JPH0992640A

JPH0992640A - プラズマエッチング方法

Info

Publication number: JPH0992640A
Application number: JP7244351A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Nakamura; 誠一中村; Masahiro Hisada; 正浩久田; Akihito Hosoki; 昭仁細木; Hiroshi Matsuo; 洋松尾; Hiroshi Miyatake; 浩宮武
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-04-04

Abstract

(57)【要約】【構成】エッチングガスとしてフッ化炭素ガスと酸素
含有ガスとの混合ガスを用い、フッ化炭素ガスに対する
酸素含有ガスの流量比を小さくしておいてまずＳｉ窒化
膜１６の段差上部１６ａ、段差部１６ｂ直上までＳｉ酸
化膜１７をエッチングした後、酸素含有ガスの流量比を
大きくしてＳｉ窒化膜１６の段差部１６ｂ間にあるＳｉ
酸化膜１７をエッチングするプラズマエッチング方法。【効果】段差上部１６ａ〜段差下部１６ｃを有するＳ
ｉ窒化膜１６上のＳｉ酸化膜１７のみにエッチング処理
を確実に施すことができ、ゲート電極１３にダメージを
与えることなく、ゲート電極１３間に微細なコンタクト
ホール５５を正確、かつ容易に形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はプラズマエッチング
方法に関し、より詳細には、集積度の高い半導体装置を
製造する際に用いられ、低ガス圧力下で発生させた高密
度のプラズマを利用し、段差のあるＳｉ窒化膜上のＳｉ
酸化膜をホールエッチングする方法、あるいはその後引
き続いてＳｉ窒化膜をエッチングするプラズマエッチン
グ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置における素子の微細化、高集
積化に伴い、半導体素子におけるゲート電極間の所定位
置に微細なコンタクトホールを位置精度（アライメン
ト）よく形成する必要が生じている。

【０００３】図４は半導体素子の製造過程における半導
体基板の一部を模式的に示した断面図であり、図中４１
はＳｉ（シリコン）基板を示している。Ｓｉ基板４１上
にはゲート酸化膜４２が形成されており、ゲート酸化膜
４２上の所定箇所にはポリＳｉ及びタングステンシリサ
イド等より成るゲート電極４３が形成されている。また
ゲート電極４３上にはＳｉ酸化膜４４がそれぞれ形成さ
れ、ゲート電極４３及びＳｉ酸化膜４４の両側面にはＳ
ｉ酸化膜４５がそれぞれ形成されており、さらにゲート
酸化膜４２、Ｓｉ酸化膜４４、４５上にはこれらを覆う
態様でＳｉ酸化膜４６が形成されている。これらＳｉ基
板４１、ゲート酸化膜４２、ゲート電極４３、Ｓｉ酸化
膜４４、４５、４６等を含んで製造過程の半導体基板４
０が構成されている。

【０００４】このように構成された半導体基板４０にコ
ンタクトホールを形成する場合、まず対向するＳｉ酸化
膜４５間の距離Ｌ₁ を直径とする穴部がＳｉ酸化膜４５
間の上方に位置するように、この穴部がパターニングさ
れたフォトレジスト膜４８をＳｉ酸化膜４６上に形成す
る。次に例えば平行平板型エッチング装置（図示せず）
を使用し、フォトレジスト膜４８をマスクとしてＳｉ酸
化膜４６、ゲート酸化膜４２にプラズマエッチング処理
を施すと、コンタクトホール５０が形成される。

【０００５】しかし従来のプラズマエッチング方法にお
いては、図４に示したようにコンタクトホール５０の直
径Ｄ₁ をＳｉ酸化膜４５間の距離Ｌ₁ に合わせて小さく
設定するのが困難であるという問題があった。またコン
タクトホール５０の位置精度はステッパ露光時における
穴部４８ａの位置合わせ精度に依存しており、狭いＳｉ
酸化膜４５間の中心位置４３ａに穴部４８ａの中心位置
４８ｂを合わせるのが技術的限界にきているという問題
があった。

