半導体装置の製造方法および絶縁膜のエッチング方法
コンタクトホールのエッチングにおいて、エッチングの途中においてイオン照射のエネルギーだけでなく、ガス組成を変化させ、高速エッチングから低速エッチングに切り替え、ダメージを低減させる。低速エッチングでは、ガス組成をも変化させることにより、コンタクトホール底部に、強固なフロロカーボン膜を形成し、シリコン表面を保護した状態でエッチングすることができる。このため、シリコンにドープされた不純物の不活性化を防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層のエッチング工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、エッチングが必ず行われる。例えば、半導体装置として電界効果トランジスタを製造する場合、ソースおよびドレインへの配線を行う際に層間絶縁膜の材料であるシリコン酸化膜のような絶縁膜にコンタクトホールを反応性イオンエッチングにより形成して、その開口されたコンタクトホールへ電極または金属配線を施している。
【０００３】
この場合、コンタクトホール底部におけるコンタクト抵抗は、下地シリコンの抵抗率が一定であればコンタクト径に反比例して上昇する。このため、半導体装置の微細化、高集積化がますます進み、コンタクト径が微小化するにつれて、コンタクト底部における抵抗率は上昇する傾向にある。特に、コンタクトホールを通常の反応性イオンエッチングによって形成する際、酸化膜のエッチングが完了して下地シリコンが露出した時に下地シリコンにダメージが誘起される。これは、高エネルギーのイオンが下地シリコンに照射され、この結果、シリコンにドープされたボロンや燐などの不純物が不活性化してしまい、下地シリコンの抵抗率が上昇してしまうからである。特に、ｐ＋層を形成するための不純物であるボロンは未結合手を持つので、燐や砒素に比べて非常に不活性化しやすく、このｐ＋層にイオン照射が行われると、不活性化によって、ｐ＋層からｐ層に近くなってしまう。この結果、下地シリコンの抵抗率が上昇することになる。
【０００４】
このように、イオン照射による下地シリコンの抵抗率の上昇を防止するため、エッチング後にダメージ除去工程を導入する方法が提案されている。この方法は、コンタクトホールエッチング、レジスト除去工程を経た後、キャリアが不活性化したダメージ層をケミカルドライエッチにより除去し、再び高濃度に不純物をドーピングするためにイオン注入を行い、さらに活性化アニールを行う手法である。
【０００５】
更に、抵抗率の上昇に伴う問題を解決する他の従来技術として、ダメージフリー２段階エッチングが、例えば”Ｔｈｅ Ｎｉｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＩＳＳＭ２０００，ｐｐ．１０２−１０５，Ｔｏｋｙｏ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０００．”（以下、従来技術１という）において提案されている。これは、下地シリコンのイオン照射ダメージを低減して、且つ、エッチング時間を増大させないように、コンタクトホールの９０％をセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）を−５００Ｖ〜−６００Ｖに設定してエッチングを行い、コンタクトホールの残り１０％をＶｄｃ＝−１５０Ｖに設定してエッチングを行うものである。尚、このときのプラズマ励起のために使用される導入ガスは、Ｘｅ、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ、Ｏ２である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上に述べた従来の２つの解決手段のうち、エッチング後にダメージ層を除去する方法では、除去後の不純物ドーピング、活性化アニール、およびこれらの間に行われる洗浄を加えると数十工程にも及ぶ製造工程数の増加をまねき、ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）が増加してしまい、コストが増大してしまうという問題点があった。
【０００７】
一方、ダメージフリー２段階エッチングについては、本発明者等の研究、実験によれば、従来技術１に記載されたカーボン（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスを用いてダメージフリー２段階エッチングでコンタクトホール形成を行ったところ、種々の問題が生じることが判明した。
【０００８】
まず、コンタクトホールの９０％を−５００〜−６００Ｖのセルフバイアス（Ｖｄｃ）でエッチングし、酸化膜の残り１０％をＶｄｃ＝−１５０Ｖに設定してエッチングすると、残り１０％の酸化膜エッチングの際に、コンタクトホールの側壁には、付着確率の大きいカーボンを含むフロロカーボン系のラジカルが、高エネルギーのイオンの衝撃を受けずに側壁に到達し、そのまま側壁に堆積することが判明した。この結果として、コンタクトホールの底部へエッチングガスが到達せず、付着確率がカーボンに比べて小さいフッ素を多く含むラジカルが選択的にコンタクトホール底部へ到達してしまうことが判明した。
【０００９】
このため、下地シリコンが露出した時に、コンタクトホール底部には、下地シリコンをイオン衝撃から守る強固なフロロカーボン膜が形成されないと云う現象が見出された。
【００１０】
このような状態でエッチングが行われると、下地シリコンが不可避的にエッチングされてしまい、下地シリコンとのエッチング選択比（酸化膜のエッチング速度／下地シリコンのエッチング速度）が確保されないという問題点があることが分かった。同時に、フォトレジストとのエッチング選択比（酸化膜のエッチング速度／フォトレジストのエッチング速度）も劣化することが分かった。
【００１１】
本発明の目的は、ダメージ層除去の工程を必要とせず、さらに高フォトレジスト選択比かつ高シリコン選択比であるダメージフリーエッチングプロセス技術を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は下地シリコンが不所望にエッチングされるのを防止できる半導体装置の製造方法およびエッチング方法を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的はコンタクトホール底部に効率的にフロロカーボン膜を形成し、これによって、コンタクトホール底部おける抵抗率の変化を軽減できる半導体装置の製造方法およびエッチング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、反応性イオンエッチングにより絶縁膜にコンタクトホールを開口するエッチング工程を含む半導体装置の製造方法または絶縁膜のエッチング方法において、前記エッチング工程は所定の速度でエッチングを行う第１の工程と前記速度よりも遅い速度でエッチングを行う第２の工程とを含み、前記第２の工程は前記第１の工程よりも後でかつ開口によって下地が露出する前に実施され、前記第１の工程で供給されるガスの組成および供給量の少なくとも一方と異なる組成および供給量のガスを前記第２の工程で供給することを特徴とする半導体装置の製造方法または絶縁膜のエッチング方法が得られる。
【００１５】
前記コンタクトホールは電界効果トランジスタのソース領域およびドレイン領域の少なくとも一方の上の絶縁膜に形成されるものであってもよい。
【００１６】
また、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であってもよい。
【００１７】
前記供給ガスはＣとＦとを少なくとも含み、前記第２の工程で前記供給ガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることが好ましい。
【００１８】
あるいは前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素（Ｏ２）とを含み、前記第２の工程で前記酸素の供給量を前記第１の工程よりも減少させること、あるいは前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させること、あるいは両方を減少させることが好ましい。
【００１９】
前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスと前記酸素との組成を前記第１の工程から変化させてもよい。
【００２０】
前記開口の最終的な深さの一部、たとえば９０％まで、を前記第１の工程でエッチングを行い、その後前記第２の工程を行うことが好ましいが、切り替える深さは８０％乃至９５％でもよく、エッチングの総時間（第２工程の方が時間がかかる）や壁面堆積物の厚さ（第２工程のほうが付着しにくい）、下地表面の保護等のかねあいで定めればよい。要はエッチングの終了より前、下地表面が露出する前に第２の工程に切り替えればよい。
