(57)【要約】      （修正有）【課題】コンタクトの形状劣化及び設計寸法に対する拡大を抑制した、コンタクトを有する構造体の形成方法を実現できるようにする。【解決手段】コンタクトを有する構造体の形成方法は、基板１００の上に形成され、凹部を有する絶縁膜１１０の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを有する第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を含むポリマー膜を形成する工程と、ポリマー膜をミクロ相分離させた後、第２のポリマー鎖を除去することにより、ポリマー膜にホールパターン１０６ｃを形成する工程と、ホールパターン１０６ｃを形成したポリマー膜をマスクとして、絶縁膜１１０を貫通するコンタクトホールを形成する工程とを備えている。第１のポリマー鎖は、第２のポリマー鎖よりも、表面自由エネルギーが凹部の側壁に近い。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の上に形成され、凹部を有する絶縁膜の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを有する第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を含むポリマー膜を形成する工程と、
前記ポリマー膜をミクロ相分離させた後、前記第２のポリマー鎖を除去することにより、前記ポリマー膜にホールパターンを形成する工程と、
前記ホールパターンを形成したポリマー膜をマスクとして、前記絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する工程とを備え、
前記第１のポリマー鎖は、前記第２のポリマー鎖よりも、表面自由エネルギーが前記凹部の側壁に近い、コンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項２】
前記ポリマー膜は、前記第１のポリマー鎖からなる第１のブロック及び前記第２のポリマー鎖からなる第２のブロックを含むブロック共重合体膜である、請求項１に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項３】
前記コンタクトホールを形成する工程よりも後に、
前記凹部及び前記コンタクトホールに金属膜を充填することにより、前記凹部に配線を形成し、前記コンタクトホールに前記配線と接続したコンタクトを形成する工程をさらに備えている、請求項１又は２に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項４】
前記絶縁膜の上に、前記第２のポリマー鎖よりも前記第１のポリマー鎖に表面自由エネルギーが近く、前記凹部に対応する位置に開口部を有するガイドレジスト膜を形成した後、前記ガイドレジスト膜をマスクとして前記絶縁膜をエッチングすることにより、前記凹部を形成する工程をさらに備えている、請求項３に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項５】
前記ポリマー膜を形成する工程において、前記ポリマー膜を前記ガイドレジスト膜と接するように、前記凹部に埋め込む、請求項４に記載のコンタクトを有する構造体の製造方法。
【請求項６】
前記コンタクトホールを形成する工程よりも後で且つ前記コンタクトを形成する工程よりも前に、前記ガイドレジスト膜及び前記ポリマー膜を除去する工程をさらに備えている、請求項４又は５に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項７】
前記絶縁膜の少なくとも一部は、前記基板上に、前記第２のポリマー鎖よりも前記第１のポリマー鎖に表面自由エネルギーが近いガイドレジスト膜を形成した後、前記ガイドレジスト膜を架橋して形成し、
前記凹部は、前記絶縁膜における前記ガイドレジスト膜を架橋して形成した部分に形成されている、請求項３に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項８】
前記コンタクトホールを形成する工程において、前記コンタクトホールは前記ガイドレジスト膜を架橋して形成した部分に形成する、請求項７に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項９】
前記コンタクトを形成する工程において、前記金属膜は原子層堆積法を用いて形成する、請求項３〜８のいずれか１項に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１０】
前記コンタクトホールを形成する工程よりも後に、前記凹部及び前記コンタクトホールに第１の金属膜、高誘電率膜及び第２の金属膜を順次堆積することにより、前記半導体基板の上に形成された半導体素子と接続されたコンタクト及び前記コンタクトと接続されたストレージを形成する工程をさらに備えている、請求項１又は２に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１１】
前記ポリマー膜は、前記第１のポリマー鎖からなる第１のホモポリマー及び前記第２のポリマー鎖からなる第２のホモポリマーを含む混合ポリマー膜である、請求項１に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１２】
前記コンタクトホールを形成する工程よりも後に、アセトン、ベンゼン、トルエン、硫化水素、フッ化物又は酸素プラズマにより前記ポリマー膜を除去する工程をさらに備えている、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１３】
前記ガイドレジスト膜及び前記ポリマー膜を除去する工程において、アセトン、ベンゼン、トルエン、硫化水素、フッ化物又は酸素プラズマにより、前記ガイドレジストパターン及び前記ポリマー膜を除去する、請求項６に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１４】
前記ガイドレジスト膜は、ポリヒドロスチレン、アクリル、ノボラック、フェノール、シロキサン、ポリベンゾオキサゾール、ベンゾシクロブテン、メラミン及びポリイミドのうちの少なくとも１つを含有する、請求項４〜８のいずれか１項に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１５】
前記コンタクトホールパターンを形成する工程において、窒素雰囲気又は大気よりも酸素濃度が低い雰囲気で、１５０℃以上の温度で前記ポリマーをアニールすることにより前記ポリマー膜をミクロ相分離させる、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１６】
前記コンタクトホールパターンを形成する工程において、前記第２のポリマー鎖は有機溶媒現像液により除去する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１７】
前記コンタクトホールパターンを形成する工程において、前記第２のポリマー鎖はドライエッチングにより除去する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１８】
前記ポリマー膜はポリスチレン、アクリル及びポリエチレンのうちの少なくとも１つを含有する、請求項１〜１７のいずれか１項に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【請求項１９】
前記ポリマー膜を形成する工程よりも前に、前記第２のポリマー鎖と前記第１のポリマー鎖との中間の表面自由エネルギーを有する中性層を前記絶縁膜の上に形成する工程をさらに備えている、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のコンタクトを有する構造体の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンタクトを有する構造体の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路は素子性能の向上及びチップ面積縮小のために、その集積度を向上してきた。それに応じて金属配線幅及び金属配線間隔の微細化も進められている。微細な金属配線をパターニングするために、リソグラフィ工程では露光波長を短くし、露光装置の開口数を大きくすることが検討されている。
【０００３】
フォトリソグラフィにおける解像ピッチＲＰと焦点深度ＤＯＦとはレーリーの式と呼ばれる次式により与えられる。
ＲＰ＝ｋ1・λ／ＮＡ            （１）
ＤＯＦ＝ｋ2・λ／（ＮＡ）2      （２）
ここで、ｋ1及びｋ２はプロセスファクタ、λは露光光の波長、ＮＡは露光装置の開口数を示す。
【０００４】
式（１）に示すように、高解像を得ようとするとλを小さくするか、ＮＡを大きくする必要がある。しかし、λを小さくするためには、光源となるレーザ装置の開発、及びその波長域で感光するレジスト材料の開発等が必要であり、プロセスを大きく変更しなければならない。このため、一般にＮＡを大きくする手法が取られる。しかし、式（２）に示すように、ＮＡを大きくするとＤＯＦが低下してしまう。
【０００５】
このため、露光波長及び開口数の変更以外の方法により解像度を向上させる技術が重要となってきている。例えば、分子の自己組織化等を用いて微細パターンを形成することが試みられている。特に、ブロック共重合体等のポリマーにおける自己組織化構造の１つであるミクロ相分離構造を用いる方法は、光リソグラフィの解像限界を超えたパターニングができる方法として期待されている。ミクロ相分離構造を用いることにより、高価な短波長の露光設備を用いなくても、安価な露光設備により微細パターンを形成できる可能性がある。
【０００６】
一方、半導体素子のパターンの微細化によりコンタクトとその上層に設けられた金属配線との重ね合わせ精度を向上させることが求められている。コンタクト及び金属配線の幅が小さくなると、コンタクトと金属配線とがずれやすくなるため、配線抵抗の上昇及び素子の電気的特性の劣化の問題が顕在化する。
【０００７】
