JP2004207286A - ドライエッチング方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】有機膜であるレジスト膜をマスクに有機材料からなる反射防止膜を加工する際に、その加工形状を維持しつつ最小寸法の変化を抑制する。
【解決手段】レジスト膜２２に開口部２３を設けたマスク２４を用いて有機材料からなる反射防止膜２１をドライエッチング加工して凹部２５を形成するドライエッチング方法であって、このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、マスク２４の形状を維持するエッチング条件で反射防止膜２１を異方性エッチング加工する第１工程と、第１工程後、マスク２４の開口部２３の形状を維持した状態でマスク２４の開口部２３の幅に反射防止膜２１に形成される凹部２５の幅を合わせ込む条件で反射防止膜２１をエッチング加工する第２工程とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】レジスト膜２２に開口部２３を設けたマスク２４を用いて有機材料からなる反射防止膜２１をドライエッチング加工して凹部２５を形成するドライエッチング方法であって、このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、マスク２４の形状を維持するエッチング条件で反射防止膜２１を異方性エッチング加工する第１工程と、第１工程後、マスク２４の開口部２３の形状を維持した状態でマスク２４の開口部２３の幅に反射防止膜２１に形成される凹部２５の幅を合わせ込む条件で反射防止膜２１をエッチング加工する第２工程とを備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライエッチング方法および半導体装置の製造方法に関し、詳しくはレジストをマスクにして有機材料からなる反射防止膜をエッチングドライエッチング方法および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の配線技術として用いられる銅（Ｃｕ）配線技術として、例えば、配線溝とこの配線溝の底部に形成された接続孔とを同時に配線材料で埋め込んだ後、余剰な配線材料を除去して配線溝と接続孔とに溝配線とプラグとを形成する加工法（デュアルダマシン法とも呼ばれる）を用いる。この加工法の一つであるデュアルハードマスク法では、図４に示すように、基体２１１上にハードマスク２３１を形成した後、有機材料からなる反射防止膜（ＡＲＣ）２２１を回転塗布して表面を平坦化した後、リソグラフィーを実施することになるため、ハードマスク２３１上の反射防止膜２２１の膜厚ｔｍと比較してハードマスク２３１の開口部２３２における反射防止膜（ＡＲＣ）２２１の膜厚ｔｈは非常に厚膜になる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記反射防止膜のエッチング条件としては、エッチングガスにトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）と酸素（Ｏ2 ）とアルゴン（Ａｒ）とを用い、標準状態の流量比でＣＨＦ3 ：Ｏ2 ＝１：Ｘ（Ｘ＞１）として、エッチングを行っていた。この結果、図５に示すように、レジスト膜２２２の開口部２２３の形状はだれてしまい、反射防止膜２２１に形成される凹部２２５はテーパ形状になりレジスト膜２２２に開口部２２３を形成した当初の寸法より大きな形状となった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２５２０４４号公報（第３−４頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、反射防止膜を加工する場合、有機膜であるレジスト膜をマスクに有機材料からなる反射防止膜を加工することになるため、加工形状の維持と最小寸法の変化（シフト）の抑制が相反する関係になる。そこで、加工形状を維持しつつ最小寸法の変化を抑制することが必要となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたドライエッチング方法および半導体装置の製造方法である。
【０００７】
本発明のドライエッチング方法は、レジスト膜に開口部を設けたマスクを用いて有機材料からなる反射防止膜をドライエッチング加工して凹部を形成するドライエッチング方法であって、前記ドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、前記マスク形状を維持するエッチング条件で前記反射防止膜を異方性エッチング加工する第１工程と、前記第１工程後、前記マスクの開口部形状を維持した状態で前記マスクの開口部幅に前記反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせ込む条件で前記反射防止膜をエッチング加工する第２工程とを備えている。
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、レジスト膜に開口部を設けたマスクを用いて、開口部が形成されたハードマスク上に形成された有機材料からなる反射防止膜をドライエッチング加工して凹部を形成する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記ドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、前記マスク形状を維持するエッチング条件で前記反射防止膜を異方性エッチング加工する第１工程と、前記第１工程後、前記マスクの開口部形状を維持した状態で前記マスクの開口部幅に前記反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせ込む条件で前記反射防止膜をエッチング加工する第２工程とを備えている。
【０００９】
上記ドライエッチング方法および上記半導体装置の製造方法では、ドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスとを添加した混合ガスを用い、まず、マスク形状を維持する条件で反射防止膜を異方性エッチング加工することから、レジスト膜からなるマスク開口部の肩部がエッチングされてだれることなく、さらに反射防止膜がマスク開口部の大きさよりも大きくなることなく異方性エッチング加工される。このため、ドライエッチング加工して得た反射防止膜側壁は上部より底部側に向かって細くなるいわゆるテーパ形状になる。このテーパ形状になるのは、エッチング加工された側壁部分に付着する堆積物が多くなるためである。
【００１０】
次いで、エッチングガスにフッ素を含む炭化水素炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、レジストマスクを用いて、マスクの開口部幅に反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせ込むエッチング条件で反射防止膜をエッチング加工し、レジスト膜からなるマスクの開口幅に反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせこむ。このエッチング工程は、第１工程のエッチングよりも異方性を弱めて等方性を強めたエッチングを行うことで実現される。これにより、有機材料のマスクを用いて、レジストとは異なる厚膜の有機材料の反射防止膜にマスクの開口幅を高精度に転写した垂直形状の凹部を形成することが可能になる。その際、レジストからなるマスク開口部上部の広がりを抑えた形状が実現される。また、レジスト選択比も向上される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のドライエッチング方法に係る一実施の形態を説明する。
