DE112007001243B4 - Verfahren zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht mit einem darauf befindlichen ArF-Fotolack oder KrF-Fotolack umfasst Trockenätzen feiner Merkmale in die Zwischenisolierschicht mit einem Ätzgas derart, dass sich aus dem Ätzgas eine Polymerschicht auf dem ArF- oder KrF-Fotolack bildet, wobei das Ätzgas unter einem Druck von 0,5 Pa oder weniger eingeleitet wird, und wobei ein Fourier-TransformationsInfrarot-Spektrum der Polymerschicht eine C-F-Bindungsspitze bei ungefähr 1200 cm–1, eine C-N-Bindungsspitze bei ungefähr 1600 cm–1 und einen C-H-Bindungsspitze bei ungefähr 3300 cm–1 umfasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht.
  • Stand der Technik
  • Herkömmlich werden Zwischenisolierschichten aus SiO2 hergestellt. Seit dem 90-nm-Knoten traten allerdings zunehmend Materialien mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante (oder Low-k-Materialien) an die Stelle von SiO2 als Material für Zwischenisolierschichten, um das Problem der Verdrahtungsverzögerung zu lösen. Um feine Rillen oder Löcher in solche Schichten mit niedriger Dielektrizitätskonstante zu ätzen, wurde vorgeschlagen, ArF-Fotolackmaterial anstelle des üblicherweise verwendeten KrF-Fotolackmaterials zu verwenden, weil ersteres mit einer kürzeren Lichtwellenlänge als letzteres verwendet wird und daher für die Hochpräzisionsbearbeitung geeignet ist (siehe z. B. Patentdokument JP 2005-072 518 A , darin Absatz [0005] usw.)
  • In der JP 2005-251814 A ist ein Ätzverfahren beschrieben, bei dem ein CF-basiertes Gas und ein inertes Gas wie Stickstoff sowie ein Kohlenwasserstoffgas verwendet wird. Gasflussraten sind für die Verwendung von Ar-Gas angegeben.
  • In der JP 2006-100628 A ist des Weiteren ein Ätzverfahren beschrieben das CFH-basiertes Gas sowie Stickstoffgas verwendet, wobei Druck und Gasflussrate verändert werden kann.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • ArF-Fotolackmaterialien haben jedoch im Allgemeinen eine geringe Plasmabeständigkeit. Daher wird eine feine Freilegungsstruktur eines ArF-Fotolackmaterials voraussichtlich aufgrund von Schäden durch den Plasmaätzprozess verfälscht. Diese Verfälschung wird während des Ätzprozesses direkt auf die Schicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante unter dem Fotolack übertragen, was tendenziell Unregelmäßigkeiten wie Riefungen in den Randflächen von feinen Rillen oder Löchern verursacht, die in der Schicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante ausgebildet sind.
  • Somit besteht ein Bedarf in der Technik, die oben genannten Probleme zu überwinden. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht derart bereitzustellen, dass Schäden am Fotolack verhindert werden.
  • Mittel zur Problemlösung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht mit einem darauf befindlichen ArF-Fotolack oder KrF-Fotolack bereit, wobei das Verfahren ein Trockenätzen feiner Merkmale in die Zwischenisolierschicht mit einem Ätzgas, das ein CF-basiertes Gas, ein N-haltiges Gas und ein Kohlenwasserstoffgas mit geringer Molekülmasse enthält, umfasst derart, dass aus dem Ätzgas eine Polymerschicht auf dem ArF- oder KrF-Fotolack gebildet wird, wobei das Ätzgas unter einem Druck von 0,5 Pa oder weniger eingeleitet wird und das CF-basierte Gas bei einer Flussrate des CF-basierten Gases von 20–40% des Gesamtflusses des Ätzgases eingeleitet wird und wobei ein Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrum der Polymerschicht eine C-F-Bindungsspitze bei ungefähr 1200 cm–1, eine C-N-Bindungsspitze bei ungefähr 1600 cm–1 und eine C-H-Bindungsspitze bei ungefähr 3300 cm–1 umfasst.
