JP2004207590A - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

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JP2004207590A JP2002376622A JP2002376622A JP2004207590A JP 2004207590 A JP2004207590 A JP 2004207590A JP 2002376622 A JP2002376622 A JP 2002376622A JP 2002376622 A JP2002376622 A JP 2002376622A JP 2004207590 A JP2004207590 A JP 2004207590A
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Haruki Soma
春木 相馬
Toshihiro Uchida
敏弘 内田
Masayuki Sato
正幸 佐藤
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FASL Japan Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a semiconductor device which operates reliably by preventing the generation of a resist residue in developing in a resist process. <P>SOLUTION: Before a process of forming a resist film, the resist process of the semiconductor device is subjected to plasma treatment for generating plasma while making process gas containing gaseous oxygen and gaseous nitrogen flow on the applying surface of a resist, to remove organic materials, particles, etc. remaining on the applying surface (surfaces of a side wall insulation film 39, a silicon substrate 21, etc.) by separated oxygen radicals (O<SP>*</SP>), oxygen ions, nitride radicals (N<SP>*</SP>) and nitride ions, and to improve the quality of a surface. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【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係り、特に素子間隔が狭小化されフォトレジストが除去し難い箇所、例えば隣接するトランジスタ側壁絶縁膜の間の基板表面においてフォトレジスト残渣の発生を防止するプラズマ処理を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、デザインルールに基づいて、ゲート幅やゲート長、トランジスタ素子の間隔など基板面内方向の寸法の縮小化が急速に進められている。一方、高さ方向の寸法については、それほど顕著な縮小化が進められていない。したがって、半導体装置は、幅が狭く深さの大きな、すなわちアスペクト比の高い構造を有する傾向にある。例えば、半導体装置の製造プロセスで多用されるフォトレジスト工程では、レジスト膜の底の部分への適正な露光と、現像の際のレジスト膜の完全な除去がますます困難化している。
【0003】
DUV(Deep UV)の波長域で採用されている代表的なフォトレジストである化学増幅型ポジレジストは、アルカリ可溶性樹脂の極性基を別の基により保護したベース樹脂や光発生剤(PAG)などから構成されている。塗布されたレジスト膜に紫外線等が照射されると、PAGが励起反応を起こし酸が放出される。この酸は露光後加熱処理(PEB処理)によりベース樹脂の保護基と反応し、レジスト膜をアルカリ性の現像液に可溶へと変化させる。このため、光による励起反応が十分に行われた領域では、レジスト膜は現像液により総て溶解されレジスト残渣が発生することはない。
【0004】
【特許文献1】
特開平5−152200号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述したように、加工寸法が縮小化するに従って、アスペクト比の高い構造、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)集積装置の隣接するワード線の側壁絶縁膜の間の基板表面や深いトレンチ構造、すなわち、深い溝状の底の部分には、露光の際に所定の強度の光が届かず、PAGの励起反応が不十分であるため、レジスト残渣が発生してしまう。
【0006】
図1は、DRAMの複数のワード線が平行に延在する方向に対して垂直方向の断面図である。図1に示すように、DRAM100のワード線としてのゲート電極102に担持される側壁絶縁膜103を形成後に、レジスト膜104を形成し、パターニングして開口部を設けようとすると、レジスト膜104の開口部104−1の側壁絶縁膜103Bと側壁絶縁膜103Cとの間、及びその基板101表面等にレジスト残渣104−2が発生し易い。このような側壁絶縁膜103や基板101表面付近では、フォトレジストに対する露光光の光量が不十分になり易く、また前工程である側壁絶縁膜103をエッチングにより形成した際の洗浄工程における洗浄剤や水等がこれらの表面に付着・残留し易くので、レジスト膜が現像処理によって十分に溶解・除去されないことがある。
【0007】
このようなレジスト残渣が付着した状態で、イオン打ち込み法により不純物イオンを導入しようとすると所望の不純物分布が得られないばかりか、レジスト残渣が不純物イオンの衝撃により変質し、更に除去し難くなってしまう。このようなレジスト残渣が半導体装置に残留すると、長期的にはDRAM集積装置の動作トラブルの原因となりかねず、動作信頼性を低下させてしまうという問題を生じる。
【0008】
また、このような箇所にコンタクトプラグ(図示せず)を形成しようとしても、レジスト残渣104−2によりエッチングが不完全となり、拡散領域105とコンタクトプラグとの接触抵抗が増加してしまい、上記と同様にDRAM集積装置の動作信頼性を低下させてしまうという問題を生じる。
【0009】
これらの対策として、露光量を増加することによりPAGの励起反応を盛んにし、レジスト残渣の発生を抑制する手法が考えられる。この手法ではレジスト残渣の発生は抑制できるものの、過度の露光量を照射されたレジスト膜のパターンは広がってしまうので、所望の寸法が得られないという問題を生じる。さらに、例えば隣接する側壁絶縁膜の間の幅が狭逸な構造を有する場合は、たとえ露光量を増加しても露光光が側壁絶縁膜の表面で乱反射し、露光量が減衰するため、PAGの励起反応が不十分になりこのような領域の基板表面にレジスト残渣を生じ易くなるという問題を生ずる。
【0010】
また、パターンを形成後に開口部104−1に残留したレジスト残渣104−2を、アッシング処理の一種であるDescum処理により除去することが行われているが、レジスト残渣の残留量は様々であるため、適切な処理時間を決定することが困難である。したがって、過度にDescum処理を行うと基板101面やパターンが形成されたレジスト膜104が損傷されてしまうという問題を生じる。
【0011】
またさらに、露光する光の波長やレジスト材料を最適化することによりレジスト残渣の発生を抑制することも考えられるが、露光機の改造または新規購入などの大がかりな変更を伴い製造コストが増加してしまうという問題を生じる。
【0012】
したがって、本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、レジスト工程の現像処理においてレジスト残渣の発生を防止し、更には動作信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、感光性樹脂を塗布してレジスト膜を形成する工程と、前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、前記レジスト膜を現像して開口部を設ける工程とを備えた半導体の製造方法において、前記レジスト膜を形成する工程前に感光性樹脂の塗布面をプラズマ処理するプラズマ処理工程を設け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。
【0014】
本発明によれば、レジスト膜を形成する前に前記感光性樹脂の塗布面をプラズマ処理する。したがって、前記塗布面の表面に残留あるいは固着する有機物、パーティクル等が除去され清浄化されると共に表面を改質し、レジスト膜が過度に接着されないようにする。その結果、レジスト膜の現像処理においてレジスト残渣が発生することを防止できる。かかるレジスト残渣の発生を防止することにより半導体装置の長期に亘る動作信頼性を維持することができる。
