(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地上に有機シリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜をパターニングして、前記下地に達する開口部を有する絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記絶縁膜パターンの前記開口部の上部では前記絶縁膜の原子または空隙の除去による収縮を起こし、前記開口部の底部では前記下地と接して前記絶縁膜の収縮が表れない条件でエネルギービームを、前記開口部の上部から底部へ照射し、前記開口部の上部が底部より径大となるテーパー形状を有する前記開口部を形成する工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記開口部が複数形成され、選択された前記開口部の上部にエネルギービームを照射することによって、選択された前記開口部の上部を底部より径大に形成す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】
前記開口部が複数形成され、選択された前記開口部の上部に照射条件の異なるエネルギービームを照射することによって、選択された前記開口部の上部径を異ならしめ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４】
前記複数の開口部は、アスペクト比が異なり、アスペクト比の高い前記開口部の上部に選択的にエネルギービームを照射することによって前記開口部の上部を底部より径大に形成することを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記複数の開口部は、アスペクト比が異なり、アスペクト比の高い前記開口部の上部に選択的に照射量の多いエネルギービームを照射することによって、前記開口部を底部の径に対する上部の径の比が１より大きくなるように形成し、
アスペクト比の低い前記開口部の上部には選択的に照射量の少ないエネルギービームを照射することによって、前記開口部を底部の径に対する上部の径の比が、１より大きくかつ前記開口部のアスペクト比の高い部分の径の比より小さくなるように形成し、
さらにアスペクト比の低い前記開口部の上部には、選択的にさらに照射量の少ないエネルギービームを照射することによって、前記開口部を底部の径に対する上部の径の比が、１より大きくかつ前記開口部のアスペクト比の高い部分の径の比よりさらに小さくなるように形成することを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
表面に導電層を有する下地上に有機シリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜を形成する工程と、
前記第１の絶縁膜をパターニングして、前記導電層に達する第１の開口部を有する第１の絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第１の絶縁膜パターンの前記第１の開口部の上部では前記絶縁膜の原子または空隙の除去による収縮を起こし、前記第１の開口部の底部では前記下地と接して前記絶縁膜の収縮が表れない条件でエネルギービームを、前記第１の開口部の上部から底部へ照射し、前記第１の開口部の上部が底部より径大となるテーパー形状を有する前記第１の開口部を形成する工程と、
前記第１の開口部に導電性材料を埋めこむ工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第１の開口部が複数形成され、選択された前記第１の開口部の上部にエネルギービームを照射することによって、選択された前記第１の開口部の上部を底部より径大に形成することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の開口部が複数形成され、選択された前記第１の開口部の上部に照射条件の異なるエネルギービームを照射することによって、選択された前記第１の開口部の上部径を異ならしめることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記複数の第１の開口部は、アスペクト比が異なり、アスペクト比の高い前記第１の開口部の上部に選択的にエネルギービームを照射することによって前記第１の開口部の上部を底部より径大に形成することを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記複数の第１の開口部は、アスペクト比が異なり、アスペクト比の高い前記第１の開口部の上部に選択的に照射量の多いエネルギービームを照射することによって、前記第１の開口部を底部の径に対する上部の径の比が１より大きくなるように形成し、
アスペクト比の低い前記第１の開口部の上部には選択的に照射量の少ないエネルギービームを照射することによって、前記第１の開口部を底部の径に対する上部の径の比が、１より大きくかつ前記第１の開口部のアスペクト比の高い部分の径の比より小さくなるように形成し、
さらにアスペクト比の低い前記第１の開口部の上部には、選択的にさらに照射量の少ないエネルギービームを照射することによって、前記第１の開口部を底部の径に対する上部の径の比が、１より大きくかつ前記第１の開口部のアスペクト比の高い部分の径の比よりさらに小さくなるように形成することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の開口部は、前記下地の表面の導電層に達する深さに形成されていることを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の開口部に前記導電性材料を埋めこんだ後、前記導電性材料上に上層の導電層を形成することを特徴とする請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
表面に導電層を有する下地上に導電膜を形成する工程と、
前記導電膜上に有機シリコン酸化膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜をパターニングして前記導電膜上に、前記導電膜に達する第３の開口部を有する第２の絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第２の絶縁膜パターンの前記第３の開口部の上部では前記第２の絶縁膜の原子または空隙の除去による収縮を起こし、前記第３の開口部の底部では前記導電膜と接して前記第２の絶縁膜の収縮が表れない条件でエネルギービームを、前記第３の開口部の上部から底部へ照射し、前記第３の開口部の上部が底部より径大となるテーパー形状を有する前記第３の開口部を形成する工程と、
前記第２の絶縁膜パターンをマスクとして前記導電膜にエッチングを施し、前記導電層上に、導電膜間に上部が底部より径大で、かつ前記下地に達する第２の開口部を有する導電膜パターンを形成する工程と、
前記第２の開口部に絶縁性材料を埋めこむ工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第３の開口部が複数形成され、選択された前記第３の開口部の上部にエネルギービームを照射することによって、選択された前記第３の開口部の上部を底部より径大に形成することを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第３の開口部が複数形成され、選択された前記第３の開口部の上部に照射条件の異なるエネルギービームを照射することによって、選択された前記第３の開口部の上部径を異ならしめることを特徴とする請求項１３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記複数の第３の開口部は、アスペクト比が異なり、アスペクト比が高い前記第３の開口部の上部に選択的にエネルギービームを照射することによって前記第３の開口部の上部を底部より径大に形成することを特徴とする請求項１４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記複数の第３の開口部は、アスペクト比が異なり、アスペクト比が高い前記第３の開口部の上部に選択的に照射量の多いエネルギービームを照射することによって、前記第３の開口部の底部の径に対する上部の径の比が１より大きくなるように形成し、
