(57)【要約】【課題】コンタクト抵抗の低抵抗化と、コンタクト抵抗の面内ばらつきの低減とを両立することができる半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】コンタクトホール底部に対して、堆積物および半導体基板中のダメージ層の除去を目的として実施されるライトエッチング処理を、放電管２の周囲に配置されたリング状の電極１と半導体基板３との距離を調整した状況下で行う。当該距離は予め取得された、電極１と半導体基板３との間の距離と、コンタクト抵抗およびコンタクト抵抗のばらつきとの関係に基づいて設定することができる。【選択図】図２
2008166335.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と上層配線とを電気的に接続するコンタクト構造を備える半導体装置の製造方法において、
半導体基板上に層間絶縁膜を形成するステップと、
前記層間絶縁膜に貫通孔を形成するステップと、
前記貫通孔に形成されるコンタクト構造のコンタクト抵抗およびそのコンタクト抵抗のばらつきが所定の範囲内になる状態にプラズマの高密度領域と前記半導体基板との距離を調整した状況下で、前記貫通孔に対してプラズマ処理を行うステップと、
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】
前記距離の調整が、前記プラズマを生成するための電力を供給する電極の移動により行われる請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記距離が、予め取得したプラズマの高密度領域と前記半導体基板との間の距離と、コンタクト抵抗およびコンタクト抵抗のばらつきとの関係に基づいて設定される請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記プラズマ処理が、ダウンフロー方式のプラズマ処理装置において、四フッ化炭素ガスと酸素ガスとを含むプロセスガスを使用して行われる実施される請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記プラズマ処理は、前記半導体基板が収容される処理室上部のプラズマ発生室の外周に沿って配置されたプラズマ生成用のリング状電極を備えた、ダウンフロー方式のプラズマ処理装置において行われる請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板と前記リング状電極下端との距離が１０２ｍｍ以上である請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
処理室に収容された半導体基板のプラズマ処理を行うダウンフロー方式のプラズマ処理装置において、
鉛直軸心を有する円筒状のプラズマ発生室と、
前記プラズマ発生室の外周に沿ってリング状に、かつ前記プラズマ発生室の外面に沿って鉛直方向に移動可能に設けられたプラズマ生成用の電極と、
前記電極を鉛直方向の所定位置に保持する支持部材と、
を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
【請求項８】
前記支持部材が、前記プラズマ発生室外面の同一の高さに、少なくとも３箇所設けられた突起である請求項７記載のプラズマ処理装置。
【請求項９】
前記突起の材質が、前記プラズマ発生室の材質と同一である請求項８記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置に関し、特に、半導体基板と上層配線とを電気的に接続するコンタクト構造を備える半導体装置の製造方法およびその方法の実施に好適なプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多層配線構造を有する半導体装置は、層間絶縁膜を挟んで配設された異なる配線層を電気的に接続するコンタクト構造を備えている。コンタクト構造は、層間絶縁膜に形成された貫通孔（コンタクトホール）に導電体（コンタクトプラグ）を充填することにより形成される。近年、半導体装置の素子パターンの微細化に伴って、特に、半導体基板と上層配線とを接続するコンタクトホールの径が小さくなっている。コンタクトホール径が小さくなると、半導体基板とコンタクトプラグとの間の接触面積が減少する。その接触面積減少の結果、コンタクトホール底部におけるコンタクトプラグと半導体基板との接続状態によりコンタクト抵抗値が大きく変動するようになっている。このため、均質なコンタクトホールを安定して形成する技術が必要とされている。
