JP3278942B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造方法に
関し、特に例えばＳＯＧ中間層パターンを表面に有する
レジストマスクを介して酸化シリコン（ＳｉＯ_x）層間
絶縁膜をエッチングする際に、ウェハ面内における寸法
変換差のバラつきを抑制する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】２５６ＭＤＲＡＭ，６４ＭＳＲＡＭクラ
スの次々世代メモリ素子、あるいは次世代ゲートアレイ
の製造においては、０．２５μｍのパターン幅を精密に
加工できる微細加工技術が要求されている。なかでもエ
ッチングマスクの形成に関しては、フォトリソグラフィ
の露光波長の短波長化に伴う焦点深度の減少、デバイス
構造の複雑化に伴う基板の表面段差の増大等の事情か
ら、多層レジストプロセスの採用が必須となりつつあ
る。多層レジストプロセスとは、基板の表面段差を吸収
するに十分な厚い下層レジスト層と、高解像度を達成す
るに十分な薄い上層レジスト層の少なくとも２種類のレ
ジスト層とを組み合わせて使用する方法である。

【０００３】良く知られた方法としては、Ｊ．Ｖａｃ．
Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．，１６，（１９７９），ｐ．１６２
０に報告されている、いわゆる３層レジストプロセスが
ある。これは、基板の表面段差を平坦化する厚い下層レ
ジスト層、この下層レジスト層をエッチングする際のマ
スクを構成するための無機材料からなる薄い中間層、お
よびフォトリソグラフィと現像処理によりパターニング
される薄い上層レジスト層の３種類の層を使用するもの
である。

【０００４】このプロセスでは、まず上層レジスト層が
所定の形状にパターニングされ、これをマスクとしてそ
の下の中間層がＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によ
りパターニングされ、さらに前記上層レジスト層と中間
層とをマスクとしてドライエッチングを行うことによ
り、下層レジスト層がパターニングされる。ここで、上
記中間層は、ＳＯＧ（スピン・オン・グラス）等のＳｉ
Ｏ_x 系材料で構成されるのが一般的である。

【０００５】上述の３層レジストプロセスは、従来は例
えばＤＲＡＭのビット線やＣＣＤの転送電極のように、
主として大きな段差を有する基板上に形成された配線層
をエッチングする際のマスク形成技術として検討されて
きた。今後はさらに、層間絶縁膜にコンタクトホールや
ビアホールを開口するホール加工にも、このプロセスを
適用してゆくことが必須になるものと考えられている。
上記層間絶縁膜の一般的な構成材料は、シリコン・デバ
イスの場合、ＳｉＯ_x である。

【０００６】ＳｉＯ_x系材料層のドライエッチングに
は、通常、フルオロカーボン系化合物がエッチングガス
の主成分として用いられる。フルオロカーボン系化合物
は、ＳｉＯ_xからＳｉ原子を引き抜くＦ^*（フッ素ラジカ
ル）、およびＦ^*に入射エネルギーを与えることにより
この引き抜き反応と反応生成物ＳｉＦ_xの脱離をアシス
トするＣＦ_x ⁺（フルオロカーボンイオン）等の化学種を
供給する。また、フルオロカーボン系化合物は炭素系ポ
リマーを生成することができ、この炭素系ポリマーの表
面保護効果により、エッチングマスクや下地材料層に対
して高選択性が確保されている。

【０００７】上記炭素系ポリマーの堆積量を最適化する
上で、Ｃ／Ｆ比の概念が有用であることが知られてい
る。Ｃ／Ｆ比とは、ある種のエッチング反応系や分子を
構成する炭素（Ｃ）原子数とフッ素（Ｆ）原子数の比を
表す値であり、この値が大きいほど炭素系ポリマーの堆
積に有利となり、小さいほど不利となる。

