JP4114215B2 - コンタクトホールの形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子の製造方法の、特に電極とコンタクトをとるためのボーダーレスコンタクトホールの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンタクトホールとして、基板とコンタクトをとるためのコンタクトホールや電極とコンタクトをとるためのコンタクトホールがある。これらコンタクトホールを形成するとき、構造体の各層間の合わせ精度や加工精度を考慮して、設計余裕と呼ばれる余裕値が設定されていて、例えば露光装置の合わせずれが生じても、所望の箇所とコンタクトをとるコンタクトホールを形成することができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デバイスの縮小に伴い、配線や各素子の微細化を実現するためには、上記設計余裕を排除する必要がある。このように設計余裕を排除してコンタクトホールを形成する技術は、ボーダーレスコンタクトと呼ばれている（文献１：電子情報通信学会論文誌 Vol.J78-C-II No.5 pp.165-176 1995 年 5月 クォーターミクロン世代に向けての多層配線技術の課題と展望）。ただ単に設計余裕を排除して従来の方法でコンタクトホールを形成しようとするとき、露光装置等の合わせずれが生ずると、目的部分すなわち正規の被エッチング領域以外の領域までエッチングされてしまう。この過剰なエッチングを伴ったコンタクトホールを用いてデバイスを完成すると、電気的ショートを起こすという、配線信頼性やその他のデバイスの信頼性を失う恐れがあった。
【０００４】
これらの問題を解決する方法として、電極間の絶縁膜にボーダーレスコンタクトホールを形成する場合には、電極の上面や側壁に、窒化シリコン膜を設けて、これをエッチングストッパとして利用する技術が知られている（文献２および文献３参照。文献２：強誘電体薄膜メモリ 株式会社サイエンスフォーラム 1995年 6月30日第１刷発行 pp.245 図−８、文献３：月刊Semiconductor World 増刊号 1995年 第14巻第11号 第６章 電極・ 配線形成技術 256M/1G時代の電極・配線形成技術 pp.255-258 ）。ところが、この技術はデバイスの微細化に伴い電極間の距離が短くなると、コンタクトホールの溝幅も狭くなるため、わずかにエッチングされた窒化シリコン膜のエッチング反応生成物が、形成途中の電極間のコンタクトホールから外部に排出されず、コンタクトホールの底面に付着してしまう。そのため、このエッチング反応生成物がホール形成のためのエッチング反応を阻害し、以降のコンタクトホールの形成を妨げてしまう。
【０００５】
一方、下地上に設けられた電極（この電極は複数近接しているようなものも含む）を覆う絶縁膜に、この電極と電気的接続を行うためのコンタクトホールを形成する技術に関しては、デバイス構造の微細化に対応できるような優れた技術はなかった。
【０００６】
そこで、従来より、ボーダーレスコンタクトホールの形成位置がずれたとしても、当該ボーダーレスコンタクトホールが電極には達するが基板には達しないようにしたコンタクトホールの形成方法の出現が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、この出願に係る発明者は、研究および種々の実験を重ねた結果、従来はコンタクトホールの形成の妨げとなるとされていたエッチング反応生成物をボーダーレスコンタクトホールの形成中に新たなエッチングストッパとして積極的に利用すると、ボーダーレスコンタクトホールとして予定していた形成領域以外の領域のエッチングをデバイスの信頼性を損なわない程度に抑制できることを発見し、この発明をするに至った。
【０００８】
また、一方においては、このようなエッチング反応生成物を利用しなくても、エッチングストッパ層を設ける位置によっては、ボーダーレスコンタクトホールの形成位置がずれたとしても、このコンタクトホールを基板に達しないように形成できることも分かった。
【０００９】
したがって、この発明のコンタクトホールの形成方法によれば、基板上に、下地である第１シリコン酸化膜を形成する工程と、第１シリコン酸化膜上に、電極層を形成する工程と、電極層上に、窒化シリコン層を形成する工程と、電極層及び窒化シリコン層をエッチングして、上面に窒化シリコン層をエッチングストッパ層として有する電極パターンを形成する工程と、露出した第１シリコン酸化膜上に、窒化シリコン層を有する電極パターンを覆う第２シリコン酸化膜を形成する工程と、第２シリコン酸化膜の表面から電極パターンに至り、不可避的に発生するホール底面の位置ずれ部が、耐エッチング膜として機能する窒化シリコン層のエッチング反応生成物で覆われるボーダレスコンタクトホールを、Ｃ4Ｆ8を含むエッチングガスを用い、かつ窒化シリコン層に対する第２シリコン酸化膜のエッチング選択比を１０から１００の範囲とするエッチングにより形成する工程と、エッチング反応生成物及び露出している窒化シリコン層を除去する工程とを具えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、電極上の絶縁膜部分にボーダーレスコンタクトホールをエッチング形成するとき、露光機の合わせずれやマスク合わせ精度などに起因してボーダーレスコンタクトホールの形成位置がずれたとしても絶縁膜の下側で電極に接してエッチングストッパ層を設けてあるので、ずれた部分の下方への過剰エッチングを回避できる。すなわち例えば電極の表面と絶縁膜との間にエッチングストッパ層を介在させて、エッチングストッパ層を設けてあるので、ずれた部分が下地側の方向へと過剰にエッチングされてもこのストッパ層のエッチング反応生成物が形成されつつあるコンタクトホールに付着および堆積するので、コンタクトホールの底面が下地にまで到達するようなことはなくなる。このため後の処理でボーダーレスコンタクトホールに金属配線を施しても電極と下地との間が電気的にショートしてしまうことはない。
【００１１】
したがって、好ましくは、電極の上面に接してエッチングストッパ層を設け、ボーダーレスコンタクトホール形成後に、少なくともこのコンタクトホール内に残存しているエッチングストッパ層の部分を除去するのがよい。
【００１２】
このように構成すれば、電極の上面にエッチングストッパ層を設けると、まず、エッチングストッパ層の上面まで絶縁膜をエッチングしていき、その後、エッチングストッパ層を取り除く。電極の上面にボーダーレスコンタクトホールが位置ずれなく形成されているときにはエッチングストッパ層を取り除く手間がかかってしまう。通常コンタクトホールを形成するエッチング処理は多少過剰に行っている。ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極からずれていた場合は、この過剰なエッチング処理によって電極からずれている部分の絶縁膜はどんどん下地の方へ向かって切削されて、ホールの底面が下地に到達することさえあり得る。しかしながら、電極の上面にエッチングストッパ層を設けておくことによって、エッチング処理によってわずかに切削されたエッチングストッパ層のエッチング反応生成物が電極からずれている部分のホール底面に付着および堆積し、これが耐エッチング膜となって以降のエッチング処理を妨げることができる。このためホールの底面が下地に到達することはなくなる。
【００１３】
また、好ましくは、エッチングストッパ層を、電極パターンの側壁面を覆うサイドウォールであって、かつ電極パターンの上面、並びに電極パターン及びサイドウォールが非被覆である第１シリコン酸化膜の一部分を露出させるサイドウォールとして設けるのがよい。
【００１４】
このように、電極の側壁面に接してエッチングストッパ層をサイドウォールのように設けると、ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極からずれていても、ずれている部分はエッチングストッパ層が形成されているため、下地の方に向かってエッチングされるのを防ぐことができる。また、ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極の側壁に接して設けられたエッチングストッパ層の幅よりもずれていた場合には、エッチング処理によってわずかに切削されたエッチングストッパ層のエッチング反応生成物がエッチングストッパ層の幅よりずれている部分のホール底面に付着および堆積し、これが耐エッチング膜となって以降のエッチング処理を妨げることができる。このためホールの底面が下地に到達することはなくなる。また、この方法では電極の上面には絶縁膜以外に何も形成されていないので、エッチング処理が終了した後エッチングストッパ層を除去する必要がない。
