JP2007027180A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アスペクト比の高い微細コンタクトホールを容易に制御性良く形成することができる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、絶縁膜に開孔を形成する半導体装置の製造方法であって、基体上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にエッチングマスクとなる第１のエッチングマスク膜を形成する工程と、第１のエッチングマスク膜に開口を形成する工程と、該開口を用いて、絶縁膜に第１の異方性エッチングにより絶縁膜の膜厚よりも浅い第１の開孔を形成する工程と、第１のエッチングマスク膜を除去する工程と、絶縁膜上に第２のエッチングマスク膜を、前記第１の開孔の開口部を塞がないようにエッチングマスクとなるエッチングマスク膜を形成し、開口部に自己整合的に開口を形成する工程と、第２の異方性エッチングにより、第１の開孔の下部に第２の開孔を形成することにより開孔を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、絶縁膜に形成された開孔およびその製造方法に関する。

近年、半導体集積回路装置は、配線ルールの微細化に伴いコンタクトホールの寸法も縮小されている。

しかしながらのＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ダイナミック ランダム アクセス メモリ）の場合、容量が小さくなると、容量を保持できる時間が短くなる。保持時間が短くなると、リフレッシュ回数を増加させる必要があり、消費電力が増大するために容量を小さくすることができない。このために、シリンダ型の容量下部電極にＨＳＧのような技術を用いて微細な凹凸を形成することで表面積を大きくすることと、シリンダの高さを高くすることで容量の減少を防止してきている。

このために、シリンダが形成される層間絶縁膜の膜厚が厚くなっている。

層間絶縁膜の膜厚の増加と配線ルールの微細化により層間絶縁膜に形成される開孔（コンタクトホール、あるいはシリンダを形成するための開孔）のアスペクト比が増大している。

アスペクト比の大きい開孔は、異方性のドライエッチングを用いてもエッチングの途中でエッチングが停止し、所望の形状の開孔が形成されない等の不具合が発生する。この不具合を解消するために、エッチング時の真空度を上げ、更に、高真空下でプラズマを安定して放電するＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）方式、ＩＣＰ（誘導結合）方式、あるいは、ヘリコン波プラズマ方式等を用い、高真空域（例えば、１．３（ＫＰａ）以下）で高密度のプラズマを生成することのできる装置が開発され、より微細で且つアスペクト比の高い開孔を形成することが可能となった。

しかしながら、ドライエッチングのマスクにフォトレジストを用いる従来の方法では微細な開孔を形成するためには、フォトレジスト膜厚を薄くする必要があるが、フォトレジストの膜厚が薄くなるとドライエッチング時にフォトレジストがエッチング除去される場合があり、この点を改善するために、エッチングする層間絶縁膜とエッチング選択比の高い材料を用いるハードマスク技術がある。

特開平９−４５６３３号公報は、ハードマスクにアモルファスカーボンを用いたものである。以下、図１７および図１８の工程断面図を用いて、アモルファスカーボンをハードマスクとして用いた技術を説明する。

アクティブ領域（不図示）やフィールド領域（フィールド酸化膜）２１、ゲート２２が形成された基板２０上に、層間絶縁膜２３となるＣＶＤ酸化膜を３００ｎｍ〜８００ｎｍ形成する（図１７（ａ））。次に、層間絶縁膜２３上にアモルファスカーボン薄膜２４を１０ｎｍ〜８０ｎｍ形成する（図１７（ｂ））。このアモルファスカーボン薄膜２４はスパッタ法或いはＣＶＤ法を用いて形成することができる。

次に、パターニングのためのフォトレジスト膜２５を、３００ｎｍ〜６００ｎｍの膜厚でアモルファスカーボン薄膜２４上に形成する（図１７（ｃ））。

次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いて、開口２６を形成する（図１７（ｄ））。

次に、フォトレジスト薄膜２５をマスクとして、アモルファスカーボン薄膜２４のエッチング処理を行い、不要な部分を除去して開口２７を形成する（図１８（ａ））。フォトレジスト薄膜２５マスクを洗浄除去する。この際アッシング処理を行うと、必要なアモルファスカーボンまで除去されてしまう恐れがあるため、アッシングは使わずに洗浄（例えば硫酸＋過酸化水素の混合液による１００℃〜１２０℃での洗浄）のみで行う（図１８（ｂ））。

次に、残ったアモルファスカーボン薄膜２４をマスクとして層間絶縁膜２３を、例えばＥＣＲエッチング装置により、ＨｅガスとＣＨ₂Ｆ₂ガス２０：３の混合ガスを用いて、圧力１０ｍｔｏｒｒ、マイクロ波パワー１５０ｍＡ、バイアスパワー１３０Ｗの条件でプラズマドライエッチングを行い、不要な部分を除去して開孔２８を形成する（図１８（ｃ））。

