JP2009283863A - Method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

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Masaaki Shinohara
正昭 篠原
Akira Imai
彰 今井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a semiconductor device by which a pattern is stably formed with high precision. <P>SOLUTION: A first inorganic film HU which consists of a first inorganic material, and a second inorganic film HD which consists of a second inorganic material and is located between the first inorganic film HU and a film PS to be processed are formed on the film PS to be processed. The first inorganic film HU is etched using a first photoresist mask R1 on the first inorganic film HU as a mask. A second photoresist mask R2 is formed on the second inorganic film HD. The second inorganic film HD is etched using the second photoresist mask R2 and the first inorganic film HU as masks. The film PS to be processed is etched using the second inorganic film HD as a mask. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、フォトレジストマスクを用いた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 method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device using a photoresist mask.

45nmノードのパターニングにおいては、従来の液浸リソグラフィ技術の適用が可能であると考えられている。しかしながら、32nmノード(ハーフピッチ45nm)においては、液侵技術の飛躍的な改善、または極端紫外線などを用いた光源の短波長化なしには、従来の液浸リソグラフィを単純に適用することは困難である。そこで従来の液浸リソグラフィ技術にダブルパターニング技術を組み合わせる検討がなされている。ダブルパターニングとは、1つのパターンを露光機で転写できる2つの密集度の低いパターンに分割し露光する技術である。2つのパターンを組み合わせることで、最終的に得られるパターンの密集度を高めることができる。   In the patterning of the 45 nm node, it is considered that the conventional immersion lithography technique can be applied. However, in the 32 nm node (half pitch 45 nm), it is difficult to simply apply the conventional immersion lithography without drastically improving the immersion technique or shortening the wavelength of the light source using extreme ultraviolet rays. It is. In view of this, studies have been made to combine a double patterning technique with a conventional immersion lithography technique. Double patterning is a technique in which one pattern is divided into two low-density patterns that can be transferred by an exposure machine and exposed. By combining the two patterns, the density of the finally obtained pattern can be increased.

たとえば特開2005−129761号公報(特許文献1)では、以下の工程により、露光装置の解像度と同程度以下の間隔で複数のホールの配列が形成される。   For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-129761 (Patent Document 1), an array of a plurality of holes is formed at intervals equal to or less than the resolution of the exposure apparatus by the following steps.

まず第1のレジスト膜が下地膜に塗布される。解像度以上の隣接する開口部相互の間隔で配列された複数の第1のレジスト開口パターンが第1のレジスト膜に形成される。この第1のレジスト開口パターンが用いられたエッチングにより、下地膜に第1のホールパターンが形成される。第1のレジスト膜を除去後、下地膜上に新たに第2のレジスト膜が塗付される。第2のレジスト開口パターンが、第1のレジスト開口パターン相互の間の第2のレジスト膜に形成される。この第2のレジスト開口パターンが用いられたエッチングにより、下地膜に第2のホールパターンが形成される。   First, a first resist film is applied to the base film. A plurality of first resist opening patterns arranged at intervals between adjacent openings having a resolution or higher are formed in the first resist film. A first hole pattern is formed in the base film by etching using the first resist opening pattern. After removing the first resist film, a second resist film is newly applied on the base film. A second resist opening pattern is formed in the second resist film between the first resist opening patterns. A second hole pattern is formed in the base film by etching using the second resist opening pattern.

また特開2004−296930号公報(特許文献2)では、以下の工程により、被加工部材にレジストの解像度以上の微細パターンが形成される。   In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-296930 (Patent Document 2), a fine pattern having a resolution equal to or higher than the resist resolution is formed on a workpiece by the following steps.

まず、被加工部材上にマスク層と疎ピッチのレジストパターンとが形成される。次に、このレジストパターンをマスクにしてマスク層がエッチングされ、マスク層の一部の領域の膜厚が薄くされる。この領域の一部を覆うように、次のレジストパターンが形成され、再度エッチングが行なわれる。これによりマスク層に微細なパターンが形成される。この微細パターンが形成されたマスク層をハードマスクにして、被加工部材がエッチングされる。
特開2005−129761号公報 特開2004−296930号公報
First, a mask layer and a sparse pitch resist pattern are formed on a workpiece. Next, the mask layer is etched using this resist pattern as a mask, and the film thickness of a part of the mask layer is reduced. The next resist pattern is formed so as to cover a part of this region, and etching is performed again. Thereby, a fine pattern is formed in the mask layer. The member to be processed is etched using the mask layer on which the fine pattern is formed as a hard mask.
JP 2005-129761 A JP 2004-296930 A

特開2005−129761号公報(特許文献1)の技術では、第2のホールパターンを形成するための第2のレジスト膜が塗布される際に、下地膜(被加工膜)に第1のホールパターンが既に形成されている。すなわち被加工膜は第1のホールパターンの段差を既に有している。このため被加工膜の膜厚が、たとえば半導体装置のゲート電極膜のように厚い場合、大きな段差を有する面に第2のレジスト膜が塗布される。このように大きな段差を有する面上においては露光精度が低下するので、被加工膜を精度よくパターニングすることが難しくなるという問題があった。   In the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-129761 (Patent Document 1), when the second resist film for forming the second hole pattern is applied, the first hole is formed in the base film (processed film). A pattern has already been formed. That is, the film to be processed already has a step of the first hole pattern. For this reason, when the film thickness of the film to be processed is thick, for example, as a gate electrode film of a semiconductor device, the second resist film is applied to a surface having a large step. Since the exposure accuracy is lowered on the surface having such a large step, there is a problem that it is difficult to pattern the film to be processed with high accuracy.

また特開2004−296930号公報(特許文献2)の技術では、ハードマスクを形成するために、マスク層、すなわち一の層を厚み方向に所定の深さだけ部分的にエッチングする必要がある。しかしながら実際にエッチングされる深さは、エッチングレートの工程変動や表面段差の影響を受ける。よって形成されるハードマスクの寸法ばらつきが大きくなるので、このハードマスクを用いた被加工膜のパターニングは再現性が低くなるという問題があった。   In the technique of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-296930 (Patent Document 2), in order to form a hard mask, it is necessary to partially etch a mask layer, that is, one layer by a predetermined depth in the thickness direction. However, the actual etching depth is affected by the process variation of the etching rate and the surface step. Therefore, since the dimensional variation of the formed hard mask becomes large, patterning of a film to be processed using this hard mask has a problem that the reproducibility is lowered.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い精度で安定的にパターンを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である。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device manufacturing method capable of stably forming a pattern with high accuracy.

本実施の形態の半導体装置の製造方法は、以下の工程を備えている。
半導体基板上に被加工膜が形成される。被加工膜上に、第1無機材料からなる第1無機膜と、第1無機材料と異なる第2無機材料からなりかつ第1無機膜と被加工膜との間に位置する第2無機膜とが形成される。第1無機膜上にフォトリソグラフィにより、第1パターンを有する第1フォトレジストマスクが形成される。第1無機膜に第1パターンを転写するために、第1無機材料のエッチング速度が第2無機材料のエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第1フォトレジストマスクをマスクとして用いて選択的に第1無機膜がエッチングされる。第1無機膜をエッチングする工程の後に、第2無機膜上にフォトリソグラフィにより、第1パターンと異なる第2パターンを有する第2フォトレジストマスクが形成される。第2無機膜に第1パターンおよび第2パターンを合わせた合成パターンを転写するために、第2無機材料のエッチング速度が第1無機材料のエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第2フォトレジストマスクおよび第1無機膜をマスクとして用いて選択的に第2無機膜がエッチングされる。第2無機膜をエッチングする工程の後に、被加工膜に合成パターンを転写するために、第2無機膜をマスクとして用いて選択的に被加工膜がエッチングされる。
The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment includes the following steps.
A film to be processed is formed on the semiconductor substrate. A first inorganic film made of a first inorganic material and a second inorganic film made of a second inorganic material different from the first inorganic material and positioned between the first inorganic film and the processed film on the film to be processed; Is formed. A first photoresist mask having a first pattern is formed on the first inorganic film by photolithography. In order to transfer the first pattern to the first inorganic film, selectively using the first photoresist mask as a mask under etching conditions in which the etching rate of the first inorganic material is larger than the etching rate of the second inorganic material. The first inorganic film is etched. After the step of etching the first inorganic film, a second photoresist mask having a second pattern different from the first pattern is formed on the second inorganic film by photolithography. In order to transfer the composite pattern in which the first pattern and the second pattern are combined to the second inorganic film, the second photoresist is etched under an etching condition in which the etching rate of the second inorganic material is larger than the etching rate of the first inorganic material. The second inorganic film is selectively etched using the mask and the first inorganic film as a mask. After the step of etching the second inorganic film, the processed film is selectively etched using the second inorganic film as a mask in order to transfer the composite pattern to the processed film.

本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、被加工膜のパターニングが開始される前に、第1および第2フォトレジストマスクが露光される。よって被加工膜のパターン形状に起因する段差の影響を受けずに露光が行なわれる。このため露光の精度を高くすることができるので、被加工膜のパターンを高い精度で形成することができる。   According to the semiconductor device manufacturing method of the present embodiment, the first and second photoresist masks are exposed before the patterning of the film to be processed is started. Therefore, exposure is performed without being affected by the step caused by the pattern shape of the film to be processed. For this reason, since the exposure accuracy can be increased, the pattern of the film to be processed can be formed with high accuracy.

また第1パターンを第1無機膜に転写するためのエッチングにおいて、第2無機膜がエッチングストッパとして用いられる。このためエッチングストッパが用いられない場合に比してエッチング深さの再現性が高いので、被加工膜のパターニングを安定的に行なうことができる。   In the etching for transferring the first pattern to the first inorganic film, the second inorganic film is used as an etching stopper. For this reason, since the reproducibility of the etching depth is high as compared with the case where the etching stopper is not used, the film to be processed can be stably patterned.

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。図2は、図1のIIA−IIA線に沿った概略断面図(A)、およびIIB−IIB線に沿った概略断面図(B)である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a plan view schematically showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 2 is a schematic cross-sectional view (A) along the line IIA-IIA in FIG. 1 and a schematic cross-sectional view (B) along the line IIB-IIB.

図1および図2を参照して、最初に本実施の形態の半導体装置SD1の概略的な構成について説明する。半導体装置SD1は、たとえば不揮発性メモリが搭載された混載マイコンであり、ロジック領域LRとメモリ領域MRとを有している。ロジック領域LRは、たとえばMPU(Micro Processing Unit)領域と、I/O(Input/Output)領域と、ROMcontrol領域とを有しており、比較的複雑な形状を有する配線パターンWR1〜WR3をゲート電極膜として多く含んでいる。メモリ領域MRは、たとえばROM(Read Only Memory)領域と、RAM(Random Access Memory)領域とを有しており、配線パターンWR1〜WR3に比して規則的な形状を有する配線パターンWR4をゲート電極膜として含んでいる。   With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the schematic structure of semiconductor device SD1 of this Embodiment is demonstrated first. The semiconductor device SD1 is an embedded microcomputer on which a nonvolatile memory is mounted, for example, and has a logic area LR and a memory area MR. The logic region LR includes, for example, an MPU (Micro Processing Unit) region, an I / O (Input / Output) region, and a ROM control region, and the wiring patterns WR1 to WR3 having a relatively complicated shape are used as gate electrodes. It contains a lot as a film. The memory region MR has, for example, a ROM (Read Only Memory) region and a RAM (Random Access Memory) region. A wiring pattern WR4 having a regular shape as compared with the wiring patterns WR1 to WR3 is used as a gate electrode. Includes as a membrane.

次に半導体装置SD1の構成の詳細について説明する。半導体装置SD1は、シリコン基板SBと、ポリシリコン膜PSと、酸化膜OXとを有している。酸化膜OXはシリコン基板SB上に設けられている。ポリシリコン膜PSは酸化膜OX上に設けられている。ポリシリコン膜PSにより、配線パターンWR1〜WR4(図1)が形成されている。   Next, details of the configuration of the semiconductor device SD1 will be described. The semiconductor device SD1 includes a silicon substrate SB, a polysilicon film PS, and an oxide film OX. The oxide film OX is provided on the silicon substrate SB. The polysilicon film PS is provided on the oxide film OX. Wiring patterns WR1 to WR4 (FIG. 1) are formed by the polysilicon film PS.

配線パターンWR1は、折れ曲がりA1を有するラインパターンである。配線パターンWR1は、幅寸法Wおよび間隔寸法Sを有している。間隔寸法Sは、半導体装置SD1の製造に用いられる露光装置による単一の露光により形成可能なパターンの最小間隔寸法よりも小さい。なお配線パターンWR1は、2つのパターンを折れ曲がりA1において繋げる工程を有するパターニングにより形成されている。   The wiring pattern WR1 is a line pattern having a bend A1. The wiring pattern WR1 has a width dimension W and a spacing dimension S. The spacing dimension S is smaller than the minimum spacing dimension of the pattern that can be formed by a single exposure by the exposure apparatus used for manufacturing the semiconductor device SD1. The wiring pattern WR1 is formed by patterning that includes a step of bending two patterns and connecting them at A1.

配線パターンWR2は、複数のラインパターンであり、ラインパターン同士が間隔寸法Sの突き合わせA2aおよびA2bを形成している。突き合わせA2aにおいては、1対の配線パターンWR2の各々の端部が互いに対向している。突き合わせA2bにおいては、1対の配線パターンWR2の一方の中間部の近くに他方の端部が配されている。   The wiring pattern WR2 is a plurality of line patterns, and the line patterns form the abutments A2a and A2b with the interval dimension S. In the butt A2a, the ends of the pair of wiring patterns WR2 face each other. In the butt A2b, the other end portion is arranged near one intermediate portion of the pair of wiring patterns WR2.

配線パターンWR3は、間隔寸法Sを空けて互いに並走する1対のパターンである。間隔寸法Sが空けられた領域には、孤立したスペースA3が形成されている。   The wiring pattern WR3 is a pair of patterns that run parallel to each other with an interval dimension S therebetween. An isolated space A3 is formed in the region where the spacing dimension S is spaced.

配線パターンWR4は、ピッチ寸法P、間隔寸法Sおよび幅寸法Gを有するラインアンドスペースパターンである。ピッチ寸法Pは、半導体装置SD1の製造に用いられる露光装置による単一の露光により形成可能なパターンの最小ピッチ寸法Pminよりも小さく、たとえばP=Pmin/2である。また幅寸法Gは半導体装置SD1のゲート電極膜のゲート長寸法に相当する。   The wiring pattern WR4 is a line and space pattern having a pitch dimension P, a spacing dimension S, and a width dimension G. The pitch dimension P is smaller than the minimum pitch dimension Pmin of a pattern that can be formed by a single exposure by an exposure apparatus used for manufacturing the semiconductor device SD1, for example, P = Pmin / 2. The width dimension G corresponds to the gate length dimension of the gate electrode film of the semiconductor device SD1.

