(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板に選択的に段差部を形成する工程と、
前記段差部を含む前記シリコン基板上に、シリコン化合物を含む液状組成物を塗布し、平坦化層を形成する工程と、
前記平坦化層をパターンニングする工程と、
パターンニングされた前記平坦化層を変性させる工程と、
変性した前記平坦化層を用いて加工を行う工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記平坦化層を変性させる工程は、前記平坦化層を酸化、窒化、炭化の少なくともいずれかにより変性させる工程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３】
前記平坦化層を変性させる工程は、前記平坦化層を酸化させる工程であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記酸化させる工程は、酸素の存在する雰囲気下で、高エネルギービームを照射する工程であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記シリコン化合物は、有機シリコン化合物及び／又はその酸化物であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記変性した前記平坦化層を、マスク層又はエッチングストッパー層として用いて加工を行なうことを特徴とする請求項１乃至４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記変性した前記平坦化層を用いて加工を行なう工程は、前記段差部内に成膜された物質を加工する工程であることを特徴とする請求項1乃至６のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記平坦化層をパターンニングする工程は、
前記平坦化層上にレジストパターンを形成する工程と、
前記レジストパターンをマスクとして前記平坦化層をエッチングする工程を備え、
パターンニングされた前記平坦化層と、前記レジストパターンが積層された状態で、酸素の存在する雰囲気下で、高エネルギービームを照射することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか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関わる。
【０００２】
【従来の技術】
深いトレンチ型キャパシタの形成の際など、孔や溝などの段差部が形成された被加工層の段差部内の加工、例えば孔や溝中にさらに成膜したり、その成膜により形成された膜をエッチングしたり等の加工を行う必要がある場合がある。その一例を図３，４を用いて説明する。
【０００３】
図３、図４に従来のトレンチキャパシタ形成工程の一工程を示す断面図を示す。例えば、図３においては、シリコン基板１にトレンチ２が形成されており、トレンチ２の内壁にはＳｉＮ層３が形成され、さらにＳｉＮ層３内にの一部にはＮ＋ポリシリコン層４が充填されている。
【０００４】
図４においては、図３のシリコン基板１に形成されたトレンチ２内のＮ＋ポリシリコン層３内のＮ＋ポリシリコン層４上にｉ−ポリシリコン層５が形成されている。
【０００５】
図３に示すトレンチ２からなる段差部内にｉ−ポリシリコン層５の成膜及びエッチングを施し、図４に示すような構造を精度良く形成したい場合、従来は図５に示すような工程を経ていた。
【０００６】
まず、図５（１）に示すように、あらかじめシリコン基板１上に、後のｉ−ポリシリコン層５のエッチング工程でマスク層として作用するＳｉＮ層６及びトレンチ２をエッチングの形成の際にマスクとして作用するＳｉＯ２層７を積層して形成し、レジスト層（図示せず）を用いたフォトリソグラフィによりパターンニングする。
【０００７】
次に図５（２）に示すように、ＳｉＯ２層７をマスクとしてエッチングを行い深いトレンチ２を形成する。
【０００８】
さらに複数の工程を経ることによって図５（３）に示すように（図３と同様の）トレンチ２の内壁にＳｉＮ層３が形成され、さらにＳｉＮ層３内にＮ＋ポリシリコン層４が充填された構造を形成する。ＳｉＯ２層７はトレンチ２のエッチングの際の損傷が激しいためふっ酸処理にて剥離し、シリコン基板１表面にＳｉＮ層６を残存させておく。
【０００９】
次にトレンチ２内の加工を行う。
【００１０】
図５（４）に示すように、トレンチ２内のＮ＋ポリシリコン層４上にｉ−ポリシリコン層５を成膜する。
【００１１】
次に図５（５）に示すように、ｉ−ポリシリコン層５表面を研磨して、ＳｉＮ層６を露出させて平坦化する。
【００１２】
次に、図５（６）に示すように、ＳｉＮ層６をマスク層として用いてエッチングを行い、所望の（図４と同様の）構造を得るものである。最終的に後工程でＳｉＮ層６は剥離される。
【００１３】
