JPH05114558A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、金属膜や絶縁膜等のパターン加工の
高精度化、高信頼性を実現できる半導体装置の製造方法
を提供することを目的とする。 【構成】ＳｉＯ₂ ４を介してＡｌ配線３上にＡｌ膜５を
形成する工程と、このＡｌ膜５上に厚さ５０ｎｍの炭素
膜６，フォトレジスト７を順次形成する工程と、このフ
ォトレジスト７に露光，現像を行ないフォトレジストパ
ターンを形成する工程と、これをマスクにして炭素膜
６，Ａｌ膜５をパターニングする工程とを備えているこ
とを特徴とする半導体装置の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に係わり、特に金属膜や絶縁膜等のパターン加工の改良
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程において、
金属膜、例えば金属配線等を形成するには、次のように
している。図４５，図４６はその方法を示す工程断面図
である。

【０００３】即ち、図４５（ａ）に示す如く、まず、半
導体基板５１上に絶縁膜５２を堆積した後、この絶縁膜
５２上に下層配線５３を形成し、更に全面に層間絶縁膜
５４を堆積する。

【０００４】次に図４５（ｂ）に示す如く、層間絶縁膜
５４上に金属膜５５を形成した後、図４５（ｃ）に示す
如く、この金属膜５５上にフォトレジスト（感光性樹脂
層）５６を直接塗布する。

【０００５】次に図４５（ｄ）に示す如く、フォトレジ
スト５６に所望のパターンを露光し、続いて図４６
（ａ）に示す如く、フォトレジスト５６の現像工程を行
なってフォトレジストパターン５６を形成する。

【０００６】次に図４６（ｂ）に示す如く、このフォト
レジストパターン５６をマスクとして反応性イオンエッ
チング（ＲＩＥ）法を用いて金属膜５５を選択エッチン
グする。最後に、図４６（ｃ）に示す如く、フォトレジ
ストパターン５６を除去し、金属膜５５からなる上層配
線が完成する。しかしながら、この種の方法には次のよ
うな問題があった。

【０００７】即ち、露光の際にフォトレジスト５６を通
過して金属膜５５の表面に到達した入射光５７は、この
表面で反射光５８として反射した後、再びフォトレジス
ト５６に侵入するので、フォトレジスト５６の異常露光
が起こる。特に、図４５（ｄ）に示したように、金属膜
５５の表面の凹凸が大きい場合には、上記異常露光の影
響が大きく、この結果、図４６（ａ）に示したように、
フォトレジスト５６に転写されるパターンはマスクパタ
ーンに比べ歪んだものとなってしまう。このフォトレジ
ストパターン５６の歪みは、このフォトレジストパター
ン５６をマスクとして金属膜５５をＲＩＥ法によりパタ
ーニングする際に問題となる。

【０００８】即ち、図４６（ａ）に示したように、フォ
トレジストパターン５６が欠損してしまうので、図４６
（ｂ）に示したように、パターニングされた金属膜５５
も同様に欠損してしまう。そしてこの現象がひどくなる
と、パターニングされた金属膜５５に断線が発生し、パ
ターニングの精度、信頼性が著しく低下してしまうばか
りでなく、製品の歩留まりもまた低下してしまう。そこ
で、上記問題を避けるために、色素含有レジストを用い
たり、金属膜とフォトレジストとの間に窒化チタン膜を
形成する方法が提案されている。

【０００９】しかしながら、色素含有レジストを用いた
方法では、異常露光によるフォトレジストパターンの歪
みを抑えるのには不十分であり、前述した問題を解決す
ることができない他、更に、露光時にフォーカスのマー
ジンが小さくなるという問題があった。

【００１０】また、窒化チタン膜を用いる方法では、金
属膜の選択エッチング後の腐食などの問題を防止するた
めに、金属膜上の窒化チタン膜をエッチング除去してい
た。しかしながら、窒化チタン膜と絶縁膜との間では十
分大きな選択比を取ることが難しいため、窒化チタン膜
のエッチング除去の際に絶縁膜も一緒にエッチングされ
てしまっていた。この結果、製品の信頼性や歩留まりが
低下するという問題があった。

【００１１】以上述べた方法以外に、被加工膜とフォト
レジスト膜との間に炭素膜を設けて微細パターンの形成
を行なう方法が、特開昭６０−１１７７２３号に開示さ
れている。

【００１２】しかしながら、この方法では、炭素膜は１
８０ｎｍ或いは１１０ｎｍといった厚膜なので、フォト
レジストの寸法と炭素膜の寸法との間で寸法変換差が生
じるという問題があった。例えば、ダイオードタイプの
プラズマエッチング装置を用い、酸素流量１００ＳＣＣ
Ｍ，圧力４０ｍＴｏｒｒ，電力密度２Ｗ／ｃｍ² の条件
で、厚さ１００ｎｍの炭素膜をエッチングしようとする
と、炭素膜の側壁部には６３°程度のテーパが形成され
るので、上記のように厚さが１００ｎｍの場合には、炭
素膜の上面と下面との間で９０ｎｍ以上の差が生じる。
半導体集積回路においては、このような寸法変換差を小
さくすることが望まれる。

【００１３】また、ウエハとフォトレジストとの間に炭
素からなる反射防止膜を介在させて露光を行なうことに
より、ウエハからの反射を防止したものに、発明協会公
開技法７８−２４２７がある。ここでは、炭素膜厚が厚
くなるにつれて反射率が減少することが示されている
が、炭素膜の薄膜化と低反射率との両立は実現されてい
ない。一方、従来、層間絶縁膜等の絶縁膜のパターニン
グは、次のように行なっていた。

