JP3011102B2

JP3011102B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3011102B2
Application number: JP8190825A
Authority: JP
Inventors: 孝博上西園; 健司秋元; 英治井川
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1996-07-19
Filing date: 1996-07-19
Publication date: 2000-02-21
Anticipated expiration: 2016-07-19
Also published as: JPH1041275A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、半導体装置の製
造方法に係り、詳しくは、シリコン基板上の酸化膜又は
窒化膜を、ドライエッチング法を用いて選択エッチング
して、コンタクト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】半導体装置の製造方法において、シリコ
ン基板上の酸化膜をエッチングするためには、例えば、
酸化膜を侵して下地材料のシリコンは侵さない高い選択
性を有したエッチング剤（ガス）を用いることが重要で
ある。このため、従来より、減圧気相中でエッチングを
行うドライエッチング法においては、四弗化メタン若し
くは三弗化メタン等や、又はこれらの反応ガスと、アル
ゴン、酸素、水素等の添加ガスとの混合ガスが用いられ
てきた。上記のようなフルオロカーボンガスを用いたシ
リコン基板上の酸化膜のエッチングにおける対シリコン
選択比（ＳｉＯ₂／Ｓｉ選択比）は、シリコン基板上に
弗素と炭素とから形成されたデポジション膜が堆積して
シリコンに対するエッチングは抑制される一方、酸化膜
については、酸化膜中の酸素とデポジション膜中の炭素
が反応して、このデポジション膜が除去されるためにエ
ッチングが進行することによって得られる（Gottlieb
S.Oehrlein et al.著 J.Vac.Sci.Technol.A5 1987 P1
585等参照）。このように、酸化膜における選択エッチ
ングでは、弗素と炭素とから形成されたデポジション膜
が重要な働きをしている。このため、最近では、例え
ば、六弗化エタン又は八弗化ブタン等の反応ガスに添加
ガスとして一酸化炭素を加えた混合ガスや、炭素と弗素
との構成比（Ｃ／Ｆ比）の高いフルオロカーボンガスを
用いることにより、デポジション膜中の炭素含有率を高
めて、スパッタリング耐性を向上させ、シリコンに対す
る高選択比を実現している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高選択
比を得るために、フルオロカーボンガスに一酸化炭素を
添加したエッチングガスや、Ｃ／Ｆ比の高いエッチング
ガスを用いてエッチングを行う方法によると、シリコン
基板上に堆積する弗素と炭素とからなるフルオロカーボ
ンポリマー（デポジション膜）は、炭素含有率が高いた
めに選択比は高くなるものの、シリコン基板上に堆積し
たフルオロカーボンポリマー中の炭素が、シリコン基板
中に打ち込まれてＳｉ−Ｃを形成して基板ダメージを発
生させ、導電性を劣化させるために、コンタクト抵抗が
高くなるという問題点があった。

【０００４】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、高選択性を保持しつつコンタクト抵抗の上昇を
抑え、一段と信頼性の高い半導体装置を製造する方法を
提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、真空容器内で、第１の電極
と第２の電極とを対向させ、上記第１の電極側に層間絶
縁膜付きの被処理体を置き、上記第１の電極と上記第２
の電極との間にフルオロカーボン化合物を含むガスでプ
ラズマを生成し、上記第１の電極に所定の高周波制御電
圧を印加することにより、上記プラズマ中のイオンに所
定の衝突エネルギを付与することで、上記層間絶縁膜を
選択エッチングして、コンタクトホールを形成する半導
体装置の製造方法に係り、上記プラズマによって形成さ
れるフルオロカーボン化合物により構成されるデポジシ
ョン膜の原子数比の炭素含有率が５０％を越えるとき、
上記高周波制御電圧のピーク・ピーク値を、６００Ｖ以
上１５００Ｖ以下の範囲に設定することを特徴としてい
る。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の半導体装置の製造方法に係り、上記第２の電極を介
して上記フルオロカーボン化合物を含むガスに所定の高
周波プラズマ生成電力を供給して、上記プラズマを生成
させ、上記フルオロカーボン化合物により構成されるデ
ポジション膜の原子数比の炭素含有率が５０％を越える
とき、上記第１の電極にピーク・ピーク値が６００Ｖ以
上１５００Ｖ以下の上記高周波制御電圧を印加して上記
プラズマ中のイオンに上記衝突エネルギを付与して上記
層間絶縁膜を選択エッチングすることを特徴としてい
る。

【０００７】また、請求項３記載の発明は、真空容器内
で、第１の電極と第２の電極とを対向させ、上記第１の
電極側に層間絶縁膜付きの被処理体を置き、上記第１の
電極と上記第２の電極との間に、フルオロカーボン化合
物と、少なくとも一酸化炭素又は水素を含む添加ガスと
の混合ガスでプラズマを生成し、上記第１の電極に所定
の高周波制御電圧を印加することにより、上記プラズマ
中のイオンに所定の衝突エネルギを付与することで上記
層間絶縁膜を選択エッチングして、コンタクトホールを
形成する半導体装置の製造方法に係り、エッチングガス
の総量に対する一酸化炭素又は水素の割合から、上記プ
ラズマによって形成されるフルオロカーボン化合物によ
り構成されるデポジション膜の原子数比炭素含有率を推
計する手法を用いて、上記デポジション膜の原子数比炭
素含有率が５０％以下と推計される、エッチングガスの
総量に対する一酸化炭素又は水素の割合となるように、
上記真空容器内に導入する当該一酸化炭素又は水素の割
合を制御することを特徴としている。

