(28)의 과도식각은 하부층과 식각선택비를 갖는 HBr을 사용하여 실시할 수 있다.In addition, in order to minimize the attack of the lower layer (eg, silicon oxynitride layer 23) due to physical etching characteristics, the excessive etching of the second polysilicon layer 28 may be performed using HBr having an etching selectivity with the lower layer. It can be carried out.

따라서, 희생산화막패턴(24A)의 측벽에 스페이서 형태로 제2폴리실리콘패턴(28A)이 잔류한다.Accordingly, the second polysilicon pattern 28A remains on the sidewall of the sacrificial oxide pattern 24A in the form of a spacer.

위와 같이, 한번의 노광공정으로 미세 패터닝을 가능케 함으로써 두번의 노광공정에 의한 오버랩 정확도(Overlap Accuracy) 불량을 개선할 수 있다. 즉, 첫번째 노광 및 두번째 노광사이의 오정렬(Mis-align)에 의한 라인(Line)간의 CD 편차를 줄일 수 있다. 더욱이, 한번의 노광공정이 생략됨으로 인해 원가 절감을 도모할 수 있다.As described above, by enabling fine patterning in one exposure process, it is possible to improve the overlap accuracy defect due to the two exposure processes. That is, the CD deviation between the lines due to misalignment between the first exposure and the second exposure can be reduced. Moreover, cost reduction can be achieved because one exposure process is omitted.

도 2d에 도시된 바와 같이, 희생산화막패턴(24A)을 제거한다. 희생산화막패턴(24A)은 습식식각으로 제거할 수 있다. 이때, 습식식각은 HF 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant)로 실시할 수 있고, 바람직하게는 제2폴리실리콘패턴(28A) 및 실리콘산화질화막(23)과 식각선택비가 높은 HF를 사용하여 실시할 수 있다.As shown in FIG. 2D, the sacrificial oxide film pattern 24A is removed. The sacrificial oxide layer pattern 24A may be removed by wet etching. In this case, the wet etching may be performed using HF or BOE (Buffered Oxide Etchant), and preferably, the second polysilicon pattern 28A and the silicon oxynitride layer 23 and HF having high etching selectivity may be used. .

따라서, 희생산화막패턴(24A)이 제거되어 실리콘산화질화막(23) 상에는 제2폴리실리콘패턴(28A)이 잔류한다.Therefore, the sacrificial oxide film pattern 24A is removed, and the second polysilicon pattern 28A remains on the silicon oxynitride film 23.

도 2e에 도시된 바와 같이, 제2폴리실리콘패턴(28A)을 식각배리어로 실리콘산화질화막(23)과 비정질카본층(22)을 식각한다. 실리콘산화질화막(23)과 비정질카본층(22)은 각각 나누어 식각하는데 실리콘산화질화막(23)은 CHF3 또는 CF4를 메인가스로 사용하는 플라즈마를 이용하여 실시할 수 있고, 비정질카본층(22)은 O2 및 N2의 혼합가스를 사용한 플라즈마를 이용하여 식각할 수 있다.As shown in FIG. 2E, the silicon oxynitride layer 23 and the amorphous carbon layer 22 are etched using the second polysilicon pattern 28A as an etching barrier. The silicon oxynitride film 23 and the amorphous carbon layer 22 are separately etched, but the silicon oxynitride film 23 can be performed using plasma using CHF 3 or CF 4 as the main gas, and the amorphous carbon layer 22 ) May be etched using a plasma using a mixed gas of O 2 and N 2 .

식각된 실리콘산화질화막(23)은 '실리콘산화질화막패턴(23A)', 식각된 비정질카본층(22)은 '비정질카본패턴(22A)'이라고 한다.The etched silicon oxynitride layer 23 is referred to as a 'silicon oxynitride layer pattern 23A', and the etched amorphous carbon layer 22 is referred to as an 'amorphous carbon pattern 22A'.

도 2f에 도시된 바와 같이, 제2폴리실리콘패턴(28A) 및 실리콘산화질화막패턴(23A)을 제거한다.As shown in FIG. 2F, the second polysilicon pattern 28A and the silicon oxynitride film pattern 23A are removed.

이어서, 비정질카본패턴(22A)을 식각배리어로 식각대상층(21)을 식각하여 패턴(21A)을 형성한다.Subsequently, the etching target layer 21 is etched using the amorphous carbon pattern 22A as an etching barrier to form the pattern 21A.

((실시예 2))(Example 2)

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention.

도 3a에 도시된 바와 같이, 식각대상층(31) 상에 제1비정질카본층(32)과 제1실리콘산화질화막(33)을 형성한다. 제1비정질카본층(32)은 식각대상층(31)을 식각하기 위한 식각배리어, 제1실리콘산화질화막(33)은 제1비정질카본층(32)을 식각하기 위한 식각배리어로 사용할 수 있고 제1실리콘산화질화막(43) 외에 질화막을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 3A, the first amorphous carbon layer 32 and the first silicon oxynitride layer 33 are formed on the etching target layer 31. The first amorphous carbon layer 32 may be used as an etching barrier for etching the etching target layer 31, and the first silicon oxynitride layer 33 may be used as an etching barrier for etching the first amorphous carbon layer 32. A nitride film may be formed in addition to the silicon oxynitride film 43.

이어서, 제1실리콘산화질화막(33) 상에 폴리실리콘층(34)을 형성한다. 폴리실리콘층(34)은 후속공정에서 식각선택비를 확보하여 식각정지막으로 사용하기 위한 것이다.Next, a polysilicon layer 34 is formed on the first silicon oxynitride film 33. The polysilicon layer 34 is intended to be used as an etch stop layer by securing an etching selectivity in a subsequent process.

