JP2004172222A - Electronic device and its manufacturing method - Google Patents

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Akihiro Kikuchi
秋広 菊池
Kimihiro Higuchi
公博 樋口
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic device which will hardly have arcing. <P>SOLUTION: On a substrate W, at least a mask layer 5, a dielectric layer 4, and a conductive layer 3 are formed in this order from the top. The dielectric layer 4 is plasma-etched according to a pattern of the mask layer 5 to expose the conductive layer 3. Part or all of the conductive layer 3 is formed of a high conductive material having the conductivity of Ti or higher. The conductive layer 3 has at least a first portion 3a and a second portion 3b which are electrically insulated from each other. An etching section 6 wherein the first portion 3a is exposed has an aspect ration of ≥4.5, being set higher than that of an etching section 7 wherein the second portion 3b is exposed. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板のような基板上にプラズマエッチングにより所定のパターンが形成された電子デバイスおよびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被処理基板である半導体ウエハ(以下、単にウエハと記す)に対して、プラズマによりエッチングを施すプラズマエッチングが多用されている。プラズマエッチング装置としては、種々のものが用いられているが、その中でも容量結合型平行平板プラズマ処理装置が主流である。また、このような容量結合型平行平板プラズマ処理装置に永久磁石を配置し、永久磁石により形成した磁場を半導体ウエハに対して水平に印加するとともに、これに直交する高周波電界を印加して、その際に生じる電子のドリフト運動を利用して極めて高効率でエッチングするマグネトロンプラズマ処理装置も用いられている。(例えば、特許文献1,2)。
【0003】
【特許文献1】
特開平6−20794号公報
【特許文献2】
特開平8−124912号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エッチングの際には、プラズマシース近傍のレジスト膜の部分はマイナスに帯電しているため、プラズマからの電子は横方向の運動量のほうが大きくなり、アスペクト比が大きいホールが形成されている部分では電子はホール内に到達しにくくなるが、プラスイオンはプラズマシースによって加速されてホールに到達するため、ホール内の底部がプラスに帯電するようになる。一方、ホールが形成されていないスペース部分やトレンチ部分には、困難性を伴うことなく電子とイオンとが到達する。この結果、これらの間に大きな電位差が生じる。これをシェーディング効果という。また、プラズマとの間の直流電位Vdcは、ウエハ上の部位によって相違し、それによっても半導体ウエハに大きな電位差が生じる。
【0005】
このようなVdcの差やシェーディング効果等に起因する大きな電位差が生じている状態では水平方向に大きな電界が形成される。したがって、エッチングが下地層に到達した瞬間にこのような大きな電界が生じてウエハ上にアーキングが発生する。例えば、Siウエハ上に、上から順にSiO等からなる誘電性層と、TiN等からなる導電性層と、SiO等からなる誘電性層とを上から順に積層した後、ホールおよびトレンチエッチングを行う際には、エッチングが導電性層に達した瞬間にホールが形成された導電性層部分とトレンチが形成された導電性層部分とに大きな電位差が生じ、両者間に大きな電界が形成されてアーキングが発生する。このようにウエハ上にアーキングが発生すると、ウエハ上に形成された回路が破壊され、チップ歩留まりの低下、およびパーティクル発生の原因となる。
【0006】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、アーキングが発生し難い電子デバイスおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第1の観点では、基板上に、上から順に少なくともマスク層、誘電性層、導電性層が形成され、前記マスク層のパターンに対応して前記誘電性層がプラズマエッチングされて、前記導電性層が露出する工程を経て製造される電子デバイスであって、前記導電性層は、その一部または全部がTiと同等以上の導電率を有する高導電性材料で形成されるとともに、電気的に絶縁された第1の部分と第2の部分とを少なくとも有し、前記第1の部分が露出するエッチング部位は、そのアスペクト比が前記第2の部分が露出するエッチング部位のアスペクト比よりも大きく設定されることを特徴とする電子デバイスを提供する。
【0008】
このように、導電性層が電気的に絶縁された第1の部分および第2の部分を少なくとも有し、第1の部分に形成されたエッチング部位のアスペクト比が第2の部分に形成されたエッチング部位のアスペクト比よりも大きい電子デバイスについて、導電性層の一部または全部をTiと同等以上の導電率を有する高導電性材料で構成することにより、導電性層の第1の部分と第2の部分との間の電位差を小さくすることができ、これらの間の距離が、従来のデバイスと同等の0.07μm以上、5μm未満であっても、基板上でのアーキングを抑制することができる。従来は、この種の導電性層として比較的抵抗の高いTiNが多用されていたが、TiNでは導電性層の第1の部分と第2の部分との間が通常の距離の場合にはこれらの電位差が大きく、両者間に大きな電界が生じてアーキングが発生しやすかった。これに対して、Tiと同等以上の導電率を有する高導電性材料を用いることにより、このような不都合が解消される。
【0009】
この場合に、前記高導電性材料は、Ti、W、Al、Cu、Pt、Au、Ag、およびドープトポリシリコンのいずれか、またはこれらのうち少なくとも1つを含む材料であることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。
【0010】
また、前記導電性層は全部が上記高導電性材料で形成されていることが好ましいが、その一部が前記高導電性材料、典型的には前記高導電性材料と、Tiよりも導電率の低い低導電性材料との積層構造であっても、その量比を調整することにより上記効果を得ることができる。
【0011】
本発明の第2の観点では、基板上に、上から順に少なくともマスク層、誘電性層、導電性層が形成され、前記マスク層のパターンに対応して前記誘電性層がプラズマエッチングされて、前記導電性層が露出する工程を経て製造される電子デバイスであって、前記導電性層は、互いの距離が5μm以上でありかつ電気的に絶縁された第1の部分と第2の部分とを少なくとも有し、前記第1の部分が露出するエッチング部位は、そのアスペクト比が前記第2の部分が露出するエッチング部位のアスペクト比よりも大きく設定されることを特徴とする電子デバイスを提供する。
【0012】
このように、導電性層が電気的に絶縁された第1の部分および第2の部分を少なくとも有し、第1の部分に形成されたエッチング部位のアスペクト比が第2の部分に形成されたエッチング部位のアスペクト比よりも大きい電子デバイスについて、導電性層の第1の部分と第2の部分との間を従来よりも広い5μm以上とすることにより、これらの間の電界強度を小さくすることができ、基板上でのアーキングを抑制することができる。すなわち、電界強度∝電位差/距離であるから、導電性層の第1の部分と第2の部分との電位差が大きくても、このように距離を大きくすることにより電界強度を小さくすることにより、基板上でのアーキングを抑制することができるのである。したがって、この場合の導電性層としては、その一部または全部を従来のTiNのようなTiよりも導電率が低い材料を用いてもアーキングが生じ難い。
【0013】
本発明の第3の観点では、基板上に、上から順に少なくともマスク層、誘電性層、導電性層が形成され、前記マスク層のパターンに対応して前記誘電性層がプラズマエッチングされて、前記導電性層が露出する工程を経て製造される電子デバイスであって、前記誘電性層は、スピン塗布で形成された多孔質材料からなり、前記導電性層は、電気的に絶縁された第1の部分と第2の部分とを少なくとも有し、前記第1の部分が露出するエッチング部位は、そのアスペクト比が前記第2の部分が露出するエッチング部位のアスペクト比よりも大きく設定されることを特徴とする電子デバイスを提供する。
【0014】
