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KR101046747B1 - Method of forming fine pattern of semiconductor device - Google Patents

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KR101046747B1 KR1020070135319A KR20070135319A KR101046747B1 KR 101046747 B1 KR101046747 B1 KR 101046747B1 KR 1020070135319 A KR1020070135319 A KR 1020070135319A KR 20070135319 A KR20070135319 A KR 20070135319A KR 101046747 B1 KR101046747 B1 KR 101046747B1
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Abstract

본 발명은 DEET(Double Exposure Etch Technology) 공정시 두 번에 걸친 마스크(mask) 작업으로 인한 라인(line) 선폭의 임계치수 불균일성을 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 피식각층 상에 제1 하드 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제1 하드 마스크 상에 제2 하드 마스크를 형성하는 단계와, 상기 제2 하드 마스크 상에 희생막을 형성하는 단계와, 상기 희생막을 국부적으로 식각하여 희생 패턴을 형성하는 단계와, 상기 희생 패턴을 포함하는 상기 제2 하드 마스크 상부면을 따라 절연막을 형성하는 단계와, 상기 절연막을 일부 식각하여 상기 희생 패턴의 양측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 희생 패턴을 제거하는 단계와, 상기 스페이서를 식각 장벽층으로 상기 제2 하드 마스크를 식각하여 제1 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 스페이서를 제거하는 단계와, 상기 제1 하드 마스크 패턴을 식각 장벽층으로 상기 제1 하드 마스크를 식각하여 제2 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 하드 마스크 패턴을 이용하여 상기 피식각층을 식각하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공한다.The present invention is to provide a method for forming a fine pattern of a semiconductor device that can improve the non-uniformity of the critical dimension of the line line width due to two times the mask operation during the DEET (Double Exposure Etch Technology) process, To this end, the present invention comprises the steps of forming a first hard mask on the etched layer, forming a second hard mask on the first hard mask, forming a sacrificial film on the second hard mask, Locally etching the sacrificial layer to form a sacrificial pattern; forming an insulating film along an upper surface of the second hard mask including the sacrificial pattern; partially etching the insulating film on both sidewalls of the sacrificial pattern; Forming a spacer, removing the sacrificial pattern, and etching the second hard mask using the spacer as an etch barrier layer to form a first spacer. Forming a hard mask pattern, removing the spacers, etching the first hard mask using the first hard mask pattern as an etch barrier layer, and forming a second hard mask pattern; And etching the layer to be etched using a second hard mask pattern.

반도체 소자, 미세패턴, DEET  Semiconductor devices, fine patterns, DEET

Description

반도체 소자의 미세패턴 형성방법{METHOD FOR FORMING MICROPATTERN IN SEMICONDUCTOR DEVICE}METHOD FOR FORMING MICROPATTERN IN SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor manufacturing technology, and more particularly, to a method of forming a fine pattern of a semiconductor device.

최근에는 반도체 소자가 고집적화되어 감에 따라 40nm급 이하의 라인 앤드 스페이스(Line and Space; 이하, LS라 함)가 요구되고 있다. 하지만, 현재 개발되어 상용화된 노광장비의 한계 상 60nm급 이하의 'LS'를 형성하는 것은 매우 어려운 실정이다. 이에 따라, 현재 상용화된 노광장비를 그대로 이용하면서 60nm 이하의 미세한 'LS'를 구현하기 위하여 DEET(Double Exposure Etch Technology) 공정기술이 제안되었다. Recently, as semiconductor devices have been highly integrated, lines and spaces of 40 nm or less (hereinafter, referred to as LS) are required. However, it is very difficult to form 'LS' of 60 nm or less due to the limitations of the exposure equipment currently developed and commercialized. Accordingly, the DEET (Double Exposure Etch Technology) process technology has been proposed to realize a fine 'LS' of 60 nm or less while using a commercially available exposure equipment.

이하, 도 1a 내지 도 1d를 결부시켜 DEET 공정을 적용한 종래기술에 따른 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 설명하기로 한다. 도 1a 내지 도 1d는 공정 단면도이다. Hereinafter, a method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the related art to which the DEET process is applied will be described with reference to FIGS. 1A to 1D. 1A to 1D are cross-sectional views of the process.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 피식각층(101)이 형성된 반도체 기판(100) 상에 순차적으로 이종의 물질로 이루어진 제1 및 제2 하드 마스크(102, 103)를 형 성한다. First, as shown in FIG. 1A, first and second hard masks 102 and 103 formed of heterogeneous materials are sequentially formed on the semiconductor substrate 100 on which the etched layer 101 is formed.

이어서, 제2 하드 마스크(103) 상에 감광막을 도포한 후 포토 마스크를 이용한 노광 및 현상공정을 포함하는 마스크 공정을 실시하여 감광막 패턴(104)(이하, 제1 감광막 패턴이라 함)을 형성한다.Subsequently, a photoresist film is coated on the second hard mask 103, and then a mask process including an exposure and development process using a photomask is performed to form a photoresist pattern 104 (hereinafter referred to as a first photoresist pattern). .

이어서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 제1 감광막 패턴(104)을 이용한 식각공정을 실시하여 제2 하드 마스크(103, 도 1a참조)를 식각한다. 이로써, 제2 하드 마스크 패턴(103A)이 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1B, the second hard mask 103 (see FIG. 1A) is etched by performing an etching process using the first photoresist pattern 104. As a result, the second hard mask pattern 103A is formed.

