KR20090027425A - Method for fabricating minute pattern in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
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
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
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
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
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
이어서, 제1폴리실리콘층(25) 상에 반사방지층(26)을 형성한다. 반사방지층(26)은 Anti Reflection Coating으로 후속 감광막 노광시 반사방지역할을 하기 위한 것이다. Subsequently, an
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
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
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
패터닝된 제1폴리실리콘층(25)을 '제1폴리실리콘패턴(25A)'이라고 한다. The patterned
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
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
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
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
따라서, 희생산화막패턴(24A)의 측벽에 스페이서 형태로 제2폴리실리콘패턴(28A)이 잔류한다.Accordingly, the
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
따라서, 희생산화막패턴(24A)이 제거되어 실리콘산화질화막(23) 상에는 제2폴리실리콘패턴(28A)이 잔류한다.Therefore, the sacrificial
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
식각된 실리콘산화질화막(23)은 '실리콘산화질화막패턴(23A)', 식각된 비정질카본층(22)은 '비정질카본패턴(22A)'이라고 한다.The etched
도 2f에 도시된 바와 같이, 제2폴리실리콘패턴(28A) 및 실리콘산화질화막패턴(23A)을 제거한다.As shown in FIG. 2F, the
이어서, 비정질카본패턴(22A)을 식각배리어로 식각대상층(21)을 식각하여 패턴(21A)을 형성한다.Subsequently, the
((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
이어서, 제1실리콘산화질화막(33) 상에 폴리실리콘층(34)을 형성한다. 폴리실리콘층(34)은 후속공정에서 식각선택비를 확보하여 식각정지막으로 사용하기 위한 것이다.Next, a
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
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
이어서, 제2실리콘산화질화막(36) 상에 반사방지층(37)을 형성한다. 반사방지층(37)은 Anti Reflection Coating으로 후속 감광막 노광시 반사방지역할을 하기 위한 것이다. Subsequently, an
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
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
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
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
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
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
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
따라서, 제2실리콘산화질화패턴(36A)은 제거되고, 제2비정질카본패턴(35A)의 측벽에 스페이서 형태로 산화막패턴(39A)이 잔류한다.Accordingly, the second
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
제2비정질카본패턴(35A)이 제거됨으로써 폴리실리콘층(34) 상에는 산화막패 턴(39A)만 잔류한다. By removing the second
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
식각된 폴리실리콘층(34)을 '폴리실리콘패턴(34A)', 식각된 제1실리콘산화질화막(33)은 '제1실리콘산화질화막패턴(33A)', 식각된 제1비정질카본층(32)은 '제1비정질카본패턴(32A)'이라고 한다.The etched
도 3f에 도시된 바와 같이, 산화막패턴(39A), 폴리실리콘패턴(34A), 제1실리콘산화질화막패턴(33A)을 제거한다.As shown in FIG. 3F, the
이어서, 제1비정질카본패턴(32A)을 식각배리어로 식각대상층(31)을 식각하여 패턴(21A)을 형성한다.Subsequently, the
((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
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
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
이어서, 제2실리콘산화질화막(45) 상에 반사방지층(46)을 형성한다. 반사방지층(46)은 Anti Reflection Coating으로 후속 감광막 노광시 반사방지역할을 하기 위한 것이다. Subsequently, an
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
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
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
패터닝된 제2실리콘산화질화막(45)을 '제2실리콘산화질화막패턴(45A)'이라고 한다. The patterned second
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
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
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
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
따라서, 희생폴리실리콘패턴(44A)의 측벽에 스페이서 형태로 산화막패턴(48A)이 잔류한다.Therefore, the
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
습식식각에 의해 희생폴리실리콘패턴(44A)이 제거되어 제1실리콘산화질화막(43) 상에 산화막패턴(48A)이 잔류한다.The
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
식각된 제1실리콘산화질화막(43)은 '제1실리콘산화질화패턴(43A)', 식각된 비정질카본층(42)은 '비정질카본패턴(42A)'이라고 한다.The etched first
도 4f에 도시된 바와 같이, 산화막패턴(48A) 및 제1실리콘산화질화패턴(43A)을 제거한다.As shown in FIG. 4F, the
이어서, 비정질카본패턴(42A)을 식각배리어로 식각대상층(41)을 식각하여 패턴(41A)을 형성한다.Subsequently, the
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
25 : 제1폴리실리콘층 25 : 반사방지층25: first polysilicon layer 25: antireflection layer
26 : 감광막패턴 27 : 제2폴리실리콘층26: photosensitive film pattern 27: second polysilicon layer
Claims (31)
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KR1020070092637A KR101070302B1 (en) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Method for fabricating minute pattern in semiconductor device |
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KR1020070092637A KR101070302B1 (en) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Method for fabricating minute pattern in semiconductor device |
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- 2007-09-12 KR KR1020070092637A patent/KR101070302B1/en not_active IP Right Cessation
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