JPH11145111A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JPH11145111A JPH11145111A JP30253297A JP30253297A JPH11145111A JP H11145111 A JPH11145111 A JP H11145111A JP 30253297 A JP30253297 A JP 30253297A JP 30253297 A JP30253297 A JP 30253297A JP H11145111 A JPH11145111 A JP H11145111A
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- reaction chamber
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 コンタクト抵抗の増加を防止しながらコンタ
クトホール底部に堆積したポリマー膜を除去する。 【解決手段】 基板にバイアス電圧を与えながら、フル
オロカーボンガスを含むガスから生成したプラズマを用
いて酸化膜をエッチングする（ステップＳ１）。反応室
に酸素ガスを導入し（ステップＳ２）、ガス圧力を調整
（ステップＳ３）した後、酸素プラズマを生成し（ステ
ップＳ４）、基板にバイアス電圧を与えない状態で反応
室からフッ素を除去するフッ素除去処理工程を行う（ス
テップＳ５）。次に、基板にバイアス電圧を印加しなが
ら、酸素プラズマを用いて基板上に残存するポリマーを
除去する酸素プラズマ処理工程を行う（ステップＳ６、
７）。
クトホール底部に堆積したポリマー膜を除去する。 【解決手段】 基板にバイアス電圧を与えながら、フル
オロカーボンガスを含むガスから生成したプラズマを用
いて酸化膜をエッチングする（ステップＳ１）。反応室
に酸素ガスを導入し（ステップＳ２）、ガス圧力を調整
（ステップＳ３）した後、酸素プラズマを生成し（ステ
ップＳ４）、基板にバイアス電圧を与えない状態で反応
室からフッ素を除去するフッ素除去処理工程を行う（ス
テップＳ５）。次に、基板にバイアス電圧を印加しなが
ら、酸素プラズマを用いて基板上に残存するポリマーを
除去する酸素プラズマ処理工程を行う（ステップＳ６、
７）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、特に、酸化シリコン膜のドライエッチング
工程を包含する半導体装置の製造方法に関する。
方法に関し、特に、酸化シリコン膜のドライエッチング
工程を包含する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスのサイズ縮小に伴い、コ
ンタクト寸法は小さくなっているにもかかわらず、層間
絶縁膜の厚さは薄くなっていない。したがって、コンタ
クト寸法に対する絶縁膜厚の比（アスペクト比）は著し
く増加してきている。このため高アスペクト比コンタク
トホールをエッチングにより形成する技術の確立が重要
となっている。
ンタクト寸法は小さくなっているにもかかわらず、層間
絶縁膜の厚さは薄くなっていない。したがって、コンタ
クト寸法に対する絶縁膜厚の比（アスペクト比）は著し
く増加してきている。このため高アスペクト比コンタク
トホールをエッチングにより形成する技術の確立が重要
となっている。
【０００３】高アスペクト比のコンタクトホールをエッ
チングするため、一分子中に含まれる炭素に対するフッ
素の割合が比較的に小さなフルオロカーボンガスを用い
たプラズマによるドライエッチング技術が積極的に研究
開発されている。
チングするため、一分子中に含まれる炭素に対するフッ
素の割合が比較的に小さなフルオロカーボンガスを用い
たプラズマによるドライエッチング技術が積極的に研究
開発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ようなフルオロカーボンガスのプラズマを用いてコンタ
クトホールを形成する場合、フォトレジストに対する選
択比を高くすると、コンタクトホールの底部に炭素およ
びフッ素を主成分とするポリマー膜が堆積する。このポ
リマー膜を除去しないまま、コンタクトホール内に導電
性部材を埋め込むことによってコンタクトを形成する
と、良好なコンタクトが形成できない。そのため、酸素
プラズマを用いてポリマー膜を除去する方法が提案され
ている。しかしながら、コンタクトホール底部からポリ
マー膜を除去するために酸素プラズマによる処理を行う
と、そのためにコンタクト抵抗がかえって増大してしま
うことを本願発明者は見いだした。
ようなフルオロカーボンガスのプラズマを用いてコンタ
クトホールを形成する場合、フォトレジストに対する選
択比を高くすると、コンタクトホールの底部に炭素およ
びフッ素を主成分とするポリマー膜が堆積する。このポ
リマー膜を除去しないまま、コンタクトホール内に導電
性部材を埋め込むことによってコンタクトを形成する
と、良好なコンタクトが形成できない。そのため、酸素
プラズマを用いてポリマー膜を除去する方法が提案され
ている。しかしながら、コンタクトホール底部からポリ
マー膜を除去するために酸素プラズマによる処理を行う
と、そのためにコンタクト抵抗がかえって増大してしま
うことを本願発明者は見いだした。
【０００５】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、その目的とするところは、コンタクト
抵抗の増加を防止しながらコンタクトホール底部に堆積
したポリマー膜を除去することのできる工程を包含する
半導体装置の製造方法を提供することにある。
れたものであり、その目的とするところは、コンタクト
抵抗の増加を防止しながらコンタクトホール底部に堆積
したポリマー膜を除去することのできる工程を包含する
半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、シリコン領域を少なくとも表面に有する基板
上に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜上にレジスト
パターンを形成する工程と、プラズマエッチング装置の
反応室内に設けられた電極上に前記基板を配置し、前記
基板にバイアス電圧を与えながら、フルオロカーボンガ
スを含むガスから生成したプラズマを用いて前記酸化膜
をエッチングする工程と、前記基板にバイアス電圧を与
えない状態で、前記反応室内に酸素プラズマを生成し、
それによって前記反応室からフッ素を除去するフッ素除
去処理工程とを包含する。
造方法は、シリコン領域を少なくとも表面に有する基板
上に酸化膜を形成する工程と、前記酸化膜上にレジスト
パターンを形成する工程と、プラズマエッチング装置の
反応室内に設けられた電極上に前記基板を配置し、前記
基板にバイアス電圧を与えながら、フルオロカーボンガ
スを含むガスから生成したプラズマを用いて前記酸化膜
をエッチングする工程と、前記基板にバイアス電圧を与
えない状態で、前記反応室内に酸素プラズマを生成し、
それによって前記反応室からフッ素を除去するフッ素除
去処理工程とを包含する。
【０００７】前記フッ素除去処理工程の後、前記基板に
バイアス電圧を印加しながら、前記酸素プラズマを用い
て前記基板上に残存するポリマーを除去する酸素プラズ
マ処理工程を更に包含することが好ましい。
バイアス電圧を印加しながら、前記酸素プラズマを用い
て前記基板上に残存するポリマーを除去する酸素プラズ
マ処理工程を更に包含することが好ましい。
【０００８】前記フッ素除去処理工程から前記酸素プラ
ズマ処理工程への切り替えは、前記酸素プラズマを生成
しながら、前記電極にバイアス電圧を印加することによ
って実行することが好ましい。
ズマ処理工程への切り替えは、前記酸素プラズマを生成
しながら、前記電極にバイアス電圧を印加することによ
って実行することが好ましい。
【０００９】前記フッ素除去処理工程において、酸素ガ
スを前記反応室内に供給し、前記酸素ガスの圧力を制御
する工程を更に包含することが好ましい。
スを前記反応室内に供給し、前記酸素ガスの圧力を制御
する工程を更に包含することが好ましい。
【００１０】前記フッ素除去処理工程において、酸素ガ
スを前記反応室内に段階的に増量しながら供給してもよ
い。
スを前記反応室内に段階的に増量しながら供給してもよ
い。
【００１１】前記酸素プラズマに含まれる特定の原子ま
たは分子の発光スペクトル強度を測定し、測定された発
光スペクトル強度に基づいて、前記バイアス電圧の印加
タイミングを決定してもよい。
たは分子の発光スペクトル強度を測定し、測定された発
光スペクトル強度に基づいて、前記バイアス電圧の印加
タイミングを決定してもよい。
【００１２】前記測定される発光スペクトル強度が所定
値以下になった後、前記電極へ高周波電圧を印可し、そ
れによって前記バイアス電圧を前記基板に印加するよう
にしてもよい。
値以下になった後、前記電極へ高周波電圧を印可し、そ
れによって前記バイアス電圧を前記基板に印加するよう
にしてもよい。
【００１３】前記特定の原子は、フッ素、炭素、酸素、
一酸化炭素または二酸化炭素であることが好ましい。
一酸化炭素または二酸化炭素であることが好ましい。
【００１４】前記発光スペクトル強度は、フッ素原子か
らの波長 ６８５．６ｎｍ の発光であってもよい。
らの波長 ６８５．６ｎｍ の発光であってもよい。
【００１５】前記反応室内のガス圧力を制御するバルブ
の開度を測定し、前記開度に基づいて、前記バイアス電
圧の印加タイミングを決定してもよい。
の開度を測定し、前記開度に基づいて、前記バイアス電
圧の印加タイミングを決定してもよい。
【００１６】前記開度が一定になったとき、前記電極へ
高周波電圧を印可し、それによって前記バイアス電圧を
前記基板に印加するようにしてもよい。
高周波電圧を印可し、それによって前記バイアス電圧を
前記基板に印加するようにしてもよい。
【００１７】前記電極の電圧を測定し、測定される電圧
に基づいて、前記バイアス電圧の印加タイミングを決定
してもよい。
に基づいて、前記バイアス電圧の印加タイミングを決定
してもよい。
【００１８】前記電圧が一定レベルに低下したとき、前
記電極へ高周波電圧を印可し、それによって前記バイア
ス電圧を前記基板に印加するようにしてもよい。
記電極へ高周波電圧を印可し、それによって前記バイア
ス電圧を前記基板に印加するようにしてもよい。
【００１９】前記基板にバイアス電圧を印可するとき、
前記電極に電力密度が８ｋＷ/ｍ2以下の高周波電力を印
可することが好ましい。
前記電極に電力密度が８ｋＷ/ｍ2以下の高周波電力を印
可することが好ましい。
【００２０】前記プラズマエッチング装置は、誘導結合
プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチン
グ装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチング装
置源および二周波型容量結合プラズマエッチング装置の
何れかであることが好ましい。
プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッチン
グ装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチング装
