(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電領域を含む基板上に絶縁層及び反射防止層を順に形成するステップ、
前記反射防止層上の前記導電領域に対応した箇所に開口部を有する感光膜パターンを形成するステップ、
該感光膜パターンをマスクとして、SO2及びHeの混合ガスを用いて、1次乾式エッチング処理を行うことにより、前記開口部に対応した箇所の前記反射防止層を除去すると共に、前記1次乾式エッチングにより露出した前記反射防止層の側壁面に、前記1次乾式エッチング処理の際に生成したポリマを付着させることにより、ポリマ側壁を形成するステップ、
前記感光膜パターン及び前記ポリマ側壁をマスクとして、2次乾式エッチング処理により、前記絶縁層を除去してコンタクトホールを形成するステップ、及び前記感光膜パターン、残留している前記反射防止層及び前記ポリマ側壁を除去するステップとを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記反射防止層を、有機質材料で形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記1次乾式エッチング処理の際に、C-H-F系のガスを含む混合ガスを用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記2次乾式エッチング処理の際に、CF4ガスを含む混合ガスを用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記2次乾式エッチング処理の際に、C4H8、CH2F2及びArの混合ガスを用いることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記感光膜パターンを除去した後に、前記コンタクトホール部に金属を埋め込むと共に、該コンタクトホール部及び前記絶縁層に金属を被覆し、ビットラインを形成するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記感光膜パターンに形成する開口部の内径を、0.16〜0.18μmの大きさとすることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記コンタクトホールの内径を、0.13〜0.15μmの大きさに形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、より具体的には、ビットライン形成用コンタクトホールを微細な大きさに制御することができる半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体基板と配線との間、又は、上下層の配線間を電気的に接続するための接続通路として、コンタクトホールを形成し、このコンタクトホールに金属を埋め込んで、上下層間等を接続する配線として使用している。
【０００３】
しかし、最近の半導体装置の高集積化に伴って、コンタクトホールの大きさをさらに小さくすることが要求されている。そのような要求に応じて、コンタクトホールの大きさを微細化するための技術開発が進められている。
【０００４】
図1A〜図1Eは、従来の技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各製造過程における半導体装置の断面構造を示す図である。
【０００５】
ここで、図1Aは、半導体基板上に絶縁層、反射防止層及び感光膜を形成し、さらに感光膜に開口部を有するパターンを形成した状態、図1Bは、1次エッチング処理により反射防止層に開口部を形成した状態、図1Cは、2次エッチング処理により絶縁層にコンタクトホールを形成した状態、図1Dは、感光膜及び反射防止層を除去してコンタクトホールを残した状態、図1Eは、コンタクトホール部に金属を埋め込み、さらにコンタクトホール部および絶縁層の上に金属層を被覆しビットラインを形成した状態における断面構造である。
【０００６】
また、図2は、図1Cに示す断面構造に対応する構造部のTEM写真である。
【０００７】
従来の技術に係る半導体装置の製造方法は、まず、図1Aに示すように、トランジスタを含む半導体基板100の全面に、化学気相成長(以下、CVDと記す)法によって、絶縁層104となる酸化シリコン層を形成した後、絶縁層104の上に、有機質材料からなる反射防止層106を形成する。この際、反射防止層106は、その後の露光処理の際に、照射された光が絶縁層104で反射することを防止する役割をする。なお、符号102は、ソース/ドレイン領域等の導電領域を示している。
【０００８】
次に、反射防止層106上に感光膜(フォトレジスト膜)を塗布し、露光及び現像して導電領域102に対応する箇所を露出させるための感光膜パターン(PR)108を形成する。この際、感光膜パターン108の前記導電領域に対応した開口部の内径を小さくするために、感光膜パターンを加熱することによるリフロー処理を施す。ここで、符号a1は上記の開口部の内径を表しており、現状のフォトレジスト装置を利用して形成できる大きさは、最も小さい内径で、おおよそ0.16〜0.18μmの範囲、0.17μm程度である。
