(57)【要約】【課題】マスクパターンの微細化に対応しつつ、マスクパターンを厚膜化する。【解決手段】インプリントパターン４ａの凹凸に沿うように保護膜６を形成し、ＲＩＥなどの異方性エッチングにて保護膜６をエッチバックすることで、インプリントパターン４ａのトップ面に保護膜６を残したまま、インプリントパターン４ａのボトム面の保護膜６を除去し、ＲＩＥなどの異方性エッチングにてインプリント材４を深さ方向にエッチングし、インプリントパターン４ａのボトム面を貫通させることで、インプリントパターン４ａに開口部４ｂを形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工層上にマスク材を形成する工程と、
トップ面とボトム面を持つマスクパターンを前記マスク材に形成する工程と、
前記マスクパターンのトップ面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の形成後に前記マスクパターンのボトム面を深さ方向にエッチングする工程とを備えるパターン形成方法。
【請求項２】
前記保護膜は前記マスク材より前記エッチングのエッチングレートが低い請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記マスク材は有機膜、前記保護膜は無機膜である請求項１または２に記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記マスクパターンのトップ面に保護膜を形成する工程は、
前記マスクパターンのトップ面でオーバーハング形状を有するように前記マスクパターンの凹凸に沿って前記保護膜を形成する工程と、
前記保護膜をエッチングすることにより、前記マスクパターンのトップ面に前記保護膜を残したまま、前記マスクパターンのボトムの前記保護膜を除去する工程とを備える請求項１から３のいずれか１項に記載のパターン形成方法。
【請求項５】
被加工層上にマスク材を形成する工程と、
トップ面とボトム面を持つマスクパターンを前記マスク材に形成する工程と、
前記マスクパターンのトップ面に保護膜を形成する工程と、
前記保護膜の形成後に前記マスクパターンのボトム面を深さ方向にエッチングする工程と、
前記マスクパターンを介して前記被加工層をエッチングする工程とを備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パターン形成方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化に伴ってレジストパターンも微細化されてきている。この微細化に伴ってレジストパターンが薄膜化され、レジストパターンの十分なエッチング耐性の確保が困難となることから、エッチング工程における加工精度の低下を招いていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２０９２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の一つの実施形態は、マスクパターンの微細化に対応しつつ、マスクパターンを厚膜化することが可能なパターン形成方法および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一つの実施形態によれば、被加工層上にマスク材を形成し、トップ面とボトム面を持つマスクパターンを前記マスク材に形成し、前記マスクパターンのトップ面に保護膜を形成し、前記保護膜の形成後に前記マスクパターンのボトム面を深さ方向にエッチングする。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１（ａ）〜図１（ｄ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態に係るパターン形成方法および半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（第１実施形態）
図１（ａ）〜図１（ｄ）および図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図１（ａ）において、スピンコートなどの方法でＳＯＣ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｃａｒｂｏｎ）膜２を下地層１上に形成する。なお、下地層１は、半導体基板であってもよいし、配線層であってもよいし、絶縁層であってもよい。また、下地層１には段差があってもよい。次に、スピンコートなどの方法でＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜３をＳＯＣ膜２上に形成する。次に、ノズルを介してインプリント材４をＳＯＧ膜３上に塗布する。なお、インプリント材４としては、例えば、紫外線硬化樹脂を用いることができる。
