KR101564474B1 - 고밀도 패턴 형성 방법 - Google Patents

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거테즈 에스. 샌두
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마이크론 테크놀로지, 인크.
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Abstract

집적 회로(200)에서 절연된 피처의 밀도를 증가시키는 것을 포함하는 방법이 개시된다. 하나 이상의 실시예에서, 집적 회로(200)에서 절연된 피처의 시작 밀도보다 2배 이상 큰 절연된 피처의 최종 밀도를 갖는 절연된 피처의 패턴을 갖도록 집적 회로(200)를 형성하는 방법이 제공된다. 본 방법은 밀도 X를 갖는 기둥(122)의 패턴을 형성하는 단계 및 기둥(122) 사이에 적어도 X 밀도를 갖는 홀(140)의 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 기둥(122)은 선택적으로 제거되어 적어도 2X 밀도를 갖는 홀(141)의 패턴을 형성할 수 있다. 일부 실시예에서는, 밀도 2X를 갖는 기둥의 패턴을 제공하기 위해, 기판(100)에 대한 에피택셜 퇴적에 의한 것과 같이, 홀(141)의 패턴에 플러그(150)가 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 홀(141)의 패턴은 에칭에 의해 기판(100)으로 전사될 수 있다.

Description

고밀도 패턴 형성 방법{METHOD FOR FORMING HIGH DENSITY PATTERNS}
본 발명의 실시예는 반도체 공정에 관한 것으로서, 더 구체적으로는, 마스킹 기술에 관한 것이다.
보다 빠르고 작은 집적 회로에 대한 지속적인 요구가 있는데, 집적 회로를 형성하는 개별 소자 또는 전자 디바이스의 크기 및 그들 사이의 분리 간격을 감소시킴으로써 보다 빠르고 작은 집적 회로를 만들 수 있다. 기판 전역에서 회로 소자의 밀도를 증가시키는 이러한 공정을 통상적으로 "스케일링(scaling)"이라고 한다. 보다 빠르고 작은 집적 회로에 대한 요구의 결과로서, 절연된 피처(isolated features)를 고밀도로 형성하는 스케일링 방법에 대한 지속적인 요구가 있다.
첨부된 도면은, 반드시 실척일 필요가 없는 개략적인 것으로, 본 발명의 실시예를 예시하기 위한 것이지 제한하려는 것은 아니다.
도 1A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 공정을 예시하는 흐름도이다.
도 1B는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 공정을 예시하는 다른 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도(cross-sectional side view)를 예시한다.
도 2A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 2B는 도 2A에 표시된 단면선(sectional line) 2B에 따른 도 2A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 3A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 기둥 패턴이 트리밍된 이후의 도 2A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 3B는 도 3A에 표시된 단면선 3B에 따른 도 3A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 4A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 기둥 패턴을 하부 마스킹 층으로 전사한 이후의 도 3A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 4B는 도 4A에 표시된 단면선 4B에 따른 도 4A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 5A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 마스킹 층 중 하나가 제거된 이후의 도 4A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 5B는 도 5A에 표시된 단면선 5B에 따른 도 5A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 6A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 기둥에 스페이서 재료를 퇴적하는 동안의 도 5A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 6B는 도 6A에 표시된 단면선 6B에 따른 도 6A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 7A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 스페이서 재료를 퇴적한 이후의 도 6A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 7B는 도 7A에 표시된 단면선 7B에 따른 도 7A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 8A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 스페이서 재료를 에칭한 이후의 도 7A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 8B는 도 8A에 표시된 단면선 8B에 따른 도 8A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 9A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 추가로 스페이서 재료를 에칭한 이후의 도 8A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 9B는 도 9A에 표시된 단면선 9B에 따른 도 9A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 10A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 기둥을 에칭한 이후의 도 9A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 10B는 도 10A에 표시된 단면선 10B에 따른 도 10A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 11A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 플러그를 형성한 이후의 도 10A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 11B는 도 11A에 표시된 단면선 11B에 따른 도 11A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
도 12A는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라서 스페이서 재료를 제거한 이후의 도 11A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 상면도를 예시한다.
도 12B는 도 12A에 표시된 단면선 12B에 따른 도 12A의 부분적으로 형성된 집적 회로의 측단면도를 예시한다.
