(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を選択エッチングする方法において、前記被エッチング膜の下に形成されるエッチング抑制膜として前記Ｃ及びＨを含有するシリコン酸化膜より小さいエッチングレートを有するＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用いることにより基板上の被エッチング膜を選択的にエッチングし、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、前記エッチング抑制膜は、前記エッチングされるＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜よりＣＨ3 を多く含んでいることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
半導体基板上に第１の絶縁膜を介して少なくとも１対のゲートを形成する工程と、前記ゲート上にシリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート上の前記第２の絶縁膜の上にエッチング抑制膜を形成する工程と、前記ゲート、前記第２の絶縁膜及び前記エッチング抑制膜を被覆するようにシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第３の絶縁膜をマスクを介してエッチングすることにより前記１対のゲートのゲート間に底面を有するコンタクト孔を形成する工程を具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記シリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、この反応ガス中の酸素流量は、５ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板主面に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に金属配線をその表面が露出するように埋め込み形成する工程と、前記第１の絶縁膜及び前記金属配線の前記露出する表面上にエッチング抑制膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上にシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜に前記金属配線の前記表面が底面に露出するコンタクト孔を形成する工程と、前記第３の絶縁膜の前記コンタクト孔を含む領域をマスクを介してエッチングして、前記第２の絶縁膜の前記コンタクト孔が底面に形成された配線溝を形成する工程と、前記コンタクト孔及び前記配線溝に接続配線及び金属配線を埋め込む工程とを具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記シリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、この反応ガス中の酸素流量は、５ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
半導体基板上に第１の絶縁膜を介して少なくとも１対のゲートを形成する工程と、前記ゲート上にシリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート上の前記第２の絶縁膜の上にエッチング抑制膜を形成する工程と、前記ゲート、前記第２の絶縁膜及び前記エッチング抑制膜を被覆するようにＨを含有するシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第３の絶縁膜をマスクを介してエッチングすることにより前記１対のゲートのゲート間に底面を有するコンタクト孔を形成する工程を具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記Ｈを含有するシリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、この反応ガス中の酸素流量は、５ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
半導体基板主面に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に金属配線をその表面が露出するように埋め込み形成する工程と、前記第１の絶縁膜及び前記金属配線の前記露出する表面上にエッチング抑制膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上にＨを含有するシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜に前記金属配線の前記表面が底面に露出するコンタクト孔を形成する工程と、前記第３の絶縁膜の前記コンタクト孔を含む領域をマスクを介してエッチングして、前記第２の絶縁膜の前記コンタクト孔が底面に形成された配線溝を形成する工程と前記コンタクト孔及び前記配線溝に接続配線及び金属配線を埋め込む工程とを具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記Ｈを含有するシリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、この反応ガス中の酸素流量は、５ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板主面に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に金属配線をその表面が露出するように埋め込み形成する工程と、前記第１の絶縁膜及び前記金属配線の前記露出する表面上にエッチング抑制膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上にＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜に前記金属配線の前記表面が底面に露出するコンタクト孔を形成する工程と、前記第３の絶縁膜の前記コンタクト孔を含む領域をマスクを介してエッチングして、前記第２の絶縁膜の前記コンタクト孔が底面に形成された配線溝を形成する工程と前記コンタクト孔及び前記配線溝に接続配線及び金属配線を埋め込む工程とを具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記Ｃ及びＨを含有するシリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜として前記Ｃ及びＨを含有するシリコン酸化膜より小さいエッチングレートを有するＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、前記エッチング抑制膜は、前記エッチングされるＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜よりＣＨ3 を多く含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ドライエッチング方法に係り、とくに選択性の高い新規なエッチング抑制膜を用いたシリコン酸化膜の選択エッチング方法及び半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在の自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ：Self Alignment Contact）に用いられるエッチングプロセスは、ゲ−ト間に層間絶縁膜のコンタクト孔の開口を行う。また、コンタクト孔形成において、ゲ−トの微細化傾向に伴い、コンタクト孔の口径がゲ−ト上の肩部分（上面と側面との間の角）にかかることにより、シリコン酸化膜の対シリコン窒化膜に高選択エッチングが要求されている。しかし、従来のドライエッチング技術では、半導体基板上のシリコン窒化膜の選択比は、高選択性が得られるものの、自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）の際、ゲ−ト上の肩の選択比が約三分の一程度と減少する。そのため、自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）において、ゲ−ト−コンタクト間でショ−トを引き起こすという問題が発生する。とくにゲ−トのアスペクト比が高くなるＮＡＮＤ型ＥＥＰＲＯＭ構造の製造プロセスでは、シリコン窒化膜の肩の損傷が極端で、自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）は、非常に困難である。また、シリコン酸化膜の対シリコン窒化膜の選択比を上げることにより、コンタクト孔の底部でエッチングレ−トが極端に遅くなる、また、エッチングストップという現象及び形状がテ−パ−形状になるという問題が生じている。
【０００３】
現在、素子領域平坦化形成（ＡＣ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）のエッチングプロセスでは、素子領域（ＡＡ）形成後、上部にシリコン酸化膜を一定に膜厚制御を行う。前記の素子領域平坦化形成（ＡＣ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）の際、疎部と密部でシリコン酸化膜の成膜形状が異なるため、疎部でシリコン酸化膜の膜厚制御を行った後、ポリシリコンを成膜し、疎部分のみマスクとしてポリシリコンが残るまで平坦化を行う。この平坦化の際、疎部分のシリコン酸化膜割れが発生すると、次の工程のエッチングプロセスではシリコン窒化膜の選択比が取れないこともあり、前記のサンプルを用いてエッチングを行うと、素子領域上部のシリコン窒化膜及びマスクのポリシリコン膜剥離の際に、半導体基板のシリコンが深く抉れてしまう。
【０００４】
現在、１チップにＤＲＡＭとロジックとが混載するコンタクト孔形成（ＡＣ  Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）のエッチングプロセスでは、アルミニウム配線上部のバリアメタルと高選択比を保ちながら層間絶縁膜のエッチングを行う。しかし、デザインル−ルの違いから、ＤＲＡＭ部の方がロジック部と比較して層間絶縁膜の膜厚は、１００ｎｍと厚い。また、ロジック部分の方が合わせ幅（フリンジ）がＤＲＡＭ部と比較して四分の一程度である。通常エッチングは、ＤＲＡＭ部分の厚い膜厚に合わせてエッチングを行うため、ロジック部分で合わせずれが生じた場合は、アルミニウム配線間の層間絶縁膜を削ってしまうボ−ダレスなエッチングになってしまう。その結果、コンタクト孔形成後、接続配線（タングステン）を埋め込む際に埋め込み性が悪くなること及び配線間でショ−トを起こすという問題があった。
現在、アルミニウム埋め込み配線形成工程 (Dual Damascene又は Damascene) の際、コンタクト孔形成後配線溝の深さ制御を行うためシリコン窒化膜をストッパ−としている。しかし、シリコン窒化膜が層間絶縁膜に挟まれており、しかもこのシリコン窒化膜がそのまま絶縁膜として半導体装置に組み込まれて使用されるので層間絶縁膜の比誘電率が上がり、配線容量が大きくなり、伝播速度が遅くなってしまうという半導体装置としての弊害が残ってしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情によりなされたものであり、シリコン酸化膜の選択エッチング方法において、エッチング抑制膜として新規な材料を用いることにより、ボーダレスなエッチングにならないドライエッチング方法及び半導体装置の製造方法を提供する。
