(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地層の形成された半導体基板に高反射膜を形成する第１工程と、
前記高反射膜上に炭化水素系ガスのみを用いて反射防止膜を形成する第２工程と、
前記反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成する第３工程と、
前記フォトレジストパターンを用いて下部の前記反射防止膜及び前記高反射膜を食刻する第４工程と、
前記フォトレジストパターン及び前記反射防止膜を同時に除去する第５工程と
を具備し、
前記高反射膜と前記フォトレジストパターンとの間に反射される反射波同士の位相差を用いて消滅効果を増大させる膜厚とすることにより反射防止膜の効果を増大させる絶縁膜を形成する工程を第１工程と第２工程との間、又は第２工程と第３工程との間でさらに実行することを特徴とする炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法。
【請求項２】
前記半導体基板は、
シリコン単結晶基板、SOI基板、SOS基板及びガリウムヒ化物基板のうち選択された何れか１つの基板を使用することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項３】
前記高反射膜はタングステン、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、アルミニウム及びアルミニウム合金よりなる反射率の高い物質のうち選択された何れか１つの物質を使用することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項４】
前記絶縁膜を前記高反射膜と前記反射防止膜との間に形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項５】
前記絶縁膜を前記フォトレジストパターンと前記反射防止膜との間に形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項６】
前記絶縁膜は、
ポリシリコン酸化物、熱成長されたシリコン酸化物及びSiONよりなる膜のうち選択された何れか一つの膜を使用することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項７】
前記炭化水素系のガスは、
メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、プロペン及びn-ブタンのうち選択された何れか１つのガスを使用することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の形成方法。
【請求項８】
前記反射防止膜はPECVD方式で形成されることを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項９】
前記PECVD方式は、
プラズマチャンバにおいて基板の上下部で各々温度調節を実施することを特徴とする請求項８に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項１０】
前記反射防止膜として非晶質カーボン膜を使用することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項１１】
前記非晶質カーボン膜として露光波長に対して屈折率１.２乃至２.５の膜を使用することを特徴とする請求項１０に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項１２】
前記非晶質カーボン膜として消滅係数０.２乃至０.８の膜を使用することを特徴とする請求項１０に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項１３】
前記非晶質カーボン膜に酸素、錫、鉛、シリコン、ふっ素及び塩素よりなる添加剤のうち少なくとも何れか１つが含まれることを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項１４】
前記反射防止膜を形成した後、熱処理、プラズマ処理、電子ビーム処理及びキュアリングをさらに実行して膜の密度を増加させることを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系ガスを使用した反射防止膜の適用方法。
【請求項１５】
第２工程の反射防止膜を約１５０〜１００００Åの厚さに形成することを特徴とする請求項１に記載の炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法。
【請求項１６】
第４工程の反射防止膜を食刻する方法は酸素及びアルゴンガスを含む食刻ガスを使用することを特徴とする請求項１５に記載の炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法。
