半導体装置の製造方法
【課題】 被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制可能な半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 被エッチング材１０５の第１領域１１０、第２領域２１０に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する際に、リソグラフィのばらつきによりレジストパターン（開口部１１１、開口部２１１）に生じるばらつきに起因して発生する、第１パターン、第２パターンの線幅がばらつき、マスク材１０６の厚みを調整することにより抑制する。
【解決手段】 被エッチング材１０５の第１領域１１０、第２領域２１０に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する際に、リソグラフィのばらつきによりレジストパターン（開口部１１１、開口部２１１）に生じるばらつきに起因して発生する、第１パターン、第２パターンの線幅がばらつき、マスク材１０６の厚みを調整することにより抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェハの大口径化により、被エッチング材に形成するパターンの線幅の半導体ウェハ面内ばらつきを抑制することが困難となってきている。
【０００３】
半導体装置の製造工程では、半導体ウェハ面を複数の領域（以下、半導体チップ形成領域）に分割し、各々の半導体チップ形成領域に半導体チップを形成した後に、ダイシングすることによりチップ分割する。このような半導体装置の製造工程では、通常、半導体ウェハ上に形成された層間絶縁膜等の被エッチング材をリソグラフィによりパターニングすることにより、複数の半導体チップ形成領域に等価なパターンを形成する。このとき、複数の半導体チップ形成領域間で対応するパターンは、パターンの線幅のばらつきが小さいことが求められる。しかし、半導体ウェハの大口径化により、リソグラフィにより形成されるレジストパターンを半導体ウェハ面内で均一とすることが困難となり、被エッチング材に形成されるパターンの線幅の面内ばらつきを抑制することが困難となってきている。
【０００４】
これに対し、半導体ウェハ面内で、リソグラフィの露光時間を制御することにより、半導体ウェハ面内でレジストパターンを均一とし、被エッチング材に形成されるパターンの線幅のばらつきを抑制する技術が開示されている（例えば、特許公報１参照。）。しかし、この技術では、リソグラフィの露光時間を制御するため、レジストパターンを均一とすることは可能であるが、所望のレジストパターンできない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７７４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制し、かつ、所望の線幅のパターンを形成可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明一態様の半導体装置の製造方法は、被エッチング材の第１領域に第１パターンを、第２領域に第１パターンと等価な第２パターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記第１領域と前記第２領域を含む前記被エッチング材上にマスク材を形成する工程と、前記第１領域上の前記マスク材に前記第２領域上の前記マスク材より大きいドーズ量のイオン注入を行う工程と、前記マスク材をウェットエッチングすることにより、前記第１領域の前記マスク材の膜厚と、前記第２領域の前記マスク材の膜厚とを、前記イオン注入のドーズ量に応じた膜厚とする工程と、前記マスク材上にレジストを形成する工程と、前記レジスト及び前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第１開口部を形成し、前記第２領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第２開口部を形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部から露出した前記被エッチング材をドライエッチングすることにより、前記第１領域に第１パターンを形成し、前記第２領域に第２パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、被エッチング材の第１領域に第１パターンを、第２領域に第１パターンと等価な第２パターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記第１領域と前記第２領域を含む前記被エッチング材上にマスク材を形成する工程と、前記第１領域上の前記マスク材に前記第２領域上の前記マスク材より大きいドーズ量のイオン注入を行う工程と、前記マスク材上にレジストを形成する工程と、前記レジスト及び前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第１開口部を形成し、前記第２領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出し、前記第１開口部のテーパー角より大きいテーパー角を有する、第２開口部を形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部から露出した前記被エッチング材をドライエッチングすることにより、前記第１領域に第１パターンを形成し、前記第２領域に第２パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制し、かつ、所望の線幅のパターンを形成可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１パターンが形成される第１領域と、第２パターンが形成される第２領域との半導体ウェハ上の位置を示した概念図。
【図２（Ａ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｂ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｃ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｄ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｅ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｆ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｇ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体製造の製造方法において、イオン注入のドーズ量を決定する手順のフローチャート。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量を算出する工程の一部を示した断面図。
【図５】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量とマスク材の厚さの関係を示す模式図。
【図６（Ａ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｂ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｃ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｄ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｅ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｆ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図７】本発明の実施例２に係る半導体製造の製造方法において、イオン注入のドーズ量を決定する手順のフローチャート。
【図８】本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量を算出する工程の一部を示した断面図。
【図９】本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において用いるマスク材の、イオン注入量とマスク材に形成される開口部のテーパー角との関係を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法について、図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１パターンが形成される第１領域と、第２パターンが形成される第２領域との半導体ウェハ上の位置を示した半導体ウェハの概念図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図である。
【００１３】
