JP5289863B2 - アモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法、多層レジスト膜、半導体装置の製造方法および制御プログラムが記憶された記憶媒体 - Google Patents

アモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法、多層レジスト膜、半導体装置の製造方法および制御プログラムが記憶された記憶媒体 Download PDF

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Description

本発明は、半導体装置に適用されるアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法、多層レジスト膜、半導体装置の製造方法および制御プログラムが記憶された記憶媒体に関する。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、フォトリソグラフィー技術を用いてパターン形成されたフォトレジストをエッチングマスクとしてプラズマエッチングを行い、これにより回路パターンをエッチング対象膜に転写する。フォトリソグラフィーによりフォトレジストにパターンを投影する際、ＣＤが４５ｎｍの世代では、微細化に対応してＡｒＦレジストが使用され、ＡｒＦレジストの露光には１９３ｎｍの波長のＡｒＦレーザ光源が使用される。
ところが、ＡｒＦレジストはプラズマ耐性が低いという特性をもっている。このため、ＡｒＦレジストの下にＳｉＯ２膜とプラズマ耐性の高いレジスト膜とを積層させ、この多層レジスト膜を用いてパターニングする技術が提案されている。
多層レジスト膜には、ＳｉＯ２膜の代わりや反射防止層として、炭化水素ガスと不活性ガスを用いてＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：化学蒸着薄膜成膜法）処理により形成されたアモルファスカーボン膜を適用する技術も提案されている（たとえば、特許文献１を参照。）。
また、近年、一部の工程でフォトリソグラフィー技術を用いないパターニング技術が提案されている。具体的には、たとえば、ＡｒＦレジスト膜の下にＳｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜の下にアモルファスカーボン膜を積層させた多層レジスト膜を構成し、多層レジスト膜に対して次のようにパターニングする。すなわち、まず、ＡｒＦレジスト膜をパターニングし、パターニングされたＡｒＦレジスト膜を用いてＳｉＯ２膜をエッチングする。次に、パターニングされたＳｉＯ２膜を用いてアモルファスカーボン膜をエッチングする。この結果、ＡｒＦレジスト膜のパターニング工程以外の工程でフォトリソグラフィー技術を使わずに、ＡｒＦレジスト膜に形成されたパターンをアモルファスカーボン膜に転写することができる。
特開２００２−１２９７２号公報
しかしながら、フォトリソグラフィー技術を用いてＡｒＦレジスト膜をパターニングする場合、ＡｒＦレジスト膜は、入射光だけでなくＡｒＦレジスト膜の下地にて反射した光によっても感光する。その結果、せっかく入射光によってＡｒＦレジスト膜に正確に所望のパターンが投影されても、制御されていない反射光による感光によってＡｒＦレジスト膜に投影されたパターンの境界部分が曖昧になって、精度の高いパターニングを妨げることになる。
そこで、上記問題を解消するために、本発明は、レジスト膜の下に形成されるアモルファスカーボン膜であって、エッチング耐性に優れ、かつレジスト膜を露光する際、照射された光の反射率を低下させることが可能なアモルファスカーボン膜を提案する。
上記課題を解決するために、発明者は、鋭意検討の結果、（１）〜（４）の事項を見いだした。
（１）アモルファスカーボン膜中における炭素原子の含有率が高いほどエッチング耐性の向上を図れること
（２）炭素原子の含有率を高めるためには水素原子の含有率を低下させることが不可欠であること
（３）ＣＶＤ法における炭素を供給するガスとして、炭化水素ガスに代えて、水素原子を分子中に含まない一酸化炭素を使用することにより、水素原子の含有率の極めて低いアモルファスカーボン膜を生成できること
（４）水素原子の含有率の極めて低いアモルファスカーボン膜に、さらに窒素ガスをドーピングすることにより、レジスト膜を露光する際、照射する光がアモルファスカーボン膜で反射する確率を低下させることができること
