(57)【要約】【課題】ナノインプリントリソグラフィーのテンプレートを安価に作製することができる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明に係る半導体装置の製造方法は、ベース膜５２上及び複数の凹部５２ａ内に、多結晶膜５４を形成する工程と、ベース膜５２上に位置する多結晶膜５４を溶融し、その後凝固させて結晶化させることにより、複数の凹部５２ａ内に位置する多結晶膜５４を起点として多結晶膜５４を結晶化させて結晶化膜５６を形成し、かつ複数の凹部５２相互間に位置する結晶化膜５６に凸部５６ａを形成する工程とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にベース膜を形成する工程と、
前記ベース膜に複数の凹部を形成する工程と、
前記ベース膜上及び前記複数の凹部内に、多結晶膜を形成する工程と、
前記ベース膜上に位置する前記多結晶膜を溶融し、その後凝固させて結晶化させることにより、前記複数の凹部内に位置する前記多結晶膜を起点として前記多結晶膜を結晶化させて結晶化膜を形成し、かつ前記複数の凹部相互間に位置する前記結晶化膜に凸部を形成する工程と、
被処理層上に形成された樹脂膜が硬化する前に前記結晶化膜を押し付け、この状態で前記樹脂膜を硬化させることにより、前記樹脂膜に、前記凸部に対応した開口部を形成する工程と、
前記樹脂膜から前記結晶化膜を剥がす工程と、
前記樹脂膜をマスクとして前記被処理層を処理する工程と、
を具備する半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数の凹部を形成する工程と、前記多結晶膜を形成する工程の間に、前記絶縁膜上及び前記複数の凹部内に第１の膜を形成することにより、前記複数の凹部それぞれの上面の幅又は径を小さくする工程を具備する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記凸部を形成する工程と、前記複数の開口部を形成する工程の間に、前記結晶化膜上に第２の膜を形成することにより、前記凸部それぞれの先端の曲率半径を大きくする工程を具備する請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された複数の凹部と、
前記絶縁膜上及び前記複数の凹部内に形成された結晶化膜と、
前記複数の凹部相互間に位置する前記結晶化膜に形成された凸部と、
を具備し、
前記凸部は、被処理層上に形成されるマスク膜が有する開口部に対応する位置に配置されているテンプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノインプリントリソグラフィーを用いた半導体装置の製造方法及びテンプレートに関する。特に本発明は、安価な方法でナノインプリントリソグラフィーのテンプレートを作製する半導体装置の製造方法及びテンプレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ナノインプリントリソグラフィーと呼ばれる新しい技術が提案されている。ナノインプリントリソグラフィーは、電子線描画などで凹凸を有するテンプレート（原版）を作製し、このテンプレートを、レジストが塗布された転写先基板に押し付け、レジストを硬化させてからテンプレートを引き剥がすことにより、レジストにテンプレートの凹凸を転写する技術である。引き剥がしたテンプレートは再度利用することが可能である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
テンプレートの作製方法は、詳細には以下の通りである。まず石英基板にレジスト膜を塗布し、このレジスト膜を電子線描画により露光し、その後現像する。次いでレジスト膜上に、厚さが１００ｎｍ程度のＡｌ膜を蒸着させ、その後レジスト膜を薬液で溶かし、レジスト膜及びレジスト膜上のＡｌ膜を除去する。次いで、Ａｌ膜をマスクとして石英基板を、ＣＨＦ３を用いたリアクティブイオンエッチング法により加工する。その後、Ａｌ膜を燐酸で除去し、さらに石英基板を純水で洗浄する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４４８４３号公報（第２及び第３段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電子線描画はコストが高い。このため、従来のナノインプリントリソグラフィーのテンプレートは作製にコストを要していた。
本発明の目的は、ナノインプリントリソグラフィーのテンプレートを安価に作製することができる半導体装置の製造方法及びテンプレートを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、基板上にベース膜を形成する工程と、
前記ベース膜に複数の凹部を形成する工程と、
前記ベース膜上及び前記複数の凹部内に、多結晶膜を形成する工程と、
前記ベース膜上に位置する前記多結晶膜を溶融し、その後凝固させて結晶化させることにより、前記複数の凹部内に位置する前記多結晶膜を起点として前記多結晶膜を結晶化させて結晶化膜を形成し、かつ前記複数の凹部相互間に位置する前記結晶化膜に凸部を形成する工程と、
