JP2009139695A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置における微細パターンの形成を行う半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method for forming a fine pattern in a semiconductor device.
半導体集積回路開発においてパターン寸法の微細化は年々加速している状況にある。このパターン寸法微細化の推進は光リソグラフィ技術が担っており、今後もパターン寸法の微細化の流れは暫く続くものと考えられる。光リソグラフィの解像度(パターン寸法)は、そのパターン寸法を実現するために用いられる露光装置の波長(λ)とレンズ開口数(NA)とを用いた次式(1)に示されるレーリーの式で記述される。
解像度=k1×λ/NA ・・・(1)
In the development of semiconductor integrated circuits, miniaturization of pattern dimensions is accelerating year by year. The promotion of this pattern dimension miniaturization is carried out by the optical lithography technology, and it is thought that the flow of pattern dimension miniaturization will continue for a while. The resolution (pattern dimension) of optical lithography is the Rayleigh equation expressed by the following equation (1) using the wavelength (λ) of the exposure apparatus and the lens numerical aperture (NA) used to realize the pattern dimension. Described.
Resolution = k 1 × λ / NA (1)
パターン寸法(解像度)が市場の要求(コスト、デバイス性能)で決定されるとすると、この式に含まれるk1ファクタは、それを実現するリソグラフィ技術の困難度を示す値(具体的には、レジスト性能、装置コントロール、レチクルのパターンやプロセスコントロールによって主に決まるプロセス定数)となる。つまり、k1ファクタが小さいと、リソグラフィが困難となることを示している。 If the pattern dimension (resolution) is determined by market requirements (cost, device performance), the k 1 factor included in this equation is a value indicating the difficulty of the lithography technology that realizes it (specifically, Process constants determined mainly by resist performance, apparatus control, reticle pattern and process control). That is, when the k 1 factor is small, lithography is difficult.
近年の半導体デバイスの微細化の加速は、理論上のリソグラフィの限界であるk1=0.25を下回るパターン寸法をも要求してきている。この領域では、リソグラフィで形成可能となる最小パターンピッチよりも微細なパターンピッチの形成手法が求められる。このような手法の一つとして、側壁残しプロセスを用いた微細加工方法が従来提案されている(たとえば、特許文献1参照)。 The recent acceleration of miniaturization of semiconductor devices has demanded pattern dimensions below the theoretical lithography limit of k 1 = 0.25. In this region, a technique for forming a pattern pitch finer than the minimum pattern pitch that can be formed by lithography is required. As one of such methods, a microfabrication method using a side wall leaving process has been conventionally proposed (see, for example, Patent Document 1).
この従来の側壁残しプロセスによる微細加工方法について説明する。まず、基板などの下層材上に後の工程でダミーパターンとなるフォトレジストからなるレジストパターンを形成する。ついで、このレジストパターンの周囲と上部にRELACSTM(Resist Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink)ポリマーを塗布して、RELACSポリマー層を形成する。ついで、エッチングを行い、レジストパターンの側壁部を残すように、レジストパターンの上部と下層材上のRELACSポリマー層を除去する。その後、下層材上を露光して現像して、レジストパターンを除去して、側壁部が形成される。そして、この側壁部を用いて、下層材に対してエッチング処理を施す。 A description will be given of a microfabrication method by this conventional sidewall leaving process. First, a resist pattern made of a photoresist that becomes a dummy pattern in a later step is formed on a lower layer material such as a substrate. Next, a RELACS ™ (Resist Enhancement Lithography Assisted by Chemical Shrink) polymer is applied around and above the resist pattern to form a RELACS polymer layer. Next, etching is performed to remove the RELACS polymer layer on the upper and lower layers of the resist pattern so as to leave the side wall of the resist pattern. Thereafter, the lower layer material is exposed and developed to remove the resist pattern, thereby forming a side wall portion. Then, an etching process is performed on the lower layer material using the side wall portion.
しかしながら、従来の側壁残しプロセスによる微細パターンの形成は、光や電子線などの放射線のリソグラフィの解像限界以下のピッチのラインアンドスペースを有する微細パターンについての形成方法しか開示されておらず、微細パターンとその微細パターンよりも大きなピッチのパターンとを簡易に形成する方法については開示されていなかった。 However, the formation of a fine pattern by the conventional side wall leaving process only discloses a method for forming a fine pattern having a line and space with a pitch less than the resolution limit of lithography of light such as light and an electron beam. A method for easily forming a pattern and a pattern having a pitch larger than the fine pattern has not been disclosed.
