(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理体の被処理面上に薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、
前記薄膜を形成する際、前記被処理体の被処理面に対して、
(１)  前記薄膜の原料となる薄膜原料ガスと、
(２)  前記薄膜を異方性エッチングする際に前記薄膜に生ずる凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、
前記薄膜中に前記側壁保護膜の原料となる元素を添加しながら、前記薄膜を前記被処理体の被処理面上に形成し、
前記薄膜を異方性エッチングする際、前記被処理体の前記被処理面に対して、
(３)  前記薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、
(４)  前記側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、
(５)  さらに、前記異方性エッチングされている前記薄膜から、前記側壁保護膜の原料となる元素を放出させ、
前記凹部の側壁上に前記側壁保護膜を形成しながら、前記薄膜を異方性エッチングすることを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項２】
被処理体の被処理面上に、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、
前記薄膜を異方性エッチングする際、前記被処理体の被処理面に対して、
(６)  前記薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、
(７)  前記凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、
(８)  さらに、前記異方性エッチングされている前記薄膜から、前記側壁保護膜の原料となる元素を放出させ、
前記凹部の側壁上に前記側壁保護膜を形成しながら、前記薄膜を異方性エッチングすることを特徴とする薄膜の形成方法。
【請求項３】
前記薄膜は、前記側壁保護膜の原料となる元素を含有したシリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の形成方法。
【請求項４】
前記シリコン膜は、アモルファスであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜の形成方法。
【請求項５】
前記(２)および前記(４)に記載される前記側壁保護膜原料ガスは、酸素を含むガスであることを特徴とする請求項３は請求項４に記載の薄膜の形成方法。
【請求項６】
前記薄膜は、酸素を含有したシリコン膜であり、
前記酸素を含有したシリコン膜に含まれる酸素の割合は、２ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜の形成方法。
【請求項７】
前記酸素を含むガスは、さらに窒素を含むことを特徴とする請求項５に記載の薄膜の形成方法。
【請求項８】
前記薄膜は、酸素および窒素を含有したシリコン膜であり、
前記酸素および窒素を含有したシリコン膜に含まれる酸素の割合は、２ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜の形成方法。
【請求項９】
前記(２)に記載される前記側壁保護膜原料ガスと、前記(４)に記載される前記側壁保護膜原料ガスとは異なることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１０】
前記薄膜は、前記側壁保護膜の原料となる元素を含有したシリコン膜であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜の形成方法。
【請求項１１】
前記薄膜は、ハードマスク膜として使用されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体集積回路装置の微細化および三次元化が進展している。微細化および三次元化が進展した半導体集積回路装置においては、例えば、トレンチ、ヴィアおよび溝などに代表されるホール状やライン状の深い凹部、いわゆる“高アスペクト比の凹部”が、加工対象構造体や薄膜に形成される。しかし、高アスペクト比の凹部を形成するためには、フォトリソグラフィ法を用いて形成したレジストマスク膜だけでは、加工対象構造体や薄膜に対して充分なエッチング選択比を確保することが難しくなってきている。
【０００３】
