JP2007335660A - Method of forming pattern of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
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。
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(SiO2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(Si3N4膜)を使用することができる。
Referring to FIG. 1, first and second
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
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
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(BF2)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
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
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
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Si3N4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Si3N4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Si3N4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
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
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
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
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、BF2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
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、BF2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
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
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Si3N4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,
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
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
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、Si3N4膜を使用することができる。
Referring to FIG. 9, a two-layer
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、BF2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
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
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、BF2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
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
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Si3N4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,
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
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
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、BF2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
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、BF2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
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
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Si3N4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,
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
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、SiO2膜を使用することができる。
Similar to the third embodiment, the first and second
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
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
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
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
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Si3N4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,
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
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
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.
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
Claims (5)
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.
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.
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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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2006
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