JPH09246249A - 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膜の開
口を通し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】被エッチング膜１３上のレジスト膜１４を
パターニングし、開口１５を形成する工程と、レジスト
膜１４の開口１５の側壁にポリマ膜１６ａを形成する工
程と、フッ素含有ガスを用い、レジスト膜１４の開口１
５を通して被エッチング膜を全膜厚の途中まで等方性エ
ッチングする工程と、異方性エッチングによりレジスト
膜の開口を通して被エッチング膜に開口を形成する工程
とを有する。

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膜の開口を通し
てフッ素含有ガスを用いた等方性エッチングを行い、引
き続き同じ開口を通して異方性エッチングを行って被エ
ッチング体にテーパを有する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膜４の開口５を通して、例えば
ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ や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
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膜４の開口５を通して反応性
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
グを行ってコンタクトホール８を形成し、そのコンタク
トホール８を被覆するＡｌ配線７ａを形成する方法を示
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、上記図
９（ａ）〜（ｄ）に示すドライエッチング方法では、コ
ンタクトホール６（６ｂ）の内径が大きくなってしま
う。一例として等方性エッチング前のレジスト膜の開口
の内径が０．６μｍであったものが、異方性エッチング
後に形成されたコンタクトホール６（６ｂ）の内径は
０．９μｍとなった。このため、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３（ｂ）に
示すように、等方性エッチングの際にレジスト膜４の表
面に物理的強度の弱いフッ化レジスト層が形成され、そ
の後同じレジスト膜４の開口５ａを通して異方性エッチ
ングを行った場合、イオン照射による物理的衝撃によっ
てフッ化レジスト層が剥がれ落ちてしまい、その結果広
がったレジスト膜４の開口５ａの内径に従ってシリコン
酸化膜３の開口６ｂ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、被エッチング膜上のレジスト膜をパターニング
し、開口を形成する工程と、前記レジスト膜の開口の側
壁にポリマ膜を形成する工程と、フッ素含有ガスを用
い、前記レジスト膜の開口を通して前記被エッチング膜
を全膜厚の途中まで等方性エッチングする工程と、異方
性エッチングにより前記レジスト膜の開口を通して前記
被エッチング膜に開口を形成する工程とを有することを
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、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ることを特徴とする第１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３
の発明である、被エッチング膜の材料は、珪素化合物を
主たる成分とする絶縁物を用いる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、前記ポリマ膜は、１０ｎ
ｍ以下の膜厚であって、フッ素が透過しないような膜厚
を有す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、被エッチング膜上のレジスト膜をパタ
ーニングし、開口を形成する工程と、前記レジスト膜の
開口の側壁に１０ｎｍ以下の膜厚であって、フッ素が透
過しないような膜厚のポリマ膜を形成する工程と、フッ
素含有ガスを用い、前記レジスト膜の開口を通して前記
被エッチング膜をエッチングする工程とを有することを
特徴とするドライエッチング方法によって解決され、第
６の発明である、前記ポリマ膜はＣＨＦ₃ 、ＣＦ₄ ＋Ｈ
₂ 、ＣＦ₄ ＋ＣＨＦ ₃ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、Ｃ₃ Ｆ₈ 、Ｃ
₄ Ｆ₈ 、又はＣＨ₂ Ｆ₂ をプラズマ化し、反応させて形
成す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、前記フッ素含有ガスは、ＮＦ₃ ，ＣＦ₄
＋Ｏ₂ ，又はＳＦ ₆ ＋Ｏ₂ 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、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膜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
を用いた等方性ドライエッチング、特にダウンフローエ
ッチングを行うと、レジスト膜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、活性化した反応ガスによる物
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、レジスト膜の開口の内径
が広がってしまうからであると考えられる。