【０００８】また、請求項４記載の発明は、真空容器内
で、第１の電極と第２の電極とを対向させ、上記第１の
電極に層間絶縁膜付きの被処理体を置き、上記第１の電
極と上記第２の電極との間にフルオロカーボン化合物
と、少なくとも一酸化炭素又は水素を含む添加ガスとの
混合ガスでプラズマを生成し、上記第１の電極に所定の
高周波制御電圧を印加することにより、上記プラズマ中
のイオンに所定の衝突エネルギを付与することで、上記
層間絶縁膜を選択エッチングして、コンタクトホールを
形成する半導体装置の製造方法に係り、上記プラズマ中
のＣＦ_２ラジカル及び弗素ラジカルの発光強度の比か
ら、上記プラズマによって形成されるフルオロカーボン
化合物により構成されるデポジション膜の原子数比炭素
含有率を推計する手法を用いて、上記デポジション膜の
原子数比炭素含有率が５０％以下と推計される、上記発
光強度の比となるように、エッチングガスの総量に対す
る一酸化炭素又は水素の割合を制御することを特徴とし
ている。

【０００９】また、請求項５記載の発明は、真空容器内
で、第１の電極と第２の電極とを対向させ、上記第１の
電極に層間絶縁膜付きの被処理体を置き、上記第１の電
極と上記第２の電極との間にフルオロカーボン化合物
と、少なくとも一酸化炭素又は水素を含む添加ガスとの
混合ガスでプラズマを生成し、上記第１の電極に所定の
高周波制御電圧を印加することにより、上記プラズマ中
のイオンに所定の衝突エネルギを付与することで、上記
層間絶縁膜を選択エッチングして、コンタクトホールを
形成する半導体装置の製造方法に係り、上記プラズマ中
のＣＦ_２ラジカル及び弗素ラジカルの発光強度の比と上
記プラズマによって形成されるフルオロカーボン化合物
により構成されるデポジション膜の原子数比炭素含有率
との関係を測定により求め、得られた該関係に基づい
て、上記発光強度の比の測定値から、上記デポジション
膜の原子数比炭素含有率を推計するという手法を用い
て、上記デポジション膜の原子数比炭素含有率が５０％
以下と推計される、上記発光強度の比となるように、エ
ッチングガスの総量に対する一酸化炭素又は水素の割合
を制御することを特徴としている。

【００１０】さらにまた、請求項６記載の発明は、請求
項３，４又は５記載の半導体装置の製造方法に係り、上
記フルオロカーボン化合物により構成されるデポジショ
ン膜の原子数比炭素含有率を、４０％以上５０％以下の
範囲に設定することを特徴としている。

【００１１】

【作用】この発明の構成によれば、プラズマによって形
成されるフルオロカーボン化合物により構成されるデポ
ジション膜の原子数比の炭素含有率が５０％を越えると
き、高周波制御電圧のピーク・ピーク値を６００Ｖ以上
１５００Ｖ以下の範囲に設定して、イオンに付与される
衝突エネルギを制御するか、又はフルオロカーボン化合
物に添加する一酸化炭素又は水素のエッチングガスの総
量に対する割合を所定の範囲に設定して、フルオロカー
ボン化合物により構成されるデポジション膜の原子数比
の炭素含有率を制御することにより、コンタクトホール
のコンタクト抵抗を所定の値以下に抑えることができ
る。それ故、層間絶縁膜を選択エッチングして基板を侵
さない高選択性を保持しつつコンタクト抵抗の上昇を抑
え、一段と信頼性の高い半導体装置を製造することがで
きる。なお、この明細書において、炭素含有率は、原子
数比の炭素含有率を意味している。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施の形態について説明する。説明は、実施例を用い
て具体的に行う。 ◇発明に到る実験この発明の実施例の方法は、例えば、種々のエッチング
ガスを用いて、イオンに所定のエネルギを与えるための
エッチング制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐとコン
タクト抵抗との関係等を実験によって求め、これら多く
の実験結果を慎重に考察した末に生まれたものである。
まず、この出願に係る発明者等は、図６に示すように、
周波数略２７ＭＨｚのプラズマ生成用の電力を供給する
プラズマ生成用電源１３と、エッチングガスがプラズマ
状態とされることで生成されるイオンにエネルギを与え
る周波数略８００ｋＨｚのエッチング制御電源１５との
２つの電源と、両電源にそれぞれ接続され、所定の真空
度まで減圧された真空容器１１中に対向して配置された
プラズマ側電極１４及びターゲット電極１６を備えたド
ライエッチング装置１を用いて、反応ガスとしてのフル
オロカーボンガスと添加ガスとについてこれらのガスの
種類及び成分比を様々に変えてエッチングガスを生成
し、それぞれのエッチングガスを用いてエッチング制御
電源１５によって生成されるエッチング制御電圧（peak
-to-peak 値）Ｖｐｐを変えてエッチングを行ってコン
タクトホールを形成し、各エッチング制御電圧（peak-t
o-peak 値）Ｖｐｐにおけるコンタクト抵抗を測定し
た。以下に、実験結果の例を示す。

