JP3759895B2 - エッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、基板上にシリコン窒化膜を介して形成されたシリコン酸化膜にアスペクト比が高い凹部を形成するためのエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスにおけるサイズの縮小に伴って、マスク間の重ね合わせのずれ量が無視できない値になってきた。例えばゲート配線とコンタクトホールとの間のマスクの合わせずれが大きいと、ゲート配線とコンタクトホールに埋め込まれた導電膜とがショートして、デバイスが動作しなくなるという問題がある。
【０００３】
そこで、セルフアラインコンタクトエッチング法と呼ばれるエッチング方法が提案されている。以下、このエッチング方法について、図９（ａ）を参照しながら説明する。
【０００４】
図９（ａ）に示すように、ソース領域又はドレイン領域の上にコバルトシリサイド層１０１が形成されているシリコン基板１００の上にゲート絶縁膜１０２を介してポリシリコン膜よりなるゲート配線（ゲート電極）１０３が形成されている。ゲート配線１０３同士の間並びにゲート配線１０３の上面及び壁面には１０〜８０ｎｍの厚さを持つシリコン窒化膜１０４が堆積され、該シリコン窒化膜１０４の上にはシリコン酸化膜１０５が形成されている。
【０００５】
シリコン酸化膜１０５に対して、ホール形成用開口部を有するレジストパターン１０６をマスクにプラズマエッチングを行なって、シリコン酸化膜１０５におけるゲート配線１０３同士の間にコンタクトホール１０７を形成する。
【０００６】
ところで、ゲート配線１０３の壁面に堆積されているシリコン窒化膜１０４を残存させながらゲート配線１０３同士の間に形成されているシリコン酸化膜１０５をエッチングにより除去する必要があるので、エッチング時間のマージンが小さいという問題がある。
【０００７】
また、ゲート配線１０３同士の間に形成されているシリコン酸化膜１０５をエッチングにより除去した後、コンタクトホール１０７の底部に露出しているシリコン窒化膜１０４をエッチングにより除去してコバルトシリサイド層１０１を露出させる必要があるが、この工程において、ゲート配線１０３の壁面に堆積されているシリコン窒化膜１０４がエッチングされ、ゲート配線１０３がコンタクトホール１０７に露出してしまう恐れがある。
【０００８】
そこで、シリコン酸化膜１０５に対して、フルオロカーボンガスを含むエッチングガス、例えばＡｒガスとＯ2 ガスとＣ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いてエッチングを行なう方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン酸化膜１０５に対して、ＡｒガスとＯ2 ガスとＣ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いてエッチングを行なうと、コンタクトホール１０７の壁部に堆積膜が付着しながらエッチングが進行するため、エッチング時間のマージンを確保できると共に、ゲート配線１０３がコンタクトホール１０７に露出する恐れもなくなる。
【００１０】
ところが、コンタクトホール１０７のアスペクト比が高くなっていくと、コンタクトホール１０７の壁部に付着する堆積膜の成長が、シリコン酸化膜１０５におけるコンタクトホール１０７の底部に存在する部分に対するエッチングの進行よりも優性になり、図９（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１０５におけるコンタクトホール１０７の底部に対するエッチングがストップしてしまうという問題が発生する。
【００１１】
前記に鑑みて、本発明は、シリコン窒化膜の上に形成されたシリコン酸化膜に対してフルオロカーボンガスを含むエッチングガスを用いてエッチングを行なって、シリコン酸化膜にアスペクト比が高い凹部を形成する際に、シリコン酸化膜における凹部の底部に対するエッチングがストップしないようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１のエッチング方法は、基板上にシリコン窒化膜を介して形成されたシリコン酸化膜にアスペクト比が高い凹部を形成するためのエッチング方法を対象とし、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いる。
【００１３】
第１のエッチング方法によると、エッチングガス中に、凹部の壁部に堆積膜を成長させる傾向が強いＣ5Ｆ8ガスのほかに、凹部の底部に対するエッチングの進行を凹部の壁部への堆積膜の成長よりも優先させるＣＨ2Ｆ2ガスが含まれているため、凹部の壁部における堆積膜の成長と、凹部の底部に対するエッチングの進行とがバランス良く進行する。このため、シリコン酸化膜における凹部の底部に対するエッチングがストップする事態を防止することができる。
【００１４】
第１のエッチング方法において、エッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は２０％以上であることが好ましい。
【００１５】
このようにすると、シリコン酸化膜における凹部の底部に対するエッチングがストップする事態を確実に回避することができる。
【００１６】
第１のエッチング方法において、エッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上であることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、シリコン酸化膜に凹部を形成した後、引き続き凹部の底部に露出しているシリコン窒化膜をエッチングすることができる。
【００１８】
第１のエッチング方法において、エッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上且つ７０％以下であることが好ましい。
【００１９】
このようにすると、凹部の壁部にシリコン窒化膜が露出している場合、シリコン窒化膜の角部をエッチングすることなく、凹部の底部に露出しているシリコン窒化膜をエッチングすることができる。
【００２０】
本発明に係る第２のエッチング方法は、基板上にシリコン窒化膜を介して形成され、不純物を含むシリコン酸化膜よりなる下層膜と不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層膜とからなる積層膜にアスペクト比が高い凹部を形成するためのエッチング方法を対象とし、上層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガスを用いる第１段階のエッチングを行なう工程と、下層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガスを用いる第２段階のエッチングを行なう工程とを備えている。
【００２１】
第２のエッチング方法によると、不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガスを用いて第１段階のプラズマエッチングを行なうため、上層膜に、ほぼ垂直な形状を有する凹部の上部を形成することができる。また、不純物を含むシリコン酸化膜よりなる下層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガスを用いて第２段階のプラズマエッチングを行なうため、凹部に露出しているシリコン窒化膜の側壁部が過度にエッチングされないと共に、下層膜にエッチングが停止することなく凹部の下部を形成することができる。
【００２２】
第２のエッチング方法において、第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は２０％以上であることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、シリコン酸化膜における凹部の底部に対するエッチングがストップする事態を確実に回避することができる。
【００２４】
第２のエッチング方法において、第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上であることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、シリコン酸化膜に凹部を形成した後、引き続き凹部の底部に露出しているシリコン窒化膜をエッチングすることができる。
【００２６】
第２のエッチング方法において、第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上且つ７０％以下であることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、凹部の壁部にシリコン窒化膜が露出している場合、シリコン窒化膜の角部をエッチングすることなく、凹部の底部に露出しているシリコン窒化膜をエッチングすることができる。
【００２８】
本発明に係る第３のエッチング方法は、基板上に形成され第１の凹部を有するシリコン窒化膜の上に形成され、不純物を含むシリコン酸化膜よりなる下層膜と不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層膜とからなる積層膜に、第１の凹部と一体化され且つアスペクト比が高い第２の凹部を形成するためのエッチング方法を対象とし、上層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガスを用いる第１段階のドライエッチングを行なう工程と、下層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガスを用いる第２段階のドライエッチングを行なう工程と、第１の凹部に残存している下層膜をウェットエッチングにより除去する工程とを備えている。
【００２９】
第３のエッチング方法によると、第２のエッチング方法と同様、上層膜にほぼ垂直な形状を有する第２の凹部の上部を形成することができ、第１の凹部に露出しているシリコン窒化膜の側壁部が過度にエッチングされず、下層膜にエッチングの停止を招くことなく第２の凹部の下部を形成することができる。
【００３０】
第３のエッチング方法において、第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は２０％以上且つ７０％以下であることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、テーパ角が大きくて垂直に近い形状を持つ第２の凹部を形成することができる。
【００３２】
第３のエッチング方法において、下層膜は、３．７ｗｔ％のボロンと７．０ｗｔ％のリンとを含むＢＰＳＧ膜であることが好ましい。
【００３３】
このような組成を有するＢＰＳＧ膜は流動性に優れるため、ＢＰＳＧ膜よりなる下層膜はシリコン窒化膜に形成されている第１の凹部に確実に充填される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（エッチング装置）
以下、本発明の各実施形態に係るエッチング方法について説明するが、その前提として、本発明の各実施形態に係るエッチング方法に用いられるエッチング装置について図１を参照しながら説明する。
【００３５】
図１は二周波型容量結合プラズマを用いるエッチング装置の概略断面構造を示しており、図１に示すように、反応室１の上部には、エッチングガスを導入するためのガス導入口２ａを有する上部電極２が設けられ、該上部電極２には第１の高周波電源３から第１の高周波電力が供給される。反応室１の下部にはシリコン基板４を保持する試料台となる下部電極５が設けられ、該下部電極５には第２の高周波電源６から第２の高周波電力が供給される。また、反応室１の壁部には、反応室１の内部を減圧するターボ分子ポンプ７及びドライポンプ８が接続されている。
