JP2011228707A - 半導体素子の微細パターン形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は半導体素子の微細パターン形成方法を開示する。
【解決手段】本発明の実施形態に係る半導体パターン形成方法によれば、フォトレジストのトリミングの少なくとも一部を原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜蒸着と共に実施することにより、段階が容易となり、トリミングの精密度を高めることができ、トリミング中に発生し得るフォトレジストフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）を減らすことができる。
【選択図】図３Ｄ

Description

本発明は半導体素子のパターン形成方法に関し、より詳細には、半導体素子の微細パターン形成方法に関する。
半導体素子の大きさが減少するに伴い、半導体素子のパターンも微細化している。
したがって、露光限界値以下の大きさを有する微細パターン形成方法が提案されている。微細パターン形成方法のうち、ダブルパターニング方法が提案された。
図面を参照しながら、従来技術に係るダブルパターニング方法について説明する。まず、図１Ａを参照すれば、被エッチング層１上にフォトレジスト膜を塗布し、露光および現像してフォトレジストパターン２を形成する。このとき、フォトレジストパターン２の線幅（Ｘ）と間隔（３Ｘ）の比は約１：３であってもよい。次に、図１Ｂに示すように、フォトレジスト２上に酸化膜３を積層する。酸化膜の代わりに窒素酸化物（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）あるいは窒化物（ｎｉｔｒｉｄｅ）を蒸着してもよい。酸化膜３の厚さはフォトレジストパターンの幅と同じであってもよい。次に、酸化膜３をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）方法によってエッチバック（Ｅｔｃｈ Ｂａｃｋ）し、図１Ｃに示すように、フォトレジストパターン２上に蒸着された酸化膜３の上部と下部膜を除去してフォトレジスト２の側壁にスペーサ３ａを形成する。その後、図１Ｄに示すように、選択的エッチング工程によってスペーサ３ａの間のフォトレジスト２を除去してスペーサ３ａのパターンのみを残した後、スペーサ３ａをハードマスクとして被エッチング層１をパターニングし、線幅（Ｘ）を有するパターン１ａを形成する。しかし、線幅が３０ｎｍ以下に縮小されることに伴い、単一露光パターニング法は次第にその限界に達しており、これに対する代案として酸化膜を蒸着する前にフォトレジストトリミング段階（ｔｒｉｍｍｉｎｇ ｓｔｅｐ）を追加するようになった。
次に、図２Ａ〜図２Ｅを参照しながら、従来技術に係るダブルパターニング方法について説明する。図２Ａに示すように、被エッチング層１１上にフォトレジスト膜を塗布し、露光および現像してフォトレジストパターン２２を形成する。このとき、フォトレジストパターン２２の線幅（Ｘ１）と間隔の比は１：Ａ（１≦Ａ＜３）であってもよい。その後、フォトレジストパターン２２をトリミング（ｔｒｉｍｍｉｎｇ）して線幅（Ｘ１）を減らすことにより、図２Ｂに示すように、フォトレジストパターン２２の間の間隔の約１／３である第２線幅（Ｘ２）を有するトリミングフォトレジストパターン２２ａを形成する。トリミングは酸素プラズマ処理をしたり、酸化あるいは還元あるいは非活性気体雰囲気下でアニーリング（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）をして実行する。その後、図２Ｃに示すように、トリミングフォトレジストパターン２２ａ上に酸化膜３３を積層する。酸化膜の代わりに窒素酸化物（ｏｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）あるいは窒化物（ｎｉｔｒｉｄｅ）を蒸着してもよい。トリミングと酸化膜積層段階は、個別反応器で別途に順に進められてもよく、あるいは基板の交換なく同じ反応器内で順に進められてもよい。酸化膜３３の厚さはトリミングフォトレジストパターンの幅と同じであってもよい。次に、酸化膜３３をＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）方法によってエッチバック（Ｅｔｃｈ Ｂａｃｋ）し、図２Ｄに示すように、トリミングフォトレジスト２２ａの側壁にスペーサ３３ａを形成する。その後、図２Ｅに示すように、スペーサ３３ａの間のトリミングフォトレジスト２２ａを除去してスペーサ３３ａのパターンのみを残した後、スペーサ３３ａをハードマスクとして被エッチング層１１をパターニングし、フォトレジスト１１の線幅（Ｘ１）以下の線幅（Ｘ２）を有するパターン１１ａを形成することができる。
