(57)【要約】【課題】サイドウォール膜の上面の過度な傾斜を抑制すること。【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板上に被加工層を形成する工程と、被加工層上に第１有機膜および第２有機膜を順次形成する工程と、第３有機膜からなる第１マスク膜を、第２有機膜上に形成する工程と、第１マスク膜をマスクとして第２有機膜をエッチングして、第１の幅を有する第２マスク膜を形成する第１エッチング工程と、第１エッチング工程に連続して第１有機膜をエッチングして、第１の幅を有し側面が露出する第３マスク膜を形成する第２エッチング工程と、第３マスク膜の側面を縮退させて、第２の幅を有する第４マスク膜を形成する第３エッチング工程と、第２マスク膜および第４マスク膜の全体を覆うように、犠牲膜を全面に形成する工程と、犠牲膜を全面エッチバックして、第４マスク膜の側面に接するサイドウォール膜を形成する工程と、第４マスク膜を除去する工程と、含む。【選択図】図５
2016021462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に被加工層を形成する工程と、
前記被加工層上に第１有機膜および第２有機膜を順次形成する工程と、
第３有機膜からなり第１の方向に延在する第１マスク膜を、前記第２有機膜上に形成する工程と、
前記第１マスク膜をマスクとして前記第２有機膜をエッチングして、前記第１の方向と直交する第２の方向に第１の幅を有する第２マスク膜を形成する第１エッチング工程と、
該第１エッチング工程に連続して前記第１有機膜をエッチングして、前記第２の方向に前記第１の幅を有し側面が露出する第３マスク膜を形成する第２エッチング工程と、
前記第３マスク膜の側面を縮退させて、前記第２の方向に第２の幅を有する第４マスク膜を形成する第３エッチング工程と、
前記第２マスク膜および前記第４マスク膜の全体を覆うように、犠牲膜を全面に形成する工程と、
前記第２マスク膜上に位置する前記犠牲膜の上端が前記第２マスク膜の底面と一致するように、前記犠牲膜を全面エッチバックして、前記第４マスク膜の側面に接するサイドウォール膜を形成する工程と、
前記第４マスク膜を除去する工程と、
含む、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記被加工層は、タングステン膜を含む金属膜からなる、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１有機膜は非感光性有機膜から成り、前記第２有機膜はシリコン含有有機膜から成り、前記第３有機膜は感光性有機膜から成る、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】
前記第１エッチング工程は、第１の異方性ドライエッチング法により前記第２有機膜をエッチングする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の異方性ドライエッチング法では、異方性ドライエッチングにフッ素含有プラズマを用いる、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２エッチング工程は、第２の異方性ドライエッチング法により前記第１有機膜をエッチングする、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の異方性ドライエッチング法では、異方性ドライエッチングに窒素／水素混合ガスプラズマを用いる、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第３エッチング工程は、等方性ドライエッチング法により前記第３マスク膜の側面をエッチングする、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記等方性ドライエッチング法では、等方性ドライエッチングに酸素／アルゴンの混合ガスプラズマを用いる、請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記犠牲膜