【0015】
本発明の他の観点によれば、基板と、前記基板の活性化領域に形成された拡散領域とゲート電極とよりなるトランジスタと、前記ゲート電極に担持された側壁絶縁膜とよりなり、前記基板面に平行な面において一方向に複数のゲート電極及び側壁絶縁膜が略平行に延在し、隣接する一対のゲート電極の間に形成された2つの側壁絶縁膜の間が、前記ゲート電極が平行に形成されている部分において第1の幅を有し、前記ゲート電極に接続されるプラグが設けられている部分において前記第1の幅より小なる第2の幅を有する半導体装置の製造方法であって、前記基板表面及び側壁絶縁膜上に感光性樹脂を塗布してレジスト膜を形成する工程と、前記基板表面のうち、隣接する一対の側壁絶縁膜の間の領域が露出されるように前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、前記レジスト膜を現像して開口部を設ける工程とよりなり、前記レジスト膜を形成する工程前に前記領域及び側壁絶縁膜表面をプラズマ処理するプラズマ処理工程を設け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。
【0016】
本発明によれば、半導体装置は、隣接する一対の側壁絶縁膜の間の幅(第2の幅)が、複数のゲート電極が平行して形成されている部分の隣接する一対の側壁絶縁膜の間の幅(第1の幅)より、小となる構造を有する。第2の幅が形成される部分は、制御信号等を入力するためのビアプラグがゲート電極上に接触して形成される場合である。このような小なる第2の幅で形成されている部分は、その部分を含んで広く開口した露光領域においても露光光の光量が減衰するため、充分な露光光が照射されなくなり、レジスト残渣を生じ易くなる。本発明によれば、隣接する一対の側壁絶縁膜の間の基板表面の領域が露出されるようにレジスト膜の開口部を設ける場合、レジスト膜を形成する前にプラズマ処理をすることにより、この領域に残留する有機物等が除去され清浄化されると共に表面を改質しレジスト膜が過度に接着されないようにする。かかる領域の現像工程におけるレジスト残渣の発生を防止することができる。
【0017】
前記プラズマ処理工程前にウェット処理により前記感光性樹脂の塗布面を洗浄する工程を設ける。ウェット工程により前記塗布面のパーティクルを除去することが可能となる。さらに、ウェット処理に用いられる洗浄剤、例えば水酸化アンモニウム等が残留することがあるが、続くプラズマ処理工程により除去することが可能であり、かかる残留物とレジスト膜のPAGとの反応を防止し、レジスト膜の現像処理においてレジスト残渣の発生を防止することができる。
【0018】
前記プラズマ処理は、処理ガスを高周波電力により放電させると共に、前記基板を加熱して行う。基板が加熱されているため、高周波電力により励起された処理ガスのガス種のラジカルあるいはイオンは、効率良くレジストの塗布面に残留あるいは固着する有機物やパーティクル等と反応しガス化されるので、塗布面の一層の清浄化を図ることができる。また、前記処理ガスはO2ガスを含んでもよい。O2ガスが解離した酸素ラジカルO*は反応性に富むのでより一層清浄化を図ることができる。
【0019】
前記プラズマ処理は等方性プラズマ処理である。隣接する一対の側壁絶縁膜の間の幅が狭く形成された基板表面の領域を、等方性プラズマにより処理することにより、基板表面のみならず、傾斜して形成される側壁絶縁膜の表面を清浄化及び改質することができる。
【0020】
また、前記感光性樹脂が化学増幅型レジストである。さらに、感光性樹脂がポジ型であってもよい。化学増幅型レジストは、露光光に対する感度が良好で、特にポジ型は解像度も優れている。したがって、アスペクト比の高い構造の底部であってもレジスト残渣の発生を防止することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明は、上述したように、露光光が十分に到達しないようなレジスト膜の底部、特に、例えばメモリ集積装置においてワード線を担持する側壁絶縁膜が隣り合う側壁絶縁膜と近接して形成されている狭小の箇所において、現像処理の際にレジスト残渣を発生させずに所望のレジストパターンを形成する手段を提供する。
【0022】
先ず簡単に、本発明にかかるレジスト工程のフローを説明する。図2は、本発明に係るレジスト工程のフローチャートである。
【0023】
図2を参照するに、レジスト工程の最初に感光性樹脂(以下感光性樹脂をレジストと呼ぶ。)の塗布面へのプラズマ処理を行う(S102)。酸素ガスを含むプロセスガスをフローしながらプラズマを発生させることにより、レジスト工程の前の洗浄工程、特にウェット工程における洗浄剤やリンス液等を除去し、更にレジスト塗布面を改質する。次いでレジスト塗布(S104)、ソフトベーク(S106)、露光(S108)、PEB(加熱処理)(S110)、次いで現像処理(S112)を行う。現像処理ではアルカリ水溶液に可溶となった露光光が照射された部分を除去する。上記プラズマ処理によりレジストが塗布された基板面等の有機物、洗浄剤等が除去されているのでレジスト残渣が発生しない。次いでポストベーク(S114)、レジストをマスクとして不純物イオンを打ち込み拡散領域等を形成し(S116)、レジストを除去する(S118)。上記のように、本発明は、レジスト塗布前にプラズマ処理を行うことに特徴がある。
【0024】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【0025】
図3は、フラッシュメモリ集積装置の平面図である。また、図4は、図3に示すX’−X’断面図である。図3及び図4を参照するに、フラッシュメモリ集積装置10は、半導体基板20と、半導体基板に形成された素子分離膜17と、素子分離膜17に画成された活性化領域16と、半導体基板20に形成された拡散領域18と、半導体基板20表面に形成されたトンネル酸化膜19と、半導体基板20上に形成され、図3に示すY方向に延在する、フローティングゲート11と制御ゲート12とが絶縁膜13を挟んで積層された積層体14と、積層体14の両側に形成された側壁絶縁膜15などより構成されている。以下、フラッシュメモリ集積装置の製造方法について説明する。
【0026】
図5(A)〜図7(I)は、フラッシュメモリの製造工程を示す断面図である。
【0027】
図5(A)の工程では、p型の不純物イオンが導入された主面を(100)とするシリコン基板21上に表面熱酸化により厚さ10nmのシリコン酸化膜22を形成する。前記シリコン酸化膜22上に、CVD法により厚さ20nmのシリコン窒化膜23を形成する。さらに、前記シリコン窒化膜23に、CVD法により厚さ100nmのシリコン酸化膜24を形成する。前記シリコン酸化膜24上にレジスト膜25を形成し、素子分離領域となる部分が開口するようにレジスト膜25をパターニングして開口部25−1を設ける。
【0028】
次いで図5(B)の工程では、開口部25−1のシリコン酸化膜22,24及びシリコン窒化膜23を異方性エッチング法により除去する。次いでレジスト膜25を除去する。残ったシリコン酸化膜22,24及びシリコン窒化膜23の積層体をマスクとしてシリコン基板21の表面を深さ300nmエッチングし、トレンチ21−1を形成する。
【0029】
次いで図5(C)の工程では、トレンチ21−1に表面熱酸化により厚さ20nmのシリコン酸化膜26を形成し、次いでCVD法による厚さ500nmのシリコン酸化膜28によりトレンチ21−1を埋め込む。図5(B)に示すシリコン窒化膜23を研磨ストッパとして、CMP(化学的機械研磨)法により平坦化し、次いでシリコン窒化膜23を剥離する。以上により素子分離膜28を有する素子分離領域29が形成される。
【0030】
次いで図6(D)の工程では、シリコン基板21表面の図5(C)に示すシリコン酸化膜22をフッ酸により除去してシリコン基板21表面を露出させ、表面熱酸化法により厚さ10nmのシリコン酸化膜のトンネル酸化膜30を形成する。次いで前記トンネル酸化膜30上に、燐(P)をドープした厚さ100nmの非晶質シリコン膜31(図4に示すフローティングゲート11に対応する。)を形成し、前記非晶質シリコン膜31上に、さらにCVD法によりONO膜32(シリコン酸化膜(厚さ10nm)/シリコン窒化膜(10nm)/シリコン酸化膜(5nm)の積層膜)を形成する。
【0031】
図6(D)の工程ではさらに、前記ONO膜32上にCVD法により燐(P)をドープした厚さ100nmの非晶質シリコン膜33(図4に示す制御ゲート12に対応する。)を形成する。次いで前記非晶質シリコン膜33上に、さらにCVD法により厚さ20nmのシリコン酸化膜34を形成する。
【0032】
次いで図6(E)の工程では、図6(D)の構造体上にフォトレジスト膜(図示せず)を形成し、図3に示すY方向に光学的に開口するレチクルを用いてパターニングを行い、図4に示すフローティングゲート11と制御ゲート12との積層体35を形成する。次いでレジスト膜を剥離して洗浄後、積層体35をマスクとしてイオン打ち込み法により、Bイオンを加速電圧65keVで4.5×103個/cm2を打ち込み、LDD領域36を形成する。
【0033】
次いで図6(F)の工程では、CVD法により厚さ100nmのシリコン窒化膜38を図6(E)の構造体全体を覆うように形成する。
【0034】