このような方法によれば、一度の露光工程により、露光器で形成することができるフォトレジストをトリミングし、得られたトリミングフォトレジストの縮小した線幅と同じ線幅を有するパターンをフォトレジストの数の２倍だけ、パターンとパターンの間の合となるピッチ（ｐｉｃｔｈ）は本来の長さの半分程度に形成することができる。
しかし、パターンの大きさが約３０ｎｍ以下に小さくなると同時に、フォトレジストをトリミングなどによって縮小する工程において、その縮小の均一性を制御することが困難となっている。
さらに、フォトレジストが縮小して線幅が減るとき、フォトレジストのフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）によってフォトレジストが崩壊したり傾いたりするという問題がある。
本発明は、フォトレジストパターンの精密性を高め、３０ｎｍ以下の線幅を有するパターンを形成することができる半導体素子のパターン形成方法を提供することを目的とする。
本発明の実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法によれば、基板の交換なく同じ反応器内でフォトレジストのトリミングとスペーサ酸化膜蒸着を同時に実施してもよい。ここで、スペーサ酸化膜の蒸着はプラズマ強化原子層蒸着方法によって実行され、この過程においてトリミングが共に進められる。
本発明の他の実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法によれば、フォトレジストのトリミングのうちの第１トリミングは、スペーサ酸化膜蒸着前にスペーサ酸化膜を蒸着する原子層蒸着装置内でインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で実施した後、フォトレジストのトリミングのうちの第２トリミングは、プラズマ強化原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜を蒸着するときに共に実施してもよい。ここで、第１トリミングは連続的な酸素プラズマまたはパルス形式の酸化プラズマによって実行され、第２トリミングはプラズマ強化原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜を蒸着するときに共に進められる。
本発明の他の実施形態に係る半導体素子の形成方法によれば、フォトレジストフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）を除去することにより、より完全なパターン形成が可能となる。フォトレジストのトリミングのうちの第１トリミングは、スペーサ酸化膜の蒸着前にスペーサ酸化膜を蒸着する原子層蒸着装置内でインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で、前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）の供給なく、直接プラズマ環境（ｄｉｒｅｃｔ ｐｌａｓｍａ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）下で実施した後、フォトレジストのトリミングのうちの第２トリミングは、プラズマ強化原子層蒸着方法によって蒸着されるスペーサ酸化膜の蒸着と共に実施してもよい。ここで、第１トリミングは、前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）の供給なく、直接プラズマ環境（ｄｉｒｅｃｔ ｐｌａｓｍａ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）下で実施するが、その上に基板が装着されて接地されている基板支持電極と蒸着装置のシャワーヘッドなどのような対向電極の間で形成される直接プラズマ環境下では、活性化したイオンが基板に向かって垂直方向に加速化され、その上に基板が装着されている基板支持電極に移動するため、フォトレジストのトリミングの速度は、フォトレジストの水平方向からなる速度よりもフォトレジストの垂直方向からなる速度が速くなり、フォトレジストの底部付近に発生するフォトレジストのフーチングを減らすことができるようになり、後続する酸化膜蒸着やエッチング時により完全なハードマスクおよびパターン形成が可能となる。
