(57)【要約】【課題】  本発明は、犠牲ハードマスクのエッチング選択比を増加させ、パターン変形を最小化できる半導体素子の製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明は、被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも前記犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定のパターンを形成するステップとを含む。【選択図】      図８Ａ
2006041486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも前記犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定の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製造方法。
【請求項２】
被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に犠牲ハードマスク用の物質膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の物質膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の物質膜をエッチングし、第１犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも前記第１犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、第２犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも前記第２犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定の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製造方法。
【請求項３】
前記所定のパターンは、陰刻または陽刻パターンを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記被エッチング層は絶縁膜であり、前記所定のパターンはコンタクトホールパターンを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記被エッチング層は伝導層であり、前記所定のパターンはビットライン、ワードラインまたは金属配線のうち何れか１つを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記フォトレジストパターンを形成するステップにおいて、ＡｒＦまたはＦ２露光源を用いたフォトリソグラフィー工程を用いることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記犠牲ハードマスク用の物質膜が、
ポリシリコン膜、Ａｌ膜、Ｗ膜、ＷＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＷＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、Ｐｔ膜、Ｉｒ膜、ＩｒＯ２膜、Ｒｕ膜、ＲｕＯ２膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜、Ｃｏ膜、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｏＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＡｌＮ膜、ＰｔＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜及びＣｒＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜からなるグループから選択された少なくとも何れか１つの薄膜を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項８】
被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に反射防止膜を形成するステップと、
該反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜をエッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも前記犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定の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製造方法。
【請求項９】
被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に犠牲ハードマスク用の物質膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の物質膜上に反射防止膜を形成するステップと、
該反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜をエッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の物質膜をエッチングし、第１犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも該第１犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、第２犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも該第２犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定の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製造方法。
【請求項１０】
前記所定のパターンが、陰刻または陽刻パターンを含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記被エッチング層は絶縁膜であり、前記所定のパターンは、コンタクトホールパターンを含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１２】
前記被エッチング層は伝導層であり、前記所定のパターンはビットライン、ワードラインまたは金属配線のうち何れか１つを含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１３】
前記フォトレジストパターンを形成するステップにおいて、ＡｒＦまたはＦ２露光源を用いたフォトリソグラフィー工程を用いることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１４】
前記犠牲ハードマスク用の物質膜が、
ポリシリコン膜、Ａｌ膜、Ｗ膜、ＷＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＷＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、Ｐｔ膜、Ｉｒ膜、ＩｒＯ２膜、Ｒｕ膜、ＲｕＯ２膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜、Ｃｏ膜、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｏＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＡｌＮ膜、ＰｔＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜及びＣｒＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜からなるグループから選択された少なくとも何れか１つの薄膜を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１５】
前記反射防止膜は有機または無機基であることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１６】
被エッチング層上にハードマスク用の絶縁膜を形成するステップと、
該ハードマスク用の絶縁膜上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に反射防止膜を形成するステップと、
該反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜をエッチングするステップと、
前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも前記犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記ハードマスク用の絶縁膜をエッチングし、ハードマスクを形成するステップと、
前記犠牲ハードマスク及び前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定の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製造方法。
【請求項１７】
被エッチング層上にハードマスク用の絶縁膜を形成するステップと、
該ハードマスク用の絶縁膜上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に犠牲ハードマスク用の物質膜を形成するステップと、
該犠牲ハードマスク用の物質膜上に反射防止膜を形成するステップと、
該反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、
該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜をエッチングするステップと、
該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の物質膜をエッチングし、第１犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも該第１犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングして第２犠牲ハードマスクを形成するステップと、
少なくとも該第２犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記ハードマスク用の絶縁膜をエッチングし、ハードマスクを形成するステップと、
前記第２犠牲ハードマスク及び前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定の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製造方法。
【請求項１８】
前記フォトレジストパターンを形成するステップにおいて、ＡｒＦまたはＦ２露光源を用いたフォトリソグラフィー工程を用いることを特徴とする請求項１６または請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１９】
前記犠牲ハードマスク用の物質膜が、