【００１３】最初に、反応ガスとしてＣＨＦ₃を７５
［ｓｃｃｍ］（標準状態時換算で７５［ｃｃ／ｍｉ
ｍ］）、添加ガスとして、ＣＯを３４０［ｓｃｃｍ］、
Ｏ₂を５［ｓｃｃｍ］導入し、真空容器１１内の真空度
を略５０［ｍＴｏｒｒ］に保った状態で、エッチング制
御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐを１．０［ｋＶ］か
ら２．０［ｋＶ］まで変化させて、ドライエッチングを
行って、径が略０．４［μｍ］のコンタクトホールを形
成させて、１個当たりについてのコンタクト抵抗を測定
した結果を図７に示す。なお、ここで、プラズマを生成
するためのプラズマ生成電源１３の電力は、２５００
［Ｗ］とし、エッチング制御電圧を発生させるエッチン
グ制御電源１５の電力は、エッチング制御電圧（peak-t
o-peak 値）Ｖｐｐに対応させて、２９０［Ｗ］から９
５０［Ｗ］まで変化させた。同図よりわかるように、エ
ッチング制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐが上昇す
るにつれて、コンタクト抵抗は大きく上昇している。ま
た、エッチング制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐが
１．０［ｋＶ］から１．５［ｋＶ］までの領域において
は比較的緩やかな上昇であるのに対し、１．０［ｋＶ］
を越える領域においてはコンタクト抵抗の上昇は急激と
なっている。また、この後、基板表面に堆積したデポジ
ション膜（フルオロカーボンポリマー）中の炭素の含有
率を測定したところ、略７０％であった。以上のことか
ら、エッチング制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐを
１．５［ｋＶ］以下とすることによって、１個当たりに
ついてのコンタクト抵抗を略２００［Ω］以下とできる
ことがわかった。

【００１４】次に、添加ガスとして、ＣＯに替えてＨ₂
を用いて実験を行った。すなわち、反応ガスとしてＣ₄
Ｆ₈を２８［ｓｃｃｍ］、添加ガスとして、Ｈ₂を１２
［ｓｃｃｍ］導入し、真空容器１１内の真空度を略１０
［ｍＴｏｒｒ］に保った状態で、エッチング制御電圧
（peak-to-peak 値）Ｖｐｐを１．０［ｋＶ］から２．
０［ｋＶ］まで変化させて、ドライエッチングを行っ
て、径が略０．４［μｍ］のコンタクトホールを形成さ
せて、１個当たりについてのコンタクト抵抗を測定し
た。結果は、同図に示したのと同様であった。なお、こ
こで、プラズマを生成するためのプラズマ生成電源１３
の電力は、２５００［Ｗ］とし、エッチング制御電圧を
発生させるエッチング制御電源１５の電力は、エッチン
グ制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐに対応させて、
３５０［Ｗ］から１２００［Ｗ］まで、変化させた。添
加ガスとして、ＣＯの替わりにＨ₂を用いても両者が同
様の結果となったのは、水素ガスが、弗素ラジカルを捕
捉して反応系から消失させるラジカルスカベンジャとし
て働き、プラズマ中の炭素濃度を高め、堆積するデポジ
ション膜（フルオロカーボンポリマー）中の炭素の含有
率を高めることとなるからである。

【００１５】次に、ＣＯ及びＨ₂を添加せずに実験を行
った。すなわち、反応ガスとしてＣＨＦ₃を６０［ｓｃ
ｃｍ］、添加ガスとして、Ａｒを４００［ｓｃｃｍ］、
Ｏ₂を７［ｓｃｃｍ］導入し、真空容器１１内の真空度
を略５０［ｍＴｏｒｒ］に保った状態で、エッチング制
御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐを１．０［ｋＶ］か
ら２．０［ｋＶ］まで変化させて、ドライエッチングを
行って、径が略０．４［μｍ］のコンタクトホールを形
成させて、１個当たりについてのコンタクト抵抗を測定
した結果を図８に示す。なお、ここで、プラズマを生成
するためのプラズマ生成電源１３の電力は、２５００
［Ｗ］とし、エッチング制御電圧を発生させるエッチン
グ制御電源１５の電力は、エッチング制御電圧（ピーク
間の電圧値）Ｖｐｐに対応させて、３５０［Ｗ］から１
１５０［Ｗ］まで変化させた。同図よりわかるように、
エッチング制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐを２．
０［ｋＶ］まで上昇せても、コンタクト抵抗は殆ど増加
していないことがわかる。この後、基板表面に堆積した
デポジション膜（フルオロカーボンポリマー）中の炭素
の含有率を測定したところ、略４０％であった。また、
酸化膜のエッチング速度を測定したところ、エッチング
制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐの上昇と共に増大
し、エッチング制御電圧（ｐｅａｋ−ｔｏ−ｐｅａｋ
値）Ｖｐｐ２．０［ｋＶ］においては、１［μｍ／ｍｉ
ｎ］であった。

【００１６】以上三例の実験に加えて多数の実験を重ね
た結果、エッチング制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐ
ｐを６００［Ｖ］から１．５［ｋＶ］とするか、又は例
えば、エッチングガス中のＣＯやＨ_２の割合を制御し
て、デポジション膜の炭素含有率が略４０％以上５０％
以下となるようにすれば、良好なコンタクト抵抗を得る
ことができ、かつ、高い選択性や速いエッチング速度も
確保できることがわかった。なお、エッチングガス中の
ＣＯの割合（ＣＯ添加率）［％］とデポジション膜の炭
素含有率［％］との間の関係については、図９に曲線Ａ
で示すような測定結果が得られた。すなわち、炭素含有
率を５０［％］とするためには、同図より、ＣＯ添加率
［％］を４０［％］とすればよいことがわかる。なお、
この実施例において、ＣＯ添加率とは、原子数比のＣＯ
添加率［％］を意味するが、原子数比に限らない。

