(57)【要約】【課題】  本発明は、複数のコンタクトホールパターンが重なりながら一列に形成されたラインパターンのフォトレジストパターンを形成することにより、レジストフロー工程時にさらに微細なラインパターンを形成することができる半導体素子のパターン形成方法を提供する。【解決手段】  半導体基板上にフォトレジスト膜を形成する段階と、一列に配列された多数の透光パターンを含むフォトマスクを用いて前記透光パターン及び前記透光パターンの間と対応する前記フォトレジスト膜に対する露光工程を行う段階及び前記透光パターン及び前記透光パターンの間の前記フォトレジスト膜にライン形態の開口部が形成されるように現像工程を実施してフォトレジストパターンを形成する段階を含む構成としたことを特徴とする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
一列に配列された複数の透光パターンを含むフォトマスクを用いて前記透光パターン及び前記透光パターンの間と対応する前記フォトレジスト膜に対する露光工程を行う段階と、
前記透光パターン及び前記透光パターンの間の前記フォトレジスト膜にライン形態の開口部が形成されるように現像工程を実施し、フォトレジストパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子のパターン形成方法。
【請求項２】
前記ライン形態の開口部は、断面が円である複数の開口部が重畳して形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパターン形成方法。
【請求項３】
前記断面が円である複数の開口部は、半径の1/3〜2/3が互いに重畳して前記ライン形態の開口部で形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子のパターン形成方法。
【請求項４】
前記フォトレジスト膜に形成された前記開口部は、断面が楕円である複数の開口部が重畳して形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパターン形成方法。
【請求項５】
さらに、前記フォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストに対してレジストフロー工程を行う段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子のパターン形成方法。
【請求項６】
複数のワードラインと、前記ワードラインの両側にドレイン選択ライン及びソース選択ラインが形成された半導体基板が提供される段階と、
前記ワードライン、ドレイン選択ライン及びソース選択ライン上に絶縁膜を形成する段階と、
前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
一列に配列された複数の透光パターンを含むフォトマスクを用いて前記透光パターン及び前記透光パターンの間と対応する前記フォトレジスト膜に対する露光工程を行う段階と、
前記透光パターン及び前記透光パターンの間の前記フォトレジスト膜にライン形態の開口部が形成されるように現像工程を実施してフォトレジストパターンを形成する段階と、
を含むことを特徴とする半導体素子のパターン形成方法。
【請求項７】
前記フォトレジストパターンは、前記ソース選択ラインの間に形成されることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子のパターン形成方法。
【請求項８】
さらに、前記フォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストに対してレジストフロー工程を行う段階を含むことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のパターン形成方法に関するものであり、特に、均一のラインパターンを形成することができるフォトレジストパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常の半導体素子のパターン形成工程では、パターンを形成するための所定の被エッチング層、例えば、シリコン膜、絶縁膜、または導電膜上にフォトリソグラフィ(photolithography)工程によりフォトレジストパターンを形成する。そして、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして被エッチング層をエッチングして所望のパターンを形成する。
【０００３】
このようなフォトリソグラフィ工程は、まず、パターン形成のためのウエハ上にフォトレジストをスピン方式により均一に塗布する。フォトレジストとは、特定波長帯の光を受ければ、露光(photo exposure)反応をする一種の感光高分子化合物(photosensitive polymer)である。この時、露光反応とは、フォトレジストの一定部分が露光された時、露光された部分のポリマー(polymer)鎖が切れるか、あるいはさらに強く結合することを意味する。一般に、フォトレジストは、露光された部分のポリマー結合鎖が切れるポジティブ(positive)フォトレジストと、露光されない部分のポリマー結合鎖が切れるネガティブ(negative)フォトレジストに区分される。即ち、後続の現像工程を通じてポジティブフォトレジストは露光地域が現像されて非露光地域のパターンが残るようになり、ネガティブフォトレジストは非露光地域が現像されて露光地域のパターンが残るようになる。
