特許 7391792 テンプレート、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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-27

(45)【発行日】2023-12-05

(54)【発明の名称】テンプレート、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】

   H01L 21/027 20060101AFI20231128BHJP

   B29C 33/38 20060101ALI20231128BHJP

   B29C 33/42 20060101ALI20231128BHJP

【ＦＩ】

H01L21/30 502D

B29C33/38

B29C33/42

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020136343

(22)【出願日】2020-08-12

(65)【公開番号】P2022032501

(43)【公開日】2022-02-25

【審査請求日】2023-03-08

(73)【特許権者】

【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】100176599

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 拓也

(74)【代理人】

【識別番号】100205095

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 啓一

(74)【代理人】

【識別番号】100208775

【弁理士】

【氏名又は名称】栗田 雅章

(72)【発明者】

【氏名】小向 敏章

【審査官】小林 幹

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－２７３６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－１４６４１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０３５９２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１６８６０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－０１７５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３２０２４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｈ０１Ｌ ２１／３０

Ｈ０１Ｌ ２１／４６

Ｂ２９Ｃ ３３／３８

Ｂ２９Ｃ ３３／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面を有する基材と、
前記主面の上に設けられ、第１の面を有するメサ構造と、
凹凸パターンを有し、前記基材と異なる材料を含み、前記メサ構造の前記第１の面の上に設けられたシリコン膜と、
を備えたテンプレート。

【請求項2】

前記シリコン膜は単結晶または多結晶のシリコンを含む請求項１に記載のテンプレート。

【請求項3】

前記シリコン膜は、不純物を含む請求項１に記載のテンプレート。

【請求項4】

前記不純物の濃度は１．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である請求項３に記載のテンプレート。

【請求項5】

前記不純物は、ボロン、ヒ素、リン、窒素のうち１つを少なくとも含む請求項３に記載のテンプレート。

【請求項6】

前記凹凸パターンの凹部の一部の底面に、金属膜をさらに有する請求項１に記載のテンプレート。

【請求項7】

前記金属膜の上に、窒化物または酸化物を含む膜を備える請求項６に記載のテンプレート。

【請求項8】

前記金属膜は、遷移金属を少なくとも１つ含む請求項６に記載のテンプレート。

【請求項9】

主面を有する基材と、前記主面の上に設けられ、第１の面を有するメサ構造とを有する材料テンプレートの前記第１の面に、前記基材と異なる材料を含むシリコン膜を形成し、
前記シリコン膜の上に金属膜を形成し、
前記金属膜をパターニングし、
前記金属膜をマスクに前記シリコン膜の上にシリコンを形成するテンプレートの製造方法。

【請求項10】

前記シリコンの形成はエピタキシャル成長によって行われる請求項９に記載のテンプレートの製造方法。

【請求項11】

前記金属膜の上に、窒化物または酸化物を含む膜を備える請求項９に記載のテンプレートの製造方法。

【請求項12】

半導体基板に光で硬化する第１の材料膜を塗布する工程と、
凹凸パターンを有する請求項１から５に記載のテンプレートの前記凹凸パターンを前記第１の材料膜に接触させる工程と、
前記第１の材料膜を硬化させる工程と、
前記第１の材料膜から前記テンプレートを剥離させる工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、テンプレート、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】

半導体デバイス製造のリソグラフィ工程において、光リソグラフィに替わるパターンの転写方法としてナノインプリントリソグラフィが提案されている。ナノインプリントリソグラフィでは、液状の有機材料を塗布した基板にパターンが形成されたテンプレートを直接押し当ててパターンを転写する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－３２０２４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

アライメントパターンの溝の底面に形成される金属膜の膜厚を厚くすることが可能なテンプレートおよびテンプレートの製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施の形態に係るテンプレートは、主面を有する基材と、前記主面の上に設けられ、第１の面を有するメサ構造と、前記メサ構造の前記第１の面の上に設けられた、凹凸パターンを有し、前記基材と材料が異なるシリコン膜とを備える。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態に係るテンプレートの構造を示す図。

