| 【発明の名称】 |
半導体装置の製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】水原 秀樹
【氏名】市橋 由成
【氏名】臼井 良輔
【氏名】藤田 和範
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| 【要約】 |
【課題】半導体装置の素子電極や配線のパターン精度を好適に維持しつつ、その微細化を促進する半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】ポリシリコン膜３’の上方に有機系の反射防止膜４を成膜する。次に、反射防止膜４の上方にレジストを成膜し、リソグラフィ技術によってレジストパターン５を形成する。レジストパターン５をマスクとして反射防止膜４をエッチングした後、レジストパターン５とエッチングされた反射防止膜４とにリンイオンを注入する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】有機系の反射防止膜の上方に形成されたレジストをリソグラフィ技術を用いてパターニングし、その後前記反射防止膜をエッチングにてパターニングした後、イオンを注入することにより前記レジストと前記反射防止膜とを収縮させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】パターン形成対象の上方に有機系の反射防止膜を成膜する工程と、該反射防止膜の上方にレジストを成膜する工程と、リソグラフィ技術によって前記レジストからレジストパターンを形成する工程と、該形成されたレジストパターンをマスクとして前記反射防止膜をエッチングする工程と、前記レジストパターンと前記エッチングされた反射防止膜とにイオンを注入する工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記イオンの注入を、前記レジスト及び反射防止膜の斜め上方から行う請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記パターン形成対象の下方にシリコン酸化膜を形成し、前記注入するイオンとしてリンイオンを用いる請求項２又は３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】無機系の反射防止膜の上方に形成されたレジストをリソグラフィ技術を用いてパターニングし、その後イオンを注入してこのレジストを収縮させた後前記反射防止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。
【請求項６】パターン形成対象の上方に無機系の反射防止膜を成膜する工程と、該反射防止膜の上方にレジストを成膜する工程と、リソグラフィ技術によって前記レジストから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イオンを注入する工程と、前記イオン注入されたレジストパターンをマスクとして前記反射防止膜をエッチングする工程と、を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記イオンの注入に際して、電子シャワーを併せて照射することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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【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係り、詳しくは半導体装置の素子電極や配線を微細に形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、半導体装置は、リソグラフィ技術を用いて製造されている。このリソグラフィ技術は、（１）パターン形成対象上にレジストと呼ばれる有機膜を成膜する、（２）レジストに選択的に光を露光する、（３）光の露光された部分あるいは光エネルギの照射されなかった部分の一方のみを選択的に除去し、パターンを形成する、という各工程のもとにパターン形成する技術である。そして通常は、こうして形成されたパターンをマスクとしてエッチング等が行われることとなる。
【０００３】ここで、上記リソグラフィ技術を用いて半導体装置の素子電極や配線パターンを形成する場合、その微細化を推進するためには、工程（３）において形成されるパターンを微細に形成する必要がある。そして、このパターンの微細形成に関しては、工程（２）におけるレジストへ照射する光の波長を短くする必要があるが、近年の半導体装置の微細化に伴い、この照射光の波長、すなわち露光波長はその要求に応えるべく短波長化されてきている。
