(57)【要約】【課題】半導体装置製造において、リソグラフィ寸法より小さい加工寸法を得る。【解決手段】多層レジストの加工方法は、基板１上に、下層４、中間層５及び上層レジスト６を順次形成する工程（ａ）と、リソグラフィ技術により、上層レジスト６をパターニングして第１の寸法を有する上層開口１６を設ける工程（ｂ）と、上層レジスト６をマスクとして中間層５をドライエッチングすることにより、上層開口１６の下方に、第２の寸法を有する中間層開口１５を形成する工程（ｃ）と、中間層５をマスクとして下層４をドライエッチングすることにより、中間層開口１５の下方に、第３の寸法を有する下層開口１４を形成する工程（ｄ）とを備える。工程（ｃ）において、第２の寸法が上部よりも下部において小さくなる形状に中間層開口１５を形成することにより、工程（ｄ）において、第３の寸法を第１の寸法よりも小さくする。【選択図】図１
2009076555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、下層、中間層及び上層レジストを順次形成する工程（ａ）と、
リソグラフィ技術により、前記上層レジストをパターニングして第１の寸法を有する上層開口を設ける工程（ｂ）と、
前記上層レジストをマスクとして前記中間層をドライエッチングすることにより、前記上層開口の下方に、第２の寸法を有する中間層開口を形成する工程（ｃ）と、
前記中間層をマスクとして前記下層をドライエッチングすることにより、前記中間層開口の下方に、第３の寸法を有する下層開口を形成する工程（ｄ）とを備え、
前記工程（ｃ）において、前記第２の寸法が上部よりも下部において小さくなる形状に前記中間層開口を形成することにより、前記工程（ｄ）において、前記第３の寸法を前記第１の寸法よりも小さくすることを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記工程（ｃ）において、順テーパー形状に前記中間層開口を形成することを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記上層レジストと前記中間層とは加工の選択比を有すると共に、
前記中間層と前記下層とは加工の選択比を有することを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項４】
請求項１又は２において、
前記下層は芳香環を有する材料からなると共に、
前記中間層はシリコンを含有する材料からなることを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記工程（ｃ）において、水素原子を含むガスを用いてドライエッチングすることを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記工程（ｃ）において、エッチング装置の下部電極にＲＦパワーを印加することなくドライエッチングを行なう第１ステップと、前記第１ステップの後に、ＲＦパワーを印加してドライエッチングを行なう第２ステップとを行なうことを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項７】
請求項６において、前記第１ステップと前記第２ステップとを交互にパルス状に繰り返すことを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記工程（ｃ）において、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングすることを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記工程（ｃ）において、ガスのＣ／Ｆ比が大きい条件からＣ／Ｆ比が小さい条件に変化させながらドライエッチングすることを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項１０】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記工程（ａ）において、前記中間層を複数の膜が積層された構造とすると共に、前記複数の膜のうちの下層の膜ほど上層の膜に比べてシリコン含有量が少ないようにすることを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項１１】
請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
前記工程（ａ）において、下から上に向かってシリコンの含有量が多くなるようなシリコン濃度の傾斜を有する前記中間層を設けることを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項１２】
請求項１１において、
ＣＶＤ法により前記シリコン濃度の傾斜を有する前記中間層を形成することを特徴とする多層レジストの加工方法。
【請求項１３】
請求項１において、
前記工程（ａ）において、前記中間層を複数の膜が積層された構造とすると共に、前記複数の膜のうちの下層の膜ほど上層の膜に比べて所定のエッチングガスに対するエッチングレートが低いようにすることを特徴とする多層レジストのエッチング方法。
【請求項１４】
基板上に、下層、中間層及び上層レジストを順次形成する工程（ａ）と、
リソグラフィ技術により、前記上層レジストをパターニングして第１の寸法を有する上層開口を設ける工程（ｂ）と、
前記上層レジストをマスクとして前記中間層をドライエッチングすることにより、前記上層開口の下方に、第２の寸法を有する中間層開口を形成する工程（ｃ）と、
前記中間層をマスクとして前記下層をドライエッチングすることにより、前記中間層開口の下方に、第３の寸法を有する下層開口を形成する工程（ｄ）と、
前記下層をマスクとして前記被加工膜をドライエッチングすることにより、前記下層開口の下方に被加工膜開口を設ける工程（ｅ）とを備え、
前記工程（ｃ）において、前記第２の寸法が上部よりも下部において小さくなる形状に前記中間層開口を形成することにより、前記工程（ｄ）において、前記第３の寸法を前記第１の寸法よりも小さくすることを特徴とする多層レジストを用いたエッチング方法。
【請求項１５】
請求項１４において、
前記工程（ｃ）において、順テーパー形状に前記中間層開口を形成することを特徴とする多層レジストを用いたエッチング方法。
【請求項１６】
基板上に形成された、芳香環を有し且つ炭素を含有する下層と、前記下層上に積層し且つシリコンを含有する中間層と、前記中間層上に積層する上層レジストを含み、
前記中間層は、複数の膜が積層された構造を有し、
前記複数の膜のうちの下層の膜ほど上層の膜に比べてシリコン含有量が少ないことを特徴とする多層レジスト。
【請求項１７】
基板上に形成された、芳香環を有し且つ炭素を含有する下層と、前記下層上に積層し且つシリコンを含有する中間層と、前記中間層上に積層する上層レジストを含み、
前記中間層は、下から上に向かってシリコンの含有量が多くなるようなシリコン濃度の傾斜を有することを特徴とする多層レジスト。
【請求項１８】
基板上に形成された、芳香環を有し且つ炭素を含有する下層と、前記下層上に積層し且つシリコンを含有する中間層と、前記中間層上に積層する上層レジストを含み、
前記中間層は、複数の膜が積層された構造を有し、
前記複数の膜のうちの下層の膜ほど上層の膜に比べて所定のエッチングガスに対するエッチングレートが低いことを特徴とする多層レジスト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体を加工するための多層レジストとそのエッチング方法及び多層レジストを用いたエッチング方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の微細化や高集積化に伴い、リソグラフィ技術において開口寸法を縮小することの要求が非常に厳しくなっている。例えば、６５ｎｍ以細のデザインルールでは、ホールサイズに関するリソの開口サイズは８０ｎｍとなっており、非常に微細である。