本発明の目的は、シリコン酸化膜の選択エッチング方法において、エッチング抑制膜として新規な材料をゲ−ト上に用いることにより、自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）エッチングプロセスにおいて、ゲ−ト部分の肩（上面と側面との間の角）の損傷を抑制することによりゲ−ト間のショ−トを減少させるドライエッチング方法を提供する。
本発明の目的は、シリコン酸化膜の選択エッチング方法において、ポリシリコンの代わりに、エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜（有機ＳＯＧ膜）を用いることにより、素子領域平坦化形成時に疎部分の割れをなくし、シリコン酸化膜を制御性良く平坦化してチップ不良をなくすドライエッチング方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の目的は、シリコン酸化膜の選択エッチング方法において、エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜（有機シリコン酸化膜）を用いること及びＨを含有するシリコン酸化膜（無機シリコン酸化膜）の選択エッチング方法において、エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜  （有機シリコン酸化膜）を用いる。またＣ及びＨを含有する膜及びＨを含有するシリコン酸化膜は、塗布型装置で成膜するのでロジック部及びＤＲＡＭ部での層間絶縁膜のばらつきを抑制する。したがって、とくにロジック部でのボ−ダレスエッチングを抑制し、配線間でショ−トをなくしてチップ不良のないドライエッチング方法を提供することにある。
本発明の目的は、シリコン酸化膜の選択エッチング方法において、エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜（有機シリコン酸化膜）を用いることにより、アルミニウムの埋め込み配線の配線溝の深さ制御を行い、且つ層間絶縁膜の比誘電率を下げ、配線容量が小さくなり、且つ伝播速度を速くするドライエッチング方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ドライエッチング方法を用いてシリコン酸化膜を選択エッチングする方法において、エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜  （有機シリコン酸化膜）を用いることにより、反応性ガスを活性化させて半導体基板上の被エッチング膜を選択的にエッチングすることを特徴とするものである。前記Ｃ及びＨを含有するシリコン酸化膜（有機シリコン酸化膜）は、エッチング後、改質処理または剥離をすることによりシリコン酸化膜を選択的にエッチングする。
【０００８】
本発明のドライエッチング方法は、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を選択エッチングする方法において、前記被エッチング膜の下に形成されるエッチング抑制膜として前記Ｃ及びＨを含有するシリコン酸化膜より小さいエッチングレートを有するＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用いることにより基板上の被エッチング膜を選択的にエッチングし、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、前記エッチング抑制膜は、前記エッチングされるＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜よりＣＨ3 を多く含んでいることを特徴としている。
【０００９】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１の絶縁膜を介して少なくとも１対のゲートを形成する工程と、前記ゲート上にシリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート上の前記第２の絶縁膜の上にエッチング抑制膜を形成する工程と、前記ゲート、前記第２の絶縁膜及び前記エッチング抑制膜を被覆するようにシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第３の絶縁膜をマスクを介してエッチングすることにより前記１対のゲートのゲート間に底面を有するコンタクト孔を形成する工程を具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記シリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、この反応ガス中の酸素流量は、５ｓｃｃｍ以下であることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板主面に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に金属配線をその表面が露出するように埋め込み形成する工程と、前記第１の絶縁膜及び前記金属配線の前記露出する表面上にエッチング抑制膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上にシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜に前記金属配線の前記表面が底面に露出するコンタクト孔を形成する工程と、前記第３の絶縁膜の前記コンタクト孔を含む領域をマスクを介してエッチングして、前記第２の絶縁膜の前記コンタクト孔が底面に形成された配線溝を形成する工程と、前記コンタクト孔及び前記配線溝に接続配線及び金属配線を埋め込む工程とを具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記シリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、この反応ガス中