TW471069B - Method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Description

五、發明說明（J) [發明之背景] t發明有闕於半導體裳置之製 以良好之精確度形成極微细 尤/、有關於可以 之製造方法。 、、佈線專之圖型之半導體裝置 技街主明 利iiff置中之佈線之微細化具有顯著之進牛/ 利用平版印刷技術要形成 貝者之進步，但是只 著滿足此種半導_ # w t之佈線圖型非常困難。為 成之廊神罢ίΓ 要求’例如利用由石夕氧化膜笼ί 下面將利用附圖用來光抗韻劑圖型。 _〇心成V曰=所r利用例則法在 ,… 夕口日日矽膜1 0 2 0在該多結晶矽膜102 mi03±Vl^ ° 上开,1 硬遮罩構成之絕緣膜104。在該絕緣膜！ 〇4 上幵y成私疋之光抗餘劑圖型1 〇 5。 立^次如圖1 4所示’以光抗钱劑圖型1 05作為遮罩，對絕 、、膜1 0 4施加異方性！虫刻，用來使鎮石夕化物膜工〇 3之表面露 出和形成絕緣膜l〇4a。 其次如圖1 5所示，除去光抗蝕劑圖型丨〇 5，對絕緣膜 l〇4a施加等方性蝕刻，用來形成指定尺寸之絕緣膜遮罩 (硬遮罩）104b。 這時，例如在絕緣膜丨〇4a為矽氧化膜之情況時，在氟酸 /谷液中’對絕緣膜1 〇 4 a施加等方性触刻，用來形成指定之 471069 五、發明說明（2) 絕緣膜遮罩1 〇 4 b。 其次，以絕緣膜遮罩1 〇 4 b作為遮罩，對鎢矽化物膜丨〇 3 和多結晶矽膜1 02施加異方性蝕刻用來形成指定尺寸之佈 線（圖中未顯示）。以此方式形成具有微細之佈線之半導體 裝置。 如上所述，絕緣膜遮罩之形成是經由對絕緣膜1 施加 形成所希望之佈線後，在最後絕緣膜遮罩 硬Λ在=去之半導體裝置等’有時形成非常薄之 w罩在匕種炀况，要達成所希望之佈線尺寸時乍 硬遮罩之絕緣膜104其膜厚之管理變成非常困難。 為 . 體$置之設計尺度之變更，必需戀更 佈線尺寸之情況時，必+又又 乂而支更 厚，因此會有要形成所：t 罩之絕緣膜之膜 題。 形成所希望之硬遮罩變成非常困難之問 另外，當在氟酸湓、为丄„ 時，會有作為硬迎$ # έ ?絕緣膜104a施加等方性蝕刻 之問題。因此，；月!开之'，緣膜104a，1〇4b從石夕基板m剝落 [發明之概要]4成所希望之佈線。 本發明用來解決上述 之製造方法，不需要 =喊，其目的是提供半導體裝置 望之尺寸之遮罩材料，n遮罩材料之膜厚就可以獲得所希 體基板剝落。 可以抑制成為遮罩材料之層從半導 本發明之半導體裝置 1 半導體基板之主表衣造方法具備有以下之工程。在 形成指定之層。在該指定之層上，形