【請求項１７】
第４工程の反射防止膜及び高反射膜を除去する方法は、
前記反射防止膜を先に除去し、次いで前記高反射膜を除去することを特徴とする請求項１５に記載の炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法。
【請求項１８】
第４工程の反射防止膜及び高反射膜を除去する方法は、
前記反射防止膜と前記高反射膜とを同時に除去することを特徴とする請求項１５に記載の炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法。
【請求項１９】
前記高反射膜は酸化膜または窒化膜であることを特徴とする請求項１８に記載の炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法。
【請求項２０】
前記第５工程の前記フォトレジストパターン及び前記反射防止膜を同時に除去する方法は前記反射防止膜を除去する工程をさらに実行せずにフォトレジスト除去工程のみで前記フォトレジストパターン及び前記反射防止膜を除去することを特徴とする請求項１５に記載の炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体素子の製造方法に係り、特に反射防止膜(ARC:Anti Reflective Coating)の形成及び適用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の高集積化、高性能化にともなって半導体素子の製造工程において微細パターンの形成技術に対する要求が高まっている。このような半導体素子の微細パターンは一般にフォトリソグラフィ(photolithography)工程を通して形成される。しかし、フォトリソグラフィ工程中にフォトレジストの下層膜からフォトレジストに反射された光は次のような工程上の問題点を誘発させる。
【０００３】
第１：フォトレジスト膜内における光の多重干渉現象により生じる定常波効果(Standing Wave Effect)によってフォトレジストパターンのプロフィール(profile)に波形のリップル(ripple)が生じて正確な線幅に制御しにくい。露光後ベーキング(post exposure baking)によってこのようなリップルを除去するとしても、フォトレジストパターンがテール状に変形されたり、アンダーカットを引き起こす。
第２：フォトレジスト膜内における光の多重干渉現象によって同じ露光エネルギを使用しても、フォトレジスト膜に吸収された光量がフォトレジスト膜の厚さに応じて周期的に変わるスイング現象(Swing Effect)が発生する。このようなスイング現象は形成しようとする微細パターンの線幅を、要求範囲内に制御し難くする原因となる。
第３：半導体素子の製造過程において生じた下部膜質の段差部位から発生する反射光によりフォトレジストパターンにノッチング(notching)またはブリッジング(bridging)が発生することになる。
【０００４】
図１乃至図３は従来の技術による反射防止膜の形成方法を説明するための断面図である。
図１及び図２は一般の半導体素子の製造工程におけるフォトリソグラフィ工程を説明する断面図である。
図１を参照すれば、半導体基板５０に段差を有する下地層５２を形成し、透明な絶縁膜のような屈折率の高い高反射膜５４を下地層５２上に形成する。次いで、パターニングのために高反射膜５４上にフォトレジスト膜５６を塗布し、露光装置(図示せず)から遮光膜５８の設置されたマスク６０を介して光６２を照射する。
【０００５】
図２を参照すれば、図１の露光工程を完了した後、現象工程を経てフォトレジストパターン６４、６６を形成する。この際、下地層５２の段差のない領域では比較的微細パターンの線幅の安定したフォトレジストパターン６４が形成される。しかし、段差のある領域では高反射膜５４に照射される光６２の多重干渉現象によって、フォトレジストパターンの線幅が正確に制御されない変形されたフォトレジストパターン６６が形成される。このような変形が激しい場合には、ノッチングやブリッジング欠陥につながり、微細パターンの形成において致命的な欠陥として作用する。
【０００６】
図３は一般の半導体素子の製造工程において反射防止膜を適用した時の光６２に対する反射防止膜の原理を説明する断面図である。参照番号６８はフォトレジスト膜５６と高反射膜５４との間に形成された一般の反射防止膜を示す。このような反射防止膜６８が形成された状態で、下部膜５４、６８からフォトレジスト膜５６に反射される光は、反射防止膜６８とフォトレジスト膜５６との境界面から反射される光ｅ１と、高反射膜５４と反射防止膜６８との境界面から反射される光ｅ２との和となる。このような反射される光(ｅ１＋ｅ２)を減らすためには、（１）ｅ１とｅ２の位相差を１８０°にして消滅干渉させたり、（２）反射される光ｅ１またはｅ２が反射防止膜６８に大部分吸収され、フォトレジスト膜５６に光が反射されないようにすべきである。ここで、前記（１）の場合に該当する反射防止膜を干渉型反射防止膜と称し、（２）の場合に該当する反射防止膜を吸収型反射防止膜と称するが、場合に応じては干渉型反射防止膜と吸収型反射防止膜との中間程度の特性を有する混合型反射防止膜が使われることもある。