【０００３】
公知のように、層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するエッチング工程では、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）方式のプラズマエッチング装置が使用されている。図１６は、当該エッチング直後のコンタクトホールを示す断面図である。図１６では、シリコン基板等の半導体基板１３上に形成された、ＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）膜等からなる層間絶縁膜１６に対してエッチングを行っている。また、層間絶縁膜１６上には、エッチングマスクとして、コンタクトホール形成位置に開口を有するレジストパターン１７が公知のリソグラフィ技術により形成されている。なお、シリコン酸化膜のエッチングを行う場合、プロセスガスとしてフルオロカーボン系のガスが使用される。
【０００４】
図１６に示すように、エッチング直後のコンタクトホール底部には、エッチング処理中に生成された反応生成物が堆積し、堆積層１４が形成される。また、エッチング処理中にコンタクトホールの底部に露出した半導体基板１３には、炭素、フッ素、水素等が入射する。そのイオン衝撃により、半導体基板１３の表面部には、損傷したシリコン層１５（以下、ダメージ層１５という）が形成される。当該状態でコンタクトホールにコンタクトプラグを充填すると、当該コンタクトプラグと半導体基板１３との間に堆積層１４およびダメージ層１５が介在する。堆積層１４およびダメージ層１５は高い電気抵抗率を有している。このため、半導体基板とコンタクトプラグとの間のコンタクト抵抗が高くなる、あるいは半導体基板とコンタクトプラグとが断線状態となり、不完全な接続が形成される。
【０００５】
上述の堆積層１４およびダメージ層１５を除去することを目的として、従来から、コンタクトホールを形成するエッチング処理の直後に、ライトエッチング処理と呼ばれるプラズマ処理が実施されている。ライトエッチング処理の処理条件を最適化することは、安定したコンタクト抵抗を得るために必須である。
【０００６】
図１７は、コンタクトホール形成およびライトエッチング処理を連続的に処理するための、複数の処理室を備えたプラズマ処理装置の概略構成図である。図１７に示すように、当該プラズマ処理装置は、コンタクトホール形成エッチングを行うＲＩＥ方式のプラズマ処理室２１（以下、ＲＩＥ処理室２１という。）と、ライトエッチング処理を行うダウンフロー方式のプラズマ処理室２２（以下、ダウンフロー処理室２２という。）とを備える。ＲＩＥ処理室２１とダウンフロー処理室２２とは、予備室２３を介して連結されている。また、ＲＩＥ処理室２１には搬入側予備室２４が接続され、ダウンフロー処理室２２には搬出側予備室２５が接続されている。各室の連結部には開閉自在に構成された隔壁が配置されており、各処理室２１、２２、および各予備室２３〜２５の内部圧力はそれぞれ独立して調整可能になっている。処理対象の半導体基板は、図１７に矢印２０で示す経路で移送されると共に、各処理室２１、２２において処理が行われる。
【０００７】
当該プラズマ処理装置においてエッチング処理を行う場合、例えば、複数枚の半導体基板を収容したカセット式の基板ホルダが搬入側予備室２４に配置される。そして、搬入側予備室２４の内部圧力が処理室２１の内部圧力と同等の圧力にまで減圧されると、搬入側予備室２４からＲＩＥ処理室２１へ１枚の基板が搬入される。ＲＩＥ処理室２１においてコンタクトホールの形成が完了すると、ＲＩＥ処理室２１の内部圧力と同等の内部圧力に減圧された予備室２３に処理済の半導体基板が搬出される。半導体基板が搬入された予備室２３の内部圧力は、ダウンフロー処理室２２と同等の内部圧力となるまで昇圧または減圧される。内圧調整が完了すると、半導体基板はダウンフロー処理室２２に搬入される。ダウンフロー処理室２２においてライトエッチング処理が完了した半導体基板は、ダウンフロー処理室２２の内部圧力と同等の内部圧力まで減圧された搬出用予備室２５に搬出され、基板ホルダへ収容される。以上の処理が、搬入側予備室２４に搬入された全ての半導体基板に対して実施されると、搬出側予備室２５が大気開放され、基板ホルダが取り出される。
