KR20100071404A - 노광마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법 - Google Patents

노광마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 노광마스크는 x축 방향으로 지그재그 배열되고, 길이가 'L1', 폭이 'W1'인 주 콘택홀패턴 및 상기 주 콘택홀패턴의 y축 방향 연장선상에 이격되어 구비되는 보조 콘택홀패턴을 포함한다.
본 발명의 반도체 소자의 형성 방법은 피식각층이 형성된 반도체 기판 상에 상술한 노광마스크를 이용하여 감광막 패턴을 형성한 후, 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 피식각층을 식각함으로써 반도체 소자의 고집적화로 인한 패턴의 미세화로 이웃하는 콘택홀과의 브릿지 되는 현상을 방지하기 위하여 제안된 지그재그로 배열하는 방식을 사용하여도 초점 심도가 열화되지 않아 콘택홀 패턴의 왜곡없이 정확하게 형성할 수 있는 효과를 제공한다.
콘택홀, 초점심도

Description

노광마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법{Exposure mask and method for forming semiconductor device using the same}
본 발명은 노광마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 콘택홀 초점심도를 향상시키기 위한 반도체 소자의 형성 방법에 관한 것이다.
반도체 소자는 사진(photolithography) 공정, 식각 공정, 박막 증착 공정 및 확산 공정 등과 같은 단위 공정들의 반복수행으로 형성된다.
상술한 공정들 중 사진 공정은 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위한 밑그림을 그리는 작업과 같은 것으로 밑그림이 그려져 있는 마스크를 이용한 노광공정을 통하여 웨이퍼 상에 밑그림 즉, 감광막 패턴을 형성한다.
이렇게 형성된 감광막 패턴을 식각마스크로 하여 감광막 패턴 하부의 피식각층을 식각하여 최종 패턴을 구현하는데 반도체 소자의 고집적화로 패턴의 크기가 점차 미세해짐에 따라 마스크에 형성된 패턴대로 감광막 패턴을 형성하는 것이 어려워지고 있다.
왜냐하면, 감광막 패턴의 임계치수가 노광장비의 해상도의 한계에 가까워지 기 때문에 마스크에 형성된 패턴대로 구현되지 않고 왜곡된 형태로 감광막 패턴이 형성되기 때문이다.
이러한 왜곡 현상은 미세한 패턴에 의한 광학적 회절 현상에 의해 발생되는 것으로 광학적 근접 효과(optical proximity effect)라고 한다.
광학적 근접 효과는 마스크 상의 패턴이 미세해질수록 더 크게 발생하기 때문에 반도체 소자가 고집적화될수록 왜곡현상도 더욱 커진다.
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 제 1 실시예 마스크 레이아웃을 나타낸 평면도 및 이를 이용하여 형성된 반도체 소자를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 1a에 도시된 바와 같이 한 방향으로 나란히 배열된 콘택홀 패턴(12)이 형성된 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 패턴은 도 1b에 도시된 바와 같이 나타난다.
이때, 반도체 소자의 고집적화로 인해 이웃하는 콘택홀 패턴(12)의 간격이 점차 감소함에 따라 이웃하는 콘택홀 패턴과 브릿지되는 문제가 발생하여 도 1b에 도시된 바와 같이 웨이퍼 상에 구현되지 못한다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 콘택홀 패턴을 x축 방향으로 나란히 배열하는 것이 아닌 지그재그로 배열하였다.
도 2a 내지 도 2b는 종래 기술에 따른 제 2 실시예 마스크 레이아웃을 나타낸 평면도 및 이를 이용하여 형성된 반도체 소자를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
도 2a에 도시된 바와 같이 지그재그로 배열된 콘택홀(14)패턴이 형성된 마스크를 이용하여 웨이퍼 상에 형성된 패턴은 도 2b에 도시된 바와 같이 나타난다.
