JP2006303263A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理の安定性を向上させる。
【解決手段】 平行平板型のプラズマエッチング装置の上部電極には、処理室内に反応ガスを供給する複数の開口部３が設けられている。各開口部３（３ａ，３ｂ）は、上部電極の電極板１ｇを構成するクーリングプレート１ｇ１とカバー電極１ｇ２とを貫通するように設けられている。このクーリングプレート１ｇ１に開口された開口部３ａの直径を、カバー電極１ｇ２に開口された開口部３ｂの直径よりも大きくした。これにより、クーリングプレート１ｇ１の開口部３ａと、カバー電極１ｇ２の開口部３ｂとの平面位置合わせずれを回避できる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体装置の製造工程で行われるプラズマ処理技術に適用して有効な技術に関するものである。

半導体装置の製造工程では、半導体装置を構成する素子や配線の微細化要求に伴い、低い処理温度のもとで処理が可能なプラズマ処理の使用が進められている。半導体装置の製造工程で用いられるプラズマ処理の一例としてプラズマエッチング処理がある。プラズマエッチング処理は、反応ガスを減圧下で放電することで、反応基（ラジカル）やイオン等のような反応種を発生させて、これを目的材料と反応させてエッチングを行う処理である。

本発明者が検討したプラズマエッチング処理に用いるエッチング装置は、例えば平行平板型のエッチング装置である。このエッチング装置は、処理室内に、互いに対向するように配置された下部電極と上部電極とを有している。下部電極上に半導体ウエハが載置される。上部電極は、クーリングプレートと、その表面（下部電極に対向する面）に設けられたカバー電極とを有している。クーリングプレートは、例えばアルミニウムのような金属からなり、カバー電極は、例えばシリコンまたはカーボンからなる。このような上部電極において下部電極と対向する面内には、複数の開口部が配置されており、この開口部を通じて処理室内に反応ガスが供給されるようになっている。開口部は、上記クーリングプレートおよびカバー電極を貫通するように形成されている。クーリングプレートに開口された開口部と、カバー電極に開口された開口部とは、その平面寸法がほぼ同じとされている。

なお、例えばプラズマエッチングまたはプラズマ成膜においてシールド板の開口部分のエッジ部分での異常放電を防止する方法として開口部分のエッジ部分にＲ加工を施して硬質アルマイト処理を施すあるいは硬質アルマイト処理の上にセラミック材のコーティングを施す技術がある（たとえば特許文献１等）。また、例えばプラズマエッチングやプラズマ成膜において、シャワープレートの開口部での噴出口の腐食を防ぎパーティクルの発生を防止するためにシャワープレートの開口部をＲ加工する技術がある（たとえば特許文献２等）。またプラズマエッチング装置の上部電極を構成するクーリングプレートの開口部の直径をカバー電極の開口部の直径よりも大きくして形成する技術がある（たとえば特許文献３、４等）。
特開２００３−６８７２４号公報（段落〔０００９〕、〔００２９〕、〔００３４〕、〔００３５〕、図１、図２） 特開２００３−１３３２３７号公報（段落〔００４１〕、図１（ｂ）） 特開２００３−３３２３１４号公報（段落〔００４３〕、図３） 再公表ＷＯ０１／０８８９７１号公報（図２）

ところが、上記プラズマ処理技術においては、以下の課題があることを本発明者は見出した。

すなわち、クーリングプレートに開口された開口部と、カバー電極に開口された開口部との平面位置がずれると開口部の通路が屈曲したような形状となり、その通路に大きな障害が形成され圧力差が生じるため、異常放電が生じプラズマの安定性が低下する問題がある。その結果、半導体装置の歩留まりや信頼性が低下する問題がある。

そこで、本発明の目的は、プラズマ処理の安定性を向上させることのできる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