ポリシリコン膜、Ａｌ膜、Ｗ膜、ＷＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＷＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、Ｐｔ膜、Ｉｒ膜、ＩｒＯ２膜、Ｒｕ膜、ＲｕＯ２膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜、Ｃｏ膜、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｏＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＡｌＮ膜、ＰｔＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜及びＣｒＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜からなるグループから選択された少なくとも何れか１つの薄膜を含むことを特徴とする請求項１７に記載の半導体素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に半導体素子のパターン形成方法に関する。さらに詳細には、Ｆ２または不和アルゴン（ＡｒＦ）などのさらに発展した露光源を用いた半導体素子のパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子の進展を支えてきた微細加工技術は、写真エッチング（Ｐｈｏｔｏ  ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術であり、この技術の解像力の向上が半導体素子の高集積化の未来と直結するといっても過言ではない。
【０００３】
このような写真エッチング工程は、周知のように、フォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとするエッチング工程とを通して、被エッチング層をエッチングして所望の形態のパターン、例えばコンタクトホール、またはゲート電極などのラインパターンなどを形成する工程を含み、ここでフォトレジストパターンは、被エッチング層上にフォトレジストを塗布する工程と準備された露光マスクを用いてフォトレジストを選択的に露光する工程及び所定の化学溶液で露光されるか、または露光されないフォトレジスト部分を除去する現像工程を通してなされる。
【０００４】
一方、写真エッチング工程で具現できるパターンの臨界寸法（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ；以下ＣＤとする）は、前記した露光工程において、どのような波長の光源を用いるかによって左右される。これは、露光工程を通して具現できるフォトレジストパターンの幅によって、実際のパターンのＣＤが決定されるためである。
【０００５】
６３６ｎｍ（ｇ−ｌｉｎｅ）の波長の光源と３６５ｎｍ（ｉ−ｌｉｎｅ）の光源を用いた初期のステッパー（Ｓｔｅｐｐｅｒ）を経て、現在は２４８ｎｍ（ＫｒＦ  Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ）波長のＤＵＶ（Ｄｅｅｐ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）を用いるステッパーやスキャナータイプの露光装備を主として用いており、２４８ｎｍのＤＵＶ写真エッチング技術は、初期に時間遅延の効果、物質の特性の依存性などのような多くの問題が発生し、０．１８μｍデザインの製品開発に用いられた。しかし０．１５μｍ以下のデザインを有する製品を開発するためには、新しい１９３ｎｍ（ＡｒＦ  Ｅｘｃｉｍｅｒ  Ｌａｓｅｒ）、または１５７ｎｍ（Ｆ２  Ｌａｓｅｒ）の波長を有する新しいＤＵＶ写真エッチング技術の技術開発が必須である。しかし、このようなＤＵＶ写真エッチング技術において、解像力を高めるための様々な技術を組合しても、０．１μｍ以下のパターンは不可能であるため、新しい光源を有する写真エッチング技術の開発が活発に行われている。
【０００６】
ＡｒＦ露光源を用いたフォトリソグラフィー工程と、Ｆ２露光源を用いるフォトリソグラフィー工程技術との核心課題の中のひとつは、Ｆ２またはＡｒＦ用のフォトレジストの開発である。Ｆ２またはＡｒＦは、ＫｒＦのような化学増幅型であるが、材料を根本的に改良しなければならない必要があり、特にＡｒＦフォトレジスト材料の開発が難しいのは、ベンゼン環を用いることができないためである。ベンゼン環は、ドライエッチング耐性を確保するために、ｉ−線及びＫｒＦ用のフォトレジストに用いられてきた。しかし、例えば、ＡｒＦ用のフォトレジストにベンゼン環が用いられる場合、ＡｒＦレーザの波長領域である１９３ｎｍで吸光度が大きいため透明性が低下し、フォトレジスト下部まで露光が不可能であるという問題が発生する。このため、ベンゼン環を有さずドライエッチング耐性を確保することができ、接着力が良くて２．３８％ＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ）に現像され得る材料の研究が行われている。現在まで、世界の多くの会社及び研究所で研究成果を発表している状態であり、今まで商用化されているものとしては、ＣＯＭＡ（ＣｙｃｌｏＯｌｅｆｉｎ  Ｍａｌｅｉｃ  Ａｎｈｙｄｒｉｄｅ）、またはアクリレート（Ａｃｒｙｌａｔｅ）系統のポリマー形態、または、これらの混合形態である。しかし、前記したフォトレジストはベンゼン構造を有している。
【０００７】
図１Ａは、ＫｒＦフォトリソグラフィー工程を適用したラインタイプのマスクパターンを示す平面写真であり、図１Ｂは、ＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用したラインタイプのマスクパターンを示す平面写真である。図２Ａ及び図２Ｂは、図１Ａ及び図１Ｂのマスクパターンをそれぞれ用いてエッチング工程を行った後の平面写真である。
【０００８】
図１Ａに示しているように、ＫｒＦフォトリソグラフィー工程を適用する場合マスクパターンＭ１の変形がほとんど発生しない反面、図１Ｂに示しているように、ＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用する場合には、ストレーション（Ｓｔｒｉａｔｉｏｎ）のようなマスクパターンＭ２の変形が起こることが確認できる。
【０００９】
図２Ａのように、ＫｒＦフォトリソグラフィー工程を適用する場合には、パターンＰ１の変形がほとんど発生せず、マスクパターンＭ１の形状がそのまま転写される反面、図２Ｂに示しているように、ＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用する場合には、パターンＰ２を形成するためにエッチング工程を行う時フォトレジストがまとまるか（Ｃｌｕｓｔｅｒ）、成形変形（Ｐｌａｓｔｉｃ  ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）される現象と、エッチングの途中にフォトレジスト耐性が弱く片方に追い込まれる現象によって、パターンＰ２に激しい変形が発生することが確認できる。
【００１０】
ＡｒＦフォトリソグラフィー工程を用いたパターン形成時、上述のようなパターン変形を最小化するために、タングステンと窒化膜との単独または積層された構造の犠牲ハードマスクを用いる工程技術が開発された。
【００１１】
図３Ａないし図３Ｄは、従来の技術に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図であり、これを参照して詳細に説明する。
【００１２】
後述する半導体素子のラインパターンは、具体的に、導電パターンのうちビットライン形成の工程をその一例とする。
【００１３】
まず、図３Ａに示しているように、半導体素子を形成するための様々な要素が形成された基板３０上に、被エッチング層として伝導層３１Ａを形成した後、伝導層３１Ａ上に絶縁性の物質であり、また被エッチング層である伝導層３１Ａとの選択比を有するハードマスク材料として用いられるＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯＮなどの窒化膜系列の薄膜、またはＳｉＯ２などの酸化膜系列の薄膜を用いて、ハードマスク用の絶縁膜３２Ａを蒸着する。次いで、エッチング工程時、ハードマスク用の絶縁膜３２Ａの損失によるパターン変形を防止するために、ハードマスク用の絶縁膜３２Ａ上にハードマスク用の犠牲膜３３Ａを形成する。
【００１４】
ここで、ハードマスク用の犠牲膜３３Ａは、ポリシリコン膜、Ａｌ膜、Ｗ膜、ＷＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＷＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、Ｐｔ膜、Ｉｒ膜、ＩｒＯ２膜、Ｒｕ膜、ＲｕＯ２膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜、Ｃｏ膜、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｏＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＡｌＮ膜、ＰｔＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜及びＣｒＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜からなるグループから選択された少なくとも何れか１つの薄膜を用いる。
【００１５】
次いで、ハードマスク用の犠牲膜３３Ａ上にパターン形成のための露光時、下部すなわち、ハードマスク用の犠牲膜３３Ａの光反射度が高いことによって乱反射が起こり、好ましくないパターンが形成されることを防止し、ハードマスク用の犠牲膜３３Ａと後続フォトレジストの接着力とを向上させる目的で反射防止膜（ＡＲＣ：Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ）３４Ａを形成する。
【００１６】
ここで、反射防止膜３４Ａは、フォトレジストとそのエッチング特性とが類似の有機系列（Ｏｒｇａｎｉｃ）の物質を主に用いる。
【００１７】
次いで、反射防止膜３４Ａ上にＦ２露光源用、またはＡｒＦ露光源用のフォトレジストスピンコーティング（Ｓｐｉｎ  ｃｏａｔｉｎｇ）などの方法を通して適切な厚さに塗布した後、Ｆ２露光源、またはＡｒＦ露光源とゲート電極幅とを画定するための所定のレチクル（図示せず）を用いて、フォトレジストの所定の部分を選択的に露光し、現像工程を通して露光工程によって露光されるか、あるいは露光されない部分を残留させた後、後洗浄工程などを通してエッチング残留物などを除去することによって、フォトレジストパターン３５Ａを形成する。
【００１８】
次いで、図３Ｂに示しているように、フォトレジストパターン３５Ａ（図３Ａ参照）をエッチングマスクとする選択的エッチング工程を通して、反射防止膜３４Ａ（図３Ａ参照）を選択的にエッチングする。この時、選択的エッチング工程後に残留するフォトレジストパターンは３５Ｂと表記し、選択的エッチング工程後に形成されるパターニングされる反射防止膜は３４Ｂと表記する。
【００１９】
次いで、フォトレジストパターン３５Ｂをエッチングマスクとして、ハードマスク用の犠牲膜３３Ａ（図３Ａ参照）をエッチングして犠牲ハードマスク３３Ｂを形成する。
【００２０】