【００１５】
また、好ましくは、エッチングストッパ層を、第１シリコン酸化膜上に、電極パターンを覆う窒化シリコン層として設けておき、コンタクトホール形成後に、少なくともこのコンタクトホール内に残存しているエッチングストッパ層の部分を除去し、かつ電極パターンの上面を露出させるのがよい。
【００１６】
このように構成すれば、電極の上面や側壁上に位置する絶縁膜をエッチングストッパ層に達するまでエッチング処理を行った後、ボーダーレスコンタクトホール内に露出したエッチングストッパ層を除去する。これにより、ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極からずれていた場合に過剰にエッチング処理を行ってもエッチングストッパ層が存在するので、この層でエッチングの進行をストップさせることができる。このため、形成されるべきコンタクトホールの底面がエッチングによって下地まで到達することはなくなる。
【００１９】
また、エッチングストッパ層を窒化シリコンによって形成するのが好ましい。特にエッチングストッパ層を電極の上面に設けたとき、ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極からずれていた場合、過剰なエッチング処理を行うと、電極からずれている部分の絶縁膜に形成されたホールの底面に窒化シリコンのエッチングによる反応生成物が付着および堆積して、この堆積した窒化シリコンの反応生成物がエッチング処理を妨げる働きをする。このため電極からずれている部分の絶縁膜に形成されたホールはそれ以上にエッチングされることはない。
【００２０】
また、エッチングストッパ層を有機ＳＯＧによって形成することもできるが、有機ＳＯＧは、電極と絶縁膜との間に介在させて設けるエッチングストッパ層に用いるのがよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎず、したがって発明を図示例に限定するものではない。また、各図において断面を示すハッチング（斜線）は一部を除き省略してある。
【００２２】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態として、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に電極と電気的接続を行うためのボーダーレスコンタクトホールを形成するにあたり、電極の上面に接してエッチングストッパ層を設けておいて、ボーダーレスコンタクトホール形成後に、少なくとも、コンタクトホール内に残存するエッチングストッパ層の部分を除去する例につき図１および図２を参照して説明する。図１および図２は第１の実施の形態の説明に供する概略的な工程図であり、各図は主要工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある。
【００２３】
まず下地を形成する。この実施の形態では、基板１１上に第１シリコン酸化膜１３を設けて下地１５を形成する。次に下地上に電極を設ける。第１シリコン酸化膜１３上にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法を用いてポリシリコン層１７を設けてこのポリシリコン層１７に不純物としてリンを拡散した後ポリシリコン層１７の上にＣＶＤ法で窒化シリコン層１９を形成する（図１（Ａ））。
【００２４】
次に窒化シリコン層１９上にレジストを塗布してリソグラフィ技術を用いてレジストに電極パターンを形成する。その後プラズマエッチングによって窒化シリコン層１９およびポリシリコン層１７をエッチングして電極パターンを形成する。ここで、図において左側に位置する電極１７ｘ1 を第１電極とし、右側に位置する電極１７ｘ2 を第２電極とすると、この実施の形態では第２電極１７ｘ2 と電気的接続を行うためのコンタクトホールを形成することにする。上記エッチングを行うと、ポリシリコンからなる第１電極１７ｘ1 および第２電極１７ｘ2 の上面１８ａおよび１８ｂに窒化シリコン膜１９ｘによるエッチングストッパ層を形成することができる（図１（Ｂ））。
【００２５】
次に絶縁膜を、電極を覆うように下地上に形成する。ここでは絶縁膜２１として第２シリコン酸化膜を、上面にエッチングストッパ層１９ｘの形成された電極１７ｘを覆うように第１シリコン酸化膜１３上に形成する（図１（Ｃ））。
【００２６】
次に第２シリコン酸化膜２１の上面にレジスト２３を塗布して、リソグラフィ技術を用いてレジスト２３にコンタクトホールパターン２５を形成する（図２（Ａ））。ここでは第２電極１７ｘ2 とコンタクトをとるためのコンタクトホールを形成するため、第２電極１７ｘ2 の上に位置する箇所のレジストにボーダーレスのコンタクトホールパターン２５を形成する。このとき、コンタクトホールパターン２５は第２電極１７ｘ2 のぴったり上方に位置するように形成するのは困難で、露光機の合わせずれ等によって多少ずれが生じている。ずれの程度は通常０．１μｍ以内である。この実施の形態でも第１電極１７ｘ1 の方向へ位置ずれＡが生じている。
【００２７】
次にボーダーレスコンタクトホールを形成する。この例では、レジスト２３をマスクにして、絶縁膜２１に対してプラズマエッチングを行うことによってコンタクトホール２７を形成する。エッチング装置はＭＥ−ＲＩＥ（Magnetron Enhanced Reactive Ion Etching)を用いていて、そのエッチング条件は圧力が４０ｍTorr、rf-Powerが１５００W 、磁場強度が１２０Gauss 、Ｃ4 Ｆ8 の流量が２０sccm、ＣＯの流量が２５０sccm、Ａｒの流量が５００sccm、第２シリコン酸化膜２１と窒化シリコン膜１９ｘとの選択比（シリコン酸化膜２１／窒化シリコン膜１９ｘ）は約３０とした（図２（Ｂ））。レジスト２３のコンタクトホールパターン２５の位置は第２電極１７ｘ2 からずれていて、このコンタクトホール２７は設計余裕を排除したボーダーレスコンタクトホールであるため、過剰なエッチング処理によって第２電極１７ｘ2 からずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜は下地１５の方へ向かって切削されていく。しかしながら、第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂにはエッチングストッパ層１９ｘとして窒化シリコン膜が設けてあるため、エッチング処理によってわずかに切削された窒化シリコン膜１９ｘのエッチング反応生成物２９が第２電極１７ｘ2 からずれている部分Ａのおよそ０．１μｍの幅のホール底面３１に付着および堆積して耐エッチング膜となり、その後のエッチング反応の進行を妨げる。このためホールの底面３１が下地１５に到達することはない。
【００２８】
次にコンタクトホール２７内に残存する、エッチングストッパ層である窒化シリコン膜１９ｘおよびエッチング反応生成物２９を除去する。ここではＲＩＥ(Reactive Ion Etching)を用いる。エッチングは例えば圧力が２００ｍTorr、rf-Powerが２００W 、ＳＦ6 の流量が５０sccmという条件で行う。これにより、ホール２７内の窒化シリコン膜１９ｘが除去される（図２（Ｃ））。
【００２９】
この結果、第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂの一部分がコンタクトホール２７から露出するボーダーレスコンタクトホール２７を形成することができ、形成されたコンタクトホール２７に金属メッキを施して第２電極１７ｘ2 と電気的接続を行うことができる。
【００３０】
また、この実施の形態のように電極１７ｘの上面１８ａおよび１８ｂにエッチングストッパ層１９ｘを設ける場合には、ボーダーレスコンタクトホール２７の電極１７ｘからの位置ずれＡが０．１５μｍ以内であれば、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１のエッチングをよく阻止することができる。