最後に、不要となったアモルファスカーボン薄膜２４をアッシング・洗浄により除去すれば、微細コンタクトホール２９が形成される（図１８（ｄ））。このアモルファスカーボン薄膜２４の除去は、場合によってはアッシング処理のみでも可能である。
特開平０９−０４５６３３号公報

しかしながら、特開平０９−０４５６３３号公報に開示されているアモルファスカーボンを用いたドライエッチング法は、アスペクト比が７〜１０程度の場合は使い易い技術であるが、現在の、層間絶縁膜の厚さが３μｍを越え、アスペクト比が２０あるいはそれ以上の開口が必要とされた場合、以下の問題が発生する。

第１の問題点は、ボーイングと呼ばれる開孔の途中で円筒の径が大きくなる問題点である。この現象は装置、エッチング条件により異なるが、アスペクト比がおおよそ９〜１５を越えるとアスペクト比が８前後の位置に円筒の径が大きくなる部分が発生する。このような現象が発生すると、隣接する開孔間が近接して浮遊容量が増大する、あるいは、隣接する開孔が繋がってしまう等の不具合が発生する場合があった。尚、ボーイングの発生する位置と、深さとの関係は、装置のエッチング条件により異なる。

第２の問題点は、層間絶縁膜（シリコン酸化膜あるいはその代替となる、低比誘電率であるＳｉＯＦや、例えば、ＳｉＯＣ等の有機性の絶縁膜）とアモルファスカーボンとのエッチング選択比は１０〜２０程度であり、アスペクト比が１０程度であれば、アモルファスカーボンの膜厚は特開平０９−０４５６３３号公報に示されるように１０〜８０ｎｍ程度しか必要とされず、加工性について特に問題はないが、アスペクト比が２０（層間絶縁膜の膜厚が３μｍ）を越えると、アモルファスカーボンの膜厚を０．３〜０．４５μｍ（３００〜４５０ｎｍ）（膜厚０．１５μｍのアモルファスカーボンをエッチングマスクとして使った場合、膜厚３μｍの層間絶縁膜をエッチングするとアモルファスカーボンがなくなってしまうので、工程マージンを考えるとアモルファスカーボンの膜厚は、０．３〜０．４５μｍにしておく必要がある。）にする必要がある。

しかしながら、アモルファスカーボンの膜厚を３００ｎｍ以上厚くすると、直径０．１５μｍあるいはそれ以下の微細な開口を形成する際の加工性を損なう場合があった。

本発明は、絶縁膜に開孔を形成する半導体装置の製造方法であって、絶縁膜に形成された開孔の開口部を塞がないようにエッチングマスクとなるエッチングマスク膜を形成し、エッチングマスク膜に開口部に自己整合的に開口を形成する工程と、エッチングマスクに形成された開口を介して、開孔の底部に更に開孔を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。

更に、絶縁膜に開孔を形成する半導体装置の製造方法であって、基体上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上にエッチングマスクとなる第１のエッチングマスク膜を形成する工程と、第１のエッチングマスク膜に開口を形成する工程と、該開口を用いて、絶縁膜に第１の異方性エッチングにより絶縁膜の膜厚よりも浅い第１の開孔を形成する工程と、第１のエッチングマスク膜を除去する工程と、絶縁膜上に第２のエッチングマスク膜を、第１の開孔の開口部を塞がないようにエッチングマスクとなるエッチングマスク膜を形成し、開口部に自己整合的に開口を形成する工程と、第２の異方性エッチングにより、第１の開孔の下部に第２の開孔を形成することにより開孔を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法である。

又、絶縁膜に開孔を形成する半導体装置の製造方法であって、絶縁膜上に犠牲膜と第１のエッチングマスク膜とをこの順に形成する工程と、第１のエッチングマスクに開口を形成する工程と、該開口を用いて、第１の異方性エッチングにより犠牲膜を貫通するに第１の開孔を形成する工程と、犠牲膜上に第２のエッチングマスク膜を、第１の開孔の開口部を塞がないように形成する工程と、第２のエッチングマスク膜に形成された開口を介して第２の異方性エッチングにより絶縁膜に第２の開孔を形成する工程と、第２のエッチングマスクと犠牲膜とを除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法である。

更に、本発明は、少なくともアスペクト比が１５以上の開孔を有する半導体装置であって、開孔の上部の開口径が、開孔の下部の開口径よりも広いことを特徴とする半導体装置である。

本発明は、途中まで開孔を形成し、開口部にアモルファスカーボンを成膜し、エッチングマスクとし、さらにエッチッグを行い、開孔を形成することで、高いアスペクト比のコンタクトホールを容易に制御性良く形成できる。

