(57)【要約】【課題】多層レジストを用いた半導体装置の製造方法において、上層レジスト膜の剥離現象や下層レジスト膜のサイドエッチ現象の発生を防止すること。【解決手段】本発明では、半導体基板の上部に被エッチング膜を形成し、この被エッチング膜の上部に下層レジスト膜を形成し、この下層レジスト膜の上部に金属を含有する上層レジスト膜を所定形状に形成し、この上層レジスト膜をマスクとして用いてスパッタリング性能を有するガスを含有するエッチングガスで前記下層レジスト膜をエッチングすることによって前記下層レジスト膜を所定形状に形成して多層レジストマスクを形成し、その後、この多層レジストマスクを用いて被エッチング膜を所定形状にエッチングすることによって半導体装置を製造することにした。【選択図】          図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング膜の上部に下層レジスト膜を形成し、この下層レジスト膜の上部に金属を含有する上層レジスト膜を所定形状に形成し、その後、この上層レジスト膜をマスクとして用いてスパッタリング性能を有するガスを含有するエッチングガスで前記下層レジスト膜をエッチングすることによって前記下層レジスト膜を所定形状に形成することを特徴とする多層レジストマスクの形成方法。
【請求項２】
前記エッチングガスは、窒素を含有していないことを特徴とする請求項１記載の多層レジストマスクの形成方法。
【請求項３】
半導体基板の上部に被エッチング膜を形成し、この被エッチング膜の上部に下層レジスト膜を形成し、この下層レジスト膜の上部に金属を含有する上層レジスト膜を所定形状に形成し、この上層レジスト膜をマスクとして用いてスパッタリング性能を有するガスを含有するエッチングガスで前記下層レジスト膜をエッチングすることによって前記下層レジスト膜を所定形状に形成して多層レジストマスクを形成し、その後、この多層レジストマスクを用いて被エッチング膜を所定形状にエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記エッチングガスは、窒素を含有していない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、多層レジストマスクの形成方法及びこれを用いた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、半導体装置の高集積化を図るために、半導体基板上に形成されるパターンの微細化が進んでおり、かかるパターンの微細化を実現する方法として多層レジストマスクを用いた半導体装置の製造方法が開発されている。
【０００３】
この多層レジストマスクを用いた半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成した被エッチング膜の上部に下層レジスト膜と上層レジスト膜とを順に形成し、この上層レジスト膜の上部にフォトレジストを塗布した後に、フォトレジストを露光及び現像することで上層レジスト膜の上部に所定形状のフォトレジスト膜を形成し、その後、上層レジスト膜を所定形状にエッチングするとともに、この上層レジスト膜をマスクとして下層レジスト膜を所定形状にエッチングすることによって被エッチング膜の上部に所定形状の多層レジストマスクを形成し、その後、この多層レジストマスクを用いて被エッチング膜をエッチングするものである。
【０００４】
そして、多層レジストマスクを用いた半導体装置の製造方法は、上層レジスト膜をエッチングする際に、エッチングガスや膜質などの組合せを選択しておくことで上層レジストを下方に向かうにしたがって幅が狭くなるようにエッチングし、また、下層レジスト膜として半導体基板からの光の反射を吸収する素材のものを用いることでフォトレジストの露光時の乱反射を防止してフォトレジスト膜を所定形状に正確に露光・現像できるようにしている。
【０００５】
これにより、フォトレジスト膜を所定形状に精度良く形成することができるとともに、このフォトレジスト膜の開口よりも狭い幅で被エッチング膜をエッチングすることができるので、フォトレジスト膜を単層レジスト膜として使用する場合に比べて被エッチング膜を微細にエッチングすることができる。
【０００６】
この多層レジストマスクを用いた半導体装置の製造方法について具体的に説明すると、まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１０１の上部に二酸化シリコンからなる被エッチング膜１０２を形成する。
【０００７】
次に、図３（ｂ）に示すように、被エッチング膜１０２の上部に塗布型炭素膜からなる下層レジスト膜１０３を形成する。
【０００８】
次に、図３（ｃ）に示すように、下層レジスト膜１０３の上部に塗布型シリコン酸化膜（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｒａｓｓ）からなる上層レジスト膜１０４を形成する。
