(57)【要約】  【課題】  レジスト倒れを発生させることなく、微細パターンを実現できるようにする。  【解決手段】  シリコンからなる半導体基板１の上にシリコン酸化膜２を形成する。続いて、シリコン酸化膜２の上に炭素を含むレジスト膜を形成した後、形成したレジスト膜に対してパターンニングを行なってレジストパターン３を形成する。続いて、レジストパターン３を二酸化硫黄ガスにさらし、その後、二酸化硫黄ガスにさらしたレジストパターン３をマスクとして、シリコン酸化膜２に対してドライエッチングを行なう。【選択図】      図１
2004200654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料からなる薄膜を形成する工程と、
前記薄膜の上に炭素を含むレジスト膜を形成した後、形成したレジスト膜に対してパターンニングを行なって、前記レジスト膜から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硫黄を含むガスにさらす工程と、
硫黄を含むガスにさらした前記レジストパターンをマスクとして、前記薄膜に対してドライエッチングを行なう工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記無機材料はシリコンを含み、前記ドライエッチングに用いるエッチングガスはフルオロカーボンガスであ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】
前記硫黄を含むガスは二酸化硫黄であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記硫黄を含むガスはプラズマ状態にあることを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記レジストパターンを硫黄を含むガスにさらす工程と前記ドライエッチングを行なう工程とは、同一の工程であることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記レジストパターンにおけるライン幅は２００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記レジストパターンにおける高さとライン幅との比の値は２．８以上であることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれか１項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、レジストパターンによるドライエッチング工程におけるレジスト倒れを防止できる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置の製造方法について図面を参照しながら説明する。
【０００３】
図３（ａ）〜図３（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【０００４】
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１０１の上部に、熱酸化膜１０２を形成する。続いて、形成した熱酸化膜１０２の上にレジスト膜を塗布し、その後、リソグラフィ法により、レジスト膜をパターニングしてレジストパターン１０３を形成する。
【０００５】
次に、図３(ｂ)に示すように、レジストパターン１０３をマスクとして、熱酸化膜１０２に対してドライエッチングを行なう。エッチング条件は、例えば容量結合型プラズマエッチング装置を用いる場合には、テトラフルオロカーボン（ＣＦ4 ）を５０ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給し、トリフルオロメチル（ＣＨＦ3 ）を３０ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給し、酸素（Ｏ2 ）を５ｍｌ／ｍｉｎの流量で供給し、ガス圧力を５Ｐａとし、上部放電電力を１０００Ｗとし、下部放電電力を１５００Ｗとする。ここで、各ガスの流量は標準状態、すなわち０℃で且つ１ａｔｍである。
【０００６】
近年、半導体装置の加工寸法はますます微細化されているため、被エッチング膜をパターニングするマスクであるレジストパターン１０３に対してもより小さいパターン寸法が要求されている。そのため、レジストパターン１０３の物理的強度はますます小さくなってきている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
その上、被エッチング膜の膜厚は半導体装置が微細化されてもほとんど変化がないため、ドライエッチング時の対レジスト選択比を確保する必要から、レジストパターン１０３の膜厚を小さくすることができず、パターン形成時のレジストパターン１０３のアスペクト比（レジストパターンの高さ／レジストパターンのライン幅）の値は、ますます大きくなってきている。
【０００８】
一方、ドライエッチング工程において、レジストパターン１０３は、半導体基板１０１の主面に対して垂直な方向だけでなく水平な方向にもエッチングされるため、エッチング中にレジストパターン１０３のライン幅はさらに小さくなる。また、ドライエッチングに用いるプラズマからの熱や紫外線の影響により、レジストパターン１０３には熱ストレスや変質に伴う応力が発生する。その結果、加工寸法が微細になるに連れて、レジストパターン１０３の強度の不足から、図３（ｂ）に示すように、レジストパターン１０３の上部が倒れる、いわゆるレジスト倒れ１０３ａが生じる。レジスト倒れ１０３ａが生じたレジストパターン１０３は、そのままエッチングマスクとして機能し、熱酸化膜１０２におけるレジスト倒れ１０３ａの下方部分に対するエッチングが阻害される結果、図３（ｃ）に示すように、熱酸化膜１０２にパターン異常部１０２ａが形成されてしまう。
【０００９】
