(57)【要約】【課題】有機系反射防止膜及び被加工膜のエッチング工程においてレジスト膜の肩部での落ち込みを低減させ、高精度の加工を実現する。【解決手段】半導体基板１１とその上の下地層１２上に形成された被加工膜１３上に有機系反射防止膜１４、レジスト膜１５を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜１５を形成する工程の後、ドライエッチングにより、レジスト膜１５をマスクとして有機系反射防止膜１４を所望の寸法に加工する工程と、レジスト膜１５と有機系反射防止膜１４とをマスクとして被加工膜１３を所望の寸法に加工する工程とを行う。有機系反射防止膜１４を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２を用い、有機系反射防止膜１４を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜１６を形成する。これにより、レジスト膜１５の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。【選択図】        図１
2004158538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板とその上の下地層上に形成された被加工膜上に有機系反射防止膜、レジスト膜を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜を形成する工程の後、ドライエッチングにより、前記レジスト膜をマスクとして前記有機系反射防止膜を所望の寸法に加工する工程と、前記レジスト膜と前記有機系反射防止膜とをマスクとして前記被加工膜を所望の寸法に加工する工程とを行う半導体装置の製造方法であって、前記有機系反射防止膜を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２（二酸化硫黄）を用い、前記有機系反射防止膜を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体基板とその上の下地層上に形成された被加工膜上に有機系反射防止膜、レジスト膜を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜を形成する工程の後、ドライエッチングにより、前記レジスト膜をマスクとして前記有機系反射防止膜を所望の寸法に加工する工程と、前記レジスト膜と前記有機系反射防止膜とをマスクとして前記被加工膜を所望の寸法に加工する工程とを行う半導体装置の製造方法であって、前記被加工膜を加工する工程を３段階で行い、前記各段階は、１段階目で前記レジスト膜上に選択的にＣＦ系堆積膜を堆積させられるアスペクト比の深さまで前記被加工膜をエッチングし、２段階目で前記レジスト膜上に選択的にＣＦ系堆積膜を堆積させ、３段階目で残りの被加工膜を加工することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板とその上の下地層上に形成された被加工膜上に有機系反射防止膜、レジスト膜を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜を形成する工程の後、ドライエッチングにより、前記レジスト膜をマスクとして前記有機系反射防止膜を所望の寸法に加工する工程と、前記レジスト膜と前記有機系反射防止膜とをマスクとして前記被加工膜を所望の寸法に加工する工程とを行う半導体装置の製造方法であって、前記被加工膜を加工する工程を２段階で行い、前記各段階は、１段階目でＣＨ２Ｆ２を添加したエッチングガスを用いてエッチングストップが起こる時間以下で前記レジスト膜上にＣＦ系堆積膜を堆積させながら前記被加工膜をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜を加工することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板とその上の下地層上に形成された被加工膜上に有機系反射防止膜、レジスト膜を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜を形成する工程の後、ドライエッチングにより、前記レジスト膜をマスクとして前記有機系反射防止膜を所望の寸法に加工する工程と、前記レジスト膜と前記有機系反射防止膜とをマスクとして前記被加工膜を所望の寸法に加工する工程とを行う半導体装置の製造方法であって、前記有機系反射防止膜を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２（二酸化硫黄）を用い、前記有機系反射防止膜を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜を形成し、かつ、前記被加工膜を加工する工程を２段階で行い、前記各段階は、１段階目でＣＨ２Ｆ２を添加したエッチングガスを用いてエッチングストップが起こる時間以下で前記レジスト膜上にＣＦ系堆積膜を堆積させながら前記被加工膜をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜を加工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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の半導体装置の急速な高集積化に伴い、その最小加工寸法も急速に縮小化してきている。