【０００８】
図１８は、ダウンフロー処理室２２の概略構成を示す縦断面図である。また、図１９は、ダウンフロー処理室２２の概略構成を示す横断面図である。図１８に示すように、ダウンフロー処理室２２は、基部１０４上に下端が開放された円筒状の放電管１０２が配置された構造を有する。放電管１０２は石英等により構成されている。放電管１０２の上部にはガス導入口１０７が設けられている。プロセスガス１０８はガス導入口１０７から放電管１０２内に導入される。また、基部１０４の下部には、図示しない真空ポンプに接続された排気口１０６が設けられている。ガス導入口１０７から導入されるガス量に応じて排気口１０６からの排気量を調整することにより、プラズマ処理室２２の内部圧力が一定に保持される。なお、レジストパターン１７が形成された半導体基板１０３（以下、単に半導体基板１０３という。）は、基部１０４の内部に設けられた試料台１０５上に載置される。
【０００９】
図１８および図１９に示すように、放電管１０２の上部には、放電管１０２の外周に沿ってリング状の電極１０１が配置されている。電極１０１に高周波電力を印加することにより、放電管１０２内にプロセスガス１０８のプラズマ１１０が生成される。プラズマ１１０内で発生したラジカルは、放電管１０２内のガス流１０９にしたがって半導体基板１０３まで輸送される。半導体基板１０３に到達したラジカルは、コンタクトホール底部の堆積層１４およびダメージ層１５と化学的に反応する。当該反応により、図２０の断面図に示すように、コンタクトホール底部の堆積層１４およびダメージ層１５が除去される。当該状態でコンタクトホール内にコンタクトプラグを形成すると、コンタクトプラグが半導体基板１３に直接接触するため、低コンタクト抵抗を実現することができる。
【００１０】
また、後掲の特許文献１には、プラズマ生成中のプラズマ処理室内の圧力を制御することにより、低コンタクト抵抗を実現する技術が開示されている。特許文献１に記載された技術は、酸化膜からなる層間絶縁膜にコンタクトホールを形成するエッチングを実施した後、同一の処理室内に少なくとも酸素ガスを導入する。このとき、処理室内のガス圧力は１０ｍＴｏｒｒ以上に制御されている。当該状況下で処理室の周囲に配置されたコイルに高周波電力を印加し、処理室内に比較的プラズマ密度の低い酸素プラズマを生成する。当該酸素プラズマにより、コンタクトホール底部に堆積したポリマ層が除去される。この技術によれば、ポリマ層を除去する際にシリコン基板に入射する酸素イオン量を少なくすることができるため、シリコン基板内部に形成される酸化膜層を薄くすることができる。このため、低コンタクト抵抗を実現することができるとされている。
【特許文献１】特開平９−１６２１６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示された技術は、図１６において、酸素プラズマによって堆積層１４を除去する際に形成されるダメージ層１５の膜厚を薄くすることによりコンタクト抵抗を低減する。したがって、ライトエッチング処理後の半導体基板１３の表面には、ダメージ層１５が残存している。しかしながら、特許文献１では、半導体基板１３に形成されるダメージ層１５の基板面内均一性については一切考慮されていない。すなわち、特許文献１に開示された技術によれば、低コンタクト抵抗を得ることができるにしても、シリコン基板の面内におけるコンタクト抵抗のばらつきまで低減することはできない。例えば、基板面内におけるコンタクト抵抗が大きなばらつきを有する場合、半導体装置の安定生産、並びに品質保持が困難になる。このため、コンタクト抵抗の低抵抗化と、コンタクト抵抗の基板内ばらつきの低減とを共に実現する観点では、特許文献１に開示された技術は不完全な技術といえる。
【００１２】
