パターン形成方法、半導体製造装置及び記憶媒体
【課題】基板上の膜にプラズマエッチングにより平行なライン状のパターンを形成するエッチング方法において、露光解像度以上に微細化したパターンの製造方法を提供する。
【解決手段】基板上の酸化膜21上に、窒化膜22、酸化膜23、窒化膜の3層からなるマスク層を形成する。幅と間隔の等しく形成した窒化膜のマスクパターンの側壁にアモルファスシリコン層を堆積し、異方性エッチングにより側壁膜を形成する。これをマスクとして酸化膜23をエッチングする。この上にアモルファスシリコン38を堆積し、異方性エッチングにより側壁膜を形成する。これをマスクとして窒化膜22をエッチングし、窒化膜22からなる微細なマスクとする。
【解決手段】基板上の酸化膜21上に、窒化膜22、酸化膜23、窒化膜の3層からなるマスク層を形成する。幅と間隔の等しく形成した窒化膜のマスクパターンの側壁にアモルファスシリコン層を堆積し、異方性エッチングにより側壁膜を形成する。これをマスクとして酸化膜23をエッチングする。この上にアモルファスシリコン38を堆積し、異方性エッチングにより側壁膜を形成する。これをマスクとして窒化膜22をエッチングし、窒化膜22からなる微細なマスクとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パターン形成方法、半導体製造装置及び前記方法を実行するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に半導体装置の製造工程においてはフォトリソグラフィ技術を利用して被処理基板である半導体ウエハ(以下、ウエハという。)上に多層化された微細な配線構造を形成している。フォトリソグラフィ技術においては、例えば絶縁膜などの被エッチング膜の上層に開口部を備えたマスクを積層し、この開口部を介して被エッチング膜をエッチングした後、このマスクを除去することにより配線構造をパターニングしている。
【0003】
前記マスクは例えばウエハ表面に感光性の樹脂からなるレジスト膜を塗布し、露光、現像工程を経てこのレジスト膜に上述の配線構造に対応した開口部をパターニングすることにより形成される。従って前記露光工程に用いられる露光装置の解像度によって配線構造の微細さが影響を受けることになり、露光の線幅は配線の線幅に略等しくなる。
【0004】
半導体装置の一例としてNAND型フラッシュメモリの回路構造を図に示す。図14(a)は上側から前記回路構造を見た図であり、図14(b)は図13(a)におけるA−A矢視断面図である。図中11はワード線と呼ばれる基板10表面に直線上に複数形成された積層構造を有する膜であり、上側から見ると互いに並行するように形成されている。図14(b)に示すようにワード線11は、例えば酸化シリコン膜15、ポリシリコン膜16、ONO膜17、ポリシリコン膜18が下からこの順に積層されて構成されている。
【0005】
また基板10表面には前記ワード線11間を跨ぐように導体であるシリコン膜12が多数形成され、これらシリコン膜12はワード線11と直交するように配列されており、アクティブと呼ばれる互いに並行する電気が流れる複数のライン12Aを形成している。そして、図14(a)において点線で囲ったシリコン膜12の配列方向とワード線11との交差部分19はトランジスタの役割を有するように構成されており、交差部分19におけるONO膜17には電荷が蓄積される。
【0006】
ワード線11の幅の大きさ、隣り合うワード線11間における溝11Aの幅の大きさを夫々L1、L2とすると、L1に対してL2が大きすぎる場合は十分にONO膜17に電荷が蓄積されないおそれがある。また、L2に対してL1が大きすぎる場合にはワード線11間における隣り合うポリシリコン膜15,15間及び17,17間の寄生容量が大きくなり、これらの膜間に電荷が蓄積されてしまったり、これら膜15,15間及び17,17間で電気が流れてしまうことでデバイスとしての機能が果たせなくなるおそれがあることから、概ねL1:L2=1:1となるように構成される必要がある。また、シリコン膜12によるライン12Aの幅の大きさ、隣り合う前記ライン12Aの間隔の大きさを夫々L3、L4とすると、デバイスの機能を担保するためにこれらL3及びL4はL1,L2と略同じ大きさとなるように構成される。
【0007】
このようにL1〜L4間の大きさを略等しくする必要があることから、このNAND型フラッシュメモリにおいては、L1、L2、L3、L4を夫々小さくすると共にワード線11とアクティブのライン12Aとを高密度に形成するほどトランジスタの機能を有する前記交差部分19の高集積化を図ることができ、それによって記憶量の増加を図ることができる。そのように配線を微細に形成するために露光の解像度を高くして、レジストの下層の被エッチング膜に線幅の細いパターンを高密度に形成することが求められている。
【0008】
そのような背景から露光装置としては、次第に微細な線幅で露光を行うものが用いられるようになっており、従来はKrFエキシマレーザを用いて130nm程度の線幅で露光を行う露光装置が用いられていたが、そのような露光装置に代わりArFエキシマレーザを用いて70nm程度の線幅で露光を行うものが用いられるようになった。また、その他にArFエキシマレーザを用いると共に液浸露光と呼ばれるウエハ表面に液膜を形成しその液膜を介して露光を行う手法が用いられることで、40〜50nm程度の線幅で露光を行う技術が開発されている。しかし、一般に露光装置は高価であり、要求される配線の線幅に応じて露光装置を変えることは投資がかさむという問題がある。
【0009】
また、いずれは配線の微細化の要求がさらに進み、30nm程度ないしは20nm程度の線幅で露光を行うことが要求されると考えられており、露光装置の性能を超えた解像度が求められることが予想されていることから、ダブルパターニングと呼ばれる手法を用いてエッチングすることが検討されている。このダブルパターニングについて説明すると、例えばレジストマスクを用いてそのレジストマスクの下層の例えばSiNなどの無機膜をパターンマスクとして形成し、続いてそのマスクの壁部の左右両側にサイドウォールと呼ばれる側壁を形成する。そしてこの側壁をマスクとしてパターンマスクの下層膜をエッチングすることでパターンマスクに形成された1つのパターンから2つのパターンをその下層膜に形成する手法であり、この手法によればパターンマスクにおけるパターンの線幅の略半分の線幅を持ったパターンをその略2倍の密度で前記下層膜に形成することができる。
【0010】
ところで、露光装置により形成できるレジストパターンの線幅の大きさは限界があり、通常はレジストのマスク部分の線幅と、レジストパターンの幅とが概ね1対1になるため、そのレジスト膜の下層のパターンマスクを構成するSiN膜においてもマスク部分の線幅と、パターンの線幅とが概ね1対1になる。そこで、図15(a)に示すようにSiN膜10Aにパターン10Bを作成後、上述のように最終的に被エッチング膜に形成されるパターンの幅と、隣り合うパターン間の間隔とが概ね1対1になるようにすることを目的として、エッチングによりパターン10Bの幅の大きさを制御するトリミングと呼ばれる処理が行われる。
【0011】
しかし、このトリミングを行った場合、パターン10Bの側壁の形状を垂直に制御することが難しく、図15(b)のようにパターン10Bを形成する壁部の上部側が先細るいわゆる肩落ち形状となることで、図15(c)のように前記壁部の形状に合わせてサイドウォール10Cが形成されてしまう。このようなサイドウォール10Cが形成されることで前記SiN膜10Aの下層の膜をエッチングしたときにその形状が正常なものとならず、被エッチング膜に正常にパターンを形成できないおそれがある。
【0012】
また、上記ダブルパターニングを用いても、前記ArFエキシマレーザを利用した露光装置を用いてレジストの露光を行っている場合は、前記被エッチング膜に30nm程度の線幅のパターンを形成することが限界と考えられており、また、前記ArFエキシマレーザを利用した露光装置を用い、さらに液浸露光によりレジストの露光を行っている場合は、前記被エッチング膜に30nm程度の線幅のパターンを形成することが限界と考えられている。従って配線の微細化の要請がさらに進み、例えば10nm程度の配線の形成が要請された場合に対応できないと考えられている。
【0013】
なお、特許文献1にはこのダブルパターニングを利用した半導体装置の製造方法について記載されているが、このような問題を解決できるものではない。またCMPなどをエッチングの他に行う必要があり、手間がかかるという問題がある。
【0014】
なお、レジスト膜のレジストパターンに沿ってレジスト膜の下層の犠牲膜にパターンを形成した後、レジスト膜を除去し、さらに前記パターンとずれるように新たなレジストパターンを備えたレジスト膜を形成し、そのレジストパターンに沿ってさらに前記犠牲膜にパターンを形成することで犠牲膜の下層の被エッチング膜に密なパターンを形成することも知られているが、そのようにパターンの形成を行うためには基板の位置合わせが難しいという問題がある。
【特許文献1】特開2006−261307
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、基板上の膜にプラズマエッチングにより平行なライン状のパターンを形成するパターン形成方法において、前記パターンの微細化を図ることができるパターン形成方法、半導体製造装置及び記憶媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明のパターン形成方法は、基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
上段側から1層目、2層目、3層目と呼ぶ3層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は3層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(c)と、
しかる後、2層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記3層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該3層目の膜に溝を形成する工程(d)と、
を含むことを特徴とする。この場合、例えば前記3層目の膜において形成された各溝の幅と、互いに隣接する各溝間の幅とが概ね1対1であり、その場合は例えば、前記1層目のマスクパターンは、その溝幅と互いに隣接する各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1である。また、前記工程(a)及び工程(c)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが例えば1対3である。
【0017】
また、他の発明のパターン形成方法は、基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
上段側から1層目、2層目、3層目、4層目と呼ぶ4層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
次いで前記2層目のマスクパターンを用い、前記工程(a)、(b)と同等の工程をこの順に行うことにより、前記2層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、3層目の膜に形成する工程(c)と、
その後、3層目の膜から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は4層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(d)と、
しかる後、前記3層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記工程(d)にて残された堆積部分をマスクとして4層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該4層目の膜に溝を形成する工程(e)と、
を含むことを特徴とする。この場合前記4層目の膜において形成された各溝の幅と、各溝間の幅とが例えば概ね1対1であり、さらにその場合例えば前記1層目の膜のマスクパターンは、その溝幅と各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1である。前記工程(a)、工程(c)及び工程(d)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが例えば1対5である。
【0018】
さらに他の発明のパターン形成方法は、基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
最上段側から下に向かって1層目、2層目‥と呼ぶn(nは5以上の整数)層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
次いで前記2層目のマスクパターンを用い、前記工程(a)、(b)と同等の工程をこの順に行うことにより、前記2層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、3層目の膜に形成する工程(c)と、
この工程(c)と同等の工程を3層目以降の膜から(n−1)層目までの膜について行って、(n−2)層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、(n−1)層目の膜に形成する工程(d)と、
その後、前記(n−1)層目の膜から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間はn層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(e)と、
しかる後、(n−1)層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記工程(e)にて残された堆積部分をマスクとして前記n層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該n層目の膜に溝を形成する工程(f)と、
