JPH065585A

JPH065585A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH065585A
Application number: JP27386392A
Authority: JP
Inventors: Toshiko Ono; 寿子小野; Naomi Ninomiya; 尚美二宮; Tadashi Iijima; 匡飯島; Akira Nishiyama; 彰西山; Yukihiro Ushiku; 幸広牛久
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1992-04-22
Filing date: 1992-10-13
Publication date: 1994-01-14

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に
半導体装置における二酸化ケイ素膜の形成方法に関す
る。【構成】レジスト上にＯ₂処理を施し、表面をＯ₂で
置換させることにより、レジストを含めたウエハ全面に
ＳｉＯ₂膜を堆積させる。その後、エッチバック法を用
いることにより、配線溝、スルーホール、ゲート電極溝
等に対応する溝を形成する。【効果】本発明によりレジスト上にも下地絶縁膜と同
様の膜厚でＳｉＯ₂膜を堆積させることが可能となるた
め、ＳｉＯ₂膜堆積に対する下地絶縁膜とレジストとの
選択性の乱れを考慮することなく、所望のパターンを形
成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に半導体装置における二酸化ケイ素膜の形成方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置における配線、スルーホー
ル、ゲート電極などを、埋め込み式で形成する場合、こ
れらの配線溝、スルーホール、ゲート電極溝が形成され
るＳｉＯ₂膜の形成方法として、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッ
タ法等、非選択的な形成方法と、液相から選択的に成長
させる方法とがある。

【０００３】非選択的な形成方法でＳｉＯ₂膜を形成し
た場合、ＳｉＯ₂膜のパターニングは、この膜上にレジ
スト膜を形成し、所定部分の露光、現像、エッチングに
より行う。

【０００４】一方、液相から選択的に成長させたＳｉＯ
₂膜を用いる場合には、半導体基板上にレジスト等の有
機物によるパターンを形成し、このパターン以外の領域
にＳｉＯ₂膜を選択的に堆積させ、レジスト剥離を行う
ことにより所望のＳｉＯ₂パターンを形成する。

【０００５】非選択的な方法でＳｉＯ₂膜を形成した場
合のＳｉＯ₂膜のパターニングのプロセスでは、レジス
トパターンをマスクにしているため、レジストパターン
形成技術がデザイン・ルールを支配し、さらにエッチン
グによる寸法誤差が生じるため、デザイン・ルールはさ
らに厳しくなる。

【０００６】一方、液相からのＳｉＯ₂選択成長を利用
した場合には、エッチングが必要ないため工程が簡略化
され、さらにエッチングによる寸法誤差が生じず、ま
た、エッチングの際のＳｉＯ₂層のダメージや、不純物
混入が避けられるというメリットがある。

【０００７】液相からのＳｉＯ₂選択成長法を用いて配
線溝を形成する工程を図１２から図１４に示す。半導体
基板１１上に、層間絶縁膜１２を形成した後、この上に
レジストを塗布し、露光、現像の工程を経てレジストパ
ターン１３を形成する（図１２）。この後、二酸化ケイ
素を過飽和させたケイフッ化水素酸（Ｈ₂ＳｉＦ₆）水
溶液にウエハを浸して、レジストパターンを除く領域に
ＳｉＯ₂膜１５を堆積させる（図１３）。

【０００８】ＳｉＯ₂膜堆積時におけるレジストと、下
地の層間絶縁膜との選択性は完全なものでなく、広いレ
ジストパターン上にも、レジストの無い部分に堆積され
たＳｉＯ₂膜とほぼ等しい膜厚のドーム状の異常析出物
２１が析出する。

【０００９】次に、ＳＨ処理（硫酸と過酸化水素の混合
溶液に浸す）またはＯ₂プラズマ処理により、レジスト
１３の剥離を行い、配線溝を形成する（図１４）。この
状態で、配線溝の形成は完成するが、レジスト剥離後
も、広いレジストパターン上に析出した異常析出物２１
は除去できず、層間絶縁膜１２上に残る。この異常析出
物はシリコン酸化膜であり、異常析出物をエッチングに
より除去しようとすると、形成された配線溝パターンや
下地の層間絶縁膜もエッチングされてしまい、異常析出
物のみを除去するのは難しい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来の、液相からレジ
ストパターン以外の領域にＳｉＯ₂膜を堆積させる方法
においては、ＳｉＯ₂膜堆積に対する、レジスト膜と下
地膜との選択性が完全ではないため、広いレジストパタ
ーン上に、シリコン酸化物からなる異常析出物が析出し
てしまい、また、この析出物はレジスト剥離時のリフト
オフ法、レジスト剥離後のエッチング等の手段を用いて
も除去するのが難しかった。本発明は上記課題に鑑みて
なされたものであり、液相から堆積されるＳｉＯ₂膜か
らなる所望のパターンを得ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】第一の発明は基体上に有
機膜を選択的に形成する工程と、露出した前記基体及び
有機膜表面を酸素で置換する工程と、ケイフッ化水素酸
水溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液中に浸積せし
めることにより、前記露出した基体表面及び有機膜表面
に二酸化ケイ素膜を成長させる工程とを含む半導体装置
の製造方法を提供することを特徴とする。

