JPH0963928A

JPH0963928A - 光リソグラフィ用反射防止膜およびその製造方法並びにその使用方法

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Publication number: JPH0963928A
Application number: JP21714395A
Authority: JP
Inventors: Mikiho Kiuchi; 幹保木内; Yoshiaki Mimura; 義昭三村; Katsuyuki Machida; 克之町田; Kazunori Anzai; 一典安斉; Hiroshi Ishibashi; 洋石橋
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1995-08-25
Filing date: 1995-08-25
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】反射防止膜として電子サイクロトロン共鳴プ
ラズマ付着法により理想的な光学特性を有する薄膜を低
温で制御性良く形成する。【解決手段】シリコン基板３上にゲート電極となるリ
ンド−プポリシリコン膜４を厚さ０．３μｍ堆積した
後、この上に反射防止膜となるＳｉＯX ：Ｈ膜５を厚さ
約０．１μｍ堆積する。ＳｉＯX ：Ｈ膜５上にレジスト
膜６を塗布してｉ線ステッパまたはＫｒＦステッパを用
いてゲート電極パタンを露光，現像してレジストパタン
７を形成した後、これをマスクにしてＳｉＯX ：Ｈ膜５
をエッチングする。レジスト膜６を除去した後、ＥＣＲ
エッチング加工装置によりＳｉＯX ：Ｈ膜５をマスクに
してＣｌ2 ガスによりポリシリコン膜４をエッチングし
てポリシリコン膜４とＳｉＯX ：Ｈ膜５とからなるゲ−
ト電極８を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路な
どの電子デバイス製造のためのパタン形成法において、
ｉ線およびＫｒＦエキシマレ−ザ等の紫外線を露光光源
として利用して高精度な微細パタンを形成するための光
リソグラフィ技術において反射率の高い基板上に微細パ
タンを高精度に形成するに必要な光リソグラフィ用反射
防止膜およびその製造方法並びにその使用方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩの高性能化および大規模集
積化が進んでいるが、これは主としてパタンを微細化す
ることによって成し遂げられている。パタンの微細化技
術ではパタン寸法精度をより高精度化することも同時に
達成しなければならない。ＬＳＩ製造工程中、最もパタ
ンの寸法精度を必要とする工程であるゲ−ト形成工程に
ついて説明すると、ＬＳＩの基本性能であるＭＯＳＦＥ
Ｔの閾値電圧のバラツキは、ゲ−ト長の寸法精度によっ
て直接決定される。

【０００３】このために通常、ゲ−ト長の１／１０以内
の寸法精度が要求される。このような微細で高精度なパ
タンの形成には、光リソグラフィ技術が使用されている
が、０．５μｍ以下の微細パタンの形成が必要な今日で
は、従来のｇ線（波長４３６ｎｍ）に代わってより短波
長で高解像度が得られるｉ線（波長３６５ｎｍ）または
ＫｒＦエキシマレ−ザ光（波長２４８ｎｍ）の単色光源
を用いた縮小投影露光装置（以後ステッパと呼ぶ）が用
いられるようになってきた。

【０００４】さらにゲ−ト形成工程では、トランジスタ
の形成されるべき活性領域と素子分離領域との間で基板
表面に通常１００〜２００ｎｍの表面段差がある。この
ような表面段差があり、かつポリシリコンやタングステ
ンポリサイド膜のように反射率の高い基板上にパタン寸
法０．５μｍ以下の微細パタンをその寸法の１／１０以
内の精度で歩留りよく形成することは、以下の理由から
技術的にかなりの困難性を伴う。

【０００５】（１）レジスト膜内の多重干渉による定在
波効果によってレジストパタン寸法がレジスト膜厚の僅
かな相違によって周期的に変動する。（２）基板表面、特に基板段差の斜め部分からの反射に
よるハレーションに起因したレジストパタンの局所的な
崩れやノッチング（パタンが波打つ現象）が発生し、パ
タン品質を大きく劣化させる。このような現象は、前述
したように露光波長がｇ線からｉ線やＫｒＦへと短波長
化にされるにしたがって基板となるポリシリコン，タン
グステンポリサイドやＳｉＯ2 膜の反射率が増大するこ
とから、より深刻な技術的問題になっている。

【０００６】前述した（１）を改善する方法としては、
レジストの下層または上層に反射防止膜を配置する方法
がある。また、前述した（２）を改善する方法しては、
レジストの下層に反射防止膜を配置する方法が知られて
いる。ゲ−ト形成工程のように高反射率の段差基板に対
しては、前述した（１）および（２）の両方を同時に改
善できる下層反射防止膜が最も効果的であることが広く
知られている。