이어서, 폴리실리콘층(34) 상에 제2비정질카본층(35)을 형성한다. 제2비정질카본층(35)은 더블 패터닝을 형성하기 위한 희생층으로 사용하기 위한 것으로, 감광막 스트립퍼로 쉽게 제거가 가능하며 식각선택비를 확보하여 하부층에 어택(Attack)을 주지 않는다. 희생층으로 사용하기 위한 제2비정질카본층(35)은 500Å∼2000Å의 두께로 형성할 수 있다.Next, the second amorphous carbon layer 35 is formed on the polysilicon layer 34. The second amorphous carbon layer 35 is intended to be used as a sacrificial layer for forming double patterning. The second amorphous carbon layer 35 is easily removed by a photoresist stripper and does not attack the lower layer by securing an etching selectivity. The second amorphous carbon layer 35 for use as a sacrificial layer can be formed to a thickness of 500 kPa to 2000 kPa.

이어서, 제2비정질카본층(35) 상에 제2실리콘산화질화막(36)을 형성한다. 제2실리콘산화질화막(36)은 제2비정질카본층(32)의 식각시 식각배리어로 사용하기 위한 것이다.Next, a second silicon oxynitride film 36 is formed on the second amorphous carbon layer 35. The second silicon oxynitride layer 36 is intended to be used as an etching barrier when etching the second amorphous carbon layer 32.

이어서, 제2실리콘산화질화막(36) 상에 반사방지층(37)을 형성한다. 반사방지층(37)은 Anti Reflection Coating으로 후속 감광막 노광시 반사방지역할을 하기 위한 것이다. Subsequently, an antireflection layer 37 is formed on the second silicon oxynitride film 36. The anti-reflection layer 37 is intended to reflect the anti-reflective layer upon subsequent photoresist exposure with Anti Reflection Coating.

이어서, 반사방지층(37) 상에 감광막패턴(38)을 형성한다. 감광막패턴(38)은 반사방지층(37) 상에 감광막을 코팅(Coating)하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 실시할 수 있다. 특히, 감광막패턴(38)은 이멀젼 리소그래피(Immersion lithograpy) 기술로 패터닝할 수 있는데, 이멀젼 리소그래피 기술은 프로젝션 렌즈부의 최종 투영 렌즈와 웨이퍼 사이에 임의의 이멀젼물질층을 채우고 그 이멀젼물질층의 굴절률만큼 광학계의 개구수(Numerical Aperture: 이하 NA)를 증가시켜 리소그래피 장치 의 분해능을 개선시키는 기술이다. 이때, 이멀젼물질층에서 전파해 나가는 광원의 파장은 그 실제 파장인 공기 중에서 전파해 나가는 광원의 파장을 이멀젼물질층의 굴절률로 나눈 값에 해당한다. Subsequently, a photosensitive film pattern 38 is formed on the antireflection layer 37. The photoresist pattern 38 may be formed by coating a photoresist on the antireflection layer 37 and patterning the photoresist with exposure and development. In particular, the photoresist pattern 38 may be patterned by an emulsion lithography technique, which fills an arbitrary layer of emulsion material between the final projection lens of the projection lens portion and the wafer and that layer of emulsion material. This technique improves the resolution of the lithographic apparatus by increasing the numerical aperture (NA) of the optical system by the refractive index of. In this case, the wavelength of the light source propagating in the emulsion material layer corresponds to a value obtained by dividing the wavelength of the light source propagating in the air, which is the actual wavelength, by the refractive index of the emulsion material layer.

또한, 감광막패턴(38)은 라인타입(Line Type)으로 패터닝되는데 최종 패터닝 후 최종 CD(Critical Dimension) 타겟(Target)을 고려하여 라인과 라인사이의 공간(Space)이 1:2.5∼3.5의 비율을 갖도록 패터닝할 수 있다.In addition, the photoresist pattern 38 is patterned in a line type, and the ratio between the lines and the lines is 1: 2.5 to 3.5 in consideration of the final CD (Target) target after the final patterning. It can be patterned to have.

도 3b에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(38)을 이용하여 반사방지층(37) 및 제2실리콘산화질화막(36)을 식각한다. 식각된 제2실리콘산화질화막(36)을 '제2실리콘산화질화패턴(36A)'이라고 한다.As shown in FIG. 3B, the anti-reflection layer 37 and the second silicon oxynitride layer 36 are etched using the photoresist pattern 38. The etched second silicon oxynitride layer 36 is referred to as a 'second silicon oxynitride pattern 36A'.

이어서, 제2실리콘산화질화패턴(36A)을 식각배리어로 제2비정질카본층(35)을 식각하여 제2비정질카본패턴(35A)을 형성한다. 제2비정질카본층(35)은 O2, N2의 혼합가스, CO 및 H2의 혼합가스 및 O2, N2, CO 및 H2의 혼합가스로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 혼합가스로 이용하여 식각할 수 있고, 제2비정질카본패턴(35A)의 식각이 모두 완료되는 시점에서 감광막패턴(38) 및 반사방지층(37)은 모두 제거된다.Subsequently, the second amorphous carbon layer 35 is etched using the second silicon oxynitride pattern 36A as an etching barrier to form the second amorphous carbon pattern 35A. The second amorphous carbon layer 35 is a mixed gas selected from the group consisting of a mixed gas of O 2 , N 2 , a mixed gas of CO and H 2 , and a mixed gas of O 2 , N 2 , CO, and H 2 . And the photoresist pattern 38 and the anti-reflection layer 37 are all removed when the etching of the second amorphous carbon pattern 35A is completed.

