(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を収納する処理室内に処理ガスを導入すると共に、対向電極間に高周波電力を印加することにより前記処理ガスを放電させてプラズマ化し、前記プラズマを用いて、前記基板に支持された第１層を、前記基板に支持され且つ前記第１層とは異なる材料からなる第２層に対して優先的にエッチングするプラズマエッチング方法において、
前記第１層はＳｉＯ２ からなり、前記第２層はＳｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ＴｉＮからなる群から選択された材料からなることと、前記処理ガスはＣ４ Ｆ８ 及びＣＯを含むことと、前記第２層に対する前記第１層のエッチング選択比を設定するため、前記処理ガスの個々の放電持続時間をパラメータとしてＣ４ Ｆ８ の解離の進行を制御することと、前記高周波電力はパルス状に供給され、そして、放電持続時間は、前記処理室における処理ガスの個々の滞在時間内においてパルス幅の総和として定義されることと、前記滞在時間は、解離の進行を抑制し及びＣ２ Ｆ４ の含有量を高めてエッチング選択比を大きくするように、ダイポール型のプラズマエッチングの場合には２８ｍｓｅｃ以下に、双極型のプラズマエッチングの場合には４６ｍｓｅｃ以下にそれぞれ設定されること、を具備することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
請求項１に記載するプラズマエッチング方法において、前記エッチング選択比は１０以上であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載するプラズマエッチング方法において、前記第２層は肩部を有し、前記第１層は前記肩部を覆うように前記第２層の上に配置され、そして、前記第１層は、前記第２層の前記肩部が露出するようにホールを形成するためにエッチングされることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載するプラズマエッチング方法において、前記基板は、エッチングの間、１２０℃以上に加熱されることを特徴とする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、例えば半導体ウエハ等にエッチングを施すためのプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体デバイスを製造するためには、ウエハ上に積層された薄膜に所望の微細化パターンを形成するエッチング処理が行われている。
このエッチング処理を行う際に主に採用されている例えばドライエッチング方法においては、デバイスの代表的な絶縁材料であるＳｉＯ2 の薄膜にコンタクトホールや回路パターンをプラズマ雰囲気中でエッチング形成する場合に、使用するエッチングガスとしてＨ2 を添加した例えばＣＦ4 ＋Ｈ2 の混合ガスやＣＨ2 Ｆ2 ＋ＣＯ2 の混合ガスやその他にＣＨＦ3 ＋ＣＯの混合ガス等、Ｈ結合を有するＣＨx Ｆy 系ガスとＣＯ2 、ＣＯとの混合ガスが用いられる。
【０００３】
エッチング処理を行うには、エッチングを行う目的層である被エッチング層とこの下層である下地層との選択比すなわち被エッチング層のエッチングレートと下地層のエッチングレートの比は大きい程好ましい。
【０００４】
上述のようにエッチングガスとしてＣＨx Ｆy 系ガスとＣＯ2 やＣＯとの混合ガスを用いることにより、ＣＨx Ｆy 系ガスを単ガスで用いた場合よりも選択比を１０或いはそれ以上に高くすることが可能となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体デバイスの一層の微細化及び集積化の傾向に伴って、線幅や例えばＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）の隣接ゲート間の間隔が益々小さくなってきており、このため、ＦＥＴのドレインやソースへのコンタクトホール形成のためのリソグラフィー技術の寸法精度が一層要求されてきている。
【０００６】
そこで、このような高い寸法精度での形成技術として、ゲートとソース、ドレインの相対的位置決めをリソグラフィー技術を用いないでゲート電極自体をマスクパターンとして用いて行い、自己整合で拡散層を作るようにしたいわゆるセルフアライメントコンタクトホールが開発された。
