JP2001237415A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2001237415A JP2001237415A JP2000043150A JP2000043150A JP2001237415A JP 2001237415 A JP2001237415 A JP 2001237415A JP 2000043150 A JP2000043150 A JP 2000043150A JP 2000043150 A JP2000043150 A JP 2000043150A JP 2001237415 A JP2001237415 A JP 2001237415A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ハードマスクの除去速度を高速化し、その際
の残さ物をきれいに除去することにより、その後のソー
ス/ドレインへのイオン注入の工程の際に必要な部分の
みにソース/ゲートを形成することを課題とする。 【解決手段】 半導体トランジスタのゲート電極を形成
する半導体装置の製造方法において、半導体基体の上に
ゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハードマスク材料を順
次積層し、さらにゲート電極に相当するパターンとする
レジスト膜を形成した後に、SiO2,SiN,SiO
Nのいずれかの絶縁膜(ハードマスク材料)の加工と、
前記ハードマスク材料の加工時に堆積するデポジション
膜を除去するステップと、前記ゲート電極材料の加工を
連続して行ったことを特徴とする。
の残さ物をきれいに除去することにより、その後のソー
ス/ドレインへのイオン注入の工程の際に必要な部分の
みにソース/ゲートを形成することを課題とする。 【解決手段】 半導体トランジスタのゲート電極を形成
する半導体装置の製造方法において、半導体基体の上に
ゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハードマスク材料を順
次積層し、さらにゲート電極に相当するパターンとする
レジスト膜を形成した後に、SiO2,SiN,SiO
Nのいずれかの絶縁膜(ハードマスク材料)の加工と、
前記ハードマスク材料の加工時に堆積するデポジション
膜を除去するステップと、前記ゲート電極材料の加工を
連続して行ったことを特徴とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング方法に
関する半導体装置の製造方法に関する。
関する半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体装置の製造方法において、
半導体装置の高密度化に伴って電極ないしは配線の形成
技術は、益々高精度微細化が要求されている。この電極
或いは配線の加工技術は、半導体装置の製造プロセスに
おいて、重要な位置を占めている。
半導体装置の高密度化に伴って電極ないしは配線の形成
技術は、益々高精度微細化が要求されている。この電極
或いは配線の加工技術は、半導体装置の製造プロセスに
おいて、重要な位置を占めている。
【0003】ここで、従来技術として、特開平11−1
76807号公報について説明する。本公報には、シリ
コンを含む材料層、例えば高融点金属シリサイド層上
に、アッシングによって取りきれなかったポリマーとか
アッシング時の反応性ガスによる副生成物のシリコン酸
化膜による堆積物が残留し、これによってハードマスク
をマスクとしてドライエッチングを行うとき、そのエッ
チングがハードマスク以外の部分においても阻害される
ため、フォトレジスト層のパターンに忠実なパターニン
グがなされず、いわゆるパターンの変換差が大きくなる
のを防止することを目的としている。
76807号公報について説明する。本公報には、シリ
コンを含む材料層、例えば高融点金属シリサイド層上
に、アッシングによって取りきれなかったポリマーとか
アッシング時の反応性ガスによる副生成物のシリコン酸
化膜による堆積物が残留し、これによってハードマスク
をマスクとしてドライエッチングを行うとき、そのエッ
チングがハードマスク以外の部分においても阻害される
ため、フォトレジスト層のパターンに忠実なパターニン
グがなされず、いわゆるパターンの変換差が大きくなる
のを防止することを目的としている。
【0004】図4(A)に示すように、半導体基体1
1、例えばシリコン(Si)基体表面のゲートの形成部
に、バッチ式熱拡散炉にて熱酸化によって10nmの厚
さを有するSiO2膜によるゲート絶縁層12を形成す
る。この上に、低圧CVD(Chemical Vapor Depositio
n)装置で原料ガスとその供給流量をSiH4ガスを40
0sccm、PH3ガス(SiH4ベース0.5%)を100
sccm、圧力を40Pa、成膜温度550℃として、ゲー
ト電極乃至は配線を形成する導電層としての、不純物が
ドープされて低抵抗率とされた100nmの厚さを有す
る例えばn+型多結晶シリコン層13と、低圧CVD装
置で原料ガスとその供給流量をSiH4ガスを1000s
ccm、WF6ガスを10sccm、圧力を26.6Pa、成膜
温度360℃として、100nmの厚さを有するタング
ステンシリサイドの高融点金属シリサイド層14とを順
次被着形成する。
1、例えばシリコン(Si)基体表面のゲートの形成部
に、バッチ式熱拡散炉にて熱酸化によって10nmの厚
さを有するSiO2膜によるゲート絶縁層12を形成す
る。この上に、低圧CVD(Chemical Vapor Depositio
n)装置で原料ガスとその供給流量をSiH4ガスを40
0sccm、PH3ガス(SiH4ベース0.5%)を100
sccm、圧力を40Pa、成膜温度550℃として、ゲー
ト電極乃至は配線を形成する導電層としての、不純物が
ドープされて低抵抗率とされた100nmの厚さを有す
る例えばn+型多結晶シリコン層13と、低圧CVD装
置で原料ガスとその供給流量をSiH4ガスを1000s
ccm、WF6ガスを10sccm、圧力を26.6Pa、成膜
温度360℃として、100nmの厚さを有するタング
ステンシリサイドの高融点金属シリサイド層14とを順
次被着形成する。
【0005】この高融点金属シリサイド層14上に、プ
ラズマCVD装置で原料ガスとその供給流量をSiH4
ガスを50sccm、N2Oガスを50sccm、圧力を330
Pa、成膜温度380℃、RF電力を190W(13.