次に、図１（ｂ）に示すように、テンプレート５をインプリント材４に押し当てた状態で紫外線ＥＸ１をインプリント材４に照射し、インプリント材４を硬化させることでインプリントパターン４ａを形成する。ここで、テンプレート５には凹パターン５ａが形成されている。そして、この凹パターン５ａがインプリント材４に転写されることでトップ面とボトム面を持つインプリントパターン４ａをインプリント材４に形成することができる。なお、テンプレート５の材料は、例えば、石英を用いることができる。ここで、下地層１に段差があると、段差の下面におけるインプリントパターン４ａのボトム面の膜厚ＲＬＴ２は、段差の上面におけるインプリントパターン４ａのボトム面の膜厚ＲＬＴ１より厚くなる。
次に、図１（ｃ）に示すように、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはＣＶＤなどの方法でインプリントパターン４ａの凹凸に沿うように保護膜６を形成する。この時、保護膜６にはオーバーハング形状を持たせ、インプリントパターン４ａのボトム面よりもトップ面において保護膜６の膜厚を厚くすることができる。例えば、インプリントパターン４ａのボトム面とトップ面における保護膜６の膜厚比を１：２に設定することができる。この時、インプリントパターン４ａのボトム面に３０％のオーバーエッチを行った場合においても、インプリントパターン４ａのトップ面に保護膜６を残すことができる。保護膜６にオーバーハング形状を持たせるために、保護膜６の埋め込み性が低くなるように成膜条件を設定することができる。例えば、保護膜６のカバレッジが５０％〜６０％の範囲内になるように成膜条件を設定することができる。保護膜６はインプリント材４よりもエッチレートが低い材料を選択することができる。例えば、インプリント材４が有機膜の場合、保護膜６はＳｉＯ２またはＳｉＮなどの無機膜を用いることができる。保護膜６の成膜温度は、インプリント材４のベーク温度以下に設定することができる。例えば、ＣＶＤにてＳｉＮからなる保護膜６を成膜する場合、成膜温度を７０〜８０℃の範囲内に設定することができる。
次に、図１（ｄ）に示すように、ＲＩＥなどの異方性エッチングにて保護膜６をエッチバックする。この時、インプリントパターン４ａのトップ面に保護膜６を残したまま、インプリントパターン４ａのボトム面の保護膜６を除去することができる。
【０００９】
次に、図２（ａ）に示すように、ＲＩＥなどの異方性エッチングにてインプリント材４を深さ方向にエッチングし、インプリントパターン４ａのボトム面を貫通させることで、インプリントパターン４ａに開口部４ｂを形成する。ここで、段差の下面におけるインプリントパターン４ａのボトム面の膜厚ＲＬＴ２は、段差の上面におけるインプリントパターン４ａのボトム面の膜厚ＲＬＴ１より厚いので、段差の上面におけるインプリントパターン４ａのボトム面が抜けても、段差の下面におけるインプリントパターン４ａのボトム面が抜けるまでインプリント材４のエッチングが続行される。この時、インプリントパターン４ａのトップ面を保護膜６で覆うことにより、段差の上面におけるインプリントパターン４ａのボトム面が抜けた後にインプリント材４のエッチングが続行された場合においても、段差の上面におけるインプリントパターン４ａのトップ面の肩落ちを防止することができる。このため、インプリントパターン４ａの形状を維持しつつ、インプリントパターン４ａの形成後にインプリント材４をエッチングすることができ、インプリントパターン４ａのボトム面のインプリント材４を除去することができる。
次に、図２（ｂ）に示すように、インプリント材４から保護膜６を除去する。次に、開口部４ｂを介してＳＯＧ膜３をエッチングすることにより、ＳＯＧ膜３に開口部３ａを形成する。なお、インプリント材４から保護膜６を除去することなく、ＳＯＧ膜３をエッチングするようにしてもよい。ただし、この場合は、図１（ａ）の工程で保護膜６の膜厚分だけインプリントパターン４ａが後退するように、インプリントパターン４ａの設計寸法を定めることが好ましい。
次に、図２（ｃ）に示すように、開口部３ａを介してＳＯＣ膜２をエッチングすることにより、ＳＯＣ膜２に開口部２ａを形成する。
次に、図２（ｄ）に示すように、開口部２ａを介して下地層１をエッチングすることにより、下地層１に開口部１ａを形成する。なお、この開口部１ａは、コンタクトホールに用いてもよいし、ＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）に用いてもよいし、埋め込み配線に用いてもよい。  
なお、上述した実施形態では、下地層１を加工するためにＳＯＣ膜２およびＳＯＧ膜３を下地層１に形成する方法について説明したが、ＳＯＣ膜２およびＳＯＧ膜３を下地層１に形成することなく、インプリントパターン４ａを用いて下地層１を加工するようにしてもよい。
【００１０】
（第２実施形態）
図３（ａ）〜図３（ｅ）および図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第２実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。