【０００７】下層反射防止膜としては、干渉型と吸収型
とに大別される。干渉型は、屈折率等の光学定数の異な
る複数の薄膜を該基板上に積層することにより、該積層
膜と界面とで反射した光と、該積層膜と基板界面とで反
射した光とが互いに干渉して打ち消すような最適屈折率
と膜厚が要求される。積層膜の光学定数と膜厚が最適条
件から僅かにずれただけでも、反射率が急激に増大し、
反射防止効果が急激に薄れることから、一般に積層膜の
光学定数とその膜厚とを厳しく制御しなければならない
ので、実用上、極めて困難な方法である。

【０００８】これに対し、反射防止膜自身に光を吸収さ
せてしまう吸収型の反射防止膜は、下地基板の光学定数
には殆ど依存せず、また、反射防止膜が一定以上の厚さ
があれば、膜厚が多少変動しても、反射率はは殆ど変化
せず、安定した反射防止効果が得られる。

【０００９】反射防止膜としては、これまで、現像液
溶解型有機反射防止コ−ト，ドライエッチング型有機
反射防止コ−ト，水素含有アモノファスカ−ボン膜，
窒化チタン膜，プラズマＣＶＤ技術で成膜した水素
含有アモノファスＳｉＯXＮY（以後、プラズマＣＶＤ−
ＳｉＯXＮY：Ｈ膜と称する）等が知られている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】これらの反射防止膜の
うち、〜は吸収型であるが、は干渉型として使用
されている。前述した現像液溶解型有機反射防止コ−
ト膜は、上層のレジストパタン現像時に反射防止塗布膜
をレジスト現像液を用いてウェットエッチング加工を行
う必要があり、この際の反射防止膜のアンダ−カッテン
グ量の制御性に困難性があることから、０．５μｍ以下
の微細パタンの形成に適用するには困難性がある。

【００１１】また、ドライエッチング型有機反射防止
膜は、上層レジストパタン形成後に酸素ガス雰囲気リア
クティブイオンエッチング等により、前記レジストパタ
ンをマスクにして下層の反射防止膜をドライエッチング
する必要がある。この際、両者とも有機膜であるため、
エッチング速度に大差がない。このため、下層の反射防
止膜をドライエッチング中に上層のレジストパタンもエ
ッチングされてパタン寸法の萎縮が生じ、この結果、所
要のパタン寸法に精度よく加工することが困難である。

【００１２】また、水素含有アモノファスカ−ボン膜
は、通常プラズマＣＶＤ技術を用いて堆積するので、薄
くかつ均一に形成できる利点があるが、上層レジストパ
タン形成後に、前述したと同様にドライエッチング技
術を用いてカ−ボン膜を加工しなければならず、その
際、と同様にレジストパタンの萎縮が生じて所望の寸
法に精度よく加工することに困難性がある。その上、ゲ
−ト電極材料の加工後にカ−ボン膜を除去する必要があ
り、その除去速度が遅いため、迅速な処理に困難性があ
る。

【００１３】また、窒化チタン膜は、アルミニウム電
極膜の反射防止膜として広く使用されており、その効果
も優れていることは周知である。ただし、本発明で主と
して述べているゲ−ト形成工程では、前述したようなポ
リシリコン等の別な材料が使用される上、トランジスタ
の電気特性上、チタン等の金属汚染を極端に嫌う。ポリ
シリコン等のゲ−ト電極加工後に窒化チタン膜を原子レ
ベル単位で完全に除去することは技術的に困難なことか
ら、ゲ−ト形成工程用反射防止膜として使用するには困
難性がある。

【００１４】他方、プラズマＣＶＤ−ＳｉＯXＮY：Ｈ
膜は、文献（T.Ogawa et al.,”Novel ARC Optimizatio
n Methodology for KrF Eximer Laser Lithograpy at L
ow K1 Factor",Proc.SPIE,Vol.1674,p.362(1992),およ
びT.Ogawa et al.,"Practicalresolution enhancement
effects by new complete anti-reflective layer inKr
F eximer laser lithography",Proc.SPIE,vol.1927,p.2
63(1993)）によれば、原料ガスにＳｉＨ4とＮ2Ｏを使用
し、その混合比とプラズマ条件を制御してＫｒＦおよび
ｉ線波長に対し、屈折率ｎ：２〜３．６，消衰係数ｋ：
０〜２程度の範囲内の光学特性を有するＳｉＯXＮY：Ｈ
が作製できるとしている。

【００１５】また、反射防止膜として使用する場合は、
干渉型として使用することにより、特定の光学定数の反
射防止膜を決められた膜厚で用いれば、レジスト膜内で
の干渉によるパタン寸法変動を完全に抑制可能であると
している。また、構成材料がＬＳＩ基板と同じシリコン
化合物であることから、ゲ−ト電極加工後に除去する必
要はなく、ＬＳＩ構成膜の一部として残置させることが
可能であるという利点がある。

