JPH0729879A

JPH0729879A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH0729879A
Application number: JP15348393A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Nagayama; 哲治長山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1995-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】単極式静電チャック９上のウェハＷについて
プラズマ処理を行った後、残留電荷除去の段階でプラズ
マ処理の結果に及ぼされる悪影響を抑制する。【構成】有磁場マイクロ波プラズマ・エッチング装置
のＡｌブロック・チャンバ４の内壁面上にＳｉ系材料層
１９、さらに内周側に昇降式シャッタ２０を設け、Ｓｉ
系材料層１９とＥＣＲプラズマＰとの接触面積にもとづ
いてプラズマ中のＦ^*含量を制御する。フルオロカーボ
ン（ＦＣ）系ガスを用いてＳｉＯ₂層間絶縁膜をエッチ
ングした後、残留電荷除去工程でＯ₂プラズマを生成さ
せると、Ｏ ₂がＦＣ系ガスの残留分を分解し大量のＦ^*
が生成するが、このときの上記接触面積を大とすること
で、Ｆ^*をＳｉと反応させて消費する。【効果】残留電荷除去中にも、コンタクト・ホールの
異方性形状や下地選択性が劣化しない。

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ステ
ージに固定（チャッキング）した状態でコンタクト・ホ
ール・エッチングを行った後に、コンタクト・ホールの
異方性形状や下地選択性を損なうことなく単極式静電チ
ャックの残留電荷を除去する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の集積度や性能の向上に伴
い、ドライエッチング分野においても高速性、高異方
性、低汚染性、低ダメージ性といった互いに取捨選択の
関係にある諸々のエッチング特性を、いずれも高いレベ
ルで満足させる技術が切望されている。

【０００３】低温エッチングは、かかる背景から有望視
されている技術のひとつである。これは、ウェハの温度
を通常０℃以下に保持することにより、深さ方向のエッ
チング速度をイオン・アシスト効果により実用レベルに
維持したまま、パターン側壁部におけるラジカル反応を
抑制し、入射イオン・エネルギーの比較的低い領域で高
異方性を達成しようとする技術である。ウェハの冷却
は、一般にこれを載置するステージに内蔵された冷却配
管に適当な冷媒を循環させることにより行われる。

【０００４】低温エッチングでは、ステージとウェハと
の間の熱伝達をウェハ面内で均一化し、エッチング速度
の面内分布を最小限に抑制することがエッチングの成否
を左右する鍵となる。このため、静電チャックの適用が
ほぼ必須となってきている。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。これにより、ウェハとステージ間の密着性が向上し
て両者間の熱伝導が円滑化され、ウェハ温度の面内分布
を抑制することができる。

【０００５】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ステージに吸着させる
ことができないが、たとえばＭＯＳデバイスの製造にお
いて、ゲート酸化膜の耐圧劣化を生じにくいという重要
なメリットを有している。

【０００６】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しても電荷が
残留する。そこで、ウェハをステージから引き離すため
には、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放電させなければならない。つま
り、エッチング・プロセスに静電チャックのＯＮ／ＯＦ
Ｆ制御を行う残留電荷除去シーケンスを組み合わせるこ
とが必要である。このとき、ウェハの吸着に用いた直流
電圧と逆極性の直流電圧を内部電極に印加し、残留電荷
を強制的に除去して電荷除去時間を短縮することも行わ
れている。

【０００７】ここで、かかる残留電荷除去シーケンスを
フルオロカーボン系ガスを用いたコンタクト・ホール・
エッチングに適用した例を、図５および図６を参照しな
がら説明する。図５は残留電荷除去シーケンス、図６は
コンタクト・ホール・エッチングの各工程をそれぞれ説
明するための模式的断面図である。

