JP2003059911A

JP2003059911A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2003059911A
Application number: JP2001249880A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kanegae; 健司鐘ヶ江
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-02-28
Anticipated expiration: 2021-08-21
Also published as: JP3921364B2

Abstract

(57)【要約】【課題】絶縁膜に対して炭素及びフッ素を含むエッチン
グガスを用いるプラズマエッチングを行なったときにレ
ジストパターンの上に堆積されるポリマー膜をアッシン
グにより除去し、その後、絶縁膜をウェット洗浄した際
に該絶縁膜に表面荒れが発生しないようにする。【解決手段】絶縁膜２０１に対してレジストパターン
２０２をマスクにして、フルオロカーボンガスよりなる
エッチングガスを用いてプラズマエッチングを行なう。
次に、レジストパターン２０２の上に堆積されたポリマ
ー膜２０６に対して、チャンバー圧力及びプラズマ生成
電力を相対的に低く設定した条件で、酸素ガス又は酸素
を主成分とするガスを用いて第１段階のアッシングを行
なう。次に、絶縁膜２０１の上に存在している残留ポリ
マーに対して、チャンバー圧力及びプラズマ生成電力を
相対的に高く設定した条件で、酸素ガス又は酸素を主成
分とするガスを用いて第２段階のアッシングを行なう。

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、絶縁膜に対して炭素及びフッ素を含
むエッチングガスを用いるプラズマエッチングを行なっ
た後、プラズマエッチングにより堆積されたポリマー膜
を酸素ガス又は酸素を主成分とするガスを用いてアッシ
ングを行なう工程を備えている半導体製造装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路装置の微細化が進
むにつれて、より小さい径を持つコンタクトホールが必
要になっているが、これに対してコンタクトの深さはそ
れほど変化していないため、アスペクト比（コンタクト
ホールの深さ／コンタクトホールの径）の高いコンタク
トホールを形成する技術が必要となっている。

【０００３】また、ホールパターンの形成に用いられる
レジスト膜も薄膜化されているため、（コンタクトホー
ルの深さ）／（レジスト膜のエッチング量）の値を如何
に大きくするか、つまり、（コンタクトホールが形成さ
れる絶縁膜のエッチングレート）／（レジスト膜のエッ
チングレート）＝対レジスト選択比の値を如何に大きく
するかが重要となる。

【０００４】例えば、対レジスト選択比が十分に大きく
なければ、コンタクトホールが形成されるまでにレジス
ト膜の大部分がエッチングされてしまうので、コンタク
トホールの形状を良好に保つことができない。つまり、
コンタクトホールの上部がラッパ状に開いてしまった
り、又はレジスト膜が消滅して隣り合うコンタクトホー
ル同士が接続されてしまったりする。

【０００５】対レジスト選択比を十分に確保し、コンタ
クトホールの形状を良好に保つための１つの方法として
は、エッチングガスとしてＣ／Ｆ比の高いＰＦＣ（パー
フルオロカーボン）ガス、例えば、Ｃ₂Ｆ₆ガス（Ｃ／Ｆ
比＝２／６）、Ｃ₄Ｆ₈ガス（Ｃ／Ｆ比＝４／８）又はＣ
₅Ｆ₈ガス（Ｃ／Ｆ比＝５／８）などを用いたり、又はカ
ーボンリッチなエッチング条件を採用したりして、レジ
スト膜の表面に強固な堆積膜を形成し、これにより、高
い対レジスト選択比を得ることが考えられる。

【０００６】しかしながら、近年では、対レジスト選択
比がより高い酸化膜エッチングプロセスを使用している
ため、従来のアッシング方法では、電力を高くしてもレ
ジスト膜表面のポリマーに対して十分なエッチングレー
トを得ることができないと言う問題がある。

【０００７】また、エッチングレートを確保するため
に、酸素ガスにフッ素ガスを添加してアッシングを行な
うと、ウェーハ表面荒れ又は下地基板の削れなどの問題
が発生する。

【０００８】以下、従来のコンタクトホールの形成方法
について、図５（ａ）〜（ｃ）及び図６（ａ）〜（ｃ）
を参照しながら説明する。

【０００９】まず、図５（ａ）に示すように、シリコン
窒化膜などよりなるエッチングストッパー膜、ポリシリ
コン若しくはタングステンなどよりなるプラグ、又は下
層配線などから構成される下地層１０の上に形成された
シリコン酸化膜１１の上に、コンタクトホール形成用開
口部を有するレジストパターン１２を形成する。