【０００８】本発明のドライエッチング方法において
は、絶縁膜、特に珪素化合物を主成分とする被エッチン
グ材料からなる絶縁膜にテーパを有する開口を形成する
ためフッ素含有ガスを用いた等方性エッチングとそれに
続く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前にレジスト膜の開口の側壁に
ポリマ膜を形成している。従って、フッ素含有ガスによ
りレジスト膜の開口を通して被エッチング体を等方性エ
ッチングしてもレジスト膜の開口の側壁にフッ化したレ
ジスト層が形成されず、これにより、続く異方性エッチ
ングの際エッチングによるレジスト膜の開口の拡大を抑
制することができる。

【０００９】更に、ポリマ膜の膜厚を１０ｎｍ以下であ
ってフッ素を透過させないような膜厚としているので、
レジスト膜の開口は当初と比べて殆ど狭くならず、レジ
スト膜の開口を通して被エッチング体を精度良くエッチ
ングすることができる。また、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膜の開口の側壁にポリマ
膜を形成している。従って、レジスト膜の表層にフッ化
したレジスト層が形成されるのを防止し、エッチングに
よりレジスト膜の開口が広がるのを抑制することができ
る。

【００１０】更に、ポリマ膜の膜厚を１０ｎｍ以下とし
ているので、レジスト膜の開口は当初と比べて殆ど狭く
ならず、レジスト膜の開口を通して被エッチング体を精
度良くエッチングすることができる。開口幅の縮小率
は、例えば、０．６μｍ、即ち６００ｎｍの開口幅の場
合３％程度に止まり、０．３μｍ、即ち３００ｎｍの開
口幅の場合７％弱の縮小率に止まる。実際には、続く異
方性エッチングの際に若干開口径が広がる傾向にあるの
で、実用上の開口幅の変化は殆どなく、パターン精度は
極めて良いといえる。

【００１１】また、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ド
ライ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抑制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 図１（ａ）〜（ｄ），図２（ａ），（ｂ）は、本発明の
第１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７は本発明で用いたダウンフローエッチ
ング装置の概略を示す側面図であり、図８は本発明で用
いた平行平板型反応性イオンエッチング装置の概略を示
す側面図である。

【００１３】図１（ａ）は、被エッチング体としてのシ
リコン酸化膜１３上にパターニングされたレジストマス
ク１４が形成された後の状態を示す。レジストマスク１
４にはコンタクトホールを形成すべき領域に開口１５が
形成されている。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表面に熱酸化により膜
厚約８００ｎｍのシリコン酸化膜１３を形成する。

【００１４】次に、シリコン酸化膜１３の上に回転塗布
法によりレジストを塗布し、膜厚約１．２μｍのレジス
ト膜を形成する。次いで、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、ホ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０．６μ
ｍの開口１５を有するレジストマスク１４が形成され
る。

【００１５】次に、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１７０
℃，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１１０〜１５０
℃である。上記レジストは、必要に応じてＵＶキュアを
かけながら２００℃程度までベーキングされる。

【００１６】次いで、図７のマイクロ波ダウンフローエ
ッチング装置のエッチング室３５内にレジストマスク１
４が形成されたシリコン基板１１を入れ、温調試料台３
７に載せた後、プラズマ生成室３４内及びエッチング室
３５内を減圧する。同時にシリコン基板１１を加熱し、
温度１５０℃に保持する。所定の圧力に達した後、流量
７００ＳＣＣＭのＣＨＦ₃ ガスを導入し、圧力を１Ｔｏ
ｒｒに保持する。

【００１７】次に、マイクロ波電源３１からマイクロ波
導波管３２及びマイクロ波透過窓３３を介してプラズマ
生成室３４内に電力１．４ｋＷのマイクロ波を供給して
ＣＨＦ₃ ガスをプラズマ化する。このとき、マイクロ波
ダウンフローエッチング装置を用いているため、生成さ
れるプラズマ密度が比較的低く、ポリマの形成に好適で
ある。プラズマ密度が高くなると、ガスの解離が進み、
ポリマが形成されにくくなるためである。なお、他に容
量結合型のイオンエッチング装置も生成されるプラズマ
密度が比較的低く、ポリマの形成に好適な装置である。

