(57)【要約】【課題】露光装備の解像度以下に稠密に配列されたマトリックス状の目標パターン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。【解決手段】半導体基板上に目標パターンの第１のピッチより2倍大きい第２のピッチを有する第１のエッチングマスクパターンを列方向に形成する段階と、第１のエッチングマスクパターンの表面を含む半導体基板上に補助膜を形成する段階と、補助膜を含む半導体基板上にエッチングマスク膜を形成する段階と、エッチングマスク膜、補助膜及び第１のエッチングマスクパターンを行方向に隔離させ、エッチングマスク膜を第１のエッチングマスクパターン間に残留させて第２のピッチを有する第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階、及び第１及び第２のエッチングマスクパターン間の補助膜を除去する段階を含む。【選択図】図６
2009158913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に目標パターンの第１のピッチより２倍大きい第２のピッチを有する第１のエッチングマスクパターンを列方向に形成する段階;
前記第１のエッチングマスクパターンの表面を含む前記半導体基板上に補助膜を形成する段階;
前記補助膜を含む前記半導体基板上にエッチングマスク膜を形成する段階;
前記エッチングマスク膜、前記補助膜、前記第１のエッチングマスクパターンを行方向に隔離させ、前記エッチングマスク膜を前記第１のエッチングマスクパターン間に残留させて前記第２のピッチを有する第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階;及び
前記第１及び第２のエッチングマスクパターン間の前記補助膜を除去する段階を含む半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項２】
半導体基板上に第１のエッチングマスクパターンを形成する段階;
前記第１のエッチングマスクパターンの表面を含む前記半導体基板上に補助膜を形成する段階;
前記補助膜を含む前記半導体基板上にエッチングマスク膜を形成する段階;
前記エッチングマスク膜、前記補助膜、前記第１のエッチングマスクパターンを前記第１のエッチングマスクパターンと交差する方向に隔離させ、前記エッチングマスク膜を前記第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成された補助膜の間の空間に残留させて第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階;及び
前記第１及び第２のエッチングマスクパターン間の前記補助膜を除去する段階を含む半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項３】
半導体基板上に列方向に第１のエッチングマスクパターンを形成する段階;
前記第１のエッチングマスクパターンの表面を含む前記半導体基板上に補助膜を形成する段階;
前記補助膜を含む前記半導体基板上にエッチングマスク膜を形成する段階;
前記エッチングマスク膜、前記補助膜及び前記第１のエッチングマスクパターンを行方向に隔離させ、前記エッチングマスク膜を隔離された第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成された補助膜の間の空間に残留させて第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階;及び
前記第１及び第２のエッチングマスクパターン間の前記補助膜を除去する段階を含む半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項４】
半導体基板上にハードマスク膜及び第１のエッチングマスク膜を形成する段階;
前記第１のエッチングマスク膜をパターニングして列方向に第１のエッチングマスクパターンを形成する段階;
前記第１のエッチングマスクパターンの表面を含む前記ハードマスク上に補助膜を形成する段階;
前記補助膜を含む前記半導体基板上に第２のエッチングマスク膜を形成する段階;
前記第２のエッチングマスク膜、前記補助膜及び前記第１のエッチングマスクパターンを行方向に隔離させ、前記第２のエッチングマスク膜を前記第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成された補助膜の間の空間に残留させて第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階;
前記第１及び第２のエッチングマスクパターン間の前記補助膜を除去する段階;及び
前記第１及び第２のエッチングマスクパターンを用いたエッチング工程で前記ハードマスク膜をエッチングしてハードマスク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。
【請求項５】
前記第１のエッチングマスクパターンのピッチと前記第２のエッチングマスクパターンのピッチが目標パターンのピッチより２倍大きい請求項２乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項６】
前記第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成される前記補助膜の膜厚により前記第１及び第２のエッチングマスクパターンの間隔が決定される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項７】
前記第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成される前記補助膜の膜厚が活性領域の行方向の間隔に対応する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項８】