本発明の実施形態に係る半導体パターン形成方法によれば、フォトレジストのトリミングの少なくとも一部を原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜蒸着と共に実施することにより、酸化膜はフォトレジストパターンを支持する役割をするようになる。したがって、フォトレジストの幅は１０ｎｍ水準に縮小されたとしても、フォトレジストの崩壊あるいは傾きを防ぐことができ、その形態を維持することができるようになる。また、既存に個別に進められていたトリミングと酸化膜蒸着段階を統合／単純化することにより、より効率的かつより生産性のある工程が可能となる。
本発明の実施形態に係るパターン形成方法によれば、原子層蒸着方法によってパターン上に酸化膜を蒸着するときに同時にトリミングを進めることにより、フォトレジストのエッチング速度を制御できるようになる。既存の技術ではエッチング速度を制御することが困難であり、パターン間の距離であるＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）制御が簡単ではなかった。エッチング速度が速ければＣＤ制御が難しく、エッチング速度が遅ければ生産性が低下するという問題があった。しかし、本発明に係るプラズマ原子層蒸着方法によって酸化膜を蒸着すれば、パターン上の酸化膜の層カバーレージ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）が０％から１００％まで次第に変わるようになりながら、下部パターンはプラズマから遮られるようになり、エッチング速度は次第に減少するようになる（ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）。すなわち、温度、プラズマパワー、酸素流量のような酸化膜蒸着条件の調整のみによっても下部パターンのエッチング速度を共に調節することができ、ＣＤ幅の精密微細制御が可能となり、微細工程における生産率も高まるようになる。
本発明の実施形態によれば、基板が位置した反応器内で酸化膜が蒸着する前にプラズマを利用したトリミング工程を進めることにより、トリミング工程中に発生し得るフォトレジスト下端部の残留フーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）を減らすことができるようになり、後続する酸化膜工程においてより向上した層カバーレージ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）特性が実現され、より向上したパターン形成が可能となる。
従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 従来技術に係るダブルパターニング方法の１つを示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の他の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法による気体供給周期を概念的に示す図である。
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は多様に相違した形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されるものではない。
図面において、多様な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体に渡り、類似する部分については同じ図面符号を付与した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上」にあるとするとき、これは他の部分の「直上」にある場合だけではなく、その中間にさらに他の部分がある場合も含む。これとは反対に、ある部分が他の部分の「直上」にあるとするときには、中間に他の部分がないことを意味する。
＜第１実施形態＞
次に、図３Ａ〜図３Ｄを参照しながら、本発明の第１実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法について説明する。
まず、図３Ａを参照すれば、被エッチング層１１０上に第１フォトレジスト膜を塗布し、露光および現像して第１フォトレジストパターン１２０を形成する。第１フォトレジストパターン１２０の線幅（ＸＸ）と間隔の比は１：Ａ（１≦Ａ＜３）であってもよい。