【００３１】
また、エッチングの条件として必須なのはエッチング選択比で、窒化シリコン膜１９ｘに対する第２シリコン酸化膜２１のエッチング選択比（第２シリコン酸化膜２１／窒化シリコン膜１９ｘが１０から１００であれば好ましく、最適なのは３０である。
【００３２】
また、エッチングガスとしては、Ｃ4 Ｆ8 等の炭素リッチのフッ化炭素系ガスを含んでいるのがよい。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態として、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に電極と電気的接続を行うためのボーダーレスコンタクトホールを形成するにあたり、電極の側壁面に接してエッチングストッパ層を設ける例につき図３を参照して説明する。図３は第２の実施の形態の説明に供する、主要工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある概略図である。また、以下、第１の実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００３４】
まず、第１の実施の形態と同様にして基板１１上に第１シリコン酸化膜１３を設けて、これらを下地１５とする。次にこの下地１５上にＣＶＤ法を用いてポリシリコン層１７を設けてこのポリシリコン層１７にリンを拡散する。この後リソグラフィおよびエッチングによってポリシリコン層からなる電極１７ｘ（第１電極１７ｘ1 および第２電極１７ｘ2 ）を形成する（図３（Ａ））。
【００３５】
次にＣＶＤ法を用いて電極１７ｘを覆うように下地１５上に窒化シリコン層１９を形成する（図３（Ｂ））。
【００３６】
次にこの構造体の上面に対してプラズマエッチングを行い、電極１７ｘの上面１８ａおよび１８ｂを露出させ、かつ電極１７ｘの側壁面３３に窒化シリコン層からなるサイドウォール３５を形成する（図３（Ｃ））。
【００３７】
この後、第１の実施の形態と同様にして電極１７ｘを覆うように第２シリコン酸化膜２１を形成して、第２シリコン酸化膜２１上にコンタクトホールパターンを有するレジストを形成する。このコンタクトホールパターンは第２電極１７ｘ2 と導通させるためのコンタクトホールに相当するものとする。その後プラズマエッチングにより第２シリコン酸化膜２１にボーダーレスコンタクトホール２７を形成する（図３（Ｄ））。エッチング装置およびエッチング条件は第１の実施の形態と同様である。このボーダーレスコンタクトホール２７の形成位置は第２電極１７ｘ2 に対してずれることが多い。ずれている部分Ａがサイドウォール３５の幅以内であればエッチングストッパ層としてのサイドウォール３５によって、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１のエッチングをそれ以上進行させずにすむ。また、図３（Ｄ）に示しているようにコンタクトホール２７のずれＡがサイドウォール３５の幅以上である場合には、サイドウォール３５から０．１５μｍ以内のずれであれば、エッチングによって第２シリコン酸化膜２１に形成されたホールの底面３１に窒化シリコンのエッチング反応生成物２９が付着および堆積して耐エッチング膜となって、それ以上のエッチングを阻止することができる。したがって第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂの一部分が露出するボーダーレスコンタクトホール２７を形成することができる。
【００３８】
また、第２シリコン酸化膜２１をエッチングして得られたコンタクトホールの底面３１には第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂの一部分が露出しているため、第１の実施の形態のようにエッチングによって窒化シリコン膜を除去する必要はない。
【００３９】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態として、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に電極と電気的接続を行うためのボーダーレスコンタクトホールを形成するにあたり、エッチングストッパ層を、電極の上面および側壁面と、電極間の下地の上面とを被覆させて設けておいて、ボーダーレスコンタクトホール形成後に少なくともコンタクトホール内に残存しているエッチングストッパ層の部分を除去する例につき図４を参照して説明する。図４は第３の実施の形態の説明に供する、主要工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある概略図である。また、以下、第１の実施の形態および第２の実施の実施の形態と相違する点につき説明し、同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００４０】
第１の実施例と同様にして下地１５（基板１１および第１シリコン酸化膜１３）を形成した後、第２の実施の形態と同様にして下地１５上に電極１７ｘ（第１電極１７ｘ1 および第２電極１７ｘ2 ）を形成して、この電極１７ｘを覆うように下地上に窒化シリコン膜１９ｘを形成する（図４（Ａ））。これにより、電極１７ｘの上面１８ａおよび１８ｂと、側壁面と、また電極１７ｘ間の下地１５の上面とをエッチングストッパ層によって被覆させることができる。
【００４１】
次に、ボーダーレスコンタクトホールを形成する。この例では、まず、窒化シリコン膜１９ｘ上に第２シリコン酸化膜２１を形成して、第２シリコン酸化膜２１上にコンタクトホールパターン２５を有するレジスト２３を形成する。このコンタクトホールパターン２５は第２電極１７ｘ2 と導通させるためのコンタクトホールに相当するものとする。その後プラズマエッチングにより第２シリコン酸化膜２１にボーダーレスコンタクトホール２７を形成する（図４（Ｂ））。エッチング装置およびエッチング条件は第１の実施の形態と同様である。このエッチングはコンタクトホールの底面３１が第２電極１７ｘ2 上の窒化シリコン膜１９ｘに到達するまで、少し過剰に行う。コンタクトホール２７の形成位置が第２電極１７ｘ2 に対してずれている場合、ずれている部分Ａがエッチングストッパ層１９ｘの幅以内であれば、第２電極１７ｘ2 を覆うエッチングストッパ層１９ｘによって、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１のエッチングをそれ以上進行させずにすむ。また、図４（Ｂ）に示しているようにコンタクトホール２７の位置ずれＡがエッチングストッパ層１９ｘの幅以上である場合、エッチングストッパ層１９ｘから０．１５μｍ以内のずれであれば、エッチングによって第２シリコン酸化膜２１に形成されたホールの底面３１に窒化シリコン膜１９ｘのエッチング反応生成物２９が付着および堆積して耐エッチング膜となって、それ以上のエッチングを阻止することができる。また、ほとんどあり得ないが、０．１５μｍ以上のずれが生じた場合において、電極１７ｘが設けられていない下地１５上にも窒化シリコン膜１９ｘが形成されているため、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１をエッチングし続けて下地１５をもエッチングしてしまうようなことはない。
【００４２】
この後、コンタクトホール２７内に露出している窒化シリコン膜１９ｘの部分をプラズマエッチングによって除去する。これにより、第２電極１７ｘの上面１８ｂの一部分がホールの底面３１に露出するボーダーレスコンタクトホール２７を形成することができる（図４（Ｃ））。
【００４３】
また、エッチングストッパ層１９ｘを有機ＳＯＧによって形成することもできる。この場合、コンタクトホール２７を形成するエッチング条件のうち有機ＳＯＧに対する第２シリコン酸化膜２１のエッチング選択比（第２シリコン酸化膜２１／有機ＳＯＧ）は５以上であればよい。
【００４４】
＜参考例＞