そこで、高アスペクト比の凹部を形成するために、例えば、特許文献１に記載されているように、レジストマスク膜を用いてハードマスク膜を形成し、そして、形成されたハードマスク膜をマスクに用いて加工対象構造体や薄膜を異方性エッチングする手法が採用されている。
【０００４】
また、凹部の高アスペクト比化が進むと、加工対象構造体や薄膜に形成される凹部の側壁にもエッチングが進行し、凹部の側壁が“弓状”に変形する、いわゆる“ボーイング”と呼ばれる現象が顕著になる。
【０００５】
このようなボーイングの発生を抑制する手法の一つとして、例えば、特許文献２に記載されているように、加工対象構造体や薄膜を異方性エッチングする際に、加工対象構造体や薄膜に生ずる凹部の側壁をエッチングから保護する側壁保護膜を形成するための側壁保護膜原料ガスを、エッチングガスとともに供給することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２０４６５２号公報
【特許文献２】特開２０１４−１７４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２においては、加工対象構造体や薄膜を異方性エッチングする際に加工対象構造体や薄膜に生ずる凹部の側壁をエッチングから保護する側壁保護膜を形成するための側壁保護膜原料ガスを、エッチングガスとともに供給する。これにより、高アスペクト比化が進んだ凹部であっても、ボーイングの発生を抑制しつつ形成することができる。
【０００８】
しかしながら、電子機器、例えば、半導体集積回路装置の更なる微細化および三次元が進み、加工対象構造体や、加工対象である薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展すると、たとえ側壁保護膜原料ガスを供給したとしても、側壁保護膜原料ガスが凹部の奥深くまで届きにくくなる。このため、凹部の奥深くにおいては、ボーイングの発生を抑制することが難しくなることが懸念されている。
【０００９】
この発明は、加工対象である薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制することが可能となる薄膜の形成方法を提供する。
【００１０】
また、この発明は、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、上記薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制しつつ、上記凹部を形成することが可能な薄膜の形成方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明の第１の態様に係る薄膜の形成方法は、被処理体の被処理面上に薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、前記薄膜を形成する際、前記被処理体の被処理面に対して、(１)前記薄膜の原料となる薄膜原料ガスと、(２)前記薄膜を異方性エッチングする際に前記薄膜に生ずる凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、前記薄膜中に前記側壁保護膜の原料となる元素を添加しながら、前記薄膜を前記被処理体の被処理面上に形成し、前記薄膜を異方性エッチングする際、前記被処理体の前記被処理面に対して、(３)前記薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、(４)前記側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、(５)さらに、前記異方性エッチングされている前記薄膜から、前記側壁保護膜の原料となる元素を放出させ、前記凹部の側壁上に前記側壁保護膜を形成しながら、前記薄膜を異方性エッチングする。
【００１２】
この発明の第２の態様に係る薄膜の形成方法は、被処理体の被処理面上に、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、前記薄膜を異方性エッチングする際、前記被処理体の被処理面に対して、(６)前記薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、(７)前記凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、(８)さらに、前記異方性エッチングされている前記薄膜から、前記側壁保護膜の原料となる元素を放出させ、前記凹部の側壁上に前記側壁保護膜を形成しながら、前記薄膜を異方性エッチングする。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、加工対象である薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制することが可能となる薄膜の形成方法を提供できる。
