JP2004327507A

JP2004327507A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004327507A
Application number: JP2003116412A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Miyajima; 弘樹宮島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】レジストとの高選択性を確保しつつ、ネッキング、ボーイング形状を低減したコンタクトホールを形成できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】層間絶縁膜１２上にホールパターンを有するレジスト膜１３を形成する工程と、半導体基板１１を所定の温度に保持しつつ、レジスト膜１３をマスクとして層間絶縁膜１２を所定深さまでエッチングする第１のエッチング工程と、半導体基板１１を第１のエッチング工程よりも低い所定の温度に保持しつつ、所定深さまでエッチングされた層間絶縁膜１２をエッチングする第２のエッチング工程とを行なう。ネッキング、ボーイングが生じ易いコンタクト上部をエッチングするエッチング初期に、レジスト膜１３表面などに過剰な堆積物が生じないエッチング条件を設定して第１のエッチング工程を行い、続いてレジスト膜１３上に堆積膜が選択的に生じるエッチング条件を設定して第２のエッチング工程を行う。
【選択図】図１

Description

【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、特にドライエッチングによって層間絶縁膜に微細な接続用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】
近年の半導体装置の急速な高集積化、素子パターンの微細化に伴って、最小加工寸法も急速に縮小化してきている。たとえば、素子パターンの微細化に伴って、各半導体領域に対してコンタクトを形成するために層間絶縁膜に形成するコンタクトホールあるいはスルーホール（ビアホール）等の接続用ホールの径が微細化されてきている。そのために、フォトリソグラフィ技術において、微細パターンをマスクどおりに転写するために、フォトレジストの薄膜化が必要となっている。また、ドライエッチング技術において、高アスペクト比の微細コンタクトホール加工を行うために、フォトレジストとの高選択比化が必要となっている。
【０００３】
コンタクトホール等のドライエッチングは通常、反応生成物を堆積する堆積性エッチングガスであるＣＦ（フルオロカーボン）系ガス、ＣＦ系ガスを希釈する希釈ガスとしてのＡｒなどの希ガス、過剰な堆積物を除去するための酸素含有ガスを混合したガス系で行っている。層間絶縁膜とレジストとの選択比を高めるためには、エッチング中にレジスト膜上に厚く堆積膜を付着させてレジスト膜をエッチングから保護すべく、ＣＦ系ガスの流量を増加させる、あるいは酸素流量を減少させる方法が一般的である。
【０００４】
図８（ａ）は、高アスペクト比の微細コンタクトホールを形成するにあたり、上記したようなレジストとの選択比が高い条件に設定して、一定の条件でドライエッチングを行った時のコンタクトホールの加工形状を示す。１１は半導体基板（ウエハ）、１２は層間絶縁膜、１３はレジスト膜、１４はコンタクトホールである。
【０００５】
レジスト膜１３は必要な残膜を確保できているが、コンタクトホール１４に臨んだ層間絶縁膜１２の上部に過剰な堆積物が堆積して、コンタクトホール１４の上部で穴径が狭く、それより少し下方（符号１４ａで示す位置）で穴径が広い形状、すなわち、層間絶縁膜１２を基準とするとネッキング形状、コンタクトホール１４を基準とするとボーイング形状となっている。
【０００６】
このような形状では、相対的にコンタクトホール１４の底面が設計値よりも狭くなり、コンタクト抵抗が高くなる。また、コンタクトホール１４内に多結晶シリコンやタングステン等の電気伝導体を充填する際に隙間ができやすく、それによってもコンタクト抵抗が高くなり、半導体デバイス不良の原因となる。図示したよりもさらに形状が悪くなって、コンタクトホール１４が底面近くで非常に狭くなった時には、エッチングが途中で進行しなくなる「エッチングストップ」が生じることもある。
【０００７】
