(57)【要約】【課題】  フォトレジストパターンをマスクとして下地膜をエッチングする際に、適正なパターンを形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】  第１の膜１６上にフォトレジストパターン１８を形成する工程と、フォトレジストパターンをマスクとして用いて、第１の膜に第１の膜のエッチングレートを高める所定の注入物を注入し、第１の膜に注入層１６ａを形成する工程と、フォトレジストパターンをマスクとして用いて、注入層の少なくとも一部である第１の膜の第１の部分をエッチングする工程とを備える。【選択図】      図２
2008047822.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の膜上にフォトレジストパターンを形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとして用いて、前記第１の膜に第１の膜のエッチングレートを高める所定の注入物を注入し、前記第１の膜に注入層を形成する工程と、
前記フォトレジストパターンをマスクとして用いて、前記注入層の少なくとも一部である前記第１の膜の第１の部分をエッチングする工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記フォトレジストパターンは、前記第１の膜の表面に沿った裾部を有し、
前記第１の膜に所定の注入物を注入する工程の際に、前記裾部は前記所定の注入物のスパッタリング作用によって除去される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１の膜に所定の注入物を注入する工程の際に、前記フォトレジストパターンの表面領域に前記所定の注入物が注入されて改質層が形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の膜は、前記第１の部分下に第２の部分を有し、
前記第１の膜の第１の部分をエッチングする工程は、ウェットエッチングによって行われ、
前記第１の膜の第１の部分をエッチングする工程の後に、前記フォトレジストパターンをマスクとして用いて前記第２の部分を異方性ドライエッチングによってエッチングする工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１の膜は第２の膜上に形成されており、
前記第１の膜は、前記フォトレジストパターン下に第３の部分を有し、
前記第１の膜の第１の部分をエッチングする工程の後に、前記第３の部分をマスクとして用いて前記第２の膜をエッチングする工程をさらに備えた
ことを特徴とする請求項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】
本発明は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化に伴い、フォトレジスト膜の薄膜化が進められてきている。そのため、フォトレジスト膜のみでは十分なエッチング耐性を確保することが難しくなってきている。このような問題に対して、多層レジストを用いたパターン転写技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。多層レジストは通常、下層膜、中間膜及び上層膜（フォトレジスト膜）で形成されている。
【０００３】
しかしながら、フォトレジスト膜のさらなる薄膜化に伴い、フォトレジストパターンをマスクとして中間膜をドライエッチングする際に、フォトレジストパターンが消失するという問題が生じる。そのため、中間膜のマスクとなるべき部分がエッチングされてしまい、中間膜に適正なパターンが形成できなくなる場合がある。ウェットエッチングを用いればフォトレジストパターンの消失を防止することは可能であるが、ウェットエッチングは等方性エッチングであるため横方向にもエッチングが進行し、フォトレジストパターンを忠実に中間膜に転写することができない。これらのことから、従来は中間膜に適正なパターンを形成することが難しく、したがって配線等のデバイスパターンを精度よく確実に形成することが困難であった。
【０００４】
上述した問題は、多層レジストを用いてエッチング対象膜をパターニングする場合に限らず、エッチング対象膜上に直接形成されたフォトレジストパターンをマスクとしてエッチング対象膜をエッチングするような場合にも生じ得るものである。
【０００５】
このように、従来は、フォトレジストパターンをマスクとして下地膜をエッチングする際に、適正なパターンを形成することが難しいという問題があった。