の酸素流量は、５ｓｃｃｍ以下であることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上に第１の絶縁膜を介して少なくとも１対のゲートを形成する工程と、前記ゲート上にシリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記ゲート上の前記第２の絶縁膜の上にエッチング抑制膜を形成する工程と、前記ゲート、前記第２の絶縁膜及び前記エッチング抑制膜を被覆するようにＨを含有するシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第３の絶縁膜をマスクを介してエッチングすることにより前記１対のゲートのゲート間に底面を有するコンタクト孔を形成する工程を具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記Ｈを含有するシリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、この反応ガス中の酸素流量は、５ｓｃｃｍ以下であることを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板主面に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に金属配線をその表面が露出するように埋め込み形成する工程と、前記第１の絶縁膜及び前記金属配線の前記露出する表面上にエッチング抑制膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上にＨを含有するシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜に前記金属配線の前記表面が底面に露出するコンタクト孔を形成する工程と、前記第３の絶縁膜の前記コンタクト孔を含む領域をマスクを介してエッチングして、前記第２の絶縁膜の前記コンタクト孔が底面に形成された配線溝を形成する工程と前記コンタクト孔及び前記配線溝に接続配線及び金属配線を埋め込む工程とを具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記Ｈを含有するシリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、この反応ガス中の酸素流量は、５ｓｃｃｍ以下であることを特徴としている。
また、本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板主面に第１の絶縁膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に金属配線をその表面が露出するように埋め込み形成する工程と、前記第１の絶縁膜及び前記金属配線の前記露出する表面上にエッチング抑制膜からなる第２の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜上にＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜からなる第３の絶縁膜を形成する工程と、前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜に前記金属配線の前記表面が底面に露出するコンタクト孔を形成する工程と、前記第３の絶縁膜の前記コンタクト孔を含む領域をマスクを介してエッチングして、前記第２の絶縁膜の前記コンタクト孔が底面に形成された配線溝を形成する工程と前記コンタクト孔及び前記配線溝に接続配線及び金属配線を埋め込む工程とを具備し、前記エッチングは、活性化された反応ガスを用いて行うドライエッチングにより被エッチング膜として前記Ｃ及びＨを含有するシリコン酸化膜を選択的にエッチングする方法において、前記エッチング抑制膜として前記Ｃ及びＨを含有するシリコン酸化膜より小さいエッチングレートを有するＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜を用いるドライエッチング方法を用い、前記反応ガスは、Ｃ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒ及びＯ2 を含んでおり、前記エッチング抑制膜は、前記エッチングされるＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜よりＣＨ3 を多く含んでいることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら発明の実施の形態を説明する。
まず、図１乃至図５を参照して第１の実施例を説明する。
図１は、マグネトロンＲＩＥ装置の概略断面図、図２は、シリコン酸化膜に対するエッチングレートのエッチングガスに含まれる酸素流量依存性を示す特性図、図３及び図４は、この実施例の自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）工程を示す断面図、図５は、この実施例の自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）工程を示す断面図である。真空チャンバー１の内部にはシリコンウエハーなどの被処理物２を載置する載置台３が設けられている。この載置台３に対向して対向電極６′が設けられている。をこの載置台３は、温度調節機構を有しており、被処理物２の温度を制御できるようになっている。また、真空チャンバーの天壁には、ガス導入管４が接続されている。ガス導入管４から真空チャンバーにガスが導入され、排気口５の弁により圧力が調整される。圧力が安定を示した後載置台３下の高周波電極６から高周波を印可することにより真空チャンバー内にプラズマが発生する。またこの装置は磁石７を回転させることにより被処理物２と平行に磁界を作り、プラズマ中のイオンに異方性を持たせ被処理物２をエッチングする。
【００１３】
