(57)【要約】      （修正有）【課題】マトリックス状に配列された露光装備の解像度限界以下の活性領域を定義するためのハードマスクパターンの形成方法を提供する。【解決手段】半導体基板１０１上に、ハードマスク膜１０３と第１のマスクパターン１０５を形成する。第１のマスクパターンと交差する第１のパターンと、第１のマスクパターン間に位置する第２のパターンを含む第２のマスクパターン１０７を形成する。第１のパターン間に第３のマスクパターンを形成する。第１のパターンと第１のマスクパターンが交差する領域に第１のマスクパターンが残留し、第１のパターンと第２のパターンが交差する領域に第２のパターンが残留するようにエッチングを行う。残留する第１のマスクパターン及び第２のマスクパターンをエッチングマスクとして用い、ハードマスクパターンを形成する。【選択図】図１２
2009135407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上にハードマスク膜を形成する段階と、
前記ハードマスク膜上に第１のエッチングマスクパターンを形成する段階と、
前記第１のエッチングマスクパターンと交差する第１のパターンと前記第１のエッチングマスクパターン間に位置する第２のパターンを含む第２のエッチングマスクパターンを形成する段階と、
前記第１のパターン間に第３のエッチングマスクパターンを形成する段階と、
前記第１のパターンと前記第１のエッチングマスクパターンが交差する領域に前記第１のエッチングマスクパターンが残留し、前記第１のパターンと前記第２のパターンが交差する領域に前記第２のパターンが残留するように第１のエッチング工程を行う段階と、
残留する前記第１のエッチングマスクパターン及び前記第２のパターンをエッチングマスクとして用いる第２のエッチング工程で前記ハードマスク膜をパターニング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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項２】
前記第１〜第３のエッチングマスクパターンは、同一の物質で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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項３】
前記第１〜第３のエッチングマスクパターンは、Ｓｉ含有ＢＡＲＣ膜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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１〜第３のエッチングマスクパターンは、互いに異なる層に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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項５】
前記第２のエッチングマスクパターンの前記第１のパターン及び前記第２のパターンが互いに異なる層に形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項６】
前記第２のエッチングマスクパターンを形成する段階は、前記第１のエッチングマスクパターンによる段差が維持される厚さで第１の補助膜を形成する段階と、
前記段差により発生した前記第１の補助膜の間の空間が満たされるように前記第１の補助膜上にエッチングマスク膜を形成する段階と、
前記エッチングマスク膜が前記第１の補助膜の間の前記空間に残留し、前記第１の補助膜上で前記第２のエッチングマスク膜が前記第１のエッチングマスクパターンと交差する方向に残留するようにパターニング工程を行って前記第１及び前記第２のパターンを形成する段階と、
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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項７】
前記第１の補助膜は、カーボンポリマーで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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項８】
前記エッチングマスク膜上に反射防止膜がさら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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項９】
前記第１の補助膜の膜厚により前記第１のエッチングマスクパターンと前記第２のパターンの間隔が決定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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項１０】
