JPH08186095A

JPH08186095A - コンタクトホールの形成方法およびエッチング装置

Info

Publication number: JPH08186095A
Application number: JP6328049A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Masuda; 田清隆増
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1996-07-16

Abstract

(57)【要約】【目的】滑らかで十分なテーパを有し、寸法精度にも優
れたコンタクトホールを、容易かつ高い生産効率で形成
できるコンタクトホールの形成方法、およびこれを実施
するエッチング装置を提供する。【構成】半導体ウエハにフッ素ラジカルを含むガスを供
給して等方性エッチングを行い、続いて、ウエハ表面に
垂直入射するイオンを供給して異方性の高いエッチング
を行うことを繰り返すことにより、また、反応室内でウ
エハを載置する反応室壁と絶縁されたＲｆ電圧印加電極
と、反応室と隣接して設けられるマイクロ波放電プラズ
マ発生部と、プラズマ発生部にエッチングガスを供給す
る手段と、反応室とプラズマ発生部との間に配置される
接地されたガス分散板と、Ｒｆ電圧印加電極へのＲｆ電
位印加手段とを有することにより前記目的を達成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の製造工程に
おけるコンタクトホールのエッチング技術に関する。詳
しくは、好適な滑らかな傾斜（略テーパ状）の側壁を有
するコンタクトホールを容易かつ高い生産効率で形成で
きるコンタクトホールの形成方法、ならびにこのコンタ
クトホールの形成方法を実施するエッチング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の微細化に伴って、コンタク
トホールのステップカバレッジを高くするため、コンタ
クトホールの側壁に傾斜（テーパ）を付けること、ある
いはコンタクトホールの上部孔径を大きくすることが考
えられ、各種の方法が考案、実施されている。

【０００３】例えば、図４に示されるように、シリコン
基板（シリコンウエハ）１０上にＢＰＳＧ（boro phosp
ho silicate glass)膜等の絶縁膜１２を形成し、さらに
コンタクトホールに対応するレジスト層１４を形成した
後、ＣＦ₄＋Ｏ₂の混合ガス等を用いたケミカルドライ
エッチング（ＣＤＥ）、もしくはＢＨＦ等のエッチング
液を用いたウエットエッチング等により等方性エッチン
グを１回行って絶縁膜１２を等方的に若干エッチングし
た後に、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等により異
方性エッチングを一回行って、ワイングラス状のコンタ
クトホール１４を穿孔する方法が行われている。

【０００４】また、他の方法として、ＲＩＥを用いたコ
ンタクトホールの形成方法において、ガスの比率等の条
件を調整して選択比等を適当に調整し、略テーパ状のコ
ンタクトホールを形成することも知られている。例え
ば、ＣＦ₄＋ＣＨＦ₃＋Ａｒの混合ガスを用いたＲＩＥ
を行う際に、ＣＨＦ₃の比率を多くすることによりデポ
ジション性の強い雰囲気として、エッチングを行いなが
ら内壁にデポジションを行うことにより、略テーパ状の
コンタクトホールを形成する方法、ＣＦ₄および／また
はＣＨＦ₃の比率向上やＯ₂ガスの添加等によりレジス
ト層と酸化膜との選択比を低下させ、コンタクトホール
を形成しつつレジスト層もエッチングすることにより、
略テーパ状のコンタクトホールを形成する方法等が知ら
れている。

【０００５】しかしながら、上述した一回の等方性エッ
チングを行った後に一回の異方性エッチングを行う方法
では、図４に示されるようにコンタクトホール１４がワ
イングラス状となり、滑らかなテーパ状ではなく図中ａ
で示されるような突起部分が形成されて、この部分のス
テップカバレッジが悪いという問題点がある。また、Ｃ
ＤＥもしくはウエットエッチングとＲＩＥという全く異
なるエッチングを行うため、従来の装置では両エッチン
グを異なる装置で行う必要があり、生産効率が悪いとい
う問題点もある。