【００３６】
ターボ分子ポンプ７及びドライポンプ８を駆動して反応室１の内部を所定の圧力に減圧しておいてから、ガス導入口２ａから反応室１の内部にエッチングガスを導入すると共に第１の高周波電源３から上部電極２に第１の高周波電力を供給すると、反応室１の内部において、エッチングガスからなるプラズマが発生する。
【００３７】
次に、第２の高周波電源６から下部電極５に第２の高周波電力を供給すると、エッチングガスからなるプラズマがシリコン基板４の表面に引き込まれるので、シリコン基板４はエッチングされる。
【００３８】
尚、エッチング装置に用いるプラズマとしては、二周波型容量結合プラズマに限らず、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ又はＶＨＦプラズマ等を用いることができる。
【００３９】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るエッチング方法について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、図２（ａ）に示すように、ソース領域又はドレイン領域の上にコバルトシリサイド層１１が形成されているシリコン基板１０の上にゲート絶縁膜１２を介して、ポリシリコン膜よりなり高さが２５０ｎｍで幅が２００ｎｍのゲート配線１３を形成する。次に、ゲート配線１３を含むシリコン基板１０の上に、３０ｎｍの厚さを持つシリコン窒化膜１４と７００ｎｍの厚さを持つＢＰＳＧ膜よりなるシリコン酸化膜１５を順次形成した後、該シリコン酸化膜１５の上に、２００ｎｍのサイズのホール形成用開口部を有するレジストパターン１６を形成する。
【００４１】
＜シリコン酸化膜に対するエッチング工程＞
次に、図２（ｂ）に示すように、ＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣＨ2Ｆ2ガスとＣ5Ｆ8ガスとの合計流量に対する比（＝ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比）が２０％以上であるエッチングガス、例えばＣＨ2Ｆ2ガス（流量：５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態））とＣ5Ｆ8ガス（流量：８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態））とＡｒガス（流量：８００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態））Ｏ2 ガス（流量：４ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態））との混合ガスよりなるエッチングガスを用いて、シリコン酸化膜１５に対してセルフアラインコンタクトエッチングを行なって、コンタクトホール１７を形成する。
【００４２】
第１の実施形態によると、エッチングガス中に、堆積膜を成長させる程度が強いＣ5Ｆ8ガスのほかに、シリコン酸化膜に対するエッチングの進行を堆積膜の成長よりも優先させるＣＨ2Ｆ2ガスが含まれているため、コンタクトホール１７の壁部に付着する堆積膜の成長と、コンタクトホール１７の底部に対するエッチングの進行とがバランス良く進行する。このため、コンタクトホール１７の底部に堆積膜が付着してエッチングがストップする事態を防止することができる。以下、その理由について次の化学反応式を参照しながら説明する。
【００４３】
フルオロカーボンガスにＣ5Ｆ8ガスのみが含まれている場合には、
Ｃ5Ｆ8＋ＳｉＯ2→ＳｉＦ4↑＋２ＣＯ↑＋Ｃ3Ｆ4↑……(1) の化学反応が起こる。
【００４４】
これに対して、フルオロカーボンガスにＣ5Ｆ8ガス及びＣＨ2Ｆ2ガスが含まれている場合には、
Ｃ5Ｆ8＋ＣＨ2Ｆ2＋ＳｉＯ2→ＳｉＦ4↑＋２ＣＯ↑＋Ｃ3Ｆ6↑＋ＣＨ2↑……(2)の化学反応が起こる。
【００４５】
すなわち、(1) の化学反応が起こる場合には、反応生成物としてＣ3Ｆ4（Ｃ／Ｆ＝０．７５）が生成される一方、(2) の化学反応が起こる場合には、反応生成物としてＣ3Ｆ6（Ｃ／Ｆ＝０．５０）が生成される。Ｃ3Ｆ6のＣ／Ｆ比はＣ3Ｆ4のＣ／Ｆ比よりも小さいため、堆積膜の付着が抑制されるので、コンタクトホール１７の底部に堆積膜が付着してエッチングがストップする事態を防止することができる。
【００４６】
特に、第１の実施形態においては、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上であるエッチングガスを用いるため、シリコン酸化膜１５におけるコンタクトホール１７の底部に対するエッチングがストップする事態を確実に阻止することができる。以下、その理由について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４７】
図３（ａ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、フッ素（Ｆ：６８５ｎｍ）の発光強度及び炭素（Ｃ2 ：５１６ｎｍ）の発光強度との関係を示し、図３（ｂ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、Ｃ2 の発光強度／Ｆの発光強度（＝発光強度比）との関係を示し、図３（ｃ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、コンタクトホールの歩留まりとの関係を示している。
【００４８】
図３（ａ）に示すように、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が大きくなっていくと、フルオロカーボンガス中のＣＨ2Ｆ2ガスの割合が増加するため、フッ素の発光強度は増大していく。また、ＣＨ2Ｆ2ガスに含まれる水素によるフッ素のスカベンジ効果により、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比の増大に伴って、炭素の発光強度も増大していくが、フッ素の発光強度の増大の程度は炭素の発光強度の増大の程度よりも大きい。
【００４９】
このため、図３（ｂ）に示すように、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が増大するに伴って発光強度比は小さくなっていく。そして、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％未満では、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比の増加に伴って発光強度比は急激に小さくなるが、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上になると、発光強度比の低減割合は鈍化していく。このことから、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上になると、プラズマ中の炭素イオンの濃度が確実に低下することが分かる。
【００５０】
従って、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上になると、コンタクトホール１７の底部に付着する堆積膜が確実に低減するので、図３（ｃ）に示すように、コンタクトホールの歩留まりが急激に向上する。
【００５１】
＜シリコン窒化膜に対するエッチング工程＞
以下、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対するエッチング工程について説明する。
【００５２】
前述のエッチングガス、すなわち、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上で且つ５０％未満であるエッチングガス、例えば、フルオロカーボンガスとして、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと、流量が２〜８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣＨ2Ｆ2ガスとを含むエッチングガスを用いてエッチングを行なうと、シリコン酸化膜１５に対しては確実にエッチングが行なわれ、良好なコンタクトホール１７を形成することはできるが、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してはエッチングは殆ど行なわれない。
【００５３】
そこで、シリコン窒化膜１４に対するエッチング選択性に優れるエッチングガス、例えばフルオロカーボンガスとしてＣＨＦ3 ガスを含むエッチングガスを用いて、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してエッチングを行なう。
【００５４】
ところが、このエッチングガスはシリコン窒化膜１４に対するエッチング選択性に優れるため、図４（ａ）に示すように、シリコン窒化膜１４の角部（ゲート配線１３の肩部）がエッチングされてしまい、ゲート配線１３がコンタクトホール１７に露出するという問題が起きる。
【００５５】
そこで、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であるエッチングガス、例えばフルオロカーボンガスとして、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと流量が８〜１８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣＨ2Ｆ2ガスとを含むエッチングガスを用いて、シリコン酸化膜１５に対してエッチングを行なう。
【００５６】
このようにすると、シリコン酸化膜１５に対して確実にエッチングが行なわれ良好なコンタクトホール１７を形成できると共に、引き続き、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してエッチングが行なわれ、図４（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４の角部をエッチングすることなく、コバルトシリサイド層１１を露出させることができる。
【００５７】
一方、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％を超えるエッチングガス、例えばフルオロカーボンガスとして、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと流量が１８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）よりも多いＣＨ2Ｆ2ガスとを含むエッチングガスを用いて、シリコン酸化膜１５に対してエッチングを行なうと、次のようになる。
【００５８】
シリコン酸化膜１５に対して確実にエッチングが行なわれ、良好なコンタクトホール１７を形成でき、引き続き、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してエッチングが行なわれるので、コバルトシリサイド層１１を露出させることができる。
【００５９】
ところが、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％を超えるため、シリコン窒化膜１４に対するエッチング選択性が大きくなり、図４（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１４の角部（ゲート配線１３の肩部）がエッチングされてしまい、ゲート配線１３がコンタクトホール１７に露出するという問題が起きる。