56MHz)として、後述するフォトレジスト層に対す
るパターン露光に際しての露光光の反射を防止する反射
防止膜15を被着形成し、更に、常温CVD装置で原料
ガスとその供給流量をSiH4ガス(100%)を50s
ccm、圧力を常圧、成膜温度430℃として、この上に
SiO2、Si3N4等のハードマスクを構成するハード
マスク材層16を被着形成する。このハードマスク材層
16に対し、フォトリソグラフィによるパターンエッチ
ングを行うための、目的とする電極乃至は配線のパター
ンに対応するパターンにポジティブ型のノボラック系フ
ォトレジストを1.2μmの厚さに塗布し、i線(36
5nm)によるパターン露光、現像によってフォトレジ
スト層17を被着形成する。
ラズマCVD装置で原料ガスとその供給流量をSiH4
ガスを50sccm、N2Oガスを50sccm、圧力を330
Pa、成膜温度380℃、RF電力を190W(13.
56MHz)として、後述するフォトレジスト層に対す
るパターン露光に際しての露光光の反射を防止する反射
防止膜15を被着形成し、更に、常温CVD装置で原料
ガスとその供給流量をSiH4ガス(100%)を50s
ccm、圧力を常圧、成膜温度430℃として、この上に
SiO2、Si3N4等のハードマスクを構成するハード
マスク材層16を被着形成する。このハードマスク材層
16に対し、フォトリソグラフィによるパターンエッチ
ングを行うための、目的とする電極乃至は配線のパター
ンに対応するパターンにポジティブ型のノボラック系フ
ォトレジストを1.2μmの厚さに塗布し、i線(36
5nm)によるパターン露光、現像によってフォトレジ
スト層17を被着形成する。
【0006】つぎに、図4(B)に示すように、フォト
レジスト層17をマスクとしてハードマスク材層16と
反射防止膜15に対するドライエッチングによるパター
ニングを行ってハードマスク16を形成する。ハードマ
スク材層16と反射防止膜15のエッチングには、マグ
ネトロンプラズマ装置でエッチングガスとその流量をC
F4ガスを20sccm、CHF3ガスを20sccm、Arガス
を200sccm、ガス圧力を33Pa、上部RF電力を8
00W、ステージ温度を30℃としてエッチングし、ハ
ードマスク材層16がパターニングされてハードマスク
26を形成する。その後、フォトレジスト層17をアッ
シング除去する。このアッシングは、対向電極型アッシ
ング装置を用いて、アッシングガスとその供給流量とし
てO2ガスを12000sccm、C2F6ガスを60sccm、
ガス圧力を2666Pa、RF電力を700W、ステー
ジ温度を250℃としている。このアッシングにより、
レジスト縮退により残さを除去する。さらに、このアッ
シング処理後のポリマー残りを硫酸過水での硫酸過水処
理で、ディップ(液槽)式洗浄装置により、硫酸過水水
溶液(H2SO4:H2O2=5:1)の110℃に3
00秒浸漬し、脱イオン水(超純水)リンスに300
秒、最終仕上げ脱イオン水(超純水)リンスに300秒
にかけ、スピン乾燥に300秒をかける。このようにし
て、フォトレジスト層17の除去がなされるが、ハード
マスク26の被着部以外においては、高融点金属シリサ
イド層14のSiを含む材料層が露呈することによっ
て、堆積物19が生成する。
レジスト層17をマスクとしてハードマスク材層16と
反射防止膜15に対するドライエッチングによるパター
ニングを行ってハードマスク16を形成する。ハードマ
スク材層16と反射防止膜15のエッチングには、マグ
ネトロンプラズマ装置でエッチングガスとその流量をC
F4ガスを20sccm、CHF3ガスを20sccm、Arガス
を200sccm、ガス圧力を33Pa、上部RF電力を8
00W、ステージ温度を30℃としてエッチングし、ハ
ードマスク材層16がパターニングされてハードマスク
26を形成する。その後、フォトレジスト層17をアッ
シング除去する。このアッシングは、対向電極型アッシ
ング装置を用いて、アッシングガスとその供給流量とし
てO2ガスを12000sccm、C2F6ガスを60sccm、
ガス圧力を2666Pa、RF電力を700W、ステー
ジ温度を250℃としている。このアッシングにより、
レジスト縮退により残さを除去する。さらに、このアッ
シング処理後のポリマー残りを硫酸過水での硫酸過水処
理で、ディップ(液槽)式洗浄装置により、硫酸過水水
溶液(H2SO4:H2O2=5:1)の110℃に3
00秒浸漬し、脱イオン水(超純水)リンスに300
秒、最終仕上げ脱イオン水(超純水)リンスに300秒
にかけ、スピン乾燥に300秒をかける。このようにし
て、フォトレジスト層17の除去がなされるが、ハード
マスク26の被着部以外においては、高融点金属シリサ
イド層14のSiを含む材料層が露呈することによっ
て、堆積物19が生成する。
【0007】この堆積物19の除去は、沸酸処理装置を
ディップ(液槽)式洗浄装置を使い、0.25%HF水
溶液(25%)に190秒漬し、脱イオン水(超純水)
リンスを300秒とし、最終仕上げ脱イオン水リンスを
300秒とし、スピン乾燥する処理として、酸化膜換算
で1nm以上に相当し、図4(C)に示すように図4
(B)で示した堆積物19を除去し、WSi層の高融点
金属シリサイド層14の表面を洗浄する。
ディップ(液槽)式洗浄装置を使い、0.25%HF水
溶液(25%)に190秒漬し、脱イオン水(超純水)
