(57)【要約】【課題】  フォトレジストパターン上にＣＯガスによって形成された選択的ポリマーマスクを使用する乾式エッチング方法を提供する。【解決手段】  乾式エッチング方法は、被エッチング膜質上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板を反応器内に配置する段階と、反応器内にＣＯガスを供給してフォトレジストパターンの上部にポリマーを選択的に蒸着してポリマー層を形成する段階と、フォトレジストパターン及びポリマー層をマスクとして被エッチング膜質をエッチングする段階と、を含む。これにより、高解像度と良好なプロファイルの被エッチング膜質のエッチングが可能であり、初期の薄いフォトレジストマスクの厚さに関係なく被エッチング膜質を良好なプロファイルにエッチングすることができる。【選択図】  図７
2006049885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）被エッチング膜質上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板を反応器内に配置する段階；
（ｂ）前記反応器内にＣＯガスを供給して前記フォトレジストパターンの上部にポリマーを選択的に蒸着してポリマー層を形成する段階；および
（ｃ）前記フォトレジストパターン及び前記ポリマー層をマスクとして前記被エッチング膜質をエッチングする段階；
を含むことを特徴とする乾式エッチング方法。
【請求項２】
前記段階（ｂ）のポリマー蒸着のため前記半導体基板上に印加される平均電力は、段階（ｃ）のエッチング時の平均電力より低い範囲に設定されることを特徴とする請求項１に記載の乾式エッチング方法。
【請求項３】
前記段階（ｂ）のポリマーの蒸着のため前記半導体基板上に印加される平均圧力は、段階（ｃ）のエッチング時の平均圧力より高い範囲に設定されることを特徴とする請求項１に記載の乾式エッチング方法。
【請求項４】
前記段階（ｂ）及び段階（ｃ）を１回以上反復して遂行することによって、前記被エッチング膜質を所望の深さだけエッチングすることを特徴とする請求項１に記載の乾式エッチング方法。
【請求項５】
被エッチング膜質は、ＣＯガスとポリマー反応が起こらない膜質であることを特徴とする請求項１に記載の乾式エッチング方法。
【請求項６】
（ａ）被エッチング膜質上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板を反応器内に配置する段階；
（ｂ）前記フォトレジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜質を所定時間エッチングする段階；
（ｃ）前記反応器内にＣＯガスを供給して前記フォトレジストパターンの上部にポリマーを選択的に蒸着してポリマー層を形成する段階；および
（ｄ）前記フォトレジストパターン及び前記ポリマー層をマスクとして前記被エッチング膜質をエッチングする段階；
を含むことを特徴とする乾式エッチング方法。
【請求項７】
前記段階（ｃ）のポリマーの蒸着のため前記半導体基板上に印加される平均電力は、段階（ｂ）及び段階（ｄ）のエッチング時の平均電力より低い範囲に設定することを特徴とする請求項６に記載の乾式エッチング方法。
【請求項８】
前記段階（ｃ）のポリマーの蒸着のため前記半導体基板上に印加される平均圧力は、段階（ｂ）及び段階（ｄ）のエッチング時の平均圧力より高い範囲に設定することを特徴とする請求項６に記載の乾式エッチング方法。
【請求項９】
前記段階（ｃ）及び段階（ｄ）を１回以上反復して遂行することによって、前記被エッチング膜質を所望の深さだけエッチングすることを特徴とする請求項６に記載の乾式エッチング方法。
【請求項１０】
被エッチング膜質は、ＣＯガスとポリマー反応が起こらない膜質であることを特徴とする請求項６に記載の乾式エッチング方法。
【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、特にフォトレジストパターン上にＣＯガスによって形成された選択的ポリマーマスクを使用する乾式エッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程が複雑になり、集積度が増加することによって基板上に形成される個別半導体素子がさらに微細なパターンに形成されなければならない。フォトリソグラフィ工程においてもこうした微細パターンを形成することに適した新しいフォトレジストの開発が必須の課題になっている。
【０００３】
