JP2001085387A

JP2001085387A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2001085387A
Application number: JP25959599A
Authority: JP
Inventors: Shoji Seta; 渉二瀬田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2001-03-30
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP3660170B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ダストの発生のない精度の高い半導体装置を
提供しうる製造方法を提供することである。【解決手段】半導体基板上に単数もしくは複数のＳｉ
Ｏ2もしくはＳｉ3Ｎ4を主成分とする絶縁層を形成する
工程と、前記半導体基板外縁部から半導体基板表面にか
けて、前記絶縁層上に有機シリコン化合物膜を形成する
工程と、前記有機シリコン化合物膜上にレジスト膜を形
成する工程と、前記レジスト膜を、露光現像によりパタ
ーンニングを行う工程と、前記半導体基板外縁部近傍の
前記有機シリコンに選択的にエネルギー照射を行い、被
照射部を前記絶縁層より耐エッチング性の高い膜に変質
させる工程と、前記被照射部をエッチングマスクとして
前記絶縁層をエッチングする工程を有する。

Description

【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
方法に関し、特にドライエッチング法を用いたトレン
チ、ビアホール、もしくはコンタクトホールの形成工程
を含む半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体記憶装置の製造では、トレ
ンチキャパシタの高密度集積化に伴い、開口部の寸法に
較べトレンチ深さが極めて大きい高アスペクト比のトレ
ンチ形成が必要となってきた。

【０００３】図６（ａ）〜図６（ｄ）は、このようなシ
リコントレンチキャパシタの作製方法例を示す工程図で
ある。ここでは例えばトレンチの開口径が約０．２μ
ｍ、深さ６μｍ〜７μｍの高アスペクト比トレンチの形
成工程を示している。

【０００４】同図に示すように、シリコントレンチのエ
ッチングに際しては、まず、シリコン基板１１０上に、
シリコントレンチを形成するときにエッチングマスクと
なる絶縁層を積層形成する。即ち、まず基板表面を熱酸
化し、膜厚約８ｎｍの熱酸化膜（ＳｉＯ_２）１１５を形
成し、続いてこの上に減圧ＣＶＤ法を用いて膜厚約２２
０ｎｍのシリコン窒化膜（Ｓ_ｉ３Ｎ_４）１２０を形成
し、さらにその上にプラズマＣＶＤ法を用いて膜厚約１
０００ｎｍの厚いＴＥＯＳ（Teara Ethoxy Silane）
膜１３０を形成する。このとき減圧ＣＶＤ法ではなくプ
ラズマＣＶＤ法を用いてＴＥＯＳ膜を成膜するのは、後
工程で行うＴＥＯＳ膜の剥離を容易にするためである。

【０００５】次に、これらの積層された絶縁層上にレジ
ストマスクを形成する。ただし、開口径０．２μｍの微
細な開口パターンを形成する場合は、図６（ａ）に示す
ように、レジスト膜１５０の下に反射防止膜１４０を形
成する。この反射防止膜１４０は、露光光が界面で反射
することによるレジストパターンの劣化を抑制する働き
がある。反射防止膜１４０としては、例えば塗布法で簡
単に形成可能で、レジストともに剥離可能なポリシラン
膜等を用いる。

【０００６】図６（ｂ）に示すように、レジストパター
ンを形成したら、これをエッチングマスクとし、ＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）法を用いて反射防止膜１４
０、ＴＥＯＳ膜１３０、シリコン窒化膜１２０、及び熱
酸化膜１１５からなる積層酸化膜をエッチングする。残
ったレジスト膜１５０と反射防止膜１４０は、酸素アッ
シャー等を用いて、図６（ｃ）に示すように剥離除去す
る。

【０００７】この後、図６（ｄ）に示すように、ＲＩＥ
法を用いて積層絶縁膜をエッチングマスクとしてシリコ
ン基板１１０をドライエッチングし、深さ約５〜６μｍ
程度のシリコントレンチ１６０を形成する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述する従来のシリコ
ントレンチ形成方法において、基板の外縁部に注目する
と、次のような問題が生じていた。

【０００９】図６（ａ）に示すように、拡散性の良好な
減圧ＣＶＤ法を用いて、しかも基板を水平面に垂直にた
てた状態で成膜を行うシリコン窒化膜１２０の場合はシ
リコン基板の表面、周辺部のみならず裏面にもほぼ均一
な厚みの膜が形成できる。これに対し、プラズマＣＶＤ
法で形成されるＴＥＯＳ膜１３０や塗布法で形成される
反射防止膜１４０は、基板を水平にした状態で成膜を行
うことに加えて、減圧ＣＶＤほどにはガスの拡散性がよ
くないため、主に基板表面のみに形成され基板の外縁周
辺の膜厚が薄くなる傾向がある。