前記第１及び第２のエッチングマスクパターンの幅が活性領域の単方向の幅に対応する請求項１乃至４のいずれか１項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１のエッチングマスクパターンが隔離される間隔が活性領域の列方向の間隔に対応する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１０】
前記エッチング工程により隔離された前記第１のエッチングマスクパターンの長さが活性領域の長方向の長さに対応する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１１】
前記エッチング工程により隔離された前記第１のエッチングマスクパターンの長さが幅の２倍である請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１２】
前記第１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膜上にフォトレジストパターンを形成する段階;
前記フォトレジストパターンを用いたエッチング工程で前記第１のエッチングマスク膜をエッチングして前記第１のエッチングマスクパターンを形成する段階;及び
前記フォトレジストパターンが除去されるように前記ハードマスク膜をさらにエッチングする段階を含む請求項４に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１３】
前記エッチング工程を行う段階は、
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前記エッチングマスク膜及び前記補助膜が隔離されるように前記エッチングマスク膜及び前記補助膜をエッチングする段階;及び
前記補助膜間に露出された前記第１のエッチングマスクパターンをエッチングし、隔離された前記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の側壁に形成された補助膜間に残留するように前記エッチングマスク膜をエッチングして前記第２のエッチングマスクパターンを形成する段階を含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１４】
前記エッチング工程を行う段階は、
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前記第２のエッチングマスク膜及び前記補助膜が隔離されるように前記第２のエッチングマスク膜及び前記補助膜をエッチングする段階;及び
前記補助膜間に露出された前記第１のエッチングマスクパターンをエッチングし、隔離された前記第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の側壁に形成された補助膜間に残留するように前記第２のエッチングマスク膜をエッチングして前記第２のエッチングマスクパターンを形成する段階を含む請求項４に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１５】
前記第１及び第２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請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１６】
前記第１のエッチングマスクパターンは、Si含有Barc膜で形成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１７】
前記第２のエッチングマスクパターンは、Si含有Barc膜で形成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１８】
前記補助膜は、カーボンポリマー膜で形成される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項１９】
前記補助膜は、O２プラズマを用いるエッチング工程で除去される請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体素子の微細パターン形成方法。
【請求項２０】
前記ハードマスク膜がカーボン膜で形成される請求項４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ものであり、マトリックス状に配列された目標パターンを定義するための半導体素子の微細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、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、メモリセルアレイの配列に従って様々に区分されるが、6F2 DRAM素子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、活性領域が長方形で形成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一方、素子の集積度が高くなるにつれて6F2 DRAM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ようになる。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。
【０００５】
本発明が提示する半導体素子の微細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マトリックス状の目標パターン(例えば、DRAMの活性領域)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】
【０００６】
