JPH09246246A - ドライエッチング方法及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】被エッチング体上に形成されたレジストマスク
に従ってフッ素含有ガスを用いた等方性エッチングを行
い、引き続き異方性エッチングを行って被エッチング体
に開口を形成するドライエッチング方法に関し、エッチ
ングによるレジストマスクの開口の拡大を抑制する。 【解決手段】フッ素含有ガスを用い、パターニングされ
たレジスト膜１４をマスクとして被エッチング体を等方
性エッチングし、続いて前記レジスト膜１４をマスクと
して異方性エッチングするドライエッチング方法におい
て、等方性エッチングする前に、又は前記異方性エッチ
ングする前に前記レジスト膜１４にイオン注入すること
を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ドライエッチング
方法及び半導体装置の製造方法に関し、より詳しくは、
被エッチング体上に形成されたレジストマスクに従って
フッ素含有ガスを用いた等方性エッチングを行い、引き
続き異方性エッチングを行って被エッチング体に開口を
形成するドライエッチング方法及び半導体装置の製造方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、半導体装置の製造方法において層
間絶縁膜にコンタクトホールやビアホールを形成する場
合、図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜
３上に形成したレジストマスク４に従って、例えばＮＦ
₃ を用いたダウンフロードライエッチングにより等方性
エッチングを行ってシリコン酸化膜３の全膜厚の約半分
の膜厚を除去し、凹部６ａを形成した後、さらに同じレ
ジストマスク４に従って、例えばＣＦ₄ ＋ＣＨＦ₃ を用
いた反応性イオンエッチングによりシリコン酸化膜３の
残りの膜厚を異方性エッチングし、凹部６ａの下で凹部
６ａに繋がり、かつ凹部６ａより幅の狭い開口６ｂを形
成する。これにより、開口縁部にテーパ６ａを有するコ
ンタクトホール６が形成される。なお、１は半導体基
板、２は拡散層である。

【０００３】このようなコンタクトホール６では、等方
性エッチングによりコンタクトホール５の開口縁部にテ
ーパ６ａが形成されるため、Ａｌ配線６の段差被覆率
（ステップカバレージ）が良い。図１０（ａ），（ｂ）
は、反応性イオンエッチングのみによる異方性エッチン
グを行って形成したコンタクトホール８を被覆するＡｌ
配線７ａの段差被覆率を示す断面図である。図９（ｄ）
と図１０（ｂ）を比較するとＡｌ配線６の段差被覆率の
改善効果は顕著である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ドライエッチング方法では、コンタクトホール６（６
ｂ）の内径が大きくなってしまい、微細なコンタクトホ
ールを形成する場合に問題となる。これは、図４（ｂ）
に示すように、等方性エッチング後にレジストマスク４
の表層にフッ化レジスト層が形成され、その後同じレジ
ストマスク４を用いて異方性エッチングを行う場合、異
方性エッチング時にエッチング耐性のないフッ化レジス
ト層が除去され、最初のマスク寸法より広がった開口６
ｂが形成されるためである。