【０００６】他方、ＲＩＥにおいてガス比率等を調整す
る方法においては、系内をデポジション性の強い雰囲気
とする方法では、孔径の制御性が悪く所定のコンタクト
ホールを形成できないばかりか、デポジション性によっ
てはコンタクトホールの孔径が極めて小さくなってしま
い、またコンタクトホールの深さによって孔径が異なる
という問題点がある。また、選択比を低下する方法で
は、レジスト層の厚さとエッチングレートとに制約を受
け、十分なテーパを付けることができない。あるいは、
十分なテーパを形成するためにはレジスト層を厚くする
必要があり、やはり生産効率が悪い。そのため、良好な
テーパを持つコンタクトホールを容易に形成できる技術
の確立が望まれている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題点を解決することにあり、滑らかで十分
なテーパを有し、寸法精度にも優れたコンタクトホール
を、容易かつ高い生産効率で形成することができるコン
タクトホールの形成方法、およびこのコンタクトホール
の形成方法を実施するエッチング装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明のコンタクトホールの形成方法は、半導体装
置の製造工程におけるコンタクトホールの形成方法であ
って、半導体ウエハにフッ素ラジカルを含む電気的に中
性なガスを供給して等方性エッチングを行い、続いて、
前記半導体ウエハ表面に垂直方向に入射するイオンを供
給して異方性の高いエッチングを行うことを繰り返すこ
とにより、側壁部に傾斜の付いたコンタクトホールを形
成し、かつ、少なくとも最後の異方性エッチング以外
は、同一の系内でエッチングを行うことを特徴とするコ
ンタクトホールの形成方法を提供する。

【０００９】また、前記形成方法において、前記等方性
エッチングを放電室分離形のマイクロ波放電を利用した
ダウンフローエッチングで行い、前記異方性の高いエッ
チングを反応性イオンエッチングによって行い、前記等
方性エッチングから異方性の高いエッチングへの切り換
えを、前記マイクロ波放電と、半導体ウエハを載置する
基台への高周波電圧印加電極への高周波電圧印加とを切
り換えることによって行うのが好ましい。

【００１０】また、前記形成方法において、前記等方性
エッチングを放電室分離形のマイクロ波放電を利用した
ダウンフローエッチングで行い、前記異方性の高いエッ
チングを反応性イオンエッチングによって行い、前記等
方性エッチングから異方性の高いエッチングへの切り換
えを、前記マイクロ波放電を行いつつ、半導体ウエハを
載置する基台への高周波電圧印加電極に高周波電圧を印
加することによって行うのが好ましい。

【００１１】さらに、本発明のエッチング装置は、反応
室内に配置される反応室壁と絶縁された半導体ウエハを
載置する高周波電圧印加電極と、前記反応室と隣接して
設けられるマイクロ波放電プラズマ発生部と、このマイ
クロ波放電プラズマ発生部にエッチング用のガスを供給
する手段と、前記反応室とマイクロ波プラズマ発生部と
の間に配置される接地されたガス分散板と、前記高周波
電圧印加電極に高周波電圧を印加する手段とを有するこ
とを特徴とするエッチング装置を提供する。

【００１２】

【発明の作用】以下、本発明のコンタクトホールの形成
方法およびエッチング装置について、添付の図面に示さ
れる好適例をもとに詳細に説明する。本発明のコンタク
トホールの形成方法（以下、形成方法とする）は、テー
パ状のコンタクトホールを形成するために、同一の系内
において、フッ素ラジカルをエッチャントとする等方性
エッチングを行い、続いて、垂直イオン入射による異方
性の高いエッチングを行うことを繰り返すことを、その
基本とする。

【００１３】図１に、本発明の形成方法を概念的に示
す。本発明の形成方法においては、半導体装置の製造工
程において、シリコン基板（シリコンウエハ）１０等の
半導体基板上に絶縁膜１２を形成し、レジスト層１４を
塗布形成する。次いで、形成するコンタクトホールの孔
径（孔底の径）に対応する開口をレジスト層１４に形成
した後、まず、図１（ａ）に示されるようにフッ素ラジ
カルを用いた等方性エッチングを行って絶縁膜１２を等
方的に若干エッチングし、次いで、図１（ｂ）に示され
るように垂直イオン入射による異方性の高いエッチング
（以下、異方性エッチングとする）を行い、絶縁膜１２
をさらに垂直方向に異方的に若干エッチングして、所定
孔径のコンタクトホールをさらに深く穿孔する。本発明
の形成方法では、等方性エッチングと異方性エッチング
とを繰り返し行うことにより、テーパ状のコンタクトホ
ールを形成する。

