JP3628863B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を製造する際に窒化シリコン膜をエッチング停止膜に用いるドライエッチング方法において、被エッチング膜のエッチング停止膜に対する高いエッチング選択比（＝被エッチング膜のエッチング速度／窒化シリコン膜のエッチング速度）を実現する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化を実現するための加工技術として、窒化シリコン膜をエッチング停止膜に用いた酸化膜ドライエッチング技術が注目されている。この酸化膜エッチング技術の応用例の一つとして、自己整合コンタクト（ｓｅｌｆａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｎｔａｃｔ；ＳＡＣ）技術がある。
【０００３】
ＳＡＣ技術は、微細なコンタクトホールを形成することができると共に、コンタクトホール形成工程における位置合わせのためのマスクパターンの設計余裕を不要にできるという利点を有している。
【０００４】
以下、従来のＳＡＣ形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図９（ａ）〜（ｅ）は従来のＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図９（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１０１の上に、ゲート絶縁膜及び導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なってゲート絶縁膜１０２及びゲート電極１０３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１０３同士を互いに絶縁する絶縁膜１０４をゲート電極１０３の上面及び側面を覆うように形成する。
【０００６】
次に、図９（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１０１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜１０５を堆積する。
【０００７】
次に、図９（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１０１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１０６を堆積した後、該層間絶縁膜１０６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、例えば、半導体基板１０１におけるゲート電極１０３同士の間の領域に形成されているソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１０７ａを有するレジストパターン１０７を形成する。ここで、開口部１０７ａの開口幅のゲート長方向の寸法はゲート電極１０３同士の間隔よりも大きくてもよい。
【０００８】
次に、図９（ｄ）に示すように、エッチングガスにＣ４ Ｆ８ 等のフッ化炭素（Ｃｘ Ｆｙ ）又はＣＨ３ Ｆ等のフッ化炭化水素（Ｃｘ Ｈｙ Ｆｚ ）を用い、レジストパターン１０７をマスクとして且つ窒化シリコン膜１０５をエッチング停止膜として、層間絶縁膜１０６に対してドライエッチングを行なって、層間絶縁膜１０６のコンタクト形成領域を開口し、窒化シリコン膜１０５の上面におけるゲート電極１０３の互いに対向する側の側端部からなる凹状部１０５ａを露出させる。
【０００９】
このとき、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１０６のエッチング速度に対して窒化シリコン膜１０５のエッチング速度を小さくして、高選択比（選択比＝層間絶縁膜１０６のエッチング速度／窒化シリコン膜１０５のエッチング速度）を確保することによって、レジストパターン１０７の開口部１０７ａの幅寸法よりも小さい底部を有する凹状部１０５ａを形成できる。さらに、レジストパターン１０７の位置合わせがずれたとしても、凹状部１０５ａは、窒化シリコン膜１０５におけるゲート電極１０２の互いに対向するゲート長側の端部に形成された段差部で規定される。このドライエッチングでは、エッチングガスとして、前述したフッ化炭素又はフッ化炭化水素を用いることにより炭素原子が十分に存在するため、フッ化炭素（ＣＦ）からなる堆積膜が窒化シリコン膜１０５上に形成され、該堆積膜によって窒化シリコン膜１０５が保護されることにより選択比が確保されている。
【００１０】
次に、図９（ｅ）に示すように、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜１０５の上面の凹状部１０５ａに露出する部分に対して、フッ化炭素又はフッ化炭化水素を用いたドライエッチングを行なって半導体基板１０１の上面を露出させるとコンタクトホール１０８が完成する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法は、窒化シリコン膜１０５に対する層間絶縁膜１０６のエッチング速度の選択比が小さいという問題がある。
【００１２】
また、選択比を確保する機構が、エッチング中に窒化シリコン膜１０５の上に堆積するフッ化炭素からなる堆積膜を用いて保護するという機構であるため、ドライエッチング装置内にも多量の堆積膜が形成され、ダストの原因となるという問題がある。
【００１３】
また、エッチング停止膜として用いた窒化シリコン膜１０５を除去するためのドライエッチング工程が必要となるため、コストが上昇するという問題がある。
【００１４】
本発明は、前記従来の問題を解決し、窒化シリコン膜をエッチング停止膜として用いても高い選択比を実現できるようにする共に、ドライエッチング装置内を清浄な状態に保てるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、エッチング停止膜である窒化シリコン膜自体にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する構成とするものである。
【００１６】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に凹状部を有する窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、フッ化炭化水素と酸化性ガス（炭素元素を含むガスを除く）とを含む反応性ガスを用いて、窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成しながら、該化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
【００１７】
第１の半導体装置の製造方法によると、開口部形成工程において、酸化シリコン膜のエッチング停止膜に用いる窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、炭素及びフッ素を含むガスと酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いて、アンモニウム化合物からなる化合物膜を生成するため、該化合物膜に対する酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなる。また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００１８】
第１の半導体装置の製造方法において、開口部形成工程が、窒化シリコン膜の凹状部に該窒化シリコン膜に含まれる窒素を用いて化合物膜を生成するドライエッチングを行なう工程であることが好ましい。
【００１９】
第１の半導体装置の製造方法において、開口部形成工程におけるドライエッチングが、フッ化炭化水素と該フッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガス、又はフッ化炭化水素と希ガスとフッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングであることが好ましい。
【００２０】
第１の半導体装置の製造方法において、フッ化炭化水素がＣＨＦ３ であることが好ましい。
【００２１】
第１の半導体装置の製造方法において、酸化性ガスが酸素ガスであることが好ましい。
【００２２】
第１の半導体装置の製造方法において、酸化性ガスがオゾンガスであることが好ましい。
【００２３】
第１の半導体装置の製造方法において、酸化性ガスが、半導体基板上に形成された酸素を含有する部材から放出される酸素を含むことが好ましい。
【００２４】
第１の半導体装置の製造方法において、酸素を含有する部材がフォトレジストであることが好ましい。
【００２５】
第１の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜除去工程が水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜の上にフッ素を含む酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、酸化シリコン膜堆積工程に含まれ、窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜を酸素及びフッ素を含むプラズマに曝して、窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
本発明に係る第４の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜に対して酸素及びフッ素をイオン注入して、窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
【００２７】
第２から第４の半導体装置の製造方法によると、化合物膜生成工程において、酸化シリコン膜のエッチング停止膜に用いる窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、アンモニウム化合物からなる化合物膜を生成するため、該化合物膜に対する酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなる。また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００３０】
第２から第４の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜除去工程が水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることが好ましい。
【００３１】
本発明に係る第５の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、アンモニアとフッ素と酸素とを含むガスを原料ガスに添加することにより、少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成しながら、凹状部を有する窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
【００３２】
第５の半導体装置の製造方法によると、窒化シリコン膜形成工程において、アンモニアとフッ素と酸素とを含むガスを原料ガスに添加することにより、酸化シリコン膜のエッチング停止膜に用いる窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、アンモニウム化合物からなる化合物膜を生成するため、該化合物膜に対する酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなる。また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００３４】
第３の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜除去工程が水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることが好ましい。
