JPH11340207A - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JPH11340207A
JPH11340207A JP10158436A JP15843698A JPH11340207A JP H11340207 A JPH11340207 A JP H11340207A JP 10158436 A JP10158436 A JP 10158436A JP 15843698 A JP15843698 A JP 15843698A JP H11340207 A JPH11340207 A JP H11340207A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＳｉＮX膜層の損傷を防止しながら高アスペ
クト比のコンタクトホールを形成することが可能なエッ
チング方法を提供する。 【解決手段】 エッチング装置１００の処理室１０４内
には，載置面の温度が４０（℃）に設定された下部電極
１０６が配置される。下部電極１０６上にウェハＷを載
置した後，処理室１０４内にガス組成及びガス流量がＣ
4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）の
処理ガスを導入し，処理室１０４内を５０（ｍＴｏｒ
ｒ）の圧力雰囲気に維持する。下部電極１０６に対して
１３．５６（ＭＨｚ）で１５００（Ｗ）の高周波電力を
印加し，プラズマを生成する。該プラズマにより，コン
タクトホール２１０内に露出するＳｉＮX膜層２０６の
肩部２０７にカーボン膜を形成すると共に，コンタクト
ホール２１０の底部へのカーボンの堆積を防止し，所定
形状のコンタクトホール２１０を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，エッチング方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】最近，半導体装置の集積度が飛躍的に向
上し，それに伴って半導体基板上に形成される各種素子
の更なる微細化も技術的要求項目の一つとして挙げられ
ている。かかる要求を達成するためには，半導体基板上
に形成される各ゲート（電極）間の間隔を狭めることも
必要となり，そのゲート間にコンタクトホールを形成す
る場合には，コンタクトホールも狭小化する必要があ
る。しかしながら，ゲート間の間隔が狭まるにつれ，ス
テッパのアライメント性能の限界などに起因して，狭小
なコンタクトホールを正確な位置に形成することが困難
となっている。そこで，最近，各ゲートの表面にＳｉＮ
X膜層などの保護膜層（下地）を形成し，コンタクトホ
ール形成時にゲートがエッチングされることを防止し
て，各ゲート間の狭小空間に自己整合的にコンタクトホ
ールを形成するセルフアラインコンタクト技術が提案さ
れている。なお，本明細書中において，上記ＳｉＮXと
は，ＳｉＮやＳｉ3Ｎ4のみならず，それらの混合物質も
表すものとする。
【０００３】上記セルフアラインコンタクト技術を用い
て，半導体基板上に形成されたゲートを覆うＳｉＯ2膜
（絶縁膜）層にコンタクトホールを形成する場合には，
ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比を向上させる
ために，処理ガスとして，例えばＣ4Ｆ8とＣＯを含む混
合ガスが広く使用されている。すなわち，当該処理ガス
を採用すれば，該処理ガスを構成するＣ4Ｆ8が従来のＣ
Ｆ4やＣ2Ｆ6などよりも相対的に多くの炭素原子を含ん
でいるため，コンタクトホールの内壁面に保護膜となる
カーボン膜を容易に形成することができる。さらに，上
記処理ガスには，ＣＯが添加されているため，上記カー
ボン膜を一層容易に形成することができる。その結果，
上記カーボン膜によって被覆されたＳｉＮX膜層に，エ
ッチングイオンであるフッ素ラジカルが接触し難くなる
ため，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選択比を向上
させることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら，上記Ｃ
4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを用いてコンタクトホールを
形成すると，上述の如くコンタクトホールの内壁面に形
成されたカーボン膜により，ＳｉＮX膜層に対するＳｉ
Ｏ2膜層の選択比を向上させることができる反面，その
カーボンがコンタクトホールの底部にも堆積する。その
結果，コンタクトホールの底部に堆積したカーボンによ
ってフッ素ラジカルが該底部に到達し難くくなるため，
コンタクトホールが所定の深さ以上に削れ難くなり，い
わゆる抜け性の低下や，エッチングストップが生じる。
【０００５】さらに，最近，ゲート間の狭小空間に高ア
スペクト比のコンタクトホールを形成することが技術的
要求項目の１つとして挙げられているが，その様な孔深
さの深いコンタクトホールは，その構成上，コンタクト
ホールの底部にフッ素ラジカルが到達し難い。その結
果，上述したＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスで，該コンタ
クトホールを形成すると，コンタクトホールの底部への
カーボンの堆積と，フッ素ラジカルの侵入量の低下によ
り，抜け性の低下やエッチングストップの発生が一層顕
著となる。
【０００６】また，上記従来のエッチング方法のよう
に，コンタクトホールの底部にカーボンが堆積しやすい
プロセスで処理を行う場合には，そのコンタクトホール
の底部に堆積するカーボンを勘案して，半導体基板に過
剰なエッチング処理を施す必要がある。しかしながら，
その様な過剰なエッチング処理を半導体基板に施すと，
本来ならばゲートを覆う絶縁膜層やゲートを保護するＳ
ｉＮX膜層もエッチングされてしまい，それら絶縁膜層
やゲート自体がコンタクトホール内に露出する。
【０００７】その結果，絶縁不良が生じたり，ゲートと
他の配線や電極がショートするなどの問題を引き起こ
し，歩留りが低下する。特に，ＳｉＮX膜層の肩部（角
部）は，コンタクトホール内に張り出すことが多いた
め，非常にエッチングされ易く，上述の如く過剰なエッ
チング処理を半導体基板に施すと，その角部が最も損傷
する。従って，上記従来のエッチング方法では，そのＳ
ｉＮX膜層の肩部が損傷しない程度までしかエッチング
処理を行えないため，高アスペクト比のコンタクトホー
ルの形成は，非常に困難である。
【０００８】本発明は，上記従来の技術が有する上記の
ような問題点に鑑みて成されたものであり，本発明の第
１の目的は，コンタクトホール内に露出するＳｉＮX膜
層の肩部にカーボン膜（保護膜）を形成してＳｉＮX膜
層に対するＳｉＯ2膜層の選択比の向上を図ると共に，
コンタクトホール底部へのカーボンの堆積を抑制して，
高アスペクト比のコンタクトホールを形成することが可
能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供するこ
とである。
【０００９】また，本発明の第２の目的は，ＳｉＮX膜
の肩部が損傷する原因の１つとなる過剰なエッチングを
不要とし，ゲートの絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止し
て歩留りを向上させることが可能な，新規かつ改良され
たエッチング方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載の発
明のように，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理
室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX膜層を
覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング処理を
施すエッチング方法において，処理ガスは，少なくとも
Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスであることを特徴とす
るエッチング方法が提供される。
【００１１】かかる構成によれば，ＣＯに代えてＣＨ2
Ｆ2を処理ガスの構成ガスとして採用したため，処理時
には，Ｃ4Ｆ8から生じるフッ素ラジカルのみならず，Ｃ
Ｈ2Ｆ2からもフッ素ラジカルを生じさせることができる
ため，フッ素ラジカルの生成量を増加させることができ
る。その結果，高アスペクト比のコンタクトホールを形
成する場合でも，フッ素ラジカルをコンタクトホールの
底部に確実に到達させることができるため，コンタクト
ホールの底部に堆積するカーボンを除去しながら該底部
をエッチングすることができ，所定深さのコンタクトホ
ールを容易に形成することができる。