次いで、図３Ｃに示しているように、少なくとも（残留するフォトレジストパターン３５Ｂとパターニングされる反射防止膜３４Ｂ（図３Ｂ参照）は、大部分エッチング過程で除去されるが、その一部が残留でき、残留するフォトレジストパターン３５Ｂ（図３Ｂ参照）とパターニングされる反射防止膜３４Ｂとの除去のための別途のフォトレジストストリップ工程を実施しない場合、残留するフォトレジストパターン３５Ｂとパターニングされる反射防止膜３４Ｂとがエッチングマスクの役割を果たすことができるため、「少なくとも」と表現する）犠牲ハードマスク３３Ｂ（図３Ｂ参照）をエッチングマスクとして、ハードマスク用の絶縁膜３２Ａ（図３Ｂ参照）をエッチングしてハードマスク３２Ｂを形成する。
【００２１】
この過程において、上述の残留するフォトレジストパターン３５Ｂと反射防止膜３４Ｂとは、工程を行う過程で自然に除去され、残留する犠牲ハードマスクは３３Ｃと表記する。
【００２２】
次に、図３Ｄに示しているように、残留する犠牲ハードマスク３３Ｃ（図３Ｃ参照）及びハードマスク３２Ｂ（図３Ｃ参照）をエッチングマスクとして、伝導層３１Ａ（図３Ｃ参照）を選択的にエッチングして伝導層パターン３１Ｂすなわち、ビットラインを形成する。
【００２３】
この時、上述の本発明の残留する犠牲ハードマスク３３Ｃの使用によって、これを除去するための追加エッチング工程をなくすために、伝導層３１Ａをハードマスク用の犠牲膜３３Ａと同じ薄膜として用いるか、または相互に異なる種類の薄膜でも、その厚さとエッチング条件とを調節することによって、伝導層３１Ａのエッチング時、残留する犠牲ハードマスク３３Ｃは、全て除去されるようにできる。
【００２４】
図４は、従来のＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用して形成したコンタクトホールを示しており、「Ｄ」のようにコンタクトホールパターンの変形が発生したことが確認できる。
【００２５】
図５は、従来の技術に係るフォトレジストパターンをエッチングマスクとして用いる場合のコンタクトホールパターンを示す断面図である。
【００２６】
図５に示しているように，０．２μｍサイズのコンタクトホールの形成のために、フォトレジストパターン５４をエッチングハードマスクとして用いて、基板５０に形成された絶縁膜５２をエッチングしてコンタクトホールを形成した。この時、絶縁膜５２は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）で形成した。４２ＳＣＣＭのＣ４Ｆ６と２７ＳＣＣＭのＯ２と５００ＳＣＣＭのＡｒとを用いて、４０ｍＴｏｒｒの圧力下で１８００Ｗのパワーと４０Ｇの磁気力の線速密度を用いた結果、ＴＥＯＳ膜、すなわち絶縁膜５２とフォトレジストパターン５４との１２：１のエッチング選択比を得ることができる。
【００２７】
一方、マスクパターン形態では正常であっても、エッチング時に図３Ｄに示しているように、ＬＥＲ（Ｌｉｎｅ  Ｅｄｇｅ  Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ）とストレーションなどのようなパターン変形３６が発生し、前記犠牲ハードマスクを適用してもエッチング選択比の限界を克服することは難しいのが実情である。
【特許文献１】特開２００４−２０５９００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は、上述した従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、犠牲ハードマスクのエッチング選択比を増加させ、パターン変形を最小化できる半導体素子の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
上記目的を達成するため、本発明は、被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも前記犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定のパターンを形成するステップとを含む半導体素子の製造方法を提供する。
【００３０】
また、前記のような問題点を解決するために、本発明は、被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に犠牲ハードマスク用の物質膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の物質膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の物質膜をエッチングし、第１犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも前記第１犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、第２犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも前記第２犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定のパターンを形成するステップとを含む半導体素子の製造方法を提供する。
【００３１】
また、前記のような問題点を解決するために、本発明は、被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に反射防止膜を形成するステップと、該反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜をエッチングするステップと、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも前記犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定のパターンを形成するステップとを含む半導体素子の製造方法を提供する。
【００３２】
また、前記のような問題点を解決するために、本発明は、被エッチング層上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に犠牲ハードマスク用の物質膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の物質膜上に反射防止膜を形成するステップと、該反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜をエッチングするステップと、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の物質膜をエッチングし、第１犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも該第１犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、第２犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも該第２犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定のパターンを形成するステップとを含む半導体素子の製造方法を提供する。
【００３３】
また、前記のような問題点を解決するために、本発明は、被エッチング層上にハードマスク用の絶縁膜を形成するステップと、該ハードマスク用の絶縁膜上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に反射防止膜を形成するステップと、該反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜をエッチングするステップと、前記フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングし、犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも前記犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記ハードマスク用の絶縁膜をエッチングし、ハードマスクを形成するステップと、前記犠牲ハードマスク及び前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定のパターンを形成するステップとを含む半導体素子の製造方法を提供する。
【００３４】
また、前記のような問題点を解決するために、本発明は、被エッチング層上にハードマスク用の絶縁膜を形成するステップと、該ハードマスク用の絶縁膜上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜上に犠牲ハードマスク用の物質膜を形成するステップと、該犠牲ハードマスク用の物質膜上に反射防止膜を形成するステップと、該反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成するステップと、該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記反射防止膜をエッチングするステップと、該フォトレジストパターンをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の物質膜をエッチングし、第１犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも該第１犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜をエッチングして第２犠牲ハードマスクを形成するステップと、少なくとも該第２犠牲ハードマスクをエッチングマスクとして前記ハードマスク用の絶縁膜をエッチングし、ハードマスクを形成するステップと、前記第２犠牲ハードマスク及び前記ハードマスクをエッチングマスクとして前記被エッチング層をエッチングし、所定のパターンを形成するステップとを含む半導体素子の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によると、Ｆ２またはＡｒＦなどの露光源を用いる写真エッチング工程に係るフォトレジストパターンの変形と損失とを防止でき、半導体素子の収率を大きく向上させることができるという効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明のもっとも好ましい実施の形態を，添付する図面を参照して説明する。
【００３７】
非結晶性炭素膜は、フォトレジストパターンと類似の特性を有するため、フォトレジストパターンとの間に別途の犠牲ハードマスクと積層して用いることが好ましい。また、その上部に積層される犠牲ハードマスク、例えば、酸化膜、窒化膜、ポリシリコン膜、タングステン膜などとエッチング選択比が大きく、これらの薄い厚さにも厚い非結晶性炭素膜を比較的容易にエッチングできる。
【００３８】
非結晶性炭素膜の厚さを厚く有することができるため、これをハードマスクとして適用する場合、被エッチング層に対するエッチングマスクとしての機能を十分に行うことができる。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂは、非結晶性炭素膜をハードマスクとして用いて、コンタクトホールを形成した例を示す断面写真図である。
【００４０】
図６Ａは、１．５６１μｍサイズのコンタクトホールで、図６Ｂは、１．５６４μｍのサイズのコンタクトホールである。二つの場合、全てパターンの変形が無く、コンタクトホールパターンを形成できることが確認できる。
【００４１】
参考に、図６Ａ及び図６Ｂのコンタクトホールのパターン形成時、層間絶縁膜４２としては、ＴＥＯＳ膜を用いた。
【００４２】
図７は、非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクとして用いる場合のコンタクトホールパターンを示す写真断面図である。
