JP3987637B2 - エッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近，半導体装置の集積度が飛躍的に向上し，それに伴って半導体基板上に形成される各種素子の更なる微細化も技術的要求項目の一つとして挙げられている。かかる要求を達成するためには，半導体基板上に形成される各ゲート（電極）間の間隔を狭めることも必要となり，そのゲート間にコンタクトホールを形成する場合には，コンタクトホールも狭小化する必要がある。しかしながら，ゲート間の間隔が狭まるにつれ，ステッパのアライメント性能の限界などに起因して，狭小なコンタクトホールを正確な位置に形成することが困難となっている。そこで，最近，各ゲートの表面にＳｉＮX膜層などの保護膜層（下地）を形成し，コンタクトホール形成時にゲートがエッチングされることを防止して，各ゲート間の狭小空間に自己整合的にコンタクトホールを形成するセルフアラインコンタクト技術が提案されている。なお，本明細書中において，上記ＳｉＮXとは，ＳｉＮやＳｉ3Ｎ4のみならず，それらの混合物質も表すものとする。
【０００３】
上記セルフアラインコンタクト技術を用いて，半導体基板上に形成されたゲートを覆うＳｉＯ2膜（絶縁膜）層にコンタクトホールを形成する場合には，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比を向上させるために，処理ガスとして，例えばＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスが広く使用されている。すなわち，当該処理ガスを採用すれば，該処理ガスを構成するＣ4Ｆ8が従来のＣＦ4やＣ2Ｆ6などよりも相対的に多くの炭素原子を含んでいるため，コンタクトホールの内壁面に保護膜となるカーボン膜を容易に形成することができる。さらに，上記処理ガスには，ＣＯが添加されているため，上記カーボン膜を一層容易に形成することができる。その結果，上記カーボン膜によって被覆されたＳｉＮX膜層に，エッチングイオンであるフッ素ラジカルが接触し難くなるため，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比を向上させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記Ｃ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを用いてコンタクトホールを形成すると，上述の如くコンタクトホールの内壁面に形成されたカーボン膜により，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比を向上させることができる反面，そのカーボンがコンタクトホールの底部にも堆積する。その結果，コンタクトホールの底部に堆積したカーボンによってフッ素ラジカルが該底部に到達し難くくなるため，コンタクトホールが所定の深さ以上に削れ難くなり，いわゆる抜け性の低下や，エッチングストップが生じる。
【０００５】
さらに，最近，ゲート間の狭小空間に高アスペクト比のコンタクトホールを形成することが技術的要求項目の１つとして挙げられているが，その様な孔深さの深いコンタクトホールは，その構成上，コンタクトホールの底部にフッ素ラジカルが到達し難い。その結果，上述したＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスで，該コンタクトホールを形成すると，コンタクトホールの底部へのカーボンの堆積と，フッ素ラジカルの侵入量の低下により，抜け性の低下やエッチングストップの発生が一層顕著となる。
【０００６】
また，上記従来のエッチング方法のように，コンタクトホールの底部にカーボンが堆積しやすいプロセスで処理を行う場合には，そのコンタクトホールの底部に堆積するカーボンを勘案して，半導体基板に過剰なエッチング処理を施す必要がある。しかしながら，その様な過剰なエッチング処理を半導体基板に施すと，本来ならばゲートを覆う絶縁膜層やゲートを保護するＳｉＮX膜層もエッチングされてしまい，それら絶縁膜層やゲート自体がコンタクトホール内に露出する。
【０００７】
その結果，絶縁不良が生じたり，ゲートと他の配線や電極がショートするなどの問題を引き起こし，歩留りが低下する。特に，ＳｉＮX膜層の肩部（角部）は，コンタクトホール内に張り出すことが多いため，非常にエッチングされ易く，上述の如く過剰なエッチング処理を半導体基板に施すと，その角部が最も損傷する。従って，上記従来のエッチング方法では，そのＳｉＮX膜層の肩部が損傷しない程度までしかエッチング処理を行えないため，高アスペクト比のコンタクトホールの形成は，非常に困難である。
【０００８】
本発明は，上記従来の技術が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の第１の目的は，コンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜層の肩部にカーボン膜（保護膜）を形成してＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比の向上を図ると共に，コンタクトホール底部へのカーボンの堆積を抑制して，高アスペクト比のコンタクトホールを形成することが可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することである。
【０００９】
また，本発明の第２の目的は，ＳｉＮX膜の肩部が損傷する原因の１つとなる過剰なエッチングを不要とし，ゲートの絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止して歩留りを向上させることが可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載の発明のように，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，処理ガスは，少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスであることを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１１】
かかる構成によれば，ＣＯに代えてＣＨ2Ｆ2を処理ガスの構成ガスとして採用したため，処理時には，Ｃ4Ｆ8から生じるフッ素ラジカルのみならず，ＣＨ2Ｆ2からもフッ素ラジカルを生じさせることができるため，フッ素ラジカルの生成量を増加させることができる。その結果，高アスペクト比のコンタクトホールを形成する場合でも，フッ素ラジカルをコンタクトホールの底部に確実に到達させることができるため，コンタクトホールの底部に堆積するカーボンを除去しながら該底部をエッチングすることができ，所定深さのコンタクトホールを容易に形成することができる。
【００１２】
また，コンタクトホールの底部を確実にエッチングすることができるため，被処理体に過剰なエッチング処理を施す必要がなく，コンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜層，特にその肩部の損傷を防止することができる。その結果，ＳｉＮX膜層で保護されているゲートを覆う絶縁膜層やゲート自体がコンタクトホール内に露出することがなく，ゲートの絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止することができるため，歩留りを向上させることができる。さらに，所定のエッチングレートを維持したままコンタクトホールの底部をエッチングすることができるため，エッチング処理時間を短縮させることができ，スループットも向上させることができる。
【００１３】
また，処理ガスを構成するＣＨ2Ｆ2は，炭素原子を含んでいるため，ＣＯと同様に，コンタクトホールの内壁面に保護膜となるカーボン膜を確実に形成することができる。その結果，コンタクトホールの内壁面がエッチングされ難くなるため，いわゆるボーイング形状のコンタクトホールが形成されることを防止することができる。さらに，コンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜層，特にＳｉＮX膜層の肩部もカーボン膜で被覆することができるため，該肩部がエッチングされ，損傷することを防止できる。また，この様に，いわゆるカーボンリッチな雰囲気の下で被処理体に処理を施しても，上述の如くフッ素ラジカルをコンタクトホールの底部にまで確実に到達させることができるため，コンタクトホールの底部にカーボンが堆積することがない。
【００１４】
また，本発明の第２の観点によれば，請求項２に記載の発明のように，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用して，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第１の工程と，ＳｉＮX膜層が露出する前後に，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えて，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第２の工程とを含むことを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１５】
かかる構成によれば，少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用してエッチング処理を行うため，上記従来のエッチング方法と同様に，カーボンリッチな雰囲気下で被処理体に処理を施すことができる。その結果，コンタクトホールの内壁面に容易にカーボン膜を形成することができるため，コンタクトホールのエッチング形状がボーイング状になることがない。
【００１６】
また，ＳｉＮX膜層が露出する前後に，処理ガスを少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えてエッチング処理を行うので，上記請求項１に記載の発明と同様に，カーボンリッチ及びラジカルリッチな雰囲気下で被処理体に処理を施すことができる。その結果，コンタクトホールの底部に堆積したカーボンを除去することができるため，該底部を確実にエッチングすることができ，エッチングストップの発生を防止して，抜け性を向上させることができる。さらに，当該処理ガスを用いれば，ＳｉＮX膜層の肩部にカーボン膜を付着させながら，コンタクトホールの底部へのカーボンの堆積を抑制することができるため，所定形状のコンタクトホールを形成することができる。
【００１７】
さらに，本発明の第３の観点によれば，請求項３に記載の発明のように，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用して，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第１の工程と，ＳｉＮX膜層の肩部が露出する前後に，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えて，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第２の工程と，ＳｉＮX膜層の肩部の露出から所定時間経過後に，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスに切り替えて，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第３の工程とを含むことを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１８】
かかる構成によれば，上記請求項２に記載の発明と同様に，少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用するので，カーボン膜をコンタクトホールの内壁面に容易に形成することができ，ボーイング形状のコンタクトホールが形成されることがない。また，ＳｉＮX膜層の肩部が露出する前後に，処理ガスを少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えれば，上述した請求項１及び請求項２に記載の発明と同様に，コンタクトホールの底部に堆積したカーボンを除去できるため，コンタクトホールの底部を確実にエッチングできると共に，コンタクトホール内に露出したＳｉＮX膜層をカーボン膜で保護することができる。
【００１９】
さらに，ＳｉＮX膜層の肩部の露出から所定時間経過後に，処理ガスを少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスに再び切り替えれば，コンタクトホールの内壁面に容易にカーボン膜を付着させることができるため，コンタクトホールがボーイング形状となることを防止することができる。また，この工程で，少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用しても，上述の如くコンタクトホールの底部に堆積したカーボンがすでに除去されているため，抜け性の低下やエッチングストップが生じることがない。
【００２０】
また，少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスのＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）を，例えば請求項４に記載の発明のように，実質的に０．４以上で１．０以下に設定したり，また少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスの全圧に対するＣ4Ｆ8の分圧と，例えば請求項５に記載の発明のように，実質的に０．４（ｍＴｏｒｒ）以上で０．８（ｍＴｏｒｒ）以下に設定すれば，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比をさらに向上させることができる。
【００２１】
さらに，処理室内に励起されるプラズマの密度を，例えば請求項６に記載の発明のように，実質的に１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）以上で１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）以下に設定したり，また被処理体を，例えば請求項７に記載の発明のように，処理室内に配置されたサセプタの載置面上に載置し，サセプタの載置面の温度を実質的に２０℃以上で，ＳｉＯ2膜層のマスクパターンを構成するフォトレジスト層の耐熱温度以下に設定すれば，上記請求項４や請求項５に記載の発明と同様に，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比をさらに向上させることができる。
【００２２】
また，少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに，例えば請求項８に記載の発明のように，さらに不活性ガスを添加したり，または少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスに，例えば請求項９に記載の発明のように，さらに不活性ガスを添加すれば，エッチングレートなどの各種処理条件を容易に調整することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかるエッチング方法の実施の形態について，詳細に説明する。
【００２４】
（１）エッチング装置の構成
まず，図１を参照しながら，本実施の形態のエッチング方法が適用されるエッチング装置１００について説明する。
