(57)【要約】この発明は、基板（１）上にシリコン層（３）を設け、このシリコン層（３）に非有機物反射防止層（４）を設け、そしてこの非有機物反射防止層（４）にレジストマスク（６）を設ける半導体装置の製造方法において、レジストマスク（６）を用いて非有機物反射防止層（４）をパターンニングし、シリコン層（３）をパターンニングし、レジストマスク（６）を除去し、そして低濃度のフッ化水素酸を含む高温の水溶液を用いて非有機物反射防止層（４）を除去する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
2004530301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にシリコン層を設け、このシリコン層に非有機物反射防止層を設け、そしてこの非有機物反射防止層にレジストマスクを設ける半導体装置の製造方法において、
前記レジストマスクを用いて前記非有機物反射防止層をパターンニングし、
前記シリコン層をパターンニングし、
前記レジストマスクを除去し、そして
低濃度のフッ化水素酸を含む高温の水溶液を用いて前記非有機物反射防止層を除去する工程を含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記非有機物反射防止層は窒化シリコン又は酸窒化シリコンの層として設けられることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
シリコンを多く含む窒化シリコンの層を前記シリコン層として設けることを特徴とする請求項１又は２いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
シリコンを多く含む酸窒化シリコンの層を前記シリコン層として設けることを特徴とする請求項１又は２いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記フッ化水素酸の濃度は約０.００１乃至０.１Ｍであることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記水溶液を約３０℃乃至１３０℃の範囲の温度で用い、前記水溶液を１００℃を超える温度に達する加圧下で用いることを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記水溶液を１００℃乃至１３０℃の範囲の温度で用いることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記非有機物反射防止層をエッチングしている間、前記シリコン層を酸化しない状態に保つように前記水溶液を取り扱うことを特徴とする請求項１乃至７いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記水溶液を排出して前記水溶液に溶解した酸素を除去することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
不活性ガスと交換することにより前記水溶液に溶解した酸素を除去することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
還元剤を前記水溶液に添加することを特徴とする請求項８，９又は１０いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記基板に誘電体材料を最上部層として設けて、この最上部層に対して前記非有機物反射防止層を選択的にエッチングできるようにすることを特徴とする請求項１乃至１１いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
多結晶シリコン又はアモルファスシリコンの層を前記シリコン層として設けることを特徴とする請求項１乃至１２いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記シリコン層をパターンニングする前に前記レジストマスクを除去することを特徴とする請求項１乃至１３いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記非有機物反射防止層を単一ウエハ・プロセスによりエッチングすることを特徴とする請求項１乃至１４いずれか記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
請求項１乃至１５いずれか記載の前記非有機物反射防止層を除去する工程を実行する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は基板上にシリコン層を設け、シリコン層に非有機物反射防止層を設け、そして非有機物反射防止層にレジストマスクを設ける工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は米国特許番号５，９６３，８４１に開示されている。この方法では、底部反射防止コーティング（ＢＡＲＣ）を用いて半導体装置内に導電ゲートを形成する。初期材料は、誘電体層、多結晶シリコン等の導電層、酸化物層を備えたＢＡＲＣ層、そしてレジストマスクが設けられた基板である。レジストマスクにより選択された酸化物層の領域、ＢＡＲＣそして導電層をエッチングする。そして、酸化物層が露出するようにレジストマスクを除去する。公知のウエットエッチング技術とフッ化水素酸（HF）水溶液を用いて酸化物層を除去してＢＡＲＣを露出させる。最後に、公知のウエットエッチング技術とＨ３ＰＯ４（リン酸）水溶液を用いて残留ＢＡＲＣを除去する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この公知の方法ではゲートのクリティカル・ディメンション（ＣＤ）が失われるということが分かった。導電層の経路のディメンションはレジストマスクにより確定されるディメンションとは正確には対応しない。集積回路内での素子のディメンションが減少するという傾向を考慮すると正確なＣＤ制御が重要な課題になる。
【０００４】
この発明の目的は、とりわけ、冒頭で説明した方法において、実質的にＣＤに変化が起きない方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的のために、この発明の方法は、レジストマスクを用いて非有機物反射防止層をパターンニングし、シリコン層をパターンニングし、レジストマスクを除去し、そして低濃度のフッ化水素酸を含む高温の水溶液を用いて非有機物反射防止層を除去する。
【０００６】
