(57)【要約】【課題】微細化したホール又はラインのパターンを、従来よりも容易に形成する製造方法を提供する。【解決手段】被加工膜（２）上に第１のカーボン膜（３）と第１のＡＲＬ（４）を順次堆積し、第１のＡＲＬをパターニングする工程、第２のカーボン膜（６）と第２のＡＲＬ（７）を順次堆積し、第２のＡＲＬをパターニングする工程と、第２のＡＲＬをマスクとして第２のカーボン膜を除去する工程と、露出した第１のＡＲＬとをマスクとして、第１のカーボン膜を除去する工程と、残存している第１及び第２のカーボン膜をマスクとして被加工膜のエッチングを行う工程とを備えている。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工膜上に第１のカーボン膜と第１の反射防止膜を順次堆積する工程と、
前記第１の反射防止膜上に第１のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のフォトレジストパターンをマスクに前記第１の反射防止膜のパターンを形成する工程と、
前記第１の反射防止膜パターン及び第１のカーボン膜を覆うように、第２のカーボン膜と第２の反射防止膜を順次堆積する工程と、
前記第２の反射防止膜上に、第２のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のフォトレジストパターンをマスクに、前記第２の反射防止膜を、少なくとも前記第１の反射防止膜パターンと重ならない開口領域を含むパターンに形成する工程と、
前記第２の反射防止膜パターンをマスクとして前記第２のカーボン膜を除去する工程と、
前記第２の反射防止膜パターンと、前記第２のカーボン膜の除去によって露出した第１の反射防止膜パターンとをマスクとして、前記第１のカーボン膜を除去する工程と、
残存している前記第１及び第２のカーボン膜をマスクとして被加工膜のエッチングを行う工程と
を備えるパターン形成方法。
【請求項２】
被加工膜上に第１のカーボン膜と第１の反射防止膜を順次堆積する工程と、
前記第１の反射防止膜上に第１のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のフォトレジストパターンをマスクに前記第１の反射防止膜のパターンを形成する工程と、
前記第１の反射防止膜パターン及び第１のカーボン膜を覆うように、有機塗布膜を塗布形成する工程と、
前記有機塗布膜上に第２の反射防止膜を堆積する工程と、
前記第２の反射防止膜上に、第２のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のフォトレジストパターンをマスクに、前記第２の反射防止膜を、少なくとも前記第１の反射防止膜パターンと重ならない開口領域を含むパターンに形成する工程と、
前記第２の反射防止膜パターンをマスクとして前記有機塗布膜を除去する工程と、
前記第２の反射防止膜パターンと、前記有機塗布膜の除去によって露出した前記第１の反射防止膜パターンとをマスクとして、前記第１のカーボン膜を除去する工程と、
残存している前記第１のカーボン膜と有機塗布膜とをマスクとして被加工膜のエッチングを行う工程と
を備えるパターン形成方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の反射防止膜パターンはライン状に形成される請求項１又は２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記第１及び第２の反射防止膜パターンは互いに交差するライン状パターンであり、これらパターンの重なりによって構成される開口部に対応するホールを被加工膜に形成する請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記第１及び第２の反射防止膜パターンは互いに重ならない平行なライン状パターンであり、互いのパターンの間隙に対応する溝パターンを被加工膜に形成する請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項６】
前記溝パターンを形成した被加工膜が金属膜上に形成した酸化膜であり、さらに、該酸化膜をマスクとして、金属膜をエッチングして配線層を形成する工程を有する請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項７】
少なくとも前記第１の反射防止膜パターンは、上部に向かって細くなるテーパー形状を有する請求項１乃至６のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項８】