【０００４】しかし、この露光波長の短波長化に伴い、次のような問題が新たに顕著なものともなってきている。すなわち、工程（２）において、レジストへ光を露光する際、同レジストへの入射光とパターン形成対象からの反射光が干渉するという問題である。この干渉現象は、上記入射光と反射光との光路差が露光波長の整数倍に等しくなる場合に生じるものであるため、露光波長が短波長化する程、干渉周期も短くなる。したがって、露光波長の短波長化に伴って、レジスト等の膜厚の微少なムラにより、レジストへの露光光量にムラが生じ易くなる。この露光光量のムラは、上記パターン形成の精度を低下させ、ひいては、半導体基板上に形成される素子電極や配線のサイズにバラツキを生じさせることとなる。
【０００５】そこで従来は、上記入射光と反射光との干渉にかかる不都合を緩和すべく、例えば、パターン形成対象とレジストとの間に反射防止膜を設けることが提案されている。この反射防止膜によって、上記露光光の反射を抑制することで、上記干渉にかかる不都合が緩和され、波長の短い露光光を用いて、素子電極や配線のサイズが均一な半導体装置を微細に製造することが可能となってきている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように、上記反射防止膜を用いつつ、露光波長の短波長化を推し進めることで、確かに半導体装置のいっそうの微細加工が可能にはなる。しかし通常、露光波長の短波長化には、露光装置自体の変更が必要なため、莫大な費用がかかる。したがって実情としては、こうしたリソグラフィ技術以外の技術によって半導体装置の微細化を促進し得る方法が望まれている。
【０００７】このような要求に対し、例えば、前記工程（３）にてレジストパターンを形成した後、酸素プラズマを長時間照射し、同レジストパターンを縮小させる手法が知られている。以下、例えば半導体基板上にトランジスタのゲート電極を形成する場合について例示した図６を用いて、この手法を用いた半導体装置の製造手順を説明する。
【０００８】図６（ａ）は、半導体基板（図示略）上に形成された酸化膜（ゲート酸化膜）２２上にポリシリコン膜２３’を成膜するとともに、更にその上方に反射防止膜２４及びレジストを順次堆積した後、リソグラフィ技術によって、レジストパターン２５を形成した図である。このようにレジストパターン２５を形成した後は、図６（ｂ）に示すように、同パターン２５をマスクとして、酸化プラズマにて反射防止膜２４をエッチングする。このとき、酸化プラズマの照射時間を長くすることで、レジストパターン２５と反射防止膜２４とを縮小させることができる。したがってその後は、この縮小されたレジストパターン２５と反射防止膜２４とをマスクとしてポリシリコン膜２３’をエッチングすることで、図６（ｃ）に示されるように、リソグラフィ技術の限界を超えて微細化されたゲート電極２３を得ることができるようになる。
【０００９】ただし、この手法を用いた場合、上記酸素プラズマを均一に照射することが困難であるため、前記工程（３）によって形成しようとするレジストパターンが小さければ小さい程、同酸素プラズマによって縮小されるパターンのバラツキは増大する。
【００１０】本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体装置の素子電極や配線のパターン精度を好適に維持しつつ、その微細化を促進する半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。請求項１に記載の発明は、有機系の反射防止膜の上方に形成されたレジストをリソグラフィ技術を用いてパターニングし、その後前記反射防止膜をエッチングにてパターニングした後、イオンを注入することにより前記レジストと前記反射防止膜とを収縮させることをその要旨とする。
【００１２】請求項２に記載の発明は、パターン形成対象の上方に有機系の反射防止膜を成膜する工程と、該反射防止膜の上方にレジストを成膜する工程と、リソグラフィ技術によって前記レジストからレジストパターンを形成する工程と、該形成されたレジストパターンをマスクとして前記反射防止膜をエッチングする工程と、前記レジストパターンと前記エッチングされた反射防止膜とにイオンを注入する工程とを備えることをその要旨とする。
【００１３】上記請求項１又は２記載の製造方法によれば、リソグラフィ技術によりレジストパターンを形成後、まず、同パターンをマスクとして有機系の反射防止膜をエッチングし、次に同パターンと同エッチングされた反射防止膜とにイオン注入することで、同パターンと同エッチングされた反射防止膜とを同時に好適に収縮させることができ、ひいては、上述した問題を回避することができるようになる。
【００１４】なお、レジストパターンにイオン注入をすることで、パターンの縮小を図った後に、同パターンをマスクとして有機系の反射防止膜のエッチングを試みる場合、イオン注入時に同反射防止膜が収縮することで、パターンに歪みが生じるなどの問題が生ずるおそれがある。この点、上記各製造方法によれば、リソグラフィ技術によりレジストパターンを形成後、まず、同パターンをマスクとして有機系の反射防止膜をエッチングし、次に同パターンと同エッチングされた反射防止膜とにイオン注入することで、同パターンと同エッチングされた反射防止膜とを同時に好適に収縮させることができ、ひいては、上述した問題を回避することができるようになる。