半導体装置の集積度が増加するほど、一般的なフォトリソグラフィ工程に微細なパターンを形成することが次第にさらに難しくなる。これは、半導体素子の集積度が増加するほど形成しようとするパターンの線幅が露光限界解像度より狭くなるだけではなく、フォトリソグラフィ工程時、所望のプロファイルを有するフォトレジストパターンを形成することがさらに難しくなるためである。
【０００４】
微細なパターンを形成するための一つの方法であって、フォトレジストパターンの形成時、解像度を向上させるためにさらに短い波長を有する露光ビームを使用する方法が知られている。
【０００５】
例えば、０．２５μｍデザインルールの２５６ＭビットＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）の製造時に、露光用光源として既存の３６５μｍ波長のアイ−ライン（ｉ−ｌｉｎｅ）の代わりに２４８μｍ波長のＫｒＦエキシマーレーザーを使用する方法が提案された。
【０００６】
また、高度の微細パターニング技術を必要とする０．２μｍデザインルールの１ＧビットＤＲＡＭの製作時には、ＫｒＦエキシマーレーザーでよりさらに短い波長の光源を使用しなければならない。こうした目的のため１９３ｎｍの波長を有するＡｒＦエキシマーレーザーが露光用光源として使用される。
【０００７】
ところで、こうした超微細パターンの加工のための非常に短い波長領域の遠紫外線（ｄｅｅｐ  ＵＶ）、ＫｒＦ又はＡｒＦエキシマーレーザー光は、露光時フォトレジスト膜に多く吸収される。フォトレジスト膜が厚く形成される場合、光がフォトレジスト膜の底部まで到達しにくい。
【０００８】
従って、例えば高解像度のパターニングのため１９３ｎｍ（＝０．１９３μｍ）短波長のＡｒＦエキシマーレーザー光を露光用光源として用いる場合に、ビーム吸収を考慮すると、フォトレジスト膜の厚さは１９３０Å（＝０．１９３μｍ）以下に薄く形成しなければならない。
【０００９】
しかしながら、こうした薄く形成されたフォトレジストパターンは、下部の被エッチング膜のエッチング時、エッチングについての耐性が弱くてエッチングマスクとしての役割に限界があり、従って被エッチング膜のエッチング深さに限界がある。
【００１０】
図１Ａ〜図１Ｃは、従来のＡｒＦフォトリソグラフィによって絶縁膜をエッチングする場合、フォトレジストパターンのエッチング耐性不足による不良現象を説明するための断面図である。
【００１１】
図１Ａを参照すれば、半導体基板１０上に層間絶縁膜としてエッチング膜１１を形成する。解像度を極大化させるためにフォトレジストパターン１２の厚さを薄く形成する。この場合、エッチングしようとする被エッチング膜が厚い場合には、必要な深さだけ被エッチング膜１１を十分にエッチングするのにはエッチングマスクとして使用されるフォトレジストパターン１２の厚さが不足する。
【００１２】
図１Ｂに示されたように、一般的な被エッチング膜の異邦性エッチング条件による下部の被エッチング膜１１のエッチング時、フォトレジストパターン１２’の厚さも減少する。
【００１３】
図１Ｃを参照すれば、この状態で厚い被エッチング膜１１を所望の深さにエッチングするためにこれを継続進行する場合、エッチングされる被エッチング膜１１の上端周辺のフォトレジストが消耗されてさらにそれ以上エッチングマスクとして作用することができない。従って、エッチングされる被エッチング膜１１のプロファイルが不良になる。
【特許文献１】特開２０００−１３３６３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の技術的課題は、厚さが薄いフォトレジストパターンをエッチングマスクとして使用できるようにすることによって高解像度及び良好なエッチングプロファイルを獲得できる乾式エッチング方法を提供するところにある。
【００１５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、以上で言及した技術的課題に限定されず、言及されないさらに他の技術的課題は下記から当業者に明確に理解できるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前述した技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による乾式エッチング方法は、被エッチング膜質上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板を反応器内に配置する段階と、反応器内にＣＯガスを供給してフォトレジストパターンの上部にポリマーを選択的に蒸着してポリマー層を形成する段階と、フォトレジストパターン及びポリマー層をマスクとして被エッチング膜質をエッチングする段階と、を含む。
【００１７】