上記観点から、本発明のある態様によれば、フォトリソグラフィー技術に用いられるＡｒＦレジスト膜の下に形成されるアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法であって、処理容器の内部に被処理体を配置する工程と、前記処理容器の内部に一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給する工程と、プラズマＣＶＤ装置を用いて前記処理容器の内部にて一酸化炭素ガス及び窒素ガスを分解して被処理体上にアモルファスカーボンナイトライド膜を成膜する工程と、を有するアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法が提供される。
これによれば、エッチング耐性に優れ、かつレジスト膜を露光する際、照射された光の反射率を低下させることが可能なアモルファスカーボンナイトライド膜を形成することができる。これにより、フォトリソグラフィー技術を用いたパターン形成時にレジスト膜を正確にパターニングすることができる。また、高いエッチング耐性により、後工程のエッチング時においても下層膜に良好なパターンを形成でき、エッチング対象膜のパターンに変形を生じさせることなく正確なパターン転写を実現することができる。
前記アモルファスカーボンナイトライド膜中の窒素原子の含有率は、同膜中の炭素原子の１０％以下であってもよい。
前記プラズマＣＶＤ装置は、前記処理容器の内部に上部電極および下部電極が配設された平行平板型であり、前記下部電極上に被処理体が配置された状態で、少なくとも前記上部電極に高周波電力を印加して前記処理ガスからプラズマを生成してもよい。これに加えて、前記下部電極にバイアス用の高周波電力を印加してもよい。このとき、前記上部電極は炭素電極であってもよい。処理ガスは、不活性ガスを含んでもよい。
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、処理容器の内部に一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給し、プラズマＣＶＤ装置を用いて前記処理容器の内部にて一酸化炭素ガス及び窒素ガスを分解することにより、エッチング対象膜上に形成されたアモルファスカーボンナイトライド膜と、前記アモルファスカーボンナイトライド膜上に形成されたシリコン系薄膜と、前記シリコン系薄膜上に形成された、フォトリソグラフィー技術に用いられるＡｒＦレジスト膜を含む多層レジスト膜が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、被処理体上にエッチング対象膜を形成する工程と、処理容器の内部に一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給する工程と、プラズマＣＶＤ装置を用いて前記処理容器の内部にて一酸化炭素ガス及び窒素ガスを分解して被処理体上にアモルファスカーボンナイトライド膜を成膜する工程と、前記アモルファスカーボンナイトライド膜上にシリコン系薄膜を形成する工程と、前記シリコン系薄膜上にＡｒＦレジスト膜を形成する工程と、前記ＡｒＦレジスト膜をパターニングする工程と、前記ＡｒＦレジスト膜をエッチングマスクとして前記シリコン系薄膜をエッチングする工程と、前記シリコン系薄膜をエッチングマスクとして前記アモルファスカーボンナイトライド膜をエッチングする工程と、前記アモルファスカーボンナイトライド膜をエッチングマスクとして前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
また、上記課題を解決するために、本発明の他の態様によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、上記アモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法のいずれかが実行されるように、前記コンピュータにアモルファスカーボンナイトライド膜を形成するための成膜装置を制御させる記憶媒体が提供される。
以上説明したように、本発明によれば、エッチング耐性に優れ、かつレジスト膜を露光する際、照射された光の反射率を低下させることが可能なアモルファスカーボン膜を形成することができる。
発明を実施するための形態
以下に添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明及び添付図面において、同一の構成及び機能を有する構成要素については、同一符号を付することにより、重複説明を省略する。また、本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ、１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
