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JP2006156591A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP2006156591A
JP2006156591A JP2004342904A JP2004342904A JP2006156591A JP 2006156591 A JP2006156591 A JP 2006156591A JP 2004342904 A JP2004342904 A JP 2004342904A JP 2004342904 A JP2004342904 A JP 2004342904A JP 2006156591 A JP2006156591 A JP 2006156591A
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JP
Japan
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film
resist
interlayer insulating
insulating film
forming
Prior art date
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Application number
JP2004342904A
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Japanese (ja)
Inventor
Kiminori Kiyono
公師 清野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】超微小かつ超高アスペクト比のコンタクトホールを形成する。
【解決手段】層間絶縁膜12上にレジストパターン14を形成した後、フッ素化炭化水素ガスを用いたプラズマ照射によって、有機物をレジスト上に堆積し、その後、in−Situで層間絶縁膜のコンタクトホールエッチングを行うか、あるいは、有機物をレジストパターン上に堆積する前に、熱処理を施してレジストをフローさせ、レジスト開口部15を縮小することによって、微小コンタクトホールを短工程、低コストで形成する。
【選択図】図1
An ultra-fine and ultra-high aspect ratio contact hole is formed.
After a resist pattern is formed on an interlayer insulating film, an organic substance is deposited on the resist by plasma irradiation using a fluorinated hydrocarbon gas, and then contact holes in the interlayer insulating film are formed in-situ. Before etching or depositing an organic substance on the resist pattern, heat treatment is performed to flow the resist, and the resist opening 15 is reduced to form a minute contact hole in a short process and at low cost.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、超高アスペクト比及び超微細コンタクトホールを有する半導体装置の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and relates to a method for manufacturing a semiconductor device having an ultra high aspect ratio and an ultra fine contact hole.

半導体集積回路の高集積化、微細化が進展するにつれゲート電極は細線化、ゲート酸化膜は薄膜化され、それに伴い基板と配線層を接続するコンタクト形成工程においても微細加工限界に達しつつある。当該コンタクトホール形成工程においても微細化が進展し、所望のコンタクトホールの径は90nm程度となる。また、微細化の進展に伴い接続孔部分が素子分離領域内に達することがあり、素子分離の機能が果たせずリーク電流発生につながる恐れもある。素子分離領域を保護するため、酸化膜のみの絶縁層の下部に窒化膜を形成し、素子分離部分の酸化膜を保護する工夫も行われている。更に、LogicとDRAMとの混載等でデバイスの高機能化も進展しており、ULSIに代表される半導体微細加工技術は非常に困難を極めている。その中で、コンタクトホールの形成はトランジスタと配線を接続するために、LSI製造工程にとっては極めて重要な工程である。しかし、微細化の進展に伴い露光装置の光源はArFとなりこれの解像度に適合するレジストも高解像度のものを使用することとなる。更に微細加工を行っていく手段として、露光時において液浸方式を用いる手段も提案されている。   As the integration and miniaturization of semiconductor integrated circuits progress, the gate electrode is thinned and the gate oxide film is thinned, and accordingly, the fine processing limit is being reached also in the contact formation process for connecting the substrate and the wiring layer. In the contact hole forming step, miniaturization progresses, and a desired contact hole diameter is about 90 nm. Further, as the miniaturization progresses, the connection hole portion may reach the element isolation region, and the function of element isolation may not be achieved, leading to the generation of leakage current. In order to protect the element isolation region, a contrivance has been made to protect the oxide film in the element isolation part by forming a nitride film below the insulating layer of only the oxide film. Furthermore, the enhancement of functions of devices has progressed due to the mixed mounting of Logic and DRAM, and semiconductor microfabrication technology represented by ULSI is extremely difficult. Among them, the formation of the contact hole is an extremely important process for the LSI manufacturing process in order to connect the transistor and the wiring. However, as the miniaturization progresses, the light source of the exposure apparatus becomes ArF, and a resist that conforms to the resolution is used with a high resolution. Further, as means for performing fine processing, means for using an immersion method at the time of exposure has been proposed.

しかしなから、液浸方式等の導入には多大なコストおよび新たな技術開発が必要である。一方で、ArF光源対応のレジストはエッチング耐性に劣るので、プラズマダメージによる影響が懸念される。特に高アスペクト比となるとその影響が大きくなる。また、微細パターンの形成において、定在波の影響があるため層間絶縁膜上に反射防止膜を用いるプロセスが一般的である。このプロセスを用いた場合、レジストパターン形成後に前記反射防止膜をエッチングし、その後層間絶縁膜をエッチングする工程が必要となる。反射防止膜のエッチングにおいてレジスト表面が荒れると、コンタクトホール形成工程において、所望パターンより1/10〜1/100程度のスパイクと呼ばれる超微小コンタクトホールが層間絶縁膜上に発生し、絶縁不良などの欠陥を生起することがあった。

特開2001−53061号公報
However, the introduction of the liquid immersion method or the like requires a great deal of cost and new technology development. On the other hand, since the resist for ArF light source is inferior in etching resistance, there is a concern about the influence of plasma damage. In particular, when the aspect ratio is high, the effect becomes large. Further, since the formation of a fine pattern is affected by standing waves, a process using an antireflection film on an interlayer insulating film is common. When this process is used, it is necessary to etch the antireflection film after forming the resist pattern and then etch the interlayer insulating film. If the resist surface is roughened in the etching of the antireflection film, an ultra-small contact hole called a spike of about 1/10 to 1/100 of the desired pattern is generated on the interlayer insulating film in the contact hole forming process, resulting in poor insulation, etc. Could cause defects.