本発明は、基体上に積層された膜に開孔を形成する際に、基体上に形成された膜を貫通しないように第１の開孔を形成した後に、膜上に第１の開孔の開口部を塞がないようにエッチングマスクとなるエッチングマスク膜を形成し、第１の開孔の開口に自己整合的に第２の開口を形成し、第２の開口を介して第１の開孔の底部に第２の開孔を形成するものである。

エッチングマスク膜をＣＶＤ法で形成すると、
１．第１の開孔の側壁部にエッチング膜と同じ材質の極薄い膜が形成できるので、エッチングマスク膜の材質を、第２の開孔を形成する材質に対してエッチング選択比の高い材質を用いることで、アスペクト比の高い開孔を形成して場合、ボーイングの発生を防止することができる。
２．第２の開孔は、第１の開孔の開口径よりも狭い開口径となるので、第１の開孔が形成された部分の膜を除去することで第１の開孔の開口径よりも狭い開口径を持った開孔を形成することができる。通常、第１の開孔は、フォトリソグラフィー法を用いてフォトレジストに形成した開口を介してドライエッチング法を用いて開孔を形成するので、本発明を用いることで、フォトリソグラフィー法で律則される寸法以下の開口径の開孔を形成することが可能となる。

以下、アスペクト比の高い開孔を形成する場合と狭い開口径を持った開孔の形成方法について詳細に説明する。

基体上の絶縁膜にアスペクト比の大きい開孔の形成は、エッチングを２段階に分けて行なうものである。絶縁膜に第１の開孔を形成した後、第１の開孔の開口部を塞がない条件でハードマスク膜を形成し、ハードマスク膜をマスクとして、第１の開孔の下部をエッチングして第２の開孔を形成することで開孔を形成することができる。

ハードマスク膜としては、開孔を形成する絶縁膜とエッチング選択比がとれて開孔を形成後に除去可能なＣＶＤ法で形成できる膜であれば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜またはアモルファスカーバイド等が使用できるが、開孔を形成後に除去がアッシングにより簡単に行なえる点で、アモルファスカーボンをＣＶＤ法で形成することが好ましい。

ＣＶＤ法でアモルファスカーボンを形成すると、絶縁膜上に形成されるハードマスク膜以外に、第１の開孔の内面の側壁にも極薄いアモルファスカーボンが形成される。第１の開孔の内面に形成される極薄いアモルファスカーボン膜は、第２の開孔を形成する際のエッチング時に、第１の開孔の内壁部がエッチングされることを防止する効果がある。

第１の開孔の深さは、アスペクト比の大きな開孔を形成する際に、斜め入射したエッチングイオンによりコンタクトホールの途中で径が太くなるボーイングの発生しやすい位置（第１の開孔の開口部の直径の１０倍くらいの深さ）よりも深ければ、第２の開孔形成時にボーイングが発生することを防止することができる。

第１の開孔の深さは、エチング時間により決定することもできるが、層間絶縁膜をエッチングレートの異なる２層の絶縁膜で形成し、下層のエッチング速度が上層のエッチング速度よりも遅い材料にすることで、層間絶縁膜の厚さで深さを決定することもできる。

更に、上層の絶縁膜と下層の絶縁膜との間に、該層間絶縁膜よりもエッチング速度が遅いエッチングストッパー膜を設けることで達成することも可能である。

本発明は、更に、１回のエッチングでは開孔にボーイングが発生する、アスペクト比が１５以上の開孔であり、開孔の上部の開口径に対して開孔の下部の開口径が狭い開孔である。開孔の上部と開孔の下部で開口径が変わるが、開孔の途中に、開口径の大きさが変わる遷移領域を有する場合がある。ここで、開口径の大きさが変わる遷移領域とは、開口径が徐々に変化するのではなく、深さ方向のある位置で顕著に変化する構造を意味している。

上述の、２段階エッチングを行いアスペクト比の高い開孔を形成する場合、エッチングを行う開口の開口径は少なくとも２種類以上あるので、開孔の途中で開口径が切り替わるはずであるが、異方性エッチングであっても表面が若干エッチングされるので１０〜２０ｎｍ位の領域で開口径が徐々に狭くなったような形状をする場合があるからである。

以下、図４を用いて遷移領域について説明する。層間絶縁膜２３を貫通し基板２０あるいは下層の絶縁膜上に形成された配線あるいは電極のような導電体２２が底部に露出した開孔２９は、エッチングの開孔が異なる条件で異方性エッチングにより形成されているため、上部の開孔の開口径の方が下部の開孔の開口径よりも大きい（図４（ａ）））。図４（ｂ）は図４（ａ）の丸で囲った部分の部分拡大図である。下部の開孔は、上部の開孔の開口部に形成した開口径が上部の開口径よりも若干狭い開口を介して異方性エッチングされる。このために図４（ｂ）の上部の開孔の底部も若干エッチングされ図４（ｃ）に示すようにテーパがつく場合がある。このテーパ部を遷移領域と称している。

