半導体装置の製造方法
【課題】膜パターンの倒れを抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、基板上に低ガラス転移温度材料膜と高ガラス転移温度材料膜との積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に加熱下で上層膜を形成する工程と、前記上層膜をパターニングする工程と、前記上層膜をマスクとして前記積層膜をパターニングする工程と、前記上層膜をウェットエッチング処理により除去する工程と、を備えた。
【解決手段】実施形態の半導体装置の製造方法は、基板上に低ガラス転移温度材料膜と高ガラス転移温度材料膜との積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に加熱下で上層膜を形成する工程と、前記上層膜をパターニングする工程と、前記上層膜をマスクとして前記積層膜をパターニングする工程と、前記上層膜をウェットエッチング処理により除去する工程と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの微細化に伴い、露光プロセスのマージンが不足してきている。これを補うには、レジスト膜の膜厚を薄くして解像性を向上させることが有効である。しかし、一方でレジスト膜の膜厚を薄くすると被加工膜のエッチングに必要なレジスト膜厚を確保できなくなるという問題が生じる。かかる問題に対して、例えば、被加工膜上に下層膜、上層膜およびレジスト膜を形成し、レジストパターンを上層膜および下層膜に順次転写して膜パターンを形成した後、下層膜の膜パターンをエッチングマスクとして被加工膜の加工を行う手法が知られている。このように、レジスト膜とその他の上層膜および下層膜による多層マスクを用いて所望の膜をエッチングする手法において、下層膜はエッチングマスクとして作用する必要があり、スパッタリングされにくく、エッチング耐性がある炭素原子を多く含む材料が好ましい。そのため、多層マスクの下層膜として、カーボン膜（ＳＯＣ：Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ膜）を用いる場合がある。また、さらに、かかる下層膜の膜パターンを芯材として側壁に別の膜パターンを形成し、上述した下層膜ではなく、かかる側壁の膜パターンをエッチングマスクとした被加工膜の加工を行なうこともある。
【０００３】
しかしながら、かかるカーボン膜を例えば微細なライン状の膜パターンとして残したときに、カーボン膜の膜パターンが倒れてしまう場合があるといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０５７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、上述した問題点を克服し、膜パターンの倒れを抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置の製造方法は、基板上に低ガラス転移温度材料膜と高ガラス転移温度材料膜との積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に加熱下で上層膜を形成する工程と、前記上層膜をパターニングする工程と、前記上層膜をマスクとして前記積層膜をパターニングする工程と、前記上層膜をウェットエッチング処理により除去する工程と、を備えた。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図２】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図３】第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力について説明するための概念図である。
【図４】第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力による問題点について説明するための概念図である。
【図５】第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の膜パターンの倒れた状態の一例を示す図である。
【図６】被加工膜上に低ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力について説明するための概念図である。
【図７】被加工膜上に低ガラス転移温度膜を形成した場合の膜パターンの倒れのない状態の一例を示す図である。
【図８】第１の実施形態の比較例となる、低ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合の問題点を説明するための概念図である。
【図９】第１の実施形態の比較例となる、低ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合のクラックが発生した状態の一例を示す図である。
【図１０】高ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合の様子を説明するための概念図である。
【図１１】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図１２】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図１３】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図１４】第１の実施形態の比較例となる、単層のカーボン膜の膜パターンの断面を撮像した図である。
【図１５】第１の実施形態の比較例となる、単層のカーボン膜の膜パターンの幅寸法の変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、図面を用いて説明する。
図１に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の要部工程を示すフローチャート図が示されている。図１において、第１の実施形態における半導体装置の製造方法は、絶縁膜形成工程（Ｓ１０２）と、被加工膜形成工程（Ｓ１０４）と、積層膜形成工程（Ｓ１０５）と、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜形成工程（Ｓ１１３）と、レジストパターン形成工程（Ｓ１１８）と、エッチング工程（Ｓ１２０）と、エッチング工程（Ｓ１２１）と、ＳＯＧ膜除去工程（Ｓ１２２）と、スリミング処理工程（Ｓ１２４）と、ＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２６）と、エッチバック処理工程（Ｓ１２８）と、高ガラス転移温度（高Ｔｇ）膜および低ガラス転移温度（低Ｔｇ）膜除去工程（Ｓ１３０）と、エッチング工程（Ｓ１３２）と、ＳｉＯ２膜除去工程（Ｓ１３４）と、いう一連の工程を実施する。
【０００９】
また、積層膜形成工程（Ｓ１０５）の内部工程として、低ガラス転移温度（低Ｔｇ）材料塗布工程（Ｓ１０６）と、ベーク処理工程（Ｓ１０８）と、高ガラス転移温度（高Ｔｇ）材料塗布工程（Ｓ１１０）と、ベーク処理工程（Ｓ１１２）と、いう一連の工程を実施する。
【００１０】
また、ＳＯＧ膜形成工程（Ｓ１１３）は、その内部工程として、ＳＯＧ材料塗布工程（Ｓ１１４）と、ベーク処理工程（Ｓ１１６）と、いう一連の工程を実施する。
【００１１】
図２に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図２では、図１の絶縁膜形成工程（Ｓ１０２）からベーク処理工程（Ｓ１１２）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００１２】
図２（ａ）において、絶縁膜形成工程（Ｓ１０２）として、半導体基板２００上に、絶縁膜２１０を例えば１００〜３００ｎｍの膜厚で形成する。形成方法は、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成すると好適である。但し、これに限るものではなくその他の手法であっても構わない。絶縁膜２１０として、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する。ＳｉＯ２膜として、例えば、ＴＥＯＳ膜を形成する。かかる絶縁膜２１０は、後述する被加工膜の下地膜となる。ここでは、被加工膜の下地膜として絶縁膜２１０を形成する例を示したが、これに限るものではなく、絶縁膜２１０は無くても構わない。また、半導体基板２００として、例えば、直径３００ミリのシリコンウェハを用いる。半導体基板２００には、図示しないデバイス部分や配線等が形成されていてもよい。
【００１３】
図２（ｂ）において、被加工膜形成工程（Ｓ１０４）として、絶縁膜２１０上に、被加工膜２１２を例えば５０〜２００ｎｍの膜厚で形成する。形成方法は、例えば、ＣＶＤ法により形成すると好適である。但し、これに限るものではなくその他の手法であっても構わない。被加工膜２１２として、例えば、アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、或いはＳｉＯ２膜を形成する。ここでは、例えば、α−Ｓｉ膜を形成する。
