JP4120272B2 - 絶縁膜のエッチング方法および半導体装置のコンタクト形成方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜のエッチング方法および半導体装置のコンタクト形成方法に関し、より詳しくは、絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜のエッチングを行う絶縁膜のエッチング方法および半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程とを有する半導体装置のコンタクト形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程における配線形成工程では、半導体基板上で下層の配線または半導体基板の拡散領域を、層間絶縁膜を介して上層の配線と電気的に接続することが必要となる。具体的には、層間絶縁膜を貫通して下層の配線または拡散領域を露出させるコンタクト孔を開口した後、コンタクト孔に導電体を埋め込むことによりコンタクトを形成する。そして、コンタクトと接続するように上層の配線を形成することによって、コンタクトを介して下層の配線または基板の拡散領域が上層の配線と接続される。
【０００３】
図４を用いて、従来のコンタクト形成方法について説明する。図４の例では、半導体基板としてシリコン基板１０を用い、シリコン基板１０の表面に不純物をイオン注入して拡散領域１１を形成する。続いて、シリコン基板１０の上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１２を形成し、さらにその上にレジスト膜１３を形成して図４（ａ）に示す構造とする。次に、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜１３をパターニングすることによって、図４（ｂ）に示すようなコンタクト孔に対応する開口部１４をレジスト膜１３に形成する。そして、シリコン酸化膜１２に対して反応性を有するエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）により、レジスト膜１３をマスクとしてシリコン酸化膜１２を拡散領域１１までエッチングする。以上の操作により図４（ｃ）に示すコンタクト孔１５が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコンタクト形成方法では、形成されたコンタクト孔の断面にボーイングと呼ばれる形状異常が見られるという問題があった。図５を用いて、ボーイング形状について説明する。図５に示すように、ボーイング形状が発生するとコンタクト孔１６の断面が弓状に膨らむ。すなわち、開口径（マスク開口寸法）Ｌ１に対して、例えばコンタクト孔１６の断面中程での開口径Ｌ２が大きくなる。コンタクト孔１６がこのようなボーイング形状に形成されると、後工程において、コンタクト孔１６を介して拡散領域１７に接続する上層の図示しない配線層を良好なカバレージで形成することが困難となる。その結果、例えばボイド（空隙）を生じるなどして素子特性に悪影響を及ぼすこととなる。
【０００５】
また、エッチングガスを用いてエッチングする際に、エッチングマスクであるレジストがエッチングされて無くなることによりコンタクト孔の開口部付近の形状が変化して、図６に示すようにコンタクト孔１８の開口寸法Ｌ３が設定寸法よりも大きくなるという問題もあった。このような現象は対レジスト選択比が小さい場合に見られることから、対レジスト選択比を大きくする必要がある。尚、この場合の対レジスト選択比とは、（絶縁膜のエッチング速度）／（レジスト膜のエッチング速度）をいう。特に、配線パターンの微細化に伴い露光技術の面からレジストの薄膜化が求められる昨今にあっては、対レジスト選択比の向上が一層必要とされている。
【０００６】
上記ボーイング形状の発生率および対レジスト選択比は、使用するエッチングガスの種類によって異なることが知られている。例えば、従来より一般に用いられているエッチングガスとしては、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ、ＡｒおよびＯ２の混合ガス（以下、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスという）、Ｃ５Ｆ８、ＡｒおよびＯ２の混合ガス（以下、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスという）などが挙げられる。しかしながら、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスは、ボーイング形状の発生を抑制する効果はあるが、対レジスト選択比が小さくなる。一方、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスは、対レジスト選択比は大きいが、ボーイング形状を発生し易い。したがって、従来のコンタクト形成方法では、ボーイング形状の発生を抑制しつつ対レジスト選択比を大きくすることは困難であった。すなわち、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合とＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合とではエッチング特性がトレードオフの関係にあり、ボーイング形状の発生を抑制しようとすると対レジスト選択比が小さくなるためにコンタクト孔開口部付近の開口寸法が大きくなり、一方、レジスト選択比を大きくして所望の形状の開口部を有するコンタクト孔を形成しようとするとボーイング形状が著しくなるという問題があった。
【０００７】
さらに、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合には、エッチング中にある深さの所でエッチングが停止する現象（以下、エッチストップという）が見られるという問題もあった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、ボーイング形状の発生を抑制するとともに、エッチストップを起こさずにエッチングすることのできる絶縁膜のエッチング方法を提供するものである。また、本発明は、所望の形状を有するコンタクト孔を形成することのできるコンタクト形成方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単層絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成し、レジスト膜をマスクとして単層絶縁膜のエッチングを行う絶縁膜のエッチング方法において、この単層絶縁膜のエッチングが、Ｃ５Ｆ８、ＡｒおよびＯ２からなる第１のエッチングガスを用いて該単層絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチングと、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ、ＡｒおよびＯ２からなる第２のエッチングガスを用いて該単層絶縁膜の残余の部分をエッチングする第２のエッチングとを含むことを特徴とする。単層絶縁膜がシリコン酸化膜である場合には、第１のエッチングでエッチング量が１１００ｎｍに達するまでエッチングした後に第２のエッチングを行う。
【００１０】
また、本発明は、半導体基板上に単層絶縁膜を形成する工程と、単層絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜をマスクとして単層絶縁膜をエッチングする工程とを有する半導体装置のコンタクト形成方法において、この単層絶縁膜をエッチングする工程が、Ｃ５Ｆ８、ＡｒおよびＯ２からなる第１のエッチングガスを用いて該単層絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチング工程と、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ、ＡｒおよびＯ２からなる第２のエッチングガスを用いて該単層絶縁膜の残余の部分をエッチングする第２のエッチング工程とを含むことを特徴とする。単層絶縁膜がシリコン酸化膜である場合には、第１のエッチング工程でエッチング量が１１００ｎｍに達するまでエッチングした後に第２のエッチング工程を行う。