이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 마스크 공정을 실시하여 제2 하드 마스크 패턴(103A) 사이에 감광막 패턴(105)(이하, 제2 감광막 패턴이라 함)을 형성한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, a mask process is performed to form a photosensitive film pattern 105 (hereinafter referred to as a second photosensitive film pattern) between the second hard mask patterns 103A.

이어서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 제2 하드 마스크 패턴(103A, 도 1c참조)과 제2 감광막 패턴(105, 도 1c참조)을 식각 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 제1 하드 마스크(102, 도 1c참조)를 식각한다. 이로써, 제1 하드 마스크 패턴(102A)이 형성된다. Subsequently, as illustrated in FIG. 1D, an etching process using the second hard mask pattern 103A (see FIG. 1C) and the second photoresist pattern 105 (see FIG. 1C) as an etching mask is performed to form the first hard mask 102. , See FIG. 1C). As a result, the first hard mask pattern 102A is formed.

이어서, 제1 하드 마스크 패턴(102A)을 식각 마스크로 이용한 식각공정을 실시하여 피식각층(101)을 식각한다. 이로써, 미세패턴(또는, 라인)(미도시)이 형성된다. Subsequently, an etching process using the first hard mask pattern 102A as an etching mask is performed to etch the etching target layer 101. As a result, fine patterns (or lines) (not shown) are formed.

이와 같이, DEET 공정기술을 적용한 종래기술에 따른 반도체 소자의 미세패턴 형성방법에 있어서, 큰 문제점은 미세패턴의 선폭 균일성이 첫 번째와 두 번째 마스크의 정렬 정확성(overlay accuracy)에 좌우된다는 점이다. 소자 특성에 적합 한 미세패턴의 선폭 균일성을 확보하기 위해서는 첫 번째 마스크와 두 번째 마스크의 정렬이 '│Mean│+3σ' 기준으로 4nm 이하로 제어되어야 하나, 실제 노광 장비에선 아직 3σ를 7nm 정도 밖에 제어하지 못하고 있어 장비 개발이 요구되나, 기술적 한계로 구현되지 못하고 있다. 더욱이, 도 1c에 도시된 바와 같이, 제2 하드 마스크 패턴(103A)이 형성된 상태에서 마스크 공정을 통해 제2 감광막 패턴(105)을 형성함에 따라 제2 하드 마스크 패턴(103A)이 손실되어 제2 하드 마스크 패턴(103A)의 임계치수가 변형된다.As such, in the method of forming a micropattern of a semiconductor device according to the prior art to which the DEET process technology is applied, a major problem is that the linewidth uniformity of the micropattern depends on the overlay accuracy of the first and second masks. . In order to secure the line width uniformity of the micro pattern suitable for the device characteristics, the alignment of the first mask and the second mask should be controlled to 4 nm or less on the basis of '│Me│ + 3σ'. Because it can only control the equipment development is required, but it is not implemented due to technical limitations. Furthermore, as shown in FIG. 1C, the second hard mask pattern 103A is lost by forming the second photoresist pattern 105 through a mask process in a state where the second hard mask pattern 103A is formed, thereby causing the second hard mask pattern 103A to be lost. The critical dimension of the hard mask pattern 103A is deformed.

따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, DEET 공정시 실시되는 두 번에 걸친 마스크 작업으로 인한 라인 선폭의 임계치수 불균일성을 개선시킬 수 있는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed to solve the problems of the prior art, and provides a method of forming a fine pattern of a semiconductor device capable of improving the critical dimension nonuniformity of the line width due to two mask operations performed during the DEET process. Its purpose is to.

상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 비정질카본막으로 이루어진 피식각층 상에 산화막을 이용하여 제1 하드 마스크를 형성하는 단계; 상기 제1 하드 마스크 상에 다결정실리콘막을 이용하여 제2 하드 마스크를 형성하는 단계; 상기 제2 하드 마스크 상에 비정질카본막을 이용하여 희생 패턴을 형성하는 단계; 상기 희생 패턴의 양측벽에 질화막을 이용하여 스페이서를 형성하는 단계; 상기 희생 패턴을 제거하는 단계; 상기 스페이서를 식각 장벽층으로 상기 제2 하드 마스크를 식각하여 제1 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 스페이서를 제거하는 단계; 및 상기 제1 하드 마스크 패턴을 식각 장벽층으로 상기 제1 하드 마스크 및 피식각층을 식각하는 단계를 포함하고, 상기 희생패턴을 형성하는 단계, 상기 제1하드마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 피식각층을 식각하는 단계는 수직프로파일을 얻기 위해 패시베이션가스를 첨가하여 진행하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: forming a first hard mask using an oxide film on an etched layer formed of an amorphous carbon film; Forming a second hard mask on the first hard mask by using a polysilicon film; Forming a sacrificial pattern on the second hard mask by using an amorphous carbon film; Forming a spacer on both sidewalls of the sacrificial pattern by using a nitride film; Removing the sacrificial pattern; Etching the second hard mask with the spacer as an etch barrier layer to form a first hard mask pattern; Removing the spacers; And etching the first hard mask and the etched layer using the first hard mask pattern as an etch barrier layer, forming the sacrificial pattern, forming the first hard mask pattern, and forming the etched layer. Etching step provides a method of forming a fine pattern of a semiconductor device proceeding by adding a passivation gas to obtain a vertical profile.