JP 2001-53061 A

本発明は、前記従来の高アスペクト比及び超微細コンタクトホールを形成する際の従来技術の問題点を解決するために成されたもので、層間絶縁膜の表面での荒れを防ぐとともに、スパイクの発生を阻止し、高アスペクト比及び超微細コンタクトホールを形成することができる半導体製造方法を提供することを目的としている。
The present invention was made to solve the problems of the prior art when forming the above-described conventional high aspect ratio and ultrafine contact hole. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method capable of preventing generation and forming a high aspect ratio and ultrafine contact hole.

第1の本発明は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に露光、現像処理行うことによってレジスト開口部を形成する工程と、
前記レジスト膜の上面に表面膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜をエッチングして絶縁膜開口部を形成する工程を少なくとも備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
The first aspect of the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate;
Forming a resist film on the interlayer insulating film;
Forming a resist opening by exposing and developing the resist film; and
Forming a surface film on the upper surface of the resist film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: at least a step of etching the interlayer insulating film to form an insulating film opening.

第2の本発明は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に露光、現像処理行うことによってレジスト開口部を形成する工程と、
前記レジスト膜に熱処理を施すことにより前記レジスト膜をフローさせて、前記レジスト開口部を縮小させる工程と、
前記レジスト膜の上面に表面膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜をエッチングして絶縁膜開口部を形成する工程を少なくとも備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
The second aspect of the present invention includes a step of forming an interlayer insulating film on a semiconductor substrate;
Forming a resist film on the interlayer insulating film;
Forming a resist opening by exposing and developing the resist film; and
Flowing the resist film by applying a heat treatment to the resist film, and reducing the resist opening;
Forming a surface film on the upper surface of the resist film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: at least a step of etching the interlayer insulating film to form an insulating film opening.

前記第1及び第2の半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜上に反射防止膜を形成し、この反射防止膜上にレジスト膜を形成することができる。また、前記表面膜の形成工程において、CF、CHF、CH、CHF、HBr、Cl、C、C、C、C、C、CFI、NF、SFの中の少なくとも1種類以上を用い、ガス圧力を1.333Pa(10mTorr)〜6.665Pa(50mTorr)とすることによって表面膜を形成することが好ましい。また、前記層間絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭酸化膜、シリコン酸窒化膜、SiO、SiOF、BPSG、PSG、もしくは有機シリコン膜の、単層膜もしくは2種類以上を用いた複層膜とすることが好ましい。また、前記反射防止膜は、シリコン膜、シリコン酸窒化膜、もしくは有機材料膜を用いた膜とすることが好ましい。さらに、前記レジスト膜の表面粗度は、Ra=15.0nm以下であることが好ましい。
In the first and second semiconductor device manufacturing methods, an antireflection film can be formed on the interlayer insulating film, and a resist film can be formed on the antireflection film. In the surface film formation step, CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, HBr, Cl 2 , C 2 F 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , A surface film is formed by using at least one of C 4 F 6 , CF 3 I, NF 3 , and SF 6 and setting the gas pressure to 1.333 Pa (10 mTorr) to 6.665 Pa (50 mTorr). Is preferred. The interlayer insulating film may be a single layer film of silicon nitride film, silicon carbide film, silicon carbonitride film, silicon carbonate film, silicon oxynitride film, SiO 2 , SiOF, BPSG, PSG, or organic silicon film, or A multilayer film using two or more types is preferable. The antireflection film is preferably a film using a silicon film, a silicon oxynitride film, or an organic material film. Furthermore, the surface roughness of the resist film is preferably Ra = 15.0 nm or less.

本発明によれば、レジスト表面の荒れを防止しスパイクの発生を阻止して、超高アスペクト比、超微細コンタクトホールを有する半導体装置を製造することができる。
According to the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor device having an ultra-high aspect ratio and an ultra-fine contact hole by preventing the resist surface from being roughened and preventing the occurrence of spikes.

[第1の実施の形態]
以下本発明の第1の実施の形態について、そのプロセスの概略図である図1を用いて説明する。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 which is a schematic diagram of the process.

