(57)【要約】【課題】露光工程で化学増幅レジスト膜中に発生するプロトン酸が被エッチング膜の少なくとも最上層に位置するＳｉ3Ｎ4やＴｉＮのような孤立電子対である窒素原子を構成原子とする膜に取り込まれること、被エッチング膜と化学増幅レジスト膜の界面で乱反射することを防止して露光工程後の現像処理により露光時のパターンに忠実なレジストパターンを形成し得る方法を提供する。【解決手段】少なくとも最上層に窒素原子を構成原子とする膜を有する被エッチング膜を基板上に形成する工程と、前記被エッチング膜を熱酸化処理を施してその表面に酸化層を形成する工程と、前記被エッチング膜上に化学増幅レジスト膜を形成する工程、前記化学増幅レジスト膜を選択的に露光し、現像する工程とを含むことを特徴とする。【選択図】    図３
2004205805.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも最上層に窒素原子を構成原子とする膜を有する被エッチング膜を基板上に形成する工程と、
前記被エッチング膜に熱酸化処理を施してその表面に酸化層を形成する工程と、
前記被エッチング膜上に化学増幅レジスト膜を形成する工程と、
前記化学増幅レジスト膜を選択的に露光し、現像する工程と
を含むことを特徴とするレジストパターンの形成方法。
【請求項２】
前記窒素原子を構成原子とする膜は、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化チタン膜、酸窒化チタン膜および窒化タングステン膜のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１記載のレジストパターンの形成方法。
【請求項３】
少なくとも最上層に窒素原子を構成原子とする膜を有する被エッチング膜を基板上に形成する工程と、
前記被エッチング膜に熱酸化処理を施してその表面に酸化層を形成する工程と、
前記被エッチング膜上に化学増幅レジスト膜を形成する工程と、
前記化学増幅レジスト膜を選択的に露光し、現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を選択的にエッチングする工程と
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記窒素原子を構成原子とする膜は、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化チタン膜、酸窒化チタン膜および窒化タングステン膜のうちのいずれかであることを特徴とする請求項３記載の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】
本発明は、半導体装置の製造におけるリソグラフィー工程でのレジストパターン形成方法および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学増幅レジストを用いたレジストパターンは、次のような方法によりの形成されている。まず、基板上の被エッチング膜表面に反射防止膜を形成し、この反射防止膜表面に化学増幅レジストを塗布し、乾燥して化学増幅レジスト膜を形成する。前記反射防止膜は、前記被エッチング膜による化学増幅レジストへの影響を防ぐために用いられる。つづいて、この化学増幅レジスト膜にレチクルを用いて所望のパターン露光を行って化学増幅レジストの露光領域に酸を発生させた後、熱処理を施して前記酸を拡散させ、さらに現像処理を行ってレジストパターンを形成する。
【０００３】
ところで、前述した反射防止膜の使用はレジストパターンをマスクとした被エッチング膜のエッチングにおいて異なるエッチャントを用いる２回のエッチングが必要になり、工程が煩雑化する。このようなことから、化学増幅型レジストの性能向上がなされ、反射防止膜を使用しなくとも所望のパターンを形成することが可能となってきている。
【０００４】
しかしながら、ＴｉＮ膜のような孤立電子対である窒素原子を構成原子とする被エッチング膜を用い、この被エッチング膜に反射防止膜を形成せずに化学増幅レジストを直接的に塗布、乾燥して化学増幅レジスト膜を形成すると、露光時において前記化学増幅レジスト膜中に発生したプロトン酸が前記被エッチング膜表面の孤立電子対に取り込まれ、プロトン酸の濃度がその化学増幅レジスト膜中に均一に分布せず、被エッチング膜との界面付近ほど低くなる。その結果、露光後の現像により形成されたレジストパターンの下部が食い込んだり、裾引きを生じたりする問題があった。
【０００５】