被処理層上に形成された樹脂膜が硬化する前に前記結晶化膜を押し付け、この状態で前記樹脂膜を硬化させることにより、前記樹脂膜に、前記凸部に対応した開口部を形成する工程と、
前記樹脂膜から前記結晶化膜を剥がす工程と、
前記樹脂膜をマスクとして前記被処理層を処理する工程とを具備する。
【０００７】
本発明によれば、ナノインプリントリソグラフィーにおいて、テンプレートとなる前記結晶化膜及び前記凸部を、電子線描画を用いずに作製することができる。従って、テンプレートを安価に作製することができる。
【０００８】
前記複数の凹部を形成する工程と、前記多結晶膜を形成する工程の間に、前記絶縁膜上及び前記複数の凹部内に第１の膜を形成することにより、前記複数の凹部それぞれの上面の幅又は径を小さくする工程を具備してもよい。
【０００９】
前記凸部を形成する工程と、前記複数の開口部を形成する工程の間に、前記結晶化膜上に第２の膜を形成することにより、前記凸部それぞれの先端の曲率半径を大きくする工程を具備してもよい。
【００１０】
本発明に係るテンプレートは、絶縁膜と、
前記絶縁膜に形成された複数の凹部と、
前記絶縁膜上及び前記複数の凹部内に形成された結晶化膜と、
前記複数の凹部相互間に位置する前記結晶化膜に形成された凸部と、
を具備し、
前記凸部は、被処理層上に形成されるマスク膜が有する開口部に対応する位置に配置されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１（Ａ）〜（Ｃ）及び図２の各図は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図であり、図１（Ｄ）は図１（Ｃ）の状態におけるテンプレートの平面図である。
【００１２】
まず図１（Ａ）に示すように、テンプレートの基板５０上に、ベース膜である酸化シリコン膜５２を形成する。基板５０は、例えば石英基板であるが、Ｓｉ基板、サファイア基板であってもよい。次いで酸化シリコン膜５２上にレジストパターン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして酸化シリコン膜５２をドライエッチングする。エッチングガスには、例えばＣＨＦ３ガスを用いる。これにより酸化シリコン膜５２には、複数の孔状の凹部５２ａが形成される。その後、レジストパターンを除去する。凹部５２ａの直径は、例えば１００ｎｍである。
【００１３】
次いで図１（Ｂ）に示すように、酸化シリコン膜５２上及び凹部５２ａ内に、多結晶シリコン膜５４をＣＶＤ法により形成する。多結晶シリコン膜５４の厚さは、例えば５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００１４】
次いで図１（Ｃ）及び図１（Ｄ）に示すように、多結晶シリコン膜５４にレーザ（例えば波長３０８ｎｍのＸｅＣｌパルスレーザーなどのエキシマレーザで、パルス幅３０ナノ秒、エネルギー密度０．４〜１．５Ｊ／ｃｍ２）を照射することにより多結晶シリコン膜５４のうち酸化シリコン膜５２上に位置する部分を溶融し、かつハロゲンランプでアニールして徐々に凝固させる。
【００１５】
この凝固過程は、複数の凹部５２ａの底部内に位置する部分それぞれを起点として始まる。凝固過程の初期段階では、凹部５２ａの底部においていくつかの結晶粒が発生しえるが、凹部５２ａの直径をこれら結晶粒の直径と略同じか少し小さい程度にしておくことにより、凹部５２ａの上面では、一個の結晶粒が露出するようになる。そして、ハロゲンランプでのアニール条件を適宜調節する。これにより酸化シリコン膜５２上に位置している部分において、シリコンの凝固は、複数の凹部５２ａそれぞれの上面に露出している結晶粒それぞれを種結晶とした単結晶成長となる。これにより酸化シリコン膜５２上で溶融したシリコンは、複数の凹部５２ａ内に位置する部分を起点として略単結晶化し、複数の略単結晶の集合体である結晶化シリコン膜５６になる。結晶化シリコン膜５６において、３つ以上の単結晶膜の境界部分それぞれには、凸部５６ａが形成される。
このようにしてナノインプリントリソグラフィー用のテンプレートが形成される。
【００１６】
次いで図２（Ａ）に示すように、テンプレートを結晶化シリコン膜５６が樹脂膜６０に対向するように配置する。樹脂膜６０は、例えば層間絶縁膜８上に形成されている。樹脂膜６０の材質は、後述する樹脂膜６０の形状安定化方法が熱エンボス法の場合は熱可塑性樹脂であり、光リソグラフィ法である場合は光硬化性樹脂であり、スタンピング法である場合は自己組織化されるモノレイヤーである。
【００１７】
なお、層間絶縁膜８は、シリコン基板１に形成された素子分離膜２及びトランジスタ３上に位置している。トランジスタ３は、ゲート電極４、並びにソース及びドレインとなる不純物領域７を有する。
【００１８】
次いで図２（Ｂ）に示すように、テンプレートの結晶化シリコン膜５６を、樹脂膜６０に、凸部５６ａが層間絶縁膜８に当接するまで押し付ける。押し付け圧は、例えば１２０ｋｇｆ／ｃｍ２である。このとき凸部５６ａがゲート電極４又は不純物領域７の上方に位置するようにする。次いで、樹脂膜６０をこの形状で硬化させ、樹脂膜６０に開口部６０ａを形成する。樹脂膜６０の硬化方法としては、例えば熱エンボス法、光リソグラフィ法（ＵＶ照射量は例えば１２０Ｊ／ｃｍ２）、及びスタンピング法がある。