図３（ａ）において、スピンコートなどの方法でＳＯＣ膜１２を下地層１１上に形成する。次に、スピンコートなどの方法でＳＯＧ膜１３をＳＯＣ膜１２上に形成する。スピンコートなどの方法でレジスト材１４をＳＯＧ膜１３上に塗布する。この時、レジスト材１４の膜厚ＤＨ１は５０ｎｍ以上に設定することができる。次に、図３（ｂ）に示すように、露光マスク１５を介して露光光ＥＸ２をレジスト材１４に照射することで、レジスト材１４に潜像１４´を形成する。なお、露光光ＥＸ２は、例えば、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ）光を用いることができる。ここで、露光マスク１５には遮光パターン１５ａが形成されている。そして、この遮光パターン１５ａがレジスト材１４に転写されることで潜像１４´をレジスト材１４に形成することができる。
次に、図３（ｃ）に示すように、潜像１４´が形成されたレジスト材１４を現像することでレジストパターン１４ａをレジスト材１４に形成する。この時、例えば、ＥＵＶ光では露光深さ限界が２５ｎｍ程度となり、レジストパターン１４ａの深さＤＨ２は２５ｎｍ程度となる。
次に、図３（ｄ）に示すように、ＣＶＤなどの方法でレジストパターン１４ａの凹凸に沿うように保護膜１６を形成する。この時、保護膜１６には、オーバーハング形状を持たせ、レジストパターン１４ａのボトム面よりもトップ面において保護膜１６の膜厚を厚くすることができる。例えば、レジストパターン１４ａのボトム面とトップ面における保護膜１６の膜厚比を１：２に設定することができる。保護膜１６はレジスト材１４よりもエッチレートが低い材料を選択することができる。例えば、レジスト材１４が有機膜の場合、保護膜１６はＳｉＯ２またはＳｉＮなどの無機膜を用いることができる。保護膜１６の成膜温度は、レジスト材１４のベーク温度以下に設定することができる。例えば、ＣＶＤにてＳｉＮからなる保護膜１６を成膜する場合、成膜温度を７０〜８０℃の範囲内に設定することができる。
次に、図３（ｅ）に示すように、ＲＩＥなどの異方性エッチングにて保護膜１６をエッチバックする。この時、レジストパターン１４ａのトップ面に保護膜１６を残したまま、レジストパターン１４ａのボトム面の保護膜１６を除去することができる。
【００１１】
次に、図４（ａ）に示すように、ＲＩＥなどの異方性エッチングにてレジスト材１４を深さ方向にエッチングし、レジストパターン１４ａのボトム面を貫通させることで、レジストパターン１４ａに開口部１４ｂを形成する。この時、レジストパターン１４ａのトップ面を保護膜１６で覆うことにより、レジストパターン１４ａのトップ面を後退させることなく、レジストパターン１４ａのボトム面を後退させることができる。このため、レジストパターン１４ａの微細化に対応しつつ、露光光ＥＸ２の露光深さ限界を超えてレジストパターン１４ａの深さを増大させることができる。
次に、図４（ｂ）に示すように、レジスト材１４から保護膜１６を除去する。次に、開口部１４ｂを介してＳＯＧ膜１３をエッチングすることにより、ＳＯＧ膜１３に開口部１３ａを形成する。なお、レジスト材１４から保護膜１６を除去することなく、ＳＯＧ膜１３をエッチングするようにしてもよい。ただし、この場合は、図３（ｃ）の工程で保護膜１６の膜厚分だけレジストパターン１４ａが後退するように、レジストパターン１４ａの設計寸法を定めることが好ましい。
次に、図４（ｃ）に示すように、開口部１３ａを介してＳＯＣ膜１２をエッチングすることにより、ＳＯＣ膜１２に開口部１２ａを形成する。
次に、図４（ｄ）に示すように、開口部１２ａを介して下地層１１をエッチングすることにより、下地層１１に開口部１１ａを形成する。この開口部１１ａの径は２０ｎｍ以下に設定することができる。この時、この開口部１１ａのアスペクト比は３以上にすることができ、開口部１１ａの深さを６０ｎｍ以上に設定することができる。
ここで、レジストパターン１４ａの深さを増大させることで、レジストパターン１４ａのエッチング耐性を向上させることができる。このため、加工パターンの寸法精度を低下させることなく、加工パターンのアスペクト比を増大させることができる。また、レジスト材１４下にＳＯＣ膜１２を設けることにより、レジスト材１４を透過した露光光ＥＸ２を吸収させることができる。このため、レジスト材１４を透過した露光光ＥＸ２が反射されてレジスト材１４に戻るのを防止することができ、レジスト材１４の露光精度を向上させることができる。
なお、上述した実施形態では、下地層１１を加工するためにＳＯＣ膜１２およびＳＯＧ膜１３を下地層１１に形成する方法について説明したが、ＳＯＣ膜１２およびＳＯＧ膜１３を下地層１１に形成することなく、レジストパターン１４ａを用いて下地層１１を加工するようにしてもよい。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００１３】
１、１１  下地層、２、１２  ＳＯＣ膜、３、１３  ＳＯＧ膜、４  インプリント材、１４  レジスト材、６、１６  保護膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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