(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトレジストパターンをエッチングマスクに利用するエッチング方法において、
エッチング対象膜上にフォトレジストを塗布する工程と、
波長が157nmないし193nmである光源で前記フォトレジストを露光した後、現像してフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記露光および現像によって形成された前記フォトレジストパターンを変形することなく、CXFYまたはCxHyFz(X、Y、Z=1〜10)の中で選択されたフッ素系ガス、Ar及びO2からなる混合ガスを用いて前記フォトレジスト表面にポリマーを形成し、同時に前記エッチング対象膜の一部をエッチングする工程と、
前記ポリマー及び前記フォトレジストをエッチングマスクに利用して前記エッチング対象膜をエッチングする工程とを含み、
前記フォトレジストパターンを硬化させ、
前記フォトレジストパターンが９０ｎｍより小さい臨界寸法を定義することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記露光源が、ArFレーザまたはF2レーザであることを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記フォトレジストは、COMA(CycloOlefin-maleic Anhydride)またはアクリラート(Acrylate)であることを特徴とする請求項2に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記ポリマーを形成する工程で、5SCCMないし20SCCMのフッ素系ガス、100SCCMないし1000SCCMのArガス、及び1SCCMないし5SCCMのO2ガスの混合ガスを利用して前記ポリマーを形成することを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記ポリマーを形成する工程は、25℃ないし80℃の温度、10mTorrないし50mTorrの圧力及び500Wないし2000Wのパワー条件下で実施することを特徴とする請求項4に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記フォトレジストパターンを形成する工程後、前記フォトレジストパターンを硬化させることを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記ポリマーを形成する工程後、前記フォトレジストパターンを硬化させることを特徴とする請求項1に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記フォトレジストパターンを硬化させる工程で、前記フォトレジストパターン内にArイオンを注入することを特徴とする請求項6または7に記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記フォトレジストパターンを硬化させる工程で、1010/ｃｍ3ないし1015/ｃｍ3のドーズのArを100KeVないし300KeVのエネルギーで注入することを特徴とする請求項8に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記フォトレジストパターンを硬化させる工程で、前記フォトレジストパターンをArプラズマで処理することを特徴とする請求項6または7に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記フォトレジストパターンを硬化させる工程は、1mTorrないし10mTorrの圧力及び500Wないし2000Wのパワー条件下で実施されることを特徴とする請求項10に記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記フォトレジストパターンを硬化させる工程で、前記フォトレジストパターンに電子ビームを照射することを特徴とする請求項6または7に記載のエッチング方法。
【請求項１３】
前記フォトレジストパターンを硬化させる工程で、400μC/ｃｍ3〜4000μC/ｃｍ3の体積電荷密度で電子ビームを照射して前記フォトレジストパターンを硬化させることを特徴とする請求項12に記載のエッチング方法。
【請求項１４】
フォトレジストパターンをエッチングマスクに利用するエッチング方法において、
エッチング対象膜上にフォトレジストを塗布する工程と、
