JP2002043246A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】目的形状を有した所望の深さの所定のトレンチ
を容易に成する製造方法を提供する。 【解決手段】所望の深さの１／３程度でＳｉエッチグの
中断して第１段階のトレンチ１０５ａを形成し、バイア
スパワーの印加のもとにＡｒによりトレンチ１０５ａ底
部に乗っているパーティクル１２３ａ，付着した異状堆
積物１２４ａを除去する。その後、Ｓｉエッチングを再
開する。

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、特に、異方性エッチングによる開口部の形成
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造方法では、各種材料を
異方性エッチングによりパターニングするフォトリソグ
ラフィ工程が多用されている。異方性エッチングが同一
の材料のみに対して（比較的長時間）行なわれて、得ら
れたパターンが所望の深さを有した所定の開口部からな
る場合、（所望の深さに達しない）途中段階の開口部の
側面に側壁保護膜を形成しながら行なわれる。この場合
の異方性エッチングは、テーパーエッチングになる。所
定の開口部の代表的な例としては、シリコン基板表面に
形成される（素子分離領域用の）トレンチと、シリコン
基板表面もしくは表面上に設けられた配線層に達するコ
ンタクト孔とがある。

【０００３】シリコン基板の表面へのトレンチの形成で
は、以下のとおりになっている。シリコン基板の表面上
に窒化シリコン膜が形成され、この窒化シリコン膜がフ
ォトレジスト膜をマスクにした異方性エッチングにより
パターニングされる。このフォトレジスト膜が除去され
た後、この窒化シリコン膜をハードマスクにして、シリ
コン基板がハロゲン元素を含んだエッチングガスにより
異方性エッチングされて、所望の深さを有した所定のト
レンチが形成される。このときのエッチングガスとして
は、例えば、Ｃｌ₂ ，ＨＢｒあるいはＣｌ₂ ＋ＨＢｒが
用いられる。さらにテーパー角をより大きくする場合に
は、これらのエッチングガスに添加ガスとして例えばＯ
₂ を加えて、異方性エッチングが行なわれる。

【０００４】上記開口部がコンタクト孔の場合、多層配
線構造のランダム・ロジックからなる半導体装置におけ
る最上層配線から最下層の配線荘に達するコンタクト孔
を例にすると、このコンタクト孔は複数層の層間絶縁膜
（それぞれ酸化シリコン系絶縁膜からなる）を貫通する
ことになる。その結果、このコンタクト孔のアスペクト
比は高い値になる。このようなコンタクト孔において最
上層配線と最下層の配線層との間に良好な接続抵抗を得
るためには、テーパーエッチングによる異方性エッチン
グによりコンタクト孔を形成することが必須になる。

【０００５】通常、上記コンタクト孔等のコンタクト孔
の形成のためのためのフォトリソグラフィには、エッチ
ングマスクとしてはフォトレジスト膜が用いら、エッチ
ングガスとしてはフルオロカーボン系のガスが用いられ
ている。テーパーエッチングを行なうためには、カーボ
ンリッチなフルオロカーボンガスを用いることが好まし
く、例えば、ＣＦ₄ ，ＣＨ₂ Ｆ₂ ，ＣＨＦ₃ ，Ｃ₂ Ｆ
₆ ，Ｃ₄ Ｆ₈ ，Ｃ₄ Ｆ₆あるいはＣ₅ Ｆ₈ 等が用いられ
ている。さらにテーパー角を大きくするためには、これ
らのフルオロカーボン系ガスに、Ｏ₂ およびＣＯの少な
くとも一方を添加ガスとして加えることが好ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】所望の深さとテーパー
とを有した所定の開口部を形成する際には、途中段階で
の開口部の側面に側壁保護膜を形成しながら異方性エッ
チングが行なわれる。この側壁保護膜は、エッチングガ
スと（エッチングマスクを含んだ）被エッチング材料と
の間での反応生成物により形成される。しかしながらこ
の反応生成物は、途中段階での開口部の側面のみに付着
するのではなく、その一部はこの途中段階での開口部の
底面にも「異状堆積物」として付着する。異状堆積物の
一部は異方性エッチングにより除去されるが、異状堆積
物の全体が異方性エッチングにより除去されることはな
い。また、この途中段階での開口部の底面には、エッチ
ングチャンバ内を浮遊するパーティクルが（付着ではな
く）乗ることも多々ある。

【０００７】テーパー角を大きくするための添加ガスが
加えられた異方性エッチングでは、添加ガスが加えられ
ないときの異方性エッチングより、途中段階での開口部
の底面への「異状堆積物」の付着が顕著になる。また、
窒化シリコン膜のようなハードマスクをエッチングマス
クにしたトレンチの形成に比べて、フォトレジスト膜を
エッチングマスクにしたコンタクト孔等の形成の方が、
途中段階での開口部の底面への異状堆積物の付着が顕著
になる。

【０００８】途中段階での開口部の底面に、異状堆積物
が付着したりパーティクルが乗っている場合、以降の異
方性エッチングがこれら異状堆積物，パーティクルが
「エッチングマスク」として機能することになる。トレ
ンチの形成では、目的の形状を有した上記所定の開口部
の形成が困難になる。その結果、良好な素子分離領域の
形成が困難になる。また、コンタクト孔の形成では、途
中段階の開口部の底面のほぼ全面が異状堆積物，パーテ
ィクルにより覆われて、それ以上異方性エッチングが進
行せずに、そこでエッチングが停止して、目的とする所
定のコンタクト孔の形成が不可能になることがある。

【０００９】したがって本発明の目的は、目的形状を有
した所定の開口部の形成が容易になる半導体装置の製造
方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の特
徴は、ハードマスクをマスクにして、エッチングチャン
バ内で、ハロゲン元素を含んでなるエッチングガスによ
り、半導体基板に設けられた同一の材料を異方性エッチ
ングして、この材料に所望の深を有した所定の開口部を
形成する半導体装置の製造方法であって、上記異方性エ
ッチングが上記所望の深さに達する前に、この異方性エ
ッチングを中断し、上記半導体基板にバイアスパワーを
加えながら、窒素ガスおよび不活性ガスの少なくとも一
方を含んだクリーニングガスにより、途中段階の開口部
の底面を清浄にする清浄化工程を少なくとも１回有する
ことにある。

【００１１】本発明の半導体装置の製造方法において、
好ましくは、上記清浄化工程が第１段階および第２段階
からなり、上記第１段階において、上記バイアスパワー
を加えられずに行なれて、上記エッチングチャンバ内が
パージングされるとともに上記ハードマスク表面を含め
て上記途中段階の開口部の表面に乗ったパーティクルが
上記クリーニングガスにより除去され、上記第２段階に
おいて、上記バイアスパワーが加えられた状態で上記ク
リーニングガスにより清浄化が行なわれる。さらに、上
記第１段階での上記クリーニングガスのガス流量が、上
記第２段階でのこのクリーニングガスのガス流量より多
くなっている。

【００１２】さらに好ましくは、上記エッチングチャン
バ内において、フォトレジスト膜をマスクにした異方性
エッチングにより上記ハードマスクを形成し、さらに、
このフォトレジスト膜をアッシングする工程を有するこ
とと、上記材料に上記所定の開口部を形成するための上
記異方性エッチングに先だって、上記アッシングにより
生じたパーティクルを、上記クリーニングガスにより除
去する工程を有することとを併せて特徴とする。

【００１３】本発明の半導体装置の製造方法の好ましい
第１の態様は、上記材料がシリコン基板からなり、上記
開口部がトレンチからなり、上記エッチングガスがＣｌ
₂ およびＨＢｒの少なくとも一方を含んでなる。本第１
の態様において、好ましくは、上記エッチングガスに、
添加ガスとしてＯ₂ が加えらてれている。

【００１４】本発明の半導体装置の製造方法の好ましい
第２の態様は、上記材料が半導体基板の表面上に形成さ
れた酸化シリコン系絶縁膜からなり、上記開口部がこの
酸化シリコン系絶縁膜を貫通してこの半導体基板の表面
もしくは表面上に形成られた配線層に達するコンタクト
孔からなり、上記エッチングガスがフルオロカーボン系
のガスからなる。本第２の態様において、好ましくは、
上記エッチングガスが、ＣＦ₄ ，ＣＨ₂ Ｆ₂ ，ＣＨＦ
₃ ，Ｃ₂ Ｆ₆ ，Ｃ₄ Ｆ₈ ，Ｃ₄ Ｆ₆ あるいはＣ₅Ｆ₈ か
らなる。さらに好ましくは、上記エッチングガスに、添
加ガスとしてＯ₂およびＣＯの少なくとも一方が加えら
てれている。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態はトレ
ンチの形成方法に関するものであり、本発明の第２の実
施の形態はコンタクト孔の形成方法に関するものであ
る。本発明では、第２の実施の形態においても、ハード
マスクがエッチングマスクとして用いられている。

