KR20110112723A - 사선 구조의 액티브 형성을 위한 컷팅 마스크 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 예에 따른 컷팅 마스크(cutting mask)는, 사선 방향으로 길게 연장되는 액티브 패턴을 상호 분리시키기 위한 컷팅 마스크에 있어서, 액티브 패턴의 분리를 위해 제거되어야 할 영역에 대응되는 메인 투광영역과, 메인 투광영역의 양 단부에서 사선 방향과 나란하지만 서로 반대되는 방향으로 연장되는 보조 투광영역들로 이루어진 투광영역과, 그리고 투광영역을 둘러싸는 차광영역을 포함한다.

Description

사선 구조의 액티브 형성을 위한 컷팅 마스크{Cutting mask for forming an active having diagonal structure}
본 발명은 반도체소자 제조를 위한 포토마스크에 관한 것으로서, 특히 사선 구조의 액티브 형성을 위한 컷팅 마스크에 관한 것이다.
반도체 메모리 소자의 대용량화에 대한 요구가 높아지면서 집적도를 높이려는 관심이 지속적으로 높아지고 있다. 소자의 집적도를 높이기 위해 칩(chip)의 크기를 줄이거나 셀 구조를 변화시킴으로써, 보다 많은 메모리 셀들을 하나의 웨이퍼에 형성시키려는 노력을 기울이고 있다. 셀 구조를 변화시켜 집적도를 높이는 방법으로 액티브 영역들의 평면적인 배열을 변화시키거나, 또는 셀 레이아웃을 변화시키는 방법이 있다. 이러한 시도의 일환으로 액티브 영역의 레이아웃 형태를 8F2 레이아웃에서 6F2 레이아웃으로 변화시키는 방법이 있다. 일반적으로 6F2 레이아웃을 갖는 소자는, 비트라인 길이방향의 길이가 3F이고 워드라인 길이방향의 길이가 2F이며, 이를 위해 액티브 영역은 가로 방향으로 나란한 구조가 아니라 장축이 비스듬하게 배치되는 사선 구조를 갖는다.
그런데 소자의 집적도가 증가하는 속도에 비해 패턴을 형성하기 위한 공정 기술, 특히 리소그라피(lithography) 기술의 발전 속도가 느리며, 이에 따라 최근에는 사선 구조의 액티브를 형성하기 위해 스페이서 패터닝(SPT; Spacer patterning) 기술을 적용하고 있다. 즉 액티브 형성을 위한 패터닝을 스페이서 패터닝 방법으로 형성한다. 이에 따라 액티브 패턴은 사선 방향으로 길게 연장된 상태로 형성된다. 따라서 서로 연결된 액티브 패턴을 분리시키기 위해 컷팅(cutting) 마스크를 이용하여 사선 방향으로 길게 연장된 액티브 패턴의 일부를 제거한다.
도 1 내지 도 3은 이와 같은 커팅 마스크을 이용하여 사선 구조의 액티브 형성과정을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다. 먼저 도 1에 나타낸 바와 같이, 스페이서 패터닝 방법을 사용하여 사선으로 연결된 액티브 패턴(110)이 형성된 상태에서, 도 2에 나타낸 컷팅 마스크(200)를 이용하여 액티브 패턴(도 1의 110)을 사선 방향으로 상호 분리시킨다. 컷팅 마스크(200)는 컷팅되어야 할 영역에 대응하는 사각형의 투광영역(210)들이 배치되고, 이 투광영역(210)들을 차광영역(220)이 둘러싸는 구조를 갖는다. 이에 따라 도 3에 나타낸 바와 같이, 사선 방향으로 상호 분리된 사선 구조의 액티브 패턴(112)이 만들어진다. 참고로 도 3에서 점선으로 나타낸 영역(212)은 컷팅 마스크(200)의 투광영역(210)에 대응되어 제거된 부분을 의미하고, 참조부호 "120"은 액티브 패턴(112)을 둘러싸는 소자분리영역을 의미한다.
그런데 이와 같은 과정에 있어서, 도 2에 나타낸 바와 같이, 사선 방향으로 길게 연결된 액티브 패턴(도 1의 110)을 분리시키기 위하여, 컷팅 마스크(200)는 홀(hole) 패턴의 투광영역(210)을 갖는다. 일반적으로 홀 패턴은 라인 패턴에 비하여 노광시 해상력(resolution)이 떨어지는 것으로 알려져 있다. 이에 따라 사선 방향으로 상호 분리된 액티브 패턴(도 3의 112)의 시디(CD; Critical Dimension), 특히 장축 방향으로의 시디가 일정하지 않으며, 이에 따라 후속 공정에서의 스토리지노드나 비트라인과 적절하게 컨택되지 못하는 영역이 발생될 수 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 홀 패턴의 해상력을 증대시켜 액티브 패턴의 장축 방향으로의 시디 균일도를 향상시킴으로써 소자 특성을 향상시키고, 특히 액티브 패턴의 장축 방향으로의 길이를 최대로 증가시켜 후속 공정에서의 컨택 마진을 증대시킬 수 있도록 할 수 있는 컷팅 마스크를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 예에 따른 컷팅 마스크는, 사선 방향으로 길게 연장되는 액티브 패턴을 상호 분리시키기 위한 컷팅 마스크에 있어서, 액티브 패턴의 분리를 위해 제거되어야 할 영역에 대응되는 메인 투광영역과, 메인 투광영역의 양 단부에서 사선 방향과 나란하지만 서로 반대되는 방향으로 연장되는 보조 투광영역들로 이루어진 투광영역과, 그리고 투광영역을 둘러싸는 차광영역을 포함한다.