여기에서 설명되는 실시예는 고밀도의 절연된 피처 패턴을 형성하는 방법을 제공한다. 하나 이상의 실시예에서, 집적 회로에서 시작 피처 밀도보다 2배 이상 높은 최종 피처 밀도를 갖는 피처 패턴으로 집적 회로를 형성하는 방법이 제공된다. 본 방법은 밀도 X의 절연된 기둥 패턴(pattern of isolated pillars)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은, 기둥 위 및 주위에(on and around) 스페이서 재료를 블랭킷 퇴적(blanket deposit)하는 것 등에 의해 기둥 주위에 스페이서를 형성하고, 이어서 스페이서 재료를 등방성 에칭하여 적어도 약 X의 밀도를 갖는 홀 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 기둥을 선택적으로 제거하여 적어도 약 2X의 밀도를 갖는 홀 패턴을 갖는 마스크를 형성할 수 있다. 일부 실시예에서는, 적어도 2X의 밀도를 갖는 기둥 패턴을 제공하기 위해, 기판에 대한 에피택셜 퇴적(epitaxial deposition) 등에 의해 마스크의 홀 패턴에 플러그를 형성할 수 있다. 다른 실시예에서는, 마스크의 홀 패턴을 기판으로 에칭하여 기판에 홀 패턴을 마련할 수 있다.
이제부터는 유사 참조 번호가 전체에 걸쳐 유사 부분을 의미하는 도면을 참조할 것이다.
도 1A는 본 발명의 일부 실시예에 따른 공정 단계의 일반적인 순서를 예시한다. 도 1A의 단계 1에서는, 기판 위에 형성되는 층 또는 적층으로 에칭하거나 복수개 기둥을 디파인하는 패턴으로 기판 위에 재료를 형성하는 것 등에 의해, 기판 상에 복수의 기둥을 형성한다. 예를 들어, 포토리소그래피에 의해, 포토레지스트를 선택적으로 노광하고 이어서 그 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트에 의해 형성되는 기둥 패턴을 남김으로써 기둥을 형성할 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 구조를 "형성하는 것"은 구조를 만들기 위한 단계들을 수행하거나 이미 만들어진 구조를 제공하는 것을 포함한다. 단계 3에서는, 기둥 사이에 개구부 패턴(pattern of openings)을 남기면서 기둥 사이의 공간을 채우도록 기둥 위 및 주위에 스페이서 재료를 형성한다. 단계 5에서는, 스페이서 재료를 에칭하여 하부 재료까지 완전히 개방되는 홀 패턴을 형성하는데, 홀의 밀도는 적어도 기둥 패턴의 밀도와 같다. 단계 7에서는, 기둥을 제거하여 추가의 홀을 형성함으로써, 이전에 기판 상에 형성된 기둥 패턴의 밀도의 적어도 2배의 밀도를 갖는 홀 패턴을 제공한다.
도 1B 내지 도 12B는 본 발명의 일부 실시예에 따른 공정 단계의 세부 순서를 개략적으로 예시한다. 단계 10에서는, 기판(100)을 제공하고 그 위에 제1 하드마스크 층(110)을 형성한다. (도 2는 단계 12가 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다.) 기판(100)은 반도체 공정에 적당한 다양한 워크피스(workpieces) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판은 실리콘 웨이퍼를 포함할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 제1 하드마스크 층(110)은, 다른 재료의 예시된 이미징 또는 마스킹 스택에 관해 우수한 에칭 선택성을 갖는 것으로 밝혀진 비정질 탄소, 예를 들어 투명 탄소를 포함한다. 비정질 탄소를 형성하는 방법은 A. Helmbold, D. Meissner, Thin Solid Films, 283 (1996) 196-203 및 2006년 9월 21일에 "PITCH REDUCED PATTERNS RELATIVE TO PHOTOLITHOGRAPHY FEATURES"라는 명칭으로 공개된 미국 특허 출원 공개 제2006/0211260호에 개시되어 있는데, 이들 전체는 참조로서 본원에 원용된다. 예시된 실시예에서는, 이후 단계들에서의 에칭 동안 제1 하드마스크 층(110)을 보호하고 및/또는 포토리소그래피에 의한 패턴 형성의 정확성을 향상시키기 위해, 제1 하드마스크 층(110) 위에 제2 하드마스크 층(112)을 또한 형성한다. 하나 이상의 실시예에서, 제2 하드마스크 층(112)은 원치않는 광 반사를 방지하여 포토리소그래피를 용이하게 할 수 있는, DARC 또는 BARC/DARC 등의 반사 방지 코팅(ARC; anti-reflective coating)을 포함한다.
