JP2007335660A - Method of forming pattern of semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of forming a wiggle-shaped pattern of a semiconductor device not by lithography. <P>SOLUTION: The method of forming a pattern of a semiconductor device comprises steps of depositing a processing film on a semiconductor substrate, depositing a mask film having a varying etching characteristic on the processing film by doping an impurity in the processing film, forming a line pattern on the mask film, selectively doping an impurity in a desired region of the mask film having the line pattern formed thereon to provide a varying etching rate, forming a mask pattern having partially different line widths and including a wiggle shape by selectively etching the line pattern of the mask film, and forming a wiggle shaped pattern by etching the processing film with the mask pattern used as a mask. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置のパターン形成方法に係り、特に、ウィグル形状を含むパターン形成方法に関する。   The present invention relates to a pattern formation method for a semiconductor device, and more particularly to a pattern formation method including a wiggle shape.

半導体装置が微細化するとともに、各種のパターンをレイアウトする上で及び/又は各パターンの機能を考慮して、各パターンを直線的な形状にするよりも太い部分と細い部分とが混在するウィグル形状のパターンにすることが好ましい場合がある。例えば、ゲート電極からなるワード線がその一例である。従来技術では、ウィグル形状の、例えば、ゲート電極パターンは、リソグラフィによりパターニングして形成されている。   In addition to miniaturization of semiconductor devices and the layout of various patterns and / or considering the function of each pattern, a wiggle shape in which a thick portion and a thin portion are mixed rather than a linear shape of each pattern. It may be preferable to use this pattern. For example, a word line composed of a gate electrode is an example. In the prior art, a wiggle-shaped, for example, gate electrode pattern is formed by patterning by lithography.

リソグラフィによりウィグル形状のパターンを形成するための改善された1つの技術が、特許文献1に開示されている。この技術では、三角形状の折れ曲りを有するウィグル形状をパターニングするために、斜め成分と垂直及び水平成分とを組み合せて全体として三角形状の折れ曲り部分を形成したマスクを使用している。しかし、このプロセスでは、リソグラフィにより複雑なパターンを形成しなくてはならず、リソグラフィのマージン(露光マージン、フォーカスマージン)を十分に確保することが出来ない。
特開平10−65027号公報
One improved technique for forming a wiggle shaped pattern by lithography is disclosed in US Pat. In this technique, in order to pattern a wiggle shape having a triangular bent shape, a mask in which an oblique component and a vertical and horizontal component are combined to form a triangular bent portion as a whole is used. However, in this process, a complicated pattern must be formed by lithography, and a lithography margin (exposure margin, focus margin) cannot be secured sufficiently.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-65027

本発明は、リソグラフィによらないでウィグル形状パターンを形成する半導体装置のパターン形成方法を提供する。   The present invention provides a pattern forming method for a semiconductor device that forms a wiggle-shaped pattern without using lithography.

本発明の1態様による半導体装置のパターン形成方法は、半導体基板の上方に被加工膜を堆積する工程と、前記被加工膜上に不純物を添加することによりエッチング特性が変化するマスク膜を堆積する工程と、前記マスク膜にラインパターンを形成する工程と、前記ラインパターンを形成したマスク膜の所望の領域にエッチング速度を変化させる不純物を選択的に添加する工程と、前記マスク膜からなる前記ラインパターンを選択的にエッチングして部分的に線幅の異なるウィグル形状を含むマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングしてウィグル形状パターンを形成する工程とを具備する。   According to one aspect of the present invention, there is provided a pattern forming method for a semiconductor device, the step of depositing a film to be processed above a semiconductor substrate, and the step of depositing a mask film whose etching characteristics are changed by adding an impurity onto the film to be processed. A step of forming a line pattern on the mask film, a step of selectively adding an impurity that changes an etching rate to a desired region of the mask film on which the line pattern is formed, and the line of the mask film A step of selectively etching the pattern to form a mask pattern including a wiggle shape partially different in line width; and a step of etching the film to be processed using the mask pattern as a mask to form a wiggle shape pattern. It has.

本発明の他の1態様による半導体装置のパターン形成方法は、半導体基板の上方に被加工膜を堆積する工程と、前記被加工膜上に不純物を添加することによりエッチング特性が変化するマスク膜を堆積する工程と、前記マスク膜にエッチング速度を変化させる不純物をラインパターン状に添加する工程と、前記マスク膜の前記不純物を添加した前記ラインパターンに隣接する所望の領域に前記不純物を選択的に添加する工程と、前記マスク膜を選択的にエッチングして部分的に線幅の異なるウィグル形状を含むマスクパターンを形成する工程と、前記マスクパターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングしてウィグル形状パターンを形成する工程とを具備する。   According to another aspect of the present invention, there is provided a pattern forming method for a semiconductor device, comprising: depositing a film to be processed on a semiconductor substrate; and a mask film whose etching characteristics are changed by adding an impurity to the film to be processed. A step of depositing, a step of adding an impurity that changes an etching rate to the mask film in a line pattern, and a step of selectively adding the impurity to a desired region of the mask film adjacent to the line pattern to which the impurity is added. A step of adding, a step of selectively etching the mask film to form a mask pattern including a wiggle shape having partially different line widths, and a wiggle shape by etching the film to be processed using the mask pattern as a mask Forming a pattern.

本発明によって、リソグラフィによらないでウィグル形状パターンを形成する半導体装置のパターン形成方法が提供される。   According to the present invention, there is provided a pattern forming method of a semiconductor device that forms a wiggle shape pattern without using lithography.

本発明の実施形態を、添付した図面を参照して以下に詳細に説明する。図では、対応する部分は、対応する参照符号で示している。以下の実施形態は、一例として示されたもので、本発明の精神から逸脱しない範囲で種々の変形をして実施することが可能である。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the figure, corresponding parts are indicated by corresponding reference numerals. The following embodiment is shown as an example, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

本発明は、線幅の太い部分と細い部分とが混在するウィグル形状パターンをリソグラフィによらないで形成する半導体装置の製造方法を開示する。   The present invention discloses a method of manufacturing a semiconductor device in which a wiggle-shaped pattern in which a portion having a large line width and a portion having a thin line width are mixed is formed without using lithography.

ここでは、ゲート電極をウィグル形状パターンに形成する場合を例に、種々の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するが、これらに限定されることはない。   Here, the method for forming a pattern of a semiconductor device according to various embodiments will be described by taking as an example the case where the gate electrode is formed in a wiggle shape pattern, but is not limited thereto.