参考例として、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に電極と電気的接続を行うためのボーダーレスコンタクトホールを形成するにあたり、エッチングストッパ層を下地の上面に設ける例につき図５を参照して説明する。図５は参考例の説明に供する、主要工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある概略図である。また、以下、第１、第２および第３の実施の形態と相違する点につき説明し、同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００４５】
第１の実施例と同様にして下地１５（基板１１および第１シリコン酸化膜１３）を形成した後、下地１５上の全面にわたり窒化シリコン膜１９ｘを形成する（図５（Ａ））。
【００４６】
次にこの窒化シリコン膜１９ｘ上にポリシリコンによって第１〜第３の実施の形態と同様にして電極１７ｘ（第１電極１７ｘ1 および第２電極１７ｘ2 ）を形成する（図５（Ｂ））。
【００４７】
この後、第１の実施の形態と同様にして電極１７ｘを覆うように第２シリコン酸化膜２１を形成して、第２シリコン酸化膜２１上にコンタクトホールパターンを有するレジストパターンを形成する。このコンタクトホールパターンは第２電極１７ｘ2 と導通させるためのコンタクトホールに相当するものとする。その後プラズマエッチングにより第２シリコン酸化膜２１にボーダーレスコンタクトホール２７を形成する（図５（Ｃ））。エッチング装置およびエッチング条件は第１の実施の形態と同様である。このコンタクトホール２７が第２電極１７ｘ2 に対して形成する位置がずれていたとしても、下地１５上に設けたエッチングストッパ層１９ｘによって、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１のエッチングを下地１５へ進行させずにすむ。また、この実施の形態では第２電極１７ｘ2 の少なくとも１部がコンタクトホール２７に露出していれば、コンタクトホール２７が第２電極１７ｘ2 からいくらずれていても、第２電極１７ｘ2 のみと導通させるためのコンタクトホール２７を形成することができる。
【００４８】
また、第２シリコン酸化膜２１をエッチングして得られたコンタクトホールの底面３１には第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂの一部分が露出しているため第１の実施の形態のようにエッチングによって窒化シリコン膜１９ｘを除去する必要はない。
【００４９】
また、エッチングストッパ層１９ｘを有機ＳＯＧによって形成することもできる。この場合、コンタクトホール２７を形成するエッチング条件のうち有機ＳＯＧに対する第２シリコン酸化膜２１のエッチング選択比（第２シリコン酸化膜２１／有機ＳＯＧ）は５以上であればよい。
【００５０】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明のコンタクトホールの形成方法によれば、電極に接してエッチングストッパ層を形成した後、ボーダーレスコンタクトホール形成のためのエッチングを行う。電極上の絶縁膜に形成されるボーダーレスコンタクトホールは、露光機の合わせずれ等によって電極と位置ずれを生じて形成されることが多い。このためエッチング処理によって余分に切削されてしまう絶縁膜部分ができてしまう。ここで、電極に接してエッチングストッパ層を設ける。例えばエッチングストッパ層を電極の少なくとも上面に接して設けるとすれば、エッチング処理によってわずかに切削されたエッチングストッパ層のエッチング反応生成物が、余分に切削されてしまう絶縁膜に形成されつつあるホールの底面に付着および堆積して耐エッチング膜となって、それ以降の切削を抑制することができる。
【００５１】
また、エッチング反応生成物の積極的利用を図らない場合には、エッチングストッパ層を電極の表面および電極間の下地の上面と絶縁膜との間に介在させて設けたり、電極の下面と下地との間に介在させて設けたりする。これらの場合には、ボーダーレスコンタクトホールの位置ずれのために余分に切削される絶縁膜の切削されつつあるホールの底面がエッチングストッパ層に到達すれば、それ以降の切削を抑制することができる。
【００５２】
したがって、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に、電極と電気的接続を行うために形成されるボーダーレスコンタクトホールは、電極との間に位置ずれがあっても、コンタクトホールを形成するエッチング処理によって余分に下地まで切削してしまうことはなく、所望の電極のみと導通可能なボーダーレスコンタクトホールを形成することができる。このため、この発明のコンタクトホールの形成方法を用いればデバイス構造の微細化にも対応することができる。
【００５３】
また、この発明をビアホールの形成に適用しても好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態の説明に供する概略的な工程断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態の説明に供する図１に続く概略的な工程断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２の実施の形態の説明に供する概略的な工程断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施の形態の説明に供する概略的な工程断面図である。
【図５】 （Ａ）〜（Ｃ）は、参考例の説明に供する概略的な工程断面図である。
【符号の説明】
１１：基板 １３：第１シリコン酸化膜
１５：下地 １７：ポリシリコン層
１７ｘ：電極
１７ｘ1 ：第１電極 １７ｘ2 ：第２電極
１８ａ：第１電極の上面 １８ｂ：第２電極の上面
１９：窒化シリコン層
１９ｘ：エッチングストッパ層、窒化シリコン膜
２１：絶縁膜、第２シリコン酸化膜
２３：レジスト
２５：コンタクトホールパターン
２７：コンタクトホール、ボーダーレスコンタクトホール、ホール
２９：エッチング反応生成物
３１：底面 ３３：側壁面
３５：サイドウォール、エッチングストッパ層
Ａ：位置ずれ、ずれている部分
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子の製造方法の、特に電極とコンタクトをとるためのボーダーレスコンタクトホールの形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、コンタクトホールとして、基板とコンタクトをとるためのコンタクトホールや電極とコンタクトをとるためのコンタクトホールがある。これらコンタクトホールを形成するとき、構造体の各層間の合わせ精度や加工精度を考慮して、設計余裕と呼ばれる余裕値が設定されていて、例えば露光装置の合わせずれが生じても、所望の箇所とコンタクトをとるコンタクトホールを形成することができた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デバイスの縮小に伴い、配線や各素子の微細化を実現するためには、上記設計余裕を排除する必要がある。このように設計余裕を排除してコンタクトホールを形成する技術は、ボーダーレスコンタクトと呼ばれている（文献１：電子情報通信学会論文誌 Vol.J78-C-II No.5 pp.165-176 1995 年 5月 クォーターミクロン世代に向けての多層配線技術の課題と展望）。ただ単に設計余裕を排除して従来の方法でコンタクトホールを形成しようとするとき、露光装置等の合わせずれが生ずると、目的部分すなわち正規の被エッチング領域以外の領域までエッチングされてしまう。この過剰なエッチングを伴ったコンタクトホールを用いてデバイスを完成すると、電気的ショートを起こすという、配線信頼性やその他のデバイスの信頼性を失う恐れがあった。
【０００４】
これらの問題を解決する方法として、電極間の絶縁膜にボーダーレスコンタクトホールを形成する場合には、電極の上面や側壁に、窒化シリコン膜を設けて、これをエッチングストッパとして利用する技術が知られている（文献２および文献３参照。文献２：強誘電体薄膜メモリ 株式会社サイエンスフォーラム 1995年 6月30日第１刷発行 pp.245 図−８、文献３：月刊Semiconductor World 増刊号 1995年 第14巻第11号 第６章 電極・ 配線形成技術 256M/1G時代の電極・配線形成技術 pp.255-258 ）。ところが、この技術はデバイスの微細化に伴い電極間の距離が短くなると、コンタクトホールの溝幅も狭くなるため、わずかにエッチングされた窒化シリコン膜のエッチング反応生成物が、形成途中の電極間のコンタクトホールから外部に排出されず、コンタクトホールの底面に付着してしまう。そのため、このエッチング反応生成物がホール形成のためのエッチング反応を阻害し、以降のコンタクトホールの形成を妨げてしまう。