  • Das Einleiten des Ätzgases unter einem Druck von 0,5 Pa oder weniger verhindert die Bildung von reaktiven Spezies des Ätzgases, wodurch Schäden am Fotolack reduziert werden. Da die Zwischenisolierschicht so geätzt wird, dass sich aus dem Ätzgas eine Polymerschicht auf dem Fotolack bildet, werden des Weiteren Schäden am Fotolack weiter reduziert, was in einem hohen Ätzselektivitätsverhältnis (d. h. einem hohen Verhältnis der Ätzrate der Zwischenisolierschicht zu der des Fotolacks) resultiert.
  • Das Ätzgas ist ein Gemisch aus einem CF-basierten Gas, einem N-haltigen Gas und einem Kohlenwasserstoffgas mit geringer Molekülmasse. Die Verwendung dieser Gase ermöglicht die Bildung einer Polymerschicht auf dem Foto-lack, die C-F-, C-N- und C-H-Bindungsspitzen in ihrem Absorptionsspektrum aufweist. Dies reduziert Schäden am Fotolack und ermöglicht das Ätzen der Schicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante (oder Zwischenisolierschicht) ohne vorzeitigen Ätzstopp.
  • Das CF-basierte Gas umfasst vorzugsweise mindestens ein aus der aus CF4, C3F8, C2F6, C4F8, C5F8, C3F7I und CF3I bestehenden Gruppe ausgewähltes Gas.
  • Der Kohlenwasserstoff mit geringer Molekülmasse ist vorzugsweise aus der aus CH4, C2H6, C3H8, C4H10 und C2H2 bestehenden Gruppe ausgewählt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht mit einem darauf befindlichen ArF-Fotolack oder KrF-Fotolack bereit, wobei das Verfahren ein Trockenätzen feiner Merkmale in die Zwischenisolierschicht mit einem Ätzgas, das ein CHF3-Gas und ein N-haltiges Gas enthält, umfasst derart, dass aus dem Ätzgas eine Polymerschicht auf dem ArF- oder KrF-Fotolack gebildet wird, wobei das Ätzgas unter einem Druck von 0,5 Pa oder weniger eingeleitet wird und das CHF3-Gas bei einer Flussrate von 20–40% des Gesamtflusses des Ätzgases eingeleitet wird und wobei ein Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrum der Polymerschicht eine C-F-Bindungsspitze bei ungefähr 1200 cm–1, eine C-N-Bindungsspitze bei ungefähr 1600 cm–1 und eine C-H-Bindungsspitze bei ungefähr 3300 cm–1 umfasst.
  • Das N-haltige Gas umfasst vorzugsweise mindestens ein aus der aus Stickstoffgas, NOx, NH3, Methylamin und Dimethylamin bestehenden Gruppe ausgewähltes Gas.
  • Ferner ist die Zwischenisolierschicht vorzugsweise ein SiOCH-basiertes Material.
  • Wirkungen der Erfindung
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sie eine Zwischenisolierschicht in einem niedrigen Druck ätzt, um Schäden am Fotolack zu reduzieren und folglich Riefungen zu reduzieren. Ein anderer Vorteil der Erfindung ist, dass sie eine Zwischenisolierschicht so ätzt, dass sich aus dem Ätzgas eine Polymerschicht auf dem Fotolack bildet, um Schäden am Fotolack zu reduzieren, wodurch ein hohes Ätzselektivitätsverhältnis erhalten wird.
  • Beste Weisen zum Ausführen der Erfindung
  • 1 zeigt ein Ätzsystem 1 zum Ausführen eines Verfahrens zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Ätzsystem 1 umfasst eine Vakuumkammer 11, die ein Ätzen in einem hochdichten Niedertemperaturplasma zulässt. Die Vakuumkammer 11 umfasst ein Vakuummittel 12 wie zum Beispiel eine Turbomolekularpumpe.
