JP4399177B2 - Plasma etching method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング方法に係り、特に被加工物を所期の形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置の高性能化および微細化に伴い、多層配線技術は半導体装置製造において必要な技術となっている。半導体集積回路における配線層の形成法として、絶縁膜上にアルミニウム(Al)合金またはタングステン(W)などの高融点金属薄膜を成膜した後、フォトリソグラフィ工程により配線用薄膜上に配線パターンと同一形状のレジストパターンを形成し、それをマスクとしてドライエッチング工程により配線パターンを形成する方法が知られている。しかし、このAl合金等を用いる方法では配線の微細化に伴い、配線抵抗の増大が顕著となり、それに伴い伝播する信号の配線遅延が増加し、半導体装置の性能が低下する等の問題がある。特に高性能なロジックLSIにおいては、その性能阻害要因として大きな問題が生じている。
【0003】
このため、低誘電率材料製の絶縁膜に形成した溝に銅(Cu)を主導体層とする配線用金属を埋め込んだ後、溝外部の金属をCMP法(化学機械研磨法)を用いて除去することにより溝内に配線パターンを形成する方法(いわゆるダマシン法)、あるいはデュアル(dual)ダマシン法(配線形成用の配線溝および層間接続配線を形成するための接続孔(ホール)を形成した後に、前記配線溝および接続孔内に例えば銅(Cu)を主導電体とする配線および層間接続配線を同時に形成するダマシン法)が用いられるようになった。
【0004】
図6は、従来のデュアルダマシン法を説明する図である。図において、100はウエハ、1は例えばウエハ100表面に形成した炭化珪素膜、2は低誘電率の誘電体材料膜であり、例えば有機シリカガラス(OSG(Organo Silicate Glass))膜である。3はキャップ酸化膜、4は層間接続配線を形成する接続孔、5は配線パターンを形成する配線溝である。
【0005】
デュアルダマシン法により配線形成用の配線溝および層間接続配線形成用の接続孔4を形成するには、まず、OSG膜2に下層配線(炭化珪素膜1の下層側に形成されている)に達する接続孔4を形成する。接続孔4の形成に際しては、まず、パターニングされたキャップ酸化膜をOSG膜2上に形成し、これをマスクとしてたとえばドライエッチング法によりOSG膜をエッチングする。次に、反射防止材料でこの接続孔を埋め込み、その後、OSG膜2に配線溝5を形成する。配線溝5の形成は、接続孔4の形成の場合と同様に、溝パターンにパターニングされたフォトレジスト膜をOSG膜2上に形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして、OSG膜2をエッチングする。なお、配線溝5の形成前に接続孔4に反射防止材料を埋め込むのは、配線溝形成用のフォトレジスト膜の露光を正確に行い、加工精度を向上するためである。すなわち、接続孔4が埋め込まれていないと、接続孔上部に形成したフォトレジスト膜の表面が孔形状を反映して平坦にならない。このような平坦でないフォトレジスト膜を用いて露光を行うと、露光光の散乱が生じ、精密に溝パターンを形成することができないためである。
【0006】
しかしながら、図6に示すように、配線溝5の形成前に接続孔4に反射防止材料を埋め込んだ状態で、溝パターンにパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとしてOSG膜2をエッチングを行い、その後接続孔に埋め込んだ反射防止を除去する場合、接続孔4に埋め込んだ反射防止材料とOSG膜2とのエッチング特性のずれ等に起因してフェンス状欠陥6(接続孔4の周辺に形成された突起状の欠陥)が形成される。
【0007】
このような欠陥発生対策としては、シリコン系材料等の特殊な材料を反射防止材料として用いる方法(例えば、特許文献1参照)、あるいはエッチングガスとしてフッ素系ガスを選択し、このガスを最適に調合することにより抑止する方法が知られている。
【0008】
【特許文献1】
USP 6329118
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、欠陥発生対策として、前記シリコン系材料等の特殊な反射防止材料として用いる方法は汎用の反射防止材料を使用することができないため、コスト面で問題がある。また、エッチングガスとしてフッ素系ガスを選択し、ガス比を調合する方法は、他部分に対する加工特性に悪影響を与える場合が生じる。
【0010】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、他部分に対する加工特性に悪影響を与えることなく、被加工物を所期の形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法を提供する。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【0012】