【０００７】
このような反射防止膜として炭化水素(Hydrocarbon)とヘリウム(helium)との混合ガスを使用してPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)方式で反射防止膜を形成する技術が米国特許第５,５６９,５０１号(title:Diamond-like carbon films from hydrocarbon helium plasma、 Date of Patent:Oct.２９,１９９６)として特許されている。しかし、キャリアガスとしてヘリウムを使用するので膜質特性が劣化したり、プラズマ生成時に発生する膜の損傷(damage)のような問題が誘発される。なお、前記PECVD方式はプラズマチャンバの基板下部でのみ温度を調節して、非晶質カーボン膜を形成する方式である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする技術的課題は、非晶質カーボン反射防止膜を形成するに当って、PECVDチャンバにおいてキャリアガス(carrier gas)として用いられるヘリウムガスを使用しないで、炭化水素系のガスのみを使用してチャンバの基板上下部で温度を調節しながら反射防止膜を形成し、食刻選択比の改善及びコストダウンが可能な反射防止膜を形成する方法を提供することにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記反射防止膜を用いて工程を単純化し、除去しやすい特徴を有する炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するために本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法は、まず、下地層の形成された半導体基板に高反射膜を形成する。前記高反射膜上に炭化水素系ガスのみを用いて反射防止膜を形成し、前記反射防止膜上にフォトレジストパターンを形成する。次いで、前記フォトレジストパターンを用いて下部の反射防止膜及び高反射膜を食刻した後、前記結果物から前記フォトレジストパターン及び前記反射防止膜を同時に除去することを特徴とする。
【００１０】
本発明の望ましい実施の形態によれば、前記半導体基板は、シリコン単結晶基板、SOI基板、SOS基板及びガリウムヒ化物基板のうち選択された何れか１つの基板を使用することが望ましく、前記高反射膜はタングステン、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、アルミニウム及びアルミニウム合金よりなる反射率の高い物質のうち選択された何れか１つの物質を使用することが望ましい。
【００１１】
望ましくは、前記高反射膜と前記フォトレジストパターンとの間に絶縁膜を形成する工程をさらに実行し、かかる絶縁膜を前記高反射膜と前記反射防止膜との間もしくは、前記フォトレジストパターンと前記反射防止膜との間に形成するのがよい。前記絶縁膜は、ポリシリコン酸化物、熱成長されたシリコン酸化物及びSiONよりなる膜のうち選択された何れか一つの膜を使用することが望ましい。
また、前記炭化水素系のガスは、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、プロペン及びn-ブタンのうち選択された何れか１つのガスを使用することが望ましい。
【００１２】
前記反射防止膜はPECVD方式で形成するが、プラズマチャンバにおいて基板の上下部で各々温度調節を実施することが望ましい。
また、本発明の望ましい実施の形態によれば、前記反射防止膜として非晶質カーボン膜を使用することが望ましく、かかる非晶質カーボン膜は露光波長に対して屈折率が１.２乃至２.５の膜を使用し、消滅係数が０.２乃至０.８の膜を使用することが望ましい。
前記非晶質カーボン膜として酸素、錫、鉛、シリコン、ふっ素及び塩素よりなる添加剤のうち少なくとも何れか１つが含まれることが望ましく、前記反射防止膜を形成した後、熱処理、プラズマ処理、電子ビーム処理及びキュアリングをさらに実行して膜の密度を増加させることが望ましい。
【００１４】
本発明の望ましい実施の形態によれば、前記反射防止膜は約１５０〜１００００Åの厚さに形成することが望ましく、前記反射防止膜の食刻方法は、酸素及びアルゴンガスを含む食刻ガスを使用することが望ましい。
望ましくは、反射防止膜及び高反射膜を除去する方法では、前記反射防止膜及び高反射膜を順次に除去したり、反射防止膜及び高反射膜を同時に除去したりすることが出来る。
前記フォトレジストパターン及び前記反射防止膜を同時に除去する方法では、前記反射防止膜を除去する工程をさらに実行することなく、フォトレジスト除去工程のみで前記フォトレジストパターン及び前記反射防止膜を除去することが望ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施の形態を詳しく説明する。
