JP2000353688A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜を積層し
た膜を連続エッチングしてコンタクトホールを形成する
際に、コンタクトホールがボーイング形状になる、窒化
シリコン膜のエッチングレートが低下する、エッチング
チャンバ内のパーティクル数が多くなる等の問題の解決
を図る。 【解決手段】 窒化シリコン膜２１上に酸化シリコン膜
２２を積層した膜をドライエッチングによって加工する
工程を備えた製造方法において、このドライエッチング
は同一チャンバ内で行う方法であって、酸化シリコン膜
２２を窒化シリコン膜２１に対して選択的にドライエッ
チング加工する工程と、酸素とフッ素含有ガスと希ガス
とを含むエッチングガスを用いて、酸化シリコン膜２２
のドライエッチングで発生したポリマーをドライエッチ
ングにより除去する工程と、窒化シリコン膜２１をドラ
イエッチング加工する工程とを備えている。

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、詳しくはドライエッチングにより微細なコ
ンタクトホール（例えば０．１μｍ径のコンタクトホー
ル）を形成する半導体装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高集積化、高速化にともな
い、微細加工への要求も厳しくなってきている。これ
は、集積度を高めるため、配線（例えばビット線、ワー
ド線等）自体の線幅を縮小するとともに、配線間の間隔
も狭くなることから、配線とコンタクトホールとの間隔
が狭くなり、電気的ショートを起こして半導体装置の特
性が得られなくなるという問題がある。これは、コンタ
クトホールの径を縮小することにより緩和することがで
きるが、リソグラフィー技術やドライエッチング技術の
限界から、微細な開口のコンタクトホールを形成するこ
とは困難となってきている。

【０００３】そこで最近では、ビット線やワード線にス
トッパ層として窒化シリコン膜を形成して電気的ショー
トを防止している。その結果、層間絶縁膜の構造は、酸
化膜に窒化膜が介在した積層構造になっている。このよ
うな積層構造の層間絶縁膜をエッチング加工する場合、
例えばダイポールリング方式のマグネトロン反応性イオ
ンエッチング装置を用いて、エッチングガスにフルオロ
カーボンガス（Ｃ_x Ｆ_y ）、一酸化炭素（ＣＯ）、アル
ゴン（Ａｒ）、酸素（Ｏ₂ ）、トリフルオロメタン（Ｃ
ＨＦ₃ ）等のガスを組み合わせて用いている。

【０００４】図６の（１）に示すように、Ｎ型シリコン
基板１０１にアクティブ領域１０２を分離する素子分離
領域１０３を形成した後、アクティブ領域１０２にトラ
ンジスタ１１１を形成する。同時に素子分離領域１０３
上等に配線１１２を形成する。その後、減圧ＣＶＤ法に
より、トランジスタ１１１、配線１１２等を覆う状態に
ストッパ層１２１を窒化シリコン膜で形成する。次いで
常圧ＣＶＤ法によって上記ストッパ層１２１上に層間絶
縁膜１２２を酸化シリコン膜で形成する。さらに減圧Ｃ
ＶＤ法によってポリシリコン膜１２３を形成する。次い
で、レジスト塗布技術によりポリシリコン膜１２３上に
レジスト膜１２４を成膜する。その後、リソグラフィー
技術によってレジスト膜１２４に０．３μｍ径のコンタ
クトホールを形成するための開口部１２５を形成する。

【０００５】その後、上記レジスト膜１２４をエッチン
グマスクに用いたエッチングによって、図６の（２）に
示すように、上記ポリシリコン膜１２３をエッチングし
て０．３０μｍ径のコンタクトホール１２６を形成す
る。次いで上記レジスト膜１２４〔図６の（２）には図
示せず、図６の（１）参照〕を除去した後、全面にポリ
シリコン膜１２７を成膜する。

【０００６】次いで図６の（３）に示すように、反応性
イオンエッチングにより、上記ポリシリコン膜１２７を
全面エッチバックして、コンタクトホール１２６の側壁
にポリシリコン膜１２７を残してサイドウォール１２８
を形成する。このようにして、０．１０μｍ径の微細な
開口部１２９が形成される。

【０００７】次いで図６の（４）に示すように、上記ポ
リシリコン膜１２３およびサイドウォール１２８をエッ
チングマスクに用いて上記層間絶縁膜１２２および上記
ストッパ層１２１をエッチングし、コンタクトホール１
３１を形成する。

【０００８】上記層間絶縁膜１２２および上記ストッパ
層１２１のエッチングは、ダイポールリング方式のマグ
ネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、エッチ
ングガスに、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）（例えば
供給流量は３０ｓｃｃｍ）と、一酸化炭素（ＣＯ）（例
えば供給流量は１７０ｓｃｃｍ）と、酸素（Ｏ₂ ）（例
えば供給流量は２ｓｃｃｍ）とお用い、エッチング雰囲
気の圧力を５．３Ｐａ、基板温度（電極温度）を２０
℃、オーバエッチング率を３０％に設定した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の技術で説明した製造方法では、図７の（１）に示す
ように、エッチングガスにトリフルオロメタン（ＣＨＦ
₃ ）を用いた場合には、酸化シリコン膜からなる層間絶
縁膜１２２に対してエッチングマスクとして用いている
ポリシリコン膜１２３およびポリシリコンからなるサイ
ドウォール１２８の選択比が低いため、ポリシリコンが
エッチングされて開口部１２９が広がり、所望のコンタ
クトホール径が得られなくなる。またコンタクトホール
１３１がいわゆるボーイング形状になることも確認され
ている。このような形状のコンタクトホール１３１にポ
リシリコンを埋め込むようにポリシリコン膜１４１を形
成した場合には、コンタクトホール１３１の内部にボイ
ド１４２が発生し、コンタクトホール１３１内を均一に
ポリシリコン膜１４１で埋め込むことができない。この
ような状態でポリシリコン膜１４１を全面エッチバック
した場合には、図７の（２）に示すように、コンタクト
ホール１３１の底部１３１Ｂのポリシリコン膜１４１が
エッチングされるため、コンタクト抵抗が高くなって、
半導体装置の動作特性を悪化させる原因となる。