また、第１の半導体装置の製造方法は、開口部形成工程において、窒化シリコン膜に対する酸化シリコン膜のエッチング選択比が３０よりも大きいことが好ましい。
また、第１の半導体装置の製造方法において、フッ化炭化水素はＣＨＦ 3 であり、酸化性ガスは酸素ガスであり、開口部形成工程におけるドライエッチングは、フッ化炭化水素と希ガスとフッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングであり、窒化シリコン膜に対する酸化シリコン膜のエッチング選択比は３０よりも大きいことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本願発明者らは、ＳＡＣ形成方法を用いてコンタクトホールを形成する際に、エッチング停止膜に対する層間絶縁膜のドライエッチングのエッチング速度の選択比を高める手段を種々検討した結果、エッチング停止膜に用いる窒化シリコン膜にアンモニウム化合物を生成しておくと、該エッチング速度の選択比を高められるという知見を得ている。この場合には、フッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくく、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００３６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の半導体装置の製造方法としての第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図１（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００３８】
次に、図１（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜１５を堆積する。
【００３９】
次に、図１（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、該層間絶縁膜１６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。ここで、コンタクトホールのゲート長方向の幅寸法はゲート電極１３同士の間隔によって自己整合的に規定されるため、開口部１７ａの開口幅のゲート長方向の寸法はゲート電極１３同士の間隔よりも大きくてもよい。
【００４０】
次に、図１（ｄ）に示すように、ドライエッチング装置に平行平板型リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いて、例えば、圧力を９０Ｐａとし、高周波電力を６００Ｗとして、ＣＨＦ３ の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ の流量を２０ｓｃｃｍにそれぞれ設定してＣＨＦ３ に対するＯ２ の体積比が３０％以上且つ４０％以下となるようにこれらのガスを混合し、レジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜１６に対してプラズマエッチングを行なう。このとき、後述するように、窒化シリコン膜１５におけるレジストパターン１７の開口部１７ａの下側の領域には、窒化シリコン膜１５の少なくとも表面部にアンモニウム化合物膜１５ａが生成される。このように生成されたアンモニウム化合物膜１５ａをエッチング停止膜に用いると、窒化シリコン膜１５に対する層間絶縁膜１６のエッチング速度の選択比が大きく向上するため、レジストパターン１７の位置がずれたとしても、層間絶縁膜１６におけるレジストパターン１７の開口部１７ａの下側に、ゲート電極１３の互いに対向する側の段差部で規定された窒化シリコン膜１５からなる凹状部１５ｂが浸食されることなく確実に形成される。
【００４１】
次に、図１（ｅ）に示すように、ＲＩＥ装置から取り出し、他のエッチング装置に搬送した後、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜１５の凹状部１５ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００４２】
なお、本実施形態においては、ドライエッチング装置にＲＩＥ装置を用いたが、これに限らず、他の方式のエッチング装置、例えば、誘導結合型エッチング装置又はヘリコン波プラズマエッチング装置等であってもよい。
【００４３】
また、ドライエッチ用のガスに、フッ化炭化水素としてＣＨＦ３ 、希ガスとしてＨｅを用いているが、これに限らず、他のフッ化炭化水素や他の希ガスを用いてもよい。
【００４４】
また、本実施形態においては、比較的高圧下でエッチングを行なうため希ガスを添加したが、必ずしも希ガスを添加しなくてもよい。
【００４５】
また、酸化性ガスとして、酸素（Ｏ２ ）ガスを用いているが、オゾン（Ｏ３ ）ガスであってもよい。
【００４６】
以下、前記のようなＳＡＣ形成方法における層間絶縁膜にエッチング停止膜に対するエッチング速度の高選択比が得られる理由について説明する。
【００４７】
まず、エッチングガスに含まれる酸素ガスの濃度依存性について図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図２は本実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法であって、酸化シリコン膜のエッチングに用いるエッチングガス中の酸素濃度変化に対する酸化シリコン膜のエッチング速度、窒化シリコン膜のエッチング速度及び選択比を示している。測定条件は、フッ化炭化水素としてのＣＨＦ３ と希ガスとしてのＨｅとを混合し、該混合ガスと酸素ガスとをＲＩＥ装置の反応室内に導入して高周波電力を６００Ｗ、圧力を９０Ｐａ及びＨｅガスの流量を１００ｓｃｃｍと一定にしてプラズマエッチングを行なっている。図２に示すように、酸素ガスの導入量が２体積％までは、フッ化炭素からなる堆積膜が形成されエッチングは進まない。酸素濃度を増やすにつれて該堆積膜が除去されて窒化シリコン膜のエッチング速度が増加し、選択比は徐々に低下する。さらに酸素濃度を増やし、酸素導入量が２０体積％以上になると、窒化シリコン膜のエッチング速度が急激に低下し、３０体積％となると窒化シリコン膜のエッチングは停止し、その結果、選択比は急上昇する。さらに、酸素濃度を増加させて４０体積％を越えると窒化シリコン膜のエッチング速度が再度増加し始める。
【００４９】
次に、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の組成の酸素ガス濃度依存性を図面を参照しながら説明する。
【００５０】
図３（ａ）は本実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法であって、図１（ｄ）に示す工程の途中における窒化シリコン膜の赤外線吸収スペクトルを示し、図３（ｂ）は 図３（ａ）における波数が１３００ｃｍ−１から１５００ｃｍ−１までの部分を拡大して示している。図３（ａ）に示す波数が８３５ｃｍ−１のピークは窒化シリコン（ＳｉＮ）の吸収である。また、図３（ｂ）に示すように、酸素濃度が３０体積％の条件下においてのみＮＨ３ ＋に起因する波数１４３３ｃｍ−１の吸収がみられる。
【００５１】
このことから、酸素濃度が３０体積％の条件下において、窒化シリコン膜の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜が形成されることによってエッチングが停止したことが分かる。また、この吸収ピークは、試料を水洗することにより消失することから、このアンモニウム化合物は水溶性であり、水洗することによって容易に除去できることが分かる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によると、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６に対して開口部を形成するエッチング中に、エッチング停止膜となる窒化シリコン膜１５の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成するため、該化合物膜は酸化シリコンのエッチング選択比を大きく向上させるので、酸化シリコン膜に対するエッチングの制御を極めて容易にする。従って、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６に対して所望の形状を容易に形成することができるようになる。
【００５３】
さらに、アンモニウム化合物膜が生成された窒化シリコン膜１５はフッ化炭素からなる堆積膜の生成が抑制されるため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第１の半導体装置の製造方法としての第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図４（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図４（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００５６】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜２１を膜厚が１０ｎｍ程度となるように堆積する。
【００５７】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、該層間絶縁膜１６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。
【００５８】
次に、図４（ｄ）に示すように、ドライエッチング装置にＲＩＥ装置を用いて、例えば、圧力を９０Ｐａとし、高周波電力を６００Ｗとして、ＣＨＦ３ の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ の流量を２０ｓｃｃｍにそれぞれ設定してＣＨＦ３ に対するＯ２ の体積比が３０％以上且つ４０％以下となるようにこれらのガスを混合し、レジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜１６に対してプラズマエッチングを行なう。このとき、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２１におけるレジストパターン１７の開口部の下側の領域がアンモニウム化合物膜２１ａに変化しており、アンモニウム化合物膜２１ａに対する層間絶縁膜１６のエッチング速度の選択比が大きく向上するため、レジストパターン１７の位置がずれたとしても、層間絶縁膜１６におけるレジストパターン１７の開口部１７ａの下側に、ゲート電極１３の互いに対向する側の段差部で規定された窒化シリコン膜２１の凹状部２１ｂが確実に形成される。
【００５９】
次に、図４（ｅ）に示すように、洗浄工程において、水溶性のアンモニウム化合物に変化した窒化シリコン膜２１の凹状部２１ｂの底部を除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００６０】
このように本実施形態の特徴として、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２１の膜厚を、該窒化シリコン膜２１における凹状部２１ｂの底部の全体が水溶性のアンモニウム化合物となるように堆積しているため、窒化シリコン膜２１の凹状部２１ｂの底部を除去するための新たな工程が不要となると共に、半導体基板１１のソース・ドレイン拡散領域をプラズマに曝さなくて済むので、該ソース・ドレイン拡散領域に損傷を与えない。
【００６１】
なお、本実施形態においては、ドライエッチング装置にＲＩＥ装置を用いたが、これに限らず、他の方式のエッチング装置、例えば、誘導結合型エッチング装置又はヘリコン波プラズマエッチング装置等であってもよい。
【００６２】
また、ドライエッチ用のガスに、フッ化炭化水素としてＣＨＦ３ 、希ガスとしてＨｅを用いているが、これに限らず、他のフッ化炭化水素や他の希ガスを用いてもよい。