【００２１】
前記反応性イオンエッチングをマイクロ波励起によるプラズマ処理装置で行うのが好ましく、プラズマ励起のパワーを前記第２の工程では前記第１の工程より弱くする。
【００２２】
前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量は、前記開口の側壁への堆積物の厚さが前記開口の直径の１０％以下となるように選択することが好ましい。また前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量は、前記開口の下地表面に保護膜が形成されるように選択することが好ましい。この下地表面に形成される保護膜はフロロカーボン膜であることが好ましい。
【００２３】
あるいは本発明は、ガスを用いてエッチングを行う工程を含む半導体装置の製造方法またはエッチング方法において、前記エッチングの途中で前記ガスの組成および流量の少なくとも一方を変化させ、下地表面を保護した状態でエッチングを終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法またはエッチング方法を提供する。
【００２４】
前記組成および流量の少なくとも一方が変化されたガスによるエッチングは前記下地表面におけるボロンの不活性化を防止できるものとする。
【００２５】
本発明では、反応性イオンエッチングによりコンタクトホールを形成する際、コンタクトホール底部に強固なフロロカーボン膜を形成することができる。この結果、コンタクトホール底部のシリコンが過剰にイオンに曝されることによるドープされた不純物の不活性化を防止すると共に、不純物の不活性化による高抵抗化をも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、添加Ｏ２流量が０ｓｃｃｍ、２．５ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍの場合における、酸化膜エッチング速度とＣ５Ｆ８ガス流量の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、添加Ｏ２流量が１ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍの場合のコンタクトホール側壁へのフロロカーボン膜堆積量と、Ｃ５Ｆ８流量の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、ラジアルラインスロットアンテナを用いた２段シャワープレート構造マイクロ波励起プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１に係る電界効果トランジスタのエッチング前の状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１に係る電界効果トランジスタのエッチング第１工程を終えた状態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１に係る製造途中の電界効果トランジスタのエッチング第２工程（ダメージフリーエッチング）を終えた状態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施例１に係る製造途中の電界効果トランジスタのアッシングを終えた状態を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例１に係る製造方法によって得られた電界効果トランジスタの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
まず、本発明の理解を容易にするために、本発明の原理について説明する。
【００２８】
図１を参照すると、高速エッチングモード（Ｖｄｃ＝−５５０Ｖ）におけるシリコン酸化膜のエッチング速度とＣ５Ｆ８流量の関係が示されている。Ｃ５Ｆ８に添加ガスとして酸素（Ｏ２）を添加し、当該Ｏ２の流量とＣ５Ｆ８の流量とを変化させた場合におけるシリコン酸化膜のエッチング速度（ｎｍ／分）が示されている。図の例では、Ｏ２の流量を０ｓｃｃｍから２．５、５、１０、及び、１５ｓｃｃｍに変化させた場合におけるＣ５Ｆ８流量とエッチング速度との関係がそれぞれ曲線ｃ１〜ｃ５によって示されている。ここで、１ｓｃｃｍとは一分間に標準状態のガスを１立方センチメートル流す流量である。
【００２９】
曲線ｃ４からも明らかな通り、エッチング速度が７００ｎｍ／分程度以上の高速エッチングを行うには、Ｏ２＝１０ｓｃｃｍの場合、Ｃ５Ｆ８流量は１０ｓｃｃｍ以上である必要がある。また、曲線ｃ５に示されているように、Ｏ２＝１５ｓｃｃｍの場合、Ｃ５Ｆ８流量が８ｓｃｃｍ以上が必要となる。ただし、Ｏ２流量が１０ｓｃｃｍ程度を超えると、対フォトレジスト選択比が悪化することが分かったため、高速エッチングを行うには、Ｃ５Ｆ８＝１０ｓｃｃｍ、Ｏ２＝１０ｓｃｃｍ程度に設定すればよい。
【００３０】
本発明者等は、前記条件においてコンタクトホールの９０％を高速でエッチングした後、残り１０％のコンタクトホールのエッチングを高速エッチングとは異なる条件で行い、下地シリコンにダメージが誘起されるのを回避することができた。
【００３１】
まず、本発明の工程を説明する前に、上記従来技術１に記載されているように、高速エッチング条件のうち、セルフバイアス電圧の絶対値を２００Ｖに減少（Ｖｄｃ＝−２００Ｖ）させてエッチングを行った。この場合、コンタクトホールの側壁に到達した付着確率の大きいカーボンを含むフロロカーボン系のラジカルが、高エネルギーのイオンの衝撃を受けずに、そのまま側壁に堆積し、結果としてコンタクトホール底部へエッチングガスが到達しなかった。このため、付着確率がＣに比べて小さいＦを多く含むラジカルが選択的にコンタクトホール底部へ到達して、下地シリコンが露出した時に下地シリコンをイオン衝撃から守る強固なフロロカーボン膜が形成され無い状態が形成される。
【００３２】
強固なフロロカーボン膜が形成され無い状態で、エッチングが行われると、下地シリコンをもエッチングしてしまい、下地シリコンとのエッチング選択比（酸化膜のエッチング速度／下地シリコンのエッチング速度）が確保されないということを見出した。同時に、Ｃ５Ｆ８流量を減少させると側壁へのフロロカーボン膜の堆積も減少するということも判明した。
【００３３】
そこで、本発明者等はコンタクトホール底部に強固なフロロカーボン膜を付着させるための手法について検討し、コンタクトホール底部にフロロカーボン膜を付着させるには、単にセルフバイアスを変更するだけでなく、供給ガスの組成、流量を変化させれば良いことが判明した。
【００３４】
このことを考慮して、供給ガスの組成、流量は、側壁へのフロロカーボン膜等の堆積物の厚さがコンタクトホール直径の約１０％を越えないように選択される。あるいは、供給ガスの組成、流量は、コンタクトホール底部にフロロカーボン膜等の保護膜が付着するように選択する。
【００３５】
図２を参照すると、Ｖｄｃ＝−２００Ｖにおける、直径０．３５μｍのコンタクトホール側壁へのフロロカーボン膜の堆積速度とＣ５Ｆ８流量の関係が示されている。図２では、Ｃ５Ｆ８に添加されるＯ２流量が１ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍの時におけるＣ５Ｆ８の流量と、フロロカーボンの堆積厚さ（μｍ）との関係が示されている（それぞれ、グラフｃａ１、ｃａ２、ｃａ３、ｃａ４）。エッチング時間はコンタクトホール残部（約１０ｎｍ）をエッチングするのに要する時間である。側壁への堆積物の厚さが０．０４μｍ以下、すなわちコンタクトホール直径の約１０％以下であれば、カーボンの割合の大きいラジカルが十分コンタクトホール底部へ到達し、コンタクトホール底部にフロロカーボン膜が形成されて下地シリコンをイオン衝撃から保護することが分かった。
【００３６】
具体的には、図２において、Ｃ５Ｆ８流量を６ｓｃｃｍ以下にし、Ｏ２流量を３〜５ｓｃｃｍにする（グラフｃａ３、ｃａ４）ことにより、堆積厚さを０．０４μｍ以下にすることができる。また、Ｃ５Ｆ８流量を４ｓｃｃｍ以下にすれば、Ｏ２の流量を１〜５ｓｃｃｍの範囲で変化させることによって（グラフｃａ１〜ｃａ４）、フロロカーボンの堆積厚さを０．０４μｍ以下にすることができる。したがって、高速エッチングを行った後、供給ガスの組成を変化させて、低速エッチングを行うことにより、コンタクトホール底部を強固なフロロカーボン膜で覆うことができる。
【００３７】