【００１１】
第１のエッチング工程および第２のエッチング工程は同一のチャンバ内で行ってもよく、第１のエッチング工程を第１のチャンバ内で行った後に第２のエッチング工程を第２のチャンバ内で行ってもよい。
【００１２】
第１のエッチング工程および第２のエッチング工程を同一のチャンバ内で行う場合には、第１のエッチングガスのチャンバ内への供給を停止しチャンバ内のガスを排気した後に第２のエッチングガスをチャンバ内へ供給して第２のエッチング工程を行ってもよい。また、第１のエッチング工程の終了前に第１のエッチングガスのチャンバ内への供給量を減らすとともに第２のエッチングガスのチャンバ内への供給を開始し、第１のエッチング工程の終了時に第１のエッチングガスのチャンバ内への供給を完全に停止して第２のエッチング工程を行ってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１を用いて、本実施の形態によるコンタクト形成方法について説明する。まず、半導体基板として例えばシリコン基板１を用い、この表面に不純物をイオン注入して拡散領域２を形成する（図１（ａ））。ここで、拡散領域２の形成には、例えばｎ型のヒ素（Ａｓ）やｐ型のホウ素（Ｂ）を不純物として用いることができる。次に、シリコン基板１の上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜３を形成する。例えば、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により、シリコン基板１の上にシリコン酸化膜３を堆積させることができる。その後、シリコン酸化膜３の上にレジスト膜４を形成して、図１（ｂ）の構造とする。続いて、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜４をパターニングし、開口部５をレジスト膜４に形成する（図１（ｃ））。
【００１５】
図２は、シリコン基板の上にシリコン酸化膜を形成し、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスまたはＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングしたときのエッチング量とボーイング量との関係を示したものである。ここで、ボーイング量とは、コンタクト孔の最も膨らんでいる部分での開口寸法と開口部での開口寸法の差をいう。例えば、図５ではＬ２−Ｌ１がボーイング量である。
【００１６】
図２の例では、コンタクト孔開口部での開口寸法は１６０ｎｍである。また、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いる場合の対レジスト選択比は５．０であり、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いる場合の対レジスト選択比は７．０である。
【００１７】
図２からわかるように、エッチング量が１１００ｎｍに達するまではＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスおよびＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスともにボーイング量はゼロ（０ｎｍ）であり、コンタクト孔にボーイング形状は発生していない。その後、エッチング量の増加とともにボーイング現象がいずれのガスを用いた場合でも見られるようになる。しかし、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスではボーイング量は一次関数的に増加するのに対し、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでのボーイング量の増加はＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスよりも小さい。また、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでは、エッチング量が１６００ｎｍに達するまでのボーイング量の増加が特に小さい。エッチング量が１６００ｎｍに達したときのボーイング量を比較すると、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスでは約１１ｎｍであるのに対し、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでは約３ｎｍである。一方、対レジスト選択比はＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスよりもＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの方が大きい。したがって、本発明においては、図１（ｄ）に示すように、まず、対レジスト選択比が大きく、エッチストップの起こらないＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いて第１のエッチングを行う。次に、ボーイング量の小さいＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いて第２のエッチングを行う。
【００１８】
例えば、シリコン酸化膜３について全体で１６００ｎｍの膜厚をエッチングしようとする場合、エッチング量が１１００ｎｍに達するまではＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスおよびＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスともにボーイング量はゼロであるので、対レジスト選択比が大きくてエッチストップの発生もないＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いてエッチングする。これにより所望の形状の開口部を有するコンタクト孔の形成を進めることができる。エッチング量が１１００ｎｍに達したところでＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を止めてエッチングを停止する。続いて、図示しないエッチング装置のチャンバ内のガスを排気する。その後、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスに変えてＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスをチャンバ内に供給し、残りのエッチングをＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスで行う。これによりボーイング量を低減して、断面が略垂直形状であるコンタクト孔６を形成することができる。エッチング量の制御は、例えばエッチング時間を制御することにより行う。
【００１９】
表１に、本実施の形態によりエッチングした場合のボーイング量を、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスのみを用いてエッチングした場合のボーイング量およびＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスのみを用いてエッチングした場合のボーイング量と比較した結果を示す。但し、表１の各ボーイング量は、被エッチング量１６００ｎｍに対して１．３５倍のオーバーエッチ（エッチング量にして２１６０ｎｍ）を行った場合の値である。表１より、本実施の形態によるエッチングで発生するエッチング量はＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合と同程度であり、良好な断面を有するコンタクト孔が形成されていることがわかる。