【００１６】また、短所として以下の点が指摘される。
すなわち、この反射防止膜の製造方法では、前述したよ
うにプラズマＣＶＤ技術が使されている。したがって被
覆基板はプラズマ中に直接曝されるので、トランジスタ
等の素子にプラズマ損傷を与えやすく、この結果、原理
的にトランジスタの閾値電圧を変動させたり、リ−ク電
流を増大させる等の重大な特性劣化を引き起こす恐れが
ある。

【００１７】また、プラズマＣＶＤ法は、ＲＦ放電によ
りプラズマを発生させているため反応エネルギが弱く、
膜形成になお熱エネルギの助けが必要であり、少なくと
も２００〜３００℃に基板加熱しなければならないの
で、膜質の制御要因が多くなるうえ、耐熱性の低い基板
には適用できない。さらに製造工程が簡単にできないな
どの問題がある。

【００１８】また、材料的にはＳｉＯXＮY：Ｈ膜は、三
元系の化合物であり、組成の制御が複雑であるため、光
学定数の制御性と安定性に難がある。また、デバイス中
に残した場合は膜中のＮによりデバイスへの悪影響も考
えられる。

【００１９】さらに干渉型の反射防止膜は、実用上、大
きな問題点が指摘できる。問題点を説明するため、図９
（ａ）に示すポリシリコン基板３１上にｉ線波長に対
し、屈折率ｎ＝２．６，消衰係数ｋ＝０．５の光学定数
を有する反射防止膜３２を被覆した場合の反射防止膜３
２の膜厚と反射率Ｒ（Ｉ／Ｉ0 ）との関係を図９（ｂ）
に示す。この例において、反射防止膜がないポリシリコ
ン基板表面の反射率は、約３０％であるのに対し、その
上に厚さ約３５ｎｍの反射防止膜３２を被覆することに
よって反射率をほぼ０％に低減できることが判る。

【００２０】しかし、反射防止膜の膜厚や光学定数が最
適値から僅かにずれると反射率が急激に増大することも
判る。したがって、前述した光学定数の反射防止膜を膜
厚３５ｎｍでいつも正確に被覆できれば、問題ないが、
通常、堆積された反射防止膜は、ウェハ面内で膜厚分布
を持っており、また、製造ロット間の光学特性や膜厚変
動を考慮した場合、この図９（ｂ）に示したような反射
率がゼロになる干渉条件の反射防止膜を常時安定して形
成することは実用上、極めて困難である。

【００２１】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、反
射防止膜として電子サイクロトロン共鳴プラズマ付着法
（以後ＥＣＲプラズマ付着法と略称）により理想的な光
学特性を有する薄膜を低温で制御性良く形成することが
できる光リソグラフィ用反射防止膜およびその製造方法
並びにその使用方法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による光リソグラフィ用反射防止膜は酸
素の組成比が化学量論的組成よりも小さい水素含有Ｓｉ
ＯX 膜を有している。また、この水素含有ＳｉＯX 膜
は、その酸素の組成比X が０．５〜１．１の範囲を有し
ている。また、この水素含有ＳｉＯX 膜は、波長３６５
ｎｍの露光波長に対して屈折率が２．３〜２．６，消衰
係数がほぼ０．５以上の光学定数を有している。また、
この水素含有ＳｉＯX 膜は、波長２４８ｎｍの露光波長
に対して屈折率１．８〜２．１，消衰係数がほぼ０．５
以上を有している。

【００２３】また、本発明による光リソグラフィ用反射
防止膜の製造方法は、この水素含有ＳｉＯX 膜の形成に
際し、ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスを用いた電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマ付着法を用いて形成するものである。ま
た、このＳｉＨ4ガスの流量とＯ2ガスとの流量比をＳｉ
Ｈ4／Ｏ2＝１〜１．５の範囲内で調節することにより水
素含有ＳｉＯX 膜を形成するものである。また、本発明
による光リソグラフィ用反射防止膜の使用方法は、水素
含有ＳｉＯX 膜を光リソグラフィ用反射防止膜として使
用した後、ゲ−ト電極エッチング加工マスクとし使用す
るようにしたものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態について説明する。図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明
による実施形態を示す各工程図における断面図である。
図１において、ゲート電極を加工するには、図１（ａ）
に示すように層間絶縁膜１と活性領域２との間で段差が
あるシリコン基板３上にゲート電極となるリンド−プポ
リシリコン膜４を減圧ＣＶＤ法により約０．３μｍの厚
さに堆積する。層間絶縁膜１と活性領域２との間の表面
段差は、ＬＳＩの品種やプロセス条件によって異なる
が、通常０．１〜０．２μｍである。

