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特開2024-1821パターン形成方法、テンプレートの製造方法および半導体装置の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024001821
(43)【公開日】2024-01-10
(54)【発明の名称】パターン形成方法、テンプレートの製造方法および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H10B 43/27 20230101AFI20231227BHJP
H01L 21/336 20060101ALI20231227BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20231227BHJP
【ＦＩ】
H01L27/11582
H01L29/78 371
H01L21/302 105A
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022100723
(22)【出願日】2022-06-22
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000408
【氏名又は名称】弁理士法人高橋・林アンドパートナーズ
(72)【発明者】
【氏名】寺山 正敏
【テーマコード（参考）】
5F004
5F083
5F101
【Ｆターム（参考）】
5F004AA16
5F004DB01
5F004DB03
5F004EA01
5F004EA03
5F004EA05
5F004EA37
5F083EP18
5F083EP22
5F083EP32
5F083EP76
5F083ER21
5F083GA10
5F083GA27
5F083JA04
5F083JA19
5F083JA39
5F083JA40
5F083MA06
5F083MA16
5F083PR03
5F083PR21
5F101BA46
5F101BB02
5F101BD16
5F101BD22
5F101BD30
5F101BD34
5F101BE07
5F101BH02
5F101BH14
(57)【要約】
【課題】製造効率および精度を向上したパターン形成方法、テンプレートの製造方法および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】パターン形成方法は、第１層と接する第２層の第１層とは反対側の面に、傾斜部に凹部を備える第１パターンを形成し、第２層をマスクとして第１層の一部を除去する第１のエッチングを行う、ことを含む。パターンを形成することは、面に傾斜部を形成し、傾斜部に第１層を露出する凹部を形成することで第２パターンを形成する、ことを含んでもよい。
【選択図】図１
【解決手段】パターン形成方法は、第１層と接する第２層の第１層とは反対側の面に、傾斜部に凹部を備える第１パターンを形成し、第２層をマスクとして第１層の一部を除去する第１のエッチングを行う、ことを含む。パターンを形成することは、面に傾斜部を形成し、傾斜部に第１層を露出する凹部を形成することで第２パターンを形成する、ことを含んでもよい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１層上に設けられた第２層の前記第１層とは反対側の面に、傾斜部と前記傾斜部に設けられた凹部とを備える第１パターンを形成し、
前記第２層をマスクとして前記第１層の一部を除去する第１のエッチングを行うことで前記第1層に第２パターンを形成する、
ことを含む、パターン形成方法。
前記第２層をマスクとして前記第１層の一部を除去する第１のエッチングを行うことで前記第1層に第２パターンを形成する、
ことを含む、パターン形成方法。
【請求項2】
前記第１パターンを形成することは、
前記面に前記傾斜部を形成し、
前記傾斜部に前記第１層を露出する前記凹部を形成する、
ことを含む、請求項１に記載のパターン形成方法。
前記面に前記傾斜部を形成し、
前記傾斜部に前記第１層を露出する前記凹部を形成する、
ことを含む、請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項3】
前記第１のエッチングによって前記第２層が除去されて前記第１層が露出する前に、前記第２層の一部を除去する第２のエッチングを行う、
ことを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
ことを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項4】
前記第２層は、前記第１層と接する第１膜と前記第１膜と接する第２膜を含み、
前記第２膜は前記第１膜より前記第１のエッチングにおける加工速度が大きい、
ことを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
前記第２膜は前記第１膜より前記第１のエッチングにおける加工速度が大きい、
ことを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項5】
前記第１のエッチングによって前記第１膜の一部を露出し、
前記第１膜の一部を除去する第３のエッチングを行う、
ことを含む、請求項４に記載のパターン形成方法。
前記第１膜の一部を除去する第３のエッチングを行う、
ことを含む、請求項４に記載のパターン形成方法。
【請求項6】
前記第１パターンは、前記第１のエッチングにおける前記第１層と前記第２層の加工速度、前記第２パターンの配置、前記第２パターンの階調数、前記第２パターンの高さ、前記第２パターンの深さ、前記第２のエッチングにおける前記第２層の加工量バッファ、の何れか一つ以上によって設定される、請求項３に記載のパターン形成方法。
【請求項7】
前記第１パターンは、前記第１のエッチングにおける前記第１層と前記第２層の加工速度、前記第２パターンの配置、前記第２パターンの階調数、前記第２パターンの高さ、前記第２パターンの深さ、前記第３のエッチングにおける前記第１膜と前記第２膜の加工速度、前記第３のエッチングにおける前記第２膜の加工量バッファ、の何れか一つ以上によって設定される、請求項５に記載のパターン形成方法。
【請求項8】
前記第１パターンを形成することは、
前記第２層の上に傾斜を有する第１樹脂層を形成し、
前記第２層に前記傾斜を転写して前記傾斜部を形成し、
前記第２層の上に前記傾斜部を露出する凹部を有する第２樹脂層を形成し、
前記第２樹脂層をマスクとして前記第２層の一部を除去する、
ことを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
前記第２層の上に傾斜を有する第１樹脂層を形成し、
前記第２層に前記傾斜を転写して前記傾斜部を形成し、
前記第２層の上に前記傾斜部を露出する凹部を有する第２樹脂層を形成し、
前記第２樹脂層をマスクとして前記第２層の一部を除去する、
ことを含む、請求項２に記載のパターン形成方法。
【請求項9】
前記第２層は、前記第１層と接する第１膜と前記第１膜と接する第２膜を含み、
前記第１パターンを形成することは、
前記第２膜に前記第１膜を露出する前記凹部を形成し、
前記第２膜に前記傾斜部を形成する、
ことを含む、請求項１に記載のパターン形成方法。
前記第１パターンを形成することは、
前記第２膜に前記第１膜を露出する前記凹部を形成し、
前記第２膜に前記傾斜部を形成する、
ことを含む、請求項１に記載のパターン形成方法。
【請求項10】
前記第１パターンを形成することは、
前記第２膜の上に前記第２膜を露出する凹部を有する第２樹脂層を形成し、
前記第２樹脂層をマスクとして前記第２層の一部を除去し、
前記第２膜の上に傾斜を有する第１樹脂層を形成し、
前記第２膜に前記傾斜を転写して前記傾斜部を形成する、
ことを含む、請求項９に記載のパターン形成方法。
前記第２膜の上に前記第２膜を露出する凹部を有する第２樹脂層を形成し、
前記第２樹脂層をマスクとして前記第２層の一部を除去し、
前記第２膜の上に傾斜を有する第１樹脂層を形成し、
前記第２膜に前記傾斜を転写して前記傾斜部を形成する、
ことを含む、請求項９に記載のパターン形成方法。
【請求項11】
基板上に設けられた第１層の前記基板とは反対側の面に、傾斜部と前記傾斜部に設けられた凹部とを備える第１パターンを形成し、
前記第１層をマスクとして前記基板の一部を除去する第１のエッチングを行うことで前記基板に第２パターンを形成する、
ことを含む、テンプレートの製造方法。
前記第１層をマスクとして前記基板の一部を除去する第１のエッチングを行うことで前記基板に第２パターンを形成する、
ことを含む、テンプレートの製造方法。
【請求項12】
基板上に設けられた第１層の前記基板とは反対側の面に、傾斜部と前記傾斜部に設けられた凹部とを備える第１パターンを形成し、前記第１層をマスクとして前記基板の一部を除去する第１のエッチングを行うことで前記基板に第２パターンを形成する、ことを含む、パターン形成方法を用いて製造したテンプレートと、半導体基板上に複数の第３層と、複数の絶縁層とが交互に積層する積層体と、を準備し、
前記積層体を覆うように絶縁体を塗布し、
前記テンプレートを押印することで、前記絶縁体に前記複数の第３層の１つを露出する第１ホールと、前記第１ホールとは深さが異なり前記複数の第３層の他の１つを露出する第２ホールと、を形成し、
前記第１ホールと前記第２ホールに、導電体を形成すること、
を含む半導体装置の製造方法。
前記積層体を覆うように絶縁体を塗布し、
前記テンプレートを押印することで、前記絶縁体に前記複数の第３層の１つを露出する第１ホールと、前記第１ホールとは深さが異なり前記複数の第３層の他の１つを露出する第２ホールと、を形成し、
前記第１ホールと前記第２ホールに、導電体を形成すること、
を含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の実施形態はパターン形成方法、テンプレートの製造方法および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置として、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリを用いた半導体パッケージが知られている。このようなＮＡＮＤ型フラッシュメモリを大容量化するために、多くのメモリセルを積層した構成をとる３次元ＮＡＮＤ型フラッシュメモリが実用化されている。それぞれのメモリセルに接続される複数の導電層は基板上に積層され、駆動回路などに接続される。