이어서, 제2비정질카본패턴(35A)을 포함하는 전체구조 상에 산화막(39)을 형성한다. 산화막(39)은 스텝커버리지(Step Coverage, 상부와 측벽의 두께비 또는 상부와 하부의 두께비)가 적어도 90%이상(90%∼100%)이 되도록 형성하고, 제1비정질카본층(32) 및 제2비정질카본패턴(35A)의 물성에 영향을 주지 않도록 적어도 550 ℃이하(30℃∼550℃)의 온도에서 형성한다. 바람직하게는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition)으로 형성할 수 있다. 또한, 산화막 외에 원자층증착법을 이용한 질화막(Nitride)을 형성할 수 있다.Subsequently, an oxide film 39 is formed over the entire structure including the second amorphous carbon pattern 35A. The oxide film 39 is formed such that the step coverage (the thickness ratio of the top and sidewalls or the thickness ratio of the top and the bottom) is at least 90% (90% to 100%), and the first amorphous carbon layer 32 and the first It is formed at a temperature of at least 550 ° C. or less (30 ° C. to 550 ° C.) so as not to affect the physical properties of the amorphous carbon pattern 35A. Preferably, it may be formed by atomic layer deposition. In addition to the oxide film, a nitride film using an atomic layer deposition method can be formed.

도 3c에 도시된 바와 같이, 산화막(39)을 식각한다. 산화막(39)의 식각이 완료되는 시점에서 제2실리콘산화질화패턴(36A)이 손실되거나, 산화막(39) 식각시 제2실리콘산화질화패턴(36A)을 제거하여 제2비정질카본패턴(35A)의 상부를 오픈시킨다. As shown in FIG. 3C, the oxide film 39 is etched. When the etching of the oxide film 39 is completed, the second silicon oxynitride pattern 36A is lost, or when the oxide film 39 is etched, the second silicon oxynitride pattern 36A is removed to remove the second amorphous carbon pattern 35A. Open the top of the

산화막(39)의 식각은 전면식각 또는 에치백으로 실시하되, 제2실리콘산화질화패턴(36A)을 함께 식각하기 위해 산화막과 실리콘산화질화막의 식각선택비가 작은 CF4 또는 CHF3를 이용하여 실시할 수 있다. 이때, 제2비정질카본패턴(35A)의 하부층에 형성된 폴리실리콘층(34)이 식각정지막(Stopping Layer) 역할을 함으로써 절연막(39) 식각시 하부층의 어택(Attack)을 방지할 수 있다.The etching of the oxide film 39 may be performed by full etching or etch back, and the etching of the second silicon oxynitride pattern 36A may be performed using CF 4 or CHF 3 having a small etching selectivity of the oxide and silicon oxynitride film. Can be. In this case, since the polysilicon layer 34 formed on the lower layer of the second amorphous carbon pattern 35A serves as a etch stop layer, the attack of the lower layer may be prevented when the insulating layer 39 is etched.

따라서, 제2실리콘산화질화패턴(36A)은 제거되고, 제2비정질카본패턴(35A)의 측벽에 스페이서 형태로 산화막패턴(39A)이 잔류한다.Accordingly, the second silicon oxynitride pattern 36A is removed, and the oxide film pattern 39A remains on the sidewall of the second amorphous carbon pattern 35A in the form of a spacer.

도 3d에 도시된 바와 같이, 제2비정질카본패턴(35A)을 제거한다. 제2비정질카본패턴(35A)은 건식식각으로 제거하되, 산소플라즈마를 이용하여 감광막 스트립공정으로 제거할 수 있다. 따라서, 하부층에 어택(Attack)없이 제2비정질카본패턴(35A)만 선택적으로 제거할 수 있다. As shown in FIG. 3D, the second amorphous carbon pattern 35A is removed. The second amorphous carbon pattern 35A may be removed by dry etching, but may be removed by a photosensitive film strip process using oxygen plasma. Therefore, only the second amorphous carbon pattern 35A may be selectively removed without an attack on the lower layer.

제2비정질카본패턴(35A)이 제거됨으로써 폴리실리콘층(34) 상에는 산화막패 턴(39A)만 잔류한다. By removing the second amorphous carbon pattern 35A, only the oxide film pattern 39A remains on the polysilicon layer 34.

위와 같이, 한번의 노광공정으로 미세 패터닝을 가능케 함으로써 두번의 노광공정에 의한 오버랩 정확도(Overlap Accuracy) 불량을 개선할 수 있다. 즉, 첫번째 노광 및 두번째 노광사이의 오정렬(Mis-align)에 의한 라인(Line)간의 CD 편차를 줄일 수 있다. 더욱이, 한번의 노광공정이 생략됨으로 인해 원가 절감을 도모할 수 있다.As described above, by enabling fine patterning in one exposure process, it is possible to improve the overlap accuracy defect due to the two exposure processes. That is, the CD deviation between the lines due to misalignment between the first exposure and the second exposure can be reduced. Moreover, cost reduction can be achieved because one exposure process is omitted.

도 3e에 도시된 바와 같이, 산화막패턴(39A)을 식각배리어로 폴리실리콘층(34), 제1실리콘산화질화막(33)과 제1비정질카본층(32)을 식각한다. 제1비정질카본층(32)은 제2비정질카본패턴(35A)과 동일한 조건으로 식각할 수 있고, O2 및 N2의 혼합가스, CO 및 H2의 혼합가스 및 O2, N2, CO 및 H2의 혼합가스로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 혼합가스로 이용하여 식각할 수 있다.As shown in FIG. 3E, the polysilicon layer 34, the first silicon oxynitride layer 33, and the first amorphous carbon layer 32 are etched using the oxide layer pattern 39A as an etching barrier. The first amorphous carbon layer 32 may be etched under the same conditions as the second amorphous carbon pattern 35A, and the mixed gas of O 2 and N 2, the mixed gas of CO and H 2 , and the O 2 , N 2 , CO And it can be etched using any one of the mixed gas selected from the group consisting of a mixed gas of H 2 .