4?1〇0 五、發明說明⑶ 為i ΐ i f之層進行圖型製作時作為遮罩材料Μ 圖之層之上，形成光抗紐劑圖在成 垦i作為遮罩，對作為遮罩材料之声摊f以邊先抗蝕劑 =料1遮罩材料作為遮罩，對』二刻用來形成遮 C之圖型。在形成該遽 ：層：加蝕刻用來 施加韻刻。“相;…體中對作為遮罩材料之層 :肊此種製造方法時，在用以形 =先抗蝕劑圖型作為遮罩，在氣 f罩材料之工程中， 罩材料之層施加蝕:兄軋體中，對作為遮 時，可以形成不會ΐ加飯刻之情況比較 會從半導體基板剝落。另：:罩=以；；遮罩材料之層不 =材料之層，不需要變動遮型覆蓋作 罩’對指定之層施加韻刻可 ^遮罩材料作為遮 之尺寸精確度之指定之圖型。、谷易形微細而且具有極高 在用以形成遮罩材料之工程中， 钱刻工程，以光抗餘劑圖型作為」貝土最好包含有：第1 層施加異方性蝕刻，用來使指定：声之m遮罩材料之 蝕刻工程，在氣相環境氣體中，=之表面硌出；和第2 程露出之光抗蝕劑圖型之 A 於經由該第1蝕刻工 面，施加㈣用來2:::;成為遮罩材料之層之側 可m兄* ΐ為遮罩材料之層之膜厚不需要減i 以以良好之精確度形成所希望之尺寸之遮罩：以、例= _1433.ptd 第7頁 471069 五、發明說明（4) =二在隨著半導體裝置之設計尺度之變更，而變更指定之 ;之=寸之情況時1可以不需要考慮成為遮罩材料之 禮< Μ厚就可以因應。 另外，最好是使第2蝕刻工程包含有除去聚合物膜之工 Ϊ之^合物膜在第1姓刻工程時形成在作為遮罩材料之 進^由除去聚合物膜’第2赖刻工程之钱刻可以更均勻的 進仃猎以形成南尺寸精確度之遮罩材料。 形：：：肖以形成光抗蝕劑圖型之工程最好包含有在底層 /成反射防止膜之工程，第2儀刻工入、 - 止膜作為遮罩，對成為露出之遮罩材3 :側亥反射 刻之工程。 ^^增之側面施加名虫 在此種情況，當曝光時利用反射防止膜 Π = = 型’因此可以很容易形口微 且具有间尺寸精確度之遮罩材料。 在使用矽氮化膜作為此種遮罩材料之層時 工程最好是使包含CF4，〇2 之氣㉟雷將 在第2蝕刻 境氣體中進行成為遮罩材料之層之蝕刻：，在該電漿環 另外，在用以形成遮軍材料之工程 層沿著半導體基板之主表面被㈣ =罩材枓之 之層之膜厚小於其長度，用以形成 ：為遮罩材料 含有在氣相環境氣體中利用等方性蝕=:程最好包 程。 ^ 1棘刻形成遮罩材料之工 在此種情況，利用等方性姓刻進行1次之餘刻就可以形 五、發明說明（5) 成遮罩材料。 I作為遮罩材料之> 0合右 環㈣最好心膜之情況時，該氣相 ::ηίί層f導電層，該指定之圖型包含有佈線。 最要求之i細：之：：？良好之尺寸精確度很容易的形成 :由下面聯合附圖之對本發明之 其他…、特徵、觀念和優點更加明白。田了對上迹和 較佳實施形態之說明] 下面，說明本發明之實施形態！之半導體裝置之製造方 / y先如圖1所#，在石夕基板】上，利用例如CVD法形成 〜曰石夕膜20在該多結晶石夕膜2上，利用例如賤散法形 化物膜h在㈣#物膜3上 5之絕緣膜4作為硬遮罩。在該絕緣膜4上形成 圖2所示’例如以壓力2〜3〇pa，利用包含 型二合氣體之反應性離子姓刻，以光抗敍劑圖 膜絕緣膜4施加異方性姓刻，用來使鶴石夕化物 、之表面路出和形成絕緣膜。 程ί)次:Λ3” 士在對氣相氟酸(HF)添加有水蒸氣(數％ 夕二） 兄虱體中，以光抗蝕劑圖型5作為遮罩，對露出 、、，邑緣膜4a之側面施加蝕刻（△[)，用來形 寸之硬遮罩4b。 | %主心尺 471069 五、發明説明（6) 其次如圖4所示，除去覆蓋在硬遮罩札之光抗蝕劑圖型 5。 其次如圖5所示，例如以壓力lpa以下，利用cl氣體或 在Η B r添加有〇2之氣體之反應性離子餘刻，以硬遮罩4匕作 為遮罩，對鶴石夕物膜3和多結晶矽膜2施加異方性蝕刻，用 來形成包含有多結晶矽膜2 a和鎢矽化物膜3 a之佈線6。 然後，除去硬遮罩4b。利用此種方式形成微細之佈線 6。 如此一來’可以形成具有微細而且高尺寸精確度之配 線6之半導體裝置。 在上述之半導體裝置之製造方法中，於圖3所示之工程 利用氣相之氟酸施加蝕刻。在光抗蝕劑圖型5之尺寸為〇 3 γπι以下之情況，當使用如同氟酸（HF)溶液之液相施加渴_ 式蝕刻時，絕緣膜4a會從矽基板1剝落。 … 在本實施形態中，使氟酸成為氣相氟酸的施加蝕刻，可 以防止此種絕緣膜4a之剝落。另外，在氣相氟酸之環境氣 體中，當與鎢矽化物膜3或光抗蝕劑圖型之蝕刻比較時， 町以更具選擇性的進行絕緣膜以之蝕刻，可以以大約 〇 · 0 01 # m為單位，精密的進行硬遮罩扎之尺寸控制。 另外，在這時經由以光抗蝕劑圖型5覆蓋在絕緣膜“之 上面，可以控制硬遮罩4b之尺寸使其膜厚不會變動。 另外，在本實施形態中所舉之實例是配線6使用包含有 多結晶石夕膜2a和鎢石夕化物膜仏之聚石夕化物構造之佈線，但· 禾對=其他之鎢等之金屬膜，或只由多結晶矽膜構成之佈 線，亦可以適於使用本半導體裝置之製造方法。 另外，作為硬遮罩4b之層所舉之實例是矽氧化膜，但