本発明は、側壁残しプロセスを用いた半導体装置の製造において、異なるピッチのパターンを簡易に形成すること、特に、放射線を用いたリソグラフィの解像限界以下のピッチのラインアンドスペースの微細パターンとその微細パターンよりもピッチの大きなラインアンドスペースのパターンを簡易に形成することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention can easily form patterns with different pitches in the manufacture of a semiconductor device using a sidewall-remaining process, and in particular, a line-and-space fine pattern with a pitch below the resolution limit of lithography using radiation and its pattern An object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of easily forming a line-and-space pattern having a pitch larger than that of a fine pattern.
本発明の一態様によれば、被加工膜上に、加熱によって酸を発生し得る成分を含む、第1のラインアンドスペースの第1のレジストパターンと、第2のレジストパターンと、を形成するレジストパターン形成工程と、前記第1および第2のレジストパターンを形成した前記被加工膜上に、酸によって架橋可能な成分を含む微細パターン形成膜を形成する微細パターン形成膜形成工程と、前記第1および第2のレジストパターンと前記微細パターン形成膜とに加熱処理を施して、前記レジストパターンから酸が供給される範囲の前記微細パターン形成膜を架橋させて前記第1および第2のレジストパターンの周囲に側壁膜を形成する架橋工程と、架橋されなかった前記微細パターン形成膜と前記第1のレジストパターンとを前記被加工膜上から除去して、前記側壁膜からなるパターンと、前記側壁膜が形成された前記第2のレジストパターンとを形成する側壁膜パターン形成工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。 According to one embodiment of the present invention, a first line-and-space first resist pattern and a second resist pattern including a component capable of generating an acid by heating are formed on a film to be processed. A resist pattern forming step, a fine pattern forming film forming step of forming a fine pattern forming film containing a component crosslinkable with an acid on the processed film on which the first and second resist patterns are formed, and the first The first and second resist patterns and the fine pattern forming film are subjected to a heat treatment to crosslink the fine pattern forming film in a range where an acid is supplied from the resist pattern. A cross-linking step of forming a sidewall film around the substrate, and the fine pattern forming film and the first resist pattern that are not cross-linked from above the film to be processed And a sidewall film pattern forming step of forming a pattern made of the sidewall film and the second resist pattern on which the sidewall film is formed. Is done.
本発明によれば、側壁残しプロセスにおいて、異なるピッチのラインアンドスペースのパターンを簡易に形成することができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to easily form line and space patterns with different pitches in the side wall leaving process.
以下に添付図面を参照して、本発明にかかる半導体装置の製造方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施の形態で用いられる半導体装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる。また、以下で示す膜厚は一例であり、これに限定されるものではない。 Exemplary embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. The cross-sectional views of the semiconductor devices used in the following embodiments are schematic, and the relationship between the thickness and width of the layers, the ratio of the thicknesses of the layers, and the like are different from the actual ones. Moreover, the film thickness shown below is an example and is not limited to this.