波長が157nmないし193nmである光源で前記フォトレジストを露光した後、現像してフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記露光および現像によって形成された前記フォトレジストパターンを変形することなく、CXFYまたはCxHyFz(X、Y、Z=1〜10)の中で選択された5SCCMないし20SCCMのフッ素系ガス、100SCCMないし1000SCCMのArガス及び1SCCMないし5SCCMのO2ガスからなる混合ガスを用いて前記フォトレジスト表面にポリマーを形成し、同時に前記エッチング対象膜の一部をエッチングする工程と、
前記ポリマー及び前記フォトレジストをエッチングマスクに利用して前記エッチング対象膜をエッチングする工程とを含み、
前記フォトレジストパターンが９０ｎｍより小さい臨界寸法を定義することを特徴とするエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、波長が157nmないし193nmである露光源、例えば、ArFまたはF2レーザ光源で形成されたフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用するエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体工程におけるフォトリソグラフィは、半導体基板上に多様な物質でパターンを形成させることを目的として、対象物質層上にレジスタと呼ばれる高分子物質を塗布した後、マスクを利用して光を選択的に透過させてレジスタに感光反応を起こし、それを現像してレジスタパターンを形成させ、そのレジスタを障壁として対象物質をエッチングし、最終的に所望のパターンを形成する技術である。
【０００３】
半導体素子の集積度向上は、フォトリソグラフィ技術に発展によりなされてきた。フォトリソグラフィ法は、パターンを形成する技術であって、露光工程とエッチング工程とを含んでなっている。ただ、昨今では、通常、フォトリソグラフィは、露光工程で代表されるパターン転写工程を称することが多く、細部的には光源による光学フォトリソグラフィと非光学フォトリソグラフィとに分けられる。
【０００４】
フォトリソグラフィ工程の開発は、露光装備自体の発展はもちろん、レジスト材料の開発、マスクの開発、工程方法の開発などの面において発展してきた。露光装備の開発においては、0.6mm以上の大きい開口数NA(Numerical  Aperture)のレンズの開発、アライメント装置の開発がなされてきた。レジスト材料開発の例としては、CAR(Chemically  Amplified  Resist)タイプのレジスタの開発が挙げられる。マスク面においては、PSM(Phase  Shift  Mask)とOPC(Optical  Proximity  Correction)などの多くの技術開発がなされてきた。そして、工程側面においては、TLR(Tri  Layer  Resist)、BLR(Bi-Layer  Resist)、TSI(Top  Surface  Imaging)、ARC(Anti  Reflective  Coating)を利用した工程開発が例として挙げられる。
【０００５】
以下では、露光装備の進展過程について述べる。
【０００６】
初期の露光装置は、密着露光(コンタクト露光)装置で、ウェーハ上に直接マスクを当てて目で合わせた後、露光する方式であった。この技術がさらに発展してマスクと基板との間に僅かな間隙を取ってウェーハとマスクの欠損を防止する近接露光(プロキシミティ露光)装置が開発された。その場合、解像度を高めるためには、間隙を小さくするのであるが、間隙の大きさによって軟接触(ソフトコンタクト、10〜20μm程度)と硬接触(ハードコンタクト、10μm未満程度)と呼ばれた。
【０００７】
その後、1970年代初期には、反射や屈折を利用した光学系を採用した投影タイプの露光装置の開発によって、解像度はもちろん、マスクの寿命延長とウェーハサイズの大口径化が計られ、製品開発への適用が本格的に開始された。その後、1970年代中頃には半導体の大量生産に画期的な寄与をし、フォトリソグラフィの技術開発の転機となった投影光学を利用したステッパの時代が始まった。ステッパは、1〜数チップ分の拡大寸法マスクを利用してウェーハ上に順次パターンを露光する「ステップ＆リピードアライナ」装置の短縮語であって、この装置の露光装置を用いることによって、解像度とアライメント精度が向上した。初期のステッパは、マスクパターン対基板上投影パターンの比率が5:1または10:1の縮小投影露光方式により設計されたが、マスクパターンのサイズの限界によって、1／5縮小投影方式が主流をなすようになった。
【０００８】
また、1990年代初め頃から開発された「ステップ＆スキャニング」タイプのスキャナ装置は、1／4縮小方式であるため、マスクパターン作成に負担が掛かったが、ますます大きくなるチップのサイズに対応して、生産性を高めることができる露光装置である。
【０００９】