このように従来は、例えば図５（６）に示すようなトレンチ２内のエッチング等の加工が必要とされる際にマスク層となるＳｉＮ層６を、トレンチ２からなる段差部を形成する前の工程で、図５（２）に示すトレンチ２のエッチングを行う際のマスク層となるＳｉＯ２層７と積層して形成していた。
【００１４】
一方半導体装置の微細化が進むにつれて、深いトレンチ２を形成するにあたり、図５（１）に示すＳｉＯ２層７及びＳｉＮ層６からなる２層構造のマスク層を形成する際は、薄いレジスト層で高アスペクト比のエッチングを施す必要がある。しかしながらレジストとＳｉＯ２層とのエッチング選択比は比較的高いものの、レジストとＳｉＮ層とのエッチング選択比は低く、ＳｉＯ２層７及びＳｉＮ層６からなる２層構造のマスク層をパターンニングして、特にＳｉＮ層６にアスペクト比の高いパターンを形成するのは困難になってきている。
【００１５】
トレンチ２内の加工を行う際にマスク層としてＳｉＮ層６を用いずに、トレンチ２のエッチングを行う際のマスク層となるＳｉＯ２層７をそのままトレンチ２内の加工を行う際にマスク層として用いれば上記の問題点は生じないが、ＳｉＯ２層７はトレンチ２のエッチングの際の損傷が激しいためそのまま用いるとトレンチ２内の加工に精度の高い加工を行うことができない。そのためＳｉＯ２層７はトレンチ２のエッチングの終了後に剥離して、ＳｉＯ２層７とは異なる材料であるＳｉＮ層６をトレンチ２内の加工のマスク層としてあらかじめ設けておくという、上記方法を取らざるを得ない。
【００１６】
このように段差部内の加工に用いるマスク層あるいはエッチングストッパー層を段差部形成前に設ける方法では、例えば上記の如く段差部形成のためのマスク層の損傷が生じるため、段差部形成のためのマスク層とは別の材料である材料を用いて段差部内の加工に用いるマスク層あるいはエッチングストッパー層をあらかじめ形成しておかざるを得ず、それに伴い段差部内の加工に用いるマスク層あるいはエッチングストッパー層にアスペクト比の高いパターンが形成できない等、段差部内の加工に用いるマスク層あるいはエッチングストッパー層として用いる層の材料や厚さに工程上の制約が生じるため、加工精度高く段差部内の加工のためのマスク層あるいはエッチングストッパー層を形成できず半導体装置の微細化に対応できないという問題点があった。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、段差部を有する被加工膜の前記段差部内の加工を行う際に用いられるマスクあるいはエッチングストッパー層の材料や厚さの選択の幅を広げ、加工精度高くマスクあるいはエッチングストッパー層を形成することができ、半導体装置の微細化に対応できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、シリコン基板に選択的に段差部を形成する工程と、前記段差部を含む前記シリコン基板上に、シリコン化合物を含む液状組成物を塗布し、平坦化層を形成する工程と、前記平坦化層をパターンニングする工程と、パターンニングされた前記平坦化層を変性させる工程と、変性した前記平坦化層を用いて加工を行う工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【００２０】
本発明においては段差部、すなわち孔又は溝、を有する被加工層の前記段差部内に成膜あるいはエッチング等の加工を施すにあたり、前記加工のためのマスク層あるいはエッチングストッパー層の形成を段差部形成後に行う。それにより前記マスク層あるいはエッチングストッパー層の材料や厚さの選択の幅を広げることができ、加工精度高くマスク層あるいはエッチングストッパー層を形成することができ、半導体装置の微細化に対応できる。
【００２１】
特に、前記被加工層上にシリコン化合物を含有する液状組成物を塗布・乾燥してシリコン化合物層を形成し、前記シリコン化合物層を酸化して前記マスク層あるいはエッチングストッパー層を形成することにより、エッチング耐性に優れたマスク層あるいはエッチングストッパー層が得られるとともに、前記段差部に充填性よくかつ平坦な前記シリコン化合物層が形成でき、また、前記シリコン化合物層のパターンニングの際、レジスト層の反射防止層としての作用を示す。さらに、前記シリコン化合物層が酸化されてなる酸化シリコン層は対レジストとのエッチング選択比も高い。したがって段差部を有する被加工層にマスク層あるいはエッチングストッパー層を加工精度良く形成することができ、半導体装置の微細化に対応が可能である。
【００２２】
本発明は、なお、トレンチ型キャパシタの形成において特に有効である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明は、あらかじめ段差部、例えば孔又は溝、が形成された被加工層の段差部内にエッチングを含む加工工程を施す際に用いられる。すなわち本発明においては前記加工工程は上記のようにあらかじめ段差部が形成された被加工層の段差部上部にマスク層あるいはエッチングストッパー層を形成し、それを用いて段差部内の加工を行うものである。
【００２５】