上記した結果を纏めると、Ｃ５Ｆ８流量を１０ｓｃｃｍとしてレジスト選択比が劣化しない程度にＯ２流量を１０ｓｃｃｍ程度に設定し、高速エッチングを行った後、ダメージフリーエッチングを行う。このダメージフリーエッチングでは、側壁デポを抑制するためにＣ５Ｆ８流量を減らし、さらに下地シリコンを守るためにＯ２流量も減らすことで実現できることが明らかとなった。この手法によれば、エッチング時間を極端に増大させることなく、かつダメージの発生しないコンタクトホールエッチングを行うことができる。このように、ダメージフリーエッチングでは、イオンエネルギーを決定するセルフバイアス電圧を変化させることだけではなく、ガス組成（流量）も同時に変化させなければならない。
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００３９】
図３に、本発明の実施例に用いるＲｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ）プロセス用のマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成が示されている。
【００４０】
マイクロ波プラズマ処理装置は複数の排気ポート８から排気される処理室１０を有し、前記処理室１０中には被処理基板１２を保持する保持台１４が設けられている。前記処理室１０の均一な排気を実現するため、前記保持台１４の周囲にはリング状に空間が形成されており、前記複数の排気ポート８を前記空間に連通するように等間隔で、すなわち被処理基板１２に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０を前記空間および排気ポート８を介して均一に排気することができる。
【００４１】
前記処理室１０内の上部には、前記保持台１４上の被処理基板１２に対応する位置に、前記処理室１０の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部（ガス放出口）１５が形成された板状のシャワープレート２０がシールリングを介して形成されている。さらに前記シャワープレート２０の外側、すなわち被処理基板１２の反対側に、同じく低損失誘電体よりなるカバープレート２２が、別のシールリングを介して設けられている。
【００４２】
シャワープレート２０にはその上面にプラズマ励起ガスを充填する空間２３が形成されており、前記複数の開口部１５の各々は前記プラズマガス通路をなす空間２３に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート２０の内部には、前記処理室１０の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート２４に連通するプラズマガスの供給通路２６が形成されており、前記プラズマガス供給ポート２４に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ励起ガスは、前記供給通路２６から前記空間２３を介して前記開口部１５に供給され、処理室１０内へ導入される。
【００４３】
図示されたプラズマ処理装置では、処理室１０内のシャワープレート２０と被処理基板１２との間に、導体からなるシャワーヘッド２８が設けられている。これを下段シャワープレートとも呼び、その場合、上部のシャワープレート２０を上段シャワープレートと呼ぶ。下段シャワープレート２８の内部には図示しない外部の処理ガス供給系から処理ガス（たとえば、Ｃ５Ｆ８とＯ２とを含むガス）が導入され、下段シャワープレート２８下部に多数設けられたノズルまたはガス放出口２９から下部空間、すなわち下段シャワープレート２８と被処理基板１２との間の空間に放出される。下段シャワープレート２８には、ノズル２９の間に多数の開口２５が設けられており、上段シャワープレート２０と下段シャワープレート２８との間の空間で形成されたプラズマはこの開口２５を通って被処理基板１２の表面に拡散される。
【００４４】
下段シャワープレート２８のノズル２９から被処理基板１２に向けて放出された処理ガスは被処理基板１２上で上記のプラズマに励起され基板１２のエッチングが行われる。処理ガスは、上段シャワープレート２０からのプラズマ励起ガスが上段シャワープレート２０と下段シャワープレート２８との間の空間から下段シャワープレート２８と被処理基板１２との間の空間に向かって流れている。このため、処理ガスが下段シャワープレート２８と被処理基板１２との間の空間に流れ込むことが抑止されるので、そこで高密度プラズマに晒されて不要な解離を起こすことは防止される。
【実施例１】
【００４５】
本実施例１は、図４に示されたＰチャンネル電界効果トランジスタの製造に本発明を適用した例である。
【００４６】
すなわち、図示されたＰチャンネル電界効果トランジスタはその表面に形成された絶縁膜３７にソースコンタクトホールおよびドレインコンタクトホールがそれぞれ形成されるべき領域にレジストパターンが形成されたフォトレジスト３８を有している。具体的には、図示されたＰチャンネル電界効果トランジスタはｐ型シリコン基板３０に形成されたＮウエル３１内に形成されたソース、ドレイン領域３３、３４を備えている。図示されたソース領域３３、ドレイン領域３４はｐ−シリコン領域３０１とｐ＋シリコン領域３０２との二層構造をしており、ソース領域３３とドレイン領域３４との間にはゲート絶縁膜３５が設けられている。ゲート絶縁膜３５の上にはゲート電極３６が形成されている。この例では、ゲート電極３６の側面および上面は絶縁膜で被覆されている。さらに、ソース領域３３、ドレイン領域３４およびゲート電極３６はシリコン酸化膜等の層間絶縁膜３７によって被覆されており、層間絶縁膜３７上にはソース領域３３、ドレイン領域３４に対応した部分に開口を施したフォトレジスト３８が被着されている。
【００４７】
上記の構成の製造途中のＰチャンネル電界効果トランジスタを多数形成したシリコンウエハー３０を図３の被処理基板１２として保持台１４上へ載置した。なお、ソース領域３３とドレイン領域３４のｐ＋シリコン３０２は、２×１０２０ｃｍ−３のキャリア濃度である。層間絶縁膜３７はシリコン酸化膜で構成されており、厚さは１μｍである。
【００４８】
図３をも併せ参照すると、ウエハー（図４の３０）１２を保持台１４に載置した後、上段シャワープレート２０を介してプラズマ励起のためのＡｒガスを４６０ｓｃｃｍ、下段シャワープレート２８からはＡｒ、Ｃ５Ｆ８、Ｏ２をそれぞれ４０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ導入して圧力を４０ｍＴｏｒｒに設定した。
【００４９】
次に、図示していないマイクロ波発振器により、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を図３に示すラジアルラインスロットアンテナ２７へ給電し、プラズマを励起した。次に、前記保持台１４に接続されたＲＦ電源２１より、ＲＦ電力５００Ｗを前記保持台１４へ印加し、セルフバイアス電圧を絶対値において５５０Ｖ程度発生させ、高速エッチングモードでエッチングを行った。
【００５０】
本実施例１におけるＲＦ電力の周波数は２ＭＨｚであるが、この周波数に限られることは無く、例えば４５０ｋＨｚや１３．５６ＭＨｚを用いても良い。シリコン酸化膜のエッチング速度は７００ｎｍ／分であった。エッチング速度は、マイクロ波電力を増加させるか、またはＲＦ電力を増加させることでより高速にエッチングすることが可能である。
【００５１】
前記条件の下で、７７秒エッチングを行った結果、図５に示す様に、シリコン酸化膜によって構成される層間絶縁膜３７が選択的にエッチングされ、ソース領域３３、ドレイン領域３４の上にコンタクトホール４１、４２の一部が形成された。図示のように、コンタクトホール４１、４２の一部が形成されて、その深さがソース領域３３、ドレイン領域３４の表面まで、残り１０ｎｍになった時、本発明によるダメージフリーエッチングを行った。すなわち、前記下段シャワープレート２８から供給する処理ガスの組成を前記組成からＡｒ、Ｃ５Ｆ８、Ｏ２をそれぞれ４０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍへ変化させると同時に、ＲＦ電力を減少させ、セルフバイアス電圧の絶対値を２００Ｖとした。
【００５２】
この条件の下で、ダメージフリーエッチングを１２０秒行い、コンタクトホール４１、４２を開口した（図６参照）。この時コンタクトホール４１、４２の底部すなわちｐ＋シリコン３０２上には、図６に示す様に、カーボンを多く含むフロロカーボン膜４５が形成され、ｐ＋シリコン３０２のキャリアであるボロンがイオン照射によって不活性化されるのを防いでいる。
【００５３】
次に、前記上段シャワープレート２０からＡｒガスを６６０ｓｃｃｍ、前記下段シャワープレート２８からＡｒ、Ｏ２をそれぞれ４０、１０ｓｃｃｍ供給し、処理室１０の圧力を１３３Ｐａとし、前記ラジアルラインスロットアンテナ２７にマイクロ波を２ｋＷ供給してプラズマを３０秒励起し、前記フォトレジスト３８、前記フロロカーボン膜４５、及び図示していない前記コンタクトホールの側壁に僅かに堆積したフロロカーボン膜を除去した（図７参照）。