図１に示すように、半導体ウェハ１００は、複数の領域（以下、「半導体チップ形成領域」と称する）１０１、１０２を有する。各々の半導体チップ形成領域１０１、１０２には、半導体チップが形成される。後述するように、半導体チップの形成工程において、半導体ウェハ１００上に形成された層間絶縁膜等の被エッチング材上に、フォトレジストを形成後、リソグラフィによりフォトレジストをパターニングすることで、レジストパターンを形成する。次いで、レジストパターンをマスクとして被エッチング材をエッチングすることにより、被エッチング材をパターニングし、被エッチング材にパターン（以下、「被エッチング材パターン」と称する）を形成する。複数の半導体チップ形成領域には、同一の機能を有する半導体チップが形成されるため、複数の半導体チップ形成領域には、等価な被エッチング材パターンが形成される。複数の半導体チップ形成領域間で対応する被エッチング材パターンは、線幅のばらつきが小さいことが望ましい。半導体ウェハ１００は、等価な非エッチングパターンが形成される半導体チップ形成領域１０１、１０２を有し、半導体チップ形成領域１０１、１０２は、それぞれ、等価な対応する被エッチングパターンが形成される第１領域１１０、第２領域２１０とを有する。第１領域１１０には第１パターン（被エッチング材パターン）が形成され、第２領域には第２パターン（被エッチング材パターン）が形成される。第１パターンと第２パターンの線幅のばらつきが小さいことが望ましい。
【００１４】
次に、図２を参照して第１領域１１０に第１パターンを形成し、第２領域に第２パターンを形成する工程について説明する。被エッチング材としては、例えば、半導体ウェハ１００、半導体ウェハ１００上に形成された層間絶縁膜、或は、半導体ウェハ１００上に形成され、上部にリソグラフィによりレジストパターンが形成された後、このレジストパターンをマスクとしてエッチングされ得る層、又は膜が想定される。
【００１５】
以下の説明では、被エッチング材１０５の第１領域１１０、第２領域２１０に、それぞれ第１パターン（被エッチング材パターン）、第２パターン（被エッチング材パターン）を形成する際に、リソグラフィのばらつきによりレジストパターン（開口部１１１、開口部２１１）に生じるばらつきに起因して発生する、第１パターン、第２パターンの線幅のばらつきを、マスク材の厚みを調整することにより抑制する半導体装置の製造工程の一部について説明する。
【００１６】
まず、図２（Ａ）に示すように、第１領域１１０と第２領域２１０を含む被エッチング材１０５上にマスク材１０６を形成する。マスク材１０６は、半導体ウェハ上に略均一に形成される。マスク材の材料としては、例えば、レジスト、シリコン酸化膜(ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等を用いる。
【００１７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、マスク材１０６に対してイオン注入を行うことにより、マスク材１０６にダメージを与える。このとき、第１領域１１０と第２領域２１０とでイオン注入量を調整することにより、第１領域１１０と、第２領域２１０とでマスク材１０６に与えるダメージを調整する。イオン注入量の決定方法については、後述する。図１（Ｂ）に示すように、第１領域１１０上のマスク材１０６に、第２領域２１０上のマスク材１０６より大きいドーズ量のイオン注入を行う。なお、第２領域１１０にはイオン注入を行わず、第１領域２１０にイオン注入を行う場合も想定できる。この場合、第２領域のマスク材１０６にはダメージが与えられず、第１領域２１０にはダメージが与えられる。
【００１８】
次に、図２（Ｃ）に示すように、マスク材１０６をウェットエッチングする。マスク材１０６のエッチングレートは、マスク材１０６に対するイオン注入量に依存する。イオン注入工程において、第１領域１１０上のマスク材１０６に、第２領域２１０上のマスク材１０６より大きいドーズ量のイオン注入を行ったため、第１領域１１０上のマスク材１０６は、第２領域２１０上のマスク材１０６よりエッチング量が大きくなる。このため、ウェットエッチング後のマスク材１０６の膜厚は、第１領域１１０上のマスク材１０６の膜厚が、第２領域の２１０上のマスク材１０６の膜厚より薄くなる。第１領域１１０上のマスク材１０６の厚みをＨ１、第２領域２１０上のマスク材１０６の厚みをＨ２とする。
【００１９】
次に、図２（Ｄ）に示すように、マスク材１０６上にレジスト１０７を形成する。レジスト１０７は、マスク材１０６上に略均一に形成する。このため、レジスト１０７表面は、マスク材１０６の膜厚に応じた凹凸を有し、レジスト１０７とマスク材１０６を合わせた膜厚は、第１領域１１０が第２領域２１０より薄く形成される。
【００２０】
次に、図２（Ｅ）に示すように、リソグラフィによりレジスト１０７をパターニングすることにより、第１領域のレジスト１０７に開口部１１１を形成し、第２領域のレジスト１０７に開口部２１１を形成する。開口部１１１、開口部２１１の底部より、マスク材１０６を露出させる。このとき、リソグラフィのばらつきにより、開口部１１１と開口部２１１の開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａが、均一とならず、ばらつきが生じる。開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａの開口幅のばらつきは、製造工程に起因するばらつきであり、第１領域１１０と、第２領域２１０とのマスク材１０６の厚みの違いによる影響は十分に小さい。
【００２１】
次に、図２（Ｆ）に示すように、レジスト１０７をマスクとして、開口部１１１と、開口部２１１の底部から露出されたマスク材１０６をエッチングする。これにより、第１領域１１０のマスク材１０６に開口部１１２を形成し、第２領域２１０のマスク材１０６に開口部２１２を形成する。このとき、マスク材１０６のエッチングに、ドライエッチングを用いることにより、開口部１１２のテーパー角θと、開口部２１２のテーパー角θを略同一に形成する。ここで、テーパー角θとは、開口部１１２、２１２の側壁と、被エッチング材表面に垂直方向とのなす角により定義する。
【００２２】
開口部１１２は、上端の開口幅Ｗ１ａ、テーパー角θ、高さＨ１（第１領域のマスク材１０６の厚さ）であり、下端の開口幅Ｗ１ｂは次式で与えられる。
【００２３】
Ｗ１ｂ＝Ｗ１ａ−２Ｈ１ｔａｎθ （式１）
一方、開口部２１２は、上端の開口幅Ｗ２ａ、テーパー角θ、高さＨ２（第２領域のマスク材１０６の厚さ）であり、下端の開口幅Ｗ２ｂは次式で与えられる。
【００２４】
Ｗ２ｂ＝Ｗ２ａ−２Ｈ２ｔａｎθ （式２）
（式１）、（式２）に示すように、Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂは、それぞれ、上端の開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、高さＨ１、Ｈ２により決定される。このため、リソグラフィのばらつきにより、レジストパターン（開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａ）にばらつきが生じる場合には、マスク材１０６の厚さＨ１、Ｈ２（開口部１１２、２１２の高さＨ１、Ｈ２）を調整することにより、下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを制御すること可能である。本実施例では、リソグラフィのばらつきにより、開口幅Ｗ２ａが、開口幅Ｗ１ａより大きく形成される場合に、開口部１１２、２１２の高さＨ１、Ｈ２を調整することにより、開口部１１２、２１２の下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを均一な開口幅Wとなるように制御する。
【００２５】
次に、図２（Ｇ）に示すように、開口部１１２、２１２の底部から露出された被エッチング材１０５をエッチングすることにより、被エッチング材１０５の第１領域１１０に第１パターン１２０を形成し、被エッチング材１０５の第２領域２１０に第２パターン２２０を形成する。次いで、レジスト１０７をエッチング除去する。このとき、第１パターン１２０の線幅は、開口部１１２の下端の開口幅Ｗ１ｂと略同一となり、第２パターン２２０の線幅は、開口部２１２の下端の開口幅Ｗ２ｂと略同一となる。上記したように、本実施例では、マスク材の厚みＨ1、Ｈ２を調整することにより、開口部１１２、２１２の下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを均一な開口幅Wとすることが可能である。このため、第１パターン１２０の線幅と、第２パターン２２０の線幅とを均一とすることが可能となる。
【００２６】
次に、図３、図４、図５を参照して、マスク材へのイオン注入のドーズ量を決定する手順について説明する。図３は、本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入のドーズ量を決定する手順のフローチャートである。図４は、本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量を算出する工程の一部を示した断面図である。図５は、本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において用いるマスク材の、イオン注入量とマスク材の厚さとの関係を示す模式図である。半導体ウェハの１つの領域（例えば、上記、第１領域１０）に着目して説明する。