【００１４】即ち、半導体基板或いは金属配線上に絶縁
膜を堆積した後、この絶縁膜上にフォトレジストを直接
塗布し、次いでこのフォトレジストにマスクパターンを
露光する。続いて、フォトレジストの現像工程を行なっ
てフォトレジストパターンを形成し、このフォトレジス
トパターンをマスクに用いてＲＩＥ法により絶縁膜を選
択エッチングする。これにより、マスクパターンが絶縁
膜に転写されることになる。しかしながら、この種の方
法にあっては次のような問題があった。

【００１５】即ち、露光の際にフォトレジストを通過
し、更に絶縁膜を通過した光は半導体基板或いは金属配
線の表面で乱反射し、この乱反射した光は再びフォトレ
ジストに侵入し、これにより所望しない部分のフォトレ
ジストまでが感光されてしまう。特に、半導体基板或い
は金属配線の表面に凹凸がある場合には、上記異常露光
の影響が大きく、フォトレジストに転写されるパターン
はマスクパターンに比べ歪んだものとなってしまう。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く従来の金属
膜のパターニング工程においては、フォトレジストに対
して露光を行なう際に、金属膜の表面で露光光が反射
し、これによりフォトレジストに転写されるパターンが
歪んでしまった。

【００１７】一方、絶縁膜のパターニング工程において
は、半導体基板或いは金属配線の表面で露光光が反射す
るため、フォトレジストに転写されるパターンが歪んで
しまった。

【００１８】この結果、歪んだフォトレジストパターン
をマスクとして金属膜や絶縁膜等の被加工膜をパターニ
ングするため、パターニングの精度や信頼性が低下し、
製造歩留まりが低下するという問題があった。

【００１９】この問題を解決するため、厚膜の炭素膜を
被加工膜とフォトレジストとの間に介在させて露光を行
なう方法があるが、寸法変換差が生じたりするなど問題
点が多かった。

【００２０】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、金属膜や絶縁膜等のパ
ターン加工の高精度化、高信頼性を実現できる半導体装
置の製造方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体装置の製造方法は、光反射性の被
加工膜上に炭素膜を形成する工程と、この炭素膜上に感
光性樹脂層を形成する工程と、この感光性樹脂層に所望
のパターンを露光し現像を行なうことにより、前記感光
性樹脂層をパターン加工する工程と、この感光性樹脂層
をマスクとして前記炭素膜をエッチングする工程と、前
記感光性樹脂層又は前記炭素膜をマスクとして前記被加
工膜をエッチングする工程とを含み、前記炭素膜の膜厚
を前記光反射性の被加工膜及び炭素膜による反射率が、
炭素膜の有する固有の反射率より小さくなる領域に設定
することを特徴とする。

【００２２】また、本発明の他の半導体装置の製造方法
は、光反射性膜上に透光性の被加工膜を形成する工程
と、この被加工膜上に炭素膜を形成する工程と、この炭
素膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、この感光性樹
脂層に所望のパターンを露光し現像を行なうことによ
り、前記感光性樹脂層をパターン加工する工程と、この
感光性樹脂層をマスクとして前記炭素膜をエッチングす
る工程と、前記感光性樹脂層又は前記炭素膜をマスクと
して前記被加工膜をエッチングする工程とを含み、前記
炭素膜の膜厚を所定の領域に設定することを特徴とす
る。

【００２３】

【作用】本発明者等の研究によれば、炭素膜の膜厚を１
００ｎｍ未満にすると、感光性樹脂層と炭素膜との界面
で反射された露光光と、炭素膜と被加工膜との界面で反
射された露光光とを相殺でき、最小の反射率が得られる
ことが分った。また、本発明者等の研究によれば、反射
率が十分小さくなる炭素膜の膜厚範囲は、膜厚１００ｎ
ｍ未満で広いことが分った。また、感光性樹脂層を通過
した露光光は炭素膜中で十分弱められることも分った。

【００２４】したがって、被加工膜と感光性樹脂層との
間に炭素膜を設けて、感光性樹脂層の露光，現像を行な
えば、正確なレジストパターンを容易に形成でき、もっ
て、被加工膜のパターニングの精度や信頼性が改善され
る。

【００２５】

【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。図１，図２には本発明の第１の実施例に係る金属配
線の形成工程断面図が示されている。

【００２６】まず、図１（ａ）に示す如く、表面に素子
（不図示）が形成されたＳｉ基板１上に、厚さ１μｍの
ＳｉＯ₂ 膜２を形成する。次いでこのＳｉＯ₂ 膜２上に
厚さ８００ｎｍのＡｌ配線３を形成した後、全面に層間
絶縁膜として厚さ１μｍのＳｉＯ₂ 膜４を形成する。こ
こで、ＳｉＯ₂ 膜４の表面にはＡｌ配線３に対応して段
差が生じた。次に図１（ｂ）に示す如く、ＳｉＯ₂ 膜４
上に上層配線となる厚さ８００ｎｍのＡｌ膜５（被加工
膜）を全面に堆積する。