第1の工程は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程である。
すなわち、図1(a)に示すように、シリコン基板もしくはシリコン基板表面に下地層を形成した半導体基板11の表面に層間絶縁膜12を形成する。この層間絶縁膜としては、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭酸化膜、シリコン酸窒化膜、SiO、SiOF、BPSG、PSG、もしくは有機シリコン膜からなる材料を用い、塗布法、プラズマCVD法など公知の成膜方法によって膜を形成することができる。
また、必要に応じて、この工程に引き続き、層間絶縁膜12表面に、無機材料もしくは有機材料で構成される反射防止膜13を設けることもできる。この反射防止膜としては、シリコン膜、シリコン酸窒化膜、あるいは、有機材料膜等の公知の膜材料が好ましい。
The first step is a step of forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate.
That is, as shown in FIG. 1A, an interlayer insulating film 12 is formed on the surface of a semiconductor substrate 11 having a silicon substrate or a base layer formed on the surface of the silicon substrate. As the interlayer insulating film, a material comprising a silicon nitride film, a silicon carbide film, a silicon carbonitride film, a silicon carbonation film, a silicon oxynitride film, SiO 2 , SiOF, BPSG, PSG, or an organic silicon film is used and applied. A film can be formed by a known film formation method such as a plasma CVD method.
If necessary, an antireflection film 13 made of an inorganic material or an organic material can be provided on the surface of the interlayer insulating film 12 following this step. The antireflection film is preferably a known film material such as a silicon film, a silicon oxynitride film, or an organic material film.

次の工程は、図1(b)に示すように、前記層間絶縁膜12上、もしくは反射防止膜13上に、レジスト膜14を形成する工程である。本発明において、露光光としては、特に限定されるものではないが、微細パターンを形成するために、ArF、もしくはF2エキシマレーザを用いることが好ましい。従って、本工程においては、これらのレーザにより感光するレジスト材料を採用する。   The next step is a step of forming a resist film 14 on the interlayer insulating film 12 or the antireflection film 13 as shown in FIG. In the present invention, the exposure light is not particularly limited, but ArF or F2 excimer laser is preferably used to form a fine pattern. Therefore, in this step, a resist material that is exposed to these lasers is employed.

次の工程は、図1(c)に示すように、前記レジスト膜14に露光、現像処理行うことによってレジスト開口部15を形成する工程である。   In the next step, as shown in FIG. 1C, the resist film 14 is exposed and developed to form a resist opening 15.

次の工程は、図1(d)に示すように、前記レジスト膜14の上面及びレジスト開口部15の側面に表面膜16を形成する工程である。本実施の形態において、この表面膜16は、CF、CHF、CH、CHF、HBr、Cl、C、C、C、C、C、CFI、NF、SFの中の少なくとも1種類以上の材料を用いて、例えばRIE装置を用いて、成膜することができる。この際の反応室内のガス圧力は、1.333Pa(10mTorr)〜6.665Pa(50mTorr)とすることが好ましい。これによって、膜厚3〜20nmの表面膜を形成する。表面膜の膜厚がこれより薄いと、スパイク防止に十分な効果を発揮せず、一方厚い表面膜を形成するためには、より長時間の成膜工程を必要とし、実用的ではない。また、前記ガス圧が、1.333Pa(10mTorr)を下回った場合、必要膜厚の表面膜16を形成するのに長時間を必要とし、実用的ではない。一方、ガス圧が、6.665Pa(50mTorr)を上回った場合、生成する表面膜16の膜厚が不均一となり、コンタクトホールの形状が変形する。 The next step is a step of forming a surface film 16 on the upper surface of the resist film 14 and the side surfaces of the resist opening 15 as shown in FIG. In the present embodiment, the surface film 16 is formed of CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, HBr, Cl 2 , C 2 F 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , C 5 F. 8 , C 4 F 6 , CF 3 I, NF 3 , SF 6 can be used to form a film using, for example, an RIE apparatus. The gas pressure in the reaction chamber is preferably 1.333 Pa (10 mTorr) to 6.665 Pa (50 mTorr). As a result, a surface film having a thickness of 3 to 20 nm is formed. If the thickness of the surface film is smaller than this, it will not be effective enough to prevent spikes. On the other hand, in order to form a thick surface film, a longer film forming step is required, which is not practical. Further, when the gas pressure is lower than 1.333 Pa (10 mTorr), it takes a long time to form the surface film 16 having a required film thickness, which is not practical. On the other hand, when the gas pressure exceeds 6.665 Pa (50 mTorr), the thickness of the generated surface film 16 becomes non-uniform, and the shape of the contact hole is deformed.

次の工程は、図1(e)に示すように、前記層間絶縁膜12をエッチングして、層間絶縁膜12に絶縁膜開口部15を形成する工程である。この工程においては、前工程である表面膜形成工程で用いた装置を引き続き使用し、前記表面膜形成用の原料ガスに代えて、ドライエッチングガスを装置に供給することにより、効率的にエッチングを行うことができる。   The next step is a step of etching the interlayer insulating film 12 to form an insulating film opening 15 in the interlayer insulating film 12 as shown in FIG. In this process, the apparatus used in the surface film forming process, which is the previous process, is continuously used, and a dry etching gas is supplied to the apparatus instead of the raw material gas for forming the surface film, thereby efficiently performing the etching. It can be carried out.

