JP2000164571A

JP2000164571A - コンタクトホール形成方法およびプラズマエッチング方法

Info

Publication number: JP2000164571A
Application number: JP10337068A
Authority: JP
Inventors: Akihisa Sakamoto; 明久坂本; Tetsuya Yamane; 徹也山根
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-16

Abstract

(57)【要約】【課題】エッチングの過程におけるトップ径の拡がりを
抑制し、口径が縮小された微細コンタクトホールを形成
することができるプラズマエッチング方法、およびこれ
を用いたコンタクトホール形成方法を提供する。【解決手段】導電体層（半導体基板１）上に絶縁膜（層
間絶縁膜２）を形成する工程と、絶縁膜上にレジスト３
を成膜する工程と、レジストの露光・現像を行いレジス
ト３に開口を設ける工程と、レジストをマスクとして第
１のエッチングを行い、レジスト表面にエッチングガス
の反応物を堆積させながら絶縁膜の少なくとも一部を除
去する工程と、エッチング条件の異なる第２のエッチン
グを行い、導電体層に達するコンタクトホールを開口す
る工程とを有するコンタクトホール形成方法およびその
プラズマエッチング方法。

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
において絶縁膜のパターニングを高精度に行うことがで
きるプラズマエッチング方法、およびこれを用いたコン
タクトホール形成方法に関し、特に、コンタクトホール
上端の口径（トップ径）の拡がりを抑制することができ
る微細コンタクトホールの形成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体装置の高集積化に伴い、半
導体装置には多層配線構造が必須となっている。配線間
の電気的接続のため、例えば酸化シリコンからなる層間
絶縁膜にコンタクトホールが形成される。半導体装置の
微細化に適した、微細コンタクトホールの形成技術が要
求されている。

【０００３】従来のコンタクトホール形成方法につい
て、図４（Ａ）および（Ｂ）を参照して説明する。図４
（Ａ）に示すように、不純物拡散層（不図示）等が形成
された基板１上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶
縁膜２を成膜する。その上層にレジスト３を塗布してか
らレジスト３の露光・現像を行って、コンタクトホール
形成部分のレジスト３に開口を設ける。

【０００４】その後、図４（Ｂ）に示すように、レジス
ト３をマスクとして層間絶縁膜２にエッチング、例えば
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行い、基板１を露
出させる。このエッチングには高密度プラズマを発生で
きる装置、例えばマグネトロン型ドライエッチング装置
あるいは平行平板型ドライエッチング装置等が用いられ
る。以上の工程により、層間絶縁膜２にコンタクトホー
ル４が形成される。

【０００５】コンタクトホール径が縮小され、コンタク
トホールのアスペクト比が増大した結果、コンタクトホ
ール内に金属配線層を良好な段差被覆性（ステップカバ
レッジ）で形成することが困難となった。コンタクトホ
ール底部における金属配線層の被覆性が良好でない場合
には、コンタクト抵抗が増加して接続不良となる。コン
タクトホール内に埋め込まれる金属配線層の被覆性を改
善する目的で、多段階のエッチングを行う方法が開示さ
れている。

【０００６】例えば、特開平９−１８６１４５号公報記
載のコンタクトホール形成方法によれば、等方性エッチ
ングにより層間絶縁膜表層の一部を除去した後、下地の
導電層が露出するまで異方性エッチングを行う。これに
より、上端部がテーパ状となったコンタクトホールが形
成される。さらに、第１のプラズマエッチング処理を行
い、コンタクトホール上端部における開口径を大きくし
て、角の丸い断面形状にする。第１のプラズマエッチン
グ処理は高圧（好適には３〜７ｍＴｏｒｒ）かつ高周波
電源の出力が低い（好適には２００〜４００Ｗ）条件下
で行う。その後、第２のプラズマエッチング処理を行
い、コンタクトホール底部に生成する金属酸化物（具体
的にはＡｌ₂Ｏ₃膜）の除去を行う。第２のプラズマエ
ッチング処理は低圧（好適には０．３〜０．７ｍＴｏｒ
ｒ）かつ高周波電源の出力が高い（好適には４００〜６
００Ｗ）条件下で行う。