  • Die Vakuumkammer 11 ist aus einem Substratbehandlungsabschnitt 13 und einem Plasmaerzeugungsabschnitt 14 gebildet, der über dem Substratbehandlungsabschnitt 13 liegt. Eine Substrathalteeinheit 2 ist in der Bodenmitte des Substratbehandlungsabschnitts 13 vorgesehen. Die Substrathalteeinheit 2 umfasst eine Substratelektrode 21, auf der ein Verarbeitungssubstrat S angeordnet ist, einen Isolator 22 und eine Stützbasis 23. Der Isolator 22 ist zwischen die Substratelektrode 21 und die Stützbasis 23 eingefügt. Des Weiteren ist die Substratelektrode 21 durch einen Blockkondensator 24 mit einer ersten Hochfrequenz-Stromversorgung 25 verbunden und wirkt als Schwebepotentialelektrode. Diese Elektrode 21 ist negativ vorgespannt.
  • Eine obere Platte 31 ist auf der Oberseite des Plasmaerzeugungsabschnitts 14 vorgesehen und liegt der Substrathalteeinheit 2 gegenüber. Sie ist an der Seitenwand des Plasmaerzeugungsabschnitts 14 befestigt und durch einen variablen Kondensator 32 mit einer zweiten Hochfrequenz-Stromversorgung 33 verbunden. Diese obere Platte 31 befindet sich auf Schwebepotential und wirkt als die Gegenelektrode.
  • Ferner ist ein Gasversorgungspfad 41 von Gasversorgungsmitteln 4 mit der oberen Platte 31 verbunden, um ein Ätzgas in die Vakuumkammer 11 einzuleiten. Dieser Gasversorgungspfad 41 ist durch Gasflussraten-Steuermittel 42 mit einer Gasquelle 43 verbunden. Es wird darauf hingewiesen, dass es, obwohl in 1 nur eine Gasquelle 43 dargestellt ist, eine Anzahl von Gasquellen 43 geben kann, die der Anzahl der im Ätzprozess verwendeten Gasarten entspricht. In einem solchen Fall kann der Gasversorgungspfad 41 in eine Anzahl von Zweigen verzweigt werden, die der Anzahl von Gasquellen 43 entspricht.
  • Der Plasmaerzeugungsabschnitt 14 hat eine zylindrische dielektrische Seitenwand. Eine Magnetfeldspule 51 kann um die Außenseite dieser Seitenwand herum als Magnetfelderzeugungsmittel vorgesehen sein. In einem solchen Fall erzeugt die Magnetfeldspule 51 eine kreisförmige magnetische Neutrallinie (nicht dargestellt) im Plasmaerzeugungsabschnitt 14.
  • Eine Hochfrequenz-Antennenspule 52 ist zwischen der Magnetfeldspule 51 und der Außenseite der Seitenwand des Plasmaerzeugungsabschnitts 14 angeordnet, um Plasma zu erzeugen. Die Hochfrequenz-Antennenspule 52 hat eine parallele Antennenstruktur und ist mit der Anschlussstelle (oder Verzweigungsstelle) 34 zwischen dem variablen Kondensator 32 und der zweiten Hochfrequenz-Stromversorgung 33 verbunden, um von der zweiten Hochfrequenz-Stromversorgung 33 eine Spannung zu empfangen. Die Hochfrequenz-Antennenspule 52 erzeugt entlang der von der Magnetfeldspule 51 erzeugten magnetischen Neutrallinie ein elektrisches Wechselfeld, um entlang der Linie ein Plasma zu erzeugen.
  • Obwohl die Antennenspule 52 für die Plasmaerzeugung in der vorliegenden Ausführungsform eine Spannung von der zweiten Hochfrequenz-Stromversorgung 33 empfängt, versteht es sich, dass in anderen Ausführungsformen eine dritte Hochfrequenz-Stromversorgung vorgesehen sein kann, die mit der Antennenspule 52 verbunden ist. Des Weiteren können Mittel vorgesehen sein, um die an die Antennenspule angelegte Spannung auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.
  • Nun wird ein Verfahren der vorliegenden Erfindung zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht z. B. in dem in 1 dargestellten System beschrieben.