このような問題を避けるには、レジストとの選択比が低い条件に設定してドライエッチングを行えばよいのであるが、その場合の加工形状は図８（ｂ）に示すものとなる。つまり、コンタクトホール１４はボーイング形状にはならないものの、堆積物が少ないためレジスト膜１３が十分に保護されずにエッチングされてしまって、残膜が不足となり、コンタクトホール１４の上部の寸法が設計値以上に拡大する。このような形状では、コンタクトホール１４内に電気伝導体を充填した際に、隣接コンタクトとショートを引き起こしてしまう恐れがある。
【０００８】
エッチングストップを起こさず、かつレジスト選択比の低下しないコンタクトホールのエッチング方法としては、エッチングの初期段階で堆積性ガスであるＣＦ系ガスの流量を相対的に低くして堆積性の弱い条件でエッチングし、途中からＣＦ系ガスの流量を相対的に高くして堆積性の強い条件でエッチングするという、コンタクトホールを２段階のエッチングで開口する技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−１１０６４７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載された方法は、上記したようにウエハ上に堆積する反応生成物たるポリマーの堆積量に係るＣＦ系ガスの流量を２段階に変えてエッチングする方法であるが、アスペクト比が増加するにつれ（アスペクト比２０程度）、コンタクトホールの形成が難しくなる。
【００１１】
すなわち、エッチングの後半で堆積性の強い条件に切り替えるため、コンタクトホール１４の上部に堆積物が厚く堆積し、開口が塞がれてしまったりする。また、微少径のコンタクトホールとともに径の大きいコンタクトホールを同時に開口する場合に、径の大きいコンタクトホールの底面の中央部に堆積物が多量に堆積して、開口不良となることがある。
【００１２】
本発明は上記問題点をかえりみてなされたものであり、その目的は、レジストとの高選択性を確保しつつ、ネッキング、ボーイング形状を低減したコンタクトホールの加工を実現できる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された絶縁膜にエッチングガスを用いて微細な接続用ホールを形成する際に、前記絶縁膜上にホールパターンを有するレジスト膜を形成する工程と、前記半導体基板を所定の温度に保持しつつ、前記レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチング工程と、前記半導体基板を前記第１のエッチング工程よりも低い所定の温度に保持しつつ、前記所定深さまでエッチングされた絶縁膜をエッチングする第２のエッチング工程とを行なうことを特徴とする。
【００１４】
半導体基板の温度の保持は、この半導体基板がエッチング処理室内でその上に設置される電極の温度を制御するか、または、この半導体基板の裏面を冷却する冷却用ヘリウムの圧力を制御することによって行うことができる。
【００１５】
また本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に形成された絶縁膜にエッチングガスを用いて微細な接続用ホールを形成する際に、前記絶縁膜上にホールパターンを有するレジスト膜を形成する工程と、前記エッチングガス中の希ガスを所定の流量に設定して、前記レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチング工程と、前記希ガスの流量を前記第１のエッチング工程よりも大きく設定して、前記所定深さまでエッチングされた絶縁膜をエッチングする第２のエッチング工程とを行なうことを特徴とする。
【００１６】
上記した半導体装置の製造方法においてそれぞれ、エッチングガスとして、ＣＦ系ガス、希ガスおよび酸素を含むガスからなる混合ガスを用いることができる。希ガスとしてＡｒ等、酸素を含むガスとしてＯ_２、ＣＯ等を使用できる。
上記した半導体装置の製造方法においてそれぞれ、第１のエッチング工程で、絶縁膜をその膜厚の１／５〜１／３の深さまで、つまり従来の接続用ホールエッチングでボーイングが発生していた深さまで、エッチングするのが望ましい。
【００１７】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、半導体基板（以下、ウエハとも言う）１１上に層間絶縁膜１２としてシリコン酸化膜を成膜し、その上にフォトリソグラフィー技術によりホールパターンを有したレジスト膜１３を形成する。
【００１９】
次に、図１（ｂ）に示すように、レジスト膜１３をマスクとして、層間絶縁膜１２をその膜厚の１／５〜１／３の深さまでドライエッチングする（第１段階のドライエッチング）。
【００２０】