【００１０】次に、図５（ｂ）に示すように、エッチン
グ用チャンバー（図示は省略している）内に、フルオロ
カーボンガスを主成分とするエッチングガス１３を導入
して、シリコン酸化膜１１に対してレジストパターン１
２をマスクにエッチングを行なうことにより、シリコン
酸化膜１１にコンタクトホール１４を形成する。このよ
うにすると、ＳｉＦ₄、ＣＯ₂又はＨ₂Ｏなどの反応生成
ガス１５が生成されて気化する。この際、レジストパタ
ーン１２の表面、コンタクトホール１４の底面及び壁面
並びにエッチング用チャンバーの壁面には、エッチング
ガス１３のプラズマから供給される炭素又はフッ素を主
成分とし（Ｃ_xＨ_yＦ_z）_nよりなる強固なポリマー膜１６
が堆積する。

【００１１】次に、図５（ｃ）に示すように、アッシン
グ用チャンバー（図示は省略している）内に、フルオロ
カーボンガスが添加された酸素ガスよりなるアッシング
ガス１７を導入して、ポリマー膜１６をアッシングす
る。このようにすると、プラズマ生成用電力により活性
化した酸素がポリマー膜１６の１つの主成分である炭素
と結合して二酸化炭素になると共にフッ素も気化し、こ
れらが反応生成ガス１８として除去される。

【００１２】この際、図６（ａ）に示すように、シリコ
ン酸化膜１１の表面に残留ポリマー１９が形成される。
そして、プラズマ生成電力により、高いエネルギーを持
つ活性化酸素が大量に生成されると共に、生成された高
いエネルギーを持つ活性化酸素がシリコン酸化膜１１の
表面に飛来するため、残留ポリマー１９内のフッ素が濃
縮されながら、飛来してくる活性化酸素によりシリコン
酸化膜１１の表面部に押し込まれるので、シリコン酸化
膜１１の表面部に第１のフッ素注入層２１が形成され
る。また、反応生成ガス１８に含まれており気化状態の
フッ素は、プラズマ生成電力により活性化されて再びシ
リコン酸化膜１１の表面に飛来した後、シリコン酸化膜
１１の表面部に注入されるので、シリコン酸化膜１１の
表面部には第２のフッ素注入層２２が形成される。

【００１３】また、この際、レジストパターン１２の表
面に付着しているポリマー膜１６又はチャンバーの壁面
に付着しているポリマー膜に含まれるフッ素、及びアッ
シングガスに添加されているフルオロカーボンに含まれ
るフッ素がコンタクトホール１４の底部にも入射するの
で、下地層１０におけるコンタクトホール１４に露出し
ている部分がエッチングされてリセス部２３が形成され
る。

【００１４】次に、図６（ｂ）に示すように、洗浄液２
４によりシリコン酸化膜１１の表面及びコンタクトホー
ル１４の底部をウェット洗浄して、残留ポリマー１９を
除去する。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ウェット洗
浄工程では、シリコン酸化膜１１の表面及びコンタクト
ホール１４の底面に存在する残留ポリマー１９は完全に
除去されるが、シリコン酸化膜１１の表面における第１
のフッ素注入層２１及び第２のフッ素注入層２２が形成
されている領域と形成されていない領域との間ではウェ
ット洗浄工程におけるエッチングレートに差があるの
で、図６（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１１の表
面に凹凸が形成されて、表面荒れ部２５が発生してしま
う。

【００１６】また、シリコン酸化膜１１の表面及びコン
タクトホール１４の底部に存在する残留ポリマー１９を
アッシングにより除去する際に、アッシングレートを確
保したり又は残留ポリマー１９を確実に除去したりする
べく、高いプラズマ生成用電力を印加してアッシングを
行なうと、残留ポリマー１９に含まれるフッ素又はチャ
ンバー側壁に堆積しているポリマーに含まれているフッ
素がシリコン酸化膜１１の表面に打ち込まれるので、ウ
ェット洗浄工程において発生する表面荒れ部２５が一層
大きくなる。

【００１７】また、前述のように、アッシング工程にお
いて、多量のフッ素がコンタクトホール１４の底部に入
射して、下地層１０におけるコンタクトホール１４に露
出している部分にリセス部２３（図６（ａ）を参照）が
形成されると、下地層１０が不純物拡散層である場合に
はコンタクト抵抗が上昇するという問題が発生し、また
下地層１０がエッチングストッパー膜である場合には該
エッチングストッパー膜の下に形成されている金属配線
が露出し、該金属配線が酸素プラズマにより酸化したり
吸湿したりしてデバイス特性が劣化するという問題が発
生する。

