JP4614995B2

JP4614995B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP4614995B2
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Inventors: 博森岡
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Publication date: 2011-01-19
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Description

本発明は、微細パターンの作製方法及び半導体装置の製造方法に関し、特に感光性レジスト膜の露光及び現像により微細なパターンを作製する方法、及びその微細なパターンを使用して半導体装置を製造する方法に関する。

特許文献１に、有機物からなる反射防止膜の上に形成されたレジスト膜を露光現像した後、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、Ｏ₂、及びＡｒの混合ガスを用いて、反射防止膜をエッチングする技術が開示されている。また特許文献２に、ＨＢｒとＯ₂の混合ガスを用いる方法が開示されている。反射防止膜のエッチング時にレジストパターンの表層部もエッチングされて、パターンが縮小化される。これにより、現像直後のレジストパターンよりも微細なパターンを形成することができる。これらの方法では、レジストパターンの側壁に付着した保護膜の変形によってレジストパターンに応力が加わったり、ハロゲン系のガスによってレジスト樹脂が化学的作用を受けたりする。パターン寸法が大きい場合には、レジストパターンの受ける応力や化学的作用は顕在化しない。ところが、縮小化後のレジストパターンの最小寸法が１００ｎｍ以下になると、レジストパターンの変形や倒壊が生じる場合がある。特許文献３に、Ｃｌ₂とＳＯ₂とＯ₂との混合ガス、またはＳＯ₂とＯ₂との混合ガスを用いて、レジストパターンの下の有機反射防止膜をエッチングする技術が開示されている。エッチングガスにＣｌ₂等のハロゲンガスを含む場合には、レジストパターンへの化学的作用によるダメージが避けられない。

特開平１３−１９６３５５号公報特開平１０−９８０２９号公報特許２９２８３９１号公報特許２９７１４４３号公報

本発明の目的は、レジストパターンを縮小化させる際のパターンの変形や倒壊を防止することが可能な微細パターンを作製し、この微細パターンを用いて半導体装置を製造する方法を提供することである。

本発明の一観点によると、
（ｉ）半導体基板の上に、第１の膜を形成する工程と、
（ｊ）前記第１の膜の上に、有機物からなる反射防止膜を形成する工程と、
（ｋ）前記反射防止膜の上に、感光性レジスト材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
（ｌ）前記レジスト膜を露光し、現像して、レジストパターンを形成する工程と、
（ｍ）Ｃｌ_２を含まず、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、ＣＯ、ＣＯ_２、及びＮ_２からなる群より選択された少なくとも１つの第１のガスと、ＳＯ_２ガスと、Ｏ _２ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、前記レジストパターンの側面及び上面の表層部をエッチングすると共に、該レジストパターンをマスクとして前記反射防止膜を該反射防止膜の底面までエッチングしてパターニングする工程と、
（ｎ）表層部がエッチングされた前記レジストパターン及びパターニングされた前記反射防止膜をマスクとして、前記第１の膜をエッチングする工程と
を有し、
前記工程（ｉ）が、前記半導体基板の上に第２の膜を形成し、該第２の膜の上に前記第１の膜を形成する工程を含み、
前記工程（ｎ）の後に、前記第１の膜をハードマスクとして前記第２の膜をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法が提供される。

エッチングガスにＨｅ等を添加することにより、ＳＯ₂ガス等が感光性レジスト材料と反応して保護膜を過剰に形成することを抑制し、レジストパターンの変形や倒壊を防止することができる。また、レジストパターンのトリミング量のばらつきを少なくすることができる。

図１〜図３を参照して、本発明の実施例による半導体装置の製造方法について説明する。

図１（Ａ）に示す状態に至るまでの工程を説明する。シリコン基板１の表層部に素子分離絶縁膜を形成し、活性領域を画定する。活性領域の表層部に、ウェル形成及び閾値制御のために必要なイオン注入を行う。図１（Ａ）は、活性領域における基板の断面図を示す。

