KR20090045780A - Method for forming fine pattern in semiconductor device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법에 관한 것으로, 본 발명의 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법은, 피식각층 상에 희생막 패턴을 형성하는 단계; 상기 희생막 패턴을 포함하는 결과물의 전면에 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 플라즈마 산화 공정을 수행하여 상기 폴리실리콘막의 표면이 산화되어 형성되는 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 비등방성 식각하여 상기 산화막이 상기 폴리실리콘막의 측벽에만 잔류하게 하는 단계; 상기 폴리실리콘막을 스페이서 식각하여 상기 희생막 패턴의 양측벽에 폴리실리콘 스페이서를 형성하는 단계; 상기 희생막 패턴을 제거하는 단계; 및 적어도 상기 폴리실리콘 스페이서를 식각 베리어로 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하고, 상술한 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법은, 스페이서 패터닝 기술에 있어서 스페이서 형상을 개선하여 내외벽 프로파일을 동일하게 함으로써 피식각층 패턴의 스페이스 폭의 편차를 최소화할 수 있다.The present invention relates to a method of forming a fine pattern of a semiconductor device, the method of forming a fine pattern of a semiconductor device of the present invention, forming a sacrificial film pattern on the etching layer; Forming a polysilicon film on the entire surface of the resultant including the sacrificial film pattern; Performing a plasma oxidation process to form an oxide film formed by oxidizing a surface of the polysilicon film; Anisotropically etching the oxide film so that the oxide film remains only on sidewalls of the polysilicon film; Etching the polysilicon layer to form polysilicon spacers on both sidewalls of the sacrificial layer pattern; Removing the sacrificial layer pattern; And etching the etched layer using at least the polysilicon spacer as an etch barrier, wherein the method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention includes improving the spacer shape in the spacer patterning technique to improve the inner and outer wall profiles. By making it the same, the variation of the space width of the etching target layer pattern can be minimized.
스페이서 패터닝 기술, 스페이스 폭, 스페이서 식각, 플라즈마 산화 공정 Spacer patterning technology, space width, spacer etching, plasma oxidation process
Description
본 발명은 반도체 소자의 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the manufacturing technique of a semiconductor element. Specifically, It is related with the manufacturing method of the fine pattern of a semiconductor element.
반도체 소자가 고집적화됨에 따라 패턴의 미세화는 필수적으로 요구되고 있으나, 현재까지 개발된 노광 장비의 해상도 한계로 인하여 40nm 이하의 미세 패턴을 갖는 소자를 구현하는 것은 어려운 실정이다.As semiconductor devices are highly integrated, pattern refinement is required. However, due to the limitation of the resolution of exposure equipment developed to date, it is difficult to implement a device having a fine pattern of 40 nm or less.
이러한 문제를 해결하기 위하여 최근 스페이서 패터닝 기술(spacer patterning technology)이 제안되었으며, 이하, 도1a 내지 도1f를 참조하여 이를 간략히 설명하기로 한다.In order to solve this problem, a spacer patterning technology has recently been proposed, which will be briefly described with reference to FIGS. 1A to 1F.
도1a 내지 도1f는 종래의 스페이서 패터닝 기술을 이용하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device using a conventional spacer patterning technique.
도1a에 도시된 바와 같이, 피식각층(10) 상에 하드마스크(11)를 형성한다.As shown in FIG. 1A, a
이어서, 하드마스크(11) 상에 식각 정지막(12) 및 희생막(13)을 형성한 후, 포토레지스트 패턴(미도시됨)을 이용하여 희생막(13)을 식각함으로써 희생막(13) 패턴을 형성한다. 이때, 희생막(13)은 일반적으로 산화막으로 이루어진다.Subsequently, after the
도1b에 도시된 바와 같이, 희생막(13) 패턴을 포함하는 결과물의 전면에 스페이서용 물질막(14)을 증착한 후, 도1c에 도시된 바와 같이, 스페이서 식각(spacer etch)을 수행하여 희생막(13) 패턴의 양측벽에 스페이서(14a)를 형성한다. 이때, 스페이서용 물질막(14)으로는 일반적으로 폴리실리콘막을 이용한다.As shown in FIG. 1B, after depositing the
도1d에 도시된 바와 같이, 습식 딥 아웃 공정 등으로 희생막(13) 패턴을 제거하여 스페이서(14a)만 잔류하게 한다.As shown in FIG. 1D, the
도1e에 도시된 바와 같이, 스페이서(14a)를 식각 베리어로 하부의 식각 정지막(12) 및 하드마스크(11)를 식각한다.As shown in FIG. 1E, the
도1f에 도시된 바와 같이, 적어도 식각된 하드마스크(11) 패턴을 식각 베리어로 피식각층(10)을 식각하여 피식각층(10) 패턴을 형성한다. As shown in FIG. 1F, the
이와 같이, 스페이서(14a)를 이용하여 피식각층(10)을 패터닝함으로써 노광 한계 피치보다 작은 값을 갖는 피식각층(10) 패턴 형성이 가능하다.In this manner, by patterning the
그러나 이러한 종래의 스페이서 패터닝 기술은 다음과 같은 문제점을 갖는다.However, this conventional spacer patterning technique has the following problems.
