JP2016206449A

JP2016206449A - パターン形成方法

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Publication number: JP2016206449A
Application number: JP2015088519A
Authority: JP
Inventors: 知哉大理; Tomoya Ori; 丈博近藤; Takehiro Kondo; 金田　直也; Naoya Kaneda; 直也金田; 曽田　栄一; Eiichi Soda; 栄一曽田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-12-08
Also published as: CN106066574B; TW201639026A; KR101699620B1; CN106066574A; TWI581329B; KR20160126835A; US20160313644A1

Abstract

【課題】２回のリソグラフィ工程と１回のドライエッチング工程でデュアルダマシンパターンを形成する場合に、デュアルダマシンパターンの被加工膜への転写性を向上させることができるパターン形成方法の提供。【解決手段】（１）被加工膜上に第１感放射線性組成物に由来する第１レジスト膜を形成する工程。（２）第１レジスト膜を露光および現像して、第１レジストパターン２４を形成する工程。（３）第１レジストパターン２４に第２感放射線性組成物の溶剤に対して不溶化する不溶化処理を実施する工程。（４）第１レジストパターン２４１上に、第２感放射線性組成物に由来する第２レジスト膜を形成する工程。（５）第２レジスト膜を露光および現像して、第２レジストパターン２５を形成する工程。ここで、第１感放射線性組成物および第２感放射線性組成物の少なくともいずれか一方が、酸素に対する耐性を有する高分子化合物であるパターン形成方法。【選択図】図１−１

Description

本発明の実施形態は、パターン形成方法に関する。

デュアルダマシン法は、被加工膜である層間絶縁膜にコンタクトホールとトレンチパターンとを含むデュアルダマシンパターンを形成し、デュアルダマシンパターンに一度にＣｕなどの配線を埋め込む方法である。通常、１回目のリソグラフィ工程とドライエッチング工程で、被加工膜にコンタクトホールを形成し、２回目のリソグラフィ工程とドライエッチング工程で、被加工膜にトレンチパターンを形成する。また、近年では、工程短縮とコスト削減のため、２回のリソグラフィ工程でレジストパターンに段差構造を形成し、１回のドライエッチングによってデュアルダマシンパターンを形成する方法も知られている。

しかし、微細化が進むにつれて、パターン倒壊等の欠陥防止のためにレジスト膜厚が薄膜化している。そのため、被加工膜転写のためのレジスト膜厚が不足するようになってきた。レジスト膜厚が不足すると、被加工膜を加工しきれなくなる場合が生じる。特に、トレンチパターンを形成することができず、配線オープン欠陥が発生することがある。

特開２０１０−１８８６６８号公報

本発明の一つの実施形態は、２回のリソグラフィ工程と１回のドライエッチング工程でデュアルダマシンパターンを形成する場合に、デュアルダマシンパターンの被加工膜への転写性を向上させることができるパターン形成方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、まず、被加工膜上に第１感放射線性組成物に由来する第１レジスト膜を形成する。ついで、前記第１レジスト膜を露光および現像して、第１レジストパターンを形成する。その後、前記第１レジストパターンに第２感放射線性組成物の溶剤に対して不溶化する不溶化処理を実施する。ついで、前記第１レジストパターン上に、前記第２感放射線性組成物に由来する第２レジスト膜を形成する。そして、前記第２レジスト膜を露光および現像して、第２レジストパターンを形成する。ここで、前記第１感放射線性組成物および前記第２感放射線性組成物の少なくともいずれか一方が、酸素に対する耐性を有する高分子化合物である。

図１−１は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。図１−２は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。図１−３は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その３）。図２−１は、第２の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その１）。図２−２は、第２の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である（その２）。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかるパターン形成方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる半導体装置の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。さらに、以下で示す膜厚は一例であり、これに限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１−１〜図１−３は、第１の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。パターン形成方法として、半導体装置のコンタクトと、このコンタクトに接続される配線と、をデュアルダマシン法で形成する方法について説明する。