同図に示すエッチング装置１００の処理容器１０２内には，処理室１０４が形成されており，この処理室１０４内には，上下動自在なサセプタを構成する下部電極１０６が配置されている。下部電極１０６の上部には，高圧直流電源１０８に接続された静電チャック１１０が設けられており，この静電チャック１１０の上面に被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）Ｗが載置される。さらに，下部電極１０６上に載置されたウェハＷの周囲には，絶縁性のフォーカスリング１１２が配置されている。また，下部電極１０６の周囲には，絶縁体１０７を介して多数の貫通孔１１４ａを備えた導電性のバッフル板１１４が設けられている。さらに，バッフル板１１４は，例えばステンレス製のベローズ１０９を介して，接地された処理容器１０２と電気的に導通している。また，下部電極１０６には，整合器１１８を介してプラズマ生成用高周波電力を出力する高周波電源１２０が接続されている。
【００２５】
また，下部電極１０６の載置面と対向する処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａを備えた上部電極１２２が配置されており，図示の例では，上部電極１２２は，処理容器１０２の一部を成している。また，ガス吐出孔１２２ａには，ガス供給管１２４が接続され，さらにそのガス供給管１２４には，図示の例では第１〜第３分岐管１２６，１２８，１３０が接続されている。第１分岐管１２６には，開閉バルブ１３２と流量調整バルブ１３４を介して，Ｃ4Ｆ8を供給するガス供給源１３６が接続されている。また，第２分岐管１２８には，開閉バルブ１３８を流量調整バルブ１４０を介して，本実施の形態にかかるＣＨ2Ｆ2を供給するガス供給源１４２が接続されている。さらに，第３分岐管１３０には，開閉バルブ１４４と流量調整バルブ１４６を介して，Ａｒを供給するガス供給源１４８が接続されている。なお，これら各種処理ガスの供給構成については，後述する。また，処理ガスに添加される不活性ガスは，上記Ａｒに限定されず，処理室１０４内に励起されるプラズマを調整することができるガスであればいかなる不活性ガス，例えばＫｒなどを採用することができる。さらに，上記処理ガスには，例えばＯ2や，Ｎ2や，ＣＯや，ＣＯ2などの各種ガスを添加することもできる。
【００２６】
また，処理容器１０２の下方には，不図示の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されており，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を所定の減圧雰囲気に維持することができる。また，処理室１０４の外部には，処理容器１０２の外部側壁を囲うように磁石１５２が配置されており，この磁石１５２によって上部電極１２２と下部電極１０６との間のプラズマ領域に回転磁界が形成される。
【００２７】
（２）ウェハの構成
次に，図２を参照しながら，上記エッチング装置１００で処理を施すウェハＷの構成について説明する。
ウェハＷを構成するＳｉ（シリコン）基板２００上には，ゲート２０２が形成されており，このゲート２０２を覆うようにして絶縁膜層２０４が形成されている。また，この絶縁膜層２０４の表面を被覆するように，ＳｉＮX膜層２０６が形成されている。このＳｉＮX膜層２０６は，後述するコンタクトホール２１０形成時に，ゲート２０２がエッチングされることを防止し，ゲート２０２間に自己整合的にコンタクトホール２１０を形成する役割を果たしている。また，ＳｉＮX膜層２０６上には，絶縁膜層を構成するシリコン系酸化膜，例えばＳｉＯ2膜２０８が形成されている。なお，上記絶縁膜層２０４及びＳｉＯ2膜２０８は，ＢＰＳＧ（ボロンとリンのシリケートグラス）や，ＰＳＧ（リンのシリケートグラス）や，ＴＥＯＳ（テトラエトキシオルトシラン）や，Ｔｈ−ＯＸ（サーマルオキサイド）や，ＳＯＧ（スピオングラス）などから構成してもよい。また，ＳｉＯ2膜層２０８上には，コンタクトホール２１０のマスクパターンを構成するフォトレジスト層２１２が形成されている。
【００２８】
（３）コンタクトホールの形成工程
次に，図１及び図２を参照しながら，上述したウェハＷのゲート２０２間にコンタクトホール２１０を形成する工程について説明する。
まず，下部電極１０６の載置面の温度を，予め，実質的に２０（℃）以上で，フォトレジスト層２１２の耐熱温度，すなわちフォトレジスト層２１２が融ける温度以下，好ましくは２０（℃）〜６０（℃），例えば４０（℃）に調整した後，その載置面上に上述したウェハＷを載置する。
【００２９】
次いで，処理室１０４内に本実施の形態にかかる処理ガス，すなわちＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスを導入する。この際，それらＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの流量は，それぞれに対応する流量調整バルブ１３４，１４０，１４６で調整する。また，本実施の形態では，Ｃ4Ｆ8の流量は，実質的に５（ｓｃｃｍ）〜１５（ｓｃｃｍ）に設定し，好ましくは６（ｓｃｃｍ）〜８（ｓｃｃｍ）に設定する。さらに，ＣＨ2Ｆ2の流量は，実質的に２（ｓｃｃｍ）〜１０（ｓｃｃｍ）設定し，好ましくは３（ｓｃｃｍ）〜５（ｓｃｃｍ）に設定する。さらにまた，Ａｒの流量は，実質的に４００（ｓｃｃｍ）〜６００（ｓｃｃｍ）に設定し，好ましくは５００（ｓｃｃｍ）に設定する。ただし，上記各処理ガスの流量は，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）が，実質的に０．４〜１．０，好ましくは０．５〜１．０，さらに好ましくは０．５５〜０．７になるように適宜調整する。
【００３０】
また，処理室１０４内への処理ガスの導入と同時に，処理室１０４内の真空引きを行う。この際，処理室１０４内の圧力雰囲気は，実質的に３０（ｍＴｏｒｒ）〜７０（ｍＴｏｒｒ）に設定し，好ましくは３５（ｍＴｏｒｒ）〜５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。ただし，処理室１０４内の圧力雰囲気は，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの全圧に対するＣ4Ｆ8の分圧が，０．４（ｍＴｏｒｒ）〜０．８（ｍＴｏｒｒ）になるように適宜調整する。
【００３１】
次いで，磁石１５２を回転させて処理室１０４内のプラズマ領域に回転磁界を形成させる。その後，下部電極１０６に対して所定の高周波電力を印加し，処理室１０４内にプラズマを励起する。この際，上記高周波電力は，処理室１０４内に励起されるプラズマの密度が，実質的に１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）になるように調整する。すなわち，本実施の形態では，下部電極１０６に対して，例えば周波数が１３．５６（ＭＨｚ）で，電力が１４００（Ｗ）〜２０００（Ｗ），好ましくは１５００（Ｗ）の高周波電力を印加する。これにより，上部電極１２２と下部電極１０６との間にグロー放電が生じ，処理室１０４内に導入された本実施の形態にかかる処理ガスが解離して，高密度のプラズマが生成される。そして，このプラズマにより，ウェハＷに所定のエッチング処理が施される。
【００３２】
この際，本実施の形態では，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒから成る混合ガスを使用しているため，上述した従来のエッチング方法のように処理ガスにＣＯを添加しなくても，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2によりカーボンリッチな雰囲気を作り出すことができるため，コンタクトホール２１０の内部側壁面を構成するＳｉＮX膜層２０６や，ＳｉＯ2膜層２０８や，フォトレジスト層２１２の露出面にカーボン膜を容易に形成することができる。その結果，コンタクトホール２１０の内部側壁面がエッチングされ難くなるため，ボーイング形状のコンタクトホールが形成されることがない。
【００３３】
また，ＳｉＮX膜層２０６の表面，特にＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７もカーボン層で被覆することができるため，エッチングされやすい該肩部２０７にＣ4Ｆ8やＣＨ2Ｆ2から生成されたフッ素ラジカルが到達し難くなり，そのＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７の損傷を防止することができる。その結果，ＳｉＮX膜層２０６とＳｉＯ2膜層２０８との選択比が向上し，ＳｉＮX膜層２０６で保護されている絶縁膜層２０４やゲート２０２が損傷しないので，ゲート２０２の絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止することができ，歩留りを向上させることができる。
【００３４】
また，本実施の形態の如く，ＣＯに代えて，ＣＨ2Ｆ2を処理ガスの構成ガスとして採用すれば，Ｃ4Ｆ8だけではなく，ＣＨ2Ｆ2からもエッチチャント種であるフッ素ラジカルを生成することができるため，プラズマ中に含まれるフッ素ラジカルを増加させることができる。その結果，狭小なゲート２０２間に形成される高アスペクト比のコンタクトホール２１０であっても，そのコンタクトホール２１０の底部にフッ素ラジカルを確実に到達させることができるため，該底部に堆積するカーボンを容易に取り除くことができ，抜け性の低下やエッチングストップが生じることなく，均一なエッチングレートで上記底部をエッチングすることができる。また，上記処理ガスには，Ａｒが添加されているため，処理室１０４内で生成されるプラズマの密度等を適宜調整することができる。
【００３５】
本実施の形態は，以上のように構成されており，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒから成る混合ガスを処理ガスに採用したため，処理ガスにＣＯを添加した場合と同様に，カーボンリッチな雰囲気を作り出すことができると共に，上記ＣＯを添加した場合と異なり，フッ素ラジカルを豊富に生成することができる。その結果，コンタクトホール２１０の内部側壁面のみにカーボン膜を形成し，かつコンタクトホール２１０の底部へのカーボンの堆積を防止できるため，狭小なゲート２０２間に高アスペクト比のコンタクトホール２１０を形成する場合でも，ゲート２０２の絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止し，かつコンタクトホール２１０の抜け性を向上させることができる。
【００３６】
【実施例】
次に，本発明にかかるエッチング方法の実施例について説明する。なお，以下の実施例は，上記実施の形態にかかるエッチング装置１００で，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスを用いて，以下で説明する処理ガスの流量や，処理室１０４の圧力雰囲気や，下部電極１０６に印加する高周波電力や，下部電極１０６の載置面の温度などの各条件のみを変更し，上記ウェハＷに形成されたゲート２０２間にコンタクトホール２１０を形成したものであるため，上述したエッチング装置１００及びウェハＷと略同一機能及び構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより，重複説明を省略する。
【００３７】
（Ａ）ＣＨ2Ｆ2の流量変化
まず，ＣＨ2Ｆ2の流量を変化させた場合の各実施例を次の表に示す。なお，各実施例の処理条件は，処理室１０４内の圧力雰囲気が５０（ｍＴｏｒｒ），上部電極１２２と処理室１０４の内壁面の温度が６０（℃），下部電極１１０の温度が４０（℃）である。また，下部電極１０６には，周波数が１３．５６（ＭＨｚ）で，電力が１５００（Ｗ）の高周波電力を印加した。さらに，ウェハＷは，直径２００（ｍｍ）のものを使用した。また，３８（リットル）の容積の処理室１０２を有するエッチング装置１００で処理を行った。
【００３８】
また，各実施例について，ウェハＷの被処理面内の均一性（以下，「面内均一性」という。）と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を求め，さらにその際のウェハＷの断面形状（エッチング形状）を図に示した。なお，面内均一性は，ウェハＷの中央部と端部のエッチングレートから平均（表中，「平均エッチングレート」という。）を算出し，それら中央部と端部の各々のエッチングレートがその平均したエッチングレートと何パーセント離れているかを表しており，その数値（絶対値）が大きい程不均一であり，小さい程均一である。また，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比（表中，「ＳｉＯ2／ＳｉＮX選択比」という。）は，図２に示すように，ＳｉＯ2膜層２０８に対するエッチングが進行し，ＳｉＮX膜層２０６が露出した状態でのウェハＷの中央部と端部の（ＳｉＯ2膜層のエッチングレート）／（ＳｉＮX膜層のエッチングレート）の値の平均である。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記表に示すように，実施例１〜実施例５の条件に基づいて，Ｃ4Ｆ8とＡｒの混合ガスに添加するＣＨ2Ｆ2の流量を０（ｓｃｃｍ）〜７（ｓｃｃｍ）の範囲内で変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレ−トは，ＣＨ2Ｆ2の流量が増加するにつれて低下し，３９００（オングストローム／分）〜４２５０（オングストローム／分）の範囲内で変化した。また，面内均一性は，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）以下に設定したときが良く，流量を増加させるにつれて不均一となった。ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）に設定したときが最もよく，そのＣＨ2Ｆ2の流量を上記流量から増加又は低下させるにつれて低下した。従って，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）前後の範囲内で変化させればコンタクトホール２１０内に露出するＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされることなく，所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００４１】
さらにまた，図５及び図６に示すように，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）に設定したときが，ウェハＷの中央部と端部の両方で，所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができた。すなわち，ウェハＷの中央部と端部の両方とも，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされることなく，かつコンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積しなかった。また，ＣＨ2Ｆ2の流量を３（ｓｃｃｍ）又は５（ｓｃｃｍ）に設定したときにも，図４及び図７に示すように，上記流量と同様に，所定形状のコンタクトホールを形成することができた。これに対して，ＣＨ2Ｆ2の流量を０（ｓｃｃｍ）又は７（ｓｃｃｍ）に設定したときは，図３及び図８に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされ，かつコンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積した。
【００４２】
以上の結果より，上記各条件に基づいてエッチング装置１００でウェハＷにエッチング処理を施す場合には，Ｃ4Ｆ8とＡｒの混合ガスに添加するＣＨ2Ｆ2の流量を３（ｓｃｃｍ）〜５（ｓｃｃｍ）の範囲内で設定すれば，ウェハＷの全面で所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。ただし，上記各結果は，上述の如くエッチング装置１００で処理を行った場合のものなので，他の処理装置に上記ガス流量を適用する場合には，処理室の容積などの相違により，上記所定形状のコンタクトホール２１０を形成することが困難な場合がある。そこで，処理ガスを構成するＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）に基づいて，各処理ガスの流量を調整すれば，上記エッチング装置の構成の相違に左右されることなく，常時所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００４３】
