JP2012216846A - Method for forming semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体素子の形成方法に関し、より詳しくは、ネガティブトーンSPT方法を適用するとき相互接続(interconnection)領域の具現が困難なパッドレイアウトを具現するにおいて、製造工程時のオーバレイマージンを増大させることができる半導体素子の形成方法に関する。 The present invention relates to a method of forming a semiconductor device, and more particularly to increase an overlay margin during a manufacturing process in implementing a pad layout in which an interconnection region is difficult to implement when applying a negative tone SPT method. The present invention relates to a method for forming a semiconductor element capable of forming a semiconductor device.
半導体素子の高集積化に伴い、半導体素子を構成する回路を具現するパターンの大きさ及び間隔(pitch)が徐々に減少している。レイリー(Rayleigh)方程式を検討してみれば、半導体素子内の微細パターンの大きさは露光工程に用いられる光の波長に比例し、レンズの大きさに反比例する。したがって、微細パターンの形成のため、今まで露光工程に用いられる光の波長を減少させるか、或いはレンズの大きさを大きくする方法が主に用いられてきた。
さらに、加工工程のうち写真工程の技術は、マスクの設計を精巧にすることにより、マスクを通って出る光の量を適宜調節し、新しい感光剤の開発、高口径(high numerical aperture)レンズを用いるスキャナ(scanner)の開発、変形したマスクの開発などの努力により半導体素子の製造装置が有している技術的な限界を克服している。
しかし、現在用いられる光源、例えばKrF、ArFなどを用いて行なう露光及び解像能力の限界により、所望のパターンの幅及び間隔を形成するのが困難な実情である。一例として、現在までは60nm程度のパターンの大きさを製造することができる露光技術が開発されているが、それ以下のパターンの大きさを製造するには困難が多い。
Along with the high integration of semiconductor elements, the size and pitch of a pattern that embodies a circuit constituting the semiconductor element is gradually reduced. Considering the Rayleigh equation, the size of the fine pattern in the semiconductor device is proportional to the wavelength of light used in the exposure process and inversely proportional to the size of the lens. Therefore, a method of reducing the wavelength of light used in the exposure process or increasing the size of the lens has been mainly used so far for forming a fine pattern.
Furthermore, the photographic process technology in the processing process has been developed by developing a new photosensitizer and a high numerical aperture lens by adjusting the amount of light emitted through the mask by elaborating the mask design. Efforts such as the development of scanners to be used and the development of deformed masks have overcome the technical limitations of semiconductor device manufacturing equipment.
However, it is difficult to form a desired pattern width and interval due to the limitations of exposure and resolution capability performed using currently used light sources such as KrF and ArF. As an example, an exposure technique capable of manufacturing a pattern size of about 60 nm has been developed so far, but it is difficult to manufacture a pattern size smaller than that.
ここに、微細パターンの大きさ及び間隔を有する感光膜パターンを形成するための様々な研究が引き続がれている。そのうち一つの方法には、二度の写真工程を行なってパターンを形成するDPT(Double Patterning Technology)方法がある。
DPT方法には、パターン周期の二倍の周期を有するパターンを露光して食刻したあと、その間ごとに同様に二倍の周期を有する第二のパターンを露光して食刻するDE2T(Double Expose Etch Technology)方法と、スペーサを利用してパターンを形成するSPT(Spacer Patterning Technology)方法がある。DE2T方法及びSPT方法は、それぞれネガティブトーン(Negative Tone)とポジティブトーン(Positive Tone)の工程でそれぞれ形成することができる。
ネガティブトーンDE2T方法は、第一のマスク工程で形成されたパターンを第二のマスク工程で除去して所望のパターンを形成する方法であり、ポジティブトーンDE2T方法は、第一のマスク工程と第二のマスク工程で形成したパターンを合わせて所望のパターンを形成する方法である。しかし、第一のマスク工程と食刻工程後に第二のマスク工程と食刻工程を行なうことにより所望のパターンの集積度を得ることができるDE2T方法は、二度のマスク工程と食刻工程を行なうために必要な追加工程の数が増加して工程の複雑さを増加させるという欠点がある。さらに、通常オーバレイ(overlay)と呼ばれる互いに独立的な第一のマスク工程と第二のマスク工程を介して得たパターンに整合誤差が発生する可能性がある。
Here, various researches for forming a photosensitive film pattern having a fine pattern size and interval are continued. One of them is a DPT (Double Patterning Technology) method in which a pattern is formed by performing two photographic processes.
In the DPT method, DE2T (Double Expose) is used in which a pattern having a period twice as long as the pattern period is exposed and etched, and then a second pattern having a period twice as long is exposed and etched in the meantime. Etch Technology) method and SPT (Spacer Patterning Technology) method for forming a pattern using a spacer. The DE2T method and the SPT method can be formed in a negative tone (positive tone) step and a positive tone (positive tone) step, respectively.
The negative tone DE2T method is a method in which the pattern formed in the first mask process is removed in the second mask process to form a desired pattern. The positive tone DE2T method is the first mask process and the second mask process. This is a method for forming a desired pattern by combining the patterns formed in the mask process. However, the DE2T method, which can obtain the desired pattern integration degree by performing the second mask process and the etching process after the first mask process and the etching process, has two mask processes and an etching process. The disadvantage is that the number of additional steps required to perform increases the process complexity. Furthermore, there is a possibility that a matching error occurs in the pattern obtained through the first mask process and the second mask process, which are usually called overlays, and are independent from each other.