次に、本実施の形態の半導体装置SD1の製造方法について説明する。図3は、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第1工程を概略的に示す平面図である。図4〜図10のそれぞれは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第1〜7工程を工程順に示す図であり、図3の線IVA−IVAに対応する概略断面図(A)および線IVB−IVBに対応する概略断面図(B)である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device SD1 of the present embodiment will be described. FIG. 3 is a plan view schematically showing a first step of the method for manufacturing the semiconductor device in the first embodiment of the present invention. 4 to 10 are diagrams showing the first to seventh steps of the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention in the order of steps, and are schematic cross-sectional views corresponding to line IVA-IVA in FIG. It is a schematic sectional drawing (B) corresponding to A) and line IVB-IVB.

主に図3および図4を参照して、シリコン基板SB(半導体基板)上に酸化膜OXを介してポリシリコン膜PS(被加工膜)が形成される。ポリシリコン膜PS上に下層ハードマスク膜HDと上層ハードマスク膜HUとが順に形成される。すなわちポリシリコン膜PS上に、上層ハードマスク膜HU(第1無機膜)と、上層ハードマスク膜HUとポリシリコン膜PSとの間に位置する下層ハードマスク膜HD(第2無機膜)とを有する積層膜が形成される。上層ハードマスク膜HUは酸化シリコン(第1無機材料)からなる。下層ハードマスク膜HDは、上層ハードマスク膜HUの材料とは異なる材料である窒化シリコン(第2無機材料)からなる。なおポリシリコン膜PS、下層ハードマスク膜HD、および上層ハードマスク膜HUのそれぞれの厚さは、たとえば100nm、50nm、および35nmである。   Referring mainly to FIGS. 3 and 4, a polysilicon film PS (film to be processed) is formed on silicon substrate SB (semiconductor substrate) via oxide film OX. A lower hard mask film HD and an upper hard mask film HU are sequentially formed on the polysilicon film PS. That is, an upper hard mask film HU (first inorganic film) and a lower hard mask film HD (second inorganic film) positioned between the upper hard mask film HU and the polysilicon film PS are formed on the polysilicon film PS. A laminated film is formed. The upper hard mask film HU is made of silicon oxide (first inorganic material). The lower hard mask film HD is made of silicon nitride (second inorganic material) which is a material different from the material of the upper hard mask film HU. The thicknesses of the polysilicon film PS, the lower hard mask film HD, and the upper hard mask film HU are, for example, 100 nm, 50 nm, and 35 nm.

フォトリソグラフィにより、上層ハードマスク膜HU上に第1パターン(図3の実線パターン)を有する第1フォトレジストマスクR1が形成される。すなわち上層ハードマスク膜HU上へのフォトレジストの塗布と、第1パターンに対応した露光とが行なわれる。この第1パターンは、配線パターンWR1〜WR4のパターンのうちの一部に対応している。第1フォトレジストマスクR1は、図3の右側の実線パターン、および図4(B)に示すように、ラインアンドスペースパターンを含んでいる。このラインアンドスペースパターンのピッチ寸法は、配線パターンWR4のピッチ寸法Pの2倍のピッチ寸法2Pを有している。ピッチ寸法2Pは、第1フォトレジストマスクR1のフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンの最小ピッチ寸法に相当する。   A first photoresist mask R1 having a first pattern (solid line pattern in FIG. 3) is formed on the upper hard mask film HU by photolithography. That is, the photoresist is applied onto the upper hard mask film HU and the exposure corresponding to the first pattern is performed. This first pattern corresponds to a part of the patterns of the wiring patterns WR1 to WR4. The first photoresist mask R1 includes a solid line pattern on the right side of FIG. 3 and a line and space pattern as shown in FIG. 4B. The line and space pattern has a pitch dimension 2P that is twice the pitch dimension P of the wiring pattern WR4. The pitch dimension 2P corresponds to the minimum pitch dimension of the line and space pattern that can be formed by photolithography of the first photoresist mask R1.

なお図4(A)および(B)のそれぞれにおいて二点鎖線で示す配線パターンWR1およびWR4は、第1フォトレジストマスクR1の配置を見易くするために図示されているものであり、まだパターニングされていない。   4A and 4B, the wiring patterns WR1 and WR4 shown by the two-dot chain line are shown for easy viewing of the arrangement of the first photoresist mask R1, and are not yet patterned. Absent.

次に酸化シリコンのエッチング速度が窒化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第1フォトレジストマスクR1をマスクとして用いて選択的に上層ハードマスク膜HUが異方性エッチングによりエッチングされる。このエッチングは、たとえばC48とArとの混合ガスをプロセスガスとして用いたRIE(Reactive Ion Etching)である。エッチング終了後、第1フォトレジストマスクR1が除去される。 Next, the upper hard mask film HU is selectively etched by anisotropic etching using the first photoresist mask R1 as a mask under etching conditions in which the etching rate of silicon oxide is higher than the etching rate of silicon nitride. This etching is, for example, RIE (Reactive Ion Etching) using a mixed gas of C 4 F 8 and Ar as a process gas. After the etching is completed, the first photoresist mask R1 is removed.

図5を参照して、上記の加工工程により、上層ハードマスク膜HUに第1パターンが転写される。   Referring to FIG. 5, the first pattern is transferred to upper hard mask film HU by the above-described processing steps.

主に図6を参照して、下層ハードマスク膜HD上に、反射防止膜BCが塗布される。反射防止膜BCは、BARC(Bottom Antireflection Coating)膜として露光時の反射を防止する機能を有している。また反射防止膜BCは、上層ハードマスク膜HUのエッチングされた領域を埋める埋込膜としての機能も有している。これにより下層ハードマスク膜HD上における上層ハードマスク膜HUによる凹凸形状が緩和され、反射防止膜BCの平坦な表面が形成される。   Referring mainly to FIG. 6, antireflection film BC is applied on lower hard mask film HD. The antireflection film BC functions as a BARC (Bottom Antireflection Coating) film to prevent reflection during exposure. The antireflection film BC also has a function as a buried film that fills the etched region of the upper hard mask film HU. Thereby, the uneven shape due to the upper hard mask film HU on the lower hard mask film HD is relaxed, and a flat surface of the antireflection film BC is formed.

フォトリソグラフィにより、下層ハードマスク膜HD上に、上記第1パターンと異なる第2パターンを有する第2フォトレジストマスクR2が形成される。すなわち反射防止膜BC上へのフォトレジストの塗布と、第2パターンに対応した露光とが行なわれる。この第2パターンは、図3の二点鎖線で示すパターンであり、配線パターンWR1〜WR4のパターンのうちの一部に対応している。第1パターンと第2パターンとは、図3の左上部分に示すように、互いに重複する部分を有している。また第2フォトレジストマスクR2は、図3の右側の二点鎖線パターン、および図6(B)に示すように、ラインアンドスペースパターンを含んでいる。このラインアンドスペースパターンのピッチ寸法は、配線パターンWR4のピッチ寸法Pの2倍のピッチ寸法2Pを有している。ピッチ寸法2Pは、第2フォトレジストマスクR2のフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンの最小ピッチ寸法に相当する。   A second photoresist mask R2 having a second pattern different from the first pattern is formed on the lower hard mask film HD by photolithography. That is, the application of the photoresist onto the antireflection film BC and the exposure corresponding to the second pattern are performed. This 2nd pattern is a pattern shown with the dashed-two dotted line of FIG. 3, and respond | corresponds to some of the patterns of wiring patterns WR1-WR4. The first pattern and the second pattern have overlapping portions as shown in the upper left portion of FIG. The second photoresist mask R2 includes a two-dot chain line pattern on the right side of FIG. 3 and a line and space pattern as shown in FIG. 6B. The line and space pattern has a pitch dimension 2P that is twice the pitch dimension P of the wiring pattern WR4. The pitch dimension 2P corresponds to the minimum pitch dimension of the line and space pattern that can be formed by photolithography of the second photoresist mask R2.

なお図6(A)において二点鎖線で示す配線パターンWR1は、第2フォトレジストマスクR2および上層ハードマスク膜HUの配置を見易くするために図示されているものであり、まだパターニングされていない。   Note that the wiring pattern WR1 indicated by a two-dot chain line in FIG. 6A is shown to make the arrangement of the second photoresist mask R2 and the upper hard mask film HU easier to see, and has not been patterned yet.

図7を参照して、窒化シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第2フォトレジストマスクR2および上層ハードマスク膜HUをマスクとして用いて選択的に下層ハードマスク膜HDがエッチングされる。このエッチングは、たとえばC48、CH22、CF4、O2、およびArなどからなる混合ガスをプロセスガスとして用いたRIEである。なお、このエッチングの際に反射防止膜BCの第2フォトレジストマスクR2により被覆されていない部分もエッチングされる。これにより下層ハードマスク膜HDに第1パターンおよび第2パターンを合わせた合成パターンが転写される。次に第2フォトレジストマスクR2が除去される。 Referring to FIG. 7, the lower hard mask film is selectively used by using second photoresist mask R2 and upper hard mask film HU as a mask under etching conditions in which the etching speed of silicon nitride is higher than the etching speed of silicon oxide. HD is etched. This etching is RIE using a mixed gas composed of, for example, C 4 F 8 , CH 2 F 2 , CF 4 , O 2 and Ar as a process gas. In this etching, the portion of the antireflection film BC that is not covered with the second photoresist mask R2 is also etched. As a result, a combined pattern in which the first pattern and the second pattern are combined is transferred to the lower hard mask film HD. Next, the second photoresist mask R2 is removed.

図8を参照して、反射防止膜BCが除去される。次に上層ハードマスク膜HUが除去される。この上層ハードマスク膜HUの除去は、酸化シリコンのエッチング速度が窒化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で上層ハードマスク膜HUをエッチングすることにより行なわれる。具体的には、たとえばフッ酸によるウェットエッチングが行なわれる。   Referring to FIG. 8, antireflection film BC is removed. Next, the upper hard mask film HU is removed. The removal of the upper hard mask film HU is performed by etching the upper hard mask film HU under an etching condition in which the etching rate of silicon oxide is higher than the etching rate of silicon nitride. Specifically, for example, wet etching with hydrofluoric acid is performed.

図9を参照して、ポリシリコンのエッチング速度が窒化シリコンおよび酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、下層ハードマスク膜HDをマスクとして用いて選択的にポリシリコン膜PSがエッチングされる。このエッチングは、たとえばHBr、Cl2、およびO2などからなる混合ガスをプロセスガスとして用いたRIEである。 Referring to FIG. 9, polysilicon film PS is selectively etched using lower hard mask film HD as a mask under etching conditions in which the etching rate of polysilicon is higher than the etching rates of silicon nitride and silicon oxide. . This etching is RIE using, for example, a mixed gas composed of HBr, Cl 2 , O 2 and the like as a process gas.

図10を参照して、上記エッチングにより、ポリシリコン膜PSに第1パターンおよび第2パターンを合わせた合成パターンが転写される。次に下層ハードマスク膜HDと、酸化膜OXの露出部とが除去される。   Referring to FIG. 10, a synthetic pattern in which the first pattern and the second pattern are combined is transferred to polysilicon film PS by the etching. Next, the lower hard mask film HD and the exposed portion of the oxide film OX are removed.

以上により本実施の形態の半導体装置SD1(図1および図2)が製造される。
本実施の形態によれば、ポリシリコン膜PSのパターニング(図10)が開始される前に、第1フォトレジストマスクR1の露光(図4)および第2フォトレジストマスクR2の露光(図6)が行なわれる。よって、第1フォトレジストマスクR1に加えて第2フォトレジストマスクR2についても、ポリシリコン膜PSのパターン形状(図2)に起因する段差の影響を受けずに露光が行なわれる。このため第2フォトレジストマスクR2の露光の精度を高くすることができるので、被加工膜のパターンを高い精度で形成することができる。
Thus, the semiconductor device SD1 (FIGS. 1 and 2) of the present embodiment is manufactured.
According to the present embodiment, before the patterning of the polysilicon film PS (FIG. 10) is started, the exposure of the first photoresist mask R1 (FIG. 4) and the exposure of the second photoresist mask R2 (FIG. 6). Is done. Therefore, the second photoresist mask R2 in addition to the first photoresist mask R1 is exposed without being affected by the level difference due to the pattern shape (FIG. 2) of the polysilicon film PS. For this reason, since the exposure accuracy of the second photoresist mask R2 can be increased, the pattern of the film to be processed can be formed with high accuracy.

なお本実施の形態と異なり第1フォトレジストマスクR1のパターンがポリシリコン膜PSに転写された後に第2フォトレジストマスクR2が露光される場合、第2フォトレジストマスクR2は既にパターンを有するポリシリコン膜PS上に形成されるので、第2フォトレジストマスクR2の露光精度が低くなる。   Unlike the present embodiment, when the second photoresist mask R2 is exposed after the pattern of the first photoresist mask R1 is transferred to the polysilicon film PS, the second photoresist mask R2 is polysilicon having a pattern. Since it is formed on the film PS, the exposure accuracy of the second photoresist mask R2 is lowered.

また本実施の形態によれば、第1パターンを上層ハードマスク膜HUに転写するためのエッチング(図4)において、下層ハードマスク膜HDがエッチングストッパとして用いられる。このためエッチングストッパが用いられない場合に比してエッチング深さの再現性が高いので、上層ハードマスク膜HUを再現性よくパターニングすることができる。よって、この上層ハードマスク膜HUを用いた下層ハードマスク膜HDのパターニング(図8)の再現性を高めることができる。   Further, according to the present embodiment, the lower hard mask film HD is used as an etching stopper in the etching for transferring the first pattern to the upper hard mask film HU (FIG. 4). For this reason, since the reproducibility of the etching depth is higher than when no etching stopper is used, the upper hard mask film HU can be patterned with high reproducibility. Therefore, the reproducibility of the patterning (FIG. 8) of the lower hard mask film HD using the upper hard mask film HU can be improved.

またポリシリコン膜PSのうち、第1フォトレジストマスクR1と、第2フォトレジストマスクR2との少なくともいずれかで覆われていた部分がパターンとして残存する。よってポリシリコン膜PSに最終的に形成されたパターンのうち、第1フォトレジストマスクR1および第2フォトレジストマスクR2の一方によりパターニングされた部分は、第1フォトレジストマスクR1および第2フォトレジストマスクR2の間の重ね合わせ誤差の影響を受けることがないので、高い寸法精度を有している。   Further, a portion of the polysilicon film PS that is covered with at least one of the first photoresist mask R1 and the second photoresist mask R2 remains as a pattern. Therefore, in the pattern finally formed on the polysilicon film PS, the portion patterned by one of the first photoresist mask R1 and the second photoresist mask R2 is the first photoresist mask R1 and the second photoresist mask. Since it is not affected by the overlay error between R2, it has high dimensional accuracy.