【0003】
基板上に積層される複数の導電層のそれぞれと接続するコンタクトは積層方向に多階調なパターンを有する。このため、多階調のテンプレートをレジストに押印してパターンを形成するナノインプリントリソグラフィが有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－１２００２３号公報
【特許文献2】米国特許出願公開第２０１９／００７４１８１号明細書
【特許文献3】米国特許第１０２７４８２２号明細書
【特許文献4】米国特許出願公開第２０１７／０２６３４４５号明細書
【特許文献5】米国特許出願公開第２０１８／０２２４７４０号明細書
【特許文献6】米国特許第９１４７６８７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本開示に係る実施形態は、製造効率および精度を向上したパターン形成方法、テンプレートの製造方法および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
一実施形態に係るパターン形成方法は、第１層と接する第２層の第１層とは反対側の面に、傾斜部に凹部を備える第１パターンを形成し、第２層をマスクとして第１層の一部を除去する第１のエッチングを行うことで第２パターンを形成する、ことを含む。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】一実施形態に係るテンプレートのパターンの構成を示す断面図である。
【図2】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図3】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図4】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図5】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図6】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図7】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図8】一実施形態に係る半導体装置の全体構成を示す斜視図である。
【図9】一実施形態に係る半導体装置のメモリセル領域ＭＣＲとコンタクト領域ＨＵＲの構成を示す斜視図である。
【図10】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の構成を示す断面図である。
【図11】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法を示す断面図である。
【図12】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法を示す断面図である。
【図13】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法を示す断面図である。
【図14】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法を示す断面図である。
【図15】一実施形態に係るテンプレートのパターンの構成を示す断面図である。
【図16】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図17】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図18】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図19】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図20】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図21】一実施形態に係る積層配線構造体の構成を示す断面図である。
【図22】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法を示す断面図である。
【図23】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法を示す断面図である。
【図24】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法を示す断面図である。
【図25】一実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法を示す断面図である。
【図26】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図27】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図28】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図29】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図30】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図31】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図32】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図33】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図34】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図35】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図36】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図37】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図38】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図39】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図40】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図41】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図42】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【図43】一実施形態に係るテンプレートのパターン形成方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本実施形態に係るパターン形成方法、テンプレートの製造方法および半導体装置の製造方法について図面を参照して具体的に説明する。以下の説明において、略同一の機能及び構成を有する要素について、同一符号又は同一符号の後にアルファベットが追加された符号が付されており、必要な場合にのみ重複して説明する。以下に示す各実施形態は、この実施形態の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示する。一実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。これら実施形態やその変形例は、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。
【0009】
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図面において、既出の図面に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
【0010】
本明細書において「αはＡ、Ｂ又はＣ」を含む、といった表現は、特に明示が無い限り、αがＡ～Ｃの複数の組み合わせを含む場合を排除しない。さらに、これらの表現は、αが他の要素を含む場合も排除しない。
【0011】
本明細書において、水平とは基板の底面と平行な方向（ＸＹ方向）を指し、鉛直とは前記水平方向に対して略垂直な方向（Ｚ方向）を指す場合がある。
【0012】
以下の各実施形態は、技術的な矛盾を生じない限り、互いに組み合わせることができる。
【0013】
以下の各実施形態では、パターンを形成する基板としてナノインプリントリソグラフィに用いるテンプレートを例示して説明するが、本開示の技術をテンプレート以外のパターンの形成にも適用することができる。また、以下の各実施形態では、テンプレートを用いた半導体装置の製造方法を例示して説明するが、本開示の技術を半導体装置以外の製造方法にも適用することができる。
＜第１実施形態＞
［テンプレートの構成］
図１は、テンプレート１の構成を示す断面図である。テンプレート１は、第１面Ａにパターン２を有する。パターン２は、第１面Ａの外周部Ａ１より内側に形成される。すなわち、第１面Ａの外周部Ａ１は、第１面Ａとは反対側の第２面Ｂと略平行である。しかしながらこれに限定されず、パターン２は、第１面Ａの任意の領域に形成することができる。パターン２は、外周部Ａ１の任意の２辺より内側に形成されることが好ましい。テンプレート１の材料は、例えば、クオーツである。しかしながらこれに限定されず、テンプレート１の材料は、例えば、シリコンなどであってもよい。
［パターンの構成］
パターン２は、傾斜部Ｃに凹部Ｄを備える。傾斜部Ｃは、第１面Ａと凹部Ｄの底面Ｅと交差する仮想面（鎖線）を有する。仮想面（鎖線）の形状は略平面である。しかしながらこれに限定されず、仮想面（鎖線）は、第１面Ａから凹部Ｄの底面Ｅまで、なだらかな曲面で交差してもよいし、２つ以上の平面で交差してもよいし、平面と曲面の組み合わせで交差してもよい。２つ以上の面で交差する場合、それぞれの面は異なる角度で交差してもよく、反対向きの傾斜を有していてもよい。仮想面（鎖線）は、第１面Ａと凹部Ｄの底面Ｅとの間に位置すればよい。傾斜部Ｃの仮想面（鎖線）と凹部Ｄの底面Ｅとは鋭角に交差してもよい。底面Ｅと第１面Ａとは側壁Ｇで接続される。側壁Ｇは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略垂直に底面Ｅと第１面Ａとを接続する。