【００１０】また、レジストパターンは通常シリコン基
板１１０の外縁部までは形成されないので、レジストパ
ターン形成後の基板外縁部では反射防止膜１４０が露出
した状態になる。通常、反射防止膜１４０自体は耐エッ
チング性を有さないため、シリコントレンチ形成のため
に積層絶縁膜（１１５，１２０，１３０）をエッチング
する際には、基板外縁部のＴＥＯＳ膜１３０やシリコン
窒化膜１２０もエッチングされる。また、基板外縁部で
はＴＥＯＳ膜１３０の膜厚が薄いため、シリコン基板１
１０が露出しやすい。よって、この後のシリコン基板の
エッチング工程において基板外縁部のシリコン基板露出
部もエッチングされてしまう。

【００１１】通常ＴＥＯＳ膜１３０のエッチング時に
は、エッチングの進行とともに、トレンチ１６０の側壁
にエッチング過程でできた反応生成物が付着するが、こ
の付着物の存在はトレンチ１６０側壁のエッチングを阻
止するため、むしろエッチング異方性を高める効果を有
し、アスペクト比の高いエッチングを可能とする。

【００１２】しかし、この反応生成物は基板外縁部にも
飛来し付着してしまう。図７は、図６（ｄ）中の基板外
縁部（破線部Ａ）を拡大した図である。同図に示すよう
に、この反応生成物１７０は通常基板外縁周辺にまばら
に付着し、エッチングマスクとなるため、エッチングは
反応生成物１７０が付着していない基板露出部のみで進
行する。深いトレンチ形成工程のため、露出部のシリコ
ン基板は深くエッチングされる。この結果同図に示すよ
うにシリコン基板外縁部には剣山状にエッチングされた
領域ができてしまう。

【００１３】剣山状にエッチングされた基板は機械的に
脆く、製造中のウェハ搬送の際等にキャリアに当たると
容易に剣山の一部がはがれ落ち、ダストとなる。よっ
て、従来はこのダストの存在により、生産の歩留まり低
下やパターン精度の低下が生じていた。

【００１４】本発明は上記課題に鑑み、ダストの発生を
押さえ、より高精度のパターン形成が可能な半導体装置
の製造方法を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法に係る第１の特徴は、半導体基板上に絶縁層を形
成する工程と、前記半導体基板外縁部を含む半導体基板
表面の前記絶縁層上に有機シリコン化合物膜を形成する
工程と、前記有機シリコン化合物膜上にレジスト膜を形
成する工程と、前記レジスト膜を、露光現像によりパタ
ーンニングを行う工程と、前記半導体基板外縁部の前記
有機シリコン化合物膜に選択的にエネルギー照射を行
い、被照射部を前記絶縁層より耐エッチング性の高い膜
に変質させる工程と、前記レジスト膜および前記被照射
部をエッチングマスクとして前記絶縁層をエッチングす
る工程を有することである。

【００１６】なお、ここで有機シリコン化合物膜とは、
シリコンを主成分とする有機膜であり、ポリシラン等の
シリコンとシリコンとの結合を主鎖に有する有機シリコ
ン膜の他、酸素を含む有機シリコン酸化膜や、シリコン
と酸素との結合を主鎖に有するポリシロキ酸シリコン酸
化膜等を含む。

【００１７】なお、ここでエネルギー照射とは、何らか
のエネルギーを供給できる線状もしくは面状の照射であ
ればよく、例えば電子ビーム、レーザビーム、γ線、ｘ
線等の照射を含む広い概念である。

【００１８】なお、該エネルギー照射は、レジスト膜を
形成前もしくはそのパターニング後のいずれで行っても
よい。

【００１９】上記第１の特徴によれば、基板外縁部の絶
縁層および半導体基板は、エネルギー照射により耐エッ
チング性の高い膜に変質した元有機シリコン化合物膜に
よって被覆されているため、後の絶縁層のエッチング工
程において基板外縁部の絶縁層はエッチングされないで
すむ。特に製膜方法の影響により、絶縁層の厚みが基板
外縁部において薄い場合においても耐エッチング性の高
い変質した有機シリコン化合物膜のためエッチング中に
膜減りがほとんど起こらない。

【００２０】本発明の半導体装置の製造方法に係る第２
の特徴は、上述する第１の特徴において、さらにエッチ
ング後の前記絶縁層および前記被照射部をエッチングマ
スクとして前記半導体基板をエッチングする工程を有す
ることである。