【００６３】
また、本実施形態においては、比較的高圧下でエッチングを行なうため希ガスを添加したが、必ずしも希ガスを添加しなくてもよい。
【００６４】
また、酸化性ガスとして、酸素（Ｏ２ ）ガスを用いているが、オゾン（Ｏ３ ）ガスであってもよい。
【００６５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第１の半導体装置の製造方法としての第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図５（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図５（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００６７】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜１５を堆積する。
【００６８】
次に、図５（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、エッチング処理中に酸素を放出する材料、例えば、ポリビニルフェノールをベースポリマーに用いた化学増幅型レジスト等を用いてコンタクト形成領域を含む領域に開口部２２ａを有するエッチングマスク２２を形成する。
【００６９】
次に、図５（ｄ）に示すように、ＲＩＥ装置を用いて、例えば、圧力を９０Ｐａとし、高周波電力を６００Ｗとして、ＣＨＦ３ の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ の流量を２０ｓｃｃｍにそれぞれ設定してＣＨＦ３ に対するＯ２ の体積比が１５％程度となるようにこれらのガスを混合し、エッチングマスク２２を用いて層間絶縁膜１６に対してプラズマエッチングを行なう。
【００７０】
このとき、ＣＨＦ３ に対して３０体積％以上の酸素を導入しなくても、エッチングマスク２２の表面がエッチングされる際にその表面から所定量の酸素、この場合は１ｃｃ程度の酸素が放出されるため、コンタクト形成領域において実質的に窒化シリコン膜のエッチング速度が低下するガス比である、ＣＨＦ３ に対するＯ２ の体積比が３０％以上且つ４０％以下の酸素濃度が達成されることによって、窒化シリコン膜１５におけるエッチングマスク２２の開口部２２ａの下側の領域に、窒化シリコン膜１５の少なくとも表面部にアンモニウム化合物膜１５ａが生成されるので十分な選択比が確保される。
【００７１】
次に、図５（ｅ）に示すように、ＲＩＥ装置から取り出し、他のエッチング装置に搬送した後、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜１５の凹状部１５ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００７２】
このように、本実施形態によると、エッチングマスク２２に酸素原子を多量に含むフォトレジストを用いるため、エッチングガスに含ませる酸素ガスの濃度の設定の自由度を向上させることができる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、ドライエッチング装置にＲＩＥ装置を用いたが、これに限らず、他の方式のエッチング装置、例えば、誘導結合型エッチング装置又はヘリコン波プラズマエッチング装置等であってもよい。
【００７４】
また、ドライエッチ用のガスに、フッ化炭化水素としてＣＨＦ３ 、希ガスとしてＨｅを用いているが、これに限らず、他のフッ化炭化水素や他の希ガスを用いてもよい。
【００７５】
また、本実施形態においては、比較的高圧下でエッチングを行なうため希ガスを添加したが、必ずしも希ガスを添加しなくてもよい。
【００７６】
また、酸化性ガスとして、酸素（Ｏ２ ）ガスを用いているが、オゾン（Ｏ３ ）ガスであってもよい。
【００７７】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第２の半導体装置の製造方法としての第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図６（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図６（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００７９】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜２３を水素を含むように、例えば原料であるシラン及びアンモニアの混合ガスをプラズマ化して堆積させる。
【００８０】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えば、ＴＥＯＳ，ＣＦ４ 及び酸素の混合ガスを原料とするＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってフッ素を含む酸化シリコンからなる層間絶縁膜２４を堆積した後、該層間絶縁膜２４の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。
【００８１】
これにより、窒化シリコン膜２３が水素を含むと共に、層間絶縁膜２４がフッ素を含むため、窒化シリコン膜２３の少なくとも表面部にはアンモニウム化合物膜２３ａが生成される。
【００８２】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＣＨ３ ＦやＣＨＦ３ 等のフッ化炭化水素等を用いレジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜２４に対してドライエッチングを行なう。このとき、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２３にはあらかじめアンモニウム化合物膜２３ａが生成されているため、該アンモニウム化合物膜２３ａに対する層間絶縁膜２４のエッチング速度の選択比が大きく向上する。
【００８３】
次に、図６（ｅ）に示すように、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜２３の凹状部２３ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００８４】
このように、本実施形態によると、層間絶縁膜２４に対してドライエッチングを行なう前に、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２３に、あらかじめ酸化シリコンに対して高い選択比を持つアンモニウム化合物膜２３ａを生成しているため、ドライエッチングを行なう際の各種設定条件の自由度が増す。
【００８５】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第２の半導体装置の製造方法としての第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
図７（ａ）〜（ｆ）は本発明の第５の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図７（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００８７】
次に、図７（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜２５Ａをシラン及びアンモニアの混合ガスを原料として水素を含むように堆積させる。
【００８８】
次に、図７（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜２５Ａの全面に対して酸素とフッ素とを用いたイオン注入を行なうことにより、窒化シリコン膜２５Ａの少なくとも表面部にアンモニウム化合物膜２５ａが生成された窒化シリコン膜２５Ｂを形成する。
【００８９】
次に、図７（ｄ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、該層間絶縁膜１６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。
【００９０】
次に、図７（ｅ）に示すように、ＣＨ３ ＦやＣＨＦ３ 等のフッ化炭化水素等を用いレジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜１６に対してドライエッチングを行なう。このとき、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２５Ｂにはあらかじめアンモニウム化合物膜２５ａが生成されているため、該アンモニウム化合物膜２５ａに対する層間絶縁膜１６のエッチング速度の選択比が大きく向上する。
【００９１】
次に、図７（ｆ）に示すように、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜２５Ｂの凹状部２５ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００９２】
このように、本実施形態によると、層間絶縁膜１６に対してドライエッチングを行なう前に、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２５Ｂに、あらかじめ酸化シリコンに対して高い選択比を持つアンモニウム化合物膜２５ａを生成しているため、ドライエッチングを行なう際の各種設定条件の自由度が増す。
【００９３】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第３の半導体装置の製造方法としての第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９４】
図８（ａ）〜（ｅ）は本発明の第６の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図８（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００９５】
次に、図８（ｂ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜２６を、通常用いる原料ガスであるＳｉＨ４ ，ＮＨ３ 及びＮ２ にＣＦ４ とＯ２ とを添加した混合ガスを用いて堆積させる。これにより、窒化シリコン膜２６は該窒化シリコン膜２６の少なくとも表面部に、アンモニウム化合物膜２６ａが生成されながら堆積する。
【００９６】
次に、図８（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、該層間絶縁膜１６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。
【００９７】
次に、図８（ｄ）に示すように、ＣＨ３ ＦやＣＨＦ３ 等のフッ化炭化水素等を用いレジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜１６に対してドライエッチングを行なう。このとき、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２６にはあらかじめアンモニウム化合物膜２６ａが生成されているため、該アンモニウム化合物膜２６ａに対する層間絶縁膜１６のエッチング速度の選択比が大きく向上する。
【００９８】
次に、図８（ｅ）に示すように、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜２６の凹状部２６ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００９９】
このように、本実施形態によると、層間絶縁膜１６に対してドライエッチングを行なう前に、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２６に、あらかじめ酸化シリコンに対して高い選択比を持つアンモニウム化合物膜２６ａを生成しているため、ドライエッチングを行なう際の各種設定条件の自由度が増す。