本発明の実施形態によれば、リソグラフィによりマスク膜にストレートパターンをパターニングした後、又はストレートパターンの潜像を形成した後で、ウィグルの突起部又は凹み部をリソグラフィ以外の方法、例えば、イオン注入を用いる方法で付加することによりウィグル形状を有するハードマスクパターンを形成する。これにより、リソグラフィに依存せずに線幅の異なる部分を有するウィグル形状パターンを形成することができる。   According to an embodiment of the present invention, after patterning a straight pattern on a mask film by lithography, or after forming a latent image of a straight pattern, a wiggle protrusion or recess is formed by a method other than lithography, such as ion implantation. A hard mask pattern having a wiggle shape is formed by adding by a method using. As a result, a wiggle-shaped pattern having portions with different line widths can be formed without depending on lithography.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態は、被加工膜上に形成したマスク膜にリソグラフィにより形成したストレートパターンを利用して、不純物注入とエッチングによりウィグルの突起部を追加加工することでウィグル形状パターンを形成する半導体装置のパターン形成方法の一例である。
(First embodiment)
The first embodiment of the present invention uses a straight pattern formed by lithography on a mask film formed on a film to be processed, and additionally processes a wiggle protrusion by impurity implantation and etching to form a wiggle shape pattern. It is an example of the pattern formation method of the semiconductor device to form.

本実施形態では、被加工膜をパターニングする際にハードマスクとして用いるマスク膜の所望の領域に、選択的に不純物を添加してマスク膜のエッチング特性を変えることにより所望のウィグル形状パターンを形成する。本実施形態による半導体装置のウィグル形状を有するゲート電極のパターン形成方法の一例を、図1から図5を参照して説明する。各図(a)は、平面図であり、各図(b)は、(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。   In this embodiment, a desired wiggle shape pattern is formed by selectively adding impurities to a desired region of a mask film used as a hard mask when patterning a film to be processed to change the etching characteristics of the mask film. . An example of a method of forming a pattern of a gate electrode having a wiggle shape of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Each drawing (a) is a plan view, and each drawing (b) is a process cross-sectional view along the cutting line XX shown in (a).

図1を参照して、半導体基板10上にゲート絶縁膜12を介して第1及び第2のゲート電極材料14,16、キャップ絶縁膜18及びマスク膜20を堆積する。半導体基板10として、例えば、シリコン基板を使用することができる。ゲート絶縁膜12として、例えば、シリコン酸化膜(SiO膜)を使用することができる。第1のゲート電極材料14として、ドーパント、例えば、リン(P)を高濃度にドープしたポリシリコンを、第2のゲート電極材料16として、例えば、タングステンシリサイド(WSi)を使用することができる。キャップ絶縁膜18は、例えば、シリコン窒化膜(Si膜)を使用することができる。 Referring to FIG. 1, first and second gate electrode materials 14, 16, a cap insulating film 18 and a mask film 20 are deposited on a semiconductor substrate 10 via a gate insulating film 12. As the semiconductor substrate 10, for example, a silicon substrate can be used. As the gate insulating film 12, for example, a silicon oxide film (SiO 2 film) can be used. As the first gate electrode material 14, a dopant, for example, polysilicon doped with phosphorus (P) at a high concentration, and as the second gate electrode material 16, for example, tungsten silicide (WSi) can be used. For example, a silicon nitride film (Si 3 N 4 film) can be used as the cap insulating film 18.

マスク膜20は、ゲート電極をパターニングする際のハードマスクであり、下地の膜を加工する際に充分なエッチング選択比を確保でき、不純物を導入した部分と導入しなかった部分とで加工特性、例えば、エッチング速度を変化させることができる膜である。マスク膜20として、例えば、不純物をドープしていない非晶質シリコン(ノンドープa−Si)を使用することができる。   The mask film 20 is a hard mask for patterning the gate electrode, can secure a sufficient etching selection ratio when processing the underlying film, and has processing characteristics between a portion where impurities are introduced and a portion where impurities are not introduced. For example, the film can change the etching rate. As the mask film 20, for example, amorphous silicon not doped with impurities (non-doped a-Si) can be used.

マスク膜20にストレートのパターンAをリソグラフィ及びエッチングによりパターニングする。このストレートパターンAは、ゲートパターンの仕上り幅よりも広い幅を持つように加工する。このようにして、図1に示したストレートパターンAがノンドープa−Siのマスク膜20に形成される。   A straight pattern A is patterned on the mask film 20 by lithography and etching. The straight pattern A is processed to have a width wider than the finished width of the gate pattern. In this way, the straight pattern A shown in FIG. 1 is formed on the non-doped a-Si mask film 20.

次に、図2を参照して、パターニングしたマスク膜20の覆うように第2のレジスト膜32を形成する。第2のレジスト膜32に、ウィグルの突起部Bを形成するためのイオン注入のマスクパターン32Wを開口する。この開口部32Wは、ウィグルの突起部B、すなわち、イオン注入すべき領域Bより広い開口領域を有する。図2に示したように、この第2のレジスト膜32をマスクとして斜めの一方向(図2では、右斜め上方)から不純物40をイオン注入し、第2のレジスト膜32によるシャドウイングを利用して開口部に露出したマスク膜20の片側(ストレートパターンAの右側の一部)の領域Bにだけ不純物40を導入する。これによりイオン注入された領域Bは、不純物40がドープされたマスク膜(a−Si)21になる。注入する不純物40として、例えば、二フッ化ホウ素(BF)を使用できる。ホウ素をドープすることにより、a−Siのアルカリ性溶液によるエッチング速度を遅くすることができる。このようにして、マスク膜20のウィグル突起部Bを形成すべき領域だけを選択的に不純物がドープされたマスク膜21にすることができる。 Next, referring to FIG. 2, a second resist film 32 is formed so as to cover the patterned mask film 20. In the second resist film 32, an ion implantation mask pattern 32W for forming a wiggle protrusion B is opened. The opening 32W has a wider opening area than the protrusion B of the wiggle, that is, the area B to be ion-implanted. As shown in FIG. 2, the impurity 40 is ion-implanted from one oblique direction (in the upper right direction in FIG. 2) using the second resist film 32 as a mask, and shadowing by the second resist film 32 is used. Then, the impurity 40 is introduced only into the region B on one side (a part on the right side of the straight pattern A) of the mask film 20 exposed in the opening. Thereby, the ion-implanted region B becomes a mask film (a-Si) 21 doped with the impurity 40. For example, boron difluoride (BF 2 ) can be used as the impurity 40 to be implanted. By doping with boron, the etching rate of the alkaline solution of a-Si can be reduced. In this manner, only the region where the wiggle protrusion B of the mask film 20 is to be formed can be selectively used as the mask film 21 doped with impurities.

第2のレジスト膜32を剥離すると、図3に示したように、マスク膜20には、ノンドープa−Siのマスク膜20からなるストレートパターンAとその一部に不純物をドープしたマスク膜21からなる領域Bが形成される。   When the second resist film 32 is peeled off, as shown in FIG. 3, the mask film 20 includes a straight pattern A composed of a non-doped a-Si mask film 20 and a mask film 21 doped with impurities in a part thereof. A region B is formed.