【００２０】
【表１】
【００２１】
本実施の形態によれば、絶縁膜のエッチングを２段階に分けて行うことにより、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の開口寸法を有するコンタクト孔を形成することができる。すなわち、ボーイング現象が発生しないエッチング量までは対レジスト選択比の大きいガスを用いて第１のエッチングを行う。これにより、レジスト膜がエッチングされることによるレジスト膜の消失を防いで、所望の形状を有する開口部を形成することができる。また、同時にコンタクト孔の断面を垂直にするエッチングを行うことができる。次に、ボーイング現象を抑制するエッチングガスを用い、絶縁膜の残りの部分について第２のエッチングを行う。これにより、ボーイング量を低減して断面を略垂直に維持したままエッチングを進めることができる。以上の操作により、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の形状の開口部を有するコンタクト孔を形成することができる。また、エッチストップを起こさないＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスで先にエッチングを行った後、残りをＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでエッチングするので、全体にエッチストップを起こすことなくエッチングを進めることができる。
【００２２】
コンタクト孔６形成後は、例えばプラズマアッシャー処理によりレジスト膜４を除去して図１（ｅ）の構造とする。さらに、フッ酸等を用いてコンタクト孔６底部のシリコン基板１上に形成された図示しない酸化膜を除去した後、例えばチタン（Ｔｉ）７をスパッタ法により堆積し、続いて、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）８を反応性スパッタ法により堆積する。その後、配線金属９を堆積し、フォトリソグラフィ法により配線パターンを形成して、図１（ｆ）の構造とする。
【００２３】
本実施の形態では半導体基板上に拡散領域を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、配線層が形成された半導体基板の上に層間絶縁膜を形成してもよい。層間絶縁膜の上にコンタクト孔に対応するパターンを有するレジスト膜を形成し、本実施の形態による第１のエッチングおよび第２のエッチングを行って、配線層に到達する開口部を層間絶縁膜に形成することができる。
【００２４】
また、本実施の形態では層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリコン窒化膜などの他の無機絶縁膜を用いてもよく、ポリイミドなどの有機絶縁膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜と有機絶縁膜との積層構造であってもよい。
【００２５】
さらに、本実施の形態では第１のエッチングと第２のエッチングを同一のチャンバ内で行ったが、別々のチャンバ内で行ってもよい。例えば、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いてエッチング量が１１００ｎｍとなるまで第１のチャンバ内で第１のエッチングを行う。次に、半導体基板を第１のチャンバから搬出し、第２のチャンバ内へ搬入する。その後、第２のチャンバ内でＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いて第２のエッチングを行う。このように、第１のエッチングと第２のエッチングをチャンバを別にして行うことにより、同一のチャンバ内でエッチングを行う際に生じ得る残留ガスによるエッチング特性の変化やパーティクルの増加等の問題を解消することができる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態１においてはＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスによる第１のエッチング後、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を完全に止めてチャンバ内のガスを排気した後、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを供給して第２のエッチングを行った。本実施の形態においては、第１のエッチングから第２のエッチングへの切り替えを、チャンバ内へのＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を徐々に少なくする一方で、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を徐々に多くすることによって行うことを特徴としている。
【００２７】
図１を用いて、本実施の形態によるコンタクト形成方法について説明する。まず、半導体基板として例えばシリコン基板１を用い、この表面に不純物をイオン注入して拡散領域２を形成する（図１（ａ））。ここで、拡散領域２の形成には、例えばｎ型のヒ素（Ａｓ）やｐ型のホウ素（Ｂ）を不純物として用いることができる。次に、シリコン基板１の上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜３を形成する。例えば、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により、シリコン基板１の上にシリコン酸化膜３を堆積させることができる。その後、シリコン酸化膜３の上にレジスト膜４を形成して、図１（ｂ）の構造とする。続いて、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜４をパターニングし、開口部５をレジスト膜４に形成する（図１（ｃ））。
【００２８】
次に、図１（ｄ）に示すように、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスおよびＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いて、シリコン酸化膜３のエッチングを行う。本実施の形態においては、まず、図示しないエッチング装置のチャンバ内にＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを供給して第１のエッチングを行う。エッチング量が１１００ｎｍ近傍に達したところでチャンバ内に供給するＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量を減少させる。また、これと同時にＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスをチャンバ内に徐々に供給する。エッチング量が１１００ｎｍに達したところでＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を完全に停止するとともに、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量がエッチングに適した所定の流量となるように調節して第２のエッチングを行う。第１のエッチングの際にＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量を減少させるとともにＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を開始するタイミングおよびこれらのガスの流量変化については、ボーイング量の変化から適当な条件を設定する。Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給が早すぎると、レジスト膜がエッチングされてコンタクト孔開口部付近での開口寸法が大きくなるので、できるだけエッチング量が１１００ｎｍに達する直前で行うのがよい。エッチング量の制御は、例えばエッチング時間を制御することにより行う。図３にエッチング量に対するＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスとＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量変化の一例を示す。