【０００８】ＳｉＯ_x系材料層のエッチング中には、エ
ッチングに伴ってこの層からスパッタアウトされる酸素
（Ｏ）原子が燃焼反応によりＣ原子を消費するため、そ
の分だけＣ／Ｆ比が低下する。したがって、通常のレジ
ストパターンをエッチングマスクとして用いる従来のＳ
ｉＯ_x系材料層のエッチングでは、このＣ原子の消費分
も見込んだ上で必要最小量の炭素系ポリマーを生成させ
得るよう、Ｃ／Ｆ比が最適化されている。ただし、ホー
ル加工では被エッチング面積がウェハ面積の５％にも満
たす、スパッタアウトされるＯ原子量も少ないので、Ｃ
／Ｆ比の制御範囲もそれほど大きいものではない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、３層レジスト
プロセスにより形成されたエッチングマスクを用いてホ
ール加工を行おうとする場合には、事情が異なる。この
ときに生ずる問題点について、図３を参照しながら説明
する。

【００１０】図３（ａ）は、下層配線１１上を被覆する
ＳｉＯ₂層間絶縁膜１２を、その上に形成された下層レ
ジストパターン（ＰＲ）１３とＳＯＧ中間層パターン１
４とをマスクとしてエッチングする様子を示している。
領域Ａと領域Ｂは同一ウェハ上の異なる領域であり、ウ
ェハ近傍のプラズマ密度や面内温度分布に起因して、前
者ではエッチング速度が速く、後者では遅いものと仮定
する。下層レジストパターン１３には、領域Ａにおいて
開口部１３ａ、領域Ｂにおいて開口部１３ｂがそれぞれ
形成されている。図から明らかなように、かかるウェハ
の垂直イオン入射面は、すべてＳｉＯ_x系材料層で構成
されている。

【００１１】いま、フルオロカーボン系化合物を用いて
ＳｉＯ₂層間絶縁膜１２をエッチングすると、ほぼ同質
の材料からなるＳＯＧ中間層パターン１４も同時にエッ
チングされる。このエッチング過程では、ウェハ表面積
の大部分を占めるＳＯＧ中間層パターン１４から大量に
Ｏ原子がスパッタアウトされる。このときのＯ原子の生
成量は、もはや従来のＣ／Ｆ比の制御で消費可能な範囲
を超えており、過剰のＯ原子は次式で単純化して表され
る反応により、フルオロカーボン系化合物を分解してプ
ラズマ中に大量のＦ^*を生成させる。

【００１２】ＣＦ_x＋Ｏ → ＣＯ＋Ｆ^* つまり、中間層パターン１４が存在する間のエッチング
は、Ｃ／Ｆ比が低く、したがって炭素系ポリマーの堆積
が抑制された条件下で進行するのである。

【００１３】図３（ｂ）には、領域Ａにおいて先に中間
層パターン１４が消失し、接続孔１５の一部が形成され
た状態を示す。このとき、領域ＢではＳＯＧ中間層パタ
ーン１４がまだ残存しており、形成された接続孔１６も
領域Ａの接続孔１５より浅い。この状態でさらにエッチ
ングを続けると、領域ＢにおいてＳＯＧ中間層パターン
１４が残存している間はＣ／Ｆ比が低く維持されるた
め、領域Ａで露出した下層レジストパターン１３が過剰
なＦ^*に曝される。

【００１４】この後、ＳＯＧ中間層パターン１４がすべ
て除去されると、Ｏ原子の放出が極端に減少するので、
エッチング反応系のＣ／Ｆ比は上昇する。したがって、
仮に下層配線１１がＳｉ基板中に形成された不純物拡散
領域等であっても、このままエッチングを進めて下地選
択性が何ら劣化することはない。しかし、図３（ｃ）に
示されるように、領域Ａでは過剰なＦ^*に曝された下層
レジストパターン１３が既に大きく後退しているため、
形成される接続孔１５の開口径が領域Ｂの接続孔１６よ
りも拡大してしまう。

【００１５】このように、ウェハ面内に下層レジストパ
ターン１３が露出した領域とＳＯＧ中間層パターン１４
の残存する領域が混在することが、ウェハ面内における
レジスト選択比をバラつかせ、結果的に寸法変換差の面
内バラツキを生むのである。しかし、ＳＯＧ中間層パタ
ーン１４のエッチング速度をウェハ面内で完全に均一化
することは事実上不可能であるから、従来の技術では上
述のような寸法変換差の発生は多少なりとも避けられな
い。