【００１８】また、アッシング工程において、シリコン
酸化膜１１の表面に堆積しているポリマー膜１６（図５
（ｃ）を参照）に含まれるフッ素、及びアッシングガス
に含まれるフルオロカーボンガスから発生するフッ素
が、プラズマにより活性化されてアッシングチャンバー
のパーツにダメージを与えるので、該パーツの寿命が短
くなるという問題がある。

【００１９】また、アッシング工程でシリコン酸化膜１
１の表面に打ち込まれたフッ素が洗浄工程で完全に除去
されずに残ってしまう場合がある。この場合、コンタク
トホール１４が形成されているシリコン酸化膜１１の上
に化学増幅型レジスト材料よりなるレジスト膜を形成
し、該レジスト膜に対してパターン露光を行なうと、第
１及び第２のフッ素注入層２１、２２に含まれるフッ素
がレジスト膜の露光部に発生する酸を失活させてしまっ
て、良好な形状を有するレジストパターンが形成されな
いという問題もある。

【００２０】前記に鑑み、本発明は、絶縁膜に対して炭
素及びフッ素を含むエッチングガスを用いるプラズマエ
ッチングを行なったときにレジストパターンの上に堆積
されるポリマー膜をアッシングにより除去し、その後、
絶縁膜をウェット洗浄した際に該絶縁膜に表面荒れが発
生しないようにすることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板
の上に堆積された絶縁膜の上にレジストパターンを形成
した後、絶縁膜に対して、レジストパターンをマスクに
すると共に炭素及びフッ素を含むエッチングガスを用い
てプラズマエッチングを行なう工程と、プラズマエッチ
ング工程においてレジストパターンの上に堆積されたポ
リマー膜に対して、チャンバー圧力及びプラズマ生成電
力を相対的に低く設定した条件で、酸素ガス又は酸素を
主成分とするガスを用いて第１段階のアッシングを行な
う工程と、第１段階のアッシングが終了したときに絶縁
膜の上に存在している残留ポリマーに対して、チャンバ
ー圧力及びプラズマ生成電力を相対的に高く設定した条
件で、酸素ガス又は酸素を主成分とするガスを用いて第
２段階のアッシングを行なう工程とを備えている。

【００２２】本発明に係る半導体装置の製造方法による
と、ポリマー膜に対して、チャンバー圧力及びプラズマ
生成電力を相対的に低く設定した条件で第１段階のアッ
シングを行なうため、該第１段階のアッシング工程にお
いて発生する反応生成ガスに含まれるフッ素は活性化さ
れ難いと共に、活性化した酸素のエネルギーは低い。こ
のため、ポリマー膜中のフッ素が活性化された酸素によ
り絶縁膜の表面部に押し込まれたり又は反応性ガス中の
フッ素が絶縁膜の表面部に注入されたりし難くなるの
で、後に行なわれるウェットエッチング工程において、
絶縁膜に表面荒れが発生する事態を防止できる。

【００２３】また、絶縁膜の上に存在している残留ポリ
マーに対して、チャンバー圧力及びプラズマ生成電力を
相対的に高く設定した条件で第２段階のアッシングを行
なうため、高いエネルギーを持つ活性化した酸素が多量
に生成されるので、残留ポリマーは効率良く除去され
る。

【００２４】第２段階のアッシング工程において、高い
エネルギーを持つ活性化した酸素が多量に生成されて
も、残留ポリマーに含まれているフッ素の量は少ないの
で、フッ素が絶縁膜の表面部に押し込まれる事態は抑制
される。

【００２５】本発明に係る半導体装置の製造方法は、第
２段階のアッシング工程よりも後に、チャンバー圧力を
相対的に低く設定する一方、プラズマ生成電力を相対的
に高く設定すると共に、基板バイアス電力を印加する条
件で、酸素ガス又は酸素を主成分とするガスを用いて第
３段階のアッシングを行なう工程をさらに備えているこ
とが好ましい。

【００２６】このようにすると、高いエネルギーを持つ
活性化した酸素は、広範囲に分布すると共に基板バイア
ス電力により凹部例えばコンタクトホールの底部に向か
って引き込まれるので、凹部のアスペクト比が高くて
も、凹部の底部に残存しているポリマーは除去される。