【０００７】あるいは、等方性エッチングと異方性エッ
チングの２段階のエッチングを行わず、前述した図４
（Ｂ）に示す工程と同様に、１段階のエッチングでコン
タクトホールを形成した後、第１および第２のプラズマ
エッチング処理を行うことも可能である。以上のよう
に、特開平９−１８６１４５号公報記載のコンタクトホ
ール形成方法は、圧力および高周波出力が異なる第１お
よび第２のプラズマエッチング処理を行い、コンタクト
ホール上端近傍の断面形状を変化させることを特徴とし
ている。これにより、コンタクトホール内の金属配線層
の被覆性が改善される。

【０００８】また、特開平８−１０７１０６号公報に
は、垂直方向および水平方向ともにエッチング速度が大
きい第１のエッチングプロセスと、垂直方向のみにエッ
チング速度が大きい第２のエッチングプロセスとを組み
合わせて、開口部が所望のテーパ形状に制御されたコン
タクトホールを形成する方法が開示されている。特開平
８−１０７１０６号公報記載の方法においては、層間絶
縁膜をエッチング速度の異なる２層の絶縁膜の積層膜と
することにより、さらにテーパ角度の制御性を向上させ
ることができる。特開平８−１０７１０６号公報記載の
方法によっても、コンタクトホール内に埋め込まれる金
属配線層の被覆性が改善される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前述した、図４に示す
従来のコンタクトホール形成方法によれば、レジスト３
をマスクとして層間絶縁膜２にエッチングを行う際、コ
ンタクトホール内に面したレジスト３の側壁がエッチン
グされ、コンタクトホール４のトップ径が設計寸法より
も大きくなるという問題が発生する。

【００１０】図４（Ａ）に示すようにレジスト３の開口
径をｘμｍとすると、図４（Ｂ）に示すようにエッチン
グ終点においては、レジスト３の開口径がエッチング初
期に比較してａμｍ大きくなる。例えば、エッチング初
期のｘを０．４μｍ程度とすると、ａは０．０８〜０．
１０μｍ程度となる。したがって、図５（Ａ）に示すよ
うに、トップ径がボトム径（コンタクトホール底部の口
径）よりも大きいコンタクトホールが形成される。

【００１１】図５（Ａ）に示すように、コンタクトホー
ル４内にはシリコン基板１と金属配線層との反応を防止
するためのバリアメタル層５が形成され、バリアメタル
層５を介して例えばタングステンからなるプラグ６が埋
め込まれることが多い。コンタクトホール４およびその
近傍の層間絶縁膜２上を被覆するように、例えばアルミ
ニウムまたはアルミニウム合金からなる上層配線７が形
成される。図５（Ａ）に矢印で示すように、半導体装置
の微細化によりコンタクトホール口径が縮小され、さら
に、エッチング工程においてコンタクトホールのトップ
径が拡大されると、コンタクトホール４上を被覆する上
層配線７のオーバーラップ量Ｌが不十分となる。

【００１２】また、上層配線７をパターニングした後、
有機溶剤等を用いて洗浄を行う工程において、オーバー
ラップ量Ｌが不足している場合、バリアメタル層５が浸
食される。これによりコンタクト抵抗が増大し、高速性
や信頼性といったデバイス特性に影響を及ぼすことにな
る。図５（Ｂ）に、コンタクトホールと上層配線とのオ
ーバーラップ量Ｌと、コンタクト抵抗との相関を模式的
に示す。図５（Ｂ）に示すように、オーバーラップ量Ｌ
が不足するとコンタクト抵抗は指数関数的に増大する。

【００１３】前述した、特開平９−１８６１４５号公報
記載のコンタクトホール形成方法によれば、多段階のエ
ッチング工程を行い、上端部がテーパ状となったコンタ
クトホールを形成して金属配線層の段差被覆性を改善さ
せている。また、特開平８−１０７１０６号公報記載の
方法においても、多段階のエッチング工程により、開口
部のテーパ形状を所望の角度に制御してコンタクトホー
ルを形成し、金属配線層の段差被覆性を改善させてい
る。これらの技術はいずれも多段階のエッチング工程を
行うが、高アスペクト比のコンタクトホールのトップ径
を拡大させる方法であり、口径（特にトップ径）の拡が
りを抑えた微細コンタクトホール形成技術とは異なる。

【００１４】図５に示すオーバーラップ量Ｌを十分に確
保する手段としては、レジストの開口径を縮小する、露
光工程におけるコンタクトとレジストパターニング用マ
スクとの合わせ精度を高める、洗浄工程に用いられる有
機溶剤をバリアメタルの溶解が起こらない溶剤に変更す
る、等の方法が考えられる。レジストの開口径を縮小す
ることは、レジスト現像時における不要なレジストの除
去しやすさ（レジストの抜け性）の問題とトレードオフ
の関係にあり、歩留りを考慮すると実施は困難である。