【０００９】
次に、図1Bに示すように、前記の感光膜パターン(PR)108をマスクとして、1次乾式エッチング処理により、前記の開口部に対応する箇所の反射防止層を除去する。この1次乾式エッチング処理では、エッチング用ガス120として、CH4、Ar及びO2ガスの混合ガスが用いられている。この混合ガスは、前記の感光膜パターン(PR)108の開口部に露出している反射防止層と化学反応し、この部分の反射防止層を除去する。なお、符号107は、前記の1次乾式エッチング処理の後、残留している反射防止層を示しており、残留した反射防止層107に形成されている開口部の側壁部は、垂直な側面プロファイルを有する。
【００１０】
その後、図1C及び図2に示すように、前記の感光膜パターン(PR)108をマスクとして、2次乾式エッチング処理により、絶縁層を除去してコンタクトホール130を形成する。この2次乾式エッチング処理では、エッチングガス122として、C4H8、CH2F2及びArの混合ガスが用いられている。この混合ガスは、感光膜パターン(PR)108の開口部に露出している部分の絶縁層105と化学反応し、この開口部に対応する箇所の絶縁層を除去する。
【００１１】
前記のコンタクトホール130の内径は、最初に形成した開口部の内径と同一の大きさであり、0.16〜0.18μmの範囲、0.17μm程度である。なお、符号105は、前記の2次乾式エッチング処理の後、残留している絶縁層を示したものである。
【００１２】
次に、図1Dに示すように、感光膜パターン(PR)108と残留している反射防止層107を除去する。
【００１３】
その後、図1Eに示すように、図1Dに示したコンタクトホール130を埋め込むように、スパッタ法により金属層を形成し、さらに、この金属層にパターンエッチングを施して、ビットライン132を形成する。
【００１４】
表1に、上述の従来の技術によって、ウェーハに形成されるコンタクトホールのCD(Critical Dimension)値を調査した結果を示す。表１には、ウェーハの各位置におけるコンタクトホールの内径（絶縁層部の内径：a1、単位：μｍ）が示されており、符号‘C’はウェーハの中心部、その他の記号は中心部(C)を基準として、‘L’は左側部、‘R’は右側部、‘T’は上側部、‘B’は下側部、‘LT’は左側部(L)と上側部(T)との間の45°部、‘RT’は、右側部(R)と上側部(T)との間の45°部、‘RB’は右側部(R)と下側部(B)との間の45°部、‘LB’は、左側部(L)と下側部(B)との間の45°部を各々意味する。
【００１５】
【表１】
0003743905.tif 000002
【００１６】
表１に示されているように、CD値は0.144〜0.180の範囲であり、平均値は0.159μmとなっている。従来の技術による半導体装置の製造方法では、前記の第1及び第2乾式エッチングにより、0.16〜0.18μmの内径のコンタクトホールが形成されると述べたが、表１の数値はほぼ同等の値である。このように、従来の技術で形成できるコンタクトホールの内径には限界があり、0.16 μm以下というような内径のコンタクトホールを形成することは困難である。
【００１７】
また、従来の技術では、感光膜パターンの形成の際に、リフロー処理が行なわれるので、ウェーハのCD値の均一性が低下するという問題がある。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前述の従来の問題点を解決するためになされたものであり、0.16μm以下の微細な内径のビットライン用コンタクトホールを形成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を目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、導電領域を含む基板上に絶縁層及び反射防止層を順に形成するステップ、該反射防止層上の前記導電領域に対応した箇所に開口部を有する感光膜パターンを形成するステップ、該感光膜パターンをマスクとして、SO2及びHeの混合ガスを用いて、1次乾式エッチング処理を行うことにより、前記開口部に対応する箇所の前記反射防止層を除去すると共に、前記1次乾式エッチング処理により露出した前記反射防止層の側壁面に、前記1次エッチング処理の際に生成したポリマを付着させることにより、ポリマ側壁を形成するステップ、前記感光膜パターン及び前記ポリマ側壁をマスクとして、2次乾式エッチング処理により、前記絶縁層を除去してコンタクトホールを形成するステップ、及び前記感光膜パターン、残留している前記反射防止層及び前記ポリマ側壁を除去するステップとを含むことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る好ましい実施の形態について、添付した図面を参照し、詳細に説明する。
【００２１】
図3A〜図3Eは、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、各製造過程における半導体装置の断面構造を示す図である。
【００２２】