【００６０】
従って、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であるエッチングガスを用いることが最も好ましい。
【００６１】
以下、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比を変化させたときのエッチングモデルについて図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００６２】
図５（ａ）は、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してエッチングが行なわれる前の状態を示している。図５（ａ）において、コンタクトホール１７におけるシリコン窒化膜１４よりも上側部分のサイズａは２００ｎｍであり、コンタクトホール１７におけるシリコン窒化膜１４よりも下側部分のサイズｂは１００〜１５０ｎｍである。
【００６３】
図５（ｂ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が０よりも大きく且つ５０％未満であるときのモデルを示し、図５（ｃ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上且つ７０％以下であるときのモデルを示し、図５（ｄ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％よりも多いときのモデルを示している。
【００６４】
ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が０よりも大きく且つ５０％未満である場合には、図５（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位及びコンタクトホール１７の底部にＣxＦyよりなる堆積膜が多く付着するので、フッ素によるシリコン窒化膜１４に対するエッチングが防止される。
【００６５】
ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上且つ７０％以下である場合には、図５（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位にＣxＦyよりなる堆積膜が多く付着する一方、コンタクトホール１７の底部にはＣxＦyよりなる堆積膜が少なく付着する。その理由は、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位は、ホールサイズａ（＝２００ｎｍ）が大きく面積も大きいためプラズマに曝され易い一方、コンタクトホール１７の底部は、ホールサイズｂ（＝１００〜１５０ｎｍ）が小さく面積も小さいためプラズマに曝され難いからである。従って、フッ素イオンがシリコン窒化膜１４におけるコンタクトホール１７の底部に照射するので、コンタクトホール１７の底部に対するエッチングは進行する。
【００６６】
ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％を超える場合には、図５（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位及びコンタクトホール１７の底部では、ＣxＦyよりなる堆積膜が殆ど付着しないため、フッ素イオンによるシリコン窒化膜１４に対するエッチングが進行する。
【００６７】
図６は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比とシリコン窒化膜１４のエッチング量との関係を示している。図６において、○はシリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位のエッチング量を示し、△はシリコン窒化膜１４におけるコンタクトホール１７の底部のエッチング量を示している。図６から分かるように、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％を超えると、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位のエッチング量が急激に増加し、またＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％未満になると、シリコン窒化膜１４におけるコンタクトホール１７の底部のエッチング量が急激に減少する。
【００６８】
図７は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、リーク電流の非発生率（△で示す）及びコンタクト抵抗の歩留まり率（○で示す）との関係を示している。リーク電流の非発生率が０％であるということはゲート配線１３とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とがショートしてリーク電流が流れることを意味し、リーク電流の非発生率が１００％であるということはゲート配線１３とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが接触せずリーク電流が流れず正常であることを意味する。また、コンタクト抵抗の歩留まり率が０％であるということはコバルトシリサイド層１１とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが接触しておらず抵抗値が無限大であることを意味し、コンタクト抵抗の歩留まり率が１００％であるということはコバルトシリサイド層１１とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが確実に接触しており抵抗値が正常であることを意味する。
【００６９】
リーク電流の非発生率が１００％であり且つコンタクト抵抗の歩留まり率が１００％であることが、デバイスが良品であるための条件であると言える。従って、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であるエッチングガスを用いると、良品なデバイスを得られることが分かる。
【００７０】
以上の説明から分かるように、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対するエッチング工程においては、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であるエッチングガスを用いると、シリコン窒化膜１４におけるゲート電極１３の角部と対応する部位が過度にエッチングされないため、ゲート配線１３とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが接触せず、また、シリコン窒化膜１４におけるコンタクトホール１７の底部が確実にエッチングされて、コバルトシリサイド層１１とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが確実に接触する。
【００７１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るエッチング方法について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
まず、図８（ａ）に示すように、ソース領域又はドレイン領域の上にコバルトシリサイド層２１が形成されているシリコン基板２０の上にゲート絶縁膜２２を介して、ポリシリコン膜よりなり高さが２５０ｎｍで幅が２００ｎｍのゲート配線２３を形成した後、ゲート配線２３を含むシリコン基板２０の上に、ゲート配線２３同士の間に凹部を有し且つ３０ｎｍの厚さを持つシリコン窒化膜２４を堆積する。
【００７３】
次に、シリコン窒化膜２４の上に、３．９ｗｔ％のボロン及び７．０ｗｔ％のリンを含み且つ３５０ｎｍの厚さを持つＢＰＳＧ膜よりなる下層の層間絶縁膜２５をシリコン窒化膜２４の凹部が充填されるように形成した後、ＣＭＰ法により下層の層間絶縁膜２５を平坦化し、その後、平坦化された下層の層間絶縁膜２５の上にプラズマＣＶＤ法により、不純物を実質的に含まず且つ３５０ｎｍの厚さを持つシリコン酸化膜よりなる上層の層間絶縁膜２６を形成する。
【００７４】
次に、上層の層間絶縁膜２６の上に、サイズが２００ｎｍのホール形成用開口部を有するレジストパターン２７を形成する。
【００７５】
次に、上層の層間絶縁膜２６に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガス、例えば、流量が８００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＡｒガスと、流量が３５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＯ2 ガスと、流量が１５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなる第１のエッチングガスを用いてプラズマエッチングを行なって、図８（ｂ）に示すように、上層の層間絶縁膜２６にコンタクトホール２８の上部２８ａを形成する。
【００７６】
次に、下層の層間絶縁膜２６に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガス、例えば、流量が８００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＡｒガスと、流量が４ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＯ2 ガスと、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと、流量が５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなる第２のエッチングガスを用いてセルフアラインコンタクトエッチングを行なって、図８（ｂ）に示すように、下層の層間絶縁膜２５にコンタクトホール２８の下部２８ｂを形成する。
【００７７】
第２の実施形態においては、不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層の層間絶縁膜２６に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガスを用いて第１段階のプラズマエッチングを行なうため、ほぼ垂直な形状を有するコンタクトホール２８の上部２８ａを形成することができる。
【００７８】
この場合、第１のエッチングガスにおける、Ｏ2 ガスの流量のＯ2 ガスとＣ5Ｆ8ガスとの合計流量の比（＝Ｏ2 ガスの混合比）としては６０％以上が好ましい。このようにすると、トップサイズ及びボトムサイズがいずれも２００ｎｍであり、ほぼ垂直な形状を有するコンタクトホール２８の上部２８ａを確実に形成することができる。
【００７９】
また、ＢＰＳＧ膜よりなる下層の層間絶縁膜２６に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガスを用いて第２段階のプラズマエッチングを行なうため、すなわち、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さいため、シリコン窒化膜２４におけるコンタクトホール２８の壁部が過度にエッチングされないと共に、第２のエッチングガスにＣＨ2Ｆ2ガスが混合されているため、エッチングが停止することなくコンタクトホール２８の下部２８ｂを形成することができる。
【００８０】