【００５４】
この工程において、ｐ＋シリコン３０２表面に堆積した前記フロロカーボン膜４５も除去され、除去された後は前記ｐ＋シリコン３０２表面は直接プラズマに晒される。しかしながら、このとき照射されるプラズマは電子温度が１ｅＶ以下の低温であるため、ボロンが格子位置からはずれて不活性化することは無い。次に、洗浄工程および配線工程へ移行して、コンタクトホール４１、４２内にコンタクトプラグ４８を、さらにその上に金属配線４９をそれぞれ形成してｐチャンネルＭＯＳＦＥＴを製造した（図８参照）。
【００５５】
このようにして作成したｐチャンネル絶縁ゲート電界効果トランジスタは、ダメージ除去工程を行わないにもかかわらず、コンタクトホール４１，４２の底部のｐ＋シリコン３０２のキャリア濃度は２×１０２０ｃｍ−３程度に維持することができた。このことは、低抵抗ソース・ドレインを備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタを実現できたことを意味している。なお、本実施例ではｐチャンネル電界効果トランジスタの製造方法を示したが、これに捉われることは無く、コンタクトホールにより配線を行う他の半導体装置においても本発明は有効であることは言うまでもない。
【００５６】
また、最適なガス流量はポンプの排気速度やガスの滞在時間により変化するので、本発明の効果は上述したガスの流量に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、単にｐチャンネル電界効果トランジスタの製造だけでなく、コンタクトホールを有して電極接続または配線を行う他の半導体装置（液晶表示装置等のＴＦＴを含む）にも適用できる。また、本発明は、半導体基板や平面デイスプレイのアクティブマトリクス基板等の製造においても適用可能である。
【００５８】
上記実施例ではＣ５Ｆ８を用いたエッチングガスについてのみ説明したが、各種フロロカーボンガスを使用する場合、あるいは他のエッチングガスを使用した場合にも同様に適用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁層のエッチング工程を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程においては、エッチングが必ず行われる。例えば、半導体装置として電界効果トランジスタを製造する場合、ソースおよびドレインへの配線を行う際に層間絶縁膜の材料であるシリコン酸化膜のような絶縁膜にコンタクトホールを反応性イオンエッチングにより形成して、その開口されたコンタクトホールへ電極または金属配線を施している。
【０００３】
この場合、コンタクトホール底部におけるコンタクト抵抗は、下地シリコンの抵抗率が一定であればコンタクト径に反比例して上昇する。このため、半導体装置の微細化、高集積化がますます進み、コンタクト径が微小化するにつれて、コンタクト底部における抵抗率は上昇する傾向にある。特に、コンタクトホールを通常の反応性イオンエッチングによって形成する際、酸化膜のエッチングが完了して下地シリコンが露出した時に下地シリコンにダメージが誘起される。これは、高エネルギーのイオンが下地シリコンに照射され、この結果、シリコンにドープされたボロンや燐などの不純物が不活性化してしまい、下地シリコンの抵抗率が上昇してしまうからである。特に、ｐ＋層を形成するための不純物であるボロンは未結合手を持つので、燐や砒素に比べて非常に不活性化しやすく、このｐ＋層にイオン照射が行われると、不活性化によって、ｐ＋層からｐ層に近くなってしまう。この結果、下地シリコンの抵抗率が上昇することになる。
【０００４】
このように、イオン照射による下地シリコンの抵抗率の上昇を防止するため、エッチング後にダメージ除去工程を導入する方法が提案されている。この方法は、コンタクトホールエッチング、レジスト除去工程を経た後、キャリアが不活性化したダメージ層をケミカルドライエッチにより除去し、再び高濃度に不純物をドーピングするためにイオン注入を行い、さらに活性化アニールを行う手法である。
【０００５】
更に、抵抗率の上昇に伴う問題を解決する他の従来技術として、ダメージフリー２段階エッチングが、例えば”Ｔｈｅ Ｎｉｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ＩＳＳＭ２０００，ｐｐ．１０２−１０５，Ｔｏｋｙｏ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２０００．”（以下、従来技術１という）において提案されている。これは、下地シリコンのイオン照射ダメージを低減して、且つ、エッチング時間を増大させないように、コンタクトホールの９０％をセルフバイアス電圧（Ｖｄｃ）を−５００Ｖ〜−６００Ｖに設定してエッチングを行い、コンタクトホールの残り１０％をＶｄｃ＝−１５０Ｖに設定してエッチングを行うものである。尚、このときのプラズマ励起のために使用される導入ガスは、Ｘｅ、Ｃ４Ｆ８、ＣＯ、Ｏ２である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上に述べた従来の２つの解決手段のうち、エッチング後にダメージ層を除去する方法では、除去後の不純物ドーピング、活性化アニール、およびこれらの間に行われる洗浄を加えると数十工程にも及ぶ製造工程数の増加をまねき、ＴＡＴ（Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉｍｅ）が増加してしまい、コストが増大してしまうという問題点があった。
【０００７】
一方、ダメージフリー２段階エッチングについては、本発明者等の研究、実験によれば、従来技術１に記載されたカーボン（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含むエッチングガスを用いてダメージフリー２段階エッチングでコンタクトホール形成を行ったところ、種々の問題が生じることが判明した。
【０００８】
まず、コンタクトホールの９０％を−５００〜−６００Ｖのセルフバイアス（Ｖｄｃ）でエッチングし、酸化膜の残り１０％をＶｄｃ＝−１５０Ｖに設定してエッチングすると、残り１０％の酸化膜エッチングの際に、コンタクトホールの側壁には、付着確率の大きいカーボンを含むフロロカーボン系のラジカルが、高エネルギーのイオンの衝撃を受けずに側壁に到達し、そのまま側壁に堆積することが判明した。この結果として、コンタクトホールの底部へエッチングガスが到達せず、付着確率がカーボンに比べて小さいフッ素を多く含むラジカルが選択的にコンタクトホール底部へ到達してしまうことが判明した。
【０００９】
このため、下地シリコンが露出した時に、コンタクトホール底部には、下地シリコンをイオン衝撃から守る強固なフロロカーボン膜が形成されないと云う現象が見出された。
【００１０】
このような状態でエッチングが行われると、下地シリコンが不可避的にエッチングされてしまい、下地シリコンとのエッチング選択比（酸化膜のエッチング速度／下地シリコンのエッチング速度）が確保されないという問題点があることが分かった。同時に、フォトレジストとのエッチング選択比（酸化膜のエッチング速度／フォトレジストのエッチング速度）も劣化することが分かった。
【００１１】
本発明の目的は、ダメージ層除去の工程を必要とせず、さらに高フォトレジスト選択比かつ高シリコン選択比であるダメージフリーエッチングプロセス技術を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は下地シリコンが不所望にエッチングされるのを防止できる半導体装置の製造方法およびエッチング方法を提供することである。
【００１３】
本発明の更に他の目的はコンタクトホール底部に効率的にフロロカーボン膜を形成し、これによって、コンタクトホール底部おける抵抗率の変化を軽減できる半導体装置の製造方法およびエッチング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、反応性イオンエッチングにより絶縁膜にコンタクトホールを開口するエッチング工程を含む半導体装置の製造方法または絶縁膜のエッチング方法において、前記エッチング工程は所定の速度でエッチングを行う第１の工程と前記速度よりも遅い速度でエッチングを行う第２の工程とを含み、前記第２の工程は前記第１の工程よりも後でかつ開口によって下地が露出する前に実施され、前記第１の工程で供給されるガスの組成および供給量の少なくとも一方と異なる組成および供給量のガスを前記第２の工程で供給することを特徴とする半導体装置の製造方法または絶縁膜のエッチング方法が得られる。
【００１５】
前記コンタクトホールは電界効果トランジスタのソース領域およびドレイン領域の少なくとも一方の上の絶縁膜に形成されるものであってもよい。
【００１６】