【００２７】本発明に係る半導体装置の製造方法におい
て、第３段階のアッシング工程は、チャンバー圧力が
２．６７〜６．６７Ｐａで、プラズマ生成電力が１００
０〜３０００Ｗで、基板バイアス電力は５０〜３００Ｗ
の条件で行なわれることが好ましい。

【００２８】このようにすると、凹部のアスペクト比が
高くても、凹部の底部に残存しているポリマーは確実に
除去される。

【００２９】本発明に係る半導体装置の製造方法におい
て、第１段階のアッシング工程は、チャンバー圧力が
２．６７〜６．６７Ｐａで、プラズマ生成電力が５００
〜１０００Ｗの条件で行なわれることが好ましい。

【００３０】このようにすると、第１段階のアッシング
工程において発生する反応生成ガスに含まれるフッ素は
確実に活性化され難くなると共に、活性化した酸素のエ
ネルギーは確実に低くなるので、フッ素に起因する表面
荒れを確実に防止することができる。

【００３１】本発明に係る半導体装置の製造方法におい
て、第２段階のアッシング工程は、チャンバー圧力が１
３．３〜６６．７Ｐａで、プラズマ生成電力が１０００
〜３０００Ｗの条件で行なわれることが好ましい。

【００３２】このようにすると、高いエネルギーを持つ
活性化した酸素を多量に生成できるので、残留ポリマー
をより一層効率良く除去することができる。

【００３３】本発明に係る半導体装置の製造方法におい
て、プラズマエッチング工程、第１段階のアッシング工
程及び第２段階のアッシング工程は、同一のチャンバー
内において行なわれる場合に特に効果的である。

【００３４】従来では、プラズマエッチング工程とアッ
シング工程とを同一のチャンバーで行なうと、プラズマ
エッチング工程においてチャンバーの壁面に堆積された
ポリマー膜に含まれるフッ素がアッシング工程において
活性化されて種々の悪影響がもたらされるが、本発明に
よると、チャンバーの壁面に堆積されたポリマー膜に含
まれるフッ素が活性化し難いので、悪影響を防止するこ
とができる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態に係る
半導体装置の製造方法について説明するが、その前提と
して、一実施形態に係る半導体装置の製造方法に用いら
れるプラズマ処理装置について図１を参照しながら説明
する。

【００３６】図１はプラズマ処理装置の断面構造を示し
ており、チャンバー１０１の下部には試料台となる下部
電極１０２が配置され、該下部電極１０２は半導体基板
１０３を静電吸着により保持する。チャンバー１０１の
上部には下部電極１０２と対向するように上部電極１０
４が配置されており、エッチングガスは上部電極１０４
に形成されたガス導入孔１０５からチャンバー１０１内
に導入される。また、チャンバー１０１内のガスはチャ
ンバー１０１の下側に設けられた真空ポンプ１０６によ
り外部に排出される。

【００３７】チャンバー１０１の上には絶縁体１０７を
介してプラズマ誘導コイル１０８が配置されており、該
プラズマ誘導コイル１０８の一端は第１の整合器１０９
を介して第１の高周波電源１１０に接続されていると共
に他端は接地されている。また、下部電極１０２は第２
の整合器１１１を介して第２の高周波電源１１２に接続
されている。

【００３８】第１の高周波電源１１０からプラズマ誘導
コイル１０８に第１の高周波電力を印加すると、チャン
バー１０１に高周波誘導磁場が発生し、これによって、
チャンバー１０１内に導入されるエッチングガスはプラ
ズマ化される。また、第２の高周波電源１１２から下部
電極１０２に第２の高周波電力を印加すると、チャンバ
ー１０１内に発生したプラズマは下部電極１０２ひいて
は半導体基板１０３に向かって照射される。

【００３９】以下、本発明の一実施形態に係る半導体装
置の製造方法について、図２（ａ）〜（ｃ）及び図３
（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。

【００４０】まず、図２（ａ）に示すように、シリコン
窒化膜などよりなるエッチングストッパー膜、ポリシリ
コン若しくはタングステンなどよりなるプラグ、又は下
層配線などから構成される下地層２００の上にシリコン
酸化膜よりなる絶縁膜２０１を堆積した後、該絶縁膜２
０１の上に、コンタクトホール形成用開口部を有するレ
ジストパターン２０２を形成する。