【００１５】また、マスク合わせ精度はリソグラフィ装
置の装置性能に依存するため、既存の装置を用いて精度
の改善を図ることは困難である。さらに、洗浄用の有機
溶剤としては配線層パターニング後のポリマー除去性が
高い、あるいは、配線層からの金属（例えば銅）の溶出
がない、毒性が低い等の条件を満たすものを選択する必
要があり、簡単に溶剤を変更することはできない。

【００１６】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、したがって本発明は、エッチングの過程にお
けるトップ径の拡がりを抑制し、口径が縮小された微細
コンタクトホールを形成することができるプラズマエッ
チング方法、およびこれを用いたコンタクトホール形成
方法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のコンタクトホール形成方法は、導電体層上
に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上にレジストを
成膜する工程と、前記レジストの露光および現像を行
い、コンタクトホール形成領域上の前記レジストを除去
する工程と、前記レジストをマスクとして第１のエッチ
ングを行い、前記レジスト表面にエッチングガスの反応
物を堆積させながら、前記絶縁膜の少なくとも一部を除
去する工程と、前記レジストをマスクとして前記絶縁膜
に、前記第１のエッチングとエッチング条件が異なる第
２のエッチングを行い、前記導電体層に達するコンタク
トホールを開口する工程とを有することを特徴とする。

【００１８】本発明のコンタクトホール形成方法は、好
適には、前記第１および第２のエッチングは、エッチン
グガスをプラズマ化させてエッチングを行うプラズマエ
ッチングであることを特徴とする。本発明のコンタクト
ホール形成方法は、さらに好適には、前記第１のエッチ
ングは、プラズマを発生させる高周波の出力を制御し
て、レジスト表面へエッチングガスの反応物を堆積させ
ることを特徴とする。また、本発明のコンタクトホール
形成方法は、好適には、前記第２のエッチングは、プラ
ズマを発生させる高周波の出力を前記第１のエッチング
よりも高くして、レジスト表面へエッチングガスの反応
物を堆積させずに行うことを特徴とする。

【００１９】本発明のコンタクトホール形成方法は、好
適には、前記第１のエッチングに用いられる前記エッチ
ングガスは、フロロカーボン系ガスを含有することを特
徴とする。本発明のコンタクトホール形成方法は、さら
に好適には、前記フロロカーボン系ガスは、ＣＨＦ₃、
ＣＦ₄またはＣ₄Ｆ₈のうちの少なくとも１つであるこ
とを特徴とする。

【００２０】本発明のコンタクトホール形成方法は、好
適には、前記第１のエッチングに用いられる前記エッチ
ングガスは、一酸化炭素（ＣＯ）を含有することを特徴
とする。本発明のコンタクトホール形成方法は、好適に
は、前記絶縁膜は酸化シリコンからなることを特徴とす
る。

【００２１】これにより、コンタクトホールトップ径の
拡がりが抑制され、コンタクトホールと上層配線とのオ
ーバーラップ量を十分に確保することが可能となる。し
たがって、コンタクト抵抗の増大が防止され、半導体装
置の高速性、信頼性等の特性が向上される。また、本発
明のコンタクトホール形成方法によれば、エッチングマ
スクとして用いるレジストの開口径を縮小せずに、微細
コンタクトホールを形成することが可能である。したが
って、レジスト現像時に不要なレジストが除去されにく
くなることはない。

【００２２】本発明のコンタクトホール形成方法におい
て、第１および第２のエッチング工程には、従来のコン
タクトホール形成方法と同様の装置およびエッチングガ
スを使用することが可能であるため、新たな設備導入や
装置の改造は不要である。さらに、第１のエッチング工
程においてレジスト表面に堆積されるエッチングガス反
応物は、レジストの保護膜として機能するため、層間絶
縁膜のレジストに対するエッチング選択比が向上する。
したがって、レジストの薄膜化やオーバーエッチの増加
が可能となる。

【００２３】これにより、多層配線構造の半導体装置に
おいてもコンタクトホールのトップ径の拡がりが抑制さ
れた微細コンタクトホールを形成することが可能とな
る。これにより、上層配線とコンタクトホール内に埋め
込まれたプラグとのオーバーラップが十分に確保される
ため、コンタクト抵抗の増大が防止される。