光学転写法における解像度は、光源の波長と密接な関係があるが、「ステップ＆リピードアライナ」の露光方式を採用したステッパ光源の波長は、436nm(g線)、365nm(i線)、248nm(KrF  Excimer  Laser)波長のDUV(Deep  Ultra-violet、遠紫外線)に進展してきた。初期のg線(λ=436nm)を使用した露光装置では、約0.5μmルールのパターンが可能であったし、i線(λ=365nm)を使用した露光装置では、約0.3μmルールのパターンが可能であった。248nmのDUVフォトリソグラフィは、初期に時間遅延効果、下地依存性などのような多くの問題が発生して、0.18μm水準のデザインの製品が開発され、0.15μm以下のデザインを持つ製品を開発するためには、新しい193nm(ArF  Excimer  Laser)の波長を持つ新しいDUV転写法の技術開発が必須である。
【００１０】
DUVリソグラフィは、i線に対する解像度及びDOF(Depth  Of  Focus)などの性能面において優れているが、工程制御が容易ではない。このような問題は、短い波長による光学的な原因と化学増幅型レジストの使用による化学的な原因とに区分できる。波長が短くなれば、定在波効果によるCD(critical  dimension)変動現象と下地位相の差に起因する反射光による過感光の現象が激しくなる。CD変動とは、入射光と反射光の干渉の度合がレジストの微小な厚さの差、または下地フィルムの厚さの差によって変わることにより、結果的に線の幅が周期的に変わる現象をいう。DUV工程では、感度向上のために化学増幅型レジストを用いざるを得ないが、その反応メカニズムと関連してPED(Post  Exposure  Delay)安定性、下地依存性などの問題点が発生する。
【００１１】
現在は、ArFレーザ(λ=193nm)を光源とする装置を0.11μmルール以下のパターンを目標として開発している。ArF露光技術の核心課題の一つは、ArF用レジスタの開発である。すなわち、KrFフォトリソグラフィ工程で用いられる化学増幅型レジストのように、ベンゼン環を有する物質、例えば実用化されているCOMA(CycloOlefin-maleic  Anhydride)(シクロオレフィン無水マレイン酸)、アクリラート(Acrylate)系統のポリマー型、またはこれらの混合型のレジスタは使用できないためである。ベンゼン環は、ドライエッチング耐性を確保するため、i線及びKrFを利用したフォトリソグラフィ工程でレジスタとして用いられた。しかし、ArFレジストにベンゼン環が用いられる場合、ArFレーザの波長領域である193nmで吸光度が大きいため、透明性が落ちて、レジスタの下部まで露光ができないだけでなく、そのため、形成されたフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用する工程途中にパターンの変形が発生したり、フォトレジストが片方に片寄る現象が発生する。
【００１２】
すなわち、ArFレーザビームを光源として利用して形成された縞模様状のフォトレジストパターンがエッチング工程で変形される問題点が発生する。
【００１３】
このように、ArFレーザビームを光源として利用して形成されたフォトレジストパターンの変形は、コンタクト孔形成過程でも発生する。したがって、ArFレーザビームを光源として利用して形成されたフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用したコンタクト孔形成過程でリソグラフィ工程の限界により0.1μm以下のコンタクト孔を形成するのは難しい。
【００１４】
したがって、ベンゼン環を有しないでドライエッチング耐性を確保することができ、接着力がよく、2.38%濃度のTMAH(Tetra−Methyl  Ammonia  Hydroxide)に現像できる材料の研究が勧められているが、半導体素子製造工程に適用されるにはまだ多くの限界を持っている。
【００１５】
図1は、ArFレーザビームを光源として利用して形成された縞模様状のフォトレジストパターン1がエッチング工程で変形されたことを示す写真であって、説明しない図面符号2は。エッチング領域を示す。
【００１６】
このようなArFレーザビームを光源として利用して形成されたフォトレジストパターンの変形はコンタクト孔形成過程で発生する。図2は、ArFレーザビームを光源として利用して形成されたフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用したコンタクト孔形成過程でフォトレジストパターン及びコンタクト孔の断面形状を示すSEM写真であって、Aはフォトレジスト現像後、Bはエッチング工程後フォトレジストパターン除去前、Cはフォトレジスト除去後露出されたコンタクト孔の断面を示す。
【００１７】
