(57)【要約】【課題】自己整列されたダブルパターニングを採用する微細パターン形成方法を提供する。【解決手段】微細パターン形成方法は基板を提供する工程を備える。前記基板上に第１マスクパターンを形成する。前記第１マスクパターンを有する基板上に反応膜を形成する。化学的付着工程により前記第１マスクパターンに隣接した前記反応膜を反応させて前記第１マスクパターンの外壁に沿って前記犠牲膜を形成する。未反応の前記反応膜を除去して前記犠牲膜を露出させる。前記第１マスクパターンの向い合う側壁と隣接した前記犠牲膜との間に第２マスクパターンを形成する。前記犠牲膜を除去して前記第１および第２マスクパターンと共にその間の前記基板を露出させる。前記第１および第２マスクパターンをエッチングマスクとして用いて前記基板をエッチングする。【選択図】図１Ｃ
2008304923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング対象物を提供する工程と、
前記エッチング対象物上に第１マスクパターンを形成する工程と、
前記第１マスクパターンを有するエッチング対象物上に、前記第１マスクパターンに隣接するように反応膜を形成する工程と、
前記第１マスクパターンに隣接した前記反応膜を、化学的付着工程により反応させて、前記第１マスクパターンの外壁に沿って犠牲膜を形成する工程と、
未反応の反応膜を除去して前記犠牲膜を露出する工程と、
前記第１マスクパターンの向い合う側壁に隣接した前記犠牲膜の間に、第２マスクパターンを形成する工程と、
前記犠牲膜を除去して前記第１および第２マスクパターンを露出する工程と、
前記第１および第２マスクパターンをエッチングマスクとして用いて前記エッチング対象物をエッチングする工程と、を含む、微細パターン形成方法。
【請求項２】
前記化学的付着工程が、前記反応膜と前記第１マスクパターンとの境界領域で進行する架橋反応と、前記境界領域に隣接した前記反応膜で進行する架橋反応と、を含む、請求項１に記載の微細パターン形成方法。
【請求項３】
前記反応膜が、前記第１および第２マスクパターンと互いに異なるエッチング選択比を有する物質膜で形成される、請求項１または２に記載の微細パターン形成方法。
【請求項４】
前記反応膜が、下記の化学式１：
【化１】
2008304923.tif 000008
上記式中、ｎは１〜５０００の整数である、
で表されるシリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーを含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微細パターンの形成方法。
【請求項５】
前記反応膜を形成する工程が、前記シリコンオキサイドポリマーを、スピンコーティング法を用いて前記エッチング対象物上に形成する工程を含む、請求項４に記載の微細パターン形成方法。
【請求項６】
前記シリコンオキサイドポリマーが、少なくとも１つのメトキシ基を含む、請求項４または５に記載の微細パターン形成方法。
【請求項７】
前記未反応の反応膜が、ＴＭＡＨ溶液を用いて除去される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項８】
前記第１および第２マスクパターンが、それぞれ独立して、ポリシリコン膜またはシリコン窒化膜で形成されてなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項９】
前記反応膜が、架橋剤をさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１０】
前記架橋剤が、下記の化学式２：
【化２】
2008304923.tif 000009
上記式中、前記Ｒはアルキル基であり、ｎは１〜５０００の整数である、
で表される物質を含む、請求項９に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１１】
前記反応膜が、界面活性剤をさらに含み、前記界面活性剤が、非イオン界面活性剤である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１２】
前記犠牲膜を形成する工程が、前記基板を加熱する加熱工程を含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１３】
前記加熱工程が、１００〜１２０℃の温度で６０〜９０秒間行われる、請求項１２に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１４】
前記反応膜を形成する工程の前に、互いに向かい合う第１マスクパターンの間に露出したエッチング対象物と、第１マスクパターンの外壁と、に沿って反応促進膜を形成する工程をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１５】
前記犠牲膜が、前記第１マスクパターンの間に露出したエッチング対象物まで延長されて形成されてなる、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１６】
前記反応促進膜が、ＨＭＤＳを含む物質膜で形成されてなる、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１７】
前記第１マスクパターンを形成する前に、前記エッチング対象物上にバッファマスク膜を形成する工程をさらに含む、請求項１〜１６のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１８】
前記エッチング対象物を提供する工程が、半導体基板を準備する工程を含む、請求項１〜１７のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項１９】
