(57)【要約】【課題】本発明は半導体素子の微細パターン形成方法に関する。【解決手段】被食刻層上部にハードマスクパターンを形成する段階と、ハードマスクパターン上に第１有機膜を形成する段階と、その結果物上部に第２有機膜を形成する段階と、第１有機膜が露出するまで第２有機膜に対する平坦化工程を行なう段階と、被食刻層が露出するまで第１有機膜及び第２有機膜を食刻してハードマスクパターンの間に第１有機膜及び第２有機膜が積層された有機マスクパターンを形成する段階と、ハードマスクパターン及び有機マスクパターンを食刻マスクに被食刻層を食刻して被食刻層パターンを形成する段階とを含むことにより、露光装備の解像度以上の微細パターンを形成することができる。【選択図】図１ｆ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された被食刻層上部にハードマスクパターンを形成する段階と、
前記ハードマスクパターン上に第１有機膜を形成するものの、前記第１有機膜はハードマスクパターンと被食刻層の形状に従い形成される段階と、
前記第１有機膜上に第２有機膜を形成する段階と、
前記第１有機膜が露出するまで前記第２有機膜を平坦化する段階と、
前記被食刻層が露出するまで前記露出した第１有機膜を食刻する段階と、
前記第２有機膜と第２有機膜下部の第１有機膜を同時に食刻して有機マスクパターンを形成するものの、各有機マスクパターンは第１有機膜及び第２有機膜が積層された構造を有し、前記隣接したハードマスクパターンの間に形成される段階と、
前記ハードマスクパターン及び有機マスクパターンを食刻マスクに前記被食刻層を食刻して被食刻層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微細パターン形成方法。
【請求項２】
前記被食刻層はワードライン、ビットラインまたは金属配線形成用物質層であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項３】
前記ハードマスクパターンはポリシリコン、酸化膜、窒化膜、金属またはこれらの組合せであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項４】
前記ハードマスクパターンの形成方法は、
基板上に形成された被食刻層上部にハードマスク膜を形成する段階と、
その上部に感光膜を塗布する段階と、
露光及び現像工程を行ない感光膜パターンを形成する段階と、
前記感光膜パターンを食刻マスクに用いて前記ハードマスク膜をパターニングする段階と、
前記感光膜パターンを除去する段階と、
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微細パターン形成方法。
【請求項５】
前記第１有機膜は、スピンコーティングや蒸着方法で形成することができる有機高分子膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項６】
前記有機膜は脂肪族ポリエステル化合物、ポリアミン酸化合物またはこれらの混合物を主成分に含む重合体であることを特徴とする請求項５に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項７】
前記脂肪族ポリエステル化合物はポリエチレンアジペート、ポリブチレンアジペート、ポリイソプロピレンアジペート及びこれらの混合物の中で選択されたことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項８】
前記ポリアミン酸化合物は、ヘキサメチレンジアミンとピロメリット酸二無水物のポリアミン酸、プロパンジアミンとピロメリット酸二無水物のポリアミン酸、N,N'-ジメチル-1,3-プロパンジアミンとピロメリット酸二無水物のポリアミン酸及びこれらの混合物の中で選択されたことを特徴とする請求項６に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項９】
前記第２有機膜は、前記第１有機膜及びハードマスクパターンと食刻選択比の差が大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１０】
前記第２有機膜は、I-line用フォトレジストであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１１】
前記I-line用フォトレジストはノボラック化合物、キノンジアジッド／エステル化合物及びこれらの混合物であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１２】