その微細化に伴い、フォトリソグラフィ技術において、微細パターンを、マスクどおりに転写するためには、フォトレジストを薄膜化する必要がある。また、フォトレジストが塗布される下地基板からの反射を抑制する必要がある。その手法として、有機材料を用いたＢＡＲＣ（Ｂｏｔｔｏｍ  Ａｎｔｉ  Ｒｅｆｅｒｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇ）等の反射防止膜を使用する技術が用いられている。そのためドライエッチング技術において、高アスペクト比の微細コンタクトホール加工においてフォトレジストとの高選択比化が必要である。
【０００３】
図１４は、従来の、有機材料を用いた反射防止膜を用いるコンタクトホール形成方法の順序の各工程における半導体装置の断面図である。
【０００４】
まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板１１上に下地層１２を介して被加工膜１３を形成し、その上に有機系反射防止膜組成物を塗布し、有機系反射防止膜１４を成膜する。そして、その上にフォトレジストを塗付し、露光・現像を行って所定の寸法のレジスト膜１５を形成する。
【０００５】
次に、図１４（ｂ）に示すように、レジスト膜１５をマスクとしてドライエッチングにより有機系反射防止膜１４をフルオロカーボン系ガスまたはハロゲン系ガスに酸素ガスとアルゴン等の希釈ガス等を混合したガス系を用いて、エッチングする。次いで、図１４（ｃ）に示すように、レジスト膜１５とパターニングされた有機系反射防止膜１４とをマスクとして被加工膜１３を選択的にエッチングする。
【０００６】
次いで、図１４（ｄ）に示すように、レジスト膜１５と有機系反射防止膜１４とをアッシングにより除去し、下地層１２をドライエッチングによりエッチングして基板とのコンタクトホールを形成する（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−１６８０８４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、有機系反射防止膜１４をエッチングする際、有機系反射防止膜１４の膜質は、マスク材であるレジストと同じ有機系の膜であるため、レジスト膜１５との選択比が１程度となり、レジスト膜１５の膜減りが大きい。また、同エッチングの際、イオンスパッタによりレジスト膜１５の肩部の落ち込み１９等が生じやすい。また、前記有機系反射防止膜１４を加工する際の肩落ちによる膜減りが大きければ、その部分でレジスト膜１５が不足することとなり、コンタクトホール上部の寸法が拡大し、隣接するコンタクトホールと短絡する課題がある。このため、上述の半導体装置の製造方法により、高アスペクト比のコンタクトをドライエッチングで加工するにはレジスト膜１５肩部での落ち込み１９を低減させる必要がある。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点に鑑みてなされたものであり、有機系反射防止膜及び被加工膜のエッチング工程においてレジスト膜の肩部での落ち込みを低減させることにより、レジストとの高選択性を確保し、高精度の加工を実現できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板とその上の下地層上に形成された被加工膜上に有機系反射防止膜、レジスト膜を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜を形成する工程の後、ドライエッチングにより、前記レジスト膜をマスクとして前記有機系反射防止膜を所望の寸法に加工する工程と、前記レジスト膜と前記有機系反射防止膜とをマスクとして前記被加工膜を所望の寸法に加工する工程とを行う半導体装置の製造方法であって、前記有機系反射防止膜を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２（二酸化硫黄）を用い、前記有機系反射防止膜を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜を形成する。
【００１１】
このように、有機系反射防止膜を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２（二酸化硫黄）を用い、有機系反射防止膜を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜を形成するので、有機系反射防止膜をエッチングする際のレジスト膜肩部での落ち込みがなくなる。このため、被加工膜のエッチング中にレジスト膜肩部での残膜を保つことができ、レジスト膜の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。