단계 12에서는, 제2 하드마스크 층(112) 상에 선택적으로 디파인가능한 층(120; selectively definable layer)을 형성한다. 선택적으로 디파인가능한 층(120)은 반도체 제조시에 마스크를 제공하기 위한 주지 공정에 따라 포토레지스트를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 포토레지스트는 157nm, 193nm, 248nm 또는 365nm 파장 시스템, 193nm 파장 이머전(immersion) 시스템, (13.7nm 파장 시스템을 포함하는) 극자외선 시스템 또는 전자 빔 리소그래피 시스템에 적합한 임의의 포토레지스트일 수 있다. 또한, 마스크리스(maskless) 리소그래피 또는 마스크리스 포토리소그래피를 이용하여 선택적으로 디파인가능한 층(120)을 디파인할 수 있다. 바람직한 포토레지스트 재료의 예로는 ArF(argon fluoride) 감광성 포토레지스트, 즉 ArF 광원과 함께 사용하기에 적합한 포토레지스트와, KrF(krypton fluoride) 감광성 포토레지스트, 즉 KrF 광원과 함께 사용하기에 적합한 포토레지스트가 있다. ArF 포토레지스트는 바람직하게는 비교적 단파장인 광, 예를 들어 193nm를 이용하는 포토리소그래피 시스템과 함께 사용된다. KrF 포토레지스트는 바람직하게는 248nm 시스템과 같은 장파장 포토리소그래피 시스템과 함께 사용된다. 다른 실시예에서, 선택적으로 디파인가능한 층(120)과 임의의 후속 레지스트 층은 나노-임프린트(nano-imprint) 리소그래피에 의해, 예를 들어 몰드 또는 기계적인 힘을 이용하여 레지스트를 패터닝하는 것에 의해 패터닝될 수 있는 레지스트로 형성될 수 있다. 도 2A 및 도 2B는 단계 12가 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 도 2A 및 도 2B에 도시된 바와 같이, 선택적으로 디파인가능한 층(120)은, 실질적으로 원형 단면을 갖는 복수의 기둥(121)을 포함하는 마스크 패턴을 포함할 수 있다. 선택적으로 디파인가능한 층(120)에서의 기둥(121)의 폭은 A이다. 기둥(121)은 포토리소그래피 기술을 이용하여 패터닝될 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, A는 리소그래피 기술을 이용하여 형성 가능한 최소 피처 크기와 실질적으로 같을 수 있다. 다른 실시예에서, 기둥(121)은, 포토리소그래피에 의해 형성되는 패턴의 정확성을 향상시키기 위해, 포토리소그래피에 의해 형성되고 이어서 트리밍되는 형성 가능한 최소 피처 크기보다 큰 폭 A를 갖도록 형성될 수 있다. 포토리소그래피 기술은 통상적으로 그 기술의 크기 한도를 넘는 크기를 가진 피처를 더욱 쉽고 정확하게 형성할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
도 2A에 도시된 바와 같이, 기둥(121a)과 기둥(121b) 사이와 같은, 가장 인접한 기둥들(121)의 중심 사이의 거리는 B이다. 예시된 실시예에서, B는 실질적으로 폭 A의 2배와 같은데, 이는 여기에서 설명되는 바와 같이 행과 열로 배열되는 홀 패턴을 형성하는 데에 유리하다. 폭 A가 거리 B의 1/2보다 큰 실시예에서는, 이하 설명되는 바와 같이 치수(C, D 및 E)를 실현하기 위해, 트리밍 단계 14 동안에 선택적으로 디파인가능한 층(120)의 기둥(121)을 트리밍한다. 도 2A 및 도 2B에 도시된 마스크 패턴은 중심이 정사각형의 꼭지점에 위치하는 기둥(121)을 포함하지만, 이하 더욱 상세하게 설명되는 바와 같이, 다른 패턴도 가능하다.
도 3A 및 도 3B는 도 1B의 단계 14가 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 단계 14에서는, 선택적으로 디파인가능한 층(120)을 O2/Cl2 또는 O2/HBr 플라즈마에 가하는 것 등에 의해 선택적으로 디파인가능한 층(120)을 트리밍한다. 도 3B는 트리밍 단계 14 이후에, 폭 A보다 작은 폭 C를 갖는 선택적으로 디파인가능한 층(120)의 기둥(121)을 도시한다. 따라서, 트리밍 단계 14는 바람직하게는 선택적으로 디파인가능한 층(120)을 패터닝하는 데에 이용되는 리소그래피 기술을 이용하여 형성 가능한 최소 피처 크기보다 작은 피처 크기를 제공할 수 있다. 하나 이상의 실시예에서, 폭 C는 실질적으로 다음의 수학식 1과 동일하다.
Figure 112010043302849-pct00001
또한, 도 3B는, 트리밍 단계 14 이후에, 기둥(121a)과 기둥(121c) 사이와 같은, 선택적으로 디파인가능한 층(120)의 멀리 떨어진 2개의 기둥(121) 사이의 거리가 E라는 것을 나타낸다. 하나 이상의 실시예에서, 거리 E는 실질적으로 다음의 수학식 2와 동일하다.
Figure 112010043302849-pct00002
도 3A는, 트리밍 단계 14 이후에, 기둥(121a)과 기둥(121b) 사이와 같은, 선택적으로 디파인가능한 층(120)의 인접한 기둥(121) 사이의 거리가 D라는 것을 나타낸다. 하나 이상의 실시예에서, 거리 D는 실질적으로 수학식 3과 동일하다.