【００１６】そこで本発明は、寸法変換差を効果的に抑
制し、３層レジストプロセスによるホール加工を真に実
用的なプロセスとして提案することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は上述の目的を達成するために提案されるもので
あり、相対的に薄いシリコン化合物層を表層部に有する
エッチングマスクを介して該エッチングマスク直下の相
対的に厚いシリコン化合物層をドライエッチングする際
に、前記相対的に薄いシリコン化合物層が除去されるま
での第１段階ではエッチング反応系のＣ／Ｆ比を相対的
に大とし、前記相対的に厚いシリコン化合物層の残余部
を除去する第２段階では相対的に小とするものである。

【００１８】本発明はまた、前記第１段階から前記第２
段階へ移行する間でフルオロカーボン系化合物を主体と
するエッチングガスの組成を変更することにより前記Ｃ
／Ｆ比を低下させるものである。

【００１９】上記の組成変更は、具体的にはＣ／Ｆ比を
大きく維持したい第１段階においてＦ^*を捕捉できる化
学種を生成し得るような化合物をエッチングガスに添加
するか、もしくはガス組成中に占めるその含量比を高め
ておき、Ｃ／Ｆ比を小さく維持したい第２段階において
エッチングガス中からかかる化合物を除外するか、もし
くはガス組成中に占めるその含量比を低下させることで
ある。Ｆ^*を捕捉できる化学種のうち、最も簡単かつ有
用な化学種はＨ^*（水素ラジカル）である。実際、Ｈ₂，
ハイドロカーボン系化合物，フルオロハイドロカーボン
系化合物のように分子内にＨ原子を有する化合物を用い
てエッチング反応系のＣ／Ｆ比を上昇させる手法は、ド
ライエッチングの分野においてしばしば用いられてい
る。

【００２０】本発明はまた、前記相対的に厚いシリコン
化合物層の表層部に予め水素富化層を形成しておき、前
記第１段階では、前記水素富化層のエッチング段階であ
り、該水素富化層から放出される水素原子により前記Ｃ
／Ｆ比は相対的に大きく維持され、前記第２段階は、前
記水素富化層がほぼエッチング除去された以後の前記相
対的に厚いシリコン化合物層のエッチング段階であり、
前記水素富化層からの水素原子放出がなくなることによ
り、前記Ｃ／Ｆ比は自動的に低下かつ相対的に小とする
ようにしたものである。

【００２１】ここで上記水素富化層は、相対的に薄いシ
リコン化合物層がエッチングマスクの表層部に存在する
間のみＨ原子を放出すれば良い。したがって、水素富化
層の厚さは、その除去に要する時間が上記相対的に薄い
シリコン化合物層のそれとほぼ等しくなるように設定さ
れる。

【００２２】本発明はさらに、前記水素富化層を水素含
有雰囲気下における気相成長法もしくは水素イオン注入
により形成するものである。

【００２３】

【作用】本発明は主として３層レジストプロセスによる
ホール加工を想定したものであるため、以下の明細書中
では、上記「相対的に薄いシリコン化合物層を表層部に
有するエッチングマスク」を「下層レジストパターン上
に中間層パターンが積層されたエッチングマスク」と解
釈して説明する。

【００２４】本発明のポイントは、中間層パターンがエ
ッチングマスクの表層部に存在する間のみ、大量のＯ原
子放出に起因するＣ／Ｆ比の低下を補正する点にある。
すなわち、ウェハのほぼ全面からスパッタアウトされる
Ｏ原子がプラズマ中のＦ^*を過剰とするのであるから、
このＦ^*を何らかの方法で捕捉し除去する。これによ
り、エッチング反応系のＣ／Ｆ比を大きく維持し、ウェ
ハの一部で下層レジストパターンが露出したとしても、
これに対する選択性を向上させるのである。

【００２５】中間層パターンがすべて消失した後は、従
来のレジストマスクによるホール加工と同様のエッチン
グが進行し、プロセスに応じて最適化された従来どおり
のＣ／Ｆ比の下で、下層レジストパターンおよび下地材
料層に対して高い選択比が達成される。

【００２６】過剰なＦ^*を捕捉する具体的な方法として
は、（ａ）中間層パターンの消失前後でエッチングガス
の組成を変更する方法、および（ｂ）被エッチング領域
から水素（Ｈ）原子を供給する方法の２通りを提案す
る。