【０００４】
次いで、ソフトベーク(soft bake)を実施してフォトレジスト内に約80％〜90％存在する溶媒であるソルベント(solvent)を熱エネルギーにより蒸発させて感光膜を乾燥させ、接着度を向上させ、熱によるアニーリング(annealing)効果により応力を緩和させる。
【０００５】
次いで、露光エネルギーによりフォトレジストの光化学反応を選択的に引き起こす露光工程を進行してフォトレジストの表面に所望のパターンの潜像(latent image)を形成する。露光工程は、遮光パターンと透光パターンが形成されたフォトマスクを用いてフォトレジストに選択的に光源を照射することにより、所望の潜像を形成する。そして、このように所望のパターンの潜像を形成したウエハをホットプレートオーブン(Hot Plate Oven)に挿入した後、約90秒間露光した後、ベーク(Post Exposure Bake; PEB)工程を進行する。その後、露光工程を通じて相対的に結合が弱くなっている部分のフォトレジストを溶剤で溶かす。このような過程を通じて形成されたフォトレジストの形状をフォトレジストパターンという。この時、ポジティブフォトレジストの場合、感光作用により解除された高分子鎖部分が、ネガティブフォトレジストの場合、感光作用により結合が強くなった部分に比べて相対的に結合が弱い部分(露光されない部分)が除去される。一方、露光工程時、フォトレジスト内において入射光と反射光の間の相互干渉現象による光感応剤の濃度差により露出された部分に酸(acid)が発生し、PEB工程で得られた熱エネルギーにより酸が触媒作用をして化学的増幅作用によりフォトレジストを選択的に除去し、完全なフォトレジストパターンを形成する化学増幅型感光剤もある。
【０００６】
ところで、半導体素子の高集積化に伴い、さらに小さいCD(Critical Dimension)のデザインルール(design rule)が適用され、これにより小さい開口サイズ(opening size)を有するコンタクトホールや小さい幅を有する微細パターンを形成する技術が求められている。従って、フォトリソグラフィの工程時に微細で欠陥のないフォトレジストパターンを形成することが重要な問題となっている。
【０００７】
これにより、フォトレジストパターンに対してレジストフロー工程を実施し、さらに微細なフォトレジストパターンを形成する方法が提案されている。レジストフロー工程は、フォトレジストのガラス転移温度以上に熱エネルギーを印加し、フォトレジストパターンが熱フロー(thermal flow)され、パターンが縮小されることにより、さらに微細なフォトレジストパターンを形成する工程を意味する。
【０００８】
図１（ａ）はレジストフロー工程を行ったフォトレジストのコンタクトホールパターンを示す写真であり、図１（ｂ）はレジストフロー工程を行ったフォトレジストのラインパターンを示す写真である。特に、図１（ａ）及び図１（ｂ）において矢印の左側に位置した写真はレジストフロー工程を行う前のフォトレジストパターンであり、矢印の右側に位置した写真はレジストフロー工程を行った後のフォトレジストパターンを示す。
【０００９】
図１（ａ）に示された通り、このようなレジストフロー工程は、フォトレジストに形成されたコンタクトホールパターンのサイズをさらに微細にするには適している。しかし、図１（ｂ）に示された通り、フォトレジストに形成されたラインパターンは、レジストフロー工程後にもパターンのサイズが縮小されず、むしろパターンの外郭部分が崩壊する問題が発生する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、複数のコンタクトホールパターンが重なりながら一列に形成されたラインパターンのフォトレジストパターンを形成することにより、レジストフロー工程時にさらに微細なラインパターンを形成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施例による半導体素子のパターン形成方法は、半導体基板上にフォトレジスト膜を形成する段階と、一列に配列された複数の透光パターンを含むフォトマスクを用いて前記透光パターン及び前記透光パターンの間と対応する前記フォトレジスト膜に対する露光工程を行う段階及び前記透光パターン及び前記透光パターンの間の前記フォトレジスト膜にライン形態の開口部が形成されるように現像工程を実施してフォトレジストパターンを形成する段階を含むことを特徴とする。
【００１２】
前記ライン形態の開口部は、断面が円である複数の開口部が重畳して形成できる。前記断面が円である複数の開口部は、半径の1/3〜2/3が互いに重畳して前記ライン形態の開口部で形成されることができる。前記フォトレジスト膜に形成された前記開口部は、断面が楕円である複数の開口部が重畳して形成できる。前記フォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストに対してレジストフロー工程を行う段階をさらに含むことができる。
【００１３】
本発明の他の実施例による半導体素子のパターン形成方法は、複数のワードラインと、前記ワードラインの両側にドレイン選択ライン及びソース選択ラインが形成された半導体基板が提供される段階と、前記ワードライン、ドレイン選択ライン及びソース選択ライン上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜上にフォトレジスト膜を形成する段階と、一列に配列された複数の透光パターンを含むフォトマスクを用いて前記透光パターン及び前記透光パターンの間と対応する前記フォトレジスト膜に対する露光工程を行う段階及び前記透光パターン及び前記透光パターンの間の前記フォトレジスト膜にライン形態の開口部が形成されるように現像工程を実施してフォトレジストパターンを形成する段階を含む特徴がある。