【００４３】
図７では，０．１８μｍサイズのコンタクトホール形成のために、非結晶性炭素膜７４を犠牲ハードマスクとして用いた。４３ＳＣＣＭのＣ４Ｆ６と２８ＳＣＣＭのＯ２と１５ＳＣＣＭのＣＨＦ３と５００ＳＣＣＭのＡｒとを用いて、４０ｍＴｏｒｒの圧力下で１８００Ｗのパワーと４０Ｇの磁気力の線速密度を用いた結果、ＴＥＯＳ膜７２と非結晶性炭素膜７４との２６：１のエッチング選択比を得ることができる。
【００４４】
反面、図５で説明したように，０．２μｍサイズのコンタクトホール形成のために、フォトレジストパターン５４をエッチングハードマスクとして用いた従来の技術と比較してみる時、図７に示しているような非結晶性炭素膜７４が、図５のようなフォトレジストパターン５４に比べ、パターンの変形なしにコンタクトホールを形成するのに有利であることが分かる。
【００４５】
図８Ａないし図８Ｆは、本発明の第１実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図であり、これを参照して詳細に説明する。
【００４６】
後述する本発明の第１実施の形態では、半導体素子のラインパターンを具体的に、導電パターンのうちビットライン形成の工程をその一例として説明するが、本発明の適用対象となるラインパターン（導電パターン）は、第１実施の形態で提示したビットラインだけに限定されるものではなく、ゲート電極、ストレージノードコンタクトまたは金属配線などの多様な形態のパターン形成の工程にも適用が可能である。
【００４７】
また、上述のライン形態のパターン以外に孤立した形態である島型（Ｉｓｌａｎｄ  ｔｙｐｅ）、ストレージノードコンタクトのようなドーナッツ型にも適用が可能で、伝導層ではない絶縁膜パターンにも適用が可能である。すなわち、本発明の第１実施の形態では、陽刻パターンを形成する工程への適用を示していると言える。
【００４８】
まず、図８Ａに示しているように、半導体素子を形成するための様々な要素が形成された基板６０上に被エッチング層として伝導層６１Ａを形成した後、伝導層６１Ａ上に絶縁性の物質であり、また被エッチング層である伝導層６１Ａと選択比を有し、ハードマスク材料として用いられるＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯＮなどの窒化膜系列の薄膜、またはＳｉＯ２などの酸化膜系列の薄膜を用いてハードマスク用の絶縁膜６２Ａを形成する。次いで、エッチング工程時、ハードマスク用の絶縁膜６２Ａの損失によるパターン変形を防止するために、ハードマスク用の絶縁膜６２Ａ上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａを形成する。
【００４９】
次いで、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａ上に犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａを形成する。
【００５０】
犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａは、フォトレジストと類似の炭素成分からなっているため、フォトレジストパターンでこれをエッチングすることは工程の効率性を低下させる。したがって、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａとフォトレジストパターンとの間に追加の犠牲ハードマスクを用いることが好ましい。
【００５１】
ここで、犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａは、ポリシリコン膜、Ａｌ膜、Ｗ膜、ＷＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＷＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、Ｐｔ膜、Ｉｒ膜、ＩｒＯ２膜、Ｒｕ膜、ＲｕＯ２膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜、Ｃｏ膜、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｏＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＡｌＮ膜、ＰｔＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜及びＣｒＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜からなるグループから選択された少なくとも何れか１つの薄膜を含む。
【００５２】
犠牲ハードマスクとして、タングステン膜／窒化膜（酸化膜）／非結晶性炭素膜の構造を用いると、最上部のタングステン膜の厚さを３００Å以下に薄くしてフォトレジストパターンのエッチング選択比に影響を受けないようにする。高解像度のパターン形成の工程であってもＡｒＦの場合、フォトレジストを１０００Å程度の厚さは有するようにする。すなわち、１０００Å程度のフォトレジストパターンで３００Å以内のタングステン膜をエッチングすることは、さほど難しくない。一方、タングステン下部の窒化膜（酸化膜）は、３００Å〜６００Å程度の厚さを有するようにすると、３００Åのタングステン膜でエッチングできる。このような方式で、タングステン膜と窒化膜（酸化膜）とを順にエッチングした後、非結晶性炭素膜をエッチングする。この時、Ｎ２またはＯ２ガスを使用する場合、窒化膜（酸化膜）と非結晶性炭素膜とのエッチング選択比を２０：１以上に有することができる。
【００５３】
２０：１のエッチング選択比は、３００Å〜６００Åの厚さの窒化膜（酸化膜）で６０００Å〜１２，０００Åの非結晶性炭素膜をエッチングできるということを意味する。最小６０００Åの厚さを有する非結晶性炭素膜は、３０００Å以上の窒化膜を十分にエッチングし、その下部の伝導層をエッチングして２０００Å以上残ることになる。
【００５４】
ここで、基板６０は、その内部に絶縁構造と導電構造とを全て含むもので、上述の本発明の第１実施の形態のように伝導層６１Ａがビットライン、または金属配線形成用であれば、伝導層６１Ａと基板６０との間にＴｉ膜／ＴｉＮ膜などの拡散バリヤ膜、ソース／ドレインなどの不純物接合層、層間絶縁膜またはポリシリコン膜またはタングステン（Ｗ）膜などの薄膜からなるプラグが形成されているものである。
【００５５】
また、伝導層６１Ａがゲート電極形成用であると、伝導層６１Ａと基板６０との間の界面にゲート絶縁膜（図示せず）を含んでいるものである。
【００５６】
次いで、犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａ上にパターン形成のための露光の際、下部すなわち、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａの光反射度が高いことによって乱反射がなされ、好ましくないパターンが形成されることを防止し、犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａと後続フォトレジストの接着力とを向上させる目的で反射防止膜６５Ａ、ＡＲＣを形成する。
【００５７】
ここで、反射防止膜６５Ａは、フォトレジストとそのエッチング特性とが類似の有機の物質を用いるか、またはＳｉＯＮなどの無機を用いることができる。
【００５８】
次いで、反射防止膜６５Ａ上にＦ２露光源用、またはＡｒＦ露光源用のフォトレジスト例えば、ＣＯＭＡまたはアクリレートを用いて、これらをスピンコーティングなどの方法を通して適切な厚さに塗布した後、Ｆ２露光源、またはＡｒＦ露光源とゲート電極幅とを画定するための所定のレチクル（図示せず）を用いてフォトレジストの所定の部分を選択的に露光し、現像工程を通して露光工程によって露光されるか、あるいは露光されない部分を残留させた後、後洗浄工程などを通してエッチング残留物などを除去することによって、フォトレジストパターン６６Ａを形成する。
【００５９】
次いで、図８Ｂに示しているように、フォトレジストパターン６６Ａ（図８Ａ参照）をエッチングマスクとする選択的エッチング工程を通して、反射防止膜６５Ａ（図８Ａ参照）を選択的にエッチングし、パターニングされる反射防止膜６５Ｂを形成する。
【００６０】
この時、フォトレジストパターン６６Ａの損失を最小化するために、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４またはＨＣｌなどのクロリン系ガスを使用したプラズマを用いて、エッチング工程を実施するか、またはＣＦ系列のガスを使用する場合、Ｃ／Ｆの比率が低いガス例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ２、ＣＨＦ３及びＣＨ２Ｆ２からなるグループから選択された何れか１つのガスを使用したプラズマを用いて、エッチング工程を実施することが好ましい。
【００６１】
これは、反射防止膜６５Ａのエッチング時には、ＣＤの調節が容易でなければならないが、これは、ポリマーをほとんど発生させない条件でエッチングを行うためである。この時、エッチング工程後に残留するフォトレジストパターンは６６Ｂと表記する。
【００６２】
次いで、残留するフォトレジストパターン６６Ｂをエッチングマスクとして犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａ（図８Ａ参照）をエッチングし、第１犠牲ハードマスク６４Ｂを形成する。
【００６３】
以下、犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａのエッチング工程を具体的に説明する。
【００６４】
犠牲ハードマスク用の物質膜６４ＡがＷ膜、ＷＳｉｘ膜またはＷＮ膜のようにタングステン（Ｗ）を含む薄膜である場合、ＳＦ６／Ｎ２の混合ガスを使用したプラズマを用いて、この時ＳＦ６／Ｎ２の混合率が０．１０〜０．６０であるものを用いることが好ましい。
【００６５】
犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａが、ポリシリコン膜またはＴｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉｘ膜、ＴｉＡｌＮ膜またはＴｉＳｉＮ膜のようにチタニウム（Ｔｉ）を含む薄膜である場合、クロリン系列のガス、特に、Ｃｌ２を主エッチングガスとし、この時エッチング形状の制御のために酸素（Ｏ２）またはＣＦガスを適切に添加して使用する。
【００６６】
犠牲ハードマスク用の物質膜６４ＡがＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕなどの貴金属、またはこれらの酸化物を含む場合、クロリン系列またはフローリン系列のガスを使用したプラズマを用いて、この時、エッチング形状の制御のためには、高いイオン化エネルギーが必要であるため、低圧及びバイアスパワー条件を維持することが好ましい。
【００６７】
図８Ｃに示しているように、少なくとも（残留するフォトレジストパターン６６Ｂ（図８Ｂ参照）とパターニングされる反射防止膜６５Ｂ（図８Ｂ参照）とは、ほとんどエッチング過程で除去されるが、その一部が残留でき、残留フォトレジストパターン６６Ｂとパターニングされる反射防止膜６５Ｂとの除去のための別途のフォトレジストストリップ工程を実施しない場合、残留するフォトレジストパターン６６Ｂとパターニングされる反射防止膜６５Ｂとがエッチングマスクの役割を果たすことができるため、「少なくとも」と表現する）第１犠牲ハードマスク６４Ｂ（図８Ｂ参照）をエッチングマスクに犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａ（図８Ｂ参照）をエッチングし、第２犠牲ハードマスク６３Ｂを形成する。この時、Ｎ２またはＯ２ガスを使用する。