상기한 구성을 포함하는 본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과들을 얻을 수 있다. According to the present invention including the above-described configuration, the following effects can be obtained.

첫째, 본 발명에 의하면, 한번의 마스크 공정만으로도 DEET 공정과 같은 미세패턴을 구현할 수 있다. First, according to the present invention, it is possible to implement a fine pattern like the DEET process with only one mask process.

둘째, 본 발명에 의하면, 일반적인 DEET 공정시 실시되는 두번의 마스크 공정에 기인하여 발생되는 오정렬 문제에 의한 라인 임계치수의 불균일성을 개선시킬 수 있다. Second, according to the present invention, it is possible to improve the non-uniformity of the line critical dimension due to the misalignment caused by the two mask process performed during the general DEET process.

셋째, 본 발명에 의하면, 스페이서를 제거한 후 하부 하드 마스크 패턴을 식각 장벽층으로 피식각층을 식각함으로써 스페이서를 식각 장벽층으로 피식각층을 식각하는 종래기술에서 발생되는 비대칭성 문제를 개선하여 수율을 향상시킬 수 있다. Third, according to the present invention, by improving the yield by improving the asymmetry problem generated in the prior art of etching the spacer layer by the etching barrier layer by etching the etching target layer with the lower hard mask pattern as an etching barrier layer after removing the spacer. You can.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께와 간격은 설명의 편의와 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층 또는 기판 '상' 또는 '상부'에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 층을 나타내며, 각 도면번호에 영문을 포함하는 경우 동일층이 식각 또는 연마공정 등을 통해 일부가 변형된 것을 의미한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the most preferred embodiment of the present invention will be described. In addition, in the drawings, the thicknesses and spacings of layers and regions are exaggerated for ease of explanation and clarity, and when referred to as being on or above another layer or substrate, it is different. It may be formed directly on the layer or the substrate, or a third layer may be interposed therebetween. In addition, the parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same layer, and when the reference numerals include the English, it means that the same layer is partially modified through an etching or polishing process.

실시예Example

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 설명하기 위하여 도시한 공정 단면도이다. 여기서는, 일례로 게이트 전극 상부에 형성된 하드 마스크를 피식각층으로 하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 설명한다. 2A to 2G are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. Here, as an example, a method of forming a fine pattern of a semiconductor device using a hard mask formed on the gate electrode as an etched layer will be described.

먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 게이트 전극(미도시)이 형성된 반도체 기판(200) 상에 하드 마스크인 피식각층(201)을 형성한다. 이때, 피식각층(201)은 상기 게이트 전극과 높은 식각 선택비를 갖는 물질들 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 피식각층(201)은 실리콘이 함유된 산화막 또는 질화막으로 형성하거나, 카본이 함유된 막, 다결정실리콘막 또는 이들이 적층된 적층막 중 선택된 어느 하나로 형성한다. 여기서는, 일례로 피식각층(201)은 카본이 함유된 막, 즉 비정질카본막으로 형성하며, 3000Å~6000Å, 바람직하게는 4500Å 두께로 형성한다. First, as shown in FIG. 2A, an etched layer 201, which is a hard mask, is formed on a semiconductor substrate 200 on which a gate electrode (not shown) is formed. In this case, the etching target layer 201 may be formed of any one selected from materials having a high etching selectivity with respect to the gate electrode. For example, the etched layer 201 is formed of an oxide film or a nitride film containing silicon, or is formed of any one selected from a film containing carbon, a polycrystalline silicon film, or a laminated film in which these layers are stacked. Here, as an example, the etched layer 201 is formed of a carbon-containing film, that is, an amorphous carbon film, and is formed at a thickness of 3000 kPa to 6000 kPa, preferably 4500 kPa.

한편, 상기 게이트 전극은 전이 금속, 다결정실리콘막, 금속실리사이드층 또는 이들이 적층된 적층막으로 형성할 수 있다. 이때, 전이 금속으로는 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg를 사용한다. 또한, 금속실리사이드층은 상기한 전이 금속과 실리콘의 반응을 통해 형성되며, 예컨대 텅스텐실리사이드층으로 형성한다. The gate electrode may be formed of a transition metal, a polycrystalline silicon film, a metal silicide layer, or a laminated film in which the gate electrode is stacked. In this case, as the transition metal, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg are used. In addition, the metal silicide layer is formed through the reaction of the above-described transition metal and silicon, for example, a tungsten silicide layer.

이어서, 피식각층(201) 상에 제1 하드 마스크(202)를 형성한다. 이때, 제1 하드 마스크(202)는 피식각층(201)과 다른 이종의 물질, 더욱 구체적으로 피식각층(201)과 높은 식각 선택비를 갖는 이종의 물질들 중 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다. 예컨대, 제1 하드 마스크(202)는 피식각층(201)이 비정질카본막으로 이루어진 경우 산화막, 구체적으로 TEOS((Tetra Ethyle Ortho Silicate)로 형성한다. 이러한 제1 하드 마스크(202)는 300Å~500Å 정도의 두께, 바람직하게는 400Å로 형성한다. 이외에도, USG(Un-doped Silicate Glass), BPSG(BoroPhosphoSilicate Glass), PSG(PhosphoSilicate Glass), BSG(BoroSilicate Glass), HDP(High Density Plasma)로 형성할 수도 있다. Next, a first hard mask 202 is formed on the etched layer 201. In this case, the first hard mask 202 may be formed of any one selected from a heterogeneous material different from the etched layer 201, more specifically, a heterogeneous material having a high etching selectivity with the etched layer 201. For example, when the etched layer 201 is formed of an amorphous carbon film, the first hard mask 202 is formed of an oxide film, specifically, TEOS (Tetra Ethyle Ortho Silicate). It is formed to a thickness of about 400 GPa, in addition to USG (Un-doped Silicate Glass), BPSG (BoroPhosphoSilicate Glass), PSG (PhosphoSilicate Glass), BSG (BoroSilicate Glass) and HDP (High Density Plasma). It may be.