【０００７】
セルフアライメントコンタクトホールの形成方法を図１０に基づいて説明する。例えば単結晶Ｓｉよりなる基板２上に例えばＳｉＮ（シリコンナイトライド）よりなる絶縁層４を介して例えばポリシリコンよりなるゲート電極６が形成され、このゲート電極６の上側表面にもＳｉＮよりなる絶縁層４が形成され、更にこの絶縁層４の表面全体に例えばＳｉＯ2 よりなる絶縁層８が積層されている。
【０００８】
そして、パターン化されたフォトレジスト１０をマスクとしてゲート電極両側部のＳｉＯ2 絶縁層８を前述したエッチングガスを用いて削り取り、セルフアライメントコンタクトホール１２を形成する。この場合、良好なコンタクトホール１２を形成するためには、エッチング対象となるＳｉＯ2 絶縁層とこの下地層であるＳｉＮ絶縁層４との選択比を大きくしてＳｉＮ絶縁層４の削り込みをできるだけ小さくする必要がある。
【０００９】
しかしながら、上述したエッチングガスを用いた場合には、ＳｉＮ絶縁層４の平坦部４Ａにおいては選択比を例えば２０〜５０程度に高くすることができるが、ゲート電極６の上端角部に対応する肩部４Ｂにおいては、選択比はせいぜい１０未満しか得られないことからこの肩部４ＢにおけるＳｉＮ絶縁膜４がエッチング時に多量に削られてしまい、デバイス完成後にゲート電極がショートする等の不都合があった。
【００１０】
このような傾向は、下地層の種類がＳｉＮの場合に限定されず、Ｓｉ（シリコン）、Ａｌ（アルミニウム）、ＴｉＮ（チタンナイトライド）等の場合にも同様に表れていた。
【００１１】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものであり、その目的は被エッチング層とその下地層との選択比を十分に高くすることができるエッチング法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、鋭意研究の結果、エッチングガスの放電持続時間の相異により発生するイオン種及びその比率が変わり、エッチングに寄与するイオン種は放電持続時間が短い程、多量に発生するという知見を得ることにより、本発明に至ったものである。
【００１３】
本発明は、基板を収納する処理室内に処理ガスを導入すると共に、対向電極間に高周波電力を印加することにより前記処理ガスを放電させてプラズマ化し、前記プラズマを用いて、前記基板に支持された第１層を、前記基板に支持され且つ前記第１層とは異なる材料からなる第２層に対して優先的にエッチングするプラズマエッチング方法において、前記第１層はＳｉＯ２ からなり、前記第２層はＳｉＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ＴｉＮからなる群から選択された材料からなることと、前記処理ガスはＣ４ Ｆ８ 及びＣＯを含むことと、前記第２層に対する前記第１層のエッチング選択比を設定するため、前記処理ガスの個々の放電持続時間をパラメータとしてＣ４ Ｆ８ の解離の進行を制御することと、前記高周波電力はパルス状に供給され、そして、放電持続時間は、前記処理室における処理ガスの個々の滞在時間内においてパルス幅の総和として定義されることと、前記滞在時間は、解離の進行を抑制し及びＣ２ Ｆ４ の含有量を高めてエッチング選択比を大きくするように、ダイポール型のプラズマエッチングの場合には２８ｍｓｅｃ以下に、双極型のプラズマエッチングの場合には４６ｍｓｅｃ以下にそれぞれ設定されること、を具備することを特徴とするプラズマエッチング方法である。
また、本発明は、処理室内にエッチングガスを導入しつつ被処理体に対してプラズマエッチング処理を施すエッチング方法において、前記エッチングガスは少なくともＣ４ Ｆ８ とＣＯとを含む混合ガスよりなり、被エッチング層とこの下地層との選択比が１０以上となるように前記処理室内のエッチングガス滞在時間を設定するように構成したものである。
【００１４】
また、本発明は、処理室内にエッチングガスを導入しつつ電極にプラズマ発生用の高周波電圧を印加して被処理体に対してプラズマエッチング処理を施すエッチング方法において、前記エッチングガスは少なくともＣ４ Ｆ８ とＣＯとを含む混合ガスよりなり、放電持続時間を制御するために前記電極に、パルス状にプラズマ発生用の高周波電圧を印加するように構成したものである。
【００１５】
【作用】