引き続き、図1(f)に示すように、公知のアッシャー装置を用いて、表面膜16、レジスト膜14、及び反射防止膜13をアッシング処理して除去することによって、超高アスペクト比、超微細コンタクトホール17を有する層間絶縁膜12を備えた半導体装置を製造することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 1 (f), the surface film 16, the resist film 14, and the antireflection film 13 are removed by ashing using a known asher device, thereby obtaining an ultra-high aspect ratio and ultra-fine. A semiconductor device including the interlayer insulating film 12 having the contact hole 17 can be manufactured.

[第2の実施の形態]
第2の実施の形態は、前記第1の実施の形態において、図1(c)工程であるレジスト膜14にレジスト膜開口部15を形成した後、図1(d)の表面膜16の形成前に、レジスト材料14を加熱処理し、レジストにフローを起こさせることにより開口部をシュリンクさせて、レジスト膜開口部の径を小径化するものである。
本工程において、加熱処理の温度及び加熱時間条件は、用いるレジスト材料、コンタクトホール径、シュリンク量によって異なるが、概ね100〜180℃、10〜120秒の範囲で行うことができる。
[Second Embodiment]
In the second embodiment, after forming the resist film opening 15 in the resist film 14 in the step of FIG. 1C in the first embodiment, the formation of the surface film 16 in FIG. Before, the resist material 14 is heat-treated, and the resist is caused to flow to shrink the opening, thereby reducing the diameter of the resist film opening.
In this step, the temperature of the heat treatment and the heating time conditions vary depending on the resist material used, the contact hole diameter, and the shrink amount, but can be performed in the range of about 100 to 180 ° C. for 10 to 120 seconds.

本実施の形態は、第1の実施の形態のプロセスに、この工程を付加することによって、より短波長の光を用いたリソグラフィ工程を採用することなく、超微小径の絶縁膜開口部(コンタクトホール)を形成することができる。
In this embodiment, by adding this process to the process of the first embodiment, an insulating film opening (contact) having a very small diameter can be used without adopting a lithography process using light having a shorter wavelength. Hole) can be formed.

[第3の実施の形態]
本実施の形態は、前記第1の実施の形態においては、層間絶縁膜として、単層膜を用いていたが、本実施の形態においては、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭酸化膜、シリコン酸窒化膜、SiO、SiOF、BPSG、PSG、もしくは有機シリコン膜からなる材料を2種類以上用いて複層膜とするものである。
[Third Embodiment]
In the present embodiment, a single layer film is used as an interlayer insulating film in the first embodiment. However, in this embodiment, a silicon nitride film, a silicon carbide film, a silicon carbonitride film, A multilayer film is formed by using two or more kinds of materials consisting of a silicon carbonate film, a silicon oxynitride film, SiO 2 , SiOF, BPSG, PSG, or an organic silicon film.

以下、本発明の第3の実施の形態について、その概略工程図である図2を用いて説明する。尚、第1の実施の形態と同等の構成については、その詳細な説明は省略する。   Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Note that a detailed description of the configuration equivalent to that of the first embodiment is omitted.

第1の工程は、図2(a)に示すように、半導体基板21上に第1の層間絶縁膜22を形成する工程である。この層間絶縁膜として、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭酸化膜、シリコン酸窒化膜、SiO、SiOF、BPSG、PSG、もしくは有機シリコン膜からなる材料を用いて、塗布法やプラズマCVD法などの公知の薄膜形成方法を採用することができる。 The first step is a step of forming a first interlayer insulating film 22 on the semiconductor substrate 21 as shown in FIG. As the interlayer insulating film, a silicon nitride film, a silicon carbide film, a silicon carbonitride film, a silicon carbonation film, a silicon oxynitride film, a material composed of SiO 2 , SiOF, BPSG, PSG, or an organic silicon film is used for coating. A well-known thin film forming method such as a plasma CVD method can be employed.

次の工程は、図2(b)に示すように、前記第1の層間絶縁膜22表面に、第2の層間絶縁膜23を形成する工程である。この第2の層間絶縁膜材料としては、前記第1の層間絶縁膜材料と同様に、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭酸化膜、シリコン酸窒化膜、SiO、SiOF、BPSG、PSG、もしくは有機シリコン膜などの材料を用いることができる。 The next step is a step of forming a second interlayer insulating film 23 on the surface of the first interlayer insulating film 22 as shown in FIG. As the second interlayer insulating film material, similarly to the first interlayer insulating film material, a silicon nitride film, a silicon carbide film, a silicon carbonitride film, a silicon carbonation film, a silicon oxynitride film, SiO 2 , SiOF A material such as BPSG, PSG, or an organic silicon film can be used.

