JP3700231B2 - 接続孔の形成方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造等の微細デバイス加工分野に適用される接続孔の形成方法に関し、特にエッチング停止膜を用いる自己整合コンタクト・プロセスにおいて、十分なエッチング選択比を容易に確保する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
０．３μｍ以降のデザイン・ルールが適用される微細な半導体デバイスの製造プロセスでは、接続孔の設計余裕を下層配線との位置合わせのバラつきを考慮して決定すると、接続孔の設計寸法（＝ホール径＋設計余裕）が大きくなり過ぎる問題が生じている。この位置合わせのバラつきは、フォトリソグラフィで用いられる縮小投影露光装置のアライメント性能の不足に起因するものである。しかもこのバラつきは、半導体プロセスに含まれる様々なスケーリング・ファクターの中でも特にスケール・ダウンが困難な項目であり、解像度以上に露光技術の限界を決定する要因であるとすら言われている。この問題を、図６ないし図８を参照しながら説明する。
【０００３】
図６は、ＳＲＡＭのメモリセルにおいて、隣接するゲート電極（ワード線）の間で上層配線（ビット線）の基板コンタクトを形成する部分を示している。すなわち、予めウェル形成や素子分離を行ったシリコン基板２１（Ｓｉ）の表面には、熱酸化により形成されたゲート酸化膜２２（ＳｉＯ2 ）を介してゲート電極２３（ｐｏｌｙＳｉ／ＷＳｉｘ）が形成されている。これらゲート電極２３は、いずれもその上面をオフセット酸化膜２４（ＳｉＯｘ）、側面をサイドウォール２５（ＳｉＯｘ）にそれぞれ被覆されている。また、シリコン基板２１の表層部にはＬＤＤ構造を有するソース／ドレイン領域２６が、上記ゲート電極２３および上記サイドウォール２５に対して自己整合的に形成されている。
【０００４】
いま、上述のようにゲート電極２３の形成された基体を一旦、ＳｉＯｘ層間絶縁膜２７でほぼ平坦化し、形成すべき接続孔（コンタクトホール）とゲート電極２３の電極間スペースとの位置合わせのバラつきを考慮してフォトリソグラフィを行い、十分に大きな開口を有するレジスト・パターン２８を形成したとする。このとき、ゲート電極間スペースが極度に縮小されていると、図６に示されるように、レジスト・パターン２８の開口はゲート電極２８のエッジと重複してしまう。
【０００５】
この状態で、シリコン系材料に対してエッチング選択比を確保できる条件にしたがってＳｉＯｘ層間絶縁膜２７をエッチングすると、図７に示されるように、配線間スペースがそのまま底面となるようなコンタクトホール２９が形成される。しかし、この例のように局部的な膜厚差を有するＳｉＯｘ層間絶縁膜２７にコンタクトホール２９を開口するプロセスでは、シリコン基板２１を完全に露出させようとすると過剰なオーバーエッチングが要求されるので、上記レジスト・パターン２８の開口に掛かるオフセット酸化膜２４やサイドウォール２５の一部も当然除去されてしまう。この結果、図７に示されるように、コンタクトホール２９の側壁面には、ゲート電極２３が一部露出した状態となる。したがって、このコンタクトホール２９を図８に示されるごとく上層配線３０で被覆すると、ゲート電極２３と上層配線３０とが短絡してしまう。
【０００６】
この短絡を防止するひとつの方法として、過剰なオーバーエッチングを行わなくともコンタクトホールが開口できるよう、層間絶縁膜の形状を基体の凹凸にならったコンフォーマル形状としておく方法が考えられるが、これでは基体の平坦化が不可能となる。このことは、平坦化の重要性がますます高まる今後の半導体デバイス製造において、大きなデメリットとなる。
【０００７】
このような背景から、位置合わせのための設計余裕をフォトマスク上で不要にできる自己整合コンタクト（ＳＡＣ）プロセスが関心を集めている。このプロセスには色々な種類があるが、露光工程が増えないことから最もよく検討されているのは、窒化シリコン膜（ＳｉｘＮｙ）をエッチング停止層として用いる方法である。上述のＳＲＡＭのメモリセルの例では、オフセット酸化膜２４とサイドウォール２５の表面をＳｉｘＮｙからなるエッチング停止膜で被覆した後に、ＳｉＯｘ層間絶縁膜２７を形成する。
【０００８】
