(57)【要約】【課題】多層レジストプロセスを用いる半導体装置の製造方法に関し、下地構造にダメージを与えることなく下層レジスト膜をパターニングし、この下層レジスト膜を用いて微細なパターンを制御性よく加工しうる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】開口部１８を有する絶縁膜１４を形成する工程と、有機レジスト膜２０ａを形成する工程と、有機レジスト膜２０ａ上に、有機レジスト膜２０ａとエッチング特性の異なるマスク膜２０ｂを形成する工程と、マスク膜２０ｂに開口部を形成する工程と、マスク膜２０ｂをマスクとして有機レジスト膜２０ａをエッチングする工程とを有し、有機レジスト膜をエッチングする工程では、窒素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いて有機レジスト膜２０ａをエッチングする。【選択図】  図４
2005191254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機レジスト膜上に、前記有機レジスト膜とはエッチング特性が異なり、所定の領域に開口部が形成されたマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記有機レジスト膜をエッチングする工程とを有し、
前記有機レジスト膜をエッチングする工程では、窒素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いて前記有機レジスト膜をエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の領域に第１の開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上及び前記第１の開口部内に、有機レジスト膜を形成する工程と、
前記有機レジスト膜上に、前記有機レジスト膜とエッチング特性の異なるマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の、前記第１の領域の少なくとも一部を含む第２の領域に、第２の開口部を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記有機レジスト膜をエッチングする工程とを有し、
前記有機レジスト膜をエッチングする工程では、窒素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いて前記有機レジスト膜をエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する酸素ガスの流量割合は、１０％未満である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する酸素ガスの流量割合は、１〜３％である
ことを特徴とす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１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機レジスト膜をエッチングするチャンバ内の圧力は、２５〜５０ｍＴｏｒｒである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスは、フロロカーボンガスを更に含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する酸素ガスの流量割合は、１２％未満である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項６記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する酸素ガスの流量割合は、５％以下である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する前記フロロカーボンガスの流量割合は、１５〜２５％である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項２乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機レジスト膜をエッチングする工程の後に、前記有機レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程を更に有する
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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、多層レジストプロセスを用いて下地加工を行う工程を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の大規模・高集積化に伴い、パターンの微細化が進んでいる。半導体装置の微細化はフォトリソグラフィに用いられる露光装置の光源波長を短波長化することにより実現されており、現在では、光源として波長０．１９３μｍのフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザが使用されるに至っている。
【０００３】
ＡｒＦエキシマレーザを用いたフォトリソグラフィに使用されるフォトレジスト膜（ＡｒＦレジスト膜）は、半導体素子の構成材料に対するエッチング選択性が十分でないことから、ＡｒＦレジスト膜の単層をマスクとして下地加工を正確に施すことは困難である。