【００２４】また、上記の目的を達成するため、本発明
のプラズマエッチング方法は、半導体基板上に絶縁膜を
形成する工程と、前記絶縁膜上にレジストを成膜する工
程と、前記レジストの露光および現像を行い、前記レジ
ストのパターニングを行う工程と、前記レジストをマス
クとして第１のエッチングを行い、前記レジスト表面に
エッチングガスの反応物を堆積させながら、前記絶縁膜
の少なくとも一部を除去する工程と、前記レジストをマ
スクとして前記絶縁膜に、前記第１のエッチングよりも
相対的に高い高周波出力で第２のエッチングを行い、前
記絶縁膜のパターニングを行う工程とを有することを特
徴とする。本発明のプラズマエッチング方法は、好適に
は、前記絶縁膜は酸化シリコンからなることを特徴とす
る。

【００２５】これにより、第１のエッチングにおいてエ
ッチングガスの反応生成物がレジスト上に堆積され、第
２のエッチングにおけるレジストの保護膜として機能す
る。したがって、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜
に、設計寸法からのずれが少ない高精度なパターニング
を行うことが可能となる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明のプラズマエッチ
ング方法およびコンタクトホール形成方法の実施の形態
について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の
プラズマエッチング方法およびコンタクトホール形成方
法に用いることができるプラズマエッチング装置の例で
あり、（Ａ）はマグネトロン型、（Ｂ）は平行平板型の
概略図である。

【００２７】図１（Ａ）に示すマグネトロン型エッチン
グ装置は、ガスインレット１１から反応室にエッチング
ガスを導入し、高周波によりガスをプラズマ化させてエ
ッチングを行う装置である。高周波は上部電極１２をア
ノードとして、下部電極１３および高周波電源１４を用
いて発生させる。反応室の側壁部分にあるシールドリン
グ１５および永久磁石（マルチポール磁石）１６によ
り、磁場の封じ込めが行われる。下部電極１３と平行な
ステージ（不図示）上にウェハ１７を載せ、エッチング
を行う。

【００２８】図１（Ｂ）に示す平行平板型エッチング装
置も、ガスインレット２１から反応室にエッチングガス
を導入し、高周波によりガスをプラズマ化させてエッチ
ングを行う装置であり、上部電極２２、シールドリング
２３、下部電極２４および高周波電源２５を有する。下
部電極２４と平行なステージ（不図示）上にウェハ２６
を載せ、エッチングを行う。本発明のプラズマエッチン
グ方法およびコンタクトホール形成方法には、上記以外
の、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型、あるいはヘ
リコン波プラズマ型のエッチング装置を用いることもで
きる。

【００２９】次に、本実施形態のコンタクトホール形成
方法について、図２（Ａ）〜（Ｃ）を参照して説明す
る。まず、図２（Ａ）に示すように、ソース／ドレイン
領域等の不純物拡散層（不図示）が形成された基板１の
上層に、酸化シリコンからなる層間絶縁膜２を形成す
る。層間絶縁膜２の形成は、例えばＣＶＤ（ｃｈｅｍｉ
ｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により行
い、膜厚は例えば１．２μｍとする。層間絶縁膜２の上
層にレジスト３を塗布し、フォトリソグラフィ工程によ
り口径が例えば０．４μｍである開口をレジスト３に設
ける。

【００３０】次に、図２（Ｂ）に示すように、レジスト
３をマスクとして層間絶縁膜２に第１段階のエッチング
を行う。第１段階のエッチングは層間絶縁膜２のエッチ
ング速度が低く、レジスト３上へエッチングガスの反応
物が堆積しやすい条件で行う。図２（Ｂ）に堆積物８と
して示すように、レジスト３の上層にはレジスト３の側
壁に比較して相対的に厚い反応物が堆積される。

【００３１】第１のエッチング工程のエッチングガス
に、例えばＣＦ₄、ＣＨＦ₃またはＣ₄Ｆ₈等のフロロ
カーボンガスを含有させると、プラズマ中でガス分子が
電子との衝突により解離する。また、ドライエッチング
においてはレジストも同時にエッチングされ、その構成
元素（具体的には酸素や炭素など）はプラズマ中のエッ
チングガスと同様の働きをする。これらの反応により、
例えばＣＦ_x分子が生成してエッチング表面に吸着した
り、あるいはレジスト表面と反応する。さらに、ＣＦ₄
等のフロロカーボン系ガスにＣＯを大量に添加すると、
ＣＯの分解生成物である炭素原子（あるいはラジカル）
が大量に発生し、この炭素がフロロカーボン膜の形成を
促進することも知られている。