【００２７】次に図１（ｃ）に示す如く、Ａｌ膜５上に
厚さ５０ｎｍの炭素膜６を形成する。この炭素膜６は、
Ａｒ雰囲気中でグラファイト板をターゲットとしたＤＣ
マグネトロンスパッタリング法を用いることで形成でき
る。その形成条件は、室温、圧力４×１０^-3Ｔｏｒｒ、
電力密度３．５Ｗ／ｃｍ² 、Ａｒ流量４０ＳＣＣＭであ
る。なお、この炭素膜６の構造をＸ線回折を用いて調べ
たところ、その構造は非晶質若しくはマイクロクリスタ
ル（微結晶）の構造となっていることが判明した。ま
た、光学エリプソンメーターを用いて光学定数を測定し
たところ、露光波長が３６５ｎｍの場合には、屈折率ｎ
が１．８６，消衰係数ｋは０．７９であった。更に四探
針法により比抵抗を測定したところ、０．３Ωｃｍとい
う値が得られた。

【００２８】次に図１（ｄ）に示す如く、炭素膜６上に
厚さ１．５μｍのフォトレジスト（感光性樹脂層，住友
化学性ＰＦＩ１５ＡＡ）７を塗布し、マスクパターン
（図示せず）を用いてこのフォトレジスト７を露光す
る。このとき、露光波長λは３６５ｎｍとした。

【００２９】次に図２（ａ）に示す如く、現像液、例え
ばコリンを主成分とするアルカリ現像溶液を用いてフォ
トレジスト７を現像して、パターン幅０．８μｍのフォ
トレジストパターン７を形成する。このフォトレジスト
パターン７を調べたところ、露光時におけるＡｌ膜５か
らの反射による影響が殆どなく、マスクパターンに忠実
なものだった。また、炭素膜６を調べたところ、溶出，
剥離等は全く観察されなかった。更に、Ａｌ膜５を調べ
たところ、アルカリ性である現像液による浸蝕は全く観
察されなかった。一方、炭素膜６を設けない場合のＡｌ
膜を調べたところ、現像液により浸蝕されていた。これ
は本実施例のように炭素膜６によりＡｌ膜が保護されて
いないからである。

【００３０】次に図２（ｂ）に示す如く、フォトレジス
トパターン７をマスクとして、Ｏ₂ガスを使用したＲＩ
Ｅ法により、炭素膜６をパターニングし、引き続き、図
２（ｃ）に示す如く、ＢＣｌ₃ とＣｌ₂ との混合ガスを
使用したＲＩＥ法により、Ａｌ膜５をパターニングし
て、Ａｌ配線５を形成する。

【００３１】最後に、図２（ｄ）に示す如く、フォトレ
ジストパターン７を酸素アッシング、即ち、酸素プラズ
マを用いた灰化処理により、フォトレジストパターン７
並びに炭素膜６を同時に剥離する。

【００３２】図３（ａ），図３（ｂ）にはそれぞれ本実
施例の方法によって形成された配線パターンの上面図と
従来の方法の場合のそれとが示されている。図中、斜線
部が配線パターンを表している。図３（ａ）に示すよう
に本実施例の方法では、Ａｌ配線パターンに断線部は全
く観察されず、マスクパターンを忠実にＡｌ膜５に転写
できることが分かる。

【００３３】これに対して、図３（ｂ）に示すように従
来の方法によりＡｌ膜５ａのパターニングを行なった場
合、Ａｌ膜５ａの表面で露光光が反射するので、フォト
レジストに転写されたパターンは歪んだものとなり、こ
のためＡｌ配線パターンには、特に段差が著しい場所で
多くの断線部８が観察された。なお、図中、４ａは層間
絶縁膜である。

【００３４】以上のように、本実施例の方法により形成
されたＡｌ配線パターンは、歪みや断線が殆どなく、極
めて良好なものであった。これは、炭素膜６がＡｌ膜５
の表面からの反射光を吸収することにより、フォトレジ
スト７に到達する光を効率的に軽減せしめると共に、炭
素膜６とフォトレジスト７との界面からの反射光が炭素
膜６とＡｌ膜５との界面からの反射光を、打ち消すよう
に炭素膜６の膜厚等を設定し、両反射光の位相を調整し
ているからである。また、本発明者等は炭素膜６の反射
防止膜としての効果を窒化チタン膜，シリコン膜のそれ
と比較してみた。

【００３５】図７は炭素膜の膜厚と露光光の反射率（入
射光のレジスト中の強度に対する反射光のレジスト中の
強度の百分率）との関係を示す特性図である。被加工膜
としてＡｌ膜を用い、露光波長として３６５ｎｍを選ん
だ。反射率は、以下の表に示した光学定数，多重反射を
考慮にいれた次の（１）式で得られる。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【数３】

【００３８】ここで、ｄ_B は炭素膜の膜厚，λは露光光
の波長，Ｎ_A はＡｌ膜の光学定数，Ｎ_B は炭素膜の光学
定数，Ｎ_R は感光性樹脂層の光学定数，ｒ_R ＝（Ｎ_R −
Ｎ_B）／（Ｎ_R ＋Ｎ_B ），ｒ_B ＝（Ｎ_B −Ｎ_A ）／（Ｎ
_B ＋Ｎ_A ）である。光学定数Ｎは、Ｎ＝ｎ−ｉｋ（ｎ：
屈折率，ｋ：消衰係数）で表わされる。この式において
ｉは複素数である。

