(57)【要約】【課題】マスクパターン構造物の形成方法とこれを利用した微細パターンの形成方法を提供する。【解決手段】半導体基板１００の上部に、第１マスクパターン１２１及び内側が湾曲するコーナー部１２５を含む第２マスクパターン１２３が形成される。第１マスクパターン１２１上に犠牲膜を形成した後、犠牲膜上にハードマスク膜を形成する。その後、コーナー部１２５の内側に形成された犠牲膜の表面が露出するまでハードマスク膜を除去する。そして、第１マスクパターン１２１及び第２マスクパターン１２３をエッチングマスクとして使用してエッチング工程を実施する。これにより、微細な構造を有するパターンを容易に形成することができる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上部に、開口を有する複数のマスクパターン部が設けられた第１マスクパターン、及び湾曲したコーナー部を有する第２マスクパターンを含む第１マスクを形成する段階と、
前記第１マスク上に犠牲膜を連続的に形成する段階と、
前記犠牲膜上にハードマスク膜を形成する段階と、
前記コーナー部に隣接する前記犠牲膜が露出するまで前記ハードマスク膜を部分的に除去する段階と、
前記犠牲膜を除去して、前記開口に残留するハードマスク膜から第２マスクを形成する段階と、
を含むマスク構造物の形成方法。
【請求項２】
前記第１マスク及び第２マスクは実質的に同一のエッチング選択比を有し、前記犠牲膜は前記第１マスクと異なるエッチング選択比を有することを特徴とする請求項１記載のマスク構造物の形成方法。
【請求項３】
前記第１マスク及び第２マスクは互いに同一の物質で形成され、前記犠牲膜は前記第１マスクパターンと異なる物質で形成されることを特徴とする請求項１記載のマスク構造物の形成方法。
【請求項４】
前記第１マスク及び第２マスクはポリシリコンで形成され、前記犠牲膜は金属酸化物で形成されることを特徴とする請求項３記載のマスク構造物の形成方法。
【請求項５】
前記犠牲膜を形成する段階では、原子層積層工程を行うことを特徴とする請求項１記載のマスク構造物の形成方法。
【請求項６】
前記ハードマスク膜を部分的に除去する段階では、等方性エッチングを行うことを特徴とする請求項１記載のマスク構造物の形成方法。
【請求項７】
基板上に層間絶縁膜を形成する段階と、
前記層間絶縁膜上に、開口を有する複数のマスクパターン部が設けられた第１マスク、及び湾曲した内側壁を有するコーナー部が設けられた第２マスクパターンを含む第１マスクを形成する段階と、
前記第１マスク上に犠牲膜を連続的に形成する段階と、
前記犠牲膜上にハードマスク膜を形成する段階と、
前記コーナー部に隣接する前記犠牲膜の側壁が露出するまで前記ハードマスク膜を除去する段階と、
前記犠牲膜を除去して前記開口に残留するハードマスク膜から第２マスクを形成する段階と、
前記第１マスクと第２マスクをエッチングマスクとして使用して前記層間絶縁膜を部分的にエッチングして前記層間絶縁膜を層間絶縁膜パターンに形成する段階と、
を含む微細パターン形成方法。
【請求項８】
前記第１マスク及び第２マスクは同一のエッチング選択比を有し、前記層間絶縁膜及び前記犠牲膜はいずれも前記第１マスクと異なるエッチング選択比を有することを特徴とする請求項７記載の微細パターン形成方法。
【請求項９】
前記第１マスク及び第２マスクは同一の物質を含み、前記層間絶縁膜及び前記犠牲膜はいずれも前記第１マスクと異なる物質を含むことを特徴とする請求項７記載の微細パターン形成方法。
【請求項１０】
前記第１マスク及び第２マスクはポリシリコンを含み、前記層間絶縁膜はシリコン酸化物を含み、前記犠牲膜は金属酸化物を含むことを特徴とする請求項９記載の微細パターン形成方法。
【請求項１１】
前記犠牲膜は、原子層積層により形成することを特徴とする請求項７記載の微細パターン形成方法。
【請求項１２】
前記ハードマスク膜は、等方性エッチングにより除去することを特徴とする請求項７記載の微細パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造においてマスク構造物の形成方法及びこれを利用した微細パターンの形成方法に関し、より詳細には、本発明はエッチングマスクとして利用されるマスク構造物の形成方法及びマスク構造物を利用して微細パターンを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体装置は、高集積化して製造される。これによって、半導体装置の製造では、微細パターンの形成が要求される。従って、半導体装置の製造では、より微細なパターンの形成のために、ＳＡＤＰ（Self Alignment Double Patterning）工程等が開発されている。
