JP6340338B2

JP6340338B2 - 薄膜の形成方法

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Publication number: JP6340338B2
Application number: JP2015069194A
Authority: JP
Inventors: 岡田　充弘; 充弘岡田; 将久渡邊
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Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2018-06-06
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Description

この発明は、薄膜の形成方法に関する。

半導体集積回路装置の微細化および三次元化が進展している。微細化および三次元化が進展した半導体集積回路装置においては、例えば、トレンチ、ヴィアおよび溝などに代表されるホール状やライン状の深い凹部、いわゆる“高アスペクト比の凹部”が、加工対象構造体や薄膜に形成される。しかし、高アスペクト比の凹部を形成するためには、フォトリソグラフィ法を用いて形成したレジストマスク膜だけでは、加工対象構造体や薄膜に対して充分なエッチング選択比を確保することが難しくなってきている。

そこで、高アスペクト比の凹部を形成するために、例えば、特許文献１に記載されているように、レジストマスク膜を用いてハードマスク膜を形成し、そして、形成されたハードマスク膜をマスクに用いて加工対象構造体や薄膜を異方性エッチングする手法が採用されている。

また、凹部の高アスペクト比化が進むと、加工対象構造体や薄膜に形成される凹部の側壁にもエッチングが進行し、凹部の側壁が“弓状”に変形する、いわゆる“ボーイング”と呼ばれる現象が顕著になる。

このようなボーイングの発生を抑制する手法の一つとして、例えば、特許文献２に記載されているように、加工対象構造体や薄膜を異方性エッチングする際に、加工対象構造体や薄膜に生ずる凹部の側壁をエッチングから保護する側壁保護膜を形成するための側壁保護膜原料ガスを、エッチングガスとともに供給することが知られている。

特開２０１２−２０４６５２号公報特開２０１４−１７４０６号公報

特許文献２においては、加工対象構造体や薄膜を異方性エッチングする際に加工対象構造体や薄膜に生ずる凹部の側壁をエッチングから保護する側壁保護膜を形成するための側壁保護膜原料ガスを、エッチングガスとともに供給する。これにより、高アスペクト比化が進んだ凹部であっても、ボーイングの発生を抑制しつつ形成することができる。

しかしながら、電子機器、例えば、半導体集積回路装置の更なる微細化および三次元が進み、加工対象構造体や、加工対象である薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展すると、たとえ側壁保護膜原料ガスを供給したとしても、側壁保護膜原料ガスが凹部の奥深くまで届きにくくなる。このため、凹部の奥深くにおいては、ボーイングの発生を抑制することが難しくなることが懸念されている。

この発明は、加工対象である薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制することが可能となる薄膜の形成方法を提供する。

また、この発明は、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、上記薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制しつつ、上記凹部を形成することが可能な薄膜の形成方法を提供する。

この発明の第１の態様に係る薄膜の形成方法は、被処理体の被処理面上に薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、前記薄膜を形成する際、前記被処理体の被処理面に対して、(１)前記薄膜の原料となる薄膜原料ガスと、(２)前記薄膜を異方性エッチングする際に前記薄膜に生ずる凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、前記薄膜中に前記側壁保護膜の原料となる元素を添加しながら、前記薄膜を前記被処理体の被処理面上に形成し、前記薄膜を異方性エッチングする際、前記被処理体の前記被処理面に対して、(３)前記薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、(４)前記側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、(５)さらに、前記異方性エッチングされている前記薄膜から、前記側壁保護膜の原料となる元素を放出させ、前記凹部の側壁上に前記側壁保護膜を形成しながら、前記薄膜を異方性エッチングする。

この発明の第２の態様に係る薄膜の形成方法は、被処理体の被処理面上に、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、前記薄膜を異方性エッチングする際、前記被処理体の被処理面に対して、(６)前記薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、(７)前記凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、(８)さらに、前記異方性エッチングされている前記薄膜から、前記側壁保護膜の原料となる元素を放出させ、前記凹部の側壁上に前記側壁保護膜を形成しながら、前記薄膜を異方性エッチングする。

