(57)【要約】【課題】ラインエッジラフネスの良好な加工を行うことのできる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板上に被加工膜を形成する工程と、前記被加工膜上に、有機膜を含むボトムレイヤーを形成する工程と、前記ボトムレイヤー上に、シリコン成分を含むトップレイヤーを形成する工程と、前記トップレイヤーをパターニングするトップレイヤーパターニング工程と、前記トップレイヤーパターニング工程の後に、前記ボトムレイヤーをエッチングせずに、前記ボトムレイヤー表面の残留物を選択的に除去する残留物除去工程と、前記トップレイヤーをマスクとして、前記ボトムレイヤーをエッチングするボトムレイヤーエッチング工程と、前記ボトムレイヤーエッチング工程の後に、前記ボトムレイヤーをマスクとして前記被加工膜をエッチングする被加工膜エッチング工程と、を具備する。【選択図】図３
2008085005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に被加工膜を形成する工程と、
前記被加工膜上に、有機膜を含むボトムレイヤーを形成する工程と、
前記ボトムレイヤー上に、シリコン成分を含むトップレイヤーを形成する工程と、
前記トップレイヤーをパターニングするトップレイヤーパターニング工程と、
前記トップレイヤーパターニング工程の後に、前記ボトムレイヤー表面の残留物を選択的に除去する残留物除去工程と、
前記残留物除去工程の後に、パターニングされた前記トップレイヤーをマスクとして、前記ボトムレイヤーをエッチングするボトムレイヤーエッチング工程と、
前記ボトムレイヤーエッチング工程の後に、前記ボトムレイヤーをマスクとして前記被加工膜をエッチングする被加工膜エッチング工程と、
を具備する
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記残留物除去工程において、ハロゲンを含むガスをエッチングガスとしてドライエッチングを行うことで、前記残留物を除去する
半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記ハロゲンを含むガスは、ＣＦ４を含むガスである
半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、
前記トップレイヤーは、感光性のレジストであり、
前記トップレイヤーパターニング工程は、ＡｒＦリソグラフィ技術によって行われる
半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、
前記ボトムレイヤーエッチング工程は、水素原子を含むガスを用いてドライエッチングを行う工程を有している
半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記水素原子を含むガスは、ハロゲン原子を含まない
半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５又は６に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記ボトムレイヤーエッチング工程は、
酸素を含むガスをエッチングガスとしてドライエッチングを行う第１ボトムレイヤーエッチング工程と、
前記第１ボトムレイヤーエッチング工程の後に行われ、水素と窒素を含む混合ガスをエッチングガスとしてドライエッチングを行う第２ボトムレイヤーエッチング工程と、
を有する
半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、
更に、
前記ボトムレイヤーエッチング工程の後に、前記トップレイヤーをドライエッチングにより剥離するトップレイヤー剥離工程、
を具備し、
前記トップレイヤー剥離工程において、トップレイヤー剥離用のエッチングガスとして、ハロゲンを含有するガスを用いる
半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載された半導体装置の製造方法であって、
前記トップレイヤー剥離用のエッチングガスは、ＣＦ４を含有する
半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、