【００２７】前者はエッチングガスの成分化合物が放電
解離条件下で生成する化学種間の反応によりＣ／Ｆ比を
高めるものである。

【００２８】一方、後者は、エッチングの進行に伴って
被エッチング領域からスパッタアウトされるＨ原子を利
用してＦ^*を捕捉する。本発明では、相対的に厚いシリ
コン化合物層の表層部に予め水素富化層を形成しておく
ことにより、効率良いＨ原子のスパッタアウトを可能と
している。かかる水素富化層を利用したＣ／Ｆ比制御の
先例としては、本願出願人が特願平４−１５６９８１号
明細書において提案したレジストマスクの逆テーパー断
面形状の補正がある。

【００２９】なお、前記水素富化層は、水素含有雰囲気
下における気相成長法もしくは水素のイオン注入により
形成することができる。これらの方法によれば、水素富
化層の水素含有量を、気相成長時のガス組成あるいはイ
オン注入時のドース量を変化させることにより任意に制
御することができる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００３１】実施例１ 本実施例は、３層レジストプロセスにより形成された中
間層パターン並びに下層レジストパターンをエッチング
マスクとし、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈（オクタフルオロシクロブタ
ン）／ＣＨ₂Ｆ₂（ジフルオロメタン）混合ガスを用いて
ＳｉＯ₂層間絶縁膜をエッチングしてコンタクトホール
を形成する際に、中間層パターンの消失前後でｃ−Ｃ₄
Ｆ₈とＣＨ₂Ｆ₂の流量比を変化させることにより、Ｃ／
Ｆ比を制御した例である。このプロセスを、図１を参照
しながら説明する。

【００３２】図１（ａ）に、本実施例でエッチングサン
プルとして用いたウェハを示す。このウェハは、下層配
線１上に通常のＣＶＤ法により厚さ約７００ｎｍのＳｉ
Ｏ₂層間絶縁膜２が積層され、この上に３層レジストプ
ロセスによりエッチングマスクが形成されたものであ
る。

【００３３】上記の下層配線１は、不純物拡散領域の形
成された単結晶Ｓｉ基板、多結晶Ｓｉ層、ポリサイド
膜、Ａｌ系配線層等のいずれであっても良いが、ここで
は単結晶Ｓｉ基板とする。

【００３４】また、上記エッチングマスクは、平均膜厚
約１μｍの下層レジストパターン（ＰＲ）３と膜厚約２
００ｎｍのＳＯＧ中間層パターン４がこの順に積層さ
れ、開口部３ａが共通パターンとして設けられた構成を
有する。かかるパターンは、下層レジスト層であるノボ
ラック系ポジ型フォトレジスト材料（東京応化工業社
製；商品名ＯＦＰＲ−８００）の塗膜、ＳＯＧ（東京応
化工業社製；商品名ＯＣＤ−Ｔｙｐｅ２）の塗膜、およ
び上層レジスト層であるネガ型３成分系化学増幅型レジ
スト材料（シプレー社製；商品名ＳＡＬ−６０１）の塗
膜（厚さ約１００ｎｍ）を順次形成した後、ＫｒＦエキ
シマ・レーザ・リソグラフィにより上層レジスト層をパ
ターニングし、得られた上層レジストパターンをマスク
としてＲＩＥによりＳＯＧ中間層をエッチングし、最後
に上層レジストパターンとＳＯＧ中間層パターン４とを
マスクとして下層レジスト層をエッチングすることによ
り形成される。上層レジストパターンは、厚い下層レジ
スト層をエッチングする途中で消失するので、図１
（ａ）には示されていない。つまり、最終的にはエッチ
ングマスクの表面はＳＯＧ中間層パターン４で構成さ
れ、したがってこの段階では、ウェハの垂直イオン入射
面のほぼ全面にＳｉＯ_x 系材料が露出するわけである。

【００３５】このウェハをＲＦバイアス印加型の有磁場
マイクロ波プラズマエッチング装置にセットし、まず第
１段階として例えば下記の条件でＳｉＯ₂層間絶縁膜２
をエッチングした。