かかる構成によれば、ＳｉＯｘ層間絶縁膜２７のエッチングはエッチング停止膜が露出するとそこから先へは進まないため、オーバーエッチング時にもオフセット酸化膜２４やサイドウォール２５が保護される。被エッチング領域の全面にエッチング停止膜が露出したら、今度はＳｉｘＮｙ用のエッチング条件に切り替えて、エッチング停止膜を選択的に除去することで、コンタクトホールが完成される。したがって、層間絶縁膜を平坦化しながらも良好なコンタクト形成が可能となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＳｉｘＮｙ膜を用いたＳＡＣプロセスを実用化するためには、ＳｉＯｘ層間絶縁膜のドライエッチングをＳｉｘＮｙエッチング停止膜の上で精度良く停止させるという、難度の高い技術をクリアしなければならない。ＳｉＯｘ膜とＳｉｘＮｙ膜とを比べると、各々を構成するＳｉ−Ｏ結合（原子間結合エネルギー＝４６５ｋＪ／ｍｏｌ）とＳｉ−Ｎ結合（同４４０ｋＪ／ｍｏｌ）とがエネルギー的に接近しており、エッチング・ガスも基本的に同じであることから、互いに選択性を確保することは本質的に難しいのである。
【００１０】
ただし、ＳｉＯｘ膜がイオン・アシスト反応を主体とする機構によりエッチングされるのに対し、ＳｉｘＮｙ膜はＦ^＊を主エッチング種とするラジカル反応機構にもとづいてエッチングされ、エッチング速度もＳｉＯｘ膜より若干速い。このため、ＳｉＯｘ膜上におけるＳｉｘＮｙ膜のドライエッチングについては、エッチング反応系のラジカル性を高めることで対処可能であり、これまでにも幾つかのプロセスが提案されてきた。しかし、その逆のＳｉｘＮｙ膜上におけるＳｉＯｘ膜のエッチングでは、選択性の確保はより困難である。なぜなら、イオン・アシスト反応を主体とする機構によりＳｉＯｘ膜をエッチングしていても、その反応系中には必ずラジカルが生成しており、ＳｉｘＮｙ膜が露出した時点でこのラジカルにより該ＳｉｘＮｙ膜のエッチング速度が上昇してしまうからである。近年では、ＳｉｘＮｙ膜上におけるＳｉＯｘ膜のエッチングをフルオロカーボン系ガスのプラズマを用いて行い、このとき生成するフルオロカーボン系ポリマーを利用して選択比を確保する方法が主流となっている。また、このポリマー生成によるエッチング速度の低下は、ＥＣＲプラズマ，誘導結合プラズマ，ヘリコン波プラズマといった、イオン電流密度５ｍＡ／ｃｍ^２以上を達成可能ないわゆる高密度プラズマを用いることで解決しようとする傾向にある。しかしながらこの方法には、続くＳｉｘＮｙ膜のエッチングに際して表面に堆積したポリマーの完全除去が難しいという問題があり、技術の選択肢も少ないのが現状である。
【００１１】
そこで本発明は、上述の問題を解決し、ＳＡＣプロセスの新たな選択肢となり得る接続孔の形成方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の接続孔の形成方法は、基板上に形成された電極パターンの隣接部位において該基板に臨む接続孔をＳＡＣプロセスにより形成する際に、従来のＳｉｘＮｙ膜に代わりＳｉＯｘＮｙ系膜をエッチング停止膜として用いるとともに、前記ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜のエッチングを、プラズマ中で被エッチング基板を保持する単極式静電チャックの残留電荷を除去するためのプラズマ放電と兼ねて行うことで、上述の目的を達成しようとするものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明では、ＳｉＯｘ／ＳｉＯｘＮｙ間で選択比を確保したエッチングが重要なポイントとなる。ＳｉＯｘＮｙ膜は、原子組成比がおおよそＳｉ：Ｏ：Ｎ＝２：１：１であり、５０％程度がＳｉで占められるシリコン・リッチな組成を有し、このことからも推察されるように、ドライエッチングに際してＳｉとＳｉＯｘの中間的なエッチング特性を示す。このＳｉＯｘＮｙ膜の上でＳｉＯｘ膜をフルオロカーボン系ガスを用いてエッチングすると、ＳｉＯｘＮｙ膜は膜中のＯ原子がＳｉＯｘ膜に比べて少ないため、その露出面ではＣ原子の除去が進行せず、結果的にカーボン系ポリマーの堆積が促進されてエッチング速度が低下する。つまり、ＳｉＯｘＮｙ膜の表面における選択性の達成機構は、Ｓｉ膜上におけるそれと類似している。これに対し、従来からエッチング停止膜として多く用いられてきたＳｉｘＮｙ膜は、Ｓｉ組成比がＳｉＯｘに近く、前述したとおりエッチング特性も元来ＳｉＯｘに類似しており、本質的に高い選択比を望むことができない。本発明ではＳｉＯｘＮｙ膜をエッチング停止膜として用いることにより、Ｓｉ／ＳｉＯｘ間の選択比には及ばないものの、ＳｉｘＮｙ／ＳｉＯｘ間に比べれば２倍程度高い選択比を達成することができ、エッチングが容易となる。
【００１４】