【００１４】
次に、積層膜形成工程（Ｓ１０５）として、かかる被加工膜２１２が形成された基板上に例えば５０〜２００ｎｍの膜厚の積層膜２２４を形成する。積層膜２２４を構成する各膜は、それぞれ炭素（カーボン）を主成分として多く含む膜（カーボン膜：ＳＯＣ膜ともいう）が用いられるとよい。以下、積層膜形成工程（Ｓ１０５）の内部工程を説明する。
【００１５】
図２（ｃ）において、低Ｔｇ材料塗布工程（Ｓ１０６）として、塗布法を用いて、被加工膜２１２が形成された基板上に、低ガラス転移温度（低Ｔｇ）材料を用いた低Ｔｇ膜２２０（低ガラス転移温度材料膜）を形成する。例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃程度の材料を用いると好適である。低Ｔｇ膜２２０の材料としては、芳香環を主鎖に有さない樹脂が好適である。例えば、ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、或いはアクリル系樹脂等が好適である。或いはこれらを混合して使用しても好適である。基板を回転させながらかかる低Ｔｇ材料を塗布して所定の膜厚に形成すればよい。
【００１６】
次に、ベーク処理工程（Ｓ１０８）として、低Ｔｇ膜２２０が塗布された基板を加熱する。例えば、３００℃でベーク処理することで架橋反応を起こさせる。
【００１７】
次に、図２（ｄ）において、高Ｔｇ材料塗布工程（Ｓ１１０）として、塗布法を用いて、架橋反応後の低Ｔｇ膜２２０が形成された基板上に、高ガラス転移温度（高Ｔｇ）材料を用いた高Ｔｇ膜２２２（高ガラス転移温度材料膜）を形成する。例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃程度の材料を用いると好適である。高Ｔｇ膜２２２の材料としては、芳香環を主鎖に有する樹脂が好適である。例えば、ノボラック系樹脂、シアネート系樹脂、ポリイミド系樹脂、或いはポリエステル系樹脂等が好適である。或いはこれらを混合して使用しても好適である。基板を回転させながらかかる高Ｔｇ材料を塗布して所定の膜厚に形成すればよい。
【００１８】
次に、ベーク処理工程（Ｓ１１２）として、高Ｔｇ膜２２２が塗布された基板を加熱する。例えば、３００℃でベーク処理することで架橋反応を起こさせる。
【００１９】
以上のようにして、低Ｔｇ膜２２０と高Ｔｇ膜２２２との積層膜２２４が形成される。ここで、積層膜ではなく、被加工膜２１２上に高Ｔｇ膜２２２だけを形成した場合の問題点について説明する。
【００２０】
図３に、第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力について説明するための概念図が示されている。図３（ａ）に示すように被加工膜２１２上に高Ｔｇ膜２２２を塗布し、例えば３００℃でベーク処理をおこなうと、まず図３（ｂ）に示すようにガラス転移温度（例えば２５０℃）付近で高Ｔｇ膜２２２のガラス転移が生じ、さらに図３（ｃ）に示すようにガラス転移温度から５０℃高い３００℃でベーク処理される。その際、ガラス転移温度（例えば２５０℃）からベーク温度（３００℃）までの差が５０℃しかないため、樹脂の流動が小さい。そのため、ひずみの大きい構造で架橋反応が進むことになる。その結果、図３（ｄ）に示すように冷却後は、高Ｔｇ膜２２２に大きな残留応力が生じてしまう。
【００２１】
さらに、図４に、第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力による問題点について説明するための概念図が示されている。図４（ａ）に示すように高Ｔｇ膜２２２に大きな残留応力が生じているため、応力緩和のために高Ｔｇ膜２２２の膜の一部が剥がれ、空隙２０が生じてしまう。そして、図４（ｂ）に示すように多層マスクプロセスにおいて高Ｔｇ膜２２２で膜パターンを形成後、後述するウェット処理を行うと、ウェット処理の薬液が高Ｔｇ膜２２２の剥がれた空隙２０部分に染み込みやすくなる。そのため、高Ｔｇ膜２２２の膜パターンに倒れが発生してしまうといった問題が生じる。
【００２２】
図５には、第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の膜パターンの倒れた状態の一例を示す。図５（ａ）では、ライン状に形成された高Ｔｇ膜２２２の膜パターンが倒れた様子の一例を斜め上方から撮影した結果が示されている。図５（ｂ）では、ライン状に形成された高Ｔｇ膜２２２の膜パターンが倒れた様子の一例を断面で撮影した結果が示されている。以上のように、被加工膜上に直接高ガラス転移温度の材料を用いた高Ｔｇ膜２２２を形成してしまうと、高Ｔｇ膜２２２の膜パターンが形成された状態でウェット処理を行うことにより膜パターンの倒れが発生してしまうといった問題が生じる。
【００２３】
これに対し、図６に、被加工膜上に低ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力について説明するための概念図が示されている。図６（ａ）に示すように被加工膜２１２上に低Ｔｇ膜２２０を塗布し、例えば３００℃でベーク処理をおこなうと、まず図６（ｂ）に示すようにガラス転移温度（例えば１００℃）付近で低Ｔｇ膜２２０のガラス転移が生じ、さらに図６（ｃ）に示すようにガラス転移温度から２００℃高い３００℃でベーク処理される。その際、ガラス転移温度（例えば１００℃）からベーク温度（３００℃）までの差が２００℃あるため、樹脂の流動性が大きい。そのため、ひずみの少ない構造で架橋反応が進むことになる。その結果、図６（ｄ）に示すように冷却後は、低Ｔｇ膜２２０に生じる残留応力は小さくできる。よって、図４で示したような膜の剥がれを抑制或いは防止でき、結果として、被加工膜２１２と接触する低Ｔｇ膜２２０の膜パターンの倒れを抑制或いは防止できる。
【００２４】
図７には、被加工膜上に低ガラス転移温度膜を形成した場合の膜パターンの倒れのない状態の一例を示す。図７（ｂ）では、ライン状に形成された低Ｔｇ膜２２０の膜パターンが倒れていない様子の一例を斜め上方から撮影した結果が示されている。図７（ａ）では、ライン状に形成された低Ｔｇ膜２２０の膜パターンが倒れていない様子の一例を断面で撮影した結果が示されている。以上のように、被加工膜上に直接低ガラス転移温度の材料を用いた低Ｔｇ膜２２０を形成することで、低Ｔｇ膜２２０の膜パターンが形成された状態でウェット処理を行っても膜パターンの倒れを抑制できることがわかる。
【００２５】
しかしながら、第１の実施形態のような積層膜ではなく、被加工膜２１２上に低Ｔｇ膜２２０だけを形成した場合、次のような問題が生じる。以下、かかる問題点について説明する。
【００２６】
図８に、第１の実施形態の比較例となる、低ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合の問題点を説明するための概念図が示されている。図８（ａ）に示す低Ｔｇ膜２２０上に、図８（ｂ）に示すように後述するＳＯＧ膜２３０を塗布し、図８（ｃ）に示すように例えば３００℃でベーク処理をおこなうと、ＳＯＧ膜２３０はベークによって熱硬化が起こり収縮する。一方、低Ｔｇ膜２２０はベーク処理によって大きく熱膨張する。そのため、ＳＯＧ膜２３０と低Ｔｇ膜２２０との間に大きな熱膨張差が生じる。その結果、図８（ｄ）に示すようにＳＯＧ膜２３０にクラックが発生してしまうという問題が生じ得る。
【００２７】
図９には、第１の実施形態の比較例となる、低ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合のクラックが発生した状態の一例を示す。図９（ｂ）では、ＳＯＧ膜２３０にクラックが発生してＳＯＧ膜２３０上のレジストパターンに欠けが生じた様子の一例を上方から撮影した結果が示されている。図９（ａ）では、ＳＯＧ膜２３０にクラックが発生してＳＯＧ膜２３０上のレジストパターンに欠けが生じた様子の一例を断面で撮影した結果が示されている。低Ｔｇ膜２２０上にＳＯＧ膜２３０を塗布し、その後ベーク処理を行うと、図９に示すように、ＳＯＧ膜２３０にクラックが発生し、ＳＯＧ膜２３０上にレジストによるラインアンドスペースを形成した際に、パターンの一部の欠けてしまっている。以上のように、低Ｔｇ膜２２０の膜上に直接ＳＯＧ膜２３０を形成してしまうと、ＳＯＧ膜２３０のベーク処理によってＳＯＧ膜２３０にクラックが発生してしまうといった問題が生じる。
【００２８】
これに対し、図１０に、高ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合の様子を説明するための概念図が示されている。図１０（ａ）に示す高Ｔｇ膜２２２上に、図１０（ｂ）に示すように後述するＳＯＧ膜２３０を塗布し、図１０（ｃ）に示すように例えば３００℃でベーク処理をおこなうと、上述したようにＳＯＧ膜２３０はベークによって熱硬化が起こり収縮する。一方、高Ｔｇ膜２２２はベークしても熱膨張がそれほど大きくならない。そのため、ＳＯＧ膜２３０と高Ｔｇ膜２２２との間に大きな熱膨張差が生じない。その結果、図１０（ｄ）に示すようにＳＯＧ膜２３０にクラックを発生させないことができる。