【特許文献１】特開２００６−１４０２２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、フォトレジストパターンをマスクとして下地膜をエッチングする際に、適正なパターンを形成することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一視点に係る半導体装置の製造方法は、第１の膜上にフォトレジストパターンを形成する工程と、前記フォトレジストパターンをマスクとして用いて、前記第１の膜に第１の膜のエッチングレートを高める所定の注入物を注入し、前記第１の膜に注入層を形成する工程と、前記フォトレジストパターンをマスクとして用いて、前記注入層の少なくとも一部である前記第１の膜の第１の部分をエッチングする工程と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、フォトレジストパターンをマスクとして第１の膜をエッチングする際に、適正なパターンを形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１〜図６は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を模式的に示した断面図である。
【００１１】
まず、図１に示すように、トランジスタ及び層間絶縁膜等を含む領域（図示せず）上にエッチング対象膜１２を形成する。ここでは、エッチング対象膜１２として配線パターン形成用の金属膜を用いたが、酸化膜や窒化膜等の他の膜であってもよい。
【００１２】
次に、エッチング対象膜１２上に、ＣＶＤ法或いは塗布法により、多層レジストの下層膜（第２の膜）１４としてカーボン膜を形成する。このカーボン膜は、カーボンを主成分とし、酸素及び水素が含有されている。下層膜１４の厚さは、エッチング対象膜１２と下層膜１４とのエッチング選択比によって決定される。
【００１３】
次に、下層膜１４上に、ＬＰＣＶＤ法により、多層レジストの中間膜１６（第１の膜）として、ＢＳＧ膜或いはＴＥＯＳ膜等のシリコン酸化物系の膜を形成する。中間膜１６の厚さは、３０ｎｍ〜４５ｎｍ程度である。
【００１４】
次に、中間膜１６上に、塗布法により、多層レジストの上層膜としてフォトレジスト膜を形成する。続いて、フォトリソグラフィによってフォトレジスト膜をパターニングし、フォトレジストパターン１８を形成する。フォトリソグラフィ後のフォトレジスト膜の厚さは４０ｎｍ〜６５ｎｍ程度である。フォトレジストパターン１８は、配線パターン形成用に用いられ、ライン幅（配線幅）及びスペース幅はいずれも４５ｎｍ程度或いはそれ以下である。このように、フォトレジストパターン１８の幅が狭いため、フォトレジストパターン１８の側壁が垂直であると、フォトレジストパターン１８が倒れやすくなる。そのため、側壁が傾斜するようにフォトレジストパターン１８を形成している。その結果、フォトレジストパターン１８には、中間膜１６の表面に沿って裾部１８ａが形成される。本来はこの裾部１８ａは形成されないことが望ましいが、側壁が傾斜するようにフォトレジストパターン１８を形成することで、裾部１８ａが形成されることになる。
【００１５】
仮に、図１の工程の後、例えばＣＦ4系ガスを用いて中間膜１６のドライエッチングを行うと、ドライエッチング中にフォトレジストパターン１８が消失するという問題が生じ得る。そのため、中間膜１６のマスクとなるべき部分もエッチングされてしまい、中間膜１６に適正なパターンを形成できなくなってしまう。その結果、配線等のデバイスパターンを適正に形成することができなくなる。また、フォトレジストパターン１８の裾部１８ａが、少なくともドライエッチングの初期段階ではエッチングマスクとして機能するため、中間膜１６のエッチングが阻害されてしまう。その結果、パターン間にブリッジング等が生じ、配線等のデバイスパターンを適正に形成することができなくなる。
【００１６】
上述したような問題を防止するため、本実施形態では、図２に示すように、フォトレジストパターン１８をマスクとして用いて、中間膜１６に中間膜１６のエッチングレートを高めるための所定の注入物を注入する。具体的には、ボロン（Ｂ）のイオン注入を行う。このイオン注入により、中間膜１６には注入層１６ａが形成される。なお、図２では、注入層１６ａは中間膜１６の厚さ方向全体に形成されているが、注入エネルギーを制御することで、注入層１６ａの深さは制御可能である。すなわち、注入層１６ａは中間膜１６の厚さ方向全体に形成されなくてもよい。また、フォトレジストパターン１８の表面領域にもボロンイオンが注入され、フォトレジストパターン１８の表面領域には改質層１８ｂが形成される。さらに、ボロンイオンのスパッタリング作用により、フォトレジストパターン１８の裾部１８ａが除去される。
【００１７】