【０００５】本発明は、上記の従来例の問題点に鑑みて
創作されたものであり、フッ素含有ガスを用い、レジス
トマスクに従ってエッチングを行う際、エッチングによ
るレジストマスクの開口の拡大を抑制することが可能な
ドライエッチング方法及び半導体装置の製造方法を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、第１の発明
である、フッ素含有ガスを用い、パターニングされたレ
ジスト膜をマスクとして被エッチング体をエッチングす
るドライエッチング方法において、前記被エッチング体
をエッチングする前に前記レジスト膜にイオン注入する
ことを特徴とするドライエッチング方法によって解決さ
れ、第２の発明である、フッ素含有ガスを用い、パター
ニングされたレジスト膜をマスクとして被エッチング体
を等方性エッチングし、続いて前記レジスト膜をマスク
として前記被エッチング体を異方性エッチングするドラ
イエッチング方法において、前記等方性エッチングする
前に、又は前記異方性エッチングする前に前記レジスト
膜にイオン注入することを特徴とするドライエッチング
方法によって解決され、第３の発明である、前記等方性
エッチングはダウンフローエッチング装置を用いて行う
ことを特徴とする第１又は第２の発明に記載のドライエ
ッチング方法によって解決され、第４の発明である、前
記被エッチング材料は、ＳｉＯ₂ 、ＰＳＧ、Ｓｉ
₃ Ｎ₄、ＳｉＯＮのような珪素化合物を主成分とする絶
縁膜であることを特徴とする第１乃至第３の発明のいず
れかに記載のドライエッチング方法によって解決され、
第５の発明である、前記フッ素含有ガスは、ＮＦ₃ ，Ｃ
Ｆ₄ ＋Ｏ₂ ，又はＳＦ ₆ ＋Ｏ₂ であることを特徴とする
第１乃至第４の発明のいずれかに記載のドライエッチン
グ方法によって解決され、第６の発明である、前記イオ
ン注入に用いるイオンは、Ｐ，Ｂ，Ｎ，Ｎｅ，Ａｒ，Ａ
ｓ，Ｋｒ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｔｌ，又はＢｉであるこ
とを特徴とする第１乃至第５の発明のいずれかに記載の
ドライエッチング方法によって解決され、第７の発明で
ある、前記イオン注入のドーズ量は１×１０¹⁵ｃｍ^-2以
上であることを特徴とする第１乃至第６の発明のいずれ
かに記載のドライエッチング方法によって解決され、第
８の発明である、前記イオン注入を斜め方向から行って
前記レジストマスクの上面に及び開口の側壁にイオン注
入層を形成することを特徴とする第１乃至第７の発明の
いずれかに記載のドライエッチング方法によって解決さ
れ、第９の発明である、第１乃至第８の発明のいずれか
に記載のドライエッチング方法により半導体基板上の絶
縁膜にコンタクトホールを形成し、又は配線層を被覆す
る層間絶縁膜にビアホールを形成することを特徴とする
半導体装置の製造方法によって解決される。

【０００７】本願発明者は、従来例において異方性エッ
チングの後にレジストマスクの開口の内径が広がってし
まう原因について調査した。それによれば、フッ素含有
ガスを用いたドライエッチング、特にダウンフローエッ
チングを行うと、レジストマスクの表層にフッ化したレ
ジスト層が形成される。このフッ化したレジスト層はフ
ッ化していないレジスト層に比べて反応性イオンエッチ
ングに対する耐性が弱い。このため、反応性イオンエッ
チングを行っている途中で、反応ガスによる物理的な衝
撃或いは化学的な反応によって、フッ化したレジスト層
が除去されてしまい、レジストマスクの開口の内径が広
がってしまうからであると考えられる。

【０００８】さらに、本願発明者はレジストマスクに予
めイオン注入しておくことによりフッ素含有ガスにレジ
ストマスクを曝したときレジストマスクの表層にフッ化
した層が形成されず、レジストマスクのエッチングレー
トが抑制されることを実験により見いだした。例えば、
図１に示すように、イオン注入したレジスト膜をＣＦ ₄
＋Ｏ₂ ガスを用いてアッシングしたとき、イオン注入の
ドーズ量が１×１０¹⁵ｃｍ^-2以上でエッチング抑制効果
が顕著に現れた。

【０００９】本発明のドライエッチング方法において
は、フッ素含有ガスを用いたエッチングを行う前にレジ
ストマスクにイオン注入している。イオン注入に用いる
イオンの種類として、Ｐ，Ｂ，Ｎ，Ｎｅ，Ａｒ，Ａｓ，
Ｋｒ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｔｌ，又はＢｉを用いること
ができる。レジストマスクへのイオン注入によりエッチ
ングの前にすでにレジストマスクはエッチングされにく
くなっているので、エッチングによりレジストマスクの
開口などが後退して広がるのを抑制することができる。
これにより、レジストマスクに従って被エッチング体を
精度良くパターニングすることができる。