リンスを300秒とし、最終仕上げ脱イオン水リンスを
300秒とし、スピン乾燥する処理として、酸化膜換算
で1nm以上に相当し、図4(C)に示すように図4
(B)で示した堆積物19を除去し、WSi層の高融点
金属シリサイド層14の表面を洗浄する。
【0008】その後、図4(D)に示すように、ハード
マスク26をエッチングマスクとして、高融点金属シリ
サイド層14及び多結晶シリコン層13をエッチングし
て、それぞれパターン化された高融点金属シリサイド層
14と多結晶シリコン層13との積層によるゲート電極
乃至は配線25を形成する。このエッチングは、有磁場
マイクロ波プラズマエッチング装置にて、エッチングガ
スとその供給流量をCl2ガスを74sccm、O2ガスを6
sccm、ガス圧力を0.67Paとし、マイクロ波電力を
800W(2.45GHz)とし、RFバイアスを10
0W(2MHz)、ステージ温度を20℃として供給し
ている。
マスク26をエッチングマスクとして、高融点金属シリ
サイド層14及び多結晶シリコン層13をエッチングし
て、それぞれパターン化された高融点金属シリサイド層
14と多結晶シリコン層13との積層によるゲート電極
乃至は配線25を形成する。このエッチングは、有磁場
マイクロ波プラズマエッチング装置にて、エッチングガ
スとその供給流量をCl2ガスを74sccm、O2ガスを6
sccm、ガス圧力を0.67Paとし、マイクロ波電力を
800W(2.45GHz)とし、RFバイアスを10
0W(2MHz)、ステージ温度を20℃として供給し
ている。
【0009】さらに、ゲート絶縁層12に対する選択比
を確保するためにRFバイアスを下げ、多結晶シリコン
厚100nm相当のオーバーエッチングを行った。この
エッチングは、有磁場マイクロ波プラズマエッチング装
置にて、エッチングガスとその供給流量をCl2ガスを
74sccm、O2ガスを6sccm、ガス圧力を0.67Pa
とし、マイクロ波電力を800W(2.45GHz)と
し、RFバイアスを70W(2MHz)、ステージ温度
を20℃として供給している。
を確保するためにRFバイアスを下げ、多結晶シリコン
厚100nm相当のオーバーエッチングを行った。この
エッチングは、有磁場マイクロ波プラズマエッチング装
置にて、エッチングガスとその供給流量をCl2ガスを
74sccm、O2ガスを6sccm、ガス圧力を0.67Pa
とし、マイクロ波電力を800W(2.45GHz)と
し、RFバイアスを70W(2MHz)、ステージ温度
を20℃として供給している。
【0010】このようにして形成した高融点金属シリサ
イド層14と多結晶シリコン13によるゲート電極乃至
は配線層25は、沸酸処理によって堆積物19を除去
し、フォトレジスト層17のパターンに正確に対応した
変換差の小さいパターンとして形成される。
イド層14と多結晶シリコン13によるゲート電極乃至
は配線層25は、沸酸処理によって堆積物19を除去
し、フォトレジスト層17のパターンに正確に対応した
変換差の小さいパターンとして形成される。
【0011】このようなドライエッチング方法として、
特開平11−162941号公報には、チタンシリサイ
ドのドライエッチング方法において、チタンシリサイド
の結晶構造に依存せず、アンダーカットや虫食い状のサ
イドエッチが生じることのないように、チタンシリサイ
ド層上にハードマスク8を形成し、その後、塩素又は臭
化水素にメタンガス及び三塩化ホウ素を添加した混合ガ
スによるガスプラズマでチタンシリサイド層をエッチン
グすることにより、チタンによりエッチング層の側壁保
護を行うことにより、高異方性エッチングを確保すると
ともに、三塩化ホウ素を添加することによりチタンシリ
サイドとシリコンオジュールのエッチレート差を最小化
させ、エッチング残さの発生を抑制することが記載され
ている。
特開平11−162941号公報には、チタンシリサイ
ドのドライエッチング方法において、チタンシリサイド
の結晶構造に依存せず、アンダーカットや虫食い状のサ
イドエッチが生じることのないように、チタンシリサイ
ド層上にハードマスク8を形成し、その後、塩素又は臭
化水素にメタンガス及び三塩化ホウ素を添加した混合ガ
スによるガスプラズマでチタンシリサイド層をエッチン
グすることにより、チタンによりエッチング層の側壁保
護を行うことにより、高異方性エッチングを確保すると
ともに、三塩化ホウ素を添加することによりチタンシリ
サイドとシリコンオジュールのエッチレート差を最小化
させ、エッチング残さの発生を抑制することが記載され
ている。
【0012】また、タングステン層を備えた配線層の高
性能化及び高信頼性度化ができる半導体集積回路装置の
製造方法として、特開平11−87263号公報には、
導電性の多結晶シリコン膜とタングステン層とからなる
積層構造の配線層を堆積する工程と、タングステン層の
上に、窒化シリコン膜(絶縁膜)から成るハードマスク
を形成する工程と、窒化シリコン膜の上のレジスト膜を
エッチング用マスクとしてエッチング技術を用いて、タ
ングステン層をパターン化して形成する工程と、レジス
ト膜を除去して窒化シリコン膜のハードマスクをエッチ
ング用マスクとして多結晶シリコン膜をパターン化して
配線層の多結晶シリコン膜を形成する工程を有すること
が記載されている。
性能化及び高信頼性度化ができる半導体集積回路装置の