前記第３のエッチングマスクパターンを形成する段階は、
前記第２のエッチングマスクパターンによる段差が維持された厚さで第２の補助膜を形成する段階と、
前記段差により発生した前記第２の補助膜の間の空間が満たされるように前記第２の補助膜上にエッチングマスク膜を形成する段階と、
前記エッチングマスク膜が前記第２の補助膜の間の前記空間に残留するようにパターニング工程を行って前記第３のエッチング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請求項１に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項１１】
前記第２の補助膜は、カーボンポリマーで形成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項１２】
前記第２の補助膜の膜厚により前記第１のパターンと前記第３のハードマスクパターンの間隔が決定されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項１３】
前記ハードマスクパターンが残留する領域が活性領域で定義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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項１４】
前記第１のエッチングマスクパターンは、前記活性領域のうち、奇数番目または偶数番目の行または列に位置する活性領域上に平行に形成されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項１５】
前記第１のエッチングマスクパターンのピッチが前記活性領域のピッチの２倍であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項１６】
前記第１のパターンのピッチが前記活性領域のピッチの２倍であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項１７】
前記第２のパターンのピッチが前記活性領域のピッチの２倍であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項１８】
前記第３のハードマスクパターンのピッチが前記活性領域のピッチの２倍であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子のハードマスクパターン形成方法。
【請求項１９】
前記第１〜第３のエッチングマスクパターンは、同一のチャンバ内でイン−サイチュ方式で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ハードマスクパターン形成方法。
【請求項２０】
前記第１のエッチング工程により前記第３のエッチングマスクパターンと前記第１のパターンが除去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ハードマスクパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子のハードマスクパターン及びその形成方法に関するものであり、マトリックス状に配列された多数の活性領域を定義するための半導体素子のハードマスクパターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板にはトランジスタのような多数の半導体素子が形成され、半導体素子を電気的に連結させるために金属配線が形成される。金属配線と半導体基板の接合領域(例えば、トランジスタのソースまたはドレイン)は、コンタクトプラグにより電気的に連結される。
【０００３】
ＤＲＡＭ(Dynamic Random Access Memory)素子の場合には、半導体基板にトランジスタを形成してストレージノードコンタクトプラグを形成し、このためにコンタクトプラグを形成する前に層間絶縁膜を形成した後、コンタクトホールを形成する。ＤＲＡＭは、トランジスタとキャパシタの配列に従って様々に区分されるが、４Ｆ２ ＤＲＡＭ素子（メモリー・セル面積が４０nm世代のＤＲＡＭで、Ｆは設計ルール）は、セル領域で活性領域がマトリックス状に配列される。特に、活性領域が四角形(より具体的に正方形)で形成される。一方、素子の集積度が高くなるにつれて４Ｆ２ＤＲＡＭ素子において活性領域のサイズや間隔は、露光装備の解像度(resolution)の限界以下のピッチを有する。これにより、活性領域を定義するためのフォトレジストパターン形成時にフォトレジスト膜に対する露光工程を２回に渡って行わなければならない。これにより、工程単価が高くなり、解像度の尺度であるｋ１を０．２０以下に減少させ難い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が提示する半導体素子のハードマスクパターン形成方法は、平面上で垂直方向と水平方向にライン状のパターニング工程のみを行って露光装備の解像度以下に稠密に配列された活性領域を定義するためのハードマスク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】