【００２９】
以上のように、被加工膜２１２上に、低Ｔｇ膜２２０を下層とし、高Ｔｇ膜２２２を上層とした積層膜２２４を形成し、積層膜２２４上にＳＯＧ膜２３０を形成することで、膜パターンの倒れを抑制できると共にＳＯＧ膜２３０へのクラックの発生を抑制できる。
【００３０】
ここで、上述した例では、ガラス転移温度が２５０℃の材料を高Ｔｇ材料とし、ガラス転移温度が１００℃の材料を低Ｔｇ材料としたが、これに限るものではなく、その他の温度の組み合わせでも構わない。かかる積層膜２２４は、相対的により低いＴｇ材料で下層膜を形成し、相対的により高いＴｇ材料で上層膜を形成すればよい。
【００３１】
また、低Ｔｇ膜２２０と高Ｔｇ膜２２２の各膜厚は、膜パターン倒れとクラック発生とのうち、重要視する問題に合わせて適宜調整すればよい。例えば、クラック発生の解消をより重要視する場合には、高Ｔｇ膜２２２を低Ｔｇ膜２２０よりも相対的に厚い膜厚にすればよい。一方、例えば、膜パターン倒れの解消をより重要視する場合には、低Ｔｇ膜２２０を高Ｔｇ膜２２２よりも相対的に厚い膜厚にすればよい。
【００３２】
図１１に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図１１では、図１のＳＯＧ膜形成工程（Ｓ１１３）からエッチング工程（Ｓ１２１）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００３３】
図１１（ａ）において、ＳＯＧ膜形成工程（Ｓ１１３）として、低Ｔｇ膜２２０と高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４上に、加熱下で、積層膜２２４をエッチングするためのマスク材となるＳＯＧ膜２３０（上層膜）を例えば２０〜１００ｎｍの膜厚で形成する。
【００３４】
まず、ＳＯＧ材料塗布工程（Ｓ１１４）として、低Ｔｇ膜２２０と高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４上に、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）材料（所定の膜材料）を所定の膜厚で塗布する。
【００３５】
次に、ベーク処理工程（Ｓ１１６）として、塗布されたＳＯＧ材料膜を例えば３００℃でベークする。上述したように、ＳＯＧ膜２３０は、ベークによって熱収縮するが、下地が高Ｔｇ膜２２２であるためクラックの発生を抑制できる。
【００３６】
積層膜２２４をエッチングするためのマスク材として、ここでは、塗布膜であるＳＯＧ膜２３０を形成しているが、これに限るものではなく、ＳＯＧ膜２３０の代わりに、プラズマＣＶＤ法によりα−Ｓｉ膜を形成してもよい。或いは、加熱下でのＣＶＤ法によりその他のＣＶＤ膜を形成してもよい。
【００３７】
図１１（ｂ）において、レジストパターン形成工程（Ｓ１１８）として、図示しないリソグラフィ技術を用いて、ＳＯＧ膜２３０上にレジスト膜を形成後、パターンを露光し、現像処理を行うことでＳＯＧ膜２３０上にレジストパターン２４０を形成する。ここでは、例えば、１：１のラインアンドスペースパターンを形成する。
【００３８】
図１１（ｃ）において、エッチング工程（Ｓ１２０）として、ドライエッチング法により、レジストパターン２４０をマスクとして、露出したＳＯＧ膜２３０をエッチングする。これにより、ＳＯＧ膜２３０をパターニングする。例えば、異方性エッチング法により露出したＳＯＧ膜２３０をエッチングすればよい。例えば、反応性イオンエッチング法を用いればよい。
【００３９】
そして、エッチング工程（Ｓ１２１）として、ドライエッチング法により、露出した低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４を連続して一緒にエッチングする。このとき、低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２と同様に炭素を多く含む膜であるレジストパターン２４０はエッチング除去されるので、図１１（ｃ）に示すようにＳＯＧ膜２３０がマスクとなる。これにより、低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４をパターニングする。例えば、異方性エッチング法により露出した積層膜２２４をエッチングすればよい。例えば、反応性イオンエッチング法を用いればよい。その際、低Ｔｇ膜２２０の方が、エッチング耐性が低く、エッチングレートが速いため高Ｔｇ膜２２２よりもより多くエッチングされる。ガラス転移温度が高い方が、結合力が強く、エッチングし難いためである。その結果、図１１（ｃ）に示すように、上層の高Ｔｇ膜２２２の線幅がより太く、下層の低Ｔｇ膜２２０の線幅がより細くなる上広がりのテーパ状の膜パターンに形成できる。かかる形状は、後述するように側壁パターンの形状に影響を与える。
【００４０】
図１２に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図１２では、図１のＳＯＧ膜除去工程（Ｓ１２２）からエッチバック処理工程（Ｓ１２８）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００４１】
図１２（ａ）において、ＳＯＧ膜除去工程（Ｓ１２２）として、低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４による膜パターン上のＳＯＧ膜２３０をウェットエッチング処理により除去する。第１の実施形態では、被加工膜２１２上の膜パターンが低Ｔｇ膜２２０で形成されているため、上述したように膜パターン倒れを抑制できる。
【００４２】
図１２（ｂ）において、スリミング処理工程（Ｓ１２４）として、エッチバック等により低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４による膜パターンの線幅をスリミング処理して、例えば、半分の線幅に形成する。これにより、例えば、１：３のラインアンドスペースパターンが形成できる。
【００４３】
図１２（ｃ）において、ＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２６）として、スリミング処理された積層膜２２４による膜パターン上に、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜２５０をコンフォーマルに形成する。かかる側壁パターンは、被加工膜２１２をエッチングするためのマスクとなる。なお、ＳｉＯ２膜２５０の代わりにＳｉＮ膜であっても好適である。
【００４４】
図１２（ｄ）において、エッチバック処理工程（Ｓ１２８）として、被加工膜２１２及び高Ｔｇ膜２２２が露出するまでＳｉＯ２膜２５０をエッチバックして、低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４の膜パターンを芯材としてその両側の側壁にＳｉＯ２膜２５０の膜パターンを形成する。
【００４５】
図１３に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図１３では、図１の高Ｔｇ膜および低Ｔｇ膜除去工程（Ｓ１３０）からＳｉＯ２膜除去工程（Ｓ１３４）までを示している。
【００４６】
図１３（ａ）において、高Ｔｇ膜および低Ｔｇ膜除去工程（Ｓ１３０）として、表面が露出した高Ｔｇ膜２２２とその下層の低Ｔｇ膜２２０を一緒に除去する。これにより、例えば、スリミング処理する前の低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４の膜パターンによる１：１のラインアンドスペースパターンに比べてピッチが半分に狭まったＳｉＯ２膜２５０の膜パターンによる１：１のラインアンドスペースパターンを形成できる。その結果、リソグラフィの解像限界を超えたピッチと線幅でのマスクパターンを形成できる。
【００４７】
図１４に、第１の実施形態の比較例となる、単層のカーボン膜の膜パターンの断面を撮像した図が示されている。第１の実施形態のように低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４の膜パターンを形成しないで、単層のカーボン膜で同様の膜パターンを形成した場合には、以下のような問題が生じる。図１４（ａ）では、単層のカーボン膜で形成された膜パターンの断面を示している。ここでは、側壁パターンを形成するために単層のカーボン膜の膜パターンをスリミング処理した後の状態を示している。そして、膜パターンの幅寸法を上部（ＴＯＰ）位置と底部（Ｂｏｔｔｏｍ）位置と、その間の中間部（Ｍｉｄｄｌｅ）位置とで測定した。図１４（ｂ）では、単層のカーボン膜の膜パターンを芯材として、かかる膜パターン上に、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜をコンフォーマルに形成した場合の断面を示している。そして、同様に、芯材の膜パターンの幅寸法を上部（ＴＯＰ）位置と底部（Ｂｏｔｔｏｍ）位置と、その間の中間部（Ｍｉｄｄｌｅ）位置とで測定した。