【０００３】
このため、６５ｎｍ以細のデザインルールの露光技術については、ＡｒＦレジスト、ＡｒＦ液浸露光等の技術の導入が進んでいる。一方で、露光波長の短波長化、開口寸法の縮小に伴って焦点深度が減少するため、レジストが従来よりも薄膜化している。このように、６５ｎｍ以細のデザインルールの微細プロセスでは、ＣＤ（Critical Dimension）制御や露光マージンの確保のためのレジストの薄膜化に伴い、エッチング時のレジスト残膜不足による寸法の拡大と、パターン形成不良とが課題として顕在化してきた。
【０００４】
これに対し、エッチング時のレジスト残膜を確保する手法の１つとして、多層レジストを用いたプロセスが公知の技術として報告されている（例えば、特許文献１を参照）。ここで、多層レジストプロセスとは、厚い下層層と、リソグラフィの高解像度を実現するための十分薄い上層レジストとの少なくとも２種類のレジスト層を組み合わせて使用する方法である。
【０００５】
以下、従来の多層レジストを用いた加工プロセスの一例について、図８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０００６】
まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板１０１上にシリコン窒化膜１０２を堆積し、その上にシリコン酸化膜１０３を堆積した後、シリコン酸化膜１０３上に下層１０４、中間層１０５及び上層レジスト１０６をこの順に堆積する。この後、リソグラフィ工程を経て上層レジスト１０６のパターニングを行う。
【０００７】
次に、図８（ｂ）に示すように、パターニングされた上層レジスト１０６をマスクとして、中間層１０５をドライエッチングによりパターニングする。
【０００８】
次に、図８（ｃ）に示すように、パターニングされた中間層１０５をマスクとして、下層１０４をドライエッチングによりパターニングする。
【０００９】
次に、図８（ｄ）に示すように、パターニングされた下層１０４をマスクとして、下地のシリコン酸化膜１０３をエッチングすることにより、コンタクトホールパターンを形成する。
【特許文献１】特開平６−１９６４５０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、従来の多層レジストの加工方法の場合、多層レジストマスクパターンを形成する際に、中間層１０５、下層１０４をそれぞれエッチングする。このため計２回エッチングすることになり、横方向のエッチングが進行して、図８（ｅ）に示すように、露光してパターニングした際の上層レジスト１０６（図８（ｅ）に破線により示す）のリソグラフィ寸法よりもエッチング後の多層レジストマスク（中間層１０５及び下層１０４）のパターニング寸法が拡大してしまう。
【００１１】
また、６５ｎｍ以細のデザインルールの場合、コンタクトホールのリソ工程における開口サイズは１００ｎｍ以下と非常に微細になる。このため、ＡｒＦ露光技術、ＡｒＦ液浸露光といった高ＮＡ（numerical aperture）を実現できる最新のリソグラフィ技術を用いても安定した開口を制御することは難しい。
【００１２】
したがって、半導体装置の更なる微細化、つまり、６５ｎｍ以細のデザインルールによるデバイス開発においては、ドライエッチングの工程における寸法縮小が必須の技術となる。
【００１３】
ここで、従来の寸法縮小技術の一例として、２層レジストに対する寸法縮小技術を図９（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００１４】
まず、図９（ａ）に示すように、半導体基板１０１上に、シリコン窒化膜１０２を堆積し、その上にシリコン酸化膜１０３を堆積した後、シリコン酸化膜１０３上に反射防止膜１０７及び上層レジスト１０６をこの順に堆積する。この後、リソグラフィ工程を経て上層レジスト１０６のパターニングを行う。
【００１５】
次に、図９（ｂ）に示すように、パターニングされた上層レジスト１０６をマスクとして、反射防止膜１０７をドライエッチングする。この時、Ｃ（炭素）／Ｆ（フッ素）比の高い堆積性の強いガス、例えばＣ4 Ｆ8 やＣ5 Ｆ8 を用いてエッチングを行うと、フルオロカーボン系のポリマー１０８がパターン上に堆積される。この結果、ポリマー１０８により、コンタクトホールパターンのレジスト寸法が縮小する。
【００１６】
次に、図９（ｃ）に示すように、下地のシリコン酸化膜１０３をエッチングし、コンタクトパターンを形成する。
【００１７】
しかし、このようなレジスト上にポリマーを堆積して寸法を縮小する技術は、３層レジストエッチングには適用できない。なぜなら、２層を越える多層レジストエッチングの場合、下層をＯ2 系のガスによってエッチングするため、レジスト上に堆積したポリマーが下層エッチング時に除去されるからである。つまり、ポリマーが除去されるため、レジスト寸法の縮小は起らない。
【００１８】
本発明は、前記課題を解決し、リソグラフィ寸法より小さい微細コンタクトを形成するための多層レジストとそのエッチング方法及び多層レジストを用いたエッチング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】
【００１９】
上記の目的を達成するため、本発明に係る多層レジストの加工方法は、基板上に、下層、中間層及び上層レジストを順次形成する工程（ａ）と、
リソグラフィ技術により、上層レジストをパターニングして第１の寸法を有する上層開口を設ける工程（ｂ）と、上層レジストをマスクとして中間層をドライエッチングすることにより、上層開口の下方に、第２の寸法を有する中間層開口を形成する工程（ｃ）と、中間層をマスクとして下層をドライエッチングすることにより、中間層開口の下方に、第３の寸法を有する下層開口を形成する工程（ｄ）とを備え、工程（ｃ）において、第２の寸法が上部よりも下部において小さくなる形状に中間層開口を形成することにより、工程（ｄ）において、第３の寸法を第１の寸法よりも小さくする。
【００２０】
本発明の多層レジストのエッチング方法によると、リソグラフィ技術により上層レジストに形成されたパターンの寸法（第１の寸法）よりも縮小されたパターンの寸法（第３の寸法）を有する下層を設けることができる。これは、中間層に形成する中間層開口を、その寸法（第２の寸法）が上部よりも下部において小さい形状にすることによって実現する。このように、下層をリソグラフィ寸法よりも縮小されたパターンのレジストマスクとして利用できるため、リソグラフィ寸法よりも微細なパターンの加工が可能となる。
【００２１】
尚、工程（ｃ）において、順テーパー形状に中間層開口を形成することが好ましい。
【００２２】
第２の寸法が上部よりも下部において小さくなる形状の一例として、順テーパー形状とすることができる。
【００２３】
また、上層レジストと中間層とは加工の選択比を有すると共に、中間層と下層とは加工の選択比を有することが好ましい。
【００２４】
つまり、上層レジストをリソグラフィ技術により加工する際に、中間層に対して選択的に上層レジストを除去することができ、下層と中間層とはエッチング選択性を有することが好ましい。このようになっていると、三層それぞれの加工を適切に行なうことができる。
【００２５】
また、下層は芳香環を有する材料からなると共に、中間層はシリコンを含有する材料からなることが好ましい。
【００２６】
尚、工程（ｃ）において、水素原子を含むガスを用いてドライエッチングすることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、エッチングガスに水素原子が含まれていることから、中間層に開口が形成される過程において、ポリマーが形成途中の開口の側壁及び底面にコンフォーマル（均一に）に形成されながらエッチングが進行する。エッチングの異方性により底面のポリマーの除去は側面のポリマーの除去よりも速いため、中間層開口はテーパ状にエッチングされる。つまり、第２の寸法が上から下に向かって小さくなる形状の中間層開口を得ることができる。
