JPH10268526A - 半導体装置の製造方法およびパターン形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３層レジスト法において、エッチング工程数
を減らし、かつエッチングで生じる寸法変化差を低減
し、寸法制御性よく被加工膜を加工することを可能とす
る半導体装置の製造方法を提供すること。 【解決手段】 被加工膜上に、主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を
有するポリマーを含むシリコン有機膜、シリコン膜、感
光性樹脂膜を順次形成し、感光性樹脂膜をパターニング
してレジストパターンを形成し、このレジストパターン
をエッチングマスクとして用いて、前記シリコン膜およ
び前記シリコン有機膜を一括してエッチングし、前記エ
ッチングにより形成された前記シリコン膜及び前記シリ
コン有機膜のパターンをエッチングマスクとして用いて
前記被加工膜をエッチングし、前記シリコン有機膜を除
去することを特徴とする。

Description

【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、特に、ウェハー基板表面に形成された薄膜の
加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子の製造工程においては、酸化
シリコン膜や窒化シリコン膜のような絶縁膜、配線材
料、電極材料等の被加工膜を加工する工程が多く存在す
る。通常、これら被加工膜の加工は、被加工膜上に感光
性樹脂膜を形成し、パターン露光を行なった後、現像工
程を経てレジストパターンを形成し、さらに、このレジ
ストパターンをエッチングマスクとして用いて、被加工
膜をドライエッチングすることによりなされる。

【０００３】近年、ＬＳＩの集積度の増加に伴うパター
ンの微細化により、パターンを形成するのに必要な解像
性、露光量裕度、或はフォーカス裕度の不足が生じ、感
光性樹脂の膜厚をできるだけ薄くし、これらのプロセス
マージンを向上させる必要が生じている。しかしなが
ら、感光性樹脂膜の薄膜化は、レジストのドライエッチ
ング耐性の低下を招き、エッチング途中でレジストパタ
ーンが削れてなくなるという問題が生じる。

【０００４】この問題を解決するために、被加工膜上に
ノボラック樹脂等の樹脂膜を下層レジストとして形成
し、下層レジスト上に形成したレジストパターンを下層
レジストに転写し、下層レジストをエッチングマスクと
して用いて被加工膜を加工する３層レジスト法や２層レ
ジスト法といったパターン転送方法が従来から用いられ
ている。

【０００５】以下、３層レジスト法について、図５、６
を参照して説明する。まず、基板２１上に形成された被
加工膜２２上に下層レジスト２３、中間層２４、上層レ
ジスト２５を順次形成し（図５（ａ））、上層レジスト
２５に対してパターン露光を行ない、レジストパターン
２５ａを形成する（図５（ｂ））。次いで、上層レジス
トパターン２５ａをエッチングマスクとして用いて、ド
ライエッチング法により中間層２４をエッチングし（図
５（ｃ））、得られた中間層パターン２４ａをエッチン
グマスクとして用いて、下層レジスト２３をエッチング
する（図６（ａ））。

【０００６】以上の方法で上層レジストパターン２５ａ
を下層レジスト２３にパターン転写し、下層レジストパ
ターン２３ａをエッチングマスクとして用いて、被加工
膜２２をエッチングする（図６（ｂ））。そして、下層
レジストパターン２３ａを被加工膜から選択的に剥離す
る（図６（ｃ））。

【０００７】しかしながら、この３層レジスト法では、
上層レジストパターン２５ａを下層レジスト２３にパタ
ーン転写するまでに、２回のエッチング工程が必要であ
る。そのため、プロセスコトスがかかるとともに、エッ
チング工程毎に生じる寸法変換差を無視することができ
なくなり、被加工膜を所望の寸法に加工することが困難
であった。

【０００８】また、２層レジスト法では、被加工膜上に
下層レジスト、シリコン含有レジストを順次形成し、シ
リコン含有レジストに対してパターン露光を行ってレジ
ストパターンを形成し、このレジストパターンをマスク
して用いて、下層レジストをエッチングする。この方法
では、３層レジスト法と比べると工程数を減らすことが
できるが、シリコン含有レジストを用いているため、通
常のレジストを用いた場合と比べ、解像度が低下すると
いう問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の事情
に鑑みてなされ、３層レジスト法において、エッチング
工程数を減らし、かつエッチングで生じる寸法変化差を
低減し、寸法制御性よく被加工膜を加工することを可能
とする半導体装置の製造方法を提供することを目的とす
る。

【００１０】本発明の他の目的は、３層レジスト法にお
いて、エッチング工程数を減らし、かつエッチングで生
じる寸法変化差を低減し、寸法制御性よく被加工膜を加
工することを可能とするパターン形成方法を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明（請求項１）は、（ａ）被加工膜上に、主鎖
にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合物を含むシリコン有機膜
を形成する工程と、（ｂ）前記シリコン有機膜上にシリ
コン膜を形成する工程と、（ｃ）前記シリコン膜上に感
光性樹脂膜を形成する工程と、（ｄ）前記感光性樹脂膜
に対してパターン露光を行い、レジストパターンを形成
する工程と、（ｅ）前記レジストパターンをエッチング
マスクとして用いて、前記シリコン膜および前記シリコ
ン有機膜を一括してエッチングする工程と、（ｇ）前記
エッチングにより形成された前記シリコン膜及び前記シ
リコン有機膜のパターンをエッチングマスクとして用い
て、前記被加工膜をエッチングする工程と、（ｈ）前記
シリコン有機膜を除去する工程と、を具備する半導体装
置の製造方法を提供する。

【００１２】本発明（請求項２）は、上述の半導体装置
の製造方法（請求項１）において、前記被加工膜は、シ
リコン基板、導電性膜、有機系材料からなる絶縁膜、お
よびシリコン原子を含む絶縁膜からなる群から選ばれた
一種であることを特徴とする。

【００１３】本発明（請求項３）は、（ａ）シリコン原
子を含む絶縁膜上に、シロキサン結合を有する化合物を
含むシリコン有機膜を形成する工程と、（ｂ）前記シリ
コン有機膜上にシリコン膜を形成する工程と、（ｃ）前
記シリコン膜上に感光性樹脂膜を形成する工程と、
（ｄ）前記感光性樹脂膜に対してパターン露光を行い、
レジストパターンを形成する工程と、（ｅ）前記レジス
トパターンをエッチングマスクとして用いて、前記シリ
コン膜をエッチングする工程と、（ｇ）前記エッチング
により形成された前記シリコン膜のパターンをエッチン
グマスクとして用いて、前記シリコン有機膜と前記シリ
コン原子を含む絶縁膜を一括してエッチングする工程
と、（ｈ）前記シリコン有機膜を除去する工程とを具備
する半導体装置の製造方法を提供する。

【００１４】本発明（請求項４）は、上述の半導体装置
の製造方法（請求項３）において、前記シリコン有機膜
は、シロキサン結合を有する化合物を有機溶剤に溶解し
て得た溶液を塗布した後、ベーキングすることにより形
成されることを特徴とする。

【００１５】本発明（請求項５）は、上述の半導体装置
の製造方法（請求項３）において、前記シリコン有機膜
は、Ｓｉ−Ｓｉ結合を主鎖に有する化合物を有機溶剤に
溶解して得た溶液を塗布し、ベーキングし、酸素の存在
する雰囲気下で加熱するかまたはエネルギービームを照
射することにより形成されることを特徴とする。

【００１６】本発明は、上述の半導体装置の製造方法
（請求項１〜５）において、前記シリコン有機膜の膜厚
は、１０〜５０００ｎｍであることを特徴とする。

【００１７】本発明は、上述の半導体装置の製造方法
（請求項１〜５）において、前記シリコン膜は、アモル
ファスシリコンまたはポリシリコンであることを特徴と
する。

【００１８】本発明は、上述の半導体装置の製造方法
（請求項１〜５）において、前記シリコン膜の膜厚は、
１０〜５０００ｎｍであることを特徴とする。

【００１９】本発明は、上述の半導体装置の製造方法
（請求項１〜５）において、前記シリコン有機膜の除去
は、溶剤を用いて行われることを特徴とする。

【００２０】本発明（請求項６）は、（ａ）シリコン原
子を含む絶縁膜上に、シロキサン結合を有する化合物を
含む第１のシリコン有機膜を形成する工程と、（ｂ）前
記シリコン有機膜上に、主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する
化合物を含む第２のシリコン有機膜を形成する工程と、
（ｃ）前記第２のシリコン有機膜上に感光性樹脂膜を形
成する工程と、（ｄ）前記感光性樹脂膜に対してパター
ン露光を行い、レジストパターンを形成する工程と、
（ｅ）前記レジストパターンをエッチングマスクとして
用いて、前記第２のシリコン有機膜をエッチングする工
程と、（ｇ）前記エッチングにより形成された前記第２
のシリコン有機膜のパターンをエッチングマスクとして
用いて、前記第１のシリコン有機膜および前記シリコン
原子を含む絶縁膜を一括してエッチングする工程と、
（ｈ）前記第１のシリコン有機膜を除去する工程とを具
備する半導体装置の製造方法を提供する。

【００２１】本発明（請求項７）は、上述の半導体装置
の製造方法（請求項６）において、前記第１のシリコン
有機膜は、シロキサン結合を有する化合物を有機溶剤に
溶解して得た溶液を塗布した後、ベーキングすることに
より形成されることを特徴とする。

【００２２】本発明（請求項８）は、上述の半導体装置
の製造方法（請求項６）において、前記第１のシリコン
有機膜は、Ｓｉ−Ｓｉ結合を主鎖に有する化合物を有機
溶剤に溶解して得た溶液を塗布し、ベーキングし、酸素
の存在する雰囲気下で加熱するかまたは紫外光を照射す
ることにより形成されることを特徴とする。

【００２３】本発明は、上述の半導体装置の製造方法
（請求項１〜８）において、前記シリコン有機膜の除去
は、溶剤を用いて行われることを特徴とする。

【００２４】本発明（請求項９）は、上述の半導体装置
の製造方法（請求項１、５、６、８）において、前記主
鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合物は、ポリシランまた
はポリシレンであることを特徴とする。

【００２５】本発明（請求項１０）は、上述の半導体装
置の製造方法（請求項１、３、６）において、前記工程
（ｅ）または（ｇ）は、反応性プラズマエッチング、マ
グネトロン反応性プラズマエッチング、電子ビームプラ
ズマエッチング、ＴＣＰエッチング、ＩＣＰエッチン
グ、またはＥＣＲプラズマエッチングにより行われるこ
とを特徴とする。

【００２６】本発明（請求項１１）は、上述の半導体装
置の製造方法（請求項２、３、６）において、前記シリ
コン原子を含む絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコ
ン膜、酸化窒化シリコン膜、またはスピンオングラス膜
であることを特徴とする。

【００２７】本発明は、上述の半導体装置の製造方法
（請求項１、３、６）において、前記工程（ｄ）のパタ
ーン露光が、少なくとも電子ビームによる露光工程を含
むことを特徴とする。

【００２８】本発明（請求項１２）は、（ａ）被加工膜
上に、主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合物を含むシリ
コン有機膜を形成する工程と、（ｂ）前記シリコン有機
膜上に感光性樹脂膜を形成する工程と、（ｃ）前記感光
性樹脂膜に対してパターン露光を行い、レジストパター
ンを形成する工程とを具備し、前記シリコン有機膜が、
前記主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合物と、不飽和結
合を含有しない溶媒を少なくとも含む溶液を塗布するこ
とによって成膜されることを特徴とするパターン形成方
法を提供する。