【００４８】
図１５に、第１の実施形態の比較例となる、単層のカーボン膜の膜パターンの幅寸法の変化の一例を示すグラフが示されている。かかる例において、膜パターンの幅寸法は、ＴＯＰ位置において、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜を単層のカーボン膜の膜パターン上にコンフォーマルに形成する前の段階では３７．０２ｎｍとなる。そして、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜をコンフォーマルに形成した段階では２３．５８ｎｍと細くなる。そして、ＳｉＯ２膜をエッチバックしてＳｉＯ２膜の側壁パターンを形成後、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンを除去した後の単層のカーボン膜の膜パターンがあった部分のスペース幅は３１．４３ｎｍと多少太くなる。このように、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンは、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜によって押しつぶされてしまい、先端部分（Ｔｏｐ）の線幅が細くなってしまう。そして、芯材除去後も寸法がＳｉＯ２膜形成前までは戻らないことがわかる。
【００４９】
次に、膜パターンの幅寸法は、Ｍｉｄｄｌｅ位置において、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜を単層のカーボン膜の膜パターン上にコンフォーマルに形成する前の段階では３５．９７ｎｍとなる。そして、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜をコンフォーマルに形成した段階では２２．７ｎｍと細くなる。そして、ＳｉＯ２膜をエッチバックしてＳｉＯ２膜の側壁パターンを形成後、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンを除去した後の単層のカーボン膜の膜パターンがあった部分のスペース幅は３０．４８ｎｍと多少太くなる。このように、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンは、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜によって押しつぶされてしまい、Ｍｉｄｄｌｅ位置の線幅が細くなってしまう。そして、芯材除去後も寸法がＳｉＯ２膜形成前までは戻らないことがわかる。
【００５０】
次に、膜パターンの幅寸法は、Ｂｏｔｔｏｍ位置において、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜を単層のカーボン膜の膜パターン上にコンフォーマルに形成する前の段階では３４．０３ｎｍとなる。そして、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜をコンフォーマルに形成した段階では３１．５３ｎｍと多少細くなる。そして、ＳｉＯ２膜をエッチバックしてＳｉＯ２膜の側壁パターンを形成後、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンを除去した後の単層のカーボン膜の膜パターンがあった部分のスペース幅は３１．０３ｎｍとほとんど変化しない。このように、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンは、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜によって多少押しつぶされるが、ＳｉＯ２膜形成時と芯材除去時の寸法においてはほとんど変化しないことがわかる。
【００５１】
以上の結果から、単層のカーボン膜の膜パターンを芯材として使用した場合、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜によって押しつぶされてしまい、膜パターンの先端部分と中間部位置の幅寸法が細くなってしまう。そして、芯材除去後の寸法は、Ｂｏｔｔｏｍ位置に比べてＴＯＰ位置の方が細くなってしまう。そのため、芯材を除去した後に残るＳｉＯ２膜の側壁パターンを垂直に形成することが困難になってしまうといった問題が生じる。
【００５２】
これに対して、第１の実施形態では、図１１（ｃ）に示したように、エッチング工程（Ｓ１２１）において、上層の高Ｔｇ膜２２２の線幅がより太く、低Ｔｇ膜２２０の線幅がより細くなる上広がりのテーパ状の膜パターンに形成できる。よって、あえて上部を太らせた、かかる上広がりのテーパ状の膜パターンを芯材として使用することで、ＳｉＯ２膜によって押しつぶされて線幅が狭まったとしても、芯材を除去した後に残る側壁のＳｉＯ２膜の膜パターンを実質的に垂直に形成できる。
【００５３】
図１３（ｂ）において、エッチング工程（Ｓ１３２）として、ＳｉＯ２膜２５０の膜パターンをマスクとして、被加工膜２１２をエッチングする。例えば、異方性エッチング法により露出した被加工膜２１２をエッチングすればよい。例えば、反応性イオンエッチング法を用いればよい。これにより、略垂直にパターンを形成できる。
【００５４】
図１３（ｃ）において、ＳｉＯ２膜除去工程（Ｓ１３４）として、エッチング法により、ＳｉＯ２膜２５０を除去する。以上により、リソグラフィ時のパターンピッチよりも狭いピッチで被加工膜２１２の膜パターンを形成できる。
【００５５】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した実施形態では、被加工膜２１２上に積層膜２２４を形成しているがこれに限るものではなく、被加工膜２１２と積層膜２２４との間に他の膜を挟んでもよい。他の膜として、被加工膜２１２とは異なる、例えば、ＳｉＮ膜、α−Ｓｉ膜、或いはＳｉＯ２膜等が好適である。さらに、上述した実施形態では、積層膜２２４による膜パターンを形成後、この膜パターンに対しスリミング処理を行なったが、これに代えてレジストパターン２４０のスリミング処理を行ってもよいし、或いはレジストパターン２４０をＳＯＧ膜２３０及び積層膜２２４に順次転写する際に膜パターンの線幅が細められるような条件でエッチングを行ってもよく、さらにはこれらを組み合わせて積層膜２２４による膜パターンを所望の線幅で形成することもできる。
【００５６】
また、層間絶縁膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００５７】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法に代表される電子部品の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
【００５８】
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
２００ 半導体基板、２１２ 被加工膜、２２０ 低Ｔｇ膜、２２２ 高Ｔｇ膜、２２４ 積層膜、２３０ ＳＯＧ膜、２４０ レジストパターン、２５０ ＳｉＯ２膜
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩの微細化に伴い、露光プロセスのマージンが不足してきている。これを補うには、レジスト膜の膜厚を薄くして解像性を向上させることが有効である。しかし、一方でレジスト膜の膜厚を薄くすると被加工膜のエッチングに必要なレジスト膜厚を確保できなくなるという問題が生じる。かかる問題に対して、例えば、被加工膜上に下層膜、上層膜およびレジスト膜を形成し、レジストパターンを上層膜および下層膜に順次転写して膜パターンを形成した後、下層膜の膜パターンをエッチングマスクとして被加工膜の加工を行う手法が知られている。このように、レジスト膜とその他の上層膜および下層膜による多層マスクを用いて所望の膜をエッチングする手法において、下層膜はエッチングマスクとして作用する必要があり、スパッタリングされにくく、エッチング耐性がある炭素原子を多く含む材料が好ましい。そのため、多層マスクの下層膜として、カーボン膜（ＳＯＣ：Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｃａｒｂｏｎ膜）を用いる場合がある。また、さらに、かかる下層膜の膜パターンを芯材として側壁に別の膜パターンを形成し、上述した下層膜ではなく、かかる側壁の膜パターンをエッチングマスクとした被加工膜の加工を行なうこともある。
【０００３】