【００４１】次に、図１に示すプラズマ処理装置のチャ
ンバー１０１内に、図２（ｂ）に示すように、フルオロ
カーボンガスを主成分とするエッチングガス２０３を導
入して、絶縁膜２０１に対してレジストパターン２０２
をマスクにしてプラズマエッチングを行なうことによ
り、絶縁膜２０１にコンタクトホール２０４を形成す
る。このようにすると、ＳｉＦ₄、ＣＯ₂又はＨ₂Ｏなど
の反応生成ガス２０５が生成されて気化する。この際、
レジストパターン２０２の表面、コンタクトホール２０
４の底面及び壁面並びにチャンバー１０１の壁面には、
エッチングガス２０３よりなるプラズマから供給され、
（Ｃ_xＨ_yＦ_z）_nよりなる強固なポリマー膜２０６が堆積
する。

【００４２】次に、チャンバー１０１内に、図２（ｃ）
に示すように、フルオロカーボンガスが添加された酸素
ガスよりなるアッシングガス２０７を導入して、ポリマ
ー膜２０６に対してアッシングを行なう。プラズマ生成
用電力により活性化した酸素がポリマー膜２０６の１つ
の主成分である炭素と結合して二酸化炭素になると共に
フッ素も気化し、これらが反応生成ガス２０８として除
去される。

【００４３】本実施形態におけるアッシング工程は、異
なる条件で３段階に分けて行なわれることが特徴であ
る。

【００４４】＜第１段階のアッシング工程＞第１段階の
アッシング工程においては、プラズマ生成用電力を低く
設定すると共にチャンバー内の圧力を低く設定する。具
体的には、圧力が６．６７Ｐａ以下、例えば４．０Ｐａ
に設定されたチャンバー１０１内に、酸素ガスを主成分
とするアッシングガスを７５０ｍｌ／ｍｉｎ（標準状
態）の流量で導入すると共に、プラズマ生成用電力源で
ある第１の高周波電源１１０に５００Ｗ〜１０００Ｗの
電力を印加する。この場合、基板バイアス電力源である
第２の高周波電力源１１２には電力を印加しない。

【００４５】このような条件で第１段階のアッシングを
行なうと、ポリマー膜２０６及びレジストパターン２０
２が除去されると共に、チャンバー１０１の壁面に付着
しているポリマーも除去される。尚、レジストパターン
２０２の上にはポリマー膜２０６が堆積されているが、
アッシングガスはポリマー膜２０６に形成された開口部
を通ってレジストパターン２０２の表面に到達するの
で、レジストパターン２０２もアッシングされる。

【００４６】ここで、ポリマー膜２０６及びレジストパ
ターン２０２がアッシングにより除去される際の化学反
応について説明する。 (1) ポリマー膜２０６がアッシングにより除去される反
応：Ｃ_xＦ_y＋Ｏ₂→ＣＯ₂↑＋Ｆ↑＋ＣＦ₄↑＋反応生成物尚、反応生成物は、炭化物又は過剰フッ素などよりな
り、ポリマー膜２０６又はレジストパターン２０２の表
面に堆積される。 (2) レジストパターン２０２がアッシングにより除去さ
れる反応：Ｃ_xＨ_yＯ_z＋Ｏ₂→ＣＯ₂↑＋Ｈ₂０↑

【００４７】第１段階のアッシング工程においては、第
１の高周波電源１１０に５００Ｗ〜１０００Ｗの低い電
力が印加されるため、反応生成ガス２０８に含まれるフ
ッ素は活性化され難いと共に、アッシングガス２０７に
含まれる活性化した酸素のエネルギーは弱い。また、チ
ャンバー１０１の圧力が６．６７Ｐａ以下に低く設定さ
れているため、アッシングガス２０７に含まれる活性化
した酸素の平均自由工程が長くなって、活性化した酸素
はチャンバー１０１に広範囲に分布する。

【００４８】このように、反応生成ガス２０８に含まれ
るフッ素は、活性化され難いため、ポリマー膜２０６の
表面及び絶縁膜２０１の表面に飛来し難い。また、ポリ
マー膜２０６はその表面部から徐々にゆっくりと除去さ
れるため、ポリマー膜２０６内のフッ素の濃縮が起こり
難くなり、フッ素は絶縁膜２０１の表面部に注入され難
くなる。従って、絶縁膜２０１の表面部には、図６
（ａ）に示す第１のフッ素注入層２１及び第２のフッ素
注入層２２は形成されない。