また、コンタクト孔形成工程を進行する場合、リソグラフィ工程の限界によりArFレーザビームを利用したリソグラフィ工程を利用して0.1μm以下のコンタクト孔を形成することは困難である。
【００１８】
したがって、ArF光源により形成されたフォトレジストパターンを高温でフローさせて狭いコンタクト孔形成領域を定義する方法が用いられているが、この方法はコンタクト孔周辺を覆うフォトレジストパターンの厚さが減少してエッチングの際負担(Burden)として作用する。
【００１９】
図3Aないし図3Eは、従来の技術によってArF光源で形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してビットラインコンタクト孔を形成する過程で発生する問題点を示す。
【００２０】
図3Aは、ビットラインコンタクト孔が形成された素子のレイアウトであって、活性層31、ワードライン32、ビットライン33、活性層31とビットライン33との間のビットラインコンタクトプラグ34の配置を示している。
【００２１】
図3Bは、図3AのX-X'方向に切断した断面図であって、従来の工程順にしたがって形成されたビットライン33を示している。図3Bにおいて図面符号30は基板を示し、35及び36のそれぞれは層間絶縁膜を示す。ビットラインコンタクト孔形成の限界上、すなわちコンタクト孔を一定のサイズ以下に形成することが困難であるため、図3Bの37に示すように、ビットライン33形成後にビットラインコンタクトプラグ34が露出される問題点がある。図3Cは、図3Bのような構造が基板上に実在具現されたときの状態を示すSEM写真である。
【００２２】
また、前述したように、コンタクト孔がビットラインの幅より広く形成されることによって、ビットライン形成のためのエッチング過程で、図3Dに示すように、コンタクト孔内に形成されるビットライン33部分が損傷されてアンダーカット38が発生することもある。そして、露出されていたビットラインコンタクトプラグ34が、ビットライン形成のためのエッチング過程で損傷されてビットラインコンタクトプラグ34内にトレンチTが形成されて、そのトレンチTに絶縁膜39が埋め込まれて絶縁膜39内にはボイドVが発生してビットライン33と他の導線間の短絡を誘発し得るし、コンタクト抵抗が増加することになるなどの素子の電気的特性に大きな影響を及ぼすことになる。
【００２３】
前述したように、限られたサイズ以下にコンタクト孔の大きさを減少させることが困難である問題点を解決するために、フォトレジストパターン形成後、リフロー(reflow)工程を実施してフォトレジストパターンが定義するコンタクト孔のサイズより小さいコンタクトを形成する方法が計られている。
【００２４】
図4は、リフローによるArFフォトレジストパターンの臨界寸法(Critical  Dimention)の減少を示すSEM写真であって、DICDが170nmであるフォトレジストパターンを1分ないし30分間オーブンベーキング工程で150℃温度でリフローされることによって臨界寸法が変わることを示している。図4に示すA、B、C、Dのそれぞれの臨界寸法は、140nm、130nm、120nm、110nmである。このように、リフローを通じて臨界寸法の減少を計ることはできるが、リフローによってフォトレジストの厚さが減少して再現性が落ちる。このような理由により、ArFレーザビームを利用したフォトレジストパターンをリフローする場合でも臨界寸法は90nm程度が限界である。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記のような従来技術の問題点を解決しようとするもので、157nmないし193nm波長の光源、例えば、ArFレーザまたはフッ化(F2)レーザ光源を利用して形成されたフォトレジストパターンの変形を防止でき、より微細なパターンを形成できるエッチング方法を提供することを目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記の技術的課題を達成するため、この発明によるフォトレジストパターンをマスクに利用するエッチング方法は、フォトレジストパターンをエッチングマスクに利用するエッチング方法において、エッチング対象膜上にフォトレジストを塗布する工程と、波長が157nmないし193nmである光源で前記フォトレジストを露光した後、現像してフォトレジストパターンを形成する工程と、前記露光および現像によって形成された前記フォトレジストパターンを変形することなく、CXFYまたはCxHyFz(X、Y、Z=1〜10)の中で選択されたフッ素系ガス、Ar及びO2からなる混合ガスを用いて前記フォトレジスト表面にポリマーを形成し、同時に前記エッチング対象膜の一部をエッチングする工程と、前記ポリマー及び前記フォトレジストをエッチングマスクに利用して前記エッチング対象膜をエッチングする工程とを含み、前記フォトレジストパターンを硬化させ、前記フォトレジストパターンが９０ｎｍより小さい臨界寸法を定義することを特徴とする。