【００３９】なお、上記表に示す光学定数は分光エリプ
ソンメーターを用いた測定によって得られたものであ
る。同様に図５，図６は、それぞれ窒化チタン膜の膜厚
と露光光の反射率との関係を示す特性図，シリコン膜の
膜厚と露光光の反射率との関係を示す特性図である。反
射率は、フォトレジストから基板に垂直に入射する光の
強度と、被加工膜表面で反射しフォトレジストに再び垂
直に侵入する光の強度から求めた。

【００４０】図５から窒化チタン膜の場合、膜厚が３５
ｎｍ程度で反射率が最小になりその値は３％程度とな
る。しかしながら、下地の凹凸による光の乱反射を考慮
に入れると、反射率は５％以下程度まで下げることが望
ましいが、これを満たす膜厚の範囲は２６ｎｍ〜３３ｎ
ｍという狭い範囲となり、膜厚の制御や管理が難しくな
るという問題がある。

【００４１】また、図６からシリコン膜の場合、膜厚が
５ｎｍ程度で反射率が５％以下になるが、これを満たす
膜厚の範囲は非常に狭く、窒化チタン膜の場合と同様な
問題が生じる。５ｎｍという薄い厚さで反射率が最小に
なるのは、反射防止効果がシリコン膜の光吸収特性とシ
リコン内部での光の干渉作用で決まるからである。即
ち、シリコン膜の屈折率は約６．６と非常に大きいの
で、反射光は膜厚が非常に薄いときに強度が最小にな
る。

【００４２】一方、炭素膜６の場合は、図７から分かる
ように、反射率が５％以下となる膜厚の範囲は３８ｎｍ
〜７８ｎｍと広く、しかも、その最小値も窒化チタン
膜，シリコン膜より小さい。ここで、（１）式を用いれ
ば、反射率が５％以下となる条件は次式（数式１）で与
えられる。

【００４３】

【数４】 また、本発明者等は被加工膜の凹凸が反射率にどのよう
な影響を与えるかを調べてみた。

【００４４】図４は被加工膜として表面が平坦なＡｌ膜
を用い、炭素膜厚を５０ｎｍ，露光波長を３６５ｎｍと
した場合の露光光の入射角度と反射率との関係を示す特
性図である。これは被加工膜の表面に凹凸がある場合の
反射率を調べたことに相当する。

【００４５】図４から入射角度９０度の場合、つまり、
凹凸がない場合に最も反射率が小さくなるが、入射角度
が４５度と非常に浅い場合でも反射率はたかだか５％程
度となり、被加工膜の表面に凹凸がある場合でも、炭素
膜は反射防止膜として有効に機能することが分る。

【００４６】かくして本実施例によれば、Ａｌ膜５とフ
ォトレジスト７との間に炭素膜６を形成することによ
り、マスクパターンを歪なくフォトレジスト７に転写す
ることができる。更に、炭素膜６の膜厚や、屈折率ｎ，
消衰係数ｋなどの光学係数を調整することで、反射防止
効果を十分に高くすることができる。したがって、Ａｌ
膜５のパターニング精度の向上、ひいては製造の歩留ま
り向上を達成することができる。

【００４７】また、炭素膜６はレジストパターン７の剥
離時に同時に剥離される。したがって、Ａｌ膜５のエッ
チング後に炭素膜６を剥離する新たな工程が不要であ
り、工程数の増加を抑えることができる。

【００４８】更にまた、炭素膜６は化学的に安定であ
り、Ａｌ膜５のエッチングの際にマスクとなるフォトレ
ジストパターンが後退しても、この炭素膜６がマスクと
して働く。したがって、エッチングを精度良く行なうこ
とができる。例えば、圧力２Ｐａ、電力密度１．５Ｗ／
ｃｍ² の条件で、Ｃｌ₂ ガス（流量３０ＳＣＣＭ）及び
ＢＣｌ₃ ガス（３０ＳＣＣＭ）を用いてＲＩＥによりＡ
ｌ膜、レジスト膜、炭素膜のエッチングを行ない、エッ
チング速度の比較を行なったところ、各エッチング速度
は、Ａｌ膜が１０ｎｍ／ｓｅｃ、レジスト膜が３〜５ｎ
ｍ／ｓｅｃ、炭素膜が０．４ｎｍ／ｓｅｃであった。こ
の結果から、炭素膜が十分にエッチングの際のマスクと
して働くことが分かる。したがって、炭素膜のみをエッ
チングマスクとして被加工膜をエッチングしても良い。

【００４９】なお、本実施例では、被加工膜がＡｌで、
露光波長が３６５ｎｍの場合について説明したが、他の
被加工膜や、他の露光波長でも同様な効果が得られる。
図８〜図２４はそのことを示す図である。

【００５０】図１３，図１９はＡｌの場合の炭素膜膜厚
と露光光の反射率との関係を示す特性図で、それぞれ露
光波長が４４０ｎｍ，２５０ｎｍの場合のものである。
同様に図８，図１４，図２０は被加工膜がポリシリコン
膜の場合、図９，図１５，図２１は被加工膜がモリブデ
ンシリサイド膜の場合、図１０，図１６，図２２は被加
工膜がＡｇ膜の場合、図１１，図１７，図２３は被加工
膜がＣｕ膜の場合、図１２，図１８，図２４は被加工膜
がＭｏ膜の場合の炭素膜の膜厚と露光光の反射率との関
係を示す特性図で、それぞれ露光波長λが３６５ｎｍ，
４４０ｎｍ，２５０ｎｍの場合のものである。反射率の
見積もりには、上述したＡｌ膜の場合に用いた表１及び
式１を用いて行なった。