【００１６】次に、本発明について図面を参照して説明
する。

【００１７】図１は本発明の第１の実施の形態の第１の
実施例の製造工程の断面模式図である。図２（ａ）は本
第１の実施例の第１および第２の製造方法におけるＳｉ
エッチングガスおよびクリーニングガスのガス流量の時
間変化を説明するための模式図である。図２（ｂ）は本
第１の実施例の第１および第３の製造方法におけるバイ
アスパワーの時間変化を説明するための模式図である。
図２（ｃ）は本第１の実施例の第２の製造方法における
バイアスパワーの時間変化を説明するための模式図であ
る。図３は本第１の実施例の第３の製造方法におけるＳ
ｉエッチングガスおよびクリーニングガスのガス流量の
時間変化を説明するための模式図である。

【００１８】図１，図２（ａ）および図２（ｂ）を参照
すると、本発明の第１の実施の形態の第１の実施例の第
１の製造方法は、以下のとおりになっている。

【００１９】まず、シリコン基板１０１ａの表面上に
は、例えば２００ｎｍ程度の膜厚の窒化シリコン膜１０
３ａが形成される。窒化シリコン膜１０３ａの表面上に
は、所要の開口パターンを有したフォトレジスト膜１３
１が形成される。シリコン基板１０１ａが第１のエッチ
ングチャンバに挿入される。フォトレジスト膜１３１を
マスクにして窒化シリコン膜１０３ａが選択的に異方性
エッチグされ、窒化シリコン膜１０３ａに開口部１０４
ａが形成される〔図１（ａ）〕。

【００２０】次に、第１のエッチングチャンバから取り
出されたシリコン基板１０１ａが第２のエッチングチャ
ンバに挿入され、Ｏ₂ プラズマによるアッシングにより
フォトレジスト膜１３１が除去される。シリコン基板１
０１ａが洗浄された後、再度上記第１のエッチングチャ
ンバに挿入される。

【００２１】続いて、時間ｔ₁₁〜ｔ₁₄の間、例えば３Ｐ
ａ〜３０Ｐａ程度の圧力のもとでバイアスパワーが印加
され、Ｓｉエッチングガスが流されて、第１段階のＳｉ
の異方性エッチングによるトレンチの形成が行なわれる
（すなわち、ｔ₁₁でＳｉエッチングが立ち上げられて、
ｔ₁₄でＳｉエッチングが中断する）。Ｓｉエッチングガ
スは例えばＣｌ₂ ＋ＨＢｒである。時間ｔ₁₂（〉ｔ₁₁）
〜ｔ₁₃（〈ｔ₁₄）の間のＳｉエッチングガスのガス流量
は例えば１２０ｓｃｃｍ程度であり、この間のバイアス
パアーは例えば２００Ｗ〜３５０Ｗ程度である。ｔ₁₄で
は、シリコン基板１０１ａの表面に（途中段階である）
第１段階でのトレンチ１０５ａが形成される。このと
き、ハードマスクである窒化シリコン膜１０３ａに形成
された開口部１０４ａの側面と、トレンチ１０５ａの側
面とには側壁保護膜１２１ａが形成されている。トレン
チ１０５ａの深さは例えば１００ｎｍ程度である。さら
に、窒化シリコン膜１０３ａの上面並びにトレンチ１０
５ａの底面には、それぞれパーティクル１２３ａが乗っ
ており，異状堆積物１２４ａが付着している〔図１
（ｂ），図２（ａ），図２（ｂ）〕。

【００２２】Ｓｉの異方性エッチングに際して、異方性
エッチングにより異状堆積物自体もその一部がエッチン
グ除去される。すなわち、異状堆積物は生成とこの異方
性エッチングによる消滅とが同時に進行することにな
る。異状堆積物１２４ａは、ｔ ₁₂〜ｔ₁₃の間での異方性
エッチングの累積結果である。長時間連続してこの異方
性エッチングが施されるならば、トレンチの底面が異状
堆積物１２４ａにより覆われる比率が増大する。図に明
示はしないが、この段階でも、異状堆積物１２４ａの位
置を反映して、トレンチ１０５ａの底面には微細な高さ
の凹凸が形成されている。一方、パーティクル１２３ａ
は単にトレンチ１０５ａの底面に乗っているために、パ
ーティクル１２３ａの密度が高くないかぎりトレンチ１
０５ａの底面上で移動し易くなっている。このため、パ
ーティクル１２３ａを反映してのトレンチ１０５ａの底
面での凹凸は形成されにくい。

【００２３】なお、Ｓｉエッチングガスは上記Ｃｌ₂ ＋
ＨＢｒに限定されるものではなく、Ｃｌ₂ のみもしくは
ＨＢｒのみでもよい。

【００２４】引き続いて、時間ｔ₂₁（〉ｔ₁₄）〜ｔ₂₄の
間、例えば０．５Ｐａ〜１Ｐａ程度の圧力のもとでバイ
アスパワーが印加され、クリーニングガスが流されて、
第１段階の清浄化工程が実施される（すなわち、ｔ₂₁で
第１段階の清浄化工程が立ち上げられて、ｔ₂₄で第１段
階の清浄化工程が終了する）。クリーニングガスは例え
ばＡｒである。時間ｔ₂₂（〉ｔ₂₁）〜ｔ₂₃（〈ｔ₂₄）の
間のバイアスパワーは例えば５００Ｗ程度であり、この
間のクリーニングガスのガス流量は例えば少なくとも１
５０ｓｃｃｍ程度である。これにより、窒化シリコン膜
１０３ａの上面並びにトレンチ１０５ａの底面からパー
ティクル１２３ａおよび異状堆積物１２４ａが除去され
て、トレンチ１０５ａの底面等が清浄化される〔図１
（ｃ），図２（ａ），図２（ｂ）〕。

【００２５】この清浄化工程では、バイアスパワーが印
加されているため、上記異状堆積物１２４ａがＡｒによ
りスパッタエッチングによりエッチング除去される。さ
らにこのスパッタエッチングが異方性エッチング的に行
なわれることから、側壁保護膜１２１ａはほとんどエッ
チングされずに残置される。なお、クリーニングガスと
しては上記Ａｒに限定されるものではなく、Ｎ₂ 、Ａｒ
以外の不活性ガス、あるいは、（Ａｒを含めた）不活性
ガスとＮ₂ との混合ガスでもよい。

【００２６】その後、再度、時間ｔ₃₁（〉ｔ₂₄）〜ｔ₃₄
の間、例えば３Ｐａ〜３０Ｐａ程度の圧力のもとでバイ
アスパワーが印加され、Ｓｉエッチングガスが流され
て、第２段階のＳｉの異方性エッチングによるトレンチ
の形成が行なわれる（すなわち、ｔ₃₁でＳｉエッチング
が立ち上げられて、ｔ₃₄でＳｉエッチングが中断す
る）。Ｓｉエッチングガスは例えばＣｌ₂ ＋ＨＢｒであ
る。時間ｔ₃₂（〉ｔ₃₁）〜ｔ ₃₃（〈ｔ₃₄）の間のＳｉエ
ッチングガスのガス流量は例えば１２０ｓｃｃｍ程度で
あり、この間のバイアスパアーは例えば２００Ｗ〜３５
０Ｗ程度である〔図２（ａ），図２（ｂ）〕。

【００２７】この第２段階のＳｉエッチングの初期にお
いて、トレンチ１０５ａの底面に形成されていた微細の
凹凸はほぼ消滅して、この底面の修復（スムージング）
が行なわれる。これはこのトレンチ形成のエッチングが
異方性エッチングであっても、Ｓｉ表面での突起部分の
方がエッチングされやすいためである。

【００２８】本発明者の実験結果によると、上記第１の
清浄化工程を施さずにトレンチの深さが例えば２２０ｎ
ｍ程度前後になるまでＳｉの異方性エッチングを上記条
件のもとに連続して行ない、その後に第１の清浄化工程
を施しても、このトレンチの底面に形成された凹凸（は
微細ではなくなることから）のスムージングは不可能に
なる。さらに、本発明者の実験結果によると、（上記２
００ｎｍの）２／３の深さの段階で第１の清浄化工程を
施すならば、トレンチ底面の上記微細な凹凸の修復が可
能である。したがって本第１の実施例では、このような
現象の発生するトレンチの深さに比べて、（上記２００
ｎｍの）１／２未満の深さの段階で第１の清浄化工程を
施している。