本発明は、上記従来の事情を鑑みて提案されたものであって、コンタクト抵抗の低抵抗化と、コンタクト抵抗の面内ばらつきの低減とを両立することができる半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、半導体基板と上層配線とを電気的に接続するコンタクト構造を備える半導体装置の製造方法を前提としている。そして、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板上に層間絶縁膜を形成し、当該層間絶縁膜に貫通孔を形成する。次いで、上記貫通孔に形成されるコンタクト構造のコンタクト抵抗およびそのコンタクト抵抗のばらつきが所定の範囲内になる状態にプラズマの高密度領域と前記半導体基板との距離を調整した状況下で、前記貫通孔に対してプラズマ処理を行う。なお、コンタクト抵抗およびそのコンタクト抵抗のばらつきが所定の範囲内になるプラズマの高密度領域と半導体基板との距離は、実験等により予め取得することができる。
【００１４】
本方法によれば、コンタクトホール形成時にコンタクトホールの底部に堆積した堆積物、およびコンタクトホール底部の半導体基板に形成されたダメージ層を除去するライトエッチング処理を最適な条件で行うことが可能となる。この結果、コンタクト抵抗の低抵抗化とコンタクト抵抗のばらつきの低減とを共に実現することができる。
【００１５】
一方、他の観点では、本発明は上述の半導体装置の製造方法の実施に好適なプラズマ処理装置を提供することができる。すなわち、本発明に係るプラズマ処理装置は、処理室に収容された半導体基板のプラズマ処理を行うダウンフロー方式のプラズマ処理装置であって、鉛直軸心を有する円筒状のプラズマ発生室を備える。当該プラズマ発生室の外周には、その外周に沿ったリング状のプラズマ励起用の電極が、鉛直方向に移動可能に設けられている。さらに、当該プラズマ処理装置は、上記電極を鉛直方向の所定位置に保持する支持部材を備えている。
【００１６】
本構成によれば、メンテナンス毎に発生する電極位置の人為的なばらつきを解消することができる。上記支持部材は、例えば、処理室外面の同一の高さに、少なくとも３箇所設けられた突起により構成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プラズマの高密度領域と半導体基板との距離を調整することにより、ライトエッチング処理の最適化を行うことができ、コンタクト抵抗の低抵抗化とコンタクト抵抗のばらつき低減を同時に達成することができる。また、プラズマの高密度領域と半導体基板との距離の調整を、プラズマを生成するための高周波電力が印加される電極位置のを移動により行う構成とすれば、最適化を容易に行うことができる。
【００１８】
また、本発明のプラズマ処理装置は、電極をプラズマ発生室の所定位置に正確に保持する支持部材を備えるため、メンテナンス毎に発生する電極位置の人為的なばらつきを解消することができる。さらに言えば、電極位置のばらつきが解消されることで、再現性よくコンタクト抵抗の低抵抗化とコンタクト抵抗のばらつき低減を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。以下の実施形態では、図１７に示したプラズマエッチング装置のダウンフロー処理室として本発明を具体化している。
【００２０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるダウンフロー方式のプラズマ処理室の概略構成を示す縦断面図である。図１に示すように、本実施形態のプラズマ処理室は、基部４と、基部４上に配置された、下端が開放された円筒状の放電管２（プラズマ発生室）とにより構成されている。放電管２は石英等の電磁波を透過可能な材質により構成される。プロセスガス８は、放電管２の上部に設けられたガス導入口７から放電管２内に導入される。基部４の下部には、図示しない真空ポンプに接続された排気口６が設けられている。ガス導入口７から導入されるガス量に応じて排気口６からの排気量を調整することにより、処理室の内部圧力が一定に保持される。なお、図１６に例示したようなエッチングマスクが形成された処理対象の半導体基板３（ここでは、シリコン基板。以下、単に半導体基板３という。）は、基部４の内部に設けられた試料台５上に載置される。なお、本実施形態では、試料台５に高周波電力（バイアス）は印加されない。