シリコン基板１の表面上に、酸窒化シリコンからなる厚さ約１ｎｍのゲート絶縁膜２を形成する。ゲート絶縁膜２は、例えば、基板表面を熱酸化して酸化シリコン膜を形成した後、この酸化シリコン膜を窒化することにより形成される。ゲート絶縁膜２の上に、多結晶シリコンからなる厚さ約１１０ｎｍのゲート電極層３をＣＶＤにより形成する。ゲート電極層３の上に、酸化シリコンからなる厚さ約３０ｎｍのハードマスク層４を、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）を用いたＣＶＤにより形成する。

ハードマスク層４の上に、ＡｒＦレーザの波長域の光を吸収する有機材料からなる厚さ８２ｎｍの有機反射防止膜５を形成する。有機反射防止膜５として、例えば、日産化学工業株式会社製のＡＲＣ３９を用い、スピンコート法により有機反射防止膜５を形成することができる。

有機反射防止膜５の上に、ＡｒＦレーザに感光する厚さ３００ｎｍのレジスト膜を形成する。レジスト材料として、例えば、住友化学工業株式会社製のＰＡＲ７００を用いることができる。このレジスト膜をＡｒＦレーザで露光し、現像することによってレジストパターン６を形成する。レジストパターン６は、例えば、太さ８０ｎｍの複数の直線状パターンがピッチ１６０ｎｍで配置されたラインアンドスペースパターン（縞状パターン）を有する。

図１（Ｂ）に示すように、ＨｅとＳＯ₂とＯ₂との混合ガスのプラズマを用いて、レジストパターン６の表層部をエッチングし、縮小化する。これによりレジストパターン６が縮小化されたレジストパターン６ａが残る。このとき、有機反射防止膜５の露出部分もエッチングされる。

このエッチングは、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ）装置を用いて、以下の条件で行った。Ｈｅ、ＳＯ₂、及びＯ₂の流量を、それぞれ６０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、及び２０ｓｃｃｍとし、プラズマ室内の圧力を０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）とし、基板温度を２０°とした。プラズマ発生のための高周波電力を３００Ｗとし、基板を保持する電極へ供給するバイアス用高周波電力を２５Ｗとした。いすれの高周波電力も、周波数は１３．５６ＭＨｚである。

図２（Ｃ）に示すように、さらに、有機反射防止膜５の底面までエッチングを進める。この間に、レジストパターン６ａがさらに縮小化され、その太さが約４５ｎｍになる。このように、初期の太さ８０ｎｍのレジストパターン６ａを、太さ４５ｎｍまで細くすることができる。レジストパターン６ａの細くなった量をトリミング量と呼ぶこととする。実施例の場合のトリミング量は３５ｎｍである。

有機反射防止膜５の全厚さ分をエッチングした後、約２０％のオーバエッチングを行う。ここで、２０％のオーバエッチングとは、有機反射防止膜５の全厚さ分をエッチングするのに必要な時間の２０％の時間だけ余分にエッチングを行うことを意味する。オーバエッチングにより、有機反射防止膜５の膜厚のばらつきによる残渣の発生を防止することができる。

図２（Ｄ）に示すように、レジストパターン６ａ及び有機反射防止膜５をマスクとして、ハードマスク層４をエッチングする。ハードマスク層４は、例えばＣＦ₄ガスの誘導結合プラズマを用い、下記の条件でドライエッチングすることができる。例えば、プラズマ発生用の高周波電力を３００Ｗ、基板を保持する電極へ供給する高周波電力を２５Ｗ、プラズマ室内の圧力を約０．６７Ｐａ（５ｍＴｏｒｒ）、ＣＦ₄ガス流量を１００ｓｃｃｍ、基板温度を２０℃とする。ハードマスク層４がパターニングされ、ハードマスクパターン４ａが形成される。