【００２５】次に図１（ｂ）に示すようにポリシリコン
膜４上に反射防止膜となるべき薄膜として図２に示すよ
うなＥＣＲプラズマ付着装置によりＳｉＯX ：Ｈ膜５を
約０．１μｍの厚さに堆積する。なお、このＥＣＲプラ
ズマ付着装置は、特願平０３−０２９３９５号（プラズ
マ処理装置）に詳細に説明されている。この場合、供給
ガスとして試料室１１にＳｉＨ4 ガスをＳｉＨ4 ガス導
入系１２より導入し、プラズマ生成室１３にＯ2ガスを
Ｏ2 ，Ｎ2 ガス導入系１４より導入し、基板１５の加熱
なしの低温にて形成する。詳細は後述するが、膜の光学
特性はガス流量およびマイクロ波パワーなどのプラズマ
付着条件により、膜の化学量論比を変えることで広範囲
に制御できる。

【００２６】なお、図２に示したＥＣＲプラズマ付着装
置おいて、１６はモード変換器、１７はマイクロ波導入
窓、１８ａ，１８ｂは磁気コイル、１９はプラズマ流を
示している。

【００２７】次に図１（ｃ）に示すようにＳｉＯX ：Ｈ
膜５上に回転塗布法によりレジスト膜６を回転塗布す
る。この場合、段差底部の活性領域２の上方にレジスト
膜６が厚く塗布される。レジスト材料には、ｉ線露光の
場合は、ジアゾナフトキノン（ＤＮＱ）感光剤／ノボラ
ック樹脂からなる市販のポジ型レジストを約１μｍの厚
さに塗布する。また、ＫｒＦエキシマ露光の場合は、市
販の化学増幅型ポジレジストを約０．７μｍの厚さに塗
布する。

【００２８】次に図１（ｄ）に示すようにｉ線ステッパ
またはＫｒＦステッパを用いて所望のゲ−ト電極パタン
を露光，現像処理してレジストパタン７を形成する。こ
の場合、詳細は後述するが、レジスト膜６の下層に形成
されたＳｉＯX ：Ｈ膜５がパタン寸法精度改善に大きな
威力を発揮する。

【００２９】次に図１（ｅ）に示すようにリアクティブ
イオンエッチング装置により、レジストパタン７を加工
マスクにしてＳｉＯX ：Ｈ膜５をエッチングする。エッ
チングガスには、ＣＨＦ3／Ｏ2の混合ガスを使用する。
レジスト膜６を通常のドライおよびウェット剥離プロセ
スで除去した後、ＥＣＲエッチング加工装置を用いてＳ
ｉＯX ：Ｈ膜５を加工マスクにしてＯ2およびＳＦ6ガス
を少量添加したＣｌ2ガスにより、ポリシリコン膜４を
エッチングしてポリシリコン膜４とＳｉＯX ：Ｈ膜５と
の積層構造からなるゲ−ト電極８を形成してゲート電極
形成プロセスが完了する。

【００３０】なお、ゲ−ト電極８としてのポリシリコン
膜４に代えてタングステンポリサイド膜を使用した場合
も、基本的に前述したプロセス条件とほとんど同一の条
件でゲ−ト電極が形成できる。

【００３１】ここで、反射防止膜の形成条件を検討する
前に光リソグラフィ技術に用いるに最適な反射防止膜の
光学定数を明らかにするため、計算機シミュレ−ション
による評価実験を行った。図３は、レジスト膜内での干
渉に起因してレジスト膜厚に対してレジストパタン寸法
が周期的に変動する様子を光リソグラフィシミュレ−タ
（ＰＲＯＬＩＴＨ／２（商品名））を使用して計算によ
り求めた例を示したものである。ステッパは、ＮＡ０．
５７のｉ線を使用し、レジストは、市販のＤＮＱ／ノボ
ラック型ポジ型レジストを使用した。また、基板は、ポ
リシリコンで代表例として反射防止膜を用いない場合
と、ポリシリコン膜上にｎ＝２．６／ｋ＝０．５の光学
定数を有する膜厚１００ｎｍの反射防止膜を被覆した場
合の例を示した。

【００３２】レジストパタン寸法の設計値は、０．３５
μｍであるが、出来上がりパタン寸法は、同一露光量に
も拘らず、露光波長の１／４波長毎に周期的に極大／極
小値を繰り返す。実際のＬＳＩ製造に使用されるレジス
ト膜厚である１．０〜１．１μｍ付近でのレジストパタ
ン寸法の極大値と極小値の差、すなわち、その振幅がレ
ジスト膜厚による寸法変動量である。寸法変動量の絶対
値は、使用するレジスト，そのプロセス条件および露光
条件等に依存する。そこで、デ−タを普遍化するため、
以後は反射防止膜を使用しない場合の寸法変動量を１と
して規格化した寸法変動率で評価する。

【００３３】図４（ａ）にｉ線露光における反射防止膜
（膜厚０．１μｍ）の屈折率ｎおよび消衰係数ｋの値に
対する寸法変動率の等高線マップを示す。また、同様の
方法で算出したＫｒＦ露光の場合（ＮＡ０．５５のステ
ッパで０．２５μｍパタンを露光、レジストには化学増
幅系ポジ型のＡＰＥＸ−Ｅ（商品名）０．７μｍ厚を使
用）の結果を図４（ｂ）に示した。図中、点線で表示し
た部分（ｋが０．５未満）は、干渉効果が強く、反射防
止膜の僅かな膜厚変動で寸法変動率が大きく変わるた
め、実用上適用し難い領域を示している。