このような、合わせずれの問題を解決する方法として、コンタクトと上層の金属配線とを自己整合的に形成する方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−３９１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、前記の従来技術では、コンタクト寸法が光リソグラフィのパターニングの制限を受ける。このため、パターンの微細化を行うために、露光波長を短くし、リソグラフィの解像性を高める必要がある。従って、極紫外線（ＥＵＶ）露光機又は電子線（ＥＢ）露光機等の高価な設備を導入したり、必要なプロセスを開発したりする必要がある。
【００１０】
また、前記の従来技術ではコンタクト又は金属配線が設計寸法よりも拡大するため、コンタクト間の距離又はコンタクトと隣接する金属配線との距離等が短くなり、ショートが発生しやすくなる。
【００１１】
本開示は、高価な露光設備等を必要とすることなくコンタクトの形状劣化及び設計寸法に対する拡大を抑制したコンタクトを有する構造体の形成方法を実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
コンタクトを有する構造体の形成方法の一形態は、基板の上に形成され、凹部を有する絶縁膜の上に、互いに異なる表面自由エネルギーを有する第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を含むポリマー膜を形成する工程と、ポリマー膜をミクロ相分離させた後、第２のポリマー鎖を除去することにより、ポリマー膜にホールパターンを形成する工程と、ホールパターンを形成したポリマー膜をマスクとして、絶縁膜を貫通するコンタクトホールを形成する工程とを備え、第１のポリマー鎖は、第２のポリマー鎖よりも、表面自由エネルギーが凹部の側壁に近い。
【００１３】
本形成方法において、ポリマー膜は、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を含むブロック共重合体膜であってもよい。
【００１４】
本形成方法において、ポリマー膜は、第１のポリマー鎖及び第２のポリマー鎖を含む混合ポリマー膜であってもよい。
【００１５】
本形成方法は、コンタクトホールを形成する工程よりも後に、凹部及びコンタクトホールに金属膜を充填することにより、凹部に配線を形成し、コンタクトホールに配線と接続したコンタクトを形成する工程をさらに備えていてもよい。
【００１６】
本形成方法は、コンタクトホールを形成する工程よりも後に、アセトン、ベンゼン、トルエン、硫化水素、フッ化物又は酸素プラズマによりコンタクトホールパターンを除去する工程をさらに備えていてもよい。
【００１７】
本形成方法は、絶縁膜の上に、第２のポリマー鎖よりも第１のポリマー鎖に表面自由エネルギーが近く、凹部に対応する位置に開口部を有するガイドレジスト膜を形成した後、ガイドレジスト膜をマスクとして絶縁膜をエッチングすることにより、凹部を形成する工程をさらに備えていてもよい。
【００１８】
本形成方法は、ポリマー膜を形成する工程において、ポリマー膜をガイドレジスト膜と接するように、凹部に埋め込んでもよい。
【００１９】
本形成方法は、コンタクトホールを形成する工程よりも後で且つコンタクトを形成する工程よりも前に、ガイドレジスト膜及びポリマー膜を除去する工程をさらに備えていてもよい。
【００２０】
本形成方法は、ガイドレジスト膜及びポリマー膜を除去する工程において、アセトン、ベンゼン、トルエン、硫化水素、フッ化物又は酸素プラズマにより、ガイドレジストパターン及びポリマー膜を除去してもよい。
【００２１】
本形成方法において、ガイドレジスト膜は、ポリヒドロスチレン、アクリル、ノボラック、フェノール、シロキサン、ポリベンゾオキサゾール、ベンゾシクロブテン、メラミン及びポリイミドのうちの少なくとも１つを含有していてもよい。
【００２２】
本形成方法において、絶縁膜の少なくとも一部は、基板上に、第２のポリマー鎖よりも第１のポリマー鎖に表面自由エネルギーが近いガイドレジスト膜を形成した後、ガイドレジスト膜を架橋して形成し、凹部は、絶縁膜におけるガイドレジスト膜を架橋して形成した部分に形成されていてもよい。
【００２３】
本形成方法は、コンタクトホールを形成する工程において、コンタクトホールはガイドレジスト膜を架橋して形成した部分に形成してもよい。
【００２４】
本形成方法は、コンタクトを形成する工程において、金属膜は原子層堆積法を用いて形成してもよい。
【００２５】
本形成方法は、コンタクトホールを形成する工程よりも後に、凹部及びコンタクトホールに第１の金属膜、高誘電率膜及び第２の金属膜を順次堆積することにより、半導体基板の上に形成された半導体素子と接続されたコンタクト及びコンタクトと接続されたストレージを形成する工程をさらに備えていてもよい。
【００２６】
本形成方法は、コンタクトホールパターンを形成する工程において、窒素雰囲気又は大気よりも酸素濃度が低い雰囲気で、１５０℃以上の温度でポリマーをアニールすることによりポリマー膜をミクロ相分離させてもよい。
【００２７】
本形成方法は、コンタクトホールパターンを形成する工程において、第２のポリマー鎖は有機溶媒現像液により除去してもよい。
【００２８】
本形成方法は、コンタクトホールパターンを形成する工程において、第２のポリマー鎖はドライエッチングにより除去してもよい。
【００２９】
本形成方法において、ポリマー膜はポリスチレン、アクリル及びポリエチレンのうちの少なくとも１つを含有していてもよい。
【００３０】
本形成方法は、ポリマー膜を形成する工程よりも前に、第２のポリマー鎖と第１のポリマー鎖との中間の表面自由エネルギーを有する中性層を絶縁膜の上に形成する工程をさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００３１】
本開示のコンタクトを有する構造体の形成方法によれば、高価な露光設備等を必要とすることなくコンタクトの形状劣化及び設計寸法に対する拡大を抑制した、コンタクトを有する構造体の形成方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】配線を形成する場合に用いるマスクの一例を示す平面図である。
【図２】ブロック共重合体のミクロ相分離を示す相図である。
【図３】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図７】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図８】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図９】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図１０】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図１１】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図１３】第１の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図１４】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図１５】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図１６】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図１７】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図１８】第１の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図１９】第１の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２０】第１の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２１】第１の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２２】第１の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２３】第１の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２４】第１の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２５】第１の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２６】第１の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２７】第１の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２８】第１の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図２９】第１の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３０】第１の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３１】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３２】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３３】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３４】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３５】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３６】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３７】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３８】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図３９】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