【００２９】本発明（請求項１３）は、上述のパターン
形成方法（請求項１２）において、前記主鎖にＳｉ−Ｓ
ｉ結合を有する化合物が、前記主鎖のシリコンに水素が
結合した化合物であることを特徴とする。

【００３０】以下、本発明の半導体装置の製造方法につ
いて、より詳細に説明する。

【００３１】最初に、本発明の第１の態様に係る半導体
装置の製造方法について、図１、２を参照して説明す
る。

【００３２】図１（ａ）に示すように、被加工膜２（例
えばシリコン基板１上に形成された導電性膜２）上に、
主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合物を含むシリコン有
機膜３，シリコン膜４、感光性樹脂膜５を順次形成す
る。以下、各材料および成膜方法について説明する。

【００３３】被加工膜としては、シリコン基板、シリコ
ン基板上に成膜された配線材料、電極材料等からなる導
電性膜、ポリイミド、ＳＯＧ等の有機系材料からなる絶
縁膜、またはブランクマスク材等を用いることができ
る。

【００３４】まず、被加工膜２上に、下層レジストとし
て主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合物を含むシリコン
有機膜３を以下の手順で形成する。即ち、Ｓｉ−Ｓｉ結
合を主鎖に有する化合物を有機溶剤に溶解し、溶液材料
を作成する。Ｓｉ−Ｓｉ結合を主鎖に有する化合物とし
ては、例えば下記化学式１−１〜１−１９、および２−
１〜２−１−１３に示すポリシラン、ポリシレン等を挙
げることができる。なお、これらの化学式中のｎ、ｍ
は、正の整数を表わす。これらの化合物の分子量は、特
に限定されないが、好ましくは２００〜１００，１０
０、より好ましくは５００〜３０，０００がよい。

【００３５】

【化１】

【００３６】

【化２】

【００３７】

【化３】

【００３８】

【化４】

【００３９】化合物は、一種類に限ることなく、数種類
の化合物を混合してもよい。また、必要に応じて、貯蔵
安定性をはかるために熱重合防止剤、基板等の密着性を
向上させるために密着性向上剤を添加してもよい。有機
溶剤としては、化合物を溶解するものであれば、特に限
定されないが、例えば、アセトン、メチルエチルケト
ン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケ
トン系溶剤、メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセ
テート、エチルセロソルブアセテート等のセロソルブ系
溶剤、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル系溶
剤、アニソール等のエーテル系溶剤などの極性溶剤、ト
ルエン、キシレン、ナフサ、クメン等の無極性溶剤が挙
げられる。

【００４０】より好ましくは不飽和結合を含まない溶媒
は、例えばアニソール、トルエン、キシレン、ナフサ、
クメン等が好ましい。その理由は、不飽和結合は前記Ｓ
ｉ−Ｓｉ結合を主鎖に有する化合物と反応し、溶媒中の
酸素がシリコンと結合し、酸化反応が進行する。特に、
前記化合物として、例えば上述の化学式２−１〜２−９
に示す、主鎖のシリコンに水素が結合した化合物を用い
た場合、前記水素基と溶媒に含まれる不飽和結合の反応
が高いため、酸化が起りやすい。従って、溶媒として不
飽和結合を含まないものを使用することによって、溶液
中での酸化の進行を抑えることができる。

【００４１】以上の方法で溶液材料を作成し、被加工膜
２上にスピンコーテング法で塗布した後、ベーキングす
ることで溶剤を気化し、シリコン有機膜３を成膜する。
シリコン有機膜３の膜厚は、１０〜５０００ｎｍ程度が
好ましい。

【００４２】次いで、中間層としてシリコン膜４をシリ
コン有機膜３上に形成する。シリコン膜４の膜厚は、１
０〜５０００ｎｍ程度が好ましい。シリコン膜４として
は、アモルファスシリコン、ポリシリコンの他に、これ
らのシリコン膜にＰ、Ｂ、Ａｓをドープしたｎ型ポリシ
リコン、ｐ型ポリシリコンも含まれる。

【００４３】次に、上層レジストとして感光性樹脂膜５
をシリコン膜上に形成する。感光性樹脂膜５の種類とし
ては、可視光、紫外光、Ｘ線、電子ビームなどのエネル
ギービームによりパターニング可能な組成物であれば、
特に限定はされない。感光性樹脂膜５の膜厚は、好まし
くは１０〜５０００ｎｍ、より好ましくは５０〜１００
０ｎｍがよいが、露光時の解像性、フォーカス裕度、ま
たは露光量裕度を向上させるために、できるだけ薄い方
がよい。

【００４４】これらの感光性樹脂膜は、目的に応じて、
ポジ型またはネガ型を選択して使用することができる。
具体的には、ポジ型のレジストとしては、例えば、ナフ
トキノンジアジドとノボラック樹脂とからなるレジスト
（ＩＸ−７７０、日本合成ゴム社製）、ｔ−ＢＯＣで保
護したポリビニルフェノール樹脂とオニウム塩とからな
る化学増幅型レジスト（ＡＰＥＸ−Ｅ、シップレー社
製）などが挙げられる。また、ネガ型のレジストとして
は、例えば、ポリビニルフェノールとメラミン樹脂およ
び光酸発生剤からなる化学増幅型レジスト（ＸＰ−８９
１３１、シップレー社製）、ポリビリルフェノールとビ
スアジド化合物とからなるレジスト（ＲＤ−２０００
Ｄ、日立化成社製）などが挙げられるが、これらに限定
されるものではない。

【００４５】レジスト膜５中に発生する定在波により、
レジストパターン５ａの寸法制御性が劣化するのを防ぐ
ために、感光性樹脂中に、紫外光を吸収するクマリン、
クルクミン等の染料を添加して、レジスト膜５の透明度
を低下させてもよい。また、レジスト膜５上に上層反射
防止膜を形成し、レジスト膜と空気との界面での光反射
を低下させることで、レジスト膜中で発生する定在波を
抑えてもよい。このような上層反射防止膜として、例え
ば、ヘキスト社製Ａｑｕａｔａｒ等を挙げることができ
る。

【００４６】図１（ｂ）に示すように、感光性樹脂膜５
をパターニングしてレジストパターン５ａを形成する 所望のパターンをもったマスクを通して露光光である可
視光、紫外光などのエネルギービームを感光性樹脂膜５
に対して照射する。露光光を照射するための光源として
は、水銀灯、ＸｅＦ（波長＝３５１ｎｍ）、ＸｅＣｌ
（波長＝３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波長＝２４８ｎｍ）、
ＫｒＣｌ（波長＝２２２ｎｍ）、ＡｒＦ（波長＝１９３
ｎｍ）、Ｆ２（波長＝１５１ｎｍ）等のエキシマレーザ
ーを挙げることができる。なお、露光光にはＸ線、或い
は電子ビームを用いてもよい。

【００４７】露光後の感光性樹脂膜５は、テトラメチル
アンモニウムヒドロキシド、コリン等の有機アルカリ水
溶液、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機アル
カリ水溶液、キシレン、アセトンの有機溶媒を用いて現
像処理が施され、レジストパターン５ａが形成される。

【００４８】図１（ｃ）に示すように、レジストパター
ン５ａをエッチングマスクとして用いて、シリコン膜４
及びシリコン有機膜３を一括してエッチングする。

【００４９】エッチング装置としては、例えば、反応性
プラズマエッチング方式、マグネトロン反応性プラズマ
エッチング方式、電子ビームプラズマエッチング方式、
ＴＣＰエッチング方式、ＩＣＰエッチング方式、或いは
ＥＣＲプラズマエッチング方式等のエッチング装置を使
用することができる。

【００５０】ソースガスとしては、ＳＦ₆ 、ＮＦ₃ 、Ｆ
₂ 、ＣＦ₄ 、ＣＦ₃ Ｃｌ、ＣＦ₂ Ｃｌ₂ 、ＣＦ₃ Ｂｒ、
ＣＣｌ₄ 、Ｃ₂ Ｆ₅ Ｃｌ₂ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、ＣＨＦ₃ 、Ｓｉ
Ｆ₄、Ｂｒ₂ 、Ｉ₂ 、ＳＦ₄ 、ＨＢｒ、ＨＩ、Ｃｌ₂ 等
のハロゲン系ガスの中の少なくとも１種、またはこれら
のガス系にＡｒ、Ｎ₂ 、Ｈ₂ を添加したガス系を挙げる
ことができる。これらのソースガスをエッチャントとし
て用いることにより、シリコン膜４及びシリコン有機膜
３のエッチングを一括して行なうことができる。

【００５１】また、これらのエッチャントを用いること
により、レジストに対するシリコン膜４及びシリコン有
機膜３のエッチング選択比を高くとることができ、寸法
制御性よく、シリコン膜４及びシリコン有機膜３のエッ
チングを行なうことができる。これは、これらのエッチ
ャントがレジスト膜中に含まれる原子と、揮発性生成物
を生成する反応が起こりにくいのに対して、シリコン膜
４及びシリコン有機膜３に含まれるシリコンとは化学反
応を起こし、揮発性生成物が生じ、揮発していくことに
よる。特に、Ｃｌ₂ またはＨＢｒを含むソースガスを用
いることが好ましく、これらのソースガスを用いること
により、シリコン膜４及びシリコン有機膜３を高選択比
でエッチングすることができる。その結果、被加工膜２
をエッチングする際に必要な膜厚をもったシリコン膜４
及びシリコン有機膜３を、薄い膜厚のレジストパターン
５ａでエッチングすることができる。

【００５２】図２（ａ）に示すように、以上の方法で形
成したシリコン有機膜パターン３ａ，シリコン膜パター
ン４ａをエッチングマスクとして用いて、被加工膜２を
エッチングする。

【００５３】被加工膜２のエッチング終了後、有機溶剤
により、シリコン有機膜パターン３ａを剥離する。シリ
コン有機膜パターン３ａ上にシリコン膜パターン４ａ或
いはレジストパターン５ａが残っている場合でも、下層
のシリコン有機膜パターン３ａを溶解除去することで、
一緒に剥離することができる（図２（ｂ））。

【００５４】シリコン有機膜の剥離に使用可能な有機溶
剤としては、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイ
ソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶剤、
メチルセロソルブ、メチルセロソルブアセテート、エチ
ルセロソルブアセテート等のセロソルブ系溶剤、酢酸エ
チル、酢酸ブチル、酢酸イソアミル等のエステル系溶
剤、アニソール等のエーテル系溶剤などの極性溶剤、ト
ルエン、キシレン、ナフサ、クメン等の無極性溶剤が挙
げられる。

【００５５】前記シリコン有機膜が酸性を示す場合は、
テトラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の有
機アルカリ水溶液、水酸化カリウム等の無機アルカリ水
溶液といったアルカリ溶液で溶解除去することができ
る。また、シリコンの有機膜に対して高エネルギービー
ムを照射して主鎖のＳｉ−Ｓｉ結合をシロキサン結合に
変えて、フッ酸、バッファフッ酸、またはアセトン、メ
タノール、エタノール、イソプロパノール等の極性溶媒
で溶解除去してもよい。

【００５６】本発明の方法において、下層レジストとし
て使用される有機シリコン膜は、従来から３層レジスト
の下層レジストとして使用されてきたノボラック樹脂等
の樹脂膜と同様の有機ポリマーであるため、これらの有
機溶剤により、被加工膜に対し選択的に剥離することが
可能である。