前記被加工膜は、シリコン酸化膜である
半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかに記載された半導体装置の製造方法であって、
前記ボトムレイヤーは、ノボラック−アクリル系の樹脂材料である
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関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体微細加工技術の発展に伴い、短波長の光でパターニングされるＡｒＦレジストが用いられている。ＡｒＦリソグラフィ技術において、上層（以下、トップレイヤー）がシリコンを含有する感光性のレジスト、下層（以下、ボトムレイヤー）が有機膜である２層レジストをドライエッチング時のマスクとして用いることが知られている。このような手法は、ボトムレイヤーが反射防止膜となり、トップレイヤーが下地反射光により感光することを防止できるので、ファインパターンを形成するにあたり有効である。
【０００３】
図１を参照して、従来のパターニングの手法について説明する。まず、基板１４上に被加工膜（例えば絶縁膜）１３、ボトムレイヤー１２、トップレイヤー１１、をこの順で積層する。続いて、図１（ａ）に示されるように、リソグラフィ技術を用いてトップレイヤー１１をパターニングする。次に、図１（ｂ）に示すように、ボトムレイヤー１２をエッチングする。更に、図１（ｃ）に示すように、ボトムレイヤー１２、トップレイヤー１１をマスクとして、絶縁膜１３をエッチングする。そして、図１（ｄ）に示すように、ボトムレイヤー１２を剥離することで、絶縁膜１３に対するパターニングが完了する。
【０００４】
このようなパターニングの手法において、トップレイヤー１１をパターニングした後に、剥き出しとなったボトムレイヤー１２上には、トップレイヤー１１由来の残留物と推測される物質が残っていることが有る。このまま、ボトムレイヤー１２をエッチングすると、その残留物がマスクとなり、ボトムレイヤー１２のエッチング残りを生じることが有る。また、このような残留物は、レジストパターンの端部に残る事が多く、パターン端部の形状がシャープとならないことがあった。即ち、ラインエッジラフネスを悪化させることがあった。
【０００５】
また、絶縁膜１３をエッチングする前に残留物が残っていた場合にも、絶縁膜１３のエッチングが阻害されるので、絶縁膜加工の精度が更に悪化することがある。更には、絶縁膜エッチング後にもその残留物が残っていれば、トップレイヤー１１やボトムレイヤー１２の剥離を阻害し、剥離残りの原因となることも有る。
【０００６】
従って、トップレイヤー１１の残留物が、ラインエッジラフネスの悪化や、剥離残りの原因となることを防止する技術が望まれる。
【０００７】
上記と関連して、特許文献１には、フッ素原子ならびに炭素原子を含むガスによるアッシングでトップレイヤーを剥離することが記載されている。この技術を用いた場合、剥離性が向上すると記載されている。
【０００８】
また、特許文献２には、ボトムレイヤーを酸素とフッ素化合物ガスを添加したガスでエッチングし、その後に酸素のみを使用することが記載されている。
【０００９】
また、特許文献３には、フッ素化合物ガスを添加した酸素を用いるドライエッチングにより、ボトムレイヤーをパターニングすることが記載されている。
【００１０】
しかしながらこれらの技術を用いたとしても、高精度なパターニングと、良好な剥離性とを両立させることは困難であった。
【００１１】
【特許文献１】特開平０９−２３２２１８号公報
【特許文献２】特開平０６−０２０９４２号公報
【特許文献３】特許第２７５４６７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
即ち、本発明の目的は、ラインエッジラフネスの良好な加工を行うことのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、レジスト層の剥離残りを防止した上で、ラインエッジラフネスの良好な加工が行うことのできる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【００１４】
