JP2003264178A - エッチング方法 - Google Patents
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76897—Formation of self-aligned vias or contact plugs, i.e. involving a lithographically uncritical step
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- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
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- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜まで
エッチングされることを極力抑え，制御性よく安定的な
高アスペクト比のコンタクトホールの形成を可能とす
る。 【解決手段】 セルフアラインコンタクト工程におい
て，気密な処理室内に少なくともＣ４Ｆ６，Ａｒ，
Ｏ２，Ｎ２を含む混合ガスからなる処理ガスを導入して
プラズマ処理を施すことにより，シリコン基板２００上
に形成されたゲート２０２の保護膜層であるシリコン窒
化膜層２０４を下地とするシリコン酸化膜２０６に対し
てエッチングを行い，コンタクトホール２１０を形成す
る。上記処理ガスは例えばＣ４Ｆ６のガス流量に対する
Ｎ２のガス流量の比を２５／８以上８５／８以下，Ｃ４
Ｆ６のガス流量に対するＯ２とＮ２とを合わせたガス流
量の比を１５／４以上４５／４以下，Ｏ２のガス流量に
対するＮ２ガス流量の比を５以上１７以下とする。
エッチングされることを極力抑え，制御性よく安定的な
高アスペクト比のコンタクトホールの形成を可能とす
る。 【解決手段】 セルフアラインコンタクト工程におい
て，気密な処理室内に少なくともＣ４Ｆ６，Ａｒ，
Ｏ２，Ｎ２を含む混合ガスからなる処理ガスを導入して
プラズマ処理を施すことにより，シリコン基板２００上
に形成されたゲート２０２の保護膜層であるシリコン窒
化膜層２０４を下地とするシリコン酸化膜２０６に対し
てエッチングを行い，コンタクトホール２１０を形成す
る。上記処理ガスは例えばＣ４Ｆ６のガス流量に対する
Ｎ２のガス流量の比を２５／８以上８５／８以下，Ｃ４
Ｆ６のガス流量に対するＯ２とＮ２とを合わせたガス流
量の比を１５／４以上４５／４以下，Ｏ２のガス流量に
対するＮ２ガス流量の比を５以上１７以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，プラズマ処理を施
すことによりエッチングを行う方法に関する。
すことによりエッチングを行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば図４に示すようにシリコン基板な
どの半導体基板１０上に形成されたゲート１２を覆うＳ
ｉＯ２などのシリコン酸化膜からなる絶縁膜層１６に対
してプラズマエッチングによりコンタクトホールを形成
する場合，各ゲート１０の表面にシリコン窒化膜（Ｓｉ
Ｎ）などの保護膜層１４を形成しておき，コンタクトホ
ール２０形成時にゲート１２がエッチングされることを
防止しつつ，各ゲート１２間の狭小空間に自己整合的に
コンタクトホール２０を形成する技術としてセルフアラ
インコンタクト技術が知られている。
どの半導体基板１０上に形成されたゲート１２を覆うＳ
ｉＯ２などのシリコン酸化膜からなる絶縁膜層１６に対
してプラズマエッチングによりコンタクトホールを形成
する場合，各ゲート１０の表面にシリコン窒化膜（Ｓｉ
Ｎ）などの保護膜層１４を形成しておき，コンタクトホ
ール２０形成時にゲート１２がエッチングされることを
防止しつつ，各ゲート１２間の狭小空間に自己整合的に
コンタクトホール２０を形成する技術としてセルフアラ
インコンタクト技術が知られている。
【０００３】このようなセルフアラインコンタクト技術
を用いてコンタクトホール２０を形成する場合，プラズ
マエッチングを行う場合の処理ガスとしては，例えばエ
ッチングガスとしてＣ４Ｆ８などのＣＦ系ガスと堆積物
（デポ）を除去するガスとしてＯ２を含む混合ガスが使
用される。
を用いてコンタクトホール２０を形成する場合，プラズ
マエッチングを行う場合の処理ガスとしては，例えばエ
ッチングガスとしてＣ４Ｆ８などのＣＦ系ガスと堆積物
（デポ）を除去するガスとしてＯ２を含む混合ガスが使
用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで，近年の半導
体装置の集積度の向上，半導体基板上に形成される各種
素子の更なる微細化の要請に伴いデザインルールの微細
化がますます進み，半導体基板上に形成される各ゲート
（電極）間もさらに狭小化が要求され，各ゲート（電
極）間に形成するコンタクトホールもさらなる高アスペ
クト比が要求される。
体装置の集積度の向上，半導体基板上に形成される各種
素子の更なる微細化の要請に伴いデザインルールの微細
化がますます進み，半導体基板上に形成される各ゲート
（電極）間もさらに狭小化が要求され，各ゲート（電
極）間に形成するコンタクトホールもさらなる高アスペ
クト比が要求される。
【０００５】しかしながら，上述した従来の処理ガスを
使用するプラズマエッチングでは，より狭小の各ゲート
間により高アスペクト比のコンタクトホールを形成する
ほど抜け性の低下やエッチングストップの発生を防止す
る等のため，エッチング処理をより長い時間行う必要が
ある。ところが，ゲート表面に形成する保護膜層である
シリコン窒化膜の肩部（角部）は，図４に示すように絶
縁膜層１６であるシリコン酸化膜に形成しようとするコ
ンタクトホール２０に張り出すことが多いため非常にエ
ッチングされ易く，ゲート１２の保護膜層１４に対する
絶縁膜層１６のエッチング選択比によっては保護膜層１
４の肩部（角部）１４ａもさらにエッチングされてしま
い，ゲート１２が露出してしまうおそれがある。
使用するプラズマエッチングでは，より狭小の各ゲート
間により高アスペクト比のコンタクトホールを形成する
ほど抜け性の低下やエッチングストップの発生を防止す
る等のため，エッチング処理をより長い時間行う必要が
ある。ところが，ゲート表面に形成する保護膜層である
シリコン窒化膜の肩部（角部）は，図４に示すように絶
縁膜層１６であるシリコン酸化膜に形成しようとするコ
ンタクトホール２０に張り出すことが多いため非常にエ
ッチングされ易く，ゲート１２の保護膜層１４に対する
絶縁膜層１６のエッチング選択比によっては保護膜層１
４の肩部（角部）１４ａもさらにエッチングされてしま
い，ゲート１２が露出してしまうおそれがある。
【０００６】そこで，本発明は，このような問題に鑑み
てなされたもので，その目的とするところは，ゲートの
シリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜層のエッチン
グ選択比を高くするができ，これによりゲートの保護膜
層であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極
力抑えることができ，より高アスペクト比のコンタクト
ホールを形成することが可能な，制御性に優れた新規か
つ改良されたエッチング方法を提供することにある。
てなされたもので，その目的とするところは，ゲートの
シリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜層のエッチン
グ選択比を高くするができ，これによりゲートの保護膜
層であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極
力抑えることができ，より高アスペクト比のコンタクト
ホールを形成することが可能な，制御性に優れた新規か
つ改良されたエッチング方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明のある観点によれば，気密な処理室内に処理
ガスを導入して，シリコン含有酸化膜をシリコン窒化膜
に対して選択的にエッチングする方法において，前記処
理ガスは，少なくともフルオロカーボン系ガスと第１の
堆積物除去ガスと第１の堆積物除去ガスより堆積物除去
作用の小さい第２の堆積物除去ガスとを含む混合ガスを
使用することを特徴とするエッチング方法が提供され
る。
に，本発明のある観点によれば，気密な処理室内に処理
ガスを導入して，シリコン含有酸化膜をシリコン窒化膜
に対して選択的にエッチングする方法において，前記処
理ガスは，少なくともフルオロカーボン系ガスと第１の
堆積物除去ガスと第１の堆積物除去ガスより堆積物除去
作用の小さい第２の堆積物除去ガスとを含む混合ガスを
使用することを特徴とするエッチング方法が提供され
る。
【０００８】また，前記フルオロカーボン系ガスの流量
に対する前記第１の堆積物除去ガスの流量と前記第２の
堆積物除去ガスの流量との合計流量の比，及び前記フル
オロカーボン系ガスの流量に対する前記第２の堆積物除