この場合、第１の実施形態と同様の理由により、第２のエッチングガスにおけるＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上であると、コンタクトホール２８の底部に堆積膜が付着してエッチングがストップする事態を確実に阻止することができる。また、第２のエッチングガスにおけるＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上であると、下層の層間絶縁膜２６に対するエッチングに引き続いて、シリコン窒化膜２４におけるコンタクトホール２８の底部をエッチングすることができる。また、第２のエッチングガスにおけるＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であると、シリコン窒化膜２４におけるゲート配線２３の肩部と対応する部位が過度にエッチングされることなく、シリコン窒化膜２４におけるコンタクトホール２８の底部をエッチングすることができる。
【００８１】
以上の理由により、第２の実施形態においては、第２のエッチングガスにおけるＣＨ2Ｆ2ガスの混合比としては、２０％以上で且つ７０％以下であることが好ましい。
【００８２】
このようにすると、図８（ｂ）に示すように、トップサイズ及びボトムサイズがいずれも２００ｎｍであるコンタクトホール２８の上部２８ａを形成することができると共に、トップサイズが２００ｎｍで且つボトムサイズが１５０ｎｍであるコンタクトホール２８の下部２８ｂを形成することができる。すなわち、トップサイズが２００ｎｍでボトムサイズが１５０ｎｍであるコンタクトホール２８を形成することができる。
【００８３】
第２の実施形態においては、下層の層間絶縁膜２５として、３．９ｗｔ％のボロン及び７．０ｗｔ％のリンを含み、流動性に優れたＢＰＳＧ膜を用いているため、下層の層間絶縁膜２５をシリコン窒化膜２４の凹部に確実に充填することができる。
【００８４】
また、上層の層間絶縁膜２６として、不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜を用いているため、上層の層間絶縁膜２６にコンタクトホール２８の上部２８ａを形成するためのエッチング工程において、シリコン窒化膜２４がエッチングされてゲート配線２３が露出してしまう事態を回避できる。すなわち、ＣＭＰ法により下層の層間絶縁膜２５を平坦化した後には、下層の層間絶縁膜２５におけるゲート配線２３の上側部分の厚さは小さくなっている。このため、上層の層間絶縁膜２６としてＢＰＳＧ膜を用いると共に、ほぼ垂直な形状を有するコンタクトホール２８の上部２８ａを形成するべく、Ｏ2 ガスの混合比が６０％以上であるエッチングガスを用いると、ＢＰＳＧ膜に対するエッチングのシリコン窒化膜２４に対するエッチングの選択性が低くなってしまうので、シリコン窒化膜２４がエッチングされてゲート配線２３が露出してしまう恐れがある。ところが、上層の層間絶縁膜２６として不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜を用いているため、上層の層間絶縁膜２６にコンタクトホール２８の上部２８ａを形成するためのエッチング工程において、シリコン窒化膜２４は殆どエッチングされない。
【００８５】
次に、酸素プラズマを用いるアッシングにより、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン２７とコンタクトホール２８の内部に残存しているポリマー膜を除去した後、フッ酸を含む水溶液を用いるウェットエッチングにより、図８（ｄ）に示すように、コンタクトホール２７の内部に残存する下層の層間絶縁膜２５を除去する。
【００８６】
このウェットエッチング工程においては、不純物を含まないシリコン酸化膜よりなる緻密な上層の層間絶縁膜２５はフッ酸溶液によりエッチングされない一方、ボロン及びリンの濃度が高いＢＰＳＧ膜よりなる下層の層間絶縁膜２６はフッ酸溶液によりエッチングされるため、コンタクトホール２７の内部に残存する下層の層間絶縁膜２５を確実に除去される。
【００８７】
このため、コンタクトホール２７のボトムサイズは拡大して１７０ｎｍになるので、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。
【００８８】
以下、第２の実施形態に係るエッチング方法を評価するために行なった比較例について、図１０（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００８９】
まず、図１０（ａ）に示すように、第２の実施形態と同様に、コバルトシリサイド層１１１が形成されているシリコン基板１１０の上にゲート絶縁膜１１２を介して、ポリシリコン膜よりなり高さが２５０ｎｍで幅が２００ｎｍのゲート配線１１３を形成した後、ゲート配線１１３を含むシリコン基板１１０の上にシリコン窒化膜１１４を堆積する。その後、シリコン窒化膜１１４の上に、３．９ｗｔ％のボロン及び７．０ｗｔ％のリンを含み且つ７００ｎｍの厚さを持つＢＰＳＧ膜よりなる層間絶縁膜１１５を形成する。
【００９０】
次に、層間絶縁膜１１５に対して、流量が８００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＡｒガスと、流量が４ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＯ2 ガスと、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと、流量が５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いてプラズマエッチングを行なって、層間絶縁膜１１５にコンタクトホール１１７を形成する。
【００９１】
比較例によると、図１０（ｂ）に示すように、コンタクトホール１１７の形状は、テーパ角が８５°以下のテーパ形状になり、トップサイズが２００ｎｍであるのに対してボトムサイズは１００ｎｍになる。このように、コンタクトホール１１７のボトムサイズが小さくなるので、コンタクト抵抗が大きくなる。この場合、コンタクトホール１１７とゲート配線１１３同士の間の凹部とのアライメントずれが大きくなると、コンタクトホール１１７のボトムサイズは一層小さくなってしまう。
【００９２】
【発明の効果】
第１のエッチング方法によると、凹部の壁部に付着する堆積膜の成長と、凹部の底部に対するエッチングの進行とがバランス良く進行するため、凹部の底部に堆積膜が付着してエッチングがストップする事態を防止することができる。
【００９３】
第２のエッチング方法によると、上層膜にほぼ垂直な形状を有する凹部の上部を形成することができ、凹部に露出しているシリコン窒化膜の側壁部が過度にエッチングされず、下層膜にエッチングの停止を招くことなく凹部の下部を形成することができる。
【００９４】
第３のエッチング方法によると、上層膜にほぼ垂直な形状を有する第２の凹部の上部を形成することができ、第１の凹部に露出しているシリコン窒化膜の側壁部が過度にエッチングされず、下層膜にエッチングの停止を招くことなく第２の凹部の下部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係るエッチング方法に用いるエッチング装置の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、フッ素の発光強度及び炭素の発光強度との関係を示す図であり、（ｂ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、Ｃ2 の発光強度／Ｆの発光強度との関係を示す図であり、（ｃ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、コンタクトホールの歩留まりとの関係を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法において、シリコン窒化膜におけるコンタクトホールの底部に対するエッチング工程を説明する断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法において、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比を変化させたときのエッチングモデルを説明する断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法において、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比とシリコン窒化膜のエッチング量との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法において、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、リーク電流の非発生率及びコンタクト抵抗の歩留まり率との関係を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係るエッチング方法の各工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は従来のエッチング方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態の比較例に係るエッチング方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ シリコン基板
１１ コバルトシリサイド層
１２ ゲート絶縁膜
１３ ゲート配線
１４ シリコン窒化膜
１５ シリコン酸化膜
１６ レジストパターン
１７ コンタクトホール
２０ シリコン基板
２１ コバルトシリサイド層
２２ ゲート絶縁膜
２３ ゲート配線
２４ シリコン窒化膜
２５ 下層の層間絶縁膜
２６ 上層の層間絶縁膜
２７ レジストパターン
２８ コンタクトホール
２８ａ コンタクトホールの上部
２８ｂ コンタクトホールの下部
【発明が属する技術分野】
本発明は、基板上にシリコン窒化膜を介して形成されたシリコン酸化膜にアスペクト比が高い凹部を形成するためのエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスにおけるサイズの縮小に伴って、マスク間の重ね合わせのずれ量が無視できない値になってきた。例えばゲート配線とコンタクトホールとの間のマスクの合わせずれが大きいと、ゲート配線とコンタクトホールに埋め込まれた導電膜とがショートして、デバイスが動作しなくなるという問題がある。
【０００３】
そこで、セルフアラインコンタクトエッチング法と呼ばれるエッチング方法が提案されている。以下、このエッチング方法について、図９（ａ）を参照しながら説明する。
【０００４】
図９（ａ）に示すように、ソース領域又はドレイン領域の上にコバルトシリサイド層１０１が形成されているシリコン基板１００の上にゲート絶縁膜１０２を介してポリシリコン膜よりなるゲート配線（ゲート電極）１０３が形成されている。ゲート配線１０３同士の間並びにゲート配線１０３の上面及び壁面には１０〜８０ｎｍの厚さを持つシリコン窒化膜１０４が堆積され、該シリコン窒化膜１０４の上にはシリコン酸化膜１０５が形成されている。
【０００５】
シリコン酸化膜１０５に対して、ホール形成用開口部を有するレジストパターン１０６をマスクにプラズマエッチングを行なって、シリコン酸化膜１０５におけるゲート配線１０３同士の間にコンタクトホール１０７を形成する。
【０００６】
ところで、ゲート配線１０３の壁面に堆積されているシリコン窒化膜１０４を残存させながらゲート配線１０３同士の間に形成されているシリコン酸化膜１０５をエッチングにより除去する必要があるので、エッチング時間のマージンが小さいという問題がある。
