(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素数２以上の高次フッ化炭素系ガスと、水蒸気を含む第１の混合ガスを用い、前記高次フッ化炭素系ガスの解離により生成する活性フッ素を、前記水蒸気のプラズマ解離により生成する活性水素により捕捉することにより、前記水蒸気の混合が無い場合に比較して、相対的にカーボンリッチなフッ化炭素系ポリマを被エッチング基板上に堆積しつつ、下地材料層上の酸化シリコン系材料層を、その層厚を実質的に越えない深さまでパターニングする第１のエッチング工程と、
前記第１の混合ガス中の前記水蒸気の混合比を高めた第２の混合ガスを用い、前記酸化シリコン系材料層の厚さ方向の残部をパターニングして前記下地材料層を露出する第２のエッチング工程をこの順に施すことを特徴とする、酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記炭素数２以上の高次フッ化炭素系ガスは炭素およびフッ素のみを構成元素とすることを特徴とする、請求項１記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
炭素数２以上の高次フッ化炭素系ガスと、水蒸気を含む混合ガスを用い、下地材料層上の酸化シリコン系材料層をパターニングする酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法であって、
被エッチング基板の温度を室温以下に制御しつつ、前記混合ガス中に放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ系化合物をさらに添加することを特徴とする、酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
プラズマ密度を、１×１０10／ｃｍ3以上１×１０11／ｃｍ3未満に制御しつつパターニングすることを特徴とする、請求項１ないし３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は半導体装置等の製造分野で適用される酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法に関し、更に詳しくは、被エッチング基板上の酸化シリコン系材料層を、高精度にパターニングする際に用いて有用な酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ等の半導体装置の高集積度化、高性能化が進展するに伴い、そのデザインルールはハーフミクロンからサブクォータミクロンへと縮小しつつある。これに伴い、酸化シリコン系材料層を始めとする各種材料層に微細加工を施し、これをパターニングするためのプラズマエッチング方法に対する技術的要求は、ますます高度化している。
【０００３】
例えば、被エッチング基板の大口径化にともない、８インチ径以上の被エッチング基板の全面にわたり、均一な処理が要求される。またＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  ＩＣ）に代表されるように、多品種少量生産への要求が一部には高い。これらの背景から、プラズマエッチング装置は枚葉式が主流となっている。このため従来のバッチ式のプラズマエッチング装置に劣らない処理能力を維持するためには、被エッチング基板１枚当たりのエッチングレートを大幅に向上させる必要がある。
【０００４】
また半導体デバイスの信号処理の高速化や、半導体素子自体の微細化を図るため、例えばＭＯＳトランジスタにおいては不純物拡散層の接合深さが浅くなり、その他の各種材料層の厚さも薄くなっている。このような半導体装置の製造プロセスにおいては、従来以上に対下地材料層との選択性に優れ、下地材料層のダメージが少ないプラズマエッチング方法が求められる。
【０００５】
さらに、対レジストマスクの選択比向上も重要な問題である。微細なデザインルールの半導体装置を安定に製造するために、プラズマエッチング中に生じるレジストマスクの後退による寸法変換差の発生は、極く僅かなレベルのものでも許容され難くなりつつあるからでる。
【０００６】