【００１４】
また、この発明によれば、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、上記薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制しつつ、上記凹部を形成することが可能な薄膜の形成方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態に係る薄膜の形成方法のシーケンスの一例を示す流れ図
【図２Ａ】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図２Ｂ】図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図３】膜の原子組成を示す図
【図４】この発明の一実施形態に係る薄膜の形成方法のシーケンスの他例を示す流れ図
【図５Ａ】図４に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図５Ｂ】図４に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図
【図６Ａ】参考例に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図
【図６Ｂ】参考例に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図
【図６Ｃ】参考例に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図
【図７Ａ】一実施形態に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図
【図７Ｂ】一実施形態に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図
【図７Ｃ】一実施形態に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図
【図８】膜の特性を示す図
【図９】凹部のアスペクト比を説明するための図
【図１０Ａ】一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜をマスクに用いたエッチングの状態を概略的に示す断面図
【図１０Ｂ】一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜をマスクに用いたエッチングの状態を概略的に示す断面図
【図１０Ｃ】一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜をマスクに用いたエッチングの状態を概略的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。
【００１７】
（薄膜の形成方法：薄膜の成膜）
図１はこの発明の一実施形態に係る薄膜の形成方法のシーケンスの一例を示す流れ図、図２Ａおよび図２Ｂは図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
【００１８】
まず、図１中のステップ１に示すように、被処理体を成膜装置の処理室に搬入する。被処理体としては、図２Ａに示すように、例えば、シリコンウエハ（以下ウエハという）１が準備される。本例のウエハ１上には、シリコン酸化物膜、例えば、ＳｉＯ２膜２が形成されている。本例の被処理面はＳｉＯ２膜２が形成された面となる。
【００１９】
次に、図１中のステップ２に示すように、薄膜を被処理体の被処理面上に形成する。本例では薄膜をＳｉＯ２膜２の表面上に形成する。薄膜を形成する際には、被処理面に対して、薄膜の原料となる薄膜原料ガスと、側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給する。これにより、薄膜は、その中に側壁保護膜の原料となる元素が添加されながら、被処理面上に形成される。
【００２０】
薄膜原料ガスとしては、シリコンと水素との化合物ガス、例えば、シラン系ガスを挙げることができる。本例では、薄膜原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを用いた。
【００２１】
また、側壁保護膜原料ガスとしては、酸素を含むガス、又は酸素と窒素とを含むガスを挙げることができる。本例では、側壁保護膜原料ガスとしてＮ２Ｏガスを用いた。Ｎ２Ｏガスの場合、側壁保護膜の原料となる元素は、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）となる。また、Ｎ２Ｏガスの他、酸素のみのＯ２ガスも用いることが可能である。