たとえば複数の配線パターンWR4(図1)は、上記の重ね合わせ誤差が存在する場合においても、高い寸法精度で幅寸法Gを有している。なぜならば、図3に示すように、誤差寸法dの重ね合わせ誤差は、隣り合う配線パターンWR4間の間隔寸法をSからS+dまたはS−d(図3)に変動させるように作用し、幅寸法Gに対しては作用しないためである。よって幅寸法G、すなわちゲート長の寸法精度を高くすることができるので、配線パターンWR4をゲート電極膜として有する半導体素子の特性ばらつきを抑制することができる。   For example, the plurality of wiring patterns WR4 (FIG. 1) have the width dimension G with high dimensional accuracy even when the above overlay error exists. This is because, as shown in FIG. 3, the overlay error of the error dimension d acts to change the interval dimension between the adjacent wiring patterns WR4 from S to S + d or S-d (FIG. 3). This is because it does not act on G. Therefore, since the dimensional accuracy of the width dimension G, that is, the gate length can be increased, variation in characteristics of the semiconductor element having the wiring pattern WR4 as the gate electrode film can be suppressed.

また下層ハードマスク膜HDのエッチングは、窒化シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で行なわれる。よって酸化シリコンからなる上層ハードマスク膜HUがエッチングされにくいので、上層ハードマスク膜HUの膜厚が薄くても、下層ハードマスク膜HDのエッチング(図7)中に上層ハードマスク膜HUの形状が保持される。よって薄い上層ハードマスク膜HUを用いることができるので、第2フォトレジストマスクR2(図6)形成時における上層ハードマスク膜HUに起因した表面段差が小さくなる。このため第2フォトレジストマスクR2がより平坦な面に形成されるので、第2フォトレジストマスクR2を精度よく形成することができる。   Etching of the lower hard mask film HD is performed under etching conditions in which the etching rate of silicon nitride is higher than the etching rate of silicon oxide. Therefore, since the upper hard mask film HU made of silicon oxide is difficult to be etched, even when the upper hard mask film HU is thin, the shape of the upper hard mask film HU is not changed during the etching of the lower hard mask film HD (FIG. 7). Retained. Therefore, since the thin upper hard mask film HU can be used, the surface step caused by the upper hard mask film HU when the second photoresist mask R2 (FIG. 6) is formed is reduced. Therefore, since the second photoresist mask R2 is formed on a flatter surface, the second photoresist mask R2 can be formed with high accuracy.

また配線パターンWR4のラインアンドスペースパターンのピッチ寸法Pは、第1フォトレジストマスクR1を形成する工程および第2フォトレジストマスクR2を形成する工程の各々におけるフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンの最小ピッチ寸法2Pよりも小さい。よって、単一のフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンよりも、より密集したラインアンドスペースパターンを形成することができる。   The pitch dimension P of the line and space pattern of the wiring pattern WR4 is the line and space pattern that can be formed by photolithography in each of the step of forming the first photoresist mask R1 and the step of forming the second photoresist mask R2. It is smaller than the minimum pitch dimension 2P. Therefore, a denser line and space pattern can be formed than a line and space pattern that can be formed by a single photolithography.

また、図3の左上に示すように、第1フォトレジストマスクR1のパターンである第1パターンと、第2フォトレジストマスクR2のパターンである前記第2パターンとは、互いに重複する部分を有している。これにより第1パターンと第2パターンとが繋がった、折れ曲がり形状を有するパターンを形成することができる。またこの折れ曲がり部は第1のパターンと第2のパターンとに分けて形成されている。このため、折れ曲がり部の角が丸まることを防ぎ、第1パターンと第2パターンとをシャープな形状で繋ぐことができる。   As shown in the upper left of FIG. 3, the first pattern, which is the pattern of the first photoresist mask R1, and the second pattern, which is the pattern of the second photoresist mask R2, have portions that overlap each other. ing. As a result, a pattern having a bent shape in which the first pattern and the second pattern are connected can be formed. Further, the bent portion is formed by being divided into a first pattern and a second pattern. For this reason, it is possible to prevent the corners of the bent portions from being rounded and to connect the first pattern and the second pattern with a sharp shape.

また、図6に示すように、上層ハードマスク膜HUがエッチングされた領域を埋める反射防止膜BCが形成されるので、より平坦な面上に第2フォトレジストマスクR2を形成することができる。よって、より十分なDOF(Depth of Focus)を確保することができるので、第2フォトレジストマスクR2の露光精度が向上する。   Further, as shown in FIG. 6, since the antireflection film BC filling the region where the upper hard mask film HU is etched is formed, the second photoresist mask R2 can be formed on a flatter surface. Therefore, a sufficient DOF (Depth of Focus) can be ensured, so that the exposure accuracy of the second photoresist mask R2 is improved.

また、図8および図9に示すように、下層ハードマスク膜HDをエッチングする工程(図7)の後かつポリシリコン膜PSをエッチングする工程(図10)の前に、上層ハードマスク膜HUが除去される。これにより、図10に示すように、上層ハードマスク膜HUの影響を受けずに下層ハードマスク膜HDを用いてポリシリコン膜PSのパターニングを行なうことができる。またポリシリコン膜PSのパターニング後に残存する下層ハードマスク膜HDの厚みを均一にすることができる。また下流工程において上層ハードマスク膜HUに起因する異物の発生を防ぐことができる。   8 and 9, the upper hard mask film HU is formed after the step of etching the lower hard mask film HD (FIG. 7) and before the step of etching the polysilicon film PS (FIG. 10). Removed. Thereby, as shown in FIG. 10, the polysilicon film PS can be patterned using the lower hard mask film HD without being affected by the upper hard mask film HU. Further, the thickness of the lower hard mask film HD remaining after patterning of the polysilicon film PS can be made uniform. In addition, it is possible to prevent the generation of foreign matters due to the upper hard mask film HU in the downstream process.

また上層ハードマスク膜HUは酸化シリコンからなり、下層ハードマスク膜HDは窒化シリコンからなるので、上層ハードマスク膜HUと下層ハードマスク膜HDとの間でのエッチング選択比を容易に確保することができる。   Further, since the upper hard mask film HU is made of silicon oxide and the lower hard mask film HD is made of silicon nitride, it is possible to easily ensure the etching selectivity between the upper hard mask film HU and the lower hard mask film HD. it can.

(実施の形態2)
図11は、本発明の実施の形態2における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a cross sectional view schematically showing a configuration of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention.

図11を参照して、最初に本実施の形態の半導体装置SD2の概略的な構成について説明する。半導体装置SD2は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)構造を有している。すなわち半導体装置SD2は、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)領域NRおよびPMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor)領域PRを有している。NMOS領域NRおよびPMOS領域PRの各々は、ポリシリコン膜PSを有するゲート配線パターンWRgを有している。   With reference to FIG. 11, a schematic configuration of the semiconductor device SD2 of the present embodiment will be described first. The semiconductor device SD2 has a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) structure. That is, the semiconductor device SD2 has an NMOS (N-channel Metal Oxide Semiconductor) region NR and a PMOS (P-channel Metal Oxide Semiconductor) region PR. Each of the NMOS region NR and the PMOS region PR has a gate wiring pattern WRg having a polysilicon film PS.

次に半導体装置SD2の構成を、より具体的に説明する。半導体装置SD2は、エピタキシャル領域EPと、分離埋め込み膜ILと、側壁保護膜7と、pFET(Field Effect Transistor)エクステンション領域15と、nFETエクステンション領域16と、酸化膜17と、サイドウォール膜18と、シリサイド層19と、nFETソース/ドレイン領域21とを有している。   Next, the configuration of the semiconductor device SD2 will be described more specifically. The semiconductor device SD2 includes an epitaxial region EP, an isolation buried film IL, a sidewall protective film 7, a pFET (Field Effect Transistor) extension region 15, an nFET extension region 16, an oxide film 17, a sidewall film 18, It has a silicide layer 19 and nFET source / drain regions 21.

エピタキシャル領域EPはPMOS領域PRにおけるソース/ドレイン領域であり、シリコン基板SBの材料と異なる材料によりシリコン基板SB上にエピタキシャルに形成されている。エピタキシャル領域EPの材料は、たとえばシリコンゲルマニウム(SiGe)である。nFETソース/ドレイン領域21はNMOS領域NRにおけるソース/ドレイン領域である。   The epitaxial region EP is a source / drain region in the PMOS region PR, and is epitaxially formed on the silicon substrate SB with a material different from the material of the silicon substrate SB. The material of the epitaxial region EP is, for example, silicon germanium (SiGe). The nFET source / drain region 21 is a source / drain region in the NMOS region NR.

分離埋め込み膜ILは、半導体素子間を電気的に分離するための絶縁膜であり、STI(Shallow Trench Isolation)法により形成されることができる。側壁保護膜7および酸化膜17は、絶縁膜であり、たとえば酸化シリコンからなる。サイドウォール膜18は、絶縁膜であり、たとえば窒化シリコンからなる。   The isolation buried film IL is an insulating film for electrically isolating semiconductor elements and can be formed by an STI (Shallow Trench Isolation) method. Side wall protective film 7 and oxide film 17 are insulating films, and are made of, for example, silicon oxide. The sidewall film 18 is an insulating film and is made of, for example, silicon nitride.

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。   Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and description thereof is not repeated.

次に本実施の形態の半導体装置SD2の製造方法について説明する。図12〜図20は、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略的な断面図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device SD2 of the present embodiment will be described. 12 to 20 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps.

主に図12を参照して、実施の形態1における半導体装置SD1の製造方法の第7工程(図10(B))までの工程とほぼ同様の工程により、ポリシリコン膜PSを有するゲート配線パターンWRgが形成される。ただし本実施の形態では下層ハードマスク膜HDの形成(図4)の前にポリシリコン膜PS上に薄い酸化膜5が形成される。   Referring mainly to FIG. 12, a gate wiring pattern having polysilicon film PS is obtained by substantially the same steps up to the seventh step (FIG. 10B) of the method of manufacturing semiconductor device SD1 in the first embodiment. WRg is formed. However, in this embodiment, a thin oxide film 5 is formed on the polysilicon film PS before the formation of the lower hard mask film HD (FIG. 4).

図13を参照して、ポリシリコン膜PSおよびシリコン基板SBの露出面の酸化により、ポリシリコン膜PS側面上に側壁保護膜7が形成され、シリコン基板SB上に基板保護膜8が形成される。   Referring to FIG. 13, side wall protective film 7 is formed on the side surface of polysilicon film PS and substrate protective film 8 is formed on silicon substrate SB by oxidation of the exposed surfaces of polysilicon film PS and silicon substrate SB. .

図14を参照して、シリコン基板SB上に、窒化シリコンからなるサイドウォール膜9が堆積される。   Referring to FIG. 14, sidewall film 9 made of silicon nitride is deposited on silicon substrate SB.

図15を参照して、NMOS領域NRを被覆し、かつPMOS領域PRを露出するように、レジスト膜10が形成される。異方性エッチングにより、PMOS領域PRにおいてサイドウォール膜9の一部がエッチングされる。このエッチングによりPMOS領域PRにおいてポリシリコン膜PSの側面上に側壁保護膜7を介してサイドウォールが形成される。レジスト膜10が除去される。   Referring to FIG. 15, resist film 10 is formed so as to cover NMOS region NR and expose PMOS region PR. A part of the sidewall film 9 is etched in the PMOS region PR by anisotropic etching. By this etching, a sidewall is formed on the side surface of the polysilicon film PS via the sidewall protective film 7 in the PMOS region PR. The resist film 10 is removed.

図16を参照して、下層ハードマスク膜HDおよびサイドウォール膜9をマスクとしてシリコン基板SBが厚み方向に一部エッチングされる。このエッチングにより、PMOS領域PRにおいて、シリコン基板SBの凹部であるリセス部11が形成される。次にリセス部11の表面がフッ酸で洗浄される。これによりリセス部11の表面上の自然酸化膜が除去される。   Referring to FIG. 16, silicon substrate SB is partially etched in the thickness direction using lower hard mask film HD and sidewall film 9 as a mask. By this etching, in the PMOS region PR, a recess portion 11 that is a concave portion of the silicon substrate SB is formed. Next, the surface of the recess 11 is cleaned with hydrofluoric acid. Thereby, the natural oxide film on the surface of the recess portion 11 is removed.

図17を参照して、シリコン基板SBに対するエピタキシャル成長により、リセス部11を埋めるようにエピタキシャル領域EPが形成される。具体的には、たとえば、厚さ40〜100nmのSiGeからなるエピタキシャル膜が形成され、次にこの膜の上に厚さ5〜20nmのSiからなるエピタキシャル膜が形成される。次にエピタキシャル領域EPの表面酸化により、酸化シリコン膜14が形成される。次に、窒化シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、下層ハードマスク膜HDおよびサイドウォール膜9のエッチングが行なわれる。   Referring to FIG. 17, epitaxial region EP is formed so as to fill recess portion 11 by epitaxial growth on silicon substrate SB. Specifically, for example, an epitaxial film made of SiGe having a thickness of 40 to 100 nm is formed, and then an epitaxial film made of Si having a thickness of 5 to 20 nm is formed on this film. Next, a silicon oxide film 14 is formed by surface oxidation of the epitaxial region EP. Next, the lower hard mask film HD and the sidewall film 9 are etched under an etching condition in which the etching rate of silicon nitride is higher than the etching rate of silicon oxide.

主に図18を参照して、上記のエッチングにより、酸化膜5および基板保護膜8が露出される。次にpFETエクステンション領域15およびnFETエクステンション領域16(図11)を形成するための注入工程および洗浄工程が行なわれる。なお、この注入工程および洗浄工程の際に、酸化膜5および基板保護膜8は消失する。   Referring mainly to FIG. 18, oxide film 5 and substrate protective film 8 are exposed by the etching described above. Next, an implantation process and a cleaning process for forming the pFET extension region 15 and the nFET extension region 16 (FIG. 11) are performed. Note that the oxide film 5 and the substrate protective film 8 disappear during the implantation process and the cleaning process.

図19を参照して、上記の注入工程により、シリコン基板SB上にpFETエクステンション領域15およびnFETエクステンション領域16が形成される。   Referring to FIG. 19, pFET extension region 15 and nFET extension region 16 are formed on silicon substrate SB by the above-described implantation step.