また、本発明に係る別のエッチング方法は、フォトレジストパターンをエッチングマスクに利用するエッチング方法において、エッチング対象膜上にフォトレジストを塗布する工程と、波長が157nmないし193nmである光源で前記フォトレジストを露光した後、現像してフォトレジストパターンを形成する工程と、前記露光および現像によって形成された前記フォトレジストパターンを変形することなく、CXFYまたはCxHyFz(X、Y、Z=1〜10)の5SCCMないし20SCCMのフッ素系ガス、100SCCMないし1000SCCMのArガス及び1SCCMないし5SCCMのO2ガスからなる混合ガスを用いて前記フォトレジスト表面にポリマーを形成し、同時に前記エッチング対象膜の一部をエッチングする工程と、前記ポリマー及び前記フォトレジストをエッチングマスクに利用して前記エッチング対象膜をエッチングする工程とを含み、前記フォトレジストパターンが９０ｎｍより小さい臨界寸法を定義することを特徴とする。
【００２７】
また、この発明は、前記ポリマーを形成する工程前または後に前記フォトレジストパターンを硬化させる工程をさらに含むこともできる。
【００２８】
また、この発明は、前記ポリマーを形成する工程前に前記フォトレジストパターンをフローさせる工程をさらに含むこともできる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施態様を添附の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３０】
図5Aないし図5Dは、この発明の第1実施例に係るArFレーザビームを光源として利用して形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してコンタクト孔を形成する工程を示す断面図である。
【００３１】
まず図5Aに示すように、隣り合う導電膜パターンの例としてゲート電極51を半導体基板50上に形成し、ゲート電極上部及び側面にそれぞれハードマスク52及びスペーサ53を形成した後層間絶縁膜54を形成する。前記ハードマスク52は、後続のセルフアラインメントエッチングなどによるゲート電極の損傷を防止するためのものである。本発明の実施例では前記ハードマスク52及び前記スペーサ53のそれぞれを窒化膜で形成し、前記層間絶縁膜54は、APL(Advanced  Planarization  Layer)酸化膜、BPSG(Boro  Phospho  Silicate  Glass)、SOG(Spin  On  Glass)、HDP(High  Density  Plasma)酸化膜、または窒化膜などで形成する。
【００３２】
次いで、層間絶縁膜54上にフォトレジストを塗布した後、ArFレーザ光源を利用してフォトレジストパターン55を形成する。本発明の実施例で前記フォトレジストパターンは、COMA(CycloOlefin-maleic  Anhydride)、またはアクリラート(Acrylate)などを500Åないし6000Åの厚さに塗布して形成する。
【００３３】
次いで、前記フォトレジストパターン55上にポリマー56を形成すると同時に層間絶縁膜54の一部をエッチングする。前記ポリマー56形成後、Arを利用して硬化されたフォトレジストパターン55'を形成する。
【００３４】
前記ポリマー56は、CXFYまたはCxHyFz(X、Y、Z= 1〜10)の中で選択されたフッ素系ガス、Ar及びO2から発生したプラズマを利用して形成する。この場合、O2は1sccmないし5sccmの流量で供給する。
【００３５】
前記硬化されたフォトレジストパターン55'は、Arプラズマ処理またはArイオン注入を通じてフォトレジストパターンの耐性を向上させることにより形成する。ここで、Arプラズマ処理は、1mTorrないし10mTorrの低圧力及び500Wないし2000Wの高パワー条件で実施する。そしてArイオン注入は、1010/ｃｍ3ないし1015/ｃｍ3のドーズを100KeVないし300KeVで注入して実施する。このような低圧力及び高パワーの条件下で硬化されたフォトレジストパターン55'を形成することによって、フォトレジストパターンの変形を最小化させることができる。
【００３６】
次に、図5Cに示すように、前記ポリマー56及び硬化されたフォトレジストパターン55'をエッチングマスクとして利用して層間絶縁膜54を選択的にエッチングして隣り合うゲート電極51間のスペーサ53及び半導体基板50表面を露出させるコンタクト孔57を形成する。このようなエッチング工程過程で前記半導体基板50を25℃ないし80℃に保持し、C4F8、C4F6またはCH2F2から選択されたフッ素系ガスとArガスを利用したプラズマエッチングを実施し、エッチング工程後には洗浄工程を実施してエッチング副産物であるポリマーなどを除去する。
