JP3557250B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、たとえばTiSi2 、CoSi2 、PtSi、NiSiなどのように、WSix よりも比抵抗が小さいシリサイド金属のパターンの形成方法と、W金属のパターンの形成方法および半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
光リソグラフィにおいて、微細なパターンを形成する際、線幅の変動は大きな問題である。近年、デザインルールの縮小に伴い、線幅の変動は増大する傾向にある。線幅がばらつく要因としては、下地基板の段差、パターンの疎密性などが考えられる。
【0003】
デザインルールの縮小に伴い、光リソグラフィにおける露光波長はg線(436nm)→i線(365nm)→KrFエキシマレーザー(248nm)と短波長化されてきた。図1に示すように、下地基板4の上にレジスト膜2を成膜し、そのレジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行う場合に、多重干渉の影響は、露光波長の短波長化により大きくなる。これは多重干渉の周期が小さくなることと、基板反射率が高くなることとに起因している。露光波長の短波長化に伴い、多重干渉の影響が大きくなるため、レジスト膜厚が変化した際の線幅の変動は、図2に示すように大きくなる。下地基板の段差により、レジストの膜厚が変化し、線幅にばらつきが生じるのは、上記理由による。
【0004】
パターンの線幅変動を抑える技術の1つとして、図3,4に示すような反射防止技術がある。この技術は、図3,4に示すように、レジスト膜2の上部または下部に吸収性の有機膜または無機膜6をおき、光吸収作用と位相の打ち消し作用とにより、レジスト膜の厚さが変化しても、レジスト膜2の内部で吸収される光量を一定にし、線幅の変動を抑える技術である。反射防止技術としては、レジスト膜2の上部に透明性の有機膜を置き、有機膜の透明性(n=1.3のもの)と位相の打ち消し作用により、レジスト膜2内に吸収される光の量を一定にする方法もある。
【0005】
高反射基板を用いる場合、図5(A)に示すように下地基板4の上に反射防止膜が設けられていない場合よりも、図5(B)に示すように反射防止膜8が設けられている方が、段差10において、様々な方向に反射する反射光の光量が小さくなり、線幅変動防止およびハレーション防止という意味で有利になる。すなわち、線幅変動防止およびハレーション防止という観点からは、下地基板とレジスト膜との間に反射防止膜を介在させることが好ましい。
【0006】
一方、実際のデバイスパターンについて考えてみる。デバイスのデザインルールは縮小されており、ゲート電極のパターンについても同じことがいえる。現在、図6に示すように、ポリシリコン層12の上にWSix などのシリサイド層14が積層してあるWポリサイド等の構造でゲート電極を構成している。しかし、ゲート電極のパターンの縮小と、それに伴う厚さの薄膜化により、ゲート電極の抵抗は上昇する。そのため、ゲート電極の微細化に伴い、WSix よりも抵抗の小さいシリサイド系金属を、ゲート電極として適用することを考える必要がある。
【0007】
また、拡散層に打ち込むP+ 、As+ 、B+ 、BF+ などの不純物イオンも、パターンの微細化に伴い、Si基板深くまでイオン注入することはできない。そのため拡散層がシャロー化し、抵抗が大きくなる。そのため、たとえば図7に示すように、半導体基板4の表面に形成された拡散層16の表面に対し、シリサイデーション等を行い、シリサイド層18を形成し、抵抗を下げる必要がある。
【0008】
拡散層の表面およびゲート電極などにシリサイド系の金属を用いた時の全体の構成図を、図8に示す。
図8に示すように、半導体基板4の表面には、所定パターンの素子分離領域(LOCOS)21、ゲート絶縁膜22およびゲート電極15が形成してある。また、ゲート電極15の両側に位置するソース・ドレイン用拡散層16の表面には、シリサイデーション化によりシリサイド層18が形成してある。ゲート電極15は、ポリシリコン層12とシリサイド層14とで構成してある。
【0009】
ゲート電極15の上には、酸化シリコンなどで構成される第1層間絶縁層22が成膜してあり、そのコンタクトホールには、拡散層16に通じるタングステンブラケット24が埋め込まれている。また、そのタングステンブラケット24に接続するように、アルミニウム配線層26が接続してある。アルミニウム配線層26の上には、酸化シリコンで構成される第2層間絶縁層28が形成してあり、そのコンタクトホールには、ゲート電極15と接続するタングステンブラケット30が埋め込み形成してある。
【0010】
このタングステンブラケット30には、タングステン層32が接続される。タングステン層32の上には、第3層間絶縁層34が形成してある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
この場合、デバイスパターンには段差があり、レジストパターニングする際、定在波の問題が生じる。また、高反射性のWなども配線材料として用いており、定在波の問題が生じる。
【0012】
また、半導体装置の微細化に伴い、図8に示すシリサイド層14あるいは18を、WSix よりも比抵抗が小さいシリサイド金属で構成し、さらに低抵抗化を図る試みがなされれている。WSix よりも比抵抗が小さいシリサイド金属としては、TiSi2 、CoSi2 、PtSi、NiSiなどを例示することができる。