  • Die vorliegende Erfindung wird auf Zwischenisolierschichten angewendet, die aus einem Material mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante (oder Low-k-Material) bestehen und auf einem Substrat S ausgebildet sind. Beispiele solcher Materialien mit einer niedrigen Dielektrizitätskonstante schließen SiOCH-basierte Materialien wie HSQ und MSQ ein, die mittels Rotationsbeschichtung usw. aufgebracht werden. Zu beachten ist, dass sie porös sein können.
  • Beispiele geeigneter SiOCH-basierter Materialien sind jene, die unter den folgenden Handelsbezeichnungen verfügbar sind: ”LKD5109r5” von JSR Co., Ltd.; ”HSG-7000” von Hitachi Chemical Co., Ltd.; ”HOSP” und ”Nanoglass” von Honeywell Electric Materials Inc.; ”OCD T-12” und ”OCD T-32” von Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.; ”IPS 2.4” und ”IPS 2.2” von Catalysts & Chemicals Industries Co., Ltd.; ”ALCAP-S5100” von Asahi Kasei Corporation; und ”ISM” von ULVAC, Inc.
  • Das Verfahren beginnt mit dem Aufbringen eines Fotolackmaterials auf eine solche Zwischenisolierschicht und anschließendes Ausbilden einer vorbestimmten (Fotolack-)Struktur durch Fotolithografie. Beispiele geeigneter Fotolackmaterialien schließen bekannte KrF-Fotolackmaterialien (z. B. KrFM78Y von JSR Co. Ltd.) und bekannte ArF-Fotolackmaterialien (z. B. UV-II usw.) ein. Zu beachten ist, dass, wenn es sich bei der Zwischenisolierschicht um ein SiOCH-basiertes Material handelt, auf der Zwischenisolierschicht eine BARC (Antireflexbeschichtung) ausgebildet werden kann und auf die BARC ein Fotolackmaterial aufgebracht werden kann.
  • Dann wird das Substrat S mit der darauf befindlichen Zwischenisolierschicht auf der Substratelektrode 21 in der Vakuumkammer 11 angeordnet. Die Zwischenisolierschicht auf dem Substrat S wird dann mit einem hohen Ätzselektivitätsverhältnis und ohne Riefungen geätzt, indem ein Ätzgas von den Ätzgasversorgungsmitteln 4 eingeleitet und HF-Leistung von der zweiten Hochfrequenz-Stromversorgung 33 angelegt wird, so dass im Plasmaerzeugungsabschnitt 14 ein Plasma erzeugt wird. Insbesondere wird das Ätzgas unter einem Arbeitsdruck von 0,5 Pa oder weniger, vorzugsweise 0,1–0,5 Pa, in die Vakuumkammer 11 eingeleitet, um Radikalreaktionen zu verhindern.
  • Das für das Ätzverfahren der vorliegenden Erfindung verwendete Ätzgas ist des Typs, der das Ätzen der Zwischenisolierschicht ohne vorzeitigen Ätzstopp und so ermöglicht, dass eine gewünschte Polymerschicht auf dem Fotolack gebildet wird.
  • Dieses Ätzgas ist ein Gemisch aus einem CF-basierten Gas, einem N-haltigen Gas und einem Kohlenwasserstoffgas mit geringer Molekülmasse. Das CF-basierte Gas dient zum Ätzen des SiO in der Zwischenisolierschicht, während das N-haltige Gas und das Kohlenwasserstoffgas mit geringer Molekülmasse zum Ätzen des CH in der Zwischenisolierschicht dienen. Diese Gase tragen auch dazu bei, Schäden am Fotolack zu reduzieren.
  • Das CF-basierte Gas kann aus mindestens einem aus der aus CF4, C3F8, C2F6, C4F8 und C5F8 bestehenden Gruppe ausgewählten Gas gebildet sein. Alternativ kann es ein CxFyI-Gas (das Jod enthält) wie beispielsweise C3F7I oder CF3I sein. Das Jod (I) dient zum Beseitigen überschüssiger Fluoratome in der Gasphase. Der Kohlenwasserstoff mit geringer Molekülmasse ist vorzugsweise linear und kann aus beispielsweise CH4, C2H6, C3H8, C4H10 und C2H2 ausgewählt werden. Ferner schließen Beispiele geeigneter N-haltiger Gase Stickstoffgas, NOx, NH3, Methylamin und Dimethylamin ein.
