JP2002026020A

JP2002026020A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2002026020A
Application number: JP2000200677A
Authority: JP
Inventors: Hideki Doshita; 秀樹堂下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-07-03
Filing date: 2000-07-03
Publication date: 2002-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ハードマスクを用いたドライエッチングにお
いて、マスクとして使用する絶縁膜をドライエッチング
により加工する際の仕上がり寸法の粗密差（ばらつき）
を低減する。【解決手段】導電部材が形成された基板上に、孤立パ
ターンと密集パターンを含むパターンをハードマスクに
よりドライエッチングする場合に、ハードマスクの厚さ
を、レジスト膜に形成したパターン寸法からハードマス
クをドライエッチングした後のハードマスクのパターン
寸法を差し引いた値が、前記孤立パターン領域と前記密
集パターン領域とで所定の値（許容値）以下となるよう
な膜厚とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路装置の高密度化、
高集積度化に伴い、半導体素子の配線形成工程では、微
細パターンを形成するためにレジストが薄膜化され、レ
ジストをマスクに使用して半導体膜あるいは導電膜をド
ライエッチングする配線パターン形成が困難となってい
る。そこで、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜など
の絶縁膜（以下、「ハードマスク」とも称する。）をマ
スクに使用して、半導体膜あるいは導電膜をドライエッ
チングする技術が配線形成工程では主流になっている。
以下、従来の技術による半導体製造方法について、図面
を参照しながら説明する。

【０００３】図７は、従来の技術における半導体製造方
法の工程断面図を示す。

【０００４】図７において、２は半導体基板１上に形成
されたシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜などの絶縁
膜、３は導電膜、４はシリコン窒化膜、５はリソグラフ
ィ法で形成されたレジストパターン、６はシリコン窒化
膜４のドライエッチング中に生成されて、シリコン窒化
膜４の側壁に付着した炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を
構成元素とするＣＦ系のポリマーである。

【０００５】図７（ａ）はリソグラフィ法によりレジス
トパターン５をシリコン窒化膜４上に形成した直後の工
程断面図である。この時、レジストパターン５は、孤立
パターンおよび密集パターンとしてランダムにシリコン
窒化膜４上に形成されている。

【０００６】図７（ｂ）はレジストパターン５をマスク
に使用して、シリコン窒化膜４のドライエッチングを行
っている途中の工程断面図である。

【０００７】またエッチングガスは、炭素（Ｃ）とフッ
素（Ｆ）を含むＣｘＦｙ系のガスと酸素（Ｏ₂）などを
混合した混合ガスを使用する。このため、上記エッチン
グにおいては、シリコン窒化膜４のパターン側壁に、エ
ッチング中に生成される炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）
を構成元素とするＣＦ系のポリマー６が付着する。

【０００８】図７（ｃ）はシリコン窒化膜４のドライエ
ッチングを終了した状態を示す工程断面図である。

【０００９】図７（ｄ）はシリコン窒化膜４のドライエ
ッチング後に残ったレジストパターン５、およびシリコ
ン窒化膜４のドライエッチング中に生成されてシリコン
窒化膜４のパターン側壁に付着したＣＦ系のポリマー６
をアッシングと洗浄処理を行うことによって除去し、導
電膜３をエッチングする際のマスクパターン形成を行っ
た直後の工程断面図である。

【００１０】図７（ｅ）はシリコン窒化膜４をマスクに
使用して、導電膜３をドライエッチングし、配線パター
ンを形成した直後の工程断面図である。導電膜３の配線
パターンの形状はシリコン窒化膜４のパターン形状を転
写した形状となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構成では、ハードマスクの仕上がり寸法の制御性に
関して大きな問題があった。これは、シリコン窒化膜４
のドライエッチング中に生成され、シリコン窒化膜４の
側壁に付着するＣＦ系ポリマー６の付着量が密集パター
ンに比べて孤立パターンで多く、エッチング時の窒化膜
４側壁へのサイドエッチング量は孤立パターンに比べて
密集パターンで大きくなるためである。このポリマー６
は、シリコン窒化膜４の側壁が横方向にエッチングされ
るのを防ぐ保護膜として働くものである。

【００１２】その結果、窒化膜４のドライエッチング後
の仕上がり寸法は、密集パターンに比べて孤立パターン
で大きくなるという寸法の粗密差が生じる。このような
寸法の粗密差が生じたシリコン窒化膜４のパターンを導
電膜３のドライエッチングのマスクに使用すると、導電
膜パターンの仕上がり寸法にも粗密差が生じてしまう。
従って、孤立パターンと密集パターンがランダムに配置
された配線パターンを寸法精度良く形成することが困難
になるという問題が生じていた。