【０００５】
本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法は、半導体基板上にハードマスク膜を形成する段階と、ハードマスク膜上に第１のエッチングマスクパターンを形成する段階と、第１のエッチングマスクパターンと交差する第１のパターンと第１のエッチングマスクパターン間に位置する第２のパターンを含む第２のエッチングマスクパターンを形成する段階と、第１のパターン間に第３のエッチングマスクパターンを形成する段階と、第１のパターンと第１のエッチングマスクパターンが交差する領域に第１のエッチングマスクパターンが残留し、第１のパターンと第２のパターンが交差する領域に第２のパターンが残留するように第１のエッチング工程を行う段階、及び残留する第１のエッチングマスクパターン及び第２のパターンをエッチングマスクとして用いる第２のエッチング工程でハードマスク膜をパターニングしてハードマスクパターンを形成する段階を含む。
【０００６】
上記において、第１〜第３のエッチングマスクパターンは同一の物質で形成されることが望ましく、Ｓｉ含有ＢＡＲＣ（Bottom Anti Reflective Coating; 下部反射防止）膜で形成することができる。第１〜第３のエッチングマスクパターンは互いに異なる層に形成され、第２のエッチングマスクパターンの第１のパターン及び第２のパターンも互いに異なる層に形成される。
【０００７】
第２のエッチングマスクパターンを形成する段階は、第１のエッチングマスクパターンによる段差が維持された厚さで第１の補助膜を形成する段階と、段差により発生した第１の補助膜の間の空間が満たされるように第１の補助膜上にエッチングマスク膜を形成する段階、及びエッチングマスク膜が第１の補助膜の間の空間に残留して第１の補助膜上で第２のエッチングマスク膜が第１のハードマスクパターンと交差する方向に残留するようにパターニング工程を行って第１及び第２のパターンを形成する段階を含む。第１の補助膜はカーボンポリマーで形成される。エッチングマスク膜上に反射防止膜がさらに形成されることができる。第１の補助膜の膜厚により第１のエッチングマスクパターンと第２のパターンの間隔が決定される。
【０００８】
第３のエッチングマスクパターンを形成する段階は、第２のエッチングマスクパターンによる段差が維持された厚さで第２の補助膜を形成する段階と、段差により発生した第２の補助膜の間の空間が満たされるように第２の補助膜上にエッチングマスク膜を形成する段階、及びエッチングマスク膜が第２の補助膜の間の空間に残留するようにパターニング工程を行って第３のハードマスクパターンを形成する段階を含む。第２の補助膜はカーボンポリマーで形成することができる。第２の補助膜の膜厚により第１のパターンと第３のハードマスクパターンの間隔が決定される。
【０００９】
ハードマスクパターンが残留する領域が活性領域で定義できる。この場合、第１のエッチングマスクパターンは、活性領域のうち、奇数番目または偶数番目の行または列に位置する活性領域上に平行に形成される。
【００１０】
第１のエッチングマスクパターンのピッチが活性領域のピッチの２倍となり、第１のパターンのピッチが活性領域のピッチの２倍となり、第２のパターンのピッチが活性領域のピッチの２倍となり、第３のハードマスクパターンのピッチが活性領域のピッチの２倍となり得る。第１〜第３のエッチングマスクパターンは、同一のチャンバ内でイン−サイチュ方式で形成されることができる。
【００１１】
第１のエッチング工程により第３のエッチングマスクパターンと第１のパターンが除去される。
【発明の効果】
【００１２】
従来は、マトリックス状に配列される活性領域を定義するために奇数番目の行と奇数番目の列に位置する活性領域を定義するための第１のマスクと偶数番目の行と偶数番目の列に位置する活性領域を定義するための第２のマスクを用いて露光工程を行った。これにより、二つのマスクを用いるため、整列誤差に問題が発生することがある。しかし、本発明では垂直方向と水平方向のパターニング工程で活性領域を定義するためのハードマスクパターンを形成するために整列誤差に関する問題を解決することができる。
【００１３】
また、ＤＲＡＭにおいてコンタクトアレイをＤＥＥＴ(Double Expose & Etch Tech)で具現するためには、チェックボード(Check board)の形態でマスクを２枚に分離しなければならない。チェックボードタイプのコンタクトアレイを露光装備でデファイン(define)するためには、２次元で対称である形態の照明(Illumination)を適用しなければならないため、解像度が落ちる。これにより、ＤＥＥＴで具現することができるｋ１は０．２０以上である。しかし、本発明では、ライン状を露光装備でデファイン(define)するため、双極子(dipole)のような強い照明を適用してｋ１を０．１４まで具現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。しかし、本発明は、以下に開示され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ことができ、本発明の範囲が以下に詳述する実施例により限定されるものではない。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。