は、シリコン酸化膜からなる、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記犠牲膜である前記シリコン酸化膜を全面に形成する工程は、ヂメチルアミノシランの表面吸着ステップと、酸化剤による吸着アミノシランの酸化ステップと、を交互に繰り返すＡＬＤ法により、前記シリコン酸化膜を形成する、請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記犠牲膜を全面エッチバックして、前記サイドウォール膜を形成する工程は、第３の異方性ドライエッチング法により前記犠牲膜をエッチバックする、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第３の異方性ドライエッチング法では、異方性ドライエッチングにフッ素プラズマを用いる、請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第４マスク膜を除去する工程は、酸素プラズマを用いるドライエッチングにより前記第４マスク膜を除去する、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、ダブルパターニング法を用いてパターンを形成する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化が進んでいる。そのため、マスクに形成されたパターンを半導体基板上に転写する単一露光方式のパターン形成方法では、微細パターンの形成が困難となっている。
【０００３】
これに対処するために、特許文献１に開示されるような、ダブルパターニング（ＤＰＴ）法が用いられている。すなわち、ＤＰＴ法は、第１の材料からなり第１ピッチで離間する複数のコアパターンを形成した後、各々のコアパターンの側面に第２の材料からなるサイドウォール膜を形成し、コアパターンを選択的に除去する。これにより、倍ピッチの微細パターンを形成することができる。このようなＤＰＴ法は、例えば、複数の同一幅の配線が同一方向に繰り返し配置されるような半導体装置の製造方法として好都合である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０４０５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、パターンが微細化されると、従来のＤＰＴ法では、サイドウォール膜を高精度に形成できないという問題が発生する。
【０００６】
詳述すると、サイドウォール膜は、コアパターンを覆うように全面にコンフォーマルに第２材料を形成した後、異方性ドライエッチング法を用いてエッチバックすることにより、形成される。この異方性ドライエッチング時に、サイドウォール膜が傾斜面で形成されてしまう。傾斜しているサイドウォールパターンをマスクとして下層膜にパターン転写を実施すると、傾斜に起因して最終的に加工したい層の加工形状が不均一になってしまう。その結果、配線抵抗などがばらつくという問題が発生する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に被加工層を形成する工程と、被加工層上に第１有機膜および第２有機膜を順次形成する工程と、第３有機膜からなり第１の方向に延在する第１マスク膜を第２有機膜上に形成する工程と、第１マスク膜をマスクとして第２有機膜をエッチングして、第１の方向と直交する第２の方向に第１の幅を有する第２マスク膜を形成する第１エッチング工程と、第１エッチング工程に連続し第１有機膜をエッチングして、第２の方向に第１の幅を有し側面が露出する第３マスク膜を形成する第２エッチング工程と、第３マスク膜の側面を縮退させて、第２の方向に第２の幅を有する第４マスク膜を形成する第３エッチング工程と、第２マスク膜および第４マスク膜の全体を覆うように、犠牲膜を全面に形成する工程と、第２マスク膜上に位置する犠牲膜の上端が第２マスク膜の底面と一致するように、犠牲膜を全面エッチバックして、第４マスク膜の側面に接するサイドウォール膜を形成する工程と、第４マスク膜を除去する工程、とを少なくとも含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、サイドウォール膜の上面の過度な傾斜を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の一実施例による製造方法が適用される半導体装置としてのＤＲＡＭメモリセルの平面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＡ−Ａ’線上の断面図である。