前記第１及び第２の反射防止膜パターンは、それぞれ対応する第１及び第２のフォトレジストパターンをサイドエッチすることにより、第１及び第２のフォトレジストパターンの初期幅よりも狭いパターンに形成される請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭素を主成分とする膜と反射防止膜（Anti-Reflecting Layer、以下、ＡＲＬという）との積層構造からなるハードマスクを用いたホール又はラインのパターン形成工程を備えたパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能の半導体素子を形成するために、微細化が進んでも所望の形状のホールやラインのパターンを容易に形成する方法が求められている。
【０００３】
このような要求を解決する技術の１つとして、２枚のフォトマスクを用い、それぞれのフォトマスクで半導体基板上に形成したパターンの重ね合せによって、所望の形状のパターンを得る方法が知られている（特許文献１、２）。
【０００４】
特許文献１は、最初に形成したハードマスクのパターンと、後に形成するフォトレジスト膜のパターンとの組合せで、最終的にホールのパターンを形成するものである。
【０００５】
また、特許文献２は、第１のハードマスクと第２のハードマスクとの積層マスクを用い、第１のハードマスクと第２のハードマスクが相互に排他的なエッチ特性を有する酸化膜と窒化膜の組み合わせであることを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００２−５２０８７５号公報
【特許文献２】特開２００７−０２７７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、近年、微細化のより一層の進展に伴い、フォトレジスト膜のパターンを直接マスクとして用いてドライエッチングを行う事には困難を伴う。これは、高解像度の特性を備えた微細加工用のフォトレジスト膜を、所望の形状となるよう正確にパターン形成するには、フォトレジスト膜厚をできるだけ薄くする必要があり、エッチング耐性が不足するためである。
【０００８】
また、フォトレジスト膜にシリコン等の物質を添加することでエッチング耐性を高めることも可能であるが、そのような添加物を加えたフォトレジストは、一般的に解像性能が低下するため、微細なパターンの形成が難しい。
【０００９】
また特許文献１、２は共に、最初に形成したハードマスクの上に、そのまま新たなフォトレジスト膜のパターンを形成している。このため、ハードマスク層による段差が存在し、フォトレジスト膜の微細なパターンの形成が困難となる。これは、下地の段差の影響によって、フォトレジスト膜の膜厚が局所的に厚くなってしまい、露光によって均一なパターン形成を行うことが困難となるためである。
【００１０】
このような状況に鑑み、本発明では、微細化したホール又はラインのパターンを、従来よりも容易に形成する製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る一実施形態になるパターン形成方法は、
被加工膜上に第１のカーボン膜と第１のＡＲＬを順次堆積する工程と、
前記第１のＡＲＬ上に第１のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のフォトレジストパターンをマスクに前記第１のＡＲＬのパターンを形成する工程と、
前記第１のＡＲＬパターン及び第１のカーボン膜を覆うように、第２のカーボン膜と第２のＡＲＬを順次堆積する工程と、
前記第２のＡＲＬ上に第２のフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のフォトレジストパターンをマスクに、前記第２のＡＲＬを、少なくとも前記第１のＡＲＬパターンと重ならない開口領域を含むパターンに形成する工程と、
前記第２のＡＲＬパターンをマスクとして前記第２のカーボン膜を除去する工程と、
前記第２のＡＲＬパターンと、前記第２のカーボン膜の除去によって露出した第１のＡＲＬパターンとをマスクとして、前記第１のカーボン膜を除去する工程と、
残存している前記第１及び第２のカーボン膜をマスクとして被加工膜のエッチングを行う工程と
を備えている。
【００１２】
また、本発明に係る別の実施形態になるパターン形成方法は、上記の第２のカーボン膜に代えて、有機塗布膜を使用する方法である。
【発明の効果】
【００１３】
２回に分けて形成したハードマスク（カーボン膜及びＡＲＬ）の組合せによってホール又はラインのパターンを形成することで、パターニングに使用するフォトレジスト膜を解像度の高い薄膜状態で使用することが可能となる。また、２回目のフォトレジスト膜パターン形成に際して、下地の段差が緩和されているため、２回目のフォトレジスト膜のパターニングが従来よりも容易となる。従って、微細なパターンを容易に形成することが可能となる。
【００１４】