開孔の下部の開口径が上部の開孔の開口径よりも狭くなっていると、開孔に金属等の導電性の材料を埋め込んで開孔の底に露出した基体上に形成された、例えば、ゲート電極、ドレイン電極あるいはソース電極と絶縁膜上に形成される配線とを接続するコンタクトホールの場合、隣接するコンタクトホールの間隙が広がり、浮遊容量を低減する効果がある。

狭い開口径を持った開孔の形成は、絶縁膜に第１の開孔を形成した後、第１の開孔の開口部を塞がない条件でハードマスク膜を形成し、ハードマスク膜をマスクとして、第１の開孔の下部をエッチングして第２の開孔を形成することで開孔を形成することができる。

ハードマスク膜としては、開孔を形成する絶縁膜とエッチング選択比がとれて開孔を形成後に除去可能なＣＶＤ法で形成できる膜であれば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜またはアモルファスカーバイド等が使用できるが、開孔を形成後に除去がアッシングにより簡単に行なえる点で、アモルファスカーボンをＣＶＤ法で形成することが好ましい。

その後、ハードマスク膜と第１の開孔が形成された絶縁膜とを除去することでフォトリソグラフィー法の限界の寸法以下の開口径を持った開孔を形成することができる。

層間絶縁膜をエッチングレートの異なる２層の絶縁膜で形成し、下層のエッチング速度が上層のエッチング速度よりも遅い材料にすることもできる。

更に、層間絶縁膜を３層構成にし、２層の層間絶縁膜の間に、該絶縁膜よりもエッチング速度が遅いエッチングストッパー膜を設けることで達成することも可能である。

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。

第１の実施の形態
本発明の第１の実施の形態を、工程断面図を用いて説明する。

アクティブ領域（不図示）やフィールド領域（フィールド酸化膜）２１、ゲート２２が形成された基板２０上に、ＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜２３となるシリコン酸化膜を３μｍ形成する。次に、層間絶縁膜２３上に反射膜防止膜３０（日産化学社製 ＤＵＶ４４）およびフォトレジスト膜２５（ポジ型のフォトレジストである、住友化学社製のＰＥＫ−５１０）を塗布法により形成した（図１（ａ））。

尚、本実施の形態及び以下の実施の形態では、基板２０上に形成したゲート上に形成する開孔を用いて説明するが、基板２０上に形成されたドレイン電極、ソース電極、あるいは基板上に形成された絶縁膜上に形成された配線のような導電性の材料からなる電極・配線であってもかまわないことは言うまでもない。

次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いて、フォトレジスト膜２５に０．１５μｍ角の開口２６を形成した（図１（ｂ））。

層間膜として、本実施の形態ではＣＶＤ法で形成したシリコン酸化膜を用いたが、シリコン酸化膜よりも低誘電率である、ＳｉＯＦやＳｉＯＣ等の膜であってもかまわないことは言うまでもない。

次に、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂等のフルオロカーボンガス及び酸素、窒素、アルゴン、キセノンなどの添加ガスを用い通常の異方性プラズマドライエッチングを用い層間絶縁膜２３に深さ２．０μｍの第１の開孔２７を形成した（図１（ｃ））。

ボーイングは、アスペクト比がある値を超えた開孔を形成すると、開孔の上部の側壁がエッチングされ、開口径が広がる現象であり、第１の開孔の深さは、装置、装置のエッチング条件で異なるので、本実施の形態では深さを２．０μｍとしたが、適宜変更できることは言うまでもない。

フォトレジスト２５及び反射防止膜３０をアッシング及び有機除去ウェットエッチ等で除去した後（図２（ａ））、厚さ２５０ｎｍのアモルファスカーボン薄膜２４を形成した（図２（ｂ））。アモルファスカーボン薄膜２４の形成は、プラズマチャンバにプロピレン等の炭化水素化合物Ｃ_xＨｙ及び不活性ガスであるＡｒあるいはＨｅを供給し、混合ガスをプラズマにより熱分解し、チャンバ内のＳｉウェハにアモルファスカーボンを堆積させる通常の減圧プラズマＣＶＤ法を用いた。このときウェハ温度は１００℃〜６００℃、チャンバ内圧力は約１〜２０Ｔｏｒｒとすることが好ましい。