【００４９】また、アッシングガス２０７に含まれる活
性化した酸素のエネルギーは低いが、活性化した酸素は
チャンバー１０１に広範囲に分布しているため、コンタ
クトホール２０４の底部に到達する活性化した酸素の量
が増加するので、コンタクトホール２０４の底部に堆積
されているポリマー膜２０６は確実に除去される。

【００５０】また、反応生成ガス２０８に含まれるフッ
素は、活性化され難いため、コンタクトホール２０４の
底部に到達し難いので、コンタクトホール２０４の底部
には、図６（ａ）に示すリセス部２３は形成されない。

【００５１】また、ポリマー膜２０６に含まれるフッ素
が少ないため、ポリマー膜２０６から発生する活性化し
たフッ素が低減すると共に、反応生成ガス２０８に含ま
れるフッ素が活性化され難いので、チャンバー１０１の
パーツがダメージを受け難くなる。

【００５２】ところで、一般的に、ポリマー膜２０６の
アッシングレートはレジストパターン２０２のアッシン
グレートよりも小さい。このため、第１段階のアッシン
グにおいては、レジストパターン２０２はポリマー膜２
０６よりも先に除去される。従って、第１段階のアッシ
ング工程を行なう時間は、ポリマー膜２０６の厚さに基
づいて決定されることが好ましい。もっとも、ポリマー
膜２０６の下にレジストパターン２０２ができるだけ長
時間存在していると、第１段階のアッシング工程が終了
したときに、絶縁膜２０１の表面に残存する残留ポリマ
ーが低減するので好ましい。

【００５３】尚、ここでは、反応生成ガス２０８に含ま
れるフッ素の振る舞いについて説明したが、本実施形態
のように、エッチング工程とアッシング工程とが同一の
チャンバー１０１で行なわれる場合には、エッチング工
程においてチャンバー１０１の壁面に付着しているポリ
マー膜に含まれるフッ素は、反応生成ガス２０８に含ま
れるフッ素と同様の振る舞いをする。すなわち、チャン
バー１０１の壁面のポリマー膜は徐々にアッシングされ
るため、ポリマー膜に含まれるフッ素は多量に気化され
難く且つ活性化され難いので、フッ素は絶縁膜２０１の
表面部に注入され難いと共にコンタクトホール２０４の
底部に到達し難い。このため、図６（ａ）に示す、第１
のフッ素注入層２１、第２のフッ素注入層２２及びリセ
ス部２３は形成されない。

【００５４】＜第２段階のアッシング工程＞大部分のポ
リマー膜２０６が除去され、図３（ａ）に示すように、
絶縁膜２０１の上に僅かな残留ポリマー２１９が残存す
る状態になると、第１段階のアッシング工程を終了し
て、第２段階のアッシング工程を行なう。

【００５５】第２段階のアッシング工程においては、プ
ラズマ生成用電力を高く設定すると共にチャンバー内の
圧力を高く設定する。具体的には、圧力が例えば４０Ｐ
ａに設定されたチャンバー１０１内に、酸素ガスを主成
分とするアッシングガスを１５００ｍｌ／ｍｉｎ（標準
状態）の流量で導入すると共に、プラズマ生成電力源で
ある第１の高周波電源１１０に２０００Ｗの電力を印加
する。この場合、基板バイアス電力源である第２の高周
波電力源１１２には電力を印加しない。

【００５６】第２段階のアッシングにおいては、第１の
高周波電源１１０に２０００Ｗの高い電力が印加される
と共に、チャンバー１０１の圧力が４０Ｐａと高く設定
されているため、チャンバー１０１内に高いエネルギー
を持つ活性化した酸素が多量に生成されるので、ポリマ
ー膜２０６及びレジストパターン２０２は効率良く除去
される。

【００５７】ところで、第２段階のアッシング工程にお
いては、絶縁膜２０１の上に僅かな残留ポリマー２１９
が残存するだけであるため、残留ポリマー２１９から放
出されるフッ素の量は少ない。

【００５８】このため、第２段階のアッシング工程にお
いて、高いエネルギーを持つ活性酸素が多量に生成され
ても、残留ポリマー２１９中のフッ素が絶縁膜２０１の
表面部に押し込まれる事態が抑制されるので、図６
（ａ）に示す第１のフッ素注入層２１は形成されない。