【００５１】図７〜図１２から露光波長λが３６５ｎｍ
の場合には、いずれの被加工膜においても、炭素膜厚が
１００ｎｍ未満で、反射率が最小となり、しかも、５％
以下となる範囲も広いことが分かる。また、図１３〜図
１８から露光波長λが４４０ｎｍの場合にも、炭素膜厚
が１００ｎｍ未満で、最小の反射率が得られ、広い範囲
で反射率が５％なることが分かる。同様に図１９〜図２
４から露光波長λが２５０ｎｍの場合も、炭素膜厚が１
００ｎｍ未満で、反射率が最小になり、広い範囲で反射
率が５％になっていることが分かる。

【００５２】以上の結果、いずれの被加工膜，露光波長
においても、炭素膜厚が１００ｎｍ未満で最小の反射率
が得られ、しかも、広い範囲で反射率が５％以下になっ
ており、炭素膜厚が１００ｎｍ以上の炭素膜では得られ
ない高い反射防止効果が得られることが分かった。

【００５３】また、本発明者等は膜厚が１００ｎｍ未満
の炭素膜において、反射率が５％以下となる、炭素膜の
屈折率ｎ及び消衰係数ｋの範囲を、上記被加工膜（Ａ
ｌ，ポリシリコン，モリブデンシリサイド，Ａｇ，Ｃ
ｕ，Ｍｏ）の場合について調べたところ、図２５〜図４
２のような結果が得られた。

【００５４】図２５，図３１，図３７は被加工膜がＡｌ
膜の場合に、反射率が５％以下となる、炭素膜の屈折率
ｎと消衰係数ｋとの範囲を示す図で、それぞれ露光波長
λが３６５ｎｍ，４４０ｎｍ，２５０ｎｍの場合のもの
である。同様に図２６，図３２，図３８は被加工膜がポ
リシリコン膜の場合、図２７，図３３，図３９は被加工
膜がモリブデンシリサイド膜の場合、図２８，図３４，
図４０は被加工膜がＡｇ膜の場合、図２９，図３５，図
４１は被加工膜がＣｕ膜の場合、図３０，図３６，図４
２は被加工膜がＭｏ膜の場合に、反射率が５％以下とな
る、炭素膜の屈折率ｎと消衰係数ｋとの範囲を示す図
で、それぞれ露光波長λが３６５ｎｍ，４４０ｎｍ，２
５０ｎｍの場合のものである。なお、反射率の見積もり
には、表１に示す光学定数を用い、多重反射を考慮にい
れた式１を用いて行なった。

【００５５】図２５〜図３０から露光波長λが３６５ｎ
ｍの場合には、いずれの被加工膜においても、屈折率ｎ
が１．３以上２．５以下、消衰係数ｋが０．３以上１．
０以下であれば、反射率を５％以下となることが分か
る。また、図３１〜図３６から露光波長λが４４０ｎｍ
の場合にも、屈折率ｎが１．３以上２．５以下、消衰係
数ｋが０．３以上１．０以下で反射率が５％以下となる
ことが分かる。同様に図３７〜図４２から露光波長λが
２５０ｎｍの場合も、屈折率ｎが１．３以上２．５以
下、消衰係数ｋが０．３以上１．０以下で、反射率が５
％以下になることが分かる。また、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ，
Ａｌ−Ｓｉ，タングステンシリサイドでも同様である。

【００５６】以上の結果、反射率を十分に低減させるた
めには、炭素膜の光学定数に制限があることが分かる
が、屈折率ｎを１．３以上２．５以下、消衰係数ｋを
０．３以上１．０以下にすれば、いずれの被加工膜，露
光波長λにおいても、反射率を５％以下に抑えられ、高
い反射防止効果が得られることが分かった。上記範囲外
の炭素膜の例としてはダイヤモンド構造の炭素膜が挙げ
られる。ダイヤモンド構造の炭素膜は、露光波長λが２
００ｎｍ以上で消衰係数ｋがほぼ０となるので、反射防
止効果は非常に小さい。このように、上記被加工膜とし
て、金属膜，合金膜，シリサイド膜，半導体膜等を用い
た場合、本発明の効果は絶大なものがある。また、本発
明で用いる炭素膜の膜厚は次のように設定すれば良い。

【００５７】炭素膜厚が増加するに従い、反射率の値
は、１００ｎｍ未満で極小値をとり、次に極大値をと
り、その後、炭素膜固有の反射率に近づいていく。ここ
で、炭素膜の固有の反射率とは、炭素膜厚を無限大とし
た場合の反射率である。したがって、反射率が極小値を
とるときの炭素膜厚を含み、反射率が極大値以下となる
膜厚領域に炭素膜厚を設定すれば良く、特にエッチング
精度の観点からは１００ｎｍ未満が良い。

【００５８】更に、この中でも、反射率が炭素膜固有の
反射率（例えば、図７では約５％で安定している）より
小さくなるような膜厚領域に炭素膜厚を設定すると更に
好ましい。このように炭素膜厚を、反射率が極小となる
条件を含む極小領域に設定することにより、十分な反射
防止効果を得ることができると共に、エッチング精度の
向上を図ることができる。図４３，図４４は本発明の第
２の実施例に係る絶縁膜パターンの形成工程断面図であ
る。