本発明にかかる半導体装置の製造方法は、基板（４）上に被加工膜（３）を形成する工程（ステップＳ１０−１）と、被加工膜（３）上に、有機膜を含むボトムレイヤー（２）を形成する工程（ステップＳ１０−２）と、ボトムレイヤー（２）上に、シリコンを含むトップレイヤー（１）を形成する工程（ステップＳ１０−３）と、トップレイヤー（１）をパターニングするトップレイヤーパターニング工程（ステップＳ２０）と、トップレイヤーパターニング工程（Ｓ２０）の後に、ボトムレイヤー（２）表面の残留物を除去する残留物除去工程（ステップＳ３０）と、パターニングされたトップレイヤー（１）をマスクとして、ボトムレイヤー（２）をエッチングするボトムレイヤーエッチング工程（ステップＳ４０）と、ボトムレイヤーエッチング工程（Ｓ４０）の後に、ボトムレイヤー（２）をマスクとして被加工膜（３）をエッチングする被加工膜エッチング工程（ステップＳ６０）と、を具備する。
【００１５】
このように、残留物除去工程（Ｓ３０）を設けることによって、仮にトップレイヤーパターニング工程（Ｓ２０）においてトップレイヤーの残留物が発生していたとしても、その残留物が除去される。従って、ボトムレイヤーエッチング工程（Ｓ４０）以降の工程において、残留物による悪影響が生じない。
【００１６】
上記の半導体装置の製造方法において、残留物除去工程（Ｓ３０）では、ハロゲンを含むガスをエッチングガスとしてドライエッチングを行うことで、その残留物を除去することが好ましい。
【００１７】
トップレイヤー１は、シリコンを含有している。その残留物の主成分はシリコンであると推定される。上述のように、ハロゲンを含むガスをエッチングガスとして用いることで、シリコンが効率良く除去され、より確実に残留物を除去することができる。
【００１８】
上記の半導体装置の製造方法において、そのハロゲンを含むガスは、ＣＦ４を含むガスであることが好ましい。
【００１９】
上記の半導体装置の製造方法において、トップレイヤー（１）は、感光性のレジストであることが好ましく、トップレイヤーパターニング工程（Ｓ２０）は、ＡｒＦリソグラフィ技術によって行われることが好ましい。
【００２０】
上記の半導体装置の製造方法において、ボトムレイヤーエッチング工程（Ｓ４０）は、水素を含むガスを用いてドライエッチングを行う工程を有していることが好ましい。
【００２１】
このように、水素を含むガスを用いて、ボトムレイヤー２をドライエッチングすれば、サイドエッチが抑制される。サイドエッチが抑制されるので、被加工膜加工時の線幅を確保し易い。
【００２２】
上記の半導体装置の製造方法において、ボトムレイヤーエッチング工程（Ｓ４０）は、酸素を含むガスをエッチングガスとしてドライエッチングを行う第１ボトムレイヤーエッチング工程（ステップＳ４０−１）と、第１ボトムレイヤーエッチング工程（Ｓ４０−１）の後に行われ、水素と窒素を含む混合ガスをエッチングガスとしてドライエッチングを行う第２ボトムレイヤーエッチング工程（ステップＳ４０−２）とを有することが好ましい。
【００２３】
このように、酸素を含むガスを用いてエッチングすることで、トップレイヤーに含まれるシリコンが酸化されるので、トップレイヤー１のエッチング耐性を向上させることができる。マスク材であるトップレイヤー１のエッチング耐性を向上させることで、ボトムレイヤーを所望のパターンにエッチングすることができる。
【００２４】
上記の半導体装置の製造方法では、ボトムレイヤーエッチング工程（Ｓ４０）において、ドライエッチングに用いられるエッチングガスは、ハロゲンを含まないことが好ましい。
【００２５】
水素原子を含むガスによってエッチングを行う際に、ハロゲン原子を含まないことで、ハロゲンと水素が反応して生成する生成物が抑制される。よって、エッチングチャンバー内の発塵を抑制することができる。
【００２６】
上記の半導体装置の製造方法は、更に、ボトムレイヤーエッチング工程（Ｓ４０）の後に、トップレイヤー（１）をドライエッチングにより剥離するトップレイヤー剥離工程（ステップＳ５０）、を具備することが好ましく、トップレイヤー剥離工程（Ｓ５０）において、トップレイヤー剥離用のエッチングガスとして、ハロゲンを含有するガスを用いることが好ましい。
【００２７】
このように、トップレイヤーを剥離するにあたり、ハロゲンを含有するガスを用いることで、トップレイヤーを確実に剥離することができる。
【００２８】