前述した他の技術的課題を達成するための本発明の一実施形態による乾式エッチング方法は、被エッチング膜質上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板を反応器内に配置する段階と、フォトレジストパターンをマスクとして被エッチング膜質を所定時間エッチングする段階と、反応器内にＣＯガスを供給してフォトレジストパターンの上部にポリマーを選択的に蒸着してポリマー層を形成する段階と、フォトレジストパターン及びポリマー層をマスクとして被エッチング膜質をエッチングする段階と、を含む。
【００１８】
ポリマーの蒸着は、エッチングよりはポリマーの蒸着が優勢な範囲の電力を印加することによって成る。ポリマーの蒸着は、被エッチング膜質の上部よりはフォトレジストパターンの上部にのみ厚く形成されて、以後乾式エッチング過程でポリマー層がエッチングマスクとして機能になる。
【００１９】
ポリマーの蒸着時、フォトレジストパターンの上部に積もるポリマー層の厚さ及び被エッチング膜質の上部に形成されるポリマー層の厚さは、工程条件、例えば反応器内部圧力及び反応器の内部に印加される電力などを増加させるか、或いは減少させることによって適切に調節できる。
【００２０】
フォトレジストパターンの上部に選択的にポリマー層を形成する段階とその後の乾式エッチング段階を１回以上反復して遂行することによって、厚い被エッチング膜質についても良好なプロファイルを有するようにエッチングすることができる。
【００２１】
特に、厚い被エッチング膜質をエッチングする場合には、ポリマー蒸着時形成されるフォトレジストパターンの上部でのポリマー層厚さが被エッチング膜質で形成されるポリマー層の厚さに比べて十分に厚くする。すなわち、両厚さ間の差異が大きいように工程条件、例えば反応器内部圧力、反応器の内部に印加される電力などを調節することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に従う乾式エッチング方法によれば、次の通りの効果が一つ又はそれ以上が得られる。
【００２３】
一番目として、本発明に従う乾式エッチング方法では、厚さが薄いフォトレジストマスクを使用しても、フォトレジストマスク上にのみ選択的にポリマーを蒸着してエッチングマスクを補強することができ、高解像度と良好なプロファイルの被エッチング膜質のエッチングが可能である。
【００２４】
二番目として、本発明に従う乾式エッチング方法では乾式エッチングを１回以上反復することによって、初期の薄いフォトレジストマスクの厚さに関係なく被エッチング膜質を良好なプロファイルにエッチングすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付する図面と共に詳細に後述している実施形態を参照すれば明確になる。しかしながら、本発明は、以下で開示される実施形態に限定されるものではなく、相異なる多様な形態で具現されるものであり、本実施形態は、本発明の開示が完全となり、当業者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、特許請求の範囲の記載に基づいて決められなければならない。なお、明細書全体にかけて同一参照符号は同一構成要素を示すものとする。
【００２６】
以下、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【００２７】
本発明の実施形態による乾式エッチング方法については、図２〜図１２を参照することによってよく理解できる。
【００２８】
先ず、本発明の第１の実施形態による乾式エッチング方法は次の通りである。図２は、本発明の第１の実施形態による乾式エッチング方法についての流れ図である。
【００２９】
図２を参照すれば、被エッチング膜質上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板を反応器内に配置する（Ｓ１１）。
【００３０】
図３を参照すれば、半導体基板３０上に、例えば化学気相蒸着法によって被エッチング膜質３１が形成されているが、この被エッチング膜質としては、フォトレジスト、ＢＡＲＣ、有機ＳＯＧなどの有機物質を除外した乾式エッチングが可能な全ての膜質が可能である。その理由は、有機物質を含まない膜質ではなければ後述するＣＯガスとの反応によってポリマー層が形成されないためである。
【００３１】
次いで、被エッチング膜質３１の全面にフォトレジストを塗布する。解像度を極大化させるためにフォトレジストの厚さを約０．５μｍ〜１．２μｍ程度、例えば０．７μｍに薄く形成することも可能である。
【００３２】
