(57)【要約】【課題】被エッチング膜のウエットエッチング時に側面のテーパ角を簡易に安定して的確に制御できる汎用性の高いエッチング方法を提供すること。【解決手段】本発明のエッチング方法は、シリコン基板１上に形成された熱酸化膜であるシリコン酸化膜（被エッチング膜）２上に形成されたフォトレジスト膜３をマスクとして酸化膜２をウエットエッチングする前、レジスト膜３及び酸化膜２に紫外線ＵＶを適量照射して膜間界面の密着性を強化し、ウエットエッチングにおいて、原液（５０ｗｔ％ＨＦ）と原液（４０ｗｔ％ＮＨ4Ｆ）とを１：２０で混合したエッチング液を用いて酸化膜２の側面のテーパ角θを定める。テーパ角θは、紫外線ＵＶの照射時間に応じて変化する膜間界面の密着性に依存して可変されるため、要求される製品仕様に応じて紫外線ＵＶの照射時間を適度に定めて酸化膜２のテーパ角θを制御する。【選択図】図１
2009302172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング膜上に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に紫外線を照射して前記レジストパターンと前記被エッチング膜との密着性を強化する工程と、
前記レジストパターンとの密着性が強化された前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜をウエットエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする被エッチング膜のエッチング方法。
【請求項２】
前記被エッチング膜をウエットエッチングする工程、を行うことにより形成される当該被エッチング膜の側面のテーパ角と、前記紫外線の照射時間との関係を予め導出しておき、
前記紫外線を照射する工程では、
導出された前記関係に基づいて前記紫外線の照射時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の被エッチング膜のエッチング方法。
【請求項３】
前記レジストパターンを形成する工程と、前記被エッチング膜をウエットエッチングする工程との間に、
前記レジストパターン下から露出している前記被エッチング膜に濡れ性を向上させるための表面処理を施す工程、をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の被エッチング膜のエッチング方法。
【請求項４】
前記紫外線の強度を２５０ｍＷ／ｃｍ2以上、３５０ｍＷ／ｃｍ2以下に設定することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の被エッチング膜のエッチング方法。
【請求項５】
前記被エッチング膜はシリコン酸化膜であり、
前記シリコン酸化膜をウエットエッチングする工程では、フッ化水素（ＨＦ）を含むエッチング液を用いて前記シリコン酸化膜をエッチングすることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の被エッチング膜のエッチング方法。
【請求項６】
前記表面処理は、酸化プラズマ処理であることを特徴とする請求項３から請求項５の何れか一項に記載の被エッチング膜のエッチング方法。
【請求項７】
請求項１から６の何れか一項に記載のエッチング方法を行って、半導体基板上に形成された被エッチング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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエットエッチングの処理を含む被エッチング膜のエッチング方法、及びそれを適用した半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来技術としては、例えば特許文献１に開示されたものがある。即ち、特許文献１には、層間絶縁膜の下側に形成された第１の配線と、層間絶縁膜の上に形成される第２の配線とを電気的に接続するために、当該層間絶縁膜に第１の配線に至る接続孔を形成することが記載されている。その具体的な方法として、「接続孔の形成される層間絶縁膜を２層構造とし、１層目の絶縁膜をＣＭＰ法により平坦化した後、この平坦化された第１の絶縁膜の上に第２の絶縁膜を形成する。次に、等方性エッチングによりこの第２の絶縁膜に第１の孔を形成し、続いて、異方性エッチングにより第１の孔の底部を開口して中間層に通じる第２の孔を形成する。このとき、第１の孔の深さを第１の絶縁膜に達しない深さとする。」ことが記載されている。
【０００３】
このような方法によれば、第１の孔の形成工程において等方性エッチングを用いているため、サイドエッチングにより第１の孔を第２の孔よりも拡径に形成することができる。このため、ドライエッチングのみにより接続孔を形成する場合に比べて、サイドエッチングの広がり分だけ接続孔のコンタクト抵抗を小さくすることができる。また、第２の絶縁膜にはＣＭＰ処理が施されていないので、ＣＭＰ処理が施された場合と比べて、第２の絶縁膜の表面における過剰なサイドエッチングを防止することができる。その結果、この上に形成される配線や電極同士の短絡を防止することができる。