を含むことを特徴とする。この場合、例えば前記n層目の膜において形成された各溝の幅と、各溝間の幅とが概ね1対1であり、さらにその場合は例えば前記1層目の膜のマスクパターンは、その溝幅と各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1である。前記工程(a)、工程(c)、工程(d)及び工程(e)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが例えば1対7である。
【0019】
本発明の半導体製造装置は、基板を収納したキャリアが載置され、このキャリア内の基板のロード、アンロードが行われるローダモジュールと、
このローダモジュールを介して基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、
前記搬送室を介して基板が搬入される基板に成膜処理を行う成膜モジュールと、
前記搬送室を介して基板が搬入される基板にエッチング処理を行うエッチングモジュールと、
前記搬送室、ローダモジュール、成膜モジュール及びエッチングモジュール間で基板を搬送する基板搬送手段と、
上述のパターン形成方法を実施するように基板搬送手段の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0020】
また、本発明の記憶媒体は、基板に対して処理を行う半導体製造装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは上述のパターン形成方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、積層膜が形成された基板の最上段側の1層目の膜に形成されたライン状のマスクパターンを用いて、その下層の膜に溝を形成するにあたり、所定の膜にて形成されたマスク部分の配列の中でサイドウォール(末広がりの堆積部分)を形成し且つこれらの堆積部分間に下層の膜を露出させた部位と、マスク部分間を埋めた部分(連続した堆積を形成した部分)とを存在させ、それら堆積部分をマスクとしてその下層の膜をエッチングするという発想により、前記1層目の膜のパターンを微細化したパターンを前記下層の膜に形成することができる。そして前記積層膜を構成する各膜の寸法を制御することで、当該積層膜をエッチングして得られる前記パターンを構成する各溝の幅と互いに隣接する溝間との大きさを互いに等しくすることができ、しかも各膜のマスクパターンのマスク部分の線幅を小さくするというトリミングを行わなくてよいため、その分工程が簡略化されるし、またトリミングに起因するマスク部分の形崩れに基づくエッチングへの悪影響も回避できる。従って、背景技術の欄で説明したNAND型フラッシュメモリなどの等しい幅を有する配線を、その配線の幅と同じ大きさの間隔をおいて平行に形成することが要求される半導体装置の製造に特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
(第1の実施の形態)
本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態が適用されるシリコン基板であるウエハWについて図1(a)を用いて説明する。ウエハWの表面には上段側からハードマスクであるSiN膜24、SiO2(酸化シリコン)膜23、SiN膜(窒化シリコン)22、SiO2膜21がこの順に形成されており、SiN膜24には例えば背景技術の欄で説明したようなレジストを用いたフォトリソグラフィによりマスクパターン25が形成されている。図ではその断面のみを示しているが、マスクパターン25は紙面の表裏方向にライン状に伸びるように形成されており、またマスクパターン25の底部にはSiO2膜23が露出している。
【0023】
この例ではマスクパターン25は等間隔に形成されており、マスクパターン25の幅M1の大きさ及び隣り合うマスクパターン25,25間の幅M2の大きさは80nmであり、M1対M2は1対1となっている。またH1,H2,H3で示すSiN膜22、SiO2膜23、SiN膜24の厚さは夫々27nm、27nm、55nmである。
【0024】
この第1の実施形態においては上述のようにマスクパターン25及び各膜22〜24の寸法を設定することで、被エッチング膜であるSiN膜22にマスクパターン25に並行するパターンを、そのパターンの幅がマスクパターン25の幅の1/3になり且つパターンの線幅と、隣り合うパターンとパターンとの間隔とが1対1になるように形成することを目的とする。従って、SiN膜22に形成されるパターンの数としてはマスクパターン25の数の3倍になる(パターンの3倍化)。なお、マスクパターン25の前記M1対M2及びSiN膜22のパターンの幅とパターン間の間隔との比はこのように1対1になるように設計されるが、加工誤差を考慮して、デバイスの製造において影響を与えないように概ね1対1であればよい。概ね1対1とは一方を1としたときに他方が例えば0.95〜1.05であることをいう。
【0025】
先ずウエハWに処理ガスとして例えばSiH4ガスを供給すると共にウエハWを加熱して熱CVDによる成膜処理を行い、マスクパターン25の側面を含むウエハW表面全体にアモルファスシリコン膜31を凹部32が形成されるような膜厚で成膜し、然る後、成膜処理を停止する(図1(b))。このアモルファスシリコン膜の膜厚については更に後述する。
【0026】
続いてウエハWに処理ガスとして例えばO2ガスとHBrガスとを供給し、これらの処理ガスをプラズマ化し、アモルファスシリコン膜31を下方に向けて異方性エッチングする。そして、SiN膜24のマスク部分の両側壁に下方へ向けて広がった、互いに組33を構成する、アモルファスシリコン膜31からなる堆積物(サイドウォール)33a,33bが残り、且つ同じ組33を構成する堆積物33aと33bとの間においてSiN膜24表面が露出すると共に隣り合う組33,33間にSiO2膜23が露出したらエッチングを停止する(図1(c))。ここで、アモルファスシリコン膜31は均一に下方にエッチングされることから、堆積物33a,33bの側壁の傾きは、アモルファスシリコン膜31が均一に異方性エッチングされることで前記凹部32の側壁の傾きと等しくなっており、そのことからエッチング終了後の堆積物33a,33bの横幅M6の大きさは、アモルファスシリコン膜31の膜厚を制御することで制御される。図Xを用いて具体的に説明すると、図4(a)に示すように予めアモルファスシリコン膜31を厚く形成しておけば、エッチング終了後に堆積物33a、33b(図では33bのみ図示)の横幅M6は大きくなり(図4(b))、図4(c)に示すように予めアモルファスシリコン膜31を薄く形成しておけば、エッチング終了後に堆積物33a、33b(図では33bのみ図示)の横幅M6は小さくなる(図4(d))。ここでは前記M6が27nmとなり、また、このときの堆積物の組33と組33との開口幅M3の大きさが27nmとなるような膜厚を有するように上記のアモルファスシリコン膜31が形成される。後述の他の実施形態でもこれと同様に、各アモルファスシリコン膜の膜厚を制御することで当該アモルファスシリコン膜からエッチングにより形成される堆積物の横幅が制御される。
【0027】
アモルファスシリコン膜31のエッチング後、処理ガスとしてCF4ガス、CHF3ガス、Arガス、O2ガス、CH2F2ガス及びF2ガスをウエハWに供給し、これらの処理ガスをプラズマ化してSiN膜24をエッチングして除去し、同じ組33を構成する堆積物33a,33b間にSiO2膜23を露出させる(図1(d))。
【0028】
その後、処理ガスとしてArガスとC4F8ガスとをウエハWに供給する。そしてこれらの処理ガスをプラズマ化し、前記堆積物33a,33bをマスクとしてSiO2膜23を下方に向けて異方性エッチングする。そして、これら堆積物33a,33bに対応し、互いに組34を構成するマスク部分34a,34b間にマスクパターン35を形成すると共に組34,34間にマスクパターン36を形成して、これらマスクパターン35及び36の底部にSiN膜22が露出したらエッチング処理を停止する(図2(a))。同じ組を構成する前記マスク部分34a,34bは、SiN膜24のマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向するように形成される。
【0029】
然る後、処理ガスとしてO2ガスとHBrガスとをウエハWに供給し、これら処理ガスをプラズマ化してアモルファスシリコン膜31からなる堆積物33a,33bをエッチングして除去する(図2(b))。
【0030】
その後、ウエハWに処理ガスとして例えばSiH4ガスを供給すると共にウエハWを加熱して熱CVDなどによる成膜処理を行い、SiN膜22の表面及びマスクパターン35、36の側面を含むSiO2膜23の表面が被覆されると共にマスクパターン35に対応した凹部37が形成され、且つ当該膜から形成される堆積物38a,38bの横幅M5が27nmになるような膜厚でアモルファスシリコン膜38を成膜する(図2(c))。
【0031】
前記成膜処理終了後、処理ガスとして例えばO2ガスとHBrガスとをウエハWに供給し、これらの処理ガスをプラズマ化してアモルファスシリコン膜38を下方に向けて異方性エッチングする。そしてSiO2膜23の表面を露出させる一方で、同じ組34を構成するマスク部分34a,34b間においてそれらマスク部分34a,34bの内側の側壁に夫々下方へ向けて広がったアモルファスシリコン膜38の堆積物(サイドウォール)38a,38bを残し、且つこれら堆積物38a,38b間にSiN膜22を露出させると共に各マスクの組34,34間には連続したアモルファスシリコン膜38の堆積物38cが残るようにエッチングを停止する(図2(d))。
【0032】
前記エッチング停止後、処理ガスとして例えばArガスとC4F8ガスとをウエハWに供給し、これらの処理ガスをプラズマ化して、SiO2膜23をエッチングして除去し、堆積物38aと38cとの間及び堆積物38bと38cとの間にSiN膜22を露出させ、エッチング処理を停止する(図2(e))。
【0033】
その後、処理ガスとして例えばCF4ガス、CHF3ガス、Arガス、O2ガス、CH2F2ガス及びF2ガスをウエハWに供給する。そしてこれらの処理ガスをプラズマ化し、アモルファスシリコン膜38の堆積物38a〜38cをマスクとしてSiN膜22を下方に向けて異方性エッチングし、SiN膜22にパターン20を形成する。パターン20の底部にSiO2膜21が露出したらエッチング処理を停止する(図3(a))。上述のようにパターン20の幅、互いに隣接するパターン20,20間の幅M4、M5は互いに等しく、SiN膜24のマスクパターン25の幅M1の3分の1の大きさである27nmである。従って、M1:M3:M5=3:1:1である。
【0034】
パターン20が形成された後、処理ガスとして例えばO2ガスとHBrガスとをウエハWに供給し、これらの処理ガスをプラズマ化して、前記堆積物38a,38b,38cをエッチングして除去する(図3(b))。
【0035】
この第1の実施形態によればSiN膜24のマスク部分に形成されたアモルファスシリコン膜31からなる末広がりの堆積部(サイドウォール)33a,33bを起点として加工し、その後SiN膜22上において間隔が大きい同じ組34を構成するマスク部分34a,34b間にアモルファスシリコン膜38からなる堆積物38a,38bを互いに間隔をおいて形成すると共に異なる組34を構成する近接したマスク部分34a、34b間にこれらマスク部分間を埋めるように連続した堆積を形成した堆積物38cを形成し、SiN膜22をエッチングしている。このようにエッチングを行うことでSiN膜24に形成されたパターン25の1/3の線幅のパターン20がSiN膜22に形成されるパターン25の数の3倍数をもって形成されるようにしている。従って当該パターン20の微細化を図ることができ、このパターン20を用いることで微細な配線を有する半導体装置を形成することができる。そのため、露光の線幅の大きい例えば、KrFエキシマレーザなどの露光装置などのコスト的に有利な露光装置を用いながら微細なパターンを形成できる利点もある。
【0036】
またこの第1の実施の形態においてはウエハWのSiO2膜21上の各膜の寸法を制御し、さらに各アモルファスシリコン膜31,38の膜厚を制御することで各膜から形成される堆積物34a、34b、38a及び38bの横幅を制御してSiN膜22に形成される各パターン(溝)20の幅と隣接するパターン20,20間との大きさが互いに等しく形成されるようになっており、しかもSiN膜24のマスク部分の線幅を小さくするというトリミングを行わなくてよいため、その分工程が簡略化されるし、またトリミングに起因するマスク部分の形崩れに基づくエッチングへの悪影響も回避できる。従って、背景技術の欄で説明したNAND型フラッシュメモリなどの等しい幅を有する配線を、その配線の幅と同じ大きさの間隔をおいて平行に形成することが要求される半導体装置の製造に特に有効である。
【0037】
(第2の実施の形態)
続いて本発明の第2の実施の形態について説明する。この第2の実施形態に用いられるウエハWは図5(a)に示すようにその表面に上段側からSiN膜45SiO2膜44、SiN膜43、SiO2膜42、SiN膜41がこの順に形成されており、SiN膜45には上述のSiN膜24のマスクパターン25と同様のマスクパターン46が形成されている。
【0038】
この例ではマスクパターン46は等間隔に形成されており、マスクパターン46の幅N1の大きさは例えば80nmである。また、マスクパターン46,46間の幅N2の大きさは80nmであり、N1対N2は1対1となっている。またJ1,J2,J3,J4で示すSiO2膜42、SiN膜43、SiO2膜44、SiN膜45の厚さは夫々16nm、16nm、16nm、16mである。
【0039】
この第2の実施形態においては、上述のようにマスクパターン46及び各膜42〜45の寸法を設定し、第1の実施形態と同様にサイドウォールの形成と、それをマスクとしたプラズマエッチングを繰り返し行う。それによってSiN膜42にマスクパターン46に並行するパターンを多数形成し、その形成したSiN膜42のパターンの幅の大きさがマスクパターン46の幅の大きさの1/5になり且つそのSiN膜22のパターンの幅と隣接するパターンとパターンとの間隔とが概ね1対1になるようにすることを目的とする。従ってSiN膜42に形成されるパターンの数としてはSiN膜45に形成されたパターンの数の5倍になる(パターンの5倍化)。各膜をプラズマエッチングするために用いる処理ガス及びアモルファスシリコン膜を成膜するために用いる処理ガスは第1の実施形態で用いたものと同様のものを用いる。