  • Des Weiteren ist in einer anderen Ausführung das Ätzgas ein Gemisch aus einem CHF3 und einem N-haltigen Gas. Jedes Gas in diesem Gasgemisch wirkt in der selben Weise wie das entsprechende Gas in dem oben genannten Gasgemisch, das drei Gase umfasst. Ferner schließen Beispiele geeigneter N-haltiger Gase Stickstoffgas, NOx, NH3, Methylamin und Dimethylamin ein.
  • Um Schäden am Fotolack zu reduzieren, wird das Ätzgas (Gemisch) nicht mit einem Verdünnungsgas aus irgendeinem der folgenden Edelgase gemischt: Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon.
  • Die Verwendung eines Ätzgases (Gemisch) der oben beschriebenen Art ermöglicht es, die Zwischenisolierschicht mit niedriger Dielektrizitätskonstante derart zu ätzen, dass aus dem Ätzgas eine gewünschte Polymerschicht auf dem Fotolack gebildet wird, wodurch Schäden am Fotolack verhindert werden. Diese Polymerschicht weist eine C-F-Bindungsspitze bei ungefähr 1200 cm–1, eine C-N-Bindungsspitze bei ungefähr 1600 cm–1 und eine C-H-Bindungsspitze bei ungefähr 3300 cm–1 in ihrem (mit einem Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrofotometer gemessenen) Absorptionsspektrum auf, obgleich dieses in Abhängigkeit vom verwendeten Messverfahren geringfügig variieren kann. Das bedeutet, dass es sich bei der Polymerschicht um ein stickstoffhaltiges CF-basiertes Polymer handelt, das aus der Kombination von C aus dem Ätzgas mit F, N und H ebenfalls aus dem Ätzgas resultiert. Wenn das Ätzgas ein jodhaltiges CF-basiertes Gas ist, bildet sich während des Ätzprozesses ferner eine CF-basierte Polymerschicht, die Jod enthält.
  • Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird die Zwischenisolierschicht ohne vorzeitigen Ätzstopp geätzt, indem ein Ätzgas, wie es oben beschrieben wurde, derart in die Vakuumkammer 11 eingeleitet wird, dass sich aus dem Ätzgas eine Polymerschicht, wie sie oben beschrieben wurde, auf dem Fotolack bildet. Um dies im Falle des oben genannten Gemisches aus drei Gasen zu bewerkstelligen, beträgt die Flussrate des in die Vakuumkammer 11 eingeleiteten CF-basierten Gases ungefähr 20–40%, bevorzugter ungefähr 20–30%, des Gesamtflusses des Ätzgases. Andererseits beträgt im Falle des oben genannten Gemisches aus zwei Gasen die Flussrate des in die Vakuumkammer 11 eingeleiteten CxFyHz-Gases ungefähr 20–40%, bevorzugter ungefähr 30–40%, des Gesamtflusses des Ätzgases.
  • Die vorliegende Erfindung wird detaillierter unter Bezugnahme auf praktische und vergleichende Beispiele beschrieben.
  • Praktisches Beispiel 1
  • In diesem Beispiel wurde eine Polymerschicht aus dem für das Trockenätzverfahren der vorliegenden Erfindung verwendeten Ätzgas ausgebildet, und das Infrarot-Absorptionsspektrum der ausgebildeten Polymerschicht wurde mittels FT-IR gemessen.
  • Im Besonderen wurden zunächst die Parameter des in 1 gezeigten Systems wie folgt eingestellt: Druck = 0,4 Pa (3 mTorr); Antennenleistung = 2200 W; Vorspannungsleistung = 0 W; Erstarrungstemperatur des Substrats Tc = 10°C. CF4-Gas (mit einer Flussrate von 60 sccm), N2-Gas (mit einer Flussrate von 90 sccm) und CH4-Gas (mit einer Flussrate von 70 sccm) wurden dann in die Vakuumkammer eingeleitet, um eine Polymerschicht auf einem Si-Substrat abzuscheiden (sccm: Kubikzentimeter pro Minute unter Standardbedingungen). Das FT-IR-Spektrum dieser Polymerschicht wurde mit Hilfe eines Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrofotometers ermittelt.