次いで図7(G)の工程では、RIE法によりシリコン窒化膜38をエッチングして側壁絶縁膜39を形成する。具体的には、フロロカーボン系ガスを解離したフッ素系ラジカルやイオンによりエッチングストッパであるシリコン酸化膜30,34に到達するまでエッチングを行う。
【0035】
図7(G)の工程ではさらに、エッチングにより発生した有機物、パーティクル等をアッシングにより除去する。具体的には、バレル型のアッシング装置を用いて、アッシング装置内の圧力を80Pa(0.6Torr)酸素ガス流量を1500sccm、基板温度90℃、RFパワーを1300Wに設定して、60分間アッシングを行う。
【0036】
図7(G)の工程ではさらに、アッシングでは除去しきれないパーティクル等をウェットプロセスにより除去する。具体的には、浸漬式の洗浄装置により、135℃に加熱した硫酸系洗浄液(希硫酸及び過酸化水素を含む。)に20分洗浄を行い、次いで同様の洗浄装置により、40℃に加熱したアルカリ洗浄液(水酸化アンモニウム、過酸化水素及び水を含む。)により10分洗浄を行う。次いでスピン法により純水を用いてリンスを行う。なお、上記のウェットプロセスは複数回繰り返しても良い。
【0037】
図7(G)の工程ではさらに、プラズマ処理装置あるいはアッシング装置によりシリコン基板21及び側壁絶縁膜39の表面等のプラズマ処理を行う。プラズマ処理は、プラズマエッチング装置またはプラズマアッシング装置を用いることができる。プラズマアッシング装置では、例えば平行平板型プラズマアッシャ、マイクロ波アッシャ、高密度プラズマアッシャ、バレル型プラズマアッシャ、ダウンストリームアッシャ、及びこれらのアッシャを組み合わせたものなどが挙げられる。一例としてマイクロ波ダウンストリームアッシャを用いて、RF周波数を2.45GHz、RFパワーを100W〜2000W、酸素ガスと窒素ガスの流量比を100:1〜1:1に、圧力を4Pa(30mTorr)〜3990Pa(30Torr)、シリコン基板21の加熱温度を25℃〜300℃に設定して、10秒〜100秒処理を行う。
【0038】
ここで、プラズマ処理の処理ガスは窒素ガスのみでも、窒素イオンのスパッタ効果や窒素ラジカル(N)との反応によりシリコン基板21及び側壁絶縁膜39の表面の付着物等を除去することができるが、酸素ガスを添加することにより、反応性がより活性な酸素イオンあるいは酸素ラジカル(O)により一層清浄化することができる。
【0039】
また、シリコン基板21を加熱することにより、シリコン基板21表面等に吸着する水等を気化させると共に、上述した酸素イオンあるいは酸素ラジカル等の反応速度を増加し、プロセスタイムを短縮化することができる。
【0040】
また、さらに基板保持台に高周波バイアスが印加されるようにしても良い。解離した酸素イオン、窒素イオン等によるスパッタ効果がより大となり、シリコン基板21及び側壁絶縁膜39の表面の付着物等をより効率的に除去することができる。
【0041】
ここでは、処理条件の一例として、酸素ガス3000sccm、窒素ガス130sccm、圧力200Pa(1.5Torr)、シリコン基板21の加熱温度270℃を用いた。
【0042】
次いで図7(H)の工程では、レジストを塗布してパターニングを行う。具体的には、レジストは、化学増幅型レジストを用いることができる。化学増幅型レジストは、ポジ型またはネガ型のいずれを用いることができるが、解像度の観点からはポジ型が好ましい。化学増幅型レジストのベースポリマーは、ポリビニルフェノール系、ポリアクリル酸系、ノボラック樹脂等を用いることができ、これらに特に限定されない。露光光の波長の観点からは、KrFエキシマレーザ(波長248nm)の場合、透明度の点でポリビニルフェノール系が好ましい。ArFエキシマレーザ(波長193nm)の場合、透明度の点でポリアクリル酸系が好ましい。ここでは、一例としてポジ型のベースポリマーがポリビニルフェノール系のポリマーである、ポリ(t−ブトキシカルボニロキシスチレン)を用い、スピン塗布法により厚さ700nmのレジスト膜40を形成する。次いでハロゲンランプ等により130℃60秒のソフトベークを行う。
【0043】
図7(H)の工程ではさらに、KrFエキシマレーザ(波長248nm)を用いて、図3のY方向に露光光を透過するパターンが形成されたレチクル41を介して露光を行う。照射エネルギーは、レチクル41のパターンより縮小されて形成される条件、具体的には240J/cm2〜280J/cm2より選択される。この露光により、レジスト膜40はアルカリ可溶なポリマーからなるレジスト膜40Aに変換される。
【0044】
図7(H)の工程ではさらに、オーブン炉により130℃90秒のPEB処理(加熱処理)を行う。加熱処理により酸触媒の働きがさらに活性となりレジスト膜40A中のアルカリ可溶なポリマーの均一性がさらに高まる。
【0045】
次いで図7(I)の工程では、現像を行い露光されたレジスト膜40Aを除去する。具体的には、レジスト膜40,40A表面にアルカリ水溶液の現像液を滴下してパドル現像を行う。露光されたレジスト膜40Aがアルカリ水溶液により溶解される除去される。次いで、ポストベーク処理を行い、パターニングされたレジスト膜40の密着性を高める。
【0046】
図7(I)の工程ではさらに、レジスト膜が開口された活性化領域に不純物イオンを導入する。具体的にはイオン打ち込み法により、Asイオンを加速電圧40keV、数密度3×1015個/cm2に設定して、レジスト膜の開口部40−1よりシリコン基板21に打ち込みドレイン領域42を形成する。
【0047】
図7(I)の工程ではさらに、ウェット処理によりレジスト膜40を除去する。具体的には、浸漬式の洗浄装置により、液温が20℃のフッ酸を用いて30秒間洗浄を行い、次いで同様の浸漬式の洗浄装置により、135℃の硫酸系洗浄液(希硫酸及び過酸化水素を含む)中に20分浸漬する。次いでスピン法により純水を用いてリンスを行う。
【0048】
さらに、公知のソース領域への不純物イオンの導入、層間絶縁膜を形成し、さらに配線層等を経てフラッシュメモリ集積装置が形成される。
【0049】
図7(G)の構造体をSEMで観察したところ、シリコン基板21及び側壁絶縁膜39の表面にはレジスト残渣は認められなかった。また、図7(I)の工程のイオン打ち込み後のレジスト剥離後の構造体表面も同様にレジスト残渣は認められなかった。
【0050】
上述したように、本発明に係るプラズマ処理を行うことにより、シリコン基板21及び側壁絶縁膜39の表面の付着物等を除去すること等によってレジスト残渣の発生を防止することができることを説明したが、本願発明者は、種々の検討によりレジスト塗布前のプラズマ処理によるさらなる作用・効果について、以下のように推察する。
【0051】
図7(G)の構造において、ウェット処理後のシリコン基板21上のシリコン酸化膜30表面を顕微FT−IR(赤外線分光)法により観察すると、アミノ基(−NH2)が認められた。このことにより、レジスト残渣は、アミノ基とレジスト膜のヒドロキシル基(−OH)との脱水反応等により、シリコン酸化膜30のSiとレジスト膜40のCまたはOが結合したものと推察される。また、このような結合が生じると、露光光により本来起こるべき酸の発生も阻害されると推察される。本発明に係るプラズマ処理により、シリコン基板21上のシリコン酸化膜30表面のSiのダングリングボンドをプラズマ処理による酸素ラジカル(O)や窒素ラジカル(N)により終端することにより、レジスト膜との過度の結合を防止し、本来の酸発生およびアルカリ可溶化の反応が起こることができたものと推察される。
【0052】
本実施の形態によれば、レジスト塗布前にレジストが塗布される面をプラズマ処理することにより、レジスト塗布前の工程の洗浄工程等の残留物、例えば、水、洗浄剤を構成する水酸化アンモニウム等を揮発・除去すると共に、レジストが塗布される面のシリコン原子のダングリングボンドをプラズマ中の酸素ラジカルにより終端して、活性度を低減することができる。その結果、隣接する側壁絶縁膜の間のと基板表面のようなスペースが狭小な部分であっても、現像処理において露光されたレジストを完全に除去することができ、レジスト残渣の発生を防止することができる。
【0053】
また、フローティングゲートと制御ゲートとが絶縁膜を挟んだ積層体が形成されて延在する一部に、制御信号を入力するためにフローティングゲートにビアプラグが形成される場合がある。
【0054】
図8はフラッシュメモリ集積装置の他の例の断面図である。フラッシュメモリ集積装置50は、半導体基板20と、半導体基板20に形成された素子分離膜17と、半導体基板20上に形成され、フローティングゲート11と制御ゲート12とが絶縁膜13を挟んで積層された積層体14と、フローティングゲート11上接触し、制御信号が入力されるビアプラグ51と、積層体14の両側に形成された側壁絶縁膜15と、層間絶縁膜52などより構成されている。
【0055】
ここで特徴的なのは、ビアプラグ51が接続されている積層体14Cは幅が広く形成されているので、この積層体14Cの層間絶縁膜15C1と、隣接する積層体14Bの層間絶縁膜15B2との幅W2が、ビアプラグが形成されていない積層体14A,14Bの層間絶縁膜15A2と層間絶縁膜15B1との幅W1と比較して、小となっている。
【0056】
このように隣接する側壁絶縁膜15B2,15C1の間が、より小なる幅W2で形成されている基板表面領域20BCでは、例えば、活性化領域へイオン注入を行う工程において用いられるレジストマスクを形成するレジスト膜の露光工程において、露光光が側壁絶縁膜15B2,15C1の表面で乱反射して、露光光の光量が減衰するため、充分な露光光が照射されなくなり、レジスト残渣を生じ易くなる。