상기 도1c의 공정에 있어서, 스페이서 식각의 특성상 스페이서(14a)의 외측벽은 상부에서 하부로 갈수록 폭이 증가하는 경사 프로파일을 갖게 되는 반면, 희생막(13) 패턴과 접하는 스페이서(14a)의 내측벽은 수직 프로파일을 갖게 된다. 즉, 스페이서(14a)는 일반적으로 소뿔 형상을 갖게 된다(도1d의 점선 부분 참조).In the process of FIG. 1C, the outer wall of the spacer 14a has an inclined profile that increases in width from the top to the bottom, due to the nature of the spacer etching, while the inner wall of the spacer 14a is in contact with the
이와 같은 형상의 스페이서(14a)를 식각 베리어로 이용하여 하부막(식각 정지막(12), 하드마스크(11) 및 피식각층(10))을 식각하는 경우, 식각되는 하부막의 스페이스(space) 폭이 균일하지 않게 된다. 이는, 수직 프로파일을 갖는 스페이서(14a)의 내벽에서보다 경사 프로파일을 갖는 스페이서(14a)의 외벽에서의 식각 속도가 더 빠르기 때문이다. When the lower layer (the
따라서, 종래의 스페이서 패터닝 기술을 이용하면서도 피식각층 패턴 스페이스 폭의 편차를 최소화할 수 있는 기술의 개발이 요구된다. Accordingly, there is a need for the development of a technique capable of minimizing the variation in the pattern space width of an etched layer while using a conventional spacer patterning technique.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 스페이서 패터닝 기술에 있어서 스페이서 형상을 개선하여 내외벽 프로파일을 동일하게 함으로써 피식각층 패턴 스페이스 폭의 편차를 최소화할 수 있는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법을 제공하고자 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems of the prior art, by improving the shape of the spacer in the spacer patterning technology to make the inner and outer wall profiles the same, so that the variation of the pattern space width of the etched layer can be minimized. It is intended to provide a pattern forming method.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법은, 피식각층 상에 희생막 패턴을 형성하는 단계; 상기 희생막 패턴을 포함하는 결과물의 전면에 폴리실리콘막을 형성하는 단계; 플라즈마 산화 공정을 수행하여 상기 폴리실리콘막의 표면이 산화되어 형성되는 산화막을 형성하는 단계; 상기 산화막을 비등방성 식각하여 상기 산화막이 상기 폴리실리콘막의 측벽에만 잔류하게 하는 단계; 상기 폴리실리콘막을 스페이서 식각하여 상기 희생막 패턴의 양측벽에 폴리실리콘 스페이서를 형성하는 단계; 상기 희생막 패턴을 제거하는 단계; 및 적어도 상기 폴리실리콘 스페이서를 식각 베리어로 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함한다.The method of forming a fine pattern of a semiconductor device of the present invention for solving the above problems, forming a sacrificial film pattern on the etched layer; Forming a polysilicon film on the entire surface of the resultant including the sacrificial film pattern; Performing a plasma oxidation process to form an oxide film formed by oxidizing a surface of the polysilicon film; Anisotropically etching the oxide film so that the oxide film remains only on sidewalls of the polysilicon film; Etching the polysilicon layer to form polysilicon spacers on both sidewalls of the sacrificial layer pattern; Removing the sacrificial layer pattern; And etching the etched layer with at least the polysilicon spacer as an etch barrier.
상술한 본 발명에 의한 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법은, 스페이서 패 터닝 기술에 있어서 스페이서 형상을 개선하여 내외벽 프로파일을 동일하게 함으로써 피식각층 패턴 스페이스 폭의 편차를 최소화할 수 있다.In the method for forming a fine pattern of a semiconductor device according to the present invention described above, in the spacer patterning technique, the spacer shape may be improved to make the inner and outer wall profiles the same, thereby minimizing the variation in the width of the etched layer pattern space.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, the most preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. do.