【００５７】以上のようにして、中間層と下層レジスト
を一括してエッチングすることが可能となったため、被
加工膜の加工までに必要なエッチングの工程数を減らす
ことができた。その結果、プロセスコストが低減された
ばかりでなく、エッチング毎に生じる寸法変換差を小さ
くすることができ、所望の寸法で被加工膜をエッチング
加工することが可能となった。

【００５８】本発明の第２の態様に係る半導体装置の製
造方法は、被加工膜として、シリコン原子を含む絶縁膜
を用いるものであり、各工程は、上述の第１の態様と同
様である。なお、シリコン原子を含む絶縁膜としては、
酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン
膜、またはスピンオングラス膜を用いることができる。

【００５９】ここで、酸化シリコン膜のエッチング方法
について説明する。エッチング装置としては、例えば、
反応性プラズマエッチング方式、マグネトロン反応性プ
ラズマエッチング方式、電子ビームプラズマエッチング
方式、ＴＣＰエッチング方式、ＩＣＰエッチング方式、
或いはＥＣＲプラズマエッチング方式等のエッチング装
置を使用することができる。

【００６０】ソースガスとしては、シリコン膜及びシリ
コン有機膜に対する酸化シリコン膜のエッチング選択比
がとれるものであれば、特に限定されないが、例えばＳ
Ｆ₆、ＮＦ₃ 、ＣＦ₄ 、Ｃ₄ Ｆ₈ 、ＣＨＦ₃ 、Ｃ
₂ Ｆ₆ 、Ｃ₃ Ｆ₈ 等の弗素を含むガス系の中の少なくと
も１種、またはこれらのガス系にＡｒ、Ｎ₂ 、Ｈ₂ 、Ｃ
Ｏ、Ｏ₂ を添加したガス系を挙げることができる。

【００６１】これらのソースガスを用いてエッチングを
行うと、シリコン膜およびシリコン有機膜の表面には重
合膜が堆積するが、絶縁膜の表面には堆積しにくく、絶
縁膜はシリコン膜および前記シリコン有機膜と比べてエ
ッチングしやすくなる。

【００６２】その結果、これらのソースガスを酸化シリ
コン膜のエッチングに用いることで、酸化シリコン膜の
加工に必要な高い選択比を容易に得ることができ、寸法
制御性よく、酸化シリコン膜のエッチングを行なうこと
ができる。この時、シリコン膜或はシリコン有機膜の表
面で重合膜の堆積が顕著となり、エッチング形状が劣化
する場合は、例えば、ソースガスにアルゴンを添加する
か、又は酸素を添加することによって重合膜を除去する
ことが好ましい。

【００６３】以上、被加工膜が酸化シリコン膜の場合に
ついて説明したが、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン
膜およびスピンオングラス膜の場合でも、酸化シリコン
膜の場合と同様に、シリコン膜及びシリコン有機膜との
エッチング選択比を大きくとることができる。

【００６４】次に、シリコン有機膜を第１の態様に係る
方法と同様にして剥離することができる。この時、シリ
コン膜、レジストパターンがシリコン有機膜上に残って
いる場合でも、シリコン有機膜を溶解除去することで、
一緒に剥離することができる。

【００６５】次に、図３および図４を参照して、本発明
の第３の態様に係る半導体装置の製造方法について説明
する。

【００６６】ウェハー基板１１上に形成された被加工膜
であるシリコン原子を含む絶縁膜１２、例えば酸化シリ
コン膜または窒化シリコン膜上に、シロキサン結合を有
する化合物を含むシリコン有機膜１３を下層レジストと
して形成する。シリコン有機膜１３の膜厚は特に限定さ
れないが、好ましくは１０〜５０００ｎｍがよい。シリ
コン有機膜１３は、次の１）、２）の２通りの方法で形
成することができる。

【００６７】１）シロキサン結合を有する化合物を有機
溶剤に溶解し、溶液材料を作成する。シロキサン結合を
主鎖に有する化合物としては、例えば下記式３−１〜３
−２４に示すポリシロキサンを挙げることができる。こ
れらの化学式中のｎは、正の整数である。これらの化合
物の分子量は特に限定されないが、好ましくは２００〜
１００，０００、特に好ましくは５００〜３０，０００
がよい。化合物は一種類に限ることなく、数種類の化合
物を混合してもよい。また、必要に応じて貯蔵安定性を
はかるために熱重合防止剤、基板等の密着性を向上させ
るために密着性向上剤を添加してもよい。

【００６８】

【化５】

【００６９】

【化６】

【００７０】

【化７】

【００７１】有機溶剤としては、化合物を溶解するもの
であれば特に限定されないが、例えば、アセトン、メチ
ルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シロクヘキ
サノン等のケトン系溶剤、メチルセロソルブ、メチルセ
ロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート等の
セロソルブ系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソ
アミル等のエステル系溶剤、アニソール等のエーテル系
溶剤などの極性溶剤、トルエン、キシレン、ナフサ、ク
メン等の無極性溶剤が挙げられる。

【００７２】以上の方法で溶液材料を作成し、被加工膜
上にスピンコーテング法で溶液材料を塗布した後、ベー
キングして溶剤を気化することにより、シリコン有機膜
を成膜することができる。

【００７３】２）Ｓｉ−Ｓｉ結合を主鎖に有する化合物
を有機溶剤に溶解して溶液材料を作成する。Ｓｉ−Ｓｉ
結合を主鎖に有する化合物としては、例えば下記式４−
１〜４−９に示すポリシラン或いはポリシレンを挙げる
ことができる。これらの化合物の分子量は特に限定され
ないが、好ましくは２００〜１００，０００、特に好ま
しくは５００〜３０，０００がよい。化合物は、一種類
に限ることなく、数種類の化合物を混合してもよい。ま
た、必要に応じて貯蔵安定性をはかるために熱重合防止
剤、基板等の密着性を向上させるために密着性向上剤を
添加してもよい。

【００７４】有機溶剤としては、化合物を溶解するもの
であれば特に限定されないが、例えば、アセトン、メチ
ルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキ
サノン等のケトン系溶剤、メチルセロソルブ、メチルセ
ロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート等の
セロソルブ系溶剤、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸イソ
アミル等のエステル系溶剤などの極性溶剤、トルエン、
キシレン等の無極性溶剤が挙げられる。

【００７５】以上の方法で溶液材料を作成し、被加工膜
上にスピンコーテング法で溶液材料を塗布した後、ベー
キングして溶剤を気化することにより、シリコン有機膜
１３を成膜する。次いで、酸素の存在する雰囲気下で５
０℃〜１０００℃の範囲の温度でベーキングを行なう
か、酸素の存在する雰囲気下で高エネルギービームを照
射することで、シリコンとシリコンの結合を酸化させ、
シロキサン結合を形成することができる。高エネルギー
ビームとしては、紫外光、電子ビーム、イオンビーム、
Ｘ線を挙げることができる。

【００７６】以上のように形成したシリコン有機膜１３
の膜厚は、１０〜５０００ｎｍ程度が好ましい。

【００７７】次に、中間層としてシリコン膜１４をシリ
コン有機膜１３上に形成する。シリコン膜１４の膜厚
は、１０〜５０００ｎｍ程度が好ましい。シリコン膜１
４としては、アモルファスシリコン、ポリシリコンの他
に、これらのシリコン膜にＰ，Ｂ，Ａｓをドープしたｎ
型ポリシリコン、ｐ型ポリシリコンも含まれる。

【００７８】次に、上層レジストとして、感光性樹脂膜
１５をシリコン膜１４上に形成する（図３（ａ））。感
光性樹脂膜１５の種類としては、可視光、紫外光、Ｘ
線、電子ビームなどのエネルギービームによりパターニ
ング可能な組成物であれば、特に限定されない。感光性
樹脂膜１５の膜厚は、１０〜５，０００ｎｍさらには５
０〜１０００ｎｍが好ましいが、露光時の解像性、フォ
ーカス裕度、或は露光量裕度を向上させるために，でき
るだけ薄い方がよい。また、これらの感光性樹脂膜は、
目的に応じて、ポジ型またはネガ型を選択して使用する
ことができる。

【００７９】具体的な感光性樹脂の例は、ポジ型のレジ
ストとしては、例えば、ナフトキノンジアジドとノボラ
ック樹脂とからなるレジスト（ＩＸ−７７０、日本合成
ゴム社製）、ｔ−ＢＯＣで保護したポリビニルフェノー
ル樹脂とオニウム塩とからなる化学増幅型レジスト（Ａ
ＰＥＸ−Ｅ、シップレー社製）などが挙げられる。ま
た、ネガ型のレジストとしては、例えば、ポリビニルフ
ェノールとメラミン樹脂及び光酸発生剤からなる化学増
幅型レジスト（ＸＰ−８９１３１、シップレー社製）、
ポリビリルフェノールとビスアジド化合物とからなるレ
ジスト（ＲＤ−２０００Ｄ、日立化成社製）などが挙げ
られる。しかし、これらに限定されるものではない。

【００８０】レジスト膜中に発生する定在波によりレジ
ストパターンの寸法制御性が劣化するのを防ぐために、
感光性樹脂膜中に紫外光を吸収するクリマン、クルクミ
ン等の染料を添加して、レジスト膜の透明度を低下させ
てもよい。また、レジスト膜上に上層反射防止膜を形成
し、レジスト膜と空気との界面での光反射を低下させる
ことで、レジスト膜中で発生する定在波を抑えてもよ
い。このような上層反射防止膜として、例えばヘキスト
社製Ａｑｕａｔａｒ等を挙げることができる。

【００８１】次に、所望のパターンを有するマスクを通
して露光光である可視光、紫外光などのエネルギービー
ムをレジストに対して照射する。露光光を照射するため
の光源としては、水銀灯、ＸｅＦ（波長＝３５１ｎ
ｍ）、ＸｅＣｌ（波長＝３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（波長＝
２４８ｎｍ）、ＫｒＣｌ（波長＝２２２ｎｍ）、ＡｒＦ
（波長＝１９３ｎｍ）、Ｆ２（波長＝１５１ｎｍ）等の
エキシマレーザーを挙げることができる。なお、露光光
としてはレーザーに限らず、Ｘ線、或いは電子ビームを
用いてもよい。

【００８２】露光後のレジストは、テトラメチルアンモ
ニウムヒドロキシド、コリン等の有機アルカリ水溶液、
水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機アルカリ水
溶液、キシレン、アセトン等の有機溶媒を用いて現像処
理が施され、レジストパターン１５ａが形成される（図
３（ｂ））。

【００８３】次に、レジストパターン１５ａをエッチン
グマスクとして用いて、シリコン膜１４をエッチングす
る（図３（ｃ））。エッチング装置としては、例えば、
反応性プラズマエッチング方式、マグネトロン反応性プ
ラズマエッチング方式、電子ビームプラスマエッチング
方式、ＴＣＰエッチング方式、ＩＣＰエッチング方式、
或いはＥＣＲプラズマエッチング方式等のエッチング装
置を使用することができる。

【００８４】ソースガスとしては、ＳＦ₆ 、ＮＦ₃ 、Ｆ
₂ 、ＣＦ₄ 、ＣＦ₃ Ｃｌ、ＣＦ₂ Ｃｌ₂ 、ＣＦ₃ Ｂｒ、
ＣＣｌ₄ 、Ｃ₂ Ｆ₅ Ｃｌ₂ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、ＣＨＦ₃ 、Ｓｉ
Ｆ₄、Ｂｒ₂ 、Ｉ₂ 、ＳＦ₄ 、ＨＢｒ、ＨＩ、Ｃｌ₂ 等
のハロゲン系ガスの中の少なくとも１種、またはこれら
のガス系にＡｒ、Ｎ₂ 、Ｈ₂ を添加したガス系を挙げる
ことができる。