酸化シリコン系材料層のプラズマエッチングは、強固なＳｉ−Ｏ結合を切断する必要があるため、従来からイオン性の強いエッチングモードが採用されている。一般的なエッチングガスはＣＦ4 を代表とするＣＦ系ガスを主体とするものであり、ＣＦ系ガスから解離生成するＣＦx + の入射イオンエネルギによるスパッタリング作用と、構成元素である炭素の還元性によるＳｉ−Ｏ結合の分解作用を利用するものである。しかしイオンモードのプラズマエッチングの特徴として、エッチングレートは一般に小さい。そこで高速エッチングを指向して入射イオンエネルギを高めると、エッチング反応は物理的なスパッタリング反応に近くなり、選択性は低下する。すなわち、ＣＦ系ガスによる酸化シリコン系材料層のプラズマエッチングは、高速性と選択性は両立しがたいものであった。
【０００７】
酸化シリコン系材料層のプラズマエッチングにおける選択性を向上するため、ＣＦ系ガスにＨ2 を添加したり、分子中にＨを含むＣＨＦ3 等ＣＨＦ系ガスを採用する従来技術がある。これはプラズマ中に生成するＨラジカル（Ｈ* ）により、プラズマ中の過剰なＦ* を捕捉し、ＨＦの形でエッチングチャンバ外に除去し、エッチング反応系の実質的なＣ／Ｆ比（Ｃ原子とＦ原子の割合い）を増加させる思想にもとづく。Ｃ／Ｆ比の増加は、エッチングと競合して堆積するフッ化炭素系ポリマ中のＦ原子の含有量を低減し、イオン入射耐性等の膜質を強化する作用があり、したがってＳｉ等の下地との選択性を向上する効果がある。フッ化炭素系ポリマは、酸化シリコン系材料層上ではその表面からスパッタアウトされるＯ原子と反応して酸化除去されるので堆積せず、エッチングレートを低下することは実質上ない。しかしフッ化炭素系ポリマは、酸化作用を有さないＳｉ等の下地上に専ら堆積し、イオン入射から下地を保護するため実質的なエッチングストッパとして機能し、このために選択比が向上するのである。これらＣ／Ｆ比の概念や高選択性が達成される機構については、例えばＪ．Ｖａｃ．Ｓｃｉｅｎｃｅ．Ｔｅｃｈ，１６（２），３９１（１９７９）に報告されている。
【０００８】
また最近においては、イオン入射耐性という物理的観点とは異なった立場からフッ化炭素系ポリマの膜質を見直す動向がある。すなわち、Ｆ原子リッチなフッ化炭素系ポリマが下地材料層であるＳｉ等の露出面に堆積した場合には、フッ化炭素系ポリマ中のＦ原子と下地のＳｉ原子とは、単なる吸着あるいは付着にとどまらず、イオンの入射にアシストされて化学反応および反応生成物の脱離過程と進む。この一連の過程は正しくエッチングであり、対下地材料層の選択比が得られない結果となる。このような観点から、フッ化炭素系ガスにＣＯを添加し、プラズマ中の過剰なＦ* をＣＯＦx 等の形で捕捉してＣ／Ｆ比を増加する試みが第３９回応用物理学関係連合講演会（１９９３年春季年会）講演予稿集ｐ６１４、講演番号３１ａ−ＺＥ−１０に報告されている。また同様の観点から、ＮＦ3 等の無機フッ素系エッチングガスにＣＯを添加して余剰のＦ* を捕捉し、選択比を向上する提案が、例えば米国特許第４，８０７，０１６号明細書に開示されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、フッ化炭素系ガスにＨ2 やＣＯを添加して下地材料層との選択比を向上する手法においては、これら添加ガスの引火性や安全性について充分な配慮が必要である。とりわけクリーンルーム等の閉鎖空間での取り扱いには、検討の余地が大きい。また実用化に当たっては排気ガスの処理設備を新たに設ける必要がある。
【００１０】
本発明は、上述した酸化シリコン系材料層のプラズマエッチングに関する各種問題点を解決することをその課題としている。すなわち本発明の課題は、下地材料層上に形成された酸化シリコン系材料層をパターニングするに当たり、対下地材料層および対レジストマスクの選択比に優れたプラズマエッチング方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の課題は、エッチングガスング系からＨ2 やＣＯ等、使用にあたって引火性や安全性に検討の余地のあるガスを排除し、また新たに排気ガス処理施設等の設備投資が不要な酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法は、上記課題を解決するために提案するものであり、炭素数２以上の高次フッ化炭素系ガスと、水蒸気を含む第１の混合ガスを用い、高次フッ化炭素系ガスの解離により生成する活性フッ素を、水蒸気のプラズマ解離により生成する活性水素により捕捉することにより、水蒸気の混合が無い場合に比較して、相対的にカーボンリッチなフッ化炭素系ポリマを被エッチング基板上に堆積しつつ、下地材料層上の酸化シリコン系材料層を、その層厚を実質的に越えない深さまでパターニングする第１のエッチング工程と、第１の混合ガス中の水蒸気の混合比を高めた第２の混合ガスを用い、酸化シリコン系材料層の厚さ方向の残部をパターニングして下地材料層を露出する第２のエッチング工程をこの順に施すことを特徴とするものである。