【００１２】また，コンタクトホールの底部を確実にエ
ッチングすることができるため，被処理体に過剰なエッ
チング処理を施す必要がなく，コンタクトホール内に露
出するＳｉＮX膜層，特にその肩部の損傷を防止するこ
とができる。その結果，ＳｉＮX膜層で保護されている
ゲートを覆う絶縁膜層やゲート自体がコンタクトホール
内に露出することがなく，ゲートの絶縁不良や絶縁破壊
の発生を防止することができるため，歩留りを向上させ
ることができる。さらに，所定のエッチングレートを維
持したままコンタクトホールの底部をエッチングするこ
とができるため，エッチング処理時間を短縮させること
ができ，スループットも向上させることができる。
【００１３】また，処理ガスを構成するＣＨ2Ｆ2は，炭
素原子を含んでいるため，ＣＯと同様に，コンタクトホ
ールの内壁面に保護膜となるカーボン膜を確実に形成す
ることができる。その結果，コンタクトホールの内壁面
がエッチングされ難くなるため，いわゆるボーイング形
状のコンタクトホールが形成されることを防止すること
ができる。さらに，コンタクトホール内に露出するＳｉ
ＮX膜層，特にＳｉＮX膜層の肩部もカーボン膜で被覆す
ることができるため，該肩部がエッチングされ，損傷す
ることを防止できる。また，この様に，いわゆるカーボ
ンリッチな雰囲気の下で被処理体に処理を施しても，上
述の如くフッ素ラジカルをコンタクトホールの底部にま
で確実に到達させることができるため，コンタクトホー
ルの底部にカーボンが堆積することがない。
【００１４】また，本発明の第２の観点によれば，請求
項２に記載の発明のように，気密な処理室内に処理ガス
を導入し，処理室内に配置された被処理体に形成された
ＳｉＮX膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッ
チング処理を施すエッチング方法において，処理ガスと
して少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用し
て，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第１の工程
と，ＳｉＮX膜層が露出する前後に，処理ガスとして少
なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替え
て，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第２の工程と
を含むことを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１５】かかる構成によれば，少なくともＣ4Ｆ8と
ＣＯを含む混合ガスを使用してエッチング処理を行うた
め，上記従来のエッチング方法と同様に，カーボンリッ
チな雰囲気下で被処理体に処理を施すことができる。そ
の結果，コンタクトホールの内壁面に容易にカーボン膜
を形成することができるため，コンタクトホールのエッ
チング形状がボーイング状になることがない。
【００１６】また，ＳｉＮX膜層が露出する前後に，処
理ガスを少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに
切り替えてエッチング処理を行うので，上記請求項１に
記載の発明と同様に，カーボンリッチ及びラジカルリッ
チな雰囲気下で被処理体に処理を施すことができる。そ
の結果，コンタクトホールの底部に堆積したカーボンを
除去することができるため，該底部を確実にエッチング
することができ，エッチングストップの発生を防止し
て，抜け性を向上させることができる。さらに，当該処
理ガスを用いれば，ＳｉＮX膜層の肩部にカーボン膜を
付着させながら，コンタクトホールの底部へのカーボン
の堆積を抑制することができるため，所定形状のコンタ
クトホールを形成することができる。
【００１７】さらに，本発明の第３の観点によれば，請
求項３に記載の発明のように，気密な処理室内に処理ガ
スを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成され
たＳｉＮX膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエ
ッチング処理を施すエッチング方法において，処理ガス
として少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用し
て，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第１の工程
と，ＳｉＮX膜層の肩部が露出する前後に，処理ガスと
して少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り
替えて，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第２の工
程と，ＳｉＮX膜層の肩部の露出から所定時間経過後
に，処理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合
ガスに切り替えて，ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施
す第３の工程とを含むことを特徴とするエッチング方法
が提供される。
【００１８】かかる構成によれば，上記請求項２に記載
の発明と同様に，少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガ
スを使用するので，カーボン膜をコンタクトホールの内
壁面に容易に形成することができ，ボーイング形状のコ
ンタクトホールが形成されることがない。また，ＳｉＮ
X膜層の肩部が露出する前後に，処理ガスを少なくとも
Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切り替えれば，上述
した請求項１及び請求項２に記載の発明と同様に，コン
タクトホールの底部に堆積したカーボンを除去できるた
め，コンタクトホールの底部を確実にエッチングできる
と共に，コンタクトホール内に露出したＳｉＮX膜層を
カーボン膜で保護することができる。
【００１９】さらに，ＳｉＮX膜層の肩部の露出から所
定時間経過後に，処理ガスを少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを
含む混合ガスに再び切り替えれば，コンタクトホールの
内壁面に容易にカーボン膜を付着させることができるた
め，コンタクトホールがボーイング形状となることを防
止することができる。また，この工程で，少なくともＣ
4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用しても，上述の如くコ
ンタクトホールの底部に堆積したカーボンがすでに除去
されているため，抜け性の低下やエッチングストップが
生じることがない。
【００２０】また，少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む
混合ガスのＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4
Ｆ8）を，例えば請求項４に記載の発明のように，実質
的に０．４以上で１．０以下に設定したり，また少なく
ともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスの全圧に対するＣ
4Ｆ8の分圧と，例えば請求項５に記載の発明のように，
実質的に０．４（ｍＴｏｒｒ）以上で０．８（ｍＴｏｒ
ｒ）以下に設定すれば，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜
層の選択比をさらに向上させることができる。
【００２１】さらに，処理室内に励起されるプラズマの
密度を，例えば請求項６に記載の発明のように，実質的
に１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）以上で１．２×
１０11（イオン数／ｃｍ3）以下に設定したり，また被
処理体を，例えば請求項７に記載の発明のように，処理
室内に配置されたサセプタの載置面上に載置し，サセプ
タの載置面の温度を実質的に２０℃以上で，ＳｉＯ2膜
層のマスクパターンを構成するフォトレジスト層の耐熱
温度以下に設定すれば，上記請求項４や請求項５に記載
の発明と同様に，ＳｉＮX膜層に対するＳｉＯ2膜層の選
択比をさらに向上させることができる。
【００２２】また，少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む
混合ガスに，例えば請求項８に記載の発明のように，さ
らに不活性ガスを添加したり，または少なくともＣ4Ｆ8
とＣＯを含む混合ガスに，例えば請求項９に記載の発明
のように，さらに不活性ガスを添加すれば，エッチング