本発明ではこのようなＳｉＯｘ膜とＳｉＯｘＮｙ膜との本来的なエッチング特性の差を利用するので、ＳｉＯｘ膜のエッチング時にフルオロカーボン系化合物を含むエッチング・ガスを用いたとしても、従来のように過剰量のカーボン系ポリマーを発生させる必要がない。このため、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜自身の除去も容易となる。このＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜の除去は、典型的にはＳｉ用のエッチング条件にしたがってハロゲン系エッチング・ガスを用いて行うことができるので、下地のＳｉＯｘ膜、すなわちオフセット酸化膜やサイドウォールに対して高選択比を達成することができる。ただし、ＳｉＯｘ膜のエッチングに用いられるフルオロカーボン系ガスを用いた場合にも、堆積性をやや抑え、フッ素ラジカルの生成を促進するような条件に調整すれば、良好なエッチングは十分に可能である。
【００１５】
本発明におけるＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜は、オフセット絶縁膜と前記サイドウォールとに接して設けられるのが一般的である。この場合、ＳｉＯｘ系絶縁膜のエッチングをＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜に対して十分に高い選択比を確保できる条件で行った後、ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜のエッチングを今度はオフセット絶縁膜やサイドウォールに対して十分に高い選択比を確保できる条件で行うことになる。ここで、エッチング停止膜は一般に数十ｎｍの薄い膜であるため、このエッチングを単極式静電チャックの残留電荷除去放電を兼ねて行うことも可能である。単極式静電チャックとは、絶縁ステージに埋設された単一の内部電極に所定の極性の直流電圧を印加してウェハを吸着させる機構である。この方式において、対向アースはプラズマを経由してプラズマ・チャンバの壁でとられるため、ウェハをステージから脱着させる際にも何らかのガスを放電させてプラズマを励起しなければならない。本発明では、このときに放電させるガスとしてＳｉＯｘＮｙ膜用のエッチング・ガスを導入することにより、残留電荷の除去とＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜のエッチングとを同時に行い、これによりスループットの向上を図ることができる。
【００１６】
なお、本発明におけるＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜は、ＳｉＯｘ系絶縁膜の膜厚方向の一部に介在される形で設けても良い。つまり、オフセット絶縁膜とＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜との間に、適当な膜厚のＳｉＯｘ系絶縁膜を介在させる形式である。しかし、エッチング停止膜の本来の役目は、平坦化により局部的に大きな膜厚差を生じた層間絶縁膜のオーバーエッチングから下地パターンを保護することであるから、このエッチング停止膜が層間絶縁膜の余りにも表層近くにあったのでは意味がない。したがって、介在されるＳｉＯｘ系絶縁膜は十分に薄く、その上のＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜が下地パターンのプロファイルを十分に反映できる様でなければならない。
【００１７】
このように、ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜の下にも薄いＳｉＯｘ系絶縁膜を介在させた場合、ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜のエッチングを終了した後に再度ＳｉＯｘ系絶縁膜のエッチングを行わなければならないので、エッチングの手間は必然的に増える。しかし、ＳｉＯｘＮｙ膜はＨ含有量によっては耐湿性が若干不足することもあるので、このような場合に耐湿性に優れるＳｉＯｘ系絶縁膜を介在させておくことは、半導体デバイスの信頼性を向上させる観点から有効である。
【００１８】
ところで、上記ＳｉＯｘＮｙ膜は、エキシマ・レーザ波長域において適度な光学定数（ｎ，ｋ）（ただし、ｎは複素振幅屈折率の実数部，ｋは虚数部係数である。）を示すことから、本願出願人が以前に反射防止膜として提案した材料膜である。したがって、これをフォトリソグラフィの露光波長λに対してλ／４ｎの奇数倍の膜厚ｄに成膜すれば、最も効果的な反射防止効果を発揮する。この膜の光学定数（ｎ，ｋ）は原子組成に依存するが、実際には、複素振幅屈折率の実数部ｎの値はＫｒＦエキシマ・レーザ波長（＝２４８ｎｍ）においてほぼ２．１で一定であり、膜の光吸収に関連する虚数部係数ｋの値がＯ原子の組成比の増大（すなわち組成式中のｘの値の上昇）に伴って小さくなる。このような光学特性は、反射防止膜の設計上、好都合である。それは、複素屈折率の実数部ｎがほぼ一定であるゆえ、膜厚ｄの選択次第で多重干渉の位相を制御することができ、膜の光吸収で反射光の振幅（すなわち反射光の強さ）が制御可能となるからである。