【０１００】
【発明の効果】
本発明の第１の半導体装置の製造方法によると、開口部形成工程において、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなるアンモニウム化合物からなる化合物膜が生成されるため、窒化シリコン膜が確実にエッチング停止膜となるので、エッチングの制御が容易になり、その結果、酸化シリコン膜の開口部形成領域に所望の開口部を形成することができる。
【０１０１】
また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができるので、該装置内を清掃するのに要する工数を削減できる。
【０１０２】
第１の半導体装置の製造方法において、開口部形成工程が、窒化シリコン膜の凹状部に該窒化シリコン膜に含まれる窒素を用いて化合物膜を生成するドライエッチングを行なう工程であると、窒化シリコン膜における凹状部の露出部分にアンモニウム化合物が確実に生成されると共に、アンモニウム化合物生成工程をわざわざ設ける必要がないので、製造コストを削減できる。
【０１０３】
第１の半導体装置の製造方法において、開口部形成工程におけるドライエッチングが、フッ化炭化水素と該フッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガス、又はフッ化炭化水素と希ガスとフッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングであると、窒化シリコン膜における開口部形成領域の露出部分にアンモニウム化合物からなる化合物膜が確実に生成される。
【０１０４】
第１の半導体装置の製造方法において、フッ化炭化水素がＣＨＦ３ であり、酸化性ガスが酸素ガス又はオゾンガスであると、窒化シリコンにアンモニウム化合物からなる化合物膜を確実に生成することができる。
【０１０５】
第１の半導体装置の製造方法において、酸化性ガスが、半導体基板上に形成された酸素を含有する部材から放出される酸素を含むと、エッチングガスに対する酸素ガスの濃度を設定する際に酸素ガス濃度の設定値の自由度が大きくなるため、製造工程における設計の余裕度が向上する。
【０１０６】
第１の半導体装置の製造方法において、酸素を含有する部材がフォトレジストであると、開口部形成工程において該フォトレジストが確実に酸素を放出する。
【０１０７】
本発明の第２の半導体装置の製造方法によると、化合物膜生成工程において、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなるアンモニウム化合物からなる化合物膜が生成されるため、窒化シリコン膜が確実にエッチング停止膜となるので、エッチングの制御が容易になり、その結果、酸化シリコン膜の開口部形成領域に所望の開口部を形成することができる。
【０１０８】
また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【０１０９】
第２の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜形成工程が、水素を含有する窒化シリコン膜を形成する工程を含み、アンモニウム化合物生成工程が、水素を含有する窒化シリコン膜を酸素及びフッ素を含むプラズマに曝す工程を含むと、エッチング停止膜となる窒化シリコン膜の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を確実に生成することができる。
【０１１０】
第２の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜形成工程が、水素を含有する窒化シリコン膜を形成する工程を含み、アンモニウム化合物生成工程が、水素を含有する窒化シリコン膜に対して酸素及びフッ素をイオン注入する工程を含むと、エッチング停止膜となる窒化シリコン膜にアンモニウム化合物を確実に生成することができる。
【０１１１】
本発明の第３の半導体装置の製造方法によると、窒化シリコン膜形成工程において、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなるアンモニウム化合物からなる化合物膜が生成されるため、開口部形成工程において窒化シリコン膜が確実にエッチング停止膜となるので、エッチングの制御が容易になり、その結果、酸化シリコン膜の開口部形成領域に所望の開口部を形成することができる。
【０１１２】
また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができるので、該装置内を清掃するのに要する工数を削減できる。
【０１１３】
第３の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜形成工程が、アンモニアとフッ素と酸素とを含むガスを原料ガスに添加することにより窒化シリコン膜を形成すると、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物が確実に生成される。
【０１１４】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜除去工程が水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であると、エッチング停止膜となる窒化シリコン膜の全体がアンモニウム化合物からなる化合物膜の場合には、該化合物膜が水溶性であるため、窒化シリコン膜を除去する工程をわざわざ設ける必要がなくなるので、製造コストを削減できる共に、エッチングを用いた除去工程を経ないため、半導体基板上のコンタクト領域に損傷を与えるおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図２】本発明に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法であって、酸化シリコン膜のエッチングに用いるエッチングガス中の酸素濃度変化に対する酸化シリコン膜のエッチング速度、窒化シリコン膜のエッチング速度及び選択比をそれぞれ示すグラフである。
【図３】（ａ）は本発明に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法であって、窒化シリコン膜の赤外線吸収スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は拡大図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第５の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第６の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図９】従来のＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【符号の説明】
１１ 半導体基板
１２ ゲート絶縁膜
１３ ゲート電極
１４ 絶縁膜
１５ 窒化シリコン膜（エッチング停止膜）
１５ａ アンモニウム化合物膜
１５ｂ 凹状部
１６ 層間絶縁膜
１７ レジストパターン
１７ａ 開口部
１８ コンタクトホール
２１ 窒化シリコン膜
２１ａ アンモニウム化合物膜
２１ｂ 凹状部
２２ エッチングマスク
２２ａ 開口部
２３ 窒化シリコン膜
２３ａ アンモニウム化合物膜
２３ｂ 凹状部
２４ 層間絶縁膜
２５Ａ 窒化シリコン膜
２５Ｂ 窒化シリコン膜
２５ａ アンモニウム化合物膜
２５ｂ 凹状部
２６ 窒化シリコン膜
２６ａ アンモニウム化合物膜
２６ｂ 凹状部
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を製造する際に窒化シリコン膜をエッチング停止膜に用いるドライエッチング方法において、被エッチング膜のエッチング停止膜に対する高いエッチング選択比（＝被エッチング膜のエッチング速度／窒化シリコン膜のエッチング速度）を実現する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化を実現するための加工技術として、窒化シリコン膜をエッチング停止膜に用いた酸化膜ドライエッチング技術が注目されている。この酸化膜エッチング技術の応用例の一つとして、自己整合コンタクト（ｓｅｌｆａｌｉｇｎｅｄ ｃｏｎｔａｃｔ；ＳＡＣ）技術がある。
【０００３】
ＳＡＣ技術は、微細なコンタクトホールを形成することができると共に、コンタクトホール形成工程における位置合わせのためのマスクパターンの設計余裕を不要にできるという利点を有している。
【０００４】
以下、従来のＳＡＣ形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０００５】
図９（ａ）〜（ｅ）は従来のＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図９（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１０１の上に、ゲート絶縁膜及び導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なってゲート絶縁膜１０２及びゲート電極１０３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１０３同士を互いに絶縁する絶縁膜１０４をゲート電極１０３の上面及び側面を覆うように形成する。
【０００６】
次に、図９（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１０１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜１０５を堆積する。
【０００７】
次に、図９（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１０１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１０６を堆積した後、該層間絶縁膜１０６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、例えば、半導体基板１０１におけるゲート電極１０３同士の間の領域に形成されているソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１０７ａを有するレジストパターン１０７を形成する。ここで、開口部１０７ａの開口幅のゲート長方向の寸法はゲート電極１０３同士の間隔よりも大きくてもよい。
【０００８】
次に、図９（ｄ）に示すように、エッチングガスにＣ４ Ｆ８ 等のフッ化炭素（Ｃｘ Ｆｙ ）又はＣＨ３ Ｆ等のフッ化炭化水素（Ｃｘ Ｈｙ Ｆｚ ）を用い、レジストパターン１０７をマスクとして且つ窒化シリコン膜１０５をエッチング停止膜として、層間絶縁膜１０６に対してドライエッチングを行なって、層間絶縁膜１０６のコンタクト形成領域を開口し、窒化シリコン膜１０５の上面におけるゲート電極１０３の互いに対向する側の側端部からなる凹状部１０５ａを露出させる。
【０００９】
このとき、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１０６のエッチング速度に対して窒化シリコン膜１０５のエッチング速度を小さくして、高選択比（選択比＝層間絶縁膜１０６のエッチング速度／窒化シリコン膜１０５のエッチング速度）を確保することによって、レジストパターン１０７の開口部１０７ａの幅寸法よりも小さい底部を有する凹状部１０５ａを形成できる。さらに、レジストパターン１０７の位置合わせがずれたとしても、凹状部１０５ａは、窒化シリコン膜１０５におけるゲート電極１０２の互いに対向するゲート長側の端部に形成された段差部で規定される。このドライエッチングでは、エッチングガスとして、前述したフッ化炭素又はフッ化炭化水素を用いることにより炭素原子が十分に存在するため、フッ化炭素（ＣＦ）からなる堆積膜が窒化シリコン膜１０５上に形成され、該堆積膜によって窒化シリコン膜１０５が保護されることにより選択比が確保されている。