以下、前記第1の実施の形態と同様にして、第2の層間絶縁膜23表面に、必要に応じて反射防止膜24を形成し、次いで、反射防止膜24の表面にレジスト膜25を形成する(図2(c))。その後、レジスト膜25に公知のリソグラフィ法により、レジスト膜開口部26を形成する(図2(d))。次いで、開口部を有するレジスト膜25表面、及びレジスト膜開口部26内面に、前記第1の実施の形態と同様の手段により表面膜27を形成する(図2(e))。次いで、前記レジスト膜開口部26を備えたレジスト膜25をマスクとして、第2の層間絶縁膜23をエッチングして開口部を形成し(図2(f))、引き続き、前記第1の層間絶縁膜22をエッチングして開口部を形成する(図2(g))。その後、表面膜27、レジスト膜25、反射防止膜24をアッシング除去することにより、半導体基板上の第1の層間絶縁膜22及び第2の層間絶縁膜23に絶縁膜開口部28を形成することができる(図2(h))。
Thereafter, in the same manner as in the first embodiment, an antireflection film 24 is formed on the surface of the second interlayer insulating film 23 as necessary, and then a resist film 25 is formed on the surface of the antireflection film 24. (FIG. 2C). Thereafter, a resist film opening 26 is formed in the resist film 25 by a known lithography method (FIG. 2D). Next, a surface film 27 is formed on the surface of the resist film 25 having the opening and the inner surface of the resist film opening 26 by the same means as in the first embodiment (FIG. 2E). Next, using the resist film 25 having the resist film opening 26 as a mask, the second interlayer insulating film 23 is etched to form an opening (FIG. 2F). Subsequently, the first interlayer insulating film is formed. The film 22 is etched to form an opening (FIG. 2G). Thereafter, the surface film 27, the resist film 25, and the antireflection film 24 are removed by ashing to form an insulating film opening 28 in the first interlayer insulating film 22 and the second interlayer insulating film 23 on the semiconductor substrate. (FIG. 2 (h)).

[実施例1]
図1に示したように、Si基板11上にTEOS(Tetraethoxysilane)ガスを用い、プラズマCVDにて形成した600nmの層間絶縁膜12上に、80nmの反射防止膜13と400nmのレジスト膜14を形成し、ArF露光機を用いて露光する公知のリソグラフィ法により、マスクパターンを転写して、レジスト膜14にレジスト開口部15(コンタクトホール)を形成した。なお、レジスト膜の開口部は、160℃で60s熱処理して、レジストマスクの開口部をシュリンク処理した。その結果得られたレジストの開口部寸法は90nmであった。
[Example 1]
As shown in FIG. 1, an 80 nm antireflection film 13 and a 400 nm resist film 14 are formed on a 600 nm interlayer insulating film 12 formed by plasma CVD using a TEOS (Tetraethoxysilane) gas on a Si substrate 11. The mask pattern was transferred by a known lithography method using an ArF exposure machine to form a resist opening 15 (contact hole) in the resist film 14. Note that the opening of the resist film was heat-treated at 160 ° C. for 60 s to shrink the opening of the resist mask. As a result, the opening size of the resist was 90 nm.

次いで、ICP型反応性イオンエッチング装置を用いて、CHF:50sccm、Ar:200sccmの混合ガスを用いて、6.665Pa(50mTorr)の条件にて、表面膜16を形成した。 Next, the surface film 16 was formed under the condition of 6.665 Pa (50 mTorr) using a mixed gas of CH 3 F: 50 sccm and Ar: 200 sccm using an ICP type reactive ion etching apparatus.

引き続き、CF:50sccm、O:50sccmおよびAr:200sccmの混合ガスを用いて、1.9995Pa(15mTorr)にて、反射防止膜をエッチングし、同一装置にて残留のエッチング生成物を除去後に、連続してC:50sccm、CO:50sccm、O:50sccmおよびAr:200sccmの混合ガスを用いて、6.665Pa(50mTorr)にて層間絶縁膜(SiO)のエッチングを行い、コンタクトホール17を形成した。この時、レジストの残膜厚はウェハ中央部で300nm、外周部で285nmであった。 Subsequently, the antireflection film was etched at 0.9995 Pa (15 mTorr) using a mixed gas of CF 4 : 50 sccm, O 2 : 50 sccm, and Ar: 200 sccm, and the remaining etching product was removed with the same apparatus. Then, using a mixed gas of C 4 F 6 : 50 sccm, CO: 50 sccm, O 2 : 50 sccm and Ar: 200 sccm, the interlayer insulating film (SiO 2 ) is etched at 6.665 Pa (50 mTorr), A contact hole 17 was formed. At this time, the remaining film thickness of the resist was 300 nm at the wafer central portion and 285 nm at the outer peripheral portion.

更にレジスト膜を除去するため酸素プラズマによるアッシングを行った。この際得られたコンタクトホール径は表面部分でウェハの中央部、外周部ともに90nm程度であった。なおこの際に表面膜の形成工程として使用ガスをCH、CHF、CFを単独で、もしくは2種類以上混合した場合でも同様の効果が見られた。 Further, ashing with oxygen plasma was performed to remove the resist film. The diameter of the contact hole obtained at this time was about 90 nm on the surface portion for both the central portion and the outer peripheral portion of the wafer. In this case, the same effect was observed even when the gas used was CH 2 F 2 , CHF 3 , or CF 4 singly or as a mixture of two or more as the surface film forming step.