Figure 112010043302849-pct00003
Y는 여기에서 거리의 치수를 가진 승수로서 사용되어 하나 이상 실시예의 패턴에서의 다양한 치수 사이의 관계를 명료하게 한다. 도 3A 및 도 3B에서 C는 실질적으로 수학식 4와 동일하지만,
Figure 112010043302849-pct00004
Y는, 공지의 리소그래피 기술을 이용하여 형성 가능한 최소 피처 크기를 포함하는, 0보다 큰 임의의 실수일 수 있으며, 단계 12 이후의 기둥(121)의 폭 A에 대해 반드시 어떤 관계를 가질 필요는 없다.
이들 치수의 패턴을 가진 선택적으로 디파인가능한 층(120)은, 후속 단계에서, 바람직하게는 선택적으로 디파인가능한 층(120)에서의 기둥 패턴(121)과 정렬되는 스페이서 디파인 홀 패턴(pattern of spacer-defined holes)을 생성할 수 있다. 특히, 도 3A에 도시된 선택적으로 디파인가능한 층(120)의 패턴은 열과 행으로 형성되는 한 세트의 기둥(121)으로 설명될 수 있는데, 이 경우, 가장 왼쪽의 기둥(121a)은 제1 열 제2 행에 배치되고, 가장 위쪽의 기둥(121b)은 제2 열 제1 행에 배치되며, 가장 아래쪽 기둥(121d)은 제2 열 제3 행에 배치되고, 가장 오른쪽 기둥(121c)은 제3 열 제2 행에 배치된다. 앞서 설명된 치수를 이용하여 마스크 패턴을 형성하는 경우, 후속 단계들에서 형성되는 홀은 바람직하게는 동일한 열과 행의 비어있는 위치(open positions)에 배치됨으로써, 홀 패턴이 기둥 패턴과 정렬된다. 이하 더 상세하게 설명되는 도 8A는 홀(140a)이 제1 열 제1 행에 배치되고, 다른 홀(140d)이 제1 열 제3 행에 배치되며, 또 다른 홀(140c)이 제2 열 제2 행에 배치되고, 또 다른 홀(140b)이 제3 열 제1 행에 배치되며, 또 다른 홀(140e)이 제3 열 제3 행에 배치되는 홀(140) 패턴을 나타낸다.
도 1B의 단계 16에서는, 선택적으로 디파인가능한 층(120)을 통해 제2 하드마스크 층(112)을 이방성 에칭하는 것 등에 의해, 선택적으로 디파인가능한 층(120)의 기둥 패턴(121)을 제2 하드마스크 층(112)으로 전사한다.
도 4A 및 도 4B는, 도 1B의 단계 20이 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 단계 20에서는, 선택적으로 디파인가능한 층(120) 및 제2 하드마스크 층(112)을 통해 제1 하드마스크 층(110)을 이방성 에칭하는 것에 의해 제1 하드마스크 층(110)에 기둥(122)을 형성한다. 도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같이, 단계 20에서 형성되는 기둥(122)은 선택적으로 디파인가능한 층(120)에서의 패턴과 실질적으로 동일한 패턴을 가질 수 있다. 선택적으로 디파인가능한 층(120)은 에칭 단계 20 동안에 또는 이후에 제거될 수 있다. 제2 하드마스크 층(112)을 포함하는 실시예에서, 제2 하드마스크 층(112)은, 습식 스트립 에칭(wet strip etch)을 수행하는 것 등에 의해, 단계 22에서 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 선택적으로 디파인가능한 층(120)은 제1 하드마스크 층(110)에 기둥(122)을 디파인하는 데에 사용되는 동일한 에칭에 의해 제거된다. 도 5A 및 도 5B는 선택적으로 디파인가능한 층(120)을 제거한 후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다.
도 1B의 단계 30에서는, 기둥(122) 상에 스페이서 재료(130)(도 6A, 도 6B)를 퇴적한다. 도 6A 및 도 6B는, 도 1B의 단계 30이 수행되는 동안에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 스페이서 재료는, 산화물, 예를 들어 실리콘 산화물과 같은 절연 재료, 특히 기둥(122) 및 다른 노출 표면의 재료에 대하여 선택적으로 에칭 가능한 재료를 포함할 수 있다. 다른 스페이서 재료의 예로는 실리콘 질화물, Al2O3, TiN 등이 있다. 하나 이상의 실시예에서, 퇴적 단계 30은, 스페이서 재료(130)를 CVD(chemical vapor deposition)에 의해 블랭킷 퇴적하는 것 등에 의해, 기둥(122) 및 기판(100) 상에 스페이서 재료(130)를 균일하게 퇴적하는 단계를 포함한다.
도 6A 및 도 6B는, 스페이서 재료(130)가 기둥(122)에 퇴적됨에 따라, 스페이서 재료(130)가 두께 F를 갖는 층을 형성하는 시점에서, 스페이서 재료(130)가 인접 기둥(122) 사이의 공간을 채우는 것을 나타낸다. 하나 이상의 실시예에서, 두께 F는 실질적으로 수학식 5와 동일하다.