【００３２】次に、図２（Ｃ）に示すように、エッチン
グ条件を変更して層間絶縁膜２に第２段階のエッチング
（異方性エッチング）を行い、基板１の表面に達するコ
ンタクトホール４を形成する。ここで、レジスト３の表
面を被覆する堆積物８はレジスト３の保護膜として機能
し、層間絶縁膜２のレジスト３に対するエッチング選択
比が向上する。コンタクトホール４を形成した後、例え
ば酸素プラズマを用いたアッシングを行い、表面に付着
した堆積物８を含むレジスト３を除去する。

【００３３】上記の本発明のコンタクトホール形成方法
によれば、トップ径の拡がりが抑制され、コンタクトホ
ール４と上層配線（不図示）とのオーバーラップ量を十
分に確保することが可能となる。これにより、コンタク
ト抵抗の増大が防止されるため、半導体装置において高
速性、信頼性などの特性を向上させることができる。

【００３４】また、本発明のコンタクトホール形成方法
によれば、エッチングマスクとして用いるレジストの開
口径を縮小せずに、微細コンタクトホールを形成するこ
とが可能である。したがって、レジストパターニング時
のレジスト抜け性の問題が回避される。

【００３５】上記の第１および第２のエッチング工程に
おいては、従来のコンタクトホール形成方法と同様の装
置およびエッチングガスを使用することが可能であるた
め、新たな設備導入や装置の改造は不要である。したが
って、装置のメンテナンス性の劣化や、生産性への悪影
響が発生することはない。層間絶縁膜２にコンタクトホ
ール４を開口後（図２（Ｃ）に示す工程以降）は、従来
のコンタクトホール形成方法と同様の処理を行うことが
可能である。さらに、レジスト３表面の堆積物８により
層間絶縁膜２のレジスト３に対するエッチング選択比が
向上するため、レジストの薄膜化やオーバーエッチの増
加が可能となる。

【００３６】（実施形態１）第１および第２のエッチン
グ工程において、図１（Ａ）に示すようなマグネトロン
型プラズマエッチング装置を用い、第１のエッチング工
程を例えば以下の条件（条件１とする）で行った。（条件１）圧力：３０ｍＴｏｒｒＲＦ出力：７００Ｗエッチングガス：ＣＨＦ₃／ＣＯ＝３０／１７０ｓｃｃ
ｍ下部電極温度：３５℃ この場合、第１のエッチング工程における層間絶縁膜２
のエッチング速度は３２１０Å／ｍｉｎ、均一性３．８
％、レジスト３上への反応物（堆積物８）の堆積速度は
７０Å／ｍｉｎであった。

【００３７】引き続き、第２のエッチング工程を例えば
以下の条件（条件Ａとする）で行った。（条件Ａ）圧力：３０ｍＴｏｒｒＲＦ出力：１４００Ｗエッチングガス：ＣＨＦ₃／ＣＯ＝３０／１７０ｓｃｃ
ｍ下部電極温度：３５℃ 層間絶縁膜２（１．２μｍ）に対するオーバーエッチ：
５０％この場合、レジスト３の開口径ｘ＝０．４０μｍに対
し、ドライエッチング後のコンタクトホール４のトップ
径は０．４５μｍとなり、トップ径の拡がりａ（図４参
照）は０．０５μｍであった。

【００３８】（実施形態２）第１のエッチング工程にお
いて、図１（Ａ）に示すようなマグネトロン型プラズマ
エッチング装置を用い、第１のエッチング工程を上記の
実施形態１と同様の条件（条件１）で行った。引き続
き、図１（Ｂ）に示すような平行平板型プラズマエッチ
ング装置を用いて、第２のエッチング工程を例えば以下
の条件（条件Ｂとする）で行った。（条件Ｂ）圧力：２５０ｍＴｏｒｒＲＦ出力：８００Ｗエッチングガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ＝２０／２０
／２０ｓｃｃｍ下部電極温度：−１０℃ 層間絶縁膜２（１．２μｍ）に対するオーバーエッチ：
５０％この場合、レジスト３の開口径ｘ＝０．４０μｍに対
し、ドライエッチング後のコンタクトホール４のトップ
径は０．４５μｍとなり、トップ径の拡がりａ（図４参
照）は０．０５μｍであった。