前記被食刻層が露出するまで食刻する工程は、第１有機膜の食刻速度が第２有機膜またはハードマスクパターンの食刻速度より２〜３倍速い条件下で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１３】
前記食刻工程の条件は酸素含量が５〜１０％以上でありながら、窒素、アルゴン、塩素及び水素の中で選択された１つ以上の混合ガスをさらに含む食刻ガスで行なわれることを特徴とする請求項１２に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１４】
前記有機マスクパターンを形成するための食刻工程は、第２有機膜の食刻速度がハードマスクパターンの食刻速度より９〜１０倍速く、第１有機膜の食刻速度が第２有機膜の食刻速度より２〜３倍速い条件下で行なわれることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１５】
前記食刻工程は酸素含量が１〜２％でありながら、窒素、アルゴン、塩素及び水素の中で選択された１つ以上の混合ガスをさらに含む食刻ガスで行なわれることを特徴とする請求項１４に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１６】
前記食刻工程は、ソースパワーとバイアスパワーの電力を調節してハードマスクパターンと同じ幅を有する有機マスクパターンを形成することを特徴とする請求項１５に記載の半導体素子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、半導体素子の微細パターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
次第に微細化した半導体素子に対する要求が増加するので、パターンを基板上に互いに隣接して形成するための工程の開発が求められる。これに伴い、露光装備とそれに対応するフォトレジストを開発する方向に研究が進められてきた。
フォトリソグラフィ工程において、露光工程は主に２４８ｎｍ波長のＫｒＦまたは１９３ｎｍ波長のＡｒＦ露光源を用いた。現在露光工程はＦ２(１５７ｎｍ)またはＥＵＶ（１３ｎｍ)などのように短波長化光源を用いる。
しかし、Ｆ２またはＥＵＶなど新しい光源を採択する場合は新しい露光装備が必要であるので、製造コストの面で効率的でなく、焦点深度の幅も低下する。
さらに、このような短波長光源を用いる露光装備から得られるパターンの解像度は０．１μｍ程度に限定されているので、微細なパターンからなる高集積化の半導体素子を製造するのに困難が伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、二重食刻方法を含む微細パターン形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
より具体的に、基板上に形成された被食刻層上部にハードマスクパターンを形成する。
前記ハードマスクパターン上に第１有機膜を形成する。このとき、前記有機膜は被食刻層とハードマスクパターンの形状に応じたコンフォーマル(conformal)な形に形成される。
前記第１有機膜上に第２有機膜を形成する。
前記第１有機膜が第２有機膜の表面を介し露出するまで前記第２有機膜に対する平坦化食刻工程を行なう。
有機マスクパターンが形成されるよう第１及び第２有機膜に対する二段階の二重食刻工程を行なう。このとき前記有機マスクパターンは第１有機膜と第２有機膜の積層構造を有する。さらに、前記有機マスクパターンはハードマスクパターンに隣接して形成される。
前記ハードマスクパターン及び有機マスクパターンを食刻マスクに前記被食刻層を食刻して被食刻層パターンを形成する段階を含む半導体素子の微細パターン形成方法を提供する。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の方法は、リソグラフィ工程で得ることができる最小限の間隔を有するパターンを形成した後、食刻選択比の差を利用して前記パターンの間にさらに他のパターンを形成することにより、リソグラフィ装備の解像度以上の微細パターンを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明は、二重食刻方法を利用して半導体素子の微細パターンを形成する方法を提供する。本発明の方法により重畳度及び整列度マージンの確保が容易であり、さらに、製造コスト及び工程時間などを低減することができる。
【０００７】
以下、図１ａ〜図１ｈを参照して本発明の一実施形態を説明するが、このとき、本発明の範囲が以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
図１ａ〜図１ｈは、本発明の好ましい一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した工程概略図である。