【００１３】そこで、リソグラフィ法において、レジス
トパターン５の寸法を孤立パターンと密集パターンで補
正し、シリコン窒化膜４のドライエッチング後の仕上が
り寸法の粗密差を低減する方法が考えられているが、こ
の方法では、配線パターン形成工程における微細化が進
行している０．１８μｍルール以降のデバイスにおいて
は、配線パターン寸法の粗密差を１０ｎｍ以下にまで低
減する必要があり、リソグラフィ法による補正技術を適
用しても配線パターンを寸法精度良く形成することが困
難であるという問題点があった。

【００１４】本件発明者は、導電膜パターンの仕上がり
寸法に粗密差ができる原因が、上述したように、「パタ
ーンの粗密に起因する窒化膜側壁へのポリマーの付着量
の差」にあることに着目し、パターンに粗密があっても
ポリマー付着量が均一になるようにすればよいことに気
がついた。

【００１５】上記課題について鑑み、本発明の目的は、
半導体膜あるいは導電膜をハードマスクを用いてドライ
エッチングする場合に、マスクとして使用する絶縁膜を
ドライエッチングにより加工する際の仕上がり寸法の粗
密差（ばらつき）を低減した半導体装置の製造方法を提
供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の半導
体装置の製造方法は、まず、被エッチング対象となる導
電部材が形成された基板上に、絶縁膜を堆積し、前記絶
縁膜の上部にレジスト膜を形成しリソグラフィ工程によ
り密集パターン領域と孤立パターン領域とを含むパター
ンを形成する。次に、前記レジスト膜をマスクとして前
記絶縁膜をドライエッチングして前記絶縁膜に前記レジ
スト膜のパターン形状を転写し、ハードマスクを形成し
た後、前記絶縁膜をマスクとして前記導電部材をエッチ
ングする工程とを備えており、特に、前記絶縁膜の厚さ
を、前記レジスト膜に形成したパターン寸法から前記絶
縁膜をドライエッチングした後の前記絶縁膜のパターン
寸法を差し引いた値が、前記孤立パターン領域と前記密
集パターン領域とで所定の値以下となるような膜厚とし
たことを特徴とする。ここで、所定の値とは、所定の許
容値を意味する。

【００１７】前記導電部材をエッチングする工程の前
に、アッシング工程又は洗浄工程又はその両方をさらに
含んでいてもよい。また、前記絶縁膜は、シリコン窒化
膜、シリコン酸化膜又はシリコン酸窒化膜のいずれか１
つであることが好ましい。

【００１８】第１の半導体装置の製造方法によれば、半
導体膜あるいは導電膜をドライエッチングする際の絶縁
膜マスクを形成する工程において、絶縁膜の膜厚を１５
０ｎｍ以下とすることで、密集パターンと孤立パターン
側壁へのＣＦ系ポリマー付着量の差を低減できる。ま
た、エッチングする時間が短くなるため、密集パターン
と孤立パターン側壁へのサイドエッチング量の差も低減
できる。その結果、孤立パターンと密集パターンの寸法
の粗密差は低減する。

【００１９】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、第１の方法において、前記絶縁膜が、シリコン酸化
膜とシリコン窒化膜とを順次堆積することにより構成さ
れた積層膜であることを特徴とする。

【００２０】この場合、前記絶縁膜の膜厚に占める前記
シリコン酸化膜の膜厚の割合が２５％から７５％である
ことが好ましい。この時、前記絶縁膜の膜厚が１５０ｎ
ｍ以上とすることができる。

【００２１】第２の半導体装置の製造方法によれば、半
導体膜あるいは導電膜をドライエッチングする際、マス
クとなる絶縁膜の膜厚を１５０ｎｍ以上に厚くする必要
がある場合においても、絶縁膜単層膜の代わりにシリコ
ン酸化膜、シリコン窒化膜を順次堆積することによって
構成される２層構造の積層膜を使用するため、前記積層
膜上層のシリコン窒化膜をドライエッチングする過程に
おいては、エッチング容器中に存在する炭素（Ｃ）およ
びフッ素（Ｆ）が化学反応することによって、炭素
（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素とするＣＦ系ポリ
マーが生成され、シリコン窒化膜のパターン側壁に付着
する。このＣＦ系ポリマーの付着量は密集パターン側壁
に比べて孤立パターン側壁で多い。次に、前記積層膜下
層のシリコン酸化膜をドライエッチングする過程におい
ては、シリコン酸化膜をドライエッチングする際、エッ
チングされているシリコン酸化膜から酸素分子（Ｏ₂）
および酸素原子（Ｏ）が発生する。これらの酸素分子
（Ｏ₂）および酸素原子（Ｏ）は、上層のシリコン窒化
膜および下層のシリコン酸化膜側壁に付着したＣＦ系ポ
リマーと（式１）に示す化学反応を起こし、ＣＦ系ポリ
マーを除去する働きをする。