【００２８】
また、工程（ｃ）において、エッチング装置の下部電極にＲＦパワーを印加することなくドライエッチングを行なう第１ステップと、第１ステップの後に、ＲＦパワーを印加してドライエッチングを行なう第２ステップとを行なうことが好ましい。
【００２９】
このようにすると、ＲＦ（Radio Frequency ）パワーを印加してドライエッチングを行なう際には異方性エッチングにより底面のポリマーの除去が側壁のポリマーの除去よりも速くなる。また、ＲＦパワーを印加しないでドライエッチングを行なう際にはポリマーが形成途中の開口の側壁及び底面にコンフォーマルに形成されながら等方的にエッチングが進行する。この結果、中間層開口はテーパ状にエッチングされる。
【００３０】
また、第１ステップと第２ステップとを交互にパルス状に繰り返すことが好ましい。
【００３１】
このようにすると、均一なポリマーの形成が起るステップと、異方的なエッチングの進行が起るステップとが交互に繰り返されることになり、中間層開口をテーパ状にエッチングすることができる。
【００３２】
また、工程（ｃ）において、Ａｒを含むガスを用いてドライエッチングすることが好ましい。
【００３３】
このようにすると、中間層開口をテーパ状にエッチングすることができる。
【００３４】
また、工程（ｃ）において、ガスのＣ／Ｆ比が大きい条件からＣ／Ｆ比が小さい条件に変化させながらドライエッチングすることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、中間層開口をテーパ状にエッチングすることができる。
【００３６】
また、工程（ａ）において、中間層を複数の膜が積層された構造とすると共に、複数の膜のうちの下層の膜ほど上層の膜に比べてシリコン含有量が少ないようにすることが好ましい。
【００３７】
膜を構成する材料において、シリコン含有量が少ないほど相対的に炭素の含有量は多くなる。このため、ＣＦ系のガスを用いてドライエッチングを行なう場合、シリコンの含有率が少ないほどエッチングレートは低くなる。よって、積層構造の中間層に開口を設ける際、下層の膜ほど横方向のエッチングの進行が抑制されることになり、中間層開口の寸法（第２の寸法）は上から下に小さくなる。
【００３８】
また、工程（ａ）において、下から上に向かってシリコンの含有量が多くなるようなシリコン濃度の傾斜を有する中間層を設けることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、シリコンの含有量の違いに起因するエッチング速度の違いにより、中間層を積層構造とする前記の場合と同様に、中間層開口は上から下に寸法（第２の寸法）が小さくなるテーパ形状に形成される。
【００４０】
尚、ＣＶＤ法により前記シリコン濃度の傾斜を有する中間層を形成することが好ましい。
【００４１】
中間層における前記のシリコン濃度の傾斜を実現する方法として、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition ）法によって中間層を形成しても良い。
【００４２】
また、工程（ａ）において、中間層を複数の膜が積層された構造とすると共に、複数の膜のうちの下層の膜ほど上層の膜に比べて所定のエッチングガスに対するエッチングレートが低いようにすることが好ましい。
【００４３】
このようにすると、積層構造の中間層に中間層開口を形成する際に、下層の膜ほど横方向横方向のエッチングの進行が抑制されることになり、中間層開口は上から下に寸法が小さくなるテーパ形状に形成される。
【００４４】
前記の目的を達成するため、本発明の多層レジストを用いたエッチング方法は、基板上に、下層、中間層及び上層レジストを順次形成する工程（ａ）と、
リソグラフィ技術により、上層レジストをパターニングして第１の寸法を有する上層開口を設ける工程（ｂ）と、上層レジストをマスクとして中間層をドライエッチングすることにより、上層開口の下方に、第２の寸法を有する中間層開口を形成する工程（ｃ）と、中間層をマスクとして下層をドライエッチングすることにより、中間層開口の下方に、第３の寸法を有する下層開口を形成する工程（ｄ）と、下層をマスクとして被加工膜をドライエッチングすることにより、下層開口の下方に被加工膜開口を設ける工程（ｅ）とを備え、工程（ｃ）において、第２の寸法が上部によりも下部において小さくなる形状に中間層開口を形成することにより、工程（ｄ）において、第３の寸法を第１の寸法よりも小さくする。
【００４５】
本発明の多層レジストを用いたエッチング方法によると、リソグラフィ技術により上層レジストに形成されたパターンの寸法（第１の寸法）よりも縮小されたパターンの寸法（第３の寸法）を有する下層を設けることができる。このような下層をマスクとしてエッチングを行なうことにより、被加工膜に対し、リソグラフィ寸法よりも縮小された寸法の開口（被加工膜開口）を設けることができる。
【００４６】
尚、工程（ｃ）において、順テーパー形状に中間層開口を形成することを特徴とする多層レジストを用いることが好ましい。
【００４７】
第２の寸法が上部によりも下部において小さくなる形状の一例として、このように順テーパー形状としても良い。
【００４８】
また、前記の目的を達成するため、本発明の第１の多層レジストは、基板上に形成された、芳香環を有し且つ炭素を含有する下層と、下層上に積層し且つシリコンを含有する中間層と、中間層上に積層する上層レジストを含み、中間層は、複数の膜が積層された構造を有し、複数の膜のうちの下層の膜ほど上層の膜に比べてシリコン含有量が少ない。
【００４９】
また、本発明の第２の多層レジストは、基板上に形成された、芳香環を有し且つ炭素を含有する下層と、下層上に積層し且つシリコンを含有する中間層と、中間層上に積層する上層レジストを含み、中間層は、下から上に向かってシリコンの含有量が多くなるようなシリコン濃度の傾斜を有する。
【００５０】
また、本発明の第３の多層レジストは、基板上に形成された、芳香環を有し且つ炭素を含有する下層と、下層上に積層し且つシリコンを含有する中間層と、中間層上に積層する上層レジストを含み、中間層は、複数の膜が積層された構造を有し、複数の膜のうちの下層の膜ほど上層の膜に比べて所定のエッチングガスに対するエッチングレートが低い。
【００５１】
本発明の第１〜第３の多層レジストによると、リソグラフィ技術により上層開口を設けた上層レジストをマスクとして中間層をドライエッチングすることにより、上から下に寸法が小さくなる形状の中間層開口を設けることができる。このため、下層に対して上層開口よりも小さい下層開口を設けることができる。このような下層をマスクとして加工を行なうことにより、リソグラフィ寸法よりも縮小されたパターンを形成することが可能となる。
【発明の効果】
【００５２】
本発明の多層レジストとそのエッチング方法及び多層レジストを用いたエッチング方法によると、中間層に設ける中間層開口について、上から下に寸法を小さくすることができる。このため、リソグラフィ技術によりパターニングされる上層レジストに比べて縮小されたパターンを有する下層を形成することができ、リソグラフィ寸法よりも縮小されたパターンの加工が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る多層レジストとその加工方法について、図面を参照しながら説明する。図１（ａ）〜（ｄ）は多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図である。また、図２（ａ）はＣＦ4 ／ＣＨＦ3 流量比と加工の寸法の関係を示し、図２（ｂ）及び（ｃ）は、ＣＨＦ3 の流量と加工形状の関係を示す。
【００５４】