【００１２】
まず、図２の概略構成図によって、本発明に用いるドライエッチング装置の一例を説明する。図２では、一例としてバイアス−電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）プラズマドライエッチング装置を示す。
【００１３】
図２に示すように、ドライエッチング装置１０１は、エッチングチャンバ１１１内に上部電極１２１と下部電極１２２が対向された状態で設置されている。上部電極１２１にはＳ＝５００ＭＨｚおよびＡ＝１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力が印加されるようになっている。一方、下部電極１２２には、Ｂ＝０．８ＭＨｚのバイアスＲＦ電力が印加されるようになっている。さらに、エッチングチャンバ１１１の外側部および外上部にはＥＣＲ磁石１２５が設置されている。被エッチング基板１は、例えば下部電極１２２上に載置される。また、図示はしないが、上記チャンバ１１１には、チャンバ１１１内にエッチングガスを供給するガス導入部とチャンバ１１１内のエッチング雰囲気の圧力を調整、保持するための排気部とが接続されている。
【００１４】
上記ドライエッチング装置１０１では、下部電極１２２側に被エッチング基板（図示せず）を載置する。次に、チャンバ１１１内に所望のエッチングガスを供給してエッチング雰囲気を所定の圧力に調整した後、上部電極１２１と下部電極１２２に所望のＲＦ電力およびバイアスのＲＦ電力を印加することで、上部電極１２１と下部電極１２２との間にプラズマを発生させ、被エッチング基板をドライエッチング加工する。
【００１５】
次に、本発明のドライエッチング方法に係る一実施の形態を、図１の概略構成断面図によって説明する。このドライエッチングでは、一例として、上記図２によって説明したドライエッチング装置１０１を用いることができる。
【００１６】
図１の（１）に示すように、基板１１上には反射防止膜２１が形成されている。この反射防止膜２１には、例えば分子量が８０００以上のメタクリレート系樹脂が主成分のものを用いた。そして反射防止膜２１を、例えば２８０ｎｍの厚さに成膜した。分子量が８０００以上のものを用いる理由としては、下地に段差がある場合の埋め込み平坦性を向上させるためである。さらに、既知のレジスト塗布技術により、上記反射防止膜２１上にレジスト膜２２を形成する。このレジスト膜２２は例えばポリヒドロキシスチレン系からなるものを用いる。その後、露光、現像工程を経て、上記レジスト膜２２の所望の位置に開口部２３を形成してマスク２４とする。
【００１７】
次いで、図１の（２）に示すように、上記マスク２４を用いて有機材料からなる反射防止膜２１をエッチング加工して凹部２５を形成する（第１工程）。このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、マスク２４の形状を維持する条件で反射防止膜２１を異方性ドライエッチング加工する。異方性ドライエッチングとするには、基板１１に掛かるバイアスをＶdcで２００Ｖ以上６００Ｖ以下、好ましくは３００Ｖ以上６００Ｖ以下に設定する。なお、Ｖdcが２００Ｖよりも少なくなると、異方性加工が困難になる。またＶdcが６００Ｖを超えると、イオンエネルギーの上昇によりマスク上部がいわゆる肩落ち形状になり加工に不具合を生じる。そしてプラズマ密度や酸素流量の調整で反射防止膜２１をテーパ加工する。このとき、凹部２５の最小寸法（ＣＤ）はマスク２４の開口部２３の寸法よりも小さくなる。
【００１８】
ここでは、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）を用い、それに酸素（Ｏ2 ）と希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を添加した混合ガスを用いた。これらのガス流量（標準状態での流量）は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 ／Ａr＝３０／２０／２００（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）とした。この流量値は一例であって、基本的には、Ｏ2 よりもＣＨＦ3 が多くなるように流量を設定する。また、エッチング雰囲気の圧力（チャンバ内圧力）は例えば４．０Ｐa、ＲＦ電力は、例えばＳ＝９００Ｗ、Ａ＝１５０Ｗ、Ｂ＝４００Ｗに設定した。このように、従来のエッチング条件よりもＲＦ電力を大きくし、プラズマ密度が高くなるようなエッチング条件としている。さらに、エッチング処理時間はジャストエッチング相当の１００秒とした。
【００１９】
この結果、マスク２４の開口部２３の肩部がエッチングされてだれることなく、反射防止膜２１が異方性エッチング加工され、開口部２３の大きさよりも大きくなることなく凹部２５が形成された。なお、この異方性エッチングでマスク２４表面もエッチングされてはいるが、開口部２３の形状を損なうことはない。このように、マスク形状を損なわないようなエッチング条件を選択すると、ドライエッチング加工して得た凹部２５の反射防止膜２１側壁は上部より底部側に向かって細くなるいわゆるテーパ形状になった。このテーパ形状になるのは、エッチング加工された側壁部分に付着する堆積物が多くなるためである。
【００２０】
次いで、図１の（３）に示すように、マスク２４の開口部２３の幅に反射防止膜２１に形成される凹部２５の幅を合わせ込む条件で反射防止膜２１をドライエッチング加工する（第２工程）。このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、上記開口部２３の幅に上記凹部２５の幅を合わせこむように反射防止膜２１をエッチング加工する。このエッチング工程は、第１工程のエッチングよりも異方性を弱めて等方性を強めたエッチングを行うことで実現される。このエッチングでは、基板バイアスをＶdcで５０Ｖ以上２００Ｖ以下に設定することで等方性を持たせたエッチング条件でオーバエッチングを施し、凹部２５の最小寸法（ＣＤ）の制御を行う。なお、上記等方性加工の際のＶdc値と上記異方性加工の際のＶdc値が２００Ｖで重なるが、Ｖdc値が２００Ｖであっても酸素流量やＲＦ電力を調整することで、異方性加工を行うことと等方性加工を行うことが可能になっている。以下に説明する一例ではＲＦ電力を調整している。
【００２１】