【００１７】次に、この出願に係る発明者等は、デポジ
ション膜に含まれる炭素の割合（炭素含有率）を求める
ために、エッチングガス中のＣＯの割合（ＣＯ添加率）
を変化させて、プラズマの中のＣＦ₂ラジカル及び弗素
ラジカルの発光強度を測定した。反応ガスとしてＣＨＦ
₃を、添加ガスとして、ＣＯ及びＯ₂を用い、真空容器１
１内の真空度を略５０［ｍＴｏｒｒ］に保った状態で、
エッチングガスの総量に対するＣＯの割合（ＣＯ添加
率）を０［％］から８０［％］まで変化させて、ドライ
エッチングを行い、デポジションの前駆体であるＣＦ₂
ラジカルの発光スペクトルである２７０［ｎｍ］の発光
強度とＦラジカルの発光スペクトルである６５２［ｎ
ｍ］の発光強度を測定し、両発光強度の比（以下、発光
ＣＦ₂／Ｆともいう）を求め、エッチングガス中のＣＯ
の割合（ＣＯ添加率）［％］と発光強度の比（発光ＣＦ
₂／Ｆ）との関係を得た。得られた結果を同図に曲線Ｂ
で示す。なお、ここで、プラズマ生成電源１３の電力
は、２５００［Ｗ］とし、エッチング制御電源１５の電
力は、６００［Ｗ］とした。同図中の曲線Ｂよりわかる
ように、例えば、発光強度の比ＣＦ₂／Ｆが０．１以下
のときにＣＯ添加率［％］が４０［％］となることがわ
かる。同図に曲線Ａで図示したＣＯ添加率と炭素含有率
との間の関係からＣＯ添加率が４０［％］のときは炭素
含有率は、５０［％］であるので、例えば、ＣＯ添加率
を制御して発光強度の比ＣＦ₂／Ｆが０．１となるよう
にすれば、炭素含有率を５０［％］とすることができる
ことがわかる。

【００１８】◇第１実施例図１は、この発明の第１実施例である半導体装置の製造
方法において用いられるドライエッチング装置を模式的
に示す断面図、図２は、同ドライエッチング装置のプラ
ズマ側電極の水平断面図、また、図３及び図４は、同半
導体装置の製造方法によるエッチングの過程を説明する
ための説明図である。まず、この例のドライエッチング
装置１の構成から説明する。図１に示すように、ドライ
エッチング装置１は、内部が所定の真空度に保たれる真
空容器１１に、フルオロカーボンガスを主としたエッチ
ングガス２を導入するためのガス導入管１２が接続さ
れ、ガス導入管１２から導かれたエッチングガス２をプ
ラズマ状態とするためのプラズマ生成用電源１３によっ
て発生されたプラズマ生成用電力が供給されるプラズマ
側電極１４と、被処理体２が載置され、プラズマ側電極
１４において生成された、例えば、反応性弗素イオン等
に所定のエネルギを付与するためのエッチング制御電源
１５によって発生されたエッチング制御電圧が印加され
るターゲット電極１６とが、真空容器１１内に対向して
配置されて、また、真空容器１１のエッチングガス２が
導入される側と反対側においては、図示せぬ真空ポンプ
に連結されたガス排気管１７が接続されてなっている。

【００１９】プラズマ生成用電源１３は、コンデンサＣ
１を介してプラズマ側電極１４（ガス導入管１２）に接
続される。プラズマ生成用電源１３の周波数は、１３．
５６［ＭＨｚ］以上であることが好ましいが、この例で
は、略２７［ＭＨｚ］としている。また、出力は、略２
０００［Ｗ］から３０００［Ｗ］の範囲で設定される
が、この例では、２５００Ｗとしている。また、エッチ
ング制御電源１５は、コンデンサＣ２を介してターゲッ
ト電極１６に接続される。エッチング制御電源１５の周
波数は、プラズマ生成用電源１３への影響を低減し、高
い制御性を実現するため、５［ＭＨｚ］以下、特に、４
００［ｋＨｚ］以上２［ＭＨｚ］以下の範囲とするのが
好ましく、この例では、略８００［ｋＨｚ］としてい
る。また、エッチング制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖ
ｐｐは、略１．０［ｋＶ］に設定されている。また、プ
ラズマ側電極１４及びターゲット電極１６の断面形状は
略円形であり、プラズマ側電極１４には、図２に示すよ
うに、多数の孔１４ａ，１４ａ，…が設けられている。
なお、真空ポンプとしては、予備排気用にはロータリポ
ンプを、本排気用にはターボ分子ポンプを用いている。