【０００８】まず、有磁場マイクロ波プラズマ・エッチ
ング装置におけるエッチング中の静電チャックの状態
を、図５（ａ）に示す。ここでは、ステージ１０上の単
極式静電チャック９にウェハＷが載置され、このウェハ
Ｗ上のＳｉＯ₂層間絶縁膜（図６の符号４３参照。）を
フルオロカーボン系ガスを用いてエッチングしている。
なお図中では、模式的な表現の都合上、ステージ１０、
単極式静電チャック９、ウェハＷの三者が互いに離間し
ているように描かれているが、実際には互いに密着され
たものである。

【０００９】上記単極式静電チャック９は、絶縁ブロッ
ク２１に単一の内部電極２２が埋設された構成を有す
る。上記内部電極２２には高周波遮断フィルタ１２と切
り替えスイッチ１３とを介し、正の直流電圧を印加可能
な直流電源１４と負の直流電圧を印加可能な直流電源１
５が並列に接続されている。これら両直流電源１４，１
５は、共通に接地されている。図５（ａ）では、直流電
源１５が接続されることにより内部電極２２は負電荷を
帯び、これに伴って絶縁ブロック２１の表面には正電
荷、ウェハＷ表面には負電荷がそれぞれ誘導される。ウ
ェハＷは、自身の負電荷と絶縁ブロック２１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９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ＥＣＲプラズマを経由し、図示されないチャンバ
壁を通じてとられている。

【００１０】一方、上記ステージ１０には冷却配管１１
が埋設されており、この冷却配管１１中に適当な冷媒を
循環させることにより、ウェハＷを所定の温度に冷却す
るようになされている。また、ステージ１０にはスイッ
チ１６と直流成分を遮断するためのブロッキング・コン
デンサ１７を介してＲＦ電源１８が接続されている。エ
ッチング中は上記スイッチ１６を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。これは、ＳｉＯ₂のエッチングが基本的に
ＣＦ_x ⁺によるイオン・アシスト機構に依存しているか
らである。

【００１１】ここで、エッチング開始前のウェハの状態
を図６（ａ）に示す。ここでは、予め下層配線となる不
純物拡散領域４２が形成されたＳｉ基板４１上にＳｉＯ
₂層間絶縁膜４３が成膜され、さらにこの上にホール・
パターンにしたがって開口された開口部４５を有するレ
ジスト・マスク４４が形成されている。このウェハを前
述の図５（ａ）に示される状態でエッチングすると、図
６（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４６が開口される。このとき、パターンの側
壁面や不純物拡散領域４２の露出面には主としてフルオ
ロカーボン系ガスの分解生成物に由来する炭素系ポリマ
ーが堆積して保護膜４７が形成され、異方性や下地選択
性の達成に寄与する。

【００１２】コンタクト・ホール４６が完成した後は、
残留電荷除去の工程に入る。この工程では、イオンを加
速するためのＲＦバイアスは不要なので、図５（ｂ）に
示されるように、上記スイッチ１６をＯＦＦとしてＲＦ
電源１８を切り離す。一方、エッチング・チャンバ内に
はエッチング・ガスとしては働かない別の放電用ガスを
導入し、ＥＣＲプラズマを生成させる。このときの放電
用ガスとしては、Ｏ₂がしばしば用いられる。さらに、
内部電極２２、絶縁ブロック２１、ウェハＷの各表面に
おける電荷の消滅を速めるために、切り替えスイッチ１
３の操作により直流電源１４を内部電極２２に接続し、
これまでとは逆の正の直流電圧を印加する。この操作に
より、残留電荷除去プロセスを高速化することができ
る。

【００１３】残留電荷がある程度まで減少したところ
で、図５（ｃ）に示されるように切り換えスイッチ１３
をＯＦＦとし、ＥＣＲプラズマを通して完全に電荷を除
去すれば、ウェハＷをステージ１０より分離することが
できる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、微細加工に
対する要求水準の上昇に伴い、上述の残留電荷除去プロ
セスにおいて、エッチング反応系の処理ガスの残留分に
起因する悪影響が顕在化し始めている。これは、放電用
ガスとして導入されたＯ₂がエッチング・チャンバ内に
残留しているフルオロカーボン系ガスの解離を促進し、
大量のＦ^*を発生させることに原因している。

