JP3277394B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
に関し、特に単極式静電チャックを用いてウェハをウェ
ハ・ステージ上に吸着保持しながらシリコン化合物層の
ドライエッチングを行った後、上記ドライエッチングの
過程でレジスト・マスクの表面に生じた硬化層や下地の
シリコン系材料層等の露出面に発生した照射損傷層の除
去を、単極式静電チャックの残留電荷の除去と同時に行
う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】高集積化及びび高性能化が図られたＶＬ
ＳＩ，ＵＬＳＩ等の半導体装置にあっては、酸化シリコ
ン（ＳｉＯ_ｘ）に代表されるシリコン化合物層のドライ
エッチングについても技術的要求がますます厳しくなっ
てきている。

【０００３】まず、高集積化によりデバイス・チップの
面積が拡大しウェハが大口径化していること、形成すべ
きパターンが高度に微細化されウェハ面内の均一処理が
要求されていること、またＡＳＩＣに代表されるように
多品種少量生産が要求されていること等の背景から、ド
ライエッチング装置の主流は従来のバッチ式から枚葉式
に移行しつつある。この際、従来と同等の生産性を維持
するためには、ウェハ１枚当たりのエッチング速度を大
幅に向上させなければならない。

【０００４】また、デバイスの高速化や微細化を図るた
めに不純物拡散領域の接合深さが浅くなり、また各種の
材料層も薄くなっている状況下では、従来以上に対下地
選択性に優れダメージの少ないエッチング技術が要求さ
れる。例えば、半導体基板内に形成された不純物拡散領
域や、ＳＲＡＭの抵抗負荷素子として用いられるＰＭＯ
Ｓトランジスタのソース・ドレイン領域等にコンタクト
を形成しようとする場合等に、シリコン基板や多結晶シ
リコン層を下地として行われるＳｉＯ_ｘ層間絶縁膜のエ
ッチングがその例である。

【０００５】さらに、対レジスト選択比の向上も重要な
課題である。これは、サブミクロン・デバイスでは、レ
ジストの後退によるわずかな寸法変換差の発生も許容さ
れなくなってきているからである。

【０００６】従来よりＳｉＯ_ｘ系材料層のエッチング
は、結合エネルギーの大きいＳｉ−Ｏ結合を切断するた
めに、イオン性を強めたモードで行われている。典型的
なエッチング・ガスは、ＣＨＦ_３，ＣＦ_４等であり、こ
れらから生成するＣＦ_ｘ ^＋の入射エネルギーを利用して
いる。しかし、高速エッチングを行うためにはこの入射
イオン・エネルギーを高めることが必要であり、エッチ
ング反応が物理的なスパッタ反応に近くなるため、高速
性への要求と高選択性・低ダメージ性への要求とが常に
背反していた。

【０００７】この問題を解決する方法として、エッチン
グ・ガスにＨ_２や堆積性の炭化水素系ガスを等を添加し
てエッチング反応系の見掛け上のＣ／Ｆ比（炭素原子数
とフッ素原子数の比）を増大させ、エッチング反応と競
合して起こる炭素系ポリマーの堆積を促進することが提
案されている。

【０００８】しかし、十分な高選択比を得るためには相
当量の炭素系ポリマーを堆積させることが必要であり、
このことがエッチング速度の低下やパーティクル・レベ
ルの悪化を招く原因となっている。近年のドライエッチ
ングでは枚葉処理が主流であるため、ウェハ１枚当たり
のエッチング所要時間が延びたり、あるいはエッチング
・チャンバのクリーニング等を行うためのメンテナンス
の頻度が高くなることは、生産性や経済性に重大な支障
をもたらす原因となる。

【０００９】かかる背景から提案され、上記の問題の解
決に至る方法として有望と考えられる技術に、低温エッ
チングがある。この技術の開発の動機は、ウェハを低温
冷却してラジカルによる等方的な化学反応を抑制するこ
とにより、入射イオン・エネルギーを低減させた条件下
で高異方性加工を行うことにあった。しかし、高選択比
が得られるという観点から、イオン・モードを主体とす
るＳｉＯ_ｘ系材料層のエッチングにも極めて有効である
ことが明らかにされ、このプロセスを想定した低温エッ
チング装置も市販され始めている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】一般にドライエッチン
グのプロセスでは、入射イオンの影響によりウェハ上の
様々な材料層の表面もしくは露出面に好ましくない性質
を有する層が形成される場合がしばしばある。