(第1の実施の形態)
図1〜図2は、本発明の第1の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。ここでは、メモリセルが形成されるメモリセル部と、メモリセル部の各メモリセルにデータを書き込み、またはメモリセル部の各メモリセルと電気的に接続され、各メモリセルからデータを読み出す動作などに必要な周辺回路が形成される周辺回路部と、を有するたとえばNAND型フラッシュメモリなどの半導体装置を側壁残しプロセスで加工する場合を例に挙げて説明する。また、ここでは、光や電子線などの放射線によるリソグラフィの解像限界以下の微細なラインアンドスペースパターンで構成されたメモリセル部と、メモリセル部のラインアンドスペースパターンよりもラフな(ピッチの大きな)ラインアンドスペースパターンで構成された周辺回路部と、を加工する場合の製造方法の手順について説明する。なお、以下では、メモリセル部を形成する領域をメモリセル形成領域11といい、周辺回路部を形成する領域を周辺回路形成領域12という。
(First embodiment)
1 to 2 are cross-sectional views schematically showing an example of the procedure of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. Here, a memory cell portion in which a memory cell is formed, an operation of writing data to each memory cell of the memory cell portion, or an operation of reading data from each memory cell electrically connected to each memory cell of the memory cell portion, etc. An example in which a semiconductor device such as a NAND flash memory having a peripheral circuit portion necessary for the above-described peripheral circuit is processed by a process of leaving a side wall will be described as an example. In addition, here, a memory cell portion composed of a fine line and space pattern below the resolution limit of lithography by radiation such as light and an electron beam, and a rougher (pitch of the pitch) than the line and space pattern of the memory cell portion. A procedure of a manufacturing method in the case of processing a peripheral circuit portion configured by a large) line and space pattern will be described. In the following description, a region where the memory cell portion is formed is referred to as a memory
まず、図1(a)に示されるように、加工対象となる被加工膜20が形成された基板10が用意される。この被加工膜20は、たとえば基板10上に形成されたメモリセル部のメモリセルを構成するメモリセルトランジスタや周辺回路部の電界効果型トランジスタのゲート電極の基となる導電性材料膜であってもよいし、基板10上に形成されたメモリセル部のメモリセルトランジスタや周辺回路部の電界効果型トランジスタのゲート電極、ソース/ドレイン領域と、上層に形成される配線との間を電気的に絶縁する層間絶縁膜などの絶縁膜であってもよい。また、ここで、基板10とは、シリコン基板などの基板だけでなく、上面に金属膜や絶縁膜などの膜や素子が形成された基板をも含むものとする。ただし、この明細書に添付された図面では、基板10として半導体基板を用いる場合を示し、被加工膜20として金属を用いる場合を示している。
First, as shown in FIG. 1A, a
ついで、基板10上に形成された被加工膜20上に、スピンコート法などを用いてレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成する。レジスト膜の膜厚は、たとえば0.7μm〜1.0μm程度の厚さである。このレジスト組成物として、加熱によってレジスト内部に酸成分を発生する材料が用いられる。このような材料として、たとえば、アクリル樹脂やノボラック樹脂などの被膜形成物質とナフトキノンジアジド系感光剤とから構成されるポジ型レジストの他に、加熱によって酸を発生する化学増幅型レジストなどを挙げることができる。なお、レジスト組成物は、ポジ型レジスト、ネガ型レジストのいずれであってもよいが、この第1の実施の形態では、ポジ型のレジスト組成物を用いる場合を例に挙げている。
Next, a resist composition is applied onto the
ついで、プリベーク処理を行ってレジスト膜中に含まれる溶剤を蒸発させる。プリベーク処理は、たとえば、ホットプレートを用いて70℃〜110℃の温度で1分間程度の熱処理を施すことによって行う。その後、レジスト膜の所定の領域が照射されるようにマスクをして、光源からたとえばKrFエキシマレーザ光(248nm)をレジスト膜に照射する。レジスト膜の露光を行った後、必要に応じて露光後加熱処理(以下、PEB処理という)を行う。これによって、レジスト膜の解像度を向上させることができる。PEB処理は、たとえば、50℃〜130℃の熱処理を施すことによって行うことができる。なお、レジスト膜の露光には、KrFエキシマレーザ光のほかにも、レジスト膜の感度波長に対応したものであればよく、たとえば、g線、i線、深紫外光、ArFエキシマレーザ光(193nm)、EB(電子線)またはX線などの放射線を用いることができる。 Next, a pre-bake process is performed to evaporate the solvent contained in the resist film. The pre-bake treatment is performed, for example, by performing a heat treatment for about 1 minute at a temperature of 70 ° C. to 110 ° C. using a hot plate. Thereafter, a mask is applied so that a predetermined region of the resist film is irradiated, and the resist film is irradiated with, for example, KrF excimer laser light (248 nm) from a light source. After exposure of the resist film, post-exposure heat treatment (hereinafter referred to as PEB treatment) is performed as necessary. Thereby, the resolution of the resist film can be improved. The PEB treatment can be performed, for example, by performing a heat treatment at 50 ° C. to 130 ° C. In addition to the KrF excimer laser light, the resist film may be exposed to a film corresponding to the sensitivity wavelength of the resist film, such as g-line, i-line, deep ultraviolet light, ArF excimer laser light (193 nm). ), EB (electron beam) or X-ray radiation.