【0057】
その上、トランジスタのセルサイズが微細化するに伴い隣接する側壁絶縁膜の間の幅もさらに小となり、側壁絶縁膜の間の基板表面のうち、実質的にソースあるいはドレイン領域とならない部分においては、隣接する側壁絶縁膜の間の幅が100nm以下になる場合もある。現在のところ、本願発明者の実験等の検討によれば、本発明によるプラズマ処理により、側壁絶縁膜の形成条件やマスクパターンの位置合わせが変動した等により、この幅が20nmとなってもレジスト残渣が発生しないことが分かっている。
【0058】
このような領域であっても、本実施の形態のレジスト塗布前にレジスト塗布面を上記実施の形態に挙げたプラズマ装置によりプラズマ処理することによってレジスト残渣の発生を防止することができる。特に等方性プラズマ処理を用いることが好ましい。例えば等方性アッシング処理あるいは等方性プラズマ処理が可能な平行平板型プラズマアッシャ、バレル型プラズマアッシャを用いることができる。側壁絶縁膜の表面の改質効果がさらに効果的となり、レジスト残渣の発生を一層防止することができる。
【0059】
以上本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上記実施の形態では紫外光照射の例を用いて説明したが、本発明のプラズマ処理は紫外光露光以外にも、電子ビーム,X線,イオンビーム等の荷電粒子ビーム等を用いた露光にも適用することができる。また、将来デザインルールの縮小化に伴って、隣接する一対の側壁絶縁膜の間の幅が狭小となっても、本発明により現像工程においてレジスト残渣の発生を防止することができる。
【0060】
なお、以上の説明に関して更に以下の付記を開示する。
(付記1) 感光性樹脂を塗布してレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、
前記レジスト膜を現像して開口部を設ける工程とを備えた半導体装置の製造方法において、
前記レジスト膜を形成する工程前に感光性樹脂の塗布面をプラズマ処理するプラズマ処理工程を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記2) 基板と、
前記基板の活性化領域に形成された拡散領域とゲート電極とよりなるトランジスタと、
前記ゲート電極に担持された側壁絶縁膜とよりなり、
前記基板面に平行な面において一方向に複数のゲート電極及び側壁絶縁膜が略平行に延在し、
隣接する一対のゲート電極の間に形成された2つの側壁絶縁膜の間が、前記ゲート電極が平行に形成されている部分において第1の幅を有し、前記ゲート電極に接続されるプラグが設けられている部分において前記第1の幅より小なる第2の幅を有する半導体装置の製造方法であって、
前記基板表面及び側壁絶縁膜上に感光性樹脂を塗布してレジスト膜を形成する工程と、
前記基板表面のうち、隣接する一対の側壁絶縁膜の間の領域が露出されるように前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、
前記レジスト膜を現像して開口部を設ける工程とよりなり、
前記レジスト膜を形成する工程前に前記領域及び側壁絶縁膜表面をプラズマ処理するプラズマ処理工程を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
(付記3) 前記第2の幅が20nm以上100nm以下であることを特徴とする付記2記載の半導体装置の製造方法。
(付記4) 前記プラズマ処理工程前にウェット処理により前記感光性樹脂の塗布面を洗浄する工程を設けたことを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記5) 前記ウェット処理が水酸化アンモニウムを含むことを特徴とする付記4記載の半導体装置の製造方法。
(付記6) 前記プラズマ処理は、処理ガスを高周波電力により放電させると共に、前記基板を加熱して行うことを特徴とする付記1〜5のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記7) 前記処理ガスは、O2ガスを含むことを特徴とする付記6記載の半導体装置の製造方法。
(付記8) 前記プラズマ処理は、アッシング装置により行われることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記9) 前記プラズマ処理は等方性プラズマ処理であることを特徴とする付記1〜8のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記10) 前記感光性樹脂が化学増幅型レジストであることを特徴とする付記1〜9のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(付記11) 前記感光性樹脂がポジ型の化学増幅型レジストであることを特徴とする付記1〜10のうち、いずれか一項半導体装置の製造方法。
(付記12) 前記感光性樹脂がポリ(t−ブトキシカルボニロキシスチレン)を含むことを特徴とする付記11記載の半導体装置の製造方法。
【0061】
【発明の効果】
以上詳述したところから明らかなように、本発明によれば、レジスト工程の現像処理においてレジスト残渣の発生を防止する半導体装置の製造方法を提供することできる。その結果、動作信頼性の高い半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】DRAMの複数のワード線が平行に延在する方向に対して垂直方向の断面図である。
【図2】本発明に係るレジスト工程のフローチャートである。
【図3】フラッシュメモリ集積装置の平面図である。
【図4】図3に示すフラッシュメモリ集積装置のX−X断面図である。
【図5】(A)〜(C)はフラッシュメモリ集積装置の製造工程(その1)を示す断面図である。
【図6】(D)〜(F)はフラッシュメモリ集積装置の製造工程(その2)を示す断面図である。
【図7】(G)〜(I)はフラッシュメモリ集積装置の製造工程(その3)を示す断面図である。
【図8】フラッシュメモリ集積装置の他の例の断面図である。
【符号の説明】
10、50 フラッシュメモリ集積装置
11 フローティングゲート
12 制御ゲート
13 絶縁膜
14、14A、14B、14C 積層体
15、15A1、15A2、15B1、15B2、15C1、15C2、39 側壁絶縁膜
16 活性化領域
17 素子分離膜
19、30 トンネル酸化膜
20 半導体基板
21BC 基板表面領域
21 シリコン基板
29 素子分離領域
31、33 非晶質シリコン膜
32 ONO膜
40 レジスト膜
40A アルカリ可溶なポリマーからなるレジスト膜
51 ビアプラグ
52 層間絶縁膜
O* 酸素ラジカル
N* 窒素ラジカル
W1、W2 隣接する一対の側壁絶縁膜の間の幅
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a plasma treatment for preventing generation of a photoresist residue on a portion where a distance between elements is reduced and a photoresist is difficult to remove, for example, a substrate surface between adjacent transistor side wall insulating films. The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device including:
[0002]
[Prior art]
In recent years, reductions in dimensions in the in-plane direction of the substrate, such as a gate width, a gate length, and an interval between transistor elements, have been rapidly advanced based on design rules. On the other hand, the size in the height direction has not been remarkably reduced. Therefore, the semiconductor device tends to have a structure with a small width and a large depth, that is, a high aspect ratio. For example, in a photoresist process frequently used in a semiconductor device manufacturing process, it is increasingly difficult to properly expose a bottom portion of the resist film and completely remove the resist film during development.