【００２９】
本実施の形態によれば、絶縁膜のエッチングを２段階に分けて行うことにより、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の開口寸法を有するコンタクト孔を形成することができる。すなわち、ボーイング現象が発生しないエッチング量までは対レジスト選択比の大きいガスを用いて第１のエッチングを行う。これにより、レジスト膜がエッチングされることによるレジスト膜の消失を防いで、所望の形状を有する開口部を形成することができる。また、同時にコンタクト孔の断面を垂直にするエッチングを行うことができる。次に、ボーイング現象を抑制するエッチングガスを用い、絶縁膜の残りの部分について第２のエッチングを行う。これにより、ボーイング量を低減して断面を略垂直に維持したままエッチングを進めることができる。以上の操作により、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の形状の開口部を有するコンタクト孔を形成することができる。また、エッチストップを起こさないＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスで先にエッチングを行った後、残りをＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでエッチングするので、全体にエッチストップを起こすことなくエッチングを進めることができる。
【００３０】
また、本実施の形態によれば、異なるエッチングガスを用いた第１のエッチングと第２のエッチングを連続して行うことにより、エッチング工程に要する時間を短くすることができる。すなわち、第１のエッチングを行った後チャンバ内のガスを排気することなく第２のエッチングを行うので、エッチングガスの切り替えに特別な時間を要することがない。また、同一のチャンバ内でエッチングを行うので半導体基板の搬送も不要である。したがって、全体の処理時間を短くしてスループットを高めることができる。
【００３１】
コンタクト孔６形成後は、例えばプラズマアッシャー処理によりレジスト膜４を除去して図１（ｅ）の構造とする。さらに、フッ酸等を用いてコンタクト孔６底部のシリコン基板１上に形成され図示しない酸化膜を除去した後、例えばチタン（Ｔｉ）７をスパッタ法により堆積し、続いて、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）８を反応性スパッタ法により堆積する。その後、配線金属９を堆積し、フォトリソグラフィ法により配線パターンを形成して、図１（ｆ）の構造とする。
【００３２】
本実施の形態では半導体基板上に拡散領域を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、配線層が形成された半導体基板の上に層間絶縁膜を形成してもよい。層間絶縁膜の上にコンタクト孔に対応するパターンを有するレジスト膜を形成し、本実施の形態による第１のエッチングおよび第２のエッチングを行って、配線層に到達する開口部を層間絶縁膜に形成することができる。
【００３３】
また、本実施の形態では層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリコン窒化膜などの他の無機絶縁膜を用いてもよく、ポリイミドなどの有機絶縁膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜と有機絶縁膜との積層構造であってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁膜のエッチングを、Ｃ ５ Ｆ ８ を含む第１のガスで行い、次いでＣ ４ Ｆ ８ を含む第２のガスで行うことにより、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の開口寸法を有するコンタクト孔を形成することができる。また、エッチストップを起こすこと無しにエッチング工程を進めることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、第１のエッチングと第２のエッチングをチャンバを別にして行うことにより、同一のチャンバ内でエッチングを行う際に生じ得る残留ガスによるエッチング特性の変化やパーティクルの増加等の問題を解消することができる。
【００３６】
さらに、本発明によれば、第１のエッチングを行った後チャンバ内のガスを排気することなく第２のエッチングを行うことにより、全体の処理時間を短くしてスループットを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるコンタクト孔の形成工程を示す図である。
【図２】Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスまたはＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合のエッチング量とボーイング量との関係を示す図である。
【図３】本実施の形態２において、エッチング量に対するＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスとＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量変化の一例を示す図である。
【図４】従来のコンタクト孔の形成工程を示す図である。
【図５】ボーイング形状を説明する図である。
【図６】対レジスト選択比の小さいエッチングガスを用いた場合のコンタクト孔の形状異常を説明する図である。
【符号の説明】
１，１０ シリコン基板、 ２，１１，１７ 拡散領域、 ３，１２ シリコン酸化膜、 ４，１３ レジスト膜、 ５，１４ 開口部、 ６，１５，１６，１８ コンタクト孔、 ７ チタン、 ８ 窒化チタン、 ９ 配線金属。
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁膜のエッチング方法および半導体装置のコンタクト形成方法に関し、より詳しくは、絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜のエッチングを行う絶縁膜のエッチング方法および半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜をマスクとして前記絶縁膜をエッチングする工程とを有する半導体装置のコンタクト形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程における配線形成工程では、半導体基板上で下層の配線または半導体基板の拡散領域を、層間絶縁膜を介して上層の配線と電気的に接続することが必要となる。具体的には、層間絶縁膜を貫通して下層の配線または拡散領域を露出させるコンタクト孔を開口した後、コンタクト孔に導電体を埋め込むことによりコンタクトを形成する。そして、コンタクトと接続するように上層の配線を形成することによって、コンタクトを介して下層の配線または基板の拡散領域が上層の配線と接続される。
【０００３】