【００１２】第二の発明は基体上に第一のレジスト膜を
選択的に形成する工程と、露出した前記基体表面及び第
一のレジスト膜表面を酸素で置換する工程と、ケイフッ
化水素酸水溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液中に
浸積せしめることにより、前記露出した基体表面及び第
一のレジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を成長させる工程
と、この二酸化ケイ素膜上に第二のレジスト膜を形成す
る工程と、この第二のレジスト膜及び前記二酸化ケイ素
膜のエッチングにより前記第一のレジスト膜を露出させ
る工程と、前記第一のレジスト膜を除去する工程とを含
む半導体装置の製造方法を提供することを特徴とする。

【００１３】第三の発明は基体上にレジスト膜を形成す
る工程と、このレジスト膜内に溝を形成する工程と、露
出した前記基体表面及びレジスト膜表面を酸素で置換す
る工程と、ケイフッ化水素酸水溶液に二酸化ケイ素を飽
和させた水溶液中に浸積せしめることにより、前記露出
した基体表面及びレジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を所
望の厚さに堆積させる工程と、前記レジスト膜およびレ
ジスト膜内の溝の側壁部に堆積された前記二酸化ケイ素
膜をマスクに溝底部の前記二酸化ケイ素膜及び前記基体
のエッチングを行う工程と、前記レジスト膜および前記
二酸化ケイ素膜を除去する工程とを含む半導体装置の製
造方法を提供することを特徴とする。

【００１４】第四の発明は半導体基板上に絶縁膜を形成
する工程と、この絶縁膜上に絶縁膜とエッチングの選択
比がとれるストッパー膜を形成する工程と、このストッ
パー膜上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト
膜内に溝を形成する工程と、露出した前記ストッパー膜
表面及びレジスト膜表面を酸素で置換する工程と、ケイ
フッ化水素酸水溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液
中に浸透せしめることにより、前記露出したストッパー
膜表面及びレジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を所望の厚
さに堆積させる工程と、前記溝の側壁部のみに前記二酸
化ケイ素膜を残置する工程と、この溝側壁部の二酸化ケ
イ素膜及びレジスト膜をマスクに溝底部の前記ストッパ
ー膜をエッチング除去する工程と、前記溝側壁部の二酸
化ケイ素膜及びレジスト膜を除去する工程と、前記スト
ッパー膜をマスクに前記絶縁膜をエッチング除去する工
程とを含む半導体装置の製造方法を提供することを特徴
とする。

【００１５】第五の発明は半導体基板上に絶縁膜を形成
する工程と、この絶縁膜上に絶縁膜とエッチングの選択
比がとれるストッパー膜を形成する工程と、このストッ
パー膜上にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト
膜内に溝を形成する工程と、露出した前記ストッパー膜
表面及びレジスト膜表面を酸素で置換する工程と、ケイ
フッ化水素酸水溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液
中に浸透せしめることにより、前記露出したストッパー
膜表面及びレジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を所望の厚
さに堆積させる工程と、前記溝の側壁部のみに前記二酸
化ケイ素膜を残置する工程と、この溝側壁部の二酸化ケ
イ素膜及びレジスト膜をマスクに溝底部の前記ストッパ
ー膜及び絶縁膜をエッチング除去する工程と、前記溝側
壁部の二酸化ケイ素膜及びレジスト膜及びストッパー膜
を除去する工程とを含む半導体装置の製造方法を提供す
ることを特徴とする。

【００１６】第六の発明は半導体基板上に絶縁膜を形成
する工程と、この絶縁膜上に絶縁膜とエッチングの選択
比がとれる第１のストッパー膜及び第２のストッパー膜
を形成する工程と、この第２のストッパー膜上にレジス
ト膜を形成する工程と、このレジスト膜内に溝を形成す
る工程と、露出した前記第２のストッパー膜表面及びレ
ジスト膜表面を酸素で置換する工程と、ケイフッ化水素
酸水溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液中に浸透せ
しめることにより、前記露出した第２のストッパー膜表
面及びレジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を所望の厚さに
堆積させる工程と、前記溝の側壁部のみに前記二酸化ケ
イ素膜を残置する工程と、この溝側壁部の二酸化ケイ素
膜及びレジスト膜をマスクに溝底部の前記第２のストッ
パー膜をエッチング除去する工程と、前記溝側壁部の二
酸化ケイ素膜及びレジスト膜を除去する工程と、前記第
２のストッパー膜をマスクに前記第１のストッパー膜を
エッチング除去する工程と、前記第１のストッパー膜及
び第２のストッパー膜をマスクとして前記絶縁膜をエッ
チングする工程とを含む半導体装置の製造方法を提供す
ることを特徴とする。