本発明の第１の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法は、半導体基板上に目標パターンの第１のピッチより2倍大きい第２のピッチを有する第１のエッチングマスクパターンを列方向に形成する段階と、第１のエッチングマスクパターンの表面を含む半導体基板上に補助膜を形成する段階と、補助膜を含む半導体基板上にエッチングマスク膜を形成する段階と、エッチングマスク膜、補助膜及び第１のエッチングマスクパターンを行方向に隔離させ、エッチングマスク膜を第１のエッチングマスクパターン間に残留させて第２のピッチを有する第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階、及び第１及び第２のエッチングマスクパターン間の補助膜を除去する段階を含む。
【０００７】
本発明の第２の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法は、半導体基板上に第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の表面を含む半導体基板上に補助膜を形成する段階と、補助膜を含む半導体基板上にエッチングマスク膜を形成する段階と、エッチングマスク膜、補助膜及び第１のエッチングマスクパターンを第１のエッチングマスクパターンと交差する方向に隔離させ、エッチングマスク膜を第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成された補助膜の間の空間に残留させて第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階、及び第１及び第２のエッチングマスクパターン間の補助膜を除去する段階を含む。
【０００８】
本発明の第３の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法は、半導体基板上に列方向に第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の表面を含む半導体基板上に補助膜を形成する段階と、補助膜を含む半導体基板上にエッチングマスク膜を形成する段階と、エッチングマスク膜、補助膜及び第１のエッチングマスクパターンを行方向に隔離させ、エッチングマスク膜を隔離された第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成された補助膜の間の空間に残留させて第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階、及び第１及び第２のエッチングマスクパターン間の補助膜を除去する段階を含む。
【０００９】
本発明の第４の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法は、半導体基板上にハードマスク膜及び第１のエッチングマスク膜を形成する段階と、第１のエッチングマスク膜をパターニングして列方向に第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の表面を含むハードマスク上に補助膜を形成する段階と、補助膜を含む半導体基板上に第２のエッチングマスク膜を形成する段階と、第２のエッチングマスク膜、補助膜及び第１のエッチングマスクパターンを行方向に隔離させ、第２のエッチングマスク膜を第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成された補助膜の間の空間に残留させて第２のエッチングマスクパターンが形成されるようにエッチング工程を行う段階、第１及び第２のエッチングマスクパターン間の補助膜を除去する段階、及び第１及び第２のエッチングマスクパターンを用いたエッチング工程でハードマスク膜をエッチングしてハードマスクパターンを形成する段階を含む。
【００１０】
上記実施例において、第１のエッチングマスクパターンのピッチと第２のエッチングマスクパターンのピッチが目標パターンのピッチより2倍大きい。第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成される補助膜の膜厚により第１及び第２のエッチングマスクパターンの間隔が決定される。第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成される補助膜の膜厚が活性領域の行方向の間隔に対応する。第１及び第２のエッチングマスクパターンの幅が活性領域の単方向の幅に対応する。第１のエッチングマスクパターンが隔離される間隔が活性領域の列方向の間隔に対応する。エッチング工程により隔離された第１のエッチングマスクパターンの長さが活性領域の長方向の長さに対応する。エッチング工程により隔離された第１のエッチングマスクパターンの長さが幅の2倍になり得る。
【００１１】
上記実施例において、第１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膜上にフォトレジストパターンを形成する段階と、フォトレジストパターンを用いたエッチング工程で第１のエッチングマスク膜をエッチングして第１のエッチングマスクパターンを形成する段階、及びフォトレジストパターンが除去されるようにハードマスク膜をさらにエッチングする段階を含む。
【００１２】
上記実施例において、エッチング工程を行う段階は、第１のエッチングマスクパターンと交差する方向にエッチングマスク膜及び補助膜が隔離されるようにエッチングマスク膜及び補助膜をエッチングする段階、及び補助膜間に露出された第１のエッチングマスクパターンをエッチングし、隔離されたエッチングマスク膜が第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成された補助膜間に残留するようにエッチングマスク膜をエッチングして第２のエッチングマスクパターンを形成する段階を含む。
【００１３】