【００１５】
一方、ある膜が他の膜または半導体基板の‘上’にあると記載される場合に、上記ある膜は上記他の膜または半導体基板に直接接触して存在することができ、またはその間に第３の膜が介在されることもできる。また、図面において各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張された。図面上において同一符号は同一の要素を指す。
【００１６】
図１〜図12は、本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【００１７】
図１を参照すれば、半導体基板101上にハードマスク膜103を形成する。ここで、ハードマスク膜103は窒化膜で形成される酸化膜及び窒化膜の積層構造で形成できる。ハードマスク膜103に活性領域を定義するためのパターニング工程時にエッチングマスクとして用いるため、ハードマスク膜103上に第１のエッチングマスク膜105、第２のエッチングマスク膜107及び第１の反射防止膜109を順次形成する。第１の反射防止膜109上には第１のフォトレジストパターン111が形成される。
【００１８】
上記において、活性領域がマトリックス状に配列され、このような活性領域を定義するためのハードマスクパターンを形成する場合を例として説明する。即ち、マトリクス状にハードマスクパターンが形成される場合を例として説明する。マトリックス状のハードマスクパターンは、４Ｆ２ＤＲＡＭ製造工程で活性領域を定義するために用いられ、この場合、ハードマスクパターンは素子分離領域の半導体基板をエッチングするためのエッチング工程時に素子分離マスクとして用いられる。
【００１９】
一方、第１のエッチングマスク膜105はＳＯＣ(Spin On Carbon)膜で形成し、第２のエッチングマスク膜107はＳｉ含有ＢＡＲＣ(Bottom Anti Reflection Coating)膜で形成し、第１の反射防止膜109はカーボン(Carbon)で形成することができる。第１の反射防止膜109は第１のフォトレジストパターン111を形成する過程で乱反射による露光特性が低下するのを防止する役割をする。第２のエッチングマスク膜107が乱反射防止機能も行うことができる場合、第１の反射防止膜109は省略可能である。
【００２０】
第１のフォトレジストパターン111は、一方向に平行に形成される。具体的に例を挙げて説明すれば、４Ｆ２ＤＲＡＭ素子の場合、奇数番目(または偶数番目)の行(または列)に位置する活性領域(Active Region; ＡＲ)上に一方向に平行に形成される。第１のフォトレジストパターン111のパターン間のピッチP2は、活性領域AR間のピッチP1の２倍となる。
【００２１】
図２を参照すれば、第１のフォトレジストパターン111を用いたエッチング工程で第１の反射防止膜109及び第２のエッチングマスク膜107をパターニングして第２のエッチングマスクパターン107を形成する。第１のフォトレジストパターン111の形態によって、第２のエッチングマスクパターン107も奇数番目(または偶数番目)の行(または列)の活性領域AR上から一方向に平行にパターニングされ、第２のエッチングマスクパターン107のピッチP2は、活性領域ARのピッチの２倍となる。第２のエッチングマスクパターン107の間には第１のエッチングマスク膜105の一部が露出される。その後、第１のフォトレジストパターン111は除去される。
【００２２】
図３を参照すれば、第１のエッチングマスク膜105の露出された領域を含む半導体基板101上に第１の補助膜113を形成する。第１の補助膜113はカーボンポリマーで形成することが望ましい。
【００２３】
第１の補助膜113は、第２のエッチングマスクパターン107により発生した段差が維持される程度の厚さで形成する。特に、第２のエッチングマスクパターン107の側壁に形成される第１の補助膜113の厚さは、後続工程で活性領域の一方向の間隔を決定するため、活性領域の一方向の間隔によって第１の補助膜113の厚さを調節することが望ましい。第１の補助膜113が段差が維持される程度の厚さで形成されることにより、第２のエッチングマスクパターン107間の第１の補助膜113には活性領域ARの幅に対応するトレンチのような段差が発生する。即ち、第１の補助膜113の対向する側壁の距離D1が活性領域の幅になる。即ち、第１の補助膜113の膜厚により第１のエッチングマスクパターン105と第２のパターン115bの間隔が決定される。
【００２４】