【図2】図１に続く、実施形態に係るテンプレートの構造を示す図。

【図3】実施形態に係るテンプレートの製造方法を示す図。

【図4】図３に続く、実施形態に係るテンプレートの製造方法を示す図。

【図5】図４に続く、実施形態に係るテンプレートの製造方法を示す図。

【図6】比較例に係るテンプレートの製造方法を示す図。

【図7】図６に続く、比較例に係るテンプレートの製造方法を示す図。

【図8】図７に続く、比較例に係るテンプレートの製造方法を示す図。

【図9】実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。以下に説明する図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係等は現実のものとは異なる。

【0008】

まず、実施形態に係るテンプレートについて図１および図２を参照して説明する。図１および図２は実施形態に係るテンプレートの構造を示す図である。各図の（ａ）は、Ｚ方向から見た平面図である。図１の（ｂ）は、Ｘ方向から見た、ＡＡ’に沿った断面図である。図２の（ｂ）は、Ｘ方向から見た、ＢＢ’に沿った断面図である。

【0009】

図１に示すように、テンプレート１は、Ｚ方向から見て四辺形の基材１１が加工されたものである。光を用いたナノインプリントリソグラフィの場合、テンプレート１は、例えば、石英（透明材料）を含む。基材１１の主面１２の中央には主面１２から凸形状に突き出たメサ構造１３が設けられている。メサ構造１３は、主表面１４を有する。主表面１４の上には、シリコン膜１５が形成されている。シリコン膜１５は、基材１１とは材料が異なり、例えば、単結晶または多結晶のシリコンを含む。シリコン膜１５は凹凸パターンを有しており、転写パターンやアライメントパターンを構成する、溝が形成されている。

【0010】

テンプレート１のシリコン膜１５に形成された転写パターンやアライメントマークの詳細について、図２を参照して詳しく説明する。図２（ｂ）に示すように、メサ構造１３の主表面１４の上にシリコン膜１５が形成されている。シリコン膜１５には、転写パターン１６およびアライメントパターン１７が設けられている。転写パターン１６およびアライメントパターン１７のそれぞれには、溝が設けられている。アライメントパターン１７の溝の底面には金属膜１８が形成されている。金属膜１８は、例えば、クロム等の遷移金属を含む。また、アライメントパターン１７には、シリコン膜１５の上面と、シリコン膜１５に設けられた溝の内側側面と、金属膜１８の上面と、を覆う保護膜１９が形成されている。保護膜１９は、例えば、窒化シリコンや酸化シリコン等の窒化膜または酸化膜を含む。

【0011】

つぎに、実施形態に係るテンプレートの製造方法について、図３から図５を参照して説明する。図３から図５は、実施形態に係るテンプレートの製造方法を示す図である。

【0012】

はじめに、図３（ａ）に示すように、主表面１４を有するメサ構造１３を備える材料テンプレートが用意する。材料テンプレートは、例えば、石英（透明材料）を含む。なお、図３以降の図面において、材料テンプレートの一部の図示を省略している。

【0013】

つぎに、図３（ｂ）に示すように、メサ構造１３の主表面１４の上にシリコン膜１５ａが形成する。シリコン膜１５ａを形成する方法としては、例えば、メサ構造１３とシリコン膜１５ａを重ね合わせ、高温処理することで貼合する方法などがあげられる。

【0014】

つぎに、図３（ｃ）に示すように、シリコン膜１５ａの上に、金属膜１８が形成する。金属膜１８は、例えば、クロムを含む。

【0015】

つぎに、図３（ｄ）に示すように、金属膜１８の上に、レジスト膜２１が形成する。レジスト膜２１は、例えば、スピンコート法を用いてレジストを塗布し、ベークすることで形成できる。レジストは、例えば、電子線レジストがあげられる。

【0016】

つぎに、図４（ａ）に示すように、レジスト膜２１にパターンが描画する。レジスト膜２１に電子線レジストを用いた場合、描画は電子線によって行う。

【0017】

つぎに、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜２１のパターンをマスクとして用いて、金属膜１８をエッチングする。この結果、レジスト膜２１のパターンが、金属膜１８に転写される。金属膜１８のエッチングの後、レジスト膜２１を除去する。

【0018】

つぎに、図４（ｃ）に示すように、金属膜１８のパターンをマスクとして用いて、シリコン膜１５ａの上に、シリコン膜１５を形成する。シリコン膜１５の形成は、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｉｓｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いたエピタキシャル成長によって行う。なお、シリコン膜１５の形成において熱処理を行う前に、不純物をドーピングすることで、エピタキシャル成長の効率を向上させることが可能である。ドーピングする不純物としては、たとえば、ボロン、ヒ素、リン、窒素等があげられる。また、不純物の濃度は１．０×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上が望ましい。これにより、シリコンが金属膜１８の周りから成長し、金属膜１８が溝に埋め込まれたシリコン膜１５が形成される。