【００１４】すなわち、図示例においては、次いで、図
１（ｃ）に示されるように、再度等方性エッチングを行
って、さらに絶縁膜１２を若干エッチングして突起部分
を除去すると共にコンタクトホールを全体的に拡径す
る。この後、図１（ｄ）に示されるように異方性エッチ
ングを行い、所定孔径のコンタクトホールをさらに深く
穿孔する。さらに、図１（ｅ）に示されるように等方性
エッチングを行い、最後に異方性エッチングを行って絶
縁膜１２を貫通することにより、図１（ｆ）に示される
ように（略）テーパ状のコンタクトホール２０を形成す
る。つまり、図示例においては、等方性エッチングと異
方性エッチング（「等方性エッチング→異方性エッチン
グ」のサイクル）とを３回繰り返すことにより、コンタ
クトホール２０を形成している。

【００１５】このような本発明の形成方法によれば、等
方性エッチングと異方性エッチングとのサイクルを繰り
返し行うことで、図１（ａ）〜（ｆ）に示されるよう
に、等方性エッチングによってホールを横方向にも広げ
つつ穿孔し、異方性エッチングによってコンタクトホー
ルを所定孔径で穿孔する結果となり、突起部分のない滑
らかなテーパ状のコンタクトホール２０を形成すること
ができる。しかも、第１回目から最後までの等方性エッ
チングの総量を制御することにより、コンタクトホール
の上部孔径（以下、孔上径とする）を制御することがで
き、また、レジスト層１４の開口に沿った異方性エッチ
ングによって最終的にコンタクトホールを完成するの
で、孔底径も正確なものとできる。

【００１６】本発明の形成方法においては、等方性エッ
チングと異方性エッチングとの繰り返し回数、および各
回のエッチング量（主に時間で制御）を調整することに
より、孔上径およびコンタクトホールのテーパ形状を調
整することができる。コンタクトホールの孔上径は、設
計上とトータルプロセス上の要求から決定される。従っ
て、これに合わせて等方性エッチングの総量、すなわち
第１回目から最後までの等方性エッチングの合計量を決
定すればよい。コンタクトホールの側壁形状に関して
は、等方性エッチングと異方性エッチングとの繰り返し
を２回以上とすれば、繰り返し無しの場合（前記図４に
示される例）に比べて、十分に大きな効果を得ることが
できる。孔上径に比べて深い孔（アスペクト比の大きな
孔）で滑らかなテーパ形状を得るためには、繰り返し回
数を増すのが効果的であるが、通常１０回以内で十分で
あり、生産効率、孔上径のサイズ等の点でもこの範囲内
が好ましい。なお、各回のエッチング量（等方性および
異方性共に）は、異なる量であっても同じ量であっても
よい。

【００１７】本発明の形成方法で得られたコンタクトホ
ールの形状は、より詳細には図２のように表すことがで
きる。図２は、等方性エッチングおよび異方性エッチン
グが共に理想的に進行したと仮定して、本発明の形成方
法で得られたコンタクトホール断面の一側面の形状を示
す概略図であり、等方性エッチングと異方性エッチング
との繰り返しを７回行って形成したコンタクトホールで
ある。ｍ回目の等方性エッチング量をＡｍ、ｍ回目の異
方性エッチングの量をＢｍ、エッチング終了時の繰り返
し回数をＴとし、レジスト層１４のマスク下端を原点
（０，０）として、表面方向をｘ軸、深さ方向をｙ軸と
して、座標を（ｘ，ｙ）で示す。図２に示される例で
は、Ａｍ＝０．５、Ｂｍ＝０．５ｍであり、Ｔは前述の
ように７である。

【００１８】まず、原点（０，０）を中心として下記式
（１）で示される半径ｒで内角９０°円弧を描く。

【数１】図示例においては「ｒ＝Ａ₁＋Ａ₂＋ ……Ａ₇＝０．
５×７」となる。

【００１９】次いで、下記式（２）で示される座標点を
中心として、下記式（３）で示される半径ｒで内角９０
°の円弧を描くことを、Ｔの数に応じて繰り返す。

【数２】すなわち、図示例においては、座標点（０，１）を中心
として「ｒ＝Ａ₂＋Ａ ₃＋ ……Ａ₇＝０．５×６」の
円弧を描き、次いで、座標点（０，２．５）を中心とし
て「ｒ＝Ａ₃＋Ａ₄＋ ……Ａ₇＝０．５×５」の円弧
を描き……を、等方性エッチングＡ₇および異方性エッ
チングＢ₇に対応するまで繰り返す。

