(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置の酸化膜のドライエッチングにおいて、酸化膜のコンタクトホールエッチングを施したシリコン基板に対して、前記エッチングと同一装置の反応室に少なくとも酸素ガスを導入し、ガス圧力を１０ｍＴｏｒｒ以上に制御し、コイルに高周波電力を印加して酸素プラズマを生成し、前記シリコン基板を載置した電極に高周波電力を供給することによって前記シリコン基板にバイアス電圧を印加し、前記シリコン基板内部に形成される酸化膜層を薄くして、コンタクト抵抗を０．５ｋΩ以下にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
装置のプラズマ源として、誘導結合型プラズマ源を用いる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【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で、特に酸化膜のドライエッチング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの集積度向上にはめざましいものがある。しかし、寸法などの横方向のスケーリングは比較的進んでいるが、層間膜膜厚などの縦方向のスケーリングはあまり進んでいない。したがって、コンタクトホールではホールの直径に対するホール深さの比（以下アスペクト比という。）は増大することになる。
【０００３】
そこで高集積デバイスを実現するためには高アスペクト比コンタクトホールのエッチング技術の確立が重要となっている。最近、高アスペクト比コンタクトホールエッチングに対する解決策として低ガス圧力で生成したプラズマを用いたエッチング技術が各社から発表されており、さまざまな問題点が明らかになってきている。以下、その技術について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図６は半導体装置の製造装置で、誘導結合型プラズマを用いたエッチング装置の概略図である。誘導結合型装置は低ガス圧力でプラズマを生成できる装置として最近注目されている（ジェー  マークスほか、月刊セミコンダクター  ワールド（J. Marks et al. "Semiconductor World"）1993年10月号第12巻第12号68-75頁）。図６において、１はプラズマ生成手段である誘導コイル、２はコイルに印加する高周波電源、３はシリコン基板６を加熱するための下部電極、４は下部電極に印加する高周波電源、５は反応室７全体を加熱保持するための上部電極、８は反応室７内の圧力を制御するための圧力制御バルブ、９は反応室７内を減圧にするためのターボ分子ポンプ、１０はドライポンプ、１１は反応室７内にガスを導入するためのガスボンベである。反応室７にガスボンベ１１からエッチングガスを導入し、コイル１に高周波電力２を印加してプラズマを生成する。そして、高周波電力４を下部電極３に印加してエッチング種を引き込み、シリコン基板上の被エッチング膜をエッチングする。
【０００５】
次に図７（ａ）〜（ｃ）は、図６に示す装置でコンタクトエッチングした場合の工程断面図を示す。図７（ａ）〜（ｃ）において１２はフォトレジスト、１３はＢＰＳＧ(borophosphosilicate glass)膜、１４はｎ+拡散層、１５はシリコン基板、１６はコンタクトホール、１７はポリマー膜である。まず、ＢＰＳＧ膜１３上にフォトレジスト１２でコンタクトホールのパターンニングを行う（図７（ａ））。次に図６で示す装置を用いてエッチングを行い、コンタクトホール１６を形成する（図７（ｂ））。シリコン基板１５に対して選択比を高くすると、コンタクト底部にはポリマー膜１７が堆積する。このポリマー膜１７は炭素含有率が高いため、これを除去するために酸素プラズマを用いてエッチングする必要がある。そこで、酸素プラズマを用いてポリマー膜１７を除去する。