【０００９】
次に、図３（ｄ）に示すように、上層レジスト膜１０４の上部にフォトレジスト膜１０５を塗布する。
【００１０】
次に、図３（ｅ）に示すように、フォトレジスト膜１０５の露光及び現像を行って、フォトレジスト膜１０５を所定形状に成形する。
【００１１】
次に、図３（ｆ）に示すように、フォトレジスト膜１０５をマスクとして上層レジスト膜１０４を所定形状にエッチングする。
【００１２】
次に、上層レジスト膜１０４をマスクとして下層レジスト膜１０３を所定形状にエッチングすることによって多層レジストマスク１０６を形成した後に、この多層レジストマスク１０６をマスクとして被エッチング膜１０２を所定形状にエッチングする。
【００１３】
そして、従来においては、この下層レジスト膜１０３をエッチングして多層レジストマスク１０６を形成する際に、窒素を含有するエッチングガスや酸素を含有するエッチングガスを用いてエッチングしていた（たとえば、特許文献１参照）。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−９３７７８号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、窒素を含有するエッチングガスや酸素を含有するエッチングガスを用いて下層レジスト膜１０３をエッチングすると、マスクである上層レジスト膜１０４の開口幅よりも広い幅で下層レジスト膜１０３がエッチングされてしまい、それに伴って、被エッチング膜１０２を微細形状にエッチングすることができなくなるおそれがあった。
【００１６】
すなわち、窒素を含有するエッチングガスを使用した場合には、窒素分子が上層レジスト膜１０４を変質させ、この変質層によりエッチング中の温度上昇にともなう下層レジスト膜１０４からの脱ガスが阻害されるため、上層レジスト膜１０４と下層レジスト膜１０３との界面近傍で脱ガスによる発泡が発生することによって上層レジスト膜１０４と下層レジスト膜１０３とが剥離してしまい、図４に示すように、上層レジスト膜１０４の開口幅よりも広い幅で下層レジスト膜１０３がエッチングされていた。
【００１７】
また、酸素を含有するエッチングガスを使用した場合には、酸素ラジカルの強力なエッチング作用によって、図５に示すように、下層レジスト膜１０３が横方向にまでエッチング（サイドエッチ）されてしまい、上層レジスト膜１０４の開口幅よりも広い幅で下層レジスト膜１０３がエッチングされていた。
【００１８】
このように、従来のエッチングガスでは、上層レジスト膜１０４の剥離現象や下層レジスト膜１０３のサイドエッチ現象によって、下層レジスト膜１０３を所定形状に正確にエッチングすることができないために、被エッチング膜１０２を微細形状にエッチングすることができなかった。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
そこで、請求項１に係る本発明では、被エッチング膜の上部に下層レジスト膜を形成し、この下層レジスト膜の上部に金属を含有する上層レジスト膜を所定形状に形成し、その後、この上層レジスト膜をマスクとして用いてスパッタリング性能を有するガスを含有するエッチングガスで前記下層レジスト膜をエッチングすることによって前記下層レジスト膜を所定形状に形成することにした。
【００２０】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記エッチングガスは、窒素を含有していないことにした。
【００２１】
また、請求項３に係る本発明では、半導体基板の上部に被エッチング膜を形成し、この被エッチング膜の上部に下層レジスト膜を形成し、この下層レジスト膜の上部に金属を含有する上層レジスト膜を所定形状に形成し、この上層レジスト膜をマスクとして用いてスパッタリング性能を有するガスを含有するエッチングガスで前記下層レジスト膜をエッチングすることによって前記下層レジスト膜を所定形状に形成して多層レジストマスクを形成し、その後、この多層レジストマスクを用いて被エッチング膜を所定形状にエッチングすることにした。
【００２２】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記エッチングガスは、窒素を含有していないことにした。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る多層レジストマスクを用いた半導体装置の製造方法は、半導体基板の上部に被エッチング膜を形成し、この被エッチング膜の上部に有機膜からなる下層レジスト膜を形成し、この下層レジスト膜の上部に金属（シリコン）を含有する塗布型シリコン酸化膜からなる上層レジスト膜を所定形状に形成し、この上層レジスト膜をマスクとして用いてスパッタリング性能を有する希ガス（不活性ガス、たとえば、アルゴンやキセノンなど）と酸素との混合ガスで前記下層レジスト膜をエッチングすることによって前記下層レジスト膜を所定形状に形成して多層レジストマスクを形成し、その後、この多層レジストマスクをマスクとして用いて被エッチング膜を所定形状にエッチングするものである。