【０００３】
ＳＡＤＰ工程では、半導体基板の上部に第１マスクパターンを形成した後、第１マスクパターンの表面上に犠牲膜を連続的に形成する。その後、犠牲膜上にハードマスク膜を形成し、ハードマスク膜を部分的に除去する。そして、犠牲膜を除去して半導体基板の上部に残留するハードマスク膜を、第２マスクパターンに形成する。そうすると、半導体基板の上部には、第１マスクパターン及び第２マスクパターンを含むマスクパターンが形成される。
【０００４】
前述したように、ＳＡＤＰ工程ではシングルマスクパターンを形成することではなく、第１マスクパターン及び第２マスクパターンのダブルマスクパターンが形成される。従って、ＳＡＤＰ工程を半導体装置の製造に適用する場合、第１マスクパターン及び第２マスクパターンのダブルマスクパターンを利用するので、半導体装置のための微細パターンを得ることができる。
【０００５】
しかし、第１マスクパターン及び第２マスクパターンを形成するためのＳＡＤＰ工程では、第２マスクパターンを形成する時、ハードマスク膜が充分に除去されず、レジデュー（residue）として生成される状況が頻繁に発生する。特に、第１マスクパターンのうち、コーナー構造を有するパターンが位置する部位では、レジデューがより頻繁に発生する。その理由は、第２マスクパターンの形成のためにハードマスク膜を除去する時、コーナー構造を有するパターンの内側部位でのハードマスク膜の除去量（エッチング量）とコーナー構造を有するパターンの内側部位を除いた他の部位でのハードマスク膜の除去量（エッチング量）とが異なるためである。
【０００６】
このように、従来、ＳＡＤＰ工程を適用して微細パターンを形成する時、レジデューが頻繁に発生するので、所望する微細パターンを容易に形成することができないという問題点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の第１目的は、微細パターンを形成する時、その適用が可能なマスクパターンの形成方法を提供することにある。
本発明の第２目的は、前述したマスクパターンを利用した微細パターンの形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１目的を達成するための本発明によるマスク構造物の形成方法は、基板の上部に開口を有する複数個のマスクパターン部を有する第１マスクパターン及び湾曲した内側壁を有するコーナー部を有する第２マスクパターンを含む第１マスクを形成する。そして、第１マスク上に犠牲膜を連続的に形成した後、犠牲膜上にハードマスク膜を形成する。その後、コーナー部に隣接する犠牲膜の側壁が露出するまで、ハードマスク膜を除去する。そして、犠牲膜を除去する。そうすると、開口に残留するハードマスク膜パターンから第２マスクが形成される。
従って、半導体基板の上部には、第１マスクと第２マスクとを含むマスク構造物が形成される。即ち、微細パターンの形成に適合したダブルマスクパターンが形成される。
【０００９】
第２目的を達成するための本発明による微細パターンの形成方法は、基板上に層間絶縁膜を形成した後、層間絶縁膜上に開口を有する複数個のマスクパターン部を有する第１マスクパターン及び湾曲した内側壁を有するコーナー部を具備する第２マスクパターンを含む第１マスクを形成する。そして、第１マスク上に犠牲膜を連続的に形成した後、犠牲膜上にハードマスク膜を形成する。その後、コーナー部に隣接する犠牲膜の表面が露出するまでハードマスク膜を除去する。そして、犠牲膜を除去する。そうすると、開口に残留するハードマスク膜パターンから第２マスクが形成される。即ち、半導体基板の上部には、第１マスクと第２マスクとを含むマスク構造物が形成される。そして、第１マスク及び第２マスクをエッチングマスクとして使用したエッチング工程を行う。これによって、層間絶縁膜は、層間絶縁膜パターンに形成される。
特に、本発明では第１マスク及び第２マスクを含むマスク構造物、即ち、ダブルマスクパターンを使用して層間絶縁膜パターンを形成するので、より微細な構造を有する層間絶縁膜パターンの形成が可能である。
【００１０】
前述したように、本発明によると、第１マスクが湾曲した内側壁を有するコーナー部を具備した第２マスクパターンを形成する。これによって、コーナー部に隣接して、ハードマスク膜の厚さを薄くすることができる。従って、コーナー部に隣接した犠牲膜の表面が露出するまでエッチングを行うことができる。これにより、第２マスクの形成のためのハードマスク膜の除去でレジデューが殆ど発生しない。又、コーナー部に隣接した部位とこれを除いた部位でのハードマスク膜の除去量、即ち、エッチング量が殆ど類似なので、過エッチングによる問題も発生しない。