次に、レジストパターン６ａ、反射防止膜５、及びハードマスクパターン４ａをマスクとし、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＣＦ₄、及びＯ₂の混合ガスの誘導結合プラズマを用いて、下記の条件でゲート電極層３をドライエッチングする。例えば、プラズマ発生用の高周波電力を５００Ｗ、基板を保持する電極へ供給する高周波電力を３４Ｗ、プラズマ室内の圧力を約１．４Ｐａ（１２ｍＴｏｒｒ）、Ｃｌ₂、ＨＢｒ、ＣＦ₄、及びＯ₂のガス流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍ、２５０ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍ、及び１０ｓｃｃｍとし、基板温度を６０℃とする。

図２（Ｅ）に、上記条件で２１秒間エッチングを行った後の基板断面を示す。ゲート電極層３が途中までエッチングされ、レジストパターン６ａが消失し、反射防止膜５の表層部がエッチングされている。

この状態から、下記のエッチング条件に変えて、さらにゲート電極層３をエッチングする。プラズマ発生用の高周波電力を３５０Ｗ、基板を保持する電極へ供給する高周波電力を１８Ｗ、プラズマ室内の圧力を約０．８Ｐａ（６ｍＴｏｒｒ）、ＨＢｒ及びＯ₂のガス流量をそれぞれ１８０ｓｃｃｍ及び５ｓｃｃｍとし、基板温度を６０℃とする。

図３（Ｆ）に、上記条件で２１秒間のエッチングを行った後の基板の断面図を示す。ゲート電極層３の底面までエッチングが進み、多結晶シリコンからなるゲート電極３ａが残る。このとき、有機反射防止膜５が完全に除去されてしまっても、ハードマスクパターン４ａが残るため、所望の形状のゲート電極３ａを形成することができる。

さらに、以下の条件で４０秒間のオーバエッチングを行う。プラズマ発生用の高周波電力を３５０Ｗ、基板を保持する電極へ供給する高周波電力を６５Ｗ、プラズマ室内の圧力を約１１Ｐａ（８０ｍＴｏｒｒ）、ＨＢｒ、Ｈｅ、及びＯ₂のガス流量をそれぞれ１５０ｓｃｃｍ、１５０ｓｃｃｍ、及び５ｓｃｃｍとし、基板温度を６０℃とする。

図３（Ｇ）に示すように、図３（Ｆ）に示されている反射防止膜５を、酸素プラズマを用いてアッシングすることにより除去する。さらに、例えば希弗酸処理及び硫酸過水処理を含むウェット後処理を行う。

図３（Ｈ）に示すように、図３（Ｇ）に示されているゲート電極３ａ上のハードマスクパターン４ａ及び露出しているゲート絶縁膜２を、フッ酸により除去する。さらに、ＬＤＤ構造のエクステンション部へのイオン注入、サイドウォールスペーサ８の形成、及びソース及びドレイン領域７へのイオン注入工程を経て、ＭＩＳＦＥＴ１０を作製する。

上記実施例では、図１（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示したレジストパターン６の縮小化の工程において、ＳＯ₂ガスとＯ₂ガスにＨｅガスを加えたエッチングガスを使用している。Ｈｅガスを加えることにより、パターン変形やレジストパターンの倒壊を防止し、安定的にレジストパターンを縮小化することができる。

Ｈｅガスの代わりに、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ等の希ガスを用いてもよい。原子番号の大きな希ガスを使用すると、プラズマ中の電子温度を低下させ、酸素の過剰な乖離を抑制することができる。これにより、酸素ラジカルの発生を抑制し、レジストパターンのトリミング量の制御性を高めることができる。また、これら希ガスの代替として、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｎ₂ガスを使用してもよい。

エッチングガスの全流量に対するＨｅガスの流量の比を４０％としたとき、同一基板内の５箇所のレジストパターンのトリミング量は、１１．０ｎｍ、９．１ｎｍ、１２．９ｎｍ、６．４ｎｍ、及び１６．４ｎｍであった。トリミング量の平均は１１．２ｎｍであり、３σは１１．４ｎｍである。これに対し、Ｈｅガスの流量の比を７５％としたとき、同一基板内の５箇所のレジストパターンのトリミング量は、１１．６ｎｍ、１０．５ｎｍ、１２．８ｎｍ、１０．４ｎｍ、及び１２．０ｎｍであった。トリミング量の平均は１１．５ｎｍであり、３σは３．１ｎｍである。