しかしながら、かかるカーボン膜を例えば微細なライン状の膜パターンとして残したときに、カーボン膜の膜パターンが倒れてしまう場合があるといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０５７５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、上述した問題点を克服し、膜パターンの倒れを抑制することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置の製造方法は、基板上に低ガラス転移温度材料膜と高ガラス転移温度材料膜との積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に加熱下で上層膜を形成する工程と、前記上層膜をパターニングする工程と、前記上層膜をマスクとして前記積層膜をパターニングする工程と、前記上層膜をウェットエッチング処理により除去する工程と、を備えた。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の要部工程を示すフローチャート図である。
【図２】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図３】第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力について説明するための概念図である。
【図４】第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力による問題点について説明するための概念図である。
【図５】第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の膜パターンの倒れた状態の一例を示す図である。
【図６】被加工膜上に低ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力について説明するための概念図である。
【図７】被加工膜上に低ガラス転移温度膜を形成した場合の膜パターンの倒れのない状態の一例を示す図である。
【図８】第１の実施形態の比較例となる、低ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合の問題点を説明するための概念図である。
【図９】第１の実施形態の比較例となる、低ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合のクラックが発生した状態の一例を示す図である。
【図１０】高ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合の様子を説明するための概念図である。
【図１１】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図１２】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図１３】第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図である。
【図１４】第１の実施形態の比較例となる、単層のカーボン膜の膜パターンの断面を撮像した図である。
【図１５】第１の実施形態の比較例となる、単層のカーボン膜の膜パターンの幅寸法の変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
（第１の実施形態）
以下、図面を用いて説明する。
図１に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の要部工程を示すフローチャート図が示されている。図１において、第１の実施形態における半導体装置の製造方法は、絶縁膜形成工程（Ｓ１０２）と、被加工膜形成工程（Ｓ１０４）と、積層膜形成工程（Ｓ１０５）と、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）膜形成工程（Ｓ１１３）と、レジストパターン形成工程（Ｓ１１８）と、エッチング工程（Ｓ１２０）と、エッチング工程（Ｓ１２１）と、ＳＯＧ膜除去工程（Ｓ１２２）と、スリミング処理工程（Ｓ１２４）と、ＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２６）と、エッチバック処理工程（Ｓ１２８）と、高ガラス転移温度（高Ｔｇ）膜および低ガラス転移温度（低Ｔｇ）膜除去工程（Ｓ１３０）と、エッチング工程（Ｓ１３２）と、ＳｉＯ２膜除去工程（Ｓ１３４）と、いう一連の工程を実施する。
【０００９】
また、積層膜形成工程（Ｓ１０５）の内部工程として、低ガラス転移温度（低Ｔｇ）材料塗布工程（Ｓ１０６）と、ベーク処理工程（Ｓ１０８）と、高ガラス転移温度（高Ｔｇ）材料塗布工程（Ｓ１１０）と、ベーク処理工程（Ｓ１１２）と、いう一連の工程を実施する。
【００１０】
また、ＳＯＧ膜形成工程（Ｓ１１３）は、その内部工程として、ＳＯＧ材料塗布工程（Ｓ１１４）と、ベーク処理工程（Ｓ１１６）と、いう一連の工程を実施する。
【００１１】
図２に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図２では、図１の絶縁膜形成工程（Ｓ１０２）からベーク処理工程（Ｓ１１２）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００１２】
図２（ａ）において、絶縁膜形成工程（Ｓ１０２）として、半導体基板２００上に、絶縁膜２１０を例えば１００〜３００ｎｍの膜厚で形成する。形成方法は、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ）法により形成すると好適である。但し、これに限るものではなくその他の手法であっても構わない。絶縁膜２１０として、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）を形成する。ＳｉＯ２膜として、例えば、ＴＥＯＳ膜を形成する。かかる絶縁膜２１０は、後述する被加工膜の下地膜となる。ここでは、被加工膜の下地膜として絶縁膜２１０を形成する例を示したが、これに限るものではなく、絶縁膜２１０は無くても構わない。また、半導体基板２００として、例えば、直径３００ミリのシリコンウェハを用いる。半導体基板２００には、図示しないデバイス部分や配線等が形成されていてもよい。
【００１３】
図２（ｂ）において、被加工膜形成工程（Ｓ１０４）として、絶縁膜２１０上に、被加工膜２１２を例えば５０〜２００ｎｍの膜厚で形成する。形成方法は、例えば、ＣＶＤ法により形成すると好適である。但し、これに限るものではなくその他の手法であっても構わない。被加工膜２１２として、例えば、アモルファスシリコン（α−Ｓｉ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、或いはＳｉＯ２膜を形成する。ここでは、例えば、α−Ｓｉ膜を形成する。
【００１４】
次に、積層膜形成工程（Ｓ１０５）として、かかる被加工膜２１２が形成された基板上に例えば５０〜２００ｎｍの膜厚の積層膜２２４を形成する。積層膜２２４を構成する各膜は、それぞれ炭素（カーボン）を主成分として多く含む膜（カーボン膜：ＳＯＣ膜ともいう）が用いられるとよい。以下、積層膜形成工程（Ｓ１０５）の内部工程を説明する。
【００１５】
図２（ｃ）において、低Ｔｇ材料塗布工程（Ｓ１０６）として、塗布法を用いて、被加工膜２１２が形成された基板上に、低ガラス転移温度（低Ｔｇ）材料を用いた低Ｔｇ膜２２０（低ガラス転移温度材料膜）を形成する。例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃程度の材料を用いると好適である。低Ｔｇ膜２２０の材料としては、芳香環を主鎖に有さない樹脂が好適である。例えば、ビニル系樹脂、オレフィン系樹脂、或いはアクリル系樹脂等が好適である。或いはこれらを混合して使用しても好適である。基板を回転させながらかかる低Ｔｇ材料を塗布して所定の膜厚に形成すればよい。
【００１６】
次に、ベーク処理工程（Ｓ１０８）として、低Ｔｇ膜２２０が塗布された基板を加熱する。例えば、３００℃でベーク処理することで架橋反応を起こさせる。
【００１７】
次に、図２（ｄ）において、高Ｔｇ材料塗布工程（Ｓ１１０）として、塗布法を用いて、架橋反応後の低Ｔｇ膜２２０が形成された基板上に、高ガラス転移温度（高Ｔｇ）材料を用いた高Ｔｇ膜２２２（高ガラス転移温度材料膜）を形成する。例えば、ガラス転移温度（Ｔｇ）が２５０℃程度の材料を用いると好適である。高Ｔｇ膜２２２の材料としては、芳香環を主鎖に有する樹脂が好適である。例えば、ノボラック系樹脂、シアネート系樹脂、ポリイミド系樹脂、或いはポリエステル系樹脂等が好適である。或いはこれらを混合して使用しても好適である。基板を回転させながらかかる高Ｔｇ材料を塗布して所定の膜厚に形成すればよい。
【００１８】
次に、ベーク処理工程（Ｓ１１２）として、高Ｔｇ膜２２２が塗布された基板を加熱する。例えば、３００℃でベーク処理することで架橋反応を起こさせる。
【００１９】