【０００６】ところで近年、０．１〜５０ｍＴｏｒｒの
低ガス圧力下でプラズマ放電が可能なＥＣＲ (Electron
Cyclotron Resonance) プラズマやヘリコン波プラズ
マ、ＩＣＰ (Induced Coupled Plasma) 装置などの高密
度プラズマ装置が開発され、これらの装置を用いた微細
なコンタクトホールのエッチングを実現できるようにな
ってきた。

【０００７】そこで上記位置精度の問題を解決するた
め、前記高密度プラズマ装置を用いたセルフアラインコ
ンタクト技術に基づくプラズマエッチング方法が提案さ
れている。以下、この技術の概要を説明する。図５はセ
ルフアラインコンタクト技術に基づくプラズマエッチン
グ方法を説明するため、コンタクトホール形成前の半導
体基板を模式的に示した断面図であり、図中１１はＳｉ
基板を示している。Ｓｉ基板１１上にはゲート酸化膜１
２が形成されており、ゲート酸化膜１２上の所定箇所に
はポリＳｉ及びタングステンシリサイド等より成るゲー
ト電極１３が形成されている。またゲート電極１３上に
はＳｉ酸化膜１４がそれぞれ形成され、ゲート電極１３
及びＳｉ酸化膜１４の両側面にはＳｉ酸化膜１５がそれ
ぞれ形成されている。さらにゲート酸化膜１２、Ｓｉ酸
化膜１４、１５上にはこれらを覆う態様で段差部１６ｂ
を有するＳｉ窒化膜１６が形成されており、またＳｉ窒
化膜１６上にはＳｉ酸化膜１７が形成されている。これ
らＳｉ基板１１、ゲート酸化膜１２、ゲート電極１３、
Ｓｉ酸化膜１４、１５、１７、Ｓｉ窒化膜１６等を含ん
でコンタクトホール形成前の半導体基板１０が構成され
ている。

【０００８】このように構成された半導体基板１０に、
セルフアラインコンタクト技術に基づいてコンタクトホ
ール５１を形成する場合、まず穴部１８ａの中心位置を
Ｓｉ酸化膜１５間の略中心位置に設定し、対向するゲー
ト電極１３間の距離Ｌ₂ より大きい直径Ｄ₂ の穴部１８
ａがパターニングされたフォトレジスト膜１８をＳｉ酸
化膜１７上に形成する。次に例えば図２に示した高密度
プラズマ装置としてのＥＣＲプラズマ装置２０を用い、
フォトレジスト膜１８をマスクとしてＳｉ酸化膜１７に
プラズマエッチング処理を施す。この際、Ｓｉ酸化膜１
７のＳｉ窒化膜１６に対する選択比（Ｓｉ酸化膜１７の
エッチレート／Ｓｉ窒化膜１６のエッチレート）が高い
反応ガスを使用し、Ｓｉ酸化膜１７をオーバエッチして
いくと、Ｓｉ窒化膜１６の上方ではＳｉ酸化膜１７のエ
ッチングが進行する一方、Ｓｉ窒化膜１６にエッチング
が到達した箇所ではこの進行が弱まる。すなわち図６
（ａ）に示したように、Ｓｉ窒化膜１６の段差上部１６
ａ、段差部１６ｂまたは段差下部１６ｃにエッチングが
到達するまでは、Ｓｉ酸化膜１７のエッチングが進行す
る一方、これらにエッチングが到達した後は、Ｓｉ窒化
膜１６においてこれ以上のエッチングが抑制される。こ
の結果、段差上部１６ａ、段差部１６ｂ及び段差下部１
６ｃ上にコンタクトホール５１が形成される。次にフォ
トレジスト膜１８をマスクとしてＳｉ窒化膜１６にプラ
ズマエッチング処理を施す。すると図６（ｂ）に示した
ように、距離Ｌ₂ より大きい直径Ｄ₂ （共に図５）の穴
部１８ａがパターニングされたフォトレジスト膜１８を
用いても、ゲート電極１３に傷を付けることなく、Ｓｉ
基板１１上のゲート電極１３間にコンタクトホール５１
が形成される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、プラズマ中
のイオン性を強めると、フォトレジスト膜１８における
穴部１８ａの形状に沿ってＳｉ酸化膜１７を正確にエッ
チングし得ることが知られている。

