(57)【要約】【課題】  特開２００３−８６５６８号公報のような従来の方法では、マスクにおいて重要な、垂直性に乏しく、更に疎密部の寸法差も大きくなるという課題があった。【解決手段】  本発明は上記課題を克服したもので、ＳｉＮ膜１０３のエッチングにおいてマスク選択性を有し、垂直形状を得ることが可能であり、かつ疎密部での寸法差を抑えた新規なプロセスを提供するものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板上にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を順に形成し、この後に反射防止膜を形成してリソグラフィ技術によりパターン形成を行い、しかる後、前記反射防止膜を、ＣＨＦ３、ＣＦ４及びＯ２により、前記シリコン窒化膜をＣＨ３Ｆ、ＣＦ４、Ｏ２及び不活性ガスにより、前記シリコン酸化膜をＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２及びＡｒによりエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記シリコン窒化膜のエッチングに用いる不活性ガスは、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＫｒまたはＸｅから選ばれて少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記反射防止膜をエッチングする時のガスの割合は、ＣＨＦ３：ＣＦ４：Ｏ２＝１：２０〜２５：１〜１．５、圧力が１２〜１４．７Ｐａ（９０〜１１０ｍＴｏｒｒ）であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記シリコン窒化膜をエッチングする時のガスの割合は、ＣＨ３Ｆ：ＣＦ４：Ｏ２：Ａｒ＝１：１２〜１３：１．６〜１．８：５０〜５５、圧力が１６〜２０Ｐａ（１２０〜１５０ｍＴｏｒｒ）であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン酸化膜をエッチングする時のガスの割合は、ＣＨＦ３：ＣＦ４：Ｏ２：Ａｒ＝２：５：１：４０、  圧力が５．３〜８Ｐａ（４０〜６０ｍＴｏｒｒ）であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記シリコン基板をエッチングする際、シリコン基板温度が８０〜１００℃であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
シリコン基板上にシリコン酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜を順に形成し、この後反射防止膜を形成して、リソグラフィ技術によりパターン形成を行い、前記反射防止膜をＣＦ４、Ｏ２の混合ガスまたはＮ２、Ｏ２混合ガス、によりエッチングを行い、シリコン窒化膜をＣＨ３Ｆ、ＣＦ４、Ｏ２、不活性ガスによりエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体装置の製造方法に係り、特に素子分離工程、ゲート電極形成工程のシリコン窒化膜マスクのパターン形成を改良した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）及びシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）を含む積層膜を、特許文献１に示すように、ＣＦ系ガス（Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ４Ｆ６のいずれか一つ）、ＣＨＦ系ガス（ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３のいずれか一つ）、Ｏ２、不活性ガス（Ａｒ）の混合ガスを用いてエッチングを行っている。
【０００３】
ここで用いる混合ガスは、特許文献１に示す如く、ホール形成に適用しているが、ライン系例えばＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ−Ｔｒｅｎｃｈ−Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）のＳｉエッチング、及びゲート電極エッチングのマスクに用いられるＳｉＮ膜のパターン形成に適用した場合、マスクであるフォトレジストへの選択性は優れているが垂直形状を得ることは困難であること、さらに疎密部の寸法差も大きくなる問題が発生する。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−８６５６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、特許文献１の従来の方法では、マスクにおいて重要な、垂直性に欠け、更に疎密部の寸法差も大きくなるという問題があった。