以上のようにして、低Ｔｇ膜２２０と高Ｔｇ膜２２２との積層膜２２４が形成される。ここで、積層膜ではなく、被加工膜２１２上に高Ｔｇ膜２２２だけを形成した場合の問題点について説明する。
【００２０】
図３に、第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力について説明するための概念図が示されている。図３（ａ）に示すように被加工膜２１２上に高Ｔｇ膜２２２を塗布し、例えば３００℃でベーク処理をおこなうと、まず図３（ｂ）に示すようにガラス転移温度（例えば２５０℃）付近で高Ｔｇ膜２２２のガラス転移が生じ、さらに図３（ｃ）に示すようにガラス転移温度から５０℃高い３００℃でベーク処理される。その際、ガラス転移温度（例えば２５０℃）からベーク温度（３００℃）までの差が５０℃しかないため、樹脂の流動が小さい。そのため、ひずみの大きい構造で架橋反応が進むことになる。その結果、図３（ｄ）に示すように冷却後は、高Ｔｇ膜２２２に大きな残留応力が生じてしまう。
【００２１】
さらに、図４に、第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力による問題点について説明するための概念図が示されている。図４（ａ）に示すように高Ｔｇ膜２２２に大きな残留応力が生じているため、応力緩和のために高Ｔｇ膜２２２の膜の一部が剥がれ、空隙２０が生じてしまう。そして、図４（ｂ）に示すように多層マスクプロセスにおいて高Ｔｇ膜２２２で膜パターンを形成後、後述するウェット処理を行うと、ウェット処理の薬液が高Ｔｇ膜２２２の剥がれた空隙２０部分に染み込みやすくなる。そのため、高Ｔｇ膜２２２の膜パターンに倒れが発生してしまうといった問題が生じる。
【００２２】
図５には、第１の実施形態の比較例となる、被加工膜上に高ガラス転移温度膜を形成した場合の膜パターンの倒れた状態の一例を示す。図５（ａ）では、ライン状に形成された高Ｔｇ膜２２２の膜パターンが倒れた様子の一例を斜め上方から撮影した結果が示されている。図５（ｂ）では、ライン状に形成された高Ｔｇ膜２２２の膜パターンが倒れた様子の一例を断面で撮影した結果が示されている。以上のように、被加工膜上に直接高ガラス転移温度の材料を用いた高Ｔｇ膜２２２を形成してしまうと、高Ｔｇ膜２２２の膜パターンが形成された状態でウェット処理を行うことにより膜パターンの倒れが発生してしまうといった問題が生じる。
【００２３】
これに対し、図６に、被加工膜上に低ガラス転移温度膜を形成した場合の残留応力について説明するための概念図が示されている。図６（ａ）に示すように被加工膜２１２上に低Ｔｇ膜２２０を塗布し、例えば３００℃でベーク処理をおこなうと、まず図６（ｂ）に示すようにガラス転移温度（例えば１００℃）付近で低Ｔｇ膜２２０のガラス転移が生じ、さらに図６（ｃ）に示すようにガラス転移温度から２００℃高い３００℃でベーク処理される。その際、ガラス転移温度（例えば１００℃）からベーク温度（３００℃）までの差が２００℃あるため、樹脂の流動性が大きい。そのため、ひずみの少ない構造で架橋反応が進むことになる。その結果、図６（ｄ）に示すように冷却後は、低Ｔｇ膜２２０に生じる残留応力は小さくできる。よって、図４で示したような膜の剥がれを抑制或いは防止でき、結果として、被加工膜２１２と接触する低Ｔｇ膜２２０の膜パターンの倒れを抑制或いは防止できる。
【００２４】
図７には、被加工膜上に低ガラス転移温度膜を形成した場合の膜パターンの倒れのない状態の一例を示す。図７（ｂ）では、ライン状に形成された低Ｔｇ膜２２０の膜パターンが倒れていない様子の一例を斜め上方から撮影した結果が示されている。図７（ａ）では、ライン状に形成された低Ｔｇ膜２２０の膜パターンが倒れていない様子の一例を断面で撮影した結果が示されている。以上のように、被加工膜上に直接低ガラス転移温度の材料を用いた低Ｔｇ膜２２０を形成することで、低Ｔｇ膜２２０の膜パターンが形成された状態でウェット処理を行っても膜パターンの倒れを抑制できることがわかる。
【００２５】
しかしながら、第１の実施形態のような積層膜ではなく、被加工膜２１２上に低Ｔｇ膜２２０だけを形成した場合、次のような問題が生じる。以下、かかる問題点について説明する。
【００２６】
図８に、第１の実施形態の比較例となる、低ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合の問題点を説明するための概念図が示されている。図８（ａ）に示す低Ｔｇ膜２２０上に、図８（ｂ）に示すように後述するＳＯＧ膜２３０を塗布し、図８（ｃ）に示すように例えば３００℃でベーク処理をおこなうと、ＳＯＧ膜２３０はベークによって熱硬化が起こり収縮する。一方、低Ｔｇ膜２２０はベーク処理によって大きく熱膨張する。そのため、ＳＯＧ膜２３０と低Ｔｇ膜２２０との間に大きな熱膨張差が生じる。その結果、図８（ｄ）に示すようにＳＯＧ膜２３０にクラックが発生してしまうという問題が生じ得る。
【００２７】
図９には、第１の実施形態の比較例となる、低ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合のクラックが発生した状態の一例を示す。図９（ｂ）では、ＳＯＧ膜２３０にクラックが発生してＳＯＧ膜２３０上のレジストパターンに欠けが生じた様子の一例を上方から撮影した結果が示されている。図９（ａ）では、ＳＯＧ膜２３０にクラックが発生してＳＯＧ膜２３０上のレジストパターンに欠けが生じた様子の一例を断面で撮影した結果が示されている。低Ｔｇ膜２２０上にＳＯＧ膜２３０を塗布し、その後ベーク処理を行うと、図９に示すように、ＳＯＧ膜２３０にクラックが発生し、ＳＯＧ膜２３０上にレジストによるラインアンドスペースを形成した際に、パターンの一部の欠けてしまっている。以上のように、低Ｔｇ膜２２０の膜上に直接ＳＯＧ膜２３０を形成してしまうと、ＳＯＧ膜２３０のベーク処理によってＳＯＧ膜２３０にクラックが発生してしまうといった問題が生じる。
【００２８】
これに対し、図１０に、高ガラス転移温度膜上にＳＯＧ膜を形成した場合の様子を説明するための概念図が示されている。図１０（ａ）に示す高Ｔｇ膜２２２上に、図１０（ｂ）に示すように後述するＳＯＧ膜２３０を塗布し、図１０（ｃ）に示すように例えば３００℃でベーク処理をおこなうと、上述したようにＳＯＧ膜２３０はベークによって熱硬化が起こり収縮する。一方、高Ｔｇ膜２２２はベークしても熱膨張がそれほど大きくならない。そのため、ＳＯＧ膜２３０と高Ｔｇ膜２２２との間に大きな熱膨張差が生じない。その結果、図１０（ｄ）に示すようにＳＯＧ膜２３０にクラックを発生させないことができる。
【００２９】
以上のように、被加工膜２１２上に、低Ｔｇ膜２２０を下層とし、高Ｔｇ膜２２２を上層とした積層膜２２４を形成し、積層膜２２４上にＳＯＧ膜２３０を形成することで、膜パターンの倒れを抑制できると共にＳＯＧ膜２３０へのクラックの発生を抑制できる。
【００３０】
ここで、上述した例では、ガラス転移温度が２５０℃の材料を高Ｔｇ材料とし、ガラス転移温度が１００℃の材料を低Ｔｇ材料としたが、これに限るものではなく、その他の温度の組み合わせでも構わない。かかる積層膜２２４は、相対的により低いＴｇ材料で下層膜を形成し、相対的により高いＴｇ材料で上層膜を形成すればよい。
【００３１】
また、低Ｔｇ膜２２０と高Ｔｇ膜２２２の各膜厚は、膜パターン倒れとクラック発生とのうち、重要視する問題に合わせて適宜調整すればよい。例えば、クラック発生の解消をより重要視する場合には、高Ｔｇ膜２２２を低Ｔｇ膜２２０よりも相対的に厚い膜厚にすればよい。一方、例えば、膜パターン倒れの解消をより重要視する場合には、低Ｔｇ膜２２０を高Ｔｇ膜２２２よりも相対的に厚い膜厚にすればよい。
【００３２】
図１１に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図１１では、図１のＳＯＧ膜形成工程（Ｓ１１３）からエッチング工程（Ｓ１２１）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００３３】
図１１（ａ）において、ＳＯＧ膜形成工程（Ｓ１１３）として、低Ｔｇ膜２２０と高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４上に、加熱下で、積層膜２２４をエッチングするためのマスク材となるＳＯＧ膜２３０（上層膜）を例えば２０〜１００ｎｍの膜厚で形成する。
【００３４】
まず、ＳＯＧ材料塗布工程（Ｓ１１４）として、低Ｔｇ膜２２０と高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４上に、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ）材料（所定の膜材料）を所定の膜厚で塗布する。
【００３５】
次に、ベーク処理工程（Ｓ１１６）として、塗布されたＳＯＧ材料膜を例えば３００℃でベークする。上述したように、ＳＯＧ膜２３０は、ベークによって熱収縮するが、下地が高Ｔｇ膜２２２であるためクラックの発生を抑制できる。
【００３６】