まず、図１（ａ）に示す通り、半導体基板１上に、例えばＣＶＤ法により膜厚３０ｎｍ程度のシリコン窒化膜２を形成する。続いて、シリコン窒化膜２上に、例えばＣＶＤ法により膜厚４００ｎｍのシリコン酸化膜３を形成する。更に、シリコン酸化膜３上に、膜厚２５０ｎｍの下層４、膜厚９０ｎｍの中間層５及び膜厚１５０ｎｍの上層レジスト６を下からこの順に形成する。
【００５５】
ここで、下層４は、炭素原子を含有し、特に芳香環を有する材料（例えば、ノボラック系のレジスト材料の塗膜）により形成する。また、中間層５は、シリコンを含有するレジスト材料（例えば、シロキサン系材料）により形成する。上層レジスト６については、例えばアクリル系ポリマーをベースとした化学増幅型レジストを用いて形成する。
【００５６】
この後、ＡｒＦエキシマレーザーリソグラフィを利用して、上層レジスト６に、リソグラフィ径Ｌ１が９０ｎｍであるホールパターン（上層開口１６）を形成する。
【００５７】
次に、図１（ｂ）に示す通り、上層開口１６の設けられた上層レジスト６をマスクとして中間層５をドライエッチングし、上層開口１６の下に中間層開口１５を形成する。このとき、中間層開口１５のホール形状は、トップ寸法Ｌ２が１００ｎｍ、ボトム寸法Ｌ３が７０ｎｍのテーパー形状とする。尚、中間層５のエッチング過程において上層開口１６の側壁についてもエッチングされるため、中間層開口１５のトップ寸法Ｌ２は上層開口１６のリソグラフィ径Ｌ１よりも大きくなっている。
【００５８】
このように、中間層５をエッチングにより加工し、上から下に寸法が小さくなるテーパ形状の中間層開口１５を設けることが本実施形態の多層レジスト及びその加工方法の特徴の一つである。これについては、後に更に詳しく述べる。
【００５９】
次に、図１（ｃ）に示すように、中間層開口１５が設けられた中間層５と、その上に残る部分の上層レジスト６とをマスクとして、下層４をエッチングする。
【００６０】
このためのドライエッチング方法の一例は、次の通りである。つまり、エッチングガスをＣＯ／Ｏ2 ／Ａｒ＝１００／５０／５００sccm、エッチング雰囲気の圧力を１５ｍTorrとし、基板温度を２０℃に設定する。また、２周波ＲＩＥ方式のエッチングを用い、ＲＦパワーについては上部電極を１５００Ｗ、下部電極を３００Ｗとする。
【００６１】
このようなＣＯ／Ｏ2 ／Ａｒ系のガスによるエッチングの場合、酸素ラジカルを主体とするエッチングとなるため、Ｓｉを含有するレジストである中間層５に対する選択比が高い。具体的なエッチングレートを例示すると、下層４について２５０ｎｍ／ｍｉｎであるのに対して中間層５について１０ｎｍ／ｍｉｎであり、選択比が２５以上である。
【００６２】
よって、中間層５をほとんどエッチングすることなく下層４をエッチングすることができ、中間層開口１５のボトム寸法Ｌ３を変化させることなく下層４のエッチングを行なうことができる。
【００６３】
また、下層４のエッチングは、下層４がサイドエッチングにより横方向に寸法拡大することのない条件に適正化して行なう。
【００６４】
これにより、トップ寸法Ｌ４及びボトム寸法Ｌ５が共に７０ｎｍであるホール形状の下層開口１４を形成することができる。尚、上層レジスト６は、下層４をエッチングする途中でエッチングされて消失する。
【００６５】
続いて、図１（ｄ）に示す工程を行なう。つまり、中間層５及び下層４をマスクとして、シリコン酸化膜３をドライエッチングする。このとき、Ｓｉを含有する中間層５についてもエッチングされて消失する。また、下層４に形成されている下層開口１４について、側壁上部の角が削られて上部が広がることになる。しかし、このように角の削れる部分がシリコン酸化膜３にまで達することがないようにエッチングの条件、下層４の膜厚等を制御することにより、シリコン酸化膜３をほぼ垂直に加工してコンタクトホール１３を得ることができる。尚、コンタクトホール１３のボトム寸法Ｌ６は、６０ｎｍである。
【００６６】
上記したように、コンタクトホール１３のボトム寸法Ｌ６は６０ｎｍであり、下層４のボトム寸法Ｌ５である７０ｎｍよりもさらに狭くなっている。これは、本実施形態の場合、酸化膜エッチングの際に下地のストッパー膜となる窒化膜によってコンタクトエッチングをストップさせているためである。このようにすると、ポリマーの多い条件においてエッチングを行なっていることになるため、コンタクト形状はテーパー形状になり、ボトム寸法がリソ寸法よりも小さくなる。
【００６７】
尚、シリコン酸化膜３に対するエッチングを行なう前に、下層４上に残っている中間層５（図１（ｃ）を参照）を除去するためのエッチング工程を追加しても良い。
【００６８】
このようにして、上層レジスト６に設けた上層開口１６のリソグラフィ径Ｌ１（９０ｎｍ）よりも３０ｎｍ寸法縮小した６０ｎｍ径のボトム寸法Ｌ６を有するコンタクトホールを得ることができる。
【００６９】
以下に、図１（ｂ）に示す中間層５のエッチング方法について更に説明する。本実施形態における中間層５のドライエッチング方法の一例は、次の通りである。つまり、エッチングガスをＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ＝２００／４０sccm、エッチング雰囲気の圧力を１００ｍTorrとし、基板温度を２０℃に設定する。また、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、ＲＦパワーについては上部電極を６００Ｗ、下部電極を３００Ｗとする。
【００７０】
ここで、中間層開口１５のボトム寸法Ｌ３及びコンタクトホール１３のボトム寸法Ｌ６について、エッチングガスのＣＦ4 ／ＣＨＦ3 流量比に対する依存性を図２（ａ）に示す。図２（ａ）に示される通り、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 流量比が低いと、中間層開口１５のボトム寸法Ｌ３と共にコンタクトホール１３のボトム寸法Ｌ６も小さくなる。つまり、中間層開口１５のボトム寸法Ｌ３を縮小することによりコンタクトホール１３のボトム寸法Ｌ６を縮小することが可能であることが判る。
【００７１】
また、図２（ｂ）には、ＣＨＦ3 流量が０sccmである場合及び４０sccmである場合について、中間層５のエッチング後及び下層４のエッチング後における断面形状を示している。図２（ｂ）に示される通り、ＣＨＦ3 を添加することにより、中間層開口１５をテーパー形状として、ボトム寸法Ｌ３をトップ寸法Ｌ２よりも小さくすることができる。
【００７２】
これは、エッチングガスに添加したＣＨＦ3 にＨが含まれるため、形成される途中の中間層開口１５における表面及び側面の全体にコンフォーマルにポリマーが形成されることによる。つまり、異方性のエッチングであることから深さ方向（縦方向）のエッチングが横方向のエッチングよりも高いレートで進むため、中間層開口１５が深くなるに連れて側面残されるポリマーによって横方向の寸法が縮小する。
【００７３】
尚、本実施形態において、中間層開口１５をテーパー形状とするためにＣＨＦ3 ガスを用いたが、これには限らない。例えば、ＣＨ3 Ｆ、ＣＨ2 Ｆ2 等の水素を含有するフルオロハイドロカーボン系化合物であれば同様の効果を実現することができる。
【００７４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態に係る多層レジストとその加工方法について、図面を参照しながら説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図３（ｄ）は、エッチングの際の下部電極におけるＲＦパワーの印加について示す図である。
【００７５】
まず、図３（ａ）に示す通り、半導体基板１上にシリコン窒化膜２、シリコン酸化膜３、下層４、中間層５及び上層レジスト６が下からこの順に積層した構造を形成する。更に、上層レジスト６をリソグラフィ径が９０ｎｍであるホールパターン（上層開口１６）を形成する。ここまでの工程は、第１の実施形態において図１（ａ）により説明したのと同様である。
【００７６】