식각된 폴리실리콘층(34)을 '폴리실리콘패턴(34A)', 식각된 제1실리콘산화질화막(33)은 '제1실리콘산화질화막패턴(33A)', 식각된 제1비정질카본층(32)은 '제1비정질카본패턴(32A)'이라고 한다.The etched polysilicon layer 34 is a 'polysilicon pattern 34A', the etched first silicon oxynitride layer 33 is a 'first silicon oxynitride layer pattern 33A', and the etched first amorphous carbon layer 32 ) Is referred to as a 'first amorphous carbon pattern 32A'.

도 3f에 도시된 바와 같이, 산화막패턴(39A), 폴리실리콘패턴(34A), 제1실리콘산화질화막패턴(33A)을 제거한다.As shown in FIG. 3F, the oxide film pattern 39A, the polysilicon pattern 34A, and the first silicon oxynitride film pattern 33A are removed.

이어서, 제1비정질카본패턴(32A)을 식각배리어로 식각대상층(31)을 식각하여 패턴(21A)을 형성한다.Subsequently, the etching target layer 31 is etched using the first amorphous carbon pattern 32A as an etching barrier to form the pattern 21A.

((실시예 3))(Example 3)

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도이다.4A to 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a third embodiment of the present invention.

도 4a에 도시된 바와 같이, 식각대상층(41) 상에 비정질카본층(42)과 제1실리콘산화질화 막(43)을 형성한다. 비정질카본층(42)은 식각대상층(41)을 식각하기 위한 식각배리어, 제1실리콘산화질화막(43)은 비정질카본층(42)을 식각하기 위한 식각배리어로 사용할 수 있고 제1실리콘산화질화막(43) 외에 질화막을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 4A, the amorphous carbon layer 42 and the first silicon oxynitride layer 43 are formed on the etching target layer 41. The amorphous carbon layer 42 may be used as an etching barrier for etching the etching target layer 41, and the first silicon oxynitride layer 43 may be used as an etching barrier for etching the amorphous carbon layer 42, and the first silicon oxynitride layer ( 43) in addition to this, a nitride film can be formed.

이어서, 제1실리콘산화질화막(43) 상에 희생폴리실리콘층(44)을 형성한다. 희생폴리실리콘층(44)은 후속 더블패터닝을 위한 희생층으로 사용하기 위한 것으로, 희생폴리실리콘층(44)의 두께는 하부 제1실리콘산화질화막(43)을 식각할 수 있는 충분한 두께로 형성하되 500Å∼2000Å으로 형성할 수 있다.Subsequently, a sacrificial polysilicon layer 44 is formed on the first silicon oxynitride layer 43. The sacrificial polysilicon layer 44 is to be used as a sacrificial layer for subsequent double patterning, and the thickness of the sacrificial polysilicon layer 44 is formed to a sufficient thickness to etch the lower first silicon oxynitride layer 43. It can be formed from 500 kV to 2000 kV.

이어서, 희생폴리실리콘층(44) 상에 제2실리콘산화질화막(45)을 형성한다. 제2실리콘산화질화막(45)은 희생폴리실리콘층(44)을 식각하기 위한 것으로, 감광막으로 희생폴리실리콘층(44)을 식각하는 경우 패턴 변형(Pattern Deformation) 및 선택비 감소에 의한 패턴 불량이 일어나는 것을 방지하기 위해 사용할 수 있다. 이때, 제2실리콘산화질화막(45)의 두께는 희생폴리실리콘층(44)과의 식각선택비를 고려하여 조절하되 200Å∼600Å으로 형성할 수 있다. 특히, 제2실리콘산화질화막(45) 대신 산화막으로 형성할 수 있다.Subsequently, a second silicon oxynitride layer 45 is formed on the sacrificial polysilicon layer 44. The second silicon oxynitride layer 45 is used to etch the sacrificial polysilicon layer 44. When the sacrificial polysilicon layer 44 is etched using the photoresist layer, pattern defects due to pattern deformation and reduced selectivity are prevented. Can be used to prevent this from happening. In this case, the thickness of the second silicon oxynitride layer 45 may be adjusted in consideration of an etching selectivity with the sacrificial polysilicon layer 44, but may be 200 μs to 600 μs. In particular, it may be formed of an oxide film instead of the second silicon oxynitride film 45.

이어서, 제2실리콘산화질화막(45) 상에 반사방지층(46)을 형성한다. 반사방지층(46)은 Anti Reflection Coating으로 후속 감광막 노광시 반사방지역할을 하기 위한 것이다. Subsequently, an antireflection layer 46 is formed on the second silicon oxynitride film 45. The anti-reflection layer 46 is intended to reflect the area upon subsequent photoresist exposure with Anti Reflection Coating.

이어서, 반사방지층(46) 상에 감광막패턴(47)을 형성한다. 감광막패턴(47)은 반사방지층(46) 상에 감광막을 코팅(Coating)하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 실시할 수 있다. 특히, 감광막패턴(47)은 이멀젼 리소그래피(Immersion lithograpy) 기술로 패터닝할 수 있는데, 이멀젼 리소그래피 기술은 프로젝션 렌즈부의 최종 투영 렌즈와 웨이퍼 사이에 임의의 이멀젼물질층을 채우고 그 이멀젼물질층의 굴절률만큼 광학계의 개구수(Numerical Aperture: 이하 NA)를 증가시켜 리소그래피 장치의 분해능을 개선시키는 기술이다. 이때, 이멀젼물질층에서 전파해 나가는 광원의 파장은 그 실제 파장인 공기 중에서 전파해 나가는 광원의 파장을 이멀젼물질층의 굴절률로 나눈 값에 해당한다. Subsequently, a photosensitive film pattern 47 is formed on the antireflection layer 46. The photoresist layer pattern 47 may be formed by coating a photoresist layer on the antireflection layer 46 and patterning the photoresist layer by exposure and development. In particular, the photoresist pattern 47 may be patterned by an emulsion lithography technique, which fills an arbitrary layer of emulsion material between the final projection lens of the projection lens portion and the wafer and that layer of emulsion material. It is a technique of improving the resolution of a lithographic apparatus by increasing the numerical aperture (NA) of the optical system by the refractive index of. In this case, the wavelength of the light source propagating in the emulsion material layer corresponds to a value obtained by dividing the wavelength of the light source propagating in the air, which is the actual wavelength, by the refractive index of the emulsion material layer.