この発明によれば、加工対象である薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制することが可能となる薄膜の形成方法を提供できる。

また、この発明によれば、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、上記薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制しつつ、上記凹部を形成することが可能な薄膜の形成方法を提供できる。

この発明の一実施形態に係る薄膜の形成方法のシーケンスの一例を示す流れ図図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図膜の原子組成を示す図この発明の一実施形態に係る薄膜の形成方法のシーケンスの他例を示す流れ図図４に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図図４に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図参考例に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図参考例に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図参考例に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図一実施形態に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図一実施形態に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図一実施形態に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図膜の特性を示す図凹部のアスペクト比を説明するための図一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜をマスクに用いたエッチングの状態を概略的に示す断面図一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜をマスクに用いたエッチングの状態を概略的に示す断面図一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜をマスクに用いたエッチングの状態を概略的に示す断面図

以下、この発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。なお、全図にわたり、共通の部分には共通の参照符号を付す。

（薄膜の形成方法：薄膜の成膜）
図１はこの発明の一実施形態に係る薄膜の形成方法のシーケンスの一例を示す流れ図、図２Ａおよび図２Ｂは図１に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。

まず、図１中のステップ１に示すように、被処理体を成膜装置の処理室に搬入する。被処理体としては、図２Ａに示すように、例えば、シリコンウエハ（以下ウエハという）１が準備される。本例のウエハ１上には、シリコン酸化物膜、例えば、ＳｉＯ_２膜２が形成されている。本例の被処理面はＳｉＯ_２膜２が形成された面となる。

次に、図１中のステップ２に示すように、薄膜を被処理体の被処理面上に形成する。本例では薄膜をＳｉＯ_２膜２の表面上に形成する。薄膜を形成する際には、被処理面に対して、薄膜の原料となる薄膜原料ガスと、側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給する。これにより、薄膜は、その中に側壁保護膜の原料となる元素が添加されながら、被処理面上に形成される。

薄膜原料ガスとしては、シリコンと水素との化合物ガス、例えば、シラン系ガスを挙げることができる。本例では、薄膜原料ガスとしてモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスを用いた。

また、側壁保護膜原料ガスとしては、酸素を含むガス、又は酸素と窒素とを含むガスを挙げることができる。本例では、側壁保護膜原料ガスとしてＮ_２Ｏガスを用いた。Ｎ_２Ｏガスの場合、側壁保護膜の原料となる元素は、酸素（Ｏ）および窒素（Ｎ）となる。また、Ｎ_２Ｏガスの他、酸素のみのＯ_２ガスも用いることが可能である。

薄膜原料ガスとしてＳｉＨ_４ガスを、側壁保護膜原料ガスとしてＮ_２Ｏガスを用いることで、図２Ｂに示すように、薄膜として側壁保護膜の原料となる元素を含有したシリコン膜、本例では酸素および窒素含有シリコン膜３が、被処理面であるＳｉＯ_２膜２上に成膜される。

ステップ２における処理条件の一例は、
ＳｉＨ_４ガス流量：１５００ｓｃｃｍ
Ｎ_２Ｏガス流量：９０ｓｃｃｍ
処理時間：４７１ｍｉｎ
処理温度：５３０℃以下の成膜可能な温度
処理圧力：６０Ｐａ（０．４５Ｔｏｒｒ）
（本明細書においては１Ｔｏｒｒを約１３３．３Ｐａと定義する）
である。

このような処理条件によれば、酸素および窒素含有シリコン膜３として、Ｓｉ、Ｏ、Ｎをそれぞれ
Ｓｉ：約８９〜９１ａｔ％
Ｏ：約９〜１１ａｔ％
Ｎ：約０．００５〜０．０１ａｔ％
程度に含有した、膜厚が５００ｎｍ程度の酸素および窒素含有シリコン膜３がＳｉＯ_２膜２上に成膜される。また、酸素および窒素含有シリコン膜３は、処理温度、即ち成膜温度を５３０℃以下として成膜されるので、その状態はアモルファスとなる。