【００３９】（実施形態３）上記の第１および第２のエ
ッチング工程において、図１（Ａ）に示すようなマグネ
トロン型プラズマエッチング装置を用い、第１のエッチ
ング工程を例えば以下の条件（条件２とする）で行っ
た。（条件２）圧力：３０ｍＴｏｒｒＲＦ出力：７００Ｗエッチングガス：Ｃ₄Ｆ₈／ＣＯ／Ａｒ＝１８／３００
／４００ｓｃｃｍ下部電極温度：３５℃ この場合、第１のエッチング工程における層間絶縁膜２
のエッチング速度は２３１Å／ｍｉｎ、均一性５．８
％、レジスト３上への反応物（堆積物８）の堆積速度は
９０Å／ｍｉｎであった。引き続き、第２のエッチング
工程を上記の実施形態１と同様の条件（条件Ａ）で行っ
た。この場合、レジスト３の開口径ｘ＝０．４０μｍに
対し、ドライエッチング後のコンタクトホール４のトッ
プ径は０．４４μｍとなり、トップ径の拡がりａ（図４
参照）は０．０４μｍであった。

【００４０】（実施形態４）第１のエッチング工程にお
いて、図１（Ａ）に示すようなマグネトロン型プラズマ
エッチング装置を用い、第１のエッチング工程を上記の
実施形態３と同様の条件（条件２）で行った。引き続
き、図１（Ｂ）に示すような平行平板型プラズマエッチ
ング装置を用いて、第２のエッチング工程を上記の実施
形態２と同様の条件（条件Ｂ）で行った。この場合、レ
ジスト３の開口径ｘ＝０．４０μｍに対し、ドライエッ
チング後のコンタクトホール４のトップ径は０．４４μ
ｍとなり、トップ径の拡がりａ（図４参照）は０．０４
μｍであった。

【００４１】（実施形態５）第１のエッチング工程にお
いて、図１（Ｂ）に示すような平行平板型プラズマエッ
チング装置を用い、第１のエッチング工程を例えば以下
の条件（条件３とする）で行った。（条件３）圧力：２５０ｍＴｏｒｒＲＦ出力：３００Ｗエッチングガス：ＣＨＦ₃／ＣＦ₄／Ａｒ＝２０／２０
／２０ｓｃｃｍ下部電極温度：−１０℃ この場合、第１のエッチング工程における層間絶縁膜２
のエッチング速度は４０８９Å／ｍｉｎ、均一性４．１
％、レジスト３上への反応物（堆積物８）の堆積速度は
３０Å／ｍｉｎであった。引き続き、図１（Ａ）に示す
ようなマグネトロン型プラズマエッチング装置を用い
て、第２のエッチング工程を上記の実施形態１と同様の
条件（条件Ａ）で行った。この場合、レジスト３の開口
径ｘ＝０．４０μｍに対し、ドライエッチング後のコン
タクトホール４のトップ径は０．４７μｍとなり、トッ
プ径の拡がりａ（図４参照）は０．０７μｍであった。

【００４２】（実施形態６）第１および第２のエッチン
グ工程において、図１（Ｂ）に示すような平行平板型プ
ラズマエッチング装置を用い、第１のエッチング工程を
上記の実施形態５と同様の条件（条件３）で行った。引
き続き、第２のエッチング工程を上記の実施形態２と同
様の条件（条件Ｂ）で行った。この場合、レジスト３の
開口径ｘ＝０．４０μｍに対し、ドライエッチング後の
コンタクトホール４のトップ径は０．４７μｍとなり、
トップ径の拡がりａ（図４参照）は０．０７μｍであっ
た。

【００４３】（比較例１）エッチング条件を変更した２
段階のエッチング工程を行わずに、図４に示すような従
来のコンタクトホール形成方法と同様に、１段階のエッ
チング工程でコンタクトホールを形成した。図１（Ａ）
に示すようなマグネトロン型プラズマエッチング装置を
用い、上記の実施形態１、３または５における第２のエ
ッチング工程と同様の条件（条件Ａ）でコンタクトホー
ルの形成を行った。この場合、層間絶縁膜２のエッチン
グ速度は４５００Å／ｍｉｎ、均一性３．３％であっ
た。レジスト３の開口径ｘ＝０．４０μｍに対し、ドラ
イエッチング後のコンタクトホール４のトップ径は０．
４８μｍとなり、トップ径の拡がりａ（図４参照）は
０．０８μｍであった。