【0013】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされ、たとえばTiSi2 、CoSi2 、PtSi、NiSiなどのように、WSix よりも比抵抗が小さいシリサイド金属の微細パターンを、線幅の変動が少なく形成することができる方法を提供することを目的とする。また、本発明は、W金属の微細パターンを、線幅の変動が少なく形成することができる方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1観点によれば、シリサイド金属の基となるCoの金属層を、少なくとも一部がシリコン層の表面と接するように下地基板上に成膜する工程と、上記金属層が成膜された下地基板上に、水素を含むSix Ny (Six Ny :H)または水素を含むSiOx Ny (SiOx Ny :H)の反射防止膜を、上記金属層の材料に応じてフォトリソグラフィー時の定在波効果を最小にするように決定された下記の光学定数および膜厚条件で、形成する工程と、
(光学定数および膜厚条件)
露光波長248nmにおける上記反射防止膜の光学定数n、k(nは複素屈折率の実部であり、kは複素屈折率の虚部である)および膜厚dを下記にする、
n=2.1±0.2,k=0.5〜0.7、d=22〜28nm、
または、
n=2.1±0.2,k=0.25〜0.4、d=77〜83nm
上記形成された反射防止膜の上にレジスト膜を成膜する工程と、フォトリソグラフィー加工により上記レジスト膜を所定パターンに加工する工程と、上記所定パターンに加工されたレジスト膜をマスクとして、上記下地基板上の上記金属層および上記シリコン層をエッチング加工する工程と、その後、上記金属層を熱処理し当該金属層と上記下地基板上のシリコンとの反応により当該金属層をシリサイド化する工程とから成る、半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の第2観点によれば、シリサイド金属の基となるPtの金属層を、少なくとも一部がシリコン層の表面と接するように下地基板上に成膜する工程と、上記金属層が成膜された下地基板上に、水素を含むSix Ny (Six Ny :H)または水素を含むSiOx Ny (SiOx Ny :H)の反射防止膜を、上記金属層の材料に応じてフォトリソグラフィー時の定在波効果を最小にするように決定された下記の光学定数および膜厚条件で、形成する工程と、
(光学定数および膜厚条件)
露光波長248nmにおける上記反射防止膜の光学定数n、k(nは複素屈折率の実部であり、kは複素屈折率の虚部である)および膜厚dを下記にする、
n=2.1±0.2,k=0.5〜0.7、d=22〜28nm、
または、
n=2.1±0.2,k=0.22〜0.4、d=75〜87nm
上記形成された反射防止膜の上にレジスト膜を成膜する工程と、フォトリソグラフィー加工により上記レジスト膜を所定パターンに加工する工程と、上記所定パターンに加工されたレジスト膜をマスクとして、上記下地基板上の上記金属層および上記シリコン層をエッチング加工する工程と、その後、上記金属層を熱処理し当該金属層と上記下地基板上のシリコンとの反応により当該金属層をシリサイド化する工程とから成る、半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の第3観点によれば、シリサイド金属の基となるNiの金属層を、少なくとも一部がシリコン層の表面と接するように下地基板上に成膜する工程と、上記金属層が成膜された下地基板上に、水素を含むSix Ny (Six Ny :H)または水素を含むSiOx Ny (SiOx Ny :H)の反射防止膜を、上記金属層の材料に応じてフォトリソグラフィー時の定在波効果を最小にするように決定された下記の光学定数および膜厚条件で、形成する工程と、
(光学定数および膜厚条件)
露光波長248nmにおける上記反射防止膜の光学定数n、k(nは複素屈折率の実部であり、kは複素屈折率の虚部である)および膜厚dを下記にする、
n=2.1±0.2,k=0.48〜0.75、d=22〜30nm、
または、
n=2.1±0.2,k=0.25〜0.4、d=77.5〜87nm
上記形成された反射防止膜の上にレジスト膜を成膜する工程と、フォトリソグラフィー加工により上記レジスト膜を所定パターンに加工する工程と、上記所定パターンに加工されたレジスト膜をマスクとして、上記下地基板上の上記金属層および上記シリコン層をエッチング加工する工程と、その後、上記金属層を熱処理し当該金属層と上記下地基板上のシリコンとの反応により当該金属層をシリサイド化する工程とから成る、半導体装置の製造方法が提供される。
【0021】
【作用】
本発明の半導体装置の製造方法では、シリサイド金属の基となるCo、Pt、NiなどのようにWSix よりも比抵抗が小さい金属膜を、水素を含むSix Ny または水素を含むSiOx Ny の反射防止膜を用いた加工により、線幅の変動が少ない状態で微細パターンに形成し、その後熱処理することで金属膜と下地基板上のシリコンとの反応によりシリサイド化し、微細パターンのシリサイド金属膜を得ることができる。
【0024】
【実施例】
本発明の実施例の説明に先立ち、ゲート電極および拡散層にシリサイド金属を成膜する方法について説明する。
ゲート電極および拡散層にシリサイド金属を成膜するには、図9(A)に示すように、半導体基板4の上に、ゲート絶縁膜21を成膜し、その表面に、ゲート電極となるポリシリコン層12を成膜する。ポリシリコン層12をゲート電極のパターンでエッチング加工した後、ゲート電極12の側部に絶縁性サイドウォール36を形成すると共に、半導体基板の表面にソース・ドレイン領域用拡散層16を形成する。
【0025】
その後、図9(B)に示すように、ポリシリコン層12および半導体基板4の上に、シリサイド金属の基となるTi、Co、Pt、Niなどの高融点金属層38を堆積する。その後、RTAあるいはレーザアニールなどの熱処理を行い、シリコンに接する部分の金属層をシリサイド化し、図9(C)に示すように、シリサイド層38a,38bを形成する。絶縁性サイドウォール36の上の金属層38cは、シリサイド化されず、後工程でエッチングにより除去される。
