KR20090038144A - 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법 - Google Patents

Abstract

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 위상반전마스크 형성방법은, 투명기판 상에 형성된 마스크막 패턴 측벽에 트렌치의 폭을 조절하기 위한 스페이서를 형성하고, 180°위상 반전영역을 형성하기 위한 트렌치 식각 공정을 수행한다. 이에 따라, 트렌치 식각 공정 시 형성되는 스페이서의 두께에 따라, 식각되는 트렌치의 폭을 조절할 수 있다. 또한, 트렌치 폭을 조절한 후, 마스크막 패턴 측벽의 손상을 억제하면서 불필요한 스페이서 예컨대, 탄소막을 안정적으로 제거할 수 있다.

림 타입, 위상반전마스크, 위상 반전 영역, 광차단막

Description

반도체소자의 위상반전마스크 형성방법{Method for fabricating phase shift mask in semicondutor device}

본 발명은 반도체소자의 형성방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법에 관한 것이다.

반도체소자를 제조하는 과정에서 반도체기판에 형성하고자 하는 패턴을 구현하기 위한 방법으로 패턴이 형성된 포토마스크가 이용된다. 포토마스크 상에 구현된 패턴은 포토리소그라피(photolithography) 공정을 통해 웨이퍼 상으로 전사되므로, 포토마스크의 제조 공정은 매우 중요하게 인식되고 있다.

포토리소그라피 공정과정에서 이용되는 포토마스크의 패턴 선폭은 노광원의 파장에 비례하고, 프로젝션 렌즈의 개구수(NA)에는 반비례한다. 그러나, 포토마스크의 패턴 선폭이 노광원의 파장보다 적어지게 되면, 회절 현상이 발생되어 기생이미지를 발생시키게 된다. 이러한 현상을 방지하기 위하여, 위상반전마스크가 제안되었다. 위상반전마스크는 마스크를 투과하는 광의 위상을 반전시켜 패턴의 공간 주파수를 줄이거나, 가장자리의 콘트라스트(contrast)를 증가시키는 간접 효과를 이용하여 해상도를 높이고 초점심도(DOF)를 조절한다.

최근 패턴의 선폭이 미세해 짐에 따라, 0°위상 영역 및 180°위상 영역의 계면에서 상쇄 간섭이 일어나도록 하여, 포토레지스트 패턴을 형성하는 크롬리스(Cr-less) 위상 반전 마스크와, 크롬리스 위상 반전 마스크의 0°위상 영역에 크롬 패턴을 형성하여 반도체 기판 상에 형성될 포토레지스트 패턴을 충실하게 하는 림 타입(rim type)의 위상 반전 마스크가 제안되고 있다.

특히, 림 타입의 위상반전 마스크를 형성하기 위해서는 먼저, 광차단막이 형성된 투명기판 상에 180°위상 반전 영역을 한정하기 위한 제1 레지스트막 패턴을 이용하여 광차단막을 선택적으로 식각하여 광차단막 패턴을 형성한 후, 광차단막 패턴에 의해 노출된 투명기판 부분을 소정 깊이로 트렌치 식각하여 180°위상 영역을 한정한다. 이어서, 림 영역을 한정하는 제2 레지스트막 패턴을 이용하여 광차단막 패턴의 가장자리 일부를 식각하는 과정으로 이루어진다.

이때, 180° 위상 반전 영역을 형성하기 위한 트렌치 식각공정에서 광차단막 패턴은 식각마스크로 이용된다. 따라서, 트렌치 되는 폭은 광차단막 패턴 사이의 이격간격으로 결정되므로 트렌치의 폭을 조절할 수 없게 된다. 또한, 광차단막 패턴을 식각마스크로 사용하므로, 트렌치 식각 시, 광차단막 패턴 측벽이 손상되면, 속 웨이퍼 노광 과정 시 광의 투과율 및 위상에 영향을 미치게 된다.