【００１６】
本発明はその思想及び必須の特徴を離脱することなく他の方式で実施することが出来る。例えば、下記の望ましい実施の形態においては反射防止膜を形成する方法としてPECVD方式を用いたが、これはスパッタリング、化学気相蒸着(CVD)及びレーザーアブレーション(LASER ablation)法のような多様な方法を使用してもよい。従って、炭化水素系のガスのみを使用して反射防止膜を形成し、その上部にフォトレジストパターンを形成する場合は本発明の範囲に属すると見なすべきである。従って、下記の望ましい実施の形態において記載された内容は例示的なものに過ぎず、限定する意味ではない。
【００１７】
第１実施例:炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の形成方法
図４は本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の形成方法を説明するための断面図である。
図４を参照すれば、半導体基板１００上にトランジスタやビットラインのような下地層１０２を形成する。この際、半導体基板１００は一般の単結晶シリコン基板(single crystal silicon substrate)だけでなく、SOI(Silicon On Insulator)、SOS(Silicon On Sapphire)及びガリウムヒ化物(Gallium-Arsenide)半導体基板を全て含む。また、下地層１０２は通常の下部構造を形成する過程で段差の形成された任意の層と仮定する。次いで、食刻またはイオン注入の対象となる高反射膜１０４を前記段差のある下地層１０２上に積層する。反射率が高くて食刻時にパターンの変形を引起こす膜の代表例としてW、WSix、TiSix、Al及びAl合金よりなる膜がある。
【００１８】
次いで、高反射膜１０４上に本発明の最も核心をなす反射防止膜１０６をPECVD(Plasma Enhanced CVD)方式で形成する。この際、チャンバ内に投入される反応ソースとして、メタン、エタン、プロパン、ブタン、アセチレン、プロペン及びn-ブタンガスのように液体及び気体状態の多様な反応ソースを使用しうるが、本実施例では一例としてメタンガスを使用する。また、従来の技術ではプラズマを生成するためのキャリアガスとしてヘリウムを使用したが、本発明ではキャリアガスを使用せず、単独でメタンガスのみを使用して反射防止膜１０６の非晶質カーボン膜(amorphous Carbon film)を形成する。
【００１９】
このような非晶質カーボン膜は、他の膜との食刻選択比に優れ、膜質特性がフォトレジストに似ており、後続工程の実行後に除去し易い特性を有する。即ち、従来の技術では反射防止膜を乾式食刻により除去したが、本発明ではフォトレジストパターンを除去する工程である灰化(Ashing)及び硫酸ストリップ(H2SO4strip)に続く洗浄工程のみで除去できるため、工程を単純化することができる。そして、比較的安価なメタンガスのみを使用して反射防止膜を形成することができるため、半導体素子の製造コストを節減することができる。
【００２０】
この際、キャリアガスでない酸素、錫、鉛、シリコン、ふっ素及び塩素成分の添加剤を添加することによって所望の屈折率と、膜質特性及び化学的特性とに優れた反射防止膜が得られる。ここで、屈折率とは任意の光が相異なる二つの膜の境界面を通過するとき屈折される程度を意味する。ここで、PECVD方式で反射防止膜を形成する時のチャンバ内部の温度は膜質特性に影響を与えるが、本実施例では従来のように基板の下部のみで温度を調節するのではなく、基板の上下部で温度を０〜１０００℃に変化させながら反射防止膜を形成するようにしており従来の技術とは異なっている。
【００２１】
具体的な反射防止膜１０６の形成条件を説明する。反応ソースとしてメタンガスを２５０±１０sccmを注入し、RFパワーを１５０±１０Wに調節して反射防止膜１０６としての非晶質カーボン膜を形成すると、DUV(Deep UV；２４８nm)波長領域で屈折率が１.０以上で、消滅係数(extinction coefficient)が０.０５以上の非晶質カーボン膜が得られる。このような本発明に係る反射防止膜１０６は、屈折率が１.２乃至２.５、そして消滅係数が０.２乃至０.８で効果的な反射防止膜として作用しうる。ここで、消滅係数は任意の光が１つの膜を透過する程度を示す係数である。前記非晶質カーボン膜、即ち反射防止膜１０６は、食刻しようとする下部膜の高反射膜１０４との食刻選択比の特性に応じて、厚さを１００〜１００００Å程度に形成する。一般に、高反射膜が絶縁膜の場合には薄く形成し、導電性膜の場合には厚く形成する。
ここで反射防止膜１０６を形成した後に、インサイチュ(In-situ)で熱処理工程を行って膜の密度を増加させたり、別のRFプラズマ処理、E-ビーム処理及びキュアリング処理を実施して膜質特性及び密度を調整することができる。