ここで，図９を参照しながら，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比との関係について説明すると，上記流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）が０．４〜１．０の時に上記選択比が略１８以上となり，該流量比が０．５〜１．０の時に該選択比が略２５以上となった。さらに，上記流量比が０．５５〜０．７の時には，上記選択比が略３０以上となった。この際，該流量比が略０．５７の時には，該選択比が上記範囲内での最高値である略３４となり，これは上記図５及び図６に対応するＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の処理ガスを使用したときである。
【００４４】
上記ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，一般的に２０程度であれば良好とされているので，上述の如く流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）が実質的に０．４〜１．０，好ましくは実質的に０．５〜１．０，さらに好ましくは実質的に０．５５〜０．７となるように，処理ガスの流量を調整すれば，最高で略３４の選択比を得ることができる。なお，図９中の縦軸は，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層の選択比を表し，また横軸は，流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）を表している。
【００４５】
（Ｂ）処理室内の圧力雰囲気の変化
次に，処理室１０４内の圧力雰囲気を変化させた場合の実施例について説明する。次の表に示す実施例６及び実施例７は，処理室１０４内の圧力雰囲気以外の各条件を，上記実施例３と同様に設定して行った。すなわち，処理ガスの流量は，上記実施例３と同じＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）に設定した。また，実施例６及び実施例７では，上記実施例１〜実施例５と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求め，さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。
【００４６】
【表２】
【００４７】
上記表に示すように，上記実施例３の条件を基準として，実施例６及び実施例７の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒｒ）又は６０（ｍＴｏｒｒ）に変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレ−トは，圧力雰囲気の増加に伴って高くなった。また，面内均一性は，圧力雰囲気を実施例３の如く５０（ｍＴｏｒｒ）に設定したときが最もよく，処理室１０４の圧力雰囲気を上記圧力雰囲気から増加又は低下させた場合には不均一となった。さらに，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比も，上記面内均一性と同様に，上記圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）に設定したときが最もよく，処理室１０４の圧力雰囲気を上記圧力雰囲気から増加又は低下させた場合には低下した。
【００４８】
また，上記実施例６の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒｒ）にした場合には，図１０に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積し難く，所定深さのコンタクトホール２１０を形成することができる反面，同図に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされ，損傷した。また，上記実施例７の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を６０（ｍＴｏｒｒ）にした場合には，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７をカーボン膜で確実に保護することができる反面，図１１に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積し，エッチングストップが生じて抜け性が低下した。
【００４９】
これに対して，上述した実施例３の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）にした場合には，図５及び図６に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積することがなく，かつＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされずに，所定形状及び所定深さのコンタクトホール２１０を形成することができた。
【００５０】
以上の結果より，上記エッチング装置１００でウェハＷにエッチング処理を施す場合には，処理室１０４内の圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）程度に設定すると，ウェハＷに所定のコンタクトホール２１０を形成することがわかった。ただし，上記圧力雰囲気は，エッチング装置１００に適用した時のものなので，他の処理装置に実施例３，実施例６及び実施例７を適用した場合には，処理室内の容積等の違いにより，コンタクトホール２１０の形成状態が異なることがある。そこで，上記実施例３の処理ガス中のＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの全圧に対するＣ4Ｆ8の分圧を求めると０．６８（ｍＴｏｒｒ）となり，この分圧に基づいて処理室１０４内の圧力雰囲気を設定すれば，いかなるエッチング装置であっても，実施例３の如く，所定のコンタクトホール２１０を形成することができる。さらに，上記分圧を０．４（ｍＴｏｒｒ）〜０．８（ｍＴｏｒｒ）の範囲内で適宜設定しても，実施例３と同様に，所定のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００５１】
（Ｃ）下部電極に導入する高周波電力の変化
次に，下部電極１０６に印加する高周波電力を変化させた場合の実施例について説明する。次の表に示す実施例８及び実施例９では，下部電極１０６に印加する高周波電力以外の各条件を，上記実施例３と同様に設定した。また，実施例８及び実施例９では，上記実施例１〜実施例７と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求め，さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。なお，上記高周波電力の周波数は，上記実施例３と同一の１３．５６ＭＨｚに設定した。
【００５２】
【表３】
【００５３】
上記表に示すように，上記実施例３の条件を基準として，実施例８及び実施例９の如く，下部電極１０６に印加する高周波電力を１４００（Ｗ）又は１６００（Ｗ）に変化させると，高周波電力を１５００（Ｗ）に設定した場合よりも高くなった。また，面内均一性は，実施例３の如く１５００（Ｗ）の高周波電力を下部電極１０６に印加したときが最もよく，該電力よりも増加又は低下させた場合には不均一となった。さらに，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，高周波電力を増加させた場合には低下した。
【００５４】
また，下部電極１０６に印加する高周波電力を，１４００（Ｗ）と１６００（Ｗ）にした場合の両方とも，図１２及び図１３に示すように，コンタクトホール２１０内の底部にカーボンが堆積し難く，かつＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７もエッチングされ難かった。ただし，上記高周波電力を１４００（Ｗ）に設定した場合には，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比が向上する反面，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが若干堆積した。また，上記高周波電力を１６００（Ｗ）に設定した場合には，コンタクトホール２１０の底部へのカーボンの堆積は，認められなかった。もちろん，上述した実施例３の如く，１５００（Ｗ）の高周波電力を下部電極１０６に印加した場合には，図５及び図６に示すように，良好なエッチング形状を有するコンタクトホール２１０を形成することができた。
【００５５】
以上の結果より，上記エッチング装置１００でウェハＷにエッチング処理を施す場合には，下部電極１０６に印加する高周波電力を１４００（Ｗ）〜１６００（Ｗ）の範囲内で設定すれば，ウェハＷに所定のコンタクトホール２１０を形成することができる。さらに，下部電極１０６に１６００（Ｗ）の高周波電力を印加した場合でも，良好なエッチング特性を得ることができたため，下部電極１０６に供給する電力の上限を１７００（Ｗ）まで拡大しても，所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができると推察される。
【００５６】
なお，上記高周波電力は，エッチング装置１００に適用した時のものなので，他の処理装置に実施例３，実施例８及び実施例９を適用した場合には，コンタクトホール２１０の形成状態が異なることがある。これは，コンタクトホール２１０の底部に侵入するフッ素ラジカルの量や，コンタクトホール２１０の内壁面に付着するカーボンの量が，処理室１０４内のプラズマ密度に依存するためである。そこで，下部電極１０６に上記１３．５６ＭＨｚで１４００（Ｗ）〜１７００（Ｗ）の高周波電力を印加した場合の処理室１０４内のプラズマの密度を測定すると，１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）であった。従って，プラズマの密度が，上記１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）となるように，処理室１０４内にプラズマを生成すれば，所定形状のコンタクトホール２１０をウェハＷに形成することができる。
【００５７】
（Ｄ）下部電極の載置面の温度変化
次に，下部電極１０６の載置面の温度を変化させた場合の実施例について説明する。以下の表に示す実施例１０及び実施例１１では，下部電極１０６の載置面の温度以外の各条件を，上記実施例３と同様に設定した。また，実施例１０及び実施例１１では，上記実施例１〜実施例９と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求め，さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。なお，処理室１０４の内壁面の温度は，上記実施例３と同一の６０（℃）に設定した。
【００５８】
【表４】
【００５９】
上記表に示すように，上記実施例３の条件を基準として，上記実施例１０及び実施例１１の如く，下部電極１０６の載置面の温度を２０（℃）又は６０（℃）に変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレ−トは，実施例３の如く，上記載置面の温度を４０（℃）に設定した場合よりも高くなった。また，面内均一性は，下部電極１０６の載置面の温度を，上記実施例３の如く４０（℃）に設定した場合が最もよく，該温度よりも高く又は低くした場合には不均一となった。ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，下部電極１０６の載置面の温度を高くした場合に上昇した。
【００６０】
また，下部電極１０６の載置面の温度を２０（℃）にした場合には，図１４に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積し難く，所定深さのコンタクトホール２１０を形成することができる反面，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，２０．６となり，同図に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされた。これに対して，下部電極１０６の載置面の温度を６０（℃）にした場合には，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，５８．２となり，図１５に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされることを防止できた。さらに，該温度の場合には，同図に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積せずに，所定深さのコンタクトホール２１０を形成することができた。もちろん，上記実施例３の如く，下部電極１０６の載置面の温度を４０（℃）に設定した場合でも，図５及び図６に示すように，所定深さ及び所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができた。
【００６１】
以上の結果より，下部電極１０６の載置面の温度を２０（℃）以上，特に温度を上昇させるほど，ウェハＷに所定形状のコンタクトホール２１０を形成できる。しかしながら，ウェハＷの温度が所定温度以上になると，ＳｉＯ2膜層２０８上に形成されているフォトレジスト膜層２１２が融けて，エッチングマスクの機能を果たさなくなってしまうため，下部電極１０６の載置面の温度の上限は，フォトレジスト膜層２１２の耐熱温度となる。従って，下部電極１０６の載置面の温度を，２０（℃）〜フォトレジスト膜層２１２の耐熱温度の範囲内で適宜設定すれば，ウェハＷに所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００６２】
（Ｅ）実施例３と従来例の比較
次に，上記実施例１〜実施例１１の中で，ウェハＷに最も所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができた図５及び図６に対応する実施例３と，図１６に対応する従来例を比較する。まず，実施例３と従来例のエッチング条件について説明すると，実施例３と従来例の両方とも，上述したエッチング装置１００でエッチング処理を行い，上部電極１２２と処理室１０４の内壁面の温度は６０（℃）に維持し，下部電極１１０の載置面の温度は４０（℃）に維持した。また，下部電極１０６には，周波数が１３．５６（ＭＨｚ）で，電力が１５００（Ｗ）の高周波電力を印加した。さらに，ウェハＷは，直径２００（ｍｍ）のものを使用した。
【００６３】
また，上記実施例３では，上述の如く，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の処理ガスを処理室１０４内に導入したのに対して，従来例では，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の処理ガスを処理室１０４内に導入した。さらに，上記実施例３では，上述の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）に設定したのに対して，従来例では，処理室１０４内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒｒ）に設定した。