【００１９】
本発明のＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜は、典型的にはＣＶＤ法、または成膜後のイオン注入により成膜または形成することができる。ＣＶＤにはＳｉＨ_４とＮ_２Ｏとの混合ガスを用い、好ましくはプラズマＣＶＤを行う。このとき使用可能なＣＶＤ装置としては、たとえば平行平板型プラズマＣＶＤ装置、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置、誘導結合プラズマＣＶＤ装置、ヘリコン波プラズマＣＶＤ装置を挙げることができる。この膜の原子組成比は原料ガスの流量比にもとづいて変化させることができ、これによって特にｋの値が変化する。なお、ＳｉＯｘＮｙ膜には通常、ＳｉＨ_４ガスに由来する若干量の水素（Ｈ）原子が含まれるので、この膜の組成をＳｉＯｘＮｙ：Ｈと表記することもあるが、本明細書ではこのことを認識した上で、簡単のためにＳｉＯｘＮｙと表記する。
【００２０】
一方、本発明のＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜をイオン注入により形成する場合には、最初にＳｉ膜，ＳｉＯｘ膜，ＳｉｘＮｙ膜から選ばれるいずれかの膜を多結晶膜ないしアモルファス膜として成膜しておき、不足する元素をイオン注入により導入する。たとえば、最初にＳｉ膜を成膜した場合には、この膜に酸素（Ｏ）と窒素（Ｎ）のイオン注入を行い、また最初にＳｉＯｘ膜を成膜した場合には、この膜にＮをイオン注入すれば良い。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の具体的な実施例の前提となる参考例について説明し、次いで本発明の具体的な実施例について説明する。
【００２２】
参考例１
本参考例は、２本のワード線の間でＳＲＡＭのビット線引出し電極を基板にコンタクトさせるＳＡＣプロセスに関するものであり、ポリサイド・ゲート電極を覆うオフセット酸化膜（ＳｉＯｘ）とサイドウォール（ＳｉＯｘ）の表面をＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜で被覆した。このプロセスを、図１ないし図４を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、予めウェル形成や素子分離を行ったＳｉ基板１の表面をたとえばパイロジェニック酸化法で熱酸化することにより、厚さ約８ｎｍのゲート酸化膜２を形成した。続いて、たとえば減圧ＣＶＤ法により厚さ約１４０ｎｍのタングステン・ポリサイド膜と厚さ約５０ｎｍのＳｉＯｘ膜と順次成膜し、これらの膜を共通のレジスト・マスクを介してドライエッチングすることにより、ゲート電極３（ｐｏｌｙＳｉ／ＷＳｉｘ）とオフセット酸化膜からなる積層パターンを形成した。ここで、上記ゲート電極３は、下層側から順に厚さ約７０ｎｍのｎ+ 型ポリシリコン膜（ｐｏｌｙＳｉ）と、厚さ約７０ｎｍのタングステン・シリサイド膜（ＷＳｉx ）との積層構造を有する。また、ゲート電極３の線幅および配線間スペースは、共に約０．２５μｍとした。
【００２４】
次に、上記積層パターンをマスクとしてＡｓ^＋の低濃度イオン注入を行い、シリコン基板１の表層部にＬＤＤ領域を形成した。このときのイオン注入条件は、たとえばイオン加速エネルギー２０ｋｅＶ，ドース量６×１０^１２／ｃｍ^２とした。次に、基体の全面に厚さ約１５０ｎｍのＳｉＯｘ膜を堆積させた後これを等方的にエッチバックし、上記積層パターンの側壁面にサイドウォール５を形成した。さらに、先の積層パターンとこのサイドウォール５の双方をマスクとしてＡｓ+ の高濃度イオン注入を行った。このときのイオン注入条件は、たとえばイオン加速エネルギー２０ｋｅＶ，ドース量３×１０^１５／ｃｍ^２とした。さらに１０５０℃，１０秒間のＲＴＡ（ラピッド・サーマル・アニール）を行って不純物（Ａｓ）を活性化させ、ＬＤＤ構造を有するソース／ドレイン領域６を形成した。
【００２５】
次に、この基体の全面をコンフォーマルに覆うＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜を約３０ｎｍの厚さに成膜した。このときの成膜条件は、たとえば