【０００５】
一方、下地上に設けられた電極（この電極は複数近接しているようなものも含む）を覆う絶縁膜に、この電極と電気的接続を行うためのコンタクトホールを形成する技術に関しては、デバイス構造の微細化に対応できるような優れた技術はなかった。
【０００６】
そこで、従来より、ボーダーレスコンタクトホールの形成位置がずれたとしても、当該ボーダーレスコンタクトホールが電極には達するが基板には達しないようにしたコンタクトホールの形成方法の出現が望まれていた。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、この出願に係る発明者は、研究および種々の実験を重ねた結果、従来はコンタクトホールの形成の妨げとなるとされていたエッチング反応生成物をボーダーレスコンタクトホールの形成中に新たなエッチングストッパとして積極的に利用すると、ボーダーレスコンタクトホールとして予定していた形成領域以外の領域のエッチングをデバイスの信頼性を損なわない程度に抑制できることを発見し、この発明をするに至った。
【０００８】
また、一方においては、このようなエッチング反応生成物を利用しなくても、エッチングストッパ層を設ける位置によっては、ボーダーレスコンタクトホールの形成位置がずれたとしても、このコンタクトホールを基板に達しないように形成できることも分かった。
【０００９】
したがって、この発明のコンタクトホールの形成方法によれば、基板上に、下地である第１シリコン酸化膜を形成する工程と、第１シリコン酸化膜上に、電極層を形成する工程と、電極層上に、窒化シリコン層を形成する工程と、電極層及び窒化シリコン層をエッチングして、上面に窒化シリコン層をエッチングストッパ層として有する電極パターンを形成する工程と、露出した第１シリコン酸化膜上に、窒化シリコン層を有する電極パターンを覆う第２シリコン酸化膜を形成する工程と、第２シリコン酸化膜の表面から電極パターンに至り、不可避的に発生するホール底面の位置ずれ部が、耐エッチング膜として機能する窒化シリコン層のエッチング反応生成物で覆われるボーダレスコンタクトホールを、Ｃ4Ｆ8を含むエッチングガスを用い、かつ窒化シリコン層に対する第２シリコン酸化膜のエッチング選択比を１０から１００の範囲とするエッチングにより形成する工程と、エッチング反応生成物及び露出している窒化シリコン層を除去する工程とを具えることを特徴とする。
【００１０】
このような構成によれば、電極上の絶縁膜部分にボーダーレスコンタクトホールをエッチング形成するとき、露光機の合わせずれやマスク合わせ精度などに起因してボーダーレスコンタクトホールの形成位置がずれたとしても絶縁膜の下側で電極に接してエッチングストッパ層を設けてあるので、ずれた部分の下方への過剰エッチングを回避できる。すなわち例えば電極の表面と絶縁膜との間にエッチングストッパ層を介在させて、エッチングストッパ層を設けてあるので、ずれた部分が下地側の方向へと過剰にエッチングされてもこのストッパ層のエッチング反応生成物が形成されつつあるコンタクトホールに付着および堆積するので、コンタクトホールの底面が下地にまで到達するようなことはなくなる。このため後の処理でボーダーレスコンタクトホールに金属配線を施しても電極と下地との間が電気的にショートしてしまうことはない。
【００１１】
したがって、好ましくは、電極の上面に接してエッチングストッパ層を設け、ボーダーレスコンタクトホール形成後に、少なくともこのコンタクトホール内に残存しているエッチングストッパ層の部分を除去するのがよい。
【００１２】
このように構成すれば、電極の上面にエッチングストッパ層を設けると、まず、エッチングストッパ層の上面まで絶縁膜をエッチングしていき、その後、エッチングストッパ層を取り除く。電極の上面にボーダーレスコンタクトホールが位置ずれなく形成されているときにはエッチングストッパ層を取り除く手間がかかってしまう。通常コンタクトホールを形成するエッチング処理は多少過剰に行っている。ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極からずれていた場合は、この過剰なエッチング処理によって電極からずれている部分の絶縁膜はどんどん下地の方へ向かって切削されて、ホールの底面が下地に到達することさえあり得る。しかしながら、電極の上面にエッチングストッパ層を設けておくことによって、エッチング処理によってわずかに切削されたエッチングストッパ層のエッチング反応生成物が電極からずれている部分のホール底面に付着および堆積し、これが耐エッチング膜となって以降のエッチング処理を妨げることができる。このためホールの底面が下地に到達することはなくなる。
【００１３】
また、好ましくは、エッチングストッパ層を、電極パターンの側壁面を覆うサイドウォールであって、かつ電極パターンの上面、並びに電極パターン及びサイドウォールが非被覆である第１シリコン酸化膜の一部分を露出させるサイドウォールとして設けるのがよい。
【００１４】
このように、電極の側壁面に接してエッチングストッパ層をサイドウォールのように設けると、ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極からずれていても、ずれている部分はエッチングストッパ層が形成されているため、下地の方に向かってエッチングされるのを防ぐことができる。また、ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極の側壁に接して設けられたエッチングストッパ層の幅よりもずれていた場合には、エッチング処理によってわずかに切削されたエッチングストッパ層のエッチング反応生成物がエッチングストッパ層の幅よりずれている部分のホール底面に付着および堆積し、これが耐エッチング膜となって以降のエッチング処理を妨げることができる。このためホールの底面が下地に到達することはなくなる。また、この方法では電極の上面には絶縁膜以外に何も形成されていないので、エッチング処理が終了した後エッチングストッパ層を除去する必要がない。
【００１５】
また、好ましくは、エッチングストッパ層を、第１シリコン酸化膜上に、電極パターンを覆う窒化シリコン層として設けておき、コンタクトホール形成後に、少なくともこのコンタクトホール内に残存しているエッチングストッパ層の部分を除去し、かつ電極パターンの上面を露出させるのがよい。
【００１６】
このように構成すれば、電極の上面や側壁上に位置する絶縁膜をエッチングストッパ層に達するまでエッチング処理を行った後、ボーダーレスコンタクトホール内に露出したエッチングストッパ層を除去する。これにより、ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極からずれていた場合に過剰にエッチング処理を行ってもエッチングストッパ層が存在するので、この層でエッチングの進行をストップさせることができる。このため、形成されるべきコンタクトホールの底面がエッチングによって下地まで到達することはなくなる。
【００１９】
また、エッチングストッパ層を窒化シリコンによって形成するのが好ましい。特にエッチングストッパ層を電極の上面に設けたとき、ボーダーレスコンタクトホールの位置が電極からずれていた場合、過剰なエッチング処理を行うと、電極からずれている部分の絶縁膜に形成されたホールの底面に窒化シリコンのエッチングによる反応生成物が付着および堆積して、この堆積した窒化シリコンの反応生成物がエッチング処理を妨げる働きをする。このため電極からずれている部分の絶縁膜に形成されたホールはそれ以上にエッチングされることはない。
【００２０】
また、エッチングストッパ層を有機ＳＯＧによって形成することもできるが、有機ＳＯＧは、電極と絶縁膜との間に介在させて設けるエッチングストッパ層に用いるのがよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図を参照してこの発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は発明を理解できる程度に概略的に示してあるに過ぎず、したがって発明を図示例に限定するものではない。また、各図において断面を示すハッチング（斜線）は一部を除き省略してある。
