(57)【要約】  【課題】層間絶縁膜にコンタクトホールをドライエッチングによって加工する際に、テーパー形状となりコンタクトホール下部の面積が小さくなることによってコンタクト抵抗が上昇することを防止する。  【解決手段】半導体基板１０１上にシリコン窒化膜１０３をＣＶＤ法でたとえば５５０℃以下の低温で形成した後、シリコン酸化膜１０４にコンタクトホールとなる開孔を形成する。次にシリコン窒化膜１０３をドライエッチングし、その側壁にダメージ層１０９を形成させ、ウエットエッチングにより横方向に拡大させることによってコントクトホール底面の面積を拡大させる。【選択図】  図４
2005136097.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を順次形成し、
ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成し、
前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜を、前記基板とのエッチング選択比が高い条件でドライエッチングしてコンタクトホールを形成するに際し、
前記シリコン窒化膜のオーバーエッチング量を制御し、前記シリコン窒化膜を横方向へエッチングする工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記基板とのエッチング選択比は５以上である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記オーバーエッチング量は前記シリコン窒化膜のエッチング量の５０％以上である請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
基板上に、第１のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、第２のシリコン酸化膜を順次形成する工程と、
ドライエッチングにより前記第２のシリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、
前記第２のシリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をドライエッチングする工程と、
前記シリコン窒化膜をマスクとして前記第１のシリコン酸化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
基板上に、５５０℃以下の温度でシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をドライエッチングし開孔を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜の開孔側壁をウエットエッチングにより横方向へエッチングしてコンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記ウエットエッチングは、フッ酸系のエッチング液で行う請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
基板上に、５５０℃以下の温度でシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜を、膜の途中まで等方性ドライエッチングする工程と、
前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜の残膜を、前記基板に対するエッチング選択比を高めてエッチングしてコンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、
ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、
前記第１のシリコン酸化膜の表面と前記開孔の内部に、ＣＶＤ法により、第２のシリコン酸化膜を前記開孔上部には厚く、前記開孔底部に薄く形成する工程と、
前記第２のシリコン酸化膜を等方的にエッチングする工程と、
前記第１のシリコン酸化膜のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上に第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、
ドライエッチングにより前記第１のシリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、
少なくとも前記第１のシリコン酸化膜の開孔側壁を所定量等方的にエッチングする工程と、
前記第１のシリコン酸化膜の表面と前記開孔の内部に、ＣＶＤ法により、第２のシリコン酸化膜を前記開孔上部には厚く、前記開孔底部に薄く形成する工程と、
前記第１のシリコン酸化膜および前記第２のシリコン酸化膜をマスクとして前記シリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、
前記シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、
前記第１のシリコン酸化膜の表面と前記開孔の内部に、炭素とフッ素からなるポリマーを前記開孔上部には厚く、前記開孔底部に薄く形成する工程と、
前記ポリマーを、前記開孔上部に残すと共に、前記開孔底部から除去する工程と、
前記ポリマーをマスクとして前記シリコン酸化膜を等方的に所定量エッチングする工程と、
前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ポリマーを除去する工程は、水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合液を用いる請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記コンタクトホールは、そのアスペクト比が３以上である請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造方法に係り、特にドライエッチングによって層間絶縁膜に微細なコンタクトホールを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の半導体集積回路装置の急速な高集積化に伴い、その最小加工寸法も急速に縮小化してきている。それに伴い、各半導体集積回路上の領域に対してコンタクトを形成する場合に、層間絶縁膜に形成するコンタクトホールあるいはスルーホール（ビアホール）等の接続用ホールの径も縮小されてきている。しかし、層間絶縁膜の厚さや配線層の厚さは高集積化に伴って縮小させることができないため、高集積化あるいは微細化に伴って、層間絶縁膜に形成すべきコンタクトホールのアスペクト比は増大し、ホールの形成が難しくなる。