装置 平行平板型プラズマＣＶＤ装置
ウェハ・サイズ ６ インチ
ＳｉＨ_４流量 ５０ ＳＣＣＭ
Ｎ_２Ｏ流量 ５０ ＳＣＣＭ
圧力 １０ Ｐａ
ＲＦパワー １０００ Ｗ（１３．５６ ＭＨｚ）
成膜温度 ３００ ℃
電極間距離 ４００ ｍｉｌｓ（約１ｃｍ）
とした。
【００２６】
次に、たとえばＯ_３−ＴＥＯＳ常圧ＣＶＤ法によりＳｉＯｘ層間絶縁膜８を約５００ｎｍの厚さに成膜して、基体の表面をほぼ平坦化した。この後、ＳｉＯｘ層間絶縁膜８の上にレジスト・パターン９を形成した。このときのレジスト・パターニングは、化学増幅系ポジ型フォトレジスト材料（和光純薬社製，商品名ＷＫＲ−ＰＴ１）とＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッパを用いて行い、配線間スペースをカバーする直径約０．３μｍの開口を設けた。このときのパターニングは、定在波効果を抑えた良好な状態で行われた。これは、先に形成されたＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７の膜厚をほぼλ／４ｎ（ただし、λ＝２４８ｎｍ，ｎ＝２．１）に等しく設定したために、反射防止効果が得られたからである。図１には、ここまでのプロセスを終了した状態を示した。
【００２７】
次に、市販の酸化シリコン膜エッチング用ＥＣＲ型プラズマ・エッチング装置（以下、ＥＣＲ型酸化膜エッチャーと称する。）を用い、上記ＳｉＯｘ層間絶縁膜８を選択的にエッチングした。このときのエッチング条件は、たとえば
ＣＨＦ_３流量 ３５ ＳＣＣＭ
ＣＨ_２Ｆ_２流量 １５ ＳＣＣＭ
圧力 ０．２７ Ｐａ
マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ）
ＲＦバイアス・パワー ２００ Ｗ（８００ ｋＨｚ）
ウェハ温度 ２０ ℃ オーバーエッチング率 ３０ ％
とした。この結果、図２に示されるように、コンタクトホール１０が途中まで形成され、その底面にＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７が露出した状態となった。上記のエッチングでは、高密度プラズマ中で豊富に発生するイオンを利用して実用的な速度でエッチングが進行する。またこれと共に、プラズマ中に生成する適度な量のフルオロカーボン系ポリマーがＳｉＯｘＮｙ膜に対する選択比を確保する役目を果たすので、エッチングは図２に示されるように、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７が露出したところで停止する。このときの対ＳｉＯｘＮｙ選択比は平坦部で約３０、イオン衝撃に弱いコーナー部で約２５であり、従来の対ＳｉｘＮｙ選択比の値（平坦部で約５，肩部で約２）よりも高い値であった。
【００２８】
次に、同じくＥＣＲ型酸化膜エッチャーを用いて、上記のＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７の露出部分を選択的に除去した。このときのエッチング条件は、たとえば
ＣＨＦ_３流量 ５０ ＳＣＣＭ
Ｏ_２流量 １０ ＳＣＣＭ
圧力 ０．２７ Ｐａ
マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ）
ＲＦバイアス・パワー １５０ Ｗ（８００ ｋＨｚ）
ウェハ温度 ３０ ℃
オーバーエッチング率 ２０ ％とした。
【００２９】
上記の条件は、前述のＳｉＯｘ層間絶縁膜８のエッチング条件に比べてフルオロカーボン系ポリマーの堆積性を弱めると共に、Ｏ_２ガスでＣＨＦ_３ガスの解離を促進してＦ^＊を大量に生成させ、オフセット酸化膜４やサイドウォール５に対して選択比を確保できるように設定されている。ただし、若干生成するフルオロカーボン系ポリマーは、主としてシリコン基板１の表面に堆積して対Ｓｉ選択比の確保に寄与する。このエッチングを終了し、コンタクトホール１０が完成された状態を、図３に示す。
【００３０】
この後、図４に示されるように、上記コンタクトホール１０を被覆するごとくＡｌ系多層膜からなる上層配線１１（Ａｌ）を形成し、ビット線コンタクトを完成させた。上記Ａｌ系多層膜は、たとえばＴｉ系密着層／Ａｌ−１％Ｓｉ膜／ＴｉＮ反射防止膜の３層構造を有するものである。本発明によれば、ＳｉＯｘ層間絶縁膜８およびＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７のドライエッチングがいずれも制御性良く行われるため、ゲート電極３と上層配線１１との間の耐圧不良や短絡、あるいはエッチング残渣が発生せず、信頼性の高い半導体デバイスを作成することが可能となる。