まず、図１−１（ａ）に示されるように、配線層１０上に、層間絶縁膜２１、第１マスク膜２２および第２マスク膜２３を形成する。配線層１０は、たとえば層間絶縁膜１１に配線パターン１２が形成された層であり、図示しない基板上に形成される。

層間絶縁膜２１は、被加工膜であり、配線パターン１２につながるコンタクトと、このコンタクトにつながる配線パターンと、が埋め込まれる膜である。層間絶縁膜２１として、たとえばテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）膜、ＳｉＯ₂膜などを用いることができる。厚さとしては、たとえば２００ｎｍとすることができる。

第１マスク膜２２は、層間絶縁膜２１をエッチングで加工する際にマスクとして使用される。第１マスク膜２２は、たとえばＳｏＣ（Spin on Carbon）膜などの有機系の膜を使用することができる。厚さとしては、たとえば２００ｎｍとすることができる。

第２マスク膜２３は、第１マスク膜２２と層間絶縁膜２１をエッチングで加工する際にマスクとして使用される。第２マスク膜２３は、たとえばＳｏＧ（Spin on Glass）膜などの無機系の膜を使用することができる。厚さとしては、たとえば５０ｎｍとすることができる。

ついで、図１−１（ｂ）に示されるように、第２マスク膜２３上に、第１レジスト膜を形成する。第１レジスト膜は、第１感放射線性組成物を、たとえば塗布法などの方法で形成することによって得られる。厚さとしては、たとえば２００ｎｍとすることができる。第１感放射線性組成物として、通常のリソグラフィ工程で使用されるネガ型のレジストを用いることができる。また、第１感放射線性組成物は、現像時に現像液として有機溶媒が使用されるものである。さらに、第１感放射線性組成物は、硬化させたときに、後述する第２感放射線性組成物の溶剤に対して不溶化する組成であることが望ましい。

その後、露光技術と現像技術とによって、第１レジスト膜をパターニングし、第１レジストパターン２４を形成する。ここでは、コンタクトホールのパターン（以下、ホールパターンという）２４ａが形成される。具体的には、露光技術によって第１レジスト膜に潜像を形成する。露光は、たとえば可視光領域の波長の電磁波などの放射線を用いることができる。ついで、有機溶媒を用いた現像を行い、放射線が照射された領域が残されたパターンが形成される。現像液として、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール等のエーテル類、アセトン、メチルイソブチルケトン、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル類等が挙げられる。また、これらの有機溶媒を複数種類混合したものでもよく、用いるレジストに対して最適なものが選択される。現像は、所定の時間、第１レジスト膜を現像液に浸けることで行われる。これによって、所定の径のホールパターン２４ａを有する第１レジストパターン２４が形成される。

ついで、図１−１（ｃ）に示されるように、第１レジストパターン２４を第２感放射線性組成物の溶剤に対して不溶化させた第１レジストパターン２４１を形成する。不溶化処理として、熱処理またはエネルギ線の照射処理を例示することができる。熱処理としては、２００℃で第１レジストパターン２４を含む基板を所定の時間加熱する処理を例示することができる。また、エネルギ線の照射処理としては、電子線または紫外線などのエネルギ線を所定時間照射する処理を例示することができる。これによって、硬化した第１レジストパターン２４１が得られる。硬化した第１レジストパターン２４１は、後述する第２感放射線性組成物の溶剤に対して不溶性を示す。

その後、図１−１（ｄ）に示されるように、不溶化した第１レジストパターン２４１上に第２レジスト膜を形成する。第２レジスト膜は、第２感放射線性組成物を塗布法などの方法で形成することによって得られる。第２感放射線性組成物は、たとえばシクロヘキサノン、ＰＧＭＥＡ（PropyleneGlycol Monomethyl Ether Acetate）およびＰＧＭＥ（PropyleneGlycol Monomethyl Ether）などの群から選択される少なくとも１つの溶剤に、酸素に対して耐性を有する感放射線性の高分子化合物を溶質として溶解させたネガ型のレジストである。酸素に対して耐性を有する感放射線性の高分子化合物は、Ｓｉまたは金属をポリマー主鎖に含有する。金属としては、半導体装置中に拡散した場合でも、半導体装置の動作に影響を与えないまたはほとんど与えない元素であることが望ましい。このような金属として、Ｔｉ，Ｗ，Ａｌ，Ｔａ，Ｈｆ，ＺｒまたはＭｏなどを例示することができる。第２感放射線性組成物は、現像時に現像液として有機溶媒が使用されるものであることが望ましい。第２レジスト膜の厚さとしては、たとえば２００ｎｍとすることができる。なお、第１レジストパターン２４１は、第２感放射線性組成物の溶剤に対して不溶化されているので、第２レジスト膜の形成時に第２感放射線性組成物の溶剤によって溶解することがない。

