JP2003133293A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボーイングやネッキング等の不具合が発生す
ることを防止して、良好な形状のホールを得ることがで
きるエッチング方法を提供する。 【解決手段】 基板温度を１００℃以上にすることで、
ＣやＣＦなどのラジカルの吸着確率が低下し、基板温度
が低い場合にはホール上部側壁部分とすぐに反応して吸
着していたラジカルが、コンタクトホールＣＨ１の内部
深くまで到達するようになり、エッチングに対する保護
膜となるフロロカーボンポリマーが、コンタクトホール
ＣＨ１の内壁全面に均一に堆積する。

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、コンタクトホールやキャパシタのスト
レージノードの形成において、ホールの異常形状を抑制
した製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化に伴い、高アスペク
ト比のコンタクトホールの形成や、キャパシタのストレ
ージノードの高アスペクト比の円筒ホール形成におい
て、高いマスク選択比とともに、優れた寸法制御性や、
高い下地選択比を実現するプロセスが求められている。

【０００３】特に、高アスペクト比のコンタクトホール
の形成においては、マスクとして用いるレジストとの選
択比を向上させようとすると、コンタクトホール内部に
過剰なフロロカーボン（ＣｘＦｙ）の重合膜（ポリマ
ー）が付着し、このポリマーが被エッチング膜であるシ
リコン酸化膜のエッチングを妨げることで、シリコン酸
化膜のエッチングが停止（エッチストップ）したり、ボ
ーイング（弓形形状、樽形形状）や、ネッキング（くび
れ形状）、先細り形状（過度なテーパ形状）などの不具
合が発生する。

【０００４】ここで、図２８を用いて、上記不具合につ
いてさらに説明する。図２８は半導体基板１００上に下
地膜としてシリコン窒化膜１０１が配設され、シリコン
窒化膜１０１上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１０
２が配設され、シリコン酸化膜１０２を貫通してシリコ
ン窒化膜１０１に達するようにコンタクトホールＣＨが
設けられた状態を示している。

【０００５】そして、図２８において領域Ｘで示す部分
にネッキングが発生し、領域Ｙで示す部分にボーイング
が発生し、領域Ｚで示す部分に先細りが発生し、また、
領域Ｗで示す部分には下地膜との選択比の低下により、
下地膜であるシリコン窒化膜１０１の突き抜けが発生し
ている。

【０００６】以下、これらの不具合の発生メカニズムに
ついて、プラズマエッチング、あるいはイオンビームエ
ッチング等のドライエッチングを例に採って説明する。
コンタクトホールＣＨの形成に際しては、シリコン酸化
膜１０２上にレジストマスク１０３をパターニングし、
レジストマスク１０３の開口部において露出するシリコ
ン酸化膜１０２の表面にエッチングガス等を反応させて
エッチングを進行させる。

【０００７】ここで、エッチングガスとしてフロロカー
ボンを用いた場合の反応の一例を下記に示す。

【０００８】 ＳｉＯ₂＋２ＣＦ₂→ＳｉＦ₄＋２ＣＯ・・・（１） 上記化学式（１）に示される、ＳｉＦ₄やＣＯは揮発性
が高いので気相中に放出され、シリコン酸化膜のエッチ
ングが進行する。

【０００９】しかし、レジストマスクや、シリコン等に
ついては酸素が含まれないか、または微量であるため、
上述した反応が進行せず、反応に寄与しないＣｘＦｙが
ポリマーとしてレジストマスク上やシリコン層上に堆積
する。そして、堆積したＣｘＦｙ（フロロカーボン）ポ
リマーはエッチング保護膜として働き、高エネルギーイ
オン衝突によるスパッタリングが妨げられたり、エッチ
ング反応に必要なイオンからのエネルギーアシストが得
られなくなって、エッチングが進行せず、その結果とし
てシリコン酸化膜とレジストマスクとのエッチング選択
性が得られることになる。

【００１０】シリコン酸化膜とレジストマスクとのエッ
チング選択性を向上させるためには、保護膜として機能
するフロロカーボンポリマーを増やすようにエッチング
条件を設定すれば良いが、フロロカーボンポリマーが過
度になると、被エッチング膜であるシリコン酸化膜上に
も堆積し、シリコン酸化膜のエッチングを妨げることに
なる。

【００１１】図２９に、図２８に示すような形状のコン
タクトホールが得られる原因となるフロロカーボンポリ
マーの堆積状態を模式的に示す。図２９において、レジ
ストマスク１０３の上部およびコンタクトホールＣＨの
上部側壁に、比較的厚いフロロカーボンポリマーＦＰ１
およびＦＰ２が形成されている。一方、コンタクトホー
ルＣＨの底部には、薄いフロロカーボンポリマーＦＰ３
しか形成されておらず、コンタクトホールＣＨの内壁に
はフロロカーボンポリマーは殆ど形成されていない。

【００１２】これは、フロロカーボンポリマーを構成す
る、ＣやＣＦなどの吸着確率の高いラジカルは、コンタ
クトホールＣＨ内に浸入すると上部側壁部分とすぐに反
応して吸着し、ホール上部（開口部分）にのみフロロカ
ーボンポリマーが堆積し、ホール内深くにまで達するこ
とができない。