【００１８】この状態を６０秒間保持すると、図１
（ｂ）に示すように、レジストマスクの上面及び開口の
側壁に膜厚約５ｎｍのポリマ膜１６が形成される。この
とき、同時にレジストマスク１４の開口１５の底部のシ
リコン酸化膜１３表面にもポリマ膜１６が堆積する。な
お、ポリマ膜１６の形成の際、チャンバ壁等にもポリマ
膜が堆積される。ポリマが繰り返し堆積され、膜厚が厚
くなってくると剥がれてパーティクルの発生原因となる
ので、定期的にチャンバ内で酸素プラズマを生成してチ
ャンバ壁等に付着したポリマを灰化し、除去することが
必要である。従って、ポリマ膜を形成する装置は酸素プ
ラズマを発生させる手段を備えていることが望ましい。

【００１９】次に、以下に説明する方法により、図１
（ｃ）に示すように、レジストマスク１４の開口１５の
底部のポリマ膜１６をＡｒガスのプラズマを用いて物理
的に除去する。化学的な反応を起こさないＡｒガスを用
いるのは、折角被着した開口１５の側壁のポリマ膜１６
がエッチングガスとの反応により除去されないようにす
るためである。従って、エッチングガスとしてＡｒに限
らず、他の不活性ガスを用いてもよい。

【００２０】この場合、図８に示す平行平板型反応性イ
オンエッチング装置のエッチング室４５内にシリコン基
板１１を入れ、電極４３上に載せた後、エッチング室４
５内を減圧する。所定の圧力に達した後、エッチング室
４５内に流量５００ＳＣＣＭのＡｒガスを導入し、圧力
を０．１Ｔｏｒｒに保持する。次いで、電力６００Ｗ
（３．４Ｗ／ｃｍ² ）の高周波を対向電極４４に印加し
てＡｒガスをプラズマ化する。この状態を１５秒間保持
すると、レジストマスク１４の開口１５の底部のポリマ
膜１６が除去され、シリコン酸化膜１３が表出する。こ
のとき、同時にレジストマスク１４の上面のポリマ膜１
６も除去されるが、少なくともレジストマスク１４の開
口１５の側壁にはポリマ膜１６ａが残るので、問題はな
い。

【００２１】次に、ダウンフローエッチング装置のエッ
チング室３５内にシリコン基板１１を入れて、減圧し、
シリコン基板１１の温度を１５０℃に保持する。続い
て、流量４００ｓｃｃｍのＣＦ₄ ガスと流量１００ｓｃ
ｃｍのＯ₂ ガスの混合ガスをエッチング室３５の上流に
あるプラズマ生成室３４内に導入する。エッチング室３
５内の圧力を１Ｔｏｒｒに保持し、マイクロ波パワー
１．４ｋＷをプラズマ生成室３４のＣＦ₄ ＋Ｏ₂ の混合
ガスに印加する。マイクロ波の導入によりＯ₂ ガス及び
ＣＦ₄ ガスが活性化し、フッ素ラジカルが生成される。
生成されたフッ素ラジカルにより、図１（ｄ）に示すよ
うに、レジストマスク１４の開口を通してシリコン酸化
膜１３が等方性エッチングされる。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４０
０ｎｍ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１７ａが形成される。なお、レ
ジストマスク１４の開口１５の側壁にはポリマ膜１６ａ
が形成されているので、レジストマスク１４の開口１５
の側壁にフッ化したレジスト層が形成されない。但し、
レジストマスク１４の上面はポリマ膜で被覆されていな
いので、その表層がフッ化することは避けられないが、
問題はない。図中、１８はレジストマスク１４の上面表
層に形成されたフッ化したレジスト層を示す。

【００２２】次いで、平行平板型反応性イオンエッチン
グ装置のチャンバ内の対向電極の一方の電極上に、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
載せて、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５７
ｓｃｃｍ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。