ここでは、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）を用い、それに酸素（Ｏ2 ）と希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を添加した混合ガスを用いた。これらのガス流量（標準状態での流量）は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 ／Ａr＝３０／２０／２００（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）とした。この流量値は一例であって、基本的には、Ｏ2 よりもＣＨＦ3 が多くなるように流量を設定する。また、エッチング雰囲気の圧力（チャンバ内圧力）は例えば４．０Ｐa、ＲＦ電力は、例えばＳ＝３００Ｗ、Ａ＝１００Ｗ、Ｂ＝１００Ｗに設定した。このように、従来のエッチング条件よりもＲＦ電力を小さくし、プラズマ密度が低くなるようなエッチング条件としている。さらに、エッチング処理時間は最小寸法値を合わせ込んだ結果、３０秒となった。
【００２２】
この結果、有機材料のレジストで形成したマスク２４を用いて、レジストとは異なる厚膜の有機材料の反射防止膜２１に、マスク２４の開口部２３の幅を高精度に転写した垂直形状の凹部２５を形成することが可能になる。よって、従来技術での加工形状に比べ、凹部２５側壁の垂直性が向上するとともに開口部２３上部のマスク２４の広がりは大幅に低減され、また、レジスト選択比も向上された。
【００２３】
また、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いた場合には、エッチング加工部表層およびマスク２４の表層に緻密な堆積物が形成される。このため、局所的なサイドエッチングやストライエーションを防止することができる。また、凹部２５の側壁に堆積する堆積物の量が多いことから、基本的には最小寸法が小さくなる方向に加工されることになる。そこで、第１工程のようなエッチング条件で加工することにより、最小寸法（ＣＤ）を小さくした状態で加工を行い、第２工程で最小寸法を広げる方向に調整できる。このため、上記説明したように、マスク２４に形成された開口部２３の大きさに凹部２５の大きさを合わせ込むことが可能になる。
【００２４】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を、図３の概略構成断面図によって説明する。この製造方法では、一例として、上記図２によって説明したバイアス−ＥＣＲエッチング装置を用いることができる。
【００２５】
図２の（１）に示すように、基体１１上には例えば窒化シリコン膜もしくは酸化シリコン膜からなるハードマスク３１が形成され、所望の位置に開口部３２が形成されている。さらに上記開口部３２を埋め込むように上記ハードマスク３１上には有機材料からなる反射防止膜２１が形成されている。この反射防止膜２１には、例えば分子量が８０００以上のメタクリレート系樹脂が主成分のものを用いた。そして反射防止膜２１を、例えば２８０ｎｍの厚さに成膜した。分子量が８０００以上のものを用いる理由としては、下地に段差がある場合の埋め込み平坦性を向上させるためである。さらに、既知のレジスト塗布技術により、上記反射防止膜２１上にレジスト膜２２を形成する。このレジスト膜２２は例えばポリヒドロキシスチレン系からなるものを用いる。その後、露光、現像工程を経て、上記レジスト膜２２の所望の位置に開口部２３を形成してマスク２４とする。ここでは、開口部２３は、上記ハードマスク３１に形成した開口部３２上に位置するように形成した。
【００２６】
次いで、図３の（２）に示すように、上記マスク２４を用いて有機材料からなる反射防止膜２１をドライエッチング加工して凹部２５を形成する（第１工程）。このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、マスク２４の形状を維持する条件で反射防止膜２１を異方性エッチング加工する。なお、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いるとハードマスク３１も反射防止膜２１と同様にドライエッチング加工される。図面ではこの場合を示した。
【００２７】
異方性ドライエッチングとするには、基板１１に掛かるバイアスをＶdcで２００Ｖ以上６００Ｖ以下、好ましくは３００Ｖ以上６００Ｖ以下に設定する。なお、Ｖdcが２００Ｖよりも少なくなると、異方性加工が困難になる。またＶdcが６００Ｖを超えるとイオンエネルギーの上昇によりマスク上部がいわゆる肩落ち形状になり加工に不具合を生じる。そしてプラズマ密度や酸素流量の調整で反射防止膜２１をテーパ加工する。このとき、凹部２５の最小寸法（ＣＤ）はマスク２４の開口部２３の寸法よりも小さくなる。
【００２８】
ここでは、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）を用い、それに酸素（Ｏ2 ）と希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を添加した混合ガスを用いた。これらのガス流量（標準状態での流量）は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 ／Ａr＝３０／２０／２００（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）とした。この流量値は一例であって、基本的には、Ｏ2 よりもＣＨＦ3 が多くなるように流量を設定する。また、エッチング雰囲気の圧力（チャンバ内圧力）は例えば４．０Ｐa、ＲＦパワーは、例えばＳ＝９００Ｗ、Ａ＝１５０Ｗ、Ｂ＝４００Ｗに設定した。このように、従来のエッチング条件よりもＲＦ電力を大きくし、プラズマ密度が高くなるようなエッチング条件としている。さらに、エッチング処理時間はジャストエッチング相当の１００秒とした。
【００２９】
この結果、マスク２４の開口部２３の肩部がエッチングされてだれることなく、反射防止膜２１およびハードマスク３１が異方性エッチング加工され、開口部２３の大きさよりも大きくなることなく凹部２５が形成される。このため、ドライエッチング加工して得た凹部２５の反射防止膜２１、ハードマスク３１の側壁は上部より底部側に向かって細くなるいわゆるテーパ形状になる。このテーパ形状になるのは、エッチング加工された側壁部分に付着する堆積物が多くなるためである。
【００３０】
次いで、図３の（３）に示すように、マスク２４の開口部２３の幅に反射防止膜２１に形成される凹部２５の幅を合わせ込む条件で反射防止膜２１をドライエッチング加工する（第２工程）。このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、上記開口部２３の幅に上記凹部２５の幅を合わせこむように反射防止膜２１をエッチング加工する。このエッチング工程は、第１工程のエッチングよりも異方性を弱めて等方性を強めたエッチングを行うことで実現される。なお、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いるとハードマスク３１も反射防止膜２１と同様にドライエッチング加工される。図面ではこの場合を示した。
【００３１】
このドライエッチングでは、基板バイアスをＶdcで５０Ｖ以上２００Ｖ以下に設定することで等方性を持たせたエッチング条件でオーバエッチングを施し、凹部２５の最小寸法（ＣＤ）の制御を行う。なお、上記等方性加工の際のＶdc値と上記異方性加工の際のＶdc値が２００Ｖで重なるが、Ｖdc値が２００Ｖであっても酸素流量やＲＦ電力を調整することで、異方性加工を行うことと等方性加工を行うことが可能になっている。以下に説明する一例ではＲＦ電力を調整している。
【００３２】