＜第１実施形態＞
［テンプレートの構成］
図１は、テンプレート１の構成を示す断面図である。テンプレート１は、第１面Ａにパターン２を有する。パターン２は、第１面Ａの外周部Ａ１より内側に形成される。すなわち、第１面Ａの外周部Ａ１は、第１面Ａとは反対側の第２面Ｂと略平行である。しかしながらこれに限定されず、パターン２は、第１面Ａの任意の領域に形成することができる。パターン２は、外周部Ａ１の任意の２辺より内側に形成されることが好ましい。テンプレート１の材料は、例えば、クオーツである。しかしながらこれに限定されず、テンプレート１の材料は、例えば、シリコンなどであってもよい。
［パターンの構成］
パターン２は、傾斜部Ｃに凹部Ｄを備える。傾斜部Ｃは、第１面Ａと凹部Ｄの底面Ｅと交差する仮想面（鎖線）を有する。仮想面（鎖線）の形状は略平面である。しかしながらこれに限定されず、仮想面（鎖線）は、第１面Ａから凹部Ｄの底面Ｅまで、なだらかな曲面で交差してもよいし、２つ以上の平面で交差してもよいし、平面と曲面の組み合わせで交差してもよい。２つ以上の面で交差する場合、それぞれの面は異なる角度で交差してもよく、反対向きの傾斜を有していてもよい。仮想面（鎖線）は、第１面Ａと凹部Ｄの底面Ｅとの間に位置すればよい。傾斜部Ｃの仮想面（鎖線）と凹部Ｄの底面Ｅとは鋭角に交差してもよい。底面Ｅと第１面Ａとは側壁Ｇで接続される。側壁Ｇは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略垂直に底面Ｅと第１面Ａとを接続する。
【0014】
傾斜部Ｃは凹部Ｄを備える。凹部Ｄは、側面Ｆおよび側面Ｆ同士を接続する底面Ｅを備える。凹部Ｄの側面Ｆは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略垂直に上面ｃを接続する。凹部Ｄの底面Ｅは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略平行な一面上で凹部Ｄの側面Ｆ同士を接続する。言い換えると、パターン２は、底面Ｅに複数の凸部Ｈを備える。凸部Ｈは、側面Ｆおよび側面Ｆ同士を接続する上面ｃを備える。凸部Ｈの側面Ｆは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略垂直に上面ｃを接続する。凸部Ｈの上面ｃは、仮想面（鎖線）に沿って凸部Ｈの側面Ｆ同士を接続する。すなわち、凸部Ｈの上面ｃは、第１面Ａと同じ高さまたは第１面Ａより低い。
【0015】
本実施形態に係るパターン２は、凹部Ｄの底面Ｅに高さ（階調）の異なる複数の凸部Ｈを備える。図１においては、１つの凹部Ｄに７つの凸部Ｈを示した。しかしながら凸部Ｈの数はとくに限定されず、パターン２は、凹部Ｄの底面Ｅに高さの異なる２つ以上の凸部Ｈを備えればよい。パターン２は、底面Ｅに凸部Ｈが配置されない領域があってもよい。本実施形態に係る凸部Ｈはいずれも円柱形状である。しかしながら凸部Ｈの形状はとくに限定されず、凸部Ｈは、角柱形状であってもよいし、壁形状であってもよい。例えば、凹部Ｄは、壁形状の凸部Ｈによって複数に分かれていてもよい。この場合、複数の凹部Ｄの底面Ｅは第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略平行な１面上に配置されればよい。なお図１では紙面左右方向に異なる高さの凸部Ｈを示したが、本実施形態に係るパターン２は紙面奥行き方向にも適用することもできる。
［パターンの形成方法］
図２～図７を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法、特にテンプレートのパターンの形成方法について説明する。なお図２～図７では紙面左右方向に異なる高さの凸部Ｈを形成する例を示すが、本実施形態に係るパターン２の形成方法は紙面奥行き方向にも適用することもできる。
［パターンの形成方法］
図２～図７を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法、特にテンプレートのパターンの形成方法について説明する。なお図２～図７では紙面左右方向に異なる高さの凸部Ｈを形成する例を示すが、本実施形態に係るパターン２の形成方法は紙面奥行き方向にも適用することもできる。
【0016】
図２に示すように、第１層１００、第２層２００、および第３層３００（第１樹脂層）がこの順に積層された積層体を準備する。積層体の製造方法は特に限定しない。第１層１００、第２層２００、および第３層３００は、互いに接するように形成される。本実施形態において第１層１００の材料はクオーツを例示したが、第１層１００の材料はこれに限定されず、例えば、シリコンであってもよい。第２層２００はハードマスクとして機能すればよく、第２層２００の材料は、例えば、カーボンまたはシリコンを含む化合物であってもよい。または、第２層２００の材料は、クロムまたはタンタルを含む金属化合物であってもよい。第３層３００はレジストとして機能すればよく、第３層３００の材料は、例えば、感光剤入りの樹脂であってもよい。
【0017】
第２層２００と接する第３層３００の第２層２００とは反対側の面３０１に、傾斜部Ｃ３を形成する。傾斜部Ｃ３の形成方法はとくに限定しない。傾斜部Ｃ３は、例えば、ナノインプリントリソグラフィによって形成してもよく、フォトリソグラフィによって露光量に勾配をつけて形成してもよく、レーザ照射によってエネルギー量に勾配をつけて形成してもよい。傾斜部Ｃ３は、面３０１の外周部３０２より内側に形成される。すなわち、面３０１の外周部３０２は、第１層１００の第２層２００とは反対側の面Ｂと略平行である。しかしながらこれに限定されず、傾斜部Ｃ３は、面３０１の任意の領域に形成することができる。傾斜部Ｃ３は、外周部３０２の任意の２辺より内側に形成されることが好ましい。また、第３層３００の面３０１には、傾斜部Ｃ３以外の構造が形成されてもよく、例えば、第２層２００を露出する凹部などと組み合わされてもよい。
【0018】
図３に示すように、傾斜部Ｃ３を備える第３層３００をマスクとして第２層２００を加工する。第２層２００には、第３層３００と第２層２００の加工速度（エッチングレート）で決定される傾斜部Ｃ２が転写される。例えば、第３層３００のほうが第２層２００より加工速度が大きければ、第２層２００の第１層１００と接する面２０２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２は、第３層３００の第２層２００と接する面３０２と傾斜部Ｃ３とのなす角度θ３より小さくなる。例えば、第２層２００のほうが第３層３００より加工速度が大きければ、第２層２００の面２０２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２は、第３層３００の面３０２と傾斜部Ｃ３とのなす角度θ３より大きくなる。
【0019】
図４に示すように、傾斜部Ｃ２を備える第２層２００の上に、傾斜部Ｃ２を埋めるように第４層４００（第２樹脂層）を形成する。第４層４００はレジストとして機能すればよく、第４層４００の材料は、例えば、感光剤入りの樹脂であってもよい。
【0020】
図５に示すように、第２層２００と接する第４層４００の第２層２００とは反対側の面４０１に、凹部Ｄ４を形成する。凹部Ｄ４は、第２層２００の傾斜部Ｃ２をストッパとして傾斜部Ｃ２の上に形成される。凹部Ｄ４は、第２層２００の傾斜部Ｃ２を露出する。凹部Ｄ４の形成方法はとくに限定しない。凹部Ｄ４は、例えば、凹部Ｄ４の上面パターンを有するマスクを用いたフォトリソグラフィによって形成してもよい。
【0021】
図６に示すように、凹部Ｄ４を備える第４層４００をマスクとして第２層２００を加工する。第２層２００の傾斜部Ｃ２には、第１層１００の面Ｂとは反対側の面Ａをストッパとして凹部Ｄ２が転写され、傾斜部Ｃ２に凹部Ｄ２を備えるパターン３が形成される。凹部Ｄ２は、凹部Ｄ２の底部に第１層１００の面Ａを露出する。第４層４００の厚さは、この第４層４００と第２層２００の加工速度および第２層２００の厚さによって適宜設定される。その後、残存した第４層４００を剥離する。本実施形態に係るパターン形成方法は、第２層２００の傾斜部Ｃ２に凹部Ｄ２を形成することで、第１層１００の面Ａの上に高さの異なる凸部Ｈ２を有するパターン３を形成することができる。
【0022】
図７に示すように、パターン３を備える第２層２００をマスクとして第１層１００を加工（第１のエッチング）する。パターン３の凹部Ｄ２によって露出される第１層１００は、第１のエッチングによってエッチングされる。このとき、第２層２００も、第１のエッチングによって減少する。第１のエッチングは、例えば、フッ素系の反応ガスを用いたＲＩＥであってもよい。
【0023】
第１層１００の面Ａには、第１層１００と第２層２００の加工速度で決定される傾斜部Ｃに凹部Ｄを備えるパターン２が転写される。例えば、第１層１００のほうが第２層２００より加工速度が大きければ、凹部Ｄの底面Ｅと傾斜部Ｃとのなす角度θは、第２層２００の面２０２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２より大きくなり、面Ａから底面Ｅまでの凹部Ｄの深さは、面２０１から面２０２までの凹部Ｄ２の深さより大きくなる。すなわち、パターン３を積層方向に拡張した、底面Ｅに高さの異なる凸部Ｈを有するパターン２を形成することができる。第２層２００の厚さおよび第２層２００の面２０２と傾斜部Ｃ２のなす角度θ２（パターン３の階調数）は、第１のエッチングにおける第１層１００と第２層２００の加工速度、パターン２の凹部Ｄまたは凸部Ｈの配置、凹部Ｄの底面Ｅと傾斜部Ｃのなす角度θ（パターン２の階調数）、底面Ｅから面Ａまでの高さ（パターン２の高さ）、面Ａから底面Ｅまでの凹部Ｄの深さ（パターン２の深さ）、および第１のエッチングにおける第１層１００の加工量の制御精度などによって適宜設定される。その後、残存した第２層２００を剥離することで、図１に示すテンプレート１を製造することができる。
【0024】
本実施形態に係るテンプレートの製造方法においては、凹部Ｄの底面Ｅに高さ（階調）の異なる複数の凸部Ｈを備えるパターン２の形成効率および精度を向上することができる。
［半導体装置の全体構成］
本実施形態に係る半導体装置の全体構成について、図８を用いて説明する。図８は本実施形態にかかる半導体装置１０の各要素の配置を示した斜視図である。
［半導体装置の全体構成］
本実施形態に係る半導体装置の全体構成について、図８を用いて説明する。図８は本実施形態にかかる半導体装置１０の各要素の配置を示した斜視図である。