【００８５】これらのソースガスをエッチャントとして
用いることにより、レジストに対するシリコン膜１４の
エッチング選択比を高くとることができ、寸法制御性よ
くシリコン膜１４のエッチングを行なうことができる。
これは、これらのエッチャントがレジストに含まれる原
子とは、揮発性生成物を生成する反応が起こりにくいの
に対して、シリコン膜１４に含まれるシリコンとは化学
反応を起こし、揮発性生成物が生じ、揮発していくこと
による。

【００８６】特に、Ｃｌ₂ またはＨＢｒを含むソースガ
スを用いることが好ましく、これらのソースガスを用い
ることにより、シリコン膜を高選択比でエッチングする
ことができる。その結果、スピンオングラス、酸化シリ
コン膜、または窒化シリコン膜等の絶縁膜をエッチング
する際に、エッチングマスクとして機能するのに必要な
膜厚を有するシリコン膜１４を、薄い膜厚のレジストパ
ターン１５ａをマスクとして用いてエッチングすること
ができる。

【００８７】以上の方法で形成したレジストパターン１
５ａおよびシリコン膜パターン１４ａをエッチングマス
クとして用いて、シリコン有機膜１３と酸化シリコン膜
１２を一括してエッチングする（図４（ａ））。エッチ
ング装置としては、例えば反応性プラズマエッチング方
式、マグネトロン反応性プラズマエッチング方式、電子
ビームプラズマエッチング方式、ＴＣＲエッチング方
式、ＩＣＰエッチング方式、或いはＥＣＲプラズマエッ
チング方式等のエッチング装置を使用することができ
る。

【００８８】ソースガスとしては、シリコン膜１４に対
してシリコン有機膜１３及び酸化シリコン膜１２のエッ
チング選択比がとれるものであれば特に限定されない
が、例えばＳＦ₆ 、ＮＦ₃ 、ＣＦ₄ 、Ｃ₄ Ｆ₈ 、ＣＨＦ
₃ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、Ｃ₃ Ｆ₈ 等の弗素を含むガス系の中の少
なくとも１種、またはこれらのガス系にＡｒ、Ｎ₂ 、Ｈ
₂ 、ＣＯ、Ｏ₂ を添加したガス系を挙げることができ
る。

【００８９】これらのソースガスを用いてエッチングを
行うと、シリコン膜およびシリコン有機膜の表面には重
合膜が堆積するが、絶縁膜の表面には堆積しにくく、絶
縁膜はシリコン膜および前記シリコン有機膜と比べてエ
ッチングしやすくなる。

【００９０】その結果、これらのソースガスをシリコン
有機膜及び酸化シリコン膜のエッチングに用いること
で、シリコン有機膜及び酸化シリコン膜の加工に必要な
高い選択比を容易に得ることができ、寸法制御性よくシ
リコン有機膜及び酸化シリコン膜のエッチングを一括し
て行なうことができる。この時、レジスト又は、シリコ
ン膜の表面で重合膜の堆積が顕著となり、エッチング形
状が劣化する場合は、例えば、ソースガスにアルゴンを
添加するか、又は酸素を添加することによって重合膜を
除去することが好ましい。

【００９１】以上、被加工膜が酸化シリコン膜の場合に
ついて説明したが、被加工膜が窒化シリコン膜、酸化窒
化膜、スピンオングラス膜の場合も、シリコン膜をエッ
チングマスクとして高い選択比でエッチングを行なうこ
とができる。

【００９２】次に、シリコン有機膜１３を溶剤で剥離す
る。本発明で用いたシリコン有機膜は、シロキサン結合
を含むため、シリコン有機膜が酸性を示す場合は、テト
ラメチルアンモニウムヒドロキシド、コリン等の有機ア
ルカリ水溶液、水酸化カリウム等の無機アルカリ水溶液
といったアルカリ溶液で溶解除去することができる。ま
た、シリコン有機膜に対して高エネルギービームを照射
して主鎖のＳｉ−Ｓｉ結合をシロキサン結合に変えて、
フッ酸、バッファフッ酸、またはアセトン、メタノー
ル、エタノール、イソプロパノール等の極性溶媒で溶解
除去してもよい。

【００９３】その際、シリコン有機膜上にレジストパタ
ーン、或いはシリコン膜等が残っている場合でも、下層
のシリコン有機膜が溶解除去されたため、同時に剥離す
ることができる。

【００９４】以上のように本発明の第３の態様による
と、被加工膜が酸化シリコン、或いは窒化シリコンの場
合、中間層と下層レジストからなるエッチングマスクに
対する酸化シリコン膜（窒化シリコン膜）のエッチング
選択比を高くとることが可能である。その結果、酸化シ
リコン膜（窒化シリコン膜）のエッチング途中でエッチ
ングマスクが後退することなく、寸法制御性よく、酸化
シリコン膜（窒化シリコン膜）のエッチングをすること
が可能となる。

【００９５】本発明の第４の態様に係る半導体装置の製
造方法は、シリコン膜の代わりに、第１の態様において
用いた、主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合物を含むシ
リコン有機膜（第２のシリコン有機膜）を用いるもので
ある。この場合のレジストパターンをマスクとして用い
て行われる第２のシリコン有機膜のエッチングは、第１
〜第３の態様と同様にして行われる。

【００９６】

【発明の実施の形態】 実施例１ 上述の式２−２に示す平均分子量８０００のポリシラン
８ｇをアニソール９２ｇに溶解して下層レジストの溶液
材料を作成した。シリコンウェハー１上に成膜された膜
厚３００ｎｍのタングステン膜２上に、下層レジストの
溶液材料をスピンコーテング法により塗布した後、８０
℃で９０秒間ベーキングを行い、下層レジスト膜３を形
成した。この時の下層レジスト３の膜厚は３００ｎｍで
ある。続いて、下層レジスト膜３上に、中間層として膜
厚２００ｎｍのアモルファスシリコン膜４をＬＰＣＶＤ
法により成膜した。

【００９７】次いで、中間層４上にシップレー社製ポジ
型化学増幅型レジストＡＰＥＸ−Ｅを塗布し、９８℃で
１２０秒間ベーキングを行ない、上層レジスト膜５を形
成した（図１（ａ））。この時の上層レジスト膜５の膜
厚は２００ｎｍである。次に、ＫｒＦエキシマレーザー
光を光源とした縮小光学型ステッパーを用いてパターン
露光を行い（露光量３０ｍＪ／ｃｍ２）、９８℃で１２
０秒間のベーキングを行った後、０．２１規定のＴＭＡ
Ｈ現像液で現像処理を行い、０．１８μｍのＬ／Ｓパタ
ーン５ａを形成した（図１（ｂ））。

【００９８】レジストパターン５ａの膜厚は１８０ｎｍ
である。レジストパターン５を断面ＳＥＭ観察したとこ
ろ、図１（ｂ）に示すように、良好な形状でパターン形
成できていることが確認できた。

【００９９】以上のように形成したレジストパターン５
をエッチングマスクとして用い、マグネトロン型ＲＩＥ
装置により、中間膜４と下層レジスト３を一括してエッ
チングした（図１（ｃ））。ソースガスとして流量２０
ＳＣＣＭのＣｌ₂ を用い、励起電力３００Ｗ、真空度３
０ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行ったと
ころ、レジストパターン５ａが途中で削れてなくなるこ
となく、中間層４と下層レジスト３を一括してエッチン
グすることができた。

【０１００】レジストパターン５ａの幅ａと下層レジス
トパターン３ａの幅ｂを断面ＳＥＭで測定することによ
り、中間層４と下層レジスト３のエッチングで生じた寸
法変換差（＝下層レジスト３のパターン幅ｂ−レジスト
パターン幅ａ）を求めたところ、１０ｎｍあることが分
かった。また、エッチング終了後、残ったレジストパタ
ーン５ａの膜厚は１３０ｎｍである。

【０１０１】さらに、中間層パターン４ａと下層レジス
トパターン３ａをエッチングマスクとして用い、タング
ステン膜２のエッチングをマグネトロン型反応性イオン
エッチング装置を用いて行った（図２（ａ））。ソース
ガスとして流量３０ＳＣＣＭのＣＣｌ₄ 、流量２０ＳＣ
ＣＭのＯ₂ を用い、励起電力３５０Ｗ、真空度１５ｍＴ
ｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行ったところ、
中間層パターン４ａと下層レジストパターン３ａが途中
で削れてなくなることなく、タングステン膜２のエッチ
ングを行なうことができた。この時のタングステン膜２
は、垂直に異方性よくエッチングされており、エッチン
グ前のレジストパターン５ａの幅ａと加工終了後のタン
グステン膜２ａのパターン幅ｃを断面ＳＥＭで測定する
ことにより、中間層４、下層レジスト３及び被加工膜２
のエッチングで生じた寸法変換差（タングステン膜２ａ
のパターン幅ｃ−レジストパターン幅ａ）を求めたとこ
ろ、１５ｎｍであり、許容範囲内（目標加工寸法１８０
ｎｍの１０％以内）に収まっていることが分かった。

【０１０２】次に、乳酸エチルにウェハー基板１を１８
０秒間浸透した後、純水でウエハー表面を洗浄し、タン
グステン膜２ａ上に付着したポリシランパターン３ａを
溶解除去した。その際、下地のポリシランパターン３ａ
が溶解除去されたため、シリコンパターン４ａとレジス
トパターン５ａも同時に除去することができた（図２
（ｂ））。剥離後、タングステン膜２ａの膜厚を測定し
たところ、３００ｎｍであり、タングステン膜２ａの膜
減りはなかったことが分かった。

【０１０３】また、タングステンの開口部の直下に位置
するシリコンウエハー部分も溶解されておらず、レジス
トパターン、シリコンパターン、下層レジストパターン
をタングステンおよびシリコンウエハーから選択的に剥
離することができた。

【０１０４】比較例１ 実施例１と同様、シリコンウェハー２１上に成膜された
膜厚３００ｎｍのタングステン膜２２上に、分子量５０
００のノボラック樹脂１０ｇを乳酸エチル９０ｇに溶解
した溶液材料を塗布し、２２０℃で１８０秒間ベーキン
グを行ない、下層レジスト膜２３を作成した。ベーキン
グ後の下層レジスト膜２３の膜厚は３００ｎｍである。
次いで、下層レジスト２３上に中間層として膜厚２００
ｎｍのＳｉＯ₂ 膜２４をＬＰＣＶＤ法で成膜した（図５
（ａ））。そして、実施例１と同様の方法でＳｉＯ₂ 膜
２４上にレジストパターン２５ａを形成した。レジスト
パターン２５ａを断面ＳＥＭ観察したところ、図５
（ｂ）に示すように、良好な形状でパターニングできて
いることが分かった。

【０１０５】以上のように形成したレジストパターン２
５ａをエッチングマスクとして用いて、中間膜のエッチ
ングを行った（図５（ｃ））。エッチング装置として
は、マグネトロン型ＲＩＥ装置を用い、ソースガスとし
て流量２０ＳＣＣＭのＣｌ₂ を用い、励起電力３００
Ｗ、真空度３０ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチン
グを行った。レジストパターン幅ｇと中間層のパターン
幅ｈを断面ＳＥＭで測定し、中間層のエッチングで生じ
た寸法変換差（中間層のパターン幅ｈ−レジストパター
ン幅ｇ）を求めたところ、１５ｎｍあることが分かっ
た。