【００１０】上記した従来のプラズマエッチング方法に
おいては、Ｓｉ酸化膜１７にホールエッチング処理を施
す全工程期間、コンタクトホール５１形状の正確を期す
ためにプラズマ中のイオン性を強めており、この結果、
Ｓｉ酸化膜１７のＳｉ窒化膜１６に対する選択比が低く
なり易く、段差上部１６ａ、段差部１６ｂさらにはＳｉ
酸化膜１４、１５がスパッタされ易く、ゲート電極１３
等にダメージが生じるおそれがあるという課題があっ
た。

【００１１】またＳｉ酸化膜１７用のエッチングガスか
らＳｉ窒化膜１６用のエッチングガスに切り替えても、
Ｓｉ酸化膜１７に引き続いて同一チャンバ内で段差上部
１６ａ〜段差下部１６ｃを連続的にエッチングすること
が難しいという問題があった。またＳｉ窒化膜１６にエ
ッチング処理を施す場合、反応ガスとして一般的にフッ
化炭素ガスと水素とが結合した例えばＣＨＦ₃ 等のガス
や、あるいはＣＦ₄ とＨ₂ との混合ガス等が用いられて
いる。しかし、選択比向上に寄与する段差上部１６ａ〜
段差下部１６ｃ上へのフルオロハイドロカーボンの堆積
と、Ｓｉ窒化膜１６のエッチングとのバランスをとるこ
とが難しく、十分なストッパーマージンを有してエッチ
ング処理を施すことが困難であった。具体的には、段差
上部１６ａ〜段差下部１６ｃにおけるＳｉ窒化膜１６の
エッチング性を向上させると、Ｓｉ窒化膜１６のＳｉ酸
化膜１４、１５及びゲート酸化膜１２に対する選択比が
低下し易く、この結果、ゲート電極１３やＳｉ基板１１
にダメージが生じるおそれがあるという課題があった。

【００１２】本発明はこのような課題に鑑みなされたも
のであり、段差を有するＳｉ窒化膜上のＳｉ酸化膜のみ
にエッチング処理を施すことができ、この後同一チャン
バ内において、前記Ｓｉ窒化膜のゲート酸化膜等に対す
る選択比を高めつつ、前記Ｓｉ窒化膜を連続的にエッチ
ングすることができ、この結果、ゲート電極やＳｉ基板
にダメージを与えることなく、前記ゲート電極間に微細
なコンタクトホールを正確、かつ容易に形成することが
できるプラズマエッチング方法を提供することを目的と
している。

【００１３】

【課題を解決するための手段及びその効果】図３はエッ
チング処理中におけるＳｉ酸化膜のコンタクトホール形
状を示した模式図であり、（ａ）はイオン性の比較的弱
い（フルオロカーボンのデポジションモードが相対的に
大きい）エッチングガスを用いた場合、（ｂ）はイオン
性の比較的強い（前記モードが相対的に小さい）エッチ
ングガスを用いた場合を示している。図３（ｂ）から明
らかなように、従来用いているイオン性の比較的強いエ
ッチングガスでは、コンタクトホール５３の側面５３ａ
が略垂直で、かつ底部５３ｂがサブトレンチング形状と
なり易く、この結果、特に段差上部１６ａ、Ｓｉ酸化膜
１４がエッチングされ易く、したがってゲート電極１３
（共に図６（ａ））がダメージを受け易いこととなる。
他方図３（ａ）から明らかなように、イオン性の比較的
弱いエッチングガスを用いると、コンタクトホール５２
の側面５２ａが先細のテーパ形状で、かつ底部５２ｂが
丸みを帯びた形状となり易く、段差上部１６ａ、段差部
１６ｂ、Ｓｉ酸化膜１４、１５（共に図６（ａ））がエ
ッチングされ難い一方、段差部１６ｂ間における狭い領
域のＳｉ酸化膜１７（共に図６（ａ））部分がエッチン
グされ易いこととなる。したがってエッチングが段差上
部１６ａまたは段差部１６ｂに到達するまではイオン性
の弱い条件でエッチング処理を施し、それ以降はイオン
性の強い条件でエッチング処理を施すと、段差のあるＳ
ｉ窒化膜上にコンタクトホールを孔１８ａに沿って正確
に形成し得ることとなる。

