(57)【要約】【課題】露光解像度の限界より微細なパターンの均一性を改善することができる微細パターンの形成方法を提供する。【解決手段】下部膜上にハードマスク膜及び第１補助膜を積層する段階と、前記第１補助膜の一部領域を除去して前記ハードマスク膜の一部を露出させる複数の第１補助パターンを形成する段階と、前記複数の第１補助パターンの間を前記第１補助膜と異なる物質からなる第２補助膜で埋め込む段階と、前記第２補助膜を除去して前記第２補助膜の高さを低める段階と、スペーサを前記第２補助膜の残余する領域の一部が露出されるように前記複数の第１補助パターンの露出された側壁上に形成する段階と、前記ハードマスク膜の一部が露出されるように前記スペーサと前記複数の第１補助パターンを除去する段階と、前記ハードマスク膜の露出された領域を除去してハードマスクパターンを形成する段階と、を含む。【選択図】図３
2012039055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部膜上にハードマスク膜及び第１補助膜を積層する段階と、
前記第１補助膜の一部領域を除去して前記ハードマスク膜の一部を露出させる複数の第１補助パターンを形成する段階と、
前記複数の第１補助パターンの間を前記第１補助膜と異なる物質からなる第２補助膜で埋め込む段階と、
前記複数の第１補助パターンの側壁が露出されるように前記第２補助膜を除去して前記第２補助膜の高さを低める段階と、
前記第２補助膜と異なる物質からなるスペーサを前記第２補助膜の残余する領域の一部が露出されるように前記複数の第１補助パターンの露出された側壁上に形成する段階と、前記ハードマスク膜の一部が露出されるように前記スペーサと前記複数の第１補助パターンを除去する段階と、
前記ハードマスク膜の露出された領域を除去してハードマスク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の形成方法。
【請求項２】
前記第１補助膜は、ポリシリコンまたは窒化膜で形成された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の形成方法。
【請求項３】
前記第２補助膜は、酸化膜またはスピンオンカーボン膜で形成された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の形成方法。
【請求項４】
前記スペーサは、ポリシリコンまたはスピンオンカーボン膜で形成された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の形成方法。
【請求項５】
前記第１補助膜と前記スペーサは同一の物質または互いに異なる物質で形成された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の形成方法。
【請求項６】
前記第２補助膜の高さは、化学機械的研磨方式、乾式エッチング方式、及び湿式エッチング方式のうちいずれか一つを利用するか、二つ以上の方式を混用して低め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の形成方法。
【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し、特に露光解像度の限界より微細なパターンを均一に形成することができる微細パターンの形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子のパターンは、一般にフォトリソグラフィー工程を利用して形成する。フォトリソグラフィー工程はターゲットパターン用下部膜上にフォトレジスト膜を蒸着する工程、フォトレジスト膜を露光する工程、及び露光されたフォトレジスト膜を現像する工程からなる。このようなフォトリソグラフィー工程を通じて下部膜上にはフォトレジストパターンが形成される。
【０００３】
フォトレジストパターンは、半導体素子のパターンをパターニングする時、エッチングマスクで利用される。これによって、フォトレジストパターンの大きさは半導体素子のパターン大きさを決定する要素として作用する。
【０００４】
フォトレジストパターンの大きさは露光解像度によって決定される。したがって、露光解像度の限界によってフォトレジストパターンを微細化するのに限界があり、一般的なフォトリソグラフィー工程で４０ｎｍ以下の微細パターンを形成しがたいという短所がある。このような露光解像度の限界を乗り越えるための多様な方法が提案されている。しかし、従来提案された方法等では露光解像度の限界より狭く形成されるパターンの均一性を確保しがたいよいう短所がある。ＮＡＮＤフラッシュメモリ素子の場合、ゲートパターンまたは素子分離トレンチがバラ付きに形成されれば、半導体素子のしきい値電圧分布特性などが劣化されうるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は上記問題を鑑みてなされたものであって、その目的は、露光解像度の限界より微細なパターンの均一性を改善することができる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】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明の一実施例による微細パターンの形成方法は、下部膜上にハードマスク膜及び第１補助膜を積層する段階と、前記第１補助膜の一部領域を除去して前記ハードマスク膜の一部を露出させる複数の第１補助パターンを形成する段階と、前記複数の第１補助パターンの間を前記第１補助膜と異なる物質からなる第２補助膜で埋め込む段階と、前記複数の第１補助パターンの側壁が露出されるように前記第２補助膜を除去して前記第２補助膜の高さを低める段階と、前記第２補助膜と異なる物質からなるスペーサを前記第２補助膜の残余する領域の一部が露出されるように前記複数の第１補助パターンの露出された側壁上に形成する段階と、前記ハードマスク膜の一部が露出されるように前記スペーサと前記複数の第１補助パターンを除去する段階と、前記ハードマスク膜の露出された領域を除去してハードマスクパターンを形成する段階と、を含む。