このようなことから、特許文献１には下地基板上に窒素原子を構成原子とする被エッチング膜を形成する工程と、この被エッチング膜の形成工程に続き、連続的に前記被エッチング膜表面にアッシング処理（６００℃のオゾンガスに短時間曝すかまたは酸素プラズマに曝す）を施す工程と、前記被エッチング膜上に化学増幅レジスト膜を形成する工程と、化学増幅レジスト膜を選択的に露光する工程と、この選択的に露光した化学増幅レジスト膜を現像処理してレジストマスクを形成する工程と、レジストマスクをマスクとして前記被エッチング膜をエッチングする工程とを有するパターン形成方法が記載されている。このような特許文献１によれば、段落［００１６］に『被エッチング膜表面をアッシングすることによって、被エッチング膜表面が僅かに酸化され、窒素原子の孤立電子対が消失あるいは減少するので、化学増幅レジスト膜中のプロトン酸が孤立電子対により失活する事態を低減してレジストマスクの形状異常を防止できる。』と記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−２６０２４６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１では、被エッチング膜を６００℃のオゾンガスに短時間曝すかまたは酸素プラズマに曝すアッシング処理において被エッチング膜表面に凹凸が生じる。その結果、アッシング処理後の被エッチング膜表面に化学増幅レジスト膜を形成し、露光する際、前記被エッチング膜と化学増幅レジスト膜の界面でその被エッチング膜表面の凹凸に起因する乱反射により解像性が低下する問題があった。
【０００８】
本発明は、露光工程で化学増幅レジスト膜中に発生するプロトン酸が被エッチング膜の少なくとも最上層に位置するＳｉ3Ｎ4やＴｉＮのような孤立電子対である窒素原子を構成原子とする膜に取り込まれること、被エッチング膜と化学増幅レジスト膜の界面で乱反射することを防止して露光工程後の現像処理により露光時のパターンに忠実なレジストパターンを形成し得る方法を提供しようとするものである。
【０００９】
本発明は、前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を所期目的の形状にエッチングし得る工程を含む半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るレジストパターンの形成方法は、少なくとも最上層に窒素原子を構成原子とする膜を有する被エッチング膜を基板上に形成する工程と、
前記被エッチング膜に熱酸化処理を施してその表面に酸化層を形成する工程と、
前記被エッチング膜上に化学増幅レジスト膜を形成する工程と、
前記化学増幅レジスト膜を選択的に露光し、現像する工程と
を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、少なくとも最上層に窒素原子を構成原子とする膜を有する被エッチング膜を基板上に形成する工程と、
前記被エッチング膜に熱酸化処理を施してその表面に酸化層を形成する工程と、
前記被エッチング膜上に化学増幅レジスト膜を形成する工程と、
前記化学増幅レジスト膜を選択的に露光し、現像してレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を選択的にエッチングする工程と
を含むことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
（第１工程）
少なくとも最上層に窒素原子を構成原子とする膜を有する被エッチング膜を基板上に形成した後、熱酸化処理を施して前記被エッチング膜表面に酸化層を形成する。
【００１４】
前記基板としては、シリコン基板のような半導体基板、ガラス基板等を用いることができる。ただし、本発明に係る半導体装置の製造方法においては基板としてシリコン基板のような半導体基板を用いる。
【００１５】
前記窒素原子を構成原子とする膜としては、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、窒化チタン膜、酸窒化チタン膜および窒化タングステン膜から選ばれるいずれかの膜が用いられる。
【００１６】
前記被エッチング膜は、前記窒素原子を構成原子とする膜からなる単層膜、または前記窒素原子を構成原子とする膜がＡｌ，Ｃｕのような金属膜と共に積層され、前記窒素原子を構成原子とする膜が最上層に位置する積層膜を用いることができる。
【００１７】
前記熱酸化処理は、例えば大気のような酸素を含む常圧の雰囲気中、２５０〜５００℃の条件下で行うことができる。
【００１８】