このように、導電性層が電気的に絶縁された第1の部分および第2の部分を少なくとも有し、第1の部分に形成されたエッチング部位のアスペクト比が第2の部分に形成されたエッチング部位のアスペクト比よりも大きい電子デバイスについて、前記誘電性層を、スピン塗布で形成された多孔質材料で構成することにより、導電性層の第1の部分と第2の部分との間の電位差を小さくすることができ、これらの間の距離が、従来のデバイスと同等の0.07μm以上、5μm未満であっても、基板上でのアーキングを抑制することができる。すなわち、基板上のアーキングの一つの原因は、誘電性層を構成する誘電性材料は本質的にチャージを保持しやすく、また、このような誘電性層は従来からチャージが発生しやすいCVDにより形成されるためCVD時のチャージが残存していることに起因する。このような多くのチャージが存在している状態でエッチングが導電性層に到達すると、その瞬間に極めて大きな電界が発生し、アーキングが生じるのである。このため、誘電性層をスピン塗布で形成された多孔質材料で構成することにより、チャージの残存を少なくした。つまり、スピン塗布の場合には成膜段階でCVDのようなチャージが存在せず、また多孔質材料とすることによりチャージが逃げやすいので、残存するチャージを少なくすることができ、基板上でのアーキングを抑制することができる。したがって、この場合にも導電性層として、その一部または全部を従来のTiNのようなTiよりも導電率が低い材料を用いてもアーキングが生じ難い。
【0015】
上記第2および第3の観点において、前記導電性層は、その一部または全部がTiよりも導電率の低い低導電性材料であってもよい。また、前記低導電性材料は、TiN、TaN、WN、ドープトポリシリコンのいずれか、またはこれらのうち少なくとも1つを含む材料を用いることができる。さらに、前記導電性層は、前記低導電性材料と、Tiと同等以上の導電率を有する高導電性材料との積層構造であってもよい。
【0016】
上記第1から第3の観点において、前記第1の部分が露出するエッチング部位が、そのアスペクト比が4.5以上であるホールに対応する形状の場合に特に有効である。
【0017】
本発明の第4の観点では、基板上に、上から順に少なくともマスク層、誘電性層、導電性層が形成された構造を準備し、前記マスク層のパターンに対応して前記誘電性層をプラズマエッチングして、前記導電性層を露出させ、上記いずれかの電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法を提供する。
【0018】
また、本発明において、プラズマエッチングは、前記基板の中央部の磁場強度が6000μTより大きい有磁場平行平板型エッチング装置で行うことができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る電子デバイスを形成するための層構成を有する積層構造を示す断面図、図2は本発明の一実施形態に係る電子デバイスの構造をエッチングにより形成した状態を示す断面図である。
【0020】
図1の積層構造は、Si基板1上に誘電性層2が形成され、その上にストッパ層や電極として機能する導電性層3が形成され、その上に層間絶縁層として機能する誘電性層4が形成されている。そして、さらにその上にマスク層として、フォトリソグラフィー技術によりパターン形成されたレジスト膜5が形成されている。導電性層3は、ホールが形成される第1部分3aとトレンチが形成される第2部分3bとに分離され、これらの間は誘電性層4により分離されている。
【0021】
このような図1の積層膜について、レジスト膜5をマスクとして、導電性層3の第1の部分3aに達するホール6と第2の部分3bに達するトレンチ7を同時に導電性層3に達するまでエッチングして、図2に示す電子デバイスを得る。
【0022】
次に、この際のエッチングについて説明する。
図3は、このようなエッチングを行うためのエッチング装置の概略構成を示す図である。ここでは、マグネトロンRIEプラズマエッチング装置を例示する。
【0023】
このエッチング装置は、気密に構成された例えばアルミニウムからなるチャンバー11を有している。このチャンバー11内には、図1の層構成を有するSiウエハ(以下、単に「ウエハ」と記す)Wを水平に支持する支持テーブル12が設けられている。支持テーブル12は例えばアルミニウムで構成されている。チャンバー11の底部には、排気ポート13が形成されており、この排気ポート13には排気装置14が接続されている。この排気装置14によりチャンバー11内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。支持テーブル12には、整合器15を介してプラズマ形成用の高周波電源16が接続されており、この高周波電源16から13.56MHz以上の所定の周波数(例えば、13.56MHz、40MHz)の高周波電力が支持テーブル12に供給されるようになっている。一方、支持テーブル12に対向してその上方にはシャワーヘッド20が互いに平行に設けられている。したがって、支持テーブル12およびシャワーヘッド20は一対の電極として機能する。シャワーヘッド20は、その下面に多数のガス吐出孔21が設けられており、かつその上部にガス導入部20aを有している。ガス導入部20aにはガス供給配管22が接続されており、このガス供給配管22の他端には、エッチングガスを供給するエッチングガス供給系23が接続されている。エッチングガス供給系23から供給されるエッチングガスとしては、ハロゲン系のガス、Oガス、Arガス等、通常この分野で用いられるガスを用いることができる。
【0024】
一方、チャンバー11の周囲には、同心状に、ダイポールリング磁石30が配置されている。ダイポールリング磁石30は、図4の水平断面図に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石31がリング状の磁性体のケーシング32に取り付けられて構成されている。この例では、円柱状をなす16個の異方性セグメント柱状磁石31がリング状に配置されている。図4中、異方性セグメント柱状磁石31の中に示す矢印は磁化の方向を示すものであり、この図に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石31の磁化の方向を少しずつずらして全体として一方向に向かう一様な水平磁界Bが形成されるようになっている。
【0025】
したがって、支持テーブル12とシャワーヘッド20との間の空間には、図3に示すように、高周波電源16により鉛直方向の電界Eが形成され、かつダイポールリング磁石30により水平磁界Bが形成され、このように形成された直交電磁界によりマグネトロン放電が生成される。これによって高エネルギー状態のエッチングガスのプラズマが形成され効率良く所定の膜をエッチングすることができる。
【0026】
このようなマグネトロンRIEプラズマエッチング装置においては、まず、図示しないゲートバルブを開いて図1の構造のウエハWをチャンバー11内に搬入し、支持テーブル12に載置する。次いで、排気装置14によりチャンバー11内を排気し、所定の真空度とする。この状態でチャンバー11内にエッチングガス供給系23から所定のエッチングガスを導入し、この状態で高周波電源16から支持テーブル12に、周波数が例えば13.56MHz、パワーが例えば1000〜5000Wの高周波電力を供給する。これにより上部電極であるシャワーヘッド20と下部電極である支持テーブル12との間には電界Eが形成される。一方、チャンバー11にはダイポールリング磁石30により水平磁界Bが形成されているから、ウエハWが存在する処理空間には電子のドリフトによりマグネトロン放電が生じ、それによって形成されたエッチングガスのプラズマにより、レジスト膜5をマスクとして、誘電性層4がエッチングされる。この場合に、ウエハWの中央部の磁場強度が6000μTより大きいことが好ましい。
【0027】
ここで、エッチングの際には、図5に示すように、プラズマPとウエハWとの間のプラズマシースS近傍のレジスト膜5の部分はマイナスに帯電しているため、プラズマPからの電子は横方向の運動量のほうが大きくなり、アスペクト比が4.5以上と大きいホール6内には電子は到達しにくくなるが、プラスイオンはプラズマシースによって加速されてホール6に到達するため、ホール6内の底部がプラスに帯電する。一方、アスペクト比が小さいトレンチ7には、困難性を伴うことなく電子とイオンとが到達する。
【0028】
したがって、ホール6およびトレンチ7のエッチングが導電性層3に達した瞬間に、シェーディング効果により、導電性層3のホール6が形成された第1の部分3aとトレンチ7が形成された第2の部分3bとの間には大きな電位差が生じそれに起因して水平方向に電界が生じ、この水平方向の電界強度が所定値以上の場合には、ウエハW上にアーキングが発生する。
【0029】
従来は、導電性層3としてCVDによるTiNが多用されており、第1の部分3aと第2の部分3bとの距離は、一般的に0.07μm以上、5μm未満であり、誘電性層2,4としてSiOや有機系の低誘電率材料がCVDにより形成されており、アーキングが多発していた。
【0030】
そこで、本発明の第1の実施形態では、第1の部分3aと第2の部分3bとの距離は0.07μm以上、5μm未満のままとし、導電性層3をTiと同等以上の導電率を有する高導電性材料で構成するようにする。
【0031】
TiNの体積抵抗率が約400×10−6Ω・cmであるのに対し、Tiの体積抵抗率は42.0×10−6Ω・cmであり、Tiの抵抗率はTiNの1/10程度であるから、Tiの導電率はTiNの10倍程度である。このように導電性層3をTiと同等以上の導電率を有する高導電性材料で構成することにより、従来よりも帯電量が減少して導電性層3の第1の部分3aと第2の部分3bとの間の電位差を小さくすることができ、これらの間の距離が、従来のデバイスと同等の0.07μm以上、5μm未満であっても、ウエハW上でのアーキングを抑制することができる。ただし、もちろんデバイス設計上このような材料を許容する場合に限られる。
【0032】
高導電性材料としては、Ti、W、Al、Cu、Pt、Au、Ag、およびドープトポリシリコンのいずれか、またはこれらのうち少なくとも1つを含む材料が例示される。
【0033】
このような効果を奏するためには、導電性層3の全部が上記高導電性材料で形成されていることが好ましいが、その一部が高導電性材料、典型的には高導電性材料と、Tiよりも導電率の低い低導電性材料との積層構造であっても、その量比を調整することによりアーキングを抑制することができる。例えば、TiNの形成が必須の場合には、Ti層の上にTiN層を適切な厚み比で形成することができる。
【0034】
また、本発明の第2の実施形態では、第1の部分3aと第2の部分3bとの距離を5μm以上と従来よりも大きくする。電界強度∝電位差/距離であるから、第1の部分3aと第2の部分3bとの間に大きな電位差が生じても、このように距離を大きくすることにより電界強度を小さくすることができ、導電性層3の材料として、従来から用いられていたTiN等のTiよりも導電率の低い材料を用いた場合であっても、ウエハW上でのアーキングを抑制することができる。ただし、もちろんデバイスの設計上許容される場合に限られる。