次に、図３（ｂ）に示すように、上層開口１６が設けられた上層レジスト６をマスクとして、中間層５をエッチングする。これにより、トップ寸法１００ｎｍ、ボトム寸法７０ｎｍのホール形状を有する中間層開口１５を形成する。
【００７７】
このようなトップ寸法よりもボトム寸法が小さい中間層開口１５を形成することが、第１の実施形態と同様に、本実施形態の多層レジスト及びその加工方法の特徴の一つである。これについては、後に更に詳しく述べる。
【００７８】
続いて、図３（ｃ）の工程を行なう。まず、中間層開口１５が形成された中間層５をマスクとして下層４に下層開口１４を形成する。続いて、下層開口１４が設けられた下層４をマスクとしてシリコン酸化膜３をドライエッチングし、シリコン酸化膜３にコンタクトホール１３を形成する。この際、下層開口１４は側壁上部の角が削られて上部が広がることになるが、削られる部分がシリコン酸化膜３には達しないようにエッチングの条件を設定することにより、コンタクトホール１３を垂直に加工することができる。尚、シリコン酸化膜３に対するエッチングを行なう前に、下層４上に残っている中間層５を除去するためのエッチング工程を追加しても良い。このような工程については、第１の実施形態において図１（ｃ）及び（ｄ）により示したものと同様である。
【００７９】
このようにして、上層レジスト６に設けた上層開口１６のリソグラフィ径よりも寸法縮小したボトム寸法を有するコンタクトホール１３を得ることができる。
【００８０】
次に、図３（ｂ）に示す中間層５のエッチング方法の一例を説明する。本実施形態では、エッチングガスとしてＣ4 Ｆ8 ／ＣＦ4 ＝６／１００sccmを用いる。第１の実施形態において用いたエッチングガスとは異なり、Ｈを含むガスは用いていない。また、エッチング雰囲気の圧力を１００ｍTorrとし、基板温度を２０℃に設定する。また、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、上部電極のＲＦパワーを６００Ｗとする。更に、下部電極ＲＦパワーについては、図３（ｄ）に示す通り、３００ＷのＲＦパワーを印加するステップと、ＲＦパワーを印加しないステップとを組み合わせる。
【００８１】
エッチング中、下部電極にＲＦパワーを印加していない時には、下部電極側へのイオンの引き込みが発生しない。このためポリマーのデポジション反応が優勢となり、エッチングは進行しにくく、ポリマーがウエハ全面に堆積される。このとき、上層開口１６の側面にもポリマーが堆積する。
【００８２】
これに対し、エッチング中に下部電極にＲＦパワーを印加すると、イオンの引き込みが生じて異方性エッチングとして反応が進む。このため、形成途中の中間層開口１５において、壁面のポリマーに対するエッチングよりも底部のポリマーに対するエッチングの方が速く、下方向へのエッチングがより速く進む。
【００８３】
従って、第１のステップではＲＦパワーを印加しないエッチングを行ない、その次の第２のステップとしてＲＦパワーを印加するエッチングを行なうことにより、中間層５に図３（ｂ）に示すようなテーパー形状の中間層開口１５を形成することができる。
【００８４】
つまり、第１のステップにおいて上層開口１６の側面に堆積されたポリマーが上層開口１６を狭くするため、第２のステップにおいて縦方向にエッチングされる範囲が次第に広くなる。この結果、テーパー形状の中間層開口１５が形成される。
【００８５】
尚、図３（ｄ）に示す例では、ＲＦパワーを印加しないステップ及び印加するステップを繰り返している。このようにすると、より確実に中間層開口１５をテーパー形状とすることができる。
【００８６】
また、ＲＦパワーを印加するとポリマーのデポジションが発生するため、ＲＦパワーを印加する状態にてエッチングを終了することにより、中間層開口１５にポリマーが残るのを防ぐようにしている。但し、このようにすることなくポリマーが残留していても、下層５をエッチングする際に除去されることになる。
【００８７】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態に係る多層レジストとその加工方法について、図面を参照しながら説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図４（ｄ）は、エッチングの際の下部電極におけるＲＦパワーの印加について示す図である。
【００８８】
まず、図４（ａ）に示す通り、半導体基板１上にシリコン窒化膜２、シリコン酸化膜３、下層４、中間層５及び上層レジスト６が下からこの順に積層した構造を形成する。更に、上層レジスト６をリソグラフィ径が９０ｎｍであるホールパターン（上層開口１６）を形成する。ここまでの工程は、第１の実施形態において図１（ａ）により説明したのと同様である。
【００８９】
次に、図４（ｂ）に示すように、上層開口１６が設けられた上層レジスト６をマスクとして、中間層５をエッチングする。これにより、トップ寸法１００ｎｍ、ボトム寸法７０ｎｍのホール形状を有する中間層開口１５を形成する。
【００９０】
このようなトップ寸法よりもボトム寸法が小さい中間層開口１５を形成することが、第１の実施形態と同様に、本実施形態の多層レジスト及びその加工方法の特徴の一つである。これについては、後に更に詳しく述べる。
【００９１】
続いて、図４（ｃ）の工程を行なう。まず、中間層開口１５が形成された中間層５をマスクとして下層４に下層開口１４を形成する。続いて、下層開口１４が設けられた下層４をマスクとしてシリコン酸化膜３をドライエッチングし、シリコン酸化膜３にコンタクトホール１３を形成する。この際、下層開口１４は側壁上部の角が削られて上部が広がることになるが、削られる部分がシリコン酸化膜３には達しないようにエッチングの条件を設定することにより、コンタクトホール１３を垂直に加工することができる。尚、シリコン酸化膜３に対するエッチングを行なう前に、下層４上に残っている中間層５を除去するためのエッチング工程を追加しても良い。このような工程については、第１の実施形態において図１（ｃ）及び（ｄ）により示したものと同様である。
【００９２】
このようにして、上層レジスト６に設けた上層開口１６のリソグラフィ径よりも寸法縮小したボトム寸法を有するコンタクトホール１３を得ることができる。
【００９３】
次に、図４（ｂ）に示した中間層５のエッチング方法の一例を説明する。本実施形態では、エッチングガスとしてＣ4 Ｆ8 ／ＣＦ4 ＝６／１００sccmを用いると共に、エッチング雰囲気の圧力を１００ｍTorrとし、基板温度を２０℃に設定する。また、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、上部電極のＲＦパワーを６００Ｗとする。更に、下部電極ＲＦパワーについては、図４（ｄ）に示す通り、３００ＷのＲＦパワーを交互にオン・オフしてパルス状に印加する。
【００９４】
このようにすると、下部電極にＲＦパワーを印加していない時には、下部電極側へのイオンの引き込みが発生しない。このため、ポリマーはウエハ全面に堆積される。これに対し、下部電極にＲＦパワーを印加すると、イオンの引き込みが生じて異方性エッチングとして反応が進む。このため、形成途中の中間層開口１５において、壁面のポリマーに対するエッチングよりも底部のポリマーに対するエッチングの方が速く、下方向へのエッチングがより速く進む。
【００９５】
このような下部電極におけるＲＦパワーの印加の有無とエッチングの進行については、第２の実施形態の場合と同様である。但し、第２の実施形態の場合、ＲＦパワーを印加するステップとを印加しないステップとを組み合わせるようにＲＦパワーの制御を行なったのに対し、本実施形態の場合、下部電極におけるＲＦパワーの印加をパルス状にオン・オフする制御を行なう。これにより、第２の実施形態の場合と同様の効果を実現し、トップ寸法よりもボトム寸法が小さい中間層開口１５を形成することができる。