その際のエッチング条件としては、エッチングによる反応堆積物がコンタクト上部に過剰に生じないように、半導体基板１１が所定の温度に保持される温度制御とする。この半導体基板１１の温度は、半導体基板１１が保持されている静電チャックを支持している下部電極サセプタ温度により設定する。
【００２１】
この第１段階は、例えば平行平板型プラズマエッチング装置を用いる場合、以下のエッチング条件とする。
圧力：３Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２：１５／８００／２０ｓｃｃｍ
電極間距離：２０ｍｍ
下部電極温度設定：４０℃
ウエハ裏面を冷却する冷却Ｈｅの圧力：３０ｈＰａ
エッチング時間：２０ｓｅｃ
その後に、図１（ｃ）に示すように、レジスト膜１３をマスクとしてさらに層間絶縁膜１２をドライエッチングし、コンタクトホール１４を完成させる（第２段階のドライエッチング）。
【００２２】
この第２段階では、エッチングによる反応堆積物がレジスト膜１３上に選択的に生じるように、第１段階のドライエッチング条件よりも半導体基板１１が低温になる温度制御とする。
【００２３】
例えば平行平板型プラズマエッチング装置を用いる場合、以下のエッチング条件とする。
圧力：３Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２：１５／８００／２０ｓｃｃｍ
電極間距離：２０ｍｍ
下部電極温度：２０℃
基板裏面を冷却するＨｅの圧力：３０ｈＰａ
エッチング時間：１２０ｓｅｃ
以上のようにして、エッチング途中でウエハ温度を切り替える２段階エッチングを行なうことにより、高アスペクト比（アスペクト比約２０までの）コンタクトホールを、ボーイングを低減した形状にて形成することができた（図１（ｃ）参照）。このようにして形成できるコンタクトホールに寸法上の制限は特にないが、たとえば径８０〜２００ｎｍ、深さ０．６〜２．５μｍのコンタクトホールで良結果が確認されている。
【００２４】
図２（ａ）に、従来より使用されている平行平板型ドライエッチング装置の概略構成を示す。図中、１は処理室、２は下部電極サセプタ、３は上部電極、４は高周波電源、５はブロッキングコンデンサを備えた整合回路、６はポンプを備えた真空排気系、７はボンベ，マスフローコントローラ等を備えたエッチングガス供給系である。
【００２５】
この種のドライエッチング装置では、図２（ｂ）に示すように、半導体基板１１は下部電極サセプタ２上の静電チャック８によりクーロン力によって静電吸着され支持される。下部電極サセプタ２は内部に冷媒（図示せず）が循環されている。静電チャック８，下部電極サセプタ２に、静電チャック８の表面に開口するガス通路９が形成され、このガス通路９にＨｅのような冷却効率の大きい冷却ガスを供給する冷却ガス供給系１０が処理室１外に設けられている。
【００２６】
そしてそれにより、下部電極サセプタ２上の静電チャック８の表面に設置された半導体基板１１の裏面に、下部電極サセプタ２の温度が冷却ガスによって伝達され、プラズマによって昇温した半導体基板１１が冷却されるようになっている。つまり半導体基板１１の温度の制御は、下部電極サセプタ２の温度、すなわち下部電極サセプタ２を冷却する冷媒の温度を設定することで行なわれる。
【００２７】
図３に、ウエハ温度低温、ウエハ温度高温の条件下でエッチング中に定常的に堆積する堆積膜の付着状態を示す。
図３（ａ）に示すように、ウエハ温度が低温の場合、ＣＦ系の堆積膜１５はコンタクトホール１４の上部及びレジスト膜１３上に厚く堆積する。
【００２８】
これは、ウエハ温度を低温にするとＣＦ系堆積性ラジカルの吸着確率が増加するため、エッチング初期に、したがってコンタクトホール１４の上部及びレジスト膜１３上に堆積膜１５が厚く堆積し、それにより堆積性ラジカルが消費される結果、コンタクトホール１４の下部で堆積性ラジカルの供給量が少なくなり、堆積膜１５は薄く堆積するのみとなるからである。
【００２９】
したがってこの温度条件（低温）では、層間絶縁膜１２とレジスト膜１３の選択比を高くできる。しかし、コンタクトホール１４の上部及びレジスト膜１３上での堆積膜１５があまりに過剰に堆積すると、堆積膜１５が薄くなり始めるコンタクト深さ位置１４ａで穴径が広がるボーイング形状が生じる。
【００３０】
図３（ｂ）に示すように、ウエハ温度が高温の場合、ＣＦ系の堆積膜１５はコンタクトホール１４の上部及びレジスト膜１３上に薄く堆積するだけになる。
これは、ウエハ温度を高温にするとＣＦ系堆積性ラジカルの吸着確率が低下するため、エッチング初期に、したがってコンタクトホール１４の上部及びレジスト膜１３上に堆積膜１５が薄く堆積するからである。その際の堆積性ラジカルの消費量が少なくなる結果、コンタクトホール１４の下部で堆積性ラジカルが多く供給され、堆積膜１５は厚く堆積する。