【００１２】
請求項２記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板とその上の下地層上に形成された被加工膜上に有機系反射防止膜、レジスト膜を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜を形成する工程の後、ドライエッチングにより、前記レジスト膜をマスクとして前記有機系反射防止膜を所望の寸法に加工する工程と、前記レジスト膜と前記有機系反射防止膜とをマスクとして前記被加工膜を所望の寸法に加工する工程とを行う半導体装置の製造方法であって、前記被加工膜を加工する工程を３段階で行い、前記各段階は、１段階目で前記レジスト膜上に選択的にＣＦ系堆積膜を堆積させられるアスペクト比の深さまで前記被加工膜をエッチングし、２段階目で前記レジスト膜上に選択的にＣＦ系堆積膜を堆積させ、３段階目で残りの被加工膜を加工する。
【００１３】
このように、被加工膜を加工する工程を３段階で行い、各段階は、１段階目でレジスト膜上に選択的にＣＦ系堆積膜を堆積させられるアスペクト比の深さまで被加工膜をエッチングし、２段階目でレジスト膜上に選択的にＣＦ系堆積膜を堆積させ、３段階目で残りの被加工膜を加工するので、有機系反射防止膜をエッチングする際のレジスト膜肩部での落ち込みがあっても、レジスト膜に表面や肩部に選択的に堆積膜を堆積させる加工段階を付け加えることにより、被加工膜エッチング中にレジスト膜肩部での残膜を保つことができ、レジスト膜の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。また、有機系反射防止膜と被加工膜の加工において、同一ガス系、同一装置で処理を行うことができ、工程が簡単となる利点がある。
【００１４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板とその上の下地層上に形成された被加工膜上に有機系反射防止膜、レジスト膜を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜を形成する工程の後、ドライエッチングにより、前記レジスト膜をマスクとして前記有機系反射防止膜を所望の寸法に加工する工程と、前記レジスト膜と前記有機系反射防止膜とをマスクとして前記被加工膜を所望の寸法に加工する工程とを行う半導体装置の製造方法であって、前記被加工膜を加工する工程を２段階で行い、前記各段階は、１段階目でＣＨ２Ｆ２を添加したエッチングガスを用いてエッチングストップが起こる時間以下で前記レジスト膜上にＣＦ系堆積膜を堆積させながら前記被加工膜をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜を加工する。
【００１５】
このように、被加工膜を加工する工程を２段階で行い、各段階は、１段階目でＣＨ２Ｆ２を添加したエッチングガスを用いてエッチングストップが起こる時間以下でレジスト膜上にＣＦ系堆積膜を堆積させながら被加工膜をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜を加工するので、有機系反射防止膜をエッチングする際のレジスト膜の肩部での落ち込みがあっても、さらに肩部にＣＦ系の堆積膜を堆積させながら被加工膜をエッチングする加工段階を付け加えることにより、被加工膜エッチング中に、レジスト膜肩部での残膜を保つことができ、レジスト膜の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。また、有機系反射防止膜と被加工膜の加工において、同一ガス系、同一装置で処理を行うことができ、工程が簡単となる利点がある。さらに、ＣＦ系堆積膜を堆積させる段階で同時にエッチングを行うため処理時間が短くなる利点がある。
【００１６】
請求項４記載の半導体装置の製造方法は、半導体基板とその上の下地層上に形成された被加工膜上に有機系反射防止膜、レジスト膜を順次形成し、露光・現像を行って微細パターンを有するレジスト膜を形成する工程の後、ドライエッチングにより、前記レジスト膜をマスクとして前記有機系反射防止膜を所望の寸法に加工する工程と、前記レジスト膜と前記有機系反射防止膜とをマスクとして前記被加工膜を所望の寸法に加工する工程とを行う半導体装置の製造方法であって、前記有機系反射防止膜を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２（二酸化硫黄）を用い、前記有機系反射防止膜を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜を形成し、かつ、前記被加工膜を加工する工程を２段階で行い、前記各段階は、１段階目でＣＨ２Ｆ２を添加したエッチングガスを用いてエッチングストップが起こる時間以下で前記レジスト膜上にＣＦ系堆積膜を堆積させながら前記被加工膜をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜を加工する。
【００１７】