【００３４】これらのシミュレ−ション結果によれば、
反射防止膜の最適光学定数は、ｉ線露光では、ｎが２．
３〜２．６で、ｋが０．５〜０．６の範囲であり、ま
た、ＫｒＦ露光では、ｎが１．８〜２．１で、ｋが０．
５〜０．６の範囲であり、この場合、何れも寸法変動率
を０．３以下に低減できることが判った。したがって、
それぞれの露光波長に対し、前述した光学定数を有する
反射防止膜が最適値であることが明らになった。

【００３５】次に前記最適光学定数を有する反射防止膜
を得るため、水素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯX ：Ｈ
膜）の形成をＥＣＲプラズマ付着法により、種々の成膜
条件で実験し、その光学特性を分光エリプソメ−タを用
いて評価した。図５（ａ），（ｂ）に示すグラフは、種
々のガス混合比で形成したＳｉＯX ：Ｈ膜のｉ線，Ｋｒ
Ｆに対する屈折率ｎ値および消衰係数ｋ値を示したもの
で、マイクロ波パワー１００ＷでＯ2 流量を１０ｓｃｃ
ｍに固定してＳｉＨ4 ガスの流量を５〜１８ｓｃｃｍま
で変化させた場合のデ−タであり、ＳｉＨ4／Ｏ2ガスの
流量比に換算すると、０．５〜１．８の範囲となる。

【００３６】この結果、ＳｉＨ4 の流量比を増すと、ｉ
線に対しては、屈折率ｎおよび消衰係数ｋがともに単調
に増加するのに対し、ＫｒＦでは、流量比が大きくなる
と、屈折率ｎは２．１付近でほとんど変化しないのに対
し、消衰係数ｋのみが単調増加する傾向にある。また、
ｇ線では、ＳｉＨ4 の流量比を大幅に増やしても、屈折
率ｎのみが単調増加するが、消衰係数ｋはほとんど増加
しないことが判った。

【００３７】これらの実験デ−タから、屈折率ｎと消衰
係数ｋとを独立に制御することは困難であることが判
る。屈折率ｎと消衰係数ｋとの依存性をｉ線およびＫｒ
Ｆに対してプロットしたものを図６に示す。この図６よ
り、各波長に対する両者の依存性は明かであり、また、
ＳｉＨ4とＯ2ガスとの混合比の調節のみで前述したシミ
ュレ−ションデ−タで示したｉ線およびＫｒＦの各波長
に対し、最適光学定数を有するＳｉＯX ：Ｈ膜が容易に
形成できることが判る。

【００３８】具体的に説明すると、図４および図５から
ｉ線に対して最適光学定数（屈折率ｎ＝２．６，消衰係
数ｋ＝０．５）の膜は、ＳｉＨ4／Ｏ2＝１．３／１の流
量比で、また、ＫｒＦに対して最適な光学定数（屈折率
ｎ＝２．１，消衰係数ｋ＝０．５）の膜は、ＳｉＨ4／
Ｏ2＝１．１／１の流量比でそれぞれ形成できることが
明らかになった。

【００３９】また、これらＳｉＯX ：Ｈ膜の膜組成をＡ
ＥＳ，ＳＩＭＳおよびＦＴＩＲを用いて分析した結果、
前述した条件で形成した膜は、１０²¹〜１０²²ｃｍ^-3の
水素原子を含んだシリコン過剰のシリコン酸化膜である
ことが明らかになった。また、ＳｉＨ4 ガスの流量比が
大きくなるにしたがってＳｉ−Ｏ結合のＳｉが急激に減
少し、メタル状Ｓｉが急激に増大することがＡＥＳ分析
から明らかになっている。これは、ＥＣＲプラズマ付着
法で形成したＳｉＯX ：Ｈ膜には、光吸収の核になるダ
ングリングボンドが多量に存在することを示唆するもの
である。

【００４０】そこで、図７（ａ），（ｂ）に酸素濃度を
表すＳｉＯX ：Ｈ膜のX 値に対するｉ線およびＫｒＦ波
長における屈折率ｎ，消衰係数ｋ値の相関関係を示す。
この結果によれば、ｉ線に適した膜のX 値は約０．５，
ＫｒＦに適した膜のX 値は約１．１であり、何れの膜も
通常の二酸化シリコン膜（X ＝２）に比べ、大幅にシリ
コン過剰な膜であることが判る。