また、２回目のハードマスクとして有機塗布膜とＡＲＬの積層膜を用いた場合には、下地の段差緩和効果が向上し、表面がより一層平坦化されるため、さらなる微細化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施例に係る、形成すべきホールパターンの概略平面図である。
【図２】第１の実施例に係る、第１のフォトレジスト膜のパターニング後の断面図である。
【図３】第１の実施例に係る、第１フォトレジスト膜のパターニングに使用する第１のフォトマスクを説明する平面図である。
【図４】第１の実施例に係る、第１のＡＲＬのパターニング後の断面図である。
【図５】第１の実施例に係る、第２のハードマスク層の積層後の断面図である。
【図６】第１の実施例に係る、第２のフォトレジスト膜のパターニング後の断面図である。
【図７】第１の実施例に係る、第２フォトレジスト膜のパターニングに使用する第２のフォトマスクを説明する平面図である。
【図８】第１の実施例に係る、第２のＡＲＬのパターニング後の断面図である。
【図９】第１の実施例に係る、第１及び第２のカーボン膜のパターニング後の断面図である。
【図１０】第１の実施例に係る、被加工膜エッチング直後の断面図である。
【図１１】第１の実施例に係る、第１カーボン膜除去後の断面図である。
【図１２】第２の実施例に係る、形成すべき配線層パターンの概略平面図である。
【図１３】第２の実施例に係る、第１のハードマスク層の積層後の断面図である。
【図１４】第２の実施例に係る、第１フォトレジスト膜のパターニングに使用する第１のフォトマスクを説明する平面図である。
【図１５】第２の実施例に係る、第１のフォトレジスト膜のパターニング後の断面図である。
【図１６】第２の実施例に係る、第１のＡＲＬのパターニング後の断面図である。
【図１７】第２の実施例に係る、第２のフォトレジスト膜のパターニング後の断面図である。
【図１８】第２の実施例に係る、第２フォトレジスト膜のパターニングに使用する第２のフォトマスクを説明する平面図である。
【図１９】第２の実施例に係る、第２のＡＲＬのパターニング後の断面図である。
【図２０】第２の実施例に係る、第１及び第２のカーボン膜のパターニング後の断面図である。
【図２１】第２の実施例に係る、被加工膜エッチング直後の断面図である。
【図２２】第２の実施例に係る、配線層形成後の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、コンタクトプラグやＤＲＡＭ素子のキャパシタを形成するためのホール（開口）パターン、及び配線層等を形成するためのラインパターンの双方に適用することができる。
【００１７】
［第１の実施例］
まず、ホールパターンを形成する場合の製造方法について、図面を参照して説明する。
図１は、形成するホールパターンを示した平面図で、半導体基板（図示せず）上に設けた被加工膜としての層間絶縁膜２に複数のホール１０（図１では例として９つ）を形成する。ホールの数は一例であり、特に限定されない。
【００１８】
図１のＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’、Ｃ−Ｃ’、Ｄ−Ｄ’における断面図を（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）として図２以降の断面図で示す。
まず、図２に示したように、半導体基板１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の層間絶縁膜２を１０００ｎｍ程度の膜厚にＣＶＤ法等で堆積する。
【００１９】
層間絶縁膜２上には、６００ｎｍ程度の膜厚の第１のカーボン膜３と、５０ｎｍ程度の膜厚の第１のＡＲＬ４を順次形成する。
【００２０】
具体的には、カーボン膜としては、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、エタン（Ｃ２Ｈ６）等のハイドロカーボンを主原料として、プラズマＣＶＤ装置にて堆積した非晶質カーボン膜（アモルファスカーボン膜）を用いることができる。また、ＡＲＬとしては、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）上にシリコン酸化膜を堆積した構造の積層膜を用いることができる。
【００２１】
ＡＲＬは、露光装置を用いてフォトレジスト膜のパターニングを行う際に、下層からの反射光の影響を抑制すると共に、本発明においては、エッチングの際のハードマスクとしても機能する。従って、シリコン酸窒化膜のように、ドライエッチングの際にカーボン膜とのエッチング速度比（選択比）を大きく設定できる材料が含まれていることが好ましい。
【００２２】