【００１０】上記コンタクトホール１３１がボーイング
形状に加工されることを回避する手段として、エッチン
グガスにＣ_x Ｆ_y 系のガスを用いて酸化シリコン膜をエ
ッチングし、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）系のガス
を用いて窒化シリコン膜をエッチングする方法が提案さ
れている。具体的には、図８に示すように、層間絶縁膜
１２２上にレジスト膜１５１を形成した後、リソグラフ
ィー技術によりレジスト膜１５１にコンタクトホールを
形成するための開口部１５２を形成する。その後、レジ
スト膜１５１をエッチングマスクに用い、エッチングガ
スにＣ_x Ｆ_y 系のガスを用いて、窒化シリコン膜からな
るストッパ層１２１に対して酸化シリコン膜からなる層
間絶縁膜１２２が選択的にエッチングされる条件でエッ
チングして、層間絶縁膜１２２にコンタクトホール１３
１を形成する。続いてトリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）
系のガスをエッチングガスに用いてストッパ層１２１を
エッチングする方法である。

【００１１】しかしながら、この方法では、酸化シリコ
ン膜の層間絶縁膜１２２のエッチング時にフルオロカー
ボンポリマー１６１がコンタクトホール１３１の底部に
堆積され、それがマスクとなって、ストッパ層１２１の
エッチングが妨げられるという現象が起こる。これは、
酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜１２２のエッチング
時間と相関関係があり、オーバエッチング率が多くなる
につれてポリマーの生成量が多くなるためで、過剰なオ
ーバエッチングを行うと、トリフルオロメタン（ＣＨＦ
₃ ）系ガスによる窒化シリコン膜からなるストッパ層１
２１のエッチングが全く進行しなくなるという現象を発
明者の実験によって確認している。

【００１２】その実験の結果を図９により説明する。図
９は、窒化シリコンのエッチングレートとオーバエッチ
ング率との関係を示している。図９では、縦軸に窒化シ
リコンのエッチングレートを示し、横軸にオーバエッチ
ング率を示す。また、図中の◆印はウエハ中央での測定
値を示し、□印はウエハエッジ近傍での測定値を示す。

【００１３】図９に示すように、オーバエッチング率が
３０％程度までは、窒化シリコンのエッチングレートを
やや現象はするものの、十分にエッチング可能なエッチ
ングレートを維持している。ところが、オーバエッチン
グ率が３０％を越えると、ポリマーの発生が多くなるた
め、急激に窒化シリコンのエッチングレートが減少し、
オーバエッチング率が１５０％では、窒化シリコン膜表
面がポリマーに覆われるため、窒化シリコン膜はエッチ
ングされなくなった。

【００１４】上記対策として、オーバエッチング量を減
らすと、層間絶縁膜を成膜したときの膜厚ばらつきや下
地パターンの疎密の度合いによって膜厚がばらつくた
め、簡単にオーバエッチン量を減らすことはできない。

【００１５】また、酸化シリコン膜のエッチングと窒化
シリコン膜のエッチングとの間に外部装置（例えばアッ
シング装置）を用いて、酸素（Ｏ₂ ）プラズマによりポ
リマーを除去する方法もあるが、酸化シリコン膜と窒化
シリコン膜との積層構造が多層になると、ポリマー除去
工程が多層になった分だけ増加する。そのため、製造コ
ストが大幅に上昇することになる。

【００１６】また、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜と
のエッチングの間に、チャンバ内に酸素（Ｏ₂ ）を導入
して上記ポリマーを除去することも可能ではあるが、多
量の酸素（Ｏ₂ ）をチャンバ内に導入すると、チャンバ
内壁に付着したポリマーも除去され、パーティクルが発
生する原因となる可能性があった。そのため、同一チャ
ンバでエッチング条件、特にエッチングガスを変更し
て、かつパーティクルを発生せずに、酸化シリコン膜の
エッチングと、酸化シリコン膜のエッチングで発生した
ポリマーの除去と、窒化シリコン膜のエッチングとを行
うことは困難であった。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置の製造方法であり、窒
化シリコン膜上に酸化シリコン膜が積層されてなる絶縁
膜をドライエッチングによって加工する工程を備えた半
導体装置の製造方法において、そのドライエッチング
は、エッチング装置の同一チャンバ内で行い、酸化シリ
コン膜を窒化シリコン膜に対して選択的にエッチング加
工する工程と、酸素とフッ素含有ガスと希ガスとを含む
エッチングガスを用いて、酸化シリコン膜のドライエッ
チングで発生したポリマーをエッチングにより除去する
工程と、窒化シリコン膜をエッチング加工する工程とを
備えている製造方法である。

【００１８】上記半導体装置の製造方法では、酸化シリ
コン膜のドライエッチングと、窒化シリコン膜のドライ
エッチングとを同一チャンバ内で行い、かつ酸化シリコ
ン膜のドライエッチングと、窒化シリコン膜のドライエ
ッチングとの間に、上記ドライエッチングを行うチャン
バと同一チャンバ内で、酸化シリコン膜のドライエッチ
ングで発生したポリマーを除去することから、プロセス
負荷を最小限にしてポリマーの除去が可能になる。した
がって、窒化シリコン膜のエッチングの進行を妨げるポ
リマーが除去されることから、窒化シリコン膜のエッチ
ングレートが確保され、再現性良く、窒化シリコン膜の
エッチングが進行される。