前記被エッチング膜表面に形成される酸化層は、この上に形成される化学増幅レジスト膜の露光時においてそのレジスト膜中に発生したプロトン酸が被エッチング膜表面の孤立電子対である窒素に取り込まれるのを防ぐバリア膜として機能する。このような酸化層は、厚さを薄くしすぎるとそのバリア膜としての機能を発現できず、他方、厚くしすぎるとレジストパターンをマスクとした被エッチング膜のエッチングの障害となる。
【００１９】
（第２工程）
前記被エッチング膜上に化学増幅レジスト膜を形成した後、この化学増幅レジスト膜を選択的に露光し、現像することによりレジストパターンを形成する。
【００２０】
前記化学増幅レジストとしては、例えば酸により分解する置換基を有する化合物、光照射により酸を発生する化合物およびアルカリ可溶性樹脂を含む組成を有する。このような化学増幅レジストは、例えばＪＳＲ社製商品名のＭ２０Ｇ，Ｖ２１０Ｇとして市販されている。
【００２１】
前記露光は、例えばＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、Ｆ2エキシマレーザ等を露光源として用いてなされる。
【００２２】
前記現像は、例えばテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液のようなアルカリ現像液を用いて行なうことができる。
【００２３】
なお、前記露光後、現像処理前に熱処理を施して露光時に前記化学増幅レジスト膜に発生させた酸を拡散させることを許容する。
【００２４】
（第３工程）
前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を選択的にエッチングして基板上にＴｉＮ等の窒素原子を構成原子とする材料を有するパターンを形成する。
【００２５】
以上説明したように、本発明によれば少なくとも最上層にＴｉＮ膜のような窒素原子を構成原子とする膜を有する被エッチング膜を基板上に形成し、この被エッチング膜に熱酸化処理を施すことによって、窒素原子を構成原子とする膜の表面に平滑な酸化層を形成することができる。つづいて、前記被エッチング膜表面の酸化層に化学増幅レジスト膜を形成し、この化学増幅レジスト膜を選択的に露光する。この露光工程において、前記化学増幅レジスト膜中にプロトン酸が発生するが、被エッチング膜表面に形成した酸化層のバリア作用により、プロトン酸がＴｉＮのような孤立電子対（Ｎ）を持つ膜に取り込まれるのを防止できる。その結果、化学増幅レジスト膜中のプロトン酸濃度を均一化できる。また、前記被エッチング膜表面に平滑な酸化層を形成できるため、前記露光工程において酸化層で乱反射するのを防止できる。
【００２６】
したがって、前記露光工程後の現像処理において前記被エッチング膜の界面近傍で食い込んだり、裾引きを生じたりすることなく、露光時のパターンに忠実な高精度のレジストパターンを形成することができる。
【００２７】
また、本発明によれば前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を選択的にエッチングすることによって、基板上にＴｉＮ等の窒素原子を構成原子とする材料を有する所望のパターンが形成された半導体装置を製造することができる。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本実施例１のレジストパターンの形成に用いられる処理設備を示す概略斜視図である。
【００３０】
Ｌ字形のテーブル１上には、ロード側ウェハボート２、アンロード側ウェハボート３、高温熱処理装置４および低温熱処理装置５が設置されている。塗布装置６および露光装置７は、前記高温熱処理装置４と対向するように配置されている。現像装置８は前記低温熱処理装置５と対抗するように配置されている。前記ロード側ウェハボート２内のウェハを前記各装置に搬送するための搬送装置９は、前記露光装置７と前記高温熱処理装置４の間に配置されている。この搬送装置９は、前記露光装置７と前記高温熱処理装置４の間に配置された回転および上下動可能な主アーム１０と、この主アーム１０に水平方向に移動可能に取り付けられ、ウェハを搬送するための搬送アーム１１とを備えている。
【００３１】
（実施例１）
まず、図２の（Ａ）に示すようにシリコンウェハ２１の表面に絶縁膜２２を形成した後、この絶縁膜２２上に厚さ１０ｎｍの第１Ｔｉ膜２３、厚さ１０ｎｍの第１ＴｉＮ膜２４、厚さ２５００ｎｍのＡｌ膜２５、厚さ１０ｎｍの第２Ｔｉ膜２６および厚さ１０ｎｍの第２ＴｉＮ膜２７をこの順序で成膜して５層構造の被エッチング膜２８を形成した。このような被エッチング膜２８が被覆されたシリコンウェハ２１を図１の処理設備のロード側ウェハボート２内に複数枚収納した。
【００３２】
