JP7017405B2

JP7017405B2 - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP7017405B2
Application number: JP2017251036A
Authority: JP
Inventors: 伸太郎小関; 秋広菊池; 武黒田
Original assignee: Ablic Inc
Current assignee: Ablic Inc
Priority date: 2017-12-27
Filing date: 2017-12-27
Publication date: 2022-02-08
Anticipated expiration: 2037-12-27
Also published as: JP2019117858A

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。

電池などによって外部から供給される電源電圧を、一定の出力電圧に変換するボルテージレギュレータなどの半導体装置が知られている。そのような半導体装置は、出力電圧を安定化させるために、出力電圧を監視しその電圧変動を抑制する回路、例えば分圧回路や電圧比較回路を内部に備えている。一方、その回路を構成する半導体素子は、半導体基板や隣接する半導体素子との間に意図しない寄生容量を有している。従って、外部から供給される電源電圧などの急峻な変動に対し、その寄生容量によって半導体装置の回路動作が妨げられる場合がある。例えば、図４（ａ）に示す多結晶シリコン膜を含む従来の抵抗素子３１ｄ、３１ｅに対する図４（ｂ）に示す断面図においては、半導体基板３０との間に幅ｘと分離絶縁膜３２の厚さに基づく寄生容量Ｃ_V3A、Ｃ_V3Bがそれぞれ形成される。また、隣接する抵抗素子３１ａと抵抗素子３１ｂとの間には、抵抗素子３１ａ、３１ｂの対向する側面の間の距離に基づく寄生容量Ｃ_L3が形成される。

特許文献１には、抵抗素子からなる分圧回路を備え、一定の電圧を出力する半導体装置において、容量や充放電回路を付加し、抵抗素子に形成される寄生容量の影響を抑制し、回路動作の安定性を向上させるための技術が示されている。

特開２００６－１７４４９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている方法は、新たな素子や回路の追加が伴うので、半導体装置の所要面積が増大し、コストの増加につながる恐れがある。
本発明は、かかる事情に鑑み、半導体装置を構成する半導体素子の形状を変更することで寄生容量を低減し、新たな素子や回路の追加を行う事無く回路動作の安定性の向上を実現する半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は以下のような半導体装置の製造方法とする。
すなわち、半導体装置の製造方法であって、下地絶縁膜上の多結晶シリコ膜を、第１のエッチング条件で、断面視において前記半導体素子形成領域の上面の幅方向の長さと下面の幅方向の長さが略同一である方形形状に加工し、前記半導体素子形成領域以外の領域において前記下地絶縁膜の一部を露出させる第１のエッチング工程と、前記多結晶シリコン膜を、前記第１のエッチング条件と異なる第２のエッチング条件で、断面視において前記半導体素子形成領域の前記下面の幅方向の長さを前記上面の幅方向の長さよりも短く、側面が逆テーパ形状を有する台形形状に加工し、前記半導体素子形成領域以外の領域にお
いて前記下地絶縁膜を全て露出させる第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製造方法とする。

本発明によれば、半導体素子の断面視における形状を、下面の幅方向の長さが上面の幅方向の長さよりも短い逆テーパ形状を有する台形形状とすることで、半導体基板や隣接する半導体素子との間の寄生容量を低減できる。そのため、出力電圧の安定性の高い半導体装置を実現することが出来る。

本発明の実施形態に係る半導体装置を構成する分圧回路の回路図である。（ａ）は図１の回路図を構成する抵抗素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ’線付近における断面図である。（ａ）は図１の回路図を構成するヒューズ素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ’線付近における断面図である。（ａ）は従来の抵抗素子の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ－Ｃ’線付近における断面図である。従来の抵抗素子において多結晶シリコン膜をエッチング加工した後の断面図である。本実施形態の抵抗素子において多結晶シリコン膜をエッチング加工した後の断面図である。本発明の実施形態である半導体装置の製造工程を示す断面図である。本発明のエッチング加工における、エッチングガスの比率と抵抗素子のテーパ度合いの関係を示す図である。本発明のエッチング加工における、Ｏ₂ガスの比率とシリコン酸化膜の削れ量及び多結晶シリコン膜のエッチングレートの関係を示す図である。

以下、本発明の半導体装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴を分りやすくするために、一部の構造を透視して示している。