前記エッチング対象物を提供する工程が、前記半導体基板上に導電膜および絶縁膜の少なくとも１種の薄膜を形成する工程をさらに含む、請求項１８に記載の微細パターン形成方法。
【請求項２０】
前記第２マスクパターンを形成する工程が、前記犠牲膜を有する前記エッチング対象物上にマスク膜を形成する工程と、前記犠牲膜間に残存するように前記マスク膜を平坦化する工程と、を含む、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項２１】
前記第１および第２マスクパターンが、同一レベルの上部面を有するように形成される、請求項１〜２０のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【請求項２２】
前記犠牲膜パターンの向い合う側壁間の間隔が、前記第１マスクパターンの幅と同一である、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の微細パターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細パターン形成方法に関する。より詳しくは、自己整列のダブルパターニング（SELF-ALIGNED DOUBLE PATTERNING）を採用する微細パターン形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、半導体素子の集積度が向上するにつれて、狭い面積に多数の素子を集積させるための技術が要求されている。狭い面積に多数の素子を集積させるために半導体基板上に形成される素子サイズを縮小する必要がある。
【０００３】
このような半導体素子の高集積化は、前記半導体素子の製造工程中のフォトリソグラフィ工程と密接な関連を有している。具体的に、前記フォトリソグラフィ工程によって形成できるパターンの最小サイズは、露光装置の限界解像度(limiting resolution)によって決定される。このような露光装置の解像度は使用する光源の波長によって決定される。すなわち、前記光源の波長が短いほど前記露光装置の解像度は増大される。したがって、前記解像度を高めるために短い波長を有する光源が引き続いて開発されている。例えば、４３６ｎｍ波長のＧ−ライン、３６５ｎｍ波長のＩ−ライン、２４８ｎｍ波長のＫｒＦレーザ、１９３ｎｍ波長のＡｒＦレーザおよび１５７ｎｍのＦ２レーザといった光源が、フォト工程のために開発されている。また、Ｘ−線および電子ビームを光源として用いる工程が開発されている。このように、短波長の光源の開発とともに、それに相応するフォトレジストの開発は必須である。しかし、新光源の開発およびそれに相応するフォトレジストの開発には大きな開発費用が必要とされる。
【０００４】
これによって、既存工程の露光装備をそのまま利用して前記露光装備の限界解像度より小さな幅を有する微細パターンを形成する方法に関する研究が要求されている。
【０００５】
例えば、微細パターンの形成方法として、米国特許第５、６８６、２２３号に「リソグラフィピッチを低減させる方法(Method for reduced pitch lithography)」の名称でクリブ(Cleeves)によって開示されている（特許文献１）。特許文献１には、２回のフォト工程を行って第１および第２フォトレジストパターンを形成する方法が開示されている。より詳しくは、第１フォト工程を行って基板上に第１フォトレジストパターンを形成し、前記第１フォトレジストパターンを安定化させた後、前記第１フォトレジストパターンを有する基板上に第２フォトレジストパターンを形成する。このように、２回のフォト工程を経て形成されたフォトレジストパターンは、減少したピッチを有する。
【特許文献１】米国特許第５,６８６,２２３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体素子の集積度がさらに向上されている最近の動向から、ピッチはさらに減少している。その結果、上記特許文献１のように、２回のフォト工程を行う場合であっても、２番目に行うフォト工程で第２フォトレジストパターンを形成する際に、ミスアライメントにより前記第２フォトレジストパターンを所望の位置に正確に形成することが難しくなる。
【０００７】
よって、本発明が解決しようとする技術的課題は、容易に、限界解像度以下の幅を有する微細パターン形成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、エッチング対象物を提供する工程と、前記エッチング対象物上に第１マスクパターンを形成する工程と、前記第１マスクパターンを有するエッチング対象物上に、前記第１マスクパターンに隣接するように反応膜を形成する工程と、前記第１マスクパターンに隣接した前記反応膜を、化学的付着工程により反応させて、前記第１マスクパターンの外壁に沿って犠牲膜を形成する工程と、未反応の反応膜を除去して前記犠牲膜を露出する工程と、前記第１マスクパターンが向い合う側壁に隣接した前記犠牲膜の間に、第２マスクパターンを形成する工程と、前記犠牲膜を除去して前記第１および第２マスクパターンを露出する工程と、前記第１および第２マスクパターンをエッチングマスクとして用いて前記エッチング対象物をエッチングする工程と、を含む、微細パターン形成方法を提供することにより、前記技術的課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、第１マスクパターンの外壁に沿って形成された犠牲膜の間に第２マスクパターンを形成することができるため、前記第１および第２マスクパターンはフォトリソグラフィ工程の限界解像度より、さらに小さなピッチサイズを有する。
【００１０】