【0025】
半導体装置１０はＮＡＮＤ型フラッシュメモリ装置であり、半導体基板１１上に形成される。半導体基板１１上にはメモリセル領域ＭＣＲおよびコンタクト領域ＨＵＲが区画されている。メモリセル領域ＭＣＲには３次元に積層された複数のメモリセルを含むメモリセルアレイ１６が形成されている。具体的には、半導体基板１１の表面に対して垂直方向にソース側セレクトゲートトランジスタ、多数（例えば６４個）のメモリセルトランジスタ、及びドレイン側セレクトゲートトランジスタが直列に接続されてメモリストリングを構成している。なお、直列に接続された多数のメモリセルトランジスタの両端、または多数のメモリセルトランジスタ間の一部に、ダミーセルトランジスタを含んでも良い。メモリセルアレイ１６は、各トランジスタに接続されたソース側セレクトゲート線、ワード線、ドレイン側セレクトゲート線となる複数の導電層が、それぞれ絶縁層を介して積層された積層体を含む。複数の導電層はコンタクト領域ＨＵＲに延在して積層配線構造体１７が形成されている。メモリセルアレイ１６上には、図示しないビット線が設けられ、周辺回路１８に接続される。積層配線構造体１７上には、図示しない配線が設けられ、周辺回路１８に接続される。
【0026】
半導体基板１１上はさらに周辺回路領域ＰＥＲが区画されている。周辺回路領域ＰＥＲには周辺回路１８が形成される。周辺回路１８は、多数のＣＭＯＳトランジスタを有する。周辺回路１８は、メモリセルに接続された各ワード線を駆動する駆動回路、各ワード線を選択するデコーダ回路、読出時にビット線電位をセンスするセンスアンプ、及び書込時にビット線に電圧を供給するビット線電位制御回路を含むカラム系回路等を有する。なお、図８において周辺回路領域ＰＥＲの配線は省略する。半導体基板１１は、チップ外部と信号のやりとりや電源の供給をうけるところのパッド列１９を有する。
［メモリセル領域ＭＣＲ及びコンタクト領域ＨＵＲの構成］
図９は本実施形態に係る半導体装置のメモリセル領域ＭＣＲとコンタクト領域ＨＵＲの構成を示す斜視図である。図が錯綜するのを防ぐため、導電性を有する部材を示し、絶縁性を有する部材を省略してある。図９で部材が示されていない部分には、二酸化シリコン等の絶縁材料を用いて絶縁されている。
［メモリセル領域ＭＣＲ及びコンタクト領域ＨＵＲの構成］
図９は本実施形態に係る半導体装置のメモリセル領域ＭＣＲとコンタクト領域ＨＵＲの構成を示す斜視図である。図が錯綜するのを防ぐため、導電性を有する部材を示し、絶縁性を有する部材を省略してある。図９で部材が示されていない部分には、二酸化シリコン等の絶縁材料を用いて絶縁されている。
【0027】
メモリセル領域ＭＣＲには、シリコン単結晶を用いた半導体基板１１上にメモリセルアレイ１６が形成されている。メモリセルアレイ１６は、半導体基板１１の表面に対して略平行に伸びる導電層７１、導電層７２、導電層７３、および導電層７４（導電層７１から導電層７４を区別しないときには導電層７０とする）を有する。メモリセルアレイ１６は、これら複数の導電層７０がそれぞれ絶縁層を介して積層された積層体を有する。図中では導電層が４層しか示されていないが、３３層、６５層というようにさらに多数の層が積層される。これら導電層はトランジスタに接続されたソース側セレクトゲート線、ワード線、またはドレイン側セレクトゲート線に対応する。
【0028】
メモリセル領域ＭＣＲには、複数の導電層と複数の絶縁層とを貫通するメモリピラー４０が形成される。メモリピラー４０は円筒状であり、外周側から中心側に向かって、二酸化シリコン膜を含むブロック絶縁膜、窒化シリコン膜を含む電荷蓄積膜、二酸化シリコン膜を含むトンネル絶縁膜、アモルファス又は多結晶シリコン膜を含む半導体チャネル、二酸化シリコン膜が積層されている。セレクトゲート線、またはワード線に対応する導電層７１、７２、７３、７４と半導体チャネルの間に位置する電荷蓄積膜の一部は、キャリアをトラップする不揮発性のメモリセルの一部として機能する。
【0029】
コンタクト領域ＨＵＲには、シリコン単結晶を用いた半導体基板１１上に積層配線構造体１７が形成されている。コンタクト領域ＨＵＲにも、メモリセル領域ＭＣＲから延在する複数の絶縁層と複数の導電層とが形成されている。積層配線構造体１７は、半導体基板１１の表面に対して略平行に伸びる導電層７１、導電層７２、導電層７３、および導電層７４を有する。積層配線構造体１７は、これら複数の導電層７０がそれぞれ絶縁層を介して積層された積層体を有する。図中では導電層が４層しか示されていないが、３３層、６５層というようにさらに多数の層が積層されることは前述したとおりである。そして、これら複数の導電層７０はコンタクト領域ＨＵＲにおいては、ソース側セレクトゲート線、ワード線、またはドレイン側セレクトゲート線から引き出された配線に対応する。
【0030】
コンタクト領域ＨＵＲにおいて、セレクトゲート線、またはワード線から引き出された配線に対応する導電層７１、７２、７３、７４は、下層の導電層の一部を露出するように階段構造に形成されている。導電層７１、７２、７３、７４は、階段構造で露出される領域においてそれぞれ対応するコンタクトプラグ５１、５２、５３、５４（ここでコンタクトプラグ５１からコンタクトプラグ５４を区別しないときにはコンタクトプラグ５０とする）に接続される。ここで導電層７１はコンタクトプラグ５１に接続され、導電層７２はコンタクトプラグ５２に接続され、導電層７３はコンタクトプラグ５３に接続され、導電層７４はコンタクトプラグ５４に接続される。図中ではコンタクトプラグ５０が４本しか示されていないが、例えば、複数の導電層と同じ数だけ配置される。各コンタクトプラグ５０は、図示しない絶縁体を貫通するコンタクトホールを介して積層配線構造体１７の上に引き出される。
［積層配線構造体の構成］
図１０は、積層配線構造体１７の構成を示す断面図である。積層配線構造体１７は、半導体基板１１上に積層された絶縁層３１、導電層７１、絶縁層３２、導電層７２、絶縁層３３、導電層７３、絶縁層３４、導電層７４、絶縁層３５、導電層７５、絶縁層３６、導電層７６、絶縁層３７、導電層７７（ここで導電層７１から導電層７７を区別しないときには導電層７０とし、絶縁層３１から絶縁層３７を区別しないときには絶縁層３０とする）を有する。複数の導電層７０と複数の絶縁層３０とはそれぞれ１層ずつ交互に、半導体基板１１の主面に対して垂直な方向（積層方向）に周期的に積層されている。半導体基板１１と最下層の導電層７１との間にも絶縁層３１が形成されている。最上層の導電層７７の上には絶縁体６０が形成されている。絶縁体６０は絶縁層３１から絶縁層３７よりも積層方向に厚くてもよい。
［積層配線構造体の構成］
図１０は、積層配線構造体１７の構成を示す断面図である。積層配線構造体１７は、半導体基板１１上に積層された絶縁層３１、導電層７１、絶縁層３２、導電層７２、絶縁層３３、導電層７３、絶縁層３４、導電層７４、絶縁層３５、導電層７５、絶縁層３６、導電層７６、絶縁層３７、導電層７７（ここで導電層７１から導電層７７を区別しないときには導電層７０とし、絶縁層３１から絶縁層３７を区別しないときには絶縁層３０とする）を有する。複数の導電層７０と複数の絶縁層３０とはそれぞれ１層ずつ交互に、半導体基板１１の主面に対して垂直な方向（積層方向）に周期的に積層されている。半導体基板１１と最下層の導電層７１との間にも絶縁層３１が形成されている。最上層の導電層７７の上には絶縁体６０が形成されている。絶縁体６０は絶縁層３１から絶縁層３７よりも積層方向に厚くてもよい。
【0031】
各々の導電層７０は単層である。つまり、１層の導電層７０について断面形状を観察した場合、導電層７０の膜厚方向（Ｚ方向）に単一の材料が連続していてよい。また、１層の導電層７０内部に界面は存在しなくてよい。または、導電層７０は、バリアメタル層と金属層の２層であってもよい。導電層７０の材料は、例えば、タングステンであってもよい。バリアメタル層は、例えば、窒化チタン（ＴｉＮ）または窒化タンタル（ＴａＮ）であってもよい。積層方向に隣接する導電層７０は互いに絶縁されていればよく、絶縁層３０の材料は例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）などの酸化シリコンであってもよい。絶縁層３０は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置を用いて堆積される。
【0032】
複数の導電層７０および複数の絶縁層３０はそれぞれ、下層の導電層７０の一部を露出するように階段構造に形成されている。積層体の階段構造の上には階段構造を包埋する絶縁体６０が形成されている。絶縁体６０の材料は例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、Ｔ
ＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）などの酸化シリコンであってもよい。
ＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）などの酸化シリコンであってもよい。
【0033】
絶縁体６０には、導電層７１から導電層７７の一部を露出する複数のコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７（ここでコンタクトホールＣＨ１からコンタクトホールＣＨ７を区別しないときにはコンタクトホールＣＨとする）が形成されている。コンタクトホールＣＨは、対応する導電層７０まで、絶縁体６０を貫通して形成されている。コンタクトホールＣＨは、階段構造において対応する導電層７０を底部に露出する。すなわち、コンタクトホールＣＨはそれぞれ、半導体装置上面からの深さが異なる。
【0034】
コンタクトホールＣＨ１からコンタクトホールＣＨ７には、コンタクトプラグ５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７（ここでコンタクトプラグ５１からコンタクトプラグ５７を区別しないときにはコンタクトプラグ５０とする）が形成される。コンタクトプラグ５０はコンタクトホールＣＨの底部において対応する導電層７０に接続される。各コンタクトプラグ５０は、対応する導電層７０の上に配置される絶縁体６０を貫通するコンタクトホールＣＨを介して積層配線構造体１７の上（基板１１とは反対側）に引き出される。具体的には、コンタクトプラグ５１はコンタクトホールＣＨ１を介して導電層７１と接続され、コンタクトプラグ５２はコンタクトホールＣＨ２を介して導電層７２と接続され、コンタクトプラグ５３はコンタクトホールＣＨ３を介して導電層７３と接続され、コンタクトプラグ５４はコンタクトホールＣＨ４を介して導電層７４と接続され、コンタクトプラグ５５はコンタクトホールＣＨ５を介して導電層７５と接続され、コンタクトプラグ５６はコンタクトホールＣＨ６を介して導電層７６と接続され、コンタクトプラグ５７はコンタクトホールＣＨ７を介して導電層７７と接続される。すなわち、各コンタクトホールＣＨおよび各コンタクトプラグ５０はそれぞれ、絶縁体６０上面からの長さが異なる。コンタクトプラグ５０はいずれも円柱形であるが、コンタクトプラグ５０の形状は特に限定しない。コンタクトプラグ５０の材料は、例えば、タングステンなどの金属であってもよい。