【００６８】
上述のように、第１犠牲ハードマスク６４Ｂと犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａとのエッチング選択比が高いため、第２犠牲ハードマスク６３Ｂの厚さを十分に確保することができる。また、図８Ｃで、６４Ｃは、前記エッチング工程後に残留する第１犠牲ハードマスクを示す。
【００６９】
次いで、図８Ｄに示しているように、第２犠牲ハードマスク６３Ｂ（図８Ｃ参照）をエッチングマスクにハードマスク用の絶縁膜６２Ａ（図８Ｃ参照）をエッチングしてハードマスク６２Ｂを形成する。
【００７０】
この時、通常の窒化膜系列または酸化膜系列の物質をエッチングする時、用いられるＣＦ系列のガスを主エッチングガスとして使用する。
【００７１】
第２犠牲ハードマスク６３Ｃの厚さを十分に厚く維持できるため、ハードマスク６２Ｂ形成のためのエッチング工程においてパターン変形が発生しない。前記エッチング工程後に残留する第２ハードマスクは６３Ｃと表記する。
【００７２】
次いで、図８Ｅに示しているように、第２犠牲ハードマスク６３Ｃ（図８Ｄ参照）及びハードマスク６２Ｂをエッチングマスクとして伝導層６１Ａ（図８Ｄ参照）を選択的にエッチングして導電パターン６１Ｂすなわち、ビットラインを形成する。
【００７３】
伝導層６１Ａのエッチング時、伝導層６１Ａの物質種類によって、そのガス種類と流量及びパワーなどを調節する。この時、エッチング後に残留する第２犠牲ハードマスクは６３Ｄと表記する。
【００７４】
次いで、図８Ｆに示しているように、残留する第２犠牲ハードマスク６３Ｄ（図８Ｅ参照）を除去する。残留する第２犠牲ハードマスク６３Ｄは、非結晶性炭素膜からなるため酸素プラズマを用いて簡単に除去できる。
【００７５】
図９は、本発明の第２実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いる導電パターン形成のための積層構造を示す断面図である。
【００７６】
ここで、第１実施の形態と実質的に同一の構成要素に対しては、同一符号を用いる。
【００７７】
図９に示しているように、基板６０上にＴｉＮ、またはポリシリコンからなる第１伝導層６７とタングステンからなる第２伝導層６１Ａ及びハードマスク用の絶縁膜６２Ａが積層されている。ハードマスク用の絶縁膜６２Ａと第２伝導層６１Ａ及び第１伝導層６７とは、パターンニング工程を通してビットラインなどの導電パターンをなす。ハードマスク用の絶縁膜６２Ａ上には、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａが積層されており、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａ上には、タングステン膜／窒化膜が積層された犠牲ハードマスク用の物質膜６８が形成されている。犠牲ハードマスク用の物質膜６８上には、反射防止膜６５Ａが積層されており、反射防止膜６５Ａ上には、フォトレジストパターン６６Ａが形成されている。
【００７８】
犠牲ハードマスク用の物質膜６８の中のタングステン膜は、２００Å〜１０００Åの厚さで蒸着することによって、フォトレジストの低い厚さにも十分にエッチングできるようにする。
【００７９】
犠牲ハードマスク用の物質膜６８中のタングステン膜の下部に位置した窒化膜は、上部のタングステン膜が十分にマスクの役割を果たすため、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａのエッチングが可能になるように、２００Å以上の厚さに形成する。
【００８０】
窒化膜は、酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜の単独または組合構造として置き換えて用いることができる。犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａは、１０００Å以上、一般的に２０００Å以上で十分に厚く蒸着することによって、下部の被エッチング層に対するエッチング選択比を確保する。
【００８１】
図１０は、本発明の第３実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いる導電パターン形成のための積層構造を示す断面図である。
【００８２】
ここで、第１及び第２実施の形態と実質的に同一の構成要素に対しては、同一符号を用いる。
【００８３】
図１０に示しているように、基板６０上にＴｉＮまたはポリシリコンからなる第１伝導層６７とタングステンとからなる第２伝導層６１Ａ及びハードマスク用の絶縁膜６２Ａとが積層されている。ハードマスク用の絶縁膜６２Ａと第２伝導層６１Ａ及び第１伝導層６７は、パターンニング工程を通してビットラインなどの導電パターンをなす。ハードマスク用の絶縁膜６２Ａ上には犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａが積層されており、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａ上には、ポリシリコン膜／窒化膜が積層された犠牲ハードマスク用の物質膜６９が形成されている。犠牲ハードマスク用の物質膜６９上には、反射防止膜６５Ａが積層されており、反射防止膜６５Ａ上には、フォトレジストパターン６６Ａが形成されている。
【００８４】
犠牲ハードマスク用の物質膜６９中のポリシリコン膜は、２００Å〜１０００Åの厚さで蒸着することによって、フォトレジストの低い厚さにも十分にエッチングできるようにする。
【００８５】
犠牲ハードマスク用の物質膜６９の中のポリシリコン膜の下部に位置した窒化膜は、上部のポリシリコン膜が十分にマスクの役割を果たすため、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａのエッチングが可能なように２００Å以上の厚さに形成する。
【００８６】
窒化膜は、酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜の単独または組合構造として置換して用いることができる。犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａは、１０００Å以上、一般的に２０００Å以上に十分に厚く蒸着することによって、下部の被エッチング層に対するエッチング選択比を確保する。
【００８７】
図１１は、本発明の第４実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクとして用いる導電パターン形成のための積層構造を示す断面図である。
【００８８】
ここで、第１ないし第３実施の形態と実質的に同一の構成要素に対しては同一符号を用いる。
【００８９】
図１１に示しているように、基板６０上にＴｉＮまたはポリシリコンからなる第１伝導層６７とタングステンからなる第２伝導層６１Ａ及びハードマスク用の絶縁膜６２Ａとが積層されている。ハードマスク用の絶縁膜６２Ａと第２伝導層６１Ａ及び第１伝導層６７とは、パターンニング工程を通してビットラインなどの導電パターンをなす。ハードマスク用の絶縁膜６２Ａ上には、窒化膜からなる犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａが形成されており、犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａ上には、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａが積層されている。犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａ上には、反射防止膜６５Ａが積層されており、反射防止膜６５Ａ上には、フォトレジストパターン６６Ａが形成されている。
【００９０】
第４実施の形態では、反射防止膜６５Ａに無機基であるＳｉＯＮを用いて、その真下に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａが位置するようにした。
【００９１】
ここでは、反射防止膜６５Ａが反射防止膜の役割と犠牲ハードマスクとしての役割を果たすようにする。このため、フォトレジストの低い厚さにも十分にエッチングできるように反射防止膜６５Ａを２００Å〜１０００Åの厚さで蒸着する。
【００９２】
反射防止膜６５Ａと犠牲ハードマスク用の物質膜６４Ａとは、酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜の単独または組合構造として置換して用いることができる。犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜６３Ａは、１０００Å以上、一般的に２０００Å以上に十分に厚く蒸着することによって、下部の被エッチング層に対するエッチング選択比を確保する。
【００９３】
図１２Ａないし図１２Ｄは、本発明の第５実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子のパターン形成の工程を示す断面図であり、これを参照にして詳細に説明する。
【００９４】
後述する本発明の第５実施の形態では、半導体素子のスペースパターン（Ｓｐａｃｅ  ｐａｔｔｅｒｎ）例えば、コンタクトホールパターン形成の工程をその一例として説明しており、本発明の適用対象となるコンタクトホールパターンは金属配線コンタクトとビットラインまたはキャパシタのストレージノードコンタクトのためのソース／ドレイン接合などの基板内の不純物接合層とのコンタクト及びコンタクトパッド形成のための工程などに適用が可能である。
【００９５】
また、以下の実施の形態は、被エッチング層を絶縁膜とする工程である素子分離（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）のためのトレンチ（Ｔｒｅｎｃｈ）形成の工程や、被エッチング層を伝導層とする工程、例えば、薄膜トランジスタのチャネル形成部分を、オープンさせるためのポリシリコンをエッチングする工程などにも適用が可能である。すなわち、本発明の以下の実施の形態では、陰刻パターンを形成する工程への適用を表していると言える。
【００９６】
まず、図１２Ａに示しているように、半導体素子を形成するための様々な要素が形成された基板１００上に被エッチング層に絶縁膜１０１を形成する。
【００９７】
絶縁膜１０１は、不純物がドーピングされるか（Ｄｏｐｅｄ）、または不純物がドーピングされない（Ｕｎｄｏｐｅｄ）酸化膜、または窒化膜などの絶縁性膜を含む。
【００９８】
次いで、エッチング工程時、絶縁膜１０１の異常損失によるパターン変形を防止するために、絶縁膜１０１上に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａを形成する。
【００９９】
次いで、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａ上に犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａを形成する。
【０１００】
犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａは、フォトレジストと類似の炭素成分からなっているため、フォトレジストパターンでこれをエッチングすることは、工程の効率性を低下させる。したがって、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａとフォトレジストパターンとの間に追加の犠牲ハードマスクを用いることが好ましい。
【０１０１】
ここで、犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａは、ポリシリコン膜、Ａｌ膜、Ｗ膜、ＷＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＷＮ膜、Ｔｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、ＴｉＡｌＮ膜、ＴｉＳｉＮ膜、Ｐｔ膜、Ｉｒ膜、ＩｒＯ２膜、Ｒｕ膜、ＲｕＯ２膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜、Ｃｏ膜、ＴａＮ膜、ＣｒＮ膜、ＣｏＮ膜、ＭｏＮ膜、ＭｏＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜、Ａｌ２Ｏ３膜、ＡｌＮ膜、ＰｔＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜及びＣｒＳｉｘ（ｘは１ないし２）膜からなるグループから選択された少なくとも何れか１つの薄膜を含む。
【０１０２】
犠牲ハードマスクに、タングステン膜／窒化膜（酸化膜）／非結晶性炭素膜の構造を用いると、最上部のタングステン膜の厚さを３００Å以下に薄くし、フォトレジストパターンのエッチング選択比に影響を受けないようにする。高解像度のパターン形成の工程であっても、ＡｒＦの場合フォトレジストを１０００Å程度の厚さは有するようにする。すなわち、１０００Å程度のフォトレジストパターンで３００Å以内のタングステン膜をエッチングするのは、さほど大きな問題がない。一方、タングステン下部の窒化膜（酸化膜）は、３００Å〜６００Å程度の厚さを有するようにすると、３００Åのタングステン膜にエッチングできる。こういう方式で、タングステン膜と窒化膜（酸化膜）とを順にエッチングした後、非結晶性炭素膜をエッチングする。この時、Ｎ２またはＯ２ガスを使用する場合、窒化膜（酸化膜）と非結晶性炭素膜とのエッチング選択比を２０：１以上で有することができる。
【０１０３】
２０：１のエッチング選択比は、３００Å〜６００Åの厚さの窒化膜（酸化膜）で６０００Å〜１２，０００Åの非結晶性炭素膜をエッチングができるということを意味する。最小６０００Åの厚さを有する非結晶性炭素膜は、１０，０００Å以上の絶縁膜１０１を十分にエッチングできるようにする。
【０１０４】
次いで、犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａ上にパターン形成のための露光の際、下部すなわち、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａの光反射度が高いことによって乱反射がなされ、好ましくないパターンが形成されることを防止し、犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａと後続フォトレジストの接着力とを向上させる目的として反射防止膜（ＡＲＣ）１０４Ａを形成する。
【０１０５】
ここで、反射防止膜１０４Ａは、フォトレジストとそのエッチングの特性が類似の有機基の物質を用いるか、またはＳｉＯＮなどの無機基を用いることができる。
【０１０６】
次いで、反射防止膜１０４Ａ上にＦ２露光源用またはＡｒＦ露光源用のフォトレジスト、例えば、ＣＯＭＡまたはアクリレートを用いて、これらをスピンコーティングなどの方法を通して適切な厚さで塗布した後、Ｆ２露光源、またはＡｒＦ露光源とゲート電極幅とを画定するための所定のレチクル（図示せず）を用いて、フォトレジストの所定の部分を選択的に露光し、現像工程を通して露光工程によって露光されるか、あるいは露光されない部分を残留させた後に、後洗浄工程などを通してエッチング残留物などを除去することによって、フォトレジストパターン１０５Ａを形成する。
【０１０７】
次いで、図１２Ｂに示しているように、フォトレジストパターン１０５Ａ（図１２Ａ参照）をエッチングマスクとする選択的エッチング工程を通して、反射防止膜１０４Ａ（図１２Ａ参照）を選択的にエッチングし、パターニングされる反射防止膜１０４Ｂを形成する。
【０１０８】
この時、フォトレジストパターン１０５Ａの損失を最小化するためにＣｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４またはＨＣｌなどのクロリン系列のガスを使用したプラズマを用いて、エッチング工程を実施するか、ＣＦ系列のガスを使用する場合、Ｃ／Ｆの比率が低いガス、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ２、ＣＨＦ３及びＣＨ２Ｆ２からなるグループから選択された何れか１つのガスを使用したプラズマを用いて、エッチング工程を実施することが好ましい。
【０１０９】
これは、反射防止膜１０４Ａのエッチング時には、ＣＤの調節が容易でなければならないため、ポリマーをほとんど発生させない条件でエッチングを行うためである。この時、エッチング後に残留するフォトレジストパターンは１０５Ｂと表記する。
【０１１０】
次いで、残留するフォトレジストパターン１０５Ｂをエッチングマスクとして犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａ（図１２Ａ参照）をエッチングし、第１犠牲ハードマスク１０３Ｂを形成する。
【０１１１】
以下、犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａのエッチング工程を具体的に説明する。
【０１１２】
犠牲ハードマスク用の物質膜１０３ＡがＷ膜、ＷＳｉｘ膜またはＷＮ膜のようにタングステン（Ｗ）を含む薄膜である場合、ＳＦ６／Ｎ２の混合ガスを使用したプラズマを用いて、この時、ＳＦ６／Ｎ２の混合率が０．１０〜０．６０であるものを用いることが好ましい。
【０１１３】
犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａが、ポリシリコン膜またはＴｉ膜、ＴｉＮ膜、ＴｉＳｉｘ膜、ＴｉＡｌＮ膜、またはＴｉＳｉＮ膜のようにチタニウム（Ｔｉ）を含む薄膜である場合、クロリン系列のガス、特に、Ｃｌ２を主エッチングガスとし、この時エッチング形状の制御のために酸素（Ｏ２）またはＣＦガスを適切に添加して用いる。
【０１１４】
犠牲ハードマスク用の物質膜１０３ＡがＰｔ、Ｉｒ、Ｒｕなどの貴金属、またはこれらの酸化物を含む場合、クロリン系列またはフローリン系列のガスを使用したプラズマを用いて、この時、エッチング形状の制御のためには、高いイオン化エネルギーが必要なため、低圧及び高バイアスパワー条件を維持することが好ましい。
【０１１５】
図１２Ｃに示しているように、少なくとも（残留するフォトレジストパターン１０５Ｂ（図１２Ｂ参照）とパターニングされる反射防止膜１０４Ｂ（図１２Ｂ参照）とは、大部分エッチング過程で除去されるか、またその一部が残留でき、残留フォトレジストパターン１０５Ｂとパターニングされる反射防止膜１０４Ｂとの除去のための別途のフォトレジストストリップ工程を実施しない場合、残留するフォトレジストパターン１０５Ｂとパターニングされる反射防止膜１０４Ｂとがエッチングマスクの役割を果たすことができるため、「少なくとも」と表現する）第１犠牲ハードマスク１０３Ｂ（図１２Ｂ参照）をエッチングマスクに犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａ（図１２Ｂ参照）をエッチングし、第２犠牲ハードマスク１０２Ｂを形成する。この時、Ｎ２またはＯ２ガスを使用する。
【０１１６】
上述のように、第１犠牲ハードマスク１０３Ｂと犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａとのエッチング選択比が高いため、第２犠牲ハードマスク１０２Ｂの厚さを十分に確保することができる。また、図１２Ｃにおいて、１０３Ｃは、前記エッチング工程後に残留する第１犠牲ハードマスクを示す。
【０１１７】
次いで、図１２Ｄに示しているように、第２犠牲ハードマスク１０２Ｂ（図１２Ｃ参照）をエッチングマスクに絶縁膜１０１を選択的にエッチングし、基板１００、具体的には導電構造の表面、またはその上部を露出させるコンタクトホール１０６を形成する。コンタクトホール形成後に残留する第２犠牲ハードマスクは１０２Ｃと表記する。
【０１１８】
次いで、残留する第２犠牲ハードマスク１０２Ｃを除去する。第２犠牲ハードマスク１０２Ｃは、非結晶性炭素膜からなるため、酸素プラズマを用いて簡単に除去できる。
【０１１９】
この時、第２犠牲ハードマスク１０２Ｃの厚さを十分に確保することができるため、第２犠牲ハードマスク１０２Ｃのエッチングマスクとしての特性を維持でき、犠牲ハードマスクの損失によるコンタクトホール１０６のＣＤの増加または減少などのパターン変形を防止できる。
【０１２０】
上述した絶縁膜１０１として主に酸化膜系列を用いて、酸化膜に対するエッチング条件をさらに具体的に説明する。
【０１２１】
酸化膜エッチング時、通常用いられるＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ３Ｆ８またはＣ５Ｆ８などをＣＦ系列のガスを使用し、この時ＭＥＲＩＥ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）方式のエッチャー（Ｅｔｃｈｅｒ）で、ＣＦガスのフロー率を２０ＳＣＣＭ〜１００ＳＣＣＭにし、１０００Ｗ〜２５００Ｗ程度のパワーを用いる。
【０１２２】
この時、エッチャー内の圧力を２５ｍＴｏｒｒ〜７０ｍＴｏｒｒに維持し、カソード（Ｃａｔｈｏｄｅ）温度を−２０℃〜＋６０℃程度に維持し、エッチング形状を制御できるように前記ＣＦガスの６５％〜８０％のフロー率で酸素ガスをさらに添加できる。
【０１２３】
図１３は、本発明の第６実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いるコンタクトホール形成のための積層構造を示す断面図である。
【０１２４】
ここで、第５実施の形態と実質的に同一の構成要素に対しては、同一符号を用いる。
【０１２５】
図１３に示しているように、基板１００上に被エッチング層である絶縁膜１０１と犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａとが積層されており、犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａ上には、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａが積層されている。犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａ上には反射防止膜１０４Ａが積層されており、反射防止膜１０４Ａ上には、フォトレジストパターン１０５Ａが形成されている。
【０１２６】
第６実施の形態では、反射防止膜１０４Ａに無機基であるＳｉＯＮを用いて、その真下に犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａが位置するようにした。
【０１２７】
ここでは、反射防止膜の役割と犠牲ハードマスクとしての役割を果たすようにする。このため、フォトレジストの低い厚さにも十分にエッチングできるように反射防止膜１０４Ａを２００Å〜１０００Åの厚さで蒸着する。