【００２３】次いで、対向電極間にＲＦパワー６００Ｗ
（３．４Ｗ／ｃｍ² ）を印加して混合ガスをプラズマ化
する。このプラズマガスにより、図２（ａ）に示すよう
に、レジストマスク１４の開口１５を通してシリコン酸
化膜１３の残りの膜厚を異方性エッチングする。このと
き、レジストマスク１４の開口１５の側壁にはポリマ膜
１６ａ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３（ａ）に示すように、ＣＦ₄ ＋ＣＨ
Ｆ₃ によりレジストマスク１４の開口１５の側壁はエッ
チングされない。但し、レジストマスク１４の上面の表
層にはフッ化したレジスト層１８が形成されているの
で、その表層は多少エッチングされるが、問題はない。

【００２４】また、レジストマスク１４の開口１５の幅
はポリマ膜１６ａの膜厚により直径で約１０ｎｍ狭く、
約０．５９μｍとなっているが、当初の開口幅０．６μ
ｍと比べて殆ど変化がない。その開口１５を通して異方
性エッチングすることにより、凹部１７ａの下でその凹
部１７ａと繋がり、かつ凹部１７ａの幅よりも狭い直径
約０．５９μｍの開口１７ｂが形成される。

【００２５】これにより、開口１７ｂの縁部にテーパを
有するコンタクトホール１７が形成される。図３（ｂ）
に示す従来の場合当初と比べて直径で約＋０．３μｍの
開口の拡大があったのと比較して、大幅にパターン精度
の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。その後、図２（ｂ）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１
７を通して拡散層１２と接続する配線層１９を形成す
る。

【００２６】以上のように、第１の実施の形態のドライ
エッチング方法においては、フッ素含有ガスを用いた等
方性エッチングの前にレジストマスク１４の開口１５の
側壁にフッ素を透過させないような膜厚５ｎｍのポリマ
膜１６を形成している。従って、フッ素含有ガスを用
い、レジストマスク１４の開口１５を通してシリコン酸
化膜１３を等方性エッチングしてもレジストマスク１４
の開口１５の側壁にフッ化したレジスト層が形成され
ず、これにより、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１４の開口１５の拡大を抑制する
ことができる。

【００２７】また、ポリマ膜１６ａの膜厚が５ｎｍと薄
いので、レジストマスク１４の開口１５は当初と比べて
殆ど狭くならず、その開口１５を通してシリコン酸化膜
１３を精度良くエッチングすることができる。更に、上
記ドライエッチング方法によりシリコン基板１１上のシ
リコン酸化膜１３にコンタクトホール１７を形成してい
るので、コンタクトホール１７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。

【００２８】（２）第２の実施の形態 第１の実施の形態と異なるところは、ポリマ膜を形成す
るためＣＨＦ₃ ガスの代わりにＣＦ₄ ＋ＣＨＦ₃ ガスを
用いていることであり、また、ポリマ膜の形成と、Ａｒ
ガスによるレジストマスクの開口の底部のポリマ膜の除
去とを別々の方法・装置により行う代わりに、両方の処
理をともに反応性イオンエッチング装置を用いて連続的
に行っていることである。

【００２９】第２の実施の形態について図４（ａ），
（ｂ）を参照しながら以下に説明する。第１の実施の形
態における図１（ａ）の工程の後、まず、平行平板型反
応性イオンエッチング装置のエッチング室４５内に開口
１５を有するレジストマスク１４が形成されたシリコン
基板１１を入れた後、減圧する。このとき、シリコン基
板１１を加熱しない。

【００３０】所定の圧力に達した後、流量４４ｓｃｃｍ
のＣＦ₄ と流量５７ｓｃｃｍのＣＨＦ₃ の混合ガスを導
入し、圧力を０．３Ｔｏｒｒに保持する。次いで、電力
５００Ｗ（２．８Ｗ／ｃｍ² ）の高周波を印加してＣＦ
₄ ＋ＣＨＦ₃ ガスをプラズマ化する。この状態を６０秒
間保持すると、図４（ａ）に示すように、レジストマス
ク１４の上面及び開口１５の側壁に膜厚約５ｎｍのポリ
マ膜１６ｂが形成される。なお、このときレジストマス
ク１４の開口１５の底部のシリコン酸化膜１３表面にも
ポリマ膜１６ｂが堆積する。