【００１４】また、フッ化炭素ガスと酸素含有ガスとの
混合ガスを低ガス圧（１．０〜５０ｍＴｏｒｒ）でプラ
ズマ放電させる際、フッ化炭素ガスに対する酸素含有ガ
スの流量比（Ｆに対するＯの比）を小さく設定すると、
プラズマ中のイオン性を弱く（フルオロカーボンのデポ
ジションモードを大きく）し得る一方、前記流量比を大
きく設定するとイオン性を強く（前記デポジションモー
ドを小さく）し得る。

【００１５】また、Ｓｉ酸化膜１７をエッチングした
際、段差下部１６ｃ（共に図６（ａ））上にはエッチン
グによるフルオロカーボン重合膜（図示せず）が堆積・
付着しており、これを除去しないとＳｉ窒化膜１６のエ
ッチング処理が困難である。この際、酸素プラズマによ
るエッチング工程を導入すると、前記フルオロカーボン
重合膜を簡単に除去し得ることとなる。

【００１６】また、段差上部１６ａ〜段差下部１６ｃ
（図６（ａ））をエッチング処理する場合、Ｓｉ酸化膜
１７用のエッチングガスに適量の水素ガスを添加した混
合ガスを用いると、Ｓｉ窒化膜１６のＳｉ酸化膜１４、
１５及びゲート酸化膜１２（図６（ａ））に対する選択
比を高め得ることとなる。

【００１７】本発明者は上記の知見に基づき、本発明を
完成するに至った。

【００１８】すなわち、本発明に係るプラズマエッチン
グ方法は、ガスプラズマを利用して段差のあるＳｉ窒化
膜上のＳｉ酸化膜をホールエッチングするプラズマエッ
チング方法において、エッチングガスとしてフッ化炭素
ガスと酸素含有ガスとの混合ガスを用い、前記フッ化炭
素ガスに対する前記酸素含有ガスの流量比を小さくして
まず前記Ｓｉ窒化膜の段差直上までＳｉ酸化膜をエッチ
ングした後、前記酸素含有ガスの流量比を大きくして前
記Ｓｉ窒化膜の段差間にあるＳｉ酸化膜をエッチングす
ることを特徴としている。

【００１９】上記方法によれば、段差を有する前記Ｓｉ
窒化膜上の前記Ｓｉ酸化膜のみにエッチング処理を確実
に施すことができ、ゲート電極にダメージを与えること
なく、該ゲート電極間に微細なコンタクトホールを正
確、かつ容易に形成することができる。

【００２０】また本発明に係るプラズマエッチング方法
は、ガスプラズマを利用してＳｉ窒化膜上のＳｉ酸化膜
をエッチングした後、前記Ｓｉ窒化膜をエッチングする
プラズマエッチング方法において、前記Ｓｉ酸化膜のエ
ッチング後、この下方にある前記Ｓｉ窒化膜をエッチン
グする前に、該Ｓｉ窒化膜上にエッチングにより堆積し
たカーボン重合膜を酸素プラズマを用いて除去する工程
を加えることにより、同一チャンバ内で前記Ｓｉ酸化膜
と前記Ｓｉ窒化膜とを連続的にエッチングすることを特
徴としている。

【００２１】上記方法によれば、前記Ｓｉ窒化膜のエッ
チング時に阻害要因となる前記カーボン重合膜を前記酸
素プラズマにより除去するので、前記Ｓｉ酸化膜のホー
ルエッチングに引き続き、同一チャンバ内で前記Ｓｉ窒
化膜にエッチング処理を施すことができ、作業効率を高
めることができる。