【００２２】
次いで、前記非晶質カーボン膜を用いて形成した反射防止膜１０６上にフォトレジスト膜を塗布して４３６、３６５、２４８、１９６nmのような４５０nm以下の光１１４と遮光膜１１２が構成されたマスク１１０とを使用してフォトレジストパターン１０８を形成すれば、定常波効果(standing wave effect)及びスイング効果によるパターンの変形が抑制された優れた形態のフォトレジストパターン１０８を形成することができる。ここで、フォトレジストはポジティブ型、ネガティブ型、i-line用及びDUV用のうち何れでも使用することができる。
【００２３】
第２実施例:炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の適用方法
図５及び図６は本発明によって炭化水素系のガスを用いた反射防止膜を形成した後、これを半導体製造工程に適用する方法を説明するための断面図である。
図５を参照すれば、４５０nm以下の光及び遮光膜が構成されたマスクを使用してフォトレジストパターン１０８を形成し、フォトレジストパターン１０８を食刻マスクとして下部の反射防止膜１０６と高反射膜１０４とを食刻する。この際、下部の反射防止膜１０６と高反射膜１０４との食刻方法は、反射防止膜１０６をまず食刻し、引き続き高反射膜１０４を食刻するようにしても、反射防止膜１０６と高反射膜１０４とを同時に食刻するようにしてもよい。
ここで、反射防止膜１０６と高反射膜１０４とを別々に食刻する場合には、反射防止膜は一般に酸化膜を食刻する条件と同一条件で食刻し、高反射膜１０４は膜質特性に応じてそれぞれ食刻方法を変えるようにする。
【００２４】
高反射膜が酸化膜(SiO2)または窒化膜(SiN)の場合には、反射防止膜１０６と高反射膜１０４とを同時に食刻できるが、本実施例では乾式食刻で食刻する。フォトレジスト膜がDUV用を使用し、高反射膜１０４が酸化膜の場合には、酸素を０-５０sccm、アルゴンを０-１０００sccm、メタン(CF4)を０-５０sccm程度食刻ガスとして供給した後、パワーを０-１０００W、圧力を０-５００mTorrの範囲内で調節しながら食刻時間を調節すれば、反射防止膜１０６と高反射膜１０４とを同時に除去することができる。高反射膜１０４が窒化膜の場合には、酸素を０-５０sccm、アルゴンを０-１０００sccm、一酸化炭素(CO)を０-５０sccm、CHF3を０-１００sccm程度食刻ガスとして供給した後、パワーを０-２０００W、圧力を０-５００mTorrの範囲内で調節し、食刻時間を調節すれば反射防止膜１０６と高反射膜１０４とを同時に除去することができる。上述の実施例では、高反射膜が酸化膜と窒化膜である場合について、食刻条件を詳しく説明した。しかし、このような食刻条件は高反射膜１０４として使用する薄膜の膜質特性に応じてそれぞれ別途の条件が適用しうる。
【００２５】
また、前記反射防止膜１０６及び高反射膜１０４に対する食刻が進行している間に、フォトレジストパターン１０８の消耗(A)が発生しても下部に構成された反射防止膜１０６はそのまま残されて後続工程における食刻またはイオン注入工程でマスクとして使用することができる。本発明に係る反射防止膜１０６、例えば炭化水素系ガスのみを使用して形成した非晶質カーボン膜の食刻選択比はi-line用フォトレジスト膜とは０.７で、DUV用フォトレジスト膜とは０.５以上の食刻選択比を有し、酸化膜とは５以上の食刻選択比を有する。
【００２６】
図６を参照すれば、前記フォトレジストパターン１０８と反射防止膜１０６とが乾式食刻工程を経ること無く、フォトレジストパターンを除去する方式で除去される。ここで、フォトレジストパターンの除去工程は、酸素プラズマ(O2 plasma)を用いた灰化(ashing)、硫酸ストリップ(H2SO4 strip)、洗浄工程(SC１；Standard cleaning １)を意味する。
【００２７】
従来の技術では反射防止膜１０６をさらに乾式食刻して除去した。しかし、本発明に係る反射防止膜１０６、例えば炭化水素系ガスのみを使用して形成した非晶質カーボン膜はそれ自体が有機物としての特性を有している。従って、フォトレジストの除去方式と同一の工程でフォトレジストパターン１０８と反射防止膜１０６とを同時に除去することができ、反射防止膜１０６の積層により誘発された半導体基板内の段差を減らすことができる。また、半導体素子の製造工程において乾式食刻の段階を減らすことによって工程を単純化し、これによる工程時間(throughput time)を短縮することができる。
【００２８】
第１変形例
図７は本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の形成方法に対する変形例を説明するための断面図である。