第１のＡＲＬ４上には、第１のフォトレジスト膜５を塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行う。第１のフォトレジスト膜には、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー光（波長１９３ｎｍ）に対して感光性を備えた化学増幅型フォトレジストを用いることができる。
【００２３】
第１のフォトレジスト膜５のパターニングに使用する第１のフォトマスクのレイアウトについて、図３の平面図を用いて説明する。
図３には、参考のため、後の工程でホール１０が形成される場所を破線に囲まれた斜線で示した（第１のフォトマスク上には、ホール１０のパターン自体は存在しない）。
【００２４】
１１は第１のフォトマスクの遮光領域で、Ｄ−Ｄ’方向に延在する複数の帯状のパターンで形成されている。１２は第１のフォトマスクの透過領域（透明領域）で、Ｃ−Ｃ’方向に延在する複数の帯状のパターンで形成されている。遮光領域１１と透過領域１２の幅は、ホール１０のレイアウトによって規定され、必ずしも等しくなくても良い。
【００２５】
第１のフォトマスクを用いた露光及び現像を行うことにより、遮光領域１１に対応した位置のフォトレジスト膜５は残存し、透過領域１２に対応した位置のフォトレジスト膜５は除去されて、図２に示したフォトレジスト膜５のパターンが形成される。
【００２６】
次に、フォトレジスト膜５のパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、図４に示したように、第１のＡＲＬ４のパターニングを行う。この際に、第１のＡＲＬ４と第１のフォトレジスト膜５のエッチング選択比が小さくなるようにすることにより、図４に示したように、第１のＡＲＬ４をテーパー形状に残存させることができる。具体的には、ＣＦ４、Ｏ２、Ａｒの混合ガスを３：１：５程度の流量比率で用い、平行平板型プラズマエッチング装置を用いてドライエッチングを行えばよい。なお、第１のＡＲＬ４は、完全なテーパー形状でなくてもよく、第１のＡＲＬ４の上面に近い部分のみにテーパーが形成されているだけでもよい。
【００２７】
このエッチングに際して、第１のフォトレジスト膜５のエッチングも進行し、一部が除去される。残存している第１のフォトレジスト膜５は、硫酸過水（Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２）等の薬液を用いた剥離処理によって除去すればよい。
【００２８】
このように、第１のフォトレジスト膜５は、第１のＡＲＬ４をエッチングするだけのマスク耐性を備えていれば良いので、フォトレジスト膜を薄膜化することによって微細なパターン（例えば残存部分の幅が５０ｎｍ以下）であっても、容易に形成することができる。
【００２９】
次に、図５に示したように、第２のカーボン膜６を第１のＡＲＬ４を覆うように１００ｎｍ程度の膜厚に堆積する。第１のＡＲＬ４の少なくとも上面近傍をテーパー形状に形成しておくことにより、空洞（ボイド）等の形成を抑制して、隣接する第１のＡＲＬ４のスペース部を充填するように、容易に第２のカーボン膜６を堆積することができる。第２のカーボン膜は第１のカーボン膜と同じ材料で形成すればよい。
【００３０】
第２のカーボン膜６上に、第２のＡＲＬ７を５０ｎｍ程度の膜厚に堆積する。第２のＡＲＬは第１のＡＲＬと同じ材料で形成すればよい。
【００３１】
次に、図６に示したように、第２のＡＲＬ７上に、第２のフォトレジスト膜８を塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行う。第２のフォトレジスト膜８には、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー光に対して感光性を備えた化学増幅型フォトレジストを用いることができる。
【００３２】
第２のフォトレジスト膜８のパターニングに使用する第２のフォトマスクのレイアウトについて、図７の平面図を用いて説明する。
図７には、参考のため、後の工程でホール１０が形成される場所を破線に囲まれた斜線で示した（第２のフォトマスク上には、ホール１０のパターン自体は存在しない）。
【００３３】
１３は第２のフォトマスクの遮光領域で、Ｂ−Ｂ’方向に延在する複数の帯状のパターンで形成されている。１４は第２のフォトマスクの透過領域で、Ａ−Ａ’方向に延在する複数の帯状のパターンで形成されている。遮光領域１３と透過領域１４の幅は、ホール１０のレイアウトによって規定され、必ずしも等しくなくても良い。第１のフォトマスク（図３）の透過領域１２及び第２のフォトマスク（図７）の透過領域１４の交差した部分にホール１０が形成されることになる。つまり、ホール１０に対応する部分では、第１のＡＲＬパターンと重ならない開口領域が第２のＡＲＬに形成できるように、第２のフォトマスクを配置する。