【００１１】例えば、上述のＳｉＯ_ｘ系材料層のエッチ
ングの場合、エッチング機構がイオン・モードに依存し
ていることから、その下層側の材料層（下地材料層）が
露出すると、その露出面に照射損傷（ダメージ）層が形
成されることが原理的に避けられない。この照射損傷層
は、デバイス特性の劣化を防止するために、何らかの後
処理工程により除去することが必要である。

【００１２】また、別の問題点としては、シリコン化合
物のエッチング・マスクとしてレジスト・マスクを用い
た場合、高エネルギーのイオン入射に曝されたその表面
に硬化層（以下、レジスト表面硬化層と称する。）が形
成されることが挙げられる。この硬化層の形成は、エキ
シマ・レーザ・リソグラフィへの適用を想定して研究が
進められている化学増幅型レジスト材料を用いてマスク
を構成した場合に、特に顕著である。かかるレジスト表
面硬化層は、後工程にでレジスト・アッシングを行う際
に、アッシング残りやレジスト表面硬化層自身の飛散に
よるパーティクル汚染を惹起させるおそれがあり、半導
体装置の歩留りが大幅に低下する原因となる。

【００１３】以上の照射損傷層やレジスト表面硬化層
は、それぞれ専用の除去工程を設ければもちろん除去可
能ではあるが、かかる別工程の増加はスループットや経
済性を低下させる原因となる。

【００１４】そこで、本発明は、工程数の増加によるス
ループットや経済性の低下を招くことなく、これら照射
損傷層やレジスト表面硬化層を除去することが可能な半
導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の目
的を達成するために鋭意検討を行い、低温エッチング装
置の処理チャンバ内で単極式静電チャックを用いてウェ
ハを吸着保持した場合に必ず必要となる残留電荷除去工
程において、上記照射損傷層やレジスト表面硬化層を同
時に除去することを考えた。

【００１６】静電チャックとは、絶縁部材中に埋設され
た内部電極に直流電圧を印加し、この絶縁部材とその上
に載置されたウェハとの間に発現するクーロン力を利用
してウェハを吸着固定させる機構である。この機構によ
ればウェハ・ステージとウェハとの間の密着性が高ま
り、両者間の熱伝達が面内で均一化できる。したがっ
て、特に前述の低温エッチング装置ではエッチングの均
一性を図る上でほぼ必須の機構となっている。

【００１７】静電チャックには、ウェハが導体、半導
体、誘電体のいずれであるか、またウェハをアースする
か否かにより幾つかの異なる方式が知られているが、近
年主流となりつつあるのは単極式と呼ばれる方式であ
る。これは、ウェハが導体または半導体である場合に、
絶縁部材中の単一の内部電極に所定の極性の直流電圧を
印加し、対向アースはプラズマを経由して処理チャンバ
の壁を通じてとる方式である。この単極式静電チャック
は、プラズマが生成しないとウェハをウェハ・ステージ
に吸着させることができないが、ＭＯＳデバイスのゲー
ト酸化膜の耐圧劣化を生じにくいという理由から、市販
装置等に多く採用されている。

【００１８】この単極式静電チャックを用いた場合、プ
ラズマ処理終了後に直流電圧の印加を停止すると電荷が
残留する。したがって、ウェハをウェハ・ステージから
引き離すために、通常は上記プラズマ処理の結果に実質
的に影響を与えないガスを供給して再度プラズマを生成
させ、このプラズマを通じて残留電荷をリークさせてい
る。本発明は、この残留電荷除去工程で用いられるガス
に、照射損傷層やレジスト表面硬化層の除去に必要な機
能を持たせようとするものである。

【００１９】本発明の半導体装置の製造方法は、かかる
考え方に基づいて提案されるものであり、ドライエッチ
ング装置のウェハ・ステージ上に単極式静電チャックを
用いてウェハを吸着保持し、このウェハ上のシリコン化
合物層をフルオロカーボン系化合物を含むエッチング・
ガスを用いてエッチングし、この後に前記フルオロカー
ボン系化合物の残留物を残留させる第１の工程と、Ｏ_２
を含むプラズマ生成ガスを用いて前記単極式静電チャッ
クの残留電荷を除去し、これと同時に、前記残留物と前
記Ｏ_２を含むプラズマ生成ガスとの反応によりプラズマ
中のＦ^＊の生成量を増大させ、前記シリコン化合物の下
地材料層の露出面に発生した照射損傷層を除去する第２
の工程とを有するものである。

【００２０】本発明はまた、前記第１の工程と前記第２
の工程との間に前記エッチング・ガスを一旦排気し、そ
の後不活性ガスのプラズマを生成させる第３の工程を少
なくとも１回設け、前記第２の工程ではＯ_２ を含むプ
ラズマ生成用ガスを用いることにより、前記第１の工程
で前記シリコン化合物層の上のレジスト・マスクの表面
に形成されたレジスト表面硬化層を同時に除去するもの
である。