上記実施例において、エッチング工程を行う段階は、第１のエッチングマスクパターンと交差する方向に第２のエッチングマスク膜及び補助膜が隔離されるように第２のエッチングマスク膜及び補助膜をエッチングする段階、及び補助膜間に露出された第１のエッチングマスクパターンをエッチングし、隔離された第２のエッチングマスク膜が第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成された補助膜間に残留するように第２のエッチングマスク膜をエッチングして第２のエッチングマスクパターンを形成する段階を含む。
【００１４】
上記実施例において、第１及び第２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膜で形成することができる。補助膜はカーボンポリマー膜で形成することが望ましく、補助膜はO2プラズマを用いるエッチング工程で除去することができる。ハードマスク膜はカーボン膜で形成することができる。
【発明の効果】
【００１５】
上述したように、本発明による効果は、次の通りである。
【００１６】
第１に、第１のエッチングマスクパターンを形成するために実施される露光工程時に目標パターンより2倍大きいピッチを有するフォトレジストパターンを形成するため、露光装備の解像度より微細なパターンを形成することができる。
【００１７】
第２に、第１のエッチングマスクパターン間に第２のエッチングマスクパターンを自動整列方式で形成することにより、整列誤差が発生するのを防止することができる。
【００１８】
第３に、第１及び第２のエッチングマスクパターンの間隔を第１のエッチングマスクパターンの側壁に形成される補助膜の膜厚で制御することができる。従って、第１及び第２のエッチングマスクパターンの間隔をより正確に制御することができる。
【００１９】
第４に、第１のエッチングマスクパターン、補助膜及び第２のエッチングマスクパターンをSi含有Barc膜やカーボンポリマー膜のように透明な膜で形成する場合、後続の露光工程時にオーバーレイバーニアのような整列キーを露出させるためのキーオープン工程を省略することができる。
【００２０】
第５に、Si含有Barc膜のエッチング工程とカーボンポリマー膜の蒸着工程を同一の装備内で真空状態を維持すれば、連続的なイン-サイチュ(In-situ)方式で行うことができるため、工程条件を安定的に維持することができ、工程時間を減らすことができる。
【００２１】
第６に、Si含有Barc膜をスピンコーティング方式で形成すれば、埋め込み特性が向上するため、アスペクト比が大きい微細パターン間の空間にもボイドなくSi含有Barc膜を容易に形成することができる。
【００２２】
第７に、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2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、パターニング工程が水平方向と垂直方向に一回ずつ進行されるため、整列誤差が発生しても目標パターン(活性領域)の幅と間隔を正確に制御することができる。即ち、整列誤差によるパターン不良を防止することができる。
【００２３】
第８に、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】
【００２４】
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ることができ、本発明の範囲が次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。
【００２５】
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、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ができる。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。
【００２６】
図１乃至図６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。
【００２７】
図１を参照すれば、半導体基板101上にハードマスク膜103、第１のエッチングマスク膜105、第１の反射防止膜107及び第１のフォトレジストパターン109を形成する。ハードマスク膜103を形成する前に酸化膜のようなバッファ膜をさらに形成することができる。ここで、ハードマスク膜103はカーボン膜で形成することが望ましく、カーボン膜はスピンコーティング方式を適用して形成することができる。第１のエッチングマスク膜105は、Si含有Barc(Bottom anti reflection coating)膜で形成することが望ましい。第１の反射防止膜107は、第１のフォトレジストパターン109を形成するための露光工程時に乱反射を抑制するために形成される。第１のエッチングマスク膜105が反射防止機能を行うことができれば、第１の反射防止膜107は省略可能である。
【００２８】
上記において、長方形の目標パターンがマトリックス状に配列され、このような目標パターン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、マトリクス状に配列された長方形の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、6F2 DRAMの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。
【００２９】
活性領域(Active Region; AR)は、マトリックス状に配列され、長方形で定義される。活性領域ARの長方向の長さLは、単方向の幅Wより長く、2倍になり得る。第１のフォトレジストパターン109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、6F2 DRAM素子の場合、奇数番目(または偶数番目)の列に位置する活性領域AR上に活性領域ARの長方向と平行な方向に形成される。従って、第１のフォトレジストパターン109のピッチP2は、活性領域ARの行方向のピッチP1の2倍となる。また、第１のフォトレジストパターン109の幅が活性領域ARの幅を決定する。
