(57)【要約】      （修正有）【課題】レジストマスクを用いたウエットエッチングにより、下地のゲート絶縁膜にダメージを与えることなく、寸法精度良く金属膜を加工する。【解決手段】半導体装置の製造方法は、半導体基板１００上に金属薄膜１０２を形成する工程（ａ）と、金属薄膜１０２の上にアルカリ水溶液可溶有機膜１０３を形成する工程（ｂ）と、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３の上にフォトレジスト膜１０４を形成する工程（ｃ）と、フォトレジスト膜１０４に開口部を設けてレジストパターン１０５を形成する工程（ｄ）と、薬液を用いて、開口部に露出するアルカリ水溶液可溶有機膜１０３を除去する工程（ｅ）と、工程（ｅ）の後に、ウエットエッチングにより、開口部に露出する金属薄膜１０２を除去する工程（ｆ）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に金属膜を形成する工程（ａ）と、
前記金属膜の上に有機膜を形成する工程（ｂ）と、
前記有機膜の上にフォトレジスト膜を形成する工程（ｃ）と、
前記フォトレジスト膜に前記有機膜を露出する開口部を設けることにより、レジストパターンを形成する工程（ｄ）と、
薬液を用いて、前記開口部に露出する前記有機膜を除去する工程（ｅ）と、
前記工程（ｅ）の後に、ウエットエッチングにより、前記開口部に露出する前記金属膜を除去する工程（ｆ）とを備える、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（ｄ）と前記工程（ｅ）とは、同一の前記薬液を用いて、単一の工程で行われる、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記工程（ｄ）は、前記フォトレジスト膜に対してパターン露光及び現像を行うことにより、前記レジストパターンを形成する工程であり、
前記工程（ｅ）で用いる前記薬液は、前記工程（ｄ）における前記現像に用いる現像液である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記現像液はアルカリ性水溶液である、請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記現像液は、２．３８ｗｔ％テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドである、請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記有機膜の膜厚は、１０ｎｍ以上であって且つ８０ｎｍ以下である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記有機膜は反射防止膜である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｆ）は、酸性の薬液を用いて、前記ウエットエッチングを行う工程である、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記金属膜は、酸化チタン、酸化ランタン、窒化チタン、窒化タンタル、又は酸化アルミニウムである、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記工程（ｆ）の後に、シンナーを用いて、前記レジストパターンを除去する工程（ｇ）と、
前記工程（ｇ）の後に、現像液を用いて、前記有機膜を除去する工程（ｈ）とを備える、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ａ）の前に、
前記基板の上にゲート絶縁膜を形成する工程をさらに備える、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に開示する技術は、半導体装置の製造方法に関するものであり、特に、金属膜の加工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造方法において、半導体基板上に形成された絶縁膜及び金属膜を所望の形状にパターニングしたり、層間絶縁膜に多層配線形成用のコンタクトホールを穿設するために、種々のエッチング技術が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８７３７５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、金属膜を加工するためのマスク膜としてフォトレジスト膜を用いて、金属膜のウエットエッチングを行う場合は、フォトレジスト膜と金属膜との密着性が悪いため、フォトレジスト膜と金属膜との界面へエッチング液が沁み込む。このため、フォトレジスト膜の下部における本来エッチングされるべきでない領域の金属膜までエッチングによって消失し、アンダーカットが形成される。その結果、金属膜上のフォトレジスト膜の剥離が生じ得る。これらにより、金属膜の加工寸法精度が悪化するという問題がある。
【０００５】
最近では、トランジスタの性能を向上させるため、ゲート材料に使用されている金属膜の加工において、ウエットエッチングが使用される場合があるが、これは以下の理由からである。すなわち、ドライエッチングのようなプラズマ又はラジカルを用いるエッチングによると、金属膜の加工の際に、金属膜の下部のゲート絶縁膜にダメージを生じさせることになる結果、所望のトランジスタ特性が得られないからである。さらに、金属膜の加工の際にマスクとして用いたレジスト膜を除去する際にも、金属膜へのダメージを回避するためには、アッシングなどのドライエッチングを用いない方が良いからである。
【０００６】
このように、金属膜の加工においてウエットエッチングを用いる場合において、金属膜とレジスト膜との密着性を確保するために、金属膜の上にレジスト膜を塗布する前に酸化膜を形成する技術も提案されているが（例えば特許文献１参照）、該酸化膜の除去にドライエッチングを用いることになり、金属膜及びゲート絶縁膜にダメージが生じる場合がある。
【０００７】