【００５９】また、残留ポリマー２１９が少ないため、
チャンバー１０１内に発生する活性化したフッ素が少な
く、チャンバー１０１のパーツは殆どダメージを受けな
い。

【００６０】尚、エッチング工程とアッシング工程とが
同一のチャンバー１０１で行なわれ、エッチング工程に
おいてチャンバー１０１の壁面にポリマー膜が堆積して
いる場合には、第１段階のアッシングにより、チャンバ
ー１０１の壁面のポリマー膜が減少しているので、第２
段階のアッシング工程が、高いプラズマ生成用電力及び
高いチャンバー圧力で行なわれても、チャンバー１０１
の壁面のポリマー膜から発生するフッ素により、図６
（ａ）に示す第１のフッ素注入層２１が形成されたりチ
ャンバー１０１のパーツがダメージを受けたりする事態
を回避できる。

【００６１】＜第３段階のアッシング工程＞図３（ｂ）
に示すように、残留ポリマー２１９が除去された状態に
なると、第２段階のアッシング工程を終了して、第３段
階のアッシング工程を行なう。

【００６２】第３段階のアッシング工程においては、プ
ラズマ生成用電力を高く設定し且つチャンバー内の圧力
を低く設定すると共に、第２の高周波電力源１１２から
試料台１０２に基板バイアス電力を印加する。具体的に
は、圧力が６．６７Ｐａ以下、例えば４．０Ｐａに設定
されたチャンバー１０１内に、酸素ガスを主成分とする
アッシングガスを７５０ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）の流
量で導入し、プラズマ生成用電力源である第１の高周波
電源１１０に２０００Ｗの電力を印加し、基板バイアス
電力源である第２の高周波電源１１２に２００Ｗの電力
を印加する。

【００６３】第３段階のアッシング工程においては、第
１の高周波電源１１０に高い電力が印加されると共に、
チャンバー１０１内の圧力が低いため、高いエネルギー
を持つ活性化した酸素がチャンバー１０１に広範囲に分
布する。また、基板バイアス電力が印加されるため、活
性化した酸素がコンタクトホール２０４の底部に向かっ
て引き込まれるので、コンタクトホール２０４のアスペ
クト比が高くても、コンタクトホール２０４の底部に残
存しているポリマーは確実に除去される。

【００６４】ところで、第３段階のアッシング工程にお
いては、絶縁膜２０１の上の残留ポリマー２１９が消滅
しているため、チャンバー１０１の内部にはフッ素が殆
ど存在しないので、基板バイアス電力を印加しても、コ
ンタクトホール２０４の底部がエッチングされることは
ない。

【００６５】第３段階のアッシング工程が終了すると、
洗浄液によりシリコン酸化膜１１の表面及びコンタクト
ホール１４の底部をウェット洗浄してポリマーの残渣を
除去すると、図３（ｃ）に示すように、表面部にフッ素
注入層が形成されていない良好な絶縁膜２０１が得られ
ると共に、底部にリセス部が形成されていない良好なコ
ンタクトホール２０４が得られる。

【００６６】尚、本実施形態においては、第３段階のア
ッシングを行なったが、コンタクトホール２０４のアス
ペクト比が余り高くない場合、又は下地層２００がエッ
チングストッパー膜であってコンタクト抵抗が問題にな
らない場合には、第３段階のアッシングは省略してもよ
い。

【００６７】ところで、本実施形態のように、エッチン
グ工程とアッシング工程とを同じチャンバー１０１で行
なう場合には、レジストパターン２０２の上に堆積され
ているポリマー膜２０６を除去するアッシング工程にお
いて、エッチング工程でチャンバー１０１の壁面に堆積
されているポリマーを除去できるため、チャンバー１０
１の壁面から落下してくるポリマーに起因して発生する
パーティクルを低減すできるので、ＭＴＢＦ（Mean Tim
e Between Falure）を長くすることができる。

【００６８】図４は、従来のアッシング方法（第１段階
のアッシングを第２段階のアッシングと同条件で行なう
場合）及び本実施形態のアッシング方法（第１段階のア
ッシングを第２段階のアッシングと異なる条件で行なう
場合）における規格化されたフッ素の発光強度（発光波
長は４４０ｎｍである）の時間経過を表わす特性図であ
る。尚、フッ素の発光強度は、プラズマ発光分光器を用
いて測定した。