본 발명에 따른 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법은, 투명기판 상에 마스크막 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크막 패턴 측벽에 측벽스페이서를 형성하는 단계; 상기 측벽스페이서를 측벽배리어로 상기 투명기판을 일정 두께 식각하여 위상 반전시키는 영역을 형성하는 단계; 및 상기 측벽스페이서를 제거하는 단계를 포함한다.

상기 마스크막 패턴은 광차단막 패턴, 위상반전막 패턴 및 저투과형 패턴을 포함하는 그룹 중에서 어느 하나를 선택하여 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.

상기 스페이서는 탄소막으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 스페이서를 형성하는 단계는, 상기 마스크막 패턴이 형성된 투명기판 전면에 탄소막을 형성하는 단계; 및 상기 탄소막을 이방성식각하여 상기 마스크막 패턴 사이의 투명기판 부분을 노출시키면서, 상기 마스크막 패턴 측벽에 측벽스페이서를 형성하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 투명기판을 식각하는 단계는, 상기 투명기판을 투과하는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 두께 정도로 식각하는 것이 바람직하다.

상기 탄소막의 제거는 산소플라즈마를 이용한 건식식각공정을 수행하여 제거하는 것이 바람직하다.

상기 스페이서는 상기 형성하고자 하는 위상 반전 영역의 폭을 노출되는 정도의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.

(실시예)

도 1을 참조하면, 석영기판과 같은 투명기판(100) 상에 마스크막 110) 및 레지스트막(120)을 형성한다. 마스크막(110)은 광차단막 또는 위상반전막으로 형성할 수 있다. 마스크막은 경우에 따라, 저투과율막으로 형성할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 광차단막은 투과되는 광을 차단할 수 있는 물질 예컨대, 크롬(Cr)막으로 형성할 수 있다. 위상반전막은 투과되는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 물질 예컨대, 몰리브덴실리콘산화질화(MoSiON)막으로 형성할 수 있다.

도 2를 참조하면, 포토리소그라피 공정 및 식각공정을 수행하여 레지스트막 패턴(121) 및 마스크막 패턴(111)을 형성한다. 구체적으로, 레지스트막에 통상의 전자빔을 이용한 노광 공정을 수행하여 형성하고자 하는 회로 패턴을 전사하고, 현상액을 이용한 현상공정을 수행하여 전자빔에 의해 전사된 부분 또는 전사되지 않은 부분을 선택적으로 현상하여 광차단막을 선택적으로 노출시키는 레지스트막 패턴을 형성한다. 이때, 레지스트막 패턴(121)은 0°위상 영역 및 180°위상 반전 영역이 노출되게 배치될 수 있다.

이어서, 레지스트막 패턴(121)의 형상으로 마스크막을 선택적으로 식각하여 마스크막 패턴(111)을 형성한다. 여기서, 마스크막 패턴 사이에 의해 노출된 투명기판 부분은 0°위상 영역과 180°위상영역으로 구분될 수 있다.

도 3을 참조하면, 레지스트막 패턴을 제거한 후, 마스크막 패턴(111)이 형성된 투명기판(100) 전면에 트렌치폭을 조절하기 위한 스페이서막(130)을 형성한다. 스페이서막(130)은 탄소막으로 형성할 수 있다. 탄소막은 탄소를 함유한 화합물을 반응 소스로 이용하여 코팅하거나 증착하여 형성할 수 있다. 탄소막은 탄소 함유량을 조절하여 식각선택비뿐만 아니라 광학적 특성을 조절할 수 있다. 예컨대, 탄소막은 탄소막과 산화막 대비 1:10 정도의 식각선택비를 갖도록 탄소 함유량을 조절하는 것이 바람직하다.