去ガスの流量の比により，前記シリコン窒化膜に対する
前記シリコン含有酸化膜のエッチング選択比を所定の値
に設定することが好ましい。
に対する前記第１の堆積物除去ガスの流量と前記第２の
堆積物除去ガスの流量との合計流量の比，及び前記フル
オロカーボン系ガスの流量に対する前記第２の堆積物除
去ガスの流量の比により，前記シリコン窒化膜に対する
前記シリコン含有酸化膜のエッチング選択比を所定の値
に設定することが好ましい。
【０００９】また，前記シリコン含有酸化膜は，シリコ
ン酸化膜であることが望ましく，また，前記フルオロカ
ーボン系ガスはＣ４Ｆ６ガスとし，前記第１の堆積物除
去ガスは酸素ガスとし，前記第２の堆積物除去ガスは窒
素ガスとすることが望ましい。さらに，前記処理ガス
は，不活性ガスを含むことが好ましい。
ン酸化膜であることが望ましく，また，前記フルオロカ
ーボン系ガスはＣ４Ｆ６ガスとし，前記第１の堆積物除
去ガスは酸素ガスとし，前記第２の堆積物除去ガスは窒
素ガスとすることが望ましい。さらに，前記処理ガス
は，不活性ガスを含むことが好ましい。
【００１０】また，前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガ
ス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５
／８以下であって，かつＣ４Ｆ６のガス流量に対するＯ
２とＮ２とを合わせたガス流量の比が１５／４以上４５
／４以下であることが好ましい。
ス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５
／８以下であって，かつＣ４Ｆ６のガス流量に対するＯ
２とＮ２とを合わせたガス流量の比が１５／４以上４５
／４以下であることが好ましい。
【００１１】また，前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガ
ス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５
／８以下であって，かつＯ２のガス流量に対するＮ２の
ガス流量の比が５以上１７以下であることが好ましい。
ス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５
／８以下であって，かつＯ２のガス流量に対するＮ２の
ガス流量の比が５以上１７以下であることが好ましい。
【００１２】また，処理室内に互いに対向する上部電極
と下部電極を設け，上部電極に第１の高周波電力を印加
し，下部電極に第１の高周波電力よりも低い第２の高周
波電力を印加することが好ましく，前記第１の高周波電
力の周波数を６０ＭＨｚとし，前記第２の高周波電力の
周波数を２ＭＨｚとすることがより好ましい。
と下部電極を設け，上部電極に第１の高周波電力を印加
し，下部電極に第１の高周波電力よりも低い第２の高周
波電力を印加することが好ましく，前記第１の高周波電
力の周波数を６０ＭＨｚとし，前記第２の高周波電力の
周波数を２ＭＨｚとすることがより好ましい。
【００１３】また，前記シリコン窒化膜を下地にした前
記シリコン酸化膜に対してエッチングすることが好まし
く，前記エッチングは，セルフアラインコンタクト工程
において行うことがより好ましい。
記シリコン酸化膜に対してエッチングすることが好まし
く，前記エッチングは，セルフアラインコンタクト工程
において行うことがより好ましい。
【００１４】このような本発明によれば，エッチングス
トップの発生を防止しつつ絶縁膜層であるシリコン酸化
膜層のエッチング速度を大きくすることができ，しかも
ゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４に対す
るシリコン酸化膜層のエッチング選択比をより高くする
ことができる。このため，ゲートの保護膜層であるシリ
コン窒化膜までエッチングされることを極力抑えること
ができ，高アスペクト比のコンタクトホールを制御性よ
く安定的に形成することができる。これにより，近年の
半導体装置の集積度の向上，半導体基板上に形成される
各種素子の更なる微細化の要請に応えることができる。
トップの発生を防止しつつ絶縁膜層であるシリコン酸化
膜層のエッチング速度を大きくすることができ，しかも
ゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４に対す
るシリコン酸化膜層のエッチング選択比をより高くする
ことができる。このため，ゲートの保護膜層であるシリ
コン窒化膜までエッチングされることを極力抑えること
ができ，高アスペクト比のコンタクトホールを制御性よ
く安定的に形成することができる。これにより，近年の
半導体装置の集積度の向上，半導体基板上に形成される
各種素子の更なる微細化の要請に応えることができる。
【００１５】なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０
−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１
０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１
０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明にかかるエッチング方法の好適な実施形態に
ついて説明する。図１は本実施の形態にかかるエッチン
グ方法を実施するためのエッチング装置の一例としての
平行平板型のプラズマエッチング装置の概略構成を示
す。
ら，本発明にかかるエッチング方法の好適な実施形態に
ついて説明する。図１は本実施の形態にかかるエッチン
グ方法を実施するためのエッチング装置の一例としての
平行平板型のプラズマエッチング装置の概略構成を示
す。
【００１７】このエッチング装置１００の保安接地され
た処理容器１０２内には，処理室１０４が形成されてお
り，この処理室１０４内には，上下動自在なサセプタを
構成する下部電極１０６が配置されている。下部電極１
０６の上部には，高圧直流電源１０８に接続された静電
チャック１１０が設けられており，この静電チャック１
１０の上面に被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，
「ウェハ」と称する。）Ｗが載置される。さらに，下部
電極１０６上に載置されたウェハＷの周囲には，絶縁性
のフォーカスリング１１２が配置されている。また，下
部電極１０６には，整合器１１８を介して第２高周波電
源１２０が接続されている。
た処理容器１０２内には，処理室１０４が形成されてお
り，この処理室１０４内には，上下動自在なサセプタを
構成する下部電極１０６が配置されている。下部電極１
０６の上部には，高圧直流電源１０８に接続された静電
チャック１１０が設けられており，この静電チャック１
１０の上面に被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，
「ウェハ」と称する。）Ｗが載置される。さらに，下部
電極１０６上に載置されたウェハＷの周囲には，絶縁性
のフォーカスリング１１２が配置されている。また，下
部電極１０６には，整合器１１８を介して第２高周波電
源１２０が接続されている。
【００１８】また，下部電極１０６の載置面と対向する
処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａ
を備えた上部電極１２２が配置されている。上部電極１
２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が介装さ
れ電気的に絶縁されている。また，上部電極１２２に
は，整合器１１９を介してプラズマ生成高周波電力を出
力する第１高周波電源１２１が接続されている。
処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａ
を備えた上部電極１２２が配置されている。上部電極１
２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が介装さ
れ電気的に絶縁されている。また，上部電極１２２に
は，整合器１１９を介してプラズマ生成高周波電力を出
力する第１高周波電源１２１が接続されている。
【００１９】なお，上記上部電極１２２には第１高周波
電源１２１から例えば１３．５６ＭＨｚ以上１５０ＭＨ
ｚ以下，好ましくは６０ＭＨｚの第１高周波電力が供給
される。また，下部電極１０６には，第２高周波電源１
２０から第１高周波電源１２１の高周波電力の周波数よ
りも低い周波数，例えば２ＭＨｚ以上で１３．５６ＭＨ
ｚよりも小さい周波数，好ましくは２ＭＨｚの第２高周
波電力が供給される。
電源１２１から例えば１３．５６ＭＨｚ以上１５０ＭＨ
ｚ以下，好ましくは６０ＭＨｚの第１高周波電力が供給
される。また，下部電極１０６には，第２高周波電源１
２０から第１高周波電源１２１の高周波電力の周波数よ
りも低い周波数，例えば２ＭＨｚ以上で１３．５６ＭＨ