【００１３】そして、フロロカーボンポリマーが堆積し
ているホール上部は、アルゴン（Ａｒ）イオンなどの高
エネルギーイオンによるエッチングから保護されるのに
対して、コンタクトホールＣＨの中央部分には、ホール
上部での電子によるチャージアップによって高エネルギ
ーイオンの軌道が曲げられて衝突し、そこにはフロロカ
ーボンポリマーが存在しないために、高エネルギーイオ
ンによるエッチングが進行し、開口部よりも中央部分の
直径が大きくなって、ボーイングやネッキングが発生す
ることになる。

【００１４】また、ホール上部にフロロカーボンポリマ
ーが過度に堆積することで、実質的なホール径が小さく
なり、高エネルギーイオンの入射角度が制限されて、先
細り形状となる。

【００１５】また、コンタクトホールＣＨの底部には、
薄いフロロカーボンポリマーＦＰ３しか形成されないの
で、ホール底部におけるエッチングの進行が速く、下地
膜との選択比の低下が発生する。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ボーイングが発生する
と、隣接するパターン（配線やコンタクトホール）とボ
ーイング部との間で短絡が発生したり、また、導体を埋
め込んでプラグを形成する場合にシームと呼称される埋
め込み不良が発生しやすくなる。

【００１７】また、先細り形状が発生すると、接触すべ
き層との接触面積が減少し、電気抵抗の増加を招く。

【００１８】また、下地膜との選択比の低下が発生する
と、下地膜の突き抜けが生じて、他の層（配線層等）と
の短絡が生じたり、下地膜が必要以上にエッチングされ
て、電気的特性が低下するなどの問題が発生する。

【００１９】本発明は上記のような問題点を解消するた
めになされたもので、高アスペクト比のコンタクトホー
ルやトレンチの形成、また、キャパシタのストレージノ
ードの高アスペクト比の円筒ホールの形成において、ボ
ーイングやネッキング等の不具合が発生することを防止
して、良好な形状のホールを得ることができるエッチン
グ方法を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の半導体装置の製造方法は、半導体基板の主面上に配
設された絶縁膜上に、所定の開口パターンを有するエッ
チングマスクを形成する工程(ａ)と、前記エッチングマ
スクの開口パターンに合わせて、フロロカーボンガスを
用いて前記絶縁膜を選択的にエッチングする工程(ｂ)と
を備え、前記工程(ａ)は、前記エッチングマスクを、１
００℃以上の温度条件下でも前記開口パターンが変形し
ない材質で形成する工程を含み、前記工程(ｂ)は、前記
半導体基板の温度を、１００℃以上にした状態で前記エ
ッチングを行う工程を含んでいる。

【００２１】本発明に係る請求項２記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(ｂ)が、前記半導体基板の前記主
面に達するように前記絶縁膜をエッチングする工程を含
み、前記工程(ｂ)の後に、前記エッチングマスクの上部
全面に渡って導体膜を形成し、該導体膜でエッチング部
を埋め込む工程と、前記エッチングマスク上部の前記導
体膜および前記エッチングマスクを除去して、前記エッ
チング部内のみに前記導体膜を残す工程とをさらに備え
ている。

【００２２】本発明に係る請求項３記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(ｂ)が、前記半導体基板の前記主
面に達するように前記絶縁膜をエッチングする工程を含
み、前記工程(ｂ)の後に、前記エッチングマスクの上部
全面に渡って導体膜を形成し、該導体膜でエッチング部
を埋め込む工程と、前記エッチングマスク上部の前記導
体膜および前記エッチングマスクを配線パターンに合わ
せて選択的に除去して、前記エッチング部内の前記導体
膜に電気的に接続される配線層を形成する工程と、をさ
らに備えている。

【００２３】本発明に係る請求項４記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(ｂ)の後に、前記エッチングマス
クの上部全面に渡って有機膜を形成し、該有機膜でエッ
チング部を埋め込む工程と、前記エッチングマスク上部
の前記有機膜および前記エッチングマスクを除去して、
前記エッチング部内のみに前記有機膜を残す工程と、前
記エッチング部内の前記有機膜を除去する工程とをさら
に備えている。

【００２４】本発明に係る請求項５記載の半導体装置の
製造方法は、前記エッチングマスクをポリシリコン膜で
形成する工程を含んでいる。

【００２５】本発明に係る請求項６記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(ａ)が、前記エッチングマスク
を、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＳｉおよびＷＮから選択され
る何れかで形成する工程を含んでいる。

【００２６】本発明に係る請求項７記載の半導体装置の
製造方法は、前記工程(ａ)が、前記エッチングマスク
を、シリコン窒化膜あるいは絶縁性のカーボン膜で形成
する工程を含んでいる。

【００２７】本発明に係る請求項８記載の半導体装置の
製造方法は、前記絶縁膜が、シリコン酸化膜である。

【００２８】

【発明の実施の形態】＜発明の概念＞まず、本発明の概
念について言及する。発明者は、エッチング時の基板温
度を１００℃以上にするとホールの形状異常の抑制や、
下地膜との選択比の向上に有効であるという認識を得る
に至った。しかし、従来からエッチングにおいて使用さ
れるレジスト材は高分子材料であり、耐熱性が低く、エ
ッチング時の基板温度を１００℃以上にすると、レジス
トマスクが変形し、パターンを保てなくなる。また、レ
ジスト材や、下地膜から放出されるガスにより、レジス
トマスクが破損したり、剥がれたりする場合があった。