ここで述べた下地材料層上の酸化シリコン系材料層を、その層厚を実質的に越えない深さまでパターニングする、という意味は、下地材料層が露出する直前までパターニングするということである。ただしエッチングレートのわずかな不均一性から、被エッチング基板上の一部において下地材料層が不可避的に僅かに露出した場合も含むものとする。
【００１３】
本発明で採用する炭素数２以上の高次フッ化炭素系ガスは一般式ＣnＦmあるいはこれらの化合物内のＦ原子の一部をＨで置換したＣnＨlＦm-l（ｎ、ｍおよびｌはそれぞれ自然数、ｎは２以上）で表される化合物であり、飽和化合物あるいは不飽和化合物の別を問わない。
【００１４】
さらに本発明の酸化シリコン系材料層のプラズマエッチング方法は、被エッチング基板の温度を室温以下に制御しつつ、炭素数２以上の高次フッ化炭素系ガスと水蒸気を含む混合ガス中に、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ系化合物をさらに添加することを特徴とするものである。本発明で用いる放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ系ガスは、具体的にはＳ2 Ｆ2 、ＳＦ2 、ＳＦ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 、およびＳ2 Ｂｒ10が例示され、これら単独または組み合わせて使用できる。室温において液状の化合物は、公知の方法で加熱気化して用いればよい。ハロゲン化イオウガスとして一般的なＳＦ6 は、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出することは困難であるので、これを除外する。
【００１５】
本発明では、いずれのプラズマエッチング方法においても、プラズマ密度を１×１０10／ｃｍ3 以上１×１０11／ｃｍ3 未満に制御しつつパターニングすることが望ましい。
【００１６】
【作用】
本発明の骨子は、水蒸気すなわちＨ2Ｏがプラズマ中で解離して生成するＨ*およびＨ+を利用し、これによりプラズマ中の過剰なＦ*およびＦ+を捕捉してＨＦないし一部ＨＯＦの形でエッチングチャンバ外へ除去し、エッチング反応系のＣ／Ｆ比を制御する点にある。この結果、被エッチング基板上に堆積するフッ化炭素系ポリマはカーボンリッチでイオン入射耐性の高い膜となり、主として露出したＳｉ等の下地材料層上に堆積し、エッチング選択比を向上するのである。このカーボンリッチなフッ化炭素系ポリマは、フッ素成分が少ないのでイオン入射にアシストされる形で下地材料層と化学反応および反応生成物の脱離過程と進むことはなく、この面からも対下地材料層選択比は向上する。
また、炭素数２以上の高次フッ化炭素系ガスを含むエッチングガスを用いることで、放電解離により生成するメインエッチャントであるＣＦX+の生成効率が向上する。
【００１７】
水蒸気の解離によるＨ* およびＨ+ の生成、およびＦ* およびＦ+ を捕捉してＨＦないし一部ＨＯＦの形でエッチングチャンバ外へ除去する反応過程は、プラズマ密度を１×１０10／ｃｍ3 以上１×１０11／ｃｍ3 未満に制御した場合に効果的に進行する。プラズマ密度が１×１０10／ｃｍ3 未満ではフッ化炭素系ガスの解離効率が不十分で、メインエッチャントであるＣＦx + が不足し、実用的なエッチングレートが得られ難い。またＨ2 Ｏの解離も不十分である。一方プラズマ密度が１×１０11／ｃｍ3 を超えると、本来エッチングチャンバ外に排気されるべきＨＦないしＨＯＦが再解離し、Ｆ* およびＦ+ の捕捉が十分でなく、堆積するフッ化炭素系ポリマ中のＦ含有量を低減することが困難となる。すなわちエッチング選択比を向上することが困難となる。
【００１８】