ｚよりも小さい周波数，好ましくは２ＭＨｚの第２高周
波電力が供給される。
【００２０】上記ガス吐出孔１２２ａには，ガス供給管
１２４が接続され，さらにそのガス供給管１２４には，
例えばＣ４Ｆ６を供給するプロセスガス供給系１２６ａ
と，Ａｒガスを供給するプロセスガス供給系１２６ｂ，
Ｎ２を供給するプロセスガス供給系１２６ｃ，Ｏ２を供
給するプロセスガス供給系１２６ｄが接続されている。
１２４が接続され，さらにそのガス供給管１２４には，
例えばＣ４Ｆ６を供給するプロセスガス供給系１２６ａ
と，Ａｒガスを供給するプロセスガス供給系１２６ｂ，
Ｎ２を供給するプロセスガス供給系１２６ｃ，Ｏ２を供
給するプロセスガス供給系１２６ｄが接続されている。
【００２１】各プロセスガス供給系１２６ａ，１２６
ｂ，１２６ｃ，１２６ｄには，それぞれ開閉バルブ１３
２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄと流量調整バルブ
１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄを介して，Ｃ
４Ｆ６ガス供給源１３６ａ，Ａｒガス供給源１３６ｂ，
Ｎ２ガス供給源１３６ｃ，Ｏ２ガス供給源１３６ｄが接
続されている。
ｂ，１２６ｃ，１２６ｄには，それぞれ開閉バルブ１３
２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄと流量調整バルブ
１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄを介して，Ｃ
４Ｆ６ガス供給源１３６ａ，Ａｒガス供給源１３６ｂ，
Ｎ２ガス供給源１３６ｃ，Ｏ２ガス供給源１３６ｄが接
続されている。
【００２２】また，処理容器１０２の下方には，不図示
の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されてお
り，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を
所定の減圧雰囲気に維持することができる。
の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されてお
り，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を
所定の減圧雰囲気に維持することができる。
【００２３】次に，上記エッチング装置を用いて本実施
の形態にかかるエッチング方法を適用する工程について
図２を参照しながら説明する。先ず，本発明にかかるエ
ッチング方法を適用する図２（ａ）に示す膜構造の具体
例について説明する。
の形態にかかるエッチング方法を適用する工程について
図２を参照しながら説明する。先ず，本発明にかかるエ
ッチング方法を適用する図２（ａ）に示す膜構造の具体
例について説明する。
【００２４】この膜構造は次のように形成される。半導
体基板としてのＳｉ（シリコン）基板２００上にゲート
２０２を形成した後，このゲート２０２を覆うように保
護膜としてのシリコン窒化膜層２０４を形成する。次い
で，全面に絶縁膜層としてＳｉＯ２などのシリコン酸化
膜層２０６を例えばＣＶＤ（化学気相成長法）により成
膜する。続いて，シリコン酸化膜層２０６上にフォトレ
ジスト膜塗布した後、コンタクトホール２１０のフォト
レジストパターンを形成することによりフォトレジスト
層２０８を形成する。
体基板としてのＳｉ（シリコン）基板２００上にゲート
２０２を形成した後，このゲート２０２を覆うように保
護膜としてのシリコン窒化膜層２０４を形成する。次い
で，全面に絶縁膜層としてＳｉＯ２などのシリコン酸化
膜層２０６を例えばＣＶＤ（化学気相成長法）により成
膜する。続いて，シリコン酸化膜層２０６上にフォトレ
ジスト膜塗布した後、コンタクトホール２１０のフォト
レジストパターンを形成することによりフォトレジスト
層２０８を形成する。
【００２５】次に，こうして形成された膜構造に対し
て，本発明に係るエッチング方法によりシリコン酸化膜
層２０６をシリコン窒化膜層２０４に対して選択的にエ
ッチングしてゲート２０２間にコンタクトホールを形成
する。すなわち，処理容器１０２内にフルオロカーボン
系ガスとしてのＣ４Ｆ６ガス，第１の堆積物除去ガスと
してのＯ２（酸素）ガス，第２の堆積物除去ガスとして
のＮ２（窒素）ガス，Ａｒガスを含む混合ガスからなる
処理ガスを導入しプラズマ処理を行うことによりエッチ
ングを行う。ここで，Ｃ４Ｆ６ガスはエッチングガスと
して導入し，Ａｒガスは希釈ガスとして導入する。ま
た，Ｏ２ガス及びＮ２ガスはエッチングによる堆積物
（デポ）を除去する等のために導入する。
て，本発明に係るエッチング方法によりシリコン酸化膜
層２０６をシリコン窒化膜層２０４に対して選択的にエ
ッチングしてゲート２０２間にコンタクトホールを形成
する。すなわち，処理容器１０２内にフルオロカーボン
系ガスとしてのＣ４Ｆ６ガス，第１の堆積物除去ガスと
してのＯ２（酸素）ガス，第２の堆積物除去ガスとして
のＮ２（窒素）ガス，Ａｒガスを含む混合ガスからなる
処理ガスを導入しプラズマ処理を行うことによりエッチ
ングを行う。ここで，Ｃ４Ｆ６ガスはエッチングガスと
して導入し，Ａｒガスは希釈ガスとして導入する。ま
た，Ｏ２ガス及びＮ２ガスはエッチングによる堆積物
（デポ）を除去する等のために導入する。
【００２６】ここで，デポを除去するガスとしてＯ２の
他にＮ２も入れるのは，デポを除去する能力がＯ２より
も低いので，流量をコントロールしやすいからである。
すなわち，通常，Ｏ２やＮ２などのデポ除去ガスは流量
が多くなるほど多くのデポを除去することができるが，
Ｏ２とＮ２とはその程度が異なる。Ｎ２は流量に対する
デポ除去量（デポ除去能力）が増加する割合がＯ２のお
よそ１／１０から１／２０である。このため，Ｏ２では
その流量を少し増加しただけでもデポ除去量が大きくな
るのでデポを除去しすぎてしまう。デポの除去量が多す
ぎると，例えば本実施形態の膜構造ではゲートの保護膜
層としてのシリコン窒化膜層２０４に対する絶縁膜層と
してのシリコン酸化膜層２０６のエッチング選択比を高
くすることができなくなる。従って，流量に対するデポ
除去量の少ないＮ２を処理ガスに含めることによりデポ
除去量を容易に調整することができる。
他にＮ２も入れるのは，デポを除去する能力がＯ２より
も低いので，流量をコントロールしやすいからである。
すなわち，通常，Ｏ２やＮ２などのデポ除去ガスは流量
が多くなるほど多くのデポを除去することができるが，
Ｏ２とＮ２とはその程度が異なる。Ｎ２は流量に対する
デポ除去量（デポ除去能力）が増加する割合がＯ２のお
よそ１／１０から１／２０である。このため，Ｏ２では
その流量を少し増加しただけでもデポ除去量が大きくな
るのでデポを除去しすぎてしまう。デポの除去量が多す
ぎると，例えば本実施形態の膜構造ではゲートの保護膜
層としてのシリコン窒化膜層２０４に対する絶縁膜層と
してのシリコン酸化膜層２０６のエッチング選択比を高
くすることができなくなる。従って，流量に対するデポ
除去量の少ないＮ２を処理ガスに含めることによりデポ
除去量を容易に調整することができる。
【００２７】但し，処理ガスにＮ２だけ含めてＯ２を含
めないと，Ｎ２は流量に対するデポ除去量が少ないため
十分にデポを除去しきれずエッチングストップが発生し
てしまう。このため，本発明ではＮ２のみならずＯ２も
処理ガスに含めている。
めないと，Ｎ２は流量に対するデポ除去量が少ないため
十分にデポを除去しきれずエッチングストップが発生し
てしまう。このため，本発明ではＮ２のみならずＯ２も
処理ガスに含めている。
【００２８】また，Ｎ２もデポ除去能力がある以上，流
量が多すぎるとシリコン窒化膜層２０４に対するシリコ
ン酸化膜層２０６のエッチング選択比を高くすることが
できなくなる。このため，Ｎ２を含めた各ガスの流量比
を検討する必要がある。
量が多すぎるとシリコン窒化膜層２０４に対するシリコ
ン酸化膜層２０６のエッチング選択比を高くすることが
できなくなる。このため，Ｎ２を含めた各ガスの流量比
を検討する必要がある。
【００２９】ここで，上記各ガスの好適な流量比を得る
ために，図２（ａ）に示す膜構造におけるシリコン酸化
膜層２０６にエッチングを行った実験結果を説明する。
ベースとするエッチングの際の条件は，処理容器１０２
内の圧力が３０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２に印加する
高周波電力を６０ＭＨｚで１５３０Ｗ，下部電極１０６
に印加する高周波電力（バイアス電力）を２ＭＨｚで１
３５０Ｗ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔２
５ｍｍ，Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６
のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）は１６
ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとし，処理室