【０００７】
また、ゲート配線１０３同士の間に形成されているシリコン酸化膜１０５をエッチングにより除去した後、コンタクトホール１０７の底部に露出しているシリコン窒化膜１０４をエッチングにより除去してコバルトシリサイド層１０１を露出させる必要があるが、この工程において、ゲート配線１０３の壁面に堆積されているシリコン窒化膜１０４がエッチングされ、ゲート配線１０３がコンタクトホール１０７に露出してしまう恐れがある。
【０００８】
そこで、シリコン酸化膜１０５に対して、フルオロカーボンガスを含むエッチングガス、例えばＡｒガスとＯ2 ガスとＣ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いてエッチングを行なう方法が提案されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン酸化膜１０５に対して、ＡｒガスとＯ2 ガスとＣ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いてエッチングを行なうと、コンタクトホール１０７の壁部に堆積膜が付着しながらエッチングが進行するため、エッチング時間のマージンを確保できると共に、ゲート配線１０３がコンタクトホール１０７に露出する恐れもなくなる。
【００１０】
ところが、コンタクトホール１０７のアスペクト比が高くなっていくと、コンタクトホール１０７の壁部に付着する堆積膜の成長が、シリコン酸化膜１０５におけるコンタクトホール１０７の底部に存在する部分に対するエッチングの進行よりも優性になり、図９（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１０５におけるコンタクトホール１０７の底部に対するエッチングがストップしてしまうという問題が発生する。
【００１１】
前記に鑑みて、本発明は、シリコン窒化膜の上に形成されたシリコン酸化膜に対してフルオロカーボンガスを含むエッチングガスを用いてエッチングを行なって、シリコン酸化膜にアスペクト比が高い凹部を形成する際に、シリコン酸化膜における凹部の底部に対するエッチングがストップしないようにすることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するため、本発明に係る第１のエッチング方法は、基板上にシリコン窒化膜を介して形成されたシリコン酸化膜にアスペクト比が高い凹部を形成するためのエッチング方法を対象とし、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いる。
【００１３】
第１のエッチング方法によると、エッチングガス中に、凹部の壁部に堆積膜を成長させる傾向が強いＣ5Ｆ8ガスのほかに、凹部の底部に対するエッチングの進行を凹部の壁部への堆積膜の成長よりも優先させるＣＨ2Ｆ2ガスが含まれているため、凹部の壁部における堆積膜の成長と、凹部の底部に対するエッチングの進行とがバランス良く進行する。このため、シリコン酸化膜における凹部の底部に対するエッチングがストップする事態を防止することができる。
【００１４】
第１のエッチング方法において、エッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は２０％以上であることが好ましい。
【００１５】
このようにすると、シリコン酸化膜における凹部の底部に対するエッチングがストップする事態を確実に回避することができる。
【００１６】
第１のエッチング方法において、エッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上であることが好ましい。
【００１７】
このようにすると、シリコン酸化膜に凹部を形成した後、引き続き凹部の底部に露出しているシリコン窒化膜をエッチングすることができる。
【００１８】
第１のエッチング方法において、エッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上且つ７０％以下であることが好ましい。
【００１９】
このようにすると、凹部の壁部にシリコン窒化膜が露出している場合、シリコン窒化膜の角部をエッチングすることなく、凹部の底部に露出しているシリコン窒化膜をエッチングすることができる。
【００２０】
本発明に係る第２のエッチング方法は、基板上にシリコン窒化膜を介して形成され、不純物を含むシリコン酸化膜よりなる下層膜と不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層膜とからなる積層膜にアスペクト比が高い凹部を形成するためのエッチング方法を対象とし、上層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガスを用いる第１段階のエッチングを行なう工程と、下層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガスを用いる第２段階のエッチングを行なう工程とを備えている。
【００２１】
第２のエッチング方法によると、不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガスを用いて第１段階のプラズマエッチングを行なうため、上層膜に、ほぼ垂直な形状を有する凹部の上部を形成することができる。また、不純物を含むシリコン酸化膜よりなる下層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガスを用いて第２段階のプラズマエッチングを行なうため、凹部に露出しているシリコン窒化膜の側壁部が過度にエッチングされないと共に、下層膜にエッチングが停止することなく凹部の下部を形成することができる。
【００２２】
第２のエッチング方法において、第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は２０％以上であることが好ましい。
【００２３】
このようにすると、シリコン酸化膜における凹部の底部に対するエッチングがストップする事態を確実に回避することができる。
【００２４】
第２のエッチング方法において、第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上であることが好ましい。
【００２５】
このようにすると、シリコン酸化膜に凹部を形成した後、引き続き凹部の底部に露出しているシリコン窒化膜をエッチングすることができる。
【００２６】
第２のエッチング方法において、第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上且つ７０％以下であることが好ましい。
【００２７】
このようにすると、凹部の壁部にシリコン窒化膜が露出している場合、シリコン窒化膜の角部をエッチングすることなく、凹部の底部に露出しているシリコン窒化膜をエッチングすることができる。
【００２８】
本発明に係る第３のエッチング方法は、基板上に形成され第１の凹部を有するシリコン窒化膜の上に形成され、不純物を含むシリコン酸化膜よりなる下層膜と不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層膜とからなる積層膜に、第１の凹部と一体化され且つアスペクト比が高い第２の凹部を形成するためのエッチング方法を対象とし、上層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガスを用いる第１段階のドライエッチングを行なう工程と、下層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガスを用いる第２段階のドライエッチングを行なう工程と、第１の凹部に残存している下層膜をウェットエッチングにより除去する工程とを備えている。
【００２９】
第３のエッチング方法によると、第２のエッチング方法と同様、上層膜にほぼ垂直な形状を有する第２の凹部の上部を形成することができ、第１の凹部に露出しているシリコン窒化膜の側壁部が過度にエッチングされず、下層膜にエッチングの停止を招くことなく第２の凹部の下部を形成することができる。
【００３０】
第３のエッチング方法において、第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は２０％以上且つ７０％以下であることが好ましい。
【００３１】
このようにすると、テーパ角が大きくて垂直に近い形状を持つ第２の凹部を形成することができる。
【００３２】
第３のエッチング方法において、下層膜は、３．７ｗｔ％のボロンと７．０ｗｔ％のリンとを含むＢＰＳＧ膜であることが好ましい。
【００３３】
このような組成を有するＢＰＳＧ膜は流動性に優れるため、ＢＰＳＧ膜よりなる下層膜はシリコン窒化膜に形成されている第１の凹部に確実に充填される。
【００３４】
【発明の実施の形態】
（エッチング装置）
以下、本発明の各実施形態に係るエッチング方法について説明するが、その前提として、本発明の各実施形態に係るエッチング方法に用いられるエッチング装置について図１を参照しながら説明する。
【００３５】
図１は二周波型容量結合プラズマを用いるエッチング装置の概略断面構造を示しており、図１に示すように、反応室１の上部には、エッチングガスを導入するためのガス導入口２ａを有する上部電極２が設けられ、該上部電極２には第１の高周波電源３から第１の高周波電力が供給される。反応室１の下部にはシリコン基板４を保持する試料台となる下部電極５が設けられ、該下部電極５には第２の高周波電源６から第２の高周波電力が供給される。また、反応室１の壁部には、反応室１の内部を減圧するターボ分子ポンプ７及びドライポンプ８が接続されている。
【００３６】
ターボ分子ポンプ７及びドライポンプ８を駆動して反応室１の内部を所定の圧力に減圧しておいてから、ガス導入口２ａから反応室１の内部にエッチングガスを導入すると共に第１の高周波電源３から上部電極２に第１の高周波電力を供給すると、反応室１の内部において、エッチングガスからなるプラズマが発生する。
【００３７】
次に、第２の高周波電源６から下部電極５に第２の高周波電力を供給すると、エッチングガスからなるプラズマがシリコン基板４の表面に引き込まれるので、シリコン基板４はエッチングされる。
【００３８】
尚、エッチング装置に用いるプラズマとしては、二周波型容量結合プラズマに限らず、容量結合プラズマ、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ又はＶＨＦプラズマ等を用いることができる。
【００３９】
（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態に係るエッチング方法について図面を参照しながら説明する。
【００４０】
まず、図２（ａ）に示すように、ソース領域又はドレイン領域の上にコバルトシリサイド層１１が形成されているシリコン基板１０の上にゲート絶縁膜１２を介して、ポリシリコン膜よりなり高さが２５０ｎｍで幅が２００ｎｍのゲート配線１３を形成する。次に、ゲート配線１３を含むシリコン基板１０の上に、３０ｎｍの厚さを持つシリコン窒化膜１４と７００ｎｍの厚さを持つＢＰＳＧ膜よりなるシリコン酸化膜１５を順次形成した後、該シリコン酸化膜１５の上に、２００ｎｍのサイズのホール形成用開口部を有するレジストパターン１６を形成する。
【００４１】
＜シリコン酸化膜に対するエッチング工程＞