本発明によれば、エッチングガスとしてＣ4 Ｆ8 とＣＯの混合ガスを用い、そして、処理室内におけるエッチングガス滞在時間をかなり小さくするようにトータルガス供給量及び排気量を制御したので、例えば肩部における被エッチング層と下地層の選択比を大幅に向上させることが可能となる。
特に、ダイポール型のプラズマエッチング方式の場合には、エッチングガス滞在時間は２８ｍｓｅｃ以下に設定する。
【００１６】
上記発明の場合には、プラズマ発生用の高周波電圧は連続的に印加されている。
これに対して、他の本発明においては、プラズマ発生用の高周波電圧をパルス状にして印加することにより、エッチングガス滞在時間が長くなっても放電持続時間を小さくすることができ、上記本発明の場合と同様に例えば肩部における選択比を大幅に向上させることができる。
【００１７】
この場合、エッチングガス滞在時間内における高周波電圧のパルス幅時間の総和は、ダイポール型のプラズマエッチング方式の場合には２８ｍｓｅｃ以下となるように設定する。
【００１８】
【実施例】
以下に、本発明に係るエッチング方法の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
図１は本発明方法を実施するためのダイポール型のマグネトロンプラズマエッチング装置を示す断面図、図２は図１に示す装置の永久磁石の配置と磁界の方向を説明するための説明図、図３は本発明方法を実施するための双極型のマグネトロンプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【００１９】
まず、本発明方法を実施するためのプラズマエッチング装置について説明する。
図示するようにこのダイポール型のマグネトロンプラズマエッチング装置１４は、例えばアルミニウム等により構成された気密な処理容器よりなる処理室１６を有しており、この処理室１６はグランドに接地されると共にその底部には排気能力が制御可能になされた真空ポンプ１９が途中に介設された排気管１８が接続されて、底部周辺部より処理室内の雰囲気を均等に排出し得るようになっている。処理室内の容量は例えば３．５リットル程度に設定されている。
【００２０】
この処理室１６内の底部中央には、セラミック等よりなる絶縁板２０を介して例えばアルミニウムよりなるサセプタ支持台２２が設けられ、この支持台２２の上面には例えばアルミニウムよりなる下部電極としてのサセプタ２４が設けられる。
【００２１】
上記サセプタ支持台２２の内部には、冷却室２６が形成されており、この冷却室２６には、上記処理室底部を貫通した冷媒導入管２８及び冷媒排出管３０がそれぞれ接続されて、この内部に冷媒を循環させることにより、上記サセプタ２４の温度を、例えば−２００℃〜＋２００℃までの範囲内の所望の温度に維持するようになっている。
【００２２】
上記サセプタ２４には、例えば１３．５６ＭＨｚのプラズマ発生用の高周波電源２８がマッチング回路３１及びブロッキングコンデンサ３２を介して接続されている。この高周波電源２８は、出力制御部３４によりその出力を調整し得るようになっており、後述するように連続的に或いはパルス状に高周波電力を出力し得るようになっている。
【００２３】
また、サセプタ２４の上面には、被処理体としての半導体ウエハＷを載置して吸引保持する静電チャック３６が設けられている。この静電チャック３６は、例えば銅箔３６Ａをその上下側からポリイミドフィルムにより挟んで接着して構成されており、この銅箔３６Ａには高圧直流電源３８が接続されて、電界によって発生するクーロン力によってウエハをチャック表面に吸着するようになっている。
【００２４】
一方、処理室１６の天井部には、グランドに接地された上部電極４０が設けられている。この上部電極４０は、例えばアモルファスカーボンやＳｉＣよりなり、内部が中空構造になされてウエハＷに対向する対向面全面には、多数のガス拡散孔４２が形成され、上部に設けたガス導入口４４から導入されるエッチングガスを中空部に設けた図示しない拡散板により拡散して上記多数の拡散孔４２から処理室１６内へ噴出するようになっている。すなわち、上記上部電極４０はシャワーヘッド構造になされている。
【００２５】
上記ガス導入口４４には、途中にバルブ４６を介設したガス供給管４８が接続されており、この供給管４８の先端は３つの分岐管５０、５２、５４に分岐され、これらの各分岐管５０、５２、５４には、それぞれバルブ５６、５８、６０及び流量を制御するマスフローコントローラ６２、６４、６６を介してそれぞれ異なったエッチングガスのガス源６８、７０、７２が接続されている。