その後、図1(b)に示されるように、現像プロセスを通して、所定のラインアンドスペースのレジストパターン31Aを形成する。ここで、現像液としては、たとえば、TMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド)などの0.05重量%〜3.0重量%程度のアルカリ水溶液を用いることができる。この図に示されるように、比較的単純かつ周期的なラインアンドスペースパターンで構成されているメモリセル形成領域11では、一般に不規則なパターンで構成されている周辺回路形成領域12に比して、形成されるレジストパターンの幅は細めに形成されている。なお、現像処理を行った後、必要に応じて、ポストデベロッピングベーク処理を行ってもよい。ポストデベロッピングベーク処理は、後のミキシング反応に影響することから、使用するレジスト組成物および微細パターン形成材料に応じて適切な温度条件に設定することが望ましい。たとえば、ホットプレートを用いて60℃〜120℃で60秒程度加熱する。
Thereafter, as shown in FIG. 1B, a
ついで、図1(c)に示されるように、前工程で形成されたレジストパターン31Aにスリミング処理を行って、予め設定された細さとなるまで細らせたレジストパターン31Bを形成する。スリミング処理としては、ウェットエッチングなどを用いることができる。このとき、メモリセル形成領域11上には、微細な第1のラインアンドスペースのレジストパターン31Bが形成され、周辺回路形成領域12上には、第1のラインアンドスペースよりもピッチの大きな第2のラインアンドスペースのレジストパターン31Bが形成される。
Next, as shown in FIG. 1C, the resist
ついで、図1(d)に示されるように、レジストパターン31Bを含む被加工膜20上に、酸の存在によって架橋可能な成分を含む材料を塗布して、微細パターン形成膜32を形成する。微細パターン形成膜32の塗布方法は、レジストパターン31B上に均一に塗布できるものであれば特に限定されず、たとえば、スプレー法やスピンコート法などを用いることができる。ここで、微細パターン形成膜32は、酸の存在によって架橋可能な少なくとも1種類の水溶性成分と、水および/または水溶性有機溶媒と、を含有する。つまり、溶媒として、水、水溶性有機溶媒または水と水溶性有機溶媒との混合溶媒のいずれかを用いるので、水に不溶の下地のレジストパターン31Bを溶解させることがない。また、酸の存在によって架橋可能な水溶性成分は、ポリマー、モノマーおよびオリゴマーのうちのいずれであってもよいが、この例においては、モノマー、オリゴマーまたは低重合ポリマーを用いることが好ましい。特に、モノマーもしくはモノマーの2量体〜240量体、または平均分子量10,000までのオリゴマーを用いることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 1D, a fine
その後、プリベーク処理を行って、微細パターン形成膜32に含まれる溶剤を蒸発させる。このプリベーク処理は、たとえば、ホットプレートを用いて85℃程度の温度で1分間程度の熱処理を施すことによって行われる。
Thereafter, a pre-bake process is performed to evaporate the solvent contained in the fine
プリベーク処理の後、図2(a)に示されるように、被加工膜20上に形成されたレジストパターン31Bと、被加工膜20上に形成された微細パターン形成膜32と、に加熱処理(ミキシングベーク処理;以下、MB処理という)を行う。MB処理の温度および時間は、レジストパターン31Bの種類や後述する側壁膜33の厚さなどに応じて適当な値に設定される。この例では、たとえば、ホットプレートを用いて85℃〜150℃で60秒〜120秒のMB処理を行う。
After the pre-baking process, as shown in FIG. 2A, the resist
このMB処理によって、レジストパターン31Bを加熱して、レジストパターン31B中に酸を発生させるとともに、発生した酸の拡散を促進して、レジストパターン31Bから微細パターン形成膜32へ酸を供給する。このとき、微細パターン形成膜32がレジストパターン31Bに接する部分で、微細パターン形成膜32に含まれる架橋可能な水溶性成分が、酸の存在により架橋反応を起こし、その部分が水やアルカリ水溶性の現像液などに対して不溶化する。そして、このレジストパターン31B中から微細パターン形成膜32への酸の供給と、架橋反応が、レジストパターン31Bと微細パターン形成膜32の界面から微細パターン形成膜32へ向かう方向に、MB処理時間中進行する。なお、微細パターン形成膜32のレジストパターン31Bとの界面付近以外の領域における部分では、レジストパターン31Bで発生した酸の供給が行われず、架橋反応が起こらないので、水やアルカリ水溶性の現像液などに対して可溶のままである。ここで、微細パターン形成膜32のレジストパターン31Bとの界面付近とは、MB処理によってレジストパターン31B中に発生した酸が拡散可能な範囲で、架橋反応を起こした領域をいうものとする。このようにして、レジストパターン31Bの周囲には、現像液に対して不溶性を示す側壁膜33が薄く形成される。側壁膜33の厚さは、プロセス条件や使用する材料特性によって制御することができる。