【００３４】
第２のフォトマスクを用いた露光及び現像を行うことにより、遮光領域１３に対応した位置の第２のフォトレジスト膜８は残存し、透過領域１４に対応した位置の第２のフォトレジスト膜８は除去されて、図６に示した第２のフォトレジスト膜８が、第１のＡＲＬ４のライン状パターンと交差するライン状パターンに形成される。
【００３５】
次に図８に示したように、第２のフォトレジスト膜８のパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、第２のＡＲＬ７のパターニングを行う。第２のＡＲＬは必ずしもテーパー形状に加工する必要は無いので、第２のＡＲＬ７と第２のフォトレジスト膜８のエッチング選択比が高くなる条件にてエッチングを行えばよい。具体的には、ＣＦ４ガスを用いて平行平板型プラズマエッチング装置でエッチングを行えばよい。第２のフォトレジスト膜８は後の工程で除去されるので残存したままでもよいし、第１のフォトレジスト膜５と同様に、この時点で除去してもよい。
【００３６】
このように、第２のフォトレジスト膜８も、第２のＡＲＬ７をエッチングするだけのマスク耐性を備えていれば良いので、フォトレジスト膜を薄膜化することによって微細なパターン（例えば残存部分の幅が５０ｎｍ以下）であっても、容易に形成することができる。
【００３７】
また、第２のカーボン膜６の堆積によって、下地の段差が緩和されているため、第２のフォトレジスト膜８のパターン形成が容易となる。
【００３８】
次に、第１及び第２のＡＲＬをマスクとしてカーボン膜を選択的に除去できる条件にてドライエッチングを行うことで、図９に示したように、第２のカーボン膜６及び第１のカーボン膜３を除去する。図９（Ａ）に示したように、第２のカーボン膜６が除去されて第１のＡＲＬ４が露出した部分は、第１のＡＲＬ４がマスクとなって下層の第１のカーボン膜３が除去される。
【００３９】
具体的には、平行平板型プラズマエッチング装置を用い、以下のような条件に設定することで、ＡＲＬをマスクとしてカーボン膜を選択的にエッチングできる（エッチング速度の選択比５０程度となる）。
【００４０】
Ｏ２流量＝１００ｓｃｃｍ
Ａｒ流量＝１００ｓｃｃｍ
圧力＝１．３３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
パワー＝５００Ｗ
【００４１】
第２のフォトレジスト膜８が残存している場合には、このエッチングに際してカーボン膜が除去されると共に、フォトレジスト膜のエッチングも進行するので、第２のフォトレジスト膜８も同時に除去される。
【００４２】
次に、図１０に示したように第１及び第２のカーボン膜をマスクとして、層間絶縁膜２のエッチングを行う。
【００４３】
具体的には、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２等のフルオロカーボン系ガスのグループから選択した少なくとも１種のガスにＯ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｘｅ等の添加ガスを加えて、異方性ドライエッチングを行えばよい。
【００４４】
このエッチングに際しては、ＡＲＬ膜のエッチングも進行するため、第１のＡＲＬ４及び第２のＡＲＬ７も除去される。また、図９（Ｂ）、（Ｄ）において、第２のＡＲＬ７が除去された時点で、第２のカーボン膜６のエッチングも徐々に進行する。第２のカーボン膜６は堆積時の膜厚が薄いので、最終的にすべて除去され、第１のＡＲＬ４が露出する。第１のＡＲＬ４も最終的に、すべて除去され、第１のカーボン膜３のみがマスクとして残存する。
【００４５】
次に、残存した第１のカーボン膜３をＯ２ガスを用いたプラズマアッシングによって除去すると、図１１に示したように、層間絶縁膜２にホール１０が形成される。
【００４６】
以上説明したように、本発明では、２回に分けて形成したハードマスク（カーボン膜及びＡＲＬ）の組合せによってホールのパターンを形成することができる。この際に、ハードマスクのパターン形成に使用するフォトレジスト膜は、上層のＡＲＬのエッチング耐性だけ供えていればよい。従って、ＡｒＦ光源等で露光可能な微細加工用のフォトレジスト膜に、エッチング耐性を高めるための厚膜化やＳｉ等の添加を行う必要がなく、フォトレジスト膜を解像度が高い状態で使用することが可能となる。また、２回目のフォトレジスト膜パターン形成に際して、下地の段差が緩和されているため、フォトレジスト膜のパターニングが従来よりも容易となる。従って、容易に従来よりもさらに微細化したパターンを形成することが可能となる。
【００４７】
本発明の形成方法は、例えばＤＲＡＭ素子のメモリセルにおいて、キャパシタ電極を埋め込むためホールを形成する等の、所定の規則で複数のホールが配置されているパターンを形成する際に適用するのが好適である。