まず、本発明の一実施形態に係るアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法を適用可能な成膜処理の一例として、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を挙げながら説明する。図１は、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を模式的に示した断面図である。
（プラズマＣＶＤ装置の構成）
プラズマＣＶＤ装置１０は、円筒状の処理容器１００を有している。処理容器１００は接地されている。処理容器１００の内部には、ウエハＷを載置するサセプタ１０５が設けられている。サセプタ１０５は、支持体１１０により支持されている。サセプタ１０５の載置面近傍には下部電極１１５が埋設され、その下方にはヒータ１２０が埋設されている。下部電極１１５には、整合器１２５を介して高周波電源１３０が接続されている。必要に応じて、高周波電源１３０からバイアス用の高周波電力が出力され、下部電極１１５に印加される。ヒータ１２０には、ヒータ電源１３５が接続されており、必要に応じてヒータ電源１３５から交流電圧が印加され、ウエハＷを所望の温度に調整する。サセプタ上部の外縁部にはガイドリング１４０が設けられ、ウエハＷをガイドするようになっている。
処理容器１００は天井部にて円筒状に開口し、その開口には絶縁体１４５を介して円筒状のシャワーヘッド１５０が嵌め込まれている。シャワーヘッド１５０の内部には、ガスを拡散するバッファ領域１５０ａが設けられている。ガス供給源１５５から供給された所望のガスは、ガスラインＬを経由してガス導入口１６０からシャワーヘッド１５０内に導入され、バッファ領域１５０ａを経て複数のガス吐出口１６５から処理容器内部に供給される。所望のガスには、一酸化炭素ガス、アルゴンガス、窒素ガスが含まれる。シャワーヘッド１５０には、整合器１７０を介して高周波電源１７５が接続されている。これにより、シャワーヘッド１５０は上部電極としても構成する。具体的には、高周波電源１７５からプラズマ生成用の高周波電力が出力され、上部電極（シャワーヘッド１５０）に印加されることにより、上部電極及び下部電極間に生じた電界により放電が生じ、処理容器内に供給されたガスが励起され、プラズマが生成される。
処理容器の底壁には排気管１８０が設けられ、排気管１８０には真空ポンプ(図示せず)を含む排気装置１８５が連結されている。排気装置１８５は、これを作動することにより処理容器１００の内部を所望の真空度まで減圧する。処理容器１００の壁面には、ウエハＷを搬入／搬出する搬入出口１９０及び搬入出口１９０を開閉するゲートバルブ１９５が設けられている。
以上のように構成されたプラズマＣＶＤ装置１０は、制御装置２００により制御される。制御装置２００は、ＣＰＵ２００ａ、ＲＯＭ２００ｂ、ＲＡＭ２００ｃ及びインタフェース２００ｄを有する。ＣＰＵ２００ａ、ＲＯＭ２００ｂ、ＲＡＭ２００ｃ及びインタフェース２００ｄは、バス２００ｅによりそれぞれ接続されている。
ＲＯＭ２００ｂには、アモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法を示した制御プログラム（レシピ）や各種プログラムが記憶されている。ＲＡＭ２００ｃには、アモルファスカーボンナイトライド膜を形成するための各種データが格納されている。制御装置２００は、制御プログラム（レシピ）の手順に従い、インタフェース２００ｄを介してバイアス用の高周波電源１３０，ヒータ電源１３５、ガス供給源１５５、プラズマ励起用の高周波電源１７５、排気装置１８５に制御信号を送信し、この制御信号により各機器は所定のタイミングに動作する。このようにして、ＣＰＵ２００ａが機構領域に格納されたデータ及び制御プログラムを実行することにより、ウエハＷ上に所望のアモルファスカーボンナイトライド膜が成膜されるようになっている。
インタフェース２００ｄには、オペレータが操作可能なＰＣやディスプレイ（いずれも図示せず）が接続されていて、制御装置２００は、オペレータの指示をプラズマＣＶＤ装置１０の制御に反映させる。なお、制御プログラムは、ハードディスクやＥＥＰＲＯＭ、ＤＶＤ等のメモリに記憶されていてもよいし、ネットワークを介して配信されるようにしてもよい。
（アモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法）
次に、プラズマＣＶＤ装置１０を用いて、本実施形態に係るアモルファスカーボンナイトライド膜を形成する方法について説明する。