【０００８】
図１ａは、半導体基板１０１上に第１被食刻層１０３及び第２被食刻層１０５が順次形成されたことを示す。前記第１及び第２被食刻層はワードライン、ビットラインまたは金属配線用物質のうち１つで形成される。
リソグラフィ工程で得ることができる最小限の間隔で第２被食刻層１０５上部にハードマスクパターン１０７を形成する。
前記ハードマスクパターンの形成方法は、前記第２被食刻層上部にハードマスク膜を形成する段階と、その上部に感光膜を塗布する段階と、前記感光膜の上側に露光マスクを位置させ、これを利用した露光工程と現像工程を行ない感光膜パターンを形成する段階と、前記感光膜パターンを食刻マスクに利用して前記ハードマスク膜をパターニングする段階と、前記感光膜パターンを除去する段階とを含む。
前記ハードマスクパターンはポリシリコン、酸化膜、窒化膜または金属膜で形成する。
【０００９】
図１ｂは、ハードマスクパターン１０７及び第２被食刻層１０５の表面にコンフォーマルな形の第１有機膜１０９が形成された構造を示す。
前記第１有機膜１０９は、スピンコーティングや蒸着方法で形成することができる有機膜であれば特に制限しないが、例えば感光膜及び反射防止膜などのようにスピンコーティングが可能な有機高分子からなる。好ましくは、前記有機膜は脂肪族ポリエステル化合物及びポリアミン酸化合物の中で選択された１つ以上の化合物を主成分に含む有機重合体を含む。
前記脂肪族ポリエステル化合物はポリエチレンアジペート(polyethylene adipate)、ポリブチレンアジペート、ポリイソプロピレンアジペート及びこれらの混合物の中で選択されたものであり、前記ポリアミン酸化合物はヘキサメチレンジアミンとピロメリット酸二無水物(pyromellitic dianhydride)のポリアミン酸、プロパンジアミンとピロメリット酸二無水物のポリアミン酸、N,N'-ジメチル-1,3-プロパンジアミンとピロメリット酸二無水物のポリアミン酸及びこれらの混合物の中で選択されたものである。
【００１０】
図１ｃは、第１有機膜１０９上に形成された第２有機膜１１１を示す。
前記第２有機膜１１１は、第１有機膜１０９及びハードマスクパターン１０７と比較して食刻選択比の差が相違する物質を利用して形成する。
前記第２有機膜は、スピンコーティング法で形成可能なI-line用フォトレジストに用いる物質であれば特に制限しないが、ノボラック化合物またはキノンジアジッド／エステル化合物、例えばＵＳ ３，６６６，４７３、ＵＳ ４，１１５，１２８、日本公開特許公報昭５５-７３０４５号、日本公開特許公報昭６１-２０５９３３号、日本公開特許公報平２-１０９０５１号、日本公開特許公報平５-８８３６４号、日本公開特許公報平８-８２９２６号、日本公開特許公報平９-１５８５３号、日本公開特許公報平１０-２０５０３号及び日本公開特許公報第２０００-１３７３２４号などに開示されたもの等を利用する。
【００１１】
図１ｄは、第１有機膜１０９が露出するまで前記第２有機膜１１１に対する平坦化食刻工程を行なう。第２有機膜は露出した第１有機膜の間に残存する。
前記平坦化食刻工程はＣＭＰ工程または窒素、酸素、アルゴン、水素、塩素及びこれらの組合せでなる群から選択された１つ以上の食刻ガスを利用したエッチバック工程で行なう。
【００１２】
図１ｅ及び図１ｆは、二段階の食刻工程を行ない隣接したハードマスクパターン１０７の間に有機マスクパターン１１３が形成された構造を示す。
先ず、図１ｅは前記図１ｄの工程により露出した第１有機膜１０９に対するエッチバック食刻工程を行なって露出した第１有機膜１０９を除去する工程を示す。
このとき、前記エッチバック食刻工程は被食刻層上部１０５が露出するまで前記第２有機膜１１１や、ハードマスクパターン１０７に比べて前記露出した第１有機膜１０９がより速い速度で食刻できる工程条件下で行なわれる。すなわち、前記エッチバック食刻工程は第２有機膜の食刻速度がハードマスクパターンや、 第１有機膜の食刻速度より大凡２〜３倍速い条件で行なわれる。
【００１３】
前記エッチバック食刻工程は酸素含量が５〜１０体積％でありながら、窒素、フッ素及びアルゴンの中で選択された１つ以上の混合ガスをさらに含む食刻ガスを利用して行なわれるが、好ましくは酸素（Ｏ２)  ７ｓｃｃｍ、フッ素（ＣＦ４)  ３０ｓｃｃｍ及びアルゴン１３０ｓｃｃｍの食刻ガスで行なわれる。その結果、前記第２有機膜や、ハードマスクパターンが損傷される前に前記露出した第１有機膜部分だけを除去することができる。もし、前記食刻工程で酸素含量が５体積％より少ないか、１０体積％を超える場合は第２有機膜やハードマスクパターンの損傷なく第１有機膜だけを食刻するのが困難である。
【００１４】
図１ｆは、等方性食刻工程によって被食刻層１０５上に形成された有機マスクパターン１１３を示す。