[0003]
A chemically amplified positive resist, which is a typical photoresist used in the DUV (Deep UV) wavelength region, is a base resin in which a polar group of an alkali-soluble resin is protected by another group, a photogenerating agent (PAG), and the like. It is composed of When the applied resist film is irradiated with ultraviolet rays or the like, the PAG causes an excitation reaction and releases an acid. This acid reacts with the protecting group of the base resin by heat treatment after exposure (PEB treatment), and changes the resist film to be soluble in an alkaline developer. For this reason, in a region where the excitation reaction by light is sufficiently performed, the resist film is completely dissolved by the developing solution, and no resist residue is generated.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-5-152200
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, as described above, as the processing size is reduced, a structure having a higher aspect ratio, for example, a substrate surface or a deep trench structure between side wall insulating films of adjacent word lines of a DRAM (Dynamic Random Access Memory) integrated device is used. That is, light of a predetermined intensity does not reach the deep groove-shaped bottom portion at the time of exposure, and the PAG excitation reaction is insufficient, so that a resist residue is generated.
[0006]
FIG. 1 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a direction in which a plurality of word lines of a DRAM extend in parallel. As shown in FIG. 1, after forming a sidewall insulating film 103 carried on a gate electrode 102 as a word line of a DRAM 100, a resist film 104 is formed and patterned to provide an opening. A resist residue 104-2 is likely to be generated between the sidewall insulating film 103B and the sidewall insulating film 103C in the opening 104-1 and on the surface of the substrate 101 and the like. In the vicinity of the side wall insulating film 103 and the surface of the substrate 101, the amount of exposure light to the photoresist is likely to be insufficient. Since water and the like easily adhere to and remain on these surfaces, the resist film may not be sufficiently dissolved or removed by the development treatment.
[0007]
If impurity ions are to be introduced by ion implantation with such a resist residue attached, not only the desired impurity distribution is not obtained, but also the resist residue is altered by the impact of the impurity ions, making it more difficult to remove. I will. If such a resist residue remains in the semiconductor device, it may cause an operation trouble of the DRAM integrated device in a long term, and causes a problem of lowering the operation reliability.
[0008]
Further, even if an attempt is made to form a contact plug (not shown) in such a location, the etching becomes incomplete due to the resist residue 104-2, and the contact resistance between the diffusion region 105 and the contact plug increases. Similarly, there is a problem that the operation reliability of the DRAM integrated device is reduced.
[0009]
As a countermeasure for such a problem, a method of increasing the amount of exposure to excite the PAG excitation reaction and suppressing the generation of resist residues can be considered. Although this method can suppress the generation of the resist residue, the pattern of the resist film irradiated with an excessive exposure amount is widened, so that a problem that desired dimensions cannot be obtained arises. Further, for example, in the case where the width between adjacent side wall insulating films is narrow, even if the exposure amount is increased, the exposure light is irregularly reflected on the surface of the side wall insulating film, and the exposure amount is attenuated. Insufficient excitation reaction causes a problem that a resist residue is easily generated on the substrate surface in such a region.
[0010]
In addition, the resist residue 104-2 remaining in the opening 104-1 after the pattern is formed is removed by a descum process, which is a kind of ashing process, but the amount of the remaining resist residue varies. , It is difficult to determine an appropriate processing time. Therefore, if the descum process is performed excessively, there arises a problem that the surface of the substrate 101 and the resist film 104 on which the pattern is formed are damaged.
[0011]
Furthermore, it is conceivable to suppress the generation of resist residues by optimizing the wavelength of the light to be exposed and the resist material.However, manufacturing costs have increased due to major changes such as remodeling or new purchase of exposure equipment. This causes a problem.
[0012]
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device which prevents generation of a resist residue in a developing process of a resist process and further has a high operation reliability. It is to be.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a step of applying a photosensitive resin to form a resist film, a step of selectively exposing the resist film, and a step of developing the resist film to form an opening are provided. In the method for manufacturing a semiconductor device provided, a method for manufacturing a semiconductor device is provided, wherein a plasma processing step of performing a plasma processing on a coating surface of a photosensitive resin before the step of forming the resist film is provided.
[0014]
According to the present invention, before the formation of the resist film, the photosensitive resin-coated surface is subjected to plasma processing. Therefore, organic substances and particles remaining or fixed on the surface of the coating surface are removed and cleaned, and the surface is modified to prevent the resist film from being excessively adhered. As a result, it is possible to prevent the generation of a resist residue in the development processing of the resist film. By preventing the generation of the resist residue, long-term operation reliability of the semiconductor device can be maintained.
[0015]
According to another aspect of the present invention, the substrate comprises: a transistor; a transistor including a diffusion region and a gate electrode formed in an activation region of the substrate; and a sidewall insulating film supported on the gate electrode. A plurality of gate electrodes and side wall insulating films extend substantially parallel in one direction in a plane parallel to the plane, and the gate electrode is formed between two side wall insulating films formed between a pair of adjacent gate electrodes. A method of manufacturing a semiconductor device having a first width in a portion formed in parallel and a second width smaller than the first width in a portion where a plug connected to the gate electrode is provided. Forming a resist film by applying a photosensitive resin on the substrate surface and the sidewall insulating film, and exposing a region between the pair of adjacent sidewall insulating films on the substrate surface. To the resist film Selectively exposing, and developing the resist film to provide an opening, and providing a plasma processing step of performing a plasma processing on the surface of the region and the sidewall insulating film before the step of forming the resist film. A method of manufacturing a semiconductor device, characterized by the following, is provided.
[0016]
According to the present invention, in the semiconductor device, the width (second width) between the pair of adjacent side wall insulating films is such that the pair of side wall insulating films adjacent to each other in a portion where the plurality of gate electrodes are formed in parallel. (First width). The portion where the second width is formed is a case where a via plug for inputting a control signal or the like is formed in contact with the gate electrode. In the portion formed with such a small second width, the amount of exposure light is attenuated even in an exposure region that is wide open including the portion, so that sufficient exposure light is not irradiated, and the resist residue is reduced. It is easy to occur. According to the present invention, when an opening of a resist film is provided so that a region of a substrate surface between a pair of adjacent side wall insulating films is exposed, plasma processing is performed before forming a resist film. Organic substances and the like remaining in the region are removed and cleaned, and the surface is modified so that the resist film is not excessively adhered. Generation of a resist residue in the development process of such a region can be prevented.
[0017]
Before the plasma processing step, a step of cleaning the coated surface of the photosensitive resin by wet processing is provided. The wet process makes it possible to remove particles on the application surface. Further, a cleaning agent used for the wet treatment, for example, ammonium hydroxide may remain, but can be removed by a subsequent plasma treatment step, and the reaction between the residue and the PAG of the resist film can be prevented. In addition, it is possible to prevent the generation of a resist residue in the development processing of the resist film.
[0018]
The plasma processing is performed by discharging the processing gas with high frequency power and heating the substrate. Since the substrate is heated, radicals or ions of the gas species of the processing gas excited by the high-frequency power efficiently react with organic substances or particles remaining or fixed on the coated surface of the resist and are gasified. The surface can be further cleaned. Further, the processing gas is O Two Gas may be included. O Two Since the oxygen radical O * from which the gas has been dissociated has a high reactivity, it can be further purified.
[0019]
The plasma processing is an isotropic plasma processing. By processing the region of the substrate surface in which the width between the pair of adjacent side wall insulating films is formed to be narrow by isotropic plasma, not only the substrate surface but also the surface of the side wall insulating film formed obliquely is processed. Can be cleaned and modified.
[0020]
Further, the photosensitive resin is a chemically amplified resist. Further, the photosensitive resin may be of a positive type. Chemically-amplified resists have good sensitivity to exposure light, and positive-type resists also have excellent resolution. Therefore, generation of resist residue can be prevented even at the bottom of a structure having a high aspect ratio.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
According to the present invention, as described above, the bottom of a resist film such that exposure light does not sufficiently reach, particularly, for example, a side wall insulating film carrying a word line in a memory integrated device is formed close to an adjacent side wall insulating film. Means for forming a desired resist pattern in a narrow portion without generating a resist residue at the time of development processing.
[0022]
First, the flow of the resist process according to the present invention will be briefly described. FIG. 2 is a flowchart of the resist process according to the present invention.