アスペクト比が低い前記第３の開口部の上部には選択的に照射量の少ないエネルギービームを照射することによって、前記第３の開口部の底部の径に対する上部の径の比が、１より大きくかつアスペクト比が高い部分の径の比より小さくなるように形成し、
さらにアスペクト比の低い前記第３の開口部の上部には、選択的にさらに照射量の少ないエネルギービームを照射することによって、前記第３の開口部を底部の径に対する上部の径の比が、１より大きくかつアスペクト比の高い部分の径の比よりさらに小さくなるように形成することを特徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記導電膜パターンの第２の開口部に絶縁材料を埋めこんだ後、前記導電膜パターンの導電膜上に上層の導電層を形成することを特徴とする請求項１３乃至１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記下地は、表面に導電層が形成された半導体基板又は絶縁膜であることを特徴とする請求項６乃至１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
下地上に有機シリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、
前記第３の絶縁膜をパターニングして、前記下地に達する第５の開口部を有する第３の絶縁膜パターンを形成する工程と、
前記第３の絶縁膜パターンの前記第５の開口部の上部では前記第３の絶縁膜の原子または空隙の除去による収縮を起こし、前記第５の開口部の底部では前記下地と接して前記第３の絶縁膜の収縮が表れない条件でエネルギービームを、前記第５の開口部の上部から底部へ照射し、前記第５の開口部の上部が底部より径大となるテーパー形状を有する前記第５の開口部を形成する工程と、
前記第３の絶縁膜パターンをマスクとして前記下地にエッチングを施し、前記下地に上部が底部より径大な第４の開口部を有する下地パターンを形成する工程と、
前記第４の開口部に絶縁性材料を埋めこむ工程と、
を具備したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記第５の開口部が複数形成され、選択された前記第５の開口部の上部にエネルギービームを照射することによって、選択された前記第５の開口部の上部を底部より径大に形成することを特徴とする請求項２０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第５の開口部が複数形成され、選択された前記第５の開口部の上部に照射条件の異なるエネルギービームを照射することによって、選択された前記第５の開口部の上部径を異ならしめることを特徴とする請求項２０記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記複数の第５の開口部は、アスペクト比が異なり、アスペクト比が高い前記第５の開口部の上部に選択的にエネルギービームを照射することによって前記第５の開口部の上部を底部より径大に形成することを特徴とする請求項２１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記複数の第５の開口部は、アスペクト比が異なり、アスペクト比が高い前記第５の開口部の上部に選択的に照射量の多いエネルギービームを照射することによって、前記第５の開口部の底部の径に対する上部の径の比が１より大きくなるように形成し、
アスペクト比が低い前記第５の開口部の上部には選択的に照射量の少ないエネルギービームを照射することによって、前記第５の開口部の底部の径に対する上部の径の比が、１より大きくかつアスペクト比が高い部分の径の比より小さくなるように形成し、
さらにアスペクト比の低い前記第５の開口部の上部には、選択的にさらに照射量の少ないエネルギービームを照射することによって、前記第５の開口部を底部の径に対する上部の径の比が、１より大きくかつ前記第５の開口部のアスペクト比の高い部分の径の比よりさらに小さくなるように形成することを特徴とする請求項２２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記下地は、半導体基板であることを特徴とする請求項２０乃至２４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【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、特に多層配線、コンタクト配線、埋め込み配線等の配線の形成方法や素子分離領域の形成方法などのパターン形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置において高速化及び高密度化が要求されている。この要求に伴い、層間絶縁膜に設けられた接続孔に導電性材料を埋めこむことによって配線のプラグ或いは配線を形成する工程、または、導電膜を加工することによって柱状プラグを形成し、前記柱状プラグ間或いは配線間に絶縁性材料を埋めこむことによって配線プラグ或いは配線を形成する工程において、前記導電性材料または前記絶縁性材料を埋めこむ接続孔や溝等の開口部のアスペクト比が、高くなり、導電性材料やと絶縁性材料の被膜性が問題となっている。この問題を解決するために、従来では、開口部上部の径が底部の径より大きくなるようなテーパー形状に形成することによって、アスペクト比の高い開口部にも導電性材料や絶縁性材料を埋めこみやすくしている。以下にこの種の従来の配線の形成工程を詳細に説明する。
図6(a)乃至(c)は、層間絶縁膜の開口部をテーパー形状に形成して導電性材料を埋めこむ多層配線の形成工程の従来例を示している。
まず、図6(a)に示すように、表面に下層の導電層、例えば配線層601を有する下地、例えば、絶縁膜602上に第1の絶縁膜、例えば層間絶縁膜603を形成する。次に前記層間絶縁膜603上に、例えば、反射防止膜604及びレジスト膜605を形成する。次に前記レジスト膜605を露光、現像して前記配線層601対応する位置に開口605aを有するレジストパターン605を形成する。
【０００３】
次に、図6(b)に示すように、前記レジストパターン605をマスクに、エッチングガス中に、例えばC4F8のデポジションガスを加えたエッチングガスを用いて、前記層間絶縁膜603の開口部607側壁にエッチング工程中にエッチング反応生成物が堆積するような条件でエッチングを行う。このように、開口部607の側壁にC、CF等のエッチング反応生成物を堆積することによって側壁保護膜606を形成し、前記側壁保護膜606をマスクとして用いてエッチングを行うことにより、前記配線層601に達する層間絶縁膜603の開口部607を開口部上部の径が底部の径より大きくなるようなテーパー形状に形成する。
図6(c)に示すように、前記レジストパターン605前記反射防止膜、及び前記側壁保護膜606をエッチングによって除去し、前記層間絶縁膜603の開口部607に例えばAlなどの導電性材料を埋めこむことによって多層配線のプラグ608を形成する。次に、前記配線プラグ608上に上層の導電層、例えば配線層609を設けることにより、多層配線を形成している。
また、図7(a)乃至(c)は、導電膜を加工してテーパー形状の配線を形成し、絶縁性材料を配線間の開口部に埋めこむことによって多層配線を形成する工程を示している。前記した工程と重複する部分についての詳細な説明は省略する。
【０００４】
まず、図7(a)に示すように、表面の下層の導電層、例えば配線プラグ701を有する下地、例えば絶縁膜702上に導電膜、例えばアルミニウム膜703を形成する。次にアルミニウム膜703上に、例えば反射防止膜704及びレジスト膜705を形成し、レジスト膜を露光、現像して前記導電層701が形成されていない位置に開口705aを有するレジストパターン705を形成する。