【００２９】（図示は省略するが）ｔ₃₄では、シリコン
基板１０１ａの表面に（途中段階である）第２段階での
（例えば２００ｎｍの深さを有した）トレンチが形成さ
れる。このとき、第１段階でのトレンチが形成された後
と同様に、窒化シリコン膜１０３ａの上面並びに第２段
階のトレンチの底面には、それぞれパーティクルが再度
乗り，それぞれ異状堆積物が再度付着している。

【００３０】続いて、再度、時間ｔ₄₁（〉ｔ₃₄）〜ｔ₄₄
の間、例えば０．５Ｐａ〜１Ｐａ程度の圧力のもとでバ
イアスパワーが印加され、クリーニングガスが流され
て、第２段階の清浄化工程が実施される（すなわち、ｔ
₄₁で第２段階の清浄化工程が立ち上げられて、ｔ₄₄で第
２段階の清浄化工程が終了する）。クリーニングガスは
例えばＡｒである。時間ｔ₄₂（〉ｔ₄₁）〜ｔ
₄₃（〈ｔ₄₄）の間のバイアスパワーは例えば５００Ｗ程
度であり、この間のクリーニングガスのガス流量は例え
ば少なくとも１５０ｓｃｃｍ程度である。これにより、
窒化シリコン膜１０３ａの上面並びに第２段階のトレン
チの底面からパーティクルおよび異状堆積物が除去され
て、このトレンチの底面等が清浄化される〔図２
（ａ），図２（ｂ）〕。

【００３１】引き続いて、再々度、時間ｔ₅₁（〉ｔ₄₄）
〜ｔ₅₄の間、例えば３Ｐａ〜３０Ｐａ程度の圧力のもと
でバイアスパワーが印加され、Ｓｉエッチングガスが流
されて、最終段階のＳｉの異方性エッチングにより、所
望の深さである例えば３００ｎｍ程度の深さを有した所
定のトレンチ１０５ａａが形成される（すなわち、ｔ ₅₁
でＳｉエッチングが立ち上げられて、ｔ₅₄でＳｉエッチ
ングが終了する）。Ｓｉエッチングガスは例えばＣｌ₂
＋ＨＢｒである。時間ｔ₅₂（〉ｔ₅₁）〜ｔ₅₃（〈ｔ₅₄）
の間のＳｉエッチングガスのガス流量は例えば１２０ｓ
ｃｃｍ程度であり、この間のバイアスパアーは例えば２
００Ｗ〜３５０Ｗ程度である。窒化シリコン膜１０３ａ
の開口部１０４ａの側面並びにトレンチ１０５ａａの側
面は、それぞれ側壁保護膜１２１ａａにより覆われてい
る〔図１（ｄ），図２（ａ），図２（ｂ）〕。図示は省
略するが、このトレンチ１０５ａａの底面（並びに窒化
シリコン膜１０３ａの上面）にも、上記トレンチ１０５
ａの底面と同様に、パーティクルが再々度乗り，それぞ
れ異状堆積物が再々度付着し、微細な高さの凹凸が形成
されている。しかしながら、この凹凸は、素子分離領域
の形成には支障にならない程度のものであり、本発明の
目的を満たすトレンチが得られる。

【００３２】図２（ａ），（ｃ）（および図１）を参照
すると、本第１の実施例の第２の製造方法は、（ガス流
量の時間変化は本第１の実施例の上記第１の製造方法と
同様であり）バイアスパワーの時間変化が本第１の実施
例の上記第１の製造方法と次のように相違している。

【００３３】上記第１の製造方法では、第１段階のＳｉ
エッチング，第１段階の清浄化工程，第２段階のＳｉエ
ッチング，第２段階の清浄化工程および第３段階（最終
段階）のＳｉエッチングと間に、それぞれバイアスパワ
ーをオフにしてある。これに対して、本第１の実施例の
第２の製造方法では、これらの間でバイアスパワーをオ
フにしていない。すなわち、ｔ₁₂〜ｔ₂₁，ｔ₂₄〜ｔ₄₁，
ｔ₄₄〜ｔ₅₃の間では、それぞれ例えば２００Ｗ〜３５０
Ｗ程度のバイアスパワーが印加されている。

【００３４】本第１の実施例の第２の製造方法は、本第
１の実施例の上記第１の製造方法の有した効果を有して
いる。

【００３５】図３，図２（ｂ）（および図１）を参照す
ると、本第１の実施例の第３の製造方法は、ガス流量の
時間変化は本第１の実施例の上記第１の製造方法と相違
するが、バイアスパワーの時間変化は本第１の実施例の
上記第１の製造方法と同様である。

【００３６】本第１の実施例の第３の製造方法では、ク
リーニングガスをｔ₁₁から流し初めて、ｔ₅₆でこれを停
止している。ｔ₁₂〜ｔ₂₁，ｔ₂₄〜ｔ₄₁およびｔ₄₄〜ｔ₅₅
の間でのクリーニングガスのガス流量は、Ｓｉエッチン
グガスのガス流量（および清浄化工程中のガス流量）に
比べて少なく、例えば５ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍ程度で
ある。

【００３７】本第１の実施例の第３の製造方法も、本第
１の実施例の上記第１の製造方法の有した効果を有して
いる。

【００３８】本第１の実施例では、上記Ｓｉエッチング
ガスに、ＣＦ₄ ，ＳＦ₆ 等の弗素含有のＳｉエッチング
ガスを微小量加えて、Ｓｉのエッチングレートを高くす
ることも可能である。

【００３９】なお、本第１の実施例では、Ｓｉエッチン
グ並びに清浄化工程が第１のエッチングチャンバ内で行
なっているが、本第１の実施例はこれに限定されるもの
ではない。これら一連のＳｉエッチング並びに清浄化工
程を、第３のエッチングチャンバ内で行なってもよい。

【００４０】さらになお、Ｓｉエッチングが３回に分け
て行なわれ、清浄化工程が（第１，第２の清浄化工程か
らなる）２度行なわれているが、これに限定されるもの
ではない。例えば、上述したように、上記エッチング条
件のもとに２２０ｎｍ程度前後になるまでＳｉの異方性
エッチングを連続して行ったときに不具合が発生するこ
とから、所定のトレンチの所望の深さが例えば３００ｎ
ｍ程度であるならば、（例えば１５０ｎｍの深さの途中
段階のトレンチを形成した後に）１回の清浄化工程を施
すことでも、本発明の目的を達成することができる。Ｓ
ｉエッチングの分割の回数の設定は、生産性とトレンチ
形状との兼合により決定される。また、本第１の実施例
では、ガス流量，圧力，バイアスパワー，所望の深さ等
は上述記載の数値に限定されるものではない。

【００４１】本発明の本第１の実施の形態の上記第１の
実施例では、バイアスパワーを印加した状態でのクリー
ニングガスにより、異状堆積物並びにパーティクルの除
去を行なっているが、本第１の実施の形態は上記第１の
実施例に限定されるものではない。本第１の実施の形態
の第２の実施例では、例えばＯ₂ が添加された状態でＳ
ｉエッチングガスが行なわれており、清浄化工程がパー
ティクルのパージングを行なう前段部と異状堆積物の除
去を行なう後段部との２つの部分からなる。本第２の実
施例の清浄化工程の前段部では、バイアスパワーを印加
しない状態で、クリーニングガスによりパーティクルの
パージングを行なっている。

【００４２】図４は本発明の第１の実施の形態の第２の
実施例の製造工程の断面模式図である。図５（ａ）は本
第２の実施例の第１の製造方法における（Ｏ₂ を含んで
なる）Ｓｉエッチングガスおよびクリーニングガスのガ
ス流量の時間変化を説明するための模式図である。図５
（ｂ）は本第２の実施例の第１，第２の製造方法におけ
るバイアスパワーの時間変化を説明するための模式図で
ある。図６は本第２の実施例の第２の製造方法における
（Ｏ₂ を含んでなる）Ｓｉエッチングガスおよびクリー
ニングガスのガス流量の時間変化を説明するための模式
図である。