【００２２】ＣｘＦｙ＋Ｏ → ＣＯｘ（ｘ＝１，２）↑ ＋Ｆｙ（ｙ＝１，２）↑ （式１）エッチングされるシリコン酸化膜の面積は密集パターン
に比べて孤立パターンで大きく、シリコン酸化膜エッチ
ング時の酸素分子（Ｏ₂）と酸素原子（Ｏ）の発生量は
密集パターンに比べて孤立パターンで多くなる。従っ
て、酸素分子（Ｏ ₂）と酸素原子（Ｏ）のＣＦ系ポリマ
ー除去作用は密集パターンに比べて孤立パターンで大き
くなる。その結果、密集パターンと孤立パターン側壁へ
のＣＦ系ポリマー付着量の差は低減し、孤立パターンと
密集パターンの寸法の粗密差は低減する。

【００２３】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法
は、第１の方法において、前記絶縁膜が、シリコン窒化
膜とシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを順次堆積する
ことによって構成された３層の積層膜であることを特徴
とする。

【００２４】この場合、前記３層の積層膜のうち最下層
のシリコン窒化膜の膜厚が３０ｎｍ以下であることが好
ましい。

【００２５】第３の方法は、半導体膜あるいは導電膜を
ドライエッチングする際、マスクとなる絶縁膜の膜厚を
１５０ｎｍ以上に厚くする必要があり、かつ、マスクと
なる絶縁膜を堆積する際に半導体膜あるいは導電膜を酸
化させたくない場合に使用することができる。この場
合、絶縁膜単層膜、又はシリコン酸化膜、シリコン窒化
膜を順次堆積することによって構成される２層構造の積
層膜の代わりに、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜を順次堆積することによって構成される３
層構造の積層膜を使用すればよい。

【００２６】前記３層構造の積層膜において、最下層の
シリコン窒化膜の膜厚は３０ｎｍ以下と薄膜にする。前
記３層構造の積層絶縁膜を使用した場合、半導体膜ある
いは導電膜の上層はシリコン窒化膜なので、マスクとな
る絶縁膜を堆積する際に、半導体膜あるいは導電膜が酸
化することはない。また、中間層のシリコン酸化膜をド
ライエッチングする過程においては、エッチングされる
シリコン酸化膜から発生する酸素分子（Ｏ₂）および酸
素原子（Ｏ）のＣＦ系ポリマー除去作用により、密集パ
ターンと孤立パターン側壁へのＣＦ系ポリマー付着量の
差が低減するので、孤立パターンと密集パターンの寸法
の粗密差は低減する。また、積層膜最下層のシリコン窒
化膜膜厚が３０ｎｍ以下の薄膜であれば、孤立パターン
と密集パターンの寸法の粗密差は大きくならない。従っ
て、前記３層構造の積層膜を使用すれば、半導体膜ある
いは導電膜を酸化させることなく、孤立パターンと密集
パターンの寸法の粗密差を低減することができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法につい
て、図１（ａ）〜（ｅ）及び図２（ａ）、（ｂ）を参照
しながら説明する。

【００２８】第１の実施形態に係る半導体装置の製造方
法は、レジストをマスクとしてシリコン窒化膜にパター
ンの形状を転写し、シリコン窒化膜をマスクとして導電
膜をエッチングする方法である。

【００２９】図１は、本発明の第１の実施形態における
半導体製造方法の工程断面図を示すものである。図１に
おいて、７は半導体基板、８はシリコン窒化膜またはシ
リコン酸化膜などの絶縁膜（例えば２００ｎｍ）、９は
ポリシリコン膜（例えば１５０ｎｍ）、１０はポリシリ
コン膜９上に形成されたシリコン窒化膜、１１はシリコ
ン窒化膜１０上にリソグラフィ法で形成されたレジスト
パターン、１２はシリコン窒化膜１０のドライエッチン
グ中に生成されて、シリコン窒化膜１０の側壁に付着し
た炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素とするＣＦ
系ポリマーである。

【００３０】図１（ａ）はリソグラフィ法により膜厚
０．７μｍのレジストパターン１１をシリコン窒化膜１
０上に形成した直後の工程断面図である。この時レジス
トパターン１１は、孤立および密集パターンとしてラン
ダムにシリコン窒化膜１０上に形成されている。シリコ
ン窒化膜１０は減圧化学気相成長法（減圧CVD法）を用
いて堆積し、その膜厚を１５０ｎｍ程度の薄膜とした。
これは、後述するように、レジストパターンの寸法に対
してシリコン窒化膜の膜厚が大きくなりすぎると、それ
ぞれのパターンの側壁部にポリマーの付着量が絶対的に
増大していくとともに、パターンの粗密に起因するポリ
マー付着量の「差」が増大していくためである。