【０００７】
また、前記第１補助膜は、スピンオンカーボン膜（ＳＯＣ：Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ）及び非晶質カーボン膜に比べて硬度（Ｈａｒｄｎｅｓｓ）の高いポリシリコンまたは窒化膜で形成することが望ましい。
【０００８】
また、前記第２補助膜は酸化膜またはスピンオンカーボン膜で形成することができる。
【０００９】
また、前記スペーサは、酸化膜を除き、ポリシリコンまたはスピンオンカーボン膜で形成することができる。
【００１０】
また、前記第１補助膜と前記スペーサは同一の物質または互いに異なる物質で形成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、第１補助膜の側壁に形成されるスペーサの幅を制御してハードマスクパターンの幅を定義することができるので、露光解像度の限界より狭いハードマスクパターンを形成することができる。
【００１２】
さらに、本発明によれば、露光解像度の限界より狭いハードマスクパターンをエッチングマスクで半導体素子のパターンをパターニングして露光解像度の限界より狭い半導体素子のパターンを形成することができる。
【００１３】
また、本発明によれば、スペーサ下部に形成される第２補助膜をスペーサと異なる物質で形成するので、スペーサが非対称形態で形成されてもスペーサをエッチングマスクで第２補助膜をエッチングして補助パターンを形成する時、スペーサに対する第２補助膜のエッチング選択比によって補助パターンがスペーサのように非対称形態で形成されることが防止されて対称された形態で形成することができる。以後、補助パターンをエッチングマスクでハードマスクパターンをエッチングすれば、ハードマスクパターンをもまた対称された形態で形成することができ、対称された形態のハードマスクパターンをエッチングマスクで半導体素子のパターンをパターニングすれば半導体素子のパターンを均一に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例による微細パターンの形成方法を説明するための図面。
【図２】本発明の実施例による微細パターンの形成方法を説明するための図面。
【図３】本発明の実施例による微細パターンの形成方法を説明するための図面。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を容易に実施することができる好ましい実施例について添付された図１ないし図３を参照して詳しく説明する。
【００１６】
図１（ａ）を参照すれば、ターゲットパターン用下部膜１０１上にハードマスク膜１０３及び第１補助膜１０５を積層する。ターゲットパターン用下部膜１０１は、半導体基板であるか、あるいは半導体基板上に形成された絶縁膜であるか、あるいは半導体基板上に形成された導電膜であるか、絶縁膜または導電膜上に形成された補助ハードマスク膜である。ハードマスク膜１０３は下部膜１０１の種類に応じて選択された物質で形成する。すなわち、ハードマスク膜１０３は下部膜１０１に対するエッチング選択比を考慮して下部膜１０１と異なる物質で形成されることが望ましい。
【００１７】
第１補助膜１０５は、ハードマスク膜１０３に対するエッチング選択比を考慮してハードマスク膜１０３と異なる物質で形成されることが望ましい。そして、第１補助膜１０５は後続工程でスペーサを形成するためにその側壁が露出しなければならないので充分な厚さで形成されることが望ましい。例えば、第１補助膜１０５は、３００Åないし２０００Åの厚さで形成することができる。そして、第１補助膜１０５は厚い厚さで形成されてもその形態が崩壊されずに維持されるようにスピンオンカーボン膜、及び非晶質カーボン膜に比べて硬度の高いポリシリコンまたは窒化膜で形成することが望ましい。
【００１８】
次に、第１補助膜１０５の一部をエッチング工程で除去して第１補助膜１０５にハードマスク膜１０３を露出させる複数のホールＨを形成する。ホールＨは、フォトリソグラフィー工程を利用して第１補助膜１０５をパターニングすることで形成することができる。これにより、ホールＨによって分離される複数の第１補助パターンが形成される。
【００１９】
図１（ｂ）を参照すれば、ホールＨ（すなわち、複数の第1補助パターンの間）を第２補助膜１０７で埋め込む。第２補助膜１０７は、第１補助膜１０５及び後続工程で形成されるスペーサに対するエッチング選択比を考慮して第１補助膜１０５、及びスペーサと異なる物質で形成することが望ましい。例えば、第２補助膜１０７は酸化膜またはスピンオンカーボン膜で形成することができる。
【００２０】