【００３１】
参考例２
ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７はＳｉとＳｉＯｘの中間的なエッチング特性を有するので、本参考例２では、このＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７をＳｉ用のエッチング条件でエッチングした例について説明する。サンプル・ウェハの構成およびＳｉＯｘ層間絶縁膜８のエッチングまでは、参考例１で説明した通りである。
【００３２】
本参考例では、市販のシリコン膜エッチング用ＥＣＲ型プラズマ・エッチング装置（以下、ＥＣＲ型シリコン・エッチャーと称する。）を用い、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７を選択的にエッチングした。このときのエッチング条件は、たとえば
Ｃｌ_２流量 ５０ ＳＣＣＭ
圧力 ０．２７ Ｐａ
マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ）
ＲＦバイアス・パワー １００ Ｗ（８００ ｋＨｚ）
ウェハ温度 ３０ ℃
オーバーエッチング率 １０ ％
とした。
【００３３】
ＳｉＯｘＮｙ膜はＳｉが原子組成の約５０％を占めており、上記のようなシリコン用のエッチング条件でも十分に実用的な速度でエッチングでき、オフセット酸化膜４やサイドウォール５に対する選択性も何ら問題ない。ただし、Ｓｉ用のエッチング条件ではシリコン基板１に対する選択性は原理的に得られないので、上記の例ではオーバーエッチング量を少なく設定することにより、シリコン基板１の侵食を最小限に抑えた。
【００３４】
参考例３
本参考例では、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７をアモルファス・シリコン膜へのＯ_２ ^＋およびＮ_２ ^＋のイオン注入により形成した。
【００３５】
すなわち、サイドウォール５の形成までを参考例１と同様に行った後、プラズマＣＶＤ法によりまずアモルファス・シリコン膜を成膜した。成膜条件はたとえば、
装置 平行平板型プラズマＣＶＤ装置
ウェハ・サイズ ６ インチ
ＳｉＨ_４流量 ５０ ＳＣＣＭ
Ａｒ流量 ５０ ＳＣＣＭ
圧力 １０ Ｐａ
ＲＦパワー ８００ Ｗ（１３．５６ ＭＨｚ）
成膜温度 ３００ ℃
電極間距離 ４００ｍｉｌｓ（約１ｃｍ）
とした。
【００３６】
次に、上記のアモルファス・シリコン膜に、イオン注入を行った。このイオン注入は、たとえば
ドーパント Ｏ_２ ^＋，Ｎ_２ ^＋
イオン加速エネルギー ２０ｋｅＶ，５０ｋｅＶの２段階
ドース量 各１×１０^１７／ｃｍ^２
とした。これにより、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７を完成させた。
【００３７】
次に、参考例１と同様にＳｉＯｘ層間絶縁膜８の成膜およびレジスト・パターニングを行った後、酸化シリコン膜エッチング用誘導結合型プラズマ・エッチング装置（以下、ＩＣＰ型酸化膜エッチャーと称する。）を用いて上記ＳｉＯｘ層間絶縁膜８を選択的にドライエッチングした。このときのエッチング条件は、たとえば
Ｃ_３Ｆ_８流量 ２０ ＳＣＣＭ
Ａｒ流量 ４０ ＳＣＣＭ
圧力 ０．２７ Ｐａ
ＲＦソース・パワー ２０００ Ｗ（２ ＭＨｚ）
ＲＦバイアス・パワー １０００ Ｗ（１．８ ＭＨｚ）
ウェハ温度 ３０ ℃
上部電極温度 ２５０ ℃
オーバーエッチング率 ３０ ％
とした。このエッチングは、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７に対して約３０（コーナー部では約２５）と高い選択比を維持しながら進行した。
【００３８】
次に、同じエッチャーを用い、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７をドライエッチングした。このときのエッチング条件は、たとえば
ＣＨＦ_３流量 ５０ ＳＣＣＭ
Ｏ_２流量 ３０ ＳＣＣＭ
圧力 ０．２７ Ｐａ
ＲＦソース・パワー １５００ Ｗ（２ ＭＨｚ）
ＲＦバイアス・パワー ８００ Ｗ（１．８ ＭＨｚ）
ウェハ温度 ３０ ℃
上部電極温度 １５０ ℃
オーバーエッチング率 ２０ ％
とした。本参考例によっても、良好なエッチングを行ってコンタクトホール１０を形成することができた。
【００３９】
参考例４