各有機マスクパターン１１３はハードマスクパターン１０７の間に形成され、第１有機膜１０９及び第２有機膜１１１が積層された構造を有する。
即ち、前記等方性食刻工程はハードマスクパターンに比べて第２有機膜の食刻速度は非常に高く、第１有機膜に比べて第２有機膜の食刻速度が非常に低い条件下で行なわれる。即ち、前記等方性食刻工程は第２有機膜の食刻速度がハードマスクパターンの食刻速度より大凡９〜１０倍ほど速く、第１有機膜の食刻速度が第２有機膜の食刻速度より２〜３倍ほど速い条件で行なわれる。
その結果、食刻マスクがなくとも前記ハードマスクパターンの間に第１有機膜及び第２有機膜が積層された有機マスクパターンを形成することができる。前記有機マスクパターン１１３は前記ハードマスクパターン１０７と同じ線幅を有する。
【００１５】
前記等方性食刻工程は酸素含量が１〜２体積％でありながら、窒素、アルゴン及び水素の中で選択された１つ以上の混合ガスをさらに含む食刻ガスを利用して行なわれるが、好ましくは酸素(Ｏ２)  ３ｓｃｃｍ、フッ素（ＣＦ４) ９０ｓｃｃｍ及びアルゴン ４０ｓｃｃｍの食刻ガスで行なわれる。併せて、ハードマスクパターンと同じ線幅を有する有機マスクパターンが形成できるよう食刻ガス分圧に対するソースパワーと食刻ガスの方向性調節に影響のあるバイアスパワーの電力(voltage)を適宜調節するのが好ましい。このとき、酸素含量が１体積％より少ないか、２体積％を超える場合はハードマスクパターンの損傷なく積層された有機マスクパターンだけを食刻するのが困難である。
【００１６】
図１ｇは、前記ハードマスクパターン１０７と有機マスクパターン１１３を食刻マスクに利用して第２被食刻層１０５に対する食刻工程を行なうことにより、第２被食刻層パターン１０５−１が形成された構造を示す。
【００１７】
図１ｈは、前記結果構造物に対する洗浄工程後得られた第２被食刻層パターン１０５−１を示す。
【００１８】
前述のように、本発明は簡単な二段階の食刻工程の段階を行なうことだけで、パターンの間に現在リソグラフィ装備で得ることができるパターンの間隔(pitch)より一層小さな間隔を有するもう１つの有機マスクパターンを形成することができる。したがって、前記ハードマスクパターンと前記ハードマスクパターンとの間に形成された有機マスクパターンを食刻マスクに利用して被食刻層を食刻する場合、現在リソグラフィ装備の解像度から得ることができない微細パターンを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１ａ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
【図１ｂ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
【図１ｃ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
【図１ｄ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
【図１ｅ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
【図１ｆ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
【図１ｇ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
【図１ｈ】本発明の一実施形態に係る半導体素子の微細パターン形成方法を示した断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０１      半導体基板                     
１０３      第１被食刻層
１０５      第２被食刻層                    
１０５−１  第２被食刻層パターン
１０７      ハードマスクパターン                 
１０９      第１有機膜
１１１      第２有機膜                      
１１３      有機マスクパターン
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図１ｅ】
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【図１ｆ】
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【図１ｇ】
2007305976.tif 000009
【図１ｈ】
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