(57)【要約】【課題】凹部に塗布されたレジストの露光不足を解消できる半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置の製造方法では、第１屈折率ｎ１を有する第１絶縁膜１３が、半導体層１１に形成された凹部１２の側面および底面に形成される。第１屈折率ｎ１より大きい第２屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜１４が、凹部１２の側面であって第１絶縁膜１３上に形成される。第２屈折率ｎ２より小さい第３屈折率ｎ３を有するレジスト膜１５が、凹部１２を埋め込むように第１絶縁膜１３および第２絶縁膜１４上に形成される。レジスト膜１５に光１６を照射し、凹部１２に埋め込まれたレジスト膜１５を上方から入射する光１６ａおよび第２絶縁膜１４中を導光されて下方から入射する光１６ｂにより露光する。露光されたレジスト膜１５を現像する。【選択図】  図３
2012164920.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層に形成された凹部の側面および底面に第１屈折率を有する第１絶縁膜を形成する工程と、
前記凹部の側面であって前記第１絶縁膜上に前記第１屈折率より大きい第２屈折率を有する第２絶縁膜を形成する工程と、
前記凹部を埋め込むように前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜上に前記第２屈折率より小さい第３屈折率を有するレジスト膜を形成する工程と、
前記レジスト膜に光を照射し、前記凹部に埋め込まれた前記レジスト膜を上方から入射する前記光および前記第２絶縁膜中を導光されて下方から入射する前記光により露光する工程と、
前記レジスト膜を現像する工程と、
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２絶縁膜中を導光される前記光は、前記第２絶縁膜と前記第１絶縁膜との第１界面および前記第２絶縁膜と前記レジスト膜との第２界面で全反射を繰り返しながら前記第２絶縁膜内を前記凹部の底面に向かって伝播し、前記第２絶縁膜の端面を透過して、前記端面に接する前記第１絶縁膜に入射し、前記第１絶縁膜と前記半導体層との第３界面で反射して前記底面から前記第１絶縁膜に接する前記レジスト膜に入射す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。
【請求項３】
前記半導体層がシリコンであり、前記第１絶縁膜がシリコン酸化膜であり、前記第２絶縁膜が二酸化シリコンを含有するポリシロキサン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。
【請求項４】
前記凹部が、ホール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。
【請求項５】
前記レジストがポジレジストまたはネガレジストであり、前記現像後に、前記凹部に埋め込まれた前記レジスト膜が除去または残置され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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程の中で、半導体基板に形成されたホールを埋め込むようにレジストが塗布され、ホール内に埋め込まれたレジスト膜が露光、現像される工程がある。
【０００３】
露光工程では、露光光は上方からレジスト膜に入射し、レジスト膜に吸収されながらホールの底部に向かう。ホールが深くなると、ホールの底部のレジスト膜に露光光が十分に届かなくなり、ホールの底部のレジスト膜が露光不足になるという問題がある。
【０００４】
現像工程では、レジスト膜がポジレジストの場合、露光不足のポジレジスト膜はホールの底部に残置され、レジスト残渣が発生する問題がある。レジスト膜がネガレジストの場合、露光不足のネガレジスト膜は、キュア後にボイドや剥離を生じる問題がある。
【０００５】
ホール底部のレジスト残渣は、その後の製造工程でホール内に導電材などを充填する工程の妨げになる。ホール底部のレジスト膜のボイドや剥離は、レジストの保護膜としての機能を低下させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２８８２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、凹部に塗布されたレジストの露光不足を解消できる半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一つの実施形態によれば、半導体装置の製造方法では、第１屈折率を有する第１絶縁膜が、半導体層に形成された凹部の側面および底面に形成される。前記第１屈折率より大きい第２屈折率を有する第２絶縁膜が、前記凹部の側面であって前記第１絶縁膜上に形成される。前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜上に前記第２屈折率より小さい第３屈折率を有するレジスト膜が、前記凹部を埋め込むように形成される。前記レジスト膜に光が照射され、前記凹部に埋め込まれた前記レジスト膜は上方から入射する前記光および前記第２絶縁膜中を導光されて下方から入射する前記光により露光される。露光された前記レジスト膜が現像される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係る半導体装置の製造工程の要部を順に示す断面図。