このようにしたフォトレジストをパターニングするために、光源としてｉ−ｌｉｎｅ、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマーレーザー光源などを使用できる。特にフォトレジストの厚さが薄く形成された場合には、高解像度のためにＡｒＦエキシマーレーザー光源を用いて露光し、現像させてフォトレジストパターンを形成することが好ましい。
【００３３】
フォトレジストパターン３２が形成された半導体基板Ｗは、乾式エッチングのために、図４Ａ又は図４Ｂに示されたような反応器４０内に導入される。反応器４０は、図４Ａに示されたようなソース／バイアスパワーシステム又は図４Ｂに示されたようなデュアルフリークエンシーパワーシステムを用いることができるが、これに限定されることはない。
【００３４】
図４Ａを参照すれば、ソース／バイアスパワーシステムを用いる反応器４０は、その内部にエッチング対象になる半導体基板Ｗが置かれる支持台４１が備えられる。この支持台４１には、基板温度を調節するためのヒーター又は冷却手段（図示せず）が備えられる。また、反応器４０には、プラズマガスやエッチングガスを供給するためのガス注入口４２と、ガスを排気して内部圧力を調節するための排気口４３及びポンプ４４が備えられる。反応器４０の上部には、プラズマを発生させるため電力を供給するソース電源４５が接続され、支持台４１には半導体基板Ｗに電力を供給するバイアス電源４６が接続される。
【００３５】
ソース電源４５は、電力供給によってエッチングガスをプラズマ化する役割を果たす。バイアス電源４６は、電力供給によってプラズマ化されたエッチングガスを半導体基板Ｗに衝突させる電位差形成の役割を果たす。
【００３６】
また、図４Ｂを参照すれば、デュアルフリークエンシーパワーシステムを用いる反応器４０は、図４Ａのソース／バイアスパワーシステムを用いる反応器４０と比較して次の通りの相違点がある。ソース／バイアスパワーシステムの場合には、ソース電源及びバイアス電源を含むのに対して、デュアルフリークエンシーパワーシステムの場合には、エッチング対象になる半導体基板Ｗが置かれる支持台４１の下部にハイフリークエンシー電源４７及びローフリークエンシー電源４８が接続され、この点を除外しては、両者は同一な構成を含む。
【００３７】
本発明の第１の実施形態による第１段階は、前述したような反応器４０の内部の支持台４１に被エッチング膜質及びフォトレジストパターンが備えられた半導体基板Ｗを配置する。
【００３８】
次いで、反応器内にＣＯガスを供給してフォトレジストパターンの上部にポリマー層を形成する（Ｓ１２）。
【００３９】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、ガス注入口４２を通じて反応器４０の内部にＣＯガスを供給する。反応器４０内に供給されたＣＯガスは、反応器４０のソース電源４５又はハイフリークエンシー電源４７の電力印加のみを通じて励起状態ＣＯ＊（＊は励起状態を表す、以下同様）になる。又は同時にバイアス電源４６又はローフリークエンシー電源４８の電力を、ソース電源４５又はハイフリークエンシー電源４７に印加される電力より相対的に弱く印加することによって励起状態ＣＯ＊になる。この際、反応器の内部に印加される平均電力は、後述するエッチング段階での平均電力より低い範囲に設定されて印加されなければならない。この場合、ＣＯ＊が被エッチング膜質に殆ど衝突しない。ソース／バイアスパワーシステムを用いる場合にソース電源４５及びバイアス電源４６は、それぞれ５００Ｗ〜１５００Ｗ及び０Ｗ〜５００Ｗを印加することが好ましいが、これに限定されることはない。また、デュアルフリークエンシーパワーシステムを用いる場合にはハイフリークエンシー電源４７及びローフリークエンシー電源４８は、それぞれ２００Ｗ〜５００Ｗ及び０Ｗ〜１００Ｗを印加することが好ましいが、これに限定されることはない。
【００４０】
ＣＯ＊ガスは、被エッチング膜質及びフォトレジストパターンが備えられた半導体基板ＷでＣｘＨｙＯｚの成分より成ったフォトレジストパターン３２（図３参照）の上部にポリマー形態として選択的に蒸着される。図５には、フォトレジストの上部に形成されたポリマー層をバーティカル（Ｖｅｒｔｉｃａｌ）  ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）でモニタリングした結果を示した。図５で分かるように、フォトレジストパターン３２（図３参照）の上部にポリマー層が形成されていることを見ることができる。
【００４１】
