(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に複数のゲート絶縁膜を介して複数の電極を形成する工程と、
前記複数のゲート絶縁膜及び前記複数の電極の上面および側面を窒化シリコン膜で被覆する工程と、
フッ素含有化合物を含むガスのプラズマで異方性エッチングを行って前記窒化シリコン膜の角部をテーパ状に加工する工程と、
前記窒化シリコン膜で被覆された前記電極の間隙を埋め込むように前記半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜を前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングして前記複数の電極の間で前記半導体基板に達するコンタクト孔を形成する工程と
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記異方性エッチングは、前記半導体基板に高周波交流バイアスパワーを印加して行う請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記フッ素含有化合物は三フッ化窒素である請求項１または２に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に関し、より詳しくは、微細構造を有する配線間にボイドを発生させること無く絶縁膜を成膜する半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の集積度の増加に伴い個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する半導体領域の寸法も微細化されている。そして、各半導体領域に接続する配線を埋め込むために絶縁膜に形成するコンタクト孔も微細化され、そのアスペクト比も高くなる傾向にある。例えば、配線間隔が１３０ｎｍの素子構造の場合、アスペクト比は３．０〜４．０である。
【０００３】
コンタクト孔を形成する技術としては、従来よりセルフアラインコンタクト（Ｓｅｌｆ  Ａｌｉｇｎｅｄ  Ｃｏｎｔａｃｔ，以下、ＳＡＣという）形成技術が用いられている。例えば、ＳＡＣ形成工程では各ゲート電極の上面を窒化膜で覆い、ゲート電極の両側に窒化膜スペーサを形成してコンタクトが形成される部分を予め限定した後、酸化膜からなる層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜をエッチングすることによって各ゲート電極間にコンタクト孔を形成する。
【０００４】
ＳＡＣ形成技術を用いた従来のコンタクト孔形成工程の一例について、さらに具体的に図２を用いて説明する。シリコン基板８の上にゲート絶縁膜１７，１７′を形成し、その上にゲート電極９，９′を形成した後、絶縁のためにゲート電極９，９′の上面および側面をシリコン窒化膜１０，１０′で覆って図２（ａ）の形状とする。ゲート電極９，９′の側壁に形成されたシリコン窒化膜１０ａ，１０ｂ，１０′ａ，１０′ｂはサイドウォールスペーサである。
【０００５】
次に、図２（ｂ）に示すように、この上に、例えばシリコン酸化膜を用いて、層間絶縁膜１１を形成する。層間絶縁膜の形成は、例えば化学気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，以下、ＣＶＤという）により行い、具体的には準常圧ＣＶＤ（Ｓｕｂ  Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ  ＣＶＤ）法や高密度プラズマＣＶＤ（Ｈｉｇｈ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｌａｓｍａ  ＣＶＤ）法等により行う。
【０００６】
続いて、フォトリソグラフィ法により、図２（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１１の上に開口部１２ａを有するフォトレジスト１２を形成する。その後、層間絶縁膜１１のエッチングを行い、フォトレジスト１２を剥離して、図２（ｄ）の構造とする。以上の工程を通じて、層間絶縁膜１１にコンタクト孔１３を形成する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したＳＡＣ形成技術は、シリコン基板とシリコン窒化膜との段差を利用することによりコンタクト孔を開口するものである。そして、層間絶縁膜はこの段差の上に形成されるものであり、配線間の間隙を完全に埋め込むようにして成膜される必要がある。