【０００３】
図９は、従来の高アスペクト比の微細コンタクトホール形成方法を示す工程断面図である。まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上の所定の領域に拡散層１０２が形成される。次に、シリコン基板１０１上にエッチング停止膜となるシリコン窒化膜１０３が形成された後、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４が形成され、フォトリソグラフィーにより層間絶縁膜１０４上にホールパターンを有するレジスト膜１０５を形成する。この後、図９（ｂ）に示すように、レジスト膜１０５をマスクとして層間絶縁膜１０４のドライエッチングを行う。この時、コンタクトホールのエッチング形状は、コンタクトホール下部ほどコンタクト径の小さくなるテーパー形状となるのが一般的である。次に、図９（ｃ）に示すように、アッシング、洗浄を行った後、エッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３をエッチングし、拡散層１０２へのコンタクトホールを形成する。
【０００４】
上記のような従来の半導体装置の製造方法では、高アスペクト比、特に３以上のコンタクトホールを形成した場合、拡散層１０２との接触面積が小さくなり、コンタクト抵抗が非常に大きくなる問題があった。コントクトホールの上部直径が０．１５μｍの時、底面の直径は３０ｎｍ〜４０ｎｍ小さくなり、本来２０〜３０Ωのコンタクト抵抗が１００Ω以上となる確率が増加する。コンタクトホール下部の面積を拡大させる方法としてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜の下部に不純物を含んだシリコン酸化膜を堆積させた２層構造とし、ウエットエッチングレートの早い前記の不純物を含んだシリコン酸化膜をエッチングし、コンタクトホール下部の面積を拡大する技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−５８６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載された方法は、層間絶縁膜の下部に不純物を含んだシリコン酸化膜を堆積させるため、シリコン窒化膜との界面において不純物濃度が安定せず、コンタクトドライエッチングあるいはフッ酸系の洗浄において過剰なサイドエッチングが発生して下部でコンタクトホールが広がり、隣接するコンタクト間でショートする問題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題を解決するため、コンタクトホールと拡散層の接触面積を精度よく制御して拡大することのできる高アスペクト比のコンタクトホールを形成できる半導体装置の製造方法を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１番目の半導体装置の製造方法は、基板上に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を順次形成し、ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成し、前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜を、前記基板とのエッチング選択比が高い条件でドライエッチングしてコンタクトホールを形成するに際し、前記シリコン窒化膜のオーバーエッチング量を制御し、前記シリコン窒化膜を横方向へエッチングする工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２番目の半導体装置の製造方法は、基板上に、第１のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、第２のシリコン酸化膜を順次形成する工程と、ドライエッチングにより前記第２のシリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、前記第２のシリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をドライエッチングする工程と、前記シリコン窒化膜をマスクとして前記第１のシリコン酸化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第３番目の半導体装置の製造方法は、基板上に、５５０℃以下の温度でシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、
ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をドライエッチングし開孔を形成する工程と、前記シリコン窒化膜の開孔側壁をウエットエッチングにより横方向へエッチングしてコンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第４番目の半導体装置の製造方法は、基板上に、５５０℃以下の温度でシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜を、膜の途中まで等方性ドライエッチングする工程と、前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜の残膜を、前記基板に対するエッチング選択比を高めてエッチングしてコンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の第５番目の半導体装置の製造方法は、基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜上に第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、前記第１のシリコン酸化膜の表面と前記開孔の内部に、ＣＶＤ法により、第２のシリコン酸化膜を前記開孔上部には厚く、前記開孔底部に薄く形成する工程と、前記第２のシリコン酸化膜を等方的にエッチングする工程と、前記第１のシリコン酸化膜のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の第６番目の半導体装置の製造方法は、基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜上に第１のシリコン酸化膜を形成する工程と、ドライエッチングにより前記第１のシリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、少なくとも前記第１のシリコン酸化膜の開孔側壁を所定量等方的にエッチングする工程と、前記第１のシリコン酸化膜の表面と前記開孔の内部に、ＣＶＤ法により、第２のシリコン酸化膜を前記開孔上部には厚く、前記開孔底部に薄く形成する工程と、前記第１のシリコン酸化膜および前記第２のシリコン酸化膜をマスクとして前記シリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第７番目の半導体装置の製造方法は、基板上にシリコン窒化膜を形成する工程と、前記シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する工程と、ドライエッチングにより前記シリコン酸化膜に開孔を形成する工程と、前記第１のシリコン酸化膜の表面と前記開孔の内部に、炭素とフッ素からなるポリマーを前記開孔上部には厚く、前記開孔底部に薄く形成する工程と、前記ポリマーを、前記開孔上部に残すと共に、前記開孔底部から除去する工程と、前記ポリマーをマスクとして前記シリコン酸化膜を等方的に所定量エッチングする工程と、前記シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして前記シリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、シリコン窒化膜のオーバーエッチング量を制御することにより、シリコン窒化膜をコンタクトホール側壁方向に所定の寸法だけ広げることができる。また、シリコン窒化膜の下にシリコン酸化膜を堆積させ、シリコン窒化膜の下のシリコン酸化膜のドライエッチングの際に、シリコン窒化膜側壁に付着した側壁保護膜を湧き出し酸素により除去するという過程によってシリコン窒化膜側壁をエッチングできるため、横方向へ広げることができる。また、シリコン窒化膜を５５０℃以下の低温で成膜すれば、シリコン窒化膜のドライエッチング時にダメージ層が形成され易く、ウエットエッチングにより容易に側壁方向にエッチングしてコンタクトホール底面を拡大することができる。また、シリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対し、容易に選択的に等方エッチングして寸法を広げることができる。コンタクトホールとなる開孔内にシリコン酸化膜を上部に厚く、底部に薄く堆積させ、等方的にエッチングすることで、コンタクトホールの上部を広げることなくコンタクトホール底部のシリコン酸化膜を側壁方向にエッチングできる。あるいは、コンタクトホールとなる開孔をウエットエッチングにより全体的に拡大した後に、上部に厚く、底部に薄くシリコン酸化膜を堆積させることで、コンタクトホールの上部を広げることなくコンタクトホール底部の面積を拡大させることができる。また、コンタクトホールとなる開孔上部に厚く、コンタクトホール下部に薄くＣＦ系ポリマー堆積させ、ＣＦ系ポリマーをコンタクト下部のポリマーは除去するが、コンタクト上部のポリマーは残すようにした後、開孔下部を拡大させることでもコンタクトホールの上部を広げることなくコンタクトホール底部の面積を拡大させることができる。
【００１５】
以上のとおり本発明によれば、微細パターンを有する半導体集積回路において、コンタクト抵抗を低減させることができ、微細化、高集積化、高性能化、歩留まり向上を図る上で有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の第１番目の製造方法は、基板上に、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を順次形成する。次に、ドライエッチングによりシリコン酸化膜に開孔を形成する。次に、シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとしてシリコン窒化膜を、基板とのエッチング選択比が高い条件、例えば５以上となるようなエッチング比でドライエッチングしてコンタクトホールを形成する。その際に、シリコン窒化膜のオーバーエッチング量を、好ましくは５０％以上に制御し、シリコン窒化膜を、所定寸法だけ横方向へエッチングする。ここで所定寸法とは、５〜２５ｎｍの範囲、好ましくは１０〜２０ｎｍの範囲である。
【００１７】
本発明の第２番目の製造方法は、基板上に、第１のシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、第２のシリコン酸化膜を順次形成する。次に、ドライエッチングにより第２のシリコン酸化膜に開孔を形成する。次に、第２のシリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとしてシリコン窒化膜をドライエッチングする。次に、シリコン窒化膜をマスクとして第１のシリコン酸化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる。
【００１８】
本発明の第３番目の製造方法は、基板上に、５５０℃以下の温度でシリコン窒化膜を形成する。次に、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する。次に、ドライエッチングによりシリコン酸化膜に開孔を形成する。次に、シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとしてシリコン窒化膜をドライエッチングし開孔を形成する。次に、シリコン窒化膜の開孔側壁をフッ酸系のエッチング液などによりウエットエッチングにより横方向へエッチングしてコンタクトホールを完成させる。
【００１９】
本発明の第４番目の製造方法は、基板上に、５５０℃以下の温度でシリコン窒化膜を形成する。次に、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する。次に、ドライエッチングによりシリコン酸化膜に開孔を形成する。次に、シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとして、シリコン窒化膜を膜の途中まで等方性ドライエッチングする。次に、シリコン酸化膜の開孔のパターンをマスクとしてシリコン窒化膜の残膜を、基板に対するエッチング選択比を高めてエッチングしてコンタクトホールを完成させる。