471069 五、發明說明（7) ---— 是，亦可以適於使用其他之矽氮化膜。在使用矽氮化膜之 情況時，於圖3所示之工程中，在使用CF4，％ 之、、曰又 氣體之電漿環境中，對絕緣膜乜施加蝕刻，當與2声魏 矽化物膜3比較時，可以具有更高選擇性的沿 基曰之 主表面進行蝕刻。 /土极1之 /另夕山卜:在圖2所示之工程中’於露出之絕緣膜^之侧面 形成石厌氟化合物系之聚合物膜（圖中未顯示）。其中，在囷 3所示之工程，特別是在麼力為數k〜數十_之氣相氟酸回 之裱境亂體中，經由對絕緣膜“施加蝕刻，可以均一的除 去該聚合物膜。其結果是可以形成更高尺寸精確度之硬^ 罩。另外，對於該聚合物膜之蝕刻，將在實施形觫2進 詳細之說明。 〜 -實施形態2 在貫，形態1中’如圖1等所示，光抗蝕劑圖型5直形成 在由矽氧化膜構成之絕緣膜4之上。當設計尺度為〇 3_ 以下時，在平版印刷術特性上，要在石夕氧化膜上以高精度 進行光抗蝕劑圖型之圖型製作會有困難。 為著避免此種問冑，大部份之情況是使用反射防止膜 (ARC),。在實施形態2中說明使用有反射防止膜之半導體裝 置之製造方法。在本實施形能φ邮％ > —,.。 ^ 4貝犯π/ L〒所况明之實例是該反射防 膜使用電漿氮化膜等之無機反射防止膜。 首先’在實施形態“斤說明之圖”斤示之工程形成絕緣膜 4，然後形成石夕氮化膜等之反射防止膜7(圖中未顯示）。然 後’如圖6所不，在該反射防止膜7上塗布光抗蝕劑，用來 \\312\2d-code\90-01\89121433.ptd 第頁 471069 五、發明說明（8) -- 形成所希望之光抗蝕劑圖型5。 以該光抗蝕劑圖型5作為遮罩，對反射防止膜7和絕 4施加異方性蝕刻，用來使鎢氧化物膜3之表面露出和形成 絕緣膜4 a。這時’在絕緣膜4 a之露出之側面上，如實於 態1所說明之方式，形成碳氟化合物系之聚合物膜8。 / 其次如圖7所示，除去位於反射防止膜7上之光抗蝕劑圖 型5。其次，在氣相氟酸環境氣體中，以反射防止膜了作為 遮罩，絕緣膜4a施加蝕刻，用來形成硬遮罩4b。這時，經 由將氣相氟酸環境氣體之壓力設定在數k〜數十kpa之範 圍’可以均勻的進行聚合物膜8之除去。 然後，利用濕式蝕刻或乾式蝕刻除去反射防止膜7。以_ 硬遮罩4b作為遮罩，對鎢矽化物膜3和多結晶矽膜2施加異 I性蝕刻，如實施形態丨所說明之圖5所示之方式，形成包 含有多結晶矽膜2 a和鎢矽化物膜3 a之佈線6。 然後，除去硬遮罩4b用來形成微細之佈線6。依照此種 方式形成具有微細而且高尺寸精確度佈線6之半導體裝 置。 这之半‘體裝置之製造方法中，經由使用反射防止 j用來防止曝光時之光量，可以形成更微細之光抗蝕劑圖 ，因此可以形成尺寸精確度更高之硬遮罩枕。 _ 氣：外二在圖7所不之工程中’戶斤述者是使氣相氟酸環境 斜-之壓力成為數k〜數十kpa的施加蝕刻。這時，壓力和 ^時間之關係成為如圖8〜圖1〇所示之3個圖型之實例。 百先在圖8所示之W圖型中，隨著蝕刻時間之經過使壓