本発明の加工工程は具体的には下記の第１〜第３工程を行うことが望ましい。
【００２６】
（第１工程）
第１工程は段差部上部に、前記段差部を覆い平坦化する平坦化層を形成する。前記平坦化層は後述する第２工程、第３工程においてパターンニングされマスク層あるいはエッチング層として作用する。
【００２７】
第１工程においては、望ましくは前記段差部が形成された被加工層上に液状組成物を塗布及び乾燥して前記平坦化層を得ることが望ましい。それにより容易に段差部を平坦化することができ、平坦化層をマスクやエッチングストッパーとするためのパターンニングを精度良く行うことができる。
【００２８】
前記液状組成物としてはシリコン化合物を含有するものを用いることが望ましい。それにより前記平坦化層はシリコン化合物層となる。シリコン化合物層を形成することによりマスクやエッチングストッパーとするためのパターンニング時の露光を行う際に反射防止膜として作用して精度良くパターンニングを行うことができる。また、エッチング耐性に優れたマスクあるいはエッチングストッパーを形成することができる。
【００２９】
前記シリコン化合物は、有機シリコン酸化物、あるいは有機シリコン化合物であることが望ましい。有機シリコン酸化物、有機シリコン化合物は溶解性に優れた液状組成物を得るのに適している。前記有機シリコン化合物とは炭素とケイ素の直接結合を持つ化合物である。前記有機シリコン酸化物は有機シリコン化合物の酸化物である。特に前記有機シリコン化合物あるいは有機シリコン酸化物としては、炭素とケイ素の直接結合を持ちかつ主鎖にＳｉ−Ｓｉ結合を有する高分子化合物が望ましく、例えばポリシラン、ポリシレン、有機ＳＯＧ膜等を挙げることができる。これらの化合物の分子量は特に限定されないが、好ましくは２００〜１００，１００、より好ましくは５００〜３００，０００が良い。
【００３０】
具体例としては例えば下記化学式１−１〜１―１９、及び２−１〜２−１３に示す化合物等を挙げることができる。なおこれらの化学式中のｎ、ｍは正の整数を表す。
【化１】
0003752405.tif 000002
【化２】
0003752405.tif 000003
【化３】
0003752405.tif 000004
【化４】
0003752405.tif 000005
前記液状組成物は、望ましくは前記シリコン化合物、及び必要に応じて添加物を溶媒に溶解して得られる。該液状組成物を段差部を有する被加工層上に塗布後加熱して溶媒を揮発して乾燥することにより平坦化層を形成する。前記液状組成物に添加される添加物としては必要に応じて貯蔵安定性を図るために熱重合防止剤、基体との密着性を向上させるための密着性向上剤等が挙げられる。
【００３１】
（第２工程）
第２工程は前記平坦化層が段差部内の加工を行う際のマスク層あるいはエッチングストッパー層となるよう前記平坦化層をパターンニングする工程である。
【００３２】
前記平坦化層のパターンニングは例えば平坦化層上にレジスト層を形成しフォトリソグラフィーを用いてレジストパターンを形成し、前記レジストパターンをマスクとして前記平坦化層をエッチングすることにより行うことができる。
【００３３】
前記平坦化層のエッチングは、反応性プラズマエッチング方式、マグネトロン反応性プラズマエッチング方式、電子ビームプラズマエッチング方式、ＴＣＰエッチング方式、ＩＣＰエッチング方式、あるいはＥＣＲプラズマエッチング方式などのエッチング装置を使用することができる。
【００３４】
さらにパターンニングされた前記平坦化層を変性する工程を行なう必要がある。このとき、酸化、窒化、炭化の少なくともいずれかの変性を行なうことが好ましい。前記変性が酸化である場合は前記シリコン化合物層を酸化しシリコン酸化物層となる。前記変性が窒化である場合は前記シリコン化合物層を窒化しシリコン窒化物層となる。前記変性が炭化である場合は前記シリコン化合物層を炭化しシリコン炭化物層となる。いずれの層もマスク層あるいはエッチングストッパー層として用いる際に高いドライエッチング耐性を示す。
【００３５】
前記変性が酸化であった場合は、前記シリコン化合物層に酸素のイオンあるいはラジカルを供給することにより行うことが望ましい。この方法を用いることによりシリコン化合物層の酸化とパターンニング時のレジストパターンの剥離と同時に行うことができる。すなわちレジストパターンとシリコン化合物層の積層体に酸素の存在する雰囲気下で高エネルギービームを照射することで、レジストパターンをアッシングしつつシリコンとシリコンの結合を酸化させることができる。高エネルギービームとしては紫外光、電子ビーム、イオンビーム、Ｘ線を挙げることができる。
（第３工程）
第３工程は、被加工層の段差部上部にパターンニングされた前記平坦化層をエッチングストッパー層あるいはマスク層として被加工層の段差部のエッチングを行う工程を含むものである。前記エッチングは前記被加工層の段差部に成膜を行い、その成膜により形成された物質に対して行われるものであってもよい。
【００３６】
【実施例】