次に、図３Ｂに示すように、プラズマ強化原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜１３０を蒸着し、同時に第１フォトレジストパターン１２０の線幅（ＸＸ）と高さ（Ｙ）と比較し、減少した線幅（ＸＸ２）および高さ（Ｙ２）を有する第２フォトレジストパターン１２０ａを形成する。このとき、プラズマ強化原子層蒸着方法の気体供給周期は、スペーサ酸化膜１３０の原料気体供給パルスと酸素プラズマ供給パルスを順にそして交互に供給する。ここで、酸素プラズマは、第１フォトレジストパターン１２０を一定のエッチング率でエッチングし、基板上に蒸着されている原料気体と反応してスペーサ酸化膜１３０を形成する役割をする。ここで、第２フォトレジストパターン１２０ａの線幅（ＸＸ２）と間隔の比は１：３であってもよく、スペーサ酸化膜１３０の厚さは第２フォトレジストパターン１２０ａの幅（ＸＸ２）と同じであってもよい。酸素プラズマは、処理される基板に直接隣接して発生する直接プラズマ（ｄｉｒｅｃｔ ｐｌａｓｍａ）であってもよく、または遠隔プラズマ（ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ）であってもよい。
次に、スペーサ酸化膜１３０をＲＩＥ方法によってエッチバック（Ｅｔｃｈ Ｂａｃｋ）し、図３Ｃに示すように、第２フォトレジスト１２０ａの側壁にスペーサ１３０ａを形成する。
その後、図３Ｄに示すように、スペーサ１３０ａの間の第２フォトレジスト１２０ａを除去してスペーサ１３０ａパターンのみを残した後、スペーサ１３０ａをハードマスクとして被エッチング層１１０をパターニングする。
＜第２実施形態＞
以下、図４Ａ〜図４Ｅを参照しながら、本発明の第２実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法について説明する。
図４Ａに示すように、被エッチング層１１０上に第１フォトレジスト膜を塗布し、露光および現像して第１フォトレジストパターン１２０を形成する。第１フォトレジストパターン１２０の線幅（ＸＸ）と間隔の比は１：Ａ（１≦Ａ＜３）であってもよい。
第１フォトレジストパターン１２０を第１トリミングし、減少した線幅（ＸＸ１）を有する第３フォトレジストパターン１２０ａａを形成する。ここで、第３フォトレジストパターン１２０ａａの線幅（ＸＸ１）と間隔の比は１：Ｂ（Ａ＜Ｂ＜３）であってもよい。ここで、第１トリミングは、スペーサ酸化膜を蒸着する原子層蒸着装置内でインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で酸素プラズマ（直接プラズマまたは遠隔プラズマ）または熱的アニーリングによって実行される。このような第１トリミングは、スペーサ酸化膜を蒸着する原子層蒸着装置内でインサイチュ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）でなされるため、スペーサ酸化膜が蒸着されるチャンバと同じチャンバ内で基板の移動なく行われる。
その後、図４Ｃに示すように、プラズマ強化原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜１３０を蒸着し、同時に第３フォトレジストパターン１２０ａａを第２トリミングし、第３フォトレジストパターン１２０ａａの線幅（ＸＸ１）と高さ（Ｙ１）と比較し、減少した線幅（ＸＸ２）および高さ（Ｙ２）を有する第４フォトレジストパターン１２０ｂを形成する。このとき、プラズマ強化原子層蒸着方法の気体供給周期は、スペーサ酸化膜１３０の原料気体供給パルスと酸素プラズマ供給パルスを順にそして交互に供給する。ここで、酸素プラズマは、第３フォトレジストパターン１２０ａａを一定のエッチング率でエッチングし、基板上に蒸着されている原料気体と反応してスペーサ酸化膜１３０を形成する役割をする。ここで、第４フォトレジストパターン１２０ｂの線幅（ＸＸ２）と間隔の比は１：３であってもよく、スペーサ酸化膜１３０の厚さは第４フォトレジストパターン１２０ｂの幅（ＸＸ２）と同じであってもよい。酸素プラズマは、処理される基板に直接隣接して発生する直接プラズマ（ｄｉｒｅｃｔ ｐｌａｓｍａ）であってもよく、または遠隔プラズマ（ｒｅｍｏｔｅ ｐｌａｓｍａ）であってもよい。
次に、スペーサ酸化膜１３０をエッチバックし、図４Ｄに示すように、第４フォトレジスト１２０ｂの側壁にスペーサ１３０ａを形成する。
その後、図４Ｅに示すように、スペーサ１３０ａの間の第４フォトレジスト１２０ｂを除去してスペーサ１３０ａパターンのみを残した後、スペーサ１３０ａをハードマスクとして被エッチング層１１０をパターニングする。