【００２０】次に、上記構成のドライエッチング装置１
を用いて被処理体３にコンタクトホールＨ，Ｈ，…を形
成する方法について説明する。まず、図３（ａ）に示す
ように、シリコン基板３１上全面に被エッチング膜とし
てのＳｉＯ_２層間絶縁膜３２を形成し、このＳｉＯ_２層
間絶縁膜３２の上に、フォトリソグラフィの技法によっ
てコンタクトホールＨ，Ｈ，…が形成されることとなる
所定の位置に断面略円形の開口３３ａ，３３ａ，…を有
するフォトレジストパターン３３を形成する。ここで、
各開口３３ａの径は、略０．４［μｍ］とされる。次
に、こうして作成された被処理体３をドライエッチング
装置１のターゲット電極１６に載置し、エッチングガス
２をガス導入管１２から導き、真空容器１１内の真空度
を略５０［ｍＴｏｒｒ］に保った状態で、プラズマ側電
極１４とターゲット電極１６との間にプラズマを生成さ
せて、エッチングを開始する。ここで、エッチング制御
電源１５の出力は略２５００［Ｗ］として、プラズマ側
電極１４から被処理体３に平行に略２７［ＭＨｚ］で放
電させてイオンやラジカルを生成させ、一方、エッチン
グ制御電源１５からの出力は、略２９０［Ｗ］として、
略１．０［ｋＶ］のエッチング制御電圧をターゲット電
極１６に印加してイオンを加速し、被処理体３に衝撃す
る。また、ガス導入管１２から導かれるエッチングガス
２は、ＣＨＦ_３を７５［ｓｃｃｍ］、ＣＯを３４０［ｓ
ｃｃｍ］、及びＯ_２を５［ｓｃｃｍ］とした混合ガスで
ある。

【００２１】これによって、同図（ｂ）に示すように、
各開口３３ａの部位において、フォトレジストパターン
３３は侵されることなく、ＳｉＯ_２層間絶縁膜３２のみ
がエッチングされ、孔３２ａ，３２ａ，…が形成されて
いく。そして、同図（ｃ）に示すように、シリコン基板
３１の略上面までＳｉＯ_２膜３２が除去されたところで
エッチングが終了し、径が略０．４［μｍ］のコンタク
トホールＨ，Ｈ，…ができあがる。ここで、上記エッチ
ングの過程について詳述すると、同図（ｂ）の過程で
は、図４（ａ）に示すように、ＳｉＯ_２層間絶縁膜３２
の表面には、弗素と炭素とからなるフルオロカーボンポ
リマーにより構成されるデポジション膜４が形成される
が、同時に、ＳｉＯ_２層間絶縁膜３２にイオンが打ち込
まれると、ＳｉＯ_２層間絶縁膜３２中のＳｉとデポジシ
ョン膜４中の弗素とが反応してＳｉＦ_４が生成されて揮
発し、かつ、デポジション膜中の炭素とＳｉＯ_２層間絶
縁膜３２の酸素とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ_２）が
生成されて、このデポジション膜４が除去されるために
エッチングが進行する。また、図３（ｃ）の過程では、
図４（ｂ）に示すように、シリコン基板３１上に上記デ
ポジション膜４が形成され、同時に、ＳｉＯ_２層間絶縁
膜３２にイオンが打ち込まれると、シリコン基板３１中
のＳｉとデポジション膜４中の弗素とが反応してＳｉＦ
_４が生成されて揮発するが、デポジション膜４中の炭素
は残るので、シリコンに対するエッチングは抑制され
る。

【００２２】上記のエッチング過程が終了した後、コン
タクトホールＨ１個当たりについてのコンタクト抵抗を
測定したところ、略１７０［Ω］という良好な結果が得
られた。また、シリコン基板３１表面に堆積したデポジ
ション膜（フルオロカーボンポリマー）中の炭素の含有
率を測定したところ、略７０％であった。

【００２３】上記構成によれば、エッチングの際にシリ
コン基板３１又はＳｉＯ_２層間絶縁膜３２上に形成され
るデポジション膜４の炭素含有率が５０％を越えると
き、エッチング制御電圧を略１．０［ｋＶ］に設定すれ
ば、各コンタクトホールＨにおけるコンタクト抵抗を良
好な値とすることができる。それ故、ＳｉＯ_２層間絶縁
膜３２をエッチングしてかつシリコン基板３１を侵さな
い高選択性を保持しつつコンタクト抵抗の上昇を抑え、
一段と信頼性の高い半導体装置を製造することができ
る。

【００２４】◇第２実施例この第２実施例が上述の第１実施例と大きく異なるとこ
ろは、エッチングガスの添加ガスとして、ＣＯに替えて
Ｈ₂を用いた点である。これ以外のドライエッチング装
置の構成等は第１実施例と略同一であるので、第１実施
例の装置の構成各部等に対応する構成各部等には、同一
の符号を付してその説明を省略する。

【００２５】被処理体３にコンタクトホールＨを形成す
る方法について説明する。これについても第１実施例の
場合と略同様であるので、その説明を簡略にする。被処
理体３をドライエッチング装置１のターゲット電極１６
に載置し、エッチングガスをガス導入管１２から導き、
真空容器１１内の真空度を略１０［ｍＴｏｒｒ］に保っ
た状態で、プラズマ側電極１４とターゲット電極１６と
の間にプラズマを生成させて、エッチングを開始する。
ここで、エッチング制御電源１５の出力は略２５００
［Ｗ］として、プラズマ側電極１４から被処理体３に平
行に略２７［ＭＨｚ］で放電させてイオンやラジカルを
生成させ、一方、エッチング制御電源１５からの出力
は、略３５０［Ｗ］として、略１．０［ｋＶ］のエッチ
ング制御電圧（peak-to-peak 値）Ｖｐｐをターゲット
電極１６に印加してイオンを加速し、被処理体３に衝撃
する。また、ガス導入管１２から導かれるエッチングガ
スは、Ｃ_４Ｆ_８を２８［ｓｃｃｍ］、Ｈ_２を１２［ｓｃ
ｃｍ］とした混合ガスである。所定のエッチング過程が
終了した後、コンタクトホールＨ１個当たりについての
コンタクト抵抗を測定したところ、第１実施例と同様に
良好な結果が得られた。