本発明は上記従来の問題に対処し、ＳｉＮ膜等のエッチングにおいてマスク選択性を有し、垂直形状を得ることが可能であり、かつ疎密部での寸法差を抑えた新規なプロセスを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シリコン基板上にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜を順に形成し、この後に反射防止膜を形成してリソグラフィ技術によりパターン形成を行い、しかる後、前記反射防止膜を、ＣＨＦ３、ＣＦ４及びＯ２により、前記シリコン窒化膜をＣＨ３Ｆ、ＣＦ４、Ｏ２及び不活性ガスにより、前記シリコン酸化膜をＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２及びＡｒによりエッチングすることを特徴とする。
ここで、シリコン窒化膜のエッチングに用いる不活性ガスは、Ａｒ、Ｎｅ、Ｈｅ、ＫｒまたはＸｅから選ばれて少なくとも１つであることが望ましい。
また、反射防止膜をエッチングする時のガスの割合は、ＣＨＦ３：ＣＦ４：Ｏ２＝１：２０〜２５：１〜１．５、圧力が１２〜１４．７Ｐａ（９０〜１１０ｍＴｏｒｒ）であることが望ましい。
さらに、シリコン窒化膜をエッチングする時のガスの割合は、ＣＨ３Ｆ：ＣＦ４：Ｏ２：Ａｒ＝１：１２〜１３：１．６〜１．８：５０〜５５、圧力が１６〜２０Ｐａ（１２０〜１５０ｍＴｏｒｒ）であることが望ましい。
さらにまた、シリコン酸化膜をエッチングする時のガスの割合は、ＣＨＦ３：ＣＦ４：Ｏ２：Ａｒ＝２：５：１：４０、圧力が５．３〜８Ｐａ（４０〜６０ｍＴｏｒｒ）であることが望ましい。
また、前記シリコン基板をエッチングする際、シリコン基板温度を８０〜１００℃とした方がよい。
【０００７】
また、本発明の方法は、シリコン基板上にシリコン酸化膜、ポリシリコン膜、シリコン窒化膜を順に形成し、この後反射防止膜を形成して、リソグラフィ技術によりパターン形成を行い、前記反射防止膜をＣＦ４、Ｏ２の混合ガスまたはＮ２、Ｏ２混合ガス、によりエッチングを行い、シリコン窒化膜をＣＨ３Ｆ、ＣＦ４、Ｏ２、不活性ガスによりエッチングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の方法によれば、ＳｉＮ膜のエッチングにおいてマスク選択性を有し、垂直形状を得ることが可能であり、かつ疎密部での寸法差を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態につき、図１及び図２を用いて詳細に説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態として、ＳＴＩ形成のＳｉエッチングのマスク形成に用いた時の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【００１１】
まず、図１（ａ）に示すようにシリコン基板１０１にシリコン酸化膜１０２、シリコン窒化膜１０３を順に成長し、反射防止膜１０４を塗布する。次にフォトレジスト１０５を塗布し公知のリソグラフィ技術にてパターン形成を行う。
【００１２】
次に、図１（ｂ）に示すように反射防止膜１０４をＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２により、シリコン窒化膜１０３をＣＨ３Ｆ、ＣＦ４、Ｏ２、不活性ガスにより、シリコン酸化膜１０２をＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｏ２、Ａｒによりエッチングを行う。
具体的な条件として、反射防止膜１０４のエッチングは、ＣＨＦ３:６（ｓｃｃｍ）、ＣＦ４:１２８（ｓｃｃｍ）Ｏ２:８（ｓｃｃｍ）、圧力：１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）、ＲＦパワー:１．１Ｗ／ｃｍ２であり、また、シリコン窒化膜１０３のエッチング条件は、ＣＨ３Ｆ:１０（ｓｃｃｍ）、ＣＦ４:１２５（ｓｃｃｍ）、Ｏ２:１７（ｓｃｃｍ）、Ａｒ：５００（ｓｃｃｍ）、圧力：２０Ｐａ（１３５ｍＴｏｒｒ）、ＲＦパワー:０．８５Ｗ／ｃｍ２あって、また、シリコン酸化膜１０２のエッチング条件は、ＣＨＦ３:３０（ｓｃｃｍ）、ＣＦ４:７５（ｓｃｃｍ）Ｏ２:１５（ｓｃｃｍ）、Ａｒ：６００（ｓｃｃｍ）、圧力：５０ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワー：１．４Ｗ／ｃｍ２である。この時の、エッチングの際のシリコン基板温度は８０〜１００℃が望ましい。
【００１３】
この実施形態で用いるエッチング装置としては、図３に示すように半導体基板が載置される電極に周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源を有する平行平板型ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）装置が望ましい。
【００１４】