非有機物反射防止層のエッチングの間、シリコン層の露出した横壁へのエッチングは軽減され、その結果、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）に大きな影響を与えずに非有機物反射防止層を除去することが出来る。さらには、シリコン層の上壁が一旦露出すると、上記のエッチング工程の間、この上壁へのエッチングが軽減される。
【０００７】
この発明の方法のさらなる効果的な実施形態は従属項に記載されている通りである。
【０００８】
さらにこの発明は、低濃度のフッ化水素酸を含む高温の水溶液を用いてエッチングにより非有機物反射防止層を除去する装置に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１に示す基板１は例えばシリコンの半導体基体を構成し、その上部に最上部層として誘電体材料層２が形成される。この分野の当業者にとっては明らかであるが、製造工程の段階に応じて基板１には他の層を設けたり、別の構造とすることができる。誘電体材料層２の上部にはシリコン層３が形成される。シリコン層３はこの例ではゲート層とされるが、好ましくは多結晶シリコン又はアモルファスシリコンが用いられる。シリコン層３の上部に非有機物反射防止層４が形成される。非有機物反射防止層は好ましくは窒化シリコン又は酸窒化シリコンの層であり、さらに好ましくはシリコンを多く含む窒化シリコン又は酸窒化シリコンの層である。この例ではゲート誘電体層である誘電体材料層２は、好ましくは、その材料に対して非有機物反射防止層（４）が選択的にエッチングできる、例えば、シリコン酸化物やシリコン酸化物のような材料より成る。非有機物反射防止層４にはレジストマスク６が設けられる。非有機物反射防止層４とレジストマスク６との間に他の層、例えば、シリコン酸化物層を設けても良い。通常の方法により、レジストマスク６を用いて非有機物反射防止層４がパターンニングされる。そして、通常の方法によりレジストマスク６が除去される（図２）。
【００１０】
図３において、パターンニングされた非有機物反射防止層４をハードマスクとして用いてエッチングによりシリコン層３を、通常の方法で、誘電体材料層２に達するまでパターンニングする。
【００１１】
図４において、非有機物反射防止層４が、好ましくは約０.００１Ｍ乃至０.１Ｍの低濃度のフッ化水素酸を含む水溶液を用いたエッチングにより除去される。水溶液は高温、好ましくは、約３０℃乃至１３０℃、さらに好ましくは、１００℃乃至１３０℃の温度範囲で用いるとよい。この水溶液は高圧下で１００℃を超える温度に上げることができる。これは、例えば、非有機物反射防止層をエッチングする処理室に圧縮された不活性ガスを流入させることにより行うことができる。別な方法としては、密閉されたシステム内で所望の温度に水溶液を加熱してもよい。この加熱の間、密閉されたシステム内の圧力が高まり、その結果、水溶液の温度が所望の温度まで高まる。別な方法としては油圧ポンプを用いても良い。
【００１２】
このエッチング工程により、シリコン層３の露出した横壁へのエッチングは軽減され、その結果、クリティカルディメンジョン（ＣＤ）に大きな影響を与えずに非有機物反射防止層４を除去することが出来る。さらには、シリコン層３の上壁が一旦露出すると、上記のエッチング工程の間、この上壁へのエッチングが軽減される。それに加えて、このエッチング工程は誘電体材料層２に対する選択比が大きい。即ち、誘電体材料層２に比べて非常に大きな割合で非有機物反射防止層４がエッチングされる。３０℃乃至１３０℃の範囲で温度が高いほど、非有機物反射防止層３のエッチング速度が速くなり、誘電体材料層２に対する選択比が大きくなる。さらに、非有機物反射防止層４とシリコン３との間の選択比を上げる、即ち、非有機物反射防止層４のエッチング速度に対してシリコン層３のエッチング速度を下げるためには、非有機物反射防止層４のエッチングの間に、シリコン層３が酸化しないように上記水溶液を取り扱うのが好ましい。これは水溶液を排出して水溶液に溶解した酸素を除去することにより行われる。他の方法は、水溶液を介して窒素（Ｎ２）又はアルゴン（Ａｒ）の不活性ガスをバブル化することにより溶解した酸素をこの不活性ガスと交換することである。シリコン層３に良い影響を与えるためには溶解した酸素を完全に除去したり不活性ガスと交換する必要は無いことは当業者には明らかである。水溶液から除去される又は不活性ガスと交換される溶解酸素量が多いほど効果が大きくなる。溶解酸素の除去又は交換以外の他の方法としては、溶解した水素（Ｈ２）や亜ジチオン酸（Ｈ２Ｓ２Ｏ４）、次亜硫酸（Ｈ２Ｓ２Ｏ６）、ギ酸（ＨＣＯＯＨ）等の還元剤を添加することである。水素は水溶液を介してバブル化することにより溶解することができる。上記説明した水溶液の取り扱い方法を二つ以上採用することによりシリコン層３の状態により一層良い影響を与えることは当業者には明らかである。
【００１３】
実行するウエットエッチングに応じて、エッチング速度及び/又は選択比を制御するｐＨ調整剤、表面潤滑性を高める界面活性剤そして/又はエッチング選択比を制御する有機物溶剤等の添加物を一つ以上水溶液に加えても良い。ｐＨ調整剤としてはＮＨ４ＯＨ、ＮＨ４Ｆ、ＨＣＬ、ＨＮＯ３、Ｈ２ＳＯ４、等がある。
【００１４】
非有機物反射防止層４のエッチングはスプレー、ウエットベンチ等を用いて多数ウエハ・プロセスで行うことができる。この多数ウエハ・プロセスは多くのウエハを同時に一つの処理室で処理するものである。しかし、従来の方法よりエッチング速度が格段に速いこの発明の方法においては、非有機物反射防止層のエッチングは単一ウエハ・プロセス、即ち、一つの処理室で一度に一枚のウエハを処理するプロセスでも効果的に行われる。
【００１５】
ゲートが確定されると、半導体装置はさらなる公知の方法で処理されて、半導体基体にソース、ドレイン領域が設けられたり、トランジスタ間の接続が行われて集積回路が形成される。
【００１６】
この発明の範疇において、上記説明した例のみならずさらに多くの変形例が当業者にとって可能であることは理解できるところである。例えば、シリコン層をパターンニングした後にレジストマスクを除去してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の方法を用いた半導体装置の製造における一工程を示す断面図である。
【図２】この発明の方法を用いた半導体装置の製造における一工程を示す断面図である。
【図３】この発明の方法を用いた半導体装置の製造における一工程を示す断面図である。
【図４】この発明の方法を用いた半導体装置の製造における一工程を示す断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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