このように、有機系反射防止膜を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２（二酸化硫黄）を用い、有機系反射防止膜を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜を形成し、かつ、被加工膜を加工する工程を２段階で行い、各段階は、１段階目でＣＨ２Ｆ２を添加したエッチングガスを用いてエッチングストップが起こる時間以下でレジスト膜上にＣＦ系堆積膜を堆積させながら被加工膜をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜を加工するので、有機系反射防止膜をエッチングする際のレジスト膜肩部での落ち込みがなく、さらに肩部に堆積膜を堆積させながら被加工膜をエッチングする加工段階を付け加えることにより、被加工膜エッチング中にレジスト膜肩部での残膜を保つことができ、レジスト膜の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。また、レジスト膜の残膜を厚くすることができる点で利点がある。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施の形態を図１および図２に基づいて説明する。図１はこの発明の第１の実施形態の半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図である。
【００１９】
図１において、１１は半導体基板、１２は下地層、１３は被加工膜、１４は有機系反射防止膜、１５はレジスト膜、１６はＣＳ（炭素−硫黄）系の側壁保護膜である。
【００２０】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板１１上に下地層１２を介して被加工膜１３を形成し、その上に有機系反射防止膜１４、レジスト膜１５を順次形成する。被加工膜１３としては、シリコン酸化膜などの絶縁膜が想定されている。この場合、有機系反射防止膜１４の上にフォトレジストを塗付し、露光・現像を行ってホールパターン（微細パターン）を有するレジスト膜１５を形成する。この工程の後、ドライエッチングにより、有機系反射防止膜１４を所望の寸法に加工する工程と、被加工膜１３を所望の寸法に加工する工程とを行う。
【００２１】
すなわち、レジスト膜１５をマスクとして有機系反射防止膜１４をドライエッチングによりエッチングする。エッチングガスには、ＳＯ２（二酸化硫黄）とＯ２（酸素）の混合ガスを使用する。例えば、低圧高密度プラズマ源を有する誘導結合型プラズマエッチング装置を使って、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：１．３３Ｐａ
ソースパワー：３００Ｗ、バイアスパワー：５０Ｗ
ＳＯ２／Ｏ２：１５／５  ｓｃｃｍ
この時、図１（ｂ）に示すように、ＳＯ２（二酸化硫黄）ガス中の硫黄成分とレジスト膜１５あるいは有機系反射防止膜１４中の炭素成分とが結合して反応生成物が生成され、この反応生成物が側壁保護膜（保護堆積膜）１６として有機系反射防止膜１４及びレジスト膜１５の側壁にレジスト膜１５肩部よりも上に張り出して付着する。
【００２２】
以下に本実施の形態において、前記条件で有機系反射防止膜１４をエッチングする根拠を述べる。
【００２３】
図２に側壁保護膜１６のレジスト膜１５上部への張り出し量と混合ガス中の酸素の混合比との関係を示す。レジスト膜１５上部へ張り出した側壁保護膜１６が形成される。これにより、酸素の混合比５０％以下の範囲では、レジスト膜１５の肩部は保護される。本実施の形態の場合では酸素混合比２５％であるので側壁保護膜１６のレジスト膜１５上部への張り出し量は約１２ｎｍである。
【００２４】
この後、図１（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜からなる被加工膜１３を例えば、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：４Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２：１５／８００／２０  ｓｃｃｍ
本実施の形態によれば、有機系反射防止膜１４をエッチングする際のレジスト膜１５肩部での落ち込みがないため被加工膜１３エッチング中にレジスト膜１５肩部での残膜を保つことが出来、レジスト膜１５の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことが出来る。
【００２５】
この発明の第２の実施の形態を図３ないし図７に基づいて説明する。図３および図４はこの発明の第２の実施形態の半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図である。
【００２６】
図３および図４において、１１は半導体基板、１２は下地層、１３は被加工膜、１４は有機系反射防止膜、１５はレジスト膜、１７はＣＦ系の堆積膜、１８は堆積膜の張り出し部、１９はレジスト膜肩部の落ち込みである。
【００２７】