【0040】
先ず第1の実施形態と同様に熱CVDなどによる成膜処理を行い、マスクパターン46の側面を含むウエハW表面全体にアモルファスシリコン膜51を凹部52が形成されるような膜厚で成膜する(図5(b))。また、第1の実施形態と同様にこのアモルファスシリコン膜51形成後、このアモルファスシリコン膜51をエッチングしてこの膜51による堆積物53a及び53bを形成するが、この堆積物53a及び53bの横幅N6が16nmになるような膜厚で当該アモルファスシリコン膜51を形成する。続いてプラズマによりアモルファスシリコン膜51を、SiN膜45の両側壁に下方へ向けて広がった堆積物(サイドウォール)53a,53bが残るように異方性エッチングする。SiN膜45のマスク部分の両側の堆積物53a,53bを互いに一つの組53とすると、同じ組53を構成する堆積物53aと53bとの間においてSiN膜45表面を露出させると共に各組53間にSiO2膜44を露出させてエッチングを停止する(図5(c))。異なる組53を構成する堆積物53aと堆積物53bとの開口幅N3の大きさは例えば48nmである。
【0041】
その後、SiN膜45をプラズマエッチングして除去し(図5(d))、さらに前記堆積物53a,53bをマスクとしてSiO2膜44をプラズマにより下方に向けて異方性エッチングして、堆積物53a,53bに対応するマスク部分54からなるマスクパターン55、56を夫々形成する(図6(a))。マスクパターン55は同じ組53を構成する堆積物53a,53b間に、マスクパターン56は異なる組53を構成する堆積物53a,53b間に夫々対応して形成されたものとする。
【0042】
続いて前記堆積物53a,53bをプラズマエッチングして除去し(図6(b))、ウエハW表面にマスクパターン55,56に夫々対応した凹部57,58が形成され、且つ後述の堆積物61a及び61bの横幅N7が16nmになるような膜厚でアモルファスシリコン膜59を成膜する(図6(c))。
【0043】
その後、プラズマによりアモルファスシリコン膜59を下方に向けて異方性エッチングして、SiO2膜44からなるマスク部分54の表面を露出させる一方で、当該マスク部分54の両側壁部に夫々下方へ向けて広がった、互いに組61を構成するアモルファスシリコン膜59からなる堆積物(サイドウォール)61a,61bを残し、且つこれら各組61,61間にSiN膜43を露出させ、エッチングを停止する(図6(d))。
【0044】
その後、SiO2膜44からなるマスク部分54をプラズマエッチングして除去し(図7(a))、前記堆積物61a,61bをマスクとしてプラズマによりSiN膜43を下方に向けて異方性エッチングして、当該SiN膜43にマスク部分62により構成されるマスクパターンを形成する(図7(b))。夫々SiN膜45に形成されていたマスク部分の幅方向の中央部の位置に対応する領域を挟んで対向するマスク部分62,62間に形成されたマスクパターンを64、それ以外のマスク部分62間に形成されたマスクパターンを63とし、マスクパターン64の幅>マスクパターン63の幅である。マスクパターン63,64形成後、プラズマエッチングにより前記堆積物61a,61bをエッチングして除去する(図7(c))。
【0045】
その後、熱CVDによりウエハW表面に前記マスクパターン64に対応した凹部66が形成されるような膜厚でアモルファスシリコン膜67を成膜する(図7(d))。このときもアモルファスシリコン膜67は、当該膜67から後で形成される堆積物68a及び68bの横幅が16nmになるような膜厚を有するように形成される。そしてプラズマによりアモルファスシリコン膜67を下方に向けて異方性エッチングする。そしてSiN膜43により構成されるマスク部分62の表面を露出させる一方で、前記マスクパターン64を構成するマスク部分62a,62bの側壁に夫々下方へ向けて広がったアモルファスシリコン膜67の堆積物(サイドウォール)68a,68bを残し且つ堆積物68a,68b間にSiO2膜42を露出させると共にマスクパターン63を構成するマスク部分62a,62b間には連続したアモルファスシリコン膜67の堆積物68cを残すようエッチングを停止する(図8(a))。
【0046】
その後、マスク部分62をプラズマエッチングして除去し(図8(b))、アモルファスシリコン膜67の堆積物68a〜68cをマスクとしてSiO2膜42を下方に向けてプラズマにより異方性エッチングし、SiO2膜42にパターン40を形成する(図8(c))。然る後、堆積物68a〜68cをプラズマエッチングにより除去する(図8(d))。上述のようにパターン40の幅N4、隣接するパターン40,40間の幅N5は互いに等しく、SiN膜25のマスクパターン26の幅N1の5分の1の大きさである16nmである。従って、N1:N5:N6:N7=5:1:1:1である。
【0047】
この第2の実施形態においてもトリミングを行わずにSiN膜45に形成されたパターン46よりも微細な線幅のパターン40をSiO2膜42に形成することができるため、このパターン40を利用して微細な配線を有する半導体装置を形成することができる。またパターン40の幅と、隣り合うパターン40,40間の幅とが互いに等しいため、第1の実施形態と同様にNAND型フラッシュメモリなどの半導体装置の製造に特に有効である。
【0048】
(第3の実施の形態)
続いて本発明の第3の実施の形態について説明する。この第3の実施形態に用いられるウエハWは図9(a)に示すように上段側からSiN膜76、SiO2膜75、SiN膜74、SiO2膜73、SiN膜72、SiO2膜71がこの順に形成されており、SiN膜76には上述のSiN膜24のマスクパターン25と同様のマスクパターン77が形成されている。
【0049】
この例ではマスクパターン77は等間隔に形成されており、マスクパターン77の幅P1の大きさは例えば80nmである。また、マスクパターン77,77間の幅P2の大きさは80nmであり、P1対P2は1対1となっている。またK1,K2,K3,K4,K5で示すSiN膜72、SiO2膜73、SiN膜74、SiO2膜75、SiN膜76の厚さは夫々11nm、11nm、11nm、11nmである。
【0050】
この第3の実施形態においては、上述のようにマスクパターン77及び各膜72〜76の寸法を設定し、第1の実施形態と同様にサイドウォールの形成と、それをマスクとしたプラズマエッチングを繰り返し行い、それによってSiN膜72にマスクパターン77に並行するパターンを多数形成し、その形成したSiN膜72のパターンの幅の大きさがマスクパターン77の幅の大きさの1/7になり且つそのSiN膜72に形成されたパターンの幅と隣接するパターンとパターンとの間隔とが概ね1対1になるようにすることを目的とする。従って、SiN膜72に形成されるパターンの数としてはSiN膜76に形成されたパターンの数の7倍になる(パターンの7倍化)。各膜をプラズマエッチングするために用いる処理ガス及びアモルファスシリコン膜を成膜するために用いる処理ガスは第1の実施形態で用いたものと同様のものを用いる。
【0051】
先ず、マスクパターン77の側面を含むウエハW表面全体にアモルファスシリコン膜81を凹部82が形成されるような膜厚で成膜する(図9(b))。続いてアモルファスシリコン膜81をプラズマにより下方に向けて異方性エッチングし、SiN膜76の両側壁に下方へ向けて広がったアモルファスシリコン膜81からなる堆積物(サイドウォール)83a,83bを残すようにエッチングを行う。そしてSiN膜76のマスク部分の両側壁部に形成された堆積物83aと堆積物83bとを一つの組83とすると、同じ組83を構成する堆積物83a,83b間にSiN膜76が露出し、且つ隣り合う組83,83間にSiO2膜75表面が露出したらエッチングを停止する。(図9(c))。このとき互いに異なる組を構成する堆積物83a、83b間の開口幅P3が例えば57nmであり、これら堆積物83a及び83bの横幅P6が11nmになるように前記アモルファスシリコン膜81が形成される。
【0052】
その後、SiN膜76をプラズマエッチングして除去し(図9(d))、さらに前記堆積物83a,83bをマスクとしてSiO2膜75をプラズマにより下方に向けて異方性エッチングして、堆積物83a,83bに対応するマスクパターンを構成するマスク部分84を形成する(図10(a))。マスクパターン85の幅>マスクパターン86の幅である。
【0053】
続いて前記堆積物83a,83bをプラズマエッチングして除去し(図10(b))、ウエハW表面にマスクパターン85,86に夫々対応した凹部87,88が形成され、且つ後に当該膜から形成される堆積物91a及び91bの横幅P7が11nmになるような膜厚を有するようにアモルファスシリコン膜89を成膜する(図10(c))。
【0054】
その後、プラズマによりアモルファスシリコン膜89を下方に向けて異方性エッチングして、SiO2膜75からなるマスク部分84の表面を露出させる一方で、マスク部分84の両側壁部に夫々下方へ向けて広がった、互いに組91を構成するアモルファスシリコン膜89の堆積物(サイドウォール)91a,91bを残し、且つこれら堆積物91a、91b間にSiN膜74を露出させる(図10(d))。
【0055】
その後、SiO2膜75からなるマスク部分84をプラズマエッチングして除去し(図10(e))、前記堆積物91a,91bをマスクとしてプラズマによりSiN膜74を下方に向けて異方性エッチングして、これら堆積物91a,91bに対応し、互いに組92を構成する各マスク部分92a,92bを形成してエッチングを停止する(図11(a))。これら組92は、隣り合う各組92,92間の間隔が1つおきに等しくなるように配列されており、組92,92間に形成される互いに幅の異なるパターンを93,94とし、幅の大きい方をパターン94とする。また同じ組92を構成するマスク部分92a,92b間に形成されるパターンを95とする。
【0056】
プラズマエッチングにより堆積物91a及び91bを除去した後(図11(b))、熱CVDによりウエハW表面にマスクパターン93,94に夫々対応した凹部96、97が形成され、且つ後に当該膜から形成される堆積物101a及び101bの横幅P8が11nmになるような膜厚を有するようにアモルファスシリコン膜98を成膜し(図11(c))、プラズマによりアモルファスシリコン膜98を下方に向けて異方性エッチングする。そしてSiN膜74により構成されるマスク部分92a,92bの表面を露出させ、且つ同じ組92を構成するマスク部分92a、92b間にアモルファスシリコン膜98からなる連続した堆積物101cを残すと共に同じ組92のマスク部分92a,92bの外側の側壁に下方へ向かい広がった、互いに対となる堆積物101a,101bが残り、且つ異なる組92、92間に形成された堆積物101aと101bとの間にはSiO2膜73が露出するようにエッチングを停止する。このとき同じ組92の側壁に形成された堆積物101a,101b,101cを一つの組101とすると、組101は前記マスク部分92a,92bの配列に対応して形成され、組101,101の間隔が一つおきに等しくなっている。各組101間に形成される互いに幅の異なる開口部を102,103とし、開口部103の幅>開口部102の幅とする。
【0057】
続いてSiN膜74からなるマスク部分92a,92bをプラズマエッチングにより除去し、同じ組101を構成する堆積物101a,101b,101c間に開口部102と等しい開口幅を持った開口部104を形成する(図11(e))。続いて堆積物101a〜101cをマスクとしてSiO2膜73をプラズマにより下方へ異方性エッチングし、当該SiO2膜73に互いに幅の異なるマスクパターンを構成するマスク部分107を形成する。前記開口部102及び104に対応したマスクパターンを105、前記開口部103に対応したマスクパターンを106とし、また、マスクパターン106はSiN膜76のマスク部分の幅方向の中央部の位置に対応する領域を挟むように対向して形成されたマスク部分107により形成される。(図11(f))。
【0058】
続いてプラズマエッチングにより堆積物101a〜101cを除去して(図12(a))、ウエハW表面にマスクパターン104に対応した凹部108が形成され、且つ後に当該膜から形成される堆積物111及び112の横幅P9が11nmになるような膜厚を有するようにアモルファスシリコン膜110を成膜し(図12(b))、その後、プラズマによりアモルファスシリコン膜110を下方に向けて異方性エッチングする。そしてSiO2膜73からなるマスク部分107の表面を露出させる一方で、パターン106を構成するマスク部分107,107間においてこれらマスク部分107の側壁に下方へ向けて広がった堆積物111、112を夫々残し且つこれら堆積物111、112間にSiN膜72を露出させると共にマスクパターン105を構成するマスク部分107,107間に連続した堆積物113を残すようにエッチングを停止する(図12(c))。
【0059】
続いてマスク部分107をプラズマエッチングにより除去し(図12(d))、続いて堆積物111、112及び113をマスクとしてSiN膜72をエッチングし、SiN膜72にパターン120を形成する(図12(e))。然る後、堆積物111〜113をプラズマエッチングにより除去する(図12(f))。上述のようにパターン111の幅P4、隣接するパターン120,120間の幅P5、は互いに等しく、SiN膜76のマスクパターン77の幅P1の7分の1の大きさである11nmである。またP1:P6:P7:P8:P9=7:1:1:1:1である。
【0060】
この第3の実施形態においてもSiN膜76に形成されたパターン77よりも微細な線幅のパターン120をSiN膜72に形成することができるため、このパターン120を利用して微細な配線を有する半導体装置を形成することができる。またパターン120の幅と、隣り合うパターン120,120間の幅とが互いに等しいため、第1の実施形態と同様にNAND型フラッシュメモリなどの半導体装置の製造に特に有効である。