［半導体装置の構成］
図１は、一定電圧を出力するための半導体装置に使用される分圧回路１００の模式回路図である。分圧回路１００は、複数の抵抗Ｒ（Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、Ｒｄ、Ｒｅ）と、ヒューズＦ（Ｆａ、Ｆｂ、Ｆｃ、Ｆｄ）を直列または並列に接続して構成される。ヒューズＦは、一部の抵抗Ｒに並列接続され、電気的に短絡される。これらのヒューズＦをレーザーや過電流などでトリミングすることで、端子Ａから端子Ｃの間の抵抗値を任意に変更できる。そして、分圧回路１００は、端子Ａと端子Ｂの間に印加される電圧を、トリミングによって任意に変更される抵抗Ｒの組み合わせで決まる抵抗比に基づいて分圧し、端子Ｃからその分圧電圧を出力する。

図２（ａ）は、本発明を分圧回路を構成する抵抗素子に適用した第１の実施形態の模式平面図である。図２（ａ）中の抵抗素子１１（１１ａ～１１ｅ）は、分圧回路１００の抵抗Ｒ（Ｒａ～Ｒｅ）に対応している。図１（ａ）においては、構造を理解しやすくするため、配線金属膜１５を透視してコンタクトホール１４と抵抗素子１１の上面１１ａ₁～１１ｅ₁とさらにその下面１１ａ₂～１１ｅ₂を描いている。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の抵抗素子１１ｄ、１１ｅをＡ－Ａ’線に沿って切断した場合の断面図である。

分離絶縁膜１２は、抵抗素子１１のための下地絶縁膜であり、ＬＯＣＯＳ（ＬｏｃａｌＯｘｉｄａｔｉｏｎｏｆＳｉｌｉｃｏｎ）絶縁膜などの素子分離膜などの主にシリコン酸化膜で構成され、半導体基板１０上に形成される。

抵抗素子１１は、紙面縦方向の長さと横方向の幅をもつ長方形形状をもつ多結晶シリコン膜を含む抵抗体であり、半導体基板１０上の分離絶縁膜１２上に形成されている。そして、抵抗素子１１は、長さ方向の両端において、コンタクトホール１４を介して配線金属膜１５に接続されている。

抵抗素子１１の上面１１ａ₁～１１ｅ₁は、平面視においては図１（ａ）に示されている長方形の形状である。また、抵抗素子１１の下面１１ａ₂～１１ｅ₂は、上面と同様の長方形形状であって上面の内側の領域に分離絶縁膜１２に接して形成されている。すなわち、抵抗素子１１の上面１１ａ₁～１１ｅ₁は、それぞれ下面１１ａ₂～１１ｅ₂より広い領域に形成されている。

抵抗素子は、一般に小さい所要面積で高い抵抗値が必要とされる。そのため、抵抗素子の幅は、フォトリソグラフィ技術によって決まる最小寸法の幅、もしくは、その最小寸法より大きく抵抗値が安定的に得られるための最小の幅が採用される。

図２（ｂ）に示すように、第１の実施形態の抵抗素子１１は、図２（ａ）のＡ－Ａ’線に沿った断面視において、下面の幅方向の長さｂが上面の幅方向の長さａよりも短い構成となっている。そして、抵抗素子１１の左右の側面は、上面から下面に向かうに従って、抵抗素子１１の内側へ向かう方向に傾く、逆テーパ形状となっている。このような逆テーパ形状の側面は、抵抗素子１１を構成する多結晶シリコン膜を加工する際のエッチング工程で形成される。従って、抵抗素子１１の上面の幅方向の長さａが図４に示す従来の抵抗素子３１の上面の幅方向の長さｘと同じフォトリソグラフィ技術によって決まる最小寸法であったとしても、図２（ｂ）の抵抗素子１１の下面の幅方向の長さｂをその最小寸法よりもさらに短い寸法にできる。

層間絶縁膜１３は、抵抗素子１１を覆う絶縁膜で、ＢＰＳＧ（ＢｏｒｏｎＰｈｏｓｐｈｏｒＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）膜やＴＥＯＳ（ＴｅｔｒａｅｔｈｙｌＯｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）膜などの、主にシリコン酸化膜で構成される。

配線金属膜１５は、一端を層間絶縁膜１３などに形成されたコンタクトホール１４を介して抵抗素子１１の一端と接続し、他端を別の抵抗素子１１の一端と接続することで、抵抗素子同士を電気的に結線する。