次に、図7(b)に示すように、前記レジストパターン705をマスクに、エッチングガス中に、例えばCHF3のデポジションガスを加えたエッチングガスを用いて、前記アルミニウム膜703の開口部706の側壁にエッチング工程中にAlC、AlF等のエッチング反応生成物からなる側壁保護膜706を堆積させながら、前記アルミニウム703のエッチングを行うことにより、前記配線プラグ701に達するアルミニウム膜703の開口部707をテーパー形状に形成する。
図7(c)に示すように、前記レジストパターン705、前記反射防止膜704、及び前記側壁保護膜706をアッシングによって除去し、前記アルミニウム膜703の開口部707に例えばシリコン酸化膜などの絶縁性材料708を埋めこみ、前記アルミニウム膜703上に上層の導電層、例えば配線プラグ709を有する絶縁膜710を設けて多層配線を形成してなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような多層配線の形成方法では、層間絶縁膜603、或いは、アルミニウム膜703にテーパー形状の開口部607、707を形成する場合、いずれも開口部の側壁にエッチング反応生成物からなる側壁保護膜を形成し、これをマスクにエッチングを行っている。しかしこの場合、パターンが微細化するにつれてアスペクト比が高くなる。したがって、エッチング反応生成物が前記開口部607、707の側壁だけでなく底部にも堆積してしまうため、エッチングストップが生じてしまい、開口部を所定の形状に形成することができないという問題がある。また、側壁保護膜606、706の堆積量は、ウェハ面内の位置やウェハ間によって異なり、制御することが困難であるため、均一なテーパー形状の開口部を再現性よく形成することが困難である。そのため、配線の電気的特性、信頼性及び歩留まりが著しく低下する。さらに、デポジションガスを導入することにより、エッチングレートの減少が起こり、スループットの低下を招くという問題がある。
このような問題は、上記多層配線の形成に限らず、上記層間絶縁膜の開口部を下層の導電層に達しない深さに形成し、この開口部に導電性材料を埋めこんだ埋め込み配線においても同様である。
【０００６】
また、半導体からなる下地に素子分離領域を形成する場合においても、パターンが微細化するにつれてアスペクト比が高くなり、エッチング反応生成物が開口部の側壁だけでなく底部にも堆積してしまうため、エッチングストップが生じてしまい、開口部を所定の形状に形成することができないという問題がある。また、側壁保護膜の堆積量は、ウェハ面内の位置やウェハ間によって異なり、制御することが困難であるため、均一なテーパー形状の開口部を再現性よく形成することが困難である。そのため、半導体デバイスなどの半導体装置の信頼性及び歩留まりが著しく低下する。
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもので、導電材料または絶縁材料を埋め込むための開口部のテーパー形状を均一性、再現性よく形成することができ、半導体装置の電気的特性、信頼性及び歩留まり、を一層向上させることが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様の半導体装置の製造方法は、下地上に有機シリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜をパターニングして、前記下地に達する開口部を有する絶縁膜パターンを形成する工程と、前記絶縁膜パターンの前記開口部の上部では前記絶縁膜の原子または空隙の除去による収縮を起こし、前記開口部の底部では前記下地と接して前記絶縁膜の収縮が表れない条件でエネルギービームを、前記開口部の上部から底部へ照射し、前記開口部の上部が底部より径大となるテーパー形状を有する前記開口部を形成する工程とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、表面に導電層を有する下地上に有機シリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜をパターニングして、前記導電層に達する第１の開口部を有する第１の絶縁膜パターンを形成する工程と、前記第１の絶縁膜パターンの前記第１の開口部の上部では前記絶縁膜の原子または空隙の除去による収縮を起こし、前記第１の開口部の底部では前記下地と接して前記絶縁膜の収縮が表れない条件でエネルギービームを、前記第１の開口部の上部から底部へ照射し、前記第１の開口部の上部が底部より径大となるテーパー形状を有する前記第１の開口部を形成する工程と、前記第１の開口部に導電性材料を埋めこむ工程とを具備したことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、表面に導電層を有する下地上に導電膜を形成する工程と、前記導電膜上に有機シリコン酸化膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜をパターニングして前記導電膜上に、前記導電膜に達する第３の開口部を有する第２の絶縁膜パターンを形成する工程と、前記第２の絶縁膜パターンの前記第３の開口部の上部では前記第２の絶縁膜の原子または空隙の除去による収縮を起こし、前記第３の開口部の底部では前記導電膜と接して前記第２の絶縁膜の収縮が表れない条件でエネルギービームを、前記第３の開口部の上部から底部へ照射し、前記第３の開口部の上部が底部より径大となるテーパー形状を有する前記第３の開口部を形成する工程と、前記第２の絶縁膜パターンをマスクとして前記導電膜にエッチングを施し、前記導電層上に、導電膜間に上部が底部より径大で、かつ前記下地に達する第２の開口部を有する導電膜パターンを形成する工程と、前記第２の開口部に絶縁性材料を埋めこむ工程とを具備したことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の別態様の半導体装置の製造方法は、下地上に有機シリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第３の絶縁膜をパターニングして、前記下地に達する第５の開口部を有する第３の絶縁膜パターンを形成する工程と、前記第３の絶縁膜パターンの前記第５の開口部の上部では前記第３の絶縁膜の原子または空隙の除去による収縮を起こし、前記第５の開口部の底部では前記下地と接して前記第３の絶縁膜の収縮が表れない条件でエネルギービームを、前記第５の開口部の上部から底部へ照射し、前記第５の開口部の上部が底部より径大となるテーパー形状を有する前記第５の開口部を形成する工程と、前記第３の絶縁膜パターンをマスクとして前記下地にエッチングを施し、前記下地に上部が底部より径大な第４の開口部を有する下地パターンを形成する工程と、前記第４の開口部に絶縁性材料を埋めこむ工程とを具備したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
（第1の実施の形態）
まず、本発明の第1の実施の形態の半導体装置の製造方法について、図1を参照して詳細に説明する。この実施の形態では、層間絶縁膜に形成された配線プラグ埋め込み用の複数の開口部が同じアスペクト比を有する多層配線において、前記複数の開口部上部に均一なテーパーを形成する場合を例にして説明する。