【００１９】そして、ポリマーの除去工程では、エッチ
ングガスの一構成ガスに酸素を用いているが、同時に希
ガスも用いて、その酸素を希釈している。そのため、酸
素ガスによるチャンバ内壁のエッチングを抑制して、パ
ーティクルの発生が抑えられる。

【００２０】また、窒化シリコン膜のドライエッチング
の際には、エッチングの進行を妨げる酸化シリコン膜の
エッチングの際に生成されたフルオロカーボン系ポリマ
ーが除去されるので、窒化シリコン膜のエッチングの際
のエッチングレートは再現性良く確保される。このポリ
マーの除去工程で、酸素を増やすかもしくはポリマーの
除去時間を長くすれば、当然のことながらポリマーの除
去能力は向上するが、パーティクルの発生ということで
不利になる。したがって、ポリマーの除去時間を短くし
て、希ガスで酸素をどの程度まで希釈できるかがパーテ
ィクルの発生を少なくすることになる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態を、図
１の製造工程図によって説明する。

【００２２】図１の（１）に示すように、通常の素子分
離領域の形成技術によって、シリコン基板（例えばＮ型
のシリコン基板）１１にアクティブ領域１２を分離する
素子分離領域１３を形成した後、アクティブ領域１２に
例えばＭＩＳトランジスタ１４を形成する。

【００２３】上記ＭＩＳトランジスタ１４は以下のよう
にして形成する。例えばシリコン基板１１のアクティブ
領域１２の表面にゲート酸化膜１５を形成した後、その
上にポリサイド構造のゲート電極１６を形成する。この
ゲート電極１６は、例えば、ＣＶＤ法によって、ドープ
トポリシリコン膜を１００ｎｍの厚さに形成した後、そ
の上にタングステンシリサイド膜を１００ｎｍ形成す
る。その後、通常のリソグラフィー技術とエッチング技
術とを用いて、ドープトポリシリコン膜とタングステン
シリサイド膜とをパターニングしてゲート電極１６を形
成する。それと同時に、素子分離領域１３上に配線（例
えばワード線）１７を形成する。

【００２４】その後、上記ゲート電極１６の両側のアク
ティブ領域１２に拡散層１８、１９を形成する。この拡
散層１８、１９は、一例として、例えばイオン注入法に
より、打ち込みエネルギーを３５ｋｅＶ、ドーズ量を３
×１０¹⁵ｉｏｎｓ／ｃｍ² に設定して、二フッ化ホウ素
（ＢＦ₂ ）をイオン注入した後、例えば９００℃の窒素
雰囲気で１０分間の熱処理を行って形成する。

【００２５】その後、減圧ＣＶＤ法により、ＭＩＳトラ
ンジスタ１４、配線１７等を覆うように上記シリコン基
板１１上に、ストッパとなる窒化シリコン膜２１を例え
ば５０ｎｍの厚さに形成する。この窒化シリコン膜２１
の成膜条件は、一例として、プロセスガスに、ジクロロ
シラン（ＳｉＨ₂ Ｃｌ₂ ）（供給流量を例えば５０ｓｃ
ｃｍ）とアンモニア（ＮＨ₃ ）（供給流量を例えば２０
０ｓｃｃｍ）と窒素（Ｎ₂ ）（供給流量を例えば２００
ｓｃｃｍ）とを用い、成膜雰囲気の圧力を例えば７０Ｐ
ａ、基板温度を例えば７６０℃に設定した。

【００２６】次いで常圧ＣＶＤ法によって上記窒化シリ
コン膜２１上に層間絶縁膜となる酸化シリコン膜２２を
例えば１．００μｍの厚さに形成する。この酸化シリコ
ン膜２２の成膜条件は、一例として、プロセスガスに、
テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）（供給流量を例えば
１０ｓｃｃｍ）と酸素（Ｏ₂ ）（供給流量を例えば７５
０ｍｇ／分）とを用い、成膜雰囲気の圧力を例えば常
圧、基板温度を例えば３８０℃に設定した。

【００２７】さらにレジスト塗布技術により酸化シリコ
ン膜２２上にレジスト膜４１を成膜する。その後、リソ
グラフィー技術によってレジスト膜４１に０．３２μｍ
径のコンタクトホールを形成するための開口部４２を形
成する。

【００２８】次いで図１の（２）に示すように、上記レ
ジスト膜４１をエッチングマスクに用いて酸化シリコン
膜２２をエッチングし、０．３２μｍ直径のコンタクト
ホール２３を形成する。このエッチング条件の一例とし
ては、エッチング装置に例えばダイポールリング方式の
マグネトロン型反応性イオンエッチング装置を用い、エ
ッチングガスに、オクタフルオロブテン（Ｃ₄ Ｆ₈ ）
（供給流量を例えば１０ｓｃｃｍ）と一酸化炭素（Ｃ
Ｏ）（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍ）とアルゴン（Ａ
ｒ）（供給流量を例えば２００ｓｃｃｍ）と酸素
（Ｏ₂ ）（供給流量を例えば５ｓｃｃｍ）とを用い、エ
ッチング雰囲気の圧力を例えば４．７Ｐａ、ＲＦパワー
を例えば１．７０ｋＷ、基板を載置する電極温度を２０
℃、オーバエッチング率を例えば５０％（エッチング時
間＝１．００μｍ厚の酸化シリコン膜２２のエッチング
時間とその３０％のオーバエッチング時間）に設定し
た。