【００２１】
放電管２の上部には、放電管２の外周を取り巻く状態で配置されたリング状の電極１が配置されている。本実施形態では、電極１は放電管２の軸心に沿って上下に移動可能に配設されている。電極１に高周波電力を印加することにより、外周を電極１に囲まれた放電管２内の領域にプロセスガス８のプラズマ１０が生成され、プラズマ生成領域にプラズマ密度最大となる箇所が生じる。なお、電極１の構造は、放電管２内にプラズマ１０を生成可能であり、かつ放電管２の外面に沿って鉛直方向に移動可能であれば、コイル状等、任意の構造を採用することができる。
【００２２】
したがって、本構成によれば、電極１を鉛直方向に移動させることにより、放電管２内でのプラズマ１０の生成位置を任意位置に変えることができる。すなわち、電極１を移動させることにより、プラズマ１０の高密度領域、特にプラズマ密度が最大となる位置と半導体基板３との距離を変えることができる。なお、電極１は、支持部材により所定高さに保持される。支持部材の構成は特に限定されるものではないが、本実施形態では、電極１に一定の間隔で取り付けられた数個のネジによって放電管２の表面に締め付け、電極１を所定位置に保持している。
【００２３】
プラズマ１０内で発生したラジカルは、放電管２内のガス流９にしたがって半導体基板３まで輸送され、コンタクトホール底部の堆積層１４およびダメージ層１５（図１６参照）と化学的に反応する。当該ケミカルエッチングにより、ライトエッチング処理が進行する。
【００２４】
例えば、図１６に示した断面構造を有する試料のライトエッチング処理では、放電管２内に四フッ化炭素ガス（ＣＦ4ガス）と酸素ガス（Ｏ2ガス）とを２：１の比で混合したガスをプロセスガス８として使用する。ここで、電極１に周波数１３．５６ＭＨｚの高周波電力を印加すると、放電管２内にプロセスガス８のプラズマ１０が生成される。ＣＦ4ガスとＯ2ガスの混合ガスをプラズマ化すると、プラズマ１０内で２ＣＦ4＋Ｏ2→２ＣＯ＋８Ｆの反応が生じ、フッ素ラジカルが生成される。このフッ素ラジカルが半導体基板３に到達すると、ＳｉＣを含むダメージ層１５のＳｉ原子と反応し、ＳｉＦｘが生成される。これにより、コンタクトホール底部のダメージ層１５が除去される。なお、生成されたＳｉＦｘは排気口６を通じてプラズマ処理室の外部に排出される。
【００２５】
続いて、上記構成のプラズマ処理室における電極１の位置とエッチング状態との関係について説明する。図２は、本実施形態の放電管２において、電極１を下限位置に配置した状態を示す図である。図２に示すように、以下では、放電管２の鍔部２ａの上面を基準位置１１とし、当該基準位置１１から電極１の下端１ａまでの距離ｄにより電極１の位置を示す。本実施形態では、電極１の下限位置はｄ＝１２ｍｍとなる。また、本実施形態のプラズマ処理室では、試料台５上に載置された半導体基板３の上面から基準位置１１までの距離は６５ｍｍである。したがって、半導体基板３上面から電極下端１ａまでの距離は距離ｄ＋６５ｍｍとなる。
【００２６】
図３は、電極１を下限位置に配置した状態でライトエッチング処理を行った場合の半導体基板のコンタクト抵抗の分布を示す図である。図３において、縦軸がコンタクト抵抗に対応し、横軸が図中に示す半導体基板上の位置に対応する。また、図３に示すデータを取得する際に使用した試料は、製品（半導体装置）の形成プロセスと同等のプロセス条件により作製されている。また、コンタクトホール形成後に形成されるコンタクトプラグおよび上層配線も、製品の形成プロセスと同等のプロセス条件により作製されている。より具体的には、当該試料は、シリコン基板上に層間絶縁膜としてＢＰＳＧ膜を堆積し、その上面にフォトレジストからなるエッチングマスクを形成している。また、形成したコンタクトホールのアスペクト比は約０．９である。図３より、コンタクト抵抗は、半導体基板面内（基板中央部、および基板周縁部の計５点）において、約２２０〜２８０オームと大きくばらついていることが理解できる。
【００２７】
また、図４は、電極１を下限位置に配置した状態でライトエッチング処理を行った場合の半導体基板付近の発光スペクトルを示す図である。図４において、縦軸は発光強度に対応し、横軸は発光波長に対応している。図４に示すように、電極１が下限位置にある場合、Ｃ−Ｏ結合の輝線である波長４８４ｎｍ、５２０ｎｍ、５６１ｎｍ、および６０８ｎｍの発光ピークが確認できる。