レートなどの各種処理条件を容易に調整することができ
る。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に，添付図面を参照しなが
ら，本発明にかかるエッチング方法の実施の形態につい
て，詳細に説明する。
【００２４】（１）エッチング装置の構成 まず，図１を参照しながら，本実施の形態のエッチング
方法が適用されるエッチング装置１００について説明す
る。同図に示すエッチング装置１００の処理容器１０２
内には，処理室１０４が形成されており，この処理室１
０４内には，上下動自在なサセプタを構成する下部電極
１０６が配置されている。下部電極１０６の上部には，
高圧直流電源１０８に接続された静電チャック１１０が
設けられており，この静電チャック１１０の上面に被処
理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称す
る。）Ｗが載置される。さらに，下部電極１０６上に載
置されたウェハＷの周囲には，絶縁性のフォーカスリン
グ１１２が配置されている。また，下部電極１０６の周
囲には，絶縁体１０７を介して多数の貫通孔１１４ａを
備えた導電性のバッフル板１１４が設けられている。さ
らに，バッフル板１１４は，例えばステンレス製のベロ
ーズ１０９を介して，接地された処理容器１０２と電気
的に導通している。また，下部電極１０６には，整合器
１１８を介してプラズマ生成用高周波電力を出力する高
周波電源１２０が接続されている。
【００２５】また，下部電極１０６の載置面と対向する
処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａ
を備えた上部電極１２２が配置されており，図示の例で
は，上部電極１２２は，処理容器１０２の一部を成して
いる。また，ガス吐出孔１２２ａには，ガス供給管１２
４が接続され，さらにそのガス供給管１２４には，図示
の例では第１〜第３分岐管１２６，１２８，１３０が接
続されている。第１分岐管１２６には，開閉バルブ１３
２と流量調整バルブ１３４を介して，Ｃ4Ｆ8を供給する
ガス供給源１３６が接続されている。また，第２分岐管
１２８には，開閉バルブ１３８を流量調整バルブ１４０
を介して，本実施の形態にかかるＣＨ2Ｆ2を供給するガ
ス供給源１４２が接続されている。さらに，第３分岐管
１３０には，開閉バルブ１４４と流量調整バルブ１４６
を介して，Ａｒを供給するガス供給源１４８が接続され
ている。なお，これら各種処理ガスの供給構成について
は，後述する。また，処理ガスに添加される不活性ガス
は，上記Ａｒに限定されず，処理室１０４内に励起され
るプラズマを調整することができるガスであればいかな
る不活性ガス，例えばＫｒなどを採用することができ
る。さらに，上記処理ガスには，例えばＯ2や，Ｎ2や，
ＣＯや，ＣＯ2などの各種ガスを添加することもでき
る。
【００２６】また，処理容器１０２の下方には，不図示
の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されてお
り，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を
所定の減圧雰囲気に維持することができる。また，処理
室１０４の外部には，処理容器１０２の外部側壁を囲う
ように磁石１５２が配置されており，この磁石１５２に
よって上部電極１２２と下部電極１０６との間のプラズ
マ領域に回転磁界が形成される。
【００２７】（２）ウェハの構成 次に，図２を参照しながら，上記エッチング装置１００
で処理を施すウェハＷの構成について説明する。ウェハ
Ｗを構成するＳｉ（シリコン）基板２００上には，ゲー
ト２０２が形成されており，このゲート２０２を覆うよ
うにして絶縁膜層２０４が形成されている。また，この
絶縁膜層２０４の表面を被覆するように，ＳｉＮX膜層
２０６が形成されている。このＳｉＮX膜層２０６は，
後述するコンタクトホール２１０形成時に，ゲート２０
２がエッチングされることを防止し，ゲート２０２間に
自己整合的にコンタクトホール２１０を形成する役割を
果たしている。また，ＳｉＮX膜層２０６上には，絶縁
膜層を構成するシリコン系酸化膜，例えばＳｉＯ2膜２
０８が形成されている。なお，上記絶縁膜層２０４及び
ＳｉＯ2膜２０８は，ＢＰＳＧ（ボロンとリンのシリケ
ートグラス）や，ＰＳＧ（リンのシリケートグラス）
や，ＴＥＯＳ（テトラエトキシオルトシラン）や，Ｔｈ
−ＯＸ（サーマルオキサイド）や，ＳＯＧ（スピオング
ラス）などから構成してもよい。また，ＳｉＯ2膜層２
０８上には，コンタクトホール２１０のマスクパターン
を構成するフォトレジスト層２１２が形成されている。
【００２８】（３）コンタクトホールの形成工程 次に，図１及び図２を参照しながら，上述したウェハＷ
のゲート２０２間にコンタクトホール２１０を形成する
工程について説明する。まず，下部電極１０６の載置面
の温度を，予め，実質的に２０（℃）以上で，フォトレ
ジスト層２１２の耐熱温度，すなわちフォトレジスト層
２１２が融ける温度以下，好ましくは２０（℃）〜６０
（℃），例えば４０（℃）に調整した後，その載置面上
に上述したウェハＷを載置する。
【００２９】次いで，処理室１０４内に本実施の形態に
かかる処理ガス，すなわちＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混
合ガスを導入する。この際，それらＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2と
Ａｒの流量は，それぞれに対応する流量調整バルブ１３
４，１４０，１４６で調整する。また，本実施の形態で
は，Ｃ4Ｆ8の流量は，実質的に５（ｓｃｃｍ）〜１５
（ｓｃｃｍ）に設定し，好ましくは６（ｓｃｃｍ）〜８
（ｓｃｃｍ）に設定する。さらに，ＣＨ2Ｆ2の流量は，
実質的に２（ｓｃｃｍ）〜１０（ｓｃｃｍ）設定し，好
ましくは３（ｓｃｃｍ）〜５（ｓｃｃｍ）に設定する。
さらにまた，Ａｒの流量は，実質的に４００（ｓｃｃ
ｍ）〜６００（ｓｃｃｍ）に設定し，好ましくは５００
（ｓｃｃｍ）に設定する。ただし，上記各処理ガスの流
量は，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）
が，実質的に０．４〜１．０，好ましくは０．５〜１．
０，さらに好ましくは０．５５〜０．７になるように適
宜調整する。
【００３０】また，処理室１０４内への処理ガスの導入
と同時に，処理室１０４内の真空引きを行う。この際，
処理室１０４内の圧力雰囲気は，実質的に３０（ｍＴｏ
ｒｒ）〜７０（ｍＴｏｒｒ）に設定し，好ましくは３５
（ｍＴｏｒｒ）〜５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。ただ
し，処理室１０４内の圧力雰囲気は，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2
とＡｒの全圧に対するＣ4Ｆ8の分圧が，０．４（ｍＴｏ
ｒｒ）〜０．８（ｍＴｏｒｒ）になるように適宜調整す
る。
【００３１】次いで，磁石１５２を回転させて処理室１
０４内のプラズマ領域に回転磁界を形成させる。その
後，下部電極１０６に対して所定の高周波電力を印加
し，処理室１０４内にプラズマを励起する。この際，上
記高周波電力は，処理室１０４内に励起されるプラズマ
の密度が，実質的に１．５×１０10（イオン数／ｃ
ｍ3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）になるよう
に調整する。すなわち，本実施の形態では，下部電極１
０６に対して，例えば周波数が１３．５６（ＭＨｚ）
で，電力が１４００（Ｗ）〜２０００（Ｗ），好ましく
は１５００（Ｗ）の高周波電力を印加する。これによ
り，上部電極１２２と下部電極１０６との間にグロー放
電が生じ，処理室１０４内に導入された本実施の形態に
かかる処理ガスが解離して，高密度のプラズマが生成さ
れる。そして，このプラズマにより，ウェハＷに所定の
エッチング処理が施される。
【００３２】この際，本実施の形態では，処理ガスとし
てＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒから成る混合ガスを使用して
いるため，上述した従来のエッチング方法のように処理
ガスにＣＯを添加しなくても，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2により
カーボンリッチな雰囲気を作り出すことができるため，
コンタクトホール２１０の内部側壁面を構成するＳｉＮ
X膜層２０６や，ＳｉＯ2膜層２０８や，フォトレジスト
層２１２の露出面にカーボン膜を容易に形成することが
できる。その結果，コンタクトホール２１０の内部側壁
面がエッチングされ難くなるため，ボーイング形状のコ