즉, 이와 같이 지그재그로 배열된 패턴은 도 1a에 도시된 한 방향으로 나란히 배열된 콘택홀 패턴이 형성된 마스크를 이용한 패터닝에서 발생하는 이웃하는 콘택홀과의 브릿지되는 문제를 감소시킬 수 있지만 지그재그로 배열된 콘택홀 패턴은 일정하게 배열된 콘택홀에 비해 초점심도(depth of focus)를 열화시키기 때문에 패턴이 정확하게 형성되지 않는 문제가 있다.
즉, 초점의 변화에 따라 웨이퍼 상에 구현되는 패턴은 베스트 포커스(0.00㎛)인 경우에는 비교적 크게 왜곡되지 않고 콘택홀이 구현되지만 포커스가 즉, +0.06㎛ 이거나 -0.06㎛인 경우에는 콘택홀이 거의 형성되지 않아 초점심도가 열화되어 초점심도 마진이 작아 초점에 따라 패터닝이 정확하게 이루어지지 않는 문제가 있다.
본 발명은 반도체 소자의 콘택홀 형성 방법에 있어, 고집적화로 인한 반도체 소자의 사이즈 감소로 콘택홀 간에 브릿지되는 문제를 해결하기 위하여 지그재그로 배열된 콘택홀을 형성하는데 초점 심도가 열화되어 정확하게 패터닝되지 않는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 노광마스크는 x축 방향으로 지그재그 배열되고, 길이가 'L', 폭이 'W'인 주 콘택홀패턴 및 상기 주 콘택홀패턴의 y축 방향 연장선상에 이격되어 구비되는 보조 콘택홀패턴을 포함한다.
이때, 상기 주 콘택홀패턴은 플래시 소자의 드레인 콘택을 정의하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 주 콘택홀패턴의 측면에 위치하는 확장패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조 콘택홀패턴은 상기 주 콘택홀패턴 사이에 위치하는 제 1 보조 콘택홀패턴 및 상기 제 1 보조 콘택홀패턴의 y축 방향 연장선상에 동일 피치로 이격되어 반복배열되는 제 2 보조 콘택홀패턴을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 피치는 상기 주 콘택홀패턴의 길이(L)와 상기 주 콘택홀패턴과 상기 제 1 보조 콘택홀패턴 사이 간격의 합인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보조 콘택홀패턴은 상기 제 1 보조 콘택홀 패턴 및 상기 제 2 보 조 콘택홀패턴 사이에 위치하는 제 3 보조 콘택홀패턴 및 상기 제 3 보조 콘택홀패턴의 y축 연장선상에 상기 피치로 이격되어 반복배열되는 제 4 보조 콘택홀패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 제 3 보조 콘택홀패턴은 상기 주 콘택홀패턴으로부터 상기 피치의 1/2 만큼 이격되어 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반도체 소자의 형성 방법은 피식각층이 형성된 반도체 기판 상에 청구항 1항의 노광마스크를 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 단계 및 상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 감광막 패턴을 형성하는 단계는 상기 피식각층 상에 감광막을 도포하는 단계 및 상기 감광막에 상기 노광마스크를 이용하여 노광 및 현상공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노광공정은 다이폴 조명계로 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 반도체 소자의 콘택홀을 형성하는데, 반도체 소자의 고집적화로 인한 패턴의 미세화로 이웃하는 콘택홀과의 브릿지 되는 현상을 방지하기 위하여 제안된 지그재그로 배열하는 방식을 사용하으로써 초점 심도가 열화되지 않아 콘택홀 패턴을 왜곡없이 정확하게 형성할 수 있는 효과를 제공한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로
한다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마스크 레이아웃을 나타낸 평면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마스크 레이아웃은 x축 방향으로 지그재그 배열되고 길이가 'L1', 폭이 'W1'인 주 콘택홀패턴(100a,100b)과 주 콘택홀패턴(100a,100b)의 y축 방향 연장선상에 이격되어 구비되고, 길이가 'L2', 폭이 'W2'인 보조 콘택홀(150a~150d)을 포함한다.