【0019】

つぎに、図４（ｄ）に示すように、シリコン膜１５の上面および側面と金属膜１８の上面に保護膜１９が形成する。保護膜１９は、例えば、シリコン窒化膜であり、ＣＶＤ法によって形成できる。

【0020】

つぎに、図５（ａ）に示すように、保護膜１９の上にレジスト膜２２が形成する。レジスト膜２２は、例えば、スピンコート法を用いてレジストを塗布し、ベークすることで形成できる。レジストは、例えば、電子線レジストがあげられる。

【0021】

つぎに、図５（ｂ）に示すように、レジスト膜２２にパターンを描画する。この描画によって、転写パターン１６の上に形成されたレジスト膜２２の一部が除去される。よって、アライメントパターン１７の上にレジスト膜２２が残存した状態となる。レジスト膜２２に電子線レジストを用いた場合、描画は電子線を照射することによって行う。

【0022】

つぎに、図５（ｃ）に示すように、アライメントパターン１７の上のレジスト膜２２をマスクにして、保護膜１９をエッチングする。エッチングの結果、転写パターン１６の上に形成された保護膜１９が除去される。

【0023】

つぎに、図５（ｄ）に示すように、アライメントパターン１７の上のレジスト膜２２をマスクにして、金属膜１８をエッチングする。エッチングの結果、転写パターン１６の上に形成された金属膜１８が除去される。金属膜１８のエッチングの後、レジスト膜２２を除去する。

【0024】

つづいて、比較例に係るテンプレートの製造方法について、図６から図８を参照して説明する。図６から図８は、実施形態に係るテンプレートの製造方法を示す図である。

【0025】

はじめに、図６（ａ）に示すように、主表面３４を有するメサ構造３３を備える材料テンプレートが用意する。材料テンプレートは、例えば、石英（透明材料）を含む。

【0026】

つぎに、図６（ｂ）に示すように、メサ構造３３の主表面３４の上に金属膜３８が形成する。金属膜３８は、例えば、クロムを含む。

【0027】

つぎに、図６（ｃ）に示すように、金属膜３８の上に、レジスト膜３１が形成する。レジスト膜３１は、例えば、スピンコート法を用いてレジストを塗布し、ベークすることで形成できる。レジストは、例えば、電子線レジストがあげられる。

【0028】

つぎに、図６（ｄ）に示すように、レジスト膜３１にパターンが描画する。レジスト膜３１に電子線レジストを用いた場合、描画は電子線によって行う。

【0029】

つぎに、図７（ａ）に示すように、レジスト膜３１のパターンをマスクにして、金属膜３８をエッチングする。エッチングの結果、金属膜３８に、レジスト膜３１のパターンが転写される。金属膜３８のエッチングの後、レジスト膜３１を除去する。

【0030】

つぎに、図７（ｂ）に示すように、金属膜３８のパターンをマスクにして、メサ構造３３のエッチングを行う。エッチングの結果、メサ構造３３に、金属膜３８のパターンが転写される。

【0031】

つぎに、図７（ｃ）に示すように、エッチングによってメサ構造３３に形成された凹構造の底部および金属膜３８の表面に金属膜３９を形成する。金属膜３９は、例えば、クロムを含む。

【0032】

つぎに、図７（ｄ）に示すように、メサ構造３３および金属膜３９の上にレジスト膜３２を形成する。レジスト膜３２は、例えば、スピンコート法を用いてレジストを塗布し、ベークすることで形成できる。レジストは、例えば、電子線レジストがあげられる。

【0033】

つぎに、図８（ａ）に示すように、レジスト膜３２にパターンが描画する。この描画によって、転写パターン３６の上に形成されたレジスト膜３２の一部が除去される。よって、アライメントパターン３７の上にレジスト膜２２が残存した状態となる。レジスト膜３２に電子線レジストを用いた場合、描画は電子線によって行う。