上記の半導体装置の製造方法において、トップレイヤー剥離用のエッチングガスは、ＣＦ４を含有することが好ましい。
【００２９】
上記の半導体装置の製造方法において、被加工膜（３）は、シリコン酸化膜であることが好ましい。
【００３０】
上記の半導体装置の製造方法において、ボトムレイヤー（２）は、ノボラック−アクリル系の樹脂材料であることが好ましい。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に依れば、ラインエッジラフネスの小さい被加工膜加工を行うことのできる半導体装置の製造方法が提供される。
本発明に依れば、更に、レジスト層の剥離残りを防止した上で、ラインエッジラフネスの小さい被加工膜加工が行うことのできる半導体装置の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図２は、本実施形態にかかる半導体装置の製造方法のフローチャートである。この半導体装置の製造方法は、図２に示されるステップＳ１０〜７０の工程によって、基板上にパターニングされた被加工膜を形成するものである。各工程の詳細について、以下に説明する。尚、本実施形態では、ＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）などの記憶装置において、シリコン酸化膜のパターニングを行う工程を例として説明する。ＤＲＡＭなどの記憶装置の分野では、パターンの高密度化やパターンがシャープに形成できることが要求されており、本発明の工夫の適用先として適している。
【００３３】
ステップＳ１０−１〜３；各材料の積層
まず、基板４上に、被加工膜を形成する（ステップＳ１０−１）。基板４は、例えば金属材料である。被加工膜は、例えば絶縁膜（シリコン酸化膜）３である。以下の説明では、被加工膜が絶縁膜３である場合について説明する。絶縁膜３は、ＣＶＤ法によって成膜することができる。続いて、絶縁膜３上に、ボトムレイヤー２を形成する（ステップＳ１０−２）。ボトムレイヤー２は有機膜である。その有機膜としては、ノボラック−アクリル樹脂系反射防止膜が挙げられる。ボトムレイヤーは、スピン塗布法によって形成することができる。さらに、ボトムレイヤー２上に、トップレイヤー１を形成する。トップレイヤー１は、シリコン成分を含んだ感光性レジストである。その感光性レジストは、例えば、シリコン含有量が１９．５％のシロキサン系感光性ＡｒＦレジストである。
【００３４】
ステップＳ２０；トップレイヤーのパターニング
続いて、図３（ａ）に示されるように、トップレイヤー１を、リソグラフィ技術を用いてパターニングする。この時、トップレイヤー１が除去されたボトムレイヤー２が剥き出しになった部分の表面では、トップレイヤー１の残留物が残っていることがある。その残留物は、トップレイヤーのシリコン成分を含む残留物であると推定される。
【００３５】
ステップＳ３０；残留物の除去
続いて、図３（ｂ）に示されるように、残留物を除去する。残留物の除去は、ドライエッチング技術を用いて行われる。エッチングガスとしては、ハロゲン原子を含むものが用いられる。このようなエッチングガスとしては、例えば、ＣＦ４が挙げられる。ドライエッチングの装置としては、ＲＦ周波数が１３．５６ＭＨｚのＲＩＥドライエッチング装置を用いることができる。エッチング条件としては、例えば、チャンバー圧力は１００ｍＴｏｒｒ、ＲＦパワーは４００Ｗ、ステージ温度は６０℃、の条件が挙げられる。このような条件で、ドライエッチングを行えば、ボトムレイヤー２はほとんどエッチングされず、残留物のみを選択的に除去することができる。尚、ボトムレイヤー２をエッチングしないで、残留物のみを選択的に除去するためのドライエッチング条件としては、上記のものに限られるものではない。チャンバー圧力、ＲＦパワー、ステージ温度などの諸条件を調整すれば、他の条件でも可能である。
【００３６】
ステップＳ４０−１；第１のボトムレイヤーエッチング
続いて、図３（ｃ）に示されるように、トップレイヤー１をマスクとして、ボトムレイヤー２を途中までエッチングする。このエッチングは、酸素ガスを含むガスをエッチングガスとしたドライエッチングである。その酸素を含むガスとしては、例えば、窒素と酸素の混合ガスが挙げられる。このように、酸素ガスを含むガスを用いてエッチングすると、マスクであるトップレイヤー１に含まれるシリコンが酸化され、トップレイヤー１のエッチング耐性が向上する。