【００２７】
まず、図４（Ａ）に示すように、図２に示した前述の半導体装置の製造方法により、半導体ウェハ上に被エッチング材パターンを形成する（ステップ１）。この工程では、予め設定された適当なドーズ量をマスク材にイオン注入してもよいし、イオン注入を行わず、半導体全面で均一な厚みのマスク材を用いてもよい。これにより、マスク材１０６に開口部１１２を形成する。このとき、開口部１１２は、テーパー角θ、高さＨａ（マスク材１０６の厚さ）、下端の開口幅Ｗａであり、被エッチング材パターンの線幅はＷａとなる。
【００２８】
次に、形成した被エッチング材パターンの線幅を線幅測定器により測定する。これにより、半導体ウェハ上の被エッチング材パターンの面内ばらつきを測定する（ステップ２）。この工程により、被エッチング材パターンの線幅Ｗａが測定され、所望の被エッチング材パターンの線幅Ｗｒ（例えば、設計値）との乖離Ｗｄ（＝Ｗｒ−Ｗａ）を算出する。
【００２９】
次に、形成した被エッチング材パターンの線幅の面内ばらつきが許容できるか否かの判断をする（ステップ３）。判断の結果、被エッチング材パターンが許容範囲である場合には、前述のステップ１の工程で用いたイオン注入のドーズ量により、イオン注入条件が決定される（ステップ４）。一方、判断の結果、被エッチング材パターンが許容範囲でない場合には、以下の工程により、イオン注入条件を決定する。
【００３０】
まず、前述の乖離Ｗｄ（＝Ｗｒ−Ｗａ）から、マスク材の厚みの補正量を算出する（ステップ５）。マスク材の厚みの補正量とは、ステップ１において用いたマスク材の厚さＨａに対する調整量を指す。マスク材の厚みの補正量ΔＨは、次式で与えられる。
【００３１】
ΔＨ＝Ｗｄ／（２ｔａｎθ） （式３）
θは、前述したように、マスク材に形成した開口部１１２のテーパー角である。
【００３２】
次に、マスク材の厚さを補正し、マスク材厚さＨａ＋ΔＨとするために、マスク材に注入するイオン注入量を算出する（ステップ６）。図５に示す、マスク材のイオン注入量とマスク材の厚みの関係を予め取得しておくことにより、マスク材厚さＨａ＋ΔＨとするために、マスク材に注入するイオン注入量を算出する。
【００３３】
次に、算出されたイオン注入量を用いて、図４（Ｂ）に示すように、図２に示した前述の半導体装置の製造方法により、半導体ウェハ上に被エッチング材パターンを形成する（ステップ１）。このとき、開口部１１２は、テーパー角θ、高さＨａ＋ΔＨ、下端の開口幅Ｗｒ、となり、被エッチング材パターンの線幅はＷｒとなる。
【００３４】
次に、図４（Ｂ）のように形成された被エッチング材パターンの線幅Ｗｒを測定し（ステップ２）、被エッチング材パターンの線幅の面内ばらつきが許容範囲であるか否かの判断を行い（ステップ３）、許容範囲であると判断した場合には、ステップ６により算出したイオン注入量を、マスク材に対するイオン注入量として決定する（ステップ４）。
【００３５】
次に、決定されたイオン注入量を用い、被エッチング材のパターニングを含む半導体装置の製造を行う（ステップ７）。
【００３６】
以上のように、被エッチング材上に形成されたマスク材にイオン注入を行い、マスク材の厚みを半導体ウェハ面内で調整することにより、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制し、かつ、所望の線幅のパターンを形成可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図である。実施例１と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。実施例２に係る半導体装置の製造方法における、第１領域、及び第２領域は、実施例１で説明した図１に示した領域と同様である。
【００３８】
以下の説明では、被エッチング材１０５の第１領域１１０、第２領域２１０に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する際に、リソグラフィのばらつきによりレジストパターン（開口部１１１、開口部２１１）に生じるばらつきに起因して発生する、第１パターン、第２パターンの線幅のばらつきを、マスク材のパターン（開口部１１２、開口部２１２）のテーパー角を調整することにより抑制する半導体装置の製造工程の一部について説明する。
【００３９】
まず、図６（Ａ）に示すように、第１領域１１０と第２領域２１０を含む被エッチング材１０５上にマスク材１０６を形成する。マスク材１０６は、半導体ウェハ上に略均一に形成される。マスク材の材料としては、例えば、レジスト、シリコン酸化膜(ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等を用いる。第１領域１０１、第２領域１０２におけるマスク材１０６の厚さＨは略同一である。
【００４０】
次に、図６（Ｂ）に示すように、マスク材１０６に対してイオン注入を行うことにより、マスク材１０６にダメージを与える。このとき、第１領域１１０と第２領域２１０とでイオン注入量を調整することにより、第１領域１１０と、第２領域２１０とでマスク材１０６に与えるダメージを調整する。イオン注入量の決定方法については後述する。図１（Ｂ）に示すように、第１領域１１０上のマスク材１０６に、第２領域２１０上のマスク材１０６より大きいドーズ量のイオン注入を行う。なお、第２領域１１０にはイオン注入を行わず、第１領域２１０にイオン注入を行う場合も想定できる。この場合、第２領域のマスク材１０６にはダメージが与えられず、第１領域２１０にはダメージが与えられる。
【００４１】
次に、図６（Ｃ）に示すように、マスク材１０６上にレジスト１０７を形成する。レジスト１０７は、マスク材１０６上に略均一に形成する。
【００４２】
次に、図６（Ｄ）に示すように、リソグラフィによりレジスト１０７をパターニングすることにより、第１領域のレジスト１０７に開口部１１１を形成し、第２領域のレジスト１０７に開口部２１１を形成する。開口部１１１、開口部２１１の底部より、レジスト１０７を露出させる。このとき、このとき、リソグラフィのばらつきにより、開口部１１１と開口部２１１の開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａが、均一とならず、ばらつきが生じる。開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａの開口幅のばらつきは、製造工程に起因するばらつきである。
【００４３】
次に、図６（Ｅ）に示すように、レジスト１０７をマスクとして、開口部１１１と、開口部２１１の底部から露出されたマスク材１０６をエッチングすることにより、マスク材１０６に開口部１１２、開口部２１２を形成する。マスク材１０６のエッチングレートは、マスク材１０６に対するイオン注入量に依存する。イオン注入工程において、第１領域１１０上のマスク材１０６に、第２領域２１０上のマスク材１０６より大きいドーズ量のイオン注入を行ったため、第１領域１１０上のマスク材１０６は、第２領域２１０上のマスク材１０６よりエッチング量が大きい。このため、マスク材１０６をエッチングすることにより第１領域１１０に形成される開口部１１１のテーパー角θ１は、第２領域２１０に形成される開口部２１１のテーパー角θ２より小さくなる。
【００４４】
開口部１１２は、上端の開口幅Ｗ１ａ、テーパー角θ１、高さＨ（マスク材１０６の厚さ）であり、下端の開口幅Ｗ１ｂは次式で与えられる。
【００４５】
Ｗ１ｂ＝Ｗ１ａ−２Ｈｔａｎθ１ （式４）
一方、開口部２１２は、上端の開口幅Ｗ２ａ、テーパー角θ２、高さＨ（マスク材１０６の厚さ）であり、下端の開口幅Ｗ２ｂは次式で与えられる。
【００４６】
Ｗ２ｂ＝Ｗ１ａ−２Ｈｔａｎθ２ （式５）
（式４）、（式５）に示すように、Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂは、それぞれ、上端の開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、テーパー角θ１、θ２により決定される。このため、リソグラフィのばらつきにより、レジストパターン（開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａ）にばらつきが生じる場合には、開口部１１２、２１２のテーパー角θ１、θ２を調整することにより、開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを制御することが可能である。本実施例では、リソグラフィのばらつきにより、開口幅Ｗ２ａが、開口幅Ｗ１ａより大きく形成される場合に、開口部１１２、２１２のテーパー角θ１、θ２を調整することにより、開口部１１２、２１２の下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂが均一な開口幅Wとなるように制御することが可能となる。
【００４７】