【0026】
また、別の方法として、図10(A)に示すように、ポリシリコン層12またはシリコン製半導体基板4の表面に、CVDなどを用いて、シリサイド層40を直接形成し、その後エッチング加工することにより、図10(B)に示すように、ゲート電極の上にシリサイド層40を形成する方法がある。同様にして、図10(C)に示すように、半導体基板4の表面の拡散層16の上に、シリサイド層40を直接形成することもできる。
【0027】
さらに別の方法として、図11(A)に示すように、ポリシリコン層12の上に、シリサイド層の基となる金属層38をCVD法などで成膜し、ポリシリコン層12および金属層38を、図11(B)に示すように、ゲート電極のパターンにエッチング加工した後、RTAあるいはレーザアニールなどの熱処理を行い、図11(C)に示すように、ポリシリコン層12の上に接する金属層38をシリサイド化し、シリサイド層38aを得る方法もある。
【0028】
それぞれの基板上で抵抗を下げられる金属について、そのフォトリソグラフィー時の定在波を低減するためには、以下に示すような反射防止膜を用いることにより可能となる。
本発明は、ゲート電極あるいは拡散層上のシリサイド金属にパターンを形成する場合に定在波を低減し、線幅変動を抑える方法である。
【0029】
ただし、本発明は、以下の実施例により限定されるものではない。
なお、以下の説明では、光学定数の複素屈折率は、n+ikで表され、n、kを用いて説明する。
実施例1
本実施例では、図11(A)に示すように、ポリシリコン膜12の上に、Ti製の金属膜38をCVDで成膜した後、図11(B)に示すように、Ti製の金属膜38およびポリシリコン膜12をエッチング加工する。その後、図11(C)に示すように、RTA処理を行い、Ti製の金属膜38のシリサイド化を行い、TiSi2 のシリサイド膜38aを得る。
【0030】
本実施例では、図11(B)に示すエッチング加工に先立ち、図11(A)に示すTi製の金属膜38上に、レジストパターンを形成する。このような構造において、定在波を低減するために、本実施例では、SiOx Ny : H(水素を含むSiOx Ny )あるいはSix Ny :H(水素を含むSix Ny )などの無機系反射防止膜42を、Ti製の金属膜38の上に成膜し、その上にレジスト膜44を成膜する。
【0031】
SiOx Ny : Hは、プラズマCVD法により、SiH4 、N2 O、N2 、NH3 等を用いて成膜する。または反応性スパッタを用いて成膜する。この成膜法の成膜条件(特にSiH4 の流量比)を変えることにより、図12に示すように、光学定数のn(屈折率の実数部)はほとんど変化しないが、k(屈折率の虚部)を大きく変化させることができる反射防止膜を得ることができる。特に、波長が248nmのときの場合でも、広範囲にわたり、kを変化させることができる。
【0032】
この特性を利用し、SiOx Ny : H膜のkと膜厚を変化させることにより、図1,2に示した定在波を低減できる。また同様に、プラズマCVD法、反応性スパッタを用いて成膜したSix Ny :H膜も同様の光学的性質を有している。Ti製の金属膜38上に最適化したSiOx Ny : H膜を用いて定在波を低減した結果を図13の曲線Xに示す。この条件は、反射防止膜12としてのSiOx Ny : H膜の光学定数を、n=2.1、k=0.62とし、その膜厚を23nmとした時に得られた結果である。この時用いたTiの光学定数は、n=1.175、k=1.668(波長が248nm)である。なお、図13において、反射防止膜42としてのSiOx Ny : H膜を用いないで、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行った場合の定在波効果を曲線Yで示す。
【0033】
また、nを固定(n=2.1、露光波長248nm)した場合のSiOx Ny : H膜による定在波効果のシミュレーション結果を図14に示す。横軸がSiOx Ny : H膜のk、縦軸はSiOx Ny : H膜の膜厚を表す。また、線1本が定在波1%の増加を示す。この図より、k=0.33、膜厚(d)=80nm付近にも最適値(定在波を0にする)があることがわかる。この結果から、定在波の振幅を7%以下、好ましくは3%以下に抑えるためには、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚(d)を、n=2.1±0.2、k=0.5〜0.8、d=20〜30nmまたはn=2.1±0.2、k=0.25〜0.4、d=75〜85nmに設定することにより実現できる。このような設定範囲のSiOx Ny : H膜を反射防止膜42として用いることで、Ti製金属膜38上において、線幅変動、ハレーション等の見られない良好なレジスト膜44のパターンを形成でき、それに基づきエッチングおよびRTA後、良好な形状を有するTi−Siのシリサイド膜38aのパターンが得られる。
【0034】
実施例2
本実施例では、図11(A)に示す金属膜としてCo膜を用い、RTAして得られるシリサイド金属として、Co−Siを用いた以外は、前記実施例1と同様にして、図11(C)に示すようなCo−Si製のシリサイド層38aを形成した。
【0035】
KrFエキシマレーザーリソグラフィの露光波長(248nm)において、Coの光学定数はn=1.22、k=1.74である。