ガス分子の平均自由工程は、２０Ｔｏｒｒで２μｍ程度であるため、コンタクトホールサイズよりも十分長く、更に、アモルファスカーボンを形成する分子はマイグレーションの傾向が非常に小さい（成膜された後、分子が移動しにくい）ため、成膜されたアモルファスカーボン膜は、コンタクトホール２７に対するカバレッジが悪く、通常、開口径の３〜５倍よりも膜厚が薄ければコンタクトホール２７の開口部を塞ぐことなくエッチングマスクとなるアモルファスカーボン１７が層間絶縁膜２３上に成膜される。

図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＡ部の拡大図である。アモルファスカーボン薄膜２４は、開口を塞がないよう形成されているが、開孔２７の壁面には極薄いアモルファスカーボンが形成される。又、アモルファスカーボンは、マイグレーションの傾向が非常に小さいが、若干開口を狭くするように（膜厚の１／５〜１／１０）形成される。

次に、アモルファスカーボン薄膜２４をマスクとして前述と同様の条件で異方性プラズマエッチングを行うと、アモルファスカーボン薄膜２４により形成される開口は、フォトレジスト膜２５に形成された開口２６よりも狭いために開孔２７の底面に更に形成される開孔の径は狭くなり、開孔２９は、下部の開口径が上部の開孔の開口径よりも狭い開孔が形成される（図３（ａ））。最後に、アモルファスカーボンを、アッシングにより除去して第１の層間絶縁膜２３を貫通（底部に導電体材料が露出）する開孔２９が形成される（図３（ｂ））。

第２の実施形態
図面を用いて、第２の実施形態を説明する。

アクティブ領域（不図示）やフィールド領域（フィールド酸化膜）２１、ゲート２２が形成された基板２０上に、ＣＶＤ法を用いて第１の層間絶縁膜２３となるシリコン酸化膜を１．０μｍ、第２の層間絶縁膜３１となる窒化シリコン膜を２．０μｍ形成する。

第２の層間絶縁膜は、第２の層間絶縁膜とエッチング選択比のある材料であればよく、酸化シリコン膜と酸化窒化膜の順序を変えることも可能であり、更に、第１の実施形態で述べた、低比誘電率を持った材料を組み合わせても良いことは言うまでもない。

次に、第１の層間絶縁膜２３上に反射膜防止膜３０（日産化学社製 ＤＵＶ４４）およびフォトレジスト膜２５（ポジ型のフォトレジストである、住友化学社製のＰＥＫ−５１０）を塗布法により形成した（図５（ａ））。

次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いて、フォトレジスト膜２５に０．１５μｍ角の開口２６を形成した（図５（ｂ））。

次に、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂等のフルオロカーボンガス及び酸素、窒素、アルゴン、キセノンなどの添加ガスを用い通常の異方性プラズマドライエッチングを用い第２の層間絶縁膜３１を貫通する深さ２.０μｍの開孔２７を形成した（図５（ｃ））。

第１の実施形態の場合、深さ２．０μｍの開孔は、エチング時間で制御していため、エッチング装置のエッチング速度が変化した場合、深さが深くなりすぎる、あるいは、設計値よりも浅くなる場合があるが、本実施の形態の場合、第２の層間絶縁膜と第１の層間絶縁膜とはエッチング選択比があるので、開孔２７の深さは、第２の層間絶縁膜を深さで決定される。オーバーエッチングになるようなエッチング時間を設定することで開孔２７が形成することができ、工程のプロセスマージンが取れる。

その後、フォトレジスト２５及び反射防止膜３０をアッシング及び有機除去、ウェットエッチ等で除去した（図６（ａ））。次に、厚さ２５０ｍのアモルファスカーボン薄膜２４を形成した（図６（ｂ））。アモルファスカーボン薄膜２４の形成方法は第１の実施の形態と同じであるので詳細は省略する。

次に、アモルファスカーボン薄膜２４をマスクとして前述と同様の条件で異方性プラズマエッチングを行い、第１の層間絶縁膜２３を貫通（底部に導電体材料が露出）する開孔２９を形成した（図６（ｃ））。

最後に、アモルファスカーボン膜２４をアッシングにより除去して、開孔２９が形成される（図７）
第２の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の形状の開孔が形成できることは言うまでもない。

第３の実施の形態
図面を用いて、第３の実施形態を説明する。

アクティブ領域（不図示）やフィールド領域（フィールド酸化膜）２１、ゲート２２が形成された基板２０上に、ＣＶＤ法を用いて第１の層間絶縁膜２３となるシリコン酸化膜を１．０μｍ、膜厚２０ｎｍのエッチングストッパー膜３２となる窒化シリコン膜および第２の層間絶縁膜３１となる膜厚２．０μｍの酸化シリコン膜をこの順に形成する。