또한, 감광막패턴(47)은 라인타입(Line Type)으로 패터닝되는데 최종 패터닝 후 최종 CD(Critical Dimension) 타겟(Target)을 고려하여 라인과 라인사이의 공간(Space)이 1:2.5∼3.5의 비율을 갖도록 패터닝할 수 있다.In addition, the photoresist pattern 47 is patterned in a line type. The space between the lines is 1: 2.5 to 3.5 in consideration of the final CD (Target) target after the final patterning. It can be patterned to have.

도 4b에 도시된 바와 같이, 감광막패턴(47)을 식각배리어로 반사방지층(46)과 제2실리콘산화질화막(45)을 식각한다. 제2실리콘산화질화막(45)의 식각이 완료되는 시점에서 감광막패턴(47) 및 반사방지층(46)이 모두 제거되거나, 제2실리콘산화질화막(45) 식각 후 스트립공정으로 감광막패턴(47) 및 반사방지층(46)을 제거할 수 있다. As shown in FIG. 4B, the anti-reflection layer 46 and the second silicon oxynitride layer 45 are etched using the photoresist pattern 47 as an etching barrier. When the etching of the second silicon oxynitride film 45 is completed, all of the photoresist pattern 47 and the anti-reflection layer 46 are removed, or the photoresist pattern 47 and the strip process are performed after etching the second silicon oxynitride film 45. The antireflection layer 46 can be removed.

패터닝된 제2실리콘산화질화막(45)을 '제2실리콘산화질화막패턴(45A)'이라고 한다. The patterned second silicon oxynitride layer 45 is referred to as a 'second silicon oxynitride layer pattern 45A'.

이어서, 제2실리콘산화질화막패턴(45A)을 식각배리어로 희생폴리실리콘층(44)을 식각하여 희생폴리실리콘패턴(44A)을 형성한다. 희생폴리실리콘층(44)의 식각은 제1실리콘산화질화막(43) 및 제2실리콘산화질화막패턴(45A)과 식각선택비를 갖는 조건으로 실시하되, Cl2와 HBr의 혼합가스를 메인가스로 사용하여 실시할 수 있다.Subsequently, the sacrificial polysilicon layer 44 is etched using the second silicon oxynitride layer pattern 45A as an etching barrier to form the sacrificial polysilicon pattern 44A. Etching of the sacrificial polysilicon layer 44 is performed under conditions having an etching selectivity with the first silicon oxynitride layer 43 and the second silicon oxynitride layer pattern 45A, but the mixed gas of Cl 2 and HBr is used as the main gas. It can be used.

이어서, 희생폴리실리콘패턴(44A)을 포함하는 전체구조 상에 산화막(48)을 형성한다. 산화막(48)은 스텝커버리지(Step Coverage, 상부와 측벽의 두께비 또는 상부와 하부의 두께비)가 적어도 90%이상(90%∼100%)이 되도록 형성하고, 하부 비정질카본층(42)의 물성에 영향을 주지 않도록 적어도 550℃이하(30℃∼550℃)의 온도에서 형성한다. 바람직하게는 원자층증착법(Atomic Layer Deposition)으로 형성할 수 있다. 또한, 산화막(48) 외에 원자층증착법을 이용한 알루미늄산화막(Al2O3) 또는 원자층증착법을 이용한 질화막(Nitride)을 형성할 수 있다.Next, an oxide film 48 is formed on the entire structure including the sacrificial polysilicon pattern 44A. The oxide film 48 is formed such that step coverage (thickness ratio of the top and sidewalls or thickness ratio of the top and the bottom) is at least 90% or more (90% to 100%), and the physical properties of the lower amorphous carbon layer 42 It is formed at a temperature of at least 550 ° C. or less (30 ° C. to 550 ° C.) so as not to affect. Preferably, it may be formed by atomic layer deposition. In addition to the oxide film 48, an aluminum oxide film (Al 2 O 3 ) using an atomic layer deposition method or a nitride film using an atomic layer deposition method can be formed.

도 4c에 도시된 바와 같이, 산화막(48)을 식각한다. 산화막(48)의 식각시 희생폴리실리콘패턴(44A)의 상부에 형성된 제2실리콘산화질화패턴(45A)이 함께 식각되어 산화막(48)의 식각이 완료되는 시점에서 희생폴리실리콘패턴(44A)의 상부가 오픈된다. 산화막(48)의 식각은 전면식각 또는 에치백으로 실시하되, 화학적 식각특성보다는 물리적 식각특성을 갖도록 높은 파워조건에서 C4F6, C4F8, CF4 및 CHF3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합가스를 사용하여 실시할 수 있다. 이는 화학적 식각특성이 강하게 작용할 경우 잔류하는 산화막(48)의 CD가 작아지는 것을 방지하기 위함이다. As shown in FIG. 4C, the oxide film 48 is etched. When the oxide film 48 is etched, the second silicon oxynitride pattern 45A formed on the sacrificial polysilicon pattern 44A is etched together to complete the etching of the oxide film 48. The top is open. The etching of the oxide film 48 may be performed by full etching or etch back, and selected from the group consisting of C 4 F 6 , C 4 F 8 , CF 4 and CHF 3 under high power conditions to have physical etching characteristics rather than chemical etching characteristics. It may be carried out using one or more mixed gases. This is to prevent the CD of the oxide layer 48 from remaining small when the chemical etching characteristic is strongly applied.