置源および二周波型容量結合プラズマエッチング装置の
何れかであることが好ましい。
【００２１】前記フルオロカーボンガスは、ＣＨ2Ｆ2、
ＣＨ3Ｆ、 Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8およびＣ5Ｆ8からな
る群から選択されたガスであることが好ましい。前記基
板は、シリコン基板であってもよい。
ＣＨ3Ｆ、 Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8およびＣ5Ｆ8からな
る群から選択されたガスであることが好ましい。前記基
板は、シリコン基板であってもよい。
【００２２】前記酸化膜をエッチングする工程は、前記
シリコン基板に形成されたシリコンサイド層に達するコ
ンタクトホールを前記酸化膜に形成する工程であっても
よい。
シリコン基板に形成されたシリコンサイド層に達するコ
ンタクトホールを前記酸化膜に形成する工程であっても
よい。
【００２３】
【発明の実施の形態】本願発明者は、コンタクト抵抗増
加の原因が拡散層の過剰なエッチングにあり、その過剰
なエッチングは、反応室内に残るフッ素が酸素プラズマ
処理中にシリコン基板に到達することで進行することを
見いだした。また、本願発明者は、酸素プラズマ中のフ
ッ素が反応室内壁に堆積したポリマー膜から供給される
ことを見いだした。
加の原因が拡散層の過剰なエッチングにあり、その過剰
なエッチングは、反応室内に残るフッ素が酸素プラズマ
処理中にシリコン基板に到達することで進行することを
見いだした。また、本願発明者は、酸素プラズマ中のフ
ッ素が反応室内壁に堆積したポリマー膜から供給される
ことを見いだした。
【００２４】以下、図１（ａ）から（ｄ）を参照しなが
ら、この現象を説明する。図１（ａ）から（ｄ）は、酸
素プラズマ中のフッ素により拡散層がエッチングされる
理由を示すモデル図である。
ら、この現象を説明する。図１（ａ）から（ｄ）は、酸
素プラズマ中のフッ素により拡散層がエッチングされる
理由を示すモデル図である。
【００２５】図１（ａ）は、ドライエッチングによって
酸化シリコン膜２にコンタクトホール５が形成された状
態のシリコン基板４の断面を示している。酸化シリコン
膜２上には、レジストパターン１が形成されおり、レジ
ストパターン１の表面およびコンタクトホール５の底部
には、それぞれ、ポリマー膜６および７が堆積してい
る。ポリマー膜６および７は、酸化シリコン膜をエッチ
ングする過程で形成されたものである。コンタクトホー
ル５の底部からポリマー膜６を除去するために、エッチ
ング装置の反応室内で酸素プラズマが生成され、シリコ
ン基板４にバイアス電圧が印加される。図１（ａ）は、
ポリマー膜６を除去するために酸素プラズマの放電を開
始した直後の様子を示している。
酸化シリコン膜２にコンタクトホール５が形成された状
態のシリコン基板４の断面を示している。酸化シリコン
膜２上には、レジストパターン１が形成されおり、レジ
ストパターン１の表面およびコンタクトホール５の底部
には、それぞれ、ポリマー膜６および７が堆積してい
る。ポリマー膜６および７は、酸化シリコン膜をエッチ
ングする過程で形成されたものである。コンタクトホー
ル５の底部からポリマー膜６を除去するために、エッチ
ング装置の反応室内で酸素プラズマが生成され、シリコ
ン基板４にバイアス電圧が印加される。図１（ａ）は、
ポリマー膜６を除去するために酸素プラズマの放電を開
始した直後の様子を示している。
【００２６】図１（ａ）に示されるように、酸素プラズ
マ中には、酸素８および酸素イオン９の他に、フッ素１
０およびフッ素イオン１１が存在する。フッ素１０は、
コンタクトエッチング中に反応室の内壁に付着していた
フッ素が内壁から離脱してきたものと考えられる。
マ中には、酸素８および酸素イオン９の他に、フッ素１
０およびフッ素イオン１１が存在する。フッ素１０は、
コンタクトエッチング中に反応室の内壁に付着していた
フッ素が内壁から離脱してきたものと考えられる。
【００２７】シリコン基板４にバイアス電圧を印加する
と、酸素８および酸素イオン９にってポリマー膜６およ
び７がエッチングされはじめる。図１（ｂ）に示される
ように、コンタクトホール５の底部のポリマー膜６が完
全に除去されると、フッ素１０およびフッ素イオン１１
による拡散層３のエッチングが開始する。
と、酸素８および酸素イオン９にってポリマー膜６およ
び７がエッチングされはじめる。図１（ｂ）に示される
ように、コンタクトホール５の底部のポリマー膜６が完
全に除去されると、フッ素１０およびフッ素イオン１１
による拡散層３のエッチングが開始する。
【００２８】酸素プラズマが生成されている間も、エッ
チング装置の反応室には酸素ガスが供給され続ける一
方、反応室からの排気も継続的に行われる。そのため、
反応室内のフッ素は徐々に減少する。
チング装置の反応室には酸素ガスが供給され続ける一
方、反応室からの排気も継続的に行われる。そのため、
反応室内のフッ素は徐々に減少する。
【００２９】図１（ｃ）に示されるように、酸素プラズ
マ中からフッ素が無くなると、拡散層のエッチングは停
止し、ポリマー膜７のエッチングだけが酸素８および酸
素イオン９によって進行する。こうして、図１（ｄ）に
示されるように、ポリマー膜７も完全に除去される。
マ中からフッ素が無くなると、拡散層のエッチングは停
止し、ポリマー膜７のエッチングだけが酸素８および酸
素イオン９によって進行する。こうして、図１（ｄ）に
示されるように、ポリマー膜７も完全に除去される。
【００３０】このように、コンタクトホール５の底部の
ポリマー膜６を酸素プラズマを用いて除去する工程に付
随して、酸素プラズマ中のフッ素１０およびフッ素イオ
ン１１が拡散層３を深くエッチングしてしまう。このた
め、コンタクト抵抗は著しく増加する。
ポリマー膜６を酸素プラズマを用いて除去する工程に付
随して、酸素プラズマ中のフッ素１０およびフッ素イオ
ン１１が拡散層３を深くエッチングしてしまう。このた
め、コンタクト抵抗は著しく増加する。
【００３１】図２は、拡散層のエッチング量と酸素プラ
ズマの放電時間との関係を示している。縦軸のマイナス
値はコンタクトホール底部におけるポリマー膜の厚みを
示し、プラス値は拡散層のエッチング量を示している。
図２から明らかなように、酸素プラズマの放電開始後し
ばらくの間、拡散層のエッチングが急激に進行する。
ズマの放電時間との関係を示している。縦軸のマイナス
値はコンタクトホール底部におけるポリマー膜の厚みを
示し、プラス値は拡散層のエッチング量を示している。
図２から明らかなように、酸素プラズマの放電開始後し
ばらくの間、拡散層のエッチングが急激に進行する。
【００３２】本発明では、フッ素を酸素プラズマから除
去することによって、コンタクト抵抗の増加を防止す
る。
去することによって、コンタクト抵抗の増加を防止す
る。
【００３３】以下、本発明の半導体装置の製造方法の実
施形態を説明する。
施形態を説明する。
【００３４】（第１の実施形態）まず、図３を参照しな
がら、本発明の実施に用いるドライエッチング装置を説
明する。図３に示される装置は、誘導結合型プラズマを
用いたエッチング装置である。誘導結合型プラズマ装置
は比較的に低いガス圧で高密度プラズマを生成できる装
置として最近注目されている。
がら、本発明の実施に用いるドライエッチング装置を説
明する。図３に示される装置は、誘導結合型プラズマを
用いたエッチング装置である。誘導結合型プラズマ装置
は比較的に低いガス圧で高密度プラズマを生成できる装
置として最近注目されている。
【００３５】図３の装置は、内部でドライエッチング処
理を行う反応室（反応チャンバー）３７を備えている。
反応室３７の外側壁は、反応室３７内にプラズマを形成
するための誘導コイル３１で囲まれている。誘導コイル
３１は高周波電源３２に接続され、高周波電源３２から
高周波電力の供給を受ける。
理を行う反応室（反応チャンバー）３７を備えている。
反応室３７の外側壁は、反応室３７内にプラズマを形成
するための誘導コイル３１で囲まれている。誘導コイル
３１は高周波電源３２に接続され、高周波電源３２から
高周波電力の供給を受ける。
【００３６】反応室３７の下部には、被処理基板（シリ
コン基板３６）を支持する下部電極３３が設けられ、下
部電極３３は不図示のマッチャーを介して高周波電源３
４に接続され、高周波電源３４から高周波電力の供給を
受ける。このドライエッチング装置では、プラズマ生成
用電源３２とシリコン基板電圧印加用電源３４とを独立
に制御できる。
コン基板３６）を支持する下部電極３３が設けられ、下
部電極３３は不図示のマッチャーを介して高周波電源３
４に接続され、高周波電源３４から高周波電力の供給を
受ける。このドライエッチング装置では、プラズマ生成
用電源３２とシリコン基板電圧印加用電源３４とを独立
に制御できる。
【００３７】下部電極３３の上面周辺領域には、不図示
の石英リングが配置されている。反応室３７の上部に
は、例えばシリコンから形成された上部電極３５が設け
られている。上部電極３５は接地されている。
の石英リングが配置されている。反応室３７の上部に
は、例えばシリコンから形成された上部電極３５が設け
られている。上部電極３５は接地されている。
【００３８】反応室３７の排気口と外部との間には、圧
力制御バルブ３８、ターボ分子ポンプ３９およびドライ
ポンプ４０が挿入されている。圧力制御バルブ３８は、
反応室３７内の圧力を、例えば１ｍＴｏｒｒから１００
ｍＴｏｒｒまでの範囲内の一定値に維持するように動作
する。
力制御バルブ３８、ターボ分子ポンプ３９およびドライ
ポンプ４０が挿入されている。圧力制御バルブ３８は、
反応室３７内の圧力を、例えば１ｍＴｏｒｒから１００
ｍＴｏｒｒまでの範囲内の一定値に維持するように動作
する。
【００３９】プラズマ化されるガス（エッチングガス）
は、不図示のマスフローを介して各種のガスボンベ４１
から反応室３７内に供給される。充分な量のエッチング
ガスを反応室３７に供給したら、反応室３７の外側壁に
配置された誘導コイル３１に誘導コイル用高周波電源３
２から高周波電力を印加し、反応室３７内にプラズマを
生成する。本実施形態では、誘導コイル３１に１０００
Ｗ〜３０００Ｗの高周波電力を与え、密度が１０11ｃｍ
-3以上の高密度プラズマを形成することができる。
は、不図示のマスフローを介して各種のガスボンベ４１
から反応室３７内に供給される。充分な量のエッチング
ガスを反応室３７に供給したら、反応室３７の外側壁に
配置された誘導コイル３１に誘導コイル用高周波電源３
２から高周波電力を印加し、反応室３７内にプラズマを
生成する。本実施形態では、誘導コイル３１に１０００
Ｗ〜３０００Ｗの高周波電力を与え、密度が１０11ｃｍ
-3以上の高密度プラズマを形成することができる。
【００４０】プラズマが安定的に形成された後、高周波
電源３４から下部電極３３に高周波電力を印加すること
により、シリコン基板３６に自己バイアス電圧を与え、
それによってプラズマから正電荷イオンをシリコン基板
３６に照射させる。こうして、反応性のプラズマエッチ
ング処理が進行し、シリコン基板３６上に形成された被
エッチング膜がエッチングされることになる。なお、高
周波電力の電力密度は８ｋＷ/ｍ2以下にすることが好ま
しい。
電源３４から下部電極３３に高周波電力を印加すること
により、シリコン基板３６に自己バイアス電圧を与え、