エッチングストッパー膜３２は、第２の層間絶縁膜３１とエッチング選択比のある材料であればよく、酸化シリコン膜と酸化窒化シリコン膜の順序を変えることも可能であるが、第１の層間絶縁膜２３と第２の層間絶縁膜３１とは、比誘電率がストッパー膜の比誘電率よりも小さいほうが好ましい。このため、本実施形態では、エッチングストッパー膜３２に窒化シリコン膜を、第１および第２の層間絶縁膜に酸化シリコン膜を用いることが好ましいが、他の材料を組み合わせることができることは言うまでもない。

次に、シリコン酸化膜上に反射膜防止膜３０（日産化学社製 ＤＵＶ４４）およびフォトレジスト膜２５（ポジ型のフォトレジストである、住友化学社製のＰＥＫ−５１０）を塗布法により形成した（図８（ａ））。

次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いて、フォトレジスト膜２５に０．１５μｍ角の開口２６を形成した（図８（ｂ））。

次に、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂等のフルオロカーボンガス及び酸素、窒素、アルゴン、キセノンなどの添加ガスを用い通常の異方性プラズマドライエッチングを用い第２の層間絶縁膜３１を貫通する深さ２．０μｍの開孔２７を形成した（図８（ｃ））。

第２の層間絶縁膜３１とエチングストッパー膜３２とは、エッチング選択比があるので、第２の実施形態と同様の効果が得られる。更に、エッチングストッパー膜を設けることで、エッチングストッパー膜に比誘電率の高い材料を用いても、層間絶縁膜全体の厚さを規定する第１および第２の層間絶縁膜に比誘電率の低い材料を選択することで、第２の実施の形態に比べ層間絶縁膜の容量を小さくするための設計余裕度が増すという効果がある。

その後、フォトレジスト２５及び反射防止膜３０をアッシング及び有機除去、ウェットエッチ等で除去した（図９（ａ））。次に、厚さ２５０ｎｍのアモルファスカーボン薄膜２４を形成した（図９（ｂ））。アモルファスカーボン薄膜２４の形成方法は第１の実施の形態と同じであるので詳細は省略する。

次に、アモルファスカーボン薄膜２４をマスクとして前述と同様の条件で異方性プラズマエッチングを行い、第１の層間絶縁膜２３を貫通（底部に導電体材料が露出）する開孔２９を形成した（図９（ｃ））。

最後に、アモルファスカーボン薄膜２４をアッシングにより除去し、開孔２９が形成される（図１０）。

尚、第１〜第３の実施の形態で、開孔２７は、フォトレジスト膜をエッチングマスクとして用いたが、通常使われているハードマスクを用いても良く、さらに、アモルファスカーボンをハードマスクとして用いることができることは言うまでもない。

第３の実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の形状の開孔が形成できることは言うまでもない。

第４の実施の形態
次に第４の実施の形態について図面を用いて説明する。

アクティブ領域（不図示）やフィールド領域（フィールド酸化膜）２１、ゲート２２が形成された基板２０上に、ＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜２３となるシリコン酸化膜を３．０μｍ、犠牲膜３３となる窒化シリコン膜を２００ｎｍ形成する。

次に、第１の層間絶縁膜２３上に反射膜防止膜３０（日産化学社製 ＤＵＶ４４）およびフォトレジスト膜２５（ポジ型のフォトレジストである、住友化学社製のＰＥＫ−５１０）を塗布法により形成した（図１１（ａ））。

次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いて、フォトレジスト膜２５に０．１５μｍ角の開口２６を形成した（図１１（ｂ））。

次に、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂等のフルオロカーボンガス及び酸素、窒素、アルゴン、キセノンなどの添加ガスを用い通常の異方性プラズマドライエッチングを用い犠牲膜３３を貫通する開孔２７を形成した（図１１（ｃ））。

その後、フォトレジスト２５及び反射防止膜３０をアッシング及び有機除去、ウェットエッチ等で除去した（図１２（ａ））。

次に、厚さ２５０ｎｍのアモルファスカーボン薄膜２４を形成した（図１２（ｂ））。アモルファスカーボン薄膜２４の形成方法は第１の実施の形態と同じであるので詳細は省略する。

厚さ２５０ｎｍのアモルファスカーボン膜２４を成膜すると、開孔２７の開口径が０．１５μｍから０．１μｍに狭くなった。

次に、開口径が０．１５μｍから０．１μｍに狭くなったアモルファスカーボン薄膜２４をマスクとして前述と同様の条件で異方性プラズマエッチングを行い、開孔２７の底部に開孔３４を形成した（図１２（ｃ））。