次いで、搬送装置９の搬送アーム１１により前記ロード側ウェハボート２内のウェハ２１を高温熱処理装置４内に搬送し、大気中、３５０℃で７秒間熱酸化処理した。この時、図２の（Ｂ）に示すように被エッチング膜２８の最上層のＴｉＮ膜２７に厚さ１ｎｍの酸化層２９が形成された。
【００３３】
次いで、搬送装置９の搬送アーム１１により高温熱処理装置４内のウェハ２１を塗布装置６に搬送し、ここで化学増幅レジスト（ＪＳＲ社製商品名；Ｍ２０Ｇ）を前記ウェハ２１上の酸化層２９表面に塗布し、乾燥することにより図２の（Ｃ）に示すように酸化層２９表面に化学増幅レジスト膜３０を形成した。
【００３４】
次いで、搬送装置９の搬送アーム１１により塗布装置６上のウェハ２１を露光装置７に搬送し、ここで化学増幅レジスト膜３０に１６ｍＪ／ｃｍ2のＫｒＦエキシマレーザを選択的に照射してパターン露光を行なった。つづいて、前記搬送装置９の搬送アーム１１により露光装置７内のウェハ２１を低温熱処理装置５に搬送し、ここで大気中、１５０℃で加熱して前記露光により前記化学増幅レジスト膜３０に発生した酸を拡散させた。ひきつづき、搬送装置９の搬送アーム１１により低温熱処理装置５内のウェハ２１を現像装置８に搬送し、ここで露光後の化学増幅レジスト膜３０をテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）の水溶液（現像液）で現像した。この時、図３の（Ｄ）に示すように被エッチング膜２８側に裾引きを生じることなく、０．２μｍのライン、スペースで矩形形状のレジストパターン３１が高精度で形成された。この後、搬送装置９の搬送アーム１１により現像装置８のウェハ２１をアンロード側ウェハボート３に搬送して収納した。
【００３５】
次いで、アンロード側ウェハボート３内のウェハ２１を図示しないエッチング装置に搬送し、レジストパターン３１をマスクとして前記被エッチング膜２８をエッチャントとしてＣｌ2ガスを用いるリアクティブイオンエッチングで選択的に除去し、さらにレジストパターン３１をアッシング除去することにより図３の（Ｅ）に示すように絶縁膜２２上にレジストパターン３１に忠実な形状を有する５層構造の配線３２を形成した。
【００３６】
（比較例１）
シリコンウェハ２１の被エッチング膜２８のＴｉＮ膜２７に実施例１と同様な化学増幅レジスト膜を直接被覆し、実施例１と同様にパターン露光、低温熱処理、現像処理を施した。その結果、図４に示すように形成されたレジストパターン４１は被エッチング膜２８側に裾引きを生じた。
【００３７】
なお、前記実施例では窒素原子を構成原子とする膜として窒化チタン膜を用いたが、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、酸窒化チタン膜および窒化タングステン膜から選ばれるいずれかの膜でも前述した実施例と同様な効果を発揮できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば露光工程で化学増幅レジスト膜中に発生するプロトン酸が被エッチング膜の少なくとも最上層に位置するＳｉ3Ｎ4やＴｉＮのような孤立電子対である窒素原子を構成原子とする膜に取り込まれること、被エッチング膜と化学増幅レジスト膜の界面で乱反射することを防止して露光工程後の現像処理により露光時のパターンに忠実なレジストパターンを形成し得る方法を提供できる。
【００３９】
また、本発明によれば前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜を所期目的の形状にエッチングし得る工程を含む半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例１のレジストパターンの形成に用いられる処理設備を示す概略斜視図。
【図２】本実施例１におけるパターンの形成工程を示す断面図。
【図３】本実施例１におけるパターンの形成工程を示す断面図。
【図４】比較例１により形成されたレジストパターンを示す断面図。
【符号の説明】
１…テーブル、２…ロード側ウェハボート、３…アンロード側ウェハボート、４…高温熱処理装置、５…低温熱処理装置、６…塗布装置、７…露光装置、８…現像装置、９…搬送装置、２１…シリコンウェハ、２２…絶縁膜、２３，２６…Ｔｉ膜、２４，２７…ＴｉＮ膜、２９…被エッチング膜、３０…化学増幅レジスト膜、３１…レジストパターン、３２…配線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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