【００１０】また、フッ素含有ガスを用いた等方性エッ
チングの前に、又はこの等方性エッチングの後であって
異方性ドライエッチングの前にレジストマスクにイオン
注入している。従って、特に、テーパを有する開口を形
成するため等方性及び異方性エッチングの２段階エッチ
ングが必要な場合、等方性エッチングのためにフッ素含
有ガスを用い、レジストマスクの開口を通して被エッチ
ング体をエッチングしてもレジストマスクの上面の表層
や開口の側壁の表層にフッ化したレジスト層が形成され
るのを防止することができる。従って、引き続く異方性
エッチングの際エッチングによるレジストマスクの後退
を抑制し、レジストマスクの開口の拡大を抑制すること
ができる。

【００１１】また、斜め方向からイオン注入することに
より、レジストマスクの表面のみならず開口等の側壁に
もイオンが導入されるため、レジストマスクの開口など
が後退するのを一層よく抑制することができる。更に、
半導体基板上の絶縁膜にコンタクトホールを形成し、又
は配線層を被覆する層間絶縁膜にビアホールを形成する
半導体装置の製造方法に本発明のエッチング方法を適用
することにより、コンタクトホールやビアホールの拡大
を防止してパターンの微細化を図り、半導体装置の高密
度化を図ることが可能となる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。 （１）第１の実施の形態 まず、レジスト膜へのイオン注入によりレジスト膜のエ
ッチング耐性を向上させることができることを確認した
実験結果について図１を参照しながら説明する。

【００１３】図１はレジスト膜へのイオン注入のドーズ
量に対するアッシングレート比の変化の様子について示
す特性図である。横軸は自然対数目盛りで表したレジス
ト膜へのイオン注入のドーズ量φ（atoms/cm^-2）を示
す。縦軸は線形目盛りで表したアッシングレート比を示
す。アッシングレート比はドーズ量１×１０¹²ｃｍ^-2で
のアッシングレートに対する個々のドーズ量でのアッシ
ングレートの比を表すものである。

【００１４】イオン注入種としてリンイオン（Ｐ⁺ ）を
用い、ドーズ量１×１０¹²，１×１０¹³，１×１０¹⁴，
１×１０¹⁵，及び１×１０¹⁶ｃｍ^-2でアッシングレート
を測定した。また、レジスト膜のアッシングガスとして
ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ガスを用いた。図１に示すように、ドーズ
量１×１０¹³，１×１０¹⁴ｃｍ^-2でのアッシングレート
比はほぼ１で変化しないが、１×１０¹⁴ｃｍ^-2を越える
とアッシングレート比は急激に減少し、１×１０¹⁵ｃｍ
^-2以上で０．１近くにまでなる。即ち、ドーズ量１×１
０¹⁵ｃｍ^-2以上のイオン注入によりエッチングガスに対
するレジスト膜のエッチング耐性が向上することを確認
することができた。

【００１５】また、このイオン注入したレジスト膜をフ
ッ素含有ガスでダウンフローエッチングした場合、レジ
スト膜の表層にフッ化したレジスト層は殆ど形成されな
いことも確認することができた。従って、被エッチング
体に対して、フッ素含有ガスを用い、レジストマスクに
従って第１のエッチングを行った後にさらに同じレジス
トマスクに従って第２のエッチングを行った場合、従来
のようにエッチングによりレジストマスクの開口が拡大
するのを防止することができる。

【００１６】ここで、等方性エッチングに使用したダウ
ンフローエッチング装置を図７に示し、異方性エッチン
グに使用した平行平板ＲＩＥ装置を図８に示す。図７に
示したダウンフローエッチング装置では、２９はμ波電
源、３０は導波管、３１はμ波透過窓、３２は発光室、
３３はグリッド、３４は反応室、３５はウエハ、３６は
温調ステージ、３７はプラズマである。μ波によって発
光室３２でフッ素含有ガスをプラズマ化し、イオン、電
子、Ｆ原子等を生成する。このとき、生成されたＦ原子
はグリッドを通って方向性を持たずに資料に到達し、等
方性エッチングが行われる。このとき、生成された他の
励起粒子のイオン、電子等の荷電粒子はグリッドに遮蔽
され、試料に到達しないので、エッチング形状、デバイ
スにダメージ与えることはない。