【００３０】
図２を参照すれば、第１のフォトレジストパターン109を用いたエッチング工程で第１の反射防止膜107及び第１のエッチングマスク膜105をパターニングして第１のエッチングマスクパターン105ａを形成する。第１のフォトレジストパターン109の形態により、第１のエッチングマスクパターン105ａ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１のエッチングマスクパターン105ａのピッチP2は活性領域ARのピッチの2倍となる。また、第１のエッチングマスクパターン105ａの幅は活性領域ARの幅を決定する。
【００３１】
一方、第１のエッチングマスクパターン105ａを形成した後、第１のフォトレジストパターン109及び第１の反射防止膜107を残留させた状態で後続工程を進行することができるが、後続の熱工程により第１のフォトレジストパターン109及び第１の反射防止膜107が変性されてパターンが崩壊することがある。従って、第１のフォトレジストパターン109及び第１の反射防止膜107を除去することが望ましい。
【００３２】
第１のフォトレジストパターン109及び第１の反射防止膜107を除去するために追加でエッチング工程を行うことができる。また、第１のエッチングマスク膜105をエッチングして第１のエッチングマスクパターン105ａを形成し、ハードマスク膜103の露出された部分をさらにエッチングすれば、エッチング選択比に差があっても第１のフォトレジストパターン109及び第１の反射防止膜107を共に除去することができる。
【００３３】
後者の場合、第１のエッチングマスクパターン105ａを形成した後、後続工程(例えば、第２のエッチングマスク膜形成工程)を行う前に行うハードベーク工程を省略することができる。また、第１のエッチングマスクパターン105ａを形成するためのエッチング工程と第２のエッチングマスク膜形成工程を同一のチャンバ内で真空状態を維持しながら連続的に行うイン-サイチュ(In-situ)方式で行うことができる。
【００３４】
一方、第１のフォトレジストパターン109または第１の反射防止膜107の一部が残留しても残留する量が少ないため、後続の熱工程によりパターン崩壊が発生するのを防止することができる。
【００３５】
露出されたハードマスク膜103の一部をエッチングすることにより、ハードマスク膜103にはトレンチが形成される。
【００３６】
図３を参照すれば、露出された第１のエッチングマスクパターン105ａの表面を含むハードマスク膜103上に補助膜111を形成する。補助膜111は、カーボンポリマーで形成することが望ましい。
【００３７】
補助膜111は第１のエッチングマスクパターン105ａ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１のエッチングマスクパターン105ａの側壁に形成される補助膜111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り補助膜111の厚さを調節することが望ましい。補助膜111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１のエッチングマスクパターン105ａ間の補助膜111には活性領域ARの幅に対応するトレンチのような凹部111ａが発生する。即ち、補助膜111の凹部に対応するリセスの幅が活性領域の幅となる。
【００３８】
図４を参照すれば、第１のエッチングマスクパターン105ａの側壁に形成された補助膜111間の空間(即ち、リセスまたは凹部)が満たされるように補助膜111を含む半導体基板101上に第２のエッチングマスク膜113を形成する。第２のエッチングマスク膜113上には第２の反射防止膜115を形成する。第２の反射防止膜115上には第２のフォトレジストパターン117を形成する。
【００３９】
第２のエッチングマスク膜113は、後続工程を容易にするために、第１のエッチングマスクパターン105ａと同一の物質で形成することが望ましい。即ち、第２のエッチングマスク膜113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２のエッチングマスク膜113が第２のフォトレジストパターン117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115は省略可能である。
【００４０】
第２のフォトレジストパターン117は、第１のフォトレジストパターン(図１の109)と交差する方向に形成され、第２のフォトレジストパターン117の幅より2倍広い幅で形成される。具体的に例を挙げて説明すれば、6F2 DRAM素子の場合、第２のフォトレジストパターン117は、列方向の活性領域AR上で第１のフォトレジストパターン(図１の109)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117の行方向のピッチは活性領域ARの行方向間のピッチと同一である。また、第２のフォトレジストパターン117の幅Lは、活性領域ARの長方向の長さ(図１のL)に対応する。
【００４１】
図５を参照すれば、第２のフォトレジストパターン117を用いたエッチング工程で第２の反射防止膜115及び第２のエッチングマスク膜113をエッチングする。次いで、第２のフォトレジストパターン117間に露出された補助膜111をエッチングする。補助膜111をエッチングする時、第２のフォトレジストパターン117及び第２の反射防止膜115とのエッチング選択比が同一であるようにエッチング工程の条件を調節することにより、第２のフォトレジストパターン117と第２の反射防止膜115を共に除去することができる。もし、第２のフォトレジストパターン117及び第２の反射防止膜115が残留すけば、追加でエッチング工程を行って第２のフォトレジストパターン117及び第２の反射防止膜115を除去する。これにより、補助膜111は行方向に隔離される。