【００４３】図４，図５（ａ）および図５（ｂ）を参照
すると、本第２の実施例の第１の製造方法は、以下のと
おりになっている。

【００４４】まず、上記第１の実施例と同様に、シリコ
ン基板１０１ｂの表面上に窒化シリコン膜１０３ｂが形
成される。窒化シリコン膜１０３ｂの表面上に形成され
たフォトレジスト膜（図示せず）をマスクにして、第１
のエッチングチャンバ内で異方性エッチングが行なわれ
て、窒化シリコン膜１０３ｂには開口部１０４ｂが形成
される。第２のエッチングチャンバ内で上記フォトレジ
スト膜がアッシングされる。シリコン基板１０１ｂが第
２のエッチングチャンバから取り出されて洗浄された
後、シリコン基板１０１ｂは再度上記第１のエッチング
チャンバに挿入される。

【００４５】続いて、時間ｔ₁₁〜ｔ₁₄の間、例えば３Ｐ
ａ〜３０Ｐａ程度の圧力のもとでバイアスパワーが印加
され、Ｏ₂ を含んでなるＳｉエッチングガスが流され
て、第１段階のＳｉの異方性エッチングによるトレンチ
の形成が行なわれる（すなわち、ｔ₁₁でＳｉエッチング
が立ち上げられて、ｔ₁₄でＳｉエッチングが中断す
る）。Ｏ₂ を含んでなるＳｉエッチングガスは、例えば
Ｃｌ₂ ＋ＨＢｒ＋Ｏ₂ である。時間ｔ₁₂（〉ｔ₁₁）〜ｔ
₁₃（〈ｔ₁₄）の間のＯ₂ のガス流量は例えば５ｓｃｃｍ
〜１０ｓｃｃｍ程度であり、Ｃｌ₂ ＋ＨＢｒのガス流量
は例えば１１０ｓｃｃｍ〜１１５ｓｃｃｍ程度である。
この間のバイアスパアーは例えば２００Ｗ〜３５０Ｗ程
度である。ｔ₁₄では、シリコン基板１０１ａの表面に
（途中段階である）第１段階でのトレンチ１０５ｂが形
成される。このとき、ハードマスクである窒化シリコン
膜１０３ｂに形成された開口部１０４ｂの側面と、トレ
ンチ１０５ｂの側面とには側壁保護膜１２１ｂが形成さ
れている。トレンチ１０５ｂの深さは例えば１００ｎｍ
程度である。さらに、窒化シリコン膜１０３ｂの上面並
びにトレンチ１０５ｂの底面には、それぞれパーティク
ル１２３ｂが乗っており，異状堆積物１２４ｂが付着し
ている。トレンチ１０５ｂのテーパー角はトレンチ１０
５ａのテーパー角より大きく、パーティクル１２３ｂ，
異状堆積物１２４ｂは、上記第１の実施例より多めに存
在する。（図示は省略するが）本第２の実施例において
も、上記第１の実施例と同様に、トレンチ１０５ｂの表
面には微細な高さの凹凸が形成されている〔図４
（ａ），図５（ａ），図５（ｂ）〕。

【００４６】なお、Ｏ₂ を含んでなるＳｉエッチングガ
スは上記Ｃｌ₂ ＋ＨＢｒ＋Ｏ₂ に限定されるものではな
く、Ｃｌ₂ ＋Ｏ₂ あるいはＨＢｒ＋Ｏ₂ でもよい。さら
に上記第１の実施例と同様に、Ｏ₂ を含んでなるＳｉエ
ッチングガスに、ＣＦ₄ ，ＳＦ₆ 等の弗素含有のＳｉエ
ッチングガスを微小量加えて、Ｓｉのエッチングレート
を高くすることも可能である。

【００４７】次に、時間ｔ₂₁（〉ｔ₁₄）〜ｔ₂₆の間、例
えば０．５Ｐａ〜１Ｐａ程度の圧力のもとでクリーニン
グガスが流されて、第１段階の清浄化工程が実施される
（すなわち、ｔ₂₁で第１段階の清浄化工程が立ち上げら
れて、ｔ₂₆で第１段階の清浄化工程が終了する）。クリ
ーニングガスは例えばＡｒであり、この間のクリーニン
グガスのガス流量は例えば少なくとも１５０ｓｃｃｍ程
度である。この第１段階の清浄化工程は、前段部と後段
部の２つの部分からなる。

【００４８】第１段階の清浄化工程の前段部は、時間ｔ
₂₁〜ｔ₂₃の間であり、この間はバイアスパワーの印加が
行なわれない。ノンバイアスでクリーニングガスを流す
ことにより、窒化シリコン膜１０３ｂ上面並びにトレン
チ１０５ｂの底面を含めて、第１のエッチングチャンバ
内からパーティクル１２３ｂは概ねパージングされる
〔図４（ｂ），図５（ａ），図５（ｂ）〕。

【００４９】第１段階の清浄化工程の後段部は、時間ｔ
₂₃〜ｔ₂₆の間であり、時間ｔ₂₄（〉ｔ₂₃）〜ｔ₂₅（〈ｔ
₂₆）の間のバイアスパワーは例えば５００Ｗ程度であ
る。これにより、窒化シリコン膜１０３ｂの上面並びに
トレンチ１０５ｂの底面から、（残存する微小量のパー
ティクル１２３ｂを含めて）異状堆積物１２４ｂが除去
されて、トレンチ１０５ｂの底面等が清浄化される〔図
４（ｃ），図５（ａ），図５（ｂ）〕。

【００５０】なお、クリーニングガスとしては上記Ａｒ
に限定されるものではなく、Ｎ₂ 、Ａｒ以外の不活性ガ
ス、あるいは、（Ａｒを含めた）不活性ガスとＮ₂ との
混合ガスでもよい。

【００５１】その後、再度、時間ｔ₃₁（〉ｔ₂₆）〜ｔ₃₄
の間、例えば３Ｐａ〜３０Ｐａ程度の圧力のもとでバイ
アスパワーが印加され、Ｏ₂ を含んでなるＳｉエッチン
グガスが流されて、第２段階のＳｉの異方性エッチング
によるトレンチの形成が行なわれる（すなわち、ｔ₃₁で
Ｓｉエッチングが立ち上げられて、ｔ₃₄でＳｉエッチン
グが中断する）。Ｏ₂ を含んでなるＳｉエッチングガス
は例えばＣｌ₂ ＋ＨＢｒ＋Ｏ₂ である。時間ｔ₃₂（〉ｔ
₃₁）〜ｔ₃₃（〈ｔ₃₄）の間のＯ₂ を含んでなるＳｉエッ
チングガスのガス流量は例えば１２０ｓｃｃｍ程度であ
り、この間のバイアスパアーは例えば２００Ｗ〜３５０
Ｗ程度である〔図５（ａ），図５（ｂ）〕。

【００５２】この第２段階のＳｉエッチングの初期にお
いて、トレンチ１０５ｂの底面に形成されていた微細の
凹凸はほぼ消滅して、この底面の修復（スムージング）
が行なわれる。これはこのトレンチ形成のエッチングが
異方性エッチングであっても、Ｓｉ表面での突起部分の
方がエッチングされやすいためである。

【００５３】本発明者の実験結果によると、Ｏ₂ を含ん
でなるＳｉエッチングガスを採用した場合、上記第１の
清浄化工程を施さずにトレンチの深さが例えば１７０ｎ
ｍ程度前後になるまでＳｉの異方性エッチングを上記条
件のもとに連続して行ない、その後に第１の清浄化工程
を施しても、このトレンチの底面に形成された凹凸（は
微細ではなくなることから）のスムージングは不可能に
なる。さらに、本発明者の実験結果によると、（上記１
７０ｎｍの）２／３の深さの段階で第１の清浄化工程を
施すならば、トレンチ底面の上記微細な凹凸の修復が可
能である。したがって本第２の実施例では、このような
現象の発生するトレンチの深さに比べて、（上記１７０
ｎｍの）２／３未満の深さの段階で第１の清浄化工程を
施している。

【００５４】（図示は省略するが上記第１の実施例と同
様に）ｔ₃₄では、シリコン基板１０１ｂの表面に（途中
段階である）第２段階での（例えば２００ｎｍの深さを
有した）トレンチが形成される。このとき、第１段階で
のトレンチが形成された後と同様に、窒化シリコン膜１
０３ｂの上面並びに第２段階のトレンチの底面には、そ
れぞれパーティクルが再度乗り，それぞれ異状堆積物が
再度付着している。

【００５５】続いて、再度、時間ｔ₄₁（〉ｔ３４）〜ｔ
４６の間、例えば０．５Ｐａ〜１Ｐａ程度の圧力のもと
でクリーニングガスが流されて、第２段階の清浄化工程
が実施される（すなわち、ｔ₄₁で第２段階の清浄化工程
が立ち上げられて、ｔ₄₆で第２段階の清浄化工程が終了
する）。クリーニングガスは例えばＡｒであり、この間
のクリーニングガスのガス流量は例えば少なくとも１５
０ｓｃｃｍ程度である。この第２段階の清浄化工程も、
前段部と後段部の２つの部分からなる。