図７（ｃ）は、ポリマー膜１７を除去した後の断面図である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術は、ｎ+ 拡散層へのポリシリコンのコンタクト抵抗が高くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、コンタクト抵抗を下げることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の半導体装置の第１番目の製造方法は、半導体装置の酸化膜のドライエッチングにおいて、酸化膜のコンタクトホールエッチングを施したシリコン基板に対して、前記エッチングと同一装置の反応室に少なくとも酸素ガスを導入し、ガス圧力を１０ｍＴｏｒｒ以上に制御し、コイルに高周波電力を印加して酸素プラズマを生成し、前記シリコン基板を載置した電極に高周波電力を供給することによって前記シリコン基板にバイアス電圧を印加し、前記シリコン基板内部に形成される酸化膜層を薄くして、コンタクト抵抗を０．５ｋΩ以下にすることを特徴とする。
【０００９】
前記方法においては、装置のプラズマ源として、誘導結合型プラズマを用いることが好ましい。
【００１０】
次に本発明の半導体装置の第２番目の製造方法は、半導体装置の酸化膜のドライエッチングにおいて、酸化膜を形成したシリコン基板を有する反応室内に、酸素を除く炭素とフッ素と水素のいずれかを含むエッチングガスを導入し、ガス圧力を50mTorr 以下に制御し、高周波電力を印加することを特徴とする。
【００１１】
前記方法においては、エッチングガスとして、ＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8及びＣ4Ｆ8から選ばれる少なくとも一つのガスを用いることが好ましい。
本発明の第１番目の製造方法によれば、酸化膜のコンタクトホールエッチングを施したシリコン基板に対して、前記エッチングと同一装置の反応室に少なくとも酸素ガスを導入し、ガス圧力を10mTorr 以上に制御し、高周波電力を印加することにより、高抵抗層の形成を抑制し、コンタクト抵抗を下げることができる。これは、シリコン基板の内部に形成される酸化膜層を薄くするからである。
【００１２】
また、本発明の第２番目の製造方法によれば、酸化膜を形成したシリコン基板を有する反応室内に、酸素を除く炭素とフッ素と水素のいずれかを含むエッチングガスを導入し、ガス圧力を50mTorr 以下に制御し、高周波電力を印加することにより、高抵抗層の形成を抑制し、コンタクト抵抗を下げることができる。これは、シリコン基板の内部に形成される酸化層をなくしてしまうか、または薄くできるからである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の半導体装置の製造方法の実施の形態を説明する。以下の実施の形態において製造装置そのものは、図６に示す装置を用いた。
【００１４】
（第１の実施形態）
まず本発明の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の半導体装置の製造方法の処理手順図を示す。図１においてステップＳ１でコンタクトエッチングを行う。ステップＳ２でコンタクト底部に堆積したポリマー膜を除去するために酸素ガスを反応室内に導入する。ステップＳ３で酸素ガス圧力をバルブ開度を調節して10mTorr以上に制御する。ステップＳ４でコイルに高周波電力を印加して酸素プラズマを生成し、ステップＳ５でシリコン基板にバイアス電圧を印加して酸素イオンを引き込み、ステップＳ６（図示せず）でポリマー膜を除去する。
【００１５】
次に、本発明の製造方法で得られた半導体装置のｎ+ 拡散層へのポリシリコンコンタクト抵抗の測定結果を示す。図２はガス圧力に対するコンタクト抵抗の変化を示している。図２では10mTorr未満のガス圧力の場合（従来）、コンタクト抵抗が急上昇しているが、10mTorr以上になるとコンタクト抵抗が低くなることが明かとなっている。
【００１６】
次に、この理由を図を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｂ）は、酸素プラズマにより高抵抗層が形成される理由を示すモデル図である。図３（ａ）に示すようにガス圧力が低くなると、プラズマ密度が高くなり、シリコン基板内部に打ち込まれる酸素イオン２１の量が多くなるため、基板内部に高抵抗の酸化層２２ｂが形成される。これに対して、図３（ｂ）に示すようにガス圧力を高くすると、プラズマ密度が低くなり基板内部に形成される酸化膜層２２ｂの膜厚が薄くなり、コンタクト抵抗は低くなる。なお２２ａは基板表面の高抵抗のシリコン酸化層である。従来の酸化膜層２２ｂの膜厚は約１０ｎｍ（１００オングストローム）程度であったが、本発明の実施形態の酸化膜層２２ｂの膜厚は、約１ｎｍ（１０オングストローム）程度であった。