【００５９】まず、図４３（ａ）に示す如く、Ｓｉ基板
２１の表面を選択的に酸化し、厚さ１μｍのＳｉＯ₂ 膜
２２を形成する。次いでＳｉＯ₂膜２２が形成された基
板２１上に厚さ８００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜２３，厚さ１μ
ｍのポリシリコン膜（光反射性膜）２４を順次形成す
る。ここで、ポリシリコン膜２４の表面にはＳｉＯ₂ 膜
２２の対応した段差が生じた。次に図４３（ｂ）に示す
如く、ポリシリコン膜２４上に厚さ３００ｎｍのＳｉＯ
₂ 膜２５（被加工膜）を堆積する。次に図４３（ｃ）に
示す如く、ＳｉＯ₂ 膜２５上に厚さ２５ｎｍの炭素膜２
６を堆積する。

【００６０】次に図４４（ａ）に示す如く、炭素膜２６
上に厚さ１．５μｍのフォトレジスト（感光性樹脂層，
住友化学製ＰＦＩ１５５ＡＡ）２７を塗布し、配線のマ
スクパターン（不図示）を用いてこのフォトレジスト２
７を露光する。このとき、露光波長は３６５ｎｍとす
る。

【００６１】次に図４４（ｂ）に示す如く、現像液を用
いてフォトレジスト２７を現像して、パターン幅０．８
μｍのフォトレジストパターン２７を形成する。このフ
ォトレジストパターン２７を調べたところ、露光時にお
けるポリシリコン膜２４で反射した光による影響はほと
んどなく、マスクパターンに忠実なものであった。

【００６２】最後に、フォトレジストパターン２７をマ
スクにしてＲＩＥ加工を炭素膜２６及びＳｉＯ₂ 膜２５
に施した後、炭素膜２６，フォトレジストパターン２７
をアッシング除去する。

【００６３】本実施例の方法で得られたフォトレジスト
パターンと、従来の方法で得られたフォトレジストパタ
ーンとを調べたところ、その上面図は図３と同様なもの
であった。

【００６４】即ち、フォトレジストパターン２７に断線
は全く観察されず、マスクパターンを忠実にフォトレジ
スト２７に転写できることが分った。一方、従来の方法
によりフォトレジストのパターンニングを行なった場合
には、ポリシリコン膜の表面で露光光が反射し、フォト
レジストに転写されたパターンは歪んだものとなり、フ
ォトレジストパターンに多くの断線部が観察された。

【００６５】また、本実施例の場合も、先の実施例と同
様に炭素膜２６の膜厚を１００ｎｍ未満で反射率が最小
になり、広い範囲で十分小さい反射率が得られるのを確
認した。また、１００ｎｍ未満で反射率を十分小さくす
るには、次式を満たすように炭素膜２６の膜厚ｄ_C を選
べば良い。

【００６６】

【数５】

【００６７】ここで、ｄ_B はＳｉＯ₂ 膜２５の膜厚，λ
は露光光の波長，Ｎ_A はポリシリコン膜２４の光学定
数，Ｎ_B はＳｉＯ₂ 膜２５の光学定数，Ｎ_C は炭素膜２
６の光学定数，Ｎ_R はフォトレジスト２７の光学定数で
あり、ｒ_R ＝（Ｎ_R −Ｎ_C ）／（Ｎ_R ＋Ｎ_C ），ｒ_C ＝
（Ｎ_C −Ｎ_B ）／（Ｎ_C ＋Ｎ_B ），ｒ_B ＝（Ｎ_B −
Ｎ_A）／（Ｎ_B ＋Ｎ_A ）である。光学定数Ｎは、Ｎ＝ｎ
−ｉｋ（ｎ：屈折率，ｋ：消衰係数）で表わされる。

【００６８】また、Ａｌ膜，ポリシリコン膜，モリブデ
ンシリサイド膜，Ａｇ膜，Ｃｕ膜，Ｍｏ膜などの各種被
加工膜について調べたところ、屈折率ｎが１．３以上
２．５以下、消衰係数ｋが０．３以上１．０以下であれ
ば、反射率が十分小さくなることが分かった。炭素膜２
６をＳｉＯ₂ 膜２５上に設けることで反射率が小さくな
るのは次のように考えられる。

【００６９】即ち、炭素膜２６の膜厚を上述した範囲に
選ぶと、炭素膜２６が基板側からの反射光を吸収し弱め
ると共に、フォトレジスト２７と炭素膜２６との界面か
らの反射光の位相と、ＳｉＯ₂ 膜２５とポリシリコン膜
２４との界面からの反射光の位相との関係が逆位相にな
り、互いに打ち消し合うからである。

【００７０】なお、炭素膜２６とＳｉＯ₂ 膜２５との界
面からの反射光も存在するが、その強度は非常に小さい
のでその影響はほとんど無い。また、ＳｉＯ₂ 膜２５と
ポリシリコン膜２４との界面からの反射光の位相は、Ｓ
ｉＯ₂ 膜２５の膜厚によって変化するが、これは炭素膜
２６の膜厚によって調整できる。また、ＳｉＯ₂ 膜２５
の膜厚も調整すれば、更に高い反射防止効果が得られ
る。なお、ＳｉＯ₂ 膜２５の膜厚は基板上どこでも同じ
膜厚であることが望ましいが、ＳｉＯ₂ 膜２５の膜厚の
ばらつきが、±λ／２４ｎ以下であれば、反射率を十分
小さくできることが分った。なお、ｎはＳｉＯ₂ 膜２５
の屈折率である。