一方、SPT方法はセル領域のパターニングのためにマスク工程が一度だけ進められるので、誤整合(misalign)の欠点を防止することができる自己整合(self align)方法である。 しかし、コア及び周辺回路領域にあるパッドパターンを形成するため、マットエッジ(mat edge)領域のパターン部分を分離するための更なるマスク工程が必要であり、スペーサ形成地域の蒸着均一性(deposition uniformity)と、スペーサ形成食刻工程から始まったCDの制御が容易でないので、CD均一性(uniformity)が問題になる。
ライン/スペースからなる層が多いNANDフラッシュ工程はSPT方法を単独適用して開発するのが可能であるが、DRAMの煉瓦壁(brick wall)パターンとパターンが複雑な層の場合は、SPT方法でパターンを形成することができないので、DE2T工程を適用しなければならないという問題点がある。
On the other hand, the SPT method is a self-alignment method that can prevent a misalignment defect because a mask process is performed only once for patterning a cell region. However, in order to form a pad pattern in the core and the peripheral circuit region, an additional mask process for separating the pattern portion of the mat edge region is necessary, and the deposition uniformity in the spacer formation region is required. ) And CD control starting from the spacer formation etching process is not easy, so CD uniformity becomes a problem.
The NAND flash process with many layers of lines / spaces can be developed by applying the SPT method alone, but if the DRAM brick wall pattern and the pattern are complicated layers, the SPT method can be used. Since the pattern cannot be formed, there is a problem that the DE2T process must be applied.
本発明は、ネガティブトーンSPT方法を適用するとき、スペーサ蒸着物質の間に形成されたギャップフィルポリ(gap fill poly)の最終プロファイルがラインで形成される基本原理を利用して、相互接続(interconnection)領域の具現が困難なパッドレイアウトを具現することができる半導体素子の形成方法を提供することに目的がある。
さらに、本発明はスペーサ蒸着物質が露出するよう、ギャップフィルポリを除去するときに乾式エッチバックまたは湿式除去工程を適用することができるので、オーバレイマージンを増大させることができる半導体素子の形成方法を提供することに目的がある。
The present invention utilizes the basic principle that when applying the negative tone SPT method, the final profile of the gap fill poly formed between the spacer deposition materials is formed in a line. It is an object of the present invention to provide a method of forming a semiconductor device that can implement a pad layout that is difficult to implement.
Furthermore, the present invention can apply a dry etchback or wet removal process when removing the gap fill poly so that the spacer deposition material is exposed, and thus a method of forming a semiconductor device that can increase an overlay margin. There is a purpose to provide.
本発明に係る半導体素子の形成方法は、半導体基板の上部に被食刻層、第1のハードマスク物質層、第1の分割パターン物質層及び第2のハードマスク物質層を順次形成するステップと、前記第2のハードマスク物質層を選択食刻して第2のハードマスクパターンを形成するステップと、前記第2のハードマスクパターンを食刻マスクに利用して前記第1の分割パターン物質層を食刻し、第1の分割パターンを形成するステップと、前記第1の分割パターンを含む前記第1のハードマスク物質層の上部にスペーサ物質層及び第2の分割パターン物質層を形成するステップと、前記第1の分割パターンが現われるまで、前記スペーサ物質層及び前記第2の分割パターン物質層を部分食刻して前記スペーサ物質層を露出させ、複数の前記第1の分割パターンの間に第2の分割パターンを形成するステップと、前記第1の分割パターン及び前記第2の分割パターンを食刻マスクに利用して前記スペーサ物質層及び前記第1のハードマスク物質層を食刻し、第1のハードマスクパターンを形成するステップと、前記第1のハードマスクパターンを食刻マスクに利用して前記被食刻層を食刻し、微細パターンを形成するステップとを含む。 A method of forming a semiconductor device according to the present invention includes: sequentially forming an etched layer, a first hard mask material layer, a first divided pattern material layer, and a second hard mask material layer on a semiconductor substrate; A step of selectively etching the second hard mask material layer to form a second hard mask pattern; and using the second hard mask pattern as an etching mask, the first divided pattern material layer Forming a first divided pattern, and forming a spacer material layer and a second divided pattern material layer on the first hard mask material layer including the first divided pattern. Until the first divided pattern appears, the spacer material layer and the second divided pattern material layer are partially etched to expose the spacer material layer, and a plurality of the first divided patterns are interposed between the plurality of first divided patterns. No. 2 Forming a division pattern, and etching the spacer material layer and the first hard mask material layer using the first division pattern and the second division pattern as an etching mask, Forming a hard mask pattern; and etching the etched layer using the first hard mask pattern as an etching mask to form a fine pattern.
また、前記第2のハードマスクパターンを形成するステップは、前記第2のハードマスクパターン物質層の上部に感光膜を塗布し、露光及び現像工程を介し所望のピッチの2倍のピッチを有する感光膜パターンを形成するステップと、前記感光膜パターンを食刻マスクに利用して前記第2のハードマスク物質層を食刻するステップとを含む。
また、前記第2のハードマスクパターン物質層の上部にシリコン窒酸化膜を形成するステップをさらに含む。
また、前記シリコン窒酸化膜の上部に下部反射防止膜を形成するステップをさらに含む。
また、前記第2のハードマスク物質層は非晶質炭素で形成する。
また、前記第1のハードマスク物質と前記スペーサ物質とは同一の物質で形成する。
また、前記第1の分割パターンを形成するステップは、前記第1の分割パターンの高さと前記スペーサ物質層の厚さとを合わせるため、前記第1のハードマスク物質層を前記スペーサ物質層の厚さほど部分食刻するステップをさらに含む。
また、前記第1のハードマスク物質層及び前記スペーサ物質層は、TEOSで形成する。
また、前記第1の分割パターンと前記第2の分割パターンとは同一の物質で形成する。
また、前記第1の分割パターン物質層及び前記第2の分割パターン物質層はポリシリコンで形成する。
また、前記第2の分割パターン物質層が均一の厚さに形成された場合、前記第2の分割パターンを形成するステップは、前記第2の分割パターン物質層を一定の厚さに部分食刻するステップをさらに含む。
また、前記スペーサ物質層及び前記第2の分割パターン物質層は、乾式エッチバック、湿式除去またはCMP工程を介し部分食刻される。
また、前記第2の分割パターン物質層が平坦な面を有するように蒸着された場合、前記第2の分割パターンを形成するステップは、前記第1の分割パターンを含む前記第1のハードマスク層の上部に感光膜を塗布し、露光及び現像工程を介し前記第1の分割パターン及び前記第2の分割パターンが形成される領域を覆う感光膜パターンを形成するステップと、前記感光膜パターンを食刻マスクに利用して前記第2の分割パターン物質層を食刻するステップとをさらに含む。
Further, the step of forming the second hard mask pattern includes applying a photosensitive film on the second hard mask pattern material layer, and exposing the photosensitive layer having a pitch twice the desired pitch through an exposure and development process. Forming a film pattern; and etching the second hard mask material layer using the photosensitive film pattern as an etching mask.