【００３７】
ステップＳ４０−２；第２のボトムレイヤーエッチング
続いて、図３（ｄ）に示されるように、ボトムレイヤー２を、絶縁膜３表面までエッチングする。このエッチングは、水素と窒素を含む混合ガスをエッチングガスとしたドライエッチングである。水素と窒素の流量比は、例えば、３：１である。ボトムレイヤー２に含まれる炭素成分をエッチングすることができるものとしては、酸素ラジカルや水素ラジカルが挙げられる。ここで、酸素ラジカルは炭素成分と化学的に結合し易いために、比較的低いエネルギーでボトムレイヤー２と反応し、横方向のエッチングが進行し易い。これに対して、水素ラジカルはイオンエネルギーのアシストがないと炭素成分をエッチングできないので、縦方向に選択的にエッチングが進行する。即ち、上述のように、水素を含むガスをエッチングガスとすることで、ボトムレイヤー２のサイドエッチが抑制される。これにより、パターニング時の線幅を確保するにあたり有利となる。なお、この第２のボトムレイヤーエッチングにあたり、エッチングガスにはハロゲン原子を含有させないことが好ましい。ハロゲン原子と水素原子を混合させると、両者が反応して生成物を生成することがある。このような生成物は、エッチングチャンバー内の塵となり好ましくない。エッチングガスにハロゲン原子を含有させないことで、このような反応性生物の生成を防止することができる。
【００３８】
ステップＳ５０；トップレイヤーの除去
次に、図３（ｅ）に示されるように、マスクとして残っていたトップレイヤー１を除去する。トップレイヤーの除去は、ハロゲンを含有するガスを用いたドライエッチングにより行われる。そのハロゲンを含有するガスとしては、ＣＦ４ガスが例示される。このように、ハロゲンを含有するガスを用いれば、トップレイヤー１を確実に除去でき、トップレイヤーの剥離残さを抑制することができる。
【００３９】
ステップＳ６０；絶縁膜のエッチング
次に、図３（ｆ）に示されるように、ボトムレイヤー２をマスクとして、絶縁膜３をドライエッチングする。このドライエッチングに用いられるガスとしては、例えば、Ｃ４Ｆ８ガスが挙げられる。
【００４０】
ステップＳ７０；ボトムレイヤーの除去
続いて、図３（ｇ）に示されるように、マスクとして残っていたボトムレイヤー３をドライエッチングにより除去する。この時のエッチングガスは、酸素ガスが例示される。
【００４１】
以上説明したステップＳ１０〜７０の工程によって、基板上に形成された絶縁膜がパターンニングされる。本実施形態に依れば、以下のような作用を奏することができる。
【００４２】
まず、トップレイヤーパターニング工程後に残留物が存在していたとしても、残留物除去工程を設けていることにより、その残留物することができる。残留物は、パターンの端部に発生し易く、ラインエッジラフネスを悪化させることがある。従って、残留物を除去することで、ラインエッジラフネスを良好にすることができる。
【００４３】
更に、ボトムレイヤーエッチング工程時のガスとして、水素を含むガス系用いることにより、サイドエッチの抑制が可能となる。この時、ハロゲンガスを用いないことで、ハロゲンガスと、水素の反応により生じる生成物の抑制ができ、エッチングチャンバー内の発塵を抑制できる。
【００４４】
また、ボトムレイヤーエッチング工程の後に、ハロゲン含有ガスを用いてトップレイヤーを除去することにより、マスク材であるトップレイヤー１を確実に除去することができる。これにより、以降の工程でトップレイヤー１の残さが残らないので、ラインエッジラフネスが更に改善される。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】従来法の製造過程における断面図である。
【図２】本発明にかかる半導体装置の製造方法のフローチャートである。
【図３】本発明にかかる半導体装置の製造方法の製造過程における断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１      トップレイヤー
２      ボトムレイヤー
３      被加工膜（絶縁膜）
４      基板
【図１】
2008085005.tif 000003
【図２】
2008085005.tif 000004
【図３】
2008085005.tif 000005