また、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であってもよい。
【００１７】
前記供給ガスはＣとＦとを少なくとも含み、前記第２の工程で前記供給ガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることが好ましい。
【００１８】
あるいは前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素（Ｏ２）とを含み、前記第２の工程で前記酸素の供給量を前記第１の工程よりも減少させること、あるいは前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させること、あるいは両方を減少させることが好ましい。
【００１９】
前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスと前記酸素との組成を前記第１の工程から変化させてもよい。
【００２０】
前記開口の最終的な深さの一部、たとえば９０％まで、を前記第１の工程でエッチングを行い、その後前記第２の工程を行うことが好ましいが、切り替える深さは８０％乃至９５％でもよく、エッチングの総時間（第２工程の方が時間がかかる）や壁面堆積物の厚さ（第２工程のほうが付着しにくい）、下地表面の保護等のかねあいで定めればよい。要はエッチングの終了より前、下地表面が露出する前に第２の工程に切り替えればよい。
【００２１】
前記反応性イオンエッチングをマイクロ波励起によるプラズマ処理装置で行うのが好ましく、プラズマ励起のパワーを前記第２の工程では前記第１の工程より弱くする。
【００２２】
前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量は、前記開口の側壁への堆積物の厚さが前記開口の直径の１０％以下となるように選択することが好ましい。また前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量は、前記開口の下地表面に保護膜が形成されるように選択することが好ましい。この下地表面に形成される保護膜はフロロカーボン膜であることが好ましい。
【００２３】
あるいは本発明は、ガスを用いてエッチングを行う工程を含む半導体装置の製造方法またはエッチング方法において、前記エッチングの途中で前記ガスの組成および流量の少なくとも一方を変化させ、下地表面を保護した状態でエッチングを終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法またはエッチング方法を提供する。
【００２４】
前記組成および流量の少なくとも一方が変化されたガスによるエッチングは前記下地表面におけるボロンの不活性化を防止できるものとする。
【００２５】
本発明では、反応性イオンエッチングによりコンタクトホールを形成する際、コンタクトホール底部に強固なフロロカーボン膜を形成することができる。この結果、コンタクトホール底部のシリコンが過剰にイオンに曝されることによるドープされた不純物の不活性化を防止すると共に、不純物の不活性化による高抵抗化をも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、添加Ｏ２流量が０ｓｃｃｍ、２．５ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１５ｓｃｃｍの場合における、酸化膜エッチング速度とＣ５Ｆ８ガス流量の関係を示すグラフである。
【図２】図２は、添加Ｏ２流量が１ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍの場合のコンタクトホール側壁へのフロロカーボン膜堆積量と、Ｃ５Ｆ８流量の関係を示すグラフである。
【図３】図３は、ラジアルラインスロットアンテナを用いた２段シャワープレート構造マイクロ波励起プラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施例１に係る電界効果トランジスタのエッチング前の状態を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施例１に係る電界効果トランジスタのエッチング第１工程を終えた状態を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施例１に係る製造途中の電界効果トランジスタのエッチング第２工程（ダメージフリーエッチング）を終えた状態を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施例１に係る製造途中の電界効果トランジスタのアッシングを終えた状態を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施例１に係る製造方法によって得られた電界効果トランジスタの断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
まず、本発明の理解を容易にするために、本発明の原理について説明する。
【００２８】
図１を参照すると、高速エッチングモード（Ｖｄｃ＝−５５０Ｖ）におけるシリコン酸化膜のエッチング速度とＣ５Ｆ８流量の関係が示されている。Ｃ５Ｆ８に添加ガスとして酸素（Ｏ２）を添加し、当該Ｏ２の流量とＣ５Ｆ８の流量とを変化させた場合におけるシリコン酸化膜のエッチング速度（ｎｍ／分）が示されている。図の例では、Ｏ２の流量を０ｓｃｃｍから２．５、５、１０、及び、１５ｓｃｃｍに変化させた場合におけるＣ５Ｆ８流量とエッチング速度との関係がそれぞれ曲線ｃ１〜ｃ５によって示されている。ここで、１ｓｃｃｍとは一分間に標準状態のガスを１立方センチメートル流す流量である。
【００２９】
曲線ｃ４からも明らかな通り、エッチング速度が７００ｎｍ／分程度以上の高速エッチングを行うには、Ｏ２＝１０ｓｃｃｍの場合、Ｃ５Ｆ８流量は１０ｓｃｃｍ以上である必要がある。また、曲線ｃ５に示されているように、Ｏ２＝１５ｓｃｃｍの場合、Ｃ５Ｆ８流量が８ｓｃｃｍ以上が必要となる。ただし、Ｏ２流量が１０ｓｃｃｍ程度を超えると、対フォトレジスト選択比が悪化することが分かったため、高速エッチングを行うには、Ｃ５Ｆ８＝１０ｓｃｃｍ、Ｏ２＝１０ｓｃｃｍ程度に設定すればよい。
【００３０】
本発明者等は、前記条件においてコンタクトホールの９０％を高速でエッチングした後、残り１０％のコンタクトホールのエッチングを高速エッチングとは異なる条件で行い、下地シリコンにダメージが誘起されるのを回避することができた。
【００３１】
まず、本発明の工程を説明する前に、上記従来技術１に記載されているように、高速エッチング条件のうち、セルフバイアス電圧の絶対値を２００Ｖに減少（Ｖｄｃ＝−２００Ｖ）させてエッチングを行った。この場合、コンタクトホールの側壁に到達した付着確率の大きいカーボンを含むフロロカーボン系のラジカルが、高エネルギーのイオンの衝撃を受けずに、そのまま側壁に堆積し、結果としてコンタクトホール底部へエッチングガスが到達しなかった。このため、付着確率がＣに比べて小さいＦを多く含むラジカルが選択的にコンタクトホール底部へ到達して、下地シリコンが露出した時に下地シリコンをイオン衝撃から守る強固なフロロカーボン膜が形成され無い状態が形成される。
【００３２】
強固なフロロカーボン膜が形成され無い状態で、エッチングが行われると、下地シリコンをもエッチングしてしまい、下地シリコンとのエッチング選択比（酸化膜のエッチング速度／下地シリコンのエッチング速度）が確保されないということを見出した。同時に、Ｃ５Ｆ８流量を減少させると側壁へのフロロカーボン膜の堆積も減少するということも判明した。
【００３３】
そこで、本発明者等はコンタクトホール底部に強固なフロロカーボン膜を付着させるための手法について検討し、コンタクトホール底部にフロロカーボン膜を付着させるには、単にセルフバイアスを変更するだけでなく、供給ガスの組成、流量を変化させれば良いことが判明した。
【００３４】
このことを考慮して、供給ガスの組成、流量は、側壁へのフロロカーボン膜等の堆積物の厚さがコンタクトホール直径の約１０％を越えないように選択される。あるいは、供給ガスの組成、流量は、コンタクトホール底部にフロロカーボン膜等の保護膜が付着するように選択する。
【００３５】
図２を参照すると、Ｖｄｃ＝−２００Ｖにおける、直径０．３５μｍのコンタクトホール側壁へのフロロカーボン膜の堆積速度とＣ５Ｆ８流量の関係が示されている。図２では、Ｃ５Ｆ８に添加されるＯ２流量が１ｓｃｃｍ、２ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍの時におけるＣ５Ｆ８の流量と、フロロカーボンの堆積厚さ（μｍ）との関係が示されている（それぞれ、グラフｃａ１、ｃａ２、ｃａ３、ｃａ４）。エッチング時間はコンタクトホール残部（約１０ｎｍ）をエッチングするのに要する時間である。側壁への堆積物の厚さが０．０４μｍ以下、すなわちコンタクトホール直径の約１０％以下であれば、カーボンの割合の大きいラジカルが十分コンタクトホール底部へ到達し、コンタクトホール底部にフロロカーボン膜が形成されて下地シリコンをイオン衝撃から保護することが分かった。