【0035】
適用可能な低導電率性材料としては、TiN、TaN、WN、ドープトポリシリコンのいずれか、またはこれらのうち少なくとも1つを含む材料を挙げることができる。導電性層3は、全てがこのような低導電率性材料で形成されている必要はなく、例えばこのような低導電率性材料と上記のような高導電性材料との積層構造であってもよい。
【0036】
さらに、本発明の第3の実施形態では、第1の部分3aと第2の部分3bとの距離は0.07μm以上、5μm未満のままとし、誘電性層4を、スピン塗布により多孔質材料として構成する。
【0037】
ウエハW上のアーキングの一つの原因は、従来から誘電性層4を構成していた誘電性材料は本質的にチャージを保持しやすく、また、誘電性層は従来からCVDにより形成されるためCVD時のチャージが残存していることに起因し、このような多くのチャージが存在している状態でエッチングが導電性層3に到達すると、その瞬間に極めて大きな電界が発生し、アーキングが生じる。そのため、誘電性層4をチャージが発生しないスピン塗布で形成し、チャージが逃げやすい多孔質材料で構成することにより、残存するチャージを少なくすることができ、基板上でのアーキングを抑制することができる。したがって、従来のデバイスと同等の0.07μm以上、5μm未満であっても、また、導電性層3の材料としてTiN等のTiより導電率の低い低導電率材料を用いた場合でも、ウエハW上でのアーキングを抑制することができる。
【0038】
本実施形態においても適用可能な低導電率性材料としては、TiN、TaN、WN、ドープトポリシリコンのいずれか、またはこれらのうち少なくとも1つを含む材料を挙げることができる。この場合にも、導電性層3は、全てがこのような低導電率性材料で形成されている必要はなく、例えばこのような低導電率性材料と上記のような高導電性材料との積層構造であってもよい。また、スピン塗布による多孔質の誘電性層4としては、有機系の低誘電率材料(Low−k材料)が好適である。
【0039】
なお、これら第1〜第3の実施形態が単独であってもアーキング発生を有効に抑制することができるが、これらを2以上組み合わせることにより、より一層有効にアーキング発生を抑制することができる。
【0040】
次に、各実施形態についてアーキングの生じやすさを確認した実験を行った結果について説明する。
【0041】
(1)第1の実施形態に対応する実験
図6の(a)に示すように、厚さ1700nmのBPSGからなる誘電性層41を形成し、その上にTiとTiNとの比率を変化させた導電性層42を成膜し、その上にさらに厚さ400nmのP−SiO(TEOS)からなる誘電性層43および厚さ80nmのBARC層44を成膜し、最後に厚さ700nmの所定パターンのフォトレジスト層45を成膜し、フォトレジスト層45をマスクとして図6の(b)に示すように0.25μm幅のホール46(アスペクト比4.72に相当)を導電性層42に達するまでエッチングし、0.5μm幅のトレンチ47をBPSGからなる誘電性層41までエッチングした。トレンチのエッチングがBPSGからなる誘電性層41に達すると、導電性層42はホール形成部分とトレンチ形成部分とに分離されることとなり、図2と等価の状態が実現される。
【0042】
ここでは、上層のTiNを20nm、下層のTiを15nmとしたサンプル1、上層のTiNを80nm、下層のTiを20nmとしたサンプル2、厚さ20nmのTiのみで導電性層42を構成したサンプル3、および厚さ80nmのTiNのみで導電性層43を構成したサンプル4の4つのサンプルについて実験を行った。
【0043】
エッチング条件は、BARC層44のエッチングの際には、圧力:5.45Pa、高周波パワー:600W、ガス流量CF/Ar/O=40/200/10mL/minとし、その下の誘電性層43、導電性層42および誘電性層41層のエッチングの際には、圧力:5.45Pa、高周波パワー:1700W、ガス流量C/CO/Ar/O=10/50/250/5mL/minとし、ウエハ温度はいずれも60℃とした。
【0044】
各条件のサンプルを2枚ずつ実験した結果、トレンチ47のエッチングが誘電性層41に達した瞬間に、導電性層42がTiで構成されたサンプル3では2枚ともアーキングが発生していないのに対し、他のサンプルについては2枚ともアーキングが発生した。この結果から、導電性層を導電率の低いTiNから導電率の高いTiに変えることにより、アーキングの発生が抑制されることが確認された。ただし、サンプル1,2,4については、アーキングの程度が異なり、TiNのみの場合には激しいアーキングが生じていたが、TiNの厚さが減少するにしたがってアーキングの程度は軽減され、サンプル1ではアーキングは軽微なものであった。このことから、TiNが積層されていても、その比率が低ければ有効にアーキングを抑制できる可能性があることが推測される。
【0045】
(2)第2の実施形態に対応する実験
図7の(a)に示すように、厚さ1700nmのBPSGからなる誘電性層51を形成し、その上に上層の厚さ40nmのTiNと下層の厚さ20nmのTiとの積層膜からなる導電性層52を成膜し、その上にさらに厚さ400nmのP−SiO(TEOS)からなる誘電性層53および厚さ80nmのBARC層54を成膜し、最後に厚さ700nmの所定パターンのフォトレジスト層55を成膜し、フォトレジスト層55をマスクとして図7の(b)に示すように0.25μm幅のホール56(アスペクト比4.72に相当)を導電性層52に達するまでエッチングし、トレンチ57の幅Aを変化させて誘電性層51までエッチングし、図6の(b)のデバイスと同様のデバイスとした。
【0046】
ここでは、トレンチ57の幅Aを0.5μmにしたサンプル5、1.0μmにしたサンプル6および5.0μmにしたサンプル7の3つのサンプルについて実験を行った。なお、エッチング条件は上記第1の実施形態に対応する実験と同様にした。
【0047】
各条件のサンプルを2枚ずつ実験した結果、トレンチ57のエッチングが誘電性層51に達した瞬間に、トレンチ57の幅Aが5μmのサンプル7では2枚ともアーキングが発生していないのに対し、トレンチ57の幅を0.5μmにしたサンプル5では2枚ともアーキングが発生した。また、トレンチ57の幅を1.0μmにしたサンプル6では、その程度は幾分軽減されたものの、やはり2枚ともアーキングが発生していた。この結果から、導電性層の分離部分の幅を5μm以上にすることにより、アーキングの発生が抑制されることが確認された。
【0048】
(3)第3の実施形態に対応する実験
図8の(a)に示すように、厚さ1700nmのBPSGからなる誘電性層61を形成し、その上に上層の厚さ40nmのTiNと下層の厚さ20nmのTiとの積層膜からなる導電性層62を成膜し、その上に厚さ400nmのSiOCH系(SiOのOの一部をCHで置き換えたLow−k材料)の種々の材料またはP−SiOを用いた誘電性層63および厚さ80nmのBARC層64を成膜し、最後に厚さ700nmの所定パターンのフォトレジスト層65を成膜し、フォトレジスト層65をマスクとして図8の(b)に示すように0.25μm幅のホール66(アスペクト比4.72に相当)を導電性層62に達するまでエッチングし、0.5μm幅のトレンチ67を誘電性層61までエッチングし、図6の(b)のデバイスと同様のデバイスとした。
【0049】
ここでは、誘電性層63を緻密質SiOCH系材料であるCorral(商品名)を用いてCVDにより形成したサンプル8、緻密質SiOCH系材料であるLKD27(商品名)を用いてスピンコートにより形成したサンプル9、多孔質SiOCH材料であるLKD5109(商品名)を用いてスピンコートにより形成したサンプル10、および比較材として通常の材料であるP−SiOを用いてCVDにより形成したサンプル11の4つのサンプルについて実験を行った。なお、エッチング条件は上記第1の実施形態に対応する実験と同様にした。また、ウエハ中心の磁場強度を6000μT、9000μT、12000μTと変化させた。
【0050】
各条件のサンプルを2枚ずつ実験した結果、ウエハ中心の磁場強度が6000μTの場合には、いずれのサンプルについても、トレンチ67のエッチングが誘電性層61に達した瞬間にアーキングは発生しなかった。9000μTおよび12000μTの場合には、誘電性層64として多孔質のSiOCH材料であるLKD5109をスピンコートしたものを用いたサンプル10では2枚ともアーキングが発生しなかったのに対し、他のサンプルについては2枚ともアーキングが発生した。この結果から、誘電性層64をスピンコートで多孔質の膜とすることにより、アーキングの発生が抑制されることが確認された。
【0051】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々変更可能である。例えば、上記実施形態では、マグネトロンRIEエッチング装置を用いてエッチングした場合を示したが、これに限らず他のいかなるプラズマエッチング装置によるエッチングに対しても本発明の半導体装置は有効である。また、上記実施形態における半導体装置は例示に過ぎず、シェーディング効果やVdcの差に起因して大きな電位差が生じる可能性がある場合の全てに有効である。さらに、上記実施形態では半導体デバイスを例にとって説明したが、他の電子デバイスにも適用可能である。
【0052】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、導電性層の一部または全部をTiと同等以上の導電率を有する高導電性材料で構成することにより、導電性層の第1の部分と第2の部分との間の電位差を小さくすることができ、これらの間の距離が、従来のデバイスと同等の0.07μm以上、5μm未満であっても、基板上でのアーキングを抑制することができる。
【0053】
また、本発明によれば、導電性層の第1の部分と第2の部分との間を従来よりも広い5μm以上としたので、これらの間の電位差が大きくても、電界強度を小さくすることができ、基板上でのアーキングを抑制することができる。
【0054】