【００３１】実験によれば、この膜厚は仕上がり寸法の
粗密差が問題とならない程度、例えば１０ｎｍ以下とす
るためには、シリコン窒化膜の膜厚は１５０ｎｍ以下で
あれば良いことが分かった。ただし、あまり薄すぎる
と、マスクとして機能しなくなるので薄くするのにも限
界があると考えられる。この場合、後述する第２又は第
３の実施形態に示す方法を用いればよい。

【００３２】図１（ｂ）はリソグラフィ法で形成された
レジストパターン１１をマスクに用いてシリコン窒化膜
１０のドライエッチングを行っている途中の工程断面図
である。そのエッチング条件を以下に示す。

【００３３】使用プラズマ装置・・・平行平板型反応性
プラズマエッチング装置（セルフバイアスを利用したも
の）エッチングガスの種類及び標準状態における１分間当た
りの流量・・・ＣＨＦ₃ガス：ＣＦ₄ガス：Ｏ₂ガス＝３０ｍｌ：
４０ｍｌ：５ｍｌバイアスパワー・・・６００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）圧力・・・１００Ｐａエッチング時には、エッチング容器中に存在する炭素
（Ｃ）とフッ素（Ｆ）とが化学反応することによって、
炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素とするＣＦ系
ポリマー１２が生成され、これがシリコン窒化膜１０の
側壁に付着する。

【００３４】図１（ｃ）はレジストパターン１１をマス
クに使用してシリコン窒化膜１０のドライエッチングが
終了した直後の工程断面図である。上述したように、シ
リコン窒化膜１０の膜厚を従来よりも薄くしたため、密
集パターンと孤立パターン側壁へのＣＦ系ポリマー付着
量の「差」が低減され、その結果、孤立パターンと密集
パターンの仕上がり寸法の差が低減された。

【００３５】ここで、シリコン窒化膜１０の膜厚が仕上
がり寸法に及ぼす影響について定量的に調べた実験結果
について、図２を用いて説明する。

【００３６】図２（ａ）は孤立パターンと密集パターン
の寸法変換差とシリコン窒化膜膜厚の関係を示してい
る。図２（ａ）の縦軸は寸法変換差を、横軸はシリコン
窒化膜の膜厚をそれぞれ示している。また、図２（ｂ）
は孤立パターンと密集パターンの寸法変換差の差とシリ
コン窒化膜膜厚の関係を示している。図２（ｂ）の縦軸
は孤立パターンと密集パターンにおける寸法変換差の差
を、横軸はシリコン窒化膜の膜厚をそれぞれ示してい
る。ここで、寸法変換差とはシリコン窒化膜１０をドラ
イエッチングした後のパターン寸法からレジストパター
ン寸法を差し引いた値を意味する。レジストパターンの
寸法が孤立パターンと密集パターンで同一である場合、
孤立パターンと密集パターンの寸法変換差の差が仕上が
り寸法の差を表すことになる。

【００３７】図２（ａ）より分かることは、以下の３点
である。

【００３８】１．密集パターンの寸法変換差が窒化膜の
膜厚に対して大きく変化すること２．孤立パターンの寸法変換差が窒化膜の膜厚に対して
あまり変化しないこと３．窒化膜の膜厚が１５０ｎｍ以上になると密集パター
ンの寸法変換差は大きく変化することその結果、図２（ｂ）に示すように、孤立パターンと密
集パターンの寸法変換差の差がシリコン窒化膜の膜厚に
対して大きく変化する。特にシリコン窒化膜の膜厚が１
５０ｎｍ以上になると、孤立および密集パターンの寸法
変換差の差は１０ｎｍ以上となり、大きく変化してい
る。

【００３９】以上の結果より、シリコン窒化膜の膜厚を
１５０ｎｍ以下の薄膜にすることで、孤立パターンと密
集パターンの寸法変換差の差を低減することができ、孤
立パターンと密集パターンの仕上がり寸法の差を１０ｎ
ｍ以下に低減できることが分かる。

【００４０】図１（ｄ）はシリコン窒化膜１０のドライ
エッチング後に残ったレジストパターン１１、およびシ
リコン窒化膜１０のドライエッチング中に生成されてシ
リコン窒化膜１０の側壁に付着したＣＦ系のポリマー１
２をアッシングと洗浄処理を行うことによって除去した
直後の工程断面図である。