【００１５】フルオロカーボン系ガス（ＣＦ_x）の解離
機構は、単純化すると次式のように表される。ＣＦ_x ＋Ｏ₂ → ＣＯ₂↑ ＋ｘＦ^* このとき過剰に生成するＦ^*は、シリコン系材料層のエ
ッチャントである。残留電荷除去時にはＲＦバイアスが
印加されていないため、このＦ^*は図６（ｃ）に示され
るように下地の不純物拡散領域４２を等方的に浸触して
しまう。また、これに伴ってパターン側壁面上の保護膜
４７も除去されてしまうので、フルオロカーボン系ガス
の残留量が多い場合には、折角達成されたコンタクト・
ホール４６の異方性形状が劣化することも懸念される。

【００１６】本発明の目的は、かかる残留電荷除去プロ
セス中に、プラズマ中の過剰なＦ^*がエッチングの結果
に悪影響を及ぼすことを防止すること、さらに一般化し
て過剰なハロゲン・ラジカルがプラズマ処理の結果に悪
影響を及ぼすことを防止することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法は、上述の目的を達するために提案されるもので
あり、内壁面の少なくとも一部がシリコン（Ｓｉ）系材
料層に被覆され、該Ｓｉ系材料層とプラズマとの接触面
積が可変とされてなるプラズマ・チャンバ内で単極式静
電チャックを備えたステージ上に基板を保持し、該基板
に対して所定のプラズマ処理を行った後、前記Ｓｉ系材
料層と前記プラズマとの接触面積を増大させた状態で、
該プラズマ中のハロゲン・ラジカルの少なくとも一部を
前記Ｓｉ系材料層との接触により消費させながら、前記
単極式静電チャックの残留電荷を除去するものである。

【００１８】上記Ｓｉ系材料層としては、単結晶シリコ
ン、ポリシリコン（多結晶シリコン）、アモルファス・
シリコン、酸化シリコン（ＳｉＯ_x）、窒化シリコン
（ＳｉＮ_x）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）、シリコン
・カーバイド（ＳｉＣ）、硫化シリコン（ＳｉＳ₂）等
を用いることができる。このＳｉ系材料層は、プラズマ
・チャンバの内壁面を必ずしもその内周全体にわたって
連続的に被覆していなくとも良い。

【００１９】また、プラズマ・チャンバの内壁面をこれ
らのＳｉ系材料層で被覆する実用的な方法としては、真
空薄膜成膜技術により直接成膜する方法、塗膜を形成す
る方法、あるいはシート状や板状に加工した部材を内壁
面上に貼着する等の方法を挙げることができる。

【００２０】上記の接触面積は、前記Ｓｉ系材料層とプ
ラズマとの間に介在されるシャッタ部材の操作により変
化させることができる。ここで、上記シャッタ部材はス
テンレス鋼やセラミクス等を用いて構成することができ
るが、要はハロゲン・ラジカルを消費しない材料を選択
することが肝要である。

【００２１】また、本発明は、残留電荷除去時の接触面
積をプラズマ処理時のそれよりも大きく設定する限りに
おいて、プラズマ処理時の接触面積の大小を問うもので
はない。つまり、所定の接触面積を確保した状態、ある
いはゼロ（非接触）とした状態のいずれでも良く、所望
のエッチング速度、選択性、使用されるＳｉ系材料層の
種類等を考慮して設定することが必要である。たとえ
ば、ウェハ上のＳｉＯ₂層をエッチングする際にプラズ
マ・チャンバの内壁面上でもＳｉＯ₂層が大きく露出さ
れていると、エッチャントが壁面で消費されてしまい、
エッチング速度が大幅に低下する。このような場合に
は、壁面のＳｉ系材料層の種類を変更するか、あるいは
エッチング中は壁面のＳｉＯ₂層をシャッタ部材で遮蔽
しておくことが必要である。

