JP2019212777A5

JP2019212777A5 - 半導体装置の製造方法、成膜用組成物および成膜装置

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Publication number: JP2019212777A5
Application number: JP2018108154A
Authority: JP
Filing date: 2018-06-05
Publication date: 2020-05-07

Description

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、パターンが形成されたハードマスク膜、層間絶縁膜、および下層膜がこの順で積層されたウエハを供給する工程と、前記パターンを介して前記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、前記層間絶縁膜の凹部の側壁と底部に保護膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の凹部の底部をエッチングする工程と、前記保護膜を形成する工程および前記エッチングする工程を前記下層膜が露出するまで繰り返す工程と、を有し、前記保護膜は、互いに重合して含窒素カルボニル化合物を生成する第１成分と第２成分とを有する組成物で形成され、前記第１成分の分子構造と前記第２成分の分子構造とが非対称である、半導体装置の製造方法を提供する。

＜含窒素カルボニル化合物＞
本実施形態の成膜用組成物において、第１成分と第２成分とが重合して生成される含窒素カルボニル化合物は、炭素−酸素の二重結合と窒素を含有する重合体である。含窒素カルボニル化合物は、第１成分と第２成分とが重合により成膜された膜の成分を構成する。含窒素カルボニル化合物は、このような重合体の膜として、例えば、ウエハの特定の部位がエッチングされることを防ぐための保護膜となり得る。

イソシアネートの構造は、特に制限されず、例えば、芳香族化合物、キシレン系化合物、脂環族化合物、脂肪族化合物等の基本骨格を採用することができる。これらの基本骨格を含むイソシアネートは、１種単独でもよく、または、２種以上の組み合わせでもよい。

第１成分のその他の物性としては、特に限定されないが、第１成分の吸着性を維持する観点から、第１成分の沸点が１００〜５００℃の範囲であることが好ましい。具体的には第１成分の沸点は、アミンの場合は１００〜４５０℃、イソシアネートの場合は１００〜４５０℃、カルボン酸の場合は１２０〜５００℃、酸無水物の場合は１５０〜５００℃、アルコールの場合は１５０〜４００℃である。

第２成分のその他の物性としては、特に限定されないが、第２成分の吸着性を維持する観点から、第２成分の沸点が１００〜５００℃の範囲であることが好ましい。具体的には第２成分の沸点は、アミンの場合は１００〜４５０℃、イソシアネートの場合は１００〜４５０℃、カルボン酸の場合は１２０〜５００℃、酸無水物の場合は１５０〜５００℃、アルコールの場合は１５０〜４００℃である。

本実施形態では、第１成分の分子構造と前記第２成分の分子構造とが非対称である。ここで、分子構造が非対称であるとは、２つの分子において、置換基または官能基を除いた分子の基本骨格が、点対称、線対称、面対称、回転対称のいずれでもないことを意味する。例えば、２つの分子が、環式化合物と鎖式化合物の場合、配向性が異なる芳香族化合物の場合、シス−トランス異性体（幾何異性体ともいう）を有する脂環族化合物等である場合、該２つの分子の分子構造は非対称となる。

ガスノズル４１は、上記の保護膜を形成するための成膜ガス（第１成膜ガス及び第２成膜ガス）を供給する供給部（成膜ガス供給部）を構成する。ガスノズル４１は、処理容器１１の側壁において、載置台２１の中心部から見て、排気口３１の反対側に設けられている。

ガスノズル４１は、処理容器１１の側壁から処理容器１１の中心側に向けて突出する棒状に形成されている。ガスノズル４１の先端部は、処理容器１１の側壁から水平に延びている。成膜ガスは、ガスノズル４１の先端部に開口する吐出口から処理容器１１内に吐出され、図１に示す鎖線の矢印の方向に流れて、排気口３１から排気される。なお、ガスノズル４１の先端部は、この形状に限定されず、成膜の効率を高める観点から、載置されたウエハＷに向けて斜め下方に延びる形状にしてもよく、処理容器１１の天井面１４に向けて斜め上方に延びる形状にしてもよい。

気化部６２内には、上記の第１成分Ｍ１（Ｈ６ＸＤＩ）が液体の状態で貯留されている。気化部６２は、このＨ６ＸＤＩを加熱する図示しないヒーターを備えている。また、気化部６２には、ガス供給管６３Ａの一端が接続されており、ガス供給管６３Ａの他端はバルブＶ２、ガス加熱部６４をこの順に介してＮ２（窒素）ガス供給源６５に接続されている。このような構成により、加熱されたＮ２ガスが気化部６２に供給されて気化部６２内のＨ６ＸＤＩを気化させ、該気化に用いられたＮ２ガスとＨ６ＸＤＩガスとの混合ガスを第１成膜ガスとして、ガスノズル４１に導入することができる。