ついで、露光技術と現像技術とによって、第２レジスト膜をパターニングし、第２レジストパターン２５を形成する。ここでは、配線パターンを埋め込むためのトレンチパターン２５ａが形成される。トレンチパターン２５ａは、第１レジストパターン２４１に設けられたホールパターン２４ａと接続するように形成される。トレンチパターン２５ａは、孤立パターンでもよいし、ラインアンドスペース状のパターンでもよい。トレンチパターン２５ａがラインアンドスペース状に形成される場合には、トレンチパターン２５ａが所定の方向に延在し、延在方向に交差する方向に所定の間隔で配置される。なお、ラインアンドスペース状に形成されたトレンチパターン２５ａとしては、直線状ではなくてもよい。引出配線、引き回されている配線、Ｕ字形状の配線などの非直線状の配線が延在方向に交差する方向に複数配置されているものもラインアンドスペース状のパターンとみなすことができる。また、並行するラインパターン間を接続するパターンがある場合でも、接続するパターンを除いた部分をラインパターンとみなすことができる。

具体的には、露光技術によって、第２レジスト膜に潜像を形成する。露光は、たとえば可視光領域の波長の電磁波などの放射線を用いることができる。ついで、有機溶媒を用いた現像を行い、放射線が照射された領域が残されたパターンが形成される。現像液として、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール等のエーテル類、アセトン、メチルイソブチルケトン、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル類等が挙げられる。また、これらの有機溶媒を複数種類混合したものでもよく、用いるレジストに対して最適なものが選択される。現像は、所定の時間、第２レジスト膜を現像液に浸けることで行われる。これによって、トレンチパターン２５ａを有する第２レジストパターン２５が形成される。

以上によって、第２マスク膜２３上には、ホールパターン２４ａが配置された第１レジストパターン２４１と、ホールパターン２４ａの上層に配置されたトレンチパターン２５ａを有する第２レジストパターン２５と、からなる段差を有するレジストパターンが形成される。その後、この段差を有するレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングによって被加工膜が加工される。以下に、その詳細を説明する。

図１−２（ａ）に示されるように、第１レジストパターン２４１をマスクとして、フルオロカーボン系ガスを主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、第２マスク膜２３を加工する。プラズマエッチングとして、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などを例示することができる。これによって、第１レジストパターン２４１のホールパターン２４ａが第２マスク膜２３に転写される。また、第２マスク膜２３にホールパターン２３ａが転写されるまでの間には、第１レジストパターン２４１に第２レジストパターン２５のトレンチパターン２５ａはほとんど転写されない。これは、第１レジストパターン２４１と第２レジストパターン２５との間の組成の違いによるものであり、フルオロカーボン系ガスでのエッチングでは、第２レジストパターン２５に比して第１レジストパターン２４１の方がエッチングされにくいことによる。

ついで、図１−２（ｂ）に示されるように、第２マスク膜２３をマスクとして、酸素を主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、第１マスク膜２２にホールパターン２２ａを転写する。このとき、第２レジストパターン２５は、ポリマー主鎖中にＳｉまたは金属を含有するため、酸素を主とするガスに対してエッチング耐性が高い。したがって、第２レジストパターン２５のトレンチ底に露出した領域の第１レジストパターン２４１が第２レジストパターン２５よりも速く加工され、除去される。つまり、第２レジストパターン２５をマスクとしてプラズマエッチングが行われ、第１レジストパターン２４１にトレンチパターン２４ｂが転写される。その結果、ホールパターン２２ａを有する第１マスク膜２２上に、ホールパターン２３ａを有する第２マスク膜２３、トレンチパターン２４ｂ，２５ａを有する第１レジストパターン２４１および第２レジストパターン２５が配置された構造となる。