（薄膜の原子組成）
図３は、薄膜の原子組成を示す図である。図３には、ＳｉＯ_２膜の原子組成と、一実施形態に従って形成された薄膜の概略的な原子組成とが示されている。

図３に示すように、ＳｉＯ_２膜の原子組成は“Ｓｉ：Ｏ＝３３．３ａｔ％：６６．７ａｔ％”となる。これに対し、一実施形態に従って形成された薄膜の原子組成は“Ｓｉ：Ｏ＝３３．３ａｔ％：６６．７ａｔ％”にはならず、酸素の組成が６６．７ａｔ％の約１／３以下に減少される。これは薄膜がシリコンに加えて酸素を含有していたとしても、シリコン膜としての特性を維持させるためである。シリコン膜としての特性を維持する酸素含有上限、並びに後述する利点を維持するための酸素含有下限は、以下の通りである。

<<酸素含有上限>>
一実施形態に従って形成された薄膜の酸素含有上限は、例えば、“Ｏ＝２０ａｔ％”である。この場合、上記薄膜の原子組成は“Ｓｉ：Ｏ＝約８０ａｔ％：２０ａｔ％”となる。なお、Ｓｉが約８０％とあるのは、薄膜に、酸素に加えて窒素が含有されてもよいことによる。

<<酸素含有下限>>
また、酸素含有下限は、例えば、“Ｏ＝２ａｔ％”である。この場合、薄膜の原子組成は“Ｓｉ：Ｏ＝約９８ａｔ％：２ａｔ％”となる。ここにおいても、Ｓｉが約９８％とあるのは、薄膜に、酸素に加えて窒素が含有されてもよいことによる。

なお、一実施形態に従って形成された薄膜に酸素を含有させる場合、又は酸素と窒素とを含有させる場合、酸素、又は酸素と窒素とのそれぞれの含有量は、シリコン膜に、酸素と窒素とが含有されてもシリコン膜としての特性が維持される範囲内に調節される。シリコン膜として維持されるべき特性の一例としては、例えば、ＳｉＯ_２膜に対するエッチング選択比を、実使用上、支障のない範囲で充分に確保できるかを挙げることができる。もしくはノンドープシリコン膜のＳｉＯ_２膜に対するエッチング選択比と同等以上であるか否かを挙げることができる。例えば、本一実施形態では、シリコンは約８９〜９１ａｔ％と薄膜全体の約９／１０の割合を占めており、酸素については約９〜１１ａｔ％と薄膜全体の約１／１０の割合、窒素については約０．００５〜０．０１ａｔ％と、薄膜全体の約１／１００〜１／２００の割合とされている。特に、窒素を含有させる場合には、薄膜全体の約１／１００〜１／２００の割合というように、極めて微量な量だけ含有されるようにしてもよい。

（薄膜の形成方法：薄膜のエッチング）
次に、一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜のエッチングについて説明する。

図４はこの発明の一実施形態に係る薄膜の形成方法のシーケンスの他例を示す流れ図、図５Ａおよび図５Ｂは図４に示すシーケンス中の被処理体の状態を概略的に示す断面図である。

まず、図４中のステップ３に示すように、被処理体をエッチング装置の処理室に搬入する。被処理体としては、図５Ａに示すように、図１を参照して説明したシーケンスに従って形成された薄膜を有したウエハ１が準備される。本例で、は図２Ｂに示したウエハ１の酸素および窒素含有シリコン膜３上に、例えば、ＳｉＯ_２膜４からなるハードマスク膜が形成されたものが準備される。ハードマスク膜であるＳｉＯ_２膜４には、トレンチ、ヴィアおよび溝などに代表されるホール状やライン状の開孔パターンとして、凹部５が形成されている。本例の被処理面は、凹部５を有したＳｉＯ_２膜４が形成されている面となる。