【００４２】
次いで、第２のフォトレジストパターン117が除去された後、露出された第２のエッチングマスク膜113と補助膜111との間に露出された第１のエッチングマスクパターン105ａをエッチングする。これにより、第１のエッチングマスクパターン105ａは、列方向に隔離される。また、第２のエッチングマスク膜113は、第１のエッチングマスクパターン105ａの側壁に形成された補助膜111間の段差が低い凹部にのみ残留する。これにより、第２のエッチングマスクパターン113ａが第１のエッチングマスクパターン105ａ間に自動整列されて形成される。即ち、第１のエッチングマスクパターン105ａは、奇数番目(または偶数番目)の列の活性領域上にのみ残留し、第２のエッチングマスクパターン113ａは偶数番目(または奇数番目)の列の活性領域上にのみ残留する。
【００４３】
第２のエッチングマスクパターン113ａは、第１のエッチングマスクパターン105ａ間に平行に形成され、第１のエッチングマスクパターン105ａのように、目標パターンのピッチより2倍大きいピッチP3を有する。第２のエッチングマスクパターン113ａの幅Wは活性領域の幅に対応する。
【００４４】
一方、第１のエッチングマスクパターン105ａと第２のエッチングマスクパターン113ａの間隔は、第１のエッチングマスクパターン105ａの側壁に形成された補助膜111の厚さにより自動的に決められる。特に、第１のエッチングマスクパターン105ａの両側壁に形成された補助膜111の厚さが均一であれば、第１のエッチングマスクパターン105ａ間の中央に第２のエッチングマスクパターン113ａが自動整列される。第２のエッチングマスクパターン113ａが形成されることにより、第１のエッチングマスクパターン105ａの側壁及び上部に形成された補助膜111が露出される。
【００４５】
図６を参照すれば、第１のエッチングマスクパターン105ａ及び第２のエッチングマスクパターン113ａ間の補助膜111を除去する。補助膜111は、O2プラズマを用いたエッチング工程で除去することができる。この時、第１のエッチングマスクパターン105ａの上部の補助膜111も共に除去される。補助膜111が除去されることにより、第１及び第２のエッチングマスクパターン105ａ及び113ａ間のハードマスク膜103が露出される。ハードマスク膜103の露出された部分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は、活性領域AR上にのみ残留する。以下、図面には示されていないが、ハードマスクパターン103ａを用いたエッチング工程で半導体基板101をエッチングして素子分離領域にトレンチを形成することができる。
【００４６】
上記では、第１及び第２のエッチングマスクパターン105ａ及び113ａを用いるエッチング工程でハードマスク膜103をパターニングしてハードマスクパターン103ａを形成した後、ハードマスクパターン103ａを用いるエッチング工程で半導体基板101をエッチングした。しかし、ハードマスク膜103を用いずに、第１及び第２のエッチングマスクパターン105ａ及び113ａを用いたエッチング工程で半導体基板101を直接エッチングすることができる。この場合、ハードマスク膜103の形成工程とエッチング工程を省略することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、半導体素子の微細パターン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目標パターンを定義するための半導体素子の微細パターン形成方法に利用する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法を説明するための図。
【図２】本発明の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法を説明するための図。
【図３】本発明の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法を説明するための図。
【図４】本発明の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法を説明するための図。
【図５】本発明の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法を説明するための図。
【図６】本発明の実施例による半導体素子の微細パターン形成方法を説明するための図。
【符号の説明】
【００４９】
101 :半導体基板   
103 :ハードマスク膜
103a :ハードマスクパターン  
105 :第１のエッチングマスク膜
105a :第１のエッチングマスクパターン
107 :第１の反射防止膜
109 :第１のフォトレジストパターン
111 :補助膜
111a :補助膜に発生した凹部、トレンチ
113 :第２のエッチングマスク膜  
113ａ :第２のエッチングマスクパターン
115 :第２の反射防止膜  
117 :第２のフォトレジストパターン
AR :目標パターン領域、活性領域
L :目標パターンの長さ、活性領域の長方向の長さ
W :目標パターンの幅、活性領域の単方向の幅
P1 :目標パターンのピッチ、活性領域のピッチ
P2 :第１のエッチングマスクパターンのピッチ
P3 :第２のエッチングマスクパターンのピッチ
【図１】
2009158913.tif 000003
【図２】
2009158913.tif 000004
【図３】
2009158913.tif 000005
【図４】
2009158913.tif 000006
【図５】
2009158913.tif 000007
【図６】
2009158913.tif 000008