【０００４】
そこで、これを解決するためのプロセスとして、多層レジストプロセスが開発されている。多層レジストプロセスは、下地加工のマスク材としての機能を高めるためにレジストを多層にし、ターゲットの層を精密に加工するプロセスである。
【０００５】
多層レジストプロセスは、例えば特許文献１に記載されている。以下、特許文献１に記載の多層レジストプロセスについて、簡単に説明する。
【０００６】
まず、加工対象の下地（シリコン酸化膜系の絶縁膜）上に、この下地材料に対してエッチング選択性を有する下層レジスト膜（塗布型炭素膜）と、下層レジスト膜上に対してエッチング選択性を有する酸化膜（ＳＯＧ膜）と、フォトレジスト膜とを、順次形成する。
【０００７】
次いで、フォトリソグラフィによりフォトレジスト膜をパターニング後、このフォトレジスト膜をマスクとして酸化膜をエッチングし、フォトレジスト膜のパターンを酸化膜に転写する。
【０００８】
次いで、パターニングされた酸化膜をマスクとして下層レジスト膜をエッチングし、酸化膜のパターンを下層レジスト膜に転写する。
【０００９】
次いで、下層レジスト膜をマスクとして、下地の加工を行う。
【特許文献１】特開２００２−０９３７７８号公報
【特許文献２】国際公開第００／０７９５８６号パンフレット
【特許文献３】特開２００１−１１０７８４号公報
【特許文献４】特開２００２−１１０６４７号公報
【特許文献５】特開２００２−３７３９３７号公報
【特許文献６】特開２００３−０４５９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、本願発明者等が上記多層レジストプロセスのデュアルダマシンプロセスへの適用について鋭意検討を行ったところ、配線トレンチ形成前にビアホールの形成を行う先ビア方式のプロセスの場合、配線トレンチの形成過程で下地構造にダメージが導入されることが判明した。
【００１１】
本発明の目的は、多層レジストプロセスを用いた半導体装置の製造方法において、下地構造にダメージを与えることなく下層レジスト膜をパターニングすることができるとともに、この下層レジスト膜を用いて微細なパターンを制御性よく加工することが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】
【００１２】
本発明の一観点によれば、有機レジスト膜上に、前記有機レジスト膜とはエッチング特性が異なり、所定の領域に開口部が形成されたマスク膜を形成する工程と、前記マスク膜をマスクとして前記有機レジスト膜をエッチングする工程とを有し、前記有機レジスト膜をエッチングする工程では、窒素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いて前記有機レジスト膜をエッチングする半導体装置の製造方法が提供される。
【００１３】
また、本発明の他の観点によれば、第１の領域に第１の開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上及び前記第１の開口部内に、有機レジスト膜を形成する工程と、前記有機レジスト膜上に、前記有機レジスト膜とエッチング特性の異なるマスク膜を形成する工程と、前記マスク膜の、前記第１の領域の少なくとも一部を含む第２の領域に、第２の開口部を形成する工程と、前記マスク膜をマスクとして前記有機レジスト膜をエッチングする工程とを有し、前記有機レジスト膜をエッチングする工程では、窒素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いて前記有機レジスト膜をエッチングする半導体装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、多層レジストを用いた先ビア方式のデュアルダマシンプロセスにおいて、配線トレンチを形成する際の下層レジスト膜のエッチングにＮ２／Ｏ２或いはＮ２／Ｏ２／ＣＦガスを用いるので、下地構造にダメージを与えることなく下層レジスト膜をパターニングするとともに、下層レジスト膜の加工形状を垂直にすることができる。したがって、このように形成した下層レジスト膜をマスクにして下地をエッチングすることにより、微細なパターンを制御性よく加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を図１乃至図１２を用いて説明する。
【００１６】
図１乃至図５は本実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図、図６はＮＨ３ガスを用いてレジスト膜をエッチングした場合の断面形状を示す図、図７はＮ２／Ｏ２ガスを用いた場合のボーイング量の酸素流量比依存性を示すグラフ、図８は酸素単ガス又は酸素と窒素の混合ガスを用いてレジスト膜をエッチングした場合の断面形状を示す図、図９はチャンバ内圧力が低い場合及び高い場合のレジスト膜の断面形状を示す図、図１０はＮ２／Ｏ２ガスを用いてレジスト膜をエッチングした場合の断面形状を示す図、図１１はＮ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６ガスを用いた場合のボーイング量の酸素流量比依存性を示すグラフ、図１２はＮ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６ガスを用いてレジスト膜をエッチングした場合の断面形状を示す図である。
【００１７】