【００２２】また本発明に係るプラズマエッチング方法
は、ガスプラズマを利用して段差のあるＳｉ窒化膜上の
Ｓｉ酸化膜をホールエッチングし、該ホール底のＳｉ窒
化膜をエッチングしてコンタクトホールを形成するプラ
ズマエッチング方法において、段差のある前記Ｓｉ窒化
膜上の前記Ｓｉ酸化膜をエッチングする際に、フッ化炭
素ガスに対する前記酸素含有ガスの流量比を小さくして
まず前記Ｓｉ窒化膜の段差直上までＳｉ酸化膜をエッチ
ングした後、前記酸素含有ガスの流量比を大きくして前
記Ｓｉ窒化膜の段差間にあるＳｉ酸化膜をエッチングす
る工程と、酸素プラズマを用いて前記エッチングにより
前記Ｓｉ窒化膜上に堆積したカーボン重合膜を除去する
工程と、フッ化炭素ガスと酸素含有ガスと水素ガスとの
混合ガスを用いて前記Ｓｉ窒化膜をエッチングする工程
とを含むことを特徴としている。

【００２３】上記方法によれば、段差を有する前記Ｓｉ
窒化膜上の前記Ｓｉ酸化膜のみにエッチング処理を確実
に施した後、同一チャンバ内において前記Ｓｉ窒化膜の
ゲート酸化膜等に対する選択比を高めつつ、前記Ｓｉ窒
化膜を連続的にエッチングすることができ、この結果、
ゲート電極やＳｉ基板にダメージを与えることなく、前
記ゲート電極間に微細なコンタクトホールを正確、かつ
容易に形成することができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプラズマエッ
チング方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。な
お、従来例と同一機能を有する構成部品には同一の記号
を付すこととする。図２は本発明に係るプラズマエッチ
ング方法の実施の形態に用いられるＥＣＲプラズマ装置
を示した模式的断面図であり、図中２１はプラズマ生成
室を示している。プラズマ生成室２１の上部壁２１ａ中
央部には石英ガラス板２２ａにより封止されたマイクロ
波導入窓２２が形成されており、マイクロ波導入窓２２
上部には導波管２３の一端が接続され、導波管２３の他
端にはマイクロ波発振器（図示せず）が接続されてい
る。プラズマ生成室２１及びこれに接続された導波管２
３の一端部にわたり、これらを囲繞する態様で、これら
と同心状に励磁コイル２４が配設されており、励磁コイ
ル２４は図示しない直流電源に接続されている。一方、
プラズマ生成室２１の下方には反応室２５が連設され、
反応室２５とプラズマ生成室２１とは仕切り板２６によ
り仕切られており、仕切り板２６中央部にはマイクロ波
導入窓２２と対向する位置にプラズマ引き出し窓２６ａ
が形成されている。反応室２５にはプラズマ引き出し窓
２６ａと対向する箇所に試料台２７が配設され、試料台
２７上面には試料としての半導体基板１０が載置されて
おり、図５に示したものと同様の半導体基板１０の表面
にはフォトレジスト膜（図示せず）が形成されている。
また反応室２５の下部壁には真空ポンプ（図示せず）に
接続される排気口２８が形成され、また反応室２５の上
部側壁にはガス導入管２９が接続されており、ガス導入
管２９を介して所定のエッチングガス２９ａが反応室２
５内に供給されるようになっている。これらプラズマ生
成室２１、マイクロ波導入窓２２、導波管２３、励磁コ
イル２４、反応室２５、試料台２７、排気口２８、ガス
導入管２９等を含んでＥＣＲプラズマ装置２０が構成さ
れている。