【００１０】
次に、図９（ｅ）に示すように、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜１０５の上面の凹状部１０５ａに露出する部分に対して、フッ化炭素又はフッ化炭化水素を用いたドライエッチングを行なって半導体基板１０１の上面を露出させるとコンタクトホール１０８が完成する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来のＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法は、窒化シリコン膜１０５に対する層間絶縁膜１０６のエッチング速度の選択比が小さいという問題がある。
【００１２】
また、選択比を確保する機構が、エッチング中に窒化シリコン膜１０５の上に堆積するフッ化炭素からなる堆積膜を用いて保護するという機構であるため、ドライエッチング装置内にも多量の堆積膜が形成され、ダストの原因となるという問題がある。
【００１３】
また、エッチング停止膜として用いた窒化シリコン膜１０５を除去するためのドライエッチング工程が必要となるため、コストが上昇するという問題がある。
【００１４】
本発明は、前記従来の問題を解決し、窒化シリコン膜をエッチング停止膜として用いても高い選択比を実現できるようにする共に、ドライエッチング装置内を清浄な状態に保てるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明は、エッチング停止膜である窒化シリコン膜自体にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する構成とするものである。
【００１６】
本発明に係る第１の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に凹状部を有する窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、フッ化炭化水素と酸化性ガス（炭素元素を含むガスを除く）とを含む反応性ガスを用いて、窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成しながら、該化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
【００１７】
第１の半導体装置の製造方法によると、開口部形成工程において、酸化シリコン膜のエッチング停止膜に用いる窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、炭素及びフッ素を含むガスと酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いて、アンモニウム化合物からなる化合物膜を生成するため、該化合物膜に対する酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなる。また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００１８】
第１の半導体装置の製造方法において、開口部形成工程が、窒化シリコン膜の凹状部に該窒化シリコン膜に含まれる窒素を用いて化合物膜を生成するドライエッチングを行なう工程であることが好ましい。
【００１９】
第１の半導体装置の製造方法において、開口部形成工程におけるドライエッチングが、フッ化炭化水素と該フッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガス、又はフッ化炭化水素と希ガスとフッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングであることが好ましい。
【００２０】
第１の半導体装置の製造方法において、フッ化炭化水素がＣＨＦ３ であることが好ましい。
【００２１】
第１の半導体装置の製造方法において、酸化性ガスが酸素ガスであることが好ましい。
【００２２】
第１の半導体装置の製造方法において、酸化性ガスがオゾンガスであることが好ましい。
【００２３】
第１の半導体装置の製造方法において、酸化性ガスが、半導体基板上に形成された酸素を含有する部材から放出される酸素を含むことが好ましい。
【００２４】
第１の半導体装置の製造方法において、酸素を含有する部材がフォトレジストであることが好ましい。
【００２５】
第１の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜除去工程が水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることが好ましい。
【００２６】
本発明に係る第２の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜の上にフッ素を含む酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、酸化シリコン膜堆積工程に含まれ、窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
本発明に係る第３の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜を酸素及びフッ素を含むプラズマに曝して、窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
本発明に係る第４の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜に対して酸素及びフッ素をイオン注入して、窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
【００２７】
第２から第４の半導体装置の製造方法によると、化合物膜生成工程において、酸化シリコン膜のエッチング停止膜に用いる窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、アンモニウム化合物からなる化合物膜を生成するため、該化合物膜に対する酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなる。また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００３０】
第２から第４の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜除去工程が水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることが好ましい。
【００３１】
本発明に係る第５の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に、アンモニアとフッ素と酸素とを含むガスを原料ガスに添加することにより、少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成しながら、凹状部を有する窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、化合物膜をエッチング停止膜として、窒化シリコン膜に対して酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、酸化シリコン膜における窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えている。
【００３２】
第５の半導体装置の製造方法によると、窒化シリコン膜形成工程において、アンモニアとフッ素と酸素とを含むガスを原料ガスに添加することにより、酸化シリコン膜のエッチング停止膜に用いる窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、アンモニウム化合物からなる化合物膜を生成するため、該化合物膜に対する酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなる。また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００３４】
第３の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜除去工程が水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることが好ましい。
また、第１の半導体装置の製造方法は、開口部形成工程において、窒化シリコン膜に対する酸化シリコン膜のエッチング選択比が３０よりも大きいことが好ましい。
また、第１の半導体装置の製造方法において、フッ化炭化水素はＣＨＦ 3 であり、酸化性ガスは酸素ガスであり、開口部形成工程におけるドライエッチングは、フッ化炭化水素と希ガスとフッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングであり、窒化シリコン膜に対する酸化シリコン膜のエッチング選択比は３０よりも大きいことが好ましい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
本願発明者らは、ＳＡＣ形成方法を用いてコンタクトホールを形成する際に、エッチング停止膜に対する層間絶縁膜のドライエッチングのエッチング速度の選択比を高める手段を種々検討した結果、エッチング停止膜に用いる窒化シリコン膜にアンモニウム化合物を生成しておくと、該エッチング速度の選択比を高められるという知見を得ている。この場合には、フッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくく、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００３６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の半導体装置の製造方法としての第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３７】
図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図１（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００３８】
次に、図１（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜１５を堆積する。
【００３９】
次に、図１（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、該層間絶縁膜１６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。ここで、コンタクトホールのゲート長方向の幅寸法はゲート電極１３同士の間隔によって自己整合的に規定されるため、開口部１７ａの開口幅のゲート長方向の寸法はゲート電極１３同士の間隔よりも大きくてもよい。
【００４０】
次に、図１（ｄ）に示すように、ドライエッチング装置に平行平板型リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）装置を用いて、例えば、圧力を９０Ｐａとし、高周波電力を６００Ｗとして、ＣＨＦ３ の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ の流量を２０ｓｃｃｍにそれぞれ設定してＣＨＦ３ に対するＯ２ の体積比が３０％以上且つ４０％以下となるようにこれらのガスを混合し、レジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜１６に対してプラズマエッチングを行なう。このとき、後述するように、窒化シリコン膜１５におけるレジストパターン１７の開口部１７ａの下側の領域には、窒化シリコン膜１５の少なくとも表面部にアンモニウム化合物膜１５ａが生成される。このように生成されたアンモニウム化合物膜１５ａをエッチング停止膜に用いると、窒化シリコン膜１５に対する層間絶縁膜１６のエッチング速度の選択比が大きく向上するため、レジストパターン１７の位置がずれたとしても、層間絶縁膜１６におけるレジストパターン１７の開口部１７ａの下側に、ゲート電極１３の互いに対向する側の段差部で規定された窒化シリコン膜１５からなる凹状部１５ｂが浸食されることなく確実に形成される。