デュアルダマシン法に用いられ、ウエハ表面に形成した低誘電率の誘電体材料膜内に、配線形成用の配線溝および層間接続配線を形成するための接続孔を形成するプラズマエッチング方法であって、前記プラズマエッチング方法は、前記誘電体材料膜内にキャップ酸化膜をマスクとして接続孔を形成する工程と、前記接続孔内および前記キャップ酸化膜上に有機反射防止膜を形成する工程と、前記有機反射防止膜上に形成したフォトレジストをマスクとし、酸素および塩素をエッチングガスとして前記有機反射防止膜をエッチングする工程と、前記フォトレジストをマスクとし、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記有機反射防止膜、前記キャップ酸化膜および前記誘電体材料膜をエッチングして配線溝を形成する工程を含む。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図1は、本発明のエッチングに際して使用するプラズマエッチング装置を説明する図である。図において、21は真空処理室、22は石英窓、23は載置電極である。24はウエハ等の試料であり、載置電極23上に載置する。25は高周波電源であり、ウエハ24にバイアス電圧を印加する。26はアンテナであり、UHF電源から供給される高周波電界を石英窓22を介して真空処理室21内に放射する。27は真空処理室1内に磁場を形成するソレノイドコイルである。28はガス分散板であり、エッチングレシピにしたがってマスフローコントローラから供給されたガスを均一に真空処理室1内に導入する。29はUHF電源、30はマスフローコントローラであり、塩素ガス(Cl2)、三塩化硼素ガス(BCl3)、酸素ガス(O2)等の処理ガスを計量して供給する。31はUHF電源29の電源供給回路のインピーダンスを整合させるための整合回路である。
【0014】
処理に際しては、まず、真空処理室21を真空に排気した後、レシピに従って真空処理室21内にマスフローコントローラ30を介して所定のガスを導入して、真空処理室21内を所定の圧力に調圧する。次いで、ソレノイドコイル27により真空処理室21内に所定の磁場を形成し、更に、UHF電源29からアンテナ26を介して高周波電界を真空処理室21内に導入し、真空処理室21内にプラズマを発生させる。その後、高周波電源25により載置電極3を介して試料24に所定のバイアス電力を印加する。これにより、試料24に所定のプラズマ処理を施すことができる。
【0015】
図2,3,4,5は、本実施形態に係るプラズマエッチング処理を説明する図であり、図2は、ウエハ100表面に形成したOSG膜上に反射防止材料層を形成し、この反射防止材料層上にフォトレジストをマスク状に形成した状態を示す図である。図2において、1は例えばウエハ100表面に形成した炭化珪素膜、2は低誘電率の誘電体材料膜であり、例えばメチル基をドープした有機シリカガラス(OSG)膜等を用いる。3はキャップ酸化膜、4は層間接続配線を形成する接続孔である。7は反射防止材料層(例えばBARC材料からなる)であり、反射防止材料層7は接続孔4内に形成した反射防止材料層71およびキャップ酸化膜層3上に形成した反射防止材料層72からなる。8は反射防止材料層72上に形成したフォトレジストであり、デュアルダマシン法により配線溝を形成する部分を除去した形状に予めパターニングしてある。
【0016】
次に、図2に示すウエハ100を図1に示すプラズマエッチング装置の処理室内に搬入してエッチング処理を施す。
【0017】
図3は、図2に示すフォトレジスト8をマスクとして、酸素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料7をエッチングする工程を説明する図である。前記エッチングガスとしての塩素は反射防止膜7等の有機膜に対し反応性が高い。このため、前記エッチングガスを用いてエッチングを施すと、キャップ酸化膜3との境目部分にある反射防止材料が選択的にエッチングされて、図3に示すファセットf(截頭円錐状の面)が形成される。
【0018】
図4は、図3に示すフォトレジスト8をマスクとして、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層71、キャップ酸化膜3およびOSG膜2をエッチングする工程を説明する図である。この場合には、エッチングガスとしての三塩化硼素素ガスとOSG膜2との反応性の角度依存性により、OSG膜2の接続孔4上部がよりエッチングされる。これによりOSG膜2の接続孔4上部にテーパ部gを得ることができる。
【0019】
図5は、図4に示すフォトレジスト8をマスクとして、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層および低誘電率膜を更にエッチングする工程を説明する図である。この工程は、図4に示す形状すなわちOSG膜2の接続孔4上部にテーパ部gを形成した形状を初期形状としてエッチングを開始することになる。この場合には、反射防止材料層71のOSG膜4との界面のエッチング速度とそれ以外の面のエッチング速度が均衡し、図4に示すテーパ部gを保持した状態でエッチングが進行することになる。このためフェンス状欠陥6(図6参照)の存在しない配線溝5を得ることができる。
【0020】
なお、図5に示す工程の後、反射防止材料層71を除去し、除去した後の接続孔4および配線溝5に導電体材料として銅(Cu)などの金属を堆積し、更に表面の余分の銅をCMP(Chemical Mechanical Polishing)により除去して平坦化する。このときキャップ酸化膜3の表面でCMPを停止することができる。これにより、配線溝5内および接続孔4内にデュアルダマシン法による銅配線が形成されたことになる。なお、前記OSG膜2は、例えばノベラス社製の商品名コーラル、アプライドマテリアルズ社製の商品名ブラックダイアモンド、ASM社製の製品名オーロラ、およびこれらのCVD成膜、並びに元素構成によってSiOCあるいはSiOCHと表記される材料により構成することができる。
【0021】
以上説明したように、本実施形態によれば、反射防止材料層7、キャップ酸化膜7およびOSG膜2をエッチングする工程(図2〜3,図3〜4)において、酸素ガスおよび塩素ガス、並びに三塩化硼素素ガスおよび塩素ガスを用いてエッチングの初期形状を作成し、この初期形状をもとに三塩化硼素素ガスおよび塩素ガスを用いてエッチングを更に進行させる(図4〜5)。これによりフェンス状欠陥の存在しない配線溝を得ることができる。
【0022】