【００３６】
具体的には、図２において、Ｃ５Ｆ８流量を６ｓｃｃｍ以下にし、Ｏ２流量を３〜５ｓｃｃｍにする（グラフｃａ３、ｃａ４）ことにより、堆積厚さを０．０４μｍ以下にすることができる。また、Ｃ５Ｆ８流量を４ｓｃｃｍ以下にすれば、Ｏ２の流量を１〜５ｓｃｃｍの範囲で変化させることによって（グラフｃａ１〜ｃａ４）、フロロカーボンの堆積厚さを０．０４μｍ以下にすることができる。したがって、高速エッチングを行った後、供給ガスの組成を変化させて、低速エッチングを行うことにより、コンタクトホール底部を強固なフロロカーボン膜で覆うことができる。
【００３７】
上記した結果を纏めると、Ｃ５Ｆ８流量を１０ｓｃｃｍとしてレジスト選択比が劣化しない程度にＯ２流量を１０ｓｃｃｍ程度に設定し、高速エッチングを行った後、ダメージフリーエッチングを行う。このダメージフリーエッチングでは、側壁デポを抑制するためにＣ５Ｆ８流量を減らし、さらに下地シリコンを守るためにＯ２流量も減らすことで実現できることが明らかとなった。この手法によれば、エッチング時間を極端に増大させることなく、かつダメージの発生しないコンタクトホールエッチングを行うことができる。このように、ダメージフリーエッチングでは、イオンエネルギーを決定するセルフバイアス電圧を変化させることだけではなく、ガス組成（流量）も同時に変化させなければならない。
【００３８】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００３９】
図３に、本発明の実施例に用いるＲｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ（ＲＩＥ）プロセス用のマイクロ波プラズマ処理装置の概略構成が示されている。
【００４０】
マイクロ波プラズマ処理装置は複数の排気ポート８から排気される処理室１０を有し、前記処理室１０中には被処理基板１２を保持する保持台１４が設けられている。前記処理室１０の均一な排気を実現するため、前記保持台１４の周囲にはリング状に空間が形成されており、前記複数の排気ポート８を前記空間に連通するように等間隔で、すなわち被処理基板１２に対して軸対称に形成することにより、前記処理室１０を前記空間および排気ポート８を介して均一に排気することができる。
【００４１】
前記処理室１０内の上部には、前記保持台１４上の被処理基板１２に対応する位置に、前記処理室１０の外壁の一部として、低損失誘電体よりなり多数の開口部（ガス放出口）１５が形成された板状のシャワープレート２０がシールリングを介して形成されている。さらに前記シャワープレート２０の外側、すなわち被処理基板１２の反対側に、同じく低損失誘電体よりなるカバープレート２２が、別のシールリングを介して設けられている。
【００４２】
シャワープレート２０にはその上面にプラズマ励起ガスを充填する空間２３が形成されており、前記複数の開口部１５の各々は前記プラズマガス通路をなす空間２３に連通するように形成されている。さらに、前記シャワープレート２０の内部には、前記処理室１０の外壁に設けられたプラズマガス供給ポート２４に連通するプラズマガスの供給通路２６が形成されており、前記プラズマガス供給ポート２４に供給されたＡｒやＫｒ等のプラズマ励起ガスは、前記供給通路２６から前記空間２３を介して前記開口部１５に供給され、処理室１０内へ導入される。
【００４３】
図示されたプラズマ処理装置では、処理室１０内のシャワープレート２０と被処理基板１２との間に、導体からなるシャワーヘッド２８が設けられている。これを下段シャワープレートとも呼び、その場合、上部のシャワープレート２０を上段シャワープレートと呼ぶ。下段シャワープレート２８の内部には図示しない外部の処理ガス供給系から処理ガス（たとえば、Ｃ５Ｆ８とＯ２とを含むガス）が導入され、下段シャワープレート２８下部に多数設けられたノズルまたはガス放出口２９から下部空間、すなわち下段シャワープレート２８と被処理基板１２との間の空間に放出される。下段シャワープレート２８には、ノズル２９の間に多数の開口２５が設けられており、上段シャワープレート２０と下段シャワープレート２８との間の空間で形成されたプラズマはこの開口２５を通って被処理基板１２の表面に拡散される。
【００４４】
下段シャワープレート２８のノズル２９から被処理基板１２に向けて放出された処理ガスは被処理基板１２上で上記のプラズマに励起され基板１２のエッチングが行われる。処理ガスは、上段シャワープレート２０からのプラズマ励起ガスが上段シャワープレート２０と下段シャワープレート２８との間の空間から下段シャワープレート２８と被処理基板１２との間の空間に向かって流れている。このため、処理ガスが下段シャワープレート２８と被処理基板１２との間の空間に流れ込むことが抑止されるので、そこで高密度プラズマに晒されて不要な解離を起こすことは防止される。
【実施例１】
【００４５】
本実施例１は、図４に示されたＰチャンネル電界効果トランジスタの製造に本発明を適用した例である。
【００４６】
すなわち、図示されたＰチャンネル電界効果トランジスタはその表面に形成された絶縁膜３７にソースコンタクトホールおよびドレインコンタクトホールがそれぞれ形成されるべき領域にレジストパターンが形成されたフォトレジスト３８を有している。具体的には、図示されたＰチャンネル電界効果トランジスタはｐ型シリコン基板３０に形成されたＮウエル３１内に形成されたソース、ドレイン領域３３、３４を備えている。図示されたソース領域３３、ドレイン領域３４はｐ−シリコン領域３０１とｐ＋シリコン領域３０２との二層構造をしており、ソース領域３３とドレイン領域３４との間にはゲート絶縁膜３５が設けられている。ゲート絶縁膜３５の上にはゲート電極３６が形成されている。この例では、ゲート電極３６の側面および上面は絶縁膜で被覆されている。さらに、ソース領域３３、ドレイン領域３４およびゲート電極３６はシリコン酸化膜等の層間絶縁膜３７によって被覆されており、層間絶縁膜３７上にはソース領域３３、ドレイン領域３４に対応した部分に開口を施したフォトレジスト３８が被着されている。
【００４７】
上記の構成の製造途中のＰチャンネル電界効果トランジスタを多数形成したシリコンウエハー３０を図３の被処理基板１２として保持台１４上へ載置した。なお、ソース領域３３とドレイン領域３４のｐ＋シリコン３０２は、２×１０２０ｃｍ−３のキャリア濃度である。層間絶縁膜３７はシリコン酸化膜で構成されており、厚さは１μｍである。
【００４８】
図３をも併せ参照すると、ウエハー（図４の３０）１２を保持台１４に載置した後、上段シャワープレート２０を介してプラズマ励起のためのＡｒガスを４６０ｓｃｃｍ、下段シャワープレート２８からはＡｒ、Ｃ５Ｆ８、Ｏ２をそれぞれ４０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ、１０ｓｃｃｍ導入して圧力を４０ｍＴｏｒｒに設定した。
【００４９】
次に、図示していないマイクロ波発振器により、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を図３に示すラジアルラインスロットアンテナ２７へ給電し、プラズマを励起した。次に、前記保持台１４に接続されたＲＦ電源２１より、ＲＦ電力５００Ｗを前記保持台１４へ印加し、セルフバイアス電圧を絶対値において５５０Ｖ程度発生させ、高速エッチングモードでエッチングを行った。
【００５０】
本実施例１におけるＲＦ電力の周波数は２ＭＨｚであるが、この周波数に限られることは無く、例えば４５０ｋＨｚや１３．５６ＭＨｚを用いても良い。シリコン酸化膜のエッチング速度は７００ｎｍ／分であった。エッチング速度は、マイクロ波電力を増加させるか、またはＲＦ電力を増加させることでより高速にエッチングすることが可能である。
【００５１】
前記条件の下で、７７秒エッチングを行った結果、図５に示す様に、シリコン酸化膜によって構成される層間絶縁膜３７が選択的にエッチングされ、ソース領域３３、ドレイン領域３４の上にコンタクトホール４１、４２の一部が形成された。図示のように、コンタクトホール４１、４２の一部が形成されて、その深さがソース領域３３、ドレイン領域３４の表面まで、残り１０ｎｍになった時、本発明によるダメージフリーエッチングを行った。すなわち、前記下段シャワープレート２８から供給する処理ガスの組成を前記組成からＡｒ、Ｃ５Ｆ８、Ｏ２をそれぞれ４０ｓｃｃｍ、５ｓｃｃｍ、３ｓｃｃｍへ変化させると同時に、ＲＦ電力を減少させ、セルフバイアス電圧の絶対値を２００Ｖとした。
【００５２】
