JPH01238121A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置の製造技術に関し、シリコン酸化
膜のドライエツチングに適用して有効な技術に関するも
のである。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造プロセスに用いられるドライエツチン
グ技術および装置の現状と動向については、例えば、株
式会社工業調査会、昭和６０年１１月ｌＯ日発行「電子
材料・１９８５年１１月号別冊Ｊ　Ｐ　１１．９〜Ｐ１
２４に記載がある。

半導体装・積回路の配線形成工程において、シリコン単
結晶基板上の８１０２膜やポリシリコン膜などのシリコ
ン酸化膜を孔開けして微細なコンタクトホールを形成す
る場合には、主としてプレーナプラズマエツチング（Ｐ
ＰＥ）やりアクティブイオンエツチング（ＲＩＥ）など
のドライエツチング技術が用いられている。

上記プレーナプラズマエツチングやりアクティブイオン
エツチングを行うには、従来より半導体ウェハ（以下、
ウェハという）の対向電極に高周波を印加する平行平板
形ドライエツチング装置が用いられている。さらに、こ
れを改良したものとして、平行平板電極にもう一つの電
極を加えたトライオード方式、カソード上に磁場を設け
たマグネトロン放電方式、あるいは磁場とマイクロ波と
の相互作用を利用したＥＣＲ方式のドライエツチング装
置なども用いられている。

また、上記ドライエツチング装置を用いてシリコン酸化
膜をエツチングする際の反応ガスとしては、従来より、
ＣＨＦｚ（＋　０２）、　ＣＨＦｓ　＋　Ｃ２Ｆ６など
が一般に知られており、高圧系枚葉処理装置ではＣＦ４
　＋ＣＨＦ、系ガスにアルゴン（Ａｒ）またはヘリウム
（Ｈｅ）を添加したＡ　ｒ　十ＣＦ　４＋　ＣＨＦ　３
　系ガスやＨｅ＋ＣＦｓ　＋ＣＨＦ３　系ガスが用いら
れている。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体集積回路の高密度化、高集積化に伴い、高精度で
、かつ、微細な加工を行うことのできるエツチング技術
が要求されており、形状制御性、均一性、選択性など、
各種エツチング特性の一層の向上が求められている。

上記のような点を考慮した場合、本発明者は、シリコン
酸化膜のエツチングにおいて、高圧（数Ｔｏｒｒ　）系
枚葉処理装置でΔｒ＋ｃＦ４＋ＣＨＦｚ系反応ガスやＨ
ｅ　十ＣＦ４　＋　ＣＨＦ３　系反応ガスを用いた場合
には、下記のような問題があることを見い出した。

すなわち、Ａｒ＋ＣＦ＊　＋ＣＨＦ）系反応ガスは、エ
ツチングレートが高いという利点がある反面、コンタク
トホールの側壁保護効果が小さいために形状制御性が乏
しく、これにより、コンタクトホールの断面形状が樽形
や逆テーバ形になってしまう結果、コンタクトホールに
配線用のＡｒ膜を被着した場合のステップカバレージが
低下してしまうという欠点がある。

一方、Ｈｅ＋ＣＦｔ　　＋ＣＨＦｊ　系反応ガスを使用
した場合は、カーボン系ポリマーによる側壁保護効果が
認められることから、上記Ａ　ｒ　＋　ＣＦ　４＋ＣＨ
Ｆ３系反応ガスに比べてコンタクトホールの形状制御性
が良いという利点があるが、その反面、エツチングレー
トが低い、シリコンに対する選択比が低い、エツチング
の均一性が乏しい、などの欠点を有している。

本発明は、上記した問題点に着目してなされたものであ
り、その目的は、シリコン酸化膜のエツチング特性を向
上させることのできる技術を提供することにある。

本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴とは、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、次の通りである。

すなわち、シリコン酸化膜の所定箇所をドライエツチン
グで加工する際、ＣＦ、　　＋ＣＨＦ、　＋Ａｒ＋Ｈｅ
からなる反応ガスを用いる方法である。

〔作用〕

上記した手段によれば、形状制御性、均一性、選択性な
ど、シリコン酸化膜を加工する際の各種エツチング特性
を向上させることができる。

〔実施例〕

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例である半導体
装置の製造方法を示す半導体ウェハの要部断面図、第２
図は本実施例で用いるドライエツチング装置の要部断面
図、第３図は本実施例で用いる反応ガスにおけるＨｅｉ
加盪とコンタクトホールのテーバ角度との関係を示すグ
ラフ図である。