また、上記のようなエッチングを行う際は、接続孔の形成領域を開口し、それ以外の領域を覆うレジストパターンを層間絶縁膜上に形成する。層間絶縁膜とレジストパターンとの密着性を高める方法として、特殊な添加剤を加えたレジストを用いる方法が、例えば特許文献２に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−３５６４０８号公報
【特許文献２】特開平５−１８１２８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示された技術によれば、層間絶縁膜の表面における過剰なサイドエッチングを防止することができ、これにより、接続孔の内側面のテーパ角が極端に小さくならないようにすることができる。しかしながら、この技術は、接続孔の形成前に、ＣＭＰ法により層間絶縁膜を平坦化することを前提とした技術である。ＣＭＰによる平坦化を行わない半導体装置の製造方法においては、そもそも過剰なサイドエッチングは起こらないので、その進行を遅らせることはできない。よって、上記技術の適用は限定されたものとなっていた。
【０００５】
又、特許文献２に開示された技術によれば、特殊な添加剤をレジストに加えるため、被エッチング膜の種類、膜厚、パターン等の諸点に制約が生じるという課題があった。また、専用の塗布ラインを構築する必要もあるため、汎用性に欠けるという課題があった。
そこで、本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、被エッチング膜の側面のテーパ角を、容易に且つ汎用性高く調整することができるようにした被エッチング膜のエッチング方法、及びそれを適用した半導体装置の製造方法、を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術的課題を解決するための第１の発明は、
被エッチング膜（例えば図１のシリコン酸化膜２）上にレジストパターン（例えば図１のフォトレジスト膜３）を形成する工程と、
前記レジストパターンに紫外線（例えば図１の紫外線ＵＶ）を照射して前記レジストパターンと前記被エッチング膜との密着性を強化する工程と、
前記レジストパターンとの密着性が強化された前記レジストパターンをマスクとして前記被エッチング膜をウエットエッチングする工程と、
を含むことを特徴とする被エッチング膜のエッチング方法である。
このような手法により、被エッチング膜をウエットエッチングする際に、レジストパターンと被エッチング膜との界面へのエッチング液の染み込みを抑制することができるので、被エッチング膜の側面のテーパ角を通常よりも大きくすることができる。又、レジストパターンに特殊な添加剤を加える必要がないので、被エッチング膜の種類、膜厚、パターン等の諸点に大きな制約がなく、既存の設備を用いて被エッチング膜をエッチングすることができる。これにより、テーパ角を容易に且つ汎用性高く調整することができる。
【０００７】
第２の発明は、
前記被エッチング膜をウエットエッチングする工程、を行うことにより形成される当該被エッチング膜の側面のテーパ角と、前記紫外線の照射時間との関係を予め導出しておき、
前記紫外線を照射する工程では、
導出された前記関係に基づいて前記紫外線の照射時間を設定することを特徴とする被エッチング膜のエッチング方法である。
【０００８】
ここで、本発明者は、実験を通して、「レジストパターンと被エッチング膜との密着性は、紫外線の照射時間に応じて変化し、照射時間が長いほど密着性が向上する傾向にある」ということを見出した。また、「レジストパターンと被エッチング膜との密着性が高いほど、レジストパターンと被エッチング膜との界面にエッチング液が染み込みにくい」ということを見出した。そして、「紫外線の照射時間と、被エッチング膜の側面のテーパ角度との間には、例えば図２に示すような相関（即ち、照射時間ｔが長いほどテーパ角度θが大きくなり、その値は一定値に近づく）」ということを見出した。
このような手法により、紫外線の照射時間を適度な範囲（例えば図２のＵＶ照射時間を１０〜１８０秒）内で定めれば、シリコン酸化膜等の被エッチング膜の側面のテーパ角を的確に所望な範囲（例えば図２のテーパ角θ＝３０〜７０度）内の角度に制御することができる。
【０００９】
第３の発明は、
前記レジストパターンを形成する工程と、前記被エッチング膜をウエットエッチングする工程との間に、前記レジストパターン下から露出している前記被エッチング膜に濡れ性を向上させるための表面処理を施す工程、をさらに含むことを特徴とする被エッチングのエッチング方法である。
このような手法により、ウエットエッチング前にフォトレジスト膜形成時の残留物等が除去され、エッチング液の被エッチング膜に対する濡れ性が向上してウエットエッチングを均一に施すことができるため、テーパ角の面内ばらつきを抑制すること（例えば図３の酸化プラズマ処理の有無に応じたテーパ角θ＝４５度のときの面内ばらつきの対比）ができる。