ンタクトホールが形成されることがない。
【００３３】また，ＳｉＮX膜層２０６の表面，特にＳ
ｉＮX膜層２０６の肩部２０７もカーボン層で被覆する
ことができるため，エッチングされやすい該肩部２０７
にＣ4Ｆ8やＣＨ2Ｆ2から生成されたフッ素ラジカルが到
達し難くなり，そのＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７の
損傷を防止することができる。その結果，ＳｉＮX膜層
２０６とＳｉＯ2膜層２０８との選択比が向上し，Ｓｉ
ＮX膜層２０６で保護されている絶縁膜層２０４やゲー
ト２０２が損傷しないので，ゲート２０２の絶縁不良や
絶縁破壊の発生を防止することができ，歩留りを向上さ
せることができる。
【００３４】また，本実施の形態の如く，ＣＯに代え
て，ＣＨ2Ｆ2を処理ガスの構成ガスとして採用すれば，
Ｃ4Ｆ8だけではなく，ＣＨ2Ｆ2からもエッチチャント種
であるフッ素ラジカルを生成することができるため，プ
ラズマ中に含まれるフッ素ラジカルを増加させることが
できる。その結果，狭小なゲート２０２間に形成される
高アスペクト比のコンタクトホール２１０であっても，
そのコンタクトホール２１０の底部にフッ素ラジカルを
確実に到達させることができるため，該底部に堆積する
カーボンを容易に取り除くことができ，抜け性の低下や
エッチングストップが生じることなく，均一なエッチン
グレートで上記底部をエッチングすることができる。ま
た，上記処理ガスには，Ａｒが添加されているため，処
理室１０４内で生成されるプラズマの密度等を適宜調整
することができる。
【００３５】本実施の形態は，以上のように構成されて
おり，Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒから成る混合ガスを処理
ガスに採用したため，処理ガスにＣＯを添加した場合と
同様に，カーボンリッチな雰囲気を作り出すことができ
ると共に，上記ＣＯを添加した場合と異なり，フッ素ラ
ジカルを豊富に生成することができる。その結果，コン
タクトホール２１０の内部側壁面のみにカーボン膜を形
成し，かつコンタクトホール２１０の底部へのカーボン
の堆積を防止できるため，狭小なゲート２０２間に高ア
スペクト比のコンタクトホール２１０を形成する場合で
も，ゲート２０２の絶縁不良や絶縁破壊の発生を防止
し，かつコンタクトホール２１０の抜け性を向上させる
ことができる。
【００３６】
【実施例】次に，本発明にかかるエッチング方法の実施
例について説明する。なお，以下の実施例は，上記実施
の形態にかかるエッチング装置１００で，Ｃ4Ｆ8とＣＨ
2Ｆ2とＡｒの混合ガスを用いて，以下で説明する処理ガ
スの流量や，処理室１０４の圧力雰囲気や，下部電極１
０６に印加する高周波電力や，下部電極１０６の載置面
の温度などの各条件のみを変更し，上記ウェハＷに形成
されたゲート２０２間にコンタクトホール２１０を形成
したものであるため，上述したエッチング装置１００及
びウェハＷと略同一機能及び構成を有する構成要素につ
いては，同一の符号を付することにより，重複説明を省
略する。
【００３７】（Ａ）ＣＨ2Ｆ2の流量変化 まず，ＣＨ2Ｆ2の流量を変化させた場合の各実施例を次
の表に示す。なお，各実施例の処理条件は，処理室１０
４内の圧力雰囲気が５０（ｍＴｏｒｒ），上部電極１２
２と処理室１０４の内壁面の温度が６０（℃），下部電
極１１０の温度が４０（℃）である。また，下部電極１
０６には，周波数が１３．５６（ＭＨｚ）で，電力が１
５００（Ｗ）の高周波電力を印加した。さらに，ウェハ
Ｗは，直径２００（ｍｍ）のものを使用した。また，３
８（リットル）の容積の処理室１０２を有するエッチン
グ装置１００で処理を行った。
【００３８】また，各実施例について，ウェハＷの被処
理面内の均一性（以下，「面内均一性」という。）と，
ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比
を求め，さらにその際のウェハＷの断面形状（エッチン
グ形状）を図に示した。なお，面内均一性は，ウェハＷ
の中央部と端部のエッチングレートから平均（表中，
「平均エッチングレート」という。）を算出し，それら
中央部と端部の各々のエッチングレートがその平均した
エッチングレートと何パーセント離れているかを表して
おり，その数値（絶対値）が大きい程不均一であり，小
さい程均一である。また，ＳｉＮX膜層２０６に対する
ＳｉＯ2膜層２０８の選択比（表中，「ＳｉＯ2／ＳｉＮ
X選択比」という。）は，図２に示すように，ＳｉＯ2膜
層２０８に対するエッチングが進行し，ＳｉＮX膜層２
０６が露出した状態でのウェハＷの中央部と端部の（Ｓ
ｉＯ2膜層のエッチングレート）／（ＳｉＮX膜層のエッ
チングレート）の値の平均である。
【００３９】
【表１】
【００４０】上記表に示すように，実施例１〜実施例５
の条件に基づいて，Ｃ4Ｆ8とＡｒの混合ガスに添加する
ＣＨ2Ｆ2の流量を０（ｓｃｃｍ）〜７（ｓｃｃｍ）の範
囲内で変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２０８の
エッチングレ−トは，ＣＨ2Ｆ 2の流量が増加するにつれ
て低下し，３９００（オングストローム／分）〜４２５
０（オングストローム／分）の範囲内で変化した。ま
た，面内均一性は，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）以
下に設定したときが良く，流量を増加させるにつれて不
均一となった。ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層
２０８の選択比は，ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）に
設定したときが最もよく，そのＣＨ2Ｆ2の流量を上記流
量から増加又は低下させるにつれて低下した。従って，
ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）前後の範囲内で変化さ
せればコンタクトホール２１０内に露出するＳｉＮX膜
層２０６の肩部２０７がエッチングされることなく，所
定形状のコンタクトホール２１０を形成することができ
る。
【００４１】さらにまた，図５及び図６に示すように，
ＣＨ2Ｆ2の流量を４（ｓｃｃｍ）に設定したときが，ウ
ェハＷの中央部と端部の両方で，所定形状のコンタクト
ホール２１０を形成することができた。すなわち，ウェ
ハＷの中央部と端部の両方とも，ＳｉＮX膜層２０６の
肩部２０７がエッチングされることなく，かつコンタク
トホール２１０の底部にカーボンが堆積しなかった。ま
た，ＣＨ2Ｆ2の流量を３（ｓｃｃｍ）又は５（ｓｃｃ
ｍ）に設定したときにも，図４及び図７に示すように，
上記流量と同様に，所定形状のコンタクトホールを形成
することができた。これに対して，ＣＨ2Ｆ2の流量を０
（ｓｃｃｍ）又は７（ｓｃｃｍ）に設定したときは，図
３及び図８に示すように，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２
０７がエッチングされ，かつコンタクトホール２１０の
底部にカーボンが堆積した。
【００４２】以上の結果より，上記各条件に基づいてエ
ッチング装置１００でウェハＷにエッチング処理を施す
場合には，Ｃ4Ｆ8とＡｒの混合ガスに添加するＣＨ2Ｆ2
の流量を３（ｓｃｃｍ）〜５（ｓｃｃｍ）の範囲内で設
定すれば，ウェハＷの全面で所定形状のコンタクトホー
ル２１０を形成することができる。ただし，上記各結果
は，上述の如くエッチング装置１００で処理を行った場
合のものなので，他の処理装置に上記ガス流量を適用す
る場合には，処理室の容積などの相違により，上記所定
形状のコンタクトホール２１０を形成することが困難な
場合がある。そこで，処理ガスを構成するＣ4Ｆ8とＣＨ
2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）に基づいて，各処理
ガスの流量を調整すれば，上記エッチング装置の構成の
相違に左右されることなく，常時所定形状のコンタクト
ホール２１０を形成することができる。
【００４３】ここで，図９を参照しながら，Ｃ4Ｆ8とＣ
Ｈ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）と，ＳｉＮX膜層
２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比との関係に
ついて説明すると，上記流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）が
０．４〜１．０の時に上記選択比が略１８以上となり，
該流量比が０．５〜１．０の時に該選択比が略２５以上
となった。さらに，上記流量比が０．５５〜０．７の時
には，上記選択比が略３０以上となった。この際，該流