【００２６】上記構成によれば上述した第１実施例と略
同様の効果を得ることができる。

【００２７】◇第３実施例この第３実施例が上述の第１実施例と大きく異なるとこ
ろは、デポジション膜中の炭素の含有率が５０％以下と
なるようにするために、エッチングガスにＣＯが含まれ
ないようにした点である。これ以外のドライエッチング
装置の構成等は第１実施例と略同一である。

【００２８】被処理体３にコンタクトホールＨを形成す
る方法について説明する。被処理体３をドライエッチン
グ装置１のターゲット電極１６に載置し、エッチングガ
スをガス導入管１２から導き、真空容器１１内の真空度
を略５０［ｍＴｏｒｒ］に保った状態で、プラズマ側電
極１４とターゲット電極１６との間にプラズマを生成さ
せて、エッチングを開始する。ここで、エッチング制御
電源１５の出力は略２５００［Ｗ］として、プラズマ側
電極１４から被処理体３に平行に略２７［ＭＨｚ］で放
電させてイオンやラジカルを生成させ、一方、エッチン
グ制御電源１５からの出力は、略１１５０［Ｗ］とし
て、略２．０［ｋＶ］のエッチング制御電圧（peak-to-
peak 値）Ｖｐｐをターゲット電極１６に印加してイオ
ンを加速し、被処理体３に衝撃する。また、ガス導入管
１２から導かれるエッチングガスは、ＣＨＦ_３を６０
［ｓｃｃｍ］、Ａｒを４００［ｓｃｃｍ］、及びＯ_２を
７［ｓｃｃｍ］とした混合ガスである。

【００２９】所定のエッチング過程が終了した後、コン
タクトホールＨ１個当たりについてのコンタクト抵抗を
測定したところ、略１８０［Ω］という良好な結果が得
られた。また、シリコン基板３１表面に堆積したデポジ
ション膜（フルオロカーボンポリマー）中の炭素の含有
率を測定したところ、略４０％であった。さらに、Ｓｉ
Ｏ₂層間絶縁膜３２のエッチング速度を測定したとこ
ろ、略１［μｍ／ｍｉｎ］であった。

【００３０】上記構成によれば、エッチングの際にシリ
コン基板３１又はＳｉＯ_２層間絶縁膜３２に形成される
デポジション膜４の炭素含有率が５０％を以下とするよ
うにすれば、コンタクトホールＨにおけるコンタクト抵
抗を良好な値とすることができる。しかも、エッチング
制御電圧も比較的高く設定することができるので、エッ
チング速度も速めることができる。それ故、ＳｉＯ_２層
間絶縁膜３２をエッチングしてかつシリコン基板３１を
侵さない高選択性及び速いエッチング速度を保持しつつ
コンタクト抵抗の上昇を抑え、一段と信頼性の高い半導
体装置を製造することができる。

【００３１】◇第４実施例図５は、この発明の第４実施例である半導体装置の製造
方法において用いられるドライエッチング装置の構成を
模式的に示すブロック図である。この第４実施例が上述
の第１実施例と大きく異なるところは、プラズマ中のＣ
Ｆ₂ラジカル及び弗素ラジカルの発光強度を測定するた
めの分光器等が付加されている点である。これ以外のド
ライエッチング装置の構成等は第１実施例と略同一であ
るので、第１実施例の装置の構成各部等に対応する構成
各部等には、同一の符号を付してその説明を省略する。
この例のドライエッチング装置５は、上述した真空容器
１１と、ガス導入管１２と、プラズマ生成用電源１３
と、プラズマ側電極１４と、エッチング制御電源１５
と、ターゲット電極１６と、ガス排気管１７と、図５に
示すように、プラズマ中のＣＦ₂ラジカル及び弗素ラジ
カルの発光スペクトルを得るための分光器５１と、分光
器５１を経てきた光を受光して増幅された電気信号を出
力する光電子倍増管５２と、光電子倍増管５２から出力
された電気信号を増幅し、デジタルの電気信号にして出
力する増幅器５３と、装置各部を制御し、かつ、増幅器
５３から送出されてきたデジタルの電気信号に基づい
て、プラズマ中のＣＦ₂ラジカル及び弗素ラジカルの発
光強度、並びにＣＦ₂ラジカル及び弗素ラジカルの発光
強度の比（発光ＣＦ₂／Ｆ）を算出するＣＰＵ５４と、
例えば、ＣＲＴディスプレイ等よりなり、ＣＰＵ５４に
よる算出結果を表示する表示装置５５とを備えてなって
いる。