４０】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４１】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４２】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４３】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４４】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４５】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４６】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４７】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４８】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図４９】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図５０】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図５１】（ａ）及び（ｂ）は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図５２】ガイドレジスト膜を露光する際のマスクの一例を示す平面図である。
【図５３】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図５４】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図５５】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図５６】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図５７】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図５８】ポリマー膜のミクロ相分離の一例を示す平面図である。
【図５９】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６０】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６１】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６２】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６３】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６４】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６５】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６６】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６７】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６８】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図６９】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【図７０】（ａ）及び（ｂ）は第３の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法の一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
各実施形態を説明するにあたっての前提事項をまず説明する。通常、フォトマスクは縮小倍投影型の露光機で使用されるため、フォトマスク上のパターン寸法を議論する場合には縮小倍率を考慮する必要がある。しかし、以下の各実施形態においては、混乱を避けるため、形成しようとする所望のレジストパターン（以下、ガイドパターンともいう。）と対応させてフォトマスク上のパターン寸法を説明する場合、特に断らない限り、縮小倍率を考慮してマスク寸法を換算した値を用いる。具体的には、Ｍ分の１縮小投影システムにおいて、幅Ｌ１のレジストパターンを形成する場合には、マスクパターンの幅は、Ｍ×Ｌ１となる。しかし、以下においては、マスクパターン及びレジストパターンの幅は共にＬ１であると表記する。
【００３４】
以下の各実施形態及び変形例において配線を形成する場合には、説明を容易にするために、図１に示すようなマスク１１を用いて露光を行い、絶縁膜に凹部を形成する例を説明する。各実施例及び変形例においては、マスク開口部１２の短辺Ｌ１が６０ｎｍであり、長辺Ｌ２が１５０ｎｍであるとして説明する。ただし、各実施形態及び変形例は異なる条件に適用することができる。また、露光した部分が現像液に溶解するポジティブタイプのフォトレジストを使用する場合について説明する。しかし、露光されていない部分が現像液に溶解するネガティブタイプのフォトレジストを使用することも可能である。
【００３５】
次に、バルク状態のブロック共重合体のミクロ相分離について間単に説明する。ここで、高分子（ポリマー）とは、モノマー分子が重合反応により結合した、繰り返し単位により構成された分子である。単一のモノマーが重合して、単一の繰り返し単位により構成された高分子をホモポリマーという。２種類以上のモノマーが重合して、複数の繰り返し単位を含む高分子を共重合体と呼ぶ。互いに異なるモノマーに由来する繰り返し単位がランダムに配列された共重合体をランダム共重合体と呼ぶ。異なるモノマーに由来する繰り返し単位が交互に配列された共重合体を交互共重合体と呼ぶ。同種のモノマーに由来する繰り返し単位が連続して配列されたブロック鎖を有する共重合体をブロック共重合体と呼ぶ。ブロック共重合体のブロック鎖の部分はそれぞれホモポリマーとみなすことができるため、ブロック共重合体は、互いに異なる２種類以上のホモポリマーが配列されているとみなすことができる。
【００３６】
一般に、２種類以上のホモポリマーを混合すると、均一に混合することは稀であり、異なるホモポリマー同士が反発する。このため、同種のホモポリマー同士が凝集して相分離が生じる。ブロック共重合体においても同様な相分離が生じる。ブロック共重合体は、異なるホモポリマーが分子内で化学的に結合しているため、相の大きさは大きくなることができず、ブロック共重合体の大きさと同程度となる。このようなブロック共重合体の相分離は、ミクロ相分離と呼ばれ、数ｎｍから数百ｎｍ程度の相領域が形成される。
【００３７】
ブロック共重合体において、ミクロ相分離したドメインの形状は、ブロック共重合体の重合度，各ブロック鎖の化学的性質及び各ブロック鎖の体積分率等に大きく依存する。図２は、第１のブロック鎖Ａと第２のブロック鎖Ｂとを含むジブロック共重合体におけるミクロ相分離の相図及びドメインの形状を示している。図２において、横軸は第１のブロック鎖Ａの体積分率を表し、縦軸はχＮを表す。ここで、χは第１のブロック鎖Ａと第２のブロック鎖Ｂとの相互作用パラメータと呼ばれる定数であり、χの値が大きいほど相溶性が低く、相分離しやすい。また、Ｎは重合度であり、Ｎが大きいほど相分離しやすい。従って、両者の積χＮは、相分離のしやすさの指標となり、χＮの値が大きいほど相分離しやすく、逆にχＮの値が小さくなりすぎると、相分離せずに無秩序構造となる。
【００３８】
χＮの値が十分大きく相分離が起きる場合、ミクロ相分離したドメインの形状は各ブロック鎖の体積分率に大きく依存する。図２に示すように第１のブロック鎖Ａの体積分率が０から０．５に変化する場合、ドメイン形状は、無秩序構造、球形構造、シリンダー構造，ラメラ構造の順に変化する。さらに、第１のブロック鎖Ａの体積分率が０．５から１．０に増加する場合、ラメラ構造、シリンダー構造、球形構造、無秩序構造と逆の順に変化する。
【００３９】
なお、２種類以上のホモポリマーをブレンドして形成したブレンドポリマーにおいても、ブレンドするポリマー及びブレンドの条件等を選択することによりブロック共重合体と同様に数ｎｍから数百ｎｍ程度の相領域が形成された相分離状態とすることができる。本明細書においては、このような場合もミクロ相分離という。
【００４０】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図３〜図１１を参照して説明する。図３〜図１１は、図１のＩａ−Ｉａ線に対応する断面を示している。
【００４１】
まず、図３に示すように、半導体基板１００の上に絶縁膜１１０を形成し、その上にハードマスク形成膜１０４を形成する。本実施形態において半導体基板１００の上には、半導体素子（図示せず）と、金属からなる第１の配線１０１及び下層絶縁膜１０２を有する配線層１０３が形成されており、絶縁膜１１０は配線層１０３の上に形成する。第１の配線１０１の幅は例えば６０ｎｍとすることができる。ハードマスク形成膜１０４は、例えば厚さが５０ｎｍとすることができ、絶縁膜１１０に対してエッチング速度が十分に遅い膜であればよい。例えば、絶縁膜１１０を有機膜とし、ハードマスク形成膜１０４を窒化チタン（ＴｉＮ）膜又は有機含有シリコン窒化膜とすることができる。なお、本開示において有機膜とは、特に断らない限り有機成分からなる膜及び有機成分を主成分とする膜である。ただし、絶縁膜１１０は有機膜に限らず他の材料からなる膜であってもよい。
【００４２】
次に、図４に示すようにハードマスク形成膜１０４の上にレジストパターン１５１を形成した後、レジストパターン１５１をマスクとしてドライエッチングによりハードマスク形成膜１０４をパターニングし、ハードマスク１０４Ａを形成する。レジストパターン１５１は、リソグラフィ工程を用いて形成することができる。本実施形態においては、図１に示したマスクを用いて形成する例を説明する。このため、レジストパターン１５１の開口部は幅が６０ｎｍで長さが１５０ｎｍである。
【００４３】