次に、図4を参照して、マスク膜20のノンドープa−Siの領域Aを選択的にエッチングする。この選択エッチングは、例えば、水酸化カリウム(KOH)、コリン等のアルカリ性溶液を用いて実施することができる。この選択エッチングにより、ノンドープのマスク膜20は、全体にエッチングされて後退するが、不純物がドープされたa−Siのマスク膜21からなる領域Bは、エッチング速度が遅いためウィグル形状の突起部Bが残される。このようにして図4に示したように、所望のウィグル形状を有するハードマスクHM(20+21)を形成できる。   Next, referring to FIG. 4, the non-doped a-Si region A of the mask film 20 is selectively etched. This selective etching can be performed using, for example, an alkaline solution such as potassium hydroxide (KOH) or choline. By this selective etching, the non-doped mask film 20 is etched and receded as a whole, but the region B composed of the a-Si mask film 21 doped with impurities has a slow etching rate, so that the wiggle-shaped protrusion B Is left behind. In this way, as shown in FIG. 4, a hard mask HM (20 + 21) having a desired wiggle shape can be formed.

図5を参照して、このハードマスクHMをマスクとして、異方性エッチングを、例えば、RIE(reactive ion etching)により行い、キャップSi膜18、WSi膜16、ポリシリコン膜14を順にパターニングして、ウィグル形状を有するゲート電極GEを形成することができる。このエッチングの途中で、ハードマスクHMが除去されてしまう場合があるが、キャップSi膜18は、ハードマスクHMと同じ平面パターンを有するように最初に加工される。したがって、ハードマスクHMが除去されてもキャップSi膜18をエッチングのマスクとして使用できるので、ゲート電極GEの仕上り形状には影響が及ばない。 Referring to FIG. 5, anisotropic etching is performed by, for example, RIE (reactive ion etching) using hard mask HM as a mask, and cap Si 3 N 4 film 18, WSi film 16, and polysilicon film 14 are sequentially formed. The gate electrode GE having a wiggle shape can be formed by patterning. Although the hard mask HM may be removed during this etching, the cap Si 3 N 4 film 18 is first processed so as to have the same planar pattern as the hard mask HM. Therefore, even if the hard mask HM is removed, the cap Si 3 N 4 film 18 can be used as an etching mask, so that the finished shape of the gate electrode GE is not affected.

上記の実施形態では、マスク膜20としてノンドープa−Siを用い、エッチング速度を変化させる不純物40としてホウ素(B)を用いた。しかし、例えば、ホウ素ドープa−Siをマスク膜として用い、リン(P)をエッチング速度を変化させる不純物として用いる組み合せによってもエッチング速度を変えることができる。この場合には、リンをホウ素濃度と同等程度又はそれ以上にドープする。その結果、上記の実施形態とは逆にリンをドープした領域のエッチング速度が、ドープしない領域のエッチング速度よりも早くなる。   In the above embodiment, non-doped a-Si is used as the mask film 20, and boron (B) is used as the impurity 40 for changing the etching rate. However, the etching rate can also be changed by, for example, a combination using boron-doped a-Si as a mask film and phosphorus (P) as an impurity that changes the etching rate. In this case, phosphorus is doped to the same level or higher than the boron concentration. As a result, contrary to the above embodiment, the etching rate of the region doped with phosphorus is faster than the etching rate of the undoped region.

さらに、半導体装置に必要な、ドーピング、配線等の工程を行って、本実施形態によるパターン形成方法を使用した半導体装置を完成する。   Further, the semiconductor device using the pattern forming method according to the present embodiment is completed by performing processes such as doping and wiring necessary for the semiconductor device.

本実施形態では、リソグラフィにより形成するパターンは、単純なストレートパターンA及び大きな開口を有するマスクパターン32Wであるため、リソグラフィにおける種々のマージンを充分に確保することができる。   In the present embodiment, since the pattern formed by lithography is the simple straight pattern A and the mask pattern 32W having a large opening, various margins in lithography can be sufficiently secured.

これまでに説明したように、本実施形態によりリソグラフィによらないでウィグル形状のパターンを形成する半導体装置のパターン形成方法を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a pattern forming method for a semiconductor device that forms a wiggle-shaped pattern without using lithography.

(第2の実施形態)
上記の第1の実施形態では、ノンドープa−Siからなるハードマスクのゲートパターンにエッチング速度を遅くする不純物を部分的にドープして、その後全体をエッチングすることによって、ウィグル形状の突起部分を有するパターンを加工した。本発明の第2の実施形態は、ハードマスクのウィグル形状ゲートパターンを形成すべきライン状の部分及び突起部分の全体にエッチング速度を遅くする不純物をドープする半導体装置のパターン形成方法の一例である。本実施形態によれば、寸法のばらつきを抑制したパターン形成方法を提供することができる。
(Second Embodiment)
In the first embodiment described above, the hard mask gate pattern made of non-doped a-Si is partially doped with an impurity that slows the etching rate, and then etched entirely, thereby having a wiggle-shaped protrusion. The pattern was processed. The second embodiment of the present invention is an example of a pattern formation method for a semiconductor device in which impurities that slow down the etching rate are formed on the entire line-shaped portion and projection portion where a wiggle-shaped gate pattern of a hard mask is to be formed. . According to the present embodiment, it is possible to provide a pattern forming method that suppresses variation in dimensions.

本実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を、図6から図8を参照して説明する。各図(a)は、平面図であり、各図(b)は、(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。   An example of the pattern forming method of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. Each drawing (a) is a plan view, and each drawing (b) is a process cross-sectional view along the cutting line XX shown in (a).

第1の実施形態と同様に、半導体基板10上にゲート絶縁膜12を介して第1及び第2のゲート電極材料14,16、キャップ絶縁膜18及びマスク膜20を堆積する。   Similar to the first embodiment, the first and second gate electrode materials 14 and 16, the cap insulating film 18, and the mask film 20 are deposited on the semiconductor substrate 10 via the gate insulating film 12.

図6を参照して、形成すべきストレートゲートパターンCの反転パターン(ネガパターン)をリソグラフィにより第1のレジスト膜30に形成する。第1のレジスト膜30の開口部に露出したマスク膜20、すなわち、ゲートパターンCを形成しようとしている領域に、不純物40、例えば、BFをイオン注入する。これにより領域Cは、不純物をドープしたa−Siからなるマスク膜21になる。 Referring to FIG. 6, an inverted pattern (negative pattern) of straight gate pattern C to be formed is formed on first resist film 30 by lithography. Impurities 40, for example, BF 2 are ion-implanted into the mask film 20 exposed in the opening of the first resist film 30, that is, the region where the gate pattern C is to be formed. Thereby, the region C becomes the mask film 21 made of a-Si doped with impurities.

