JP4153708B2 - 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，プラズマ処理を施すことによりエッチングを行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば図４に示すようにシリコン基板などの半導体基板１０上に形成されたゲート１２を覆うＳｉＯ２などのシリコン酸化膜からなる絶縁膜層１６に対してプラズマエッチングによりコンタクトホールを形成する場合，各ゲート１０の表面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの保護膜層１４を形成しておき，コンタクトホール２０形成時にゲート１２がエッチングされることを防止しつつ，各ゲート１２間の狭小空間に自己整合的にコンタクトホール２０を形成する技術としてセルフアラインコンタクト技術が知られている。
【０００３】
このようなセルフアラインコンタクト技術を用いてコンタクトホール２０を形成する場合，プラズマエッチングを行う場合の処理ガスとしては，例えばエッチングガスとしてＣ４Ｆ８などのＣＦ系ガスと堆積物（デポ）を除去するガスとしてＯ２を含む混合ガスが使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，近年の半導体装置の集積度の向上，半導体基板上に形成される各種素子の更なる微細化の要請に伴いデザインルールの微細化がますます進み，半導体基板上に形成される各ゲート（電極）間もさらに狭小化が要求され，各ゲート（電極）間に形成するコンタクトホールもさらなる高アスペクト比が要求される。
【０００５】
しかしながら，上述した従来の処理ガスを使用するプラズマエッチングでは，より狭小の各ゲート間により高アスペクト比のコンタクトホールを形成するほど抜け性の低下やエッチングストップの発生を防止する等のため，エッチング処理をより長い時間行う必要がある。ところが，ゲート表面に形成する保護膜層であるシリコン窒化膜の肩部（角部）は，図４に示すように絶縁膜層１６であるシリコン酸化膜に形成しようとするコンタクトホール２０に張り出すことが多いため非常にエッチングされ易く，ゲート１２の保護膜層１４に対する絶縁膜層１６のエッチング選択比によっては保護膜層１４の肩部（角部）１４ａもさらにエッチングされてしまい，ゲート１２が露出してしまうおそれがある。
【０００６】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，ゲートのシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜層のエッチング選択比を高くするができ，これによりゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極力抑えることができ，より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，制御性に優れた新規かつ改良されたエッチング方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，気密な処理室内に処理ガスを導入して，シリコン含有酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングする方法において，前記処理ガスは，少なくともフルオロカーボン系ガスと第１の堆積物除去ガスと第１の堆積物除去ガスより堆積物除去作用の小さい第２の堆積物除去ガスとを含む混合ガスを使用することを特徴とするエッチング方法が提供される。
【０００８】
また，前記フルオロカーボン系ガスの流量に対する前記第１の堆積物除去ガスの流量と前記第２の堆積物除去ガスの流量との合計流量の比，及び前記フルオロカーボン系ガスの流量に対する前記第２の堆積物除去ガスの流量の比により，前記シリコン窒化膜に対する前記シリコン含有酸化膜のエッチング選択比を所定の値に設定することが好ましい。
【０００９】
また，前記シリコン含有酸化膜は，シリコン酸化膜であることが望ましく，また，前記フルオロカーボン系ガスはＣ４Ｆ６ガスとし，前記第１の堆積物除去ガスは酸素ガスとし，前記第２の堆積物除去ガスは窒素ガスとすることが望ましい。さらに，前記処理ガスは，不活性ガスを含むことが好ましい。
【００１０】
また，前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５／８以下であって，かつＣ４Ｆ６のガス流量に対するＯ２とＮ２とを合わせたガス流量の比が１５／４以上４５／４以下であることが好ましい。
【００１１】
また，前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５／８以下であって，かつＯ２のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が５以上１７以下であることが好ましい。
【００１２】
また，処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け，上部電極に第１の高周波電力を印加し，下部電極に第１の高周波電力よりも低い第２の高周波電力を印加することが好ましく，前記第１の高周波電力の周波数を６０ＭＨｚとし，前記第２の高周波電力の周波数を２ＭＨｚとすることがより好ましい。
【００１３】
また，前記シリコン窒化膜を下地にした前記シリコン酸化膜に対してエッチングすることが好ましく，前記エッチングは，セルフアラインコンタクト工程において行うことがより好ましい。
【００１４】
このような本発明によれば，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜層であるシリコン酸化膜層のエッチング速度を大きくすることができ，しかもゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４に対するシリコン酸化膜層のエッチング選択比をより高くすることができる。このため，ゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極力抑えることができ，高アスペクト比のコンタクトホールを制御性よく安定的に形成することができる。これにより，近年の半導体装置の集積度の向上，半導体基板上に形成される各種素子の更なる微細化の要請に応えることができる。
【００１５】
なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００１６】
【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好適な実施形態について説明する。図１は本実施の形態にかかるエッチング方法を実施するためのエッチング装置の一例としての平行平板型のプラズマエッチング装置の概略構成を示す。
【００１７】
このエッチング装置１００の保安接地された処理容器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には，整合器１１８を介して第２高周波電源１２０が接続されている。
【００１８】
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が配置されている。上部電極１２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が介装され電気的に絶縁されている。また，上部電極１２２には，整合器１１９を介してプラズマ生成高周波電力を出力する第１高周波電源１２１が接続されている。
【００１９】