【００２９】その後、同一チャンバ内で、上記酸化シリ
コン膜２２をエッチングした際に発生したフルオロカー
ボン系のポリマーを除去するドライエッチングを行う。
このドライエッチング条件の一例としては、プロセスガ
スに、酸素（Ｏ₂ ）（供給流量を例えば１０ｓｃｃｍ）
とアルゴン（Ａｒ）（供給流量を例えば１００ｓｃｃ
ｍ）とトリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）（供給流量を例
えば１０ｓｃｃｍ）とを用い、エッチング雰囲気の圧力
を例えば５．３Ｐａ、ＲＦパワーを例えば５００Ｗ、基
板を載置する電極温度を２０℃、エッチング時間を１０
秒に設定した。

【００３０】さらに窒化シリコン膜２１をエッチングし
てコンタクトホール２３をシリコン基板１１に達する状
態に形成する。このドライエッチング条件の一例として
は、エッチングガスに、トリフルオロメタン（ＣＨ
Ｆ₃ ）（供給流量を例えば３０ｓｃｃｍ）と一酸化炭素
（ＣＯ）（供給流量を例えば１７０ｓｃｃｍ）と酸素
（Ｏ₂ ）（供給流量を例えば２ｓｃｃｍ）とを用い、エ
ッチング雰囲気の圧力を例えば５．３Ｐａ、ＲＦパワー
を例えば１．７０ｋＷ、基板を載置する電極温度を２０
℃、オーバエッチング率を例えば３０％（エッチング時
間＝５０ｎｍ厚の窒化シリコン膜２１のエッチング時間
とその２０％のオーバエッチング時間）に設定した。

【００３１】上記ドライエッチングによって、コンタク
トホール２３は、傾斜角度α＝８７°〜８８°でシリコ
ン基板１１（拡散層１８）に達する状態に開口すること
ができた。このエッチング後、エッチング装置のチャン
バ内のパーティクル数を調べた結果、通常のレベルのパ
ーティクル数であることを確認した。

【００３２】その後上記レジスト膜４１を除去する。

【００３３】次いで図１の（３）に示すように、ＣＶＤ
法によって、上記コンタクトホール２３の内部を埋め込
むように、上記酸化シリコン膜２２上に、ドープトポリ
シリコン膜を例えば３００ｎｍの厚さに形成した後、例
えば反応性イオンエッチングによる全面エッチバックに
よって、酸化シリコン膜２２上のドープトポリシリコン
膜を除去し、コンタクトホール２３の内部にドープトポ
リシリコン膜を残して埋め込みプラグ２４を形成する。
上記ドープトポリシリコン膜のエッチバック条件の一例
としては、エッチング装置に電子サイクロトロン共鳴
（以下ＥＣＲという、ＥＣＲはElectron Cycrotron Res
onanceの略）エッチング装置を用い、エッチングガス
に、六フッ化イオウ（ＳＦ₆ ）（供給流量を例えば１５
ｓｃｃｍ）と塩素（Ｃｌ₂ ）（供給流量を例えば１０５
ｓｃｃｍ）とを用い、ＲＦパワーを３５Ｗ、マグネトロ
ンパワーを４００Ｗ、エッチング雰囲気の圧力を例えば
０．４Ｐａに設定し、エッチング時間を３００ｎｍ厚の
ドープトポリシリコン膜のエッチング時間とその１０％
のオーバエッチング時間とした。

【００３４】上記第１の実施の形態では、オクタフルオ
ロブテンと一酸化炭素とアルゴンと酸素とを例えば上記
説明した流量で用いて酸化シリコン膜２２のドライエッ
チングを行うことから、酸化シリコン膜２２は窒化シリ
コン膜２１に対して選択的に加工され、コンタクトホー
ル２３は異方性に優れた良好な形状に形成される。ま
た、酸化シリコン膜２２をエッチング加工してコンタク
トホール２３を形成した後に、フッ素含有ガスにトリフ
ルオロメタンを用い、希ガスにアルゴンを用い、その他
に酸素を用いて、ドライエッチングを行うことから、エ
ッチングチャンバ内のパーティクルを増加させることな
く、酸化シリコン膜２２のドライエッチングで発生した
ポリマーが除去される。また、トリフルオロメタンと一
酸化炭素と酸素とを例えば上記説明した所定の流量で用
いてドライエッチングを行うことから、酸化シリコン膜
２２に形成されたコンタクトホール２３の形状を損なう
ことなく、またエッチングチャンバ内のパーティクルを
増加させることなく、窒化シリコン膜２１がエッチング
加工される。したがって、コンタクトホール２３を異方
性に優れた良好な形状に形成することができる。

【００３５】次に窒化シリコン膜のエッチングレートと
酸素：アルゴンの流量比との関係を実験によって調べ
た。その結果を図２の（１）に示す。図２の（１）で
は、縦軸に窒化シリコン膜のエッチングレートを示し、
横軸に酸素：アルゴンの流量比を示す。また、図中の◆
印はウエハ中央での測定値を示し、□印はウエハエッジ
近傍での測定値を示す。

【００３６】図２の（１）に示すように、Ｏ₂ （酸
素）：Ａｒ（アルゴン）の流量比が１：５〜１：１５程
度では、ほとんど窒化シリコン膜のエッチングレートに
変化はないことがをかった。

【００３７】次に窒化シリコン膜のエッチングレートと
ポリマー除去時間との関係を実験によって調べた。その
結果を図２の（２）に示す。図２の（２）では、縦軸に
窒化シリコンのエッチングレートを示し、横軸にポリマ
ー除去時間を示す。また、図中の◆印はウエハ中央での
測定値を示し、□印はウエハエッジ近傍での測定値を示
す。