図20を参照して、シリコン基板SB上に、酸化膜17およびサイドウォール膜18が、順に堆積される。次に異方性エッチングにより、酸化膜17およびサイドウォール膜18の一部が除去される。   Referring to FIG. 20, oxide film 17 and sidewall film 18 are sequentially deposited on silicon substrate SB. Next, a part of the oxide film 17 and the sidewall film 18 is removed by anisotropic etching.

再び図11を参照して、このエッチングにより、ポリシリコン膜PSの側面上にサイドウォール膜18を有するサイドウォールが形成される。次にNMOS領域NRにおいてイオン注入によりnFETソース/ドレイン領域21が形成される。次にポリシリコン膜PS、エピタキシャル領域EP、およびnFETソース/ドレイン領域21表面のシリサイド化により、シリサイド層19が形成される。   Referring to FIG. 11 again, this etching forms a sidewall having sidewall film 18 on the side surface of polysilicon film PS. Next, nFET source / drain regions 21 are formed by ion implantation in the NMOS region NR. Next, a silicide layer 19 is formed by silicidation of the surface of the polysilicon film PS, the epitaxial region EP, and the nFET source / drain region 21.

以上により本実施の形態の半導体装置SD2が製造される。
本実施の形態によれば、下層ハードマスク膜HDは、窒化シリコンからなるので、リセス部11(図16)の表面を洗浄するためのフッ酸により侵食されにくい。よってフッ酸からポリシリコン膜PSを確実に保護することができる。なおポリシリコン膜PSが酸化シリコンからなる膜によってのみ保護されている場合、酸化シリコンはフッ酸により容易に侵食されるため、ポリシリコン膜PSの保護が不十分となり得る。
Thus, the semiconductor device SD2 of the present embodiment is manufactured.
According to the present embodiment, since the lower hard mask film HD is made of silicon nitride, it is less likely to be eroded by hydrofluoric acid for cleaning the surface of the recess 11 (FIG. 16). Therefore, the polysilicon film PS can be reliably protected from hydrofluoric acid. If the polysilicon film PS is protected only by a film made of silicon oxide, the silicon oxide is easily eroded by hydrofluoric acid, so that the protection of the polysilicon film PS may be insufficient.

またリセス部11(図16)がエッチングにより形成される前に、下層ハードマスク膜HD上の上層ハードマスク膜HU(図8)が、実施の形態1において説明したエッチングにより除去されている。このため下層ハードマスク膜HDのエッチング(図17)の際に、上層ハードマスク膜HUがリフトオフされることがない。よってこのリフトオフに起因する異物の発生を防止することができる。   Further, before the recess 11 (FIG. 16) is formed by etching, the upper hard mask film HU (FIG. 8) on the lower hard mask film HD is removed by the etching described in the first embodiment. Therefore, the upper hard mask film HU is not lifted off during the etching of the lower hard mask film HD (FIG. 17). Therefore, the generation of foreign matter due to the lift-off can be prevented.

(実施の形態3)
図21は、本発明の実施の形態3における半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。図22は、図21のXXIIA−XXIIA線に沿った概略断面図(A)、およびXXIIB−XXIIB線に沿った概略断面図(B)である。
(Embodiment 3)
FIG. 21 is a plan view schematically showing the configuration of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 22 is a schematic cross-sectional view (A) along the line XXIIA-XXIIA in FIG. 21 and a schematic cross-sectional view (B) along the line XXIIB-XXIIB.

図21および図22を参照して、この半導体装置SD3は、半導体装置SD1(図1)と同様にロジック領域LRおよびメモリ領域MRを有している。ロジック領域LRは、比較的複雑な形状を有する活性領域AC1〜AC3と、非活性領域NAとを有している。メモリ領域MRは、活性領域AC1〜AC3に比して規則的な形状を有する活性領域AC4と、非活性領域NAとを有している。非活性領域NAにおいては、シリコン基板SB上に分離埋め込み膜ILが形成されている。   Referring to FIGS. 21 and 22, this semiconductor device SD3 has a logic region LR and a memory region MR, similarly to semiconductor device SD1 (FIG. 1). The logic region LR includes active regions AC1 to AC3 having a relatively complicated shape and a non-active region NA. The memory region MR has an active region AC4 having a regular shape as compared with the active regions AC1 to AC3, and a non-active region NA. In the inactive region NA, an isolation buried film IL is formed on the silicon substrate SB.

活性領域AC1は、折れ曲がりA1を有するラインパターンである。活性領域AC1は、幅寸法Wおよび間隔寸法Sを有している。間隔寸法Sは、半導体装置SD1の製造に用いられる露光装置による単一の露光により形成可能なパターンの最小間隔寸法よりも小さい。なお活性領域AC1は、2つのパターンを折れ曲がりA1において繋げる工程を有するパターニングにより形成されている。   The active region AC1 is a line pattern having a bend A1. The active region AC1 has a width dimension W and a spacing dimension S. The spacing dimension S is smaller than the minimum spacing dimension of the pattern that can be formed by a single exposure by the exposure apparatus used for manufacturing the semiconductor device SD1. The active region AC1 is formed by patterning including a step of bending two patterns and connecting them at A1.

活性領域AC2は、複数のラインパターンであり、ラインパターン同士が間隔寸法Sの突き合わせA2aおよびA2bを形成している。突き合わせA2aにおいては、1対の活性領域AC2の各々の端部が互いに対向している。突き合わせA2bにおいては、1対の活性領域AC2の一方の中間部の近くに他方の端部が配されている。   The active region AC2 is a plurality of line patterns, and the line patterns form the abutments A2a and A2b with the interval dimension S. In the butt A2a, the ends of the pair of active regions AC2 face each other. In butt | matching A2b, the other edge part is distribute | arranged near one intermediate part of one pair of active region AC2.

活性領域AC3は、間隔寸法Sを空けて互いに並走する1対のパターンである。間隔寸法Sが空けられた領域には、孤立したスペースA3が形成されている。   The active region AC3 is a pair of patterns that run parallel to each other with an interval dimension S therebetween. An isolated space A3 is formed in the region where the spacing dimension S is spaced.

活性領域AC4は、ピッチ寸法Pおよび間隔寸法Sを有するラインアンドスペースパターンである。ピッチ寸法Pは、半導体装置SD3の製造に用いられる露光装置による単一の露光により形成可能なパターンの最小ピッチ寸法Pminよりも小さく、たとえばP=Pmin/2である。   The active region AC4 is a line and space pattern having a pitch dimension P and a spacing dimension S. The pitch dimension P is smaller than the minimum pitch dimension Pmin of a pattern that can be formed by a single exposure by an exposure apparatus used for manufacturing the semiconductor device SD3. For example, P = Pmin / 2.

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。
図23は、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第1工程を概略的に示す平面図である。図24〜図34は、本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第1〜第11工程を工程順に示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described.
FIG. 23 is a plan view schematically showing a first step of the method of manufacturing a semiconductor device in the third embodiment of the present invention. 24 to 34 are views showing the first to eleventh steps of the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention in the order of steps, and are schematic cross-sectional views corresponding to the line XXIVA-XXIVA in FIG. ) And a schematic sectional view (B) corresponding to the line XXIVB-XXIVB.

主に図23および図24を参照して、シリコン基板SB(半導体基板)の表面が酸化されることにより、シリコン基板SB上に酸化シリコンからなるパッド層PDが形成される。パッド層PDの厚さは、たとえば10nmである。   Referring mainly to FIGS. 23 and 24, the surface of silicon substrate SB (semiconductor substrate) is oxidized to form pad layer PD made of silicon oxide on silicon substrate SB. The thickness of the pad layer PD is, for example, 10 nm.

このパッド層PD上に、ストッパ層STと、第4ハードマスク膜Ha4と、第3ハードマスク膜Ha3(被加工膜)と、第2ハードマスク膜Ha2(第2無機膜)と、第1ハードマスク膜Ha1(第1無機膜)とが、順に成膜される。ストッパ層STは窒化シリコンからなる厚さ90nm程度の膜である。第4ハードマスク膜Ha4は厚さ30nm程度の酸化シリコンからなる膜である。第3ハードマスク膜Ha3は厚さ200nm程度のポリシリコンからなる膜である。第2ハードマスク膜Ha2は窒化シリコンからなる厚さ50nm程度の膜である。第1ハードマスク膜Ha1は酸化シリコンからなる厚さ35nm程度の膜である。   On this pad layer PD, the stopper layer ST, the fourth hard mask film Ha4, the third hard mask film Ha3 (film to be processed), the second hard mask film Ha2 (second inorganic film), and the first hard film A mask film Ha1 (first inorganic film) is sequentially formed. The stopper layer ST is a film made of silicon nitride and having a thickness of about 90 nm. The fourth hard mask film Ha4 is a film made of silicon oxide having a thickness of about 30 nm. The third hard mask film Ha3 is a film made of polysilicon having a thickness of about 200 nm. The second hard mask film Ha2 is a film made of silicon nitride and having a thickness of about 50 nm. The first hard mask film Ha1 is a film made of silicon oxide and having a thickness of about 35 nm.

この第1ハードマスク膜Ha1上に、フォトリソグラフィにより第1パターン(図23の実線パターン)を有する第1フォトレジストマスクR1が形成される。すなわち第1ハードマスク膜Ha1上へのフォトレジストの塗布と、第1パターンに対応した露光とが行なわれる。この第1パターンは、活性領域AC1〜AC4のパターンのうちの一部に対応している。第1フォトレジストマスクR1は、図23の右側の実線パターン、および図24(B)に示すように、ラインアンドスペースパターンを含んでいる。このラインアンドスペースパターンのピッチ寸法は、活性領域AC4のピッチ寸法Pの2倍のピッチ寸法2Pを有している。ピッチ寸法2Pは、第1フォトレジストマスクR1のフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンの最小ピッチ寸法に相当する。   On the first hard mask film Ha1, a first photoresist mask R1 having a first pattern (solid line pattern in FIG. 23) is formed by photolithography. That is, the photoresist is applied onto the first hard mask film Ha1 and the exposure corresponding to the first pattern is performed. This first pattern corresponds to a part of the patterns of the active regions AC1 to AC4. The first photoresist mask R1 includes a solid line pattern on the right side of FIG. 23 and a line and space pattern as shown in FIG. The line and space pattern has a pitch dimension 2P that is twice the pitch dimension P of the active region AC4. The pitch dimension 2P corresponds to the minimum pitch dimension of the line and space pattern that can be formed by photolithography of the first photoresist mask R1.

なお図24(A)および(B)のそれぞれにおいて二点鎖線で示す活性領域AC1およびAC4は、第1フォトレジストマスクR1の配置を見易くするために図示されているものであり、まだパターニングされていない。   Note that the active regions AC1 and AC4 indicated by two-dot chain lines in each of FIGS. 24A and 24B are illustrated to make the arrangement of the first photoresist mask R1 easier to see and have not yet been patterned. Absent.

次に、酸化シリコンのエッチング速度が窒化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第1フォトレジストマスクR1をマスクとして用いて選択的に第1ハードマスク膜Ha1が異方性エッチングによりエッチングされる。このエッチングは、たとえばC48とArとの混合ガスをプロセスガスとして用いたRIE(Reactive Ion Etching)である。エッチング終了後、第1フォトレジストマスクR1が除去される。 Next, the first hard mask film Ha1 is selectively etched by anisotropic etching using the first photoresist mask R1 as a mask under etching conditions in which the etching rate of silicon oxide is higher than the etching rate of silicon nitride. The This etching is, for example, RIE (Reactive Ion Etching) using a mixed gas of C 4 F 8 and Ar as a process gas. After the etching is completed, the first photoresist mask R1 is removed.

図25を参照して、上記の加工工程により、第1ハードマスク膜Ha1に第1パターンが転写される。   Referring to FIG. 25, the first pattern is transferred to first hard mask film Ha1 through the above-described processing steps.

主に図26を参照して、第2ハードマスク膜Ha2上に、反射防止膜BCが塗布される。反射防止膜BCは、BARC膜として露光時の反射を防止する機能を有している。また反射防止膜BCは、第1ハードマスク膜Ha1がエッチングされた領域を埋める埋込膜としての機能も有している。これにより第2ハードマスク膜Ha2上における第1ハードマスク膜Ha1による凹凸形状が緩和され、反射防止膜BCの平坦な表面が形成される。   Referring mainly to FIG. 26, an antireflection film BC is applied on the second hard mask film Ha2. The antireflection film BC has a function of preventing reflection during exposure as a BARC film. The antireflection film BC also has a function as a buried film that fills the region where the first hard mask film Ha1 is etched. Thereby, the uneven shape of the first hard mask film Ha1 on the second hard mask film Ha2 is relaxed, and a flat surface of the antireflection film BC is formed.

フォトリソグラフィにより、第2ハードマスク膜Ha2上に、上記第1パターンと異なる第2パターンを有する第2フォトレジストマスクR2が形成される。すなわち反射防止膜BC上へのフォトレジストの塗布と、第2パターンに対応した露光とが行なわれる。   A second photoresist mask R2 having a second pattern different from the first pattern is formed on the second hard mask film Ha2 by photolithography. That is, the application of the photoresist onto the antireflection film BC and the exposure corresponding to the second pattern are performed.

この第2パターンは、図23の二点鎖線で示すパターンであり、活性領域AC1〜AC4のパターンのうちの一部に対応している。第1パターンと第2パターンとは、図23の左上部分に示すように、互いに重複する部分を有している。また第2フォトレジストマスクR2は、図23の右側の二点鎖線パターン、および図26(B)に示すように、ラインアンドスペースパターンを含んでいる。このラインアンドスペースパターンのピッチ寸法は、活性領域AC4のピッチ寸法Pの2倍のピッチ寸法2Pを有している。ピッチ寸法2Pは、第2フォトレジストマスクR2のフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンの最小ピッチ寸法に相当する。   This 2nd pattern is a pattern shown with the dashed-two dotted line of FIG. 23, and respond | corresponds to a part of patterns of active region AC1-AC4. As shown in the upper left part of FIG. 23, the first pattern and the second pattern have overlapping portions. The second photoresist mask R2 includes a two-dot chain line pattern on the right side of FIG. 23 and a line and space pattern as shown in FIG. The line and space pattern has a pitch dimension 2P that is twice the pitch dimension P of the active region AC4. The pitch dimension 2P corresponds to the minimum pitch dimension of the line and space pattern that can be formed by photolithography of the second photoresist mask R2.

なお図26(A)において二点鎖線で示す活性領域AC1は、第2フォトレジストマスクR2および第1ハードマスク膜Ha1の配置を見易くするために図示されているものであり、まだパターニングされていない。   In FIG. 26A, the active region AC1 indicated by a two-dot chain line is shown for easy viewing of the arrangement of the second photoresist mask R2 and the first hard mask film Ha1, and has not been patterned yet. .