ここでは、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）を用い、それに酸素（Ｏ2 ）と希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を添加した混合ガスを用いた。これらのガス流量（標準状態での流量）は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 ／Ａr＝３０／２０／２００（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）とした。この流量値は一例であって、基本的には、Ｏ2 よりもＣＨＦ3 が多くなるように流量を設定する。また、エッチング雰囲気の圧力（チャンバ内圧力）は例えば４．０Ｐa、ＲＦパワーは、例えばＳ＝３００Ｗ、Ａ＝１００Ｗ、Ｂ＝１００Ｗに設定した。このように、従来のエッチング条件よりもＲＦ電力を小さくし、プラズマ密度が低くなるようなエッチング条件としている。さらに、エッチング処理時間は最小寸法値を合わせ込んだ結果、３０秒となった。
【００３３】
この結果、有機材料のレジストで形成したマスク２４を用いて、レジストとは異なる厚膜の有機材料の反射防止膜２１およびハードマスク３１に、マスク２４の開口部２３の幅を高精度に転写した垂直形状の凹部２５を形成することが可能になる。よって、従来技術での加工形状に比べ、凹部２５側壁の垂直性が向上するとともに開口部２３上部のマスク２４の広がりは大幅に低減され、また、レジスト選択比も向上された。
【００３４】
また上記のように、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いた場合には、エッチング加工部表層およびマスク２４の表層に緻密な堆積物が形成される。このため、局所的なサイドエッチングやストライエーションを防止することができる。また、凹部２５の側壁に堆積する堆積物の量が多いことから、基本的には最小寸法が小さくなる方向に加工されることになる。そこで、第１工程のようなエッチング条件で加工することにより、最小寸法（ＣＤ）を小さくした状態で加工を行い、第２工程で最小寸法を広げる方向に調整できる。このため、上記説明したように、マスク２４に形成された開口部２３の大きさに凹部２５の大きさを合わせ込むことが可能になる。
【００３５】
なお、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスの代りに炭素とフッ素とを含むガスを用いた場合には、ハードマスク３１はエッチングされ難くなる。この場合には、ハードマスク３１のみを等方性エッチングして、マスク２４の開口部２３に大きさに凹部２５の大きさを合わせ込めばよい。
【００３６】
上記各実施の形態における凹部２５は、接続孔であり、もしくは配線や電極を形成する溝である。
【００３７】
上記各実施の形態では、炭素と水素とフッ素とを含むガスとしては、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）の他には、ジフルオロメタン（ＣＨ2 Ｆ2 ）、モノフルオロメタン（ＣＨ3 Ｆ）を用いることができ、炭素とフッ素とを含むガスとしては、ヘキサフルオロシクロブテン（Ｃ4 Ｆ6 ）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ4 Ｈ8 ）、オクタフルオロシクロペンテン（Ｃ5 Ｆ8 ）を用いることができる。
【００３８】
上記各実施の形態では、ドライエッチング時のバイアスＲＦ電力を大きくすると、開口部２３のマスク２４（レジスト膜２２）の残膜が少なくなり、一方、バイアスＲＦ電力を小さくすると、ガス系のみで調整した場合には等方的なエッチングとなって横方向への広がりが発生する。この現象は特にオーバエッチング時に顕著に発生する。またエッチング加工時のプラズマ密度を高めると、堆積物の量が多くなるため、凹部２５はテーパ形状になり最小寸法（ＣＤ）は小さくなる。またエッチングガス中の酸素流量を多くすると、従来技術のように、堆積物が減少して、最小寸法を大きくする方向のエッチングとなる。したがって、第１工程では異方性ドライエッチングとし、第２工程ではバイアスＲＦ電力とガス流量で調整することで凹部２５の形状を垂直形状にすることを可能になる。上記説明では、第１工程に対して第２工程のＲＦ電力を低くすることにより、異方性エッチング成分を低減して等方性エッチング成分を多くしている。また、第２工程で等方的エッチングを行う場合、マスク２４に形成された開口部２３の上部の広がりが懸念されるが、開口部２３の上部の広がりはイオンスパッタリングによる要因が支配的となるため、第２工程の等方的なエッチングではほとんど問題とはならない。
【００３９】
上記各実施の形態において、レジスト膜２２の選択比が向上するが、その理由は、第１工程では凹部の底部径を小さくする方向にドライエッチングが行われるので、レジスト膜２２表面に堆積物が堆積され易くなる。このことはレジスト膜２２がエッチングされ難くなることであり、この結果、レジスト膜のエッチング選択比が大幅に向上することになる。第２工程では、最小寸法（ＣＤ）の制御のみを行えるようなエッチング条件として、等方的なエッチング条件としているため、また、第１工程でレジスト膜２２表面には堆積物が堆積されていることからも、レジスト膜２２のエッチング量は少なくなる。したがって、上記ドライエッチング方法および半導体装置の製造方法においては、レジスト膜２２の選択比が向上する。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のドライエッチング方法および半導体装置の製造方法によれば、レジスト膜からなるマスクに形成した開口部上部の広がりを抑えて、反射防止膜もしくはハードマスクを含めた反射防止膜に、加工後の最小寸法（ＣＤ）値を合わせた状態で、側壁が垂直形状の凹部を形成することが実現できる。また、レジスト選択比を向上させることもできる。よって、有機系のレジスト膜をマスクに用いたエッチングにより有機材料からなる反射防止膜に高精度なエッチング加工を施すことが可能になるので、反射防止膜もしくは反射防止膜とハードマスクとに形成される凹部の寸法精度の向上が図れ、歩留りの向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドライエッチング方法に係る一実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２】本発明のドライエッチングに用いるドライエッチング装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図４】従来技術を説明する概略構成断面図である。
【図５】従来技術の課題を説明する概略構成断面図である。
【符号の説明】
２１…反射防止膜、２２…レジスト膜、２３…開口部、２４…マスク、２５…凹部