図６に示されたように、こうした選択的なポリマー層６１の形成のためにはソース電源４５（図４Ａ参照）又はハイフリークエンシー電源４７（図４Ｂ参照）のみ電力を印加するか、又は同時にバイアス電源４６（図４Ｂ参照）又はローフリークエンシー電源４８（図４Ｂ参照）にソース電源４５又はハイフリークエンシー電源４７より相対的に弱い電力を印加すれば、ＣＯ＊ガスの大部分が被エッチング膜質３１をエッチングすることよりはポリマー蒸着に寄与する。なぜならば、バイアス電源４６又はローフリークエンシー電源４８の電力の印加は、ソース電源４５又はハイフリークエンシー電源４７の電力の印加によって形成されプラズマ化されたエッチングガスを半導体基板Ｗに衝突させる電位差形成の役割を果たすためである。従って、バイアス電源４６又はローフリークエンシー電源４８の電力を印加するか、又は弱く印加する場合にはＣＯ＊ガスが半導体基板Ｗに衝突される比率は非常に小さくなるため、ポリマー蒸着が優勢になるのである。
【００４２】
また、電源の電力印加条件によれば、ポリマー層６１がフォトレジストパターン３２の上部にのみ選択的に形成される。フォトレジストパターン３２が形成されない被エッチング膜質３１にもポリマーが蒸着されるが、その厚さＴｍは、フォトレジストパターン３２の上部に蒸着された厚さＴｐに比べて無視できる程度に薄い。
【００４３】
また、選択的なポリマー層の形成のために反応器４０（図４Ａ及び図４Ｂ参照）の内部平均圧力は後述する被エッチング膜質をエッチングする段階より高圧であることが要求される。５０ｍＴ以上の圧力範囲使用設備では１００ｍＴ以上、１０ｍＴ〜１００ｍＴ圧力範囲使用設備では、３０ｍＴ以上とすることができるが、これに限定されることはない。
【００４４】
このポリマー層６１は、反応器の内部に印加される平均電力及び／又は反応器の内部圧力のような色々な工程条件の変化によってその蒸着厚さ及びプロファイルが変化される。
【００４５】
前述したように、ポリマー層６１をフォトレジストパターン３２の上部に選択的に形成して、ポリマー層６１を、フォトレジストパターン３２を補完するエッチングマスクとして使用することができる。従って、フォトレジストパターン３２が形成されない被エッチング膜質３１の上部に積もるポリマー層の厚さＴｍは、フォトレジストパターン３２の上部に積もるポリマー層の厚さＴｐに比べて薄いほど好ましい。
【００４６】
続けて、フォトレジストパターン及びポリマー層をマスクとして被エッチング膜質をエッチングする（Ｓ１３）。
【００４７】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、フォトレジストパターン３２（図５参照）及びポリマー層６１（図５参照）が形成された半導体基板Ｗが置かれた反応器４０内に、エッチングガスを注入口４２を通じて注入する。次いで、半導体基板Ｗが安着された支持台４１及び反応器４０には、それぞれソース電源４５／バイアス電源４６又はハイフリークエンシー電源４７／ローフリークエンシー電源４８に電力を印加することによって乾式エッチングを開始する。
【００４８】
エッチングガスとしては、ＣｘＦｙ系又はＣａＨｂＦｃ系ガス、例えばＣＦ４，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ６，Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ，ＣＨ４，Ｃ２Ｈ２，Ｃ４Ｆ６などのようなガスを使用することができるが、これに限定されることはない。また、反応器４０内には、プラズマを安定的に発生させることができるためのＨｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｉなどのような非活性ガスをさらに供給することができる。
【００４９】
プラズマを生成するための電力及び生成されたプラズマを加速させるための電力は、エッチング装備によって異なるが、ソース／バイアスパワーシステムを用いる場合には、ソース電源４５及びバイアス電源４６は、それぞれ１０００Ｗ〜２０００Ｗ及び７００Ｗ〜２０００Ｗの電力を印加することが好ましい。しかし、これに限定されることはない。また、デュアルフリークエンシーパワーシステムを用いる場合には、ハイフリークエンシー電源４７及びローフリークエンシー電源４８は、それぞれ３００Ｗ〜１５００Ｗ及び３００Ｗ〜８００Ｗの電力を印加することが好ましいが、これに限定されることはない。
【００５０】
前述したような継続されるエッチングによってポリマー層とフォトレジストパターンが消耗されてエッチングマスクとして機能できなくなる前に、フォトレジストパターンの上部にのみ選択的にポリマーを蒸着してポリマー層を形成する（Ｓ１２）。次いで、再びフォトレジストパターンとポリマー層とをエッチングマスクとして被エッチング膜質を乾式エッチング（Ｓ１３）することによって、所望の深さだけ被エッチング膜質３１をエッチングする。