次に、図４中のステップ４および図５Ｂに示すように、薄膜を異方性エッチングする。異方性エッチングの一例は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）である。薄膜をエッチングする際には、被処理面に対して、薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給する。さらに、異方性エッチングされている薄膜から、側壁保護膜の原料となる元素を放出させる。これにより、側壁保護膜が、異方性エッチングされている薄膜に生じる凹部の側壁上に形成されながら、薄膜が異方性エッチングされる。本例では、ＳｉＯ_２膜４をマスクに用いて、酸素および窒素含有シリコン膜３の、凹部５に対応した部分が異方性エッチングされる。これにより、酸素および窒素含有シリコン膜３には、凹部５に対応した凹部６が形成される。

薄膜エッチングガスとしては、シリコンをエッチングすることが可能なガスが選ばれる。そのようなガスの例は、ＨＢｒを含むガス、およびＮＦ_３を含むガスである。これらはどちらか一つを単体で被処理面に供給してもよく、双方とも被処理面に供給してもよい。本例では、ＨＢｒを含むガス、およびＮＦ_３を含むガスの双方を被処理面に供給した。

また、側壁保護膜原料ガスとしては、酸素を含むガス、又は酸素と窒素とを含むガスを挙げることができる。本例では、側壁保護膜原料ガスとしてＯ_２ガスを用いた。Ｏ_２ガスの場合、側壁保護膜の原料となる元素は、酸素（Ｏ）となる。

なお、図１中のステップ２において使用した側壁保護膜原料ガスと、図４中のステップ４において使用する側壁保護膜原料ガスは同じ、例えば、ステップ２およびステップ４の双方でＮ_２Ｏガス、又はＯ_２ガスとしても、本例のようにステップ２ではＮ_２Ｏガス、ステップ４ではＯ_２ガスのように異ならせてもよい。

ステップ４における処理条件の一例は、
ＨＢｒガス流量：５２５ｓｃｃｍ
ＮＦ_３ガス流量：３０ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガス流量：１４ｓｃｃｍ
処理時間：１３３ｓｅｃ
処理温度：８０℃
処理圧力：１７．３Ｐａ（０．１３Ｔｏｒｒ）
である。

（エッチングのメカニズム）
次に、ステップ４におけるエッチングのメカニズムについて説明する。

図６Ａ〜図６Ｃは参考例に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図、図７Ａ〜図７Ｃは一実施形態に係る薄膜のエッチングの状態を概略的に示す断面図である。

<<参考例の場合>>
参考例は、シリコン膜３ａ中に、側壁保護膜の原料となる元素が含まれていない場合である。このような参考例では、図６Ａに示すように、エッチングの初期段階では、薄膜エッチングガス（ＨＢｒ、ＮＦ_３）とともに側壁保護膜原料ガス（Ｏ_２）が被処理面に供給されている。このため、凹部６の内部で、エッチングされたＳｉとＯとが反応して活性なＳｉＯ^＊が生成され、これが凹部６の側壁上に、例えば、シリコン酸化物からなる側壁保護膜６ａを形成する。

しかし、エッチングが進むと、側壁保護膜原料ガス（Ｏ_２）が凹部６の奥深くに届きにくくなる。このため、シリコン酸化物からなる側壁保護膜６ａが形成され難くなり、エッチングが進むにつれ、ほぼ形成されなくなる。凹部６の側壁に側壁保護膜６ａが、ほぼ形成されなくなる結果、凹部６の側壁が保護されなくなる。やがて、凹部６の側壁に露出したシリコン膜３ａを、例えば、活性なＦ^＊がエッチングしだす。

この結果、図６Ｃ中の参照符号７により示されるように、凹部６には、その側壁が“弓状”に変形する、いわゆる“ボーイング”が発生する。

<<一実施形態の場合>>
これに対し、一実施形態に従って形成された酸素および窒素含有シリコン膜３では、参考例と同様に、薄膜エッチングガス（ＨＢｒ、ＮＦ_３）とともに側壁保護膜原料ガス（Ｏ_２）が被処理面に供給されているので、図７Ａに示すように、エッチングの初期段階では、例えば、参考例と同様にして、凹部６の側壁上に、シリコン酸化物からなる側壁保護膜６ａが形成される。