【００９６】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態に係る多層レジストとその加工方法について、図面を参照しながら説明する。図５（ａ）〜（ｅ）は、多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図５（ｆ）は、Ｓｉを含有するレジストにおけるＳｉの含有量とエッチングレートとの関係について示している。
【００９７】
まず、第１の実施形態において説明したのと同様にして、図５（ａ）に示す工程までを行なう。つまり、半導体基板１上に、シリコン窒化膜２、シリコン酸化膜３及び下層４を下からこの順に積層させて形成する。
【００９８】
続いて、下層４の上に、中間層５を形成する。但し、図５（ｂ）に一部拡大して示す通り、四つの材料層５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄを下からこの順に積層して形成することにより、積層構造の中間層５とする。
【００９９】
ここで、材料層５ａ〜５ｄはいずれもＳｉを含有するレジストであり、それぞれＳｉの含有量が異なる。それぞれのレジスト層の具体的なＳｉ含有量は、材料層５ａが１８％、材料層５ｂが２２％、材料層５ｃが２５％、材料層５ｄが２８％であり、下層のものほどＳｉ含有量が小さいようになっている。尚、それぞれの材料層５ａ〜５ｄはそれぞれ２５ｎｍの膜厚を有しており、四層合わせた中間層５の膜厚は１００ｎｍである。
【０１００】
次に、図５（ｃ）に示す通り、四層構造の中間層５の上に、膜厚１５０ｎｍの上層レジスト６を堆積する。更に、上層レジスト６に対してＡｒＦエキシマレーザーリソグラフィによりリソグラフィ径９０ｎｍのホールパターン（上層開口１６）をパターニングする。
【０１０１】
次に、図５（ｄ）に示す通り、上層開口１６を有する上層レジスト６をマスクとして、中間層５に対するエッチングを行なう。これにより、トップ寸法が９０ｎｍ、ボトム寸法が６０ｎｍであるホール形状を有する中間層開口１５を形成する。
【０１０２】
このようなトップ寸法よりもボトム寸法が小さい中間層開口１５を形成することが、第１の実施形態と同様に、本実施形態の多層レジスト及びその加工方法の特徴の一つである。これについては、後に更に詳しく述べる。
【０１０３】
この後、図５（ｅ）に示す工程を行なう。まず、中間層開口１５が形成された中間層５をマスクとして下層４に下層開口１４を形成する。続いて、下層開口１４が設けられた下層４をマスクとしてシリコン酸化膜３をドライエッチングし、シリコン酸化膜３にコンタクトホール１３を形成する。この際、下層開口１４は側壁上部の角が削られて上部が広がることになるが、削られる部分がシリコン酸化膜３には達しないようにエッチングの条件を設定することにより、コンタクトホール１３を垂直に加工することができる。尚、シリコン酸化膜３に対するエッチングを行なう前に、下層４上に残っている中間層５を除去するためのエッチング工程を追加しても良い。このような工程については、第１の実施形態において図１（ｃ）及び（ｄ）により示したものと同様である。
【０１０４】
このようにして、上層レジスト６に設けた上層開口１６のリソグラフィ径よりも寸法縮小したボトム寸法を有するコンタクトホール１３を得ることができる。
【０１０５】
次に、図５（ｄ）に示す中間層５のエッチング方法の一例を説明する。本実施形態では、エッチングガスとしてＣＦ4 ＝２００sccmを用いると共に、エッチング雰囲気の圧力を１００ｍTorrとし、基板温度を２０℃に設定する。また、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、上部電極のＲＦパワーを６００Ｗ、下部電極のＲＦパワーを３００Ｗとする。
【０１０６】
このようなエッチング方法を用いてＳｉを含有するレジストをエッチングする場合、レジストのＳｉ含有量が少ないほど、エッチング材料における相対的なＣの含有量が多くなるため、ＣＦ系ガスによるエッチングレートは低下する。このことを図５（ｆ）に示している。
【０１０７】
また、本実施形態の中間層５は、前記の通りＳｉ含有率の異なる四層の材料層５ａ〜５ｄが積層した構造であり、下層のものほどＳｉ含有量が小さくなっている。このため、前記のエッチング方法により中間層５をエッチングすると、下方に向かって（材料層５ｄから材料層５ａに向かって）エッチングが進むに連れ、エッチングレートが低下することになる。この結果、下層のレジスト層ほど横方向のエッチングの進行が抑制されるため、材料層５ａ〜５ｄからなる中間層５に形成される中間層開口１５を、トップ寸法よりもボトム寸法が小さいホール形状に形成することができる。
【０１０８】
このように、本実施形態においては、中間層５を構成する各材料層５ａ〜５ｄのＳｉ含有量とエッチングレートとの関係を利用して中間層開口１５のテーパー形状を実現している。このため、ポリマーを形成し堆積性のあるＣ4 Ｆ8 、Ｃ5 Ｆ8 等のフルオロカーボン系化合物や、ＣＨ3 Ｆ、ＣＨ2 Ｆ2 等の水素を含有するフルオロハイドロカーボン系化合物を添加することなしに、トップ寸法よりもボトム寸法が小さいホール形状を実現することができる。
【０１０９】
第１の実施形態の場合、ポリマー堆積性の低いエッチングガス（例としてＣＦ4 ）に、ポリマー堆積性の高いハイドロカーボン系化合物、フルオロカーボン系化合物のガスを添加することによって中間層開口１５のテーパー形状を実現している。この場合、トップ寸法とボトム寸法との差を大きくするために前記化合物の添加量を増加すると、生成するポリマー量が増加してエッチストップが発生する懸念がある。これに対し、本実施形態の場合、ハイドロカーボン系化合物、フルオロカーボン系化合物の添加は不要であるため、エッチストップを避けながらトップ寸法とボトム寸法との差を大きくするためのプロセスマージンを確保することができる。
【０１１０】
尚、本実施形態において、中間層５を下層ほどＳｉ含有量が小さいように四層の材料層５ａ〜５ｄを積層することにより、Ｓｉ含有量の変化を実現した。しかし、これに代えて、例えば有機シリコン系のシロキサンを用いたＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced ＣＶＤ）法を利用することにより、下方から上方に向けてＳｉ濃度が高くなる濃度傾斜を有する中間層開口１５を実現しても良い。
【０１１１】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る多層レジストとその加工方法について、図面を参照しながら説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図６（ｄ）は、エッチングガスにおけるＡｒ流量と、中間層開口１５のボトム寸法及びコンタクトホール１３のボトム寸法との関係を示す。
【０１１２】
まず、図６（ａ）に示す通り、半導体基板１上にシリコン窒化膜２、シリコン酸化膜３、下層４、中間層５及び上層レジスト６が下からこの順に積層した構造を形成する。更に、上層レジスト６をリソグラフィ径が９０ｎｍであるホールパターン（上層開口１６）を形成する。ここまでの工程は、第１の実施形態において図１（ａ）により説明したのと同様である。
【０１１３】
次に、図６（ｂ）に示すように、上層開口１６が設けられた上層レジスト６をマスクとして、中間層５をエッチングする。これにより、トップ寸法１００ｎｍ、ボトム寸法７０ｎｍのホール形状を有する中間層開口１５を形成する。
【０１１４】
このようなトップ寸法よりもボトム寸法が小さい中間層開口１５を形成することが、第１の実施形態と同様に、本実施形態の多層レジスト及びその加工方法の特徴の一つである。これについては、後に更に詳しく述べる。
【０１１５】