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１１上に下地層１２を介して被加工膜１３を形成し、その上に有機系反射防止膜１４、レジスト膜１５を順次形成する。被加工膜１３としては、シリコン酸化膜などの絶縁膜が想定されている。この場合、有機系反射防止膜１４の上にフォトレジストを塗付し、露光・現像を行ってホールパターン（微細パターン）を有するレジスト膜１５を形成する。この工程の後、ドライエッチングにより、有機系反射防止膜１４を所望の寸法に加工する工程と、被加工膜１３を所望の寸法に加工する工程とを行う。
【００２８】
すなわち、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜１５をマスクとして有機系反射防止膜１４を例えば、並行平板型プラズマエッチング装置を使って、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：３Ｐａ
ソースパワー：１０００Ｗ、バイアスパワー：５００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２：５／５００／２０  ｓｃｃｍ
このガス系を用いた条件ではレジスト膜１５に肩部の落ち込み１９が形成される。
【００２９】
次に、被加工膜１３を加工する工程を３段階で行い、各段階は、１段階目でレジスト膜１５上に選択的にＣＦ系堆積膜１７を堆積させられるアスペクト比の深さまで被加工膜１３をエッチングし、２段階目でレジスト膜１５上に選択的にＣＦ系堆積膜１７を堆積させ、３段階目で残りの被加工膜１３を加工する。
【００３０】
この場合、図３（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜からなる被加工膜１３をアスペクト比約５の深さまでエッチングを行う。例えば、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：４Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２：１５／８００／２０  ｓｃｃｍ
この後、図４（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜からなる被加工膜１３及びレジスト膜１５上にＣＦ系の堆積膜１７を形成する。例えば、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、例えば、以下の条件下で堆積を行う。この時、レジスト膜１５肩部に堆積膜の張り出し部１８を形成し、肩部を保護するよう厚く堆積する。
圧力：８Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：０Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２：１５／８００／２０  ｓｃｃｍ
放電時間：１ｍｉｎ
次に、図４（ｅ）に示すように、残りの被加工膜１３を例えば、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：４Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２：１５／８００／２０  ｓｃｃｍ
以下に本実施の形態で前記条件でアスペクト比約５の深さまでエッチングを行い、前記条件でＣＦ系の堆積膜１７を堆積させる根拠を述べる。
【００３１】
図５にレジスト膜１５表面へのＣＦ系の堆積膜１７の堆積量とコンタクトホール底面へのＣＦ系の堆積膜１７の堆積量の比（＝表面への堆積量／ホール底への堆積量）のアスペクト比依存性を示す。レジスト膜１５表面へ選択的にＣＦ系の堆積膜１７を堆積させるためにはあらかじめある程度のアスペクト比まで加工を行う必要がある。アスペクト比が高くなるにつれ、コンタクトホール底面にはラジカルが届きにくくなり、アスペクト比約５でホール底には表面の約１／１２しか堆積しない。
【００３２】
図６にレジスト膜１５表面へのＣＦ系の堆積膜１７の堆積量のバイアスパワー依存性を示す。バイアスパワー３００Ｗ以下でＣＦ系の膜が堆積する。本実施の形態の場合ではバイアスパワー０Ｗであるので、表面への堆積量は約１１０ｎｍであり、アスペクト比約５の深さまでエッチングした後の堆積であるのでホール底への堆積量は約９ｎｍである。
【００３３】
次に、図７に堆積膜の張り出し部１８のレジスト膜１５表面からの距離の圧力依存性を示す。圧力の増加に従って、レジスト膜１５表面に近い位置で堆積膜の張り出し部１８が形成される。本実施の形態の場合では圧力を８Ｐａとすることによりレジスト膜１５肩部に堆積膜の張り出し部１８を形成している。
【００３４】
上記理由により、レジスト膜１５表面へ選択的にＣＦ系の堆積膜１７を堆積させかつレジスト膜１５肩部に堆積膜の張り出し部１８を形成させることができる。
【００３５】