量比が略０．５７の時には，該選択比が上記範囲内での
最高値である略３４となり，これは上記図５及び図６に
対応するＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓ
ｃｃｍ）の処理ガスを使用したときである。
【００４４】上記ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜
層２０８の選択比は，一般的に２０程度であれば良好と
されているので，上述の如く流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ
4Ｆ8）が実質的に０．４〜１．０，好ましくは実質的に
０．５〜１．０，さらに好ましくは実質的に０．５５〜
０．７となるように，処理ガスの流量を調整すれば，最
高で略３４の選択比を得ることができる。なお，図９中
の縦軸は，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層の選
択比を表し，また横軸は，流量比（ＣＨ2Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）
を表している。
【００４５】（Ｂ）処理室内の圧力雰囲気の変化 次に，処理室１０４内の圧力雰囲気を変化させた場合の
実施例について説明する。次の表に示す実施例６及び実
施例７は，処理室１０４内の圧力雰囲気以外の各条件
を，上記実施例３と同様に設定して行った。すなわち，
処理ガスの流量は，上記実施例３と同じＣ4Ｆ8：ＣＨ2
Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓｃｃｍ）に設定した。
また，実施例６及び実施例７では，上記実施例１〜実施
例５と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層
２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求
め，さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。
【００４６】
【表２】
【００４７】上記表に示すように，上記実施例３の条件
を基準として，実施例６及び実施例７の如く，処理室１
０４内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒｒ）又は６０（ｍ
Ｔｏｒｒ）に変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２
０８のエッチングレ−トは，圧力雰囲気の増加に伴って
高くなった。また，面内均一性は，圧力雰囲気を実施例
３の如く５０（ｍＴｏｒｒ）に設定したときが最もよ
く，処理室１０４の圧力雰囲気を上記圧力雰囲気から増
加又は低下させた場合には不均一となった。さらに，Ｓ
ｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比
も，上記面内均一性と同様に，上記圧力雰囲気を５０
（ｍＴｏｒｒ）に設定したときが最もよく，処理室１０
４の圧力雰囲気を上記圧力雰囲気から増加又は低下させ
た場合には低下した。
【００４８】また，上記実施例６の如く，処理室１０４
内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒｒ）にした場合には，
図１０に示すように，コンタクトホール２１０の底部に
カーボンが堆積し難く，所定深さのコンタクトホール２
１０を形成することができる反面，同図に示すように，
ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされ，損
傷した。また，上記実施例７の如く，処理室１０４内の
圧力雰囲気を６０（ｍＴｏｒｒ）にした場合には，Ｓｉ
ＮX膜層２０６の肩部２０７をカーボン膜で確実に保護
することができる反面，図１１に示すように，コンタク
トホール２１０の底部にカーボンが堆積し，エッチング
ストップが生じて抜け性が低下した。
【００４９】これに対して，上述した実施例３の如く，
処理室１０４内の圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）にし
た場合には，図５及び図６に示すように，コンタクトホ
ール２１０の底部にカーボンが堆積することがなく，か
つＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされず
に，所定形状及び所定深さのコンタクトホール２１０を
形成することができた。
【００５０】以上の結果より，上記エッチング装置１０
０でウェハＷにエッチング処理を施す場合には，処理室
１０４内の圧力雰囲気を５０（ｍＴｏｒｒ）程度に設定
すると，ウェハＷに所定のコンタクトホール２１０を形
成することがわかった。ただし，上記圧力雰囲気は，エ
ッチング装置１００に適用した時のものなので，他の処
理装置に実施例３，実施例６及び実施例７を適用した場
合には，処理室内の容積等の違いにより，コンタクトホ
ール２１０の形成状態が異なることがある。そこで，上
記実施例３の処理ガス中のＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの全
圧に対するＣ4Ｆ8の分圧を求めると０．６８（ｍＴｏｒ
ｒ）となり，この分圧に基づいて処理室１０４内の圧力
雰囲気を設定すれば，いかなるエッチング装置であって
も，実施例３の如く，所定のコンタクトホール２１０を
形成することができる。さらに，上記分圧を０．４（ｍ
Ｔｏｒｒ）〜０．８（ｍＴｏｒｒ）の範囲内で適宜設定
しても，実施例３と同様に，所定のコンタクトホール２
１０を形成することができる。
【００５１】（Ｃ）下部電極に導入する高周波電力の変
化 次に，下部電極１０６に印加する高周波電力を変化させ
た場合の実施例について説明する。次の表に示す実施例
８及び実施例９では，下部電極１０６に印加する高周波
電力以外の各条件を，上記実施例３と同様に設定した。
また，実施例８及び実施例９では，上記実施例１〜実施
例７と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層
２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求
め，さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。な
お，上記高周波電力の周波数は，上記実施例３と同一の
１３．５６ＭＨｚに設定した。
【００５２】
【表３】
【００５３】上記表に示すように，上記実施例３の条件
を基準として，実施例８及び実施例９の如く，下部電極
１０６に印加する高周波電力を１４００（Ｗ）又は１６
００（Ｗ）に変化させると，高周波電力を１５００
（Ｗ）に設定した場合よりも高くなった。また，面内均
一性は，実施例３の如く１５００（Ｗ）の高周波電力を
下部電極１０６に印加したときが最もよく，該電力より
も増加又は低下させた場合には不均一となった。さら
に，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選
択比は，高周波電力を増加させた場合には低下した。
【００５４】また，下部電極１０６に印加する高周波電
力を，１４００（Ｗ）と１６００（Ｗ）にした場合の両
方とも，図１２及び図１３に示すように，コンタクトホ
ール２１０内の底部にカーボンが堆積し難く，かつＳｉ
ＮX膜層２０６の肩部２０７もエッチングされ難かっ
た。ただし，上記高周波電力を１４００（Ｗ）に設定し
た場合には，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２
０８の選択比が向上する反面，コンタクトホール２１０
の底部にカーボンが若干堆積した。また，上記高周波電
力を１６００（Ｗ）に設定した場合には，コンタクトホ
ール２１０の底部へのカーボンの堆積は，認められなか
った。もちろん，上述した実施例３の如く，１５００
（Ｗ）の高周波電力を下部電極１０６に印加した場合に
は，図５及び図６に示すように，良好なエッチング形状
を有するコンタクトホール２１０を形成することができ
た。
【００５５】以上の結果より，上記エッチング装置１０
０でウェハＷにエッチング処理を施す場合には，下部電
極１０６に印加する高周波電力を１４００（Ｗ）〜１６
００（Ｗ）の範囲内で設定すれば，ウェハＷに所定のコ
ンタクトホール２１０を形成することができる。さら
に，下部電極１０６に１６００（Ｗ）の高周波電力を印
加した場合でも，良好なエッチング特性を得ることがで
きたため，下部電極１０６に供給する電力の上限を１７
００（Ｗ）まで拡大しても，所定形状のコンタクトホー
ル２１０を形成することができると推察される。
【００５６】なお，上記高周波電力は，エッチング装置
