JP2002289592A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JP2002289592A
JP2002289592A JP2001092252A JP2001092252A JP2002289592A JP 2002289592 A JP2002289592 A JP 2002289592A JP 2001092252 A JP2001092252 A JP 2001092252A JP 2001092252 A JP2001092252 A JP 2001092252A JP 2002289592 A JP2002289592 A JP 2002289592A
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antireflection film
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周作 柳川
Masaji Ikeda
正次 池田
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賢一 久保
Yoichi Goto
陽一 後藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反射防止膜のエッチングにおけるパターン寸
法の変動を抑制する。 【解決手段】 レジストの開口部17の反射防止膜15
を、炭化水素のハロゲン置換体を成分として含むエッチ
ングガスによりエッチングして除去する構成とした。こ
れにより、炭化水素のハロゲン置換体の炭素成分が、反
射防止膜15のエッチングの際に、イオンの照射の少な
いレジスト16の開口部17の側壁、および反射防止膜
がエッチングされた開口部の側壁に、炭素質の堆積物1
8として形成され、側壁保護膜としてはたらくので、エ
ッチングによるレジスト16の開口部17および反射防
止膜15の開口部の横方向への広がりを抑制して、反射
防止膜15を異方性エッチングすることができる。

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
法に関し、特に反射防止膜をエッチングにより除去する
半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体装置は、VLSI(Very L
arge Scale Integration)に見られるように、高集積
化、高機能化に伴って微細化が進行している。その結
果、半導体装置の線幅を細くするために、最小線幅を決
定するリソグラフィ用の露光波長を短波長化する必要が
あり、線幅の寸法制御が困難になりつつある。
【0003】従来のレジストパターン形成は、下地基板
上にレジスト膜を塗布して形成し、g線(波長436n
m)、i線(波長365nm)、KrFエキシマレーザ
(波長248nm)などの単一波長の光を用いて露光を
行い、アルカリ水溶液にて現像を行う方法が用いられて
きた。このように単一波長の光で露光を行う場合には、
ハレーションと呼ばれる下地基板からの反射光によるレ
ジスト形状の劣化が起こる。また、レジストのパターニ
ングの際、レジスト膜内での露光時の光の多重干渉によ
り定在波が発生し、このとき下地基板の段差によりレジ
スト膜厚が変化している場合には、レジスト膜と下地基
板との界面まで到達する入射光量と、レジスト膜と下地
基板との界面からの反射光量とがレジスト膜厚に依存し
て変化し、レジストの吸収光量に差が生じてパターン寸
法が変動してしまう。すなわち、定在波によってレジス
トの膜厚差がパターン寸法の差として現れるために、パ
ターン寸法を精度良く制御することが困難になる。
【0004】ハレーション、定在波効果によるパターン
寸法の変動は、半導体装置を作製する上で、トランジス
タ特性のばらつき、断線、短絡といった問題を引き起こ
す。特に、定在波効果において、レジストの吸収光量
は、レジスト膜自体の光吸収率や、形成される下地基板
の種類、下地基板に存在する段差によって微妙に変化
し、露光、現像後に得られるパターン寸法の制御を困難
にしている。この問題は、どの種のレジストでも共通に
存在するもので、パターンの微細化に伴って顕在化して
くる。
【0005】そこで、このような定在波効果を抑制する
方法として、レジストの下層に有機系の反射防止膜を用
いる方法が提案されている。反射防止膜は、露光波長に
対して吸収を持つ色素を含有したもので、反射防止膜の
膜厚の最適化により、下地基板からの反射を完全にカッ
トすることが可能である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、反射防止膜を
形成する場合、反射防止膜の組成がレジストの組成に近
いため、ドライエッチング工程において、酸素を含むガ
ス系を用いると、反射防止膜のエッチングの際にレジス
ト膜までエッチングしてしまい、エッチングによりレジ