【００４１】
次に、図１（ｅ）に示すように、ＲＩＥ装置から取り出し、他のエッチング装置に搬送した後、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜１５の凹状部１５ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００４２】
なお、本実施形態においては、ドライエッチング装置にＲＩＥ装置を用いたが、これに限らず、他の方式のエッチング装置、例えば、誘導結合型エッチング装置又はヘリコン波プラズマエッチング装置等であってもよい。
【００４３】
また、ドライエッチ用のガスに、フッ化炭化水素としてＣＨＦ３ 、希ガスとしてＨｅを用いているが、これに限らず、他のフッ化炭化水素や他の希ガスを用いてもよい。
【００４４】
また、本実施形態においては、比較的高圧下でエッチングを行なうため希ガスを添加したが、必ずしも希ガスを添加しなくてもよい。
【００４５】
また、酸化性ガスとして、酸素（Ｏ２ ）ガスを用いているが、オゾン（Ｏ３ ）ガスであってもよい。
【００４６】
以下、前記のようなＳＡＣ形成方法における層間絶縁膜にエッチング停止膜に対するエッチング速度の高選択比が得られる理由について説明する。
【００４７】
まず、エッチングガスに含まれる酸素ガスの濃度依存性について図面を参照しながら説明する。
【００４８】
図２は本実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法であって、酸化シリコン膜のエッチングに用いるエッチングガス中の酸素濃度変化に対する酸化シリコン膜のエッチング速度、窒化シリコン膜のエッチング速度及び選択比を示している。測定条件は、フッ化炭化水素としてのＣＨＦ３ と希ガスとしてのＨｅとを混合し、該混合ガスと酸素ガスとをＲＩＥ装置の反応室内に導入して高周波電力を６００Ｗ、圧力を９０Ｐａ及びＨｅガスの流量を１００ｓｃｃｍと一定にしてプラズマエッチングを行なっている。図２に示すように、酸素ガスの導入量が２体積％までは、フッ化炭素からなる堆積膜が形成されエッチングは進まない。酸素濃度を増やすにつれて該堆積膜が除去されて窒化シリコン膜のエッチング速度が増加し、選択比は徐々に低下する。さらに酸素濃度を増やし、酸素導入量が２０体積％以上になると、窒化シリコン膜のエッチング速度が急激に低下し、３０体積％となると窒化シリコン膜のエッチングは停止し、その結果、選択比は急上昇する。さらに、酸素濃度を増加させて４０体積％を越えると窒化シリコン膜のエッチング速度が再度増加し始める。
【００４９】
次に、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の組成の酸素ガス濃度依存性を図面を参照しながら説明する。
【００５０】
図３（ａ）は本実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法であって、図１（ｄ）に示す工程の途中における窒化シリコン膜の赤外線吸収スペクトルを示し、図３（ｂ）は 図３（ａ）における波数が１３００ｃｍ−１から１５００ｃｍ−１までの部分を拡大して示している。図３（ａ）に示す波数が８３５ｃｍ−１のピークは窒化シリコン（ＳｉＮ）の吸収である。また、図３（ｂ）に示すように、酸素濃度が３０体積％の条件下においてのみＮＨ３ ＋に起因する波数１４３３ｃｍ−１の吸収がみられる。
【００５１】
このことから、酸素濃度が３０体積％の条件下において、窒化シリコン膜の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜が形成されることによってエッチングが停止したことが分かる。また、この吸収ピークは、試料を水洗することにより消失することから、このアンモニウム化合物は水溶性であり、水洗することによって容易に除去できることが分かる。
【００５２】
以上説明したように、本実施形態によると、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６に対して開口部を形成するエッチング中に、エッチング停止膜となる窒化シリコン膜１５の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成するため、該化合物膜は酸化シリコンのエッチング選択比を大きく向上させるので、酸化シリコン膜に対するエッチングの制御を極めて容易にする。従って、酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６に対して所望の形状を容易に形成することができるようになる。
【００５３】
さらに、アンモニウム化合物膜が生成された窒化シリコン膜１５はフッ化炭素からなる堆積膜の生成が抑制されるため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【００５４】
（第２の実施形態）
以下、本発明の第１の半導体装置の製造方法としての第２の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５５】
図４（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図４（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００５６】
次に、図４（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜２１を膜厚が１０ｎｍ程度となるように堆積する。
【００５７】
次に、図４（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、該層間絶縁膜１６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。
【００５８】
次に、図４（ｄ）に示すように、ドライエッチング装置にＲＩＥ装置を用いて、例えば、圧力を９０Ｐａとし、高周波電力を６００Ｗとして、ＣＨＦ３ の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ の流量を２０ｓｃｃｍにそれぞれ設定してＣＨＦ３ に対するＯ２ の体積比が３０％以上且つ４０％以下となるようにこれらのガスを混合し、レジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜１６に対してプラズマエッチングを行なう。このとき、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２１におけるレジストパターン１７の開口部の下側の領域がアンモニウム化合物膜２１ａに変化しており、アンモニウム化合物膜２１ａに対する層間絶縁膜１６のエッチング速度の選択比が大きく向上するため、レジストパターン１７の位置がずれたとしても、層間絶縁膜１６におけるレジストパターン１７の開口部１７ａの下側に、ゲート電極１３の互いに対向する側の段差部で規定された窒化シリコン膜２１の凹状部２１ｂが確実に形成される。
【００５９】
次に、図４（ｅ）に示すように、洗浄工程において、水溶性のアンモニウム化合物に変化した窒化シリコン膜２１の凹状部２１ｂの底部を除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００６０】
このように本実施形態の特徴として、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２１の膜厚を、該窒化シリコン膜２１における凹状部２１ｂの底部の全体が水溶性のアンモニウム化合物となるように堆積しているため、窒化シリコン膜２１の凹状部２１ｂの底部を除去するための新たな工程が不要となると共に、半導体基板１１のソース・ドレイン拡散領域をプラズマに曝さなくて済むので、該ソース・ドレイン拡散領域に損傷を与えない。
【００６１】
なお、本実施形態においては、ドライエッチング装置にＲＩＥ装置を用いたが、これに限らず、他の方式のエッチング装置、例えば、誘導結合型エッチング装置又はヘリコン波プラズマエッチング装置等であってもよい。
【００６２】
また、ドライエッチ用のガスに、フッ化炭化水素としてＣＨＦ３ 、希ガスとしてＨｅを用いているが、これに限らず、他のフッ化炭化水素や他の希ガスを用いてもよい。
【００６３】
また、本実施形態においては、比較的高圧下でエッチングを行なうため希ガスを添加したが、必ずしも希ガスを添加しなくてもよい。
【００６４】
また、酸化性ガスとして、酸素（Ｏ２ ）ガスを用いているが、オゾン（Ｏ３ ）ガスであってもよい。
【００６５】
（第３の実施形態）
以下、本発明の第１の半導体装置の製造方法としての第３の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００６６】
図５（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図５（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００６７】
次に、図５（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜１５を堆積する。
【００６８】
次に、図５（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、エッチング処理中に酸素を放出する材料、例えば、ポリビニルフェノールをベースポリマーに用いた化学増幅型レジスト等を用いてコンタクト形成領域を含む領域に開口部２２ａを有するエッチングマスク２２を形成する。
【００６９】
次に、図５（ｄ）に示すように、ＲＩＥ装置を用いて、例えば、圧力を９０Ｐａとし、高周波電力を６００Ｗとして、ＣＨＦ３ の流量を４０ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ の流量を２０ｓｃｃｍにそれぞれ設定してＣＨＦ３ に対するＯ２ の体積比が１５％程度となるようにこれらのガスを混合し、エッチングマスク２２を用いて層間絶縁膜１６に対してプラズマエッチングを行なう。
【００７０】
このとき、ＣＨＦ３ に対して３０体積％以上の酸素を導入しなくても、エッチングマスク２２の表面がエッチングされる際にその表面から所定量の酸素、この場合は１ｃｃ程度の酸素が放出されるため、コンタクト形成領域において実質的に窒化シリコン膜のエッチング速度が低下するガス比である、ＣＨＦ３ に対するＯ２ の体積比が３０％以上且つ４０％以下の酸素濃度が達成されることによって、窒化シリコン膜１５におけるエッチングマスク２２の開口部２２ａの下側の領域に、窒化シリコン膜１５の少なくとも表面部にアンモニウム化合物膜１５ａが生成されるので十分な選択比が確保される。
【００７１】
次に、図５（ｅ）に示すように、ＲＩＥ装置から取り出し、他のエッチング装置に搬送した後、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜１５の凹状部１５ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００７２】
このように、本実施形態によると、エッチングマスク２２に酸素原子を多量に含むフォトレジストを用いるため、エッチングガスに含ませる酸素ガスの濃度の設定の自由度を向上させることができる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、ドライエッチング装置にＲＩＥ装置を用いたが、これに限らず、他の方式のエッチング装置、例えば、誘導結合型エッチング装置又はヘリコン波プラズマエッチング装置等であってもよい。
【００７４】
また、ドライエッチ用のガスに、フッ化炭化水素としてＣＨＦ３ 、希ガスとしてＨｅを用いているが、これに限らず、他のフッ化炭化水素や他の希ガスを用いてもよい。
【００７５】