本参考例では、参考例３で述べたＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７をＳｉ用のドライエッチング条件でエッチングした例について述べる。ＳｉＯｘ層間絶縁膜７のエッチングまでは、参考例３で説明した通りである。
【００４０】
本参考例におけるＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７のエッチングには、市販のＩＣＰ型シリコン・エッチャーを用いた。ただし、参考例３で述べたＩＣＰ型酸化膜エッチャーが石英シリンダ型のチャンバの周囲にマルチターンＲＦアンテナを巻回させた構造であったのに対し、本参考例４で用いるＩＣＰ型シリコン膜エッチャーは、チャンバの天板の真上に渦巻状ＲＦアンテナを備えた構造とされている。エッチング条件は、たとえば
Ｃｌ_２流量 ５０ ＳＣＣＭ
圧力 ０．３ Ｐａ
ＲＦソース・パワー ２０００ Ｗ（１３．５６ ＭＨｚ）
ＲＦバイアス・パワー ３００ Ｗ（１３．５６ ＭＨｚ）
ウェハ温度 ３０ ℃
オーバーエッチング率 １０ ％
とした。本参考例によっても、良好なエッチングを行ってコンタクトホール１０を形成することができた。
【００４１】
実施例１
次いで、本発明が適用された実施例について説明する。本実施例では、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７の膜厚が薄く、そのドライエッチングが短時間で済むことに着目し、これをＳｉＯｘ層間絶縁膜８のエッチングを終了した後の単極式静電チャックの残留電荷の除去を兼ねて行った。レジスト・パターニングまでは、参考例３と同様である。
【００４２】
本実施例では、次のＳｉＯｘ層間絶縁膜８とＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７のドライエッチングを、ＥＣＲ型酸化膜エッチャーの同じチャンバ内で連続して行った。最初のＳｉＯｘ層間絶縁膜８のエッチングは、たとえば前述の参考例１と同様に、
ＣＨＦ_３流量 ３５ ＳＣＣＭ
ＣＨ_２Ｆ_２流量 １５ ＳＣＣＭ
圧力 ０．２７ Ｐａ
マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ）
ＲＦバイアス・パワー １００ Ｗ（８００ ｋＨｚ）
ウェハ温度 ２０ ℃
オーバーエッチング率 ３０ ％
の条件で行った。
【００４３】
続くＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７のエッチングは、たとえば
Ｃｌ_２流量 ５０ ＳＣＣＭ
圧力 ０．２７ Ｐａ
マイクロ波パワー １０００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ）
ＲＦバイアス・パワー １００ Ｗ（８００ ｋＨｚ）
ウェハ温度 ３０ ℃
放電時間 ３０ 秒
の条件で行った。この条件は、基本的には参考例２で上述したシリコン用のエッチング条件と同じである。上記の放電時間内で単極式静電チャックの残留電荷が除去される共に、ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７を選択的に除去することができ、スループットが大幅に向上した。なお、このようにエッチング停止膜と残留電荷除去とを兼ねて行う場合には、単極式静電チャックへの逆極性電荷の帯電やエッチング量の過不足が生じない様、放電時間の設定に細心の注意を要する。
【００４４】
以上、本発明の具体的な実施例を説明したが、本発明はこの実施例に何ら限定されるものではない。たとえば、本発明のＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７は、図５に示されるように、ＳｉＯｘ絶縁膜の膜厚方向の中途部に形成されていても良い。この場合、コンタクトホール１０を開口するためのエッチングは、上層側ＳｉＯｘ膜８U ，ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜７，下層側ＳｉＯｘ膜８L の順にて、各膜の最適条件を選択しながら行うことになる。この他、プラズマ源、サンプル・ウェハの構成、使用するＣＶＤ装置、堆積条件、使用するエッチング装置、エッチング条件の細部は、適宜変更および選択が可能である。
【００４５】