【００３７】
次に図5Dに示すように、ポリマー56及び硬化されたフォトレジストパターン55'を除去する。
【００３８】
前述したようになされる本発明の一実施例に係るフォトレジストパターン上にポリマーを形成した後、フォトレジストパターンを硬化させてエッチング耐性を向上させることによって、ArFレーザビームを利用して形成されたフォトレジストパターンの変形を防止できる。
【００３９】
図6Aないし図6Eは、この発明の第2実施例に係るArFレーザビームを光源として形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してビットラインを形成する工程を示す断面図である。
【００４０】
まず、図6Aに示すように、ソース/ドレイン活性層61の形成が完了した半導体基板60上に層間絶縁膜62を形成し、選択的にエッチングして活性層61を露出させるコンタクト孔を形成し、導電膜を蒸着し平坦化工程を実施してコンタクト孔を介して前記活性層61にコンタクトされるビットラインコンタクトプラグ63を形成した後、層間絶縁膜64を形成する。前記ビットラインコンタクトプラグ63は、選択的エピタキシャル成長(Selective  epitaxy  growth)を通じて形成された単結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどで形成する。前記層間絶縁膜64は、APL(Advanced  Planarization  Layer)酸化膜、BPSG(Boro  Phospho  Silicate  Glass)、SOG(Spin  On  Glass)、HDP(High  Density  Plasma)酸化膜または窒化膜などで形成する。
【００４１】
次に、図6Bに示すように、ビットラインコンタクトプラグ63上にArFレーザビームを光源としてフォトレジストパターン65を形成し、フォトレジストパターン65の表面を硬化させてエッチング耐性を向上させる。前記フォトレジストパターン65は、アクリラートまたはCOMAで形成し、Arイオン注入または電子ビーム照射などを通じて前記フォトレジストパターン65を硬化させる。一方、電子ビーム照射時フォトレジストパターン65の収縮によるパターン変形が発生し得るので、適切な体積電荷密度で電子ビームを照射しなければならない。本発明の好ましい実施例では、400μC/ｃｍ3〜4000μC/ｃｍ3の体積電荷密度で電子ビームを照射して前記フォトレジストパターン65を硬化させる。
【００４２】
次に、図6Cに示すように、フォトレジストパターン65上に50Åないし500Å厚さのポリマー66を形成する。前記ポリマー66は、5sccmないし20sccmのフッ素系ガス、すなわち、CXFYまたはCxHyFz(X、Y、Z=1〜10)の中で選択されたフッ素系ガス、100SCCMないし1000SCCMのAr及び1SCCMないし5SCCMのO2を利用して10mTorrないし50mTorrの圧力条件に、及び500Wないし2000Wのパワーを10秒ないし60秒間印加して形成する。このように形成されたポリマー66は、フローにより厚さが薄くなったフォトレジストパターン65を保護して工程の再現性を高め、ポリマー66の厚さほどコンタクト領域の幅を減少させることができる。
【００４３】
次に、図6Dに示すように、ポリマー66で覆われたフォトレジストパターン65をエッチングマスクとして利用して層間絶縁膜64を選択的にエッチングしてコンタクトプラグ63表面を露出させてコンタクト孔67を形成した後、ポリマー66及びフォトレジストパターン65を除去する。
【００４４】
次に、図6Eに示すように、コンタクト孔67を介してビットラインコンタクトプラグ63にコンタクトされるビットライン68を形成する。ビットライン68は、W、TiまたはCoなどで形成する。
【００４５】
上記したようになされるこの発明の第2実施例に係るArFレーザビームを光源として利用して形成されたフォトレジストパターンを硬化させた後、その上部にポリマーを形成することによって微細なパターンを形成することができ再現性を向上させることができる。
【００４６】
図7Aないし図7Fは、この発明の第3実施例に係るArFレーザビームを光源として形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してビットラインを形成する工程を示す断面図である。
【００４７】