また、前記第１マスクパターンと架橋反応が可能な反応膜が、前記第１マスクパターンの周りで架橋反応を起こし、犠牲膜が形成されることにより、前記第１マスクパターンの外壁に沿って均一な幅を有するように制御することができ、前記第１マスクパターン間に均一な隙間を有する前記犠牲膜を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、エッチング対象物を提供する工程と、前記エッチング対象物上に第１マスクパターンを形成する工程と、前記第１マスクパターンを有するエッチング対象物上に、前記第１マスクパターンに隣接するように反応膜を形成する工程と、前記第１マスクパターンに隣接した前記反応膜を、化学的付着工程により反応させて、前記第１マスクパターンの外壁に沿って犠牲膜を形成する工程と、未反応の反応膜を除去して前記犠牲膜を露出する工程と、前記第１マスクパターンが向い合う側壁に隣接した前記犠牲膜の間に、第２マスクパターンを形成する工程と、前記犠牲膜を除去して前記第１および第２マスクパターンを露出する工程と、前記第１および第２マスクパターンをエッチングマスクとして用いて前記エッチング対象物をエッチングする工程と、を含む、微細パターン形成方法である。
【００１２】
すなわち、本発明は、（ｉ）コーティングすることができる材料（コーティング可能材料）、（ｉｉ）その材料を用いたＣＡＰ（化学付着工程；Chemical Attachment Process）および（ｉｉｉ）ＣＡＰを用いた自己整列のダブルパターニングプロセスに関するものである。
【００１３】
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるわけではなく、他の形態で具体化することができる。なお、各図面は説明の便宜上誇張されて表現されており、各図面における各構成要素の寸法比率が実際とは異なる場合がある。また、例えば「層上または基板上」と言った場合、その層上または基板上に直接形成される場合に限らず、それらの間に第三の層が介在する場合もありうる。
【００１４】
＜第１実施形態＞
図１Ａに示すように、基板１００上に、パッド膜（pad layer）１０２を形成することもできる。エッチング対象物としての前記基板１００としては、シリコンウエハまたはＳＯＩ(silicon on insulator)ウエハのような半導体基板などが挙げられる。また、前記基板１００には、素子分離膜、トランジスタ、および／または層間誘電膜がさらに形成されてもよく、これらを組み合わせることにより揮発性メモリ素子または不揮発性メモリ素子が形成されてもよい。エッチング対象物を提供する工程が、半導体基板を準備する工程を含むと好ましい。ただ、便宜上、これらに関する説明は省略する。
【００１５】
前記パッド膜１０２は、少なくとも熱酸化膜またはシリコン窒化膜を含むことができる。
【００１６】
前記パッド膜１０２の表面に第１マスク膜を形成することができる。前記第１マスク膜は、前記基板１００に対してエッチング選択比を有する物質膜を含むことが好ましい。具体的には、前記第１マスクパターン１１０は、ポリシリコン膜またはシリコン窒化膜で形成されてなると好ましく、シリコン窒化膜がより好ましい。
【００１７】
前記基板１００上に第１マスクパターンを形成するために、前記第１マスク膜上に、フォトリソグラフィ工程を用いて所定間隔に離隔されたフォトレジストパターンを形成することができる。前記フォトレジストパターンは平面から見た場合、ライン状(line type)、円状および／またはこれらの組み合わせ形状に形成することができる。続いて、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用いて前記マスク膜をエッチングし、所定間隔に離隔された第１マスクパターン１１０を形成することができる。この場合、前記離隔された第１マスクパターン１１０との間の間隔、すなわち、第１ピッチサイズＰ１は前記フォトリソグラフィ工程の限界解像度と実質的に同一である。
【００１８】
ここで、「限界解像度」とは、露光装置や製造業者のフォトプロセスの能力において使用される光の波長である。仮に、フォトプロセスの能力が無視された場合、限界解像度は光の波長に依存する。すなわち、限界解像度は、露光装置において使用される光の波長と同じであると仮定する。
【００１９】
かようにして、前記基板上に第１マスクパターンを形成することができる。
【００２０】
続いて、図１Ｂに示すように、前記第１マスクパターン１１０を有する前記基板１００上に、反応促進膜１１２を形成することができる。前記反応促進膜１１２は、前記基板１００および前記第１マスクパターン１１０の側壁とともに上部面に沿って覆うように形成することができる。換言すると、前記反応膜を形成する前に、互いに向かい合う第１マスクパターンの間に露出した基板と、第１マスクパターンの外壁と、に沿って反応促進膜を形成すると好ましい。
【００２１】
前記反応促進膜１１２は、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）を含むことができる。つまり、前記反応促進膜が、ＨＭＤＳを含む物質膜で形成されてなると好ましい。なお、ＨＭＤＳを含む反応促進膜は、種々の方法で形成することができるが、例えば、ＨＭＤＳ気体を前記基板１００上に提供することにより形成することができる。無論、パッド膜１０２上に提供することもできる。
【００２２】
続いて、前記反応促進膜１１２を有する前記基板１００全面に、反応膜１２０を形成する。より具体的には、前記第１マスクパターンを有する基板上に、前記第１マスクパターンに隣接するように反応膜を形成する。前記反応膜１２０は、架橋反応(cross linking reaction)のためのポリマーを含むとよい。前記反応膜１２０（前記ポリマー）は、前記第１マスクパターン１１０に対してエッチング選択比を有する物質膜であることが好ましい。換言すると、前記反応膜１２０が、前記第１マスクパターンと互いに異なるエッチング選択比を有する物質膜で形成されるとよい。
【００２３】
より具体的には、前記反応膜が、下記の化学式１：
【００２４】
【化１】
2008304923.tif 000003
【００２５】