従って、本発明の方法を半導体装置の製造に適用する場合、より微細なパターンを容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。ここで紹介される実施例は、開示された内容が徹底で完璧になるように、そして当業者に本発明の思想が充分に伝達されるようにするために提供されることである。図面において、薄膜及び領域の厚みとサイズ等は、その明確性のために誇張されたものである。又、薄膜が他の薄膜又は基板上にあると言及される場合に、それは他の薄膜又は基板上に直接形成されることができるか、又はそれらの間に第３薄膜が介在されることもできる。
【００１２】
（マスク構造物の形成方法）
図１から図５は、本発明の一実施例によるマスク構造物の形成方法を示す断面図で、図６は図１に図示された第１マスクを示す平面図であり、図７は図４でハードマスク膜を除去する時の状態を示す斜視図である。
図１に示すように、基板１００上に第１マスク１２０を形成する。
ここで、適用される基板１００としては、シリコン基板、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板、ゲルマニウム基板、ゲルマニウムオンインシュレータ（ＧＯＩ）基板、シリコンゲルマニウム基板等のような半導体基板が挙げられる。本実施例では、基板１００としてシリコン基板を主に使用する。第１マスク１２０として使用することができる物質の例としては、ポリシリコン等が挙げられる。これは、第１マスク１２０が後述する犠牲膜等と互いに異なるエッチング選択比を有しなければならないためである。又、第１マスク１２０の形成は、フォトリソグラフィ工程等を行って形成する。
【００１３】
第１マスク１２０は、基板１００上に第１マスクパターン１２１及び第２マスクパターン１２３を有するように形成される。第１マスクパターン１２１は、複数個のマスクパターン部を含む。複数個のマスクパターン部は、互いに離隔してそれらの間に開口１３０を有するように形成される。第２マスクパターン１２３は、湾曲した内側壁を有するコーナー部１２５を含むように形成される。この際、コーナー部１２５の曲率は約３０°から７０°に形成することが好ましく、約４５°であることがより好ましい。
【００１４】
湾曲した内側壁を有するコーナー部１２５は、ハードマスク膜を除去するための後続工程において、第２マスクパターン部１２３のコーナー部１２５にレジデューの発生を減少させることができる。
第２マスクパターン１２３は、フォトリソグラフィ工程によって形成される。従って、第１マスク１２０のレイアウトを調節することにより、第２パターン１２３が湾曲した内側壁を有するコーナー部１２５を含むように容易に形成することができる。
【００１５】
図２に示すように、第１マスクパターン１２１及び第２マスクパターン１２３を含む第１マスク１２０を形成した後、第１マスク１２０が形成された結果物上に犠牲膜１４０を形成する。
【００１６】
ここで、犠牲膜１４０は、第１マスク１２０の表面上に連続的に形成しなければならない。即ち、犠牲膜１４０は、第１マスク１２０の上部表面及び側壁と基板１００の露出面にそれぞれ形成される。犠牲膜１４０は、実質的に均一な厚みを有するように形成する。
【００１７】
犠牲膜１４０は、化学気相積層工程又は原子層積層工程を行って形成する。犠牲膜１４０が原子層積層工程で形成される場合、犠牲膜は一定の厚みで形成される。犠牲膜１４０が原子層積層工程で形成される場合、原子層積層工程は犠牲膜１４０の厚みを調節して良好なステップカバレッジを提供することができる。
【００１８】
犠牲膜１４０は、第１マスク１２０とは異なるエッチング選択比を有しなければならない。従って、犠牲膜１４０として使用することができる物質の例としては、タングステン酸化物、タンタル酸化物、チタニウム酸化物等のような金属酸化物等を挙げることができる。
本発明の一実施例において、犠牲膜１４０の例としては、原子層積層工程を行って得られる金属酸化膜を挙げることができる。
【００１９】
図３に示すように、第１マスク１２０を含む結果物上に犠牲膜１４０を形成した後、犠牲膜１４０上にハードマスク膜１６０を形成する。
ここで、ハードマスク膜１６０は、第１マスク１２０と同一のエッチング選択比を有しなければならない。これは、ハードマスク膜１６０をパターニングして形成される第２マスクパターンが第１マスク１２０と共に同一の工程でエッチングマスクとして利用されるためである。従って、ハードマスク膜１６０は、第１マスク１２０と同じ物質を含む。従って、第１マスク１２０がポリシリコンで形成される場合、ハードマスク膜１６０として使用することができる物質の例としては、ポリシリコン等を挙げることができる。