まず、図1(ａ)に示すように、表面に複数の下層導電層、例えばアルミニウム層101を有する下地、例えばシリコン酸化膜（絶縁膜）102上に第1の絶縁膜、例えば有機シリコン酸化膜103を塗布法によって形成する。前記導電層101は特にアルミニウムに限定されず、アモルファスシリコン、ポリシリコンなどのシリコン系材料、カッパー、Al-Si、Al-Ca、Al-Si-Cu、タングステンなどの金属系材料でもよく、また前記下地102としては、拡散層からなる導電層を有する半導体基板でもよい。また、前記第１の絶縁膜103はシリコン化合物がよく、有機でも無機でもよい。シリコン化合物としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、或はスピンオングラスなどのシリコン系絶縁膜が挙げられる。前記第１の絶縁膜103の形成方法は、特に塗布法に限定されず、例えばCVD法（化学的気相成長法）でもよい。次に、前記第1の絶縁膜103表面をO2ガスを用いて反応性イオンエッチングを行い、前記第1の絶縁膜103の表面を改質する。この時、前記第1の絶縁膜103の上部に膜厚約10〜20nmの主に酸化膜からなる改質層が形成される。前記改質層は、前記第1の絶縁膜103上に形成する膜との濡れ性をよくする目的で形成されるものである。前記改質層を形成する方法は特に限定されず、インプラまたはエネルギービーム等を照射することによって形成してもよい。次に、前記改質層上に反射防止膜104を塗布法によって形成し、前記反射防止膜104上にレジスト溶液を塗布し、レジスト膜を形成する。レジストの種類は、特に限定されることはなく、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。次に、所定の領域に露光を施した後、アルカリ現像液で現像処理を行い、前記導電層101に対応する位置にそれぞれ開口105ａを有し、コンタクトホールとなるレジストパターン105を形成する。また、必要に応じてビーム露光を行った場合に生じるチャージアップを防ぐために、帯電防止膜を前記レジストパターン105と前記第1の絶縁膜103の間に形成してもよい。
【００１７】
次に、図1(b)に示すように、前記レジストパターン105をエッチングマスクとして前記反射防止膜104をドライエッチングすることにより、前記レジストパターン105を前記反射防止膜104に転写し反射防止膜パターン106を形成する。或いは、前記レジストパターン105または前記反射防止膜パターン106の下にハードマスクを形成し、前記レジストパターン105をハードマスクに転写することによって、以後このハードマスクをマスクとして用いる方法でもかまわない。エッチング方式としては、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件はO2/N2=50/100sccm、励起電力200W、真空度20mTorrとした。この場合、前記第１の絶縁膜103上部に形成された改質層との選択比が50程度であるため、改質層をストッパーとすることができる。ここで、エッチング方法は特に限定されず、電子ビームイオンエッチング、誘導結合型（ICP）イオンエッチング、電子サイクロトロン共鳴型（ECR）イオンエッチングなど微細加工可能なものであれば、特に限定されることはない。
次に図1(c)に示すように、前記レジストパターン105と前記反射防止膜パターン106をマスクとして、前記第１の絶縁膜103を異方性ドライエッチングすることにより、前記レジストパターン105と前記反射防止膜パターン106を前記第１の絶縁膜103に転写し、複数の第1の開口部107を有する第１の絶縁膜パターン108を形成する。各前記第1の開口部107は、アスペクト比（第１の絶縁膜厚/開口部底部径）が同じに、しかも側壁が略垂直で、かつ各前記導電層101に達するように形成している。また、エッチング方式は、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件はC4F8/CO/Ar/O2=10/50/100/7sccm、励起電力1400W、真空度3Paとした。エッチング方法は特に限定されない。
【００１８】
次に図1(d)に示すように、O2ガスを用いた反応性イオンエッチングを行って、前記レジストパターン105及び前記反射防止膜パターン106を剥離する。
次に図1(e)に示すように、前記第１の絶縁膜パターン108の各前記第1の開口部107の上部に電子ビーム109を照射し、各前記第1の開口部107を、その上部が底部より径大となるような例えばテーパー形状に形成する。これは、前記電子ビーム109を照射することによって、前記第１の絶縁膜パターン108上部の有機性成分或は無機性成分の一部と空隙が除去されることによって収縮し、一方、前記第１の絶縁膜パターン108下部が下地102に固定されているために前記第1の開口部107をテーパー形状に形成することが可能となるものである。前記第1の開口部107の底部の径、すなわちテーパーボトム幅は、前記レジストパターン105及び前記反射防止膜パターン106のパターン形成幅と一致する。本実施の形態では、電子ビームを用いたが特に限定されず、例えば、レーザービーム、ガンマー線、紫外線、X線等のエネルギービームでも同様の効果が得られる。この時、エネルギービームの時間、パワーをコントロールすることによって、テーパー角度を自由に変えることができる。
【００１９】
次に、図1(f)に示すように、前記第１の絶縁膜パターン108の前記第1の開口部107にそれぞれAlからなる導電性材料を埋め込むことによって多層配線プラグ110を形成する。前記導電性材料は特にAlに限定されず、Al-Cu，Al-Si-Cu，Cu，Poly-Siでもよい。次に配線プラグ110上にAlからなる上層配線111を設けることにより、多層配線を形成する。
上記の実施の形態では、テーパー形状の開口部107の形成は、制御性のよい電子ビームを用い、前記第1の絶縁膜パターン108の前記第1の開口部107上部に電子ビーム109を照射することによって開口部107上部が底部より径大となるように加工している。そのため、均一なテーパー形状の開口部107を再現性よく、効率的かつ容易に形成することができる。したがって、各開口部における導電性材料の被膜性は一様となり、配線の電気的特性の揃った、しかも信頼性及び歩留まりの高い多層配線が形成できる。
（第2の実施の形態）
次に、本発明の第2の実施の形態の半導体装置の製造方法について、図2を参照して詳細に説明する。この実施の形態では、メモリ混載ロジックLSIのように、電流容量、設計スペックの関係上、メモリ部よりロジック部の配線のフリンジ幅がせまく、そのためロジック部及び必要に応じてメモリ部の一部の開口部のみにテーパーを形成する場合を例にして説明する。前記第1の実施の形態と同一部分についての詳細な説明は省略する。
【００２０】
まず、図2(ａ)に示すように、メモリ部における下地、例えばシリコン酸化膜（絶縁膜）202表面部には、ロジック部より幅が広く下層の配線層となる導電層、例えばアルミニウム層201aを形成しており、ロジック部における下地202表面部には、メモリ部より幅の狭い導電層201bを形成している。次に、前記下地202上に第1の絶縁膜、例えば有機シリコン酸化膜203を塗布法によって形成する。前記導電層201は特にアルミニウムに限定されず、また前記下地202は絶縁膜に限定されず、上記第1の実施の形態と同様の材料を用いてもよい。また、前記第１の絶縁膜203はシリコン化合物がよく、有機でも無機でもよく、形成方法は特に限定されず、例えばCVD法（化学的気相成長法）でもよい。次に、前記第1の絶縁膜203表面をO2ガスを用いて反応性イオンエッチングを行い、前記第１の絶縁膜203の表面を改質する。次に、前記改質膜上に反射防止膜204を塗布法によって形成し、前記反射防止膜204上にレジスト溶液を塗布し、レジスト膜を形成する。レジストの種類は、特に限定されることはなく、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。次に、所定の領域に露光を施した後、アルカリ現像液で現像処理を行い、レジストパターン205を形成する。前記レジストパターン205は、開口部を複数有し、各開口部はそれぞれ前記導電層201に対応する位置にする。
【００２１】
次に、図2(b)に示すように、前記レジストパターン205をエッチングマスクとして前記反射防止膜204をドライエッチングすることにより、前記レジストパターン205を前記反射防止膜204に転写し反射防止膜パターン206を形成する。エッチング方式としては、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件はソースガスO2/N2=50/100sccm、励起電力200W、真空度3Paとした。