すなわち、本発明は、互いに対向するように設けられた上部電極と下部電極のうちの上部電極において、下部電極に対向する面内に配置された複数の開口部を通じて処理室内に反応ガスを供給する構成を有し、上部電極は、第１電極部と、その第１面を覆い前記処理室に晒されるように取り付けられた第２電極部とを有し、前記第１電極部の前記開口部の平面寸法は、前記第２電極部の前記開口部の平面寸法よりも大きく、前記第１電極部の開口部の少なくとも前記第２電極と接する部分においては開口部端にラウンド加工が施されている上部電極の構成を有するプラズマ処理装置を用いて、半導体ウエハに対してプラズマ処理を施す工程を有するものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、プラズマ処理装置の上部電極を構成する第１電極部の開口部の平面寸法を第２電極部の平面寸法より大きくしたことにより、第１電極部の開口部と第２電極部の開口部との位置が若干ずれたとしても開口部の通路に大きな障害が形成されないので、異常放電の発生を抑制または防止でき、プラズマ処理の安定性を向上させることができる。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は可能な限り省略するようにしている。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。

図１は本実施の形態の半導体装置の製造工程におけるプラズマ処理で用いるプラズマエッチング装置（以下、エッチング装置という）の説明図、図２は図１のエッチング装置の上部電極の下部電極対向面の全体平面図、図３は図２の領域ＲＡの拡大平面図である。

このエッチング装置１は、例えば二周波励起ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置である。このエッチング装置１では、反応ガスを減圧下で放電することで、反応基（ラジカル）やイオン等のような反応種を発生させて、これを目的材料と反応させてエッチングを行うことが可能である。また、駆動周波数とバイアス周波数を分けることで、プラズマの生成及び解離と半導体ウエハ（以下、ウエハという）２に入射するイオンのエネルギーを独立に制御することが可能である。このエッチング装置１では、高アスペクト酸化膜エッチングプロセスに対応して、より低圧(〜１Ｐａ)で高密度(〜１０^１１ｃｍ^−３)なプラズマを安定生成することが可能である。

このエッチング装置１のエッチング処理室（以下、処理室という）ＥＲを形成するチャンバ１ａは、例えば円筒形状に形成されたアルミニウムからなり、その表面にはアルマイト処理（陽極酸化処理）が施されている。このチャンバ１ａは接地されている。このチャンバ１ａの底部には、セラミック等のような絶縁板を介して略円柱状のサセプタ支持台が設けられており、さらに、その上にはサセプタ１ｂが設けられている。

サセプタ１ｂは、エッチング装置１の下部電極を形成する部分である。このサセプタ１ｂには、ローパスフィルタＬＰＦおよび整合器を介して高周波電源１ｃが電気的に接続されている。この高周波電源１ｃは、例えば８００ｋＨｚまたは１〜４ＭＨｚの範囲の周波数の設定が可能となっている。１〜４ＭＨｚの範囲の周波数の電圧を印加することによりウエハ２に対してダメージを与えること無く適切なイオン作用を与えることができる。この高周波電源１ｃの周波数は、例えば１〜３ＭＨｚが好ましく、典型的には、２ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。

上記サセプタ支持台の内部には、冷却室が設けられている。この冷却室には、例えば液体窒素等のような冷媒が導入され循環され、その冷熱がサセプタ１ｂを介してウエハ２に伝導されることにより、ウエハ２の主面（上記デバイス面に相当）の温度が制御され、所望の温度に設定される。

上記サセプタ１ｂは、その上面中央が凸状の円板状に形成され、その上にウエハ２と平面形状が略同形の静電チャック１ｄが設けられている。ウエハ２は、この静電チャック１ｄの絶縁板の間に介在された電極に所定の直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって静電吸着される。上記絶縁板、サセプタ支持台、サセプタ１ｂ、さらには静電チャック１ｄには、例えばヘリウム（Ｈｅ）ガス等のような伝熱媒体をウエハ２の裏面に供給するためのガス通路（図示せず）が形成されており、その伝熱媒体を介してサセプタ１ｂの冷熱がウエハ２に伝達されウエハ２が所定の温度に維持されるようになっている。

上記サセプタ１ｂの上面周縁部には、静電チャック１ｄ上のウエハ２を取り囲むように、環状のフォーカスリング（図示せず）が配置されている。このフォーカスリングは、ウエハ２と同一材料のシリコン等からなり、ウエハ２の主面内のエッチングの均一性を向上させる機能を有している。