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライエッチング方法および半導体装置の製造方法に関し、詳しくはレジストをマスクにして有機材料からなる反射防止膜をエッチングドライエッチング方法および半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の配線技術として用いられる銅（Ｃｕ）配線技術として、例えば、配線溝とこの配線溝の底部に形成された接続孔とを同時に配線材料で埋め込んだ後、余剰な配線材料を除去して配線溝と接続孔とに溝配線とプラグとを形成する加工法（デュアルダマシン法とも呼ばれる）を用いる。この加工法の一つであるデュアルハードマスク法では、図４に示すように、基体２１１上にハードマスク２３１を形成した後、有機材料からなる反射防止膜（ＡＲＣ）２２１を回転塗布して表面を平坦化した後、リソグラフィーを実施することになるため、ハードマスク２３１上の反射防止膜２２１の膜厚ｔｍと比較してハードマスク２３１の開口部２３２における反射防止膜（ＡＲＣ）２２１の膜厚ｔｈは非常に厚膜になる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記反射防止膜のエッチング条件としては、エッチングガスにトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）と酸素（Ｏ2 ）とアルゴン（Ａｒ）とを用い、標準状態の流量比でＣＨＦ3 ：Ｏ2 ＝１：Ｘ（Ｘ＞１）として、エッチングを行っていた。この結果、図５に示すように、レジスト膜２２２の開口部２２３の形状はだれてしまい、反射防止膜２２１に形成される凹部２２５はテーパ形状になりレジスト膜２２２に開口部２２３を形成した当初の寸法より大きな形状となった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２５２０４４号公報（第３−４頁、第２図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術では、反射防止膜を加工する場合、有機膜であるレジスト膜をマスクに有機材料からなる反射防止膜を加工することになるため、加工形状の維持と最小寸法の変化（シフト）の抑制が相反する関係になる。そこで、加工形状を維持しつつ最小寸法の変化を抑制することが必要となる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされたドライエッチング方法および半導体装置の製造方法である。
【０００７】
本発明のドライエッチング方法は、レジスト膜に開口部を設けたマスクを用いて有機材料からなる反射防止膜をドライエッチング加工して凹部を形成するドライエッチング方法であって、前記ドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、前記マスク形状を維持するエッチング条件で前記反射防止膜を異方性エッチング加工する第１工程と、前記第１工程後、前記マスクの開口部形状を維持した状態で前記マスクの開口部幅に前記反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせ込む条件で前記反射防止膜をエッチング加工する第２工程とを備えている。
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、レジスト膜に開口部を設けたマスクを用いて、開口部が形成されたハードマスク上に形成された有機材料からなる反射防止膜をドライエッチング加工して凹部を形成する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記ドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、前記マスク形状を維持するエッチング条件で前記反射防止膜を異方性エッチング加工する第１工程と、前記第１工程後、前記マスクの開口部形状を維持した状態で前記マスクの開口部幅に前記反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせ込む条件で前記反射防止膜をエッチング加工する第２工程とを備えている。
【０００９】
上記ドライエッチング方法および上記半導体装置の製造方法では、ドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスとを添加した混合ガスを用い、まず、マスク形状を維持する条件で反射防止膜を異方性エッチング加工することから、レジスト膜からなるマスク開口部の肩部がエッチングされてだれることなく、さらに反射防止膜がマスク開口部の大きさよりも大きくなることなく異方性エッチング加工される。このため、ドライエッチング加工して得た反射防止膜側壁は上部より底部側に向かって細くなるいわゆるテーパ形状になる。このテーパ形状になるのは、エッチング加工された側壁部分に付着する堆積物が多くなるためである。
【００１０】
次いで、エッチングガスにフッ素を含む炭化水素炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、レジストマスクを用いて、マスクの開口部幅に反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせ込むエッチング条件で反射防止膜をエッチング加工し、レジスト膜からなるマスクの開口幅に反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせこむ。このエッチング工程は、第１工程のエッチングよりも異方性を弱めて等方性を強めたエッチングを行うことで実現される。これにより、有機材料のマスクを用いて、レジストとは異なる厚膜の有機材料の反射防止膜にマスクの開口幅を高精度に転写した垂直形状の凹部を形成することが可能になる。その際、レジストからなるマスク開口部上部の広がりを抑えた形状が実現される。また、レジスト選択比も向上される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のドライエッチング方法に係る一実施の形態を説明する。
【００１２】
まず、図２の概略構成図によって、本発明に用いるドライエッチング装置の一例を説明する。図２では、一例としてバイアス−電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ：Electron Cyclotron Resonance）プラズマドライエッチング装置を示す。
【００１３】
図２に示すように、ドライエッチング装置１０１は、エッチングチャンバ１１１内に上部電極１２１と下部電極１２２が対向された状態で設置されている。上部電極１２１にはＳ＝５００ＭＨｚおよびＡ＝１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力が印加されるようになっている。一方、下部電極１２２には、Ｂ＝０．８ＭＨｚのバイアスＲＦ電力が印加されるようになっている。さらに、エッチングチャンバ１１１の外側部および外上部にはＥＣＲ磁石１２５が設置されている。被エッチング基板１は、例えば下部電極１２２上に載置される。また、図示はしないが、上記チャンバ１１１には、チャンバ１１１内にエッチングガスを供給するガス導入部とチャンバ１１１内のエッチング雰囲気の圧力を調整、保持するための排気部とが接続されている。
【００１４】
上記ドライエッチング装置１０１では、下部電極１２２側に被エッチング基板（図示せず）を載置する。次に、チャンバ１１１内に所望のエッチングガスを供給してエッチング雰囲気を所定の圧力に調整した後、上部電極１２１と下部電極１２２に所望のＲＦ電力およびバイアスのＲＦ電力を印加することで、上部電極１２１と下部電極１２２との間にプラズマを発生させ、被エッチング基板をドライエッチング加工する。
【００１５】