일 예에서, 상기 액티브 패턴은 6F2 크기의 셀을 구성한다.
일 예에서, 상기 투광영역은 투광기판의 노출부분이다.
일 예에서, 상기 차광영역은, 투광기판 위에 크롬막패턴이 배치된 부분이다.
다른 예에서, 상기 차광영역은, 투광기판 위에 위상반전막패턴이 배치된 부분일 수도 있다.
일 예에서, 상기 메인 투광영역은 타원 형상에 근접한 형태로 이루어진다.
이 경우 상기 타원 형상의 장축은 액티브 패턴이 연장되는 사선 방향과 수직인 방향으로 배치된다.
본 발명에 따르면, 홀 패턴의 양 단부에 추가 투광영역을 형성시켜 투광되는 광의 광을 증대시킴으로써 노광시 해상력을 증대시킬 수 있으며, 이에 따라 액티브 패턴의 장축 방향으로의 시디 균일도를 향상시킬 수 있으며, 그 결과 소자 특성을 향상시킬 수 있다. 또한 컷팅 영역이 사선 방향과 수직인 방향으로 장축이 위치하는 타원 형태로 형성되도록 함으로써 액티브 패턴의 장축 방향으로의 길이를 최대로 증가시킬 수 있으며, 이에 따라 후속 공정에서의 컨택 마진을 증대시킬 수 있다.
도 1 내지 도 3은 이와 같은 커팅 마스크을 이용하여 사선 구조의 액티브 형성과정을 설명하기 위해 나타내 보인 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 사선 구조의 액티브 형성을 위한 컷팅 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다.
도 5는 도 4의 투광영역을 보다 상세하게 나타내 보인 도면이다.
도 6은 도 4의 컷팅 마스크를 이용하여 형성된 사선 구조의 액티브 패턴을 나타내 보인 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 컷팅 마스크의 해상도를 종래의 경우와 비교하기 위해 나타내 보인 그래프들이다.
도 4는 본 발명에 따른 사선 구조의 액티브 형성을 위한 컷팅 마스크를 나타내 보인 레이아웃도이다. 그리고 도 5는 도 4의 투광영역을 보다 상세하게 나타내 보인 도면이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 컷팅 마스크(400)는, 투광영역(420)과, 투광영역(420)을 둘러싸는 차광영역(430)을 포함한다. 투광영역(420)은, 노광시 광이 투과되는 영역으로서, 통상적으로 투광기판의 일 면이 노출되는 부분이다. 차광영역(430)은, 노광시 광이 투과되지 못하는 영역으로서, 바이너리 형태의 경우 크롬(Cr)막과 같은 차광막패턴이 배치되는 부분이고, 위상반전 형태인 경우에는 몰리브데늄실리콘(MoSi)막과 같은 위상반전막패턴이 배치되는 부분이다.
투광영역(420)은, 웨이퍼상에서 사선 방향으로 연결되어 형성된 액티브 패턴을 사선 방향으로 상호 분리시키기 위해 광이 투광되는 영역으로서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 메인 투광영역(421)과 보조 투광영역(422)을 포함한다. 메인 투광영역(421)은 액티브 패턴의 분리를 위해 제거되는 영역에 대응되며 타원 형태에 근접한 형상으로 이루어진다. 타원 형상을 갖는 것이 이상적이지만, 타원 형상의 패턴을 포토마스크에 구현하는 것은 어려운 것으로 알려져 있다. 따라서 메인 투광영역(421)은 이상적인 타원 형상은 아니더라도 최대한 타원 형상에 근접되도록 형성한다. 이때 타원의 장축은 액티브 패턴이 배치되는 사선 방향과 수직인 방향으로 형성되도록 하며, 단축은 액티브 패턴이 배치되는 사선 방향과 나란한 방향으로 형성되도록 한다. 보조 투광영역(422)은, 메인 투광영역(421)의 장축의 양 단부에서 사선 방향으로 일정 길이만큼 연장되도록 형성되는데, 연장되는 방향은 상호 반대가 되도록 한다. 보조 투광영역(422)의 크기는, 컷팅 마스크(400)의 메인 투광영역(421)을 투과하는 광의 양을 증대시킬 뿐 웨이퍼상에는 전사되지 않을 정도로 적절한 크기를 갖도록 한다.