【００２０】このようにして、円弧を描き、隣り合う円
弧が交わった点で円弧をつなぎ、円弧が交わらない場合
は、ｙ軸に平行な線を引いて隣り合う円弧をつなぐこと
により、図２に示されるように、本発明の形成方法で得
られるコンタクトホールのテーパ形状となる。従って、
本発明の形成方法においては、等方性エッチングと異方
性エッチングとの繰り返し回数（Ｔ）、および各回のエ
ッチング量（ＡｍおよびＢｍ）を調整することにより、
孔上径およびコンタクトホールのテーパ形状を調整する
ことができる。

【００２１】本発明においては、少なくとも最後の異方
性エッチング以外は、エッチングを１つの系内、すなわ
ち、少なくとも最後の異方性エッチング以外は等方性エ
ッチングと異方性エッチングとが同一の装置で行われ
る。従って、全てのエッチングを１つの系内で行っても
よく、あるいは最後の異方性エッチング（図１では
（ｆ），図２ではＢ₇）のみを別の系で行ってもよい。

【００２２】本発明の形成方法において、エッチングレ
ートには特に限定はなく、コンタクトホールの深さ、孔
径、アスペクト比、さらには使用するガスや印加電圧等
のエッチング条件に応じて適宜決定すればよい。なお、
エッチングレートは、１回当たりのエッチング量の制御
性の点から必要な最低エッチング時間に対応するエッチ
ングレートが上限となるが、エッチングレートが大きい
ほど生産性が良好になる。また、各サイクル毎における
等方性エッチングおよび／または異方性エッチングのエ
ッチングレートは、同一であっても異なるものであって
もよい。

【００２３】本発明の形成方法において、等方性エッチ
ングとしてはフッ素ラジカルを利用したエッチング、異
方性エッチングとしては垂直イオン入射を利用したエッ
チングであれば公知のすべての方法が利用可能であり、
等方性エッチングとしては、ガスエッチング、ケミカル
ドライエッチング（ＣＤＥ）、ダウンフローエッチン
グ、プラズマエッチング等が、異方性エッチングとして
は反応性イオンエッチング、スパッタエッチング、イオ
ンビームエッチング等が利用可能である。なお、ダウン
フローエッチングとは、ＣＤＥの一種であり、接地電極
により荷電粒子を阻止して活性種を含む中性ガスのみを
ウエハに照射して等方性エッチングを行うものである。
生産効率や形成するコンタクトホールの精度等の点で、
等方性エッチングをＣＤＥ特にマイクロ波放電を利用し
たダウンフローエッチングで行い、異方性エッチングを
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）で行うのが好まし
い。両者を利用することにより、第１回から最後までの
ＣＤＥの総量でコンタクトホールの孔上径を好適に制御
でき、ＲＩＥの高い異方性によってコンタクトホールの
孔底径を正確に制御できる上、良好なエッチング速度お
よび高い生産効率が実現できる。なお、コンタクトホー
ル孔上部の側壁が逆テーパとなるのを防ぐため、特に第
一回目の等方性エッチングでは、電気的に中性なガスを
ウエハに供給し、イオンをできるだけ入射させないこと
が必要である。本発明においては、ＲＩＥとＣＤＥとを
同じ系で行うため、２回目以降のＣＤＥにおけるエッチ
ングが阻害されないようにＲＩＥはデポジション性の低
い雰囲気とする必要がある。また、ＣＤＥとＲＩＥとの
切り替え時におけるロス時間を短縮するため、同じガ
ス、流量および圧力でエッチングを行うのが好ましい。
そのため、エッチングの反応ガスとしてＣＦ₄とＯ₂と
の混合ガスを用いるのがより好ましい。ただし、この混
合ガスでは対シリコン選択比が十分得られないので、最
後の異方性エッチングは、ガス系を変更するか、別の装
置で行うのが好ましい。

【００２４】本発明の形成方法は、このような等方性エ
ッチングと異方性エッチングとを繰り返し行うものであ
り、少なくとも最後の異方性エッチング以外は、両エッ
チングを一つの系内で少なくとも１回は行うことによ
り、優れた生産効率で、良好なテーパを有するコンタク
トホールを形成することができる。図３に、このような
本発明の形成方法を実施する、本発明のエッチング装置
の一例の概略図を示す。