The method further includes forming a silicon oxynitride film on the second hard mask pattern material layer.
The method further includes forming a lower antireflection film on the silicon oxynitride film.
The second hard mask material layer is formed of amorphous carbon.
Also, the first hard mask material and the spacer material are formed of the same material.
Further, the step of forming the first division pattern may match the height of the first division pattern and the thickness of the spacer material layer so that the first hard mask material layer is as thick as the spacer material layer. The method further includes partial etching.
The first hard mask material layer and the spacer material layer are formed of TEOS.
Further, the first divided pattern and the second divided pattern are formed of the same material.
Further, the first divided pattern material layer and the second divided pattern material layer are formed of polysilicon.
Further, when the second divided pattern material layer is formed to have a uniform thickness, the step of forming the second divided pattern material includes partially etching the second divided pattern material layer to a constant thickness. The method further includes the step of:
In addition, the spacer material layer and the second divided pattern material layer are partially etched through dry etchback, wet removal, or a CMP process.
Further, when the second divided pattern material layer is deposited so as to have a flat surface, the step of forming the second divided pattern includes the first hard mask layer including the first divided pattern. Coating a photosensitive film on the upper surface of the substrate, forming a photosensitive film pattern that covers an area where the first divided pattern and the second divided pattern are to be formed through exposure and development processes; A step of etching the second divided pattern material layer using an engraved mask.
本発明に係る半導体素子の形成方法は、下部構造物が形成された半導体基板の上部に被食刻層を形成するステップと、前記被食刻層の上部に第1のマスク物質層を形成し、前記第1のマスク物質層を選択食刻してパッドパターン及びラインパターンを含む第1のマスクパターンを形成するステップと、複数の前記第1のマスクパターンの間に形成されたラインパターンを含む第2のマスクパターンを形成するステップと、前記第1のマスクパターンのパッドパターン及び前記第2のマスクパターンを互いに連結する第3のマスクパターンを形成するステップと、前記第1のマスクパターン、前記第2のマスクパターン及び前記第3のマスクパターンを食刻マスクに利用して前記被食刻層を食刻し、微細パターンを形成するステップとを含む。 A method of forming a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming an etched layer on an upper portion of a semiconductor substrate on which a lower structure is formed, and forming a first mask material layer on the etched layer. A step of selectively etching the first mask material layer to form a first mask pattern including a pad pattern and a line pattern; and a line pattern formed between the plurality of first mask patterns. Forming a second mask pattern; forming a third mask pattern interconnecting the pad pattern of the first mask pattern and the second mask pattern; the first mask pattern; Etching the etching layer using the second mask pattern and the third mask pattern as an etching mask to form a fine pattern.
また、前記第2のマスクパターンを形成するステップは、前記第1のマスクパターンを含む前記被食刻層の上部にスペーサ物質層を形成するステップと、前記スペーサ物質層の上部に第2のマスク物質層を形成するステップと、前記第2のマスク物質層に対し部分食刻するステップとを含む。
また、前記第2のマスクパターンを形成するステップで、前記第1のマスクパターンのパッドパターンを⊃状に形成して前記第2のマスクパターンが├状に形成される。
Forming the second mask pattern includes forming a spacer material layer on the etched layer including the first mask pattern; and forming a second mask on the spacer material layer. Forming a material layer; and partially etching the second mask material layer.
Further, in the step of forming the second mask pattern, the pad pattern of the first mask pattern is formed in a bowl shape, and the second mask pattern is formed in a bowl shape.
本発明は、ネガティブトーンSPT方法を適用するとき、スペーサ蒸着物質の間に形成されたギャップフィルポリの最終プロファイルがラインで形成される基本原理を利用して、相互接続領域の具現が困難なパッドレイアウトを具現することができるという効果が得られる。
また、本発明は、スペーサ蒸着物質が露出するようにギャップフィルポリを除去するときに乾式エッチバックまたは湿式除去工程を適用することができるので、オーバレイマージンを増大させることができるという利点がある。
The present invention uses the basic principle that a final profile of a gap fill poly formed between spacer deposition materials is formed by a line when applying a negative tone SPT method. The effect that the layout can be realized is obtained.
In addition, the present invention has an advantage that an overlay margin can be increased because a dry etchback or wet removal process can be applied when removing the gap fill poly so that the spacer deposition material is exposed.