【００３２】被処理体３にコンタクトホールＨを形成す
る方法について説明する。まず、被処理体３をドライエ
ッチング装置１のターゲット電極１６に載置し、エッチ
ングガスをガス導入管１２から導き、真空容器１１内の
真空度を略５０［ｍＴｏｒｒ］に保った状態で、プラズ
マ側電極１４とターゲット電極１６との間にプラズマを
生成させて、エッチングを開始する。ここで、エッチン
グ制御電源１５の出力は略２５００［Ｗ］として、プラ
ズマ側電極１４から被処理体３に平行に略２７［ＭＨ
ｚ］で放電させてイオンやラジカルを生成させ、一方、
エッチング制御電源１５からの出力は、略６００［Ｗ］
として、所定のエッチング制御電圧をターゲット電極１
６に印加してイオンを加速し、被処理体３に衝撃する。
また、ガス導入管１２から導かれるエッチングガスは、
ＣＨＦ_３、ＣＯ、Ｏ_２の混合ガスである。次に、表示装
置５５に表示された発光ＣＦ_２／Ｆの値を確認し、０．
１以下となっていない場合は、エッチングガスの総量に
対するＣＯの割合（ＣＯ添加率）を変化させる。発光Ｃ
Ｆ_２／Ｆの値を確認し、０．１以下であれば、このまま
の条件下で、以下、上述した第１実施例の場合と同様に
エッチング処理を行う。

【００３３】発光ＣＦ₂／Ｆの値を略０．１とし、所定
のエッチング過程が終了した後、シリコン基板３１表面
に堆積したデポジション膜（フルオロカーボンポリマ
ー）中の炭素の含有率を測定したところ、略５０％であ
った。また、コンタクトホールＨ１個当たりについての
コンタクト抵抗を測定したところ、良好な結果が得られ
た。

【００３４】上記構成によれば上述した第１実施例と略
同様の効果を得ることができる。加えて、測定された発
光ＣＦ₂／Ｆの値に基づいて、デポジション膜中の炭素
の含有率を制御して、低いコンタクト抵抗を得ることが
できる。

【００３５】以上、この発明の実施例を図面により詳述
してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるもの
ではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変
更等があってもこの発明に含まれる。例えば、上述した
第１実施例及び第２実施例では、エッチング制御電圧
（peak-to-peak 値）Ｖｐｐを略１．０［ｋＶ］に設定
したが、この値に限定されず、略６００［Ｖ］以上１５
００［Ｖ］以下の任意の値とすることができる。同様に
して、第３実施例においても、エッチング制御電圧（pe
ak-to-peak 値）を略２．０［ｋＶ］に設定したが、こ
の値に限らない。また、上述した第４実施例において、
発光ＣＦ₂／Ｆの値を変化させるために、エッチングガ
スの総量に対するＣＯの割合（ＣＯ添加率）を変化させ
るようにしたが、替わりにエッチングガスの総量に対す
るＨ₂の割合を変化させるようにしても良い。また、上
述した実施例では、真空ポンプとしては、予備排気用に
はロータリポンプを、本排気用にはターボ分子ポンプを
用いているが、予備排気を省略しても良い。また、真空
ポンプとしては、例えば、ソープションポンプ等を用い
ても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、プラズマによって形成されるフルオロカーボン
化合物により構成されるデポジション膜の炭素含有率が
５０％を越えるとき、高周波制御電圧のピーク・ピーク
値を６００Ｖ以上１５００Ｖ以下の範囲に設定して、イ
オンに付与される衝突エネルギを制御するか、又はフル
オロカーボン化合物に添加する一酸化炭素又は水素のエ
ッチングガスの総量に対する割合を所定の範囲に設定し
て、フルオロカーボン化合物により構成されるデポジシ
ョン膜の炭素含有率を制御することにより、コンタクト
ホールのコンタクト抵抗を所定の値以下に抑えることが
できる。それ故、層間絶縁膜を選択エッチングして基板
を侵さない高選択性を保持しつつコンタクト抵抗の上昇
を抑え、一段と信頼性の高い半導体装置を製造すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例である半導体装置の製造
方法において用いられるドライエッチング装置を模式的
に示す断面図である。

【図２】同ドライエッチング装置のプラズマ側電極の水
平断面図である。

【図３】同半導体装置の製造方法によるエッチング処理
の過程を説明するための説明図であって、同図（ａ）
は、エッチング処理前の被処理体の状態を示す図、同図
（ｂ）は、エッチング処理中の被処理体の状態を示す
図、同図（ｃ）は、エッチング処理終了時の被処理体の
状態を示す図である。

【図４】同半導体装置の製造方法によるエッチング処理
の過程を説明するための説明図であって、同図（ａ）
は、図３（ｂ）のＤ部を拡大して示す図、図４（ｂ）
は、図３（ｃ）のＥ部を拡大して示す図である。

【図５】この発明の第４実施例である半導体装置の製造
方法において用いられるドライエッチング装置の構成を
模式的に示すブロック図である。

【図６】この発明に到る実験において用いられたドライ
エッチング装置を模式的に示す図である。

【図７】エッチング制御電圧（peak-to-peak 値）とコ
ンタクト抵抗との関係を示す特性図である。

【図８】エッチング制御電圧（peak-to-peak 値）とコ
ンタクト抵抗との関係を示す特性図である。

【図９】ＣＯ添加率と炭素含有率との関係を示す特性図
及びＣＯ添加率と発光ＣＦ₂／Ｆとの関係を示す特性図
である。

【符号の説明】

１，５ドライエッチング装置１１真空容器１３プラズマ生成用電源１４プラズマ側電極（第２の電極）１５エッチング制御電源１６ターゲット電極（第１の電極）２エッチングガス（フルオロカーボン化合物）３被処理体３１シリコン基板３２ＳｉＯ₂層間絶縁膜（層間絶縁膜）４デポジション膜（フルオロカーボン化合物デ
ポジション膜）ＨコンタクトホールＨ