【図１Ｃ】図１ＡのＢ−Ｂ’線上の断面図である。
【図２】本発明の一実施例よる半導体装置の製造方法における、半導体基板上に、被加工層、ハードマスク膜、第１有機膜、第２有機膜、および第３有機膜のライン／スペースパターンを形成する工程を示す断面図である。
【図３】本発明の一実施例よる半導体装置の製造方法における、第１エッチング工程を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施例よる半導体装置の製造方法における、第２エッチング工程を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施例よる半導体装置の製造方法における、第３エッチング工程を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施例よる半導体装置の製造方法における、犠牲膜を成膜する工程を示す断面図である。
【図７】垂直側面部分をさらに詳細に示した断面図である。
【図８】本発明の一実施例よる半導体装置の製造方法における、犠牲膜をエッチバックする工程を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施例よる半導体装置の製造方法における、第４マスク膜を除去する工程を示す断面図である。
【図１０】第２ハードマスク膜をエッチングする工程を示す断面図である。
【図１１】第１ハードマスク膜をエッチングする工程を示す断面図である。
【図１２】被加工層をエッチングする工程を示す断面図である。
【図１３】比較例による半導体装置の製造方法における、第２マスク膜および第３マスク膜を形成後に、犠牲膜を成膜する工程を示す断面図である。
【図１４】比較例による半導体装置の製造方法における、犠牲膜を全面エッチバックする工程を示す断面図である。
【図１５】比較例による半導体装置の製造方法における、第３マスク膜を除去して、下層のハードマスク膜をパターン転写する工程を示す断面図である。
【図１６】比較例による半導体装置の製造方法における、被加工層を加工する工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等が異なっている。また、ＸＹＺ座標系を設定し、各構成の配置を説明する。この座標系において、Ｚ方向は半導体基板の表面に垂直な方向であり、Ｘ方向は半導体基板の表面と水平な面においてＺ方向と直交する方向であって、Ｙ方向は半導体基板の表面と水平な面においてＸ方向と直交する方向である。また、Ｘ’方向は、Ｘ方向に対して斜めに傾いた方向である。尚、Ｘ方向は第１方向とも呼ばれ、Ｙ方向は第２方向とも呼ばれる。このように、第１方向（Ｘ方向）と第２方向（Ｙ方向）とは、互いに直交している。
【００１２】
最初に、図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃを用いて、本発明の第１の実施例に係る半導体装置の製造方法が適用される半導体装置として、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）を例にとり、その構成例について説明する。
【００１３】
図１ＡはＤＲＡＭメモリセルの平面図である。図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ’線上の断面図である。図１Ｃは図１ＡのＢ−Ｂ’線上の断面図である。
【００１４】
半導体基板１０１上において、Ｙ方向に延在する第１素子分離領域１０２ＡとＸ’方向に延在する第２素子分離領域１０２Ｂとで囲まれる、複数の活性領域１０３が配置される。活性領域１０３は、Ｘ方向およびＹ方向に規則的に配置される。