次に、図６（Ｆ）に示すように、開口部１１２、２１２の底部から露出された被エッチング材１０５をエッチングすることにより、被エッチング材１０５の第１領域１１０に第１パターン１２０を形成し、被エッチング材１０５の第２領域２１０に第２パターン２２０を形成する。次いで、レジスト１０７をエッチング除去する。このとき、第１パターン１２０の線幅は、開口部１１２の下端の開口幅Ｗ１ｂと略同一となり、第２パターン２２０の線幅は、開口部２１２の下端の開口幅Ｗ２ｂと略同一となる。上記したように、本実施例では、開口部１１２、２１２のテーパー角を調整することにより、開口部１１２、２１２の下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂが均一とすることが可能である。このため、第１パターン１２０の線幅と、第２パターン２２０の線幅とを均一とすることが可能となる。
【００４８】
次に、図７、図８、図９を参照して、マスク材へのイオン注入のドーズ量を決定する手順について説明する。図７は、本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入のドーズ量を決定する手順のフローチャートである。図８は、本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量を算出する工程の一部を示した断面図である。図９は、本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において用いるマスク材の、イオン注入量とマスク材に形成される開口部のテーパー角との関係を示す模式図である。
【００４９】
まず、図８（Ａ）に示すように、図２に示した前述の半導体装置の製造方法により、半導体ウェハ上に被エッチング材パターンを形成する（ステップ１）。この工程では、予め設定された適当なドーズ量をマスク材にイオン注入してもよいし、イオン注入を行わず、半導体全面で均一な厚みのマスク材を用いてもよい。これにより、マスク材１０６に開口部１１２を形成する。このとき、開口部１１２は、下端の開口幅Ｗａ、テーパー角θａ、高さＨ（マスク材１０６の厚さ）であるとし、被エッチング材パターンの線幅はＷａとなる。
【００５０】
次に、形成した被エッチング材パターンの線幅を線幅測定器により測定する。これにより、半導体ウェハ上の被エッチング材パターンの面内ばらつきを測定する（ステップ２）。この工程により、被エッチング材パターンの線幅Ｗａが測定され、所望の被エッチング材パターンの線幅Ｗｒ（例えば、設計値）との乖離Ｗｄ（＝Ｗｒ−Ｗａ）を算出する。
【００５１】
次に、形成した被エッチング材パターンの線幅の面内ばらつきが許容できるか否かの判断をする（ステップ３）。判断の結果、被エッチング材パターンが許容範囲である場合には、前述のステップ１の工程で用いたイオン注入のドーズ量により、イオン注入条件が決定される（ステップ４）。一方、判断の結果、被エッチング材パターンが許容範囲でない場合には、以下の工程により、イオン注入条件を決定する。
【００５２】
まず、前述の乖離Ｗｄ（＝Ｗｒ−Ｗａ）から、マスク材のテーパー角の補正値を算出する（ステップ５）。マスク材のテーパー角の補正値θｂは、次式で与えられる。
【００５３】
ｔａｎθｂ＝２Ｈ／Ｗｄ （式６）
Ｈは、前述したように、マスク材の厚みである。
【００５４】
次に、マスク材に形成する開口部１１２のテーパー角をθｂとするために。マスク材に注入するイオン注入量を算出する（ステップ６）。図９に示す、マスク材のイオン注入量と
マスク材に形成する開口部１１２のテーパー角θとの関係を予め取得しておくことにより、マスク材に形成する開口部１１２のテーパー角θｂとするために、マスク材に注入するイオン注入量を算出する。
【００５５】
次に、算出されたイオン注入量を用いて、図８（Ｂ）に示すように、図２に示した前述の半導体装置の製造方法により、半導体ウェハ上に被エッチング材パターンを形成する（ステップ１）。このとき、開口部１１２は、テーパー角θｂ、高さＨ、下端の開口幅Ｗｒとなり、被エッチング材パターンの線幅はＷｒとなる。
【００５６】
次に、図４（Ｂ）のように形成された被エッチング材パターンの線幅Ｗｒを測定し（ステップ２）、被エッチング材パターンの線幅の面内ばらつきが許容範囲であるか否かの判断を行い（ステップ３）、許容範囲であると判断した場合には、ステップ６により算出したイオン注入量を、マスク材に対するイオン注入量として決定する（ステップ４）。
【００５７】
次に、決定されたイオン注入量を用い、被エッチング材のパターニングを含む半導体装置の製造を行う（ステップ７）。
【００５８】
以上のように、被エッチング材上に形成されたマスク材にイオン注入を行い、マスク材に形成する開口部のテーパー角を半導体ウェハ面内で調整することにより、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制し、かつ、所望の線幅のパターンを形成可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００５９】
なお、前述した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良されうると共に、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、本実施例では、レジスト１０７として、ポジ型レジストを用いているが、ネガ型レジストであってもよい。この場合、レジスト１０７をマスク材としたエッチング後のマスク材１０６は、実施例に示すマスク材１０６のマスク材が残る部分と、エッチング除去される部分（開口部１１２、２１２）とが反転した構造となる。この場合についても、前述の実施例の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 半導体ウェハ
１０１、１０２ 半導体チップ形成領域
１０５ 被エッチング材
１０６ マスク材
１０７ レジスト
１１０ 第１領域
２１０ 第２領域
１１１、１１２、２１１、２１２ 開口部
１２０ 第１パターン
２２０ 第２パターン
Ｗ１ａ、Ｗ２ａ 上端の開口幅
Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ 下端の開口幅
θ１、θ２ テーパー角
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２ 厚さ（高さ）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に係り、特に、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体ウェハの大口径化により、被エッチング材に形成するパターンの線幅の半導体ウェハ面内ばらつきを抑制することが困難となってきている。
【０００３】
半導体装置の製造工程では、半導体ウェハ面を複数の領域（以下、半導体チップ形成領域）に分割し、各々の半導体チップ形成領域に半導体チップを形成した後に、ダイシングすることによりチップ分割する。このような半導体装置の製造工程では、通常、半導体ウェハ上に形成された層間絶縁膜等の被エッチング材をリソグラフィによりパターニングすることにより、複数の半導体チップ形成領域に等価なパターンを形成する。このとき、複数の半導体チップ形成領域間で対応するパターンは、パターンの線幅のばらつきが小さいことが求められる。しかし、半導体ウェハの大口径化により、リソグラフィにより形成されるレジストパターンを半導体ウェハ面内で均一とすることが困難となり、被エッチング材に形成されるパターンの線幅の面内ばらつきを抑制することが困難となってきている。
【０００４】
これに対し、半導体ウェハ面内で、リソグラフィの露光時間を制御することにより、半導体ウェハ面内でレジストパターンを均一とし、被エッチング材に形成されるパターンの線幅のばらつきを抑制する技術が開示されている（例えば、特許公報１参照。）。