このように、希ガスの流量比を大きくすることにより、トリミング量のばらつきを少なくすることができる。これは、ＳＯ₂ガスによる保護膜の過剰な付着を抑制することができるためと考えられる。トリミング量低減の効果を高めるためには、エッチングガスの全流量に対する希ガスの流量の比を４０％以上にすることが好ましい。ＳＯ₂ガスによる保護膜の過剰な付着が防止されるため、保護膜の変形に起因するレジストパターンの変形や倒壊を防止することができる。

また、上記第１の実施例で用いたエッチングガスはハロゲン系のガスを含まない。このため、ハロゲン系ガスの化学的作用に起因するレジストパターンの変形や倒壊を防止することができる。

図４（Ａ）に、上記実施例による方法で縮小化したレジストパターン２１の断面図を、縮小化前のレジストパターン２０と比較して示す。縮小化前のレジストパターン２０の側面が後退して細くなると共に、上面からもエッチングが進み、そのレジストパターンが低くなる。低くなったレジストパターン２１は、下地層をパターニングするのに必要な高さＨｔよりも高い。

図４（Ｂ）に、従来の方法で縮小化した場合の縮小化前及び縮小化後のレジストパターンの断面図を示す。レジストパターン２０の上面からのエッチング量が大きい。レジストパターンが細くなると、上面からのエッチング量が大きくなり、縮小化後のレジストパターン２１ａが、必要な高さＨｔを維持できなくなる場合がある。

上記第１の実施例のように、エッチングガスに希ガス等を添加することにより、レジストパターンのエッチング速度を制御し、レジストパターンを細くすると共に、必要な高さを維持することが容易になる。

図４（Ｃ）に、上記実施例による方法で縮小化したレジストパターン２６の平面図を、縮小化前のレジストパターン２５と比較して示す。縮小化によってレジストパターンが細くなると共に、その先端が後退する。図４（Ｄ）に、従来の方法で縮小化を行った場合の、縮小化前のレジストパターン２５及び縮小化後のレジストパターン２６ａの平面図を示す。従来の場合には、レジストパターンの先端の後退量が大きい。このため、縮小化後のレジストパターン２６ａの先端を、その先に配置されているレジストパターン２８に近づけることができない。

上記実施例の場合には先端の後退量が小さいため、従来の方法を採用する場合に比べて、レジストパターン２６の先端を、レジストパターン２８に近づけることが可能である。

図５を参照して、Ｈｅ、Ｏ₂、及びＳＯ₂ガスの流量比が、トリミング量に与える影響について説明する。Ｈｅ、Ｏ₂、及びＳＯ₂の流量比、及びオーバエッチング量を変えてレジストパターンを縮小化した複数の試料を作製し、トリミング量、及びレジストパターンの先端の後退量を測定した。

図５の横軸はオーバエッチング量を単位「％」で表し、縦軸はトリミング量及び先端の後退量を単位「ｎｍ」で表す。図中の実線は、孤立したレジストパターンのトリミング量を示し、破線は、太さ０．１３μｍ、ピッチ０．２６μｍのラインアンドスペースパターンを有するレジストパターンのトリミング量を示し、点線は、太さ１．３μｍのレジストパターンの先端の後退量を示す。また、線群ａは、Ｈｅ及びＯ₂の流量をそれぞれ６０ｓｃｃｍ及び２ｓｃｃｍとし、ＳＯ₂を添加しないで縮小化を行った試料のトリミング量を示す。線群ｂは、Ｈｅ、Ｏ₂、及びＳＯ₂の流量をそれぞれ６０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、及び５ｓｃｃｍにして縮小化を行った試料のトリミング量を示す。線群ｃは、Ｈｅ、Ｏ₂、及びＳＯ₂の流量をそれぞれ６０ｓｃｃｍ、２０ｓｃｃｍ、及び１０ｓｃｃｍにして縮小化を行った試料のトリミング量を示す。なお、各線上に付された丸、三角、四角記号は、複数のレジストパターンの測定結果の平均値である。