サセプタ１ｂの上方には、そのサセプタ１ｂと平行に対向するように上部電極１ｅが設けられている。この上部電極１ｅには、整合器およびハイパスフィルタＨＰＦを介して高周波電源１ｆが電気的に接続されている。この高周波電源１ｆは、例えば１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚまたは５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数の設定が可能となっている。５０〜１５０ＭＨｚのように高い周波数の電圧を印加することにより処理室ＥＲ内に好ましい解離状態で、かつ、高密度のプラズマを形成することができ、従来よりも低圧条件下でのプラズマエッチング処理が可能となっている。この高周波電源１ｆの周波数は、例えば５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には、６０ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。

上記上部電極１ｅは、絶縁材を介してチャンバ１ａの上部に支持されており、電極板１ｇと、これを支持する電極支持体１ｈとを有している。電極板１ｇは、クーリングプレート（第１電極部）１ｇ１と、カバー電極（第２電極部）１ｇ２とを有している。クーリングプレート１ｇ１は、実質的な電極部分であり、厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１面および第２面を有している。また、クーリングプレート１ｇ１は、プラズマにより生じた熱を放散する機能も有している。このため、クーリングプレート１ｇ１は、導電性、放熱性および機械的強度の高い、例えばアルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウムを主体とする合金により形成されている。また、後述のようにクーリングプレート１ｇ１の表面にもアルマイト処理が施されている。

一方、カバー電極１ｇ２は、クーリングプレート１ｇ１を保護する機能を有している。このカバー電極１ｇ２は、上記クーリングプレート１ｇ１の第１面に、上記サセプタ１ｂに対向するように、かつ、エッチング処理室ＥＲに晒される状態で、着脱自在の状態で取り付けられている。このカバー電極１ｇ２は、例えばシリコン、炭化シリコン（ＳｉＣ）またはアモルファスカーボンにより形成されている。カバー電極１ｇ２の材料としては、上記材料の中でもスカベンジングが可能なシリコンを用いることが好ましい。カバー電極１ｇ２の厚さは、上記クーリングプレート１ｇ１よりも薄く、例えば５ｍｍ程度である。なお、上記電極支持体１ｈは、例えばアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金からなり、その表面はアルマイト処理が施されている。

上記上部電極１ｅのサセプタ対向面は、図２に示すように、例えば円形状に形成されている。この上部電極１ｅのサセプタ対向面には、複数の開口部３が規則的な距離を保って配置されている。この複数の開口部３は、上記処理室ＥＲ内に反応ガスを供給する通路である。各開口部３は、平面で見ると図３に示すように、例えば円形状に形成され、断面で見ると図１に示すように、上記クーリングプレート１ｇ１およびカバー電極１ｇ２を貫通するように設けられている。処理ガス供給源から供給されたガスは、ガス供給管およびガス導入口を通じて上部電極１ｅ内のガス供給室内に供給され、さらに、矢印Ａで示すように、上記複数の開口部３を通じて処理室ＥＲ内に供給されるようになっている。

図１のエッチング装置１では、サセプタ１ｂ（下部電極）と上部電極１ｅのカバー電極１ｇ２との間隔（以下、電極間隔という）を、例えば１１ｍｍ〜６０ｍｍの範囲で変更可能なようになっている。また、このエッチング装置１のチャンバ１ａの一部には、ガス排気管１ｉが設けられている。このガス排気管１ｉは、例えばターボ分子ポンプ等のような真空ポンプが備えられている。これにより、処理室ＥＲ内を、所定の減圧雰囲気（例えば１〜１３．３Ｐａ）まで真空可能になっている。また、チャンバ１ａの側壁にはゲートバルブ（図示せず）が設けられている。ウエハ２は、そのゲートバルブを開いた状態で、チャンバ１ａと、それに隣接するロードロック室との間で搬送されるようになっている。

次に、上記上部電極１ｅの電極板１ｇについて詳細に説明する。図４は上部電極１ｅの要部拡大断面図、図５および図６は上部電極１ｅの電極板１ｇに形成された開口部３の説明図である。なお、図５および図６の各々において、上段の図は電極板１ｇの開口部の部分の拡大断面図、下段の図は上段の図に対応する電極板１ｇの拡大平面図を示している。