従って、図３（ｄ）に示すように、アッシング処理及び洗浄処理を行なって、レジストパターン１０３を除去しても、熱酸化膜１０２にはパターン異常部１０２ａがそのまま残存する。
【特許文献１】国際公開第９８/３２１６２号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来の半導体装置の製造方法は、被処理膜に対するエッチング時にレジストパターン１０３にレジスト倒れ１０３ａが生じるという問題がある。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題を解決し、レジスト倒れを発生させることなく、微細パターンを実現できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明者らは、種々の検討を重ねた結果、パターニングしたレジストパターンを硫黄を含むガスにさらすと、レジストパターンの側壁の強度が増すという知見を得ている。
【００１３】
具体的には、通常用いられるノボラック等の有機材料からなり、炭素を含むレジストパターンを、例えば二酸化硫黄からなるガスにさらし、オージェ電子分光（ＡＥＳ）法により測定した結果、レジストパターンの側壁に硫黄原子を確認している。さらに、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）法により、炭素（Ｃ）と硫黄（Ｓ）との結合（以下、Ｃ−Ｓ結合と呼ぶ。）が存在することを確認している。Ｃ−Ｓ結合を含む化合物は、蒸気圧が比較的に低いため、レジストパターンの側壁から脱離せずに残留する。その上、Ｃ−Ｓ結合の結合エネルギーは１７５ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、この値は炭素同士の結合（Ｃ−Ｃ結合）の結合エネルギーの値である１４４ｋｃａｌ／ｍｏｌよりも大きいため、レジストパターンの側壁の強度が増し、その結果、レジスト倒れを防止できるようになる。
【００１４】
具体的に、本発明に係る半導体装置の製造方法は、無機材料からなる薄膜を形成する工程と、薄膜の上に炭素を含むレジスト膜を形成した後、形成したレジスト膜に対してパターンニングを行なって、レジスト膜からレジストパターンを形成する工程と、レジストパターンを硫黄を含むガスにさらす工程と、硫黄を含むガスにさらしたレジストパターンをマスクとして、薄膜に対してドライエッチングを行なう工程とを備えている。
【００１５】
本発明の半導体装置の製造方法によると、炭素を含むレジスト膜からレジストパターンを形成した後、レジストパターンを硫黄を含むガスにさらすため、前述したように、レジストパターンの側壁にＣ−Ｓ結合を含む化合物が生成されるので、レジストパターンの側壁の強度が増す。その結果、微細化されたレジストパターンに生じるレジスト倒れを防止できるようになるので、無機材料からなる薄膜に所望の微細パターンを得ることができる。
【００１６】
なお、特許文献１における二酸化硫黄ガスは、有機材料からなる薄膜をエッチングするために用いられており、本発明のエッチング対象が無機材料からなる場合と異なる。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法において、無機材料はシリコンを含み、ドライエッチングに用いるエッチングガスはフルオロカーボンガスであることが好ましい。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法において、硫黄を含むガスは二酸化硫黄であることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、硫黄を含むガスはプラズマ状態にあることが好ましい。
【００２０】
本発明の半導体装置の製造方法において、レジストパターンを硫黄を含むガスにさらす工程とドライエッチングを行なう工程とは同一の工程であることが好ましい。このようにすると、レジストパターンを硫黄を含むガスにさらすだけの工程を設ける必要がなくなるため、製造プロセスのスループットが向上する。
【００２１】
本発明の半導体装置の製造方法において、レジストパターンにおけるライン幅は２００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
また、本発明の半導体装置の製造方法において、レジストパターンにおける高さとライン幅との比の値は２．８以上であることが好ましい。
【００２３】
このように、レジストパターンが微細で且つ高アスペクト比の場合に、本発明の効果がより顕著となる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明に掛かる半導体装置の製造方法によると、レジストパターンの側壁の強度が増すため、レジスト倒れを防止できるようになるので、無機材料からなる薄膜に所望の微細パターンを得ることができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
図１（ａ）〜図１（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００２７】
まず、図１（ａ）に示すように、シリコン（Ｓｉ）からなる半導体基板１の上部に、例えば熱酸化法により、無機物であるシリコン酸化膜２を形成する。続いて、形成したシリコン酸化膜２の上にレジスト膜を塗布し、その後、リソグラフィ法により、レジスト膜をパターニングしてレジストパターン３を形成する。
【００２８】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１上のレジストパターンをプラズマ状の二酸化硫黄（ＳＯ2 ）にさらすことにより、レジストパターン３の側壁にＣ−Ｓ結合を含むＣ−Ｓ反応部３ａを形成する。具体的には、プラズマの生成には、例えば誘導結合型プラズマエッチング装置を用い、二酸化硫黄の流量を５０ｍｌ／ｍｉｎ（０℃、１ａｔｍ）とし、ガスの圧力を１Ｐａとし、上部放電電力を２００Ｗとし、下部放電電力を３０Ｗとする。このプラズマ照射により、二酸化硫黄が分解（プラズマ化）されて発生した硫黄が、レジストパターン３に含まれる炭素とＣ−Ｓ結合して、レジストパターン３の各側壁にＣ−Ｓ反応部３ａを形成する。形成されたＣ−Ｓ反応部３ａは、レジストパターン３の各側壁を保護すると共に該レジストパターン３の強度を向上する。このとき、シリコン酸化膜２は硫黄とはほとんど反応しないため、シリコン酸化膜２の表面にはほとんど付着せず、次工程のシリコン酸化膜２に対するドライエッチング工程には影響しない。