本実施例では、Co製金属膜上に、定在波効果を低減するように最適化したSiOx Ny : HまたはSix Ny :H膜を成膜し、その上でレジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行うことで、ゲート上の線幅変動、ハレーション等を低減する。SiOx Ny : Hを用いて最適化した結果を、図15の曲線Xに示す。これは、SiOx Ny : H膜の光学定数を、n=2.1、k=0.61、膜厚(d)を23nmにした際に得られた結果である(248nmの露光波長の結果)。なお、図15において、反射防止膜42としてのSiOx Ny : H膜を用いないで、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行った場合の定在波効果を曲線Yで示す。
【0036】
また、光学定数のnを2.1に固定した場合のSiOx Ny : H膜を用いて定在波効果のシミュレーションを行った結果を図16に示す。横軸がk、縦軸はSiOx Ny : H膜の膜厚を表す。線1本が定在波1%の増加を示す。この図より、k=0.33、膜厚82.5nm付近にも、定在波を0にする最適値があることがわかる。この結果から、定在波の振幅を3%以下に抑えるためには、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚(d)を、n=2.1±0.2、k=0.5〜0.7、d=22〜28nmまたはn=2.1±0.2、k=0.25〜0.4、d=77〜83nmに設定することにより実現できる。このような設定範囲のSiOx Ny : H膜を反射防止膜42として用いることで、Co製金属膜38上において、線幅変動、ハレーション等の見られない良好なレジスト膜44のパターンを形成でき、それに基づきエッチングおよびRTA後、良好な形状を有するCo−Siのシリサイド膜38aのパターンが得られる。
【0037】
実施例3
本実施例では、図11(A)に示す金属膜としてPt膜を用い、RTAして得られるシリサイド金属として、Pt−Siを用いた以外は、前記実施例1と同様にして、図11(C)に示すようなPt−Si製のシリサイド層38aを形成した。
【0038】
KrFエキシマレーザーリソグラフィの露光波長(248nm)において、Ptの光学定数はn=1.37、k=1.76である。
本実施例では、Pt製金属膜上に、定在波効果を低減するように最適化したSiOx Ny : HまたはSix Ny :H膜を成膜し、その上でレジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行うことで、ゲート上の線幅変動、ハレーション等を低減する。SiOx Ny : Hを用いて最適化した結果を、図17の曲線Xに示す。これは、SiOx Ny : H膜の光学定数を、n=2.1、k=0.58、膜厚(d)を24nmにした際に得られた結果である(248nmの露光波長の結果)。なお、図17において、反射防止膜42としてのSiOx Ny : H膜を用いないで、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行った場合の定在波効果を曲線Yで示す。
【0039】
また、光学定数のnを2.1に固定した場合のSiOx Ny : H膜を用いて定在波効果のシミュレーションを行った結果を図18に示す。横軸がk、縦軸はSiOx Ny : H膜の膜厚を表す。線1本が定在波1%の増加を示す。この図より、k=0.32、膜厚82.5nm付近に、定在波を0にする最適値があることがわかる。この結果から、定在波の振幅を3%以下に抑えるためには、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚(d)を、n=2.1±0.2、k=0.5〜0.7、d=22〜28nmまたはn=2.1±0.2、k=0.22〜0.4、d=75〜87nmに設定することにより実現できる。このような設定範囲のSiOx Ny : H膜を反射防止膜42として用いることで、Pt製金属膜38上において、線幅変動、ハレーション等の見られない良好なレジスト膜44のパターンを形成でき、それに基づきエッチングおよびRTA後、良好な形状を有するPt−Siのシリサイド膜38aのパターンが得られる。
【0040】
実施例4
本実施例では、図11(A)に示す金属膜としてNi膜を用い、RTAして得られるシリサイド金属として、Ni−Siを用いた以外は、前記実施例1と同様にして、図11(C)に示すようなNi−Si製のシリサイド層38aを形成した。
【0041】
KrFエキシマレーザーリソグラフィの露光波長(248nm)において、Niの光学定数はn=1.40、k=2.09である。
本実施例では、Ni製金属膜上に、定在波効果を低減するように最適化したSiOx Ny : HまたはSix Ny :H膜を成膜し、その上でレジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行うことで、ゲート上の線幅変動、ハレーション等を低減する。SiOx Ny : Hを用いて最適化した結果を、図19の曲線Xに示す。これは、SiOx Ny : H膜の光学定数を、n=2.1、k=0.61、膜厚(d)を26nmにした際に得られた結果である(248nmの露光波長の結果)。なお、図19において、反射防止膜42としてのSiOx Ny : H膜を用いないで、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行った場合の定在波効果を曲線Yで示す。
【0042】