エッチングガスにＳＯ₂を加えると、オーバエッチング量を多くしてもトリミング量の変化が小さくなる。このため、ＳＯ₂を加えることにより、トリミング量をほぼ一定に維持した状態で、オーバエッチングを行うことが可能になる。また、ＳＯ₂を加えることにより、トリミング量のパターン密度依存性が低くなることがわかる。このため、孤立パターン及びラインアンドスペースパターンを、ほぼ均等に縮小化することが可能になる。

また、ＳＯ₂を添加しない場合には、パターン先端の後退量がトリミング量に比べて大きいが、ＳＯ₂を添加すると、パターン先端の後退量がトリミング量と同程度まで小さくなる。

図６に、Ｏ₂ガス流量とトリミング量との関係を示す。Ｈｅ及びＳＯ₂の流量は、それぞれ６０ｓｃｃｍ及び１０ｓｃｃｍとし、オーバエッチング量を２０％とした。実線は、孤立したレジストパターンのトリミング量を示し、破線は、太さ０．１３μｍ、ピッチ０．２６μｍのラインアンドスペースパターンを有するレジストパターンのトリミング量を示し、点線は、太さ１．３μｍのレジストパターンの先端の後退量を示す。なお、各線上に付された丸、三角、四角記号は、複数のレジストパターンの測定結果の平均値である。Ｏ₂ガス流量を多くすると、トリミング量及びレジストパターン先端の後退量が大きくなる。

図７に、ＳＯ₂ガス流量とトリミング量との関係を示す。Ｈｅ及びＯ₂の流量は、それぞれ６０ｓｃｃｍ及び２０ｓｃｃｍとし、オーバエッチング量を２０％とした。実線、破線、及び点線は、図６に示した実線、破線、及び点線のパターンと同じパターンを意味する。なお、各線上に付された丸、三角、四角記号は、複数のレジストパターンの測定結果の平均値である。ＳＯ₂ガス流量を多くすると、トリミング量及びレジストパターン先端の後退量が小さくなる。

エッチングガスにＳＯ₂ガスを添加すると、レジストパターンの表面にイオウを含むポリマ層が形成される。このため、レジストパターンのエッチング速度が低下すると考えられる。イオウを含むポリマ層を効率的に形成するために、レジストパターンの縮小化時の基板温度を４０℃以下にすることが好ましい。なお、ＳＯ₂の代わりに、レジスト材料と反応してイオウを含むポリマ層を形成するガスを使用することも可能である。このようなガスとして、例えば硫化カルボニル、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）等が挙げられる。

図６及び図７からわかるように、Ｏ₂とＳＯ₂との流量比を変えることにより、トリミング量を制御することが可能になる。

図２（Ｃ）に示した工程において、有機反射防止膜５の底面までエッチングするのに必要な時間だけエッチングを行った後、エッチングガスの全流量に対するＳＯ₂ガスの流量の比を大きくすることにより、トリミング量の増加を抑制しつつ、有機反射防止膜５のオーバエッチングを行うことができる。これにより、有機反射防止膜５の側壁を、切り立った形状にすることが可能になる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

上記実施例より、以下の付記に示された発明が導出される。

（付記１）（ａ）基板上に、感光性レジスト材料を塗布し、露光及び現像を行って、レジストパターンを形成する工程と、
（ｂ）Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、ＣＯ、ＣＯ₂、及びＮ₂からなる群より選択された少なくとも１つの第１のガスとＳＯ₂ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、前記レジストパターンの側面及び上面の表層部をエッチングする工程と
を有する微細パターンの作製方法。