【００２６】
本実施例では、ガス源６８にはメインエッチングガスとしてのＣ4 Ｆ8 ガスが、ガス源７０にはＣＯガスが、ガス源７２にはキャリアガスとしてＡｒガスがそれぞれ充填されている。
尚、Ａｒガスに替えて、Ｎ2 ガス、Ｏ2 ガス等を用いてもよい。
【００２７】
各マスフローコントローラ６２、６４、６６の流量制御は、例えばマイクロコンピュータ等よりなる制御部８４により行われ、この制御部８４は、同時に真空ポンプ１９の排気量も制御する。
また、処理室１６の側壁の外周には、これより僅かに離間させてリング状のダイポール型永久磁石群７４が図示しない回転駆動手段によりその周方向に例えば２０回／分の割合で回転可能に設けられている。
【００２８】
この永久磁石群７４は、図２にも示すように多数の小さな永久磁石片８０をリング状に連結して構成されており、各永久磁石片８０中の矢印で示すように各磁石片８０の磁極の方向は、ポイントＰ１とその反対側に位置する永久磁石片８０の磁極の方向を一方向に揃え、ポイントＰ１を中心として右方向及び左方向へ半周回って行くに従って、その磁極の方向を次第に右方向及び左方向へそれぞれ回転して最終的に１回転するように設定されている。
【００２９】
図中ウエハ上に示される矢印は磁界の方向を示し、ウエハ上の曲線は等磁力線を示す。従って、ウエハ上には、ウエハ面に平行で且つ磁力が図中上方において高くなっている磁界を形成するようになっている。例えば本実施例では１２０Ｇエルステッド程度の磁界が発生される。
尚、図中８１は処理室１６内の天井部をシールする例えばＯリング等よりなるシール部材である。
【００３０】
上記実施例では、処理室１６の側壁外周に回転するリング状の永久磁石群７４を設けたいわゆるダイポール型のマグネトロンエッチング装置を例にとって説明したが、これに限定されず、例えば図３に示すような双極型のマグネトロンプラズマエッチング装置を用いてもよい。
【００３１】
この装置では、処理室１６の側壁外周に永久磁石を設けるのではなく、処理室１６の天井部である上部電極４０の上方にＮ・Ｓ極の永久磁石８２を配置し、これを図示しない回転駆動手段により回転し得るようになっている。
従って、処理室１６内のウエハ表面上には、これに平行となる磁界を形成することになる。
【００３２】
次に、以上のように構成された装置を用いて行われる本発明方法について説明する。
まず、エッチング処理されるべき被処理体としての半導体ウエハＷを、図示しないゲートバルブを介して設けられたロードロック室（図示せず）からエッチング装置１４内へ搬入し、これを静電チャック３６上に載置する。そして、静電チャック３６に高圧直流電圧を印加し、発生するクーロン力によってウエハＷをチャック表面に吸着保持する。
【００３３】
そして、処理室１６内の雰囲気を真空引きしつつこの中にエッチングガス源６８、７０、７２から流量制御されたエッチングガス、すなわちＣ4 Ｆ8 ガスとＣＯガスとＡｒガスの混合ガスを導入し、この処理室１６内を所定の処理圧力、例えば２０ｍＴｏｒｒに維持する。
【００３４】
一方、このエッチングガスの供給を行うと同時に、上部電極４０と下部電極であるサセプタ２４との間に高周波電圧を印加すると、導入されたエッチングガスがプラズマ化し、このエネルギによりエッチングガスが次第に解離して各種の活性種が発生し、この活性種によってウエハ表面の被エッチング層がエッチングされて例えばコンタクトホール等が形成される。
【００３５】
ここで被エッチング層（ＳｉＯ2 ）とその下地層（ＳｉＮ）との選択比、特に被エッチング層の肩部４Ｂ（図８参照）における選択比を大きくとるために、第１の発明方法においては、プラズマ発生用の高周波電圧を連続的に印加した状態において、エッチングガスの処理室１６内における滞在時間が２８ｍｓｅｃ（秒）以下となるように、エッチングガスの総流量（供給量）及び排気容量を制御部８４により制御しており、上記した肩部の選択比を１０以上となるようにしている。
【００３６】
更に、下地層（ＳｉＮ）に対して積層された被エッチング層（ＳｉＯ2 ）の選択比を十分大きくして選択的エッチングを行うためには被処理体の温度管理が重要であり、好ましくは１４０℃近傍に加熱することでこの選択比の大きなエッチングを実施することができる。
エッチングガスの滞在時間は、処理室１６の容量、エッチングガスの供給量、処理室内雰囲気の排気量、処理圧力によって決まるので、制御部８４は上記したパラメータを加味してエッチングガスの供給量や排気量を制御する。