さらに、本発明によれば、誘電性層をスピン塗布で形成された多孔質材料で構成したので、成膜段階でCVDのようなチャージが存在せず、またチャージが逃げやすく、残存するチャージを少なくすることができ、基板上でのアーキングを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る電子デバイスを形成するための層構成を有する積層構造を示す断面図。
【図2】本発明の一実施形態に係る電子デバイスの構造をプラズマエッチングにより形成した状態を示す断面図。
【図3】本発明の電子デバイスのエッチングを行うためのエッチング装置の一例を示す概略構成図。
【図4】図3のエッチング装置におけるダイポールリング磁石とチャンバー内部の状態を模式的に示す断面図。
【図5】図2の半導体装置をエッチングしている際の帯電状態を模式的に示す図。
【図6】第1の実施形態に対応する実験を説明するための図。
【図7】第2の実施形態に対応する実験を説明するための図。
【図8】第3の実施形態に対応する実験を説明するための図。
【符号の説明】
1;Si基板
2,4;誘電性層
3;導電性層
5;レジスト膜
6;ホール
7;トレンチ
W;半導体ウエハ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electronic device having a predetermined pattern formed on a substrate such as a semiconductor substrate by plasma etching, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a semiconductor device manufacturing process, plasma etching for etching a semiconductor wafer (hereinafter, simply referred to as a wafer), which is a substrate to be processed, with plasma is frequently used. Various types of plasma etching apparatuses are used, and among them, a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus is mainly used. Further, a permanent magnet is disposed in such a capacitively coupled parallel plate plasma processing apparatus, and a magnetic field formed by the permanent magnet is applied horizontally to the semiconductor wafer, and a high-frequency electric field perpendicular to the semiconductor wafer is applied. A magnetron plasma processing apparatus that performs etching with extremely high efficiency using the drift motion of electrons generated at the time is also used. (For example, Patent Documents 1 and 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-6-20794
[Patent Document 2]
JP-A-8-124912
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, at the time of etching, the portion of the resist film near the plasma sheath is negatively charged, so that the electron from the plasma has a larger momentum in the lateral direction, and a portion where a hole having a large aspect ratio is formed. In this case, electrons hardly reach the hole, but positive ions are accelerated by the plasma sheath and reach the hole, so that the bottom of the hole becomes positively charged. On the other hand, electrons and ions reach the space and the trench where no hole is formed without difficulty. As a result, a large potential difference occurs between them. This is called a shading effect. In addition, the DC potential Vdc between the plasma and the plasma differs depending on the portion on the wafer, which also causes a large potential difference in the semiconductor wafer.
[0005]
When a large potential difference is generated due to such a difference in Vdc or a shading effect, a large electric field is formed in the horizontal direction. Therefore, at the moment when the etching reaches the underlayer, such a large electric field is generated, and arcing occurs on the wafer. For example, on a Si wafer, SiO 2 A conductive layer made of TiN or the like; 2 When a hole and a trench are etched after laminating a dielectric layer composed of the above in order from the top, the conductive layer portion where the hole is formed and the trench are formed at the moment when the etching reaches the conductive layer. A large potential difference is generated between the conductive layer and the conductive layer, and a large electric field is formed between the two to cause arcing. When arcing occurs on the wafer in this manner, circuits formed on the wafer are destroyed, causing a reduction in chip yield and generation of particles.
[0006]
The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to provide an electronic device in which arcing is unlikely to occur and a method for manufacturing the same.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, according to a first aspect of the present invention, at least a mask layer, a dielectric layer, and a conductive layer are formed on a substrate in order from the top, and the dielectric layer corresponds to a pattern of the mask layer. An electronic device manufactured through a process in which a layer is plasma-etched to expose the conductive layer, wherein the conductive layer has a high conductivity having a conductivity equal to or higher than that of Ti. An etched portion formed of a material and having at least a first portion and a second portion that are electrically insulated, wherein the etched portion where the first portion is exposed has an aspect ratio of the second portion. An electronic device characterized by being set to be larger than an aspect ratio of an exposed etching portion.