上記化学式１式中、ｎは１〜５０００の整数である、
で表されるシリコンオキサイドポリマー（ポリシロキサン；poly-siloxane）または、ハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーを含むと好ましい。なお、化学式１中、ｎは、好ましくは２〜５００、より好ましくは５０〜１００である。
【００２６】
下記に、上記の製造方法の具体例について説明する。無論、下記の製造方法に限定されない。
【００２７】
下記のように、ジメチルクロロシラン（di methyl chloro silane）を加水分解して、ジメチルシラノールモノマー（di methyl silanol monomer）を合成する。続いて、ジメチルシラノール（di methyl silanol）と、メチルジビニルクロロシラン（methyl divinyl chloro silane）またはジメチルクロロシラン（di methyl chloro silane）と、を１：１のモル比で反応し、メチルジビニルシロキシジメチルシラン（methyl divinyl siloxy dimethyl silane）を合成する。
【００２８】
【化２】
2008304923.tif 000004
【００２９】
下記のように、前記メチルジビニルシロキシジメチルシランモノマー（methyl divinyl siloxy dimethyl silane）をＰｔ触媒で、ヒドロシリル化（hydro-siliylation）による重合を行う（この際、モノマーの反応部位（reaction sites）は、Ｓｉ−ビニル／Ｓｉ−Ｈである）。
【００３０】
【化３】
2008304923.tif 000005
【００３１】
下記のように、主骨格にシロキサン部分(a main back bone of siloxane)を有するハイパーブランチポリシロキサン（hyperbranch polysiloxane）を重合（この際、シロキサンは、末端基は「−ＣＯＯＨ」を有する）する。
【００３２】
【化４】
2008304923.tif 000006
【００３３】
また、前記シリコンオキサイドポリマーの架橋サイト(link site)、つまり、ポリマー中のＳｉに結合している官能基の少なくとも１つは、アルコキシ基またはヒドロキシ基（シラノール基）であると好ましい。アルコキシ基としても、特に制限はないが、メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロポキシ基、ｎ−ブトキシ基、イソブトキシ基、ｓｅｃ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基などが挙げられ、好ましくはメトキシ基である。かような置換基が含有されることにより、架橋反応の発生をさらに促すことができる。
【００３４】
また、前記反応膜１２０は、種々の方法にて形成することができる。例えば、前記反応膜を形成する工程においては、前記シリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーを、スピンコーティング法を用いて前記基板上に形成する工程を含むと好ましい。
【００３５】
また、前記化学式１で表されるシリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーの重量平均分子量は、５０００以下１２０以上であることが好ましい。
【００３６】
前記反応膜は、架橋剤をさらに含むと好ましい。かような架橋剤は、前記ポリマー間に介在し、前記ポリマーの架橋反応を効果的に発生させる点で有効である。
【００３７】
架橋剤としては、特に制限はないが、下記の化学式２：
【００３８】
【化５】
2008304923.tif 000007
【００３９】
上記化学式２式中、前記Ｒはアルキル基であり、ｎは１ないし５０００の整数である、
で表される物質（塩素含有ポリシラン）を含むことが好ましい。なお、化学式２中、アルキル基としても特に制限はないが、例えば、メチル基（ＣＨ３基）、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｓｅｃ−ブチル基、ｔｅｒｔ−ブチル基、ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基及び２−エチルヘキシル基などが挙げられ、好ましくは、ＣＨ３基である。
【００４０】
Ｒは、アリール基であってもよく、アリール基としても特に制限はないが、例えば、フェニル基（Ｃ６Ｈ５）、ベンジル基、フェネチル基、ｏ−，ｍ−若しくはｐ−トリル基、２，３−若しくは２，４−キシリル基、メシチル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、ビフェニリル基、ベンズヒドリル基、トリチル基、ピレニル基などが挙げられ、特に好ましくはＣ６Ｈ５基である。
【００４１】
また、化学式２中、ｎは、好ましくは２〜３である。
【００４２】
また、前記化学式２で表される物質の重量平均分子量は、１００〜１５０であることが好ましい。
【００４３】
また、前記反応膜１２０は、界面活性剤をさらに含むと好ましい。かような界面活性剤は、前記シリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーのギャップフィル(gap fill)特性および前記シリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーのコーティング特性を向上することができる。
【００４４】
前記界面活性剤としても特に制限されないが、例えば、非イオン界面活性剤(nonionic surfactant)を用いることができる。
【００４５】