本実施例で用いるドライエツチング装置は、アノードカ
ップリング方式による平行平板形ドライエツチング装置
ｌであり、その要部は、第２図に示すように゛、内部が
所定の真空度に維持される処理室２と、この処理室２に
反応ガスを供給するガス供給源３ａ〜３Ｃとから構成さ
れている。

表面にフッ素樹脂をコーティングしたステンレス鋼板な
どからなる処理室２の内部中央には、ウェハステージを
兼ねた円板状のカソード電極４と、同じく円板状のアノ
ード電極５とが所定間隔を置いて平行に配設されている
。

カソード電極４は、外部の温調器６によって所定の温度
に保たれるようになっており、他方、アノード電極５に
は、外部の高周波′＠源７が接続され、上記カソード電
極４との間に高周波電圧が印加されるようになっている
。

処理室２の側壁外方には、ロードロツタ室８が設置され
、ローダ９に収容された半導体ウェハ１０がロボットハ
ンド（図示せず）などを介して、処理室２のカソード電
極４上に載置されるようになっている。

また、処理室２の底部には、排気管１１が接続され、処
理室２内のガスが排出されるようになっている。

アノード電極５の中央には、外部のガス供給源３ａ〜３
Ｃに連結されたガス供給管１２が接続され、ＣＦ４　、
ＣＨＦ＊　、ＡｒおよびＨｅの四種のガスが混合された
反応ガスが処理室２のアノード電極５とカソード電極４
とに挟まれた処理空間に供給されるようになっている。

ガス供給源３ａ〜３Ｃは、ＣＦ、／ＣＨＦ、混合ガス、
Ａｒガス、およびＨｅガスをそれぞれ個別の容器に充填
したもので、各バルブ１３ａ〜１３Ｃの開閉操作によっ
て、その混合比および供給量が所望する値に設定される
ようになっている。

次に、上記平行平板形ドライエツチング装置１を用いた
半導体ウェハ１０のドライエツチング工程を説明する。

第１図（ａ）に示すように、ドライエツチング工程に先
立ち、まず、所定の抵抗率を有するシリコン単結晶から
なる半導体ウェハ１０を、例えば、約１０００℃でスチ
ーム酸化してその表面に８１０２膜（シリコン酸化膜）
１４を形成した後、ウェハプロセスの１常法に従い、活
性領域に所定の集積回路素子（図示せず）を形成し、次
いで、ホトレジスト／エツチングによって、５ｉ（ｈ膜
１４の表面にレジストマスク１５を形成する。

その後、上記半導体ウェハｌＯは、前記平行平板形ドラ
イエツチング装置ｌのローダ９に搬送され、ロードロツ
タ室８を経て処理室２のカソード電極４上に載置される
。

次に、処理室２の内部を、例えば、数Ｔｏｒｒ程度にな
るまで減圧した後、ガス供給源３ａ〜３Ｃより処理室２
に所定量のＣＦ４　＋ＣＨＦ３　＋Ａ　ｒ十Ｈｅからな
る反応ガスを供給する。

次いで、アノード電極５とカソード電極４との間に高周
波電圧を印加すると、プラズマ化された反応ガスによる
ドライエツチングが開始され、５１０２膜１４の所定箇
所に基板との導通を取るためのコンタクトホール１６が
形成される（第１図〜））　。

このとき、ＣＦ　ａ　　＋　ＣＨＦ　ｓ　　＋　Ａ　ｒ
　＋　Ｈｅからなる反応ガスを用いることにより、コン
タクトホール１６の断面形状を順テーバ形すなわち下向
きテーパ形にすることができる。

すなわち、第３図に示すように、ＣＦ、＋ＣＨＦ３十Ａ
ｒ系反応ガスにＩ（ｅを添加していくと、Ｈｅの添加量
が増加するに従って、コンタクトホール１６のテーパ角
度θが小さくなり、その断面形状は、逆テーパ形すなわ
ち上向きテーパ形から順テーパ形すなわち下向きテーパ
形に変化する。

また、このときのテーバ角度θの大小は、処理室２の圧
力にも依存し、低圧になる程、テーバ角度θが小さくな
る傾向にある。

その際、本実施例で用いる反応ガス中にはＡｒが添加さ
れているので、Ｈｅの添加量を増加した場合でも、従来
のＣＦ４　＋ＣＨＦ３　＋Ｈｅ系反応ガスの欠点であっ
たエツチングレートの低下、シリコンに対する選択比の
低下、エツチングの不均一性などは、はとんど生じない
。