また、光学定数のnを2.1に固定した場合のSiOx Ny : H膜を用いて定在波効果のシミュレーションを行った結果を図20に示す。横軸がk、縦軸はSiOx Ny : H膜の膜厚を表す。線1本が定在波1%の増加を示す。この図より、k=0.325、膜厚82nm付近に、定在波を0にする最適値があることがわかる。この結果から、定在波の振幅を3%以下に抑えるためには、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚(d)を、n=2.1±0.2、k=0.48〜0.75、d=22〜30nmまたはn=2.1±0.2、k=0.25〜0.4、d=77.5〜88nmに設定することにより実現できる。このような設定範囲のSiOx Ny : H膜を反射防止膜42として用いることで、Ni製金属膜38上において、線幅変動、ハレーション等の見られない良好なレジスト膜44のパターンを形成でき、それに基づきエッチングおよびRTA後、良好な形状を有するNi−Siのシリサイド膜38aのパターンが得られる。
【0043】
実施例5
本実施例では、シリサイド膜としてのTi−Si膜上に反射防止膜およびレジスト膜を成膜し、フォトリソグラフィー加工を行う。Ti−Si膜は、ポリシリコン膜または単結晶シリコン製半導体基板の表面に、Ti膜を成膜し、RTA処理を行うことによりシリサイド化して形成されるか、あるいはCVD法により成膜される(図9(A)〜(C)および図10(A)〜(C)参照)。
【0044】
本実施例では、このようにして形成されたTi−Si膜の上で、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行い、その後、レジスト膜をマスクとしてエッチングを行い、良好なTi−Siのパターンを形成する。
本実施例では、Ti−Si上に最適化したSiOx Ny : HまたはSix Ny :H膜を成膜し、その上にレジスト膜を成膜し、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工時の定在波を低減し、ゲート電極および拡散層上の線幅変動、コンタクト寸法差を小さくする。KrFエキシマレーザーリソグラフィにおける露光波長248nmにおいて、Ti−Siの光学定数は、n=0.717、k=1.878である。
【0045】
Ti−Si基板上で、KrFエキシマレーザーリソグラフィにおいてSiOx Ny : Hを用いて最適化した結果を、図21の曲線Xに示す。これは、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚(d)を、n=2.1、k=0.74、d=23nmにした時の結果である。なお、図21において、反射防止膜としてのSiOx Ny : H膜を用いないで、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行った場合の定在波効果を曲線Yで示す。
【0046】
また、光学定数のnを2.1に固定した場合に、SiOx Ny : H膜の定在波効果のシミュレーション結果を図22に示す。横軸がSiOx Ny : H膜のk、縦軸がSiOx Ny : H膜の膜厚を示す。線1本が定在波1%の増加を示す。この図より、k=0.375、膜厚80nm付近にも定在波を0にする最適値があることがわかる。この結果から、定在波の振幅を3%以下に抑えるためには、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚dを、n=2.1±0.2、k=0.6〜0.95、膜厚d=18〜27nm、またはn=2.1±0.2、k=0.32〜0.45、膜厚d=75〜85nmに設定することにより実現できる。これにより、Ti−Si膜上において、線幅変動、ハレーション、コンタクト径の変化等の少ないレジスト膜のパターンを形成でき、エッチング後、良好な形状を有するTi−Siのパターンが得られる。
【0047】
実施例6
Ti−Siの代わりに、Co−Si、Pt−SiまたはNi−Siなど、W−Siよりも低抵抗なシリサイド金属を用いた以外は、実施例5と同様にして、シリサイド金属のパターン加工を行った。
【0048】
Ti−Siの場合と同様に、n=2.1±0.2のSiOx Ny : H膜を反射防止膜として用いた場合、k=0.5±0.5、d=25±15nm、k=0.85±0.5、d=80±15nmの範囲に定在波を0にできる領域があり、シリサイド金属上において、線幅変動、ハレーション、コンタクト径の変化等の少ないパターンが形成でき、エッチング後、良好な形状を有するシリサイド金属のパターンが得られる。
【0049】
実施例7
ゲート電極などのように、図23(A)に示すように、Ti−Si膜で構成されるシリサイド膜46の上に、SiO2 などで構成されるオフセット酸化膜などの層間膜48を形成する構造において、図23(B)に示すように、シリサイド膜46と層間膜48との間に、反射防止膜50としてSiOx Ny : H膜またはSix Ny : H膜を、CVD法、スパッタ法あるいは反応性スパッタ法を用いて形成する。
【0050】
KrFエキシマレーザーリソグラフィ(波長248nm)において、層間膜48として酸化膜を用いた場合、SiO2 の光学定数はn=1.52、k=0である。
最適化した結果を図24の曲線Xに示す。この結果は、反射防止膜50としてのSiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚dを、n=2.1、k=0.84、d=19nmの時の結果である。なお、図24において、反射防止膜としてのSiOx Ny : H膜を用いないで、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行った場合の定在波効果を曲線Yで示す。
【0051】