【０１２８】
反射防止膜１０４Ａと犠牲ハードマスク用の物質膜１０３Ａとは、酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜の単独、または組合構造として置換して用いることができる。犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａは、１０００Å以上、一般的に２０００Å以上で十分に厚く蒸着することによって、下部の被エッチング層に対するエッチング選択比を確保する。
【０１２９】
図１４は、本発明の第７実施の形態に係る非結晶性炭素膜を、犠牲ハードマスクとして使用するコンタクトホール形成のための積層構造を示す断面図である。
【０１３０】
ここで、第５及び第６実施の形態と実質的に同一の構成要素に対しては、同一符号を用いる。
【０１３１】
図１４に示しているように、基板１００上に被エッチング層である絶縁膜１０１が形成されており、絶縁膜１０１上には、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａが積層されており、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａ上には、タングステン膜／窒化膜が積層された犠牲ハードマスク用の物質膜１０７が形成されている。犠牲ハードマスク用の物質膜１０７上には、反射防止膜１０４Ａが積層されており、反射防止膜１０４Ａ上には、フォトレジストパターン１０５Ａが形成されている。
【０１３２】
犠牲ハードマスク用の物質膜１０７のうちタングステン膜は、２００Å〜１０００Åの厚さで蒸着することで、フォトレジストの低い厚さにも十分にエッチングできるようにする。
【０１３３】
犠牲ハードマスク用の物質膜１０７のうちのタングステン膜の下部に位置した窒化膜は、上部のタングステン膜が十分にマスクの役割を果たすため、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａのエッチングが可能なように２００Å以上の厚さに形成する。
【０１３４】
窒化膜は、酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜の単独、または組合構造として置換して用いることができる。犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａは、１０００Å以上、一般的に２０００Å以上に十分に厚く蒸着することによって、下部の被エッチング層に対するエッチング選択比を確保する。
【０１３５】
図１５は、本発明の第８実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いるコンタクトホール形成のための積層構造を示す断面図である。
【０１３６】
ここで、第５ないし第７実施の形態と実質的に同一の構成要素に対しては、同一符号を用いる。
【０１３７】
図１５に示しているように、基板１００上に被エッチング層である絶縁膜１０１が形成されており、絶縁膜１０１上には、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａが積層されており、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａ上には、ポリシリコン膜／窒化膜が積層された犠牲ハードマスク用の物質膜１０８が形成されている。犠牲ハードマスク用の物質膜１０８上には、反射防止膜１０４Ａが積層されており、反射防止膜１０４Ａ上には、フォトレジストパターン１０５Ａが形成されている。
【０１３８】
犠牲ハードマスク用の物質膜１０８の中のポリシリコン膜は、２００Å〜１０００Åの厚さで蒸着することによって、フォトレジストの低い厚さにも十分にエッチングできるようにする。
【０１３９】
犠牲ハードマスク用の物質膜１０８の中のポリシリコン膜の下部に位置した窒化膜は、上部のポリシリコン膜が十分にマスクの役割を果たすため、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａのエッチングが可能なように２００Å以上の厚さに形成する。
【０１４０】
窒化膜は、酸化膜、窒化膜、酸化窒化膜の単独、または組合構造として置換して用いることができる。犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１０２Ａは、１０００Å以上、一般的に２０００Å以上に十分に厚く蒸着することによって、下部の被エッチング層に対するエッチング選択比を確保する。
【０１４１】
以下では、実際ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）工程の例を通し、ホールパターン形成のための構造を説明する。
【０１４２】
図１６は、金属配線の形成のためのマスクパターンが形成された半導体素子を示す平面図である。
【０１４３】
図１６に示しているように、ゲート電極Ｇが形成されており、ゲート電極Ｇ上部でゲート電極Ｇと交差する方向にビットラインＢ／Ｌが形成されている。ゲート電極Ｇの側面に整列されて形成されたセルコンタクトプラグ（図示せず）と、セルコンタクトプラグにコンタクトされるストレージノード用のコンタクトプラグ（図示せず）と、ストレージノード用のコンタクトプラグ接続されたストレージノード（図示せず）と、ストレージノード上部の誘電体膜（図示せず）と、誘電体膜上のプレート電極Ｐとが一連の工程を通して形成されている。
【０１４４】
プレート電極Ｐ上部には、金属配線コンタクト形成のためのマスクパターンＭが形成されている。
【０１４５】
一方、ゲート電極Ｇを含むビットラインＢ／Ｌとプレート電極Ｐなどは、全て信号、または電源ラインとの接続のために金属配線と接続されなければならない。
【０１４６】
マスクパターンＭは、プレート電極Ｐの金属配線のためのコンタクトＡとビットラインＢ／Ｌとの金属配線のためのコンタクトＢ形成のためのものである。
【０１４７】
図１７は、図１６をＡ−Ａ′線方向に沿った断面図である。
【０１４８】
図１７に示しているように、基板１５０上にゲート電極Ｇが形成されている。ゲート電極Ｇはゲート酸化膜１５１とゲート伝導膜１５２とゲートハードマスク１５３の積層構造とその側面のスペーサ１５４とを具備する。ゲート電極Ｇは、第１層間絶縁膜１５５によって囲まれており、第１層間絶縁膜１５５を貫通して基板１５０の不純物拡散領域とコンタクトされ、ゲートハードマスク１５３と平坦化されてアイソレーション（Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）がなされたセルコンタクトプラグ１５６が形成されている。
【０１４９】
セルコンタクトプラグ１５６上には、第２層間絶縁膜１５７が形成されており、第２層間絶縁膜１５７上には、第２層間絶縁膜１５７を貫通して図面には図示されないセルコンタクトプラグと電気的に接続されたビットラインＢ／Ｌとが形成されている。
【０１５０】
ビットラインＢ／Ｌは、ビットライン伝導膜１５８とビットラインハードマスク１５９との積層構造とその側面のスペーサ（図示せず）を具備する。
【０１５１】
ビットラインＢ／Ｌ上には、第３層間絶縁膜１６０が形成されている。第３層間絶縁膜１６０上には、第３層間絶縁膜１６０と第２層間絶縁膜１５７とを貫通して図面には図示されないセルコンタクトプラグと電気的に接続されたストレージノード用のコンタクトプラグが形成されている。
【０１５２】
ストレージノード用のコンタクトプラグ上には、ストレージノード１６１と誘電体膜１６２及びプレート電極１６３とが順に形成されてセルキャパシタをなす。一方、セルキャパシタが形成されない部分では、第４層間絶縁膜１６４が形成されている。
【０１５３】
キャパシタ及び第４層間絶縁膜１６４上には、第５層間絶縁膜１６５が形成されており、第５層間絶縁膜１６５上には、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１６６が形成されており、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１６６上には犠牲ハードマスク用の物質膜１６７が形成されている。犠牲ハードマスク用の物質膜１６７上には反射防止膜１６８が積層されており、反射防止膜１６８上にはフォトレジストパターン１６９が形成されている。
【０１５４】
プレート電極１６３の金属配線の形成のためのエッチング部位は、「１７０」のように第５層間絶縁膜１７０だけを含むため特に関係はないが、ビットラインＢ／Ｌ金属配線を形成のためのエッチング部位は、「１７１」のように第５層間絶縁膜１６５と第４層間絶縁膜１６４及びビットラインハードマスク１５９とを含むためエッチングターゲットが非常に大きいことが分かる。
【０１５５】
特に、第４層間絶縁膜１６４の場合、キャパシタの垂直の高さに達するため、その厚さだけで２０，０００Å程度になると見ることができる。したがって、「１７１」のエッチングターゲットは、３０，０００程度になることが分かる。
【０１５６】
したがって、従来の犠牲ハードマスクだけを用いる方式では、特に、８０ｎｍ以下のデザインルールが適用される半導体素子の製造工程の際、所望のコンタクトホールパターンを形成することが事実上不可能である。
【０１５７】
しかし、１０，０００Å以上の厚さを確保することができる犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜１６６を用いることになると、このような深いコンタクトホール形成時にもパターン変形がほとんど無く所望のパターン形成が可能である。
【０１５８】
図１８は、ストレージノードコンタクト形成のためのマスクパターンが形成された半導体素子を示す平面図である。
【０１５９】
図１８に示しているように、ゲート電極Ｇ１とＧ２とが一方向に一定間隔を有して配列されており、ゲート電極Ｇ１、Ｇ２の上部でゲート電極Ｇ１、Ｇ２と交差する方向にビットラインＢ／Ｌ１、Ｂ／Ｌ２が形成されている。ゲート電極Ｇ１、Ｇ２の側面に整列されてセルコンタクトプラグ（図示せず）が形成されており、ビットラインＢ／Ｌ１、Ｂ／Ｌ２の上部には、ストレージノード用のコンタクトホール形成のためのマスクパターンＭが形成されている。
【０１６０】
マスクパターンＭは、ストレージノード用のコンタクトホール形成のためにビットラインＢ／Ｌ１、Ｂ／Ｌ２の側面にそれぞれアラインメントされ、「Ｃ」のような部分でセルコンタクトプラグを露出させるためである。
【０１６１】
図１９は、図１８をＢ−Ｂ′線方向に沿った断面図である。
【０１６２】
図１９に示しているように、基板２００上にゲート電極が形成されており、図１８をＢ−Ｂ′線方向に沿った断面ではゲート電極が示されていない。
【０１６３】
ゲート電極は、第１層間絶縁膜２０１によって囲まれており、第１層間絶縁膜２０１を貫通して基板２００の不純物拡散領域とコンタクトされてゲートハードマスク（図示せず）と平坦化されてアイソレーションがなされたセルコンタクトプラグ２０２が形成されている。
【０１６４】
セルコンタクトプラグ２０２上には、第２層間絶縁膜２０３が形成されており、第２層間絶縁膜２０３上には、第２層間絶縁膜２０３を貫通して図面には図示されないセルコンタクトプラグと電気的に接続されたビットラインＢ／Ｌとが形成されている。
【０１６５】
ビットラインＢ／Ｌは、ビットライン伝導膜２０４とビットラインハードマスク２０５の積層構造とその側面のスペーサＳとを具備する。
【０１６６】