【0061】
上述の各実施形態においては、ウエハW表面を構成する膜に等間隔に形成された元のパターンからその下層の膜に元のパターンの1/3、1/5、1/7の幅を持ったパターンを等間隔に形成する手順を示したが、ウエハWの表面の膜から所望のパターンを形成する膜までの膜の寸法を制御すると共に及び膜の積層数を増やし、そしてマスク部分の両側壁に堆積物を形成し、その堆積物をマスクとして堆積物の下層の膜をエッチングする工程を繰り返し行い、さらに上述のように近接したパターン間においては連続した堆積物を形成すると共に間隔が広いパターン間においてはパターンを構成するマスク部分の両側壁に堆積物を形成し且つこれらマスク部分間には下層の膜を露出させてエッチングを行うことで、元のパターンから1/7よりも縮小された、例えば1/9,1/11、更にそれよりも微細な1/奇数の幅を持ったパターンを等間隔に形成することができる。
【0062】
なお、ウエハWを構成する膜の種類としては上述の例に限られず、例えばウエハW表面の膜はレジストにより構成されてもよい。またアモルファスシリコン膜を成膜する手法としては熱CVDに限られない。
【0063】
続いて上述の半導体装置の製造方法を実施する半導体製造装置の一例について図13を参照しながら説明する。半導体製造装置130は、ウエハWのロード、アンロードを行うローダモジュールを構成し、第1のウエハ搬送手段131aを備えた第1の搬送室131と、ロードロック室132,132と、第2のウエハ搬送手段133aを備えた真空搬送室モジュールである第2の搬送室133と、を備えており、ウエハWはそれを複数含むように構成された密閉型のキャリアCに収納された状態でこの半導体製造装置130に搬送される。図中135はキャリアCが載置されるロードポートであり、136はウエハWの向きや偏心の調整を行うアライメント室である。
【0064】
半導体製造装置130は、ウエハWに対して熱CVDによる成膜処理を行うモジュールであるCVD成膜モジュール137,137と、ウエハWを載置する載置台及びその載置台に平行するように設けられた電極を備え、その載置台と電極とに高周波が印加されることによりウエハWにプラズマエッチング処理を行うエッチングモジュール138,98とを備えており、これらモジュール137,138は前記第2の搬送室133に接続されている。図中Gは、ロードロック室132、132と第1の搬送室131または第2の搬送室133との間、あるいは第2の搬送室133と各処理モジュールとの間を仕切るゲートバルブ(仕切り弁)であり、ウエハWを搬送する場合を除いて閉鎖される。
【0065】
キャリアCがロードポート135に載置されると、キャリアC内のウエハWを第1のウエハ搬送手段131aが第1の搬送室131を介してロードロック室132に搬送する。そして第2のウエハ搬送手段133aがロードロック室132からウエハWを受け取り、CVD成膜モジュール137とエッチングモジュール138との間でウエハWを受け渡し、上述の実施形態の各酸化膜の成膜処理がCVD成膜モジュール137にて行われ、各エッチング処理がエッチングモジュール138で行われる。各処理終了後、ウエハWは第2のウエハ搬送手段133aを介して第2の搬送室133からロードロック室132に受け渡され、第1のウエハ搬送手段131aにより第1の搬送室131を介してキャリアCに戻される。
【0066】
この半導体製造装置130には、例えばコンピュータからなる制御手段である制御部130Aが設けられている。この制御部130Aは図示しないプログラム、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを備えており、前記プログラムには制御部130Aから半導体製造装置130の各部に制御信号を送り、ウエハの搬送及び処理を進行させるように命令(各ステップ)が組み込まれている。また、例えばメモリには各モジュールの処理圧力、処理温度、処理時間、ガス流量または電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、CPUがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこの半導体製造装置130の各部に送られることになる。このプログラム(処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む)は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)などからなる記憶部130Bに格納されて制御部130Aにインストールされる。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】第1の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図2】第1の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図3】第1の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図4】膜厚に応じて堆積物の横幅が変化する様子を示した説明図である。
【図5】第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図6】第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図7】第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図8】第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図9】第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図10】第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図11】第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図12】第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図13】本発明の半導体製造装置の平面図である。
【図14】半導体装置の一例であるNAND型フラッシュメモリの膜構造を示した説明図である。
【図15】トリミングを行った後に形成されるマスクの一例である。
【符号の説明】
【0068】
W 半導体ウエハ
21 SiO2膜
22 アモルファスシリコン膜
23 SiN膜
24 反射防止膜
25 レジスト膜
26 レジストパターン
130 半導体製造装置
130A 制御部
【技術分野】
【0001】
本発明は、パターン形成方法、半導体製造装置及び前記方法を実行するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に半導体装置の製造工程においてはフォトリソグラフィ技術を利用して被処理基板である半導体ウエハ(以下、ウエハという。)上に多層化された微細な配線構造を形成している。フォトリソグラフィ技術においては、例えば絶縁膜などの被エッチング膜の上層に開口部を備えたマスクを積層し、この開口部を介して被エッチング膜をエッチングした後、このマスクを除去することにより配線構造をパターニングしている。
【0003】
前記マスクは例えばウエハ表面に感光性の樹脂からなるレジスト膜を塗布し、露光、現像工程を経てこのレジスト膜に上述の配線構造に対応した開口部をパターニングすることにより形成される。従って前記露光工程に用いられる露光装置の解像度によって配線構造の微細さが影響を受けることになり、露光の線幅は配線の線幅に略等しくなる。
【0004】
半導体装置の一例としてNAND型フラッシュメモリの回路構造を図に示す。図14(a)は上側から前記回路構造を見た図であり、図14(b)は図13(a)におけるA−A矢視断面図である。図中11はワード線と呼ばれる基板10表面に直線上に複数形成された積層構造を有する膜であり、上側から見ると互いに並行するように形成されている。図14(b)に示すようにワード線11は、例えば酸化シリコン膜15、ポリシリコン膜16、ONO膜17、ポリシリコン膜18が下からこの順に積層されて構成されている。
【0005】
また基板10表面には前記ワード線11間を跨ぐように導体であるシリコン膜12が多数形成され、これらシリコン膜12はワード線11と直交するように配列されており、アクティブと呼ばれる互いに並行する電気が流れる複数のライン12Aを形成している。そして、図14(a)において点線で囲ったシリコン膜12の配列方向とワード線11との交差部分19はトランジスタの役割を有するように構成されており、交差部分19におけるONO膜17には電荷が蓄積される。
【0006】
ワード線11の幅の大きさ、隣り合うワード線11間における溝11Aの幅の大きさを夫々L1、L2とすると、L1に対してL2が大きすぎる場合は十分にONO膜17に電荷が蓄積されないおそれがある。また、L2に対してL1が大きすぎる場合にはワード線11間における隣り合うポリシリコン膜15,15間及び17,17間の寄生容量が大きくなり、これらの膜間に電荷が蓄積されてしまったり、これら膜15,15間及び17,17間で電気が流れてしまうことでデバイスとしての機能が果たせなくなるおそれがあることから、概ねL1:L2=1:1となるように構成される必要がある。また、シリコン膜12によるライン12Aの幅の大きさ、隣り合う前記ライン12Aの間隔の大きさを夫々L3、L4とすると、デバイスの機能を担保するためにこれらL3及びL4はL1,L2と略同じ大きさとなるように構成される。
【0007】
このようにL1〜L4間の大きさを略等しくする必要があることから、このNAND型フラッシュメモリにおいては、L1、L2、L3、L4を夫々小さくすると共にワード線11とアクティブのライン12Aとを高密度に形成するほどトランジスタの機能を有する前記交差部分19の高集積化を図ることができ、それによって記憶量の増加を図ることができる。そのように配線を微細に形成するために露光の解像度を高くして、レジストの下層の被エッチング膜に線幅の細いパターンを高密度に形成することが求められている。
【0008】
そのような背景から露光装置としては、次第に微細な線幅で露光を行うものが用いられるようになっており、従来はKrFエキシマレーザを用いて130nm程度の線幅で露光を行う露光装置が用いられていたが、そのような露光装置に代わりArFエキシマレーザを用いて70nm程度の線幅で露光を行うものが用いられるようになった。また、その他にArFエキシマレーザを用いると共に液浸露光と呼ばれるウエハ表面に液膜を形成しその液膜を介して露光を行う手法が用いられることで、40〜50nm程度の線幅で露光を行う技術が開発されている。しかし、一般に露光装置は高価であり、要求される配線の線幅に応じて露光装置を変えることは投資がかさむという問題がある。
【0009】
また、いずれは配線の微細化の要求がさらに進み、30nm程度ないしは20nm程度の線幅で露光を行うことが要求されると考えられており、露光装置の性能を超えた解像度が求められることが予想されていることから、ダブルパターニングと呼ばれる手法を用いてエッチングすることが検討されている。このダブルパターニングについて説明すると、例えばレジストマスクを用いてそのレジストマスクの下層の例えばSiNなどの無機膜をパターンマスクとして形成し、続いてそのマスクの壁部の左右両側にサイドウォールと呼ばれる側壁を形成する。そしてこの側壁をマスクとしてパターンマスクの下層膜をエッチングすることでパターンマスクに形成された1つのパターンから2つのパターンをその下層膜に形成する手法であり、この手法によればパターンマスクにおけるパターンの線幅の略半分の線幅を持ったパターンをその略2倍の密度で前記下層膜に形成することができる。
【0010】
ところで、露光装置により形成できるレジストパターンの線幅の大きさは限界があり、通常はレジストのマスク部分の線幅と、レジストパターンの幅とが概ね1対1になるため、そのレジスト膜の下層のパターンマスクを構成するSiN膜においてもマスク部分の線幅と、パターンの線幅とが概ね1対1になる。そこで、図15(a)に示すようにSiN膜10Aにパターン10Bを作成後、上述のように最終的に被エッチング膜に形成されるパターンの幅と、隣り合うパターン間の間隔とが概ね1対1になるようにすることを目的として、エッチングによりパターン10Bの幅の大きさを制御するトリミングと呼ばれる処理が行われる。
【0011】
しかし、このトリミングを行った場合、パターン10Bの側壁の形状を垂直に制御することが難しく、図15(b)のようにパターン10Bを形成する壁部の上部側が先細るいわゆる肩落ち形状となることで、図15(c)のように前記壁部の形状に合わせてサイドウォール10Cが形成されてしまう。このようなサイドウォール10Cが形成されることで前記SiN膜10Aの下層の膜をエッチングしたときにその形状が正常なものとならず、被エッチング膜に正常にパターンを形成できないおそれがある。
【0012】
また、上記ダブルパターニングを用いても、前記ArFエキシマレーザを利用した露光装置を用いてレジストの露光を行っている場合は、前記被エッチング膜に30nm程度の線幅のパターンを形成することが限界と考えられており、また、前記ArFエキシマレーザを利用した露光装置を用い、さらに液浸露光によりレジストの露光を行っている場合は、前記被エッチング膜に30nm程度の線幅のパターンを形成することが限界と考えられている。従って配線の微細化の要請がさらに進み、例えば10nm程度の配線の形成が要請された場合に対応できないと考えられている。
【0013】
なお、特許文献1にはこのダブルパターニングを利用した半導体装置の製造方法について記載されているが、このような問題を解決できるものではない。またCMPなどをエッチングの他に行う必要があり、手間がかかるという問題がある。
【0014】
なお、レジスト膜のレジストパターンに沿ってレジスト膜の下層の犠牲膜にパターンを形成した後、レジスト膜を除去し、さらに前記パターンとずれるように新たなレジストパターンを備えたレジスト膜を形成し、そのレジストパターンに沿ってさらに前記犠牲膜にパターンを形成することで犠牲膜の下層の被エッチング膜に密なパターンを形成することも知られているが、そのようにパターンの形成を行うためには基板の位置合わせが難しいという問題がある。