電極板１ｇは、ボルト５によって電極支持体１ｈに着脱自在の状態で取り付けられている。電極板１ｇのクーリングプレート１ｇ１の表面および開口部３ａ（３）の内側面には、アルマイト処理が施されておりアルミナ膜７が形成されている。クーリングプレート１ｇ１のアルミナ膜７の一部は除去されており、クーリングプレート１ｇ１の金属無垢面が露出されている。クーリングプレート１ｇ１は、上記ボルト５および上記金属無垢面を通じて電極支持体１ｈに電気的に接続され、上記高周波電源１ｆに電気的に接続されている。

上記開口部３は、クーリングプレート１ｇ１に形成された開口部３ａと、カバー電極１ｇ２に形成された開口部３ｂとを有している。クーリングプレート１ｇ１の開口部３ａは、図５に示すようにさらに第１開口部３ａ１、第２開口部３ａ２および第３開口部３ａ３を有している。

第１開口部３ａ１、第２開口部３ａ２および第３開口部３ａ３は、各々の中心軸を一致させた状態で、カバー電極１ｇ２から遠ざかる方向に沿って順に配置されている。第１開口部３ａ１は、クーリングプレート１ｇ１のカバー電極１ｇ２に接する第１面に面しており、カバー電極１ｇ２に最も近い位置に形成されている。第３開口部３ａ３は、クーリングプレート１ｇ１の第２面に面しており、カバー電極１ｇ２から最も遠い位置に形成されている。第２開口部３ａ２は、第１開口部３ａ１と第３開口部３ａ３との間に形成されており、第１開口部３ａ１よりはカバー電極１ｇ２から遠いが、第３開口部３ａ３よりはカバー電極１ｇ２に近い位置に形成されている。第１開口部３ａ１と第３開口部３ａ３とはその直径Ｄ１が等しくなっている。第２開口部３ａ２の直径Ｄ２は、第１開口部３ａ１および第３開口部３ａ３の直径Ｄ１よりも小さくなっている。

一方、上記カバー電極１ｇ２の開口部３ｂは、カバー電極１ｇ２の厚さ方向に沿って等しくなっている。この開口部３ｂの直径は、処理室ＥＲ内に形成されるプラズマが第１開口部３ａ１側に入り込まない程度の小さな寸法とされている。そして、本実施の形態では、クーリングプレート１ｇ１の開口部３ａの第１開口部３ａ１の直径Ｄ１が、カバー電極１ｇ２の開口部３ｂの直径Ｄ２よりも大きくなっている。その理由は、以下のとおりである。図１１は本発明者が検討したプラズマ処理装置の上部電極の電極板１ｇの要部断面図である。この電極板１ｇの場合、電極板１ｇの上下面を貫通する開口部５１において、クーリングプレート１ｇ１に形成された開口部５１ａと、カバー電極１ｇ２に形成された開口部５１ｂとの直径がほぼ等しい。図１１では開口部５１ａ，５１ｂの平面位置が一致しているので反応ガスは矢印Ａに示すように特に障害もなく開口部５１を流れる。しかし、開口部５１ａ，５１ｂの直径が等しい場合、図１２に示すように、開口部５１ａ，５１ｂの平面位置がずれてしまうと、開口部５１の通路が屈曲したような形状となり、開口部５１ｂの一部がクーリングプレート１ｇ１により塞がれるようなる。すなわち、開口部５１のガス流通路に障害が形成され、領域ＲＢに反応ガスが溜まるようになる。このため、開口部５１ａの領域ＲＢと、開口部５１ｂの領域ＲＣとで圧力差が生じる結果、異常放電が生じプラズマの安定性が低下する問題がある。その結果、半導体装置の歩留まりや信頼性が低下する問題がある。

これに対して本実施の形態では、上記のようにクーリングプレート１ｇ１の開口部３ａの第１開口部３ａ１の直径Ｄ１を、カバー電極１ｇ２の開口部３ｂの直径Ｄ２よりも大きくしたことにより、図６に示すように、開口部３ａ，３ｂの平面位置が若干ずれたとしても、開口部３ｂの一部がクーリングプレート１ｇ１により塞がれることもない。すなわち、開口部３のガス流通路に大きな障害も形成されず、圧力差も生じることもない。このため、異常放電を抑制または防止することができるので、プラズマの安定性を向上させることができる。したがって、半導体装置の歩留まりおよび信頼性を向上させることができる。