도 4를 참조하면, 스페이서막에 비등방성 식각공정을 수행하여 마스크막 패턴(111) 사이의 투명기판 부분을 노출하면서, 마스크막 패턴(111) 측벽에 측벽스페이서(131)를 형성한다. 여기서, 측벽스페이서(131)는 후속 180° 위상 반전 영역을 형성하기 위한 트렌치 식각 시 마스크막 패턴(111) 측벽을 보호하면서, 투명기판 식각 시 트렌치되는 폭을 조절하는 역할을 한다. 따라서, 측벽스페이서(131)의 두께에 따라 후속 투명기판이 식각되는 트렌치의 폭을 조절할 수 있다. 또한, 측벽스페이서를 탄소막으로 형성함에 따라, 트렌치의 폭을 조절한 후에 불필요한 탄소막을 쉽게 제거할 수 있다.

마스크막 패턴(111) 및 측벽스페이서(131)를 식각마스크로 이용한 식각공정을 수행하여 노출된 투명기판(100) 부분을 일정 두께(d) 식각하여 트렌치를 형성한다. 이때, 트렌치는 후속 투과되는 광이 180° 위상 차를 가질 수 있도록 식각시간을 조절하여 트렌치 되는 깊이를 조절할 수 있다.

예컨대, 180°위상 반전 영역을 형성하기 위한 트렌치 식각공정에서 마스크막 패턴은 식각마스크로 이용된다. 따라서, 트렌치 되는 폭은 마스크막 패턴 사이의 이격간격으로 결정되므로 트렌치의 폭을 조절할 수 없을 뿐만 아니라 트렌치 식 각 시, 마스크막 패턴 측벽이 손상될 수 있다. 이에 따라, 마스크막 패턴 측벽에 측벽스페이서를 형성함으로써, 180°위상 반전 영역을 형성하기 위한 트렌치 식각공정에서 마스크막 패턴 측벽을 보호하면서, 트렌치 되는 폭을 조절한다.

도 5를 참조하면, 측벽스페이서를 제거한다. 측벽스페이서 예컨대, 탄소막은 산소플라즈마를 이용한 건식식각공정을 이용하여 제거할 수 있다. 탄소막은 산소플라즈마에 의해 마스크막 패턴 표면의 손상을 방지하면서 안정적으로 제거할 수 있다. 따라서, 측벽스페이서 제거과정에서 마스크막 패턴이 손실(loss)되어 후속 웨이퍼 패터닝 시 투과도 및 위상이 변하는 것을 방지할 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다.

도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법을 설명하기 위해 나타내 보인 단면도들이다.

Claims (7)

1. 투명기판 상에 마스크막 패턴을 형성하는 단계;

   상기 마스크 패턴 측벽에 스페이서를 형성하는 단계;

   상기 스페이서를 측벽배리어로 상기 투명기판을 일정 두께 식각하여 위상 반전시키는 영역을 형성하는 단계; 및

   상기 스페이서를 제거하는 단계를 포함하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 마스크 패턴은 마스크막 패턴, 위상반전막 패턴 또는 저투과형 패턴을 포함하는 그룹 중에서 어느 하나를 선택하여 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서는 탄소막으로 이루어지는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서를 형성하는 단계는,

   상기 마스크막 패턴이 형성된 투명기판 전면에 탄소막을 형성하는 단계; 및

   상기 탄소막을 이방성식각하여 상기 마스크막 패턴 사이의 투명기판 부분을 노출시키면서, 상기 마스크막 패턴 측벽에 측벽스페이서를 형성하는 단계로 이루어지는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
5. 제1항에 있어서,

   상기 투명기판을 식각하는 단계는,

   상기 투명기판을 투과하는 광의 위상을 반전시킬 수 있는 두께 정도로 식각하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
6. 제1항에 있어서,

   상기 탄소막의 제거는 산소플라즈마를 이용한 건식식각공정을 수행하여 제거하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.
7. 제1항에 있어서,

   상기 스페이서는 상기 형성하고자 하는 위상 반전 영역의 폭이 노출되는 두께 정도로 형성하는 반도체소자의 위상반전마스크 형성방법.

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