１０４内の設定温度については下部電極を４０℃，上部
電極を６０℃，側壁部を５０℃とする。バックプレッシ
ャーガス（Ｈｅガス）としてのウェハ裏面冷却ガス圧力
はセンタが５Ｔｏｒｒでエッジが１０Ｔｏｒｒとする。
この条件で図２（ｂ）に示すように高さＨが１．４μ
ｍ，直径０．４μｍ，シリコン窒化膜層２０４のシリコ
ン基板２００からの高さ０．３５μｍとするコンタクト
ホールを形成するのに，Ｎ２の流量だけを変えて１００
％オーバーエッチングの条件でエッチングを行う。ここ
でいう１００％オーバーエッチングの条件とは，シリコ
ン酸化膜層２０６の厚さの２倍の厚さをエッチングする
のに要する時間だけエッチングすることである。
ために，図２（ａ）に示す膜構造におけるシリコン酸化
膜層２０６にエッチングを行った実験結果を説明する。
ベースとするエッチングの際の条件は，処理容器１０２
内の圧力が３０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２に印加する
高周波電力を６０ＭＨｚで１５３０Ｗ，下部電極１０６
に印加する高周波電力（バイアス電力）を２ＭＨｚで１
３５０Ｗ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔２
５ｍｍ，Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６
のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）は１６
ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとし，処理室
１０４内の設定温度については下部電極を４０℃，上部
電極を６０℃，側壁部を５０℃とする。バックプレッシ
ャーガス（Ｈｅガス）としてのウェハ裏面冷却ガス圧力
はセンタが５Ｔｏｒｒでエッジが１０Ｔｏｒｒとする。
この条件で図２（ｂ）に示すように高さＨが１．４μ
ｍ，直径０．４μｍ，シリコン窒化膜層２０４のシリコ
ン基板２００からの高さ０．３５μｍとするコンタクト
ホールを形成するのに，Ｎ２の流量だけを変えて１００
％オーバーエッチングの条件でエッチングを行う。ここ
でいう１００％オーバーエッチングの条件とは，シリコ
ン酸化膜層２０６の厚さの２倍の厚さをエッチングする
のに要する時間だけエッチングすることである。
【００３０】先ず，Ｎ２のガス流量を２００ｓｃｃｍと
した場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス
流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２の
ガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓ
ｃｃｍ／２００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチン
グを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との
中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエ
ッチング速度は４９１．３ｎｍ／ｍｉｎ，４７８．０ｎ
ｍ／ｍｉｎ，４４９．３ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリ
コン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔ
は１１２ｎｍ，１１８ｎｍ，１３４ｎｍとなり，シリコ
ン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリ
コン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチ
ング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング
速度）は１７．４，１５．９，１２．６となった。フォ
トレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸
化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング
速度／フォトレジスト層の肩部（角部）のエッチング速
度）は４．６，５．２，５．０となった。
した場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス
流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２の
ガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓ
ｃｃｍ／２００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチン
グを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との
中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエ
ッチング速度は４９１．３ｎｍ／ｍｉｎ，４７８．０ｎ
ｍ／ｍｉｎ，４４９．３ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリ
コン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔ
は１１２ｎｍ，１１８ｎｍ，１３４ｎｍとなり，シリコ
ン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリ
コン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチ
ング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング
速度）は１７．４，１５．９，１２．６となった。フォ
トレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸
化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング
速度／フォトレジスト層の肩部（角部）のエッチング速
度）は４．６，５．２，５．０となった。
【００３１】ここで，上記シリコン窒化膜層２０４の肩
部（角部）２０４ａの削れ量は，図２（ｂ）に示すよう
にシリコン基板２００に対して傾き４５度の直線を，エ
ッチング前（削る前）の肩部２０４ａとエッチング後
（削った後）の肩部２０４ａとに引いたときの各直線の
距離ｔとする。また上記フォトレジスト層２０８の肩部
（角部）の削れ量は，図２（ｂ）に示すようにエッチン
グ前（削る前）のフォトレジスト層２０８の上面からエ
ッチング後（削った後）に肩部（角部）として削れた斜
め部分と削れなかった垂直部分との境界までの距離ｕと
する。
部（角部）２０４ａの削れ量は，図２（ｂ）に示すよう
にシリコン基板２００に対して傾き４５度の直線を，エ
ッチング前（削る前）の肩部２０４ａとエッチング後
（削った後）の肩部２０４ａとに引いたときの各直線の
距離ｔとする。また上記フォトレジスト層２０８の肩部
（角部）の削れ量は，図２（ｂ）に示すようにエッチン
グ前（削る前）のフォトレジスト層２０８の上面からエ
ッチング後（削った後）に肩部（角部）として削れた斜
め部分と削れなかった垂直部分との境界までの距離ｕと
する。
【００３２】また，Ｎ２のガス流量を１５０ｓｃｃｍと
した場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス
流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２の
ガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓ
ｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチン
グを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との
中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエ
ッチング速度は５０８．７ｎｍ／ｍｉｎ，５０２．０ｎ
ｍ／ｍｉｎ，４７４．０ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリ
コン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔ
は８４ｎｍ，７３ｎｍ，８４ｎｍとなり，シリコン窒化
膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸
化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速