【００６９】図４から分かるように、本実施形態のアッ
シング方法によると、従来のアッシング方法に比べて、
第１段階のアッシング工程の初期段階において発生する
フッ素の量を５分の１程度に低減できるため、アッシン
グ工程の全期間において発生するフッ素の量を３分の１
程度に低減することができる。これは、シリコン酸化膜
２０２の上に堆積されているポリマー膜２０６及びチャ
ンバー１０１の壁面に堆積されているポリマーから発生
し、プラズマ生成用電力により活性化されるフッ素の量
が大きく低減できるためである。

【００７０】尚、本実施形態は、誘導結合型のプラズマ
処理装置を用いたが、これに代えて、ヘリコン波プラズ
マエッチング装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマエ
ッチング装置、二周波型容量結合プラズマエッチング装
置、表面波プラズマエッチング装置又は一周波型容量結
合プラズマエッチング装置を用いてもよい。

【００７１】

【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法によ
ると、第１段階のアッシング工程においては、ポリマー
膜中のフッ素が活性化された酸素により絶縁膜の表面部
に押し込まれたり又は反応性ガス中のフッ素が絶縁膜の
表面部に注入されたりし難くなるので、後に行なわれる
ウェットエッチング工程において、絶縁膜に表面荒れが
発生する事態を防止できると共に、第２段階のアッシン
グ工程においては、高いエネルギーを持つ活性化した酸
素により、残留ポリマーは効率良く除去される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法に用いるエッチングチャンバーの断面図である。

【図２】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半
導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図３】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態に係る半
導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。

【図４】本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方
法のアッシング工程において、フッ素の発光強度の時間
経過を示す特性図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は従来の半導体装置の製造方法
の各工程を示す断面図である。

【符号の説明】

１０１チャンバー１０２下部電極１０３半導体基板１０４上部電極１０５ガス導入孔１０６真空ポンプ１０７絶縁体１０８プラズマ誘導コイル１０９第１の整合器１１０第１の高周波電源１１１第２の整合器１１２第２の高周波電源２００下地層２０１絶縁膜２０２レジストパターン２０３エッチングガス２０４コンタクトホール２０５反応生成ガス２０６ポリマー膜２０７アッシングガス２０８反応生成ガス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2H025 AB16 DA40 FA03 FA14 FA41 FA47 2H096 AA25 CA05 HA23 HA24 JA04 LA07 LA08 5F004 AA14 AA16 BA20 BD01 CA02 CA03 CA06 DA00 DA02 DB03 DB26 DB27 EA28 EB01 EB03 5F046 MA12

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板の上に堆積された絶縁膜の上
にレジストパターンを形成した後、前記絶縁膜に対し
て、前記レジストパターンをマスクにすると共に炭素及
びフッ素を含むエッチングガスを用いてプラズマエッチ
ングを行なう工程と、前記プラズマエッチング工程において前記レジストパタ
ーンの上に堆積されたポリマー膜に対して、チャンバー
圧力及びプラズマ生成電力を相対的に低く設定した条件
で、酸素ガス又は酸素を主成分とするガスを用いて第１
段階のアッシングを行なう工程と、前記第１段階のアッシングが終了したときに前記絶縁膜
の上に存在している残留ポリマーに対して、チャンバー
圧力及びプラズマ生成電力を相対的に高く設定した条件
で、酸素ガス又は酸素を主成分とするガスを用いて第２
段階のアッシングを行なう工程とを備えていることを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記第２段階のアッシング工程よりも後
に、チャンバー圧力を相対的に低く設定する一方、プラ
ズマ生成電力を相対的に高く設定すると共に、基板バイ
アス電力を印加する条件で、酸素ガス又は酸素を主成分
とするガスを用いて第３段階のアッシングを行なう工程
をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項３】前記第３段階のアッシング工程は、前記
チャンバー圧力が２．６７〜６．６７Ｐａで、前記プラ
ズマ生成電力が１０００〜３０００Ｗで、前記基板バイ
アス電力は５０〜３００Ｗの条件で行なわれることを特
徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】前記第１段階のアッシング工程は、前記
チャンバー圧力が２．６７〜６．６７Ｐａで、前記プラ
ズマ生成電力が５００〜１０００Ｗの条件で行なわれる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項５】前記第２段階のアッシング工程は、前記
チャンバー圧力が１３．３〜６６．７Ｐａで、前記プラ
ズマ生成電力が１０００〜３０００Ｗの条件で行なわれ
ることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造
方法。
【請求項６】前記プラズマエッチング工程、前記第１
段階のアッシング工程及び前記第２段階のアッシング工
程は、同一のチャンバー内において行なわれることを特
徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。