【００２２】
＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態として、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に電極と電気的接続を行うためのボーダーレスコンタクトホールを形成するにあたり、電極の上面に接してエッチングストッパ層を設けておいて、ボーダーレスコンタクトホール形成後に、少なくとも、コンタクトホール内に残存するエッチングストッパ層の部分を除去する例につき図１および図２を参照して説明する。図１および図２は第１の実施の形態の説明に供する概略的な工程図であり、各図は主要工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある。
【００２３】
まず下地を形成する。この実施の形態では、基板１１上に第１シリコン酸化膜１３を設けて下地１５を形成する。次に下地上に電極を設ける。第１シリコン酸化膜１３上にＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition) 法を用いてポリシリコン層１７を設けてこのポリシリコン層１７に不純物としてリンを拡散した後ポリシリコン層１７の上にＣＶＤ法で窒化シリコン層１９を形成する（図１（Ａ））。
【００２４】
次に窒化シリコン層１９上にレジストを塗布してリソグラフィ技術を用いてレジストに電極パターンを形成する。その後プラズマエッチングによって窒化シリコン層１９およびポリシリコン層１７をエッチングして電極パターンを形成する。ここで、図において左側に位置する電極１７ｘ1 を第１電極とし、右側に位置する電極１７ｘ2 を第２電極とすると、この実施の形態では第２電極１７ｘ2 と電気的接続を行うためのコンタクトホールを形成することにする。上記エッチングを行うと、ポリシリコンからなる第１電極１７ｘ1 および第２電極１７ｘ2 の上面１８ａおよび１８ｂに窒化シリコン膜１９ｘによるエッチングストッパ層を形成することができる（図１（Ｂ））。
【００２５】
次に絶縁膜を、電極を覆うように下地上に形成する。ここでは絶縁膜２１として第２シリコン酸化膜を、上面にエッチングストッパ層１９ｘの形成された電極１７ｘを覆うように第１シリコン酸化膜１３上に形成する（図１（Ｃ））。
【００２６】
次に第２シリコン酸化膜２１の上面にレジスト２３を塗布して、リソグラフィ技術を用いてレジスト２３にコンタクトホールパターン２５を形成する（図２（Ａ））。ここでは第２電極１７ｘ2 とコンタクトをとるためのコンタクトホールを形成するため、第２電極１７ｘ2 の上に位置する箇所のレジストにボーダーレスのコンタクトホールパターン２５を形成する。このとき、コンタクトホールパターン２５は第２電極１７ｘ2 のぴったり上方に位置するように形成するのは困難で、露光機の合わせずれ等によって多少ずれが生じている。ずれの程度は通常０．１μｍ以内である。この実施の形態でも第１電極１７ｘ1 の方向へ位置ずれＡが生じている。
【００２７】
次にボーダーレスコンタクトホールを形成する。この例では、レジスト２３をマスクにして、絶縁膜２１に対してプラズマエッチングを行うことによってコンタクトホール２７を形成する。エッチング装置はＭＥ−ＲＩＥ（Magnetron Enhanced Reactive Ion Etching)を用いていて、そのエッチング条件は圧力が４０ｍTorr、rf-Powerが１５００W 、磁場強度が１２０Gauss 、Ｃ4 Ｆ8 の流量が２０sccm、ＣＯの流量が２５０sccm、Ａｒの流量が５００sccm、第２シリコン酸化膜２１と窒化シリコン膜１９ｘとの選択比（シリコン酸化膜２１／窒化シリコン膜１９ｘ）は約３０とした（図２（Ｂ））。レジスト２３のコンタクトホールパターン２５の位置は第２電極１７ｘ2 からずれていて、このコンタクトホール２７は設計余裕を排除したボーダーレスコンタクトホールであるため、過剰なエッチング処理によって第２電極１７ｘ2 からずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜は下地１５の方へ向かって切削されていく。しかしながら、第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂにはエッチングストッパ層１９ｘとして窒化シリコン膜が設けてあるため、エッチング処理によってわずかに切削された窒化シリコン膜１９ｘのエッチング反応生成物２９が第２電極１７ｘ2 からずれている部分Ａのおよそ０．１μｍの幅のホール底面３１に付着および堆積して耐エッチング膜となり、その後のエッチング反応の進行を妨げる。このためホールの底面３１が下地１５に到達することはない。
【００２８】
次にコンタクトホール２７内に残存する、エッチングストッパ層である窒化シリコン膜１９ｘおよびエッチング反応生成物２９を除去する。ここではＲＩＥ(Reactive Ion Etching)を用いる。エッチングは例えば圧力が２００ｍTorr、rf-Powerが２００W 、ＳＦ6 の流量が５０sccmという条件で行う。これにより、ホール２７内の窒化シリコン膜１９ｘが除去される（図２（Ｃ））。
【００２９】
この結果、第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂの一部分がコンタクトホール２７から露出するボーダーレスコンタクトホール２７を形成することができ、形成されたコンタクトホール２７に金属メッキを施して第２電極１７ｘ2 と電気的接続を行うことができる。
【００３０】
また、この実施の形態のように電極１７ｘの上面１８ａおよび１８ｂにエッチングストッパ層１９ｘを設ける場合には、ボーダーレスコンタクトホール２７の電極１７ｘからの位置ずれＡが０．１５μｍ以内であれば、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１のエッチングをよく阻止することができる。
【００３１】
また、エッチングの条件として必須なのはエッチング選択比で、窒化シリコン膜１９ｘに対する第２シリコン酸化膜２１のエッチング選択比（第２シリコン酸化膜２１／窒化シリコン膜１９ｘが１０から１００であれば好ましく、最適なのは３０である。
【００３２】
また、エッチングガスとしては、Ｃ4 Ｆ8 等の炭素リッチのフッ化炭素系ガスを含んでいるのがよい。
【００３３】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態として、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に電極と電気的接続を行うためのボーダーレスコンタクトホールを形成するにあたり、電極の側壁面に接してエッチングストッパ層を設ける例につき図３を参照して説明する。図３は第２の実施の形態の説明に供する、主要工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある概略図である。また、以下、第１の実施の形態と相違する点につき説明し、第１の実施の形態と同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００３４】
まず、第１の実施の形態と同様にして基板１１上に第１シリコン酸化膜１３を設けて、これらを下地１５とする。次にこの下地１５上にＣＶＤ法を用いてポリシリコン層１７を設けてこのポリシリコン層１７にリンを拡散する。この後リソグラフィおよびエッチングによってポリシリコン層からなる電極１７ｘ（第１電極１７ｘ1 および第２電極１７ｘ2 ）を形成する（図３（Ａ））。
【００３５】
次にＣＶＤ法を用いて電極１７ｘを覆うように下地１５上に窒化シリコン層１９を形成する（図３（Ｂ））。
【００３６】
次にこの構造体の上面に対してプラズマエッチングを行い、電極１７ｘの上面１８ａおよび１８ｂを露出させ、かつ電極１７ｘの側壁面３３に窒化シリコン層からなるサイドウォール３５を形成する（図３（Ｃ））。
【００３７】