次に、図２（ｂ）に示すように、ＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣＨ2Ｆ2ガスとＣ5Ｆ8ガスとの合計流量に対する比（＝ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比）が２０％以上であるエッチングガス、例えばＣＨ2Ｆ2ガス（流量：５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態））とＣ5Ｆ8ガス（流量：８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態））とＡｒガス（流量：８００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態））Ｏ2 ガス（流量：４ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態））との混合ガスよりなるエッチングガスを用いて、シリコン酸化膜１５に対してセルフアラインコンタクトエッチングを行なって、コンタクトホール１７を形成する。
【００４２】
第１の実施形態によると、エッチングガス中に、堆積膜を成長させる程度が強いＣ5Ｆ8ガスのほかに、シリコン酸化膜に対するエッチングの進行を堆積膜の成長よりも優先させるＣＨ2Ｆ2ガスが含まれているため、コンタクトホール１７の壁部に付着する堆積膜の成長と、コンタクトホール１７の底部に対するエッチングの進行とがバランス良く進行する。このため、コンタクトホール１７の底部に堆積膜が付着してエッチングがストップする事態を防止することができる。以下、その理由について次の化学反応式を参照しながら説明する。
【００４３】
フルオロカーボンガスにＣ5Ｆ8ガスのみが含まれている場合には、
Ｃ5Ｆ8＋ＳｉＯ2→ＳｉＦ4↑＋２ＣＯ↑＋Ｃ3Ｆ4↑……(1) の化学反応が起こる。
【００４４】
これに対して、フルオロカーボンガスにＣ5Ｆ8ガス及びＣＨ2Ｆ2ガスが含まれている場合には、
Ｃ5Ｆ8＋ＣＨ2Ｆ2＋ＳｉＯ2→ＳｉＦ4↑＋２ＣＯ↑＋Ｃ3Ｆ6↑＋ＣＨ2↑……(2)の化学反応が起こる。
【００４５】
すなわち、(1) の化学反応が起こる場合には、反応生成物としてＣ3Ｆ4（Ｃ／Ｆ＝０．７５）が生成される一方、(2) の化学反応が起こる場合には、反応生成物としてＣ3Ｆ6（Ｃ／Ｆ＝０．５０）が生成される。Ｃ3Ｆ6のＣ／Ｆ比はＣ3Ｆ4のＣ／Ｆ比よりも小さいため、堆積膜の付着が抑制されるので、コンタクトホール１７の底部に堆積膜が付着してエッチングがストップする事態を防止することができる。
【００４６】
特に、第１の実施形態においては、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上であるエッチングガスを用いるため、シリコン酸化膜１５におけるコンタクトホール１７の底部に対するエッチングがストップする事態を確実に阻止することができる。以下、その理由について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【００４７】
図３（ａ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、フッ素（Ｆ：６８５ｎｍ）の発光強度及び炭素（Ｃ2 ：５１６ｎｍ）の発光強度との関係を示し、図３（ｂ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、Ｃ2 の発光強度／Ｆの発光強度（＝発光強度比）との関係を示し、図３（ｃ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、コンタクトホールの歩留まりとの関係を示している。
【００４８】
図３（ａ）に示すように、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が大きくなっていくと、フルオロカーボンガス中のＣＨ2Ｆ2ガスの割合が増加するため、フッ素の発光強度は増大していく。また、ＣＨ2Ｆ2ガスに含まれる水素によるフッ素のスカベンジ効果により、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比の増大に伴って、炭素の発光強度も増大していくが、フッ素の発光強度の増大の程度は炭素の発光強度の増大の程度よりも大きい。
【００４９】
このため、図３（ｂ）に示すように、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が増大するに伴って発光強度比は小さくなっていく。そして、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％未満では、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比の増加に伴って発光強度比は急激に小さくなるが、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上になると、発光強度比の低減割合は鈍化していく。このことから、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上になると、プラズマ中の炭素イオンの濃度が確実に低下することが分かる。
【００５０】
従って、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上になると、コンタクトホール１７の底部に付着する堆積膜が確実に低減するので、図３（ｃ）に示すように、コンタクトホールの歩留まりが急激に向上する。
【００５１】
＜シリコン窒化膜に対するエッチング工程＞
以下、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対するエッチング工程について説明する。
【００５２】
前述のエッチングガス、すなわち、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上で且つ５０％未満であるエッチングガス、例えば、フルオロカーボンガスとして、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと、流量が２〜８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣＨ2Ｆ2ガスとを含むエッチングガスを用いてエッチングを行なうと、シリコン酸化膜１５に対しては確実にエッチングが行なわれ、良好なコンタクトホール１７を形成することはできるが、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してはエッチングは殆ど行なわれない。
【００５３】
そこで、シリコン窒化膜１４に対するエッチング選択性に優れるエッチングガス、例えばフルオロカーボンガスとしてＣＨＦ3 ガスを含むエッチングガスを用いて、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してエッチングを行なう。
【００５４】
ところが、このエッチングガスはシリコン窒化膜１４に対するエッチング選択性に優れるため、図４（ａ）に示すように、シリコン窒化膜１４の角部（ゲート配線１３の肩部）がエッチングされてしまい、ゲート配線１３がコンタクトホール１７に露出するという問題が起きる。
【００５５】
そこで、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であるエッチングガス、例えばフルオロカーボンガスとして、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと流量が８〜１８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣＨ2Ｆ2ガスとを含むエッチングガスを用いて、シリコン酸化膜１５に対してエッチングを行なう。
【００５６】
このようにすると、シリコン酸化膜１５に対して確実にエッチングが行なわれ良好なコンタクトホール１７を形成できると共に、引き続き、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してエッチングが行なわれ、図４（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４の角部をエッチングすることなく、コバルトシリサイド層１１を露出させることができる。
【００５７】
一方、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％を超えるエッチングガス、例えばフルオロカーボンガスとして、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと流量が１８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）よりも多いＣＨ2Ｆ2ガスとを含むエッチングガスを用いて、シリコン酸化膜１５に対してエッチングを行なうと、次のようになる。
【００５８】
シリコン酸化膜１５に対して確実にエッチングが行なわれ、良好なコンタクトホール１７を形成でき、引き続き、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してエッチングが行なわれるので、コバルトシリサイド層１１を露出させることができる。
【００５９】
ところが、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％を超えるため、シリコン窒化膜１４に対するエッチング選択性が大きくなり、図４（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１４の角部（ゲート配線１３の肩部）がエッチングされてしまい、ゲート配線１３がコンタクトホール１７に露出するという問題が起きる。
【００６０】
従って、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であるエッチングガスを用いることが最も好ましい。
【００６１】
以下、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比を変化させたときのエッチングモデルについて図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００６２】
図５（ａ）は、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対してエッチングが行なわれる前の状態を示している。図５（ａ）において、コンタクトホール１７におけるシリコン窒化膜１４よりも上側部分のサイズａは２００ｎｍであり、コンタクトホール１７におけるシリコン窒化膜１４よりも下側部分のサイズｂは１００〜１５０ｎｍである。
【００６３】
図５（ｂ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が０よりも大きく且つ５０％未満であるときのモデルを示し、図５（ｃ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上且つ７０％以下であるときのモデルを示し、図５（ｄ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％よりも多いときのモデルを示している。
【００６４】
ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が０よりも大きく且つ５０％未満である場合には、図５（ｂ）に示すように、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位及びコンタクトホール１７の底部にＣxＦyよりなる堆積膜が多く付着するので、フッ素によるシリコン窒化膜１４に対するエッチングが防止される。
【００６５】
ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上且つ７０％以下である場合には、図５（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位にＣxＦyよりなる堆積膜が多く付着する一方、コンタクトホール１７の底部にはＣxＦyよりなる堆積膜が少なく付着する。その理由は、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位は、ホールサイズａ（＝２００ｎｍ）が大きく面積も大きいためプラズマに曝され易い一方、コンタクトホール１７の底部は、ホールサイズｂ（＝１００〜１５０ｎｍ）が小さく面積も小さいためプラズマに曝され難いからである。従って、フッ素イオンがシリコン窒化膜１４におけるコンタクトホール１７の底部に照射するので、コンタクトホール１７の底部に対するエッチングは進行する。
【００６６】
ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％を超える場合には、図５（ｄ）に示すように、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位及びコンタクトホール１７の底部では、ＣxＦyよりなる堆積膜が殆ど付着しないため、フッ素イオンによるシリコン窒化膜１４に対するエッチングが進行する。
【００６７】
図６は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比とシリコン窒化膜１４のエッチング量との関係を示している。図６において、○はシリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位のエッチング量を示し、△はシリコン窒化膜１４におけるコンタクトホール１７の底部のエッチング量を示している。図６から分かるように、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が７０％を超えると、シリコン窒化膜１４におけるゲート配線１３の角部と対応する部位のエッチング量が急激に増加し、またＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％未満になると、シリコン窒化膜１４におけるコンタクトホール１７の底部のエッチング量が急激に減少する。
【００６８】
図７は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、リーク電流の非発生率（△で示す）及びコンタクト抵抗の歩留まり率（○で示す）との関係を示している。リーク電流の非発生率が０％であるということはゲート配線１３とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とがショートしてリーク電流が流れることを意味し、リーク電流の非発生率が１００％であるということはゲート配線１３とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが接触せずリーク電流が流れず正常であることを意味する。また、コンタクト抵抗の歩留まり率が０％であるということはコバルトシリサイド層１１とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが接触しておらず抵抗値が無限大であることを意味し、コンタクト抵抗の歩留まり率が１００％であるということはコバルトシリサイド層１１とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが確実に接触しており抵抗値が正常であることを意味する。
【００６９】
リーク電流の非発生率が１００％であり且つコンタクト抵抗の歩留まり率が１００％であることが、デバイスが良品であるための条件であると言える。従って、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であるエッチングガスを用いると、良品なデバイスを得られることが分かる。
【００７０】
以上の説明から分かるように、コンタクトホール１７の底部に露出したシリコン窒化膜１４に対するエッチング工程においては、ＣＨ2Ｆ2ガス及びＣ5Ｆ8ガスを含み且つＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であるエッチングガスを用いると、シリコン窒化膜１４におけるゲート電極１３の角部と対応する部位が過度にエッチングされないため、ゲート配線１３とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが接触せず、また、シリコン窒化膜１４におけるコンタクトホール１７の底部が確実にエッチングされて、コバルトシリサイド層１１とコンタクトホール１７に埋め込まれた導電膜とが確実に接触する。
【００７１】
（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態に係るエッチング方法について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
まず、図８（ａ）に示すように、ソース領域又はドレイン領域の上にコバルトシリサイド層２１が形成されているシリコン基板２０の上にゲート絶縁膜２２を介して、ポリシリコン膜よりなり高さが２５０ｎｍで幅が２００ｎｍのゲート配線２３を形成した後、ゲート配線２３を含むシリコン基板２０の上に、ゲート配線２３同士の間に凹部を有し且つ３０ｎｍの厚さを持つシリコン窒化膜２４を堆積する。
【００７３】
次に、シリコン窒化膜２４の上に、３．９ｗｔ％のボロン及び７．０ｗｔ％のリンを含み且つ３５０ｎｍの厚さを持つＢＰＳＧ膜よりなる下層の層間絶縁膜２５をシリコン窒化膜２４の凹部が充填されるように形成した後、ＣＭＰ法により下層の層間絶縁膜２５を平坦化し、その後、平坦化された下層の層間絶縁膜２５の上にプラズマＣＶＤ法により、不純物を実質的に含まず且つ３５０ｎｍの厚さを持つシリコン酸化膜よりなる上層の層間絶縁膜２６を形成する。
【００７４】
次に、上層の層間絶縁膜２６の上に、サイズが２００ｎｍのホール形成用開口部を有するレジストパターン２７を形成する。
【００７５】
次に、上層の層間絶縁膜２６に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガス、例えば、流量が８００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＡｒガスと、流量が３５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＯ2 ガスと、流量が１５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなる第１のエッチングガスを用いてプラズマエッチングを行なって、図８（ｂ）に示すように、上層の層間絶縁膜２６にコンタクトホール２８の上部２８ａを形成する。
【００７６】
次に、下層の層間絶縁膜２６に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガス、例えば、流量が８００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＡｒガスと、流量が４ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＯ2 ガスと、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと、流量が５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなる第２のエッチングガスを用いてセルフアラインコンタクトエッチングを行なって、図８（ｂ）に示すように、下層の層間絶縁膜２５にコンタクトホール２８の下部２８ｂを形成する。
【００７７】
第２の実施形態においては、不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層の層間絶縁膜２６に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に大きい第１のエッチングガスを用いて第１段階のプラズマエッチングを行なうため、ほぼ垂直な形状を有するコンタクトホール２８の上部２８ａを形成することができる。
【００７８】
この場合、第１のエッチングガスにおける、Ｏ2 ガスの流量のＯ2 ガスとＣ5Ｆ8ガスとの合計流量の比（＝Ｏ2 ガスの混合比）としては６０％以上が好ましい。このようにすると、トップサイズ及びボトムサイズがいずれも２００ｎｍであり、ほぼ垂直な形状を有するコンタクトホール２８の上部２８ａを確実に形成することができる。
【００７９】
また、ＢＰＳＧ膜よりなる下層の層間絶縁膜２６に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなりＯ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さい第２のエッチングガスを用いて第２段階のプラズマエッチングを行なうため、すなわち、Ｏ2 ガスのフルオロカーボンガスに対する混合割合が相対的に小さいため、シリコン窒化膜２４におけるコンタクトホール２８の壁部が過度にエッチングされないと共に、第２のエッチングガスにＣＨ2Ｆ2ガスが混合されているため、エッチングが停止することなくコンタクトホール２８の下部２８ｂを形成することができる。
【００８０】
この場合、第１の実施形態と同様の理由により、第２のエッチングガスにおけるＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が２０％以上であると、コンタクトホール２８の底部に堆積膜が付着してエッチングがストップする事態を確実に阻止することができる。また、第２のエッチングガスにおけるＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上であると、下層の層間絶縁膜２６に対するエッチングに引き続いて、シリコン窒化膜２４におけるコンタクトホール２８の底部をエッチングすることができる。また、第２のエッチングガスにおけるＣＨ2Ｆ2ガスの混合比が５０％以上で且つ７０％以下であると、シリコン窒化膜２４におけるゲート配線２３の肩部と対応する部位が過度にエッチングされることなく、シリコン窒化膜２４におけるコンタクトホール２８の底部をエッチングすることができる。
【００８１】
以上の理由により、第２の実施形態においては、第２のエッチングガスにおけるＣＨ2Ｆ2ガスの混合比としては、２０％以上で且つ７０％以下であることが好ましい。
【００８２】
このようにすると、図８（ｂ）に示すように、トップサイズ及びボトムサイズがいずれも２００ｎｍであるコンタクトホール２８の上部２８ａを形成することができると共に、トップサイズが２００ｎｍで且つボトムサイズが１５０ｎｍであるコンタクトホール２８の下部２８ｂを形成することができる。すなわち、トップサイズが２００ｎｍでボトムサイズが１５０ｎｍであるコンタクトホール２８を形成することができる。
【００８３】
第２の実施形態においては、下層の層間絶縁膜２５として、３．９ｗｔ％のボロン及び７．０ｗｔ％のリンを含み、流動性に優れたＢＰＳＧ膜を用いているため、下層の層間絶縁膜２５をシリコン窒化膜２４の凹部に確実に充填することができる。
【００８４】