【００１７】
（第２の実施形態）
次に、本発明の半導体装置の製造方法における第２の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図４は、各エッチングガスに対してｎ+ 拡散層へのポリシリコンコンタクト抵抗の変化を示す。図４からエッチングガスに酸素を含まないガス系の方がコンタクト抵抗が低くなることがわかる。また、炭素に対するフッ素の比率も小さい方が抵抗は低いこともわかる。
【００１９】
次に、図５（ａ）〜（ｂ）は高抵抗の理由を説明するモデル図である。図５（ａ）に酸素をガス系に含む場合の例を示す。炭素およびフッ素を含むガス系からはＣＦ2+及び／またはＣＦ3+が生成され、これらのイオンがシリコン基板２５に打ち込まれることによって、基板表面の浅い位置に炭化したシリコン層２３が形成される。さらにガス系に酸素を含むために酸素イオンが生成され、これが基板２５に打ち込まれることによって、前記の炭化層２３より深い位置に酸化層２４が形成される。そのためにコンタクト抵抗は高くなる。
【００２０】
次に本実施形態の場合のモデル図を図５（ｂ）に示す。図５（ｂ）では、ガス系に酸素を含まないために炭化層２３のみが、表面の浅い位置に形成される。浅い位置に形成されるためエッチング後処理で十分除去可能である。したがってコンタクト抵抗は低くなる。
【００２１】
また、本実施形態では、ｎ+ 拡散層へのポリシリコンコンタクト抵抗について述べたが、ｎ+ 拡散層やｐ+ 拡散層へのメタルコンタクト抵抗についても同様の結果が得られることはいうまでもない。
【００２２】
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明は前記実施の形態で説明したものに限られるものではない。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、本発明は、10mTorr以上の圧力に制御する工程を備えていることによってコンタクト抵抗を低くすることができる。すなわち、本発明の第１番目の製造方法によれば、酸化膜のコンタクトホールエッチングを施したシリコン基板に対して、前記エッチングと同一装置の反応室に少なくとも酸素ガスを導入し、ガス圧力を10mTorr 以上に制御し、高周波電力を印加することにより、高抵抗層の形成を抑制し、コンタクト抵抗を下げることができる。
【００２４】
また、本発明の第２番目の製造方法によれば、酸化膜を形成したシリコン基板を有する反応室内に、酸素を除く炭素とフッ素と水素のいずれかを含むエッチングガスを導入し、ガス圧力を50mTorr 以下に制御し、高周波電力を印加することにより、高抵抗層の形成を抑制し、コンタクト抵抗を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態の半導体装置の製造方法の処理工程を説明する図。
【図２】  同、ガス圧力に対するコンタクト抵抗の変化を説明するグラフ。
【図３】  同、原理を説明するモデル図。
【図４】  本発明の第２の実施の形態の半導体装置の電気特性結果を示すグラフ。
【図５】  （ａ）から（ｂ）は、同第２の実施の形態の原理を示すモデル図。
【図６】  従来例及び本発明の第１〜２の実施の形態で用いたコンタクトエッチング装置の概略図。
【図７】  （ａ）〜（ｃ）は従来例のコンタクトエッチング工程断面図。
【符号の説明】
１  誘導コイル
２  誘導コイルに印加する高周波電源
３  下部電極
４  下部電極に印加する高周波電源
５  上部電極
６  シリコン基板
７  反応室
８  圧力制御バルブ
９  ターボ分子ポンプ
１０  ドライポンプ
１１  ガスボンベ
１２  フォトレジスト
１３  ＢＰＳＧ膜
１４  ｎ+ 拡散層
１５  シリコン基板
１６  コンタクトホール
１７  ポリマー膜
２１  酸素イオン
２２ａ  基板表面の高抵抗のシリコン酸化層
２２ｂ  基板内部に形成される酸化膜層
２３  炭化層
２４  酸化層
２５  シリコン基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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