本発明の具体的な内容を述べる前に、本発明を適用した半導体装置の製造方法について、図１乃至図５を用いて説明する。
【００１８】
まず、銅を主体とする配線層１２が埋め込まれた層間絶縁膜１０上に、例えばＣＶＤ法により、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＣ膜１４ａと、例えば膜厚２５０ｎｍのＳｉＯＣ膜１４ｂと、例えば膜厚３０ｎｍのＳｉＣ膜１４ｃと、例えば膜厚２００ｎｍのＳｉＯＣ膜１４ｄと、例えば膜厚１００ｎｍのＳｉＯ膜１４ｅと、例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＮ膜１４ｆとを、順次堆積する（図１（ａ））。これにより、これらの積層膜よりなる層間絶縁膜１４を形成する。ここで、ＳｉＣ膜１４ａはバリア層として、ＳｉＣ膜１４ｃは中間ストッパ層として、ＳｉＮ膜１４ｆはハードマスクとして、それぞれ用いられる。なお、層間絶縁膜１０は、トランジスタ等の素子が形成された半導体基板上に形成されたものである。
【００１９】
次いで、層間絶縁膜１４上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚５００ｎｍの有機レジスト材料よりなるレジスト膜１６ａと、例えば膜厚１００ｎｍのＳＯＧ膜１６ｂと、例えば膜厚８２ｎｍのＢＡＲＣ膜１６ｃと、例えば膜厚３００ｎｍのレジスト膜１６ｄとを形成する。これにより、層間絶縁膜１４上に、これら積層膜よりなる多層レジスト膜１６を形成する。ここで、レジスト膜１６ａは、層間絶縁膜１４をエッチングする際に用いられるレジスト膜であり、ＳＯＧ膜１６ｂはレジスト膜１６ａをパターニングする際のハードマスクとして用いる膜であり、ＢＡＲＣ膜１６ｃは有機系の反射防止膜であり、レジスト膜１６ｄは例えば感光性のＡｒＦフォトレジストである。
【００２０】
次いで、フォトリソグラフィにより、レジスト膜１６ｄをパターニングし、ビアホール形成領域のレジスト膜１６ｄを除去する（図１（ｂ））。
【００２１】
次いで、レジスト膜１６ｄをマスクとしてＢＡＲＣ膜１６ｃ及びＳＯＧ膜１６ｂを異方性エッチングし、レジスト膜１６ｄのパターンをＳＯＧ膜１６ｂに転写する（図１（ｃ））。ＢＡＲＣ膜１６ｃ及びＳＯＧ膜１６ｂは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を５０ｍＴｏｒｒ、パワーを３００Ｗ、エッチングガスをＣＦ４、ＣＦ４流量を１００ｓｃｃｍ、エッチング時間を６０秒として、異方性エッチングする。
【００２２】
次いで、ＳＯＧ膜１６ｂをマスクとしてレジスト膜１６ａをドライエッチングし、ビアホール形成領域のレジスト膜１６ａを除去する（図２（ａ））。なお、ＳＯＧ膜１６ｂ上のＢＡＲＣ膜１６ｃ及びレジスト膜１６ｄは、このエッチング過程で除去される。レジスト膜１６ａは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を２０ｍＴｏｒｒ、パワーを２００Ｗ、エッチングガスをＮ２／Ｈ２、Ｎ２／Ｈ２流量を２００／２００ｓｃｃｍ、エッチング時間を２００秒として、異方性エッチングする。
【００２３】
次いで、レジスト膜１６ａをマスクとして、ＳｉＮ膜１４ｆ、ＳｉＯ膜１４ｅ、ＳｉＯＣ膜１４ｄ、ＳｉＣ膜１４ｃ及びＳｉＯＣ膜１４ｂを異方性エッチングし、ビアホール１８をＳｉＣ膜１４ａ上まで開口する（図２（ｂ））。なお、レジスト膜１６ａ上のＳＯＧ膜１６ｂは、このエッチング過程で除去される。ＳｉＮ膜１４ｆ、ＳｉＯ膜１４ｅ、ＳｉＯＣ膜１４ｄ、ＳｉＣ膜１４ｃ及びＳｉＯＣ膜１４ｂは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を３５ｍＴｏｒｒ、パワーを１０００Ｗ、エッチングガスをＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２流量を１０／５００／１２ｓｃｃｍ、エッチング時間を４０秒として、異方性エッチングする。
【００２４】
次いで、アッシングにより、レジスト膜１６ａを除去する（図２（ｃ））。レジスト膜１６ａは、プラズマアッシング装置により、例えば、チャンバ内圧力を１０ｍＴｏｒｒ、パワーを３００Ｗ、アッシングガスをＯ２、Ｏ２流量を３００ｓｃｃｍ、アッシング時間を４８秒として、アッシングする。
【００２５】
次いで、例えばスピンコート法により、例えば膜厚５００ｎｍの有機レジスト材料よりなるレジスト膜２０ａを形成する。このとき、ビアホール１８がレジスト膜２０ａにより埋め込まれるように、レジスト膜２０ａを形成する（図３（ａ））。なお、レジスト膜２０ａの表面は、平坦であることが望ましい。レジスト膜２０ａ上に形成される膜の平坦性が向上され、焦点深度の問題を考慮することなくフォトリソグラフィを行うことができるからである。
【００２６】
次いで、レジスト膜２０ａ上に、例えばスピンコート法により、例えば膜厚１００ｎｍのＳＯＧ膜２０ｂと、例えば膜厚８２ｎｍのＢＡＲＣ膜２０ｃと、例えば膜厚３００ｎｍのレジスト膜２０ｄとを形成する。これにより、ＳｉＮ膜１４ｆ上に、レジスト膜２０ａ、ＳＯＧ膜２０ｂ、ＢＡＲＣ膜２０ｃ及びレジスト膜２０ｄよりなる多層レジスト膜２０を形成する。ここで、レジスト膜２０ａは、層間絶縁膜１４をエッチングする際に用いられるレジスト膜であり、ＳＯＧ膜２０ｂはレジスト膜２０ａをパターニングする際のハードマスクとして用いる膜であり、ＢＡＲＣ膜２０ｃは反射防止膜であり、レジスト膜２０ｄは例えば感光性のＡｒＦフォトレジストである。
【００２７】