また、SiOx Ny : H膜の光学定数のnを2.1に固定した場合に、SiOx Ny : H膜による定在波効果のシミュレーション結果を図25に示す。縦軸にSiOx Ny : Hの膜厚、横軸にそのkを表す。線1本が定在波1%の増加を示す。この図より、k=0.4、膜厚75nm付近にも、定在波を0にする最適値があることがわかる。この結果から、定在波の振幅を3%以下に抑えるためには、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚dを、n=2.1±0.2、k=0.7〜0.95、d=15〜25nm、またはn=2.1±0.2、k=0.32〜0.47、d=70〜78nmに設定することにより実現できる。これにより、Ti−Siのシリサイド層46上にSiOx Ny : Hの反射防止膜50を成膜し、その上に層間膜48を成膜する構造において、レジストパターニングを行う際、線幅変動、ハレーション等の少ないパターンが形成でき、エッチング後、良好な形状を有するTi−Siのパターンが得られる。
【0052】
実施例8
Ti−Siの代わりに、Co−Si、Pt−SiまたはNi−Siなどのように、W−Siよりも低抵抗なシリサイド金属を用いた以外は、実施例7と同様にして、層間膜を有するシリサイド膜をパターン加工した。
【0053】
反射防止膜50として、SiOx Ny : HあるいはSix Ny :H膜を、CVDまたは反応性スパッタにより成膜した。
Ti−Siの場合と同様に、n=2.1±0.2のSiOx Ny : H膜を用いた場合、k=0.5±0.5、d=25±15nmまたはk=0.85±0.5、d=80±15nmの範囲に、定在波を0にできる領域があり、シリサイド金属上において線幅変動、ハレーション等の少ない良好なパターンが形成でき、エッチング後、良好な形状を有するシリサイド金属のパターンが得られる。
【0054】
実施例9
ゲート電極などのように、図26(A)に示すように、Ti−Si膜で構成されるシリサイド膜46の上に、SiO2 などで構成されるオフセット酸化膜などの層間膜48を形成する構造において、図26(B)に示すように、層間膜48の上に、反射防止膜50としてSiOx Ny : H膜またはSix Ny : H膜を、CVD法、スパッタ法あるいは反応性スパッタ法を用いて形成する。
【0055】
KrFエキシマレーザーリソグラフィ(波長248nm)において、層間膜48として酸化膜を用いた場合、SiO2 の光学定数はn=1.52、k=0である。
最適化した結果を図27の曲線Xで示す。この結果は、反射防止膜50としてのSiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚dを、n=2.1、k=0.62、d=36nmの時の結果である。なお、図27において、反射防止膜としてのSiOx Ny : H膜を用いないで、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行った場合の定在波効果を曲線Yで示す。
【0056】
また、SiOx Ny : H膜の光学定数のnを2.1に固定し、kとdを変化させた場合に、SiOx Ny : H膜による定在波効果のシミュレーション結果を図28に示す。縦軸にSiOx Ny : Hの膜厚、横軸にそのkを表す。線1本が定在波1%の増加を示す。この図より、k=0.35、膜厚95nm付近にも、定在波を0にする最適値があることがわかる。この結果から、定在波の振幅を3%以下に抑えるためには、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚dを、n=2.1±0.2、k=0.5〜0.7、d=33〜38nm、またはn=2.1±0.2、k=0.25〜0.53、d=86〜110nmに設定することにより実現できる。これにより、Ti−Siのシリサイド層46上に、層間膜48を成膜し、その上にSiOx Ny : Hの反射防止膜50を成膜する構造において、レジストパターニングを行う際、線幅変動、ハレーション等の少ないパターンが形成でき、エッチング後、良好な形状を有するTi−Siのパターンが得られる。
【0057】
実施例10
TiSiの代わりに、Co−Si、Pt−SiまたはNi−Siなどのように、W−Siよりも低抵抗なシリサイド金属を用いた以外は、実施例9と同様にして、層間膜を有するシリサイド膜をパターン加工した。
【0058】
反射防止膜50として、SiOx Ny : HあるいはSix Ny :H膜を、CVDまたは反応性スパッタにより成膜した。
Ti−Siの場合と同様に、n=2.1±0.2のSiOx Ny : H膜を用いた場合、k=0.5±0.5、d=25±15nmまたはk=0.85±0.5、d=80±15nmの範囲に、定在波を0にできる領域があり、シリサイド金属上において線幅変動、ハレーション等の少ない良好なパターンが形成でき、エッチング後、良好な形状を有するシリサイド金属のパターンが得られる。
【0059】
実施例11
パターンの微細化に伴い、微細なパターンにおいても、断線しにくい配線材料が必要となる。その1つとしてWが考えられる。Wは、たとえば図8に示すタングステンブラケット24あるいはタングステン層32として用いられる。
【0060】
W上にレジストパターニングする際には、線幅のばらつきを防止し、コンタクト穴を均一にするために、反射防止膜として、SiOx Ny : H膜、またはSix Ny : H膜が用いられる。
KrFエキシマレーザーリソグラフィの露光波長である248nmにおいては、Wの光学定数は、n=3.37、k=2.87、さらに微細化を考慮したArFエキシマレーザーリソグラフィの露光波長である193nmにおいては、n=0.93、k=1.02である。
【0061】