ストの開口部がパターニング時よりも広くなってしまう
といった問題点があった。
【0007】また、下地基板に段差がある場合、塗布し
た反射防止膜は段差上部では薄く、段差下部では厚くな
るといったように、レジスト同様、反射防止膜自体の膜
厚が下地基板の段差に依存して変動する。この段階で生
じる膜厚変動は、反射防止膜材料の粘性に依存し、粘性
が高い方が変動は少なくなるものの、完全に無くすこと
はできない。このため、反射防止膜の厚い部分に合わせ
てエッチングを行うと、薄い部分のエッチングが過剰と
なり、それに伴いレジストの開口部もエッチングされて
横方向に広がるため、パターン寸法のばらつきが増大す
るといった問題点があった。
【0008】反射防止膜の膜厚が変動した場合、反射防
止膜内で、入射光と反射光とが干渉する定在波効果のた
め、パターン寸法の変動が生じてしまう。この寸法の変
動は、反射防止膜の膜厚が十分に厚い(0.2μm以
上)場合には無視できるが、その分、反射防止膜のエッ
チング時間を長くする必要がある。その結果、前述した
ように、反射防止膜の組成がレジストの組成に近いた
め、反射防止膜のエッチングの際にレジスト膜までエッ
チングしてしまい、レジストの開口部の広がりによるパ
ターン寸法の変動が生じるといった問題点があった。
【0009】さらに、反射防止膜の下層にはシリコン酸
化膜などの絶縁膜が形成されており、反射防止膜のエッ
チング工程の後、別の装置で絶縁膜をエッチングしなけ
ればならず、反射防止膜を用いる場合には工程数が増加
してしまう。
【0010】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、パターン寸法の変動を抑制して反射防止膜を
エッチングして除去する半導体装置の製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0011】また、本発明は反射防止膜と絶縁膜のエッ
チングを連続して行う半導体装置の製造方法を提供する
ことを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、反射防
止膜をエッチングして除去する半導体装置の製造方法で
あって、ウェハ基板に形成された絶縁膜上に反射防止膜
を形成し、反射防止膜上にレジストを形成した後、レジ
ストを開口し、開口した部分の反射防止膜を炭化水素の
ハロゲン置換体を成分として含むエッチングガスにより
エッチングして除去することを特徴とする半導体装置の
製造方法が提供される。
【0013】上記構成によれば、エッチングガスが炭化
水素のハロゲン置換体を成分として含むので、反射防止
膜のエッチングの際に、イオンの照射の少ないレジスト
の開口部の側壁、および反射防止膜のエッチングされた
開口部の側壁に、炭素質の堆積物が形成される。これに
より、堆積物が側壁保護膜としてはたらき、エッチング
の際、レジスト開口部および反射防止膜の開口部の横方
向への広がりを抑制して、反射防止膜の異方性エッチン
グを行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態に係る
半導体装置の開口部の断面図である。
【0015】半導体装置10は、シリコン基板11と、
シリコン基板11にLOCOS(Local Oxidation of S
ilicon)法により形成した素子分離12と、シリコン基
板11上と素子分離12上とに減圧CVD法により形成
したポリシリコン膜13と、ポリシリコン膜13上に常
圧CVD法により形成した二酸化シリコン(SiO2
膜14と、SiO2膜14上にスピンコート法により塗
布して形成した反射防止膜15と、反射防止膜15上に
塗布したレジスト16と、レジスト16の開口部17
と、開口部17の側壁に形成された炭素質の堆積物18
とから構成されている。
【0016】上記の構成の半導体装置10は、シリコン
基板11に素子分離12を形成した後、ポリシリコン膜
13、SiO2膜14、反射防止膜15を順次形成した
後、反射防止膜15上にレジスト16を形成し、パター
ニングして開口部17を形成して得られる。次いで、反
射防止膜15を炭化水素のハロゲン置換体を成分として
含むエッチングガスによりエッチングして除去する。こ
のとき、エッチングガスに含まれる炭化水素のハロゲン
置換体が、反射防止膜15のエッチングの際、開口部1
7の側壁に炭素質として堆積され、堆積物18が形成さ
れる。堆積物18は側壁保護膜としてはたらき、レジス
ト16の開口部17、さらにエッチングに伴い形成され
る反射防止膜15の開口部の横方向への広がりを抑制
し、反射防止膜の異方性エッチングを行うことができ
る。これにより、精度良くパターンを形成することがで
きるようになる。
【0017】次に、本発明の実施の形態を半導体装置の
製造に適用した場合を例にして説明する。図2から図5
は各工程における半導体装置の断面図である。