また、本実施形態においては、比較的高圧下でエッチングを行なうため希ガスを添加したが、必ずしも希ガスを添加しなくてもよい。
【００７６】
また、酸化性ガスとして、酸素（Ｏ２ ）ガスを用いているが、オゾン（Ｏ３ ）ガスであってもよい。
【００７７】
（第４の実施形態）
以下、本発明の第２の半導体装置の製造方法としての第４の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７８】
図６（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図６（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００７９】
次に、図６（ｂ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜２３を水素を含むように、例えば原料であるシラン及びアンモニアの混合ガスをプラズマ化して堆積させる。
【００８０】
次に、図６（ｃ）に示すように、例えば、ＴＥＯＳ，ＣＦ４ 及び酸素の混合ガスを原料とするＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってフッ素を含む酸化シリコンからなる層間絶縁膜２４を堆積した後、該層間絶縁膜２４の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。
【００８１】
これにより、窒化シリコン膜２３が水素を含むと共に、層間絶縁膜２４がフッ素を含むため、窒化シリコン膜２３の少なくとも表面部にはアンモニウム化合物膜２３ａが生成される。
【００８２】
次に、図６（ｄ）に示すように、ＣＨ３ ＦやＣＨＦ３ 等のフッ化炭化水素等を用いレジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜２４に対してドライエッチングを行なう。このとき、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２３にはあらかじめアンモニウム化合物膜２３ａが生成されているため、該アンモニウム化合物膜２３ａに対する層間絶縁膜２４のエッチング速度の選択比が大きく向上する。
【００８３】
次に、図６（ｅ）に示すように、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜２３の凹状部２３ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００８４】
このように、本実施形態によると、層間絶縁膜２４に対してドライエッチングを行なう前に、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２３に、あらかじめ酸化シリコンに対して高い選択比を持つアンモニウム化合物膜２３ａを生成しているため、ドライエッチングを行なう際の各種設定条件の自由度が増す。
【００８５】
（第５の実施形態）
以下、本発明の第２の半導体装置の製造方法としての第５の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００８６】
図７（ａ）〜（ｆ）は本発明の第５の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図７（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００８７】
次に、図７（ｂ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜２５Ａをシラン及びアンモニアの混合ガスを原料として水素を含むように堆積させる。
【００８８】
次に、図７（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜２５Ａの全面に対して酸素とフッ素とを用いたイオン注入を行なうことにより、窒化シリコン膜２５Ａの少なくとも表面部にアンモニウム化合物膜２５ａが生成された窒化シリコン膜２５Ｂを形成する。
【００８９】
次に、図７（ｄ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、該層間絶縁膜１６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。
【００９０】
次に、図７（ｅ）に示すように、ＣＨ３ ＦやＣＨＦ３ 等のフッ化炭化水素等を用いレジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜１６に対してドライエッチングを行なう。このとき、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２５Ｂにはあらかじめアンモニウム化合物膜２５ａが生成されているため、該アンモニウム化合物膜２５ａに対する層間絶縁膜１６のエッチング速度の選択比が大きく向上する。
【００９１】
次に、図７（ｆ）に示すように、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜２５Ｂの凹状部２５ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００９２】
このように、本実施形態によると、層間絶縁膜１６に対してドライエッチングを行なう前に、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２５Ｂに、あらかじめ酸化シリコンに対して高い選択比を持つアンモニウム化合物膜２５ａを生成しているため、ドライエッチングを行なう際の各種設定条件の自由度が増す。
【００９３】
（第６の実施形態）
以下、本発明の第３の半導体装置の製造方法としての第６の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００９４】
図８（ａ）〜（ｅ）は本発明の第６の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法の工程順の断面構成を示している。まず、図８（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１１の上に、シリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜及びポリシリコンからなる導体膜を順次形成した後、フォトリソグラフィーを用いて所定のレジストパターンを形成すると共に、該レジストパターンを用いてゲート絶縁膜及び導体膜に対してドライエッチングを行なうことにより、ゲート絶縁膜１２及びゲート電極１３をそれぞれ形成する。その後、ゲート電極１３同士を互いに絶縁する絶縁膜１４をゲート電極１３の上面及び側面を覆うように形成した後、ゲート電極１３をマスクとして半導体基板１１の所定領域に不純物イオンを注入してソース・ドレイン領域を形成する。
【００９５】
次に、図８（ｂ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたってコンタクトホールを形成する際のエッチング停止膜となる窒化シリコン膜２６を、通常用いる原料ガスであるＳｉＨ４ ，ＮＨ３ 及びＮ２ にＣＦ４ とＯ２ とを添加した混合ガスを用いて堆積させる。これにより、窒化シリコン膜２６は該窒化シリコン膜２６の少なくとも表面部に、アンモニウム化合物膜２６ａが生成されながら堆積する。
【００９６】
次に、図８（ｃ）に示すように、例えばＣＶＤ法を用いて、半導体基板１１の上に全面にわたって酸化シリコンからなる層間絶縁膜１６を堆積した後、該層間絶縁膜１６の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィーを用いて、半導体基板１１のソース・ドレイン領域をコンタクト形成領域とすると、該コンタクト形成領域を含む領域に開口部１７ａを有するレジストパターン１７を形成する。
【００９７】
次に、図８（ｄ）に示すように、ＣＨ３ ＦやＣＨＦ３ 等のフッ化炭化水素等を用いレジストパターン１７をマスクとして、層間絶縁膜１６に対してドライエッチングを行なう。このとき、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２６にはあらかじめアンモニウム化合物膜２６ａが生成されているため、該アンモニウム化合物膜２６ａに対する層間絶縁膜１６のエッチング速度の選択比が大きく向上する。
【００９８】
次に、図８（ｅ）に示すように、エッチングガスにＣＨＦ３ 又はＣＦ４ を用いて、窒化シリコン膜２６の凹状部２６ｂの底部をエッチング除去してコンタクトホール１８を自己整合的に形成する。その後、例えば、蒸着法を用いて、コンタクトホール１８にタングステン等からなるプラグを充填してコンタクトが完成する。
【００９９】
このように、本実施形態によると、層間絶縁膜１６に対してドライエッチングを行なう前に、エッチング停止膜としての窒化シリコン膜２６に、あらかじめ酸化シリコンに対して高い選択比を持つアンモニウム化合物膜２６ａを生成しているため、ドライエッチングを行なう際の各種設定条件の自由度が増す。
【０１００】
【発明の効果】
本発明の第１の半導体装置の製造方法によると、開口部形成工程において、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなるアンモニウム化合物からなる化合物膜が生成されるため、窒化シリコン膜が確実にエッチング停止膜となるので、エッチングの制御が容易になり、その結果、酸化シリコン膜の開口部形成領域に所望の開口部を形成することができる。
【０１０１】
また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができるので、該装置内を清掃するのに要する工数を削減できる。
【０１０２】
第１の半導体装置の製造方法において、開口部形成工程が、窒化シリコン膜の凹状部に該窒化シリコン膜に含まれる窒素を用いて化合物膜を生成するドライエッチングを行なう工程であると、窒化シリコン膜における凹状部の露出部分にアンモニウム化合物が確実に生成されると共に、アンモニウム化合物生成工程をわざわざ設ける必要がないので、製造コストを削減できる。
【０１０３】
第１の半導体装置の製造方法において、開口部形成工程におけるドライエッチングが、フッ化炭化水素と該フッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガス、又はフッ化炭化水素と希ガスとフッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングであると、窒化シリコン膜における開口部形成領域の露出部分にアンモニウム化合物からなる化合物膜が確実に生成される。
【０１０４】
第１の半導体装置の製造方法において、フッ化炭化水素がＣＨＦ３ であり、酸化性ガスが酸素ガス又はオゾンガスであると、窒化シリコンにアンモニウム化合物からなる化合物膜を確実に生成することができる。
【０１０５】
第１の半導体装置の製造方法において、酸化性ガスが、半導体基板上に形成された酸素を含有する部材から放出される酸素を含むと、エッチングガスに対する酸素ガスの濃度を設定する際に酸素ガス濃度の設定値の自由度が大きくなるため、製造工程における設計の余裕度が向上する。
【０１０６】
第１の半導体装置の製造方法において、酸素を含有する部材がフォトレジストであると、開口部形成工程において該フォトレジストが確実に酸素を放出する。
【０１０７】
本発明の第２の半導体装置の製造方法によると、化合物膜生成工程において、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなるアンモニウム化合物からなる化合物膜が生成されるため、窒化シリコン膜が確実にエッチング停止膜となるので、エッチングの制御が容易になり、その結果、酸化シリコン膜の開口部形成領域に所望の開口部を形成することができる。
【０１０８】
また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができる。
【０１０９】