【００２４】
このように、金属を含有する上層レジスト膜をマスクとして下層レジスト膜をエッチングする際に、スパッタリング性能を有するガスを含有するエッチングガスを用いているため、スパッタリング性能を有するガスによって上層レジスト膜に含有される金属がスパッタリングされるとともに、その金属が下層レジスト膜の開口部側壁に付着して、下層レジスト膜の開口部側壁がエッチングガスによってサイドエッチされるのを抑制することができ、上層レジスト膜の開口幅と同一幅で下層レジスト膜をエッチングすることができる。
【００２５】
また、エッチングガスに窒素が含有されていないため、下層レジスト膜と上層レジスト膜との剥離を防止することができ、これによっても、上層レジスト膜の開口幅と同一幅で下層レジスト膜をエッチングすることができる。
【００２６】
そのため、所定形状に正確に成形した多層レジストマスクをマスクとして被エッチング膜をエッチングすることで、被エッチング膜を微細形状にエッチングすることができる。
【００２７】
以下に、本発明に係る半導体装置の製造方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２８】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコンウエハからなる半導体基板１の上部に二酸化シリコンからなる被エッチング膜２を形成する。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、被エッチング膜２の上部に塗布型炭素膜からなる下層レジスト膜３を形成する。ここでは、被エッチング膜２の上部に下層レジスト膜３をスピンコート法を用いて塗布している。
【００３０】
このように、下層レジスト膜３としては、半導体基板１からの光の反射を吸収する素材の有機膜を用いている。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示すように、下層レジスト膜３の上部に塗布型シリコン酸化膜（ＳＯＧ：Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｒａｓｓ）からなる上層レジスト膜４を形成する。ここでは、下層レジスト膜３の上部に上層レジスト膜４をスピンコート法を用いて塗布している。
【００３２】
このように、上層レジスト膜４には、金属であるシリコンを含有する塗布型シリコン酸化膜を用いている。
【００３３】
次に、図１（ｄ）に示すように、上層レジスト膜４の上部にフォトレジスト膜５を塗布する。
【００３４】
次に、図２（ａ）に示すように、フォトレジスト膜５の露光及び現像を行って、フォトレジスト膜５を所定形状に成形する。
【００３５】
ここで、下層レジスト膜３として半導体基板１からの光の反射を吸収する素材のものを用いているため、フォトレジスト膜５の露光時に半導体基板１からの乱反射を防止することができ、露光時のにじみやぼけを未然に防止することができるので、フォトレジスト膜５を所定形状に正確に露光・現像することができる。
【００３６】
次に、図２（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜５をマスクとして上層レジスト膜４をドライエッチング法を用いて所定形状にエッチングする。
【００３７】
この上層レジスト膜４をエッチングする際には、エッチングガスや上層レジスト膜４の膜質などの組合せを選択しておくことで、上層レジスト膜４を下方に向かうにしたがって幅が狭くなるようにエッチングしている。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すように、上層レジスト膜４をマスクとして下層レジスト膜３をドライエッチング法を用いて所定形状にエッチングする。これにより、所定形状に加工した上層レジスト膜４と下層レジスト膜３とからなる多層レジストマスク７を形成する。
【００３９】
最後に、図２（ｄ）に示すように、下層レジスト膜３をマスクとして被エッチング膜２を所定形状にエッチングする。
【００４０】
そして、本発明では、金属を含有する上層レジスト膜４をマスクとして下層レジスト膜３をエッチングする際に、スパッタリング性能を有するアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスをエッチングガスとして使用して、プラズマエッチングを行っている。ここで、エッチングガス中の酸素とアルゴンとの含有比率は、１：５〜１：２とし、エッチング圧力は、１５ｍＴｏｒｒ〜４０ｍＴｏｒｒとしている。