【０１０６】次いで、中間層パターン２４ａをエッチン
グマスクとして用いて、下層レジスト２３のエッチング
を行なった（図６（ａ））。エッチング装置にはマグネ
トロン型ＲＩＥ装置を用い、ソースガスとして流量２０
ＳＣＣＭのＯ₂ を用い、励起電力３００Ｗ、真空度３０
ｍＴｏｒｒのエッチング条件で、エッチングを行なっ
た。レジストパターン幅ｄと下層レジストのパターン幅
ｅを断面ＳＥＭで測定し，中間層２４と下層レジスト２
３のエッチングで生じた寸法変換差を求めたところ、２
５ｎｍあることが分かった。

【０１０７】次に、中間層パターン２４ａと下層レジス
トパターン２３ａをエッチングマスクとして用いて、タ
ングステン膜２２のエッチングを、マグネトロン型反応
性イオンエッチング装置を用いて行なった（図６
（ｂ））。ソースガスとして流量３０ＳＣＣＭのＣＣｌ
₄ および流量２０ＳＣＣＭのＯ₂ を用い、励起電力３５
０Ｗ、真空度１５ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチ
ングを行なったところ、中間層パターン２４ａと下層レ
ジストパターン２３ａが途中で削れてなくなることな
く、タングステン膜２２のエッチングを行なうことがで
きた。

【０１０８】レジストパターン２５ａのパターン幅ｄと
タングステン膜のパターン幅ｆを断面ＳＥＭで測定し、
中間層２４、下層レジスト２３及びタングステン膜２２
ａのエッチングにより生じた寸法変換差（タングステン
膜２２ａのパターン幅ｆ−レジストパターン幅ｄ）を求
めたところ、３５ｎｍあり、許容範囲（目標加工寸法１
８０ｎｍの１０％）を満たさないことが分かった。

【０１０９】最後に、下層レジストパターン２３ａを除
去して、タングステンパターン２２ａを得ることができ
た（図６（ｃ））。

【０１１０】実施例１と比較例１との比較から、本発明
の方法により、３層レジスト法のエッチング工程を一回
減らすことが可能となり、その結果、プロセスコストを
減らすことができたばかりではなく、エッチング時に生
じる寸法変換差を低減することができ、被加工膜を所望
の寸法で加工することが可能となったことがわかる。

【０１１１】比較例２ 図上記式２−２に示す平均分子量８００のポリシラン８
ｇをアニソール９２ｇに溶解して下層レジストの溶液材
料を作成した。実施例１で成膜したタングステン膜２２
上に下層レジストの溶液材料をスピンコーテング法によ
り塗布した後、８０℃で９０秒間ベーキングを行った。
この時の下層レジスト２６の膜厚は３００ｎｍである。
そして、実施例１と同様の方法で下層レジスト２６上に
レジストパターン２７を形成した。

【０１１２】レジストパターン２７の断面形状をＳＥＭ
観察したところ、図７に示すように、レジスト残りが生
じていることが分かった。これは、シリコン有機膜とレ
ジストが反応したためである。このように、シリコン有
機膜とレジストは反応を起こし、正常なレジストプロフ
ァイルが得られない場合があるが、シリコン膜をシリコ
ン有機膜とレジストとの間に介在させることで、レジス
トとシリコン有機膜との反応を防ぐことができ、良好な
レジストプロファイルを得ることが出来る。

【０１１３】実施例２ 上記式１−１に示す平均分子量８０００のポリシラン８
ｇをトルエン９２ｇに溶解して下層レジストの溶液材料
を作成した。シリコンウェハー１上に成膜された膜厚５
００ｎｍのＴＥＯＳ酸化膜２上に下層レジストの溶液材
料をスピンコーテング法により塗布した後、８０℃で９
０秒間ベーキングを行った。この時の下層レジスト３の
膜厚は１００ｎｍである。続いて、下層レジスト３上に
中間層４として膜厚１００ｎｍのポリシリコンをＬＰＣ
ＶＤ法で成膜した。そして、中間層４上に東京応化工業
社製ネガ型化学増幅型レジストＴＤＵＲ−Ｎ００９を塗
布し、９８℃で１２０秒間ベーキングを行なった（図１
（ａ））。この時のレジスト５の膜厚は１５０ｎｍであ
る。

【０１１４】次に、ＫｒＦエキシマレーザー光を光源と
した縮小光学型ステッパーを用いてパターン露光を行い
（露光量３０ｍＪ／ｃｍ２）、９８℃で１２０秒間のベ
ーキングを行った後、０．２７規定のＴＭＡＨ現像液で
現像処理を行い、０．１８μｍＬ／Ｓのレジストパター
ン５ａを形成した。レジストパターン５ａの膜厚は１３
０ｎｍである。レジストパターン５ａを断面ＳＥＭ観察
したところ、図１（ｂ）に示すように良好な形状でパタ
ーン形成できていることが確認できた。

【０１１５】以上のように形成したレジストパターンを
エッチングマスクとして用いて、マグネトロン型ＲＩＥ
装置により、中間膜４と下層レジスト３のエッチングを
行った（図１（ｃ））。ソースガスとして流量２０ＳＣ
ＣＭのＨＢｒを用い、励起電力３００Ｗ、真空度３０ｍ
Ｔｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行ったとこ
ろ、レジストパターン５ａが途中で削れてなくなること
なく、中間層４と下層レジスト３を一括してエッチング
することができた（図１（ｃ））。

【０１１６】図１（ｃ）に示すように、中間層パターン
４ａと下層レジストパターン３ａの加工形状は、垂直に
異方性よくエッチングされており、レジストパターン幅
ａと下層レジストパターン４ａのパターン幅ｂを断面Ｓ
ＥＭで測定することによって，中間層４及び下層レジス
ト３のエッチングで生じた寸法変換差を求めたところ、
１０ｎｍあることが分かった。また、エッチング終了
後、残ったレジストの膜厚は１００ｎｍである。

【０１１７】さらに、中間層パターン４ａと下層レジス
トパターン３ａをエッチングマスクとして用い、マグネ
トロン型反応性イオンエッチング装置により、ＴＥＯＳ
酸化膜のエッチングを行った（図２（ａ））。ソースガ
スとして流量３０ＳＣＣＭのＣ₄ Ｆ₈ 、流量３０ＳＣＣ
ＭのＣＯ、流量１６０ＳＣＣＭのＡｒを用い、励起電力
３５０Ｗ、真空度１５ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエ
ッチングを行ったところ、中間層パターン４ａと下層レ
ジストパターン３ａが途中で削れてなくなることなく、
ＴＥＯＳ酸化膜２のエッチングを行なうことができた。
この時のＴＥＯＳ酸化膜２は、垂直に異方性よくエッチ
ングされており、レジストパターン幅ａと加工されたＴ
ＥＯＳ酸化膜２ａのパターン幅ｃを断面ＳＥＭで測定す
ることによって、中間層４、下層レジスト３及びＴＥＯ
Ｓ酸化膜２のエッチングで生じた寸法変換差を求めたと
ころ、１５ｎｍあり、許容範囲内（目標加工寸法１８０
ｎｍの１０％以内）を満たしていることが分かった。

【０１１８】次に、アニソールに１８０秒間浸透した
後、純水でウェハー１の表面を洗浄し、ＴＥＯＳ酸化膜
パターン２ａ上の下層レジストパターン３ａを溶解除去
した。その際、シリコン膜４とレジストパターン５ａも
下地である下層レジストパターン３ａが溶解除去された
ため、同時に除去された（図２（ｂ））。下層レジスト
パターン３ａの剥離後、ＴＥＯＳ酸化膜パターン２ａの
膜厚を測定したところ、５００ｎｍあり、ＴＥＯＳ酸化
膜パターン２ａは溶解されず、膜減りしていないことが
分かった。

【０１１９】また、ＴＥＯＳ酸化膜パターン２ａの開口
部の直下に位置するシリコンウエハー部分も溶解されて
おらず、レジストパターン、シリコンパターン、下層レ
ジストパターンをＴＥＯＳ酸化膜パターンおよびシリコ
ンウエハーと選択的に剥離することができた。

【０１２０】比較例３ シリコン基板３１上に、実施例３と同様の方法で作成し
たＴＥＯＳ酸化膜３２上に、ＬＰＣＶＤ法により膜厚２
００ｎｍのポリシリコン膜３３を形成した。次に、実施
例１と同様の方法でポリシリコン膜３３上にレジスト３
４を塗布し（図８（ａ））、次いで０．１８μｍＬ／Ｓ
のレジストパターン３４ａを形成した（図８（ｂ））。
更に、レジストパターン３４ａをエッチングマスクとし
て用いて、ポリシリコン膜３３のエッチングをマグネト
ロン型反応性イオンエッチング装置を用いて行なった
（図９（ａ））。

【０１２１】即ち、ソースガスとして流量３０ＳＣＣＭ
のＨＢｒを用い、励起電力５００Ｗ、真空度４０ｍＴｏ
ｒｒのエッチング条件でエッチングを行なったところ、
レジストパターン３４ａがエッチング途中で削れてなく
なることなく、ポリシリコン膜３３をエッチングするこ
とができた。

【０１２２】続いて、パターニングされたポリシリコン
膜３３ａをマスクとして用い、マグネトロン型エッチン
グ装置によりＴＥＯＳ酸化膜３２をエッチングした。ソ
ースガスとして流量２０ＳＣＣＭのＣ₄ Ｆ₈ 、および流
量４０ＳＣＣＭのＡｒを用い、励起電力２００Ｗ、真空
度４０ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行な
ったところ、ポリシリコン膜３３ａはエッチング途中で
削れてなくなることなく、ＴＥＯＳ酸化膜３２を加工
し、ＴＥＯＳ酸化膜パターン３２ａを形成することがで
きた（図９（ｂ））。

【０１２３】次に、エッチングマスクとして用いたポリ
シリコン膜３３ａの剥離を、ケミカルドライエッチング
装置を用いて行なった。ソースガスとして流量３０ＳＣ
ＣＭのＨＢｒを用い、励起電力４００Ｗ、真空度３０ｍ
Ｔｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行なったとこ
ろ、ポリシリコン膜３３ａを剥離することができた（図
９（ｃ））。

【０１２４】しかしながら、ＴＥＯＳ酸化膜パターン３
２ａの開口部の直下に位置するシリコンウェハーの部分
Ａもエッチングされていることが分かった。このよう
に、ポリシリコン膜３３ａをエッチングマスクとして用
いると，剥離の際に下地膜のエッチングすべきではない
部分までエッチングされてしまうという問題が生じるこ
とが分かる。

【０１２５】実施例３ 上述の式２−５に示す、平均分子量８０００のポリシラ
ン８ｇをキシレン９２ｇに溶解して下層レジストの溶液
材料を作成した。シリコンウェハー１上で成膜された膜
厚５００ｎｍのＳｉＮ膜２上に、下層レジストの溶液材
料をスピンコーテング法により塗布した後、８０℃で９
０秒間ベーキングを行った。この時の下層レジスト３の
膜厚は２００ｎｍである。続いて、下層レジスト３上に
中間層４として膜厚１００ｎｍのリンドープポリシリコ
ンをＬＰＣＶＤ法で成膜した。続いて、中間層４上にシ
ップレー社製ネガ型化学増幅型レジストＸＰ８９１３１
を塗布し、９８℃で１２０秒間ベーキングを行なった
（図１（ａ））。この時のレジスト５の膜厚は１５０ｎ
ｍである。