【００２１】

【作用】本発明では、フルオロカーボン系化合物を含む
エッチング・ガスを用いてシリコン化合物層のドライエ
ッチングを行った後、残留電荷の除去を行う工程でＯ_２
を含むプラズマ生成用ガスを用いる。但し、Ｏ_２の作用
はプロセスの目的により異なる。

【００２２】まず、残留電荷の除去と同時に下地材料層
表面の照射損傷層の除去を目的とするプロセスでは、Ｏ
_２はＦ^＊の生成の促進物質として利用される。この場
合、Ｏ_２はフルオロカーボン系化合物の残留分と反応
し、プラズマ中のＦ^＊の生成量を増大させる。この時の
反応を単純化すると、次式のように表すことができる。

【００２３】 ＣＦ_ｘ＋Ｏ_２→ ＣＯ_２↑＋ｘＦ^＊ このようにして生成したＦ^＊が、照射損傷層の除去に寄
与する。しかも、残留電荷除去は一般に無バイアス条件
下で行われるため、いわゆるライトエッチが可能とな
る。

【００２４】一方、残留電荷の除去と同時にレジスト表
面硬化層の除去を目的とするプロセスでは、Ｏ_２はＯ^＊
の供給源として利用される。この場合は、気相中にフル
オロカーボン系化合物が残留していると上式のような反
応によりＯ_２が消費され、Ｏ^＊が効率良く生成しないど
ころか、過剰のＦ^＊により下地選択性が低下するおそれ
が大きい。したがって、予めこのフルオロカーボン系化
合物を含むエッチング・ガスを排気した後、不活性ガス
を導入する。さらに、エッチング・ガスの排気と不活性
ガスの導入とを交互に複数回繰り返すことにより、処理
ガスの排除を徹底させることができる。不活性ガスを導
入した後に放電を行えば、不活性ガスのプラズマにより
処理チャンバ内を効果的にクリーニングすることもでき
る。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２６】実施例１ 本実施例は、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装
置のウェハ・ステージ上に単極式静電チャックを用いて
ウェハを保持し、ｃ−Ｃ_４Ｆ_８（オクタフルオロシクロ
ブタン）／ＣＨ_２Ｆ_２混合ガスを用いてこのウェハ上の
ＳｉＯ_２層間絶縁膜にコンタクト・ホールを開口した後
Ｏ_２を導入し、照射損傷層の除去を兼ねて上記単極式静
電チャックの残留電荷を除去した例である。

【００２７】まず、本実施例のプロセス・シーケンスに
ついて、図１（ａ），（ｃ），（ｄ）を参照しながら説
明する。

【００２８】図１（ａ）は、ＲＦバイアス印加型有磁場
マイクロ波プラズマ・エッチング装置の図示されない処
理チャンバ内において、ウェハ・ステージ５上の単極式
静電チャック１にウェハ４が載置され、このウェハ４上
のＳｉＯ_２層間絶縁膜（図２の符号２３，図３の符号３
２を参照。）をフルオロカーボン系化合物を含むエッチ
ング・ガスのＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）プラズ
マを用いてエッチングしている状態を示している。

【００２９】上記単極式静電チャック１は、絶縁部材２
に単一の内部電極３が埋設された構成を有する。上記内
部電極３にはコイル等からなる高周波カット・フィルタ
７と切り替えスイッチ８とを介し、正の直流電圧を印加
可能な直流電源９と負の直流電圧を印加可能な直流電源
１０が並列に接続されている。これら両直流電源９，１
０は、共通に接地されている。図１（ａ）では、直流電
源１０が接続されることにより内部電極３は負電荷を帯
び、これに伴って絶縁部材２の表面には正電荷、ウェハ
４表面には負電荷がそれぞれ誘導される。なお、ここで
ウェハ４の表面が最終的に負電荷を帯びているのは、Ｅ
ＣＲ放電によりウェハ４に負の自己バイアスがかかって
いるからである。ウェハ４は、自身の負電荷と絶縁部材
２表面の正電荷との間のクーロン力により、単極式静電
チャック１上に吸着保持される。対向アースは、フルオ
ロカーボン系ガスのプラズマを経由して図示されないチ
ャンバ壁を通じてとられている。

【００３０】一方、上記ウェハ・ステージ５には冷却配
管６が埋設されており、この冷却配管６中に適当な冷媒
を循環させることにより、ウェハ４を所定の温度に冷却
するようになされている。また、ウェハ・ステージ５に
はスイッチ１１と直流成分を遮断するためのブロッキン
グ・コンデンサ１２とを介してＲＦ電源１３が接続され
ている。