【００２９】そこで、耐熱性、使い易さ、半導体装置へ
の影響を考慮した結果、従来からのレジスト材の代わり
に、ポリシリコンや窒化シリコン等のような、耐熱性に
優れた物質をレジストマスクとして用いて、エッチング
時の基板温度を１００℃以上にするという技術的思想に
到達した。

【００３０】以下、本発明に係る半導体装置の製造方法
の実施の形態について、製造工程を順に示す断面図であ
る図１〜図４を用いて説明する。

【００３１】＜Ａ−１．製造方法＞図１に示すように、
シリコン基板である半導体基板２００上に、エッチング
ストッパであるシリコン窒化膜２０１を配設し、シリコ
ン窒化膜２０１上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜２
０２を配設する。

【００３２】なお、シリコン酸化膜２０２は、ＣＶＤ
（chemical vapor deposition）法によりＴＥＯＳ（tet
ra ethyl orthosilicate）にＯ₂等の酸化剤を作用させ
て形成しても良いし、ＣＶＤ法によりＳｉＨ₄にＮ₂Ｏを
添加して形成しても良い。また、ボロン（Ｂ）やリン
（Ｐ）を含んだシリコン酸化膜や、これらの多層膜で構
成しても良い。

【００３３】そして、シリコン酸化膜２０２を被エッチ
ング膜とし、シリコン窒化膜２０１を下地膜としてエッ
チングを行うが、まず、シリコン酸化膜２０２の主面全
面に渡ってポリシリコン膜２０３を形成する。

【００３４】次に、ポリシリコン膜２０３上に、ホール
パターンを有するレジストマスクＲＭ１を写真製版（フ
ォトリソグラフィ）により形成し、レジストマスクＲＭ
１のホールパターンに合わせてポリシリコン膜２０３を
パターニングする。図１においては、ポリシリコン膜２
０３が開口部ＯＰを有する構成を示している。

【００３５】なお、ポリシリコン膜２０３のエッチング
は、層間絶縁膜に比べてポリシリコン膜２０３が薄く、
アスペクト比が小さいので、基板温度が１００℃以下で
もホールの形状異常は発生せず、レジストマスクＲＭ１
として従来からのレジスト材を用いても不都合は生じな
い。

【００３６】ポリシリコン膜２０３のパターニング後
に、有機溶剤やプラズマアッシングによりレジストマス
クＲＭ１を除去する。

【００３７】次に、図２に示す工程において、パターニ
ングされたポリシリコン膜２０３をエッチングマスクと
し、基板温度を１００℃以上にしてエッチングを行い、
形状異常を抑制したコンタクトホールＣＨ１を形成す
る。

【００３８】ここで、エッチング条件の一例として、２
周波平行平板型エッチング装置を用いた場合について説
明する。

【００３９】２周波平行平板型エッチング装置は、平行
に配設された上部電極板（Ｔｏｐ）と下部電極板（Ｂｏ
ｔｔｏｍ）とを有し、それぞれの電極板に異なる周波数
の高周波（ＲＦ）電力を供給する構成となっている。

【００４０】そして、上部電極板には周波数の高い（６
０ＭＨｚ程度）ＲＦ電力を供給してプラズマ生成を行
い、半導体基板が搭載される下部電極板には周波数の低
い（２ＭＨｚ程度）を供給して、半導体基板に入射する
イオンのエネルギー制御を行うことができる。

【００４１】ＲＦ電力の供給例は、上部電極板／下部電
極板＝２０００／１５００（Ｗ）、反応室内のガス圧力
は２Ｐａ（パスカル）、ガス混合比（供給流量比）は、
Ｃ₅Ｆ₈／Ｏ₂／Ａｒ＝１５／２０／３５０（SCCM）であ
る。

【００４２】ここで、Ｃ₅Ｆ₈ガスは近年において使用が
広まったガスであり、Ｃ₄Ｆ₈等に比べてＣ／Ｆ比が高く
（カーボンリッチ）、Ｃ₄Ｆ₈よりもレジストやシリコン
に対する選択性を高めることが可能なガスである。同様
な特性を有するガスとしては、Ｃ₄Ｆ₆がある。

【００４３】なお、図２に示す工程においては、まず、
上述した条件でシリコン酸化膜２０２を貫通してシリコ
ン窒化膜２０１に達するホールを形成した後、当該ホー
ルの底部に露出するシリコン窒化膜２０１を、エッチン
グにより除去して半導体基板２００に到達するコンタク
トホールＣＨ１を得る。

【００４４】この場合、シリコン窒化膜２０１のエッチ
ング条件では、シリコン基板である半導体基板２００
や、ポリシリコン膜２０３のエッチングは殆ど進行せ
ず、シリコン窒化膜２０１が除去されることになる。

【００４５】次に、図３に示す工程において、ポリシリ
コン膜２０３の全面に渡ってポリシリコン膜２０５を形
成することで、コンタクトホールＣＨ１内にポリシリコ
ン膜２０５を埋め込む。