【００１５】
Ｙ方向に配置される複数の活性領域１０３に跨って、２本のワード線ＷＬ１、ＷＬ２が配置される。ここでは、ワード線ＷＬ１を第１ワード線と呼び、ワード線ＷＬ２を第２ワード線と呼ぶ。第１ワード線ＷＬ１に隣接する活性領域１０３の上面には、第１容量拡散層６ａ、ビット線拡散層６ｂが各々配置される。また、第２ワード線ＷＬ２に隣接する活性領域１０３の上面には、ビット線拡散層６ｂ、第２容量拡散層６ｃが各々配置される。第１ワード線ＷＬ１、第１容量拡散層６ａ、およびビット線拡散層６ｂにより、第１トランジスタＴｒ１が構成される。また、第２ワード線ＷＬ２、ビット線拡散層６ｂ、および第２容量拡散層６ｃにより、第２トランジスタＴｒ２が構成される。
【００１６】
図１Ｂに示されるように、第１ワード線ＷＬ１および第２ワード線ＷＬ２を覆う第１層間絶縁膜１０６が配置される。第１層間絶縁膜１０６には、第１容量拡散層６ａ、第２容量拡散層６ｃの各々に接続する下部容量コンタクトプラグ１０８が配置される。また、ビット線拡散層６ｂに接続されるビット線コンタクトプラグ１０７が配置される。ビット線コンタクトプラグ１０７の上面にはＸ方向に延在するビット線１１１が配置される。ビット線１１１を覆うように第２層間絶縁膜１０９が配置される。第２層間絶縁膜１０９には各々の下部容量コンタクトプラグ１０８に接続される上部容量コンタクトプラグ１１３が配置される。第２層間絶縁膜１０９の上にシリンダ層間絶縁膜１１４が配置される。シリンダ層間絶縁膜１１４には上部容量コンタクトプラグ１１３に接続される下部電極１１５と、容量絶縁膜１１６と、上部電極１１７と、からなるキャパシタ１１８が配置される。上部電極１１７上には第３層間絶縁膜１１９が配置される。第３層間絶縁膜１１９上には配線１２０が配置される。
【００１７】
このような構成によって、全体としてＤＲＡＭメモリセルを構成する。
【００１８】
上記の構成において、第２素子分離領域１０２Ｂやビット線１１１は、同一の方向（本例では、Ｙ方向）に同一ピッチで繰り返し配置される構成を有するので、本発明の第１の実施例に係る半導体装置の製造方法を効果的に適用することができる。
【００１９】
以下、図２から図１２を用いて、本発明の第１の実施例に係る半導体装置の製造方法について説明する。ここでは、図１で説明したビット線１１１を用いて、ダブルパターニング（ＤＰＴ）法によりビット線１１１を形成する例について説明する。
【００２０】
最初に、図２を参照すると、ビット線１１１が形成される前のビット線コンタクトプラグ１０７まで形成された半導体基板１０１上に、Ｘ方向に延在するビット線１１１となる被加工層１１１Ａを形成する。被加工層１１１Ａはタングステン膜を含む金属膜からなる。被加工層１１１Ａ上に、第１ハードマスク膜２０２Ａと、第２ハードマスク膜２０２Ｂと、を順次形成する。第１ハードマスク膜２０２Ａはカーボン膜あるいはシリコン膜などからなる。第２ハードマスク膜２０２Ｂはシリコン窒化膜あるいはシリコン酸化膜などからなる。第１ハードマスク膜２０２Ａおよび第２ハードマスク膜２０２Ｂは、いずれもプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で形成することができる。第１ハードマスク膜２０２Ａと第２ハードマスク膜２０２Ｂとを合わせてハードマスク膜２０２とする。
【００２１】
次に、ハードマスク膜２０２上に、非感光性の第１有機膜２０４Ａと、第２有機膜２０５Ａとを順次形成する。第２有機膜２０５Ａはシリコン（Ｓｉ）含有有機膜からなる。第１有機膜２０４Ａおよび第２有機膜２０５Ａは、いずれも回転塗布法で形成することができる。
【００２２】
次に、第２有機膜２０５Ａ上に、リソグラフィ法により第３有機膜のライン／スペースパターン２０６を形成する。第３有機膜は感光性有機膜（ホトレジスト）からなる。ライン／スペースパターン２０６はＸ方向に延在する第１マスク膜２０６を構成する。
【００２３】