【００４１】図１（ｅ）はシリコン窒化膜１０をマスク
に使用して、導電膜９をドライエッチングし、配線パタ
ーンを形成した直後の工程断面図である。高精度に寸法
制御されたシリコン窒化膜パターン（密集パターンと孤
立パターンの寸法の粗密差が１０ｎｍ以下）を導電膜９
のドライエッチングのマスクに使用することで、０．１
８μｍルール以降のデバイスにおける高寸法精度の配線
パターン形成が可能となる。

【００４２】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る半導体製造方法について、図３（ａ）〜
（ｅ）及び図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

【００４３】図３は、本発明の第２の実施形態における
半導体製造方法の工程断面図を示すものである。

【００４４】図３において、１４は半導体基板１３上に
形成されたシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜などの
絶縁膜（例えば２００ｎｍ）、１５はポリシリコン膜
（例えば１５０ｎｍ）、１６はシリコン酸化膜、１７は
シリコン窒化膜、１８はリソグラフィ法で形成されたレ
ジストパターン、１９はシリコン窒化膜１７およびシリ
コン酸化膜１６のドライエッチング中に生成されて、シ
リコン窒化膜１７およびシリコン酸化膜１６の側壁に付
着した炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素とする
ＣＦ系ポリマーである。

【００４５】第１の実施形態と異なる点は、シリコン窒
化膜の下層にシリコン酸化膜１６を設けた点である。

【００４６】図３（ａ）はリソグラフィ法により膜厚
０．７μｍのレジストパターン１８をシリコン窒化膜１
７上に形成した直後の工程断面図である。この時レジス
トパターン１８は、孤立および密集パターンとしてラン
ダムにシリコン窒化膜１７上に形成されている。シリコ
ン窒化膜１７およびシリコン酸化膜１６は減圧CVD法を
用いて堆積し、積層膜の膜厚（シリコン窒化膜膜厚＋シ
リコン酸化膜膜厚）は２００ｎｍである。

【００４７】図３（ｂ）はリソグラフィ法で形成された
レジストパターン１８をマスクに使用して、シリコン窒
化膜１７とシリコン酸化膜１６とを一括してドライエッ
チングしている工程断面図（シリコン窒化膜１７のドラ
イエッチングは終了し、引き続きシリコン酸化膜１６を
ドライエッチングしている様子を示したもの）である。
なお、積層膜の一括エッチングの条件は、第１の実施形
態とは若干異なる条件を用いており、例えば以下の通り
である。

【００４８】使用プラズマ装置・・・平行平板型反応性
プラズマエッチング装置（セルフバイアスを利用したも
の）エッチングガスの種類及び標準状態における１分間当た
りの流量・・・ＣＨＦ₃ガス：ＣＦ₄ガス：Ｏ₂ガス＝１５ｍｌ：
２５ｍｌ：４ｍｌバイアスパワー・・・５００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）圧力・・・５０Ｐａここで、図３（ｂ）における、２０はシリコン酸化膜１
６のドライエッチング中にシリコン酸化膜１６から発生
した酸素（Ｏ）と、ＣＦ系ポリマー１９とが化学反応す
ることにより発生するＣＯｘ（ｘ＝１，２）ガスを示し
たものである。このＣＯｘ（ｘ＝１，２）発生のメカニ
ズムを、更に詳細に説明する。

【００４９】まず、シリコン窒化膜のエッチング工程で
は、エッチング容器中に存在する炭素（Ｃ）とフッ素
（Ｆ）とが化学反応することによって、炭素（Ｃ）およ
びフッ素（Ｆ）を構成元素とするＣＦ系ポリマー１９が
生成され、シリコン窒化膜１７のパターン側壁に付着す
る。この時、窒化膜１７の膜厚が厚いとき、ＣＦ系ポリ
マーの付着量は密集パターンに比べて孤立パターン側壁
で多くなる。

【００５０】シリコン窒化膜１７のエッチング工程に続
くシリコン酸化膜１６のエッチング工程では、シリコン
酸化膜１６から酸素分子（Ｏ₂）および酸素原子（Ｏ）
が発生する。その結果、上述した（式１）に示す化学反
応により、側壁に付着したポリマーは除去されていく。
このとき、これらの酸素分子（Ｏ₂）及び酸素原子
（Ｏ）の発生量は密集パターンに比べて孤立パターンで
多いため、除去されるポリマーの量は、孤立パターン側
壁部では多く密集パターン部では少ない。