まず、図7Aに示すように、ソース/ドレイン活性層71形成が完了した半導体基板70上に層間絶縁膜72を形成し選択的にエッチングして活性層71を露出させるコンタクト孔を形成し、導電膜を蒸着し平坦化工程を実施してコンタクト孔を介して前記活性層71にコンタクトされるビットラインコンタクトプラグ73を形成した後、層間絶縁膜74を形成する。前記ビットラインコンタクトプラグ73は、選択的エピタキシャル成長を通じて形成された単結晶シリコンまたは多結晶シリコンなどからなる。前記層間絶縁膜74は、APL酸化膜、BPSG、SOG、HDP酸化膜または窒化膜などで形成する。
【００４８】
次に、図7Bに示すように、ビットラインコンタクトプラグ73上にArFレーザビームを光源として利用してフォトレジストパターン75を形成して臨界寸法が「d1」であるビットラインコンタクト孔を形成する。前記フォトレジストパターン75は、アクリラートまたはCOMAで形成する。
【００４９】
次に、図7Cに示すように、フロー工程を実施してフォトレジストパターン75が定義するコンタクト孔の臨界寸法を「d2」に減少させる。前記フロー工程は、100℃ないし220℃の温度及び常圧の圧力下で1分ないし30分間ホットプレート(Hot  plate)、オーブン(Oven)またはUVベーキング(Bake)を利用して実施する。
【００５０】
次に、図7Dに示すように、フローされたフォトレジストパターン75上に一定の厚さのポリマー76を形成して、コンタクト領域の臨界寸法を「d2」よりさらに狭い「d3」となるようにする。前記ポリマーは、5sccmないし20sccmのフッ素系ガス、すなわちCXFYまたはCxHyFz(X、Y、Z= 1〜10)の中で選択されたフッ素系ガス、100SCCMないし1000SCCMのAr及び1SCCMないし5SCCMのO2の混合ガスを利用して、10mTorrないし50mTorrの圧力及び500Wないし2000Wのパワー条件で形成する。このように形成されたポリマー76は、フローにより厚さが薄くなったフォトレジストパターン75を保護して工程の再現性を高め、臨界寸法を減少させることによって、狭いコンタクト領域形成ができるようにする。
【００５１】
次に、図7Eに示すように、ポリマー76で覆われたフォトレジストパターン75をエッチングマスクとして利用して層間絶縁膜74を選択的にエッチングしてコンタクトプラグ73表面を露出させ、臨界寸法が「d3」であるコンタクト孔77を形成した後、ポリマー76及びフォトレジストパターン75を除去する。
【００５２】
次に、図7Fに示すように、コンタクト孔77を介してビットラインコンタクトプラグ73にコンタクトされるビットライン78を形成する。ビットライン78は、W、TiまたはCoなどで形成する。
【００５３】
図8は、従来の技術に係るレーザ光源で形成したフォトレジストパターンのフロー温度に応じた臨界寸法変化(K)と、本発明に係るArFレーザビームを光源として利用してフォトレジストパターンを形成し、その上部にポリマーを形成した場合フロー温度に応じた臨界寸法変化(K')を比較して示すグラフであって、PRフロー温度に応じたDICDの減少程度温度を示すものであって、本発明により20Å程度の臨界寸法減少が得られることを示している。
【００５４】
上記したようになされる本発明の第3実施例に係るArFレーザ光源で形成されたフォトレジストパターンをフローさせた後、その上部にポリマーを形成することによって、微細なパターンを形成することができ再現性を向上させることができる。
【００５５】
なお、この発明は上記の実施例に限られるものではない。この発明の趣旨から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
【００５６】
【発明の効果】
上述したようになされるこの発明は、ArFまたはF2レーザ光源を利用したフォトレジストパターン形成後、フッ素系及び酸素系プラズマを利用してフォトレジストパターン上にポリマー形成と同時に層間絶縁膜の一部をエッチングすることによって、その後のエッチング過程でフォトレジストパターンの変形を防止することができる。また、ArFレーザ光源を利用して形成されたフォトレジストパターンをフローさせて微細領域を定義した後、フォトレジストパターン上にポリマーを形成した後、エッチングマスクに利用することによって、フォトレジストパターンの変形を防止することができる。また、ポリマーの厚さほど臨界寸法を減少させることができるので、微細パターン形成に寄与できる。そして、ポリマー形成前後にArまたは電子ビーム照射によりフォトレジストパターンを硬化させることによって、フォトレジストパターンのエッチング耐性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来のArF光源を利用して形成されたフォトレジストパターンがエッチング過程で変形されることを示すSEM写真である。