【００３６】 ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量 １０ ＳＣＣＭ ＣＨ₂Ｆ₂流量 １５ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．２７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３００ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハステージ温度 −５０ ℃ ここで、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈とＣＨ₂Ｆ₂の放電解離効率が等し
く、ＣＨ₂Ｆ₂中から生成するＨ原子が同数のＦ原子を消
費するものと仮定し、上記混合ガスの構成原子数にもと
づいてＣ／Ｆ比を単純に計算すると、約０．６９とな
る。ただし、この値はＳＯＧ中間層パターン４からスパ
ッタアウトされるＯ原子の寄与を見込んだものではな
い。

【００３７】従来のレジストマスクによるコンタクトホ
ール加工では、このように高いＣ／Ｆ比の下では炭素系
ポリマーの堆積が大過剰となりエッチングの進行が阻害
されるところだが、本実施例ではＳＯＧ中間層パターン
４からスパッタアウトされるＯ原子によりＣ原子あるい
は炭素系ポリマーの一部が燃焼除去されるので、このよ
うな懸念はない。また、上述のようにＯ原子の一部が消
費されるのでｃ−Ｃ₄Ｆ₈等の解離が過剰に促進されるこ
とはなく、また生成したＦ^*も一部はＨ原子により捕捉
されるため、Ｆ^*生成量が大過剰となることはなかっ
た。

【００３８】かかるエッチングは、図１（ｂ）に示され
るようにＳＯＧ中間層パターン４が消失し、下層レジス
トパターン３が露出するまで行った。しかし、Ｃ／Ｆ比
が大きいため、この下層レジストパターン３に対する選
択比は十分に大きく維持された。ここまでの段階で、Ｓ
ｉＯ₂層間絶縁膜２にはコンタクトホール５が途中まで
形成された。前述のように炭素系ポリマーの堆積量が最
適化されているため、このコンタクトホール５の側壁面
がテーパー化することもなかった。

【００３９】なお、上記エッチングの終点は、例えばこ
のエッチングを発光スペクトルをモニタしながら行え
ば、ＣＯ^*に由来する波長５１９ｎｍの発光強度が減少
した時点をもって判定することが可能である。

【００４０】次に、第２段階として例えばエッチング条
件を下記のように変更し、下層レジストパターン３をマ
スクとしてＳｉＯ₂層間絶縁膜２の残余部をエッチング
した。

【００４１】 ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量 １５ ＳＣＣＭ ＣＨ₂Ｆ₂流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．２７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３００ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハステージ温度 −５０ ℃ この第２段階におけるＣ／Ｆ比は、ガス組成にもとづい
て単純計算すると０．５８であり、第１段階よりも低下
している。この段階ではウェハ表面からの大量のＯ原子
供給が起こらないため、かかる条件設定により炭素系ポ
リマーの堆積量とＦ^*生成量を適正に維持し、実用的な
速度、レジスト選択性、および下地選択性をもってエッ
チングを進行させることができた。この結果、図１
（ｃ）に示されるように、良好な異方性形状を有するコ
ンタクトホール５が完成された。また本実施例では、ウ
ェハ面内における寸法変換差のバラつきも抑制された。

【００４２】実施例２ 本実施例では、ＳｉＯ₂層間絶縁膜の表面に予め水素富
化層としてプラズマＣＶＤ法によりＳｉＮ層（以下、ｐ
−ＳｉＮ層と称する。）を形成し、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈／ＣＨ₂
Ｆ₂混合ガスの組成を途中変更せずにエッチングを行っ
た。このプロセスを、図２を参照しながら説明する。な
お、図２の参照符号は図１と一部共通である。

【００４３】本実施例でエッチングサンプルとして用い
たウェハを、図２（ａ）に示す。このウェハのエッチン
グマスクは、図１（ａ）で示したものと同じであるが、
ＳｉＯ₂ 層間絶縁膜２の厚さを約５００ｎｍに減じ、残
る約２００ｎｍは水素富化層６とした。この水素富化層
６は、プラズマＣＶＤにより形成されたｐ−ＳｉＮ層で
構成されている。成膜条件の一例を以下に示す。

【００４４】 ＳｉＨ₄流量 ２００ ＳＣＣＭ ＮＨ₃流量 １５００ ＳＣＣＭ Ｎ₂流量 １０００ ＳＣＣＭ ガス圧 ３３３ Ｐａ（＝２．５ Ｔｏｒｒ） 成膜時間 １ 分 ウェハ温度 ３５０ ℃ このようにして形成された水素富化層６の水素含有量
は、約２０％であった。なお、上記水素富化層６の膜厚
は、ＳＯＧ中間層パターン４とほぼ等しい時間で除去さ
れるように設定されている。