【特許文献1】特開2006−261307
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
本発明は、このような事情に基づいてなされたものであり、基板上の膜にプラズマエッチングにより平行なライン状のパターンを形成するパターン形成方法において、前記パターンの微細化を図ることができるパターン形成方法、半導体製造装置及び記憶媒体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明のパターン形成方法は、基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
上段側から1層目、2層目、3層目と呼ぶ3層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は3層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(c)と、
しかる後、2層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記3層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該3層目の膜に溝を形成する工程(d)と、
を含むことを特徴とする。この場合、例えば前記3層目の膜において形成された各溝の幅と、互いに隣接する各溝間の幅とが概ね1対1であり、その場合は例えば、前記1層目のマスクパターンは、その溝幅と互いに隣接する各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1である。また、前記工程(a)及び工程(c)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが例えば1対3である。
【0017】
また、他の発明のパターン形成方法は、基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
上段側から1層目、2層目、3層目、4層目と呼ぶ4層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
次いで前記2層目のマスクパターンを用い、前記工程(a)、(b)と同等の工程をこの順に行うことにより、前記2層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、3層目の膜に形成する工程(c)と、
その後、3層目の膜から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は4層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(d)と、
しかる後、前記3層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記工程(d)にて残された堆積部分をマスクとして4層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該4層目の膜に溝を形成する工程(e)と、
を含むことを特徴とする。この場合前記4層目の膜において形成された各溝の幅と、各溝間の幅とが例えば概ね1対1であり、さらにその場合例えば前記1層目の膜のマスクパターンは、その溝幅と各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1である。前記工程(a)、工程(c)及び工程(d)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが例えば1対5である。
【0018】
さらに他の発明のパターン形成方法は、基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
最上段側から下に向かって1層目、2層目‥と呼ぶn(nは5以上の整数)層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
次いで前記2層目のマスクパターンを用い、前記工程(a)、(b)と同等の工程をこの順に行うことにより、前記2層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、3層目の膜に形成する工程(c)と、
この工程(c)と同等の工程を3層目以降の膜から(n−1)層目までの膜について行って、(n−2)層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、(n−1)層目の膜に形成する工程(d)と、
その後、前記(n−1)層目の膜から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間はn層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(e)と、
しかる後、(n−1)層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記工程(e)にて残された堆積部分をマスクとして前記n層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該n層目の膜に溝を形成する工程(f)と、
を含むことを特徴とする。この場合、例えば前記n層目の膜において形成された各溝の幅と、各溝間の幅とが概ね1対1であり、さらにその場合は例えば前記1層目の膜のマスクパターンは、その溝幅と各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1である。前記工程(a)、工程(c)、工程(d)及び工程(e)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが例えば1対7である。
【0019】
本発明の半導体製造装置は、基板を収納したキャリアが載置され、このキャリア内の基板のロード、アンロードが行われるローダモジュールと、
このローダモジュールを介して基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、
前記搬送室を介して基板が搬入される基板に成膜処理を行う成膜モジュールと、
前記搬送室を介して基板が搬入される基板にエッチング処理を行うエッチングモジュールと、
前記搬送室、ローダモジュール、成膜モジュール及びエッチングモジュール間で基板を搬送する基板搬送手段と、
上述のパターン形成方法を実施するように基板搬送手段の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【0020】
また、本発明の記憶媒体は、基板に対して処理を行う半導体製造装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは上述のパターン形成方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0021】
本発明によれば、積層膜が形成された基板の最上段側の1層目の膜に形成されたライン状のマスクパターンを用いて、その下層の膜に溝を形成するにあたり、所定の膜にて形成されたマスク部分の配列の中でサイドウォール(末広がりの堆積部分)を形成し且つこれらの堆積部分間に下層の膜を露出させた部位と、マスク部分間を埋めた部分(連続した堆積を形成した部分)とを存在させ、それら堆積部分をマスクとしてその下層の膜をエッチングするという発想により、前記1層目の膜のパターンを微細化したパターンを前記下層の膜に形成することができる。そして前記積層膜を構成する各膜の寸法を制御することで、当該積層膜をエッチングして得られる前記パターンを構成する各溝の幅と互いに隣接する溝間との大きさを互いに等しくすることができ、しかも各膜のマスクパターンのマスク部分の線幅を小さくするというトリミングを行わなくてよいため、その分工程が簡略化されるし、またトリミングに起因するマスク部分の形崩れに基づくエッチングへの悪影響も回避できる。従って、背景技術の欄で説明したNAND型フラッシュメモリなどの等しい幅を有する配線を、その配線の幅と同じ大きさの間隔をおいて平行に形成することが要求される半導体装置の製造に特に有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
(第1の実施の形態)
本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態が適用されるシリコン基板であるウエハWについて図1(a)を用いて説明する。ウエハWの表面には上段側からハードマスクであるSiN膜24、SiO2(酸化シリコン)膜23、SiN膜(窒化シリコン)22、SiO2膜21がこの順に形成されており、SiN膜24には例えば背景技術の欄で説明したようなレジストを用いたフォトリソグラフィによりマスクパターン25が形成されている。図ではその断面のみを示しているが、マスクパターン25は紙面の表裏方向にライン状に伸びるように形成されており、またマスクパターン25の底部にはSiO2膜23が露出している。
【0023】
この例ではマスクパターン25は等間隔に形成されており、マスクパターン25の幅M1の大きさ及び隣り合うマスクパターン25,25間の幅M2の大きさは80nmであり、M1対M2は1対1となっている。またH1,H2,H3で示すSiN膜22、SiO2膜23、SiN膜24の厚さは夫々27nm、27nm、55nmである。
【0024】
この第1の実施形態においては上述のようにマスクパターン25及び各膜22〜24の寸法を設定することで、被エッチング膜であるSiN膜22にマスクパターン25に並行するパターンを、そのパターンの幅がマスクパターン25の幅の1/3になり且つパターンの線幅と、隣り合うパターンとパターンとの間隔とが1対1になるように形成することを目的とする。従って、SiN膜22に形成されるパターンの数としてはマスクパターン25の数の3倍になる(パターンの3倍化)。なお、マスクパターン25の前記M1対M2及びSiN膜22のパターンの幅とパターン間の間隔との比はこのように1対1になるように設計されるが、加工誤差を考慮して、デバイスの製造において影響を与えないように概ね1対1であればよい。概ね1対1とは一方を1としたときに他方が例えば0.95〜1.05であることをいう。
【0025】
先ずウエハWに処理ガスとして例えばSiH4ガスを供給すると共にウエハWを加熱して熱CVDによる成膜処理を行い、マスクパターン25の側面を含むウエハW表面全体にアモルファスシリコン膜31を凹部32が形成されるような膜厚で成膜し、然る後、成膜処理を停止する(図1(b))。このアモルファスシリコン膜の膜厚については更に後述する。
【0026】
続いてウエハWに処理ガスとして例えばO2ガスとHBrガスとを供給し、これらの処理ガスをプラズマ化し、アモルファスシリコン膜31を下方に向けて異方性エッチングする。そして、SiN膜24のマスク部分の両側壁に下方へ向けて広がった、互いに組33を構成する、アモルファスシリコン膜31からなる堆積物(サイドウォール)33a,33bが残り、且つ同じ組33を構成する堆積物33aと33bとの間においてSiN膜24表面が露出すると共に隣り合う組33,33間にSiO2膜23が露出したらエッチングを停止する(図1(c))。ここで、アモルファスシリコン膜31は均一に下方にエッチングされることから、堆積物33a,33bの側壁の傾きは、アモルファスシリコン膜31が均一に異方性エッチングされることで前記凹部32の側壁の傾きと等しくなっており、そのことからエッチング終了後の堆積物33a,33bの横幅M6の大きさは、アモルファスシリコン膜31の膜厚を制御することで制御される。図Xを用いて具体的に説明すると、図4(a)に示すように予めアモルファスシリコン膜31を厚く形成しておけば、エッチング終了後に堆積物33a、33b(図では33bのみ図示)の横幅M6は大きくなり(図4(b))、図4(c)に示すように予めアモルファスシリコン膜31を薄く形成しておけば、エッチング終了後に堆積物33a、33b(図では33bのみ図示)の横幅M6は小さくなる(図4(d))。ここでは前記M6が27nmとなり、また、このときの堆積物の組33と組33との開口幅M3の大きさが27nmとなるような膜厚を有するように上記のアモルファスシリコン膜31が形成される。後述の他の実施形態でもこれと同様に、各アモルファスシリコン膜の膜厚を制御することで当該アモルファスシリコン膜からエッチングにより形成される堆積物の横幅が制御される。
【0027】
アモルファスシリコン膜31のエッチング後、処理ガスとしてCF4ガス、CHF3ガス、Arガス、O2ガス、CH2F2ガス及びF2ガスをウエハWに供給し、これらの処理ガスをプラズマ化してSiN膜24をエッチングして除去し、同じ組33を構成する堆積物33a,33b間にSiO2膜23を露出させる(図1(d))。
【0028】
その後、処理ガスとしてArガスとC4F8ガスとをウエハWに供給する。そしてこれらの処理ガスをプラズマ化し、前記堆積物33a,33bをマスクとしてSiO2膜23を下方に向けて異方性エッチングする。そして、これら堆積物33a,33bに対応し、互いに組34を構成するマスク部分34a,34b間にマスクパターン35を形成すると共に組34,34間にマスクパターン36を形成して、これらマスクパターン35及び36の底部にSiN膜22が露出したらエッチング処理を停止する(図2(a))。同じ組を構成する前記マスク部分34a,34bは、SiN膜24のマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向するように形成される。
【0029】
然る後、処理ガスとしてO2ガスとHBrガスとをウエハWに供給し、これら処理ガスをプラズマ化してアモルファスシリコン膜31からなる堆積物33a,33bをエッチングして除去する(図2(b))。
【0030】
その後、ウエハWに処理ガスとして例えばSiH4ガスを供給すると共にウエハWを加熱して熱CVDなどによる成膜処理を行い、SiN膜22の表面及びマスクパターン35、36の側面を含むSiO2膜23の表面が被覆されると共にマスクパターン35に対応した凹部37が形成され、且つ当該膜から形成される堆積物38a,38bの横幅M5が27nmになるような膜厚でアモルファスシリコン膜38を成膜する(図2(c))。