【００１７】第七の発明は半導体基板上に第１の膜を形
成する工程と、この第１の膜上に第１の有機膜を形成す
る工程と、この第１の有機膜内に溝を形成する工程と、
この第１の有機膜表面に第２の有機膜を形成する工程
と、エッチングにより前記溝の側壁部のみに第２に有機
膜を残置する工程と、前記第１及び第２の有機膜をマス
クに前記第１の膜をエッチングする工程と、前記第１及
び第２の有機膜を除去する工程とを含む半導体装置の製
造方法を提供することを特徴とする。

【００１８】

【作用】従来の、液相からＳｉＯ₂膜を形成する方法に
おいては、下地表面が有機物、特に感光性樹脂である場
合、その上にはＳｉＯ₂膜は形成されないことが見出だ
されている。また、レジスト上にレジスト以外の膜を堆
積させることは、レジストの耐熱性、強度、堆積中にレ
ジストから不純物が発生するなどの点から非常に難し
い。

【００１９】本発明では、レジストの表面を酸素と置換
させて、処理液に浸積させることにより、レジスト表面
にも、室温付近の低温で、ダメージの入らない液層から
のＳｉＯ₂膜を堆積させることができる。

【００２０】また、この液相成長法とレジストエッチバ
ックを組み合わせることにより、広いレジストパターン
上の異常析出物の発生を防ぎ、エッチングによる寸法誤
差が生じない、所望のパターンを得ることができる。

【００２１】さらに、レジストパタ−ンを覆うように液
相成長法によるＳｉＯ₂膜を形成し、このレジストパタ
−ンおよびレジストパタ−ンの側壁に形成されたＳｉＯ
₂膜をマスクに、下地層をエッチングすることにより、
レジストパターン形成技術限界以下の寸法のパターンを
形成することができる。

【００２２】尚、下地層がＳｉＯ₂膜である場合、この
コンタクトホールの側壁に形成されたＳｉＯ₂膜が下地
層のＳｉＯ₂膜のエッチングと同時に削られ、マスクと
しての機能を果たせなくなり、下地層に形成されるパタ
ーンの寸法誤差が生じることがあるが、下地層とコンタ
クトホールが形成されたレジストとの間にＳｉＯ₂膜と
エッチングの選択比がとれるエッチングストッパー膜を
介在させ、マスクとして用いることにより、寸法精度良
く下地ＳｉＯ₂膜のエッチングが行える。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。（実施例１）本発明の第１の実施例を図１乃至図７に示
す。

【００２４】半導体基板１１上にＣＶＤ法により形成し
たＳｉＯ₂からなる層間絶縁膜１２を２０００乃至２０
０００オングストロームの厚さに形成した後、レジスト
を１０００乃至２００００オングストロームの厚さに塗
布し、露光、現像の工程を経て、所望のＳｉＯ₂パター
ンに相当するレジストパターン１３を形成し（図１）、
圧力０．３Ｔｏｒｒ、パワー５００ＷでＯ₂プラズマ処
理を数分間行う事により、露出した層間絶縁膜表面及び
レジスト膜表面を、酸素１４で置換し覆う（図２）。
この処理は平行平板型エッチング装置を用いて行った。
装置の構造図を図３に示す。真空容器中に一対の対向す
る平行平板電極を備え、その一方の高周波電極３１に、
高周波発信器３２からマッチング回路３３を通して、高
周波電力が印加され、この容器内の被処理基板３４は、
プラズマ放電領域に存在する酸素ラジカルによって処理
される。尚、装置は前述のものに限らず、バレル型エッ
チング装置等、Ｏ₂プラズマ処理を行えるものであれば
良い。Ｏ₂プラズマ処理は通常、レジスト灰化に用いら
れている処理であり、上記の処理条件を変化させ、例え
ば処理時間を長くすれば、レジストが削られ、パターン
寸法が細くなっていく。このように、処理条件を変化さ
せることにより、レジスト膜表面の酸素による置換に加
えて、パターン寸法の調整を行う事ができる。また、レ
ジスト膜表面の酸素の置換方法として、酸化性雰囲気
中、例えば酸素ガス中に晒しても良い。また、酸素ガス
をマイクロ波放電させ、プラズマから離れた反応室内
で、酸素ラジカルにより処置する方法や、酸素ガス雰囲
気中で光ビーム照射する方法を用いても良い。