【００４４】（比較例２）エッチング条件を変更した２
段階のエッチング工程を行わず、比較例１と同様に１段
階のエッチング工程でコンタクトホールを形成した。図
１（Ｂ）に示すような平行平板型プラズマエッチング装
置を用い、上記の実施形態２、４または６における第２
のエッチング工程と同様の条件（条件Ｂ）でコンタクト
ホールの形成を行った。この場合、層間絶縁膜２のエッ
チング速度は７８００Å／ｍｉｎ、均一性３．１％であ
った。レジスト３の開口径ｘ＝０．４０μｍに対し、ド
ライエッチング後のコンタクトホール４のトップ径は
０．５０μｍとなり、トップ径の拡がりａ（図４参照）
は０．１０μｍであった。

【００４５】以上の実施形態１〜６および比較例１〜２
におけるコンタクトホールトップ径の拡がりａを、表１
にまとめた。

【００４６】

【表１】

【００４７】表１に示すように、第１のエッチングを行
ってレジスト表面への堆積を行った場合（条件１〜３）
には、行わない場合（比較例）よりもトップ径の拡がり
ａが小さくなる。これにより、コンタクトホールと上層
配線とのオーバーラップ量を十分に確保することが可能
になる。

【００４８】（実施形態７）上記の実施形態１〜６にお
ける第１のエッチング工程のエッチング条件（条件１〜
３）をそれぞれ高周波（ＲＦ）出力のみ変化させ、レジ
スト表面の反応物堆積速度との相関性について調べた結
果を図３に示す。図３から、レジスト表面の反応物の堆
積速度は高周波電力に依存して変化することがわかる。

【００４９】マグネトロン型プラズマエッチング装置を
用いる条件１および条件２の場合、高周波出力が９００
Ｗになるとレジスト上への堆積は起こらないが、９００
Ｗよりも低い高周波出力（特に７００Ｗ以下）では堆積
が進行する。一方、平行平板型プラズマエッチング装置
を用いる条件３の場合には、条件１および条件２に比較
して堆積速度が低いが、高周波出力３００Ｗでは堆積が
進行する。高周波出力が５００Ｗ以上になるとレジスト
表面への堆積はほとんど進行せず、層間絶縁膜（シリコ
ン酸化膜）のエッチングが支配的に起こる。

【００５０】図３に示すように、本発明のコンタクトホ
ール形成方法において、第１のエッチング工程で起こる
レジスト上への反応物の堆積には、エッチング装置のチ
ェンバー構造や、プラズマの発生方式が影響する。した
がって、プラズマを発生させるための高周波出力はエッ
チング装置に応じて、適宜設定する。

【００５１】（実施形態８）上記のコンタクトホール形
成方法を、シリコン酸化膜のパターニングに適用する
と、設計寸法からのずれが少ない高精度なパターニング
を行うことが可能となる。上記のコンタクトホール形成
方法と同様に、シリコン酸化膜上にレジストを塗布し、
フォトリソグラフィ工程によりレジストをパターニング
する。次に、相対的に低いＲＦ出力で第１のエッチング
処理を行い、レジスト表面にエッチングガスの反応物を
堆積させる。その後、相対的に高いＲＦ出力で、レジス
トをマスクとして下地のシリコン酸化膜に第２のエッチ
ング処理（異方性エッチング）を行う。上記のプラズマ
エッチング方法は、例えば、ポリシリコンゲート電極を
加工するためのエッチングマスクとなるシリコン酸化膜
をパターニングする場合など、半導体装置の製造過程に
おいて高精度な加工が要求されるプロセスに適用するこ
とができる。

【００５２】本発明のコンタクトホール形成方法および
プラズマエッチング方法の実施形態は、上記の説明に限
定されない。例えば、半導体基板に達するコンタクトホ
ール以外に、多層配線の配線間に設けられるコンタクト
ホールに、本発明の方法を適用することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更
が可能である。

【００５３】

【発明の効果】本発明のコンタクトホール形成方法によ
れば、コンタクトホールトップ径の拡がりが抑制され、
コンタクトホールと上層配線とのオーバーラップ量を十
分に確保することが可能となる。したがって、コンタク
ト抵抗の増大が防止され、半導体装置の高速性、信頼性
等の特性を向上させることができる。本発明のプラズマ
エッチング方法によれば、半導体装置の製造過程におい
て、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜に設計寸法から
のずれが少ない高精度なパターニングを行うことが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のコンタクトホール形成方法およびプラ
ズマエッチング装置に用いることができるエッチング装
置の例であり、（Ａ）はマグネトロン型、（Ｂ）は平行
平板型のそれぞれ概略図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明のコンタクトホール形
成方法の工程を表す断面図である。