次に、この実施例で用いたサンプルのシリコン酸化膜のドライエッチングを説明する。サンプルのシリコン酸化膜には、シリコン基板上にプラズマＣＶＤ装置により成膜されたシリコン酸化膜（Ａ）、高密度プラズマ（ＨＤＰ:High Density Plasma）装置により成膜されたＰＳＧ膜（Ｂ）、シリコン基板上に塗布型装置により成膜され、網目結合を有する有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）、ラダ−結合を有した有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）及び無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）を成膜したものがある。有機シリコン酸化膜であるＳＯＧ(Spin On Glass) 膜は、シラノール（Ｓｉ（ＯＨ）4 ）をアルコールに溶かして基板に回転塗布し、４００℃程度の温度でベーキングして形成した膜である。
図２に、図１に示したマグネトロンＲＩＥ装置を用いて、シリコン酸化膜（Ａ）、ＰＳＧ(Phospho-Silicate Glass)膜（Ｂ）、有機ＳＯＧ（Ｒ７）、有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）及び無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）のエッチングレ−トを算出した結果を示している。反応性ガスとしては、この実施例で用いられるＣ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ＝１０／５０／２００（ｓｃｃｍ）を条件に酸素（Ｏ2 ）を微量に（０から２０（ｓｃｃｍ））添加した混合ガスを用いる。
【００１４】
圧力は、４０ｍＴｏｒｒ、高周波電力は、１７００Ｗ、ウエハ−基板温度は、２０℃の条件でエッチングを行っている。図２から、シリコン酸化膜（Ａ）は酸素（Ｏ2 ）を０≦Ｏ2 ≦１０（ｓｃｃｍ）の範囲で添加してエッチングすることにより、そのエッチングレ−トは殆ど変化しない。またＰＳＧ膜（Ｂ）のエッチングレートは、シリコン酸化膜（Ａ）の約１．２倍程度早いが、酸素流量に対する変化は同じ様な傾向である。しかし、無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）のエッチングレ−トは、Ｏ2 を５ｓｃｃｍ添加することにより、エッチングレ−トが酸素を添加しない場合と比較して、約３．３倍程度上昇する傾向を示した。また、有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）は、０≦Ｏ2 ≦５（ｓｃｃｍ）の範囲では、エッチングレ−トが緩やかに上昇し、５≦Ｏ2 ≦１０（ｓｓｃｍ）の範囲では、エッチングレ−トがＯ2 を添加しない時と比較し、約８倍程度上昇する傾向を示している。有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）に関しては、０≦Ｏ2 ≦５（ｓｃｃｍ）の範囲では、エッチングレ−トが緩やかに上昇し、５≦Ｏ2 ≦１０（ｓｓｃｍ）の範囲では、エッチングレ−トがＯ2 を添加しない時と比較し、約１３倍程度上昇する傾向を示している。
【００１５】
この原因としては、有機ＳＯＧ膜（（Ｒ７）、（ＡＳ４１８））に含まれるＣＨ3 基及び無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）に含まれるＨがＣＦのＦを取り、Ｃを堆積させるためＯ2 を添加することで堆積させたＣがＣＯ及びＣＯ2 になって除去されるためと考えられる。この結果を基に有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）をエッチング抑制膜としてシリコン酸化膜を選択エッチングする際、０≦Ｏ2 ≦１５（ｓｃｃｍ）の範囲では有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）のエッチングレ−トは、ＰＳＧ膜より低いため抑制膜として寄与する。また、有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）のエッチング抑制膜として無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）を選択エッチングする際、０≦Ｏ2 ≦１５（ｓｃｃｍ）の範囲では有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）のエッチングレ−トは、無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）より低いためエッチング抑制膜として寄与する。エッチングガスのＣＯは、この場合エッチングには直接寄与しない。この結果からエッチングレ−ト変化に寄与するＣ、Ｆ及びＯ2 の関係は、Ｃ／Ｏ2 ≧６、Ｆ／Ｏ≧５．３が成立する。さらに反応性ガスの総流量に対し、酸素ガスの割合は、５．５％以下であることが成立する。酸素ガスをこの割合もしくは無添加にするエッチングガスをドライエッチングに用いると、シリコン酸化膜に対して十分選択比のとれるエッチング抑制膜としてＣ及びＨを含有するシリコン酸化膜（有機シリコン酸化膜）を用いることができる。
【００１６】
さらに、コンタクトホール、溝パターンが存在する領域でエッチング抑制膜にエッチングレートの小さい膜を使うことにより、アスペクト比の関係から選択比が上がり、図２の結果よりこの領域ではアスペクト比３〜５で選択比が５倍程度上昇する。
また、結合状態の異なるＡＳ−４１８は、Ｒ７よりＣＨ基量が多いためにＡＳ−４１８の方がＲ７に比べてエッチングレートが小さくなると考えられる。これによりＣＨ3 の異なる有機ＳＯＧ膜を使うことで、加工の際ＣＨ3 基の多いＳＯＧ膜をエッチング抑制膜として使用することができる。これは有機だけではなく無機でも同様のことが言える。