次に、本発明のドライエッチング方法に係る一実施の形態を、図１の概略構成断面図によって説明する。このドライエッチングでは、一例として、上記図２によって説明したドライエッチング装置１０１を用いることができる。
【００１６】
図１の（１）に示すように、基板１１上には反射防止膜２１が形成されている。この反射防止膜２１には、例えば分子量が８０００以上のメタクリレート系樹脂が主成分のものを用いた。そして反射防止膜２１を、例えば２８０ｎｍの厚さに成膜した。分子量が８０００以上のものを用いる理由としては、下地に段差がある場合の埋め込み平坦性を向上させるためである。さらに、既知のレジスト塗布技術により、上記反射防止膜２１上にレジスト膜２２を形成する。このレジスト膜２２は例えばポリヒドロキシスチレン系からなるものを用いる。その後、露光、現像工程を経て、上記レジスト膜２２の所望の位置に開口部２３を形成してマスク２４とする。
【００１７】
次いで、図１の（２）に示すように、上記マスク２４を用いて有機材料からなる反射防止膜２１をエッチング加工して凹部２５を形成する（第１工程）。このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、マスク２４の形状を維持する条件で反射防止膜２１を異方性ドライエッチング加工する。異方性ドライエッチングとするには、基板１１に掛かるバイアスをＶdcで２００Ｖ以上６００Ｖ以下、好ましくは３００Ｖ以上６００Ｖ以下に設定する。なお、Ｖdcが２００Ｖよりも少なくなると、異方性加工が困難になる。またＶdcが６００Ｖを超えると、イオンエネルギーの上昇によりマスク上部がいわゆる肩落ち形状になり加工に不具合を生じる。そしてプラズマ密度や酸素流量の調整で反射防止膜２１をテーパ加工する。このとき、凹部２５の最小寸法（ＣＤ）はマスク２４の開口部２３の寸法よりも小さくなる。
【００１８】
ここでは、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）を用い、それに酸素（Ｏ2 ）と希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を添加した混合ガスを用いた。これらのガス流量（標準状態での流量）は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 ／Ａr＝３０／２０／２００（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）とした。この流量値は一例であって、基本的には、Ｏ2 よりもＣＨＦ3 が多くなるように流量を設定する。また、エッチング雰囲気の圧力（チャンバ内圧力）は例えば４．０Ｐa、ＲＦ電力は、例えばＳ＝９００Ｗ、Ａ＝１５０Ｗ、Ｂ＝４００Ｗに設定した。このように、従来のエッチング条件よりもＲＦ電力を大きくし、プラズマ密度が高くなるようなエッチング条件としている。さらに、エッチング処理時間はジャストエッチング相当の１００秒とした。
【００１９】
この結果、マスク２４の開口部２３の肩部がエッチングされてだれることなく、反射防止膜２１が異方性エッチング加工され、開口部２３の大きさよりも大きくなることなく凹部２５が形成された。なお、この異方性エッチングでマスク２４表面もエッチングされてはいるが、開口部２３の形状を損なうことはない。このように、マスク形状を損なわないようなエッチング条件を選択すると、ドライエッチング加工して得た凹部２５の反射防止膜２１側壁は上部より底部側に向かって細くなるいわゆるテーパ形状になった。このテーパ形状になるのは、エッチング加工された側壁部分に付着する堆積物が多くなるためである。
【００２０】
次いで、図１の（３）に示すように、マスク２４の開口部２３の幅に反射防止膜２１に形成される凹部２５の幅を合わせ込む条件で反射防止膜２１をドライエッチング加工する（第２工程）。このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、上記開口部２３の幅に上記凹部２５の幅を合わせこむように反射防止膜２１をエッチング加工する。このエッチング工程は、第１工程のエッチングよりも異方性を弱めて等方性を強めたエッチングを行うことで実現される。このエッチングでは、基板バイアスをＶdcで５０Ｖ以上２００Ｖ以下に設定することで等方性を持たせたエッチング条件でオーバエッチングを施し、凹部２５の最小寸法（ＣＤ）の制御を行う。なお、上記等方性加工の際のＶdc値と上記異方性加工の際のＶdc値が２００Ｖで重なるが、Ｖdc値が２００Ｖであっても酸素流量やＲＦ電力を調整することで、異方性加工を行うことと等方性加工を行うことが可能になっている。以下に説明する一例ではＲＦ電力を調整している。
【００２１】
ここでは、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）を用い、それに酸素（Ｏ2 ）と希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を添加した混合ガスを用いた。これらのガス流量（標準状態での流量）は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 ／Ａr＝３０／２０／２００（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）とした。この流量値は一例であって、基本的には、Ｏ2 よりもＣＨＦ3 が多くなるように流量を設定する。また、エッチング雰囲気の圧力（チャンバ内圧力）は例えば４．０Ｐa、ＲＦ電力は、例えばＳ＝３００Ｗ、Ａ＝１００Ｗ、Ｂ＝１００Ｗに設定した。このように、従来のエッチング条件よりもＲＦ電力を小さくし、プラズマ密度が低くなるようなエッチング条件としている。さらに、エッチング処理時間は最小寸法値を合わせ込んだ結果、３０秒となった。
【００２２】
この結果、有機材料のレジストで形成したマスク２４を用いて、レジストとは異なる厚膜の有機材料の反射防止膜２１に、マスク２４の開口部２３の幅を高精度に転写した垂直形状の凹部２５を形成することが可能になる。よって、従来技術での加工形状に比べ、凹部２５側壁の垂直性が向上するとともに開口部２３上部のマスク２４の広がりは大幅に低減され、また、レジスト選択比も向上された。
【００２３】
また、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いた場合には、エッチング加工部表層およびマスク２４の表層に緻密な堆積物が形成される。このため、局所的なサイドエッチングやストライエーションを防止することができる。また、凹部２５の側壁に堆積する堆積物の量が多いことから、基本的には最小寸法が小さくなる方向に加工されることになる。そこで、第１工程のようなエッチング条件で加工することにより、最小寸法（ＣＤ）を小さくした状態で加工を行い、第２工程で最小寸法を広げる方向に調整できる。このため、上記説明したように、マスク２４に形成された開口部２３の大きさに凹部２５の大きさを合わせ込むことが可能になる。
【００２４】
次に、本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を、図３の概略構成断面図によって説明する。この製造方法では、一例として、上記図２によって説明したバイアス−ＥＣＲエッチング装置を用いることができる。
【００２５】