上記の通り、本発明によれば、前記基板１００上に前記シリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーを含む前記反応膜１２０を、例えばスピンコーティング法で形成することで、前記反応膜１２０は前記第１マスクパターン１１０間のギャップをボイドなしに形成することができる。
【００４６】
なお、ポリマー中の架橋剤、界面活性剤の添加量は、当業者であれば、設計的に選択することができるため、詳細な説明は割愛する。
【００４７】
続いて、前記第１マスクパターンに隣接した前記反応膜を、化学的付着工程により反応させて、前記第１マスクパターンの外壁に沿って犠牲膜を形成する。より具体的には、第１実施形態においては、図１Ｃに示すように、化学的付着工程により前記反応促進膜１１２上に、前記第１マスクパターン１１０の外壁および前記第１マスクパターン１１０の間に露出された前記基板１００に沿って前記犠牲膜１２０ａを形成する。つまり、前記犠牲膜１２０ａが、前記第１マスクパターン１１０の間に露出した基板まで延長されて形成されてなる。一方で、同時に、前記反応膜１２０において、前記化学的付着工程が進行しない領域は未反応膜１２０ｂとして残存する。
【００４８】
前記化学的付着工程の方法にも特に制限はない。好ましくは、前記反応膜を有する前記基板１００を加熱１０し、前記加熱１０は前記基板１００の裏面から行われる。
【００４９】
前記加熱工程１０による前記化学的付着工程は、前記反応膜１２０と第１マスクパターン１１０（前記反応促進膜１１２）との境界領域で行われる架橋反応と、前記境界領域に隣接した前記反応膜１２０においても行われる架橋反応と、を含む。
【００５０】
本実施形態において、前記第１マスクパターン１１０がシリコン窒化膜で形成されている場合、前記シリコン窒化膜は架橋反応できる架橋サイトを多く有してはいない。一方で、前記第１マスクパターン１１０上に、反応促進膜１１２として、ＨＭＤＳ膜を採用する場合、前記ＨＤＭＳ膜は多数の架橋サイトを有している。よって、後者の場合、前記反応膜１２０と容易に架橋反応することができる。また、前記第１マスクパターン１１０（反応促進膜１１２）に隣接した前記反応膜１２０でも前記シリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマー間の架橋反応が発生しうる。
【００５１】
前記犠牲膜１２０ａは、前記加熱工程１０の時間と温度を、適宜調節することにより、前記反応促進膜１１２の全面上に均一な厚さを有するように形成することができる。この場合、前記第１マスクパターン１１０の向い合う側壁の間に形成される前記犠牲膜１２０ａは、グルーブ(grooves)１２２を備えるように形成されうる。前記加熱工程１０の制御により前記グルーブ１２２は所定幅を有して形成される。ここで、前記グルーブ１２２は前記第１マスクパターン１１０の幅Ｗ２と実質的に同一幅Ｗ１を有するように形成することができる。つまり、前記犠牲膜パターンの向い合う側壁間の間隔が、前記第１マスクパターンの幅と同一である。より具体的にいうと、隣接する第１マスクパターン１１０の間の前記犠牲膜１２０ａの側壁の間隔は、前記第１マスクパターンの幅と実質的に同一である。なお、前記加熱工程における温度や時間についても所望の犠牲膜が形成しうる条件であれば特に制限はないが、１００〜１２０℃の温度で６０〜９０秒間行われると好ましい。
【００５２】
図１Ｄに示すように、未反応の反応膜（未反応膜１２０ｂ）を除去して前記犠牲膜１２０ａを露出させる。具体的に、前記未反応膜１２０ｂの除去は、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドライド）溶液１２などを用いて行われると好ましい。前記未反応膜１２０ｂに含有されたシリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーは、前記ＴＭＡＨ溶液１２に溶解する。その一方、前記シリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーが互いに架橋された前記犠牲膜１２０ａは前記ＴＭＡＨ溶液１２に溶解しない。すなわち、前記反応膜１２０において前記未反応膜１２０ｂが前記ＴＭＡＨ溶液１２に選択的に溶解される。これによって、前記グルーブ１２２の境界において前記未反応膜１２０ｂはすべて除去されて前記グルーブ１２２の均一な幅を有しながら露出される。つまり、かようにして、未反応の反応膜を除去して前記犠牲膜を露出することができる。
【００５３】
続いて、前記第１マスクパターンが向い合う側壁に隣接した前記犠牲膜の間に、第２マスクパターンを形成する。そのためには、図１Ｅに示すように、前記犠牲膜１２０ａを有する前記基板１００上に、第２マスク膜１３０を形成することができる。
【００５４】
ここで、前記第２マスク膜１３０は、前記基板１００および前記反応膜（詳しくは、犠牲膜１２０ａ）に対してエッチング選択比を有する物質膜で形成されることが好ましい。なお、前記第２マスク膜は、前記第１マスク膜と同一物質膜で形成されてもよいし、異なるものであってもよい。好ましくは、同一物質膜で形成される。換言すると、前記反応膜が、前記第２マスクパターンと互いに異なるエッチング選択比を有する物質膜で形成されるとよい。
【００５５】
図１Ｆに示すように、前記グルーブ１２２に残存するように前記第２マスク膜１３０を平坦化させる。その結果、前記グルーブ１２２を埋め込んだ第２マスクパターン１３０ａが形成される。つまり、前記第１マスクパターンの向い合う側壁に隣接した前記犠牲膜の間に、第２マスクパターンが形成される。
【００５６】