【００２０】
本発明の第５番目の製造方法は、基板上にシリコン窒化膜を形成する。次に、シリコン窒化膜上に第１のシリコン酸化膜を形成する。次に、ドライエッチングによりシリコン酸化膜に開孔を形成する。次に、第１のシリコン酸化膜の表面と前記開孔の内部に、化学蒸着（ＣＶＤ）法により、第２のシリコン酸化膜を開孔上部には厚く、開孔底部に薄く形成する。次に、第２のシリコン酸化膜を等方的にエッチングする。次に、第１のシリコン酸化膜のパターンをマスクとしてシリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる。
【００２１】
本発明の第６番目の製造方法は、基板上にシリコン窒化膜を形成する。次に、シリコン窒化膜上に第１のシリコン酸化膜を形成する。次に、ドライエッチングにより第１のシリコン酸化膜に開孔を形成する。次に、少なくとも第１のシリコン酸化膜の開孔側壁を所定量等方的にエッチングする。次に、第１のシリコン酸化膜の表面と前記開孔の内部に、ＣＶＤ法により、シリコン酸化膜を前記開孔上部には厚く、開孔底部に薄く形成する。次に、第１のシリコン酸化膜および第２のシリコン酸化膜をマスクとしてシリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる。
【００２２】
本発明の第７番目の製造方法は、基板上にシリコン窒化膜を形成する。次に、シリコン窒化膜上にシリコン酸化膜を形成する。次に、ドライエッチングによりシリコン酸化膜に開孔を形成する。次に、第１のシリコン酸化膜の表面と開孔の内部に、炭素とフッ素からなるポリマーを開孔上部には厚く、開孔底部に薄く形成する。次に、ポリマーを、開孔上部に残すと共に、開孔底部から除去する。次に、ポリマーをマスクとしてシリコン酸化膜を、水酸化アンモニウムと過酸化水素の混合液などで等方的に所定量エッチングする。次に、シリコン酸化膜の開孔のパターンを、マスクとしてシリコン窒化膜をエッチングし、コンタクトホールを完成させる。
【００２３】
前記方法においては、コンタクトホールは、そのアスペクト比が３以上であることが好ましい。ここでアスペクト比とは、「コンタクトホールの深さ／直径」をいう。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、重複説明は省略する。
【００２５】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図であり、シリコン基板に対するコンタクト形成部分を示している。まず、図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上の所定の領域に拡散層１０２が形成される。次に、シリコン基板１０１上にエッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３を例えば３０ｎｍ堆積する。その後、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４をたとえば１５００ｎｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィーにより層間絶縁膜１０４上にホールパターンを有するレジスト膜１０５を形成する。
【００２６】
この後、図１（ｂ）に示すように、レジスト膜１０５をマスクとしてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４のドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ4Ｆ6またはＣ5Ｆ8にＡｒと酸素を添加したガスを用いて行う。この時、コンタクトホールのエッチング形状は、コンタクトホール下部ほどコンタクト径の小さくなるテーパー形状となる。次に、図１（ｃ）に示すように、レジスト膜１０５のアッシング、洗浄を行った後、層間絶縁膜１０４をマスクとしてエッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３をエッチングし、拡散層１０２へのコンタクトホールを形成する。
【００２７】
この時、シリコン窒化膜１０３のエッチングを次の具体的な条件で、エッチングすべきシリコン窒化膜の膜厚に対し、５０％以上の過剰なオーバーエッチングを行う。
（１）ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)
（２）圧力：５Ｐａ
（３）ＲＦ電力：１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗ
（４）ＣＨＦ3／Ｏ2流量比：１００ｓｃｃｍ／９ｓｃｃｍ
（５）ステージ温度：６０℃
（６）オーバーエッチング量：１００％
図２（ａ）に本発明の一実施例におけるエッチング長さＬを示し、このエッチング長さＬと、アスペクト比５のコンタクト底のシリコン窒化膜３０ｎｍに対するオーバーエッチング量とシリコン窒化膜のホール側壁方向のエッチング量の関係を図２（ｂ）に示す。オーバーエッチング量３０％以下ではほとんどサイドエッチングされず、５０％以上では、オーバーエッチング量の増加に伴いシリコン窒化膜のホール側壁方向のエッチング量は増加することがわかる。本実施の形態の場合、１００％のオーバーエッチングであり、シリコン窒化膜ホール側壁方向のエッチング量は１５ｎｍである。このシリコン窒化膜のホール側壁方向のエッチングによりコンタクト下部の面積を拡大することができる。このオーバーエッチングでは下方のシリコン基板も相当量エッチングされる可能性があるから、シリコンとのエッチング選択比の高い条件、たとえば５以上あることが望ましい。
【００２８】