以下、図を参照しながら本発明に対し詳しく説明する。
図1(a)〜図1(g)は、ネガティブトーンSPT(negative tone Spacer Patterning Technology)方法を示した断面図である。ここでは、フラッシュメモリ(flash memory)の制御ゲート(control gate)を形成する場合を例に挙げて説明する。
図1(a)に示されているように、半導体基板に活性領域を画成する素子分離膜を形成したあと、ONO誘電膜/ゲートポリ/タングステンシリサイド(WSi)などが蒸着されて具現された下部構造の上部にキャッピング(capping)第1シリコン窒酸化膜(SiON)110を形成する。
第1シリコン窒酸化膜110の上部に、ハードマスクとして第1 TEOS 112及び第1ポリ114を蒸着する。ここで、第1ポリ114で形成するハードマスクの高さは、SPT工程の核心中の一つである分割パターン(partition)として用いられるスペーサの高さを決定する。
しかし、感光膜パターンでは第1ポリ114を食刻することができないので、第1ポリ114を食刻するためのハードマスクとして第1非晶質炭素116及び第2シリコン窒酸化膜118を第1ポリ114の上部に形成する。次いで、第2シリコン窒酸化膜118の上部に下部反射防止膜(Bottom Anti-Reflected Coating(BARC) layer)119を形成する。
BARC 119の上部に感光膜を塗布し、所望のピッチの2倍のピッチを有するパターンが画成されたマスクを利用して、感光膜に対し露光及び現像工程を介し感光膜パターン120を形成する。例えば、食刻バイアス(etch bias)を考慮しない場合、ラインが40nm CD(Critical Dimension)で形成されれば、スペースは120nmのCDで形成する。即ち、ライン/スペースの割合が1:3になるようにする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 (a) to FIG. 1 (g) are cross-sectional views showing a negative tone spacer patterning technology (SPT) method. Here, a case where a control gate of a flash memory is formed will be described as an example.
As shown in FIG. 1 (a), after forming an element isolation film defining an active region on a semiconductor substrate, ONO dielectric film / gate poly / tungsten silicide (WSi), etc. are deposited and formed in the lower part. A capping first silicon oxynitride film (SiON) 110 is formed on the structure.
A
However, since the
A photosensitive film is applied on the
図1(b)に示されているように、感光膜パターン120を食刻マスクに利用して、BARC 119、第2シリコン窒酸化膜118、第1非晶質炭素116及び第1ポリ114を順次食刻して第1ポリパターン114aを形成し、感光膜パターン120、BARC 119、第2シリコン窒酸化膜118及び第1非晶質炭素116は除去する。このとき、ハードマスクである第1 TEOS 112の上部を第1ポリパターン114aの高さほど部分食刻する。このように食刻する理由は、第1ポリパターン114aの高さと、第1 TEOS 112の上部にTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)に形成されるスペーサの厚さとを同一に合わせるためである。第1ポリパターン114aの高さとスペーサの厚さとを同一にしない場合、スペーサを食刻する以後の過程で食刻マスクを構成する物質の差により食刻選択比が変化し、食刻プロファイル(profile)が変化することもある。
As shown in FIG. 1B, the
図1(c)に示されているように、第1ポリパターン114aを含むハードマスクである第1 TEOS 112の上部にスペーサ物質に用いる第2 TEOS 122を蒸着する。さらに、第2 TEOS 122の蒸着時に第1ポリパターン114aと下部ハードマスクである第1 TEOS 112の蒸着温度より低い温度に蒸着しなければ、後で温度の影響(thermal stress)によるフィルムリフティング(film lifting)現象などを防止することができない。さらに、スペーサとして用いられる蒸着物質が線幅に大きな影響を及ぼすので、ステップカバレッジ(step coverage)の優れた第2 TEOS 122を用いるのが最善ではあるが、ALD(Atomic Layer Deposition)方法に用いることができる物質を用いることもできる。
As shown in FIG. 1C, a
図1(d)及び図1(e)に示されているように、第2 TEOS 122の上部にギャップフィルハードマスク第2ポリ124を形成し、第2ポリ124に対しエッチバック工程を行なう。このとき、第2ポリ124は微細な第1ポリパターン114aが形成された領域に係わりなく均一の平坦面を有することができるように十分蒸着されなければ、スペーサ物質である第2 TEOS 122が露出するように一定の深さを食刻するとき、図1(e)に示したような第2ポリパターン124aを形成することができない。
As shown in FIGS. 1D and 1E, a gap fill hard mask
図1(f)に示されているように、第2 TEOS 122を部分食刻して第1ポリパターン114aを露出させ、スペーサ物質である第2 TEOS 122の間に形成されたギャップフィルハードマスク第2ポリパターン124aが第1ポリパターン114aとともにラインパターンを形成するようにする。ここで、第 2 TEOS 122を食刻する方法として、乾式エッチバック(dry etch back)及び湿式除去(wet strip)方法を適用する。
As shown in FIG. 1 (f), the
図1(g)に示されているように、第1ポリパターン114a及び第2ポリパターン124aを食刻マスクに利用して、第1 TEOS 112及びスペーサである第2 TEOS 122を食刻してそれぞれ第1 TEOSパターン112a及び第2 TEOSパターン122aを形成する。
その後、第1 TEOSパターン112a及び第2 TEOSパターン122aを食刻マスクに利用して、第1シリコン窒酸化膜110を食刻して既存の露光装備では形成することができない小さなピッチを有する微細パターンを形成する。図2は、フラッシュメモリ(flash memory)のセル領域を説明するための平面図である。具体的に検討してみれば、セル領域に含まれた複数の制御ゲート(control gate)はライン形のパターンに形成され、ソース選択ライン(source selection line)或いはドレイン選択ライン(drain selection line)との連結のための相互接続領域は、複数の制御ゲートの両端に位置するパッド形に形成される。
As shown in FIG. 1 (g), using the
Thereafter, using the
図3(a)〜図3(g)は、本発明に係るネガティブトーンSPT方法を介し微細な回路パターンを形成する製造方法を示した平面図及び断面図である。特に、図2に示されたフラッシュメモリの制御ゲートの相互接続領域を形成する場合を例に挙げて説明する。 FIGS. 3A to 3G are a plan view and a cross-sectional view showing a manufacturing method for forming a fine circuit pattern through the negative tone SPT method according to the present invention. In particular, the case where the interconnection region of the control gate of the flash memory shown in FIG. 2 is formed will be described as an example.