【００３１】ここで、エッチング中は上記スイッチ１１
はＯＮとし、ＲＦバイアスを印加して所定の入射イオン
・エネルギーが得られるようにする。

【００３２】エッチング終了後には、図１（ｃ）に示さ
れるように、スイッチ１１をＯＦＦとしてＲＦバイアス
を無印加とし、処理チャンバにＯ_２を含むプラズマ生成
用ガスを導入し、ＥＣＲプラズマを生成させる。このと
き、フルオロカーボン系化合物の残留分とＯ_２とが反応
することにより、プラズマはＦ^＊に富む状態となる。こ
こでは、切り替えスイッチ８を一時的に直流電源９側へ
接続し、内部電極３に印加される直流電圧を逆極性とす
ることにより、内部電極３、絶縁部材２、ウェハ４の各
表面の残留電荷を効果的に低減させている。

【００３３】さらに、図１（ｄ）に示されるように、切
り替えスイッチ８をＯＦＦとし、Ｏ_２を含むプラズマ生
成用ガスのＥＣＲ放電を継続する。このときのＥＣＲプ
ラズマにより、残留電荷が消滅すると共に、Ｆ^＊による
照射損傷層の除去が行われるわけである。

【００３４】なお、以上の工程はプロセス・シーケンス
の一例であって、他にも種々の変更が可能である。例え
ば、上述の例では上記内部電極３に印加される直流電圧
の極性を負→正→無の順に変化させているが、これを正
→負→無の順に変化させても良い。

【００３５】次に、上述のプロセス・シーケンスを実際
のコンタクト・ホール加工に適用したプロセス例につい
て、図２を参照しながら説明する。

【００３６】本実施例においてサンプルとして使用した
ウェハは、図２（ａ）に示されるように、予め約６００
ｎｍの深さに不純物拡散領域２２が形成された単結晶シ
リコン基板２１上にＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２層間絶縁
膜２３が約９００ｎｍの厚さに形成され、さらに該Ｓｉ
Ｏ_２層間絶縁膜２３のエッチング・マスクとしてレジス
ト・マスク２４が形成されたものである。ここで、レジ
スト・マスク２４は、一例としてノボラック系ポジ型フ
ォトレジスト材料（東京応化工業社製：商品名ＴＳＭＲ
−Ｖ３）の塗膜に対してｇ線リソグラフィとアルカリ現
像処理を行うことにより形成されており、開口径約０．
５μｍの開口部２４ａが設けられている。

【００３７】上記ウェハを上述の単極式静電チャック１
上にセットし、一例として、下記の条件でＳｉＯ_２層間
絶縁膜２３をエッチングした。

【００３８】 ｃ−Ｃ_４Ｆ_８流量 １５ ＳＣＣＭ ＣＨ_２Ｆ_２流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．２７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ３００ Ｗ（８００ ｋＨｚ） ウェハ温度 −５０ ℃（アルコール系冷媒使用） 内部電極への直流電圧 −６００ Ｖ 上記エッチングは、オーバーエッチング率が６０％とな
った時点で終了した。このエッチング工程では、ＣＦ_ｘ
^＋，Ｆ^＊等を主エッチング種とするイオン・アシスト反
応により、図２（ｂ）に示されるように異方性形状を有
するコンタクト・ホール２３ａが形成された。このと
き、不純物拡散領域２２の露出面の表層部には、深さ１
０ｎｍ程度まで照射損傷層２５が形成された。

【００３９】次に、一例として下記の条件でプラズマ処
理を行い、残留電荷除去を行った。 Ｏ_２流量 ５０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ０ Ｗ ウェハ温度 −５０ ℃ 放電時間 １５ 秒 内部電極への直流電圧 ＋１００ Ｖ（最初の０．２秒間） ０ Ｖ（残り１４．８秒間） このプラズマ処理工程において、総所要時間１５秒のう
ち最初の０．２秒間は図１（ｃ）に示されるように内部
電極３に逆極性の直流電圧を印加し、残る時間は図１
（ｄ）に示されるように直流電圧は無印加とした。これ
により、残留電荷をほぼ完全に除去することができた。

【００４０】この工程では、先のエッチング工程で用い
られた残留ｃ−Ｃ_４Ｆ_８，ＣＨ_２Ｆ_２がＯ_２により分解
され、プラズマはＦ^＊に富む状態となった。このＦ^＊の
寄与により、図２（ｃ）に示されるように、照射損傷層
２５を不要なダメージを与えることなく除去することが
できた。