まず、アモルファスカーボンナイトライド膜を形成するためのウエハＷが、サセプタ上に載置される。また、ガス供給源１５５から処理容器内にＡｒガス等の不活性ガスが、プラズマ励起ガスとして供給される。これとともに排気装置１８５が作動して処理容器内が排気され、処理容器内が所望の減圧状態に維持される。高周波電源１７５からシャワーヘッド１５０に高周波電力が印可され、これにより、処理容器内のガスがプラズマ化する。この状態で、ガス供給源１５５から一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含むガスを供給する。たとえば、一酸化炭素ガスＣＯ、窒素ガスＮ２及びアルゴンガスＡｒの混合ガスが処理容器内に導入される。なお、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス等の不活性ガスは供給されなくてもよいが、均一なプラズマを維持するために一酸化炭素ガス及び窒素ガスとともに供給される方が好ましい。
この結果、図２に示したように、一酸化炭素ガスＣＯがプラズマにより励起され、炭素Ｃと酸素ラジカルＯ＊に分解され（１−１：ＣＯ→Ｃ＋Ｏ＊）、生成された炭素原子Ｃは堆積する。炭素原子Ｃの一部は、窒素ガスから分解された窒素原子Ｎと結びついた状態で（１−２：Ｃ＋Ｎ→ＣＮ）、炭素原子Ｃの堆積物の中に混入される。このようにして炭素中に窒素が混入された状態でアモルファスカーボンナイトライド膜が形成される。
なお、シャワーヘッド１５０を炭素電極とすると好ましい。なぜなら、前述したように、一酸化炭素ガスＣＯが分解される際、酸素ラジカルＯ＊が生成されるが、この酸素ラジカルＯ＊はシャワーヘッド１５０を炭素電極とすることにより、一酸化炭素の生成反応に使われ（２：Ｏ＊＋Ｃ→ＣＯ）、生成された一酸化炭素ＣＯは、上述したアモルファスカーボンナイトライド膜の生成に使われる。この結果、アモルファスカーボンナイトライド膜の成膜速度を向上させることができる。なお、酸素ラジカルＯ＊の一部は、チャンバ内で二酸化炭素の生成反応に使われ（３：Ｏ＊＋ＣＯ→ＣＯ２）、これにより生成された二酸化炭素ＣＯ２は、排気管１８０から排気される。
成膜中、必要に応じてヒータを加熱してウエハＷの温度を調整することが好ましい。たとえば、ウエハＷの温度を３５０℃以下、好ましくは１５０〜２５０℃に調整する。また、プラズマＣＶＤ装置１０は、平行平板型（容量結合型）に限られず、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波を用いてプラズマを生成するプラズマ処理装置やリモートプラズマであってもよい。特に、マイクロ波を用いたプラズマ処理装置では、電子密度Ｎｅが高く電子温度Ｔｅが低いプラズマを生成できる。このため、プロセス中の温度を低く維持することができ、Ｃｕ配線を含むバックエンドプロセスにより適している。
また、必要に応じて、高周波電源１３０から下部電極１１５にバイアス用の高周波電力を印加し、プラズマ中のＮイオンをサセプタ側に引き込むようにしてもよい。これにより、アモルファスカーボンナイトライド膜中にＮイオンを確実に混入させることができる。これは、後述するようにアモルファスカーボンナイトライド膜の反射率を低下させるとともに、アモルファスカーボンナイトライド膜をより緻密にして、後工程で実行されるエッチング対象膜（被エッチング膜）のドライエッチング時に高選択比を実現できる。
（アモルファスカーボンナイトライド膜を含む多層膜の積層構造）
次に、半導体装置を製造するために使われるアモルファスカーボンナイトライド膜を含む多層膜の積層構造について、図３を参照しながら説明する。ウエハＷ上にはエッチング対象膜として、ＳｉＣ膜３０５、ＳｉＯＣ膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）３１０、ＳｉＣ膜３１５、ＳｉＯ２膜３２０、ＳｉＮ膜３２５が順に積層されている。
エッチング対象膜の上には、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０、酸化シリコン膜３３５（ＳｉＯ２）、反射防止膜３４０（ＤＡＲＣ（登録商標）：dielectric anti-reflective coating）、ＡｒＦレジスト膜３４５が順に積層されている。ＡｒＦレジスト膜３４５は、フォトレジスト膜の一例である。酸化シリコン膜３３５は、シリコン系薄膜の一例である。反射防止膜３４０は、酸化シリコン膜や窒化された酸化シリコン膜から形成されることができる。以上の積層構造によれば、後述する半導体装置の製造方法時、ＡｒＦレジスト膜３４５、反射防止膜３４０、酸化シリコン膜３３５、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０は、多層レジスト膜として機能する。なお、反射防止膜３４０は多層レジスト膜に含まれている方が好ましいが、なくてもよい。