【００４１】
このように、シリコンを含有する上層レジスト膜４をマスクとして下層レジスト膜３をエッチングする際のエッチングガスとして、スパッタリング性能を有するガスを含有させているため、スパッタリング性能を有するガスによって上層レジスト膜４に含有されるシリコンがスパッタリングされるとともに、そのシリコンが下層レジスト膜３の開口部側壁６に付着して、下層レジスト膜３の開口部側壁６がエッチングガスによってサイドエッチされるのを抑制することができ、上層レジスト膜４の開口幅と同一幅で下層レジスト膜３をエッチングすることができる。
【００４２】
また、エッチングガスに窒素を含有させていないため、下層レジスト膜３と上層レジスト膜４との剥離を防止することができ、これによっても、上層レジスト膜４の開口幅と同一幅で下層レジスト膜３をエッチングすることができる。
【００４３】
そのため、所定形状に正確に成形した下層レジスト膜３をマスクとして被エッチング膜２をエッチングすることで、被エッチング膜２を微細形状にエッチングすることができる。
【００４４】
なお、エッチングガス中の酸素ガスと希ガスとの混合比率は、１：５〜１：２とした場合に限定されるものではないが、酸素ガスの混合比率が高くなると、サイドエッチが発生するおそれがあり、一方、酸素ガスの混合比率が低くなると、エッチングに要する処理時間が長くなる。また、エッチング圧力は、１５ｍＴｏｒｒ〜４０ｍＴｏｒｒとした場合に限定されるものではないが、これも、エッチング圧力が高くなると、サイドエッチが発生するおそれがあり、一方、エッチング圧力が低くなると、エッチングに要する処理時間が長くなる。
【００４５】
【発明の効果】
本発明は、以上に説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００４６】
すなわち、請求項１に係る本発明では、被エッチング膜の上部に下層レジスト膜を形成し、この下層レジスト膜の上部に金属を含有する上層レジスト膜を所定形状に形成し、その後、この上層レジスト膜をマスクとして用いてスパッタリング性能を有するガスを含有するエッチングガスで前記下層レジスト膜をエッチングすることによって前記下層レジスト膜を所定形状に形成しているため、下層レジスト膜のサイドエッチ現象の発生を防止することができ、下層レジスト膜を所定形状に正確にエッチングすることができ、これにより、被エッチング膜を微細形状にエッチングすることができる。
【００４７】
また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記エッチングガスに窒素を含有させていないため、上層レジスト膜の剥離現象の発生を防止することができ、これによっても、下層レジスト膜を所定形状に正確にエッチングすることができ、被エッチング膜を微細形状にエッチングすることができる。
【００４８】
また、請求項３に係る本発明では、半導体基板の上部に被エッチング膜を形成し、この被エッチング膜の上部に下層レジスト膜を形成し、この下層レジスト膜の上部に金属を含有する上層レジスト膜を所定形状に形成し、この上層レジスト膜をマスクとして用いてスパッタリング性能を有するガスと酸素との混合ガスで前記下層レジスト膜をエッチングすることによって前記下層レジスト膜を所定形状に形成し、その後、この下層レジスト膜をマスクとして用いて被エッチング膜を所定形状にエッチングしているため、下層レジスト膜のサイドエッチ現象の発生を防止することができ、下層レジスト膜を所定形状に正確にエッチングすることができ、これにより、被エッチング膜を微細形状にエッチングすることができる。
【００４９】
また、請求項４に係る本発明では、前記請求項３に係る本発明において、前記エッチングガスに窒素を含有させていないため、上層レジスト膜の剥離現象の発生を防止することができ、これによっても、下層レジスト膜を所定形状に正確にエッチングすることができ、被エッチング膜を微細形状にエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の製造方法（前半）を示す説明図。
【図２】本発明に係る半導体装置の製造方法（後半）を示す説明図。
【図３】従来の半導体装置の製造方法を示す説明図。
【図４】上層レジスト膜の剥離現象を示す説明図。
【図５】下層レジスト膜のサイドエッチを示す説明図。
【符号の説明】
１  半導体基板
２  被エッチング膜
３  下層レジスト膜
４  上層レジスト膜
５  フォトレジスト膜
６  開口部側壁
７  多層レジストマスク
【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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