【００２８】
さらに、図５〜図９は、電極１をｄ＝２０ｍｍ、３０ｍｍ、３７ｍｍ、５１ｍｍ、および６５ｍｍの位置にそれぞれ配置した状態でライトエッチング処理を行った場合の半導体基板付近の発光スペクトルを示す図である。なお、各電極位置でのライトエッチング処理は、電極位置以外は同一の条件で実施している。図５から図９に示すように、ｄ＝２０ｍｍである場合、Ｃ−Ｏ結合の輝線は明確な発光ピークとして現れている。そして、ｄ＝３０ｍｍである場合、Ｃ−Ｏ結合の輝線の発光強度が低下し、さらにｄ≧３７ｍｍである場合にはＣ-Ｏ結合の輝線が消滅している。図４〜図９に示した発光強度は、電極１が基準位置１１に近い、すなわち、電極１が半導体基板３に近い場合、半導体基板３の表面付近で炭素と酸素との結合が発生していることを示している。また、電極１が半導体基板３から離れるにつれて、当半導体基板３の表面で当該結合が発生しなくなることも示している。
【００２９】
一方、図１０は、電極１を下限位置（ｄ＝１２ｍｍ）に配置した状態でライトエッチング処理を行った直後のコンタクトホールの断面図である。図１０に示すように、ライトエッチング処理により、フォトレジスト１７がコンタクトホール開口部より横方向に大きく後退する。また、図１１は、電極１をｄ＝６５ｍｍである位置に設置した状態でライトエッチング処理を行った直後のコンタクトホールの断面図である。図１１に示すように、ライトエッチング処理によるフォトレジスト１７の横方向への後退量１８は、電極１を下限位置に設置した場合に比べて極めて小さい。ここで、後退量１８とは、図１０および図１１に示すように層間絶縁膜の最上面におけるコンタクトホール開口端から、フォトレジスト１７の断面において最も後退したレジスト壁面位置までの距離である。
【００３０】
さらに、図１２は、ｄ＝１２ｍｍ、２０ｍｍ、３０ｍｍ、３７ｍｍ、４４ｍｍ、５１ｍｍ、および６５ｍｍである状態でライトエッチングを行った場合のフォトレジスト１７の横方向への後退量１８を示す図である。図１２において、縦軸はレジスト後退量１８に対応し、横軸は電極位置ｄに対応している。図１２に示すように、電極１の位置が半導体基板３に近いほど、後退量１８が大きくなっている。
【００３１】
以上のことから、電極１が半導体基板３に近づくほど、アッシング作用が大きくなっていることが理解できる。すなわち、電極１が半導体基板３に近い場合（ｄ＝１２ｍｍ、２０ｍｍ）、ガス導入口７からＣＦ4ガスとの混合ガスとして導入されたＯ2ガスは、フォトレジスト１７に含まれる炭素と反応しているのである。プラズマ処理室に導入されるプロセスガスの流量は一定であるので、導入されたＯ2ガス（酸素プラズマ）とフォトレジスト１７との反応が発生している場合、上述したＣＦ4ガスとの反応は減少する。したがって、フッ素ラジカルの生成量も減少する。また、Ｏ2ガスとフォトレジスト１７との反応が発生すると、ＣＦ4ガスとＯ2ガスの比率が２：１ではなくなるため、プラズマ１０内にＣＦnラジカルが生成される。ＣＦnラジカルが半導体基板３の表面に到達すると、ＣＦnラジカルとの反応により生成された反応生成物が半導体基板３上に堆積することも考えられる。
【００３２】
一方、電極１を半導体基板３から離れた位置に設置した場合（例えば、ｄ＝６５ｍｍ）、Ｏ2ガスとフォトレジスト１７との反応は生じていない。この場合、ＣＦ4ガスとＯ2ガスとは、上述した反応を経てフッ素ラジカルを生成する。また、図９においてＣ−Ｏ結合を示す発光ピークが確認できないことから、上述反応において生成されたＣＯは半導体基板３に到達することなく排気されていると考えられる。すなわち、半導体基板３にフッ素ラジカルのみが到達することでライトエッチング処理が進行していると考えられる。
【００３３】
図１３は、電極１を上述の各位置に配置してライトエッチング処理を行った場合のコンタクト抵抗値の平均値と分布レンジ（最大値−最小値）を示す図である。図１３において、左縦軸がコンタクト抵抗値（図中に菱形とエラーバーで示す。）に対応し、右縦軸が分布レンジ（図中に四角で示す。）に対応する。また、横軸が電極位置ｄに対応している。図１３に示すように、コンタクト抵抗は、電極１が半導体基板３に近いほど高抵抗でばらつきが大きくなる。逆に、半導体基板３から上方へ離れるほど、コンタクト抵抗は、低抵抗でばらつきが小さくなる。この結果は、上述のメカニズムを反映した結果といえる。