【００４６】その後、図４に示す工程において、ＣＭＰ
（chemical mechanical polishing）やドライエッチン
グによって、ポリシリコン膜２０３上のポリシリコン膜
２０５およびポリシリコン膜２０３を除去し、コンタク
トホールＣＨ１内のみにポリシリコン膜２０５を残し
て、導体プラグとして使用する。

【００４７】この後、図５に示す工程において、シリコ
ン酸化膜２０２上全面に、ポリシリコンあるいはタング
ステン（Ｗ）等の導体で構成される導体膜２０６を配設
し、導体膜２０６上にレジストマスクＲＭ２を写真製版
によりパターニングする。レジストマスクＲＭ２は、シ
リコン酸化膜２０２上に形成すべき配線層のパターンを
有しており、レジストマスクＲＭ２をエッチングマスク
として、ドライエッチングにより導体膜２０６をパター
ニングすることで、図６に示すように所望の配線層２０
７を得る。

【００４８】なお、図４を用いて説明した工程では、ポ
リシリコン膜２０３上に全面的に形成されたポリシリコ
ン膜２０５を、ＣＭＰ等で除去する例を示したが、ポリ
シリコン膜２０５およびエッチングマスクとして用いた
ポリシリコン膜２０３を配線層として用いるようにして
も良い。

【００４９】すなわち、図７に示すように、ポリシリコ
ン膜２０３上に全面的に形成されたポリシリコン膜２０
５の上部に、レジストマスクＲＭ３を写真製版によりパ
ターニングする。レジストマスクＲＭ３は、シリコン酸
化膜２０２上に形成すべき配線層のパターンを有してお
り、レジストマスクＲＭ３をエッチングマスクとして、
ドライエッチングによりポリシリコン膜２０５および２
０３をパターニングすることで、図８に示すように所望
の配線層２０８を得る。なお、配線層２０８はポリシリ
コン膜２０５および２０３の多層構造となっている。

【００５０】＜Ａ−２．形状異常抑制のメカニズム＞以
上説明したように、アスペクト比の大きなコンタクトホ
ールＣＨ１の形成には、エッチングマスクとしてポリシ
リコン膜２０３を用いることで、基板温度を１００℃以
上にしてエッチングを行うことが可能となり、形状異常
を抑制することができる。以下、このメカニズムについ
て説明する。

【００５１】図９に、基板温度１００℃以上でのドライ
エッチングにより得られるコンタクトホールＣＨ１の、
フロロカーボンポリマーの堆積状態を模式的に示す。な
お、フロロカーボンポリマーは最終的には有機溶剤等で
除去されるのでコンタクトホールＣＨ１内には残留しな
いが、図９においては除去前の状態を示している。

【００５２】図９に示すように、基板温度を１００℃以
上にすると、ＣやＣＦなどのラジカルの吸着確率が低下
し、基板温度が低い場合にはホール上部側壁部分とすぐ
に反応して吸着していたラジカルが、コンタクトホール
ＣＨ１の内部深くまで到達するようになり、エッチング
に対する保護膜となるフロロカーボンポリマーが、コン
タクトホールＣＨ１の内壁全面に均一に堆積するように
なる。

【００５３】すなわち、図９において、レジストマスク
２０３の上部およびコンタクトホールＣＨ１の内壁に全
面には、フロロカーボンポリマーＦＰ１１およびＦＰ１
２が形成され、また、コンタクトホールＣＨ１の底部に
は、比較的厚いフロロカーボンポリマーＦＰ１３が形成
されている。

【００５４】この結果、内壁全面がＡｒイオンなどの高
エネルギーイオンによる過剰なエッチングから保護さ
れ、開口部よりも中央部分の直径が大きくなるボーイン
グを防ぐことができ、また、ボーイングを防ぐことで、
開口部の直径が中央部分よりも狭くなるネッキングも防
止できる。

【００５５】また、ホール上部においては、フロロカー
ボンポリマーが厚く堆積しないので、実質的なホール径
が小さくなることが防止され、高エネルギーイオンの入
射角度が制限されないので、ホールが先細り形状になる
ことが防止される。

【００５６】さらに、ホール底部には、ＣやＣＦなどの
ラジカルが最終的に到達し、フロロカーボンポリマーの
厚さが厚くなり、高エネルギーイオンによるエッチング
に対する保護能力が向上して、ホール底部におけるエッ
チングの進行が阻まれ、下地膜との選択比を向上でき
る。これが、形状異常の抑制および、下地膜のエッチン
グ選択比向上のメカニズムである。

【００５７】ここで、図９に示したフロロカーボンポリ
マーの堆積モデルの根拠となるデータについて、以下に
図１０〜図１４を用いて説明する。

【００５８】図１０はコンタクトホールＣＨ１が形成さ
れた部分の断面構成を示しており、図１０に示す破線部
分は、オージェ電子分光（FE-AES）測定のために半導体
基板２００を劈開する位置を示している。

【００５９】半導体基板２００の劈開により、コンタク
トホールＣＨ１の内壁面が露出した状態で、図１１に示
すように、内壁面に対して４５度の角度で電子ビームを
照射することで、元素の種類に対応したオージェ電子が
放出され、オージェ電子分光測定を行うことができる。