【0031】
前記成膜処理終了後、処理ガスとして例えばO2ガスとHBrガスとをウエハWに供給し、これらの処理ガスをプラズマ化してアモルファスシリコン膜38を下方に向けて異方性エッチングする。そしてSiO2膜23の表面を露出させる一方で、同じ組34を構成するマスク部分34a,34b間においてそれらマスク部分34a,34bの内側の側壁に夫々下方へ向けて広がったアモルファスシリコン膜38の堆積物(サイドウォール)38a,38bを残し、且つこれら堆積物38a,38b間にSiN膜22を露出させると共に各マスクの組34,34間には連続したアモルファスシリコン膜38の堆積物38cが残るようにエッチングを停止する(図2(d))。
【0032】
前記エッチング停止後、処理ガスとして例えばArガスとC4F8ガスとをウエハWに供給し、これらの処理ガスをプラズマ化して、SiO2膜23をエッチングして除去し、堆積物38aと38cとの間及び堆積物38bと38cとの間にSiN膜22を露出させ、エッチング処理を停止する(図2(e))。
【0033】
その後、処理ガスとして例えばCF4ガス、CHF3ガス、Arガス、O2ガス、CH2F2ガス及びF2ガスをウエハWに供給する。そしてこれらの処理ガスをプラズマ化し、アモルファスシリコン膜38の堆積物38a〜38cをマスクとしてSiN膜22を下方に向けて異方性エッチングし、SiN膜22にパターン20を形成する。パターン20の底部にSiO2膜21が露出したらエッチング処理を停止する(図3(a))。上述のようにパターン20の幅、互いに隣接するパターン20,20間の幅M4、M5は互いに等しく、SiN膜24のマスクパターン25の幅M1の3分の1の大きさである27nmである。従って、M1:M3:M5=3:1:1である。
【0034】
パターン20が形成された後、処理ガスとして例えばO2ガスとHBrガスとをウエハWに供給し、これらの処理ガスをプラズマ化して、前記堆積物38a,38b,38cをエッチングして除去する(図3(b))。
【0035】
この第1の実施形態によればSiN膜24のマスク部分に形成されたアモルファスシリコン膜31からなる末広がりの堆積部(サイドウォール)33a,33bを起点として加工し、その後SiN膜22上において間隔が大きい同じ組34を構成するマスク部分34a,34b間にアモルファスシリコン膜38からなる堆積物38a,38bを互いに間隔をおいて形成すると共に異なる組34を構成する近接したマスク部分34a、34b間にこれらマスク部分間を埋めるように連続した堆積を形成した堆積物38cを形成し、SiN膜22をエッチングしている。このようにエッチングを行うことでSiN膜24に形成されたパターン25の1/3の線幅のパターン20がSiN膜22に形成されるパターン25の数の3倍数をもって形成されるようにしている。従って当該パターン20の微細化を図ることができ、このパターン20を用いることで微細な配線を有する半導体装置を形成することができる。そのため、露光の線幅の大きい例えば、KrFエキシマレーザなどの露光装置などのコスト的に有利な露光装置を用いながら微細なパターンを形成できる利点もある。
【0036】
またこの第1の実施の形態においてはウエハWのSiO2膜21上の各膜の寸法を制御し、さらに各アモルファスシリコン膜31,38の膜厚を制御することで各膜から形成される堆積物34a、34b、38a及び38bの横幅を制御してSiN膜22に形成される各パターン(溝)20の幅と隣接するパターン20,20間との大きさが互いに等しく形成されるようになっており、しかもSiN膜24のマスク部分の線幅を小さくするというトリミングを行わなくてよいため、その分工程が簡略化されるし、またトリミングに起因するマスク部分の形崩れに基づくエッチングへの悪影響も回避できる。従って、背景技術の欄で説明したNAND型フラッシュメモリなどの等しい幅を有する配線を、その配線の幅と同じ大きさの間隔をおいて平行に形成することが要求される半導体装置の製造に特に有効である。
【0037】
(第2の実施の形態)
続いて本発明の第2の実施の形態について説明する。この第2の実施形態に用いられるウエハWは図5(a)に示すようにその表面に上段側からSiN膜45SiO2膜44、SiN膜43、SiO2膜42、SiN膜41がこの順に形成されており、SiN膜45には上述のSiN膜24のマスクパターン25と同様のマスクパターン46が形成されている。
【0038】
この例ではマスクパターン46は等間隔に形成されており、マスクパターン46の幅N1の大きさは例えば80nmである。また、マスクパターン46,46間の幅N2の大きさは80nmであり、N1対N2は1対1となっている。またJ1,J2,J3,J4で示すSiO2膜42、SiN膜43、SiO2膜44、SiN膜45の厚さは夫々16nm、16nm、16nm、16mである。
【0039】
この第2の実施形態においては、上述のようにマスクパターン46及び各膜42〜45の寸法を設定し、第1の実施形態と同様にサイドウォールの形成と、それをマスクとしたプラズマエッチングを繰り返し行う。それによってSiN膜42にマスクパターン46に並行するパターンを多数形成し、その形成したSiN膜42のパターンの幅の大きさがマスクパターン46の幅の大きさの1/5になり且つそのSiN膜22のパターンの幅と隣接するパターンとパターンとの間隔とが概ね1対1になるようにすることを目的とする。従ってSiN膜42に形成されるパターンの数としてはSiN膜45に形成されたパターンの数の5倍になる(パターンの5倍化)。各膜をプラズマエッチングするために用いる処理ガス及びアモルファスシリコン膜を成膜するために用いる処理ガスは第1の実施形態で用いたものと同様のものを用いる。
【0040】
先ず第1の実施形態と同様に熱CVDなどによる成膜処理を行い、マスクパターン46の側面を含むウエハW表面全体にアモルファスシリコン膜51を凹部52が形成されるような膜厚で成膜する(図5(b))。また、第1の実施形態と同様にこのアモルファスシリコン膜51形成後、このアモルファスシリコン膜51をエッチングしてこの膜51による堆積物53a及び53bを形成するが、この堆積物53a及び53bの横幅N6が16nmになるような膜厚で当該アモルファスシリコン膜51を形成する。続いてプラズマによりアモルファスシリコン膜51を、SiN膜45の両側壁に下方へ向けて広がった堆積物(サイドウォール)53a,53bが残るように異方性エッチングする。SiN膜45のマスク部分の両側の堆積物53a,53bを互いに一つの組53とすると、同じ組53を構成する堆積物53aと53bとの間においてSiN膜45表面を露出させると共に各組53間にSiO2膜44を露出させてエッチングを停止する(図5(c))。異なる組53を構成する堆積物53aと堆積物53bとの開口幅N3の大きさは例えば48nmである。
【0041】
その後、SiN膜45をプラズマエッチングして除去し(図5(d))、さらに前記堆積物53a,53bをマスクとしてSiO2膜44をプラズマにより下方に向けて異方性エッチングして、堆積物53a,53bに対応するマスク部分54からなるマスクパターン55、56を夫々形成する(図6(a))。マスクパターン55は同じ組53を構成する堆積物53a,53b間に、マスクパターン56は異なる組53を構成する堆積物53a,53b間に夫々対応して形成されたものとする。
【0042】
続いて前記堆積物53a,53bをプラズマエッチングして除去し(図6(b))、ウエハW表面にマスクパターン55,56に夫々対応した凹部57,58が形成され、且つ後述の堆積物61a及び61bの横幅N7が16nmになるような膜厚でアモルファスシリコン膜59を成膜する(図6(c))。
【0043】
その後、プラズマによりアモルファスシリコン膜59を下方に向けて異方性エッチングして、SiO2膜44からなるマスク部分54の表面を露出させる一方で、当該マスク部分54の両側壁部に夫々下方へ向けて広がった、互いに組61を構成するアモルファスシリコン膜59からなる堆積物(サイドウォール)61a,61bを残し、且つこれら各組61,61間にSiN膜43を露出させ、エッチングを停止する(図6(d))。
【0044】
その後、SiO2膜44からなるマスク部分54をプラズマエッチングして除去し(図7(a))、前記堆積物61a,61bをマスクとしてプラズマによりSiN膜43を下方に向けて異方性エッチングして、当該SiN膜43にマスク部分62により構成されるマスクパターンを形成する(図7(b))。夫々SiN膜45に形成されていたマスク部分の幅方向の中央部の位置に対応する領域を挟んで対向するマスク部分62,62間に形成されたマスクパターンを64、それ以外のマスク部分62間に形成されたマスクパターンを63とし、マスクパターン64の幅>マスクパターン63の幅である。マスクパターン63,64形成後、プラズマエッチングにより前記堆積物61a,61bをエッチングして除去する(図7(c))。
【0045】
その後、熱CVDによりウエハW表面に前記マスクパターン64に対応した凹部66が形成されるような膜厚でアモルファスシリコン膜67を成膜する(図7(d))。このときもアモルファスシリコン膜67は、当該膜67から後で形成される堆積物68a及び68bの横幅が16nmになるような膜厚を有するように形成される。そしてプラズマによりアモルファスシリコン膜67を下方に向けて異方性エッチングする。そしてSiN膜43により構成されるマスク部分62の表面を露出させる一方で、前記マスクパターン64を構成するマスク部分62a,62bの側壁に夫々下方へ向けて広がったアモルファスシリコン膜67の堆積物(サイドウォール)68a,68bを残し且つ堆積物68a,68b間にSiO2膜42を露出させると共にマスクパターン63を構成するマスク部分62a,62b間には連続したアモルファスシリコン膜67の堆積物68cを残すようエッチングを停止する(図8(a))。
【0046】
その後、マスク部分62をプラズマエッチングして除去し(図8(b))、アモルファスシリコン膜67の堆積物68a〜68cをマスクとしてSiO2膜42を下方に向けてプラズマにより異方性エッチングし、SiO2膜42にパターン40を形成する(図8(c))。然る後、堆積物68a〜68cをプラズマエッチングにより除去する(図8(d))。上述のようにパターン40の幅N4、隣接するパターン40,40間の幅N5は互いに等しく、SiN膜25のマスクパターン26の幅N1の5分の1の大きさである16nmである。従って、N1:N5:N6:N7=5:1:1:1である。
【0047】
この第2の実施形態においてもトリミングを行わずにSiN膜45に形成されたパターン46よりも微細な線幅のパターン40をSiO2膜42に形成することができるため、このパターン40を利用して微細な配線を有する半導体装置を形成することができる。またパターン40の幅と、隣り合うパターン40,40間の幅とが互いに等しいため、第1の実施形態と同様にNAND型フラッシュメモリなどの半導体装置の製造に特に有効である。
【0048】
(第3の実施の形態)
続いて本発明の第3の実施の形態について説明する。この第3の実施形態に用いられるウエハWは図9(a)に示すように上段側からSiN膜76、SiO2膜75、SiN膜74、SiO2膜73、SiN膜72、SiO2膜71がこの順に形成されており、SiN膜76には上述のSiN膜24のマスクパターン25と同様のマスクパターン77が形成されている。
【0049】
この例ではマスクパターン77は等間隔に形成されており、マスクパターン77の幅P1の大きさは例えば80nmである。また、マスクパターン77,77間の幅P2の大きさは80nmであり、P1対P2は1対1となっている。またK1,K2,K3,K4,K5で示すSiN膜72、SiO2膜73、SiN膜74、SiO2膜75、SiN膜76の厚さは夫々11nm、11nm、11nm、11nmである。
【0050】
この第3の実施形態においては、上述のようにマスクパターン77及び各膜72〜76の寸法を設定し、第1の実施形態と同様にサイドウォールの形成と、それをマスクとしたプラズマエッチングを繰り返し行い、それによってSiN膜72にマスクパターン77に並行するパターンを多数形成し、その形成したSiN膜72のパターンの幅の大きさがマスクパターン77の幅の大きさの1/7になり且つそのSiN膜72に形成されたパターンの幅と隣接するパターンとパターンとの間隔とが概ね1対1になるようにすることを目的とする。従って、SiN膜72に形成されるパターンの数としてはSiN膜76に形成されたパターンの数の7倍になる(パターンの7倍化)。各膜をプラズマエッチングするために用いる処理ガス及びアモルファスシリコン膜を成膜するために用いる処理ガスは第1の実施形態で用いたものと同様のものを用いる。
【0051】
先ず、マスクパターン77の側面を含むウエハW表面全体にアモルファスシリコン膜81を凹部82が形成されるような膜厚で成膜する(図9(b))。続いてアモルファスシリコン膜81をプラズマにより下方に向けて異方性エッチングし、SiN膜76の両側壁に下方へ向けて広がったアモルファスシリコン膜81からなる堆積物(サイドウォール)83a,83bを残すようにエッチングを行う。そしてSiN膜76のマスク部分の両側壁部に形成された堆積物83aと堆積物83bとを一つの組83とすると、同じ組83を構成する堆積物83a,83b間にSiN膜76が露出し、且つ隣り合う組83,83間にSiO2膜75表面が露出したらエッチングを停止する。(図9(c))。このとき互いに異なる組を構成する堆積物83a、83b間の開口幅P3が例えば57nmであり、これら堆積物83a及び83bの横幅P6が11nmになるように前記アモルファスシリコン膜81が形成される。
【0052】
その後、SiN膜76をプラズマエッチングして除去し(図9(d))、さらに前記堆積物83a,83bをマスクとしてSiO2膜75をプラズマにより下方に向けて異方性エッチングして、堆積物83a,83bに対応するマスクパターンを構成するマスク部分84を形成する(図10(a))。マスクパターン85の幅>マスクパターン86の幅である。
【0053】