【００２２】さらに、少なくとも残留電荷除去時には、
プラズマ・チャンバの内壁面を加熱することが好適であ
る。もちろん、プラズマ処理時にこの加熱を行っても良
いが、Ｓｉ系材料層とプラズマとが非接触とされている
場合には、加熱を行ってもほとんど意味がない。特に実
用的なプロセスとしては、フルオロカーボン系ガスを用
いてシリコン化合物層のドライエッチングを行った後、
プラズマ中のフッ素ラジカルを前記Ｓｉ系材料層との接
触により消費させながら残留電荷除去を行うプロセスを
挙げることができる。

【００２３】

【作用】本発明においてプラズマ装置の内壁面の少なく
とも一部を被覆するＳｉ系材料層は、プラズマと接触す
ることにより、該プラズマ中のハロゲン・ラジカル（Ｘ
^*；Ｘはハロゲン原子）と反応し、ＳｉＸ_y（ハロゲン
化シリコン）を生成する。この反応は、次のように表さ
れる。

【００２４】Ｓｉ＋ｙＸ^* → ＳｉＸ_y ここで、Ｘ^*がＦ^*あるいはＣｌ^*である場合には、反
応生成物ＳｉＦ_y，ＳｉＣｌ_yの蒸気圧が比較的高いた
め、プラズマ・チャンバ内部を高真空排気する排気流に
乗って速やかにチャンバ外へ除去される。これに対し、
Ｘ^*がＢｒ^*である場合の反応生成物ＳｉＢｒ_yはやや
蒸気圧が低いが、たとえば後述のチャンバ壁加熱のよう
な対策が講じられれば、やはり系外へ除去することが可
能である。したがって、残留電荷除去時にＳｉ系材料層
とプラズマとの接触面積を大とすることにより、基板と
高密度のＸ^*との接触が避けられ、過剰のＸ^*による悪
影響を未然に防止することができる。

【００２５】上記接触面積を、Ｓｉ系材料層とプラズマ
との間に介在されるシャッタ部材の操作により変化させ
ると、放電条件、ガス組成、ガス流量等を一切変更する
ことなく、プラズマ中のＸ^*生成量を機械的かつ迅速に
制御することが可能となる。これにより、安定した放電
状態を維持し、高スループットを達成することができ
る。また、このときプラズマ・チャンバの内壁面が加熱
されていれば、ＳｉとＸ ^*の反応速度あるいはＳｉＸ^*
の蒸気圧が上昇し、効率良くプラズマ中のＸ^*生成量を
低減させることができる。

【００２６】特に、フルオロカーボン系ガスＣＦ_x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、
Ｓｉ系材料層とプラズマの接触面積を大とした場合に
は、残留電荷除去時にプラズマ中のＦ^*生成量が減少す
る。これにより、たとえばコンタクト・ホールの異方性
形状や下地選択性の劣化を防止することができる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２８】まず、実際の半導体装置の製造プロセスの
説明に入る前に、本発明を実施するために使用したＲＦ
バイアス印加型の有磁場マイクロ波プラズマ装置の一構
成例について、図１および図２を参照しながら説明す
る。なお、これらの図面の参照符号の一部は、前出の図
５と共通である。

【００２９】この装置の基本的な構成要素は、２．４５
ＧＨｚのマイクロ波を発生するマグネトロン１、マイク
ロ波μを導く導波管２、上記マイクロ波μを石英窓３を
介して取り入れ、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）放
電により内部にＥＣＲプラズマＰを生成させるための内
径１２５ｍｍのＡｌブロック・チャンバ４、このＡｌブ
ロック・チャンバ４を周回して配設され８．７５×１０
^-2Ｔ（８７５Ｇａｕｓｓ）の磁場強度を達成できるソレ
ノイド・コイル５、上記Ａｌブロック・チャンバ４の内
部を貫通し、矢印Ｂ₁，Ｂ₂方向からエッチング・ガス
を導入するガス供給管６、上記Ａｌブロック・チャンバ
４に接続され、排気孔８を通じて矢印Ａ方向に高真空排
気される試料室７、ウェハＷを静電吸着により固定する
単極式静電チャック９、この単極式静電チャック９を下
面にて支持するステージ１０等である。