１００に適用した時のものなので，他の処理装置に実施
例３，実施例８及び実施例９を適用した場合には，コン
タクトホール２１０の形成状態が異なることがある。こ
れは，コンタクトホール２１０の底部に侵入するフッ素
ラジカルの量や，コンタクトホール２１０の内壁面に付
着するカーボンの量が，処理室１０４内のプラズマ密度
に依存するためである。そこで，下部電極１０６に上記
１３．５６ＭＨｚで１４００（Ｗ）〜１７００（Ｗ）の
高周波電力を印加した場合の処理室１０４内のプラズマ
の密度を測定すると，１．５×１０10（イオン数／ｃｍ
3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）であった。従
って，プラズマの密度が，上記１．５×１０10（イオン
数／ｃｍ3）〜１．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）とな
るように，処理室１０４内にプラズマを生成すれば，所
定形状のコンタクトホール２１０をウェハＷに形成する
ことができる。
【００５７】（Ｄ）下部電極の載置面の温度変化 次に，下部電極１０６の載置面の温度を変化させた場合
の実施例について説明する。以下の表に示す実施例１０
及び実施例１１では，下部電極１０６の載置面の温度以
外の各条件を，上記実施例３と同様に設定した。また，
実施例１０及び実施例１１では，上記実施例１〜実施例
９と同様に，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２
０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比を各々求め，
さらにその際のウェハＷの断面形状を図示した。なお，
処理室１０４の内壁面の温度は，上記実施例３と同一の
６０（℃）に設定した。
【００５８】
【表４】
【００５９】上記表に示すように，上記実施例３の条件
を基準として，上記実施例１０及び実施例１１の如く，
下部電極１０６の載置面の温度を２０（℃）又は６０
（℃）に変化させると，ウェハＷのＳｉＯ2膜層２０８
のエッチングレ−トは，実施例３の如く，上記載置面の
温度を４０（℃）に設定した場合よりも高くなった。ま
た，面内均一性は，下部電極１０６の載置面の温度を，
上記実施例３の如く４０（℃）に設定した場合が最もよ
く，該温度よりも高く又は低くした場合には不均一とな
った。ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の
選択比は，下部電極１０６の載置面の温度を高くした場
合に上昇した。
【００６０】また，下部電極１０６の載置面の温度を２
０（℃）にした場合には，図１４に示すように，コンタ
クトホール２１０の底部にカーボンが堆積し難く，所定
深さのコンタクトホール２１０を形成することができる
反面，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の
選択比は，２０．６となり，同図に示すように，ＳｉＮ
X膜層２０６の肩部２０７がエッチングされた。これに
対して，下部電極１０６の載置面の温度を６０（℃）に
した場合には，ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層
２０８の選択比は，５８．２となり，図１５に示すよう
に，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッチングされ
ることを防止できた。さらに，該温度の場合には，同図
に示すように，コンタクトホール２１０の底部にカーボ
ンが堆積せずに，所定深さのコンタクトホール２１０を
形成することができた。もちろん，上記実施例３の如
く，下部電極１０６の載置面の温度を４０（℃）に設定
した場合でも，図５及び図６に示すように，所定深さ及
び所定形状のコンタクトホール２１０を形成することが
できた。
【００６１】以上の結果より，下部電極１０６の載置面
の温度を２０（℃）以上，特に温度を上昇させるほど，
ウェハＷに所定形状のコンタクトホール２１０を形成で
きる。しかしながら，ウェハＷの温度が所定温度以上に
なると，ＳｉＯ2膜層２０８上に形成されているフォト
レジスト膜層２１２が融けて，エッチングマスクの機能
を果たさなくなってしまうため，下部電極１０６の載置
面の温度の上限は，フォトレジスト膜層２１２の耐熱温
度となる。従って，下部電極１０６の載置面の温度を，
２０（℃）〜フォトレジスト膜層２１２の耐熱温度の範
囲内で適宜設定すれば，ウェハＷに所定形状のコンタク
トホール２１０を形成することができる。
【００６２】（Ｅ）実施例３と従来例の比較 次に，上記実施例１〜実施例１１の中で，ウェハＷに最
も所定形状のコンタクトホール２１０を形成することが
できた図５及び図６に対応する実施例３と，図１６に対
応する従来例を比較する。まず，実施例３と従来例のエ
ッチング条件について説明すると，実施例３と従来例の
両方とも，上述したエッチング装置１００でエッチング
処理を行い，上部電極１２２と処理室１０４の内壁面の
温度は６０（℃）に維持し，下部電極１１０の載置面の
温度は４０（℃）に維持した。また，下部電極１０６に
は，周波数が１３．５６（ＭＨｚ）で，電力が１５００
（Ｗ）の高周波電力を印加した。さらに，ウェハＷは，
直径２００（ｍｍ）のものを使用した。
【００６３】また，上記実施例３では，上述の如く，ガ
ス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５
００（ｓｃｃｍ）の処理ガスを処理室１０４内に導入し
たのに対して，従来例では，ガス組成及び流量がＣ
4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）
の処理ガスを処理室１０４内に導入した。さらに，上記
実施例３では，上述の如く，処理室１０４内の圧力雰囲
気を５０（ｍＴｏｒｒ）に設定したのに対して，従来例
では，処理室１０４内の圧力雰囲気を４０（ｍＴｏｒ
ｒ）に設定した。
【００６４】次に，実施例３と従来例のＳｉＯ2膜層２
０８のエッチングレートと，ウェハＷの面内均一性と，
ＳｉＮX膜層２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比
について説明する。まず，ＳｉＯ2膜層２０８のエッチ
ングレートについて説明すると，上記実施例３では，上
述の如くウェハＷの中央部では４０００（オングストロ
ーム／分）であり，また端部では４１００（オングスト
ローム／分）であった。これに対して，従来例では，ウ
ェハＷの中央部では４６００（オングストローム／分）
であり，また端部では５２００（オングストローム／
分）であった。また，ウェハＷの面内均一性は，上記実
施例３では，上述の如く±１．２であったのに対して，
従来例では，±６．１であった。さらに，ＳｉＮX膜層
２０６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，上記実
施例３では，上述の如く３４．４であったのに対して，
従来例では，１１．２であった。
【００６５】以上の結果より，実施例３のエッチングプ
ロセスでウェハＷに処理を施した場合には，従来例と比
較してＳｉＯ2膜層２０８に対するエッチングレートが
低い反面，ウェハＷの面内均一性と，ＳｉＮX膜層２０
６に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，従来例より
も向上させることができた。特に，ＳｉＮX膜層２０６
に対するＳｉＯ2膜層２０８の選択比は，図６及び図１
６に示すように，実施例３と従来例で顕著な差が認めら
れた。すなわち，実施例３のプロセスで処理を施した図
５及び図６に示すウェハＷでは，コンタクトホール２１
０内の露出したＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がエッ
チングされることなく，所定形状のコンタクトホール２
１０を形成することができた。これに対して，従来例の
エッチングプロセスで処理を施した図１６に示すウェハ
Ｗでは，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７のみならず，
ゲート２０２を覆うＳｉＯ2膜層２０４もエッチングさ
れ，損傷した。従って，従来のＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混
合ガスから成る処理ガスを用いてウェハＷに処理を施す
よりも，本実施例のＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガス
から成る処理ガスを採用した方が，ウェハＷに所定形状
のコンタクトホール２１０を形成することができる。
【００６６】以上，本発明の好適な実施の形態及び実施
例について，添付図面を参照しながら説明したが，本発