このようにして、順テーパ形のコンタクトホール１６が
形成されると、次に、例えば、マグネトロンスパッタ法
を用いて半導体ウェハ１０の表面にＡｌまたはＡ４２合
金からなる導電膜を被着し、この導電膜をパターニング
することにより、上記コンタクトホール１６を介して基
板と導通された第−層配線１７を形成する（第１図（Ｃ
））。

次に、上記第−層配線１７の上に、ＣＶＤ法を用いて５
１０２からなる層間絶縁膜１８を形成した後、前記平行
平板形ドライエツチング装置１の処理室２内でドライエ
ツチングを行い、上記第−層配線１７に達する層間接続
孔１９を形成する。

この場合も、ＣＦ４　＋ＣＨＦ、　＋Ａｒ＋Ｈｅからな
る反応ガスを用いることにより、層間接続孔１９の断面
形状を順テーパ形にすることができる。

次に、第−層配線１７を形成した場合と同様の方法で、
層間絶縁膜１３の表面に導電膜を被着してこれをバター
ニングすることにより、層間接続孔１９を介して第−層
配線１７と導通された第二層配線２０を形成する。

最後に、上記第二層配線２０の表面に、例えば、減圧Ｃ
ＶＤ法を用いてシリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４）　
などからなるパッシベーション膜２１を被着し、その所
定箇所を孔開けして電極パッド２２を形成する（第１図
（ｄ））。

このように、本実施例によれば、次の効果を得ることが
できる。

（１）、平行平板形ドライエツチング装置１でコンタク
トホール１６および層間絶縁孔２０を形成する際、ＣＦ
　４　＋　ＣＨＦ　３　＋Ａ　ｒ　＋　Ｈｅからなる反
応ガスを用いたドライエツチングを行うことにより、エ
ツチングレート、シリコンに対する選択比、およびエツ
チングの均一性などを低下させることなく、コンタクト
ホール１６および層間絶縁孔２０の断面形状を順テーバ
形にすることができる。

（２）、上記（１）により、コンタクトホール１６およ
び層間絶縁孔２０に被着される導電膜のステップカバレ
ージが向上するので、第−層配線１７および第二層配線
２０の信頼性が向上する。

（３）、上記（１）により、第−層配線１７および第二
層配線２０の微細化が促進される。

（４）、上記（１）により、ドライエツチング工程の歩
留りが向上する。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定され
るものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。

例えば、実施例では、コンタクトホールや層間絶縁孔の
形成工程に適用した場合について説明したが、シリコン
酸化膜をドライエツチングで加工するすべての工程に適
用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

すなわち、ウェハの表面に形成されたシリコン酸化膜を
ドライエツチングで加工するに際し、ＣＦ４　と、ＣＨ
Ｆｆｆ　　と、Ａｒと、Ｈｅとからなる反応ガスを用い
ることにより、形状制御性、均一性、選択性などの各種
エツチング特性を向上させるこ７とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施例である半導体
装置の製造方法を示す半導体ウェハの要部断面図、第２
図は本実施例で用いるドライエツチング装置の要部断面
図、 第３図は本実施例で用いる反応ガスにおけるＨｅ添添加
とコンタクトホールのテーバ角度との関係を示すグラフ
図である。 ｌ・・・平行平板形ドライエツチング装置、２・・・処
理室２．３ａ〜３Ｃ・・・ガス供給源、４・・・カソー
ド電極、５・・・アノード電極、６・・・温調器、７・
・・高周波電源、８・・・ロードロツタ室、９・・・ロ
ーダ、１０・・・半導体ウェハ、１１・・・排気管、１
２・・・ガス供給管、１３ａ−１３ｃ・・・バルブ、１
４・・・５１０２膜（シリコン酸化膜）、１５・・・レ
ジストマスク、１６・・・コンタクトホール、１７・・
・第−層配線、１８・・・層間絶縁膜（シリコン酸化膜
）、１９・・・層間絶縁孔、２０・・・第二層配！、２
１・・・パッシベーション膜、２２・・・電極パッド、
θ・・・テーバ角度。 代理人　弁理士　　筒　井　大　和 第１図 ／ （、ｅ 第１図 ／ ）′１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハの表面に形成されたシリコン酸化膜を
   ドライエッチングで加工するに際し、ＣＦ、と、ＣＨＦ
   ＿３と、Ａｒと、Ｈｅとからなる反応ガスを用いること
   を特徴とする半導体装置の製造方法。 ２、アノードカップリング方式の平行平板形ドライエッ
   チング装置を用いることを特徴とする請求項１記載の半
   導体装置の製造方法。