本実施形態に係る半導体パターン形成方法において、フォトレジストの第２トリミング過程は、全体蒸着工程中の初期気体供給サイクルの間にのみ行われてもよい。スペーサ酸化膜を蒸着するための複数の気体供給サイクルの間、フォトレジストは蒸着された酸化膜によって酸素プラズマから保護され、追加のトリミング過程は発生せず、単にスペーサ酸化膜の蒸着のみが行われてもよい。スペーサ酸化膜蒸着条件と第１トリミング段階は、スペーサの線幅とラインの線幅そして膜の厚さが同じになるように選択可能である。
＜実施例＞
本発明の一実施例について説明する。
本実験例では、スペーサ酸化膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ ｆｉｌｍ）を蒸着した。具体的に、ソース気体には、シリコンを含む金属有機物前駆体またはハロシラン（ｈａｌｏｓｉｌａｎｅ）前駆体を用いてもよい。本実施例では、ＳｉＨ２［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２をシリコンソースとして用いた。
基板を加熱するために、蒸着装置の基板支持台の温度は約２００℃まで上昇可能であり、好ましくは約５０℃であった。蒸着工程の間、処理圧力は１Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲を維持し、好ましくは約３Ｔｏｒｒであった。プラズマ生成のためのＲＦプラズマパワーは約１０Ｗ〜１０００Ｗであってもよく、好ましくは約２００Ｗであった。
気体供給状態は次のとおりであった。反応器内に前駆体を供給するためのソースアルゴン（Ａｒ）流量は２００ｓｃｃｍ、前駆体保管機の温度は６０℃、酸素反応物流量は５０ｓｃｃｍ、酸素を反応器に供給するための反応物アルゴン流量は２００ｓｃｃｍ、そしてチャンバや気体供給管をパージするためのメインアルゴン流量は２００ｓｃｃｍであった。
スペーサ酸化膜を蒸着し、フォトレジストをトリミングするための気体供給サイクルあたりの工程時間は次のとおりであった。ソース供給は１．０秒、パージ段階は１．０秒、プラズマ発生段階は０．３秒、そしてパージ段階は１．０秒であった。このような気体供給サイクルにおいて、酸素は全体サイクルの間に連続的に供給され、プラズマが発生するときにのみ活性化されてもよい。プラズマが発生しないとき、酸素気体は反応器をパージ（ｐｕｒｇｅ）する反応性パージ期待の役割をする。または、酸素はプラズマ発生段階と同期化して断続的に供給されてもよい。上述した気体供給サイクルは、好ましい厚さのスペーサ酸化膜が積層されるまで繰り返されるが、一サイクルあたりに蒸着される膜の厚さは約０．１２ｎｍであった。
上述したプラズマ強化原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜を蒸着し、フォトレジストをトリミングする段階以前に実行される第１トリミング段階は、シリコン前駆体を供給する段階を除いて同じ蒸着器内でインサイチュで類似したプラズマ強化原子層蒸着方法および条件によって実行可能である。原子層蒸着方法の１つの気体供給サイクルあたりのフォトレジスト層の厚さ減少量は約０．２５ｎｍであった。このように、シリコン前駆体を供給せず、酸素プラズマパルスを含む数回の気体供給サイクルを実行した後に、シリコン前駆体が供給され、プラズマ強化原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜を蒸着する間に、追加してフォトレジストの線幅が減少することができる。例えば、初期のフォトレジストを形成するためのリソグラフィ工程後に、フォトレジストの線幅が約４０ｎｍであってその間隔も４０ｎｍであるとすれば、スペーサ酸化膜蒸着工程以前にインサイチュで実行される第１トリミング段階においてフォトレジストの線幅が減少して２５ｎｍとなり、続くスペーサ酸化膜蒸着段階の間に追加してフォトレジストの線幅が減少してフォトレジストの線幅が２０ｎｍとなることもある。また、例えば、初期のフォトレジストを形成するためのリソグラフィ工程によって形成されるフォトレジストの臨界線幅が３０ｎｍであって間隔が３０ｎｍであれば、スペーサ酸化膜蒸着工程以前にインサイチュで実行される第１トリミング段階においてフォトレジストの線幅が減少して２０ｎｍとなり、続くスペーサ酸化膜蒸着段階の間に追加してフォトレジストの線幅が減少してフォトレジストの線幅が１５ｎｍとなることもある。
＜第３実施形態＞