【００４８】
なお、第１のフォトマスクのパターンと第２のフォトマスクのパターンは必ずしも直交する必要は無く、直角以外の所定の角度で交差してもよい。
【００４９】
［第１の実施例の変形例］
第１のＡＲＬのパターニングまでは、第１の実施例と同様に行う（図４）。
次に、第２のカーボン膜６の代わりに、塗布によって形成可能であり、カーボン膜と同様に酸素プラズマ等で除去可能な炭素を主成分とする有機膜（有機塗布膜という）を形成する。
【００５０】
具体的には、ポリヒドロキシスチレン樹脂を主成分とし、ＰＧＭＥＡ（プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート）や乳酸エチル等の有機溶媒を添加した材料が使用できる。また、シリコンを含有した有機膜も使用可能であり、具体的には、ノボラック樹脂やアクリルポリマーにポリシロキサンを添加したポリシロキサン系有機膜を用いることができる。
【００５１】
これらの有機膜はスピンコート法によって塗布を行った後に、８５〜２００℃程度の温度でベークを行うことで焼成する。この後は、形成した有機塗布膜上に、第１の実施例と同様に第２のＡＲＬ膜７を形成する。
【００５２】
これらの有機塗布膜はカーボン膜と同様にエッチングを行うことが可能であり、ハードマスクとして機能する。また、ＡＲＬとのエッチング選択比も、カーボン膜と同様に大きくとることができる。
【００５３】
また、有機塗布膜は塗布によって形成されるので、カーボン膜に比べて表面の平坦性が向上する。従って、第２のフォトレジスト膜８を露光装置を用いてパターニングする際に、塗布されたフォトレジスト膜の膜厚が均一となり、焦点深度等の製造余裕が増加するので、パターンをより一層容易に、精度良く形成することが可能となる。
【００５４】
［第２の実施例］
本発明を、金属膜をパターニングした配線層（ラインパターン）の形成に適用する場合について説明する。
【００５５】
図１２は、形成するラインパターンの配置を示した平面図で、半導体基板（図示せず）上に設けた層間絶縁膜３２上に複数の配線層４０（図１２では例として６本）を形成する。配線層数は一例であり、特に限定されない。
【００５６】
図１２のＡ−Ａ’における断面図を図１３以降の断面図で示す。
まず、図１３に示したように、半導体基板３１上に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）等の層間絶縁膜３２を１００ｎｍ程度の膜厚にＣＶＤ法等で堆積し、その上にタングステン（Ｗ）等の加工したい金属膜３３を８０ｎｍ程度の膜厚に堆積する。
【００５７】
金属膜３３上にはハードマスクとして使用するシリコン酸化膜３４を１００ｎｍ程度の膜厚にＣＶＤ法等で堆積する。シリコン酸化膜３４上に、６００ｎｍ程度の膜厚の第１のカーボン膜３５と、５０ｎｍ程度の膜厚の第１のＡＲＬ３６を順次形成する。
【００５８】
第１のＡＲＬ３６上には、第１のフォトレジスト膜３７を塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行う。第１のフォトレジスト膜３７には、例えば、ＡｒＦエキシマレーザー光に対して感光性を備えた化学増幅型フォトレジストを用いることができる。
【００５９】
第１のフォトレジスト膜３７のパターニングに使用する第１のフォトマスクのレイアウトについて、図１４の平面図を用いて説明する。
図１４に、参考のため、後の工程で配線層５０が形成される場所を破線に囲まれた領域で示した。
【００６０】
４１は第１のフォトマスクの遮光領域で、図面上で上下方向（Ａ−Ａ’と直交する方向）に延在する複数の帯状のパターンで形成されている。４２は第１のフォトマスクの透過領域で、図面上で上下方向（Ａ−Ａ’と直交する方向）方向に延在する複数の帯状のパターンで形成されている。
【００６１】
図１４に示したように、遮光領域４１は、最終的に形成される配線層４０の１本置きに対応した位置に設けられている。また遮光領域４１のＡ−Ａ’方向の幅は、形成する配線層４０の幅よりも広くなるように配置されている。
【００６２】
第１のフォトマスクを用いた露光及び現像を行うことにより、遮光領域４１に対応した位置の第１のフォトレジスト膜３７は残存し、透過領域４２に対応した位置の第１のフォトレジスト膜３７は除去されて、図１５に示したように第１のフォトレジスト膜３７のパターンが形成される。
【００６３】