【００３１】
したがってこの温度条件（高温）では、コンタクトホール１４の上部でのボーイングを抑制することはできるが、レジスト選択比は低くなる。
図４に、コンタクトホールのエッチング寸法の下部電極温度依存性を示す。
【００３２】
半導体基板が設置される下部電極サセプタの温度を一定温度（０℃、２０℃、４０℃）に設定し、かつ、最初から最後までエッチング条件を変えずに、レジスト膜をマスクとして層間絶縁膜をエッチングした実験結果である。
【００３３】
図４（ａ）に示すように、ボーイング位置でのコンタクト寸法（直径）は、下部電極温度を低温に制御する方が大きくなる。
これは、先に図３を用いて説明したように、ボーイング位置より上方では堆積膜が厚いためエッチングガス中のエッチング成分が消費されず、ボーイング位置より下方では堆積膜が薄いためエッチング成分により層間絶縁膜が急激にエッチングされるためと考えられる。
【００３４】
図４（ｂ）に示すように、トップ位置でのコンタクト寸法（直径）は、下部電極温度を低温に制御する方が小さくなる。
これは、低温ではコンタクトホールの上部に堆積膜が多く形成されるため、層間絶縁膜がエッチングされにくいことが原因であると考えられる。
【００３５】
以上の実験結果からも明らかなように、レジスト膜の膜厚が厚い初期には、ボーイングを抑制するために、レジスト膜がエッチングされてしまいやすい難点はあってもウエハ温度高温としてエッチングを行い（第１段階）、その後にレジスト選択比を高くしてレジスト消費を抑制するために、ウエハ温度低温としてエッチングを行なう（第２段階）ことで、結果として、ボーイングを抑制し、かつレジスト選択比低下によるレジスト消費、コンタクトトップ径の拡大の少ないコンタクト形成を実現することができる。
【００３６】
上記した実施の形態では、ウエハ温度は、ウエハが保持されている静電チャックを支持した下部電極サセプタ温度を設定することにより制御したが、これに代えて、静電チャックの表面に開口したガス通路を通じてウエハ裏面に供給する冷却ガスの圧力を適宜に設定することでウエハ温度を制御するようにしてもよく、その方が簡便である。冷却ガスの圧力を低くすれば、下部電極サセプタからの温度伝達効率が低下するためウエハは冷却されにくくなり、エッチング中のプラズマによってウエハは高温になる。逆に冷却ガスの圧力を高くすればウエハは低温になる。
【００３７】
図５に、コンタクトホールのエッチング寸法のＨｅ冷却圧力依存性を示す。
ウエハ裏面に供給するＨｅ冷却ガス圧力を一定圧力（５ｈＰａ、１７．５ｈＰａ，３０ｈＰａ）に設定し、かつ、最初から最後までエッチング条件を変えずに、レジスト膜をマスクとして、層間絶縁膜をエッチングした実験結果である。単一条件でのエッチングであるためボーイングが生じた。
【００３８】
図５（ａ）に示すように、ボーイング位置でのコンタクト寸法（直径）は、Ｈｅ冷却圧力を低圧に設定する方が小さくなる。
これは、Ｈｅ冷却圧力が低圧であれば、ウエハを冷却する能力が小さく、ウエハ温度が高い状態でエッチングすることになるからである。
【００３９】
図５（ｂ）に示すように、コンタクトトップ寸法（直径）は、Ｈｅ冷却圧力を高圧に設定する方が小さくなる。
これは、Ｈｅ冷却圧力が高圧であれば、ウエハを冷却する能力が大きく、ウエハ温度が低い状態でエッチングすることになり、レジスト選択比が高くなり、層間絶縁膜のエッチングが抑制されるからである。
【００４０】
以上の実験結果からも明らかなように、レジストの膜厚が厚い初期には、Ｈｅ冷却圧力を低圧に設定して、ウエハ温度を高温に制御し、コンタクト上部のボーイングを抑制したエッチングを行なう（第１段階）。その後に、Ｈｅ冷却圧力を高圧に設定して、ウエハ温度を低温に制御し、レジスト選択比の高い条件でエッチングする（第２段階）。Ｈｅ冷却圧力を高圧に切り替えた時点では、エッチングすべき層間絶縁膜の膜厚はかなり減少しているので、エッチングに要する残り時間は短くてよく、ボーイングを抑制しながらコンタクトを形成できる。これらの結果、ボーイングを抑制し、かつレジスト選択比低下によるレジスト消費、コンタクトトップ径の拡大の少ないコンタクト形成を実現することができる。
【００４１】
例えば平行平板型プラズマエッチング装置を用いる場合、以下のエッチング条件とする。
（第１段階）
圧力：３Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２：１５／８００／２０ｓｃｃｍ
電極間距離：２０ｍｍ
下部電極温度：２０℃（実際のウエハ温度は約４０℃以上）
ウエハ裏面を冷却する冷却Ｈｅ圧力：５ｈＰａ
エッチング時間：２０ｓｅｃ