次に図2(c)に示すように、前記レジストパターン205と前記反射防止膜パターン206をマスクとして、前記第１の絶縁膜203を異方性ドライエッチングすることにより、前記レジストパターン205と前記反射防止膜パターン206を前記第１の絶縁膜203に転写し、第1の開口部207a、207bを有する第１の絶縁膜パターン208を形成する。前記第1の開口部207a、207bはいずれも側壁が垂直で、かつ各導電層201a、201bに達する深さに形成している。また、メモリ部の導電層201aに対応する前記第1の開口部207aはアスペクト比を低く、ロジック部の導電層201bに対応する第1の開口部207bはアスペクト比を高く形成している。エッチング方式は、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件はソースガスC4F8/CO/Ar/O2=10/50/100/7sccm、励起電力1400W、真空度3Paとした。エッチング方法は特に限定されない。
【００２２】
次に図2(d)に示すように、O2ガスを用いた反応性イオンエッチングを行って、前記レジストパターン205及び前記反射防止膜パターン206を剥離する。
次に図2(e)に示すように、前記第１の絶縁膜パターン208の前記第1の開口部207a，207bのうち、アスペクト比が高いロジック部の第1の開口部207b上部の前記第1の絶縁膜パターン208部分に、選択的に電子ビーム209を照射し、前記ロジック部における前記第1の開口部207bをその上部が底部より径大となるような例えばテーパー形状に形成する。
次に、図2(f)に示すように、前記第１の開口部207a，207bにそれぞれAlからなる導電性材料を埋め込むことによって多層配線プラグ210a，210bを形成する。次に配線プラグ210上にAlからなる上層配線層211a，211bを設けることにより、多層配線を形成する。前記導電性材料は特にAlに限定されず、Al‐Si，Al-Cu，Al-Si-Cu，Cu，Poly-Siでもよい。
上記の本実施の形態によれば、次のような効果がある。即ち、従来のようにエッチングガスを用いてテーパー形状の開口部を形成する方法では、特定の開口部のみをテーパー形成することが困難であるが、本実施の形態では、選択された部分のみに照射が可能な電子ビームを用いているため、埋めこみの際に欠陥の生じやすいアスペクト比が高いロジック部の開口部207bにのみ、簡単にテーパーを形成することができる。しかも電子ビームは、制御性がよいため、開口部207bのテーパーを均一に、再現性よく形成できる。したがって、ロジック部の開口部における導電性材料の被覆性を改善でき、メモリ混載ロジックにおける配線の電気的特性、信頼性及び歩留まりをより一層向上できる。
【００２３】
なお、上記本実施の形態において、アスペクト比の低いメモリ部の前記開口部207aに対しては、テーパー形状に形成しなかったが、前記導電性材料を埋めこむ際の被膜性を考慮してロジック部の開口部207bと同じテーパーを形成してもよく、また前記電子ビーム209の照射量を調整してアスペクト比の高いロジック部の開口部に比べて少なく照射することによって、ロジック部の開口部における上部径/底部径より小さな比を有するテーパー形状に形成してもよい。
また、上記の実施の形態では、複数の開口部207のアスペクト比が異なる場合の例を述べたが、例えば複数の開口部207のアスペクト比が同じであっても、この開口部に埋めこむ前記導電性材料が異なる場合には、被覆性が悪い開口部のみに選択的に電子ビームを照射することにより、被覆性の悪い開口部のみにテーパー形状を形成してもよく、また、被覆性のよい開口部にも被覆性の悪い開口部に比べて小さいテーパー角を有するテーパーを形成してもよいことは勿論である。（第3の実施の形態）
次に、本発明の第3の実施の形態の半導体装置の製造方法について、図3を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、導電膜を加工して同一間隔に配置した複数の配線を有し、かつ同一アスペクト比をもつ配線間の溝（開口部）に絶縁性材料を埋め込む方式の多層配線において、複数の開口部の上部に均一なテーパーを形成する場合を例にして説明する。アルミニウムからなる導電膜をテーパー形状に形成することによって配線を形成し、配線間にシリコン酸化物を埋めこむことによって形成する。
【００２４】
図3(a)乃至同図(h)はその多層配線の形成工程を示す工程図である。まず、図3(ａ)に示すように、表面に配線プラグとなる複数の下層導電層、例えばアルミニウム層301を有する下地、例えばシリコン酸化膜（絶縁膜）302上に導電膜、例えばアルミニウム膜303をスパッタ法によって形成する。前記導電層301は特にアルミニウムに限定されず、また前記下地302は、絶縁膜に限定されず、上記第１の実施の形態と同様の材料を用いてもよい。前記導電膜303は特にアルミニウム膜に限定されないが、例えば、Al-Ca、Al-Si-Cu、タングステン、ポリシリコンなどの導電性材料が挙げられ、また形成方法は、特にスパッタ法に限定されず、蒸着法でもよい。次に、前記導電膜303上に第2の絶縁膜、例えば有機シリコン酸化膜304を塗布法によって形成する。前記第2の絶縁膜304はシリコン化合物がよく、有機でも無機でもよく、また形成方法は、特に塗布法に限定されず、例えばCVD法（化学的気相成長法）でもよい。次に、前記第2の絶縁膜304表面をO2ガスを用いて反応性イオンエッチングを行い、前記第2の絶縁膜304の表面を改質する。この時、前記第2の絶縁膜304の上部に膜厚約10〜20nmの主に酸化膜からなる改質層が形成される。前記改質層は、前記第2の絶縁膜304上に形成する膜との濡れ性をよくする目的で形成されるものであり、形成しなくてもよい。次に、前記改質層上に反射防止膜305を塗布法によって形成し、前記反射防止膜305上にレジスト溶液を塗布し、レジスト膜306を形成する。次に、所定の領域に露光を施した後、アルカリ現像液で現像処理を行い、前記導電層301間に対応する位置にそれぞれ開口306aを有するレジストパターン306を形成する。また、必要に応じてビーム露光を行った場合に生じるチャージアップを防ぐために、帯電防止膜を前記レジストパターン306と前記第2の絶縁膜304の間に形成してもよい。
【００２５】
次に、図3(b)に示すように、前記レジストパターン306をエッチングマスクとして前記反射防止膜305をドライエッチングすることにより、前記レジストパターン306を前記反射防止膜305に転写し反射防止膜パターン307を形成する。或いは、前記レジストパターン306または前記反射防止膜パターン307の下にハードマスクを形成し、前記レジストパターン306を前記反射防止膜305及びハードマスクに転写することによって、以後このハードマスクをマスクとして用いる方法でもかまわない。エッチング方式は、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件はソースガスO2/N2=50/100sccm、励起電力200W、真空度3Paとした。この場合、前記被加工膜302上部に形成された改質層との選択比が50程度であるため、改質層をストッパーとすることができる。ここで、エッチング方法は特に限定されず、電子ビームイオンエッチング、誘導結合型（ICP）イオンエッチング、電子サイクロトロン共鳴型（ECR）イオンエッチングなど微細加工可能なものであれば、特に限定されることはない。
【００２６】
次に図3(c)に示すように、前記レジストパターン306と前記反射防止膜パターン307をマスクとして、前記第2の絶縁膜304をドライエッチングすることにより、前記レジストパターン306と前記反射防止膜パターン307を前記第2の導電膜304に転写し、複数の第3の開口部308を有する第2の絶縁膜パターン309を形成する。各前記第3の開口部308は、アスペクト比が同じで、かつ側壁が略垂直に形成している。エッチング方式としては、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件としてはC4F8/CO/Ar/O2=10/50/100/7sccm、励起電力1400W、真空度3Paとした。エッチング方法は特に限定されない。
次に図3(d)に示すように、O2ガスを用いた反応性イオンエッチングを行って、前記レジストパターン306及び前記反射防止膜パターン307を剥離した。