【００１７】次に、図８に示した平行平板ＲＩＥ装置で
は、３８はウエハ、３９はステージを兼ねたＲＦ電極、
４０は対向電極、４１は高周波電源である。以上のよう
に、レジストマスクにドーズ量１×１０¹⁵ｃｍ^-2以上の
イオン注入を行うことにより、エッチングガスに曝され
るレジストマスクのエッチングを抑制し、パターンニン
グ精度の向上を図ることが可能となる。

【００１８】なお、実験ではイオン注入種としてリンイ
オンを用いているが、他の種類のイオン、例えば、Ｂ，
Ｎ，Ｎｅ，Ａｒ，Ａｓ，Ｋｒ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ｔ
ｌ，又はＢｉ等を用いた場合にも、同様に効果がある。
また、イオン注入したレジスト膜のエッチング耐性の向
上をＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ガスに対して確認したが、他のエッチ
ングガス、例えばＮＦ₃ ，ＳＦ₆ ＋Ｏ₂ ，ＣＦ ₄ ＋ＣＨ
Ｆ₃ 等に対しても同様な効果があることはいうまでもな
い。

【００１９】更に、レジストの種類としてホトレジスト
の他、ディープＵＶレジスト，ｉ線用レジスト，ｇ線用
レジスト，電子線用レジスト又はＸ線用レジスト等を用
いてもよい。 （２）第２の実施の形態 図２（ａ）〜（ｄ），図３は、本発明の第２の実施の形
態に係るドライエッチング方法を示す断面図である。図
４（ａ）は熱酸化膜にコンタクトホールを形成する途中
工程でのレジストマスクの断面形状の詳細を示す拡大断
面図である。

【００２０】図２（ａ）は、被エッチング体としてのシ
リコン酸化膜１３上にレジストマスクが形成された後の
状態を示す。即ち、シリコン基板１１に拡散層１２を形
成した後、シリコン基板１１上に熱酸化により膜厚約８
００ｎｍのシリコン酸化膜１３を形成する。次に、シリ
コン酸化膜１３の上に回転塗布法によりホトレジストを
塗布し、膜厚約１．２μｍのレジスト膜を形成する。

【００２１】次いで、レジスト膜を温度１７０℃でベー
キングし、硬化させる。なお、レジスト膜の種類によ
り、ベーキング温度は異なってくる。例えば、ディープ
ＵＶレジストの場合１１０℃，ｉ線用レジストの場合１
７０℃，ｇ線用レジストの場合１１０℃，電子線用レジ
ストの場合１１０℃，Ｘ線用レジストの場合１１０〜１
５０℃である。

【００２２】次に、コンタクトホールを形成すべき領域
に開口を形成するため、フォトマスクを用いてレジスト
膜を露光する。続いて、有機溶剤により現像すると、コ
ンタクトホールを形成すべき領域に直径０．６μｍの開
口１５を有するレジストマスク１４が形成される。次い
で、図２（ｂ）に示すように、ドーズ量１×１０¹⁶ｃｍ
^-2、加速エネルギ７０ｋｅＶ、入射角度８３°の条件で
リン（Ｐ）イオンを注入する。なお、図４（ａ）に示す
ように、レジストマスク１４の上面の表層及び開口１５
の側壁の表層にはイオン注入層１８が形成される。