なお，上記上部電極１２２には第１高周波電源１２１から例えば１３．５６ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下，好ましくは６０ＭＨｚの第１高周波電力が供給される。また，下部電極１０６には，第２高周波電源１２０から第１高周波電源１２１の高周波電力の周波数よりも低い周波数，例えば２ＭＨｚ以上で１３．５６ＭＨｚよりも小さい周波数，好ましくは２ＭＨｚの第２高周波電力が供給される。
【００２０】
上記ガス吐出孔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，例えばＣ４Ｆ６を供給するプロセスガス供給系１２６ａと，Ａｒガスを供給するプロセスガス供給系１２６ｂ，Ｎ２を供給するプロセスガス供給系１２６ｃ，Ｏ２を供給するプロセスガス供給系１２６ｄが接続されている。
【００２１】
各プロセスガス供給系１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄには，それぞれ開閉バルブ１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄと流量調整バルブ１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄを介して，Ｃ４Ｆ６ガス供給源１３６ａ，Ａｒガス供給源１３６ｂ，Ｎ２ガス供給源１３６ｃ，Ｏ２ガス供給源１３６ｄが接続されている。
【００２２】
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。
【００２３】
次に，上記エッチング装置を用いて本実施の形態にかかるエッチング方法を適用する工程について図２を参照しながら説明する。先ず，本発明にかかるエッチング方法を適用する図２（ａ）に示す膜構造の具体例について説明する。
【００２４】
この膜構造は次のように形成される。半導体基板としてのＳｉ（シリコン）基板２００上にゲート２０２を形成した後，このゲート２０２を覆うように保護膜としてのシリコン窒化膜層２０４を形成する。次いで，全面に絶縁膜層としてＳｉＯ２などのシリコン酸化膜層２０６を例えばＣＶＤ（化学気相成長法）により成膜する。続いて，シリコン酸化膜層２０６上にフォトレジスト膜塗布した後、コンタクトホール２１０のフォトレジストパターンを形成することによりフォトレジスト層２０８を形成する。
【００２５】
次に，こうして形成された膜構造に対して，本発明に係るエッチング方法によりシリコン酸化膜層２０６をシリコン窒化膜層２０４に対して選択的にエッチングしてゲート２０２間にコンタクトホールを形成する。すなわち，処理容器１０２内にフルオロカーボン系ガスとしてのＣ４Ｆ６ガス，第１の堆積物除去ガスとしてのＯ２（酸素）ガス，第２の堆積物除去ガスとしてのＮ２（窒素）ガス，Ａｒガスを含む混合ガスからなる処理ガスを導入しプラズマ処理を行うことによりエッチングを行う。ここで，Ｃ４Ｆ６ガスはエッチングガスとして導入し，Ａｒガスは希釈ガスとして導入する。また，Ｏ２ガス及びＮ２ガスはエッチングによる堆積物（デポ）を除去する等のために導入する。
【００２６】
ここで，デポを除去するガスとしてＯ２の他にＮ２も入れるのは，デポを除去する能力がＯ２よりも低いので，流量をコントロールしやすいからである。すなわち，通常，Ｏ２やＮ２などのデポ除去ガスは流量が多くなるほど多くのデポを除去することができるが，Ｏ２とＮ２とはその程度が異なる。Ｎ２は流量に対するデポ除去量（デポ除去能力）が増加する割合がＯ２のおよそ１／１０から１／２０である。このため，Ｏ２ではその流量を少し増加しただけでもデポ除去量が大きくなるのでデポを除去しすぎてしまう。デポの除去量が多すぎると，例えば本実施形態の膜構造ではゲートの保護膜層としてのシリコン窒化膜層２０４に対する絶縁膜層としてのシリコン酸化膜層２０６のエッチング選択比を高くすることができなくなる。従って，流量に対するデポ除去量の少ないＮ２を処理ガスに含めることによりデポ除去量を容易に調整することができる。
【００２７】
但し，処理ガスにＮ２だけ含めてＯ２を含めないと，Ｎ２は流量に対するデポ除去量が少ないため十分にデポを除去しきれずエッチングストップが発生してしまう。このため，本発明ではＮ２のみならずＯ２も処理ガスに含めている。
【００２８】
また，Ｎ２もデポ除去能力がある以上，流量が多すぎるとシリコン窒化膜層２０４に対するシリコン酸化膜層２０６のエッチング選択比を高くすることができなくなる。このため，Ｎ２を含めた各ガスの流量比を検討する必要がある。
【００２９】
ここで，上記各ガスの好適な流量比を得るために，図２（ａ）に示す膜構造におけるシリコン酸化膜層２０６にエッチングを行った実験結果を説明する。ベースとするエッチングの際の条件は，処理容器１０２内の圧力が３０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２に印加する高周波電力を６０ＭＨｚで１５３０Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力（バイアス電力）を２ＭＨｚで１３５０Ｗ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔２５ｍｍ，Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）は１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとし，処理室１０４内の設定温度については下部電極を４０℃，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃とする。バックプレッシャーガス（Ｈｅガス）としてのウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタが５Ｔｏｒｒでエッジが１０Ｔｏｒｒとする。この条件で図２（ｂ）に示すように高さＨが１．４μｍ，直径０．４μｍ，シリコン窒化膜層２０４のシリコン基板２００からの高さ０．３５μｍとするコンタクトホールを形成するのに，Ｎ２の流量だけを変えて１００％オーバーエッチングの条件でエッチングを行う。ここでいう１００％オーバーエッチングの条件とは，シリコン酸化膜層２０６の厚さの２倍の厚さをエッチングするのに要する時間だけエッチングすることである。
【００３０】
先ず，Ｎ２のガス流量を２００ｓｃｃｍとした場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２のガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／２００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチングを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエッチング速度は４９１．３ｎｍ／ｍｉｎ，４７８．０ｎｍ／ｍｉｎ，４４９．３ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは１１２ｎｍ，１１８ｎｍ，１３４ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）は１７．４，１５．９，１２．６となった。フォトレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／フォトレジスト層の肩部（角部）のエッチング速度）は４．６，５．２，５．０となった。
【００３１】