【図３】本発明のコンタクトホール形成方法の実施形態
１〜６に係る第１のエッチング工程の高周波（ＲＦ）出
力と、レジスト表面の反応物堆積速度との相関性を表す
グラフである。

【図４】（Ａ）および（Ｂ）は従来のコンタクトホール
形成方法の工程を表す断面図である。

【図５】（Ａ）は従来のコンタクトホール形成方法によ
り形成されるコンタクトホールの断面図である。（Ｂ）
は、コンタクトホールと上層配線とのオーバーラップ量
と、コンタクト抵抗との相関を模式的に示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１…基板、２…層間絶縁膜、３…レジスト、４…コンタ
クトホール、５、５’…バリアメタル層、６…プラグ、
７…上層配線、８…堆積物、１１、２１…ガスインレッ
ト、１２、２２…上部電極、１３、２４…下部電極、１
４、２５…高周波電源、１５、２３…シールドリング、
１６…永久磁石、１７、２６…ウェハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4M104 DD08 DD16 HH14 5F004 AA16 BA04 BA09 BA13 BA20 BB18 CA01 DA00 DA01 DA16 DA26 DB03 EA13 EA28 EB01 5F033 QQ09 QQ12 QQ15 QQ21 QQ26 RR04 SS11 WW10 XX03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電体層上に絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜上にレジストを成膜する工程と、前記レジストの露光および現像を行い、コンタクトホー
ル形成領域上の前記レジストを除去する工程と、前記レジストをマスクとして第１のエッチングを行い、
前記レジスト表面にエッチングガスの反応物を堆積させ
ながら、前記絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程
と、前記レジストをマスクとして前記絶縁膜に、前記第１の
エッチングとエッチング条件が異なる第２のエッチング
を行い、前記導電体層に達するコンタクトホールを開口
する工程とを有するコンタクトホール形成方法。
【請求項２】前記第１および第２のエッチングは、エッ
チングガスをプラズマ化させてエッチングを行うプラズ
マエッチングである請求項１記載のコンタクトホール形
成方法。
【請求項３】前記第１のエッチングは、プラズマを発生
させる高周波の出力を制御して、レジスト表面へエッチ
ングガスの反応物を堆積させる請求項２記載のコンタク
トホール形成方法。
【請求項４】前記第２のエッチングは、プラズマを発生
させる高周波の出力を前記第１のエッチングよりも高く
して、レジスト表面へエッチングガスの反応物を堆積さ
せずに行う請求項３記載のコンタクトホール形成方法。
【請求項５】前記第１のエッチングに用いられる前記エ
ッチングガスは、フロロカーボン系ガスを含有する請求
項４記載のコンタクトホール形成方法。
【請求項６】前記フロロカーボン系ガスは、ＣＨＦ₃で
ある請求項５記載のコンタクトホール形成方法。
【請求項７】前記フロロカーボン系ガスは、ＣＦ₄であ
る請求項５記載のコンタクトホール形成方法。
【請求項８】前記フロロカーボン系ガスは、Ｃ₄Ｆ₈で
ある請求項５記載のコンタクトホール形成方法。
【請求項９】前記第１のエッチングに用いられる前記エ
ッチングガスは、一酸化炭素（ＣＯ）を含有する請求項
５記載のコンタクトホール形成方法。
【請求項１０】前記絶縁膜は、酸化シリコンからなる請
求項１記載のコンタクトホール形成方法。
【請求項１１】半導体基板上に絶縁膜を形成する工程
と、前記絶縁膜上にレジストを成膜する工程と、前記レジストの露光および現像を行い、前記レジストの
パターニングを行う工程と、前記レジストをマスクとして第１のエッチングを行い、
前記レジスト表面にエッチングガスの反応物を堆積させ
ながら、前記絶縁膜の少なくとも一部を除去する工程
と、前記レジストをマスクとして前記絶縁膜に、前記第１の
エッチングよりも相対的に高い高周波出力で第２のエッ
チングを行い、前記絶縁膜のパターニングを行う工程と
を有するプラズマエッチング方法。
【請求項１２】前記絶縁膜は酸化シリコンからなる請求
項１１記載のプラズマエッチング方法。