前述のように、反射防止膜のエッチング前に表面にCHF系ガスにて膜を形成することで、レジストのエッチング耐性の向上が見られた。また、コンタクトホール上部に膜を形成することにより、コンタクトホールの拡大を防ぐことが出来た。更にホール径の面内分布も均一であった。   As described above, the etching resistance of the resist was improved by forming a film with a CHF gas on the surface before etching the antireflection film. In addition, it was possible to prevent the contact hole from expanding by forming a film on the contact hole. Furthermore, the in-plane distribution of the hole diameter was uniform.

[実施例2]
図2に示したように、半導体基板21上に第1の層間絶縁膜22としてHCD(Hexa-Chloro-Disilane)ガスを用い、LP−CVDにて形成したシリコン窒化膜、を堆積し、更に第2の層間絶縁膜23としてTEOS(Tetraethoxysilane)ガスを用い、プラズマCVDにて形成した450nmシリコン酸化膜を堆積したものに、80nmの反射防止膜24と400nmのレジスト膜25を形成した。次いで、このレジスト膜を、ArF露光機を用いて露光する公知のリソグラフィ法により、マスクパターンの転写を行い、レジスト膜25にレジスト膜開口部26を形成した。
[Example 2]
As shown in FIG. 2, a silicon nitride film formed by LP-CVD using HCD (Hexa-Chloro-Disilane) gas as the first interlayer insulating film 22 is deposited on the semiconductor substrate 21. A TEOS (Tetraethoxysilane) gas was used as the second interlayer insulating film 23, and an 80 nm antireflection film 24 and a 400 nm resist film 25 were formed on a 450 nm silicon oxide film formed by plasma CVD. Next, the mask pattern was transferred by a known lithography method in which this resist film was exposed using an ArF exposure machine, and a resist film opening 26 was formed in the resist film 25.

次いで、レジスト膜開口部26を有するレジスト膜25を、160℃で60s熱処理することによって、レジスト膜開口部26をシュリンクさせた。その結果得られたレジストの開口部寸法は90nmであった。   Next, the resist film opening 26 was shrunk by heat-treating the resist film 25 having the resist film opening 26 at 160 ° C. for 60 s. As a result, the opening size of the resist was 90 nm.

次いで、ICP型反応性イオンエッチング装置を用いて、CHF:50sccm、Ar:200sccmの混合ガスを用いて、6.665Pa(50mTorr)の条件にて、表面膜27を形成した。引き続き、CF:50sccm、O:50sccmおよびAr:200sccmの混合ガスを用いて、1.9995Pa(15mTorr)にて反射防止膜24をエッチングした。引き続き、同一装置にて残留のエッチング生成物を除去後に、連続して、C:50sccm、CO:50sccm、O:50sccmおよびAr:200sccmの混合ガスを用いて6.665Pa(50mTorr)にて、第2の層間絶縁膜23(シリコン酸化膜)をエッチングし、次いでCH:40sccm、O:50sccmおよびAr:400sccmで第1の層間絶縁膜22(シリコン窒化膜)のエッチングを行って、コンタクトホール28を形成した。この時、レジストの残膜厚はウェハ中央部で225nm、外周部で200nmであった。更にレジストを除去するため酸素プラズマによるアッシングを行った。この際得られたコンタクトホール径は表面部分でウェハの中央部、外周部ともに105nm程度であった。なおこの際に表面膜の形成工程として使用ガスをCH、CHF、CFを単独で、もしくは2種類以上混合した場合でも同様の効果が見られた。 Next, the surface film 27 was formed under the condition of 6.665 Pa (50 mTorr) using a mixed gas of CH 3 F: 50 sccm and Ar: 200 sccm using an ICP type reactive ion etching apparatus. Subsequently, the antireflection film 24 was etched at 0.9995 Pa (15 mTorr) by using a mixed gas of CF 4 : 50 sccm, O 2 : 50 sccm, and Ar: 200 sccm. Subsequently, after removing the residual etching product in the same apparatus, continuously, using a mixed gas of C 4 F 6 : 50 sccm, CO: 50 sccm, O 2 : 50 sccm and Ar: 200 sccm, 6.665 Pa (50 mTorr) Then, the second interlayer insulating film 23 (silicon oxide film) is etched, and then the first interlayer insulating film 22 (silicon nitride film) is etched with CH 2 F 2 : 40 sccm, O 2 : 50 sccm and Ar: 400 sccm. As a result, contact holes 28 were formed. At this time, the residual film thickness of the resist was 225 nm at the wafer central portion and 200 nm at the outer peripheral portion. Further, ashing with oxygen plasma was performed to remove the resist. The diameter of the contact hole obtained at this time was about 105 nm in the central portion and the outer peripheral portion of the wafer at the surface portion. In this case, the same effect was observed even when the gas used was CH 2 F 2 , CHF 3 , or CF 4 singly or as a mixture of two or more as the surface film forming step.

反射防止膜のエッチング前に表面にCHF系ガスにて膜を形成することで、レジストのエッチング耐性の向上が見られ、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜のエッチングを連続して行っても、レジスト残膜が200nm以上あり、充分なエッチング耐性があるが明らかとなった。更に実施例1同様にコンタクトホール径の縮小も見られた。更にホール径の面内分布も均一であった。   By forming a film with CHF-based gas on the surface before the antireflection film is etched, the resistance of the resist to etching is improved. Even if the silicon oxide film and the silicon nitride film are continuously etched, the resist residue remains. The film has a thickness of 200 nm or more, and it has been revealed that the film has sufficient etching resistance. Further, as in Example 1, the contact hole diameter was also reduced. Furthermore, the in-plane distribution of the hole diameter was uniform.