【００２１】上記第２の特徴によれば、基板外縁部の絶
縁層がエッチングされないので、この後に半導体基板を
エッチングする際に、基板外縁部で半導体基板のエッチ
ングが進行することがない。よって、従来基板外縁部で
ダストの発生要因となっていた剣山状のエッチングの発
生を阻止できる。

【００２２】本発明の半導体装置の製造方法に係る第３
の特徴は、上述するエネルギー照射を電子ビーム照射と
することである。

【００２３】上記第３の特徴によれば、ビームエネルギ
ーの調整が容易であり、かつ選択的なビーム照射を容易
に行うことができる。

【００２４】本発明の半導体装置の製造方法に係る第４
の特徴は、上述する有機シリコン化合物膜が該レジスト
の露光光を吸収する性質を有することである。

【００２５】上記第４の特徴によれば、前記有機シリコ
ン化合物膜をレジストの露光の際の反射防止膜として使
用できるため、露光時の界面での反射光を抑え露光パタ
ーン精度の悪化を防止できる。

【００２６】本発明の半導体装置の製造方法に係る第５
の特徴は、上述する有機シリコン化合物膜がポリシラン
膜もしくは有機シリコン酸化膜であることである。

【００２７】上記第５の特徴によれば、膜の塗布形成が
容易であり、電子ビーム照射により耐エッチング性が高
いＳｉＣもしくはＳｉＯＣに変質させることができる。

【００２８】本発明の半導体装置の製造方法に係る第６
の特徴は、半導体基板上に形成された絶縁層を形成する
工程と、前記絶縁層上に有機シリコン化合物膜を形成す
る工程と、前記有機シリコン化合物膜に選択的にエネル
ギー照射を行い、被照射部を前記絶縁層より耐エッチン
グ性の高い膜に変質させる工程と、前記被照射部をエッ
チングマスクとして前記有機シリコン化合物膜下層をエ
ッチングする工程を有することである。

【００２９】上記第６の特徴によれば、上記有機シリコ
ン化合物膜に選択的にエネルギー照射を行い、耐エッチ
ング性の高い部分を形成できるので、これをエッチング
マスクとして用いて絶縁層のパターンエッチングを行う
ことができる。よって、レジスト膜のパターニング工程
を不要とすることができる。また、基板外縁部も含めて
有機シリコン化合物膜を形成し、外縁部にもエネルギー
照射する場合は、基板外縁部の絶縁層はエッチングされ
ないですむ。

【００３０】本発明の半導体装置の製造方法に係る第７
の特徴は、前記第６の特徴における有機シリコン化合物
膜にエネルギー照射を行い、被照射部を前記絶縁層より
耐エッチング性の高い膜に変質させる工程において、前
記有機シリコン化合物膜の下層部分に未変質層を残すよ
うにエネルギー照射条件を調整することである。

【００３１】上記第７の特徴によれば、エネルギー照射
時に露光パターニングのずれがみつかった場合でも、底
部にわずかに残した未変質部の存在により、通常のレジ
スト膜剥離方法を用いて膜を剥離除去できるため、工程
のやり直しを負担なく行うことができる。

【００３２】本発明の半導体装置の製造方法に係る第８
の特徴は、前記エネルギービームが電子線ビームである
ことである。

【００３３】上記第８の特徴によれば、ビームエネルギ
ーの調整が容易であり、かつ選択的なビーム照射を容易
に行うことができる。

【００３４】本発明の半導体装置の製造方法に係る第９
の特徴は、前記有機シリコン化合物膜がポリシラン膜も
しくは有機シリコン酸化膜であることである。いずれの
膜も膜形成が容易であるとともに、電子ビーム照射によ
り耐エッチング性の高いＳｉＣもしくはＳｉＣＯに変質
するとともに未変質状態では容易に剥離も可能である。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参考にしながら本発
明の実施の形態について説明する。

【００３６】（第１の実施の形態）まず、図１（ａ）〜
図１（ｄ）を参考にしながら第１の実施の形態について
説明する。第１の実施の形態の主な特徴は、シリコント
レンチの形成工程において、レジスト膜の下地膜として
用いる反射防止膜の基板外縁部に選択的に電子線を照射
し、耐エッチング性の高い膜に変質させ、これをシリコ
ントレンチ形成の際のエッチングマスクとすることであ
る。以下、第１の実施の形態にかかるシリコントレンチ
の形成工程について説明する。