그리고, 주 콘택홀패턴(100a,100b) 및 보조 콘택홀패턴(150a~150d)은 투명패턴이고, 주 콘택홀패턴(100a,100b) 및 보조 콘택홀패턴(150a~150d)을 제외한 영역은 투명한 마스크 기판 상부에 형성된 차광패턴이다.
또한, 주 콘택홀패턴(100a,100b)은 x축 방향으로 연장된 확장패턴(110)을 가질 수 있다. 이때, 확장패턴(110)은 반드시 x축 방향으로 연장된 형태가 아니라, 서로 이웃하는 주 콘택홀패턴(100a) 사이의 간격 및 서로 이웃하는 주 콘택홀패턴(100b)과의 간격을 고려하여 그 위치는 변경되거나 추가될 수 있다.
이와 같은 확장패턴(110)은 이웃하는 주 콘택홀패턴(100a) 또는 이웃하는 주 콘택홀패턴(100b)의 영향으로 유발된 광학근접효과로 인해 실제 웨이퍼 상에 왜곡되어 형성되는 것을 방지하기 위한 보상패턴이 될 수 있다. 이때, 보상패턴은 웨이퍼 상에 구현되지 않으며 광학근접효과를 보상해 주는 역할을 한다.
보조 콘택홀패턴(150a~150d)은 이웃하는 주 콘택홀패턴(100a) 사이에 위치하는 다수개의 보조 콘택홀패턴(150a) 및 이웃하는 주 콘택홀패턴(100b) 사이에 위치 하는 다수개의 보조 콘택홀패턴(150b), 그리고, 보조 콘택홀패턴(150a,150b)의 y축 방향 연장선상에 위치한 보조 콘택홀패턴(150c,150d)을 더 포함한다.
이때, 보조 콘택홀패턴(150a)은 주 콘택홀패턴(100b)의 폭과 수직한 방향의 연장선상에 수직한 방향의 연장선상에 위치하고 보조 콘택홀패턴(150b)은 주 콘택홀패턴(100a)의 폭과 수직한 방향의 연장선상에 위치하며 주 콘택홀패턴(100a)의 폭과 동일한 폭을 갖는다.
또한, 보조 콘택홀패턴(150a~150d)은 주 콘택홀패턴(100a,100b)보다 작은 크기로 실제 웨이퍼 상으로 구현되지 않을 정도의 크기인 것이 바람직하고, 보조 콘택홀패턴(150c,150d)는 보조 콘택홀패턴(150a, 150b)과 동일한 크기를 갖는 것이 바람직하다.
여기서 주 콘택홀패턴(100b)의 길이(L1)와, 주 콘택홀패턴(100b)의 y축 방향의 연장선상에 위치한 보조 콘택홀패턴(150a)까지의 스페이스의 합을 'A'라고 하였을 때, 보조 콘택홀패턴(150c)는 보조 콘택홀패턴(150a)의 길이(L2)와 보조 콘택홀패턴(150c)까지의 스페이스의 합이 'A'가 되도록 보조 콘택홀패턴(150a)로부터 이격시킨다.
이와 마찬가지로 보조 콘택홀패턴(150d)은 보조 콘택홀패턴(150b)의 길이(L2)와 보조 콘택홀패턴(150d)까지의 스페이스의 합이 'A'가 되도록 보조 콘택홀패턴(150b)로부터 이격시킨다.
상술한 바와 같이 보조 콘택홀패턴(150a~150d)을 특정 간격으로 반복 배열하는 이유는 보조 콘택홀패턴(150a~150d)에 의해 유발되는 회절현상을 이용하여 광학 근접효과를 억제하여 주 콘택홀패턴(100a,100b)의 인텐시티를 극대화시킴으로써 노광공정 수행시 해상도를 증가시킬 수 있어 패턴의 왜곡없이 콘택홀패턴을 형성할 수 있기 때문이다.
이로써 콘택홀패턴을 다수의 열로 반복배열하는 것에서 보조 콘택홀패턴(150a~150d)을 함께 형성함으로써 주 콘택홀패턴(100a) 및 주 콘택홀패턴(100b)의 결상능력을 증가시킬 수 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스크 레이아웃을 나타낸 평면도이다.