次に、図５に示すように、ハードマスク１０４Ａをマスクとして、絶縁膜１１０を、例えば深さが１２０ｎｍまでエッチングした後、エッチングを途中で停止する。これにより絶縁膜１１０に、配線用の溝部となる絶縁膜１１０を貫通していない凹部１１０ａを形成する。
【００４４】
次に、図６に示すように、中性層１０５を形成する。本開示において、中性層とは後で形成するポリマー膜に含まれる第１のポリマー鎖の表面自由エネルギーと、第２のポリマー鎖の表面自由エネルギーとの中間の表面自由エネルギーを有する膜である。中性層１０５は、例えば低粘度の液体を用いてスピンコート法により厚さが３０ｎｍの塗布膜を形成した後、ホットプレートを用いて２０５℃の温度下で６０秒間アニールすることにより塗布膜を硬化させて形成すればよい。中性層１０５を低粘度の液体を用いてスピンコート法により形成することにより、凹部１１０ａの底面及びハードマスク１０４Ａの上面には中性層１０５が形成されるが、凹部１１０ａの側壁には中性層１０５が形成されない。
【００４５】
中性層１０５を形成した後、ポリマー膜１０６を形成する。本実施形態において、ポリマー膜１０６は、互いに表面自由エネルギーが異なる第１のブロック鎖及び第２のブロック鎖を含むブロック共重合体からなる。ポリマー膜１０６は、例えば第１のブロック鎖がスチレンモノマーに由来する繰り返し単位からなるブロック鎖であり、第２のブロック鎖がメタクリレートモノマーに由来する繰り返し単位からなるブロック鎖であるジブロック共重合体とすることができる。この場合、第１のブロック鎖は、ポリスチレン（ＰＳ）とみなすことができ、第２のブロック鎖はポリメタクリレート（ＰＭＭＡ）とみなすことができる。ポリマー膜１０６は、スピンコーティング法により塗布して形成することができる。
【００４６】
次に、例えばホットプレートを用いて２４０℃の温度で３００秒間アニールを行うことにより、図７に示すように、ジブロック共重合体をミクロ相分離させる。第１のブロック鎖は、第２のブロック鎖と比べてその表面自由エネルギーが絶縁膜１１０の表面自由エネルギーに近い。このため、絶縁膜１１０の凹部１１０ａの側壁に対する親和性は、第１のブロック鎖の方が第２のブロック鎖よりも高い。従って、第１のブロック鎖が凝集した領域１０６ａが凹部１１０ａの側壁と接触する位置に配置され、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂが凹部１１０ａの側壁から離れた位置に配置される。
【００４７】
ブロック鎖同士を凝集させてミクロ相分離させるためには、ブロック共重合体のガラス転移温度Ｔｇを超える温度においてアニールを行えばよい。Ｔｇはブロック共重合体に含まれる添加物及び溶媒並びにブロック鎖の分子量等によって左右される。ＰＳ及びＰＭＭＡのＴｇは１２０℃前後である。このため、ＰＳとＰＭＭＡとを含むジブロック共重合体の場合、１５０℃以上でアニールすることにより同種のブロック鎖同士を凝集させ、ミクロ相分離させることができる。
【００４８】
また、空気中で高温アニールを行うと、空気中の酸素により、ＰＳ又はＰＭＭＡ内で酸化反応が発生し、プロセスの安定性が損なわれるおそれがある。これを避けるために、窒素雰囲気又は低酸素雰囲気下でアニールを行うことが好ましい。
【００４９】
以上のように、ブロック共重合体のミクロ相分離を行うためのアニールは、窒素雰囲気又は低酸素濃度雰囲気で、１５０℃以上の温度で行うことが好ましい。
【００５０】
図７においては、ミクロ相分離によりシリンダー構造のドメイン形状が形成される例を示しているが、ミクロ相分離により形成されるドメイン形状はシリンダー構造に限定されず、他のドメイン形状が形成されてもよい。
【００５１】
次に、図８に示すように、ミクロ相分離させたポリマー膜１０６の第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂ及び中性層１０５を除去し、例えば直径が３０ｎｍのコンタクトホール形成用開口部１０６ｃを有するコンタクトホールパターン１０６Ａを形成する。第１のブロック鎖がＰＳであり、第２のブロック鎖がＰＭＭＡである場合、例えば酸素（Ｏ2）プラズマによりドライエッチングすればよい。この場合、ＰＳよりもＰＭＭＡのエッチング選択比が高いため、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂのみを選択的に除去することができる。さらに、オーバーエッチングをすることにより中性層１０５を除去することができる。なお、ドライエッチングガスはＯ2に限定されない。
【００５２】
また、ＵＶ照射をした後、有機現像液でウェットエッチングすることにより、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂのみを選択的に除去することができる。ＵＶ照射を行うとＰＳ同士は架橋し、ＰＭＭＡは分解する。このため、第１のブロック鎖が凝集した領域１０６ａと第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂとの分子量差が大きくなり、有機溶媒現像液に対しての溶解速度の差が高くなる。中性層１０５は、Ｏ2アッシング等のドライエッチングで除去するか、ウェットエッチングで除去することができる。
【００５３】
次に、図９に示すようにコンタクトホールパターン１０６Ａをマスクとして、絶縁膜１１０を第１の配線１０１が露出するまでエッチングして、コンタクトホール１１０ｂを形成する。この際に、絶縁膜１１０に対してハードマスク１０４Ａのエッチングレートが遅い条件でドライエッチングする。ハードマスク１０４Ａの角部はコンタクトホールパターン１０６Ａにより保護されている。このため、コンタクトホールパターン１０６Ａが肩落ちしても、絶縁膜１１０の角部の肩落ちが生じにくく、形状劣化を防ぐことができる。
【００５４】
次に、図１０に示すように、コンタクトホールパターン１０６Ａ及び中性層１０５を除去する。コンタクトホールパターン１０６Ａは、例えばアセトン、ベンゼン、トルエン、硫化水素、フッ化物、又はＯ2プラズマ等を用いて除去することができる。中性層１０５は、例えばＯ2プラズマによるアッシングにより除去することができる。これにより、非貫通の凹部１１０ａは、コンタクトホール１１０ｂとつながった配線形成用の溝部となる。
【００５５】
次に、図１１に示すように、凹部１１０ａ及びコンタクトホール１１０ｂに金属を充填して、第２の配線１０７とコンタクト１０８とを形成する。例えば、まず凹部１１０ａ及びコンタクトホール１１０ｂに厚さが５０ｎｍの窒化チタンからなる密着層（図示せず）を堆積する。次に、凹部１１０ａ及びコンタクトホール１１０ｂが埋まるように銅をＣＶＤ法により堆積する。次に、ＣＭＰ法により、平坦化しつつ、ハードマスク１０４Ａを除去する。なお、凹部１１０ａ及びコンタクトホール１１０ｂに充填する金属の組成は特に限定されず、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、コバルト若しくはタングステン又はこれらの合金等を用いることができる。金属の充填方法についても特に限定されず、めっき法、化学気相堆積法（ＣＶＤ）法、原子層堆積法（ＡＬＤ）法、又はスパッタ法等を用いることができる。
【００５６】
第２の配線１０７の上に同様にして配線及びコンタクトを形成すれば多層配線構造を形成することができる。
【００５７】
以上のように、周りを絶縁膜に囲まれたブロック共重合体のミクロ相分離を用いることにより、例えば、幅６０ｎｍの第２の配線１０７と直径３０ｎｍのコンタクト１０８とを確実に接続できる。また、エッチング時に肩落ちによる形状劣化及び寸法拡大がほとんど生じない。従って、コンタクト１０８と非接続の第１の配線１０１とがショートすることを防ぐことができる。
【００５８】
本実施形態においては、中性層１０５を形成しているため、凹部１１０ａの底面においてポリマー膜１０６と絶縁膜１１０とが接していない。これにより、ポリマー膜１０６のミクロ相分離に、凹部１１０ａの底面はほとんど影響を与えない。従って、ミクロ相分離のプロセスの安定性を向上させることができる。
【００５９】
中性層１０５は異方性スパッタ法を用いて形成してもよい。異方性スパッタによっても、凹部１１０ａの側壁に中性層１０５を形成することなく、底面のみに中性層１０５を形成することができる。
【００６０】
ただし、中性層１０５は設けなくてもよい。例えば、凹部１１０ａの側壁以外の部分を表面処理して、凹部１１０ａの側壁における表面自由エネルギーと、それ以外の部分における表面自由エネルギーとに差を設けてもよい。表面処理としては、Ｏ２プラズマ等を用いたアッシング処理又はビス(トリメチルシリル)アミン（ＨＭＤＳ）による処理等を用いることができる。なお、凹部１１０ａの側壁の部分だけを表面処理する方法を用いてもよい。
【００６１】
ポリマー膜１０６における凹部１１０ａに形成された部分は凹部１１０ａの側壁により、ミクロ相分離の配向が制御される。しかし、ポリマー膜１０６における凹部１１０ａ以外に形成された部分は、ミクロ相分離の配向を制御することが困難である。このため、例えばポリマー膜１０６が、シリンダー構造のミクロ相分離を行う組成の場合、図７に示したようにミクロ相分離が垂直方向に生じる場合だけでなく、水平方向に生じる場合が生じる。
【００６２】
図８に示したように、ミクロ相分離が垂直方向に生じた場合には、コンタクトホール形成用開口部１０６ｃを形成する際に、凹部１１０ａ以外の部分において開口部１０６ｄが形成される。しかし、凹部１１０ａ以外の部分にはハードマスク１０４Ａが形成されているため、開口部１０６ｄが形成されても問題はない。
【００６３】
一方、水平方向にミクロ相分離が生じた場合には、凹部１１０ａ以外の部分において絶縁膜１１０が露出しないため、問題はない。凹部１１０ａ以外の部分において絶縁膜１１０を表面処理して、その表面自由エネルギーが第１のブロック鎖とより近くなるようにしてもよい。このようにして、ミクロ相分離が水平方向に確実に生じるようにすれば、ハードマスク１０４Ａを設けなくてもよい。
【００６４】
また、ミクロ相分離が垂直方向に生じる場合においても、以下のようにすればハードマスク１０４Ａを設けなくてもよい。ハードマスク１０４Ａが設けられていない場合に、絶縁膜１１０の凹部１１０ａ以外の部分においてミクロ相分離が垂直方向に生じると、図１２に示すように、凹部１１０ａ以外の部分においても絶縁膜１１０が露出する。このため、コンタクトホール１１０ｂを形成するためのエッチングを行うと、図１３に示すように、絶縁膜１１０に予期しないパターンが形成される。しかし、絶縁膜１１０をＣＭＰ法等により平坦化すればよい。平坦化は凹部１１０ａ及びコンタクトホール１１０ｂに金属等を充填する前に行っても、金属等を充填した後に行ってもよい。