【００２２】
薄膜原料ガスとしてＳｉＨ４ガスを、側壁保護膜原料ガスとしてＮ２Ｏガスを用いることで、図２Ｂに示すように、薄膜として側壁保護膜の原料となる元素を含有したシリコン膜、本例では酸素および窒素含有シリコン膜３が、被処理面であるＳｉＯ２膜２上に成膜される。
【００２３】
ステップ２における処理条件の一例は、
ＳｉＨ４ガス流量：  １５００ｓｃｃｍ  
Ｎ２Ｏガス流量：  ９０ｓｃｃｍ  
処  理  時  間：  ４７１ｍｉｎ  
処  理  温  度：  ５３０℃以下の成膜可能な温度  
処  理  圧  力：  ６０Ｐａ（０．４５Ｔｏｒｒ）  
（本明細書においては１Ｔｏｒｒを約１３３．３Ｐａと定義する）
である。
【００２４】
このような処理条件によれば、酸素および窒素含有シリコン膜３として、Ｓｉ、Ｏ、Ｎをそれぞれ
Ｓｉ：  約８９〜９１ａｔ％  
Ｏ  ：  約９〜１１ａｔ％  
Ｎ  ：  約０．００５〜０．０１ａｔ％  
程度に含有した、膜厚が５００ｎｍ程度の酸素および窒素含有シリコン膜３がＳｉＯ２膜２上に成膜される。また、酸素および窒素含有シリコン膜３は、処理温度、即ち成膜温度を５３０℃以下として成膜されるので、その状態はアモルファスとなる。
【００２５】
（薄膜の原子組成）
図３は、薄膜の原子組成を示す図である。図３には、ＳｉＯ２膜の原子組成と、一実施形態に従って形成された薄膜の概略的な原子組成とが示されている。
【００２６】
図３に示すように、ＳｉＯ２膜の原子組成は“Ｓｉ：Ｏ＝３３．３ａｔ％：６６．７ａｔ％”となる。これに対し、一実施形態に従って形成された薄膜の原子組成は“Ｓｉ：Ｏ＝３３．３ａｔ％：６６．７ａｔ％”にはならず、酸素の組成が６６．７ａｔ％の約１／３以下に減少される。これは薄膜がシリコンに加えて酸素を含有していたとしても、シリコン膜としての特性を維持させるためである。シリコン膜としての特性を維持する酸素含有上限、並びに後述する利点を維持するための酸素含有下限は、以下の通りである。
【００２７】
<<酸素含有上限>>
一実施形態に従って形成された薄膜の酸素含有上限は、例えば、“Ｏ＝２０ａｔ％”である。この場合、上記薄膜の原子組成は“Ｓｉ：Ｏ＝約８０ａｔ％：２０ａｔ％”となる。なお、Ｓｉが約８０％とあるのは、薄膜に、酸素に加えて窒素が含有されてもよいことによる。
【００２８】
<<酸素含有下限>>
また、酸素含有下限は、例えば、“Ｏ＝２ａｔ％”である。この場合、薄膜の原子組成は“Ｓｉ：Ｏ＝約９８ａｔ％：２ａｔ％”となる。ここにおいても、Ｓｉが約９８％とあるのは、薄膜に、酸素に加えて窒素が含有されてもよいことによる。
【００２９】
なお、一実施形態に従って形成された薄膜に酸素を含有させる場合、又は酸素と窒素とを含有させる場合、酸素、又は酸素と窒素とのそれぞれの含有量は、シリコン膜に、酸素と窒素とが含有されてもシリコン膜としての特性が維持される範囲内に調節される。シリコン膜として維持されるべき特性の一例としては、例えば、ＳｉＯ２膜に対するエッチング選択比を、実使用上、支障のない範囲で充分に確保できるかを挙げることができる。もしくはノンドープシリコン膜のＳｉＯ２膜に対するエッチング選択比と同等以上であるか否かを挙げることができる。例えば、本一実施形態では、シリコンは約８９〜９１ａｔ％と薄膜全体の約９／１０の割合を占めており、酸素については約９〜１１ａｔ％と薄膜全体の約１／１０の割合、窒素については約０．００５〜０．０１ａｔ％と、薄膜全体の約１／１００〜１／２００の割合とされている。特に、窒素を含有させる場合には、薄膜全体の約１／１００〜１／２００の割合というように、極めて微量な量だけ含有されるようにしてもよい。
【００３０】
（薄膜の形成方法：薄膜のエッチング）
次に、一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜のエッチングについて説明する。
【００３１】
図４はこの発明の一実施形態に係る薄膜の形成方法のシーケンスの他例を示す流れ図、図５Ａおよび図５Ｂは図４に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。
【００３２】
まず、図４中のステップ３に示すように、被処理体をエッチング装置の処理室に搬入する。被処理体としては、図５Ａに示すように、図１を参照して説明したシーケンスに従って形成された薄膜を有したウエハ１が準備される。本例で、は図２Ｂに示したウエハ１の酸素および窒素含有シリコン膜３上に、例えば、ＳｉＯ２膜４からなるハードマスク膜が形成されたものが準備される。ハードマスク膜であるＳｉＯ２膜４には、トレンチ、ヴィアおよび溝などに代表されるホール状やライン状の開孔パターンとして、凹部５が形成されている。本例の被処理面は、凹部５を有したＳｉＯ２膜４が形成されている面となる。