【００６４】
次に，実施例３と従来例のＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレートと，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比について説明する。
まず，ＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレートについて説明すると，上記実施例３では，上述の如くウェハＷの中央部では４０００（オングストローム／分）であり，また端部では４１００（オングストローム／分）であった。これに対して，従来例では，ウェハＷの中央部では４６００（オングストローム／分）であり，また端部では５２００（オングストローム／分）であった。また，ウェハＷの面内均一性は，上記実施例３では，上述の如く±１．２であったのに対して，従来例では，±６．１であった。さらに，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，上記実施例３では，上述の如く３４．４であったのに対して，従来例では，１１．２であった。
【００６５】
以上の結果より，実施例３のエッチングプロセスでウェハＷに処理を施した場合には，従来例と比較してＳｉＯ2膜層２０８に対するエッチングレートが低い反面，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，従来例よりも向上させることができた。特に，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，図６及び図１６に示すように，実施例３と従来例で顕著な差が認められた。すなわち，実施例３のプロセスで処理を施した図５及び図６に示すウェハＷでは，コンタクトホール２１０内の露出したＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされることなく，所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができた。これに対して，従来例のエッチングプロセスで処理を施した図１６に示すウェハＷでは，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７のみならず，ゲート２０２を覆うＳｉＯ2膜層２０４もエッチングされ，損傷した。従って，従来のＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスから成る処理ガスを用いてウェハＷに処理を施すよりも，本実施例のＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスから成る処理ガスを採用した方が，ウェハＷに所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００６６】
以上，本発明の好適な実施の形態及び実施例について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６７】
例えば，上記実施の形態において，コンタクトホールの形成時にＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスのみを処理ガスとして用いた構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。例えば，上述したエッチング装置１００でウェハＷにコンタクトホール２１０を形成する場合を例に挙げて説明すると，まず上記従来例で説明した，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の混合ガスを処理ガスとして用いてウェハＷに処理を施す。この際，図１に示す処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。そして，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホール２１０内に露出する前後に，上記実施例３の如く，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の混合ガスに切り替えて該ウェハＷに処理を施しても良い。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５０（ｍＴｏｒｒ）に設定する。
【００６８】
このように，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスを使用すれば，コンタクトホール２１０の内壁面にカーボン膜を確実に付着させることができ，その内壁面がエッチングされることを防止しながら，所定のコンタクトホール２１０を形成することができる。また，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７が露出する前後にＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスに切り替えれば，コンタクトホール２１０の底部にフッ素ラジカルを確実に侵入させることができるため，その底部へのカーボンの堆積による抜け性の低下やエッチングストップの発生を防止できる。さらに，その場合でも，コンタクトホール２１０内に露出したＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７をカーボン膜で保護することができるため，その肩部２０７がエッチングされることなく，より高アスペクト比かつ所定形状のコンタクトホール２１０を迅速に形成することができる。なお，上記Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスへの切り替えは，上述の如くＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７が露出する前後で行っても良く，またＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７の露出と同時に行っても良い。さらに，該ガスの切り替えは，例えば予め設定された時間を基準として行っても良く，また処理室１０４内のプラズマの発光スペクトルから求められた終点検出値に基づいて行っても良い。
【００６９】
また，上記ウェハＷにコンタクトホールを形成する場合には，次のようにして，処理ガスの切り替えを行ってもよい。例えば，まず上述した工程と同様に，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の混合ガスを処理ガスとして用いてウェハＷに処理を施す。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。また，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホール２１０内に露出する前後に，上述した工程と同様に，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の混合ガスに切り替えて該ウェハＷに処理を施す。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５０（ｍＴｏｒｒ）に設定する。次いで，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホール２１０内に露出してから所定時間経過後，例えばコンタクトホール２１０の底部に堆積したカーボンが除去された後に，再び上記ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の混合ガスに切り替えて該ウェハＷに処理を施しても良い。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。
【００７０】
このように，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスを用いれば，上述したエッチング方法と同様に，コンタクトホール２１０の内壁面をカーボン膜で保護することができるため，コンタクトホール２１０がボーイング形状になることがなく，ＳｉＯ2膜層２０８を所定方向にエッチングすることができる。また，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７が露出する前後で，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスに切り替えれば，上述したエッチング方法と同様に，コンタクトホール２１０の底部にフッ素ラジカルを確実に侵入させることができるため，その底部に堆積したカーボンを除去することができる。さらに，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７は，カーボン膜で被覆されるため，その肩部２０７の損傷を防止することができる。
【００７１】
そして，本エッチング方法の如く，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７の露出後，すなわち上記Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスの使用によりコンタクトホール２１０の底部に堆積したカーボンを除去した後に，再びＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスに切り替えれば，カーボンリッチな雰囲気によりＳｉＮX膜層２０８の肩部２０７にカーボン膜を確実に付着させることができるため，高アスペクト比のコンタクトホール２１０を形成しても，上記肩部２０７の損傷を防止し，かつコンタクトホール２１０がボーイング形状となることがない。
【００７２】
なお，上記各エッチング方法では，上述した処理ガスの組成と，処理ガスの流量と，処理室１０４内の圧力雰囲気以外のプロセス条件は，上述した実施の形態を略同一に設定されている。また，上述した各エッチング方法において，処理ガスにＡｒを添加した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，さらに例えばＫｒなど不活性ガスや，Ｏ2や，Ｎ2や，ＣＯや，ＣＯ2などの各種ガスを添加してもよい。また，上記Ａｒに代えて，各種不活性ガスを添加してもよく，あるいはそのような不活性ガスを添加しなくても本発明を実施することができる。
【００７３】
また，上記実施の形態において，磁石を備えたエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，上記磁石を備えていないプラズマエッチング装置にも本発明を適用することができる。さらに，上記実施の形態において，下部電極のみに高周波電力を印加するエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，上部電極と下部電極の両方に高周波電力を印加するプラズマエッチング装置や，上部電極のみに高周波電力を印加するプラズマエッチング装置であっても本発明を実施することができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含むガスを採用したので，コンタクトホールの内壁面，特にコンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜層の肩部にカーボン膜を形成しながら，コンタクトホールの底部にエッチングイオンを確実に侵入させて，その底部へのカーボンの堆積を防止することができる。その結果，特にエッチングされ易いＳｉＮX膜層の肩部を保護することができるため，ゲートやゲートを覆う絶縁膜層の損傷を防止することができ，歩留りを向上させることができる。さらに，抜け性の低下やエッチングストップが生じることなく，コンタクトホールの底部を確実にエッチングすることができるため，高アスペクト比のコンタクトホールを容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】図１に示すエッチング装置で処理を施す半導体ウェハを説明するための概略的な断面図である。
【図３】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図４】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図５】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図６】図５に示す半導体ウェハの断面形状を表す写真である。
【図７】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図８】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図９】処理ガスの流量比と半導体ウェハのＳｉＯ2膜の選択比の関係を説明するための概略的な説明図である。
【図１０】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１１】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１２】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１４】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１５】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１６】従来のエッチング方法で処理を施した半導体ウェハの断面形状を表す写真である。
【符号の説明】
１００ エッチング装置
１０４ 処理室
１０６ 下部電極
１１６ 温度調整機構
１２０ 高周波電源
１２２ 上部電極
１２２ａ ガス吐出孔
１３４，１４０，１４６ 流量調整バルブ
１３６，１４２，１４８ ガス供給源
２００ Ｓｉ基板
２０２ ゲート
２０４ 絶縁膜層
２０６ ＳｉＮX膜層
２０７ 肩部
２０８ ＳｉＯ2膜層
２１０ コンタクトホール
Ｗ ウェハ
【発明の属する技術分野】
本発明は，エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近，半導体装置の集積度が飛躍的に向上し，それに伴って半導体基板上に形成される各種素子の更なる微細化も技術的要求項目の一つとして挙げられている。かかる要求を達成するためには，半導体基板上に形成される各ゲート（電極）間の間隔を狭めることも必要となり，そのゲート間にコンタクトホールを形成する場合には，コンタクトホールも狭小化する必要がある。しかしながら，ゲート間の間隔が狭まるにつれ，ステッパのアライメント性能の限界などに起因して，狭小なコンタクトホールを正確な位置に形成することが困難となっている。そこで，最近，各ゲートの表面にＳｉＮX膜層などの保護膜層（下地）を形成し，コンタクトホール形成時にゲートがエッチングされることを防止して，各ゲート間の狭小空間に自己整合的にコンタクトホールを形成するセルフアラインコンタクト技術が提案されている。なお，本明細書中において，上記ＳｉＮXとは，ＳｉＮやＳｉ3Ｎ4のみならず，それらの混合物質も表すものとする。
【０００３】