【００５６】第２段階の清浄化工程の前段部は、時間ｔ
₄₁〜ｔ₄₃の間であり、この間はバイアスパワーの印加が
行なわれない。ノンバイアスでクリーニングガスを流す
ことにより、窒化シリコン膜１０３ｂ上面並びに上記第
２段階のトレンチの底面を含めて、第１のエッチングチ
ャンバ内からパーティクルは概ねパージングされる〔図
５（ａ），図５（ｂ）〕。

【００５７】第２段階の清浄化工程の後段部は、時間ｔ
₄₃〜ｔ₄₆の間であり、時間ｔ₄₄（〉ｔ₄₃）〜ｔ₄₅（〈ｔ
₄₆）の間のバイアスパワーは例えば５００Ｗ程度であ
る。これにより、窒化シリコン膜１０３ｂの上面並びに
上記第２段階のトレンチの底面から、（残存する微小量
のパーティクルを含めて）異状堆積物が除去されて、第
２段階のトレンチの底面等が清浄化される〔図５
（ａ），図５（ｂ）〕。

【００５８】引き続いて、再々度、時間ｔ₅₁（〉ｔ₄₆）
〜ｔ₅₄の間、例えば３Ｐａ〜３０Ｐａ程度の圧力のもと
でバイアスパワーが印加され、Ｏ₂ を含んでなるＳｉエ
ッチングガスが流されて、最終段階のＳｉの異方性エッ
チングにより、所望の深さである例えば３００ｎｍ程度
の深さを有した所定のトレンチ１０５ｂａが形成される
（すなわち、ｔ₅₁でＳｉエッチングが立ち上げられて、
ｔ₅₄でＳｉエッチングが終了する）。このエッチングガ
スは例えばＣｌ₂ ＋ＨＢｒ＋Ｏ₂ である。時間ｔ₅₂（〉
ｔ₅₁）〜ｔ₅₃（〈ｔ₅₄）の間のこのエッチングガスのガ
ス流量は例えば１２０ｓｃｃｍ程度であり、この間のバ
イアスパアーは例えば２００Ｗ〜３５０Ｗ程度である。
窒化シリコン膜１０３ｂの開口部１０４ｂの側面並びに
トレンチ１０５ｂａの側面は、それぞれ側壁保護膜１２
１ｂａにより覆われている〔図４（ｄ），図５（ａ），
図５（ｂ）〕。図示は省略するが、このトレンチ１０５
ｂａの底面（並びに窒化シリコン膜１０３ｂの上面）に
も、上記トレンチ１０５ｂの底面と同様に、パーティク
ルが再々度乗り，それぞれ異状堆積物が再々度付着し、
微細な高さの凹凸が形成されている。しかしながら、こ
の凹凸は、素子分離領域の形成には支障にならない程度
のものであり、本第１の実施例の上記第１の実施例と同
様に、本発明の目的とるす形状を有したトレンチが形成
される。

【００５９】図６，図５（ｂ）（および図４）を参照す
ると、本第２の実施例の第２の製造方法は、第１，第２
の清浄化工程のそれぞれの前段階（ｔ₂₂〜ｔ₂₃，ｔ₄₂〜
ｔ４２）におけるクリーニングガスのガス流量が、それ
ぞれの後段階のクリーニングガスのガス流量（例えば少
なくとも１５０ｓｃｃｍ程度）より多く、例えば２００
ｓｃｃｍ程度になっている。

【００６０】本第２の実施例の第２の製造方法は、本第
２の実施例の上記第１の製造方法の有した効果を有して
いる。さらに、本第２の実施例の第２の製造方法は、本
第２の実施例の上記第１の製造方法より、パーティクル
のパージングがより確実に行なわれる。

【００６１】なお、本第２の実施例でも、Ｓｉエッチン
グ並びに清浄化工程が第１のエッチングチャンバ内で行
なっているが、本第２の実施例もこれに限定されるもの
ではない。これら一連のＳｉエッチング並びに清浄化工
程を、第３のエッチングチャンバ内で行なってもよい。

【００６２】さらに、本第２の実施例では、Ｓｉエッチ
ングが３回に分けて行なわれ、清浄化工程が（第１，第
２の清浄化工程からなる）２度行なわれているが、これ
に限定されるものではなく、Ｓｉエッチングが３回以
上，清浄化工程が２回以上であればよい。Ｓｉエッチン
グの分割の回数の設定は、生産性とトレンチ形状との兼
合により決定される。また、本第２の実施例でも、ガス
流量，圧力，バイアスパワー，所望の深さ等は上述記載
の数値に限定されるものではない。

【００６３】さらになお、本第２の実施例に適用した時
間変化のガス流量並びにバイアスパワーは、上記第１の
実施例に適用することも可能である。

【００６４】本発明者の実験によれば、本発明の上記第
１の実施の形態では、トレンチ底面の回復不能な形状不
良は、トレンチ深さがある深さに達すると急激に発生す
るということはなかった。これに対して、コンタクト孔
のエッチング停止という現象は、（途中段階の）コンタ
クト開口部のの深さがある深さに達すると、急減に発生
する。このエッチング停止という現象は、異状堆積物
（およびパーティクル）によってコンタクト底面がほぼ
全面覆われたときに発生するものと考えられる。コンタ
クト孔の形成の場合、途中段階でのコンタクト開口部の
底面が全面覆われない限りは、トレンチ形成と相違し
て、（そのメカニズムは不明ではあるが）エッチングは
進行する。

【００６５】どのような深さのコンタクト開口部でエッ
チングが停止されるかは一義的ではなく、コンタクト開
口部の開口径が小さく（アスペクト比が高く），コンタ
クト開口部の密集度が低いほど発生しやすい（さらに、
エッチングマスクの構成材料を含めて、エッチング条件
もに依存する）。例えば、ＤＲＡＭのメモリセルにおけ
るノード・コンタクト孔，ビット・コンタクト孔に比べ
て、ランダム・ロジックのコンタクト孔の方が、エッチ
ング停止を生じ易い。

【００６６】半導体装置の製造工程の断面模式図である
図７を参照すると、本発明の第２の実施の形態の第１の
実施例は、開口径が０．２μｍ□程度，アスンペクト比
が６程度で５μｍ以内に隣接するコンタクト孔が存在し
ないランダム・ロジックにおける孤立状態のコンタクト
孔に適用したものであり、以下のとおりになっている。

【００６７】まず、所要導電型のシリコン基板２０１ａ
の表面に、逆導電型の拡散層２１１ａが形成される。拡
散層２１１ａを含めてシリコン基板２０１ａの表面を覆
う例えば１．２μｍ程度の膜厚の層間絶縁膜２１２ａが
形成される。層間絶縁膜２１２ａは酸化シリコン系絶縁
膜からなる。層間絶縁膜２１２ａの表面上には、タング
ステン膜２１３ａが形成される。タングステン膜２１３
ａはハードマスク用の材料であり、コンタクト孔の形成
後、このタングステン膜２１３ａは配線材料として利用
できる。タングステン膜２１３ａの代りに、他の高融点
金属膜，ｎ⁺ 型の多結晶シリコン膜，高融点金属シリサ
イド膜あるいは高融点金属ポリサイド膜を採用してもよ
い。

【００６８】次に、所要の開口部を有したフォトレジス
ト膜（図示せず）がタングステン膜２１３ａの表面上に
形成される。シリコン基板２０１ａが第１のエッチング
チャンバに挿入された後、上記フォトレジスト膜をエッ
チングマスクにしたタングステン膜２１３ａの異方性エ
ッチングが行なわれ、タングステン膜２１３ａには開口
部２１４ａが形成される。シリコン基板２０１ａが第１
のエッチングチャンバから取り出されて第２のエッチン
グチャンバに挿入され、上記フォトレジスト膜がアッシ
ング除去される。