Figure 112010043302849-pct00005
바람직하게는, 스페이서 재료(130)는 가장 가까운 인접 기둥(122) 사이의 공간을 채우는 것 이상으로 계속해서 퇴적됨으로써, 가장 가까운 인접 기둥(122)을 둘러싸는 스페이서 재료(130)가 모여 실질적으로 원형 단면을 갖는 공동(voids)을 형성한다. 바람직하게는, 선구체와 상호 작용하는 비교적 높은 표면적을 갖는 코너로 인해, 모여 형성되는 코너에서의 퇴적 속도가 기둥(122) 사이의 다른 부분에서의 퇴적 속도보다 커서, 기둥(122) 사이의 개방 공간의 코너가 둥글게 된다는 것이 밝혀졌다.
도 7A 및 도 7B는, 퇴적 단계 30이 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 도 7A 및 도 7B에 도시된 바와 같이, 충분한 스페이서 재료(130)가 퇴적되어 실질적으로 원형 단면을 갖는 홀(140)을 형성한다. 홀(140)은, 앞서 설명된 바와 같이, 기둥(122)의 패턴과 정렬되는 패턴으로 생성되고, 홀의 밀도는 부분적으로 형성된 집적 회로의 예시된 부분에서의 기둥(122)의 밀도보다 크다.
홀(140)의 둥근 단면을 실현하기 위해, 홀(140)의 폭이 기둥의 폭 C보다 작아지도록 스페이서 재료(130)를 많이 퇴적해야 할 수도 있다. 도 1B의 단계 32에서는, 홀(140)의 폭을 균일하게 확장하도록 등방성 에칭하는 것 등에 의해, 스페이서 재료(130)를 트리밍할 수 있다. 도 8A 및 도 8B는, 도 1B의 단계 32가 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 도 8B에 도시된 바와 같이, 홀(140)을 확장하기 위한 임의의 에칭 이후에, 스페이서 재료(130)의 층은 두께 G를 갖고, 홀(140)은 폭 H를 갖는 홀(141)을 형성하도록 확장된다. 하나 이상의 실시예에서, 폭 H 및 두께 G는 모두 실질적으로 기둥(122)의 폭 C와 동일하여, 바람직하게는 실질적으로 동일한 크기의 홀(141) 및 기둥(122)의 패턴을 제공한다. 도 1B의 단계 30 및 32는 원하는 형상과 크기의 홀(141)을 실현하기 위해 원하는 바에 따라 반복될 수 있다.
도 1B의 단계 34에서는, 스페이서 재료(130)(도 9A, 도 9B)를 이방성 에칭하여 기둥(122) 및 기판(100)의 상면을 노출시킨다. 도 9A 및 도 9B는, 도 1B의 단계 34가 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 홀(141)의 폭 H 및 홀(141)과 기둥(122) 사이의 스페이서 재료(130)의 두께 G는 실질적으로 단계 34 이전과 동일한 상태를 유지한다. 일부 실시예에서는, 단계 32 및 단계 34의 순서를 바꿀 수 있고, 그에 따라, 스페이서 재료(130)는, 예를 들어 등방성 에칭에 의해 트리밍되기 전에 이방성 에칭된다. 그러한 실시예에서는, 상이한 폭을 가진 홀이 형성될 수도 있다.
도 1B의 단계 40에서는, 스페이서 재료(130)에 대하여 제1 하드마스크 층(110)을 선택적으로 에칭하여 기둥(122)을 제거하는 것 등에 의해, 기둥(122)(도 9A, 도 9B)을 에칭한다. 도 10A 및 도 10B는, 도 1B의 단계 40이 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 이 단계에서는, 선택적으로 디파인가능한 층(120)에 형성된 피처의 밀도의 약 2배보다 크거나 같은 밀도를 갖는 홀(141) 패턴이 실현되었다. 더 나아가, 홀(141)은 포토리소그래피에 의해 선택적으로 디파인가능한 층(120)에 처음 형성된 기둥(121)보다 작은 피처 크기를 갖고, 홀(141)은 선택적으로 디파인가능한 층(120)에서의 기둥 패턴(121)과 정렬되는 패턴으로 생성된다.
도 1B의 단계 50에서는, 홀(141)에 플러그(150)(도 11A, 도 11B)를 형성한다. 도 11A 및 도 11B는, 도 1B의 단계 50이 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 플러그(150)는 기판(100)과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 스페이서 재료(130)는 플러그(150)를 형성하는 재료에 대하여 선택적으로 에칭 가능하게 선택된다. 하나 이상의 실시예에서, 플러그(150)는 폴리실리콘으로 형성되고, 스페이서 재료(130)는 실리콘 산화물로 형성된다. 퇴적 단계 50은, CVD, PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), 또는 스핀 코팅을 포함하지만 그것으로 제한되는 것은 아닌, 주지의 퇴적 공정에 따라 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 플러그(150)(도 11A 및 도 11B)는 에피택셜 성장에 의해 형성될 수 있다.