それによってプラズマから正電荷イオンをシリコン基板
３６に照射させる。こうして、反応性のプラズマエッチ
ング処理が進行し、シリコン基板３６上に形成された被
エッチング膜がエッチングされることになる。なお、高
周波電力の電力密度は８ｋＷ/ｍ2以下にすることが好ま
しい。
【００４１】次に、図３に加えて、図４ならびに図５
（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本実施形態におけ
る半導体装置の製造方法を説明する。
（ａ）および（ｂ）を参照しながら、本実施形態におけ
る半導体装置の製造方法を説明する。
【００４２】まず、図５（ａ）に示されるように、シリ
コン基板５４（図３においては、参照番号「３６」を付
している。）上に化学的気相成長法でＢＰＳＧ（BoroPh
osphoSilicate Glass）膜５２を堆積した後、公知のリ
ソグラフィ技術によってＢＰＳＧ膜５２上にフォトレジ
ストパターン５１を形成する。フォトレジストパターン
５１は、形成すべきコンタクトホールの形状と位置を規
定する開口部５１ａを有するように形成される。開口部
５１ａは、シリコン基板５４の表面に設けられた不純物
拡散領域５３の上方に位置するように形成される。不純
物拡散領域５３は、その表面がシリコンサイド層から形
成されていてもよい。
コン基板５４（図３においては、参照番号「３６」を付
している。）上に化学的気相成長法でＢＰＳＧ（BoroPh
osphoSilicate Glass）膜５２を堆積した後、公知のリ
ソグラフィ技術によってＢＰＳＧ膜５２上にフォトレジ
ストパターン５１を形成する。フォトレジストパターン
５１は、形成すべきコンタクトホールの形状と位置を規
定する開口部５１ａを有するように形成される。開口部
５１ａは、シリコン基板５４の表面に設けられた不純物
拡散領域５３の上方に位置するように形成される。不純
物拡散領域５３は、その表面がシリコンサイド層から形
成されていてもよい。
【００４３】次に、図３のプラズマエッチング装置の反
応室３７に設けられた下部電極３３上に、上記シリコン
基板３６を配置した後、コンタクトエッチング工程（図
４のステップＳ１）を実行する。図３を参照しながら、
コンタクトエッチング工程を詳細に説明する。まず、エ
ッチングを開始する前に、フルオロカーボンガスを主成
分としたエッチングガスをガスボンベ４１から反応室３
７内に導入し、コイル３１に高周波電源３２により高周
波電力を印加する。エッチングガスとして、例えば、Ｃ
4Ｆ8/ＣＨ2Ｆ2/Ａｒ/ＣＯ/Ｏ2混合ガスを使用する。高
周波電力の印加によって、反応室３７内にはプラズマが
生成される。この後、高周波電源３４によって高周波電
力を下部電極３３に印加し、それによって、シリコン基
板３６に自己バイアス電圧を印可する。シリコン基板３
６がプラズマに対して負電位に帯電するため、プラズマ
中の正電荷イオンがシリコン基板を照射する。
応室３７に設けられた下部電極３３上に、上記シリコン
基板３６を配置した後、コンタクトエッチング工程（図
４のステップＳ１）を実行する。図３を参照しながら、
コンタクトエッチング工程を詳細に説明する。まず、エ
ッチングを開始する前に、フルオロカーボンガスを主成
分としたエッチングガスをガスボンベ４１から反応室３
７内に導入し、コイル３１に高周波電源３２により高周
波電力を印加する。エッチングガスとして、例えば、Ｃ
4Ｆ8/ＣＨ2Ｆ2/Ａｒ/ＣＯ/Ｏ2混合ガスを使用する。高
周波電力の印加によって、反応室３７内にはプラズマが
生成される。この後、高周波電源３４によって高周波電
力を下部電極３３に印加し、それによって、シリコン基
板３６に自己バイアス電圧を印可する。シリコン基板３
６がプラズマに対して負電位に帯電するため、プラズマ
中の正電荷イオンがシリコン基板を照射する。
【００４４】再び図５を参照する。リコン基板５４上の
ＢＰＳＧ膜５２のうち、フォトレジストパターン５１で
覆われていない部分（開口部５１ａを介して露出する部
分）がエッチングされ、図５（ｂ）に示すように、ＢＰ
ＳＧ膜５２中にコンタクトホール５５が形成される。コ
ンタクトホール５５は、シリコン基板５４の不純物拡散
領域５３に到達する。コンタクトホール５５の開口直
後、コンタクトホール５５の底部には、炭素とフッ素を
主成分とするポリマー膜５６が形成される。このポリマ
ー膜５６の厚さは、１０から２００ｎｍ程度であると考
えられる。
ＢＰＳＧ膜５２のうち、フォトレジストパターン５１で
覆われていない部分（開口部５１ａを介して露出する部
分）がエッチングされ、図５（ｂ）に示すように、ＢＰ
ＳＧ膜５２中にコンタクトホール５５が形成される。コ
ンタクトホール５５は、シリコン基板５４の不純物拡散
領域５３に到達する。コンタクトホール５５の開口直
後、コンタクトホール５５の底部には、炭素とフッ素を
主成分とするポリマー膜５６が形成される。このポリマ
ー膜５６の厚さは、１０から２００ｎｍ程度であると考
えられる。
【００４５】次に、図４のステップＳ２を実行する。す
なわち、反応室３７内にガスボンベ４１から酸素ガス反
応室３７内に導入する。そして、反応室３７内の酸素ガ
ス圧力を圧力制御バルブ３８の開度を調節して制御する
（図４のステップＳ３）。
なわち、反応室３７内にガスボンベ４１から酸素ガス反
応室３７内に導入する。そして、反応室３７内の酸素ガ
ス圧力を圧力制御バルブ３８の開度を調節して制御する
（図４のステップＳ３）。
【００４６】ステップＳ４で、シリコン基板３６が設置
されている下部電極３３に高周波電源３４により高周波
電力を印加しない状態で、コイル３１に高周波電源３２
によって高周波電力を印加し、反応室３７内に酸素プラ
ズマを生成する。
されている下部電極３３に高周波電源３４により高周波
電力を印加しない状態で、コイル３１に高周波電源３２
によって高周波電力を印加し、反応室３７内に酸素プラ
ズマを生成する。
【００４７】この酸素プラズマを用いて、コンタクトホ
ール底部に堆積したポリマー膜を除去するとともに、反
応室内側壁に付着しているフッ素を除去する（ステップ
Ｓ５）。本実施形態では、このフッ素除去工程を４０秒
間続ける。
ール底部に堆積したポリマー膜を除去するとともに、反
応室内側壁に付着しているフッ素を除去する（ステップ
Ｓ５）。本実施形態では、このフッ素除去工程を４０秒
間続ける。
【００４８】ステップＳ６で、シリコン基板３６が設置
された下部電極３３に高周波電源３４により高周波電力
を印加する。そうすると、シリコン基板３６に自己バイ
アス電圧が印加され、シリコン基板３６が酸素プラズマ
から酸素イオンを引きつける。こうして、フォトレジス
トパターンの表面に堆積したポリマー膜を完全に除去す
る（ステップＳ７）。
された下部電極３３に高周波電源３４により高周波電力
を印加する。そうすると、シリコン基板３６に自己バイ
アス電圧が印加され、シリコン基板３６が酸素プラズマ
から酸素イオンを引きつける。こうして、フォトレジス
トパターンの表面に堆積したポリマー膜を完全に除去す
る（ステップＳ７）。
【００４９】このように、本実施形態によれば、酸素プ
ラズマの生成開始直後４０秒間はシリコン基板にバイア
ス電圧を印加せず、４０秒経過してからシリコン基板に
バイアス電圧を与えている。このようにする理由を以下
に詳細に説明する。
ラズマの生成開始直後４０秒間はシリコン基板にバイア
ス電圧を印加せず、４０秒経過してからシリコン基板に
バイアス電圧を与えている。このようにする理由を以下
に詳細に説明する。
【００５０】図６のグラフは、フッ素除去工程のために
形成した酸素プラズマの放電時間と酸素プラズマに含ま
れるフッ素の発光強度（発光波長：６８５．６ｎｍ）と
の関係を示している。図６のグラフからわかるように、
放電開始後、時間の経過に伴ってフッ素の発光強度は減
衰し、放電開始から４０秒経過後に発光強度はゼロ（測
定限度以下）となっている。すなわち、酸素プラズマ中
のフッ素は、放電開始後４０秒間で実質的に除去された
ことがわかる。
形成した酸素プラズマの放電時間と酸素プラズマに含ま
れるフッ素の発光強度（発光波長：６８５．６ｎｍ）と
の関係を示している。図６のグラフからわかるように、
放電開始後、時間の経過に伴ってフッ素の発光強度は減
衰し、放電開始から４０秒経過後に発光強度はゼロ（測
定限度以下）となっている。すなわち、酸素プラズマ中
のフッ素は、放電開始後４０秒間で実質的に除去された
ことがわかる。
【００５１】図７のグラフは、拡散層５３のエッチング
量と酸素プラズマの放電時間と関係を示している。この
グラフにおいて、縦軸のマイナス値は、コンタクトホー
ル底部のポリマー膜の厚みを示し、プラス値は拡散層５
３のエッチング量を示している。図７から、酸素プラズ
マの放電が始まってから４０秒経過後にポリマー膜がほ
ぼ完全に除去されることがわかる。
量と酸素プラズマの放電時間と関係を示している。この
グラフにおいて、縦軸のマイナス値は、コンタクトホー
ル底部のポリマー膜の厚みを示し、プラス値は拡散層５
３のエッチング量を示している。図７から、酸素プラズ
マの放電が始まってから４０秒経過後にポリマー膜がほ
ぼ完全に除去されることがわかる。
【００５２】以上のことから、酸素プラズマが生成され
てから約４０秒でポリマー膜が除去され、それと同時期
に、反応室内のフッ素も除去されていることがわかる。
この時点以降ならば、シリコン基板にバイアス電圧を与
えても、フッ素およびフッ素イオンによる拡散層５３の
エッチングは生じない。本実施形態では、酸素プラズマ
放電開始から４０秒経過後に基板バイアスを印加してい
るが、図７からわかるように、放電開始から８０秒経過
しても、拡散層のエッチング量は１０ｎｍ程度に抑えら
れている。
てから約４０秒でポリマー膜が除去され、それと同時期
に、反応室内のフッ素も除去されていることがわかる。
この時点以降ならば、シリコン基板にバイアス電圧を与
えても、フッ素およびフッ素イオンによる拡散層５３の
エッチングは生じない。本実施形態では、酸素プラズマ
放電開始から４０秒経過後に基板バイアスを印加してい
るが、図７からわかるように、放電開始から８０秒経過
しても、拡散層のエッチング量は１０ｎｍ程度に抑えら
れている。
【００５３】図８のグラフは、コンタクト抵抗と拡散層
５３のエッチング量との関係を示している。本実施形態
のように、拡散層５３のエッチング量が１０ｎｍ程度に
抑制されている場合、コンタクト抵抗の増加は観察され
ない。これに対して、酸素プラズマの放電開始直後から
基板にバイアス電圧を印可する場合、ポリマー膜の除去
に必要な時間（約４０秒）の処理を行うと、拡散層が４
０ｎｍ程度もエッチングされる（図２）ため、図８か
ら、コンタクト抵抗が著しく増加することがわかる。
５３のエッチング量との関係を示している。本実施形態
のように、拡散層５３のエッチング量が１０ｎｍ程度に
抑制されている場合、コンタクト抵抗の増加は観察され
ない。これに対して、酸素プラズマの放電開始直後から
基板にバイアス電圧を印可する場合、ポリマー膜の除去
に必要な時間（約４０秒）の処理を行うと、拡散層が４
０ｎｍ程度もエッチングされる（図２）ため、図８か
ら、コンタクト抵抗が著しく増加することがわかる。
【００５４】このように、酸素プラズマ中のフッ素を除
去するまでのあいだ、基板側の電極にバイアス電力の印
加を中断することによって、拡散層のエッチングが抑制