（第２段階）
圧力：３Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２：１５／８００／２０ｓｃｃｍ
電極間距離：２０ｍｍ
下部電極温度：２０℃（実際のウエハ温度は約４０℃以下）
ウエハ裏面を冷却する冷却Ｈｅ圧力：３０ｈＰａ
エッチング時間：１２０ｓｅｃ
（第２の実施形態）
図６は、本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造方法を示す工程断面図である。
【００４２】
まず、図６（ａ）に示すように、半導体基板（ウエハ）１１上に層間絶縁膜１２としてシリコン酸化膜を成膜し、その上にフォトリソグラフィー技術によりホールパターンを有したレジスト膜１３を形成する。
【００４３】
次に、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜１３をマスクとして、ＣＦ系のガスとＡｒと酸素を含んだ混合ガスで、層間絶縁膜１２をその膜厚の１／５〜１／３の深さまでドライエッチングする（第１段階のドライエッチング）。
【００４４】
この第１段階では、Ａｒ流量を所定の低流量に設定してエッチングを行う。このことにより、コンタクトホール１４の上部に過剰な堆積物が生じ難く、コンタクトホール１４の上部から１／５〜１／３の深さに生じやすいボーイングの発生を抑制できる。
【００４５】
例えば平行平板型プラズマエッチング装置を用いる場合、以下のエッチング条件とする。
圧力：３Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２：１５／６００／２０ｓｃｃｍ
電極間距離：２０ｍｍ
下部電極温度：２０℃
ウエハ裏面を冷却する冷却Ｈｅ圧力：３０ｈＰａ
エッチング時間：２０ｓｅｃ
反応室におけるエッチングガスの滞在時間はＡｒ流量で支配される。Ａｒ流量を低流量に設定することで、ＣＦ系ガスのプラズマ中での滞在時間を長くして、ＣＦ系ガスを十分に解離させ、エッチングに寄与するＦラジカルを増加させることができる。その結果、コンタクトホールの上部に堆積する過剰な堆積物を除去するＦの効果が大きくなり、ボーイングを抑制できると考えられる。
【００４６】
次に、図６（ｃ）に示すように、Ａｒ流量のみを増加させて、レジスト膜１３をマスクとして、層間絶縁膜１２をドライエッチングし、コンタクトホール１４を完成させる（第２段階のドライエッチング）。
【００４７】
例えば平行平板型プラズマエッチング装置を用いる場合、以下のエッチング条件とする。
圧力：３Ｐａ
ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：１５００Ｗ
Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２：１５／８００／２０ｓｃｃｍ
電極間距離：２０ｍｍ
下部電極温度：２０℃
基板裏面を冷却する冷却Ｈｅの圧力：３０ｈＰａ
エッチング時間：１２０ｓｅｃ
この第２段階では、Ａｒ流量を増加させたので、エッチングガスの反応室滞在時間が短くなり、Ｆラジカルが減少する。その結果、コンタクトホール１４の上部およびレジスト膜１３表面に堆積物が堆積する傾向となり、上部の層間絶縁膜１２がエッチングされにくくなり、コンタクトトップ寸法が大きくなることなくコンタクトホール１４を完成できると考えられる。Ａｒ流量を切り替えた時点ではエッチングすべき層間絶縁膜１２は薄くなっているので、この条件でのエッチング時間は短く、ボーイングを生じることはない（図６（ｃ）参照）。
【００４８】
図７（ａ）に、Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２混合ガスを用いて層間絶縁膜１２をエッチングした時の、プラズマ中のＦラジカルの発光強度のＡｒ流量依存を示す。
Ａｒ流量が低流量の時にＦラジカルが多い。これは、上述したようにＡｒ流量を低流量にすることでＣＦ系ガスの解離が促進されるためである。
【００４９】
図７（ｂ）に、Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２混合ガスを用いて、Ａｒ流量以外の条件を固定して層間絶縁膜１２をエッチングした時の、ボーイング位置でのコンタクトホール寸法（直径）のＡｒ流量依存を示す。
【００５０】