図１（ｃ）を参照すれば、第２補助膜１０７の高さを低めてホールＨそれぞれを介して第１補助膜１０５の側壁一部を露出させる。第２補助膜１０７の高さを低めるためにエッチバック（Ｅｔｃｈ  Ｂａｃｋ）などのエッチング工程を行う。また、第２補助膜１０７の高さを低めるために化学機械的研磨方式、乾式エッチング方式、及び湿式エッチング方式のうちいずれか一つを利用するか、二つ以上の方式を混用して第２補助膜の高さを低めることができる。第１補助膜１０５の側壁は、残余する第２補助膜１０７ａによって第１補助膜１０５の厚さの３０％ないし７０％の深みで露出する。
【００２１】
図２（ａ）を参照すれば、第１補助膜１０５の露出された側壁（すなわち、複数の第１補助パターンの側壁）上にスペーサ１０９ａを形成する。スペーサ１０９ａは、第１補助膜１０５と異なる物質で形成するか、同じ物質で形成することができる。また、スペーサ１０９ａは第２補助膜と異なる他の物質で形成することが望ましい。
【００２２】
スペーサ１０９ａは、ホールＨ内部が埋めこめられないように、厚さの調節された第３補助膜を第１補助膜１０５の表面及び第１補助膜１０５より低い第２補助膜１０７ａの表面に蒸着し、第２補助膜１０７ａが露出されるように第３補助膜をエッチバックなどのエッチング工程でエッチングして形成することができる。
【００２３】
第１補助膜１０５の側壁、すなわち、ホールＨパターンの上部側壁上に形成された第３補助膜の蒸着厚さは、後続工程で形成されるハードマスクパターンの幅を決定する。第３補助膜を酸化膜で形成すれば、スペーサ１０９ａが非対称に形成されるので、スペーサ１０９ａの対称性を改善するために第３補助膜は酸化膜を除き、ポリシリコンまたはスピンオンカーボン膜で形成することが望ましい。
【００２４】
図２（ｂ）を参照すれば、スペーサ１０９ａをエッチングマスクで第２補助膜の露出された領域を除去して補助パターン１０７ｂを形成する。補助パターン１０７ｂのそれぞれの幅は、スペーサ１０９ａの幅によって定義され、スペーサ１０９ａの幅は第３補助膜の蒸着厚さによって定義される。したがって、補助パターン１０７ｂそれぞれの幅は、第３補助膜の蒸着厚さによって定義されるので、露光解像度の限界より狭く形成することができる。
【００２５】
また、スペーサ１０９ａと第２補助膜１０７ａとが互いに異なる物質で形成されたので、第２補助膜をエッチングする時スペーサ１０９ａに対する第２補助膜のエッチング選択比を利用して第２補助膜エッチングの時、スペーサ１０９ａが除去されることが防止される。
【００２６】
したがって、スペーサ１０９ａが非対称の形態を持つとしても第２補助膜をエッチングして補助パターン１０７ｂを形成する過程において、スペーサ１０９ａの非対称形態が補助パターン１０７ｂの形態に影響を与えないので、補助パターン１０７ｂが対称形態を持つことができる。
【００２７】
図２（ｃ）を参照すれば、第１補助膜及びスペーサを除去して補助パターン１０７ｂの間のハードマスク膜１０３を露出させる。第１補助膜、及びスペーサはエッチバックまたはストリップ工程で除去されうる。また、第１補助膜及びスペーサが同一の物質で形成された場合、第１補助膜及びスペーサを同時に除去することができるので、工程を単純化することができる。
【００２８】
図３を参照すれば、補助パターン１０７ｂをエッチングマスクでハードマスク膜の露出された領域を除去してハードマスクパターン１０３ａを形成する。ハードマスクパターン１０３ａそれぞれの幅は、補助パターン１０７ｂの幅によって定義されて、補助パターン１０７ｂの幅はスペーサの幅を決定する第３補助膜の蒸着厚さによって定義される。したがって、ハードマスクパターン１０３ａそれぞれの幅は、第３補助膜の蒸着厚さによって定義されるので、露光解像度の限界より狭く形成することができる。
【００２９】
そして、本発明の実施例では、対称形態を持った補助パターン１０７ｂをエッチングマスクでハードマスク膜をエッチングするので、ハードマスクパターン１０３ａを均一な形態で形成することができ、対称形態を持ったハードマスクパターン１０３ａをエッチングマスクで半導体素子のパターンを均一に形成することができる。例えば、本発明の実施例によるハードマスクパターン１０３ａをエッチングマスクにして半導体素子のゲートパターンまたは素子分離トレンチを形成する場合、ゲートパターンまたは素子分離トレンチは均一に形成することができ、対称形態で形成することができる。したがって、本発明はゲートパターンまたは素子分離トレンチがバラ付きした幅で形成されて半導体素子のしきい値電圧分布特性などが劣化されるような現象を改善することができる。
【００３０】
以上のように、本発明の最も好ましい実施形態について説明したが、本願発明は、上記記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載され、又は明細書に開示された発明の要旨に基づき、当業者が様々な変形や変更が可能であることはもちろんであり、斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３１】
Ｈ    …ホール
１０１ …ターゲットパターン用下部膜
１０３ …ハードマスク膜
１０３ａ …ハードマスクパターン
１０５ …第１補助膜
１０７ …第２補助膜
１０７ａ …第２補助膜
１０７ｂ …補助パターン
１０９ａ …スペーサ
【図１】
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【図２】
2012039055.tif 000004
【図３】
2012039055.tif 000005