されることがわかる。以下に、その理由を、図９（ａ）
から（ｄ）を参照しながら詳しく説明する。
去するまでのあいだ、基板側の電極にバイアス電力の印
加を中断することによって、拡散層のエッチングが抑制
されることがわかる。以下に、その理由を、図９（ａ）
から（ｄ）を参照しながら詳しく説明する。
【００５５】図９（ａ）は、ドライエッチングによって
酸化シリコン膜５２にコンタクトホール５５が形成され
た状態のシリコン基板５４の断面を示している。酸化シ
リコン膜５２の上には、フォトレジストパターン５１が
形成されおり、コンタクトホール５５の底部およびレジ
ストパターン５１上には、それぞれ、ポリマー膜５６お
よび５７が堆積している。反応室内壁のフッ素供給源で
あるポリマー膜を分解し、フッ素を反応室内から除去す
るために、反応室内に酸素プラズマが生成される。上述
したように、酸素プラズマの生成後しばらくの間、シリ
コン基板５４にバイアス電圧は印加しない。
酸化シリコン膜５２にコンタクトホール５５が形成され
た状態のシリコン基板５４の断面を示している。酸化シ
リコン膜５２の上には、フォトレジストパターン５１が
形成されおり、コンタクトホール５５の底部およびレジ
ストパターン５１上には、それぞれ、ポリマー膜５６お
よび５７が堆積している。反応室内壁のフッ素供給源で
あるポリマー膜を分解し、フッ素を反応室内から除去す
るために、反応室内に酸素プラズマが生成される。上述
したように、酸素プラズマの生成後しばらくの間、シリ
コン基板５４にバイアス電圧は印加しない。
【００５６】図９（ａ）に示すように、酸素プラズマ中
には、酸素５８の他にフッ素６０が存在する。シリコン
基板５４にバイアス電圧を印加しないため、酸素５８が
基板表面のポリマー膜５７およびコンタクトホール底部
のポリマー膜５６をエッチングする（放電開始後、０秒
〜３５秒）。
には、酸素５８の他にフッ素６０が存在する。シリコン
基板５４にバイアス電圧を印加しないため、酸素５８が
基板表面のポリマー膜５７およびコンタクトホール底部
のポリマー膜５６をエッチングする（放電開始後、０秒
〜３５秒）。
【００５７】図９（ｂ）に示すように、コンタクトホー
ル５５の底部のポリマー膜５６が酸素プラズマ中の酸素
５８によって完全に除去されると、僅かに残ったフッ素
１０が拡散層３のエッチングを開始する（放電開始後３
５秒〜４０秒）。
ル５５の底部のポリマー膜５６が酸素プラズマ中の酸素
５８によって完全に除去されると、僅かに残ったフッ素
１０が拡散層３のエッチングを開始する（放電開始後３
５秒〜４０秒）。
【００５８】コンタクトホール５５の底部のポリマー膜
５６が除去された後も、レジストパターン５１上に堆積
したポリマー膜５７は未だ完全に除去されていない。こ
のポリマー膜５７を速やかに除去するため、シリコン基
板５４にバイアス電圧を印加する。バイアス電圧の印加
を行わないと、ポリマー膜５７の除去には非常に長い時
間が必要となる。バイアス電圧をシリコン基板５４に印
加すると、ポリマー膜５７は酸素５８および酸素イオン
５９により速やかに除去される。このとき、酸素プラズ
マ中のフッ素１０は排気されて既になくなっているの
で、拡散層５３はフッ素１０およびフッ素イオンにより
エッチングされることはない。
５６が除去された後も、レジストパターン５１上に堆積
したポリマー膜５７は未だ完全に除去されていない。こ
のポリマー膜５７を速やかに除去するため、シリコン基
板５４にバイアス電圧を印加する。バイアス電圧の印加
を行わないと、ポリマー膜５７の除去には非常に長い時
間が必要となる。バイアス電圧をシリコン基板５４に印
加すると、ポリマー膜５７は酸素５８および酸素イオン
５９により速やかに除去される。このとき、酸素プラズ
マ中のフッ素１０は排気されて既になくなっているの
で、拡散層５３はフッ素１０およびフッ素イオンにより
エッチングされることはない。
【００５９】本実施形態の場合、酸素プラズマ放電の開
始から８０秒経過すると、図９（ｄ）に示されるよう
に、ポリマー膜５７およびレジストパターン５１は完全
に除去されるが、拡散層５３は１０ｎｍしかエッチング
されない。
始から８０秒経過すると、図９（ｄ）に示されるよう
に、ポリマー膜５７およびレジストパターン５１は完全
に除去されるが、拡散層５３は１０ｎｍしかエッチング
されない。
【００６０】以上のように、本実施形態によれば、酸素
プラズマ中にフッ素が存在する間は、シリコン基板５４
にバイアス電圧を印加せず（フッ素除去処理工程）、フ
ッ素が排気された後にシリコン基板５４にバイアス電圧
を印加する。こうして、フッ素およびフッ素イオンによ
る拡散層５３のエッチングを抑制することができ、コン
タクト抵抗増加を防止できる。また、レジストパターン
５１上のポリマー膜５７およびレジストパターン５１も
短時間で除去することができる。
プラズマ中にフッ素が存在する間は、シリコン基板５４
にバイアス電圧を印加せず（フッ素除去処理工程）、フ
ッ素が排気された後にシリコン基板５４にバイアス電圧
を印加する。こうして、フッ素およびフッ素イオンによ
る拡散層５３のエッチングを抑制することができ、コン
タクト抵抗増加を防止できる。また、レジストパターン
５１上のポリマー膜５７およびレジストパターン５１も
短時間で除去することができる。
【００６１】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態説明する。本実施形態のドライエッチング工程
も、図３の装置を用いて実行する。
実施形態説明する。本実施形態のドライエッチング工程
も、図３の装置を用いて実行する。
【００６２】まず、図１０を参照しながら本実施形態に
おける処理手順図を説明する。
おける処理手順図を説明する。
【００６３】ステップＳ１０１で、コンタクトホールの
形成を行う。
形成を行う。
【００６４】ステップＳ１０２で、反応室３７に酸素ガ
スを導入する。
スを導入する。
【００６５】ステップＳ１０３で、酸素ガス圧力を圧力
制御バルブ３８の開度を調節して制御する。
制御バルブ３８の開度を調節して制御する。
【００６６】ステップＳ１０４で、シリコン基板３６が
設置された下部電極３３に高周波電力を印加せずに、コ
イル３１に高周波電源により高周波電力を印加して酸素
プラズマを生成する。
設置された下部電極３３に高周波電力を印加せずに、コ
イル３１に高周波電源により高周波電力を印加して酸素
プラズマを生成する。
【００６７】ステップＳ１０５で、酸素ガスの流量を段
階的に増量させる。
階的に増量させる。
【００６８】ステップＳ１０６で、反応室３７の内側壁
に付着したフッ素およびコンタクトホール底部に堆積し
たポリマー膜を除去する。
に付着したフッ素およびコンタクトホール底部に堆積し
たポリマー膜を除去する。
【００６９】ステップＳ１０７で、シリコン基板３６を
支持する下部電極３３に高周波電力を印加して、それに
よってシリコン基板３６にバイアス電圧を印可する。そ
の結果、酸素プラズマの酸素イオンをシリコン基板３６
に照射する。
支持する下部電極３３に高周波電力を印加して、それに
よってシリコン基板３６にバイアス電圧を印可する。そ
の結果、酸素プラズマの酸素イオンをシリコン基板３６
に照射する。
【００７０】ステップＳ１０８で、フォトレジスト表面
に堆積していたポリマー膜を完全に除去する。
に堆積していたポリマー膜を完全に除去する。
【００７１】次に、本実施形態における酸素プラズマの
生成方法を詳細に説明する。
生成方法を詳細に説明する。
【００７２】図１１は、酸素プラズマの放電時間に対す
る、酸素ガス流量の変化および反射電力の変化を示して
いる。反射電力は、図３の装置の誘導コイル３１に２５
００Ｗの高周波電力を印加した場合の値である。図１１
には、酸素ガスの流量を最初から３００ｓｃｃｍの一定
に維持した場合のデータを黒丸で表示し、酸素ガスの流
量を１５０ｓｃｃｍから段階的に増量した場合のデータ
を白丸で表示している。
る、酸素ガス流量の変化および反射電力の変化を示して
いる。反射電力は、図３の装置の誘導コイル３１に２５
００Ｗの高周波電力を印加した場合の値である。図１１
には、酸素ガスの流量を最初から３００ｓｃｃｍの一定
に維持した場合のデータを黒丸で表示し、酸素ガスの流
量を１５０ｓｃｃｍから段階的に増量した場合のデータ
を白丸で表示している。
【００７３】流量３００ｓｃｃｍの酸素ガスを反応室内
に導入しながら高周波電力を印加した場合、反射電力が
１００Ｗとなりマッチングがとれない。このため、酸素
プラズマを維持することができなくなり、放電開始後約
１０秒で放電は終了する。これに対して、１５０ｓｃｃ
ｍの低流量の酸素ガスを導入すると同時に高周波電力を
印加し、徐々に酸素ガス流量を増加し、３００ｓｃｃｍ
の高流量の酸素ガスを導入した場合（本実施形態）、マ
ッチングがとれ、反射電力が５Ｗ以下と小さくなる。こ
のため、酸素プラズマが安定的に生成・維持される。
に導入しながら高周波電力を印加した場合、反射電力が
１００Ｗとなりマッチングがとれない。このため、酸素
プラズマを維持することができなくなり、放電開始後約
１０秒で放電は終了する。これに対して、１５０ｓｃｃ
ｍの低流量の酸素ガスを導入すると同時に高周波電力を
印加し、徐々に酸素ガス流量を増加し、３００ｓｃｃｍ
の高流量の酸素ガスを導入した場合（本実施形態）、マ
ッチングがとれ、反射電力が５Ｗ以下と小さくなる。こ
のため、酸素プラズマが安定的に生成・維持される。
【００７４】図１２は、酸素プラズマの放電時間に対す
るフッ素の発光強度の変化を示している。図１２のデー
タは、図３のドライエッチング装置に発光分析装置を設
置し、酸素プラズマ中のフッ素の波長（６８５．６ｎ
ｍ）の発光強度を測定することによって得た。図１２か
らわかるように、酸素ガス流量が２００ｓｃｃｍの場
合、放電開始後、フッ素が減少するまでに５０秒の時間
が必要だが、酸素ガス流量が３００ｓｃｃｍの場合、放
電開始後４０秒でフッ素の発光強度が充分に減衰してい
る。すなわち、酸素ガス流量が３００ｓｃｃｍの場合、
酸素プラズマ中のフッ素は放電開始後４０秒間で除去さ
れている。このことから、より大きな流量の酸素ガスを
反応室内に供給しながら放電を行う方が、反応室内側壁
のフッ素を早く除去できることがわかる。
るフッ素の発光強度の変化を示している。図１２のデー
タは、図３のドライエッチング装置に発光分析装置を設
置し、酸素プラズマ中のフッ素の波長（６８５．６ｎ
ｍ）の発光強度を測定することによって得た。図１２か
らわかるように、酸素ガス流量が２００ｓｃｃｍの場
合、放電開始後、フッ素が減少するまでに５０秒の時間
が必要だが、酸素ガス流量が３００ｓｃｃｍの場合、放
電開始後４０秒でフッ素の発光強度が充分に減衰してい
る。すなわち、酸素ガス流量が３００ｓｃｃｍの場合、
酸素プラズマ中のフッ素は放電開始後４０秒間で除去さ
れている。このことから、より大きな流量の酸素ガスを
反応室内に供給しながら放電を行う方が、反応室内側壁
のフッ素を早く除去できることがわかる。
【００７５】図１３は、酸素プラズマの放電時間に対す
る拡散層のエッチング量の変化を示している。図１３の
グラフにおいて、縦軸のマイナス値はポリマー膜の厚み
を、プラス値は拡散層のエッチング量を示している。
る拡散層のエッチング量の変化を示している。図１３の
グラフにおいて、縦軸のマイナス値はポリマー膜の厚み
を、プラス値は拡散層のエッチング量を示している。