図3(a)に示されているように、半導体基板に活性領域を画成する素子分離膜を形成したあと、ONO誘電膜/ゲートポリ/タングステンシリサイド(WSi)などが蒸着され具現された下部構造の上部にキャッピング第1シリコン窒酸化膜(SiON)310を形成する。
第1シリコン窒酸化膜310の上部にハードマスクとして第1 TEOS 312及び第1ポリ314を蒸着する。
また、第1ポリ314を食刻するためのハードマスクとして第1非晶質炭素316 及び第2シリコン窒酸化膜318を第1ポリ314の上部に形成する。
第2シリコン窒酸化膜318の上部に感光膜を塗布し、所望のピッチの2倍のピッチを有するパターンが画成されたマスクを利用して、感光膜に対して露光及び現像工程を介し感光膜パターン320を形成する。このとき、感光膜パターン320が露光及び現像工程時に損なわれることを防止するため、第2シリコン窒酸化膜318と感光膜パターン320との間に下部反射防止膜(Bottom Anti-Reflected Coating、BARC)を形成することもできる。
As shown in FIG. 3 (a), after forming a device isolation film defining an active region on a semiconductor substrate, an ONO dielectric film / gate poly / tungsten silicide (WSi), etc. are deposited and embodied. A capping first silicon oxynitride film (SiON) 310 is formed on the top of the substrate.
A
Further, a first
A photosensitive film is applied on top of the second
平面図に示されているように、食刻バイアスを考慮しない場合、露光及び現像工程を介し形成される感光膜パターン320は1:3のライン対スペースの割合を有する。例えば、ラインが40nm CDで形成されれば、スペースは 120nmのCDで形成する。
As shown in the plan view, when the etching bias is not taken into consideration, the
図3(b)に示されているように、感光膜パターン320を食刻マスクに利用して、第2シリコン窒酸化膜318、第1非晶質炭素316及び第1ポリ314を順次食刻して第1ポリパターン314aを形成し、残留する感光膜パターン320、第2シリコン窒酸化膜318及び第1非晶質炭素316を除去する。このとき、第1ポリパターン314aの高さと、TEOSで形成するスペーサの厚さとを同一に合わせるため、ハードマスクである第1 TEOS 312をスペーサの厚さほど部分食刻する。
As shown in FIG. 3B, the second
図3(c)に示されているように、第1ポリパターン314aを含む第1 TEOS 312の上部にスペーサ物質に用いられる第2 TEOS 322を蒸着し、第2 TEOS 322の上部にギャップフィルハードマスク第2ポリ324を形成する。即ち、第1ポリパターン314a上に形成された第2 TEOS 322は第1ポリパターン314aの高さほどの屈曲を有しており、第2 TEOS 322の屈曲した低い領域に第2ポリ324を埋め込む。以後、第2ポリ324に対しエッチバック工程を行ない、図3(d)に示されているように第1ポリパターン314aの上部を露出する。
As shown in FIG. 3 (c), a
図3(c)及び図3(d)に示されているように、第2ポリ324に対しエッチバック方法またはCMP(Chemical Mechanical Polishing)方法で第2 TEOS 322を部分食刻して第1ポリパターン314aを露出させ、第2 TEOSパターン322aを形成する。
As shown in FIGS. 3 (c) and 3 (d), the second poly 324 is partially etched by the etch back method or the CMP (Chemical Mechanical Polishing) method with respect to the second poly 324. The
図3(e)に示されているように、第1ポリパターン314a及び第2 TEOSパターン322aを含む第2ポリパターン324aの上部に感光膜を塗布し、露光及び現像工程を介し第1ポリパターン314a及び第2ポリパターン324aを形成するための領域を画成した第2感光膜パターン326を形成する。このとき、第2ポリパターン324aのパッド形態を正確に形成するため、第2感光膜パターン326を形成するためのマスク工程は厳しく進められなければならない。具体的に説明すれば、第2感光膜パターン326の形態は2つのパッドパターンを一対に境界が決定されるが、横方向(I-I')には2つのラインパターンの幅とラインパターン間の間隔ほどの差を有し、縦方向には2つのラインパターンと連結された2つのパッドパターン単位で決定される。図3(f)に示されているように、第2感光膜パターン326を食刻マスクに利用して、露出した第2ポリパターン324aと第2 TEOSパターン322aの露出した部分を食刻して第2ポリパターン324aを形成し、第2感光膜パターン326を除去する。
As shown in FIG. 3 (e), a photosensitive film is applied on top of the
以後、図3(f)に示されているように、第1ポリパターン314a及び第2ポリパターン324aを食刻マスクに利用して、露出した第2 TEOSパターン322a及び第1 TEOS 312を食刻して第1シリコン窒酸化膜310上に第1 TEOSパターン312aを形成する。
その後、第1 TEOSパターン312aを食刻マスクに利用して第1シリコン窒酸化膜310を食刻し、既存の露光装備では形成することができない小さなピッチを有する図2に示された微細パターンを形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 3 (f), the exposed second TEOS pattern 322a and the
Thereafter, the first silicon
図2に示された微細パターンは複数の単位パターンで構成されており、それぞれの単位
パターンはコントロールゲートに対応するラインパターンと相互接続領域に対応するパッドパターンを含んでいる。図3(a)〜図3(f)を介し形成された微細パターンは、複数の単位パターン中の一部である第1単位パターンは第1ポリパターン314aに対応して形成され、他の第2単位パターンは第2ポリパターン324aに対応して形成され、特に第1単位パターンと前記第2単位パターンがそれぞれ交互に形成される。
The fine pattern shown in FIG. 2 includes a plurality of unit patterns, and each unit pattern includes a line pattern corresponding to the control gate and a pad pattern corresponding to the interconnection region. In the fine pattern formed through FIGS. 3A to 3F, the first unit pattern, which is a part of the plurality of unit patterns, is formed corresponding to the