【0035】
導電層７０のコンタクトプラグ５０が接続されるコンタクト領域には、コンタクトホールＣＨを形成するテンプレートの先端の形状に対応する境界７０ａがあってもよい。境界７０ａは、それぞれの導電層７０の中（上面と下面の間）に配置されてもよい。それぞれのコンタクトプラグ５０は、それぞれの導電層７０の境界７０ａで接続する。
【0036】
本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体は、コンタクトプラグ５０が導電層７０の境界７０ａで接続することから、コンタクトプラグ５０と導電層７０の接触面積を増やすことができ、半導体装置の信頼性をさらに向上することができる。
［積層配線構造体の製造方法］
図１１～図１４を参照して、本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法、特に積層配線構造体のパターン形成方法について説明する。なお図１１～図１４では紙面左右方向に異なる深さのコンタクトホールＣＨおよびコンタクトプラグ５０を形成する例を示したが、本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法は紙面奥行き方向に適用することもできる。
［積層配線構造体の製造方法］
図１１～図１４を参照して、本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法、特に積層配線構造体のパターン形成方法について説明する。なお図１１～図１４では紙面左右方向に異なる深さのコンタクトホールＣＨおよびコンタクトプラグ５０を形成する例を示したが、本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法は紙面奥行き方向に適用することもできる。
【0037】
図１１に示すように、半導体基板１１上に、絶縁層３１、導電層７１、絶縁層３２、導電層７２、絶縁層３３、導電層７３、絶縁層３４、導電層７４、絶縁層３５、導電層７５、絶縁層３６、導電層７６、絶縁層３７、導電層７７を順に成膜した、積層体を準備する。積層体の製造方法は特に限定しない。交互に積層された絶縁層３０と導電層７０とは互いに接するように形成される。複数の導電層７０および複数の絶縁層３０はそれぞれ、下層の導電層７０の一部を露出するように階段構造に形成される。階段構造において導電層７０が露出するコンタクト領域には、後述するコンタクトプラグ５０が接続される。本実施形態において絶縁層３０の材料はＴＥＯＳ膜を例示したが、絶縁層３０の材料はこれに限定されず、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ2）であってもよい。導電層７０の材料はタングステンを例示したが、導電層７０はこれに限定されず、例えば、公知の半導体装置の製造方法において導電層に置き換える前の犠牲層であってもよく、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）やシリコンであってもよい。本実施形態において積層体は階段構造を有する構成を例示したが、これに限定されず、積層体は半導体基板１１の水平後方において略同じサイズの絶縁層３０と導電層７０とが交互に積層されたべき乗コンタクト構造を有していてもよく、導電層７０は導電層に置き換える前の犠牲層であってもよい。この場合、積層体は、後述する絶縁体６０の加工とともに加工され、導電層７０をコンタクト５０が貫通する。
【0038】
積層体の上には、積層体の階段構造を覆うように絶縁体６０を形成する。絶縁体６０の材料は、例えば、酸化シリコンであってもよい。
【0039】
図１２に示すように、絶縁体６０の上に絶縁体８０を塗布する。絶縁体８０の材料は、例えば、レジストであり、熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂であってもよい。また、絶縁体６０と絶縁体８０との間にハードマスク等の膜を形成してもよい。塗布した絶縁体８０に、ナノインプリントリソグラフィによってコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７のパターンを形成する。絶縁体８０の上面は、ナノインプリントリソグラフィによって一部平坦化され、一部パターニングされる。ナノインプリントリソグラフィには、底面Ｅは平坦であり、底面Ｅに高さ（階調）の異なる複数の凸部Ｈを有するテンプレート１を用いる。テンプレート１の複数の凸部Ｈは、絶縁層３０と導電層７０の１層ずつの積層方向における厚みの和を１単位としてそれぞれ高さ（階調）が異なる。絶縁体８０にテンプレート１を押印することによって、絶縁体８０の上面は平坦化され、且つ深さの異なる複数のコンタクトホールＣＨのパターンが形成される。テンプレート１は、テンプレート１の面Ｂ（凸部を有する面とは反対側の面）と、半導体基板１１の低面（積層体を有する面とは反対側の面）とが略平行になるように押印することが好ましい。コンタクトホールＣＨのパターンが押印された絶縁体８０は、例えば、ＵＶ照射によって硬化してもよい。
【0040】
図１３に示すように、テンプレート１を離型することによって、絶縁体８０の上面は平坦化され、且つ深さの異なる複数のコンタクトホールＣＨのパターンが形成される。
【0041】
図１４に示すように、深さの異なる複数のコンタクトホールＣＨのパターンを備える絶縁体８０をマスクとして、絶縁体６０を加工する。絶縁体８０および絶縁体６０の一部は、例えば、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ、ＲＩＥ）のような異方性エッチングによって除去してもよい。絶縁体６０には、絶縁体８０の深さの異なる複数のコンタクトホールＣＨのパターンが転写される。形成されたコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７は、それぞれ絶縁体６０上面からの深さが異なる。コンタクトホールＣＨの底部（コンタクト領域）は、導電層７０を露出する。このとき、絶縁体８０および絶縁体６０の加工とともに、導電層７０も一部、除去されてもよい。コンタクト領域の導電層７０には、コンタクトホールＣＨを形成するテンプレートの先端の形状に対応するパターン（凹部）が形成されてもよい。しかしながらこれに限定されず、導電層７０はストッパとして機能し、導電層７０の平坦な上面を露出してもよい。
【0042】
底部に対応する導電層７０を露出するコンタクトホールＣＨには、例えばタングステンなどの金属（導電体）を埋め込むことで、図１０に示すコンタクトプラグ５０が形成される。
【0043】
本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法においては、本実施形態に係るテンプレート１を用いたナノインプリントリソグラフィによって絶縁体６０に深さ（階調）の異なるコンタクトホールＣＨを１度にパターニングすることができ、製造効率および精度を向上することができる。本実施形態に係るテンプレート１が仮想面（鎖線）に沿った凸部Ｈの上面ｃを有することから、テンプレート１を押印するときに応力が少なくなり、アライメントがより取りやすくなる。本実施形態に係るテンプレート１が仮想面（鎖線）に沿った凸部Ｈの上面ｃを有することから、導電層７０のコンタクト領域に対応するパターン（凹部）を形成することができ、コンタクトプラグ５０が嵌合することによって接触面積を増やすことができ、半導体装置の信頼性と歩留まりをさらに向上することができる。
＜第２実施形態＞
本実施形態に係るテンプレートの構成は、パターンの凸部の上面の形状以外、第１実施形態に係るテンプレートの構成と同じである。本実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法は、第２層２００に傾斜部Ｃ２に凹部Ｄ２を備えるパターン３を形成するところまで、第１実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の構成は、コンタクトプラグと導電層の接触部の形状以外、第１実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の製造方法は、コンタクトプラグと導電層の接触部の形状以外、第１実施形態に係る積層配線構造体の製造方法と同じである。第１実施形態と同じである説明は省略し、ここでは第１実施形態と相違する部分について説明する。
［パターンの構成］
図１５は、テンプレート１ａの構成を示す断面図である。テンプレート１ａは、第１面Ａにパターン２ａを有する。パターン２ａは、傾斜部Ｃに凹部Ｄを備える。傾斜部Ｃは、第１面Ａと凹部Ｄの底面Ｅと交差する仮想面（鎖線）を有する。仮想面（鎖線）の形状は略平面である。傾斜部Ｃの仮想面（鎖線）と凹部Ｄの底面Ｅとは鋭角に交差してもよい。底面Ｅと第１面Ａとは側壁Ｇで接続される。側壁Ｇは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略垂直に底面Ｅと第１面Ａとを接続する。
＜第２実施形態＞
本実施形態に係るテンプレートの構成は、パターンの凸部の上面の形状以外、第１実施形態に係るテンプレートの構成と同じである。本実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法は、第２層２００に傾斜部Ｃ２に凹部Ｄ２を備えるパターン３を形成するところまで、第１実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の構成は、コンタクトプラグと導電層の接触部の形状以外、第１実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の製造方法は、コンタクトプラグと導電層の接触部の形状以外、第１実施形態に係る積層配線構造体の製造方法と同じである。第１実施形態と同じである説明は省略し、ここでは第１実施形態と相違する部分について説明する。