또한, 물리적 식각특성에 의한 하부층(예컨대, 제1실리콘산화질화막(43))의 어택(Attack)을 최소화하기 위해 제1실리콘산화질화막(43) 상에 식각정지막을 추가로 형성할 수 있다.In addition, an etch stop layer may be further formed on the first silicon oxynitride layer 43 to minimize the attack of the lower layer (eg, the first silicon oxynitride layer 43) due to the physical etching characteristic.

따라서, 희생폴리실리콘패턴(44A)의 측벽에 스페이서 형태로 산화막패턴(48A)이 잔류한다.Therefore, the oxide film pattern 48A remains on the sidewall of the sacrificial polysilicon pattern 44A in the form of a spacer.

위와 같이, 한번의 노광공정으로 미세 패터닝을 가능케 함으로써 두번의 노광공정에 의한 오버랩 정확도(Overlap Accuracy) 불량을 개선하면서도 미세 패터닝이 가능하다. 즉, 첫번째 노광 및 두번째 노광사이의 오정렬(Mis-align)에 의한 라인(Line)간의 CD 편차를 줄일 수 있다. 더욱이, 한번의 노광공정이 생략됨으로 인해 원가 절감을 도모할 수 있다.As described above, by enabling fine patterning in one exposure process, fine patterning is possible while improving overlap accuracy defects caused by two exposure processes. That is, the CD deviation between the lines due to misalignment between the first exposure and the second exposure can be reduced. Moreover, cost reduction can be achieved because one exposure process is omitted.

도 4d에 도시된 바와 같이, 희생폴리실리콘패턴(44A)을 제거한다. 희생폴리실리콘패턴(44A)은 습식식각으로 제거할 수 있다. 이때, 습식식각은 HF와 HNO3의 혼합용액을 사용하여 실시할 수 있는데 특히, 산화막패턴(48A)의 손실을 방지하기 위해 혼합용액에서 HF의 농도를 적어도 0.1%미만으로 조절하여 습식식각을 실시할 수 있다.As shown in FIG. 4D, the sacrificial polysilicon pattern 44A is removed. The sacrificial polysilicon pattern 44A may be removed by wet etching. In this case, the wet etching may be performed using a mixed solution of HF and HNO 3. In particular, the wet etching may be performed by adjusting the concentration of HF in the mixed solution to at least 0.1% to prevent loss of the oxide layer pattern 48A. can do.

습식식각에 의해 희생폴리실리콘패턴(44A)이 제거되어 제1실리콘산화질화막(43) 상에 산화막패턴(48A)이 잔류한다.The sacrificial polysilicon pattern 44A is removed by wet etching, and the oxide layer pattern 48A remains on the first silicon oxynitride layer 43.

도 4e에 도시된 바와 같이, 산화막패턴(48A)을 식각배리어로 제1실리콘산화 질화막(43)과 비정질카본층(42)을 식각한다. 제1실리콘산화질화막(43)과 비정질카본층(42)은 각각 나누어 식각하는데 제1실리콘산화질화막(43)은 CHF3 또는 CF4를 메인가스로 사용하는 플라즈마를 이용하여 실시할 수 있고, 비정질카본층(42)은 O2/N2의 혼합가스를 사용한 플라즈마를 이용하여 식각할 수 있다.As shown in FIG. 4E, the first silicon oxynitride layer 43 and the amorphous carbon layer 42 are etched using the oxide layer pattern 48A as an etching barrier. The first silicon oxynitride layer 43 and the amorphous carbon layer 42 are separately etched, but the first silicon oxynitride layer 43 may be performed using plasma using CHF 3 or CF 4 as the main gas, and amorphous. The carbon layer 42 may be etched using a plasma using a mixed gas of O 2 / N 2 .

식각된 제1실리콘산화질화막(43)은 '제1실리콘산화질화패턴(43A)', 식각된 비정질카본층(42)은 '비정질카본패턴(42A)'이라고 한다.The etched first silicon oxynitride layer 43 is referred to as a 'first silicon oxynitride pattern 43A', and the etched amorphous carbon layer 42 is referred to as an amorphous carbon pattern 42A.

도 4f에 도시된 바와 같이, 산화막패턴(48A) 및 제1실리콘산화질화패턴(43A)을 제거한다.As shown in FIG. 4F, the oxide film pattern 48A and the first silicon oxynitride pattern 43A are removed.

이어서, 비정질카본패턴(42A)을 식각배리어로 식각대상층(41)을 식각하여 패턴(41A)을 형성한다.Subsequently, the etching target layer 41 is etched using the amorphous carbon pattern 42A as an etching barrier to form the pattern 41A.

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 SEM사진이다.5A to 5C are SEM photographs illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

도 5a를 참조하면, 폴리실리콘하드마스크를 식각배리어로 희생산화막을 식각 한 후의 모습을 알 수 있다.Referring to FIG. 5A, it can be seen that after the sacrificial oxide film is etched using the polysilicon hard mask as an etching barrier.

도 5b를 참조하면, 희생산화막 상에 더블패터닝을 위한 폴리실리콘층이 형성된 것을 알 수 있다. 폴리실리콘층은 스텝커버리지가 적어도 90%이상(90%∼100%)로 형성되어 희생산화막의 측벽 및 상부에 동일한 두께로 형성된 것을 알 수 있다.Referring to FIG. 5B, it can be seen that a polysilicon layer for double patterning is formed on the sacrificial oxide film. It can be seen that the polysilicon layer has a step coverage of at least 90% or more (90% to 100%) and is formed to the same thickness on the sidewalls and the top of the sacrificial oxide film.

도 5c를 참조하면, 폴리실리콘층을 스페이서 식각하고 희생산화막을 제거한 후의 모습을 알 수 있다. Referring to FIG. 5C, the polysilicon layer may be etched after spacer etching and the sacrificial oxide layer is removed.

