JP3853711B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は高速な半導体素子などの半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の半導体素子等の半導体装置の製造方法において、例えば、図2(a)、(b)、(c)、(d)に示すゲート電極の形成方法について説明する。
図2の(a)はエッチング前の層構造を示し、(b)はエッチング後の層構造を示し、(c)はレジスト除去後の層構造を示し、(d)はゲート電極形成後の層構造を示す。なお、図2(a)〜(d)において、7は基板、8はFET(電界効果型トランジスタ)構造、9はSiO膜、10はSiN膜、11はゲート開口パタン転写用レジスト、12はゲート電極を示す。
【0003】
図2(a)に示すように、基板7の上に、FET構造8を形成し、該FET構造を有する半導体上に、SiO膜9およびSiN膜10といった種類の異なる絶縁体を堆積し、その上に、ゲート開口パタン転写用レジスト11を形成する〔(a)工程〕。
次に、エッチングの速度・等方性・異方性の違いを利用し、かつ異なる種類のエッチングガスを利用することで、SiO膜9およびSiN膜10をそれぞれエッチングする〔(b)工程〕。
次に、ゲート開口パタン転写用レジスト11を除去して、T型開口パタンを形成する〔(c)工程〕。
次に、上記T型開口パタン部にゲート電極となる金属を蒸着してT型ゲート電極構造を形成する〔(d)工程〕。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法を用いた場合、エッチングの際に、SiO膜/SiN膜といった種類の異なる絶縁体のエッチングの速度・等方性・異方性の違いを顕著にするために、2種類以上のガスをエッチングガスとして使用するため、加工に要する時間や手間が長くかかるという問題がある。
また、例えばSFをエッチングガスとして利用する場合、SiN膜はエッチングされて削れるが、SiO膜はほとんどエッチングされず削れないため、エッチング条件が完全に最適化されていないと、半導体表面までエッチングが完了しないことがあるなど、構造作製上のプロセスマージンが小さい、という問題がある。
さらに、SiOやSiNの比誘電率は大きいため、素子としては製造工程に起因する付加的な容量が寄生することとなり、素子の高速化の妨げとなってきた。
【0005】
本発明の目的は、上記従来技術における問題点を解消するものであって、アルゴンプラズマによる硬化処理の有無により反応性イオンエッチングに対するBCB(ベンゾシクロブテン)膜のエッチング特性が異方的、等方的と変わる性質を利用し、BCB膜一種、エッチングガス一種で、一度の反応性イオンエッチングによりT型の開口度の異なるパタンを簡易に形成でき、かつ製造工程の大幅な短縮を図ることが可能なT型ゲート電極を有する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は特許請求の範囲に記載のような構成とするものである。すなわち、
請求項1に記載のように、基板上に結晶成長された電界効果型トランジスタ構造上に、反応性イオンエッチングに対するエッチング特性が、異方的な層と、等方的な層とを、積層した2層のベンゾシクロブテン(BCB)膜を形成する工程と、
一度の反応性イオンエッチングにより上記2層のBCB膜にT型開口パタンを形成する工程と、
上記T型開口パタンを用いてT型ゲート電極を形成する工程とを、少なくとも含む半導体装置の製造方法とするものである。
【0007】
また、請求項2に記載のように、請求項1において、上記反応性イオンエッチングに対するエッチング特性が、異方的な層と、等方的な層とを、積層した2層のベンゾシクロブテン(BCB)膜を形成する工程は、1種類のベンゾシクロブテンを用い、アルゴンプラズマによる硬化処理を施してエッチング特性が異方的な第1のBCB膜を堆積し、上記第1のBCB膜上に、アルゴンプラズマによる硬化処理を施さないエッチング特性が等方的な第2のBCB膜を堆積して、上記エッチング特性が異方的な層と、等方的な層とを、有する2層のBCB膜を積層する工程とする半導体装置の製造方法とするものである。
【0008】