その後、図１−２（ｃ）に示されるように、トレンチパターン２４ｂ，２５ａを有する第１レジストパターン２４１および第２レジストパターン２５をマスクとして、フルオロカーボン系ガスを主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、第２マスク膜２３にトレンチパターン２３ｂを転写する。これによって、ホールパターン２２ａを有する第１マスク膜２２上に、トレンチパターン２３ｂが形成された第２マスク膜２３と、トレンチパターン２４ｂを有する第１レジストパターン２４１が配置された構造となる。また、第２マスク膜２３へのトレンチパターン２３ｂの転写のときに、第１マスク膜２２をマスクとして被加工膜である層間絶縁膜２１がエッチングされる。すなわち、層間絶縁膜２１にもホールパターン２１ａが転写される。ただし、この転写は、第２マスク膜２３が加工される間だけ行われるので、層間絶縁膜２１の厚さの途中までのハーフエッチングとなる。

ついで、図１−２（ｄ）に示されるように、トレンチパターン２３ｂを有する第２マスク膜２３をマスクとして、酸素を主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、第１マスク膜２２にトレンチパターン２２ｂを転写する。このとき、第１レジストパターン２４１および第２レジストパターン２５は第１マスク膜２２の加工とともに除去される。その結果、ハーフエッチングされたホールパターン２１ａを有する層間絶縁膜２１上に、トレンチパターン２２ｂ，２３ｂが形成された第１マスク膜２２および第２マスク膜２３が配置された構造となる。

その後、図１−３（ａ）に示されるように、トレンチパターン２２ｂ，２３ｂを有する第１マスク膜２２および第２マスク膜２３をマスクとして、フルオロカーボン系ガスを主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、トレンチパターン２１ｂを層間絶縁膜２１に転写する。このとき、予め形成されているホールパターン２１ａは、トレンチパターン２１ｂ形成と同時に加工が進み、トレンチパターン２１ｂよりも先に層間絶縁膜２１の下面に到達する。ホールパターン２１ａの基板到達と同時にプラズマエッチングを終了することで、ホールパターン２１ａはコンタクトホールとなり、トレンチパターン２１ｂはトレンチとなる。

ついで、図１−３（ｂ）に示されるように、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法またはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、層間絶縁膜２１上にＣｕなどの導電性材料からなる図示しないシード膜をコンフォーマルに形成する。その後、めっき法によって、シード膜上にＣｕなどの導電性材料を形成する。そして、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって、層間絶縁膜２１の上面よりも上に位置する導電性材料膜を除去する。これによって、コンタクトホール２１ａ内に埋め込まれた導電性材料によってコンタクト３１が形成され、トレンチ２１ｂ内に埋め込まれた導電性材料によって配線パターン３２が形成される。

なお、図１−２（ｃ）では、第２マスク膜２３が加工される間だけエッチングを行っているため、層間絶縁膜２１の厚さの途中までホールパターン２１ａがハーフエッチングされていた。しかし、層間絶縁膜２１を厚さ方向に完全に貫通するまでエッチングを行うようにしてもよい。