この条件の下で、ダメージフリーエッチングを１２０秒行い、コンタクトホール４１、４２を開口した（図６参照）。この時コンタクトホール４１、４２の底部すなわちｐ＋シリコン３０２上には、図６に示す様に、カーボンを多く含むフロロカーボン膜４５が形成され、ｐ＋シリコン３０２のキャリアであるボロンがイオン照射によって不活性化されるのを防いでいる。
【００５３】
次に、前記上段シャワープレート２０からＡｒガスを６６０ｓｃｃｍ、前記下段シャワープレート２８からＡｒ、Ｏ２をそれぞれ４０、１０ｓｃｃｍ供給し、処理室１０の圧力を１３３Ｐａとし、前記ラジアルラインスロットアンテナ２７にマイクロ波を２ｋＷ供給してプラズマを３０秒励起し、前記フォトレジスト３８、前記フロロカーボン膜４５、及び図示していない前記コンタクトホールの側壁に僅かに堆積したフロロカーボン膜を除去した（図７参照）。
【００５４】
この工程において、ｐ＋シリコン３０２表面に堆積した前記フロロカーボン膜４５も除去され、除去された後は前記ｐ＋シリコン３０２表面は直接プラズマに晒される。しかしながら、このとき照射されるプラズマは電子温度が１ｅＶ以下の低温であるため、ボロンが格子位置からはずれて不活性化することは無い。次に、洗浄工程および配線工程へ移行して、コンタクトホール４１、４２内にコンタクトプラグ４８を、さらにその上に金属配線４９をそれぞれ形成してｐチャンネルＭＯＳＦＥＴを製造した（図８参照）。
【００５５】
このようにして作成したｐチャンネル絶縁ゲート電界効果トランジスタは、ダメージ除去工程を行わないにもかかわらず、コンタクトホール４１，４２の底部のｐ＋シリコン３０２のキャリア濃度は２×１０２０ｃｍ−３程度に維持することができた。このことは、低抵抗ソース・ドレインを備えた絶縁ゲート電界効果トランジスタを実現できたことを意味している。なお、本実施例ではｐチャンネル電界効果トランジスタの製造方法を示したが、これに捉われることは無く、コンタクトホールにより配線を行う他の半導体装置においても本発明は有効であることは言うまでもない。
【００５６】
また、最適なガス流量はポンプの排気速度やガスの滞在時間により変化するので、本発明の効果は上述したガスの流量に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、単にｐチャンネル電界効果トランジスタの製造だけでなく、コンタクトホールを有して電極接続または配線を行う他の半導体装置（液晶表示装置等のＴＦＴを含む）にも適用できる。また、本発明は、半導体基板や平面デイスプレイのアクティブマトリクス基板等の製造においても適用可能である。
【００５８】
上記実施例ではＣ５Ｆ８を用いたエッチングガスについてのみ説明したが、各種フロロカーボンガスを使用する場合、あるいは他のエッチングガスを使用した場合にも同様に適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応性イオンエッチングにより絶縁膜にコンタクトホールを開口するエッチング工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記エッチング工程は所定の速度でエッチングを行う第１の工程と前記速度よりも遅い速度でエッチングを行う第２の工程とを含み、前記第２の工程は前記第１の工程よりも後でかつ開口によって下地が露出する前に実施され、前記第１の工程で供給されるガスの組成および供給量の少なくとも一方と異なる組成および供給量のガスを前記第２の工程で供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記コンタクトホールは電界効果トランジスタのソース領域およびドレイン領域の少なくとも一方の上の絶縁膜に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜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】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを少なくとも含み、前記第２の工程で前記供給ガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記酸素の供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３および５のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスと前記酸素との組成を前記第１の工程から変化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、前記開口の所定深さの８０％乃至９５％まで前記第１の工程でエッチングを行い、その後前記第２の工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、前記反応性イオンエッチングをマイクロ波励起によるプラズマ処理装置で行い、プラズマ励起のパワーを前記第２の工程では前記第１の工程より弱くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量を、前記開口の側壁への堆積物の厚さが前記開口の直径の１０％以下となるように選択したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量を、前記開口の下地表面に保護膜が形成されるように選択したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０において、前記下地表面に形成される保護膜はフロロカーボン膜を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
ガスを用いてエッチングを行う工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記エッチングの途中で前記ガスの組成および流量の少なくとも一方を変化させ、下地表面を保護した状態でエッチングを終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、前記組成および流量の少なくとも一方が変化されたガスによるエッチングは前記下地表面におけるボロンの不活性化を防止できるものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４において、前記ガスはＣとＦとを少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
反応性イオンエッチングにより絶縁膜に開口を形成するエッチング方法において、
前記エッチングは所定の速度でエッチングを行う第１の工程と前記速度よりも遅い速度でエッチングを行う第２の工程とを含み、前記第２の工程は前記第１の工程よりも後でかつ開口によって下地が露出する前に実施され、前記第１の工程で供給されるガスの組成および供給量の少なくとも一方と異なる組成および供給量のガスを前記第２の工程で供給することを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項１７】
請求項１６において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７において、前記供給ガスはＣとＦとを少なくとも含み、前記第２の工程で前記供給ガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記酸素の供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２０】
請求項１６、１７または１９のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２１】
請求項１６〜２０のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスと前記酸素との組成を前記第１の工程から変化させることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２２】
請求項１６〜２１のいずれかにおいて、前記開口の所定深さの８０％乃至９５％まで前記第１の工程でエッチングを行い、その後前記第２の工程を行うことを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２３】
請求項１６〜２２のいずれかにおいて、前記反応性イオンエッチングをマイクロ波励起によるプラズマ処理装置で行い、プラズマ励起のパワーを前記第２の工程では前記第１の工程より弱くすることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２４】