【００５１】図３（ｃ）はレジストパターン１８をマス
クに使用してシリコン窒化膜１７とシリコン酸化膜１６
との積層膜の一括ドライエッチングが終了した直後の工
程断面図である。シリコン酸化膜１６をドライエッチン
グする際に発生する酸素分子（Ｏ₂）と酸素原子（Ｏ）
のＣＦ系ポリマー１９を除去する作用により、密集パタ
ーンと孤立パターン側壁におけるＣＦ系ポリマー付着量
の差が低減され、結果として孤立パターンと密集パター
ンの寸法の粗密差が低減される。

【００５２】ここで、シリコン窒化膜／シリコン酸化膜
積層膜の膜厚に占めるシリコン酸化膜の割合が仕上がり
寸法に及ぼす影響について定量的に調べた実験結果につ
いて、図４を用いて説明する。

【００５３】図４（ａ）は孤立パターンと密集パターン
の寸法変換差と積層膜膜厚に占めるシリコン酸化膜膜厚
の割合の関係を示している。ここで、図４（ａ）の縦軸
は孤立パターンと密集パターンの寸法変換差を、横軸は
積層膜膜厚に占めるシリコン酸化膜膜厚の割合をそれぞ
れ示している。また図４（ｂ）は、孤立パターンと密集
パターンの寸法変換差の差と積層膜膜厚に占めるシリコ
ン酸化膜膜厚の割合の関係を示している。ここで、図４
（ｂ）の縦軸は孤立パターンと密集パターンの寸法変換
差の差を、横軸は積層膜膜厚に占めるシリコン酸化膜膜
厚の割合をそれぞれ示している。ここで、積層膜はシリ
コン酸化膜上にシリコン窒化膜を堆積した構造をしてお
り、その膜厚は合計で２００ｎｍである。

【００５４】図４（ａ）より、孤立パターンの寸法変換
差が密集パターンに比べ、シリコン酸化膜の膜厚に対し
て大きく変化することが分かる。その結果、図４（ｂ）
に示すように、孤立パターンと密集パターンの寸法変換
差の差はシリコン酸化膜の膜厚に対して大きく変化す
る。図４（ａ）、（ｂ）より、積層膜膜厚に占めるシリ
コン酸化膜膜厚の割合を２５％〜７５％の範囲にするこ
とで、孤立パターンと密集パターンの寸法変換差の差を
１０ｎｍ以下に低減できることが分かる。

【００５５】図３（ｄ）はシリコン窒化膜１７とシリコ
ン酸化膜１６の積層膜をドライエッチングした後に残っ
たレジストパターン１８、およびシリコン窒化膜１７と
シリコン酸化膜１６のドライエッチング中に生成されて
シリコン窒化膜１７とシリコン酸化膜１６の側壁に付着
したＣＦ系のポリマー１９をアッシングと洗浄処理を行
うことによって除去した直後の工程断面図である。

【００５６】図３（ｅ）はシリコン窒化膜１７とシリコ
ン酸化膜１６の積層膜をマスクに使用して、導電膜１５
をドライエッチングし、配線パターンを形成した直後の
工程断面図である。高精度に寸法制御された積層膜パタ
ーン（密集パターンと孤立パターンの寸法の粗密差が１
０ｎｍ以下）をポリシリコン膜１５のドライエッチング
のマスクに使用することで、０．１８μｍルール以降の
デバイスにおける高寸法精度の配線パターン形成が可能
となる。

【００５７】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る半導体製造方法について、図５（ａ）〜
（ｅ）及び図６（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

【００５８】図５は、本発明の第３の実施形態における
半導体製造方法の工程断面図を示すものである。

【００５９】図５において、２２は半導体基板２１上に
形成されたシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜などの
絶縁膜（例えば２００ｎｍ）、２３はポリシリコン膜
（例えば１５０ｎｍ）、２４はシリコン窒化膜、２５は
シリコン酸化膜、２６はシリコン窒化膜、２７はリソグ
ラフィ法で形成されたレジストパターン、２８はシリコ
ン窒化膜２６、シリコン酸化膜２５、シリコン窒化膜２
４のドライエッチング中に生成されて、シリコン窒化膜
２６、シリコン酸化膜２５、シリコン窒化膜２４の側壁
に付着した炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素と
するＣＦ系ポリマーである。

【００６０】図５（ａ）はリソグラフィ法により膜厚
０．７μｍのレジストパターン２７をシリコン窒化膜２
６上に形成した直後の工程断面図である。この時レジス
トパターン２７は、孤立および密集パターンとしてラン
ダムにシリコン窒化膜２６上に形成されている。シリコ
ン窒化膜２６、シリコン酸化膜２５、そしてシリコン窒
化膜２４は減圧CVD法を用いて堆積し、積層膜の膜厚は
それぞれ１００ｎｍ、１００ｎｍ、２０ｎｍであり、全
膜厚は合計で２２０ｎｍとなる。