次に、図7を参照して、第1の実施形態と同様に、第1のレジスト膜30を剥離し、第2のレジスト膜32を全面に形成する。そして、ウィグルの突起部Dを形成するためにイオン注入のマスクパターン32Wを第2のレジスト膜32に開口する。この開口部32Wは、ウィグルの突起部D、すなわち、イオン注入すべき領域Dより広い開口領域を有する。開口部32Wに露出したマスク膜20のゲートパターンCに隣接する片側の領域D(図7では右側)に不純物40を導入するために、図7に示したように、斜めの一方向(右斜め上方)から、例えば、BFをイオン注入する。このようにして、ウィグル形状のゲートパターンになる領域C+Dだけを選択的に不純物40をドープしたマスク膜21にすることができる。 Next, referring to FIG. 7, as in the first embodiment, the first resist film 30 is removed, and a second resist film 32 is formed on the entire surface. Then, an ion implantation mask pattern 32W is opened in the second resist film 32 in order to form a wiggle protrusion D. The opening 32W has a wider opening area than the protrusion D of the wiggle, that is, the area D to be ion-implanted. In order to introduce the impurity 40 into the region D (right side in FIG. 7) adjacent to the gate pattern C of the mask film 20 exposed in the opening 32W, as shown in FIG. From above, for example, BF 2 is ion-implanted. In this way, only the region C + D that becomes the wiggle-shaped gate pattern can be selectively used as the mask film 21 doped with the impurity 40.

図8を参照して、第2のレジスト膜32を剥離して、マスク膜20の不純物が導入されなかった領域を、例えば、アルカリ系エッチング液により選択的に除去する。このようにして、不純物40をドープしたマスク膜21からなるウィグル形状を有するハードマスクHM(C+D)を形成することができる。   Referring to FIG. 8, the second resist film 32 is peeled off, and the region of the mask film 20 where impurities are not introduced is selectively removed with, for example, an alkaline etching solution. In this way, a hard mask HM (C + D) having a wiggle shape made of the mask film 21 doped with the impurity 40 can be formed.

その後、このようにして形成したハードマスクHMをマスクとして、異方性エッチングを、例えば、RIEにより行い、キャップSi膜18、WSi膜16、ポリシリコン膜14を順にパターニングして、ウィグル形状を有するゲート電極を形成することができる。形成されたゲート電極の構造は、図5と同様であるため、図面を省略する。 Thereafter, using the hard mask HM formed in this manner as a mask, anisotropic etching is performed, for example, by RIE, and the cap Si 3 N 4 film 18, WSi film 16, and polysilicon film 14 are sequentially patterned to form a wiggle. A gate electrode having a shape can be formed. Since the structure of the formed gate electrode is the same as that of FIG. 5, the drawing is omitted.

さらに、半導体装置に必要な、ドーピング、配線等の工程を行って、本実施形態によるパターン形成方法を使用した半導体装置を完成する。   Further, the semiconductor device using the pattern forming method according to the present embodiment is completed by performing processes such as doping and wiring necessary for the semiconductor device.

本実施形態では、リソグラフィにより形成するパターンは、単純なストレートパターンC及び大きな開口を有するマスクパターン32Wであるため、リソグラフィにおける種々のマージンを充分に確保することができる。また第1の実施形態と比較して、ハードマスクパターンの選択エッチングに起因する寸法ばらつきを低減することができる。   In the present embodiment, since the pattern formed by lithography is the simple straight pattern C and the mask pattern 32W having a large opening, various margins in lithography can be sufficiently secured. Compared with the first embodiment, the dimensional variation caused by the selective etching of the hard mask pattern can be reduced.

したがって、本実施形態によって、リソグラフィによらないでウィグル形状のパターンを形成する半導体装置のパターン形成方法を提供することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a pattern forming method for a semiconductor device that forms a wiggle-shaped pattern without using lithography.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態は、2層のハードマスクを使用してウィグル形状のゲートパターンを形成する半導体装置のパターン形成方法の一例である。
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention is an example of a pattern forming method for a semiconductor device in which a wiggle-shaped gate pattern is formed using a two-layer hard mask.

本実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を、図9から図12を参照して説明する。各図(a)は、平面図であり、各図(b)は、(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。   An example of the pattern forming method of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. Each drawing (a) is a plan view, and each drawing (b) is a process cross-sectional view along the cutting line XX shown in (a).

第1及び第2の実施形態と同様に、半導体基板10上にゲート絶縁膜12を介して第1及び第2のゲート電極材料14,16、キャップ絶縁膜18を堆積する。   Similar to the first and second embodiments, the first and second gate electrode materials 14 and 16 and the cap insulating film 18 are deposited on the semiconductor substrate 10 via the gate insulating film 12.

図9を参照して、キャップ絶縁膜18上に第1のマスク膜22、第2のマスク膜24からなる2層のハードマスク膜20を堆積する。第1のマスク膜22は、不純物をドープすることによりドープした領域とドープしなかった領域とのエッチング選択比を制御できる膜であり、例えば、ノンドープa−Siを使用することができる。第2のマスク膜24は、前記の不純物をドープしてもエッチング選択比が実質的に変わらない膜であり、例えば、Si膜を使用することができる。 Referring to FIG. 9, a two-layer hard mask film 20 including a first mask film 22 and a second mask film 24 is deposited on the cap insulating film 18. The first mask film 22 is a film that can control the etching selectivity between a doped region and an undoped region by doping impurities, and for example, non-doped a-Si can be used. The second mask film 24 is a film whose etching selectivity does not substantially change even when the impurity is doped. For example, a Si 3 N 4 film can be used.

次に、形成すべきストレートのゲートパターンEの反転パターン(ネガパターン)をリソグラフィにより第1のレジスト膜30に形成する。第1のレジスト膜30の開口部に露出した第2のマスク膜24を異方性エッチング、例えば、RIEによりより除去する。これにより露出した第1のマスク膜22、すなわち、ゲートパターンEを形成しようとしている領域に、不純物40、例えば、BFをイオン注入する。これにより、第1のマスク膜22のゲートパターンEを形成すべき領域は、不純物40をドープした第1のマスク膜23になる。 Next, a reverse pattern (negative pattern) of the straight gate pattern E to be formed is formed on the first resist film 30 by lithography. The second mask film 24 exposed in the opening of the first resist film 30 is further removed by anisotropic etching, for example, RIE. An impurity 40, for example, BF 2 is ion-implanted into the exposed first mask film 22, that is, the region where the gate pattern E is to be formed. Thereby, the region where the gate pattern E of the first mask film 22 is to be formed becomes the first mask film 23 doped with the impurity 40.

次に、図10を参照して、第2の実施形態と同様に、第1のレジスト膜30を剥離して、第2のレジスト膜32を全面に形成する。そして、ウィグルの突起部Fを形成するためのマスクパターン32Wを第2のレジスト膜32に開口する。この開口部32Wは、ウィグルの突起部F、すなわち、イオン注入すべき領域Fより広い開口領域を有する。開口部32Wに露出した第2のマスク膜24を除去してウィグルの突起部Fを形成する領域の第1のマスク膜22を露出させる。   Next, referring to FIG. 10, as in the second embodiment, the first resist film 30 is removed to form a second resist film 32 on the entire surface. Then, a mask pattern 32 W for forming the wiggle protrusion F is opened in the second resist film 32. The opening 32W has a wider opening area than the protrusion F of the wiggle, that is, the area F to be ion-implanted. The second mask film 24 exposed in the opening 32W is removed to expose the first mask film 22 in the region where the wiggle protrusion F is to be formed.