[比較例]
図3に示したように、Si基板31上に層間絶縁膜32としてTEOS(Tetraethoxysilane)ガスを用い、プラズマCVDにて形成した600nmの層間絶縁膜32上に、400nmのレジスト膜34を形成し、マスクパターンを転写して、レジスト膜開口部35を形成した。次いで、レジスト膜開口部35を、マスクとしてエッチングを行い、コンタクトホール36を形成した。なお、レジストマスクはArF露光機を用いて120nm径に露光した。エッチングとしてはICP型反応性イオンエッチング装置を用いて、反射防止膜のエッチングとしてCF:50sccm、O:50sccmおよびAr:200sccmの混合ガスを用いて1.9995Pa(15mTorr)にてエッチングし、同一装置にて残留のエッチング生成物を除去後に、連続して層間絶縁膜(SiO)のエッチングとしてC:50sccm、CO:50sccm、O:50sccmおよびAr:200sccmの混合ガスを用いて6.665Pa(50mTorr)にてエッチングを行った。この時、レジストの残膜厚はウェハ中央部で250nm、外周部で240nmであった。更にレジストを除去するため酸素プラズマによるアッシングを行った。この際得られたコンタクトホール径は表面部分でウェハの中央部、外周部ともに120nm程度であった。また、層間絶縁膜32には、スパイク37の発生が認められた。
[Comparative example]
As shown in FIG. 3, using a TEOS (Tetraethoxysilane) gas as an interlayer insulating film 32 on the Si substrate 31, a 400 nm resist film 34 is formed on the 600 nm interlayer insulating film 32 formed by plasma CVD, The resist pattern opening 35 was formed by transferring the mask pattern. Next, etching was performed using the resist film opening 35 as a mask to form a contact hole 36. The resist mask was exposed to a diameter of 120 nm using an ArF exposure machine. Etching is performed using an ICP type reactive ion etching apparatus, and etching of the antireflection film is performed using a mixed gas of CF 4 : 50 sccm, O 2 : 50 sccm, and Ar: 200 sccm at 1.995 Pa (15 mTorr), After removing the remaining etching product with the same apparatus, a mixed gas of C 4 F 6 : 50 sccm, CO: 50 sccm, O 2 : 50 sccm, and Ar: 200 sccm is used continuously for etching the interlayer insulating film (SiO 2 ). Etching was performed at 6.665 Pa (50 mTorr). At this time, the residual film thickness of the resist was 250 nm at the wafer central portion and 240 nm at the outer peripheral portion. Further, ashing with oxygen plasma was performed to remove the resist. The diameter of the contact hole obtained at this time was about 120 nm in the central portion and the outer peripheral portion of the wafer at the surface portion. In addition, generation of spikes 37 was observed in the interlayer insulating film 32.

前記本発明の実施例及び比較例の結果から、本発明によれば、小径のコンタクトホールが得られることが明かとなった。
From the results of the examples and comparative examples of the present invention, it has been clarified that according to the present invention, a contact hole having a small diameter can be obtained.

本発明の第1の実施形態を説明するための工程断面図Process sectional drawing for demonstrating the 1st Embodiment of this invention 本発明の第3の実施形態を説明するための工程断面図Process sectional drawing for demonstrating the 3rd Embodiment of this invention 従来の半導体装置の製造方法を説明するための工程断面図Process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the conventional semiconductor device

符号の説明Explanation of symbols

11・・・半導体基板
12・・・層間絶縁膜
13・・・反射防止膜
14・・・レジスト膜
15・・・レジスト開口部
16・・・表面膜
17・・・絶縁膜開口部(コンタクトホール)
21・・・半導体基板
22・・・第1の層間絶縁膜
23・・・第2の層間絶縁膜
24・・・反射防止膜
25・・・レジスト膜
26・・・レジスト開口部
27・・・表面膜
28・・・絶縁膜開口部(コンタクトホール)
31・・・半導体基板
32・・・層間絶縁膜
33・・・反射防止膜
34・・・レジスト膜
35・・・レジスト膜開口部
36・・・絶縁膜開口部(コンタクトホール)
37・・・スパイク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Semiconductor substrate 12 ... Interlayer insulation film 13 ... Antireflection film 14 ... Resist film 15 ... Resist opening 16 ... Surface film 17 ... Insulation film opening (contact hole) )
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Semiconductor substrate 22 ... 1st interlayer insulation film 23 ... 2nd interlayer insulation film 24 ... Antireflection film 25 ... Resist film 26 ... Resist opening part 27 ... Surface film 28 ... Opening of insulating film (contact hole)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Semiconductor substrate 32 ... Interlayer insulating film 33 ... Antireflection film 34 ... Resist film 35 ... Resist film opening 36 ... Insulating film opening (contact hole)
37 ... Spike