【００５１】
ここで、ポリマーの蒸着と乾式エッチングは、１回以上反復的に遂行することによって、エッチング過程の間消耗されたポリマー層を補充して、厚い被エッチング膜質についてもさらに深くエッチングすることもできる。
【００５２】
こうしたエッチング過程によって、図７に示されたようにフォトレジストパターン３２と共にポリマー層６１がエッチングマスクとして機能して、プロファイル不良なしで被エッチング膜質３１を深くエッチングすることができる。
【００５３】
図８は、被エッチング膜質をエッチングする以前に選択的ポリマー層形成段階を含む場合の被エッチング膜質と、フォトレジストパターンの選択比の改善との関係を表すグラフである。図８に示されたように、１６０ｎｍのラインを定義するフォトレジストパターンのスペースが１６０ｎｍである場合（Ｄｅｎｓｅ）と６５０ｎｍである場合（Ｗｉｄｅ）について、選択的ポリマー層が形成された場合（Ｐ）は、そうではない場合（Ｎ）と比較して選択比が向上されていることが分かる。
【００５４】
また、本発明の第２の実施形態による乾式エッチング方法は次の通りである。図９は、本発明の第２の実施形態による乾式エッチング方法についての流れ図である。
【００５５】
図９を参照すれば、被エッチング膜質上にフォトレジストパターンが形成された半導体基板を反応器内に配置する（Ｓ２１）。
【００５６】
図３を参照すれば、半導体基板３０上に例えば、化学気相蒸着法によって被エッチング膜質３１が形成されているが、この被エッチング膜質は、フォトレジスト、ＢＡＲＣ、有機ＳＯＧなどの有機物質を除外した乾式エッチングが可能な全ての膜質が可能である。その理由は、有機物質を含まない膜質ではなければ後述するＣＯガスとの反応によってポリマー層が形成されないためである。
【００５７】
次いで、被エッチング膜質３１の全面にフォトレジストを塗布する。解像度を極大化させるためにフォトレジストの厚さを約０．５μｍ〜１．２μｍ程度、例えば０．７μｍに薄く形成することも可能である。
【００５８】
こうしたフォトレジストをパターニングするために、光源として、ｉ−ｌｉｎｅ、ＫｒＦ、ＡｒＦエキシマーレーザー光源などを使用することができる。特にフォトレジストの厚さが薄く形成された場合には、高い解像度のためにＡｒＦエキシマーレーザー光源を用いて露光し現像させてフォトレジストパターンを形成することが好ましい。
【００５９】
フォトレジストパターン３２が形成された半導体基板Ｗは、乾式エッチングのために、図４Ａ又は図４Ｂに示されたような反応器４０の内部の支持台４１に被エッチング膜質及びフォトレジストパターンが備えられた半導体基板Ｗを配置する。
【００６０】
次いで、フォトレジストパターンをマスクとして被エッチング膜質を所定時間エッチングする（Ｓ２２）。
【００６１】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、半導体基板Ｗが置かれた反応器４０内にエッチングガスを注入口４２を通じて注入し、半導体基板Ｗが安着された支持台４１及び反応器４０には、それぞれソース電源４５／バイアス電源４６又はハイフリークエンシー電源４７／ローフリークエンシー電源４８に電力を印加することによって乾式エッチングを開始する。
【００６２】
エッチングガスとしては、ポリマーの形成が可能なＣｘＦｙ系又はＣａＨｂＦｃ系ガス、例えばＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ４Ｆ６などのようなガスを使用できるが、これに限定されることはない。また、プラズマ反応器４０内には、プラズマが安定的にできるようにするためのＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｉなどのような非活性ガスがさらに供給できる。
【００６３】
プラズマを生成するための電力及び生成されたプラズマを加速させるための電力は、エッチング装備によって異なるが、ソース／バイアスパワーシステムを用いる場合には、ソース電源４５及びバイアス電源４６は、それぞれ１０００Ｗ〜２０００Ｗ及び７００Ｗ〜２０００Ｗの電力を印加することが好ましい。しかし、これに限定されることはない。また、デュアルフリークエンシーパワーシステムを用いる場合には、ハイフリークエンシー電源４７及びローフリークエンシー電源４８は、それぞれ３００Ｗ〜１５００Ｗ及び３００Ｗ〜８００Ｗの電力を印加することが好ましいが、これに限定されることはない。
【００６４】