また、この実施例ではシリコン窒化膜の高選択エッチング条件と同様の特性が必要とするため、酸素（Ｏ2 ）は、添加ガスとしてできる限り添加しないエッチング条件が要求される。そのためこの実施例は、自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）及び素子領域平坦化形成（ＡＣ  ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ＝１０／５０／２００（ｓｃｃｍ）条件に、圧力は４０ｍＴｏｒｒ、高周波電力は１７００Ｗ、ウエハ−基板温度は２０℃の条件でエッチングを行っている。
【００１７】
図３は、この実施例の自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）の構造を示す。シリコン半導体などの半導体基板１６の表面上には熱酸化膜（ＳｉＯ2 ）１５が形成されている。熱酸化膜１５上には１対のゲート構造が形成されている。ゲート構造は、まず、熱酸化膜１５の上に直接形成されたポリシリコン膜１４と、このポリシリコン膜１４の上に形成されたタングステンシリサイド（ＷＳｉ）膜１３と、タングステンシリサイド膜１３の上に形成されたシリコン窒化膜（ＳｉＮ）１２と、シリコン窒化膜１２の上に形成されたＳＯＧ膜１１（図２の有機ＳＯＧ膜（Ｒ７））から構成され、このゲート構造は、シリコン窒化膜１２′により被覆保護されている。このシリコン窒化膜１２′を被覆するようにＰＳＧ膜１０が形成されている。ＰＳＧ膜１０は、平坦化されて表面に有機物などの反射防止膜９が形成されている。この反射防止膜９の上にフォトレジスト８が形成され、これはパターニングされている。
この様に、半導体基板１６上に有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）１１をマスクとしてゲ−ト１２、１３を形成する。その後シリコン窒化膜１２′を薄く引いてからＰＳＧ膜１０を成膜させ、これをＣＭＰにより平坦化した。その後、反射防止膜９を塗布し、フォトレジスト８をコンタクト孔形状にパタ−ンニングを行う。
【００１８】
次に、パターニングされたフォトレジスト８をマスクに、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ＝１０／５０／２００（ｓｃｃｍ）条件に、圧力は４０ｍＴｏｒｒ高周波電力は１７００Ｗ、ウエハ−基板温度は２０℃の条件でエッチングを行う。このエッチングによりゲート間にコンタクト孔２３が形成される。この実施例ではゲ−ト部のシリコン窒化膜１２の肩の損傷が殆ど見られないことが分かった。
また、有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）の膜厚を制御すること、膜種を変えること及びプロセスガスを制御することなどにより下地のシリコン窒化膜を制御良く削ることができる。これにより、現状の下地をぬくプロセス及びその後の剥離、ウエット処理の工程を削除することが可能である。
図５は、この実施例におけるドライエッチング方法をＮＡＮＤ型ＥＥＰＲＯＭに適用した例である。ここで示されるゲート構造は、ゲート絶縁膜である熱酸化膜１５上に形成された第１のゲートであるアモルファスシリコン膜１８と、アモルファスシリコン膜１８上のシリコン窒化酸化膜（ＮＯ膜）１７と、シリコン窒化酸化膜１７上のポリシリコン膜１４と、ポリシリコン膜１４の上に形成されたタングステンシリサイド膜１３と、タングステンシリサイド膜１３の上に形成されたシリコン窒化膜１２と、シリコン窒化膜１２の上に形成されたＳＯＧ膜１１から構成され、このゲート構造は、膜厚２０ｎｍ〜３０ｎｍ程度のシリコン窒化膜１２′により被覆保護されている。
【００１９】
パターニングされたフォトレジスト８をマスクに、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ＝１０／５０／２００（ｓｃｃｍ）という条件に加え、圧力は４０ｍＴｏｒｒ、高周波電力は１７００Ｗ、ウエハ−基板温度は２０℃の条件でエッチングを行う。添加ガスとしての酸素ガスは、５ｓｃｃｍ以下程度は添加しても良い。このエッチングによりゲート間にコンタクト孔２４が形成される。この実施例ではゲ−ト部のシリコン窒化膜１２の肩（上面と側面の間の角）の損傷が殆ど見られない。
このように、ゲートのアスペクト比が高くなるＮＡＮＤ型ＥＥＰＲＯＭの製造プロセスでも有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）の膜厚を制御すること及びプロセスガスを酸素ガスの添加量を調整するなどプロセスガスを制御することにより容易に自己整合型コンタクト形成（ＳＡＣ）ができる。
この実施例では、層間絶縁膜にＰＳＧ膜を使用しているが、プラズマ、減圧もしくは常圧ＣＶＤ装置又はＨＤＰ装置で成膜したシリコン酸化膜及びエッチング抑制膜として、有膜ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）を用いる時のみ、塗布型装置で成膜した有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）、無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）でも使用可能である。また、エッチング抑制膜として有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）を使用しているが、無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）でも膜厚を制御すること及びプロセスガスを制御することにより、同様の効果が得られる。更にエッチング抑制膜として、シリコン酸化窒化膜（ＳｉＯＮ）を用いても同様の結果が得られる。
【００２０】
次に、図６及び図７を参照して第２の実施例を説明する。