本実施の形態によれば、有機系反射防止膜１４をエッチングする際のレジスト膜１５肩部での落ち込みがあっても、レジスト膜に１５表面や肩部に選択的に堆積膜１７を堆積させる加工段階を付け加えることにより、被加工膜１３エッチング中にレジスト膜１５肩部での残膜を保つことが出来、レジスト膜１５の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことが出来る。また実施形態１に比べ同一ガス系、同一装置で処理を行うことが出来、工程が簡単となる利点がある。
【００３６】
この発明の第３の実施の形態を図８ないし図１１に基づいて説明する。図８および図９はこの発明の第３の実施形態の半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図である。
【００３７】
図８および図９において、１１は半導体基板、１２は下地層、１３は被加工膜、１４は有機系反射防止膜、１５はレジスト膜、１７はＣＦ系の堆積膜、１９はレジスト膜肩部の落ち込みである。
【００３８】
まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板１１上に下地層１２を介して被加工膜１３を形成し、その上に有機系反射防止膜１４、レジスト膜１５を順次形成する。被加工膜としては、シリコン酸化膜などの絶縁膜が想定されている。この場合、有機系反射防止膜１４の上にフォトレジストを塗付し、露光・現像を行ってホールパターン（微細パターン）を有するレジスト膜１５を形成する。この工程の後、ドライエッチングにより、有機系反射防止膜１４を所望の寸法に加工する工程と、被加工膜１３を所望の寸法に加工する工程とを行う。
【００３９】
すなわち、図８（ｂ）に示すように、レジスト膜１５をマスクとして有機系反射防止膜１４を例えば、並行平板型プラズマエッチング装置を使って、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：３Ｐａ
ソースパワー：１０００Ｗ、バイアスパワー：５００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２：５／５００／２０  ｓｃｃｍ
このガス系を用いた条件ではレジスト膜１５に肩部の落ち込み１９が形成される。
【００４０】
次に、シリコン酸化膜からなる被加工膜１３を２段階でエッチングを行う。各段階は、１段階目でエッチングストップが起こる時間以下でレジスト膜１５上にＣＦ系堆積膜１７を堆積させながら被加工膜１３をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜１３を加工する。
【００４１】
この場合、第１段階目のエッチングを例えば、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：５Ｐａ
ソースパワー：１２００Ｗ、バイアスパワー：４００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／ＣＨ２Ｆ２／Ｏ２：８／８００／５／５  ｓｃｃｍ
エッチング時間：１ｍｉｎ
ここで、ＣＨ２Ｆ２は吸着確率の高いラジカルを生成するガス種であり、図８（ｃ）に示すように、肩部に厚くＣＦ系の堆積膜１７を形成する。また、ＣＨ２Ｆ２の添加量について以下に説明する。
【００４２】
図１０にＣＨ２Ｆ２添加量とレジスト膜１５のエッチングレートの関係を示す。ＣＨ２Ｆ２の添加量をある値以上に設定することによりレジスト膜１５上に堆積膜１７を形成しながらエッチングを行うことが可能である。
【００４３】
次に、第１段階から第２段階へと移行する時間設定について説明する。図１１にシリコン酸化膜からなる被加工膜１３のエッチング深さとエッチング時間との関係を示す。上記条件により第１段階目のエッチングを行う場合、一定時間ｔ０が経過した後エッチングが進行しない。従って、ｔ０以下のエッチング時間エッチングを行った後、第２段階目のエッチングへと移行する。本実施の形態の場合、第１段階目のエッチング終了時でシリコン酸化膜からなる被加工膜１３を約２５０ｎｍエッチングし、レジスト膜１５上に約４０ｎｍのＣＦ系の堆積膜１７を形成できる。
【００４４】
次に、図９に示すように、第２段階目として、残りの被加工膜１３をエッチングを行う。例えば、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：４Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２：１５／８００／２０  ｓｃｃｍ
本実施の形態によれば、有機系反射防止膜１４をエッチングする際のレジスト膜１５肩部での落ち込みがあっても、更に肩部にＣＦ系の堆積膜１７を堆積させながら被加工膜１３をエッチングする加工段階を付け加えることにより、被加工膜１３エッチング中に、レジスト膜１５肩部での残膜を保つことが出来、レジスト膜１５の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことが出来る。また実施形態１に比べ同一装置で処理を行うことが出来るため工程が簡単となり、実施形態２に比べＣＦ系堆積膜を堆積させる段階で同時にエッチングを行うため処理時間が短くなる利点がある。
【００４５】