ここで，上記シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量は，図２（ｂ）に示すようにシリコン基板２００に対して傾き４５度の直線を，エッチング前（削る前）の肩部２０４ａとエッチング後（削った後）の肩部２０４ａとに引いたときの各直線の距離ｔとする。また上記フォトレジスト層２０８の肩部（角部）の削れ量は，図２（ｂ）に示すようにエッチング前（削る前）のフォトレジスト層２０８の上面からエッチング後（削った後）に肩部（角部）として削れた斜め部分と削れなかった垂直部分との境界までの距離ｕとする。
【００３２】
また，Ｎ２のガス流量を１５０ｓｃｃｍとした場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２のガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチングを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエッチング速度は５０８．７ｎｍ／ｍｉｎ，５０２．０ｎｍ／ｍｉｎ，４７４．０ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは８４ｎｍ，７３ｎｍ，８４ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）は２３．１，２６．０，２０．５となった。フォトレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／フォトレジスト層の肩部（角部）エッチング速度）は５．２，７．８，７．８となった。
【００３３】
また，Ｎ２のガス流量を１００ｓｃｃｍとした場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２のガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチングを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエッチング速度は５３９．３ｎｍ／ｍｉｎ，５２４．０ｎｍ／ｍｉｎ，５００．０ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは４７ｎｍ，５１ｎｍ，６５ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）は４１．３，３６．４，２６．６となった。フォトレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／フォトレジスト層の肩部（角部）エッチング速度）は６．６，６．８，１０．０となった。
【００３４】
この実験結果をグラフに表すと図３に示すようになる。横軸にはＮ２のガス流量をとり，縦軸にはシリコン酸化膜のエッチング速度，シリコン酸化膜の選択比とって，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近の各値の平均をプロットしたものである。ここで，ｙ１はＮ２のガス流量とシリコン酸化膜のエッチング速度との関係を示すグラフ，ｙ２はＮ２のガス流量とフォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比との関係を示すグラフ，ｙ３はＮ２のガス流量とシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比との関係を示すグラフである。なお，上記のベースとなるエッチングの際の条件においてＮ２の流量が５０ｓｃｃｍ以下ではエッチングストップが発生する。
【００３５】
グラフｙ１を見るとＮ２の流量が少ないほどシリコン酸化膜のエッチング速度が大きくなっていることがわかる。またｙ２，ｙ３を見るとＮ２の流量が少ないほどフォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比とシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比はともに高くなることがわかる。但し，Ｎ２の流量が少ないほどシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比の増加の割合は大きいのに対して，フォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比は高くなってはいるがほとんど変わらないこともわかる。これにより，Ｎ２の流量を少なくすればするほど，フォトレジスト層に対するシリコン酸化膜の選択比をほとんど変えずに，シリコン酸化膜のエッチング速度を増加させて，しかもシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜の選択比を向上させることができることがわかる。
【００３６】
そこで，好適なＮ２の流量としては，実用的にはシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜の選択比は２０．０以上となるような範囲が好ましく，さらに３０．０以上となる範囲がより好ましい。具体的なＮ２の流量としては，グラフｙ３によれば，上記のベースとなるエッチングの際の条件において実質的には１７０ｓｃｃｍ以下が好ましく，実質的には１２０ｓｃｃｍ以下がより好ましい。但し，Ｎ２を少なくしすぎるとエッチングストップが発生するので少なくとも５０ｓｃｃｍ以上は必要である。以上により，好適なＮ２の流量は，実質的には５０ｓｃｃｍ以上１７０ｓｃｃｍ以下であることが好ましく，さらに実質的には８０ｓｃｃｍ以上１２０ｓｃｃｍ以下であることがより好ましい。
【００３７】
これらを流量比に換算すると，例えばＣ４Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比は５０／１６以上１７０／１６以下（すなわち２５／８以上８５／８以下）が好ましく，さらに８０／１６以上１２０／１６以下（すなわち１０／２以上１５／２以下）がより好ましい。また，エッチングガスであるＣ４Ｆ６のガス流量に対するデポ除去ガスであるＮ２とＯ２をあわせたガス流量の比は６０／１６以上１８０／１６以下（１５／４以上４５／４以下）が好ましく，さらに９０／１６以上１３０／１６以下（４５／８以上６５／８以下）がより好ましい。また，デポ除去ガスとしてＯ２のガス流量に対するＮ２のガス流量の比は５０／１０以上１７０／１０以下（５以上１７以下）が好ましく，さらに８０／１０以上１２０／１０（８以上１２以下）以下がより好ましい。
【００３８】
このような原理に基づいて，上記の好適なエッチングの条件により図２（ａ）に示す膜構造に対してプラズマエッチングを行うと，図２（ｂ）に示すようにゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４までエッチングされることを極力抑えつつ，ゲート２０２間に自己整合的にコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００３９】
ここで，本実施の形態におけるエッチング方法による実験結果と比較するために，従来のエッチング方法による実験結果を示す。この場合のエッチングの際の条件は，上部電極１２２に印加する高周波電力を６０ＭＨｚで１５００Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力（バイアス電力）を２ＭＨｚで１３００Ｗ，Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ｃ５Ｆ８のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）は１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１８ｓｃｃｍとし，処理室１０４内の設定温度については下部電極を４０℃，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃とする。バックプレッシャーガス（Ｈｅガス）としてのウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタが５Ｔｏｒｒでエッジが１０Ｔｏｒｒとする。