エッチング対象膜の膜厚としては、ＳｉＣ膜３０５が３０ｎｍ、ＳｉＯＣ膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）３１０が１５０ｎｍ、ＳｉＣ膜３１５が３０ｎｍ、ＳｉＯ２膜３２０が１５０ｎｍ、ＳｉＮ膜３２５が７０ｎｍであってもよい。多層レジスト膜の膜厚としては、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０の厚さが１００〜８００ｎｍ（例えば２８０ｎｍ）、酸化シリコン膜３３５の厚さは１０〜１００ｎｍ（例えば５０ｎｍ）、反射防止膜３４０（ＤＡＲＣ）の厚さは３０〜１００ｎｍ（例えば７０ｎｍ）、ＡｒＦレジスト膜３４５の厚さは２００ｎｍ以下（例えば１８０ｎｍ）であってもよい。なお、酸化シリコン膜３３５の代わりにＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣＮＨ等の他のシリコン系薄膜を用いることもできる。
（半導体装置の製造方法）
次に、上述した積層構造の多層膜に適用する半導体装置の製造方法について、図４〜図８を参照しながら説明する。図４（ａ）（ｂ）は、フォトリソグラフィーによるＡｒＦレジスト膜のパターニングを説明するための図である。図５は、アモルファスカーボン膜及びアモルファスカーボンナイトライド膜の反射率の測定値を示した図である。図６〜図８は、エッチングによる多層膜のパターニングを説明するための図である。
（フォトリソグラフィーによるパターニング）
まず、フォトリソグラフィーによるＡｒＦレジスト膜のパターニングを説明する。図４（ａ）に示したように、ＡｒＦレジスト膜３４５は、１９３ｎｍの波長のＡｒＦエキシマレーザを用いてＡｒＦレジスト膜３４５を感光することにより図示しないマスクのパターンを投影する。図４（ａ）には投影されたパターンの一部としてパターンの境界部分Ｂが示されている。ＡｒＦレジスト膜３４５の感光部分は図４（ｂ）に示したように除去され、これにより、ＡｒＦレジスト膜３４５のパターニングが完了する。
上記フォトリソグラフィーによるパターニング中、レーザ光は、ＡｒＦレジスト膜３４５の下地を透過する。その際、反射防止膜３４０によりＡｒＦレジスト膜３４５への反射光が抑えられる。しかしながら、反射防止膜３４０を透過した光は、さらにその下層膜で反射する場合もある。その場合、その反射光はＡｒＦレジスト膜３４５を感光することになる。その結果、せっかく入射光によってＡｒＦレジスト膜３４５にシャープなパターンＢを正確に投影したにもかかわらず、制御されていない反射光によってＡｒＦレジスト膜３４５に不必要な感光が生じ、ＡｒＦレジスト膜３４５に投影されたパターンの境界部分Ｂが曖昧になって正確なパターニングを妨げることになる。そこで、本実施形態では、以下に説明するアモルファスカーボンナイトライド膜３３０により反射を抑止する。
（アモルファスカーボンナイトライド膜の反射率）
本実施形態に係るアモルファスカーボンナイトライド膜３３０は、アモルファスカーボンに窒素原子が混入されている。発明者が鋭意研究した結果、図５に示したように、添加するＮ原子の量により、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０を反射する１９３ｎｍの光の反射率が変化することがわかった。
図５の実験を行うために、発明者は、まず、プラズマＣＶＤ装置１０を用いてアモルファスカーボンナイトライド膜を成膜した。具体的には、制御装置２００からの指示信号に基づき、プラズマＣＶＤ装置１０の各機器は次のように制御された。すなわち、ウエハ載置後、ガス供給源１５５からガスラインＬおよびシャワーヘッド１５０を介してＡｒガスを処理容器内に供給するとともに排気装置１８により処理容器内を排気することにより、処理容器内を２０ｍＴｏｒｒの減圧状態に維持した。また、上部ウォール、下部ウォール、サセプタ１０５の温度がそれぞれ６０℃、５０℃、４０℃になるように処理容器内の温度を調整した。シャワーヘッド(上部電極)１５０には、高周波電源１７５から４．０Ｗ／ｃｍ２の高周波電力を印加した。バイアス用の高周波電力は印加しなかった。シャワーヘッド１５０とサセプタ１０５との間のギャップは３０ｃｍであった。処理容器内の雰囲気が安定した後、ガス供給源１５５から一酸化炭素（ＣＯ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス、窒素（Ｎ２）ガスの混合ガスを供給した。
ＣＯ／Ａｒ／Ｎ２のガス流量比を１８：１：０としたのとき、窒素が添加されず、アモルファスカーボン膜（膜１とする）に含まれるＣ原子の含有率は、９６．８（Ａｔｏｍｉｃ％）であった。このように、Ｎ原子を添加しないアモルファスカーボン膜に１９３ｎｍのレーザ光を入射した場合、入射光に対する反射光の割合、すなわち、反射率は「４．４２」であった。
一方、ＣＯ／Ａｒ／Ｎ２のガス流量比を１７：１：１としたとき、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０（膜２とする）に含まれるＮ原子及びＣ原子の含有率は、それぞれ６．７，８８．２（Ａｔｏｍｉｃ％）であった。これは、Ｃ原子に対して約７．６％のＮ原子がアモルファスカーボンナイトライド膜中に含有されていることを示す。このとき、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０に１９３ｎｍのレーザ光を入射した場合、反射率は「２．１６」に減少した。