【００２５】図３に示されるエッチング装置３０は、等
方性エッチングをＣＤＥ（ダウンフローエッチング）
で、異方性エッチングをＲＩＥで行う装置である。エッ
チング装置３０において、反応室となる（エッチング）
チャンバ３２はアルミニウム等の導電性材料で形成さ
れ、かつ接地されている。すなわち、図示例のエッチン
グ装置３０では、好ましい態様としてチャンバ３２がＲ
ＩＥの上部電極として作用する。また、チャンバ３２
は、底面からコンダクタンスバルブ３４を介してチャン
バ３２内部を真空にする真空ポンプ（図示省略）が接続
され、側壁にはチャンバ３２の内部の真空度を計測する
キャパシタンスマノメータ３６が配置される。

【００２６】チャンバ３２の下方には、基台４０が配置
される。コンタクトホールが形成されるシリコンウエハ
（シリコン基板）４２は、この基台４０に載置され、Ｃ
ＤＥおよびＲＩＥによってエッチングが行われる。な
お、基台４０には、シリコンウエハ４２の温度をエッチ
ング中に一定に保つための温度制御機構が設けられてい
る（図示省略）。本発明のエッチング装置３０におい
て、シリコンウエハ４２を載置する基台４０は、表面が
酸化されたアルミニウム（アルマイト）等の導電性の材
料で形成され、テフロンやセラミック等の絶縁層３８に
よってチャンバ３２と絶縁されている。さらに、基台４
０には高周波（Ｒｆ）電源４４が接続される。すなわ
ち、基台４０はＲＩＥの際のＲｆ電圧印加電極（下部電
極）として作用する。エッチング装置３０において、Ｒ
ｆの周波数には特に限定はなく、エッチングレートや使
用するガス種等に応じて適宜決定すればよいが、通常１
３．５６ＭＨｚ程度のものが用いられる。

【００２７】なお、図示例の装置では、基台４０と高周
波電源４４とは、Ｒｆを印加した際のＲｆとプラズマと
のインピーダンスの整合を取るためのマッチング回路
（ブロッキングキャパシタを含む）４６を介して接続さ
れる。

【００２８】一方、チャンバ３２の天井には開口が形成
されており、ガス分散リング４８を介して石英ベルジャ
５０によってこの開口が閉塞されている。なお、石英ベ
ルジャ５０の替わりにセラミック製のベルジャを用いて
もよい。ガス分散リング４８は、エッチング用のガスの
混合分散して石英ベルジャ５０内に放出するもので、ガ
ス供給手段５４が接続される。図示例のエッチング装置
３０は、一例として、ＣＦ₄とＯ₂との混合ガスでＲＩ
ＥとＣＤＥとを行う装置であり、ガス供給手段５４はＣ
Ｆ₄、Ｏ₂およびＮ₂ガスの供給源に接続され、各ガス
の供給量が、それぞれに対応して配置されるマスフロー
コントローラ（ＭＦＣ）５６，５６…およびバルブ５
８，５８…によって調整、制御される。

【００２９】また、図示例の装置においては、石英ベル
ジャ５０を上部から覆うようにして、マイクロ波発信器
６０に接続された導波管６２が配置され、空洞共振器を
形成し、石英ベルジャ５０内部にマイクロ波を供給す
る。すなわち、石英ベルジャ５０の内部空間がチャンバ
３２に隣接するマイクロ波放電プラズマ発生部となる。
マイクロ波発信器６０によるマイクロ波の周波数には特
に限定はなく、エッチングレートや使用するガス種等に
応じて適宜決定すればよいが、通常、２．４５ＧＨｚ程
度のものが使用される。導波管６２には石英ベルジャ５
０によって反射されたマイクロ波を吸収するアイソレー
タ６４、およびマイクロ波と石英ベルジャ５０内のプラ
ズマとのインピーダンスの整合を取るためのスリースタ
ブチューナ６６が配置される。

【００３０】プラズマ発生部とチャンバー３２内部、す
なわち、石英ベルジャ５０とチャンバ３２との間には、
ガス分散板６８が配置されている。ガス分散板６８は、
アルミニウム等の導電性材料で形成された、メッシュ状
あるいは多数の孔を有する板状体で、接地されている。