図２の（１）に示すように、基体１１上には例えば窒化シリコン膜もしくは酸化シリコン膜からなるハードマスク３１が形成され、所望の位置に開口部３２が形成されている。さらに上記開口部３２を埋め込むように上記ハードマスク３１上には有機材料からなる反射防止膜２１が形成されている。この反射防止膜２１には、例えば分子量が８０００以上のメタクリレート系樹脂が主成分のものを用いた。そして反射防止膜２１を、例えば２８０ｎｍの厚さに成膜した。分子量が８０００以上のものを用いる理由としては、下地に段差がある場合の埋め込み平坦性を向上させるためである。さらに、既知のレジスト塗布技術により、上記反射防止膜２１上にレジスト膜２２を形成する。このレジスト膜２２は例えばポリヒドロキシスチレン系からなるものを用いる。その後、露光、現像工程を経て、上記レジスト膜２２の所望の位置に開口部２３を形成してマスク２４とする。ここでは、開口部２３は、上記ハードマスク３１に形成した開口部３２上に位置するように形成した。
【００２６】
次いで、図３の（２）に示すように、上記マスク２４を用いて有機材料からなる反射防止膜２１をドライエッチング加工して凹部２５を形成する（第１工程）。このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、マスク２４の形状を維持する条件で反射防止膜２１を異方性エッチング加工する。なお、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いるとハードマスク３１も反射防止膜２１と同様にドライエッチング加工される。図面ではこの場合を示した。
【００２７】
異方性ドライエッチングとするには、基板１１に掛かるバイアスをＶdcで２００Ｖ以上６００Ｖ以下、好ましくは３００Ｖ以上６００Ｖ以下に設定する。なお、Ｖdcが２００Ｖよりも少なくなると、異方性加工が困難になる。またＶdcが６００Ｖを超えるとイオンエネルギーの上昇によりマスク上部がいわゆる肩落ち形状になり加工に不具合を生じる。そしてプラズマ密度や酸素流量の調整で反射防止膜２１をテーパ加工する。このとき、凹部２５の最小寸法（ＣＤ）はマスク２４の開口部２３の寸法よりも小さくなる。
【００２８】
ここでは、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）を用い、それに酸素（Ｏ2 ）と希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を添加した混合ガスを用いた。これらのガス流量（標準状態での流量）は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 ／Ａr＝３０／２０／２００（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）とした。この流量値は一例であって、基本的には、Ｏ2 よりもＣＨＦ3 が多くなるように流量を設定する。また、エッチング雰囲気の圧力（チャンバ内圧力）は例えば４．０Ｐa、ＲＦパワーは、例えばＳ＝９００Ｗ、Ａ＝１５０Ｗ、Ｂ＝４００Ｗに設定した。このように、従来のエッチング条件よりもＲＦ電力を大きくし、プラズマ密度が高くなるようなエッチング条件としている。さらに、エッチング処理時間はジャストエッチング相当の１００秒とした。
【００２９】
この結果、マスク２４の開口部２３の肩部がエッチングされてだれることなく、反射防止膜２１およびハードマスク３１が異方性エッチング加工され、開口部２３の大きさよりも大きくなることなく凹部２５が形成される。このため、ドライエッチング加工して得た凹部２５の反射防止膜２１、ハードマスク３１の側壁は上部より底部側に向かって細くなるいわゆるテーパ形状になる。このテーパ形状になるのは、エッチング加工された側壁部分に付着する堆積物が多くなるためである。
【００３０】
次いで、図３の（３）に示すように、マスク２４の開口部２３の幅に反射防止膜２１に形成される凹部２５の幅を合わせ込む条件で反射防止膜２１をドライエッチング加工する（第２工程）。このドライエッチング加工は、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、上記開口部２３の幅に上記凹部２５の幅を合わせこむように反射防止膜２１をエッチング加工する。このエッチング工程は、第１工程のエッチングよりも異方性を弱めて等方性を強めたエッチングを行うことで実現される。なお、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いるとハードマスク３１も反射防止膜２１と同様にドライエッチング加工される。図面ではこの場合を示した。
【００３１】
このドライエッチングでは、基板バイアスをＶdcで５０Ｖ以上２００Ｖ以下に設定することで等方性を持たせたエッチング条件でオーバエッチングを施し、凹部２５の最小寸法（ＣＤ）の制御を行う。なお、上記等方性加工の際のＶdc値と上記異方性加工の際のＶdc値が２００Ｖで重なるが、Ｖdc値が２００Ｖであっても酸素流量やＲＦ電力を調整することで、異方性加工を行うことと等方性加工を行うことが可能になっている。以下に説明する一例ではＲＦ電力を調整している。
【００３２】
ここでは、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスとしてトリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）を用い、それに酸素（Ｏ2 ）と希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）を添加した混合ガスを用いた。これらのガス流量（標準状態での流量）は、ＣＨＦ3 ／Ｏ2 ／Ａr＝３０／２０／２００（ｃｍ3 ／ｍｉｎ）とした。この流量値は一例であって、基本的には、Ｏ2 よりもＣＨＦ3 が多くなるように流量を設定する。また、エッチング雰囲気の圧力（チャンバ内圧力）は例えば４．０Ｐa、ＲＦパワーは、例えばＳ＝３００Ｗ、Ａ＝１００Ｗ、Ｂ＝１００Ｗに設定した。このように、従来のエッチング条件よりもＲＦ電力を小さくし、プラズマ密度が低くなるようなエッチング条件としている。さらに、エッチング処理時間は最小寸法値を合わせ込んだ結果、３０秒となった。
【００３３】
この結果、有機材料のレジストで形成したマスク２４を用いて、レジストとは異なる厚膜の有機材料の反射防止膜２１およびハードマスク３１に、マスク２４の開口部２３の幅を高精度に転写した垂直形状の凹部２５を形成することが可能になる。よって、従来技術での加工形状に比べ、凹部２５側壁の垂直性が向上するとともに開口部２３上部のマスク２４の広がりは大幅に低減され、また、レジスト選択比も向上された。
【００３４】
また上記のように、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いた場合には、エッチング加工部表層およびマスク２４の表層に緻密な堆積物が形成される。このため、局所的なサイドエッチングやストライエーションを防止することができる。また、凹部２５の側壁に堆積する堆積物の量が多いことから、基本的には最小寸法が小さくなる方向に加工されることになる。そこで、第１工程のようなエッチング条件で加工することにより、最小寸法（ＣＤ）を小さくした状態で加工を行い、第２工程で最小寸法を広げる方向に調整できる。このため、上記説明したように、マスク２４に形成された開口部２３の大きさに凹部２５の大きさを合わせ込むことが可能になる。