【００６０】そして、電子ビームを、ポリシリコン膜２
０３の開口部からホール底部にかけてスキャンし、各位
置でのオージェ電子を測定することで、ホール側壁から
ホール底部にかけての元素分布（ラインプロファイル）
を得ることができる。

【００６１】図１２、図１３および図１４に、それぞれ
基板温度８０℃、１００℃および１２０℃で形成したコ
ンタクトホールのオージェ電子分光測定のラインプロフ
ァイルを示す。

【００６２】図１２〜図１４においては、横軸にコンタ
クトホールの深さ方向における測定位置（μｍ）を示
し、縦軸に電子強度（ｃｐｓ：カウント数）を示す。ま
た、各図においては、シリコン（Ｓｉ）、酸素（Ｏ）、
炭素（Ｃ）からのオージェ電子のプロファイルを示して
いる。

【００６３】図１２〜図１４において炭素（Ｃ）のプロ
ファイルに着目すると、基板温度が８０℃の場合には、
ホール上部およびホール底部においてのみ炭素が検出さ
れているが、基板温度が１００℃の場合には、ホール中
央部においても炭素が検出され、基板温度が１２０℃の
場合には、ホール中央部の炭素量が有意な量にまで増加
し、ホール上部の炭素量が減少して、ホール内壁におい
て比較的均一に炭素が分布していることが判る。

【００６４】これは、ホール内壁にほぼ均一にフロロカ
ーボンポリマーが堆積していることを意味しており、図
９に示すフロロカーボンポリマーの堆積モデルの根拠で
ある。

【００６５】また、ホール底部においては、基板温度が
高いほど炭素のピークが高くなっているが、これは、こ
れは高温化によって炭素ラジカルがアスペクト比の高い
ホール底部まで到達することができるようになり、ホー
ル底部でのイオンアシストによるフロロカーボンポリマ
ーの堆積が促進されるためである。なお、図１２〜図１
４から、コンタクトホールＣＨ１の深さは２．４μｍ程
度であることが判る。

【００６６】次に、前述した２周波平行平板型エッチン
グ装置を用いた場合の、基板温度と、コンタクトホール
のボーイング量との関係を図１５に示す。図１５におい
ては、横軸に基板温度（℃）を、縦軸にボーイング量
（ｎｍ）を示す。なお、以下の説明において、ボーイン
グ量はボーイング部の直径からネッキング部の直径を引
いた値として定義する。

【００６７】また、図１５においては、エッチングマス
クの開口部の直径を０．２３μｍ、０．３２μｍ、０．
５２μｍとした場合のデータを、それぞれ、●、■、▲
のマークで示している。

【００６８】図１５から判るように、開口部の直径が
０．３２μｍ以下の場合（すなわち、アスペクト比が８
以上の場合）にはボーイングが発生しているが、基板温
度を上げることでボーイング量が減少している。そし
て、基板温度を１００℃以上にすることで、問題になら
ない程度までボーイング量を低減できる。

【００６９】なお、開口部の直径が０．５２μｍの場
合、すなわち、アスペクト比が４程度であればボーイン
グは発生していないが、ボーイングの発生は、エッチン
グ条件によっても変わり、本発明の適用はアスペクト比
が３以上の場合に有効であると言える。

【００７０】また、図１６に、エッチングマスクの開口
部の直径が０．２３μｍの場合の、基板温度と、ホール
底部における下地膜（シリコン窒化膜）のエッチング選
択比との関係を示す。図１６においては、横軸に基板温
度（℃）を、左側縦軸にシリコン窒化膜のエッチレート
（ｎｍ／ｍｉｎ）を、右側縦軸に下地膜のエッチング選
択比（Ｓｉ₃Ｎ₄のエッチレートに対するＳｉＯ₂のエッ
チレートの比率：ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄）を示す。

【００７１】図１６から判るように、基板温度が高まる
と、シリコン窒化膜のエッチレートは低下し、下地膜の
エッチング選択比は向上する。

【００７２】次に、ホール内壁に付着する炭素の付着量
とコンタクトホールのボーイング量との関係を図１７に
示す。

【００７３】図１７においては、横軸に炭素の付着量
（ｃｐｓ）を、縦軸にボーイング量（ｎｍ）を示し、炭
素の付着量は、オージェ電子分光測定によって得てい
る。

【００７４】また、図１７においては、エッチングマス
クの開口部の直径を０．２３μｍ、０．３２μｍ、０．
５２μｍとした場合のデータを、それぞれ、●、■、▲
のマークで示している。

【００７５】図１７から、開口部の直径が０．３２μｍ
以下の場合にはボーイングが発生し、ホール内壁に付着
している炭素量が多いほどボーイング量が少なくなっ
て、垂直な形状が得られることが判る。

【００７６】また、ホール底部に付着する炭素量と、下
地膜のエッチング選択比との関係を図１８に示す。

【００７７】図１８においては、横軸に炭素量（ｃｐ
ｓ）を、縦軸に下地膜のエッチング選択比（Ｓｉ₃Ｎ₄の
エッチレートに対するＳｉＯ₂のエッチレートの比率：
ＳｉＯ₂／Ｓｉ₃Ｎ₄）を示す。