【００２３】次に、図７に示すダウンフローエッチング
装置のエッチング室内に図２のシリコン基板１１を入れ
て、減圧し、シリコン基板１１の温度を８０℃に保持す
る。続いて、流量４０８ｓｃｃｍのＮＦ₃ ガスをエッチ
ング室の上流にあるプラズマ生成室内に導入し、圧力１
Ｔｏｒｒに保持した後、μ波パワー１．４ｋＷの条件
で、μ波を導入し、ＮＦ₃ ガスをプラズマ化し、フッ素
ラジカルを生成する。生成されたフッ素ラジカルはエッ
チング室に流れてくる。このフッ素ラジカルにより、図
２（ｃ）に示すように、レジストマスク１４に従ってシ
リコン酸化膜１３を等方性エッチングする（第１のエッ
チング工程）。このとき、シリコン酸化膜１３のエッチ
ング量を全膜厚の約半分程度約４００ｎｍとし、その膜
厚をエッチングするためこの状態を６０秒間保持する。
これにより、シリコン酸化膜１３には開口１５の縁がレ
ジストマスク１４の下まで広がった直径約１．４μｍの
凹部１６ａが形成される。なお、図４（ａ）に示すよう
に、レジストマスク１４の表層にはイオン注入層１８が
形成されているので、レジストマスク１４の表層にフッ
化したレジスト層が形成されるのを抑制することができ
る。

【００２４】次いで、図８に示した対向電極が設置され
た反応性イオンエッチング装置のチャンバ内の一方のｒ
ｆ電極の上に、レジストマスク１４がそのまま残された
シリコン基板１１を入れて、減圧し、シリコン基板１１
の温度を２５℃に保持する。続いて、流量４４ｓｃｃｍ
のＣＦ₄ と流量５７ｓｃｃｍのＣＨＦ₃ の混合ガスをチ
ャンバ内に導入し、圧力０．１Ｔｏｒｒに保持する。

【００２５】次いで、ｒｆ電極にＲＦパワー６００Ｗを
印加して混合ガスをプラズマ化する。この反応性イオン
エッチングにより、図２（ｄ）に示すように、レジスト
マスク１４に従ってシリコン酸化膜１３の残りの膜厚を
異方性エッチングし、除去する（第２のエッチング工
程）。このとき、レジストマスク１４の表層にはイオン
注入層１８が形成されてレジストマスク１４の耐性が改
善されているため、図４（ａ）に示すように、ＣＦ₄ ＋
ＣＨＦ₃ によるレジストマスク１４のエッチングは殆ど
無く、レジストマスク１４の開口１５の直径は最終的に
約０．６μｍと殆ど広がらない。この開口１５の直径に
従って、第１のエッチング工程で形成された凹部１６ａ
の下でその凹部１６ａと繋がり、かつ凹部１６ａの幅よ
りも狭い直径約０．６μｍの開口１６ｂが形成される。
これにより、開口１６ｂの縁部にテーパを有するコンタ
クトホール１６が形成される。図４（ｂ）に示す従来の
場合と比べて、直径で約０．３μｍの精度向上を図るこ
とができ、パターンのより微細化を図ることができた。

【００２６】その後、図３に示すように、Ａｌ膜を形成
した後、パターニングし、コンタクトホール１６を通し
て拡散層１２と接続する配線層１７を形成する。以上の
ように、第１の実施の形態によれば、ＮＦ₃ を用いた第
１のエッチング工程の前に、レジストマスク１４にイオ
ン注入している。これにより、レジストマスク１４の上
部の表層及び開口１５の側壁の表層にイオン注入層１８
が形成されて反応性イオンエッチングに対する耐性が改
善されるので、第２のエッチング工程においてプラズマ
中のイオンによる物理的な衝撃或いは反応性ラジカルに
よる化学的な反応に起因するレジストマスク１４の膜減
りや開口１５の側壁の後退が抑えられ、レジストマスク
１４の開口１５の内径の拡大が抑制される。これによ
り、レジストマスク１４に従ってコンタクトホール１６
を精度良くパターニングすることができ、パターンの微
細化を図り、半導体装置の高密度化を図ることが可能と
なる。

【００２７】なお、第１の実施の形態において、図２
（ｂ）に示すイオン注入のドーズ量を１×１０¹⁶ｃｍ^-2
としているが、イオン注入のドーズ量を１×１０¹⁵ｃｍ
^-2とした場合にも、第１の実施の形態の場合と同様に、
開口の縁部にテーパを有する直径約０．６μｍのコンタ
クトホール１６が形成される。図４（ｂ）に示す従来の
場合と比べて、直径で約０．３μｍの精度向上、即ち、
より一層のパターンの微細化を図ることができた。