次に、図11を参照して、第2のレジスト膜32及び第2のハードマスク24をマスクとして斜めの一方向(右斜め上方)から、例えば、BFをイオン注入して、ゲートパターンEに隣接する片側(右側)の領域Fに不純物40を導入する。このようにして、ウィグル形状のゲートパターンを形成すべき領域E+Fにだけ選択的に不純物40を導入することができる。これによりウィグル形状のゲートパターンE+Fに対応する第1のマスク膜22は、不純物40をドープした第1のマスク膜23になる。尚、この不純物導入は、第2のレジスト膜32を剥離して、第2のハードマスク24をマスクとしてイオン注入を行うこともできる。 Next, referring to FIG. 11, for example, BF 2 is ion-implanted from one diagonal direction (upwardly to the right) using the second resist film 32 and the second hard mask 24 as a mask to form the gate pattern E. Impurities 40 are introduced into the region F on one side (right side) adjacent to. In this manner, the impurity 40 can be selectively introduced only into the region E + F where the wiggle-shaped gate pattern is to be formed. As a result, the first mask film 22 corresponding to the wiggle-shaped gate pattern E + F becomes the first mask film 23 doped with the impurity 40. This impurity introduction may be performed by removing the second resist film 32 and performing ion implantation using the second hard mask 24 as a mask.

図12を参照して、第2のマスク膜24を剥離して、第1のマスク膜22の不純物が導入されなかった部分を、例えば、アルカリ系エッチング液により選択的に除去する。このようにして、不純物40をドープした第1のマスク膜23からなるウィグル形状を有するハードマスクHM(E+F)を形成することができる。   Referring to FIG. 12, the second mask film 24 is peeled off, and the portion of the first mask film 22 where impurities are not introduced is selectively removed with, for example, an alkaline etching solution. In this way, a hard mask HM (E + F) having a wiggle shape composed of the first mask film 23 doped with the impurity 40 can be formed.

その後、このようにして形成したハードマスクHMをマスクとして、異方性エッチング、例えば、RIEを行い、キャップSi膜18、WSi膜16、ポリシリコン膜14を順にパターニングして、ウィグル形状を有するゲート電極を形成することができる。形成されたゲート電極の構造は、図5と同様であるため、図面を省略する。 Thereafter, using the hard mask HM formed in this manner as a mask, anisotropic etching, for example, RIE is performed, and the cap Si 3 N 4 film 18, WSi film 16 and polysilicon film 14 are sequentially patterned to form a wiggle shape. Can be formed. Since the structure of the formed gate electrode is the same as that of FIG. 5, the drawing is omitted.

さらに、半導体装置に必要な、ドーピング、配線等の工程を行って、本実施形態によるパターン形成方法を使用した半導体装置を完成する。   Further, the semiconductor device using the pattern forming method according to the present embodiment is completed by performing processes such as doping and wiring necessary for the semiconductor device.

本実施形態では、リソグラフィにより形成するパターンは、単純なストレートパターンE及び大きな開口を有するマスクパターン32Wであるため、リソグラフィにおける種々のマージンを充分に確保することができる。   In the present embodiment, the pattern formed by lithography is the simple straight pattern E and the mask pattern 32W having a large opening, so that various margins in lithography can be sufficiently secured.

さらに、本実施形態によれば、ウィグルパターンの突起部Fを形成するためにレジスト膜の代わりに第2のマスク膜24を用いて、斜め方向からのイオン注入を行っている。したがって、第1及び第2の実施形態と比較して、パターンの合せズレに起因するウィグルパターン突起部Fの寸法ばらつきを抑制することが可能である。   Further, according to the present embodiment, ion implantation from an oblique direction is performed using the second mask film 24 instead of the resist film in order to form the projections F of the wiggle pattern. Therefore, as compared with the first and second embodiments, it is possible to suppress the dimensional variation of the wiggle pattern protrusion F caused by the pattern misalignment.

したがって、本実施形態によって、リソグラフィによらないでウィグル形状のパターンを形成する半導体装置のパターン形成方法を提供することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a pattern forming method for a semiconductor device that forms a wiggle-shaped pattern without using lithography.

(第4の実施形態)
これまでの実施形態では、ウィグルパターンの突起部を形成するために斜めの一方向からイオン注入を行っている。そのため、ハードマスクのウィグルパターンの突起部は、端面が傾斜して一様な膜厚に形成されないことが懸念される。
(Fourth embodiment)
In the embodiments so far, ion implantation is performed from one oblique direction in order to form the wiggle pattern protrusion. Therefore, there is a concern that the protrusions of the wiggle pattern of the hard mask are not formed with a uniform film thickness because the end face is inclined.

本発明の第4の実施形態は、突起部を含むウィグル形状を有するハードマスクを垂直方向からのイオン注入により形成する半導体装置のパターン形成方法の一例である。   The fourth embodiment of the present invention is an example of a pattern forming method for a semiconductor device in which a hard mask having a wiggle shape including a protrusion is formed by ion implantation from the vertical direction.

本実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を、図13及び図14を参照して説明する。各図(a)は、平面図であり、各図(b)は、(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。   An example of the pattern forming method of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. Each drawing (a) is a plan view, and each drawing (b) is a process cross-sectional view along the cutting line XX shown in (a).

第2の実施形態と同様に、半導体基板10上にゲート絶縁膜12を介して第1及び第2のゲート電極材料14,16、キャップ絶縁膜18及びマスク膜20を堆積する。そして、第2及び第3の実施形態と同様に、ストレートゲートパターンGの反転パターン(ネガパターン)をリソグラフィによりレジスト膜に形成する。レジスト膜に開口されたストレートゲートパターンGを形成しようとしている領域のマスク膜20に、不純物40、例えば、BFをイオン注入する。これにより、ゲートパターンGに対応するマスク膜20の領域Gは、不純物40をドープしたa−Siからなるマスク膜21になる。 Similar to the second embodiment, the first and second gate electrode materials 14 and 16, the cap insulating film 18, and the mask film 20 are deposited on the semiconductor substrate 10 via the gate insulating film 12. Then, as in the second and third embodiments, an inverted pattern (negative pattern) of the straight gate pattern G is formed on the resist film by lithography. Impurities 40, for example, BF 2 are ion-implanted into the mask film 20 in the region where the straight gate pattern G opened in the resist film is to be formed. Thereby, the region G of the mask film 20 corresponding to the gate pattern G becomes the mask film 21 made of a-Si doped with the impurity 40.