図７を参照すれば、透明/半透明な絶縁膜１１６をフォトレジスト膜の下部の任意領域にさらに形成し、反射される反射波同士の位相差を用いて消滅効果を増大させることにより、反射防止膜の効果を最大化させている。本実施例ではこのような透明/半透明な絶縁膜１１６を高反射膜１０４と反射防止膜１０６との間に形成して第１実施例の効果をさらに増加させている。このような透明/半透明な絶縁膜１１６の材質としてはポリシリコン酸化物、不純物の添加されたポリシリコン酸化物、熱成長されたシリコン酸化物及びオキシナイトライド(Oxynitride)窒化膜などがある。
【００２９】
従って、本変形例を適用した場合に、食刻対象となる膜はタングステン、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、アルミニウム及びアルミニウム合金よりなる高反射率の導電性金属の高反射膜１０４の代りに絶縁膜１１６となる。
従って、反射防止膜１０６を用いて食刻対象となる膜は導電性金属膜または絶縁膜のうち何れでもよい。絶縁膜１１６以外の構成部材に対する材質及び形成方法は前述した第１実施例と同一なのでその説明は省略する。
【００３０】
第２変形例
図８は本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の形成方法に対する他の変形例を説明するための断面図である。
図８を参照すれば、第１変形例において説明した透明/半透明な絶縁膜１１６を反射防止膜１０６上に形成して前記第１実施例の効果をさらに増大させている。ここで、絶縁膜１１６を含む残りの構成部材の材質及び構成方法は第１実施例及び第１変形例と同一なのでその説明は省略する。
以下、添付した図面に基づいて本発明に係る炭化水素系ガスのみを使用した非晶質カーボン膜についての特性を詳しく説明する。
【００３１】
図９は本発明によって形成された反射防止膜の温度変化に対する屈折率(refractive index)特性を示すグラフである。
図９を参照すれば、X軸は本発明に係る反射防止膜が位置したプレートの温度[℃]を示し、Y軸は温度変化に対する屈折率nを示す。温度を１４０℃から２６０℃までに上昇する時、屈折率は１.２から２.５までの範囲に分布され、このような屈折率を有するARCは半導体素子の様々な工程に適用し易い特性を有する。
【００３２】
図１０は本発明により形成された反射防止膜の温度変化に対する消滅係数特性を示すグラフである。
図１０を参照すれば、X軸は本発明に係る反射防止膜の位置したプレートの温度[℃]を、Y軸は温度変化に対する消滅係数kを示す。温度を１４０℃から２６０℃まで上昇する時、消滅係数は０.２から０.８までの範囲に分布され、このような屈折率を有するARCは半導体素子の様々な工程に適用し易い特性を有する。
【００３３】
図１１は本発明により形成された反射防止膜の蒸着時間の変化に対する厚さ特性を説明するためのグラフである。
図１１を参照すれば、X軸はPECVD方式で薄膜を形成する時の蒸着時間[sec]を、Y軸はこれにより積層された薄膜の厚さ[Å]を示す。グラフから見られるように、蒸着時間に応じて積層された反射防止膜の厚さがほぼ正比例的に増加する。これは半導体素子の製造工程によって非晶質カーボン膜の反射防止膜を異なる厚さに成膜しようとしたとき、蒸着時間のみを調節すれば厚さを調節することができることを示している。
【００３４】
図１２は本発明に係る反射防止膜の厚さ変化に対する屈折率及び消滅係数の変化を説明するためのグラフである。
図１２を参照すれば、X軸は反射防止膜の厚さ[Å]を、Y軸はこれに対する消滅係数[k]及び屈折率[n]の変化を示す。一般に反射防止膜が半導体素子の製造工程に適用される時、厚さが変わると反射率も変わって臨界寸法(CD:Critical Dimension)が変わる短所がある。このために既存工程において反射防止膜を使用する時には厚さを正確に制御する必要がある。しかし、本発明に係る反射防止膜、例えば炭化水素系ガスのみを使用して形成した非晶質カーボン膜は１５０Å以上の厚さでは屈折率と消滅係数が変わらず一定の特性を示すため、既存の反射防止膜に比べて半導体素子の製造工程への適用に有利な長所を有する。
【００３５】
図１３は本発明に係る反射防止膜のXRD(X-Ray Diffraction)を用いた表面分析の結果を示すグラフである。
図１３を参照すれば、X軸は表面分析時の入射角[２θ]を、Y軸はこの時の入射光の強度[cps]を示す。試料として、本発明によって１００Åと３００Åとの厚さに形成された反射防止膜を使用した。表面分析の結果を得るために、試料を固定させ、X-Ray光の入射角２θを２０―６０に変化させて入射した時の光度の結果値である。グラフから見られるように、本発明に係る反射防止膜は非晶質構造を有する。従って、露光時使用される光源に対して反射防止膜が比較的安定した消滅係数及び屈折率を有することになる。
【００３６】
図１４及び図１５は高反射膜をアルミニウムで形成した時に、屈折率及び消滅係数による反射率のシミュレーション結果を説明するためのグラフである。