度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）
は２３．１，２６．０，２０．５となった。フォトレジ
スト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層
２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／
フォトレジスト層の肩部（角部）エッチング速度）は
５．２，７．８，７．８となった。
した場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス
流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２の
ガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓ
ｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチン
グを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との
中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエ
ッチング速度は５０８．７ｎｍ／ｍｉｎ，５０２．０ｎ
ｍ／ｍｉｎ，４７４．０ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリ
コン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔ
は８４ｎｍ，７３ｎｍ，８４ｎｍとなり，シリコン窒化
膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸
化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速
度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）
は２３．１，２６．０，２０．５となった。フォトレジ
スト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層
２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／
フォトレジスト層の肩部（角部）エッチング速度）は
５．２，７．８，７．８となった。
【００３３】また，Ｎ２のガス流量を１００ｓｃｃｍと
した場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス
流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２の
ガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓ
ｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチン
グを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との
中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエ
ッチング速度は５３９．３ｎｍ／ｍｉｎ，５２４．０ｎ
ｍ／ｍｉｎ，５００．０ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリ
コン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔ
は４７ｎｍ，５１ｎｍ，６５ｎｍとなり，シリコン窒化
膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸
化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速
度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）
は４１．３，３６．４，２６．６となった。フォトレジ
スト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層
２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／
フォトレジスト層の肩部（角部）エッチング速度）は
６．６，６．８，１０．０となった。
した場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス
流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２の
ガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓ
ｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチン
グを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との
中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエ
ッチング速度は５３９．３ｎｍ／ｍｉｎ，５２４．０ｎ
ｍ／ｍｉｎ，５００．０ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリ
コン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔ
は４７ｎｍ，５１ｎｍ，６５ｎｍとなり，シリコン窒化
膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸
化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速
度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）
は４１．３，３６．４，２６．６となった。フォトレジ
スト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層
２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／
フォトレジスト層の肩部（角部）エッチング速度）は
６．６，６．８，１０．０となった。
【００３４】この実験結果をグラフに表すと図３に示す
ようになる。横軸にはＮ２のガス流量をとり，縦軸には
シリコン酸化膜のエッチング速度，シリコン酸化膜の選
択比とって，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間
付近，端部付近の各値の平均をプロットしたものであ
る。ここで，ｙ１はＮ２のガス流量とシリコン酸化膜の
エッチング速度との関係を示すグラフ，ｙ２はＮ２のガ
ス流量とフォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化
膜の選択比との関係を示すグラフ，ｙ３はＮ２のガス流
量とシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン酸化膜の
選択比との関係を示すグラフである。なお，上記のベー
スとなるエッチングの際の条件においてＮ ２の流量が５
０ｓｃｃｍ以下ではエッチングストップが発生する。
ようになる。横軸にはＮ２のガス流量をとり，縦軸には
シリコン酸化膜のエッチング速度，シリコン酸化膜の選
択比とって，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間
付近，端部付近の各値の平均をプロットしたものであ
る。ここで，ｙ１はＮ２のガス流量とシリコン酸化膜の
エッチング速度との関係を示すグラフ，ｙ２はＮ２のガ
ス流量とフォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化
膜の選択比との関係を示すグラフ，ｙ３はＮ２のガス流
量とシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン酸化膜の
選択比との関係を示すグラフである。なお，上記のベー
スとなるエッチングの際の条件においてＮ ２の流量が５
０ｓｃｃｍ以下ではエッチングストップが発生する。
【００３５】グラフｙ１を見るとＮ２の流量が少ないほ
どシリコン酸化膜のエッチング速度が大きくなっている
ことがわかる。またｙ２，ｙ３を見るとＮ２の流量が少
ないほどフォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化
膜の選択比とシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン
酸化膜の選択比はともに高くなることがわかる。但し，
Ｎ２の流量が少ないほどシリコン窒化膜層の肩部に対す
るシリコン酸化膜の選択比の増加の割合は大きいのに対