【００３１】前述のように、本発明にかかるエッチング
装置３０は、ＣＤＥ（ダウンフローエッチング）による
等方性エッチングとＲＩＥによる異方性エッチングとを
行うことができる装置である。この装置においてＣＤＥ
を行う際には、真空ポンプによってチャンバ３２内部を
減圧し、ＭＦＣ５６およびバルブ５８によって流量を制
御してガス供給手段５４から（反応）ガスを供給する。
ガスはガス分散リング４８によって分散され、石英ベル
ジャ５０内に均一に導入される。また、チャンバ３２内
のガス圧は、キャパシタンスマノメータ３６で測定さ
れ、コンダクタンスバルブ３４（必要に応じてＭＦＣ５
６およびバルブ５８）によって所定値に制御される。こ
の状態でマイクロ波発信器６０によってマイクロ波が発
生されると、マイクロ波は導波管６２を通って石英ベル
ジャ５０に供給され、石英ベルジャ５０内のガスがプラ
ズマ化されて第１のプラズマ５２が発生し、図示例にお
いてはフッ素ラジカルが生成する。

【００３２】ここで、石英ベルジャ５０内部（マイクロ
波放電プラズマ発生部）とチャンバ３２内部とは接地さ
れた導電性のガス分散板６８で仕切られており、しか
も、チャンバ３２も導電性でかつ接地されているので、
第１のプラズマ５２中の電荷粒子はガス分散板６８で吸
収され、チャンバ３２内部には侵入しない。他方、第１
のプラズマ５２によって発生したフッ素ラジカルを含む
中性ガスは、ガス分散板６８を通過してチャンバ３２内
部に侵入し、シリコンウエハ４２に到達し、ＣＤＥによ
る等方性エッチングが行われる。

【００３３】なお、図示例のエッチング装置３０におい
ては、石英ベルジャ５０（プラズマ発生部）をチャンバ
３２に直結し、チャンバ３２内の石英ベルジャ５０と対
向する位置にシリコンウエハ４２を配置すると共に、前
述のように、チャンバ３２を上部電極として作用させ
る。そのため、フッ素ラジカルとチャンバ３２内壁との
衝突回数を最小限に抑えることができ、シリコンウエハ
４２に到達するフッ素ラジカルの量（濃度）を最大とし
て、等方性エッチングの速度を大きくすることができ
る。

【００３４】一方、ＲＩＥは下記のようにして行うこと
ができる。前述のように、シリコンウエハ４２が載置さ
れる基台４０は、導電性でかつ絶縁層３８によってチャ
ンバ３２と絶縁されており、さらにＲｆ電源４４に接続
されいる。そのため、必要に応じてガス圧を調整し、マ
イクロ波発生器６０を停止あるいは駆動したままＲｆ電
源４４を駆動して高周波電力を基台４０に供給すると、
基台４０とチャンバ３２との間に第２のプラズマ７０が
発生する。

【００３５】チャンバ３２は接地されており、その内壁
よりなる接地電極面積に比べて基台４０の面積は大幅に
小さいため、第２のプラズマ７０と基台４０すなわちシ
リコンウエハ４２との間に、第２のプラズマ７０を
（＋）としシリコンウエハ４２を（−）とする数百Ｖの
直流電圧が発生する。これにより、第２のプラズマ７０
内の正電荷を持ったイオンは、エネルギーを得てシリコ
ンウエハ４２に入射し、ＲＩＥが行われる。ここで、直
流電圧は第２のプラズマ７０と基台４０との間に発生す
るので、イオンの入射方向はシリコンウエハ４２にほぼ
垂直となり、従って、垂直方向のエッチング速度を横方
向に対して十分に大きくすることができ、異方性の高い
ＲＩＥを実現することができる。

【００３６】すなわち、本発明のエッチング装置３０に
よれば、マイクロ波発生器６０の駆動によってＣＤＥす
なわち等方性エッチングを行うことができ、Ｒｆ電源４
４の駆動によってＲＩＥすなわち異方性エッチングを行
うことができる。つまり、エッチング装置３０によれ
ば、Ｒｆ電源４４の駆動／停止（必要に応じてチャンバ
内の雰囲気を調整）のみで等方性エッチングと異方性エ
ッチングとを切り替えることができ、１つの系内で容易
に両エッチングを実施し、前述の本発明のコンタクトホ
ールの形成方法を良好な生産効率で実施することができ
る。しかも、図示例においては、ＣＤＥとＲＩＥとを同
じガスで行っているので、より簡便なコンタクトホール
の形成が可能である。さらに、ガス流量およびコンダク
タンスバルブ３４の開度をＣＤＥとＲＩＥとで同一に設
定すれば、ＣＤＥとＲＩＥとの切り替え時間を実質上ゼ
ロにできるので、生産効率を大幅に向上することができ
る。