前述した本発明の一実施形態において、スペーサとして形成した第2 TEOSパターン322aを食刻マスクに利用することにより、露光工程を介し感光膜をパターニングするときに具現することができなかった微細回路の製造が可能になった。しかし、図3(e)において、パッド形態を製造するために第2感光膜パターン326を用いた食刻工程時に動作マージンが小さいという欠点がある。それぞれのパッド間のピッチが非常に狭いが、露光工程を介し形成された第2感光膜パターン326を用いるので、整合誤差(misalign)が非常に発生し易い。もし、整合誤差が発生する場合、露出した第2ポリパターン224aが正確に食刻されないことにより、各微細回路パターン内のパッドパターンが互いに分離されず連結され、素子の不良が発生するか、好ましい大きさのパッドの形成が困難である。
In the above-described embodiment of the present invention, by using the second TEOS pattern 322a formed as a spacer as an etching mask, a fine circuit that could not be realized when patterning a photosensitive film through an exposure process. Manufacture is now possible. However, in FIG. 3E, there is a disadvantage that an operation margin is small during an etching process using the second
図4(a)〜図4(f)は、本発明の他の実施形態に係るネガティブトーンSPT方法で微細回路パターンを形成する製造方法を示した平面図である。
図4(a)に示されているように、図3(a)と異なる形態の第1、第2形状パターン420a、420bが第2シリコン窒酸化膜418上に形成されている。
4 (a) to 4 (f) are plan views showing a manufacturing method for forming a fine circuit pattern by a negative tone SPT method according to another embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4 (a), first and
図4(a)〜図4(f)に示されているように、第2シリコン窒酸化膜418の下部には半導体基板に活性領域を画成する素子分離膜を形成したあと、ONO誘電膜/ゲートポリ/タングステンシリサイド(WSi)などが蒸着されて具現された下部構造の上部にキャッピング第1シリコン窒酸化膜(SiON)410、第1シリコン窒酸化膜410の上部にハードマスクとして第1 TEOS 412及び第1ポリ414、第1ポリ414を食刻するためのハードマスクとして第1非晶質炭素(図示省略)が形成されている。このとき、第2シリコン窒酸化膜418と第1、第2形状パターン420a、420bとの間に下部反射防止膜を形成することができる。
As shown in FIGS. 4 (a) to 4 (f), an ONO dielectric film is formed under the second
図4(a)に示されているように、第2シリコン窒酸化膜418上に感光膜を塗布し、所望のピッチの2倍のピッチを有する制御ゲートパターン及び制御ゲートパターン等の間に配置された複数のパッドパターンが画成されたマスクを利用して、感光膜に対し露光及び現像工程を行なう。これを介して制御ゲートが形成されるラインパターンと、相互接続領域が形成されるパッドパターンとを含む第1形状パターン420aと、ラインパターンなくパッドパターンの一部だけを含む第2形状パターン420bとを含む第1感光膜パターン421が形成される。ここで、第1感光膜パターン420のライン/スペースの割合は1:3である。例えば、食刻バイアスを考慮しない場合、ラインが40nm CDで形成されれば、スペースは 120nmのCDで形成する。
As shown in FIG. 4 (a), a photosensitive film is applied on the second
図4(b)に示されているように、第1感光膜パターン421を食刻マスクに利用して、BARC、第2シリコン窒酸化膜418、非晶質炭素及び第1ポリ414を順次食刻して第1形状パターン形のゲートパターン414a及び第2形状パターン形のパッドパターン414bを含む第1ポリパターン415を形成し、第1感光膜パターン420、BARC、第2シリコン窒酸化膜418及び非晶質炭素は除去する。このとき、本発明の実施形態では、第1ポリパターン415の高さとTEOSで形成するスペーサの厚さとを同一に合わせるため、ハードマスクである第1 TEOS 412の上部をスペーサの厚さほど部分食刻する。
As shown in FIG. 4B, the BARC, the second silicon
図4(c)に示されているように、第1ポリパターン415を含むハードマスクである第1 TEOS412の上部にスペーサ物質に用いる第2 TEOS(図示省略)を蒸着し、第2 TEOSの上部にギャップフィルハードマスクである第2ポリを形成する。このとき、平坦面を有することができるように第2ポリを十分蒸着する図1(d)に示した方法とは異なり、第2 TEOSの上部に第2ポリを均一の厚さに蒸着して第1ポリパターン415が形成された領域には、その外の領域より高く形成されるようにする。
以後、第2 TEOS及び第2ポリに対し乾式エッチバックまたは湿式除去工程を行なえば、広い領域に低い高さで形成された第2ポリは除去されるが、第1ポリパターン415の間にライン形態の第2ポリパターン424aは残ることになる。その後、図4(d)に示されているように、露出した第2 TEOSを食刻して第1 TEOS 412上に第1ポリパターン415及び第2ポリパターン424aだけが残るようにする。
As shown in FIG. 4 (c), a second TEOS (not shown) used as a spacer material is deposited on the top of the
Thereafter, if a dry etchback or wet removal process is performed on the second TEOS and the second poly, the second poly formed at a low height in a wide area is removed, but the line between the
図4(e)に示されているように、第1ポリパターン415のパッドパターン414bとラインパターンの形状を有する第2ポリパターン424aとを互いに連結する領域に第2感光膜パターン428を形成する。通常、ラインとパッド部分を接触させるため第二のマスク工程で連結し、既存の装備で現像限界に伴うデザインルールの装置のためにSPT工程を利用するので、相対的にパターンの重畳度(overlay)が10nm以下に小さく制御されなければならない。
As shown in FIG. 4 (e), a
図4(f)に示されているように、第1ポリパターン415、第2ポリパターン424a 及び第2感光膜パターン428を食刻マスクに利用してスペーサである第1 TEOS 412を食刻したあと、食刻マスクに用いられた第1ポリパターン415、第2ポリパターン424a、第2感光膜パターン428及び第2 TEOSパターン422aを除去して第1 TEOSパターン412aを形成する。
その後、第1 TEOSパターン412aを食刻マスクに利用して、第1シリコン窒酸化膜410を食刻して既存の露光装備では形成することができない小さなピッチを有する微細パターンを形成する。微細パターンは、コントロールゲートに対応するラインパターンと、相互接続領域に対応するパッドパターンとを含む複数の単位パターンで含み、図4(a)〜図4(f)に示されているように、第1ポリパターン415に対応する複数の第1単位パターン及び複数の第2単位パターンのパッドパターンと、第2ポリパターン424aに対応する前記複数の第2単位パターンのラインパターンとを含む。また、第2単位パターンのパッドパターンとラインパターンとは別途の第2感光膜パターン428を利用した食刻工程を介し連結される。