【００４１】次にこれらＳｉＯX ：Ｈ膜のエッチング加
工特性について検討を行った。エッチング条件は、並行
平板型ＲＩＥ装置により、ガス圧５０ｍＴｏｒｒ，ＤＣ
バイアス４００Ｖ，エッチングガスにはＣＨＦ3／Ｏ2混
合ガスを使用した。図８にＣＨＦ3／Ｏ2ガスの混合比を
変えた場合のｉ線露光に最適化されたＳｉＯX ：Ｈ（X
＝０．５）膜とＳｉＯ2 膜とのエッチング速度の実験デ
−タを示す。

【００４２】ＳｉＯ2 の標準的なエッチング条件である
ＣＨＦ3／Ｏ2＝１００／２０の流量比において、前述し
たX ＝０．５の膜は、ＳｉＯ2 の約１／２のエッチング
速度しか得られないが、ＣＨＦ3／Ｏ2＝１００／３０
と、Ｏ2 ガス成分を僅かに増やすことによって前述した
標準条件でのＳｉＯ2 とほとんど同じエッチング速度お
よび良好なエッチング形状が得られることが判った。こ
の膜より酸素成分の多いX ＝約１．１のＫｒＦ用膜もこ
のエッチング条件で良好な加工ができることは勿論、言
うまでもない。

【００４３】最後に図１（ｅ）で説明した条件により、
前述したＳｉＯX ：Ｈ膜を加工用マスクとして下層のポ
リシリコン膜を加工した。ＳｉＯ2 を加工マスクとして
用いた場合と同様に上記ＳｉＯX ：Ｈ膜は、ポリシリコ
ンに対し１／２０以下のエッチング速度であり、エッチ
ングマスクとして十分な選択比を有することが確認され
ている。

【００４４】本発明を実際のＬＳＩ製造に適用し、その
効果の確認実験を行った結果について以下に説明する。
前述した図１（ａ）の構造を有するＬＳＩ基板上にＳｉ
Ｈ4 ：１３ｓｃｃｍ，Ｏ2 ：１０ｓｃｃｍのガス流量比
を保持し、前述した図２の構造を有するＥＣＲプラズマ
付着装置を用い、マイクロ波パワ−：１００Ｗ，試料室
の圧力２×１０^-4Ｔｏｒｒの条件で、ｉ線に対し、屈折
率ｎ＝２．６，消衰係数ｋ＝０．５の光学定数を有する
ＳｉＯX ：Ｈ膜を設定膜厚１００ｎｍの条件で前述した
膜厚３００ｎｍのリンド−プポリシリコン膜上に堆積す
る。

【００４５】堆積中の基板温度は、１００℃以下であ
り、本条件での付着速度は約６５ｎｍ／ｍｉｎである。
この際の６インチ径ウェハ内の膜厚分布は±７．５％以
内、また、ウェハ間の膜厚バラツキは±５％以内であっ
た。この後、ヘキサメチルジシラザン蒸気による表面改
質処理を行ったのに引き続き、ポジ型ホトレジストＴＨ
ＭＲ−ｉＰ３３００（商品名）をこのＳｉＯX ：Ｈ膜上
に１．０４μｍの膜厚になるよう回転塗布した後、９０
℃に加熱したホットプレ−ト上で９０秒間プリベ−キン
グ処理を行った。

【００４６】次に前述したｉ線ステッパにより、設計ゲ
−ト長０．３５μｍのＬＳＩゲ−トレイヤ−パタンを３
００ｍＪ／ｃｍ² 一定のド−ズ量にて２５枚連続して露
光したのに引き続き、１１５℃に加熱したホットプレ−
ト上で９０秒露光後現像前ベ−キングした後、静止パド
ル方式により６０秒間のレジスト現像処理と、約２０秒
間の水洗工程とを経てウェハを回転乾燥する。この際の
現像液には、２．３８％テトラメチルアンモニウムハイ
ドロオキサイド水溶液を使用した。現像処理後にウェハ
を再びホットプレ−ト上で１１５℃で９０秒間ベ−キン
グ処理して現像工程を終了した。

【００４７】その後、この基板を並行平板型ＲＩＥ装置
にセットし、ガス流量比：ＣＨＦ3１００ｓｃｃｍ／Ｏ2
３０ｓｃｃｍ，圧力５０ｍＴｏｒｒ一定の条件に保
ち、ＤＣバイアス４００ＶのＲＦパワ−によりＳｉＯX
：Ｈ膜のエッチングを約６分間行った。ちなみにこの
条件下でのこのＳｉＯX ：Ｈ膜のエッチング速度は、前
述した図７に示したように約２３ｎｍ／ｍｉｎである。

【００４８】その後、マイクロ波プラズマ方式のレジス
ト剥離装置により、ホトレジスト膜を灰化，分解して除
去した後、約１２０℃に加熱した濃硫酸と過酸化水素水
の混合液中にこの基板を浸漬したのに引き続き、純水洗
浄を経てスピン乾燥を行って有機物汚染を完全に除去す
る。引き続き、この基板をＥＣＲエッチング装置にセッ
トし、Ｃｌ2 ガスとＯ2 ガスとの混合雰囲気中でＳｉＯ
X ：Ｈ膜をマスクとしてポリシリコンのエッチング加工
を行った。