次に、第１のフォトレジスト膜３７のパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、図１６に示したように、第１のＡＲＬ３６のパターニングを行う。この際に、第１のＡＲＬ３６と第１のフォトレジスト膜３７のエッチング選択比が低くなるようにし、第１のフォトレジスト膜３７は横方向にもエッチングが進行するようにする。これにより、図１６に示したように、第１のＡＲＬ３６をテーパー形状に残存させることができると共に、第１のフォトレジスト膜３７のパターン幅よりも寸法（底面部分の幅）を小さくした第１のＡＲＬ３６を形成することができる。なお、第１のＡＲＬ３６は、完全なテーパー形状でなくてもよく、第１のＡＲＬ３６の上面に近い部分のみにテーパーが形成されているだけでもよい。
【００６４】
このエッチングに際して、第１のフォトレジスト膜３７のエッチングも進行し、エッチングと同時に除去される。残存している第１のフォトレジスト膜３７は、硫酸過水（Ｈ２ＳＯ４／Ｈ２Ｏ２）等の薬液を用いた剥離処理によって除去すればよい。
【００６５】
図１４に示したように、第１のフォトマスクにおいては、形成するラインの幅、間隔共に最終的に形成したい配線層５０（図１２）よりも拡大した配置とすることができる（例えば形成したい配線層の幅２５ｎｍに対して、第１のフォトレジスト膜３７の幅が５０ｎｍとなるように形成できる）。併せて、第１のフォトレジスト膜３７は、第１のＡＲＬ３６をエッチングするだけのマスク耐性を備えていれば良いので、フォトレジスト膜を薄膜化することによって微細なパターンであって、第１のフォトレジスト膜３７のパターン寸法を、形成したい配線幅と同じになるようにレイアウトした第１のフォトマスクを用い、第１のフォトレジスト膜３７をサイドエッチングさせることなく第１のＡＲＬ３６を加工するようにしてもよい。その場合にも、微細化に適した高解像度のフォトレジストを使用できるので、微細なパターンであっても、容易に形成することができる。
【００６６】
また、第２のカーボン膜３７の堆積によって、下地の段差が緩和されているため、第１のフォトレジスト膜３７のパターン形成が容易である。
【００６７】
次に、図１７に示したように、第２のカーボン膜３８を第１のＡＲＬ３６を覆うように１００ｎｍ程度の膜厚に堆積する。第１のＡＲＬ３６の少なくとも上面近傍をテーパー形状に形成しておくことにより、空洞（ボイド）等の形成を抑制して、隣接する第１のＡＲＬ３６のスペース部を充填するように、容易に第２のカーボン膜３８を堆積することができる。
【００６８】
第２のカーボン膜３８上に、第２のＡＲＬ３９を５０ｎｍ程度の膜厚に堆積する。
第２のＡＲＬ３９上に、第２のフォトレジスト膜４０を塗布し、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニングを行う。第２のフォトレジスト膜４０には、ＡｒＦエキシマレーザー光に対して感光性を備えた化学増幅型フォトレジストを用いることができる。
【００６９】
第２のフォトレジスト膜４０のパターニングに使用する第２のフォトマスクのレイアウトについて、図１８の平面図を用いて説明する。
図１８に、参考のため、後の工程で配線層５０が形成される場所を破線に囲まれた斜線で示した。
【００７０】
４３は第２のフォトマスクの遮光領域で、図面上で上下方向（Ａ−Ａ’と直交する方向）に延在する複数の帯状のパターンで形成されている。４４は第２のフォトマスクの透過領域で、図面上で上下方向（Ａ−Ａ’と直交する方向）方向に延在する複数の帯状のパターンで形成されている。
【００７１】
図１８に示したように、遮光領域４３は、最終的に形成される配線層５０の１本置きに対応した位置に設けられている。また遮光領域４３のＡ−Ａ’方向の幅は、形成する配線層５０の幅よりも広くなるように配置されている。遮光領域４３は第１のフォトマスク（図１４）の透過領域４２の位置に設けられている。
【００７２】
第２のフォトマスクを用いた露光及び現像を行うことにより、遮光領域４３に対応した位置の第２のフォトレジスト膜４０は残存し、透過領域４４に対応した位置の第２のフォトレジスト膜４０は除去されて、図１７に示したように第２のフォトレジスト膜４０のパターンが形成される。
【００７３】
次に図１９に示したように、第２のフォトレジスト膜４０のパターンをマスクとしてドライエッチングを行い、第２のＡＲＬ３９のパターニングを行う。この際に、第２のＡＲＬ３９と第２のフォトレジスト膜４０のエッチング選択比が低くなるようにし、第２のフォトレジスト膜４０は横方向にもエッチングが進行するようにする。これにより、図１９に示したように、第２のフォトレジスト膜４０の幅よりも狭い幅を有するように、第２のＡＲＬ３９を残存させることができる。
【００７４】
図１８に示したように、第２のフォトマスクにおいては、形成するラインの幅、間隔共に最終的に形成したい配線層５０（図１２）よりも拡大した配置とすることができる（例えば形成したい配線層の幅２５ｎｍに対して、第２のフォトレジスト膜４０の幅が５０ｎｍとなるように形成できる）。併せて、第２のフォトレジスト膜４０は、第２のＡＲＬ３９をエッチングするだけのマスク耐性を備えていれば良いので、フォトレジスト膜を薄膜化することによって微細なパターンであっても、容易に形成することができる。