さらに、エッチングが進み、図７Ｂに示すように、側壁保護膜原料ガス（Ｏ_２）が凹部６の奥深くに届きにくくなったとしても、エッチングされている酸素および窒素含有シリコン膜３から、ＯおよびＮが放出される。このため、凹部６の内部で、放出されたＯ、同じく放出されたＮ、並びにエッチングされたＳｉが反応して、活性なＳｉＯ^＊やＳｉＮ^＊生成される。これらが凹部６の側壁上に、例えば、シリコン酸化物からなる側壁保護膜６ａを形成しだす。

この結果、図７Ｃに示すように、凹部６の側壁に発生する“ボーイング”が抑制されることとなる。そして、参考例に比較してボーイングが少なく、側壁に、ほぼまっすぐな形状が維持されている凹部６を形成することが可能となる。

このように、一実施形態に係る薄膜の形成方法によれば、加工対象である薄膜に形成される凹部、例えば、トレンチ、ヴィアおよび溝などに代表されるホール状やライン状の深い凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制することが可能となる薄膜の形成方法が得られる、という利点を得ることができる。

また、別の視点からみた一実施形態に係る薄膜の形成方法によれば、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、上記薄膜に形成される凹部の高アスペクト比化がさらに進展したとしても、ボーイングの発生を抑制しつつ、上記凹部を形成することが可能な薄膜の形成方法が得られる、という利点についても得ることができる。

（一実施形態に従って形成された薄膜の特性）
図８は、膜の特性を示す図である。図８には、側壁保護膜の原料となる元素が含まれていないノンドープアモルファスシリコン、並びに側壁保護膜の原料となる元素が含まれているＮ_２Ｏドープアモルファスシリコンの特性が、それぞれアニール無およびアニール有の場合について示されている。

なお、図８に示すＮ_２Ｏドープアモルファスシリコンの原子組成は、おおよそ“Ｓｉ：Ｏ：Ｎ＝約９０ａｔ％：約１０ａｔ％：約０．００５ａｔ％”である。

<<シリコンエッチングレート>>
図８に示すように、シリコンエッチングレートは、ノンドープアモルファスシリコン、およびＮ_２Ｏドープアモルファスシリコンの双方とも約６１０ｎｍ／ｍｉｎであった。なお、薄膜エッチングガスは、ノンドープアモルファスシリコン、およびＮ_２Ｏドープアモルファスシリコンの双方ともＨＢｒガス＋ＮＦ_３ガスである。

このようにＮ_２Ｏドープアモルファスシリコンは、ノンドープアモルファスシリコンと同等にエッチングしやすいことが確認された。

<<マスク残量（対ＴＥＯＳ）>>
マスク残量（対ＴＥＯＳ）は、ノンドープアモルファスシリコン、およびＮ_２Ｏドープアモルファスシリコンをそれぞれハードマスク膜として用いて、ＴＥＯＳ-ＳｉＯ_２膜をエッチングしたとき、どのくらい膜が残るかを調べたものである。

図８に示すように、ノンドープアモルファスシリコンの場合、アニール無で約１５４ｎｍ、アニール有で約１４９ｎｍのマスク残量が確認された。

これに対し、Ｎ_２Ｏドープアモルファスシリコンによれば、アニール無で約１７３ｎｍ、アニール有で約１７１ｎｍのマスク残量が確認された。

このように、シリコン膜をマスクに用いてＴＥＯＳを用いて成膜されたシリコン酸化物膜をエッチングする場合、マスクの性能としては、Ｎ_２Ｏドープアモルファスシリコンが、ノンドープシリコンに比較して優れている、という結果が見出された。この理由の一つとしては、Ｎ_２Ｏドープアモルファスシリコンは、ＮやＯを含有しているため、アモルファスの度合いがノンドープシリコンに比較して、より強くなることを挙げることができる。アモルファスの度合いが強いということは部分的な結晶化が抑制されている、ということである。部分的な結晶化が進行したシリコン膜と、部分的な結晶化が抑制されたシリコン膜とでは、エッチングされる際に、例えば、結晶化した部分において、エッチングが大きく進行することが抑制される。