【００４９】その後、すべて同一条件で前述のプロセス
が完了した２５枚のウェハから任意のウェハを６枚抜き
取り、ウェハ内に多数配置されているＬＳＩチップのう
ちからウェハ中心部およびウェハ周辺部の任意の１０チ
ップを選び出し、走査型電子顕微鏡式測長装置を使用し
てエッチング加工されたポリシリコンゲ−ト電極長を測
定した。その結果、前記６枚のウェハ内の６０ポイント
のゲ−ト電極（設計値０．３５μｍ）寸法バラツキの３
σとして１９ｎｍの値が得られ、本実施形態の反射防止
膜の寸法精度改善効果が確認できた。

【００５０】ちなみに、反射防止効果のない透明なＳｉ
Ｏ2 膜を被覆して同様のプロセス条件でゲ−ト電極を形
成した場合の寸法精度は、±約１００ｎｍと低い上、層
間絶縁膜と活性領域との境界付近に深刻なパタンノッチ
ングや形状不良が発生し、実用には遥かにおよばない低
品質のパタンしか得られないことことが確認されてい
る。また、ＳｉＯX ：膜は十分な耐熱性を有し、シリコ
ン以外の金属イオンの汚染源になることもないので、本
プロセス完了後においても、除去すること無く、ＬＳＩ
の構造膜の一部としてそのまま残置させても、ＬＳＩの
特性に悪影響を与えることはない。

【００５１】なお、本実施形態では、ゲ−ト電極材料と
して主としてポリシリコン膜について説明したが、これ
と並列してよく使用されるタングステンポリサイド膜の
場合の最適反射防止条件もポリシリコンの場合とほとん
ど同じであり、基本的に基板によって実施条件を変える
必要はない。その理由は、本発明における反射防止膜の
使用方法は、基本的に基板条件にほとんど無関係に最適
条件が決まる吸収型であるためである。

【００５２】また、本発明では、本発明のＥＣＲプラズ
マ付着ＳｉＯX ：Ｈ膜を吸収型反射防止膜として使用し
た場合の実施形態について説明したが、この膜を干渉型
反射防止膜として使用しても一向に差し支えない。反射
防止膜の光学定数や膜厚の制御精度およびレジスト膜厚
の制御精度が向上すれば、干渉型として使用しても十分
なパタン寸法制御精度を得ることが可能になる。

【００５３】さらにＳｉＨ4 ／Ｏ2 ／Ｎ2 の３種類の混
合ガスを前述したＥＣＲプラズマ付着装置に導入し、前
述したＳｉＯX ：Ｈ膜形成の場合と同一の成膜条件でＳ
ｉＯXＮY：Ｈ膜の形成実験を試みた結果、ＳｉＨ4 ：１
２ｓｃｃｍ，Ｏ2 ：１ｓｃｃｍ，Ｎ2 ：１５ｓｃｃｍの
ガス流量比の条件でｉ線露光に対し最適光学定数に近
い、屈折率ｎ＝２．８，消衰係数ｋ＝０．４のＳｉＯX
ＮY：Ｈ膜が得られた。

【００５４】また、ＳｉＨ4 ：１０ｓｃｃｍ，Ｏ2 ：１
ｓｃｃｍ，Ｎ2 ：１５ｓｃｃｍのガス流量比の条件でＫ
ｒＦ露光に対し最適光学定数に近い屈折率ｎ＝２．３，
消衰係数ｋ＝０．５のＳｉＯXＮY：Ｈ膜が得られてい
る。したがって従来プラズマＣＶＤ法でのみで成膜され
てきたＳｉＯX ＮY ：Ｈ反射防止膜は、前述したように
本ＥＣＲプラズマ付着方法でも形成可能である。

【００５５】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ｉ線およびＫｒＦの各光リソグラフィに対して最適な光
学定数を有する反射防止膜としての水素含有ＳｉＯX 膜
を簡単かつ制御性よく形成できる。

【００５６】また、本発明によれば、電子サイクロトロ
ン共鳴プラズマ付着法を使用することにより、組成の簡
単な水素含有ＳｉＯX 膜（二元系ＳｉＯX ：Ｈ膜）およ
び三元系のＳｉＯXＮY：Ｈ膜を低温で形成でき、しか
も、ＳｉＨ4 ガスの流量比の調節のみで屈折率ｎおよび
消衰係数ｋの光学定数を広範囲に制御でき、かつシミュ
レ−ションによってｉ線およびＫｒＦの各露光に対して
最適化した光学定数の反射防止膜が容易に形成すること
ができる。