第１の実施形態では、被加工膜上に、有機系の第１マスク膜２２と無機系の第２マスク膜２３を形成し、第２マスク膜２３上にホールパターン２４ａを有する第１レジストパターン２４を形成する。第１レジストパターン２４を不溶化した後、不溶化した第１レジストパターン２４１上にトレンチパターン２５ａを有する第２レジストパターン２５を形成する。第２レジストパターン２５は、ポリマー主鎖中にＳｉまたは金属を含有する高分子化合物によって構成される。そして、フルオロカーボン系ガスを主とするガスを用いたプラズマエッチングと酸素を主とするガスを用いたプラズマエッチングとを交互に行った。これによって、被加工膜にホールパターン２１ａと、このホールパターン２１ａに接続されるトレンチパターン２１ｂとを歩留まりよく形成することができるという効果を有する。また、第１の実施形態による方法では、被加工膜をエッチングすることができる厚さの第２レジストパターン２５を有している。そのため、トレンチパターンを層間絶縁膜２１に形成することができ、配線オープン欠陥の発生を抑制することができるという効果も有する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、マスク膜上に第１レジストパターンと第２レジストパターンとを積層させてパターン形成を行っている。そして、第１レジストパターンに、Ｓｉまたは金属をポリマー主鎖中に含まない第１感放射線性組成物を使用し、第２レジストパターンに、Ｓｉまたは金属をポリマー主鎖中に含む第２感放射線性組成物を使用した。第２の実施形態では、第１レジストパターンに、Ｓｉまたは金属をポリマー主鎖中に含む第２感放射線性組成物を使用し、第２レジストパターンに、Ｓｉまたは金属をポリマー主鎖中に含まない第１感放射線性組成物を使用する場合について説明する。

図２−１〜図２−２は、第２の実施形態によるパターン形成方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。パターン形成方法として、半導体装置のコンタクトと、このコンタクトに接続される配線と、デュアルダマシン法で形成する方法について説明する。

まず、図２−１（ａ）に示されるように、配線層１０上に、層間絶縁膜２１および反射防止膜５１を形成する。配線層１０と層間絶縁膜２１は、第１の実施形態で説明したものと同様である。層間絶縁膜２１の厚さとして、たとえば２００ｎｍとすることができる。反射防止膜５１は、吸光性物質と感放射線性の高分子化合物とを含む材料によって構成され、層間絶縁膜２１を加工する際のマスクとしても機能する。反射防止膜５１の厚さとしては、たとえば９０ｎｍとすることができる。

ついで、反射防止膜５１上に第１レジスト膜を形成する。第１レジスト膜は、第１の実施形態で説明した第２感放射線性組成物を塗布法などの方法で形成することによって得られる。第２感放射線性組成物は、酸素に対して耐性を有する感放射線性の高分子化合物を含むネガ型のレジストである。酸素に対して耐性を有する感放射線性の高分子化合物は、Ｓｉまたは金属をポリマー主鎖中に含有する。金属としては、Ｔｉ，Ｗ，Ａｌ，Ｔａ，Ｈｆ，ＺｒまたはＭｏなどを例示することができる。第２感放射線性組成物は、有機溶媒によって現像されるものであることが望ましい。第２レジスト膜の厚さとしては、２００ｎｍとすることができる。

その後、露光技術と現像技術とによって、第１レジスト膜をパターニングし、第１レジストパターン５２を形成する。ここでは、ホールパターン５２ａが形成される。具体的には、露光技術によって第１レジスト膜に潜像を形成する。露光は、たとえば可視光領域の波長の電磁波などの放射線を用いることができる。ついで、有機溶媒を用いた現像を行い、放射線が照射された領域が残されたパターンが形成される。現像液として、たとえばジエチルエーテル、テトラヒドロフラン、アニソール等のエーテル類、アセトン、メチルイソブチルケトン、２−ヘプタノン、シクロヘキサノン等のケトン類、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル類等が挙げられる。また、これらの有機溶媒を複数種類混合したものでもよく、用いるレジストに対して最適なものが選択される。現像は、所定の時間、第１レジスト膜を現像液に浸けることで行われる。これによって、所定の径のホールパターン５２ａを有する第１レジストパターン５２が形成される。

ついで、図２−１（ｂ）に示されるように、第１レジストパターン５２を第１感放射線性組成物の溶剤に対して不溶化させた第１レジストパターン５２１を形成する。不溶化処理として、第１の実施形態と同様に、熱処理またはエネルギ線の照射処理を例示することができる。