  • Zum Vergleich wurden ferner zwei Polymerschichten aus einem Gemisch aus N2-Gas (mit einer Flussrate von 90 sccm) und CH4-Gas (mit einer Flussrate von 70 sccm) beziehungsweise einem Gemisch aus C3F8-Gas (mit einer Flussrate von 25 sccm) und Ar-Gas (mit einer Flussrate von 200 sccm) abgeschieden. Es wird darauf hingewiesen, dass alle anderen Bedingungen mit den oben beschriebenen Bedingungen gleich sind. Die Infrarot-Absorptionsspektren dieser Polymerschichten wurden mittels FT-IR gemessen. 2 zeigt die Messergebnisse.
  • Ein Vergleich der drei Spektren in 2 zeigt die folgenden Tatsachen auf. Das Spektrum der aus dem Ätzgas der vorliegenden Erfindung (d. h. dem CF4/N2/CH4-Gasgemisch) abgeschiedenen Polymerschicht wies eine C-N-Bindungsspitze (bei ungefähr 1600 cm–1) und eine C-H-Bindungsspitze (bei ungefähr 3300 cm–1) auf, wie sie das Spektrum der aus dem N2/CH4-Gasgemisch abgeschiedenen Polymerschicht aufwies, und es wies auch eine C-F-Bindungsspitze (bei ungefähr 1200 cm–1) auf, wie sie das Spektrum der aus dem C3F8/Ar-Gasgemisch abgeschiedenen Polymerschicht aufwies. Dies zeigt, dass die aus dem Ätzgas der vorliegenden Erfindung abgeschiedene Polymerschicht C-N-, C-F- und C-H-Bindungen enthielt.
  • Praktisches Beispiel 2
  • In diesem Beispiel wurde zunächst eine als Zwischenisolierschicht dienende SiOCH-Schicht durch Plasma-CVD auf einem Siliziumsubstrat S ausgebildet, und eine als BARC dienende organische Schicht wurde mittels Rotationsbeschichtung auf der SiOCH-Schicht ausgebildet. Dann wurde UV-II (ein ArF-Fotolackmaterial) mit einer Dicke von 430 nm aufgebracht und mittels Fotolithografie zu einer vorbestimmten Struktur strukturiert. Das Substrat mit diesen auf ihm ausgebildeten Schichten wurde dann auf der Substratelektrode 21 des in 1 gezeigten Ätzsystems 1 angeordnet. Dann wurden die Parameter des Ätzsystems 1 wie folgt eingestellt: antennenseitige Hochfrequenz-Stromversorgung = 2200 W; substratseitige Hochfrequenz-Stromversorgung = 100 W; Erstarrungstemperatur des Substrats = 10°C; Druck = 1,33 Pa (10 mTorr). Dann wurde die BARC geätzt, indem ein BARC-Ätzgasgemisch aus CF4-Gas (mit einer Flussrate von 25 sccm) und CHF3-Gas (mit einer Flussrate von 25 sccm) eingeleitet und hieraus ein Plasma erzeugt wurde. Dann wurden die Parameter des Ätzsystems 1 wie folgt eingestellt: antennenseitige Hochfrequenz-Stromversorgung = 2200 W; substratseitige Hochfrequenz-Stromversorgung = 100 W; Erstarrungstemperatur des Substrats = 10°C; Druck = 0,4 Pa (3 mTorr). Dann wurde die Zwischenisolierschicht geätzt, indem ein Ätzgasgemisch aus CF4-Gas (mit einer Flussrate von 60 sccm), N2-Gas (mit einer Flussrate von 90 sccm) und CH4-Gas (mit einer Flussrate von 70 sccm) eingeleitet und ein Plasma hieraus erzeugt wurde. 3(a) zeigt eine SEM-Mikrofotografie der oberen Oberfläche des geätzten Substrats, und 3(b) zeigt eine SEM-Mikrofotografie im Querschnitt des von der punktierten Linie A in 3(a) eingeschlossenen Lochs.