【0018】図2はシリコン基板にポリシリコン膜とS
iO2膜を形成した状態を示す図である。まず、シリコ
ン基板21にLOCOS法によって素子分離22を形成
する。このとき、素子分離22にはヘッド23が形成さ
れる。次いで、シリコン基板21上とヘッド23を含む
素子分離22上とに減圧CVD法により厚さ150nm
のポリシリコン膜24と、ポリシリコン膜24上に常圧
CVD法により厚さ385nmのSiO2膜25とを形
成する。
【0019】図3は反射防止膜を形成した状態を示す図
である。図2に示した工程の後、SiO2膜25上にス
ピンコート法により有機系の反射防止膜26を形成す
る。このとき、形成した反射防止膜26の膜厚は、素子
分離22の領域上で厚さ180nm、素子領域上で厚さ
125nmとなり、ヘッド23の存在により、領域で膜
厚に差が生じる。
【0020】図4はレジストを形成した状態を示す図で
ある。反射防止膜26を形成した後、180℃のハード
ベークを施し、膜を積層していないシリコン基板上に塗
布した場合の厚さが1.31μmになる条件にて、反射
防止膜26上にレジスト27を塗布する。このとき、形
成したレジスト27の膜厚は、素子分離22の領域上で
厚さ1.31μm、素子領域上で厚さ1.25μmとな
り、反射防止膜26を形成したときと同様、ヘッド23
の存在により、領域で膜厚に差が生じる。次いで、i線
ステッパーを用いて、レジスト27を1.70μm幅に
パターニングする。
【0021】図5は反射防止膜をエッチングした状態を
示す図である。反射防止膜26のエッチングには、MC
R型(磁場封じ込め型リアクター)のエッチング装置を
用いて、CF4/Ar/CHF3/O2=30/400/
20/10sccm(standard cubic centimeter/minu
te)のエッチングガス組成にて、圧力2.0Pa、ソー
ス出力1000W、RFバイアス50W(450kH
z)、ウェハ温度0℃、エッチング量200nmの条件
でエッチングを行う。
【0022】この条件での反射防止膜26のエッチング
速度は330nm/min、対レジスト選択比は2.0
で、SiO2膜25の界面までエッチングが行われ、反
射防止膜26、レジスト27の膜厚が厚い素子分離22
の領域上でも反射防止膜26を完全にエッチングするこ
とができる。
【0023】さらに、反射防止膜26のエッチング量を
200nmから250nmまでの範囲で変化させ、線幅
のオーバーエッチング量依存性を調べたところ、50n
mのエッチング量追加による線幅の増加は0.01μm
以下であり、反射防止膜26、レジスト27の膜厚に差
が存在する素子分離22の領域上と素子領域上とで、線
幅の寸法差は反射防止膜26のエッチング量によらず、
ほとんど無視できるレベルである。
【0024】上記のように、エッチングガスを炭化水素
のハロゲン置換体を含む組成とした場合、反射防止膜2
6がエッチングされる際、エッチングガス中に含まれる
炭化水素のハロゲン置換体に由来する炭素成分が、レジ
スト27の開口部の側壁およびエッチングにより形成さ
れる反射防止膜26の開口部の側壁に炭素質の堆積物と
して形成される。この堆積物が側壁保護膜としてはたら
くので、次のSiO2膜25のエッチング工程の際にマ
スクとなるレジスト27の開口部の広がりを抑え、反射
防止膜26の異方性エッチングを行うことができる。こ
れにより、ヘッド23に起因する反射防止膜26、レジ
スト27の膜厚の差が存在する場合であっても、パター
ン寸法の変動を抑制して、反射防止膜26をエッチング
して除去することができる。
【0025】一般に、反射防止膜のエッチングでは、例
えば、酸素を含むガス系を用いるとレジスト膜までエッ
チングしてしまいパターン寸法が変動する、といったエ
ッチングガスの組成がエッチング速度、レジスト選択比
などのエッチング特性に影響を及ぼすことが知られてい
る。
【0026】以下、エッチングガスの組成を変えた場合
のエッチングへの影響について説明する。まず、エッチ
ングガスに含まれる炭化水素のハロゲン置換体の組成比
を小さくし、酸素の組成比を大きくした場合について説
明する。
【0027】MCR型のエッチング装置を用いて、CF
4/Ar/CHF3/O2=30/400/15/15s
ccmのエッチングガス組成にて、圧力2.0Pa、ソ
ース出力1000W、RFバイアス50W(450kH
z)、ウェハ温度0℃、エッチング量200nmの条件
でエッチングを行う。
【0028】この条件での反射防止膜26のエッチング
速度は420nm/min、対レジスト選択比は1.8
で、SiO2膜25の界面までエッチングが行われ、反
射防止膜26、レジスト27の膜厚が厚い素子分離22
の領域上でも反射防止膜26を完全にエッチングするこ
とができる。
【0029】さらに、反射防止膜26のエッチング量を
200nmから250nmまでの範囲で変化させ、線幅
のオーバーエッチング量依存性を調べたところ、50n
mのエッチング量追加による線幅の増加は0.01μm