その後、図２−１（ｃ）に示されるように、不溶化した第１レジストパターン５２１上に第２レジスト膜を形成する。第２レジスト膜は、第１の実施形態で説明した第１感放射線性組成物を塗布法などの方法で形成することによって得られる。第１感放射線性組成物は、たとえばシクロヘキサノン、ＰＧＭＥＡおよびＰＧＭＥなどの群から選択される少なくとも１つの溶剤に、感放射線性の高分子化合物を溶質として溶解させたネガ型のレジストである。第１感放射線性組成物も、現像時に有機溶媒が使用されるものであることが望ましい。第２レジスト膜の厚さとしては、２００ｎｍとすることができる。

ついで、露光技術と現像技術とによって、第２レジスト膜をパターニングし、第２レジストパターン５３を形成する。ここでは、配線パターンを埋め込むためのトレンチパターン５３ａが形成される。トレンチパターン５３ａは、第１レジストパターン５２１に設けられたホールパターン５２ａと接続するように形成される。トレンチパターン５３ａは、孤立パターンでもよいし、ラインアンドスペース状のパターンでもよい。

以上によって、反射防止膜５１上には、ホールパターン５２ａが配置された第１レジストパターン５２１と、ホールパターン５２ａの上層に配置されたトレンチパターン５３ａを有する第２レジストパターン５３と、からなる段差を有するレジストパターンが形成される。その後、この段差を有するレジストパターンをマスクとして、ドライエッチングによって被加工膜が加工される。以下に、その詳細を説明する。

その後、図２−１（ｄ）に示されるように、第１レジストパターン５２１をマスクとして、酸素を主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、反射防止膜５１にホールパターン５１ａを転写する。ここでは、第２レジストパターン５３のトレンチ底に露出した領域の第１レジストパターン５２１の一部が除去される。

ついで、図２−２（ａ）に示されるように、ホールパターン５１ａが形成された反射防止膜５１をマスクとして、フルオロカーボン系ガスを主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、被加工膜である層間絶縁膜２１にホールパターン２１ａを転写する。このとき、第１レジストパターン５２１は、ポリマー主鎖中にＳｉまたは金属を含有するため、フルオロカーボン系ガスを主とするガスに対する耐性が、第２レジストパターン５３に比して低い。そのため、第２レジストパターン５３のトレンチ底に露出した領域の第１レジストパターン５２１が、第２レジストパターン５３よりも速く加工され除去される。すなわち、第１レジストパターン５２１に、トレンチパターン５２ｂが転写される。なお、第２レジストパターン５３のトレンチ底に露出した第１のレジストパターン５２１が除去されたタイミングでエッチングを止めることで、層間絶縁膜２１はハーフエッチングされて止まる。その結果、ホールパターン２１ａが転写された層間絶縁膜２１上に、ホールパターン５１ａを有する反射防止膜５１、トレンチパターン５２ｂ，５３ｂを有する第１レジストパターン５２１および第２レジストパターン５３が配置された構造となる。

その後、図２−２（ｂ）に示されるように、トレンチパターン５２ｂ，５３ｂを有する第１レジストパターン５２１と第２レジストパターン５３とをマスクとして、酸素を主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、トレンチパターン５１ｂを反射防止膜５１に転写する。その結果、ハーフエッチングされたホールパターン２１ａを有する層間絶縁膜２１上に、トレンチパターン５１ｂが形成された反射防止膜５１およびトレンチパターン５２ｂが形成された第１レジストパターン５２１が配置された構造となる。このとき、第２レジストパターン５３は、反射防止膜５１へのホールパターン５１ａおよびトレンチパターン５１ｂの転写によって消費され、消滅している。

ついで、図２−２（ｃ）に示されるように、トレンチパターン５２ｂを有する第１レジストパターン５２１およびトレンチパターン５１ｂを有する反射防止膜５１をマスクとして、フルオロカーボン系ガスを主とするガスを用いたプラズマエッチングを行い、トレンチパターン２１ｂを層間絶縁膜２１に転写する。このとき、予め形成されているホールパターン２１ａは、トレンチパターン２１ｂ形成と同時に加工が進み、トレンチパターン２１ｂよりも先に層間絶縁膜２１の下面に到達する。ホールパターン２１ａの基板到達と同時にプラズマエッチングを終了することで、ホールパターン２１ａはコンタクトホールとなり、トレンチパターン２１ｂはトレンチとなる。また、第１レジストパターン５２１は、ポリマー主鎖中にＳｉまたは金属を含有するため、フルオロカーボン系ガスに対してエッチング耐性が低い。そのため、層間絶縁膜２１の加工中に除去される。