ここで、図3Aは、半導体基板上に絶縁層、反射防止層及び感光膜を形成し、さらに感光膜に開口部を有するパターンを形成した状態、図3Bは、1次エッチング処理により反射防止層に開口部を形成した状態、図3Cは、2次エッチング処理により絶縁層にコンタクトホールを形成した状態、図3Dは、感光膜及び反射防止層を除去してコンタクトホールを残した状態、図3Eは、コンタクトホール部に金属を埋め込み、さらにコンタクトホール部および絶縁層の上に金属層を被覆しビットラインを形成した状態における断面構造を示す図である。
【００２３】
また、図4は、図3Cに示す断面構造に対応する構造部のTEM写真である。
【００２４】
本発明に係る半導体装置の製造方法においては、図3Aに示すように、はじめに、半導体基板200上に、CVD法により、絶縁層204となる酸化シリコン層を形成する。その後、絶縁層204上に、有機質材料により反射防止層206を形成する。なお、この段階で、半導体基板200には、ソース/ドレイン等の導電領域202とゲート(図示せず)を含むトランジスタが形成されている。
【００２５】
次に、反射防止層206の上に感光膜を塗布し乾燥させた後、露光及び現像を行い、導電領域202に対応した箇所に開口部を有する感光膜パターン(PR)208を形成する。
【００２６】
a2は、感光膜パターンの開口部の内径を表しており、この開口部の内径は、現在のフォトレジスト装置を利用して形成することができるコンタクトホールの最小径に相当する。したがって、a1は、おおよそ0.16〜0.18μmの範囲であり、0.17μm程度である。
【００２７】
次に、図3Bに示すように、感光膜パターン(PR)208をマスクとして、1次乾式エッチング処理により、上記の開口部に箇所する反射防止層206を除去する。この1次乾式エッチング処理には、1次エッチング用ガス220として、SO2とHeの混合ガスを利用する。これらの混合ガスに、さらにC-H-F系のガスを混合してもよい。このような混合ガスは、感光膜パターン(PR)208に形成されている開口部に露出している箇所の反射防止層206と化学反応を起こし、露出した部分の反射防止層206を除去する。
【００２８】
上記の1次乾式エッチング処理の過程で用いられるSO2ガスは、O2ガスのように反応性が強くはなく、側壁面に対するエッチング作用が弱い。そのため、SO2ガスは、開口部230の側壁面を除去する作用が小さく、かつエッチングにより生成した浮遊物と反応してポリマを生成する働きを持っている。そして、このポリマが、エッチングにより開口部に露出した反射防止層206の側壁面に付着し、ポリマ側壁210を形成する。したがって、はじめの開口部の内径a2より小さい内径部が生成される。
【００２９】
図3Bに示されているb2は、開口部の内ポリマ側壁210が形成された部位の内径を意味し、b2はa2より小さいことが明らかである。また、b2は0.13(0.15μmの範囲であり、0.14μm程度である。
【００３０】
上記の1次乾式エッチング処理の後、図3C及び図4に示すように、感光膜パターン208及びポリマ側壁210をマスクとして、2次乾式エッチング処理を行い、絶縁層204の内、開口部に位置する部分を除去して、コンタクトホール230を形成する。この2次乾式エッチング処理では、2次エッチング用ガス222として、C4H8、CH2F2及びArの混合ガスを利用するのがよい。これらの混合ガスには、さらにCF4ガスを混合してもよい。このような混合ガスによりエッチングされた絶縁層205の側壁面のプロファイルは、基板200面に対してほぼ垂直となる。
【００３１】
上記の2次乾式エッチング処理までの過程を経て得られるコンタクトホール230は、その内径がa2より小さく、b2のような大きさとなる。
【００３２】
次に、図3Dに示すように、感光膜パターン208及び反射防止層207を除去することにより、導電領域202及び絶縁層205の表面が露出した状態とする。
【００３３】
さらに、図3Eに示すように、コンタクトホール230部を埋め込み、コンタクトホール230部及び絶縁層205の表面を覆うように、スパッタ法により金属層を形成した後、金属層をパターンエッチングすることにより、ビットライン232を形成する。
【００３４】
表2に、上記の実施の形態に示した方法によって、ウェーハに形成されるコンタクトホールのCD(Critical Dimension)値を調査した結果を示す。表2には、ウェーハの各位置におけるコンタクトホールの内径(絶縁層部の内径：b2、単位：μｍ)が示されており、符号‘C’はウェーハの中心部、その他の記号は中心部(C)を基準として、‘L’は左側部、‘R’は右側部、‘T’は上側部、‘B’は下側部、‘LT’は左側部(L)と上側部(T)との間の45°部、‘RT’は右側部(R)と上側部(T)との間の45°部、‘RB’は右側部(R)と下側部(B)との間の45°部、‘LB’は左側部(L)と下側部(B)との間の45°部を各々意味する。
【００３５】
【表２】
0003743905.tif 000003
【００３６】
表２から明らかなように、CD値は0.143〜0.155μｍの範囲にあり、その平均値は0.148μｍである。表１に示した従来の技術による場合のCD値に比べると、ばらつきが小さくほぼ均一であり、かつ値が小さい。