【００３１】次いで、図４（ｂ）に示すように、引き続
き、平行平板型反応性イオンエッチング装置のエッチン
グ室４５内にシリコン基板１１を入れたままレジストマ
スク１４の開口１５の底部のポリマ膜１６をＡｒガスの
プラズマを用いて物理的に除去する。即ち、エッチング
室４５内を減圧して所定の圧力に達した後、流量５００
ＳＣＣＭのＡｒガスを導入し、圧力を０．１Ｔｏｒｒに
保持する。

【００３２】次に、電力６００Ｗ（３．４Ｗ／ｃｍ² ）
の高周波を印加してＡｒガスをプラズマ化する。この状
態を１５秒間保持すると、レジストマスク１４の開口１
５の底部のポリマ膜１６が除去され、シリコン酸化膜１
３が表出する。このとき、レジストマスク１４の開口１
５の側壁にはポリマ膜１６ｃが残る。その後、第１の実
施の形態と同様な工程を経て、テーパ１７ａを有するコ
ンタクトホール１７を形成し、更に配線層１９を形成
し、コンタクトホール１７を通して拡散層１２と接続す
る。

【００３３】以上のように、第２の実施の形態によれ
ば、ＣＦ₄ ＋ＣＨＦ₃ ガスを用いてレジストマスク１４
の開口１５の側壁にポリマ膜１６ｃを形成している。こ
の場合にも、第１の実施の形態と同様に、レジストマス
ク１４の開口１５の側壁にポリマ膜１６ｃが形成されて
いるので、等方性エッチングの際フッ化したレジスト層
の形成を抑制することができる。このため、異方性エッ
チングの際プラズマ中のイオン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の開口１
５の内径の拡大が抑制される。

【００３４】しかも、ポリマ膜１６ｃの膜厚が５ｎｍと
薄いので、レジストマスク１４の開口１５は殆ど狭くな
らず、その開口１５を通してコンタクトホール１７を精
度良くパターニングすることができる。これにより、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。 （３）第３の実施の形態 上記第１及び第２の実施の形態では、レジストマスク１
４の開口１５の側壁にポリマ膜１６ａ，１６ｃを形成す
る際、レジストマスク１４の開口１５の底部にポリマ膜
１６が形成されたが、第３の実施の形態ではポリマ膜１
６ｄの堆積条件の調整によりレジストマスク１４の開口
１５の底部にポリマ膜が形成されないようにしている。
この場合、レジストマスク１４の上面及び開口１５の側
壁にのみポリマ膜１６ｄが形成される。

【００３５】第３の実施の形態について図５（ａ），
（ｂ）を参照しながら説明する。図１（ａ）の工程を経
た後、図５（ａ）に示すように、マイクロ波ダウンフロ
ーエッチング装置のエッチング室３５内に開口１５を有
するレジストマスク１４が形成されたシリコン基板１１
を入れた後、減圧する。同時にシリコン基板１１を加熱
し、温度１５０℃に保持する。

【００３６】所定の圧力に達した後、流量７００ＳＣＣ
ＭのＣＨＦ₃ ガスを導入し、圧力を０．８Ｔｏｒｒに保
持する。次いで、電力１．４ｋＷのマイクロ波を印加し
てＣＨＦ₃ ガスをプラズマ化する。この状態を４５秒間
保持すると、レジストマスク１４の上面及び開口１５の
側壁に膜厚約３ｎｍのポリマ膜１６ｄが形成される。な
お、このときレジストマスク１４の開口１５の底部のシ
リコン酸化膜１３表面にはポリマ膜が堆積しない。