ところで、従来一般的に用いられている平行平板型ＲＩＥ装置が発生しうるプラズマ密度は１×１０9 ／ｃｍ3 台、磁場を併用した平行平板型マグネトロンＲＩＥ装置で１×１０10／ｃｍ3 台、高密度プラズマエッチング装置と呼ばれるＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマエッチング装置、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ、誘導結合プラズマ）エッチング装置およびヘリコン波プラズマエッチング装置等では１×１０11／ｃｍ3 超１×１０13／ｃｍ3 未満程度である。すなわち、本発明のプラズマエッチング方法は、平行平板型マグネトロンＲＩＥ装置を用いる場合に好ましい結果を得ることができる。
【００１９】
本発明は以上のような技術的思想を根底としているが、さらに一層のエッチングレートの向上と高選択比を達成するため、プラズマエッチングを２段階化する方法を提案する。すなわち、ジャストエッチング工程に相当する第１のプラズマエッチング工程が終了した時点で混合ガスの混合比を変更し、第２のプラズマエッチング工程、すなわち、オーバーエッチング工程においては水蒸気の混合比を高める。この２段階エッチングにより、第１のプラズマエッチング工程においては実用的な高速エッチングレートを、第２のプラズマエッチング工程においてはさらに高い対下地材料層選択比を達成できる。
【００２０】
本発明においてはさらに、被エッチング基板温度を室温以下に制御しつつ、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ系ガスを添加する方法をも提案する。これらハロゲン化イオウ系ガスの添加により、被エッチング基板上にはフッ化炭素系ポリマの他にイオウが堆積し、Ｓｉ等の対下地材料選択比や対レジストマスク選択比がさらに向上する。一方酸化シリコン系材料層表面では、スパッタリングにより放出されるＯにより、ＳＯやＳＯ2 となって速やかに除去されるので、エッチングレートの低下は事実上起こらない。したがって、エッチングレートを確保したまま高選択比エッチングが可能となる。
【００２１】
酸化シリコン系材料層のパターニング終了後は、被エッチング基板を９０℃〜１００℃に加熱すれば堆積したイオウは昇華除去され、被エッチング基板に対するコンタミネーションを残す虞れはない。イオウは、レジストアッシングの際にレジストと同時に酸化除去することも可能である。なお、これらハロゲン化イオウ系ガスとともに、Ｎ2 やＮ2 Ｈ4 等のＮ系ガスを添加すれば、被エッチング基板上には窒化イオウポリマであるポリチアジルが堆積する。ポリチアジルはイオウよりさらにイオン入射耐性が大きく、選択比向上やダメージ防止効果が高い。ポリチアジルもプラズマエッチング終了後は昇華除去可能であり、昇華温度は減圧下で約１５０℃以上である。イオウおよびポリチアジルの昇華温度から明らかなように、被エッチング基板温度がこれら昇華温度未満であればイオウあるいはポリチアジルは堆積可能である。ただし堆積膜の安定性の観点からは、被エッチング基板温度を室温以下、例えば２０〜２５℃以下に制御することが望ましい。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を一例としてコンタクトホール加工に適用した具体的実施例につき、添付図面を参照して説明する。
【００２３】
実施例１
本実施例は、フッ化炭素系ガスであるＣ4 Ｆ8 と、Ｈ2 Ｏを含む混合ガスにより、シリコン基板上のＳｉＯ2 からなる酸化シリコン系材料層をプラズマエッチングしてコンタクトホールを形成した例であり、これを図１（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。
【００２４】
まず図１（ａ）に示すように、予め不純物拡散層２等が形成されたＳｉ等の半導体基板１上に、ＳｉＯ2 からなる酸化シリコン系材料層３を形成する。つぎに化学増幅型レジストとＫｒＦエキシマレーザリソグラフィにより、０．３５μｍの開口径を有するレジストマスク４を接続孔開口位置にパターニングする。酸化シリコン系材料層３の厚さは一例として６００ｎｍであり、減圧ＣＶＤ等により形成する。ここまで形成した図１（ａ）に示すサンプルを、被エッチング基板とする。
【００２５】