【００３４】
また、図１３より、本実施形態では、電極位置ｄを３７ｍｍ（半導体基板３から１０２ｍｍ）以上離すことで、コンタクト抵抗の低抵抗化とコンタクト抵抗のばらつき低減との双方を実現することができることが理解できる。すなわち、電極位置ｄを３７ｍｍ以上とすることで、Ｏ2ガスとフォトレジスト１７との反応を抑制し、フッ素ラジカルを効率良く生成することができる。この結果、コンタクトホール底部のライトエッチング処理を安定して行うことができる。
【００３５】
ところで、ＣＦ4ガスとＯ2ガスの混合ガスをプラズマ化することにより得られるフッ素ラジカルは、その寿命が長いことが知られている。しかしながら、輸送距離が長くなると再結合により消滅するフッ素ラジカルが増大する。すなわち、フッ素ラジカルの輸送距離が短いほど、コンタクトホール底部に到達するフッ素ラジカルは多くなる。したがって、Ｏ2ガスとフォトレジスト１７との反応が抑制可能な条件下で、半導体基板３にできるだけ近づけて電極１を配置することで、ライトエッチング処理の最適化が達成される。
【００３６】
以上のようにして最適化された電極位置において、ライトエッチング処理を行うことにより、堆積層１４およびダメージ層１５は完全に除去される。この状況下で、コンタクトプラグを形成することで、低コンタクト抵抗を実現することができる。また、堆積層１４とダメージ層１５とが完全に除去できるため、コンタクトプラグと半導体基板との間は、半導体基板面内で均質な状態にある。したがって、コンタクト抵抗のばらつきも低減される。
【００３７】
以上説明したように、本実施形態によれば、ライトエッチング処理を最適な条件で行うことが可能となる。この結果、コンタクト抵抗の低抵抗化とコンタクト抵抗のばらつきの低減とを共に実現することができる。また、プラズマの高密度領域と半導体基板との距離の調整を、プラズマを生成するための高周波電力が印加される電極位置の移動により行うため、最適化を容易に行うことができる。
【００３８】
（第２の実施形態）
上記実施形態では、放電管２（プラズマ発生室）に対して電極１を任意位置に設置できる事例について説明した。しかしながら、上記構成では、例えば、放電室２内の清掃等のメンテナンスを行った際に、人為的な要因により電極の設置位置にばらつきが発生する可能性がある。上述の手法により電極の最適位置が判明した後は、電極は当該最適位置に再現性よく配置できることが好ましい。本実施形態では、電極を再現性よく配置できるダウンフロー方式のプラズマ処理室を説明する。
【００３９】
図１４は、本実施形態のプラズマ処理室の概略構成を示す横断面図である。また、図１５は、本実施形態のプラズマ処理室の概略構成を示す縦断面図である。なお、第１の実施形態のプラズマ処理室と同一の構造を有する部位には同一の符号を付し、以下での説明を省略する。
【００４０】
図１４および図１５に示すように、本実施形態のプラズマ発生室は、リング状の電極１を鉛直方向の所定位置に保持する支持部材を備える。本実施形態では、当該支持部材は、放電管２の外面の同一の高さに、少なくとも３箇所設けられた突起１９により構成されている。突起１９は、電極を特定高さに再現性よく配置できるように、放電管２の外壁に移動することがない状態で固定されている。上述のように、電極１に印加された高周波電力は、放電管２の外壁を通じて放電管２の内部に伝送されることにより、放電管２の内部にプラズマ１０を生成する。このため、突起１９は、プラズマ１０の生成状態に影響を与えることがないように、放電管２と同一の材質であることが好ましい。なお、電極１を水平に支持するために突起１９は最低３箇所に設ける必要がある。しかしながら、４箇所以上設置しても構わない。さらには、放電管２の周方向の全体に形成されてもよい。
【００４１】
本構成によれば、突起１９上に電極１を密着させて設置することにより、コンタクト抵抗の低抵抗化とコンタクト抵抗のばらつき低減を実現できる特定の電極位置に、電極１を再現性よく配置することができる。したがって、メンテナンスの際に、電極の配置位置に人為的なばらつきが生じることを防止できる。さらに言えば、電極位置のばらつきが解消されることで、再現性よくコンタクト抵抗の低抵抗化とコンタクト抵抗のばらつき低減を実現することができる。