また、請求項3に記載のように、請求項1または請求項2において、上記反応性イオンエッチングは、1種のエッチングガスを用い、一度の反応性イオンエッチングにより開口度の異なるT型パタンを形成する工程を有する半導体装置の製造方法とするものである。
【0009】
また、請求項4に記載のように、請求項3において、上記開口度の異なるT型パタン部に、ゲート電極となる金属を蒸着してゲート電極を形成する工程を有する半導体装置の製造方法とするものである。
【0010】
本発明は、堆積した後のBCB膜に対し、例えばArプラズマによる硬化処理を加えることで、Arプラズマによる処理を加えないBCB膜との間で、エッチングの速度・等方性・異方性の違いが得られることを利用したものである。
本発明のBCB膜は2層構造となっているものの、どちらも同じエッチングガスで削れる(エッチングできる)ため、プロセスマージンが大きく、エッチングガスの切り替えも必要としないことから、簡便かつ短時間の工程でT型ゲート構造を得ることができる。さらに、比誘電率の小さいBCB膜をゲート加工用の絶縁膜として利用しているため、素子の高速化の妨げとなる寄生容量の低減を実現できる効果がある。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明は、FET(電界効果型トランジスタ)のゲート形成用絶縁膜として、例えばP(プラズマ)−CVD(化学気相成長)法により堆積されたBCB膜を用い、Arプラズマによる硬化処理の有無によるエッチング特性の違いを利用することで、T型ゲート構造を形成するものである。
【0012】
本実施の形態の一例として、FET等におけるT型ゲート構造を有する半導体装置の製造方法について説明する。
図1(a)、(b)、(c)、(d)にゲート電極の形成方法の一例を挙げる。図1の(a)はエッチング前の層構造を示し、(b)はエッチング後の層構造を示し、(c)はレジスト除去後の層構造を示し、(d)はゲート電極形成後の層構造を示す。なお、図1(a)〜(d)において、1は基板、2はFET構造、3はArプラズマによる硬化処理を受けたBCB膜、4はArプラズマによる硬化処理を受けないBCB膜、5はゲート開口パタン転写用レジスト、6はゲート電極を示す。
【0013】
図1(a)に示すように、基板1上に結晶成長されたFET構造2上に、BCB膜を堆積した後に、Arプラズマによる硬化処理を行い、Arプラズマによる硬化処理を受けたBCB膜3を形成する。さらに、BCB膜を堆積させ、Arプラズマによる硬化処理を受けないBCB膜4を堆積する。その上にレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法、もしくは電子線描画によりゲートパタンを転写し、現像してゲート開口パタン転写用レジスト5を形成する。現像して得られたレジストの開口部にはArプラズマによる硬化処理を受けないBCB膜4が露出している〔(a)工程〕。
次に、反応性イオンエッチングによるBCB膜のエッチングを行う。エッチングは上層の硬化処理を受けていないBCB膜4に対しては等方的エッチングが進むが、下層の硬化処理を受けたBCB膜3に対しては、主に垂直方向にエッチングが進む〔(b)工程〕。
次に、ゲート開口パタン転写用レジスト5をエッチング除去して、T型開口パタンを形成する〔(c)工程〕。
次に、上記T型開口パタン部にゲート電極となる金属を蒸着してT型ゲート電極6を形成する〔(d)工程〕。
以上の工程により、FET等におけるT型ゲート電極構造を有する半導体装置をBCB膜一種、エッチングガス一種で、T型の開口パタンを簡易な短時間の工程で形成することができ、製造工程の短縮と原価低減を図ることが可能となる。
【0014】
本発明は、堆積した後のBCB膜に対しArプラズマによる硬化処理を加えることで、Arプラズマによる処理を加えないBCB膜との間で、エッチングの速度・等方性・異方性の違いが得られることを利用したものである。本発明のBCB膜は2層構造となっているものの、どちらも同じエッチングガスで削れる(エッチングできる)ため、プロセスマージンも大きく、エッチングガスの切り替えも必要としないことから、簡便かつ短時間の工程でT型ゲート構造を得ることができる。さらに、比誘電率の小さいBCB膜をゲート加工用の絶縁膜として利用しているため、素子の高速化の妨げとなる寄生容量の低減を実現できる。