도2a 내지 도2h는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도이다.2A through 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
도2a에 도시된 바와 같이, 피식각층(20) 상에 하드마스크(21)를 형성한다.As shown in FIG. 2A, a
이어서, 하드마스크(21) 상에 식각 정지막(22) 및 희생막(23)을 형성한다.Subsequently, an
이어서, 희생막(23) 상에 포토레지스트 패턴(미도시됨)을 형성한 후, 이 포토레지스트 패턴을 식각 베리어로 희생막(23)을 식각하여 희생막(23) 패턴을 형성한다. 이때, 희생막(23) 패턴은 산화막으로 이루어질 수 있다. Subsequently, after the photoresist pattern (not shown) is formed on the
도2b에 도시된 바와 같이, 희생막(23) 패턴을 포함하는 결과물의 전면에 스페이서용 폴리실리콘막(24)을 형성한다.As shown in FIG. 2B, a
도2c에 도시된 바와 같이, 결과물에 대해 플라즈마 산화(plasma oxidation) 공정을 수행하여 폴리실리콘막(24)의 표면을 산화시킨다. 그 결과, 산화되지 않고 잔류하는 폴리실리콘막(24) 전면에 플라즈마 산화 공정에 의한 산화막(25)이 형성 된다. 플라즈마 산화 공정은 O2 가스를 이용하되, 100~2000sccm 유량의 O2 가스를 이용함이 바람직하고, 5~30mT의 압력과 0~50V의 바이어스 파워를 인가한 상태에서 수행됨이 바람직하고, 10~50초 동안 수행됨이 바람직하다. 또한, 이러한 산화막(25)의 두께는 10~100Å 정도가 됨이 바람직하다.As shown in FIG. 2C, a plasma oxidation process is performed on the resultant to oxidize the surface of the
도2d에 도시된 바와 같이, 산화막(25)을 비등방성 식각하여 폴리실리콘막(24)의 측벽에만 잔류하게 한다. As shown in FIG. 2D, the
도2e에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘막(24)에 대해 스페이서 식각을 수행하여 희생막(23) 패턴의 양측벽에 폴리실리콘 스페이서(24a)를 형성한다. 스페이서 식각 공정은 HBr 및 Cl2 가스를 이용하되, 그 유량을 10~500sccm으로 하는 것이 바람직하고, 10~50초 동안 수행됨이 바람직하다. 이러한 스페이서 식각시 산화막(25)이 폴리실리콘 스페이서(24a)의 외측벽을 보호하기 때문에 폴리실리콘 스페이서(24a)의 외측벽 프로파일을 개선할 수 있다. 결과적으로, 하부층의 식각 베리어로 작용하는 폴리실리콘 스페이서(24a)(또는, 폴리실리콘 스페이서(24a) 및 그 측벽의 산화막(25))의 내외벽이 모두 실질적으로 수직 프로파일을 갖게 되므로 이를 이용하여 형성되는 하부층 패턴의 스페이스 폭 편차를 최소화할 수 있다. As shown in FIG. 2E, spacer etching is performed on the
도2f에 도시된 바와 같이, 습식 딥 아웃 공정 등으로 희생막(23) 패턴을 제거하여 폴리실리콘 스페이서(24a) 및 그 외측벽의 산화막(25)만 잔류하게 한다. 본 도면에서는 산화막(25)이 잔류하는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 희생막(23) 패턴과 함께 제거될 수도 있다. As shown in FIG. 2F, the
도2g에 도시된 바와 같이, 폴리실리콘 스페이서(24a) 및 그 외측벽의 산화막(25)을 식각 베리어로 하부의 식각 정지막(22) 및 하드마스크(21)를 식각한다. 전술한 바와 같이, 폴리실리콘 스페이서(24a) 및 그 외측벽의 산화막(25)은 내외벽이 모두 수직 프로파일을 갖기 때문에 식각된 식각 정지막(22) 패턴 및 식각된 하드마스크(21) 패턴의 스페이스 폭이 균일하게 될 수 있다. As shown in FIG. 2G, the
도2h에 도시된 바와 같이, 적어도 식각된 하드마스크(21) 패턴을 식각 베리어로 피식각층(20)을 식각하여 피식각층(20) 패턴을 형성한다. 전술한 바와 같이, 식각된 하드마스크(21) 패턴의 스페이스 폭이 균일하기 때문에 피식각층(20) 패턴의 스페이스 폭 역시 균일하게 될 수 있다. 이와 같은 패턴 스페이스 폭의 균일성을 확보함으로써 반도체 소자의 특성을 크게 개선할 수 있다. As shown in FIG. 2H, the etched
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been specifically recorded in accordance with the above-described preferred embodiments, 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.
도1a 내지 도1f는 종래의 스페이서 패터닝 기술을 이용하는 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.1A to 1F are cross-sectional views for explaining a method for forming a fine pattern of a semiconductor device using a conventional spacer patterning technique.
도2a 내지 도2h는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체 소자의 미세 패턴 형성 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.2A to 2H are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device in accordance with an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
20 : 피식각층 21 : 하드마스크20: etching layer 21: hard mask
22 : 식각 정지막 23 : 희생막22: etching stop film 23: sacrificial film
24 : 폴리실리콘막 25 : 산화막24
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A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |