JP2004080033A - シリコン酸化膜を利用した微細パターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 シリコン酸化膜を利用した微細パターン形成方法を提供する。
【解決手段】 微細パターンを形成しようとする物質膜上にフォトレジストパターンを形成する。そして、その上にシリコン酸化膜を蒸着するが、下部のフォトレジストパターンに損傷を加えずにコンフォーマルに薄く形成しなければならない。次に、下部膜に対してドライエッチングを実施するが、初期にはフォトレジストパターンの側壁にスペーサを形成し、次にフォトレジストパターン上にポリマー膜を形成する。本発明によれば、フォトレジストパターンの薄型化現象を防止してエッチングプロファイルを維持でき、パターニングされた物質膜にストリエーションやウィグリングなどの現象が生じることが防止できる。
【選択図】 図１Ｂ
【解決手段】 微細パターンを形成しようとする物質膜上にフォトレジストパターンを形成する。そして、その上にシリコン酸化膜を蒸着するが、下部のフォトレジストパターンに損傷を加えずにコンフォーマルに薄く形成しなければならない。次に、下部膜に対してドライエッチングを実施するが、初期にはフォトレジストパターンの側壁にスペーサを形成し、次にフォトレジストパターン上にポリマー膜を形成する。本発明によれば、フォトレジストパターンの薄型化現象を防止してエッチングプロファイルを維持でき、パターニングされた物質膜にストリエーションやウィグリングなどの現象が生じることが防止できる。
【選択図】 図１Ｂ
Description
本発明は、半導体素子の微細パターン形成方法に係り、より具体的には、薄いシリコン酸化膜をフォトレジスト膜上に形成した後でドライエッチングすることによって微細パターンを形成する方法に関する。
半導体装置の集積度が増加するにつれて、単位セルの面積もまた急速に狭まっている。単位セルの面積縮小は単位セルに具現される個別素子のサイズの縮小を伴う。トランジスタやキャパシタのサイズが小さくなるのと同時に配線の幅、配線と配線との間隔及び上下部素子を電気的に連結するコンタクトのサイズも微細化し続けている。
このように微細化した素子を製造するためには色々な工程条件が備えられなければならない。特に、微細化したパターンを精巧に製造できるためにはそれを裏付けられるフォトリソグラフィ技術が必須である。
まず、素子の微細化でパターンのサイズが小さくなるので、臨界寸法（ＣＤ：ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）の小さいフォトレジストパターンが必要である。そして、エッチング工程、特にドライエッチング工程中に微細なフォトレジストパターンに損傷が生じてはならない。
フォトレジストパターンに生じる損傷には、パターンがの薄型化とパターンに生じる色々な変形が含まれる。パターンが薄くなればエッチングされる膜のパターンプロファイルが劣化され、フォトレジストに発生した変形によってエッチングされる下部膜にストリエーション及び／またはウィグリングなどが発生する問題が生じる。
前記した問題点を解決するための方法では、多層レジスト（ＭＬＲ：Ｍｕｌｔｉ―Ｌａｙｅｒ Ｒｅｓｉｓｔ）を利用する方法（特許文献１参照）またはフォトレジストの表面にポリマーを生成させる方法（特許文献２参照）などが提示されている。しかし、前記した方法らはＣＤがごく小さくなるにつれて適用できなくなり、Ｓｉ−ＣＡＲＬ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ａｍｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔ Ｌｉｎｅｓ）工程を利用する場合には微細なパターン間に過度な不純物が発生して工程の負担を加重させる。
韓国特許出願第１９９８−００３５８３２号公報（李ソンスら発明、三星電子株式会社出願）
韓国特許出願第１９９８−００３９７１２号公報（朴賛同ら発明、現代電子産業株式会社出願）
本発明が解決しようとする技術的課題は、微細化したフォトレジストパターンに損傷が生じることを防止することによって、パターンの薄型化、ストリエーション及び／またはウィグリングなどが発生せずに、一定のパターンプロファイルを有している高集積半導体素子の微細パターンを効率的に形成する方法を提供するところにある。
前記した技術的課題を達成するための本発明による微細パターン形成方法は、フォトレジストパターン上にシリコン酸化膜を薄く形成した後でドライエッチング工程を実施する。
本発明の望ましい実施例によれば、パターンを形成しようとする物質膜上にフォトレジスト膜を形成し、これを露光及び現像してフォトレジストパターンを形成する。次に、その上に前記したフォトレジストパターンに損傷が生じないようにコンフォーマルに（整合的に）第１シリコン酸化膜を薄く形成する。それから、前記した物質膜をドライエッチングすることによって物質膜パターンを形成する。
フォトレジストパターンに損傷が生じないように第１シリコン酸化膜は常温〜４００℃の間の温度で形成するのが望ましく、２００Å以下の厚さに薄く形成するのが望ましい。このような第１シリコン酸化膜は原子層蒸着法（ＡＬＤ）を利用して形成できる。
形成された物質膜パターンはラインタイプパターンであることがあるが、この場合に前記した物質膜パターンはビットラインまたはワードラインのような導電ラインパターンでありうる。前記した導電ラインを形成するための物質膜は第２シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、金属シリサイド膜及び反射防止膜の積層体でありうる。
そして、形成された物質膜パターンはホールタイプパターンでありうる。
本発明の望ましい他の実施例によれば、物質膜上にフォトレジスト膜を形成し、これを露光及び現像してフォトレジストパターンを形成する。次にその上に前記したフォトレジストパターンに損傷が生じないようにコンフォーマルに第１シリコン酸化膜を形成する。それから、前記した物質膜をドライエッチングするが、まずフォトレジストパターンより第１シリコン酸化膜に対してよりエッチングされ易い工程条件でエッチングした後、第１シリコン酸化膜よりフォトレジストパターンに対してよりエッチングされ易い工程条件でエッチングを実施して物質膜パターンを形成する段階を含む。
フォトレジストパターンに損傷が生じないように第１シリコン酸化膜は常温〜４００℃の間の温度で形成するのが望ましく、２００Å以下の厚さに薄く形成するのが望ましい。このような第１シリコン酸化膜はＡＬＤを利用して形成できる。
前記した物質膜パターン形成段階で、第１シリコン酸化膜がよりエッチングされ易い工程条件ではフォトレジストパターンの側壁にシリコン酸化膜でスペーサを形成する段階を含むことができ、フォトレジストパターンがよりエッチングされやすい工程条件ではＣｘＦｙを含むポリマー膜がフォトレジストパターン上部に形成される段階を含むことができる。
このように形成された物質膜パターンはラインタイプパターンでありうるが、この場合に前記した物質膜パターンはビットラインまたはワードラインのような導電ラインパターンでありうる。前記した導電ラインを形成するための物質膜は第２シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、金属シリサイド膜及び反射防止膜の積層体でありうる。
そして、形成された物質膜パターンはホールタイプパターンでありうる。
本発明による微細パターン形成方法によれば、フォトレジストパターンを形成した後でその上にシリコン酸化膜を形成することによって後続のドライエッチング工程中にフォトレジストパターンに損傷が生じることが防止できる。したがって、微細化したパターンを所望のプロファイルに形成でき、パターニングされた下部膜が薄くなったり、その下部膜にストリエーションやウィグリングが生じることが防止できる。そして、ホールタイプパターンの場合にはパターン間の間隔よりさらに小さいサイズのホールが形成できる。
以下、図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。しかし、本発明はここで説明する実施例に限定されず、他の形態に具体化できる。むしろ、ここで紹介される実施例は本発明の技術的思想が徹底かつ完全に開示できるように、そして当業者に本発明の思想が十分に伝えられるようにするために提供されるものである。図面において、層領域の厚さは明確性を期するために誇張されている。また、ある層が他の層または基板“上”にあると言及した場合に、それは他の層または基板上に直接形成されたり、またはそれらの間に第３の層が介在されたことを意味する。明細書全体にかけて同じ参照番号は同じ構成要素を示す。
図１Ａないし図１Ｄは、本発明に実施例によって下部物質膜に微細パターンを形成する方法を示すために工程順序によって概略的に示す断面図である。
図１Ａを参照すれば、基板１００上に物質膜１１０が形成されている。この物質膜１１０は以後にエッチングされて所定のパターンが形成される膜である。物質膜１１０は特定の物質で形成された１つの膜である場合もあり、色々な他の物質で形成された膜が積み上げられている膜の積層体でありうる。例えば、物質膜１１０は絶縁物質よりなる膜であったり、導電物質よりなる膜である場合もあり、また単結晶シリコンのように半導体物質で形成された膜でありうる。また、絶縁物質よりなる膜及び／または導電物質よりなる膜が共に積層されている膜でありうる。図１Ａないし図１Ｄには、物質膜が単一膜である場合を示しているが、図２Ａないし図２Ｃにはいろいろな物質の膜が積層されている場合を示している。
次に、物質膜１１０上にフォトレジスト膜を所定の厚さに形成した後で、露光及び現象工程を実施する。それでは、図面でのように特定な形を有するフォトレジストパターン１２０が形成される。本実施例では、フォトレジスト膜に使われる物質には何の制限がない。そして、形成しようとするパターンの形にも何の制限がない。すなわち、前記したパターンはビットラインやワードラインのような導電ラインを形成するためのラインタイプのパターンである場合もあり、コンタクトを形成するためのホールタイプのパターンでもある。
図１Ｂを参照すれば、物質膜１１０及びフォトレジストパターン１２０上にシリコン酸化膜１３０を蒸着する。本発明の技術的課題を達成するためにフォトレジストパターン１２０上にシリコン酸化膜１３０を蒸着するにおいて、次のような点を考慮せねばならない。
第１に、シリコン酸化膜１３０を蒸着する間にフォトレジストパターン１２０の構造や物性に変化が生じてはならない。すなわち、蒸着過程で化学物質やプラズマまたは熱によってフォトレジストパターン１２０に物理的、化学的損傷が生じてはならない。
第２に、シリコン酸化膜１３０が物質膜１１０上だけではなくフォトレジストパターン１２０上にもコンフォーマルに蒸着されねばならない。可能であれば、フォトレジストパターン１２０上にだけ形成するのがさらに望ましい。それとも、後続エッチング工程でシリコン酸化膜１３０の厚さによってエッチング率に差がつくので、エッチングプロファイルが悪くなる恐れがある。
第３に、蒸着されるシリコン酸化膜１３０の厚さを調節せねばならない。微細化したパターンの臨界寸法を考慮すれば、厚さをÅ単位に微細に調節可能でなければならない。
前記した条件を満足させる代表的な工程は、ＡＬＤがある。ＡＬＤは一般的に低温でも実施可能であり、ステップカバレッジ特性に優れてローディング効果もほとんど現れない。また、原子層を１層ずつ積み重ねる方法で蒸着されるので、厚さの微細調節が可能である。したがって、ＡＬＤを使用すれば、フォトレジストパターン１２０の損傷なしに所望の厚さのシリコン酸化膜をコンフォーマルに形成できる。しかし、本実施例はＡＬＤを使用したシリコン酸化膜の形成に限定されず、前記した条件を満足させるのであれば、いかなる工程にも適用可能である。
本実施例で、シリコン酸化膜１３０は常温〜４００℃以下の温度で形成するのが望ましい。そして、シリコン酸化膜１３０は約２００Å以下の厚さに形成するのが望ましいが、正確な厚さはフォトレジストパターン１２０間の間隔と形成しようとする物質膜パターンのプロファイルなどを考慮して決定する。
次に、前記した結果物に対してドライエッチング工程を実施して物質膜パターン１１０ａを形成する。この過程が図１Ｃ及び図１Ｄに示されている。
図１Ｃを参照すれば、まず物質膜１１０のドライエッチング初期にフォトレジストパターン１２０の側壁にシリコン酸化膜よりなるスペーサ１３０ａを形成する。このために工程初期には工程条件を調節してフォトレジストパターン１２０よりシリコン酸化膜１３０がよりエッチングされ易くする。スペーサ１３０ａが形成される間に物質膜１１０も若干エッチングされうる。
このように形成されたスペーサ１３０ａはエッチングが進行される間に、フォトレジストパターン１２０の幅が薄くなることを防止する役割を果たす。スペーサ１３０ａによってフォトレジストパターン１２０の側壁に原子やプラズマイオンが衝突することを防止できるからである。また、スペーサは、図１Ｄに示すようにフォトレジストパターン１２０の損傷で生じるポリマーがフォトレジストパターン１２０の上部に積層されることを助ける役割もする。
図１Ｄを参照すれば、エッチング工程を進行し続けて物質膜パターン１１０ａを形成する。この時には従来とは違ってシリコン酸化膜１３０よりフォトレジストパターン１２０がよりエッチングされ易く工程条件を調節してエッチングを進められる。それでは、物質膜１１０をエッチングして物質膜パターン１１０ａを形成する間にスペーサ１３０ａに対するエッチング率は低くなって、フォトレジストパターン１２０ａに対するエッチング率は高まり、フォトレジストパターン１２０ａに損傷が生じる。
フォトレジストパターンに損傷が生じれば、フォトレジスト物質とエッチングガスとが反応して有機物質のポリマーを生成する。例えば、このようなポリマーは炭素とフッ素とを含む物質でありうる。ポリマーが生成されれば前述したようにフォトレジストパターン１２０の側壁にはスペーサ１３０ａがあるので、フォトレジストパターン１２０の上部に積み上げられてポリマー膜１２１が形成される。ポリマー膜１２１はその下部に残っているフォトレジストパターン１２０ａにこれ以上損傷が生じることを防止する役割を果たす。フォトレジストパターン１２０ａにこれ以上損傷が生じないとエッチングされる物質膜パターン１１０ａの薄型化、ストリエーション及びウィグリングなどが生じない。
このように、ドライエッチング工程を進行し続けると、物質膜パターン１１０ａが形成される。図面には物質膜パターン１１０ａが全体物質膜に形成される場合を示しているが、本実施例は形成される物質膜パターン１１０ａの深さには関係なく適用可能である。例えば、物質膜１１０が単一膜である場合にその全体深さまでエッチングされて物質膜パターン１１０ａが形成される場合もあり、全体深さの一部だけエッチングされて物質膜パターンが形成される場合もある。物質膜１１０がいろいろな物質の膜が積層されている膜である場合にも積層体の全部または一部にパターンが形成されうる。
そして、エッチング工程を進行し続ければ、シリコン酸化膜で薄く形成されたスペーサ１３０ａがすべて除去されることもある。
図２Ａないし図２Ｃ及び図３は、本発明によってラインタイプのパターンを形成する過程及びそれに関する結果を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影した写真を示している。図３の写真のうちから最初の写真は本実施例と比較するためのものであって、図２Ａに示している状態で第１シリコン酸化膜２３０を形成せずにエッチング工程を実施した後のパターンプロファイルを示す写真である。そして、第２ないし第４の写真は、図２Ｂのように第１シリコン酸化膜２３０を形成した状態でエッチング工程を実施した後のパターンプロファイルを示す写真であって、第１シリコン酸化膜２３０をそれぞれ１０Å、５０Å及び１００Åの厚さに形成した場合である。
図２Ａないし図２Ｃを参照すれば、基板２００上に第２シリコン酸化膜２１２、ポリシリコン膜２１４、金属シリサイド膜２１６及びエッチング防止膜２１８の積層体が形成されている。この積層体は、例えばビットラインやワードラインのようにラインタイプのパターン形成に使われうる。
本実施例で、第２シリコン酸化膜２１２は、約１２００Å程度、ポリシリコン膜２１４は約１１５０Å程度、金属シリサイド膜２１６はタングステンシリサイド（ＷＳｉ）を約１５００Å程度、そして反射防止膜１１８は約２４０Å程度の厚さに蒸着した。そして、反射防止膜１１８上にフォトレジストパターン２２０を形成した後、反射防止膜１１８及びフォトレジストパターン２２０上に第１シリコン酸化膜２３０をＡＬＤを利用して形成し、ドライエッチング工程を実施した。
図３のエッチング結果を述べれば、第１シリコン酸化膜２３０が厚くなるほどパターンのプロファイルが向上することが分かる。すなわち、第１シリコン酸化膜２３０を形成しない場合よりは形成した場合にパターンのプロファイルがさらに鮮明であり、第１シリコン酸化膜２３０を１００Åに厚く形成した場合には所望のパターンのプロファイルとほとんど類似しているのが分かる。
しかし、所定の物質膜をエッチングして所望の形のパターンを形成するためにはパターンプロファイル結果だけでなく形成しようとするパターンのサイズ及び隣接したパターン間の間隔など色々な条件を考慮すべきである。パターンのサイズ及び隣接したパターン間の間隔によって蒸着できる第１シリコン酸化膜の厚さが制限されるので、エッチング工程を進行する前にこれを考慮すべきである。
次に、図４を参照して本発明の実施例を適用可能な他の例について述べる。図４は、ホールタイプのパターンを形成する方法を説明するための概略的な断面図である。ここで進行される工程は前記した実施例で使用した工程と同じである。
本発明の実施例でホールタイプのパターンを形成する場合には前述したように所望のエッチングプロファイルを何の損傷なしに形成できる。また、ごく微細なパターンを形成しようとする場合にはフォトレジストパターン４２０間の間隔より小さいホールを形成することもできる。
図４は、図１Ｃに対応する図面である。図４を参照すれば基板４００上にホールを形成しようとする物質膜４１０が形成されており、その上にはフォトレジストパターン４２０が形成されている。そして、フォトレジストパターン４２０の側壁にはシリコン酸化膜でスペーサ４３０ａが形成されている。シリコン酸化膜を前述した実施例より少し厚く形成すれば、エッチング工程の進行中にスペーサ４３０ａは従来より長くフォトレジストパターン４２０の側壁に残ることができる。それでは、ホールはパターン間の間隔ｄ１より狭い間隔ｄ２のサイズに形成できる。
以上、本発明を望ましい実施例を挙げて詳細に説明したが、本発明は前記実施例に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で、当業者によって色々な変形が可能である。
本発明は、半導体集積回路の製造に、広く使うことができる。特に、シリコンウェーハを始めとする半導体基板上の導電ラインパターンやコンタクトホールのようなごく微細なパターンを形成するのに有用に活用できる。
１００ 基板
１１０ 物質膜
１２０ フォトレジストパターン
１３０ シリコン酸化膜
１１０ 物質膜
１２０ フォトレジストパターン
１３０ シリコン酸化膜
Claims (18)
- 半導体基板上に形成された物質膜をエッチングして微細パターンを形成する方法において、
前記物質膜上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記フォトレジスト膜を露光及び現像してフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記物質膜及びフォトレジストパターン上に前記フォトレジストパターンに損傷が生じないようにコンフォーマルに第１シリコン酸化膜を形成する段階と、
前記物質膜をドライエッチングして物質膜パターンを形成する段階と、を含むことを特徴とする微細パターン形成方法。 - 前記第１シリコン酸化膜は常温〜４００℃の間の温度で形成することを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 前記第１シリコン酸化膜は２００Å以下の厚さに形成することを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 前記第１シリコン酸化膜はＡＬＤを利用して形成することを特徴とする請求項３に記載のパターン形成方法。
- 前記物質膜パターンはラインタイプのパターンであることを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 前記物質膜パターンはビットラインパターンまたはワードラインパターンであることを特徴とする請求項５に記載の微細パターン形成方法。
- 前記物質膜は第２シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、金属シリサイド膜及び反射防止膜の積層体であることを特徴とする請求項６に記載の微細パターン形成方法。
- 前記物質膜パターンはホールタイプのパターンであることを特徴とする請求項１に記載の微細パターン形成方法。
- 半導体基板上に形成された物質膜をエッチングして微細パターンを形成する方法において、
前記物質膜上にフォトレジスト膜を形成する段階と、
前記フォトレジスト膜を露光及び現像してフォトレジストパターンを形成する段階と、
前記物質膜及びフォトレジストパターン上に前記フォトレジストパターンに損傷が生じないようにコンフォーマルにシリコン酸化膜を形成する段階と、
エッチングが前記フォトレジストパターンより前記第１シリコン酸化膜に対してもっとよく生じる工程条件で前記物質膜をエッチングする第１ドライエッチング段階と、
エッチングが前記第１シリコン酸化膜より前記フォトレジストパターンに対してもっとよくよく生じる工程条件で前記物質膜をエッチングして物質膜パターンを形成する第２ドライエッチング段階と、を含むことを特徴とする微細パターン形成方法。 - 前記第１シリコン酸化膜は常温〜４００℃の間の温度で形成することを特徴とする請求項９に記載の微細パターン形成方法。
- 前記第１シリコン酸化膜は２００Å以下の厚さに形成することを特徴とする請求項９に記載の微細パターン形成方法。
- 前記第１シリコン酸化膜はＡＬＤを利用して形成することを特徴とする請求項１１に記載のパターン形成方法。
- 前記第１ドライエッチング段階では、前記フォトレジストパターンの側壁に前記第１シリコン酸化膜でスペーサを形成することを特徴とする請求項９に記載の微細パターン形成方法。
- 前記第２ドライエッチング段階では、ポリマー膜が前記フォトレジストパターンの上部に形成されることを特徴とする請求項９に記載の微細パターン形成方法。
- 前記物質膜パターンはラインタイプのパターンであることを特徴とする請求項９に記載の微細パターン形成方法。
- 前記物質膜パターンはビットラインパターンまたはワードラインパターンであることを特徴とする請求項１５に記載の微細パターン形成方法。
- 前記物質膜は第２シリコン酸化膜、ポリシリコン膜、金属シリサイド膜及び反射防止膜の積層体であることを特徴とする請求項１６に記載の微細パターン形成方法。
- 前記物質膜パターンはホールタイプパターンであることを特徴とする請求項９に記載の微細パターン形成方法。
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