【００７１】かくして本実施例によれば、炭素膜２６に
より反射光が弱められるので、フォトレジスト２７に転
写されるパターンの歪みが低減され、解像度も向上し、
安定で均一性のよい正確なフォトレジストパターン２７
を形成でき、もってＳｉＯ₂膜２５のパターニングの高
精度化、高信頼化を達成できる。したがって、この後さ
らにＳｉＯ₂ 膜２５をマスクとしてポリシリコン膜２４
をパターニングする場合にも、パターニングの高精度
化，高信頼化を図ることができる。

【００７２】なお、本実施例では、光反射成膜としてＡ
ｌを用いた場合について説明したが、他の金属膜，合金
膜，シリサイド膜，半導体膜等であっても良い。例え
ば、ポリシリコン膜，モリブデンシリサイド膜，Ａｇ
膜，Ｃｕ膜，Ｍｏ膜や、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ，Ａｌ−Ｓ
ｉ，ＭｏＳｉｘ，ＷＳｉｘ等の金属化合物であっても良
い。

【００７３】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。上記実施例では、ポジ型のフォトレジ
ストを用いたが、他のレジスト材料を用いてもよく、ま
た、ネガ型のフォトレジストを用いても良い。この場
合、接続孔の開孔パターンなどのように、露光面積が広
い場合に特に有効である。また、上記実施例では、スパ
ッタリング法を用いて炭素膜を形成したが、真空加熱蒸
着法など他の方法を用いて形成しても良い。

【００７４】更にまた、上記実施例では、波長が３６５
ｎｍ，４４０ｎｍ，２５０ｎｍの露光光を用いたが、波
長が１８０ｎｍ〜５３０ｎｍの範囲の露光光であれば上
記実施例と同様な効果が得られる。その他、本発明の要
旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。

【００７５】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、被
加工膜とレジストとの間に厚さ１００ｎｍ以下の炭素膜
を設けてあるので、レジストを通過した光は炭素膜中で
弱められ、露光光の反射光は干渉作用により弱められ
る。このため、反射光によりレジストの所望しない部分
が感光されるのを防止できる。

【００７６】したがって、感光性樹脂層に転写されるパ
ターンの歪みを抑制できるので、この感光性樹脂層のパ
ターンをマスクに用いれば、被加工膜を高精度でパター
ニングでき、もって、装置の信頼性や製造歩留まりの向
上が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例に係る金属配線の形成工
程断面図。

【図２】本発明の第１の実施例に係る金属配線の形成工
程断面図。

【図３】第１の実施例の方法で形成さられた配線パター
ンの上面図を従来の方法の場合のそれと比較して示す
図。

【図４】露光光の入射角度と反射率との関係を示す特性
図。

【図５】窒化チタン膜の膜厚と露光光の反射率との関係
を示す特性図。

【図６】シリコン膜の膜厚と露光光の反射率との関係を
示す特性図。

【図７】被加工膜がＡｌ膜で、露光波長が３６５ｎｍの
場合の炭素膜の膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図８】被加工膜がポリシリコン膜で、露光波長が３６
５ｎｍの場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を
示す特性図。

【図９】被加工膜がモリブデンシリサイド膜で、露光波
長が３６５ｎｍの場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率と
の関係を示す特性図。

【図１０】被加工膜がＡｇ膜で、露光波長が３６５ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図１１】被加工膜がＣｕ膜で、露光波長が３６５ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図１２】被加工膜がＭｏ膜で、露光波長が３６５ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図１３】被加工膜がＡｌ膜で、露光波長が４４０ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図１４】被加工膜がポリシリコン膜で、露光波長が４
４０ｎｍの場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係
を示す特性図。

【図１５】被加工膜がモリブデンシリサイド膜で、露光
波長が４４０ｎｍの場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率
との関係を示す特性図。

【図１６】被加工膜がＡｇ膜で、露光波長が４４０ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図１７】被加工膜がＣｕ膜で、露光波長が４４０ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図１８】被加工膜がＭｏ膜で、露光波長が４４０ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図１９】被加工膜がＡｌ膜で、露光波長が２５０ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図２０】被加工膜がポリシリコン膜で、露光波長が２
５０ｎｍの場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係
を示す特性図。

【図２１】被加工膜がモリブデンシリサイド膜で、露光
波長が２５０ｎｍの場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率
との関係を示す特性図。

【図２２】被加工膜がＡｇ膜で、露光波長が２５０ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図２３】被加工膜がＣｕ膜で、露光波長が２５０ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図２４】被加工膜がＭｏ膜で、露光波長が２５０ｎｍ
の場合の炭素膜膜厚と露光光の反射率との関係を示す特
性図。

【図２５】被加工膜がＡｌ膜で、露光波長が３６５ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図２６】被加工膜がポリシリコン膜で、露光波長が３
６５ｎｍの場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折
率と消衰係数との範囲を示す図。

【図２７】被加工膜がモリブデンシリサイド膜で、露光
波長が３６５ｎｍの場合の反射率が５％以下となる炭素
膜の屈折率と消衰係数との範囲を示す図。

【図２８】被加工膜がＡｇ膜で、露光波長が３６５ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図２９】被加工膜がＣｕ膜で、露光波長が３６５ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図３０】被加工膜がＭｏ膜で、露光波長が３６５ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図３１】被加工膜がＡｌ膜で、露光波長が４４０ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図３２】被加工膜がポリシリコン膜で、露光波長が４
４０ｎｍの場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折
率と消衰係数との範囲を示す図。