【００７６】酸素ガス流量が２００ｓｃｃｍの場合、放
電開始後５０秒間で反応室内側壁のフッ素がなくなるた
め、放電開始後３５秒〜５０秒の間は、バイアス電力を
印加していない。しかし、この場合でも、拡散層はフッ
素によって１８ｎｍエッチングされる。放電開始後５０
秒経過後に、バイアス電力を印加することによって基板
表面のポリマー膜を除去する。
電開始後５０秒間で反応室内側壁のフッ素がなくなるた
め、放電開始後３５秒〜５０秒の間は、バイアス電力を
印加していない。しかし、この場合でも、拡散層はフッ
素によって１８ｎｍエッチングされる。放電開始後５０
秒経過後に、バイアス電力を印加することによって基板
表面のポリマー膜を除去する。
【００７７】酸素ガス流量が３００ｓｃｃｍの場合、放
電開始後４０秒間で反応室内側壁のフッ素がなくなるた
め、放電開始後３５秒〜４０秒の間、バイアス電力を印
加していない。この場合、拡散層がフッ素によって５ｎ
ｍエッチングされる。放電開始後４０秒経過後に、バイ
アス電力を印加することによって基板表面のポリマー膜
を除去する。
電開始後４０秒間で反応室内側壁のフッ素がなくなるた
め、放電開始後３５秒〜４０秒の間、バイアス電力を印
加していない。この場合、拡散層がフッ素によって５ｎ
ｍエッチングされる。放電開始後４０秒経過後に、バイ
アス電力を印加することによって基板表面のポリマー膜
を除去する。
【００７８】以上のことから、酸素ガスの流量が大きい
場合、反応室内側壁のフッ素が短い時間で除去されるの
で、コンタクトホールエッチング後の酸素プラズマによ
る後処理時間を短縮するできることがわかる。その結
果、拡散層のエッチングを抑制することができ、コンタ
クト抵抗の上昇を抑制できる。
場合、反応室内側壁のフッ素が短い時間で除去されるの
で、コンタクトホールエッチング後の酸素プラズマによ
る後処理時間を短縮するできることがわかる。その結
果、拡散層のエッチングを抑制することができ、コンタ
クト抵抗の上昇を抑制できる。
【００７９】本実施形態によれば、段階的に酸素ガスの
流量を増量させることにより、コイル３１に印加する高
周波電力の反射波を抑え、高流量酸素ガスで安定したプ
ラズマの生成・維持を実行できる。また、高流量酸素ガ
スを使用することにより、反応室３７内の側壁のフッ素
を多量の酸素で短時間に除去できるので、コンタクトエ
ッチング後の酸素プラズマ処理時間を短縮することがで
きる。その結果、拡散層のエッチングを抑制することが
でき、コンタクト抵抗を下げることができる。
流量を増量させることにより、コイル３１に印加する高
周波電力の反射波を抑え、高流量酸素ガスで安定したプ
ラズマの生成・維持を実行できる。また、高流量酸素ガ
スを使用することにより、反応室３７内の側壁のフッ素
を多量の酸素で短時間に除去できるので、コンタクトエ
ッチング後の酸素プラズマ処理時間を短縮することがで
きる。その結果、拡散層のエッチングを抑制することが
でき、コンタクト抵抗を下げることができる。
【００８０】（第３の実施形態）図１４を参照しなが
ら、本実施形態に用いるドライエッチング装置を説明す
る。 図１４の装置は、図３のドライエッチング装置と
基本的に同じ構造を有しており、異なる点は、図１４の
装置が、光ファイバー７２、発光分析装置７３、信号ラ
イン７４、および中央演算処理装置７５を更に備えてい
る点にある。
ら、本実施形態に用いるドライエッチング装置を説明す
る。 図１４の装置は、図３のドライエッチング装置と
基本的に同じ構造を有しており、異なる点は、図１４の
装置が、光ファイバー７２、発光分析装置７３、信号ラ
イン７４、および中央演算処理装置７５を更に備えてい
る点にある。
【００８１】光ファイバ７２は、反応室３７のプラズマ
から放射される光を外部を取り出す機能を有している。
発光分析装置７３は、光ファイバ７２を介して、プラズ
マから放射される光を受け取り、特定の波長範囲にある
スペクトルの発光強度を測定することができる。中央演
算処理装置７５は、発光分析装置７３の出力に基づいて
演算を行い、特定波長範囲内の発光強度が所定範囲に変
化した場合、必要な信号を信号ライン７４を介して高周
波電源３４に与える。
から放射される光を外部を取り出す機能を有している。
発光分析装置７３は、光ファイバ７２を介して、プラズ
マから放射される光を受け取り、特定の波長範囲にある
スペクトルの発光強度を測定することができる。中央演
算処理装置７５は、発光分析装置７３の出力に基づいて
演算を行い、特定波長範囲内の発光強度が所定範囲に変
化した場合、必要な信号を信号ライン７４を介して高周
波電源３４に与える。
【００８２】本実施形態では、図１４の装置でコンタク
トエッチングを行った後、まず、反応室３７にガスボン
ベ４１から酸素ガスを導入し、コイル３１に高周波電源
３２により高周波電力を印加してプラズマを生成する。
次に、光ファイバー７２で集めた光を、発光分析装置７
３で分光し、フッ素の発光強度を測定する。中央演算処
理装置７５は、フッ素の発光強度が測定限界以下に低下
した時点を判定し、その時点で高周波電源３４の動作開
始用信号を信号ライン７４を介して高周波電源３４に送
る。こうして、高周波電源３４は動作を開始し、高周波
電力を下部電極３３に印加する。その結果、プラズマ中
のエッチング種はシリコン基板３６に引き込まれ、シリ
コン基板３６上のポリマー膜がエッチングされる。中央
演算処理装置７５は、フッ素の発光が検知されている
間、高周波電源３４をオフ状態に保つようにプログラム
されている。
トエッチングを行った後、まず、反応室３７にガスボン
ベ４１から酸素ガスを導入し、コイル３１に高周波電源
３２により高周波電力を印加してプラズマを生成する。
次に、光ファイバー７２で集めた光を、発光分析装置７
３で分光し、フッ素の発光強度を測定する。中央演算処
理装置７５は、フッ素の発光強度が測定限界以下に低下
した時点を判定し、その時点で高周波電源３４の動作開
始用信号を信号ライン７４を介して高周波電源３４に送
る。こうして、高周波電源３４は動作を開始し、高周波
電力を下部電極３３に印加する。その結果、プラズマ中
のエッチング種はシリコン基板３６に引き込まれ、シリ
コン基板３６上のポリマー膜がエッチングされる。中央
演算処理装置７５は、フッ素の発光が検知されている
間、高周波電源３４をオフ状態に保つようにプログラム
されている。
【００８３】図１５を参照しながら、本実施形態におけ
る処理手順を説明する。
る処理手順を説明する。
【００８４】まず、ステップＳ１５１で、コンタクトホ
ールの形成を行う。
ールの形成を行う。
【００８５】ステップＳ１５２で、反応室３７に酸素ガ
スを導入する。
スを導入する。
【００８６】ステップＳ１５３で、酸素ガス圧力を圧力
制御バルブ３８の開度を調節して制御する。
制御バルブ３８の開度を調節して制御する。
【００８７】ステップＳ１５４で、シリコン基板３６が
設置された下部電極３３に高周波電力を印加せずに、コ
イル３１に高周波電源により高周波電力を印加して酸素
プラズマを生成する。
設置された下部電極３３に高周波電力を印加せずに、コ
イル３１に高周波電源により高周波電力を印加して酸素
プラズマを生成する。
【００８８】ステップＳ１５５で、反応室３７の内側壁
に付着したフッ素およびコンタクトホール底部に堆積し
たポリマー膜を除去しながら、酸素プラズマ中のフッ素
（例えば波長６８５．６ｎｍ）を発光分析装置７３でモ
ニターする。
に付着したフッ素およびコンタクトホール底部に堆積し
たポリマー膜を除去しながら、酸素プラズマ中のフッ素
（例えば波長６８５．６ｎｍ）を発光分析装置７３でモ
ニターする。
【００８９】ステップＳ１５６で、フッ素の発光強度を
検知できなくなれば、ステップＳ１５７で、シリコン基
板３６を支持する下部電極３３に高周波電力を印加し
て、それによってシリコン基板３６にバイアス電圧を印
可する。その結果、酸素プラズマの酸素イオンをシリコ
ン基板３６に照射する。
検知できなくなれば、ステップＳ１５７で、シリコン基
板３６を支持する下部電極３３に高周波電力を印加し
て、それによってシリコン基板３６にバイアス電圧を印
可する。その結果、酸素プラズマの酸素イオンをシリコ
ン基板３６に照射する。
【００９０】ステップＳ１５８で、フォトレジスト表面
に堆積していたポリマー膜を完全に除去する。
に堆積していたポリマー膜を完全に除去する。
【００９１】図１６は、酸素プラズマの放電時間と、フ
ッ素の発光強度（波長６８５．６ｎｍ）および拡散層エ
ッチング量との関係を示している。図１６の下部分にお
いて、縦軸のマイナス値はポリマー膜の厚みを、プラス
値は拡散層のエッチング量を示している。
ッ素の発光強度（波長６８５．６ｎｍ）および拡散層エ
ッチング量との関係を示している。図１６の下部分にお
いて、縦軸のマイナス値はポリマー膜の厚みを、プラス
値は拡散層のエッチング量を示している。
【００９２】本実施形態によれば、フッ素の発光強度が
充分に減衰したことを確認してから、その後、シリコン
基板にバイアス電圧を印加している。この場合、拡散層
がほとんどエッチングされないことが図１６からわか
る。また、フッ素の発光強度の信号によりバイアス電源
をオン／オフするので、フッ素除去に必要な時間が変動
した場合でも、最適なタイミングで酸素プラズマによる
基板処理を開始できる。
充分に減衰したことを確認してから、その後、シリコン
基板にバイアス電圧を印加している。この場合、拡散層
がほとんどエッチングされないことが図１６からわか
る。また、フッ素の発光強度の信号によりバイアス電源
をオン／オフするので、フッ素除去に必要な時間が変動
した場合でも、最適なタイミングで酸素プラズマによる
基板処理を開始できる。
【００９３】以上のように、本実施形態によると、フッ
素の発光強度に基づいて基板に与えるバイアス電圧の開
始タイミングを調整するため、フッ素の除去が効率的か
つ確実に行える。
素の発光強度に基づいて基板に与えるバイアス電圧の開
始タイミングを調整するため、フッ素の除去が効率的か
つ確実に行える。
【００９４】なお、本実施形態では、測定対象の発光ス
ペクトルとして、フッ素の発光を用いたが、炭素および
一酸化炭素の発光でもよい。コンタクトエッチング中
に、反応室側壁にはＣx、ＣxＦyの結合状態でポリマー
膜が堆積しており、酸素プラズマにより、以下の（１）
ないし（４）の状態に分解され、排気される。
ペクトルとして、フッ素の発光を用いたが、炭素および
一酸化炭素の発光でもよい。コンタクトエッチング中
に、反応室側壁にはＣx、ＣxＦyの結合状態でポリマー
膜が堆積しており、酸素プラズマにより、以下の（１）
ないし（４）の状態に分解され、排気される。
【００９５】 ＸＯ ＋ ＣXＦY → ＸＣＯ ＋ ＹＦ （１） ＸＯ ＋ ＣXＦY → ＸＣＯ ＋ ＹＦ → ＸＣ＋ ＸＯ ＋ ＹＦ （２） Ｏ ＋ ＣX → ＣＯ + ＣX-1 （３） Ｏ2 ＋ ＣX → ＣＯ2 ＋ ＣX-1 （４） ここで、ＸおよびＹは自然数である。
【００９６】フッ素、炭素、酸素、一酸化炭素および二
酸化炭素のうちのいずれかの発光スペクトルを測定すれ
ば、反応室内側壁上に堆積されたポリマー膜が除去され
たかどうかを判断できる。反応室内側壁上に堆積された
ポリマー膜が除去され、そのポリマー膜を構成する炭
素、酸素、一酸化炭素および二酸化炭素などが反応室内
から測定限度以下に減れば、そのときフッ素も反応室内
から除去されたと判定できる。