Ａｒ流量が低流量の時にはＦラジカルが多く発生するが、そのＦラジカルはコンタクトホールの上部の過剰な堆積膜の除去に消費されるため、それより下方の側壁の急激なエッチング、それによるボーイングは抑制される。しかしレジスト膜上の堆積膜も除去されるため、レジスト選択比は低下することになる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように本発明では、ネッキング、ボーイングが生じやすいコンタクト上部をエッチングするエッチング初期には、レジスト膜表面などに過剰な堆積物が生じないエッチング条件を設定して第１段階のエッチングを行い、続いてレジスト膜上に堆積膜が選択的に生じるエッチング条件を設定して第２段階のエッチングを行う。たとえば、第１段階のエッチング条件としてウエハ温度を高温に設定し、第２段階のエッチング条件としてウエハ温度を低温に設定する。あるいは、第１段階のエッチング条件としてエッチングガス中のＡｒガスの流量を低流量に設定し、第２段階のエッチング条件としてエッチングガス中のＡｒガスの流量を高流量に設定する。
【００５２】
このようにすることにより、レジストとの高選択性を確保しつつ、ネッキング、ボーイング形状を低減したコンタクトホールを形成することができ、半導体装置の微細化、高集積化、高性能化、歩留り向上を図る上で極めて意義の大きいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体装置の製造方法であって、コンタクトホールエッチング工程を示す工程断面図
【図２】図１の半導体装置の製造方法で使用可能な従来よりある平行平板型ドライエッチング装置の概略構成図
【図３】ウエハ温度低温、ウエハ温度高温の条件下でエッチング中に定常的に堆積する堆積膜の付着状態を示す断面図
【図４】コンタクトホールのエッチング寸法の下部電極温度依存性を示すグラフ
【図５】コンタクトホールのエッチング寸法のＨｅ冷却圧力依存性を示すグラフ
【図６】本発明の第２の実施形態における半導体装置の製造方法であって、コンタクトホールエッチング工程を示す工程断面図
【図７】Ｃ_５Ｆ_８／Ａｒ／Ｏ_２混合ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングした時の（ａ）Ｆラジカルの発光強度のＡｒ流量依存性、（ｂ）コンタクトホールのエッチング寸法のＡｒ流量依存性をそれぞれ示すグラフ
【図８】従来のコンタクトホールエッチング方法によるエッチング形状を示す断面図
【符号の説明】
１１半導体基板
１２層間絶縁膜
１３レジスト膜
１４コンタクトホール
１５ＣＦ系の堆積膜

Claims

半導体基板上に形成された絶縁膜にエッチングガスを用いて微細な接続用ホールを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜上にホールパターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記半導体基板を所定の温度に保持しつつ、前記レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチング工程と、
前記半導体基板を前記第１のエッチング工程よりも低い所定の温度に保持しつつ、前記所定深さまでエッチングされた絶縁膜をエッチングする第２のエッチング工程とを含んだ半導体装置の製造方法。
半導体基板の温度の保持は、この半導体基板がエッチング処理室内でその上に設置される電極の温度を制御することによって行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板の温度の保持は、この半導体基板の裏面を冷却する冷却用ヘリウムの圧力を制御することによって行う請求項１記載の半導体装置の製造方法。
半導体基板上に形成された絶縁膜にエッチングガスを用いて微細な接続用ホールを形成する半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜上にホールパターンを有するレジスト膜を形成する工程と、
前記エッチングガス中の希ガスを所定の流量に設定して、前記レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチング工程と、
前記希ガスの流量を前記第１のエッチング工程よりも大きく設定して、前記所定深さまでエッチングされた絶縁膜をエッチングする第２のエッチング工程とを含んだ半導体装置の製造方法。
エッチングガスは、ＣＦ系ガス、希ガスおよび酸素を含むガスからなる混合ガスである請求項１または請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
第１のエッチング工程で絶縁膜をその膜厚の１／５〜１／３の深さまでエッチングする請求項１または請求項４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。