[0023]
Referring to FIG. 2, at the beginning of the resist process, a plasma process is performed on a surface to which a photosensitive resin (hereinafter, the photosensitive resin is referred to as a resist) is applied (S102). By generating a plasma while flowing a process gas containing an oxygen gas, a cleaning agent and a rinsing liquid in a cleaning step before the resist step, particularly a wet step, are removed, and the resist-coated surface is further modified. Next, resist coating (S104), soft baking (S106), exposure (S108), PEB (heating process) (S110), and then development process (S112) are performed. In the developing treatment, the portion irradiated with the exposure light which has become soluble in the alkaline aqueous solution is removed. Since organic substances, cleaning agents, and the like on the surface of the substrate on which the resist is applied are removed by the plasma treatment, no resist residue is generated. Next, post baking (S114), impurity ions are implanted using the resist as a mask to form a diffusion region and the like (S116), and the resist is removed (S118). As described above, the present invention is characterized in that plasma treatment is performed before resist application.
[0024]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0025]
FIG. 3 is a plan view of the flash memory integrated device. FIG. 4 is a sectional view taken along the line X′-X ′ shown in FIG. Referring to FIGS. 3 and 4, the flash memory integrated device 10 includes a semiconductor substrate 20, an element isolation film 17 formed on the semiconductor substrate, an activation region 16 defined in the element isolation film 17, A diffusion region 18 formed on the substrate 20, a tunnel oxide film 19 formed on the surface of the semiconductor substrate 20, a floating gate 11 and a control gate formed on the semiconductor substrate 20 and extending in the Y direction shown in FIG. And a side wall insulating film 15 formed on both sides of the stacked body 14 and the like. Hereinafter, a method of manufacturing the flash memory integrated device will be described.
[0026]
FIGS. 5A to 7I are cross-sectional views showing the steps of manufacturing a flash memory.
[0027]
In the step shown in FIG. 5A, a silicon oxide film 22 having a thickness of 10 nm is formed by surface thermal oxidation on a silicon substrate 21 having a main surface (100) into which p-type impurity ions have been introduced. On the silicon oxide film 22, a silicon nitride film 23 having a thickness of 20 nm is formed by a CVD method. Further, a silicon oxide film 24 having a thickness of 100 nm is formed on the silicon nitride film 23 by a CVD method. A resist film 25 is formed on the silicon oxide film 24, and the resist film 25 is patterned so that a portion to be an element isolation region is opened to provide an opening 25-1.
[0028]
Next, in the step of FIG. 5B, the silicon oxide films 22, 24 and the silicon nitride film 23 in the opening 25-1 are removed by an anisotropic etching method. Next, the resist film 25 is removed. The surface of the silicon substrate 21 is etched to a depth of 300 nm using the remaining stack of the silicon oxide films 22 and 24 and the silicon nitride film 23 as a mask to form a trench 21-1.
[0029]
Next, in the step of FIG. 5C, a 20 nm thick silicon oxide film 26 is formed in the trench 21-1 by surface thermal oxidation, and then the trench 21-1 is filled with a 500 nm thick silicon oxide film 28 by a CVD method. . Using the silicon nitride film 23 shown in FIG. 5B as a polishing stopper, planarization is performed by a CMP (chemical mechanical polishing) method, and then the silicon nitride film 23 is peeled off. Thus, an element isolation region 29 having the element isolation film 28 is formed.
[0030]
Next, in the step of FIG. 6D, the silicon oxide film 22 shown in FIG. 5C on the surface of the silicon substrate 21 is removed with hydrofluoric acid to expose the surface of the silicon substrate 21. A tunnel oxide film 30 of a silicon oxide film is formed. Next, a 100 nm-thick amorphous silicon film 31 (corresponding to the floating gate 11 shown in FIG. 4) doped with phosphorus (P) is formed on the tunnel oxide film 30. An ONO film 32 (a stacked film of a silicon oxide film (thickness: 10 nm) / silicon nitride film (10 nm) / silicon oxide film (5 nm)) is further formed thereon by a CVD method.
[0031]
6D, a 100 nm-thick amorphous silicon film 33 (corresponding to the control gate 12 shown in FIG. 4) doped with phosphorus (P) by the CVD method is further formed on the ONO film 32. Form. Next, a 20 nm-thick silicon oxide film 34 is further formed on the amorphous silicon film 33 by a CVD method.
[0032]
Next, in the step of FIG. 6E, a photoresist film (not shown) is formed on the structure of FIG. 6D, and patterning is performed using a reticle optically opened in the Y direction shown in FIG. Then, a stacked body 35 of the floating gate 11 and the control gate 12 shown in FIG. 4 is formed. Next, after the resist film is peeled off and washed, B ions are implanted at an accelerating voltage of 65 keV to 4.5 × 10 4 by an ion implantation method using the laminate 35 as a mask. Three Pieces / cm Two Is implanted to form an LDD region 36.
[0033]
Next, in the step of FIG. 6F, a silicon nitride film 38 having a thickness of 100 nm is formed by a CVD method so as to cover the entire structure of FIG. 6E.
[0034]
Next, in the step of FIG. 7G, the silicon nitride film 38 is etched by the RIE method to form the side wall insulating film 39. Specifically, the etching is performed until the fluorocarbon-based gas reaches the silicon oxide films 30 and 34 serving as the etching stopper by the fluorine-based radicals or ions dissociated.
[0035]
In the step of FIG. 7G, organic substances, particles, and the like generated by the etching are further removed by ashing. Specifically, using a barrel type ashing apparatus, the pressure in the ashing apparatus is set to 80 Pa (0.6 Torr), the oxygen gas flow rate is set to 1500 sccm, the substrate temperature is set to 90 ° C., and the RF power is set to 1300 W, and ashing is performed for 60 minutes. Do.
[0036]
In the step of FIG. 7G, particles that cannot be completely removed by ashing are further removed by a wet process. Specifically, a sulfuric acid-based cleaning solution (including dilute sulfuric acid and hydrogen peroxide) heated to 135 ° C. was washed for 20 minutes by an immersion type washing device, and then heated to 40 ° C. by the same washing device. Washing is performed for 10 minutes using an alkali washing solution (including ammonium hydroxide, hydrogen peroxide and water). Next, rinsing is performed using pure water by a spin method. Note that the above wet process may be repeated a plurality of times.
[0037]
In the step of FIG. 7G, the plasma processing of the surface of the silicon substrate 21 and the side wall insulating film 39 is further performed by a plasma processing apparatus or an ashing apparatus. For the plasma treatment, a plasma etching apparatus or a plasma ashing apparatus can be used. Examples of the plasma ashing apparatus include a parallel plate type plasma asher, a microwave asher, a high density plasma asher, a barrel type plasma asher, a downstream asher, and a combination of these ashers. As an example, using a microwave downstream asher, the RF frequency is 2.45 GHz, the RF power is 100 W to 2000 W, the flow ratio of oxygen gas to nitrogen gas is 100: 1 to 1: 1 and the pressure is 4 Pa (30 mTorr) or more. The processing is performed for 10 seconds to 100 seconds while setting the heating temperature of the silicon substrate 21 at 3990 Pa (30 Torr) and 25 ° C. to 300 ° C.
[0038]
Here, even if the processing gas of the plasma processing is only nitrogen gas, the sputtering effect of nitrogen ions and the nitrogen radical (N * ) Can remove deposits and the like on the surfaces of the silicon substrate 21 and the side wall insulating film 39. However, by adding oxygen gas, oxygen ions or oxygen radicals (O * ) Can be further purified.
[0039]
Further, by heating the silicon substrate 21, water and the like adsorbed on the surface of the silicon substrate 21 are vaporized, and the reaction speed of the above-described oxygen ions or oxygen radicals is increased, so that the process time can be shortened. .
[0040]
Further, a high-frequency bias may be applied to the substrate holder. Sputtering effects due to dissociated oxygen ions, nitrogen ions, and the like become larger, and deposits and the like on the surfaces of the silicon substrate 21 and the side wall insulating film 39 can be more efficiently removed.