しかし、この技術では、リソグラフィの露光時間を制御するため、レジストパターンを均一とすることは可能であるが、所望のレジストパターンできない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２７７４２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制し、かつ、所望の線幅のパターンを形成可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明一態様の半導体装置の製造方法は、被エッチング材の第１領域に第１パターンを、第２領域に第１パターンと等価な第２パターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記第１領域と前記第２領域を含む前記被エッチング材上にマスク材を形成する工程と、前記第１領域上の前記マスク材に前記第２領域上の前記マスク材より大きいドーズ量のイオン注入を行う工程と、前記マスク材をウェットエッチングすることにより、前記第１領域の前記マスク材の膜厚と、前記第２領域の前記マスク材の膜厚とを、前記イオン注入のドーズ量に応じた膜厚とする工程と、前記マスク材上にレジストを形成する工程と、前記レジスト及び前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第１開口部を形成し、前記第２領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第２開口部を形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部から露出した前記被エッチング材をドライエッチングすることにより、前記第１領域に第１パターンを形成し、前記第２領域に第２パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、被エッチング材の第１領域に第１パターンを、第２領域に第１パターンと等価な第２パターンを形成する半導体装置の製造方法であって、前記第１領域と前記第２領域を含む前記被エッチング材上にマスク材を形成する工程と、前記第１領域上の前記マスク材に前記第２領域上の前記マスク材より大きいドーズ量のイオン注入を行う工程と、前記マスク材上にレジストを形成する工程と、前記レジスト及び前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第１開口部を形成し、前記第２領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出し、前記第１開口部のテーパー角より大きいテーパー角を有する、第２開口部を形成する工程と、前記第１開口部及び前記第２開口部から露出した前記被エッチング材をドライエッチングすることにより、前記第１領域に第１パターンを形成し、前記第２領域に第２パターンを形成する工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制し、かつ、所望の線幅のパターンを形成可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１パターンが形成される第１領域と、第２パターンが形成される第２領域との半導体ウェハ上の位置を示した概念図。
【図２（Ａ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｂ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｃ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｄ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｅ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｆ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図２（Ｇ）】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体製造の製造方法において、イオン注入のドーズ量を決定する手順のフローチャート。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量を算出する工程の一部を示した断面図。
【図５】本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量とマスク材の厚さの関係を示す模式図。
【図６（Ａ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｂ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｃ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｄ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｅ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図６（Ｆ）】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図。
【図７】本発明の実施例２に係る半導体製造の製造方法において、イオン注入のドーズ量を決定する手順のフローチャート。
【図８】本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量を算出する工程の一部を示した断面図。
【図９】本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において用いるマスク材の、イオン注入量とマスク材に形成される開口部のテーパー角との関係を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法について、図１、図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１パターンが形成される第１領域と、第２パターンが形成される第２領域との半導体ウェハ上の位置を示した半導体ウェハの概念図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図である。
【００１３】
図１に示すように、半導体ウェハ１００は、複数の領域（以下、「半導体チップ形成領域」と称する）１０１、１０２を有する。各々の半導体チップ形成領域１０１、１０２には、半導体チップが形成される。後述するように、半導体チップの形成工程において、半導体ウェハ１００上に形成された層間絶縁膜等の被エッチング材上に、フォトレジストを形成後、リソグラフィによりフォトレジストをパターニングすることで、レジストパターンを形成する。次いで、レジストパターンをマスクとして被エッチング材をエッチングすることにより、被エッチング材をパターニングし、被エッチング材にパターン（以下、「被エッチング材パターン」と称する）を形成する。複数の半導体チップ形成領域には、同一の機能を有する半導体チップが形成されるため、複数の半導体チップ形成領域には、等価な被エッチング材パターンが形成される。複数の半導体チップ形成領域間で対応する被エッチング材パターンは、線幅のばらつきが小さいことが望ましい。半導体ウェハ１００は、等価な非エッチングパターンが形成される半導体チップ形成領域１０１、１０２を有し、半導体チップ形成領域１０１、１０２は、それぞれ、等価な対応する被エッチングパターンが形成される第１領域１１０、第２領域２１０とを有する。第１領域１１０には第１パターン（被エッチング材パターン）が形成され、第２領域には第２パターン（被エッチング材パターン）が形成される。第１パターンと第２パターンの線幅のばらつきが小さいことが望ましい。
【００１４】
次に、図２を参照して第１領域１１０に第１パターンを形成し、第２領域に第２パターンを形成する工程について説明する。被エッチング材としては、例えば、半導体ウェハ１００、半導体ウェハ１００上に形成された層間絶縁膜、或は、半導体ウェハ１００上に形成され、上部にリソグラフィによりレジストパターンが形成された後、このレジストパターンをマスクとしてエッチングされ得る層、又は膜が想定される。
【００１５】
以下の説明では、被エッチング材１０５の第１領域１１０、第２領域２１０に、それぞれ第１パターン（被エッチング材パターン）、第２パターン（被エッチング材パターン）を形成する際に、リソグラフィのばらつきによりレジストパターン（開口部１１１、開口部２１１）に生じるばらつきに起因して発生する、第１パターン、第２パターンの線幅のばらつきを、マスク材の厚みを調整することにより抑制する半導体装置の製造工程の一部について説明する。
【００１６】
まず、図２（Ａ）に示すように、第１領域１１０と第２領域２１０を含む被エッチング材１０５上にマスク材１０６を形成する。マスク材１０６は、半導体ウェハ上に略均一に形成される。マスク材の材料としては、例えば、レジスト、シリコン酸化膜(ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等を用いる。
【００１７】
次に、図２（Ｂ）に示すように、マスク材１０６に対してイオン注入を行うことにより、マスク材１０６にダメージを与える。このとき、第１領域１１０と第２領域２１０とでイオン注入量を調整することにより、第１領域１１０と、第２領域２１０とでマスク材１０６に与えるダメージを調整する。イオン注入量の決定方法については、後述する。図１（Ｂ）に示すように、第１領域１１０上のマスク材１０６に、第２領域２１０上のマスク材１０６より大きいドーズ量のイオン注入を行う。なお、第２領域１１０にはイオン注入を行わず、第１領域２１０にイオン注入を行う場合も想定できる。この場合、第２領域のマスク材１０６にはダメージが与えられず、第１領域２１０にはダメージが与えられる。
【００１８】
次に、図２（Ｃ）に示すように、マスク材１０６をウェットエッチングする。マスク材１０６のエッチングレートは、マスク材１０６に対するイオン注入量に依存する。イオン注入工程において、第１領域１１０上のマスク材１０６に、第２領域２１０上のマスク材１０６より大きいドーズ量のイオン注入を行ったため、第１領域１１０上のマスク材１０６は、第２領域２１０上のマスク材１０６よりエッチング量が大きくなる。このため、ウェットエッチング後のマスク材１０６の膜厚は、第１領域１１０上のマスク材１０６の膜厚が、第２領域の２１０上のマスク材１０６の膜厚より薄くなる。第１領域１１０上のマスク材１０６の厚みをＨ１、第２領域２１０上のマスク材１０６の厚みをＨ２とする。