本実施形態に係る半導体素子パターン形成方法は、上述した第２実施形態とほぼ類似している。具体的に、図４Ａに示すように、被エッチング層１１０上に第１フォトレジストパターン１２０を形成する。図４Ｂに示すように、第１フォトレジストパターン１２０を第１トリミングし、減少した線幅（ＸＸ１）を有する第３フォトレジストパターン１２０ａａを形成し、図４Ｃに示すように、プラズマ強化原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜１３０を蒸着し、同時に第３フォトレジストパターン１２０ａａを第２トリミングし、第３フォトレジストパターン１２０ａａの線幅（ＸＸ１）と高さ（Ｙ１）と比較し、減少した線幅（ＸＸ２）および高さ（Ｙ２）を有する第４フォトレジストパターン１２０ｂを形成する。次に、スペーサ酸化膜１３０をエッチバックし、図４Ｄに示すように、第４フォトレジスト１２０ｂの側壁にスペーサ１３０ａを形成する。その後、図４Ｅに示すように、スペーサ１３０ａの間の第４フォトレジスト１２０ｂを除去してスペーサ１３０ａパターンのみを残した後、スペーサ１３０ａをハードマスクとして被エッチング層１１０をパターニングする。
ここで、実施形態に係る半導体素子パターン形成方法は、第１トリミング段階で発生し得るフォトレジストフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）減少段階をさらに含む。フォトレジストフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）減少段階は、フォトレジストパターンを直接プラズマ（ｄｉｒｅｃｔ ｐｌａｓｍａ）下に露出させる。これについて、図５を参照しながら詳しく説明する。
図５を参照すれば、図５Ａに示すように、フォトレジストの下部側面にフーチングが発生する。フォトレジストパターンを直接プラズマ（ｄｉｒｅｃｔ ｐｌａｓｍａ）下に露出すれば、図５Ｂに示すように、酸素ラジカルまたはアルゴンラジカルのような活性化したイオンは水平方向（基板表面またはプラズマ電極と水平をなす方向）よりも垂直方向（基板表面またはプラズマ電極と垂直をなす方向）に急速に加速化する。したがって、図５Ｃに示すように、フォトレジストの下部側面に発生するフォトレジストのフーチングを減らすことができる。このようなフォトレジストフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）減少段階は、第１トリミング工程と一つの工程によって行われてもよい。また、フォトレジストフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）減少段階は、スペーサ酸化膜の蒸着工程が行われる反応器チャンバと同じ反応器チャンバ内でインサイチュで実行される。もし、フォトレジストフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）減少段階において、フォトレジストのフーチングは減少したが追加のトリミングが必要となる場合、フォトレジストフーチング（ｆｏｏｔｉｎｇ）減少段階以前または以後に、またはスペーサ酸化膜蒸着以前に、直接プラズマ露出なく追加のトリミング段階を実行してもよい。
＜実施例＞
本発明の一実施例について説明する。
本実施例では、スペーサ酸化膜としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２ ｆｉｌｍ）を蒸着した。具体的に、ソース気体には、シリコンを含む金属有機物前駆体またはハロシラン（ｈａｌｏｓｉｌａｎｅ）前駆体を用いてもよい。本実験例では、ＳｉＨ２［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２をシリコンソースとして用いた。
基板を加熱するために、蒸着装置の基板支持台の温度は約２００℃まで上昇可能であり、好ましくは約５０℃であった。蒸着工程の間、処理圧力は１Ｔｏｒｒから１０Ｔｏｒｒの範囲を維持し、好ましくは約３Ｔｏｒｒであった。プラズマ生成のためのＲＦプラズマパワーは約１０Ｗ〜１０００Ｗであってもよく、好ましくは約１００Ｗ〜１５０Ｗであった。気体供給状態は次のとおりである。反応器内に前駆体を供給するためのソースアルゴン（Ａｒ）流量は５００ｓｃｃｍ、前駆体保管機の温度は６０℃、酸素反応物流量は１０００ｓｃｃｍ、酸素を反応器に供給するための反応物アルゴン流量は５００ｓｃｃｍ、そしてチャンバや気体供給管をパージするためのメインアルゴン流量は２００ｓｃｃｍ、基板とシャワーヘッドの間の反応空間の間隔は１４．５ｍｍであった。