【００４１】実施例２ 本実施例では、実施例１と同様のコンタクト・ホール加
工において、ＳｉＯ_２層間絶縁膜２３のエッチングにＣ
ＨＦ_３／ＣＨ_２Ｆ_２混合ガスを用いた。

【００４２】エッチング条件の一例を以下に示す。

【００４３】 ＣＨＦ_３流量 ３０ ＳＣＣＭ ＣＨ_２Ｆ_２流量 ２０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ２８０ Ｗ（８００ ｋＨｚ） ウェハ温度 −２０ ℃ このエッチング工程におけるＣＦ_ｘ ^＋の生成量とＲＦバ
イアス・パワーは実施例１よりも少なく、不純物拡散領
域２２の露出面の表層部において形成された照射損傷層
２５もやや少なかったが、その深さは約８ｎｍあった。

【００４４】そこで、実施例１と同じ条件でＯ_２プラズ
マ処理を行ったところ、静電チャック１やウェハ４の残
留電荷が除去されると同時に、不純物拡散領域２２の表
面が約１０ｎｍエッチングされ、照射損傷層２５を完全
に除去することができた。

【００４５】実施例３ 本実施例では、残留電荷除去を行うためのプラズマ生成
用ガスの組成をＯ_２／Ｈｅ混合系とした。

【００４６】まず、実施例１と同じ条件でＳｉＯ_２層間
絶縁膜２３をエッチングしてコンタクト・ホール２３ａ
を形成した後、一例として下記の条件で残留電荷除去な
らびに照射損傷層２５の除去を行った。

【００４７】 Ｏ_２流量 ２０ ＳＣＣＭ Ｈｅ流量 ５０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ０ Ｗ ウェハ温度 −５０ ℃ 放電時間 ２０ 秒 内部電極への直流電圧 ＋１００ Ｖ（最初の０．２秒間） ０ Ｖ（残る１４．８秒間） 上述の条件では、Ｈｅによる希釈効果により残留エッチ
ング・ガスからのＦ^＊の生成量が低下するため、放電時
間を実施例１よりもやや延長した。したがって、スルー
プットの観点からは若干不利となったが、単結晶シリコ
ン基板２１に対する選択性とプラズマ処理の制御性は大
きく向上した。

【００４８】実施例４ 本実施例以下、実施例９までの実施例では、残留電荷除
去時にレジスト表面硬化層を同時に除去するため、フル
オロカーボン系ガスを含むエッチング・ガスを一旦排気
した後、Ｏ_２を含むプラズマ形成用ガスを用いてプラズ
マ処理を行った。

【００４９】まず本実施例では、ｃ−Ｃ_４Ｆ_８／ＣＨ_２
Ｆ_２混合ガスを用いてＳｉＯ_２層間絶縁膜にビアホール
を開口した後、上記混合ガスを一旦排気し、次にＯ_２を
用いて残留電荷除去ならびにレジスト表面硬化層の除去
を行った。

【００５０】まず、本実施例のプロセス・シーケンスに
ついて、図１（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を参照し
ながら説明する。

【００５１】このプロセス・シーケンスは、実施例１で
上述したシーケンスに、図１（ｂ）に示される排気工程
を挿入したものであるので、重複する部分についての説
明は省略する。

【００５２】すなわち、図１（ａ）に示されるエッチン
グが終了した後は、図１（ｂ）に示されるようにスイッ
チ１１をＯＦＦとしてＲＦバイアスを無印加とし、エッ
チング・ガスを排気する。

【００５３】次に、Ｏ_２を含むプラズマ生成用ガスを導
入して放電を行えば、プラズマ中ではＯ^＊が優勢とな
り、上記エッチング・ガスの残留分に起因するＦ^＊はほ
とんど生成しなくなる。

【００５４】このプロセス・シーケンスを実際のビアホ
ール加工に適用したプロセス例について、図３を参照し
ながら説明する。

【００５５】本実施例においてサンプルとして使用した
ウェハは、図３（ａ）に示されるように、下層配線３１
上にＣＶＤ法等によりＳｉＯ_２層間絶縁膜３２が約９０
０ｎｍの厚さに形成され、さらに該ＳｉＯ_２層間絶縁膜
３２のエッチング・マスクとしてレジスト・マスク３３
が形成されたものである。