【００１９】
次に、図２（Ｄ）に示すように、マスク材１０６上にレジスト１０７を形成する。レジスト１０７は、マスク材１０６上に略均一に形成する。このため、レジスト１０７表面は、マスク材１０６の膜厚に応じた凹凸を有し、レジスト１０７とマスク材１０６を合わせた膜厚は、第１領域１１０が第２領域２１０より薄く形成される。
【００２０】
次に、図２（Ｅ）に示すように、リソグラフィによりレジスト１０７をパターニングすることにより、第１領域のレジスト１０７に開口部１１１を形成し、第２領域のレジスト１０７に開口部２１１を形成する。開口部１１１、開口部２１１の底部より、マスク材１０６を露出させる。このとき、リソグラフィのばらつきにより、開口部１１１と開口部２１１の開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａが、均一とならず、ばらつきが生じる。開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａの開口幅のばらつきは、製造工程に起因するばらつきであり、第１領域１１０と、第２領域２１０とのマスク材１０６の厚みの違いによる影響は十分に小さい。
【００２１】
次に、図２（Ｆ）に示すように、レジスト１０７をマスクとして、開口部１１１と、開口部２１１の底部から露出されたマスク材１０６をエッチングする。これにより、第１領域１１０のマスク材１０６に開口部１１２を形成し、第２領域２１０のマスク材１０６に開口部２１２を形成する。このとき、マスク材１０６のエッチングに、ドライエッチングを用いることにより、開口部１１２のテーパー角θと、開口部２１２のテーパー角θを略同一に形成する。ここで、テーパー角θとは、開口部１１２、２１２の側壁と、被エッチング材表面に垂直方向とのなす角により定義する。
【００２２】
開口部１１２は、上端の開口幅Ｗ１ａ、テーパー角θ、高さＨ１（第１領域のマスク材１０６の厚さ）であり、下端の開口幅Ｗ１ｂは次式で与えられる。
【００２３】
Ｗ１ｂ＝Ｗ１ａ−２Ｈ１ｔａｎθ （式１）
一方、開口部２１２は、上端の開口幅Ｗ２ａ、テーパー角θ、高さＨ２（第２領域のマスク材１０６の厚さ）であり、下端の開口幅Ｗ２ｂは次式で与えられる。
【００２４】
Ｗ２ｂ＝Ｗ２ａ−２Ｈ２ｔａｎθ （式２）
（式１）、（式２）に示すように、Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂは、それぞれ、上端の開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、高さＨ１、Ｈ２により決定される。このため、リソグラフィのばらつきにより、レジストパターン（開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａ）にばらつきが生じる場合には、マスク材１０６の厚さＨ１、Ｈ２（開口部１１２、２１２の高さＨ１、Ｈ２）を調整することにより、下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを制御すること可能である。本実施例では、リソグラフィのばらつきにより、開口幅Ｗ２ａが、開口幅Ｗ１ａより大きく形成される場合に、開口部１１２、２１２の高さＨ１、Ｈ２を調整することにより、開口部１１２、２１２の下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを均一な開口幅Wとなるように制御する。
【００２５】
次に、図２（Ｇ）に示すように、開口部１１２、２１２の底部から露出された被エッチング材１０５をエッチングすることにより、被エッチング材１０５の第１領域１１０に第１パターン１２０を形成し、被エッチング材１０５の第２領域２１０に第２パターン２２０を形成する。次いで、レジスト１０７をエッチング除去する。このとき、第１パターン１２０の線幅は、開口部１１２の下端の開口幅Ｗ１ｂと略同一となり、第２パターン２２０の線幅は、開口部２１２の下端の開口幅Ｗ２ｂと略同一となる。上記したように、本実施例では、マスク材の厚みＨ1、Ｈ２を調整することにより、開口部１１２、２１２の下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを均一な開口幅Wとすることが可能である。このため、第１パターン１２０の線幅と、第２パターン２２０の線幅とを均一とすることが可能となる。
【００２６】
次に、図３、図４、図５を参照して、マスク材へのイオン注入のドーズ量を決定する手順について説明する。図３は、本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入のドーズ量を決定する手順のフローチャートである。図４は、本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量を算出する工程の一部を示した断面図である。図５は、本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法において用いるマスク材の、イオン注入量とマスク材の厚さとの関係を示す模式図である。半導体ウェハの１つの領域（例えば、上記、第１領域１０）に着目して説明する。
【００２７】
まず、図４（Ａ）に示すように、図２に示した前述の半導体装置の製造方法により、半導体ウェハ上に被エッチング材パターンを形成する（ステップ１）。この工程では、予め設定された適当なドーズ量をマスク材にイオン注入してもよいし、イオン注入を行わず、半導体全面で均一な厚みのマスク材を用いてもよい。これにより、マスク材１０６に開口部１１２を形成する。このとき、開口部１１２は、テーパー角θ、高さＨａ（マスク材１０６の厚さ）、下端の開口幅Ｗａであり、被エッチング材パターンの線幅はＷａとなる。
【００２８】
次に、形成した被エッチング材パターンの線幅を線幅測定器により測定する。これにより、半導体ウェハ上の被エッチング材パターンの面内ばらつきを測定する（ステップ２）。この工程により、被エッチング材パターンの線幅Ｗａが測定され、所望の被エッチング材パターンの線幅Ｗｒ（例えば、設計値）との乖離Ｗｄ（＝Ｗｒ−Ｗａ）を算出する。
【００２９】
次に、形成した被エッチング材パターンの線幅の面内ばらつきが許容できるか否かの判断をする（ステップ３）。判断の結果、被エッチング材パターンが許容範囲である場合には、前述のステップ１の工程で用いたイオン注入のドーズ量により、イオン注入条件が決定される（ステップ４）。一方、判断の結果、被エッチング材パターンが許容範囲でない場合には、以下の工程により、イオン注入条件を決定する。
【００３０】
まず、前述の乖離Ｗｄ（＝Ｗｒ−Ｗａ）から、マスク材の厚みの補正量を算出する（ステップ５）。マスク材の厚みの補正量とは、ステップ１において用いたマスク材の厚さＨａに対する調整量を指す。マスク材の厚みの補正量ΔＨは、次式で与えられる。
【００３１】
ΔＨ＝Ｗｄ／（２ｔａｎθ） （式３）
θは、前述したように、マスク材に形成した開口部１１２のテーパー角である。
【００３２】
次に、マスク材の厚さを補正し、マスク材厚さＨａ＋ΔＨとするために、マスク材に注入するイオン注入量を算出する（ステップ６）。図５に示す、マスク材のイオン注入量とマスク材の厚みの関係を予め取得しておくことにより、マスク材厚さＨａ＋ΔＨとするために、マスク材に注入するイオン注入量を算出する。
【００３３】
次に、算出されたイオン注入量を用いて、図４（Ｂ）に示すように、図２に示した前述の半導体装置の製造方法により、半導体ウェハ上に被エッチング材パターンを形成する（ステップ１）。このとき、開口部１１２は、テーパー角θ、高さＨａ＋ΔＨ、下端の開口幅Ｗｒ、となり、被エッチング材パターンの線幅はＷｒとなる。
【００３４】
次に、図４（Ｂ）のように形成された被エッチング材パターンの線幅Ｗｒを測定し（ステップ２）、被エッチング材パターンの線幅の面内ばらつきが許容範囲であるか否かの判断を行い（ステップ３）、許容範囲であると判断した場合には、ステップ６により算出したイオン注入量を、マスク材に対するイオン注入量として決定する（ステップ４）。
【００３５】
次に、決定されたイオン注入量を用い、被エッチング材のパターニングを含む半導体装置の製造を行う（ステップ７）。
【００３６】
以上のように、被エッチング材上に形成されたマスク材にイオン注入を行い、マスク材の厚みを半導体ウェハ面内で調整することにより、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制し、かつ、所望の線幅のパターンを形成可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００３７】
本発明の実施例１に係る半導体装置の製造方法について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法により、第１領域、第２領域に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する工程の一部を示した断面図である。実施例１と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。実施例２に係る半導体装置の製造方法における、第１領域、及び第２領域は、実施例１で説明した図１に示した領域と同様である。