248nm、193nmのそれぞれにおいて、定在波効果が最小になるように最適化した結果を、図29(248nm)および図30(193nm)の曲線Xに示す(SiOx Ny : Hを用いた時)。反射防止膜の最適値は、248nmでは、n=2.1、k=0.56、膜厚33nmであり、193nmにおいては、n=1.85、k=0.57、膜厚17nmの時である。なお、図29,30において、反射防止膜としてのSiOx Ny : H膜を用いないで、レジスト膜のフォトリソグラフィー加工を行った場合の定在波効果を曲線Yで示す。
【0062】
nを固定(248nmではn=2.1、193nmではn=1.85)した場合に、kと膜厚dを変化させた時のSiOx Ny : Hによる定在波効果のシミュレーション結果を、図31(248nmの場合)および図32(193nmの場合)に示す。これらの図より、248nmにおいて、k=0.32、膜厚d=92nm付近、また、193nmにおいては、k=0.3、膜厚d=70nm付近にも定在波を0にする最適値があることがわかる。
【0063】
これらの結果から、248nmの露光波長では、定在波を3%以下の振幅に抑えるためには、SiOx Ny : H膜の光学定数および膜厚dを、n=2.1±0.2、k=0.48〜0.67、膜厚d=30〜35nm、またはn=2.1±0.2、k=0.25〜0.4、膜厚d=86〜95nm(248nm)に設定すれば良い。また、193nmの露光波長では、n=1.85±0.2、k:0.43〜0.8、膜厚つd=14〜22nm、またはn=1.85±0.2、k=0.25〜0.37、膜厚d=65〜73nmに設定すれば良い。
【0064】
このような範囲に設定したSiOx Ny : H膜の反射防止膜を用いることで、W上に層間膜を成膜し、反射防止膜としてのSiOx Ny : Hを成膜する構造において、レジストパターニングする際、線幅変動、ハレーション等の少ない良好なパターンが形成でき、エッチング後、良好な形状を有するWのパターンが得られる。
【0065】
また、W上に層間膜を成膜し、Wと層間膜の間、または層間膜の上層に、最適化されたSiOx Ny : HまたはSix Ny : Hを成膜し、これを用いて反射防止を行うことにより、W上のレジストパターニングと同様、良好な形状を有するレジストパターンが形成できる。
【0066】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、ウェーハ面内において高精度に線幅の制御が可能になり、たとえばTiSi2 、CoSi2 、PtSi、NiSiなどのように、WSix よりも比抵抗が小さいシリサイド金属、またはW金属においても、形状が良好なレジストパターン、エッチングパターンが得られる。
【0067】
また、段差上においても良好なパターンが形成できる。
さらに、焦点深度の大きいパターンが形成できる。
さらにまた、露光マージンの大きいパターンが形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は定在波効果を示す概略図である。
【図2】図2は露光波長の短波長化に伴う定在波効果の増大を示すグラフである。
【図3】図3は定在波効果を低減するための反射防止技術の一例を示す説明図である。
【図4】図4は定在波効果を低減するための反射防止技術の他の例を示す説明図である。
【図5】図5(A),(B)は段差上での反射防止技術を示す概略図である。
【図6】図6はゲート電極の一例を示す図である。
【図7】図7は拡散層の低抵抗化を図るためのシリサイド層の要部断面図である。
【図8】図8は本発明の実施例に係る方法が適用される半導体装置の要部概略断面図である。
【図9】図9(A)〜(C)はゲート電極および拡散層の上にシリサイド層を形成するための方法を示す工程図である。
【図10】図10(A),(B)はゲート電極の上にシリサイド層を形成するための他の方法を示す概略断面図、図10(C)は拡散層の表面にシリサイド層を形成するための他の方法を示す概略断面図である。
【図11】図11(A)〜(C)はゲート電極の上にシリサイド層を形成するためのその他の例を示す概略断面図である。
【図12】図12は反射防止膜としてのSiOx Ny : H膜の成膜条件によるn,kの変化を示すグラフである。
【図13】図13は本発明の実施例1における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図14】図14は本発明の実施例1における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図15】図15は本発明の実施例2における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図16】図16は本発明の実施例2における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図17】図17は本発明の実施例3における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図18】図18は本発明の実施例3における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図19】図19は本発明の実施例4における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図20】図20は本発明の実施例4における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図21】図21は本発明の実施例5における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図22】図22は本発明の実施例5における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図23】図23(A),(B)は本発明の実施例7で用いる反射防止膜の成膜位置を示す概略断面図である。