【００５６】ここで、上記下層配線３１は、Ａｌ系材
料、高融点金属材料、タングステン・ポリサイド膜等か
ら構成されるものである。

【００５７】また、上記レジスト・マスク３３は、一例
としてネガ型３成分系化学増幅型フォトレジスト材料
（シプレー社製：商品名ＳＡＬ−６０１）の塗膜に対し
てＫｒＦエキシマ・レーザ・リソグラフィとアルカリ現
像処理を行うことにより形成されており、開口部３３ａ
形成後のその断面形状は、材料自身の光吸収率の高さに
起因して特有の逆テーパー形状となっている。上記開口
部３３ａの上部開口端における開口径は、約０．３５μ
ｍである。

【００５８】上記ウェハを上述の単極式静電チャック１
上にセットし、ｃ−Ｃ_４Ｆ_８／ＣＨ_２Ｆ_２混合ガスを用
いて実施例１と同じ条件でＳｉＯ_２層間絶縁膜３２をエ
ッチングした。

【００５９】このエッチングの結果、図３（ｂ）に示さ
れるように、異方性形状を有するビアホール３２ａが形
成された。なお、このエッチングはイオン・モードを主
体とした機構により進行するため、ビアホール３２ａの
開口径は開口部３３ａの上部開口端における開口径にほ
ぼ等しい。

【００６０】このとき、レジスト・マスク３３の表層部
には、厚さ１００ｎｍ程度の表面硬化層３４が形成され
た。

【００６１】次に、前出の図１（ｂ）に示されるよう
に、エッチング・ガスを排気した。このときの排気時間
は２秒、到達真空度は１×１０^−３Ｐａとした。

【００６２】次に、一例として下記の条件でプラズマ処
理を行った。

【００６３】 Ｏ_２ 流量 ５０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ０ Ｗ ウェハ温度 −５０ ℃ 放電時間 ３０ 秒 内部電極への直流電圧 ＋１００ Ｖ（最初の０．２秒間） ０ Ｖ（残り２９．８秒間） このプラズマ処理工程において、総所要時間３０秒のう
ち最初の０．２秒間は図１（ｃ）に示されるように内部
電極３に逆極性の直流電圧を印加し、残る時間は図１
（ｄ）に示されるように直流電圧は無印加とした。これ
により、残留電荷をほぼ完全に除去することができた。

【００６４】この工程では、先のエッチング工程で用い
たｃ−Ｃ_４Ｆ_８，ＣＨ_２Ｆ_２がほぼ排気されているた
め、実施例１のようにプラズマ中にＦ^＊が大量生成する
ことはなく、Ｏ^＊が優勢となった。このＯ^＊により、図
３（ｃ）に示されるように、上記表面硬化層３４が除去
され、さらにレジスト・マスク３３も３００ｎｍほどア
ッシングされた。もちろんこの間に、残留電荷の除去も
行われた。

【００６５】上記レジスト・マスク３３は、最終的には
バレル型アッシング装置等を用いて通常のアッシングを
行った後、濃硝酸系の洗浄液を用いて洗浄することによ
り、すべて除去することができた。

【００６６】実施例５ 本実施例では、ＳｉＯ_２ 層間絶縁膜３２のエッチング
・ガスとしてｃ−Ｃ_４Ｆ_８／Ｓ_２Ｆ_２混合ガスを用い
た。

【００６７】エッチング条件の一例を以下に示す。

【００６８】 ｃ−Ｃ_４Ｆ_８流量 ３０ ＳＣＣＭ Ｓ_２Ｆ_２流量 １０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．２７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ３００ Ｗ（８００ ｋＨｚ） ウェハ温度 −５０ ℃ ここで用いたＳ_２Ｆ_２は、本願出願人が先に特開平４−
８４４２７号公報においてＳｉＯ_ｘ系材料層のエッチン
グ・ガスとして提案したフッ化イオウのひとつであり、
その高い分子内Ｓ／Ｆ比（Ｓ原子数とＦ原子数の比）ゆ
えに、放電解離条件下で遊離のＳ（イオウ）を放出する
ことができる。上記エッチング工程では、低温冷却され
たウェハの表面でこのＳの堆積過程とスパッタ除去過程
とが競合することにより、レジスト・マスク３３や下層
配線３１の露出面に対する選択性が向上している。

【００６９】この後、実施例４と同じ条件で排気を行
い、さらにＯ_２プラズマを用いて表面硬化層３４の除去
を兼ねた残留電荷除去を行った。ここで、ｃ−Ｃ_４Ｆ_８
／Ｓ_２Ｆ_２混合ガスの排気が終了した段階ではレジスト
・マスク３３（正確には表面硬化層３４の表面）に若干
のＳが吸着されたままであるが、Ｏ_２プラズマ処理によ
りこのＳはＳＯ_ｘの形で燃焼除去された。