図６は、素子領域平坦化形成プロセスを説明する半導体基板の断面図である。素子領域ＡＡ（蜜部）は、シリコンなどの半導体基板１６主面に絶縁膜が埋め込まれる溝（ＳＴＩ:Shallow Trench Isolation ）２５が形成されている。半導体素子が形成されていない素子分離領域ＢＢ（疎部）には溝２５より大きい溝（ＳＴＩ）２５′が形成されている。素子領域にはポリッシング保護膜となるシリコン窒化膜１２が形成されている。この半導体基板１６上にＣＶＤ法などによりシリコン酸化膜１９を形成する。素子領域ＡＡには半導体素子が素子分離領域間に高密度に形成されている。したがって、その表面には凹凸があって平坦になっていない。一方素子分離領域ＢＢでは凹凸がなくほぼ平坦になっている。シリコン酸化膜１９上には有機ＳＯＧ膜１１が形成されている。ここで、素子領域ＡＡは、シリコン酸化膜１９の凸部には有機ＳＯＧ膜１１が形成されておらず、凹部にはこれを埋めるように有機ＳＯＧ膜１１が形成され、素子分離領域ＢＢは、素子領域ＡＡ部分より膜厚に有機ＳＯＧ膜１１が形成されており、全体として有機ＳＯＧ膜１１は、平坦な表面を有している。有機ＳＯＧ膜１１には、図２にその特性を示した有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）を塗布して形成する。
【００２１】
図７は、素子分離平坦化形成プロセスを説明する工程断面図であり、図６に示す段階からシリコン酸化膜１９を平坦化するまでのプロセスを説明する。
まず、有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）１１をマスクに、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ＝１０／５０／２００（ｓｃｃｍ）条件に加えて、圧力は４０ｍＴｏｒｒ高周波電力は１７００Ｗ、半導体基板温度は２０℃の条件でシリコン酸化膜１９のエッチングを行う。添加ガスとしての酸素ガスは、５ｓｃｃｍ以下程度は添加しても良い。層間絶縁膜であるシリコン酸化膜１９のエッチングを行ってから有機ＳＯＧ膜１１を剥離する。この時、Ｏ2 アッシャーを行った後、水：ＨＦが２００：１の希ＨＦを用いることで選択比が１００程度で有機ＳＯＧ膜を除去することができる。その後ＣＭＰを行ってシリコン酸化膜１９の表面を平坦化させる。シリコン酸化膜１９の疎部分（素子分離領域ＢＢ）の割れをなくし、制御性を良く平坦化することができる。この実施例では、エッチング抑制膜として、有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）を使用しているが、有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）、無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）でも可能である。
【００２２】
次に、図８及び図９を参照して第３の実施例を説明する。
図８は、ＤＲＡＭとロジック回路が混載された半導体基板の断面図、図９は、図８に示す半導体基板上の絶縁膜をエッチングするプロセスを説明する断面図である。この実施例は、半導体基板上の絶縁膜にアルミ配線を形成後、有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）をアルミ配線部分に塗布し、その上に無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）を塗布することにより、層間絶縁膜の平坦化を行うことに特徴がある。
シリコン半導体基板１６上にはＤＲＡＭ部及びロジック部にＴｉ／ＴｉＮ膜などからなるバリヤメタル層２１で挟まれたアルミニウム配線２２が形成されている。半導体基板１６上にはアルミニウム配線２２を埋め込むようにエッチング抑制膜として有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）１１が塗布形成されている。その上に無機ＳＯＧ膜２０が塗布形成されている。この後、有機などの反射防止膜９を塗布し、この上にフォトレジスト８を形成する。フォトレジスト８は、コンタクト孔形状にパタ−ンニングされる。ＤＲＡＭ部の配線幅は、ロジック部の配線幅より５割以上大きく形成されている。
【００２３】
次に、図９に示すように、ＤＲＡＭ部及びロジック部のアルミニウム配線２２上に無機ＳＯＧ膜２０のコンタクト孔２７、２７′をエッチング形成する。この実施例のコンタクト孔形成のエッチング条件として、無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）２０の対有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）１１の選択比を考慮にいれ、Ｃ4 Ｆ8 ／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ2 ＝１０／５０／２００／５（ｓｃｃｍ）の条件に加えて、圧力は４０ｍＴｏｒｒ高周波電力は１７００Ｗ、半導体基板温度は２０℃の条件で行う。この結果、ロジック部ではアルミニウム配線２２の配線幅が小さいのでコンタクト孔２７′とアルミニウム配線２２との間では合わせずれが発生し易いが、合わせずれ部分のオーバーエッチング深さ（ｄ）は、高々３０ｎｍ程度にすることができた。従来技術では３００ｎｍにもなることがある。この結果、アルミニウムの埋め込み性が良くなり配線間でショ−トが抑制される。
この実施例では層間絶縁膜として無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）を使用しているが、プラズマ、減圧又は常圧ＣＶＤ装置及びＨＤＰ装置で成膜したシリコン酸化膜及び塗布膜装置で成膜した有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）を用いることも可能である。
また、層間絶縁膜の膜厚を制御すること、膜種を変えること及びプロセスガスを制御することなどにより、更にボ−ダレスエッチングの抑制が可能になる。