つぎにこの被エッチング基板を磁場を併用したマグネトロンＲＩＥ装置の基板ステージ上に載置し、下記条件により酸化シリコン系材料層３の露出部分をプラズマエッチングする。なお基板ステージは、アルコール系冷媒が循環する冷却配管を内蔵することにより、０℃以下に温度制御できるものである。
Ｃ4 Ｆ8                 ７０  ｓｃｃｍ
Ｈ2 Ｏ                  ３０  ｓｃｃｍ
ガス圧力              ４．０  Ｐａ
ＲＦ電源パワー        ７００  Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
磁界強度      １．５×１０-2  Ｔ
被エッチング基板温度  −２０  ℃
このプラズマエッチング過程においては、Ｆ* によるラジカル反応が、主としてＣＦx + のイオン入射にアシストされる形で酸化シリコン系材料層のプラズマエッチングが進行した。エッチングレートは６００ｎｍ／ｍｉｎであった。
【００２６】
またプラズマ中にはＨ2 Ｏの解離により生成したＨ* やＯＨ* あるいはこれらのイオンが、Ｃ4 Ｆ8 の解離によい生成し過剰なＦ* やそのイオンを捕捉する。この結果、被エッチング基板上に堆積するフッ化炭素系ポリマは、Ｆ成分の含有量の少ないものであり、高いイオン入射耐性を有していた。フッ化炭素系ポリマは、プラズマエッチングにより露出する下地材料層であるシリコン等の半導体基板、正確には不純物拡散層２上やレジストマスク４上に主として堆積する結果、高い選択比が得られる。すなわち、下地材料層である半導体基板１が露出した段階で、その表面にフッ化炭素系ポリマが堆積するのでエッチングレートは大幅に低下し、この結果高い選択比が達成されるのである。本実施例においては、被エッチング基板が−２０℃に制御されていることから、Ｆ* によるラジカル反応が抑制されている。この結果、主としてラジカルモードでエッチングが進行するレジスト材料や下地材料層であるＳｉのエッチングレートが低下し、これも選択比向上の一因と考えられる。しかし選択比向上の寄与の割合は、イオン入射耐性の高いフッ化炭素系ポリマによるものが大勢を占めている。選択比は、対下地材料層が約３５、対レジストマスクが約１０であった。被エッチング基板にコンタクトホール５が開口された、プラズマエッチング終了後の状態を図１（ｂ）に示す。
【００２７】
本実施例によれば、フッ化炭素系ガスと水蒸気を含む混合ガスを用いることにより、高い選択比と実用的なエッチングレートをともに達成することができる。
【００２８】
実施例２
本実施例は、フッ化炭素系ガスとしてＣ3 Ｆ8 と、Ｈ2 Ｏを含む混合ガスにより、酸化シリコン系材料層を２段階エッチングした例であり、これを図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００２９】
本実施例で採用した図２（ａ）に示す被エッチング基板は、実施例１で説明した図１（ａ）に示す被エッチング基板と同一であるので、重複する説明を省略する。この被エッチング基板を磁場を併用したマグネトロンＲＩＥ装置の基板ステージ上に載置し、下記第１のエッチング条件により酸化シリコン系材料層３の露出部分をプラズマエッチングする。
Ｃ3 Ｆ8                 ８０  ｓｃｃｍ
Ｈ2 Ｏ                  ２０  ｓｃｃｍ
ガス圧力              ４．０  Ｐａ
ＲＦ電源パワー        ７００  Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
磁界強度      １．５×１０-2  Ｔ
被エッチング基板温度  −３０  ℃
この第１のエッチング工程は、下地材料層である半導体基板１、より正確には半導体基板１に形成された不純物拡散層２が露出する直前まで継続した。本プラズマエッチング過程におけるエッチング機構は前実施例と基本的には同じであるが、フッ化炭素系ガスの混合比が多いことにより、エッチングレートは約７００ｎｍ／ｍｉｎであった。第１のエッチング工程終了後の被エッチング基板の状態を図１（ｂ）に示す。
【００３０】
次にエッチング条件を切り替え、一例として下記条件により第２のエッチング工程を施す。この工程はオーバーエッチング工程である。
Ｃ3 Ｆ8                 ６０  ｓｃｃｍ
Ｈ2 Ｏ                  ４０  ｓｃｃｍ
ガス圧力              ４．０  Ｐａ