さらに、ＣＯ／Ａｒ／Ｎ２のガス流量比を１７：１：２としたとき、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０（膜３とする）に含まれるＮ原子及びＣ原子の含有率は、それぞれ１０．０，８３．２（Ａｔｏｍｉｃ％）であった。これは、Ｃ原子に対して約１２％のＮ原子がアモルファスカーボンナイトライド膜中に含有されていることを示す。このとき、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０に１９３ｎｍのレーザ光を入射した場合、反射率は「４．２０」に増加した。
以上から、発明者は、アモルファスカーボンナイトライド膜中に添加するＮ原子をＣ原子の概ね１０％以下にすれば、１９３ｎｍのレーザ光のほとんどをＡｒＦレジスト膜３４５側に反射させることなく、リソグラフィー工程を実行できることを見出した。これにより、発明者は、Ｃ原子に対するＮ原子の含有率が１０％以下のアモルファスカーボンナイトライド膜３３０を用いて、ＡｒＦレジスト膜３４５に正確にパターンを形成することができた。
（エッチングによるパターニング）
次に、ＡｒＦレジスト膜３４５に形成されたパターンニングをエッチングにより下層膜に転写する工程を説明する。図３に示した状態のＡｒＦレジスト膜３４５をエッチングマスクとして、プラズマＣＶＤ装置１０を用いて、反射防止膜３４０及び酸化シリコン膜３３５をプラズマによりエッチングする。その結果、図６に示したように、酸化シリコン膜３３５にＡｒＦレジスト膜３４５のパターンが転写される。ＡｒＦレジスト膜３４５はエッチング耐性が低いため、本工程中にＡｒＦレジスト膜３４５は消失してしまう。また、反射防止膜３４０もエッチングされて薄くなっている。
次に、図６に示した状態の酸化シリコン膜３３５をエッチングマスクとして、プラズマＣＶＤ装置１０を用いてアモルファスカーボンナイトライド膜３３０をプラズマによりエッチングする。その結果、図７に示したように、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０にＡｒＦレジスト膜３４５のパターンが転写される。後述するように、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０は、十分なプラズマ耐性を有する。よって、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０は、本工程中、良好な形状を維持しながらエッチングされる。この結果、ＡｒＦレジスト膜３４５のパターンをアモルファスカーボンナイトライド膜３３０に正確に転写することができる。
ついで、図７に示した状態のアモルファスカーボンナイトライド膜３３０をエッチングマスクとして、プラズマＣＶＤ装置１０を用いて、ＳｉＮ膜３２５、ＳｉＯ２膜３２０、ＳｉＣ膜３１５、ＳｉＯＣ膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）３１０、ＳｉＣ膜３０５の順にエッチング対象膜をエッチングする。前述したようにアモルファスカーボンナイトライド膜３３０はプラズマ耐性（エッチング耐性）が高いので、エッチング中、エッチング対象膜に対して高い選択比を持つ。この結果、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０は、ＳｉＣ膜３０５のエッチングが終了するまで、十分にエッチングマスクとして残存することができ、エッチング対象膜のパターンに変形が生じることなく正確なパターン転写が可能となる。なお、エッチング終了後、残存したアモルファスカーボンナイトライド膜３３０は、Ｏ２系ガスによりアッシングされ、これにより、図８に示したように、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０が消失した状態でエッチング対象膜のパターニングが完成する。なお、アッシングには、Ｏ２ガス及びＡｒの混合ガス、またはＯ２ガス及びＮ２の混合ガスが用いられてもよく、Ｎ２ガス及びＨ２ガスの混合ガスが用いられてもよい。
（アモルファスカーボンナイトライド膜のプラズマ耐性）
前述したアモルファスカーボンナイトライド膜のプラズマ耐性について、発明者が行った実験を以下に述べる。プロセス条件としては、アモルファスカーボンナイトライド膜の成膜時とほぼ同様であり、処理容器内を２０ｍＴｏｒｒの減圧状態に維持し、上部ウォール、下部ウォール、サセプタ１０５の温度がそれぞれ６０℃、５０℃、４０℃になるように処理容器内の温度を調整した。シャワーヘッド(上部電極)１５０には、高周波電源１７５から出力された４．０Ｗ／ｃｍ２の高周波電力を「１５秒」印加した。バイアス用の高周波電力は印加しなかった。シャワーヘッド１５０とサセプタ１０５との間のギャップは３０ｃｍであった。