[0008]
As described above, the conductive layer has at least the first part and the second part that are electrically insulated, and the aspect ratio of the etching part formed in the first part is formed in the second part. For an electronic device having a larger aspect ratio than the etched portion, the first and second portions of the conductive layer are formed by forming a part or the whole of the conductive layer with a highly conductive material having a conductivity equal to or higher than that of Ti. 2 can be reduced, and the arcing on the substrate can be suppressed even if the distance between them is equal to or more than 0.07 μm and less than 5 μm, which is the same as that of the conventional device. it can. Conventionally, TiN having a relatively high resistance has been frequently used as this kind of conductive layer. However, in the case of TiN, when the distance between the first portion and the second portion of the conductive layer is a normal distance, these are used. Was large, and a large electric field was generated between the two to easily cause arcing. On the other hand, such a disadvantage is solved by using a highly conductive material having a conductivity equal to or higher than that of Ti.
[0009]
In this case, the highly conductive material is any one of Ti, W, Al, Cu, Pt, Au, Ag, and doped polysilicon, or a material containing at least one of them. The electronic device according to claim 1.
[0010]
Further, it is preferable that the whole of the conductive layer is formed of the above-mentioned highly conductive material, but a part thereof is made of the above-mentioned highly conductive material, typically the above-mentioned highly conductive material, and has a higher conductivity than Ti. The above effect can be obtained by adjusting the quantitative ratio even in a laminated structure with a low conductive material having a low conductivity.
[0011]
In a second aspect of the present invention, at least a mask layer, a dielectric layer, and a conductive layer are formed on a substrate in order from the top, and the dielectric layer is plasma-etched in accordance with the pattern of the mask layer, An electronic device manufactured through a step of exposing the conductive layer, wherein the conductive layer has a distance of 5 μm or more from each other and has an electrically insulated first portion and a second portion. Wherein the etched portion where the first portion is exposed has an aspect ratio set to be larger than the aspect ratio of the etched portion where the second portion is exposed. .
[0012]
As described above, the conductive layer has at least the first part and the second part that are electrically insulated, and the aspect ratio of the etching part formed in the first part is formed in the second part. For an electronic device having a larger aspect ratio than an etched portion, the electric field intensity between the first portion and the second portion of the conductive layer is set to 5 μm or more, which is wider than before, to reduce the electric field intensity therebetween. And arcing on the substrate can be suppressed. That is, since the electric field intensity is divided by the electric potential difference / distance, even if the electric potential difference between the first portion and the second portion of the conductive layer is large, the electric field intensity can be reduced by increasing the distance in this manner. Arcing on the substrate can be suppressed. Therefore, arcing is unlikely to occur even if a part of or all of the conductive layer in this case is made of a material having a lower conductivity than Ti, such as conventional TiN.
[0013]
In a third aspect of the present invention, at least a mask layer, a dielectric layer, and a conductive layer are formed on a substrate in order from the top, and the dielectric layer is plasma-etched in accordance with the pattern of the mask layer, An electronic device manufactured through a step of exposing the conductive layer, wherein the dielectric layer is formed of a porous material formed by spin coating, and the conductive layer is an electrically insulated second layer. An etched part having at least a first part and a second part, and an aspect ratio of an etched part where the first part is exposed is set to be larger than an aspect ratio of an etched part where the second part is exposed. An electronic device is provided.
[0014]
As described above, the conductive layer has at least the first part and the second part that are electrically insulated, and the aspect ratio of the etching part formed in the first part is formed in the second part. For an electronic device having a larger aspect ratio than the etched portion, by forming the dielectric layer from a porous material formed by spin coating, the dielectric layer is formed between the first and second portions of the conductive layer. The potential difference can be reduced, and arcing on the substrate can be suppressed even if the distance between them is equal to or more than 0.07 μm and less than 5 μm, which is equivalent to that of a conventional device. That is, one cause of arcing on the substrate is that the dielectric material constituting the dielectric layer is inherently easy to hold a charge, and such a dielectric layer is conventionally formed by CVD, which tends to generate a charge. This is due to remaining charge during CVD. When etching reaches the conductive layer in the presence of such a large amount of charge, an extremely large electric field is generated at that moment, and arcing occurs. Therefore, the remaining charge is reduced by forming the dielectric layer from a porous material formed by spin coating. That is, in the case of spin coating, there is no charge such as CVD at the film forming stage, and the charge is easily escaped by using a porous material, so that the remaining charge can be reduced, and the charge on the substrate can be reduced. Arcing can be suppressed. Therefore, even in this case, arcing is unlikely to occur even if a part or all of the conductive layer is made of a material having a lower conductivity than Ti, such as conventional TiN.
[0015]
In the second and third aspects, the conductive layer may be partially or entirely made of a low conductive material having a lower conductivity than Ti. In addition, as the low conductive material, any of TiN, TaN, WN, and doped polysilicon, or a material containing at least one of them can be used. Further, the conductive layer may have a laminated structure of the low conductive material and a high conductive material having a conductivity equal to or higher than that of Ti.
[0016]
The first to third aspects are particularly effective when the etched portion where the first portion is exposed has a shape corresponding to a hole having an aspect ratio of 4.5 or more.
[0017]
In a fourth aspect of the present invention, a structure in which at least a mask layer, a dielectric layer, and a conductive layer are formed on a substrate in order from the top is prepared, and the dielectric layer is provided in accordance with the pattern of the mask layer. A method for manufacturing an electronic device, wherein the conductive layer is exposed by plasma etching to manufacture any one of the electronic devices described above.
[0018]
In the present invention, the plasma etching can be performed by a parallel plate type magnetic field etching apparatus having a magnetic field intensity at the center of the substrate of more than 6000 μT.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a laminated structure having a layer configuration for forming an electronic device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a state in which the structure of the electronic device according to one embodiment of the present invention is formed by etching. FIG.
[0020]
1 has a dielectric layer 2 formed on a Si substrate 1, a conductive layer 3 functioning as a stopper layer and an electrode formed thereon, and a dielectric layer functioning as an interlayer insulating layer formed thereon. 4 are formed. Further, a resist film 5 patterned by photolithography is formed thereon as a mask layer. The conductive layer 3 is separated into a first portion 3a in which a hole is formed and a second portion 3b in which a trench is formed, and is separated by a dielectric layer 4 therebetween.
[0021]
1, the hole 6 reaching the first portion 3a and the trench 7 reaching the second portion 3b of the conductive layer 3 are simultaneously formed using the resist film 5 as a mask until the conductive layer 3 is reached. By etching, the electronic device shown in FIG. 2 is obtained.
[0022]
Next, the etching at this time will be described.
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of an etching apparatus for performing such etching. Here, a magnetron RIE plasma etching apparatus is exemplified.
[0023]
This etching apparatus has a chamber 11 made of, for example, aluminum which is airtightly configured. In the chamber 11, a support table 12 for horizontally supporting a Si wafer (hereinafter, simply referred to as “wafer”) W having the layer configuration shown in FIG. 1 is provided. The support table 12 is made of, for example, aluminum. An exhaust port 13 is formed at the bottom of the chamber 11, and an exhaust device 14 is connected to the exhaust port 13. The evacuation device 14 can reduce the pressure in the chamber 11 to a predetermined degree of vacuum. A high-frequency power supply 16 for plasma formation is connected to the support table 12 via a matching unit 15, and a high-frequency power of a predetermined frequency of 13.56 MHz or more (for example, 13.56 MHz or 40 MHz) is supplied from the high-frequency power supply 16. Is supplied to the support table 12. On the other hand, shower heads 20 are provided above and in parallel with the support table 12 in parallel with each other. Therefore, the support table 12 and the shower head 20 function as a pair of electrodes. The shower head 20 is provided with a large number of gas discharge holes 21 on its lower surface, and has a gas inlet 20a on its upper part. A gas supply pipe 22 is connected to the gas introduction section 20a, and the other end of the gas supply pipe 22 is connected to an etching gas supply system 23 that supplies an etching gas. As the etching gas supplied from the etching gas supply system 23, a halogen-based gas, O 2 Gases usually used in this field, such as gas and Ar gas, can be used.