【００４５】このウェハを有磁場マイクロ波プラズマエ
ッチング装置にセットし、一例として下記の条件でエッ
チングを行った。

【００４６】 ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量 １５ ＳＣＣＭ ＣＨ₂Ｆ₂流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．２７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアスパワー ３００ Ｗ（２ ＭＨｚ） ウェハステージ温度 −５０ ℃ 上記エッチング条件は、上述の実施例１の第２段階にお
ける条件と同じである。ただし、本実施例ではＳＯＧ中
間層パターン４が消失するまでの間は水素富化層６のエ
ッチングが進行し、この層から放出されるＨ原子がＦ^*
を捕捉するため、Ｃ／Ｆ比は０．７付近まで上昇した。

【００４７】このエッチングにより、図２（ｂ）に示さ
れるように中間層パターン４が除去された段階では、水
素富化層６がほぼ除去されてＳｉＯ₂層間絶縁膜２の表
面が露出し、コンタクトホール７が一部形成された。こ
の時点で、エッチングマスク表面からのＯ原子放出や水
素富化層６からのＨ原子放出はなくなる。これ以降は、
若干量のＯ原子がＳｉＯ₂層間絶縁膜２の露出面からス
パッタアウトされるのみとなるので、エッチングガスの
組成を変更しなくとも自動的にＣ／Ｆ比が低下する。

【００４８】本実施例によっても、ウェハ面内における
寸法変換差のバラつきを抑制しながら、図２（ｃ）に示
されるように良好な異方性および選択性をもってコンタ
クトホール７を形成することができた。

【００４９】実施例３ 本実施例では、図２（ａ）に示した水素富化層６を、Ｓ
ｉＯ₂層間絶縁膜２への水素イオン注入により形成し
た。

【００５０】まず、実施例１と同様にＣＶＤ法により厚
さ約７００ｎｍのＳｉＯ₂層間絶縁膜２を形成した後、
一例として下記の条件でＨ₂ ⁺のイオン注入を行った。

【００５１】 イオン加速電圧 ８０ ｋｅＶ ドース量 ２×１０¹⁶原子／ｃｍ² このイオン注入により、ＳｉＯ₂層間絶縁膜２の表層部
から約２００ｎｍまでの深さの領域が水素含量の多いＳ
ｉＯ₂層（以下、ＳｉＯ₂：Ｈ層と称する。）に変化し、
水素富化層６が形成された。

【００５２】このウェハを用い、実施例２と同じ条件で
エッチングを行った。ＳＯＧ中間層パターン４が除去さ
れている間は水素富化層６であるＳｉＯ₂：Ｈ層からＨ
原子がスパッタアウトされてＣ／Ｆ比が大きく維持さ
れ、ＳＯＧ中間層パターン４および水素富化層６の双方
が消失した後は、自動的にＣ／Ｆ比が低下してエッチン
グが進行した。

【００５３】本実施例によっても、ウェハ面内における
寸法変換差のバラつきを抑制しながら、図２（ｃ）に示
されるように良好な異方性および選択性をもってコンタ
クトホール７を形成することができた。

【００５４】以上、本発明を３例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。

【００５５】例えば、被エッチング材料層であるシリコ
ン化合物層は上述のＳｉＯ₂層間絶縁膜に限られるもの
ではなく、ＰＳＧ，ＢＳＧ，ＢＰＳＧ，ＡｓＳＧ，Ａｓ
ＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ等の他のＳｉＯ₂系材料層、あるい
はＳｉＮから構成されるものであっても良い。

【００５６】実施例３では、ＳｉＯ₂層間絶縁膜の成膜
後に全面的にイオン注入を行うことにより水素富化層を
形成したが、この水素富化層はエッチングマスクを形成
した後に集束イオンビーム等を用いて被エッチング領域
に選択的に形成するようにしても良い。

【００５７】あるいは、水素富化層を水素プラズマ処理
等により形成することもできる。

【００５８】この他、ウェハ上に形成される各種材料層
の組成、構成、成膜条件、パターニング方法、エッチン
グ条件、使用するエッチング装置等が適宜変更可能であ
ることは、言うまでもない。