【００３７】
このようにエッチングガスの滞在時間を短くすることにより、特定のタイミングの時に導入されたエッチングガスの放電持続時間が短くなり、その結果、選択比の大きなＣ2 Ｆ4+活性種イオンの量が多くなる、一方、選択比の小さな例えばＣＦ+ 活性種イオンの量が少なくなって上述のように肩部４Ｂにおける選択比を大きくすることができる。
【００３８】
尚、高周波電圧は連続的に印加されているので、処理室内では連続的にプラズマ放電が生じているが、エッチングガスは一定の滞在時間で順次入れ替わっているので、ある時点で導入されたエッチングガスに着目すると、このガスがプラズマ放電を生じている期間はこのガスの処理室内での滞在時間と略同じとなり、これが上述したエッチングガスの放電持続時間となる。
【００３９】
次に、上述のようにエッチングガスの処理室内滞在時間を短くして放電持続時間を短くすることにより、肩部の選択比を大きくすることができる理由を述べる。
一般に、Ｃ4 Ｆ8 ガスに高周波電圧を印加させると、印加時間（放電持続時間）が長くなるに従って、エッチングガスは例えば下記式のように解離して行く。Ｃ4 Ｆ8 →Ｃ2 Ｆ4 →ＣＦ2 →ＣＦ＋Ｆ
ＣＦ2 ＋Ｆ→ＣＦ3
【００４０】
これらの生成された活性イオン種の内、Ｃ2 Ｆ4 は比較的選択性が高いのに対してＣＦ3 、Ｆ等の活性イオン種は選択性が低い。そこで、選択比を高めるにはＣ2 Ｆ4 の存在する割合を高くすることが必要であり、そのための一手法として前述のようにエッチングガスの処理室内滞在時間を短くする。また、メインエッチングガスに添加ガスを加えることにより選択比を向上させることは従来から種々行われているが、ここでは添加ガスとしてＣＯガスを用い、選択比の改善を更に図る。
【００４１】
ここで、図４及び図５に基づいてエッチングガスの滞在時間に対する選択比及びＳｉＮのエッチングレートの変化を説明する。
図４はダイポール型の装置での実施結果を示すグラフであり、右側縦軸が肩部の選択比（ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ）を示し、参考のために左側縦軸は平坦部のＳｉＮのエッチングレートを示す、図５はダイポール型の装置と双極型の装置での実施結果を比較するグラフである。
【００４２】
図４中において、直線Ａは肩部の選択比を示し、直線Ｂは平坦部におけるＳｉＮのエッチングレートを示し、また、各ポイントにおけるカッコ内の数字は、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒの流量（ＳＣＣＭ）を示す。尚、この時の処理圧力は４０ｍＴｏｒｒ、高周波電力は１７００Ｗ、天井部（Ｔ）及び側壁（Ｗ）の温度はそれぞれ６０℃、サセプタ（Ｂ）の温度は２０℃に設定されている。直線Ａから明らかなように、処理圧力を一定にして、エッチングガスの総供給量をその組成比を一定にしたまま増加すると同時に排気量も増加してエッチングガスの処理室内滞在時間を短くすると、総供給量が３６０ＳＣＣＭ時は選択比が８．６であったが総供給量を７２０ＳＣＣＭの時は選択比が１４．５まで飛躍的に向上させることができる。このことは参考として記載した直線Ｂが示すように、ガスの総供給量を増加するに従って下地層であるＳｉＮのエッチングレートが低下している点からも明らかである。
【００４３】
図５中の直線Ｃはダイポール型の装置での実施結果の選択比（ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ）を示しており、図４中の直線Ａに示す結果をそのまま記載したものであり、直線Ｄは双極型の装置での実施結果の選択比（ＳｉＯ2 ／ＳｉＮ）を示している。尚、各ポイントにおける一方のカッコ内の数字は図４に示す場合と同様に、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒの流量を示し、他のカッコ内の数字はガスの処理室内滞在時間（ｍ秒）を示す。直線Ｃに示すようにエッチングガスの処理室内滞在時間を３４ｍｓｅｃ（秒）から１７ｍｓｅｃまで減少させると前述のように選択比は８．６から１４．５まで大幅に増加している。一般的には肩部の選択比は１０以上であることが要求されることから、滞在時間は２８ｍｓｅｃ以下に設定すれば十分に高い選択比が得られることが判明した。
また、直線Ｄに示す双極型の装置の場合には肩部において選択比１０を得るためには滞在時間は４６ｍｓｅｃ以下に設定すれば十分に高い選択比が得られることが判明した。