【００２４】
次に、図１０及び図１１を参照して第４の実施例を説明する。
図１０は、配線が形成された半導体基板の断面図、図１１は、図１０に示す半導体基板上の絶縁膜をエッチングするプロセスを説明する断面図である。この実施例は、半導体基板上の絶縁膜にアルミニウム配線を形成後、有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）をアルミニウム配線部分に塗布し、その上に絶縁膜を形成してコンタクト孔を形成することに特徴がある。
シリコン半導体基板１６上に層間絶縁膜としてＰＳＧ膜１０が形成されている。ＰＳＧ膜１０にはＴｉ／ＴｉＮ膜などからなるバリヤメタル層２１で挟まれたアルミニウム配線２２が埋め込まれている。ＰＳＧ膜１０上にはエッチング抑制膜として有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）１１が塗布形成されている。その上に、さらにＰＳＧ膜１０が形成されている。このＰＳＧ膜１０及び有機ＳＯＧ膜１１には底部にバリアメタル層２１が露出するようにコンタクト孔２８が形成されている。コンタクト孔２８の形成には反射防止膜とパターニングされたフォトレジストを用いた。そして、ＰＳＢ膜１０の上に配線溝形状にパターニングされたフォトレジスト８が形成されている。
【００２５】
次に、図１１のように、アルミニウムの埋め込み配線を形成するために配線溝加工のエッチングを行う。エッチングは、図２に示すＣ４Ｆ８／ＣＯ／Ａｒ／Ｏ２＝１０／５０／２００／５（ｓｃｃｍ）の条件に加えて、圧力は４０ｍＴｏｒｒ高周波電力は１７００Ｗ、半導体基板温度は２０℃の条件で行う。その結果、エッチング抑制膜である有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）がストッパ−となり深さに対し、制御性良く溝２９を形成することができた。また、この深さ制御は、配線の伝搬速度に非常に効果的である。
この実施例では層間絶縁膜にＰＳＧ膜を使用しているが、プラズマ、減圧もしくは常圧ＣＶＤ装置及びＨＤＰ装置で成膜したシリコン酸化膜及びエッチング抑制膜として有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）を用いる時のみ塗布型装置で成膜した有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）、無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）でも可能である。図２に示すエッチングレートを種々組み合わせて選択的に加工ができる。
この実施例では、図１のマグネトロンＲＩＥ装置を使用したが、これ以外にもＥＣＲ、ヘリコン、誘導結合型プラズマ等の他のドライエッチング装置を用いることが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、シリコン酸化膜をドライエッチングする際のエッチング抑制膜として、Ｃ及びＨ又はＨを含有するシリコン酸化膜  （有機ＳＯＧ膜、無機ＳＯＧ膜）を用いることにより、シリコン酸化膜の選択エッチングが可能になる。また、Ｃ及びＨ又はＨを含有するシリコン酸化膜をエッチング抑制膜として用いることにより、エッチングガス中の酸素ガスの含有量を適宜変化させることによりシリコン酸化膜の選択エッチングが可能である。さらにＣ及びＨ又はＨを含有するシリコン酸化膜をエッチング抑制膜に用いることにより、従来エッチング抑制膜として用いられていたシリコン窒化膜が不要になるとともに、配線ストッパとして使用しているシリコン窒化膜の比誘電率の高さを考慮する必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられるマグネトロンＲＩＥ装置の概略断面図。
【図２】反応性ガスを構成するＣ4 Ｆ8 、ＣＯ、Ａｒガスに酸素（Ｏ2 ）ガス添加量に対する有機ＳＯＧ膜（ＡＳ４１８）、有機ＳＯＧ膜（Ｒ７）、無機ＳＯＧ膜（Ｆｏｘ）、シリコン酸化膜（Ａ）及びＰＳＧ膜（Ｂ）の各エッチングレ−トを示す特性図。
【図３】本発明のエッチング処理すべき半導体基板の部分断面図。
【図４】本発明のエッチング処理後の形状を示した半導体基板の部分断面図。
【図５】本発明のエッチング処理後の形状を示した半導体基板の部分断面図。
【図６】本発明のエッチング処理すべき半導体基板の部分断面図。
【図７】本発明のエッチング処理後の形状を示した半導体基板の部分断面図。
【図８】本発明のエッチング処理すべき半導体基板の部分断面図。
【図９】本発明のエッチング処理後の形状を示した半導体基板の部分断面図。
【図１０】本発明のエッチング処理すべき半導体基板の部分断面図。
【図１１】本発明のエッチング処理後の形状を示した半導体基板の部分断面図。
【符号の説明】
１・・・真空チャンバー、    ２・・・被処理物、    ３・・・載置台、
４・・・ガス導入管、    ５・・・排気口、    ６・・・高周波電極、
６′・・・対向電極、    ７・・・磁石、    ８・・・フォトレジスト、
９・・・反射防止膜、  １０・・・ＰＳＧ膜、  １１・・・有機ＳＯＧ膜、
１２、１２′・・・シリコン窒化膜、
１３・・・タングステンシリサイド膜、    １４・・・ポリシリコン膜、
１５・・・熱酸化膜、    １６・・・シリコン半導体基板、
１７・・・シリコン窒化酸化膜（ＮＯ膜）、
１８・・・アモルファスシリコン膜、    １９・・・シリコン酸化膜、
２０・・・無機ＳＯＧ膜、    ２１・・・バリアメタル層、
２２・・・アルミニウム配線、
２３、２４、２７、２７′、２８・・・コンタクト孔、
２５、２５′、２９・・・溝。
【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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