図４を用いて、従来のコンタクト形成方法について説明する。図４の例では、半導体基板としてシリコン基板１０を用い、シリコン基板１０の表面に不純物をイオン注入して拡散領域１１を形成する。続いて、シリコン基板１０の上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜１２を形成し、さらにその上にレジスト膜１３を形成して図４（ａ）に示す構造とする。次に、フォトリソグラフィ法によりレジスト膜１３をパターニングすることによって、図４（ｂ）に示すようなコンタクト孔に対応する開口部１４をレジスト膜１３に形成する。そして、シリコン酸化膜１２に対して反応性を有するエッチングガスを用いた反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ法）により、レジスト膜１３をマスクとしてシリコン酸化膜１２を拡散領域１１までエッチングする。以上の操作により図４（ｃ）に示すコンタクト孔１５が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のコンタクト形成方法では、形成されたコンタクト孔の断面にボーイングと呼ばれる形状異常が見られるという問題があった。図５を用いて、ボーイング形状について説明する。図５に示すように、ボーイング形状が発生するとコンタクト孔１６の断面が弓状に膨らむ。すなわち、開口径（マスク開口寸法）Ｌ１に対して、例えばコンタクト孔１６の断面中程での開口径Ｌ２が大きくなる。コンタクト孔１６がこのようなボーイング形状に形成されると、後工程において、コンタクト孔１６を介して拡散領域１７に接続する上層の図示しない配線層を良好なカバレージで形成することが困難となる。その結果、例えばボイド（空隙）を生じるなどして素子特性に悪影響を及ぼすこととなる。
【０００５】
また、エッチングガスを用いてエッチングする際に、エッチングマスクであるレジストがエッチングされて無くなることによりコンタクト孔の開口部付近の形状が変化して、図６に示すようにコンタクト孔１８の開口寸法Ｌ３が設定寸法よりも大きくなるという問題もあった。このような現象は対レジスト選択比が小さい場合に見られることから、対レジスト選択比を大きくする必要がある。尚、この場合の対レジスト選択比とは、（絶縁膜のエッチング速度）／（レジスト膜のエッチング速度）をいう。特に、配線パターンの微細化に伴い露光技術の面からレジストの薄膜化が求められる昨今にあっては、対レジスト選択比の向上が一層必要とされている。
【０００６】
上記ボーイング形状の発生率および対レジスト選択比は、使用するエッチングガスの種類によって異なることが知られている。例えば、従来より一般に用いられているエッチングガスとしては、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ、ＡｒおよびＯ２の混合ガス（以下、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスという）、Ｃ５Ｆ８、ＡｒおよびＯ２の混合ガス（以下、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスという）などが挙げられる。しかしながら、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスは、ボーイング形状の発生を抑制する効果はあるが、対レジスト選択比が小さくなる。一方、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスは、対レジスト選択比は大きいが、ボーイング形状を発生し易い。したがって、従来のコンタクト形成方法では、ボーイング形状の発生を抑制しつつ対レジスト選択比を大きくすることは困難であった。すなわち、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合とＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合とではエッチング特性がトレードオフの関係にあり、ボーイング形状の発生を抑制しようとすると対レジスト選択比が小さくなるためにコンタクト孔開口部付近の開口寸法が大きくなり、一方、レジスト選択比を大きくして所望の形状の開口部を有するコンタクト孔を形成しようとするとボーイング形状が著しくなるという問題があった。
【０００７】
さらに、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合には、エッチング中にある深さの所でエッチングが停止する現象（以下、エッチストップという）が見られるという問題もあった。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、ボーイング形状の発生を抑制するとともに、エッチストップを起こさずにエッチングすることのできる絶縁膜のエッチング方法を提供するものである。また、本発明は、所望の形状を有するコンタクト孔を形成することのできるコンタクト形成方法を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、単層絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成し、レジスト膜をマスクとして単層絶縁膜のエッチングを行う絶縁膜のエッチング方法において、この単層絶縁膜のエッチングが、Ｃ５Ｆ８、ＡｒおよびＯ２からなる第１のエッチングガスを用いて該単層絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチングと、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ、ＡｒおよびＯ２からなる第２のエッチングガスを用いて該単層絶縁膜の残余の部分をエッチングする第２のエッチングとを含むことを特徴とする。単層絶縁膜がシリコン酸化膜である場合には、第１のエッチングでエッチング量が１１００ｎｍに達するまでエッチングした後に第２のエッチングを行う。
【００１０】
また、本発明は、半導体基板上に単層絶縁膜を形成する工程と、単層絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成する工程と、レジスト膜をマスクとして単層絶縁膜をエッチングする工程とを有する半導体装置のコンタクト形成方法において、この単層絶縁膜をエッチングする工程が、Ｃ５Ｆ８、ＡｒおよびＯ２からなる第１のエッチングガスを用いて該単層絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチング工程と、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ、ＡｒおよびＯ２からなる第２のエッチングガスを用いて該単層絶縁膜の残余の部分をエッチングする第２のエッチング工程とを含むことを特徴とする。単層絶縁膜がシリコン酸化膜である場合には、第１のエッチング工程でエッチング量が１１００ｎｍに達するまでエッチングした後に第２のエッチング工程を行う。
【００１１】
第１のエッチング工程および第２のエッチング工程は同一のチャンバ内で行ってもよく、第１のエッチング工程を第１のチャンバ内で行った後に第２のエッチング工程を第２のチャンバ内で行ってもよい。
【００１２】