【００３８】
以下の説明では、被エッチング材１０５の第１領域１１０、第２領域２１０に、それぞれ第１パターン、第２パターンを形成する際に、リソグラフィのばらつきによりレジストパターン（開口部１１１、開口部２１１）に生じるばらつきに起因して発生する、第１パターン、第２パターンの線幅のばらつきを、マスク材のパターン（開口部１１２、開口部２１２）のテーパー角を調整することにより抑制する半導体装置の製造工程の一部について説明する。
【００３９】
まず、図６（Ａ）に示すように、第１領域１１０と第２領域２１０を含む被エッチング材１０５上にマスク材１０６を形成する。マスク材１０６は、半導体ウェハ上に略均一に形成される。マスク材の材料としては、例えば、レジスト、シリコン酸化膜(ＳｉＯ２)、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等を用いる。第１領域１０１、第２領域１０２におけるマスク材１０６の厚さＨは略同一である。
【００４０】
次に、図６（Ｂ）に示すように、マスク材１０６に対してイオン注入を行うことにより、マスク材１０６にダメージを与える。このとき、第１領域１１０と第２領域２１０とでイオン注入量を調整することにより、第１領域１１０と、第２領域２１０とでマスク材１０６に与えるダメージを調整する。イオン注入量の決定方法については後述する。図１（Ｂ）に示すように、第１領域１１０上のマスク材１０６に、第２領域２１０上のマスク材１０６より大きいドーズ量のイオン注入を行う。なお、第２領域１１０にはイオン注入を行わず、第１領域２１０にイオン注入を行う場合も想定できる。この場合、第２領域のマスク材１０６にはダメージが与えられず、第１領域２１０にはダメージが与えられる。
【００４１】
次に、図６（Ｃ）に示すように、マスク材１０６上にレジスト１０７を形成する。レジスト１０７は、マスク材１０６上に略均一に形成する。
【００４２】
次に、図６（Ｄ）に示すように、リソグラフィによりレジスト１０７をパターニングすることにより、第１領域のレジスト１０７に開口部１１１を形成し、第２領域のレジスト１０７に開口部２１１を形成する。開口部１１１、開口部２１１の底部より、レジスト１０７を露出させる。このとき、このとき、リソグラフィのばらつきにより、開口部１１１と開口部２１１の開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａが、均一とならず、ばらつきが生じる。開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａの開口幅のばらつきは、製造工程に起因するばらつきである。
【００４３】
次に、図６（Ｅ）に示すように、レジスト１０７をマスクとして、開口部１１１と、開口部２１１の底部から露出されたマスク材１０６をエッチングすることにより、マスク材１０６に開口部１１２、開口部２１２を形成する。マスク材１０６のエッチングレートは、マスク材１０６に対するイオン注入量に依存する。イオン注入工程において、第１領域１１０上のマスク材１０６に、第２領域２１０上のマスク材１０６より大きいドーズ量のイオン注入を行ったため、第１領域１１０上のマスク材１０６は、第２領域２１０上のマスク材１０６よりエッチング量が大きい。このため、マスク材１０６をエッチングすることにより第１領域１１０に形成される開口部１１１のテーパー角θ１は、第２領域２１０に形成される開口部２１１のテーパー角θ２より小さくなる。
【００４４】
開口部１１２は、上端の開口幅Ｗ１ａ、テーパー角θ１、高さＨ（マスク材１０６の厚さ）であり、下端の開口幅Ｗ１ｂは次式で与えられる。
【００４５】
Ｗ１ｂ＝Ｗ１ａ−２Ｈｔａｎθ１ （式４）
一方、開口部２１２は、上端の開口幅Ｗ２ａ、テーパー角θ２、高さＨ（マスク材１０６の厚さ）であり、下端の開口幅Ｗ２ｂは次式で与えられる。
【００４６】
Ｗ２ｂ＝Ｗ１ａ−２Ｈｔａｎθ２ （式５）
（式４）、（式５）に示すように、Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂは、それぞれ、上端の開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａ、テーパー角θ１、θ２により決定される。このため、リソグラフィのばらつきにより、レジストパターン（開口幅Ｗ１ａ、Ｗ２ａ）にばらつきが生じる場合には、開口部１１２、２１２のテーパー角θ１、θ２を調整することにより、開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂを制御することが可能である。本実施例では、リソグラフィのばらつきにより、開口幅Ｗ２ａが、開口幅Ｗ１ａより大きく形成される場合に、開口部１１２、２１２のテーパー角θ１、θ２を調整することにより、開口部１１２、２１２の下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂが均一な開口幅Wとなるように制御することが可能となる。
【００４７】
次に、図６（Ｆ）に示すように、開口部１１２、２１２の底部から露出された被エッチング材１０５をエッチングすることにより、被エッチング材１０５の第１領域１１０に第１パターン１２０を形成し、被エッチング材１０５の第２領域２１０に第２パターン２２０を形成する。次いで、レジスト１０７をエッチング除去する。このとき、第１パターン１２０の線幅は、開口部１１２の下端の開口幅Ｗ１ｂと略同一となり、第２パターン２２０の線幅は、開口部２１２の下端の開口幅Ｗ２ｂと略同一となる。上記したように、本実施例では、開口部１１２、２１２のテーパー角を調整することにより、開口部１１２、２１２の下端の開口幅Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂが均一とすることが可能である。このため、第１パターン１２０の線幅と、第２パターン２２０の線幅とを均一とすることが可能となる。
【００４８】
次に、図７、図８、図９を参照して、マスク材へのイオン注入のドーズ量を決定する手順について説明する。図７は、本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入のドーズ量を決定する手順のフローチャートである。図８は、本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において、イオン注入量を算出する工程の一部を示した断面図である。図９は、本発明の実施例２に係る半導体装置の製造方法において用いるマスク材の、イオン注入量とマスク材に形成される開口部のテーパー角との関係を示す模式図である。
【００４９】
まず、図８（Ａ）に示すように、図２に示した前述の半導体装置の製造方法により、半導体ウェハ上に被エッチング材パターンを形成する（ステップ１）。この工程では、予め設定された適当なドーズ量をマスク材にイオン注入してもよいし、イオン注入を行わず、半導体全面で均一な厚みのマスク材を用いてもよい。これにより、マスク材１０６に開口部１１２を形成する。このとき、開口部１１２は、下端の開口幅Ｗａ、テーパー角θａ、高さＨ（マスク材１０６の厚さ）であるとし、被エッチング材パターンの線幅はＷａとなる。
【００５０】
次に、形成した被エッチング材パターンの線幅を線幅測定器により測定する。これにより、半導体ウェハ上の被エッチング材パターンの面内ばらつきを測定する（ステップ２）。この工程により、被エッチング材パターンの線幅Ｗａが測定され、所望の被エッチング材パターンの線幅Ｗｒ（例えば、設計値）との乖離Ｗｄ（＝Ｗｒ−Ｗａ）を算出する。
【００５１】
次に、形成した被エッチング材パターンの線幅の面内ばらつきが許容できるか否かの判断をする（ステップ３）。判断の結果、被エッチング材パターンが許容範囲である場合には、前述のステップ１の工程で用いたイオン注入のドーズ量により、イオン注入条件が決定される（ステップ４）。一方、判断の結果、被エッチング材パターンが許容範囲でない場合には、以下の工程により、イオン注入条件を決定する。
【００５２】
まず、前述の乖離Ｗｄ（＝Ｗｒ−Ｗａ）から、マスク材のテーパー角の補正値を算出する（ステップ５）。マスク材のテーパー角の補正値θｂは、次式で与えられる。
【００５３】
ｔａｎθｂ＝２Ｈ／Ｗｄ （式６）
Ｈは、前述したように、マスク材の厚みである。
【００５４】
次に、マスク材に形成する開口部１１２のテーパー角をθｂとするために。マスク材に注入するイオン注入量を算出する（ステップ６）。図９に示す、マスク材のイオン注入量と
マスク材に形成する開口部１１２のテーパー角θとの関係を予め取得しておくことにより、マスク材に形成する開口部１１２のテーパー角θｂとするために、マスク材に注入するイオン注入量を算出する。
【００５５】
次に、算出されたイオン注入量を用いて、図８（Ｂ）に示すように、図２に示した前述の半導体装置の製造方法により、半導体ウェハ上に被エッチング材パターンを形成する（ステップ１）。このとき、開口部１１２は、テーパー角θｂ、高さＨ、下端の開口幅Ｗｒとなり、被エッチング材パターンの線幅はＷｒとなる。