次いで、フォトリソグラフィにより、レジスト膜２０ｄをパターニングし、配線トレンチ形成領域のレジスト膜２０ｄを除去する（図３（ｂ））。
【００２８】
次いで、レジスト膜２０ｄをマスクとしてＢＡＲＣ膜２０ｃ及びＳＯＧ膜２０ｂを異方性エッチングし、レジスト膜２０ｄのパターンをＳＯＧ膜２０ｂに転写する（図４（ａ））。ＢＡＲＣ膜２０ｃ及びＳＯＧ膜２０ｂは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を５０ｍＴｏｒｒ、パワーを３００Ｗ、エッチングガスをＣＦ４、ＣＦ４流量を１００ｓｃｃｍ、エッチング時間を６０秒として、異方性エッチングする。
【００２９】
次いで、ＳＯＧ膜２０ｂをマスクとしてレジスト膜２０ａをドライエッチングし、配線トレンチ形成領域のレジスト膜２０ａを除去する。この際、ビアホール１８内には、レジスト膜２０ａを残存させる（図４（ｂ））。なお、ＳＯＧ膜２０ｂ上のＢＡＲＣ膜２０ｃ及びレジスト膜２０ｄは、このエッチング過程で除去される。
【００３０】
レジスト膜２０ａのエッチングは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を３５ｍＴｏｒｒ、パワーを１００Ｗ、エッチングガスをＮ２／Ｏ２、Ｎ２／Ｏ２流量を２９０／１０ｓｃｃｍとして、或いは、チャンバ内圧力を４０ｍＴｏｒｒ、パワーを１５０Ｗ、エッチングガスをＮ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６、Ｎ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６流量を２５０／５０／５ｓｃｃｍとして、異方性エッチングする。なお、後述するが、本エッチング工程が本発明の主たる特徴点である。
【００３１】
次いで、レジスト膜２０ａをマスクとしてＳｉＮ膜１４ｆ及びＳｉＯ膜１４ｅを異方性エッチングし、配線トレンチ形成領域のＳｉＮ膜１４ｆ及びＳｉＯ膜１４ｅを除去する。ＳｉＮ膜１４ｆは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を４０ｍＴｏｒｒ、パワーを２００Ｗ、エッチングガスをＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２、ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２流量を２０／２００／１０ｓｃｃｍとして、異方性エッチングする。ＳｉＯ膜１４ｅは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を６０ｍＴｏｒｒ、パワーを６００Ｗ、エッチングガスをＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２、Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２流量を３０／４００／２０ｓｃｃｍとして、異方性エッチングする。
【００３２】
次いで、レジスト膜２０ａをマスクとして及びＳｉＣ膜１４ｃをストッパとしてＳｉＯＣ膜１４ｄを異方性エッチングし、ＳｉＯＣ膜１４ｃに配線トレンチ２２を形成する。なお、レジスト膜２０ａ上のＳＯＧ膜２０ｂは、このエッチング過程で除去される。ＳｉＯＣ膜１４ｄは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を３５ｍＴｏｒｒ、パワーを１００Ｗ、エッチングガスをＮ２／Ｏ２、Ｎ２／Ｏ２流量を２９０／１０ｓｃｃｍ、エッチング時間を２００秒として、異方性エッチングする。
【００３３】
次いで、アッシングにより、レジスト膜２０ａを除去する。レジスト膜２０ａは、プラズマアッシング装置により、例えば、チャンバ内圧力を１０ｍＴｏｒｒ、パワーを３００Ｗ、アッシングガスをＯ２、Ｏ２流量を３００ｓｃｃｍ、アッシング時間を４８秒として、アッシングする。
【００３４】
次いで、ビアホール１８底のＳｉＣ膜１４ａを異方性エッチングし、ビアホール１８を配線層１２上まで開口する（図５（ａ））。ＳｉＣ膜１４ａは、例えば、反応性プラズマエッチング装置により、チャンバ内圧力を５０ｍＴｏｒｒ、パワーを４００Ｗ、エッチングガスをＣＨ２Ｆ２／Ａｒ／Ｏ２、ＣＨ２Ｆ２／Ａｒ／Ｏ２流量を２０／２００／２５ｓｃｃｍとして、異方性エッチングする。
【００３５】
次いで、バリアメタル及びＣｕシードをスパッタ法により堆積した後、Ｃｕメッキを行う。これにより、ビアホール１８及び配線トレンチ２２をバリアメタル２４及びＣｕ膜２６により埋め込む（図５（ｂ））。
【００３６】
次いで、Ｃｕ膜２６及びバリアメタル２４をＣＭＰ法により研磨し、Ｃｕ膜２６及びバリアメタル２４をビアホール１８内及び配線トレンチ２２内に選択的に残存させる。こうして、ビアホール１８内及び配線トレンチ２２内に、バリアメタル２４及びＣｕ膜２６よりなり、配線層１２に接続された配線層２８を形成する（図５（ｃ））。
【００３７】
以後、必要に応じて配線層２８上に繰り返し配線層を形成し、多層配線を有する半導体装置を完成する。
【００３８】
上述の半導体装置の製造方法において、本発明は、図４（ｂ）に示す工程でレジスト膜２０ａをエッチングする際に、エッチングガスとして、Ｎ２／Ｏ２或いはＮ２／Ｏ２／ＣＦガスを用いることに主たる特徴がある。
【００３９】