この後、第１の実施の形態と同様にして電極１７ｘを覆うように第２シリコン酸化膜２１を形成して、第２シリコン酸化膜２１上にコンタクトホールパターンを有するレジストを形成する。このコンタクトホールパターンは第２電極１７ｘ2 と導通させるためのコンタクトホールに相当するものとする。その後プラズマエッチングにより第２シリコン酸化膜２１にボーダーレスコンタクトホール２７を形成する（図３（Ｄ））。エッチング装置およびエッチング条件は第１の実施の形態と同様である。このボーダーレスコンタクトホール２７の形成位置は第２電極１７ｘ2 に対してずれることが多い。ずれている部分Ａがサイドウォール３５の幅以内であればエッチングストッパ層としてのサイドウォール３５によって、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１のエッチングをそれ以上進行させずにすむ。また、図３（Ｄ）に示しているようにコンタクトホール２７のずれＡがサイドウォール３５の幅以上である場合には、サイドウォール３５から０．１５μｍ以内のずれであれば、エッチングによって第２シリコン酸化膜２１に形成されたホールの底面３１に窒化シリコンのエッチング反応生成物２９が付着および堆積して耐エッチング膜となって、それ以上のエッチングを阻止することができる。したがって第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂの一部分が露出するボーダーレスコンタクトホール２７を形成することができる。
【００３８】
また、第２シリコン酸化膜２１をエッチングして得られたコンタクトホールの底面３１には第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂの一部分が露出しているため、第１の実施の形態のようにエッチングによって窒化シリコン膜を除去する必要はない。
【００３９】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態として、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に電極と電気的接続を行うためのボーダーレスコンタクトホールを形成するにあたり、エッチングストッパ層を、電極の上面および側壁面と、電極間の下地の上面とを被覆させて設けておいて、ボーダーレスコンタクトホール形成後に少なくともコンタクトホール内に残存しているエッチングストッパ層の部分を除去する例につき図４を参照して説明する。図４は第３の実施の形態の説明に供する、主要工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある概略図である。また、以下、第１の実施の形態および第２の実施の実施の形態と相違する点につき説明し、同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００４０】
第１の実施例と同様にして下地１５（基板１１および第１シリコン酸化膜１３）を形成した後、第２の実施の形態と同様にして下地１５上に電極１７ｘ（第１電極１７ｘ1 および第２電極１７ｘ2 ）を形成して、この電極１７ｘを覆うように下地上に窒化シリコン膜１９ｘを形成する（図４（Ａ））。これにより、電極１７ｘの上面１８ａおよび１８ｂと、側壁面と、また電極１７ｘ間の下地１５の上面とをエッチングストッパ層によって被覆させることができる。
【００４１】
次に、ボーダーレスコンタクトホールを形成する。この例では、まず、窒化シリコン膜１９ｘ上に第２シリコン酸化膜２１を形成して、第２シリコン酸化膜２１上にコンタクトホールパターン２５を有するレジスト２３を形成する。このコンタクトホールパターン２５は第２電極１７ｘ2 と導通させるためのコンタクトホールに相当するものとする。その後プラズマエッチングにより第２シリコン酸化膜２１にボーダーレスコンタクトホール２７を形成する（図４（Ｂ））。エッチング装置およびエッチング条件は第１の実施の形態と同様である。このエッチングはコンタクトホールの底面３１が第２電極１７ｘ2 上の窒化シリコン膜１９ｘに到達するまで、少し過剰に行う。コンタクトホール２７の形成位置が第２電極１７ｘ2 に対してずれている場合、ずれている部分Ａがエッチングストッパ層１９ｘの幅以内であれば、第２電極１７ｘ2 を覆うエッチングストッパ層１９ｘによって、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１のエッチングをそれ以上進行させずにすむ。また、図４（Ｂ）に示しているようにコンタクトホール２７の位置ずれＡがエッチングストッパ層１９ｘの幅以上である場合、エッチングストッパ層１９ｘから０．１５μｍ以内のずれであれば、エッチングによって第２シリコン酸化膜２１に形成されたホールの底面３１に窒化シリコン膜１９ｘのエッチング反応生成物２９が付着および堆積して耐エッチング膜となって、それ以上のエッチングを阻止することができる。また、ほとんどあり得ないが、０．１５μｍ以上のずれが生じた場合において、電極１７ｘが設けられていない下地１５上にも窒化シリコン膜１９ｘが形成されているため、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１をエッチングし続けて下地１５をもエッチングしてしまうようなことはない。
【００４２】
この後、コンタクトホール２７内に露出している窒化シリコン膜１９ｘの部分をプラズマエッチングによって除去する。これにより、第２電極１７ｘの上面１８ｂの一部分がホールの底面３１に露出するボーダーレスコンタクトホール２７を形成することができる（図４（Ｃ））。
【００４３】
また、エッチングストッパ層１９ｘを有機ＳＯＧによって形成することもできる。この場合、コンタクトホール２７を形成するエッチング条件のうち有機ＳＯＧに対する第２シリコン酸化膜２１のエッチング選択比（第２シリコン酸化膜２１／有機ＳＯＧ）は５以上であればよい。
【００４４】
＜参考例＞
参考例として、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に電極と電気的接続を行うためのボーダーレスコンタクトホールを形成するにあたり、エッチングストッパ層を下地の上面に設ける例につき図５を参照して説明する。図５は参考例の説明に供する、主要工程段階で得られた構造体の断面の切り口で示してある概略図である。また、以下、第１、第２および第３の実施の形態と相違する点につき説明し、同様の点についてはその詳細な説明を省略する。
【００４５】
第１の実施例と同様にして下地１５（基板１１および第１シリコン酸化膜１３）を形成した後、下地１５上の全面にわたり窒化シリコン膜１９ｘを形成する（図５（Ａ））。
【００４６】
次にこの窒化シリコン膜１９ｘ上にポリシリコンによって第１〜第３の実施の形態と同様にして電極１７ｘ（第１電極１７ｘ1 および第２電極１７ｘ2 ）を形成する（図５（Ｂ））。
【００４７】
この後、第１の実施の形態と同様にして電極１７ｘを覆うように第２シリコン酸化膜２１を形成して、第２シリコン酸化膜２１上にコンタクトホールパターンを有するレジストパターンを形成する。このコンタクトホールパターンは第２電極１７ｘ2 と導通させるためのコンタクトホールに相当するものとする。その後プラズマエッチングにより第２シリコン酸化膜２１にボーダーレスコンタクトホール２７を形成する（図５（Ｃ））。エッチング装置およびエッチング条件は第１の実施の形態と同様である。このコンタクトホール２７が第２電極１７ｘ2 に対して形成する位置がずれていたとしても、下地１５上に設けたエッチングストッパ層１９ｘによって、ずれている部分Ａの第２シリコン酸化膜２１のエッチングを下地１５へ進行させずにすむ。また、この実施の形態では第２電極１７ｘ2 の少なくとも１部がコンタクトホール２７に露出していれば、コンタクトホール２７が第２電極１７ｘ2 からいくらずれていても、第２電極１７ｘ2 のみと導通させるためのコンタクトホール２７を形成することができる。
【００４８】
また、第２シリコン酸化膜２１をエッチングして得られたコンタクトホールの底面３１には第２電極１７ｘ2 の上面１８ｂの一部分が露出しているため第１の実施の形態のようにエッチングによって窒化シリコン膜１９ｘを除去する必要はない。
【００４９】
また、エッチングストッパ層１９ｘを有機ＳＯＧによって形成することもできる。この場合、コンタクトホール２７を形成するエッチング条件のうち有機ＳＯＧに対する第２シリコン酸化膜２１のエッチング選択比（第２シリコン酸化膜２１／有機ＳＯＧ）は５以上であればよい。