【００２８】（３）第３の実施の形態 第２の実施の形態では、第１のドライエッチングの前に
イオン注入を行っているが、第１のドライエッチング後
であって、第２のドライエッチング前にイオン注入を行
う場合について、図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら以
下に説明する。第２の実施の形態における図２（ａ）の
工程の後、まず、図５（ａ）に示すように、ＮＦ₃ を用
いたダウンフロードライエッチングにより等方性エッチ
ング（第１のエッチング）を行ってシリコン酸化膜１３
の全膜厚の約半分の膜厚を除去し、凹部２７ａを形成す
る。

【００２９】次いで、図５（ｂ）に示すように、ドーズ
量１×１０¹⁶ｃｍ^-2、加速エネルギ７０ｋｅＶ、入射角
度８３°の条件でレジストマスク１４にリンイオン（Ｐ
⁺ ）の注入を行う。これにより、レジストマスク１４の
上面の表層及び開口１５の側壁の表層にはイオン注入層
１８が形成される。次に、図５（ｃ）に示すように、さ
らに同じレジストマスク１４に従って、例えばＣＦ₄ ＋
ＣＨＦ₃ を用いた反応性イオンエッチングによりシリコ
ン酸化膜１３の残りの膜厚を異方性エッチングし（第２
のドライエッチング）、凹部１６ａの下で凹部１６ａに
繋がり、かつ凹部１６ａより幅の狭い開口１６ｂを形成
する。これにより、開口縁部にテーパ１６ａを有するコ
ンタクトホール１６が形成される。

【００３０】その後、第２の実施の形態と同様な工程を
経て、配線層を形成し、コンタクトホール１６を通して
拡散層１２と接続する。以上のように、第３の実施の形
態によれば、ＮＦ₃ を用いた等方性エッチング（第１の
エッチング）の後であって、異方性エッチング（第２の
ドライエッチング）の前に、レジストマスク１４にイオ
ン注入している。

【００３１】この場合にも、第２の実施の形態と同様
に、レジストマスク１４の上部の表層及び開口１５の側
壁の表層にイオン注入層が形成されて反応性イオンエッ
チングに対する耐性が改善されるので、第２のエッチン
グにおいて反応ガスによる物理的な衝撃或いは化学的な
反応に起因するレジストマスク１４の膜減りや開口１５
の側壁の後退が抑えられ、レジストマスク１４の開口１
５の内径の拡大が抑制される。これにより、レジストマ
スク１４に従ってコンタクトホール１６を精度良くパタ
ーニングすることができ、パターンの微細化を図り、半
導体装置の高密度化を図ることが可能となる。

【００３２】（４）第４の実施の形態 上記第２及び第３の実施の形態では、シリコン基板１１
上のシリコン酸化膜１３にコンタクトホール１６を形成
する場合に本発明を適用しているが、図６（ａ）〜
（ｃ）に示すように、下部配線層２３を被覆する層間絶
縁膜２４にビアホール２７を形成する場合にも適用する
ことができる。

【００３３】図６（ａ）は層間絶縁膜２４のエッチング
の前の状態を示す。同図に示すように、シリコン基板２
１上にシリコン酸化膜からなる下地絶縁膜２２が形成さ
れ、下部配線層２３が形成されている。さらにＡｌ膜か
らなる下部配線層２３を被覆してシリコン酸化膜からな
る層間絶縁膜２４がＣＶＤ法等により形成されている。
また、下部配線層２３上のビアホールを形成すべき領域
に開口２６が形成されているレジストマスク２５が層間
絶縁膜２４上に形成されている。