471069 五、發明說明（9) 力逐漸上升。在圖9所示之第2圖型中，隨著蝕刻時間之叙 過使壓力進行鋸齒波狀之變化。在圖1 〇所示之第3圖型^ 中’隨著#刻之開始使壓力上升，然後保持一定之°塵力。 在第1和第3圊型中之最高壓力ρ，和第2圖型中之平均壓 Ρ分別相當於上述之氣相氟酸之壓力。 =' 經由適當的選擇此種蝕刻之圖型，可以很容易形成 、 精轉度更南之硬遮罩。 f 另外，在圖7所示之工程中，當使用矽氧氮化膜作為反 射防止膜7之情況時，利用在熱磷酸添加有微量之氣㉟ 溶液，施加濕式蝕刻藉以除去反射防止膜。另外，、辦义之 用包含有CHF3 ’CL，Ar和A之氣體，利用乾式飯刻； 去反射防止膜7。另外，在使用該乾式|虫刻之方法時 乂于、 可以除去由矽氮化膜構成之反射防止膜。 ’守’亦 實施形熊3 、 下面將說明本發明之實施形態3之半導體裝置之制％ 法。在上述之實施形態i和實施形態2中，要衣：方士 需要2次之蝕刻。在本實施形態中說 蚪 以形成硬遮罩之方法。 扪用1夂之蝕刻就可 首先’在實施形態1中所說明之圖1 μ ,加』、> ^ … _ ^ /工矛王中’在鎢矽化