【図２】実施例１に係る半導体装置の製造工程の要部を順に示す断面図。
【図３】実施例１に係る凹部に埋め込まれたレジストの露光状態を説明するための図。
【図４】実施例１に係る比較例の半導体装置の製造工程の要部を順に示す断面図。
【図５】実施例１に係る別の凹部を示す断面図。
【図６】実施例２に係る半導体装置の製造工程の要部を順に示す断面図。
【図７】実施例２に係る比較例の半導体装置の製造工程の要部を順に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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】
【００１１】
本実施例に係る半導体装置の製造方法について図１乃至図３を用いて説明する。図１および図２は本実施例の半導体装置の製造工程の要部を順に示す断面図、図３はレジストの露光状態を説明するための図である。
【００１２】
本実施例は、リソグラフィ工程で半導体基板に形成されたホール内にポジレジストが塗布され、露光・現像処理によりホール内に塗布されたポジレジストが除去されるときに、ホールの底部のレジストの露光不足を解消する場合の例である。
【００１３】
図１（ａ）に示すように、半導体基板１１（半導体層）にホール（凹部）１２が形成されている。ホール１２は、例えば半導体基板１１に開口を有するマスク材を形成し、このマスク材を用いてＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により半導体基板１１を異方性エッチングすることにより形成されている。
【００１４】
図１（ｂ）に示すように、ホール１２の内面（側面および底面）および半導体基板１１の表面に第１屈折率ｎ１を有する第１絶縁膜１３をコンフォーマルに形成する。第１絶縁膜１３は、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によるシリコン酸化膜である。シリコン酸化膜の露光光、例えば波長５５０ｎｍの光に対する第１屈折率ｎ１は、約１．４である。
【００１５】
次に、図１（ｃ）に示すように、ホール１２の側面上の第１絶縁膜１３および半導体基板１１上の第１絶縁膜１３に第１屈折率ｎ１より大きい第２屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜１４をコンフォーマルに形成する。
【００１６】
第２絶縁膜１４は、例えばスプレー法またはインクジェット法により塗布された二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含有するポリシロキサンである。ＳｉＯ２を含有するポリシロキサンの露光光に対する第２屈折率ｎ２は、ＳｉＯ２の含有量によって変化するが約１．８から２．０の間にある。スプレー法またはインクジェット法により、ポリシロキサンをホール１２の側壁にのみ形成することができる。
【００１７】
ポリシロキサンとは、化学的にはジメチルジクロロシランをはじめとする各種のシラン類を加水分解し、生成したシラノール（R3Si-OH）が脱水縮合したオリゴマー、ポリマーのことである。モノマーが１０(または２０)以下の比較的低分子のものは、ポリシロキサンまたは単にシロキサンと呼ばれる。シロキサン結合はバンドギャップが大きいため、透明性および電気絶縁性が比較的高く、絶縁耐力に優れている。
【００１８】
次に、図２（ａ）に示すように、リソグラフィ工程において第２絶縁膜１４上に第２屈折率ｎ２より小さい第３屈折率ｎ３を有するポジレジストが塗布される。このとき、ホール１２を埋め込むように第２絶縁膜１４上にポジレジスト膜１５が形成される。ポジレジスト膜１５の露光光に対する第３屈折率ｎ３は、約１．５から１．８の間にある。
【００１９】
これにより、ホール１２の側面に沿って第２屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜１４が、第１屈折率ｎ１を有する第１絶縁膜１３および第３屈折率ｎ３を有するポジレジスト膜１５で挟まれた導光構造が形成される（ｎ１、ｎ３＜ｎ２）。
【００２０】
ここでは、第２絶縁膜１４の膜厚は、露光光の波長より十分に大きいものとする。この導光構造では、光は幾何光学的に導光される。第３屈折率ｎ３は、第１屈折率ｎ１より大きくても小さくても構わないが、第１屈折率と略等しいことが好ましい。
【００２１】
次に図２（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程においてポジレジスト膜１５に光１６が照射され、ポジレジスト膜１５が露光される。このときのホール１２内のポジレジスト膜１５の露光状態を、図３を用いて説明する。
【００２２】
図３に示すように、ホール１２に埋め込まれたポジレジスト膜１５はポジレジスト膜１５に照射された露光光１６のうち、上方から入射する露光光１６ａおよび第２絶縁膜１４中を導光されて下方から入射する露光光１６ｂにより露光される。
【００２３】