【００３４】この様な状態で、まず、ドーズ量１×１０
¹⁶ｃｍ^-2、加速エネルギ７０ｋｅＶ、入射角度８３°の
条件でレジストマスク２５にリンイオン（Ｐ⁺ ）の注入
を行う。これにより、レジストマスク２５の上面の表層
及び開口２６の側壁の表層にはイオン注入層２８が形成
される。次いで、図６（ｂ）に示すように、ＮＦ₃ を用
いたダウンフロードライエッチングにより等方性エッチ
ングを行ってシリコン酸化膜２３の全膜厚の約半分の膜
厚を除去し、凹部２７ａを形成する。

【００３５】次に、図６（ｃ）に示すように、さらに同
じレジストマスク２５に従って、例えばＣＦ₄ ＋ＣＨＦ
₃ を用いた反応性イオンエッチングによりシリコン酸化
膜２３の残りの膜厚を異方性エッチングし、凹部２７ａ
の下で凹部２７ａに繋がり、かつ凹部２７ａより幅の狭
い開口２７ｂを形成する。これにより、開口縁部にテー
パ２７ａを有するコンタクトホール２７を形成する。

【００３６】その後、第１の実施の形態と同様な工程を
経て、上部配線層を形成し、ビアホール２７を通して下
部配線層２３と接続する。以上のように、第４の実施の
形態によれば、ＮＦ₃ を用いた第１のエッチング工程の
前に、レジストマスク２５にイオン注入している。従っ
て、レジストマスク２５の上部の表層及び開口２６の側
壁の表層にイオン注入層２８が形成されて反応性イオン
エッチングに対する耐性が改善されるので、第２のエッ
チング工程においてプラズマ中のイオンによる物理的な
衝撃或いは反応性ラジカルによる化学的な反応に起因す
るレジストマスク２５の膜減りや開口２６の側壁の後退
が抑えられ、レジストマスク２５の開口２６の内径の拡
大が抑制される。これにより、レジストマスク２５に従
ってコンタクトホール２７を精度良くパターニングする
ことができ、パターンの微細化を図ることができる。

【００３７】なお、第１及び第２の実施の形態では被加
工体として熱酸化によるシリコン酸化膜１３を用い、第
３の実施の形態ではＣＶＤ法によるシリコン酸化膜２４
を用いているが、これに限られるものではなく、他の種
類の絶縁膜を用いてもよい。この場合、エッチングのた
めのマスクとしてレジストマスクを用い、かつ特に第１
のエッチングのエッチングガスとしてフッ素含有ガスを
用いるものであればよい。

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明のドライエッチン
グ方法においては、フッ素含有ガスを用いたエッチング
を行う前にレジストマスクにイオン注入している。これ
により、レジストマスクへのイオン注入によりエッチン
グの前にすでにレジストマスクはエッチングされにくく
なっているので、エッチングによりレジストマスクの開
口などが広がるのを抑制し、パターニング精度の向上を
図ることができる。

【００３９】また、フッ素含有ガスを用いた等方性エッ
チングの前に、又はこの等方性エッチングの後であって
異方性ドライエッチングの前にレジストマスクにイオン
注入している。従って、フッ素含有ガスを用いた等方性
エッチングの際レジストマスクの上面表層や開口の側壁
の表層にフッ化したレジスト層が形成されるのを防止
し、引き続く異方性エッチングの際エッチングによるレ
ジストマスクの後退を抑制してレジストマスクの開口の
拡大を抑制することができる。

【００４０】また、斜め方向からイオン注入することに
より、レジストマスクの表面のみならず開口等の側壁に
もイオンが導入されるため、レジストマスクの開口など
が後退するのを一層よく抑制することができる。更に、
半導体基板上の絶縁膜にコンタクトホールを形成し、又
は配線層を被覆する層間絶縁膜にビアホールを形成する
半導体装置の製造方法に本発明のエッチング方法を適用
することにより、コンタクトホールやビアホールの拡大
を防止してパターンの微細化を図り、半導体装置の高密
度化を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るイオン注入し
たレジスト膜のエッチング耐性の確認実験結果について
示す特性図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係るドライエッチ
ング方法について示す断面図（その１）である。