明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の
範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者で
あれば，各種の変更例及び修正例に想到し得るものであ
り，それら変更例及び修正例についても本発明の技術的
範囲に属するものと了解される。
【００６７】例えば，上記実施の形態において，コンタ
クトホールの形成時にＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガ
スのみを処理ガスとして用いた構成を例に挙げて説明し
たが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。
例えば，上述したエッチング装置１００でウェハＷにコ
ンタクトホール２１０を形成する場合を例に挙げて説明
すると，まず上記従来例で説明した，ガス組成及び流量
がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３００：３８０（ｓｃｃ
ｍ）の混合ガスを処理ガスとして用いてウェハＷに処理
を施す。この際，図１に示す処理室１０４内の圧力雰囲
気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。そして，Ｓｉ
ＮX膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホール２１０
内に露出する前後に，上記実施例３の如く，ガス組成及
び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：５００（ｓ
ｃｃｍ）の混合ガスに切り替えて該ウェハＷに処理を施
しても良い。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気は，
略５０（ｍＴｏｒｒ）に設定する。
【００６８】このように，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＯ
とＡｒの混合ガスを使用すれば，コンタクトホール２１
０の内壁面にカーボン膜を確実に付着させることがで
き，その内壁面がエッチングされることを防止しなが
ら，所定のコンタクトホール２１０を形成することがで
きる。また，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７が露出す
る前後にＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスに切り替え
れば，コンタクトホール２１０の底部にフッ素ラジカル
を確実に侵入させることができるため，その底部へのカ
ーボンの堆積による抜け性の低下やエッチングストップ
の発生を防止できる。さらに，その場合でも，コンタク
トホール２１０内に露出したＳｉＮX膜層２０６の肩部
２０７をカーボン膜で保護することができるため，その
肩部２０７がエッチングされることなく，より高アスペ
クト比かつ所定形状のコンタクトホール２１０を迅速に
形成することができる。なお，上記Ｃ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2と
Ａｒの混合ガスへの切り替えは，上述の如くＳｉＮX膜
層２０６の肩部２０７が露出する前後で行っても良く，
またＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７の露出と同時に行
っても良い。さらに，該ガスの切り替えは，例えば予め
設定された時間を基準として行っても良く，また処理室
１０４内のプラズマの発光スペクトルから求められた終
点検出値に基づいて行っても良い。
【００６９】また，上記ウェハＷにコンタクトホールを
形成する場合には，次のようにして，処理ガスの切り替
えを行ってもよい。例えば，まず上述した工程と同様
に，ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１８：３
００：３８０（ｓｃｃｍ）の混合ガスを処理ガスとして
用いてウェハＷに処理を施す。この際の処理室１０４内
の圧力雰囲気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定する。ま
た，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホー
ル２１０内に露出する前後に，上述した工程と同様に，
ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＨ2Ｆ2：Ａｒ＝７：４：
５００（ｓｃｃｍ）の混合ガスに切り替えて該ウェハＷ
に処理を施す。この際の処理室１０４内の圧力雰囲気
は，略５０（ｍＴｏｒｒ）に設定する。次いで，ＳｉＮ
X膜層２０６の肩部２０７がコンタクトホール２１０内
に露出してから所定時間経過後，例えばコンタクトホー
ル２１０の底部に堆積したカーボンが除去された後に，
再び上記ガス組成及び流量がＣ4Ｆ8：ＣＯ：Ａｒ＝１
８：３００：３８０（ｓｃｃｍ）の混合ガスに切り替え
て該ウェハＷに処理を施しても良い。この際の処理室１
０４内の圧力雰囲気は，略５５（ｍＴｏｒｒ）に設定す
る。
【００７０】このように，処理ガスとしてＣ4Ｆ8とＣＯ
とＡｒの混合ガスを用いれば，上述したエッチング方法
と同様に，コンタクトホール２１０の内壁面をカーボン
膜で保護することができるため，コンタクトホール２１
０がボーイング形状になることがなく，ＳｉＯ2膜層２
０８を所定方向にエッチングすることができる。また，
ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７が露出する前後で，Ｃ4
Ｆ8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスに切り替えれば，上述
したエッチング方法と同様に，コンタクトホール２１０
の底部にフッ素ラジカルを確実に侵入させることができ
るため，その底部に堆積したカーボンを除去することが
できる。さらに，ＳｉＮX膜層２０６の肩部２０７は，
カーボン膜で被覆されるため，その肩部２０７の損傷を
防止することができる。
【００７１】そして，本エッチング方法の如く，ＳｉＮ
X膜層２０６の肩部２０７の露出後，すなわち上記Ｃ4Ｆ
8とＣＨ2Ｆ2とＡｒの混合ガスの使用によりコンタクト
ホール２１０の底部に堆積したカーボンを除去した後
に，再びＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒの混合ガスに切り替えれ
ば，カーボンリッチな雰囲気によりＳｉＮX膜層２０８
の肩部２０７にカーボン膜を確実に付着させることがで
きるため，高アスペクト比のコンタクトホール２１０を
形成しても，上記肩部２０７の損傷を防止し，かつコン
タクトホール２１０がボーイング形状となることがな
い。
【００７２】なお，上記各エッチング方法では，上述し
た処理ガスの組成と，処理ガスの流量と，処理室１０４
内の圧力雰囲気以外のプロセス条件は，上述した実施の
形態を略同一に設定されている。また，上述した各エッ
チング方法において，処理ガスにＡｒを添加した構成を
例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定され
るものではなく，さらに例えばＫｒなど不活性ガスや，
Ｏ2や，Ｎ2や，ＣＯや，ＣＯ2などの各種ガスを添加し
てもよい。また，上記Ａｒに代えて，各種不活性ガスを
添加してもよく，あるいはそのような不活性ガスを添加
しなくても本発明を実施することができる。
【００７３】また，上記実施の形態において，磁石を備
えたエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明は
かかる構成に限定されるものではなく，上記磁石を備え
ていないプラズマエッチング装置にも本発明を適用する
ことができる。さらに，上記実施の形態において，下部
電極のみに高周波電力を印加するエッチング装置を例に
挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるも
のではなく，上部電極と下部電極の両方に高周波電力を
印加するプラズマエッチング装置や，上部電極のみに高
周波電力を印加するプラズマエッチング装置であっても
本発明を実施することができる。
【００７４】
【発明の効果】本発明によれば，処理ガスとして少なく
ともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含むガスを採用したので，コン
タクトホールの内壁面，特にコンタクトホール内に露出
するＳｉＮX膜層の肩部にカーボン膜を形成しながら，
コンタクトホールの底部にエッチングイオンを確実に侵