続いて、図６（ｃ）に示す工程を行なう。まず、中間層開口１５が形成された中間層５をマスクとして下層４に下層開口１４を形成する。続いて、下層開口１４が設けられた下層４をマスクとしてシリコン酸化膜３をドライエッチングし、シリコン酸化膜３にコンタクトホール１３を形成する。この際、下層開口１４は側壁上部の角が削られて上部が広がることになるが、削られる部分がシリコン酸化膜３には達しないようにエッチングの条件を設定することにより、コンタクトホール１３を垂直に加工することができる。尚、シリコン酸化膜３に対するエッチングを行なう前に、下層４上に残っている中間層５を除去するためのエッチング工程を追加しても良い。このような工程については、第１の実施形態において図１（ｃ）及び（ｄ）により示したものと同様である。
【０１１６】
このようにして、上層レジスト６に設けた上層開口１６のリソグラフィ径よりも寸法縮小したボトム寸法を有するコンタクトホール１３を得ることができる。
【０１１７】
次に、図６（ｂ）に示した中間層５のエッチング方法の一例を説明する。本実施形態では、エッチングガスとしてＣＦ4 ／Ａｒ＝１００／４００sccmを用いると共に、エッチング雰囲気の圧力を１００ｍTorrとし、基板温度を２０℃に設定する。また、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、上部電極に６００ＷのＲＦパワーを印加すると共に、下部電極に３００ＷのＲＦパワーを印加する。
【０１１８】
図６（ｄ）には、エッチングガス中におけるＡｒ流量に対する中間層開口１５のボトム寸法及びコンタクトホール１３のボトム寸法の依存性を示す。ここに示される通り、Ａｒ流量が大きいほど中間層開口１５のボトム寸法が小さくなり、これと共にコンタクトホール１３のボトム寸法も小さくなる。つまり、Ａｒ流量を制御して中間層開口１５のボトム寸法を縮小することにより、コンタクトホール１３のボトム寸法を縮小することができる。
【０１１９】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第６の実施形態に係る多層レジストとその加工方法について、図面を参照しながら説明する。図７（ａ）〜（ｄ）は、多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図である。
【０１２０】
まず、第１の実施形態において説明したのと同様にして、図７（ａ）に示す工程までを行なう。つまり、半導体基板１上に、シリコン窒化膜２、シリコン酸化膜３及び下層４を下からこの順に積層させて形成する。
【０１２１】
続いて、下層４の上に、中間層５を形成する。但し、図７（ｂ）に一部拡大して示すように、下層４上に膜厚１５ｎｍのＳＯＧ（Spin on Glass ）からなるＳｉＯ2 系材料層５ｅを塗布した後、その上に膜厚９０ｎｍのＳｉ含有材料層５ｆを形成することにより２層構造の中間層５を形成する。
【０１２２】
続いて、図７（ｃ）に示す通り、２層構造の中間層５の上に、膜厚１５０ｎｍの上層レジスト６を堆積する。更に、上層レジスト６に対してＡｒＦエキシマレーザーリソグラフィによりリソグラフィ径９０ｎｍのホールパターン（上層開口１６）をパターニングする。
【０１２３】
続いて、図７（ｄ）に示すように、上層開口１６を有する上層レジスト６をマスクとして、中間層５（ＳｉＯ2 系材料層５ｅ及びＳｉ含有材料層５ｆ）に対するエッチングを行なう。これにより、トップ寸法１００ｎｍ、ボトム寸法７０ｎｍであるホール形状を有する中間層開口１５を形成する。
【０１２４】
このようなトップ寸法よりもボトム寸法が小さい中間層開口１５を形成することが、第１の実施形態と同様に、本実施形態の多層レジスト及びその加工方法の特徴の一つである。これについては、後に更に詳しく述べる。
【０１２５】
この後、図７（ｅ）に示す工程を行なう。まず、中間層開口１５が形成された中間層５をマスクとして下層４に下層開口１４を形成する。続いて、下層開口１４が設けられた下層４をマスクとしてシリコン酸化膜３をドライエッチングし、シリコン酸化膜３にコンタクトホール１３を形成する。この際、下層開口１４は側壁上部の角が削られて上部が広がることになるが、削られる部分がシリコン酸化膜３には達しないようにエッチングの条件を設定することにより、コンタクトホール１３を垂直に加工することができる。尚、シリコン酸化膜３に対するエッチングを行なう前に、下層４上に残っている中間層５を除去するためのエッチング工程を追加しても良い。このような工程については、第１の実施形態において図１（ｃ）及び（ｄ）により示したものと同様である。
【０１２６】
このようにして、上層レジスト６に設けた上層開口１６のリソグラフィ径よりも寸法縮小したボトム寸法を有するコンタクトホール１３を得ることができる。
【０１２７】
次に、図７（ｄ）に示す中間層５のエッチング方法の一例を説明する。本実施形態では、エッチングガスとして、ポリマーをほとんど生成しないＣｌ2 ／Ｏ2 ／Ａｒ＝６０／３０／２００sccmを用いると共に、エッチング雰囲気の圧力を１００ｍTorrとし、基板温度を２０℃に設定する。また、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、上部電極のＲＦパワーを６００Ｗ、下部電極のＲＦパワーを３００Ｗとする。
【０１２８】
このようなエッチング方法を用いると、中間層５を構成する２層のうちのＳｉ含有材料層５ｆについてはＣｌ2 によりエッチング可能であるが、ＳｉＯ2 系材料層５ｅについてはＣｌ2 によるエッチングレートが低い。このレートの違いを利用して、中間層開口１５のボトム寸法をトップ寸法よりも小さく加工することができる。
【０１２９】
つまり、初めに底面の中央付近において縦方向のエッチングが進行して凹みが生じ、そこから横方向にも凹みが広がっていくという形で中間層開口１５は形成されていく。よって、エッチングレートが低い層では横方向の寸法の拡大が遅くなるため、中間層開口１５のボトム寸法はトップ寸法よりも小さくなる。
【０１３０】
（第７の実施形態）
以下、本発明の第７の実施形態に係る多層レジストとその加工方法について、図面を参照しながら説明する。図１０（ａ）〜（ｃ）は、多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図１０（ｄ）は、中間層５をエッチングする際のＣＦ4 ／ＣＨＦ3 流量と中間層開口１５のボトム寸法との関係を示す。
【０１３１】
まず、図１０（ａ）に示す通り、半導体基板１上にシリコン窒化膜２、シリコン酸化膜３、下層４、中間層５及び上層レジスト６が下からこの順に積層した構造を形成する。更に、上層レジスト６をリソグラフィ径が９０ｎｍであるホールパターン（上層開口１６）を形成する。ここまでの工程は、第１の実施形態において図１（ａ）により説明したのと同様である。
【０１３２】
次に、図１０（ｂ）に示すように、上層開口１６が設けられた上層レジスト６をマスクとして、中間層５をエッチングする。これにより、トップ寸法１００ｎｍ、ボトム寸法７０ｎｍのホール形状を有する中間層開口１５を形成する。
【０１３３】
このようなトップ寸法よりもボトム寸法が小さい中間層開口１５を形成することが、第１の実施形態と同様に、本実施形態の多層レジスト及びその加工方法の特徴の一つである。これについては、後に更に詳しく述べる。
【０１３４】
続いて、図１０（ｃ）に示す工程を行なう。まず、中間層開口１５が形成された中間層５をマスクとして下層４に下層開口１４を形成する。続いて、下層開口１４が設けられた下層４をマスクとしてシリコン酸化膜３をドライエッチングし、シリコン酸化膜３にコンタクトホール１３を形成する。この際、下層開口１４は側壁上部の角が削られて上部が広がることになるが、削られる部分がシリコン酸化膜３には達しないようにエッチングの条件を設定することにより、コンタクトホール１３を垂直に加工することができる。尚、シリコン酸化膜３に対するエッチングを行なう前に、下層４上に残っている中間層５を除去するためのエッチング工程を追加しても良い。このような工程については、第１の実施形態において図１（ｃ）及び（ｄ）により示したものと同様である。
【０１３５】
このようにして、上層レジスト６に設けた上層開口１６のリソグラフィ径よりも寸法縮小したボトム寸法を有するコンタクトホール１３を得ることができる。