従来、層間絶縁膜をエッチングする際にマスクとして用いられる有機レジスト膜のエッチングには、ＮＨ３やＮ２／Ｈ２が広く用いられてきた。しかしながら、本願発明者等が鋭意検討を行ったところ、上述の半導体装置の製造方法において、図４（ｂ）に示す工程でＮＨ３やＮ２／Ｈ２を用いてレジスト膜２０ａをエッチングすると、層間絶縁膜１０達する亀裂が生じることが判明した。
【００４０】
図６は、ＮＨ３のエッチングガスを用いてレジスト膜２０ａをエッチングした場合における断面構造を、走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。図６（ａ）はレジスト膜２０ａのエッチング直後の断面形状、図６（ｂ）はＳｉＮ膜１４ｆ及びＳｉＯ膜１４ｅのエッチング直後の断面形状、図６（ｃ）は配線トレンチ２２形成後、アッシング前の断面形状である。
【００４１】
図６（ａ）から判るように、レジスト膜２０ａのエッチング直後、レジスト膜２０ａとビアホール１８の側壁との間に、亀裂が観察される（図中、○で囲った部分）。この亀裂は、ＳｉＮ膜１４ｆ及びＳｉＯ膜１４ｅのエッチング後には、より大きな亀裂となる（図６（ｂ）参照）。そして、配線トレンチ２２形成後には、亀裂は更に大きくなっており、配線層１２が埋め込まれた層間絶縁膜１０にまで達している（図６（ｃ））。このような亀裂は半導体装置の信頼性に多大な影響を及ぼすことが予測されるため、発生を防止する必要がある。
【００４２】
レジスト膜２０ａとビアホール１８の側壁との間に亀裂が生じるメカニズムは明らかではないが、ＮＨ３やＮ２／Ｈ２のエッチングガスがレジスト膜２０ａとビアホール１８の側壁との界面に何らかの作用を及ぼし、これらの密着性を低下させているものと考えられる。
【００４３】
かかる背景において、本願発明者等がレジスト膜２０ａのエッチング条件について鋭意検討した結果、エッチングに用いるガスとして、Ｎ２／Ｏ２或いはＮ２／Ｏ２／ＣＦを用い、チャンバ圧力及びエッチングガス流量を適宜制御することにより、レジスト膜２０ａとビアホール１８の側壁との間に亀裂が発生するのを防止しうるとともに、レジスト膜２０ａを良好な垂直加工形状でエッチングできることが初めて明らかとなった。
【００４４】
以下、本願発明者等が見出したエッチング条件の詳細について説明する。
【００４５】
多層レジストプロセスを用いた場合、下層レジストの加工は酸素単ガスで行うのが一般的である。しかしながら、酸素単ガスプロセスを下層レジストのエッチングに用いた場合、横方向のエッチングも進みやすく、レジスト膜の加工形状はボーイング形状となる。半導体装置のパターンサイズが比較的大きい場合にはこのようなボーイング形状は問題とはならない。しかしながら、微細なパターンを加工する場合にはこのボーイング形状が問題となり、微細なパターンを正確に加工する際の障害となる。
【００４６】
そこで、本願発明者等は、酸素ガスを用いたエッチングを上記半導体装置の製造方法においてレジスト膜２０ａのエッチングに適用できるかを検討するに加え、ボーイング形状を防止する手段について模索した。その結果、エッチングガスとして、Ｎ２／Ｏ２或いはＮ２／Ｏ２／ＣＦを用い、チャンバ圧力及びエッチングガス流量を適宜制御することにより、レジスト膜２０ａを良好な垂直加工形状でエッチングするとともに、レジスト膜２０ａとビアホール１８の側壁との間に亀裂が発生するのを防止できた。
【００４７】
図７はＮ２／Ｏ２ガスを用いた場合のボーイング量の酸素流量比依存性を示すグラフである。縦軸は、ボーイング量であり、マスクの開口幅をＡ、このマスクを用いてレジスト膜２０ａに形成した開口部の最大幅をＢとして、Ｂ−Ａで規定した。横軸は、全ガス流量に対する酸素ガスの流量割合（％）であり、酸素ガスの流量割合は、酸素ガスを窒素ガスにより希釈することにより制御した。なお、他のエッチング条件は、チャンバ内圧力を３５ｍＴｏｒｒ、パワーを１００Ｗ、Ｎ２及びＯ２の総流量は３００ｓｃｃｍ固定とした。
【００４８】
図示するように、ボーイング量は、酸素ガスの流量割合を下げることにより減少する。酸素の流量割合が１０％よりも低くなるとボーイング量は急激に減少し、５％では約５ｎｍ、１〜３％では約２ｎｍまで減少する。なお、酸素ガスに混合するガスは、窒素が望ましい。窒素の代わりに例えばアルゴンを混合しても、ボーイングを抑制することはできない。このメカニズムについては明らかではないが、窒素が加工部の側壁を保護するように作用しているものと考えられる。
【００４９】
図８（ａ）は、酸素単ガスを用いてレジスト膜２０ａをエッチングした際の断面形状を走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。エッチング条件は、チャンバ内圧力を８０ｍＴｏｒｒ、パワーを１００Ｗ、Ｏ２流量を２５０ｓｃｃｍとした。図示するように、レジスト膜２０ａはボーイング形状となり、微細化には適していない。
【００５０】
図８（ｂ）は、酸素と窒素の混合ガスを用いてレジスト膜２０ａをエッチングした際の断面形状を走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。エッチング条件は、チャンバ内圧力を３５ｍＴｏｒｒ、パワーを１００Ｗ、Ｎ２／Ｏ２流量を２９０／１０ｓｃｃｍ（酸素流量比：３．３％）とした。図示するように、レジスト膜２０ａの加工形状は垂直となり、ボーイング形状は発生していない。また、レジスト膜２０ａとビアホール１８との間にも、亀裂は生じていない。
【００５１】
レジスト膜２０ａの加工形状は、チャンバ内圧力によっても変化する。
【００５２】