【００４０】
このような従来の条件で図２（ａ）に示すような膜構造に対してプラズマエッチングを行うと，次のような実験結果が得られた。なお，以下の実験結果は，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近で測定した平均値である。
シリコン酸化膜のエッチング速度は５００ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは８ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）は２０．０となった。フォトレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／フォトレジスト層の肩部（角部）のエッチング速度）は６．０となった。
【００４１】
本実施形態の実験結果と従来の実験結果を見てもわかるように，本実施の形態のように処理ガスにＮ２を加えその流量比を上記の好適な値に選ぶことにより，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜層であるシリコン酸化膜層２０６のエッチング速度を大きくすることができ，しかもゲート２０２の保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４に対するシリコン酸化膜層２０６のエッチング選択比をより高くすることができる。このため，ゲート２０２の保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４までエッチングされることを極力抑えることができ，より高アスペクト比のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００４２】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれぱ，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４３】
例えば，上記実施の形態ではシリコン含有酸化膜は，絶縁膜層としてのシリコン酸化膜層２０６とした場合について説明したが，シリコン酸化膜のみならず炭素添加ケイ酸（ＳｉＯＣ）膜，水素添加ケイ酸（ＳｉＯＨ）膜，フッ素添加ケイ酸（ＳｉＯＦ）膜などの無機低誘電率膜としてもよい。
なお，上記シリコン酸化膜は，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，上記実施の形態では処理ガスに含ませるフルオロカーボン系ガスとして，Ｃ４Ｆ６ガスを使用した場合について説明したが，その他Ｃ５Ｆ８ガスなどのフルオロカーボン系ガスを使用してもよい。
【００４４】
また，上記実施の形態においては，エッチング装置として，上部電極に６０Ｈｚの高周波電力を印加し，下部電極に２ＭＨｚの高周波電力を印加する装置を使用した場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，エッチング装置として上部電極のみ又は下部電極のみに高周波電力を印加するものや，これらにさらに磁場も形成するものを使用してもよい。
この場合，上記実施の形態におけるような上部電極に６０Ｈｚの高周波電力を印加し，下部電極に２ＭＨｚの高周波電力を印加する装置を使用した場合には，特に上部電極に印加する高周波電力がプラズマ密度を制御し，下部電極に印加する高周波電力でイオンエネルギを制御することができるので，例えばエッチングの選択性に影響する反応生成物（デポ，堆積物）の付着・除去等を制御可能となるため，最も好ましい。
さらに，エッチング装置としては，ＥＣＲプラズマエッチング装置，ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣＰ型プラズマエッチング装置、誘導結合型
プラズマエッチング装置等を使用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば，処理ガスにＮ２を加え，その流量比を好適な値に選ぶことにより，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜層であるシリコン酸化膜層のエッチング速度を大きくすることができ，しかもゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜層のエッチング選択比を高くすることができる。このため，ゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極力抑えることができ，高アスペクト比のコンタクトホールを制御性よく安定的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるエッチング方法を適用可能なエッチング装置の概略構成図である。
【図２】同実施の形態におけるエッチング方法の工程図である。
【図３】同実施の形態におけるシリコン酸化膜をエッチングした場合の実験結果を示す図。
【図４】従来のエッチング方法を説明する図。
【符号の説明】
１００…エッチング装置
１０２…処理容器
１０４…処理室
１０６…下部電極
１０８…高圧電流電源
１１０…静電チャック
１１２…フォーカスリング
１１８…整合器
１１９…整合器
１２０…高周波電源
１２１…高周波電源
１２２…上部電極
１２２ａ…ガス供給孔
１２３…絶縁体
１２４…ガス供給管
１２６ａ〜１２６ｄ…ガス供給系
１３２ａ〜１３２ｄ…開閉バルブ
１３４ａ〜１３４ｄ…流量調整バルブ
１３６ａ〜１３６ｄ…ガス供給源
１５０…排気管
２００…シリコン基板
２０２…ゲート
２０４…シリコン窒化膜層
２０６…シリコン酸化膜層
２０８…フォトレジスト層
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，プラズマ処理を施すことによりエッチングを行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば図４に示すようにシリコン基板などの半導体基板１０上に形成されたゲート１２を覆うＳｉＯ２などのシリコン酸化膜からなる絶縁膜層１６に対してプラズマエッチングによりコンタクトホールを形成する場合，各ゲート１０の表面にシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などの保護膜層１４を形成しておき，コンタクトホール２０形成時にゲート１２がエッチングされることを防止しつつ，各ゲート１２間の狭小空間に自己整合的にコンタクトホール２０を形成する技術としてセルフアラインコンタクト技術が知られている。
【０００３】
このようなセルフアラインコンタクト技術を用いてコンタクトホール２０を形成する場合，プラズマエッチングを行う場合の処理ガスとしては，例えばエッチングガスとしてＣ４Ｆ８などのＣＦ系ガスと堆積物（デポ）を除去するガスとしてＯ２を含む混合ガスが使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，近年の半導体装置の集積度の向上，半導体基板上に形成される各種素子の更なる微細化の要請に伴いデザインルールの微細化がますます進み，半導体基板上に形成される各ゲート（電極）間もさらに狭小化が要求され，各ゲート（電極）間に形成するコンタクトホールもさらなる高アスペクト比が要求される。