【００６１】第１及び第２の実施形態と異なる点は、シ
リコン窒化膜の下層にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜
とを設け、３層にした点である。この構造によれば、ポ
リシリコン膜２３上の膜はシリコン窒化膜２４であるの
で、ポリシリコン膜２３が酸化されることを防止するこ
とができる。

【００６２】図５（ｂ）はレジストパターン２７をマス
クに使用して、シリコン窒化膜２６、シリコン酸化膜２
５、シリコン窒化膜２４をドライエッチングしている途
中の工程断面図である。具体的には、シリコン窒化膜２
６とシリコン酸化膜２５のドライエッチングがちょうど
終了した時点の工程断面図を示している。

【００６３】これらの３層構造を有する積層膜のドライ
エッチングは、上述した第２の実施形態で示したものと
同じ条件で一括して行うことができる。シリコン窒化膜
２６とシリコン酸化膜２５のエッチング過程では、第２
の実施形態で述べたように、シリコン酸化膜エッチング
中にシリコン酸化膜２５から発生する酸素分子（Ｏ₂）
と酸素原子（Ｏ）のＣＦ系ポリマー２８を除去する作用
により、密集パターンと孤立パターン側壁におけるＣＦ
系ポリマー付着量の差が低減し、密集パターンと孤立パ
ターンの寸法の粗密差が低減されている。

【００６４】図５（ｃ）はリソグラフィ法で形成された
レジストパターン２７をマスクに使用して、３層構造を
有する積層膜のドライエッチングが終了した直後の工程
断面図である。

【００６５】ここで、最下層のシリコン窒化膜の膜厚が
仕上がり寸法に及ぼす影響について定量的に調べた実験
結果について、図６を用いて説明する。

【００６６】図６（ａ）は孤立パターンと密集パターン
の寸法変換差と最下層シリコン窒化膜厚の関係を示して
いる。ここで、図６（ａ）の縦軸は孤立パターンと密集
パターンの寸法変換差を、横軸は最下層シリコン窒化膜
の膜厚をそれぞれ示している。また図６（ｂ）は、孤立
パターンと密集パターンの寸法変換差の差と最下層シリ
コン窒化膜厚の関係を示している。ここで、図６（ｂ）
の縦軸は孤立パターンと密集パターンの寸法変換差の差
を、横軸は最下層シリコン窒化膜の膜厚をそれぞれ示し
ている。最下層シリコン窒化膜とは３層構造の最下層に
位置して、ポリシリコン膜上にあるシリコン窒化膜のこ
とを言う。また、最下層シリコン窒化膜上のシリコン酸
化膜およびシリコン窒化膜の膜厚はそれぞれ１００ｎｍ
である。

【００６７】図６（ａ）より、シリコン窒化膜の膜厚が
３０ｎｍ以上に厚くなった場合、孤立パターンの寸法変
換差が密集パターンに比べて大きく変化することが分か
る。その結果、図６（ｂ）に示すように、孤立パターン
と密集パターンの寸法変換差の差はシリコン酸化膜の膜
厚が３０ｎｍ以上になると大きく変化する。図６
（ａ）、（ｂ）より、最下層のシリコン窒化膜の膜厚が
３０ｎｍ以下であれば孤立パターンと密集パターンの寸
法変換差の差が変化しないことが分かる。もっとも、下
層の導電膜の酸化を防止するのであれば、膜厚を０ｎｍ
とすることは出来ない。

【００６８】図５（ｄ）はシリコン窒化膜２６、シリコ
ン酸化膜２５、シリコン窒化膜２４の３層積層膜をドラ
イエッチングした後に残ったレジストパターン２７、お
よびシリコン窒化膜２６、シリコン酸化膜２５、シリコ
ン窒化膜２４のドライエッチング中に生成されて３層積
層膜側壁に付着したＣＦ系ポリマー２８をアッシングと
洗浄処理を行うことによって除去した直後の工程断面図
である。

【００６９】図５（ｅ）はシリコン窒化膜２６、シリコ
ン酸化膜２５、シリコン窒化膜２４で構成される３層積
層膜をマスクに使用して、導電膜２３をドライエッチン
グし、配線パターンを形成した直後の工程断面図であ
る。高精度に寸法制御された積層膜パターン（密集パタ
ーンと孤立パターンの寸法の粗密差が１０ｎｍ以下）を
ポリシリコン膜１５のドライエッチングのマスクに使用
することで、導電膜が酸化することによって生じる抵抗
値の上昇を防止しながら、０．１８μｍルール以降のデ
バイスにおける高寸法精度の配線パターン形成が可能と
なる。