工程時間は次のとおりであった。フォトレジストフーチングを減少するプレトリミング段階（ｐｒｅ−ｔｒｉｍｉｎｇ）は２．０秒未満、蒸着段階は２．０秒未満、プラズマパルス時間は０．２秒、パージ時間は１．０秒であった。
このような工程順による気体供給周期は、図６に示されている。
フォトレジストフーチングを減少するプレトリミング段階（ｐｒｅ−ｔｒｉｍｍｉｎｇ）のための気体供給サイクル（Ｘ ｃｙｃｌｅ）が繰り返された後に、スペーサ酸化膜蒸着段階（ｌｉｎｅｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のための気体供給サイクル（Ｙ ｃｙｃｌｅ）が繰り返されてスペーサ酸化膜が蒸着される。酸素のような反応気体は、プレトリミング段階（ｐｒｅ−ｔｒｉｍｍｉｎｇ）とスペーサ酸化膜蒸着段階の間に継続して供給されてもよい。アルゴンのようなパージ気体は、スペーサ酸化膜蒸着段階の間に供給されてもよい。プレトリミング段階（ｐｒｅ−ｔｒｉｍｍｉｎｇ）とスペーサ酸化膜蒸着段階の間のプラズマは、断続的に供給されてもよい。
このように、本発明の実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法によれば、フォトレジストのトリミングの少なくとも一部を原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜蒸着と共に実施する。もし、ダブルパターニングに用いられるフォトレジスト（または、カーボン−基盤膜（ｃａｒｂｏｎ−ｂａｓｅｄ ｆｉｌｍ））のようなテンプレート（ｔｅｍｐｌｅｔｅ）を個別的なエッチングチャンバ内で１０ｎｍ〜１９ｎｍの線幅を有するようにトリミングすれば、高さに対する幅の減少によってテンプレート線はその形態を維持することが困難になる。したがって、トリミング工程後に、洗浄過程や基板処理工程中にテンプレートは崩れたり傾き易くなる。しかし、本発明の実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法によれば、フォトレジストのトリミングの少なくとも一部を原子層蒸着方法によってスペーサ酸化膜蒸着と共にインサイチュで実施するため、テンプレート上に蒸着される薄膜はテンプレートを支持する役割をすることができ、したがってテンプレートの線幅が１０ｎｍまで薄くなったとしても、その模様や形態を維持することができる。
また、トリミング工程と蒸着工程を一つの工程で進めるため、工程が簡単でより効率的に行われる。
また、原子層蒸着方法を利用してトリミング工程と蒸着工程を進めるため、原子層の厚さの薄膜を蒸着する段階を数回繰り返して膜を蒸着することにより、蒸着される膜の層カバーレージ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）が０％から１００％に次第に変化するようになる。したがって、スペーサ酸化膜が蒸着されると同時にテンプレートがエッチングされるため、気体供給周期が繰り返されるほどスペーサ酸化膜の層カバーレージが次第に増えることに伴い、エッチング速度は次第に低くなる。これにより、気体供給サイクルの数の増加に伴い、エッチングによるテンプレートのエッチング速度は次第に減るようになる。したがって、テンプレートパターンの間の距離である臨界次元（Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）を極めて精密に制御できるようになる。既存のドライエッチング方法によってトリミングを進める場合、エッチング時間と対比してエッチング速度を正確に調節することが困難であった。例えば、全体的なエッチング速度が低い場合には生産性が低くなり、エッチング速度が高い場合には臨界次元の制御が困難であった。しかし、本発明の実施形態に係る半導体素子のパターン形成方法によれば、トリミングのためのエッチング工程と共に蒸着工程が共になされるため、スペーサ酸化膜の層カバーレージが次第に増えることに伴い、エッチング速度は次第に低くなるため、初期段階で十分なエッチング速度を得ることができると同時に、エッチングされるテンプレートの臨界次元を容易に制御することができる。
また、トリミング段階を蒸着工程に先立ち、前駆体（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ）の供給なく、直接プラズマ環境（ｄｉｒｅｃｔ ｐｌａｓｍａ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）下で実施することにより、フォトレジストのトリミングの速度はフォトレジストの水平方向からなる速度よりもフォトレジストの垂直方向からなる速度が速くなり、フォトレジストの底部付近に発生するフォトレジストのフーチングを減らすことができる。このため、トリミングの効果が優れ、後続する蒸着段階の膜均一性の向上およびより精密なパターン形成が可能となる。