【００３０】なお、上記単極式静電チャック９とステー
ジ１０の構成の詳細、およびこれらに接続される電気系
統は、図５を参照しながら説明したとおりである。

【００３１】さらに、本装置の独自の構成として、Ａｌ
ブロック・チャンバ４の内壁面上にＳｉ系材料層１９、
その内周側に図示されない駆動手段により矢印Ｄ方向に
昇降可能とされる円筒形の昇降式シャッタ２０、および
Ａｌブロック・チャンバ４の外周側にチャンバ壁を加熱
するためのヒータ２３を配設した。上記Ｓｉ系材料層１
９としては、ＣＶＤ法により成膜したアモルファス・シ
リコン層を用いた。

【００３２】次に、プラズマ処理中と残留電荷除去中に
おける上記エッチング装置の使用方法について説明す
る。図１は、たとえば所定のプラズマ処理としてドライ
エッチングを行っている場合の使用状態を示している。
ここで、単極式静電チャック９には負の直流電源１５を
接続してウェハＷを静電吸着させ、またステージ１０に
はＲＦ電源１８を接続してＲＦバイアスを印加し、所定
の入射イオン・エネルギーを達成するようになされてい
る。昇降式シャッタ２０は相対的に下降した位置に保持
され、Ｓｉ系材料層１９をＥＣＲプラズマＰから遮蔽し
ている。図１に示されているのはシャッタ開度が０％の
場合であり、ＥＣＲプラズマＰ中のＸ^*はＳｉ材料層１
９によっては消費されない。また、ヒータ４によるチャ
ンバ壁の加熱も、特に行う必要はない。

【００３３】なお、上記昇降式シャッタ２０は、エッチ
ング中であっても必要に応じて操作して良い。たとえ
ば、Ｘ^*が過剰となり易いオーバーエッチング時に、Ｓ
ｉ系材料層１９の露出面積をジャストエッチング工程に
おけるよりも大とするように昇降式シャッタ２０を操作
すれば、Ｘ^*の消費により高選択性，高異方性等を確保
することができる。

【００３４】一方、図２は残留電荷除去を行っている場
合の使用状態を示している。ここで、単極式静電チャッ
ク９には負の直流電源１４を一時的に接続してウェハＷ
の残留電荷をある程度消滅させ、またステージ１０はＲ
Ｆ電源１８から切り離して高エネルギーのイオン入射が
起こらないようになされている。昇降式シャッタ２０は
上昇位置に保持され、Ｓｉ系材料層１９とＥＣＲプラズ
マＰとが接触されている。図２に示されているのはシャ
ッタ開度１００％の場合であり、ＥＣＲプラズマＰ中の
Ｘ^*がＳｉ材料層１９によって消費される。このとき、
ヒータ２３をＯＮとすれば、Ｘ^*の捕捉効率が向上す
る。

【００３５】以下の各実施例では、上述の装置を用いて
コンタクト・ホール・エッチングを行い、さらに残留電
荷除去を行ったプロセス例について説明する。

【００３６】実施例１本実施例は、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈／ＣＨ₂Ｆ₂混合ガス・プラ
ズマを用いてＳｉＯ₂層間絶縁膜にコンタクト・ホール
を開口した後、Ｏ₂ガス・プラズマを用いて上記単極式
静電チャック９の残留電荷を除去した例である。このプ
ロセスを、図３の残留電荷除去シーケンス、および図４
のウェハの模式的断面図を参照しながら説明する。な
お、図４の参照符号は図１、図２、図５と共通である。

【００３７】図４（ａ）は、エッチング前の５インチ径
ウェハの一構成例を示す概略断面図である。ここでは、
予め下層配線となる不純物拡散領域３２が形成されたＳ
ｉ基板３１上にＣＶＤ法等により厚さ約０．９μｍのＳ
ｉＯ₂層間絶縁膜３３が成膜され、さらにこの上にホー
ル・パターンにしたがって開口された開口部３５を有す
るレジスト・マスク３４が形成されている。