Claims (7)

半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に露光、現像処理行うことによってレジスト開口部を形成する工程と、
前記レジスト膜の上面に表面膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜をエッチングして絶縁膜開口部を形成する工程を少なくとも備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a resist film on the interlayer insulating film;
Forming a resist opening by exposing and developing the resist film; and
Forming a surface film on the upper surface of the resist film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: at least a step of etching the interlayer insulating film to form an insulating film opening.
半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜上にレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に露光、現像処理行うことによってレジスト開口部を形成する工程と、
前記レジスト膜に熱処理を施すことにより前記レジスト膜をフローさせて、前記レジスト開口部を縮小させる工程と、
前記レジスト膜の上面に表面膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜をエッチングして絶縁膜開口部を形成する工程を少なくとも備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming an interlayer insulating film on the semiconductor substrate;
Forming a resist film on the interlayer insulating film;
Forming a resist opening by exposing and developing the resist film; and
Flowing the resist film by applying a heat treatment to the resist film, and reducing the resist opening;
Forming a surface film on the upper surface of the resist film;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: at least a step of etching the interlayer insulating film to form an insulating film opening.
前記半導体装置の製造方法において、層間絶縁膜上に反射防止膜を形成し、この反射防止膜上にレジスト膜を形成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein an antireflection film is formed on the interlayer insulating film and a resist film is formed on the antireflection film. Method. 前記表面膜の形成工程において、CF、CHF、CH、CHF、HBr、Cl、C、C、C、C、C、CFI、NF、SFの中の少なくとも1種類以上を用い、ガス圧力を1.333Pa(10mTorr)〜6.665Pa(50mTorr)とすることによって表面膜を形成することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the surface film, CF 4 , CHF 3 , CH 2 F 2 , CH 3 F, HBr, Cl 2 , C 2 F 4 , C 2 F 6 , C 4 F 8 , C 5 F 8 , C 4 A surface film is formed by using at least one of F 6 , CF 3 I, NF 3 , and SF 6 and setting the gas pressure to 1.333 Pa (10 mTorr) to 6.665 Pa (50 mTorr). A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記層間絶縁膜は、シリコン窒化膜、シリコン炭化膜、シリコン炭窒化膜、シリコン炭酸化膜、シリコン酸窒化膜、SiO、SiOF、BPSG、PSG、もしくは有機シリコン膜の、単層膜もしくは2種類以上を用いた複層膜とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The interlayer insulating film may be a single layer film or two types of silicon nitride film, silicon carbide film, silicon carbonitride film, silicon carbonate film, silicon oxynitride film, SiO 2 , SiOF, BPSG, PSG, or organic silicon film 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein a multilayer film using the above is used. 前記反射防止膜は、シリコン膜、シリコン酸窒化膜、もしくは有機材料膜を用いた膜であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。   3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the antireflection film is a film using a silicon film, a silicon oxynitride film, or an organic material film. 前記レジスト膜の表面粗度は、Ra=15.0nm以下であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。


3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the resist film has a surface roughness Ra = 15.0 nm or less.


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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067895A (en) * 2008-09-12 2010-03-25 Tokyo Electron Ltd Substrate treatment method
JP2011108782A (en) * 2009-11-16 2011-06-02 Tokyo Electron Ltd Substrate processing method, substrate processing apparatus and recording medium having program recorded therein
US20140151327A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma etching method
JP2014209593A (en) * 2013-03-22 2014-11-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Method of processing thin film, and method of manufacturing semiconductor device
TWI472881B (en) * 2010-11-29 2015-02-11 Tokyo Electron Ltd Substrate treatment system, substrate treatment method, and computer storage medium
KR101549264B1 (en) * 2008-07-11 2015-09-01 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Substrate processing method

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101549264B1 (en) * 2008-07-11 2015-09-01 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Substrate processing method
JP2010067895A (en) * 2008-09-12 2010-03-25 Tokyo Electron Ltd Substrate treatment method
TWI392976B (en) * 2008-09-12 2013-04-11 Tokyo Electron Ltd Substrate handling method
KR101536363B1 (en) * 2008-09-12 2015-07-13 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 Substrate processing method
JP2011108782A (en) * 2009-11-16 2011-06-02 Tokyo Electron Ltd Substrate processing method, substrate processing apparatus and recording medium having program recorded therein
TWI472881B (en) * 2010-11-29 2015-02-11 Tokyo Electron Ltd Substrate treatment system, substrate treatment method, and computer storage medium
US20140151327A1 (en) * 2012-11-30 2014-06-05 Hitachi High-Technologies Corporation Plasma etching method
KR101405239B1 (en) * 2012-11-30 2014-06-10 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 Plasma etching method
KR101465107B1 (en) * 2012-11-30 2014-11-25 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 Plasma etching method
JP2014209593A (en) * 2013-03-22 2014-11-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Method of processing thin film, and method of manufacturing semiconductor device
JP2018139330A (en) * 2013-03-22 2018-09-06 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for manufacturing semiconductor device

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