【０１２６】次に、ＫｒＦエキシマレーザー光を光源と
した縮小光学型ステッパーを用いてパターン露光を行い
（露光量３０ｍＪ／ｃｍ² ）、９８℃で１２０秒間のベ
ーキングを行った後、０．２７規定のＴＭＡＨ現像処理
を行い、０．１８μｍＬ／Ｓのレジストパターン５ａを
形成した。レジストパターン５ａの膜厚は１３０ｎｍで
ある。レジストパターン５ａを断面ＳＥＭ観察したこと
ろ、図１（ｂ）に示すように良好な形状でパターン形成
できていることが確認できた。

【０１２７】以上のように形成したレジストパターン５
ａをエッチングマスクとして用い、マグネトロン型ＲＩ
Ｅ装置により中間膜４と下層レジスト３を一括してエッ
チングした（図１（ｃ））。ソースガスとして流量４２
０ＳＣＣＭのＣＦ₄ を用い、励起電力３００Ｗ、真空度
３０ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行った
ところ、レジストパターン５ａが途中で削れてなくなる
ことなく、中間層４と下層レジスト３を一括してエッチ
ングすることができた（図１（ｃ））。

【０１２８】図１（ｃ）に示すように、中間層パターン
４ａと下層レジストパターン３ａの加工形状は垂直に異
方性よくエッチングされており、レジストパターン幅ａ
と下層レジストパターン３ａのパターン幅ｂを断面ＳＥ
Ｍで測定し、中間層４及び下層レジスト３のエッチング
で生じた寸法変換差を求めたところ、断面ＳＥＭで観察
できる測定限界（５ｎｍ）以下だった。また、エッチン
グ終了後、残ったレジストパターン５ａの膜厚は１００
ｎｍである。

【０１２９】さらに、中間層パターン４ａと下層レジス
トパターン３ａをエッチングマスクとして用い、ＳｉＮ
膜２のエッチングをマグネトロン型反応性イオンエッチ
ング装置を用いて行った（図２（ａ））。ソースガスと
して流量３０ＳＣＣＭのＣＨＦ₃ 、流量８０ＳＣＣＭの
ＣＯ、流量８０ＳＣＣＭのＡｒ、および流量５ＳＣＣＭ
のＯ₂ を用い、励起電力３５０Ｗ、真空度３ｍＴｏｒｒ
のエッチング条件でエッチングを行ったところ、中間層
パターン４と下層レジストパターン３が途中で削れなく
なることなく、ＳｉＮ膜２のエッチングを行なうことが
できた。

【０１３０】この時のＳｉＮ膜２は垂直に異方性よくエ
ッチングされており、エッチング前のレジストパターン
幅ａと加工終了後のＳｉＮ膜パターン２ａのパターン幅
ｃを断面ＳＥＭで測定し、中間層４、下層レジスト３及
びＳｉＮ膜２のエッチングにより生じた寸法変換差を求
めたところ、断面ＳＥＭで観察できる測定限界（５ｎ
ｍ）以下であり、許容範囲内（目標加工寸法１８０ｎｍ
の１０％以内）に収まっていることが分かった。

【０１３１】次に、ウェハー基板１を１８０℃で１８０
秒間ベーキングし、赤外吸収スペクトルを測定したとこ
ろ、１１００ｃｍ^-1付近でシロキサン結合による吸収が
観測された。これは、ベークによりポリシラン中のＳｉ
−Ｓｉ結合が酸化されたためである。続いて、フッ酸に
ウエハー基板１を１２０秒間浸漬させた後、純水でウェ
ハーを洗浄し、シリコン有機膜３を溶解除去した。その
際、シリコン有機膜３上のポリシリコン膜４も同時にＳ
ｉＮ膜、ウエハー基板を溶解することなく選択的に剥離
することができた。

【０１３２】実施例４ シリコンウェハー１１上に成膜がなされた膜厚３００ｎ
ｍのＴＥＯＳ酸化膜１２上に、下層レジスト１３として
東レダウコーニング社製のスピンオングラス（商品名
ＦＯＸ）をスピンコーテング法で塗布した後、空気中で
２００℃で１２０秒間ベーキングを行った。この時のス
ピンオングラスの膜厚は１００ｎｍである。続いて、ス
ピンオングラス１３上に中間層として膜厚３００ｎｍの
アモルファスシリコン膜１４をスパッター法で成膜し
た。そして、アモルファスシリコン膜１４上に東京応化
工業社製ポジ型化学増幅型レジストＴＤＵＲ−Ｐ００７
を塗布し、９８℃で１２０秒間ベーキングを行なった
（図３（ａ））。この時のレジストの膜厚は２００ｎｍ
である。

【０１３３】次に、ＫｒＦエキシマレーザー光を光源と
した縮小光学型ステッパーを用いてパターン露光を行い
（露光量３０ｍＪ／ｃｍ２）、９８℃で１２０秒間のベ
ーキングを行った後、０．２１規定のＴＭＡＨ現像液で
現像処理を行い、０．１８μｍＬ／Ｓのレジストパター
ン１５ａを形成した（図３（ｂ））。このレジストパタ
ーン１５ａの膜厚は１７０ｎｍである。レジストパター
ン１５ａを断面ＳＥＭ観察したところ、図３（ｂ）に示
すように、良好な形状でパターンが形成されていること
が確認できた。

【０１３４】以上のように形成したレジストパターン１
５ａをエッチングマスクとして用い、マグネトロン型Ｒ
ＩＥ装置によりアモルファスシリコン膜１４をエッチン
グした（図３（ｃ））。即ち、ソースガスとして流量２
０ＳＣＣＭのＣｌ₂ を用い、励起電力３００Ｗ、真空度
３０ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行った
ところ、レジストパターン１５ａが途中で削れてなくな
ることなく、エッチングすることができた。

【０１３５】なお、エッチング終了後、残ったレジスト
パターン１５ａの膜厚は１００ｎｍである。エッチング
前のレジストパターン１５ａの幅ｄとアモルファスシリ
コンパターン１４ａの幅ｅを断面ＳＥＭで測定すること
により、アモルファスシリコンのエッチングで生じた寸
法変換差（アモルファスシリコンのパターン幅ｅ−レジ
ストパターン幅ｄ）を求めたところ、５ｎｍあることが
分った。

【０１３６】さらに、アモルファスシリコンパターン１
４ａをエッチングマスクとしてとして用いて、マグネト
ロン型ＲＩＥ装置により、スピンオングラス膜１３とＴ
ＥＯＳ酸化膜１２を一括してエッチングした（図４
（ａ））。ソースガスとして流量３０ＳＣＣＭのＣ₄ Ｆ
₈ 、流量２０ＳＣＣＭのＡｒを用い、励起電力３５０
Ｗ、真空度１５ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチン
グを行ったところ、アモルファスシリコンパターン１４
ａが途中で削れてなくなることなく、エッチングを行な
うことができた。

【０１３７】エッチング前のレジストパターン１５ａの
幅ｄと加工終了後のＴＥＯＳ酸化膜パターン１２ａのパ
ターン幅ｆを断面ＳＥＭで測定することにより、アモル
ファスシリコン膜１４、スピンオングラス膜１３及びＴ
ＥＯＳ酸化膜１２のエッチングで生じた寸法変換差（Ｔ
ＥＯＳ酸化膜パターン１２ａのパターン幅ｆ−レジスト
パターン１５ａの幅ｄ）を求めたところ、１０ｎｍで許
容範囲内（目標加工寸法１８０ｎｍの１０％以内）にあ
ることが分った。

【０１３８】次に、０．２７規定のＴＭＡＨ現像液にウ
ェハー基板１１を１２０秒間浸漬した後、純水でウェハ
ー１１の表面を洗浄し、スピンオングラス膜パターン１
３ａを溶解除去した。その際、シリコン膜１４とレジス
トパターン１５ａも下地のスピンオングラス膜パターン
１３ａが除去されたため、同時に除去することができた
（図４（ｂ））。剥離後、ＴＥＯＳ酸化膜パターン１２
ａの膜厚を測定したところ、３００ｎｍであり、ＴＥＯ
Ｓ酸化膜パターン１２ａは溶解していないことが分っ
た。

【０１３９】また、ＴＥＯＳ酸化膜パターン１２ａの開
口部の直下に位置するシリコンウエハー部分も溶解され
ておらず、レジストパターン、シリコン膜、下層レジス
トをＴＥＯＳ酸化膜およびシリコンウエハーと選択的に
剥離することができた。

【０１４０】比較例４ シリコンウェハー４１上に、実施例４と同様の方法で作
成したＴＥＯＳ酸化膜４２上に、分子量５０００のノボ
ラック樹脂１０ｇを乳酸エチル９０ｇに溶解した溶液材
料を塗布し、２２０℃で１８０秒間ベーキングを行な
い、下層レジスト膜４３を作成した。ベーキング後の下
層レジスト膜４３の膜厚は３００ｎｍである。

【０１４１】次に、下層レジスト４３上に中間層として
膜厚２００ｎｍのＳｉＯ₂ 膜４４をＬＰＣＶＤ法で成膜
した。そして、実施例４と同様の方法で、ＳｉＯ₂ 膜４
４上にレジスト膜４５を形成し（図１０（ａ））、これ
をパターニングしてレジストパターン４５ａを形成した
（図１０（ｂ））。このレジストパターン４５ａを断面
ＳＥＭ観察したところ、図１０（ｂ）に示すように、良
好な形状でパターニングできていることが分った。

【０１４２】以上のように形成したレジストパターン４
５ａをマスクとして用いて、中間膜４４のエッチングを
行った（図１０（ｃ））。エッチング装置にはマグネト
ロン型ＲＩＥ装置を用い、ソースガスとして流量２０Ｓ
ＣＣＭのＣ₄ Ｆ₈ 、流量１００ＳＣＣＭのＣＯ、流量２
００ＳＣＣＭのＡｒを用い、励起電力３００Ｗ、真空度
３０ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行っ
た。レジストパターン幅ｊと中間層パターン４４ａのパ
ターン幅ｋを断面ＳＥＭで測定し、中間層４４のエッチ
ングで生じた寸法変換差（中間層パターンのパターン幅
ｋ−レジストパターン幅ｊ）を求めたところ、１５ｎｍ
あることが分った。

【０１４３】次に、中間層パターン４４ａをマスクとし
て用いて下層レジスト４３のエッチングを行なった。エ
ッチング装置としてはマグネトロン型ＲＩＥ装置を用
い、ソースガスとして流量２０ＳＣＣＭのＯ₂ を用い、
励起電力３００Ｗ、真空度３０ｍＴｏｒｒのエッチング
条件でエッチングを行った。レジストパターン幅ｊと下
層レジストパターン４３ａのパターン幅ｌを断面ＳＥＭ
で測定し、中間層と下層レジストのエッチングで生じた
寸法変換差（下層レジストのパターン幅ｌ−レジストパ
ターン幅ｊ）を求めたところ、２０ｎｍあることが分か
った。