【００６５】
本実施形態においては、ポリマー膜１０６がスチレンとメタクリレートとのジブロック共重合体からなる膜である例を示した。ＰＳとＰＭＭＡとはドライエッチングレート又は有機現像液に対する溶解レートに差をつけ易いために、パターニングが容易となる。ただし、表面自由エネルギーが互いに異なるブロック鎖を有していればどのようなブロック共重合体を用いてもよい。例えば、スチレン及びメタクリレートの一方をエチレンとしてもよい。また、ジブロック共重合体に限らず、３元以上のブロック共重合体としてもよい。さらに、２種類以上のホモポリマーを混合した混合ポリマーを用いてポリマー膜１０６を形成してもよい。２種類以上のホモポリマーとブロック共重合体とを含む混合ポリマーを用いてポリマー膜１０６を形成することもできる。ホモポリマーにブロック共重合体を加えることにより、混合ポリマーをミクロ相分離しやすくすることができる。
【００６６】
以下に、ポリマー膜をミクロ相分離させた際のドメイン形状について説明する。ミクロ相分離により形成される領域は、伸縮して配線溝に収まろうとするため、ここで示す領域のサイズはおよその値である。なお、最終的には第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂに対応したサイズ及び形状を有するコンタクト１０８が得られる。
【００６７】
図１４は、ポリマー膜１０６がジブロック共重合体膜であり、シリンダー構造のドメイン形状にミクロ相分離する組成である場合の一例を示している。配線用の溝部となる凹部１１０ａには、配線幅方向に１つの略円形状の第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂが形成され、配線長方向には複数の第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂが形成される。凹部１１０ａの側壁から、第２のブロック鎖凝集した領域１０６ｂまでの距離ｄ１は、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂの直径の約１／２とすることができる。具体的には、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂの直径が３０ｎｍの場合には、ｄ１は約１５ｎｍである。
【００６８】
図１５は、ポリマー膜１０６がジブロック共重合体であり、シリンダー構造のドメイン形状にミクロ相分離する組成である場合の一例を示している。凹部１１０ａには、配線幅方向に２つの略円形状の第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂが形成され、配線長方向には複数の第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂが形成される。凹部１１０ａの側壁から、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂまでの距離ｄ２は、コンタクト１０８の直径の約２／３とすることができる。具体的には、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂの直径が１５ｎｍの場合には、ｄ２は約１０ｎｍである。なお、ジブロック共重合体に代えて、第１のポリマー鎖と第２のポリマー鎖とブロック共重合体を含む混合ポリマーを用いた場合にもこのような構造を得ることができる。
【００６９】
図１６は、ポリマー膜１０６がラメラ構造のドメイン形状にミクロ相分離する組成の場合に得られる第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂの一例を示している。ポリマー膜１０６の第１のブロック鎖がＰＳであり、第２のブロック鎖がＰＭＭＡであり、ＰＳの分子量がＰＭＭＡの分子量よりも大きいとする。この場合には、凹部１１０ａに、略方形状の第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂを形成できる。凹部１１０ａの側壁から第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂまでの距離ｄ３は、配線幅の約１／５とすることができる。具体的には、ｄ３は約１２ｎｍである。なお、ジブロック共重合体に代えて、第１のポリマー鎖と第２のポリマー鎖を含む混合ポリマーを用いた場合にもこのような構造を得ることができる。
【００７０】
図１７は、ポリマー膜１０６がラメラ構造のドメイン形状にミクロ相分離する組成の場合に得られる第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂの一例を示している。ポリマー膜１０６の第１のブロック鎖がＰＳであり、第２のブロック鎖がＰＭＭＡであり、ＰＳとＰＭＭＡの分子量はほぼ等しいとする。この場合には、凹部１１０ａに、環状の第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂを形成できる。凹部１１０ａの側壁から第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂまでの距離ｄ４、環状の第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂに囲まれた部分の幅ｄ５は共に、配線幅の約１／５とすることができる。具体的には、ｄ４及びｄ５は約１２ｎｍである。
【００７１】
第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂの寸法は第１のブロック鎖及び第２のブロック鎖の鎖長に依存する。一般的に、第１のブロック鎖及び第２のブロック鎖の鎖長は、第１のブロック鎖及び第２のブロック鎖の分子量に依存する。従って、第１のブロック鎖及び第２のブロック鎖の分子量が変化すると、凹部１１０ａの側壁から第２のブロック鎖からなる領域１０６ｂまでの距離が変化する。例えば、第２のブロック鎖（ＰＭＭＡ）の分子量が第１のブロック鎖（ＰＳ）の分子量よりも小さい場合は、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂの寸法も小さくなる。
【００７２】
なお、第２のブロック鎖が凝集した領域１０６ｂは、上記の例以外にも、ミクロ相分離のドメイン形状に応じた種々の形状とすることができる。
【００７３】
（第１の実施形態の第１変形例）
第１の実施形態において、絶縁膜を単層膜とし、エッチングを途中で止めることにより絶縁膜を非貫通の凹部を形成する例を示した。しかし、絶縁膜を、複数の膜の積層膜とすることにより、凹部を形成するエッチングの制御性を向上させることができる。
【００７４】
例えば、図１８に示すように、絶縁膜１２０として、第１の膜１２１、第２の膜１２２、第３の膜１２３、及び第４の膜１２４を配線層１０３の上に順次形成する。第１の膜１２１は、例えば厚さが５０ｎｍのシリコン窒化膜である。第２の膜１２２は例えば有機膜である。第３の膜１２３は例えば厚さが５０ｎｍの、有機物を含有するシリコン酸化膜（有機含有シリコン酸化膜）である。第４の膜１２４は例えば厚さが３００ｎｍの有機膜である。続いて、絶縁膜１２０の上に窒化チタン膜又は有機含有シリコン窒化膜等からなるハードマスク形成膜１０４を形成する。
【００７５】
次に、図１９に示すように、第１の実施形態と同様にして、ハードマスク形成膜１０４をパターニングしてハードマスク１０４Ａを形成した後、ハードマスク１０４Ａをマスクとして絶縁膜１２０をドライエッチングし、非貫通の凹部１２０ａを形成する。この際に、第２の膜１２２に対して第３の膜１２３のエッチングレートが十分に遅くなるエッチング条件とする。このようにすれば、第３の膜１２３が、第２の膜１２２の保護膜となるため、第２の膜１２２の手前でエッチングを制御性良く停止させることができる。
【００７６】
この後、図２０に示すように第１の実施形態と同様にして、中性層１０５及びポリマー膜１０６を形成する。ポリマー膜１０６をミクロ相分離させた後、第２のブロック鎖を除去することによりコンタクトホール形成用開口部１０６ｃを有するコンタクトホールパターン１０６Ａを形成する。
【００７７】
なお、第３の膜１２３の表面自由エネルギーを、第１のブロック鎖の表面自由エネルギーと、第２のブロック鎖の表面自由エネルギーとの中間の値とすれば、中性層１０５を設けなくてもよい。
【００７８】
次に、図２１に示すように、コンタクトホールパターン１０６Ａをマスクとして、第３の膜１２３及び第２の膜１２２をエッチングする。この際に、第２の膜１２２に対して第１の膜１２１のエッチングレートが十分に遅くなるエッチング条件とする。このようにすれば、第１の膜１２１が第１の配線１０１の保護膜となり、第１の配線１０１にオーバーエッチによる損傷が生じにくくなる。
【００７９】
次に、図２２に示すように、第１の実施形態と同様にして、コンタクトホールパターン１０６Ａ及び中性層１０５を除去する。また、第１の膜１２１を除去して第１の配線１０１を露出させる。
【００８０】
次に、図２３に示すように、第１の実施形態と同様にして、凹部１２０ａ及びコンタクトホール１２０ｂに金属を充填して、第２の配線１０７とコンタクト１０８とを形成する。
【００８１】
第１の実施形態と同様に、本変形例においても例えば、幅６０ｎｍの第２の配線１０７と直径３０ｎｍのコンタクト１０８とを確実に接続できる。また、エッチング時に肩落ちによる形状劣化及び寸法拡大がほとんど生じない。従って、コンタクト１０８と非接続の第１の配線１０１とがショートすることを防ぐことができる。
【００８２】
本変形例においては、ハードマスク１０４Ａを形成する例を示したが、ハードマスク１０４Ａは形成しなくてもよい。
【００８３】
本変形例においても、図１４〜図１７に示すような種々の形状の第２のブロック鎖が凝集した領域を形成でき、種々の形状のコンタクトを形成することができる。
【００８４】
（第１の実施形態の第２変形例）
第１の実施形態においては、第１の配線と接続されたコンタクト及び配線を形成する例を示したが、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）等のストレージとコンタクトとを形成することもできる。