図９（ａ）は、低圧下において酸素と窒素の混合ガスを用いてレジスト膜２０ａをエッチングした際の断面形状を走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。エッチング条件は、チャンバ内圧力を１５ｍＴｏｒｒとした他は、図８（ｂ）の場合の条件と同じである。図示するように、エッチングガスに窒素を添加した場合でも、チャンバ内圧力が１５ｍＴｏｒｒと低い場合には、溝や孔の底部外周に底部中央の深さよりも深い溝を有する形状、いわゆるサブトレンチ形状となり、後のエッチングに影響を及ぼす。
【００５３】
図９（ｂ）は、高圧下において酸素と窒素の混合ガスを用いてレジスト膜２０ａをエッチングした際の断面形状を走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。エッチング条件は、チャンバ内圧力が１５０ｍＴｏｒｒと高いほかは、図８（ｂ）の場合の条件と同じである。図示するように、チャンバ内圧力が１５０ｍＴｏｒｒと高い場合には、レジスト膜２０ａはボーイング形状となり、微細化には適していない。
【００５４】
レジスト膜２０ａのエッチングとしてＮ２／Ｏ２を用いる場合、酸素ガスの流量割合は、１０％未満、好ましくは５％以下、更に好ましくは１〜３％に設定することが望ましい。なお、酸素ガスの流量割合の上限値は、許容されるボーイング量に応じて適宜設定することができる。また、酸素ガスの流量割合を下げるとエッチングレートが低下するため、酸素ガスの流量割合の下限値は、所望のエッチングレートに応じて適宜設定することができる。
【００５５】
また、チャンバ内圧力は、２５〜５０ｍＴｏｒｒ、より好ましくは３０〜４０ｍＴｏｒｒに設定することが望ましい。圧力が２５ｍＴｏｒｒ未満では、レジスト膜２０ａのエッチングレートが極端に遅くなり、図９（ａ）に示すようなサブトレンチ形状になることもあるからである。一方、圧力が５０ｍＴｏｒｒよりも高い場合には、酸素添加の効果が増長され、図９（ｂ）に示すようなボーイング形状になりやすいからである。
【００５６】
図１０は、Ｎ２／Ｏ２ガスを用いてレジスト膜２０ａをエッチングした場合における断面構造を、走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。図１０（ａ）はレジスト膜２０ａのエッチング直後の断面形状、図１０（ｂ）はＳｉＮ膜１４ｆ及びＳｉＯ膜１４ｅのエッチング直後の断面形状、図１０（ｃ）は配線トレンチ２２形成及びアッシング後の断面形状である。
【００５７】
図１０（ａ）から判るように、レジスト膜２０ａのエッチング直後、レジスト膜２０ａとビアホール１８の側壁との間には、亀裂は生じていない。また、レジスト膜２０ａの加工形状は垂直である。そして、配線トレンチ２２形成後（図１０（ｂ））、更には配線トレンチ形成後（図１０（ｃ））にも、亀裂は生じていない。
【００５８】
レジスト膜２０ａのエッチングガスとしては、Ｎ２／Ｏ２ガスほか、Ｎ２／Ｏ２／ＣＦガスを用いることも可能である。ＣＦガス（フロロカーボンガス）は、エッチング加工部の側壁に保護膜を形成するため、ボーイングを防止する効果が期待できる。したがって、ＣＦガスを用いることにより、レジスト膜２０ａをエッチングする際のプロセスウィンドウを拡大することが可能となる。なお、ＣＦガスとしては、通常の半導体プロセスに使用されているＣｘＦｙやＣＨａＦｂ、より具体的には、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ等を適用することができる。
【００５９】
図１１は、Ｎ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６を用いた場合のボーイング量の酸素流量比依存性を示すグラフである。縦軸は、ボーイング量であり、マスクの開口幅をＡ、このマスクを用いてレジスト膜２０ａに形成した開口部の最大幅をＢとして、Ｂ−Ａで規定した。横軸は、全ガス流量に対する酸素ガスの流量割合（％）であり、酸素ガスの流量割合は窒素ガスの流量により制御した。なお、具体的なエッチング条件は、チャンバ内圧力を３５ｍＴｏｒｒ、パワーを１００Ｗ、ＣＦガスとしてのＣ４Ｆ６流量を６０ｓｃｃｍ、Ｎ２、Ｏ２及びＣ４Ｆ６の総流量は３００ｓｃｃｍ固定とした。
【００６０】
図示するように、ボーイング量は、酸素ガスの流量割合を下げることにより減少する。酸素の流量割合が１２％よりも低くなるとボーイング量は急激に減少し、７％では約６ｎｍ、３〜５％では約１ｎｍまで減少する。
【００６１】
図１２は、Ｎ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６を用いてレジスト膜２０ａをエッチングした際の断面形状を走査型電子顕微鏡により撮影した結果を示す図である。エッチング条件は、チャンバ内圧力を３５ｍＴｏｒｒ、パワーを１００Ｗ、Ｎ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６流量を２５０／５／５０ｓｃｃｍ（酸素流量比：約１．６％）とした。図示するように、レジスト膜２０ａの加工形状は垂直となり、ボーイング形状は発生していない。また、レジスト膜２０ａとビアホール１８との間にも、亀裂は生じていない。
【００６２】
レジスト膜２０ａのエッチングガスとしてＮ２／Ｏ２／ＣＦを用いる場合、酸素ガスの流量割合は、１２％未満、好ましくは７％以下、更に好ましくは５％以下に設定することが望ましい。なお、酸素ガスの流量割合の上限値は、許容されるボーイング量に応じて適宜設定することができる。また、酸素ガスの流量割合を下げるとエッチングレートが低下するため、酸素ガスの流量割合の下限値は、所望のエッチングレートに応じて適宜設定することができる。