【図３】本発明の第２の実施の形態に係るドライエッチ
ング方法について示す断面図（その２）である。

【図４】本発明の実施の形態に係るドライエッチング方
法と従来のドライエッチング方法によるレジストマスク
の断面形状の比較について示す断面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係るドライエッチ
ング方法について示す断面図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係るドライエッチ
ング方法について示す断面図である。

【図７】本発明の実施の形態に係るドライエッチング方
法に用いられるダウンフローエッチング装置ついて示す
側面図である。

【図８】本発明の実施の形態に係るドライエッチング方
法に用いられる平行平板ＲＩＥ装置について示す側面図
である。

【図９】従来例に係るドライエッチング方法について示
す断面図である。

【図１０】他の従来例に係るドライエッチング方法につ
いて示す断面図である。

【符号の説明】

１１，２１ シリコン基板、 １２ 拡散層、 １３，２２，２４ シリコン酸化膜、 １４，２５ レジストマスク、 １５，１６ｂ，２６，２７ｂ 開口、 １６ａ，２７ａ 凹部、 １７ 配線層、 １８，２８ イオン注入層、 １６ コンタクトホール、 ２３ 下部配線層、 ２７ ビアホール、 ２９ μ波電源、 ３０ 導波管、 ３１ μ波透過窓、 ３２ 発光室、 ３３ グリッド、 ３４ 反応室、 ３５，３８ ウエハ、 ３６ 温調ステージ、 ３７ プラズマ、 ３９ ステージを兼ねたＲＦ電源、 ４０ 対向電極、 ４１ 高周波電源。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フッ素含有ガスを用い、パターニングさ
   れたレジスト膜をマスクとして被エッチング体をエッチ
   ングするドライエッチング方法において、 前記被エッチング体をエッチングする前に前記レジスト
   マスクにイオン注入することを特徴とするドライエッチ
   ング方法。
2. 【請求項２】 フッ素含有ガスを用い、パターニングさ
   れたレジスト膜をマスクとして被エッチング体を等方性
   エッチングし、続いて前記レジスト膜をマスクとして前
   記被エッチング体を異方性エッチングするドライエッチ
   ング方法において、 前記等方性エッチングする前に、又は前記異方性エッチ
   ングする前に前記レジスト膜にイオン注入することを特
   徴とするドライエッチング方法。
3. 【請求項３】 前記等方性エッチングはダウンフローエ
   ッチング装置を用いて行うことを特徴とする請求項１又
   は請求項２に記載のドライエッチング方法。
4. 【請求項４】 前記被エッチング材料は、ＳｉＯ₂ 、Ｐ
   ＳＧ、Ｓｉ₃ Ｎ₄ 、ＳｉＯＮのような珪素化合物を主成
   分とする絶縁膜であることを特徴とする請求項１乃至請
   求項３のいずれかに記載のドライエッチング方法。
5. 【請求項５】 前記フッ素含有ガスは、ＮＦ₃ ，ＣＦ₄
   ＋Ｏ₂ ，又はＳＦ₆＋Ｏ₂ であることを特徴とする請求
   項１乃至請求項４のいずれかに記載のドライエッチング
   方法。
6. 【請求項６】 前記イオン注入に用いるイオンは、Ｐ，
   Ｂ，Ｎ，Ｎｅ，Ａｒ，Ａｓ，Ｋｒ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｂ，
   Ｔｌ，又はＢｉであることを特徴とする請求項１乃至請
   求項５のいずれかに記載のドライエッチング方法。
7. 【請求項７】 前記イオン注入のドーズ量は１×１０¹⁵
   ｃｍ^-2以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項
   ６のいずれかに記載のドライエッチング方法。
8. 【請求項８】 前記イオン注入を斜め方向から行って前
   記レジストマスクの上面に及び開口の側壁にイオン注入
   層を形成することを特徴とする請求項１乃至請求項７の
   いずれかに記載のドライエッチング方法。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載
   のドライエッチング方法により半導体基板上の絶縁膜に
   コンタクトホールを形成し、又は配線層を被覆する層間
   絶縁膜にビアホールを形成することを特徴とする半導体
   装置の製造方法。