また、上層の層間絶縁膜２６として、不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜を用いているため、上層の層間絶縁膜２６にコンタクトホール２８の上部２８ａを形成するためのエッチング工程において、シリコン窒化膜２４がエッチングされてゲート配線２３が露出してしまう事態を回避できる。すなわち、ＣＭＰ法により下層の層間絶縁膜２５を平坦化した後には、下層の層間絶縁膜２５におけるゲート配線２３の上側部分の厚さは小さくなっている。このため、上層の層間絶縁膜２６としてＢＰＳＧ膜を用いると共に、ほぼ垂直な形状を有するコンタクトホール２８の上部２８ａを形成するべく、Ｏ2 ガスの混合比が６０％以上であるエッチングガスを用いると、ＢＰＳＧ膜に対するエッチングのシリコン窒化膜２４に対するエッチングの選択性が低くなってしまうので、シリコン窒化膜２４がエッチングされてゲート配線２３が露出してしまう恐れがある。ところが、上層の層間絶縁膜２６として不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜を用いているため、上層の層間絶縁膜２６にコンタクトホール２８の上部２８ａを形成するためのエッチング工程において、シリコン窒化膜２４は殆どエッチングされない。
【００８５】
次に、酸素プラズマを用いるアッシングにより、図８（ｃ）に示すように、レジストパターン２７とコンタクトホール２８の内部に残存しているポリマー膜を除去した後、フッ酸を含む水溶液を用いるウェットエッチングにより、図８（ｄ）に示すように、コンタクトホール２７の内部に残存する下層の層間絶縁膜２５を除去する。
【００８６】
このウェットエッチング工程においては、不純物を含まないシリコン酸化膜よりなる緻密な上層の層間絶縁膜２５はフッ酸溶液によりエッチングされない一方、ボロン及びリンの濃度が高いＢＰＳＧ膜よりなる下層の層間絶縁膜２６はフッ酸溶液によりエッチングされるため、コンタクトホール２７の内部に残存する下層の層間絶縁膜２５を確実に除去される。
【００８７】
このため、コンタクトホール２７のボトムサイズは拡大して１７０ｎｍになるので、コンタクト抵抗の低減を図ることができる。
【００８８】
以下、第２の実施形態に係るエッチング方法を評価するために行なった比較例について、図１０（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【００８９】
まず、図１０（ａ）に示すように、第２の実施形態と同様に、コバルトシリサイド層１１１が形成されているシリコン基板１１０の上にゲート絶縁膜１１２を介して、ポリシリコン膜よりなり高さが２５０ｎｍで幅が２００ｎｍのゲート配線１１３を形成した後、ゲート配線１１３を含むシリコン基板１１０の上にシリコン窒化膜１１４を堆積する。その後、シリコン窒化膜１１４の上に、３．９ｗｔ％のボロン及び７．０ｗｔ％のリンを含み且つ７００ｎｍの厚さを持つＢＰＳＧ膜よりなる層間絶縁膜１１５を形成する。
【００９０】
次に、層間絶縁膜１１５に対して、流量が８００ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＡｒガスと、流量が４ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＯ2 ガスと、流量が８ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣ5Ｆ8ガスと、流量が５ｍｌ／ｍｉｎ（標準状態）のＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いてプラズマエッチングを行なって、層間絶縁膜１１５にコンタクトホール１１７を形成する。
【００９１】
比較例によると、図１０（ｂ）に示すように、コンタクトホール１１７の形状は、テーパ角が８５°以下のテーパ形状になり、トップサイズが２００ｎｍであるのに対してボトムサイズは１００ｎｍになる。このように、コンタクトホール１１７のボトムサイズが小さくなるので、コンタクト抵抗が大きくなる。この場合、コンタクトホール１１７とゲート配線１１３同士の間の凹部とのアライメントずれが大きくなると、コンタクトホール１１７のボトムサイズは一層小さくなってしまう。
【００９２】
【発明の効果】
第１のエッチング方法によると、凹部の壁部に付着する堆積膜の成長と、凹部の底部に対するエッチングの進行とがバランス良く進行するため、凹部の底部に堆積膜が付着してエッチングがストップする事態を防止することができる。
【００９３】
第２のエッチング方法によると、上層膜にほぼ垂直な形状を有する凹部の上部を形成することができ、凹部に露出しているシリコン窒化膜の側壁部が過度にエッチングされず、下層膜にエッチングの停止を招くことなく凹部の下部を形成することができる。
【００９４】
第３のエッチング方法によると、上層膜にほぼ垂直な形状を有する第２の凹部の上部を形成することができ、第１の凹部に露出しているシリコン窒化膜の側壁部が過度にエッチングされず、下層膜にエッチングの停止を招くことなく第２の凹部の下部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係るエッチング方法に用いるエッチング装置の断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法の各工程を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、フッ素の発光強度及び炭素の発光強度との関係を示す図であり、（ｂ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、Ｃ2 の発光強度／Ｆの発光強度との関係を示す図であり、（ｃ）は、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、コンタクトホールの歩留まりとの関係を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法において、シリコン窒化膜におけるコンタクトホールの底部に対するエッチング工程を説明する断面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法において、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比を変化させたときのエッチングモデルを説明する断面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法において、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比とシリコン窒化膜のエッチング量との関係を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施形態に係るエッチング方法において、ＣＨ2Ｆ2ガスの混合比と、リーク電流の非発生率及びコンタクト抵抗の歩留まり率との関係を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は本発明の第２の実施形態に係るエッチング方法の各工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は従来のエッチング方法の各工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は第２の実施形態の比較例に係るエッチング方法の各工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１０ シリコン基板
１１ コバルトシリサイド層
１２ ゲート絶縁膜
１３ ゲート配線
１４ シリコン窒化膜
１５ シリコン酸化膜
１６ レジストパターン
１７ コンタクトホール
２０ シリコン基板
２１ コバルトシリサイド層
２２ ゲート絶縁膜
２３ ゲート配線
２４ シリコン窒化膜
２５ 下層の層間絶縁膜
２６ 上層の層間絶縁膜
２７ レジストパターン
２８ コンタクトホール
２８ａ コンタクトホールの上部
２８ｂ コンタクトホールの下部
Claims (11)
- 基板上にシリコン窒化膜を形成し、前記シリコン窒化膜の上にシリコン酸化膜を形成する膜形成工程と、
Ａｒガスと、Ｏ 2 ガスと、Ｃ 5 Ｆ 8 ガスと、ＣＨ 2 Ｆ 2 ガスとの混合ガスよりなるエッチングガスを用いて、前記シリコン酸化膜及び前記シリコン窒化膜に対して連続してエッチングを行なうことにより、アスペクト比が高い凹部を形成するエッチング工程とを備えていることを特徴とするエッチング方法。 - 前記エッチング工程は、前記凹部の底部にシリコン基板よりなる前記基板を露出させる工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上且つ７０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング方法。
- 基板上にシリコン窒化膜を介して形成され、不純物を含むシリコン酸化膜よりなる下層膜と不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層膜とからなる積層膜にアスペクト比が高い凹部を形成するためのエッチング方法であって、
前記上層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスの流量がフルオロカーボンガスの流量より大きい第１のエッチングガスを用いる第１段階のエッチングを行なう工程と、
前記下層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスの流量がフルオロカーボンガスの流量より小さい第２のエッチングガスを用いる第２段階のエッチングを行なう工程とを備えていることを特徴とするエッチング方法。 - 前記第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は２０％以上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。
- 前記第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上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。
- 前記第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は５０％以上且つ７０％以下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。
- 基板上に形成され第１の凹部を有するシリコン窒化膜の上に形成され、不純物を含むシリコン酸化膜よりなる下層膜と不純物を実質的に含まないシリコン酸化膜よりなる上層膜とからなる積層膜に、前記第１の凹部と一体化され且つアスペクト比が高い第２の凹部を形成するためのエッチング方法であって、
前記上層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスの流量がフルオロカーボンガスの流量より大きい第１のエッチングガスを用いる第１段階のドライエッチングを行なう工程と、
前記下層膜に対して、Ａｒガスと、Ｏ2 ガスと、Ｃ5Ｆ8ガスと、ＣＨ2Ｆ2ガスとの混合ガスよりなり、Ｏ2 ガスの流量がフルオロカーボンガスの流量より小さい第２のエッチングガスを用いる第２段階のドライエッチングを行なう工程と、
前記第１の凹部に残存している前記下層膜をウェットエッチングにより除去する工程とを備えていることを特徴とするエッチング方法。 - 前記第２のエッチングガス中に含まれるＣＨ2Ｆ2ガスの流量のＣ5Ｆ8ガスとＣＨ2Ｆ2ガスとの合計流量に対する割合は２０％以上且つ７０％以下であることを特徴とする請求項９に記載のエッチング方法。
- 前記下層膜は、３．７ｗｔ％のボロンと７．０ｗｔ％のリンとを含むＢＰＳＧ膜であることを特徴とする請求項９に記載のエッチング方法。
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