【００７０】実施例６ 本実施例では、エッチング・ガスをＨｅで置換しながら
排気した。

【００７１】まず、実施例４と同じ条件でＳｉＯ_２層間
絶縁膜３２をエッチングした後、一例として下記の条件
で排気／置換を行った。

【００７２】 Ｈｅ流量 ５０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー ０ Ｗ ＲＦバイアス・パワー ０ Ｗ ウェハ温度 −５０ ℃ 排気時間 ２ 秒 本実施例では、ｃ−Ｃ_４Ｆ_８／ＣＨ_２Ｆ_２混合ガスの排
気とＨｅによる置換を同時に行うことにより、排気時間
を大幅に短縮することができ、スループットの低下を最
小限に抑えることができた。

【００７３】この後の表面硬化層３４の除去と残留電荷
の除去プロセスは、実施例４と同様である。

【００７４】実施例７ 本実施例では、エッチング・ガスを排気した後にＨｅを
導入して雰囲気をＨｅ置換する操作を１サイクルとし、
このサイクルを３回繰り返すことにより（サイクル・パ
ージ）、排気／置換効率を高めた例である。

【００７５】まず、実施例４と同様にＳｉＯ_２層間絶縁
膜３２のエッチングを行った後、一例として下記の条件
でサイクル・パージを行った。

【００７６】 排気工程 ：到達真空度１０^−２Ｐａ以下 Ｈｅ置換工程：流量 １００ ＳＣＣＭ ガス圧 ３ Ｐａ 置換時間 １０ 秒 上記排気工程とＨｅ置換工程をそれぞれ交互に３回繰り
返した結果、図１（ｂ）に示されるように、気相中に存
在する化学種はほぼＨｅのみとなった。

【００７７】この排気／置換工程の総所要時間はおおよ
そ１分であり、エッチング・ガスの排気を徹底させるこ
とができた。

【００７８】この後の表面硬化層３４の除去と残留電荷
の除去プロセスは、実施例４と同様である。

【００７９】実施例８ 本実施例では、実施例７で行ったサイクル・パージの変
形例として、Ｈｅ放電を行った。

【００８０】まず、実施例４と同様にＳｉＯ_２層間絶縁
膜３２をエッチングした後、一例として下記の条件でサ
イクル・パージを行った。

【００８１】 排気工程 ：到達真空度１０^−２Ｐａ以下 Ｈｅ放電工程：Ｈｅ流量 １００ ＳＣ
ＣＭ ガス圧 ２ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ０ Ｗ ウェハ温度 −５０ ℃ 放電時間 １０ 秒 上記排気工程とＨｅ放電工程とはそれぞれ交互に３回繰
り返し、総所要時間はお及びそ１分であった。これによ
り、気相中に存在する化学種をほぼＨｅ^＊のみとすると
共に、エッチング・チャンバの内部のクリーニングも行
うことができた。

【００８２】この後の表面硬化層３４の除去と残留電荷
の除去プロセスは、実施例４と同様である。

【００８３】実施例９ 本実施例では、表面硬化層３４の除去を兼ねた残留電荷
除去工程において、Ｏ_２／Ｈｅ混合ガスを用いた。

【００８４】まず、ＳｉＯ_２層間絶縁膜３２のエッチン
グとエッチング・ガスの排気とを実施例４と同様に行っ
た後、一例として下記の条件で表面硬化層３４の除去を
兼ねた残留電荷除去を行った。

【００８５】 Ｏ_２ 流量 ５０ ＳＣＣＭ Ｈｅ流量 ５０ ＳＣＣＭ ガス圧 ０．６７ Ｐａ マイクロ波パワー １２００ Ｗ（２．４５ ＧＨｚ） ＲＦバイアス・パワー ０ Ｗ ウェハ温度 −５０ ℃ 放電時間 ３０ 秒 内部電極への直流電圧 ＋１００ Ｖ（最初の０．２秒間） ０ Ｖ（残り５９．８秒間） 本実施例では、Ｏ_２が同量のＨｅで希釈されていること
により、表面硬化層３４のアッシング速度は低下した
が、制御性は向上した。したがって、上記のような条件
は、下側のレジスト・マスク３３を余り浸食せずにこの
表面硬化層３４のみを選択的に除去したい場合等に非常
に有効である。

【００８６】以上、本発明を９例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。

【００８７】例えば、本発明において被エッチング材料
層であるシリコン化合物層は、上述のＳｉＯ_２層間絶縁
膜に限られず、ＰＳＧ，ＢＳＧ，ＢＰＳＧ，ＡｓＳＧ，
ＡｓＰＳＧ，ＡｓＢＳＧ等の酸化シリコン系材料、ある
いはＳｉＮ_ｘからなるものであっても良い。