【０１３６】
次に、図１０（ｂ）に示した中間層５のエッチング方法の一例を説明する。本実施形態では、エッチングガスとして総流量２４０sccmが固定のＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ガスを用いると共に、エッチング雰囲気の圧力を１００ｍTorrとし、基板温度を２０℃に設定する。また、２周波ＲＩＥ方式のエッチング装置を用い、上部電極に６００ＷのＲＦパワーを印加すると共に、下部電極に３００ＷのＲＦパワーを印加する。
【０１３７】
図１０（ｄ）には、エッチングガスのＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ガス流量比に対する中間層開口１５のボトム寸法の依存性を示す。ここに示される通り、エッチング当初は堆積性のあるＣＨＦ3 ガスを４０sccm添加してエッチングを行い、エッチングストップを防止するためにＣＨＦ3 添加量を減らしていく。本実施形態では、４０sccmであったＣＨＦ3 流量をまず２０sccmに低減し、最後にはＣＨＦ3 流量を０にしてエッチングを行う。
【０１３８】
ＣＨＦ3 のようにＨを含むガスは、Ｆをスカベンジしてガス中のＣ量を相対的に増加する（Ｃ／Ｆ比を大きくする）作用がある。そのため、エッチング過程においてＣＨＦ3 の流量を次第に減少させることにより、Ｃ／Ｆ比を次第に小さくすることができる。
【０１３９】
第１の実施形態の通り、ＣＨＦ3 ガスを添加することにより中間層開口１５のボトム寸法は小さくなる。そこで、本実施形態では、ＣＨＦ3 ガス流量をエッチング時間と共に変化させることによって中間層開口１５のボトム寸法を制御することができると共に、中間層エッチングの後半において堆積性のガスを添加しないことによりエッチングの抜け性を向上させて、エッチングストップの発生を防止することができる効果がある。
【０１４０】
尚、ＣＨＦ3 等のＨを含むガスの流量を減少させながらエッチングを行なうのに代えて、Ｃ4 Ｆ8 、Ｃ5 Ｈ8 、Ｃ4 Ｆ6 等のＣ／Ｆ比が大きいガスを添加し、その流量を減少させながらエッチングを行なうのであっても良い。この場合にも、本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１４１】
また、以上に説明した各実施形態（特に、第４及び第６の実施形態）において、中間層開口１５を順テーパー形状に形成する場合について説明したが、これに限るものではない。例えば、上端から中央までの広い垂直開口と、中央から下端までの狭い垂直開口とからなる段差形状、又は、この段差形状が繰り返された形状によって、上部よりも下部において小さくなる形状に形成されていてもよい。このような形状であっても、順テーパー形状の場合と同様の効果が得られる。下層４をエッチングする際には中間層５はほとんどエッチングされないため、中間層開口１５のボトム寸法がトップ寸法よりも小さくなっていればよい。
【産業上の利用可能性】
【０１４２】
以上に説明したように、本発明の多層レジスト及びその加工方法は、多層レジストを加工する際に、リソグラフィ工程においてパターニングした寸法よりも縮小した寸法のパターンを有するマスクを形成することができ、特に、リソグラフィの露光マージンの少ない６５ｎｍ以細の微細パターンを形成する際に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１４３】
【図１】図１（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る多層レジストの加工方法の各工程を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、ＣＦ4 ／ＣＨＦ3 流量比と加工の寸法の関係を示し、図２（ｂ）及び（ｃ）は、ＣＨＦ3 の流量と加工形状の関係を示す。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係る多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図３（ｄ）は、エッチングの際の下部電極におけるＲＦパワーの印加について示す図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３の実施形態に係る多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図４（ｄ）は、エッチングの際の下部電極におけるＲＦパワーの印加について示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第４の実施形態に係る多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図５（ｆ）は、Ｓｉを含有するレジストにおけるＳｉの含有量とエッチングレートとの関係について示している。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第５の実施形態に係る多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図６（ｄ）は、エッチングガスにおけるＡｒ流量と、中間層開口１５のボトム寸法及びコンタクトホール１３のボトム寸法との関係を示す。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第６の実施形態に係る多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、従来の多層レジストの加工方法の一例を示す断面図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｅ）は、従来の多層レジストの加工方法の別の例を示す断面図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第７の実施形態に係る多層レジストの形成及びエッチングの工程を示す断面図であり、図１０（ｄ）は、エッチングガスのＣＦ4 ／ＣＨＦ3 ガス流量比に対する中間層開口１５のボトム寸法の依存性を示す。
【符号の説明】
【０１４４】
１                        半導体基板
２                        シリコン窒化膜
３                        シリコン酸化膜
４                        下層
５                        中間層
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ    材料層
５ｅ                      ＳｉＯ2 系レジスト層
５ｆ                      Ｓｉ含有レジスト層
６                        ボトム寸法Ｌ
６                        上層レジスト
１３                      コンタクトホール
１４                      下層開口
１５                      中間層開口
１６                      上層開口
【図１】
2009076555.tif 000003
【図３】
2009076555.tif 000004
【図４】
2009076555.tif 000005
【図５】
2009076555.tif 000006
【図６】
2009076555.tif 000007
【図７】
2009076555.tif 000008
【図８】
2009076555.tif 000009
【図９】
2009076555.tif 000010
【図１０】
2009076555.tif 000011
【図２】
2009076555.tif 000012