続いて前記堆積物83a,83bをプラズマエッチングして除去し(図10(b))、ウエハW表面にマスクパターン85,86に夫々対応した凹部87,88が形成され、且つ後に当該膜から形成される堆積物91a及び91bの横幅P7が11nmになるような膜厚を有するようにアモルファスシリコン膜89を成膜する(図10(c))。
【0054】
その後、プラズマによりアモルファスシリコン膜89を下方に向けて異方性エッチングして、SiO2膜75からなるマスク部分84の表面を露出させる一方で、マスク部分84の両側壁部に夫々下方へ向けて広がった、互いに組91を構成するアモルファスシリコン膜89の堆積物(サイドウォール)91a,91bを残し、且つこれら堆積物91a、91b間にSiN膜74を露出させる(図10(d))。
【0055】
その後、SiO2膜75からなるマスク部分84をプラズマエッチングして除去し(図10(e))、前記堆積物91a,91bをマスクとしてプラズマによりSiN膜74を下方に向けて異方性エッチングして、これら堆積物91a,91bに対応し、互いに組92を構成する各マスク部分92a,92bを形成してエッチングを停止する(図11(a))。これら組92は、隣り合う各組92,92間の間隔が1つおきに等しくなるように配列されており、組92,92間に形成される互いに幅の異なるパターンを93,94とし、幅の大きい方をパターン94とする。また同じ組92を構成するマスク部分92a,92b間に形成されるパターンを95とする。
【0056】
プラズマエッチングにより堆積物91a及び91bを除去した後(図11(b))、熱CVDによりウエハW表面にマスクパターン93,94に夫々対応した凹部96、97が形成され、且つ後に当該膜から形成される堆積物101a及び101bの横幅P8が11nmになるような膜厚を有するようにアモルファスシリコン膜98を成膜し(図11(c))、プラズマによりアモルファスシリコン膜98を下方に向けて異方性エッチングする。そしてSiN膜74により構成されるマスク部分92a,92bの表面を露出させ、且つ同じ組92を構成するマスク部分92a、92b間にアモルファスシリコン膜98からなる連続した堆積物101cを残すと共に同じ組92のマスク部分92a,92bの外側の側壁に下方へ向かい広がった、互いに対となる堆積物101a,101bが残り、且つ異なる組92、92間に形成された堆積物101aと101bとの間にはSiO2膜73が露出するようにエッチングを停止する。このとき同じ組92の側壁に形成された堆積物101a,101b,101cを一つの組101とすると、組101は前記マスク部分92a,92bの配列に対応して形成され、組101,101の間隔が一つおきに等しくなっている。各組101間に形成される互いに幅の異なる開口部を102,103とし、開口部103の幅>開口部102の幅とする。
【0057】
続いてSiN膜74からなるマスク部分92a,92bをプラズマエッチングにより除去し、同じ組101を構成する堆積物101a,101b,101c間に開口部102と等しい開口幅を持った開口部104を形成する(図11(e))。続いて堆積物101a〜101cをマスクとしてSiO2膜73をプラズマにより下方へ異方性エッチングし、当該SiO2膜73に互いに幅の異なるマスクパターンを構成するマスク部分107を形成する。前記開口部102及び104に対応したマスクパターンを105、前記開口部103に対応したマスクパターンを106とし、また、マスクパターン106はSiN膜76のマスク部分の幅方向の中央部の位置に対応する領域を挟むように対向して形成されたマスク部分107により形成される。(図11(f))。
【0058】
続いてプラズマエッチングにより堆積物101a〜101cを除去して(図12(a))、ウエハW表面にマスクパターン104に対応した凹部108が形成され、且つ後に当該膜から形成される堆積物111及び112の横幅P9が11nmになるような膜厚を有するようにアモルファスシリコン膜110を成膜し(図12(b))、その後、プラズマによりアモルファスシリコン膜110を下方に向けて異方性エッチングする。そしてSiO2膜73からなるマスク部分107の表面を露出させる一方で、パターン106を構成するマスク部分107,107間においてこれらマスク部分107の側壁に下方へ向けて広がった堆積物111、112を夫々残し且つこれら堆積物111、112間にSiN膜72を露出させると共にマスクパターン105を構成するマスク部分107,107間に連続した堆積物113を残すようにエッチングを停止する(図12(c))。
【0059】
続いてマスク部分107をプラズマエッチングにより除去し(図12(d))、続いて堆積物111、112及び113をマスクとしてSiN膜72をエッチングし、SiN膜72にパターン120を形成する(図12(e))。然る後、堆積物111〜113をプラズマエッチングにより除去する(図12(f))。上述のようにパターン111の幅P4、隣接するパターン120,120間の幅P5、は互いに等しく、SiN膜76のマスクパターン77の幅P1の7分の1の大きさである11nmである。またP1:P6:P7:P8:P9=7:1:1:1:1である。
【0060】
この第3の実施形態においてもSiN膜76に形成されたパターン77よりも微細な線幅のパターン120をSiN膜72に形成することができるため、このパターン120を利用して微細な配線を有する半導体装置を形成することができる。またパターン120の幅と、隣り合うパターン120,120間の幅とが互いに等しいため、第1の実施形態と同様にNAND型フラッシュメモリなどの半導体装置の製造に特に有効である。
【0061】
上述の各実施形態においては、ウエハW表面を構成する膜に等間隔に形成された元のパターンからその下層の膜に元のパターンの1/3、1/5、1/7の幅を持ったパターンを等間隔に形成する手順を示したが、ウエハWの表面の膜から所望のパターンを形成する膜までの膜の寸法を制御すると共に及び膜の積層数を増やし、そしてマスク部分の両側壁に堆積物を形成し、その堆積物をマスクとして堆積物の下層の膜をエッチングする工程を繰り返し行い、さらに上述のように近接したパターン間においては連続した堆積物を形成すると共に間隔が広いパターン間においてはパターンを構成するマスク部分の両側壁に堆積物を形成し且つこれらマスク部分間には下層の膜を露出させてエッチングを行うことで、元のパターンから1/7よりも縮小された、例えば1/9,1/11、更にそれよりも微細な1/奇数の幅を持ったパターンを等間隔に形成することができる。
【0062】
なお、ウエハWを構成する膜の種類としては上述の例に限られず、例えばウエハW表面の膜はレジストにより構成されてもよい。またアモルファスシリコン膜を成膜する手法としては熱CVDに限られない。
【0063】
続いて上述の半導体装置の製造方法を実施する半導体製造装置の一例について図13を参照しながら説明する。半導体製造装置130は、ウエハWのロード、アンロードを行うローダモジュールを構成し、第1のウエハ搬送手段131aを備えた第1の搬送室131と、ロードロック室132,132と、第2のウエハ搬送手段133aを備えた真空搬送室モジュールである第2の搬送室133と、を備えており、ウエハWはそれを複数含むように構成された密閉型のキャリアCに収納された状態でこの半導体製造装置130に搬送される。図中135はキャリアCが載置されるロードポートであり、136はウエハWの向きや偏心の調整を行うアライメント室である。
【0064】
半導体製造装置130は、ウエハWに対して熱CVDによる成膜処理を行うモジュールであるCVD成膜モジュール137,137と、ウエハWを載置する載置台及びその載置台に平行するように設けられた電極を備え、その載置台と電極とに高周波が印加されることによりウエハWにプラズマエッチング処理を行うエッチングモジュール138,98とを備えており、これらモジュール137,138は前記第2の搬送室133に接続されている。図中Gは、ロードロック室132、132と第1の搬送室131または第2の搬送室133との間、あるいは第2の搬送室133と各処理モジュールとの間を仕切るゲートバルブ(仕切り弁)であり、ウエハWを搬送する場合を除いて閉鎖される。
【0065】
キャリアCがロードポート135に載置されると、キャリアC内のウエハWを第1のウエハ搬送手段131aが第1の搬送室131を介してロードロック室132に搬送する。そして第2のウエハ搬送手段133aがロードロック室132からウエハWを受け取り、CVD成膜モジュール137とエッチングモジュール138との間でウエハWを受け渡し、上述の実施形態の各酸化膜の成膜処理がCVD成膜モジュール137にて行われ、各エッチング処理がエッチングモジュール138で行われる。各処理終了後、ウエハWは第2のウエハ搬送手段133aを介して第2の搬送室133からロードロック室132に受け渡され、第1のウエハ搬送手段131aにより第1の搬送室131を介してキャリアCに戻される。
【0066】
この半導体製造装置130には、例えばコンピュータからなる制御手段である制御部130Aが設けられている。この制御部130Aは図示しないプログラム、CPU(Central Processing Unit)及びメモリを備えており、前記プログラムには制御部130Aから半導体製造装置130の各部に制御信号を送り、ウエハの搬送及び処理を進行させるように命令(各ステップ)が組み込まれている。また、例えばメモリには各モジュールの処理圧力、処理温度、処理時間、ガス流量または電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、CPUがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこの半導体製造装置130の各部に送られることになる。このプログラム(処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む)は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)などからなる記憶部130Bに格納されて制御部130Aにインストールされる。
【図面の簡単な説明】
【0067】
【図1】第1の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図2】第1の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図3】第1の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図4】膜厚に応じて堆積物の横幅が変化する様子を示した説明図である。
【図5】第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図6】第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図7】第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図8】第2の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図9】第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図10】第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図11】第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図12】第3の実施形態における半導体装置の製造工程を示した工程図である。
【図13】本発明の半導体製造装置の平面図である。
【図14】半導体装置の一例であるNAND型フラッシュメモリの膜構造を示した説明図である。
【図15】トリミングを行った後に形成されるマスクの一例である。
【符号の説明】
【0068】
W 半導体ウエハ
21 SiO2膜
22 アモルファスシリコン膜
23 SiN膜
24 反射防止膜
25 レジスト膜
26 レジストパターン
130 半導体製造装置
130A 制御部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
上段側から1層目、2層目、3層目と呼ぶ3層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
その後、前記2層目から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は3層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(c)と、
しかる後、2層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記3層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該3層目の膜に溝を形成する工程(d)と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項2】
前記3層目の膜において形成された各溝の幅と、互いに隣接する各溝間の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
【請求項3】
前記1層目のマスクパターンは、その溝幅と互いに隣接する各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項2記載のパターン形成方法。
【請求項4】
前記工程(a)及び工程(c)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが1対3であることを特徴とする請求項3記載のパターン形成方法。
【請求項5】
基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
上段側から1層目、2層目、3層目、4層目と呼ぶ4層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
次いで前記2層目のマスクパターンを用い、前記工程(a)、(b)と同等の工程をこの順に行うことにより、前記2層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、3層目の膜に形成する工程(c)と、