[0024]
On the other hand, a dipole ring magnet 30 is disposed concentrically around the chamber 11. As shown in the horizontal sectional view of FIG. 4, the dipole ring magnet 30 includes a plurality of anisotropic segmented columnar magnets 31 attached to a ring-shaped magnetic casing 32. In this example, 16 cylindrical anisotropic segment columnar magnets 31 are arranged in a ring shape. In FIG. 4, the arrows shown in the anisotropic segment columnar magnets 31 indicate the direction of magnetization, and as shown in this figure, the directions of magnetization of the plurality of anisotropic segment columnar magnets 31 are slightly shifted. Thus, a uniform horizontal magnetic field B directed in one direction as a whole is formed.
[0025]
Therefore, in the space between the support table 12 and the shower head 20, as shown in FIG. 3, a vertical electric field E is formed by the high-frequency power supply 16, and a horizontal magnetic field B is formed by the dipole ring magnet 30, A magnetron discharge is generated by the orthogonal electromagnetic field formed as described above. As a result, a plasma of an etching gas in a high energy state is formed, and a predetermined film can be efficiently etched.
[0026]
In such a magnetron RIE plasma etching apparatus, first, a gate valve (not shown) is opened, and the wafer W having the structure shown in FIG. 1 is carried into the chamber 11 and placed on the support table 12. Next, the inside of the chamber 11 is evacuated by the exhaust device 14 to a predetermined degree of vacuum. In this state, a predetermined etching gas is introduced into the chamber 11 from the etching gas supply system 23, and in this state, a high frequency power having a frequency of, for example, 13.56 MHz and a power of, for example, 1000 to 5000 W is supplied from the high frequency power supply 16 to the support table 12. Supply. Thus, an electric field E is formed between the shower head 20 as the upper electrode and the support table 12 as the lower electrode. On the other hand, since a horizontal magnetic field B is formed in the chamber 11 by the dipole ring magnet 30, a magnetron discharge is generated by a drift of electrons in the processing space where the wafer W is present, and the plasma of the etching gas formed thereby causes Using resist film 5 as a mask, dielectric layer 4 is etched. In this case, it is preferable that the magnetic field strength at the center of the wafer W be larger than 6000 μT.
[0027]
Here, at the time of etching, as shown in FIG. 5, since the portion of the resist film 5 near the plasma sheath S between the plasma P and the wafer W is negatively charged, electrons from the plasma P Although the momentum in the lateral direction is larger and electrons are difficult to reach inside the hole 6 having an aspect ratio as large as 4.5 or more, positive ions reach the hole 6 by being accelerated by the plasma sheath. Is positively charged at the bottom. On the other hand, electrons and ions reach the trench 7 having a small aspect ratio without difficulty.
[0028]
Therefore, at the moment when the etching of the hole 6 and the trench 7 reaches the conductive layer 3, the first portion 3 a of the conductive layer 3 where the hole 6 is formed and the second portion where the trench 7 is formed are formed by the shading effect. A large potential difference is generated between the portion 3b and an electric field is generated in the horizontal direction due to the large potential difference. When the electric field strength in the horizontal direction is equal to or more than a predetermined value, arcing occurs on the wafer W.
[0029]
Conventionally, TiN by CVD is frequently used as the conductive layer 3, and the distance between the first portion 3 a and the second portion 3 b is generally 0.07 μm or more and less than 5 μm. , 4 as SiO 2 And organic low dielectric constant materials are formed by CVD, and arcing frequently occurs.
[0030]
Therefore, in the first embodiment of the present invention, the distance between the first portion 3a and the second portion 3b is kept at 0.07 μm or more and less than 5 μm, and the conductive layer 3 has a conductivity equal to or more than Ti. And made of a highly conductive material having
[0031]
The volume resistivity of TiN is about 400 × 10 -6 Ω · cm, whereas the volume resistivity of Ti is 42.0 × 10 -6 Ω · cm, and the resistivity of Ti is about 1/10 of that of TiN. Therefore, the conductivity of Ti is about 10 times that of TiN. Since the conductive layer 3 is made of a highly conductive material having a conductivity equal to or higher than that of Ti, the charge amount is reduced as compared with the related art, and the first portion 3a and the second portion of the conductive layer 3 are formed. The potential difference between the portion 3b can be reduced. Even if the distance between these portions is equal to or more than 0.07 μm and less than 5 μm, which is the same as that of the conventional device, it is possible to suppress the arcing on the wafer W. it can. However, it is of course limited to the case where such a material is allowed in the device design.
[0032]
Examples of the highly conductive material include any of Ti, W, Al, Cu, Pt, Au, Ag, and doped polysilicon, or a material containing at least one of them.
[0033]
In order to achieve such an effect, it is preferable that the whole of the conductive layer 3 is formed of the above-mentioned highly conductive material, but a part thereof is formed of a highly conductive material, typically a highly conductive material. Even in the case of a laminated structure with a low conductive material having a lower conductivity than Ti, arcing can be suppressed by adjusting the amount ratio. For example, when formation of TiN is essential, a TiN layer can be formed on the Ti layer at an appropriate thickness ratio.
[0034]
Further, in the second embodiment of the present invention, the distance between the first part 3a and the second part 3b is set to 5 μm or more, which is larger than that in the related art. Since electric field intensity∝potential difference / distance, even if a large electric potential difference occurs between the first portion 3a and the second portion 3b, the electric field intensity can be reduced by increasing the distance in this manner, Arcing on the wafer W can be suppressed even when a material having lower conductivity than Ti, such as TiN, which has been conventionally used, is used as the material of the conductive layer 3. However, of course, it is limited to the case allowed in the device design.
[0035]
As the applicable low-conductivity material, any of TiN, TaN, WN, and doped polysilicon, or a material containing at least one of them can be used. The conductive layer 3 does not need to be entirely formed of such a low-conductivity material. For example, the conductive layer 3 has a laminated structure of such a low-conductivity material and the above-described high-conductivity material. Is also good.
[0036]
Furthermore, in the third embodiment of the present invention, the distance between the first portion 3a and the second portion 3b is kept at 0.07 μm or more and less than 5 μm, and the dielectric layer 4 is made of a porous material by spin coating. It is constituted as.
[0037]
One cause of the arcing on the wafer W is that the dielectric material which has conventionally constituted the dielectric layer 4 is inherently easy to hold the charge, and the dielectric layer is conventionally formed by CVD. When the etching reaches the conductive layer 3 in a state where such a large amount of charge is present, an extremely large electric field is generated at that moment, and arcing is caused. Therefore, by forming the dielectric layer 4 by spin coating in which no charge is generated and by using a porous material from which the charge can easily escape, the remaining charge can be reduced, and the arcing on the substrate can be suppressed. it can. Therefore, even if the thickness is not less than 0.07 μm and less than 5 μm, which is equivalent to that of a conventional device, or if a low conductivity material having a lower conductivity than Ti such as TiN is used as the material of the conductive layer 3, the wafer W The above arcing can be suppressed.
[0038]
Examples of the low-conductivity material that can also be used in the present embodiment include any of TiN, TaN, WN, and doped polysilicon, or a material containing at least one of them. Also in this case, the conductive layer 3 does not need to be entirely formed of such a low conductivity material. For example, the conductive layer 3 may be formed of such a low conductivity material and the high conductivity material as described above. It may have a laminated structure. As the porous dielectric layer 4 formed by spin coating, an organic low dielectric constant material (Low-k material) is preferable.
[0039]
In addition, although the first to third embodiments are used alone, the occurrence of arcing can be effectively suppressed. However, by combining two or more of them, the occurrence of arcing can be more effectively suppressed.
[0040]
Next, a description will be given of a result of an experiment for confirming the easiness of arcing in each embodiment.