【００４４】
実施例では処理圧力を４０ｍＴｏｒｒに設定したが、上記したエッチング法は通常のエッチング時の処理圧力と同等の範囲、例えば数ｍＴｏｒｒから数１００Ｔｏｒｒの範囲内で適用することができる。
また、実施例では、ダイポール型の場合はＣ4 Ｆ8 ガスとＣＯガスとＡｒガスの混合比を１：１５：２０としたが、これに限定されず、例えば１：２：０から１：３０：４０程度の範囲内まで適用することができる。
【００４５】
上記した方法発明の場合には、処理圧力を一定に維持しつつ放電持続時間を短くするために、エッチングガスの総供給量を増加するに従って排気容量を増加させるようにしたが、これに限定されず、本願の他の方法発明として出力制御部３４を制御することによりプラズマ発生用の高周波電圧を、パルス状に印加するようにしてもよい。
【００４６】
すなわち、先の方法発明においては、プラズマ発生用の高周波電圧は電極に連続的に印加したが、この本願の他の方法発明においては高周波電圧をパルス状に印加し、エッチングガスの滞在時間に関係なくこのパルス幅を制御することにより放電持続時間を短くする。
【００４７】
図６はプラズマ発生用の高周波電圧の印加パルスの態様を示す図である。
第１の方法発明にて説明したように、ダイポール型の装置の場合にはエッチングガスの放電持続時間は、２８ｍｓｅｃ以下に設定することが必要であったが、この本願の他の方法発明においては、エッチングガス滞在時間内におけるパルス幅時間の総和を上記した２８ｍｓｅｃ以下に設定する。
【００４８】
この場合、エッチングガス滞在時間内に、パルス幅時間の総和が２８ｍｓｅｃ以内ならば電極に複数パルス印加してもよい。図６（Ａ）に示す場合は、２８ｍｓｅｃ以上の長いガス滞在時間Ｔ内にパルス幅ｔが２８ｍｓｅｃの単パルスを印加した時のグラフを示す。このパルス幅ｔは２８ｍｓｅｃに限定されず、これよりも小さい値にすれば前述のように放電持続時間を短くして、イオン解離の進行を抑制し選択性の高い活性種イオンＣ2 Ｆ4 の存在比を高めることができ、肩部の選択比を第１の方法発明の場合と同様に大幅に改善することができる。
【００４９】
また、ガス滞在時間Ｔ内における、パルス数は１つに限らず、図６（Ｂ）に示すように複数パルス印加するようにしてもよい。この場合には、ガス滞在時間Ｔ内に、パルス幅４ｍｓｅｃのパルスを７個印加し、合計２８ｍｓｅｃの放電持続時間を得るようにしている。
この場合、ガス滞在時間は、むやみに長く設定することはできず、例えば５０ｍｓｅｃ以下となるように設定する。
【００５０】
このように、電極にプラズマ発生用の高周波電圧をパルス状にして加えることにより放電持続時間を所定の値、例えば２８ｍｓｅｃ以下に設定して選択比の大きなイオン活性種の存在比を高めることができ、従って、肩部における選択比を大幅に向上させることができる。
【００５１】
尚、先の実施例ではエッチングガスとしてＣ4 Ｆ8 、ＣＯ、不活性ガスとしてのＡｒの混合ガスを用いたが、これに代えて、Ｃ4 Ｆ8 とＣＯの混合ガスを用いてもよく、この混合ガスを用いて例えばＳｉＯ2 をＳｉＮに対して選択的にエッチングすることができる。この場合にも、基板温度は、例えば１４０℃近傍まで加熱維持すると好ましい。
すなわち、下地層（ＳｉＮ）に対して積層された被エッチング層（ＳｉＯ2 ）の選択比を十分大きくして選択的エッチングを行うためには被処理体の温度管理が重要であり、好ましくは１４０℃近傍に加熱することでこの選択比の大きなエッチングを実施することができる。
【００５２】
尚、上記実施例では、主にエッチングガスの処理室内での滞在時間やプラズマ発生用の高周波電圧の印加時間をコントロールすることによってエッチング時の選択比を高めるようにしたが、エッチングガス中のＣＯ量や下部電極の温度をコントロールすることによってもエッチングの選択比を制御することができる。
すなわち図７に示すように例えばＳｉ基板１００上に、絶縁膜１０２、ｐｏｌｙ−Ｓｉゲート１０４及びＳｉＮ層１０６を順次設けてゲート電極を形成し、更にこの上に全面に亘ってＳｉＮ膜１０８を積層し、更にれをＳｉＯ2 等の絶縁膜１１０で被ってなる積層体をセルフアライメントでエッチングし、コンタクトホールを形成する場合には、前述のように、絶縁膜１１０とその下地層（この場合はＳｉＮ膜１０８）との選択比の向上が求められる。
【００５３】
この場合、平面部１１２における選択比と肩部１１４における選択比の２種類の選択比があり、素子特性向上の観点より肩部１１４での選択比の向上が求められるのは前述の通りである。