【００６９】シリコン基板２０１ａが第２のエッチング
チャンバから取り出さてれ洗浄されな後、再度上記第１
のエッチングチャンバに挿入される。タングステン膜２
１３ａをエッチングマスクとして、エッチングガスが例
えば５００ｓｃｃｍ〜８００ｓｃｃｍ程度のＣ₅ Ｆ₈ ，
圧力が例えば５Ｐａ〜７Ｐａ程度，バイアスパワーが例
えば７００Ｗ程度のエッチング条件で第１段階のコンタ
ントエッチングが行なわれる。層間絶縁膜２１２ａに
は、例えば４００ｎｍ程度の深さのコンタクト開口部２
１５ａが形成される。このとき、タングステン膜２１３
ａの開口部２１４ａの側面並びにコンタクト開口部２１
５ａの側面には側壁保護膜２２１ａが形成され、タング
ステン膜２１３ａの上面並びにコンタクト開口部２１５
ａの底面には、それぞれパーティクル２２３ａが乗り，
異状堆積物２２４ａが付着している〔図７（ａ）〕。

【００７０】本第２の実施の形態の本第１の実施例で
は、エッチグガスとしては、上記Ｃ₅Ｆ₈ に限定される
ものではなく、例えばＣＦ₄ ，ＣＨ₂ Ｆ₂ ，ＣＨＦ₃ ，
Ｃ₂ Ｆ ₆ ，Ｃ₄ Ｆ₈ あるいはＣ₄ Ｆ₆ 等のカーボンリッ
チなガスを採用してもよい。

【００７１】本発明者の実験によると、上記ハードマス
クを用い，上記エッチング条件のもとにエッチングの中
断を行なわずに上記ランダム・ロジックのコンタクト孔
を形成する場合、６００ｎｍ（０．６μｍ）前後程度の
深さに達した段階でエッチング停止が発生する。また、
フォトレジスト膜をエッチングマスクに用いるならば、
８００ｎｍ（０．８μｍ）前後程度の深さに達した段階
でエッチング停止が発生する。コンタクト孔形成の場合
には、エッチング停止に至る深さの３／４程度の深さで
エッチング中断し、清浄化工程を設けるならば、不具合
の回避は十分に可能になる。なお、ＤＲＡＭのメモリセ
ル用のビットコンタクト孔（あるいはノードコンタクト
孔）では、開口径が０．２μｍ□程度でも、密集してい
るため２μｍ程度の深さにエッチングが達してもエッチ
ング停止は発生しない。

【００７２】上記エッチングガス，バイアスパワーがオ
フになった後、第１段階の清浄化工程が施される。この
第１段階の清浄化工程は、クリーニングガスが例えば２
００ｓｃｃｍ程度のＡｒ，圧力が例えば０．５Ｐａ〜１
Ｐａ程度，バイアスパワーが例えば５００Ｗ程度の条件
で行なわれる。これにより、側壁保護膜２２１ａが残置
した状態で、タングステン膜２１３ａの上面並びにコン
タクト開口部２１５ａの底面から、パーティクル２２３
ａ，異状堆積物２２４ａが除去される〔図７（ｂ）〕。

【００７３】本第２の実施の形態の本第１の実施例にお
いて、コンタクト孔のエッチングマスクにハードマスク
を採用した目的は、次の２点にある。第１点は、上記清
浄化工程におけるスパッタエッチグに対するエッチング
耐性が、フォトレジスト膜より高い点にある。第２点
は、上述したようにコンタクトエッチングのエッチング
停止に至る深さが、フォトレジスト膜より大きいためで
ある。

【００７４】上記第１段階の清浄化工程において、クレ
ーニングガスとしては上記Ａｒに限定されるものではな
く、Ｎ₂ 、Ａｒ以外の不活性ガス、あるいは、（Ａｒを
含めた）不活性ガスとＮ₂ との混合ガスでもよい。ま
た、本第２の実施の形態の本第１の実施例では、上記第
１の実施の形態の上記第１の実施例の上記第２の製造方
法と同様に、第１段階のコンタクトエッチと第１段階の
清浄化工程との間にバイアスパワーをオフにしなくても
よい。さらに、上記第１の実施の形態の上記第１の実施
例の上記第３の製造方法と同様に、クリーニングガスの
オフを行なわずに第１段階のコンタクトエッチおいて微
量のクリーニングガスを流しておいてもよい。さらにま
た、上記第１の実施の形態の上記第２の実施例と同様
に、清浄化工程がノンバイアスで行なわれる前段階とバ
イアスパワーの印加のもとに行なわれる後段階との２つ
の部分から構成されていてもよい。

【００７５】その後、上記第１段階のコンタクトエッチ
と同一の条件のもとに第２段階のコンタクトエッチが施
されて、深さが８００ｎｍ程度の第２段階のコンタクト
開口部（図示せず）が形成される。続いて、上記第１段
階の清浄化工程と同一の条件のもとに、第２段階（最終
段階）の清浄化工程が施される。引き続いて、上記第１
段階のコンタクトエッチと同一の条件のもとに第３段階
（最終段階）のコンタクトエッチが施されて、拡散層２
１１ａに達する深さが１２００ｎｍ程度のコンタクト孔
２１５ａａが完成する。このとき、開口部２１４ａ並び
にコンタクト孔２１５ａａの側面は側壁保護膜２２１ａ
ａにより覆われており、（図示はしないが）タングステ
ン膜２１３ａの上面並びに（コンタクト孔２１５ａａの
底面をなす）拡散層２１１ａの露出面にはそれぞれパー
ティクルが乗り，異状堆積物が付着している〔図７
（ｃ）〕。

【００７６】本第２の実施の形態の本第１の実施例によ
れば、エッチング停止を引き起さずに、コンタクト孔２
１５ａａの形成ができる。

【００７７】なお、本第２の実施の形態の本第１の実施
例では一連のコンタクトエッチ並びに清浄化工程が第１
のエッチングチャンバ内で行なっているが、本第２の実
施の形態の本第１の実施例もこれに限定されるものでは
ない。これら一連のＳｉエッチング並びに清浄化工程
を、第３のエッチングチャンバ内で行なってもよい。

【００７８】さらに、本第２の実施の形態の本第１の実
施例では、コンタクトエッチが３回に分けて行なわれ、
清浄化工程が（第１，第２の清浄化工程からなる）２度
行なわれているが、これに限定されるものではない。コ
ンタクトエッチの分割の回数の設定は、生産性とトレン
チ形状との兼合により決定される。また、本第２の実施
の形態の本第１の実施例では、コンタクト孔の開口径お
よびアスクペクト比，コンタクト孔の孤立性の度合，ガ
ス流量，圧力，バイアスパワー等は、上述記載の数値に
限定されるものではない。

【００７９】半導体装置の製造工程の断面模式図である
図８および図９と、コンタクトエッチ並びに清浄化工程
におけるエッチングガス，クリーニングガスの時間変化
を声明するための模式図である図１０とを参照すると、
本第２の実施の形態の第２の実施例も開口径が０．２μ
ｍ□程度，アスンペクト比が６程度で５μｍ以内に隣接
するコンタクト孔が存在しないランダム・ロジックにお
ける孤立状態のコンタクト孔に適用したものであり、以
下のとおりになっている。

【００８０】まず、所要導電型のシリコン基板２０１ｂ
の表面に、逆導電型の拡散層２１１ｂが形成される。拡
散層２１１ｂを含めてシリコン基板２０１ｂの表面を覆
う例えば１．２μｍ程度の膜厚の層間絶縁膜２１２ｂが
形成される。層間絶縁膜２１２ｂは酸化シリコン系絶縁
膜からなる。層間絶縁膜２１２ｂの表面上には、タング
ステン膜２１３ｂが形成される。タングステン膜２１３
ｂはハードマスク用の材料であり、コンタクト孔の形成
後、このタングステン膜２１３ｂは配線材料として利用
できる。タングステン膜２１３ｂの代りに、他の高融点
金属膜，ｎ⁺ 型の多結晶シリコン膜，高融点金属シリサ
イド膜あるいは高融点金属ポリサイド膜を採用してもよ
い。

【００８１】次に、所要の開口部を有したフォトレジス
ト膜２３１がタングステン膜２１３ｂの表面上に形成さ
れる。シリコン基板２０１ｂがエッチングチャンバに挿
入された後、フォトレジスト膜２３１をエッチングマス
クにしたタングステン膜２１３ｂの異方性エッチングが
行なわれ、タングステン膜２１３ｂには開口部２１４ｂ
が形成される〔図８（ａ）〕。

【００８２】続いて、同一のエッチングチャンバ内でア
ッシングが行なわれて、フォトレジスト膜２３１が除去
される。このとき、タングステン膜２１３ｂの上面並び
に開口部２１４ｂの底面には、それぞれパーティクル２
２２が乗っている〔図８（ｂ）〕。