【００３３】
次に、図４中のステップ４および図５Ｂに示すように、薄膜を異方性エッチングする。異方性エッチングの一例は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）である。薄膜をエッチングする際には、被処理面に対して、薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給する。さらに、異方性エッチングされている薄膜から、側壁保護膜の原料となる元素を放出させる。これにより、側壁保護膜が、異方性エッチングされている薄膜に生じる凹部の側壁上に形成されながら、薄膜が異方性エッチングされる。本例では、ＳｉＯ２膜４をマスクに用いて、酸素および窒素含有シリコン膜３の、凹部５に対応した部分が異方性エッチングされる。これにより、酸素および窒素含有シリコン膜３には、凹部５に対応した凹部６が形成される。
【００３４】
薄膜エッチングガスとしては、シリコンをエッチングすることが可能なガスが選ばれる。そのようなガスの例は、ＨＢｒを含むガス、およびＮＦ３を含むガスである。これらはどちらか一つを単体で被処理面に供給してもよく、双方とも被処理面に供給してもよい。本例では、ＨＢｒを含むガス、およびＮＦ３を含むガスの双方を被処理面に供給した。
【００３５】
また、側壁保護膜原料ガスとしては、酸素を含むガス、又は酸素と窒素とを含むガスを挙げることができる。本例では、側壁保護膜原料ガスとしてＯ２ガスを用いた。Ｏ２ガスの場合、側壁保護膜の原料となる元素は、酸素（Ｏ）となる。
【００３６】
なお、図１中のステップ２において使用した側壁保護膜原料ガスと、図４中のステップ４において使用する側壁保護膜原料ガスは同じ、例えば、ステップ２およびステップ４の双方でＮ２Ｏガス、又はＯ２ガスとしても、本例のようにステップ２ではＮ２Ｏガス、ステップ４ではＯ２ガスのように異ならせてもよい。
【００３７】
ステップ４における処理条件の一例は、
ＨＢｒガス流量：  ５２５ｓｃｃｍ  
ＮＦ３ガス流量：  ３０ｓｃｃｍ  
Ｏ２ガス流量：  １４ｓｃｃｍ  
処  理  時  間：  １３３ｓｅｃ  
処  理  温  度：  ８０℃  
処  理  圧  力：  １７．３Ｐａ（０．１３Ｔｏｒｒ）  
である。
【００３８】
（エッチングのメカニズム）
次に、ステップ４におけるエッチングのメカニズムについて説明する。
【００３９】
図６Ａ〜図６Ｃは参考例に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図、図７Ａ〜図７Ｃは一実施形態に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図である。
【００４０】
<<参考例の場合>>
参考例は、シリコン膜３ａ中に、側壁保護膜の原料となる元素が含まれていない場合である。このような参考例では、図６Ａに示すように、エッチングの初期段階では、薄膜エッチングガス（ＨＢｒ、ＮＦ３）とともに側壁保護膜原料ガス（Ｏ２）が被処理面に供給されている。このため、凹部６の内部で、エッチングされたＳｉとＯとが反応して活性なＳｉＯ＊が生成され、これが凹部６の側壁上に、例えば、シリコン酸化物からなる側壁保護膜６ａを形成する。
【００４１】
しかし、エッチングが進むと、側壁保護膜原料ガス（Ｏ２）が凹部６の奥深くに届きにくくなる。このため、シリコン酸化物からなる側壁保護膜６ａが形成され難くなり、エッチングが進むにつれ、ほぼ形成されなくなる。凹部６の側壁に側壁保護膜６ａが、ほぼ形成されなくなる結果、凹部６の側壁が保護されなくなる。やがて、凹部６の側壁に露出したシリコン膜３ａを、例えば、活性なＦ＊がエッチングしだす。
【００４２】
この結果、図６Ｃ中の参照符号７により示されるように、凹部６には、その側壁が“弓状”に変形する、いわゆる“ボーイング”が発生する。
【００４３】
<<一実施形態の場合>>
これに対し、一実施形態に従って形成された酸素および窒素含有シリコン膜３では、参考例と同様に、薄膜エッチングガス（ＨＢｒ、ＮＦ３）とともに側壁保護膜原料ガス（Ｏ２）が被処理面に供給されているので、図７Ａに示すように、エッチングの初期段階では、例えば、参考例と同様にして、凹部６の側壁上に、シリコン酸化物からなる側壁保護膜６ａが形成される。
【００４４】
さらに、エッチングが進み、図７Ｂに示すように、側壁保護膜原料ガス（Ｏ２）が凹部６の奥深くに届きにくくなったとしても、エッチングされている酸素および窒素含有シリコン膜３から、ＯおよびＮが放出される。このため、凹部６の内部で、放出されたＯ、同じく放出されたＮ、並びにエッチングされたＳｉが反応して、活性なＳｉＯ＊やＳｉＮ＊生成される。これらが凹部６の側壁上に、例えば、シリコン酸化物からなる側壁保護膜６ａを形成しだす。