フロントページの続き (56)参考文献特開昭60−195939（ＪＰ，Ａ) 特開平５−308062（ＪＰ，Ａ) 特開平７−142447（ＪＰ，Ａ) ＴａｋｅｓｈｉＡＫＩＭＯＴＯｅｔａｌ．，ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，1994，Ｖｏｌ．33，Ｐａｒｔ１，Ｎｏ．４Ｂ，Ｐ2151−2156 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】真空容器内で、第１の電極と第２の電極
とを対向させ、前記第１の電極側に層間絶縁膜付きの被
処理体を置き、前記第１の電極と前記第２の電極との間
にフルオロカーボン化合物を含むガスでプラズマを生成
し、前記第１の電極に所定の高周波制御電圧を印加する
ことにより、前記プラズマ中のイオンに所定の衝突エネ
ルギを付与することで、前記層間絶縁膜を選択エッチン
グして、コンタクトホールを形成する半導体装置の製造
方法であって、前記プラズマによって形成されるフルオロカーボン化合
物により構成されるデポジション膜の原子数比の炭素含
有率が５０％を越えるとき、前記高周波制御電圧のピー
ク・ピーク値を、６００Ｖ以上１５００Ｖ以下の範囲に
設定することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記第２の電極を介して前記フルオロカ
ーボン化合物を含むガスに所定の高周波プラズマ生成電
力を供給して、前記プラズマを生成させ、前記フルオロカーボン化合物により構成されるデポジシ
ョン膜の原子数比の炭素含有率が５０％を越えるとき、
前記第１の電極にピーク・ピーク値が６００Ｖ以上１５
００Ｖ以下の前記高周波制御電圧を印加して前記プラズ
マ中のイオンに前記衝突エネルギを付与して前記層間絶
縁膜を選択エッチングすることを特徴とする請求項１記
載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】真空容器内で、第１の電極と第２の電極
とを対向させ、前記第１の電極側に層間絶縁膜付きの被
処理体を置き、前記第１の電極と前記第２の電極との間
に、フルオロカーボン化合物と、少なくとも一酸化炭素
又は水素を含む添加ガスとの混合ガスでプラズマを生成
し、前記第１の電極に所定の高周波制御電圧を印加する
ことにより、前記プラズマ中のイオンに所定の衝突エネ
ルギを付与することで前記層間絶縁膜を選択エッチング
して、コンタクトホールを形成する半導体装置の製造方
法であって、エッチングガスの総量に対する一酸化炭素又は水素の割
合から、前記プラズマによって形成されるフルオロカー
ボン化合物により構成されるデポジション膜の原子数比
炭素含有率を推計する手法を用いて、前記デポジション膜の原子数比炭素含有率が５０％以下
と推計される、エッチングガスの総量に対する一酸化炭
素又は水素の割合となるように、前記真空容器内に導入
する当該一酸化炭素又は水素の割合を制御することを特
徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】真空容器内で、第１の電極と第２の電極
とを対向させ、前記第１の電極に層間絶縁膜付きの被処
理体を置き、前記第１の電極と前記第２の電極との間に
フルオロカーボン化合物と、少なくとも一酸化炭素又は
水素を含む添加ガスとの混合ガスでプラズマを生成し、
前記第１の電極に所定の高周波制御電圧を印加すること
により、前記プラズマ中のイオンに所定の衝突エネルギ
を付与することで、前記層間絶縁膜を選択エッチングし
て、コンタクトホールを形成する半導体装置の製造方法
であって、前記プラズマ中のＣＦ_２ラジカル及び弗素ラジカルの発
光強度の比から、前記プラズマによって形成されるフル
オロカーボン化合物により構成されるデポジション膜の
原子数比炭素含有率を推計する手法を用いて、前記デポジション膜の原子数比炭素含有率が５０％以下
と推計される、前記発光強度の比となるように、エッチ
ングガスの総量に対する一酸化炭素又は水素の割合を制
御することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】真空容器内で、第１の電極と第２の電極
とを対向させ、前記第１の電極に層間絶縁膜付きの被処
理体を置き、前記第１の電極と前記第２の電極との間に
フルオロカーボン化合物と、少なくとも一酸化炭素又は
水素を含む添加ガスとの混合ガスでプラズマを生成し、
前記第１の電極に所定の高周波制御電圧を印加すること
により、前記プラズマ中のイオンに所定の衝突エネルギ
を付与することで、前記層間絶縁膜を選択エッチングし
て、コンタクトホールを形成する半導体装置の製造方法
であって、前記プラズマ中のＣＦ_２ラジカル及び弗素ラジカルの発
光強度の比と前記プラズマによって形成されるフルオロ
カーボン化合物により構成されるデポジション膜の原子
数比炭素含有率との関係を測定により求め、得られた該
関係に基づいて、前記発光強度の比の測定値から、前記
デポジション膜の原子数比炭素含有率を推計するという
手法を用いて、前記デポジション膜の原子数比炭素含有
率が５０％以下と推計される、前記発光強度の比となる
ように、エッチングガスの総量に対する一酸化炭素又は
水素の割合を制御することを特徴とする半導体装置の製
造方法。
【請求項６】前記フルオロカーボン化合物により構成
されるデポジション膜の原子数比炭素含有率を、４０％
以上５０％以下の範囲に設定することを特徴とする請求
項３，４又は５記載の半導体装置の製造方法。