その後、酸素を主とするガスを用いたプラズマに反射防止膜５１をさらすことによって、反射防止膜５１を除去する。そして、第１の実施形態の図１−３（ｂ）で示した処理が行われ、コンタクトホール２１ａ内に埋め込まれた導電性材料によってコンタクト３１が形成され、トレンチ２１ｂ内に埋め込まれた導電性材料によって配線パターン３２が形成される。

第２の実施形態でも、第１の実施形態と同様の効果を有する。

なお、上記した実施形態では、第１レジストパターン２４，５２と第２レジストパターン２５，５３のいずれか一方にＳｉまたは金属をポリマー主鎖中に含まない第１感放射線性組成物を使用し、他方にＳｉまたは金属をポリマー主鎖中に含む第２感放射線性組成物を使用する場合を説明した。しかし、第１レジストパターン２４，５２と第２レジストパターン２５，５３の両方に、Ｓｉまたは金属をポリマー主鎖中に含む感放射線性組成物を使用してもよい。この場合には、第１レジストパターン２４，５２と第２レジストパターン２５，５３のＳｉまたは金属の濃度（含有量）に差を設ければよい。Ｓｉまたは金属の濃度を、第２レジストパターン２５，５３の方が第１レジストパターン２４，５２よりも大きくした場合には、第１の実施形態と同様のパターン形成方法を適用することができる。また、Ｓｉまたは金属の濃度を、第１レジストパターン２４，５２の方が第２レジストパターン２５，５３よりも大きくした場合には、第２の実施形態と同様のパターン形成方法を適用することができる。

また、上記したパターン形成方法は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリなどの不揮発性半導体記憶装置、ＲｅＲＡＭなどの不揮発性記憶装置などで、コンタクトまたはビアと配線とを形成する際に用いることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０配線層、１１，２１層間絶縁膜、１２配線パターン、２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ，５１ａ，５２ａホールパターン、２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ，２５ａ，５１ｂ，５２ｂ，５３ｂ，５３ａトレンチパターン、２２第１マスク膜、２３第２マスク膜、２４，５２，２４１，５２１第１レジストパターン、２５，５３第２レジストパターン、３１コンタクト、３２配線パターン、５１反射防止膜。

Claims

被加工膜上に第１感放射線性組成物に由来する第１レジスト膜を形成し、
前記第１レジスト膜を露光および現像して、第１レジストパターンを形成し、
前記第１レジストパターンに第２感放射線性組成物の溶剤に対して不溶化する不溶化処理を実施し、
前記第１レジストパターン上に、前記第２感放射線性組成物に由来する第２レジスト膜を形成し、
前記第２レジスト膜を露光および現像して、第２レジストパターンを形成し、
ここで、前記第１感放射線性組成物および前記第２感放射線性組成物の少なくともいずれか一方が、酸素に対する耐性を有する高分子化合物であるパターン形成方法。
前記酸素に対する耐性を有する高分子化合物は、ポリマー主鎖中にＳｉまたは金属を含む請求項１に記載のパターン形成方法。
前記金属は、Ｔｉ，Ｗ，Ａｌ，Ｔａ，Ｈｆ，ＺｒおよびＭｏの群から選択される少なくとも１つの元素である請求項２に記載のパターン形成方法。
前記第１レジスト膜の現像と前記第２レジスト膜の現像とは、有機溶媒を用いて行う請求項１に記載のパターン形成方法。
前記不溶化処理は、前記第１レジストパターンを加熱する処理あるいは前記第１レジストパターンにエネルギ線を照射する処理である請求項１に記載のパターン形成方法。