上記セルフアラインコンタクト技術を用いて，半導体基板上に形成されたゲートを覆うＳｉＯ2膜（絶縁膜）層にコンタクトホールを形成する場合には，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比を向上させるために，処理ガスとして，例えばＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスが広く使用されている。すなわち，当該処理ガスを採用すれば，該処理ガスを構成するＣ4Ｆ8が従来のＣＦ4やＣ2Ｆ6などよりも相対的に多くの炭素原子を含んでいるため，コンタクトホールの内壁面に保護膜となるカーボン膜を容易に形成することができる。さらに，上記処理ガスには，ＣＯが添加されているため，上記カーボン膜を一層容易に形成することができる。その結果，上記カーボン膜によって被覆されたＳｉＮX膜層に，エッチングイオンであるフッ素ラジカルが接触し難くなるため，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比を向上させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，上記Ｃ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを用いてコンタクトホールを形成すると，上述の如くコンタクトホールの内壁面に形成されたカーボン膜により，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比を向上させることができる反面，そのカーボンがコンタクトホールの底部にも堆積する。その結果，コンタクトホールの底部に堆積したカーボンによってフッ素ラジカルが該底部に到達し難くくなるため，コンタクトホールが所定の深さ以上に削れ難くなり，いわゆる抜け性の低下や，エッチングストップが生じる。
【０００５】
さらに，最近，ゲート間の狭小空間に高アスペクト比のコンタクトホールを形成することが技術的要求項目の１つとして挙げられているが，その様な孔深さの深いコンタクトホールは，その構成上，コンタクトホールの底部にフッ素ラジカルが到達し難い。その結果，上述したＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスで，該コンタクトホールを形成すると，コンタクトホールの底部へのカーボンの堆積と，フッ素ラジカルの侵入量の低下により，抜け性の低下やエッチングストップの発生が一層顕著となる。
【０００６】
また，上記従来のエッチング方法のように，コンタクトホールの底部にカーボンが堆積しやすいプロセスで処理を行う場合には，そのコンタクトホールの底部に堆積するカーボンを勘案して，半導体基板に過剰なエッチング処理を施す必要がある。しかしながら，その様な過剰なエッチング処理を半導体基板に施すと，本来ならばゲートを覆う絶縁膜層やゲートを保護するＳｉＮX膜層もエッチングされてしまい，それら絶縁膜層やゲート自体がコンタクトホール内に露出する。
【０００７】
その結果，絶縁不良が生じたり，ゲートと他の配線や電極がショートするなどの問題を引き起こし，歩留りが低下する。特に，ＳｉＮX膜層の肩部（角部）は，コンタクトホール内に張り出すことが多いため，非常にエッチングされ易く，上述の如く過剰なエッチング処理を半導体基板に施すと，その角部が最も損傷する。従って，上記従来のエッチング方法では，そのＳｉＮX膜層の肩部が損傷しない程度までしかエッチング処理を行えないため，高アスペクト比のコンタクトホールの形成は，非常に困難である。
【０００８】
本発明は，上記従来の技術が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の第１の目的は，コンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜層の肩部にカーボン膜（保護膜）を形成してＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比の向上を図ると共に，コンタクトホール底部へのカーボンの堆積を抑制して，高アスペクト比のコンタクトホールを形成することが可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することである。
【０００９】
また，本発明の第２の目的は，ＳｉＮX膜の肩部が損傷する原因の１つとなる過剰なエッチングを不要とし，ゲートの絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止して歩留りを向上させることが可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載の発明のように，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，処理ガスは，少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスであることを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１１】
かかる構成によれば，ＣＯに代えてＣＨ2Ｆ2を処理ガスの構成ガスとして採用したため，処理時には，Ｃ4Ｆ8から生じるフッ素ラジカルのみならず，ＣＨ2Ｆ2からもフッ素ラジカルを生じさせることができるため，フッ素ラジカルの生成量を増加させることができる。その結果，高アスペクト比のコンタクトホールを形成する場合でも，フッ素ラジカルをコンタクトホールの底部に確実に到達させることができるため，コンタクトホールの底部に堆積するカーボンを除去しながら該底部をエッチングすることができ，所定深さのコンタクトホールを容易に形成することができる。
【００１２】
また，コンタクトホールの底部を確実にエッチングすることができるため，被処理体に過剰なエッチング処理を施す必要がなく，コンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜層，特にその肩部の損傷を防止することができる。その結果，ＳｉＮX膜層で保護されているゲートを覆う絶縁膜層やゲート自体がコンタクトホール内に露出することがなく，ゲートの絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止することができるため，歩留りを向上させることができる。さらに，所定のエッチングレートを維持したままコンタクトホールの底部をエッチングすることができるため，エッチング処理時間を短縮させることができ，スループットも向上させることができる。
【００１３】
また，処理ガスを構成するＣＨ2Ｆ2は，炭素原子を含んでいるため，ＣＯと同様に，コンタクトホールの内壁面に保護膜となるカーボン膜を確実に形成することができる。その結果，コンタクトホールの内壁面がエッチングされ難くなるため，いわゆるボーイング形状のコンタクトホールが形成されることを防止することができる。さらに，コンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜層，特にＳｉＮX膜層の肩部もカーボン膜で被覆することができるため，該肩部がエッチングされ，損傷することを防止できる。また，この様に，いわゆるカーボンリッチな雰囲気の下で被処理体に処理を施しても，上述の如くフッ素ラジカルをコンタクトホールの底部にまで確実に到達させることができるため，コンタクトホールの底部にカーボンが堆積することがない。
【００１４】
また，本発明の第２の観点によれば，請求項２に記載の発明のように，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用して，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第１の工程と，ＳｉＮX膜層が露出する前後に，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えて，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第２の工程とを含むことを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１５】
かかる構成によれば，少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用してエッチング処理を行うため，上記従来のエッチング方法と同様に，カーボンリッチな雰囲気下で被処理体に処理を施すことができる。その結果，コンタクトホールの内壁面に容易にカーボン膜を形成することができるため，コンタクトホールのエッチング形状がボーイング状になることがない。
【００１６】
また，ＳｉＮX膜層が露出する前後に，処理ガスを少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えてエッチング処理を行うので，上記請求項１に記載の発明と同様に，カーボンリッチ及びラジカルリッチな雰囲気下で被処理体に処理を施すことができる。その結果，コンタクトホールの底部に堆積したカーボンを除去することができるため，該底部を確実にエッチングすることができ，エッチングストップの発生を防止して，抜け性を向上させることができる。さらに，当該処理ガスを用いれば，ＳｉＮX膜層の肩部にカーボン膜を付着させながら，コンタクトホールの底部へのカーボンの堆積を抑制することができるため，所定形状のコンタクトホールを形成することができる。
【００１７】
さらに，本発明の第３の観点によれば，請求項３に記載の発明のように，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング処理を施すエッチング方法において，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用して，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第１の工程と，ＳｉＮX膜層の肩部が露出する前後に，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えて，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第２の工程と，ＳｉＮX膜層の肩部の露出から所定時間経過後に，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスに切り替えて，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第３の工程とを含むことを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１８】
かかる構成によれば，上記請求項２に記載の発明と同様に，少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用するので，カーボン膜をコンタクトホールの内壁面に容易に形成することができ，ボーイング形状のコンタクトホールが形成されることがない。また，ＳｉＮX膜層の肩部が露出する前後に，処理ガスを少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えれば，上述した請求項１及び請求項２に記載の発明と同様に，コンタクトホールの底部に堆積したカーボンを除去できるため，コンタクトホールの底部を確実にエッチングできると共に，コンタクトホール内に露出したＳｉＮX膜層をカーボン膜で保護することができる。
【００１９】
さらに，ＳｉＮX膜層の肩部の露出から所定時間経過後に，処理ガスを少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスに再び切り替えれば，コンタクトホールの内壁面に容易にカーボン膜を付着させることができるため，コンタクトホールがボーイング形状となることを防止することができる。また，この工程で，少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用しても，上述の如くコンタクトホールの底部に堆積したカーボンがすでに除去されているため，抜け性の低下やエッチングストップが生じることがない。
【００２０】
また，少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスのＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）を，例えば請求項４に記載の発明のように，実質的に０．４以上で１．０以下に設定したり，また少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスの全圧に対するＣ4Ｆ8の分圧と，例えば請求項５に記載の発明のように，実質的に０．４（ｍＴｏｒｒ）以上で０．８（ｍＴｏｒｒ）以下に設定すれば，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比をさらに向上させることができる。
【００２１】
さらに，処理室内に励起されるプラズマの密度を，例えば請求項６に記載の発明のように，実質的に１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）以上で１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）以下に設定したり，また被処理体を，例えば請求項７に記載の発明のように，処理室内に配置されたサセプタの載置面上に載置し，サセプタの載置面の温度を実質的に２０℃以上で，ＳｉＯ2膜層のマスクパターンを構成するフォトレジスト層の耐熱温度以下に設定すれば，上記請求項４や請求項５に記載の発明と同様に，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比をさらに向上させることができる。
【００２２】
また，少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに，例えば請求項８に記載の発明のように，さらに不活性ガスを添加したり，または少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスに，例えば請求項９に記載の発明のように，さらに不活性ガスを添加すれば，エッチングレートなどの各種処理条件を容易に調整することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかるエッチング方法の実施の形態について，詳細に説明する。
【００２４】
（１）エッチング装置の構成
まず，図１を参照しながら，本実施の形態のエッチング方法が適用されるエッチング装置１００について説明する。
同図に示すエッチング装置１００の処理容器１０２内には，処理室１０４が形成されており，この処理室１０４内には，上下動自在なサセプタを構成する下部電極１０６が配置されている。下部電極１０６の上部には，高圧直流電源１０８に接続された静電チャック１１０が設けられており，この静電チャック１１０の上面に被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）Ｗが載置される。さらに，下部電極１０６上に載置されたウェハＷの周囲には，絶縁性のフォーカスリング１１２が配置されている。また，下部電極１０６の周囲には，絶縁体１０７を介して多数の貫通孔１１４ａを備えた導電性のバッフル板１１４が設けられている。さらに，バッフル板１１４は，例えばステンレス製のベローズ１０９を介して，接地された処理容器１０２と電気的に導通している。また，下部電極１０６には，整合器１１８を介してプラズマ生成用高周波電力を出力する高周波電源１２０が接続されている。
【００２５】
また，下部電極１０６の載置面と対向する処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａを備えた上部電極１２２が配置されており，図示の例では，上部電極１２２は，処理容器１０２の一部を成している。また，ガス吐出孔１２２ａには，ガス供給管１２４が接続され，さらにそのガス供給管１２４には，図示の例では第１〜第３分岐管１２６，１２８，１３０が接続されている。第１分岐管１２６には，開閉バルブ１３２と流量調整バルブ１３４を介して，Ｃ4Ｆ8を供給するガス供給源１３６が接続されている。また，第２分岐管１２８には，開閉バルブ１３８を流量調整バルブ１４０を介して，本実施の形態にかかるＣＨ2Ｆ2を供給するガス供給源１４２が接続されている。さらに，第３分岐管１３０には，開閉バルブ１４４と流量調整バルブ１４６を介して，Ａｒを供給するガス供給源１４８が接続されている。なお，これら各種処理ガスの供給構成については，後述する。また，処理ガスに添加される不活性ガスは，上記Ａｒに限定されず，処理室１０４内に励起されるプラズマを調整することができるガスであればいかなる不活性ガス，例えばＫｒなどを採用することができる。さらに，上記処理ガスには，例えばＯ2や，Ｎ2や，ＣＯや，ＣＯ2などの各種ガスを添加することもできる。