［パターンの構成］
図１５は、テンプレート１ａの構成を示す断面図である。テンプレート１ａは、第１面Ａにパターン２ａを有する。パターン２ａは、傾斜部Ｃに凹部Ｄを備える。傾斜部Ｃは、第１面Ａと凹部Ｄの底面Ｅと交差する仮想面（鎖線）を有する。仮想面（鎖線）の形状は略平面である。傾斜部Ｃの仮想面（鎖線）と凹部Ｄの底面Ｅとは鋭角に交差してもよい。底面Ｅと第１面Ａとは側壁Ｇで接続される。側壁Ｇは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略垂直に底面Ｅと第１面Ａとを接続する。
【0044】
傾斜部Ｃは凹部Ｄを備える。凹部Ｄは、側面Ｆおよび側面Ｆ同士を接続する底面Ｅを備える。凹部Ｄの側面Ｆは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略垂直に上面ｃ２を接続する。凹部Ｄの底面Ｅは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略平行な一面上で凹部Ｄの側面Ｆ同士を接続する。言い換えると、パターン２ａは、底面Ｅに複数の凸部Ｈａを備える。凸部Ｈａは、側面Ｆおよび側面Ｆ同士を接続する上面ｃ２を備える。凸部Ｈａの側面Ｆは、第１面Ａおよび第２面Ｂに対して略垂直に上面ｃ２を接続する。凸部Ｈａの上面ｃ２の少なくとも一部は、仮想面（鎖線）に沿って配置される。すなわち、凸部Ｈの上面ｃ２は、第１面Ａと同じ高さまたは第１面Ａより低い。
［パターンの形成方法］
図１６～図２０を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法、特にテンプレートのパターンの形成方法について説明する。
［パターンの形成方法］
図１６～図２０を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法、特にテンプレートのパターンの形成方法について説明する。
【0045】
本実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法は、第２層２００に傾斜部Ｃ２に凹部Ｄ２を備えるパターン３を形成するところまでは第１実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法（図２から図６）と同じであることから繰り返しの説明はここでは省略する。
【0046】
図１６に示すように、パターン３を備える第２層２００をマスクとして第１層１００の一部を除去する加工（第１のエッチング）をする。パターン３の凹部Ｄ２によって露出される第１層１００は、第１のエッチングによってエッチングされる。このとき、第２層２００も、第１のエッチングによって減少する。第１のエッチングは、例えば、フッ素系の反応ガスを用いたＲＩＥであってもよい。第１のエッチングによって、傾斜部Ｃ２の最も低い位置の凸部Ｈ２が除去されて第１層１００が露出する前に、第１のエッチングを停止する。すなわち、第１のエッチングによって、最も薄い第２層２００が除去されて第１層１００が露出する前に、第１のエッチングを停止する。
【0047】
図１７に示すように、第１層１００をストッパとしてパターン３を備える第２層２００の一部を除去する加工（第２のエッチング）をする。第２のエッチングは、例えば、塩素系の反応ガスを用いたＲＩＥであってもよい。第２のエッチングによって、傾斜部Ｃ２の最も低い位置の凸部Ｈ２が除去されて第１層１００の第１面Ａが露出する。すなわち、第２のエッチングによって、最も薄い第２層２００が除去されて第１層１００の第１面Ａが露出する。第２層２００が除去されたあとには第１層１００の凸部ｈ１が形成される。
【0048】
図１８に示すように、パターン３の一部を備える残りの第２層２００をマスクとして、再び第１層１００の一部を除去する加工（第１のエッチング）をする。パターン３の凹部Ｄ２によって露出される第１層１００は、第１のエッチングによってエッチングされる。第２層２００が除去されたあとの凸部ｈ１も、第１のエッチングによって第１面Ａと略平行にエッチングされる。このとき、第２層２００も、第１のエッチングによって減少する。第１のエッチングによって、傾斜部Ｃ２の２番目に低い位置の凸部Ｈ２が除去されて第１層１００が露出する前に、第１のエッチングを停止する。すなわち、第１のエッチングによって、２番目に薄い第２層２００が除去されて第１層１００が露出する前に、第１のエッチングを停止する。
【0049】
図１９に示すように、パターン３の一部を備える残りの第２層２００の一部を除去する加工（第２のエッチング）をする。第２のエッチングによって、傾斜部Ｃ２の２番目に低い位置の凸部Ｈ２が除去されて第１層１００の第１面Ａが露出する。すなわち、第２のエッチングによって、２番目に薄い第２層２００が除去されて第１層１００の第１面Ａが露出する。第２層２００が除去されたあとには第１層１００の凸部ｈ２が形成される。
【0050】
図２０に示すように、第１のエッチングと第２のエッチングをパターン３の階調数だけ繰り返すことによって、第１層１００の面Ａには、第１層１００と第２層２００の加工速度で決定される傾斜部Ｃに凹部Ｄを備えるパターン２ａが転写される。例えば、第１層１００のほうが第２層２００より加工速度が大きければ、凹部Ｄの底面Ｅと傾斜部Ｃとのなす角度θは、第２層２００の面２０２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２より大きくなり、面Ａから底面Ｅまでの凹部Ｄの深さは、面２０１から面２０２までの凹部Ｄ２の深さより大きくなる。すなわち、パターン３を積層方向に拡張した、底面Ｅに高さの異なる凸部Ｈａを有するパターン２ａを形成することができる。第２層２００の厚さおよび第２層２００の面２０２と傾斜部Ｃ２のなす角度θ２（パターン３の階調数）は、第１のエッチングにおける第１層１００と第２層２００の加工速度、パターン２ａの凹部Ｄまたは凸部Ｈａの配置、凹部Ｄの底面Ｅと傾斜部Ｃのなす角度θ（パターン２ａの階調数）、底面Ｅから面Ａまでの高さ（パターン２ａの高さ）、面Ａから底面Ｅまでの凹部Ｄの深さ（パターン２ａの深さ）、第１のエッチングにおける第１層１００の加工量の制御精度、第２のエッチングにおける第１層１００と第２層２００の加工速度、および第２のエッチングにおける第２層２００の加工量バッファなどによって適宜設定される。その後、残存した第２層２００を剥離することで、図１５に示すテンプレート１ａを製造することができる。
【0051】
本実施形態に係るテンプレートの製造方法においては、凹部Ｄの底面Ｅに高さ（階調）の異なる複数の凸部Ｈａを備えるパターン２ａの形成効率および精度を向上することができる。
［積層配線構造体の構成］
図２１は、積層配線構造体の構成を示す断面図である。本実施形態に係る積層配線構造体の構成は、コンタクトプラグと導電層の接触部の形状以外、第１実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じであることから繰り返しの説明はここでは省略する。
［積層配線構造体の構成］
図２１は、積層配線構造体の構成を示す断面図である。本実施形態に係る積層配線構造体の構成は、コンタクトプラグと導電層の接触部の形状以外、第１実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じであることから繰り返しの説明はここでは省略する。
【0052】
積層配線構造体１７は、半導体基板１１上に積層された複数の導電層７０と複数の絶縁層３０を有する。複数の導電層７０と複数の絶縁層３０とはそれぞれ１層ずつ交互に、半導体基板１１の主面に対して垂直な方向（積層方向）に周期的に積層されている。半導体基板１１と最下層の導電層７１との間にも絶縁層３１が形成されている。最上層の導電層７７の上には絶縁体６０が形成されている。複数の導電層７０および複数の絶縁層３０はそれぞれ、下層の導電層７０の一部を露出するように階段構造に形成されている。積層体の階段構造の上には階段構造を包埋する絶縁体６０が形成されている。
【0053】
絶縁体６０には、導電層７１から導電層７７の一部を露出する複数のコンタクトホールＣＨが形成されている。コンタクトホールＣＨは、対応する導電層７０まで、絶縁体６０を貫通して形成されている。コンタクトホールＣＨは、階段構造において対応する導電層７０を底部に露出する。すなわち、コンタクトホールＣＨはそれぞれ、半導体装置上面からの深さが異なる。
【0054】
コンタクトホールＣＨには、コンタクトプラグ５０が形成される。コンタクトプラグ５０はコンタクトホールＣＨの底部において対応する導電層７０に接続される。各コンタクトプラグ５０は、対応する導電層７０の上に配置される絶縁体６０を貫通するコンタクトホールＣＨを介して積層配線構造体１７の上（基板１１とは反対側）に引き出される。各コンタクトホールＣＨおよび各コンタクトプラグ５０はそれぞれ、絶縁体６０上面からの長さが異なる。導電層７０のコンタクト領域には、コンタクトプラグ５０が接続される。それぞれのコンタクトプラグ５０は、それぞれの導電層７０の上面に接続される。
【0055】
本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体は、コンタクトプラグ５０が導電層７０の上面に接続することから、半導体装置の信頼性を向上することができる。
［積層配線構造体の製造方法］
図２２～図２５を参照して、本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法、特に積層配線構造体のパターン形成方法について説明する。本実施形態に係る積層配線構造体の製造方法は、コンタクトプラグと導電層の接触部の形状以外、第１実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じであることから繰り返しの説明はここでは省略する。
［積層配線構造体の製造方法］
図２２～図２５を参照して、本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法、特に積層配線構造体のパターン形成方法について説明する。本実施形態に係る積層配線構造体の製造方法は、コンタクトプラグと導電層の接触部の形状以外、第１実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じであることから繰り返しの説明はここでは省略する。
【0056】