前記平坦化する工程は、特に制限はないが、エッチバック(etch back)技術または化学機械的研磨技術を用いて行うことができる。前記エッチバック技術または化学機械的研磨技術を用いて、前記第２マスクパターン１３０ａが前記第１マスクパターン１１０の上部面と実質的に同一レベルを有するように形成することができる。他の実施形態においては、前記第２マスクパターン１３０ａが前記犠牲膜１２０ａの上部面と実質的に同一レベルを有するように平坦化することもでき、すなわち、前記第１マスクパターン１１０よりさらに高いレベルを有するように形成することもできる。本実施形態において、前記第２マスクパターン１３０ａは、前記グルーブ１２２を介して自己整列することができる。これによって、前記第１マスクパターン１１０および第２マスクパターン１３０ａは、均一な間隔で形成され、精密なパターニング工程を行うことができる。
【００５７】
続いて、前記犠牲膜を除去して前記第１および第２マスクパターンを露出するために、図１Ｇに示すように、前記犠牲膜１２０ａ、その下部の反応促進膜１１２および前記パッド膜１０２を順にエッチングして除去する。かようにして、前記第１マスクパターン１１０および第２マスクパターン１３０ａと共に、前記マスクパターン１１０、１３０ａ間の前記基板１００を露出させる。前記犠牲膜１２０ａは、シリコンオキサイドで構成されているため、ＣＦ４ガスをエッチングガスとして採用するエッチング工程を用いることにより、前記犠牲膜１２０ａを除去することができる。この場合、前記第２マスクパターン１３０ａの下部には前記犠牲膜１２０ａを残存させることができ、前記第１マスクパターン１１０および前記犠牲膜１２０ａの下部にはそれぞれパッド膜１０２を残存させることができる。
【００５８】
最後に、前記第１および第２マスクパターンをエッチングマスクとして用いて前記基板をエッチングする。
【００５９】
図１Ｈに示すように、前記第１マスクパターン１１０および第２マスクパターン１３０ａをエッチングマスクとして用いて、前記基板１００をエッチングして活性領域１４２を限定するトレンチ１４０を形成することができる。
【００６０】
前記基板１００をエッチングする方法としては、特に制限されないが、例えば異方性エッチング工程、等方性エッチング工程、またはこれらの組み合わせを用いて行うことができる。
【００６１】
上述の本実施形態によれば、前記第１パターン１１０および第２マスクパターン１３０ａ間の間隔、すなわち、第２ピッチサイズＰ２は、前記第１ピッチサイズＰ１よりも小さい。換言すると、前記第１ピッチサイズＰ１を有する露光装備は、第１マスクパターン１１０および第２マスクパターン１３０ａを同時に形成することができる露光装備に比べて相対的に大きな波長の光源を有するにもかかわらず、さらに小さなピッチサイズを有するマスクパターンを形成することができる。すなわち、本発明によれば、前記フォトリソグラフィ工程の最小解像度よりさらに小さなピッチサイズを有するように形成することができる。
【００６２】
＜第２実施形態＞
続いて、図２Ａ〜図２Ｈに示すように、本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する。図２Ａ〜図２Ｈは、本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明するための断面図である。
【００６３】
以下においては、特に、図１Ａ〜図１Ｈを参照して説明した実施形態と相違する点を中心に説明する。上記第１実施形態において説明した内容と重複する場合、その説明を省略することもある。必要な説明は、第１実施形態にて説明した内容を第２実施形態においても引用して組み込むことができるのは言うまでもない。
【００６４】
図２Ａに示すように、基板２００が提供され、前記基板２００上に、第１薄膜２０４および第２薄膜２０６を順に積層することができる。前記基板２００は、シリコンウエハまたはＳＯＩウエハのような半導体基板で形成されることができる。また、前記基板２００には、素子分離膜、トランジスタ、および／または層間誘電膜がさらに形成されてもよく、これらを組み合わせることにより揮発性メモリ素子または不揮発性メモリ素子が形成されてもよい。エッチング対象物を提供する工程が、半導体基板を準備する工程と、前記半導体基板上に導電膜および絶縁膜の少なくとも１種の薄膜を形成する工程と、を含むと好ましい。しかし、便宜上、これらに関する説明は省略する。
【００６５】
前記第１薄膜２０４は、絶縁膜（層間絶縁膜）、導電膜、またはこれらの組み合わせ膜で形成されうる。また、前記第２薄膜２０６も絶縁膜（層間絶縁膜）、導電膜、またはこれらの組み合わせ膜で形成されうる。エッチング対象物としての前記第２薄膜２０６は、前記第１薄膜２０４と異なる物質膜で形成されてもよいし、同一の物質膜で形成されてもよい。好ましくは異なる物質膜である。
【００６６】
本実施形態においては、前記第１薄膜２０４は層間絶縁膜で形成され、前記第２薄膜２０６は導電膜で形成された場合を例に挙げて説明する。
【００６７】
前記第２薄膜２０６はポリシリコン膜で形成することができる。
【００６８】
また、仮に、前記第２薄膜２０６が、ポリ結晶Ｓｉ膜である場合、前記第１薄膜２０４は、シリコンオキサイド膜（silicon oxide film）、シリコン窒化膜（silicon nitride film）または酸窒化シリコン膜（silicon oxy-nitride film）であり、このましくは、前記第１薄膜２０４は、シリコンオキサイド膜である。
【００６９】
前記第２薄膜２０６上にバッファマスク膜２０８を積層すると好ましい。そして、前記バッファマスク膜２０８は、前記第２薄膜２０６に対してエッチング選択比を有する物質膜が好ましく、具体的には、シリコン酸化膜で形成されることが好ましい。
【００７０】
前記バッファマスク膜２０８上に、所定間隔で離隔された前記第１マスクパターン２１０を形成する。この場合、前記離隔された第１マスクパターン２１０の間隔、すなわち、ピッチサイズは前記フォトリソグラフィ工程の最小解像度と実質的に同一である。一方、前記第１マスクパターン２１０はシリコン窒化膜またはポリシリコン膜で形成されるとよい。
【００７１】