この発明の第４の実施の形態を図１２および図１３に基づいて説明する。図１２および図１３はこの発明の第４の実施形態の半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図である。
【００４６】
図１２および図１３において、１１は半導体基板、１２は下地層、１３は被加工膜、１４は有機系反射防止膜、１５はレジスト膜、１６はＣＳ（炭素−硫黄）系の側壁保護膜、１７はＣＦ系の堆積膜である。
【００４７】
まず、図１２（ａ）に示すように、半導体基板１１上に下地層１２を介して被加工膜１３を形成し、その上に有機系反射防止膜１４、レジスト膜１５を順次形成する。被加工膜１３としては、シリコン酸化膜などの絶縁膜が想定されている。この場合、有機系反射防止膜１４の上にフォトレジストを塗付し、露光・現像を行ってホールパターン（微細パターン）を有するレジスト膜１５を形成する。この工程の後、ドライエッチングにより、有機系反射防止膜１４を所望の寸法に加工する工程と、被加工膜１３を所望の寸法に加工する工程とを行う。
【００４８】
すなわち、図１２（ｂ）に示すように、レジスト膜１５をマスクとして有機系反射防止膜１４を前記実施の形態１の方法によりよりエッチングする。例えば、低圧高密度プラズマ源を有する誘導結合型プラズマエッチング装置を使って、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：１．３３Ｐａ
ソースパワー：３００Ｗ、バイアスパワー：５０Ｗ
ＳＯ２：１５ｓｃｃｍ
この時、図１２（ｂ）に示すように、ＳＯ２（二酸化硫黄）ガス中の硫黄成分とレジスト膜１５あるいは有機系反射防止膜１４中の炭素成分とが結合して反応生成物が生成され、この反応生成物が側壁保護膜（保護堆積膜）１６として有機系反射防止膜１４及びレジスト膜１５の側壁にレジスト膜１５肩部よりも上に張り出して付着する。これによりレジスト膜１５の肩部は保護される。
【００４９】
この後、前記実施の形態３の方法によりシリコン酸化膜からなる被加工膜１３を２段階でエッチングを行う。すなわち第１段階では、レジスト膜１５上にＣＦ系の堆積膜１７を堆積させながら被加工膜１３を図１０（ｂ）に示すエッチングストップしない時間ｔ０以下の時間エッチングする。例えば、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：５Ｐａ
ソースパワー：１２００Ｗ、バイアスパワー：４００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／ＣＨ２Ｆ２／Ｏ２：８／８００／５／５  ｓｃｃｍ
エッチング時間：１ｍｉｎ
この時、図１２（ｃ）に示すように、ＣＳ系の堆積膜１６が、レジスト膜１５よりも上に張り出して堆積している上に更にＣＦ系の堆積膜１７を堆積させながら被加工膜１３をエッチングできる。
【００５０】
次に、図１３に示すように、第２段階目として、残りの被加工膜１３をエッチングを行う。例えば、平行平板型プラズマエッチング装置を用いて、以下の条件下でエッチングを行う。
圧力：４Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２：１５／８００／２０  ｓｃｃｍ
本実施の形態によれば、有機系反射防止膜１４をエッチングする際のレジスト膜１５肩部での落ち込みがなく、更に肩部に堆積膜１７を着けながら被加工膜１３をエッチングする加工段階を付け加えることにより、被加工膜１３エッチング中にレジスト膜１５肩部での残膜を保つことが出来、レジスト膜１５の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことが出来る。また実施の形態１から３に比べてレジストの残膜を厚くすることができる点で利点がある。
【００５１】
【発明の効果】
この発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法によれば、有機系反射防止膜を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２（二酸化硫黄）を用い、有機系反射防止膜を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜を形成するので、有機系反射防止膜をエッチングする際のレジスト膜肩部での落ち込みがなくなる。このため、被加工膜のエッチング中にレジスト膜肩部での残膜を保つことができ、レジスト膜の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。したがって、半導体装置の微細化、高集積化、高性能化、歩留りの向上を図ることができる。
【００５２】
この発明の請求項２記載の半導体装置の製造方法によれば、被加工膜を加工する工程を３段階で行い、各段階は、１段階目でレジスト膜上に選択的にＣＦ系堆積膜を堆積させられるアスペクト比の深さまで被加工膜をエッチングし、２段階目でレジスト膜上に選択的にＣＦ系堆積膜を堆積させ、３段階目で残りの被加工膜を加工するので、有機系反射防止膜をエッチングする際のレジスト膜肩部での落ち込みがあっても、レジスト膜に表面や肩部に選択的に堆積膜を堆積させる加工段階を付け加えることにより、被加工膜エッチング中にレジスト膜肩部での残膜を保つことができ、レジスト膜の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。したがって、半導体装置の微細化、高集積化、高性能化、歩留りの向上を図ることができる。また、有機系反射防止膜と被加工膜の加工において、同一ガス系、同一装置で処理を行うことができ、工程が簡単となる利点がある。