【０００８】
しかしながら、素子構造の微細化に伴いアスペクト比の大きな段差が形成されるようになると、微細構造を有する配線間の間隙は深くて狭いものとなるために、間隙内部に成膜ガスが進入し難くなる。図３を用いてこの現象について説明する。
【０００９】
図３は、シリコン基板８の上に形成されたゲート電極９とゲート電極９′の間隙１５に層間絶縁膜１１が形成された様子を示したものである。間隙１５は深くて狭いため、内部に成膜ガスが到達し難い。したがって、シリコン窒化膜１０の表面１０ａ、間隙側面１５ａおよび間隙底部１５ｂのそれぞれの箇所における層間絶縁膜１１の堆積速度が異なって、層間絶縁膜１１の膜厚に差が生じる。そして、間隙１５の内部が層間絶縁膜１１で完全に充填される前に間隙の上端部１５ｃが塞がれると、層間絶縁膜１１の中にボイド１４が発生するという問題があった。このようなボイドの存在は、配線をショートさせて素子特性に悪影響を及ぼすことになる。
【００１０】
また、従来、層間絶縁膜中にボイドが形成された場合には、高温で加熱処理をして層間絶縁膜をリフローさせることによりボイドを埋めていた。しかしながら、高温での加熱処理は素子にダメージを与えるとともに、プロセス時間が長くなるという問題もあった。
【００１１】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、微細構造を有する配線間にボイドを発生させること無く絶縁膜を成膜できる半導体装置の製造方法を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本願請求項１にかかる発明は、半導体装置の製造方法であって、
半導体基板に絶縁膜を介して複数の電極を形成する工程と、
前記複数の電極の上面および側面を窒化シリコン膜で被覆する工程と、
フッ素含有化合物を含むガスのプラズマで異方性エッチングを行って前記窒化シリコン膜の角部をテーパ状に加工する工程と、
前記窒化シリコン膜で被覆された前記電極の間隙を埋め込むように前記半導体基板の上に絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜をエッチングして前記複数の電極の間で前記半導体基板に達するコンタクト孔を形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２にかかる発明は、請求項１に記載の半導体装置の製造方法において、前記異方性エッチングは前記半導体基板に高周波交流バイアスパワーを印加して行うことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項３にかかる発明は、請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法において、前記フッ素含有化合物は三フッ化窒素であることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
実施の形態１
図１は、本発明にかかるコンタクト孔の形成工程を示したものである。まず、半導体基板としてシリコン基板を用い、所定の間隔をおいて複数のゲート電極を形成する。すなわち、シリコン基板１の上にゲート絶縁膜１６，１６′を形成し、ゲート絶縁膜１６，１６′を介してゲート電極２，２′を形成した後、絶縁のためにゲート電極２，２′の上面および側面をシリコン窒化膜３，３′で覆って図１（ａ）の形状とする。ゲート電極２，２′の側壁に形成されたシリコン窒化膜３ａ，３ｂ，３′ａ，３′ｂはサイドウォールスペーサである。図１（ａ）の例では、ゲート電極２，２′が窒化シリコン膜３，３′で被覆されているとともにシリコン基板１の表面がゲート電極２と２′の間に露出している。
【００１７】
次に、三フッ化窒素ガス（ＮＦ３）を主成分とするエッチングガスからなるプラズマを用いて異方性エッチングを行い、シリコン窒化膜３，３′の角部を図１（ｂ）に示すようにテーパ状に加工する。ここで、シリコン窒化膜３，３′の角部とは、例えばゲート電極２とゲート電極２′の間隙４において、間隙上端近傍３ａ，３′ａをいう。また、テーパ状とは、具体的には、図１（ｂ）に示すように、間隙上端近傍において、間隙内部から間隙端部に向かって開口寸法が拡大するようなテーパ形状をいう。
【００１８】