【００５０】
【発明の効果】
上述した説明から明らかなように、この発明のコンタクトホールの形成方法によれば、電極に接してエッチングストッパ層を形成した後、ボーダーレスコンタクトホール形成のためのエッチングを行う。電極上の絶縁膜に形成されるボーダーレスコンタクトホールは、露光機の合わせずれ等によって電極と位置ずれを生じて形成されることが多い。このためエッチング処理によって余分に切削されてしまう絶縁膜部分ができてしまう。ここで、電極に接してエッチングストッパ層を設ける。例えばエッチングストッパ層を電極の少なくとも上面に接して設けるとすれば、エッチング処理によってわずかに切削されたエッチングストッパ層のエッチング反応生成物が、余分に切削されてしまう絶縁膜に形成されつつあるホールの底面に付着および堆積して耐エッチング膜となって、それ以降の切削を抑制することができる。
【００５１】
また、エッチング反応生成物の積極的利用を図らない場合には、エッチングストッパ層を電極の表面および電極間の下地の上面と絶縁膜との間に介在させて設けたり、電極の下面と下地との間に介在させて設けたりする。これらの場合には、ボーダーレスコンタクトホールの位置ずれのために余分に切削される絶縁膜の切削されつつあるホールの底面がエッチングストッパ層に到達すれば、それ以降の切削を抑制することができる。
【００５２】
したがって、下地上に設けられた電極を覆う絶縁膜に、電極と電気的接続を行うために形成されるボーダーレスコンタクトホールは、電極との間に位置ずれがあっても、コンタクトホールを形成するエッチング処理によって余分に下地まで切削してしまうことはなく、所望の電極のみと導通可能なボーダーレスコンタクトホールを形成することができる。このため、この発明のコンタクトホールの形成方法を用いればデバイス構造の微細化にも対応することができる。
【００５３】
また、この発明をビアホールの形成に適用しても好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態の説明に供する概略的な工程断面図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は、第１の実施の形態の説明に供する図１に続く概略的な工程断面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｄ）は、第２の実施の形態の説明に供する概略的な工程断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は、第３の実施の形態の説明に供する概略的な工程断面図である。
【図５】 （Ａ）〜（Ｃ）は、参考例の説明に供する概略的な工程断面図である。
【符号の説明】
１１：基板 １３：第１シリコン酸化膜
１５：下地 １７：ポリシリコン層
１７ｘ：電極
１７ｘ1 ：第１電極 １７ｘ2 ：第２電極
１８ａ：第１電極の上面 １８ｂ：第２電極の上面
１９：窒化シリコン層
１９ｘ：エッチングストッパ層、窒化シリコン膜
２１：絶縁膜、第２シリコン酸化膜
２３：レジスト
２５：コンタクトホールパターン
２７：コンタクトホール、ボーダーレスコンタクトホール、ホール
２９：エッチング反応生成物
３１：底面 ３３：側壁面
３５：サイドウォール、エッチングストッパ層
Ａ：位置ずれ、ずれている部分
Claims (4)
- 基板上に、下地である第１シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１シリコン酸化膜上に、電極層を形成する工程と、
前記電極層上に、窒化シリコン層を形成する工程と、
前記電極層及び前記窒化シリコン層をエッチングして、上面に前記窒化シリコン層をエッチングストッパ層として有する電極パターンを形成する工程と、
露出した前記第１シリコン酸化膜上に、前記窒化シリコン層を有する前記電極パターンを覆う第２シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第２シリコン酸化膜の表面から前記電極パターンに至り、不可避的に発生するホール底面の位置ずれ部が、耐エッチング膜として機能する前記窒化シリコン層のエッチング反応生成物で覆われるボーダレスコンタクトホールを、Ｃ4Ｆ8を含むエッチングガスを用い、かつ前記窒化シリコン層に対する前記第２シリコン酸化膜のエッチング選択比を１０から１００の範囲とするエッチングにより形成する工程と、
前記エッチング反応生成物及び露出している前記窒化シリコン層を除去する工程と
を具えることを特徴とするコンタクトホールの形成方法。 - 基板上に、下地である第１シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１シリコン酸化膜上に、電極層を形成する工程と、
前記電極層をエッチングして、電極パターンを形成する工程と、
露出した前記第１シリコン酸化膜上に、前記電極パターンを覆う窒化シリコン層を形成する工程と、
前記窒化シリコン層をエッチングして、前記電極パターンの側壁面を覆うサイドウォールであって、かつ前記電極パターンの上面、並びに当該電極パターン及び前記サイドウォールが非被覆である前記第１シリコン酸化膜の一部分を露出させる前記サイドウォールを形成する工程と、
露出した前記第１シリコン酸化膜上に、前記サイドウォール及び前記電極パターンを覆う第２シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第２シリコン酸化膜の表面から前記電極パターンの上面に至り、不可避的に発生するホール底面の位置ずれ部が、耐エッチング膜として機能する前記サイドウォールである前記窒化シリコン層のエッチング反応生成物で覆われるボーダレスコンタクトホールを、Ｃ4Ｆ8を含むエッチングガスを用い、かつ前記サイドウォールに対する前記第２シリコン酸化膜のエッチング選択比を１０から１００の範囲とするエッチングにより形成する工程と、
を具えることを特徴とするコンタクトホールの形成方法。 - 基板上に、下地である第１シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１シリコン酸化膜上に、電極層を形成する工程と、
前記電極層をエッチングして、電極パターンを形成する工程と、
露出した前記第１シリコン酸化膜上に、前記電極パターンを覆う窒化シリコン層を形成する工程と、
前記窒化シリコン層上に、第２シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第２シリコン酸化膜の表面から、前記電極パターンの上面の少なくとも一部分の直上に位置する前記窒化シリコン層に至り、不可避的に発生するホール底面の位置ずれ部が、耐エッチング膜として機能する前記窒化シリコン層のエッチング反応生成物で覆われるボーダレスコンタクトホールを、Ｃ4Ｆ8を含むエッチングガスを用い、かつ前記窒化シリコン層に対する前記第２シリコン酸化膜のエッチング選択比を１０から１００の範囲とするエッチングにより形成する工程と、
前記エッチング反応生成物を除去し、かつ前記電極パターンの上面を露出させる工程とを具えることを特徴とするコンタクトホールの形成方法。 - 基板上に、下地である第１シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第１シリコン酸化膜上に、電極層を形成する工程と、
前記電極層をエッチングして、電極パターンを形成する工程と、
露出した前記第１シリコン酸化膜上に、前記電極パターンを覆う有機ＳＯＧ（Spin on glass）層を形成する工程と、
前記有機ＳＯＧ層上に、第２シリコン酸化膜を形成する工程と、
前記第２シリコン酸化膜の表面から、前記電極パターンの上面の少なくとも一部分の直上に位置する前記有機ＳＯＧ層上に至り、不可避的に発生するホール底面の位置ずれ部が、耐エッチング膜として機能する前記有機ＳＯＧ層のエッチング反応生成物で覆われるボーダレスコンタクトホールを、前記有機ＳＯＧ層に対する前記第２シリコン酸化膜のエッチング選択比を５以上とするエッチングにより形成する工程と、
前記エッチング反応生成物を除去し、かつ前記電極パターンの上面を露出させる工程とを具えることを特徴とするコンタクトホールの形成方法。
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