As shown in FIG. 4 (f), the
Thereafter, using the
前記のような図4(a)〜図4(f)に示された本発明の実施形態は、スペーサ物質である第2 TEOSパターン422aの間に形成された第2ポリパターン424aが食刻工程を介しライン形に形成される基本的な原理を利用して、ライン形の第2ポリパターン424aと制御ゲートのパッドパターン414bとを互いに第2感光膜パターン428で連結して第1シリコン窒酸化膜410を食刻するための食刻マスクに用いる。
したがって、それぞれが制御ゲートパターンと相互接続領域とで構成された複数の微細回路パターンを製造する、図3(a)〜図3(f)に示された本発明の一実施形態に比べ、図4(a)〜図4(f)に示された本発明の他の実施形態は、2つの微細回路パターンの間に位置する微細回路パターンは相互接続領域だけを、露光工程を介しパターニングされた感光膜パターンを用いることにより更に形成するので、製造工程上オーバレイマージンを増大させることができる。即ち、図3(e)に示された複数の微細回路パターンのパッド領域の境界を正確に画成しなければならない第2感光膜パターン326を用いる食刻工程より、図4(e)に示された第2感光膜パターン428を用いる食刻工程がさらに大きい動作マージンの確保が容易である。
In the embodiment of the present invention shown in FIGS. 4A to 4F, the
Therefore, compared to the embodiment of the present invention shown in FIGS. 3 (a) to 3 (f), each producing a plurality of fine circuit patterns each composed of a control gate pattern and an interconnect region. In another embodiment of the present invention shown in FIGS. 4 (a) to 4 (f), the fine circuit pattern located between the two fine circuit patterns is patterned only in the interconnect region through the exposure process. Since it is further formed by using the photosensitive film pattern, the overlay margin can be increased in the manufacturing process. That is, from the etching process using the second
具体的に、微細回路パターン内のラインパターンとして形成された第2ポリパターン424aに連結されるパッドパターン414bを⊃状に形成して、第二のマスク工程でのパッド形成工程の際にオーバレイマージンを増大させる。特に、⊃状のパッドパターン414bの下に┌状のパターンを貼り付けて第1ポリパターン415内のパッドパターン414bと第2 TEOSパターン422aに連結されるようにすることにより、後続するエッチバックまたは湿式除去工程時に第2ポリが食刻された├状の第2ポリパターン424aからなるラインパターンを形成することができるようになる。
したがって、本発明はネガティブトーンSPT方法を適用するとき、スペーサ蒸着物質の間に形成されたギャップフィルポリの最終プロファイルがラインで形成される基本原理を利用して、相互接続領域の具現が困難なパッドレイアウトを具現することができる技術を開示する。
さらに、本発明はスペーサ蒸着物質が露出するようにギャップフィルポリを除去するとき、乾式エッチバックまたは湿式除去工程を適用することができるので、オーバレイマージンを増大させることができる技術を開示する。特に、本発明はネガティブトーンSPT方法を適用するとき、スペーサ蒸着物質の間に形成されたギャップフィルポリの最終プロファイルがラインで形成される基本原理を利用して、相互接続領域の具現が困難なパッドレイアウトを具現することができる。
さらに、本発明はスペーサ蒸着物質が露出するようにギャップフィルポリを除去するとき、乾式エッチバックまたは湿式除去工程を適用することができるので、オーバレイマージンを増大させることができる。
Specifically, a
Therefore, when applying the negative tone SPT method according to the present invention, it is difficult to implement an interconnection region by using a basic principle that a final profile of a gap fill poly formed between spacer deposition materials is formed by lines. A technique capable of implementing a pad layout is disclosed.
Further, the present invention discloses a technique capable of increasing the overlay margin because a dry etchback or wet removal process can be applied when removing the gap fill poly so that the spacer deposition material is exposed. In particular, when applying the negative tone SPT method according to the present invention, it is difficult to implement an interconnection region by using a basic principle that a final profile of a gap fill poly formed between spacer deposition materials is formed by lines. A pad layout can be implemented.
Further, the present invention can increase the overlay margin because a dry etchback or wet removal process can be applied when removing the gap fill poly so that the spacer deposition material is exposed.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されず、本発明の属する技術範囲を逸脱しない範囲での全ての変更が含まれる。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, All the changes in the range which does not deviate from the technical scope to which this invention belongs are included.