【０００５】
しかしながら，上述した従来の処理ガスを使用するプラズマエッチングでは，より狭小の各ゲート間により高アスペクト比のコンタクトホールを形成するほど抜け性の低下やエッチングストップの発生を防止する等のため，エッチング処理をより長い時間行う必要がある。ところが，ゲート表面に形成する保護膜層であるシリコン窒化膜の肩部（角部）は，図４に示すように絶縁膜層１６であるシリコン酸化膜に形成しようとするコンタクトホール２０に張り出すことが多いため非常にエッチングされ易く，ゲート１２の保護膜層１４に対する絶縁膜層１６のエッチング選択比によっては保護膜層１４の肩部（角部）１４ａもさらにエッチングされてしまい，ゲート１２が露出してしまうおそれがある。
【０００６】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，ゲートのシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜層のエッチング選択比を高くするができ，これによりゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極力抑えることができ，より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，制御性に優れた新規かつ改良されたエッチング方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，気密な処理室内に処理ガスを導入して，シリコン含有酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングする方法において，前記処理ガスは，少なくともフルオロカーボン系ガスと第１の堆積物除去ガスと第１の堆積物除去ガスより堆積物除去作用の小さい第２の堆積物除去ガスとを含む混合ガスを使用することを特徴とするエッチング方法が提供される。
【０００８】
また，前記フルオロカーボン系ガスの流量に対する前記第１の堆積物除去ガスの流量と前記第２の堆積物除去ガスの流量との合計流量の比，及び前記フルオロカーボン系ガスの流量に対する前記第２の堆積物除去ガスの流量の比により，前記シリコン窒化膜に対する前記シリコン含有酸化膜のエッチング選択比を所定の値に設定することが好ましい。
【０００９】
また，前記シリコン含有酸化膜は，シリコン酸化膜であることが望ましく，また，前記フルオロカーボン系ガスはＣ４Ｆ６ガスとし，前記第１の堆積物除去ガスは酸素ガスとし，前記第２の堆積物除去ガスは窒素ガスとすることが望ましい。さらに，前記処理ガスは，不活性ガスを含むことが好ましい。
【００１０】
また，前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５／８以下であって，かつＣ４Ｆ６のガス流量に対するＯ２とＮ２とを合わせたガス流量の比が１５／４以上４５／４以下であることが好ましい。
【００１１】
また，前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５／８以下であって，かつＯ２のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が５以上１７以下であることが好ましい。
【００１２】
また，処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け，上部電極に第１の高周波電力を印加し，下部電極に第１の高周波電力よりも低い第２の高周波電力を印加することが好ましく，前記第１の高周波電力の周波数を６０ＭＨｚとし，前記第２の高周波電力の周波数を２ＭＨｚとすることがより好ましい。
【００１３】
また，前記シリコン窒化膜を下地にした前記シリコン酸化膜に対してエッチングすることが好ましく，前記エッチングは，セルフアラインコンタクト工程において行うことがより好ましい。
【００１４】
このような本発明によれば，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜層であるシリコン酸化膜層のエッチング速度を大きくすることができ，しかもゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４に対するシリコン酸化膜層のエッチング選択比をより高くすることができる。このため，ゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極力抑えることができ，高アスペクト比のコンタクトホールを制御性よく安定的に形成することができる。これにより，近年の半導体装置の集積度の向上，半導体基板上に形成される各種素子の更なる微細化の要請に応えることができる。
【００１５】
なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００１６】
【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好適な実施形態について説明する。図１は本実施の形態にかかるエッチング方法を実施するためのエッチング装置の一例としての平行平板型のプラズマエッチング装置の概略構成を示す。
【００１７】
このエッチング装置１００の保安接地された処理容器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には，整合器１１８を介して第２高周波電源１２０が接続されている。
【００１８】
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が配置されている。上部電極１２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が介装され電気的に絶縁されている。また，上部電極１２２には，整合器１１９を介してプラズマ生成高周波電力を出力する第１高周波電源１２１が接続されている。
【００１９】
なお，上記上部電極１２２には第１高周波電源１２１から例えば１３．５６ＭＨｚ以上１５０ＭＨｚ以下，好ましくは６０ＭＨｚの第１高周波電力が供給される。また，下部電極１０６には，第２高周波電源１２０から第１高周波電源１２１の高周波電力の周波数よりも低い周波数，例えば２ＭＨｚ以上で１３．５６ＭＨｚよりも小さい周波数，好ましくは２ＭＨｚの第２高周波電力が供給される。
【００２０】
上記ガス吐出孔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，例えばＣ４Ｆ６を供給するプロセスガス供給系１２６ａと，Ａｒガスを供給するプロセスガス供給系１２６ｂ，Ｎ２を供給するプロセスガス供給系１２６ｃ，Ｏ２を供給するプロセスガス供給系１２６ｄが接続されている。
【００２１】
各プロセスガス供給系１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ，１２６ｄには，それぞれ開閉バルブ１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄと流量調整バルブ１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃ，１３４ｄを介して，Ｃ４Ｆ６ガス供給源１３６ａ，Ａｒガス供給源１３６ｂ，Ｎ２ガス供給源１３６ｃ，Ｏ２ガス供給源１３６ｄが接続されている。
【００２２】
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。