以上、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるものではなく、添付する特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の多様な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属すると言える。
１，１１，１１０ 被エッチング層
１ａ，１１ａ，１１０ａ パターン
２，２２， フォトレジストパターン
２２ａ トリミングフォトレジストパターン
３，３３，１３０ 酸化膜
３ａ，３３ａ，１３０ａ スペーサ
１２０ 第１フォトレジストパターン
１２０ａ 第２フォトレジストパターン
１２０ａａ 第３フォトレジストパターン
１２０ｂ 第４フォトレジストパターン

Claims (11)

  1. 被エッチング層上に線幅と間隔の比が１：Ａ（１≦Ａ＜３）であるフォトレジストパターンを形成する段階、
    プラズマ強化原子層蒸着方法によって前記フォトレジストパターン上にスペーサ酸化膜を蒸着すると同時に、前記フォトレジストパターンをトリミングする段階であって、前記プラズマ強化原子層蒸着方法は、原料気体供給パルスと酸素プラズマ供給パルスを順に交互に繰り返し、トリミングされたフォトレジストパターンの線幅と間隔の比が１：３となり、蒸着されるスペーサ酸化膜の厚さは前記トリミングされたフォトレジストの幅とほぼ同じ条件でなされる段階、
    蒸着された前記スペーサ酸化膜をエッチバックして前記フォトレジストの側壁にスペーサを形成する段階；および
    前記スペーサをマスクとして前記被エッチング層をパターニングする段階、
    を含む、半導体素子のパターン形成方法。
  2. 前記スペーサ酸化膜を蒸着する段階以前に、前記フォトレジストパターンをプレトリミングする段階をさらに含み、前記プレトリミング段階は、前記スペーサ酸化膜を蒸着する段階がなされる反応器チャンバと同じ前記反応器チャンバ内で実行される、請求項１に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  3. 前記プレトリミング段階は、プレトリミングされた前記フォトレジストの幅と間隔の比が１：Ｂ（Ａ＜Ｂ＜３）となるように前記フォトレジストパターンを酸素プラズマに露出させる、請求項２に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  4. 前記酸素プラズマは直接プラズマである、請求項３に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  5. 前記酸素プラズマは遠隔プラズマである、請求項３に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  6. 前記プレトリミング段階は直接プラズマ露出段階を含む、請求項２に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  7. 前記プレトリミング段階以後に、前記フォトレジストパターンのトリミング段階をさらに含む、請求項６に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  8. 前記プレトリミング段階以前に、前記フォトレジストパターンのトリミング段階をさらに含む、請求項６に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  9. 前記プラズマは直接プラズマである、請求項１に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  10. 前記プラズマは遠隔プラズマである、請求項１に記載の半導体素子のパターン形成方法。
  11. 前記原料気体はシリコン前駆体であり、前記シリコン前駆体はＳｉＨ２［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］２である、請求項１に記載の半導体素子のパターン形成方法。
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