図27を参照して、窒化シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第2フォトレジストマスクR2および第1ハードマスク膜Ha1をマスクとして用いて選択的に第2ハードマスク膜Ha2がエッチングされる。このエッチングは、たとえばC48、CH22、CF4、O2、およびArなどからなる混合ガスをプロセスガスとして用いたRIEである。なお、このエッチングの際に反射防止膜BCの第2フォトレジストマスクR2により被覆されていない部分もエッチングされる。これにより第2ハードマスク膜Ha2に第1パターンおよび第2パターンを合わせた合成パターンが転写される。次に第2フォトレジストマスクR2が除去される。 Referring to FIG. 27, the second hard mask is selectively used as a mask under the etching conditions in which the etching rate of silicon nitride is higher than that of silicon oxide, using second photoresist mask R2 and first hard mask film Ha1 as a mask. The mask film Ha2 is etched. This etching is RIE using a mixed gas composed of, for example, C 4 F 8 , CH 2 F 2 , CF 4 , O 2 and Ar as a process gas. In this etching, the portion of the antireflection film BC that is not covered with the second photoresist mask R2 is also etched. As a result, a combined pattern in which the first pattern and the second pattern are combined is transferred to the second hard mask film Ha2. Next, the second photoresist mask R2 is removed.

図28を参照して、反射防止膜BCが除去される。なおこの反射防止膜BCの除去工程は行なわれなくてもよい。   Referring to FIG. 28, antireflection film BC is removed. Note that the removal process of the antireflection film BC may not be performed.

図29を参照して、ポリシリコンのエッチング速度が窒化シリコンおよび酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第2ハードマスク膜Ha2をマスクとして用いて選択的に第3ハードマスク膜Ha3がエッチングされる。このエッチングは、たとえばHBr、Cl2、およびO2などからなる混合ガスをプロセスガスとして用いたRIEである。このエッチングにより、第3ハードマスク膜Ha3に第1パターンおよび第2パターンを合わせた合成パターンが転写される。なお図28において反射防止膜BCの除去工程が行なわれない場合は、このエッチングにより反射防止膜BCが除去される。 Referring to FIG. 29, the third hard mask film Ha3 is selectively formed using the second hard mask film Ha2 as a mask under an etching condition in which the etching rate of polysilicon is higher than the etching rates of silicon nitride and silicon oxide. Etched. This etching is RIE using, for example, a mixed gas composed of HBr, Cl 2 , O 2 and the like as a process gas. By this etching, a combined pattern in which the first pattern and the second pattern are combined is transferred to the third hard mask film Ha3. In FIG. 28, when the removal process of the antireflection film BC is not performed, the antireflection film BC is removed by this etching.

図30を参照して、第3ハードマスク膜Ha3をマスクとして用いて選択的に、第4ハードマスク膜Ha4、ストッパ層STおよびパッド層PDがエッチングされる。これにより第4ハードマスク膜Ha4に第3ハードマスク膜Ha3のパターンが転写される。   Referring to FIG. 30, the fourth hard mask film Ha4, the stopper layer ST, and the pad layer PD are selectively etched using the third hard mask film Ha3 as a mask. As a result, the pattern of the third hard mask film Ha3 is transferred to the fourth hard mask film Ha4.

主に図31を参照して、ポリシリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第4ハードマスク膜Ha4をマスクとして用いて選択的にシリコン基板SBがエッチングされる。このエッチングの際に、第3ハードマスク膜Ha3(図30)は消滅する。このエッチングにより、第3ハードマスク膜Ha3のパターンが、シリコン基板SBの第3ハードマスク膜Ha3が形成されていた側に転写される。すなわちシリコン基板SBの第3ハードマスク膜Ha3が形成されていた側(図中上側)に溝部が形成される。溝部の深さは、たとえば250〜300nmである。   Referring mainly to FIG. 31, silicon substrate SB is selectively etched using fourth hard mask film Ha4 as a mask under etching conditions in which the etching rate of polysilicon is higher than the etching rate of silicon oxide. During this etching, the third hard mask film Ha3 (FIG. 30) disappears. By this etching, the pattern of the third hard mask film Ha3 is transferred to the side of the silicon substrate SB where the third hard mask film Ha3 has been formed. That is, a groove is formed on the side of the silicon substrate SB where the third hard mask film Ha3 is formed (upper side in the figure). The depth of the groove is, for example, 250 to 300 nm.

図32を参照して、上記溝部を埋めるように、シリコン基板SB上に分離埋め込み膜ILが成膜される。   Referring to FIG. 32, isolation buried film IL is formed on silicon substrate SB so as to fill the groove.

図33を参照して、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)により、上記溝部以外の分離埋め込み膜ILが除去される。CMPはストッパ層STの厚み方向の途中で停止される。次にストッパ層STがエッチングにより除去される。   Referring to FIG. 33, the isolation buried film IL other than the trench is removed by chemical mechanical polishing (CMP). CMP is stopped halfway in the thickness direction of the stopper layer ST. Next, the stopper layer ST is removed by etching.

図34を参照して、このエッチングによりパッド層PDが露出される。次にパッド層PDがエッチングにより除去される。   Referring to FIG. 34, pad layer PD is exposed by this etching. Next, the pad layer PD is removed by etching.

以上により本実施の形態の半導体装置SD3(図21および図22)が製造される。
次に比較例の半導体装置の製造方法について説明する。
Thus, the semiconductor device SD3 (FIGS. 21 and 22) of the present embodiment is manufactured.
Next, a method for manufacturing a semiconductor device of a comparative example will be described.

図35〜図41は、比較例における半導体装置の製造方法を工程順に示す図であり、図23の線XXIVB−XXIVBに対応する位置の概略断面図である。   35 to 41 are views showing the manufacturing method of the semiconductor device in the comparative example in the order of steps, and are schematic cross-sectional views at positions corresponding to line XXIVB-XXIVB in FIG.

主に図35を参照して、本実施の形態の第7工程(図30(B))までの方法と同様の方法により、第3ハードマスク膜Ha3を用いてストッパ層STおよびパッド層PDの選択的なエッチングが行なわれる。本実施の形態との相違として、本比較例においては第3ハードマスク膜Ha3とストッパ層STとの間に第4ハードマスク膜Ha4(図30(B))が設けられない。次に第3ハードマスク膜Ha3を用いてシリコン基板SBの選択的なエッチングが開始される。   Referring mainly to FIG. 35, the stopper layer ST and the pad layer PD are formed using the third hard mask film Ha3 by a method similar to the method up to the seventh step (FIG. 30B) of the present embodiment. Selective etching is performed. As a difference from the present embodiment, in this comparative example, the fourth hard mask film Ha4 (FIG. 30B) is not provided between the third hard mask film Ha3 and the stopper layer ST. Next, selective etching of the silicon substrate SB is started using the third hard mask film Ha3.

図36を参照して、シリコン基板SBのエッチング中に、第3ハードマスク膜Ha3のうちの膜厚が薄い部分がまず消失し、この部分に覆われていたストッパ層STが露出する。続いて第3ハードマスク膜Ha3の他の部分も消失し、ストッパ層ST全体が露出する。   Referring to FIG. 36, during etching of silicon substrate SB, the thin portion of third hard mask film Ha3 disappears first, and stopper layer ST covered with this portion is exposed. Subsequently, other portions of the third hard mask film Ha3 are also lost, and the entire stopper layer ST is exposed.

図37を参照して、シリコン基板SBの選択的なエッチングが完了する。上記のようにストッパ層STが露出するタイミングが位置によって異なるので、ストッパ層STの高さにばらつきが生じる。次にシリコン基板SBの溝部を埋めるように、シリコン基板SB上に分離埋め込み膜ILが成膜される。   Referring to FIG. 37, the selective etching of silicon substrate SB is completed. Since the timing at which the stopper layer ST is exposed varies depending on the position as described above, the height of the stopper layer ST varies. Next, an isolation buried film IL is formed on the silicon substrate SB so as to fill the groove of the silicon substrate SB.

図38を参照して、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)により、上記溝部以外の分離埋め込み膜ILが除去される。CMPはストッパ層STの厚み方向の途中で停止される。上記のようにストッパ層STの高さにばらつきがあるため、このばらつきに対応して分離埋め込み膜ILの表面に凹凸が生じる。次にストッパ層STがエッチングにより除去される。次にパッド層PDがエッチングにより除去される。   Referring to FIG. 38, the isolation buried film IL other than the trench is removed by chemical mechanical polishing (CMP). CMP is stopped halfway in the thickness direction of the stopper layer ST. Since the height of the stopper layer ST varies as described above, irregularities are generated on the surface of the isolation buried film IL corresponding to the variation. Next, the stopper layer ST is removed by etching. Next, the pad layer PD is removed by etching.

図39を参照して、上記のCMPおよびエッチングにより得られた分離埋め込み膜ILは、本実施の形態(図22(B))に比して、大きな表面凹凸を有している。   Referring to FIG. 39, isolation embedding film IL obtained by the above-described CMP and etching has large surface irregularities as compared with the present embodiment (FIG. 22B).

図40を参照して、酸化膜OXと、ポリシリコン膜PSとが形成される。ポリシリコン膜PSは、分離埋め込み膜ILの凹部の近傍では厚み寸法Hrを有し、分離埋め込み膜ILの凸部の近傍では厚み寸法Hpを有する。上記の表面凹凸の影響により、厚み寸法Hrと厚み寸法Hpとは互いに異なる値となる。   Referring to FIG. 40, oxide film OX and polysilicon film PS are formed. The polysilicon film PS has a thickness dimension Hr in the vicinity of the concave portion of the isolation buried film IL, and has a thickness dimension Hp in the vicinity of the convex portion of the isolation buried film IL. The thickness dimension Hr and the thickness dimension Hp are different from each other due to the influence of the surface irregularities.

図41を参照して、ポリシリコン膜PSがパターニングされることでゲート電極膜が形成される。ポリシリコン膜PSの厚み寸法Hrの部分からはゲート長寸法Lrのゲート電極膜が形成され、ポリシリコン膜PSの厚み寸法Hpの部分からはゲート長寸法Lpのゲート電極膜が形成される。このポリシリコン膜PSのパターングの際、ポリシリコン膜PSの厚み寸法は、形成されるパターンの平面パターンとしての寸法に影響を及ぼす。このため、形成されるゲート電極膜のゲート長寸法LrおよびLpは互いに異なる値となる。すなわち形成されるゲート電極膜のゲート長寸法にばらつきが生じる。この結果、このゲート電極膜を有する半導体素子は特性ばらつきを有する。   Referring to FIG. 41, a polysilicon film PS is patterned to form a gate electrode film. A gate electrode film having a gate length dimension Lr is formed from a portion having a thickness dimension Hr of the polysilicon film PS, and a gate electrode film having a gate length dimension Lp is formed from a portion having a thickness dimension Hp of the polysilicon film PS. During patterning of the polysilicon film PS, the thickness dimension of the polysilicon film PS affects the dimension of the formed pattern as a planar pattern. For this reason, the gate length dimensions Lr and Lp of the formed gate electrode film have different values. That is, the gate length dimension of the formed gate electrode film varies. As a result, the semiconductor element having this gate electrode film has characteristic variations.

本実施の形態によれば、図31に示すように、シリコン基板SBのエッチングの際にストッパ層STが第4ハードマスク膜Ha4により保護されている。よって比較例(図37)に比してストッパ層STの高さばらつきが抑制されるので、図33に示すように、分離埋め込み膜ILの表面高さを揃えて形成することができる。よってこの後に形成されるゲート電極膜の厚みばらつきを抑制することができるので、比較例(図41)と異なり、ゲート長のばらつきを抑制することができる。これにより特性ばらつきの小さい半導体装置SD3を得ることができる。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 31, the stopper layer ST is protected by the fourth hard mask film Ha4 when the silicon substrate SB is etched. Therefore, since the variation in the height of the stopper layer ST is suppressed as compared with the comparative example (FIG. 37), as shown in FIG. 33, the surface height of the isolation buried film IL can be made uniform. Therefore, since the variation in the thickness of the gate electrode film formed thereafter can be suppressed, unlike the comparative example (FIG. 41), the variation in the gate length can be suppressed. As a result, a semiconductor device SD3 with small characteristic variation can be obtained.

また第3ハードマスク膜Ha3のパターニング(図29)が開始される前に、第1フォトレジストマスクR1の露光(図24)および第2フォトレジストマスクR2の露光(図26)が行なわれる。よって、第1フォトレジストマスクR1に加えて第2フォトレジストマスクR2についても、第3ハードマスク膜Ha3の段差の影響を受けずに露光が行なわれる。このため第2フォトレジストマスクR2の露光の精度を高くすることができるので、被加工膜のパターンを高い精度で形成することができる。   Before the patterning of the third hard mask film Ha3 (FIG. 29) is started, the exposure of the first photoresist mask R1 (FIG. 24) and the exposure of the second photoresist mask R2 (FIG. 26) are performed. Therefore, the second photoresist mask R2 in addition to the first photoresist mask R1 is exposed without being affected by the step of the third hard mask film Ha3. For this reason, since the exposure accuracy of the second photoresist mask R2 can be increased, the pattern of the film to be processed can be formed with high accuracy.

また第1パターンを第1ハードマスク膜Ha1に転写するためのエッチング(図24)において、第2ハードマスク膜Ha2がエッチングストッパとして用いられる。このためエッチングストッパが用いられない場合に比してエッチング深さの再現性が高いので、第1ハードマスク膜Ha1を再現性よくパターニングすることができる。よって、この第1ハードマスク膜Ha1を用いた第2ハードマスク膜Ha2のパターニング(図27)の再現性を高めることができる。   In the etching (FIG. 24) for transferring the first pattern to the first hard mask film Ha1, the second hard mask film Ha2 is used as an etching stopper. For this reason, since the reproducibility of the etching depth is higher than when the etching stopper is not used, the first hard mask film Ha1 can be patterned with high reproducibility. Therefore, the reproducibility of the patterning (FIG. 27) of the second hard mask film Ha2 using the first hard mask film Ha1 can be improved.