【００３８】ここで、上記レジスト・マスク３４は化学
増幅系ネガ型３成分レジスト（シプレー社製；商品名Ｓ
ＡＬ−６０１）を用いて厚さ約１μｍの塗膜を形成した
後、ＫｒＦエキシマ・レーザ・ステッパを用いてパター
ニングされている。ここで、レジスト・マスク３４の逆
テーパー状の断面形状は、上記レジスト材料の感光特性
に起因する特有の形状である。

【００３９】このウェハを図３（ａ）に示されるように
単極式静電チャック９を用いてステージ１０上に固定
し、一例として下記の条件で上記ＳｉＯ₂層間絶縁膜３
３をエッチングした。ｃ−Ｃ₄Ｆ₈流量１５ＳＣＣＭＣＨ₂Ｆ₂流量１０ＳＣＣＭガス圧０．２７Ｐａマイクロ波パワー１２００Ｗ（２．４５
ＧＨｚ）ＲＦバイアス・パワー３００Ｗ（８００ｋ
Ｈｚ）ステージ温度 −３０ ℃（アルコール系冷媒使
用）シャッタ開度０％内部電極への直流電圧 −６００Ｖエッチング時間オーバーエッチング５０％
相当

【００４０】上記ガス組成は、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈からＣＦ_x
⁺を大量生成させて高速エッチングを行うと同時に、堆
積性のＣＨ₂Ｆ₂から炭素系ポリマーを生成させて効果
的な側壁保護や下地表面保護を行うことを意図したもの
である。このエッチングは入射イオン・エネルギーをあ
る程度高めた条件下でＣＦ_x ⁺の垂直入射成分により異
方的に進行する。したがって、形成されるコンタクト・
ホール３６の開口径は、図４（ｂ）に示されるように、
レジスト・マスク３４の開口部３５の開口端の直径でほ
ぼ規定された。また、プラズマ中に生成する炭素系ポリ
マー３７がパターンの側壁面に堆積してその断面形状を
略垂直に補正するため、斜め入射イオンの散乱による異
方性形状の劣化等も起こらなかった。

【００４１】さらに、エッチングが終了して下地の不純
物拡散領域３２が露出すると、この露出面からはもはや
Ｏ原子がスパッタ・アウトされないため、炭素系ポリマ
ー３７が堆積して高選択性が得られた。

【００４２】次に、ｃ−Ｃ₄Ｆ₈／ＣＨ₂Ｆ₂混合ガス
の供給を停止してエッチング・チャンバ内にＯ₂ガスを
導入し、一例として下記の条件で残留電荷除去を行っ
た。なお、ここではヒータ２３による加熱は行わなかっ
た。Ｏ₂流量５０ＳＣＣＭガス圧１．３３Ｐａマイクロ波パワー８００Ｗ（２．４５ＧＨ
ｚ）ＲＦバイアス・パワー０Ｗステージ温度 −３０ ℃（アルコール系冷媒使用）放電時間１５秒シャッタ開度１００％内部電極への直流電圧＋１００Ｖ（最初の０．２秒
間）０Ｖ（残り１４．８秒間）

【００４３】ここで、上記の放電時間１５秒のうち最初
の０．２秒間は、図３（ｂ）に示されるように内部電極
２２にエッチング中とは逆の正の直流電源１４を接続
し、残る時間は図３（ｃ）に示されるように無印加とし
た。ここで、直流電圧の無印加状態で放電を行う間も、
ウェハＷはステージ１０上に置いたままとする。これ
は、ウェハＷをステージ１０から分離する際の割れを防
止し、またステージ１０や単極式静電チャック９の表面
へプラズマ照射損傷が及ぶのを防止するためである。