【００１０】
第４の発明は、
前記紫外線の強度を２５０ｍＷ／ｃｍ2以上、３５０ｍＷ／ｃｍ2以下に設定することを特徴とする被エッチングのエッチング方法である。
ここで、本発明者の知見によれば、紫外線の強度については、２５０ｍＷ／ｃｍ2以上、３５０ｍＷ／ｃｍ2以下の範囲中において、特に３００ｍＷ／ｃｍ2に設定することが好ましい。このような手法により、レジストパターンと被エッチング膜との密着性を効率良く高めることができる。
【００１１】
第５の発明は、
前記被エッチング膜はシリコン酸化膜であり、
前記シリコン酸化膜をウエットエッチングする工程では、フッ化水素（ＨＦ）を含むエッチング液を用いて前記シリコン酸化膜をエッチングすることを特徴とする被エッチングのエッチング方法である。
このような手法により、シリコン酸化膜のウエットエッチングを安定に、効率良く行うことができる。
【００１２】
第６の発明は、
前記表面処理は、酸化プラズマ処理であることを特徴とする被エッチングのエッチング方法である。
このような手法により、第５の発明の作用効果を簡易に具現でき、有機物からなる残留物等を灰化して効率良く除去することができる。
【００１３】
第７の発明は、
上記被エッチング膜のエッチング方法を行って、半導体基板上に形成された被エッチング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である。
このような手法により、被エッチング膜の側面のテーパ角を、容易に且つ汎用性高く調整することができる。従って、エッチング精度が良く、品質の高い半導体装置を安価に提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図を参照して本発明に係る被エッチング膜のエッチング方法、及びそれを適用した半導体装置の製造方法の実施形態を説明する。
（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るエッチング方法の概略構成として、紫外線ＵＶ照射後のウエットエッチングにより形成される被エッチング膜の側面のテーパ角の様子を示した模式図である。
図１を参照し、本発明のエッチング方法を説明すれば、シリコン（Ｓｉ）基板１上に形成された被エッチング膜としての熱酸化膜であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）２上に形成されたフォトレジスト膜（レジストパターン）３をマスクとして、シリコン酸化膜２をウエットエッチングする際、ウエットエッチングに先立ち、フォトレジスト膜３及びシリコン酸化膜２に紫外線ＵＶを適量照射して、フォトレジスト膜３とシリコン酸化膜２との密着性（以下、膜間界面の密着性とも呼ぶ）を強化する処理を行うことを基本とする。そして、ウエットエッチングにおいて、少なくともフッ化水素（ＨＦ）を含むエッチング液を用いてシリコン酸化膜２の側面のテーパ角θを定めるものである。
【００１５】
但し、ここでのフォトレジスト膜３は、シリコン酸化膜２との密着性が比較的弱い汎用的な種類のレジストを対象としている。又、紫外線ＵＶの強度については、膜間界面の密着性が的確に高められるように、２５０ｍＷ／ｃｍ2以上、３５０ｍＷ／ｃｍ2以下の範囲で設定し、ここでは特に３００ｍＷ／ｃｍ2として適度な値に設定している。
このような手法により、膜間界面の密着性を高めておけば、エッチング液を用いたウエットエッチングに際して、エッチング液が膜間界面に染み込む量を抑制できるため、シリコン酸化膜２の側面のテーパ角θを容易に通常よりも高く、所望値で形成（図１ではテーパ角θ＝６０度の場合を例示している）するように制御できる。又、フォトレジスト膜３に特殊な添加剤を加える必要がないので、シリコン酸化膜２の種類、膜厚、パターン等の諸点に大きな制約がなく、既存の設備を用いてシリコン酸化膜２をエッチングすることができる。これにより、テーパ角を容易に且つ汎用性高く調整することができる。
【００１６】
エッチング液には、フッ化水素（ＨＦ）を含むものとして、フッ化水素（ＨＦ）の原液（５０ｗｔ％ＨＦ）とフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）の原液（４０ｗｔ％ＮＨ4Ｆ）とを１：２０の比で混合して生成した混合液を用いる場合を例示できる。その他、エッチング液としては、希フッ化水素やフッ化水素に過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）を加えた混合液等が挙げられ、これらを適宜混合した混合液を用いることも可能である。何れにしても、エッチング液として適当なものを選定すれば、シリコン酸化膜２のウエットエッチングが容易に行われ、例示したように最適なものを選定すれば、シリコン酸化膜２のウエットエッチングが効率良く安定して的確に行われる。