도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 마스크 레이아웃은 x축 방향으로 지그재그 배열되고 길이가 'L1', 폭이 'W1'인 주 콘택홀패턴(200a,200b)과 주 콘택홀패턴(200a,200b)의 y축 방향 연장선상에 이격되고 길이가 'L2', 폭이 'W2'인 보조 콘택홀(250a~250h)을 포함한다. 이때, 주 콘택홀패턴(200a,200b)은 도 3a에 도시된 주 콘택홀패턴(100a,100b)의 설명과 동일하기 때문에 그에 대한 설명은 상술한 주 콘택홀패턴(100a,100b)의 설명으로 대신한다.
그리고, 주 콘택홀패턴(200a,200b)에 x축 방향으로 연장된 확장패턴(210)은 도 3에 도시된 확장패턴(110)의 설명과 동일하기 때문에 그에 대한 설명은 상술한 확장패턴(110)의 설명으로 대신한다.
또한, 보조 콘택홀패턴(250a,250b)는 도 3에 도시된 보조 콘택홀패턴(150a,150b)과 동일하기 때문에 이에 대한 설명은 상술한 보조 콘택홀패턴(150a,150b)의 설명으로 대신한다. 이와 마찬가지로 보조 콘택홀 패 턴(250e,250f)은 도 3에 도시된 보조 콘택홀패턴(150c,150d)과 동일하기 때문에 이에 대한 설명은 상술한 보조 콘택홀패턴(150c,150d)의 설명으로 대신한다.
보조 콘택홀패턴(250c)는 주 콘택홀패턴(200a)의 길이(L)와 보조 콘택홀패턴(250b)까지의 스페이스의 합을 'A'라고 하였을 때, 보조 콘택홀패턴(250c) 길이(L2)와, 주 콘택홀패턴(200a)과 보조 콘택홀패턴(250c) 사이의 스페이스의 합이 'A/2'가 되도록 제 1 콘택홀패턴(200a)으로부터 이격시킨다. 이와 마찬가지로 보조 콘택홀패턴(250d)는 보조 콘택홀(250d)길이(L2)와 제 2 콘택홀패턴(200b)가 보조 콘택홀패턴(250d) 사이의 스페이스의 합이 'A/2'가 되도록 제 2 콘택홀패턴(200b)으로부터 이격시킨다.
보조 콘택홀패턴(250g)은 보조 콘택홀패턴(250c)의 길이(L2)와 보조 콘택홀패턴(250g)까지의 스페이스의 합이 'A'가 되도록 보조 콘택홀패턴(250c)로부터 이격시킨다. 이와 마찬가지로 보조 콘택홀패턴(250h)은 보조 콘택홀패턴(250d)의 길이(L2)와 보조 콘택홀패턴(250d)까지의 스페이스의 합이 'A'가 되도록 보조 콘택홀패턴(250d)로부터 이격시킨다.
따라서, 보조 콘택홀패턴(250a,250d) 및 보조 콘택홀패턴(250e,250h)은 주 콘택홀패턴(200b)을 중심으로 대칭되고, 보조 콘택홀패턴(250b,250c) 및 보조 콘택홀패턴(250g,250f)은 주 콘택홀패턴(200a)을 중심으로 대칭된다.
도 4에는 도시되지 않았지만, 보조 콘택홀패턴은 보조 콘택홀패턴(250g,250h)의 외곽에 더 형성될 수 있으며, 필요에 따라서는 도 4에 도시된 보조 콘택홀패턴(250a~250h) 사이에도 더 형성될 수 있다.
도 4에서 도시된 바와 같이 특정 간격으로 반복 배열된 보조 콘택홀패턴(250a~250h)은 도 3에 도시된 마스크 레이아웃에서 보다 광학근접효과를 더욱 억제시킬 수 있어 주 콘택홀패턴(200a,200b)의 인텐시티를 극대화시켜 노광공정 수행시 해상도를 증가시킬 수 있어 패턴의 왜곡없이 콘택홀패턴이 형성되도록 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마스크를 이용하여 형성된 반도체 소자를 나타낸 주사전자현미경 사진이다.