이렇듯, 한번의 노광 공정으로 미세 패터닝을 가능케 함으로써 두번의 노광에 의한 오버랩 정렬패일을 방지하고, 한번의 노광 공정을 생략함으로써 원가 절감을 도모할 수 있다.As such, by enabling fine patterning in one exposure process, overlap alignment failure due to two exposures can be prevented and cost reduction can be achieved by omitting one exposure process.

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.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

도 1a 내지 도 1c는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도,1A to 1C are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the prior art;

도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도,2A through 2F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a first embodiment of the present invention;

도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도,3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a second embodiment of the present invention;

도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 제3실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 공정 단면도,4A to 4F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a semiconductor device in accordance with a third embodiment of the present invention;

도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 나타내는 SEM사진.5A to 5C are SEM photographs showing a method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

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

21 : 식각대상층 22 : 비정질카본층21: etching target layer 22: amorphous carbon layer

23 : 실리콘산화질화막 24 : 희생산화막23 silicon oxynitride film 24 sacrificial oxide film

25 : 제1폴리실리콘층 25 : 반사방지층25: first polysilicon layer 25: antireflection layer

26 : 감광막패턴 27 : 제2폴리실리콘층26: photosensitive film pattern 27: second polysilicon layer

Claims (31)

식각대상층 상에 하드마스크층을 형성하는 단계;Forming a hard mask layer on the etching target layer; 상기 하드마스크층 상에 희생층패턴을 형성하는 단계;Forming a sacrificial layer pattern on the hard mask layer; 상기 희생층패턴의 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;Forming a spacer on sidewalls of the sacrificial layer pattern; 상기 희생층패턴을 제거하는 단계;Removing the sacrificial layer pattern; 상기 스페이서를 식각배리어로 상기 하드마스크층을 식각하는 단계; 및Etching the hard mask layer using the spacer as an etch barrier; And 상기 하드마스크층을 식각배리어로 상기 식각대상층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계Etching the etching target layer by using the hard mask layer as an etching barrier to form a pattern 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스페이서를 형성하는 단계는,Forming the spacers, 상기 희생층패턴을 포함하는 전체 구조 상에 절연막을 형성하는 단계; 및Forming an insulating film on the entire structure including the sacrificial layer pattern; And 상기 절연막을 식각하여 상기 희생층패턴의 측벽에 잔류시키는 단계Etching the insulating film and remaining on the sidewalls of the sacrificial layer pattern 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 절연막은 폴리실리콘막, 산화막 및 비정질카본층으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The insulating film is any one selected from the group consisting of a polysilicon film, an oxide film and an amorphous carbon layer. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 절연막의 식각은,Etching of the insulating film, 전면식각 또는 에치백인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.A method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device which is an entire surface etching or etch back. 식각대상층 상에 하드마스크층을 형성하는 단계;Forming a hard mask layer on the etching target layer; 상기 하드마스크층 상에 희생산화막패턴을 형성하는 단계;Forming a sacrificial oxide film pattern on the hard mask layer; 상기 희생산화막패턴의 측벽에 폴리실리콘스페이서를 형성하는 단계;Forming a polysilicon spacer on sidewalls of the sacrificial oxide film pattern; 상기 희생산화막패턴을 제거하는 단계;Removing the sacrificial oxide film pattern; 상기 폴리실리콘스페이서를 식각배리어로 상기 하드마스크층을 식각하는 단계; 및Etching the hard mask layer with the polysilicon spacer into an etch barrier; And 상기 하드마스크층을 식각배리어로 상기 식각대상층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계Etching the etching target layer by using the hard mask layer as an etching barrier to form a pattern 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 폴리실리콘스페이서를 형성하는 단계는,Forming the polysilicon spacer, 상기 희생산화막패턴을 포함하는 전체 구조 상에 폴리실리콘층을 형성하는 단계; 및Forming a polysilicon layer on the entire structure including the sacrificial oxide film pattern; And 상기 폴리실리콘층을 식각하여 상기 희생산화막패턴의 측벽에 잔류시키는 단계Etching the polysilicon layer and remaining on sidewalls of the sacrificial oxide layer pattern 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 폴리실리콘층을 형성하는 단계는,Forming the polysilicon layer, 30℃∼550℃의 온도에서 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor element performed at the temperature of 30 degreeC-550 degreeC. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 폴리실리콘층의 식각은,Etching of the polysilicon layer, 전면식각 또는 에치백인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.A method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device which is an entire surface etching or etch back. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 폴리실리콘층의 식각은 BCl3, C2F6 및 Ar의 혼합가스를 사용한 플라즈마를 이용하여 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The polysilicon layer is etched using a plasma using a mixed gas of BCl 3 , C 2 F 6 and Ar is a method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 폴리실리콘층의 식각 후 과도식각을 실시하고, 상기 과도식각은 HBr을 사용하여 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.After the etching of the polysilicon layer is subjected to the transient etching, the transient etching is performed using a HBr fine pattern of a semiconductor device. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 희생산화막패턴은 실리콘산화막인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The sacrificial oxide pattern is a silicon oxide film fine pattern manufacturing method of a semiconductor device. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 실리콘산화막은 TEOS(Tetra Ethyle Ortho Silicate), HARP(High Aspect Ratio Process) 산화막, SOD(Spin On Dielectric) 및 SOG(Spin On Glass)으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The silicon oxide film is any one selected from the group consisting of TEOS (Tetra Ethyle Ortho Silicate), HARP (High Aspect Ratio Process) oxide, SOD (Spin On Dielectric) and SOG (Spin On Glass). 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 희생산화막패턴을 제거하는 단계는,Removing the sacrificial oxide film pattern, 습식식각으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Method for manufacturing a fine pattern of a semiconductor device performed by wet etching. 