【００３８】図２の（２）に示すように、ポリマーの除
去時間が５秒以上であれば、窒化シリコンのエッチング
レートを２４０ｎｍ／ｍｉｎ以上に十分に確保できるこ
とがをかった。

【００３９】よって、ポリマーの除去のエッチング時間
を１０秒、酸素：希ガス（アルゴン）の流量比を１：１
０としても、窒化シリコン膜のエッチングレートは３０
０ｎｍ／分で、窒化シリコン膜単層のエッチングレート
を再現していることがわかった。このことから、十分に
ポリマー除去能力があることが確認された。

【００４０】また、酸素：アルゴンの流量比を１：１０
のままでさらにポリマーの除去能力を向上させるには、
フッ素含有ガスとして、例えばトリフルオロメタン（Ｃ
ＨＦ₃ ）を酸素と同程度の流量比で添加すれば良いこと
を実験によって確認している。

【００４１】そこで、窒化シリコン膜のエッチングレー
トと酸素：アルゴン：ＣＨＦ₃ の流量比との関係を実験
によって調べた。その結果を図３の（１）に示す。図３
の（１）では、縦軸に窒化シリコンのエッチングレート
を示し、横軸にＯ₂ ：Ａｒ：ＣＨＦ₃ の流量比を示す。
また、図中の◆印はウエハ中央での測定値を示し、□印
はウエハエッジ近傍での測定値を示す。

【００４２】図３の（１）に示すように、Ｏ₂ ：Ａｒ：
ＣＨＦ₃ の流量比が１：１０：０．５〜１：１０：２の
範囲では、窒化シリコンのエッチングレートを２７０ｎ
ｍ／ｍｉｎ〜３００ｎｍ／ｍｉｎ程度と十分に確保でき
ることがをかった。

【００４３】また、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）系
のガスは、ポリシリコン膜と酸化シリコン膜との選択比
を低くするため、例えばポリシリコンをコンタクトホー
ルを形成するマスクに用いた場合には、マスクの形状が
拡がり、所望のコンタクトホール径が得られないことに
なるが、ポリシリコンの除去時間を短く、例えば５秒か
ら最大で２０秒程度であれば、全く問題がないことを実
験によって確認している。

【００４４】またパーティクルの発生に関しても、通常
のエッチング装置のメンテナンスサイクル内では、エッ
チング加工に影響を及ぼすような増加はないことを確認
している。その一例として、０．１μｍ以上のパーティ
クル数とポリマー除去時間（エッチング装置のＲＦ印加
時間）との関係をダイポールリング方式のマグネトロン
型反応性イオンエッチング装置を用いた実験によって調
べた。その結果を図３の（２）に示す。図３の（２）で
は、縦軸に０．１μｍ以上のパーティクル数を示し、横
軸にエッチング装置のＲＦ印加時間を示す。

【００４５】図３の（２）に示すように、エッチング装
置のＲＦ印加時間がエッチング装置のメンテナンスサイ
クルの４０時間になっても、０．１μｍ以上のパーティ
クル数は増加する傾向はみられなかった。

【００４６】次に、本発明の第２の実施の形態を、図４
の製造工程図によって説明する。図４は、ポリシリコン
マスクを用いてコンタクトホールの開口部をシュリンク
（縮小）して形成するＰＳＣ（Poly Shruken Contact）
構造の製造方法を示すものである。なお、図４では、前
記図１によって示した構成部品と同様のものには同一符
号を付与する。

【００４７】図４の（１）に示すように、通常の素子分
離領域の形成技術によって、シリコン基板（例えばＮ型
のシリコン基板）１１にアクティブ領域１２を分離する
素子分離領域１３を形成した後、アクティブ領域１２に
例えばＭＩＳトランジスタ１４を形成するとともに、配
線（例えばワード線）１７を形成する。

【００４８】上記ＭＩＳトランジスタ１４および配線１
７は、前記第１の実施の形態で説明したのと同様の方法
によって形成する。

【００４９】その後、減圧ＣＶＤ法により、ＭＩＳトラ
ンジスタ１４、配線１７等を覆うようにストッパとなる
窒化シリコン膜２１を例えば５０ｎｍの厚さに形成す
る。この窒化シリコン膜２１の成膜条件は、一例とし
て、前記第１の実施の形態で説明したのと同様である。

【００５０】次いで常圧ＣＶＤ法によって上記窒化シリ
コン膜２１上に層間絶縁膜となる酸化シリコン膜２２
を、例えば１．００μｍの厚さに形成する。この酸化シ
リコン膜２２の成膜条件は、一例として、前記第１の実
施の形態で説明したのと同様である。

【００５１】さらに、減圧ＣＶＤ法によって、上記酸化
シリコン膜２２上にドープトポリシリコン膜２５を例え
ば３００ｎｍの厚さに形成する。

【００５２】さらにレジスト塗布技術によりドープトポ
リシリコン膜２５上にレジスト膜４３を成膜する。その
後、リソグラフィー技術によってレジスト膜４３に０．
３０μｍ径のコンタクトホールを形成するための開口部
４４を形成する。

【００５３】次いで、上記レジスト膜４３をエッチング
マスクに用いたエッチングによって、上記ドープトポリ
シリコン膜２５をエッチングする。その結果、図４の
（２）に示すように、ドープトポリシリコン膜２５に
０．３０μｍ直径の開口部２６を形成する。このエッチ
ング条件の一例としては、エッチング装置に例えばＥＣ
Ｒエッチング装置を用い、エッチングガスに、塩素（Ｃ
ｌ₂ ）（供給流量を例えば２００ｓｃｃｍ）を用い、エ
ッチング雰囲気の圧力を例えば０．４Ｐａ、ＲＦパワー
を例えば６０Ｗ、マグネトロンパワーを４００Ｗ、エッ
チング時間を３００ｎｍ厚のドープトポリシリコン膜２
５のエッチング時間とその２０％のオーバエッチング時
間に設定した。