단계 60에서는, 스페이서 재료(130)를 선택적으로 에칭하는 것 등에 의해, 스페이서 재료(130)(도 11A, 도 11B)를 제거한다. 단계 50에서 스핀 코팅, CVD 또는 PECVD를 이용하여 플러그(150)를 퇴적하는 공정에서는, CMP(chemical mechanical polishing) 공정 등에 의해 먼저 표면을 평탄화하거나, 스페이서 재료(130)를 노출시키기 위해 플러그 재료 에치백(etch back) 공정을 수행해야 할 수도 있다.
도 12A 및 도 12B는, 단계 60이 수행된 이후에 부분적으로 형성된 집적 회로(200)를 예시한다. 선택적으로 디파인가능한 층(120)에 형성된 기둥의 밀도의 약 2배보다 크거나 같은 밀도로 플러그(150) 패턴이 기판(100)에 형성되었다. 더 나아가, 플러그(150)는 선택적으로 디파인가능한 층(120)에 처음 형성된 기둥(121)보다 작은 피처 크기를 갖고, 플러그(150)는 선택적으로 디파인가능한 층(120)에서의 기둥 패턴(121)과 정렬되는 패턴으로 생성된다.
앞서 설명된 방법은 선택적으로 디파인가능한 층(120)에 형성된 피처의 밀도의 약 2배보다 크거나 같은 밀도를 갖는 플러그 패턴을 제공할 수 있지만, 본 방법은 또한 원래 패턴의 밀도의 약 4배보다 크거나 같은 피처의 밀도로 패턴을 생성하도록 반복될 수 있다. 이어서, 본 방법은 원래 패턴의 밀도의 약 8배보다 크거나 같은 피처의 밀도로 패턴을 실현하도록 반복될 수 있고, 원하는 밀도에 도달될 때까지 반복될 수 있다. 예를 들어, 층(130)(도 10A 및 도 10B)을 마스크로서 이용하여 기판(100)에 패터닝되는 플러그(150) 또는 기둥이 본 방법의 후속 반복에서는 기둥(122)으로서 이용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 이들 기둥을 형성한 후에, 단계 30-60을 반복할 수 있다. 그에 따라, 밀도 2n을 갖는 절연된 피처를 형성할 수 있는데, 여기에서 n은 도 1A 및 도 1B의 방법이 반복되는 횟수이다.
여기에서 설명되는 실시예의 많은 변형이 가능하다. 예를 들어, 홀(141)과 기둥(122)이 앞서 설명된 방법에서는 동일한 크기를 갖지만, 일부 응용에서는, 기둥보다 크거나 작은 홀을 형성하는 것이 바람직할 수도 있다. 따라서, 스페이서 재료의 두께는 원하는 결과를 실현하도록 조정될 수 있다.
추가적으로, 앞서 설명된 방법은 대체로 원형 단면을 갖는 기둥 및 홀을 제공하지만, 다른 형태도 가능하다. 예를 들어, 기둥 및 홀이 대체로 정사각형, 직사각형, 또는 타원 형태의 단면을 가질 수 있다.
더 나아가, 앞서 설명된 방법은 기둥(122)의 패턴과 정렬되는 패턴으로 홀(140)을 제공하지만, 앞서 설명된 것과는 상이한 기둥 패턴, 예를 들어 기둥의 중심이 정사각형의 코너에 있는 패턴으로부터 시작하는 것에 의해, 기둥에 대하여 다른 위치에 홀을 배치할 수도 있다. 사용될 수 있는 다른 패턴의 일례로는 3개 기둥의 패턴을 들 수 있는데, 이 패턴은 3개 기둥 사이에 홀을 형성하는 데에 사용될 수 있다.
더 나아가, 앞서 설명된 실시예는 다른 영역을 제외한 집적 회로의 일부 영역에서 더 높은 밀도로 패턴을 선택적으로 생성하는 데에 사용될 수 있다. 새로운 더 높은 밀도 패턴이 형성되어야 하는 영역에서는, 피처가 스페이서 재료의 두께에의해 채워질 수 있을 정도로 작은 간격으로 피처들이 서로 떨어져 있을 수 있다. 더 높은 밀도 패턴을 원하지 않는 영역에서는, 피처가 스페이서 재료에 의해 채워질 수 없을 정도로 큰 간격으로 서로 떨어져 있을 수 있고, 및/또는 선택적으로 보호 마스크를 이용하여 스페이서 재료에 의해 형성되는 패턴이 기판(110)으로 전사되는 것을 방지하거나 스페이서 재료(130)에 의해 형성되는 동일한 개구부들에서의 퇴적을 방지할 수 있다. 이런 식으로, 고밀도 패턴이 다른 영역을 제외한 집적 회로의 일부 영역에 선택적으로 제공될 수 있다.