【００８８】その他、サンプル・ウェハの構成、エッチ
ング条件、排気条件、使用するエッチング装置、エッチ
ング・ガスの組成等が適宜変更可能であることは、言う
までもない。

【００８９】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、単極式静電チャックを用いてウェハを吸着
保持した場合に必ず必要となる残留電荷除去を、照射損
傷層やレジスト表面硬化層の除去を兼ねたプロセスとし
て行うことができる。したがって、本発明の半導体装置
の製造方法は、工程数の増加を招かず、高スループット
化、省エネルギー化等の観点から極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施例におけるプロセス・
シーケンスを説明するための模式的断面図であり、
（ａ）はエッチング工程、（ｂ）は排気工程、（ｃ）は
逆極性の直流電圧印加とＯ^＊あるいはＦ^＊の存在下にお
ける残留電荷除去工程、（ｄ）は直流電圧を無印加とし
た条件下でのＯ^＊あるいはＦ^＊の存在下における残留除
去工程をそれぞれ表す。

【図２】上記プロセス・シーケンスにもとづいて行われ
るコンタクト・ホール加工の一例をその工程順にしたが
って説明する概略断面図であり、（ａ）はＳｉＯ_２層間
絶縁膜上にレジスト・マスクが形成されたエッチング前
のウェハの状態、（ｂ）はコンタクト・ホールの形成に
伴って照射損傷層が形成された状態、（ｃ）はＦ^＊に富
むプラズマを用い、残留電荷の除去と同時に照射損傷層
が除去された状態をそれぞれ表す。

【図３】上記プロセス・シーケンスにもとづいて行われ
るビアホール加工の一例をその工程順にしたがって説明
する概略断面図であり、（ａ）はＳｉＯ_２層間絶縁膜上
にレジスト・マスクが形成されたエッチング前のウェハ
の状態、（ｂ）はコンタクト・ホールの形成に伴ってレ
ジスト・マスクの表層部に表面硬化層が形成された状
態、（ｃ）はＯ^＊ に富むプラズマを用い、残留電荷の
除去と同時に表面硬化層が除去された状態をそれぞれ表
す。

【符号の説明】

１ 単極式静電チャック、 ２ 絶縁部材、 ３ 内部
電極、 ４ ウェハ、５ ウェハ・ステージ、 ８ 切
り替えスイッチ、 ９，１０ 直流電源、１１ スイッ
チ、 １３ ＲＦ電源、 ２１ 単結晶シリコン基板、
２２ 不純物拡散領域、 ２３，３２ ＳｉＯ_２層間
絶縁膜、 ２３ａ コンタクト・ホール、 ２４，３３
レジスト・マスク、 ２５ 照射損傷層、 ３４ 表
面硬化層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−26025（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−9473（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−124527（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−89333（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/3065 H01L 21/68

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ドライエッチング装置のウェハ・ステー
   ジ上に単極式静電チャックを用いてウェハを吸着保持
   し、このウェハ上のシリコン化合物層をフルオロカーボ
   ン系化合物を含むエッチング・ガスを用いてエッチング
   し、この後に前記フルオロカーボン系化合物の残留物を
   残留させる第１の工程と、Ｏ _２ を含むプラズマ生成ガスを用いて前記単極式静電チ
   ャックの残留電荷を除去し、これと同時に、前記残留物
   と前記Ｏ _２ を含むプラズマ生成ガスとの反応によりプラ
   ズマ中のＦ ^＊ の生成量を増大させ、前記シリコン化合物
   の下地材料層の露出面に発生した照射損傷層を除去する
   第２の工程とを有する 半導体装置の製造方法。
2. 【請求項２】 ドライエッチング装置のウェハ・ステー
   ジ上に単極式静電チャックを用いてウェハを吸着保持
   し、このウェハ上のシリコン化合物層をフルオロカーボ
   ン系化合物を含むエッチング・ガスを用いてエッチング
   する第１の工程と、 エッチング終了後に前記単極式静電チャックの残留電荷
   を除去する第２の工程とを有し、 前記第１の工程と前記第２の工程との間に前記エッチン
   グ・ガスを一旦排気し、その後不活性ガスのプラズマを
   生成させる第３の工程を少なくとも１回設け、 前記第２の工程では、Ｏ_２を含むプラズマ生成用ガスを
   用いることにより、前記第１の工程で前記シリコン化合
   物層の上のレジスト・マスクの表面に形成された硬化層
   を、前記単極式静電チャックの残留電荷を除去と同時に
   除去する半導体装置の製造方法。