제13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 습식식각은 HF 또는 BOE(Buffered Oxide Etchant)로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The wet etching is a method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device performed by HF or BOE (Buffered Oxide Etchant). 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 하드마스크층은 비정질카본층과 실리콘산화질화막의 적층구조인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The hard mask layer is a method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device which is a laminated structure of an amorphous carbon layer and a silicon oxynitride film. 식각대상층 상에 하드마스크층을 형성하는 단계;Forming a hard mask layer on the etching target layer; 상기 하드마스크층 상에 희생비정질카본패턴을 형성하는 단계;Forming a sacrificial amorphous carbon pattern on the hard mask layer; 상기 희생비정질카본패턴의 측벽에 산화막스페이서를 형성하는 단계;Forming an oxide film spacer on sidewalls of the sacrificial amorphous carbon pattern; 상기 희생비정질카본패턴을 제거하는 단계;Removing the sacrificial amorphous carbon pattern; 상기 산화막스페이서를 식각배리어로 상기 하드마스크층을 식각하는 단계; 및Etching the hard mask layer using the oxide spacer as an etching barrier; And 상기 하드마스크층을 식각배리어로 상기 식각대상층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계Etching the etching target layer by using the hard mask layer as an etching barrier to form a pattern 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 산화막스페이서를 형성하는 단계는,Forming the oxide film spacer, 상기 희생비정질카본패턴을 포함하는 전체 구조 상에 산화막을 형성하는 단계; 및Forming an oxide film on the entire structure including the sacrificial amorphous carbon pattern; And 상기 산화막을 식각하여 상기 희생비정질카본패턴의 측벽에 잔류시키는 단계Etching the oxide layer and remaining on sidewalls of the sacrificial amorphous carbon pattern 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 산화막을 형성하는 단계는,Forming the oxide film, 30℃∼550℃의 온도에서 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor element performed at the temperature of 30 degreeC-550 degreeC. 제17항에 있어서,The method of claim 17, 상기 산화막의 식각은,Etching of the oxide film, 전면식각 또는 에치백인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.A method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device which is an entire surface etching or etch back. 제19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 산화막의 식각은 CF4 또는 CHF3를 사용하여 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The etching of the oxide film is a method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device performed using CF 4 or CHF 3 . 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 희생산화막패턴을 제거하는 단계는,Removing the sacrificial oxide film pattern, 건식식각으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.A fine pattern manufacturing method of a semiconductor device performed by dry etching. 제21항에 있어서,The method of claim 21, 상기 건식식각은 산소스트립으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The dry etching is a fine pattern manufacturing method of a semiconductor device performed by oxygen strip. 제16항에 있어서,The method of claim 16, 상기 하드마스크층은 비정질카본층과 실리콘산화질화막의 적층구조인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The hard mask layer is a method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device which is a laminated structure of an amorphous carbon layer and a silicon oxynitride film. 식각대상층 상에 하드마스크층을 형성하는 단계;Forming a hard mask layer on the etching target layer; 상기 하드마스크층 상에 희생폴리실리콘패턴을 형성하는 단계;Forming a sacrificial polysilicon pattern on the hard mask layer; 상기 희생폴리실리콘패턴의 측벽에 산화막스페이서를 형성하는 단계;Forming an oxide film spacer on sidewalls of the sacrificial polysilicon pattern; 상기 희생폴리실리콘패턴을 제거하는 단계;Removing the sacrificial polysilicon pattern; 상기 산화막스페이서를 식각배리어로 상기 하드마스크층을 식각하는 단계; 및Etching the hard mask layer using the oxide spacer as an etching barrier; And 상기 하드마스크층을 식각배리어로 상기 식각대상층을 식각하여 패턴을 형성하는 단계Etching the etching target layer by using the hard mask layer as an etching barrier to form a pattern 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 산화막스페이서를 형성하는 단계는,Forming the oxide film spacer, 상기 희생폴리실리콘패턴을 포함하는 전체 구조 상에 산화막을 형성하는 단계; 및Forming an oxide film on the entire structure including the sacrificial polysilicon pattern; And 상기 산화막을 식각하여 상기 희생폴리실리콘패턴의 측벽에 잔류시키는 단계Etching the oxide layer and remaining on the sidewalls of the sacrificial polysilicon pattern 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor device comprising a. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 상기 산화막을 형성하는 단계는,Forming the oxide film, 30℃∼550℃의 온도에서 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Micropattern manufacturing method of a semiconductor element performed at the temperature of 30 degreeC-550 degreeC. 제25항에 있어서,The method of claim 25, 상기 산화막의 식각은,Etching of the oxide film, 전면식각 또는 에치백인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.A method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device which is an entire surface etching or etch back. 제27항에 있어서,The method of claim 27, 상기 산화막의 식각은 C4F6, C4F8, CF4 및 CHF3로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합가스를 이용하여 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The etching of the oxide film is a method for manufacturing a fine pattern of a semiconductor device using any one or two or more mixed gas selected from the group consisting of C 4 F 6 , C 4 F 8 , CF 4 and CHF 3 . 제24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 희생폴리실리콘패턴을 제거하는 단계는,Removing the sacrificial polysilicon pattern, 습식식각으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.Method for manufacturing a fine pattern of a semiconductor device performed by wet etching. 제29항에 있어서,The method of claim 29, 상기 습식식각은 HF와 HNO3의 혼합용액을 사용하여 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The wet etching method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device is performed using a mixed solution of HF and HNO 3 . 제24항에 있어서,The method of claim 24, 상기 하드마스크층은 비정질카본층과 실리콘산화질화막의 적층구조인 반도체 소자의 미세패턴 제조방법.The hard mask layer is a method of manufacturing a fine pattern of a semiconductor device which is a laminated structure of an amorphous carbon layer and a silicon oxynitride film.
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