本例では、第１マスク膜２０６の配置ピッチＬは、例えば８０ｎｍとする。また、第１マスク膜２０６のＹ方向の幅（第１の幅）Ｗ１は２８ｎｍとする。第１マスク膜２０６のＹ方向の幅Ｗ１は１２Ｌ／３６〜１３Ｌ／３６の範囲内とすることが好ましい。さらに、第１有機膜２０４Ａの厚さＤ１は２Ｌ／４より大きく３Ｌ／４以下の範囲内とすることが好ましい。ここでは、厚さＤ１を例えば５０ｎｍとする。
【００２４】
次に、図３を参照すると、第１マスク膜２０６をマスクとする異方性ドライエッチング法により、第２有機膜２０５Ａをエッチングする第１エッチング工程を実施する。この異方性ドライエッチングには、例えばテトラフロロカーボン（ＣＦ４）ガスによるフッ素含有プラズマを用いる。これにより、第２有機膜２０５ＡからなりＹ方向の幅がＷ１となる第２マスク膜２０５が形成される。
【００２５】
次に、図４を参照すると、第１マスク膜２０６および第２マスク膜２０５をマスクとする異方性ドライエッチング法により、第１有機膜２０４Ａをエッチングする第２エッチング工程を実施する。この異方性ドライエッチングには、窒素（Ｎ２）／水素（Ｈ２）混合ガスプラズマを用いる。これにより、第１有機膜２０４ＡからなりＹ方向の幅がＷ１となる第３マスク膜２０４Ｂが形成される。第３マスク膜２０４Ｂには、第２ハードマスク膜２０２Ｂの上面に接する垂直な側面が形成される。
【００２６】
第３マスク膜２０４Ｂは、Ｙ方向で対向する第１側面２０４ａと第２側面２０４ｂとを有している。また、第２マスク膜２０５は、Ｙ方向で対向する第１側面２０５ａと第２側面２０５ｂとを有している。第２マスク膜２０５と第３マスク膜２０４Ｂとの組み合わせを、第１マスクパターンＰＴ１および第２マスクパターンＰＴ２とする。
【００２７】
次に、図５を参照すると、第２マスク膜２０５をマスクとする等方性ドライエッチング法により、第３マスク膜２０４Ｂの第１側面２０４ａおよび第２側面２０４ｂをエッチングする第３エッチング工程を実施する。この等方性ドライエッチングには、酸素（Ｏ２）／アルゴン（Ａｒ）の混合ガスプラズマを用いる。
【００２８】
この等方性ドライエッチングでは、Ｓｉ含有有機膜からなる第２マスク２０５およびシリコン窒化膜からなる第２ハードマスク膜２０２Ｂは、エッチングされない。したがって、第３マスク膜２０４Ｂが選択的にエッチングされ、元の第１側面２０４ａ、第２側面２０４ｂから縮退される。Ｙ方向の縮退量Ｓ１およびＳ２は、各々４ｎｍとなるようにエッチングする。
【００２９】
両側（Ｓ１+Ｓ２）で８ｎｍ縮退し、Ｙ方向の幅Ｗ２が２０ｎｍとなる第４マスク膜２０４−１、２０４−２が形成される。幅Ｗ２は、Ｌ／４となる。これにより、幅Ｗ１が２８ｎｍとなる第２マスク膜２０５の下に、幅Ｗ２が２０ｎｍとなる断面がＴ字状の第１マスクパターンＰＴ１および第２マスクパターンＰＴ２が形成される。各々のマスクパターンＰＴは、Ｙ方向の中心線に対し線対称の断面形状となる。
【００３０】
さらに詳細に説明すると、例えば、第１マスクパターンＰＴ１は、Ｙ方向に対向する第１側面２０５ａａおよび第２側面２０５ｂａを有する第２マスク膜２０５−１と、第１側面２０４ａａおよび第２側面２０４ｂａを有する第４マスク膜２０４−１と、からなる。第４マスク膜２０４−１の第１側面２０４ａａは、第２マスク膜２０５−１の第１側面２０５ａａよりＳ１だけ中心側に縮退しており、第２マスク膜２０５−１の底面２０５ｄの一部が露出している。すなわち、第２マスク膜２０５−１の第１側面２０５ａａは、第４マスク膜２０４−１の第１側面２０４ａａから突き出る構成となっている。第１マスクパターンＰＴ１の第２側面２０５ｂａも同様の構成となっている。
【００３１】
同様に、第２マスクパターンＰＴ２は、Ｙ方向に対向する第１側面２０５ａｂおよび第２側面２０５ｂｂを有する第２マスク膜２０５−２と、第１側面２０４ａｂおよび第２側面２０４ｂｂを有する第４マスク膜２０４−２と、からなる。
【００３２】
次に、図６を参照すると、第１マスクパターンＰＴ１および第２マスクパターンＰＴ２を覆うように、段差被覆性に優れたシリコン酸化膜からなる犠牲膜２０７を成膜する。シリコン酸化膜２０７の厚さはＬ／４とする。本実施例の場合、シリコン酸化膜２０７を２０ｎｍで成膜する。
【００３３】