【００３７】まず、図１（ａ）に示すように、シリコン
基板１０表面を熱酸化することにより膜厚約８ｎｍの薄
い熱酸化膜１５を形成する。次に、減圧ＣＶＤ法を用い
て膜厚約２２０ｎｍの窒化シリコン膜２０を形成する。
さらに、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚約１０００ｎ
ｍのＴＥＯＳ膜３０を形成する。この後、反射防止膜と
して、シリコンとシリコンとの結合を主鎖に有する有機
シリコンのひとつであるポリシランを有機溶剤に所定量
溶かしてスピンコートで膜厚約３００ｎｍのポリシラン
膜を形成する。続いて、ポジ型のレジスト膜５０をポリ
シラン膜４０上に塗布形成し、露光現像工程を経て、レ
ジスト膜のパターンを形成する。基板周辺部では、レジ
ストパターンは形成されず、ポリシラン膜４０が露出し
た状態となる。ここまでの工程は、従来の工程とほぼ同
様の工程手順で行うことができる。

【００３８】次に、図１（ｂ）に示すように、基板外縁
部の露出したポリシラン膜に電子線を選択的に照射す
る。電子線は、例えば露光マスク（レティクル）を用い
た縮小投射露光方法を用いて一括露光を行ってもよい
し、電子線ビームで描画露光を行ってもよい。例えば１
０ＫｅＶのエネルギーで３０秒程度照射する。

【００３９】電子線によるエネルギー照射により、被照
射部４５は耐エッチング性の高い材料に変化する。発明
者等の解析によれば、ポリシラン膜はＳｉＣ膜もしくは
ＳｉＯＣ膜に変化しているものと予想される。

【００４０】この後、レジスト膜５０のパターンをエッ
チングマスクとして、熱酸化膜１５、シリコン窒化膜２
０、ＴＥＯＳ膜３０からなる積層絶縁膜をＲＩＥ法を用
いてエッチングする。具体的なエッチング条件は、ＴＥ
ＯＳ膜のエッチングに対しては、例えば反応ガスとして
Ｃ_４Ｆ_８、ＣＯおよびＡｒの混合ガスを流量比１０ｓｃ
ｃｍ、５０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍで用い、チャンバ
ー内の圧力を４０ｍＴｏｒｒ、高周波数電力１４００Ｗ
とする。なお、反応ガスとしてＣ_４Ｆ_８の代わりにＣ_５
Ｆ_８等を用いてもよい。また、Ｓｉ_３Ｎ_４膜のエッチン
グに対しては、ＣＨＦ_３、ＣＯおよびＯ2の混合ガスを
流量比５０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍで
用い、チャンバー内の圧力を４０ｍＴｏｒｒ、高周波数
電力１４００Ｗとする。

【００４１】基板外縁部の電子線照射によってポリシラ
ンからＳｉＣ、ＳｉＯＣに変質した変質部４５は、上述
するエッチング条件において、ＴＥＯＳ膜３０に対して
は、エッチング速度比が１／１００以下、シリコン窒化
膜２０に対してはエッチング速度比が１／５０以下とな
り、耐エッチング性が高い膜であるため、エッチング中
の膜減りも少なく、基板外縁部のシリコン窒化膜２０お
よびＴＥＯＳ膜３０はエッチングされない。よって、基
板外縁部ではシリコン基板が露出することもない。

【００４２】この後、図１（ｃ）に示すように、不要な
残留レジスト膜５０を剥離する。この際、電子線照射を
受けていないポリシラン膜４０はレジストとともに剥離
されるが電子線照射を受けた変質部４５は、基板外縁部
に残留する。この剥離方法としては、Ｏ_２とＣＦ_４を４
００対１で混合したガスを用いたアッシングにより行
う。この方法によれば、下地をエッチングすることなく
剥離可能である。

【００４３】積層絶縁膜（１５、２０、３０）のパター
ンをエッチングマスクとしてシリコン基板１０を異方性
ＲＩＥ法によりエッチングし、シリコントレンチを形成
する。エッチング条件は、例えば、反応ガスとして、Ｃ
ｌ_２とＯ_２をそれぞれ流量７５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ
とし、チャンバー内の圧力を７５ｍＴｏｒｒ、高周波数
電力３００Ｗとする。電子線照射を受けた変質部分４５
は、このシリコンエッチング条件においてもＴＥＯＳ膜
３０にほぼ同等の耐エッチング性を有するため膜減りが
少なく、基板外縁部のシリコンまでもがエッチングされ
ることはない。よって、従来発生していたようなシリコ
ン基板外縁部での剣山状のシリコンのエッチング部は生
じない。このため、ダスト要因もなくなり、プロセス上
の歩留まりが向上する。

【００４４】以上に説明するように、上述する第１の実
施の形態においては、反射防止膜であるポリシラン膜の
基板外縁部に部分的に電子線照射をすることにより耐エ
ッチング性の高い膜に変え、これを積層絶縁膜およびシ
リコン基板エッチングの際のマスクとして用いることに
よりダストの発生要因となるシリコンのエッチングを阻
止できる。