製造方法として、特開平11−87263号公報には、
導電性の多結晶シリコン膜とタングステン層とからなる
積層構造の配線層を堆積する工程と、タングステン層の
上に、窒化シリコン膜(絶縁膜)から成るハードマスク
を形成する工程と、窒化シリコン膜の上のレジスト膜を
エッチング用マスクとしてエッチング技術を用いて、タ
ングステン層をパターン化して形成する工程と、レジス
ト膜を除去して窒化シリコン膜のハードマスクをエッチ
ング用マスクとして多結晶シリコン膜をパターン化して
配線層の多結晶シリコン膜を形成する工程を有すること
が記載されている。
【0013】また、半導体装置の製造方法について、特
開平7−202189号公報には、シリコン基板上に高
融点金属を含む導電層としての多結晶シリコン膜、窒化
チタン膜、タングステン膜との積層膜を形成する工程
と、該タングステン膜上にレジストパターンを形成する
工程と、珪素を含む反応性ガスをプラズマ化してレジス
トパターンをマスクとして窒化チタン膜、タングステン
膜を異方性エッチングすると共に、窒化チタン膜、タン
グステン膜の側壁に珪素を主成分とする堆積物を形成す
る工程と、レジストパターンを除去した後、非酸化性雰
囲気中の加熱により、窒化チタン膜、タングステン膜の
側壁にシリサイド層を形成する工程とを備え、抵抗の上
昇しないゲート電極を形成することが記載されている。
開平7−202189号公報には、シリコン基板上に高
融点金属を含む導電層としての多結晶シリコン膜、窒化
チタン膜、タングステン膜との積層膜を形成する工程
と、該タングステン膜上にレジストパターンを形成する
工程と、珪素を含む反応性ガスをプラズマ化してレジス
トパターンをマスクとして窒化チタン膜、タングステン
膜を異方性エッチングすると共に、窒化チタン膜、タン
グステン膜の側壁に珪素を主成分とする堆積物を形成す
る工程と、レジストパターンを除去した後、非酸化性雰
囲気中の加熱により、窒化チタン膜、タングステン膜の
側壁にシリサイド層を形成する工程とを備え、抵抗の上
昇しないゲート電極を形成することが記載されている。
【0014】上述のゲート電極乃至は配線層25をオー
ソライズした形成手順を、図3に示して説明する。
ソライズした形成手順を、図3に示して説明する。
【0015】図3(A)には、不図示のシリコン基体上
にゲート酸化膜3を形成し、その上にゲート電極材料2
としてポリシリコン又はタングステン(W)ポリサイド
等を形成し、その上にハードマスク材料1としてSiO
2、SiON、SiN、又は積層膜等を積層し、パター
ニングしたレジスト4を形成する。つぎに、図3(B)
に示すように、SiO2をエッチングしてゲート電極材
料2を露出し、残さ物としてフロロカーボン系デポジシ
ョン膜が表面に残り、さらに、レジスト4を残してエッ
チングを続行してゲートエッチングを行い、ゲート電極
材利用2が残さ物として残っている。
にゲート酸化膜3を形成し、その上にゲート電極材料2
としてポリシリコン又はタングステン(W)ポリサイド
等を形成し、その上にハードマスク材料1としてSiO
2、SiON、SiN、又は積層膜等を積層し、パター
ニングしたレジスト4を形成する。つぎに、図3(B)
に示すように、SiO2をエッチングしてゲート電極材
料2を露出し、残さ物としてフロロカーボン系デポジシ
ョン膜が表面に残り、さらに、レジスト4を残してエッ
チングを続行してゲートエッチングを行い、ゲート電極
材利用2が残さ物として残っている。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ハード
マスクを除去してゲート電極を露出する際に、残るデポ
ジション膜を除去するために、どうしても残さ物が残っ
てしまい、完全に除去することはできず、さらには、ハ
ードマスクを除去する除去速度を高速化する必要があ
る。
マスクを除去してゲート電極を露出する際に、残るデポ
ジション膜を除去するために、どうしても残さ物が残っ
てしまい、完全に除去することはできず、さらには、ハ
ードマスクを除去する除去速度を高速化する必要があ
る。
【0017】そこで、本発明は、ハードマスクの除去速
度を高速化し、その際の残さ物をきれいに除去すること
により、その後のソース/ドレインへのイオン注入の工
程の際に、必要な部分のみにソース/ゲートを形成する
ことを課題とする。
度を高速化し、その際の残さ物をきれいに除去すること
により、その後のソース/ドレインへのイオン注入の工
程の際に、必要な部分のみにソース/ゲートを形成する
ことを課題とする。
【0018】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体トラン
ジスタのゲート電極を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、半導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材
料、ハードマスク材料を順次積層し、さらにゲート電極
に相当するパターンとするレジスト膜を形成した後に、
SiO2,SiN,SiONのいずれかの絶縁膜(ハー
ドマスク材料)の加工と、前記ハードマスク材料の加工
時に堆積するデポジション膜を除去するステップと、前
記ゲート電極材料の加工を連続して行ったことを特徴と
する。
ジスタのゲート電極を形成する半導体装置の製造方法に