パッシベーション膜１６は、抵抗素子１１、層間絶縁膜１３、配線金属膜１５を覆う絶縁膜で、外部からの汚染や物理的な応力などから、その下の半導体素子を保護する。そのパッシベーション膜１６は、シリコン窒化膜やＰＳＧ（ＰｈｏｓｐｈｏｒＳｉｌｉｃａｔｅＧｌａｓｓ）膜、ポリイミド膜などまたはそれらを組み合わせた積層膜からなる。

図２（ｂ）の断面図に示すような側面が逆テーパ形状である第１の実施形態の抵抗素子１１ｄ、１１ｅは、図４に示す従来の抵抗素子３１ａ、３１ｂと比べて、分離絶縁膜１２に接する下面の面積が小さい。そのため、抵抗素子１１ｄ、１１ｅと半導体基板１０との間に形成される寄生容量Ｃ_V1d、Ｃ_V1eを、図４において対応する従来のフォトリソグラフィ技術等による最小の幅に基づく寄生容量Ｃ_V3a、Ｃ_V3bよりも小さくする事が出来る。また、第１の実施形態の抵抗素子は、抵抗素子の下面においてフォトリソグラフィ技術等による最小の幅よりもさらに幅を小さく出来るので、抵抗値の増大と、それによる所要面積の低減とそれによるコスト低減をも実現することが出来る。

また、図２（ｂ）の抵抗素子１１ｄ、１１ｅの間の横方向の間隔は、抵抗素子１１ｄ、１１ｅの上面においては、図４に示す従来の抵抗素子３１ａ、３１ｂの上面における横方向の間隔と同じである。しかし、抵抗素子１１ａ、１１ｂの側面が逆テーパ形状であるため、上面から下面に向かうに従って、抵抗素子１１ａ、１１ｂ間の間隔が広がっている。そのため、抵抗素子１１ｄと１１ｅとの間に形成される寄生容量Ｃ_L1を、図４において対応する従来の寄生容量Ｃ_L3よりも小さくする事が出来る。
このように、第１の実施形態を適用した半導体素子は、従来よりも寄生容量を小さくする事が出来るので、出力電圧の安定性の高い半導体装置を実現することが出来る。

図３（ａ）は、本発明をヒューズ素子に適用した第２の実施形態の模式平面図である。図３（ａ）中のヒューズ素子２１（２１ａ～２１ｄ）は、図１の分圧回路１００のヒューズＦ（Ｆａ～Ｆｄ）に対応している。図３（ａ）においては、構造を理解しやすくするため、配線金属膜２５を透視してコンタクトホール２４とヒューズ素子２１の上面２１ａ₁～２１ｄ₁とさらにその下面２１ａ₂～２１ｄ₂を描いている。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のヒューズ素子２１ｃ、２１ｄをＢ－Ｂ’線に沿って切断した場合の断面図である。

ヒューズ素子２１は、紙面縦方向の長さと横方向の幅をもつ切断部２７を含む多結晶シリコン膜を含む低抵抗の抵抗体であり、半導体基板２０上の分離絶縁膜２２上に形成されている。ヒューズ素子２１の切断部２７は、その幅を、レーザーや電流で容易に溶断できるように、フォトリソグラフィ技術によって決まる最小寸法、もしくは、その最小寸法より大きく切断が容易で抵抗値の増大が問題にならない最小の幅まで小さくしている。

ヒューズ素子２１はまた、切断部２７の長さ方向の両端に接続されるコンタクト部２８を備える。コンタクト部２８は、低い抵抗値を得るため切断部２７よりも幅が広いが、隣接する他のコンタクト部２８とは、フォトリソグラフィ技術によって決まる最小寸法までその間隔が縮小されている。また、コンタクト部２８は、コンタクトホール２４を介して配線金属膜２５に接続されている。

ヒューズ素子２１の下面２１ａ₂～２１ｄ₂は、平面視においては図３（ａ）に示されている上面２１ａ₁～２１ｄ₁と同様の形状であって上面２１ａ₁～２１ｄ₁の内側の領域に分離絶縁膜２２に接して形成されている。すなわち、ヒューズ素子２１の上面２１ａ₁～２１ｄ₁は、下面２１ａ₂～２１ｄ₂より広い領域に形成されている。
層間絶縁膜２３、配線金属膜２５、パッシベーション膜２６は、第１の実施形態とその働きは同じであり、第２の実施形態においても同様のものを採用している。