【００８５】
例えば、図２４に示すように、半導体基板１００の上に、例えば幅が４０ｎｍのゲート電極１３１及び自己整合的に形成されたソース・ドレインとなる高濃度不純物注入領域１３２を形成する。ゲート電極１３１を覆う下層絶縁膜１３５の上に、第１の実施形態と同様にして絶縁膜１１０を形成する。
【００８６】
次に、図２５に示すように絶縁膜１１０の上にリソグラフィ工程により、幅が１１０ｎｍのストレージ用の開口部を有するレジストパターン１５２を形成する。
【００８７】
次に、レジストパターン１５２をマスクとして、図２６に示すように絶縁膜１１０を、例えば深さが１２０ｎｍまでエッチングした後、エッチングを途中で停止する。これにより絶縁膜１１０に、ストレージ用の溝部となる非貫通の凹部１１０ｃを形成する。
【００８８】
次に、図２７に示すように、第１の実施形態と同様にして中性層１０５を形成した後、ポリマー膜を形成する。この後、第１の実施形態と同様にしてポリマー膜をミクロ相分離させる。続いて、第１の実施形態と同様にしてポリマー膜の第２のブロック鎖が凝集した領域を除去して直径が６０ｎｍのコンタクトホール形成用開口部１０６ｃを有するコンタクトホールパターン１０６Ａを形成する。
【００８９】
次に、図２８に示すようにコンタクトホールパターン１０６Ａをマスクとして、絶縁膜１１０及び下層絶縁膜１３５をエッチングして、高濃度不純物注入領域１３２を露出するコンタクトホール１１０ｂを形成する。この際に、絶縁膜１１０及び下層絶縁膜１３５に対してコンタクトホールパターン１０６Ａ及び中性層１０５のエッチングレートが遅いエッチング条件でエッチングを行う。絶縁膜１１０の角部は、コンタクトホールパターン１０６Ａ及び中性層１０５により保護される。このため、絶縁膜１１０の角部の肩落ちによる形状劣化を防ぐことができる。従って、コンタクトホール１１０ｂは、テーパー形状ではなく、略垂直形状の開口部となる。
【００９０】
次に、図２９に示すように、第１の実施例と同様にしてコンタクトホールパターン１０６Ａ及び中性層１０５を除去する。これにより、凹部１１０ｃは、コンタクトホール１１０ｄとつながったストレージ形成用の溝部となる。
【００９１】
次に、図３０に示すように、例えば第１の金属膜１３６を堆積する。第１の金属膜は、例えばＴｉＮ又はＴｉ／ＴｉＮをＡＬＤ法にて１５ｎｍ堆積すればよい。凹部１１０ｃ以外の部分に形成された第１の金属膜１３６をエッチバック等により除去した後、高誘電率膜（ｈｉｇｈ−ｋ膜）１３７を堆積する。高誘電率膜１３７は、例えば酸化ハフニウム（ＨｆＯ2）をＡＬＤ法にて８ｎｍ堆積すればよい。その後、第２の金属膜１３８を堆積する。第２の金属膜１３８は、例えばＴｉＮ又はＴｉ／ＴｉＮをＡＬＤ法にて１０ｎｍ堆積すればよい。第１の金属膜１３６は高濃度不純物注入領域１３２と接続されたコンタクトとなる。また、高誘電率膜１３７はストレージの容量膜となる。第２の金属膜１３８は上層の金属配線（図示せず）と接続される。
【００９２】
第１の実施形態と同様に、本変形例においてもエッチング時に肩落ちによる形状劣化、及び寸法拡大がほとんど生じない。このため、コンタクトとゲート電極１３１とがショートすることを防ぐことができる。
【００９３】
本変形例においては、ハードマスクを形成しない例を示したが、ハードマスクを設けてもよい。また、中性層を形成しない構成とすることもできる。本変形例においても、第１変形例と同様に絶縁膜を複数の膜からなる積層膜としてもよい。本変形例においても、図１４〜図１７に示すような種々の形状の第２のブロック鎖が凝集した領域を形成でき、種々の形状のコンタクトを形成することができる。
（第２の実施形態）
図３１〜図３８は、第２の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法を示している。なお各図において（ａ）は図１のＩａ−Ｉａ線に対応する断面を示し、（ｂ）は図１のＩｂ−Ｉｂ線に対応する断面を示している。
【００９４】
まず、図３１に示すように、第１の実施形態と同様にして、半導体素子（図示せず）並びに第１の配線２０１及び下層絶縁膜２０２を有する配線層２０３が形成された半導体基板２００の上に絶縁膜２１０を堆積する。この後、絶縁膜２１０の上にガイドレジスト膜２０４を形成した後、図１に示したマスクを使用して、ガイドレジスト膜２０４を露光して、ガイドレジスト膜２０４をパターニングする。ガイドレジスト膜２０４は、ポリヒドロスチレン、アクリル、ノボラック、フェノール、シロキサン、ポリベンゾオキサゾール、ベンゾシクロブテン、メラミン、及びポリイミドを少なくとも１つ以上含有するレジストとすることができる。
【００９５】
次に、図３２に示すように、ガイドレジスト膜２０４をマスクとして絶縁膜２１０を例えば深さが１２０ｎｍまでエッチングした後、エッチングを途中で停止する。これにより絶縁膜２１０に、配線用の溝部となる絶縁膜２１０を貫通していない凹部２１０ａを形成する。
【００９６】
次に、図３３に示すように、ガイドレジスト膜２０４を残したまま、ポリマー膜２０６を形成する。この後、第１の実施形態と同様にして、ポリマー膜２０６をミクロ相分離させる。ガイドレジスト膜２０４は、ポリマー膜２０６の第２のブロック鎖よりも第１のブロック鎖に近い表面自由エネルギーを有する。このため、ガイドレジスト膜２０４により、ブロック鎖の配向を制御することができる。従って、中性層を設けなくてよい。図３３においては、ポリマー膜２０６が第１のブロック鎖がＰＳであり、第２のブロック鎖がＰＭＭＡであり、ミクロ相分離した際のドメイン形状がシリンダー構造となる組成のジブロック共重合体を用いた例を示す。従って、第１のブロック鎖が凝集した領域２０６ａが凹部２１０ａの側壁と接し、第２のブロック鎖が凝集した領域２０６ｂが凹部２１０ａの側壁と間隔をおいて形成される。この場合の平面構成は、図１４と同様となる。
【００９７】
第１の実施形態と異なり、凹部２１０ａ以外の部分に形成されたポリマー膜２０６も、ガイドレジスト膜２０４により配向方向が制御される。このため、凹部２１０ａ以外の部分においてもＰＳである第１のブロック鎖が配向する。ただし、凹部２１０ａ以外の部分は、凹部２１０ａ内の部分よりもポリマー膜２０６の膜厚が薄い。このため、凹部２１０ａ以外の部分におけるポリマー膜２０６は、シリンダー構造のような明確なドメイン形状をとならいと考えられる。ガイドレジスト膜２０４と第１のブロック鎖のエッチング選択比がほぼ同じになる条件においてエッチングを行えば、ガイドレジスト膜２０４のマスクとしての性能が向上する。
【００９８】
次に、図３４に示すように、第１の実施形態と同様にして第２のブロック鎖が凝集した領域２０６ｂを除去し、コンタクトホール形成用開口部２０６ｃを有するコンタクトホールパターン２０６Ａを形成する。
【００９９】
次に、図３５に示すように、第１の実施形態と同様にして絶縁膜２１０をエッチングして、コンタクトホール２１０ｂを形成する。絶縁膜２１０の角部は、コンタクトホールパターン２０６Ａにより保護される。このため、絶縁膜２１０の角部の肩落ちによる形状劣化を防ぐことができる。従って、コンタクトホール２１０ｂは、テーパー形状ではなく、略垂直形状の開口部となる。
【０１００】
次に、図３６に示すように、コンタクトホールパターン２０６Ａ及びガイドレジスト膜２０４を除去する。
【０１０１】
次に、図３７に示すように、第１の実施形態と同様にして、凹部２１０ａ及びコンタクトホール２１０ｂに金属を充填して、第２の配線２０７とコンタクト２０８とを形成する。
【０１０２】
第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様にポリマー膜をブロック共重合体に代えて混合ポリマーにより形成してもよい。また、第１の実施形態と同様に、図１４〜図１７に示すような種々の形状の第２のブロック鎖が凝集した領域を形成でき、種々の形状のコンタクトを形成することができる。本実施形態において、中性層を形成する必要はないが、ポリマー膜２０６を形成する前に中性層を形成してもよい。また、中性層を形成する代わりに、ＨＭＤＳによる処理を行ったり、Ｏ2プラズマの照射を行ったりしてもよい。本実施形態は配線を形成する例を示したが、ストレージの形成に適用することも可能である。
【０１０３】
（第２の実施形態の第１変形例）
第１の実施形態の第１変形例と同様に、第２の実施形態においても絶縁膜を複数の膜の積層膜としてよい。具体的には、図３８に示すように絶縁膜２２０として、第１の膜２２１、第２の膜２２２、第３の膜２２３、及び第４の膜２２４を配線層２０３の上に順次形成する。第１の膜２２１は、例えば厚さが５０ｎｍのシリコン窒化膜である。第２の膜２２２は例えば有機膜である。第３の膜２２３は例えば厚さが５０ｎｍの、有機物を含有するシリコン酸化膜（有機含有シリコン酸化膜）である。第４の膜２２４は例えば厚さが３００ｎｍの有機膜である。
【０１０４】
この後、図３９に示すように、第２の実施形態と同様にして、絶縁膜２２０の上にガイドレジスト膜２０４を形成した後、ガイドレジスト膜２０４をマスクとして絶縁膜２２０をドライエッチングし、非貫通の凹部２２０ａを形成する。この際に、第２の膜２２２に対して第３の膜２２３のエッチングレートが十分に遅くなるエッチング条件とする。このようにすれば、第３の膜２２３が、第２の膜２２２の保護膜となるため、第２の膜２２２の手前でエッチングを制御性良く停止させることができる。
【０１０５】
この後、図４０に示すように第２の実施形態と同様にして、ポリマー膜２０６を形成する。ポリマー膜２０６をミクロ相分離させた後、第２のブロック鎖を除去することによりコンタクトホール形成用開口部２０６ｃを有するコンタクトホールパターン２０６Ａを形成する。
【０１０６】
次に、図４１に示すように、コンタクトホールパターン２０６Ａをマスクとして、第３の膜２２３及び第２の膜２２２をエッチングする。この際に、第２の膜２２２に対して第１の膜２２１のエッチングレートが十分に遅くなるエッチング条件とする。このようにすれば、第１の膜２２１が第１の配線２０１の保護膜となり、第１の配線２０１にオーバーエッチによる損傷が生じにくくなる。
【０１０７】
次に、図４２に示すように、第１の膜２２１を除去して第１の配線２０１を露出させると共に、第２の実施形態と同様にして、コンタクトホールパターン２０６Ａ及びガイドレジスト膜２０４を除去する。
【０１０８】