【００１４】
前記フォトレジストパターンは、前記ソース選択ラインの間に形成されることができる。前記フォトレジストパターンを形成した後、前記フォトレジストに対してレジストフロー工程を行う段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の半導体素子のパターン形成方法によれば、複数のコンタクトホールパターンが重なりながら一列に形成されたライン形態のフォトレジストパターンを形成することにより、レジストフロー工程時にさらに微細なライン形態のフォトレジストパターンを形成することができる。従って、一層高集積され、高性能の半導体素子の製造が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付した図面を参照し、本発明の望ましい実施例を説明する。
【００１７】
しかし、本発明は、以下で説明する実施例により限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現されることができ、本発明の範囲が次に詳述する実施例により限定されるものではない。また、本発明の技術分野の通常の専門家であれば、本発明の技術思想の範囲内で多様な実施例が可能であることを理解することができるものである。単に、本実施例は、本発明の開示が完全であるようにし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明の範囲は、本願の特許請求の範囲により理解されなければならない。
【００１８】
図２は、本発明による半導体素子のパターン形成方法を説明するために示した素子の断面図である。
【００１９】
図２を参照すれば、通常の工程方法を用いて半導体基板202上のセル領域には複数（多数）のワードライン204cが形成され、それぞれのワードライン204cの両側にはドレイン選択ライン204d及びソース選択ライン204sが形成される。ワードライン204c、ドレイン選択ライン204d及びソース選択ライン204sは、該ソース選択ライン204s上にゲート絶縁膜、電荷格納層、誘電体膜及びコントロールゲート層を含む積層膜を形成した後、パターニングして形成することができる。また、ドレイン選択ライン204dとソース選択ライン204sは、誘電体膜の一部を除去するか、またはコンタクトプラグを形成して上下部に形成された電荷格納層とコントロールゲート層を連結して形成することができる。一方、周辺回路領域には、セル領域に形成されたワードライン204c、ドレイン選択ライン204d及びソース選択ライン204sなどに動作電圧を生成するためのゲートライン204gが形成される。
【００２０】
次いで、露出された半導体基板202に対してイオン注入工程を実施し、セル領域と周辺回路領域に渡って複数（多数）の接合領域206d, 206s, 206w, 206hを形成する。特に、セル領域で形成される接合領域のうち、ドレイン選択ライン204dの間に形成された接合領域206dはドレイン領域であり、ソース選択ライン204sの間に形成された接合領域206sは共通ソース領域である。また、セル領域に形成された接合領域中には、バイアス電圧が印加され、全てのワードライン204cにバイアス電圧が均一に印加されるようにすることにより、選択された全てのワードライン204cが同一に消去されるようにするウェルピックアップ領域206wも含まれる。そして、それぞれのワードライン204cの間にも接合領域(図示せず)が形成される。
【００２１】
そして、セル領域と周辺回路領域に渡ってワードライン204c、ドレイン選択ライン204d、ソース選択ライン204s及びゲートライン204gを含む全体構造上には絶縁膜208が形成される。次いで、絶縁膜208上にはフォトレジスト膜からなるフォトレジストパターン210が形成される。フォトレジストパターン210は、セル領域でソース領域に対応する部分がオープンされた第１の開口部210sとウェルピックアップ領域206wに対応する部分がオープンされた第２の開口部210w及び周辺回路領域で接合領域206hに対応する部分がオープンされた第３の開口部210hを含む。また、フォトレジストパターン210を平面から見ると、第１の開口部210sはソース領域である接合領域206sの形状に追ってライン形態で形成され、第２の開口部210wと第３の開口部210hはコンタクトホール形態で形成されることができる。このようなフォトレジストパターン210の形成方法を以下で詳しく説明する。
【００２２】
図３は本発明によるフォトレジストパターン210を形成するためのフォトマスク212を示した平面図である。図４は本発明により形成されたフォトレジストパターン210を示した平面図であり、図５は図４のＡ部分を拡大した図面である。図６は本発明により形成されたフォトレジストパターン210に対してレジストフロー工程を行ったことを示した写真である。
【００２３】