【００８３】次に、時間ｔ₀₁〜ｔ₀₄の間、同一のエッチ
ングチャンバ内で第１段階の清浄化工程が施されて、パ
ーティクル２２２がパージングされる。クリーニングガ
スには例えばＡｒ（Ｎ₂ 、Ａｒ以外の不活性ガス、ある
いは、（Ａｒを含めた）不活性ガスとＮ₂ との混合ガス
でもよい）が用いられる。時間ｔ₀₂（〉ｔ₀₁）〜ｔ
₀₃（〈ｔ₀₄）の間の第１段階の清浄化工程は、ノンバイ
アス，クリーニングガスのガス流量が例えば１００ｓｃ
ｃｍ程度，圧力が例えば０．５Ｐａ〜１Ｐａ程度のもと
に行なわれる〔図８（ｃ），図１０（ａ），図１０
（ｂ）〕。

【００８４】その後、同一エッチングチャンバ内で、時
間ｔ₁₁〜ｔ₁₄の間、例えば５Ｐａ〜７Ｐａ程度の圧力の
もとで、バイアスパワーが印加されて、第１段階のコン
タントエッチが行なわれて、深さが例えば４００ｎｍ程
度の第１段階のコンタクト開口部２１５ｂが形成され
る。時間ｔ₁₂（〉ｔ₁₁）〜ｔ₁₃（〈ｔ₁₄）の間でのエッ
チング条件は、バイアスパワーが例えば７００Ｗ，エッ
チングガスのガス流量が例えば５００ｓｃｃｍ〜８００
ｓｃｃｍ程度である。エッチングガスは例えばＣ ₅ Ｆ₈
＋ＣＯである。Ｃ₅ Ｆ₈ の代りに、例えばＣＦ₄ ，ＣＨ
₂ Ｆ₂ ，ＣＨＦ₃，Ｃ₂ Ｆ₆ ，Ｃ₄ Ｆ₈ あるいはＣ₄ Ｆ₆
等のカーボンリッチなガスを採用してもよい。ＣＯは
テーパー角を大きくするための添加ガスであり、添加ガ
スはエッチングガス中に例えば数％程度含まれている。
添加ガスとしては、ＣＯの他に、Ｏ ₂ あるいはＣＯ＋Ｏ
₂ が好ましい。ｔ₁₄の段階で、タングステン膜２１３ｂ
の開口部２１４ｂの側面並びにコンタクト開口部２１５
ｂの側面には側壁保護膜２２１ｂが形成され、タングス
テン膜２１３ｂの上面並びにコンタクト開口部２１５ｂ
の底面にはそれぞれパーティクル２２３ｂが乗り，異状
堆積物２２４ｂが付着している〔図９（ｂ），図１０
（ａ），図１０（ｂ）〕。

【００８５】ＣＯ等を添加してコンタクトエッチを行な
うとき、上記第１の実施の形態の相違して、ＣＯ等を添
加しないで行なうコンタクトエッチより、エッチンク停
止となるコンタクト開口部の深さが深くなる。上記条件
の場合、本第２の実施例のようにハードマスクを用いる
ならば、８００ｎｍ（０．８μｍ）前後程度の深さに達
した段階でエッチング停止が発生する。また、フォトレ
ジスト膜をエッチングマスクに用いるならば、１０００
ｎｍ（１．０μｍ）前後程度の深さに達した段階でエッ
チング停止が発生する。コンタクト孔形成の場合には、
エッチング停止に至る深さの３／４程度の深さでエッチ
ング中断し、清浄化工程を設けるならば、不具合の回避
は十分に可能になる。

【００８６】続いて、時間ｔ₂₁（〉ｔ₁₄）〜ｔ₂₆の間、
例えば０．５Ｐａ〜１Ｐａ程度の圧力のもとでクリーニ
ングガスが流されて、第２段階の清浄化工程が実施され
る（すなわち、ｔ₂₁で第２段階の清浄化工程が立ち上げ
られて、ｔ₂₆で第２段階の清浄化工程が終了する）。こ
の第２段階の清浄化工程は、前段部と後段部の２つの部
分からなる。

【００８７】第２段階の清浄化工程の前段部は、時間ｔ
₂₁〜ｔ₂₃の間であり、この間はノンバイアス，クリーニ
ングガスのガス流量が例えば２００ｓｃｃｍのもとで行
なわれる。ノンバイアスでクリーニングガスを流すこと
により、タングステン膜２１３ｂ上面並びにコンタクト
開口部２１５ｂの底面を含めて、エッチングチャンバ内
からパーティクル２２３ｂは概ねパージングされる〔図
８（ｂ），図１０（ａ），図１０（ｂ）〕。

【００８８】第２段階の清浄化工程の後段部は、時間ｔ
₂₃〜ｔ₂₆の間であり、時間ｔ₂₄（〉ｔ₂₃）〜ｔ₂₅（〈ｔ
₂₆）の間のバイアスパワーは例えば５００Ｗ程度，クリ
ーニングガスのガス流量が例えば１５０ｓｃｃｍのもと
で行なわれる。これにより、タングステン膜２１３ｂの
上面並びにコンタクト開口部２１５ｂの底面から、（残
存する微小量のパーティクル２２３ｂを含めて）異状堆
積物２２４ｂが除去されて、コンタクト開口部２１５ｂ
の底面等が清浄化される〔図８（ｃ），図１０（ａ），
図１０（ｂ）〕。

【００８９】次に、同一エッチングチャンバ内で、時間
ｔ₃₁〜ｔ₃₄の間、例えば５Ｐａ〜７Ｐａ程度の圧力のも
とで、バイアスパワーが印加されて、第２段階のコンタ
ントエッチが行なわれて、深さが例えば８００ｎｍ程度
の第２段階のコンタクト開口部（図示せず）が形成され
る。時間ｔ₃₂（〉ｔ₃₁）〜ｔ₃₃（〈ｔ₃₄）の間でのエッ
チング条件は、バイアスパワーが例えば７００Ｗ，エッ
チングガスのガス流量が例えば５００ｓｃｃｍ〜８００
ｓｃｃｍ程度である。エッチングガスは例えばＣ₅ Ｆ₈
＋ＣＯである。ｔ₃₄の段階で、タングステン膜２１３ｂ
の開口部２１４ｂの側面並びに第２段階のコンタクト開
口部の側面には側壁保護膜（図示せず）が形成され、タ
ングステン膜２１３ｂの上面並びに第２段階のコンタク
ト開口部の底面にはそれぞれパーティクル（図示せず）
が乗り，異状堆積物（図示せず）が付着している〔図１
０（ａ），図１０（ｂ）〕。

【００９０】続いて、時間ｔ₄₁（〉ｔ₃₄）〜ｔ₄₆の間、
例えば０．５Ｐａ〜１Ｐａ程度の圧力のもとでクリーニ
ングガスが流されて、第３段階（最終段階）の清浄化工
程が実施される（すなわち、ｔ₄₁で第３段階の清浄化工
程が立ち上げられて、ｔ₄₆で第３段階の清浄化工程が終
了する）。この第３段階の清浄化工程も、前段部と後段
部の２つの部分からなる。

【００９１】第３段階の清浄化工程の前段部は、時間ｔ
₄₂〜ｔ₄₃の間であり、この間はノンバイアス，クリーニ
ングガスのガス流量が例えば２００ｓｃｃｍのもとで行
なわれる。ノンバイアスでクリーニングガスを流すこと
により、タングステン膜２１３ｂ上面並びに第２段階の
コンタクト開口部の底面を含めて、エッチングチャンバ
内からパーティクルは概ねパージングされる〔図１０
（ａ），図１０（ｂ）〕。

【００９２】第３段階の清浄化工程の後段部は、時間ｔ
₄₃〜ｔ₄₆の間であり、時間ｔ₄₄（〉ｔ₄₃）〜ｔ₄₅（〈ｔ
₄₆）の間のバイアスパワーは例えば５００Ｗ程度，クリ
ーニングガスのガス流量が例えば１５０ｓｃｃｍのもと
で行なわれる。タングステン膜２１３ｂの上面並びに第
２段階のコンタクト開口部の底面から、（残存する微小
量のパーティクルを含めて）異状堆積物が除去されて、
第２段階のコンタクト開口部の底面等が清浄化される
〔図１０（ａ），図１０（ｂ）〕。