であり、反射防止膜26、レジスト27の膜厚に差が存
在する素子分離22の領域上と素子領域上とで、線幅の
寸法の差は反射防止膜26のエッチング量にほとんどよ
らず、0.01μm程度存在する。
【0030】上記のように、炭化水素のハロゲン置換体
を含有するエッチングガスにおいて、酸素の組成比を変
化させることにより、反射防止膜26のエッチング速
度、レジスト選択比を変化させることができ、酸素の組
成比を大きくするほど堆積物による側壁保護効果が低下
し、レジスト27の開口部の横方向への広がりが起こり
やすくなる。すなわち、炭化水素のハロゲン置換体の組
成比と、酸素の組成比とを制御することにより、堆積物
の側壁保護効果と、エッチングガス中の酸素から発生す
る酸素ラジカルによるエッチングの効果とを競合させ、
反射防止膜26のエッチング速度、対レジスト選択比、
SiO2膜25やポリシリコン膜24の下地基板との選
択比を制御することができるようになる。
【0031】次に、エッチングガスが酸素を成分に含ま
ない場合について説明する。図6は酸素を含まないエッ
チングガスを用いて作製した半導体装置の断面図であ
る。
【0032】半導体装置30は、シリコン基板31と、
シリコン基板31にLOCOS法により形成した素子分
離32と、素子分離32に形成されるヘッド33と、シ
リコン基板31上と素子分離32上とに減圧CVD法に
より形成したポリシリコン膜34と、ポリシリコン膜3
4上に常圧CVD法により形成したSiO2膜35と、
SiO2膜35上にスピンコート法により塗布して形成
した反射防止膜36と、反射防止膜36上に塗布したレ
ジスト37と、ヘッド33に起因するレジスト膜厚の薄
い領域に形成された開口部38aと、ヘッド33に起因
するレジスト膜厚の厚い領域に形成された開口部38b
とから構成されている。
【0033】反射防止膜36のエッチングは、MCR型
のエッチング装置を用いて、CF4/Ar/CHF3/O
2=30/400/30/0sccmのエッチングガス
組成にて、圧力2.0Pa、ソース出力1000W、R
Fバイアス50W(450kHz)、ウェハ温度0℃、
エッチング量500nmの条件で行う。
【0034】反射防止膜36がエッチングされる際、エ
ッチングガス中に含まれる炭化水素のハロゲン置換体に
由来する炭素成分が、イオン照射の少ない側壁に炭素質
の堆積物として形成される。この堆積物が側壁保護膜と
してはたらくので、次のSiO2膜35のエッチング工
程でマスクとなるレジスト37の開口部の広がりを抑制
して、反射防止膜36の異方性エッチングを行うことが
できる。
【0035】上記の条件に示したように、エッチングガ
スを、酸素を含まない組成とした場合、反射防止膜36
のエッチング速度は60nm/min、レジスト37の
エッチング速度は40nm/minであり、酸素が含ま
れる場合に比べ低下する。また、シリコン基板31およ
び素子分離32に対するポリシリコン膜34の選択比は
20以上である。すなわち、エッチングの際に形成され
る堆積物が側壁保護膜としてはたらき、レジスト37の
開口部を横方向へ広げることなく反射防止膜36のエッ
チングを行うことができるので、線幅の寸法を変えずに
反射防止膜36をエッチングすることができるととも
に、エッチング選択比が高いため、SiO 2膜35がポ
リシリコン膜34の界面まで異方性エッチングされ、ポ
リシリコン膜34のエッチングはほとんどない。
【0036】最後に、例えば酸素プラズマによるアッシ
ング処理を行うことにより、反射防止膜36、レジスト
37、炭素質の堆積物を完全に除去することができる。
上記のように、炭化水素のハロゲン置換体を含有するエ
ッチングガスにおいて、酸素の組成比を変化させること
により、反射防止膜36のエッチング速度、レジスト選
択比を変化させることができる。さらに、反射防止膜3
6のエッチングに続けて、下地のSiO2膜35のエッ
チングが可能となり、反射防止膜36とSiO2膜35
とを、同一装置で連続処理することができるようにな
る。
【0037】以上の説明でのエッチングガス中の各成分
の組成比は例であって、エッチングガスの組成をC
4、Ar、CHF3、O2の組み合わせとしたが、Ar
は他の不活性ガスに置換可能であるとともに、エッチン
グガスの成分に用いる炭化水素のハロゲン置換体は、C
4、CHF3のほか、エッチング時にフッ素ラジカル、
塩素ラジカルを発生するC48、C26、CHCl3
CH22、およびCCl4から任意に選択して使用可能
である。さらに、エッチングガス中の酸素の組成比は、
目的のエッチング速度やパターン寸法の変動の許容範囲
などで任意に設定可能である。
【0038】また、以上の説明では、エッチングにMC
R型エッチング装置を用いたが、RFバイアス印加型E
CR(電子サイクロトロン共鳴)プラズマエッチング装
置、ヘリコン波プラズマ型エッチング装置など、高密度
プラズマを発生できる他のエッチング装置を用いること