【００５４】次いで、ＣＶＤ法によって、上記開口部２
６の内面および上記ドープトポリシリコン膜２５上に、
ドープトポリシリコン膜２７を例えば１００ｎｍの厚さ
に形成する。

【００５５】その後、反応性イオンエッチングにより上
記ドープトポリシリコン膜２７を全面エッチバックし
て、図４の（３）に示すように、開口部２６の側壁にド
ープトポリシリコン膜２７からなるサイドウォール２８
を形成する。このエッチバック条件の一例としては、エ
ッチング装置に例えばＥＣＲエッチング装置を用い、エ
ッチングガスに、六フッ化イオウ（ＳＦ₆ ）（供給流量
を例えば１５ｓｃｃｍ）と塩素（Ｃｌ₂ ）（供給流量を
例えば１０５ｓｃｃｍ）とを用い、エッチング雰囲気の
圧力を例えば０．４Ｐａ、ＲＦパワーを例えば３５Ｗ、
マグネトロンパワーを４００Ｗ、エッチング時間を１０
０ｎｍ厚のドープトポリシリコン膜２７のエッチング時
間とその１０％のオーバエッチング時間に設定した。

【００５６】次いで、図４の（４）に示すように、上記
サイドウォール２８およびドープトポリシリコン膜２５
をエッチングマスクに用いたエッチングによって、上記
酸化シリコン膜２２をエッチングして０．１０μｍ直径
のコンタクトホール２９を形成する。このエッチング条
件の一例としては、エッチング装置に例えばダイポール
リング方式のマグネトロン型反応性イオンエッチング装
置を用い、エッチングガスに、オクタフルオロブテン
（Ｃ₄ Ｆ₈ ）（供給流量を例えば１０ｓｃｃｍ）と一酸
化炭素（ＣＯ）（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍ）とア
ルゴン（Ａｒ）（供給流量を例えば２００ｓｃｃｍ）と
酸素（Ｏ₂ ）（供給流量を例えば５ｓｃｃｍ）とを用
い、エッチング雰囲気の圧力を例えば４．７Ｐａ、ＲＦ
パワーを例えば１．７０ｋＷ、基板を載置する電極温度
を２０℃、オーバエッチング率を例えば５０％（エッチ
ング時間＝７５０ｎｍ厚の酸化シリコン膜２２のエッチ
ング時間とその３０％のオーバエッチング時間）に設定
した。

【００５７】その後、同一チャンバ内で、上記酸化シリ
コン膜２２をエッチングした際に発生したフルオロカー
ボン系のポリマーを除去するドライエッチングを行う。
このドライエッチング条件の一例としては、前記第１の
実施の形態で説明したポリシリコン除去条件と同様であ
る。

【００５８】さらに窒化シリコン膜２１をエッチングし
てコンタクトホール２９をシリコン基板１１に達する状
態に形成する。このドライエッチング条件の一例として
は、前記第１の実施の形態で説明した窒化シリコン膜２
１のエッチング条件と同様である。

【００５９】上記ドライエッチングによって、コンタク
トホール２９は、良好な形状でシリコン基板１１に達す
る状態に開口することができた。このエッチング後、エ
ッチング装置のチャンバ内のパーティクル数を調べた結
果、通常のレベルのパーティクル数であることを確認し
た。

【００６０】その後上記レジスト膜４１を除去する。

【００６１】次いで図４の（５）に示すように、ＣＶＤ
法によって、上記コンタクトホール２９の内部を埋め込
むように、上記ドープトポリシリコン膜２５上に、ドー
プトポリシリコン膜３１を例えば３００ｎｍの厚さに形
成した後、例えば反応性イオンエッチングによる全面エ
ッチバックによって、酸化シリコン膜２２上のドープト
ポリシリコン膜２５、３１およびドープトポリシリコン
からなるサイドウォール２８を除去し、図２の（６）に
示すように、コンタクトホール２９の内部にドープトポ
リシリコン膜を残して埋め込みプラグ２４を形成する。
上記ドープトポリシリコンのエッチバック条件の一例と
しては、前記第１の実施の形態で説明したのと同様の条
件である。

【００６２】上記第２の実施の形態では、上記第１の実
施の形態で説明したのと同様に、酸化シリコン膜２２の
ドライエッチングを行うことから、窒化シリコン膜２１
に対して選択的に酸化シリコン膜２２はエッチングさ
れ、コンタクトホール２９は異方性に優れた良好な形状
に形成される。また、酸化シリコン膜２２をエッチング
加工してコンタクトホール２９を形成した後に、フッ素
含有ガスにトリフルオロメタンを用い、希ガスにアルゴ
ンを用い、そして酸素を用いて、ドライエッチングを行
うことから、エッチングチャンバ内のパーティクルを増
加させることなく、酸化シリコン膜２２のドライエッチ
ングで発生したポリマーが除去される。また、第１の実
施の形態で説明したのと同様に、窒化シリコン膜２１を
ドライエッチングすることから、酸化シリコン膜２２に
形成されたコンタクトホール２９の形状を損なうことな
く、またエッチングチャンバ内のパーティクルを増加さ
せることなく、窒化シリコン膜２１がエッチング加工さ
れる。したがって、コンタクトホール２９を異方性に優
れた良好な形状に形成することができる。