【００２６】
また，処理容器１０２の下方には，不図示の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されており，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を所定の減圧雰囲気に維持することができる。また，処理室１０４の外部には，処理容器１０２の外部側壁を囲うように磁石１５２が配置されており，この磁石１５２によって上部電極１２２と下部電極１０６との間のプラズマ領域に回転磁界が形成される。
【００２７】
（２）ウェハの構成
次に，図２を参照しながら，上記エッチング装置１００で処理を施すウェハＷの構成について説明する。
ウェハＷを構成するＳｉ（シリコン）基板２００上には，ゲート２０２が形成されており，このゲート２０２を覆うようにして絶縁膜層２０４が形成されている。また，この絶縁膜層２０４の表面を被覆するように，ＳｉＮX膜層２０６が形成されている。このＳｉＮX膜層２０６は，後述するコンタクトホール２１０形成時に，ゲート２０２がエッチングされることを防止し，ゲート２０２間に自己整合的にコンタクトホール２１０を形成する役割を果たしている。また，ＳｉＮX膜層２０６上には，絶縁膜層を構成するシリコン系酸化膜，例えばＳｉＯ2膜２０８が形成されている。なお，上記絶縁膜層２０４及びＳｉＯ2膜２０８は，ＢＰＳＧ（ボロンとリンのシリケートグラス）や，ＰＳＧ（リンのシリケートグラス）や，ＴＥＯＳ（テトラエトキシオルトシラン）や，Ｔｈ−ＯＸ（サーマルオキサイド）や，ＳＯＧ（スピオングラス）などから構成してもよい。また，ＳｉＯ2膜層２０８上には，コンタクトホール２１０のマスクパターンを構成するフォトレジスト層２１２が形成されている。
【００２８】
（３）コンタクトホールの形成工程
次に，図１及び図２を参照しながら，上述したウェハＷのゲート２０２間にコンタクトホール２１０を形成する工程について説明する。
まず，下部電極１０６の載置面の温度を，予め，実質的に２０（℃）以上で，フォトレジスト層２１２の耐熱温度，すなわちフォトレジスト層２１２が融ける温度以下，好ましくは２０（℃）〜６０（℃），例えば４０（℃）に調整した後，その載置面上に上述したウェハＷを載置する。
【００２９】
次いで，処理室１０４内に本実施の形態にかかる処理ガス，すなわちＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスを導入する。この際，それらＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの流量は，それぞれに対応する流量調整バルブ１３４，１４０，１４６で調整する。また，本実施の形態では，Ｃ4Ｆ8の流量は，実質的に５（ｓｃｃｍ）〜１５（ｓｃｃｍ）に設定し，好ましくは６（ｓｃｃｍ）〜８（ｓｃｃｍ）に設定する。さらに，ＣＨ2Ｆ2の流量は，実質的に２（ｓｃｃｍ）〜１０（ｓｃｃｍ）設定し，好ましくは３（ｓｃｃｍ）〜５（ｓｃｃｍ）に設定する。さらにまた，Ａｒの流量は，実質的に４００（ｓｃｃｍ）〜６００（ｓｃｃｍ）に設定し，好ましくは５００（ｓｃｃｍ）に設定する。ただし，上記各処理ガスの流量は，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）が，実質的に０．４〜１．０，好ましくは０．５〜１．０，さらに好ましくは０．５５〜０．７になるように適宜調整する。
【００３０】
また，処理室１０４内への処理ガスの導入と同時に，処理室１０４内の真空引きを行う。この際，処理室１０４内の圧力雰囲気は，実質的に３０（ｍＴｏｒｒ）〜７０（ｍＴｏｒｒ）に設定し，好ましくは３５（ｍＴｏｒｒ）〜５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。ただし，処理室１０４内の圧力雰囲気は，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの全圧に対するＣ4Ｆ8の分圧が，０．４（ｍＴｏｒｒ）〜０．８（ｍＴｏｒｒ）になるように適宜調整する。
【００３１】
次いで，磁石１５２を回転させて処理室１０４内のプラズマ領域に回転磁界を形成させる。その後，下部電極１０６に対して所定の高周波電力を印加し，処理室１０４内にプラズマを励起する。この際，上記高周波電力は，処理室１０４内に励起されるプラズマの密度が，実質的に１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）になるように調整する。すなわち，本実施の形態では，下部電極１０６に対して，例えば周波数が１３．５６（ＭＨｚ）で，電力が１４００（Ｗ）〜２０００（Ｗ），好ましくは１５００（Ｗ）の高周波電力を印加する。これにより，上部電極１２２と下部電極１０６との間にグロー放電が生じ，処理室１０４内に導入された本実施の形態にかかる処理ガスが解離して，高密度のプラズマが生成される。そして，このプラズマにより，ウェハＷに所定のエッチング処理が施される。
【００３２】
この際，本実施の形態では，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒから成る混合ガスを使用しているため，上述した従来のエッチング方法のように処理ガスにＣＯを添加しなくても，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2によりカーボンリッチな雰囲気を作り出すことができるため，コンタクトホール２１０の内部側壁面を構成するＳｉＮX膜層２０６や，ＳｉＯ2膜層２０８や，フォトレジスト層２１２の露出面にカーボン膜を容易に形成することができる。その結果，コンタクトホール２１０の内部側壁面がエッチングされ難くなるため，ボーイング形状のコンタクトホールが形成されることがない。
【００３３】
また，ＳｉＮX膜層２０６の表面，特にＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７もカーボン層で被覆することができるため，エッチングされやすい該肩部２０７にＣ4Ｆ8やＣＨ2Ｆ2から生成されたフッ素ラジカルが到達し難くなり，そのＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７の損傷を防止することができる。その結果，ＳｉＮX膜層２０６とＳｉＯ2膜層２０８との選択比が向上し，ＳｉＮX膜層２０６で保護されている絶縁膜層２０４やゲート２０２が損傷しないので，ゲート２０２の絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止することができ，歩留りを向上させることができる。
【００３４】
また，本実施の形態の如く，ＣＯに代えて，ＣＨ2Ｆ2を処理ガスの構成ガスとして採用すれば，Ｃ4Ｆ8だけではなく，ＣＨ2Ｆ2からもエッチチャント種であるフッ素ラジカルを生成することができるため，プラズマ中に含まれるフッ素ラジカルを増加させることができる。その結果，狭小なゲート２０２間に形成される高アスペクト比のコンタクトホール２１０であっても，そのコンタクトホール２１０の底部にフッ素ラジカルを確実に到達させることができるため，該底部に堆積するカーボンを容易に取り除くことができ，抜け性の低下やエッチングストップが生じることなく，均一なエッチングレートで上記底部をエッチングすることができる。また，上記処理ガスには，Ａｒが添加されているため，処理室１０４内で生成されるプラズマの密度等を適宜調整することができる。
【００３５】
本実施の形態は，以上のように構成されており，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒから成る混合ガスを処理ガスに採用したため，処理ガスにＣＯを添加した場合と同様に，カーボンリッチな雰囲気を作り出すことができると共に，上記ＣＯを添加した場合と異なり，フッ素ラジカルを豊富に生成することができる。その結果，コンタクトホール２１０の内部側壁面のみにカーボン膜を形成し，かつコンタクトホール２１０の底部へのカーボンの堆積を防止できるため，狭小なゲート２０２間に高アスペクト比のコンタクトホール２１０を形成する場合でも，ゲート２０２の絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止し，かつコンタクトホール２１０の抜け性を向上させることができる。
【００３６】
【実施例】
次に，本発明にかかるエッチング方法の実施例について説明する。なお，以下の実施例は，上記実施の形態にかかるエッチング装置１００で，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスを用いて，以下で説明する処理ガスの流量や，処理室１０４の圧力雰囲気や，下部電極１０６に印加する高周波電力や，下部電極１０６の載置面の温度などの各条件のみを変更し，上記ウェハＷに形成されたゲート２０２間にコンタクトホール２１０を形成したものであるため，上述したエッチング装置１００及びウェハＷと略同一機能及び構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより，重複説明を省略する。
【００３７】
（Ａ）ＣＨ2Ｆ2の流量変化
まず，ＣＨ2Ｆ2の流量を変化させた場合の各実施例を次の表に示す。なお，各実施例の処理条件は，処理室１０４内の圧力雰囲気が５０（ｍＴｏｒｒ），上部電極１２２と処理室１０４の内壁面の温度が６０（℃），下部電極１１０の温度が４０（℃）である。また，下部電極１０６には，周波数が１３．５６（ＭＨｚ）で，電力が１５００（Ｗ）の高周波電力を印加した。さらに，ウェハＷは，直径２００（ｍｍ）のものを使用した。また，３８（リットル）の容積の処理室１０２を有するエッチング装置１００で処理を行った。
【００３８】
また，各実施例について，ウェハＷの被処理面内の均一性（以下，「面内均一性」という。）と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を求め，さらにその際のウェハＷの断面形状（エッチング形状）を図に示した。なお，面内均一性は，ウェハＷの中央部と端部のエッチングレートから平均（表中，「平均エッチングレート」という。）を算出し，それら中央部と端部の各々のエッチングレートがその平均したエッチングレートと何パーセント離れているかを表しており，その数値（絶対値）が大きい程不均一であり，小さい程均一である。また，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比（表中，「ＳｉＯ2／ＳｉＮX選択比」という。）は，図２に示すように，ＳｉＯ2膜層２０８に対するエッチングが進行し，ＳｉＮX膜層２０６が露出した状態でのウェハＷの中央部と端部の（ＳｉＯ2膜層のエッチングレート）／（ＳｉＮX膜層のエッチングレート）の値の平均である。
【００３９】
【表１】
上記表に示すように，実施例１〜実施例５の条件に基づいて，Ｃ4Ｆ8とＡｒの混合ガスに添加するＣＨ2Ｆ2の流量を０（ｓｃｃｍ）〜７（ｓｃｃｍ）の範囲内で変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレ−トは，ＣＨ2Ｆ2の流量が増加するにつれて低下し，３９００（オングストローム／分）〜４２５０（オングストローム／分）の範囲内で変化した。また，面内均一性は，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）以下に設定したときが良く，流量を増加させるにつれて不均一となった。ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）に設定したときが最もよく，そのＣＨ2Ｆ2の流量を上記流量から増加又は低下させるにつれて低下した。従って，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）前後の範囲内で変化させればコンタクトホール２１０内に露出するＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされることなく，所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００４１】
さらにまた，図５及び図６に示すように，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）に設定したときが，ウェハＷの中央部と端部の両方で，所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができた。すなわち，ウェハＷの中央部と端部の両方とも，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされることなく，かつコンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積しなかった。また，ＣＨ2Ｆ2の流量を３（ｓｃｃｍ）又は５（ｓｃｃｍ）に設定したときにも，図４及び図７に示すように，上記流量と同様に，所定形状のコンタクトホールを形成することができた。これに対して，ＣＨ2Ｆ2の流量を０（ｓｃｃｍ）又は７（ｓｃｃｍ）に設定したときは，図３及び図８に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされ，かつコンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積した。
【００４２】
以上の結果より，上記各条件に基づいてエッチング装置１００でウェハＷにエッチング処理を施す場合には，Ｃ4Ｆ8とＡｒの混合ガスに添加するＣＨ2Ｆ2の流量を３（ｓｃｃｍ）〜５（ｓｃｃｍ）の範囲内で設定すれば，ウェハＷの全面で所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。ただし，上記各結果は，上述の如くエッチング装置１００で処理を行った場合のものなので，他の処理装置に上記ガス流量を適用する場合には，処理室の容積などの相違により，上記所定形状のコンタクトホール２１０を形成することが困難な場合がある。そこで，処理ガスを構成するＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）に基づいて，各処理ガスの流量を調整すれば，上記エッチング装置の構成の相違に左右されることなく，常時所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００４３】
ここで，図９を参照しながら，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比との関係について説明すると，上記流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）が０．４〜１．０の時に上記選択比が略１８以上となり，該流量比が０．５〜１．０の時に該選択比が略２５以上となった。さらに，上記流量比が０．５５〜０．７の時には，上記選択比が略３０以上となった。この際，該流量比が略０．５７の時には，該選択比が上記範囲内での最高値である略３４となり，これは上記図５及び図６に対応するＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の処理ガスを使用したときである。
【００４４】