請求項１６〜２３のいずれかにおいて、前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量を、前記開口の側壁への堆積物の厚さが前記開口の直径の１０％以下となるように選択したことを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２５】
請求項１６〜２３のいずれかにおいて、前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量を、前記開口の下地表面に保護膜が形成されるように選択したことを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項１】
反応性イオンエッチングにより絶縁膜にコンタクトホールを開口するエッチング工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記エッチング工程は所定の速度でエッチングを行う第１の工程と前記速度よりも遅い速度でエッチングを行う第２の工程とを含み、前記第２の工程は前記第１の工程よりも後でかつ開口によって下地が露出する前に実施され、前記第１の工程で供給されるガスの組成および供給量の少なくとも一方と異なる組成および供給量のガスを前記第２の工程で供給することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記コンタクトホールは電界効果トランジスタのソース領域およびドレイン領域の少なくとも一方の上の絶縁膜に形成されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜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】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを少なくとも含み、前記第２の工程で前記供給ガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記酸素の供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜３および５のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスと前記酸素との組成を前記第１の工程から変化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかにおいて、前記開口の所定深さの８０％乃至９５％まで前記第１の工程でエッチングを行い、その後前記第２の工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかにおいて、前記反応性イオンエッチングをマイクロ波励起によるプラズマ処理装置で行い、プラズマ励起のパワーを前記第２の工程では前記第１の工程より弱くすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量を、前記開口の側壁への堆積物の厚さが前記開口の直径の１０％以下となるように選択したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかにおいて、前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量を、前記開口の下地表面に保護膜が形成されるように選択したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０において、前記下地表面に形成される保護膜はフロロカーボン膜を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
ガスを用いてエッチングを行う工程を含む半導体装置の製造方法において、
前記エッチングの途中で前記ガスの組成および流量の少なくとも一方を変化させ、下地表面を保護した状態でエッチングを終了させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３において、前記組成および流量の少なくとも一方が変化されたガスによるエッチングは前記下地表面におけるボロンの不活性化を防止できるものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４において、前記ガスはＣとＦとを少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
反応性イオンエッチングにより絶縁膜に開口を形成するエッチング方法において、
前記エッチングは所定の速度でエッチングを行う第１の工程と前記速度よりも遅い速度でエッチングを行う第２の工程とを含み、前記第２の工程は前記第１の工程よりも後でかつ開口によって下地が露出する前に実施され、前記第１の工程で供給されるガスの組成および供給量の少なくとも一方と異なる組成および供給量のガスを前記第２の工程で供給することを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項１７】
請求項１６において、前記絶縁膜はシリコン酸化膜であることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項１８】
請求項１６または１７において、前記供給ガスはＣとＦとを少なくとも含み、前記第２の工程で前記供給ガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項１９】
請求項１６〜１８のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記酸素の供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２０】
請求項１６、１７または１９のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスの供給量を前記第１の工程よりも減少させることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２１】
請求項１６〜２０のいずれかにおいて、前記供給ガスはＣとＦとを含むガスと酸素とを含み、前記第２の工程で前記ＣとＦとを含むガスと前記酸素との組成を前記第１の工程から変化させることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２２】
請求項１６〜２１のいずれかにおいて、前記開口の所定深さの８０％乃至９５％まで前記第１の工程でエッチングを行い、その後前記第２の工程を行うことを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２３】
請求項１６〜２２のいずれかにおいて、前記反応性イオンエッチングをマイクロ波励起によるプラズマ処理装置で行い、プラズマ励起のパワーを前記第２の工程では前記第１の工程より弱くすることを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２４】
請求項１６〜２３のいずれかにおいて、前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量を、前記開口の側壁への堆積物の厚さが前記開口の直径の１０％以下となるように選択したことを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【請求項２５】
請求項１６〜２３のいずれかにおいて、前記第２の工程で供給されるガスの組成および供給量を、前記開口の下地表面に保護膜が形成されるように選択したことを特徴とする絶縁膜のエッチング方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０７６３３６
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【発行日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１７７０７（Ｐ２００５−５１７７０７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１５１３
【国際出願日】平成１７年２月２日（２００５．２．２）
【出願人】（０００２０５０４１）
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１７年８月１８日（２００５．８．１８）
【発行日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００５／００１５１３
【国際出願日】平成１７年２月２日（２００５．２．２）
【出願人】（０００２０５０４１）
【Ｆターム（参考）】
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