次に、図13を参照して、第1のレジスト膜30を剥離し、第2のレジスト膜32を全面に形成する。そして、ウィグルパターンの突起部Hのマスクパターン32Hを第2のレジスト膜32に開口する。図13に示した例のように、マスクパターン32Hの右端がゲートパターンGの右側にウィグルパターンの突起部Hだけを開口し、左端がゲートパターンGの線幅内に留まるように、マスクパターン32Hを開口する。したがって、このマスクパターン32Hは、リソグラフィの最小加工寸法よりも大きな開口部を有し、ウィグルの突起部Hより広い開口領域を有する。第2のレジスト膜32をマスクとして垂直方向から不純物40、例えば、BFをイオン注入する。このようにして、ウィグル形状のゲートパターンを形成する領域G+Hにだけ選択的に不純物40を導入することができる。このようにして、ウィグル形状のゲートパターンG+Hに対応するマスク膜20の領域だけを選択的に不純物40をドープしたマスク膜21にすることができる。 Next, referring to FIG. 13, the first resist film 30 is removed, and a second resist film 32 is formed on the entire surface. Then, the mask pattern 32H of the protrusion H of the wiggle pattern is opened in the second resist film 32. As in the example shown in FIG. 13, the mask pattern 32 </ b> H is formed such that the right end of the mask pattern 32 </ b> H opens only the protrusion H of the wiggle pattern on the right side of the gate pattern G and the left end remains within the line width of the gate pattern G. To open. Therefore, the mask pattern 32H has an opening larger than the minimum processing dimension of lithography and an opening area wider than the protrusion H of the wiggle. Impurities 40, for example, BF 2 are ion-implanted from the vertical direction using the second resist film 32 as a mask. In this manner, the impurity 40 can be selectively introduced only into the region G + H where the wiggle-shaped gate pattern is formed. In this way, only the region of the mask film 20 corresponding to the wiggle-shaped gate pattern G + H can be selectively made into the mask film 21 doped with the impurity 40.

図14を参照して、第2のレジスト膜32を剥離して、マスク膜20の不純物40が導入されなかった部分を、例えば、アルカリ系エッチング液により選択的に除去する。このようにして、ウィグル形状を有するハードマスクHM(G+H)を形成することができる。このハードマスクHMは、どの部分も端面が垂直な形状を有する。   Referring to FIG. 14, the second resist film 32 is peeled off, and the portion of the mask film 20 where the impurities 40 are not introduced is selectively removed with, for example, an alkaline etching solution. In this way, a hard mask HM (G + H) having a wiggle shape can be formed. The hard mask HM has a shape in which the end face is vertical in any part.

その後、このようにして形成したハードマスクHMをマスクとして、異方性エッチング、例えば、RIEを行い、キャップSi膜18、WSi膜16、ポリシリコン膜14を順にパターニングして、ウィグル形状を有するゲート電極を形成することができる。形成されたゲート電極の構造は、図5と同様であるため、図面を省略する。 Thereafter, using the hard mask HM formed in this manner as a mask, anisotropic etching, for example, RIE is performed, and the cap Si 3 N 4 film 18, WSi film 16 and polysilicon film 14 are sequentially patterned to form a wiggle shape. Can be formed. Since the structure of the formed gate electrode is the same as that of FIG. 5, the drawing is omitted.

さらに、半導体装置に必要な、ドーピング、配線等の工程を行って、本実施形態によるパターン形成方法を使用した半導体装置を完成する。   Further, the semiconductor device using the pattern forming method according to the present embodiment is completed by performing processes such as doping and wiring necessary for the semiconductor device.

本実施形態では、リソグラフィにより形成するパターンは、単純なストレートパターンG及び大きな開口を有するマスクパターン32Hであるため、リソグラフィにおける種々のマージンを充分に確保することができる。また第1から第3の実施形態と比較して、ハードマスクパターンを形成するためのイオン注入を垂直方向からだけ行っているため、その端面を垂直に加工することができる。その結果、ゲート電極エッチング時のハードマスクの後退に起因する寸法ばらつきを低減することができる。   In the present embodiment, since the pattern formed by lithography is the simple straight pattern G and the mask pattern 32H having a large opening, various margins in lithography can be sufficiently secured. Compared with the first to third embodiments, since the ion implantation for forming the hard mask pattern is performed only from the vertical direction, the end face can be processed vertically. As a result, it is possible to reduce the dimensional variation due to the hard mask retreat during the gate electrode etching.

したがって、本実施形態によって、リソグラフィによらないでウィグル形状のパターンを形成する半導体装置のパターン形成方法を提供することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a pattern forming method for a semiconductor device that forms a wiggle-shaped pattern without using lithography.

(第5の実施形態)
本発明の第5の実施形態は、ハードマスクパターンを形成するためのドーピングをイオン注入以外の方法、例えば、熱拡散により行う半導体装置のパターン形成方法の一例である。
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment of the present invention is an example of a pattern formation method for a semiconductor device in which doping for forming a hard mask pattern is performed by a method other than ion implantation, for example, thermal diffusion.

本実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を、図15から図16を参照して説明する。各図(a)は、平面図であり、各図(b)は、(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。   An example of the pattern forming method of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS. Each drawing (a) is a plan view, and each drawing (b) is a process cross-sectional view along the cutting line XX shown in (a).

第3の実施形態と同様に、半導体基板10上にゲート絶縁膜12を介して第1及び第2のゲート電極材料14,16、キャップ絶縁膜18を堆積する。さらに、キャップ絶縁膜18上に第1のマスク膜22、第2のマスク膜24からなる2層のハードマスク膜20を堆積する。第1のマスク膜22は、不純物をドープすることによりドープした領域とドープしなかった領域とのエッチング選択比を制御できる膜であり、例えば、ノンドープa−Siを使用することができる。第2のマスク膜24は、例えば、前記の不純物を熱拡散によりドープする際にマスクとなる膜であり、例えば、SiO膜を使用することができる。 Similar to the third embodiment, the first and second gate electrode materials 14 and 16 and the cap insulating film 18 are deposited on the semiconductor substrate 10 via the gate insulating film 12. Further, a two-layer hard mask film 20 including a first mask film 22 and a second mask film 24 is deposited on the cap insulating film 18. The first mask film 22 is a film that can control the etching selectivity between a doped region and an undoped region by doping impurities, and for example, non-doped a-Si can be used. The second mask film 24 is, for example, a film that serves as a mask when the impurities are doped by thermal diffusion. For example, a SiO 2 film can be used.

図15を参照して、第3の実施形態と同様に、第1のレジスト膜30を用いて、第2のマスク膜24にストレートゲートパターンJの反転パターン(ネガパターン)を形成する。   Referring to FIG. 15, similarly to the third embodiment, a reverse pattern (negative pattern) of the straight gate pattern J is formed on the second mask film 24 using the first resist film 30.