【００３７】この場合はレジストマスク１４の開口１５
の底部のポリマ膜を除去する必要はないので、マイクロ
波ダウンフローエッチング装置のエッチング室３５内に
シリコン基板１１を入れたまま直ちに開口１５を通して
シリコン酸化膜１３を等方性エッチングする。即ち、シ
リコン基板１１を加熱し、温度１５０℃に保持する。続
いて、流量４００ＳＣＣＭのＣＦ₄ ガスと流量１００Ｓ
ＣＣＭのＯ₂ ガスとをエッチング室３５の上流にあるプ
ラズマ生成室３４内に導入する。エッチング室３５内の
圧力を１Ｔｏｒｒに保持し、マイクロ波パワー１．４ｋ
Ｗをプラズマ生成室３４のＣＦ₄ ＋Ｏ₂ の混合ガスに印
加する。マイクロ波の導入によりＯ₂ ガス及びＣＦ₄ ガ
スが活性化し、フッ素ラジカルが生成される。生成され
たフッ素ラジカルにより、図５（ｂ）に示すように、レ
ジストマスク１４の開口１５を通してシリコン酸化膜１
３が等方性エッチングされる。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４００ｎ
ｍ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１７ａが形成される。なお、レジス
トマスク１４の開口１５の側壁にはポリマ膜１６ｄが形
成されているので、レジストマスク１４の開口１５の側
壁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。

【００３８】その後、第１の実施の形態と同様な工程を
経て、コンタクトホール１７を形成し、さらに配線層１
９を形成し、コンタクトホール１７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、レジストマスク１４の開口１５の底部にポリマ膜が
形成されないので、第１及び第２の実施の形態で説明し
たような不活性ガスによるエッチングを省略することが
でき、工程の簡略化を図ることができる。

【００３９】また、ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ を用いた等方性エッチ
ング工程の前にレジストマスク１４の開口１５の側壁に
ポリマ膜１６ｄを形成しているので、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１４の開
口１５の側壁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。これにより、異方性エッチング
の際プラズマ中のイオン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の開口１５の側
壁のエッチングが抑えられ、レジストマスク１４の開口
１５の内径の拡大が抑制される。

【００４０】また、ポリマ膜の膜厚が３ｎｍと薄いの
で、レジストマスク１４の開口１５は当初と比べて殆ど
狭くならない。このため、その開口１５を通してコンタ
クトホール１７を精度良く形成することができ、パター
ンの微細化を図ることができる。 （４）第４の実施の形態 上記第１乃至第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１７を形成
する場合に本発明を適用しているが、図６（ａ）〜
（ｄ）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２８を形成する場合にも適用する
ことができる。

【００４１】図６（ａ）は層間絶縁膜２４のエッチング
の前であって、ポリマ膜２７を形成した後の状態を示す
断面図である。同図に示すように、シリコン基板２１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を有するレジストマスク２５が層間絶縁膜２４
上に形成されている。更に、第１の実施の形態の場合と
同様な方法及び条件でポリマ膜２７を形成する。これに
より、レジストマスク２５の上面及び開口２６の側壁、
そして開口２６の底部の層間絶縁膜２４の表面はポリマ
膜２７で被覆される。

【００４２】この様な状態で、図６（ｂ）に示すよう
に、レジストマスク２５の開口２６の底部のポリマ膜２
７をＡｒガスのプラズマを用いて物理的に除去する。即
ち、平行平板型反応性イオンエッチング装置のエッチン
グ室４５内にシリコン基板２１を入れて減圧する。所定
の圧力に達した後、流量５００ＳＣＣＭのＡｒガスを導
入し、圧力を０．１Ｔｏｒｒに保持する。

【００４３】次いで、電力６００Ｗ（３．４Ｗ／ｃ
ｍ² ）の高周波を印加してＡｒガスをプラズマ化する。
この状態を１５秒間保持すると、レジストマスク２５の
開口２６の底部のポリマ膜２７が除去され、層間絶縁膜
２４が表出する。このとき、同時にレジストマスク２５
の上面のポリマ膜２７も除去されるが、少なくともレジ
ストマスク２５の開口２６の側壁にはポリマ膜２７ａが
残っているので、問題はない。