【００２３】
次に，上記エッチング装置を用いて本実施の形態にかかるエッチング方法を適用する工程について図２を参照しながら説明する。先ず，本発明にかかるエッチング方法を適用する図２（ａ）に示す膜構造の具体例について説明する。
【００２４】
この膜構造は次のように形成される。半導体基板としてのＳｉ（シリコン）基板２００上にゲート２０２を形成した後，このゲート２０２を覆うように保護膜としてのシリコン窒化膜層２０４を形成する。次いで，全面に絶縁膜層としてＳｉＯ２などのシリコン酸化膜層２０６を例えばＣＶＤ（化学気相成長法）により成膜する。続いて，シリコン酸化膜層２０６上にフォトレジスト膜塗布した後、コンタクトホール２１０のフォトレジストパターンを形成することによりフォトレジスト層２０８を形成する。
【００２５】
次に，こうして形成された膜構造に対して，本発明に係るエッチング方法によりシリコン酸化膜層２０６をシリコン窒化膜層２０４に対して選択的にエッチングしてゲート２０２間にコンタクトホールを形成する。すなわち，処理容器１０２内にフルオロカーボン系ガスとしてのＣ４Ｆ６ガス，第１の堆積物除去ガスとしてのＯ２（酸素）ガス，第２の堆積物除去ガスとしてのＮ２（窒素）ガス，Ａｒガスを含む混合ガスからなる処理ガスを導入しプラズマ処理を行うことによりエッチングを行う。ここで，Ｃ４Ｆ６ガスはエッチングガスとして導入し，Ａｒガスは希釈ガスとして導入する。また，Ｏ２ガス及びＮ２ガスはエッチングによる堆積物（デポ）を除去する等のために導入する。
【００２６】
ここで，デポを除去するガスとしてＯ２の他にＮ２も入れるのは，デポを除去する能力がＯ２よりも低いので，流量をコントロールしやすいからである。すなわち，通常，Ｏ２やＮ２などのデポ除去ガスは流量が多くなるほど多くのデポを除去することができるが，Ｏ２とＮ２とはその程度が異なる。Ｎ２は流量に対するデポ除去量（デポ除去能力）が増加する割合がＯ２のおよそ１／１０から１／２０である。このため，Ｏ２ではその流量を少し増加しただけでもデポ除去量が大きくなるのでデポを除去しすぎてしまう。デポの除去量が多すぎると，例えば本実施形態の膜構造ではゲートの保護膜層としてのシリコン窒化膜層２０４に対する絶縁膜層としてのシリコン酸化膜層２０６のエッチング選択比を高くすることができなくなる。従って，流量に対するデポ除去量の少ないＮ２を処理ガスに含めることによりデポ除去量を容易に調整することができる。
【００２７】
但し，処理ガスにＮ２だけ含めてＯ２を含めないと，Ｎ２は流量に対するデポ除去量が少ないため十分にデポを除去しきれずエッチングストップが発生してしまう。このため，本発明ではＮ２のみならずＯ２も処理ガスに含めている。
【００２８】
また，Ｎ２もデポ除去能力がある以上，流量が多すぎるとシリコン窒化膜層２０４に対するシリコン酸化膜層２０６のエッチング選択比を高くすることができなくなる。このため，Ｎ２を含めた各ガスの流量比を検討する必要がある。
【００２９】
ここで，上記各ガスの好適な流量比を得るために，図２（ａ）に示す膜構造におけるシリコン酸化膜層２０６にエッチングを行った実験結果を説明する。ベースとするエッチングの際の条件は，処理容器１０２内の圧力が３０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２に印加する高周波電力を６０ＭＨｚで１５３０Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力（バイアス電力）を２ＭＨｚで１３５０Ｗ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔２５ｍｍ，Ｃ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）は１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとし，処理室１０４内の設定温度については下部電極を４０℃，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃とする。バックプレッシャーガス（Ｈｅガス）としてのウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタが５Ｔｏｒｒでエッジが１０Ｔｏｒｒとする。この条件で図２（ｂ）に示すように高さＨが１．４μｍ，直径０．４μｍ，シリコン窒化膜層２０４のシリコン基板２００からの高さ０．３５μｍとするコンタクトホールを形成するのに，Ｎ２の流量だけを変えて１００％オーバーエッチングの条件でエッチングを行う。ここでいう１００％オーバーエッチングの条件とは，シリコン酸化膜層２０６の厚さの２倍の厚さをエッチングするのに要する時間だけエッチングすることである。
【００３０】
先ず，Ｎ２のガス流量を２００ｓｃｃｍとした場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２のガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／２００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチングを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエッチング速度は４９１．３ｎｍ／ｍｉｎ，４７８．０ｎｍ／ｍｉｎ，４４９．３ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは１１２ｎｍ，１１８ｎｍ，１３４ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）は１７．４，１５．９，１２．６となった。フォトレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／フォトレジスト層の肩部（角部）のエッチング速度）は４．６，５．２，５．０となった。
【００３１】
ここで，上記シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量は，図２（ｂ）に示すようにシリコン基板２００に対して傾き４５度の直線を，エッチング前（削る前）の肩部２０４ａとエッチング後（削った後）の肩部２０４ａとに引いたときの各直線の距離ｔとする。また上記フォトレジスト層２０８の肩部（角部）の削れ量は，図２（ｂ）に示すようにエッチング前（削る前）のフォトレジスト層２０８の上面からエッチング後（削った後）に肩部（角部）として削れた斜め部分と削れなかった垂直部分との境界までの距離ｕとする。
【００３２】
また，Ｎ２のガス流量を１５０ｓｃｃｍとした場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２のガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチングを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエッチング速度は５０８．７ｎｍ／ｍｉｎ，５０２．０ｎｍ／ｍｉｎ，４７４．０ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは８４ｎｍ，７３ｎｍ，８４ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）は２３．１，２６．０，２０．５となった。フォトレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／フォトレジスト層の肩部（角部）エッチング速度）は５．２，７．８，７．８となった。