第１のエッチング工程および第２のエッチング工程を同一のチャンバ内で行う場合には、第１のエッチングガスのチャンバ内への供給を停止しチャンバ内のガスを排気した後に第２のエッチングガスをチャンバ内へ供給して第２のエッチング工程を行ってもよい。また、第１のエッチング工程の終了前に第１のエッチングガスのチャンバ内への供給量を減らすとともに第２のエッチングガスのチャンバ内への供給を開始し、第１のエッチング工程の終了時に第１のエッチングガスのチャンバ内への供給を完全に停止して第２のエッチング工程を行ってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１を用いて、本実施の形態によるコンタクト形成方法について説明する。まず、半導体基板として例えばシリコン基板１を用い、この表面に不純物をイオン注入して拡散領域２を形成する（図１（ａ））。ここで、拡散領域２の形成には、例えばｎ型のヒ素（Ａｓ）やｐ型のホウ素（Ｂ）を不純物として用いることができる。次に、シリコン基板１の上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜３を形成する。例えば、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により、シリコン基板１の上にシリコン酸化膜３を堆積させることができる。その後、シリコン酸化膜３の上にレジスト膜４を形成して、図１（ｂ）の構造とする。続いて、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜４をパターニングし、開口部５をレジスト膜４に形成する（図１（ｃ））。
【００１５】
図２は、シリコン基板の上にシリコン酸化膜を形成し、エッチングガスとしてＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスまたはＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いてシリコン酸化膜をエッチングしたときのエッチング量とボーイング量との関係を示したものである。ここで、ボーイング量とは、コンタクト孔の最も膨らんでいる部分での開口寸法と開口部での開口寸法の差をいう。例えば、図５ではＬ２−Ｌ１がボーイング量である。
【００１６】
図２の例では、コンタクト孔開口部での開口寸法は１６０ｎｍである。また、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いる場合の対レジスト選択比は５．０であり、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いる場合の対レジスト選択比は７．０である。
【００１７】
図２からわかるように、エッチング量が１１００ｎｍに達するまではＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスおよびＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスともにボーイング量はゼロ（０ｎｍ）であり、コンタクト孔にボーイング形状は発生していない。その後、エッチング量の増加とともにボーイング現象がいずれのガスを用いた場合でも見られるようになる。しかし、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスではボーイング量は一次関数的に増加するのに対し、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでのボーイング量の増加はＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスよりも小さい。また、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでは、エッチング量が１６００ｎｍに達するまでのボーイング量の増加が特に小さい。エッチング量が１６００ｎｍに達したときのボーイング量を比較すると、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスでは約１１ｎｍであるのに対し、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでは約３ｎｍである。一方、対レジスト選択比はＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスよりもＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの方が大きい。したがって、本発明においては、図１（ｄ）に示すように、まず、対レジスト選択比が大きく、エッチストップの起こらないＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いて第１のエッチングを行う。次に、ボーイング量の小さいＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いて第２のエッチングを行う。
【００１８】
例えば、シリコン酸化膜３について全体で１６００ｎｍの膜厚をエッチングしようとする場合、エッチング量が１１００ｎｍに達するまではＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスおよびＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスともにボーイング量はゼロであるので、対レジスト選択比が大きくてエッチストップの発生もないＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いてエッチングする。これにより所望の形状の開口部を有するコンタクト孔の形成を進めることができる。エッチング量が１１００ｎｍに達したところでＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を止めてエッチングを停止する。続いて、図示しないエッチング装置のチャンバ内のガスを排気する。その後、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスに変えてＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスをチャンバ内に供給し、残りのエッチングをＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスで行う。これによりボーイング量を低減して、断面が略垂直形状であるコンタクト孔６を形成することができる。エッチング量の制御は、例えばエッチング時間を制御することにより行う。
【００１９】
表１に、本実施の形態によりエッチングした場合のボーイング量を、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスのみを用いてエッチングした場合のボーイング量およびＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスのみを用いてエッチングした場合のボーイング量と比較した結果を示す。但し、表１の各ボーイング量は、被エッチング量１６００ｎｍに対して１．３５倍のオーバーエッチ（エッチング量にして２１６０ｎｍ）を行った場合の値である。表１より、本実施の形態によるエッチングで発生するエッチング量はＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合と同程度であり、良好な断面を有するコンタクト孔が形成されていることがわかる。
【００２０】
【表１】
本実施の形態によれば、絶縁膜のエッチングを２段階に分けて行うことにより、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の開口寸法を有するコンタクト孔を形成することができる。すなわち、ボーイング現象が発生しないエッチング量までは対レジスト選択比の大きいガスを用いて第１のエッチングを行う。これにより、レジスト膜がエッチングされることによるレジスト膜の消失を防いで、所望の形状を有する開口部を形成することができる。また、同時にコンタクト孔の断面を垂直にするエッチングを行うことができる。次に、ボーイング現象を抑制するエッチングガスを用い、絶縁膜の残りの部分について第２のエッチングを行う。これにより、ボーイング量を低減して断面を略垂直に維持したままエッチングを進めることができる。以上の操作により、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の形状の開口部を有するコンタクト孔を形成することができる。また、エッチストップを起こさないＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスで先にエッチングを行った後、残りをＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでエッチングするので、全体にエッチストップを起こすことなくエッチングを進めることができる。