【００４４】次に、ダウンフローエッチング装置のエッ
チング室３５内にシリコン基板２１を入れて、減圧し、
シリコン基板２１の温度を１５０℃に保持する。続い
て、流量４００ＳＣＣＭのＣＦ₄ ガスと流量１００ＳＣ
ＣＭのＯ₂ ガスとの混合ガスをエッチング室３５の上流
にあるプラズマ生成室３４内に導入する。エッチング室
３４内の圧力を１Ｔｏｒｒに保持し、マイクロ波パワー
１．４ｋＷをプラズマ生成室３４のＣＦ₄ ＋Ｏ₂ の混合
ガスに印加する。マイクロ波の導入によりＯ₂ ガス及び
ＣＦ₄ ガスが活性化し、フッ素ラジカルが生成される。
生成されたフッ素ラジカルにより、図６（ｃ）に示すよ
うに、レジストマスク２５の開口２６を通して層間絶縁
膜２４が等方性エッチングされる。このとき、層間絶縁
膜２４のエッチング量を全膜厚の約半分程度約４００ｎ
ｍとするためこの状態を６０秒間保持する。これによ
り、層間絶縁膜２４には開口２６の縁がレジストマスク
２５の下まで広がった直径約１．４μｍの凹部２８ａが
形成される。なお、レジストマスク２５の開口２６の側
壁にはポリマ膜２７ａが形成されているので、レジスト
マスク２５の開口２６の側壁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。但し、レジスト
マスク２５の上面はポリマ膜で被覆されていないので、
その表層にフッ化したレジスト層２９が形成されるが、
問題はない。

【００４５】次いで、平行平板型反応性イオンエッチン
グ装置のエッチング室４５内の電極４３の上に、レジス
トマスク２５がそのまま残されたシリコン基板２１を載
せて、減圧する。同時に、シリコン基板２１を加熱して
温度２５℃に保持する。続いて、流量４４ｓｃｃｍのＣ
Ｆ₄ と流量５７ｓｃｃｍのＣＨＦ₃ の混合ガスをエッチ
ング室４５内に導入し、圧力０．１Ｔｏｒｒに保持す
る。

【００４６】次いで、電極４３と対向電極４４の間にＲ
Ｆパワー６００Ｗ（３．４Ｗ／ｃｍ ² ）を印加して混合
ガスをプラズマ化する。このプラズマガスにより、図６
（ｄ）に示すように、レジストマスク２５の開口２６を
通して層間絶縁膜２４の残りの膜厚を異方性エッチング
する。このとき、レジストマスク２５の開口２６の側壁
にはポリマ膜２７ａが形成されてレジストマスク２５の
耐性が改善されているため、ＣＦ₄ ＋ＣＨＦ₃ によりレ
ジストマスク２５の開口２６の側壁はエッチングされな
い。但し、レジストマスク２５の上面の表層はフッ化し
たレジスト層２９が形成されているので、多少エッチン
グされるが、問題はない。

【００４７】また、レジストマスク２５の開口２６の幅
はポリマ膜２７ａの膜厚により直径で約１０ｎｍ狭く、
約０．５９μｍとなっているが、当初の開口幅０．６μ
ｍと比べて殆ど変化がない。その開口２６を通して異方
性エッチングすることにより、凹部２８ａの下でその凹
部２８ａと繋がり、かつ凹部２８ａの幅よりも狭い直径
約０．５９μｍの開口２８ｂが形成される。

【００４８】これにより、開口２８ｂの縁部にテーパを
有するビアホール２８が形成される。従来の場合と比べ
て、大幅にパターン精度の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。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２８を通して下部配線層２３と接続する。

【００４９】以上のように、第４の実施の形態によれ
ば、ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ガスを用いた等方性エッチングの前
に、レジストマスク２５の開口２６の側壁にフッ素を透
過させないような膜厚のポリマ膜２７ａを形成してい
る。従って、レジストマスク２５の開口２６の側壁の反
応性イオンエッチングに対する耐性が改善されるので、
異方性エッチングの際プラズマ中のイオン衝撃等による
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。