By this MB process, the resist
その後、図2(b)に示されるように、レジストパターン31Bと側壁膜33を含む微細パターン形成膜32とが形成された基板10のメモリセル形成領域11のみを再度露光装置で露光する。このとき、露光装置の光源と基板10との間において、メモリセル形成領域11では光源からの光が透過し、周辺回路形成領域12では光源からの光が遮られるように、ガラスなどの透明基板101に遮光膜102がパターニングされたマスク100を用いる。また、この露光工程で用いられる露光装置は、スキャナを用いる必要はなく、メモリセル形成領域11のレジストを感光させることができればどのような構成の装置でもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 2B, only the memory
この露光によって、メモリセル形成領域11のレジストパターン31B部分が露光されることにより、現像液に対して可溶な状態となる。一方の周辺回路形成領域12のレジストパターン31B部分は露光されないため、現像液に対して不溶の状態のままである。
By this exposure, the resist
ついで、図2(c)に示されるように、レジストパターン31Bと側壁膜33を含む微細パターン形成膜32とが形成された基板10をアルカリ水溶液で現像すると、メモリセル形成領域11のレジストパターン31Bが現像液に溶解するとともに、メモリセル形成領域11と周辺回路形成領域12の微細パターン形成膜32の側壁膜33以外の部分も現像液に溶解し、基板10上(被加工膜20上)から除去される。一方、メモリセル形成領域11の側壁膜33と、周辺回路形成領域12のレジストパターン31Bおよび側壁膜33とは、現像液に溶解せずそのままパターンとして残存する。つまり、メモリセル形成領域11の側壁膜33、および周辺回路形成領域12のレジストパターン31Bと側壁膜33を同時に形成することができる。
Next, as shown in FIG. 2C, when the
その後、メモリセル形成領域11では側壁膜33をマスクとして、また周辺回路形成領域12ではレジストパターン31Bとその側面に形成された側壁膜33の構造体をマスクとして、被加工膜20のエッチングが行われ、半導体装置が製造される。ここで、メモリセル形成領域11ではレジストパターン31Bの側壁膜33が被加工膜20のマスク材として残るため、この側壁膜33の膜厚によって、メモリセルの微細ラインアンドスペース寸法が決定される。また、周辺回路形成領域12では、レジストパターン31Bとその周囲に形成される側壁膜33が被加工膜20のマスク材として残るため、スリミングしたレジストパターン31Bと側壁膜33を合わせたサイズによって周辺回路のラインアンドスペースの寸法が決定される。そのため、メモリセル形成領域11と周辺回路形成領域12に形成するマスク材の寸法を考慮して、レジストパターン31Aの寸法、レジストパターン31Aからレジストパターン31Bへのスリミング処理、側壁膜33の形成処理におけるパラメータが適宜設定される。
Thereafter, the film to be processed 20 is etched using the
本第1の実施の形態によれば、リソグラフィの解像限界以下の微細なパターンが要求されるメモリセル部と、メモリセル部よりもピッチが大きいパターンを有する周辺回路部と、を備えるNAND型フラッシュメモリなどの半導体装置のように、異なるピッチの複数のパターンを簡易に形成することができるという効果を有する。 According to the first embodiment, a NAND type comprising: a memory cell unit that requires a fine pattern that is less than the resolution limit of lithography; and a peripheral circuit unit that has a pattern having a larger pitch than the memory cell unit. As in a semiconductor device such as a flash memory, there is an effect that a plurality of patterns having different pitches can be easily formed.