その後、アモルファスカーボン膜２４をアッシングにより除去し、更に、犠牲膜３３をホット燐酸を用いて除去し、開孔３４が形成される（図１３）。

開孔３４の開口径は、アモルファスカーボン膜２４の開口径０．１μｍとなりフォトレジスト膜の開口径０．１５μｍよりも狭い開口径を持った開孔を形成できた。この場合、犠牲膜は、層間絶縁膜とエッチング選択比が取れる材料であればシリコン窒化膜以外の材料であっても問題ないことは言うまでもなく、例えば、アモルファスカーボンの様な材料を使用できる事はいうまでもない。アモルファスカーボンを用いた場合、エッチングは、Ａｒ／Ｏ₂の混合ガス雰囲気で異方性ドライエッチングを行えば良い。アモルファスカーボンを用いた場合、アッシングで簡単に除去することができるのでシリコン窒化膜を用いるよりも除去が簡単に行えるという効果がある。

本実施形態は、フォトリソグラフィー法で形成可能な開口径以下の開口径を持った開孔が形成できるという効果を持っている。

第５の実施の形態
次に第５の実施の形態について図面を用いて説明する。

アクティブ領域（不図示）やフィールド領域（フィールド酸化膜）２１、ゲート２２が形成された基板２０上に、ＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜２３となるシリコン酸化膜を３．０μｍ、犠牲膜３３となる窒化シリコン膜を２００ｎｍ形成する。

次に、第１の層間絶縁膜２３上に反射膜防止膜３０（日産化学社製 ＤＵＶ４４）およびフォトレジスト膜２５（ポジ型のフォトレジストである、住友化学社製のＰＥＫ−５１０）を塗布法により形成した（図１４（ａ））。

次に、通常のフォトリソグラフィー法を用いて、フォトレジスト膜２５に開口径０．１５μｍの開口（不図示）を形成した。

次に、エッチングガスとしてＣ₄Ｆ₈、Ｃ₅Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₆、ＣＨＦ₃、ＣＨ₂Ｆ₂等のフルオロカーボンガス及び酸素、窒素、アルゴン、キセノンなどの添加ガスを用い通常の異方性プラズマドライエッチングを用い開口（不図示）を介し犠牲膜３３を貫通する開孔２７を形成し、その後、フォトレジスト２５及び反射防止膜３０をアッシング及び有機除去、ウェットエッチ等で除去した（図１４（ｂ））。

次に、厚さ２５０ｎｍのアモルファスカーボン薄膜２４を形成した（図１４（ｃ））。アモルファスカーボン薄膜２４の形成方法は第１の実施の形態と同じであるので詳細は省略する。

厚さ２５０ｎｍのアモルファスカーボン膜２４を成膜すると、アモルファスカーボン膜の開口径は、０．１μｍに狭くなった。

次に、開口径が０．１５μｍから０．１μｍに狭くなったアモルファスカーボン薄膜２４をマスクとして前述と同様の条件で異方性プラズマエッチングを行い、開孔２７の底部に深さ２．０μｍの開孔３６を形成した（図１５（ａ））。

その後、アモルファスカーボン膜２４をアッシングにより除去し、更に、犠牲膜３３を、ホットリン酸を用いて除去した。

次に、層間絶縁膜上に、厚さ２５０ｎｍのアモルファスカーボン膜３５を、開孔３４の開口部を塞がないように形成し（図１５（ｂ））、アモルファスカーボン膜の開口を介して異方性ドライエッチングを行い、開孔３７を形成した（図１５（ｃ）。

尚、図１５（ａ）のように、開口径が０．１５μｍから０．１μｍに狭くなったアモルファスカーボン薄膜２４をマスクとして前述と同様の条件で異方性プラズマエッチングを行い、開孔２７の底部に深さ２．０μｍの開孔３４を形成した後、アモルファスカーボン膜３５をアッシング法により除去し（図１６（ａ））た後、犠牲膜３３上に開孔３４の開口部を塞がないようにアモルファスカーボン膜を形成し（図１６（ｂ））、その後、アモルファスカーボン膜の開口を介して開孔３４の底部をエッチングすることで開孔３７を形成（図１６（ｃ））した後、アモルファスカーボン膜を除去し、開孔３７を形成（不図示）できることはいうまでもない。

本実施形態は、第４の実施形態と第１の実施の形態とを組み合わせた例であるが、第４の実施形態と第２および第３の実施の形態とを組み合わせることで本ジッの形態と同様の開孔を形成できることはいうまでもない。

本発明は上記の実施の形態に限られるものではなく、本発明の主旨内で更に、いろいろな変形例を形成できることはいうまでもない。

本発明の半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第１の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の開孔の形状を説明する断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第２の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第２の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第２の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第３の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第３の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第３の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第４の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第４の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第４の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第５の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第５の実施の形態を示す工程断面図。 本発明の半導体装置の製造方法の第５の実施の形態の変形例を示す工程断面図。 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図。 従来の半導体装置の製造方法を示す工程断面図。