【００４５】ここでポリシランとは、シリコンとシリコ
ンの結合を主鎖し、一般式ＳｉＲ11Ｒ12で表される有機
シリコンである。Ｒ11、Ｒ12は水素原子または炭素数１
〜２０の置換もしくは非置換の脂肪族炭化水素、又は芳
香族炭化水素等を示す。なお使用するポリシランは単独
重合体または共重合体のいずれのものであってもよい。
また、２種以上のポリシランが酸素原子、窒素原子、脂
肪族基、芳香族基を介して互いに結合した構造を有する
ものであってもよい。

【００４６】なお、ポリシラン以外の材料でも、電子線
照射をすることで耐エッチング性の高い膜に変質する有
機シリコン化合物膜であれば使用できる。例えば、シリ
コンと酸素の結合であるシロキサン結合（−Ｓｉ-Ｏ-）
を主鎖とし、これに有機基の結合基を有するものであ
り、（Ｒ_２ＳｉＯ）ｎで表すことができるポリシロキ酸
シリコン酸化膜等やそれ以外の有機シリコン酸化膜を用
いることもできる。

【００４７】（第２の実施の形態）次に、図２（ａ）〜
図２（ｄ）を参考にしながら第２の実施の形態について
説明する。第２の実施の形態の主な特徴も、第１の実施
の形態と同様にシリコントレンチの形成工程において、
基板外縁部の反射防止膜に電子線照射を行い、これを耐
エッチング性の高い膜に変え、基板外縁部でのシリコン
のエッチングを阻止するものである。ただし、電子線照
射の順序が第１の実施の形態における工程と異なる。以
下、第２の実施の形態にかかるシリコントレンチの形成
工程について説明する。

【００４８】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
基板１０表面を熱酸化することにより膜厚約８ｎｍの薄
い熱酸化膜１５を形成する。次に、減圧ＣＶＤ法を用い
て膜厚約２２０ｎｍの窒化シリコン膜２０を形成する。
さらに、プラズマＣＶＤ法を用いて、膜厚約１０００ｎ
ｍのＴＥＯＳ膜３０を形成する。この上に、反射防止膜
としてポリシラン膜４０を厚み約３００ｎｍ程塗布形成
する。

【００４９】第２の実施の形態では、同図に示すように
反射防止膜を形成した直後に基板外縁部に選択的に電子
線を照射し、基板外縁部のポリシランを耐エッチング性
の高い膜に変質させる。このときの電子線照射条件は、
例えば電子線エネルギー１０ＫｅＶ、照射時間３０ｓｅ
ｃとする。選択的な電子線照射方法としては、例えば露
光マスク（レティクル）を用いた縮小投射露光方法を用
いて一括露光を行ってもよいし、電子線ビームで描画露
光を行ってもよい。

【００５０】この後、基板表面にレジスト膜５０を塗布
し、露光現像工程を経てレジスト膜５０をパターニング
する。パターニング後、このレジストパターンをエッチ
ングマスクとして基板上の積層絶縁膜、即ち、熱酸化膜
１５、シリコン窒化膜２０およびＴＥＯＳ膜３０をエッ
チングする。エッチング条件は、第１の実施の形態と同
様の条件を用いればよい。基板外縁部では耐エッチング
性の高い変質部４５がエッチングマスクとなり積層絶縁
膜はエッチングされない。

【００５１】エッチング後、不要なレジスト膜５０およ
び電子照射を受けていない領域のポリシラン４０を酸素
とＣＦ_４の混合ガス（Ｏ2とＣＦ４が約１００対１で混
合）を用いたアッシャーを使用して剥離除去する。シリ
コン基板１０の外縁部には電子照射を受けた変質部分４
５のみが残留する。

【００５２】次に、積層絶縁膜のパターンをエッチング
マスクとして、シリコン基板１０をＲＩＥ法を用いてエ
ッチングしトレンチ６０を形成する。この場合のエッチ
ング条件も第１の実施の形態と同様の条件を用いること
ができる。このエッチング工程においても電子照射を受
けたポリシランの変質部分４５は、ＴＥＯＳ膜３０等に
較べ高エッチング性を有するため、膜減りが少なく、基
板外縁部のシリコン基板１０までもがエッチングされる
ことはない。従来発生していたようなシリコン基板外縁
部での剣山状のシリコンのエッチング部は生じないた
め、ダスト要因もなくなり、プロセス上の歩留まりが向
上する。