前記に鑑み、本発明の目的は、下地のゲート絶縁膜にダメージを与えることなく、寸法精度良く金属膜を加工することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一形態の半導体装置の製造方法は、基板上に金属膜を形成する工程（ａ）と、金属膜の上に有機膜を形成する工程（ｂ）と、有機膜の上にフォトレジスト膜を形成する工程（ｃ）と、フォトレジスト膜に有機膜を露出する開口部を設けることにより、レジストパターンを形成する工程（ｄ）と、薬液を用いて、開口部に露出する有機膜を除去する工程（ｅ）と、工程（ｅ）の後に、ウエットエッチングにより、開口部に露出する金属膜を除去する工程（ｆ）とを備える。
【０００９】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法において、工程（ｄ）と工程（ｅ）とは、同一の薬液を用いて、単一の工程で行われてもよい。
【００１０】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法において、工程（ｄ）は、フォトレジスト膜に対してパターン露光及び現像を行うことにより、レジストパターンを形成する工程であってもよく、工程（ｅ）で用いる薬液は、工程（ｄ）における現像に用いる現像液であってもよい。
【００１１】
この場合、現像液はアルカリ性水溶液であってもよい。
【００１２】
この場合、現像液は、２．３８ｗｔ％テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドであってもよい。
【００１３】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法において、有機膜の膜厚は、１０ｎｍ以上であって且つ８０ｎｍ以下であってもよい。
【００１４】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法において、有機膜は反射防止膜であってもよい。
【００１５】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法において、工程（ｆ）は、酸性の薬液を用いて、ウエットエッチングを行う工程であってもよい。
【００１６】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法において、金属膜は、酸化チタン、酸化ランタン、窒化チタン、窒化タンタル、又は酸化アルミニウムであってもよい。
【００１７】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法において、工程（ｆ）の後に、シンナーを用いて、レジストパターンを除去する工程（ｇ）と、工程（ｇ）の後に、現像液を用いて、有機膜を除去する工程（ｈ）とを備えてもよい。
【００１８】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法において、工程（ａ）の前に、基板の上にゲート絶縁膜を形成する工程をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の一形態の半導体装置の製造方法によると、ゲート絶縁膜上の金属膜を寸法精度よく、且つ、ゲート絶縁膜にダメージを与えることなく加工することができる。このため、良好な性能を有する半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を工程順に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下では、図面及び詳細な説明をもって本発明の技術的思想を明確に説明するものであり、当該技術分野におけるいずれの当業者であれば、本発明の好ましい実施例を理解した後に、本発明が開示する技術により、変更及び付加を加えることが可能であり、これは本発明の技術的思想及び範囲を逸脱するものではない。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、下記の複数の実施形態を組み合わせることも可能である。
【００２２】
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法としてのパターン形成方法について図面を参照しながら説明する。
【００２３】
図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法を工程順に示す断面図である。
【００２４】
まず、図１（ａ）に示すように、例えば単結晶シリコン等からなる半導体基板１００の上に、例えばＨｆからなる膜厚１.８ｎｍのゲート絶縁膜１０１を形成する。続いて、ゲート絶縁膜１０１の上に、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いて、例えばＴｉＮ（窒化チタン）等からなる膜厚１５ｎｍの金属薄膜１０２を形成する。続いて、例えばスピン塗布法等を用いて、金属薄膜１０２の上に、アルカリ水溶液可溶有機膜を塗布する。続いて、例えばホットプレートを用いて、１８０℃の温度下で６０秒間熱処理を行うことにより、例えば膜厚２０ｎｍのアルカリ水溶液可溶有機膜１０３を形成する。その後、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３の上にレジスト膜１０４を塗布する。ここで、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３は、例えば現像液可溶型ＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ）からなる。また、レジスト膜１０４は、例えば化学増幅型レジストからなる。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示すように、フォトマスクを介して、レジスト膜１０４に対して例えばＫｒＦエキシマーレーザーよりなる露光光を照射して、パターン露光を行う。続いて、パターン露光が行われたレジスト膜１０４に対して、例えばホットプレートを用いて、１１０℃の温度下で６０秒間加熱を行う。その後、レジスト膜１０４の感光部を例えば２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドロキサイド水溶液（アルカリ現像液）を用いて現像することにより、開口部を有する寸法２６０ｎｍのレジストパターン１０５を形成する。さらに、該アルカリ現像液を用いて、レジストパターン１０５の開口部下に位置するアルカリ水溶液可溶有機膜１０３も連続的に溶解除去し、開口部に金属薄膜１０２表面を露出させる。
【００２６】