이어서, 제1 하드 마스크(202) 상에 제2 하드 마스크(203)를 형성한다. 이때, 제2 하드 마스크(203)는 제1 하드 마스크(202)와 다른 이종의 물질, 더욱 구체적으로 제1 하드 마스크(202)와 높은 식각 선택비를 갖는 이종의 물질들 중 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다. 예컨대, 제1 하드 마스크(202)가 산화막으로 이루어진 경우 산화막과 높은 식각 선택비를 갖는 다결정실리콘막으로 형성한다. 이러한 제2 하드 마스크(203)는 제1 하드 마스크(202)와 동일한 두께, 바람직하게는 300Å~500Å 두께로 형성한다. Next, a second hard mask 203 is formed on the first hard mask 202. In this case, the second hard mask 203 may be formed of one of different materials different from the first hard mask 202, more specifically, different materials having high etching selectivity with the first hard mask 202. Can be. For example, when the first hard mask 202 is formed of an oxide film, the first hard mask 202 is formed of a polysilicon film having a high etching selectivity with respect to the oxide film. The second hard mask 203 is formed to have the same thickness as that of the first hard mask 202, preferably 300 μs to 500 μs.

이어서, 제2 하드 마스크(203) 상에 희생막(204)을 형성한다. 이때, 희생막(204)은 제2 하드 마스크(203)와 다른 이종의 물질, 더욱 구체적으로 제2 하드 마스크(203)와 높은 식각 선택비를 갖는 이종의 물질들 중 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다. 예컨대, 희생막(204)은 건식식각공정을 통해 비교적 제거가 용이한 비정질카본막으로 형성한다. 이러한 희생막(204)은 1000Å~2000Å 정도의 두께, 바 람직하게는 1500Å로 형성한다.Subsequently, a sacrificial film 204 is formed on the second hard mask 203. In this case, the sacrificial layer 204 may be formed of any one of different materials different from the second hard mask 203, more specifically, different materials having high etching selectivity with the second hard mask 203. . For example, the sacrificial film 204 is formed of an amorphous carbon film which is relatively easy to remove through a dry etching process. The sacrificial film 204 is formed to a thickness of about 1000 kPa to 2000 kPa, preferably 1500 kPa.

이어서, 희생막(204) 상에 반사 방지층(207)을 형성할 수 있다. 이때, 반사 방지층(207)은 BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)(206)의 단층막으로 형성하거나, 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, 이하, CVD라 함) 공정으로 증착되는 DARC(Dielectric Anti-Reflective Coating)(205)와 BARC(206)가 적층된 적층막으로 형성할 수도 있다. 여기서, CVD-DARC(205)는 굴절률(refractive index)이 1.95이고, 소화계수(extinction coefficient)가 0.53인 물질로 형성하고, BARC(206)는 유기 물질로 형성한다. 예컨대, 희생막(204)이 비정질카본막(흡수계)으로 이루어진 경우, CVD-DARC(205)는 간섭계 반사 방지막인 실리콘산화질화막(SiON)으로 형성한다. Subsequently, an anti-reflection layer 207 may be formed on the sacrificial layer 204. In this case, the anti-reflective layer 207 is formed of a single layer of BARC (Bottom Anti-Reflective Coating) 206, or is a DARC (Dielectric Anti-Reflective) deposited by Chemical Vapor Deposition (CVD). The coating 205 and the BARC 206 may be formed as a laminated film. Here, the CVD-DARC 205 is formed of a material having a refractive index of 1.95 and an extinction coefficient of 0.53, and the BARC 206 is formed of an organic material. For example, when the sacrificial film 204 is made of an amorphous carbon film (absorption system), the CVD-DARC 205 is formed of a silicon oxynitride film (SiON) which is an interferometer antireflection film.

이어서, 반사 방지층(207) 상에 감광막 패턴(미도시)을 형성한다. 이때, 상기 감광막 패턴을 형성하기 위한 노광공정은 최종 피식각층의 'LS' 비가 1:3(L:S)가 되도록 실시하며, 공정상의 변동성을 고려하여 1:2.5~1:3.5(L:S)의 범위 내에서 실시한다.Next, a photosensitive film pattern (not shown) is formed on the antireflection layer 207. In this case, the exposure process for forming the photoresist layer pattern is performed so that the 'LS' ratio of the final etched layer is 1: 3 (L: S), and 1: 2.5 to 1: 3.5 (L: S) in consideration of process variability. It is carried out within the range of).