【００５０】なお、被エッチング体として、第１乃至第
３の実施の形態では熱酸化によるシリコン酸化膜１３を
用い、第４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、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、かつ等方性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。

【００５１】また、ポリマ膜を形成するための反応ガス
としてＣＨＦ₃ 、ＣＦ₄ ＋ＣＨＦ₃を用いているが、Ｃ
Ｆ₄ ＋Ｈ₂ 、Ｃ₂ Ｆ₆ 、Ｃ₃ Ｆ₈ 、Ｃ₄ Ｆ₁₀、又はＣＨ
₂ Ｆ ₂ を用いてもよい。

【００５２】

【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、テーパを有する開口を形成するため
に等方性及び異方性エッチングの２段階エッチングが必
要な場合に、等方性エッチングの前にレジスト膜の開口
の側壁にポリマ膜を形成している。従って、フッ素含有
ガスを用い、レジスト膜の開口を通して被エッチング体
を等方性エッチングした場合、レジスト膜の開口の側壁
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、これにより、続く異方性エッチングの際エッチ
ングによるレジスト膜の開口の拡大を抑制することがで
きる。

【００５３】また、ポリマ膜の膜厚が１０ｎｍ以下と薄
いので、レジスト膜の開口は当初と比べて殆ど狭くなら
ず、レジスト膜の開口を通して被エッチング体を精度良
くエッチングすることができる。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２】本発明の第１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３】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４】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について示
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、 １５，１７ｂ，２６，２８ｂ 開口、 １７ａ，２８ａ 凹部、 １９ 配線層、 １６，１６ａ〜１６ｄ，２７，２７ａ ポリマ膜、 １７ コンタクトホール、 ２２ 下地絶縁膜、 ２３ 下部配線層、 ２４ 層間絶縁膜、 ２８ ビアホール、 ３１ マイクロ波電源、 ３２ マイクロ波導波管、 ３３ マイクロ波透過窓、 ３４ プラズマ生成室、 ３５，４５ エッチング室、 ３６ グリッド、 ３７ 温調試料台、 ４１ 高周波電源、 ４２ ブロッキングコンデンサ、 ４３ 電極、 ４４ 対向電極。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被エッチング膜上のレジスト膜をパター
   ニングし、開口を形成する工程と、 前記レジスト膜の開口の側壁にポリマ膜を形成する工程
   と、 フッ素含有ガスを用い、前記レジスト膜の開口を通して
   前記被エッチング膜を全膜厚の途中まで等方性エッチン
   グする工程と、 異方性エッチングにより前記レジスト膜の開口を通して
   前記被エッチング膜に開口を形成する工程とを有するこ
   とを特徴とするドライエッチング方法。
2. 【請求項２】 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ることを特徴とする請求項１に記
   載のドライエッチング方法。
3. 【請求項３】 被エッチング膜の材料は、珪素化合物を
   主たる成分とする絶縁物を用いる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】 前記ポリマ膜は、１０ｎｍ以下の膜厚で
   あって、フッ素が透過しないような膜厚を有することを
   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】 被エッチング膜上のレジスト膜をパター
   ニングし、開口を形成する工程と、 前記レジスト膜の開口の側壁に１０ｎｍ以下の膜厚であ
   って、フッ素が透過しないような膜厚のポリマ膜を形成
   する工程と、 フッ素含有ガスを用い、前記レジスト膜の開口を通して
   前記被エッチング膜をエッチングする工程とを有するこ
   とを特徴とするドライエッチング方法。
6. 【請求項６】 前記ポリマ膜はＣＨＦ₃ 、ＣＦ₄ ＋
   Ｈ₂ 、ＣＦ₄ ＋ＣＨＦ₃、Ｃ₂ Ｆ₆ 、Ｃ₃ Ｆ₈ 、Ｃ₄ Ｆ
   ₈ 、又はＣＨ₂ Ｆ₂ をプラズマ化し、反応させて形成す
   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】 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、又は配線層上の層間絶縁膜
   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。