図１０を参照すれば、反応器内に印加される電力を前述したように設定し、所定の時間（１分〜３分）フォトレジストパターン３２をエッチングマスクとして下部の被エッチング膜質３１をエッチングして所定深さまで、すなわち、フォトレジストパターン３２が消耗されてさらにそれ以上エッチングマスクとして機能できなくなる前まで（フォトレジストパターン３２’）エッチングを遂行する。これ以上にエッチングを遂行すれば、エッチングしようとする被エッチング膜質のプロファイルが図１Ｃのように不良になる。
【００６５】
続けて、反応器内にＣＯガスを供給してフォトレジストパターンの上部にポリマーを選択的に蒸着してポリマー層を形成する（Ｓ２３）。
【００６６】
図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、ガス注入口４２を通じて反応器４０の内部にＣＯガスを供給する。反応器４０内に供給されたＣＯガスは、反応器４０のソース電源４５又はハイフリークエンシー電源４７の電力の印加のみを通じて励起状態ＣＯ＊になる。又は、同時にバイアス電源４６又はローフリークエンシー電源４８の電力を、ソース電源４５又はハイフリークエンシー電源４７に印加される電力より相対的に弱く印加することによって励起状態ＣＯ＊になる。この際、反応器の内部に印加される平均電力は後述するエッチング段階での平均電力より低い範囲に設定されて印加されなければならず、この場合ＣＯ＊が被エッチング膜質に殆ど衝突しない。ソース／バイアスパワーシステムを用いる場合にソース電源４５及びバイアス電源４６は、それぞれ５００Ｗ〜１５００Ｗ及び０Ｗ〜５００Ｗを印加することが好ましいが、これに限定されることはない。また、デュアルフリークエンシーパワーシステムを用いる場合には、ハイフリークエンシー電源４７及びローフリークエンシー電源４８は、それぞれ２００Ｗ〜５００Ｗ及び０Ｗ〜１００Ｗを印加することが好ましいが、これに限定されることはない。
【００６７】
ＣＯ＊ガスは、被エッチング膜質及びフォトレジストパターンが備えられた半導体基板Ｗで、ＣｘＨｙＯｚ成分より成ったフォトレジストの上部にポリマー形態として選択的に蒸着される。
【００６８】
図１１に示されたように、こうした選択的なポリマー層６１の形成のためには、ソース電源４５（図４Ａ参照）又はハイフリークエンシー電源４７（図４Ｂ参照）のみ電力を印加するか、又は同時にバイアス電源４６（図４Ｂ参照）又はローフリークエンシー電源４８（図４Ｂ参照）を、ソース電源４５又はハイフリークエンシー電源４７より相対的に弱い電力に印加すれば、ＣＯ＊ガスの大部分が被エッチング膜質３１をエッチングすることよりはポリマー蒸着に寄与する。なぜならば、バイアス電源４６又はローフリークエンシー電源４８の電力の印加は、ソース電源４５又はハイフリークエンシー電源４７の電力の印加によって形成されたプラズマ化されエッチングガスを半導体基板Ｗに衝突させる電位差形成の役割を果たすためである。従って、バイアス電源４６又はローフリークエンシー電源４８の電力を印加しないか、又は弱く印加する場合にはＣＯ＊ガスが半導体基板Ｗに衝突する比率は非常に小さくなるため、ポリマー蒸着が優勢になるのである。
【００６９】
この際、ポリマー層６１がフォトレジストパターン３２の上部にのみ選択的に形成される。フォトレジストパターン３２が形成されない被エッチング膜質３１にもポリマーが蒸着されるが、その厚さＴｍはフォトレジストパターン３２の上部に蒸着された厚さＴｐに比べて無視できる程度に薄い。
【００７０】
また、選択的なポリマー層の形成のために反応器４０（図４Ａ及び図４Ｂ参照）の内部圧力は、後述する被エッチング膜質をエッチングする段階より高圧であることが要求される。これは、被エッチング膜質にポリマーが積層されない条件を適用するための条件に５０ｍＴ以上使用設備では、１００ｍＴ以上、１０ｍＴ〜１００ｍＴ設備では３０ｍＴ以上とすることができるが、これに限定されることはない。
【００７１】
このポリマー層６１は、反応器の内部に印加されるソース電源の平均電力及び／又は反応器の内部圧力などのような色々な工程条件の変化に応じてその蒸着厚さ及びプロファイルが変化される。
【００７２】
前述したように、ポリマー層６１をフォトレジストパターン３２の上部に選択的に形成して、ポリマー層６１はフォトレジストパターン３２を補完するエッチングマスクとして使用することができる。従って、フォトレジストパターン３２が形成されない被エッチング膜質３１の上部に積もるポリマー層の厚さＴｍは、フォトレジストパターン３２の上部に積もるポリマー層の厚さＴｐに比べて狭いほど好ましい。
【００７３】
続けて、フォトレジストパターン及びポリマー層をマスクとして被エッチング膜質をエッチングする（Ｓ２４）。
【００７４】