また、このとき、エッチング速度についてはフッ素系のプロセスガス使用する場合に得られる性能を上回る速度を得ることができた。このように三塩化硼素素ガスおよび塩素系ガスのエッチング速度の形状依存性を適切に組み合わせることにより、高価な反射防止膜材料を用いることなく、また、他部分に対する加工特性に悪影響を与えることなく、被加工物を所期の形状にエッチングすることができる。
【0023】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、他部分に対する加工特性に悪影響を与えることなく、被加工物を所期の形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエッチングに際して使用するプラズマエッチング装置を説明する図である。
【図2】プラズマエッチング処理を説明する図である。
【図3】プラズマエッチング処理を説明する図である。
【図4】プラズマエッチング処理を説明する図である。
【図5】プラズマエッチング処理を説明する図である。
【図6】従来のデュアルダマシン法を説明する図である。
【符号の説明】
1 炭化珪素膜
2 OSG膜
3 キャップ酸化膜
4 接続孔
5 配線溝
6 フェンス状欠陥
7,71,72 反射防止材料層
8 フォトレジスト
21 真空処理室
22 石英窓
23 電極
24 試料
25 高周波電源
26 アンテナ
27 ソレノイドコイル
28 ガス分散板
29 UHF電源
30 マスフローコントローラ
31 整合回路
100 ウエハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma etching method, and more particularly, to a plasma etching method capable of etching a workpiece into an intended shape.
[0002]
[Prior art]
Along with the high performance and miniaturization of semiconductor devices, multilayer wiring technology has become a necessary technology in semiconductor device manufacturing. As a method for forming a wiring layer in a semiconductor integrated circuit, a refractory metal thin film such as an aluminum (Al) alloy or tungsten (W) is formed on an insulating film, and then the same as the wiring pattern on the wiring thin film by a photolithography process. A method is known in which a resist pattern having a shape is formed and a wiring pattern is formed by a dry etching process using the resist pattern as a mask. However, in the method using Al alloy or the like, there is a problem that the wiring resistance increases remarkably with the miniaturization of the wiring, the wiring delay of the signal to propagate increases accordingly, and the performance of the semiconductor device decreases. In particular, in a high-performance logic LSI, a big problem has arisen as a performance impediment factor.
[0003]
For this reason, after embedding a wiring metal having copper (Cu) as a main conductor layer in a groove formed in an insulating film made of a low dielectric constant material, the metal outside the groove is removed using a CMP method (chemical mechanical polishing method). A method of forming a wiring pattern in the groove by removing (so-called damascene method) or a dual damascene method (wiring grooves for wiring formation and connection holes (holes) for forming interlayer connection wirings are formed. Later, for example, a damascene method in which a wiring having copper (Cu) as a main conductor and an interlayer connection wiring are simultaneously formed in the wiring groove and the connection hole has been used.