I 其次如圖1 1所示，在氣相氟酸環境氣體中 圖型5作為遮罩，對絕緣膜4施加等方性蝕刻 ’以光抗飯劑 。這時，絕緣

471069 五、發明說明（】〇) 膜被等方性餘刻，如圖1 2所示，在光抗蝕劑圖型5之下太 形成硬遮罩4 b。 這^ ’為著要形成硬遮罩4b，需要使矽氧化膜4之膜厚t 了於長度(單側），該長度是位於光抗蝕劑圖型5之 下^之絕緣膜4沿著石夕基板1之主表面被飾刻之長度。 然後，除去光抗蝕劑圖型5，以硬遮罩仙作為遮罩， 二I化物膜33和多結晶矽膜2施加異方性蝕刻，用 小iiim:裝置之製造方法中’使絕緣膜4之膜厚丨 用1 -欠之算方w ^ ί 表面被蝕刻之長度，可以利 人之專方性姓刻用來形成硬遮罩4b，可以減少工程數 另外’在上述之各個實絲带能 之情況，但是並不只限；：：恶：，/斤說明者是形成佈線 時’亦可以使用上述之硬迷 在形成其他之微細之圖型 寸精確度之圖型。 吏〜罩，可以很容易形成具有高尺 此處所揭示之實施形態令 用。本發明之範圍不以上二j為舉例之用而不作限制之 圍限制，包含與申請專利範圍：：：：：是：二請專利範 之變更。 等之/v^義和範圍内之所有 [元件編號之說明] 1 矽基板 89121433.ptd 第14頁 471069

89121433.ptd 第15頁 471069 圖式簡單說明 圖1是剖面圖，用來表示本發明之實施形態1之半導體裝 置之製造方法之一工程。 圖2是剖面圖，用來表示在該實施形態中之圖1之工程後 所進行之工程。 圖3是剖面圖，用來表示在該實施形態中之圖2之工程後 所進行之工程。 圖4是剖面圖，用來表示在該實施形態中之圖3之工程後 所進行之工程。 圖5是剖面圖，用來表示在該實施形態中之圖4之工程後 所進行之工程。 圖6是剖面圖，用來表示本發明之實施形態2之半導體裝攀 置之製造方法之一工程。 圖7是剖面圖，用來表示在該實施形態中之圖6之工程後 所進行之工程。 圖8是第1圖型之圖，用來表示在該實施形態中之圖7所 示工程之蝕刻之壓力和蝕刻時間之關係。 圖9是第2圖型之圖，用來表示在該實施形態中之圖7所 示工程之蝕刻之壓力和蝕刻時間之關係。 圖10是第3圖型之圖，用來表示在該實施形態中之圖7所 示工程之蝕刻之壓力和蝕刻時間之關係。 φ 圖11是剖面圖，用來表示本發明之實施形態3之半導體 裝置之製造方法之一工程。 圖1 2是剖面圖，用來表示在該實施形態中之圖11之工程 後所進行之工程。

89121433.ptd 第16頁 471069 圖式簡單說明 圖1 3是剖面圖，用來表示習知之半導體裝置之製造方法 之一工程。 圖1 4是剖面圖，用來表示圖1 3之工程後所進行之工程。 圖1 5是剖面圖，用來表示圖1 4之工程後所進行之工程。

89121433.ptd 第17頁

Claims (1)

1. 4?1〇69

   、申請專利範圍 包1含；種半導體裝置之製造方法’其特徵是所具備之工程 5半導體基板（11)之主表面上形成指定之層（2,3); 定声指定之層（2,3)上形成層（4)，作為對上述之指 曰（2，3)進行圖型製作時之遮罩材料； 形成光抗I虫劑圖 對作為上述之遮 在作為上述之遮罩材料（4)之層上 型（5); =亡述之光抗蝕劑圖型(5)作為遮罩1…上述之 ^之層（4)施加蝕刻，用來形成遮罩材料（4a);和 (2 3) 之遮罩材料Ua)作為遮罩，對上述之指定之層 ，）施加蝕刻，用來形成指定之圖型（2a，3a); 在用以形成上述之遮罩材料之工程中， 劑圖型（5)作為遮罩，在氣相之頊产务姆之先抗姓 之遮罩材料之層丄Lf中，對作為上述 中2用t Ϊ請專利範圍第1項之半導體裝置之製造方法，其 Τ用〃以形成上述之遮罩材料之工程包含有： 作ί 刻工程，以上述之光抗蝕劑圖型（5)作為遮罩，對 二^之遮罩材料之層（4)施加異方性蝕刻，用來使上 迹，才曰定層（2, 3)之表面露出；和 上述望^ ί】工私，在上述之氣相環境氣體中，對位於經由 〔虫刻工程露出之上述光抗蝕劑圖型（5)之下方之成 Ιίΐ罩材料之層⑷之側面’施加姓刻用來形成上述 之遮罩材料（4a)。 、