【００２５】次に、ＳｉＯ₂過飽和の溶液、例えば、Ｓ
ｉＯ₂を飽和させたケイフッ化水素酸（Ｈ₂ＳｉＦ₆）
水溶液にホウ酸（Ｈ₃ＢＯ₃）水溶液を添加してＳｉＯ
₂を過飽和にした溶液にウエハを浸積し、酸素を吸着さ
せた層間絶縁膜表面及びレジスト膜表面にＳｉＯ₂膜１
５を１０００乃至２００００オングストロームの厚さに
堆積させる（図４）。ケイフッ化水素酸水溶液にＳｉＯ
₂を過飽和にする方法としては、上記のホウ酸添加法の
ほかに、Ａｌの破片を添加する方法、溶液の温度を変化
させる方法（昇温法）などがある。

【００２６】この後、エッチバック用レジスト１６をウ
エハ表面に塗布し（図５）、フッ素系ガスと酸素ガスと
の混合ガス雰囲気中、エッチバックを行う。このエッチ
バック用レジスト１６は、始めに形成したレジスト１３
とエッチングレートが近い方が望ましい。所望の絶縁膜
厚さ、例えば５００乃至２００００オングストローム
（配線溝あるいはスルーホール深さ）が得られるまで、
全面エッチバックを行い（図６）、ＳＨ処理またはＯ₂
プラズマ処理により、レジスト剥離を行い、所望のＳｉ
Ｏ₂パターンを得る（図７）。

【００２７】このような方法で、配線溝あるいはスルー
ホールを形成することにより、ＳｉＯ₂膜堆積に対する
下地とレジストの選択性の乱れを考慮することなく、エ
ッチングによるダメージのない微細なパターンを形成す
ることができる。また、この方法ではエッチング工程が
含まれないため、パターン寸法に関して、下地との合わ
せ余裕を考慮する必要がない。（実施例２）本発明の第２の実施例を図８乃至図１１に
示す。第２の実施例はＳｉＯ₂上にレジストパターン形
成技術限界以下、例えば、０．１μｍの微細パターンを
形成する方法を示したものである。

【００２８】半導体基板１１上にフィールド酸化層１
７、ゲ−ト絶縁膜２２、ゲート電極１８、絶縁膜層１
９、拡散層２０が形成され、これらの素子領域上に層間
絶縁膜層１２、さらにコンタクトホールに相当する０．
３μｍのレジストパターン１３が形成されたウエハ表面
を、Ｏ₂プラズマ処理により酸素１４と置換させる（図
８）。

【００２９】次にウエハをＳｉＯ₂過飽和のケイフッ化
水素酸水溶液に浸積し、表面にＳｉＯ₂膜１５を１００
０オングストロームの厚さに堆積させる。ケイフッ化水
素酸水溶液からのＳｉＯ₂膜成長速度は溶液温度を制御
するなどの方法により数百オングストロ−ム／ｈ程度に
遅くする事ができる。従って、容易に膜厚制御が行える
（図９）。

【００３０】次に、コンタクトホールに相当するレジス
トパターン１３上に形成されたＳｉＯ₂膜１５をマスク
に、フッ素系ガスによるＲＩＥにより、下地の層間絶縁
膜１２の異方性エッチングを行う（図１０）。

【００３１】最後にＳＨ処理またはＯ₂プラズマ処理に
より、上層のレジスト層１３の剥離を行い、パターン寸
法０．１μｍの微細なコンタクトホールを得ることがで
きる（図１１）。尚、この技術はコンタクトホール形成
に限らず、配線溝形成、トレンチ形成、スルーホール形
成などに応用することができる。（実施例３）本発明の第３の実施例を図１２乃至図１９
に示す。

【００３２】まず、半導体基板１１上に、常圧ＣＶＤ法
によりＳｉＯ₂膜４１をおよそ３０００オングストロー
ムの厚さに形成し、さらにＳｉＯ₂とエッチングの選択
比がとれるエッチングストッパー膜として、例えばＳｉ
Ｎ膜４２をＬＰＣＶＤ法により形成する（図１２）。

【００３３】次に、ＳｉＮ層４２表面にレジストを塗布
し、露光、現像を行い、０．３μｍのコンタクト・ホー
ルに相当するレジストパターン４３を形成し、基板表面
をＯ₂プラズマ処理により酸素１４と置換する（図１
３）。

【００３４】次に、この基板をＳｉＯ₂過飽和のケイフ
ッ化水素酸水溶液に浸透せしめ、基板表面にＳｉＯ₂膜
１５を１０００オングストロームの厚さに堆積させる
（図１４）。

【００３５】次に、レジストパターン４３及びこのレジ
ストパターン４３の側壁部に形成されたＳｉＯ₂膜１５
をマスクに、フッ素系ガスによるＲＩＥを行い、レジス
トパターン４３底部のＳｉＯ₂膜を除去する（図１
５）。

【００３６】次に、このレジストパターン４３の側壁部
のＳｉＯ2 膜１５をマスクに、フッ素系ガスによるＲＩ
ＥによりエッチングストッパーであるＳｉＮ膜４２のエ
ッチングを行う（図１６）。