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態では、レジストパターン31Bを含む被加工膜20上に微細パターン形成膜32を形成した後に、MB処理を行っていた。これは、微細パターン形成膜32がレジストパターン31B上に形成されていないことが前提であるが、実際には、微細パターン形成膜32がレジストパターン31Bの上面を覆ってしまう場合も考えられる。この場合には、その後の露光処理を行っても、メモリセル形成領域11の上面の一部または全部に形成された微細パターン形成膜32によって、露光装置の光源からの光がレジストパターン31Bに到達せず、後の現像処理によってレジストパターン31Bが除去されなくなってしまう。そこで、この第2の実施の形態では、現像処理時に確実にレジストパターン31Bを除去することができる側壁残しプロセスを用いた半導体装置の製造方法について説明する。なお、以下では、第1の実施の形態と異なる部分のみを例に挙げて説明する。
(Second Embodiment)
In the first embodiment, MB processing is performed after the fine
図3は、本発明の第2の実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。まず、第1の実施の形態の図1(a)〜図2(a)までに示したように、基板10上に形成した被加工膜20上にレジスト組成物を塗布してレジスト膜を形成し、露光、現像処理によって、メモリセル形成領域11と周辺回路形成領域12とに所定形状のレジストパターン31Aを形成する。ついで、レジストパターン31Aをスリミングして細らせたレジストパターン31Bを形成し、このレジストパターン31Bを含む被加工膜20上に、酸の存在により架橋可能な成分を含んだ材料を塗布して、微細パターン形成膜32を形成し、プリベーク処理によって微細パターン形成膜32に含まれる溶剤を蒸発させる。そして、レジストパターン31Bと微細パターン形成膜32とにMB処理を行って、レジストパターン31Bの周囲に、現像液に対して不溶化した側壁膜33を形成する。
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing an example of the procedure of the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A to FIG. 2A of the first embodiment, a resist composition is applied to a film to be processed 20 formed on a
ついで、図3(a)に示されるように、側壁膜33を含む微細パターン形成膜32とレジストパターン31Bが形成された基板10上に、露光の有無にかかわらず現像液に対して可溶の性質を有する現像可溶膜41を形成する。この現像可溶膜41は、たとえば、アルカリ可溶の液浸リソグラフィ用のトップコート保護膜を用いることができる。また、現像可溶膜41の形成方法は、微細パターン形成膜32上に均一に形成できるものであれば特に限定されず、たとえばスピンコート法などを用いることができる。さらに、現像可溶膜41は、その表面位置がレジストパターン31Bの表面位置よりも高くなるように形成される。また、この図3(a)では、レジストパターン31Bの周囲と上面に微細パターン形成膜32が現像液に対して不溶化した側壁膜33が形成された状態が示されている。
Next, as shown in FIG. 3 (a), the
その後、図3(b)に示されるように、化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:以下、CMPという)法によって、現像可溶膜41の上面を平坦化する。なお、このとき、すべてのレジストパターン31Bの上面が露出するまで研磨するように、CMP処理を行う時間を制御する。CMP処理後は、図に示されるように、レジストパターン31Bの周囲に形成された不溶膜間を埋めるように現像可溶膜41が形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 3B, the upper surface of the development
ついで、図3(c)に示されるように、レジストパターン31Bと、側壁膜33を含む微細パターン形成膜32と、現像可溶膜41と、が形成された基板10のメモリセル形成領域11のみを再度露光装置で露光する。この露光によって、メモリセル形成領域11のレジストパターン31Bが露光されることにより、現像液に対して可溶な状態となる。一方の周辺回路形成領域12のレジストパターン31Bは露光されないため、現像液に対して不溶の状態のままである。また、現像可溶膜41は露光の有無にかかわらず、現像液に対して可溶な状態である。
Next, as shown in FIG. 3C, only the memory
その後は、第1の実施の形態の図2(c)に示したように、レジストパターン31Bと側壁膜33を含む微細パターン形成膜32と現像可溶膜41とが形成された基板10をアルカリ水溶液で現像する。これによって、メモリセル形成領域11のレジストパターン31B、およびメモリセル形成領域11と周辺回路形成領域12の微細パターン形成膜32の側壁膜33以外の部分と現像可溶膜41が現像液に溶解し、基板10上(被加工膜20上)から除去される。一方、メモリセル形成領域11の側壁膜33と、周辺回路形成領域12のレジストパターン31Bおよび側壁膜33とは、現像液に溶解せずそのままパターンとして残存する。そして、メモリセル形成領域11では側壁膜33をマスクとして、また周辺回路形成領域12ではレジストパターン31Bとその側面に形成された側壁膜33の構造体をマスクとして、被加工膜20のエッチングが行われ、半導体装置の製造が行われる。