[0041]
(1) Experiment corresponding to the first embodiment
As shown in FIG. 6A, a dielectric layer 41 made of BPSG having a thickness of 1700 nm is formed, and a conductive layer 42 having a changed ratio of Ti to TiN is formed thereon. And a 400 nm thick P-SiO 2 A dielectric layer 43 made of (TEOS) and a BARC layer 44 having a thickness of 80 nm are formed, and finally a photoresist layer 45 having a predetermined pattern having a thickness of 700 nm is formed, and the photoresist layer 45 is used as a mask in FIG. As shown in FIG. 2B, a hole 46 having a width of 0.25 μm (corresponding to an aspect ratio of 4.72) is etched until it reaches the conductive layer 42, and a trench 47 having a width of 0.5 μm is formed up to the dielectric layer 41 made of BPSG. Etched. When the etching of the trench reaches the dielectric layer 41 made of BPSG, the conductive layer 42 is separated into a hole forming portion and a trench forming portion, and a state equivalent to FIG. 2 is realized.
[0042]
Here, a sample 1 in which the upper layer of TiN is 20 nm and a lower layer of Ti is 15 nm, a sample 2 in which the upper layer of TiN is 80 nm, and the lower layer of Ti is 20 nm, and a sample in which the conductive layer 42 is composed of only 20 nm thick Ti Experiments were conducted on four samples, namely, Sample No. 3 and Sample 4 in which the conductive layer 43 was composed of only 80 nm thick TiN.
[0043]
The etching conditions are as follows: when etching the BARC layer 44, pressure: 5.45 Pa, high frequency power: 600 W, gas flow rate CF 4 / Ar / O 2 = 40/200/10 mL / min. When etching the dielectric layer 43, the conductive layer 42 and the dielectric layer 41 thereunder, the pressure is 5.45 Pa, the high frequency power is 1700 W, and the gas flow rate is C. 4 F 8 / CO / Ar / O 2 = 10/50/250/5 mL / min, and the wafer temperature was 60 ° C in all cases.
[0044]
As a result of experimenting two samples under each condition, at the moment when the etching of the trench 47 reaches the dielectric layer 41, no arcing occurs in both samples in the sample 3 in which the conductive layer 42 is made of Ti. On the other hand, arcing occurred in both of the other samples. From this result, it was confirmed that the occurrence of arcing was suppressed by changing the conductive layer from TiN having low conductivity to Ti having high conductivity. However, the degree of arcing was different for Samples 1, 2 and 4, and severe arcing occurred in the case of only TiN. However, as the thickness of TiN decreased, the degree of arcing was reduced. Arcing was minor. From this, it is presumed that even if TiN is laminated, arcing can be effectively suppressed if the ratio is low.
[0045]
(2) Experiment corresponding to the second embodiment
As shown in FIG. 7A, a dielectric layer 51 made of BPSG having a thickness of 1700 nm is formed, and a laminated film of TiN having an upper layer thickness of 40 nm and Ti having a lower layer thickness of 20 nm is formed thereon. A conductive layer 52 is formed, and a 400 nm-thick P-SiO layer is further formed thereon. 2 A dielectric layer 53 made of (TEOS) and a BARC layer 54 having a thickness of 80 nm are formed, and finally a photoresist layer 55 having a predetermined pattern having a thickness of 700 nm is formed. The photoresist layer 55 shown in FIG. As shown in (b), a hole 56 having a width of 0.25 μm (corresponding to an aspect ratio of 4.72) is etched until reaching the conductive layer 52, and the width A of the trench 57 is changed to etch the dielectric layer 51. And a device similar to the device of FIG.
[0046]
Here, an experiment was performed on three samples: Sample 5, in which the width A of the trench 57 was 0.5 μm, Sample 6, in which the width was 1.0 μm, and Sample 7, in which the width A was 5.0 μm. The etching conditions were the same as in the experiment corresponding to the first embodiment.
[0047]
As a result of experimenting two samples under each condition, at the moment when the etching of the trench 57 reaches the dielectric layer 51, no arcing occurs in the two samples 7 in which the width A of the trench 57 is 5 μm. In the case of Sample 5 in which the width of the trench 57 was set to 0.5 μm, arcing occurred in both samples. In the case of the sample 6 in which the width of the trench 57 was set to 1.0 μm, arcing occurred in both of the two samples, though the degree was somewhat reduced. From this result, it was confirmed that the occurrence of arcing was suppressed by setting the width of the separation portion of the conductive layer to 5 μm or more.
[0048]
(3) Experiment corresponding to the third embodiment
As shown in FIG. 8A, a dielectric layer 61 made of BPSG having a thickness of 1700 nm is formed, and a dielectric film 61 of TiN having an upper layer thickness of 40 nm and Ti having a lower layer thickness of 20 nm is formed thereon. A conductive layer 62 is formed, and a 400 nm thick SiOCH-based (SiO 2 Low-k material in which a part of O of the above is replaced by CH) or P-SiO 2 8B, a dielectric layer 63 and a BARC layer 64 having a thickness of 80 nm are formed, and finally a photoresist layer 65 having a predetermined pattern having a thickness of 700 nm is formed. Using the photoresist layer 65 as a mask, (b) of FIG. 6), a hole 66 having a width of 0.25 μm (corresponding to an aspect ratio of 4.72) is etched until the conductive layer 62 is reached, and a trench 67 having a width of 0.5 μm is etched down to the dielectric layer 61. (B).
[0049]
Here, the dielectric layer 63 was formed by CVD using Corral (trade name) which is a dense SiOCH-based material, and was formed by spin coating using LKD27 (trade name) which was a dense SiOCH-based material. Sample 9, Sample 10 formed by spin coating using LKD5109 (trade name) which is a porous SiOCH material, and P-SiO which is a normal material as a comparative material 2 An experiment was conducted on four samples of Sample 11 formed by CVD using the method. The etching conditions were the same as in the experiment corresponding to the first embodiment. The magnetic field intensity at the center of the wafer was changed to 6000 μT, 9000 μT, and 12000 μT.
[0050]
As a result of an experiment of two samples under each condition, when the magnetic field strength at the center of the wafer was 6000 μT, no arcing occurred in any of the samples at the moment when the etching of the trench 67 reached the dielectric layer 61. . In the case of 9000 μT and 12000 μT, arcing did not occur in both samples 10 using the spin-coated LKD5109 which is a porous SiOCH material as the dielectric layer 64, whereas the other samples did not. Arcing occurred on both cards. From this result, it was confirmed that the occurrence of arcing was suppressed by forming the dielectric layer 64 into a porous film by spin coating.
[0051]
The present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the case where the etching is performed using the magnetron RIE etching apparatus is described. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor device of the present invention is effective for etching using any other plasma etching apparatus. Further, the semiconductor device in the above embodiment is merely an example, and is effective in all cases where a large potential difference may occur due to a shading effect or a difference in Vdc. Further, in the above embodiment, the semiconductor device has been described as an example, but the present invention can be applied to other electronic devices.
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the first and second portions of the conductive layer are formed by forming a part or the whole of the conductive layer from a highly conductive material having a conductivity equal to or higher than that of Ti. 2 can be reduced, and the arcing on the substrate can be suppressed even if the distance between them is equal to or more than 0.07 μm and less than 5 μm, which is the same as that of the conventional device. it can.
[0053]
Further, according to the present invention, since the distance between the first portion and the second portion of the conductive layer is set to 5 μm or more, which is wider than in the related art, the electric field strength is reduced even if the potential difference between them is large. And arcing on the substrate can be suppressed.