この他、第１開口部３ａ１および第３開口部３ａ３の直径を大きくしたことにより、開口部３ａ内における上記アルミナ膜７の成長を促進させることができるので、開口部３ａ内におけるアルミナ膜７の被覆性を向上させることができる。また、小さな開口部３ａの加工を容易にすることができる。さらに、開口部３ａ内の汚れの除去を容易にすることができる。

ここで、上記のように図１２に示すような開口部５１ａ，５１ｂの位置合わせずれに起因する異常放電を抑制または防止する観点からは、クーリングプレート１ｇ１の開口部３ａの直径がカバー電極１ｇ２の開口部３ｂの直径よりも大きければ良く、クーリングプレート１ｇ１の開口部３ａの直径をクーリングプレート１ｇ１の厚さ方向に沿って変えずに等しくても良い。すなわち、開口部３ａの断面形状を凹凸の無い直線状にしても良い。しかし、その場合、開口部３ａは通常よりも大きな直径で形成されているので、処理室ＥＲのプラズマが開口部３ａを通じてクーリングプレート１ｇ１の第２面側に流れる場合もある。その結果、異常放電が生じたり、エッチング装置１に悪影響を与えたりする場合もある。そこで、本実施の形態では、開口部３ａの途中の位置に、第１開口部３ａ１よりも直径の小さい第２開口部３ａ２を設けた。これにより、処理室ＥＲのプラズマが開口部３ａを通じてクーリングプレート１ｇ１の第２面側に流れないようにすることができるので、異常放電やエッチング装置１への悪影響を抑制または防止できる。このため、プラズマの安定性を向上させることができるので、半導体装置の歩留まりおよび信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、クーリングプレート１ｇ１の開口部３ａの内側面とクーリングプレートの第１面および第２面との各々の交点に形成される角部、開口部３ａの内部の互いに交差する面の交点に形成される角部にラウンド状のテーパが形成されている。その理由は、以下のとおりである。図１３は、例えばクーリングプレート１ｇ１の開口部３ａと第１面との交点に形成される角部に通常のテーパを形成した場合（“Ｃ”加工）の断面図を示している。この場合、クーリングプレート１ｇ１の表面に対してアルマイト処理すると、アルミナ膜７は面成長するため、クーリングプレート１ｇ１の面と面との交点に形成される角部にアルミナ膜７を上手く成長させることができず、クーリングプレート１ｇ１のアルミニウム無垢面が露出されたままの状態とされる場合がある。例えば酸化シリコン膜のエッチング処理時には、フッ素を含むガスを使用する場合があるが、このフッ素（フッ素イオンやフッ素ラジカル）はアルミニウムと結合し易いので、クーリングプレート１ｇ１の一部が露出されていると、その露出部分を通じてアルミニウムと結合し、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ）系の異物が発生する問題がある。そこで、本実施の形態では、上記のようにクーリングプレート１ｇ１の表面（開口部３ａの内部を含む）の角部にラウンドテーパを形成（“Ｒ”加工）することにより、アルミナ膜７を全面にむら無く成長させることができる。これにより、プラズマ中のフッ素が開口部３ｂを通じて第１開口部３ａ内に流れてきたとしても、フッ素がクーリングプレート１ｇ１のアルミニウムと反応することは無いので、フッ化アルミニウム等のような異物の発生を抑制または防止することができる。このため、半導体装置の歩留まりおよび信頼性を向上させることができる。

また、本発明者の検討によれば、図１４に示すように、第１開口部３ａ１の直径Ｄ１をあまり大きくしてしまうと、カバー電極１ｇ２の開口部３ｂの外周の庇部分上に、処理室ＥＲから開口部３ｂを通じて回り込んできた反応生成物５３が溜まり易くなり、後に落下して半導体装置の歩留まりを低下させる問題があることを初めて見出した。そこで、発明者の検討によれば、第１開口部３ａ１の直径Ｄ３は、カバー電極１ｇ２の開口部３ｂの直径Ｄ２の４〜６倍程度が好ましい。ここで直径Ｄ３は、上記ラウンドテーパにより直径Ｄ１が広げられた寸法である。この直径Ｄ３が直径Ｄ２の４倍より小さいと開口部３ａ，３ｂの位置合わせずれによる異常放電の問題が生じる。一方、直径Ｄ３が直径Ｄ２の６倍よりも大きいと上記庇部分に反応生成物５３が溜まり易くなり異物落下の問題が顕著になる。