上記ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，一般的に２０程度であれば良好とされているので，上述の如く流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）が実質的に０．４〜１．０，好ましくは実質的に０．５〜１．０，さらに好ましくは実質的に０．５５〜０．７となるように，処理ガスの流量を調整すれば，最高で略３４の選択比を得ることができる。なお，図９中の縦軸は，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層の選択比を表し，また横軸は，流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）を表している。
【００４５】
（Ｂ）処理室内の圧力雰囲気の変化
次に，処理室１０４内の圧力雰囲気を変化させた場合の実施例について説明する。次の表に示す実施例６及び実施例７は，処理室１０４内の圧力雰囲気以外の各条件を，上記実施例３と同様に設定して行った。すなわち，処理ガスの流量は，上記実施例３と同じＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）に設定した。また，実施例６及び実施例７では，上記実施例１〜実施例５と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求め，さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。
【００４６】
【表２】
上記表に示すように，上記実施例３の条件を基準として，実施例６及び実施例７の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒｒ）又は６０（ｍＴｏｒｒ）に変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレ−トは，圧力雰囲気の増加に伴って高くなった。また，面内均一性は，圧力雰囲気を実施例３の如く５０（ｍＴｏｒｒ）に設定したときが最もよく，処理室１０４の圧力雰囲気を上記圧力雰囲気から増加又は低下させた場合には不均一となった。さらに，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比も，上記面内均一性と同様に，上記圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）に設定したときが最もよく，処理室１０４の圧力雰囲気を上記圧力雰囲気から増加又は低下させた場合には低下した。
【００４８】
また，上記実施例６の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒｒ）にした場合には，図１０に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積し難く，所定深さのコンタクトホール２１０を形成することができる反面，同図に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされ，損傷した。また，上記実施例７の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を６０（ｍＴｏｒｒ）にした場合には，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７をカーボン膜で確実に保護することができる反面，図１１に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積し，エッチングストップが生じて抜け性が低下した。
【００４９】
これに対して，上述した実施例３の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）にした場合には，図５及び図６に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積することがなく，かつＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされずに，所定形状及び所定深さのコンタクトホール２１０を形成することができた。
【００５０】
以上の結果より，上記エッチング装置１００でウェハＷにエッチング処理を施す場合には，処理室１０４内の圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）程度に設定すると，ウェハＷに所定のコンタクトホール２１０を形成することがわかった。ただし，上記圧力雰囲気は，エッチング装置１００に適用した時のものなので，他の処理装置に実施例３，実施例６及び実施例７を適用した場合には，処理室内の容積等の違いにより，コンタクトホール２１０の形成状態が異なることがある。そこで，上記実施例３の処理ガス中のＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの全圧に対するＣ4Ｆ8の分圧を求めると０．６８（ｍＴｏｒｒ）となり，この分圧に基づいて処理室１０４内の圧力雰囲気を設定すれば，いかなるエッチング装置であっても，実施例３の如く，所定のコンタクトホール２１０を形成することができる。さらに，上記分圧を０．４（ｍＴｏｒｒ）〜０．８（ｍＴｏｒｒ）の範囲内で適宜設定しても，実施例３と同様に，所定のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００５１】
（Ｃ）下部電極に導入する高周波電力の変化
次に，下部電極１０６に印加する高周波電力を変化させた場合の実施例について説明する。次の表に示す実施例８及び実施例９では，下部電極１０６に印加する高周波電力以外の各条件を，上記実施例３と同様に設定した。また，実施例８及び実施例９では，上記実施例１〜実施例７と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求め，さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。なお，上記高周波電力の周波数は，上記実施例３と同一の１３．５６ＭＨｚに設定した。
【００５２】
【表３】
上記表に示すように，上記実施例３の条件を基準として，実施例８及び実施例９の如く，下部電極１０６に印加する高周波電力を１４００（Ｗ）又は１６００（Ｗ）に変化させると，高周波電力を１５００（Ｗ）に設定した場合よりも高くなった。また，面内均一性は，実施例３の如く１５００（Ｗ）の高周波電力を下部電極１０６に印加したときが最もよく，該電力よりも増加又は低下させた場合には不均一となった。さらに，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，高周波電力を増加させた場合には低下した。
【００５４】
また，下部電極１０６に印加する高周波電力を，１４００（Ｗ）と１６００（Ｗ）にした場合の両方とも，図１２及び図１３に示すように，コンタクトホール２１０内の底部にカーボンが堆積し難く，かつＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７もエッチングされ難かった。ただし，上記高周波電力を１４００（Ｗ）に設定した場合には，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比が向上する反面，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが若干堆積した。また，上記高周波電力を１６００（Ｗ）に設定した場合には，コンタクトホール２１０の底部へのカーボンの堆積は，認められなかった。もちろん，上述した実施例３の如く，１５００（Ｗ）の高周波電力を下部電極１０６に印加した場合には，図５及び図６に示すように，良好なエッチング形状を有するコンタクトホール２１０を形成することができた。
【００５５】
以上の結果より，上記エッチング装置１００でウェハＷにエッチング処理を施す場合には，下部電極１０６に印加する高周波電力を１４００（Ｗ）〜１６００（Ｗ）の範囲内で設定すれば，ウェハＷに所定のコンタクトホール２１０を形成することができる。さらに，下部電極１０６に１６００（Ｗ）の高周波電力を印加した場合でも，良好なエッチング特性を得ることができたため，下部電極１０６に供給する電力の上限を１７００（Ｗ）まで拡大しても，所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができると推察される。
【００５６】
なお，上記高周波電力は，エッチング装置１００に適用した時のものなので，他の処理装置に実施例３，実施例８及び実施例９を適用した場合には，コンタクトホール２１０の形成状態が異なることがある。これは，コンタクトホール２１０の底部に侵入するフッ素ラジカルの量や，コンタクトホール２１０の内壁面に付着するカーボンの量が，処理室１０４内のプラズマ密度に依存するためである。そこで，下部電極１０６に上記１３．５６ＭＨｚで１４００（Ｗ）〜１７００（Ｗ）の高周波電力を印加した場合の処理室１０４内のプラズマの密度を測定すると，１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）であった。従って，プラズマの密度が，上記１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）となるように，処理室１０４内にプラズマを生成すれば，所定形状のコンタクトホール２１０をウェハＷに形成することができる。
【００５７】
（Ｄ）下部電極の載置面の温度変化
次に，下部電極１０６の載置面の温度を変化させた場合の実施例について説明する。以下の表に示す実施例１０及び実施例１１では，下部電極１０６の載置面の温度以外の各条件を，上記実施例３と同様に設定した。また，実施例１０及び実施例１１では，上記実施例１〜実施例９と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求め，さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。なお，処理室１０４の内壁面の温度は，上記実施例３と同一の６０（℃）に設定した。
【００５８】
【表４】
上記表に示すように，上記実施例３の条件を基準として，上記実施例１０及び実施例１１の如く，下部電極１０６の載置面の温度を２０（℃）又は６０（℃）に変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレ−トは，実施例３の如く，上記載置面の温度を４０（℃）に設定した場合よりも高くなった。また，面内均一性は，下部電極１０６の載置面の温度を，上記実施例３の如く４０（℃）に設定した場合が最もよく，該温度よりも高く又は低くした場合には不均一となった。ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，下部電極１０６の載置面の温度を高くした場合に上昇した。
【００６０】
また，下部電極１０６の載置面の温度を２０（℃）にした場合には，図１４に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積し難く，所定深さのコンタクトホール２１０を形成することができる反面，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，２０．６となり，同図に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされた。これに対して，下部電極１０６の載置面の温度を６０（℃）にした場合には，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，５８．２となり，図１５に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされることを防止できた。さらに，該温度の場合には，同図に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボンが堆積せずに，所定深さのコンタクトホール２１０を形成することができた。もちろん，上記実施例３の如く，下部電極１０６の載置面の温度を４０（℃）に設定した場合でも，図５及び図６に示すように，所定深さ及び所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができた。
【００６１】
以上の結果より，下部電極１０６の載置面の温度を２０（℃）以上，特に温度を上昇させるほど，ウェハＷに所定形状のコンタクトホール２１０を形成できる。しかしながら，ウェハＷの温度が所定温度以上になると，ＳｉＯ2膜層２０８上に形成されているフォトレジスト膜層２１２が融けて，エッチングマスクの機能を果たさなくなってしまうため，下部電極１０６の載置面の温度の上限は，フォトレジスト膜層２１２の耐熱温度となる。従って，下部電極１０６の載置面の温度を，２０（℃）〜フォトレジスト膜層２１２の耐熱温度の範囲内で適宜設定すれば，ウェハＷに所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００６２】
（Ｅ）実施例３と従来例の比較
次に，上記実施例１〜実施例１１の中で，ウェハＷに最も所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができた図５及び図６に対応する実施例３と，図１６に対応する従来例を比較する。まず，実施例３と従来例のエッチング条件について説明すると，実施例３と従来例の両方とも，上述したエッチング装置１００でエッチング処理を行い，上部電極１２２と処理室１０４の内壁面の温度は６０（℃）に維持し，下部電極１１０の載置面の温度は４０（℃）に維持した。また，下部電極１０６には，周波数が１３．５６（ＭＨｚ）で，電力が１５００（Ｗ）の高周波電力を印加した。さらに，ウェハＷは，直径２００（ｍｍ）のものを使用した。
【００６３】
また，上記実施例３では，上述の如く，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の処理ガスを処理室１０４内に導入したのに対して，従来例では，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の処理ガスを処理室１０４内に導入した。さらに，上記実施例３では，上述の如く，処理室１０４内の圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）に設定したのに対して，従来例では，処理室１０４内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒｒ）に設定した。
【００６４】
次に，実施例３と従来例のＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレートと，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比について説明する。
まず，ＳｉＯ2膜層２０８のエッチングレートについて説明すると，上記実施例３では，上述の如くウェハＷの中央部では４０００（オングストローム／分）であり，また端部では４１００（オングストローム／分）であった。これに対して，従来例では，ウェハＷの中央部では４６００（オングストローム／分）であり，また端部では５２００（オングストローム／分）であった。また，ウェハＷの面内均一性は，上記実施例３では，上述の如く±１．２であったのに対して，従来例では，±６．１であった。さらに，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，上記実施例３では，上述の如く３４．４であったのに対して，従来例では，１１．２であった。
【００６５】