本工程では、金属薄膜１０２とレジスト膜１０４との間にアルカリ水溶液可溶有機膜１０３を設けることにより、レジスト膜１０４の現像工程に引き続いて、該現像工程において用いた現像液により、レジスト膜１０４の下に形成されたアルカリ水溶液可溶有機膜１０３を溶解除去することができる。このように、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３の除去工程を特別に設けることなく、次工程における金属薄膜１０２のエッチング時におけるマスク膜となるレジストパターン１０５及びアルカリ水溶液可溶有機膜１０３を形成することができる。すなわち、レジスト膜１０４の現像工程（レジストパターン１０５の形成工程）とアルカリ水溶液可溶有機膜１０３の除去工程とは単一の工程で実現される。但し、単一の工程で実現される必要はない。
【００２７】
次に、図１（ｃ）に示すように、レジストパターン１０５をマスクに用いたウエットエッチングにより、金属薄膜１０２を除去する。例えばＳＰＭ（１：５０）を用い、３０℃の温度にて１２００秒間、ウエットエッチングすることにより、例えばＴｉＮ等からなる金属薄膜１０２を所望のパターンに形成する。
【００２８】
本工程では、ウエットエッチングによって金属薄膜１０２を所望のパターンに形成する際、金属薄膜１０２上のアルカリ水溶液可溶有機膜１０３は、膜厚２０ｎｍと薄膜であるため、密着性低下の原因と考えられるレジストパターン１０５の熱収縮ストレスによるアルカリ水溶液可溶有機膜１０３へ与える影響は抑制され、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３の熱収縮は小さい。また、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３は、金属薄膜１０２上に形成する際に最も高温の１８０℃に晒された後は、その高温よりも低い温度にしか晒されないため、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３上に形成されたレジスト膜１０４（レジストパターン１０５）による熱収縮ストレスの影響は殆ど受けない。このため、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３と金属薄膜１０２との密着性は優れている。したがって、エッチング液がアルカリ水溶液可溶有機膜１０３と金属薄膜１０２との界面へ沁み込むことが抑制され、従来のようなアンダーカットの形成、金属膜の消失、レジスト膜の剥離が防止される。また、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３と金属薄膜１０２との密着性に優れるため、金属薄膜１０２のウエットエッチングによる寸法シフト（金属薄膜１０２におけるレジストパターン１０５の開口部に面する側の側面から内部に向かって除去される量）を１５ｎｍ程度（つまり、金属薄膜１０２の膜厚分程度）に抑えることがでる。その結果、寸法精度が向上する。
【００２９】
次に、図１（ｄ）に示すように、例えばシンナーを用いてレジストパターン１０５を除去した後、例えば現像液を用いてアルカリ水溶液可溶有機膜１０３を除去する。本工程では、シンナーと現像液が用いられるため、アッシング及びエッチング等を用いる場合によるような下地膜（ゲート絶縁膜１０１、金属薄膜１０２）へのダメージを防止できる。
【００３０】
以上のように、本発明の一実施形態に係るパターン形成方法によると、金属薄膜１０２及びゲート絶縁膜１０１に対するダメージをほとんど与えることなく、金属薄膜１０２の加工を行うことができる。
【００３１】
なお、以上において、金属薄膜１０２として、上記ＴｉＮ（窒化チタン）の代わりに、ＴｉＯ（酸化チタン）、ＬａＯ（酸化ランタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、Ｔａ２Ｎ（窒化タンタル）、ＡｌＯ（酸化アルミニウム）などの膜を用いることもできる。
【００３２】
また、以上において、ウエットエッチング液として、上記ＳＰＭ（硫酸／過酸化水素水）の代わりに、Ｈ２Ｏ２（過酸化水素）、ＨＣｌ（塩化水素）、Ｈ２ＳＯ４（硫酸）、又はＨＦ（フッ化水素）などの酸性の薬液を用いることもできる。
【００３３】
また、以上において、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３として、反射防止機能は本発明において必須ではないため、上記現像液可溶型ＢＡＲＣの代わりに、ノボラック系、ＰＨＳ、又はアクリル系などからなる現像液に溶解するポリマーからなる膜を用いることもできる。
【００３４】
また、以上において、露光光として、上記ＫｒＦエキシマーレーザーを用いたが、ｇ線、ｉ線、ＡｒＦエキシマーレーザー、ＥＵＶ（Ｅｘｔｒｅｍｅ  Ｕｌｔｒａ  Ｖｉｏｌｅｔ）、又はＸ線を用いることもできる。
【００３５】
また、以上において、アルカリ水溶液可溶有機膜１０３の膜厚として２０ｎｍである場合について説明したがこれに限定されるものではない。アルカリ現像液がレジストパターン１０５に影響を与えない処理時間で除去可能であって、膜厚が１００ｎｍを超える場合にはレジストパターン１０５による熱収縮による影響が無視できないため、その膜厚として、１０ｎｍ以上であって且つ１００ｎｍ以下であればよく、１０ｎｍ以上であって且つ８０ｎｍ以下であることが好ましく、特には、１０ｎｍ以上であって且つ４０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３６】
さらに、本発明は、上記一実施形態に示した半導体装置の製造プロセスに限定して適用されるものではなく、ウエットエッチングを用いて金属加工をする工程を含む種々の製造プロセスにも当然に適用できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上説明したように、本発明の半導体装置の製造方法は、ウエットエッチングを用いて金属加工をする工程を含む半導体製造プロセスにとって有用である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  半導体基板
１０１  ゲート絶縁膜
１０２  金属薄膜
１０３  アルカリ水溶液可溶有機膜
１０４  レジスト膜
１０５  レジストパターン
【図１】
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