図４を参照すれば、第１の補助膜113間の空間が満たされるように第１の補助膜113を含む半導体基板101上に第３のエッチングマスク膜115を形成する。第３のエッチングマスク膜115上には第２の反射防止膜117を形成する。第２の反射防止膜117上には第２のフォトレジストパターン119を形成する。
【００２５】
第３のエッチングマスク膜115は、後続工程を容易にするために、第２のハードマスクパターン107と同一の物質で形成することが望ましい。即ち、第３のエッチングマスク膜115は、Ｓｉ含有ＢＡＲＣ膜で形成することができる。図１で説明した通り、第３のエッチングマスク膜115が第２のフォトレジストパターン119を形成するための露光工程時に乱反射防止機能を行うことができる場合、第２の反射防止膜117は省略可能である。
【００２６】
第２のフォトレジストパターン119は、第１のフォトレジストパターン(図１の111)と交差する方向に平行に形成される。具体的に例を挙げて説明すれば、４Ｆ２ＤＲＡＭ素子の場合、第２のフォトレジストパターン119は、活性領域AR間で第１のフォトレジストパターン(図１の111)と交差する方向に平行に形成される。第２のフォトレジストパターン119のパターン間のピッチP3は、活性領域AR間のピッチP1の２倍となる。
【００２７】
図５を参照すれば、第２のフォトレジストパターン119を用いたエッチング工程で第２の反射防止膜117及び第３のエッチングマスク膜115をパターニングして第３のエッチングマスクパターン115a，115bを形成する。その後、第２のフォトレジストパターン119は除去される。
【００２８】
第３のエッチングマスクパターン115a，115bは、第１の補助膜113上に第２のエッチングマスクパターン107と交差する方向に平行に形成される第１のパターン115aと第２のエッチングマスクパターン107間の第１の補助膜113上に第２のエッチングマスクパターン107と平行に形成される第２のパターン115bを含む。この時、第１の補助膜113の厚さにより第２のエッチングマスクパターン107と第２のパターン115bの間隔が決定される。
【００２９】
即ち、第１のエッチングマスクパターン105と交差する第１のパターン115aと第１のエッチングマスクパターン105間に位置する第２のパターン115bを含む第２のエッチングマスクパターン107を形成し、第１のパターン115a間に第３のエッチングマスクパターン115a，115bを形成するものである。
【００３０】
具体的に説明すれば、第２のフォトレジストパターン119の形態により、コンタクト領域CA間の第１の補助膜113上で第３のエッチングマスク膜115は第２のエッチングマスクパターン107と交差する方向に平行にパターニングされて第１のパターン115aで形成され、第１の補助膜113上で第１のパターン115aのピッチは活性領域ARのピッチの２倍となる。また、第３のエッチングマスク膜115は、第２のエッチングマスクパターン107間の第１の補助膜113に発生した段差部位にも残留して第２のパターン115bになる。第２のパターン115bは第１の補助膜113に発生した段差部位に自動整列されて形成され、露光マスクを用いないため、整列誤差が発生せず、第２のパターン115bと第２のエッチングマスクパターン107の間隔は第１の補助膜113の厚さにより自動的に決定される。
【００３１】
これにより、第３のエッチングマスクパターン115a，115bは、第１及び第２のパターン115a，115bを含み、第１の補助膜113を四角形の形態で露出させる。第１の補助膜113が露出される一つの四角形の領域ごとに４つの活性領域ARが含まれ、４つの活性領域ARは四角形の領域の四つの片隅にそれぞれ位置する。
【００３２】
図６を参照すれば、第３のエッチングマスクパターン115a，115bを含む半導体基板101上に第２の補助膜121を形成する。第２の補助膜121は、第１の補助膜113と同一の物質、即ち、カーボンポリマーで形成することが望ましい。
【００３３】
第２の補助膜121は、第３のエッチングマスクパターンの第１のパターン115aにより発生した段差が維持される程度の厚さで形成する。特に、第３のエッチングマスクパターンのうち、第１のパターン115aの側壁に形成される第２の補助膜121の厚さは後続工程で活性領域の他方向の間隔を決定するため、活性領域の他方向の間隔により第２の補助膜121の厚さを調節することが望ましい。第２の補助膜121が段差が維持される程度の厚さで形成されることにより、第３のエッチングマスクパターンのうち、第１のパターン115a間の第２の補助膜121には活性領域ARの幅に対応するトレンチのような段差が発生する。即ち、第２の補助膜121の対向する側壁の距離(D2)が活性領域の幅となる。
【００３４】
図７を参照すれば、第２の補助膜121に発生した段差が完全に満たされるように第２の補助膜121を含む半導体基板101上に第４のエッチングマスク膜123を形成する。第４のエッチングマスク膜123は、後続工程が容易になるように、第３のエッチングマスク膜115または第２のエッチングマスク膜107と同一の物質、即ち、Ｓｉ含有ＢＡＲＣ膜で形成することが望ましい。