おいて、半導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材
料、ハードマスク材料を順次積層し、さらにゲート電極
に相当するパターンとするレジスト膜を形成した後に、
SiO2,SiN,SiONのいずれかの絶縁膜(ハー
ドマスク材料)の加工と、前記ハードマスク材料の加工
時に堆積するデポジション膜を除去するステップと、前
記ゲート電極材料の加工を連続して行ったことを特徴と
する。
【0019】また、上記半導体装置の製造方法におい
て、前記ハードマスクの加工時に堆積するデポジション
膜を除去するステップとして、塩素(Cl2)ガスを使
用し、エッチング装置のイオンエネルギー電圧Vppを
300V以上の条件にて除去したことを特徴とする。
て、前記ハードマスクの加工時に堆積するデポジション
膜を除去するステップとして、塩素(Cl2)ガスを使
用し、エッチング装置のイオンエネルギー電圧Vppを
300V以上の条件にて除去したことを特徴とする。
【0020】また、本発明は、半導体トランジスタのゲ
ート電極を形成する半導体装置の製造方法において、半
導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハード
マスク材料を順次積層し、さらにゲート電極に相当する
パターンとするレジスト膜を形成した後に、低圧高密度
プラズマ源を有するICP(inductive-coupled-plasm
a)エッチング装置、2周波RIE(reactive-ion-etch
ing)エッチング装置のいずれかで、SiO2,SiN,
SiONのいずれかの絶縁膜(ハードマスク材料)の加
工ステップと、前記ハードマスク材料のエッチング時に
塩素(Cl2)ガスを使用し、上記エッチング装置のイ
オンエネルギー電圧Vppを300V以上の条件にて堆
積するデポジション膜を除去するステップと、前記ゲー
ト電極材料の加工を同一エッチング装置によって連続し
て行い、その後イオン注入によってソース・ドレインを
形成したことを特徴とする。
ート電極を形成する半導体装置の製造方法において、半
導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハード
マスク材料を順次積層し、さらにゲート電極に相当する
パターンとするレジスト膜を形成した後に、低圧高密度
プラズマ源を有するICP(inductive-coupled-plasm
a)エッチング装置、2周波RIE(reactive-ion-etch
ing)エッチング装置のいずれかで、SiO2,SiN,
SiONのいずれかの絶縁膜(ハードマスク材料)の加
工ステップと、前記ハードマスク材料のエッチング時に
塩素(Cl2)ガスを使用し、上記エッチング装置のイ
オンエネルギー電圧Vppを300V以上の条件にて堆
積するデポジション膜を除去するステップと、前記ゲー
ト電極材料の加工を同一エッチング装置によって連続し
て行い、その後イオン注入によってソース・ドレインを
形成したことを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、図面
を参照しつつ詳細に説明する。
を参照しつつ詳細に説明する。
【0022】[第1の実施形態] (1)構成の説明 本発明の半導体ゲート電極加工方法を、図面を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
【0023】図1において、不図示の半導体基板、例え
ばシリコン層或いは化合物半導体のGaAsの基板上
に、ゲート酸化膜3を形成し、その上にゲート電極材料
2、例えば多結晶シリコン膜(Poly-Si)或いはタング
ステン(W)ポリサイド等を積層し、その上にハードマ
スク材料1、例えばSiO2、SiON、SiN、又は
それらの積層膜を積層し、さらにゲート電極2に相当す
る領域パターンとするレジスト膜4を形成する。
ばシリコン層或いは化合物半導体のGaAsの基板上
に、ゲート酸化膜3を形成し、その上にゲート電極材料
2、例えば多結晶シリコン膜(Poly-Si)或いはタング
ステン(W)ポリサイド等を積層し、その上にハードマ
スク材料1、例えばSiO2、SiON、SiN、又は
それらの積層膜を積層し、さらにゲート電極2に相当す
る領域パターンとするレジスト膜4を形成する。
【0024】ここで、本半導体装置には、例えばMOS
FETやCMOS、ASIC,LSIなどが該当し、そ
の半導体装置を製造する際に、上述の層を順次形成した
後に、ゲート電極をパターン化したレジスト4によって
覆い、所定の領域にゲート電極を形成する。
FETやCMOS、ASIC,LSIなどが該当し、そ
の半導体装置を製造する際に、上述の層を順次形成した
後に、ゲート電極をパターン化したレジスト4によって
覆い、所定の領域にゲート電極を形成する。
【0025】(2)動作の説明 図1は、本発明の具体例を示す図であり、ハードマスク
材料1とゲート電極材料2をドライエッチング法を用い
て、同一チャンバー内で連続加工するフローが示されて
いる。
材料1とゲート電極材料2をドライエッチング法を用い
て、同一チャンバー内で連続加工するフローが示されて
いる。
【0026】まず、図1(A)において、ゲート酸化膜
3にポリシリコン、タングステンポリサイド(WSi/