図１、図２は本発明を用いたトレンチキャパシタ形成工程の一工程を示す断面図を示す。
【００３７】
まず、図１（１）に示すように、あらかじめシリコン基板１１上にトレンチ形成のマスクとして作用するＳｉＯ２層１７を形成しレジスト層（図示せず）を用いたフォトリソグラフィによりパターンニングした。
【００３８】
次に図１（２）に示すように、ＳｉＯ２層１７をマスクとしてエッチングを行い深いトレンチ１２を形成した。
【００３９】
さらに複数の工程を経て図１（３）に示すように、（図３と同様の）トレンチ１２の内壁にＳｉＮ層１３が形成され、さらにＳｉＮ層１３内にＮ＋ポリシリコン層１４が充填された構造を形成した。
【００４０】
次に上記のようにあらかじめ段差部、すなわちトレンチ１２が形成された被加工層のトレンチ１２内にエッチングを含む加工工程を施した。前記加工工程は以下に示す第１〜第３工程を行った。
（第１工程）
第１工程は、図１（４）に示す如く、まず、前記トレンチ１２が形成されたシリコン基板１１（被加工層）にポリジフェニルシランからなるシリコン化合物を溶媒に溶解した液状組成物をスピンコーティングして・乾燥して平坦なシリコン化合物層１６を形成した。
（第２工程）
第２工程は、図１（５）に示す如く、シリコン化合物層１６上にレジスト層を形成しフォトリソグラフィーを用いてレジストパターン１８を形成し、次に図１（６）に示す如くレジストパターン１８をマスクとしてシリコン化合物層１６をＲＩＥ法によりエッチングした。
【００４１】
エッチング条件はＣｌ２：ＣＦ４：Ｏ２ガスを１：０．２：１０の比で混合したガスを適用することによりポリジフェニルシラン１６とレジスト１８の選択比を５０〜１００以上とることができる。
【００４２】
次にパターンニングされた前記シリコン化合物層１６の変性工程を行った。具体的には例えばパターンニングされたシリコン化合物層１６を酸化して図１（７）に示す如くのシリコン酸化物層１９とする工程を行った。この工程ではレジストパターン１８とシリコン化合物層１６の積層体に酸素の存在する雰囲気下でＯ２イオン及びラジカルを照射することで、レジストパターンをアッシングしつつシリコンとシリコンの結合を酸化させることによって行った。
【００４３】
次に、図１（８）に示すようにトレンチ１２中にｉ−ポリシリコン層１５を成膜した。
【００４４】
次に図２（９）に示すように、ｉ−ポリシリコン層１５表面を化学的機械的研磨処理して、シリコン酸化物層１９を露出させて平坦化した。
【００４５】
次に、図２（１０）に示すようにシリコン酸化物層１９をマスクにし、ｉ−ポリシリコン層５のエッチングをＲＩＥ法により、所望の（図４と同様の）トレンチ構造を得た。エッチング条件はＨＢｒ：Ｏ２＝１０：１の条件を用いることでシリコン酸化物層１９とｉ−ポリシリコン層１５との選択比は５０以上とることが可能である。
【００４６】
最終的に後工程でシリコン酸化物層１９は剥離した。
【００４７】
以上述べたように本実施例ではトレンチ１２を形成した後に、トレンチ１２内の加工のためのマスク層を形成する。そのため前記マスク層としてアスペクト比の高い加工が困難なＳｉＮ層以外の材料も用いることができる。また前記マスク層として、ポリシランを含む液状組成物を塗布乾燥して得たシリコン化合物層から得られたシリコン酸化物層を用いることにより、加工精度高く、またエッチング耐性にも優れたマスク層を形成することができ、半導体装置の微細化にも対応が可能である。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べた如く本発明によれば、段差部を有する被加工膜の前記段差部内の加工を行う際に用いられるマスク層あるいはエッチングストッパー層の形成を、段差部形成の後に行うため、前記マスク層あるいはエッチングストッパー層の材料や厚さの選択の幅を広げることができ、精度の高い加工を行うことができるため、半導体装置の微細化に対応することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に適用する、トレンチキャパシタの製造工程の工程例を示す断面該略図。
【図２】  本発明の一実施例に適用する、トレンチキャパシタの製造工程の工程例を示す断面該略図。
【図３】  トレンチキャパシタの製造工程の一工程を示す断面該略図。
【図４】  トレンチキャパシタの製造工程の一工程を示す断面該略図。
【図５】  従来のトレンチキャパシタの製造工程の工程例を示す断面該略図。
【符号の説明】
１、１１…シリコン基板
２、１２…トレンチ
３、１３…ＳｉＮ層
４、１４…Ｎ＋ポリシリコン層
５、１５…ｉ−ポリシリコン層
６…ＳｉＮ層
７、１７…ＳｉＯ２層
１８…レジストパターン
１６…シリコン化合物層
１９…シリコン酸化物層
【図１】
0003752405.tif 000006
【図２】
0003752405.tif 000007
【図３】
0003752405.tif 000008
【図４】
0003752405.tif 000009
【図５】
0003752405.tif 000010