して，フォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化膜
の選択比は高くなってはいるがほとんど変わらないこと
もわかる。これにより，Ｎ２の流量を少なくすればする
ほど，フォトレジスト層に対するシリコン酸化膜の選択
比をほとんど変えずに，シリコン酸化膜のエッチング速
度を増加させて，しかもシリコン窒化膜層に対するシリ
コン酸化膜の選択比を向上させることができることがわ
かる。
どシリコン酸化膜のエッチング速度が大きくなっている
ことがわかる。またｙ２，ｙ３を見るとＮ２の流量が少
ないほどフォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化
膜の選択比とシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン
酸化膜の選択比はともに高くなることがわかる。但し，
Ｎ２の流量が少ないほどシリコン窒化膜層の肩部に対す
るシリコン酸化膜の選択比の増加の割合は大きいのに対
して，フォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化膜
の選択比は高くなってはいるがほとんど変わらないこと
もわかる。これにより，Ｎ２の流量を少なくすればする
ほど，フォトレジスト層に対するシリコン酸化膜の選択
比をほとんど変えずに，シリコン酸化膜のエッチング速
度を増加させて，しかもシリコン窒化膜層に対するシリ
コン酸化膜の選択比を向上させることができることがわ
かる。
【００３６】そこで，好適なＮ２の流量としては，実用
的にはシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜の選択
比は２０．０以上となるような範囲が好ましく，さらに
３０．０以上となる範囲がより好ましい。具体的なＮ２
の流量としては，グラフｙ３によれば，上記のベースと
なるエッチングの際の条件において実質的には１７０ｓ
ｃｃｍ以下が好ましく，実質的には１２０ｓｃｃｍ以下
がより好ましい。但し，Ｎ２を少なくしすぎるとエッチ
ングストップが発生するので少なくとも５０ｓｃｃｍ以
上は必要である。以上により，好適なＮ２の流量は，実
質的には５０ｓｃｃｍ以上１７０ｓｃｃｍ以下であるこ
とが好ましく，さらに実質的には８０ｓｃｃｍ以上１２
０ｓｃｃｍ以下であることがより好ましい。
的にはシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜の選択
比は２０．０以上となるような範囲が好ましく，さらに
３０．０以上となる範囲がより好ましい。具体的なＮ２
の流量としては，グラフｙ３によれば，上記のベースと
なるエッチングの際の条件において実質的には１７０ｓ
ｃｃｍ以下が好ましく，実質的には１２０ｓｃｃｍ以下
がより好ましい。但し，Ｎ２を少なくしすぎるとエッチ
ングストップが発生するので少なくとも５０ｓｃｃｍ以
上は必要である。以上により，好適なＮ２の流量は，実
質的には５０ｓｃｃｍ以上１７０ｓｃｃｍ以下であるこ
とが好ましく，さらに実質的には８０ｓｃｃｍ以上１２
０ｓｃｃｍ以下であることがより好ましい。
【００３７】これらを流量比に換算すると，例えばＣ４
Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比は５０／１
６以上１７０／１６以下（すなわち２５／８以上８５／
８以下）が好ましく，さらに８０／１６以上１２０／１
６以下（すなわち１０／２以上１５／２以下）がより好
ましい。また，エッチングガスであるＣ４Ｆ６のガス流
量に対するデポ除去ガスであるＮ２とＯ２をあわせたガ
ス流量の比は６０／１６以上１８０／１６以下（１５／
４以上４５／４以下）が好ましく，さらに９０／１６以
上１３０／１６以下（４５／８以上６５／８以下）がよ
り好ましい。また，デポ除去ガスとしてＯ２のガス流量
に対するＮ２のガス流量の比は５０／１０以上１７０／
１０以下（５以上１７以下）が好ましく，さらに８０／
１０以上１２０／１０（８以上１２以下）以下がより好
ましい。
Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比は５０／１
６以上１７０／１６以下（すなわち２５／８以上８５／
８以下）が好ましく，さらに８０／１６以上１２０／１
６以下（すなわち１０／２以上１５／２以下）がより好
ましい。また，エッチングガスであるＣ４Ｆ６のガス流
量に対するデポ除去ガスであるＮ２とＯ２をあわせたガ
ス流量の比は６０／１６以上１８０／１６以下（１５／
４以上４５／４以下）が好ましく，さらに９０／１６以
上１３０／１６以下（４５／８以上６５／８以下）がよ
り好ましい。また，デポ除去ガスとしてＯ２のガス流量
に対するＮ２のガス流量の比は５０／１０以上１７０／
１０以下（５以上１７以下）が好ましく，さらに８０／
１０以上１２０／１０（８以上１２以下）以下がより好
ましい。
【００３８】このような原理に基づいて，上記の好適な
エッチングの条件により図２（ａ）に示す膜構造に対し
てプラズマエッチングを行うと，図２（ｂ）に示すよう
にゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４まで
エッチングされることを極力抑えつつ，ゲート２０２間
に自己整合的にコンタクトホール２１０を形成すること
ができる。
エッチングの条件により図２（ａ）に示す膜構造に対し
てプラズマエッチングを行うと，図２（ｂ）に示すよう
にゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４まで
エッチングされることを極力抑えつつ，ゲート２０２間
に自己整合的にコンタクトホール２１０を形成すること
ができる。
【００３９】ここで，本実施の形態におけるエッチング
方法による実験結果と比較するために，従来のエッチン
グ方法による実験結果を示す。この場合のエッチングの
際の条件は，上部電極１２２に印加する高周波電力を６
０ＭＨｚで１５００Ｗ，下部電極１０６に印加する高周
波電力（バイアス電力）を２ＭＨｚで１３００Ｗ，Ｃ ５
Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ｃ５Ｆ８のガス流量／
Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）は１６ｓｃｃｍ／８
００ｓｃｃｍ／１８ｓｃｃｍとし，処理室１０４内の設
定温度については下部電極を４０℃，上部電極を６０
℃，側壁部を５０℃とする。バックプレッシャーガス
（Ｈｅガス）としてのウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタ
が５Ｔｏｒｒでエッジが１０Ｔｏｒｒとする。
方法による実験結果と比較するために，従来のエッチン
グ方法による実験結果を示す。この場合のエッチングの
際の条件は，上部電極１２２に印加する高周波電力を６
０ＭＨｚで１５００Ｗ，下部電極１０６に印加する高周
波電力（バイアス電力）を２ＭＨｚで１３００Ｗ，Ｃ ５
Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ｃ５Ｆ８のガス流量／
Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）は１６ｓｃｃｍ／８
００ｓｃｃｍ／１８ｓｃｃｍとし，処理室１０４内の設
定温度については下部電極を４０℃，上部電極を６０
℃，側壁部を５０℃とする。バックプレッシャーガス
（Ｈｅガス）としてのウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタ
が５Ｔｏｒｒでエッジが１０Ｔｏｒｒとする。
【００４０】このような従来の条件で図２（ａ）に示す
ような膜構造に対してプラズマエッチングを行うと，次
のような実験結果が得られた。なお，以下の実験結果
は，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端
部付近で測定した平均値である。シリコン酸化膜のエッ
チング速度は５００ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン
窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは８
ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２
０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリ
コン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部
（角部）のエッチング速度）は２０．０となった。フォ
トレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸
化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング
速度／フォトレジスト層の肩部（角部）のエッチング速
度）は６．０となった。
ような膜構造に対してプラズマエッチングを行うと，次
のような実験結果が得られた。なお，以下の実験結果
は，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端
部付近で測定した平均値である。シリコン酸化膜のエッ
チング速度は５００ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン
窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは８
ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２
０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリ
コン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部
（角部）のエッチング速度）は２０．０となった。フォ
トレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸
化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング
速度／フォトレジスト層の肩部（角部）のエッチング速
度）は６．０となった。
【００４１】本実施形態の実験結果と従来の実験結果を
見てもわかるように，本実施の形態のように処理ガスに
Ｎ２を加えその流量比を上記の好適な値に選ぶことによ
り，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜層で
あるシリコン酸化膜層２０６のエッチング速度を大きく
することができ，しかもゲート２０２の保護膜層である
シリコン窒化膜層２０４に対するシリコン酸化膜層２０
６のエッチング選択比をより高くすることができる。こ
のため，ゲート２０２の保護膜層であるシリコン窒化膜
層２０４までエッチングされることを極力抑えることが
でき，より高アスペクト比のコンタクトホール２１０を
形成することができる。
見てもわかるように，本実施の形態のように処理ガスに
Ｎ２を加えその流量比を上記の好適な値に選ぶことによ
り，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜層で
あるシリコン酸化膜層２０６のエッチング速度を大きく
することができ，しかもゲート２０２の保護膜層である
シリコン窒化膜層２０４に対するシリコン酸化膜層２０
６のエッチング選択比をより高くすることができる。こ
のため，ゲート２０２の保護膜層であるシリコン窒化膜
層２０４までエッチングされることを極力抑えることが
でき，より高アスペクト比のコンタクトホール２１０を
形成することができる。
【００４２】以上，添付図面を参照しながら本発明に係
る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例
に限定されないことは言うまでもない。当業者であれ
ぱ，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種
の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであ
り，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属す
るものと了解される。
る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例
に限定されないことは言うまでもない。当業者であれ
ぱ，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種
の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであ
り，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属す
るものと了解される。
【００４３】例えば，上記実施の形態ではシリコン含有
酸化膜は，絶縁膜層としてのシリコン酸化膜層２０６と
した場合について説明したが，シリコン酸化膜のみなら
ず炭素添加ケイ酸（ＳｉＯＣ）膜，水素添加ケイ酸（Ｓ
ｉＯＨ）膜，フッ素添加ケイ酸（ＳｉＯＦ）膜などの無
機低誘電率膜としてもよい。なお，上記シリコン酸化膜
は，ＢＰＳＧ（ボロンとリンのシリケートグラス）や，
ＰＳＧ（リンのシリケートグラス）や，ＴＥＯＳ（テト
ラエトキシオルトシラン）や，Ｔｈ−ＯＸ（サーマルオ
キサイド）や，ＳＯＧ（スピオングラス）などから構成
してもよい。また，上記実施の形態では処理ガスに含ま
せるフルオロカーボン系ガスとして，Ｃ４Ｆ６ガスを使
用した場合について説明したが，その他Ｃ５Ｆ８ガスな
どのフルオロカーボン系ガスを使用してもよい。
酸化膜は，絶縁膜層としてのシリコン酸化膜層２０６と
した場合について説明したが，シリコン酸化膜のみなら
ず炭素添加ケイ酸（ＳｉＯＣ）膜，水素添加ケイ酸（Ｓ
ｉＯＨ）膜，フッ素添加ケイ酸（ＳｉＯＦ）膜などの無
機低誘電率膜としてもよい。なお，上記シリコン酸化膜
は，ＢＰＳＧ（ボロンとリンのシリケートグラス）や，
ＰＳＧ（リンのシリケートグラス）や，ＴＥＯＳ（テト
ラエトキシオルトシラン）や，Ｔｈ−ＯＸ（サーマルオ
キサイド）や，ＳＯＧ（スピオングラス）などから構成
してもよい。また，上記実施の形態では処理ガスに含ま
せるフルオロカーボン系ガスとして，Ｃ４Ｆ６ガスを使
用した場合について説明したが，その他Ｃ５Ｆ８ガスな
どのフルオロカーボン系ガスを使用してもよい。
【００４４】また，上記実施の形態においては，エッチ
ング装置として，上部電極に６０Ｈｚの高周波電力を印
加し，下部電極に２ＭＨｚの高周波電力を印加する装置
を使用した場合について説明したが，必ずしもこれに限
定されるものではなく，エッチング装置として上部電極
のみ又は下部電極のみに高周波電力を印加するものや，
これらにさらに磁場も形成するものを使用してもよい。
この場合，上記実施の形態におけるような上部電極に６
０Ｈｚの高周波電力を印加し，下部電極に２ＭＨｚの高
周波電力を印加する装置を使用した場合には，特に上部
電極に印加する高周波電力がプラズマ密度を制御し，下
部電極に印加する高周波電力でイオンエネルギを制御す
ることができるので，例えばエッチングの選択性に影響
する反応生成物（デポ，堆積物）の付着・除去等を制御
可能となるため，最も好ましい。さらに，エッチング装
置としては，ＥＣＲプラズマエッチング装置，ヘリコン
波プラズマエッチング装置、ＴＣＰ型プラズマエッチン
グ装置、誘導結合型プラズマエッチング装置等を使用し
てもよい。
ング装置として，上部電極に６０Ｈｚの高周波電力を印
加し，下部電極に２ＭＨｚの高周波電力を印加する装置
を使用した場合について説明したが，必ずしもこれに限
定されるものではなく，エッチング装置として上部電極
のみ又は下部電極のみに高周波電力を印加するものや，
これらにさらに磁場も形成するものを使用してもよい。
この場合，上記実施の形態におけるような上部電極に６
０Ｈｚの高周波電力を印加し，下部電極に２ＭＨｚの高
周波電力を印加する装置を使用した場合には，特に上部
電極に印加する高周波電力がプラズマ密度を制御し，下
部電極に印加する高周波電力でイオンエネルギを制御す
ることができるので，例えばエッチングの選択性に影響
する反応生成物（デポ，堆積物）の付着・除去等を制御
可能となるため，最も好ましい。さらに，エッチング装
置としては，ＥＣＲプラズマエッチング装置，ヘリコン
波プラズマエッチング装置、ＴＣＰ型プラズマエッチン
グ装置、誘導結合型プラズマエッチング装置等を使用し
てもよい。
【００４５】
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば，処
理ガスにＮ２を加え，その流量比を好適な値に選ぶこと
により，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜
層であるシリコン酸化膜層のエッチング速度を大きくす
ることができ，しかもゲートの保護膜層であるシリコン
窒化膜層に対するシリコン酸化膜層のエッチング選択比
を高くすることができる。このため，ゲートの保護膜層
であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極力
抑えることができ，高アスペクト比のコンタクトホール
を制御性よく安定的に形成することができる。
理ガスにＮ２を加え，その流量比を好適な値に選ぶこと
により，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜
層であるシリコン酸化膜層のエッチング速度を大きくす
ることができ，しかもゲートの保護膜層であるシリコン
窒化膜層に対するシリコン酸化膜層のエッチング選択比
を高くすることができる。このため，ゲートの保護膜層
であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極力
抑えることができ，高アスペクト比のコンタクトホール
を制御性よく安定的に形成することができる。
【図１】本発明の実施の形態におけるエッチング方法を
適用可能なエッチング装置の概略構成図である。
適用可能なエッチング装置の概略構成図である。
【図２】同実施の形態におけるエッチング方法の工程図
である。
である。
【図３】同実施の形態におけるシリコン酸化膜をエッチ
ングした場合の実験結果を示す図。
ングした場合の実験結果を示す図。
【図４】従来のエッチング方法を説明する図。
１００…エッチング装置
１０２…処理容器
１０４…処理室
１０６…下部電極
１０８…高圧電流電源
１１０…静電チャック
１１２…フォーカスリング
１１８…整合器
１１９…整合器
１２０…高周波電源
１２１…高周波電源
１２２…上部電極
１２２ａ…ガス供給孔
１２３…絶縁体
１２４…ガス供給管
１２６ａ〜１２６ｄ…ガス供給系
１３２ａ〜１３２ｄ…開閉バルブ
１３４ａ〜１３４ｄ…流量調整バルブ
１３６ａ〜１３６ｄ…ガス供給源
１５０…排気管
２００…シリコン基板
２０２…ゲート
２０４…シリコン窒化膜層
２０６…シリコン酸化膜層
２０８…フォトレジスト層
２１０…コンタクトホール
Ｗ…ウェハ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5F004 AA02 AA12 BA04 BA09 BB11
BB18 BB22 BB25 BB28 BC03
BD03 CA03 CA09 DA00 DA22
DA23 DA25 DA26 DB03 EA23
EB01
Claims (11)
- 【請求項１】 気密な処理室内に処理ガスを導入して，
シリコン含有酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的に
エッチングする方法において，前記処理ガスは，少なく
ともフルオロカーボン系ガスと第１の堆積物除去ガスと
第１の堆積物除去ガスより堆積物除去作用の小さい第２
の堆積物除去ガスとを含む混合ガスを使用することを特
徴とするエッチング方法。 - 【請求項２】 前記フルオロカーボン系ガスの流量に対
する前記第１の堆積物除去ガスの流量と前記第２の堆積
物除去ガスの流量との合計流量の比，及び前記フルオロ
カーボン系ガスの流量に対する前記第２の堆積物除去ガ
スの流量の比により，前記シリコン窒化膜に対する前記
シリコン含有酸化膜のエッチング選択比を所定の値に設
定することを特徴とする請求項１に記載のエッチング方
法。 - 【請求項３】 前記シリコン含有酸化膜は，シリコン酸
化膜であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記
載のエッチング方法。 - 【請求項４】 前記フルオロカーボン系ガスはＣ４Ｆ６
ガスとし，前記第１の堆積物除去ガスは酸素ガスとし，
前記第２の堆積物除去ガスは窒素ガスとしたことを特徴
とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエッチ
ング方法。 - 【請求項５】 前記処理ガスは，不活性ガスを含むこと
を特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の
エッチング方法。 - 【請求項６】 前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガス流
量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５／８
以下であって，かつＣ４Ｆ６のガス流量に対するＯ２と
Ｎ２とを合わせたガス流量の比が１５／４以上４５／４
以下であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記
載のエッチング方法。 - 【請求項７】 前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガス流
量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５／８
以下であって，かつＯ２のガス流量に対するＮ２のガス
流量の比が５以上１７以下であることを特徴とする請求
項４又は請求項５に記載のエッチング方法。 - 【請求項８】 処理室内に互いに対向する上部電極と下
部電極を設け，上部電極に第１の高周波電力を印加し，
下部電極に第１の高周波電力よりも低い第２の高周波電
力を印加することを特徴とする請求項１から請求項７の
いずれかに記載のエッチング方法。 - 【請求項９】 前記第１の高周波電力の周波数を６０Ｍ
Ｈｚとし，前記第２の高周波電力の周波数を２ＭＨｚと
したことを特徴とする請求項８に記載のエッチング方
法。 - 【請求項１０】 前記シリコン窒化膜を下地にした前記
シリコン酸化膜に対してエッチングする請求項３から請
求項９のいずれかに記載のエッチング方法。 - 【請求項１１】 前記エッチングは，セルフアラインコ
ンタクト工程において行うことを特徴とする請求項１０
に記載のエッチング方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002066343A JP4153708B2 (ja) | 2002-03-12 | 2002-03-12 | エッチング方法 |
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| PCT/JP2003/002870 WO2003077301A1 (fr) | 2002-03-12 | 2003-03-11 | Procede de gravure et appareil de gravure |
| AU2003211593A AU2003211593A1 (en) | 2002-03-12 | 2003-03-11 | Method of etching and etching apparatus |
| US10/938,789 US20050042876A1 (en) | 2002-03-12 | 2004-09-13 | Method of etching and etching apparatus |
| US11/780,797 US7943524B2 (en) | 2002-03-12 | 2007-07-20 | Method of etching and etching apparatus |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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Family
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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| AU (1) | AU2003211593A1 (ja) |
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| WO (1) | WO2003077301A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| KR101276258B1 (ko) * | 2011-11-21 | 2013-06-20 | 피에스케이 주식회사 | 반도체 제조 장치 및 반도체 제조 방법 |
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| US9343289B2 (en) | 2012-07-27 | 2016-05-17 | Applied Materials, Inc. | Chemistry compatible coating material for advanced device on-wafer particle performance |
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| US9748366B2 (en) | 2013-10-03 | 2017-08-29 | Applied Materials, Inc. | Etching oxide-nitride stacks using C4F6H2 |
| JP6578145B2 (ja) * | 2015-07-07 | 2019-09-18 | 東京エレクトロン株式会社 | エッチング方法 |
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|---|---|---|---|---|
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2002
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