次に、図３に示すように、フォトレジストパターン１８をマスクとして用いて、注入層１６ａの少なくとも一部である、中間膜１６の第１の部分１６ｂを、所定のエッチング剤によってエッチングする。具体的には、フッ酸（ＨＦ）蒸気によってウェットエッチングを行う。注入層１６ａにはボロンが含有されており、エッチングレートが高められている。例えば、中間膜１６の高濃度でボロンが含有されている部分では、ボロンが含有されていない部分に比べて、エッチングレートが１０倍程度に高められている。そのため、高濃度でボロンが含有されている部分を選択的にエッチングすることが可能である。すなわち、中間膜１６のフォトレジストパターン１８下の部分をほとんどエッチングすることなく、第１の部分１６ｂをエッチングすることが可能であり、フォトレジストパターン１８を忠実に中間膜１６に転写することが可能である。
【００１８】
上記のように、第１の部分１６ｂはウェットエッチングによって除去される。ウェットエッチングは、化学的エッチング作用が主体であるためエッチング選択比を高めやすいが、一般的には等方的にエッチングが進行する。本実施形態では、ボロンのイオン注入によって高エッチング選択比が得られるため、ウェットエッチングであっても実質的に異方的にエッチングが進行する。そのため、フォトレジストパターン１８下の部分をほとんどエッチングすることなく、第１の部分１６ｂを選択的にエッチングすることができ、フォトレジストパターン１８を忠実に中間膜１６に転写することが可能である。また、ウェットエッチングを用いるため、フォトレジストパターン１８をほとんどエッチングすることなく、中間膜１６の第１の部分１６ｂをエッチングすることが可能である。
【００１９】
また、図２のイオン注入工程により、フォトレジストパターン１８の裾部１８ａは除去されている。そのため、裾部１８ａによってエッチングが阻害されることがない。したがって、このような観点からも、第１の部分１６ｂを適正にエッチングすることが可能である。
【００２０】
なお、注入層１６ａはイオン注入によって形成されるため、注入層１６ａ中のボロンは膜厚方向に濃度分布を持っている。そのため、本実施形態では、注入層１６ａ全体がエッチングされるわけではなく、第１の部分１６ｂ下のボロン濃度が低い部分はエッチングされない。すなわち、注入層１６ａの一部がエッチングされることになる。ただし、注入層１６ａ全体に高濃度でボロンが含有されている場合には、注入層１６ａ全体をエッチングすることも可能である。
【００２１】
次に、図４に示すように、フォトレジストパターン１８をマスクとして用いて、第１の部分１６ｂ下の第２の部分１６ｃを、所定のエッチングガスによって異方性ドライエッチングする。異方性エッチングであるため、フォトレジストパターン１８を忠実に中間膜１６に転写することが可能である。具体的には、フルオロカーボン系（ＣＦ系）ガスを用いて、第２の部分１６ｃを異方性ドライエッチングする。図３のウェットエッチング工程により、中間膜１６の第２の部分１６ｃの厚さを十分に薄くしておくことが可能であり、ドライエッチング時間を十分短くすることができる。また、フォトレジストパターン１８の表面領域には改質層１８ｂが形成されており、この改質層１８ｂによってフォトレジストパターン１８のドライエッチング耐性を向上させることができる。したがって、ドライエッチングの際に、フォトレジストパターン１８を十分にエッチングマスクとして機能させることが可能である。その結果、フォトレジストパターン１８下に、中間膜１６の第３の部分１６ｄを確実に高精度で形成することができる。なお、本ドライエッチング工程でフォトレジストパターン１８が多少エッチングされることもあり有るが、上述した理由により、フォトレジストパターン１８を十分にエッチングマスクとして機能させることが可能である。
【００２２】
上述したように、図３のウェットエッチング工程では、第１の部分１６ｂのエッチングレートが高くなっているため、実質的に異方的にエッチングが行われる。また、図４のドライエッチング工程では、フォトレジストパターン１８が十分にエッチングマスクとして機能するため、確実に異方性エッチングが行われる。したがって、サイドエッチングを十分に抑制することができ、中間膜１６のフォトレジストパターン１８下の部分（第３の部分１６ｄ）を高精度で形成することができる。
【００２３】
次に、図５に示すように、フォトレジストパターン１８及び中間膜１６の第３の部分１６ｄをマスクとして用いて、下層膜１４を異方性ドライエッチングする。具体的には、酸素ガス（Ｏ2ガス）を用いて下層膜１４をドライエッチングする。このドライエッチングの最中にフォトレジストパターン１８は消失し、フォトレジストパターン１８が消失した後は第３の部分１６ｄがエッチングマスクとして機能する。このドライエッチング工程により、中間膜１６の第３の部分１６ｄ及び下層膜パターン１４ａの積層マスクパターンが形成される。
【００２４】
次に、図６に示すように、上記積層マスクパターンをマスクとして用いて、エッチング対象膜１２を異方性ドライエッチングする。このドライエッチングの最中に、第３の部分１６ｄは消失し、その後は下層膜パターン１４ａがエッチングマスクとして機能する。このドライエッチング工程により、配線パターン１２ａが形成される。すでに述べたように、本実施形態では、フォトレジストパターン１８を忠実に中間膜１６に転写することができるため、高精度で配線パターン１２ａを形成することができる。