【００４２】
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。例えば、上記では、放電管に対して電極を移動可能とした構成を説明したが、電極に代えて試料台を移動可能な構成としても同様の効果を得ることができる。
【００４３】
また、上記では、半導体基板がシリコン基板であり、プロセスガスがＣＦ4ガスとＯ2ガスとの混合ガスである事例について説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、本発明は任意の材料に適用することができる。
【００４４】
加えて、上記では、コンタクトホール形成、およびライトエッチング処理を連続的に処理するプラズマエッチング装置の一処理室に本発明を適用した事例を説明した。しかしながら、本発明を１つの処理室のみを有するプラズマ処理装置に適用可能であることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、コンタクト抵抗の低抵抗化とコンタクト抵抗のばらつき低減を同時に実現できるという効果を有し、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態におけるプラズマ処理室を示す縦断面図
【図２】電極を下限位置に配置したプラズマ処理室を示す縦断面図
【図３】電極を下限位置に配置したプラズマ処理室においてライトエッチング処理をした場合のコンタクト抵抗の位置依存性を示す図
【図４】電極を下限位置（ｄ＝１２ｍｍ）に配置した状態でのライトエッチング処理における基板付近の発光スペクトルを示す図
【図５】電極を下限位置より８ｍｍ上方に配置した状態でのライトエッチング処理における基板付近の発光スペクトルを示す図
【図６】電極を下限位置より１８ｍｍ上方に配置した状態でのライトエッチング処理における基板付近の発光スペクトルを示す図
【図７】電極を下限位置より２５ｍｍ上方に配置した状態でのライトエッチング処理における基板付近の発光スペクトルを示す図
【図８】電極を下限位置より３９ｍｍ上方に配置した状態でのライトエッチング処理における基板付近の発光スペクトルを示す図
【図９】電極を下限位置より５３ｍｍ上方に配置した状態でのライトエッチング処理における基板付近の発光スペクトルを示す図
【図１０】電極を下限位置に配置した状態でのライトエッチング処理後のコンタクトホールを模式的に示す断面図
【図１１】電極を下限位置より５３ｍｍ上方に配置した状態でのライトエッチング処理後のコンタクトホールを模式的に示す断面図
【図１２】ライトエッチング処理後のレジスト後退量の電極位置依存性を示す図
【図１３】ライトエッチング処理後のコンタクト抵抗の電極位置依存性を示す図
【図１４】本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す横断面図
【図１５】本発明の第２の実施形態におけるプラズマ処理装置を示す縦断面図
【図１６】形成直後のコンタクトホールを示す断面図
【図１７】コンタクトホールを形成するプラズマ処理装置の概略構成図
【図１８】従来のダウンフロー方式のプラズマ処理装置を示す縦断面図
【図１９】従来のダウンフロー方式のプラズマ処理装置を示す横断面図
【図２０】ライトエッチング処理後のコンタクトホールを示す断面図
【符号の説明】
【００４７】
１  プラズマ励起電極
２  放電室（プラズマ発生室）
３  半導体基板（被処理体）
４  基部
５  試料台
６  排気口
７  ガス導入口
８  プロセスガス
９  ガス流
１０  プラズマ
１１  電極高さ基準位置
１３  半導体基板
１４  堆積層
１５  ダメージ層
１６  層間絶縁膜
１７  レジスト
１８  レジスト後退量
１９  突起（支持部材）
２１  ＲＩＥ方式のプラズマ処理室
２２  ダウンフロー方式のプラズマ処理室
ｄ  基準位置から電極までの距離
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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