【００５３】以上に説明するように、上述する第２の実
施の形態においては、基板外縁部の反射防止膜に成膜直
後に電子線照射することによりポリシラン膜を耐エッチ
ング性の高い膜に変え、これを積層絶縁膜およびシリコ
ン基板エッチングの際のマスクとして用いていることに
より、基板外縁部でのシリコンのエッチングを阻止して
いる。

【００５４】なお、ポリシラン膜の代わりにポリシロキ
酸シリコン酸化膜等の有機シリコン酸化膜やその他、電
子照射によりエッチング性の高い膜に変質する有機膜を
用いてもよい。

【００５５】（第３の実施の形態）次に、図３（ａ）〜
図３（ｄ）を参考にしながら第３の実施の形態について
説明する。

【００５６】第３の実施の形態の主な特徴は、電子線照
射により耐エッチング性の高い材料に変質可能な有機シ
リコン化合物膜を従来のレジスト膜の代わりに用いて、
エッチングパターンの形成を行うことである。以下、図
面を参照しながら、具体的なシリコントレンチの形成工
程を例にして説明する。

【００５７】まず、図３（ａ）に示すように、シリコン
基板１０表面を熱酸化することにより膜厚約８ｎｍの薄
い熱酸化膜１５を形成する。次に、減圧ＣＶＤ法を用い
て膜厚約２２０ｎｍの窒化シリコン膜２０を形成する。
さらに、プラズマＣＶＤ法を用いて膜厚約１０００ｎｍ
のＴＥＯＳ膜３０を形成する。この上に、ポリシラン膜
４０を厚み約２００ｎｍ程塗布する。

【００５８】この後、図３（ｂ）に示すように、露光マ
スク（レティクル）を用いて電子線を一括露光、もしく
は電子ビーム描画法を用いてポリシラン膜上にエッチン
グパターンを露光する。この時、基板外縁部のポリシラ
ン膜にも電子線が照射されるようにする。電子線照射条
件は第１、第２の実施の形態とほぼ同様の条件を用いれ
ばよい。

【００５９】電子線が露光照射された部分４５は第１、
第２の実施の形態に説明したように、耐エッチング性が
高いＳｉＣ、ＳｉＯＣに変質する。この後、図３（ｃ）
に示すように、レジスト剥離に用いるものと同様な剥離
方法を用いて、電子線が照射されていないポリシラン膜
４０を剥離除去する。

【００６０】図４（ｄ）に示すように、電子線照射によ
り膜質が変質した部分４５をエッチングマスクとして、
熱酸化膜１５、ＴＥＯＳ膜３０およびシリコン窒化膜２
０のエッチングを行う。第１の実施の形態の場合と同様
に、エッチング条件はＣ_４Ｆ _８、ＣＯおよびＡｒを流量
比１０ｓｃｃｍ、５０ｓｃｃｍ、２００ｓｃｃｍとし、
チャンバー内の圧力を４０ｍＴｏｒｒ、高周波数電力１
４００Ｗとする。なお、反応ガスとしてＣ_４Ｆ_８の代わ
りにＣ_５Ｆ_８等を用いてもよい。このエッチング条件下
で電子線照射をうけた変質部４５は積層絶縁膜に対し高
いエッチング耐性を有する。よって、エッチング中にマ
スクの膜減りも少なく、高い精度で積層絶縁膜のエッチ
ングを行うことができる。

【００６１】この後図４（ｅ）に示すように、電子線照
射によりポリシランから耐エッチング性の高い膜に変わ
った変質部４５及び積層絶縁膜をエッチングマスクとし
て、シリコン基板のエッチングを行い、シリコントレン
チ６０を形成する。このとき、基板外縁は電子線照射に
より耐エッチング性を有するものに変質した膜で覆われ
ているため、基板外縁部のシリコン窒化膜２０まではエ
ッチングされず、シリコン基板が露出することもない。
よって従来基板端部での剣山状のシリコンのエッチング
も発生しない。

【００６２】このように、第３の実施の形態ではレジス
ト膜の代わりに、ポリシラン膜を用いたことにより、レ
ジスト膜のパターニング工程が不要になるとともに、絶
縁層やシリコン基板をエッチングする際に耐エッチング
性の高いエッチングマスクとして用いることができるた
め、高アスペクト比のトレンチやコンタクトホール、ビ
アホールの形成を高精度に行えるとともに、従来のダス
トの要因であった基板外縁部でのシリコンのエッチング
の発生を阻止し、高精度で信頼性の高い製造工程を得る
ことができる。また、今回はポリシラン膜を用いている
が、その代わりにポリシロキ酸シリコン酸化膜等の有機
シリコン酸化膜を用いることもできる。