【００２９】
次に、図１(ｃ)に示すように、フルオロカーボンガスをエッチングガスに用い、レジストパターン３をマスクとして、シリコン酸化膜２をエッチングする。フルオロカーボンガスには、例えばテトラフルオロカーボン（ＣＦ4 ）とトリフルオロメチル（ＣＨＦ3 ）を用いる。このとき、レジストパターン３の各側壁はＣ−Ｓ反応部３ａにより保護されているため、レジストパターン３が倒れることなくエッチングを行なうことができる。
【００３０】
次に、図１（ｄ）に示すように、アッシング及び洗浄処理により、レジストパターン３を除去する。
【００３１】
この後は、通常の方法により半導体装置を完成させる。
【００３２】
このように、第１の実施形態によると、形成したレジストパターン３を硫黄を含むガスにさらすことにより、レジストパターン３の各側壁がＣ−Ｓ反応部３ａにより保護され且つその強度が増す。このため、レジストパターン３に生じるレジスト倒れを防止できるので、シリコン酸化膜２に所望の形状を得ることができる。
【００３３】
（第２の実施形態）
図２（ａ）〜図２（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。
【００３４】
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンからなる半導体基板１の上部に、例えば熱酸化法により、無機物であるシリコン酸化膜２を形成する。続いて、形成したシリコン酸化膜２の上にレジスト膜を塗布し、その後、リソグラフィ法により、レジスト膜をパターニングしてレジストパターン３を形成する。
【００３５】
次に、図２（ｂ）に示すように、フルオロカーボンガスをエッチングガスに用い、二酸化硫黄ガスを供給しながらレジストパターン３をマスクとして、シリコン酸化膜２をエッチングする。具体的には、例えば、容量結合型プラズマエッチング装置を用い、テトラフルオロカーボン（ＣＦ4 ）の流量を５０ｍｌ／ｍｉｎとし、トリフルオロメチル（ＣＨＦ3 ）の流量を３０ｍｌ／ｍｉｎとし、アルゴンからなるキャリアガスの流量を５００ｍｌ／ｍｉｎとし、二酸化硫黄の流量を３０ｍｌ／ｍｉｎとし、全ガスの圧力を５Ｐａとし、上部放電電力を１０００Ｗとし、下部放電電力を１５００Ｗとする。ここで、各ガスの流量は標準状態、すなわち０℃で且つ１ａｔｍである。
【００３６】
このエッチング工程において、エッチングガスに添加された二酸化硫黄はプラズマ化されて分解され、分解により発生した硫黄がレジストパターン３に含まれる炭素とＣ−Ｓ結合して、レジストパターン３の各側壁にＣ−Ｓ反応部３ａを形成する。形成されたＣ−Ｓ反応部３ａは、レジストパターン３の各側壁を保護すると共に該レジストパターン３の強度を向上する。このとき、硫黄はシリコン酸化膜２とほとんど反応しないため、シリコン酸化膜２に対するエッチングに影響を与えることはない。
【００３７】
次に、図２（ｃ）に示すように、アッシング及び洗浄処理により、レジストパターン３を除去する。
【００３８】
この後は、通常の方法により半導体装置を完成させる。
【００３９】
このように、第２の実施形態によると、形成したレジストパターン３をマスクとしてシリコン酸化膜２に対してドライエッチングを行なう際に、エッチングガスに硫黄を含むガスを添加することにより、レジストパターン３の各側壁がＣ−Ｓ半凹部３ａにより保護され且つその強度が増す。このため、レジストパターン３に生じるレジスト倒れを防止できるので、シリコン酸化膜２に所望の形状を得ることができる。
【００４０】
その上、レジストパターン３を硫黄を含むガスにさらすだけの工程を設ける必要がなくなるため、製造プロセスのスループットが向上する。
【００４１】
なお、第１及び第２の実施形態においては、被エッチング膜にシリコン酸化膜２を用いたが、ＴＥＯＳ（tetra-ethyl-ortho-silicate）若しくはＢＰＳＧ（boron-doped phospho-silicate glass）等のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、ポリシリコン、又はアモルファスシリコンでも同様の効果を得ることができる。
【００４２】
また、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）からなる金属配線のエッチングにも有効である。
【００４３】
また、エッチングガスに、テトラフルオロカーボンとトリフルオロメチルとを用いたが、他のエッチングガスを用いても構わない。
【００４４】
また、硫黄を含むガスに二酸化硫黄を用いたが、一酸化硫黄（ＳＯ）を用いてもよい。
【００４５】
また、レジストパターン３におけるライン幅は２００ｎｍ以下であり、また、レジストパターン３における高さとライン幅との比（アスペクト比）の値は２．８以上であることが好ましい。このように、レジストパターンが微細で且つ高アスペクト比の場合に本発明の効果がより顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は従来の半導体装置の製造方法を示す工程順の構成断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    半導体基板
２    シリコン酸化膜
３    レジストパターン
３ａ  Ｃ−Ｓ反応部
【図１】
2004200654.tif 000003
【図２】
2004200654.tif 000004
【図３】
2004200654.tif 000005