ポジレジスト膜１５に上方から入射した露光光１６ａは、ポジレジスト膜１５に吸収されながらホール１２の底部に向かう。ホールの深さＤが深いため、ホール１２の底部のポジレジスト膜１５に露光光１６ａが十分に届かなくなり、ホールの底部のポジレジスト膜１５が露光不足になる。
【００２４】
一方、ポジレジスト膜１５を透過して第２絶縁膜１４に入射した露光光１６ｂは、第２絶縁膜１４と第１絶縁膜１３との第１界面２１および第２絶縁膜１４とポジレジスト膜１５との第２界面２２で全反射を繰り返しながら、第２絶縁膜１４内をホール１２の底部に向かって導光される。第２絶縁膜１４による光吸収は、ポジレジスト膜１５による光吸収より十分少ない。
【００２５】
導光された露光光１６ｂは第２絶縁膜１４の端面１４ａを透過して、端面１４ａに接する第１絶縁膜１３に入射し、第１絶縁膜１３と半導体基板１１との第３界面２３で反射して底面から第１絶縁膜１３に接するポジレジスト膜１５に入射する。その結果、ホール１２の底部のポジレジスト膜１５を、十分に露光することが可能である。
【００２６】
図２に戻って、リソグラフィ工程において露光されたポジレジスト膜１５が現像されると、図２（ｃ）に示すように、露光されたポジレジスト膜１５は除去され、図１（ｃ）に示すポジレジスト膜１５が塗布される前の状態に戻る。
【００２７】
以後、ホール１２に対する処理を含む製造工程が継続され、半導体装置が製造される。上述したリソグラフィ工程で、ホール１２に塗布されたポジレジスト膜１５はきれいに除去されているので、その後の工程になんら支障をきたさない。
【００２８】
図４は比較例の半導体装置の製造工程の要部を示す断面図である。ここで比較例とはホールの側面であって第１絶縁膜上に第２絶縁膜が形成されない半導体装置の製造方法のことである。
【００２９】
図４（ａ）に示すように、リソグラフィ工程において内面にコンフォーマルに第１絶縁膜１３が形成されたホール１２を埋め込むようにポジレジスト膜１５が形成される。ポジレジスト膜１５に光１６が照射され、ポジレジスト膜１５が露光される。
【００３０】
このとき、上述したようにホール１２の底部のポジレジスト膜１５が露光不足になり、露光不足部３１が生じる。露光不足部３１は、ホール１２の底部の外周に沿って発生しやすい。ホール１２の底部の外周は、ホール１２の上部の側面の影領域になり易いためである。
【００３１】
次に、図４（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程において露光されたポジレジスト膜１５が現像される。このとき、露光されたポジレジスト膜１５は除去されるが、露光不足部３１のポジレジスト膜１５は残置され、レジスト残渣３２となる。レジスト残渣３２があると、ホール１２に対する処理を含む製造工程において、なんらかの障害が生じる。
【００３２】
以上説明したように、本実施例の半導体装置の製造方法では、ホール１２の側面に沿って第２屈折率ｎ２を有する第２絶縁膜１４が、第１屈折率ｎ１を有する第１絶縁膜１３および第３屈折率ｎ３を有するポジレジスト膜１５で挟まれた導光構造を形成している（ｎ１、ｎ３＜ｎ２）。
【００３３】
その結果、ホール１２に埋め込まれたポジレジスト膜１５は上方から入射する露光光１６ａおよび第２絶縁膜１４中を導光されて下方から入射する露光光１６ｂにより露光される。従って、凹部に塗布されたレジストの露光不足を解消できる半導体装置の製造方法が得られる。
【００３４】
ここでは、凹部がホール１２である場合について説明したが、これに限定されること無くその他の凹部、例えばトレンチにも同様に適用することができる。また、凹部の側面が半導体層に対して末広がり状に傾斜していても構わない。
【００３５】
図５は、半導体層に対して末広がり状に傾斜した側面を有する凹部を示す断面図で、図５（ａ）は側面が半導体基板１１の内部から表面に向かって末広がり状に傾斜した凹部４１を示す断面図、図５（ｂ）は側面が半導体基板１１の表面から内部に向かって末広がり状に傾斜した凹部４２を示す断面図である。凹部４１は順テーパ状であり、凹部４２は逆テーパ状である。
【００３６】
凹部４１は、例えば、リソグラフィ法にてフォーカスおよび露光量を制御することにより順テーパ状の開口を有するレジスト膜を形成し、このレジスト膜をマスクとし半導体基板をＲＩＥ法により異方性エッチングすることにより形成する。また、順テーパ状の開口を有するレジスト膜はインプリント法により形成することもできる。凹部４２についても同様である。
【００３７】
第２絶縁膜１４がＳｉＯ２を含有するポリシロキサンである場合について説明したが、透明性および電気絶縁性が高く、屈折率が第１絶縁膜１３およびポジレジスト膜１５より高いその他の材料でも構わない。
【００３８】
例えば、二酸化チタン（ＴｉＯ２）を含有するポリシロキサン、ＴｉＯ２を含有するポリイミド、ＴｉＯ２を含有するアクリル、ＴｉＯ２を含有するアクリルエポキシ、またはポリベンゾオキサゾールトレンチなどである。ＴｉＯ２を含有するポリシロキサンでは、ＳｉＯ２を含有するポリシロキサンより高い屈折率が得られる。
【００３９】
第２絶縁膜１４の膜厚が露光光の波長より十分大きく、露光光１６ｂが幾何光学的に導光される場合について説明したが、第２絶縁膜１４の膜厚が露光光１６ｂの波長と同程度であっても構わない。
【００４０】
その場合、露光光１６ｂは波動光学的に導光されるので、凹部の形状を図５（ａ）に示す順テーパ状にするとよい。角部が鈍角のほうが、露光光１６ｂの伝搬ロスを少なくすることができるためである。