【図３３】被加工膜がモリブデンシリサイド膜で、露光
波長が４４０ｎｍの場合の反射率が５％以下となる炭素
膜の屈折率と消衰係数との範囲を示す図。

【図３４】被加工膜がＡｇ膜で、露光波長が４４０ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図３５】被加工膜がＣｕ膜で、露光波長が４４０ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図３６】被加工膜がＭｏ膜で、露光波長が４４０ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図３７】被加工膜がＡｌ膜で、露光波長が２５０ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図３８】被加工膜がポリシリコン膜で、露光波長が２
５０ｎｍの場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折
率と消衰係数との範囲を示す図。

【図３９】被加工膜がモリブデンシリサイド膜で、露光
波長が２５０ｎｍの場合の反射率が５％以下となる炭素
膜の屈折率と消衰係数との範囲を示す図。

【図４０】被加工膜がＡｇ膜で、露光波長が２５０ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図４１】被加工膜がＣｕ膜で、露光波長が２５０ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図４２】被加工膜がＭｏ膜で、露光波長が２５０ｎｍ
の場合の反射率が５％以下となる炭素膜の屈折率と消衰
係数との範囲を示す図。

【図４３】本発明の第２の実施例に係る絶縁膜パターン
の形成工程断面図。

【図４４】本発明の第２の実施例に係る絶縁膜パターン
の形成工程断面図。

【図４５】従来の金属配線の形成工程断面図。

【図４６】従来の金属配線の形成工程断面図。

【符号の説明】

１，２１…基板、２，４，２２，２５…ＳｉＯ₂ 膜、３
…Ａｌ配線，５…Ａｌ膜、６，２６…炭素膜、７，２７
…フォトレジスト（感光性樹脂層）、８…断線部、２４
…ポリシリコン膜。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3205 (72)発明者 堀岡 啓治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝総合研究所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光反射性の被加工膜上に炭素膜を形成する
   工程と、 この炭素膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、 この感光性樹脂層に所望のパターンを露光し現像を行な
   うことにより、前記感光性樹脂層をパターン加工する工
   程と、 この感光性樹脂層をマスクとして前記炭素膜をエッチン
   グする工程と、 前記感光性樹脂層又は前記炭素膜をマスクとして前記被
   加工膜をエッチングする工程とを含み、 前記炭素膜厚の膜厚を、前記光反射性の被加工膜及び炭
   素膜による反射光の反射率が、炭素膜の有する固有の反
   射率より小さくなる領域に設定することを特徴とする半
   導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】光反射性の被加工膜上に炭素膜を形成する
   工程と、 この炭素膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、 この感光性樹脂層に所望のパターンを露光し現像を行な
   うことにより、前記感光性樹脂層をパターン加工する工
   程と、 この感光性樹脂層をマスクとして前記炭素膜をエッチン
   グする工程と、 前記感光性樹脂層又は前記炭素膜をマスクとして前記被
   加工膜をエッチングする工程とを含み、 露光光の波長をλ，被加工膜の光学定数をＮ_A ，炭素膜
   の光学定数をＮ_B ，感光性樹脂層の光学定数をＮ_R ，ｒ
   _R ＝（Ｎ_R −Ｎ_B ）／（Ｎ_R ＋Ｎ_B ），ｒ_B ＝（Ｎ_B −
   Ｎ_A ）／（Ｎ_B ＋Ｎ_A ）とすると、 前記炭素膜の膜厚ｄ_B が、 【数１】 を満たすことを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】前記炭素膜は、屈折率が１．３以上２．５
   以下、且つ消衰係数が０．３以上１．０以下であること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置
   の製造方法。
4. 【請求項４】前記炭素膜の膜厚が１００ｎｍ未満である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体
   装置の製造方法。
5. 【請求項５】光反射性膜上に透光性の被加工膜を形成す
   る工程と、 この被加工膜上に炭素膜を形成する工程と、 この炭素膜上に感光性樹脂層を形成する工程と、 この感光性樹脂層に所望のパターンを露光し現像を行な
   うことにより、前記感光性樹脂層をパターン加工する工
   程と、 この感光性樹脂層をマスクとして前記炭素膜をエッチン
   グする工程と、 前記感光性樹脂層又は前記炭素膜をマスクとして前記被
   加工膜をエッチングする工程とを含み、 被加工膜の膜厚をｄ_B ，露光光の波長をλ，光反射性膜
   の光学定数をＮ_A ，被加工膜の光学定数をＮ_B ，炭素膜
   の光学定数をＮ_C ，感光性樹脂層の光学定数をＮ_R ，ｒ
   _R ＝（Ｎ_R −Ｎ_C ）／（Ｎ_R ＋Ｎ_C ），ｒ_C ＝（Ｎ_C −
   Ｎ_B ）／（Ｎ_C＋Ｎ_B ），ｒ_B ＝（Ｎ_B −Ｎ_A ）／（Ｎ
   _B ＋Ｎ_A ）とすると、 前記炭素膜の膜厚ｄ_C が、 【数２】 を満たすことを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】前記炭素膜は、屈折率が１．３以上２．５
   以下、且つ消衰係数が０．３以上１．０以下であること
   を特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。