【００３５】
図８を参照すれば、第４のエッチングマスク膜が第２の補助膜121に発生した段差部にのみ残留するようにエッチング工程を実施して第４のエッチングマスクパターン123を形成する。第４のエッチングマスクパターン123は、第２の補助膜121により第３のエッチングマスクパターン115a，115bと互いに異なる層に形成されながら、第３のエッチングマスクパターンのうち、第１のパターン115a間に第１のパターン115aと平行な方向に形成される。第４のエッチングマスクパターン123のパターン間のピッチP4は活性領域AR間のピッチP1の２倍となる。一方、第２の補助膜121の厚さにより第４のエッチングマスクパターン123と第３のエッチングマスクパターンのうち、第１のパターン115aの間隔が決定される。
【００３６】
エッチング工程は、第２の補助膜121が露出されるまで化学的機械的研磨工程を行う方式で進行することができる。また、エッチング工程はエッチバック工程のような全面エッチング方式で行える。
【００３７】
図９を参照すれば、第１の補助膜113及び第２の補助膜121が第２〜第４のハードマスクパターン107, 115a, 115b，123の下部にのみそれぞれ残留するように第１の補助膜113及び第２の補助膜121をエッチングする。第１の補助膜113及び第２の補助膜121が除去されながら露出される第１のエッチングマスク膜105もエッチングして第１のエッチングマスクパターン105を形成する。これにより、第１のエッチングマスクパターン105間にはハードマスク膜103が露出される。
【００３８】
図10を参照すれば、第１の補助膜113の下部の第２のエッチングマスクパターン107が露出される時点までエッチバック工程を行う。エッチバック工程により第４のエッチングマスクパターン123と第３のエッチングマスクパターンのうち、第１のパターン115aは全て除去される。第３のエッチングマスクパターンのうち、第２のパターン115bは第１のパターン115aよりも低い層に形成されるため、第１のパターン115aが除去されても第２のパターン115bの一部は残留する。
【００３９】
より具体的に説明すれば、エッチバック工程により第４のエッチングマスクパターン123と第２のエッチングマスクパターン107に交差する領域にのみ第２のエッチングマスクパターン107が残留し、第３のエッチングマスクパターンの第１のパターン115a及び第２のパターン115bが交差する領域にのみ第２のパターン115bが残留する。その結果、第３のエッチングマスクパターンのうち、第２のパターン115bと第２のエッチングマスクパターン107はマトリックス状にそれぞれ隔離されて残留し、活性領域ARにのみそれぞれ残留する。一方、第３のエッチングマスクパターンのうち、第２のパターン115bと第２のエッチングマスクパターン107間には第１の補助膜113の一部が残留する。
【００４０】
図11を参照すれば、第２のエッチングマスクパターン107及び第２のパターン115bをエッチングマスクとして用いるエッチング工程でこれらパターン107，115b間の第１の補助膜113と第１のエッチングマスク膜105をエッチングする。エッチング工程により、第１のエッチングマスク膜105は活性領域ARにのみ残留する第１のエッチングマスクパターン105になる。従って、第１のエッチングマスクパターン105間の空間は素子分離領域になり、第１のエッチングマスクパターン105間でハードマスク膜103が露出される。
【００４１】
図12を参照すれば、ハードマスク膜103の露出された領域をエッチング工程で除去する。これにより、半導体基板101の素子分離領域が露出される。以下、図面では示されていないが、露出された半導体基板101の素子分離領域をエッチングしてトレンチを形成し、トレンチを絶縁物質で満たして素子分離膜を形成する。
【００４２】
上記において、カーボンポリマーを含む補助膜113, 121、Ｓｉ含有ＢＡＲＣ膜を含むエッチングマスク膜105, 107, 115, 123及び反射防止膜109, 117の形成工程やこれらのエッチング工程は同一のチャンバ内で真空の破壊なく連続的に行うイン−サイチュ(In-situ)方式で進行することができる。
【００４３】
一方、上記では第１のエッチングマスク膜105を形成する場合を例として説明したが、第１のエッチングマスク膜105を省略し、第２のエッチングマスクパターン107及び第２のパターン115bを用いたエッチング工程でハードマスク膜103をパターニングすることができる。
【００４４】
上記構造からなるエッチングマスクパターン107, 115a, 115b，123を形成するために用いられる第１及び第２のフォトレジストパターン111，119は、垂直方向と水平方向のライン状がそれぞれ定義された第１及び第２の露光マスクを用いた第１及び第２の露光工程によりそれぞれ形成される。この時、パターンのピッチは露光マスクに遮光パターン(または透光パターン)の形態で定義されるため、整列誤差が発生してもハードマスクパターンのピッチに対する誤差は発生しない。このような理由により、水平または垂直に対する整列誤差が発生しても活性領域のサイズは変わらない。その結果、整列誤差に関する問題を解決することができる。