したがって、部分的な結晶化が抑制されるシリコン膜、即ちアモルファスの度合いが強まるＮ_２ＯドープアモルファスシリコンやＯドープアモルファスシリコンによれば、エッチング耐性を強化できる、という利点をも得ることができる。

<<ボーイングＣＤ>>
ボーイングＣＤは、おおよそ５０ｎｍの線幅の凹部をシリコン膜に形成したとき、最終的に得られた凹部の線幅がどの程度になるかを調べたものである。

図８に示すように、アニール無の場合、ノンドープアモルファスシリコンでは約５２．５ｎｍであったものが、Ｎ_２Ｏドープアモルファスシリコンによれば約５０．１ｎｍとなった。即ち、約２．５ｎｍのボーイングが約０．１ｎｍにまで改善された。

また、アニール有の場合においても、ノンドープアモルファスシリコンでは約５４．５ｎｍであったものが、Ｎ_２Ｏドープアモルファスシリコンによれば約４９．３ｎｍとなった。アニール有の場合においても、約４．５ｎｍのボーイングが約０．７ｎｍにまで改善された。

（凹部のアスペクト比）
次に、この発明を適用するのに好適な凹部のアスペクト比について説明する。

図９は、凹部のアスペクト比を説明するための図である。図９には、凹部の径を“ａ”、凹部の深さを“ｂ”としたときのアスペクト比“ｂ／ａ”について“５”、“１０”、“２０”および“３０”の場合が示されている。

上述したように、トレンチ、ヴィアおよび溝などに代表されるホール状やライン状の凹部の高アスペクト比化が進むと、ボーイングが発生しやすくなる。このメカニズムは、図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明した通りである。ボーイングは、おおよそアスペクト比が“１０”を超えると発生しだし、アスペクト比が“２０”、“３０”…というように大きくなるにつれ、顕著になる。

これに対し、一実施形態に係る薄膜の形成方法にしたがって形成された薄膜によれば、この薄膜をエッチングしているとき、薄膜中から、凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素が放出される。このため、凹部のアスペクト比が“１０”、“２０”、“３０”…というように、高アスペクト比化が進んだとしても、凹部の側壁にボーイングの発生を抑制できる。

したがって、一実施形態に係る薄膜の形成方法は、薄膜に、アスペクト比が“１０”以上の有限値となる凹部を形成する場合に、好適に適用することができる。より好ましくはアスペクト比が“２０”以上の有限値となる凹部を形成する場合、さらに好ましくはアスペクト比が“３０”以上の有限値となる凹部を形成する場合に適用されると、なおよい。

（薄膜の適用例）
一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜は、凹部の側壁にボーイングが発生し難い。このため、エッチング後においても、優れた形状を持つ凹部を維持することができる。このような優れた形状を持つ凹部を有した薄膜は、例えば、ハードマスク膜として使用することが可能である。

図１０Ａ〜図１０Ｃは、一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜をマスクに用いたエッチングの状態を概略的に示す断面図である。

図１０Ａには、ＳｉＯ_２膜２上に、凹部６を有した酸素および窒素含有シリコン膜３が示されている。この状態で、図１０Ｂに示すように、酸素および窒素含有シリコン膜３をハードマスク膜に用いてＳｉＯ_２膜２を異方性エッチングする。これにより、凹部６よりも、さらに大きいアスペクト比を有した凹部８が、ＳｉＯ_２膜２に形成される。次に、図１０Ｃに示すように、酸素および窒素含有シリコン膜３を除去する。