【００３７】次に、ＳｉＯ₂膜１５とＳｉＮ膜４２はエ
ッチングの選択比が大きいため、同じフッ素系ガスを用
いたＲＩＥを行っても、ＳｉＯ₂膜１５とＳｉＮ膜４２
が同時にエッチングされることはない。この時、ＳｉＮ
膜４２はリソグラフィーの限界以下の微細パターンであ
る０．１μｍに加工される。

【００３８】次に、このＳｉＮ膜４２をマスクに、フッ
素系ガスを用いたＲＩＥによりＳｉＯ₂膜４１のパター
ニングを行う。この工程により、レジストパターン４３
側壁部のＳｉＯ₂膜１５も同時に除去される（図１
７）。

【００３９】最後にＳＨ処理またはＯ₂プラズマ処理に
よりレジストパターン４３を除去し（図１８）、ホット
燐酸処理またはドライエッチングによりＳｉＮ膜４２の
除去を行い、ＳｉＯ₂膜４１内にパターン寸法０．１μ
ｍの微細なコンタクト・ホールを形成することができる
（図１９）。尚、エッチングストッパー膜として絶縁膜
を用いた場合は除去しなくても良い。

【００４０】実施例２の様にレジストパターンの側壁部
に堆積されたＳｉＯ₂膜のみが下層ＳｉＯ₂膜のエッチ
ングの際のマスクである場合、下層ＳｉＯ₂膜のエッチ
ングが進むに従い、レジストパターンの側壁部のＳｉＯ
₂膜も削られ、その結果、下層ＳｉＯ₂膜に形成される
パターンに寸法誤差が生じるといった問題がある。

【００４１】これに対して本実施例においては第１のＳ
ｉＯ₂膜４１とレジストパターン４３及び第２のＳｉＯ
₂膜１５との間にエッチングストッパーであるＳｉＮ膜
４２が介在するため、第１のＳｉＯ₂膜４１のエッチン
グの際にはこのエッチングストッパーがマスクとして働
き上記の問題を防ぐことができる。また、エッチング条
件を適当に調節することにより、第１のＳｉＯ₂膜４１
のエッチングとレジストパターンの側壁部のＳｉＯ₂膜
１５の除去とを同時に行うことが可能である。このエッ
チングストッパー膜は、ＳｉＯ₂膜とエッチングの選択
比がとれるものであれば良く、上述のＳｉＮの他に炭素
を含む膜，Ａｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物等を用いても良
い。

【００４２】例えば、炭素膜をストッパー膜として用い
た場合には、最後にＯ₂プラズマ処理を行うことによ
り、レジスト、ＳｉＯ₂側壁、炭素膜を同時に除去する
ことができる。ＳｉＯ₂側壁はＯ₂プラズマに晒しても
エッチングされないが、下層の炭素膜がエッチングされ
るとともにリフトオフ法と同様の原理で除去することが
できる。この場合、下層ＳｉＯ₂膜のエッチングは上層
の炭素膜、レジスト膜及び側壁の炭素膜をマスクとして
行い、最後にこれらマスクのエッチング除去を行う。
尚、炭素膜に限らず、ポリイミド膜、レジスト膜等の有
機膜であればレジストと共にエッチング除去することが
でき、工程数を少なくすることができる。また、この技
術はコンタクトホール形成に限らず、配線溝形成、トレ
ンチ形成、スルーホール形成などに応用することができ
る。（実施例４）本発明の第４の実施例を図２０乃至図２２
に示す。

【００４３】第３の実施例と同様の工程により、ＳｉＮ
膜４２のエッチングを行った後（図１６）、フッ酸系溶
液を用いたウエットエッチングにより、レジストパター
ン４３の側壁部のＳｉＯ₂膜１５を除去し、ＳＨ処理、
又はＯ₂プラズマ処理等によりレジストパターン４３の
除去を行う。この時、ＳｉＯ₂膜４１の開孔部も等方的
にエッチングされ、間口が広がった形状となる（図２
０）。次に、ＳｉＮ膜４２をマスクにＳｉＯ₂膜４１に
フッ素系ガスを用いたＲＩＥを行う（図２１）。

【００４４】次に、エッチングストッパーであるＳｉＮ
膜４２をホット燐酸処理又はドライエッチングにより除
去することにより、ＳｉＯ₂膜４内に上部がテーパー状
となったコントクト孔を形成する。この様な形状のコン
タクト孔においては、配線材料の金属等をスパッタ蒸着
する場合、垂直な側壁部による障害が軽減され、孔全面
に均等な厚さで金属を蒸着することができる（図２
２）。

【００４５】このエッチングストッパー膜は、ＳｉＯ₂
膜とエッチングの選択比がとれるものであれば良く、上
述のＳｉＮ膜の他に炭素、Ａｌ₂Ｏ₃等の金属酸化物等
を用いても良い。また、この技術はコンタクトホール形
成に限らず、配線溝形成、トレンチ形成、スルーホール
形成などに応用することができる。（実施例５）本発明の第５の実施例を図２３乃至図３２
に示す。本実施例は、第３の実施例と同様にコンタクト
ホールの形成方法を示し、エッチングストッパー膜及び
保護膜としてＳｉＮ膜とＣ膜の２層構造を用いる。

