JP3316407B2 - 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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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、さらに詳しくは有機性の反射防止
膜(ARC)のドライエッチングプロセスに関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】近年の半導体装置の微細化は著しく、フ
ォトリソグラフィ技術で半導体基板上に微細なレジスト
パターンを形成する工程において、下地に段差や反射率
の異なる2種類以上の膜が存在するような場合、下地か
らの反射によってフォト後のパターンにくびれやその他
の不良を生じる場合がある。このような現象の対処法と
して、フォトレジストの下にARCを形成し、下地から
の反射光を適切に抑え、フォト後のパターン不良を防ぐ
方法がある。このARCはフォトレジストパターンをマ
スクとしてドライエッチングにて加工するが、従来のド
ライエッチングには問題がある。
【0003】以下に、図2を用いて、従来技術の説明を
する。
【0004】まず、シリコン基板21上に、被エッチン
グ膜22、ARC23、フォトレジストパターン24が
存在し、レジストパターン24をマスクにしてARC2
3をエッチングする場合、従来では、エッチングガスに
フッ素を含むハロゲン炭化水素(例えば、CHF3やC
4)と酸素との混合ガスでエッチングをしていた(図
2(a))。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の方法で
は、パターン側壁のデポ量のコントロールが難しい。即
ち、デポ物は主としてハロゲン炭化水素の分解によって
生成されているため、エッチシフト量のパターン疎密依
存性が大きく、配線パターンの間隔が広いほどパターン
側壁に対するハロゲン炭化水素のデポ量が多くなるの
で、通常エッチ後の疎パターン25は密パターン26に
比べて線幅が大きく太る傾向がある(図2(b))。
【0006】また、この条件はエッチングガス中にフッ
素が含まれているため、被エッチング膜22がシリコン
化合物である場合、ARCエッチのオーバーエッチ時に
被エッチング膜22が膜減りを起こし(図2(c))、
後工程のプロセス制御に不利な影響を与え、また、リワ
ークも困難になる。
【0007】即ち、ARCとをエッチングした後、レジ
ストとARCとをマスクに被エッチング膜をエッチング
するような場合、ARCエッチング時に被エッチング膜
もエッチングされているようなときに、プロセス的には
被エッチング膜の膜厚が薄くなっているため終点検出が
困難になる。また、形状的には段差の側壁にデポ物が堆
積されるので、エッチングシフトが大きくなるなどの不
具合が生じる。
【0008】また、パターンの疎密依存性を解決すべく
アルゴンとO2とをエッチングガスに用いる方法も提案
されているが、この方法はパターンの疎密依存性は少な
くなるが、パターン側壁にデポ物が堆積されないため、
疎パターン、密パターンともに線幅が大きく細るという
問題がある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明の
半導体装置の製造方法は、ウエハ上に形成された下地か
らの反射を防止する有機性の反射防止膜を、レジストマ
スクを用いて、ドライエッチングするを有する半導体装
置の製造方法において、ウエハ温度を、塩素ガスと被エ
ッチング材料との反応の結果生成される物質が堆積する
ような温度に保持し、塩素と酸素とからなるエッチング
ガス又は塩素と酸素とを含むエッチングガスを用いるこ
とを特徴とするものである。
【0010】また、請求項2記載の本発明の半導体装置
の製造方法は、エッチングガスの塩素と酸素との流量に
対する塩素の流量比が30%以上であることを特徴とす
る、請求項1記載の半導体装置の製造方法である。
【0011】ARCをドライエッチングする工程におい
て、ARC膜の構成元素である炭素(C)とエッチング
ガスの塩素(Cl)との反応による生成物を昇化させず
にパターン側壁にデポするために、下部電極の温度を一
定温度以下に保ち、エッチングガスに塩素と酸素、若し
くはこれらを含むガスを用いてエッチングする。
【0012】また、この場合RFバイアスパワーを低く
押えると、スパッタエッチング効果によるエッチング後
のパターン形状くずれを防ぎ、より良好なエッチング後
パターン形状が得られる。ARCの構成元素は炭素
(C)であるため、エッチングガスのうち酸素は炭素と
反応し、COとして昇化するが、塩素はウエハが一定温
度以下の低温領域ではCCl系の物質が生成され、昇化
せずデポ物となる。このことから、エッチングガス中の
塩素流量比が小さいと、パターン側壁へのデポ物が減
り、塩素流量比が大きくなるとパターン側壁へのデポ物
が増える。図3に本発明による、エッチングガスのうち
塩素の流量と酸素の流量との合計に対する塩素の流量比
(Cl2/Cl2+O2)とARCのエッチングレート、
均一性との関係を示し、図4に本発明による、エッチン
グガスのうち塩素の流量と酸素の流量との合計に対する
塩素の流量比(Cl2/Cl2+O2)とエッチングシフ
トとの関係を示す。この図において、塩素の流量比が大
きくなるにしたがって、ARCのエッチングレート及び
均一性が下がり、また、エッチングシフト及び疎密依存
性は小さくなるという傾向がある。
【0013】図5に実験でのフォト後(A.D.)線幅
と塩素流量比に対するエッチング後線幅との関係を示
す。図5から、塩素流量比が小さくなると、フォト後の
パターン疎密依存性は小さくなるが、エッチングによる
シフトが大きくなる。一方、塩素の流量比が大きくなる
と、エッチングシフト量が小さく、且つ、そのパターン
疎密依存の小さいエッチングがされていることが分か