（付記２）前記混合ガスが、さらにＯ₂ガスを含む付記１に記載の微細パターンの作製方法。

（付記３）前記工程（ｂ）において、前記第１のガスの流量を、前記混合ガス全体の流量の４０％以上にする付記１または２に記載の微細パターンの作製方法。

（付記４）前記工程（ｂ）において、前記基板の温度を４０℃以下に保った状態でエッチングを行う付記１〜３のいずれかに記載の微細パターンの作製方法。

（付記５）前記基板が、下地表面上に形成された有機物からなる反射防止膜を有し、
前記工程（ｂ）において、前記レジストパターンの表層部をエッチングすると共に、該レジストパターンをマスクとして、前記反射防止膜をエッチングする付記１〜４のいずれかに記載の微細パターンの作製方法。

（付記６）前記混合ガスがＯ₂ガスを含み、前記工程（ｂ）が、エッチングの途中に、Ｏ₂ガスの流量に対するＳＯ₂ガスの流量の比を増加させる工程を含む付記５に記載の微細パターンの作製方法。

（付記７）前記工程（ｂ）において、前記反射防止膜の全厚さ分がエッチングされるのに必要な時間が経過した時点で、ＳＯ₂ガスの流量比を増加させる付記６に記載の微細パターンの作製方法。

（付記８）（ｉ）半導体基板の上に、第１の膜を形成する工程と、
（ｊ）前記第１の膜の上に、有機物からなる反射防止膜を形成する工程と、
（ｋ）前記反射防止膜の上に、感光性レジスト材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
（ｌ）前記レジスト膜を露光し、現像して、レジストパターンを形成する工程と、
（ｍ）Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、ＣＯ、ＣＯ₂、及びＮ₂からなる群より選択された少なくとも１つの第１のガスとＳＯ₂ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、前記レジストパターンの側面及び上面の表層部をエッチングすると共に、該レジストパターンをマスクとして前記反射防止膜をパターニングする工程と、
（ｎ）表層部がエッチングされた前記レジストパターン及びパターニングされた前記反射防止膜をマスクとして、前記第１の膜をエッチングする工程と、
（ｏ）前記レジストパターン及び前記反射防止膜を除去する工程と
を有する半導体装置の製造方法。

（付記９）前記工程（ｉ）が、前記半導体基板の上に第２の膜を形成し、該第２の膜の上に前記第１の膜を形成する工程を含み、
前記工程（ｎ）の後に、前記第１の膜をハードマスクとして前記第２の膜をエッチングする工程を含む付記８に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１０）前記混合ガスが、さらにＯ₂ガスを含む付記８または９に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１１）前記工程（ｍ）において、前記第１のガスの流量を、前記混合ガス全体の流量の４０％以上にする付記８〜１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

（付記１２）前記工程（ｍ）において、前記基板の温度を４０℃以下に保った状態でエッチングを行う付記８〜１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

（付記１３）前記混合ガスがＯ₂ガスを含み、前記工程（ｍ）が、エッチングの途中に、Ｏ₂ガスの流量に対するＳＯ₂ガスの流量の比を増加させる工程を含む付記８〜１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。

（付記１４）前記工程（ｍ）において、前記反射防止膜の全厚さ分がエッチングされるのに必要な時間が経過した時点で、ＳＯ₂ガスの流量比を増加させる付記１３に記載の半導体装置の製造方法。

（付記１５）基板上に、感光性レジスト材料を塗布し、露光及び現像を行って、レジストパターンを形成する工程と、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、ＣＯ、ＣＯ₂、及びＮ₂からなる群より選択された少なくとも１つの第１のガスと、イオウを含むポリマを形成する第２のガスとの混合ガスのプラズマにより、前記レジストパターンの側面及び上面の表層部をエッチングする工程と
を有する微細パターンの作製方法。