図３（ｂ）の断面図に示すように、第２の実施形態のヒューズ素子２１は、図３（ａ）のＢ－Ｂ’線に沿った断面視において、下面の幅方向の長さｄが上面の幅方向の長さｃよりも短い構成となっている。そして、ヒューズ素子２１の左右の側面は、上面から下面に向かうに従って、ヒューズ素子２１の内側へ向かう方向に傾く、逆テーパ形状となっている。側面が逆テーパ形状である第２の実施形態のヒューズ素子２１ｃ、２１ｄは、側面が上面に対して垂直に形成されている場合と比べて、分離絶縁膜２２に接する下面の面積が小さい。そのため、ヒューズ素子２１ｃ、２１ｄと半導体基板２０との間に形成される寄生容量Ｃ_V2c、Ｃ_V2dを、従来のヒューズ素子の寄生容量よりも小さくする事が出来る。

また、図３（ｂ）のヒューズ素子２１ｃと２１ｄとの間の横方向の間隔は、ヒューズ素子２１ｃ、２１ｄの上面から下面に向かうに従って広がっている。そのため、ヒューズ素子２１ｃと２１ｄとの間に形成される寄生容量Ｃ_L2を従来のヒューズ素子の寄生容量よりも小さくする事が出来る。
以上のように抵抗素子やヒューズ素子の寄生容量の低減を実現した本発明の半導体装置は、コストの増加を伴わずに回路動作の安定性の向上を実現することができる。

本発明の半導体装置については、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態における半導体素子は、抵抗素子やヒューズ素子に限られず、ＭＯＳトランジスタでも構わない。また、そのときに本実施形態を採用する材料は多結晶シリコンと高融点金属を積層したポリサイド膜であってもよい。

［半導体装置の製造方法］
次に、本発明の半導体装置の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。一般に、抵抗素子３１などを形成するために、多結晶シリコン膜をドライエッチング法によって加工する場合は、図５に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて形成したエッチングマスク３７の幅と、抵抗素子３１の下面の幅がほぼ同一となるようにエッチング加工を行う。しかし、本発明者らは、条件の異なる２段階のエッチング加工を行うことによって、図６に示すように、側面を上面から下面に向かうに従って抵抗素子１１の内側の方向へ傾け、θ＞９０°である逆テーパ形状となるように制御できることを見出した。

図７を用いて本実施形態の半導体素子の製造方法について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板１０上にＬＯＣＯＳ絶縁膜などの分離絶縁膜１２を形成する。そして、その分離絶縁膜１２上にＬＰＣＶＤ（ＬｏｗＰｒｅｓｓｕｒｅＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより多結晶シリコン膜４０を堆積させる。次に、半導体基板上にフォトレジストを全面に塗布し、フォトリソグラフィ技術によってそのフォトレジストを抵抗素子の形状にパターニングし、エッチングマスク１７を形成する。

次に、多結晶シリコン膜４０を、エッチングマスク１７をマスクとし、ＥＣＲ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマドライエッチング法により以下に示す２つのステップでエッチング加工し、抵抗素子１１を形成する。

第１のエッチングステップにおいては、所定のエッチング条件を採用することにより、後に説明する側壁デポジション効果を高め、紙面横方向へのエッチングの進行を抑制する。それによって、図７（ｂ）に示すように、抵抗素子１１の側面が上面に対して垂直形状となるように多結晶シリコン膜４０が加工される。このとき、抵抗素子１１の断面は、上面の幅方向の長さと下面の幅方向の長さが同一である方形形状となる。

より具体的なエッチング条件は、エッチングを行うためのガスを、側壁デポジション効果の高いハロゲンガスであるＨＢｒと、側壁デポジション効果の低いハロゲンガスであるＣｌ₂とで構成される混合ガスとし、その混合ガス量（ＨＢｒ＋Ｃｌ₂）に対するＣｌ₂の量の比率を５％未満とする。また、そのときの処理圧力を５ｍＴｏｒｒ未満とする。

第１のエッチングステップにおいては、多結晶シリコン膜４０がエッチングされ、その下地の分離絶縁膜１２が露出し始めたことをエンドポイント方式により検知し、エッチング加工を終了する。ただこの段階では、最表面の段差部などに多結晶シリコン膜４０の残渣が存在するので、その多結晶シリコン膜４０の残渣の除去は、次の第２のエッチングステップによって行う。