【００４６】まず、半導体基板１１上に常圧ＣＶＤ法に
よりＳｉＯ₂膜４１をおよそ３０００オングストローム
の厚さに形成し、さらにフッ酸にエッチングされずＳｉ
Ｏ₂とエッチングの選択比がとれるエッチングストッパ
ー膜として、例えばＣ膜５１及びＳｉＮ膜５２を堆積す
る（図２３）。

【００４７】次に、ＳｉＮ膜５２表面にレジストを塗布
し、露光、現像を行い、０．３μｍのコンタクトホール
に相当するレジストパターン４３を形成し、基板表面を
酸素１４で置換する（図２４）。

【００４８】次に、この基板をＳｉＯ₂過飽和のケイフ
ッ化水素酸水溶液に浸透せしめ、基板表面にＳｉＯ₂膜
１５を１０００オングストロームの厚さに堆積せしめる
（図２５）。次に、ＳｉＯ₂膜１５の異方性エッチング
を行い、レジストパターン４３にＳｉＯ₂側壁１５を形
成する（図２６）。

【００４９】このＳｉＯ₂側壁１５をマスクに、フッ素
系のガスを用いてＳｉＮ膜５２のエッチングを行う。こ
の時、ＳｉＯ₂側壁１５よりＳｉＮ膜５２のエッチング
を行う。この時ＳｉＯ₂側壁１５により、ＳｉＮ膜５２
はリソグラフィーの限界以下の微細パターンに加工され
る（図２７）。次に、例えばＳＨ処理によりレジストパ
ターン４３を除去する（図２８）。

【００５０】次に、希フッ酸処理及びドライエッチング
によりＳｉＯ₂側壁１５を除去する。この時、常圧ＣＶ
ＤによるＳｉＯ₂膜４１はＣ膜５１に覆われており、こ
のＣ膜５２が保護膜の働きをするため、同時にエッチン
グされることはない（図２９）。次に、ＳｉＮ膜５２を
マスクに酸素、ＣＨＦ₃等のガスを用いてＣ膜５１のエ
ッチングを行う（図３０）。次に、ＳｉＮ膜５２及びＣ
膜５１をマスクに、フッ素系ガスを用いて、ＳｉＯ₂膜
４１のエッチングを行う（図３１）。

【００５１】最後に、ホット燐酸処理又はドライエッチ
ングによりＳｉＮ膜５２及びＣ膜５１の除去を行い、Ｓ
ｉＯ₂膜４１内にパターン寸法０．１μｍの微細なコン
タクトホールを形成することができる（図３２）。

【００５２】尚、本実施例では、エッチングストッパー
膜としてＳｉＮ膜、保護膜としてＣ膜を用いたが、これ
に限るものではなく、ＳｉＮ、Ｃ等の絶縁膜、ＴｉＮ、
Ｗ、Ｃｕ、ＴｉＷ、Ｎｂ、ＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂等の金
属、シリサイド膜等を組み合わせても用いることができ
る。

【００５３】また、ＳｉＯ₂膜上のエッチングストッパ
ー膜を除去せずに、配線のマイグレーション防止用の
膜、配線のメカニカルポリッシングのストッパー膜、あ
るいはＷの選択ＣＶＤ膜の接着性向上、選択性向上のた
めの膜として用いても良い。この場合、目的に応じて膜
の材料を選択する必要がある。（実施例６）本発明の第６の実施例を図３３及び図３６
に示す。本実施例はエッチングストッパー膜を用いない
コンタクトホールの形成方法を示す。まず、半導体基板
１１上に常圧ＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜４１をおよそ３
０００オングストロームの厚さに形成する。次に、Ｓｉ
Ｏ₂膜４１表面にレジストを塗布し、露光、現像を行
い、０．３μｍのコンタクトホールに相当するレジスト
パターン４３を形成する。

【００５４】次に、スパッタ法によりレジストパターン
４３表面に０．０５〜０．２μｍの厚さのカーボン膜５
１を形成する（図３３）。この後、異方性エッチングに
よりレジストパターン４３の側壁部にのみ、カーボン膜
５１を残置する（図２４）。次に、カーボン側壁５１及
びレジストパターン４３をマスクにフッ酸系ガスを用い
て、ＣＶＤによるＳｉＯ₂膜４１をエッチングし、コン
タクトホールを形成する（図３５）。

【００５５】最後に、Ｏ₂アッシャー又はＳＨ処理によ
り、レジストパターン４３及びカーボン側壁５１を同時
に除去し、およそ０．１μｍのコンタクトホールを形成
する（図３６）。