また、本実施の形態では、上記のようにクーリングプレート１ｇ１の開口部３ａの内側面とクーリングプレート１ｇ１の第１面との交点に形成される角部にラウンドテーパを形成することにより、第１開口部３ａ１の容積をあまり大きくすることなく、第１開口部３ａ１の直径を直径Ｄ１から直径Ｄ３までに広げることができる。これにより、カバー電極１ｇ２の開口部３ｂの周囲の上記庇部分上に反応生成物５３が溜まり難くした状態で、開口部３ａの直径を広げることができ、開口部３ａ，３ｂの平面位置合わせずれによる異常放電を抑制または防止できる。

次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法の一例を図７〜図１０により説明する。なお、図７〜図１０は半導体装置の製造工程中におけるウエハ２の要部断面図である。

まず、図７に示すように、ウエハ２を用意する。ウエハ２は、例えば平面略円形状に形成されている。ウエハ２の直径は、例えば２００ｍｍ程度である。ただし、ウエハ２の直径は、これに限定されるものではなく種々変更可能であり、例えば直径３００ｍｍの大口径ウエハを用いることもできる。

このウエハ２を構成する半導体基板（以下、基板という）２Ｓは、例えばｐ型のシリコン単結晶からなり、その主面（デバイス形成面）の溝型の分離部１０で囲まれた活性領域には、例えばＭＩＳ・ＦＥＴ１１が形成されている。ＭＩＳ・ＦＥＴ１１は、ソースおよびドレイン用のｎ型の半導体領域１１ａと、ゲート絶縁膜１１ｂと、ゲート電極１１ｃとを有している。ゲート絶縁膜１１ｂは、例えば酸化シリコンからなり、ゲート電極１１ｃは、例えば多結晶シリコンからなる。基板２Ｓの主面上には、上記ゲート電極１１ｃを覆うように層間絶縁膜１２が堆積されている。層間絶縁膜１２は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ_２等）により形成されている。

続いて、ウエハ２の主面の層間絶縁膜１２上に、フォトレジスト膜を回転塗布法等によって堆積し、これを露光および現像処理によりパターニングすることでフォトレジストパターン（以下、単にレジストパターンという）１３を形成する。レジストパターン１３は、コンタクトホール形成用のマスクパターンである。コンタクトホールの形成領域はレジストパターン１３から露出され、それ以外の領域はレジストパターン１３により覆われている。レジストパターン１３の開口部は平面略円形状に形成されている。

その後、レジストパターン１３を形成した後、このウエハ２を上記エッチング装置１の処理室ＥＲ内に収容する。処理室ＥＲ内では、ウエハ２は、その主面を上部電極１ｅに向けた状態でサセプタ１ｂ上に載置される。

続いて、ウエハ２に対して、反応ガスとしてフルオローカーボン（フロロカーボン）系のガスを用いたプラズマエッチング処理を施す。これにより、図８に示すように、上記レジストパターン１３をエッチングマスクとして、そこから露出する層間絶縁膜１２をエッチング除去してコンタクトホール１４を形成する。ここでは、エッチングガスとして、例えばＣ_４Ｆ_８（反応ガス）／酸素（Ｏ_２：添加ガス）／アルゴン（Ａｒ：希釈ガス）を用いた。エッチングガスとしては、上記の他に、例えばＣＦ_４、Ｃ_５Ｆ_８／Ｏ_２／Ａｒ、Ｃ_３Ｆ_６／Ｏ_２／Ａｒ、Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ、ＣＨＦ_３／Ｏ_２またはＣＦ_４／Ｈ_２を用いても良い。また、希釈ガスとしてアルゴンに代えてヘリウムを使用することもできる。このようなプラズマエッチング処理の際、本実施の形態によれば、上記のようにプラズマの安定性を向上させることができるので、コンタクトホール１４の開口性、加工形状（垂直性）および開口寸法精度を向上させることができる。したがって、半導体装置の歩留まりや信頼性を向上させることができる。