【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記イオンの注入を、前記レジスト及び反射防止膜の斜め上方から行うことをその要旨とする。イオン注入に際しては、レジストパターンと反射防止膜とを収縮させる必要があるが、その注入量は、下方へ行く程少なくなる傾向にある。この点、上記製造方法によれば、半導体基板の斜め上方からイオンを注入することで、レジストパターンの底面付近及び反射防止膜に対してもイオンを十分に注入することが容易となる。
【００１６】請求項４記載の発明は、請求項２又は３記載の発明において、前記パターン形成対象の下方にシリコン酸化膜を形成し、前記注入するイオンとしてリンイオンを用いることをその要旨とする。
【００１７】イオン注入に際しては、少なくとも反射防止膜の大きさをレジストパターンの大きさ以下に縮小させる必要があるが、上記製造方法によれば、リンイオンを用いることで、レジストパターンと反射防止膜とを好適に縮小させることができるようになる。また、イオン注入に際し、リンイオンは、シリコン酸化膜でとまりやすいために、シリコン酸化膜の下方に形成される膜や基板に対してリンイオンが意図せずして注入されることを抑制することもできる。
【００１８】請求項５記載の発明は、無機系の反射防止膜の上方に形成されたレジストをリソグラフィ技術を用いてパターニングし、その後イオンを注入してこのレジストを収縮させた後前記反射防止膜をエッチングすることをその要旨とする。
【００１９】請求項６記載の発明は、パターン形成対象の上方に無機系の反射防止膜を成膜する工程と、該反射防止膜の上方にレジストを成膜する工程と、リソグラフィ技術によって前記レジストから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イオンを注入する工程と、前記イオン注入されたレジストパターンをマスクとして前記反射防止膜をエッチングする工程とを備えることをその要旨とする。
【００２０】無機系の反射防止膜に対してイオンを注入ても、有機系の反射防止膜のように収縮しないことから、反射防止膜のエッチング後にイオン注入を行うと、レジストパターンのみが収縮し、反射防止膜のパターンがレジストパターンよりも大きくなってしまうおそれがある。この点、上記請求項５又は６記載の製造方法によれば、レジストパターンにイオンを注入してから反射防止膜をエッチングすることで、反射防止膜のエッチング及びその後の工程でのエッチング等を好適に行うことができるようになる。
【００２１】請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の発明において、前記イオンの注入に際して、電子シャワーを併せて照射することをその要旨とする。上記製造方法によれば、イオン注入と同時に電子シャワーを照射することで、イオン注入される部材が正に帯電してしまうことが緩和されるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる半導体装置の製造方法をＭＯＳ（Metal Oxside Semiconductor）型トランジスタの製造方法に具体化した一実施形態について図１及び図２に従って説明する。
【００２３】図１及び図２は、本実施形態の半導体装置の製造手順を示す図である。図１（ａ）は、ポリシリコンからなる半導体基板１上にゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜２を、更にその上にポリシリコン膜３’及び有機系の反射防止膜４を順次堆積し、同反射防止膜４上にレジストパターン５とするレジスト５’を成膜した時点の半導体装置の断面を示している。
【００２４】同図１（ａ）に示すように、ゲート電極のためのレジストパターン５とするレジスト５’の下方に反射防止膜４を成膜することで、リソグラフィ工程において用いる露光光の波長を短波長化しても、同露光光の干渉を回避し、パターン５を高精度にて形成することができるようになる。上記リソグラフィ工程にて、レジストパターン５が形成された時点の断面図を、図１（ｂ）に示す。なお、露光光として、エキシマレーザＫｒＦを用いた。
【００２５】レジストパターン５を形成すると、図１（ｃ）に示すように、酸化プラズマにより、同パターン５をマスクとして反射防止膜４をエッチングする。続いて、図２（ａ）に示すように、上方からイオン注入法にてリンイオンを注入することで、レジストパターン５及び反射防止膜４を収縮させる。なお、この際、イオン注入と同時に電子シャワーを照射することで、イオンの注入対象の正への帯電を緩和している。
【００２６】上記イオン注入の工程が終了すると、図２（ｂ）に示すように、レジストパターン５及び反射防止膜４をマスクとして、ポリシリコン膜３’をエッチングし、ゲート電極３を形成する。
【００２７】続く工程については、周知のＭＯＳ型トランジスタの製造方法と同様に行われる。次に、図３及び図４を用いて、イオン注入量とポリシリコン膜３’の形成するパターン（ゲート電極）のサイズとの関係について説明する。