【図２】  ArFレーザビームを光源として利用して形成されたフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用したコンタクト孔形成過程でフォトレジストパターン及びコンタクト孔の断面形状を示す写真である。
【図３Ａ】  従来の技術に係るArF光源で形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してビットラインコンタクト孔を形成する過程で発生する問題点を示す図である。
【図３Ｂ】  従来の技術に係るArF光源で形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してビットラインコンタクト孔を形成する過程で発生する問題点を示す図である。
【図３Ｃ】  従来の技術に係るArF光源で形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してビットラインコンタクト孔を形成する過程で発生する問題点を示す図である。
【図３Ｄ】  従来の技術に係るArF光源で形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してビットラインコンタクト孔を形成する過程で発生する問題点を示す図である。
【図３Ｅ】  従来の技術に係るArF光源で形成したフォトレジストパターンをエッチングマスクに利用してビットラインコンタクト孔を形成する過程で発生する問題点を示す図である。
【図４】  リフローによるフォトレジストパターンの臨界寸法(Critical  Dimention)の減少を示すSEM写真である。
【図５Ａ】  この発明の第1実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図５Ｂ】  この発明の第1実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図５Ｃ】  この発明の第1実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図５Ｄ】  この発明の第1実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図６Ａ】  この発明の第2実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図６Ｂ】  この発明の第2実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図６Ｃ】  この発明の第2実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図６Ｄ】  この発明の第2実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図６Ｅ】  この発明の第2実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図７Ａ】  この発明の第3実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図７Ｂ】  この発明の第3実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図７Ｃ】  この発明の第3実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図７Ｄ】  この発明の第3実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図７Ｅ】  この発明の第3実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図７Ｆ】  この発明の第3実施例に係るビットラインコンタクト形成工程断面図である。
【図８】  フロー温度に応じたフォトレジストパターンの臨界寸法変化を示すグラフである。
【符号の説明】
50、60、70        基板
51、61、71        ゲート電極
52、62、72        ハードマスク絶縁膜
53、63、73        スペーサ
54、64、84        層間絶縁膜
55、65、75        フォトレジストパターン
56、66、76        ポリマー
57、67、77        コンタクト孔
58、68、78        ビットライン
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
0004389242.tif 000004
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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