その後、レジストパターン１３をアッシング処理等により図９に示すように除去する。コンタクトホール１４は平面略円形状の開口部であり、その底面からはソースおよびドレイン用の半導体領域１１ａの一部が露出されている。その後、ウエハ２のデバイス形成面上に、例えばｎ型のドープトポリシリコン膜を化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：ＣＶＤ）法等によって堆積し、さらに、そのドープトポリシリコン膜をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)法等によって研磨することにより、図１０に示すように、コンタクトホール１４内にドープトポリシリコンで形成されるプラグ１５を形成する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発
明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることは言うまでもない。

例えばエッチング装置の構成は、上記したものに限定されるものではなく種々変更可能であり、他の平行平板型のエッチング装置を用いる場合においても本発明を適用することが可能である。例えばサセプタ１ｂのみに高周波電圧を印加する１周波型の平行平板型のドライエッチング装置にも適用可能である。

また、前記実施の形態では酸化シリコン膜にコンタクトホールを形成するためのエッチング処理に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々適用可能であり、例えば基板２Ｓに溝型の分離部１０を形成するための溝形成時のエッチング処理のようにシリコンのエッチング処理にも適用できる。この際のエッチングガスとしては、例えばＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＦ_４／Ｏ_２、Ｃｌ_２またはＳｉＣｌ_４／Ｃｌ_２等がある。

また、ゲート電極１１ｃのパターニングのためのエッチング処理のように多結晶シリコンのエッチング処理にも適用できる。この際のエッチングガスとしては、例えばＣｌ_２、Ｃｌ_２／ＨＢｒ、Ｃｌ_２／Ｏ_２、ＳＦ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＦ_４／Ｏ_２、Ｃｌ_２／Ｎ_２またはＣｌ_２／ＨＣｌ等がある。

また、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４）のエッチング処理にも適用できる。この際のエッチングガスとしては、例えばＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_４／Ｏ_２、ＣＦ_４／Ｈ_２、ＣＨＦ_３／Ｏ_２またはＣＨＦ_３／Ｏ_２／ＣＯ_２等がある。

また、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）のエッチング処理にも適用できる。この際のエッチングガスとしては、例えばＣＦ_４／Ｈ_２／Ｏ_２等がある。

また、窒化チタン（ＴｉＮ）のエッチング処理にも適用できる。この際のエッチングガスとしては、例えばＣＦ_４／Ｏ_２／Ｈ_２／ＮＨ_３、Ｃ_２Ｆ_６／ＣＯ、ＣＨ_３Ｆ／ＣＯ_２またはＣＦ_４等がある。

また、アルミニウムのエッチング処理にも適用できる。この際のエッチングガスとしては、例えばＢＣｌ_３／Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３／ＣＨＦ_３／Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３／Ｃｌ_２／Ｎ_２またはＢＣｌ_３／ＣＨ_２／Ｃｌ_２等がある。

また、ＳｉＯＦ（ＦＳＧ）のエッチング処理にも適用できる。この際のエッチングガスとしては、例えばＣＦ_４／Ｃ_４Ｆ_８／ＣＯ／Ａｒ等がある。

また、絶縁膜に配線溝を形成する場合のエッチング処理、ＳＡＣ（Self Aligned Contact）プロセスまたはＨＡＲＣ(High Aspect Ratio Contact)プロセスにも適用できる。

また、前記実施の形態では、プラズマエッチング処理に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えばプラズマによる化学反応を利用して酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等のような絶縁膜や多結晶シリコン等のような半導体膜を成膜するＣＶＤ法またはＣＶＤ装置にも適用できる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野である半導体装置の製造方法に適用した場合について説明したが、それに限定されるものではなく種々適用可能であり、例えば液晶表示装置やマイクロマシンの製造方法にも適用できる。