犠牲膜２０７を構成するシリコン酸化膜は、例えばヂメチルアミノシラン（ＳｉＨ３（Ｎ（ＣＨ3）2）の表面吸着ステップと、オゾン（Ｏ3）などの酸化剤による吸着アミノシランの酸化ステップと、を交互に繰り返すＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法により形成する。この場合、第２マスク膜２０５および第４マスク膜２０４−１、２０４−２が有機物で構成されているので、熱変形を防止するために１００℃程度の温度で成膜する。圧力は６０Ｐａ程度とする。これにより、犠牲膜２０７は、いずれの部分にもＬ／４の厚さで成膜される。
【００３４】
すなわち、第２ハードマスク膜２０２Ｂの上面２０２Ｂａ、第４マスク膜２０４−１の側面２０４ａａ、２０４ｂａ、第２マスク膜２０５−１の側面２０５ａａ、２０５ｂａおよび上面２０５ｃのいずれにも、厚さＬ／４の犠牲膜２０７が成膜される。この結果、隣接マスクパターンの間（第１マスクパターンＰＴ１と第２マスクパターンＰＴ２との間）には、側面が曲面で構成される凹部Ｖ０１が形成される。
【００３５】
図２で説明したように、本実施例では第４マスク膜２０４−１を構成する第１有機膜２０４Ａの厚さＤ１を５０ｎｍで形成している。したがって、凹部Ｖ０１の底部には、高さが１０ｎｍとなる垂直側面部分Ｖが存在する。凹部Ｖ０１内において、対向する垂直側面部分Ｖの間隔はＬ／４となる。
【００３６】
図７は、垂直側面部分Ｖをさらに詳細に示した断面図である。図２で説明したように、第１有機膜２０４Ａの厚さＤ１の範囲は、２Ｌ／４より厚く３Ｌ／４以下としている。
【００３７】
図６には、厚さＤ１が２Ｌ／４に近い状態を示しており、図７には、厚さＤ１が３Ｌ／４に近い状態を示している。両者の違いは、凹部Ｖ０１内における垂直側面部分Ｖの高さに差が生じることにある。第１有機膜２０４Ａの厚さＤ１が大きいほど、垂直側面部分Ｖの高さが高くなる。
【００３８】
犠牲膜２０７の形成領域を深さ方向に分割すると、第２マスク膜２０５の上方に形成され正曲面２０７Ａを有する第１領域ＡＲ１と、第２マスク膜２０５の底面２０５ｄを中心に形成され負曲面２０７Ｂを有する第２領域ＡＲ２と、第４マスク膜２０４−１の側面２０４ｂａに形成され垂直側面部分Ｖを有する第３領域ＡＲ３と、第２ハードマスク膜２０２Ｂ上に形成され平坦面を有する第４領域ＡＲ４とが存在する。
【００３９】
図７でＤ１を３Ｌ／４（６０ｎｍ）とすると、垂直側面部分Ｖの高さはおよそ２０ｎｍ（Ｌ／４）となる。
【００４０】
次に、図８を参照すると、犠牲膜２０７を全面に形成した後、フッ素プラズマを用いる異方性ドライエッチング法により、犠牲膜２０７の上端２０７ｕが第２マスク膜２０５の底面２０５ｄの位置に一致するように、犠牲膜２０７をエッチバックする。これにより、第４マスク膜２０４−１、２０４−２の側面には、犠牲膜２０７からなるサイドウォール膜２０７Ｓが形成される。
【００４１】
サイドウォール膜２０７Ｓを形成することにより、第１マスクパターンＰＴ１と第２マスクパターンＰＴ２との間には、幅がＬ／４となる凹部Ｖ０１が形成される。
【００４２】
なお、図８では、サイドウォール膜２０７Ｓとの関連を明確にするため、第２マスク膜２０５−１が残存しているように記載しているが、犠牲膜２０７のエッチバック時に消滅している。サイドウォール膜２０７Ｓは、第１マスクパターンＰＴ１の第４マスク膜２０４−１の第１側面２０４ａａおよび第２側面２０４ｂａに接して形成される。また、サイドウォール膜２０７Ｓの上面の一部は、第２マスク膜２０５−１の底面２０５ｄに接している。底面２０５ｄは水平面で構成されているので、サイドウォール膜２０７Ｓの上面は水平面を含んで構成されている。
【００４３】
後述する比較例では、サイドウォール膜２０７Ｓの上面が傾斜面のみで構成されるために、最終的に形成される被加工層のパターンが変形する問題が生じる。しかしながら、本実施例では、サイドウォール膜２０７Ｓの上面が傾斜面と水平面とで構成されるので、上記の問題を抑制することができる。
【００４４】