【００７８】また、図１８においては、エッチングマス
クの開口部の直径を０．２３μｍ、０．３２μｍ、０．
５２μｍとした場合のデータを、それぞれ、●、■、▲
のマークで示している。

【００７９】図１８から、ホール底部に付着している炭
素量が多いほど、下地膜のエッチング選択比が大きくな
っていることが判る。

【００８０】図１５〜図１８に示すデータによっても、
先に説明した形状異常の抑制および、下地膜のエッチン
グ選択比向上のメカニズムが正しいことが判る。

【００８１】以上説明したように、基板温度は１００℃
以上、有効な効果が得られるには１２０℃以上にするこ
とが望ましいが、実効的な温度の上限は２００℃程度で
あり、また最高温度は、半導体基板内に形成された不純
物層の必要以上の拡散防止等を考慮すると５００℃程度
となる。

【００８２】＜Ａ−３．変形例１＞エッチングマスクが
ポリシリコン膜である場合、シリコン基板である半導体
基板２００を下地とすると、エッチングマスクをエッチ
ングで除去する際に、コンタクトホールＣＨ１の底部の
半導体基板２００まで除去されてしまうので、図３およ
び図４を用いて説明したように、コンタクトホールＣＨ
１内に導体プラグを埋め込んだ後、ＣＭＰやドライエッ
チングによって、エッチングマスクを除去するという手
法を採る。

【００８３】しかし、コンタクトホールＣＨ１内に充填
物を詰めずに、エッチングマスクをエッチングで除去す
るようにしても良い。この方法について、図１９〜図２
３を用いて説明する。

【００８４】すなわち、図１９に示す工程において、パ
ターニングされたポリシリコン膜２０３をエッチングマ
スクとし、基板温度を１００℃以上にしてエッチングを
行い、形状異常を抑制したコンタクトホールＣＨ１を形
成する。ただし、この工程ではシリコン酸化膜２０２の
みが選択的に除去される条件でエッチングを行い、コン
タクトホールＣＨ１の底部にはシリコン窒化膜２０１を
残す。

【００８５】次に、図２０に示す工程において、エッチ
ングマスクであるポリシリコン膜２０３のみが選択的に
除去される条件でエッチングを行い、ポリシリコン膜２
０３を除去する。このとき、シリコン基板である半導体
基板２００はシリコン窒化膜２０１で保護されているの
で、エッチングされることはない。

【００８６】その後、図２１に示す工程において、シリ
コン窒化膜２０１のみが選択的に除去される条件、例え
ばＣＨＦ₃ガスにＯ₂とＡｒを混ぜたエッチングガス、あ
るいは、ＣＦ₄ガスにＯ₂とＡｒを混ぜたエッチングガス
を用いてエッチングを行い、シリコン窒化膜２０１を除
去する。

【００８７】次に、図２２に示す工程において、シリコ
ン酸化膜２０２の全面に渡ってポリシリコン膜２０９を
形成することで、コンタクトホールＣＨ１内にポリシリ
コン膜２０９を埋め込む。

【００８８】その後、図２３に示す工程において、ＣＭ
Ｐやドライエッチングによって、シリコン酸化膜２０２
上のポリシリコン膜２０９を除去し、コンタクトホール
ＣＨ１内のみにポリシリコン膜２０９を残して、導体プ
ラグとして使用する。

【００８９】＜Ａ−４．変形例２＞また、図３および図
４を用いて説明したように、エッチングマスクの除去の
ためにコンタクトホールＣＨ１内に導体プラグを埋め込
むのではなく、図２４〜図２７に示す方法を採用しても
良い。

【００９０】すなわち、図２４に示す工程においてパタ
ーニングされたポリシリコン膜２０３をエッチングマス
クとし、基板温度を１００℃以上にしてエッチングを行
い、形状異常を抑制したコンタクトホールＣＨ１を形成
する。ただし、この工程ではシリコン酸化膜２０２のみ
が選択的に除去される条件でエッチングを行い、コンタ
クトホールＣＨ１の底部にはシリコン窒化膜２０１を残
す。

【００９１】そして、ポリシリコン膜２０３の全面に渡
って有機レジスト等の有機膜ＯＲを形成することで、コ
ンタクトホールＣＨ１内に有機膜ＯＲを埋め込む。有機
膜ＯＲとして有機レジストを用いた場合は、写真製版に
よりパターニングして、コンタクトホールＣＨ１内のみ
に有機膜ＯＲを残すようにしても良い（図２５）。

【００９２】次に、図２６に示す工程において、ＣＭＰ
やドライエッチングによって、エッチングマスクである
ポリシリコン膜２０３を除去する。このとき、コンタク
トホールＣＨ１内には有機膜ＯＲが充填されているの
で、シリコン基板である半導体基板２００は有機膜ＯＲ
で保護され、エッチングされることはない。

【００９３】その後、図２７に示す工程において、酸素
プラズマによってアッシングすることで有機膜ＯＲを除
去する。以後は、例えば、図２１〜図２３を用いて説明
した工程を経て、コンタクトホールＣＨ１内に導体プラ
グを埋め込むようにすれば良い。

【００９４】＜Ａ−５．変形例３＞以上説明した実施の
形態およびその変形例においては、ポリシリコン膜をエ
ッチングマスクとして使用する例を示したが、シリコン
酸化膜等で構成される層間絶縁膜との選択比が十分と
れ、半導体基板を１００℃以上にしても変形しない材質
であれば、他の材料を使用しても良い。