【００２５】このように構成された装置２０を用い、半
導体基板１０をエッチングする場合、まずフォトレジス
ト膜が形成された半導体基板１０を試料台２７上に載置
した後、真空ポンプを駆動させ、プラズマ生成室２１及
び反応室２５を所定の真空度に設定する。また励磁コイ
ル２４により磁界を形成しつつ、マイクロ波発振器で発
生させたマイクロ波を導波管２３、マイクロ波導入窓２
２を介してプラズマ生成室２１に導入すると共に、エッ
チングガス２９ａとしてフッ化炭素ガスと酸素含有ガス
との混合ガスをガス導入管２９よりそれぞれ所定量供給
し、所定圧力に設定する。この際のフッ化炭素ガスには
Ｃ₄ Ｆ₈ 、Ｃ₃ Ｆ₈ 等が用いられる。するとマイクロ波
放電で生成された電子が励磁コイル２４で形成された磁
界によりサイクロトロン共鳴し、エッチングガス２９ａ
を電離してプラズマを生成し、これが発散磁界により反
応室２５内の半導体基板１０に投射され、この表面がエ
ッチングされる。この際、フッ化炭素ガスに対する酸素
含有ガスの流量比を小さく設定し、Ｓｉ窒化膜１６の段
差上部１６ａ〜段差下部１６ｃ直上までＳｉ酸化膜１７
にエッチング処理を施すと、生成されたイオン性の弱い
プラズマにより、図１（ａ）に示したような側面５４ａ
が先細のテーパ形状で、かつ底部５４ｂが丸みを帯びた
コンタクトホール５４が形成される。この後、酸素含有
ガスの流量比を大きく設定してＳｉ酸化膜１７にエッチ
ング処理を施すと、生成されたイオン性の強いプラズマ
により、図１（ｂ）に示したように側面５５ａが穴部１
８ａに沿って略垂直なコンタクトホール５５が段差上部
１６ａ〜段差下部１６ｃ上に形成される。

【００２６】次にエッチングガス２９ａとしての酸素を
ガス導入管２９より所定量供給し、プラズマ生成室２１
及び反応室２５を所定圧力に設定し、試料にエッチング
処理を所定時間施す。すると生成された酸素プラズマに
より、Ｓｉ窒化膜１６上に堆積しているフルオロカーボ
ン重合膜（図示せず）が除去される。次にエッチングガ
ス２９ａとしてフッ化炭素ガス、酸素含有ガス及び水素
ガスの混合ガスをガス導入管２９よりそれぞれ所定量供
給して所定圧力に設定し、試料にエッチング処理を所定
時間施す。この際のフッ化炭素ガスにはＣＦ₄ 、Ｃ₂ Ｆ
₆ 等が用いられる。するとＳｉ窒化膜１６の段差上部１
６ａ〜段差下部１６ｃのみがエッチングされる。

【００２７】上記説明から明らかなように、実施の形態
に係るプラズマエッチング方法では、段差上部１６ａ〜
段差下部１６ｃを有するＳｉ窒化膜１６上のＳｉ酸化膜
１７のみにエッチング処理を確実に施すことができ、ゲ
ート電極１３にダメージを与えることなく、ゲート電極
１３間に微細なコンタクトホール５５を正確、かつ容易
に形成することができる。

【００２８】また、Ｓｉ窒化膜１６のエッチング時に阻
害要因となるカーボン重合膜を酸素プラズマにより除去
するので、Ｓｉ酸化膜１７に引き続き、同一反応室２５
内でＳｉ窒化膜１６にエッチング処理を施すことがで
き、作業効率を高めることができる。

【００２９】また、段差上部１６ａ〜段差下部１６ｃを
有するＳｉ窒化膜１６上のＳｉ酸化膜１７のみにエッチ
ング処理を確実に施した後、同一反応室２５内において
Ｓｉ窒化膜１６のゲート酸化膜１２に対する選択比を高
めつつ、Ｓｉ窒化膜１６を連続的にエッチングすること
ができ、この結果、ゲート電極１３やＳｉ基板１１にダ
メージを与えることなく、ゲート電極１３間に微細なコ
ンタクトホールを正確、かつ容易に形成することができ
る。