次に図3(e)に示すように、前記第2の絶縁膜パターン309の前記第3の開口部308の上部に電子ビーム310を照射し、この開口部の上部が底部より径大となるようなテーパー形状に形成する。これは、前記電子ビーム310を照射することによって、前記第2の絶縁膜パターン309上部の有機性成分或は無機性成分の一部と空隙が除去されることによって収縮し、一方前記第2の絶縁膜パターン309下部が下地に固定されているために前記第2の絶縁膜パターン309をテーパー形状に形成することが可能となるものである。本実施の形態では、電子ビームを用いたが特に限定されず、例えば、レーザービーム、ガンマー線、紫外線、X線等のエネルギービームでもよい。
【００２７】
次に図3(f)に示すように、テーパー形状に形成した前記第2の絶縁膜パターン309をマスクとして用いて、前記導電膜303のエッチング加工を行い、開口部上部が底部より径大なテーパー形状第2の開口部311を有する導電膜パターン312を形成した。エッチング方式としては、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、エッチング条件はCl2/BCl3/Ar=50/30/100sccm、励起電力300W、真空度1.5Paとし、デポジションガスを用いない異方性エッチング条件にて行った。テーパー形状に形成した前記第2の絶縁膜パターン309をマスクとして用いているため、このような条件でエッチング加工を行うことによって、前記導電膜パターン312をテーパー形状にパターン形成することができる。
次に図3(g)に示すように、マスクして用いた前記第2の絶縁膜パターン309を例えばCMP（Chemical Mechanical Polishing）工程を行うことによって剥離し、テーパー形状の第2の開口部311を有する前記導電膜パターン312のパターンを形成する。後に前記第2の開口部に絶縁性材料を埋め込む工程を行うので、剥離しなくてもかまわない。
【００２８】
次に図3(h)に示すように、前記導電膜パターン312の第2の開口部311にシリコン酸化物からなる絶縁性材料313を埋め込むことによって前記導電膜312を多層配線プラグとする。前記絶縁性材料313はシリコン酸化物に特に限定されず、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、有機シリコン酸化膜、無機シリコン酸化膜、或はスピンオングラスなどのシリコン系絶縁膜でもよい。次に前記導電膜312上に上層の導電層、例えば、配線プラグ314を有する絶縁膜315を設けることにより多層配線を形成する。
上記実施の形態によれば、まず、制御性のよい電子ビームを用いて、均一なテーパー形状の第2の開口部308を有する第2の絶縁膜パターン309を形成した後、前記第2の絶縁膜パターン309をマスクに導電膜303をエッチング加工を行い、開口部上部が底部より径大となるテーパー形状の開口部311を有する導電膜パターン312を形成している。そのため、前記導電膜パターン312の前記開口部311は、均一で再現性よく、かつ容易に形成できる。
したがって、前記導電膜パターン312の前記開口部311に対する絶縁性材料313の被膜性が改善され、デバイスにおける配線の電気的特性、信頼性及び歩留まりをより一層向上させることができる。本実施の形態では、エネルギービームを照射することによってテーパー形状に形成した絶縁膜をマスクとして、絶縁膜の下層に形成された導電膜をテーパー形状に形成しているが、下層の膜は導電膜に限定されず、絶縁膜であっても同様にテーパー形状に形成することが可能である。
【００２９】
（第4の実施の形態）
次に本発明の第4の実施の形態の半導体装置の製造方法について、図4を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、第2の実施の形態で示したメモリ混載ロジックＬＳＩのように、配線間の開口部のアスペクト比がメモリ部で低く、かつロジック部で高く形成される多層配線においてアスペクト比の高いロジック部の配線プラグ間の開口部のみにテーパー形状を形成する場合を例にして説明する。
図4(a)乃至同図(h)は、その多層配線の工程を示す工程図である。なお、前記第3の実施の形態と同一部分についての詳細な説明は省略する。
まず、図4(ａ)に示すように、メモリ部における下地、例えばシリコン酸化膜（絶縁膜）402表面部には、配線プラグとなる下層の導電層、例えばアルミニウム層401aをロジック部と比較して広い間隔で形成しており、ロジック部における下地402表面部には、配線プラグとなる導電層401bをメモリ一部と比較して狭い間隔で形成している。下地402上に導電膜、例えばアルミニウム膜403をスパッタ法によって形成する。前記導電層401は特にアルミニウム限定されず、また前記下地402は絶縁膜に限定されず、上記第1の実施の形態と同様の材料を用いてもよい。前記導電膜403は特にアルミニウム限定されないが、例えば、カッパー、Al-Si、Al-Ca、Al-Si-Cu、タングステン、ポリシリコンなどの導電性材料が挙げられ、また形成方法は、特にスパッタ法に限定されず、蒸着法でもよい。次に、前記導電膜403上に第2の絶縁膜、例えば有機シリコン酸化膜404を塗布法によって形成する。前記第2の絶縁膜404はシリコン化合物がよく、有機でも無機でもよく、形成方法は、特に塗布法に限定されず、例えばCVD法（化学的気相成長法）でもよい。次に、前記第2の絶縁膜404表面をO2ガスを用いて反応性イオンエッチングを行い、前記第2の絶縁膜404の表面を改質する。次に、前記改質層上に反射防止膜405を塗布法によって形成し、前記反射防止膜405上にレジスト溶液を塗布し、レジスト膜を形成する。次に、所定の領域に露光を施した後、アルカリ現像液で現像処理を行い、レジストパターン406を形成する。前記レジストパターン406は、開口部406a、406bを複数有しており、各開口部406a、406bは、前記導電層401a間及び401b間に対応した位置に形成し、メモリ部上の開口部406aの径は大きくし、ロジック部上の開口部406bは小さく形成している。
【００３０】
次に、図4(b)に示すように、前記レジストパターン406をエッチングマスクとして前記反射防止膜405をドライエッチングすることにより、前記レジストパターン406を前記反射防止膜405に転写し反射防止膜パターン407を形成する。エッチング方式は、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件はソースガスO2/N2=50/100sccm、励起電力200W、真空度3Paとした。
次に図4(c)に示すように、前記レジストパターン406と前記反射防止膜パターン407をマスクとして、前記第2の絶縁膜404をドライエッチングすることにより、前記レジストパターン406と前記反射防止膜パターン407を前記第2の絶縁膜404に転写し、複数の第3の開口部408a、408bを有する第2の絶縁膜パターン409を形成する。前記第3の開口部408a、408bは、いずれも側壁が略垂直に形成している。またメモリ部上の開口部406aはアスペクト比を低く、ロジック部上の開口部406bはアスペクト比を高く形成している。エッチング方式としては、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件としてはソースガスC4F8/CO/Ar/O2=10/50/100/7sccm、励起電力1400W、真空度3Paとした。エッチング方法は特に限定されない。
【００３１】
次に図4(d)に示すように、O2ガスを用いた反応性イオンエッチングを行って、前記レジストパターン406及び前記反射防止膜パターン407を剥離した。
次に図4(e)に示すように、前記第2の絶縁膜パターン409の前記第3の開口部408a、408bの上部に、照射量の異なる電子ビーム410を選択的に照射し、開口部408a、408bの上部が底部より径大となるようなテーパー形状に形成する。特に、ロジック部における前記絶縁膜パターンのアスペクト比（＝（前記導電膜膜厚）/（前記第3の開口部底部の径））の高い開口部408a上部に多く照射し、開口部408bを、開口部408aに比べてその開口部上部径／底部径の比が大となるようなテーパー形状に形成する。