【００４４】この残留電荷除去工程では、Ｏ₂から解離
生成したＯ^*により残留するｃ−Ｃ ₄Ｆ₈やＣＨ₂Ｆ₂
が分解され、大量のＦ^*が発生する。しかし、その多く
はＳｉ系材料層１９と接触することによりＳｉＦ_xに変
化するため、従来のような炭素系ポリマーの除去が起こ
らず、図４（ｃ）に示されるようにコンタクト・ホール
３６の良好な異方性形状と不純物拡散領域３２に対する
高選択性が維持された。

【００４５】上記放電により残留電荷をほぼ完全に除去
することができ、ウェハＷをステージ１０から容易に分
離することができた。なお、上記の総所要時間はある程
度余裕を持たせて設定しており、条件により短縮するこ
とも可能である。

【００４６】実施例２本実施例では、同様のコンタクト・ホール・エッチング
においてさらに下地選択性を向上させるために、エッチ
ングをジャストエッチングとオーバーエッチングの２段
階プロセスとし、昇降式シャッタの全開をオーバーエッ
チングの段階から行った。

【００４７】まず、シャッタ開度を０％とし、実施例１
と同じ条件でＳｉＯ₂層間絶縁膜３３をジャストエッチ
ングした。ただし、このジャストエッチングは、被エッ
チング領域の一部で下地の不純物拡散領域３２が露出し
始めた時点で終了させた。

【００４８】次に、シャッタ開度を１００％とし、他は
同じ条件で引き続きオーバーエッチングを行った。一般
にオーバーエッチング工程では、被エッチング材料の減
少に伴って相対的にラジカルが過剰となり、このラジカ
ルの作用によりアンダカット等の形状異常や下地材料層
の浸触が生じやすい。しかし、ここでは過剰のＦ^*がＳ
ｉ系材料層１９と接触することにより消費されるので、
これらの不都合を回避することができた。なお、この段
階でヒータ２３による加熱を行えば、Ｆ^*を一層効率良
く除去することも可能である。

【００４９】さらに、実施例１と同じ条件で残留電荷除
去を行った。本実施例では、オーバーエッチング時から
シャッタ開度を１００％とすることにより、プロセス全
体を通じた不純物拡散領域３２の除去をほぼ完全に抑制
することができた。

【００５０】実施例３本実施例では、残留電荷除去時にヒータ２３によるＡｌ
ブロック・チャンバ４の加熱を行い、Ｆ^*の捕捉効率を
高めた。すなわち、まず実施例１と同様にＳｉＯ₂層間
絶縁膜３３をエッチングした。この後、ヒータ２３の温
度を２５０℃に設定し、シャッタ開度を５０％とした他
は実施例１と同じ条件で残留電荷除去を行った。

【００５１】本実施例では、ヒータ２３への通電により
Ａｌブロック・チャンバ４を通じてＳｉ系材料層１９が
加熱され、その表面におけるＦ^*との反応および反応生
成物の脱離が促進された。したがって、Ｓｉ系材料層１
９の露出面積が前述の実施例１の半分であるにもかかわ
らず、同等の良好な結果を得ることができた。

【００５２】以上、本発明を３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。たとえば、本発明を適用可能なプロセス
は、Ｓｉ基板へのコンタクトをとるためのコンタクト・
ホール加工に限られず、ポリシリコン膜やポリサイド膜
等から構成される下層配線へのコンタクトをとるための
ビアホール加工等であっても良い。

【００５３】また、上述の実施例ではシャッタ部材の構
成として昇降式シャッタを採り上げたが、回転式シャッ
タを採用することも可能である。この場合には、１枚の
シャッタの開口位置とＳｉ系材料層の配設位置との重ね
合わせ方、あるいは２枚の回転式シャッタの回転角の差
により決定されるスリット状の開口面積等にもとづい
て、プラズマとＳｉ系材料層との接触面積を調節するこ
とができる。

【００５４】その他、サンプル・ウェハの構成、エッチ
ング条件、使用するエッチング装置の種類、残留電荷除
去シーケンスにおける直流電圧の極性、残留電荷除去時
の放電条件、シャッタ開度等が適宜変更可能であること
は、言うまでもない。