【００６３】本発明の第３の実施の形態を、図５の製造
工程図によって説明する。図５は、ＳＡＣ（Self Align
ed Contact）構造の製造方法を示すものであり、前記図
１によって示した構成部品と同様のものには同一符号を
付与する。

【００６４】図５の（１）に示すように、通常のトラン
ジスタの形成技術によって、シリコン基板（例えばＮ型
のシリコン基板）１１にＭＩＳトランジスタ７１、７２
を拡散層７３を共用するように形成する。

【００６５】その後、減圧ＣＶＤ法により、ＭＩＳトラ
ンジスタ７１、７２を覆うようにストッパとなる窒化シ
リコン膜２１を例えば９０ｎｍの厚さに形成する。この
窒化シリコン膜２１の成膜条件は、一例として、前記第
１の実施の形態で説明したのと同様の条件に設定した。
次いで常圧ＣＶＤ法によって上記窒化シリコン膜２１上
に層間絶縁膜となる酸化シリコン膜２２を、例えば１．
００μｍの厚さに形成する。この酸化シリコン膜２２の
成膜条件は、一例として、前記第１の実施の形態で説明
したのと同様の条件に設定した。

【００６６】次いで、化学的機械研磨（以下ＣＭＰとい
う、ＣＭＰはChemical MechanicalPolishing の略）に
よって、上記酸化シリコン膜２２の表面を例えば３００
ｎｍの厚さだけ研磨して平坦化する。このＣＭＰ条件の
一例としては、研磨液に１４ｗｔ％のシリカ粒子を含む
水酸化カリウム水溶液を用い、研磨プレートおよびシリ
コン基板１１の回転数をともに２０ｒｐｍとし、研磨圧
力を５００ｇｆ／ｃｍ² に設定した。

【００６７】さらにレジスト塗布技術により酸化シリコ
ン膜２２上にレジスト膜４１を成膜する。その後、リソ
グラフィー技術によってレジスト膜４１に０．３２μｍ
径のコンタクトホールを形成するための開口部４２を形
成する。

【００６８】次いで図５の（２）に示すように、上記レ
ジスト膜４１をエッチングマスクに用いたエッチングに
よって、上記酸化シリコン膜２２をエッチングして０．
３２μｍ直径のコンタクトホール２３を形成する。この
エッチング条件の一例としては、エッチング装置に例え
ばダイポールリング方式のマグネトロン型反応性イオン
エッチング装置を用い、エッチングガスに、オクタフル
オロブテン（Ｃ₄ Ｆ₈）（供給流量を例えば６ｓｃｃ
ｍ）とアルゴン（Ａｒ）（供給流量を例えば５００ｓｃ
ｃｍ）と酸素（Ｏ₂ ）（供給流量を例えば２ｓｃｃｍ）
とを用い、エッチング雰囲気の圧力を例えば８．７Ｐ
ａ、ＲＦパワーを例えば１．７０ｋＷ、基板を載置する
電極温度を２０℃、オーバエッチング率を例えば５０％
（エッチング時間＝７００ｎｍ厚の酸化シリコン膜２２
のエッチング時間とその５０％のオーバエッチング時
間）に設定した。

【００６９】その後、同一チャンバ内で、上記酸化シリ
コン膜２２をエッチングした際に発生したフルオロカー
ボン系のポリマーを除去するドライエッチングを行う。
このドライエッチング条件の一例としては、プロセスガ
スに、酸素（Ｏ₂ ）（供給流量を例えば１０ｓｃｃｍ）
とアルゴン（Ａｒ）（供給流量を例えば１００ｓｃｃ
ｍ）とトリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）（供給流量を例
えば１０ｓｃｃｍ）とを用い、エッチング雰囲気の圧力
を例えば５．３Ｐａ、ＲＦパワーを例えば５００Ｗ、基
板を載置する電極温度を２０℃、エッチング時間を１０
秒に設定した。

【００７０】さらに窒化シリコン膜２１をエッチングし
てコンタクトホール２３をシリコン基板１１（図面では
シリコン基板１１に形成した拡散層７３）に達する状態
に形成する。このドライエッチング条件の一例として
は、エッチングガスに、トリフルオロメタン（ＣＨ
Ｆ₃ ）（供給流量を例えば３０ｓｃｃｍ）と一酸化炭素
（ＣＯ）（供給流量を例えば１７０ｓｃｃｍ）と酸素
（Ｏ₂ ）（供給流量を例えば２ｓｃｃｍ）とを用い、エ
ッチング雰囲気の圧力を例えば５．３Ｐａ、ＲＦパワー
を例えば１．７０ｋＷ、基板を載置する電極温度を２０
℃、オーバエッチング率を例えば３０％（エッチング時
間＝５０ｎｍ厚の窒化シリコン膜２１のエッチング時間
とその２０％のオーバエッチング時間）に設定した。

【００７１】上記ドライエッチングによって、コンタク
トホール２３は、傾斜角度α＝８７°〜８８°でシリコ
ン基板１１に達する状態に開口することができた。この
エッチング後、エッチング装置のチャンバ内のパーティ
クル数を調べた結果、通常のレベルのパーティクル数で
あることを確認した。

【００７２】その後上記レジスト膜４１を除去する。

【００７３】次いで図５の（３）に示すように、ＣＶＤ
法によって、上記コンタクトホール２３の内部を埋め込
むように、上記酸化シリコン膜２２上に、ドープトポリ
シリコン膜を例えば３００ｎｍの厚さに形成した後、例
えば反応性イオンエッチングによる全面エッチバックに
よって、酸化シリコン膜２２上のドープトポリシリコン
膜を除去し、コンタクトホール２３の内部にドープトポ
リシリコン膜を残して埋め込みプラグ２４を形成する。
上記ドープトポリシリコン膜のエッチバック条件の一例
としては、前記第１の実施の形態で説明した条件と同様
である。