【００１９】
その後、図３（Ａ）に示すようにテンプレートの結晶化シリコン膜５６を樹脂膜６０から引き剥がす。
次いで図３（Ｂ）に示すように、樹脂膜６０をマスクとして層間絶縁膜８をエッチングする。これにより層間絶縁膜８には、ゲート電極４又は不純物領域７の上に位置する接続孔８ａが形成される。
【００２０】
その後、図３（Ｃ）に示すように樹脂膜６０を除去する。次いで接続孔８ａ内及び層間絶縁膜８上にタングステン膜を形成し、層間絶縁膜８上に位置するタングステン膜を除去する。これにより接続孔８ａには、タングステンプラグ９が埋め込まれる。次いでタングステンプラグ９上及び層間絶縁膜８上にＡｌ合金膜を形成し、このＡｌ合金膜を選択的に除去する。これにより層間絶縁膜８上には、タングステンプラグ９に電気的に接続するＡｌ合金配線１０が形成される。
【００２１】
以上、本発明の第１の実施形態によれば、ナノインプリントリソグラフィー用のテンプレートを、電子線描画を用いずに作製することができ、テンプレートの製造コストを低くすることができる。従って半導体製造装置の製造コストを低くすることができる。
【００２２】
図４の各図は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。本実施形態は、樹脂膜６０が半導体基板（例えばシリコン基板）６２に孔を形成するためのマスクである点を除いて、第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
【００２３】
まず図４（Ａ）に示すように、基板５０を用いてナノインプリントリソグラフィー用のテンプレートを形成する。テンプレートの形成方法は第１の実施形態と同様である。次いで、半導体基板６２上に形成された樹脂膜６０に、テンプレートの結晶化シリコン膜５６を、凸部５６ａが半導体基板６２に当接するまで押し付ける。次いで、樹脂膜６０をこの形状で硬化させ、樹脂膜６０に開口部６０ａを形成する。樹脂膜６０の硬化方法は、第１の実施形態と同様である。
【００２４】
その後、図４（Ｂ）に示すように、テンプレートの結晶化シリコン膜５６を樹脂膜６０から引き剥がす。次いで、樹脂膜６０をマスクとして半導体基板６２をエッチングする。これにより半導体基板６２には凹部６２ａが形成される。
【００２５】
その後、樹脂膜６０を除去する。
本実施形態によってもテンプレートの製造コストを低くすることができるため、半導体製造装置の製造コストを低くすることができる。
【００２６】
図５は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法のうち、ナノインプリントリソグラフィー用のテンプレートの形成方法を説明するための断面図である。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、酸化シリコン膜５２に、例えば直径が５００ｎｍの凹部５２ａを形成した後、多結晶シリコン膜５４を形成する前に、酸化シリコン膜５２及び凹部５２ａ上に窒化シリコン膜５３を形成し、凹部５２ａの直径を例えば１００ｎｍ程度まで小さくする点を除いて、第１又は第２の実施形態と同様である。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
図６は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法のうち、ナノインプリントリソグラフィー用のテンプレートの形成方法を説明するための断面図である。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、結晶化シリコン膜５６を形成した後、結晶化シリコン膜５６上に窒化シリコン膜５７をＣＶＤ法で形成することにより、凸部５６ａの先端部の曲率半径を大きくする点を除いて、第１又は第２の実施形態と同様である。
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】各図は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図。
【図２】各図は図１の次の工程を説明するための断面図。
【図３】各図は図２の次の工程を説明するための断面図。
【図４】第２の実施形態に係るテンプレートの製造方法を説明するための断面図。
【図５】第３の実施形態に係るテンプレートの製造方法を説明するための断面図。
【図６】第４の実施形態に係るテンプレートの製造方法を説明するための断面図。
【符号の説明】
【００３０】
１…シリコン基板、２…素子分離膜、３…トランジスタ、４…ゲート電極、７…不純物領域、８…層間絶縁膜、８ａ…接続孔、９…タングステンプラグ、１０…Ａｌ合金配線、５０…基板、５２…酸化シリコン膜、５２ａ，６２ａ…凹部、５３，５７…窒化シリコン膜、５４…多結晶シリコン膜、５６…結晶化シリコン膜、５６ａ…凸部、６０…樹脂膜、６０ａ…開口部、６２…半導体基板
【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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