【００５３】
この発明の請求項３記載の半導体装置の製造方法によれば、被加工膜を加工する工程を２段階で行い、各段階は、１段階目でＣＨ２Ｆ２を添加したエッチングガスを用いてエッチングストップが起こる時間以下でレジスト膜上にＣＦ系堆積膜を堆積させながら被加工膜をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜を加工するので、有機系反射防止膜をエッチングする際のレジスト膜の肩部での落ち込みがあっても、さらに肩部にＣＦ系の堆積膜を堆積させながら被加工膜をエッチングする加工段階を付け加えることにより、被加工膜エッチング中に、レジスト膜肩部での残膜を保つことができ、レジスト膜の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。したがって、半導体装置の微細化、高集積化、高性能化、歩留りの向上を図ることができる。また、有機系反射防止膜と被加工膜の加工において、同一ガス系、同一装置で処理を行うことができ、工程が簡単となる利点がある。さらに、ＣＦ系堆積膜を堆積させる段階で同時にエッチングを行うため処理時間が短くなる利点がある。
【００５４】
この発明の請求項４記載の半導体装置の製造方法によれば、有機系反射防止膜を加工する工程の際、エッチングガスとしてＳＯ２（二酸化硫黄）を用い、有機系反射防止膜を加工するとともにレジスト膜肩部に張り出した保護堆積膜を形成し、かつ、被加工膜を加工する工程を２段階で行い、各段階は、１段階目でＣＨ２Ｆ２を添加したエッチングガスを用いてエッチングストップが起こる時間以下でレジスト膜上にＣＦ系堆積膜を堆積させながら被加工膜をエッチングし、２段階目で残りの被加工膜を加工するので、有機系反射防止膜をエッチングする際のレジスト膜肩部での落ち込みがなく、さらに肩部に堆積膜を堆積させながら被加工膜をエッチングする加工段階を付け加えることにより、被加工膜エッチング中にレジスト膜肩部での残膜を保つことができ、レジスト膜の肩落ちによるパターン崩れを防ぐことができる。したがって、半導体装置の微細化、高集積化、高性能化、歩留りの向上を図ることができる。また、レジスト膜の残膜を厚くすることができる点で利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態において側壁保護膜のレジスト膜上部への張り出し量と混合ガス中の酸素の混合比との関係を示す。
【図３】この発明の第２の実施形態の半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図である。
【図４】図３の次工程を示す断面図である。
【図５】この発明の第２の実施の形態においてレジスト膜表面へのＣＦ系の堆積膜の堆積量とコンタクトホール底面へのＣＦ系の堆積膜の堆積量の比とアスペクト比との関係を示すグラフである。
【図６】この発明の第２の実施の形態においてレジスト膜表面へのＣＦ系の堆積膜の堆積量とバイアスパワーの関係を示すグラフである。
【図７】この発明の第２の実施の形態において堆積膜の張り出し部のレジスト膜表面からの位置と圧力の関係を示すグラフである。
【図８】この発明の第３の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図９】図８の次工程を示す断面図である。
【図１０】この発明の第３の実施の形態においてＣＨ２Ｆ２添加量とレジスト膜のエッチングレートの関係を示すグラフである。
【図１１】この発明の第３の実施の形態においてシリコン酸化膜からなる被加工膜のエッチング深さとエッチング時間との関係を示すグラフである。
【図１２】この発明の第４の実施の形態の半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図１３】図１２の次工程を示す断面図である。
【図１４】従来例の半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【符号の説明】
１１  半導体基板
１２  下地層
１３  シリコン酸化膜からなる被加工膜
１４  有機系反射防止膜
１５  レジスト膜
１６  ＣＳ（炭素−硫黄）系の側壁保護膜
１７  ＣＦ系の堆積膜
１８  堆積膜の張り出し部
１９  レジスト膜肩部の落ち込み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１３】
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【図１４】
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