入させて，その底部へのカーボンの堆積を防止すること
ができる。その結果，特にエッチングされ易いＳｉＮX
膜層の肩部を保護することができるため，ゲートやゲー
トを覆う絶縁膜層の損傷を防止することができ，歩留り
を向上させることができる。さらに，抜け性の低下やエ
ッチングストップが生じることなく，コンタクトホール
の底部を確実にエッチングすることができるため，高ア
スペクト比のコンタクトホールを容易に形成することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略
的な断面図である。
【図２】図１に示すエッチング装置で処理を施す半導体
ウェハを説明するための概略的な断面図である。
【図３】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導
体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図４】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導
体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図５】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導
体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図６】図５に示す半導体ウェハの断面形状を表す写真
である。
【図７】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導
体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図８】本発明の実施例でエッチング処理を施した半導
体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図９】処理ガスの流量比と半導体ウェハのＳｉＯ2膜
の選択比の関係を説明するための概略的な説明図であ
る。
【図１０】本発明の実施例でエッチング処理を施した半
導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１１】本発明の実施例でエッチング処理を施した半
導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１２】本発明の実施例でエッチング処理を施した半
導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１３】本発明の実施例でエッチング処理を施した半
導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１４】本発明の実施例でエッチング処理を施した半
導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１５】本発明の実施例でエッチング処理を施した半
導体ウェハを示す概略的な断面図である。
【図１６】従来のエッチング方法で処理を施した半導体
ウェハの断面形状を表す写真である。
【符号の説明】
１００ エッチング装置 １０４ 処理室 １０６ 下部電極 １１６ 温度調整機構 １２０ 高周波電源 １２２ 上部電極 １２２ａ ガス吐出孔 １３４，１４０，１４６ 流量調整バルブ １３６，１４２，１４８ ガス供給源 ２００ Ｓｉ基板 ２０２ ゲート ２０４ 絶縁膜層 ２０６ ＳｉＮX膜層 ２０７ 肩部 ２０８ ＳｉＯ2膜層 ２１０ コンタクトホール Ｗ ウェハ

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 気密な処理室内に処理ガスを導入し，前
    記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX
    膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング
    処理を施すエッチング方法において，前記処理ガスは，
    少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスであること
    を特徴とする，エッチング方法。
  2. 【請求項２】 気密な処理室内に処理ガスを導入し，前
    記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX
    膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング
    処理を施すエッチング方法において：前記処理ガスとし
    て少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用して，
    前記ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第１の工程
    と；前記ＳｉＮX膜層が露出する前後に，前記処理ガス
    として少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガスに切
    り替えて，前記ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第
    ２の工程と；を含むことを特徴とする，エッチング方
    法。
  3. 【請求項３】 気密な処理室内に処理ガスを導入し，前
    記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＮX
    膜層を覆うＳｉＯ2膜層に対して，プラズマエッチング
    処理を施すエッチング方法において：前記処理ガスとし
    て少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合ガスを使用して，
    前記ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を施す第１の工程
    と；前記ＳｉＮX膜層の肩部が露出する前後に，前記処
    理ガスとして少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む混合ガ
    スに切り替えて，前記ＳｉＯ2膜層にエッチング処理を
    施す第２の工程と；前記ＳｉＮX膜層の肩部の露出から
    所定時間経過後に，前記処理ガスとして少なくともＣ4
    Ｆ8とＣＯを含む混合ガスに切り替えて，前記ＳｉＯ2膜
    層にエッチング処理を施す第３の工程と；を含むことを
    特徴とする，エッチング方法。
  4. 【請求項４】 前記少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む
    混合ガスの前記Ｃ4Ｆ8と前記ＣＨ2Ｆ2の流量比（ＣＨ2
    Ｆ2／Ｃ4Ｆ8）は，実質的に０．４〜１．０に設定され
    ることを特徴とする，請求項１，２又は３のいずれかに
    記載のエッチング方法。
  5. 【請求項５】 前記少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む
    混合ガスの全圧に対する前記Ｃ4Ｆ8の分圧は，実質的に
    ０．４（ｍＴｏｒｒ）〜０．８（ｍＴｏｒｒ）に設定さ
    れることを特徴とする，請求項１，２，３又は４のいず
    れかに記載のエッチング方法。
  6. 【請求項６】 前記処理室内に励起されるプラズマの密
    度は，実質的に１．５×１０10（イオン数／ｃｍ3）〜
    １．２×１０11（イオン数／ｃｍ3）に設定されること
    を特徴とする，請求項１，２，３，４又は５のいずれか
    に記載のエッチング方法。
  7. 【請求項７】 前記被処理体は，前記処理室内に配置さ
    れたサセプタの載置面上に載置され，前記サセプタの載
    置面の温度は，実質的に２０℃〜前記ＳｉＯ2膜層のマ
    スクパターンを構成するフォトレジスト層の耐熱温度に
    設定されることを特徴とする，請求項１，２，３，４，
    ５又は６のいずれかに記載のエッチング方法。
  8. 【請求項８】 前記少なくともＣ4Ｆ8とＣＨ2Ｆ2を含む
    混合ガスには，さらに不活性ガスが添加されることを特
    徴とする，請求項１，２，３，４，５，６又は７のいず
    れかに記載のエッチング方法。
  9. 【請求項９】 前記少なくともＣ4Ｆ8とＣＯを含む混合
    ガスには，さらに不活性ガスが添加されることを特徴と
    する，請求項２，３，４，５，６，７又は８のいずれか
    に記載のエッチング方法。
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