【００２２】
コンタクト孔６形成後は、例えばプラズマアッシャー処理によりレジスト膜４を除去して図１（ｅ）の構造とする。さらに、フッ酸等を用いてコンタクト孔６底部のシリコン基板１上に形成された図示しない酸化膜を除去した後、例えばチタン（Ｔｉ）７をスパッタ法により堆積し、続いて、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）８を反応性スパッタ法により堆積する。その後、配線金属９を堆積し、フォトリソグラフィ法により配線パターンを形成して、図１（ｆ）の構造とする。
【００２３】
本実施の形態では半導体基板上に拡散領域を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、配線層が形成された半導体基板の上に層間絶縁膜を形成してもよい。層間絶縁膜の上にコンタクト孔に対応するパターンを有するレジスト膜を形成し、本実施の形態による第１のエッチングおよび第２のエッチングを行って、配線層に到達する開口部を層間絶縁膜に形成することができる。
【００２４】
また、本実施の形態では層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリコン窒化膜などの他の無機絶縁膜を用いてもよく、ポリイミドなどの有機絶縁膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜と有機絶縁膜との積層構造であってもよい。
【００２５】
さらに、本実施の形態では第１のエッチングと第２のエッチングを同一のチャンバ内で行ったが、別々のチャンバ内で行ってもよい。例えば、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いてエッチング量が１１００ｎｍとなるまで第１のチャンバ内で第１のエッチングを行う。次に、半導体基板を第１のチャンバから搬出し、第２のチャンバ内へ搬入する。その後、第２のチャンバ内でＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いて第２のエッチングを行う。このように、第１のエッチングと第２のエッチングをチャンバを別にして行うことにより、同一のチャンバ内でエッチングを行う際に生じ得る残留ガスによるエッチング特性の変化やパーティクルの増加等の問題を解消することができる。
【００２６】
実施の形態２．
実施の形態１においてはＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスによる第１のエッチング後、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を完全に止めてチャンバ内のガスを排気した後、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを供給して第２のエッチングを行った。本実施の形態においては、第１のエッチングから第２のエッチングへの切り替えを、チャンバ内へのＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を徐々に少なくする一方で、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を徐々に多くすることによって行うことを特徴としている。
【００２７】
図１を用いて、本実施の形態によるコンタクト形成方法について説明する。まず、半導体基板として例えばシリコン基板１を用い、この表面に不純物をイオン注入して拡散領域２を形成する（図１（ａ））。ここで、拡散領域２の形成には、例えばｎ型のヒ素（Ａｓ）やｐ型のホウ素（Ｂ）を不純物として用いることができる。次に、シリコン基板１の上に層間絶縁膜としてシリコン酸化膜３を形成する。例えば、ＣＶＤ法（化学気相成長法）により、シリコン基板１の上にシリコン酸化膜３を堆積させることができる。その後、シリコン酸化膜３の上にレジスト膜４を形成して、図１（ｂ）の構造とする。続いて、フォトリソグラフィ法を用いてレジスト膜４をパターニングし、開口部５をレジスト膜４に形成する（図１（ｃ））。
【００２８】
次に、図１（ｄ）に示すように、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスおよびＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いて、シリコン酸化膜３のエッチングを行う。本実施の形態においては、まず、図示しないエッチング装置のチャンバ内にＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを供給して第１のエッチングを行う。エッチング量が１１００ｎｍ近傍に達したところでチャンバ内に供給するＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量を減少させる。また、これと同時にＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスをチャンバ内に徐々に供給する。エッチング量が１１００ｎｍに達したところでＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を完全に停止するとともに、Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量がエッチングに適した所定の流量となるように調節して第２のエッチングを行う。第１のエッチングの際にＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量を減少させるとともにＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給を開始するタイミングおよびこれらのガスの流量変化については、ボーイング量の変化から適当な条件を設定する。Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの供給が早すぎると、レジスト膜がエッチングされてコンタクト孔開口部付近での開口寸法が大きくなるので、できるだけエッチング量が１１００ｎｍに達する直前で行うのがよい。エッチング量の制御は、例えばエッチング時間を制御することにより行う。図３にエッチング量に対するＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスとＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量変化の一例を示す。
【００２９】
本実施の形態によれば、絶縁膜のエッチングを２段階に分けて行うことにより、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の開口寸法を有するコンタクト孔を形成することができる。すなわち、ボーイング現象が発生しないエッチング量までは対レジスト選択比の大きいガスを用いて第１のエッチングを行う。これにより、レジスト膜がエッチングされることによるレジスト膜の消失を防いで、所望の形状を有する開口部を形成することができる。また、同時にコンタクト孔の断面を垂直にするエッチングを行うことができる。次に、ボーイング現象を抑制するエッチングガスを用い、絶縁膜の残りの部分について第２のエッチングを行う。これにより、ボーイング量を低減して断面を略垂直に維持したままエッチングを進めることができる。以上の操作により、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の形状の開口部を有するコンタクト孔を形成することができる。また、エッチストップを起こさないＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスで先にエッチングを行った後、残りをＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスでエッチングするので、全体にエッチストップを起こすことなくエッチングを進めることができる。