次に、図４３に示すように、第２の実施形態と同様にして、凹部２２０ａ及びコンタクトホール２２０ｂに金属を充填して、第２の配線２０７とコンタクト２０８とを形成する。
【０１０９】
第２の実施形態と同様に、本変形例においても例えば、幅６０ｎｍの第２の配線１０７と直径３０ｎｍのコンタクト１０８とを確実に接続できる。また、エッチング時に肩落ちによる形状劣化及び寸法拡大がほとんど生じない。従って、コンタクト１０８と非接続の第１の配線１０１とがショートすることを防ぐことができる。
【０１１０】
本変形例においても、図１４〜図１７に示すような種々の形状の第２のブロック鎖が凝集した領域を形成でき、種々の形状のコンタクトを形成することができる。本変形例において、中性層を形成する必要はないが、ポリマー膜２０６を形成する前に、中性層を形成してもよい。また、中性層を形成する代わりに、ＨＭＤＳによる処理を行ったり、Ｏ2プラズマの照射を行ったりしてもよい。本変形例は配線を形成する例を示したが、ストレージの形成に適用することも可能である。
【０１１１】
（第２の実施形態の第２変形例）
図４４〜図５１は第２の実施形態の第２変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法を示している。なお各図において（ａ）は図１のＩａ−Ｉａ線に対応する断面を示し、（ｂ）は図１のＩｂ−Ｉｂ線に対応する断面を示している。
【０１１２】
まず、図４４に示すように、第２の実施形態と同様にして絶縁膜２１０を形成した後、図１に示したマスクを用いたリソグラフィ工程により、絶縁膜２１０の上にレジストパターン２５２を形成する。
【０１１３】
次に、図４５に示すように、レジストパターン２５２をマスクとして、絶縁膜２１０を、例えば深さが１２０ｎｍまでエッチングした後、エッチングを途中で停止する。これにより絶縁膜２１０に、ストレージ用の溝部となる絶縁膜２１０を貫通していない凹部２１０ａを形成する。次に、レジストパターン２５２を例えばアセトン、プロピレングリコールモノメチルエーテル（ＰＧＭＥ）若しくは硫化水素等の薬液又はＯ2プラズマアッシング等を用いて除去する。
【０１１４】
次に、図４６に示すように、第２の実施形態と同様にして、ガイドレジスト膜２０４を絶縁膜２１０の上に形成する。ガイドレジスト膜２０４には、リソグラフィ工程によりコンタクトホールパターンを形成するための開口部２０４ａを形成する。
【０１１５】
開口部２０４ａは、凹部２１０ａの短辺よりも、露光機の重ね合わせ精度ずれ分だけ大きい開口部とする。例えば、図５２に示すように、開口部２０４ａを形成するためのマスク１３においてマスク開口部１４の凹部２１０ａの短辺と一致した方向の辺の長さ（幅）Ｌ３を、凹部２１０ａの短辺の長さＬ１＋２ｍよりも大きくする。なお、ｍは液浸露光機の重ね合わせ精度である。例えば、Ｌ１が６０ｎｍであり、ｍが１０ｎｍである場合には、Ｌ３を８５ｎｍ程度とすればよい。
【０１１６】
一方、凹部２１０ａの長辺方向には、凹部２１０ａの長辺の長さＬ２よりも短いパターンを重ねて形成する。これにより、平面視において略正方形状の開口部２０４ａが形成される。このようにすれば、露光時に重ね合わせずれが発生しても、ガイドレジスト膜２０４に形成した開口部２０４ａは配線形成用の溝部である凹部２１０ａよりも大きくなる。従って、第２の配線２０７とコンタクト２０８とを確実に接続することができる。
【０１１７】
また、例えば凹部２１０ａの長辺が１５０ｎｍであり、第１の配線２０１の凹部２１０ａの長辺方向の長さが十分に長い場合には、図５２に示すマスク開口部の長さＬ４は任意の値でよい。本変形例では、例えばＬ４を６０ｎｍとする。これは凹部２１０ａの長辺の長さＬ２が十分に大きいために、重ね合わせ精度分を考慮しても、確実に第２の配線２０７とコンタクト２０８とを接続することができるためである。また、第１の配線２０１も十分に長いため、確実に第１の配線２０１とコンタクト２０８とを接続することができるためである。ただし、Ｌ４は、凹部２１０ａの長辺方向の長さＬ２よりも短い方が好ましい。これにより、コンタクトを種々の形状から選択できるようになるという利点が得られる。
【０１１８】
次に、図４７に示すように、第２の実施形態と同様にして、ポリマー膜２０６を形成した後、ポリマー膜２０６をミクロ相分離させる。
【０１１９】
次に、図４８に示すように、第２の実施形態と同様にして、第２のブロック鎖が凝集した領域２０６ｂを除去することにより、コンタクトホール形成用開口部２０６ｃを有するコンタクトホールパターン２０６Ａを形成する。
【０１２０】
次に、図４９に示すように、第２の実施形態と同様にしてコンタクトホールパターン２０６Ａをマスクとして、絶縁膜２１０をエッチングして、コンタクトホール２１０ｂを形成する。
【０１２１】
次に、図５０に示すように、第２の実施形態と同様にして、コンタクトホールパターン２０６Ａ及びガイドレジスト膜２０４を除去する。
【０１２２】
次に、図５１に示すように、第２の実施形態と同様にして、凹部２１０ａ及びコンタクトホール２１０ｂに金属を充填して、第２の配線２０７とコンタクト２０８とを形成する。
【０１２３】
本変形例においても、中性層を形成する必要はないが、ポリマー膜２０６を形成する前に、中性層を形成してもよい。また、中性層を形成する代わりに、ＨＭＤＳによる処理を行ったり、Ｏ2プラズマの照射を行ったりしてもよい。本変形例においても、第１変形例と同様に絶縁膜を複数の膜からなる積層膜としてもよい。本変形例は配線を形成する例を示したが、ストレージの形成に適用することも可能である。
【０１２４】
次に、第２の実施形態の第２変形例におけて形成できるコンタクトの形状について説明する。以下においては、ポリマー膜２０６に形成される第２のブロック鎖が凝集した領域２０６ｂの形状として説明するが、最終的に得られるコンタクトの形状はほぼ同一となる。なお、絶縁膜２１０に形成された凹部２１０ａの短辺は６０ｎｍであり、長辺は１５０ｎｍであるとする。図４６に示した、ガイドレジスト膜２０４に形成された開口部２０４ａの長辺Ｌ３は８５ｎｍであり、短辺Ｌ４は６０ｎｍであるとする。このため、ガイドレジスト膜２０４に形成された開口部２０４ａと、絶縁膜２１０に形成された凹部２１０ａとが重畳した凹状領域２６０は、約６０ｎｍ角の略正方形状となる。ポリマー膜２０６における凹状領域２６０を埋める部分は、絶縁膜２１０とガイドレジスト膜２０４に囲まれている。
【０１２５】
図５３は、開口部２０４ａの側壁及び凹部２１０ａの側壁の表面自由エネルギーが、第２のブロック鎖よりも第１のブロック鎖に近く、ポリマー膜２０６がシリンダー構造のドメイン形状となる組成の場合を示している。この場合には、略円形状の第２のブロック鎖（ＰＭＭＡ）が凝集した領域２０６ｂが形成できる。領域２０６ｂと凹状領域２６０の側壁との間隔ｄ６は、領域２０６ｂの直径の約１／２とすることができる。領域２０６ｂの直径が約３０ｎｍとなるようにした場合には、間隔ｄ６は約１５ｎｍとすることができる。
【０１２６】
図５４は、開口部２０４ａの側壁及び凹部２１０ａの側壁の表面自由エネルギーが、第２のブロック鎖よりも第１のブロック鎖に近く、凹部２１０ａの底面の表面自由エネルギーが、第１のブロック鎖と第２のブロック鎖とのほぼ中間の値である場合を示している。このような条件において、ポリマー膜２０６がシリンダー構造のドメイン形状となる組成とし、ブロック鎖の分子量を調整する。これにより、領域２０６ｂを直径が約１５ｎｍの略円形状とし、領域２０６ｂと凹状領域２６０の側壁との間隔ｄ７を約１０ｎｍとすることができる。なお、ジブロック共重合体に代えて、第１のポリマー鎖と第２のポリマー鎖とブロック共重合体を含む混合ポリマーを用いた場合にもこのような構造を得ることができる。
【０１２７】
凹部２１０ａの底面の表面自由エネルギーは、中性層を形成したり、ＨＭＤＳによる処理を行ったり、Ｏ2プラズマの照射を行ったりすることにより、制御することができる。
【０１２８】
図５５は、図５４と同様の条件において、ポリマー膜２０６がラメラ構造のドメイン形状となる場合又は混合ポリマーである場合を示している。この場合には、領域２０６ｂを約４０ｎｍ角の略方形状とすることができる。領域２０６ｂと凹状領域２６０の側壁との間隔ｄ８は、約１０ｎｍとすることができる。
【０１２９】
図５６は、図５４と同様の条件において、ポリマー膜２０６がラメラ構造のドメイン形状となる場合又は混合ポリマーである場合を示している。この場合にブロック鎖又はポリマー鎖の分子量を調整することにより、環状の領域２０６ｂを形成することできる。この場合に間隔ｄ９及びｄ１０を約１２ｎｍとすることができる。
【０１３０】
図５７は、開口部２０４ａの側壁の表面自由エネルギーが、第２のブロック鎖よりも第１のブロック鎖に近く、凹部２１０ａの側壁及び底面の表面自由エネルギーが、第１のブロック鎖と第２のブロック鎖とのほぼ中間の値である場合を示している。このような条件において、ポリマー膜２０６がラメラ構造のドメイン形状となる組成とし、ブロック鎖の分子量を調整する。これにより、領域２０６ｂを短辺が約３０ｎｍの略長方形状とし、領域２０６ｂと凹状領域２６０の側壁との間隔ｄ１１を約１５ｎｍとすることができる。
【０１３１】
図５８は、図５７と同様の条件において、ブロック鎖の分子量を調整することにより、短辺が約１５ｎｍの略方形状の領域２０６ｂを形成できることを示している。この場合に間隔ｄ１２を約１０ｎｍとすることができる。
【０１３２】
以上に示した以外にも、適切な表面自由エネルギーとポリマーの組成、例えば、分子量、体積分率及びブロック鎖間の相互作用の強さ等を組み合わせるによって、種々のコンタクト形状を実現できる。
【０１３３】
（第３の実施形態）
図５９〜図６４は、第３の実施形態に係るコンタクトを有する構造体の形成方法を示している。なお各図において（ａ）は図１のＩａ−Ｉａ線に対応する断面を示し、（ｂ）は図１のＩｂ−Ｉｂ線に対応する断面を示している。
【０１３４】
まず、図５９に示すように、半導体素子（図示せず）並びに第１の配線３０１及び下層絶縁膜３０２を有する配線層３０３が形成された半導体基板３００の上に絶縁膜３３０を堆積する。絶縁膜３３０は、順次形成された第１の膜３３１及びガイドレジスト膜３３２を含む。ガイドレジスト膜３３２は、例えば架橋剤を含むシロキサン樹脂をベースとした感光性樹脂により形成することができる。ガイドレジスト膜３３２は例えばスピンコート法により形成すればよい。この後、図１に示すマスクを用いて、ガイドレジスト膜３３２を露光してパターニングし、凹部３３０ａを形成する。