【００６３】なお、ポリシラン膜４０の電子線露光工程
に際し、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、一部底
部に未変質部分を残して上層のポリシランのみが変質す
るように電子線のエネルギー量もしくは照射時間あるい
はポリシラン膜の膜厚を調整してもよい。

【００６４】例えば、図５（ｂ）に示すように、ポリシ
ラン膜４０を膜厚約２００ｎｍ形成し、露光する電子線
のエネルギーを１０ＫｅＶ、照射時間を３０秒とすれ
ば、電子線を照射した部分は上層から１２０ｎｍ程度の
みを耐エッチング性の高いＳｉＣ、ＳｉＯＣに変質させ
ることができる。

【００６５】もし、完全に底部までポリシラン膜が変質
させた場合は、電子線露光終了時に露光パターニングの
ずれがみつかっても、通常のレジスト剥離方法では剥離
できないため工程のやり直しがきかないことになるが、
底部にわずかに未変質部を残しておけば、通常のレジス
ト膜剥離方法を用いて容易に膜を剥離除去できるので、
工程のやり直しを負担なく行うことができる。また、後
の工程で変質後のＳｉＣやＳｉＣＯの剥離も容易に行う
ことができる。なお、剥離は、例えば酸素に若干のＣＦ
_４を添加する（例えばＯ_２に対し流量比１／４００のＣ
Ｆ_４を添加する）か、もしくは水を用いたアッシングの
他、希フッ酸等の薬液処理やベイパー弗酸処理により行
う。

【００６６】以上、第１の実施の形態から第３の実施の
形態を通して、電子線照射により耐エッチング性の高い
膜に変質しうる、シリコンとシリコンとの結合を主鎖と
する有機シリコン化合物膜の例としてＳｉＲ_１１Ｒ_１２
で表されるポリシラン膜を使用する例について説明した
が、他の有機シリコン化合物膜を使用することは可能で
ある。化１〜化１５は、利用可能と予想される有機シリ
コン化合物膜の具体例を示したものである。なお、式中
のｍ、ｎは正の整数である。これらの化合物の重量平均
分子量の値は特に限定されるものではないが、２００〜
１００、０００の範囲内であることが望ましい。分子量
が２００未満ではレジストの溶剤に溶解してしまい、一
方１００、０００を超えると有機溶剤に溶解しにくく溶
液材料の作製が困難になるためである。

【００６７】

【化１】

【化２】

【化３】

【化４】

【化５】

【化６】

【化７】

【化８】

【化９】

【化１０】

【化１１】

【化１２】

【化１３】

【化１４】

【化１５】なお、今回ポリシラン膜を用いているが、その代わりに
ポリシロキ酸シリコン酸化膜等の有機シリコン酸化膜や
その他、電子線照射により耐エッチング性の高い膜に変
質する有機シリコン化合物膜を用いることができる。

【００６８】有機シリコン化合物膜は一種類に限定され
るものではなく、数種類の化合物を混合して用いてもよ
い。また、必要に応じて貯蔵安定性をはかるために、熱
重合防止剤、シリコン系絶縁膜への密着性を向上させる
ための密着性向上剤、シリコン系絶縁膜からレジスト膜
中への反射光の防止に役立つ紫外光の吸収染料、ポリサ
ルフォン、ポリベンズイミダゾール等の紫外線吸収ポリ
マー等を添加してもよい。

【００６９】有機シリコン化合物膜が紫外線吸収特性を
有する場合には、レジスト膜の露光時の反射防止膜とし
て用いることもできる。

【００７０】上述の実施の形態では、ポリシランを変質
させる際、電子線照射を行っているが、それ以外のエネ
ルギ照射により変質させてもよい。例えば、γ線、Ｘ線
等の電磁波を照射することで有機シリコン化合物膜の変
質を行ってもよい。

【００７１】なお、ここでは積層絶縁層として熱酸化膜
１５、シリコン窒化膜２０、ＴＥＯＳ膜３０の構成を示
したが、この具体的な積層数や各膜製造方法は特に限定
されない。例えばＴＥＯＳ膜をプラズマＣＶＤ法のみな
らず減圧ＣＶＤ法またはＳＯＧを用いた塗布法等を使用
して形成することもできる。

【００７２】また、上述の実施の形態に示した製造方法
は、シリコントレンチの形成工程ばかりでなく、絶縁層
のみに形成するコンタクトホールやビアホール等の溝加
工にも、適用可能なことは当業者にとって明らかであ
る。