図２Ｂに示すように、前記第１マスクパターン２１０を有する前記基板２００上に形成されてなるバッファマスク膜２０８全面に反応膜２２０を形成する。具体的には、前記第１マスクパターン２１０を有する基板２００上に形成されてなるバッファマスク膜２０８上に、前記第１マスクパターン２１０に隣接するように反応膜２２０を形成する。前記反応膜２２０は、架橋反応に用いるポリマー、架橋剤および界面活性剤を含むことができる。前記反応膜２２０の形成方法にも特に制限はないが、例えば、スピンコーティング法を用いて形成される。前記ポリマーは、前記第１マスクパターン２１０に対してエッチング選択比を有する物質膜として、上述の化学式１で表されるシリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマーが挙げられる。
【００７２】
前記架橋剤は、前記ポリマーの間に介在して、前記ポリマーの架橋反応を効果的に発生することができる。前記架橋剤は、上記にて説明した化学式２で表される物質を用いることができる。前記界面活性剤は、同様に、非イオン界面活性剤を用いることができる。
【００７３】
本実施形態のように、前記第２薄膜２０６がポリシリコン膜で形成されても、前記シリコン酸化膜のバッファマスク膜２０８を形成することで、前記第１マスクパターン２１０はポリシリコン膜で形成することができる。前記ポリシリコン膜は、前記シリコン窒化膜に比べて多くの架橋サイトを有することができる。したがって、図１Ｂにて説明した反応促進膜１１２を形成せずに省略してもよい。
【００７４】
図２Ｃに示すように、前記第１マスクパターン２１０に隣接した前記反応膜２２０を、化学的付着工程により反応させて、前記第１マスクパターン２１０の外壁に沿って犠牲膜２２０ａを形成する。同時に、前記反応膜２２０で前記化学的付着工程が実施されてない領域は、未反応の反応膜（未反応膜２２０ｂ）として残存する。
【００７５】
前記化学的付着工程の方法も特に制限はないが、例えば、前記基板２００を加熱２０して行なうことができる。なお、前記加熱２０は、前記基板２００の裏面を通して行うことができる。前記加熱工程２０による前記化学的付着工程は、前記反応膜２２０と前記第１マスクパターン２１０との境界領域で行われる架橋反応と、前記境界領域に隣接した前記反応膜２２０での架橋反応と、を含む。
【００７６】
例えば、前記第１マスクパターン２１０のポリシリコン膜は、前記反応膜２２０と架橋反応することができる。同時に、前記第１マスクパターン２１０に隣接した前記反応膜２２０においても前記シリコンオキサイドポリマーまたはハイパーブランチ構造を有する有機ケイ素ポリマー間で架橋反応が発生しうる。このように前記第１マスクパターン２１０の外壁に沿って犠牲膜が形成される。
【００７７】
このとき、前記バッファマスク膜２０８のシリコン酸化膜上には、前記犠牲膜２２０ａが形成されない部分もある（具体的には、シリコン酸化膜上であって、前記犠牲膜２２０ａ間の前記隙間の間隔Ｗ３の部分）。
【００７８】
一方、前記加熱工程２０の時間と温度を、適宜調節することにより、前記犠牲膜２２０ａを、前記第１マスクパターン２１０の外壁に沿って均一厚さを有するように形成することができる。前記加熱工程２０を制御することによって、前記犠牲膜２２０ａの向い合う側壁の間の隙間を、所定幅を有して形成することができる。この場合、前記犠牲膜２２０ａ間の前記隙間の間隔Ｗ３は、前記第１マスクパターン２１０の幅Ｗ４と実質的に同一幅を有するように形成するとよい。この際、例えば、前記加熱工程２０は、１００〜１２０℃の温度で６０〜９０秒間行われることができる。
【００７９】
図２Ｄに示すように、未反応の反応膜（前記未反応膜２２０ｂ）を除去して前記犠牲膜２２０ａを露出させる。
【００８０】
前記未反応膜２２０ｂを除去する方法にも特に制限はないが、例えば、ＴＭＡＨ溶液２２などを用いる工程を含むことができる。かようにすることにより、前記反応膜２２０から前記未反応膜２２０ｂが選択的に溶解される。これによって、前記犠牲膜２２０ａの間の前記未反応膜２２０ｂはすべて除去されて前記犠牲膜２２０ａは均一間隔に残存させることができる。
【００８１】
図２Ｅに示すように、前記犠牲膜２２０ａを有する前記基板２００上に形成されてなるバッファマスク膜２０８上に、第２マスク膜２３０を形成する。なお、前記第２マスク膜２３０は、前記第１マスクパターン２１０と同一物質膜で形成することができる。無論上述したように、異なるものであってもよい。
【００８２】
続いて、前記第１マスクパターン２１０の向い合う側壁に隣接した前記犠牲膜２２０ａの間に、第２マスクパターン２３０ａを形成する。具体的には、図２Ｆに示すように、前記第２マスク膜２３０を、前記犠牲膜２２０ａの間の隙間に残存するように、前記第２マスク膜２３０を平坦化させる。その結果、前記隙間を埋め込んだ第２マスクパターン２３０ａが形成される。かようにして、前記第１マスクパターン２１０の向い合う側壁に隣接した前記犠牲膜２２０ａの間に、第２マスクパターン２３０ａを形成する。
【００８３】
前記平坦化する工程にも特に制限はないが、エッチバック技術または化学機械的研磨技術を用いて形成することができる。前記エッチバック技術または化学機械的研磨技術を用いて前記第２マスクパターン２３０ａが前記第１マスクパターン２１０の上部面と実質的に同一レベルを有するように形成することができる。このように、本実施形態において、前記第２マスクパターン２３０ａは前記隙間を介して自己整列することができる。
【００８４】
図２Ｇに示すように、前記犠牲膜２２０ａを除去して前記第１マスクパターン２１０および第２マスクパターン２３０ａを露出する。具体的には、前記犠牲膜２２０ａと、前記第１マスクパターン２１０および第２マスクパターン２３０ａ間のバッファマスク膜２０８と、を順にエッチングして除去する。そうして、前記第１マスクパターン２１０および第２マスクパターン２３０ａとともに、前記マスクパターン２１０、２３０ａ間の基板２００上に形成されてなる第２薄膜２０６を露出させることができる。
【００８５】