【００７４】上記第３の実施の形態では、上記第１の実
施の形態で説明したのと同様に、酸化シリコン膜２２の
ドライエッチングを行うことから、窒化シリコン膜２１
に対して選択的に酸化シリコン膜２２はエッチングさ
れ、コンタクトホール２３は異方性に優れた良好な形状
に形成される。また、酸化シリコン膜２２をエッチング
加工してコンタクトホール２３を形成した後に、フッ素
含有ガスにトリフルオロメタンを用い、希ガスにアルゴ
ンを用い、そして酸素を用いて、ドライエッチングを行
うことから、エッチングチャンバ内のパーティクルを増
加させることなく、酸化シリコン膜２２のドライエッチ
ングで発生したポリマーが除去される。また、第１の実
施の形態で説明したのと同様に、窒化シリコン膜２１を
ドライエッチングすることから、酸化シリコン膜２２に
形成されたコンタクトホール２３の形状を損なうことな
く、またエッチングチャンバ内のパーティクルを増加さ
せることなく、窒化シリコン膜２１がエッチング加工さ
れる。したがって、コンタクトホール２３を異方性に優
れた良好な形状に形成することができる。

【００７５】上記各実施の形態では、エッチング装置に
ダイポールリング方式のマグネトロン型反応性イオンエ
ッチング装置を用いたが、一般のマグネトロン型反応性
イオンエッチング装置、トライオード型反応性イオンエ
ッチング装置等の反応性イオンエッチング装置、平行平
板型プラズマエッチング装置等を用いることも可能であ
る。

【００７６】また、上記各実施の形態における酸化シリ
コン膜２２のエッチングでは、オクタフルオロブテン
（Ｃ₄ Ｆ₈ ）を用いたが、その代わりに、ヘキサフルオ
ロエタン（Ｃ₂ Ｆ₆ ）、８フッ化シクロペンテン（Ｃ₅
Ｆ₈ ）等を用いることも可能である。またポリマーの除
去には、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃ ）の代わりにテ
トラフルオロメタン（ＣＦ₄ ）、ヘキサフルオロエタン
（Ｃ₂ Ｆ₆ ）等を用いるもとも可能である。

【００７７】本発明は、上記第１の実施の形態で説明し
たように、コンタクトホールの形成、ＳＡＣ（Self Ali
gned Contact）の形成、ＰＳＣ（Poly Shruken Contac
t）の形成等に用いることができる他に、窒化シリコン
膜と酸化シリコン膜とが積層されている絶縁膜に溝や孔
を形成する場合全般に適用することができる。例えば、
ダマシン配線構造を形成する際の配線溝の形成、トレン
チ素子分離のトレンチの形成、デュアルダマシン配線構
造を形成する際の配線溝と接続孔の形成等にも適用する
ことができる。

【００７８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層膜を同一チャ
ンバ内でドライエッチング加工し、かつ酸化シリコン膜
のドライエッチングと窒化シリコン膜のドライエッチン
グとの間に、上記ドライエッチングを行うチャンバと同
一チャンバ内で、酸化シリコン膜のドライエッチングで
発生したポリマーを除去するので、プロセス負荷を最小
限にしてポリマーを除去することができる。したがっ
て、窒化シリコン膜のエッチングの進行を妨げるポリマ
ーが除去されるので、窒化シリコン膜のエッチングレー
トが確保され、再現性良く窒化シリコン膜をエッチング
することができる。そのポリマーの除去工程では、エッ
チングガスの一構成ガスに酸素を用いているが、同時に
希ガスも用いて、その酸素を希釈している。そのため、
酸素ガスによるチャンバ内壁のエッチングを抑制するこ
とができ、パーティクルの発生を抑えることができる。
また、酸化シリコン膜の加工を窒化シリコン膜に対して
選択的にドライエッチング加工するので、酸化シリコン
膜の加工形状が優れたものとなる。よって、パーティク
ルの発生を抑制しつつ、窒化シリコン膜と酸化シリコン
膜との積層膜を優れた形状にエッチング加工することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する製造工程
図である。

【図２】窒化シリコンのエッチングレートとＯ₂ ：Ａ
ｒ：ＣＨＦ₃ 流量比との関係図および０．１μｍ以上の
パーティクル数ＲＦ印加時間との関係図である。

【図３】窒化シリコンのエッチングレートとＯ₂ ：Ａｒ
流量比との関係図および窒化シリコンのエッチングレー
トとポリマー除去時間との関係図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態を説明する製造工程
図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態を説明する製造工程
図である。

【図６】従来の技術を説明する製造工程図である。

【図７】課題の説明図である。

【図８】課題の説明図である。

【図９】窒化シリコンのエッチングレートとオーバエッ
チング率との関係図である。

【符号の説明】

２１…窒化シリコン膜、２２…酸化シリコン膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化シリコン膜上に酸化シリコン膜が積
   層されてなる絶縁膜をドライエッチングによって加工す
   る工程を備えた半導体装置の製造方法において、 前記ドライエッチングは、エッチング装置の同一チャン
   バ内で行い、 ドライエッチングにより前記酸化シリコン膜を前記窒化
   シリコン膜に対して選択的に加工する工程と、 酸素とフッ素含有ガスと希ガスとを含むエッチングガス
   を用いて、前記酸化シリコン膜のドライエッチングで発
   生したポリマーをドライエッチングにより除去する工程
   と、 ドライエッチングにより前記窒化シリコン膜を加工する
   工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方
   法。