次に、第２のエッチングステップにおいて、抵抗素子１１の側面の加工を行う。第２のエッチングステップにおいては、第１のエッチングステップとは異なるエッチング条件を採用することにより、側壁デポジション効果を抑制し、紙面横方向へのエッチングの進行を促進する。そうすることで、反応イオンに対するエッチングマスク１７の遮蔽効果が高い抵抗素子１１の上面近傍のエッチングの進行を遅く、反応イオンに対するエッチングマスク１７の遮蔽効果が低い抵抗素子１１の下面近傍のエッチングの進行を早くすることができる。その結果、図７（ｃ）に示すように、抵抗素子１１の側面が上面から下面に向かうに従って抵抗素子１１の内側に傾いた逆テーパ形状となるように抵抗素子１１がエッチング加工される。これにより、抵抗素子１１の断面は、下面の幅方向の長さが上面の幅方向の長さよりも短い台形形状となる。それと同時に、最表面の段差部などの多結晶シリコン膜４０の残渣を完全に除去する。

より具体的なエッチング条件は、第１のエッチングステップと同様に、エッチングを行うためのガスを、ＨＢｒとＣｌ₂とで構成される混合ガスとし、その混合ガス量に対するＣｌ₂の量の比率を５％以上のいずれかの値に設定する。また、そのときの処理圧力を５ｍＴｏｒｒ以上、３０ｍＴｏｒｒ以下とする。

ところで、ここで言う側壁デポジション効果とは、ドライエッチングの反応の過程で副生成物が生成され、被エッチング材料の側壁に付着する効果である。この副生成物は、被エッチング材料の露出する任意の面に付着し、被エッチング材料の側壁に付着した場合、この副生成物がエッチングに対するマスクの役割を果たし、横方向へのエッチングが抑制する。一方、被エッチング材料の表面に付着する副生成物は、エッチングチャンバー内で発生するプラズマから半導体基板１０の方向へ縦方向に入射する反応イオンの衝突のエネルギーなどにより除去される。その結果、被エッチング材の縦方向のエッチングは、進行する。そのため、副生成物の発生量が高いと、側壁デポジション効果が増し被エッチング材料の横方向へのエッチングが抑制され、縦方向へのエッチングが促進されることで、被エッチング材料のエッチング加工によってできる側面の形状が垂直、もしくは順テーパ形状になる。

この側壁デポジション効果の度合いは、エッチング加工に使用するエッチングガスの種類と割合で制御される。本実施形態においては、側壁デポジション効果の高いハロゲンガスと側壁デポジション効果の低いハロゲンガスとを所定の比率で組み合わせた混合ガスを用いてエッチング加工を行うことによって、側壁デポジション効果とそれに基づく側壁形状が制御される。本実施形態で採用しているハロゲンガスであるＨＢｒとＣｌ₂によるエッチング反応においては、それぞれＳｉＢｒ₄とＳｉＣｌ₄などの副生成物が生成されるが、ＳｉＢｒ₄の方が融点や沸点が高く揮発しにくい。ＨＢｒはＣｌ₂よりも側壁デポジション効果が高いのはそのためであると考えられている。

一方、エッチング条件における処理圧力は、低いほどエッチングチャンバー内で発生するプラズマから半導体基板１０の方向へ縦方向に入射する反応イオンの直進性を助長し、被エッチング材の縦方向へのエッチングを促進させる。一方、処理圧力が高いほど反応イオンの散乱を助長し、被エッチング材の横方向へのエッチングを促進させる。本実施形態においては、この性質を利用し、第１のエッチングステップにおいて処理圧力を５ｍＴｏｒｒ未満とすることで、図７（ｂ）のような側面の垂直性を高めている。また、第２のエッチングステップにおいて処理圧力を５ｍＴｏｒｒ以上とすることで、図７（ｃ）のような側面の逆テーパ化を促進している。但し、この処理圧力は、３０ｍＴｏｒｒを越えると、エッチング速度の低下が顕著になるのでこの値以下とすることが望ましい。

本実施形態においては、第１のエッチングステップにおいて混合ガス中のＨＢｒの比率を高めて側壁デポジション効果を増加させ、処理圧力を低くし横方向のエッチングを抑制することによって、被エッチング材料のエッチング加工によってできる側面の垂直異方性を高くする。また、第２のエッチングステップにおいて混合ガス中のＣｌ₂の比率を高めることで側壁デポジション効果を低減し、処理圧力を高くし横方向のエッチングを促進させることによって、側面の形状を逆テーパとし、その度合いを調整する。