尚、図７において、実線がエッチング前の形状を示し、波線がエッチング後の形状を示す。
【００５４】
ここで、プロセス条件の内、ＣＯ流量、下部電極の温度を変化させることによって肩部の選択比と平面部の選択比が逆の傾向を示すことが判明した。図８は、ＣＯ流量を変化させた時の選択比を示すグラフである。プロセス条件はグラフの上部に示す。グラフから明らかなように、ＣＯ流量を多くする程、肩部の選択比は僅かに下がるのに対して、平面部の選択比は大幅に向上している。
図９は、下部電極温度を変化させた時の選択比を示すグラフである。尚、横軸のカッコ内はウエハ表面温度を示す。プロセス条件はグラフの上部に示す。グラフから明らかなように、下部電極の温度を上げるに従って、前記とは逆に、肩部の選択比はかなり上昇するのに対して、平面部の選択比はやや低下してきている。従って、下部電極の温度をある程度以上、例えば２０℃（この時のウエハ表面温度は１２０℃）以上に上げることによって肩部の選択比を更に向上することができることが判明した。
【００５５】
上記各実施例においては、下地層としてＳｉＮを用いた場合について説明したが、これに限定されず、他の材料、例えばＳｉ、Ａｌ、ＴｉＮ等を用いても同様な作用効果を発揮することができる。
また、エッチングガスのキャリアガスとしてＡｒを用いた場合について説明したが、これに限定されず、Ｎ2 ガス、Ｏ2 ガス、Ｈｅガス等も用いることができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によるプラズマエッチング方法によれば次のように優れた作用効果を発揮することができる。
本願の方法発明によれば、処理室内におけるエッチングガスの滞在時間を例えば２８ｍｓｅｃ以下に短くして放電持続時間を小さくするようにしたので、選択比の大きなイオン活性種の存在比を高めることができ、従って、肩部における選択比を大幅に改善することができる。
また、本願の方法発明によれば、電極にパルス状にプラズマ発生用の高周波電圧を印加するようにして放電持続時間を小さくするようにしたので、選択比の大きなイオン活性種の存在比を高めることができ、従って、肩部における選択比を大幅に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施するためのダイポール型のマグネトロンプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【図２】図１に示す装置の永久磁石の配置と磁界の方向を説明するための説明図である。
【図３】本発明方法を実施するための双極型のマグネトロンプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【図４】ダイポール型の装置で行ったエッチング時の肩部の選択比と平坦部のエッチングレートを示すグラフである。
【図５】ダイポール型の装置と双極型の装置での実施結果を比較するグラフである。
【図６】プラズマ発生用の高周波電圧の印加パルスの態様を示す図である。
【図７】セルフアライメントコンタクトエッチング時の形状を示す図である。
【図８】ＣＯ流量を変化させた時の選択比を示すグラフである。
【図９】下部電極の温度を変化させた時の選択比を示すグラフである。
【図１０】セルフアライメントコンタクトホールの形成方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
４        ＳｉＮ絶縁層（下地層）
４Ｂ      肩部
８        ＳｉＯ2 絶縁層（被エッチング層）
１４      プラズマエッチング装置
１６      処理室
１９      真空ポンプ
２２      サセプタ支持台
２４      サセプタ（下部電極）
２８      プラズマ発生用の高周波電源
３４      出力制御部
４０      上部電極
６８      ガス源（Ｃ4 Ｆ8 ）
７０      ガス源（ＣＯ）
７２      ガス源（Ａｒ）
８４      制御部
Ｔ        エッチングガス滞在時間
Ｗ        被処理体（半導体ウエハ）
【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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