【００３７】
【発明の効果】
上述のように、本発明に係る半導体装置の製造方法においては、反射防止層をエッチング処理する際に、エッチング用ガスとしてのSO2ガスを用いる。このSO2ガスの作用によって生成するポリマが、開口部に露出している反射防止層の側壁面に付着してポリマ側壁を形成するので、このポリマ側壁によって、開口部の内、内径の小さい部分が形成される。このポリマ側壁は、以後の絶縁層のエッチング処理の際に、感光膜パターンと共にマスクの役割をする。したがって、ポリマ側壁の厚みに相当する大きさだけ、ビットライン形成用のコンタクトホールの内径が小さくなる。そのために、ビットライン形成用のコンタクトホールの内径を、0.16μm以下というような小さな径に制御することができる。
【００３８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法では、感光膜パターンをリフローする処理を含まないので、ウェーハのCD値の均一性を向上させることができる。
【００３９】
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、多様な変更を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】従来の技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、半導体基板上に絶縁層、反射防止層及び感光膜を形成し、さらに感光膜に開口部を有するパターンを形成した状態の半導体装置の断面構造を示す図である。
【図１Ｂ】従来の技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、1次エッチング処理により反射防止層に開口部を形成した状態の半導体装置の断面構造を示す図である。
【図１Ｃ】従来の技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、2次エッチング処理により絶縁層にコンタクトホールを形成した状態の半導体装置の断面構造を示す図である。
【図１Ｄ】従来の技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、感光膜及び反射防止層を除去してコンタクトホールを残した状態の半導体装置の断面構造を示す図である。
【図１Ｅ】従来の技術に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、コンタクトホール部に金属を埋め込み、さらにコンタクトホール部および絶縁層の上に金属層を被覆しビットラインを形成した状態における断面構造である。
【図２】図1Cに示す断面構造に対応する構造部のTEM写真である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、半導体基板上に絶縁層、反射防止層及び感光膜を形成し、さらに感光膜に開口部を有するパターンを形成した状態における半導体装置の断面構造を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、1次エッチング処理により反射防止層に開口部を形成した状態における半導体装置の断面構造を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、2次エッチング処理により絶縁層にコンタクトホールを形成した状態における半導体装置の断面構造を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、感光膜及び反射防止層を除去してコンタクトホールを残した状態における半導体装置の断面構造を示す図である。
【図３Ｅ】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図であり、コンタクトホール部に金属を埋め込み、さらにコンタクトホール部および絶縁層の上に金属層を被覆しビットラインを形成した状態における半導体装置の断面構造を示す図である。
【図４】図3Cに示す断面構造に対応する構造部のTEM写真である。
【符号の説明】
200  半導体基板
202  導電領域
204,205  絶縁層
206  反射防止層
208  感光膜パターン
210  ポリマ側壁
220  1次乾式エッチング用ガス
222  2次乾式エッチング用ガス
230  コンタクトホール
232  ビットライン
【図１Ａ】
0003743905.tif 000004
【図１Ｂ】
0003743905.tif 000005
【図１Ｃ】
0003743905.tif 000006
【図１Ｄ】
0003743905.tif 000007
【図１Ｅ】
0003743905.tif 000008
【図２】
0003743905.tif 000009
【図３Ａ】
0003743905.tif 000010
【図３Ｂ】
0003743905.tif 000011
【図３Ｃ】
0003743905.tif 000012
【図３Ｄ】
0003743905.tif 000013
【図３Ｅ】
0003743905.tif 000014
【図４】
0003743905.tif 000015