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 감광막 패턴을 이용하여 반사 방지층(207, 도 2a참조)과 희생막(204, 도 2a참조)을 식각한다. 이때, 식각공정은 제2 하드 마스크(203)를 식각 장벽층으로 이용한 건식식각공정 또는 습식식각공정으로 실시할 수 있으나, 수직한 프로파일(vertical profile)을 얻기 위하여 건식식각공정으로 실시하는 것이 바람직하다. 예컨대, 건식식각공정은 주(main) 식각가스로 O2 또는 H2 가스를 사용하고, 수직한 프로파일을 얻기 위해서, 이들 주 식각가스에 더하여 패시베이션 가스(passivation gas)로 사용되는 N2, COS, SO2, CO, Ar 또는 이들이 2종류 이상 혼합된 혼합가스를 첨가하여 사용한다. 이로써, 희생 패턴(204A)이 형성된다. Subsequently, as shown in FIG. 2B, the anti-reflection layer 207 (see FIG. 2A) and the sacrificial layer 204 (see FIG. 2A) are etched using the photoresist pattern. In this case, the etching process may be performed by a dry etching process or a wet etching process using the second hard mask 203 as an etching barrier layer. However, the etching process may be performed by a dry etching process to obtain a vertical profile. . For example, a dry etching process is a main etching gas O 2 or H 2 In order to use a gas, and to obtain a vertical profile, in addition to these main etching gases, N 2 , COS, SO 2 , CO, Ar used as a passivation gas, or a mixed gas of two or more kinds thereof added by adding use. As a result, the sacrificial pattern 204A is formed.

이어서, CVD-DARC막(205A) 상부에 감광막 패턴과 BARC(206, 도 2a참조)가 잔류되는 경우 이들을 O2 플라즈마(plasma)를 이용한 애싱(ashing) 공정으로 제거할 수도 있다. Subsequently, when the photoresist pattern and the BARC 206 (see FIG. 2A) remain on the CVD-DARC film 205A, they may be removed by an ashing process using an O 2 plasma.

이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, CVD-DARC막(205A, 도 2b참조)을 선택적으로 제거할 수 있다. 이로써, 제2 하드 마스크(203) 상에는 희생 패턴(204A)이 잔류된다.Subsequently, as shown in FIG. 2C, the CVD-DARC film 205A (see FIG. 2B) can be selectively removed. As a result, the sacrificial pattern 204A remains on the second hard mask 203.

이어서, 희생 패턴(204A)을 포함하는 제2 하드 마스크(203) 상에 스페이서(spacer)용 절연막(208)을 형성한다. 이때, 스페이서용 절연막(208)은 희생 패턴(204A)을 포함하는 제2 하드 마스크(203)의 상부면을 따라 균일한 두께를 갖는 라이너 형태(liner type)로 형성하여 후속 식각공정 후 수직한 프로파일(vertical profile)을 갖도록 형성한다. 또한, 스페이서용 절연막(208)은 희생 패턴(204A) 및 제2 하드 마스크(203)와 각각 높은 식각 선택비를 갖는 물질들 중 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.Next, a spacer insulating film 208 is formed on the second hard mask 203 including the sacrificial pattern 204A. In this case, the spacer insulating layer 208 is formed in a liner type having a uniform thickness along the upper surface of the second hard mask 203 including the sacrificial pattern 204A, and thus a vertical profile after the subsequent etching process. to have a (vertical profile). In addition, the spacer insulating layer 208 may be formed of any one selected from materials having a high etching selectivity with the sacrificial pattern 204A and the second hard mask 203, respectively.

예컨대, 스페이서용 절연막(208)은 희생 패턴(204A)이 비정질카본막으로 형성되고, 제2 하드 마스크(203)가 다결정실리콘막으로 형성된 경우 질화막으로 형성 한다. 구체적으로 실리콘이 함유된 질화막(SixNy)(여기서, x,y는 자연수)으로 형성한다. 바람직하게는 실리콘질화막(Si3N4)으로 형성한다. 이때, 스페이서용 절연막(208)은 피복률(step coverage rate)을 90% 이상이 되도록 형성하는 것이 바람직하다. 여기서, 피복률이라 함은 증착되는 물질의 부위별 두께가 일정한 정도를 나타내는 두께 균일성을 의미한다. 즉, 희생 패턴(204A)(또는, 제2 하드 마스크(203))의 상부에 증착되는 두께(T1)와, 희생 패턴(204A)의 측벽에 증착되는 두께(T2)의 비를 나타낸다. 따라서, 상기 피복률이 90% 이상이라는 것은 T2/T1가 0.9 이상을 의미한다. 이와 같은 피복률을 얻기 위하여 ALD(Atomic Layer Deposition) 공정으로 형성할 수 있다. For example, the spacer insulating film 208 is formed of a nitride film when the sacrificial pattern 204A is formed of an amorphous carbon film and the second hard mask 203 is formed of a polycrystalline silicon film. Specifically, the silicon film is formed of a silicon film (Si x N y ), where x and y are natural numbers. Preferably, the silicon nitride film is formed of Si 3 N 4 . At this time, it is preferable that the spacer insulating film 208 is formed to have a step coverage rate of 90% or more. Here, the coverage refers to a thickness uniformity indicating a certain degree of thickness for each part of the material to be deposited. That is, the ratio of the thickness T1 deposited on the sacrificial pattern 204A (or the second hard mask 203) and the thickness T2 deposited on the sidewall of the sacrificial pattern 204A is shown. Therefore, the coverage of 90% or more means that T2 / T1 is 0.9 or more. In order to obtain such a coverage, it may be formed by an atomic layer deposition (ALD) process.

한편, 절연막(208)을 질화막으로 형성하는 경우 퍼니스 타입(furnace type) 또는 플라즈마 타입(plasma type) 모두 가능하며, 이때 증착 온도는 400℃~1000℃에서 실시한다. In the case where the insulating film 208 is formed of a nitride film, either a furnace type or a plasma type may be used, and the deposition temperature may be performed at 400 ° C to 1000 ° C.