【００２８】図３に、イオン注入量とゲート電極の仕上がり寸法との関係を示す。同図３では、フォトレジスト技術によって形成されるレジストパターン５のサイズが２４０ｎｍであるときの、リンイオンの注入量とゲート電極のサイズ（素子サイズ仕上がり寸法）との関係を示す。このデータにおいては、上述した電子シャワーと同時にリンイオンを５０ＫｅＶにて注入するようにした。同図３に示されるように、リンイオンの注入量を増加させていくと、同注入量が９×１０14（ｉｏｎｓ／ｃｍ2）程のところからゲート電極３のサイズが減少していく傾向にある。したがって、リンイオンの注入量を増加させることで、ゲート電極３の素子サイズを好適に縮小することができる。
【００２９】次に、レジストパターン５のサイズを変えたときのゲート電極３のサイズ変化について図４に基づいて説明する。図４（ａ）は、上述した電子シャワーと同時にリンイオンを、５×１０15（ｉｏｎｓ／ｃｍ2）の注入量で、５０ＫｅＶにて注入した場合の、レジストパターン５のサイズとゲート電極３の仕上がりサイズの変化量（素子サイズ変化量）との関係を示す。同図４（ａ）において、白丸は実測値であり、実線はフィッティング線である。この図４（ａ）からわかるように、パターンサイズを０．２μｍから０．６μｍへと増加させることで、素子サイズ変化量（の絶対値）が次第に大きくなっていく。
【００３０】また、図４（ｂ）は、リンイオンを、５×１０15（ｉｏｎｓ／ｃｍ2）の注入量で、５０ＫｅＶにて注入した場合の、素子サイズを０．１μｍとしたときの、素子間隔と、素子間隔変化量との関係を示す。同図４（ｂ）において、白丸は実測値であり、実線はフィッティング線である。同図４（ｂ）に示されるように、素子間隔を変化させても、素子間隔サイズの変化量は、変化せず、０．０６μｍで略一定である。したがって、図４（ａ）に示されるように、素子サイズが０．１μｍのときに、同素子が０．０６μｍだけ収縮するというデータと一致する。
【００３１】以上、図３及び図４から、リンイオンを注入することで、レジストパターン５及び反射防止膜４を好適に収縮させることができ、この収縮量は、レジストパターン５のサイズと、注入イオン量とに依存することがわかる。
【００３２】なお、上述のように、リソグラフィ技術によってレジストパターン５を形成した後に、同パターン５にイオンを注入することで、同パターン５を収縮させることができる。そしてこの手法は、イオン注入量を調整することでパターンサイズを好適に収縮させることができるために、制御精度が良いのみならず、（イ）イオン注入されたレジストが硬化することから、その後のエッチング工程を好適に行うことができる、（ロ）半導体基板１上のイオン注入された部分のエッチング速度が増大することから、同部分の下地膜とのエッチング選択比を高めることができる、等々の利点がある。ただし、リソグラフィ技術によって形成されるパターンサイズを微細化する上で用いることが強く望まれる上記有機系の反射防止膜４が形成されているために、次のような問題が懸念される。すなわち、レジストパターン５にイオン注入する際、有機系の反射防止膜４もイオン注入によって収縮するという問題である。このため、効果（イ）の利点に鑑み、レジストパターン５にイオン注入をすることで、パターン５の縮小及び同パターン５の硬化を図った後に、同パターン５をマスクとして有機系の反射防止膜４のエッチングを試みる場合、イオン注入時に同反射防止膜４が収縮することで、パターン５に歪みが生じるなどの問題が生ずるおそれがある。
【００３３】この点、本実施形態によれば、リソグラフィ技術によりレジストパターン５を形成後、まず、同パターン５をマスクとして有機系の反射防止膜４をエッチングし、次に同パターン５と同エッチングされた反射防止膜４とにイオン注入することで、同パターン５と同エッチングされた反射防止膜４とを同時に好適に収縮させることができ、ひいては、上述した問題を回避することができるようになる。
【００３４】以上説明した本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）有機系の反射防止膜４をエッチングした後、レジストパターン５と同反射防止膜５とにイオンを注入することで、同レジストパターン５と同反射防止膜４とを好適に収縮させることができる。また、イオン注入されたレジストパターンが硬化することで、ポリシリコン膜３’のエッチング精度が高まる。
【００３５】（２）イオン注入に際し、ポリシリコン膜３’にイオンが注入されることで、同ポリシリコン膜３’のエッチング速度が増大し、スループットが増大するとともに、下地膜（シリコン酸化膜）との選択比を高めることができる。
【００３６】（３）イオン注入時に、電子シャワーを照射することで、イオンが注入される部材が正に帯電することが緩和される。
（４）リンイオンを用いることで、反射防止膜５のサイズをレジストパターン５のサイズ以下に収縮させることができ、且つ同イオンをシリコン酸化膜２内で止めることができるため、その下方の半導体基板１に意図せずしてイオンが注入されることはない。