前述したように、ポリマー層６１（図１０参照）を形成した後、反応器４０（図４Ａ及び図４Ｂ参照）に印加される電力、反応器４０の内部圧力をそれぞれエッチング段階の水準に回復し、所定の時間（約１分〜２分）中エッチングを進行する。
【００７５】
かかる継続されるエッチングによってポリマー層とフォトレジストパターンが消耗されてエッチングマスクとして機能できなくなる前に、フォトレジストパターンの上部にのみ選択的にポリマーを蒸着してポリマー層を形成する（Ｓ２２）。次いで、再びフォトレジストパターンとポリマー層とをエッチングマスクとして被エッチング膜質を乾式エッチング（Ｓ２３）することによって、所望の深さだけ被エッチング膜質３１をエッチングする。
【００７６】
ここで、ポリマーの蒸着と乾式エッチングは、1回以上反復的に遂行することによって、エッチング過程間消耗されたポリマー層を補充して、厚い被エッチング膜質についてもさらに深くエッチングすることもできる。
【００７７】
かかるエッチング過程によって、図１２に示されたようにフォトレジストパターン３２’と共にポリマー層６１がエッチングマスクとして機能して、プロファイル不良なしで被エッチング膜質３１を深くエッチングすることができる。
【００７８】
本発明に従う乾式エッチング方法は、ライン及びスペース形成だけではなく、コンタクトホール形成にも適用できるが、これに限定されることはない。
【００７９】
以上、添付した図面を参照して本発明の好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態で実施されうることを理解することができる。したがって、上述した好適な実施形態は、例示的なものであり、限定的なものではないと理解されるべきである。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に乾式エッチング方法に関するものであり、ライン及びスペース形成だけではなく、コンタクトホール形成にも適用されうる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１Ａ】従来の乾式エッチング方法によって絶縁膜をエッチングする過程を示した断面図である。
【図１Ｂ】従来の乾式エッチング方法によって絶縁膜をエッチングする過程を示した断面図である。
【図１Ｃ】従来の乾式エッチング方法によって絶縁膜をエッチングする過程を示した断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による乾式エッチング方法についての流れ図である。
【図３】本発明の第１の実施形態の乾式エッチング方法の第１の段階での半導体基板の断面図である。
【図４Ａ】本発明の乾式エッチングに使用される反応器の概略図である。
【図４Ｂ】本発明の乾式エッチングに使用される反応器の概略図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の乾式エッチング方法の第２の段階で形成されたポリマー層を示すＳＥＭ写真である。
【図６】本発明の第１の実施形態の乾式エッチング方法の第２の段階及び第３の段階での半導体基板の断面図である。
【図７】本発明の第１の実施形態の乾式エッチング方法の第２の段階及び第３の段階での半導体基板の断面図である。
【図８】被エッチング膜質をエッチングする以前に選択的ポリマー層形成段階が含まれる場合の被エッチング膜質とフォトレジストパターンの選択比の改善と関連されたグラフである。
【図９】本発明の第２の実施形態による乾式エッチング方法についての流れ図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態の乾式エッチング方法による半導体基板の断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態の乾式エッチング方法による半導体基板の断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施形態の乾式エッチング方法による半導体基板の断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
３０  半導体基板
３１  被エッチング膜質
３２，３２’  フォトレジストパターン
４０  反応器
４１  支持台
４２  ガス注入口
４３  排気口
４４  ポンプ
４５  ソース電源
４６  バイアス電源
４７  ハイフリークエンシー電源
４８  ローフリークエンシー電源
６１  ポリマー層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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