また第2ハードマスク膜Ha2のエッチングは、窒化シリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で行なわれる。よって酸化シリコンからなる第1ハードマスク膜Ha1がエッチングされにくいので、第1ハードマスク膜Ha1の膜厚が薄くても、第2ハードマスク膜Ha2のエッチング(図27)中に第1ハードマスク膜Ha1の形状が保持される。よって薄い第1ハードマスク膜Ha1を用いることができるので、第2フォトレジストマスクR2(図26)形成時における第1ハードマスク膜Ha1に起因した表面段差が小さくなる。このため第2フォトレジストマスクR2が、より平坦な面に形成されるので、第2フォトレジストマスクR2を精度よく形成することができる。   The etching of the second hard mask film Ha2 is performed under the etching conditions in which the etching rate of silicon nitride is higher than the etching rate of silicon oxide. Accordingly, since the first hard mask film Ha1 made of silicon oxide is difficult to be etched, even if the first hard mask film Ha1 is thin, the first hard mask film Ha2 is etched during the etching of the second hard mask film Ha2 (FIG. 27). The shape of Ha1 is maintained. Therefore, since the thin first hard mask film Ha1 can be used, the surface step due to the first hard mask film Ha1 when the second photoresist mask R2 (FIG. 26) is formed is reduced. Therefore, since the second photoresist mask R2 is formed on a flatter surface, the second photoresist mask R2 can be formed with high accuracy.

また活性領域AC4のラインアンドスペースパターンのピッチ寸法Pは、第1フォトレジストマスクR1を形成する工程および第2フォトレジストマスクR2を形成する工程の各々におけるフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンの最小ピッチ寸法2Pよりも小さい。よって、単一のフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンよりも、より密集したラインアンドスペースパターンを有する活性領域AC4を形成することができる。   The pitch dimension P of the line and space pattern in the active region AC4 is the line and space pattern that can be formed by photolithography in each of the step of forming the first photoresist mask R1 and the step of forming the second photoresist mask R2. It is smaller than the minimum pitch dimension 2P. Accordingly, it is possible to form the active region AC4 having a denser line and space pattern than a line and space pattern that can be formed by a single photolithography.

また、図23の左上に示すように、第1フォトレジストマスクR1のパターンである第1パターンと、第2フォトレジストマスクR2のパターンである前記第2パターンとは、互いに重複する部分を有している。これにより第1パターンと第2パターンとが繋がった、折れ曲がり形状を有するパターンを有する活性領域AC1(図21)を形成することができる。またこの折れ曲がり部は第1のパターンと第2のパターンとに分けて形成されている。このため、折れ曲がり部の角が丸まることを防ぎ、第1パターンと第2パターンとをシャープな形状で繋ぐことができる。   As shown in the upper left of FIG. 23, the first pattern, which is the pattern of the first photoresist mask R1, and the second pattern, which is the pattern of the second photoresist mask R2, have portions that overlap each other. ing. Accordingly, the active region AC1 (FIG. 21) having a bent pattern in which the first pattern and the second pattern are connected can be formed. Further, the bent portion is formed by being divided into a first pattern and a second pattern. For this reason, it is possible to prevent the corners of the bent portions from being rounded and to connect the first pattern and the second pattern with a sharp shape.

また、図26に示すように、第1ハードマスク膜Ha1がエッチングされた領域を埋める反射防止膜BCが形成されるので、より平坦な面上に第2フォトレジストマスクR2を形成することができる。よって、より十分なDOF(Depth of Focus)を確保することができるので、第2フォトレジストマスクR2の露光精度が向上する。   In addition, as shown in FIG. 26, since the antireflection film BC is formed to fill the region where the first hard mask film Ha1 is etched, the second photoresist mask R2 can be formed on a flatter surface. . Therefore, a sufficient DOF (Depth of Focus) can be ensured, so that the exposure accuracy of the second photoresist mask R2 is improved.

また第1ハードマスク膜Ha1は酸化シリコンからなり、第2ハードマスク膜Ha2は窒化シリコンからなるので、第1ハードマスク膜Ha1と第2ハードマスク膜Ha2との間でのエッチング選択比を容易に確保することができる。   Also, since the first hard mask film Ha1 is made of silicon oxide and the second hard mask film Ha2 is made of silicon nitride, the etching selectivity between the first hard mask film Ha1 and the second hard mask film Ha2 can be easily made. Can be secured.

また、図30に示すように第3ハードマスク膜Ha3を用いて第4ハードマスク膜Ha4、ストッパ層STおよびパッド層PDのエッチングが行なわれる。よって第2ハードマスク膜Ha2の材料と、第4ハードマスク膜Ha4、ストッパ層STおよびパッド層PDのいずれかの材料とが同一または類似の場合においても、第3ハードマスク膜Ha3の材料を適切な選択比が得られるように選択することで、上記エッチング中のマスクの消耗を抑制することができる。なお仮に第2ハードマスク膜Ha2を用いて上記エッチングが行なわれる場合、第2ハードマスク膜Ha2の材料とストッパ層STの材料とが同一であるために、エッチング選択比を確保することができない。   Further, as shown in FIG. 30, the fourth hard mask film Ha4, the stopper layer ST and the pad layer PD are etched using the third hard mask film Ha3. Therefore, even when the material of the second hard mask film Ha2 and the material of any of the fourth hard mask film Ha4, the stopper layer ST, and the pad layer PD are the same or similar, the material of the third hard mask film Ha3 is appropriate. By selecting such that a selective ratio can be obtained, consumption of the mask during the etching can be suppressed. If the above etching is performed using the second hard mask film Ha2, the material of the second hard mask film Ha2 and the material of the stopper layer ST are the same, so that the etching selectivity cannot be ensured.

また第3ハードマスク膜Ha3がポリシリコンからなるので、第4ハードマスク膜Ha4およびストッパ層STのそれぞれの材料である酸化シリコンおよび窒化シリコンとの選択比を確保することができる。また、第3ハードマスク膜Ha3を無機CVD法により成膜することができる。   In addition, since the third hard mask film Ha3 is made of polysilicon, it is possible to ensure a selection ratio between silicon oxide and silicon nitride, which are the respective materials of the fourth hard mask film Ha4 and the stopper layer ST. Further, the third hard mask film Ha3 can be formed by an inorganic CVD method.

(実施の形態4)
本実施の形態の半導体装置は、上述した実施の形態3のものと構成(図21および図22)は同様であるが、その製造方法が異なる。図42〜図48は、本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法を工程順に示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。なお実施の形態3における半導体装置の製造方法(図21〜図34)と同一または対応する要素については、同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。
(Embodiment 4)
The semiconductor device of the present embodiment has the same configuration (FIGS. 21 and 22) as that of the above-described third embodiment, but the manufacturing method is different. 42 to 48 are views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention in the order of steps, and are a schematic cross-sectional view (A) corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a line XXIVB-XXIVB. It is a schematic sectional drawing (B) corresponding to these. Elements identical or corresponding to those of the semiconductor device manufacturing method (FIGS. 21 to 34) in the third embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

図42を参照して、パッド層PD上に、ストッパ層STと、第3ハードマスク膜Hb3(被加工膜)と、第2ハードマスク膜Hb2(第2無機膜)と、第1ハードマスク膜Hb1(第1無機膜)とが、順に成膜される。第3ハードマスク膜Hb3は厚さ30nm程度の酸化シリコンからなる膜である。第2ハードマスク膜Hb2は厚さ200nm程度のポリシリコンからなる膜である。第1ハードマスク膜Hb1は酸化シリコンからなる厚さ35nm程度の膜である。第1ハードマスク膜Hb1上に、第1フォトレジストマスクR1が形成される。   Referring to FIG. 42, stopper layer ST, third hard mask film Hb3 (film to be processed), second hard mask film Hb2 (second inorganic film), and first hard mask film are formed on pad layer PD. Hb1 (first inorganic film) is sequentially formed. The third hard mask film Hb3 is a film made of silicon oxide having a thickness of about 30 nm. The second hard mask film Hb2 is a film made of polysilicon having a thickness of about 200 nm. The first hard mask film Hb1 is a film made of silicon oxide and having a thickness of about 35 nm. A first photoresist mask R1 is formed on the first hard mask film Hb1.

酸化シリコンのエッチング速度がポリシリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第1フォトレジストマスクR1をマスクとして用いて選択的に第1ハードマスク膜Hb1が異方性エッチングによりエッチングされる。エッチング終了後、第1フォトレジストマスクR1が除去される。   The first hard mask film Hb1 is selectively etched by anisotropic etching using the first photoresist mask R1 as a mask under etching conditions in which the etching rate of silicon oxide is higher than the etching rate of polysilicon. After the etching is completed, the first photoresist mask R1 is removed.

図43を参照して、上記の加工工程により、第1ハードマスク膜Hb1に第1パターンが転写される。   Referring to FIG. 43, the first pattern is transferred to first hard mask film Hb1 through the above-described processing steps.

図44を参照して、第2ハードマスク膜Hb2上に、反射防止膜BCが塗布される。反射防止膜BCは、第1ハードマスク膜Hb1がエッチングされた領域を埋める埋込膜としての機能も有している。これにより第2ハードマスク膜Hb2上における第1ハードマスク膜Hb1による凹凸形状が緩和され、反射防止膜BCの平坦な表面が形成される。次に第2ハードマスク膜Hb2上に第2フォトレジストマスクR2が形成される。   Referring to FIG. 44, antireflection film BC is applied on second hard mask film Hb2. The antireflection film BC also has a function as a buried film that fills the region where the first hard mask film Hb1 is etched. Thereby, the uneven shape by the first hard mask film Hb1 on the second hard mask film Hb2 is relaxed, and a flat surface of the antireflection film BC is formed. Next, a second photoresist mask R2 is formed on the second hard mask film Hb2.

図45を参照して、ポリシリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第2フォトレジストマスクR2および第1ハードマスク膜Hb1をマスクとして用いて選択的に第2ハードマスク膜Hb2がエッチングされる。なお、このエッチングの際に反射防止膜BCの第2フォトレジストマスクR2により被覆されていない部分もエッチングされる。これにより第2ハードマスク膜Hb2に第1パターンおよび第2パターンを合わせた合成パターンが転写される。次に第2フォトレジストマスクR2が除去される。   Referring to FIG. 45, the second hard mask is selectively used by using second photoresist mask R2 and first hard mask film Hb1 as a mask under the etching conditions in which the etching rate of polysilicon is higher than the etching rate of silicon oxide. Mask film Hb2 is etched. In this etching, the portion of the antireflection film BC that is not covered with the second photoresist mask R2 is also etched. As a result, a combined pattern in which the first pattern and the second pattern are combined is transferred to the second hard mask film Hb2. Next, the second photoresist mask R2 is removed.

図46を参照して、反射防止膜BCが除去される。なおこの反射防止膜BCの除去工程は行なわれなくてもよい。   Referring to FIG. 46, antireflection film BC is removed. Note that the removal process of the antireflection film BC may not be performed.

図47を参照して、ポリシリコンのエッチング速度が窒化シリコンおよび酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第2ハードマスク膜Hb2をマスクとして用いて選択的に、第3ハードマスク膜Ha3、ストッパ層STおよびパッド層PDがエッチングされる。これにより、第3ハードマスク膜Hb3に第1パターンおよび第2パターンを合わせた合成パターンが転写される。なお図28において反射防止膜BCの除去工程が行なわれない場合は、このエッチングにより反射防止膜BCが除去される。   Referring to FIG. 47, the third hard mask film Ha3 is selectively used using the second hard mask film Hb2 as a mask under the etching conditions in which the etching rate of polysilicon is higher than the etching rates of silicon nitride and silicon oxide. The stopper layer ST and the pad layer PD are etched. As a result, a combined pattern in which the first pattern and the second pattern are combined is transferred to the third hard mask film Hb3. In FIG. 28, when the removal process of the antireflection film BC is not performed, the antireflection film BC is removed by this etching.

図48を参照して、ポリシリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第3ハードマスク膜Hb3をマスクとして用いて選択的に、シリコン基板SBがエッチングされる。このエッチングにより、第3ハードマスク膜Hb3のパターンが、シリコン基板SBの第3ハードマスク膜Hb3側に転写される。すなわちシリコン基板SBの第3ハードマスク膜Hb3側(図中上側)に溝部が形成される。   Referring to FIG. 48, silicon substrate SB is selectively etched using third hard mask film Hb3 as a mask under an etching condition in which the etching rate of polysilicon is higher than the etching rate of silicon oxide. By this etching, the pattern of the third hard mask film Hb3 is transferred to the third hard mask film Hb3 side of the silicon substrate SB. That is, a groove is formed on the third hard mask film Hb3 side (upper side in the drawing) of the silicon substrate SB.

次に、実施の形態3の図32〜図34と同様の方法により、ストッパ層STおよびパッド層PDの除去をともないながら分離埋め込み膜ILの形成が行なわれる。これにより本実施の形態の半導体装置が製造される。   Next, isolation buried film IL is formed while removing stopper layer ST and pad layer PD by the same method as in FIGS. 32 to 34 of the third embodiment. Thereby, the semiconductor device of the present embodiment is manufactured.

本実施の形態によれば、図48に示すように、シリコン基板SBのエッチングの際にストッパ層STが第3ハードマスク膜Hb3により保護されている。よって実施の形態3と同様に、ゲート長のばらつきを抑制することで、特性ばらつきの小さい半導体装置を得ることができる。   According to the present embodiment, as shown in FIG. 48, the stopper layer ST is protected by the third hard mask film Hb3 when the silicon substrate SB is etched. Therefore, as in the third embodiment, a semiconductor device with small characteristic variation can be obtained by suppressing variation in gate length.

また第3ハードマスク膜Hb3のパターニング(図46)が開始される前に、第2フォトレジストマスクR2の露光(図44)が行なわれる。よって実施の形態3と同様に、第2フォトレジストマスクR2の双方の露光の精度を高くすることで、高い精度で被加工膜のパターニングを行なうことができる。   Before the patterning of the third hard mask film Hb3 (FIG. 46) is started, the second photoresist mask R2 is exposed (FIG. 44). Therefore, similarly to the third embodiment, by increasing the exposure accuracy of both of the second photoresist masks R2, the film to be processed can be patterned with high accuracy.

また第1パターンを第1ハードマスク膜Hb1に転写するためのエッチング(図42)において、第2ハードマスク膜Hb2がエッチングストッパとして用いられる。このためエッチングストッパが用いられない場合に比してエッチング深さの再現性が高いので、第1ハードマスク膜Hb1を再現性よくパターニングすることができる。よって、この第1ハードマスク膜Hb1を用いた第2ハードマスク膜Hb2のパターニング(図45)の再現性を高めることができる。   In the etching (FIG. 42) for transferring the first pattern to the first hard mask film Hb1, the second hard mask film Hb2 is used as an etching stopper. For this reason, since the reproducibility of the etching depth is higher than when no etching stopper is used, the first hard mask film Hb1 can be patterned with high reproducibility. Therefore, the reproducibility of the patterning (FIG. 45) of the second hard mask film Hb2 using the first hard mask film Hb1 can be improved.