本実施の形態によるシリコン窒化膜のオーバーエッチング時には、下地シリコン面が露出しており、エッチング選択比が大きい場合には垂直方向にはあまりエッチングが進まなくなってガスがエッチングに消費されなくなる。そこで被エッチング材料が存在する側壁方向へのエッチングにガスが消費されるようになりサイドエッチングが進行すると考えられる。本方法によれば、エッチングすべきシリコン窒化膜の膜厚に対し、過剰なオーバーエッチングを行い、コンタクト下部の面積を拡大することができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図であり、シリコン基板上のコンタクト部分を示している。図３（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上の所定の領域に拡散層１０２が形成される。次に、シリコン基板１０１上にシリコン酸化膜１０６を例えば３０ｎｍ堆積させた後、エッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３を例えば減圧ＣＶＤ法でジクロルシランとアンモニアガスを用い、７００℃で３０ｎｍ堆積する。その後、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４を約１５００ｎｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィーにより層間絶縁膜１０４上にホールパターンを有するレジスト膜１０５を形成する。
【００３０】
この後、図３（ｂ）に示すように、レジスト膜１０５をマスクとしてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４のドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ4Ｆ6またはＣ5Ｆ8にＡｒと酸素を添加したガスを用いて行う。この時、コンタクトホールのエッチング形状は、コンタクトホール下部ほどコンタクト径の小さくなるテーパー形状となる。次に、図３（ｃ）に示すように、レジスト膜１０５のアッシング、洗浄を行った後、エッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３及びシリコン酸化膜１０６のエッチングを１種類の条件で行い、拡散層１０２へのコンタクトホールを形成する。
【００３１】
この時、シリコン窒化膜１０３及びシリコン酸化膜１０６のエッチング条件は以下の通りである。
（１）ＲＩＥ(Reactive Ion Etching)
（２）シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対するコンタクトホール内のエッチングレートの選択比：１以上
（３）電力：１３．５６ＭＨｚ、３００Ｗ
（４）ＣＨＦ3／Ｏ2流量比：１００ｓｃｃｍ／９ｓｃｃｍ
（５）ステージ温度：６０℃
シリコン窒化膜１０３をエッチングした後、シリコン酸化膜１０６をエッチングするが、シリコン酸化膜１０６をエッチングしている最中は、シリコン窒化膜１０３に対しては、第１の実施の形態のオーバーエッチングを行っている状態にあたる。また、シリコン酸化膜のコンタクトホール内のエッチングレートを、シリコン窒化膜に対して低くなるように設定するとシリコン酸化膜のエッチング時間が長くなるので、シリコン窒化膜１０３に対するオーバーエッチング量を増やしているのと同じ状態とすることができる。
【００３２】
この工程において、酸化膜１０６をエッチングしている最中は酸化膜からの酸素のアウトフラックスがあるのでシリコン窒化膜１０３側壁へ、エッチング生成物であるポリマー保護膜が着き難くなるため第１の実施の形態のオーバーエッチングの場合よりもシリコン窒化膜の横方向へのエッチング速度が大きくなり、ホール側壁方向のエッチング量を増すことができる。
【００３３】
本実施の形態の場合、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対するコンタクトホール内のエッチングレートの選択比が１．３であり、シリコン窒化膜１０３のホール側壁方向のエッチング量は２５ｎｍでありコンタクト下部の面積を拡大することができる。
【００３４】
以上のようにシリコン酸化膜１０６上にエッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３を堆積させ、シリコン酸化膜１０６をエッチングする際に、シリコン窒化膜１０３のホール側壁方向をエッチングし、広げながら行うことにより、コンタクト下部の面積を拡大することができる。またシリコン基板の拡散層１０２と接しているシリコン酸化膜１０６は極端なオーバーエッチングを行わないので、第１の実施の形態に比較してシリコン基板がプラズマに曝される時間は短く、ダメージを減らすことができる利点がある。
【００３５】
（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図であり、シリコン基板上のコンタクトホール部分を示している。図４（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上の所定の領域に拡散層１０２が形成される。次に、シリコン基板１０１上にエッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３を例えば３０ｎｍ堆積する。ここでシリコン窒化膜１０３は、第２の実施の形態の場合のように通常の減圧ＣＶＤ法ではなく５５０℃以下の低温で成膜する。例えば、低温で成膜できる有機ソースＢＴＢＡＳ(bis(tertialy-butylamino)silane)を用いた熱ＣＶＤ法で成膜する。その後、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４を約１５００ｎｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィーにより層間絶縁膜１０４上にホールパターンを有するレジスト膜１０５を形成する。
【００３６】
この後、図４（ｂ）に示すように、レジスト膜１０５をマスクとしてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４のドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ4Ｆ6またはＣ5Ｆ8にＡｒと酸素を添加したガスを用いて行う。この時、コンタクトホールのエッチング形状は、コンタクトホール下部ほどコンタクト径の小さくなるテーパー形状となり、コンタクト底面では０．１〜０．１２μｍ程度である。次に、図４（ｃ）に示すように、レジスト膜１０５のアッシング、洗浄を行った後、エッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３のドライエッチングを行う。この時、シリコン窒化膜１０３のホール側壁はドライエッチングによりダメージを受け、ダメージ層１０９が形成される。
【００３７】
