(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理室内に導入した処理ガスをプラズマ化させて，前記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＯ２膜にエッチング処理を施すエッチング方法において，
前記処理ガスは，少なくともＣ５Ｆ８とＯ２とを含み，
前記Ｃ５Ｆ８と前記Ｏ２との流量比は，１≦（前記Ｃ５Ｆ８の流量／前記Ｏ２の流量）≦１．５に設定され、
前記ＳｉＯ２膜は，前記被処理体に形成されたＳｉＮＸ膜上に形成されていることを特徴とする，エッチング方法。
【請求項２】
気密な処理室内に導入した処理ガスをプラズマ化させて，前記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＯ２膜にエッチング処理を施すエッチング方法において，
前記処理ガスは，少なくともＣ５Ｆ８とＯ２とを含み，
前記Ｃ５Ｆ８と前記Ｏ２との流量比は，１．３≦（前記Ｃ５Ｆ８の流量／前記Ｏ２の流量）≦１．６２５に設定され、
前記ＳｉＯ２膜は，前記被処理体に形成されたＳｉＮＸ膜上に形成されていることを特徴とする，エッチング方法。
【請求項３】
前記処理室内の圧力雰囲気は，４５ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒに設定されることを特徴とする，請求項１または２のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記被処理体を載置する載置台の温度は，２０℃〜４０℃に設定されることを特徴とする，請求項１，２または３のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記処理ガスは，さらに不活性ガスを含むことを特徴とする，請求項１，２，３または４のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記不活性ガスは，Ａｒであることを特徴とする，請求項５に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近，半導体装置の集積度が飛躍的に向上し，それに伴って半導体基板上に形成される各種素子の微細化も技術的要求項目の一つとして挙げられている。かかる要求を達成するためには，半導体基板上に形成される各ゲート（電極）間の間隔を狭めることも必要となり，そのゲート間にコンタクトホールを形成する場合には，コンタクトホールも微細化する必要がある。しかしながら，ゲート間の間隔が狭まるにつれ，ステッパのアライメント性能の限界などに起因して，狭小なコンタクトホールを正確な位置に形成することが困難となっている。そこで，最近，各ゲートの表面に保護膜（下地），例えばＳｉＮX膜（窒化シリコン膜）を形成し，コンタクトホール形成時にゲートがエッチングされることを防止して，各ゲート間の狭小空間に自己整合的にコンタクトホールを形成するセルフアラインコンタクト技術が提案されている。
【０００３】
ところで，上記コンタクトホールを形成する際に行われるエッチング処理，特に各ゲートを覆う絶縁膜，例えばＳｉＯ2膜（酸化シリコン膜）を貫通するコンタクトホールをゲート間に形成する際に行われるエッチング処理では，処理ガスとしてＣ4Ｆ8にＣＯを添加した混合ガス等が使用されている。Ｃ4Ｆ8にＣＯを添加した処理ガスは，エッチング形状を垂直に近くすることができ，さらにＳｉＮX膜に対するＳｉＯ2膜の選択比（ＳｉＯ2膜のエッチングレート／ＳｉＮX膜のエッチングレート）（以下，「選択比」という。）を向上させることができる点で優れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，Ｃ4Ｆ8は，大気中で分解され難いため，そのＣ4Ｆ8が処理時に解離せずに，そのまま大気中に放出されると，温室効果の原因ガスとなって地球の温暖化を促進することが知られている。
【０００５】
すなわち，Ｃ4Ｆ8の大気寿命は３２００年であり（ＣＬＩＭＡＴＥ  ＣＨＡＮＧＥ  １９９５，半導体量産工場におけるＰＦＣ問題の現況と打開策），これに対してＣ5Ｆ8の大気寿命は１年である（日本ゼオン社）と報告されている。
【０００６】
本発明は，従来の技術が有する上記のような問題点に鑑みて成されたものであり，ＳｉＯ2膜エッチングの垂直性と，選択比を従来と同程度かそれ以上にしながら，大気中に放出されても相対的に短時間で分解されて温室効果の原因ガスとはならないガスでエッチング処理を行うことが可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明のある観点によれば，気密な処理室内に導入した処理ガスをプラズマ化させて，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＯ２膜にエッチング処理を施すエッチング方法において，処理ガスは，少なくともＣ５Ｆ８とＯ２とを含むことを特徴とする，エッチング方法が提供される。