図３〜図５を参照すれば、フォトレジストパターン210を形成するためのフォトリソグラフィ工程で用いられるフォトマスク212は、フォトレジストパターン210に形成されるライン形態である第１の開口部210sと対応する第１のパターン212sと、コンタクトホール形態である第２の開口部210w及び第３の開口部210hとそれぞれ対応する第２のパターン212w及び第３のパターン212hを含む。特に、第１のパターン212sは複数（多数）の四角形が一定の間隔を有し、一列に配列して形成される。第１のパターン212s、第２のパターン212w及び第３のパターン212hは非透光性パターンに限定される透光パターンで形成される。
【００２４】
このようなフォトマスク212を絶縁膜208（図３参照)上に形成されたフォトレジスト膜と露光光源の間に位置させ、フォトレジスト膜に対して選択的な露光工程を行う。そして、フォトレジスト膜に対して現像工程を実施してフォトレジストパターン210を形成する。そうすると、露光工程時の光の干渉と回折現象によりフォトマスク212の第１のパターン212sの間に対応する上記フォトレジスト膜まで現像され、上記フォトレジスト膜がライン形態でパターニングされる。この時、前述した露光工程で用いられる露光エネルギーを通常の露光エネルギーより過度にすれば、フォトマスク212の第１のパターン212sの間に対応する上記フォトレジスト膜がさらに容易に露光され、現像されることができる。これにより、フォトマスク212の第１のパターン212sで形成されるフォトレジストパターン210の第１の開口部210sは、複数（多数）のコンタクトホールパターンが所定の距離だけ重なりながら一列に配列して形成される。即ち、第１の開口部210sは、図５に示すように、半径がａである円を断面とする複数（多数）のコンタクトホールパターンが距離ｂだけ互いに重なりながら重畳して一列に配列して形成される。この時、距離ｂは、半径ａの1/3以上2/3以下になるようにフォトマスク212の第１のパターン212sを形成する。即ち、断面が円である複数の第１の開口部210sは半径ａの1/3〜2/3が互いに重畳してライン形態の開口部で形成される。フォトレジストパターン210の第１の開口部210sをなす複数（多数）のコンタクトホールパターンが過度に近く形成されれば、第１の開口部210sの両側ラインが直線に近く形成され、後続のレジストフロー工程においてパターンの縮小が困難になる。また、第１の開口部210sをなす複数（多数）のコンタクトホールパターンが過度に遠くなるように形成されれば、コンタクトホールパターンが互いに重ならず、それぞれ独立したコンタクトホールで形成され、ラインパターンを形成することができない。
【００２５】
一方、第１の開口部210sをなすコンタクトホールパターンは、断面が円形でなく楕円形であってもよい。この時にも、複数（多数）のコンタクトホールパターンが重なる距離ｂは、それぞれのコンタクトホールパターンの長軸または短軸に対して1/6以上2/6以下になるようにフォトマスク212の第１のパターン212sを形成する。
【００２６】
次いで、前述の工程により形成されたフォトレジストパターン210に対してレジストフロー工程を行う。これにより、既に形成されたコンタクトホールパターンである第２の開口部210w及び第３の開口部210hパターンは形成されたサイズを減少させるが、本来の形状を維持する方向に熱的フローして、さらに微細なコンタクトホールパターンを得るようになる。特に、複数（多数）のコンタクトホールパターンが一列に形成された第１の開口部210sも、既に形成されたパターンサイズが減少し、図６のように均一であり、さらに微細なパターンを得ることができる。
【００２７】
その後、図面には示されていないが、フォトレジストパターン210を用いて絶縁膜208をエッチングしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホールを導電物質で埋め込んで複数（多数）のコンタクトプラグを形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の活用例として、半導体素子のパターン形成方法に適用出来、特に、均一のラインパターンを形成することができるフォトレジストパターン形成方法に適用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】（ａ）はレジストフロー工程を行ったコンタクトホールパターンを示す写真であり、（ｂ）はレジストフロー工程を行ったラインパターンを示す写真である。
【図２】本発明による半導体素子のパターン形成方法を説明するために示した素子の断面図である。
【図３】本発明によるフォトレジストパターンを形成するためのフォトマスクを示した平面図である。
【図４】本発明により形成されたフォトレジストパターンを示した平面図である。
【図５】図４のＡ部分を拡大した図面である。
【図６】本発明により形成されたライン形態のフォトレジストパターンを示す写真である。
【符号の説明】
【００３０】
200 …半導体基板
204d …ドレイン選択ライン
204c …ワードライン
204s …ソース選択ライン
204g …ゲートライン
206d, 206s, 206w, 206h …接合領域
208 …絶縁膜
210 …フォトレジストパターン
210s …第１の開口
210w …第２の開口
210h …第３の開口
212 …フォトマスク
212s …第１のパターン   
212w …第２のパターン
212h …第３のパターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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