処理容器内の雰囲気が安定した後、以下の各膜の消失量を計測した。具体的には、上記プロセス条件において、４３６ｎｍの波長の光源（ｇ線）に用いるレジスト膜（比較膜１）、アモルファスカーボン膜（膜１）、アモルファスカーボンナイトライド膜（膜２，膜３）に対して同一評価を行った。この結果を図９に示す。図９では、エッチング対象膜を１５秒間エッチングした間に比較膜１は、中央部にてΔ７０ｎｍ、端部にてΔ９０ｎｍだけ消失した。すなわち、１５秒間のエッチング中に、比較膜１は、中央部にて７０ｎｍ、端部にて９０ｎｍだけ薄くなっていた。
これに対して、膜１、膜２、膜３は、中央部にてそれぞれΔ３７．６ｎｍ、Δ４２．７ｎｍ、Δ５４．８ｎｍ、端部にてΔ３７．８ｎｍ、Δ４８．６ｎｍ、Δ５７．７ｎｍだけ膜が消失した。この結果、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０は、４３６ｎｍの波長の光源（ｇ線）に用いるレジスト膜よりプラズマ耐性が向上していることがわかった。それだけでなく、アモルファスカーボンナイトライド膜３３０は、ｇ線に用いるレジスト膜より、エッチングに対する面内均一性が高い。ｇ線のレジスト膜は実用面で十分なプラズマ耐性を有していることが経験上理解されている。よって、より膜の消失量が少なく、かつエッチング時の面内均一性の高いアモルファスカーボンナイトライド膜は、ｇ線のレジスト膜以上の選択比を有し、実用にも耐えうる優れた膜であることがこの実験で証明された。
以上の説明を簡単にまとめると、本実施形態に係る半導体装置の製造方法には、少なくとも次に示した工程が含まれる。
（ａ）ウエハ上にエッチング対象膜を形成する工程
（ｂ）処理容器内に一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給する工程
（ｃ）処理容器内で一酸化炭素ガス及び窒素ガスを分解してウエハ上にアモルファスカーボンナイトライド膜３３０を成膜する工程
（ｄ）アモルファスカーボンナイトライド膜３３０の上に酸化シリコン膜３３５を形成する工程
（ｅ）酸化シリコン膜３３５の上にＡｒＦレジスト膜３４５を形成する工程
（ｆ）ＡｒＦレジスト膜３４５をパターニングする工程
（ｇ）ＡｒＦレジスト膜３４５をエッチングマスクとして酸化シリコン膜３３５をエッチングする工程
（ｈ）酸化シリコン膜３３５をエッチングマスクとしてアモルファスカーボンナイトライド膜３３０をエッチングしてＡｒＦレジスト膜３４５のパターンを転写する工程
（ｉ）アモルファスカーボンナイトライド膜３３０をエッチングマスクとしてエッチング対象膜をエッチングする工程
これによれば、エッチング耐性に優れ、かつＡｒＦレジスト膜３４５を１９３ｎｍのレーザ光で露光する際、照射された光の反射率を低下させることが可能なアモルファスカーボンナイトライド膜３３０により、エッチング対象膜に正確なパターンを転写することができる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
例えば、上記実施形態では、本発明のアモルファスカーボンナイトライド膜をドライ現像技術における多層レジスト膜中の下位層に適用した場合について示したが、これに限るものではなく、同膜を通常のフオトレジスト膜の直下に形成して反射防止膜機能を有するエッチングマスクとして用いる等、他の種々の用途に用いることができる。
また、上記実施形態では、被処理体として半導体ウエハを例示したが、これに限られず、液晶表示装置(ＬＣＤ)に代表されるフラットパネルディスプレイ(ＦＰＤ)用のガラス基板等他の基板にも適用できる。
本発明の一実施形態に係るアモルファスカーボンナイトライド膜の成膜に適用可能なプラズマＣＶＤ装置の縦断面図である。 同実施形態に係るアモルファスカーボンナイトライド膜生成時の分解、生成反応を説明するための図である。 同実施形態に係るアモルファスカーボンナイトライド膜を用いて半導体装置を製造するための多層膜構造を示した縦断面図である。 図４（ａ）（ｂ）は、同実施形態に係るＡｒＦレジスト膜をリソグラフィーによりパターニングする工程を説明するための図である。 同実施形態に係るアモルファスカーボンナイトライド膜の反射率を示した実験結果である。 同実施形態に係るパターニングされたＡｒＦレジスト膜をマスクとして酸化シリコン膜をエッチングした結果を示す断面図である。 同実施形態に係るパターニングされた酸化シリコン膜をマスクとしてアモルファスカーボンナイトライド膜をエッチングした結果を示す断面図である。 同実施形態に係るパターニングされたアモルファスカーボンナイトライド膜をマスクとしてエッチング対象膜をエッチングした結果を示す断面図である。 同実施形態に係るアモルファスカーボンナイトライド膜のプラズマ耐性を評価するための実験結果である。