次に、図９を参照すると、上面が露出している第４マスク膜２０４−１、２０４−２を、酸素プラズマを用いるドライエッチングにより、除去する。これにより、幅がＬ／４のサイドウォール膜２０７Ｓと、同じく幅がＬ／４となる凹部Ｖ０２およびＶ０１と、が交互に配置されたマスクパターンが形成される。すなわち、ピッチＬで配置された２つのコアパターンを基に、自己整合でＬ／２ピッチのマスクパターンを形成することができる。サイドウォール膜２０７Ｓは第５マスク膜２０７Ｔとなる。
【００４５】
このように、本実施例による半導体装置の製造方法は、半導体基板（１０１）上に被加工層（１１１Ａ）を形成する工程と、被加工層（１１１Ａ）上に第１有機膜（２０４Ａ）および第２有機膜（２０５Ａ）を順次形成する工程と、第３有機膜からなり第１の方向（Ｘ）に延在する第１マスク膜（２０６）を、第２有機膜（２０５Ａ）上に形成する工程と、第１マスク膜（２０６）をマスクとして第２有機膜（２０５Ａ）をエッチングして、第１の方向と直交する第２の方向（Ｙ）に第１の幅（Ｗ１）を有する第２マスク膜（２０５）を形成する第１エッチング工程と、この第１エッチング工程に連続して第１有機膜（２０４Ａ）をエッチングして、第２の方向（Ｙ）に第１の幅（Ｗ１）を有し側面が露出する第３マスク膜（２０４Ｂ）を形成する第２エッチング工程と、第３マスク膜（２０４Ｂ）の側面を縮退させて、第２の方向（Ｙ）に第２の幅（Ｗ２）を有する第４マスク膜（２０４−１、２０４−２）を形成する第３エッチング工程と、第２マスク膜（２０５）および第４マスク膜（２０４−１、２０４−２）の全体を覆うように、犠牲膜（２０７）を全面に形成する工程と、第２マスク膜（２０５）上に位置する犠牲膜（２０７）の上端（２０７ｕ）が第２マスク膜の底面（２０５ｄ）と一致するように、犠牲膜（２０７）を全面エッチバックして、第４マスク膜の側面（２０４ａ、２０４ｂ）に接するサイドウォール膜（２０７Ｓ）を形成する工程と、第４マスク膜（２０４−１、２０４−２）を除去する工程と、含む。
【００４６】
次に、図１０を参照すると、Ｌ／２ピッチの第５マスク膜２０７Ｔをマスクとする異方性ドライエッチング法により、シリコン窒化膜からなる第２ハードマスク膜２０２Ｂをエッチングする。この異方性ドライエッチングではフッ素含有プラズマを用いる。これにより、幅がＬ／４の第２ハードマスクパターン２０２Ｂｂが形成される。その後、第５マスク膜２０７Ｔを除去する。
【００４７】
次に、図１１に示すように、第２ハードマスクパターン２０２Ｂｂをマスクとする異方性ドライエッチング法により、非晶質カーボン膜からなる第１ハードマスク膜２０２Ａをエッチングする。この異方性エッチングでは酸素含有プラズマを用いる。これにより、幅がＬ／４となる第１ハードマスクパターン２０２Ａａが形成される。
【００４８】
次に、図１２に示すように、第１ハードマスクパターン２０２Ａａおよび第２ハードマスクパターン２０２Ｂｂをマスクとする異方性ドライエッチング法により、被加工層１１１Ａをエッチングする。これにより、幅およびスペースがＬ／２となる金属配線パターン１１１が形成される。
【００４９】
上述したように、本実施例では、第１有機膜２０４Ａからなる第４マスク２０４−１、２０４−２膜上に、第４マスク膜より幅の広い第２有機膜２０５Ａからなる第２マスク膜２０５を積層した、Ｔ字状のマスクを覆うように、犠牲膜２０７を形成している。これにより、サイドウォール膜２０７Ｓを形成する際の全面エッチバックにおいて、犠牲膜２０７の上面傾斜を抑制すると共に、第２マスク膜２０５の底面に接する部分を平坦面とすることができる。したがって、サイドウォール膜２０７Ｓの上面の過度な傾斜が抑制され、下層膜へのパターン転写を高精度に実施することができる。
【００５０】
［比較例］
次に、図１３〜図１６を用いて、上記実施例に対する比較例を説明する。本比較例は、第１有機膜からなる第３マスク膜２０４Ｂと、第２有機膜からなる第２マスク膜２０５とが、同一の幅の状態で、犠牲膜２０７を形成する場合の例である。各部のサイズ等は実施例と同じである。
【００５１】
上記実施例の図４と同様に、図１３に示すように、第２マスク膜２０５および第３マスク膜２０４Ｂを形成した後、シリコン酸化膜からなる犠牲膜２０７を厚さＬ／４で成膜する。
【００５２】