【0015】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、FET構造を有する半導体結晶上に、Arを含まない雰囲気中で、P−CVD法を用いて、BCB膜を堆積し、BCB膜の堆積終了後にArプラズマによるBCB堆積膜の硬化処理を行った後、得られるBCB膜を第1のBCB膜(異方的エッチング膜)とし、その上に再び、上記P−CVD法によりBCBを堆積して、得られるArプラズマによる硬化処理を行わないBCB膜を第2のBCB膜(等方的エッチング膜)とし、上記第1、第2のBCB膜で構成される2層のBCB膜構造上に、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ法、もしくは電子線描画法を用いて、レジスト部に開口パタンを形成し、反応性イオンエッチング法により、レジストの開口部直下のBCB膜を除去する際に、第2のBCB膜に対しては、等方的にエッチングを行い、第1のBCB膜に対しては、異方的にエッチングを行うことにより、得られるT型の開口形状を、例えば電界効果型トランジスタのT型ゲートとして用いることを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【0016】
【発明の効果】
BCB膜一種で、2層構造を形成するため、エッチングガスも一種で済み、プロセスマージンの拡大、工程の単純化・短時間化を実現することができる。BCB膜の2層構造は、BCB堆積時の雰囲気にArを導入するか否かでも実現可能であるが、本発明のようにBCB膜の堆積時にArという本来堆積に不要なガスが雰囲気に含まれていないことは、堆積工程によって半導体結晶に対してダメージが与えられることを排除することができる。さらに、誘電率の低いBCB膜を利用することで、製造工程に起因する付加的な容量が素子に付随することを避け、素子の高速化も併せて実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態で例示した半導体装置の製造プロセスの一例を示す工程図。
【図2】従来の半導体装置の製造プロセスを示す工程図。
【符号の説明】
1…基板
2…FET構造
3…Arプラズマによる硬化処理を受けたBCB膜
4…Arプラズマによる硬化処理を受けないBCB膜
5…ゲート開口パタン転写用レジスト
6…ゲート電極
7…基板
8…FET構造
9…SiO
10…SiN膜
11…ゲート開口パタン転写用レジスト
12…ゲート電極

Claims (4)

  1. 基板上に結晶成長された電界効果型トランジスタ構造上に、反応性イオンエッチングに対するエッチング特性が、異方的な層と、等方的な層とを、積層した2層のベンゾシクロブテン(BCB)膜を形成する工程と、
    一度の反応性イオンエッチングにより上記2層のBCB膜にT型開口パタンを形成する工程と、
    上記T型開口パタンを用いてT型ゲート電極を形成する工程とを、少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1において、上記反応性イオンエッチングに対するエッチング特性が、異方的な層と、等方的な層とを、積層した2層のベンゾシクロブテン(BCB)膜を形成する工程は、1種類のベンゾシクロブテンを用い、アルゴンプラズマによる硬化処理を施してエッチング特性が異方的な第1のBCB膜を堆積し、上記第1のBCB膜上に、アルゴンプラズマによる硬化処理を施さないエッチング特性が等方的な第2のBCB膜を堆積して、上記エッチング特性が異方的な層と、等方的な層とを、有する2層のBCB膜を積層する工程とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1または請求項2において、上記反応性イオンエッチングは、1種のエッチングガスを用い、一度の反応性イオンエッチングにより開口度の異なるT型パタンを形成する工程を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 請求項3において、上記開口度の異なるT型パタン部に、ゲート電極となる金属を蒸着してゲート電極を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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