또한, 포토레지스트, ARC, 및 비정질 탄소를 포함하는 이미징 스택의 사용이 바람직하게는 스페이서 재료의 퇴적을 용이하게 하는 데에 적용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 스페이서 재료의 CVD에 통상적으로 사용되는 온도는 바람직하지 않게는 포토레지스트를 변형시킬 수 있고, 그에 따라, 스페이서 재료가 위에 퇴적되는 기둥을 형성하는 데에 비정질 탄소가 사용된다. 저온 퇴적 공정(예를 들어, 원자층 퇴적)이 스페이서 재료를 퇴적하는 데에 사용되는 다른 실시예에서, ARC 및 비정질 탄소 층은 생략될 수 있고, 포토레지스트로 형성되는 기둥에 스페이서 재료가 퇴적될 수 있다.
앞서 설명된 실시예에 따르면, 일 방법이 제공된다. 그러한 방법은, 예를 들어, 기판을 제공하는 단계와 기판 상에 제1 세트의 기둥을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 제1 세트의 기둥 상에 스페이서 재료를 퇴적하여 제1 패턴의 홀을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 홀들 중 적어도 하나는 제1 세트의 기둥들 사이에 배치되고, 퇴적 이후에, 스페이서 재료가 제1 세트의 제1 기둥과 제1 세트의 가장 가까운 인접 기둥 사이의 공간을 채운다.
다른 실시예에서, 일 방법이 제공된다. 본 방법은 기판을 제공하는 단계와 기판 상에 밀도 X를 갖는 복수의 기둥을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 기둥들 상에 재료를 블랭킷 퇴적하여 기둥들의 레벨 상에 적어도 X의 밀도를 갖는 홀들의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 일 방법이 제공된다. 본 방법은 기판을 제공하는 단계와 기판 상에 기둥들의 세트를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 기둥들은 대략 수학식 6의 폭을 갖고,
Figure 112010043302849-pct00006
제1 기둥은 제2 기둥으로부터 대략 수학식 7의 거리만큼 떨어지며,
Figure 112010043302849-pct00007
제1 기둥은 제3 기둥으로부터 대략 수학식 8의 거리만큼 떨어진다.
Figure 112010043302849-pct00008
본 방법은 기둥들의 세트 상에 재료를 퇴적하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 재료를 에칭하여 홀들의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있는데, 패턴은 제1 기둥과 제3 기둥 사이의 홀을 구비한다.
또 다른 실시예에서, 일 방법이 제공된다. 본 방법은 기판 상에 2 이상의 행 및 2 이상의 열로 정렬되는 기둥들의 세트를 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 본 방법은 기둥들의 세트 상에 스페이서 재료를 블랭킷 퇴적하여 기둥들에 인접한 홀들의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 스페이서 재료를 등방성 에칭하여 홀들의 폭을 확장하는 단계를 더 포함할 수 있다. 본 방법은 스페이서 재료를 이방성 에칭하여 기둥들을 노출시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
당업자라면, 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서, 앞서 설명된 방법 및 구조에 대한 다양한 다른 생략, 추가, 및 변경이 이루어질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 그러한 모든 변화는, 첨부된 청구항에 의해 정의되는, 본 발명의 범위내에 해당된다.

Claims (35)

  1. 고밀도 패턴 형성을 위한 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 제1 세트의 기둥들을 형성하는 단계 - 상기 제1 세트의 기둥들을 형성하는 단계는, 기둥들의 패턴을 포함하는 선택적으로 디파인가능한(definable) 층을 제공하는 단계; 및 상기 기둥들의 패턴을 트리밍하는 단계를 포함하고, 트리밍된 기둥들은 상기 제1 세트의 기둥들을 형성함 -; 및
    상기 제1 세트의 기둥들 상에 스페이서 재료를 퇴적하여 홀들의 제1 패턴을 형성하는 단계 - 상기 홀들 중 적어도 하나는 상기 제1 세트의 기둥들 사이에 배치되고, 퇴적 이후에, 상기 제1 세트의 제1 기둥과 상기 제1 세트의 상기 제1 기둥의 가장 가까운 인접 기둥을 둘러싸는 스페이서 재료가 모임(converge) -
    를 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세트의 기둥들은 적어도 하나의 열과 적어도 하나의 행을 포함하고, 상기 적어도 하나의 열은 상기 적어도 하나의 행과 교차 배향되며, 상기 적어도 하나의 열과 상기 적어도 하나의 행은 각각 복수의 기둥들을 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 홀들의 제1 패턴은 적어도 3개의 열과 적어도 3개의 행을 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 세트의 기둥들은 원형 단면을 갖는 기둥들을 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 홀들의 제1 패턴은 원형 단면을 갖는 홀들을 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 재료는 절연 재료인 고밀도 패턴 형성 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 재료는 반도체 재료 또는 도체 재료인 고밀도 패턴 형성 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    제1 세트의 기둥들을 형성하는 단계는, 또한