【００２０】
第２マスクパターンに得るためのハードマスク膜１６０及び第１マスク１２０は同じエッチング選択比を有する。しかし、犠牲膜１４０の場合には、第１マスク１２０と異なるエッチング選択比を有する。従って、犠牲膜１４０は、ハードマスク膜１６０とも異なるエッチング選択比を有する。これにより、第１マスク１２０及びハードマスク膜１６０は、ポリシリコン等のような同じ物質を含み、犠牲膜１４０は金属酸化物等を含む。
以上の説明では、第１マスク１２０、ハードマスク膜１６０、そして犠牲膜１４０を構成する物質を具体的に限定しているが、言及したエッチング選択比を満足する場合、他の物質を適用しても良い。
【００２１】
図４に示すように、ハードマスク膜１６０を第１マスク１２０上に形成した後、ハードマスク膜１６０を一部除去して、開口１３０内にハードマスクパターン１８０を形成する。即ち、ハードマスク膜１６０を対象としてエッチング工程を行う。この際、ハードマスク膜１６０の除去は、主に全面エッチング（etch back）によって行われ、具体的には等方性エッチングによって行われる。特に、ハードマスク膜１６０の除去において等方性エッチングを行うのは、第１マスク１２０が位置する部位の側壁等へのサイドウェルの形成を緩和させるためである。即ち、異方性エッチングを行ってハードマスク膜１６０を除去する場合、第１マスク１２０が位置する部位の側壁等にサイドウェルが生成されやすくなるという問題がある。
【００２２】
又、ハードマスク膜１６０を除去する場合、湾曲した内側壁を有するコーナー部１２５（図６を参照）に隣接する犠牲膜１４０の側壁が部分的に露出するまでハードマスク膜１６０の除去が行われる条件に設定する。即ち、第１マスク１２０の第２マスクパターン１２３のコーナー部１２５に隣接する犠牲膜１４０が露出する時点をエッチングエンド点とする工程条件でハードマスク膜１６０を除去する。
【００２３】
第２マスクパターン１２３のコーナー部１２５に隣接するハードマスク膜１６０の除去量（エッチング量）と第２マスクパターン１２３上に形成されるハードマスク膜１６０のエッチング量とは、実質的に一致させることができる。即ち、図７に示すように、ハードマスク膜１６０は、コーナー部１２５に隣接する第１部分とコーナー部１２５と離隔された第２部分を有するように形成される。第１部分の第１エッチング厚みＤ１は、第２部分の第２エッチング厚みＤ２と実質的に同一である。従って、第２マスクパターン１２３のコーナー部１２５（図６参照）に隣接した犠牲膜１４０の側壁が露出するまで、ハードマスク膜１６０を除去すると、レジデューが殆ど生成されず、開口１３０にのみハードマスク膜１８ａが選択的に形成される。
このように、本発明の一実施例において、第２マスクパターン１２３が湾曲するコーナー部を含むことにより、後述する第２マスクパターンに得るためのハードマスク膜１６０を除去する際、レジデューがコーナー部１２５の近所に殆ど残留しない。
【００２４】
図５に示すように、基板１００からハードマスク膜１６０を一部除去した後、基板１００から犠牲膜１４０を除去する。即ち、ハードマスク膜１６０を一部除去することにより、露出する犠牲膜１４０の一部を除去する。
【００２５】
このように、犠牲膜１４０を除去することにより、開口１３０内に残存するハードマスク膜パターン１８０は第２マスク１８５として形成される。その結果、基板１００の上部には第１マスク１２０と第２マスク１８５とを含むマスク構造物が形成される。
【００２６】
特に、本実施例では、第２マスクパターン１２３が所定の曲率を有する湾曲したコーナー部１２５を含むように形成し、このコーナー部１２５を上述のように適切に利用することにより、コーナー部１２５に隣接するレジデューが殆ど発生しない状態で第２マスク１８５を得ることができる。
【００２７】
従って、本実施例でのマスク構造物の形成方法を半導体装置の製造に適用する場合、微細パターンを形成する際、レジデュー等による不良が殆ど発生しない。従って、本実施例のマスク構造物の形成方法は、微細なパターンを要求する最近の半導体装置の製造に積極的に適用することができる。
【００２８】
（微細パターンの形成方法）
図８から図１０は、本発明の一実施例による微細パターンの形成方法を示す断面図である。そして、図８から図１０でのマスク構造物を形成する工程は、図１から図５で説明する工程と実質的に同一である。従って、図８から図１０における参照符号は、図１から図５と同一の参照符号を使用する。
【００２９】