ポリシリコン積層膜)等のゲート電極材料2をスパッタ
リング法、CVD法を用いて形成し、ついで、その上に
ハードマスク材料1のSiO 2(2酸化シリコン)、シ
リコン窒化膜(SiN、Si3N4)、シリコン酸窒化膜
(SiON)、または、前記3種類の積層膜をCVD法
により形成する。そして、フォトリソグラフィ−法によ
り、レジスト4のパターニングを実施する。レジスト4
のパターニングは所望のゲート電極の領域パターンとす
る。
3にポリシリコン、タングステンポリサイド(WSi/
ポリシリコン積層膜)等のゲート電極材料2をスパッタ
リング法、CVD法を用いて形成し、ついで、その上に
ハードマスク材料1のSiO 2(2酸化シリコン)、シ
リコン窒化膜(SiN、Si3N4)、シリコン酸窒化膜
(SiON)、または、前記3種類の積層膜をCVD法
により形成する。そして、フォトリソグラフィ−法によ
り、レジスト4のパターニングを実施する。レジスト4
のパターニングは所望のゲート電極の領域パターンとす
る。
【0027】次に、図1(A)に示す状態で、ハードマ
スク材料1をレジスト4のパターン以外の領域をエッチ
ングガスにより、フロロカーボン系のガス、例えば、C
HF 3ガスを用いて加工する。この場合、以下の工程で
は同一チャンバーによって加工を行う。このとき、ゲー
ト電極材料2の表面に、フロロカーボン系のデポジショ
ン膜5が形成される(図1(B))。
スク材料1をレジスト4のパターン以外の領域をエッチ
ングガスにより、フロロカーボン系のガス、例えば、C
HF 3ガスを用いて加工する。この場合、以下の工程で
は同一チャンバーによって加工を行う。このとき、ゲー
ト電極材料2の表面に、フロロカーボン系のデポジショ
ン膜5が形成される(図1(B))。
【0028】このフロロカーボン系デポジション膜5
は、ゲート電極2の加工時に残さ発生の原因となるの
で、このデポジション膜5を除去するエッチングのステ
ップが必要となる。この時のエッチング条件として、塩
素(Cl2)ガスを使用し、チャンバーのイオン注入用
のイオンエネルギー電圧を示すVppを300V以上の
条件を用いる(図1(C))。この条件によって、フロ
ロカーボン系デポジション膜5の発生を防止することが
できる。
は、ゲート電極2の加工時に残さ発生の原因となるの
で、このデポジション膜5を除去するエッチングのステ
ップが必要となる。この時のエッチング条件として、塩
素(Cl2)ガスを使用し、チャンバーのイオン注入用
のイオンエネルギー電圧を示すVppを300V以上の
条件を用いる(図1(C))。この条件によって、フロ
ロカーボン系デポジション膜5の発生を防止することが
できる。
【0029】そして、その後、ゲート電極2の加工を実
施する。ゲート電極2の加工のエッチングガスは、ゲー
ト電極材料2によって異なるが、ポリシリコンの場合、
例えば、Cl2(塩素)/HBr(臭化水素)の混合ガ
スを用い、Wポリサイドの場合、Cl2/O2(酸素)の
混合ガスを用いてエッチングを行う(図1(D))。
施する。ゲート電極2の加工のエッチングガスは、ゲー
ト電極材料2によって異なるが、ポリシリコンの場合、
例えば、Cl2(塩素)/HBr(臭化水素)の混合ガ
スを用い、Wポリサイドの場合、Cl2/O2(酸素)の
混合ガスを用いてエッチングを行う(図1(D))。
【0030】ここで使用するエッチング装置は、低圧高
密度プラズマ源を有するICP(inductive-coupled-pl
asma)エッチング装置、2周波RIE(reactive-ion-e
tching)エッチング装置等、いかなるエッチング装置を
用いても構わない。
密度プラズマ源を有するICP(inductive-coupled-pl
asma)エッチング装置、2周波RIE(reactive-ion-e
tching)エッチング装置等、いかなるエッチング装置を
用いても構わない。
【0031】図2には、一例として、ゲート電極材料2
にWポリサイド、ハードマスク材料1にSiNを用いた
サンプルを使った検討結果を示しており、ハードマスク
材料1の加工時に堆積したフロロカーボン系のデポジシ
ョン膜5のエッチングレートと、ゲート電極材料2のW
Si(タングステンシリサイド)のエッチングレートの
Vpp依存性を示している。用いたエッチングガスは、
HBr,CF4,Cl2ガスの3種類である。
にWポリサイド、ハードマスク材料1にSiNを用いた
サンプルを使った検討結果を示しており、ハードマスク
材料1の加工時に堆積したフロロカーボン系のデポジシ
ョン膜5のエッチングレートと、ゲート電極材料2のW
Si(タングステンシリサイド)のエッチングレートの
Vpp依存性を示している。用いたエッチングガスは、
HBr,CF4,Cl2ガスの3種類である。
【0032】この時、フロロカーボン系のデポジション
膜5のエッチングレートが、WSiのエッチングレート
よりも速い場合にのみ、ゲート電極加工時に残さ無く、
良好なエッチング加工が実現できる。
膜5のエッチングレートが、WSiのエッチングレート
よりも速い場合にのみ、ゲート電極加工時に残さ無く、
良好なエッチング加工が実現できる。
【0033】HBrガス、CF4ガスを用いた場合は、
何れのVppのエッチング条件においても、WSiのエ
ッチングレートがフロロカーボン系のデポジション膜の
エッチングレートよりも遅く、ゲート電極加工時に、残