이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 희생 패턴(204A)과 제2 하드 마스크(203)를 식각 장벽층으로 이용한 식각공정을 실시하여 희생 패턴(204A)과 제2 하드 마스크(203)의 상면이 노출되도록 스페이서용 절연막(208, 도 2c참조)을 식각한다. 이때, 식각공정은 플라즈마 식각 장비를 이용한 이등방성 건식식각공정, 예컨대 에치백(etch back) 공정으로 실시할 수 있다. 예컨대, 스페이서용 절연막(208)이 질화막으로 형성된 경우 물리적인 식각(physical etch) 특성이 강하게 작용하도록 높은 파워 조건에서 식각하고, CF4 또는 CHF3 가스와 O2 가스가 혼합된 혼합가스 를 사용하거나, CH2F2 가스를 사용한다. 이로써, 희생 패턴(204A)의 양측벽에는 스페이서(208A)가 형성된다.Subsequently, as illustrated in FIG. 2D, an etching process using the sacrificial pattern 204A and the second hard mask 203 as an etching barrier layer is performed to form an upper surface of the sacrificial pattern 204A and the second hard mask 203. The spacer insulating film 208 (see FIG. 2C) is etched to expose it. In this case, the etching process may be performed by an anisotropic dry etching process, for example, an etch back process using a plasma etching equipment. For example, in the case where the spacer insulating film 208 is formed of a nitride film, it is etched under high power conditions so that a physical etch property is strongly applied, and CF 4 Or use a mixed gas of CHF 3 gas and O 2 gas, or CH 2 F 2 Use gas. As a result, spacers 208A are formed on both sidewalls of the sacrificial pattern 204A.

이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 희생 패턴(204A, 도 2d참조)을 선택적으로 제거한다. 이때, 제거공정은 스페이서(208A)와 제2 하드 마스크(203)를 식각 장벽층으로 이용한 습식식각공정 또는 건식식각공정으로 실시할 수 있다. 예컨대, 희생 패턴(204A)이 비정질카본막으로 형성된 경우 O2 플라즈마를 이용한 애싱 공정으로 실시한다.Then, as shown in FIG. 2E, the sacrificial pattern 204A (see FIG. 2D) is selectively removed. In this case, the removing process may be performed by a wet etching process or a dry etching process using the spacer 208A and the second hard mask 203 as an etching barrier layer. For example, when the sacrificial pattern 204A is formed of an amorphous carbon film, an ashing process using an O 2 plasma is performed.

이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 스페이서(208A, 도 2e참조)를 식각 장벽층으로 이용하여 제2 하드 마스크(203, 도 2e참조)를 식각한다. 이때, 식각공정은 습식식각공정 또는 건식식각공정 모두 가능하다. 예컨대, 건식식각공정의 경우 제2 하드 마스크(203)가 다결정실리콘막으로 이루어지고, 스페이서(208A)가 질화막으로 이루어진 경우 이들 간의 높은 식각 선택비를 고려하여 Cl2와 BCl3를 주 식각가스로 사용하며, 이에 더하여 스페이서(208A)에 기인한 비대칭 프로파일을 방지하기 위하여 패시베이션 가스로 CH4, C2H4, SO2, CO, Ar 또는 이들의 혼합 가스를 더 첨가할 수도 있다. Next, as shown in FIG. 2F, the second hard mask 203 (see FIG. 2E) is etched using the spacer 208A (see FIG. 2E) as an etching barrier layer. In this case, the etching process may be either a wet etching process or a dry etching process. For example, in the dry etching process, when the second hard mask 203 is made of a polysilicon film and the spacer 208A is made of a nitride film, Cl 2 and BCl 3 are used as the main etching gas in consideration of the high etching selectivity therebetween. In addition, CH 4 , C 2 H 4 , SO 2 , CO, Ar, or a mixture thereof may be further added as a passivation gas in order to prevent an asymmetric profile due to the spacer 208A.

이어서, 스페이서(208A)를 제거한다. 예컨대, 스페이서(208A) 제거공정은 스페이서(208A)가 질화막으로 형성된 경우 인산(H3PO4)을 이용한 습식식각공정으로 실시한다. 이로써, 제1 하드 마스크(202) 상에는 제1 하드 마스크 패턴(203A)만이 잔 류되게 된다. Next, the spacer 208A is removed. For example, the spacer 208A may be removed by a wet etching process using phosphoric acid (H 3 PO 4 ) when the spacer 208A is formed of a nitride film. As a result, only the first hard mask pattern 203A remains on the first hard mask 202.