【００４５】
この結果、図７Ｃに示すように、凹部６の側壁に発生する“ボーイング”が抑制されることとなる。そして、参考例に比較してボーイングが少なく、側壁に、ほぼまっすぐな形状が維持されている凹部６を形成することが可能となる。
【００４６】
このように、一実施形態に係る薄膜の形成方法によれば、加工対象である薄膜に形成される凹部、例えば、トレンチ、ヴィアおよび溝などに代表されるホール状やライン状の深い凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制することが可能となる薄膜の形成方法が得られる、という利点を得ることができる。
【００４７】
また、別の視点からみた一実施形態に係る薄膜の形成方法によれば、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、上記薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制しつつ、上記凹部を形成することが可能な薄膜の形成方法が得られる、という利点についても得ることができる。
【００４８】
（一実施形態に従って形成された薄膜の特性）
図８は、膜の特性を示す図である。図８には、側壁保護膜の原料となる元素が含まれていないノンドープアモルファスシリコン、並びに側壁保護膜の原料となる元素が含まれているＮ２Ｏドープアモルファスシリコンの特性が、それぞれアニール無およびアニール有の場合について示されている。
【００４９】
なお、図８に示すＮ２Ｏドープアモルファスシリコンの原子組成は、おおよそ“Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝約９０ａｔ％：約１０ａｔ％：約０．００５ａｔ％”である。
【００５０】
<<シリコンエッチングレート>>
図８に示すように、シリコンエッチングレートは、ノンドープアモルファスシリコン、およびＮ２Ｏドープアモルファスシリコンの双方とも約６１０ｎｍ／ｍｉｎであった。なお、薄膜エッチングガスは、ノンドープアモルファスシリコン、およびＮ２Ｏドープアモルファスシリコンの双方ともＨＢｒガス＋ＮＦ３ガスである。
【００５１】
このようにＮ２Ｏドープアモルファスシリコンは、ノンドープアモルファスシリコンと同等にエッチングしやすいことが確認された。
【００５２】
<<マスク残量（対ＴＥＯＳ）>>
マスク残量（対ＴＥＯＳ）は、ノンドープアモルファスシリコン、およびＮ２Ｏドープアモルファスシリコンをそれぞれハードマスク膜として用いて、ＴＥＯＳ-ＳｉＯ２膜をエッチングしたとき、どのくらい膜が残るかを調べたものである。
【００５３】
図８に示すように、ノンドープアモルファスシリコンの場合、アニール無で約１５４ｎｍ、アニール有で約１４９ｎｍのマスク残量が確認された。
【００５４】
これに対し、Ｎ２Ｏドープアモルファスシリコンによれば、アニール無で約１７３ｎｍ、アニール有で約１７１ｎｍのマスク残量が確認された。
【００５５】
このように、シリコン膜をマスクに用いてＴＥＯＳを用いて成膜されたシリコン酸化物膜をエッチングする場合、マスクの性能としては、Ｎ２Ｏドープアモルファスシリコンが、ノンドープシリコンに比較して優れている、という結果が見出された。この理由の一つとしては、Ｎ２Ｏドープアモルファスシリコンは、ＮやＯを含有しているため、アモルファスの度合いがノンドープシリコンに比較して、より強くなることを挙げることができる。アモルファスの度合いが強いということは部分的な結晶化が抑制されている、ということである。部分的な結晶化が進行したシリコン膜と、部分的な結晶化が抑制されたシリコン膜とでは、エッチングされる際に、例えば、結晶化した部分において、エッチングが大きく進行することが抑制される。
【００５６】
したがって、部分的な結晶化が抑制されるシリコン膜、即ちアモルファスの度合いが強まるＮ２ＯドープアモルファスシリコンやＯドープアモルファスシリコンによれば、エッチング耐性を強化できる、という利点をも得ることができる。
【００５７】
<<ボーイングＣＤ>>
ボーイングＣＤは、おおよそ５０ｎｍの線幅の凹部をシリコン膜に形成したとき、最終的に得られた凹部の線幅がどの程度になるかを調べたものである。
【００５８】
図８に示すように、アニール無の場合、ノンドープアモルファスシリコンでは約５２．５ｎｍであったものが、Ｎ２Ｏドープアモルファスシリコンによれば約５０．１ｎｍとなった。即ち、約２．５ｎｍのボーイングが約０．１ｎｍにまで改善された。
【００５９】