第２の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜形成工程が、水素を含有する窒化シリコン膜を形成する工程を含み、アンモニウム化合物生成工程が、水素を含有する窒化シリコン膜を酸素及びフッ素を含むプラズマに曝す工程を含むと、エッチング停止膜となる窒化シリコン膜の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を確実に生成することができる。
【０１１０】
第２の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜形成工程が、水素を含有する窒化シリコン膜を形成する工程を含み、アンモニウム化合物生成工程が、水素を含有する窒化シリコン膜に対して酸素及びフッ素をイオン注入する工程を含むと、エッチング停止膜となる窒化シリコン膜にアンモニウム化合物を確実に生成することができる。
【０１１１】
本発明の第３の半導体装置の製造方法によると、窒化シリコン膜形成工程において、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の少なくとも表面部に、酸化シリコン膜のエッチング速度の選択比が極めて大きくなるアンモニウム化合物からなる化合物膜が生成されるため、開口部形成工程において窒化シリコン膜が確実にエッチング停止膜となるので、エッチングの制御が容易になり、その結果、酸化シリコン膜の開口部形成領域に所望の開口部を形成することができる。
【０１１２】
また、アンモニウム化合物を含む窒化シリコン膜はエッチングされてもフッ化炭素からなる堆積膜が形成されにくいため、エッチング装置内を清浄に保つことができるので、該装置内を清掃するのに要する工数を削減できる。
【０１１３】
第３の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜形成工程が、アンモニアとフッ素と酸素とを含むガスを原料ガスに添加することにより窒化シリコン膜を形成すると、エッチング停止膜である窒化シリコン膜の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物が確実に生成される。
【０１１４】
第１〜第３の半導体装置の製造方法において、窒化シリコン膜除去工程が水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であると、エッチング停止膜となる窒化シリコン膜の全体がアンモニウム化合物からなる化合物膜の場合には、該化合物膜が水溶性であるため、窒化シリコン膜を除去する工程をわざわざ設ける必要がなくなるので、製造コストを削減できる共に、エッチングを用いた除去工程を経ないため、半導体基板上のコンタクト領域に損傷を与えるおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図２】本発明に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法であって、酸化シリコン膜のエッチングに用いるエッチングガス中の酸素濃度変化に対する酸化シリコン膜のエッチング速度、窒化シリコン膜のエッチング速度及び選択比をそれぞれ示すグラフである。
【図３】（ａ）は本発明に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法であって、窒化シリコン膜の赤外線吸収スペクトルを示すグラフであり、（ｂ）は拡大図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第２の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第３の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第４の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｆ）は本発明の第５の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｅ）は本発明の第６の実施形態に係るＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【図９】従来のＳＡＣ形成方法を用いた半導体装置の製造方法を示す工程順断面図である。
【符号の説明】
１１ 半導体基板
１２ ゲート絶縁膜
１３ ゲート電極
１４ 絶縁膜
１５ 窒化シリコン膜（エッチング停止膜）
１５ａ アンモニウム化合物膜
１５ｂ 凹状部
１６ 層間絶縁膜
１７ レジストパターン
１７ａ 開口部
１８ コンタクトホール
２１ 窒化シリコン膜
２１ａ アンモニウム化合物膜
２１ｂ 凹状部
２２ エッチングマスク
２２ａ 開口部
２３ 窒化シリコン膜
２３ａ アンモニウム化合物膜
２３ｂ 凹状部
２４ 層間絶縁膜
２５Ａ 窒化シリコン膜
２５Ｂ 窒化シリコン膜
２５ａ アンモニウム化合物膜
２５ｂ 凹状部
２６ 窒化シリコン膜
２６ａ アンモニウム化合物膜
２６ｂ 凹状部
Claims (17)
- 半導体基板上に凹状部を有する窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、
前記窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、
フッ化炭化水素と酸化性ガス（炭素元素を含むガスを除く）とを含む反応性ガスを用いて、前記窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成しながら、該化合物膜をエッチング停止膜として、前記窒化シリコン膜に対して前記酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、前記酸化シリコン膜における前記窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記開口部形成工程は、
前記窒化シリコン膜の凹状部に該窒化シリコン膜に含まれる窒素を用いて前記化合物膜を生成するドライエッチングを行なう工程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。 - 前記開口部形成工程における前記ドライエッチングは、
前記フッ化炭化水素と該フッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガス、又は前記フッ化炭化水素と希ガスと前記フッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体積％以下の酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングであることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記フッ化炭化水素はＣＨＦ3 であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化性ガスは酸素ガスであることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化性ガスはオゾンガスであることを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸化性ガスは、前記半導体基板上に形成された酸素を含有する部材から放出される酸素を含むことを特徴とする請求項３又は４に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記酸素を含有する部材はフォトレジストであることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記窒化シリコン膜除去工程は水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、
前記窒化シリコン膜の上にフッ素を含む酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、
前記酸化シリコン膜堆積工程に含まれ、前記窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、
前記化合物膜をエッチング停止膜として、前記窒化シリコン膜に対して前記酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、前記酸化シリコン膜における前記窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、
前記窒化シリコン膜を酸素及びフッ素を含むプラズマに曝して、前記窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、
前記窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、
前記化合物膜をエッチング停止膜として、前記窒化シリコン膜に対して前記酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、前記酸化シリコン膜における前記窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上に凹状部を有する水素を含む窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、
前記窒化シリコン膜に対して酸素及びフッ素をイオン注入して、前記窒化シリコン膜の凹状部の少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成する化合物膜生成工程と、
前記窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、
前記化合物膜をエッチング停止膜として、前記窒化シリコン膜に対して前記酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、前記酸化シリコン膜における前記窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記窒化シリコン膜除去工程は水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 半導体基板上に、アンモニアとフッ素と酸素とを含むガスを原料ガスに添加することにより、少なくとも表面部にアンモニウム化合物からなる化合物膜を生成しながら、凹状部を有する窒化シリコン膜を形成する窒化シリコン膜形成工程と、
前記窒化シリコン膜の上に酸化シリコン膜を堆積する酸化シリコン膜堆積工程と、
前記化合物膜をエッチング停止膜として、前記窒化シリコン膜に対して前記酸化シリコン膜を選択的にドライエッチングすることにより、前記酸化シリコン膜における前記窒化シリコン膜の凹状部の上に開口部を形成する開口部形成工程と、
前記窒化シリコン膜における凹状部の底部を除去する窒化シリコン膜除去工程とを備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記窒化シリコン膜除去工程は水又は水を含む溶液を用いた洗浄工程であることを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記開口部形成工程において、前記窒化シリコン膜に対する前記酸化シリコン膜のエッチング選択比は３０よりも大きいことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記フッ化炭化水素はＣＨＦ 3 であり、前記酸化性ガスは酸素ガスであり、
前記開口部形成工程における前記ドライエッチングは、
前記フッ化炭化水素と希ガスと前記フッ化炭化水素に対して３０体積％以上且つ４０体 積％以下の前記酸化性ガスとを含む反応性ガスを用いたプラズマエッチングであり、
前記窒化シリコン膜に対する前記酸化シリコン膜のエッチング選択比は３０よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
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