【図24】図24は本発明の実施例7における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図25】図25は本発明の実施例7における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図26】図26(A),(B)は本発明の実施例9で用いる反射防止膜の成膜位置を示す概略断面図である。
【図27】図27は本発明の実施例9における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図28】図28は本発明の実施例9における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図29】図29は本発明の実施例11(波長λ=248nm)における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図30】図30は本発明の実施例11(波長λ=193nm)における定在波効果の低減を示すグラフである。
【図31】図31は本発明の実施例11(波長λ=248nm)における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図32】図32は本発明の実施例11(波長λ=193nm)における反射防止膜のkおよびdを変化させた場合に、定在波効果のシミュレーション結果を示すグラフである。
【符号の説明】
2,44… レジスト膜
4… 半導体基板
6,8,42,50… 反射防止膜
12,46… ポリシリコン膜
14,18,38a,38b,40… シリサイド層
16… 拡散層
48… 層間膜
Claims (3)
- シリサイド金属の基となるCoの金属層を、少なくとも一部がシリコン層の表面と接するように下地基板上に成膜する工程と、
上記金属層が成膜された下地基板上に、水素を含むSix Ny (Six Ny :H)または水素を含むSiOx Ny (SiOx Ny :H)の反射防止膜を、上記金属層の材料に応じてフォトリソグラフィー時の定在波効果を最小にするように決定された下記の光学定数および膜厚条件で、形成する工程と、
(光学定数および膜厚条件)
露光波長248nmにおける上記反射防止膜の光学定数n、k(nは複素屈折率の実部であり、kは複素屈折率の虚部である)および膜厚dを下記にする、
n=2.1±0.2,k=0.5〜0.7、d=22〜28nm、
または、
n=2.1±0.2,k=0.25〜0.4、d=77〜83nm
上記形成された反射防止膜の上にレジスト膜を成膜する工程と、
フォトリソグラフィー加工により上記レジスト膜を所定パターンに加工する工程と、
上記所定パターンに加工されたレジスト膜をマスクとして、上記下地基板上の上記金属層および上記シリコン層をエッチング加工する工程と、
その後、上記金属層を熱処理し当該金属層と上記下地基板上のシリコンとの反応により当該金属層をシリサイド化する工程と
から成る、
半導体装置の製造方法。 - シリサイド金属の基となるPtの金属層を、少なくとも一部がシリコン層の表面と接するように下地基板上に成膜する工程と、
上記金属層が成膜された下地基板上に、水素を含むSix Ny (Six Ny :H)または水素を含むSiOx Ny (SiOx Ny :H)の反射防止膜を、上記金属層の材料に応じてフォトリソグラフィー時の定在波効果を最小にするように決定された下記の光学定数および膜厚条件で、形成する工程と、
(光学定数および膜厚条件)
露光波長248nmにおける上記反射防止膜の光学定数n、k(nは複素屈折率の実部であり、kは複素屈折率の虚部である)および膜厚dを下記にする、
n=2.1±0.2,k=0.5〜0.7、d=22〜28nm、
または、
n=2.1±0.2,k=0.22〜0.4、d=75〜87nm
上記形成された反射防止膜の上にレジスト膜を成膜する工程と、
フォトリソグラフィー加工により上記レジスト膜を所定パターンに加工する工程と、
上記所定パターンに加工されたレジスト膜をマスクとして、上記下地基板上の上記金属層および上記シリコン層をエッチング加工する工程と、
その後、上記金属層を熱処理し当該金属層と上記下地基板上のシリコンとの反応により当該金属層をシリサイド化する工程と
から成る、
半導体装置の製造方法。 - シリサイド金属の基となるNiの金属層を、少なくとも一部がシリコン層の表面と接するように下地基板上に成膜する工程と、
上記金属層が成膜された下地基板上に、水素を含むSix Ny (Six Ny :H)または水素を含むSiOx Ny (SiOx Ny :H)の反射防止膜を、上記金属層の材料に応じてフォトリソグラフィー時の定在波効果を最小にするように決定された下記の光学定数および膜厚条件で、形成する工程と、
(光学定数および膜厚条件)
露光波長248nmにおける上記反射防止膜の光学定数n、k(nは複素屈折率の実部であり、kは複素屈折率の虚部である)および膜厚dを下記にする、
n=2.1±0.2,k=0.48〜0.75、d=22〜30nm、
または、
n=2.1±0.2,k=0.25〜0.4、d=77.5〜87nm
上記形成された反射防止膜の上にレジスト膜を成膜する工程と、
フォトリソグラフィー加工により上記レジスト膜を所定パターンに加工する工程と、
上記所定パターンに加工されたレジスト膜をマスクとして、上記下地基板上の上記金属層および上記シリコン層をエッチング加工する工程と、
その後、上記金属層を熱処理し当該金属層と上記下地基板上のシリコンとの反応により当該金属層をシリサイド化する工程と
から成る、
半導体装置の製造方法。
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