更に、シリコン酸化膜２のテーパ角θは、紫外線ＵＶの照射時間に応じて変化する膜間界面の密着性に依存して可変される。そこで、本発明のエッチング方法では、要求される製品仕様に応じて紫外線ＵＶの照射時間を適度に定めてシリコン酸化膜２のテーパ角θを破線で示されるような範囲内に制御する。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に係るエッチング方法で適用される紫外線ＵＶ照射時間ｔ（秒）に対するシリコン酸化膜２のテーパ角θ（度）の関係を示した特性図である。
この図２に示される紫外線ＵＶ照射時間ｔ（秒）とシリコン酸化膜２のテーパ角θ（度）との関係は、厚みが１μｍのシリコン酸化膜２上にポジ型レジストのフォトレジスト膜３を厚みが１μｍとなるように塗布、露光、現像する各工程を経てマスクとして形成し、３００ｍＷ／ｃｍ2の強度で紫外線ＵＶをシリコン酸化膜２及びフォトレジスト膜３に３分間余り（２００秒）照射した後、上述した（５０ｗｔ％ＨＦ）：（４０ｗｔ％ＮＨ4Ｆ）＝１：２０で生成した混合液のエッチング液を用いてシリコン酸化膜２をウエットエッチングする条件下で得られた結果である。
【００１８】
図２を参照すれば、ここでは紫外線ＵＶの照射時間ｔを１０〜１８０秒の範囲とした場合、シリコン酸化膜２の側面のテーパ角θが３０〜７０度の範囲で可変されることを示している。即ち、紫外線ＵＶの照射時間ｔを適度な範囲内で定めれば、テーパ角θを的確に所望な範囲内の角度に制御することができる。
ところで、紫外線ＵＶの照射後のウエットエッチングに先立ち、フォトレジスト膜３下から露呈しているシリコン酸化膜２に対するエッチング液の濡れ性を向上させるための表面処理をフォトレジスト膜３及びシリコン酸化膜２に施し、特に表面処理として酸化プラズマ処理（Ｏ2プラズマ処理）を適用することが品質向上の点で好ましい。
【００１９】
図３は、本発明の実施形態に係るエッチング方法で適用される酸化プラズマ処理の有無に応じたテーパ角θの面内ばらつきの対比を示した模式図である。
ここでは紫外線ＵＶの照射時間を６０秒と固定し、それによりシリコン酸化膜２の側面のテーパ角θ＝４５度としたときの酸化プラズマ処理の有無に応じたテーパ角θの面内ばらつきの対比結果を示している。因みに、酸化プラズマ処理は、レジストエッチング量を２００オングストロームとして行う場合を例示できる。
【００２０】
図３からは、酸化プラズマ処理の無しの場合のテーパ角θの面内ばらつきが±８度である（即ち、この場合にはテーパ角θが３７度から５３度の範囲になることを示す）のに対し、酸化プラズマ処理の有りの場合のテーパ角θの面内ばらつきは±５度と改善されている（即ち、この場合にはテーパ角θが４０度から５０度の範囲になって改善されることを示す）ことが判る。
因みに、ここでのシリコン酸化膜２の濡れ性を向上させるための表面処理としては、その他にＯ2にＮ2を加えたガスや、不活性ガス等を用いてプラズマ処理を施すか、或いは大気圧オゾン処理を施しても良く、こうした場合にも同等な効果が得られる。
【００２１】
このような表面処理を行えば、ウエットエッチング前にフォトレジスト膜３の形成時の残留物等が除去され、シリコン酸化膜２の濡れ性が向上してウエットエッチングを均一に施すことができるため、テーパ角θの面内ばらつきを抑制することができる。特に、表面処理を酸化プラズマ処理で行えば、有機物からなる残留物等を灰化して効率良く除去することができるため、エッチング液とシリコン酸化膜２とを均一に接触させることができ、ウエットエッチングの均一性が十分に確保される。これにより、テーパ角θの面内ばらつきを精度良く抑制することができる。
【００２２】
即ち、実施形態に係るエッチング方法によれば、被エッチング膜であるシリコン酸化膜２のウエットエッチング時に側面のテーパ角θを簡易に安定して的確に制御できる汎用性の高いエッチング方法を提供することができる。又、ここではレジスト種類や塗布工程（塗布装置）を分ける必要がないため、ウエットエッチングが効率良く行われる。
尚、上述した実施形態に係るエッチング方法は、シリコン基板１が下地回路層とされていれば、その上にシリコン酸化膜２が形成されたシリコンウエハ（半導体基板の一例）を対象としたものであるため、半導体基板上に形成された被エッチング膜をエッチングする半導体装置の製造方法であると換言することができる。半導体装置の製造方法とした場合においても、エッチング精度が良く品質高い半導体装置を生産性良く簡易に作製でき、その安価化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係る被エッチング膜の側面のテーパ角を示した模式図。
【図２】ＵＶ照射時間ｔに対するシリコン酸化膜２のテーパ角θの関係を示した図。
【図３】酸化プラズマ処理の有無に応じたテーパ角θの面内ばらつきを対比した図。
【符号の説明】
【００２４】
１  シリコン基板、２  シリコン酸化膜、３  フォトレジスト膜、ＵＶ  紫外線
【図１】
2009302172.tif 000003
【図２】
2009302172.tif 000004
【図３】
2009302172.tif 000005