【００３０】

【実施例及び比較例】以下、本発明に係るプラズマエッ
チング方法の実施例を図面に基づいて説明する。実施例
に係るプラズマエッチング方法においては、試料である
半導体基板１０として、図５に示したようにＳｉ窒化膜
１６の厚さｔ₁ が約１００ｎｍ、Ｓｉ酸化膜１７の厚さ
ｔ₂ が約６００ｎｍ、対向するゲート電極１３側壁部に
おけるＳｉ窒化膜１６の間隔（段差下部１６ｃの長さ）
Ｌ₃ が約２５０ｎｍに設定されたものを用いた。またフ
ォトレジスト膜１８として、厚さｔ₃ が約９００ｎｍに
設定され、穴部１８ａの直径Ｄ₁ が約０．５μｍにパタ
ーニングされたものを用いた。

【００３１】以下に実施例１に係るプラズマエッチング
方法により、シリコン酸化膜１７にホールエッチング処
理を施した結果について説明する。エッチング条件とし
ては、エッチングガス２９ａのＣ₄ Ｆ₈ ガス流量を約２
０ｓｃｃｍ、酸素流量を約９ｓｃｃｍ、またガス圧力を
約１．２ｍＴｏｒｒ、マイクロ波電力を約１．６ｋＷ、
高周波電力を約３５０Ｗに設定して約２分６秒間イオン
性の弱いエッチングを行った。次にエッチング条件のう
ち、酸素流量のみを約１１ｓｃｃｍに変更して引き続き
約１分１８秒間イオン性の強いエッチングを行なった。

【００３２】なお比較例として、上記全工程を通してエ
ッチングガスのＣ₄ Ｆ₈ ガス流量を約２０ｓｃｃｍ、酸
素流量を約１１ｓｃｃｍに設定して約２分２３秒間イオ
ン性の強いエッチングを行なう従来のエッチング方法を
選んだ。

【００３３】実施例１に係るプラズマエッチング方法を
用い、Ｓｉ酸化膜１７にホールエッチング処理を施した
結果、エッチングレートはイオン性の弱い際に約３８０
ｎｍ／ｍｉｎ、イオン性が強い際に５５０ｎｍ／ｍｉｎ
であった。またＳｉ酸化膜１７の段差上部１６ａに対す
る選択比及びエッチング時間を比較した結果を下記の表
１に示した。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１から明らかなように、比較例の場合に
比べて実施例の場合、エッチング時間は幾分長く掛かる
が、選択比を６．０から７．６に高めることができ、段
差１６ａ〜１６ｃがエッチングされるのを防止しつつ、
コンタクトホール５５（共に図６（ａ））を確実に形成
することができた。

【００３６】なお、実施例１ではフッ化炭素ガスとして
Ｃ₄ Ｆ₈ を用いた場合について説明したが、別の実施例
ではＣ₃ Ｆ₈ を用いてよい。

【００３７】以下に実施例２に係るプラズマエッチング
方法により、シリコン窒化膜１６にエッチング処理を施
した結果について説明する。

【００３８】エッチング条件としては、実施例１の場合
と同様にＳｉ酸化膜１７をエッチングした後、酸素流量
を約１１ｓｃｃｍ、ガス圧力を約１．２ｍＴｏｒｒ、マ
イクロ波電力を約１．６ｋＷ、高周波電力を約３５０Ｗ
に設定して約１５秒間酸素プラズマ処理を施した。この
後、ＣＦ₄ ガス流量を約３０ｓｃｃｍ、水素ガス流量を
約２０ｓｃｃｍ、酸素流量を約３ｓｃｃｍ、ガス圧力を
約３ｍＴｏｒｒ、マイクロ波電力を約１．２ｋＷ、高周
波電力を約２５０Ｗに設定して、段差１６ａ〜１６ｃの
エッチングを行なった。この結果、Ｓｉ窒化膜１６のゲ
ート酸化膜１２に対する選択比を２に設定することがで
き、Ｓｉ酸化膜１４、１５、ゲート酸化膜１２がエッチ
ングされるのを防止しつつ、段差１６ａ〜１６ｃを確実
にエッチングすることができた。