【実施例２】
【００４１】
本実施例に係る半導体装置の製造方法について図６を用いて説明する。図６は半導体装置の製造工程の要部を示す断面図である。本実施例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。本実施例が実施例１と異なる点は、レジストをネガレジストとしたことにある。
【００４２】
即ち、図６（ａ）に示すように、リソグラフィ工程において第２絶縁膜１４上に第２屈折率ｎ２より小さい第３屈折率ｎ３を有するネガレジストが塗布される。このとき、ホール１２を埋め込むように第２絶縁膜１４上にネガレジスト膜５０が形成される。
【００４３】
次に、ネガレジスト膜５０に光１６が照射され、ネガレジスト膜５０が露光される。このときのホール１２内のネガレジスト膜５０の露光状態は、図３と同様であり、ホール１２の底部のネガレジスト膜５０は十分に露光される。ネガレジスト膜５０は露光により架橋される。
【００４４】
次に、図６（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程において露光されたネガレジスト膜５０が現像されると、露光されたネガレジスト膜５０は除去されないので、そのままホール１２内に残置され、ホール１２を埋め込んでいる。
【００４５】
以後、製造工程が継続され、半導体装置が製造される。リソグラフィ工程でホール１２に塗布されたネガレジスト膜５０は、その後の工程、例えばＲＩＥ工程、イオン注入工程において、ホール１２の保護膜として機能する。
【００４６】
具体的には、ＲＩＥ工程でホール１２が削られたくない場合、イオン注入工程でホール１２の内面に不純物を導入したくない場合などである。ネガレジスト膜５０としては、例えばソルダーレジスト膜などがあげられる。
【００４７】
図７は比較例の半導体装置の製造工程の要部を示す断面図である。図７（ａ）に示すように、リソグラフィ工程において内面にコンフォーマルに第１絶縁膜１３が形成されたホール１２を埋め込むようにネガレジスト膜５０が形成される。ネガレジスト膜５０に光１６が照射され、ネガレジスト膜５０が露光される。
【００４８】
このとき、上述したようにホール１２の底部のネガレジスト膜５０が露光不足になり、露光不足部６１が生じる。
【００４９】
次に、図７（ｂ）に示すように、リソグラフィ工程において露光されたネガレジスト膜５０が現像されると、露光されたネガレジスト膜５０は残置される。一方、露光不足部６１のネガレジスト膜５０は現像液に触れないので、除去されずにそのまま残置される。然し、架橋していないのでキュア後に空隙６２が生じる。更に、露光されたネガレジスト膜５０がホール１２の側面から剥離する場合もある。
【００５０】
露光されたネガレジスト膜５０は、空隙６２、側面からの剥離が生じると、その後の工程、例えばＲＩＥ工程、イオン注入工程において、ホール１２の保護膜としての機能が低下し、なんらかの障害が生じることになる。
【００５１】
以上説明したように、本実施例の半導体装置の製造方法では、レジストをネガレジストとしている。リソグラフィ工程においてホール１２内に塗布されたネガレジスト膜５０は現像・露光後に、ホール１２内に残置されるので、ホール１２の保護膜として機能させることができる利点がある。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５３】
本発明は、以下の付記に記載されているような構成が考えられる。  
（付記１）  前記凹部の側面が、前記半導体層に対して末広がり状に傾斜している請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【００５４】
（付記２）  前記第２絶縁膜を、スプレー法またはインクジェット法により形成する請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【００５５】
（付記３）  前記凹部が、トレンチである請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【００５６】
（付記４）  前記第２絶縁膜が、二酸化チタンを含有するポリシロキサン、二酸化チタンを含有するポリイミド、二酸化チタンを含有するアクリル、二酸化チタンを含有するアクリルエポキシ、またはポリベンゾオキサゾールトレンチである請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００５７】
１１  半導体基板（半導体層）
１２  ホール（凹部）
１３  第１絶縁膜
１４  第２絶縁膜
１５  ポジレジスト膜
１６  光
１４ａ  端面
１６ａ、１６ｂ  露光光
２１  第１界面
２２  第２界面
２３  第３界面
３１、６１  露光不足部
３２  レジスト残渣
４１、４２  凹部
５０  ネガレジスト膜
６２  空隙
【図１】
2012164920.tif 000003
【図２】
2012164920.tif 000004
【図３】
2012164920.tif 000005
【図４】
2012164920.tif 000006
【図５】
2012164920.tif 000007
【図６】
2012164920.tif 000008
【図７】
2012164920.tif 000009