【００３３】
また，Ｎ２のガス流量を１００ｓｃｃｍとした場合，すなわちＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｎ２／Ｏ２のガス流量比（Ｃ４Ｆ６のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｎ２のガス流量／Ｏ２のガス流量）を１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１００ｓｃｃｍ／１０ｓｃｃｍとしてエッチングを行った場合，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近ではそれぞれ，シリコン酸化膜のエッチング速度は５３９．３ｎｍ／ｍｉｎ，５２４．０ｎｍ／ｍｉｎ，５００．０ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは４７ｎｍ，５１ｎｍ，６５ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）は４１．３，３６．４，２６．６となった。フォトレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／フォトレジスト層の肩部（角部）エッチング速度）は６．６，６．８，１０．０となった。
【００３４】
この実験結果をグラフに表すと図３に示すようになる。横軸にはＮ２のガス流量をとり，縦軸にはシリコン酸化膜のエッチング速度，シリコン酸化膜の選択比とって，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近の各値の平均をプロットしたものである。ここで，ｙ１はＮ２のガス流量とシリコン酸化膜のエッチング速度との関係を示すグラフ，ｙ２はＮ２のガス流量とフォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比との関係を示すグラフ，ｙ３はＮ２のガス流量とシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比との関係を示すグラフである。なお，上記のベースとなるエッチングの際の条件においてＮ２の流量が５０ｓｃｃｍ以下ではエッチングストップが発生する。
【００３５】
グラフｙ１を見るとＮ２の流量が少ないほどシリコン酸化膜のエッチング速度が大きくなっていることがわかる。またｙ２，ｙ３を見るとＮ２の流量が少ないほどフォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比とシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比はともに高くなることがわかる。但し，Ｎ２の流量が少ないほどシリコン窒化膜層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比の増加の割合は大きいのに対して，フォトレジスト層の肩部に対するシリコン酸化膜の選択比は高くなってはいるがほとんど変わらないこともわかる。これにより，Ｎ２の流量を少なくすればするほど，フォトレジスト層に対するシリコン酸化膜の選択比をほとんど変えずに，シリコン酸化膜のエッチング速度を増加させて，しかもシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜の選択比を向上させることができることがわかる。
【００３６】
そこで，好適なＮ２の流量としては，実用的にはシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜の選択比は２０．０以上となるような範囲が好ましく，さらに３０．０以上となる範囲がより好ましい。具体的なＮ２の流量としては，グラフｙ３によれば，上記のベースとなるエッチングの際の条件において実質的には１７０ｓｃｃｍ以下が好ましく，実質的には１２０ｓｃｃｍ以下がより好ましい。但し，Ｎ２を少なくしすぎるとエッチングストップが発生するので少なくとも５０ｓｃｃｍ以上は必要である。以上により，好適なＮ２の流量は，実質的には５０ｓｃｃｍ以上１７０ｓｃｃｍ以下であることが好ましく，さらに実質的には８０ｓｃｃｍ以上１２０ｓｃｃｍ以下であることがより好ましい。
【００３７】
これらを流量比に換算すると，例えばＣ４Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比は５０／１６以上１７０／１６以下（すなわち２５／８以上８５／８以下）が好ましく，さらに８０／１６以上１２０／１６以下（すなわち１０／２以上１５／２以下）がより好ましい。また，エッチングガスであるＣ４Ｆ６のガス流量に対するデポ除去ガスであるＮ２とＯ２をあわせたガス流量の比は６０／１６以上１８０／１６以下（１５／４以上４５／４以下）が好ましく，さらに９０／１６以上１３０／１６以下（４５／８以上６５／８以下）がより好ましい。また，デポ除去ガスとしてＯ２のガス流量に対するＮ２のガス流量の比は５０／１０以上１７０／１０以下（５以上１７以下）が好ましく，さらに８０／１０以上１２０／１０（８以上１２以下）以下がより好ましい。
【００３８】
このような原理に基づいて，上記の好適なエッチングの条件により図２（ａ）に示す膜構造に対してプラズマエッチングを行うと，図２（ｂ）に示すようにゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４までエッチングされることを極力抑えつつ，ゲート２０２間に自己整合的にコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００３９】
ここで，本実施の形態におけるエッチング方法による実験結果と比較するために，従来のエッチング方法による実験結果を示す。この場合のエッチングの際の条件は，上部電極１２２に印加する高周波電力を６０ＭＨｚで１５００Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力（バイアス電力）を２ＭＨｚで１３００Ｗ，Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２のガス流量比（Ｃ５Ｆ８のガス流量／Ａｒのガス流量／Ｏ２のガス流量）は１６ｓｃｃｍ／８００ｓｃｃｍ／１８ｓｃｃｍとし，処理室１０４内の設定温度については下部電極を４０℃，上部電極を６０℃，側壁部を５０℃とする。バックプレッシャーガス（Ｈｅガス）としてのウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタが５Ｔｏｒｒでエッジが１０Ｔｏｒｒとする。
【００４０】
このような従来の条件で図２（ａ）に示すような膜構造に対してプラズマエッチングを行うと，次のような実験結果が得られた。なお，以下の実験結果は，ウェハＷの中央付近，中央と端部との中間付近，端部付近で測定した平均値である。
シリコン酸化膜のエッチング速度は５００ｎｍ／ｍｉｎとなり，またシリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａの削れ量ｔは８ｎｍとなり，シリコン窒化膜層２０４の肩部（角部）２０４ａに対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜のエッチング速度／シリコン窒化膜の肩部（角部）のエッチング速度）は２０．０となった。フォトレジスト層２０８の肩部（角部）に対するシリコン酸化膜層２０６の選択比（シリコン酸化膜層のエッチング速度／フォトレジスト層の肩部（角部）のエッチング速度）は６．０となった。
【００４１】