【００７３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の半導体
装置の製造方法は、半導体基板上に絶縁層を形成した
後、半導体基板外縁部から半導体基板表面にかけて有機
シリコン化合物膜を形成する工程と、有機シリコン化合
物膜上にレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜を露
光現像によりパターンニングを行う工程と、半導体基板
外縁部の有機シリコン化合物膜に選択的なエネルギー照
射を行い、被照射部を上述の絶縁層より耐エッチング性
の高い膜に変質させる工程と、絶縁層をエッチングする
工程を有するものである。よって、基板外縁部の絶縁層
および半導体基板が、エネルギー照射によって耐エッチ
ング性の高い膜に変質した有機シリコン化合物膜の変質
部によって被覆されるため、半導体基板外縁部での絶縁
層およびその下の半導体基板自体のエッチングを阻止で
きる。

【００７４】特に成膜方法の影響により絶縁層の厚みが
基板端部において薄くなる場合にも耐エッチング性の高
い膜に変わった有機シリコン化合物の変質部のため、エ
ッチング中に膜減りがほとんど起こらない。このため、
基板端部で従来発生していたようなダストの原因となる
ような半導体基板の粗いエッチングが発生せず、高い生
産歩留まりを得ることができる。

【００７５】また、本発明の別の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に形成された単数もしくは複数の絶縁
層上に、有機シリコン化合物膜を形成する工程と、前記
有機シリコン化合物膜に選択的にエネルギー照射を行
い、被照射部を前記絶縁層より耐エッチング性の高い膜
に変質させる工程と、前記被照射部をエッチングマスク
として前記有機シリコン化合物膜下層をエッチングする
工程を有するものである。有機シリコン化合物膜そのも
のをエッチングマスクとして用いることができるので、
レジスト膜のパターニング工程を不要にすることができ
る。また、耐エッチング性が高いため、絶縁層に高アス
ペクト比のコンタクトホール、ビアホール等の各種ホー
ルを高精度に形成できる。

【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シリコントレ
ンチの作製方法を示す工程図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係るシリコントレ
ンチの作製方法を示す工程図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係るシリコントレ
ンチの作製方法を示す工程図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に係るシリコントレ
ンチの作製方法を示す工程図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る別の絶縁膜の
エッチング方法を示す工程図である。

【図６】従来のシリコントレンチ作製方法を示す工程図
である。

【図７】従来のシリコントレンチ作製方法において、基
板端部に発生するシリコンのエッチング部を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０シリコン基板１５熱酸化膜２０シリコン窒化膜３０ＴＥＯＳ膜４０反射防止膜（ポリシラン膜）４５電子線照射による変質部５０レジスト膜６０トレンチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板上に絶縁層を形成する工程
と、前記半導体基板外縁部を含む半導体基板表面の前記絶縁
層上に有機シリコン化合物膜を形成する工程と、前記有機シリコン化合物膜上にレジスト膜を形成する工
程と、前記レジスト膜を、露光現像によりパターンニングを行
う工程と、前記半導体基板外縁部の前記有機シリコン化合物膜に選
択的にエネルギー照射を行い、被照射部を前記絶縁層よ
り耐エッチング性の高い膜に変質させる工程と、前記レジスト膜および前記被照射部をエッチングマスク
として前記絶縁層をエッチングする工程を有することを
特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】さらに、エッチング後の前記絶縁層およ
び前記被照射部をエッチングマスクとして前記半導体基
板をエッチングする工程を有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】前記エネルギー照射が電子線ビーム照射
であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記有機シリコン化合物膜が該レジスト
の露光光を吸収する性質を有することを特徴とする請求
項１から請求項３のいずれかに記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項５】前記有機シリコン化合物膜がポリシラン
膜もしくは有機シリコン酸化膜であることを特徴とする
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項６】半導体基板上に絶縁層を形成する工程
と、前記絶縁層上に有機シリコン化合物膜を形成する工
程と、前記有機シリコン化合物膜に選択的にエネルギー照射を
行い、被照射部を前記絶縁層より耐エッチング性の高い
膜に変質させる工程と、前記被照射部をエッチングマスクとして前記有機シリコ
ン化合物膜下層をエッチングする工程を有することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】前記有機シリコン化合物膜にエネルギー
照射を行い、被照射部を前記絶縁層より耐エッチング性
の高い膜に変質させる工程において、前記有機シリコン
化合物膜の下層部分に未変質層を残すようにエネルギー
照射条件を調整することを特徴とする請求項６に記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記エネルギー照射が電子線ビーム照射
であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載
の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記有機シリコン化合物膜がポリシラン
膜もしくは有機シリコン酸化膜であることを特徴とする
請求項６から請求項８のいずれかに記載の半導体装置の
製造方法。