【００９５】例えば、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チ
タン）、Ｗ（タングステン）、ＷＳｉ（タングステンシ
リサイド）、ＷＮ（窒化タングステン）等の導電材を用
いても良い。これらは導電性を有するので、配線層に転
用することができる。また、シリコン窒化膜や絶縁性の
カーボン膜等の絶縁材を用いても良い。なお、カーボン
にシリコンを含めば、導電性を有することになるが、絶
縁材でも導電材でも、本発明の作用効果に変わりはな
い。

【００９６】絶縁材を用いた場合には、マスク材が完全
に除去されずに残った場合でも、配線間等で短絡などの
不具合が発生しないという利点がある。

【００９７】＜Ａ−６．変形例４＞以上説明した実施の
形態およびその変形例においては、被エッチング膜とし
てシリコン酸化膜を例示したが、フロロカーボンガスで
エッチング可能であれば、シリコン酸化膜以外であって
も本発明の適用が可能である。

【００９８】例えば、ＳｉＯＣ、ＨＳＱ（hydrogen sil
sesqunioxane）、ＭＳＱ（methylsesqunioxane）等の低
誘電率（Low-ｋ）の層間絶縁膜に対して本発明は有効で
ある。なお、これらをポーラス化した膜に対しても有効
である。

【００９９】これらの材料は、ＳｉＯ₂をベースにＳｉ
−Ｏ結合の一部を、ＨやＣＨ₃でターミネイトした構造
であるので、ＳｉＯ₂と同様にフロロカーボンガスでエ
ッチング可能である。

【０１００】

【発明の効果】本発明に係る請求項１記載の半導体装置
の製造方法によれば、エッチングマスクを、１００℃以
上の温度条件下でも開口パターンが変形しない材質で形
成し、半導体基板の温度を、１００℃以上にした状態で
エッチングを行うので、エッチング部の内壁全面および
エッチング部の底部に、フロロカーボンポリマーが形成
される。この結果、エッチング部の内壁全面が高エネル
ギーイオンによる過剰なエッチングから保護され、開口
部よりも中央部分の直径が大きくなるボーイングや、開
口部の直径が中央部分よりも狭くなるネッキング等の形
状異常を抑制することができる。

【０１０１】本発明に係る請求項２記載の半導体装置の
製造方法によれば、エッチングマスクの上部全面に渡っ
て導体膜を形成し、該導体膜でエッチング部を埋め込ん
だ後、エッチングマスク上部の導体膜およびエッチング
マスクを除去するので、エッチングマスクの除去に際し
て半導体基板の主面がエッチングされることが防止さ
れ、また、エッチング部内の導体膜は導体プラグとして
使用することができる。

【０１０２】本発明に係る請求項３記載の半導体装置の
製造方法によれば、エッチングマスクの上部全面に渡っ
て導体膜を形成し、該導体膜でエッチング部を埋め込ん
だ後、エッチングマスク上部の導体膜およびエッチング
マスクを配線パターンに合わせて選択的に除去して、エ
ッチング部内の導体膜に電気的に接続される配線層を形
成するので、改めて配線層を形成する場合に比べて、工
程を簡略化できる。

【０１０３】本発明に係る請求項４記載の半導体装置の
製造方法によれば、有機膜でエッチング部を埋め込んだ
後、エッチングマスクを除去するので、エッチングマス
クの除去に際して半導体基板の主面がエッチングされる
ことが防止される。

【０１０４】本発明に係る請求項５記載の半導体装置の
製造方法によれば、エッチングマスクをポリシリコン膜
で形成するので、１００℃以上の温度条件下でも開口パ
ターンが変形せず、半導体基板の温度を、１００℃以上
にした状態でエッチングを行うことができる。

【０１０５】本発明に係る請求項６記載の半導体装置の
製造方法によれば、エッチングマスクを、Ｔｉ、Ｔｉ
Ｎ、Ｗ、ＷＳｉおよびＷＮの何れかで形成するので、１
００℃以上の温度条件下でも開口パターンが変形せず、
半導体基板の温度を、１００℃以上にした状態でエッチ
ングを行うことができる。また、これらは導電性を有す
るので、配線層に転用することができる。

【０１０６】本発明に係る請求項７記載の半導体装置の
製造方法によれば、エッチングマスクを、シリコン窒化
膜あるいは絶縁性のカーボン膜で形成するので、１００
℃以上の温度条件下でも開口パターンが変形せず、半導
体基板の温度を、１００℃以上にした状態でエッチング
を行うことができる。また、これらは絶縁性を有するの
で、エッチングマスクの除去に際して残留しても、電気
的短絡などの原因とならない。

【０１０７】本発明に係る請求項８記載の半導体装置の
製造方法によれば、絶縁膜が、シリコン酸化膜であるの
で、フロロカーボンガスによるエッチングが可能で、半
導体基板の温度を、１００℃以上にした状態でエッチン
グを行うことで、エッチング部の形状異常を抑制するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
工程を説明する断面図である。