ＲＦ電源パワー        ７００  Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
磁界強度      １．５×１０-2  Ｔ
被エッチング基板温度  −３０  ℃
本第２のエッチング過程においては、Ｈ2 Ｏの混合比が第１のエッチング条件よりも高いことから、堆積するフッ化炭素系ポリマの膜質はさらに強力なものとなり、露出する下地材料層である不純物拡散層２の表面を確実に保護する。本第２のエッチング工程のエッチングレートは、第１のエッチング工程のエッチングレートよりは小さいものの、酸化シリコン系材料層３の厚さ方向の残部の厚さは極く薄いので、パターニング工程全体のスループットが低下する迄には至らない。この結果、下地材料層にダメージを与えることなく、良好な異方性形状を有するコンタクトホールが形成された。この状態を図２（ｃ）に示す。
【００３１】
本実施例によれば、Ｃ3 Ｆ8 とＨ2 Ｏを含む混合ガスを用い、その混合比を変えた２段階エッチングを採用することで、実施例１におけるよりもさらに高いエッチングレートと高い選択比、および下地材料層に与える低ダメージ性をともに達成することができる。
【００３２】
実施例３
本実施例は、フッ化炭素系ガスであるＣ4 Ｆ8 と、Ｈ2 Ｏを含む混合ガスに、さらに放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ化合物としてＳ2 Ｆ2 を添加し、被エッチング基板を室温以下に制御しながら酸化シリコン系材料層をパターニングした例であり、これを再び図１（ａ）〜（ｂ）を参照して説明する。
【００３３】
先に説明した図１（ａ）に示す被エッチング基板を、平行平板型マグネトロンＲＩＥ装置の基板ステージ上にセッティングし、一例として下記エッチング条件により酸化シリコン系材料層３をパターニングした。なお基板ステージは、アルコール系冷媒が循環する冷却配管を内蔵することにより０℃以下に温度制御できるとともに、内蔵のヒータ等により１００℃以上に加熱できるものである。
Ｃ4 Ｆ8                 ５０  ｓｃｃｍ
Ｈ2 Ｏ                  ２０  ｓｃｃｍ
Ｓ2 Ｆ2                 ３０  ｓｃｃｍ
ガス圧力              ４．０  Ｐａ
ＲＦ電源パワー        ７００  Ｗ（１３．５６ＭＨｚ）
磁界強度      １．５×１０-2  Ｔ
被エッチング基板温度  −２０  ℃
このプラズマエッチング過程においては、Ｃ4 Ｆ8 やＳ2 Ｆ2 の解離により生成するＦ* によるラジカル反応が、主としてＣＦx + やＳＦ+ のイオン入射にアシストされる形で酸化シリコン系材料層のプラズマエッチングが進行した。
【００３４】
また被エッチング基板上に堆積するフッ化炭素系ポリマは、Ｆ成分の含有量の少ないものであり、高いイオン入射耐性を有するものである。同時にイオウも堆積しイオン入射耐性に向上に寄与するので、フッ化炭素系ポリマの堆積は相対的に少量でその目的が達成される。プラズマエッチング終了後の被エッチング基板の状態を図１（ｂ）に示す。
【００３５】
本実施例によれば、Ｃ4 Ｆ8 とＨ2 Ｏの混合ガスに、さらにＳ2 Ｆ2 を添加し、被エッチング基板を室温以下に制御しながら酸化シリコン系材料層をパターニングすることにより、高い選択比、および下地材料層に与える低ダメージ性をともに達成することができる。特に本実施例においては、プラズマエッチング終了後、基板ステージを９０℃〜１００℃に加熱することにより、被エッチング基板上や基板ステージ近傍に堆積したイオウは、容易に昇華除去できる。このため、被エッチング基板の処理枚数を重ねて連続処理を行っても、フッ化炭素系ポリマ過剰なチャンバ内雰囲気が形成されることなく、エッチングレートの低下やマイクロローディング効果が発生することはない。またチャンバ内のパーティクルレベルが増加することもない。
【００３６】
以上、本発明を３つの実施例により説明したが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【００３７】
例えば、フッ化炭素系ガスとしてＣ4 Ｆ8 とＣ3 Ｆ8 を例示したが、飽和、不飽和を問わず他のＣＦ系ガスを単独または組み合わせて用いることができる。Ｆ原子の一部がＨに置換されたＣＨＦ系ガスを用いてもよい。同じく、Ｆ原子の一部がＣｌやＢｒ等他のハロゲン原子に置換された化合物であってもよい。