    상기 선택적으로 디파인가능한 층을 제공하기 전에 상기 기판 위에 제1 하드마스크 층을 형성하는 단계; 및
    상기 선택적으로 디파인가능한 층을 통해 상기 제1 하드마스크 층을 에칭하여 트리밍된 기둥들의 패턴을 상기 제1 하드마스크 층으로 전사하는 단계
    를 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 선택적으로 디파인가능한 층의 기둥들을 트리밍하는 단계는 상기 선택적으로 디파인가능한 층을 습식 에칭하는 단계를 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 선택적으로 디파인가능한 층을 형성하기 이전에 상기 제1 하드마스크 층 위에 제2 하드마스크 층을 형성하는 단계 - 상기 선택적으로 디파인가능한 층은 상기 제2 하드마스크 층 위에 형성됨 - ; 및
    상기 제1 하드마스크 층을 에칭하기 이전에 상기 선택적으로 디파인가능한 층을 통해 상기 제2 하드마스크 층을 에칭하는 단계
    를 더 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 재료를 퇴적한 이후에, 상기 스페이서 재료를 등방성 에칭하여 상기 홀들의 폭을 증가시키는 단계를 더 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    등방성 에칭 이후에, 상기 홀들의 폭은 상기 기둥들의 폭의 50%와 150% 사이인 고밀도 패턴 형성 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서 재료를 퇴적한 이후에, 상기 스페이서 재료를 이방성 에칭하여 상기 제1 세트의 기둥들을 노출시키는 단계를 더 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 세트의 기둥들을 노출시킨 이후에, 상기 제1 세트의 기둥들을 선택적으로 에칭하여 홀들의 제2 패턴을 형성하는 단계 - 상기 홀들의 제2 패턴은 상기 홀들의 제1 패턴의 홀들과 상기 제1 세트의 기둥들을 선택적으로 에칭하여 생성되는 홀들을 포함함 - 를 더 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 홀들의 제2 패턴에 기둥들을 퇴적하여 제2 세트의 기둥들을 형성하는 단계를 더 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
  25. 고밀도 패턴을 형성하기 위한 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 기둥들의 세트를 형성하는 단계 - 상기 기둥들은
    Figure 112015039802338-pct00009
    의 폭을 갖고, 제1 기둥은 제2 기둥으로부터
    Figure 112015039802338-pct00010
    의 거리만큼 떨어지고, 상기 제1 기둥은 제3 기둥으로부터
    Figure 112015039802338-pct00011
    의 거리만큼 떨어짐 - ; 및
    상기 기둥들의 세트 상에 재료를 퇴적하여 홀들의 패턴을 형성하는 단계 - 상기 패턴은 상기 제1 기둥과 상기 제3 기둥 사이의 홀을 포함하고, Y는 0보다 큰 실수임 -
    를 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    기둥들의 세트를 형성하는 단계는 원형 단면을 갖는 기둥들을 형성하는 단계를 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  27. 제25항에 있어서,
    퇴적하는 단계는 상기 제1 기둥과 상기 제2 기둥 사이의 공간을 채우는 단계를 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  28. 제25항에 있어서,
    상기 패턴은 원형 단면을 갖는 홀들을 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 홀들은
    Figure 112015039802338-pct00012
    의 직경을 갖는 고밀도 패턴 형성 방법.
  30. 고밀도 패턴을 형성하기 위한 방법으로서,
    기판 상에 2 이상의 행과 2 이상의 열로 정렬되는 기둥들의 세트를 제공하는 단계;
    상기 기둥들의 세트 상에 스페이서 재료를 블랭킷 퇴적하여 상기 기둥들에 인접한 홀들의 패턴을 형성하는 단계 - 퇴적 이후에, 상기 기둥들의 세트의 제1 기둥과 상기 제1 기둥의 가장 가까운 인접 기둥을 둘러싸는 스페이서 재료는 모임 -;
    상기 스페이서 재료를 등방성 에칭하여 상기 홀들의 폭을 확대시키는 단계; 및
    상기 스페이서 재료를 이방성 에칭하여 상기 기둥들을 노출시키는 단계
    를 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 기둥들의 세트는 밀도 X를 갖고, 스페이서 재료를 퇴적하여 상기 스페이서 재료에 의해 디파인되는 홀들의 패턴을 형성하고, 상기 홀들은 적어도 X의 밀도를 갖는 고밀도 패턴 형성 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 기둥들을 선택적으로 제거하여 적어도 2X의 밀도를 갖는 홀들의 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 고밀도 패턴 형성 방법.
  33. 제30항에 있어서,
    상기 기둥들은 원형 단면을 갖는 고밀도 패턴 형성 방법.
  34. 제30항에 있어서,
    등방성 에칭 이후에, 상기 홀들은 원형 단면을 갖는 고밀도 패턴 형성 방법.
  35. 제30항에 있어서,
    상기 스페이서 재료를 등방성 에칭하는 단계는 상기 스페이서 재료를 이방성 에칭하는 단계 이전에 수행되는 고밀도 패턴 형성 방법.
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