【００４５】
一方、ハードマスクパターン107, 115a, 115b，123を透明なＳｉ含有ＢＡＲＣ膜で形成することにより、マスク整列に用いられるオーバーレイバーニアを露出させるためのキーマスクオープン工程を省略することができる。即ち、工程段階を簡素化することができる。それだけでなく、Ｓｉ含有ＢＡＲＣ膜はスピンオン方式で形成されるため、第１及び第２の補助膜間の空間に第２及び第３のハードマスクパターン115a, 115b，123を容易に形成することができる長所がある。特に、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition；化学的気相成長）法やＰＶＤ（Physical Vapor Deposition；物理気相成長）法に比べてスピンオン方式は低温(例えば、常温)で実施されるため、ハードマスクパターンを形成する過程で既に形成された下部要素に熱の負担が加えられるのを最小化することができる。
【００４６】
ハードマスクパターン107, 115a, 115b，123をＳｉ含有ＢＡＲＣ膜で形成し、補助膜113，121をカーボンポリマーで形成する場合、いずれもカーボン成分を含む。この時、補助膜113，121をＯ２プラズマエッチング工程で除去すれば、Ｏ２の成分がハードマスクパターンのＳｉと反応してＳｉＯ２が形成されながらエッチングバリアの役割をする。従って、ハードマスクパターンと補助膜のエッチング選択比が大きくなる。
【００４７】
上記で説明したハードマスクパターン形成方法は、活性領域を定義するための工程だけでなく、それ以外にマトリックス状のハードマスクパターンが要求される如何なる工程にも適用できることは当然である。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の活用例として、半導体素子のハードマスクパターン及びその形成方法に適用出来、マトリックス状に配列された多数の活性領域を定義するための半導体素子のハードマスクパターン形成方法に適用出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図２】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図３】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図４】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図５】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図６】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図７】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図８】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図９】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図１０】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図１１】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【図１２】本発明の実施例による半導体素子のハードマスクパターン形成方法を説明するための図面である。
【符号の説明】
【００５０】
101…半導体基板  
103…ハードマスク膜
105…第１のエッチングマスク膜
107…第２のエッチングマスク膜
109…第１の反射防止膜
111…第１のフォトレジストパターン
113…第１の補助膜  
115…第３のエッチングマスク膜
117…第２の反射防止膜
119…第２のフォトレジストパターン
121…第２の補助膜  
123…第４のエッチングマスク膜
AR…活性領域
P1…活性領域間のピッチ
P2…第２のエッチングマスクパターンのピッチ
P3…第３のエッチングマスクパターンのピッチ
P4…第４のエッチングマスクパターンのピッチ
【図１】
2009135407.tif 000003
【図２】
2009135407.tif 000004
【図３】
2009135407.tif 000005
【図４】
2009135407.tif 000006
【図５】
2009135407.tif 000007
【図６】
2009135407.tif 000008
【図７】
2009135407.tif 000009
【図８】
2009135407.tif 000010
【図９】
2009135407.tif 000011
【図１０】
2009135407.tif 000012
【図１１】
2009135407.tif 000013
【図１２】
2009135407.tif 000014