このように、一実施形態に係る薄膜の形成方法に従って形成された薄膜は、下層にある薄膜や加工対象構造体をエッチングするときのハードマスクとして、好適に適用することができる。

以上、この発明を一実施形態に従って説明したが、この発明は、上記一実施形態に限定されることは無く、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。また、この発明の実施形態は、上記一実施形態が唯一のものでもない。

例えば、上記一実施形態においては、処理条件を具体的に例示したが、処理条件は、上記具体的な例示に限られるものではない。

また、上記一実施形態においては、薄膜としてシリコン膜を例示したが、薄膜はシリコン膜に限られるものではない。薄膜は、その中に薄膜を異方性エッチングする際に前記薄膜に生ずる凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含まれれば、半導体、導電体、および絶縁体のいずれにも用いることができる。

その他、この発明はその要旨を逸脱しない範囲で様々に変形することができる。

１…シリコンウエハ、２…ＳｉＯ_２膜、３…酸素および窒素含有シリコン膜、４…ＳｉＯ_２膜、５…凹部、６…凹部、６ａ…側壁保護膜、８…凹部。

Claims

被処理体の被処理面上に薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、
前記薄膜を形成する際、前記被処理体の被処理面に対して、
(１) 前記薄膜の原料となる薄膜原料ガスと、
(２) 前記薄膜を異方性エッチングする際に前記薄膜に生ずる凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、
前記薄膜中に前記側壁保護膜の原料となる元素を添加しながら、前記薄膜を前記被処理体の被処理面上に形成し、
前記薄膜を異方性エッチングする際、前記被処理体の前記被処理面に対して、
(３) 前記薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、
(４) 前記側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、
(５) さらに、前記異方性エッチングされている前記薄膜から、前記側壁保護膜の原料となる元素を放出させ、
前記凹部の側壁上に前記側壁保護膜を形成しながら、前記薄膜を異方性エッチングすることを特徴とする薄膜の形成方法。
被処理体の被処理面上に、凹部を有した薄膜を形成する薄膜の形成方法であって、
前記薄膜を異方性エッチングする際、前記被処理体の被処理面に対して、
(６) 前記薄膜を異方性エッチングする薄膜エッチングガスと、
(７) 前記凹部の側壁を保護する側壁保護膜の原料となる元素を含む側壁保護膜原料ガスとを供給し、
(８) さらに、前記異方性エッチングされている前記薄膜から、前記側壁保護膜の原料となる元素を放出させ、
前記凹部の側壁上に前記側壁保護膜を形成しながら、前記薄膜を異方性エッチングすることを特徴とする薄膜の形成方法。
前記薄膜は、前記側壁保護膜の原料となる元素を含有したシリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜の形成方法。
前記シリコン膜は、アモルファスであることを特徴とする請求項３に記載の薄膜の形成方法。
前記(２)および前記(４)に記載される前記側壁保護膜原料ガスは、酸素を含むガスであることを特徴とする請求項３は請求項４に記載の薄膜の形成方法。
前記薄膜は、酸素を含有したシリコン膜であり、
前記酸素を含有したシリコン膜に含まれる酸素の割合は、２ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項５に記載の薄膜の形成方法。
前記酸素を含むガスは、さらに窒素を含むことを特徴とする請求項５に記載の薄膜の形成方法。
前記薄膜は、酸素および窒素を含有したシリコン膜であり、
前記酸素および窒素を含有したシリコン膜に含まれる酸素の割合は、２ａｔ％以上２０ａｔ％以下であることを特徴とする請求項７に記載の薄膜の形成方法。
前記(２)に記載される前記側壁保護膜原料ガスと、前記(４)に記載される前記側壁保護膜原料ガスとは異なることを特徴とする請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。
前記薄膜は、前記側壁保護膜の原料となる元素を含有したシリコン膜であることを特徴とする請求項２に記載の薄膜の形成方法。
前記薄膜は、ハードマスク膜として使用されることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の薄膜の形成方法。