酸化炭素のうちのいずれかの発光スペクトルを測定すれ
ば、反応室内側壁上に堆積されたポリマー膜が除去され
たかどうかを判断できる。反応室内側壁上に堆積された
ポリマー膜が除去され、そのポリマー膜を構成する炭
素、酸素、一酸化炭素および二酸化炭素などが反応室内
から測定限度以下に減れば、そのときフッ素も反応室内
から除去されたと判定できる。
【００９７】なお、６８５．６ｎｍの波長の発光がフッ
素の発光スペクトルの中で最も強度が高いため、本実施
形態では、波長６８５．６ｎｍの発光を測定したが、フ
ッ素の他の波長の発光を測定しても良いことは言うまで
もない。
素の発光スペクトルの中で最も強度が高いため、本実施
形態では、波長６８５．６ｎｍの発光を測定したが、フ
ッ素の他の波長の発光を測定しても良いことは言うまで
もない。
【００９８】（第４の実施形態）図１７を参照しなが
ら、本実施形態に用いるドライエッチング装置を説明す
る。 図１７の装置は、図３のドライエッチング装置と
基本的に同じ構造を有しており、異なる点は、図１７の
装置が、信号ライン８２および中央演算処理装置８３を
更に備えている点にある。
ら、本実施形態に用いるドライエッチング装置を説明す
る。 図１７の装置は、図３のドライエッチング装置と
基本的に同じ構造を有しており、異なる点は、図１７の
装置が、信号ライン８２および中央演算処理装置８３を
更に備えている点にある。
【００９９】本実施形態では、図１７の装置でコンタク
トエッチングを行った後、まず、反応室３７にガスボン
ベ４１から酸素ガスを導入し、コイル３１に高周波電源
３２により高周波電力を印加してプラズマを生成する。
次に、圧力制御バルブ３８の開度を測定し、圧力制御バ
ルブ３８の開度が一定になった時点を、中央演算処理装
置８３で判定し、その時点で高周波電源３４の動作開始
用信号を高周波電源３４に送る。こうして、高周波電源
３４は動作を開始し、高周波電力を下部電極３３に印加
する。その結果、プラズマ中のエッチング種（正電荷イ
オン）はシリコン基板３６に引き込まれ、シリコン基板
３６上のポリマー膜が速やかにエッチングされる。
トエッチングを行った後、まず、反応室３７にガスボン
ベ４１から酸素ガスを導入し、コイル３１に高周波電源
３２により高周波電力を印加してプラズマを生成する。
次に、圧力制御バルブ３８の開度を測定し、圧力制御バ
ルブ３８の開度が一定になった時点を、中央演算処理装
置８３で判定し、その時点で高周波電源３４の動作開始
用信号を高周波電源３４に送る。こうして、高周波電源
３４は動作を開始し、高周波電力を下部電極３３に印加
する。その結果、プラズマ中のエッチング種（正電荷イ
オン）はシリコン基板３６に引き込まれ、シリコン基板
３６上のポリマー膜が速やかにエッチングされる。
【０１００】図１８を参照しながら、本実施形態におけ
る処理手順を説明する。
る処理手順を説明する。
【０１０１】まず、ステップＳ１８１で、コンタクトホ
ールの形成を行う。
ールの形成を行う。
【０１０２】ステップＳ１８２で、反応室３７に酸素ガ
スを導入する。
スを導入する。
【０１０３】ステップＳ１８３で、酸素ガス圧力を圧力
制御バルブ３８の開度を調節して制御する。
制御バルブ３８の開度を調節して制御する。
【０１０４】ステップＳ１８４で、シリコン基板３６が
設置された下部電極３３に高周波電力を印加せずに、コ
イル３１に高周波電源３２により高周波電力を印加して
酸素プラズマを生成する。
設置された下部電極３３に高周波電力を印加せずに、コ
イル３１に高周波電源３２により高周波電力を印加して
酸素プラズマを生成する。
【０１０５】ステップＳ１８５で、反応室３７の内側壁
に付着したフッ素およびコンタクトホール底部に堆積し
たポリマー膜を除去しながら、圧力制御バルブ３８の開
度をモニターする。
に付着したフッ素およびコンタクトホール底部に堆積し
たポリマー膜を除去しながら、圧力制御バルブ３８の開
度をモニターする。
【０１０６】ステップＳ１８６で、開度が一定になった
ことを検知できれば、ステップＳ１８７で、シリコン基
板３６を支持する下部電極３３に高周波電力を印加し
て、それによってシリコン基板３６にバイアス電圧を印
可する。その結果、酸素プラズマの酸素イオンをシリコ
ン基板３６に照射する。
ことを検知できれば、ステップＳ１８７で、シリコン基
板３６を支持する下部電極３３に高周波電力を印加し
て、それによってシリコン基板３６にバイアス電圧を印
可する。その結果、酸素プラズマの酸素イオンをシリコ
ン基板３６に照射する。
【０１０７】ステップＳ１８８で、フォトレジスト表面
に堆積していたポリマー膜を完全に除去する。
に堆積していたポリマー膜を完全に除去する。
【０１０８】図１９は、酸素プラズマの放電時間と、圧
力制御バルブ３８の開度および拡散層エッチング量との
関係を示している。図１９の下部分において、縦軸のマ
イナス値はポリマー膜の厚みを、プラス値は拡散層のエ
ッチング量を示している。
力制御バルブ３８の開度および拡散層エッチング量との
関係を示している。図１９の下部分において、縦軸のマ
イナス値はポリマー膜の厚みを、プラス値は拡散層のエ
ッチング量を示している。
【０１０９】本実施形態では、圧力制御バルブ３８の開
度が一定になった後、シリコン基板３６にバイアス電圧
を印加する。あとで説明するように、圧力制御バルブ３
８の開度が一定になったときが、反応室３７内のフッ素
がなくなったときに一致する。図１９から、本実施形態
によれば、拡散層がほとんどエッチングされないことが
わかる。
度が一定になった後、シリコン基板３６にバイアス電圧
を印加する。あとで説明するように、圧力制御バルブ３
８の開度が一定になったときが、反応室３７内のフッ素
がなくなったときに一致する。図１９から、本実施形態
によれば、拡散層がほとんどエッチングされないことが
わかる。
【０１１０】次に、圧力制御バルブ３８の開度が一定に
なったときが、反応室内のフッ素がなくなったときに対
応する理由を説明する。
なったときが、反応室内のフッ素がなくなったときに対
応する理由を説明する。
【０１１１】コンタクトエッチング後、酸素プラズマを
生成すると、反応室３７内の側壁に付着したフッ素が酸
素プラズマ中に放出される。その結果、反応室３７内の
圧力が上昇する。すると、圧力を一定に制御するため
に、圧力制御バルブ３８の開度が大きくなる。その後、
フッ素が徐々に減少すると、反応室３７内の圧力が徐々
に低下する。それに伴って、圧力制御バルブ３８の開度
は徐々に小さくなり、やがて一定になる。このことか
ら、圧力制御バルブ３８の開度によりフッ素量の変化を
モニターできることがわかる。
生成すると、反応室３７内の側壁に付着したフッ素が酸
素プラズマ中に放出される。その結果、反応室３７内の
圧力が上昇する。すると、圧力を一定に制御するため
に、圧力制御バルブ３８の開度が大きくなる。その後、
フッ素が徐々に減少すると、反応室３７内の圧力が徐々
に低下する。それに伴って、圧力制御バルブ３８の開度
は徐々に小さくなり、やがて一定になる。このことか
ら、圧力制御バルブ３８の開度によりフッ素量の変化を
モニターできることがわかる。
【０１１２】本実施形態では、圧力制御バルブ３８の開
度によりフッ素量の変化をモニターし、中央演算処理装
置８３が圧力制御バルブ３８の開度が一定になったこと
を検知した時点でバイアス電圧のシリコン基板への印加
を開始するので、効率の良いフッ素の除去が行える。ま
た、圧力制御バルブ３８の開度に基づいてバイアス電圧
用高周波電源のオンオフを制御するので、フッ素除去に
必要な時間が変動した場合でも、最適なタイミングで酸
素プラズマによる基板処理を開始できる。
度によりフッ素量の変化をモニターし、中央演算処理装
置８３が圧力制御バルブ３８の開度が一定になったこと
を検知した時点でバイアス電圧のシリコン基板への印加
を開始するので、効率の良いフッ素の除去が行える。ま
た、圧力制御バルブ３８の開度に基づいてバイアス電圧
用高周波電源のオンオフを制御するので、フッ素除去に
必要な時間が変動した場合でも、最適なタイミングで酸
素プラズマによる基板処理を開始できる。
【０１１３】（第５の実施形態）図２０を参照しなが
ら、本実施形態に用いるドライエッチング装置を説明す
る。 図２０の装置は、図３のドライエッチング装置と
基本的に同じ構造を有しており、異なる点は、図２０の
装置が、電圧計９２、信号ライン９３および中央演算処
理装置９４を更に備えている点にある。
ら、本実施形態に用いるドライエッチング装置を説明す
る。 図２０の装置は、図３のドライエッチング装置と
基本的に同じ構造を有しており、異なる点は、図２０の
装置が、電圧計９２、信号ライン９３および中央演算処
理装置９４を更に備えている点にある。
【０１１４】本実施形態では、図２０の装置でコンタク
トエッチングを行った後、まず、反応室３７にガスボン
ベ４１から酸素ガスを導入し、コイル３１に高周波電源
３２により高周波電力を印加してプラズマを生成する。
次に、電圧計９２で下部電極３３の電圧を測定し、測定
電圧が一定になった時点を中央演算処理装置８３で判定
し、その時点で高周波電源３４の動作開始用信号を信号
ライン９３を介して高周波電源３４に送る。こうして、
高周波電源３４は動作を開始し、高周波電力を下部電極
３３に印加する。その結果、プラズマ中のエッチング種
（正電荷イオン）はシリコン基板３６に引き込まれ、シ
リコン基板３６上のポリマー膜がエッチングされる。
トエッチングを行った後、まず、反応室３７にガスボン
ベ４１から酸素ガスを導入し、コイル３１に高周波電源
３２により高周波電力を印加してプラズマを生成する。
次に、電圧計９２で下部電極３３の電圧を測定し、測定
電圧が一定になった時点を中央演算処理装置８３で判定
し、その時点で高周波電源３４の動作開始用信号を信号
ライン９３を介して高周波電源３４に送る。こうして、
高周波電源３４は動作を開始し、高周波電力を下部電極
３３に印加する。その結果、プラズマ中のエッチング種
（正電荷イオン）はシリコン基板３６に引き込まれ、シ
リコン基板３６上のポリマー膜がエッチングされる。
【０１１５】図２１を参照しながら、本実施形態におけ
る処理手順を説明する。
る処理手順を説明する。
【０１１６】まず、ステップＳ２１１で、コンタクトホ
ールの形成を行う。
ールの形成を行う。
【０１１７】ステップＳ２１２で、反応室３７に酸素ガ
スを導入する。
スを導入する。
【０１１８】ステップＳ２１３で、酸素ガス圧力を圧力
制御バルブ３８の開度を調節して制御する。
制御バルブ３８の開度を調節して制御する。
【０１１９】ステップＳ２１４で、シリコン基板３６が
設置された下部電極３３に高周波電力を印加せずに、コ
イル３１に高周波電源３２により高周波電力を印加して
酸素プラズマを生成する。
設置された下部電極３３に高周波電力を印加せずに、コ
イル３１に高周波電源３２により高周波電力を印加して
酸素プラズマを生成する。
【０１２０】ステップＳ２１５で、反応室３７の内側壁
に付着したフッ素およびコンタクトホール底部に堆積し
たポリマー膜を除去しながら、下部電極３３の電圧をモ
ニターする。
に付着したフッ素およびコンタクトホール底部に堆積し
たポリマー膜を除去しながら、下部電極３３の電圧をモ
ニターする。
【０１２１】ステップＳ２１６で、下部電極３３の電圧
が一定になったならば、ステップＳ２１７で、下部電極
３３に高周波電力を印加して、それによってシリコン基