【０１４４】更に、中間層パターン４４ａと下層レジス
トパターン４３ａをマスクとして用いて、ＴＥＯＳ酸化
膜４２のエッチングを、マグネトロン型反応性イオンエ
ッチング装置により行った（図１１（ａ））。ソースガ
スとして流量３０ＳＣＣＭのＣ₄ Ｆ₈ 、流量２０ＳＣＣ
ＭのＣＯおよび流量１００ＳＣＣＭのＡｒを用い、励起
電力３５０Ｗ、真空度１５ｍＴｏｒｒのエッチング条件
でエッチングを行ったところ、中間層パターン４４ａと
下層レジストパターン４３ａが途中で削れてなくなるこ
となく、ＴＥＯＳ酸化膜４２のエッチングを行なうこと
ができた。

【０１４５】レジストパターン４５ａのパターン幅ｊと
ＴＥＯＳ酸化膜パターン４２ａのパターン幅ｍを断面Ｓ
ＥＭで測定し、中間層４４、下層レジスト４３及びＴＥ
ＯＳ酸化膜４２のエッチングにより生じた寸法変換差
（ＴＥＯＳ酸化膜４２のパターン幅ｍ−レジストパター
ン幅ｊ）を求めたところ、３５ｎｍあり、許容範囲（目
標加工寸法１８０ｎｍの１０％以内）に収まらないこと
が分かった。

【０１４６】以上のように、本比較例の方法では、本発
明の方法よりもエッチング工程が１回多く、即ち、発明
の方法により３層レジスト法のエッチング工程を一回減
らすことが可能となったが分かる。その結果、プロセス
コストを減らすことができたばかりでなく、エッチング
時に生じる寸法変換差を低減することができ、被加工膜
を所望の寸法で加工できることが可能となった。

【０１４７】比較例５ 実施例４と同様にして、シリコンウエハー５１上に作成
したＴＥＯＳ酸化膜５２上に、ＬＰＣＶＤ法で膜厚２０
０ｎｍのポリシリコン膜５３を形成した。次に、実施例
４との同様の方法でポリシリコン膜上にレジスト５４を
塗布し（図１２（ａ））、０．１８μｍＬ／Ｓのレジス
トパターン５４ａを形成した（図１２（ｂ））。

【０１４８】更に、レジストパターン５４ａをエッチン
グマスクとして用いて、ポリシリコン膜５３のエッチン
グを、マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用
いて行なった。ソースガスとして流量３０ＳＣＣＭのＨ
Ｂｒを用い、励起電力５００Ｗ、真空度４０ｍＴｏｒｒ
のエッチング条件でエッチングを行なったところ、レジ
ストパターン５４がエッチング途中で削れてなくなるこ
となく、ポリシリコン膜５３をエッチングすることがで
きた（図１２）（ｃ））。

【０１４９】続いて、パターニングされたポリシリコン
パターン５３ａをエッチングマスクとして用いて、ＴＥ
ＯＳ酸化膜５２をマグネトロン型エッチング装置を用い
てエッチングした。ソースガスとして流量２０ＳＣＣＭ
のＣ₄ Ｆ₈ 、および流量４０ＳＣＣＭのＡｒを用い、励
起電力２００Ｗ、真空度４０ｍＴｏｒｒのエッチング条
件でエッチングを行なったところ、ポリシリコンパター
ン５３ａがエッチング途中で削れてなくなることなく、
ＴＥＯＳ酸化膜パターン５２ａを形成することができた
（図１３（ａ））。

【０１５０】次に、エッチングマスクとして用いたポリ
シリコンパターン５３ａの剥離をケミカルドライエッチ
ング装置を用いて行なった。ソースガスとして流量３０
ＳＣＣＭのＨＢｒを用い、励起電力４００Ｗ、真空度３
０ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行なった
ところ、ポリシリコンパターン５３ａを剥離することが
できた（図１３（ｂ）。しかし、シリコンウエハー５１
の露出する部分Ａもエッチングされていることが分かっ
た。

【０１５１】このように、ポリシリコンパターン５３ａ
のみをエッチングマスクとして用いると、剥離の際に下
地膜のエッチングすべきではない部分までエッチングさ
れてしまうという問題が生じることが分かる。

【０１５２】実施例５ シリコンウェハー１１上に成膜がなされた膜厚３００ｎ
ｍのＴＥＯＳ酸化膜１２上に、下層レジスト１３として
東レダウコーニング社製のＳｉＯ₂ 膜１２上に、下層レ
ジスト１３として東レダウコーニング社製のスピンオン
グラス（商品名ＦＯＸ）をスピンコーテング法で塗布し
た後、酸素濃度３０ｐｐｍの窒素雰囲気下で３５０℃で
１２０秒間ベーキングを行った。この時のスピンオング
ラスの膜厚は１００ｎｍである。続いて、スピンオング
ラス１３上に中間層として膜厚３００ｎｍのポリシラン
膜１４を成膜した。ポリシラン膜１４は、化学式２−１
３に示す平均分子量３０，０００のポリシラン５ｇをア
ニソール９５ｇに溶解して作成した溶液をスピンコーテ
ィング法により塗布した後、１６０℃で１２０秒間ベー
キングを行うことにより成膜した。

【０１５３】そして、ポリシラン膜１４上にシップレー
社製ポジ型化学増幅型レジストＡＰＥＸ−Ｅを塗布し、
９８℃で１２０秒間ベーキングを行なった（図３
（ａ））。この時のレジストの膜厚は２００ｎｍであ
る。

【０１５４】次に、ＫｒＦエキシマレーザー光を光源と
した縮小光学型ステッパーを用いてパターン露光を行い
（露光量２４ｍＪ／ｃｍ² ）、９８℃で１２０秒間のベ
ーキングを行った後、０．２１規定のＴＭＡＨ現像液で
現像処理を行い、０．１８μｍＬ／Ｓパターン１５ａを
形成した（図３（ｂ））。レジストパターン１５ａの膜
厚は１７０ｎｍである。レジストパターン１５ａの断面
を観察したところ、図３（ｂ）に示すように、良好な形
状でパターンが形成されていることが確認できた。

【０１５５】以上のように形成したレジストパターン１
５ａをエッチングマスクとして用い、マグネトロン型Ｒ
ＩＥ装置によりシリコン有機膜１４をエッチングした
（図３（ｃ））。即ち、ソースガスとして流量１００Ｓ
ＣＣＭのＣｌ₂ を用い、励起電力３００Ｗ、真空度３０
ｍＴｏｒｒのエッチング条件でエッチングを行ったとこ
ろ、レジストパターン１５ａが途中で削れてなくなるこ
となく、エッチングすることができた。

【０１５６】なお、エッチング終了後、残ったレジスト
パターン１５ａの膜厚は９０ｎｍである。エッチング前
のレジストパターン１５ａのパターン幅ｄとポリシラン
パターン１４ａのパターン幅ｅを断面ＳＥＭで測定する
ことにより、有機シリコン膜のエッチングで生じた寸法
変換差（ポリシランパターンのパターン幅ｅ−レジスト
パターンのパターン幅ｄ）を求めたところ、７ｎｍある
ことが分った。

【０１５７】さらに、ポリシランパターン１４ａをエッ
チングマスクとしてとして用いて、マグネトロン型ＲＩ
Ｅ装置により、スピンオングラス膜１３とＳｉＯ₂ 膜１
２を一括してエッチングした（図４（ａ））。ソースガ
スとして流量１０ＳＣＣＭのＣ₄ Ｆ₈ 、流量１００ＳＣ
ＣＭのＣＯ、流量２００ＳＣＣＭのＡｒを用い、励起電
力８００Ｗ、真空度６０ｍＴｏｒｒのエッチング条件で
エッチングを行ったところ、ポリシランパターン１４ａ
が途中で削れてなくなることなく、エッチングを行なう
ことができた。

【０１５８】エッチング前のレジストパターン幅ｄと加
工終了後のＳｉＯ₂ 膜パターン１２ａのパターン幅ｆを
断面ＳＥＭで測定することにより、ポリシラン膜１４、
スピンオングラス膜１３、およびＳｉＯ₂ 膜１２のエッ
チングで生じた寸法変換差（ＳｉＯ₂ 膜パターン１２ａ
のパターン幅ｆ−レジストパターン１５ａのパターン幅
ｄ）を求めたところ、１２ｎｍで許容範囲内（目標加工
寸法０．１８μｍの１０％以内）にあることが分った。

【０１５９】次に、０．２７規定のＴＭＡＨ現像液にウ
ェハー基板１１を１２０秒間浸漬した後、純水でウェハ
ー１１の表面を洗浄し、スピンオングラス膜パターン１
３ａを溶解除去した。その際、ポリシランパターン１４
ａとレジストパターン１５ａも下地のスピンオングラス
膜パターン１３ａが除去されたため、同時に除去するこ
とができた（図４（ｂ））。剥離後、ＳｉＯ₂ 膜パター
ン１２ａの膜厚を測定したところ、３００ｎｍであり、
ＳｉＯ₂ 膜パターン１２ａは溶解していないことが分っ
た。

【０１６０】また、ＳｉＯ₂ 膜パターンの開口部の直下
に位置するシリコンウエハー部分も溶解されておらず、
レジストパターン、ポリシランパターン、スピンオング
ラス膜パターンを、ＳｉＯ₂ 膜パターンおよびシリコン
ウエハーと選択的に剥離することができた。

【０１６１】実施例６ 本実施例では、実施例２において、パターン露光を電子
ビームで行った場合について説明する。まず実施例２と
同様にして、シリコンウエハー１上にＴＥＯＳ酸化膜
２、下層レジスト３、ポリシリコン４、およびレジスト
５を順次形成した。次いで、電子ビーム描画装置（ＪＢ
Ｘ−５ＤＩＩ、ＪＥＯＬ社製）を用い、加速電圧５０ｋ
ｅＶ、ドーズ量１０μＣ／ｃｍ² で描画を行った。次
に、実施例１と同様にして露光後の加熱、現像処理を行
ったところ、図１（ｂ）に示すように、良好な形状で
０．１８μｍラインアンドスペースパターン５ａが形成
できていることが分かった。

【０１６２】その後、実施例２と同様にしてＴＥＯＳ酸
化膜２を加工した後、下層レジストパターン３ａをアニ
ソールで溶解除去することによって、レジストパターン
５ａ、ポリシリコンパターン４ａおよび下層レジストパ
ターン３ａを、ＴＥＯＳ酸化膜パターン２ａおよびシリ
コンウエハー１に対し選択的に剥離した。

【０１６３】このように、本発明では、パターン露光
を、紫外光のみならず電子ビームを用いて行うことも可
能である。レジスト直下が導電性のあるシリコン膜から
なるため、描画中にチャージアップが生ずることなく、
位置ずれのないレジストパターンを得ることができる。

【０１６４】実施例７ 本実施例では、実施例４において、パターン露光を電子
ビームで行った場合について説明する。まず実施例２と
同様にして、シリコンウエハー上にＴＥＯＳ酸化膜、下
層レジスト、ポリシリコン、およびレジストを順次形成
した。次いで、電子ビーム描画装置（ＪＢＸ−５ＤＩ
Ｉ、ＪＥＯＬ社製）を用い、加速電圧５０ｋｅＶ、ドー
ズ量１０μＣ／ｃｍ² で描画を行った。次に、実施例１
と同様にして露光後の加熱、現像処理を行ったところ、
図１（ｂ）に示すように、良好な形状で０．１８μｍラ
インアンドスペースパターンが形成できていることが分
かった。

【０１６５】その後、実施例２と同様にしてＴＥＯＳ酸
化膜を加工した後、下層レジストをアニソールで溶解除
去することによって、レジストパターン、ポリシリコン
および下層レジストを、ＴＥＯＳ酸化膜およびシリコン
ウエハーに対し選択的に剥離した。