次に、図１４に示すように、フッ素含有プラズマを用いる異方性ドライエッチング法により、犠牲膜２０７を全面エッチバックする。これにより、第３マスク膜２０４Ｂの側面にサイドウォール膜２０７Ｓが形成される。しかしながら、この時、前述の実施例と異なり、第２マスク膜２０５の横方向突き出し部がないため、サイドウォール膜２０７Ｓの上面は完全傾斜面となる。場合によっては、第２ハードマスク膜２０２Ｂに接するサイドウォール膜２０７Ｓの寸法が、Ｌ／４より小さくなる寸法変動が生じてしまう。
【００５３】
次に、図１５に示すように、第３マスク膜２０４Ｂを除去して、下層のハードマスク膜２０２Ｂ，２０２Ａにパターンを転写すると、サイドウォール膜２０７Ｓの寸法変動に起因して、ハードマスクパターン２０２Ｂｂ、２０２Ａａの寸法も変動してしまう。
【００５４】
結果的に、図１６に示すように、被加工層２０１Ａの加工においても、変動したハードマスクパターン２０２Ｂｂ、２０２Ａａの寸法のまま、パターンが転写される。それにより、幅が異なったり、端部が肩落ちする、歪んだ金属配線２０１が形成されてしまう問題がある。
【００５５】
以上、実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しえる様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５６】
６ａ    第１容量拡散層
６ｂ    ビット線拡散層
６ｃ    第２容量拡散層
１０１    半導体基板
１０２Ａ    第１素子分離領域
１０２Ｂ    第２素子分離領域
１０３    活性領域
１０６    第１層間絶縁膜
１０７    ビット線コンタクトプラグ
１０８    下部容量コンタクトプラグ
１０９    第２層間絶縁膜
１１１    ビット線〈金属配線パターン〉
１１１Ａ    被加工層
１１３    上部容量コンタクトプラグ
１１４    シリンダ層間絶縁膜
１１５    下部電極
１１６    容量絶縁膜
１１７    上部電極
１１８    キャパシタ
１１９    第３層間絶縁膜
１２０    配線
２０２    ハードマスク膜
２０２Ａ    第１ハードマスク膜
２０２Ａａ    第１ハードマスクパターン
２０２Ｂ    第２ハードマスク膜
２０２Ｂａ    上面
２０２Ｂｂ    第２ハードマスクパターン
２０４Ａ    第１有機膜
２０４Ｂ    第３マスク膜
２０４ａ    第１側面
２０４ｂ    第２側面
２０４−１    第４マスク膜
２０４−２    第４マスク膜
２０４ａａ    第１側面
２０４ａｂ    第１側面
２０４ｂａ    第２側面
２０４ｂｂ    第２側面
２０５    第２マスク膜
２０５ａ    第１側面
２０５ｂ    第２側面
２０５−１    第２マスク膜
２０５−２    第２マスク膜
２０５ａａ    第１側面
２０５ａｂ    第１側面
２０５ｂａ    第２側面
２０５ｂｂ    第２側面
２０５ｃ    上面
２０５ｄ    底面
２０５Ａ    第２有機膜
２０６    第３有機膜のライン／スペースパターン（第１マスク膜）
２０７    犠牲膜（シリコン酸化膜）
２０７Ａ    正曲面
２０７Ｂ    負曲面
２０７Ｓ    サイドウォール膜
２０７Ｔ    第５マスク膜
Ｔｒ１    第１トランジスタ
Ｔｒ２    第２トランジスタ
ＷＬ１    第１ワード線
ＷＬ２    第２ワード線
ＰＴ１    第１マスクパターン
ＰＴ２    第２マスクパターン
ＡＲ１    第１領域
ＡＲ２    第２領域
ＡＲ３    第３領域
ＡＲ４    第４領域
Ｖ０１    凹部
Ｖ０２    凹部
Ｖ        垂直側面部分
【図１Ａ】
2016021462.tif 000003
【図１Ｂ】
2016021462.tif 000004
【図１Ｃ】
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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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