상술한 바와 같은 반도체 소자는 피식각층이 형성된 반도체 기판 상에 상술한 노광마스크를 이용하여 감광막 패턴을 형성한 후 감광막 패턴을 식각마스크로 피식각층을 식각함으로써 형성된다. 이때, 감광막 패턴은 피식각층 상에 감광막을 도포한 후 감광막에 상술한 노광마스크를 이용하여 노광 및 현상공정을 수행함으로써 형성되는데 이때 노광공정에서 사용되는 조명계는 다이폴 조명계인 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 제 1 실시예 및 제 2 실시예에 따른 노광마스크는 다수개의 보조 콘택홀패턴을 포함하고 있으므로 초점의 변화에 관계없이 왜곡없이 패터닝할 수 있다. 즉, 초점의 변화에 따라 종래 기술과 같이 패턴이 왜곡되지 않고 +0.06㎛에서 -0.06㎛까지 초점이 틀어진 상태에서 패터닝을 하여도 패턴의 왜곡없이 구현되는 것을 확인할 수 있다.
도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 제 1 실시예 마스크 레이아웃을 나타낸 평면도 및 이를 이용하여 형성된 반도체 소자를 나타낸 주사전자현미경 사진.
도 2a 내지 도 2b는 종래 기술에 따른 제 2 실시예 마스크 레이아웃을 나타낸 평면도 및 이를 이용하여 형성된 반도체 소자를 나타낸 주사전자현미경 사진.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마스크 레이아웃을 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마스크 레이아웃을 나타낸 평면도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마스크를 이용하여 형성된 반도체 소자를 나타낸 주사전자현미경 사진.

Claims (10)

  1. x축 방향으로 지그재그 배열되고, 길이가 'L', 폭이 'W'인 주 콘택홀패턴; 및
    상기 주 콘택홀패턴의 y축 방향 연장선상에 이격되어 구비되는 보조 콘택홀패턴을 포함하는 노광마스크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 주 콘택홀패턴은
    플래시 소자의 드레인 콘택을 정의하는 것을 특징으로 하는 노광마스크.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 주 콘택홀패턴의 측면에 위치하는 확장패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광마스크.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보조 콘택홀패턴은
    상기 주 콘택홀패턴 사이에 위치하는 제 1 보조 콘택홀패턴; 및
    상기 제 1 보조 콘택홀패턴의 y축 방향 연장선상에 동일 피치로 이격되어 반복배열되는 제 2 보조 콘택홀패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 노광마스크.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 피치는
    상기 주 콘택홀패턴의 길이(L)와,
    상기 주 콘택홀패턴과 상기 제 1 보조 콘택홀패턴 사이 간격의 합인 것을 특징으로 하는 노광마스크.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 보조 콘택홀패턴은
    상기 제 1 보조 콘택홀 패턴 및 상기 제 2 보조 콘택홀패턴 사이에 위치하는 제 3 보조 콘택홀패턴; 및
    상기 제 3 보조 콘택홀패턴의 y축 연장선상에 상기 피치로 이격되어 반복배열되는 제 4 보조 콘택홀패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광마스크.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제 3 보조 콘택홀패턴은
    상기 주 콘택홀패턴으로부터 상기 피치의 1/2 만큼 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 노광마스크.
  8. 피식각층이 형성된 반도체 기판 상에 청구항 1항의 노광마스크를 이용하여 감광막 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 감광막 패턴을 식각마스크로 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 감광막 패턴을 형성하는 단계는
    상기 피식각층 상에 감광막을 도포하는 단계; 및
    상기 감광막에 상기 노광마스크를 이용하여 노광 및 현상공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 노광공정은 다이폴 조명계로 수행되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 형성 방법.
KR1020080130107A 2008-12-19 2008-12-19 노광마스크 및 이를 이용한 반도체 소자의 형성 방법 KR101051175B1 (ko)

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