【００５６】本実施例では、ＳｉＯ₂膜とエッチングの
選択比がとれるＣ膜をマスクとして用いるため、ＳｉＯ
₂膜と上層レジストとの間にエッチングストッパー膜を
用いる必要がない。また、このＣ膜はレジストパターン
と同時に除去することができるため、工程数の削減が可
能となる。

【００５７】尚、本実施例ではエッチングストッパー膜
としてＣ膜を用いたが、ＳｉＯ₂膜とエッチングの選択
比がとれる有機膜であればかまわない。本実施例はＳｉ
Ｏ₂膜加工の他、ＳｉＮ、Ｓｉ、金属膜等の加工にも応
用することができる。

【００５８】

【発明の効果】本発明により、レジスト上にも下地膜上
と同様にＳｉＯ₂膜を堆積させることが可能となるた
め、本発明の堆積方法とエッチバック法とを組み合わせ
ることにより、ＳｉＯ₂膜堆積時に生じる下地膜とレジ
ストとの選択性の乱れを考慮することなく、所望のＳｉ
Ｏ₂パターンを形成することができる。

【００５９】また、本発明により、従来技術により形成
されたレジストパターンを覆うようにＳｉＯ₂膜を堆積
させ、このパターンをマスクにして、下地膜をエッチン
グすることにより、レジストパターン形成技術の限界以
下の微細なパターンを形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す工程断面図。

【図２】本発明の第一の実施例を示す工程断面図。

【図３】酸素プラズマ処理に用いる装置の構造図。

【図４】本発明の第一の実施例を示す工程断面図。

【図５】本発明の第一の実施例を示す工程断面図。

【図６】本発明の第一の実施例を示す工程断面図。

【図７】本発明の第一の実施例を示す工程断面図。

【図８】本発明の第二の実施例を示す工程断面図。

【図９】本発明の第二の実施例を示す工程断面図。

【図１０】本発明の第二の実施例を示す工程断面図。

【図１１】本発明の第二の実施例を示す工程断面図。

【図１２】本発明の第三の実施例を示す工程断面図。

【図１３】本発明の第三の実施例を示す工程断面図。

【図１４】本発明の第三の実施例を示す工程断面図。

【図１５】本発明の第三の実施例を示す工程断面図。

【図１６】本発明の第三の実施例を示す工程断面図。

【図１７】本発明の第三の実施例を示す工程断面図。

【図１８】本発明の第三の実施例を示す工程断面図。

【図１９】本発明の第三の実施例を示す工程断面図。

【図２０】本発明の第四の実施例を示す工程断面図。

【図２１】本発明の第四の実施例を示す工程断面図。

【図２２】本発明の第四の実施例を示す工程断面図。

【図２３】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図２４】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図２５】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図２６】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図２７】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図２８】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図２９】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図３０】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図３１】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図３２】本発明の第五の実施例を示す工程断面図。