[0054]
Furthermore, according to the present invention, since the dielectric layer is formed of a porous material formed by spin coating, there is no charge such as CVD at the film formation stage, and the charge is easily released, and the remaining charge is reduced. It is possible to reduce the number, and to suppress arcing on the substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a laminated structure having a layer configuration for forming an electronic device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a state in which the structure of the electronic device according to the embodiment of the present invention is formed by plasma etching.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing an example of an etching apparatus for etching an electronic device of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a dipole ring magnet and a state inside a chamber in the etching apparatus of FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram schematically showing a charged state when the semiconductor device of FIG. 2 is being etched.
FIG. 6 is a diagram illustrating an experiment corresponding to the first embodiment.
FIG. 7 is a view for explaining an experiment corresponding to the second embodiment.
FIG. 8 is a view for explaining an experiment corresponding to the third embodiment.
[Explanation of symbols]
1; Si substrate
2, 4; dielectric layer
3; conductive layer
5; resist film
6; hall
7; trench
W; semiconductor wafer

Claims (14)

基板上に、上から順に少なくともマスク層、誘電性層、導電性層が形成され、前記マスク層のパターンに対応して前記誘電性層がプラズマエッチングされて、前記導電性層が露出する工程を経て製造される電子デバイスであって、
前記導電性層は、その一部または全部がTiと同等以上の導電率を有する高導電性材料で形成されるとともに、電気的に絶縁された第1の部分と第2の部分とを少なくとも有し、前記第1の部分が露出するエッチング部位は、そのアスペクト比が前記第2の部分が露出するエッチング部位のアスペクト比よりも大きく設定されることを特徴とする電子デバイス。
On the substrate, at least a mask layer, a dielectric layer, and a conductive layer are formed in order from the top, and the dielectric layer is plasma-etched in accordance with the pattern of the mask layer to expose the conductive layer. An electronic device manufactured through
The conductive layer is partially or entirely formed of a highly conductive material having a conductivity equal to or higher than that of Ti, and has at least a first portion and a second portion that are electrically insulated. An electronic device characterized in that an etched portion where the first portion is exposed has an aspect ratio larger than an aspect ratio of an etched portion where the second portion is exposed.
前記高導電性材料は、Ti、W、Al、Cu、Pt、Au、Ag、およびドープトポリシリコンのいずれか、またはこれらのうち少なくとも1つを含む材料であることを特徴とする請求項1に記載の電子デバイス。2. The high-conductivity material is one of Ti, W, Al, Cu, Pt, Au, Ag, and doped polysilicon, or a material containing at least one of them. An electronic device according to claim 1. 前記導電性層は、前記高導電性材料と、Tiよりも導電率の低い低導電性材料との積層構造であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子デバイス。The electronic device according to claim 1, wherein the conductive layer has a laminated structure of the high conductive material and a low conductive material having a lower conductivity than Ti. 前記導電性層の第1の部分および第2の部分は、互いの距離が0.07μm以上、5μm未満であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電子デバイス。4. The electron according to claim 1, wherein a distance between the first portion and the second portion of the conductive layer is not less than 0.07 μm and less than 5 μm. 5. device. 基板上に、上から順に少なくともマスク層、誘電性層、導電性層が形成され、前記マスク層のパターンに対応して前記誘電性層がプラズマエッチングされて、前記導電性層が露出する工程を経て製造される電子デバイスであって、
前記導電性層は、互いの距離が5μm以上でありかつ電気的に絶縁された第1の部分と第2の部分とを少なくとも有し、前記第1の部分が露出するエッチング部位は、そのアスペクト比が前記第2の部分が露出するエッチング部位のアスペクト比よりも大きく設定されることを特徴とする電子デバイス。
On the substrate, at least a mask layer, a dielectric layer, and a conductive layer are formed in order from the top, and the dielectric layer is plasma-etched in accordance with the pattern of the mask layer to expose the conductive layer. An electronic device manufactured through
The conductive layer has a distance of 5 μm or more from each other, and has at least a first part and a second part that are electrically insulated. The etching part where the first part is exposed has an aspect ratio of An electronic device, wherein a ratio is set to be larger than an aspect ratio of an etched portion where the second portion is exposed.
基板上に、上から順に少なくともマスク層、誘電性層、導電性層が形成され、前記マスク層のパターンに対応して前記誘電性層がプラズマエッチングされて、前記導電性層が露出する工程を経て製造される電子デバイスであって、
前記誘電性層は、スピン塗布で形成された多孔質材料からなり、
前記導電性層は、電気的に絶縁された第1の部分と第2の部分とを少なくとも有し、前記第1の部分が露出するエッチング部位は、そのアスペクト比が前記第2の部分が露出するエッチング部位のアスペクト比よりも大きく設定されることを特徴とする電子デバイス。
On the substrate, at least a mask layer, a dielectric layer, and a conductive layer are formed in order from the top, and the dielectric layer is plasma-etched in accordance with the pattern of the mask layer to expose the conductive layer. An electronic device manufactured through
The dielectric layer is made of a porous material formed by spin coating,
The conductive layer has at least a first portion and a second portion that are electrically insulated, and an etched portion where the first portion is exposed has an aspect ratio where the second portion is exposed. An electronic device, wherein the aspect ratio is set to be larger than an aspect ratio of an etched portion to be formed.
前記導電性層の第1の部分および第2の部分は、互いの距離が0.07μm以上、5μm未満であることを特徴とする請求項6に記載の電子デバイス。The electronic device according to claim 6, wherein a distance between the first portion and the second portion of the conductive layer is 0.07 µm or more and less than 5 µm. 前記導電性層は、その一部または全部がTiよりも導電率の低い低導電性材料で形成されていることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれか1項に記載の電子デバイス。8. The electronic device according to claim 5, wherein the conductive layer is partially or entirely formed of a low-conductive material having a lower electrical conductivity than Ti. 9. . 前記低導電性材料は、TiN、TaN、WN、ドープトポリシリコンのいずれか、またはこれらのうち少なくとも1つを含む材料であることを特徴とする請求項8に記載の電子デバイス。9. The electronic device according to claim 8, wherein the low conductive material is any one of TiN, TaN, WN, and doped polysilicon, or a material including at least one of them. 前記導電性層は、前記低導電性材料と、Tiと同等以上の導電率を有する高導電性材料との積層構造であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の電子デバイス。10. The electronic device according to claim 8, wherein the conductive layer has a laminated structure of the low conductive material and a high conductive material having a conductivity equal to or higher than that of Ti. 前記第1の部分が露出するエッチング部位は、そのアスペクト比が4.5以上であることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電子デバイス。The electronic device according to any one of claims 1 to 11, wherein the etched portion exposing the first portion has an aspect ratio of 4.5 or more. 前記プラズマエッチングは、前記基板の中央部の磁場強度が6000μTより大きい有磁場平行平板型エッチング装置でなされることを特徴とする請求項1から請求項11のいずれか1項に記載の電子デバイス。The electronic device according to any one of claims 1 to 11, wherein the plasma etching is performed by a magnetic field parallel plate type etching apparatus in which a magnetic field intensity at a central portion of the substrate is larger than 6000 µT. 基板上に、上から順に少なくともマスク層、誘電性層、導電性層が形成された構造を準備し、前記マスク層のパターンに対応して前記誘電性層をプラズマエッチングして、前記導電性層を露出させ、請求項1から請求項11のいずれかの電子デバイスを製造することを特徴とする電子デバイスの製造方法。On a substrate, at least a mask layer, a dielectric layer, and a conductive layer are formed in order from the top to prepare a structure, and the dielectric layer is plasma-etched in accordance with the pattern of the mask layer to form the conductive layer. And manufacturing the electronic device according to claim 1. 前記プラズマエッチングは、前記基板の中央部の磁場強度が6000μTより大きい有磁場平行平板型エッチング装置でなされることを特徴とする請求項13に記載の電子デバイスの製造方法。14. The method according to claim 13, wherein the plasma etching is performed by a parallel plate etching apparatus having a magnetic field at a central portion of the substrate that is greater than 6000 [mu] T.
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