【０１６６】このように、本発明では、パターン露光
を、紫外光のみならず電子ビームを用いて行うことも可
能である。レジスト直下が導電性のあるシリコン膜から
なるため、描画中にチャージアップが生ずることなく、
位置ずれのないレジストパターンを得ることができる。

【０１６７】実施例８ 上記化学式１−１、１−１３、２−１、および２−１２
を溶媒であるアニソール、キシレン、トルエン、クメン
にそれぞれ溶解し、１６種類のポリシラン溶液を調製し
た。配合量はいずれの溶液でもポリシラン８ｇ、溶媒９
２ｇとした。次いで、溶液を紫外光から遮断する遮光瓶
に入れ、室温で一ヶ月間保存した。そして、それぞれの
溶液をシリコンウエハー上に塗布し、８０℃で６０秒間
ベーキングを行って溶媒を気化させ、シリコン有機膜を
成膜した。

【０１６８】次に、赤外分光法でそれぞれの膜について
シロキサン結合の生成量を調べた。シロキサン結合によ
る吸収強度をＳｉ−フェニル結合による吸収強度で規格
化して求めたシロキサン結合の生成量（＝シロキサン結
合よる吸収ピークの面積／Ｓｉ−フェニル結合による吸
収ピークの面積）を下記表１に示す。

【０１６９】

【表１】

【０１７０】続いて、実施例１と同様の方法で成膜した
レジストとシリコン有機膜とのエッチング選択比を調べ
た結果を下記表２に示す。エッチング条件は、実施例１
でレジストパターンをエッチングマスクとしてシリコン
有機膜をエッチングした場合と同様の条件とした。ま
た、エッチングレートの測定はべた膜で行った。レジス
トのエッチングレートは、７５ｎｍ／分である。なお、
エッチング選択比は、（シリコン有機膜のエッチングレ
ート）／（レジストのエッチングレート）で定義した。

【０１７１】

【表２】

【０１７２】上記表２から、酸化を抑えたシリコン有機
膜を成膜することができたため、レジストと高いエッチ
ング選択比がとれていることが分かる。

【０１７３】比較例６ 実施例４の４種類のポリシランをシクロヘキサノンに溶
解して、４種類の溶液材料を作成した。配合量はいずれ
の溶液でもポリシラン８ｇ、シクロヘキサノン９２ｇと
した。そして、実施例８と同様にして酸化の進行状態、
およびレジストとのエッチング選択比を調べた。

【０１７４】上記表１から、シクロヘキサノン溶媒を用
いて調製した溶液で作成した膜では酸化が進んでおり、
溶液保存中にポリシランンの酸化が進んでいることがわ
かる。これは、シクロヘキサノンが他の化合物と反応し
易い不飽和結合をもっているためと思われる。また、上
記表２から、シリコン有機膜の酸化が進んでいるため
に、レジストとのエッチング選択比が低下していること
が分かる。

【０１７５】本比較例と実施例との比較から、不飽和結
合を含まない溶媒を用いることにより、貯蔵安定性が増
加し、酸化の進行を抑えたシリコン有機膜を抑えること
ができることがわかる。その結果、レジストとのエッチ
ング選択比を高く維持することが可能となり、レジスト
の膜厚を薄くすることができる。

【０１７６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の第１およ
び第２の態様によれば、３層レジスト法において、レジ
ストパターンをマスクとして用いて中間層と下層レジス
トを一括してエッチングすることにより、被加工膜の加
工までに必要なエッチング工程数を減らし、かつエッチ
ング時に生じる寸法変化差を低減し、寸法制御性よく被
加工膜を加工することが可能である。また、本発明の第
３および第４の態様によれば、３層レジスト法におい
て、中間層をマスクとして用いて下層レジストおよび被
加工膜を一括してエッチングすることにより、被加工膜
の加工までに必要なエッチング工程数を減らし、かつエ
ッチング時に生じる寸法変化差を低減し、寸法制御性よ
く被加工膜を加工することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１および第２の態様に係る半導体装
置の製造方法を工程順に示す断面図。

【図２】本発明の第１および第２の態様に係る半導体装
置の製造方法を工程順に示す断面図。

【図３】本発明の第３および第４の態様に係る半導体装
置の製造方法を工程順に示す断面図。

【図４】本発明の第３および第４の態様に係る半導体装
置の製造方法を工程順に示す断面図。

【図５】比較例１に係る半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図。

【図６】比較例１に係る半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図。

【図７】比較例２におけるレジストパターンの断面形状
をＳＥＭ観察した結果を示す断面図。

【図８】比較例３に係る半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図。

【図９】比較例３に係る半導体装置の製造方法を工程順
に示す断面図。

【図１０】比較例４に係る半導体装置の製造方法を工程
順に示す断面図。

【図１１】比較例４に係る半導体装置の製造方法を工程
順に示す断面図。

【図１２】比較例５に係る半導体装置の製造方法を工程
順に示す断面図。

【図１３】比較例５に係る半導体装置の製造方法を工程
順に示す断面図。

【符号の説明】

１，１１，２１，３１，４１，５１…シリコン基板 ２，２２…タングステン膜 ２ａ，２２ａ…タングステンパターン ３，２３，２６，４３…下層レジスト膜 ３ａ，２３ａ，２６ａ，４３ａ…下層レジストパターン ４，１４…アモルファスシリコン膜 ４ａ，１４ａ…アモルファスシリコンパターン ５，２５，４５…上層レジスト膜 ５ａ，２５ａ，４５ａ…上層レジスト膜パターン ２４，４４…ＳｉＯ₂ 膜 ２４ａ，４４ａ…ＳｉＯ₂ 膜パターン １５，２７，３４，５４…レジスト １５ａ，２７ａ，３４ａ，５４ａ…レジストパターン １２，３２，４２，５２…ＴＥＯＳ酸化膜 １２ａ，３２ａ，４２ａ，５２ａ…ＴＥＯＳ酸化膜パタ
ーン １３…スピンオングラス １３ａ…スピンオングラスパターン ３３，５３…ポリシリコン膜 ３３ａ，５３ａ…ポリシリコンパターン

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）被加工膜上に、主鎖にＳｉ−Ｓｉ
   結合を有する化合物を含むシリコン有機膜を形成する工
   程と、 （ｂ）前記シリコン有機膜上にシリコン膜を形成する工
   程と、 （ｃ）前記シリコン膜上に感光性樹脂膜を形成する工程
   と、 （ｄ）前記感光性樹脂膜に対してパターン露光を行い、
   レジストパターンを形成する工程と、 （ｅ）前記レジストパターンをエッチングマスクとして
   用いて、前記シリコン膜および前記シリコン有機膜を一
   括してエッチングする工程と、 （ｇ）前記エッチングにより形成された前記シリコン膜
   及び前記シリコン有機膜のパターンをエッチングマスク
   として用いて、前記被加工膜をエッチングする工程と、 （ｈ）前記シリコン有機膜を除去する工程と、を具備す
   る半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記被加工膜は、シリコン基板、導電性
   膜、有機系材料からなる絶縁膜、およびシリコン原子を
   含む絶縁膜からなる群から選ばれた一種であることを特
   徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 （ａ）シリコン原子を含む絶縁膜上に、
   シロキサン結合を有する化合物を含むシリコン有機膜を
   形成する工程と、 （ｂ）前記シリコン有機膜上にシリコン膜を形成する工
   程と、 （ｃ）前記シリコン膜上に感光性樹脂膜を形成する工程
   と、 （ｄ）前記感光性樹脂膜に対してパターン露光を行い、
   レジストパターンを形成する工程と、 （ｅ）前記レジストパターンをエッチングマスクとして
   用いて、前記シリコン膜をエッチングする工程と、 （ｇ）前記エッチングにより形成された前記シリコン膜
   のパターンをエッチングマスクとして用いて、前記シリ
   コン有機膜と前記シリコン原子を含む絶縁膜を一括して
   エッチングする工程と、 （ｈ）前記シリコン有機膜を除去する工程と、を具備す
   る半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記シリコン有機膜は、シロキサン結合
   を有する化合物を有機溶剤に溶解して得た溶液を塗布し
   た後、ベーキングすることにより形成される請求項３に
   記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記シリコン有機膜は、Ｓｉ−Ｓｉ結合
   を主鎖に有する化合物を有機溶剤に溶解して得た溶液を
   塗布し、ベーキングし、酸素の存在する雰囲気下で加熱
   するかまたはエネルギービームを照射することにより形
   成される請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 （ａ）シリコン原子を含む絶縁膜上に、
   シロキサン結合を有する化合物を含む第１のシリコン有
   機膜を形成する工程と、 （ｂ）前記第１のシリコン有機膜上に、主鎖にＳｉ−Ｓ
   ｉ結合を有する化合物を含む第２のシリコン有機膜を形
   成する工程と、 （ｃ）前記第２のシリコン有機膜上に感光性樹脂膜を形
   成する工程と、 （ｄ）前記感光性樹脂膜に対してパターン露光を行い、
   レジストパターンを形成する工程と、 （ｅ）前記レジストパターンをエッチングマスクとして
   用いて、前記第２のシリコン有機膜をエッチングする工
   程と、 （ｇ）前記エッチングにより形成された前記第２のシリ
   コン有機膜のパターンをエッチングマスクとして用い
   て、前記第１のシリコン有機膜および前記シリコン原子
   を含む絶縁膜を一括してエッチングする工程と、 （ｈ）前記第１のシリコン有機膜を除去する工程と、を
   具備する半導体装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記第１のシリコン有機膜は、シロキサ
   ン結合を有する化合物を有機溶剤に溶解して得た溶液を
   塗布した後、ベーキングすることにより形成される請求
   項６に記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記第１のシリコン有機膜は、Ｓｉ−Ｓ
   ｉ結合を主鎖に有する化合物を有機溶剤に溶解して得た
   溶液を塗布し、ベーキングし、酸素の存在する雰囲気下
   で加熱するかまたは紫外光を照射することにより形成さ
   れる請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
9. 【請求項９】 前記主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合
   物は、ポリシランまたはポリシレンである請求項１、
   ５、６および８のいずれかの項に記載の半導体装置の製
   造方法。
10. 【請求項１０】 前記工程（ｅ）または（ｇ）は、反応
    性プラズマエッチング、マグネトロン反応性プラズマエ
    ッチング、電子ビームプラズマエッチング、ＴＣＰエッ
    チング、ＩＣＰエッチング、またはＥＣＲプラズマエッ
    チングにより行われる請求項１、３および６のいずれか
    の項に記載の半導体装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記シリコン原子を含む絶縁膜は、酸
    化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、
    またはスピンオングラス膜である請求項２、３および６
    のいずれかの項に記載の半導体装置の製造方法。
12. 【請求項１２】 （ａ）被加工膜上に、主鎖にＳｉ−Ｓ
    ｉ結合を有する化合物を含むシリコン有機膜を形成する
    工程と、 （ｂ）前記シリコン有機膜上に感光性樹脂膜を形成する
    工程と、 （ｃ）前記感光性樹脂膜に対してパターン露光を行い、
    レジストパターンを形成する工程とを具備し、前記シリ
    コン有機膜が、前記主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化合
    物と、不飽和結合を含有しない溶媒を少なくとも含む溶
    液を塗布することによって成膜されることを特徴とする
    パターン形成方法。
13. 【請求項１３】 前記主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する化
    合物が、前記主鎖のシリコンに水素が結合した化合物で
    あることを特徴とする請求項１２に記載のパターン形成
    方法。