この後、図４（ｄ）に示すように、例えば、純水で４００倍に薄めた１％ＨＦで５分間エッチングを行う。ドライエッチングによるダメージ層１０９の存在するシリコン窒化膜１０３はエッチング速度が大きいので横方向へ容易にエッチングされ、コンタクト下部面積の拡大した拡散層１０２へのコンタクトホールが形成できる。本実施の形態の場合は、シリコン窒化膜１０３のホール側壁のエッチング量は１５ｎｍであるから、直径では３０ｎｍ広げることができる。
【００３８】
シリコン窒化膜１０３に例えば通常のＬＰＣＶＤで７００℃で成膜したシリコン窒化膜を用いた場合はシリコン窒化膜自体のドライエッチングによりダメージを受けてもＨＦによりホール側壁のエッチングは生じにくいが、この実施の形態のように５５０℃というような低温で形成された窒化膜ではダメージを受けるとエッチングされやすくなる。これは５５０℃以下の低温で成膜したシリコン窒化膜は結合が弱く、膜中に空孔等が存在し、これによりエッチングイオンなどによりダメージを受けやすく、かつダメージ層の存在でＨＦによりエッチングされやすいためである。
【００３９】
また５５０℃以下の低温で成膜したシリコン窒化膜であってもドライエッチングによるダメージを受けない場合は、ＬＰＣＶＤで７００℃で成膜したシリコン窒化膜と比較してＨＦによるエッチングレートは約１．２倍であり、本実施例のようなホール側壁のエッチングは生じにくいが、ドライエッチングによるダメージを受けた場合は、ＬＰＣＶＤで７００℃で成膜したシリコン窒化膜と比較してＨＦによるエッチングレートは約２倍となる。
【００４０】
以上のようにシリコン窒化膜を５５０℃以下の低温で成膜し、かつドライエッチングでダメージを与えた後、ウエットエッチングによりエッチングすることによりコンタクト下部の面積を拡大することができる。
【００４１】
（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図であり、シリコン基板上のコンタクトホール部分を示している。図５（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上の所定の領域に拡散層１０２が形成される。次に、シリコン基板１０１上にエッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３を例えば３０ｎｍ堆積する。ここでシリコン窒化膜１０３は、５５０℃以下で例えば、低温で成膜できる有機ソースＢＴＢＡＳ(bis(tertialy-butylamino)silane)を用いて成膜する。その後、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４を約１５００ｎｍの厚さに形成し、フォトリソグラフィーによりシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４上にホールパターンを有するレジスト膜１０５を形成する。
【００４２】
この後、図５（ｂ）に示すように、レジスト膜１０５をマスクとしてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４のドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ４Ｆ６またはＣ５Ｆ８にＡｒと酸素を添加したガスを用いて行う。この時、コンタクトホールのエッチング形状は、コンタクトホール下部ほどコンタクト径の小さくなるテーパー形状となる。次に、図５（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１０４であるシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜１０３のエッチングレートの選択比を５以上に設定してフッ素を含むガスを用いてＦラジカルによるシリコン窒化膜１０３の等方性エッチングを膜の途中まで行う。例えば、この選択比を満たす具体的条件は以下のようである。
（１）エッチング：ダウンフローエッチング
（２）ＣＦ4／Ｏ2＝２００／３００ｓｃｃｍ
（３）放電電力：２００Ｗ
（４）１３０Ｐａ
（５）ステージ温度５０℃
（６）シリコン窒化膜エッチング量：１５ｎｍ
ここでダウンフローエッチングは反応性ガスをプラズマにより励起し、生成された活性な反応種（Ｆラジカル）をウエハーの配置された反応室まで輸送し、化学的なエッチングを行うものである。これによりシリコン窒化膜１０３のホール側壁は１５ｎｍ横方向にエッチングされコンタクト下部は拡がるが、シリコン酸化膜／シリコン窒化膜の選択比を５以上にしたので層間絶縁膜１０４のシリコン酸化膜は３ｎｍのエッチング量であり、コンタクト上部は広がらない。この後、図５（ｄ）に示すように、レジスト膜１０５のアッシング、洗浄を行った後、エッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３の残膜を、上記の等方性エッチングよりもシリコン基板との選択比が高い条件でドライエッチングし、拡散層１０２へのコンタクトホールを完成する。
【００４３】
シリコン窒化膜１０３に例えば通常のＬＰＣＶＤで７００℃で成膜したシリコン窒化膜を用いた場合は、上記等方ドライエッチング条件により層間絶縁膜１０４のシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜１０３のエッチングレートの選択比は約１となりコンタクト上部を広げることなくコンタクト下部を広げることが難しくなる。これは５５０℃以下の低温で成膜したシリコン窒化膜は原子間の結合が弱く、膜中に空孔等が存在し、ドライエッチングによりエッチングされやすいのに対し、７００℃で形成したシリコン窒化膜は原子間の結合が比較的強く緻密であるためエッチングされにくいためである。
【００４４】
以上のようにシリコン窒化膜を５５０℃以下の低温で成膜し、かつ等方的なドライエッチングを行いコンタクト側壁のシリコン窒化膜をエッチングすることによりコンタクト下部の面積を拡大することができる。
【００４５】
（第５の実施形態）
図６は、本発明の第５の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図であり、シリコン基板上のコンタクトホール部を示している。図６（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上の所定の領域に拡散層１０２が形成される。次に、シリコン基板１０１上にエッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３を例えば減圧ＣＶＤ法でジクロルシランとアンモニアガスを用い、７００℃で３０ｎｍ堆積する。その後、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４を形成し、フォトリソグラフィーにより層間絶縁膜１０４上にホールパターンを有するレジスト膜１０５を形成する。