図２２に示すように、半導体基板１１上に、導電層７０および絶縁層３０を交互に成膜した積層体を準備する。交互に積層された絶縁層３０と導電層７０とは互いに接するように形成される。複数の導電層７０および複数の絶縁層３０はそれぞれ、下層の導電層７０の一部を露出するように階段構造に形成される。階段構造において導電層７０が露出するコンタクト領域には、後述するコンタクトプラグ５０が接続される。積層体の上には、積層体の階段構造を覆うように絶縁体６０を形成する。
【0057】
図２３に示すように、絶縁体６０の上に絶縁体８０を塗布する。塗布した絶縁体８０に、ナノインプリントリソグラフィによってコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７のパターンを形成する。絶縁体８０の上面は、ナノインプリントリソグラフィによって一部平坦化され、一部パターニングされる。ナノインプリントリソグラフィには、底面Ｅは平坦であり、底面Ｅに高さ（階調）の異なる複数の凸部Ｈａを有するテンプレート１ａを用いる。テンプレート１ａの複数の凸部Ｈａは、絶縁層３０と導電層７０の１層ずつの積層方向における厚みの和を１単位としてそれぞれ高さ（階調）が異なる。絶縁体８０にテンプレート１ａを押印することによって、絶縁体８０の上面は平坦化され、且つ深さの異なる複数のコンタクトホールＣＨのパターンが形成される。テンプレート１ａは、テンプレート１ａの面Ｂ（凸部を有する面とは反対側の面）と、半導体基板１１の低面（積層体を有する面とは反対側の面）とが略平行になるように押印することが好ましい。コンタクトホールＣＨのパターンが押印された絶縁体８０は、例えば、ＵＶ照射によって硬化してもよい。
【0058】
図２４に示すように、テンプレート１ａを離型することによって、絶縁体８０の上面は平坦化され、且つ深さの異なる複数のコンタクトホールＣＨのパターンが形成される。
【0059】
図２５に示すように、深さの異なる複数のコンタクトホールＣＨのパターンを備える絶縁体８０をマスクとして、絶縁体６０を加工する。絶縁体８０および絶縁体６０の一部は、例えば、ＲＩＥのような異方性エッチングによって除去してもよい。絶縁体６０には、絶縁体８０の深さの異なる複数のコンタクトホールＣＨのパターンが転写される。形成されたコンタクトホールＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３、ＣＨ４、ＣＨ５、ＣＨ６、ＣＨ７は、それぞれ絶縁体６０上面からの深さが異なる。コンタクトホールＣＨの底部（コンタクト領域）は、導電層７０の上面を露出する。
【0060】
底部に対応する導電層７０を露出するコンタクトホールＣＨには、例えばタングステンなどの金属を埋め込むことで、図２１に示すコンタクトプラグ５０が形成される。
【0061】
本実施形態に係る半導体装置の積層配線構造体の製造方法においては、本実施形態に係るテンプレート１ａを用いたナノインプリントリソグラフィによって絶縁体６０に深さ（階調）の異なるコンタクトホールＣＨを１度にパターニングすることができ、製造効率および精度を向上することができる。本実施形態に係るテンプレート１ａは、導電層７０のコンタクト領域と略平行な凸部Ｈの上面ｃを有することから、良好なコンタクトをとることができ、半導体装置の信頼性を向上することができる。
＜第３実施形態＞
本実施形態に係るテンプレートの構成は、第２実施形態に係るテンプレートの構成と同じである。本実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法は、第２層２００が第１膜２１０と第２膜２２０を含むこと以外、第２実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の構成は、第２実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の製造方法は、第２実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。第１実施形態および第２実施形態と同じである説明は省略し、ここでは第１実施形態および第２実施形態と相違する部分について説明する。
［パターンの形成方法］
図２６～図３６を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法、特にテンプレートのパターンの形成方法について説明する。なお図２６～図３６では紙面左右方向に異なる高さの凸部Ｈを形成する例を示すが、本実施形態に係るパターン２ａの形成方法は紙面奥行き方向にも適用することもできる。
＜第３実施形態＞
本実施形態に係るテンプレートの構成は、第２実施形態に係るテンプレートの構成と同じである。本実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法は、第２層２００が第１膜２１０と第２膜２２０を含むこと以外、第２実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の構成は、第２実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の製造方法は、第２実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。第１実施形態および第２実施形態と同じである説明は省略し、ここでは第１実施形態および第２実施形態と相違する部分について説明する。
［パターンの形成方法］
図２６～図３６を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法、特にテンプレートのパターンの形成方法について説明する。なお図２６～図３６では紙面左右方向に異なる高さの凸部Ｈを形成する例を示すが、本実施形態に係るパターン２ａの形成方法は紙面奥行き方向にも適用することもできる。
【0062】
図２６に示すように、第１層１００、第２層２００、および第３層３００がこの順に積層された積層体を準備する。積層体の製造方法は特に限定しない。第１層１００、第２層２００、および第３層３００は、互いに接するように形成される。第２層２００は、第１層１００と接する第１膜２１０と、第１膜２１０と接する第２膜２２０と、を含む。本実施形態において第１膜２１０はハードマスクとして機能すればよく、第１膜２１０の材料は、例えば、クロムまたはタンタルを含む金属化合物であってもよい。第２膜２２０もハードマスクとして機能すればよく、第２膜２２０の材料は、例えば、カーボンまたはシリコンを含む化合物であってもよい。
【0063】
第２膜２２０と接する第３層３００の第２膜２２０とは反対側の面３０１に、傾斜部Ｃ３を形成する。傾斜部Ｃ３の形成方法は、第２実施形態と同様であることからここでは省略する。
【0064】
図２７に示すように、傾斜部Ｃ３を備える第３層３００をマスクとして第２層２００の第２膜２２０を加工する。第２膜２２０には、第３層３００と第２膜２２０の加工速度で決定される傾斜部Ｃ２が転写される。例えば、第３層３００のほうが第２膜２２０より加工速度が大きければ、第２膜２２０の第１膜２１０と接する面２２２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２は、第３層３００の第２層２００と接する面３０２と傾斜部Ｃ３とのなす角度θ３より小さくなる。例えば、第２膜２２０のほうが第３層３００より加工速度が大きければ、第２膜２２０の面２２２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２は、第３層３００の面３０２と傾斜部Ｃ３とのなす角度θ３より大きくなる。
【0065】
図２８に示すように、傾斜部Ｃ２を備える第２膜２２０の上に、傾斜部Ｃ２を埋めるように第４層４００を形成する。
【0066】
図２９に示すように、第２膜２２０と接する第４層４００の第２膜２２０とは反対側の面４０１に、凹部Ｄ４を形成する。凹部Ｄ４は、第２膜２２０の傾斜部Ｃ２をストッパとして傾斜部Ｃ２の上に形成される。凹部Ｄ４は、第２膜２２０の傾斜部Ｃ２を露出する。
【0067】
図３０に示すように、凹部Ｄ４を備える第４層４００をマスクとして第２膜２２０を加工する。第２膜２２０の傾斜部Ｃ２には、第１膜２１０をストッパとして凹部Ｄ２が転写され、傾斜部Ｃ２に凹部Ｄ２を備えるパターン３が形成される。凹部Ｄ２は、凹部Ｄ２の底部に第１膜２１０を露出する。第４層４００の厚さは、この第４層４００と第２膜２２０の加工速度および第２膜２２０の厚さによって適宜設定される。その後、残存した第４層４００を剥離する。本実施形態に係るパターン形成方法は、第２膜２２０の傾斜部Ｃ２に凹部Ｄ２を形成することで、第１膜２１０の上に高さの異なる凸部Ｈ２を有するパターン３を形成することができる。
【0068】
図３１に示すように、パターン３を備える第２膜２２０をマスクとして第１膜２１０を加工する。パターン３の凹部Ｄ２によって露出される第１膜２１０は、第１層１００をストッパとしたエッチングによって除去される。このとき、第２膜２２０も、エッチングによって減少する。本エッチングの第１膜２１０の加工量は、第２膜２２０の加工量より多い。すなわち、第１膜２１０は第２膜２２０より本エッチングにおける加工速度が大きい。第１膜２１０が一部除去されることによって、パターン３の凹部Ｄ２の下に第１層１００を露出する。
【0069】
図３２に示すように、パターン３を備える第２膜２２０をマスクとして第１層１００の一部を除去する加工（第１のエッチング）をする。パターン３の凹部Ｄ２によって露出される第１層１００は、第１のエッチングによってエッチングされる。このとき、第２膜２２０も、第１のエッチングによって減少する。第１のエッチングは、例えば、フッ素系の反応ガスを用いたＲＩＥであってもよい。第１のエッチングによって、傾斜部Ｃ２の最も低い位置の凸部Ｈ２が除去されて第１膜２１０が露出する。すなわち、第１のエッチングによって、最も薄い第２膜２２０が除去されて第１膜２１０が露出する。第１のエッチングの第２膜２２０の加工量は、第１膜２１０の加工量より多い。すなわち、第２膜２２０は第１膜２１０より第１のエッチングにおける加工速度が大きい。
【0070】
図３３に示すように、第１層１００をストッパとして第１のエッチングによって露出した第１膜２１０を除去する加工（第３のエッチング）をする。第３のエッチングの第１膜２１０の加工量は、第２膜２２０の加工量より多い。すなわち、第１膜２１０は第２膜２２０より第３のエッチングにおける加工速度が大きい。第３のエッチングの第１膜２１０の加工量は、第１層１００の加工量より多い。すなわち、第１膜２１０は第１層１００より第３のエッチングにおける加工速度が高い。第３のエッチングは、例えば、塩素系の反応ガスを用いたＲＩＥであってもよい。第３のエッチングによって、第１のエッチングによって露出した第１膜２１０が除去されて第１層１００の第１面Ａが露出する。第１膜２１０が除去されたあとには第１層１００の凸部ｈ１が形成される。