[0041]
Here, as an example of the processing conditions, an oxygen gas of 3000 sccm, a nitrogen gas of 130 sccm, a pressure of 200 Pa (1.5 Torr), and a heating temperature of the silicon substrate 21 of 270 ° C. were used.
[0042]
Next, in the step of FIG. 7H, a resist is applied and patterning is performed. Specifically, a chemically amplified resist can be used as the resist. As the chemically amplified resist, either a positive type or a negative type can be used, but a positive type is preferable from the viewpoint of resolution. As the base polymer of the chemically amplified resist, a polyvinylphenol-based, polyacrylic-acid-based, novolak resin, or the like can be used, and is not particularly limited thereto. From the viewpoint of the wavelength of the exposure light, in the case of a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm), a polyvinylphenol-based compound is preferable in terms of transparency. In the case of an ArF excimer laser (wavelength 193 nm), polyacrylic acid is preferable in terms of transparency. Here, as an example, a resist film 40 having a thickness of 700 nm is formed by a spin coating method using poly (t-butoxycarbonyloxystyrene) in which a positive base polymer is a polyvinylphenol-based polymer. Next, soft baking is performed at 130 ° C. for 60 seconds using a halogen lamp or the like.
[0043]
In the step of FIG. 7H, exposure is further performed using a KrF excimer laser (wavelength: 248 nm) via a reticle 41 on which a pattern that transmits exposure light in the Y direction of FIG. 3 is formed. The irradiation energy is set to be smaller than the pattern of the reticle 41, specifically, 240 J / cm. Two ~ 280J / cm Two More choice. By this exposure, the resist film 40 is converted into a resist film 40A made of an alkali-soluble polymer.
[0044]
In the step of FIG. 7H, PEB processing (heating processing) is further performed at 130 ° C. for 90 seconds in an oven furnace. The heat treatment further activates the action of the acid catalyst, thereby further improving the uniformity of the alkali-soluble polymer in the resist film 40A.
[0045]
Next, in the step of FIG. 7I, development is performed to remove the exposed resist film 40A. Specifically, a paddle development is performed by dropping a developing solution of an alkaline aqueous solution on the surfaces of the resist films 40 and 40A. The exposed resist film 40A is dissolved and removed by the alkaline aqueous solution. Next, a post-baking process is performed to increase the adhesion of the patterned resist film 40.
[0046]
In the step of FIG. 7I, impurity ions are further introduced into the activated region where the resist film is opened. Specifically, As ions are implanted by an ion implantation method at an acceleration voltage of 40 keV and a number density of 3 × 10 3. Fifteen Pieces / cm Two And the drain region 42 is formed in the silicon substrate 21 through the opening 40-1 of the resist film.
[0047]
In the step of FIG. 7I, the resist film 40 is further removed by a wet process. Specifically, cleaning is performed for 30 seconds using hydrofluoric acid at a liquid temperature of 20 ° C. by an immersion type cleaning apparatus, and then a sulfuric acid-based cleaning liquid (dilute sulfuric acid and excess (Including hydrogen oxide) for 20 minutes. Next, rinsing is performed using pure water by a spin method.
[0048]
Further, a flash memory integrated device is formed by introducing impurity ions into a known source region, forming an interlayer insulating film, and further via a wiring layer and the like.
[0049]
When the structure of FIG. 7G was observed by SEM, no resist residue was found on the surfaces of the silicon substrate 21 and the side wall insulating film 39. Similarly, no resist residue was observed on the surface of the structure after the resist was peeled off after the ion implantation in the step of FIG.
[0050]
As described above, it has been described that by performing the plasma treatment according to the present invention, it is possible to prevent the generation of the resist residue by removing the deposits and the like on the surfaces of the silicon substrate 21 and the side wall insulating film 39. The inventor of the present application speculates about the further operation and effect of the plasma treatment before the application of the resist as described below through various studies.
[0051]
In the structure of FIG. 7G, when the surface of the silicon oxide film 30 on the silicon substrate 21 after the wet processing is observed by microscopic FT-IR (infrared spectroscopy), an amino group (—NH Two ) Was observed. Accordingly, it is assumed that the resist residue is formed by bonding Si of the silicon oxide film 30 and C or O of the resist film 40 due to a dehydration reaction between an amino group and a hydroxyl group (-OH) of the resist film. Further, it is presumed that the generation of such a bond inhibits the generation of an acid which should originally occur due to the exposure light. By the plasma treatment according to the present invention, the dangling bond of Si on the surface of the silicon oxide film 30 on the silicon substrate 21 is converted into oxygen radicals (O * ) And nitrogen radicals (N * It is presumed that by terminating with (2), excessive bonding with the resist film was prevented, and the original reaction of acid generation and alkali solubilization was able to occur.
[0052]
According to the present embodiment, the plasma treatment is performed on the surface on which the resist is applied before the resist is applied, so that residues such as a cleaning process in a process before the application of the resist, for example, water and ammonium hydroxide constituting the cleaning agent And the like can be volatilized and removed, and dangling bonds of silicon atoms on the surface to which the resist is applied are terminated by oxygen radicals in the plasma, thereby reducing the activity. As a result, even if the space between adjacent sidewall insulating films is narrow, such as the surface of the substrate, the resist exposed in the development processing can be completely removed, and the generation of resist residues can be prevented. be able to.
[0053]
In some cases, a via plug is formed in the floating gate to input a control signal at a part where the stacked body in which the floating gate and the control gate sandwich the insulating film is formed and extends.
[0054]
FIG. 8 is a sectional view of another example of the flash memory integrated device. The flash memory integrated device 50 includes a semiconductor substrate 20, an element isolation film 17 formed on the semiconductor substrate 20, and a floating gate 11 and a control gate 12 formed on the semiconductor substrate 20 with an insulating film 13 interposed therebetween. And a via plug 51 that is in contact with the floating gate 11 and receives a control signal, a sidewall insulating film 15 formed on both sides of the stacked body 14, an interlayer insulating film 52, and the like.
[0055]
The characteristic feature is that the width of the laminated body 14C to which the via plug 51 is connected is large, so that the width between the interlayer insulating film 15C1 of the laminated body 14C and the interlayer insulating film 15B2 of the adjacent laminated body 14B is large. W2 is smaller than the width W1 of the interlayer insulating films 15A2 and 15B1 of the stacked bodies 14A and 14B where no via plug is formed.
[0056]
In the substrate surface region 20BC in which the space between the adjacent sidewall insulating films 15B2 and 15C1 is formed with a smaller width W2, for example, a resist mask used in a step of performing ion implantation into an activation region is formed. In the step of exposing the resist film, the exposure light is irregularly reflected on the surfaces of the side wall insulating films 15B2 and 15C1, and the amount of the exposure light is attenuated.
[0057]
In addition, as the cell size of the transistor becomes smaller, the width between the adjacent sidewall insulating films becomes further smaller, and in the portion of the substrate surface between the sidewall insulating films that does not substantially become the source or drain region, In some cases, the width between adjacent sidewall insulating films may be 100 nm or less. At present, according to the examination of experiments and the like by the inventor of the present application, the plasma processing according to the present invention has caused a change in the conditions for forming the sidewall insulating film and the alignment of the mask pattern. It is known that no residue is generated.
[0058]
Even in such a region, generation of a resist residue can be prevented by subjecting the resist-coated surface to plasma treatment with the plasma apparatus described in the above embodiment before applying the resist in this embodiment. In particular, it is preferable to use an isotropic plasma treatment. For example, a parallel plate type plasma asher or a barrel type plasma asher capable of performing isotropic ashing or isotropic plasma processing can be used. The effect of modifying the surface of the sidewall insulating film becomes more effective, and the generation of resist residues can be further prevented.
[0059]
Although the preferred embodiment of the present invention has been described in detail, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes may be made within the scope of the present invention described in the claims. It is possible. For example, in the above-described embodiment, an example of irradiation with ultraviolet light has been described. However, the plasma treatment of the present invention is not limited to ultraviolet light exposure, but may be performed using a charged particle beam such as an electron beam, X-ray, or ion beam. Can also be applied. Further, even if the width between a pair of adjacent side wall insulating films becomes narrower as the design rule is reduced in the future, the present invention can prevent the generation of resist residues in the developing process.