（付記１６）前記混合ガスが、さらにＯ₂ガスを含む付記１５に記載の微細パターンの作製方法。

（付記１７）半導体基板の上に、第１の膜を形成する工程と、
前記第１の膜の上に、有機物からなる反射防止膜を形成する工程と、
前記反射防止膜の上に、感光性レジスト材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜を露光し、現像して、レジストパターンを形成する工程と、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、ＣＯ、ＣＯ₂、及びＮ₂からなる群より選択された少なくとも１つの第１のガスと、イオウを含むポリマを形成する第２のガスとを含む混合ガスのプラズマにより、前記レジストパターンの側面及び上面の表層部をエッチングすると共に、該レジストパターンをマスクとして前記反射防止膜をパターニングする工程と、
表層部がエッチングされた前記レジストパターン及びパターニングされた前記反射防止膜をマスクとして、前記第１の膜をエッチングする工程と、
前記レジストパターン及び前記反射防止膜を除去する工程と
を有する半導体装置の製造方法。

（付記１８）前記混合ガスが、さらにＯ₂ガスを含む付記１７に記載の半導体装置の製造方法。

本発明の実施例による半導体装置の製造方法を説明するための基板の断面図（その１）である。本発明の実施例による半導体装置の製造方法を説明するための基板の断面図（その２）である。本発明の実施例による半導体装置の製造方法を説明するための基板の断面図（その３）である。レジストパターンの縮小化前後の形状を示す断面図及び平面図である。オーバエッチング量とトリミング量との関係を、エッチングガスの種類ごとに示すグラフである。Ｏ₂ガスの流量とトリミング量との関係を示すグラフである。ＳＯ₂ガスの流量とトリミング量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１半導体基板
２ゲート絶縁膜
３ゲート電極層
３ａゲート電極
４ハードマスク層
４ａハードマスクパターン
５反射防止膜
６、２０、２５、２８レジストパターン
６ａ、２１、２１ａ、２６、２６ａ縮小化されたレジストパターン
７ソース及びドレイン領域
８サイドウォールスペーサ
１０ＭＩＳＦＥＴ

Claims

（ｉ）半導体基板の上に、第１の膜を形成する工程と、
（ｊ）前記第１の膜の上に、有機物からなる反射防止膜を形成する工程と、
（ｋ）前記反射防止膜の上に、感光性レジスト材料からなるレジスト膜を形成する工程と、
（ｌ）前記レジスト膜を露光し、現像して、レジストパターンを形成する工程と、
（ｍ）Ｃｌ_２を含まず、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ、ＣＯ、ＣＯ_２、及びＮ_２からなる群より選択された少なくとも１つの第１のガスと、ＳＯ_２ガスと、Ｏ _２ガスとを含む混合ガスのプラズマにより、前記レジストパターンの側面及び上面の表層部をエッチングすると共に、該レジストパターンをマスクとして前記反射防止膜を該反射防止膜の底面までエッチングしてパターニングする工程と、
（ｎ）表層部がエッチングされた前記レジストパターン及びパターニングされた前記反射防止膜をマスクとして、前記第１の膜をエッチングする工程と
を有し、
前記工程（ｉ）が、前記半導体基板の上に第２の膜を形成し、該第２の膜の上に前記第１の膜を形成する工程を含み、
前記工程（ｎ）の後に、前記第１の膜をハードマスクとして前記第２の膜をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法。
前記第１の膜が酸化シリコン膜である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程（ｍ）において、前記第１のガスの流量を、前記混合ガス全体の流量の４０％以上にする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程（ｍ）において、前記第１のガスの流量を、前記混合ガス全体の流量の４０％以上にする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程（ｍ）において、前記基板の温度を４０℃以下に保った状態でエッチングを行う請求項１乃至４のいずれか１項に記載に半導体装置の製造方法。
前記混合ガスがＯ_２ガスを含み、前記工程（ｍ）が、エッチングの途中に、Ｏ_２ガスの流量に対するＳＯ_２ガスの流量の比を増加させる工程を含む請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
前記工程（ｍ）において、前記反射防止膜の全厚さ分がエッチングされるのに必要な時間が経過した時点で、ＳＯ_２ガスの流量比を増加させる請求項６に記載の半導体装置の製造方法。