【００３９】なお、実施例２ではフッ化炭素ガスとして
ＣＦ₄ を用いた場合について説明したが、別の実施例で
はＣ₂ Ｆ₆ を用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマエッチング
方法を説明するために示した模式的断面図であり、
（ａ）はイオン性の弱いプラズマを用いてＳｉ窒化膜の
段差直上までＳｉ酸化膜にエッチング処理を施した状
態、（ｂ）はその後、イオン性の強いプラズマを用いて
Ｓｉ酸化膜にエッチング処理を施した状態を示してい
る。

【図２】実施の形態に係るプラズマエッチング方法に用
いられるＥＣＲプラズマ装置を示した模式的断面図であ
る。

【図３】エッチングガスの種類とＳｉ酸化膜に形成され
るコンタクトホールの形状とを比較して示した模式図で
あり、（ａ）はイオン性の比較的弱い（フルオロカーボ
ンのデポジションモードが相対的に大きい）エッチング
ガスを用いた場合、（ｂ）はイオン性の比較的強い（前
記モードが相対的に小さい）エッチングガスを用いた場
合を示している。

【図４】半導体素子の製造過程における従来の半導体基
板の一部を模式的に示した断面図である。

【図５】セルフアラインコンタクト技術に基づくプラズ
マエッチング方法を説明するため、コンタクトホール形
成前の半導体基板の要部を模式的に示した断面図であ
る。

【図６】セルフアラインコンタクト技術に基づくプラズ
マエッチング方法を説明するため、半導体基板の要部を
模式的に示した断面図であり、（ａ）はＳｉ窒化膜上に
コンタクトホールを形成した状態、（ｂ）はＳｉ基板上
にコンタクトホールを形成した状態を示している。

───────────────────────────────────────────────────── 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Ｈ０５Ｈ 1/46 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｆ 21/90 Ｃ (72)発明者細木昭仁大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者松尾洋東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者宮武浩東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスプラズマを利用して段差のあるＳｉ
窒化膜上のＳｉ酸化膜をホールエッチングするプラズマ
エッチング方法において、エッチングガスとしてフッ化
炭素ガスと酸素含有ガスとの混合ガスを用い、前記フッ
化炭素ガスに対する前記酸素含有ガスの流量比を小さく
してまず前記Ｓｉ窒化膜の段差直上までＳｉ酸化膜をエ
ッチングした後、前記酸素含有ガスの流量比を大きくし
て前記Ｓｉ窒化膜の段差間にあるＳｉ酸化膜をエッチン
グすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】ガスプラズマを利用してＳｉ窒化膜上の
Ｓｉ酸化膜をエッチングした後、前記Ｓｉ窒化膜をエッ
チングするプラズマエッチング方法において、前記Ｓｉ
酸化膜のエッチング後、この下方にある前記Ｓｉ窒化膜
をエッチングする前に、該Ｓｉ窒化膜上にエッチングに
より堆積したカーボン重合膜を酸素プラズマを用いて除
去する工程を加えることにより、同一チャンバ内で前記
Ｓｉ酸化膜と前記Ｓｉ窒化膜とを連続的にエッチングす
ることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項３】ガスプラズマを利用して段差のあるＳｉ
窒化膜上のＳｉ酸化膜をホールエッチングし、該ホール
底のＳｉ窒化膜をエッチングしてコンタクトホールを形
成するプラズマエッチング方法において、段差のある前記Ｓｉ窒化膜上の前記Ｓｉ酸化膜をエッチ
ングする際に、フッ化炭素ガスに対する前記酸素含有ガ
スの流量比を小さくしてまず前記Ｓｉ窒化膜の段差直上
までＳｉ酸化膜をエッチングした後、前記酸素含有ガス
の流量比を大きくして前記Ｓｉ窒化膜の段差間にあるＳ
ｉ酸化膜をエッチングする工程と、酸素プラズマを用いて前記エッチングにより前記Ｓｉ窒
化膜上に堆積したカーボン重合膜を除去する工程と、フッ化炭素ガスと酸素含有ガスと水素ガスとの混合ガス
を用いて前記Ｓｉ窒化膜をエッチングする工程とを含む
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。