Thereafter, as shown in FIG. 2C of the first embodiment, the
本第2の実施の形態によれば、MB処理後の露光処理前に、現像可溶膜41を形成し、CMP法によってレジストパターン31Bの上面が露出するように研磨を行うようにしたので、第1の実施の形態の効果に加えて、レジストパターン31Bの上面に微細パターン形成膜32が残ることによる現像時のレジストパターン31Bの残留を防ぎ、確実に側壁膜33のみを残したパターンを形成することができるという効果を有する。
According to the second embodiment, the development
なお、上述した例では、レジストパターン31Bとしてポジ型レジストを用いた場合を示したが、レジストパターン31Bとしてネガ型レジストを用いることもできる。ただし、この場合には、側壁膜33に対するレジストパターン31Bの選択比が高いエッチング液やエッチングガスを用いて、第1の実施の形態の場合には図2(a)の後に、レジストパターン31Bと微細パターン形成膜32のエッチングを行い、第2の実施の形態の場合には図3(b)の後に、レジストパターン31Bと微細パターン形成膜32と現像可溶膜41のエッチングを行えばよい。これによって、ネガ型レジストで形成されるレジストパターン31Bを除去することができる。また、エッチング後に微細パターン形成膜32、または微細パターン形成膜32と現像可溶膜41が残ってしまった場合には、現像液でこれらの膜を除去すればよい。さらに、たとえばメモリセル形成領域11のレジストパターン31Bのみを除去する場合には、周辺回路形成領域12上をレジストなどのマスク材で覆い、メモリセル形成領域11のみを開口した状態でエッチングを行えばよい。
In the example described above, a case where a positive resist is used as the resist
このようにレジストパターン31Bとしてネガ型レジストを用いた場合には、最後にレジストパターン31Bと微細パターン形成膜32をエッチングによって除去するために、従来例の側壁残しプロセスのエッチングによるダミーパターン除去と同様に、この工程での処理に多少の時間を要してしまう。しかし、ポジ型レジストを用いた場合に比べて露光工程が不要となることに加えて、ポジ型レジストを用いる場合と同様に、レジストパターン31Bと微細パターン形成膜32のエッチングによる除去工程以外の各工程での処理時間を従来例に比べて短縮することができる。その結果、従来例の側壁残しプロセスに比して、TATの短縮化を図ることができるとともに半導体装置の製造コストを低減させることができるという効果を有する。
When a negative resist is used as the resist
また、上述した説明では、メモリセル形成領域11のレジストパターン31Bは、第1のラインアンドスペースのパターンで形成され、周辺回路形成領域12のレジストパターン31Bは、第1のラインアンドスペースよりもピッチの大きな第1のラインアンドスペースのパターンで形成される場合を説明したが、第2のラインアンドスペースのピッチは、第1のラインアンドスペースのピッチと同じでもよい。この場合には、MB処理時に周辺回路形成領域12のレジストパターン31Bの周囲に幅の広い側壁膜33を形成することで、メモリセル形成領域11のレジストパターン31Bとは幅の異なるレジストパターン31Bを形成することが可能となる。
In the above description, the resist
さらに、上述した説明では、周辺回路形成領域12のレジストパターン31Bは、ラインアンドスペースとなっているが、必ずしもラインアンドスペースである必要はない。周辺回路の機能に応じて各種のパターン形状が採用される。
Furthermore, in the above description, the resist
なお、上述した説明では、NAND型フラッシュメモリを例に挙げて、半導体装置の製造方法について説明したが、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)などの半導体装置の製造方法についても本発明を同様に適用することができる。 In the above description, the method of manufacturing a semiconductor device has been described by taking a NAND flash memory as an example. However, the method of manufacturing a semiconductor device such as a DRAM (Dynamic Random Access Memory) or an SRAM (Static Random Access Memory). The present invention can be similarly applied.