【０１３５】
次に、図６０に示すように、ガイドレジスト膜３３２を、例えば３００℃で６０分間、窒素雰囲気においてアニールする。これにより、ガイドレジスト膜３３２が架橋され、第２の膜３３２Ａが得られる。この後、第１の実施形態と同様にして、ポリマー膜３０６を形成した後、アニールによりミクロ相分離させる。これにより、ポリマー膜３０６は第１の実施形態と同様のものを用いることができる。ガイドレジスト膜３３２は、ポリマー膜３０６の第２のブロック鎖よりも第１のブロック鎖に近い表面自由エネルギーを有する。このため、ガイドレジスト膜３３２により、ブロック鎖の配向を制御することができる。従って、中性層を設けなくてよい。図６０においては、ポリマー膜３０６が第１のブロック鎖がＰＳであり、第２のブロック鎖がＰＭＭＡであり、ミクロ相分離した際のドメイン形状がシリンダー構造となる組成のジブロック共重合体を用いた例を示す。従って、第１のブロック鎖が凝集した領域３０６ａが凹部３３０ａの側壁と接し、第２のブロック鎖が凝集した領域３０６ｂが凹部３３０ａの側壁と間隔をおいて形成される。この場合の平面構成は、図１４と同様となる。
【０１３６】
次に、図６１に示すように、第１の実施形態と同様にして、第２のブロック鎖が凝集した領域３０６ｂを除去して、コンタクトホール形成用開口部３０６ｃを有するコンタクトホールパターン３０６Ａを形成する。
【０１３７】
次に、図６２に示すように、第１の実施形態と同様にして、絶縁膜３３０をエッチングして、コンタクトホール３３０ｂを形成する。絶縁膜３３０の角部は、コンタクトホールパターン３０６Ａにより保護される。このため、絶縁膜３３０の角部の肩落ちによる形状劣化を防ぐことができる。従って、コンタクトホール３３０ｂは、テーパー形状ではなく、略垂直形状の開口部となる。
【０１３８】
次に、図６３に示すように、第１の実施形態と同様にしてコンタクトホールパターン３０６Ａを除去する。第２の膜３３２Ａは架橋されており、さらに長時間のアニールにより膜中の溶媒も揮発している。このため、その性質は絶縁膜と同様となり、アセトンに対しても不溶性を示す。従って、第２の膜３３２Ａを残存させ、コンタクトホールパターン３０６Ａを選択的に除去することができる。
【０１３９】
次に、図６４に示すように、第１の実施形態と同様にして、第２の配線３０７及びコンタクト３０８を形成する。
【０１４０】
第２の配線３０７の上に同様にして配線及びコンタクトを形成すれば多層配線構造を形成することができる。
【０１４１】
ブロック共重合体のミクロ相分離を用いることにより、例えば、第２の配線３０７とコンタクト３０８とを確実に接続できる。また、エッチング時に肩落ちによる形状劣化及び寸法拡大がほとんど生じない。従って、コンタクト３０８と非接続の第１の配線３０１とがショートすることを防ぐことができる。
【０１４２】
本実施形態において、中性層を形成する必要はないが、ポリマー膜３０６を形成する前に中性層を形成してもよい。また、中性層を形成する代わりに、ＨＭＤＳによる処理を行ったり、Ｏ2プラズマの照射を行ったりしてもよい。本実施形態は、図１４と同様の構成の第２のブロック鎖が凝集した領域が形成され、直径が３０ｎｍで間隔が１５ｎｍのコンタクトが３個形成される例を示した。しかし、第２のブロック鎖が凝集した領域を図１５〜図１７に示すような構成として、異なる形状のコンタクトを形成してもよい。この場合に、ブロック共重合体に代えて混合ポリマーを用いてポリマー膜を形成してもよい。本実施形態は配線を形成する例を示したが、ストレージの形成に適用することも可能である。
【０１４３】
（第３の実施形態の第１変形例）
図６５〜図７０は、第３の実施形態の第１変形例に係るコンタクトを有する構造体の形成方法を示している。なお各図において（ａ）は図１のＩａ−Ｉａ線に対応する断面を示し、（ｂ）は図１のＩｂ−Ｉｂ線に対応する断面を示している。
【０１４４】
まず、図６５に示すように、半導体素子（図示せず）並びに第１の配線３０１及び下層絶縁膜３０２を有する配線層３０３が形成された半導体基板３００の上にガイドレジスト膜３４０を形成する。ガイドレジスト膜３４０は、例えば架橋剤を含むシロキサン樹脂をベースとした感光性樹脂により形成することができる。ガイドレジスト膜３２１は例えばスピンコート法により形成すればよい。ガイドレジスト膜３４０の厚さは例えば２４０ｎｍとすればよい。この後、図１に示すマスクを使用して、ガイドレジスト膜３４０を液浸露光機にて露光する。これにより、ガイドレジスト膜３４０を貫通していない凹部３４０ａを形成する。微細パターンを解像する高ＮＡの露光機は、式（２）に示したように、焦点深度が低い。このため、厚いガイドレジスト膜３４０を完全に透過せず、ガイドレジスト膜３４０の下部は露光されない。このため、例えばガイドレジスト膜３４０の表面から１５０ｎｍまで解像させることにより、非貫通の凹部３４０ａを形成することができる。
【０１４５】
次に、ガイドレジスト膜３４０を第３の実施形態と同様にして架橋させ、絶縁膜３４０Ａを形成する。この後、図６６に示すように、第３の実施形態と同様にして、ポリマー膜３０６を形成した後、アニールによりミクロ相分離させる。
【０１４６】
次に、図６７に示すように、第３の実施形態と同様にして、第２のブロック鎖が凝集した領域３０６ｂを除去して、コンタクトホール形成用開口部３０６ｃコンタクトホールパターン３０６Ａを形成する。
【０１４７】
次に、図６８に示すように、第３の実施形態と同様にして、絶縁膜３４０Ａをエッチングして、コンタクトホール３４０ｂを形成する。絶縁膜３４０Ａの角部は、コンタクトホールパターン３０６Ａにより保護される。このため、絶縁膜３４０Ａの角部の肩落ちによる形状劣化を防ぐことができる。従って、コンタクトホール３４０ｂは、テーパー形状ではなく、略垂直形状の開口部となる。
【０１４８】
次に、図６９に示すように、第３の実施形態と同様にして、コンタクトホールパターン３０６Ａを除去する。
【０１４９】
次に、図７０に示すように、第３の実施形態と同様にして、第２の配線３０７及びコンタクト３０８を形成する。
【０１５０】
本変形例において、中性層を形成する必要はないが、ポリマー膜３０６を形成する前に中性層を形成してもよい。また、中性層を形成する代わりに、ＨＭＤＳによる処理を行ったり、Ｏ2プラズマの照射を行ったりしてもよい。本変形例は、図１４と同様の構成の第２のブロック鎖が凝集した領域が形成され、直径が３０ｎｍで間隔が１５ｎｍのコンタクトが３個形成される例を示した。しかし、第２のブロック鎖が凝集した領域を図１５〜図１７に示すような構成として、異なる形状のコンタクトを形成してもよい。この場合に、ブロック共重合体に代えて混合ポリマーを用いてポリマー膜を形成してもよい。本変形例は配線を形成する例を示したが、ストレージの形成に適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
本開示のコンタクトを有する構造体の形成方法は、微細なコンタクトをエッチング時の形状劣化なく形成でき、特に半導体集積回路装置の微細パターンの形成方法等として有用である。
【符号の説明】
【０１５２】
１１        マスク
１２        マスク開口部
１３        マスク
１４        マスク開口部
１００      半導体基板
１０１      第１の配線
１０２      下層絶縁膜
１０３      配線層
１０４      ハードマスク形成膜
１０４Ａ    ハードマスク
１０５      中性層
１０６      ポリマー膜
１０６Ａ    コンタクトホールパターン
１０６ａ    第１のブロック鎖が凝集した領域
１０６ｂ    第２のブロック鎖が凝集した領域
１０６ｃ    コンタクトホール形成用開口部
１０６ｄ    開口部
１０７      第２の配線
１０８      コンタクト
１１０      絶縁膜
１１０ａ    凹部
１１０ｂ    コンタクトホール
１１０ｃ    凹部
１２０      絶縁膜
１２０ａ    凹部
１２０ｂ    コンタクトホール
１２１      第１の膜
１２２      第２の膜
１２３      第３の膜
１２４      第４の膜
１３１      ゲート電極
１３２      高濃度不純物注入領域
１３５      下層絶縁膜
１３６      第１の金属膜
１３７      高誘電率膜
１３８      第２の金属膜
１５１      レジストパターン
１５２      レジストパターン
２００      半導体基板
２０１      第１の配線
２０２      下層絶縁膜
２０３      配線層
２０４      ガイドレジスト膜
２０４ａ    開口部
２０６      ポリマー膜
２０６Ａ    コンタクトホールパターン
２０６ａ    第１のブロック鎖が凝集した領域
２０６ｂ    第２のブロック鎖が凝集した領域
２０６ｃ    コンタクトホール形成用開口部
２０７      第２の配線
２０８      コンタクト
２１０      絶縁膜
２１０ａ    凹部
２１０ｂ    コンタクトホール
２２０      絶縁膜
２２０ａ    凹部
２２０ｂ    コンタクトホール
２２１      第１の膜
２２２      第２の膜
２２３      第３の膜
２２４      第４の膜
２５２      レジストパターン
２６０      凹状領域
３００      半導体基板
３０１      第１の配線
３０２      下層絶縁膜
３０３      配線層
３０６      ポリマー膜
３０６Ａ    コンタクトホールパターン
３０６ａ    第１のブロック鎖が凝集した領域
３０６ｂ    第２のブロック鎖が凝集した領域
３０６ｃ    コンタクトホール形成用開口部
３０７      第２の配線
３０８      コンタクト
３２１      ガイドレジスト膜
３３０      絶縁膜
３３０ａ    凹部
３３０ｂ    コンタクトホール
３３１      第１の膜
３３２      ガイドレジスト膜
３３２Ａ    第２の膜
３４０      ガイドレジスト膜
３４０Ａ    絶縁膜
３４０ａ    凹部
３４０ｂ    コンタクトホール
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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