【００７５】
なお、第２のフォトレジスト膜４０の寸法を、形成したい配線幅と同じになるようにレイアウトした第２のフォトマスクを用い、第２のフォトレジスト膜４０をサイドエッチングさせることなく第２のＡＲＬ３９を加工するようにしてもよい。その場合にも、微細化に適した高解像度のフォトレジストを使用できるので、微細なパターンであっても、容易に形成することができる。第２のフォトレジスト膜４０は、後の工程で除去されるため、残存した状態でもよい。
【００７６】
次に、第１及び第２のＡＲＬ（３６，３９）をマスクとしてカーボン膜を選択的に除去できる条件にてドライエッチングを行うことで、図２０に示したように、第２のカーボン膜３８及び第１のカーボン膜３５を除去する。図９に示したように、第２のカーボン膜３８が除去されて第１のＡＲＬ３６が露出した部分は、第１のＡＲＬ３６がマスクとなって下層の第１のカーボン膜３５が除去される。第２のフォトレジスト膜４０が残存していた場合にも、このエッチングに際してエッチングが進行し、同時に除去される
【００７７】
次に、図２１に示したように第１及び第２のカーボン膜（３５，３８）をマスクとして、被加工膜としてのシリコン酸化膜３４のエッチングを行う。
【００７８】
このエッチングに際しては、ＡＲＬ膜のエッチングも進行するため、第１のＡＲＬ膜３６及び第２のＡＲＬ膜３９も除去される。
【００７９】
次に、残存した第１のカーボン膜３５をＯ２ガスを用いたプラズマアッシングによって除去した後に、ライン状にパターニングされたシリコン酸化膜３４をマスクとして金属膜３３の異方性ドライエッチングを行うと、図２２に示したように、金属膜３３のラインパターン（配線層５０）が形成される。
【００８０】
なお、最後のハードマスクとして使用したシリコン酸化膜３４は、そのまま配線層の表面保護膜としてそのまま残してもよいし、又はエッチング工程を追加して除去してもよい。
【００８１】
以上説明したように、本発明では、２回に分けて形成したハードマスク（カーボン膜及びＡＲＬ）の組合せによってラインのパターンを形成することができる。この際に、ハードマスクのパターン形成に使用するフォトレジスト膜は、上層のＡＲＬのエッチング耐性だけ供えていればよい。従って、ＡｒＦ光源等で露光可能な微細加工用のフォトレジスト膜に、エッチング耐性を高めるための厚膜化やＳｉ等の添加を行う必要がなく、フォトレジスト膜を解像度が高い状態で使用することが可能となる。また、２回目のフォトレジスト膜パターン形成に際して、下地の段差が緩和されているため、フォトレジスト膜のパターニングが従来よりも容易となる。従って、容易に従来よりもさらに微細化したパターンを形成することが可能となる。
【００８２】
本実施例の形成方法は、例えばＤＲＡＭ素子のワード線やビット線等の、所定の方向に延在する配線層が複数配置されているパターンを形成する際に適用するのが好適である。
【００８３】
なお、なお、第１のフォトマスクのパターンと第２のフォトマスクのパターンは必ずしも直線形状でなくてもよく、一部湾曲したライン形状で、平行に配置されたものでもよい。
【００８４】
第２の実施例においても、第１の実施例に適用した変形例をそのまま適用することが可能である。
【００８５】
また、カーボン膜やＡＲＬの膜厚は一例であり、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更が可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１  半導体基板
２  層間絶縁膜（被加工膜）
３  第１のカーボン膜
４  第１のＡＲＬ
５  第１のフォトレジスト膜
６  第２のカーボン膜
７  第２のＡＲＬ
８  第２のフォトレジスト膜
１０  ホール
１１  第１のフォトマスクの遮光領域
１２  第１のフォトマスクの透過領域
１３  第２のフォトマスクの遮光領域
１４  第２のフォトマスクの透過領域
３１  半導体基板
３２  層間絶縁膜
３３  金属膜
３４  シリコン酸化膜（被加工膜）
３５  第１のカーボン膜
３６  第１のＡＲＬ
３７  第１のフォトレジスト膜
３８  第２のカーボン膜
３９  第２のＡＲＬ
４０  第２のフォトレジスト膜
４１  第１のフォトマスクの遮光領域
４２  第１のフォトマスクの透過領域
４３  第２のフォトマスクの遮光領域
４４  第２のフォトマスクの透過領域
５０  配線層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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