積層膜２２４をエッチングするためのマスク材として、ここでは、塗布膜であるＳＯＧ膜２３０を形成しているが、これに限るものではなく、ＳＯＧ膜２３０の代わりに、プラズマＣＶＤ法によりα−Ｓｉ膜を形成してもよい。或いは、加熱下でのＣＶＤ法によりその他のＣＶＤ膜を形成してもよい。
【００３７】
図１１（ｂ）において、レジストパターン形成工程（Ｓ１１８）として、図示しないリソグラフィ技術を用いて、ＳＯＧ膜２３０上にレジスト膜を形成後、パターンを露光し、現像処理を行うことでＳＯＧ膜２３０上にレジストパターン２４０を形成する。ここでは、例えば、１：１のラインアンドスペースパターンを形成する。
【００３８】
図１１（ｃ）において、エッチング工程（Ｓ１２０）として、ドライエッチング法により、レジストパターン２４０をマスクとして、露出したＳＯＧ膜２３０をエッチングする。これにより、ＳＯＧ膜２３０をパターニングする。例えば、異方性エッチング法により露出したＳＯＧ膜２３０をエッチングすればよい。例えば、反応性イオンエッチング法を用いればよい。
【００３９】
そして、エッチング工程（Ｓ１２１）として、ドライエッチング法により、露出した低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４を連続して一緒にエッチングする。このとき、低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２と同様に炭素を多く含む膜であるレジストパターン２４０はエッチング除去されるので、図１１（ｃ）に示すようにＳＯＧ膜２３０がマスクとなる。これにより、低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４をパターニングする。例えば、異方性エッチング法により露出した積層膜２２４をエッチングすればよい。例えば、反応性イオンエッチング法を用いればよい。その際、低Ｔｇ膜２２０の方が、エッチング耐性が低く、エッチングレートが速いため高Ｔｇ膜２２２よりもより多くエッチングされる。ガラス転移温度が高い方が、結合力が強く、エッチングし難いためである。その結果、図１１（ｃ）に示すように、上層の高Ｔｇ膜２２２の線幅がより太く、下層の低Ｔｇ膜２２０の線幅がより細くなる上広がりのテーパ状の膜パターンに形成できる。かかる形状は、後述するように側壁パターンの形状に影響を与える。
【００４０】
図１２に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図１２では、図１のＳＯＧ膜除去工程（Ｓ１２２）からエッチバック処理工程（Ｓ１２８）までを示している。それ以降の工程は後述する。
【００４１】
図１２（ａ）において、ＳＯＧ膜除去工程（Ｓ１２２）として、低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４による膜パターン上のＳＯＧ膜２３０をウェットエッチング処理により除去する。第１の実施形態では、被加工膜２１２上の膜パターンが低Ｔｇ膜２２０で形成されているため、上述したように膜パターン倒れを抑制できる。
【００４２】
図１２（ｂ）において、スリミング処理工程（Ｓ１２４）として、エッチバック等により低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４による膜パターンの線幅をスリミング処理して、例えば、半分の線幅に形成する。これにより、例えば、１：３のラインアンドスペースパターンが形成できる。
【００４３】
図１２（ｃ）において、ＳｉＯ２膜形成工程（Ｓ１２６）として、スリミング処理された積層膜２２４による膜パターン上に、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜２５０をコンフォーマルに形成する。かかる側壁パターンは、被加工膜２１２をエッチングするためのマスクとなる。なお、ＳｉＯ２膜２５０の代わりにＳｉＮ膜であっても好適である。
【００４４】
図１２（ｄ）において、エッチバック処理工程（Ｓ１２８）として、被加工膜２１２及び高Ｔｇ膜２２２が露出するまでＳｉＯ２膜２５０をエッチバックして、低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４の膜パターンを芯材としてその両側の側壁にＳｉＯ２膜２５０の膜パターンを形成する。
【００４５】
図１３に、第１の実施形態における半導体装置の製造方法の工程断面図が示されている。図１３では、図１の高Ｔｇ膜および低Ｔｇ膜除去工程（Ｓ１３０）からＳｉＯ２膜除去工程（Ｓ１３４）までを示している。
【００４６】
図１３（ａ）において、高Ｔｇ膜および低Ｔｇ膜除去工程（Ｓ１３０）として、表面が露出した高Ｔｇ膜２２２とその下層の低Ｔｇ膜２２０を一緒に除去する。これにより、例えば、スリミング処理する前の低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４の膜パターンによる１：１のラインアンドスペースパターンに比べてピッチが半分に狭まったＳｉＯ２膜２５０の膜パターンによる１：１のラインアンドスペースパターンを形成できる。その結果、リソグラフィの解像限界を超えたピッチと線幅でのマスクパターンを形成できる。
【００４７】
図１４に、第１の実施形態の比較例となる、単層のカーボン膜の膜パターンの断面を撮像した図が示されている。第１の実施形態のように低Ｔｇ膜２２０及び高Ｔｇ膜２２２の積層膜２２４の膜パターンを形成しないで、単層のカーボン膜で同様の膜パターンを形成した場合には、以下のような問題が生じる。図１４（ａ）では、単層のカーボン膜で形成された膜パターンの断面を示している。ここでは、側壁パターンを形成するために単層のカーボン膜の膜パターンをスリミング処理した後の状態を示している。そして、膜パターンの幅寸法を上部（ＴＯＰ）位置と底部（Ｂｏｔｔｏｍ）位置と、その間の中間部（Ｍｉｄｄｌｅ）位置とで測定した。図１４（ｂ）では、単層のカーボン膜の膜パターンを芯材として、かかる膜パターン上に、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜をコンフォーマルに形成した場合の断面を示している。そして、同様に、芯材の膜パターンの幅寸法を上部（ＴＯＰ）位置と底部（Ｂｏｔｔｏｍ）位置と、その間の中間部（Ｍｉｄｄｌｅ）位置とで測定した。
【００４８】
図１５に、第１の実施形態の比較例となる、単層のカーボン膜の膜パターンの幅寸法の変化の一例を示すグラフが示されている。かかる例において、膜パターンの幅寸法は、ＴＯＰ位置において、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜を単層のカーボン膜の膜パターン上にコンフォーマルに形成する前の段階では３７．０２ｎｍとなる。そして、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜をコンフォーマルに形成した段階では２３．５８ｎｍと細くなる。そして、ＳｉＯ２膜をエッチバックしてＳｉＯ２膜の側壁パターンを形成後、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンを除去した後の単層のカーボン膜の膜パターンがあった部分のスペース幅は３１．４３ｎｍと多少太くなる。このように、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンは、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜によって押しつぶされてしまい、先端部分（Ｔｏｐ）の線幅が細くなってしまう。そして、芯材除去後も寸法がＳｉＯ２膜形成前までは戻らないことがわかる。
【００４９】
次に、膜パターンの幅寸法は、Ｍｉｄｄｌｅ位置において、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜を単層のカーボン膜の膜パターン上にコンフォーマルに形成する前の段階では３５．９７ｎｍとなる。そして、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜をコンフォーマルに形成した段階では２２．７ｎｍと細くなる。そして、ＳｉＯ２膜をエッチバックしてＳｉＯ２膜の側壁パターンを形成後、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンを除去した後の単層のカーボン膜の膜パターンがあった部分のスペース幅は３０．４８ｎｍと多少太くなる。このように、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンは、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜によって押しつぶされてしまい、Ｍｉｄｄｌｅ位置の線幅が細くなってしまう。そして、芯材除去後も寸法がＳｉＯ２膜形成前までは戻らないことがわかる。
【００５０】