次に図4(f)に示すように、選択的に異なるテーパー形状に形成した前記第2の絶縁膜パターン409をマスクとして用いて、前記導電膜403のエッチング加工を行い、第2の開口部411a、411bを有する導電膜パターン412を形成する。エッチング方式としては、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、エッチング条件はソースガスCl2/BCl3/Ar=50/30/100sccm、励起電力300W、真空度1.5Paとし、デポジションガスを用いない異方性エッチング条件にて行った。テーパー形状に形成した前記第2の絶縁膜パターン409をマスクとして用いているため、このような条件でエッチング加工を行うことによって、前記導電膜パターン412を前記第2の絶縁膜パターン409のテーパー形状に沿ったテーパー形状にパターン形成することができる。
【００３２】
次に図4(g)に示すように、マスクとして用いた前記第2の絶縁膜パターン409を例えばCMP工程を行うことによって剥離し、選択的に異なるテーパー形状を有する前記導電膜パターン412のパターンを形成する。後に前記第2の開口部411a，411bに絶縁性材料を埋め込む工程を行うので、前記第2の絶縁膜パターン409は剥離しなくてもかまわない。
次に図4(h)に示すように、前記導電膜パターン412の第2の開口部411a，411bにシリコン酸化物からなる絶縁性材料413を埋めこむことによって前記導電膜412を配線とする。前記絶縁性材料413は特にシリコン酸化物に限定されず、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、有機シリコン酸化膜、無機シリコン酸化膜、或はスピンオングラスなどのシリコン系絶縁膜でもよい。次に、前記導電膜412上に上層の導電層、例えば配線プラグ414を有する絶縁膜415を設けることにより、多層配線を形成する。上記の実施の形態によれば、まず、制御性良く、かつ選択的に照射が可能な電子ビームを用いてアスペクト比の高いロジック部上の開口部408bがアスペクト比の低いメモリ部の開口部408aに比べて開口部上部の径が大きいようなテーパー形状を有する第2の絶縁膜パターン409を形成した後、前記第2の絶縁膜409をマスクにして、導電膜402をエッチング加工し、ロジック部の開口部411bがメモリ部の開口部411aに比べて開口部上部の径が大きいテーパー形状を有する導電膜パターン412を形成している。そのため、アスペクト比の高いロジック部の開口部は均一で、再現性良く、かつ容易に形成できる。したがって、特に問題となるロジック部の開口部411bに対する絶縁性材料413bの被覆性が改善され、メモリ混載ロジックＬＳＩにおける配線の電気的特性、信頼性及び歩留まりをより一層向上させることができる。
【００３３】
また、上記実施の形態において、メモリ部上の前記絶縁膜パターンのアスペクト比の低い開口部にもテーパーを形成したが、アスペクト比の低い開口部には電子ビームの照射を行わないことも可能である。また、本実施の形態では、エネルギービームを照射することによってテーパー形状に形成した絶縁膜をマスクとして、絶縁膜の下層に形成された導電膜をテーパー形状に形成しているが、下層の膜は導電膜に限定されず、絶縁膜であっても同様にテーパー形状に形成することが可能である。
（第5の実施の形態）
次に本発明の第5の実施の形態の半導体装置の製造方法について、図5を参照して詳細に説明する。本実施の形態においては、メモリ混載ロジックＬＳＩのように、素子分離領域を形成するときの開口部のアスペクト比がメモリ部で低く、かつロジック部で高く形成されるような素子分離領域の形成において、アスペクト比の高いロジック部の素子分離領域の開口部のみにテーパー形状を形成する場合を例にして説明する。
図5(a)乃至同図(h)は、その素子分離領域の工程を示す工程図である。なお、前記第4の実施の形態と同一部分についての詳細な説明は省略する。
【００３４】
まず、図5(ａ)に示すように、下地、例えば半導体基板501上に第3の絶縁膜、例えば有機シリコン酸化膜502を塗布法によって形成する。前記第3の絶縁膜502はシリコン化合物がよく、有機でも無機でもよく、形成方法は、特に塗布法に限定されず、例えばCVD法（化学的気相成長法）でもよい。次に、前記第3の絶縁膜502表面をO2ガスを用いて反応性イオンエッチングを行い、前記第3の絶縁膜502の表面を改質する。次に、前記改質層上に反射防止膜503を塗布法によって形成し、前記反射防止膜503上にレジスト溶液を塗布し、レジスト膜を形成する。次に、所定の領域に露光を施した後、アルカリ現像液で現像処理を行い、レジストパターン504を形成する。前記レジストパターン504は、開口部504a、504bを複数有しており、各開口部504a、504bは、メモリ部とロジック部に対応して形成され、メモリ部上の開口部504aの径は大きくし、ロジック部上の開口部504bは小さく形成している。すなわち、メモリ部では、素子分離領域によって分離された素子形成領域を疎に形成し、ロジック部では密に形成する。
次に、図5(b)に示すように、前記レジストパターン504をエッチングマスクとして前記反射防止膜503をドライエッチングすることにより、前記レジストパターン504を前記反射防止膜503に転写し反射防止膜パターン505を形成する。エッチング方式は、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件はO2/N2=50/100sccm、励起電力200W、真空度3Paとした。
【００３５】
次に図5(c)に示すように、前記レジストパターン504と前記反射防止膜パターン505をマスクとして、前記第3の絶縁膜502をドライエッチングすることにより、前記レジストパターン504と前記反射防止膜パターン505を前記第3の絶縁膜502に転写し、複数の第5の開口部506a、506bを有する第3の絶縁膜パターン507を形成する。前記第5の開口部506a、506bは、いずれも側壁が略垂直に形成している。またメモリ部上の開口部504aはアスペクト比を低く、ロジック部上の開口部504bはアスペクト比を高く形成している。エッチング方式としては、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、異方性エッチングを行った。エッチング条件としてはC4F8/CO/Ar/O2=10/50/100/7sccm、励起電力1400W、真空度3Paとした。エッチング方法は特に限定されない。
次に図5(d)に示すように、O2ガスを用いた反応性イオンエッチングを行って、前記レジストパターン504及び前記反射防止膜パターン505を剥離した。次に図5(e)に示すように、前記第3の絶縁膜パターン507の前記第5の開口部506a、506bの上部に、照射量の異なる電子ビーム508を選択的に照射し、前記第5の開口部506a、506bの上部が底部より径大となるようなテーパー形状に形成する。特に、ロジック部における前記絶縁膜パターンのアスペクト比（＝（前記導電膜膜厚）/（前記第5の開口部底部の径））の高い開口部506b上部に多く照射し、開口部506bを、開口部506aに比べてその開口部上部径／底部径の比が大となるようなテーパー形状に形成する。
【００３６】
次に図5(f)に示すように、選択的に異なるテーパー形状に形成した前記第3の絶縁膜パターン507をマスクとして用いて、前記半導体基板501のエッチング加工を行い、第4の開口部509a、509bを有する下地パターンの素子分離領域パターン510を形成する。エッチング方式としては、マグネトロン型反応性イオンエッチングを用い、エッチング条件はC4F8/CO/Ar/O2=10/50/100/7sccm、励起電力1400W、真空度3Paとし、デポジションガスを用いない異方性エッチング条件にて行った。テーパー形状に形成した前記第3の絶縁膜パターン507をマスクとして用いているため、このような条件でエッチング加工を行うことによって、前記素子分離領域パターン510を前記第3の絶縁膜パターン507のテーパー形状に沿ったテーパー形状にパターン形成することができる。