이와 같이, 스페이서(208A)를 제거하는 이유는 스페이서(208A)가 좌우 비대칭적으로 형성되기 때문인데, 좌우 비대칭적으로 형성된 스페이서(208A)를 식각 장벽층으로 사용하여 하부층을 식각하는 경우 식각공정시 이온 산란 각도(Ion Scattering Angle)가 비대칭적으로 나타나 하부층의 프로파일에 영향을 미치기 때문이다. 특히, 식각해야 할 하부층의 두께가 두꺼운 경우 하부층의 프로파일의 변형은 더욱 심화된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서는 스페이서(208A)를 식각 장벽층으로 이용하여 피식각층(201)을 식각하는 것이 아니라, 피식각층(201)에 비해 상대적으로 얇게 형성되는 제2 하드 마스크(203)만을 식각하는데 스페이서(208A)를 사용한 후 제거하고, 피식각층(201)은 제1 하드 마스크 패턴(203A)을 식각 장벽층으로 하여 식각한다. As such, the reason why the spacer 208A is removed is because the spacer 208A is asymmetrically formed, and when the lower layer is etched using the spacer 208A formed asymmetrically as an etch barrier layer, This is because the ion scattering angle appears asymmetrically and affects the profile of the underlying layer. In particular, when the thickness of the underlying layer to be etched is thick, the deformation of the profile of the underlying layer is further intensified. Therefore, in the exemplary embodiment of the present invention, the etching target layer 201 is not etched using the spacer 208A as the etching barrier layer, but only the second hard mask 203 formed relatively thinner than the etching target layer 201. The spacer 208A is used to be etched and then removed, and the etched layer 201 is etched using the first hard mask pattern 203A as an etch barrier layer.

이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 제1 하드 마스크 패턴(203A, 도 2f참조)을 식각 마스크로 제1 하드 마스크(202, 도 2f참조)와 피식각층(201, 도 2f참조)을 식각한다. 이때, 식각공정은 동일 플라즈마 식각장비를 이용한 건식식각공정으로 2단계로 실시할 수 있다. 예컨대, 1단계에서는 산화막으로 이루어진 제1 하드 마스크(202)를 식각하기 위하여 CF4, CHF3 가스를 주 식각가스로 사용하여 실시한다. 2단계에서는 비정질카본막으로 이루어진 피식각층(201)을 식각하기 위하여 O2 또는 H2 가스를 주 식각가스로 사용하고, 이에 더하여 수직한 프로파일을 얻기 위하여 패시베이션 가스로 N2, COS, SO2, CO, Ar 또는 이들이 혼합된 혼합가스를 더 첨가하여 실시한다. Subsequently, as illustrated in FIG. 2G, the first hard mask 202 (see FIG. 2F) and the etched layer 201 (see FIG. 2F) are etched using the first hard mask pattern 203A (see FIG. 2F) as an etching mask. . In this case, the etching process may be performed in two steps by a dry etching process using the same plasma etching equipment. For example, in the first step, in order to etch the first hard mask 202 made of an oxide film, CF 4 and CHF 3 gas are used as the main etching gas. In the second step, O 2 or H 2 gas is used as the main etching gas in order to etch the etching target layer 201 made of the amorphous carbon film, and in addition, N 2 , COS, SO 2 , It is carried out by further adding CO, Ar or a mixed gas thereof.

한편, 제1 하드 마스크 패턴(203A)은 건식식각공정 과정에서 모두 식각되어 제거될 수도 있으나, 제2 하드 마스크 패턴(202A) 상에 일정 두께 잔류될 수도 있다.Meanwhile, all of the first hard mask patterns 203A may be etched and removed during the dry etching process, but may remain at a predetermined thickness on the second hard mask patterns 202A.

본 발명의 기술 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 비정질카본막으로 이루어진 피식각층을 적용하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 도전층을 포함하여 반도체 소자에서 사용되는 모든 물질에 대해 적용할 수도 있다. 또한, 본 발명은 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical spirit of the present invention has been described in detail in the preferred embodiments, it should be noted that the above-described embodiments are for the purpose of description and not of limitation. In particular, in the embodiment of the present invention, an etched layer made of an amorphous carbon film is applied, but this is for convenience of description and may be applied to all materials used in the semiconductor device, including the conductive layer. In addition, it will be understood by those skilled in the art that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.

도 1a 내지 도 1d는 종래기술에 따른 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 도시한 공정 단면도.1A to 1D are cross-sectional views illustrating a method of forming a fine pattern of a semiconductor device according to the prior art.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자의 미세패턴 형성방법을 도시한 공정 단면도.2A to 2G 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>

200 : 반도체 기판 201, 201A : 하드 마스크(피식각층)200: semiconductor substrate 201, 201A: hard mask (etched layer)

202, 202A : 제1 하드 마스크 203, 203A : 제2 하드 마스크202, 202A: First Hard Mask 203, 203A: Second Hard Mask

204 : 희생막 204A : 희생 패턴204: sacrificial film 204A: sacrificial pattern

205, 205A : CVD-DARC 206 : BARC205, 205A: CVD-DARC 206: BARC

207 : 반사 방지층 208 : 절연막207: antireflection layer 208: insulating film

208A : 스페이서208A: Spacer

Claims (19)