本発明は、半導体装置、液晶表示装置またはマイクロマシンの製造業に適用できる。

本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程におけるプラズマ処理で用いるプラズマエッチング装置の説明図である。 図１のプラズマエッチング装置の上部電極の下部電極対向面の全体平面図である。 図２の領域ＲＡの拡大平面図である。 図１のプラズマエッチング装置の上部電極の要部拡大断面図である。 図１のプラズマエッチング装置の上部電極の電極板に形成された開口部の説明図である。 図１のプラズマエッチング装置の上部電極の電極板に形成された開口部の説明図である。 本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程中における半導体ウエハの要部断面図である。 図７に続く半導体装置の製造工程中における半導体ウエハの要部断面図である。 図８に続く半導体装置の製造工程中における半導体ウエハの要部断面図である。 図９に続く半導体装置の製造工程中における半導体ウエハの要部断面図である。 本発明者が検討したプラズマ処理装置の上部電極の電極板の要部断面図である。 図１１の上部電極構成の場合に生じる課題を説明するための電極板の要部断面図である。 本発明者が検討したプラズマ処理装置の上部電極の電極板に形成された開口部の開口角部に施された加工形状に起因する課題を説明するための電極板の要部拡大断面図である。 本発明者が検討したプラズマ処理装置の上部電極の電極板に形成された開口部の開口寸法に起因する課題を説明図するための電極板の要部拡大断面図である。

符号の説明

１ プラズマエッチング装置
１ａ チャンバ
１ｂ サセプタ
１ｃ 高周波電源
１ｄ 静電チャック
１ｅ 上部電極
１ｆ 高周波電源
１ｇ 電極板
１ｇ１ クーリングプレート（第１電極部）
１ｇ２ カバー電極（第２電極部）
１ｈ 電極支持体
１ｉ ガス排気管
２ 半導体ウエハ
２Ｓ 半導体基板
３ 開口部
３ａ 開口部
３ａ１ 第１開口部
３ａ２ 第２開口部
３ａ３ 第３開口部
３ｂ 開口部
５ ボルト
７ アルミナ膜
１０ 溝型の分離部
１１ ＭＩＳ・ＦＥＴ
１１ａ ソースおよびドレイン用の半導体領域
１１ｂ ゲート絶縁膜
１１ｃ ゲート電極
１２ 層間絶縁膜
１３ フォトレジストパターン
１４ コンタクトホール
１５ プラグ
５１ 開口部
５１ａ 開口部
５１ｂ 開口部
５３ 反応生成物
ＬＰＦ ローパスフィルタ
ＨＰＦ ハイパスフィルタ

Claims (5)

1. （ａ）半導体ウエハを用意する工程と、
   （ｂ）前記半導体ウエハに対してプラズマ処理装置によりプラズマ処理を施す工程とを有し、
   前記プラズマ処理装置は、
   前記半導体ウエハに対してプラズマ処理を行う処理室と、
   前記処理室内に設けられ、前記半導体ウエハが載置される下部電極と、
   前記処理室内に設けられ、前記下部電極に対向するように配置された上部電極とを備え、
   前記上部電極は、
   前記プラズマ処理に際して所望の電位が供給される金属電極部であって、厚さ方向に沿って互いに反対側に位置する第１面および第２面を有する第１電極部と、
   前記第１電極部の第１面を覆い前記処理室に晒されるように取り付けられた第２電極部と、
   前記上部電極において、前記下部電極の対向面に配置され、前記第１電極部および前記第２電極部を貫通するように設けられ、前記処理室内に反応ガスを供給する通路となる複数の開口部とを備え、
   前記第１電極部の前記開口部の平面寸法は、前記第２電極部の前記開口部の平面寸法よりも大きく、前記第１電極部の開口部の前記第２電極と接する部分においては前記開口部端にラウンド加工が施されている上部電極を用いてプラズマ処理を施すことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記第１電極部の前記開口部は、第１平面寸法を持つ第１開口部と、前記第１平面寸法よりも小さな第２平面寸法を持つ第２開口部とを有しており、前記第２開口部は前記第１開口部よりも前記第１電極部の厚さ方向に沿って前記第２電極部から遠い位置に設けられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記第１電極部はアルミニウムを含む金属からなり、前記第１電極部の表面にはアルマイト処理が施されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項３記載の半導体装置の製造方法において、前記第１電極部の前記開口部の内側面と前記第１電極部の前記第１面との交点に形成される角部および前記第１電極部の前記開口部の内部の互いに交差する面の交点に形成される角部にラウンド状のテーパを形成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項４記載の半導体装置の製造方法において、前記プラズマ処理は、フッ素を含むガスを用いたプラズマドライエッチング処理であることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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