【図２】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
工程を説明する断面図である。

【図３】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
工程を説明する断面図である。

【図４】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
工程を説明する断面図である。

【図５】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
工程を説明する断面図である。

【図６】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
工程を説明する断面図である。

【図７】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
工程を説明する断面図である。

【図８】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
工程を説明する断面図である。

【図９】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製造
方法で形成したコンタクトホールの、フロロカーボンポ
リマーの堆積状態を模式的に示す図である。

【図１０】 コンタクトホールのオージェ電子分光測定
を説明する図である。

【図１１】 コンタクトホールのオージェ電子分光測定
を説明する図である。

【図１２】 コンタクトホールのオージェ電子分光測定
の結果を説明する図である。

【図１３】 コンタクトホールのオージェ電子分光測定
の結果を説明する図である。

【図１４】 コンタクトホールのオージェ電子分光測定
の結果を説明する図である。

【図１５】 基板温度と、コンタクトホールのボーイン
グ量との関係を示す図である。

【図１６】 基板温度と、ホール底部における下地膜の
エッチング選択比との関係を示す図である。

【図１７】 ホール内壁に付着する炭素の付着量とコン
タクトホールのボーイング量との関係を示す図である。

【図１８】 ホール底部に付着する炭素量と、下地膜の
エッチング選択比との関係を示す図である。

【図１９】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２０】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２１】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２２】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２３】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２４】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２５】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２６】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２７】 本発明に係る実施の形態の半導体装置の製
造工程の変形例を説明する断面図である。

【図２８】 従来の半導体装置の製造方法で形成したコ
ンタクトホールの、形状異常を説明する図である。

【図２９】 従来の半導体装置の製造方法で形成したコ
ンタクトホールの、フロロカーボンポリマーの堆積状態
を模式的に示す図である。

【符号の説明】

２０２ シリコン酸化膜、２０３ ポリシリコン膜、Ｃ
Ｈ１ コンタクトホール。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 AA01 CC01 DD08 DD16 EE14 HH14 5F004 BA04 BB12 BB26 CA04 DA00 DA23 DA26 DB01 DB03 EA03 EA05 EA07 EA13 EA28 EB01 EB03 EB05 5F033 KK01 QQ09 QQ10 QQ13 QQ15 QQ21 QQ25 QQ27 QQ28 QQ35 QQ37 QQ48 RR01 RR04 RR06 RR15 SS04 SS11 WW03 XX04

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 (ａ)半導体基板の主面上に配設された絶
   縁膜上に、所定の開口パターンを有するエッチングマス
   クを形成する工程と、 (ｂ)前記エッチングマスクの開口パターンに合わせて、
   フロロカーボンガスを用いて前記絶縁膜を選択的にエッ
   チングする工程と、を備え、 前記工程(ａ)は、 前記エッチングマスクを、１００℃以上の温度条件下で
   も前記開口パターンが変形しない材質で形成する工程を
   含み、 前記工程(ｂ)は、 前記半導体基板の温度を、１００℃以上にした状態で前
   記エッチングを行う工程を含む、半導体装置の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記工程(ｂ)は、 前記半導体基板の前記主面に達するように前記絶縁膜を
   エッチングする工程を含み、 前記工程(ｂ)の後に、 前記エッチングマスクの上部全面に渡って導体膜を形成
   し、該導体膜でエッチング部を埋め込む工程と、 前記エッチングマスク上部の前記導体膜および前記エッ
   チングマスクを除去して、前記エッチング部内のみに前
   記導体膜を残す工程と、をさらに備える、請求項１記載
   の半導体装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記工程(ｂ)は、 前記半導体基板の前記主面に達するように前記絶縁膜を
   エッチングする工程を含み、 前記工程(ｂ)の後に、 前記エッチングマスクの上部全面に渡って導体膜を形成
   し、該導体膜でエッチング部を埋め込む工程と、 前記エッチングマスク上部の前記導体膜および前記エッ
   チングマスクを配線パターンに合わせて選択的に除去し
   て、前記エッチング部内の前記導体膜に電気的に接続さ
   れる配線層を形成する工程と、をさらに備える、請求項
   １記載の半導体装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記工程(ｂ)の後に、 前記エッチングマスクの上部全面に渡って有機膜を形成
   し、該有機膜でエッチング部を埋め込む工程と、 前記エッチングマスク上部の前記有機膜および前記エッ
   チングマスクを除去して、前記エッチング部内のみに前
   記有機膜を残す工程と、 前記エッチング部内の前記有機膜を除去する工程と、を
   さらに備える、請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. 【請求項５】 前記工程(ａ)は、 前記エッチングマスクをポリシリコン膜で形成する工程
   を含む、請求項１ないし請求項４の何れかに記載の半導
   体装置の製造方法。
6. 【請求項６】 前記工程(ａ)は、 前記エッチングマスクを、Ｔｉ、ＴｉＮ、Ｗ、ＷＳｉお
   よびＷＮから選択される何れかで形成する工程を含む、
   請求項１ないし請求項４の何れかに記載の半導体装置の
   製造方法。
7. 【請求項７】 前記工程(ａ)は、 前記エッチングマスクを、シリコン窒化膜あるいは絶縁
   性のカーボン膜で形成する工程を含む、請求項１ないし
   請求項４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
8. 【請求項８】 前記絶縁膜は、シリコン酸化膜である、
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。