また、ガス供給管７３Ａにおけるガス加熱部７４の下流側且つバルブＶ５の上流側は分岐してガス供給管７３Ｂを形成し、このガス供給管７３Ｂの下流端は、バルブＶ６を介してガス導入管５４のバルブＶ４の下流側且つ流量調整部７１の上流側に接続されている。このような構成により、上記の第２成膜ガスをガスノズル４１に供給しないときには、ガス加熱部７４で加熱されたＮ２ガスが、気化部７２を介さずにガスノズル４１に導入される。なお、図１において、第２成膜ガス供給機構５Ｂは、上述の流量調整部７１、気化部７２、ガス加熱部７４、Ｎ２ガス供給源７５、バルブＶ４〜Ｖ６、ガス供給管７３Ａ、７３Ｂ、ガス導入管５４における流量調整部７１の上流側の部位を含んで構成されている。

成膜装置１は、コンピュータである制御部１０を備えており、この制御部１０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、後述するウエハＷに対する処理を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれており、このプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ等に格納され、制御部１０にインストールされる。制御部１０は、該プログラムにより成膜装置１の各部に制御信号を出力し、各部の動作を制御する。具体的には、排気機構３２による排気流量、流量調整部６１、７１による処理容器１１内へ供給する各ガスの流量、Ｎ２ガス供給源６５、７５からのＮ２ガスの供給、各ヒーターへの電力供給、昇降機構２４による昇降ピン２３の昇降などの各動作が制御信号により制御される。

［成膜］
図７に示す成膜装置１０１を用いて、重合体の膜を成膜した。具体的には、処理容器１１１内にウエハＷを載置し、室温で成膜ガス（第１成分Ｍ１と第２成分Ｍ２を有する成膜用組成物）を供給して、ウエハＷに重合体の膜を成膜した。成膜は４枚のウエハＷに対して同時に行った。ウエハＷには、直径３００ｍｍのシリコンウエハを用いた。

［比較例１］
第１成分Ｍ１としてＨ６ＸＤＩに替えて１，３−ビス（イソシアナトメチル）ベンゼン（ＸＤＩ）を供給し、第２成分Ｍ２としてＨ６ＸＤＡに替えて１，３−ビス（アミノメチル）ベンゼン（ＸＤＡ）を供給した以外は、実施例１と同様に成膜し、評価した。ＸＤＩおよびＸＤＡは、いずれもメタ配向性の芳香族化合物である。結果を表１および図９に示す。

Claims

パターンが形成されたハードマスク膜、層間絶縁膜、および下層膜がこの順で積層されたウエハを供給する工程と、
前記パターンを介して前記層間絶縁膜に凹部を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の凹部の側壁と底部に保護膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜の凹部の底部をエッチングする工程と、
前記保護膜を形成する工程および前記エッチングする工程を前記下層膜が露出するまで繰り返す工程と、
を有し、
前記保護膜は、互いに重合して含窒素カルボニル化合物を生成する第１成分と第２成分とを有する組成物で形成され、
前記第１成分の分子構造と前記第２成分の分子構造とが非対称である、半導体装置の製造方法。
前記繰り返す工程の後に、前記ハードマスク膜および前記保護膜を除去する工程を有する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記凹部を形成する工程および前記エッチングする工程は、エッチング装置で行われ、
前記保護膜を形成する工程は、成膜装置で行われる、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
互いに重合して含窒素カルボニル化合物を生成する第１成分と第２成分とを有し、
前記第１成分の分子構造と前記第２成分の分子構造とが非対称である、成膜用組成物。
前記含窒素カルボニル化合物は、ポリウレア、ポリウレタン、ポリアミド、ポリイミドから選ばれる少なくとも１種である、請求項４に記載の成膜用組成物。
前記第１成分および前記第２成分の少なくともいずれかは、イソシアネート、アミン、酸無水物、カルボン酸、およびアルコールのいずれか１種である、請求項４または５に記載の成膜用組成物。
前記第１成分および前記第２成分の少なくともいずれかは、芳香族化合物、キシレン系化合物、脂環族化合物、脂肪族化合物から選ばれる少なくとも１種である、請求項６に記載の成膜用組成物。
前記第１成分および前記第２成分の少なくともいずれかは、１官能性化合物または２官能性化合物である、請求項６または７に記載の成膜用組成物。
前記第１成分および前記第２成分のいずれか一方がイソシアネートであり、
前記第１成分および前記第２成分のいずれか他方がアミンである、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の成膜用組成物。
前記イソシアネートは、２官能性脂環族化合物である、請求項９に記載の成膜用組成物。
前記アミンは、２官能性脂環族化合物である、請求項９または１０に記載の成膜用組成物。
真空雰囲気が形成される処理容器と、
前記処理容器内に設けられた基板を載置する載置部と、
請求項４乃至１１のいずれか１項に記載の成膜用組成物を前記処理容器内に供給する供給部とを有する、成膜装置。