以上の結果より，実施例３のエッチングプロセスでウェハＷに処理を施した場合には，従来例と比較してＳｉＯ2膜層２０８に対するエッチングレートが低い反面，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，従来例よりも向上させることができた。特に，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，図６及び図１６に示すように，実施例３と従来例で顕著な差が認められた。すなわち，実施例３のプロセスで処理を施した図５及び図６に示すウェハＷでは，コンタクトホール２１０内の露出したＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされることなく，所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができた。これに対して，従来例のエッチングプロセスで処理を施した図１６に示すウェハＷでは，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７のみならず，ゲート２０２を覆うＳｉＯ2膜層２０４もエッチングされ，損傷した。従って，従来のＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスから成る処理ガスを用いてウェハＷに処理を施すよりも，本実施例のＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスから成る処理ガスを採用した方が，ウェハＷに所定形状のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００６６】
以上，本発明の好適な実施の形態及び実施例について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり，それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６７】
例えば，上記実施の形態において，コンタクトホールの形成時にＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスのみを処理ガスとして用いた構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。例えば，上述したエッチング装置１００でウェハＷにコンタクトホール２１０を形成する場合を例に挙げて説明すると，まず上記従来例で説明した，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の混合ガスを処理ガスとして用いてウェハＷに処理を施す。この際，図１に示す処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。そして，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホール２１０内に露出する前後に，上記実施例３の如く，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の混合ガスに切り替えて該ウェハＷに処理を施しても良い。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５０（ｍＴｏｒｒ）に設定する。
【００６８】
このように，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスを使用すれば，コンタクトホール２１０の内壁面にカーボン膜を確実に付着させることができ，その内壁面がエッチングされることを防止しながら，所定のコンタクトホール２１０を形成することができる。また，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７が露出する前後にＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスに切り替えれば，コンタクトホール２１０の底部にフッ素ラジカルを確実に侵入させることができるため，その底部へのカーボンの堆積による抜け性の低下やエッチングストップの発生を防止できる。さらに，その場合でも，コンタクトホール２１０内に露出したＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７をカーボン膜で保護することができるため，その肩部２０７がエッチングされることなく，より高アスペクト比かつ所定形状のコンタクトホール２１０を迅速に形成することができる。なお，上記Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスへの切り替えは，上述の如くＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７が露出する前後で行っても良く，またＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７の露出と同時に行っても良い。さらに，該ガスの切り替えは，例えば予め設定された時間を基準として行っても良く，また処理室１０４内のプラズマの発光スペクトルから求められた終点検出値に基づいて行っても良い。
【００６９】
また，上記ウェハＷにコンタクトホールを形成する場合には，次のようにして，処理ガスの切り替えを行ってもよい。例えば，まず上述した工程と同様に，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の混合ガスを処理ガスとして用いてウェハＷに処理を施す。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。また，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホール２１０内に露出する前後に，上述した工程と同様に，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の混合ガスに切り替えて該ウェハＷに処理を施す。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５０（ｍＴｏｒｒ）に設定する。次いで，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホール２１０内に露出してから所定時間経過後，例えばコンタクトホール２１０の底部に堆積したカーボンが除去された後に，再び上記ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の混合ガスに切り替えて該ウェハＷに処理を施しても良い。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。
【００７０】
このように，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスを用いれば，上述したエッチング方法と同様に，コンタクトホール２１０の内壁面をカーボン膜で保護することができるため，コンタクトホール２１０がボーイング形状になることがなく，ＳｉＯ2膜層２０８を所定方向にエッチングすることができる。また，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７が露出する前後で，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスに切り替えれば，上述したエッチング方法と同様に，コンタクトホール２１０の底部にフッ素ラジカルを確実に侵入させることができるため，その底部に堆積したカーボンを除去することができる。さらに，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７は，カーボン膜で被覆されるため，その肩部２０７の損傷を防止することができる。
【００７１】
そして，本エッチング方法の如く，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７の露出後，すなわち上記Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスの使用によりコンタクトホール２１０の底部に堆積したカーボンを除去した後に，再びＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスに切り替えれば，カーボンリッチな雰囲気によりＳｉＮX膜層２０８の肩部２０７にカーボン膜を確実に付着させることができるため，高アスペクト比のコンタクトホール２１０を形成しても，上記肩部２０７の損傷を防止し，かつコンタクトホール２１０がボーイング形状となることがない。
【００７２】
なお，上記各エッチング方法では，上述した処理ガスの組成と，処理ガスの流量と，処理室１０４内の圧力雰囲気以外のプロセス条件は，上述した実施の形態を略同一に設定されている。また，上述した各エッチング方法において，処理ガスにＡｒを添加した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，さらに例えばＫｒなど不活性ガスや，Ｏ2や，Ｎ2や，ＣＯや，ＣＯ2などの各種ガスを添加してもよい。また，上記Ａｒに代えて，各種不活性ガスを添加してもよく，あるいはそのような不活性ガスを添加しなくても本発明を実施することができる。
【００７３】
また，上記実施の形態において，磁石を備えたエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，上記磁石を備えていないプラズマエッチング装置にも本発明を適用することができる。さらに，上記実施の形態において，下部電極のみに高周波電力を印加するエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，上部電極と下部電極の両方に高周波電力を印加するプラズマエッチング装置や，上部電極のみに高周波電力を印加するプラズマエッチング装置であっても本発明を実施することができる。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含むガスを採用したので，コンタクトホールの内壁面，特にコンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜層の肩部にカーボン膜を形成しながら，コンタクトホールの底部にエッチングイオンを確実に侵入させて，その底部へのカーボンの堆積を防止することができる。その結果，特にエッチングされ易いＳｉＮX膜層の肩部を保護することができるため，ゲートやゲートを覆う絶縁膜層の損傷を防止することができ，歩留りを向上させることができる。さらに，抜け性の低下やエッチングストップが生じることなく，コンタクトホールの底部を確実にエッチングすることができるため，高アスペクト比のコンタクトホールを容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】図１に示すエッチング装置で処理を施す半導体ウェハを説明するための概略的な断面図である。
【図３】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図４】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図５】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図６】図５に示す半導体ウェハの断面形状を表す写真である。
【図７】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図８】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図９】処理ガスの流量比と半導体ウェハのＳｉＯ2膜の選択比の関係を説明するための概略的な説明図である。
【図１０】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１１】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１２】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１４】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１５】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１６】従来のエッチング方法で処理を施した半導体ウェハの断面形状を表す写真である。
【符号の説明】
１００ エッチング装置
１０４ 処理室
１０６ 下部電極
１１６ 温度調整機構
１２０ 高周波電源
１２２ 上部電極
１２２ａ ガス吐出孔
１３４，１４０，１４６ 流量調整バルブ
１３６，１４２，１４８ ガス供給源
２００ Ｓｉ基板
２０２ ゲート
２０４ 絶縁膜層
２０６ ＳｉＮX膜層
２０７ 肩部
２０８ ＳｉＯ2膜層
２１０ コンタクトホール
Ｗ ウェハ
Claims (8)
- 気密な処理室内に処理ガスを導入し，前記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮＸ膜層を覆うＳｉＯ２膜層に対して，プラズマエッチング処理を施すエッチング方法において：前記処理ガスとして少なくともＣ４Ｆ８とＣＯを含む混合ガスを使用して，前記ＳｉＯ２膜層にエッチング処理を施す第１の工程と；前記ＳｉＮＸ膜層が露出する前後に，前記処理ガスとして少なくともＣ４Ｆ８とＣＨ２Ｆ２を含む混合ガスに切り替えて，前記ＳｉＯ２膜層にエッチング処理を施す第２の工程と；を含むことを特徴とする，エッチング方法。
- 気密な処理室内に処理ガスを導入し，前記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮＸ膜層を覆うＳｉＯ２膜層に対して，プラズマエッチング処理を施すエッチング方法において：前記処理ガスとして少なくともＣ４Ｆ８とＣＯを含む混合ガスを使用して，前記ＳｉＯ２膜層にエッチング処理を施す第１の工程と；前記ＳｉＮＸ膜層の肩部が露出する前後に，前記処理ガスとして少なくともＣ４Ｆ８とＣＨ２Ｆ２を含む混合ガスに切り替えて，前記ＳｉＯ２膜層にエッチング処理を施す第２の工程と；前記ＳｉＮＸ膜層の肩部の露出から所定時間経過後に，前記処理ガスとして少なくともＣ４Ｆ８とＣＯを含む混合ガスに切り替えて，前記ＳｉＯ２膜層にエッチング処理を施す第３の工程と；を含むことを特徴とする，エッチング方法。
- 前記少なくともＣ４Ｆ８とＣＨ２Ｆ２を含む混合ガスの前記Ｃ４Ｆ８と前記ＣＨ２Ｆ２の流量比（ＣＨ２Ｆ２／Ｃ４Ｆ８）は，実質的に０．４〜１．０に設定されることを特徴とする，請求項１又は２のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記少なくともＣ４Ｆ８とＣＨ２Ｆ２を含む混合ガスの全圧に対する前記Ｃ４Ｆ８の分圧は，実質的に０．４（ｍＴｏｒｒ）〜０．８（ｍＴｏｒｒ）に設定されることを特徴とする，請求項１，２又は３のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記処理室内に励起されるプラズマの密度は，実質的に１．５×１０１０（イオン数／ｃｍ３）〜１．２×１０１１（イオン数／ｃｍ３）に設定されることを特徴とする，請求項１，２，３又は４のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記被処理体は，前記処理室内に配置されたサセプタの載置面上に載置され，前記サセプタの載置面の温度は，実質的に２０℃〜前記ＳｉＯ２膜層のマスクパターンを構成するフォトレジスト層の耐熱温度に設定されることを特徴とする，請求項１，２，３，４又は５のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記少なくともＣ４Ｆ８とＣＨ２Ｆ２を含む混合ガスには，さらに不活性ガスが添加されることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５又は６のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記少なくともＣ４Ｆ８とＣＯを含む混合ガスには，さらに不活性ガスが添加されることを特徴とする，請求項１，２，３，４，５，６又は７のいずれかに記載のエッチング方法。
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