【００９３】次に、同一エッチングチャンバ内で、時間
ｔ₅₁〜ｔ₅₄の間、例えば５Ｐａ〜７Ｐａ程度の圧力のも
とで、バイアスパワーが印加されて、第３段階（最終段
階）のコンタントエッチが行なわれて、拡散層２１１ｂ
に達する（深さが例えば１．２ｎｍ（１２００ｎｍ）程
度の）所定のコンタクト開口部２１５ｂａが完成する。
時間ｔ₅₂（〉ｔ₅₁）〜ｔ₅₃（〈ｔ₅₄）の間でのエッチン
グ条件は、バイアスパワーが例えば７００Ｗ，エッチン
グガスのガス流量が例えば５００ｓｃｃｍ〜８００ｓｃ
ｃｍ程度である。エッチングガスは例えばＣ₅ Ｆ₈ ＋Ｃ
Ｏである。ｔ₅₄の段階で、タングステン膜２１３ｂの開
口部２１４ｂの側面並びにコンタクト孔２１５ｂａの側
面には側壁保護膜２２１ｂａが形成され、タングステン
膜２１３ｂの上面並びにコンタクト孔２１５ｂａの底面
にはそれぞれパーティクル（図示せず）が乗り，異状堆
積物（図示せず）が付着している〔図９（ｃ），図１０
（ａ），図１０（ｂ）〕。

【００９４】本第２の実施の形態の本第２の実施例は、
本第２の実施の形態の上記第１の実施例の有した効果を
有している。

【００９５】なお、本第２の実施の形態の本第２の実施
例でも、コンタクトエッチが３回に分けて行なわれ、清
浄化工程が（第１，第２の清浄化工程からなる）２度行
なわれているが、これに限定されるものではない。コン
タクトエッチの分割の回数の設定は、生産性とトレンチ
形状との兼合により決定される。また、本第２の実施の
形態の本第２の実施例でも、コンタクト孔の開口径およ
びアスクペクト比，コンタクト孔の孤立性の度合，ガス
流量，圧力，バイアスパワー等は、上述記載の数値に限
定されるものではない。

【００９６】上記第１の実施の形態の上記第１，第２の
実施例、および、本第２の実施の形態の上記第１の実施
例に、本第２の実施の形態の本第２の実施例を適用する
ことは可能である。すなわち、これらの上記実施例にお
いて、所定の開口部形成のために行なう一連のエッチン
グ並びに清浄化工程を行なうエッチングチャンバ内で、
ハードマスク形成のための異方性エッチングとフォトレ
ジスト膜のアッシングとを行なうこともできる。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように本発明の半導体装置
の製造方法によれば、同一材料をエッチングして所望の
深さを有した所定の開口部を形成するに際して、所望の
深さを複数に分割するようにエッチングの複数回に分け
て、その間にＮ₂ および不活性ガスの少なくとも一方を
含んでなるクリーニングガスによる清浄化工程を施して
途中段階の開口部の底面から異状堆積物の除去を行なっ
ている。

【００９８】その結果、開口部の形状不良を回避し、目
的の深さに達する以前にエッチング停止が発生するのを
回避して、目的形状を有した所定の開口部の形成が容易
になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施と形態の第１の実施例の製
造工程の断面模式図である。

【図２】上記第１の実施の形態の上記第１の実施例のエ
ッチング条件の時間変化を説明するための模式図であ
る。

【図３】上記第１の実施の形態の上記第１の実施例のエ
ッチング条件の時間変化を説明するための模式図であ
る。

【図４】本発明の第１の実施の形態の第２の実施例の製
造工程の断面模式図である。

【図５】上記第１の実施の形態の上記第２の実施例のエ
ッチング条件の時間変化を説明するための模式図であ
る。

【図６】上記第１の実施の形態の上記第２の実施例のエ
ッチング条件の時間変化を説明するための模式図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施の形態の第１の実施例の製
造工程の断面模式図である。

【図８】本発明の第２の実施の形態の第２の実施例の製
造工程の断面模式図である。

【図９】上記第２の実施の形態の上記第２の実施例の製
造工程の断面模式図である。

【図１０】上記第２の実施の形態の上記第２の実施例の
エッチング条件の時間変化を説明するための模式図であ
る。

【符号の説明】

１０１ａ，１０１ｂ，２０１ａ，２０１ｂ シリコン
基板 １０３ａ，１０３ｂ 窒化シリコン膜 １０４ａ，１０４ｂ，２１４ａ，２１４ｂ 開口部 １０５ａ，１０５ａａ，１０５ｂ，１０５ｂａ トレ
ンチ １２１ａ，１２１ａａ，１２１ｂ，１２１ｂａ，２２１
ａ，２２１ａｂ，２２１ｂ，２２１ｂａ 側壁保護膜 １２３ａ，１２３ｂ，２２２，２２３ａ，２２３ｂ
パーティクル １２４ａ，１２４ｂ，２２４ａ，２２４ｂ 異状堆積
物 １３１，１３１ フォトレジスト膜 ２１１ａ，２１１ｂ 拡散層 ２１２ａ，２１２ｂ 層間絶縁膜 ２１３ａ，２１３ｂ タングステン膜 ２１５ａ，２１５ｂ コンタクト開口部 ２１５ａａ，２１５ｂａ コンタクト孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 CC01 DD08 DD12 DD16 HH14 5F004 AA09 AA14 BD01 DA00 DA01 DA02 DA04 DA15 DA16 DA22 DA23 DA25 DA26 DB01 DB03 DB26 EA05 EA28 EB01 EB04 EB05 5F032 AA34 AA67 DA23 DA25 DA78 5F033 KK01 QQ13 QQ15 QQ16 QQ21 QQ27 QQ37 RR04 SS11 WW10 XX03

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハードマスクをマスクにして、エッチン
   グチャンバ内で、ハロゲン元素を含んでなるエッチング
   ガスにより、半導体基板に設けられた同一の材料を異方
   性エッチングして、該材料に所望の深を有した所定の開
   口部を形成する半導体装置の製造方法であって、 前記異方性エッチングが前記所望の深さに達する前に、
   該異方性エッチングを中断し、前記半導体基板にバイア
   スパワーを加えながら、窒素ガスおよび不活性ガスの少
   なくとも一方を含んだクリーニングガスにより、途中段
   階の開口部の底面を清浄にする清浄化工程を少なくとも
   １回有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記清浄化工程が第１段階および第２段
   階からなり、 前記第１段階において、前記バイアスパワーを加えられ
   ずに行なれて、前記エッチングチャンバ内がパージング
   されるとともに前記ハードマスク表面を含めて前記途中
   段階の開口部の表面に乗ったパーティクルが前記クリー
   ニングガスにより除去され、 前記第２段階において、前記バイアスパワーが加えられ
   た状態で前記クリーニングガスにより清浄化が行なわれ
   る請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第１段階での前記クリーニングガス
   のガス流量が、前記第２段階での該クリーニングガスの
   ガス流量より多い請求項２記載の半導体装置の製造方
   法。
4. 【請求項４】 前記エッチングチャンバ内において、フ
   ォトレジスト膜をマスクにした異方性エッチングにより
   前記ハードマスクを形成し、さらに、該フォトレジスト
   膜をアンシングする工程を有することと、 前記材料に前記所定の開口部を形成するための前記異方
   性エッチングに先だって、前記アッシングにより生じた
   パーティクルを、前記クリーニングガスにより除去する
   工程を有することとを併せて特徴とする請求項１，請求
   項２あるいは請求項３記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記材料がシリコン基板からなり、前記
   開口部がトレンチからなり、前記エッチングガスがＣｌ
   ₂ およびＨＢｒの少なくとも一方を含んでなる請求項
   １，請求項２，請求項３あるいは請求項４記載の半導体
   装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記エッチングガスに、添加ガスとして
   Ｏ₂ が加えらてれている請求項５記載の半導体装置の製
   造方法。
7. 【請求項７】 前記材料が半導体基板の表面上に形成さ
   れた酸化シリコン系絶縁膜からなり、前記開口部が該酸
   化シリコン系絶縁膜を貫通して該半導体基板の表面もし
   くは表面上に形成られた配線層に達するコンタクト孔か
   らなり、前記エッチングガスがフルオロカーボン系のガ
   スからなる請求項１，請求項２，請求項３あるいは請求
   項４記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記エッチングガスが、ＣＦ₄ ，ＣＨ₂
   Ｆ₂ ，ＣＨＦ₃ ，Ｃ ₂ Ｆ₆ ，Ｃ₄ Ｆ₈ ，Ｃ₄ Ｆ₆ あるい
   はＣ₅ Ｆ₈ からなる請求項７記載の半導体装置の製造方
   法。
9. 【請求項９】 前記エッチングガスに、添加ガスとして
   Ｏ₂ およびＣＯの少なくとも一方が加えらてれている請
   求項８記載の半導体装置の製造方法。