また第2ハードマスク膜Hb2のエッチング(図45)において、第3ハードマスク膜Hb3がエッチングストッパとして用いられる。このためエッチングストッパが用いられない場合に比してエッチング深さの再現性が高いので、第2ハードマスク膜Hb2を再現性よくパターニングすることができる。よって、この第2ハードマスク膜Hb2を用いた第3ハードマスク膜Hb3のパターニング(図47)の再現性を高めることができる。   In the etching of the second hard mask film Hb2 (FIG. 45), the third hard mask film Hb3 is used as an etching stopper. For this reason, since the reproducibility of the etching depth is higher than when no etching stopper is used, the second hard mask film Hb2 can be patterned with high reproducibility. Therefore, the reproducibility of the patterning (FIG. 47) of the third hard mask film Hb3 using the second hard mask film Hb2 can be improved.

また第2ハードマスク膜Hb2のエッチングは、ポリシリコンのエッチング速度が酸化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で行なわれる。よって酸化シリコンからなる第1ハードマスク膜Hb1がエッチングされにくいので、第1ハードマスク膜Hb1の膜厚が薄くても、第2ハードマスク膜Hb2のエッチング(図45)中に第1ハードマスク膜Hb1の形状が保持される。よって薄い第1ハードマスク膜Hb1を用いることができるので、第2フォトレジストマスクR2(図44)形成時における第1ハードマスク膜Hb1に起因した表面段差が小さくなる。このため第2フォトレジストマスクR2が、より平坦な面に形成されるので、第2フォトレジストマスクR2を精度よく形成することができる。   The etching of the second hard mask film Hb2 is performed under the etching conditions in which the polysilicon etching rate is higher than the silicon oxide etching rate. Accordingly, since the first hard mask film Hb1 made of silicon oxide is difficult to be etched, even if the first hard mask film Hb1 is thin, the first hard mask film Hb2 is etched during the etching of the second hard mask film Hb2 (FIG. 45). The shape of Hb1 is maintained. Therefore, since the thin first hard mask film Hb1 can be used, the surface step due to the first hard mask film Hb1 when the second photoresist mask R2 (FIG. 44) is formed is reduced. Therefore, since the second photoresist mask R2 is formed on a flatter surface, the second photoresist mask R2 can be formed with high accuracy.

また第1ハードマスク膜Hb1は酸化シリコンからなり、第2ハードマスク膜Hb2はポリシリコンからなるので、第1ハードマスク膜Hb1と第2ハードマスク膜Hb2との間でのエッチング選択比を容易に確保することができる。   Further, since the first hard mask film Hb1 is made of silicon oxide and the second hard mask film Hb2 is made of polysilicon, the etching selectivity between the first hard mask film Hb1 and the second hard mask film Hb2 can be easily made. Can be secured.

また、図44に示すように、第1ハードマスク膜Hb1がエッチングされた領域を埋める反射防止膜BCが形成されるので、より平坦な面上に第2フォトレジストマスクR2を形成することができる。よって、より十分なDOF(Depth of Focus)を確保することができるので、第2フォトレジストマスクR2の露光精度が向上する。   Further, as shown in FIG. 44, since the antireflection film BC filling the region where the first hard mask film Hb1 is etched is formed, the second photoresist mask R2 can be formed on a flatter surface. . Therefore, a sufficient DOF (Depth of Focus) can be ensured, so that the exposure accuracy of the second photoresist mask R2 is improved.

また、図47に示すように、第2ハードマスク膜Hb2を用いて、第3ハードマスク膜Hb3、ストッパ層STおよびパッド層PDのパターニングが行なわれる。よって第1ハードマスク膜Hb1の材料と、第3ハードマスク膜Hb3、ストッパ層STおよびパッド層PDのいずれかの材料とが同一または類似の場合においても、第2ハードマスク膜Hb2の材料を適切な選択比が得られるように選択することで、上記エッチング中のマスクの消耗を抑制することができる。   Further, as shown in FIG. 47, the third hard mask film Hb3, the stopper layer ST, and the pad layer PD are patterned using the second hard mask film Hb2. Therefore, even when the material of the first hard mask film Hb1 and the material of the third hard mask film Hb3, the stopper layer ST, and the pad layer PD are the same or similar, the material of the second hard mask film Hb2 is appropriate. By selecting such that a selective ratio can be obtained, consumption of the mask during the etching can be suppressed.

なお仮に第1ハードマスク膜Hb1を用いて上記エッチングが行なわれる場合、第1ハードマスク膜Hb1の材料と、第3ハードマスク膜Hb3およびストッパ層STの各々の材料とが同一であるために、エッチング選択比を確保することができない。   If the etching is performed using the first hard mask film Hb1, the material of the first hard mask film Hb1 is the same as that of the third hard mask film Hb3 and the stopper layer ST. The etching selectivity cannot be ensured.

また本実施の形態によれば、第3ハードマスク膜Hb3が酸化シリコンからなるので、ストッパ層STおよびシリコン基板SBのそれぞれの材料である窒化シリコンおよびシリコンとの選択比を確保することができる。なお、パッド層PDは、第3ハードマスク膜Hb3と同じ材料からなるが、第3ハードマスク膜Hb3よりも十分に薄い。よってパッド層PDは第3ハードマスク膜Hb3をマスクとしてエッチングされることが可能である。   Further, according to the present embodiment, since the third hard mask film Hb3 is made of silicon oxide, it is possible to ensure the selection ratio between silicon nitride and silicon, which are the materials of the stopper layer ST and the silicon substrate SB, respectively. The pad layer PD is made of the same material as the third hard mask film Hb3, but is sufficiently thinner than the third hard mask film Hb3. Therefore, the pad layer PD can be etched using the third hard mask film Hb3 as a mask.

また実施の形態3と同様に本実施の形態によれば、単一のフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンよりも、より密集したラインアンドスペースパターンを有する活性領域AC4(図21)を形成することができる。また、第1パターンと第2パターンとが繋がった、折れ曲がり形状を有するパターンを有する活性領域AC1(図21)を形成することができる。またこの折れ曲がり部は第1のパターンと第2のパターンとに分けて形成されている。このため、折れ曲がり部の角が丸まることを防ぎ、第1パターンと第2パターンとをシャープな形状で繋ぐことができる。   As in the third embodiment, according to the present embodiment, the active region AC4 (FIG. 21) having a denser line and space pattern than the line and space pattern that can be formed by a single photolithography is formed. can do. Further, the active region AC1 (FIG. 21) having a bent pattern in which the first pattern and the second pattern are connected can be formed. Further, the bent portion is formed by being divided into a first pattern and a second pattern. For this reason, it is possible to prevent the corners of the bent portions from being rounded and to connect the first pattern and the second pattern with a sharp shape.

続いて、本実施の形態の変形例について説明する。
主に図42を参照して、本変形例においては、第1ハードマスク膜Hb1の材料として、酸化シリコンの代わりに窒化シリコンが用いられる。窒化シリコンのエッチング速度がポリシリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第1フォトレジストマスクR1をマスクとして用いて選択的に第1ハードマスク膜Hb1が異方性エッチングによりエッチングされる。エッチング終了後、第1フォトレジストマスクR1が除去される。次に、図43および図44の工程が、上記の本実施の形態と同様に行なわれる。
Subsequently, a modification of the present embodiment will be described.
Referring mainly to FIG. 42, in this modification, silicon nitride is used instead of silicon oxide as the material of first hard mask film Hb1. The first hard mask film Hb1 is selectively etched by anisotropic etching using the first photoresist mask R1 as a mask under etching conditions in which the etching rate of silicon nitride is higher than the etching rate of polysilicon. After the etching is completed, the first photoresist mask R1 is removed. Next, the steps of FIGS. 43 and 44 are performed in the same manner as in the present embodiment.

図45を参照して、ポリシリコンのエッチング速度が窒化シリコンおよび酸化シリコンの各々のエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、第2フォトレジストマスクR2および第1ハードマスク膜Hb1をマスクとして用いて、第2ハードマスク膜Hb2が選択的にエッチングされる。以降、上記の本実施の形態と同様の工程が行なわれる。   Referring to FIG. 45, using the second photoresist mask R2 and the first hard mask film Hb1 as a mask under etching conditions in which the etching rate of polysilicon is higher than the etching rates of silicon nitride and silicon oxide, The second hard mask film Hb2 is selectively etched. Thereafter, the same steps as in the present embodiment are performed.

本変形例によれば、第2ハードマスク膜Hb2のエッチングは、ポリシリコンのエッチング速度が窒化シリコンのエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で行なわれる。よって窒化シリコンからなる第1ハードマスク膜Hb1がエッチングされにくいので、第1ハードマスク膜Hb1の膜厚が薄くても、第2ハードマスク膜Hb2のエッチング(図45)中に第1ハードマスク膜Hb1の形状が保持される。よって薄い第1ハードマスク膜Hb1を用いることができるので、第2フォトレジストマスクR2(図44)形成時における第1ハードマスク膜Hb1に起因した表面段差が小さくなる。このため第2フォトレジストマスクR2が、より平坦な面に形成されるので、第2フォトレジストマスクR2を精度よく形成することができる。   According to this modification, the etching of the second hard mask film Hb2 is performed under the etching conditions that the etching rate of polysilicon is higher than the etching rate of silicon nitride. Therefore, since the first hard mask film Hb1 made of silicon nitride is difficult to be etched, even if the first hard mask film Hb1 is thin, the first hard mask film Hb2 is etched during the etching of the second hard mask film Hb2 (FIG. 45). The shape of Hb1 is maintained. Therefore, since the thin first hard mask film Hb1 can be used, the surface step due to the first hard mask film Hb1 when the second photoresist mask R2 (FIG. 44) is formed is reduced. Therefore, since the second photoresist mask R2 is formed on a flatter surface, the second photoresist mask R2 can be formed with high accuracy.

また第1ハードマスク膜Hb1は窒化シリコンからなり、第2ハードマスク膜Hb2はポリシリコンからなるので、第1ハードマスク膜Hb1と第2ハードマスク膜Hb2との間でのエッチング選択比を容易に確保することができる。   In addition, since the first hard mask film Hb1 is made of silicon nitride and the second hard mask film Hb2 is made of polysilicon, the etching selectivity between the first hard mask film Hb1 and the second hard mask film Hb2 can be easily made. Can be secured.

また、図47に示すように、第2ハードマスク膜Hb2を用いて、第3ハードマスク膜Hb3、ストッパ層STおよびパッド層PDのパターニングが行なわれる。よって第1ハードマスク膜Hb1の材料と、第3ハードマスク膜Hb3、ストッパ層STおよびパッド層PDのいずれかの材料とが同一または類似の場合においても、第2ハードマスク膜Hb2の材料を適切な選択比が得られるように選択することで、上記エッチング中のマスクの消耗を抑制することができる。   Further, as shown in FIG. 47, the third hard mask film Hb3, the stopper layer ST, and the pad layer PD are patterned using the second hard mask film Hb2. Therefore, even when the material of the first hard mask film Hb1 and the material of the third hard mask film Hb3, the stopper layer ST, and the pad layer PD are the same or similar, the material of the second hard mask film Hb2 is appropriate. By selecting such that a selective ratio can be obtained, consumption of the mask during the etching can be suppressed.

なお仮に第1ハードマスク膜Hb1を用いて上記エッチングが行なわれる場合、第1ハードマスク膜Hb1の材料と、第3ハードマスク膜Hb3およびストッパ層STの各々の材料とが同一であるために、エッチング選択比を確保することができない。   If the etching is performed using the first hard mask film Hb1, the material of the first hard mask film Hb1 is the same as that of the third hard mask film Hb3 and the stopper layer ST. The etching selectivity cannot be ensured.

上記の各実施の形態においてはハードマスク膜HU、HD、Ha1〜Ha4およびHb1〜Hb3の各々の材料として炭素を含有しない無機材料が用いられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。炭素を含有しない無機材料の代わりに、グラファイトなどの無機炭素を含有する無機材料が用いられてもよい。   In each of the above embodiments, the case where an inorganic material not containing carbon is used as the material of each of the hard mask films HU, HD, Ha1 to Ha4, and Hb1 to Hb3, but the present invention is limited to this. It is not a thing. Instead of the inorganic material not containing carbon, an inorganic material containing inorganic carbon such as graphite may be used.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、フォトレジストマスクを用いた半導体装置の製造方法に特に有利に適用され得る。   The present invention can be applied particularly advantageously to a method of manufacturing a semiconductor device using a photoresist mask.