もできる。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明では、反射防
止膜をエッチングして除去する半導体装置の製造方法に
おいて、ウェハ基板に形成された絶縁膜上に反射防止膜
を形成し、反射防止膜上にレジストを形成した後、レジ
ストを開口し、開口された部分の反射防止膜を炭化水素
のハロゲン置換体を成分として含むエッチングガスによ
りエッチングして除去するように構成にした。これによ
り、エッチングガスに含まれる炭化水素のハロゲン置換
体が、反射防止膜のエッチングの際に、レジスト開口部
の側壁および反射防止膜のエッチングされた開口部の側
壁に、炭素質として堆積される。この堆積物は側壁保護
膜としてはたらくので、レジストおよび反射防止膜の膜
厚に差が存在していても、レジストの開口部および反射
防止膜の開口部の横方向への広がりを抑制することがで
きる。これにより、反射防止膜の異方性エッチングを行
うことができ、精度良くパターンが形成された半導体装
置を製造することができるようになる。
【0040】また、エッチングガス中の炭化水素のハロ
ゲン置換体の組成比と、酸素の組成比とを変えることに
より、反射防止膜のエッチング速度、対レジスト選択
比、SiO2膜やポリシリコンなどの下地基板との選択
比など、エッチング特性を制御することができる。
【0041】さらに、炭化水素のハロゲン置換体を含む
エッチングガスにおいて、酸素の組成比を最適化するこ
とにより、反射防止膜のエッチングに続けて、下地のS
iO 2膜のエッチングが可能となり、反射防止膜とSi
2膜とを、同一装置で連続処理することができ、工程
数を減らし、効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る半導体装置の開口部
の断面図である。
【図2】シリコン基板にポリシリコン膜とSiO2膜を
形成した状態を示す図である。
【図3】反射防止膜を形成した状態を示す図である。
【図4】レジストを形成した状態を示す図である。
【図5】反射防止膜をエッチングした状態を示す図であ
る。
【図6】酸素を含まないエッチングガスを用いて作製し
た半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
10……半導体装置、11……シリコン基板、12……
素子分離、13……ポリシリコン膜、14……SiO2
膜、15……反射防止膜、16……レジスト、17……
開口部、18……堆積物。
フロントページの続き (72)発明者 久保 賢一 鹿児島県国分市野口北5番1号 ソニー国 分株式会社内 (72)発明者 後藤 陽一 鹿児島県国分市野口北5番1号 ソニー国 分株式会社内 Fターム(参考) 2H096 AA25 HA23 HA24 5F004 AA16 BA08 BA09 BA14 BA20 CA01 CA02 CA04 CA06 DA00 DA01 DA02 DA05 DA14 DA15 DA16 DA23 DA26 DB03 EA22 EA28 EB03

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反射防止膜をエッチングして除去する半
    導体装置の製造方法であって、 ウェハ基板に形成された絶縁膜上に反射防止膜を形成
    し、 前記反射防止膜上にレジストを形成した後、レジストを
    開口し、 開口した部分の前記反射防止膜を炭化水素のハロゲン置
    換体を成分として含むエッチングガスによりエッチング
    して除去することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記炭化水素のハロゲン置換体は、CF
    4(テトラフルオロメタン)、C48(オクタフルオロ
    ブテン)、C26(ヘキサフルオロエタン)、CHCl
    3(トリクロロメタン)、CHF3(トリフルオロメタ
    ン)、CH22(ジフルオロメタン)、およびCCl4
    (テトラクロロメタン)からなる群から少なくとも1種
    選択されることを特徴とする請求項1記載の半導体装置
    の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記エッチングガスに含まれる前記炭化
    水素のハロゲン置換体の組成比と、酸素の組成比とを変
    えてエッチング特性を制御することを特徴とする請求項
    1記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記反射防止膜と前記絶縁膜とを同一装
    置で連続してエッチングして除去することを特徴とする
    請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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