[0004]
FIG. 6 is a diagram for explaining a conventional dual damascene method. In the figure, 100 is a wafer, 1 is a silicon carbide film formed on the surface of the
[0005]
In order to form the wiring trench for wiring formation and the
[0006]
However, as shown in FIG. 6, the OSG
[0007]
As countermeasures against the occurrence of such defects, a method using a special material such as a silicon-based material as an antireflection material (for example, see Patent Document 1), or selecting a fluorine-based gas as an etching gas, and optimally preparing this gas There is a known method of deterrence by doing so.
[0008]
[Patent Document 1]
USP 6329118
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, as a countermeasure against the occurrence of defects, the method used as a special antireflection material such as the silicon-based material has a problem in terms of cost because a general-purpose antireflection material cannot be used. In addition, the method of selecting a fluorine-based gas as the etching gas and adjusting the gas ratio may adversely affect the processing characteristics for other portions.
[0010]
The present invention has been made in view of these problems, and provides a plasma etching method capable of etching a workpiece into an intended shape without adversely affecting the processing characteristics of other portions.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
[0012]
A plasma etching method used in a dual damascene method to form a wiring hole for wiring formation and a connection hole for forming an interlayer connection wiring in a low dielectric constant dielectric material film formed on a wafer surface, The plasma etching method includes a step of forming a connection hole in the dielectric material film using a cap oxide film as a mask, a step of forming an organic antireflection film in the connection hole and on the cap oxide film, and the organic the photoresist formed on the antireflection film as a mask, the organic reflection etching the organic antireflective film oxygen and chlorine as the etching gas, the photoresist as a mask, boron trichloride and chlorine as the etching gas preventing film, including the cap oxide film and the dielectric material film forming the etched interconnect trench.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram for explaining a plasma etching apparatus used for etching according to the present invention. In the figure, 21 is a vacuum processing chamber, 22 is a quartz window, and 23 is a mounting electrode.
[0014]
In the process, first, after evacuating the
[0015]
2, 3, 4, and 5 are views for explaining the plasma etching process according to the present embodiment. FIG. 2 shows an antireflection material layer formed on the OSG film formed on the surface of the
[0016]
Next, the
[0017]
FIG. 3 is a diagram illustrating a process of etching the
[0018]
FIG. 4 is a diagram illustrating a process of etching the
[0019]
FIG. 5 is a diagram for explaining a process of further etching the antireflection material layer and the low dielectric constant film using the
[0020]
After the step shown in FIG. 5, the
[0021]
As described above, according to the present embodiment, in the step of etching the
[0022]
At this time, the etching rate was higher than the performance obtained when a fluorine-based process gas was used. Thus, by appropriately combining the shape dependence of the etching rate of boron trichloride gas and chlorine-based gas, without using an expensive antireflection film material, and without adversely affecting the processing characteristics for other parts The workpiece can be etched into the desired shape.
[0023]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a plasma etching method capable of etching a workpiece into an intended shape without adversely affecting the processing characteristics for other portions.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining a plasma etching apparatus used for etching according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a plasma etching process.
FIG. 3 is a diagram illustrating a plasma etching process.
FIG. 4 is a diagram illustrating a plasma etching process.
FIG. 5 is a diagram illustrating a plasma etching process.
FIG. 6 is a diagram illustrating a conventional dual damascene method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (1)
前記プラズマエッチング方法は、前記誘電体材料膜内にキャップ酸化膜をマスクとして接続孔を形成する工程と、
前記接続孔内および前記キャップ酸化膜上に有機反射防止膜を形成する工程と、
前記有機反射防止膜上に形成したフォトレジストをマスクとし、酸素および塩素をエッチングガスとして前記有機反射防止膜をエッチングする工程と、
前記フォトレジストをマスクとし、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記有機反射防止膜、前記キャップ酸化膜および前記誘電体材料膜をエッチングして配線溝を形成する工程
を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。A plasma etching method used in a dual damascene method to form a wiring hole for wiring formation and a connection hole for forming an interlayer connection wiring in a low dielectric constant dielectric material film formed on a wafer surface,
The plasma etching method includes a step of forming a connection hole in the dielectric material film using a cap oxide film as a mask;
Forming an organic antireflection film in the connection hole and on the cap oxide film;
Etching the organic antireflection film using a photoresist formed on the organic antireflection film as a mask and oxygen and chlorine as etching gases; and
The photoresist as a mask, the three said organic anti-reflective film boron chloride and chlorine as the etching gas, a plasma, which comprises the cap oxide film and the dielectric material film is formed is etched wiring trench process Etching method.
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