【００５９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、シリコン化合物層を表層部に有し、ウェハ
表面積の大部分を占めるエッチングマスクを介して別の
シリコン化合物層の微小面積をエッチングする場合に
も、エッチングマスクの表面からスパッタアウトされる
大量のＯ原子によるＣ／Ｆ比の低下を補正することがで
きる。したがって、エッチングマスクの表層部のシリコ
ン化合物層が消失した後にも十分に大きいマスク選択性
を確保することができ、ウェハ面内における寸法変換差
のバラつきを抑制することができる。

【００６０】このことは、実用上は３層レジストプロセ
スによるホール加工の実現に道を開くものであり、半導
体装置の微細加工技術の進展に大きな貢献をなすもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を３層レジストプロセスによるコンタク
トホール加工に適用したプロセス例をその工程順にした
がって説明する模式的断面図であり、（ａ）はＳｉＯ₂
層間絶縁膜上に下層レジストパターンとＳＯＧ中間層パ
ターンからなるエッチングマスクが形成された状態、
（ｂ）はＳＯＧ中間層パターンが消失し、コンタクトホ
ールの一部が形成された状態、（ｃ）はコンタクトホー
ルが完成された状態をそれぞれ表す。

【図２】本発明を３層レジストプロセスによるコンタク
トホール加工に適用した他のプロセス例をその工程順に
したがって説明する模式的断面図であり、（ａ）はＳｉ
Ｏ₂ 層間絶縁膜の表層部に水素富化層を形成した後、下
層レジストパターンとＳＯＧ中間層パターンからなるエ
ッチングマスクを形成した状態、（ｂ）はＳＯＧ中間層
パターンと水素富化層とがエッチングされ、コンタクト
ホールの一部が形成された状態、（ｃ）はコンタクトホ
ールが完成された状態をそれぞれ表す。

【図３】従来の３層レジストプロセスよるホール加工に
おける問題点を説明するための模式的断面図であり、
（ａ）はＳｉＯ₂層間絶縁膜上に下層レジストパターン
とＳＯＧ中間層パターンからなるエッチングマスクが形
成された状態、（ｂ）はエッチング速度の速い領域Ａに
おいて先にＳＯＧ中間層パターンが消失した状態、
（ｃ）は領域Ａにおいてレジスト選択比が低下し、大き
な寸法変換差が発生した状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】 １ 下層配線、 ２ ＳｉＯ₂層間絶縁膜、 ３ 下層
レジストパターン、３ａ 開口部、 ４ ＳＯＧ中間層
パターン、 ５，７ コンタクトホール、６ 水素富化
層

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に薄い、酸素を含有するシリコン
   系材料層を表層部に有するエッチングマスクを介して該
   エッチングマスク直下の相対的に厚いシリコン化合物層
   をドライエッチングする半導体装置の製造方法におい
   て、 前記エッチング中、エッチング反応系の炭素原子数とフ
   ッ素原子数との比を表すＣ／Ｆ比を、前記相対的に薄い
   シリコン化合物層が除去されるまでの第１段階では相対
   的に大とし、前記相対的に厚いシリコン化合物層の残余
   部を除去する第２段階では相対的に小とすることを特徴
   とする半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記Ｃ／Ｆ比は、前記第１段階から前記
   第２段階へ移行する間でフルオロカーボン系化合物を主
   体とするエッチングガスの組成を変更することにより低
   下させ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。
3. 【請求項３】 前記相対的に厚いシリコン化合物層の表
   層部に予め水素富化層を形成しておき、 前記第１段階では、前記水素富化層のエッチング段階で
   あり、該水素富化層から放出される水素原子により前記
   Ｃ／Ｆ比は相対的に大きく維持され、 前記第２段階は、前記水素富化層がほぼエッチング除去
   された以後の前記相対的に厚いシリコン化合物層のエッ
   チング段階であり、前記水素富化層からの水素原子放出
   がなくなることにより、前記Ｃ／Ｆ比は自動的に低下か
   つ相対的に小とする 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。
4. 【請求項４】 前記水素富化層は、水素含有雰囲気下に
   おける気相成長法もしくは水素イオン注入により形成さ
   れることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造
   方法。