【００３０】
また、本実施の形態によれば、異なるエッチングガスを用いた第１のエッチングと第２のエッチングを連続して行うことにより、エッチング工程に要する時間を短くすることができる。すなわち、第１のエッチングを行った後チャンバ内のガスを排気することなく第２のエッチングを行うので、エッチングガスの切り替えに特別な時間を要することがない。また、同一のチャンバ内でエッチングを行うので半導体基板の搬送も不要である。したがって、全体の処理時間を短くしてスループットを高めることができる。
【００３１】
コンタクト孔６形成後は、例えばプラズマアッシャー処理によりレジスト膜４を除去して図１（ｅ）の構造とする。さらに、フッ酸等を用いてコンタクト孔６底部のシリコン基板１上に形成され図示しない酸化膜を除去した後、例えばチタン（Ｔｉ）７をスパッタ法により堆積し、続いて、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）８を反応性スパッタ法により堆積する。その後、配線金属９を堆積し、フォトリソグラフィ法により配線パターンを形成して、図１（ｆ）の構造とする。
【００３２】
本実施の形態では半導体基板上に拡散領域を形成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、配線層が形成された半導体基板の上に層間絶縁膜を形成してもよい。層間絶縁膜の上にコンタクト孔に対応するパターンを有するレジスト膜を形成し、本実施の形態による第１のエッチングおよび第２のエッチングを行って、配線層に到達する開口部を層間絶縁膜に形成することができる。
【００３３】
また、本実施の形態では層間絶縁膜としてシリコン酸化膜を用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリコン窒化膜などの他の無機絶縁膜を用いてもよく、ポリイミドなどの有機絶縁膜を用いてもよい。また、無機絶縁膜と有機絶縁膜との積層構造であってもよい。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁膜のエッチングを、Ｃ ５ Ｆ ８ を含む第１のガスで行い、次いでＣ ４ Ｆ ８ を含む第２のガスで行うことにより、ボーイング形状の発生を抑制しつつ所望の開口寸法を有するコンタクト孔を形成することができる。また、エッチストップを起こすこと無しにエッチング工程を進めることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、第１のエッチングと第２のエッチングをチャンバを別にして行うことにより、同一のチャンバ内でエッチングを行う際に生じ得る残留ガスによるエッチング特性の変化やパーティクルの増加等の問題を解消することができる。
【００３６】
さらに、本発明によれば、第１のエッチングを行った後チャンバ内のガスを排気することなく第２のエッチングを行うことにより、全体の処理時間を短くしてスループットを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるコンタクト孔の形成工程を示す図である。
【図２】Ｃ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスまたはＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスを用いた場合のエッチング量とボーイング量との関係を示す図である。
【図３】本実施の形態２において、エッチング量に対するＣ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２系ガスとＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２系ガスの流量変化の一例を示す図である。
【図４】従来のコンタクト孔の形成工程を示す図である。
【図５】ボーイング形状を説明する図である。
【図６】対レジスト選択比の小さいエッチングガスを用いた場合のコンタクト孔の形状異常を説明する図である。
【符号の説明】
１，１０ シリコン基板、 ２，１１，１７ 拡散領域、 ３，１２ シリコン酸化膜、 ４，１３ レジスト膜、 ５，１４ 開口部、 ６，１５，１６，１８ コンタクト孔、 ７ チタン、 ８ 窒化チタン、 ９ 配線金属。
Claims (8)
- 単層絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成し、該レジスト膜をマスクとして前記単層絶縁膜のエッチングを行う絶縁膜のエッチング方法において、
前記エッチングは、Ｃ５Ｆ８、ＡｒおよびＯ２からなる第１のエッチングガスを用いて前記単層絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチングと、前記第１のエッチング後にＣ４Ｆ８、ＣＯ、ＡｒおよびＯ２からなる第２のエッチングガスを用いて前記単層絶縁膜の残余の部分をエッチングする第２のエッチングとを含むことを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。 - 前記単層絶縁膜はシリコン酸化膜であって、前記第１のエッチングでエッチング量が１１００ｎｍに達するまでエッチングした後に前記第２のエッチングを行う請求項１に記載の絶縁膜のエッチング方法。
- 半導体基板上に単層絶縁膜を形成する工程と、該単層絶縁膜上に所定の開口を有するレジスト膜を形成する工程と、該レジスト膜をマスクとして前記単層絶縁膜をエッチングする工程とを有する半導体装置のコンタクト形成方法において、
前記単層絶縁膜をエッチングする工程は、Ｃ５Ｆ８、ＡｒおよびＯ２からなる第１のエッチングガスを用いて前記単層絶縁膜を所定深さまでエッチングする第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程後にＣ４Ｆ８、ＣＯ、ＡｒおよびＯ２からなる第２のエッチングガスを用いて前記単層絶縁膜の残余の部分をエッチングする第２のエッチング工程とを含むことを特徴とする半導体装置のコンタクト形成方法。 - 前記単層絶縁膜はシリコン酸化膜であって、前記第１のエッチング工程でエッチング量が１１００ｎｍに達するまでエッチングした後に前記第２のエッチング工程を行う請求項３に記載の半導体装置のコンタクト形成方法。
- 前記第１のエッチング工程および前記第２のエッチング工程を同一のチャンバ内で行う請求項３または４に記載の半導体装置のコンタクト形成方法。
- 前記第１のエッチング工程を第１のチャンバ内で行った後に前記第２のエッチング工程を第２のチャンバ内で行う請求項３または４に記載の半導体装置のコンタクト形成方法。
- 前記第１のエッチングガスの前記チャンバ内への供給を停止し前記チャンバ内のガスを排気した後に前記第２のエッチングガスを前記チャンバ内へ供給して前記第２のエッチング工程を行う請求項５に記載の半導体装置のコンタクト形成方法。
- 前記第１のエッチング工程の終了前に前記第１のエッチングガスの前記チャンバ内への供給量を減らすとともに前記第２のエッチングガスの前記チャンバ内への供給を開始し、前記第１のエッチング工程の終了時に前記第１のエッチングガスの前記チャンバ内への供給を完全に停止して前記第２のエッチング工程を行う請求項５に記載の半導体装置のコンタクト形成方法。
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