さが発生してしまった。一方、Cl2ガスを使用した場
合は、Vppの電圧300V以上の条件では、フロロカ
ーボン系のデポジション膜のエッチングレートが、WS
iのエッチングレートよりも速くなったので、ゲート電
極加工時に、残さ無く良好なエッチングが実現可能とな
った。また、ゲート電極材料2にポリシリコンを用いた
場合にも、ほぼ同様な結果が得られた。
何れのVppのエッチング条件においても、WSiのエ
ッチングレートがフロロカーボン系のデポジション膜の
エッチングレートよりも遅く、ゲート電極加工時に、残
さが発生してしまった。一方、Cl2ガスを使用した場
合は、Vppの電圧300V以上の条件では、フロロカ
ーボン系のデポジション膜のエッチングレートが、WS
iのエッチングレートよりも速くなったので、ゲート電
極加工時に、残さ無く良好なエッチングが実現可能とな
った。また、ゲート電極材料2にポリシリコンを用いた
場合にも、ほぼ同様な結果が得られた。
【0034】本発明は、ゲート電極を加工する工程にお
いて、ハードマスク材料の加工と、ハードマスク1の加
工時に堆積するデポジション膜を除去するステップと、
ゲート電極材料の加工を連続して行い、残さ無く良好な
エッチング形状を提供する。
いて、ハードマスク材料の加工と、ハードマスク1の加
工時に堆積するデポジション膜を除去するステップと、
ゲート電極材料の加工を連続して行い、残さ無く良好な
エッチング形状を提供する。
【0035】また、ゲート電極を加工する工程におい
て、フロロカーボン系のデポジション膜の残さの発生が
なく、次のゲート電極材料2をエッチングし、その後イ
オン注入によってソース・ドレインを形成する際にも、
円滑にムラなくMOSFETを形成できるので、高速で
一定の閾値を有するFETを確保でき、製造上のばらつ
きを抑えた半導体装置を得ることができた。
て、フロロカーボン系のデポジション膜の残さの発生が
なく、次のゲート電極材料2をエッチングし、その後イ
オン注入によってソース・ドレインを形成する際にも、
円滑にムラなくMOSFETを形成できるので、高速で
一定の閾値を有するFETを確保でき、製造上のばらつ
きを抑えた半導体装置を得ることができた。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば、半導体装置の加工方法
において、ハードマスクの加工時に堆積するデポジショ
ン膜を除去するステップとして、塩素(Cl2)ガスを
使用し、Vpp300V以上の条件にて、フロロカーボ
ン系のデポジション膜のエッチングレートが、ゲート電
極材料のエッチングレートよりも速くしたことにより、
残さ発生無く、良好なゲートエッチング電極加工を実行
できる。
において、ハードマスクの加工時に堆積するデポジショ
ン膜を除去するステップとして、塩素(Cl2)ガスを
使用し、Vpp300V以上の条件にて、フロロカーボ
ン系のデポジション膜のエッチングレートが、ゲート電
極材料のエッチングレートよりも速くしたことにより、
残さ発生無く、良好なゲートエッチング電極加工を実行
できる。
【図1】本発明の半導体装置の加工方法を説明する構成
図である。
図である。
【図2】本発明に用いられるエッチングガスとエッチン
グレートとのグラフである。
グレートとのグラフである。
【図3】従来の半導体装置の加工方法を説明する構成図
である。
である。
【図4】従来の半導体装置の加工方法を説明する構成図
である。
である。
1 ハードマスク材料 2 ゲート電極材料 3 ゲート酸化膜 4 レジスト 5 フロロカーボン系のデポジション 11 半導体基体 12 ゲート絶縁層 13 多結晶シリコン層 14 高融点金属シリサイド層 15 反射防止膜 16 ハードマスク材層 17 フォトレジスト層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4M104 AA01 AA05 BB01 CC05 DD08 DD65 DD71 EE05 EE14 EE15 EE17 FF14 GG09 GG10 GG14 HH14 5F004 AA09 BA20 BB13 CA03 DA00 DA04 DA26 DB02 DB17 EA03 EA06 EA07 EB02 5F040 DC01 DC03 EC07 EC13 FA15 FA16 FA18 FC21
Claims (6)
- 【請求項1】 半導体トランジスタのゲート電極を形成
する半導体装置の製造方法において、 半導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハー
ドマスク材料を順次積層し、さらにゲート電極に相当す
るパターンとするレジスト膜を形成した後に、Si
O2,SiN,SiONのいずれかの絶縁膜(ハードマ
スク材料)の加工と、前記ハードマスク材料の加工時に
堆積するデポジション膜を除去するステップと、前記ゲ
ート電極材料の加工を連続して行ったことを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記ハードマスクの加工時に堆積するデ
ポジション膜を除去するステップとして、塩素(C
l2)ガスを使用し、エッチング装置のイオンエネルギ
ー電圧Vppを300V以上の条件にて除去したことを
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】 前記半導体基体はシリコン基体であり、