【００３８】
放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ系ガスとして、Ｓ2 Ｆ2 を代表としてとりあげたが、これ以外にＳＦ2 、ＳＦ4 、Ｓ2 Ｆ10、Ｓ2 Ｃｌ2 、Ｓ3 Ｃｌ2 、ＳＣｌ2 、Ｓ2 Ｂｒ2 、Ｓ3 Ｂｒ2 、およびＳ2 Ｂｒ10が例示され、これら単独または組み合わせて使用できる。
【００３９】
酸化シリコン系材料層としてＳｉＯ2 を例示したが、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等不純物を含有したシリケートガラス、あるいはＳｉＯＮやＳｉＯＦ等、ＮやＦ等の元素を含むもの、あるいはこれらの積層構造膜であってもよい。またコンタクトホール加工に限らず、バイアホール加工や、ＬＤＤサイドウォールスペーサ加工等、下地材料層との高選択比が要求される各種プラズマエッチングに適用可能である。
【００４０】
その他、被エッチング基板の構造、プラズマエッチング装置、プラズマエッチング条件等、本発明の技術的思想の範囲内で適宜選択して適用することが可能である。
【００４１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明は炭素数２以上の高次フッ化炭素系ガスと、水蒸気を含む混合ガスを用い、高次フッ化炭素系ガスの解離により生成する活性フッ素を、水蒸気のプラズマ解離により生成する活性水素により捕捉することにより、水蒸気の混合が無い場合に比較して、相対的にカーボンリッチなフッ化炭素系ポリマを被エッチング基板上に堆積しつつ、下地材料層上の酸化シリコン系材料層をパターニングすることにより、被エッチング基板上に堆積するフッ化炭素系ポリマの膜質を強化することができる。これにより、メインエッチャントであるＣＦX+の生成効率を向上させるとともに、実用的なエッチングレートを確保したまま対下地材料層選択比および対レジストマスク選択比を向上できる。また堆積膜の膜質が強化されたマージンを、堆積膜量の低減に振り向けることができ、この結果パーティクル汚染の低減が図れる。ここにあげた効果は、Ｈ2やＣＯ等、安全性に検討の余地を残すガスを用いる必要がないので、廃ガス処理手段やガスリークのアラーム手段等の新たな設備を付加することなく実現できる。
【００４２】
また、エッチング工程を２段階化し、ジャストエッチング工程とオーバーエッチング工程とでエッチングガスの混合比を変更することにより、より一層の高選択比と、エッチングレートの高速化を達成できる。
【００４３】
本願の請求項３の発明によれば、フッ化炭素系ガスと水蒸気を含む混合ガスに、さらに放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出しうるハロゲン化イオウ系ガスを添加することにより、高選択比の効果に加え、特にエッチング工程を重ねた場合のパーティクル汚染の低減やエッチングレートの低下防止あるいはマイクロローディング効果防止の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマエッチング方法を適用した実施例１および３を、その工程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は酸化シリコン系材料層上にコンタクトホール開口用のレジストマスクを形成した状態、（ｂ）は酸化シリコン系材料層をパターニングしてコンタクトホールを完成した状態である。
【図２】本発明のプラズマエッチング方法を適用した実施例２を、その工程順に説明する概略断面図であり、（ａ）は酸化シリコン系材料層上にコンタクトホール開口用のレジストマスクを形成した状態、（ｂ）は酸化シリコン系材料層を、その層厚を実質的に越えない深さまでパターニングした状態、（ｃ）は酸化シリコン系材料層の層厚方向の残部をパターニングしてコンタクトホールを完成した状態である。
【符号の説明】
１      半導体基板
２      不純物拡散層
３      酸化シリコン系材料層
４      レジストマスク
５      コンタクトホール
【図１】
0003718537.tif 000002
【図２】
0003718537.tif 000003