本実施形態の実験結果と従来の実験結果を見てもわかるように，本実施の形態のように処理ガスにＮ２を加えその流量比を上記の好適な値に選ぶことにより，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜層であるシリコン酸化膜層２０６のエッチング速度を大きくすることができ，しかもゲート２０２の保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４に対するシリコン酸化膜層２０６のエッチング選択比をより高くすることができる。このため，ゲート２０２の保護膜層であるシリコン窒化膜層２０４までエッチングされることを極力抑えることができ，より高アスペクト比のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００４２】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれぱ，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００４３】
例えば，上記実施の形態ではシリコン含有酸化膜は，絶縁膜層としてのシリコン酸化膜層２０６とした場合について説明したが，シリコン酸化膜のみならず炭素添加ケイ酸（ＳｉＯＣ）膜，水素添加ケイ酸（ＳｉＯＨ）膜，フッ素添加ケイ酸（ＳｉＯＦ）膜などの無機低誘電率膜としてもよい。
なお，上記シリコン酸化膜は，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，上記実施の形態では処理ガスに含ませるフルオロカーボン系ガスとして，Ｃ４Ｆ６ガスを使用した場合について説明したが，その他Ｃ５Ｆ８ガスなどのフルオロカーボン系ガスを使用してもよい。
【００４４】
また，上記実施の形態においては，エッチング装置として，上部電極に６０Ｈｚの高周波電力を印加し，下部電極に２ＭＨｚの高周波電力を印加する装置を使用した場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，エッチング装置として上部電極のみ又は下部電極のみに高周波電力を印加するものや，これらにさらに磁場も形成するものを使用してもよい。
この場合，上記実施の形態におけるような上部電極に６０Ｈｚの高周波電力を印加し，下部電極に２ＭＨｚの高周波電力を印加する装置を使用した場合には，特に上部電極に印加する高周波電力がプラズマ密度を制御し，下部電極に印加する高周波電力でイオンエネルギを制御することができるので，例えばエッチングの選択性に影響する反応生成物（デポ，堆積物）の付着・除去等を制御可能となるため，最も好ましい。
さらに，エッチング装置としては，ＥＣＲプラズマエッチング装置，ヘリコン波プラズマエッチング装置、ＴＣＰ型プラズマエッチング装置、誘導結合型
プラズマエッチング装置等を使用してもよい。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば，処理ガスにＮ２を加え，その流量比を好適な値に選ぶことにより，エッチングストップの発生を防止しつつ絶縁膜層であるシリコン酸化膜層のエッチング速度を大きくすることができ，しかもゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜層に対するシリコン酸化膜層のエッチング選択比を高くすることができる。このため，ゲートの保護膜層であるシリコン窒化膜までエッチングされることを極力抑えることができ，高アスペクト比のコンタクトホールを制御性よく安定的に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるエッチング方法を適用可能なエッチング装置の概略構成図である。
【図２】同実施の形態におけるエッチング方法の工程図である。
【図３】同実施の形態におけるシリコン酸化膜をエッチングした場合の実験結果を示す図。
【図４】従来のエッチング方法を説明する図。
【符号の説明】
１００…エッチング装置
１０２…処理容器
１０４…処理室
１０６…下部電極
１０８…高圧電流電源
１１０…静電チャック
１１２…フォーカスリング
１１８…整合器
１１９…整合器
１２０…高周波電源
１２１…高周波電源
１２２…上部電極
１２２ａ…ガス供給孔
１２３…絶縁体
１２４…ガス供給管
１２６ａ〜１２６ｄ…ガス供給系
１３２ａ〜１３２ｄ…開閉バルブ
１３４ａ〜１３４ｄ…流量調整バルブ
１３６ａ〜１３６ｄ…ガス供給源
１５０…排気管
２００…シリコン基板
２０２…ゲート
２０４…シリコン窒化膜層
２０６…シリコン酸化膜層
２０８…フォトレジスト層
２１０…コンタクトホール
Ｗ…ウェハ
Claims (10)
- 気密な処理室内に処理ガスを導入して，シリコン含有酸化膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチングする方法において，
前記処理ガスは，少なくともフルオロカーボン系ガスと第１の堆積物除去ガスと第１の堆積物除去ガスより堆積物除去作用の小さい第２の堆積物除去ガスとを含む混合ガスを使用し，
前記フルオロカーボン系ガスの流量に対する前記第１の堆積物除去ガスの流量と前記第２の堆積物除去ガスの流量との合計流量の比，及び前記フルオロカーボン系ガスの流量に対する前記第２の堆積物除去ガスの流量の比により，前記シリコン窒化膜に対する前記シリコン含有酸化膜のエッチング選択比を所定の値に設定することを特徴とするエッチング方法。 - 前記シリコン含有酸化膜は，シリコン酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
- 前記フルオロカーボン系ガスはＣ４Ｆ６ガスとし，前記第１の堆積物除去ガスは酸素ガスとし，前記第２の堆積物除去ガスは窒素ガスとしたことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記処理ガスは，不活性ガスを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５／８以下であって，かつＣ４Ｆ６のガス流量に対するＯ２とＮ２とを合わせたガス流量の比が１５／４以上４５／４以下であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のエッチング方法。
- 前記処理ガスにおけるＣ４Ｆ６のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が２５／８以上８５／８以下であって，かつＯ２のガス流量に対するＮ２のガス流量の比が５以上１７以下であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のエッチング方法。
- 処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け，上部電極に第１の高周波電力を印加し，下部電極に第１の高周波電力よりも低い第２の高周波電力を印加することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記第１の高周波電力の周波数を６０ＭＨｚとし，前記第２の高周波電力の周波数を２ＭＨｚとしたことを特徴とする請求項７に記載のエッチング方法。
- 前記シリコン窒化膜を下地にした前記シリコン酸化膜に対してエッチングする請求項２から請求項８のいずれかに記載のエッチング方法。
- 前記エッチングは，セルフアラインコンタクト工程において行うことを特徴とする請求項９に記載のエッチング方法。
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