図１４及び図１５を参照すれば、食刻対象の高反射膜としてアルミニウム膜を積層し、本発明に係る反射防止膜を形成した場合を示している。図１４は反射防止膜の屈折率を１．８１の定数に固定させ、反射防止膜の厚さ(グラフのX軸)と消滅係数(グラフの凡例)とを変化させた時の反射率を示すグラフである。図１５は厚さを３００Åの定数に固定させ、屈折率(グラフのY軸)と消滅係数(グラフのX軸)との変化に対する反射率を示すグラフである。グラフから分かるように屈折率１．６乃至２．４の区間と、消滅係数０．４乃至１．１の領域で５%未満の反射率を有する。従って、本発明に係る反射防止膜は消滅係数１.２乃至２.５の区間と、消滅係数０.２乃至０.８の区間で高反射膜を食刻するための反射防止膜として適用できる。
【００３７】
図１６及び図１７は高反射膜としてシリコン膜を形成した時に、屈折率及び消滅係数による反射率のシミュレーション結果を説明するためのグラフである。
図１６及び図１７を参照すれば、食刻対象の高反射膜としてシリコン膜を積層し、本発明に係る反射防止膜を形成した場合を示している。工程条件及びグラフの図示方式は図１４及び図１５と同一であり、相違点は高反射膜としてアルミニウム膜の代りにシリコン膜を使用した点である。即ち、図１６では屈折率を１.８１に固定させ、反射防止膜の厚さと消滅係数とを変化させた時の反射率の結果をY軸に示し、図１７では反応防止膜の厚さを３００Åに固定させ、消滅係数及び屈折率を変化させた時の反射率を示した。この場合にも屈折率１.６乃至２.４の区間と、消滅係数０.４乃至１.１の領域で５%未満の反射率を有することが分かる。
【００３８】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、第１に、炭化水素系のガスのみを使用して食刻選択比を調節しうる反射防止膜を形成することによって、高価な薄膜形成ガスを使用して反射防止膜を形成する時よりも製造コストを節減することができる。第２に、反射防止膜の除去時、乾式食刻をさらに行なわず、フォトレジストパターンを除去する方式のみで反射防止膜とフォトレジストパターンとを同時に除去することによって、工程を単純化させ、反射防止膜の使用により発生する半導体基板内の段差を減らすことによって微細パターンよりなる高集積化された半導体素子を実現することができる。第３に、反射防止膜の形成時に１つのガスのみを使用して反射防止膜を形成することによって比較的に反射防止膜を形成し易く、工程変数の影響を減らすことができる。
なお、本発明は前述の実施例に限定されることなく、本発明の属する技術的思想内で当業者によって多くの変形が可能なことは自明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の技術に係る反射防止膜の形成方法を説明する断面図。
【図２】  従来の技術に係る反射防止膜の形成方法を説明する断面図。
【図３】  従来の技術に係る反射防止膜の形成方法を説明する断面図。
【図４】  本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の形成方法を説明する断面図。
【図５】  本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜を形成した後、これを半導体製造工程に適用する方法を説明する断面図。
【図６】  本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜を形成した後、これを半導体製造工程に適用する方法を説明する断面図。
【図７】  本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の形成方法に対する変形例を説明する断面図。
【図８】  本発明に係る炭化水素系のガスを用いた反射防止膜の形成方法に対する他の変形例を説明する断面図。
【図９】  本発明により形成された反射防止膜の温度変化に対する屈折率特性を示すグラフ。
【図１０】  本発明により形成された反射防止膜の温度変化に対する消滅係数特性を示すグラフ。
【図１１】  本発明により形成された反射防止膜の蒸着時間の変化に応じる厚さ特性を説明するグラフ。
【図１２】  本発明に係る反射防止膜の厚さ変化に応じる屈折率及び消滅係数の変化を説明するグラフ。
【図１３】  本発明に係る反射防止膜のXRD表面分析結果を示すグラフ。
【図１４】  高反射膜をアルミニウムで形成した時に、屈折率及び消滅係数に対する反射率のシミュレーション結果を説明するグラフ。
【図１５】  高反射膜をアルミニウムで形成した時に、屈折率及び消滅係数に対する反射率のシミュレーション結果を説明するグラフ。
【図１６】  高反射膜をシリコン膜で形成した時に、屈折率及び消滅係数に対する反射率のシミュレーション結果を説明するグラフ。
【図１７】  高反射膜をシリコン膜で形成した時に、屈折率及び消滅係数に対する反射率のシミュレーション結果を説明するグラフ。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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