次に、図16を参照して、第1のレジスト膜30を剥離して、第2のレジスト膜32を全面に形成する。そして、第4の実施形態と同様に、ウィグルパターンの突起部Kのマスクパターン32Kを第2のレジスト膜32に開口する。この開口部32Kは、第4の実施形態と同様に形成することができ、ウィグルの突起部Kより広い開口領域を有する。第2のレジスト膜32をマスクとして異方性エッチング、例えば、RIEを行い、第2のマスク膜24にウィグルパターンの突起部Kのパターンを追加して開口する。このようにして、第2のマスク膜24にウィグル形状のゲートパターンJ+Kが開口される。   Next, referring to FIG. 16, the first resist film 30 is peeled off, and a second resist film 32 is formed on the entire surface. Then, similarly to the fourth embodiment, the mask pattern 32K of the protrusion K of the wiggle pattern is opened in the second resist film 32. The opening 32K can be formed in the same manner as in the fourth embodiment, and has an opening area wider than the projection K of the wiggle. Using the second resist film 32 as a mask, anisotropic etching, for example, RIE is performed, and the second mask film 24 is opened by adding the pattern of the protrusion K of the wiggle pattern. In this way, a wiggle-shaped gate pattern J + K is opened in the second mask film 24.

次に、第2のレジスト膜32を剥離する。そして、開口部がウィグル形状のゲートパターンJ+Kに対応する第2のマスク膜24をマスクとして、例えば、熱拡散を行い、第2のマスク膜24の開口部に露出している第1のマスク膜22に不純物42、例えば、ホウ素(B)をドープする。熱拡散の方法として、例えば、窒化ホウ素(BN)を用いた対向法、ホウ素を添加したガラス(BSG:boron silicate glass)を表面に塗布して行う塗布法、等を使用することができる。このようにして、ウィグル形状のゲートパターンJ+Kに対応する第1のマスク膜22の領域にだけ選択的に不純物をドープして、不純物40をドープした第1のマスク膜23にすることができる。   Next, the second resist film 32 is peeled off. Then, using the second mask film 24 whose opening corresponds to the wiggle-shaped gate pattern J + K as a mask, for example, the first mask film exposed to the opening of the second mask film 24 by performing thermal diffusion, for example. 22 is doped with an impurity 42 such as boron (B). As a thermal diffusion method, for example, a facing method using boron nitride (BN), a coating method in which boron-added glass (BSG: boron silicate glass) is applied to the surface, or the like can be used. In this manner, the first mask film 23 doped with the impurity 40 can be selectively doped by doping impurities only in the region of the first mask film 22 corresponding to the wiggle-shaped gate pattern J + K.

以降、第3の実施形態と同様に、第2のマスク膜24を剥離して、第1のマスク膜22の不純物が導入されなかった部分を、例えば、アルカリ系エッチング液により選択的に除去する。このようにして、ウィグル形状を有する第1のマスク膜23からなるハードマスク(J+K)を形成することができる。   Thereafter, as in the third embodiment, the second mask film 24 is peeled off, and the portion of the first mask film 22 where impurities are not introduced is selectively removed with, for example, an alkaline etching solution. . In this manner, a hard mask (J + K) made of the first mask film 23 having a wiggle shape can be formed.

その後、このようにして形成したハードマスクをマスクとして、異方性エッチング、例えば、RIEを行い、キャップSi膜18、WSi膜16、ポリシリコン膜14を順にパターニングして、ウィグル形状を有するゲート電極を形成することができる。形成されたゲート電極の構造は、図5と同様であるため、図面を省略する。 Thereafter, anisotropic etching, for example, RIE is performed using the hard mask thus formed as a mask, and the cap Si 3 N 4 film 18, WSi film 16, and polysilicon film 14 are sequentially patterned to form a wiggle shape. A gate electrode having the same can be formed. Since the structure of the formed gate electrode is the same as that of FIG. 5, the drawing is omitted.

さらに、半導体装置に必要な、ドーピング、配線等の工程を行って、本実施形態によるパターン形成方法を使用した半導体装置を完成する。   Further, the semiconductor device using the pattern forming method according to the present embodiment is completed by performing processes such as doping and wiring necessary for the semiconductor device.

本実施形態では、リソグラフィにより形成するパターンは、単純なストレートパターンJ及び大きな開口を有するマスクパターン32Kであるため、リソグラフィにおける種々のマージンを充分に確保することができる。   In the present embodiment, since the pattern formed by lithography is the simple straight pattern J and the mask pattern 32K having a large opening, various margins in lithography can be sufficiently secured.

上記の実施形態では、第2のマスク膜24にウィグル形状のゲートパターンのネガパターンを形成して、不純物拡散のマスクとして用いた。しかし、第2のマスク膜24に、例えば、上記のBSG等の不純物拡散のソースになる膜を用いることができる。この場合には、第2のマスク膜24にウィグル形状のゲートパターンのポジパターンを形成して、直接不純物拡散のソースとして用いることができる。   In the above embodiment, a negative pattern of a wiggle-shaped gate pattern is formed on the second mask film 24 and used as a mask for impurity diffusion. However, for the second mask film 24, for example, a film serving as a source of impurity diffusion such as the above-described BSG can be used. In this case, a positive pattern of a wiggle-shaped gate pattern can be formed on the second mask film 24 and used directly as a source of impurity diffusion.

したがって、本実施形態によって、リソグラフィによらないでウィグル形状のパターンを形成する半導体装置のパターン形成方法を提供することができる。   Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a pattern forming method for a semiconductor device that forms a wiggle-shaped pattern without using lithography.

上記の実施形態では、マスク膜20,22としてノンドープa−Siを用い、エッチング速度を変化させる不純物40としてホウ素(B)を用いたが、例えば、ホウ素ドープa−Siとリン(P)との組み合せによってもエッチング速度を変えることができる。この場合には、リンをホウ素濃度と同等程度又はそれ以上にドープする。その結果、上記の実施形態とは逆にリンをドープした領域のエッチング速度が、ドープしない領域のエッチング速度よりも早くなる。   In the above embodiment, non-doped a-Si is used as the mask films 20 and 22, and boron (B) is used as the impurity 40 for changing the etching rate. For example, boron-doped a-Si and phosphorus (P) The etching rate can also be changed by a combination. In this case, phosphorus is doped to the same level or higher than the boron concentration. As a result, contrary to the above embodiment, the etching rate of the region doped with phosphorus is faster than the etching rate of the undoped region.

本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の精神及び範囲から逸脱しないで、種々の変形を行って実施することができる。それゆえ、本発明は、ここに開示された実施形態に制限することを意図したものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において他の実施形態にも適用でき、広い範囲に適用されるものである。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention is not intended to be limited to the embodiments disclosed herein, and can be applied to other embodiments without departing from the spirit of the present invention and can be applied to a wide range. It is.