る。
【0014】また、上述のように、ARCのエッチング
条件はRFバイアスパワーを低く抑えると良好なパター
ン形状が得られるだけでなく、下地のシリコン化合物の
エッチングが抑えられ、プロセス制御性が向上する。更
に、図6にRFパワーと下地膜及びフォトレジストのエ
ッチングレートとの関係を示す。図6により、RFパワ
ーを低くすると、下地膜のエッチングレートは下がり、
特にこの場合、60W以下では、下地エッチングレート
は10Å以下にすることができるので、エッチング後の
リワークが可能となる。
【0015】
【実施の形態】以下、一実施の形態に基づいて本発明に
ついて詳細に説明する。
【0016】図1は本発明の一実施の形態の半導体装置
の製造工程を示す図である。図1において、1はシリコ
ン基板、2はゲート酸化膜、3はロコス酸化膜、4はポ
リシリコン膜、5は炭素を主成分とした、有機性の反射
防止膜(ARC)、6はフォトレジスト、7はフォトレ
ジストパターン、8はARCパターンを示す。
【0017】以下、図1を用いて本発明の一実施の形態
の半導体装置の製造工程を説明する。
【0018】まず、シリコン基板1上にゲート酸化膜2
を100Å、ロコス酸化膜3を3000Å熱酸化法にて
形成する(図1(a))。その上に、ポリシリコン膜4
を1000ÅCVD法にて形成する(図1(b))。次
に、ポリシリコン膜4上にARC膜5をスピン塗布にて
1000Å形成する(図1(c))。続いて、ARC膜
5上にフォトレジスト6をスピン塗布する(図1
(d))。ARCとして、実施の形態では、東京応化
製の商品名「SWK」を用いた。その後、露光、現像に
よって、フォトレジストパターン7を形成する(図1
(e))。
【0019】次に、ウエハをECRエッチング装置で、
エッチングガスが酸素(O2)(流量を12sccm)
と塩素(Cl2)(流量を18sccm)との混合ガス
とし、μ波パワーが200W、RFパワーが60W、圧
力が3mtorr、ウエハ温度が、塩素ガスとARC又
はレジストの反応によって生じるCCl系の物質が昇化
せず、デポ物となるような温度、例えば、−35℃で3
0%のオーバーエッチングを行い、エッチ後ARCパタ
ーン8を得る(図1(f))。
【0020】この後、フォトレジストパターン7をマス
クに通常の条件でポリシリコン膜4をエッチングする。
この時点で、下地ポリシリコン膜4のARCオーバーエ
ッチングによる掘れはないため、この時点でパターンに
不良がある場合、ダウンフロー型レジストアッシャー装
置で、μ波が1000W、アッシングガスが酸素(流量
を5000sccm)、圧力が1.6torr、ウエハ
温度が230℃で100%のオーバーアッシングを行い
(図1(g))、フォトレジストパターン7及びARC
パターン8を除去すれば、リワーク完了となる(図1
(h))。
【0021】そこで、再度レジストパターンを形成し、
ARCをエッチングすることで、形状不良のないパター
ンを形成することができ、そのパターンをマスクにして
ポリシリコン膜4をエッチングする。
【0022】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明を
用い、ARCのエッチングに塩素と酸素との混合ガス又
は塩素と酸素とを含む混合ガスを用い、塩素の流量を塩
素と酸素との流量の合計の30%以上とし、ウエハ温度
を極低温に保つことにより、フォトレジストパターンの
側壁に形成されるデポ物の量をパターンの疎密に拘わら
ずエッチングシフト量を同程度にコントロールできる。
【0023】また、上述のように塩素の流量比が30%
以上であれば本発明の効果が得られるが、塩素の流量比
が45%以上となると、パターンの疎密依存性はほとん
ど無くなり、エッチングシフト量もより小さくすること
ができる。
【0024】更に、RFパワーを低くし、下地選択比を
高くしプロセス制御性向上、リワーク工程の確立に寄与
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の半導体装置の製造工程
図である。
【図2】従来技術の半導体装置の製造工程図である。
【図3】塩素の流量/(塩素の流量+酸素の流量)とA
RCのエッチングレート及び均一性との関係を示す図で
ある。
【図4】塩素の流量/(塩素の流量+酸素の流量)とエ
ッチングシフトとの関係を示す図である。
【図5】フォト後(A.D.)線幅と、塩素の流量/
(塩素の流量+酸素の流量)に対するエッチング後線幅
の関係を示す図である。
【図6】RFパワーと下地エッチングレート及びフォト
レジストのエッチングレートとの関係を示す図である。
【符号の説明】
1 シリコン基板 2 ゲート酸化膜 3 ロコス酸化膜 4 ポリシリコン膜 5 ARC膜 6 フォトレジスト 7 フォトレジストパターン 8 ARCパターン

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ウエハ上に形成された下地からの反射を
    防止する有機性の反射防止膜を、レジストマスクを用い
    て、ドライエッチングをする半導体装置の製造方法にお
    いて、 ウエハ温度を、塩素ガスと被エッチング材料との反応の
    結果生成される物質が堆積するような温度に保持し、塩
    素と酸素とからなるエッチングガス又は塩素と酸素とを
    含むエッチングガスを用いており、RFバイアスパワー
    を60W以下に抑えることを特徴とする、半導体装置の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 エッチングガスの塩素と酸素との流量に
    対する塩素の流量比が30%以上であることを特徴とす
    る、請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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