【００３７】なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施形態においては、リソグラフィ工程において、エキシマレーザＫｒＦを用いたが、必ずしもこれに限られない。例えば、エキシマレーザＡｒＦ等任意のレーザを用いてもよい。
【００３８】・上記実施形態においては、リンイオンを注入することとしたが、これに限られない。例えば、その他ホウ素、インジウム等の３族元素、または砒素、アンチモン等の５族元素を用いることによっても、ポリシリコンのエッチング速度を高めたり、シリコン酸化膜において、注入されるイオンを止めやすいなどの利点がある。また、４族の元素を用いてもよい。
【００３９】・上記実施形態においては、パターン形成対象としてゲート電極３とするポリシリコン膜３’を例として取り上げたが、必ずしもこれに限られない。
・上記実施形態においては、イオン注入に際し、イオン注入法を採用したが、イオンシャワー法やドープ膜法等、任意の方法を用いることができる。
【００４０】・上記実施形態においては、イオン注入と同時に電子シャワーを照射することとしたが、これは同時に行わなくてもよい。また、電子シャワーの照射は割愛してもよい。
【００４１】・上記実施形態においては、イオンを半導体基板１の鉛直上方から照射したが、斜めからイオン注入を行うようにしてもよい。こうすることで、レジストパターン５の底面付近及び反射防止膜４に対してもイオンを十分に注入することが容易となる。
【００４２】・上記実施形態においては、イオン注入を５×１０15（ｉｏｎｓ／ｃｍ2）の注入量と、５０ＫｅＶの電界という条件にて行ったが、この条件は適宜変更してよい。例えば、図３に鑑み、１×１０14〜１×１０16（ｉｏｎｓ／ｃｍ2）の注入量で行う等、適宜変更してよい。
【００４３】・半導体の材料としては、シリコンに限られない。その他にも、シリコン−ゲルマニウム合金、炭化珪素、ゲルマニウム、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、ひ化ガリウム、等々の任意の半導体を用いることができる。
【００４４】・上記実施形態においては、反射防止膜４として有機系のものを用いたが無機系のものを用いてもよい。ただし、この場合には、レジストパターンにイオン注入を行い、同パターンを収縮させるとともに硬化させた後に、無機系の反射防止膜をエッチングすることが好ましい。こうした態様にて実施される半導体装置の製造手順の一例を図５に示す。図５（ａ）に示すように、リソグラフィ技術にて、レジストパターン１５を形成した後、図５（ｂ）に示すように、同レジストパターン１５に対してイオン注入を行うことで、収縮させる。次に、図５（ｃ）に示すように、同パターン１５をマスクとして無機系の反射防止膜１４を酸化プラズマにてエッチングする。そして、図５（ｄ）に示すように、レジストパターン１５と反射防止膜１４とをマスクとしてポリシリコン１３をエッチングする。
【００４５】その他、上記実施形態及びその変形例から把握することのできる技術思想としては、以下のものがある。
（１）請求項１〜３並びに５〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記イオンとして、３族及び４族及び５族の元素のイオンのうちの少なくとも一種のイオンを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４６】（２）請求項１〜３並びに５〜６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法において、前記イオンとして、砒素イオン（Ａｓ+）、ホウ素イオン（Ｂ+）、インジウムイオン（Ｉｎ+）、アンチモンイオン（Ｓｂ+）のうちの少なくとも一種のイオンを用いることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【００４７】上記各製造方法によっても、各請求項１〜３、請求項５に記載の発明を好適に実施することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１８８９
【氏名又は名称】三洋電機株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１７日（２０００．３．１７） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１００１１１３８３
【弁理士】
【氏名又は名称】芝野 正雅
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２６５０１１（Ｐ２００１−２６５０１１Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２８日（２００１．９．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７５２６９（Ｐ２０００−７５２６９） |
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