符号の説明

２１ フィールド酸化膜
２０ 基板
２３ 層間絶縁膜（第１の層間絶縁膜）
２４ アモルファスカーボン薄膜
２５ フォトレジスト膜
２６ 開口
２７ 開孔
２８ 開孔
２９ コンタクトホール
３０ 反射防止膜
３１ 第２の層間絶縁膜

Claims (14)

1. 絶縁膜に開孔を形成する半導体装置の製造方法であって、
   前記絶縁膜に形成された開孔の開口部を塞がないようにエッチングマスクとなるエッチングマスク膜を形成し、前記エッチングマスク膜に前記開口部に自己整合的に開口を形成する工程と、
   前記エッチングマスクに形成された開口を介して、前記開孔の底部に更に開孔を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記マスキング膜がＣＶＤ法で形成されたアモルファスカーボンであ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。
3. 前記開口部の開口面積よりも、前記エッチングマスクに形成された開孔部の面積の方が狭いことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 絶縁膜に開孔を形成する半導体装置の製造方法であって、
   基体上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜上にエッチングマスクとなる第１のエッチングマスク膜を形成する工程と、
   前記第１のエッチングマスク膜に開口を形成する工程と、
   該開口を用いて、前記絶縁膜に第１の異方性エッチングにより前記絶縁膜の膜厚よりも浅い第１の開孔を形成する工程と、
   前記第１のエッチングマスク膜を除去する工程と、
   前記絶縁膜上に第２のエッチングマスク膜を、前記第１の開孔の開口部を塞がないようにエッチングマスクとなるエッチングマスク膜を形成し、前記開口部に自己整合的に開口を形成する工程と、
   第２の異方性エッチングにより、前記第１の開孔の下部に第２の開孔を形成することにより前記開孔を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 前記第１のエッチングマスクがフォトレジストで、前記第２のエッチングマスク膜がＣＶＤ法で形成されたアモルファスカーボン膜であることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記層間絶縁膜は、エッチング速度が異なる材料からなる２層以上の絶縁膜で構成され、上層の絶縁膜層のエッチング速度が下層の絶縁膜のエッチング速度よりも遅い材料からなり、
   前記第１の開孔が前記上層の絶縁膜に形成され、前記第２の開孔が前記上層の絶縁膜に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記層間絶縁膜が、３層で構成され、少なくとも中間層の絶縁膜のエッチング速度が、他の２層の絶縁膜よりもエッチング速度が遅い材料からなり、
   前記第１の開孔が中間層の上に形成された絶縁膜に形成され、前記第２の開孔が前記中間層と前記中間層の下に形成された絶縁膜に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第２の開孔の底部に、前記基体上に形成された導電材料が露出していることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
9. 絶縁膜に開孔を形成する半導体装置の製造方法であって、
   前記絶縁膜上に犠牲膜と第１のエッチングマスク膜とをこの順に形成する工程と、
   前記第１のエッチングマスクに開口を形成する工程と、
   該開口を用いて、第１の異方性エッチングにより前記犠牲膜を貫通するに第１の開孔を形成する工程と、
   前記犠牲膜上に第２のエッチングマスク膜を、前記第１の開孔の開口部を塞がないように形成する工程と、
   前記第２のエッチングマスク膜に形成された開口を介して第２の異方性エッチングにより前記絶縁膜に第２の開孔を形成する工程と、
   前記第２のエッチングマスクと前記犠牲膜とを除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 前記第１のエッチングマスクがフォトレジストで、前記第２のエッチングマスク膜がＣＶＤ法で形成されたアモルファスカーボン膜であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
11. 前記層間絶縁膜は、エッチング速度が異なる材料からなる２層以上の絶縁膜で構成され、上層の絶縁膜層のエッチング速度が下層の絶縁膜のエッチング速度よりも遅い材料からなり、
    前記第１の開孔が前記上層の絶縁膜に形成され、前記第２の開孔が前記上層の絶縁膜に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
12. 前記層間絶縁膜が、３層で構成され、少なくとも中間層の絶縁膜のエッチング速度が、他の２層の絶縁膜よりもエッチング速度が遅い材料からなり、
    前記第１の開孔が中間層の上に形成された絶縁膜に形成され、前記第２の開孔が前記中間層と前記中間層の下に形成された絶縁膜に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
13. 前記第２の開孔の底部に、前記基体上に形成された導電材料が露出していることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
14. 少なくともアスペクト比が１５以上の開孔を有する半導体装置であって、
    前記開孔の上部の開口径が、前記開孔の下部の開口径よりも広いことを特徴とする半導体装置。

Images