110、310、410 第1シリコン窒酸化膜
112、312、412 第1 TEOS
112a、312a、412a 第1 TEOSパターン
114、314、414 第1ポリ
114a、314a、415 第1ポリパターン
116、316 第1非晶質炭素
118、318、418 第2シリコン窒酸化膜
119 下部反射防止膜
120、320 感光膜パターン
122、322 第2 TEOS
122a、322a、422a 第2 TEOSパターン
124、324 第2ポリ
124a、224a、324a、424a 第2ポリパターン
326、428 第2感光膜パターン
414a ゲートパターン
414b パッドパターン
420、421 第1感光膜パターン
420a 第1形状パターン
420b 第2形状パターン
110, 310, 410 1st silicon oxynitride film
112, 312, 412 1st TEOS
112a, 312a, 412a 1st TEOS pattern
114, 314, 414 1st poly
114a, 314a, 415 1st poly pattern
116, 316 1st amorphous carbon
118, 318, 418 Second silicon oxynitride film
119 Lower antireflection film
120, 320 Photosensitive film pattern
122, 322 2nd TEOS
122a, 322a, 422a 2nd TEOS pattern
124, 324 2nd poly
124a, 224a, 324a, 424a Second poly pattern
326, 428 Second photosensitive film pattern
414a Gate pattern
414b pad pattern
420, 421 First photosensitive film pattern
420a 1st shape pattern
420b Second shape pattern
Claims (16)
前記第2のハードマスク物質層を選択食刻して第2のハードマスクパターンを形成するステップと、
前記第2のハードマスクパターンを食刻マスクに利用して前記第1の分割パターン物質層を食刻し、第1の分割パターンを形成するステップと、
前記第1の分割パターンを含む前記第1のハードマスク物質層の上部にスペーサ物質層及び第2の分割パターン物質層を形成するステップと、
前記第1の分割パターンが現われるまで、前記スペーサ物質層及び前記第2の分割パターン物質層を部分食刻して前記スペーサ物質層を露出させ、複数の前記第1の分割パターンの間に第2の分割パターンを形成するステップと、
前記第1の分割パターン及び前記第2の分割パターンを食刻マスクに利用して前記スペーサ物質層及び前記第1のハードマスク物質層を食刻し、第1のハードマスクパターンを形成するステップと、
前記第1のハードマスクパターンを食刻マスクに利用して前記被食刻層を食刻し、微細パターンを形成するステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の形成方法。 Sequentially forming an etched layer, a first hard mask material layer, a first divided pattern material layer, and a second hard mask material layer on a semiconductor substrate;
Selectively etching the second hard mask material layer to form a second hard mask pattern;
Etching the first divided pattern material layer using the second hard mask pattern as an etching mask, and forming a first divided pattern;
Forming a spacer material layer and a second divided pattern material layer on top of the first hard mask material layer including the first divided pattern;
Until the first division pattern appears, the spacer material layer and the second division pattern material layer are partially etched to expose the spacer material layer, and a second portion is formed between the plurality of the first division patterns. Forming a divided pattern of
Etching the spacer material layer and the first hard mask material layer using the first divided pattern and the second divided pattern as an etching mask to form a first hard mask pattern; ,
Forming a fine pattern by etching the etched layer using the first hard mask pattern as an etching mask.
前記第2のハードマスクパターン物質層の上部に感光膜を塗布し、露光及び現像工程を介し所望のピッチの2倍のピッチを有する感光膜パターンを形成するステップと、
前記感光膜パターンを食刻マスクに利用して前記第2のハードマスク物質層を食刻するステップと
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形成方法。 The step of forming the second hard mask pattern includes:
Applying a photosensitive film on the second hard mask pattern material layer, and forming a photosensitive film pattern having a pitch twice the desired pitch through an exposure and development process;
2. The method of forming a semiconductor device according to claim 1, further comprising: etching the second hard mask material layer using the photosensitive film pattern as an etching mask.
前記第1の分割パターンを含む前記第1のハードマスク層の上部に感光膜を塗布し、露光及び現像工程を介し前記第1の分割パターン及び前記第2の分割パターンが形成される領域を覆う感光膜パターンを形成するステップと、
前記感光膜パターンを食刻マスクに利用して前記第2の分割パターン物質層を食刻するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の形成方法。 When the second divided pattern material layer is deposited to have a flat surface, the step of forming the second divided pattern,
A photosensitive film is applied on top of the first hard mask layer including the first division pattern, and covers an area where the first division pattern and the second division pattern are formed through an exposure and development process. Forming a photosensitive film pattern;
2. The method of forming a semiconductor device according to claim 1, further comprising: etching the second divided pattern material layer using the photosensitive film pattern as an etching mask.
前記被食刻層の上部に第1のマスク物質層を形成し、前記第1のマスク物質層を選択食刻してパッドパターン及びラインパターンを含む第1のマスクパターンを形成するステップと、
複数の前記第1のマスクパターンの間に形成されたラインパターンを含む第2のマスクパターンを形成するステップと、
前記第1のマスクパターンのパッドパターン及び前記第2のマスクパターンを互いに連結する第3のマスクパターンを形成するステップと、
前記第1のマスクパターン、前記第2のマスクパターン及び前記第3のマスクパターンを食刻マスクに利用して前記被食刻層を食刻し、微細パターンを形成するステップと
を含むことを特徴とする半導体素子の形成方法。 Forming an etched layer on top of the semiconductor substrate on which the substructure is formed;
Forming a first mask material layer on the etched layer, selectively etching the first mask material layer to form a first mask pattern including a pad pattern and a line pattern;
Forming a second mask pattern including a line pattern formed between a plurality of the first mask patterns;
Forming a third mask pattern that connects the pad pattern of the first mask pattern and the second mask pattern to each other;
Etching the etched layer using the first mask pattern, the second mask pattern, and the third mask pattern as an etching mask, and forming a fine pattern. A method for forming a semiconductor element.
前記第1のマスクパターンを含む前記被食刻層の上部にスペーサ物質層を形成するステップと、
前記スペーサ物質層の上部に第2のマスク物質層を形成するステップと、
前記第2のマスク物質層に対し部分食刻するステップと
を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体素子の形成方法。 Forming the second mask pattern comprises:
Forming a spacer material layer on top of the etched layer including the first mask pattern;
Forming a second mask material layer on top of the spacer material layer;
15. The method of forming a semiconductor device according to claim 14, further comprising a step of partially etching the second mask material layer.
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