【0034】

つぎに、図８（ｂ）に示すように、レジスト膜３２をマスクにして、金属膜３８、金属膜３８の上に形成された金属膜３９および転写パターン１６の上に形成された金属膜３９を除去する。

【0035】

つぎに、図８（ｃ）に示すように、レジスト膜３２を除去する。このようにして、比較例に係るテンプレートを製造できる。

【0036】

インプリントにおいて、アライメントの精度を確保するためには、アライメント信号の強度を確保する必要がある。そのためには、アライメントパターンの溝の底面に形成される金属膜の膜厚を厚くする必要がある。この金属膜は、インプリントの都度行われるテンプレートの洗浄によって徐々に膜厚が薄くなってしまう。そのため、金属膜の厚さは可能な限り厚くするのが望ましい。

【0037】

比較例に係るテンプレートの製造方法では、金属膜３９が転写パターン３６にも形成されてしまう。そのため、アライメントパターン３７の溝に形成された金属膜３９をレジスト膜３２で被覆し、転写パターン３６の溝に形成された金属膜３９を除去する必要がある。比較例では、メサ構造３３の主表面３４の上に金属膜３８と金属膜３９が形成されており、転写パターン３６の金属膜３９と合わせて金属膜３８とその上に形成された金属膜３９も除去する必要がある。そのため、金属膜３８とその上に形成された金属膜３９も除去する過程で、アライメントパターン３７の溝に形成された金属膜３９もエッチングされてしまい、膜厚が薄くなる恐れがある。

【0038】

一方、本実施形態のテンプレートおよびテンプレートの製造方法では、金属膜１８をマスクにシリコン膜１５が形成される。そのため、メサ構造１３の主表面１４の上に金属膜を形成する必要がない。よって、アライメントパターン１７の溝に形成された金属膜１８がエッチングされにくくなる。また、金属膜１８の上に保護膜１９を有することで、テンプレートの洗浄による金属膜１８の膜厚の減少を抑制することが可能である。

【0039】

つぎに、実施形態に係る半導体装置の製造方法について図９を参照して説明する。図９は、実施形態に係るテンプレート１を用いた半導体装置の製造方法を説明する図である。

【0040】

まず、図９（ａ）に示すように、半導体基板を含む被転写基板４１に光硬化性レジスト４２を塗布する。被転写基板４１は、例えば、シリコン基板やＳＯＩ基板であり、表面に被加工膜４９が形成されていてもよい。

【0041】

つぎに、図９（ｂ）に示すように、光硬化性レジスト４２にテンプレート１の凹凸パターンを接触させる。この時、テンプレート１の溝内は光硬化性レジスト４２によって充填される。

【0042】

つぎに、図９（ｃ）に示すように、光硬化性レジスト４２にテンプレート１の凹凸パターンを接触させた状態で、光硬化性レジスト４２に露出光４３を照射する。これによって、光硬化性レジスト４２が硬化する。

【0043】

つぎに、図９（ｄ）に示すように硬化した光硬化性レジスト４２からテンプレート１の凹凸パターンを剥離する。そして、図９（ｅ）に示すように、テンプレート１の凹凸パターンから離れた光硬化性レジスト４２をマスクにして、被転写基板４１をエッチングする。これにより、被転写基板４１にテンプレート１のパターンが形成される。この時、被転写基板４１に形成された被加工膜４９がポリシリコン膜や金属膜の場合には、微細な電極パターンや配線パターンなどが形成される。また、被転写基板４１に形成された被加工膜４９が絶縁膜の場合には、微細なコンタクトホールパターンやゲート絶縁膜などが形成される。また、被転写基板４１に被加工膜４９が形成されておらず、基板の最上層が半導体基板である場合には、微細な素子分離溝などが形成される。

【0044】

本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、被転写基板４１にパターンを形成する際に、実施形態に記載のテンプレート１を用いる。そのため、テンプレートおよびテンプレートの製造方法と同様の効果を得ることが可能である。

【0045】

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。

【符号の説明】

【0046】

１…テンプレート、１１…基材、１２…主面、１３、３３…メサ構造、１４、３４…主表面、１５、１５ａ…シリコン膜、１６…転写パターン、１７…アライメントパターン、１８、３８、３９…金属膜、１９…保護膜、２１、２２、３１、３２…レジスト膜、４１…被転写基板、４２…光硬化性レジスト、４３…露出光、４９…被加工膜

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】