【００５６】
次に、図４（Ｂ）のように形成された被エッチング材パターンの線幅Ｗｒを測定し（ステップ２）、被エッチング材パターンの線幅の面内ばらつきが許容範囲であるか否かの判断を行い（ステップ３）、許容範囲であると判断した場合には、ステップ６により算出したイオン注入量を、マスク材に対するイオン注入量として決定する（ステップ４）。
【００５７】
次に、決定されたイオン注入量を用い、被エッチング材のパターニングを含む半導体装置の製造を行う（ステップ７）。
【００５８】
以上のように、被エッチング材上に形成されたマスク材にイオン注入を行い、マスク材に形成する開口部のテーパー角を半導体ウェハ面内で調整することにより、被エッチング材に形成するパターンの線幅の面内ばらつきを抑制し、かつ、所望の線幅のパターンを形成可能な半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
【００５９】
なお、前述した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良されうると共に、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、本実施例では、レジスト１０７として、ポジ型レジストを用いているが、ネガ型レジストであってもよい。この場合、レジスト１０７をマスク材としたエッチング後のマスク材１０６は、実施例に示すマスク材１０６のマスク材が残る部分と、エッチング除去される部分（開口部１１２、２１２）とが反転した構造となる。この場合についても、前述の実施例の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６０】
１００ 半導体ウェハ
１０１、１０２ 半導体チップ形成領域
１０５ 被エッチング材
１０６ マスク材
１０７ レジスト
１１０ 第１領域
２１０ 第２領域
１１１、１１２、２１１、２１２ 開口部
１２０ 第１パターン
２２０ 第２パターン
Ｗ１ａ、Ｗ２ａ 上端の開口幅
Ｗ１ｂ、Ｗ２ｂ 下端の開口幅
θ１、θ２ テーパー角
Ｈ、Ｈ１、Ｈ２ 厚さ（高さ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被エッチング材の第１領域に第１パターンを、第２領域に第１パターンと等価な第２パターンを形成する工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記第１領域と前記第２領域を含む前記被エッチング材上にマスク材を形成する工程と、
前記第１領域上の前記マスク材に前記第２領域上の前記マスク材より大きいドーズ量のイオン注入を行う工程と、
前記マスク材をウェットエッチングすることにより、前記第１領域の前記マスク材の膜厚と、前記第２領域の前記マスク材の膜厚とを、前記イオン注入のドーズ量に応じた膜厚とする工程と、
前記マスク材上にレジストを形成する工程と、
前記レジスト及び前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第１開口部を形成し、前記第２領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第２開口部を形成する工程と、
前記第１開口部及び前記第２開口部から露出した前記被エッチング材をドライエッチングすることにより、前記第１領域に第１パターンを形成し、前記第２領域に第２パターンを形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１開口部のテーパー角と、前記第２開口部のテーパー角とが略同一であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
被エッチング材の第１領域に第１パターンを、第２領域に第１パターンと等価な第２パターンを形成する工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記第１領域と前記第２領域を含む前記被エッチング材上にマスク材を形成する工程と、
前記第１領域上の前記マスク材に前記第２領域上の前記マスク材より大きいドーズ量のイオン注入を行う工程と、
前記マスク材上にレジストを形成する工程と、
前記レジスト及び前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第１開口部を形成し、前記第２領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出し、前記第１開口部のテーパー角より大きいテーパー角を有する、第２開口部を形成する工程と、
前記第１開口部及び前記第２開口部から露出した前記被エッチング材をドライエッチングすることにより、前記第１領域に第１パターンを形成し、前記第２領域に第２パターンを形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１】
被エッチング材の第１領域に第１パターンを、第２領域に第１パターンと等価な第２パターンを形成する工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記第１領域と前記第２領域を含む前記被エッチング材上にマスク材を形成する工程と、
前記第１領域上の前記マスク材に前記第２領域上の前記マスク材より大きいドーズ量のイオン注入を行う工程と、
前記マスク材をウェットエッチングすることにより、前記第１領域の前記マスク材の膜厚と、前記第２領域の前記マスク材の膜厚とを、前記イオン注入のドーズ量に応じた膜厚とする工程と、
前記マスク材上にレジストを形成する工程と、
前記レジスト及び前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第１開口部を形成し、前記第２領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第２開口部を形成する工程と、
前記第１開口部及び前記第２開口部から露出した前記被エッチング材をドライエッチングすることにより、前記第１領域に第１パターンを形成し、前記第２領域に第２パターンを形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１開口部のテーパー角と、前記第２開口部のテーパー角とが略同一であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
被エッチング材の第１領域に第１パターンを、第２領域に第１パターンと等価な第２パターンを形成する工程を備える半導体装置の製造方法であって、
前記第１領域と前記第２領域を含む前記被エッチング材上にマスク材を形成する工程と、
前記第１領域上の前記マスク材に前記第２領域上の前記マスク材より大きいドーズ量のイオン注入を行う工程と、
前記マスク材上にレジストを形成する工程と、
前記レジスト及び前記マスク材をパターニングすることにより、前記第１領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出する第１開口部を形成し、前記第２領域のマスク材に底部に前記被エッチング材が露出し、前記第１開口部のテーパー角より大きいテーパー角を有する、第２開口部を形成する工程と、
前記第１開口部及び前記第２開口部から露出した前記被エッチング材をドライエッチングすることにより、前記第１領域に第１パターンを形成し、前記第２領域に第２パターンを形成する工程と、
を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２（Ａ）】
【図２（Ｂ）】
【図２（Ｃ）】
【図２（Ｄ）】
【図２（Ｅ）】
【図２（Ｆ）】
【図２（Ｇ）】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（Ａ）】
【図６（Ｂ）】
【図６（Ｃ）】
【図６（Ｄ）】
【図６（Ｅ）】
【図６（Ｆ）】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２（Ａ）】
【図２（Ｂ）】
【図２（Ｃ）】
【図２（Ｄ）】
【図２（Ｅ）】
【図２（Ｆ）】
【図２（Ｇ）】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６（Ａ）】
【図６（Ｂ）】
【図６（Ｃ）】
【図６（Ｄ）】
【図６（Ｅ）】
【図６（Ｆ）】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２３６１１（Ｐ２０１１−２３６１１Ａ）
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６８２２２（Ｐ２００９−１６８２２２）
【出願日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月３日（２０１１．２．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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