【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、ＳｉｘＮｙ膜をエッチング停止膜として用いる従来のＳＡＣプロセスよりも遥かに容易に、コンタクトホール形成のためのエッチングを行うことが可能となる。ここで、エッチング停止膜は一般に数十ｎｍの薄い膜であるため、このエッチングを単極式静電チャックの残留電荷除去放電を兼ねて行う。この方式において、対向アースはプラズマを経由してプラズマ・チャンバの壁でとられるため、ウェハをステージから脱着させる際の放電ガスとしてＳｉＯｘＮｙ膜用のエッチン グ・ガスを導入してプラズマを励起する。これにより、本発明は、残留電荷の除去とＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜のエッチングとを同時に行い、スループットの向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ＳＲＡＭのビット線コンタクトの形成プロセスにおいて、ＳｉＯｘ層間絶縁膜上でレジスト・パターニングを行った状態を示す模式的断面図である。
【図２】 図１のＳｉＯｘ層間絶縁膜を選択的に除去した状態を示す模式的断面図である。
【図３】 図２のコンタクトホールの底面に露出したＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜を選択的に除去した状態を示す模式的断面図である。
【図４】 図３のコンタクトホールを上層配線で被覆した状態を示す模式的断面図である。
【図５】 本発明を適用してＳＲＡＭのビット線コンタクトを形成する別のプロセス例において、ＳｉＯｘ層間絶縁膜の中途部に設けられたＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜が露出した状態を示す模式的断面図である。
【図６】 従来のＳＲＡＭのビット線コンタクトの形成プロセスにおいて、ＳｉＯｘ層間絶縁膜上でレジスト・パターニングを行った状態を示す模式的断面図である。
【図７】 図６のＳｉＯｘ層間絶縁膜を選択的に除去する際に、ゲート電極を被覆するオフセット酸化膜とサイドウォールの一部が侵食された状態を示す模式的断面図である。
【図８】 図７のコンタクトホールを被覆する上層配線がゲート電極と短絡した状態を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板
３ ゲート電極
４ オフセット酸化膜（ＳｉＯｘ）
５ サイドウォール（ＳｉＯｘ）
６ ソース／ドレイン領域
７ ＳｉＯｘＮｙエッチング停止膜
８ ＳｉＯｘ層間絶縁膜
１０ コンタクトホール
１１ 上層配線

Claims (5)

1. 基板上に、共にＳｉＯｘ系材料からなるオフセット絶縁膜とサイドウォールとに囲まれた電極パターンを形成する第１工程と、
   ＳｉＯｘ系絶縁膜の膜厚方向の一部にＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜を含む層間絶縁膜で前記電極パターンが形成された基板の全面を被覆する第２工程と、
   前記ＳｉＯｘ系絶縁膜と前記ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜とを、ハロゲン系エッチング・ガスあるいはフルオロカーボン系化合物を含むエッチング・ガスを用いて選択的にエッチングすることにより、少なくとも底面の一部が前記電極パターンの隣接部位において前記基板に臨む接続孔を開口する第３工程とを有し、
   前記第３工程では、前記ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜のエッチングを、前記ＳｉＯｘ系絶縁膜のエッチングが終了した後、プラズマ中で被エッチング基板を保持する単極式静電チャックの残留電荷を除去するためのプラズマ放電と兼ねて行われる接続孔の形成方法。
2. 前記ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜を、前記オフセット絶縁膜と前記サイドウォールとに接して設ける請求項１記載の接続孔の形成方法。
3. 前記ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜を、これより上層側のパターンを形成するためのフォトリソグラフィ用の反射防止膜を兼ねて形成する請求項１記載の接続孔の形成方法。
4. 前記ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜をＣＶＤ法により成膜する請求項１記載の接続孔の形成方法。
5. 前記ＳｉＯｘＮｙ系エッチング停止膜を、予め形成されたＳｉ膜，ＳｉＯｘ膜，ＳｉｘＮｙ膜から選ばれるいずれかの膜に対して不足する元素のイオン注入を行うことにより形成する請求項１記載の接続孔の形成方法。

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