前記ゲート酸化膜はSiO2であり、前記ゲート電極材
料はポリシリコン或いはタングステンポリサイドであ
り、前記ハードマスク材料はSiO2、SiON、Si
Nのいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記半導体装置はMOSFETであり、
デポジション膜を除去するステップでは、前記ゲート電
極材料のエッチングレートよりもハードマスク材料のエ
ッチングレートが高速であることにより、フロロカーボ
ン系のデポジション膜の発生を防止したことを特徴とす
る請求項1又は2、3に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項5】 前記レジスト膜を形成した後に、エッチ
ングによりゲート電極をエッチングするエッチング装置
は、低圧高密度プラズマ源を有するICP(inductive-
coupled-plasma)エッチング装置、2周波RIE(reac
tive-ion-etching)エッチング装置のいずれかであるこ
とを特徴とする請求項1又は2、3に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項6】 半導体トランジスタのゲート電極を形成
する半導体装置の製造方法において、 半導体基体の上にゲート酸化膜、ゲート電極材料、ハー
ドマスク材料を順次積層し、さらにゲート電極に相当す
るパターンとするレジスト膜を形成した後に、低圧高密
度プラズマ源を有するICP(inductive-coupled-plas
ma)エッチング装置、2周波RIE(reactive-ion-etc
hing)エッチング装置のいずれかで、SiO2,Si
N,SiONのいずれかの絶縁膜(ハードマスク材料)
の加工ステップと、前記ハードマスク材料のエッチング
時に塩素(Cl2)ガスを使用し、上記エッチング装置
のイオンエネルギー電圧Vppを300V以上の条件に
て堆積するデポジション膜を除去するステップと、前記
ゲート電極材料の加工を同一エッチング装置によって連
続して行い、その後イオン注入によってソース・ドレイ
ンを形成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000043150A JP2001237415A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000043150A JP2001237415A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001237415A true JP2001237415A (ja) | 2001-08-31 |
Family
ID=18566112
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000043150A Pending JP2001237415A (ja) | 2000-02-21 | 2000-02-21 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001237415A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006516176A (ja) * | 2002-11-21 | 2006-06-22 | クリー マイクロウエイブ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 水平拡散mosトランジスタ(ldmos)及びその製造方法 |
JP2007250940A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
JP2016529736A (ja) * | 2013-08-27 | 2016-09-23 | 東京エレクトロン株式会社 | ハードマスクを横方向にトリミングする方法 |
-
2000
- 2000-02-21 JP JP2000043150A patent/JP2001237415A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006516176A (ja) * | 2002-11-21 | 2006-06-22 | クリー マイクロウエイブ リミテッド ライアビリティ カンパニー | 水平拡散mosトランジスタ(ldmos)及びその製造方法 |
JP2007250940A (ja) * | 2006-03-17 | 2007-09-27 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
JP2016529736A (ja) * | 2013-08-27 | 2016-09-23 | 東京エレクトロン株式会社 | ハードマスクを横方向にトリミングする方法 |
US9779952B2 (en) | 2013-08-27 | 2017-10-03 | Tokyo Electron Limited | Method for laterally trimming a hardmask |
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