三フッ化窒素プラズマによる異方性エッチングは、例えば高密度プラズマをプラズマ源とするＣＶＤ装置を用いて行う。すなわち、図（ａ）に示すゲート電極およびシリコン窒化膜が形成されたシリコン基板をＣＶＤ装置の成膜チャンバに載置する。次に、成膜チャンバ内を所定の真空度にした後、シリコン基板に高周波の交流バイアスパワーを印加し、成膜チャンバ内にエッチングガスを導入してエッチングを行う。シリコン基板に交流バイアス電圧を印加することによって、等方性の三フッ化窒素ガスプラズマを異方性のプラズマとすることができる。エッチング速度については、希釈ガスとして例えば窒素（Ｎ２）ガスを用い、所望のエッチング速度に応じた適当量の窒素ガスを三フッ化窒素ガスに混合することにより制御することができる。
【００１９】
続いて、ＣＶＤ装置の成膜チャンバからエッチングガスを排気し、新たに層間絶縁膜を成膜するために適当な材料ガスを導入する。図１（ｂ）において、上記異方性エッチングをしてシリコン窒化膜３，３′の角部をテーパ状に加工したことにより間隙４の上端４ａでの開口寸法が広がるために、成膜ガスが間隙４の内部に進入し易くなる。したがって、図１（ｃ）に示すように、ボイドを発生させること無く層間絶縁膜５で間隙４を埋め込むようにして、層間絶縁膜１１を窒化シリコン膜３およびシリコン基板１の上に形成することができる。
【００２０】
次に、フォトリソグラフィ法により、図１（ｄ）に示すように、層間絶縁膜５の上に開口部６ａを有するフォトレジスト６を形成する。その後、間隙４の部分の層間絶縁膜５をエッチングして開口した後、フォトレジスト６を剥離する。以上の工程により、図１（ｅ）に示すように、セルフアラインでゲート電極２とゲート電極２′の間にコンタクト孔７を形成する。
【００２１】
尚、三フッ化窒素プラズマによる異方性エッチングプロセスを行う代わりに、絶縁膜成膜プロセスにおいて、シリコン基板に印加する交流バイアスパワーを高くしてもシリコン窒化膜の開口端部をテーパ状に加工することは可能である。しかしながら、シリコン基板に印加する交流バイアスパワーを高くすることによってシリコン基板にダメージを与えるおそれがあることから、かかる方法は好ましくない。
【００２２】
また、三フッ化窒素は一般にＣＶＤ装置の成膜チャンバのクリーニングに用いられる材料でもあることから、三フッ化窒素プラズマによる異方性エッチングプロセスを経ることによって、エッチングに加えてシリコン基板に対するクリーニング効果も得られる。クリーニングは、例えば、前工程でシリコン基板に付着した粒子と三フッ化窒素の放電により生成した活性種とが反応し、反応生成物が成膜チャンバから排気されることによって行われる。
【００２３】
本実施の形態では三フッ化窒素ガスプラズマを用いた異方性エッチングについて述べたが、シリコン窒化膜の角部をテーパ状に加工することができるものであれば三フッ化窒素ガスプラズマに限定されるものではなく、他のフッ素含有ガスであってもよい。
【００２４】
本実施の形態ではゲート電極が形成されたシリコン基板に形成された層間絶縁膜にコンタクト孔を形成する例について説明したが、これらに限定されるものではなく、他の電極、半導体基板等であってもよい。半導体領域に配線を接続するために該配線を埋め込むための接続孔を絶縁膜に形成する場合であれば本発明を適用することにより同様の効果を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、微細構造を有する配線間にボイドを発生させること無く絶縁膜を成膜することができるので、配線のショート不良を低減させて歩留まりの向上を図ることができる。また、ボイドを埋めるための加熱処理工程が不要になるので、プロセス時間の短縮化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコンタクト孔の形成工程を示したものである。
【図２】従来のコンタクト孔の形成工程を示したものである。
【図３】ボイドの発生を説明する図である。
【符号の説明】
１，８  シリコン基板、    ２，９  ゲート電極、    ３，１０  シリコン窒化膜、    ４，１５  間隙、    ５，１１  層間絶縁膜、    ６，１２  レジスト、    ７，１３  コンタクト孔、    １４  ボイド、    １６，１７  ゲート絶縁膜。
【図１】
0003722772.tif 000002
【図２】
0003722772.tif 000003
【図３】
0003722772.tif 000004