  • 3(a) zeigt, dass die obere Oberfläche des Substrats, d. h. die Oberfläche des Fotolacks, keine Unregelmäßigkeiten aufwies. Des Weiteren zeigt die SEM-Mikrofotografie im Querschnitt von 3(b), dass kein vorzeitiger Ätzstopp eingetreten ist und dass eine Polymerschicht auf der oberen Oberfläche des Substrats und auf der inneren Oberfläche des Eingangsendes des Lochs ausgebildet wurde, was zeigt, dass die Zwischenisolierschicht ohne Riefungen geätzt wurde. [Die ausgebildete Polymerschicht ist in 3(b) schraffiert dargestellt und mit dem Buchstaben B gekennzeichnet.] Das heißt, dass das Ätzverfahren der vorliegenden Erfindung das Ätzen einer Zwischenisolierschicht ohne Beschädigung am Fotolack und folglich ohne Riefungen auf den Oberflächen in den in der Zwischenisolierschicht ausgebildeten Löchern ermöglicht.
  • Praktisches Beispiel 3
  • Dieses Beispiel untersuchte die Beziehung zwischen dem Flussratenverhältnis der Gase im Ätzgasgemisch und dem Selektivitätsverhältnis (d. h. dem Verhältnis der Ätzrate der Zwischenisolierschicht zu der des Fotolacks).
  • Im Besonderen wurde eine Zwischenisolierschicht in der folgenden Weise im Ätzsystem 1 geätzt. Die Parameter des Systems wurden auf die selben Werte wie im Praktischen Beispiel 2 eingestellt, außer dass die antennenseitige Hochfrequenz-Stromversorgung 2000 W war und dass das Flussratenverhältnis der Gase im Ätzgasgemisch verändert wurde. Im Besonderen wurde die Flussrate des CH4-Gases auf 70 sccm festgelegt und die Flussraten des CF4-Gases und des N2-Gases wurden wie folgt variiert:
    • (1) CF4 = 20 sccm, N2 = 30 sccm
    • (2) CF4 = 32 sccm, N2 = 48 sccm
    • (3) CF4 = 48 sccm, N2 = 72 sccm
    • (4) CF4 = 60 sccm, N2 = 90 sccm
    • (5) CF4 = 80 sccm, N2 = 120 sccm
  • Auf diese Weise wurden die Prozentsätze der Gase im Ätzgasgemisch variiert. Es wird darauf hingewiesen, dass die oben genannten Flussratenbedingungen (4) mit denen im Praktischen Beispiel 2 identisch sind. Die Ätzraten der Zwischenisolierschicht und des Fotolacks wurden unter allen Flussratenbedingungen (1) bis (5) gemessen, und die Selektivitätsverhältnisse wurden aus den Messwerten errechnet. 4 zeigt die Ergebnisse. Die 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) sind SEM-Mikrofotografien im Querschnitt der Substrate, die unter den Bedingungen (1), (2), (3) bzw. (5) geätzt wurden.