   89121433.ptd 第18頁 1 .如申請專利範圍第2項之半導體裝置之製造方法，其 471069 六、申請專利範圍 中上述之第2 I虫刻工程包含险本 合物膜⑻在上述第 之層（4 )之側面。 /成在作為上述遮罩材料 4·如申請專利範圍第2項之 中 干¥體裝置之製造方法，其 在形成上述之光抗蝕劑圖型（5 形成反射防止膜（17)之工程； ^ 私中包含有在底層 上述之第2蝕刻工程包含有以 罩，對成為露出之上述遮罩材料之居、防止膜（7)作為遮 之工程。 ^ (4 )之侧面施加蝕刻 5·如申請專利範圍第2項 中 千^體裝置之製造方法，其 成為上述遮罩材料之層（4)為矽氮化膜· 上述之第2蝕刻工程是使包含 、， 在該電漿環境氣體t進行蝕刻。4,〇2和％之氣體電漿化， 6.如申請專利範圍第1 中 貝心千¥體裝置之製造方法，其 在用以形成上述遮罩材料之工 之層沿著上述半導體美拓壬，使作為上述遮罩材料 、座罢从 且土板之主表面被名虫刻，用來使作蛊卜 述遮罩材料之層⑷之膜厚小於 j ^使作為上 用以形成上述之遮罩材料 "又’ 口 境氣體中利用箄方_ μ ^，私包含有在上述之氣相環 7·如申：刻形成上述之遮罩材料之工程。 中作為上述之遮罩材料之置之製造方法，其 皁材科之層（4)包含矽氧化膜，上述之氣 89121433.ptd 第19頁 切〇69 a、申請專利範圍 相％境氣體包含氣相之氟酸（Hf)。 8 ·如申請專利範圍第1項之 艾上述之指定之層(2,3)為導d:之f造方法’其 含佈線（6)。 等電層，上述之指定之圖型包 中9.如申請專利範圍第3項之半導體裝置之製造方法，其 在ίίΐΓΐί述之光抗蝕劑圖型(5)之工程中，包含有 氐層形成反射防止膜（7 )之工程； 3有 上述之苐2餘刻工程包含右 遮罩，對成為露出之上述遮革姑以之反射防止膜（7)作為 刻之工程。 罩材料之層（4)之側面施加蝕 中ίο.如申請專利範圍第3項之半導體裝置之製造方法，其 罩材料之層⑷為梦氮化膜； 义之苐2 I虫刻工程是传句各Γ 在該電漿環境氣體中進行蝕刻。4,〇2和Ν2之氣體電漿化， 中 申月專利範圍第4項之半導體裝置之製造方法，其 材料之層⑷為綠膜； 在兮Λ 程是使包含^，〇2和队之氣體電毁化， ^亥電漿裱境氣體中進行蝕刻。 中成’H明專利圍第2項之半導體裝置之製造方法，其 相環境氣俨：2 if料之層⑷包含矽氧化膜，上述之氣 兄乱"豆包s乳相之氟酸（HF)。 第20頁 \\312\2d-code\90-01\89l21433.ptd 471069 六、申請專利範圍 1 3.如申請專利範圍第3項之半導體裝置之製造方法，其 中成為上述之遮罩材料之層（4)包含矽氧化膜，上述之氣 相環境氣體包含氣相之氟酸（HF)。 1 4.如申請專利範圍第4項之半導體裝置之製造方法，其 中成為上述之遮罩材料之層（4)包含矽氧化膜，上述之氣 相環境氣體包含氣相之氟酸（HF )。 1 5.如申請專利範圍第6項之半導體裝置之製造方法，其 中成為上述之遮罩材料之層（4)包含矽氧化膜，上述之氣 相環境氣體包含氣相之氟酸（HF)。

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