【図３３】本発明の第六の実施例を示す工程断面図。

【図３４】本発明の第六の実施例を示す工程断面図。

【図３５】本発明の第六の実施例を示す工程断面図。

【図３６】本発明の第六の実施例を示す工程断面図。

【図３７】従来例を示す工程断面図。

【図３８】従来例を示す工程断面図。

【図３９】従来例を示す工程断面図。

【符号の説明】

１１…半導体基板１２…層間絶縁膜１３、４３…レジストパターン１４…酸素１５…液相成長法によるＳｉＯ₂膜１６…レジスト１７…フィールド酸化１８…ゲート電極１９…絶縁膜２０…拡散層２１…異常析出物３１…高周波電極３２…高周波発信器３３…マッチング回路３４…被処理基板４１…ＳｉＯ₂膜４２…ストッパー膜５１…Ｃ膜５２…ＳｉＮ膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者西山彰神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者牛久幸広神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に有機膜を選択的に形成する工程
と、露出した前記基体及び有機膜表面を酸素で置換する
工程と、ケイフッ化水素酸水溶液に二酸化ケイ素を飽和
させた水溶液中に浸積せしめることにより、前記露出し
た基体表面及び有機膜表面に二酸化ケイ素膜を成長させ
る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項２】基体上に第一のレジスト膜を選択的に形
成する工程と、露出した前記基体表面及び第一のレジス
ト膜表面を酸素で置換する工程と、ケイフッ化水素酸水
溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液中に浸積せしめ
ることにより、前記露出した基体表面及び第一のレジス
ト膜表面に二酸化ケイ素膜を成長させる工程と、この二
酸化ケイ素膜上に第二のレジスト膜を形成する工程と、
この第二のレジスト膜及び前記二酸化ケイ素膜のエッチ
ングにより前記第一のレジスト膜を露出させる工程と、
前記第一のレジスト膜を除去する工程とを含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】基体上にレジスト膜を形成する工程と、
このレジスト膜内に溝を形成する工程と、露出した前記
基体表面及びレジスト膜表面を酸素で置換する工程と、
ケイフッ化水素酸水溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水
溶液中に浸積せしめることにより、前記露出した基体表
面及びレジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を所望の厚さに
堆積させる工程と、前記レジスト膜およびレジスト膜内
の溝の側壁部に堆積した前記二酸化ケイ素膜をマスクに
溝底部の前記二酸化ケイ素膜及び前記基体のエッチング
を行う工程と、前記レジスト膜および前記二酸化ケイ素
膜を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体装置
の製造方法。
【請求項４】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、この絶縁膜上に絶縁膜とエッチングの選択比がとれ
るストッパー膜を形成する工程と、このストッパー膜上
にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜内に溝
を形成する工程と、露出した前記ストッパー膜表面及び
レジスト膜表面を酸素で置換する工程と、ケイフッ化水
素酸水溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液中に浸透
せしめることにより、前記露出したストッパー膜表面及
びレジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を所望の厚さに堆積
させる工程と、前記溝の側壁部のみに前記二酸化ケイ素
膜を残置する工程と、この溝側壁部の二酸化ケイ素膜及
びレジスト膜をマスクに溝底部の前記ストッパー膜をエ
ッチング除去する工程と、前記溝側壁部の二酸化ケイ素
膜及びレジスト膜を除去する工程と、前記ストッパー膜
をマスクに前記絶縁膜をエッチング除去する工程とを含
むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、この絶縁膜上に絶縁膜とエッチングの選択比がとれ
るストッパー膜を形成する工程と、このストッパー膜上
にレジスト膜を形成する工程と、このレジスト膜内に溝
を形成する工程と、露出した前記ストッパー膜表面及び
レジスト膜表面を酸素で置換する工程と、ケイフッ化水
素酸水溶液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液中に浸透
せしめることにより、前記露出したストッパー膜表面及
びレジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を所望の厚さに堆積
させる工程と、前記溝の側壁部のみに前記二酸化ケイ素
膜を残置する工程と、この溝側壁部の二酸化ケイ素膜及
びレジスト膜をマスクに溝底部の前記ストッパー膜及び
絶縁膜をエッチング除去する工程と、前記溝側壁部の二
酸化ケイ素膜及びレジスト膜及びストッパー膜を除去す
る工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項６】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、この絶縁膜上に絶縁膜とエッチングの選択比がとれ
る第１のストッパー膜及び第２のストッパー膜を形成す
る工程と、この第２のストッパー膜上にレジスト膜を形
成する工程と、このレジスト膜内に溝を形成する工程
と、露出した前記第２のストッパー膜表面及びレジスト
膜表面を酸素で置換する工程と、ケイフッ化水素酸水溶
液に二酸化ケイ素を飽和させた水溶液中に浸透せしめる
ことにより、前記露出した第２のストッパー膜表面及び
レジスト膜表面に二酸化ケイ素膜を所望の厚さに堆積さ
せる工程と、前記溝の側壁部のみに前記二酸化ケイ素膜
を残置する工程と、この溝側壁部の二酸化ケイ素膜及び
レジスト膜をマスクに溝底部の前記第２のストッパー膜
をエッチング除去する工程と、前記溝側壁部の二酸化ケ
イ素膜及びレジスト膜を除去する工程と、前記第２のス
トッパー膜をマスクに前記第１のストッパー膜をエッチ
ング除去する工程と、前記第１のストッパー膜及び第２
のストッパー膜をマスクとして前記絶縁膜をエッチング
する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方
法。
【請求項７】前記絶縁膜をエッチングする工程の後に
前記ストッパー膜を除去する工程を行うことを特徴とす
る請求項４又は６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】前記ストッパー膜を除去する工程の後に
配線材料を全面に堆積し、加工する工程を行うことを特
徴とする請求項４又は６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記ストッパー膜はＳｉＮ、Ｃ等の絶縁
性物質又はＴｉＮ、Ｗ、Ｃｕ、ＴｉＷ、Ｎｂ等の金属又
はＷＳｉ₂、ＭｏＳｉ₂等の金属シリサイド又はＡｌＯ
₂等の金属酸化物であることを特徴とする請求項４又は
５又は６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】前記露出した基体又はストッパー膜及
び有機膜又はレジスト膜表面を置換する方法として酸素
プラズマ処理を行うことを特徴とする請求項１、２、
３、４、５又は６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】半導体基板上に第１の膜を形成する工
程と、この第１の膜上に第１の有機膜を形成する工程
と、この第１の有機膜内に溝を形成する工程と、この第
１の有機膜表面に第２の有機膜を形成する工程と、エッ
チングにより前記溝の側壁部のみに第２に有機膜を残置
する工程と、前記第１及び第２の有機膜をマスクに前記
第１の膜をエッチングする工程と、前記第１及び第２の
有機膜を除去する工程とを含むことを特徴とする半導体
装置の製造方法。