비정질카본막으로 이루어진 피식각층 상에 산화막을 이용하여 제1 하드 마스크를 형성하는 단계;Forming a first hard mask using an oxide film on an etched layer made of an amorphous carbon film; 상기 제1 하드 마스크 상에 다결정실리콘막을 이용하여 제2 하드 마스크를 형성하는 단계;Forming a second hard mask on the first hard mask by using a polysilicon film; 상기 제2 하드 마스크 상에 비정질카본막을 이용하여 희생 패턴을 형성하는 단계;Forming a sacrificial pattern on the second hard mask by using an amorphous carbon film; 상기 희생 패턴의 양측벽에 질화막을 이용하여 스페이서를 형성하는 단계;Forming a spacer on both sidewalls of the sacrificial pattern by using a nitride film; 상기 희생 패턴을 제거하는 단계; Removing the sacrificial pattern; 상기 스페이서를 식각 장벽층으로 상기 제2 하드 마스크를 식각하여 제1 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계;Etching the second hard mask with the spacer as an etch barrier layer to form a first hard mask pattern; 상기 스페이서를 제거하는 단계; 및Removing the spacers; And 상기 제1 하드 마스크 패턴을 식각 장벽층으로 상기 제1 하드 마스크 및 피식각층을 식각하는 단계를 포함하고,Etching the first hard mask and the etched layer using the first hard mask pattern as an etch barrier layer; 상기 희생패턴을 형성하는 단계, 상기 제1하드마스크 패턴을 형성하는 단계 및 상기 피식각층을 식각하는 단계는 수직프로파일을 얻기 위해 패시베이션가스를 첨가하여 진행하는 The forming of the sacrificial pattern, the forming of the first hard mask pattern, and the etching of the etched layer may be performed by adding a passivation gas to obtain a vertical profile. 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.Method of forming a fine pattern of a semiconductor device. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 8 was abandoned when the registration fee was paid. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스페이서를 형성하는 단계는,Forming the spacers, 상기 희생 패턴을 포함하는 상기 제2하드마스크 상부면을 따라 상기 질화막을 형성하는 단계; 및Forming the nitride film along an upper surface of the second hard mask including the sacrificial pattern; And 상기 질화막을 에치백하는 단계Etching back the nitride film 를 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.Method of forming a fine pattern of a semiconductor device comprising a. 청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 9 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 희생 패턴을 형성하는 단계는 O2 또는 H2를 식각가스로 사용하고, 상기 패시베이션 가스(passivation gas)로 N2, COS, SO2, CO, Ar 또는 이들이 혼합된 혼합가스를 더 첨가한 건식식각공정으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.The sacrificial pattern may be formed by using O 2 or H 2 as an etching gas, and further adding N 2 , COS, SO 2 , CO, Ar, or a mixed gas thereof as a passivation gas. A method of forming a fine pattern of a semiconductor device performed by the etching process. 청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 10 was abandoned upon payment of a setup registration fee. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 희생 패턴을 제거하는 단계는 O2 플라즈마(plasma)를 이용한 애싱(ashing)공정으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.The removing of the sacrificial pattern is a fine pattern forming method of a semiconductor device is carried out by an ashing process using an O 2 plasma (plasma). 청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 11 was abandoned upon payment of a setup registration fee. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제1 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계는 Cl2와 BCl3를 식각가스로 사용하고, 상기 패시베이션 가스(passivation gas)로 CH4, C2H4, N2, SO2, CO, Ar 또는 이들이 혼합된 혼합가스를 더 첨가한 건식식각공정으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.The forming of the first hard mask pattern may be performed by using Cl 2 and BCl 3 as an etching gas, and using a passivation gas as CH 4 , C 2 H 4 , N 2 , SO 2 , CO, Ar, or these. A method of forming a fine pattern of a semiconductor device which is carried out by a dry etching process further adding a mixed gas mixture. 청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 12 was abandoned upon payment of a registration fee. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 스페이서를 제거하는 단계는 인산(H3PO4)을 사용하여 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.Removing the spacer is a method of forming a fine pattern of a semiconductor device using a phosphoric acid (H 3 PO 4 ). 청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 13 was abandoned upon payment of a registration fee. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제2 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계는 CF4와 CHF3 가스를 사용한 건식식각공정으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.The forming of the second hard mask pattern may be performed by a dry etching process using CF 4 and CHF 3 gas. 청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 14 was abandoned when the registration fee was paid. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 피식각층을 식각하는 단계는 O2 또는 H2를 식각가스로 사용하고, 상기 패시베이션 가스(passivation gas)로 N2, COS, SO2, CO, Ar 또는 이들이 혼합된 혼합가스를 더 첨가한 건식식각공정으로 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.The etching of the etched layer may be performed using O 2 or H 2 as an etching gas, and further adding N 2 , COS, SO 2 , CO, Ar, or a mixed gas thereof as a passivation gas. A method of forming a fine pattern of a semiconductor device performed by the etching process. 청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 15 was abandoned upon payment of a registration fee. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 제2 하드 마스크 및 피식각층을 식각하는 단계는 동일 플라즈마(plasma) 식각장비 내에서 실시하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.The etching of the second hard mask and the layer to be etched is performed in the same plasma etching apparatus. 청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 16 was abandoned upon payment of a setup registration fee. 상기 제2 하드 마스크를 형성하는 단계 후, After forming the second hard mask, 상기 제2 하드 마스크 상에 반사 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.And forming an anti-reflection layer on the second hard mask. 청구항 17은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 17 has been abandoned due to the setting registration fee. 제 16 항에 있어서, The method of claim 16, 상기 반사 방지층은 BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)로 형성하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.The anti-reflection layer is a fine pattern forming method of a semiconductor device formed by Bottom Anti-Reflective Coating (BARC). 청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.Claim 18 was abandoned upon payment of a set-up fee. 제 16 항에 있어서, The method of claim 16, 상기 반사 방지층은 DARC(Dielectric Anti-Reflective Coating)와 BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)의 적층 구조로 형성하는 반도체 소자의 미세패턴 형성방법.The anti-reflection layer is a fine pattern forming method of a semiconductor device formed of a laminated structure of DARC (Dielectric Anti-Reflective Coating) and BARC (Bottom Anti-Reflective Coating). 삭제delete
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