【００５７】また、本発明によれば、最適光学条件の水
素含有ＳｉＯX 膜は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 のガス組成を用い
たＲＩＥ加工によってＳｉＯ2 膜同様に良好なエッチ特
性が得られ、さらにＣｌ2 ／Ｏ2 ガスを用いたＥＣＲに
よるポリシリコン膜のエッチング加工においても、Ｓｉ
Ｏ2 膜と同様に良好な選択比が得られる。また、この膜
をデバイスの構造膜として残してもＬＳＩの特性に悪影
響をおよぼすことはない。

【００５８】また、本発明によれば、反射防止用として
の水素含有ＳｉＯX 膜は、その膜厚を例えば１００ｎｍ
程度に厚く形成することにより、基板と反射防止膜と間
の干渉による反射光の抑制効果に代わり、反射防止膜自
身の光吸収による反射光の抑制効果が主体になる。この
結果、基板の種類による反射防止効果の差異がほとんど
なく、かつ、反射防止膜の厚さや光学定数による反射防
止効果の変動が大幅に軽減されて再現性，安定性および
均一性に優れたパタン形成が実現できる。

【００５９】したがって、本発明によれば、ｉ線および
ＫｒＦの両光リソグラフィ技術の反射防止膜として電子
サイクロトロン共鳴プラズマ付着法により形成された水
素含有ＳｉＯX 膜を用いることにより、微細ゲート電極
を段差のあるＬＳＩ基板上に高精度かつ制御性よく形成
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態をゲート電極の形成方法に
適用した各工程の断面図である。

【図２】本発明に係わる反射防止膜の製造方法に用い
るＥＣＲプラズマ付着装置の構成を示す断面図である。

【図３】レジスト膜内での干渉に起因して発生するレ
ジスト膜厚に対するレジストパタン寸法の周期的変動を
示す図である。

【図４】ｉ線露光における反射防止膜の屈折率ｎおよ
び消衰係数ｋ値に対する寸法変動率の等高線マップを示
す図である。

【図５】ＳｉＯX ：Ｈ膜のｉ線およびＫｒＦに対する
屈折率ｎおよび消衰係数ｋを示す図である。

【図６】ｉ線およびＫｒＦの各波長に対する屈折率ｎ
および消衰係数ｋの依存性を示す図である。

【図７】ＳｉＯX ：Ｈ膜のX 値に対するｉ線およびＫ
ｒＦ波長における屈折率ｎおよび消衰係数ｋ値の相関関
係を示す図である。

【図８】ｉ線露光に最適化されたＳｉＯX ：Ｈ（X ＝
０．５）膜およびＳｉＯ2 膜のエッチング速度の実験デ
ータを示す図である。

【図９】反射防止膜の膜厚と反射率の関係を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…層間絶縁膜、２…活性領域、３…シリコン基板、４
…ポリシリコン膜、５…ＳｉＯX ：Ｈ膜、６…レジスト
膜、７…レジストパタン、８…ゲート電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安斉一典東京都武蔵野市吉祥寺本町１丁目14番５号エヌティティエレクトロニクステクノロジー株式会社内 (72)発明者石橋洋東京都武蔵野市吉祥寺本町１丁目14番５号エヌティティエレクトロニクステクノロジー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】酸素の組成比が化学量論的組成よりも小
さい水素含有ＳｉＯX 膜を有することを特徴とする光リ
ソグラフィ用反射防止膜。
【請求項２】請求項１において、前記水素含有ＳｉＯ
X 膜の酸素の組成比X が０．５〜１．１とすることを特
徴とする光リソグラフィ用反射防止膜。
【請求項３】請求項１または請求項２において、前記
水素含有ＳｉＯX 膜は波長３６５ｎｍの露光波長に対
し、屈折率が２．３〜２．６，消衰係数がほぼ０．５以
上の光学定数を有することを特徴とする光リソグラフィ
用反射防止膜。
【請求項４】請求項１または請求項２において、前記
水素含有ＳｉＯX 膜は波長２４８ｎｍの露光波長に対
し、屈折率１．８〜２．１，消衰係数がほぼ０．５以上
の光学定数を有することを特徴とする光リソグラフィ用
反射防止膜。
【請求項５】請求項１，請求項２，請求項３または請
求項４における前記水素含有ＳｉＯX 膜の形成に際し、
ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスとを用いた電子サイクロトロン共
鳴プラズマ付着法を用いることを特徴とする光リソグラ
フィ用反射防止膜の製造方法。
【請求項６】請求項５において、前記水素含有ＳｉＯ
X 膜は前記ＳｉＨ4ガスの流量とＯ2 ガスの流量との比
をＳｉＨ4／Ｏ2＝１〜１．５の範囲内で調節することに
より形成することを特徴とする光リソグラフィ用反射防
止膜の製造方法。
【請求項７】請求項１，請求項２，請求項３または請
求項４において、前記水素含有ＳｉＯX 膜を光リソグラ
フィ用反射防止膜として使用した後、ゲ−ト電極のエッ
チング加工マスクとし使用することを特徴とする光リソ
グラフィ用反射防止膜の使用方法。