【００６３】
また、ＣＦガスの流量割合は、１５〜２５％に設定することが望ましい。ＣＦガスの流量割合が１５％よりも少ないと保護膜形成の効果が十分ではなく、２５％より多いとマスクとして用いる無機膜（ＳＯＧ膜２０ｂ）をもエッチングされてしまうからである。
【００６４】
このように、レジスト膜２０ａのエッチングの際に、Ｎ２／Ｏ２のエッチングガスを用いる場合にあっては、酸素ガスの流量割合を、１０％未満、好ましくは５％以下、更に好ましくは１〜３％に設定し、チャンバ内圧力を、２５〜５０ｍＴｏｒｒ、より好ましくは３０〜４０ｍＴｏｒｒに設定し、Ｎ２／Ｏ２／ＣＦのエッチングガスを用いる場合にあっては、酸素ガスの流量割合を、１２％未満、好ましくは７％以下、更に好ましくは５％以下に設定し、ＣＦガスの流量割合を１５〜２５％に設定することにより、レジスト膜２０ａとビアホール１８の側壁との間に亀裂が発生するのを防止しうるとともに、レジスト膜２０ａを良好な垂直加工形状でエッチングすることができる。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、多層レジストを用いた先ビア方式のデュアルダマシンプロセスにおいて、配線トレンチを形成する際の下層レジスト膜のエッチングにＮ２／Ｏ２或いはＮ２／Ｏ２／ＣＦガスを用いるので、ビアホール内に埋め込まれた下層レジスト膜と層間絶縁膜との間に亀裂が生じることを防止できる。また、下層レジスト膜の加工形状を垂直にすることができる。
【００６６】
［変形実施形態］
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、多層レジストを用いた先ビア方式のデュアルダマシンプロセスにおける配線トレンチの形成工程に本発明を適用したが、他の工程に適用するようにしてもよい。例えば、図２（ａ）に示すビアホール１８の形成工程に本発明を適用してもよい。本発明のエッチング方法を適用することにより、レジスト膜１６ａを垂直に加工でき、微細化に好適である。
【００６８】
また、上記実施形態では、ＳｉＮ／ＳｉＯ／ＳｉＯＣ／ＳｉＣ／ＳｉＯＣ／ＳｉＣ構造の層間絶縁膜にデュアルダマシン法により配線層を埋め込む方法を示したが、層間絶縁膜の構成材料や積層構造はこれに限定されるものではない。
【００６９】
以上詳述した通り、本発明の特徴をまとめると以下の通りとなる。
【００７０】
（付記１）  有機レジスト膜上に、前記有機レジスト膜とはエッチング特性が異なり、所定の領域に開口部が形成されたマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記有機レジスト膜をエッチングする工程とを有し、
前記有機レジスト膜をエッチングする工程では、窒素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いて前記有機レジスト膜をエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７１】
（付記２）  第１の領域に第１の開口部を有する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜上及び前記第１の開口部内に、有機レジスト膜を形成する工程と、
前記有機レジスト膜上に、前記有機レジスト膜とエッチング特性の異なるマスク膜を形成する工程と、
前記マスク膜の、前記第１の領域の少なくとも一部を含む第２の領域に、第２の開口部を形成する工程と、
前記マスク膜をマスクとして前記有機レジスト膜をエッチングする工程とを有し、
前記有機レジスト膜をエッチングする工程では、窒素ガスと酸素ガスとを含む混合ガスを用いて前記有機レジスト膜をエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７２】
（付記３）  付記１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する酸素ガスの流量割合は、１０％未満である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７３】
（付記４）  付記１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する酸素ガスの流量割合は、１〜３％である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７４】
（付記５）  付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機レジスト膜をエッチングするチャンバ内の圧力は、２５〜５０ｍＴｏｒｒである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７５】
（付記６）  付記１又は２記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスは、フロロカーボンガスを更に含む
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７６】
（付記７）  付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する酸素ガスの流量割合は、１２％未満である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７７】