図８は、本実施形態の抵抗素子のエッチング加工における第２のエッチングステップにおいて、エッチングガスに採用しているＨＢｒとＣｌ₂の混合比率に対するテーパ形状の度合いの様子を示したグラフである。図８においては、エッチング加工時の処理圧力を５ｍＴｏｒｒとしたときの様子を実線で示し、エッチング加工時の処理圧力を３０ｍＴｏｒｒとしたときの様子を点線で示している。混合ガス（ＨＢｒ＋Ｃｌ₂）の供給量は、それぞれの処理圧力を実現するために変更可能であり、Ｃｌ₂の混合ガスに対する比率をＣｌ₂／（ＨＢｒ＋Ｃｌ₂）として横軸に取ることで、２つの処理圧力時の横軸の変化を一致させている。また、縦軸のテーパ形状の度合いは、図６の抵抗素子１１の上面の幅方向の長さａと下面の幅方向の長さｂとの差ａ－ｂによって示している。ａ－ｂ＝０であれば側面が垂直形状であり、ａ－ｂ＜０であれば側面は順テーパ形状となる。また、ａ－ｂ＞０であれば側面が逆テーパ形状となり、この値が大きいほど、側面が抵抗素子の内側へ向かい傾く角度が大きくなり、テーパ度合いが大きいとする。

図８に示すように、Ｃｌ₂の比率が５％未満の場合は、ａ－ｂが０もしくは０より小さい値になり、抵抗素子の側面が垂直形状もしくはやや順テーパ形状となる。そしてＣｌ₂の比率が５％以上になると抵抗素子の側面が逆テーパ形状となり、Ｃｌ₂の比率の増加に応じてテーパ度合いが増加する。また、Ｃｌ₂の比率が７５％以上となると、ＨＢｒによる側壁デポジション効果が最小化し、横方向のエッチング速度が圧力で決まる一定値に飽和するため、抵抗素子の側面の逆テーパ形状も一定値になる。但し、その傾向の度合いは処理圧力によって大きく異なり、処理圧力が大きくなるほど著しくなる。

本実施形態においては、この性質を利用し、第１のエッチングステップにおいて処理圧力を５ｍＴｏｒｒ未満とし、ＨＢｒとＣｌ₂との混合ガス量に対するＣｌ₂の量の比率を５％未満とすることで、図７（ｂ）のような側面の垂直形状を実現している。また、第２のエッチングステップにおいて、処理圧力を５ｍＴｏｒｒ以上３０ｍＴｏｒｒ以下とし、ＨＢｒとＣｌ₂との混合ガス量に対するＣｌ₂の量の比率を５％以上とすることで、図７（ｃ）のような側面の逆テーパ形状を実現している。また、テーパ形状の度合い（ａ－ｂ）は、図８における縦軸の所望のａ－ｂに対応する横軸のＣｌ₂の量の比率と処理圧力を採用することにより、任意に選ぶ。さらに、最大の逆テーパ形状をＣｌ₂のガス量ばらつきによらず安定的に得たい場合は、第２のエッチングステップにおいて、Ｃｌ₂の量の比率を７５％以上とすることが有効である。

また、抵抗素子のエッチング加工における第２のエッチングステップにおいて、Ｃｌ₂の比率を高めると、図６に示すように、抵抗素子１１を構成する多結晶シリコン膜と下地の分離絶縁膜１２を構成するシリコン酸化膜との間のエッチング選択性が低下し、分離絶縁膜１２に抉れ形状が発生する場合がある。このような抉れ形状により発生する平坦性の悪化とそれに基づく上層配線（不図示）の形状不良を抑制するために、混合ガスにＯ₂を加えることが効果的である。

図９は、添加ガスＯ₂の混合ガス（ＨＢｒ＋Ｃｌ₂）に対する比率と、分離絶縁膜を構成するシリコン酸化膜の削れ量及び多結晶シリコン膜のエッチングレートとの関係を示したグラフである。図９において、左縦軸のシリコン酸化膜の削れ量を点線で示し、右縦軸の多結晶シリコンエッチングレートを実線で示している。