ビットラインＢ／Ｌ上には、第３層間絶縁膜２０６が形成されている。第３層間絶縁膜１６０上には、ストレージノード形成時、下部のアタック防止のためのストレージノード用ハードマスク２０７とＰＥ−ＴＥＯＳ（プラズマ化学気相蒸着（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；以下ＰＥＣＶＤとする）方式でＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  ＳＩｌｉｃａｔｅ）ソースを用いて形成した酸化膜２０８）が積層されている。ＰＥ＿ＴＥＯＳ膜２０８上には、エッチング停止膜２０９が形成されており、エッチング停止膜２０９上には、窒化膜または酸化膜を用いた犠牲ハードマスク用の絶縁膜２１０が形成されている。
【０１６７】
犠牲ハードマスク用の絶縁膜２１０上には、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜２１１が形成されており、犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜２１１上には、犠牲ハードマスク用シリコン酸化窒化膜２１２が形成されている。犠牲ハードマスク用シリコン酸化窒化膜２１２上には、犠牲ハードマスク用タングステン膜２１３が形成されている。
【０１６８】
犠牲ハードマスク用タングステン膜２１３上には、反射防止膜２１４が積層されており、反射防止膜２１４上には、フォトレジストパターン２１５が形成されている。
【０１６９】
ストレージノード用のコンタクトホール形成の工程の場合、オーバーラップマージンが大分と不足し、そのエッチングターゲットもまた大きいため、１０，０００Å以上の厚さを確保することができる犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜２１２を用いることになると、パターン変形がほとんど無く所望のパターン形成が可能である。
【０１７０】
図２０は、本発明に係るＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用したコンタクトホール形成後を示す平面写真である。
【０１７１】
図４で示しているように、従来のＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用して形成したコンタクトホールパターンは、「Ｄ」のようにパターンの変形が発生したことを確認することができる。反面、図２０の非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクとして用いてＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用して形成したコンタクトホールは、「Ｅ」のようにコンタクトホールパターンの変形が発生しないことが確認できる。
【０１７２】
前記したようになされる本発明は、既存の犠牲ハードマスク物質とは異なる非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクとして用いて、ここに酸化膜／窒化膜または／及びポリシリコン／タングステンなどの犠牲ハードマスクと積層構造として用いることによって、フォトレジストの低いエッチング選択比によるＡｒＦまたはＦ２などの露光源を用いたフォトリソグラフィー工程によるパターン形成時、パターン変形を防止できることを実施の形態を通して理解できる。
【０１７３】
尚、本発明は、上記した本実施の形態に限られるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲内で多様に変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
本発明は、半導体素子の製造方法に関し、特に半導体素子のパターン形成方法に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１７５】
【図１Ａ】ＫｒＦフォトリソグラフィー工程を適用したラインタイプのマスクパターンを示す平面写真である。
【図１Ｂ】ＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用したマスクパターンを示す平面写真とＫｒＦフォトリソグラフィー工程を適用したラインタイプのマスクパターンとを比較して示す平面写真である。
【図２Ａ】図１Ａのマスクパターンを用いてエッチング工程を行った後の平面写真である。
【図２Ｂ】図１Ｂのマスクパターンを用いてエッチング工程を行った後の平面写真である。
【図３Ａ】従来の技術に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図３Ｂ】従来の技術に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図３Ｃ】従来の技術に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図３Ｄ】従来の技術に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図４】従来の技術に係るＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用したコンタクトホール形成後を示す平面写真である。
【図５】従来の技術に係るフォトレジストパターンをエッチングマスクに用いる場合のコンタクトホールパターンを示す断面図である。
【図６Ａ】非結晶性炭素膜をハードマスクとして用いてコンタクトホールを形成した例を示す断面写真図である。
【図６Ｂ】非結晶性炭素膜をハードマスクとして用いてコンタクトホールを形成した例を示す断面写真図である。
【図７】フォトレジストパターンをエッチングマスクに用いる場合と非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いる場合のコンタクトホールパターンを比較して示す写真断面図である。
【図８Ａ】本発明の第１実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明の第１実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図８Ｃ】本発明の第１実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図８Ｄ】本発明の第１実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図８Ｅ】本発明の第１実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図８Ｆ】本発明の第１実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子パターン形成の工程を示す断面図である。
【図９】本発明の第２実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いる導電パターン形成のための積層構造を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いる導電パターン形成のための積層構造を示す断面図である。
【図１１】本発明の第４実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いる導電パターン形成のための積層構造を示す断面図である。
【図１２Ａ】本発明の第５実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子のパターン形成の工程を示す断面図である。
【図１２Ｂ】本発明の第５実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子のパターン形成の工程を示す断面図である。
【図１２Ｃ】本発明の第５実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子のパターン形成の工程を示す断面図である。
【図１２Ｄ】本発明の第５実施の形態に係るＦ２またはＡｒＦ露光源を用いた半導体素子のパターン形成の工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の第６実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いるコンタクトホール形成のための積層構造を示す断面図である。
【図１４】本発明の第７実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いるコンタクトホール形成のための積層構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の第８実施の形態に係る非結晶性炭素膜を犠牲ハードマスクに用いるコンタクトホール形成のための積層構造を示す断面図である。
【図１６】金属配線の形成のためのマスクパターンが形成された半導体素子を示す平面図である。
【図１７】図１６をＡ−Ａ′線方向に沿った断面図である。
【図１８】ストレージノードコンタクト形成のためのマスクパターンが形成された半導体素子を示す平面図である。
【図１９】図１８のＢ−Ｂ′線方向に沿った断面図である。
【図２０】本発明に係るＡｒＦフォトリソグラフィー工程を適用したコンタクトホール形成後を示す平面写真である。
【符号の説明】
【０１７６】
６０      基板
６１Ａ      伝導層
６２Ａ      ハードマスク用の絶縁膜
６３Ａ      犠牲ハードマスク用の非結晶性炭素膜
６５Ａ      反射防止膜
６４Ａ      犠牲ハードマスク用の物質膜
６６Ａ      フォトレジストパターン
【図１Ａ】
2006041486.tif 000003
【図１Ｂ】
2006041486.tif 000004
【図２Ａ】
2006041486.tif 000005
【図２Ｂ】
2006041486.tif 000006
【図３Ａ】
2006041486.tif 000007
【図３Ｂ】
2006041486.tif 000008
【図３Ｃ】
2006041486.tif 000009
【図３Ｄ】
2006041486.tif 000010
【図４】
2006041486.tif 000011
【図５】
2006041486.tif 000012
【図６Ａ】
2006041486.tif 000013
【図６Ｂ】
2006041486.tif 000014
【図７】
2006041486.tif 000015
【図８Ａ】
2006041486.tif 000016
【図８Ｂ】
2006041486.tif 000017
【図８Ｃ】
2006041486.tif 000018
【図８Ｄ】
2006041486.tif 000019
【図８Ｅ】
2006041486.tif 000020
【図８Ｆ】
2006041486.tif 000021
【図９】
2006041486.tif 000022
【図１０】
2006041486.tif 000023
【図１１】
2006041486.tif 000024
【図１２Ａ】
2006041486.tif 000025
【図１２Ｂ】
2006041486.tif 000026
【図１２Ｃ】
2006041486.tif 000027
【図１２Ｄ】
2006041486.tif 000028
【図１３】
2006041486.tif 000029
【図１４】
2006041486.tif 000030
【図１５】
2006041486.tif 000031
【図１６】
2006041486.tif 000032
【図１７】
2006041486.tif 000033
【図１８】
2006041486.tif 000034
【図１９】
2006041486.tif 000035
【図２０】
2006041486.tif 000036