図1は、本発明の第1の実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。1A and 1B are views for explaining an example of a pattern forming method for a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, in which FIG. 1A is a plan view and FIG. 1B is a section line shown in FIG. It is process sectional drawing along XX. 図2は、図1に続く第1の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。2A and 2B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the first embodiment following FIG. 1, wherein FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a section line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図3は、図2に続く第1の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。3A and 3B are views for explaining the pattern formation method of the semiconductor device according to the first embodiment following FIG. 2, in which FIG. 3A is a plan view, and FIG. 3B is a section line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図4は、図3に続く第1の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。4A and 4B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the first embodiment following FIG. 3, in which FIG. 4A is a plan view, and FIG. 4B is a cutting line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図5は、図4に続く第1の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。FIGS. 5A and 5B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the first embodiment following FIG. 4, wherein FIG. 5A is a plan view, and FIG. 5B is a cutting line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図6は、本発明の第2の実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。6A and 6B are views for explaining an example of a pattern forming method for a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, in which FIG. 6A is a plan view, and FIG. 6B is a cutting line shown in FIG. It is process sectional drawing along XX. 図7は、図6に続く第2の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。7A and 7B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the second embodiment following FIG. 6, in which FIG. 7A is a plan view, and FIG. 7B is a cutting line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図8は、図7に続く第2の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。FIGS. 8A and 8B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the second embodiment following FIG. 7, in which FIG. 8A is a plan view, and FIG. 8B is a cutting line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図9は、本発明の第3の実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。FIGS. 9A and 9B are views for explaining an example of a pattern forming method for a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 9A is a plan view, and FIG. 9B is a cutting line shown in FIG. It is process sectional drawing along XX. 図10は、図9に続く第3の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。10A and 10B are views for explaining the pattern formation method of the semiconductor device according to the third embodiment following FIG. 9, where FIG. 10A is a plan view, and FIG. 10B is a cutting line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図11は、図10に続く第3の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。11A and 11B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the third embodiment following FIG. 10, in which FIG. 11A is a plan view, and FIG. 11B is a cutting line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図12は、図11に続く第3の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。FIGS. 12A and 12B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the third embodiment following FIG. 11, wherein FIG. 12A is a plan view, and FIG. 12B is a cutting line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図13は、本発明の第4の実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。13A and 13B are views for explaining an example of a pattern forming method for a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 13A is a plan view, and FIG. 13B is a section line shown in FIG. It is process sectional drawing along XX. 図14は、図13に続く第4の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。14A and 14B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the fourth embodiment following FIG. 13, wherein FIG. 14A is a plan view, and FIG. 14B is a cutting line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X. 図15は、本発明の第5の実施形態による半導体装置のパターン形成方法の一例を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。FIGS. 15A and 15B are views for explaining an example of a pattern forming method for a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. FIG. 15A is a plan view, and FIG. 15B is a section line shown in FIG. It is process sectional drawing along XX. 図16は、図15に続く第5の実施形態による半導体装置のパターン形成方法を説明するために示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)に示した切断線X−Xに沿った工程断面図である。FIGS. 16A and 16B are views for explaining the pattern forming method of the semiconductor device according to the fifth embodiment following FIG. 15, wherein FIG. 16A is a plan view, and FIG. 16B is a section line X shown in FIG. It is process sectional drawing along -X.

符号の説明Explanation of symbols

10…半導体基板,12…ゲート絶縁膜,14…第1及び第2のゲート電極材料14,16…第2のゲート電極材料,18…キャップ絶縁膜,20…マスク膜,21…不純物ドープされたマスク膜,22…第1のマスク膜,23…不純物ドープされた第1のマスク膜,24…第2のマスク膜,30,32…レジスト膜,40,42…不純物。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 12 ... Gate insulating film, 14 ... 1st and 2nd gate electrode material 14, 16 ... 2nd gate electrode material, 18 ... Cap insulating film, 20 ... Mask film, 21 ... Impurity doped Mask film, 22 ... first mask film, 23 ... first mask film doped with impurities, 24 ... second mask film, 30, 32 ... resist film, 40, 42 ... impurities.

Claims (5)

半導体基板の上方に被加工膜を堆積する工程と、
前記被加工膜上に不純物を添加することによりエッチング特性が変化するマスク膜を堆積する工程と、
前記マスク膜にラインパターンを形成する工程と、
前記ラインパターンを形成したマスク膜の所望の領域にエッチング速度を変化させる不純物を選択的に添加する工程と、
前記マスク膜からなる前記ラインパターンを選択的にエッチングして部分的に線幅の異なるウィグル形状を含むマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングしてウィグル形状パターンを形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置のパターン形成方法。
Depositing a film to be processed above the semiconductor substrate;
Depositing a mask film whose etching characteristics are changed by adding impurities on the film to be processed;
Forming a line pattern on the mask film;
Selectively adding an impurity that changes the etching rate to a desired region of the mask film in which the line pattern is formed;
Selectively etching the line pattern made of the mask film to form a mask pattern including a wiggle shape partially different in line width;
And a step of etching the film to be processed by using the mask pattern as a mask to form a wiggle-shaped pattern.
半導体基板の上方に被加工膜を堆積する工程と、
前記被加工膜上に不純物を添加することによりエッチング特性が変化するマスク膜を堆積する工程と、
前記マスク膜にエッチング速度を変化させる不純物をラインパターン状に添加する工程と、
前記マスク膜の前記不純物を添加した前記ラインパターンに隣接する所望の領域に前記不純物を選択的に添加する工程と、
前記マスク膜を選択的にエッチングして部分的に線幅の異なるウィグル形状を含むマスクパターンを形成する工程と、
前記マスクパターンをマスクとして前記被加工膜をエッチングしてウィグル形状パターンを形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体装置のパターン形成方法。
Depositing a film to be processed above the semiconductor substrate;
Depositing a mask film whose etching characteristics are changed by adding impurities on the film to be processed;
Adding an impurity that changes an etching rate to the mask film in a line pattern;
Selectively adding the impurity to a desired region adjacent to the line pattern to which the impurity is added in the mask film;
Selectively etching the mask film to form a mask pattern including a wiggle shape with partially different line widths;
And a step of etching the film to be processed by using the mask pattern as a mask to form a wiggle-shaped pattern.
前記不純物を選択的に添加する工程は、前記不純物を添加する前記所望の領域より大きな開口を有する第2のマスクパターンを用い、前記第2のマスクパターンのシャドウイングを利用して斜めの一方向からイオン注入して前記所望の領域に前記不純物を添加することを特徴とする、請求項1若しくは2に記載の半導体装置のパターン形成方法。   The step of selectively adding the impurity uses a second mask pattern having an opening larger than the desired region to which the impurity is added, and uses a shadowing of the second mask pattern in one oblique direction. 3. The pattern forming method for a semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity is added to the desired region by ion implantation. 前記マスク膜上に形成された第2のマスク膜をさらに具備し、
前記第2のマスク膜に前記第2のマスクパターンを形成することを特徴とする、請求項3に記載の半導体装置のパターン形成方法。
A second mask film formed on the mask film;
4. The pattern formation method for a semiconductor device according to claim 3, wherein the second mask pattern is formed on the second mask film.
前記マスク膜は、ノンドープ非晶質シリコン膜であり、前記エッチング速度を変化させる不純物は、ホウ素であることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれか1に記載の半導体装置のパターン形成方法。   5. The pattern forming method for a semiconductor device according to claim 1, wherein the mask film is a non-doped amorphous silicon film, and the impurity that changes the etching rate is boron. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023077602A1 (en) * 2021-11-04 2023-05-11 长鑫存储技术有限公司 Semiconductor structure and preparation method therefor
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