板３６にバイアス電圧を印可する。その結果、酸素プラ
ズマの酸素イオンをシリコン基板３６に照射する。
が一定になったならば、ステップＳ２１７で、下部電極
３３に高周波電力を印加して、それによってシリコン基
板３６にバイアス電圧を印可する。その結果、酸素プラ
ズマの酸素イオンをシリコン基板３６に照射する。
【０１２２】ステップＳ２１８で、フォトレジスト表面
に堆積していたポリマー膜を完全に除去する。
に堆積していたポリマー膜を完全に除去する。
【０１２３】次に、本実施形態によるドライエッチング
方法を行ったときの拡散層のエッチング量の測定結果を
示す。
方法を行ったときの拡散層のエッチング量の測定結果を
示す。
【０１２４】図２２は酸素プラズマの放電時間と、下部
電極３３の電圧および拡散層エッチング量との関係を示
している。
電極３３の電圧および拡散層エッチング量との関係を示
している。
【０１２５】図２２の下部分において、縦軸のマイナス
値はポリマー膜の厚みを、プラス値は拡散層のエッチン
グ量を示している。本実施形態では、下部電極３３の電
圧が一定になった後、シリコン基板３６にバイアス電圧
を印加する。あとで説明するように、下部電極３３の電
圧が一定になったときが、反応室３７内のフッ素がなく
なったときに一致する。図２２から、本実施形態によれ
ば、拡散層がほとんどエッチングされないことがわか
る。
値はポリマー膜の厚みを、プラス値は拡散層のエッチン
グ量を示している。本実施形態では、下部電極３３の電
圧が一定になった後、シリコン基板３６にバイアス電圧
を印加する。あとで説明するように、下部電極３３の電
圧が一定になったときが、反応室３７内のフッ素がなく
なったときに一致する。図２２から、本実施形態によれ
ば、拡散層がほとんどエッチングされないことがわか
る。
【０１２６】次に、下部電極３３の電圧が一定になった
ときが反応室３７内のフッ素がなくなったときに対応す
る理由を説明する。
ときが反応室３７内のフッ素がなくなったときに対応す
る理由を説明する。
【０１２７】コンタクトエッチング後、酸素プラズマを
生成すると、反応室３７内の側壁に付着したフッ素が酸
素プラズマ中に放出される。その結果、反応室３７内の
プラズマの圧力が上昇し、プラズマ密度が高くなる。プ
ラズマ密度が高くなると、プラズマの抵抗は低くなる。
上部電極３５をアース、プラズマを抵抗体とみなし、下
部電極３３に流出入する電流を一定と仮定した場合、プ
ラズマの抵抗が小さくなると、高周波電源３４からプラ
ズマに印加されている電圧は高くなる。これに対して、
フッ素が排気され、プラズマの圧力が下がると、プラズ
マ密度が小さくなるため、プラズマに印加される電圧は
低下する。従って、下部電極３３の電圧は、フッ素が酸
素プラズマ中に放出された直後に高い値を示し、その
後、フッ素の排気に伴い低下する。フッ素が完全に反応
室３７から排気されると、下部電極３３の電圧は一定と
なる。このことから、下部電極３３の電圧によってフッ
素量の変化をモニターできることがわかる。本実施形態
の中央演算処理装置９４は、下部電極３３の電圧が一定
になったことを検知すると、高周波電源３４の動作を開
始し、シリコン基板３６へのバイアス電圧の印加を開始
する。
生成すると、反応室３７内の側壁に付着したフッ素が酸
素プラズマ中に放出される。その結果、反応室３７内の
プラズマの圧力が上昇し、プラズマ密度が高くなる。プ
ラズマ密度が高くなると、プラズマの抵抗は低くなる。
上部電極３５をアース、プラズマを抵抗体とみなし、下
部電極３３に流出入する電流を一定と仮定した場合、プ
ラズマの抵抗が小さくなると、高周波電源３４からプラ
ズマに印加されている電圧は高くなる。これに対して、
フッ素が排気され、プラズマの圧力が下がると、プラズ
マ密度が小さくなるため、プラズマに印加される電圧は
低下する。従って、下部電極３３の電圧は、フッ素が酸
素プラズマ中に放出された直後に高い値を示し、その
後、フッ素の排気に伴い低下する。フッ素が完全に反応
室３７から排気されると、下部電極３３の電圧は一定と
なる。このことから、下部電極３３の電圧によってフッ
素量の変化をモニターできることがわかる。本実施形態
の中央演算処理装置９４は、下部電極３３の電圧が一定
になったことを検知すると、高周波電源３４の動作を開
始し、シリコン基板３６へのバイアス電圧の印加を開始
する。
【０１２８】このように本実施形態によると、下部電極
３３の電圧を測定し、その電圧が一定になったという信
号に応じて高周波電源３４の動作を開始させ、それによ
ってシリコン基板へのバイアス電圧の印加を開始する。
このため、効率の良いフッ素の除去が行え、また、フッ
素除去に必要な時間が変動した場合でも、最適なタイミ
ングで酸素プラズマによる基板のイオン照射処理を開始
できる。
３３の電圧を測定し、その電圧が一定になったという信
号に応じて高周波電源３４の動作を開始させ、それによ
ってシリコン基板へのバイアス電圧の印加を開始する。
このため、効率の良いフッ素の除去が行え、また、フッ
素除去に必要な時間が変動した場合でも、最適なタイミ
ングで酸素プラズマによる基板のイオン照射処理を開始
できる。
【０１２９】なお、上記各実施形態では、被加工基板と
してシリコン基板を用いてきたが、本発明の適用はこれ
に限定されない。表面にシリコン層が形成された絶縁性
基板、例えば、多結晶シリコン膜が形成されたガラス基
板を用いて半導体装置を製造する場合にも本発明の製造
方法は有効である。本願明細書における「半導体装置」
は、半導体基板を不可欠の要素として有するものに限定
されない。
してシリコン基板を用いてきたが、本発明の適用はこれ
に限定されない。表面にシリコン層が形成された絶縁性
基板、例えば、多結晶シリコン膜が形成されたガラス基
板を用いて半導体装置を製造する場合にも本発明の製造
方法は有効である。本願明細書における「半導体装置」
は、半導体基板を不可欠の要素として有するものに限定
されない。
【０１３０】
【発明の効果】本発明によれば、プラズマエッチング装
置の反応室内に設けられた電極上に基板を配置し、基板
にバイアス電圧を与えながら、フルオロカーボンガスを
含むガスから生成したプラズマを用いて酸化膜をエッチ
ングする工程と、基板にバイアス電圧を与えない状態
で、反応室内に酸素プラズマを生成し、それによって反
応室からフッ素を除去するフッ素除去処理工程とを包含
しているため、酸化膜エッチング工程中に反応室内壁に
付着したポリマーを分解し、その中のフッ素を反応室か
ら除去することができる。その結果、酸化膜のエッチン
グにより露出したシリコン表面が、反応室内壁のポリマ
ーから供給されたフッ素によって過剰にエッチングされ
るおそれがなくなる。このため、酸化膜エッチングの後
に、基板にバイアス電圧を印可しながら酸素プラズマに
よる基板表面処理を行うことが可能となる。従って、本
発明の酸化膜エッチングによってコンタクトホールを形
成すれば、低抵抗の微細コンタクトを再現性良く形成す
ることができる。
置の反応室内に設けられた電極上に基板を配置し、基板
にバイアス電圧を与えながら、フルオロカーボンガスを
含むガスから生成したプラズマを用いて酸化膜をエッチ
ングする工程と、基板にバイアス電圧を与えない状態
で、反応室内に酸素プラズマを生成し、それによって反
応室からフッ素を除去するフッ素除去処理工程とを包含
しているため、酸化膜エッチング工程中に反応室内壁に
付着したポリマーを分解し、その中のフッ素を反応室か
ら除去することができる。その結果、酸化膜のエッチン
グにより露出したシリコン表面が、反応室内壁のポリマ
ーから供給されたフッ素によって過剰にエッチングされ
るおそれがなくなる。このため、酸化膜エッチングの後
に、基板にバイアス電圧を印可しながら酸素プラズマに
よる基板表面処理を行うことが可能となる。従って、本
発明の酸化膜エッチングによってコンタクトホールを形
成すれば、低抵抗の微細コンタクトを再現性良く形成す
ることができる。
【０１３１】フッ素を反応室から除去するためのフッ素
除去処理工程から、基板上に残存するポリマーを除去す
るための酸素プラズマ処理工程への切り替えを、酸素プ
ラズマを生成しながら、基板を支持する電極にバイアス
電圧を印加することによって実行するようにすれば、酸
素プラズマを安定に維持しながら両工程を連続して速や
かに実行することができる。
除去処理工程から、基板上に残存するポリマーを除去す
るための酸素プラズマ処理工程への切り替えを、酸素プ
ラズマを生成しながら、基板を支持する電極にバイアス
電圧を印加することによって実行するようにすれば、酸
素プラズマを安定に維持しながら両工程を連続して速や
かに実行することができる。
【０１３２】酸素プラズマに含まれる特定の原子または
分子の発光スペクトル強度を測定し、測定された発光ス
ペクトル強度に基づいて、バイアス電圧の印加タイミン
グを決定するようにすれば、フッ素が反応室から除去さ
れたタイミングにあわせて、効率的な処理が可能とな
る。
分子の発光スペクトル強度を測定し、測定された発光ス
ペクトル強度に基づいて、バイアス電圧の印加タイミン
グを決定するようにすれば、フッ素が反応室から除去さ
れたタイミングにあわせて、効率的な処理が可能とな
る。
【０１３３】反応室内のガス圧力を制御するバルブの開
度を測定し、開度に基づいて、バイアス電圧の印加タイ
ミングを決定すること、および、基板を支持する電極の
電圧を測定し、測定される電圧に基づいて、バイアス電
圧の印加タイミングを決定することによっても、フッ素
が反応室から除去されたタイミングにあわせて、効率的
な処理が可能となる。
度を測定し、開度に基づいて、バイアス電圧の印加タイ
ミングを決定すること、および、基板を支持する電極の
電圧を測定し、測定される電圧に基づいて、バイアス電
圧の印加タイミングを決定することによっても、フッ素
が反応室から除去されたタイミングにあわせて、効率的
な処理が可能となる。
【図１】（ａ）から（ｄ）は拡散層のフッ素によるエッ
チングの原理を説明する図。
チングの原理を説明する図。
【図２】酸素プラズマの放電時間と拡散層のエッチング
量との関係を示すグラフ。
量との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の第１および第２の実施形態で使用する
プラズマエッチング装置の概略図。
プラズマエッチング装置の概略図。
【図４】本発明の第１の実施形態における半導体装置の
製造方法の処理工程を説明する図。
製造方法の処理工程を説明する図。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、コンタクトホールを形
成するためのエッチング工程を示す断面図。
成するためのエッチング工程を示す断面図。
【図６】酸素プラズマの放電時間とフッ素の発光強度と
の関係を示すグラフ。
の関係を示すグラフ。
【図７】酸素プラズマの放電時間と拡散層のエッチング
量との関係を示すグラフ。
量との関係を示すグラフ。
【図８】拡散層のエッチング量とコンタクト抵抗との関
係を示すグラフ。
係を示すグラフ。
【図９】（ａ）から（ｄ）は、本発明の第１の実施形態
において、拡散層のエッチングが進行しない原理を説明
するための図。
において、拡散層のエッチングが進行しない原理を説明
するための図。
【図１０】本発明の第２の実施形態における半導体装置
の製造方法の処理工程を説明する図。