【０００８】
本発明にかかる処理ガスを構成するＣ5Ｆ8は，従来から処理ガスとして使用されているＣＦ4や，Ｃ2Ｆ6や，Ｃ4Ｆ8などＣＦ系ガスと比較して，大気中で相対的に短時間で分解されることが知られている。従って，Ｃ5Ｆ8がそのまま大気中に放出されても，温室効果の原因ガスとはならず，地球の温暖化防止に寄与することができる。
【０００９】
また，Ｃ5Ｆ8は，上述したＣＦ4や，Ｃ2Ｆ6や，Ｃ4Ｆ8などＣＦ系ガスよりも相対的にカーボンリッチであるため，エッチングマスクやそのパターンの肩部，あるいはコンタクトホールの内部側壁などに保護膜となるカーボン含有膜を容易に形成できる。ただし，Ｃ5Ｆ8のみや，Ｃ5Ｆ8とＡｒとの混合ガスを用いたのでは，カーボン含有膜がコンタクトホール底部にも付着したままとなり，いわゆるエッチストップが生じる。これに対して，本発明にかかる処理ガスには，Ｏ2が含まれているので，該Ｏ2によりコンタクトホール内のカーボン含有膜量をコントロールすることができ，エッチストップの発生を防止できると共に，コンタクトホールの角度コントロールも行うことができる。その結果，従来のＣ4Ｆ8とＣＯとを含むガスを用いる場合と比較して，同等かそれ以上の垂直に近い形状のコンタクトホールを形成することができる。
【００１０】
さらに，例えばＳｉＯ２膜が被処理体に形成されたＳｉＮＸ膜上に形成されている場合には，上記カーボン含有膜がＳｉＮＸ膜の露出面を覆ってエッチングから保護するので，選択比を向上させることができる。
【００１１】
また，例えばＣ５Ｆ８とＯ２との流量比を１≦（Ｃ５Ｆ８の流量／Ｏ２の流量）≦１．５に設定すれば，上記従来の処理ガスを使用する場合と比較して，同等かそれ以上の高選択比を得ることができる。
【００１２】
さらに，例えばＣ５Ｆ８とＯ２との流量比を１．３≦（Ｃ５Ｆ８の流量／Ｏ２の流量）≦１．６２５に設定したり，処理室内の圧力雰囲気を４５ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒに設定したり，被処理体を載置する載置台の温度を２０℃〜４０℃に設定したり，処理ガスにさらに不活性ガス，例えばＡｒを含ませれば，垂直に近いエッチング形状を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかるエッチング方法の実施の形態について説明する。
【００１４】
まず，本発明にかかるエッチング方法を適用可能なエッチング装置の構成について，図１を参照しながら説明する。
【００１５】
エッチング装置１００の処理室１０２は，気密な導電性の処理容器１０４内に形成されている。また，処理容器１０４の周囲を囲むように，処理室１０２内に形成されるプラズマ領域に回転磁界を形成可能な磁石１０６が配置されている。また，処理室１０２内には，処理室１０２の天井部を成す上部電極１０８と，この上部電極１０８に対向し，サセプタを構成する導電性の下部電極１１０が形成されている。
【００１６】
下部電極１１０上には，高圧直流電源１１４が接続された静電チャック１１２が設けられている。そして，この静電チャック１１２上の載置面は，被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）Ｗを吸着固定可能である。また，下部電極１１０には，昇降軸１１６を介して不図示の昇降機構が接続されており，下部電極１１０は上下動自在である。また，下部電極１１０の側面部を覆う位置には，絶縁性のフォーカスリング１１８が設けられている。さらに，フォーカスリング１１８の側面部には，複数の貫通孔が形成されたバッフル板１２０が取り付けられている。このバッフル板１２０は，導電性材料から構成されており，導電性のベローズ１２１や処理容器１０４などを介して接地されている。また，下部電極１１０には，整合器１２２を介して，所定のプラズマ生成用高周波電力を出力可能な高周波電源１２４が接続されている。
【００１７】
一方，上部電極１０８には，処理室１０２内とガス供給源１２６とを連通する多数の貫通孔１０８ａが形成されており，いわゆるシャワーヘッド形状を有している。かかる構成により，本実施の形態にかかる処理ガス，例えばＣ5Ｆ8とＯ2とＡｒから成る混合ガスは，ガス供給源１２６から貫通孔１０８ａを介して処理室１０２内のウェハＷ方向に均一に吐出される。
【００１８】
また，処理室１０２内の雰囲気は，バッフル板１２０を介して排気管１２８から排気される。そして，処理室１０２内の圧力雰囲気は，上述した処理ガスの処理室１０２内への供給量と，処理室１０２内の雰囲気の排気量により適宜設定される。