前記犠牲膜２２０ａは、シリコンオキサイドで構成されてＣＦ４ガスをエッチングガスとして採用するエッチング工程を用いて除去することができる。このとき、前記第１マスクパターン２１０および第２マスクパターン２３０ａの下部には前記バッファマスクパターン２０８ａが残存することができる。
【００８６】
図２Ｈに示すように、前記第１マスクパターン２１０および第２マスクパターン２３０ａとともに、前記バッファマスクパターン２０８ａをエッチングマスクとして用いて前記第２薄膜２０６をエッチングして導電パターン２０６ａを形成することができる。
【００８７】
前記第２薄膜２０６をエッチングする方法にも特に制限はないが、異方性エッチング工程、等方性エッチング工程、またはこれらの組み合わせを用いて行うことができる。
【００８８】
本実施形態において、前記マスクパターン２１０、２３０ａがポリシリコン膜で形成される場合は、前記第１マスクパターン２１０および第２マスクパターン２３０ａが縮小される。この場合、前記バッファマスクパターン２０８ａは耐エッチング性を有しており、前記第２薄膜２０６がエッチングされる間に前記バッファマスクパターン２０８ａがエッチングマスクの役割を持続することができる。
【００８９】
一方、他の実施形態において、前記バッファマスク膜２０８を層間絶縁膜として採用する場合に前記第１および第２マスクパターン２１０、２３０ａは前記層間絶縁膜の所定領域を露出させるように形成することができる。前記第１および第２マスクパターン２１０、２３０ａは上記実施形態の説明方法で製造することができる。
【００９０】
本実施形態によれば、第１マスクパターン２１０間の間隔のような大きなピッチサイズを有する露光装備は、第１マスクパターン２１０および第２マスクパターン２３０ａを同時に形成できる露光装備に比べて相対的に大きい波長の光源を有しているにもかかわらず、上記工程により、さらに小さなピッチサイズを有するマスクパターン２１０、２３０ａを形成することができる。すなわち、本発明によれば、前記フォトリソグラフィ工程の限界解像度よりさらに小さなピッチサイズを有するように形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１Ａ】本発明の第１実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図１Ｂ】本発明の第１実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図１Ｃ】本発明の第１実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図１Ｄ】本発明の第１実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図１Ｅ】本発明の第１実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図１Ｆ】本発明の第１実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図１Ｇ】本発明の第１実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図１Ｈ】本発明の第１実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図２Ａ】本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図２Ｂ】本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図２Ｃ】本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図２Ｄ】本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図２Ｅ】本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図２Ｆ】本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図２Ｇ】本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【図２Ｈ】本発明の第２実施形態に係る微細パターン形成方法を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１００、２００  基板、
１０２  パッド膜、
１１０、２１０  第１マスクパターン、
１１２  反応促進膜、
１２０、２２０  反応膜、
１２０ａ、２２０ａ  犠牲膜、
１２０ｂ、２２０ｂ  未反応膜、
１３０、２３０  第２マスク膜、
１３０ａ、２３０ａ  第２マスクパターン、
１４０  トレンチ、
１４２  活性領域、
２０４  第１薄膜、
２０６  第２薄膜、
２０８  バッファマスク膜。
【図１Ａ】
2008304923.tif 000010
【図１Ｂ】
2008304923.tif 000011
【図１Ｃ】
2008304923.tif 000012
【図１Ｄ】
2008304923.tif 000013
【図１Ｅ】
2008304923.tif 000014
【図１Ｆ】
2008304923.tif 000015
【図１Ｇ】
2008304923.tif 000016
【図１Ｈ】
2008304923.tif 000017
【図２Ａ】
2008304923.tif 000018
【図２Ｂ】
2008304923.tif 000019
【図２Ｃ】
2008304923.tif 000020
【図２Ｄ】
2008304923.tif 000021
【図２Ｅ】
2008304923.tif 000022
【図２Ｆ】
2008304923.tif 000023
【図２Ｇ】
2008304923.tif 000024
【図２Ｈ】
2008304923.tif 000025