【００３７】なお、図示例の装置では、ＣＤＥとＲＩＥ
とを同じガスで行っているため、ＲＩＥの際にも横方向
のエッチングが進行するが、これは十分に小さく、ま
た、この場合にはＣＤＥとＲＩＥとの横方向エッチング
の総量でコンタクトホールの孔上径を調整することがで
きるので、全く問題とはならない。また、前述のよう
に、ＲＩＥを行っている際には、マイクロ波発生器６０
を駆動してもしなくてもよい。ここで、マイクロ波発生
器６０を駆動してＲＩＥを行うと、同時にＣＤＥも進行
するので、エッチング速度および横方向へのエッチング
速度が早くなる。従って、ＲＩＥ中のマイクロ波発生器
６０の駆動／停止は、形成するコンタクトホールのテー
パ等に応じて適宜決定すればよい。

【００３８】前述のように、本発明においてはＲＩＥと
ＣＤＥとを同じ系内で行うので、２回目以降のＣＤＥに
おけるエッチングの進行を妨害しないために、ＲＩＥを
デポジション性の低い雰囲気とする必要があり、図示例
のエッチング装置３０においては、反応ガスとしてＣＦ
₄とＯ₂との混合ガスを用いてエッチングを行ってい
る。絶縁膜１２がＢＰＳＧ膜等である場合には、エッチ
ングにＣＦ₄とＯ₂との混合ガスを用いることができる
が、この混合ガスでは、ＲＩＥの際の絶縁膜１２とシリ
コンとの選択性が低く、絶縁膜１２のエッチングが進行
してシリコンウエハ４２が露出したとたんにシリコンウ
エハ４２までエッチングされてしまう。従って、このよ
うにＲＩＥにおける絶縁膜１２とシリコンウエハ４２と
の選択性が低い場合には、最後のＲＩＥ（異方性エッチ
ング）すなわち前記図１（ｆ）や図２Ｂ₇の工程は、こ
の装置では行わず、別のＲＩＥ装置で行うのが好まし
い。あるいは、最後のＲＩＥの際にガス供給手段５４か
ら供給する反応ガスを変更して、絶縁膜１２とシリコン
ウエハ４２との選択性を高めてもよい。

【００３９】以上、本発明のコンタクトホールの形成方
法およびエッチング装置について説明したが、本発明は
上述の例に限定はされず、本発明の要旨を逸脱しない範
囲において、各種の変更および改良を行ってもよいのは
もちろんである。また、以上の説明は、コンタクトホー
ルを例に行ったが、本発明はヴィアホールの形成に利用
してもよいのはもちろんである。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の具体的実施例を挙げ、本発明
をより詳細に説明する。［実施例］拡散層形成工程やゲート電極形成工程等を経
たシリコンウエハ４２上に、絶縁膜１２として７０００
Å厚のＢＰＳＧ膜を形成し、レジスト層１４を塗布形成
する。次いで、形成するコンタクトホール２０に応じた
開口をレジスト層１４に形成した後、図３に示されるエ
ッチング装置３０を用い、図１に示される工程でコンタ
クトホール２０の形成を行った。反応ガスはＣＦ₄とＯ
₂との混合ガスであり、その供給量はＣＦ₄が８０scc
m、Ｏ₂が２０sccmとし、チャンバ３２内の圧力は０．
２Torrとした。また、マイクロ波発生器６０の出力は８
００Ｗで周波数は２．４５ＧＨｚ、Ｒｆ電源４４の出力
は５００Ｗで周波数は１３．５６ＭＨｚである。上記条
件におけるシリコンウエハ４２と垂直方向のエッチング
レートは、下記のとおりである。マイクロ波＝８００Ｗで、Ｒｆ＝０Ｗの時（すなわ
ちＣＤＥ）；２０００Å／分マイクロ波＝０Ｗで、Ｒｆ＝５００Ｗの時（すなわ
ちＲＩＥ）；６０００Å／分

【００４１】以上の条件で、１回目エッチング：上記ＣＤＥを３０秒＝図１（ａ）２回目エッチング：上記ＲＩＥを１０秒＝図１（ｂ）３回目エッチング：上記ＣＤＥを３０秒＝図１（ｃ）４回目エッチング：上記ＲＩＥを１０秒＝図１（ｄ）５回目エッチング：上記ＣＤＥを３０秒＝図１（ｅ）を行い、図１（ａ）〜（ｅ）に示される工程のエッチン
グを行った。このエッチング条件では、ＲＩＥの際にレ
ジスト層１４下のイオン照射されない部分にはデポジシ
ョンが生じないので、等方性エッチングが均一に進行
し、滑らかなテーパが形成される。