図８に示すように、基板１００上に層間絶縁膜１１０を形成する。ここで、層間絶縁膜１１０は、上述の第１マスク１２０、第２マスク１８５、及び犠牲膜１４０とそれぞれ異なるエッチング選択比を有しなければならない。その理由は、層間絶縁膜１１０で後述する層間絶縁膜パターンとして形成する時、第１マスク１２０及び第２マスク１８５をエッチングマスクとして使用するためであり、犠牲膜１４０を除去する時、層間絶縁膜１１０が露出するからである。特に、層間絶縁膜１１０は、犠牲膜１４０を除去する時、エッチング阻止膜の機能を有しなければならないからである。
【００３０】
従って、上述のように、第１マスク１２０及び第２マスク１８５がポリシリコンを含み、犠牲膜１４０がタングステン酸化物、チタニウム酸化物のような金属酸化物を含む場合、層間絶縁膜１１０はシリコン酸化物を含むことが好ましい。
よって、本実施例ではシリコン酸化物を熱酸化工程、ラジカル酸化工程、又は化学気相蒸着工程を実施することにより層間絶縁膜１１０を形成する。例えば、層間絶縁膜は、化学気相蒸着工程によって形成される。
【００３１】
図９に示すように、既に説明した図１から図５で説明した工程を行って層間絶縁膜１１０上に第１マスク１２０及び第２マスク１８５を形成する。即ち、層間絶縁膜１１０上には、第１マスク１２０及び第２マスク１８５を含むマスク構造物が形成される。マスク構造物は、ダブルマスクパターンと言われる。
【００３２】
特に、本実施例では、図１から図５で説明した工程を行って第１マスク１２０及び第２マスク１８５を形成している。そのため、第１マスク１２０及び第２マスク１８５を形成する場合、レジデューが殆ど生成しない。
図１０に示すように、第１マスク１２０及び第２マスク１８５を含むダブルマスクパターンをエッチングマスクに使用してエッチング工程を実施する。これにより、半導体基板１００上には、層間絶縁膜パターン１１２が形成される。
【００３３】
言及したように本実施例によると、レジデューが殆ど生成されない第１マスク１２０及び第２マスク１８５を含むダブルマスクパターンを利用して層間絶縁膜パターン１１２を形成するので、不良が殆ど発生しない環境で微細構造を有するパターンを容易に形成することができる。
又、図示していないが、層間絶縁膜パターン４２を形成した後、層間絶縁膜パターン４２をモールド膜として使用して微細パターンを形成する工程を追加的に行うことができる。
（産業上の利用可能性）
【００３４】
このように、本発明では、レジデューが殆ど生成されない第１マスク及び第２マスク構造物を容易に形成することができる。又、言及したレジデューが殆ど生成されないマスク構造物を半導体装置の製造に適用することにより、より微細な構造のパターンを容易に形成することができる。
従って、本発明では、微細構造を要求する最近の半導体装置の製造に積極的に適用することができ、その結果、半導体装置の製造による信頼性の向上を期待することができる。
【００３５】
以上、本発明の実施例によって詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の一実施例によるマスク構造物の形成方法を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例によるマスク構造物の形成方法を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例によるマスク構造物の形成方法を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例によるマスク構造物の形成方法を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例によるマスク構造物の形成方法を示す断面図である。
【図６】図１の第１マスクを示す平面図である。
【図７】図４でハードマスク膜を除去する時の状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の一実施例による微細パターンの形成方法を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施例による微細パターンの形成方法を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施例による微細パターンの形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００：半導体基板、１１０：層間絶縁膜、１１２：層間絶縁膜パターン、１２０：第１マスク、１２５：コーナー部、１４０：犠牲膜、１６０：ハードマスク膜、１８５：第２マスク
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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