【００７０】なお、以上の第１から第３の実施形態にお
いて、導電膜上の絶縁膜には減圧CVD法を用いて堆積し
たシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を用いたが、そ
れに代えて、常圧化学的気相成長法（常圧CVD法）、プ
ラズマ化学的気相成長法（プラズマCVD法）を用いて堆
積したシリコン窒化膜およびシリコン酸化膜を使用して
も同等の効果が得られることは言うまでもない。

【００７１】また、導電膜にポリシリコン膜を用いた
が、それに代えてタングステン、チタン、アルミニウ
ム、銅、コバルト、ニッケル、白金およびそれらを含む
化合物を使用しても同等の効果が得られることは言うま
でもない。

【００７２】また、ドライエッチング装置は、平行平板
型反応性プラズマエッチング装置を使用したが、これ以
外でも、プラズマ密度とイオンエネルギーを独立に制御
できる高密度プラズマエッチング装置、例えば、電子サ
イクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマ、誘導結合型（Ｉ
ＣＰ）プラズマ、ヘリコン波（ＨＷＰ）プラズマを利用
した装置等を使用しても良い。これは、他の実施形態で
も同様である。

【００７３】

【発明の効果】本発明の半導体装置の製造方法によれ
ば、導電膜のドライエッチングに使用するマスクパター
ンのドライエッチングにおいて、孤立パターンと密集パ
ターンの仕上がり寸法の差を低減でき、高寸法精度の配
線パターン形成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程
断面図

【図２】本発明の実施形態におけるシリコン窒化膜膜厚
と寸法変換差の関係図

【図３】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程
断面図

【図４】本発明の実施形態における積層膜膜厚に占める
シリコン酸化膜膜厚の割合と寸法変換差の関係図

【図５】本発明による半導体装置の製造方法を示す工程
断面図

【図６】本発明の実施形態における積層膜の最下層シリ
コン窒化膜膜厚と寸法変換差の関係図

【図７】従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図

【符号の説明】

１半導体基板２シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜３導電膜４シリコン窒化膜５レジストパターン６炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素とするＣ
Ｆ系のポリマー７半導体基板８シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜９導電膜１０シリコン窒化膜１１レジストパターン１２炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素とする
ＣＦ系のポリマー１３半導体基板１４シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜１５導電膜１６シリコン酸化膜１７シリコン窒化膜１８レジストパターン１９炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素とする
ＣＦ系のポリマー２０ＣＯｘ（ｘ＝１，２）ガス２１半導体基板２２シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜２３導電膜２４シリコン窒化膜２５シリコン酸化膜２６シリコン窒化膜２７レジストパターン２８炭素（Ｃ）およびフッ素（Ｆ）を構成元素とする
ＣＦ系のポリマー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被エッチング対象となる導電部材が形成
された基板上に、絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜
の上部にレジスト膜を形成しリソグラフィ工程により密
集パターン領域と孤立パターン領域とを含むパターンを
形成する工程と、前記レジスト膜をマスクとして前記絶
縁膜をドライエッチングして前記絶縁膜に前記レジスト
膜のパターン形状を転写する工程と、前記絶縁膜をマス
クとして前記導電部材をエッチングする工程とを備え、前記絶縁膜の厚さが、前記レジスト膜に形成したパターン寸法から前記絶縁膜
をドライエッチングした後の前記絶縁膜のパターン寸法
を差し引いた値が、前記孤立パターン領域と前記密集パ
ターン領域とで所定の値以下となるような膜厚としたこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記導電部材をエッチングする工程の前
に、アッシング工程又は洗浄工程又はその両方をさらに
含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項３】前記絶縁膜の厚さは１５０ｎｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導
体装置の製造方法。
【請求項４】前記絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコ
ン酸化膜又はシリコン酸窒化膜のいずれか１つであるこ
とを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に
記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】前記絶縁膜が、シリコン酸化膜とシリコ
ン窒化膜とを順次堆積することにより構成された積層膜
であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項６】前記絶縁膜の膜厚に占める前記シリコン
酸化膜の膜厚の割合が２５％から７５％であることを特
徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記絶縁膜の膜厚が１５０ｎｍ以上であ
ることを特徴とする請求項５又は６に記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項８】前記絶縁膜が、シリコン窒化膜とシリコ
ン酸化膜とシリコン窒化膜とを順次堆積することによっ
て構成された３層の積層膜であることを特徴とする請求
項１、２又は７のいずれか１項に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項９】前記３層の積層膜のうち最下層のシリコ
ン窒化膜の膜厚が３０ｎｍ以下であることを特徴とする
請求項８に記載の半導体装置の製造方法。