【００４６】
この後、図６（ｂ）に示すように、レジスト膜１０５をマスクとしてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４のドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ4Ｆ6またはＣ5Ｆ8にＡｒと酸素を添加したガスを用いて行う。この時、コンタクトホールのエッチング形状は、コンタクトホール下部ほどコンタクト径の小さくなるテーパー形状となる。続いて、レジスト１０５のアッシング、洗浄を行う。次に、図６（ｃ）に示すように、ＣＶＤ法により約４００℃でＳｉＨ4＋Ｏ2ガスを用いてシリコン酸化膜１０７を堆積させる。この時、常圧ＣＶＤ法を用いることによってカバレッジをコンタクト上部には厚く、コンタクト下部には薄くなるようにして、例えば、コンタクト上部には２０ｎｍ堆積、コンタクト下部には５ｎｍ堆積させることができる。
【００４７】
次に、図６（ｄ）に示すように、コンタクト上部のシリコン酸化膜１０７を２０ｎｍをウエットエッチングする。例えば、純水で４００倍に薄めた１％ＨＦで４５分間等方的に２０ｎｍエッチングを行う。これによりコンタクト上部では２０ｎｍ堆積していたシリコン酸化膜１０７のみが２０ｎｍエッチングされ、工程（ｂ）で形成されたコンタクトホール上部の寸法は拡大しない。しかし、コンタクト下部ではシリコン酸化膜１０７は５ｎｍの堆積であるから、シリコン酸化膜１０７堆積前の寸法より１５ｎｍ拡大することができる。次に、図６（ｅ）に示すように、層間絶縁膜１０４をマスクとしてシリコン窒化膜１０３をドライエッチングし、拡散層１０２へのコンタクトホールを形成する。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、テーパー形状のコンタクトホールを形成した後、ＣＶＤによりカバレッジをコンタクト上部には厚く、コンタクト下部には薄くなるようにして、シリコン酸化膜を堆積させ、コンタクト上部に堆積させたシリコン酸化膜をウエットエッチングすることによりコンタクト上部の寸法を拡大させることなくコンタクト下部の面積を拡大することができる。
【００４９】
（第６の実施形態）
図7は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図であり、シリコン基板上のコンタクトホール部を示している。図７（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上の所定の領域に拡散層１０２が形成される。次に、シリコン基板１０１上にエッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３を例えば減圧ＣＶＤ法でジクロルシランとアンモニアガスを用い、７００℃で３０ｎｍ堆積する。その後、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４を形成し、フォトリソグラフィーにより層間絶縁膜１０４上にホールパターンを有するレジスト膜１０５を形成する。
【００５０】
この後、図７（ｂ）に示すように、レジスト膜１０５をマスクとしてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４のドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ4Ｆ6またはＣ5Ｆ8にＡｒと酸素を添加したガスを用いて行う。この時、コンタクトホールのエッチング形状は、コンタクトホール下部ほどコンタクト径の小さくなるテーパー形状となる。続いて、アッシング、ポリマー洗浄を行う。次に、図７（ｃ）に示すように、コンタクトホール全体を例えば２０ｎｍウエットエッチングする。例えば、純水で４００倍に薄めた１％ＨＦで４５分間エッチングを行う。これによりコンタクトホールは全体的にホール側壁方向にほぼ一様に２０ｎｍ広がる。
【００５１】
次に、図７（ｄ）に示すように、ＣＶＤによりカバレッジをコンタクト上部には厚く、コンタクト下部には薄くなるような形状に、シリコン酸化膜１０７を堆積させる。この工程は例えば、１３．５６ＭＨｚの平行平板型プラズマＣＶＤ装置を用い、テトラエチルオルソシリケート（ＴＥＯＳ）３５０ｃｃ／ｍｉｎ、Ｏ2流量７５０ｃｃ／ｍｉｎ、圧力１３．３Ｐａ（１０Ｔｏｒｒ）、温度３９０℃、平行平板の電極間距離５ｍｍ、ＲＦパワー２．０Ｗ／ｃｍ2という条件を用いることができる。この工程により、例えば、シリコン酸化膜はコンタクト上部には２０ｎｍ堆積、コンタクト下部には５ｎｍ堆積させることができる。次に、図７（ｅ）に示すように、コンタクト底の５ｎｍのシリコン酸化膜１０７とシリコン窒化膜１０３をドライエッチングし、拡散層１０２へのコンタクトホールを形成する。
【００５２】
本実施の形態によれば、テーパー形状のコンタクトホールをウエットエッチングにより全体的に寸法を拡大した後、ＣＶＤによりカバレッジをコンタクト上部には厚く、コンタクト下部には薄くなるようにして、シリコン酸化膜を堆積させることでコンタクト上部の寸法を広げることなく、コンタクト下部の面積を拡大することができる。この製造方法は、第５の実施の形態の場合と、コンタクトホール内に膜を堆積させる工程と、コンタクトホール内をウエットエッチングによって拡大する工程とが逆になっている。
【００５３】
（第7の実施形態）
図８は、本発明の第７の実施形態に係る半導体装置の製造方法の工程順を示す断面図であり、シリコン基板上のコンタクト部分を示している。まず、図８（ａ）に示すように、シリコン基板１０１上の所定の領域に拡散層１０２が形成される。次に、シリコン基板１０１上にエッチング停止膜であるシリコン窒化膜１０３を例えば減圧ＣＶＤ法でジクロルシランとアンモニアガスを用い、７００℃で３０ｎｍ堆積する。その後、全面にシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４を形成し、フォトリソグラフィーにより層間絶縁膜１０４上にホールパターンを有するレジスト膜１０５を形成する。
【００５４】
