[发明专利]半导体装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置的制造方法。

背景技术

随着以移动电话为代表的移动产品的普及，为了适应进一步的处理高速化和低消耗功率化，进行了LSI微细化技术的开发。晶体管的栅绝缘膜也随着LSI的微细化而进一步倾向于薄膜化。

以往，MOS晶体管的栅绝缘膜采用氧化硅膜(SiO₂)。但是，当氧化硅膜的膜厚为2nm以下时，其绝缘性降低并导致漏电流增加。当栅极漏电流增大时，消耗功率也会大幅增加。因此，当将该栅绝缘膜应用于移动产品时，移动产品的电池可用时间变短。另外，由于栅绝缘膜的薄膜化，有可能产生硼等杂质从栅电极向栅绝缘膜中扩散的现象。由此会导致晶体管的性能和可靠性降低。

因此，一直在研究使用比SiO₂具有更高介电常数的高介电常数膜(High-k膜)。作为其中的代表，铪系材料(HfO₂、HfSiO_x)等被给予厚望。但是，由于在半导体装置的制造过程中使用High-k膜的历史比较短，所以还存在很多改进的余地。其中之一就是追求选择性地除去High-k膜的技术的确立。

在栅电极的形成过程中，High-k膜具有蚀刻阻止膜的功能。因此，在蚀刻工序中，选择性地保留High-k膜。之后，需要选择性地剥离除去High-k膜。这里，无法通过除去以往的栅绝缘膜(SiO₂)时所使用的氢氟酸(HF)等药剂来直接除去经退火的High-k膜。因此，为了除去High-k膜，提出了在通过等离子体处理进行改质后进行湿式清洗的方法(例如，参照美国公开专利第2003/0230549号公报、以及M.Claes等的“Selective Wet Etching of Hf-based Layers”(204th Meetings ofThe Electrochemical Society)[The Electrochemical Society，Inc.的主页；

htp://www.electrochem.org/meetings/past/204/abstracts/symposia/pifl.htm])。

另一方面，在MOS晶体管的栅电极的形成工序中，为了实现该栅电极的微细化，在蚀刻中使用的防反射膜(ARC；Anti Reflective Coating)和光致抗蚀剂膜向薄膜化发展。特别是在使用高开口率的曝光装置的情况下，光致抗蚀剂膜的薄膜化更加重要。但是，光致抗蚀剂膜的薄膜化可能会引起难以正确地进行蚀刻的问题。为了解决该问题，采用在光致抗蚀剂膜/ARC的下面导入硬掩膜的方法。由此，可以改善蚀刻时的图案转印/解像度。但是，在以往的ARC的下面导入硬掩膜的方法由于防反射功能未必充分，所以解像度或平版印刷术处理容许量有可能不充分。

因此，提出了兼具防反射功能和硬掩膜功能的多层结构的SiC系膜(参照美国专利第6316167号说明书，以及K.Babich等的IEDMTech，dig.，p669，2003(非专利文献1))。通过使用该膜，能够得到与光致抗蚀剂膜的界面处的反射几乎为零的极高性能的防反射性能，配合光致抗蚀剂或基底膜而能够发挥出适当的特性。另外，与在以往的ARC的下面导入硬掩膜的方法相比，能够使解像度或平板印刷术处理容许量得到飞跃性的提高。

图9A至图9H是示出在光致抗蚀剂膜/ARC的下面导入硬掩膜的以往的栅电极形成处理的一部分工序的示意图。

图9A示出了蚀刻前的栅积层体。在构成半导体晶片的硅衬底201上，作为栅绝缘膜例如形成有HfO₂、HfSiO_x等High-k膜202。在High-k膜202上形成有多晶硅膜203。在多晶硅膜203上例如形成有由氧化硅或氮化硅等构成的硬掩膜204和ARC205。并且，在ARC205上形成有被图案化(patterning)的光致抗蚀剂膜210。

首先，如图9B所示，使用光致抗蚀剂膜210作为掩膜来蚀刻ARC膜205和硬掩膜204。然后，如图9C所示，除去光致抗蚀剂膜210。然后，使用ARC膜205和硬掩膜204作为掩膜来蚀刻多晶硅膜203。如图9D所示，通过该蚀刻也除去了ARC膜205(硬掩膜204的膜厚也减小)。

然后，如图9E所示，对通过多晶硅膜203的蚀刻而露出的High-k膜202进行等离子体处理。在该工序中，主要通过包含在等离子体中的离子的作用，将High-k膜改质成多孔的材质。