第２のエッチングステップにおいては、第１のエッチングステップにおいて露出したシリコン酸化膜（分離絶縁膜１２）のエッチングが進行する。図９に示されるように、この削れ量は、添加ガスＯ₂の混合ガス（ＨＢｒ＋Ｃｌ₂）に対する比率を１％以上とすることで、Ｏ₂を添加しない場合に比べ、半分以下の削れ量に抑制出来る。しかしながら、添加ガスＯ₂の混合ガスに対する比率を３０％を越えて増加させると、多結晶シリコン膜のエッチングレートの低下が顕著になる。そしてその比率を５０％とすると、Ｏ₂を添加しない場合に比べ多結晶シリコン膜のエッチングレートが半減する。その場合、第２のエッチングステップの時間を倍増させる必要があり、シリコン酸化膜の削れ量がＯ₂を添加しない場合と同程度となってしまう。従って、添加ガスＯ₂の混合ガスに対する比率は、多結晶シリコン膜のエッチングレートの維持とシリコン酸化膜の削れ量の抑制を両立できる、１から３０％とすることが好ましい。

本発明の半導体装置の製造方法については、上記実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施形態において、エッチング方法をＥＣＲプラズマドライエッチング法としているが、ＩＣＰ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）プラズマドライエッチング法でもよく、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）方式のドライエッチングであればどのような方法でも構わない。

また、エッチング加工に用いるガスを２種類のガスを含む混合ガスとしたが、側壁デポジション効果の異なる３種類以上のガスを含む混合ガスとしても構わない。具体的には、Ｏ₂を添加ガスとして、混合ガス全体の１から３０％程度導入することで、分離絶縁膜１２を構成するシリコン酸化膜のエッチングを抑制することが可能である。

１０、２０、３０半導体基板
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、３１、３１a、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ抵抗素子
１１ａ₁、１１ｂ₁、１１ｃ₁、１１ｄ₁、１１ｅ₁、２１ａ₁、２１ｂ₁、２１ｃ₁、２１ｄ₁ 上面
１１ａ₂、１１ｂ₂、１１ｃ₂、１１ｄ₂、１１ｅ₂、２１ａ₂、２１ｂ₂、２１ｃ₂、２１ｄ₂ 下面
１２、２２、３２分離絶縁膜
１３、２３、３３層間絶縁膜
１４、２４、３４コンタクトホール
１５、１５ａ、２５、３５配線金属膜
１６、２６、３６パッシベーション膜
１７、３７エッチングマスク
２１、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄヒューズ素子
２７切断部
２８コンタクト部
４０多結晶シリコン膜

Claims

半導体装置の製造方法であって、
下地絶縁膜上の多結晶シリコン膜を、第１のエッチング条件で、断面視において半導体素子形成領域の上面の幅方向の長さと下面の幅方向の長さが略同一である方形形状に加工し、前記半導体素子形成領域以外の領域において前記下地絶縁膜の一部を露出させる第１のエッチング工程と、
前記多結晶シリコン膜を、前記第１のエッチング条件と異なる第２のエッチング条件で、断面視において前記半導体素子形成領域の前記下面の幅方向の長さを前記上面の幅方向の長さよりも短く、側面が逆テーパ形状を有する台形形状に加工し、前記半導体素子形成領域以外の領域において前記下地絶縁膜を全て露出させる第２のエッチング工程と、
を含み、
前記第１のエッチング条件における第１のエッチングガスが相対的に側壁デポジション効果の高い第１のハロゲンガスと相対的に側壁デポジション効果の低い第２のハロゲンガスとの第１の混合ガスを含み、
前記第２のエッチング条件における第２のエッチングガスが前記第１のハロゲンガスと前記第２のハロゲンガスとの第２の混合ガスを含み、
前記第１の混合ガスにおける前記第２のハロゲンガスの混合比率が５％未満であり、
前記第２の混合ガスにおける前記第２のハロゲンガスの混合比率が５％以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記第１のハロゲンガスがＨＢｒであり、前記第２のハロゲンガスがＣｌ₂であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１のエッチング条件における第１の処理圧力が、前記第２のエッチング条件における第２の処理圧力よりも低いことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
前記第１のエッチング条件における前記第１の処理圧力が、５ｍＴｏｒｒ未満であり、
前記第２のエッチング条件における前記第２の処理圧力が、５ｍＴｏｒｒ以上３０ｍＴｏｒｒ以下であることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
前記第２のエッチングガスが、前記第２の混合ガスと、Ｏ₂を有する添加ガスを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。