この後、図８（ｂ）に示すように、レジスト膜１０５をマスクとしてシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜１０４のドライエッチングを、エッチングガスとしてＣ4Ｆ6またはＣ5Ｆ8にＡｒと酸素を添加したガスを用いて行う。この時、コンタクトホールのエッチング形状は、コンタクトホール下部ほどコンタクト径の小さくなるテーパー形状となる。続いて、レジスト膜１０５のアッシング、洗浄を行う。
【００５５】
次に、図８（ｃ）に示すように、層間絶縁膜１０４の表面及びコンタクトホール内にＣＦ系のポリマー１０８をコンタクト上部には厚く、コンタクト下部には薄く堆積させる。前記のＣＦ系ポリマーとはＣ5Ｆ8等のＣＦ系ガスが、プラズマ中で解離し、Ｃ，ＣＦ，ＣＦ2，ＣＦ3等のラジカルが生成され、これらが重合したものである。この工程は例えば以下のような条件で実現することができる。
（１）装置：平行平板型プラズマエッチング装置
（２）圧力：８Ｐａ
（３）ソースパワー：１８００Ｗ、バイアスパワー：０Ｗ
（４）Ｃ5Ｆ8／Ａｒ／Ｏ2：１５／８００／２０ｓｃｃｍ
（５）放電時間：１５ｓｅｃ
この堆積工程で用いる主要なガスはエッチングにも用いられるＣ5Ｆ8であるが、エッチングを行うときよりもガス圧力を高く維持し、バイアスパワーを低く（例では０ｗ）とすることが特徴である。バイアスを低パワーあるいは０とすると、ガスがプラズマで解離して生じた反応種がコンタクトホール中へ入っていかなくすることができるのでホールの開口部付近に優先的にポリマー堆積させることが可能となる。その上反応種のイオンエネルギーが小さいことと、ポリマーエッチングに寄与する混合ガス中の酸素流量を低くしているのでエッチングされず堆積モードとなるのである。
【００５６】
この条件により例えばアスペクト比５のコンタクトホールであれば層間絶縁膜１０４の表面及びコンタクトホール上部には約２０ｎｍのポリマー１０８が堆積し、コンタクトホール底部には約２ｎｍ堆積する。次に、図８（ｄ）に示すように、ポリマー洗浄により等方的にポリマー除去を行う。この時、コンタクトホール底付近の約２ｎｍのＣＦ系ポリマー１０８は完全に除去できるが、コンタクトホール上部のＣＦ系ポリマー１０８は残るように時間設定して行う。
【００５７】
この具体的な条件は、ＮＨ4ＯＨ：Ｈ2Ｏ2：ＤＩＷ（純水）＝１：１：４０、５０℃、１０ｍｉｎであり、約４ｎｍのＣＦ系ポリマー１０８が除去される。したがってコンタクトホール底付近の約２ｎｍのＣＦ系ポリマー１０８は完全に除去できるが、コンタクトホール上部のＣＦ系ポリマー１０８は残るようにできている。次に、図８（ｅ）に示すように、層間絶縁膜１０４のシリコン酸化膜をウエットエッチングによりコンタクト下部を拡大させる。例えば、純水で４００倍に薄めた１％ＨＦで行う。コンタクト上部はＣＦ系ポリマー１０８が残っているため拡がらないが、コンタクト下部は広げることができる。次に、図８（ｆ）に示すように、コンタクト上部に残ったＣＦ系ポリマー１０８をＮＨ4ＯＨ、Ｈ2Ｏ2、ＤＩＷ（純水）の混合液でポリマー洗浄により除去した後、層間絶縁膜１０４の底部をマスクとしてシリコン窒化膜１０３をドライエッチングし、拡散層１０２へのコンタクトホールを形成する。
【００５８】
本実施の形態によれば、テーパー形状のコンタクトホール内にＣＦ系ポリマーをコンタクト上部は厚く、コンタクト下部には薄く堆積させた後、コンタクト下部のＣＦ系ポリマーは完全に除去できるが、コンタクト上部のＣＦ系ポリマーは残る時間設定でポリマー除去を行う。この後ＨＦを含む薬液でウエットエッチングを行うと、ＣＦ系ポリマーの残るコンタクト上部は寸法が広がることなく、コンタクト下部だけが広がるのでコンタクト下部の面積を拡大することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、微細な素子パターンを有する半導体集積回路のコンタクトホール、ヴィアホール形成工程に採用して有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るコンタクトホール形成工程を示す工程順断面図。
【図２】（ａ）は同エッチング長さＬを示し、（ｂ）は同シリコン窒化膜３０ｎｍに対するオーバーエッチング量とコンタクトホール側壁方向のエッチング量との関係を示す図。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態に係るコンタクトホール形成工程を示す工程順断面図。
【図４】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態に係るコンタクトホール形成工程を示す工程順断面図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第４の実施形態に係るコンタクトホール形成工程を示す工程順断面図。
【図６】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第５の実施形態に係るコンタクトホール形成工程を示す工程順断面図。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第６の実施形態に係るコンタクトホール形成工程を示す工程順断面図。
【図８】（ａ）〜（ｆ）は、本発明の第７の実施形態に係るコンタクトホール形成工程を示す工程順断面図。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、従来のコンタクトホール形成工程示す工程順断面図。
【符号の説明】
【００６１】
１０１  半導体基板
１０２  拡散層
１０３  シリコン窒化膜
１０４  シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜
１０５  レジスト膜
１０６  シリコン酸化膜
１０７  シリコン酸化膜
１０８  ＣＦ系ポリマー
１０９  ダメージ層
【図１】
2005136097.tif 000003
【図２】
2005136097.tif 000004
【図３】
2005136097.tif 000005
【図４】
2005136097.tif 000006
【図５】
2005136097.tif 000007
【図６】
2005136097.tif 000008
【図７】
2005136097.tif 000009
【図８】
2005136097.tif 000010
【図９】
2005136097.tif 000011