【００１９】
次に，上述したエッチング装置１００を用いて，ウェハＷにエッチング処理を施し，ウェハＷ上に形成された各ゲート間の狭小空間にコンタクトホールを形成する工程について説明する。
【００２０】
まず，図２を参照しながら，処理を施すウェハＷについて説明すると，ウェハＷを構成するＳｉ（シリコン）基板２００上には，ＳｉＯ2膜２０１を介してゲート２０２が形成されており，このゲート２０２を覆うようにＳｉＮX膜２０６が形成されている。このＳｉＮX膜２０６は，後述するコンタクトホール２１０形成時に，ゲート２０２がエッチングされることを防止し，ゲート２０２間に自己整合的にコンタクトホール２１０を形成する役割を果たしている。また，ＳｉＮX膜２０６上には，絶縁膜を構成するシリコン系酸化膜，例えばＳｉＯ2膜２０８が形成されている。なお，ＳｉＯ2膜２０８に代えて，ＢＰＳＧ（ボロンとリンのシリケートグラス）や，ＰＳＧ（リンのシリケートグラス）や，ＴＥＯＳ（テトラエトキシオルトシラン）や，Ｔｈ−ＯＸ（サーマルオキサイド）や，ＳＯＧ（スピオングラス）などから成る絶縁膜を採用しても良い。
【００２１】
次に，上述したウェハＷのゲート２０２間にコンタクトホール２１０を形成する工程について，図１および図２を参照しながら説明する。
【００２２】
まず，２０℃〜４０℃に維持された下部電極１１０上にウェハＷを載置した後，処理室１０２内に本実施の形態にかかる処理ガス，例えばＣ5Ｆ8とＯ2とＡｒから成る混合ガスを導入すると共に，真空引きを行い，処理室１０２内を所定の減圧雰囲気，例えば４５ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒに維持する。この際，Ｃ5Ｆ8とＯ2との流量比は，１≦（Ｃ5Ｆ8の流量／Ｏ2の流量）≦１．６２５，好ましくは１．３≦（Ｃ5Ｆ8の流量／Ｏ2の流量）≦１．５に設定されている。さらに，磁石１０６を回転させて処理室１０２内のプラズマ領域に１００ガウス〜２００ガウスの回転磁界を形成させる。次いで，所定のプロセス条件が整った後，下部電極１１０に対して高周波電源１２４から所定周波数，例えば１３．５６ＭＨｚで，所定電力，例えば１５００Ｗの高周波電力を印加し，上部電極１０８との間にグロー放電を生じさせる。これにより，処理室１０２内に供給された本実施の形態にかかる処理ガスが解離してプラズマが励起される。
【００２３】
この際，本実施の形態にかかる処理ガスは，Ｃ5Ｆ8とＯ2とＡｒから成る混合ガスであるため，炭素系ガス，例えばＣＯを添加しなくとも処理室１０２内にカーボンリッチな雰囲気を作り出すことができ，コンタクトホール２１０の内壁面に保護膜となるカーボン含有膜を確実に形成することができる。その結果，ＳｉＮX膜２０６にエッチング種であるＣＦ（フルオロカーボン）系ラジカルが到達し難くなってＳｉＮX膜２０６が保護されるため，選択比を向上させることができる。そして，図２に示したように，ゲート２０２間の狭小空間に所望の均一な形状のコンタクトホール２１０が形成される。なお，同図中のＳｉＯ2膜２０８上には，エッチングマスクとなるフォトレジスト膜２１２が形成されている。
【００２４】
【実施例】
次に，本発明にかかるエッチング方法の実施例について説明する。なお，以下の実施例は，上記実施の形態にかかるエッチング装置１００を用いて，以下で説明する処理ガスの組成やガス流量などの各条件のみを変更し，上述の如くウェハＷに形成されたゲート２０２間にコンタクトホール２１０を形成したものであるため，略同一機能および構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより，重複説明を省略する。
【００２５】
（Ａ）コンタクトホールのテーパ角について
まず，表１を参照しながら，コンタクトホール２１０のテーパ角について説明する。なお，テーパ角とは，コンタクトホール２１０形成部を上方から見た図である図３（ａ）と，図３（ａ）に示すＡ−Ａ線に沿う平面において切断した断面図である図３（ｂ）と，図３（ａ）に示すＢ−Ｂ線に沿う平面において切断した断面図である図３（ｃ）に示すように，所定のパターンが形成されたフォトレジスト膜２１２をマスクとしてＳｉＯ2膜２０８にエッチング処理を施した際に形成された，図３（ｃ）および図４に示すコンタクトホール２１０内のＳｉＯ2膜２０８側面とＳｉＮX膜２０６上面との間の角度（θ）をいう。
【００２６】
【表１】
0003905232.tif 000002
【００２７】
表１に示す実施例１〜実施例９および比較例１の各エッチング条件に基づいて，ＳｉＯ2膜２０８にコンタクトホール２１０を形成したところ，同表に示す結果を得た。
【００２８】