（付記８）  付記６記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する酸素ガスの流量割合は、５％以下である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７８】
（付記９）  付記６乃至８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記混合ガスの全流量に対する前記フロロカーボンガスの流量割合は、１５〜２５％である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００７９】
（付記１０）  付記２乃至９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機レジスト膜をエッチングする工程では、前記第１の開口部の少なくとも底部に前記有機レジスト膜が残存するように、前記有機レジスト膜をエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００８０】
（付記１１）  付記２乃至１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機レジスト膜を形成する工程では、前記有機レジスト膜の表面が平坦となるように、前記有機レジスト膜を形成する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００８１】
（付記１２）  付記２乃至１１のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記有機レジスト膜をエッチングする工程の後に、前記有機レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程を更に有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００８２】
（付記１３）  付記２乃至１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記絶縁膜は、ＳｉＯ膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＣ膜及びＳｉＯＣ膜を含む群から選択された１又は２以上の膜を有する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００８３】
（付記１４）  付記２乃至１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の領域は、ビアホール形成領域であり、
前記第２の領域は、配線トレンチ形成領域である
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その１）である。
【図２】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その２）である。
【図３】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その３）である。
【図４】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その４）である。
【図５】本発明の一実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程断面図（その５）である。
【図６】ＮＨ３ガスを用いてレジスト膜をエッチングした場合の断面形状を示す図である。
【図７】Ｎ２／Ｏ２ガスを用いた場合のボーイング量の酸素流量比依存性を示すグラフである。
【図８】酸素単ガス又は酸素と窒素の混合ガスを用いてレジスト膜をエッチングした場合の断面形状を示す図である。
【図９】チャンバ内圧力が低い場合及び高い場合のレジスト膜の断面形状を示す図である。
【図１０】Ｎ２／Ｏ２ガスを用いてレジスト膜をエッチングした場合の断面形状を示す図である。
【図１１】Ｎ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６ガスを用いた場合のボーイング量の酸素流量比依存性を示すグラフである。
【図１２】Ｎ２／Ｏ２／Ｃ４Ｆ６ガスを用いてレジスト膜をエッチングした場合の断面形状を示す図である。
【符号の説明】
【００８５】
１０…層間絶縁膜
１２…配線層
１４…層間絶縁膜
１４ａ，１４ｃ…ＳｉＣ膜
１４ｂ，１４ｄ…ＳｉＯＣ膜
１４ｅ…ＳｉＯ膜
１４ｆ…ＳｉＮ膜
１６ａ，２０ａ…レジスト膜
１６ｂ，２０ｂ…ＳＯＧ膜
１６ｃ，２０ｃ…ＢＡＲＣ膜
１６ｄ，２０ｄ…レジスト膜
１８…ビアホール
２２…配線トレンチ
２４…バリアメタル
２６…Ｃｕ膜
２８…配線層
【図１】
2005191254.tif 000003
【図２】
2005191254.tif 000004
【図３】
2005191254.tif 000005
【図４】
2005191254.tif 000006
【図５】
2005191254.tif 000007
【図７】
2005191254.tif 000008
【図１１】
2005191254.tif 000009
【図６】
2005191254.tif 000010
【図８】
2005191254.tif 000011
【図９】
2005191254.tif 000012
【図１０】
2005191254.tif 000013
【図１２】
2005191254.tif 000014