【0071】
図３４に示すように、パターン３の一部を備える残りの第２膜２２０をマスクとして、再び第１層１００の一部を除去する加工（第１のエッチング）をする。パターン３の凹部Ｄ２によって露出される第１層１００は、第１のエッチングによってエッチングされる。第１膜２１０が除去されたあとの凸部ｈ１も、第１のエッチングによって第１面Ａと略平行にエッチングされる。このとき、第２膜２２０も、第１のエッチングによって減少する。第１のエッチングによって、傾斜部Ｃ２の２番目に低い位置の凸部Ｈ２が除去されて第１膜２１０が露出する。すなわち、第１のエッチングによって、２番目に薄い第２膜２２０が除去されて第１膜２１０が露出する。
【0072】
図３５に示すように、第１層１００をストッパとして第１のエッチングによって露出した第１膜２１０を除去する加工（第３のエッチング）をする。第３のエッチングによって、第１のエッチングによって露出した第１膜２１０が除去されて第１層１００の第１面Ａが露出する。第１膜２１０が除去されたあとには第１層１００の凸部ｈ２が形成される。
【0073】
図３６に示すように、第１のエッチングと第３のエッチングをパターン３の階調数だけ繰り返すことによって、第１層１００の面Ａには、第１層１００と第２膜２２０の加工速度で決定される傾斜部Ｃに凹部Ｄを備えるパターン２ａが転写される。例えば、第１層１００のほうが第２膜２２０より加工速度が大きければ、凹部Ｄの底面Ｅと傾斜部Ｃとのなす角度θは、第２膜２２０の面２２２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２より大きくなり、面Ａから底面Ｅまでの凹部Ｄの深さは、面２２１から面２２２までの凹部Ｄ２の深さより大きくなる。すなわち、パターン３を積層方向に拡張した、底面Ｅに高さの異なる凸部Ｈａを有するパターン２ａを形成することができる。第２膜２２０の厚さおよび第２膜２２０の面２２２と傾斜部Ｃ２のなす角度θ２（パターン３の階調数）は、第１のエッチングにおける第１層１００と第２膜２２０の加工速度、パターン２ａの凹部Ｄまたは凸部Ｈａの配置、凹部Ｄの底面Ｅと傾斜部Ｃのなす角度θ（パターン２ａの階調数）、底面Ｅから面Ａまでの高さ（パターン２ａの高さ）、面Ａから底面Ｅまでの凹部Ｄの深さ（パターン２ａの深さ）、第１のエッチングにおける第１層１００の加工量の制御精度、第３のエッチングにおける第１層１００と第１膜２１０と第２膜２２０の加工速度、第３のエッチングにおける第２膜２２０の加工量バッファなどによって適宜設定される。その後、残存した第１膜２１０および第２膜２２０を剥離することで、図１５に示すテンプレート１ａを製造することができる。
【0074】
本実施形態に係るテンプレートの製造方法においては、凹部Ｄの底面Ｅに高さ（階調）の異なる複数の凸部Ｈａを備えるパターン２ａの形成効率および精度を向上することができる。
＜第４実施形態＞
本実施形態に係るテンプレートの構成は、第２実施形態に係るテンプレートの構成と同じである。本実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法は、第２膜２２０のパターンの形成方法以外、第３実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の構成は、第２実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の製造方法は、第２実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。第１実施形態から第３実施形態と同じである説明は省略し、ここでは第１実施形態から第３実施形態と相違する部分について説明する。
［パターンの形成方法］
図３７～図４２を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法、特にテンプレートのパターンの形成方法について説明する。なお図３７～図４２では紙面左右方向に異なる高さの凸部Ｈを形成する例を示すが、本実施形態に係るパターン２ａの形成方法は紙面奥行き方向にも適用することもできる。
＜第４実施形態＞
本実施形態に係るテンプレートの構成は、第２実施形態に係るテンプレートの構成と同じである。本実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法は、第２膜２２０のパターンの形成方法以外、第３実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の構成は、第２実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。本実施形態に係る積層配線構造体の製造方法は、第２実施形態に係る積層配線構造体の構成と同じである。第１実施形態から第３実施形態と同じである説明は省略し、ここでは第１実施形態から第３実施形態と相違する部分について説明する。
［パターンの形成方法］
図３７～図４２を参照して、本実施形態に係るテンプレートの製造方法、特にテンプレートのパターンの形成方法について説明する。なお図３７～図４２では紙面左右方向に異なる高さの凸部Ｈを形成する例を示すが、本実施形態に係るパターン２ａの形成方法は紙面奥行き方向にも適用することもできる。
【0075】
図３７に示すように、第１層１００、第２層２００、および第４層４００がこの順に積層された積層体を準備する。積層体の製造方法は特に限定しない。第１層１００、第２層２００、および第４層４００は、互いに接するように形成される。第２層２００は、第１層１００と接する第１膜２１０と、第１膜２１０と接する第２膜２２０と、を含む。
【0076】
図３８に示すように、第２膜２２０と接する第４層４００の第２膜２２０とは反対側の面４０１に、凹部Ｄ４を形成する。凹部Ｄ４は、第２膜２２０をストッパとして第２膜２２０の上に形成される。凹部Ｄ４は、第２膜２２０を露出する。
【0077】
図３９に示すように、凹部Ｄ４を備える第４層４００をマスクとして第２膜２２０を加工する。第２膜２２０には、第１膜２１０をストッパとして凹部Ｄ２が転写される。凹部Ｄ２は、凹部Ｄ２の底部に第１膜２１０を露出する。第４層４００の厚さは、この第４層４００と第２膜２２０の加工速度および第２膜２２０の厚さによって適宜設定される。その後、残存した第４層４００を剥離する。
【0078】
図４０に示すように、凹部Ｄ２を備える第２膜２２０の上に、凹部Ｄ２を埋めるように第３層３００を形成する。
【0079】
図４１に示すように、第２膜２２０と接する第３層３００の第２膜２２０とは反対側の面３０１に、傾斜部Ｃ３を形成する。傾斜部Ｃ３の形成方法は、第２実施形態と同様であることからここでは省略する。
【0080】
図４２に示すように、傾斜部Ｃ３を備える第３層３００をマスクとして凹部Ｄ２を備える第２膜２２０を加工する。第２膜２２０には、第３層３００と第２膜２２０の加工速度で決定される傾斜部Ｃ２が転写され、凹部Ｄ２に傾斜部Ｃ２を備えるパターン３が形成される。例えば、第３層３００のほうが第２膜２２０より加工速度が大きければ、第２膜２２０の第１膜２１０と接する面２２２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２は、第３層３００の第２膜２２０と接する面３０２傾斜部Ｃ３とのなす角度θ３より小さくなる。例えば、第２膜２２０のほうが第３層３００より加工速度が大きければ、第２膜２２０の面２２２と傾斜部Ｃ２とのなす角度θ２は、第３層３００の面３０２と傾斜部Ｃ３とのなす角度θ３より大きくなる。本実施形態に係るパターン形成方法は、第２膜２２０の凹部Ｄ２に傾斜部Ｃ２を形成することで、第１膜２１０の上に高さの異なる凸部Ｈ２を有するパターン３を形成することができる。
【0081】
図４３に示すように、パターン３を備える第２膜２２０をマスクとして第１膜２１０を加工する。パターン３の凹部Ｄ２によって露出される第１膜２１０は、第１層１００をストッパとしたエッチングによって除去される。このとき、第２膜２２０も、エッチングによって減少する。本エッチングの第１膜２１０の加工量は、第２膜２２０の加工量より多い。すなわち、第１膜２１０は第２膜２２０より本エッチングにおける加工速度が大きい。第１膜２１０が一部除去されることによって、パターン３の凹部Ｄ２の下に第１層１００を露出する。
【0082】
第１層１００の面Ａに、第１層１００と第２膜２２０の加工速度で決定される傾斜部Ｃに凹部Ｄを備えるパターン２ａを形成する方法は、第３実施形態に係るテンプレートのパターンの形成方法（図３０から図３４）と同じであることから繰り返しの説明はここでは省略する。残存した第１膜２１０および第２膜２２０を剥離することで、図１４に示すテンプレート１ａを製造することができる。
【0083】
本実施形態に係るテンプレートの製造方法においては、凹部Ｄの底面Ｅに高さ（階調）の異なる複数の凸部Ｈａを備えるパターン２ａの形成効率および精度を向上することができる。
【0084】
以上、本発明について図面を参照しながら説明したが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本実施形態の半導体装置を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。さらに、上述した各実施形態は、相互に矛盾がない限り適宜組み合わせが可能であり、各実施形態に共通する技術事項については、明示の記載がなくても各実施形態に含まれる。
【0085】
上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
【符号の説明】
【0086】
１：テンプレート、２：パターン、３：パターン、１０：半導体装置、１１：半導体基板、１６：メモリセルアレイ、１７：積層配線構造体、１８：周辺回路、１９：パッド列、３０：絶縁層、４０：メモリピラー、５０：コンタクトプラグ、６０：絶縁体、７０：導電層、７０ａ：凹部、１００：第１層、２００：第２層、２１０：第１膜、２２０：第２膜、３００：第３層、４００：第４層
【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16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】