ここで，図４に示すコンタクトホール２１０上部の直径（以下，「エッチング径」という。）ａと，コンタクトホール２１０の深さ（高さ）（以下，「エッチング膜厚」という。）ｂと，コンタクトホール２１０下部の直径（以下，「コンタクト径」という。）ｃと，テーパ角（θ）との関係式，
ｃ  ＝  ａ  −  （２ｂ  ／  ｔａｎθ）  …  （１）
を用いて，上述したＣ5Ｆ8とＯ2とＡｒから成る処理ガスと，従来のＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒから成る処理ガスでエッチングした際のコンタクトホール２１０形状の相異について説明する。
【００２９】
エッチング径（ａ）が０．２５μｍで，エッチング膜厚（ｂ）が１．５μｍの微細加工では，上記式（１）に比較例１のテーパ角（θ）８６．３゜と，実施例１〜実施例９の平均テーパ角（θ）８７．２゜をそれぞれ代入すると，コンタクト径ｃは比較例１が０．０５６μｍとなり，実施例１〜実施例９の平均が０．１０３μｍとなる。これらの結果に基づいて，コンタクトホール２１０の下部の面積比を求めると，
（０．１０３  ／  ０．０５６）2  ＝  ３．３８
となる。従って，上記テーパ角（θ）が０．９゜異なるだけでもコンタクトホール２１０の下部の面積比は３．３８倍にもなり，コンタクト抵抗の減少に大きく寄与する。
【００３０】
また，表１に示すように，Ｃ5Ｆ8とＯ2との流量比が１．３≦（Ｃ5Ｆ8の流量／Ｏ2の流量）≦１．６２５に設定され，処理室１０２内の圧力雰囲気が４５ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒに設定され，下部電極１１０の温度が２０℃〜４０℃に設定されていれば，従来の処理ガスよりもテーパ角（θ）を大きくすることができる。
【００３１】
（Ｂ）選択比について
次に，表２を参照しながら，選択比について説明する。
【００３２】
【表２】
0003905232.tif 000003
【００３３】
表２に示す実施例１０〜実施例１５および比較例２のエッチング条件に基づいて，ＳｉＯ2膜２０８にコンタクトホール２１０を形成したところ，同表に示す結果を得た。このように，Ｃ5Ｆ8とＯ2とを含む処理ガスを用いて，Ｃ5Ｆ8とＯ2との流量比が１≦（Ｃ5Ｆ8の流量／Ｏ2の流量）≦１．５の条件の下でエッチング処理を行えば，従来のＣ4Ｆ8とＣＯとＡｒから成る処理ガスでの処理と同等かそれ以上の選択比を得ることができる。
【００３４】
なお，Ｃ5Ｆ8とＣＯとＡｒから成る処理ガスを用いた実施例１６〜実施例１９では，表３に示す結果を得た。
【００３５】
【表３】
0003905232.tif 000004
【００３６】
以上，本発明の好適な実施の形態について，添付図面を参照しながら説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇において，当業者であれば，各種の変更例および修正例に想到し得るものであり，それら変更例および修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３７】
【発明の効果】
本発明によれば，大気中で相対的に短時間で分解されるＣ5Ｆ8を含むガスを用いてエッチング処理を行うため，処理時にＣ5Ｆ8が分解せずに，そのまま大気中に放出された場合でも，温室効果の原因ガスとは成らず，地球の温暖化防止に寄与することができる。また，処理ガスにはＯ2が添加されているので，エッチストップが起こることなく，垂直に近いエッチング形状を得ることができ，さらに選択比が大きい処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】図１に示すエッチング装置で処理を施すウェハを表す概略的な拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例および従来の比較例で処理を施すウェハを表す概略的な説明図である。
【図４】コンタクトホールのテーパ角を説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
１００      エッチング装置
１０２      処理室
１０８      上部電極
１１０      下部電極
１２６      ガス供給源
２００      Ｓｉ基板
２０１，２０８      ＳｉＯ2膜
２０２      ゲート
２０６      ＳｉＮX膜
２１０      コンタクトホール
２１２      フォトレジスト膜
Ｗ        ウェハ
【図１】
0003905232.tif 000005
【図２】
0003905232.tif 000006
【図３】
0003905232.tif 000007
【図４】
0003905232.tif 000008