続いて図１（ｃ）に示すように公知の技術によりアッシング、及び薬液処理を行ってフォトレジスト１０５、反射防止膜１０４を除去する。
【００１５】
最後に図１（ｄ）に示すように公知のエッチング技術によりシリコン基板１０１のエッチングを行い、溝１０６を形成し、シリコン窒化膜１０３を除去後、絶縁膜を埋め込むことにより素子分離領域が完成する。なお、図１（ｄ）ではシリコン窒化膜の除去及び絶縁膜の埋め込みは省略している。
【００１６】
次に、ＣＨ３Ｆ流量を変化させた時の密部（１００ｎｍＬ／Ｓ）、疎部（ＩＳＯ  Ｌｉｎｅ、ＩＳＯ  Ｓｐａｃｅ）でのシフト量につき、図４（ａ）に示し、この図からＣＨ３Ｆ流量が増加するほどシフト量は＋（プラス）に変動している。
この図４（ａ）から、疎密差を示したのが、図４（ｂ）であり、この図からＣＨ３Ｆの増加により、疎密差が大きくなっていることがわかる。
この結果、シフト量、疎密差を抑えるには、ＣＨ３Ｆの流量調節の必要性がわかる。
【００１７】
次に、Ｏ２の流量を変化させた時のシフト量、Ｏ２の流量を変化させた時のＨＭ（ＳｉＮ膜）のテーパー角及びＯ２の流量を変化させた時のマスク残膜につき、図５（ａ）（ｂ）（ｃ）を示す。この図５から、Ｏ２流量増加により  疎密差低減、垂直形状というメリットがあるが、シフト量増大、マスク残膜減少というデメリットがあり、Ｏ２の流量についても、特定の流量に設定する必要があることが判る（本結果ではＯ２＝１７を選択）。
【００１８】
上述したことから、特定の流量比を設定することにより、マスク残膜、シフト量、疎密差全てにおいて良好なエッチングが可能となる
【００１９】
以上説明したように、上述した第１の実施形態では、シリコン窒化膜をエッチングする際にＣＨＦ系ガスの中ではデポ性が強い  ＣＨ３Ｆガスを用いＯ２ガス、不活性ガスの流量を調整することにより、フォトレジストに対し、選択性を保持しながら、疎密寸法差が小さくかつ垂直形状を得ることが可能となる。
【００２０】
（第２の実施形態）
次に、半発明の第２の実施形態につき、図２を用いて説明する。
図２は、ゲート電極形成において、シリコン窒化膜ハードマスクを用いた時の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
まず図２（ａ）に示すようにシリコン基板２０１にシリコン酸化膜２０２、ポリシリコン膜２０３、シリコン窒化膜２０４を順に成長し、反射防止膜２０５を塗布する。次にフォトレジスト２０６を塗布し公知のリソグラフィ技術にてパターン形成を行う。
【００２１】
次に図２（ｂ）に示すようにフォトレジスト２０６、及び反射防止膜２０５をＣＦ４、Ｏ２の混合ガスまたはＮ２、Ｏ２混合ガスにより、シリコン窒化膜１０３をＣＨ３Ｆ、ＣＦ４、Ｏ２、不活性ガスによりエッチングを行う。
シリコン窒化膜エッチングの具体的な条件としては、ＣＨ３Ｆ：１０（ｓｃｃｍ）、ＣＦ４:１２５（ｓｃｃｍ）Ｏ２：１７（ｓｃｃｍ）、Ａｒ：５００（ｓｃｃｍ）、圧力:２０Ｐａ（１３５ｍＴｏｒｒ）、ＲＦパワー：０．８５Ｗ／ｃｍ２であって、エッチングの際のシリコン基板温度は、８０〜１００℃が望ましい。
また、エッチング装置としては、上記第１の実施形態と同様、図３に示すように半導体基板が載置される電極に周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ電源を有する平行平板型ＲＩＥ装置が望ましい。
【００２２】
続いて図２（ｃ）に示すように公知の技術によりアッシング、及び薬液処理を行ってフォトレジスト２０６、反射防止膜２０５を除去する。
【００２３】
最後に、図２（ｄ）に示すように、公知のエッチング技術によりポリシリコン膜２０３のエッチングを行い、シリコン窒化膜２０４、および露出したシリコン酸化膜２０３を公知の技術により除去し、ゲート電極２０７を形成する。
【００２４】
上述した第２の実施形態は、５０ｎｍ以下の微細ゲート電極形成においてシリコン窒化膜マスクを適用する場合においても、シリコン窒化膜エッチング時にフォトレジストに対し選択性を保持することによりシリコン窒化膜マスクがダメージを受けることなく、かつ垂直形状を維持し、かつ疎密部で寸法差の無いマスク形成を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための工程断面図。
【図２】本発明の第２の実施形態を説明するための工程断面図。
【図３】本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態で用いたエッチング装置の概略を示す図。
【図４】本発明の第１の実施形態を説明するための図
【図５】本発明の第１の実施形態を説明するための図
【符号の説明】
【００２６】
１０１：シリコン基板
１０２：シリコン酸化膜
１０３：シリコン窒化膜
１０４：反射防止膜
１０５：フォトレジスト
１０６：溝
【図１】
2006032801.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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