次に、膜パターンの幅寸法は、Ｂｏｔｔｏｍ位置において、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜を単層のカーボン膜の膜パターン上にコンフォーマルに形成する前の段階では３４．０３ｎｍとなる。そして、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜をコンフォーマルに形成した段階では３１．５３ｎｍと多少細くなる。そして、ＳｉＯ２膜をエッチバックしてＳｉＯ２膜の側壁パターンを形成後、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンを除去した後の単層のカーボン膜の膜パターンがあった部分のスペース幅は３１．０３ｎｍとほとんど変化しない。このように、芯材の単層のカーボン膜の膜パターンは、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜によって多少押しつぶされるが、ＳｉＯ２膜形成時と芯材除去時の寸法においてはほとんど変化しないことがわかる。
【００５１】
以上の結果から、単層のカーボン膜の膜パターンを芯材として使用した場合、側壁パターンの基となるＳｉＯ２膜によって押しつぶされてしまい、膜パターンの先端部分と中間部位置の幅寸法が細くなってしまう。そして、芯材除去後の寸法は、Ｂｏｔｔｏｍ位置に比べてＴＯＰ位置の方が細くなってしまう。そのため、芯材を除去した後に残るＳｉＯ２膜の側壁パターンを垂直に形成することが困難になってしまうといった問題が生じる。
【００５２】
これに対して、第１の実施形態では、図１１（ｃ）に示したように、エッチング工程（Ｓ１２１）において、上層の高Ｔｇ膜２２２の線幅がより太く、低Ｔｇ膜２２０の線幅がより細くなる上広がりのテーパ状の膜パターンに形成できる。よって、あえて上部を太らせた、かかる上広がりのテーパ状の膜パターンを芯材として使用することで、ＳｉＯ２膜によって押しつぶされて線幅が狭まったとしても、芯材を除去した後に残る側壁のＳｉＯ２膜の膜パターンを実質的に垂直に形成できる。
【００５３】
図１３（ｂ）において、エッチング工程（Ｓ１３２）として、ＳｉＯ２膜２５０の膜パターンをマスクとして、被加工膜２１２をエッチングする。例えば、異方性エッチング法により露出した被加工膜２１２をエッチングすればよい。例えば、反応性イオンエッチング法を用いればよい。これにより、略垂直にパターンを形成できる。
【００５４】
図１３（ｃ）において、ＳｉＯ２膜除去工程（Ｓ１３４）として、エッチング法により、ＳｉＯ２膜２５０を除去する。以上により、リソグラフィ時のパターンピッチよりも狭いピッチで被加工膜２１２の膜パターンを形成できる。
【００５５】
以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。上述した実施形態では、被加工膜２１２上に積層膜２２４を形成しているがこれに限るものではなく、被加工膜２１２と積層膜２２４との間に他の膜を挟んでもよい。他の膜として、被加工膜２１２とは異なる、例えば、ＳｉＮ膜、α−Ｓｉ膜、或いはＳｉＯ２膜等が好適である。さらに、上述した実施形態では、積層膜２２４による膜パターンを形成後、この膜パターンに対しスリミング処理を行なったが、これに代えてレジストパターン２４０のスリミング処理を行ってもよいし、或いはレジストパターン２４０をＳＯＧ膜２３０及び積層膜２２４に順次転写する際に膜パターンの線幅が細められるような条件でエッチングを行ってもよく、さらにはこれらを組み合わせて積層膜２２４による膜パターンを所望の線幅で形成することもできる。
【００５６】
また、層間絶縁膜の膜厚や、開口部のサイズ、形状、数などについても、半導体集積回路や各種の半導体素子において必要とされるものを適宜選択して用いることができる。
【００５７】
その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての半導体装置の製造方法に代表される電子部品の製造方法は、本発明の範囲に包含される。
【００５８】
また、説明の簡便化のために、半導体産業で通常用いられる手法、例えば、フォトリソグラフィプロセス、処理前後のクリーニング等は省略しているが、それらの手法が含まれ得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
２００ 半導体基板、２１２ 被加工膜、２２０ 低Ｔｇ膜、２２２ 高Ｔｇ膜、２２４ 積層膜、２３０ ＳＯＧ膜、２４０ レジストパターン、２５０ ＳｉＯ２膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、芳香環を主鎖に有さない樹脂を用いた低ガラス転移温度材料膜と、芳香環を主鎖に有する樹脂を用いた高ガラス転移温度材料膜と、の積層膜を形成する工程と、
前記積層膜上に、膜材料を塗布して加熱することによって上層膜を形成する工程と、
前記上層膜をパターニングする工程と、
前記上層膜をマスクとして前記積層膜をパターニングする工程と、
前記上層膜をウェットエッチング処理により除去する工程と、
前記上層膜を除去した後、前記積層膜を芯材として、前記積層膜の側壁に膜パターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板上に低ガラス転移温度材料膜と高ガラス転移温度材料膜との積層膜を形成する工程と、
前記積層膜上に加熱下で上層膜を形成する工程と、
前記上層膜をパターニングする工程と、
前記上層膜をマスクとして前記積層膜をパターニングする工程と、
前記上層膜をウェットエッチング処理により除去する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記高ガラス転移温度材料膜の材料として、芳香環を主鎖に有する樹脂が用いられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記低ガラス転移温度材料膜の材料として、芳香環を主鎖に有さない樹脂が用いられることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板上に低ガラス転移温度材料膜と高ガラス転移温度材料膜との積層膜を形成する工程と、
前記積層膜をエッチングして、上層の線幅が太く下層の線幅が細いパターンにパターニングする工程と、
パターニングされた積層膜を芯材として、前記積層膜の側壁に膜パターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
基板上に、芳香環を主鎖に有さない樹脂を用いた低ガラス転移温度材料膜と、芳香環を主鎖に有する樹脂を用いた高ガラス転移温度材料膜と、の積層膜を形成する工程と、
前記積層膜上に、膜材料を塗布して加熱することによって上層膜を形成する工程と、
前記上層膜をパターニングする工程と、
前記上層膜をマスクとして前記積層膜をパターニングする工程と、
前記上層膜をウェットエッチング処理により除去する工程と、
前記上層膜を除去した後、前記積層膜を芯材として、前記積層膜の側壁に膜パターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板上に低ガラス転移温度材料膜と高ガラス転移温度材料膜との積層膜を形成する工程と、
前記積層膜上に加熱下で上層膜を形成する工程と、
前記上層膜をパターニングする工程と、
前記上層膜をマスクとして前記積層膜をパターニングする工程と、
前記上層膜をウェットエッチング処理により除去する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記高ガラス転移温度材料膜の材料として、芳香環を主鎖に有する樹脂が用いられることを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記低ガラス転移温度材料膜の材料として、芳香環を主鎖に有さない樹脂が用いられることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板上に低ガラス転移温度材料膜と高ガラス転移温度材料膜との積層膜を形成する工程と、
前記積層膜をエッチングして、上層の線幅が太く下層の線幅が細いパターンにパターニングする工程と、
パターニングされた積層膜を芯材として、前記積層膜の側壁に膜パターンを形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１５】
【図５】
【図７】
【図９】
【図１４】
【公開番号】特開２０１３−１０２０３８（Ｐ２０１３−１０２０３８Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４４５０５（Ｐ２０１１−２４４５０５）
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月８日（２０１１．１１．８）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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