本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the structure of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 図2は、図1のIIA−IIA線に沿った概略断面図(A)、およびIIB−IIB線に沿った概略断面図(B)である。2 is a schematic cross-sectional view (A) along the line IIA-IIA in FIG. 1 and a schematic cross-sectional view (B) along the line IIB-IIB. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第1工程を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows schematically the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第1工程を示す図であり、図3の線IVA−IVAに対応する概略断面図(A)、および線IVB−IVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 4A is a diagram showing a first step of the method for manufacturing a semiconductor device in the first embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line IVA-IVA in FIG. 3A and a schematic cross-section corresponding to line IVB-IVB. It is a figure (B). 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第2工程を示す図であり、図3の線IVA−IVAに対応する概略断面図(A)、および線IVB−IVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 2nd process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line IVA-IVA of FIG. 3, and schematic sectional corresponding to line IVB-IVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第3工程を示す図であり、図3の線IVA−IVAに対応する概略断面図(A)、および線IVB−IVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line IVA-IVA of FIG. 3, and schematic sectional corresponding to line IVB-IVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第4工程を示す図であり、図3の線IVA−IVAに対応する概略断面図(A)、および線IVB−IVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 4th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line IVA-IVA of FIG. 3, and schematic sectional corresponding to line IVB-IVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第5工程を示す図であり、図3の線IVA−IVAに対応する概略断面図(A)、および線IVB−IVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 5th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line IVA-IVA of FIG. 3, and schematic sectional corresponding to line IVB-IVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第6工程を示す図であり、図3の線IVA−IVAに対応する概略断面図(A)、および線IVB−IVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 6th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line IVA-IVA of FIG. 3, and schematic sectional corresponding to line IVB-IVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法の第7工程を示す図であり、図3の線IVA−IVAに対応する概略断面図(A)、および線IVB−IVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 7th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 1 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line IVA-IVA of FIG. 3, and schematic sectional corresponding to line IVB-IVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態2における半導体装置の構成を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows schematically the structure of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第1工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第2工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 2nd process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第3工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第4工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 4th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第5工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 5th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第6工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 6th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第7工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 7th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第8工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 8th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における半導体装置の製造方法の第9工程を示す概略的な断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the 9th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the structure of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 図21のXXIIA−XXIIA線に沿った概略断面図(A)、およびXXIIB−XXIIB線に沿った概略断面図(B)である。FIG. 22 is a schematic cross-sectional view (A) along the line XXIIA-XXIIA in FIG. 21 and a schematic cross-sectional view (B) along the line XXIIB-XXIIB. 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第1工程を概略的に示す平面図である。It is a top view which shows roughly the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第1工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24 is a diagram showing a first step of the method of manufacturing a semiconductor device in the third embodiment of the present invention, a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23, and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第2工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24 is a diagram showing a second step of the method for manufacturing a semiconductor device in the third embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第3工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24 is a diagram showing a third step of the method for manufacturing a semiconductor device in the third embodiment of the present invention, a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23, and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第4工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24A is a diagram showing a fourth step of the method for manufacturing a semiconductor device in the third embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第5工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24A is a diagram showing a fifth step of the method for manufacturing a semiconductor device in the third embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第6工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24A is a diagram showing a sixth step of the method for manufacturing the semiconductor device in the third embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第7工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 7th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line XXIVA-XXIVA of FIG. 23, and schematic sectional drawing corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第8工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 8th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to the line XXIVA-XXIVA of FIG. 23, and schematic sectional corresponding to the line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第9工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 9th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line XXIVA-XXIVA of FIG. 23, and schematic sectional drawing corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第10工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 10th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to the line XXIVA-XXIVA of FIG. 23, and schematic sectional corresponding to the line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態3における半導体装置の製造方法の第11工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 11th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 3 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to line XXIVA-XXIVA of FIG. 23, and schematic sectional drawing corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 比較例における半導体装置の製造方法の第1工程を示す図であり、図23の線XXIVB−XXIVBに対応する位置の概略断面図である。It is a figure which shows the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor device in a comparative example, and is a schematic sectional drawing of the position corresponding to the line XXIVB-XXIVB of FIG. 比較例における半導体装置の製造方法の第2工程を示す図であり、図23の線XXIVB−XXIVBに対応する位置の概略断面図である。It is a figure which shows the 2nd process of the manufacturing method of the semiconductor device in a comparative example, and is a schematic sectional drawing of the position corresponding to the line XXIVB-XXIVB of FIG. 比較例における半導体装置の製造方法の第3工程を示す図であり、図23の線XXIVB−XXIVBに対応する位置の概略断面図である。It is a figure which shows the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor device in a comparative example, and is a schematic sectional drawing of the position corresponding to the line XXIVB-XXIVB of FIG. 比較例における半導体装置の製造方法の第4工程を示す図であり、図23の線XXIVB−XXIVBに対応する位置の概略断面図である。It is a figure which shows the 4th process of the manufacturing method of the semiconductor device in a comparative example, and is a schematic sectional drawing of the position corresponding to the line XXIVB-XXIVB of FIG. 比較例における半導体装置の製造方法の第5工程を示す図であり、図23の線XXIVB−XXIVBに対応する位置の概略断面図である。FIG. 24 is a diagram showing a fifth step of the method of manufacturing a semiconductor device in the comparative example, and is a schematic cross-sectional view at a position corresponding to line XXIVB-XXIVB in FIG. 23. 比較例における半導体装置の製造方法の第6工程を示す図であり、図23の線XXIVB−XXIVBに対応する位置の概略断面図である。It is a figure which shows the 6th process of the manufacturing method of the semiconductor device in a comparative example, and is a schematic sectional drawing of the position corresponding to the line XXIVB-XXIVB of FIG. 比較例における半導体装置の製造方法の第7工程を示す図であり、図23の線XXIVB−XXIVBに対応する位置の概略断面図である。It is a figure which shows the 7th process of the manufacturing method of the semiconductor device in a comparative example, and is a schematic sectional drawing of the position corresponding to the line XXIVB-XXIVB of FIG. 本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法の第1工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24 is a diagram showing a first step in the method of manufacturing a semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention, a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23, and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法の第2工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24 is a diagram showing a second step of the method for manufacturing a semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法の第3工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24A is a diagram showing a third step of the method for manufacturing a semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法の第4工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24A is a diagram showing a fourth step of the method for manufacturing a semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法の第5工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24A is a diagram showing a fifth step of the method of manufacturing a semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法の第6工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。FIG. 24A is a diagram showing a sixth step of the method for manufacturing the semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention, and is a schematic cross-sectional view corresponding to line XXIVA-XXIVA in FIG. 23 and a schematic cross-section corresponding to line XXIVB-XXIVB It is a figure (B). 本発明の実施の形態4における半導体装置の製造方法の第7工程を示す図であり、図23の線XXIVA−XXIVAに対応する概略断面図(A)、および線XXIVB−XXIVBに対応する概略断面図(B)である。It is a figure which shows the 7th process of the manufacturing method of the semiconductor device in Embodiment 4 of this invention, and is schematic sectional drawing (A) corresponding to the line XXIVA-XXIVA of FIG. 23, and schematic sectional corresponding to the line XXIVB-XXIVB It is a figure (B).

符号の説明Explanation of symbols

BC 反射防止膜、EP エピタキシャル領域、Ha1,Hb1 第1ハードマスク膜(第1無機膜)、Ha2,Hb2 第2ハードマスク膜(第2無機膜)、Ha3,Hb3 第3ハードマスク膜(第3無機膜)、Ha4 第4ハードマスク膜(第4無機膜)、HD 下層ハードマスク膜(第2無機膜)、HU 上層ハードマスク膜(第1無機膜)、IL 分離埋め込み膜、PD パッド層、PS ポリシリコン膜(被加工膜)、R1 第1フォトレジストマスク、R2 第2フォトレジストマスク、SB シリコン基板、ST ストッパ層。   BC antireflection film, EP epitaxial region, Ha1, Hb1 first hard mask film (first inorganic film), Ha2, Hb2 second hard mask film (second inorganic film), Ha3, Hb3 third hard mask film (third Inorganic film), Ha4 fourth hard mask film (fourth inorganic film), HD lower layer hard mask film (second inorganic film), HU upper layer hard mask film (first inorganic film), IL separation buried film, PD pad layer, PS polysilicon film (processed film), R1 first photoresist mask, R2 second photoresist mask, SB silicon substrate, ST stopper layer.

Claims (17)

半導体基板上に被加工膜を形成する工程と、
前記被加工膜上に、第1無機材料からなる第1無機膜と、前記第1無機材料と異なる第2無機材料からなりかつ前記第1無機膜と前記被加工膜との間に位置する第2無機膜とを形成する工程と、
前記第1無機膜上にフォトリソグラフィにより、第1パターンを有する第1フォトレジストマスクを形成する工程と、
前記第1無機膜に前記第1パターンを転写するために、前記第1無機材料のエッチング速度が前記第2無機材料のエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、前記第1フォトレジストマスクをマスクとして用いて選択的に前記第1無機膜をエッチングする工程と、
前記第1無機膜をエッチングする工程の後に、前記第2無機膜上にフォトリソグラフィにより、前記第1パターンと異なる第2パターンを有する第2フォトレジストマスクを形成する工程と、
前記第2無機膜に前記第1パターンおよび前記第2パターンを合わせた合成パターンを転写するために、前記第2無機材料のエッチング速度が前記第1無機材料のエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、前記第2フォトレジストマスクおよび前記第1無機膜をマスクとして用いて選択的に前記第2無機膜をエッチングする工程と、
前記第2無機膜をエッチングする工程の後に、前記被加工膜に前記合成パターンを転写するために、前記第2無機膜をマスクとして用いて選択的に前記被加工膜をエッチングする工程とを備えた、半導体装置の製造方法。
Forming a film to be processed on a semiconductor substrate;
A first inorganic film made of a first inorganic material and a second inorganic material different from the first inorganic material and located between the first inorganic film and the processed film on the processed film. 2 forming an inorganic film;
Forming a first photoresist mask having a first pattern on the first inorganic film by photolithography;
In order to transfer the first pattern to the first inorganic film, the first photoresist mask is used as a mask under an etching condition in which an etching rate of the first inorganic material is higher than an etching rate of the second inorganic material. And selectively etching the first inorganic film using,
Forming a second photoresist mask having a second pattern different from the first pattern by photolithography on the second inorganic film after the step of etching the first inorganic film;
In order to transfer the composite pattern in which the first pattern and the second pattern are combined to the second inorganic film, the etching condition of the second inorganic material is higher than the etching speed of the first inorganic material. Selectively etching the second inorganic film using the second photoresist mask and the first inorganic film as a mask;
A step of selectively etching the processed film using the second inorganic film as a mask in order to transfer the composite pattern to the processed film after the step of etching the second inorganic film; A method for manufacturing a semiconductor device.
前記合成パターンはラインアンドスペースパターンを含み、
前記ラインアンドスペースパターンのピッチ寸法は、前記第1フォトレジストマスクを形成する工程および前記第2フォトレジストマスクを形成する工程の各々におけるフォトリソグラフィにより形成可能なラインアンドスペースパターンの最小ピッチ寸法よりも小さい、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The composite pattern includes a line and space pattern;
The pitch dimension of the line and space pattern is smaller than the minimum pitch dimension of the line and space pattern that can be formed by photolithography in each of the step of forming the first photoresist mask and the step of forming the second photoresist mask. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the method is small.
前記第1パターンおよび前記第2パターンは、互いに重複する部分を有する、請求項1または2に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first pattern and the second pattern have portions that overlap each other. 前記第1無機膜をエッチングする工程の後かつ前記第2フォトレジストマスクを形成する工程の前に、前記第1無機膜がエッチングされた領域を埋める埋込膜を形成する工程をさらに備えた、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   After the step of etching the first inorganic film and before the step of forming the second photoresist mask, the method further includes the step of forming a buried film that fills the region where the first inorganic film is etched, The manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 1-3. 前記第2無機膜をエッチングする工程の後かつ前記被加工膜をエッチングする工程の前に、前記第1無機材料のエッチング速度が前記第2無機材料のエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、前記第1無機膜を除去する工程をさらに備えた、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   After the step of etching the second inorganic film and before the step of etching the film to be processed, an etching condition in which an etching rate of the first inorganic material is larger than an etching rate of the second inorganic material, The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing the first inorganic film. 前記第1無機材料は酸化シリコンを含み、前記第2無機材料は窒化シリコンを含む、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the first inorganic material includes silicon oxide, and the second inorganic material includes silicon nitride. 前記被加工膜はゲート電極膜を含む、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film to be processed includes a gate electrode film. 前記被加工膜をエッチングする工程は、前記第2無機膜の少なくとも一部を前記被加工膜上に残存させる工程を含み、
前記被加工膜をエッチングする工程の後に、前記半導体基板の表面上の自然酸化膜を除去する工程と、
前記自然酸化膜を除去する工程の後に、前記表面上にソース/ドレイン領域をエピタキシャルに形成する工程とをさらに備えた、請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
The step of etching the film to be processed includes the step of leaving at least a part of the second inorganic film on the film to be processed,
A step of removing a natural oxide film on the surface of the semiconductor substrate after the step of etching the film to be processed;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, further comprising a step of epitaxially forming source / drain regions on the surface after the step of removing the natural oxide film.
前記第2無機膜は窒化シリコンを含み、前記自然酸化膜を除去する工程はフッ酸で前記半導体基板を洗浄する工程を含む、請求項8に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the second inorganic film includes silicon nitride, and the step of removing the natural oxide film includes a step of cleaning the semiconductor substrate with hydrofluoric acid. 前記第1無機膜は酸化シリコンを含み、
前記第2無機膜をエッチングする工程の後かつ前記半導体基板を洗浄する工程の前に、前記第1無機材料のエッチング速度が前記第2無機材料のエッチング速度よりも大きくなるエッチング条件で、前記第1無機膜を除去する工程をさらに備えた、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。
The first inorganic film includes silicon oxide;
After the step of etching the second inorganic film and before the step of cleaning the semiconductor substrate, the first inorganic material is etched at an etching rate that is higher than the etching rate of the second inorganic material. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9, further comprising a step of removing one inorganic film.
前記被加工膜をエッチングする工程の後に、前記半導体基板の前記被加工膜側に前記被加工膜のパターンを転写することで、前記半導体基板の前記被加工膜側に溝部を形成する工程と、
前記溝部を埋めるように前記半導体基板上に絶縁膜を成膜する工程と、
化学的機械的研磨により、前記溝部の外部の前記絶縁膜を除去する工程とをさらに備えた、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
A step of forming a groove on the processed film side of the semiconductor substrate by transferring a pattern of the processed film to the processed film side of the semiconductor substrate after the step of etching the processed film;
Forming an insulating film on the semiconductor substrate so as to fill the groove,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of removing the insulating film outside the groove by chemical mechanical polishing.
前記被加工膜は前記第2無機材料と異なる第3無機材料からなる第3無機膜を含み、
前記被加工膜を形成する工程は、前記半導体基板上に前記第3無機材料と異なる第4無機材料からなる第4無機膜を形成する工程と、前記第4無機膜上に前記第3無機膜を形成する工程とを含み、
前記溝部を形成する工程は、前記被加工膜をエッチングする工程の後に、前記第4無機膜に前記第3無機膜のパターンを転写するために、前記第3無機膜をマスクとして用いて前記第4無機膜をエッチングする工程と、前記第4無機膜をエッチングする工程の後に、前記第4無機膜をマスクとして用いて前記半導体基板を選択的にエッチングする工程とを含む、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
The film to be processed includes a third inorganic film made of a third inorganic material different from the second inorganic material,
The step of forming the film to be processed includes the step of forming a fourth inorganic film made of a fourth inorganic material different from the third inorganic material on the semiconductor substrate, and the third inorganic film on the fourth inorganic film. Forming a step,
The step of forming the groove portion includes the step of using the third inorganic film as a mask to transfer the pattern of the third inorganic film to the fourth inorganic film after the step of etching the film to be processed. 12. The method according to claim 11, comprising: a step of etching the fourth inorganic film; and a step of selectively etching the semiconductor substrate using the fourth inorganic film as a mask after the step of etching the fourth inorganic film. Semiconductor device manufacturing method.
前記第3無機材料は多結晶シリコンを含む、請求項12に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the third inorganic material includes polycrystalline silicon. 前記第4無機材料は酸化シリコンを含む、請求項12または13に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein the fourth inorganic material includes silicon oxide. 前記被加工膜は酸化シリコンを含む、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the film to be processed includes silicon oxide. 前記第2無機材料は多結晶シリコンを含む、請求項15に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the second inorganic material includes polycrystalline silicon. 前記第1無機材料は、酸化シリコンおよび窒化シリコンの少なくともいずれかを含む、請求項15または16に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15, wherein the first inorganic material includes at least one of silicon oxide and silicon nitride.
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