【００２５】
以上のように、本実施形態では、図２のイオン注入工程で中間膜１６に注入層１６ａを形成することにより、中間膜１６のエッチングレートを高めることができる。そのため、図３のウェットエッチング工程で、中間膜１６の第１の部分１６ｂを高選択比でエッチングすることができる。その結果、中間膜１６に適正な高精度のパターンを確実に形成することが可能となる。
【００２６】
また、第１の部分１６ｂのエッチングレートが十分に高い（エッチング選択比が高い）ため、本来は等方的なウェットエッチングを用いても実質的に異方的なエッチングが行われ、中間膜１６に適正な高精度のパターンを確実に形成することが可能となる。さらに、ウェットエッチングを用いるため、フォトレジストパターン１８をほとんどエッチングすることなく、中間膜１６の第１の部分１６ｂをエッチングすることが可能である。
【００２７】
また、本実施形態では、図２のイオン注入工程でフォトレジストパターン１８の裾部を除去することができるため、裾部１８ａによってエッチングが阻害されることがない。したがって、このような観点からも、中間膜１６の第１の部分１６ｂを効果的にエッチングすることができ、中間膜１６に適正な高精度のパターンを確実に形成することが可能となる。
【００２８】
また、本実施形態では、図２のイオン注入工程でフォトレジストパターン１８の表面領域に改質層１８ｂが形成されるため、この改質層１８ｂによってフォトレジストパターン１８のドライエッチング耐性を向上させることができる。したがって、図４のドライエッチング工程で中間膜１６の第２の部分１６ｃをエッチングする際に、フォトレジストパターン１８をエッチングマスクとして確実に機能させることができ、このような観点からも、中間膜１６に適正な高精度のパターンを確実に形成することが可能となる。
【００２９】
したがって、本実施形態によれば、フォトレジストパターン１８下に中間膜１６の第３の部分を確実かつ高精度で形成することができ、第３の部分を高信頼性かつ高精度のエッチングマスクとして機能させることができる。その結果、エッチング対象膜１２に高精度のパターンを形成することが可能となる。
【００３０】
なお、上述した実施形態では、多層レジストを、下層膜１４、中間膜１６及び上層膜（フォトレジスト膜）１８の３層構造としたが、フォトレジスト膜を含む２層構造であってもよい。また、多層レジスト構造を用いずに、エッチング対象膜１２上に直接フォトレジストパターン１８を形成するようにしてもよい。これらの場合にも、上述した実施形態の方法と同様の方法を適用することが可能である。
【００３１】
また、上述した実施形態では、フォトレジストパターン１８に裾部１８ａが形成されていたが、裾部１８ａが形成されていない場合にも、上述した実施形態の方法と同様の方法を用いることが可能である。
【００３２】
また、上述した実施形態では、図２のイオン注入工程でボロンを注入物として用いたが、フォトレジストパターン１８下の下地膜（第１の膜）のエッチングレートを高めるものであれば、ボロン以外の注入物を用いることが可能である。
【００３３】
また、上述した実施形態では、図３の工程において、ウェットエッチングによってエッチングを行ったが、高エッチング選択比が得られるガスによってドライエッチングを行うようにしてもよい。
【００３４】
また、上述した実施形態では、図３の工程でウェットエッチングを行い、図４の工程でドライエッチングを行ったが、中間膜１６の厚さ方向全体に高濃度でボロン（注入物）が含有されている場合には、図３のウェットエッチング工程のみを行い、図４のドライエッチング工程を省略することも可能である。
【００３５】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出され得る。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を模式的に示した断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１２…エッチング対象膜      １２ａ…配線パターン
１４…下層膜      １４ａ…下層膜パターン
１６…中間膜      １６ａ…注入層
１６ｂ…第１の部分      １６ｃ…第２の部分      １６ｄ…第３の部分
１８…フォトレジストパターン      １８ａ…裾部      １８ｂ…改質層
【図１】
2008047822.tif 000003
【図２】
2008047822.tif 000004
【図３】
2008047822.tif 000005
【図４】
2008047822.tif 000006
【図５】
2008047822.tif 000007
【図６】
2008047822.tif 000008