【００５５】

【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の残留電荷除去を、プラ
ズマ処理の結果に悪影響を与えることなく行うことがで
きる。したがって、単極式静電チャックが特に必要とさ
れる低温エッチングの有用性をさらに高めることがで
き、ひいては半導体装置の微細化、高集積化、高性能化
を推進することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明で使用される有磁場マイクロ波プラズマ
・エッチング装置の一構成例において、Ｓｉ系材料層と
ＥＣＲプラズマとの接触面積が０％とされた状態を表す
概略断面図である。

【図２】図１と同じ装置において、Ｓｉ系材料層とＥＣ
Ｒプラズマとの接触面積が１００％とされた状態を示す
概略断面図である。

【図３】本発明をフルオロカーボン系ガスを用いたコン
タクト・ホール・エッチングに適用した場合の残留電荷
除去シーケンスを説明する模式的断面図であり、（ａ）
はフルオロカーボン系ガスを用いたエッチング中の状
態、（ｂ）はＯ₂ガス・プラズマを用いた残留電荷除去
の途中状態、（ｃ）は残留電荷除去が終了した状態をそ
れぞれ表す。

【図４】本発明をコンタクト・ホール・エッチングに適
用したプロセス例をその工程順にしたがって説明する模
式的断面図であり、（ａ）はエッチング前のウェハの状
態、（ｂ）はエッチングにより異方性形状を有するコン
タクト・ホールが形成された状態、（ｃ）は残留電荷除
去中にも高下地選択性が維持されている状態をそれぞれ
表す。

【図５】従来の残留電荷除去シーケンスにおける問題点
を説明する模式的断面図であり、（ａ）はフルオロカー
ボン系ガスを用いたエッチング中の状態、（ｂ）はＯ₂
ガス・プラズマを用いた残留電荷除去の途中状態、
（ｃ）は残留電荷除去が終了した状態をそれぞれ表す。

【図６】従来のコンタクト・ホール・エッチング後の残
留電荷除去における問題点を説明する模式的断面図であ
り、（ａ）はエッチング前のウェハの状態、（ｂ）はエ
ッチングにより異方性形状を有するコンタクト・ホール
が形成された状態、（ｃ）は残留電荷除去中に不純物拡
散領域が浸触された状態をそれぞれ表す。

【符号の説明】

４・・・Ａｌブロック・チャンバ９・・・単極式静電チャック１０・・・ステージ１３，１６・・・スイッチ１４，１５・・・直流電源１８・・・ＲＦ電源１９・・・Ｓｉ系材料層２０・・・昇降式シャッタ２１・・・絶縁ブロック２２・・・内部電極２３・・・ヒータ３１・・・Ｓｉ基板３２・・・不純物拡散領域３３・・・ＳｉＯ₂層間絶縁膜３４・・・レジスト・マスク３６・・・コンタクト・ホール３７・・・炭素系ポリマー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内壁面の少なくとも一部がシリコン系材
料層に被覆され、該シリコン系材料層とプラズマとの接
触面積が可変とされてなるプラズマ・チャンバ内で単極
式静電チャックを備えたステージ上に基板を保持し、該
基板に対して所定のプラズマ処理を行う第１の工程と、前記シリコン系材料層と前記プラズマとの接触面積を前
記第１の工程におけるよりも大とした状態で、該プラズ
マ中のハロゲン・ラジカルの少なくとも一部を前記シリ
コン系材料層との接触により消費させながら、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
することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】前記接触面積は、前記シリコン系材料層
とプラズマとの間に介在されるシャッタ部材を操作する
ことにより増減させることを特徴とする請求項１記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項３】少なくとも前記第２の工程では、前記プ
ラズマ・チャンバの内壁面を加熱することを特徴とする
請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項４】前記第１の工程における所定のプラズマ
処理はフルオロカーボン系ガスを用いたシリコン化合物
層のドライエッチングであり、前記第２の工程ではプラ
ズマ中のフッ素ラジカルが前記シリコン系材料層との接
触により消費されることを特徴とする請求項１ないし請
求項３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。