20・・・被加工膜、31A,31B・・・レジストパターン、32・・・微細パターン形成膜、33・・・側壁膜、41・・・現像可溶膜、100・・・マスク、101・・・透明基板、102・・・遮光膜。 20 ... film to be processed, 31A, 31B ... resist pattern, 32 ... fine pattern forming film, 33 ... sidewall film, 41 ... development soluble film, 100 ... mask, 101 ..Transparent substrate, 102 ... light-shielding film
Claims (5)
前記第1および第2のレジストパターンを形成した前記被加工膜上に、酸によって架橋可能な成分を含む微細パターン形成膜を形成する微細パターン形成膜形成工程と、
前記第1および第2のレジストパターンと前記微細パターン形成膜とに加熱処理を施して、前記レジストパターンから酸が供給される範囲の前記微細パターン形成膜を架橋させて前記第1および第2のレジストパターンの周囲に側壁膜を形成する架橋工程と、
架橋されなかった前記微細パターン形成膜と前記第1のレジストパターンとを前記被加工膜上から除去して、前記側壁膜からなるパターンと、前記側壁膜が形成された前記第2のレジストパターンとを形成する側壁膜パターン形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A resist pattern forming step for forming a first line-and-space first resist pattern and a second resist pattern on the film to be processed, which includes a component capable of generating an acid by heating;
A fine pattern forming film forming step of forming a fine pattern forming film containing a component crosslinkable with an acid on the processed film on which the first and second resist patterns are formed;
The first and second resist patterns and the fine pattern forming film are subjected to a heat treatment to crosslink the fine pattern forming film in a range where an acid is supplied from the resist pattern, thereby the first and second resist patterns are cross-linked. A crosslinking step of forming a sidewall film around the resist pattern;
The fine pattern forming film and the first resist pattern that have not been cross-linked are removed from the film to be processed, the pattern made of the side wall film, and the second resist pattern on which the side wall film is formed, Forming a sidewall film pattern,
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記側壁膜パターン形成工程では、現像によって、架橋されなかった前記微細パターン形成膜と露光された前記第1のレジストパターンと、を前記被加工膜上から除去して、前記側壁膜からなるパターンと、前記側壁膜が形成された前記第2のレジストパターンとを形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 After the cross-linking step and before the sidewall film pattern forming step, exposure is performed on the film to be processed on which the first resist pattern and the fine pattern forming film other than the formation position of the second resist pattern are formed. Further comprising an exposure step to
In the side wall film pattern forming step, the fine pattern forming film that has not been cross-linked and the exposed first resist pattern are removed from the processed film by development to form a pattern made of the side wall film The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the second resist pattern having the sidewall film formed thereon is formed.
前記微細パターン形成膜上に前記第1および第2のレジストパターンの高さよりも高くなるように、露光の有無にかかわらず現像液に可溶な成分を含む現像可溶膜を塗布する現像可溶膜形成工程と、
前記第1および第2のレジストパターンの上面が露出するまで、前記現像可溶膜を除去するレジストパターン露出工程と、
をさらに含み、
前記現像工程では、現像によって、架橋されなかった前記微細パターン形成膜と、露光された前記第1のレジストパターンと、前記現像可溶膜と、を前記被加工膜上から除去して、前記側壁膜からなるパターンと、前記側壁膜が形成された前記第2のレジストパターンとを形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 After the crosslinking step and before the exposure step,
A development soluble film in which a development soluble film containing a component soluble in a developer regardless of the presence or absence of exposure is applied on the fine pattern forming film so as to be higher than the height of the first and second resist patterns. A film forming step;
A resist pattern exposing step of removing the development soluble film until the upper surfaces of the first and second resist patterns are exposed;
Further including
In the development step, the fine pattern forming film that has not been crosslinked, the exposed first resist pattern, and the development soluble film are removed from the processed film by development, and the side wall is removed. 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein a pattern made of a film and the second resist pattern in which the sidewall film is formed are formed.
前記メモリセルと電気的に接続する周辺回路が形成される周辺回路形成領域には、前記第2のラインアンドスペースの前記第2のレジストパターンが形成されることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置の製造方法。 In the memory cell formation region in which the memory cell of the semiconductor device is formed, the first resist pattern of the first line and space is formed,
5. The second resist pattern of the second line and space is formed in a peripheral circuit formation region where a peripheral circuit electrically connected to the memory cell is formed. Semiconductor device manufacturing method.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2010060693A (en) * | 2008-09-02 | 2010-03-18 | Jsr Corp | Pattern forming method |
JP2015032650A (en) * | 2013-08-01 | 2015-02-16 | 大日本印刷株式会社 | Pattern forming method and method for manufacturing imprint mold |
US9218969B2 (en) | 2010-12-03 | 2015-12-22 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Method for reducing intermixing between films of a patterning process, patterning process, and device manufactured by the patterning process |
US9875897B2 (en) | 2015-12-18 | 2018-01-23 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Semiconductor device and method of fabricating the same |
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