次に図5(g)に示すように、マスクとして用いた前記第3の絶縁膜パターン507を例えばCMP工程を行うことによって剥離し、選択的に異なるテーパー形状を有する前記素子分離領域パターン510のパターンを形成する。後に前記第4の開口部509a、509bに絶縁性材料を埋め込む工程を行うので、剥離しなくてもかまわない。
【００３７】
次に図5(h)に示すように、前記素子分離領域パターン510の第4の開口部509a，509bにシリコン酸化物からなる絶縁性材料511を埋めこむことによって素子分離領域を形成し、半導体基板によって構成されている前記素子分離領域パターン510を素子形成領域とする。前記絶縁性材料511は特にシリコン酸化物に限定されず、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、有機シリコン酸化膜、無機シリコン酸化膜、或はスピンオングラスなどのシリコン系絶縁膜でもよい。
上記の実施の形態によれば、まず、制御性良く、かつ選択的に照射が可能な電子ビームを用いてアスペクト比の高いロジック部上の開口部506bがアスペクト比の低いメモリ部の開口部506aに比べて開口部上部の径が大きいようなテーパー形状を有する第3の絶縁膜パターン507を形成した後、前記第3の絶縁膜パターン507をマスクにして、半導体基板501をエッチング加工し、ロジック部の開口部509bがメモリ部の開口部509aに比べて開口部上部の径が大きいテーパー形状を有する素子分離領域パターン510を形成している。そのため、アスペクト比の高いロジック部の開口部は均一で、再現性良く、かつ容易に形成できる。したがって、特に問題となるロジック部の開口部509bに対する絶縁性材料511bの被覆性が改善され、メモリ混載ロジックＬＳＩにおける素子分離領域を所定の形状に形成することができ、半導体装置の信頼性及び歩留まりをより一層向上させることができる。
【００３８】
また、上記実施の形態において、メモリ部上の前記絶縁膜パターンのアスペクト比の低い開口部にもテーパーを形成したが、アスペクト比の低い開口部には電子ビームの照射を行わないことも可能である。本実施の形態では、通常のメモリ或いはロジック製品において、素子分離領域のアスペクト比が特に高い部分にエネルギービームを照射し、半導体基板上に形成されたマスクをテーパー形状に形成する。続いてテーパー形状に形成したマスクを用いて半導体基板をエッチングした後、その開口部に絶縁膜を埋め込むことによって素子分離領域を形成する。このように、開口部をテーパー形状に形成しているため、容易に埋め込むことができる。また、本実施の形態は、素子分離領域を形成する工程に関わらず、ラインアンドスペースのパターン、コンタクトのパターン、或いは他のパターンを形成する工程において実施してもよい。
以上、第1乃至第4の実施の形態では、配線プラグ上に上層配線を設けた多層配線の例の説明を行ったが、これに限定されず、本発明は、配線プラグそのものを電極取出しとするコンタクト配線にも適用できることは勿論である。また、第1及び第2の実施の形態では、第1の絶縁膜パターンの開口部を下層の導電層に達する深さに形成したが、本発明は開口部を下地に達しない深さに形成し、開口部に配線用の導電材料を埋め込んでなる埋め込み配線にも適用できることは勿論である。つまり、パターンが微細化した場合でも、本発明を適用することにより、導電膜、絶縁膜を必要に応じて、所定のテーパー形状に容易に形成することができる。
【００３９】
また、第1乃至第5の実施の形態において、前記第1の絶縁膜パターン、前記第2の絶縁膜パターン及び第3の絶縁膜パターンを形成する方法が、レジスト等で鋳型パターンを形成した後、絶縁性材料を埋め込み、前記レジスト上部を覆っている前記被加工部材をエッジバック或いはCMP法などを行って除去した後に、このレジストを除去することによって形成する方法であってもかまわない。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、異方性エッチングによってパターン形成された絶縁膜の開口部上部に、制御性良く、かつ選択的な照射が可能なエネルギービームを選択的に照射することによって開口部をその上部の径が底部の径より大きくなるようなテーパー形状に、均一にしかも再現性よく、容易に形成することができる。そのため、開口部への導電性材料または、絶縁性材料の被覆性が改善でき、半導体装置の電気的特性、信頼性及び歩留まりをより一層向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一部工程を表す要部断面図
【図２】本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一部工程を表す要部断面図
【図３】本発明の第3の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一部工程を表す要部断面図
【図４】本発明の第4の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一部工程を表す要部断面図
【図５】本発明の第5の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の一部工程を表す要部断面図
【図６】従来の半導体装置の製造方法の一部工程を表す要部断面図
【図７】他の従来の半導体装置の製造方法の一部工程を表す要部断面図
【符号の説明】
101…導電層、102…下地、103…第1の絶縁膜、104…反射防止膜、105…レジストパターン、105a…開口、106…反射防止膜パターン、107…第1の開口部、108…第1の絶縁膜パターン、109…電子ビーム、110…配線プラグ、111…導電層（上層）、201…導電層、201a…幅広い下層の導電層、201b…幅狭い導電層、202…下地、203…第1の絶縁膜、204…反射防止膜、205…レジストパターン、206…反射防止膜パターン、207a…第1の開口部、207b…第1の開口部、208…第1の絶縁膜パターン、209…電子ビーム、210…配線プラグ、210a…配線プラグ、210b…配線プラグ、211…導電層（上層）、211a…導電層（上層）、211b…導電層（上層）、301…導電層、302…下地、303…導電膜、304…第2の絶縁膜、305…反射防止膜、306…レジストパターン、306a…開口部、307…反射防止膜パターン、308…第3の開口部、309…第2の絶縁膜パターン、310…電子ビーム、311…第2の開口部、312…導電膜パターン、313…絶縁性材料、314…導電層（上層）、315…絶縁膜、401…導電層（下層）、401a…間隔が幅広い下層の導電層、401b…間隔が幅狭い導電層、402…下地、403…導電膜、404…第2の絶縁膜、405…反射防止膜、406…レジストパターン、406a…開口部、406b…開口部、407…反射防止膜パターン、408a…第3の開口部、408b…第3の開口部、409…第2の絶縁膜パターン、410…電子ビーム、411a…第2の開口部、411b…第2の開口部、412…導電膜パターン、413…絶縁性材料、414…導電層（上層）、415…絶縁膜、501…下地、502…第3の絶縁膜、503…反射防止膜、504…レジストパターン、504a…開口部、504b…開口部、505…反射防止膜パターン、506a…第5の開口部、506b…第5の開口部、507…第3の絶縁膜パターン、508…電子ビーム、509a…第4の開口部、509b…第4の開口部、510…素子分離領域パターン、511…絶縁性材料、601…導電層、602…下地、603…第1の絶縁膜、604…反射防止膜、605…レジストパターン、605a…開口、606…側壁保護膜、607…開口部、608…配線プラグ、609…導電層（上層）、701…導電層（下層）、702…下地、703…導電膜、704…反射防止膜、705…レジストパターン、705a…開口、706…側壁保護膜、707…開口部、708…絶縁性材料、709…導電層（上層）、710…絶縁膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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