【００４２】ここで、前述のように、上記条件ではＲＩ
Ｅにおける絶縁膜１２とシリコンとの選択性が低い。そ
のため、５回目のエッチングが終了した時点でシリコン
ウエハ４２をエッチング装置３０から取り出し、別のエ
ッチング装置を用いて、ＣＦ₄＋ＣＨＦ₃＋Ａｒの混合
ガスを用い、Ｓｉに対する選択性が高く、かつ完全に異
方性のエッチング条件でＲＩＥすなわち最後の異方性エ
ッチング（図１（ｆ）の工程）を行い、コンタクトホー
ル２０を形成した。その結果、図３に示される従来のコ
ンタクトホール形成と同等の処理時間で、滑らかでかつ
十分なテーパを有する、良好なコンタクトホールを形成
することができ、ステップカバレッジを向上することが
できた。以上の結果より、本発明の効果は明らかであ
る。

【００４３】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、滑らかで十分なテーパを有し、寸法精度にも優
れたコンタクトホールを、容易かつ高い生産効率で形成
することができ、高い生産効率でステップカバレッジを
向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）およ
び（ｆ）は、本発明のコンタクトホールの形成方法の一
例の概念図である。

【図２】本発明のコンタクトホールの形成方法によって
得られたコンタクトホールの形状を示す概略図である。

【図３】本発明のエッチング装置の一例の概念図であ
る。

【図４】従来のテーパ付きコンタクトホールの概略図で
ある。

【符号の説明】

１０シリコン基板１２絶縁膜１４レジスト層２０コンタクトホール３０エッチング装置３２（エッチング）チャンバ３４コンダクタンスバルブ３６キャパシタンスマノメータ３８絶縁層４０基台４２シリコンウエハ４４高周波（Ｒｆ）電源４６マッチング回路４８ガス分散リング５０石英ベルジャー５２第１のプラズマ５４ガス供給手段５６マスフローコントローラ（ＭＦＣ）５８バルブ６０マイクロ波発信器６２導波管６４アイソレータ６６スリースタブチューナ６８ガス分散板７０第２のプラズマ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/28 ＦＵ 29/88 Ｈ０１Ｌ 29/88 Ｆ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体装置の製造工程におけるコンタクト
ホールの形成方法であって、半導体ウエハにフッ素ラジカルを含む電気的に中性なガ
スを供給して等方性エッチングを行い、続いて、前記半
導体ウエハ表面に垂直方向に入射するイオンを供給して
異方性の高いエッチングを行うことを繰り返すことによ
り、側壁部に傾斜の付いたコンタクトホールを形成し、
かつ、少なくとも最後の異方性エッチング以外は、同一
の系内でエッチングを行うことを特徴とするコンタクト
ホールの形成方法。
【請求項２】前記等方性エッチングを放電室分離形のマ
イクロ波放電を利用したダウンフローエッチングで行
い、前記異方性の高いエッチングを反応性イオンエッチ
ングによって行い、前記等方性エッチングから異方性の
高いエッチングへの切り換えを、前記マイクロ波放電
と、半導体ウエハを載置する基台への高周波電圧印加電
極への高周波電圧印加とを切り換えることによって行う
請求項１に記載のコンタクトホールの形成方法。
【請求項３】前記等方性エッチングを放電室分離形のマ
イクロ波放電を利用したダウンフローエッチングで行
い、前記異方性の高いエッチングを反応性イオンエッチ
ングによって行い、前記等方性エッチングから異方性の
高いエッチングへの切り換えを、前記マイクロ波放電を
行いつつ、半導体ウエハを載置する基台への高周波電圧
印加電極に高周波電圧を印加することによって行う請求
項１に記載のコンタクトホールの形成方法。
【請求項４】反応室内に配置される反応室壁と絶縁され
た半導体ウエハを載置する高周波電圧印加電極と、前記
反応室と隣接して設けられるマイクロ波放電プラズマ発
生部と、このマイクロ波放電プラズマ発生部にエッチン
グ用のガスを供給する手段と、前記反応室とマイクロ波
放電プラズマ発生部との間に配置される接地されたガス
分散板と、前記高周波電圧印加電極に高周波電圧を印加
する手段とを有することを特徴とするエッチング装置。