【００３５】
なお、エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスの代りに炭素とフッ素とを含むガスを用いた場合には、ハードマスク３１はエッチングされ難くなる。この場合には、ハードマスク３１のみを等方性エッチングして、マスク２４の開口部２３に大きさに凹部２５の大きさを合わせ込めばよい。
【００３６】
上記各実施の形態における凹部２５は、接続孔であり、もしくは配線や電極を形成する溝である。
【００３７】
上記各実施の形態では、炭素と水素とフッ素とを含むガスとしては、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3 ）の他には、ジフルオロメタン（ＣＨ2 Ｆ2 ）、モノフルオロメタン（ＣＨ3 Ｆ）を用いることができ、炭素とフッ素とを含むガスとしては、ヘキサフルオロシクロブテン（Ｃ4 Ｆ6 ）、オクタフルオロシクロブタン（Ｃ4 Ｈ8 ）、オクタフルオロシクロペンテン（Ｃ5 Ｆ8 ）を用いることができる。
【００３８】
上記各実施の形態では、ドライエッチング時のバイアスＲＦ電力を大きくすると、開口部２３のマスク２４（レジスト膜２２）の残膜が少なくなり、一方、バイアスＲＦ電力を小さくすると、ガス系のみで調整した場合には等方的なエッチングとなって横方向への広がりが発生する。この現象は特にオーバエッチング時に顕著に発生する。またエッチング加工時のプラズマ密度を高めると、堆積物の量が多くなるため、凹部２５はテーパ形状になり最小寸法（ＣＤ）は小さくなる。またエッチングガス中の酸素流量を多くすると、従来技術のように、堆積物が減少して、最小寸法を大きくする方向のエッチングとなる。したがって、第１工程では異方性ドライエッチングとし、第２工程ではバイアスＲＦ電力とガス流量で調整することで凹部２５の形状を垂直形状にすることを可能になる。上記説明では、第１工程に対して第２工程のＲＦ電力を低くすることにより、異方性エッチング成分を低減して等方性エッチング成分を多くしている。また、第２工程で等方的エッチングを行う場合、マスク２４に形成された開口部２３の上部の広がりが懸念されるが、開口部２３の上部の広がりはイオンスパッタリングによる要因が支配的となるため、第２工程の等方的なエッチングではほとんど問題とはならない。
【００３９】
上記各実施の形態において、レジスト膜２２の選択比が向上するが、その理由は、第１工程では凹部の底部径を小さくする方向にドライエッチングが行われるので、レジスト膜２２表面に堆積物が堆積され易くなる。このことはレジスト膜２２がエッチングされ難くなることであり、この結果、レジスト膜のエッチング選択比が大幅に向上することになる。第２工程では、最小寸法（ＣＤ）の制御のみを行えるようなエッチング条件として、等方的なエッチング条件としているため、また、第１工程でレジスト膜２２表面には堆積物が堆積されていることからも、レジスト膜２２のエッチング量は少なくなる。したがって、上記ドライエッチング方法および半導体装置の製造方法においては、レジスト膜２２の選択比が向上する。
【００４０】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明のドライエッチング方法および半導体装置の製造方法によれば、レジスト膜からなるマスクに形成した開口部上部の広がりを抑えて、反射防止膜もしくはハードマスクを含めた反射防止膜に、加工後の最小寸法（ＣＤ）値を合わせた状態で、側壁が垂直形状の凹部を形成することが実現できる。また、レジスト選択比を向上させることもできる。よって、有機系のレジスト膜をマスクに用いたエッチングにより有機材料からなる反射防止膜に高精度なエッチング加工を施すことが可能になるので、反射防止膜もしくは反射防止膜とハードマスクとに形成される凹部の寸法精度の向上が図れ、歩留りの向上も図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のドライエッチング方法に係る一実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図２】本発明のドライエッチングに用いるドライエッチング装置を示す概略構成図である。
【図３】本発明の半導体装置の製造方法に係る一実施の形態を示す概略構成断面図である。
【図４】従来技術を説明する概略構成断面図である。
【図５】従来技術の課題を説明する概略構成断面図である。
【符号の説明】
２１…反射防止膜、２２…レジスト膜、２３…開口部、２４…マスク、２５…凹部
Claims (5)
- レジスト膜に開口部を設けたマスクを用いて有機材料からなる反射防止膜をドライエッチング加工して凹部を形成するドライエッチング方法であって、
前記ドライエッチング加工は、
エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、
前記マスク形状を維持するエッチング条件で前記反射防止膜を異方性エッチング加工する第１工程と、
前記第１工程後、前記マスクの開口部形状を維持した状態で前記マスクの開口部幅に前記反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせ込む条件で前記反射防止膜をエッチング加工する第２工程と
を備えたことを特徴とするドライエッチング方法。 - 前記第２工程のエッチングは前記第１工程のエッチングよりも異方性を弱めて等方性を強めたエッチングを行う
ことを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。 - レジスト膜に開口部を設けたマスクを用いて、開口部が形成されたハードマスク上に形成された有機材料からなる反射防止膜をドライエッチング加工して凹部を形成する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記ドライエッチング加工は、
エッチングガスに炭素と水素とフッ素とを含むガスもしくは炭素とフッ素とを含むガスに酸素と希ガスを添加した混合ガスを用い、
前記マスク形状を維持するエッチング条件で前記反射防止膜を異方性エッチング加工する第１工程と、
前記第１工程後、前記マスクの開口部形状を維持した状態で前記マスクの開口部幅に前記反射防止膜に形成される凹部の幅を合わせ込む条件で前記反射防止膜をエッチング加工する第２工程と
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第２工程のエッチングは前記第１工程のエッチングよりも異方性を弱めて等方性を強めたエッチングを行う
ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。 - 前記エッチングガスにフッ素を含む炭素と水素とフッ素とを含むガスを用いたドライエッチング加工では、
前記ハードマスクを前記反射防止膜と同等にドライエッチングする
ことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
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- 2002-12-24 JP JP2002371280A patent/JP2004207286A/ja active Pending
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