その後、3層目の膜から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は4層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(d)と、
しかる後、前記3層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記工程(d)にて残された堆積部分をマスクとして4層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該4層目の膜に溝を形成する工程(e)と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項6】
前記4層目の膜において形成された各溝の幅と、各溝間の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項5記載のパターン形成方法。
【請求項7】
前記1層目の膜のマスクパターンは、その溝幅と各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項6記載のパターン形成方法。
【請求項8】
前記工程(a)、工程(c)及び工程(d)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが1対5であることを特徴とする請求項7記載のパターン形成方法。
【請求項9】
基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
最上段側から下に向かって1層目、2層目‥と呼ぶn(nは5以上の整数)層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
次いで前記2層目のマスクパターンを用い、前記工程(a)、(b)と同等の工程をこの順に行うことにより、前記2層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、3層目の膜に形成する工程(c)と、
この工程(c)と同等の工程を3層目以降の膜から(n−1)層目までの膜について行って、(n−2)層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、(n−1)層目の膜に形成する工程(d)と、
その後、前記(n−1)層目の膜から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間はn層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(e)と、
しかる後、(n−1)層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記工程(e)にて残された堆積部分をマスクとして前記n層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該n層目の膜に溝を形成する工程(f)と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項10】
前記n層目の膜において形成された各溝の幅と、各溝間の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項9記載のパターン形成方法。
【請求項11】
前記1層目の膜のマスクパターンは、その溝幅と各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項10記載のパターン形成方法。
【請求項12】
前記工程(a)、工程(c)、工程(d)及び工程(e)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが1対7であることを特徴とする請求項11記載のパターン形成方法。
【請求項13】
基板を収納したキャリアが載置され、このキャリア内の基板のロード、アンロードが行われるローダモジュールと、
このローダモジュールを介して基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、
前記搬送室を介して基板が搬入される基板に成膜処理を行う成膜モジュールと、
前記搬送室を介して基板が搬入される基板にエッチング処理を行うエッチングモジュールと、
前記搬送室、ローダモジュール、成膜モジュール及びエッチングモジュール間で基板を搬送する基板搬送手段と、
請求項1ないし12のいずれか一に記載のパターン形成方法を実施するように基板搬送手段の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項14】
基板に対して処理を行う半導体製造装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項1ないし12のいずれか一つに記載のパターン形成方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【請求項1】
基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
上段側から1層目、2層目、3層目と呼ぶ3層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
その後、前記2層目から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は3層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(c)と、
しかる後、2層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記3層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該3層目の膜に溝を形成する工程(d)と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項2】
前記3層目の膜において形成された各溝の幅と、互いに隣接する各溝間の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項1記載のパターン形成方法。
【請求項3】
前記1層目のマスクパターンは、その溝幅と互いに隣接する各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項2記載のパターン形成方法。
【請求項4】
前記工程(a)及び工程(c)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが1対3であることを特徴とする請求項3記載のパターン形成方法。
【請求項5】
基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
上段側から1層目、2層目、3層目、4層目と呼ぶ4層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
次いで前記2層目のマスクパターンを用い、前記工程(a)、(b)と同等の工程をこの順に行うことにより、前記2層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、3層目の膜に形成する工程(c)と、
その後、3層目の膜から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は4層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(d)と、
しかる後、前記3層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記工程(d)にて残された堆積部分をマスクとして4層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該4層目の膜に溝を形成する工程(e)と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項6】
前記4層目の膜において形成された各溝の幅と、各溝間の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項5記載のパターン形成方法。
【請求項7】
前記1層目の膜のマスクパターンは、その溝幅と各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項6記載のパターン形成方法。
【請求項8】
前記工程(a)、工程(c)及び工程(d)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが1対5であることを特徴とする請求項7記載のパターン形成方法。
【請求項9】
基板上の膜にプラズマエッチングにより多数の平行なライン状の溝を形成するパターン形成方法において、
最上段側から下に向かって1層目、2層目‥と呼ぶn(nは5以上の整数)層の膜が積層され更に1層目にライン状のマスクパターンが形成された基板を用い、
前記マスクパターンの上に薄膜を成膜した後、プラズマにより異方性エッチングを行って当該マスクパターンのマスク部分の両側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間は2層目の膜の表面を露出させて、各マスク部分の両側壁に形成された2本の堆積部分の組を多数形成する工程(a)と、
前記マスク部分を除去した後、前記堆積部分をマスクとして前記2層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該2層目の膜に前記堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを形成する工程(b)と、
次いで前記2層目のマスクパターンを用い、前記工程(a)、(b)と同等の工程をこの順に行うことにより、前記2層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、3層目の膜に形成する工程(c)と、
この工程(c)と同等の工程を3層目以降の膜から(n−1)層目までの膜について行って、(n−2)層目のマスクパターンのマスク部分の両側壁に形成した末広がりの堆積部分の組に対応するマスク部分の組からなるマスクパターンを、(n−1)層目の膜に形成する工程(d)と、
その後、前記(n−1)層目の膜から形成されたマスクパターンの上に薄膜を成膜し、更にプラズマにより異方性エッチングを行って、前記1層目の膜に形成されていたマスクパターンのマスク部分の幅方向中央部の位置に対応する領域を挟んで対向する2つのマスク部分の間において、これらマスク部分の側壁に末広がりの堆積部分を残しかつこれら堆積部分の間はn層目の膜の表面を露出させると共に、前記2つのマスクパターン以外の互いに隣接するマスク部分の間には連続した堆積部分を残す工程(e)と、
しかる後、(n−1)層目の膜から形成されたマスク部分を除去した後、前記工程(e)にて残された堆積部分をマスクとして前記n層目の膜をプラズマによりエッチングし、更に当該堆積部分を除去することで当該n層目の膜に溝を形成する工程(f)と、
を含むことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項10】
前記n層目の膜において形成された各溝の幅と、各溝間の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項9記載のパターン形成方法。
【請求項11】
前記1層目の膜のマスクパターンは、その溝幅と各溝間のマスク部分の幅とが概ね1対1であることを特徴とする請求項10記載のパターン形成方法。
【請求項12】
前記工程(a)、工程(c)、工程(d)及び工程(e)で形成される各末広がりの堆積部分の横幅と、前記1層目のマスクパターンの溝幅とが1対7であることを特徴とする請求項11記載のパターン形成方法。
【請求項13】
基板を収納したキャリアが載置され、このキャリア内の基板のロード、アンロードが行われるローダモジュールと、
このローダモジュールを介して基板が搬入される真空雰囲気の搬送室と、
前記搬送室を介して基板が搬入される基板に成膜処理を行う成膜モジュールと、
前記搬送室を介して基板が搬入される基板にエッチング処理を行うエッチングモジュールと、
前記搬送室、ローダモジュール、成膜モジュール及びエッチングモジュール間で基板を搬送する基板搬送手段と、
請求項1ないし12のいずれか一に記載のパターン形成方法を実施するように基板搬送手段の動作を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする半導体製造装置。
【請求項14】
基板に対して処理を行う半導体製造装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項1ないし12のいずれか一つに記載のパターン形成方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図2】
【図3】
【図4】
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【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【公開番号】特開2009−164205(P2009−164205A)
【公開日】平成21年7月23日(2009.7.23)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−339922(P2007−339922)
【出願日】平成19年12月28日(2007.12.28)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年7月23日(2009.7.23)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年12月28日(2007.12.28)
【出願人】(000219967)東京エレクトロン株式会社 (5,184)
【Fターム(参考)】
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