また、アニール有の場合においても、ノンドープアモルファスシリコンでは約５４．５ｎｍであったものが、Ｎ２Ｏドープアモルファスシリコンによれば約４９．３ｎｍとなった。アニール有の場合においても、約４．５ｎｍのボーイングが約０．７ｎｍにまで改善された。
【００６０】
（凹部のアスペクト比）
次に、この発明を適用するのに好適な凹部のアスペクト比について説明する。
【００６１】
図９は、凹部のアスペクト比を説明するための図である。図９には、凹部の径を“ａ”、凹部の深さを“ｂ”としたときのアスペクト比“ｂ／ａ”について“５”、“１０”、“２０”および“３０”の場合が示されている。
【００６２】
上述したように、トレンチ、ヴィアおよび溝などに代表されるホール状やライン状の凹部の高アスペクト比化が進むと、ボーイングが発生しやすくなる。このメカニズムは、図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明した通りである。ボーイングは、おおよそアスペクト比が“１０”を超えると発生しだし、アスペクト比が“２０”、“３０”…というように大きくなるにつれ、顕著になる。
【００６３】
これに対し、一実施形態に係る薄膜の形成方法にしたがって形成された薄膜によれば、この薄膜をエッチングしているとき、薄膜中から、凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素が放出される。このため、凹部のアスペクト比が“１０”、“２０”、“３０”…というように、高アスペクト比化が進んだとしても、凹部の側壁にボーイングの発生を抑制できる。
【００６４】
したがって、一実施形態に係る薄膜の形成方法は、薄膜に、アスペクト比が“１０”以上の有限値となる凹部を形成する場合に、好適に適用することができる。より好ましくはアスペクト比が“２０”以上の有限値となる凹部を形成する場合、さらに好ましくはアスペクト比が“３０”以上の有限値となる凹部を形成する場合に適用されると、なおよい。
【００６５】
（薄膜の適用例）
一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜は、凹部の側壁にボーイングが発生し難い。このため、エッチング後においても、優れた形状を持つ凹部を維持することができる。このような優れた形状を持つ凹部を有した薄膜は、例えば、ハードマスク膜として使用することが可能である。
【００６６】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜をマスクに用いたエッチングの状態を概略的に示す断面図である。
【００６７】
図１０Ａには、ＳｉＯ２膜２上に、凹部６を有した酸素および窒素含有シリコン膜３が示されている。この状態で、図１０Ｂに示すように、酸素および窒素含有シリコン膜３をハードマスク膜に用いてＳｉＯ２膜２を異方性エッチングする。これにより、凹部６よりも、さらに大きいアスペクト比を有した凹部８が、ＳｉＯ２膜２に形成される。次に、図１０Ｃに示すように、酸素および窒素含有シリコン膜３を除去する。
【００６８】
このように、一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜は、下層にある薄膜や加工対象構造体をエッチングするときのハードマスクとして、好適に適用することができる。
【００６９】
以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は、上記一実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一のものでもない。
【００７０】
例えば、上記一実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。
【００７１】
また、上記一実施形態においては、薄膜としてシリコン膜を例示したが、薄膜はシリコン膜に限られるものではない。薄膜は、その中に薄膜を異方性エッチングする際に前記薄膜に生ずる凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含まれれば、半導体、導電体、および絶縁体のいずれにも用いることができる。
【００７２】
その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１…シリコンウエハ、２…ＳｉＯ２膜、３…酸素および窒素含有シリコン膜、４…ＳｉＯ２膜、５…凹部、６…凹部、６ａ…側壁保護膜、８…凹部。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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