符号の説明
１０ プラズマＣＶＤ装置
１０５ サセプタ
１１５ 下部電極
１３０ 高周波電源
１５０ シャワーヘッド
１５５ ガス供給源
１７５ 高周波電源
２００ 制御装置
３３０ アモルファスカーボンナイトライド膜
３３５ 酸化シリコン膜
３４０ 反射防止膜
３４５ ＡｒＦレジスト膜

Claims (9)

  1. フォトリソグラフィー技術に用いられるＡｒＦレジスト膜の下に形成されるアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法であって、
    処理容器の内部に被処理体を配置する工程と、
    前記処理容器の内部に一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
    プラズマＣＶＤ装置を用いて前記処理容器の内部にて一酸化炭素ガス及び窒素ガスを分解して被処理体上にアモルファスカーボンナイトライド膜を成膜する工程と、を有するアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法。
  2. 前記アモルファスカーボンナイトライド膜中の窒素原子の含有率は、同膜中に含有される炭素原子の１０％以下である請求項１に記載されたアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法。
  3. 前記プラズマＣＶＤ装置は、前記処理容器の内部に上部電極および下部電極が配設された平行平板型であり、前記下部電極上に被処理体が配置された状態で、少なくとも前記上部電極に高周波電力を印加して前記処理ガスからプラズマを生成する請求項１または請求項２のいずれかに記載されたアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法。
  4. 前記下部電極にバイアス用の高周波電力を印加する請求項３に記載されたアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法。
  5. 前記上部電極は炭素電極である請求項３または請求項４のいずれかに記載されたアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法。
  6. 前記処理ガスは、不活性ガスを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載されたアモルファスカーボンナイトライド膜の形成方法。
  7. 処理容器の内部に一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給し、プラズマＣＶＤ装置を用いて前記処理容器の内部にて一酸化炭素ガス及び窒素ガスを分解することにより、エッチング対象膜上に形成されたアモルファスカーボンナイトライド膜と、
    前記アモルファスカーボンナイトライド膜上に形成されたシリコン系薄膜と、
    前記シリコン系薄膜上に形成された、フォトリソグラフィー技術に用いられるＡｒＦレジスト膜を含む多層レジスト膜。
  8. 被処理体上にエッチング対象膜を形成する工程と、
    処理容器の内部に一酸化炭素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
    プラズマＣＶＤ装置を用いて前記処理容器の内部にて一酸化炭素ガス及び窒素ガスを分解して被処理体上にアモルファスカーボンナイトライド膜を成膜する工程と、
    前記アモルファスカーボンナイトライド膜上にシリコン系薄膜を形成する工程と、
    前記シリコン系薄膜上にＡｒＦレジスト膜を形成する工程と、
    前記ＡｒＦレジスト膜をパターニングする工程と、
    前記ＡｒＦレジスト膜をエッチングマスクとして前記シリコン系薄膜をエッチングする工程と、
    前記シリコン系薄膜をエッチングマスクとして前記アモルファスカーボンナイトライド膜をエッチングする工程と、
    前記アモルファスカーボンナイトライド膜をエッチングマスクとして前記エッチング対象膜をエッチングする工程と、を有する半導体装置の製造方法。
  9. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、請求項１〜６のいずれかに記載された方法が実行されるように、前記コンピュータにアモルファスカーボンナイトライド膜を形成するための成膜装置を制御させる記憶媒体。
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