도 6은 도 4의 컷팅 마스크를 이용하여 형성된 사선 구조의 액티브 패턴을 나타내 보인 도면이다. 도 6을 참조하면, 도 4의 컷팅 마스크(400)를 이용하여 노광 및 현상을 수행하면, 도면에서 점선으로 나타낸 개구부(622)를 갖는 포토레지스트막패턴(미도시)이 만들어진다. 비록 도면에 나타내지는 않았지만, 이 개구부(622)에 의해 액티브 패턴(612)의 상호 분리를 위해 제거되어야 할 영역이 노출된다. 이후 포토레지스트막패턴을 식각마스크로 한 식각을 수행하면, 액티브 패턴(612)의 노출부분을 제거되고, 이에 따라 도면에 나타낸 바와 같이 사선 방향으로 상호 분리된 사선 구조의 액티브 패턴(612)이 만들어진다. 컷팅 마스크(400)를 이용하여 형성된 포토레지스트막패턴의 개구부(622)은, 액티브 패턴(612)이 연장되는 사선 방향과 수직인 방향으로 장축이 형성되는 타원 형태로 형성되며, 따라서 액티브 패턴(612)의 제거되는 부분의 길이는 타원 형태의 단축 길이에 해당한다. 이에 따라 상호 분리를 위해 액티브 패턴(612)의 제거되는 부분의 길이는, 원형 형태의 개구부를 갖는 경우에 비하여, 보다 짧아지고, 그 결과 분리가 이루어진 액티브 패턴(612)의 길이는 더 연장된다. 도 6에서 참조부호 "620"은 액티브 패턴(612)을 둘러싸는 소자분리영역을 의미한다.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 컷팅 마스크의 해상도를 종래의 경우와 비교하기 위해 나타내 보인 그래프들이다. 도 7 및 도 8에서 가로축은 패턴 피치를 나타내고, 세로축은 컷팅 마스크의 투광영역을 투과하는 광의 세기를 나타낸다. 먼저 도 7에서 선(710)으로 나타낸 바와 같이, 종래의 경우에는 "A"영역에서 광의 세기의 최대값과 최소값의 편차가 크게 나타나지만, "B"영역에서는 광의 세기의 최대값과 최소값의 편차가 작게 나타난다. 즉 "A"영역에서의 해상도는 어느정도 확보되지만, "B"영역에서의 해상도는 크게 저하된다. 이에 따라 웨이퍼상의 위치에 따라 시디(CD) 또한 균일하지 않다는 것을 알 수 있다. 반면에 도 8에서 선(720)으로 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 컷팅 마스크를 사용하는 경우, 모든 영역에서 광의 세기의 최대값과 최소값의 편차가 일정한 크기로 충분히 크게 나타난다. 따라서 웨이퍼상의 모든 위치에서 높은 해상도를 얻을 수 있으며, 해상도의 편차가 거의 없으므로 시(CD)디 균일도도 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다. 이는 본 실시예에 따른 컷팅 마스크(400)의 투광영역(420)이 메인 투광영역(421) 및 보조 투광영역(422)으로 이루어져 있으며, 이에 따라 컷팅 마스크(400)의 투광영역(420)을 투과하여 웨이퍼상에 조사되는 광의 양이 증대되기 때문이다. 또한 경우에 따라서는 시디(CD) 조절을 위해 포토레지스트막패턴 위에 RELACS(Resolution Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) 물질막을 도포한 후 큐어링(curing)을 수행하거나, 또는 통상의 리플로우(reflow) 공정을 수행할 수도 있다.
400...컷팅 마스크 420...투광영역
421...메인 투광영역 422...보조 투광영역
430...차광영역 612...액티브 패턴
620...소자분리영역 622...개구부

Claims (7)

  1. 사선 방향으로 길게 연장되는 액티브 패턴을 상호 분리시키기 위한 컷팅 마스크에 있어서,
    상기 액티브 패턴의 분리를 위해 제거되어야 할 영역에 대응되는 메인 투광영역과, 상기 메인 투광영역의 양 단부에서 상기 사선 방향과 나란하지만 서로 반대되는 사선 방향으로 연장되는 보조 투광영역들로 이루어진 투광영역; 및
    상기 투광영역을 둘러싸는 차광영역을 포함하는 컷팅 마스크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 액티브 패턴은 6F2 크기의 셀을 구성하는 컷팅 마스크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투광영역은 투광기판의 노출부분인 컷팅 마스크.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차광영역은, 투광기판 위에 크롬막패턴이 배치된 부분인 컷팅 마스크.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차광영역은, 투광기판 위에 위상반전막패턴이 배치된 부분인 컷팅 마스크.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메인 투광영역은 타원 형상에 근접한 형태로 이루어지는 컷팅 마스크.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 타원 형상의 장축은 상기 액티브 패턴이 연장되는 사선 방향과 수직인 방향으로 배치되는 컷팅 마스크.
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