[0060]
In addition, the following supplementary notes are disclosed with respect to the above description.
(Supplementary Note 1) a step of applying a photosensitive resin to form a resist film;
Selectively exposing the resist film,
Providing an opening by developing the resist film.
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising: a plasma processing step of performing a plasma processing on a coating surface of a photosensitive resin before a step of forming the resist film.
(Supplementary Note 2) Substrate
A transistor comprising a diffusion region and a gate electrode formed in an activation region of the substrate,
A sidewall insulating film carried on the gate electrode,
A plurality of gate electrodes and sidewall insulating films extend substantially parallel in one direction on a plane parallel to the substrate surface,
A portion between two side wall insulating films formed between a pair of adjacent gate electrodes has a first width in a portion where the gate electrode is formed in parallel, and a plug connected to the gate electrode has a first width. A method for manufacturing a semiconductor device having a second width smaller than the first width in a portion provided,
Forming a resist film by applying a photosensitive resin on the substrate surface and the sidewall insulating film,
Selectively exposing the resist film so that a region between the pair of adjacent sidewall insulating films on the substrate surface is exposed,
Developing an opening by developing the resist film,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: performing a plasma processing step of performing a plasma processing on the surface of the region and the sidewall insulating film before the step of forming the resist film.
(Supplementary note 3) The method for manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 2, wherein the second width is not less than 20 nm and not more than 100 nm.
(Supplementary Note 4) The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 3, wherein a step of cleaning the coated surface of the photosensitive resin by wet processing before the plasma processing step is provided. .
(Supplementary Note 5) The method for manufacturing a semiconductor device according to Supplementary Note 4, wherein the wet treatment includes ammonium hydroxide.
(Supplementary Note 6) The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 5, wherein the plasma processing is performed by discharging the processing gas by high-frequency power and heating the substrate.
(Supplementary Note 7) The processing gas is O Two The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, further comprising a gas.
(Supplementary Note 8) The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 7, wherein the plasma processing is performed by an ashing device.
(Supplementary Note 9) The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 8, wherein the plasma processing is an isotropic plasma processing.
(Supplementary Note 10) The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 9, wherein the photosensitive resin is a chemically amplified resist.
(Supplementary Note 11) The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of Supplementary Notes 1 to 10, wherein the photosensitive resin is a positive chemically amplified resist.
(Supplementary Note 12) The method of manufacturing a semiconductor device according to supplementary note 11, wherein the photosensitive resin includes poly (t-butoxycarbonyloxystyrene).
[0061]
【The invention's effect】
As is apparent from the details described above, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a semiconductor device which prevents generation of a resist residue in a developing process in a resist process. As a result, a method for manufacturing a semiconductor device with high operation reliability can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view in a direction perpendicular to a direction in which a plurality of word lines of a DRAM extend in parallel.
FIG. 2 is a flowchart of a resist process according to the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the flash memory integrated device.
FIG. 4 is a sectional view of the flash memory integrated device taken along line XX of FIG. 3;
FIGS. 5A to 5C are cross-sectional views illustrating a manufacturing process (part 1) of the flash memory integrated device.
FIGS. 6D to 6F are cross-sectional views illustrating a manufacturing process (part 2) of the flash memory integrated device.
FIGS. 7G to 7I are cross-sectional views illustrating a manufacturing process (part 3) of the flash memory integrated device.
FIG. 8 is a sectional view of another example of a flash memory integrated device.
[Explanation of symbols]
10,50 flash memory integrated device
11 Floating gate
12 Control gate
13 Insulating film
14, 14A, 14B, 14C laminated body
15, 15A1, 15A2, 15B1, 15B2, 15C1, 15C2, 39 Side wall insulating film
16 Activation area
17 Device isolation film
19, 30 Tunnel oxide film
20 Semiconductor substrate
21BC substrate surface area
21 Silicon substrate
29 Element isolation area
31, 33 amorphous silicon film
32 ONO film
40 resist film
40A Resist film made of alkali-soluble polymer
51 Via plug
52 Interlayer insulating film
O * oxygen radical
N * nitrogen radical
W1, W2 Width between a pair of adjacent sidewall insulating films

Claims (10)

感光性樹脂を塗布してレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、
前記レジスト膜を現像して開口部を設ける工程とを備えた半導体装置の製造方法において、
前記レジスト膜を形成する工程前に前記感光性樹脂の塗布面をプラズマ処理するプラズマ処理工程を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
A step of applying a photosensitive resin to form a resist film,
Selectively exposing the resist film,
Providing an opening by developing the resist film.
A method for manufacturing a semiconductor device, further comprising: a plasma processing step of performing a plasma processing on a coating surface of the photosensitive resin before the step of forming the resist film.
基板と、
前記基板の活性化領域に形成された拡散領域とゲート電極とよりなるトランジスタと、
前記ゲート電極に担持された側壁絶縁膜とよりなり、
前記基板面に平行な面において一方向に複数のゲート電極及び側壁絶縁膜が略平行に延在し、
隣接する一対のゲート電極の間に形成された2つの側壁絶縁膜の間が、前記ゲート電極が平行に形成されている部分において第1の幅を有し、前記ゲート電極に接続されるプラグが設けられている部分において前記第1の幅より小なる第2の幅を有する半導体装置の製造方法であって、
前記基板表面及び側壁絶縁膜上に感光性樹脂を塗布してレジスト膜を形成する工程と、
前記基板表面のうち、隣接する一対の側壁絶縁膜の間の領域が露出されるように前記レジスト膜を選択的に露光する工程と、
前記レジスト膜を現像して開口部を設ける工程とよりなり、
前記レジスト膜を形成する工程前に前記領域及び側壁絶縁膜表面をプラズマ処理するプラズマ処理工程を設けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Board and
A transistor comprising a diffusion region and a gate electrode formed in an activation region of the substrate,
A sidewall insulating film carried on the gate electrode,
A plurality of gate electrodes and sidewall insulating films extend substantially parallel in one direction on a plane parallel to the substrate surface,
A portion between two side wall insulating films formed between a pair of adjacent gate electrodes has a first width in a portion where the gate electrode is formed in parallel, and a plug connected to the gate electrode has a first width. A method for manufacturing a semiconductor device having a second width smaller than the first width in a portion provided,
Forming a resist film by applying a photosensitive resin on the substrate surface and the sidewall insulating film,
Selectively exposing the resist film so that a region between the pair of adjacent sidewall insulating films on the substrate surface is exposed,
Developing an opening by developing the resist film,
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: performing a plasma processing step of performing a plasma processing on the surface of the region and the sidewall insulating film before the step of forming the resist film.
前記プラズマ処理工程前にウェット処理により前記感光性樹脂の塗布面を洗浄する工程を設けたことを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。3. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of cleaning the coated surface of the photosensitive resin by wet processing before the plasma processing step. 前記ウェット処理が水酸化アンモニウムを含むことを特徴とする請求項3記載の半導体装置の製造方法。4. The method according to claim 3, wherein the wet treatment includes ammonium hydroxide. 前記プラズマ処理は、処理ガスを高周波電力により放電させると共に、前記基板を加熱して行うことを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the plasma processing is performed by discharging the processing gas by high-frequency power and heating the substrate. 前記処理ガスは、O2ガスを含むことを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。The method according to claim 5, wherein the processing gas includes an O 2 gas. 前記プラズマ処理は、アッシング装置により行われることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。The method according to claim 1, wherein the plasma processing is performed by an ashing apparatus. 前記プラズマ処理は等方性プラズマ処理であることを特徴とする請求項1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。8. The method according to claim 1, wherein the plasma processing is an isotropic plasma processing. 前記感光性樹脂が化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項1〜8のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。9. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the photosensitive resin is a chemically amplified resist. 前記感光性樹脂がポジ型の化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項1〜9のうち、いずれか一項半導体装置の製造方法。10. The method according to claim 1, wherein the photosensitive resin is a positive chemically amplified resist.
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