の製造方法の処理工程を説明する図。
【図１１】酸素プラズマの放電時間と、酸素のガス流量
とおよび反射電力との関係を示すグラフ。
とおよび反射電力との関係を示すグラフ。
【図１２】酸素プラズマの放電時間とフッ素の発光強度
と関係を示すグラフ。
と関係を示すグラフ。
【図１３】酸素プラズマの放電時間と拡散層のエッチン
グ量との関係を説明するグラフ。
グ量との関係を説明するグラフ。
【図１４】本発明の第３の実施形態に用いるエッチング
装置の概略図。
装置の概略図。
【図１５】本発明の第３の実施形態における半導体装置
の製造方法の処理工程を説明する図。
の製造方法の処理工程を説明する図。
【図１６】酸素プラズマの放電時間とフッ素の発光強度
および拡散層のエッチング量との関係を示すグラフ。
および拡散層のエッチング量との関係を示すグラフ。
【図１７】本発明の第４の実施形態に用いるエッチング
装置の概略図。
装置の概略図。
【図１８】本発明の第４の実施形態における半導体装置
の製造方法の処理工程を説明する図。
の製造方法の処理工程を説明する図。
【図１９】酸素プラズマの放電時間と圧力制御バルブの
開度および拡散層のエッチング量との関係を示すグラ
フ。
開度および拡散層のエッチング量との関係を示すグラ
フ。
【図２０】本発明の第５の実施形態に用いるエッチング
装置の概略図。
装置の概略図。
【図２１】本発明の第５の実施形態における半導体装置
の製造方法の処理工程を説明する図。
の製造方法の処理工程を説明する図。
【図２２】酸素プラズマの放電時間と下部電極の電圧お
よび拡散層のエッチング量との関係を示すグラフ。
よび拡散層のエッチング量との関係を示すグラフ。
１ フォトレジスト ２ ＢＰＳＧ膜 ３ 拡散層 ４ シリコン基板 ５ コンタクトホール ６ コンタクトホール底部のポリマー膜 ７ 基板表面のポリマー膜 ８ 酸素 ９ 酸素イオン １０ フッ素 １１ フッ素イオン ３１ コイル ３２ 高周波電源 ３３ 下部電極 ３４ 高周波電源 ３５ 上部電極 ３６ シリコン基板 ３７ 反応室 ３８ 圧力制御バルブ ３９ ターボ分子ポンプ ４０ ドライポンプ ４１ ガスボンベ ５１ フォトレジストパターン ５２ ＢＰＳＧ膜 ５３ 不純物拡散層 ５４ シリコン基板 ５５ コンタクトホール ５６ ポリマー膜 ５７ ポリマー膜 ５８ 酸素 ６０ フッ素 ７２ 光ファイバー ７３ 発光分析装置 ７４ 信号ライン ７５ 中央演算処理装置 ８２ 信号ライン ８３ 中央演算処理装置 ９２ 電圧計 ９３ 信号ライン ９４ 中央演算処理装置
Claims (18)
- 【請求項１】 シリコン領域を少なくとも表面に有する
基板上に酸化膜を形成する工程と、 前記酸化膜上にレジストパターンを形成する工程と、 プラズマエッチング装置の反応室内に設けられた電極上
に前記基板を配置し、前記基板にバイアス電圧を与えな
がら、フルオロカーボンガスを含むガスから生成したプ
ラズマを用いて前記酸化膜をエッチングする工程と、 前記基板にバイアス電圧を与えない状態で、前記反応室
内に酸素プラズマを生成し、それによって前記反応室か
らフッ素を除去するフッ素除去処理工程と、を包含する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記フッ素除去処理工程の後、前記基板
にバイアス電圧を印加しながら、前記酸素プラズマを用
いて前記基板上に残存するポリマーを除去する酸素プラ
ズマ処理工程を更に包含す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。 - 【請求項３】 前記フッ素除去処理工程から前記酸素プ
ラズマ処理工程への切り替えは、前記酸素プラズマを生
成しながら、前記電極にバイアス電圧を印加することに
よって実行す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。 - 【請求項４】 前記フッ素除去処理工程において、酸素
ガスを前記反応室内に供給し、前記酸素ガスの圧力を制
御する工程を更に包含す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。 - 【請求項５】 前記フッ素除去処理工程において、酸素
ガスを前記反応室内に段階的に増量しながら供給するこ
とを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項６】 前記酸素プラズマに含まれる特定の原子
または分子の発光スペクトル強度を測定し、測定された
発光スペクトル強度に基づいて、前記バイアス電圧の印
加タイミングを決定す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。 - 【請求項７】 前記測定される発光スペクトル強度が所
定値以下になった後、前記電極へ高周波電圧を印可し、
それによって前記バイアス電圧を前記基板に印加するこ
とを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項８】 前記特定の原子は、フッ素、炭素、酸
素、一酸化炭素または二酸化炭素であることを特徴とす
る請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記発光スペクトル強度は、フッ素原子
からの波長 ６８５．６ｎｍ の発光であることを特徴と
する請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１０】 前記反応室内のガス圧力を制御するバ
ルブの開度を測定し、前記開度に基づいて、前記バイア
ス電圧の印加タイミングを決定す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。 - 【請求項１１】 前記開度が一定になったとき、前記電
極へ高周波電圧を印可し、それによって前記バイアス電
圧を前記基板に印加することを特徴とする請求項１０に
記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１２】 前記電極の電圧を測定し、測定される
電圧に基づいて、前記バイアス電圧の印加タイミングを
決定す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。 - 【請求項１３】 前記電圧が一定レベルに低下したと
き、前記電極へ高周波電圧を印可し、それによって前記
バイアス電圧を前記基板に印加することを特徴とする請
求項１２に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】 前記基板にバイアス電圧を印可すると
き、前記電極に電力密度が８ｋＷ/ｍ2以下の高周波電力
を印可することを特徴とする請求項１から１３の何れか
に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】 前記プラズマエッチング装置は、誘導
結合プラズマエッチング装置、ヘリコン波プラズマエッ
チング装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマエッチン
グ装置源および二周波型容量結合プラズマエッチング装
置の何れかであることを特徴とする請求項１から１３の
何れかに記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１６】 前記フルオロカーボンガスは、ＣＨ2
Ｆ2、ＣＨ3Ｆ、 Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8およびＣ5Ｆ8
からなる群から選択されたガスであることを特徴とする
請求項１から１３の何れかに記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１７】 前記基板は、シリコン基板であること
を特徴とする請求項１から１３の何れかに記載の半導体
装置の製造方法。 - 【請求項１８】 前記酸化膜をエッチングする工程は、
前記シリコン基板に形成されたシリコンサイド層に達す
るコンタクトホールを前記酸化膜に形成する工程である
ことを特徴とする請求項１７に記載の半導体装置の製造
方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30253297A JP3380846B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 半導体装置の製造方法 |
| TW087117495A TW394989B (en) | 1997-10-29 | 1998-10-22 | Semiconductor device manufacturing and reaction room environment control method for dry etching device |
| US09/179,936 US6057247A (en) | 1997-10-29 | 1998-10-28 | Method for fabricating semiconductor device and method for controlling environment inside reaction chamber of dry etching apparatus |
| KR10-1998-0045623A KR100440806B1 (ko) | 1997-10-29 | 1998-10-29 | 반도체장치의제조방법및드라이에칭장치의반응실환경제어방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30253297A JP3380846B2 (ja) | 1997-11-05 | 1997-11-05 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145111A true JPH11145111A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3380846B2 JP3380846B2 (ja) | 2003-02-24 |
Family
ID=17910107
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30253297A Expired - Fee Related JP3380846B2 (ja) | 1997-10-29 | 1997-11-05 | 半導体装置の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3380846B2 (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2018041751A (ja) * | 2016-09-05 | 2018-03-15 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 |
-
1997
- 1997-11-05 JP JP30253297A patent/JP3380846B2/ja not_active Expired - Fee Related
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