  • Eine Betrachtung von 4 zeigt die folgenden Tatsachen auf. Unter den Flussratenbedingungen (1), d. h. wenn die Flussraten des CF4-Gases und des N2-Gases 20 sccm bzw. 30 sccm (d. h. 16% bzw. 25% des Gesamtflusses des Ätzgases) betrugen, betrugen die Ätzraten der Zwischenisolierschicht und des Fotolacks 160 nm/min bzw. 12 nm/min, und folglich betrug das Selektivitätsverhältnis ungefähr 13. Unter den Flussratenbedingungen (2), d. h. wenn die Flussraten des CF4-Gases und des N2-Gases 32 sccm bzw. 48 sccm (d. h. 21% bzw. 32% des Gesamtflusses des Ätzgases) betrugen, betrugen die Ätzraten der Zwischenisolierschicht und des Fotolacks 195 nm/min bzw. 3 nm/min, und folglich betrug das Selektivitätsverhältnis 65, was höher als das ist, das unter den Flussratenbedingungen (1) erzielt wurde. Unter den Flussratenbedingungen (3), d. h. wenn die Flussraten des CF4-Gases und des N2-Gases 48 sccm bzw. 72 sccm (d. h. 25% bzw. 37% des Gesamtflusses des Ätzgases) betrugen, war die Ätzrate des Fotolacks gleich Null und folglich war das Selektivitätsverhältnis unendlich. Dies resultierte aus der Tatsache, dass eine Polymerschicht auf den Fotolack abgeschieden worden war. Unter den Flussratenbedingungen (5), d. h. wenn die Flussraten des CF4-Gases und des N2-Gases 80 sccm bzw. 120 sccm (d. h. 29% bzw. 44% des Gesamtflusses des Ätzgases) betrugen, betrugen ferner die Ätzraten der Zwischenisolierschicht und des Fotolacks 200 nm/min bzw. 18 nm/min, und folglich war das Selektivitätsverhältnis ungefähr 11.
  • Die obigen Ergebnisse zeigen, dass das Selektivitätsverhältnis (zwischen der Zwischenisolierschicht und dem Fotolack) durch Anpassen des Verhältnisses der Gase im Ätzgasgemisch optimiert werden kann. Insbesondere war die Ätzrate des Fotolacks niedrig, wenn die Flussrate des CF-basierten Gases 21–28% des Gesamtflusses des Ätzgases betrug, was in einem hohen Selektivitätsverhältnis resultierte.
  • Eine Betrachtung der 5(a) bis 5(d) zeigt auf, dass das Ätzen unter den obigen Flussratenbedingungen (1), (2) und (5) in der Bildung von Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Fotolacks und folglich in der Bildung von Riefungen resultierte. Andererseits verursachte das Ätzen unter den Flussratenbedingungen (3) keine Riefungen, was aus reduzierten Unregelmäßigkeiten auf der Fotolackoberfläche resultierte. Das bedeutet, dass der Ätzprozess, wenn die Flussrate des CF-basierten Gases 25–27% des Gesamtflusses des Ätzgases betrug, nicht nur ein hohes Selektivitätsverhältnis aufwies, sondern auch keine Unregelmäßigkeiten auf der Fotolackoberfläche erzeugte und folglich keine Riefungen erzeugte.
  • (Vergleichendes Beispiel 1)
  • In diesem vergleichenden Beispiel wurden Zwischenisolierschichten auf Substraten im Ätzsystem 1 geätzt. Diese Zwischenisolierschichten waren denen ähnlich, die im Praktischen Beispiel 2 verwendet wurden. Das in diesem Beispiel verwendete Ätzgasgemisch enthielt zusätzlich Ar-Gas. Die Parameter des Systems waren wie folgt eingestellt: antennenseitige Hochfrequenz-Stromversorgung = 2750 W; substratseitige Hochfrequenz-Stromversorgung = 450 W; Erstarrungstemperatur des Substrats 10°C; Druck = 0,26 Pa. Die Flussraten (sccm) der Gase C3F8, Ar, N2 und CH4 des Ätzgemisches wurden wie folgt variiert:
    • (a) C3F8/Ar/N2/CH4 = 16/50/20/26
    • (b) C3F8/Ar/N2/CH4 = 30/50/20/26
    • (c) C3F8/Ar/N2/CH4 = 16/100/20/26
    • (d) C3F8/Ar/N2/CH4 = 16/50/20/40
    • (e) C3F8/Ar/N2/CH4 = 16/50/50/26
  • 6 zeigt die SEM-Mikrofotografien im Querschnitt der Substrate, die unter den obigen Flussratenbedingungen (a) bis (e) geätzt wurden. Die Ätzraten der Zwischenisolierschicht und des Fotolacks wurden ebenfalls unter diesen Bedingungen gemessen, und die Selektivitätsverhältnisse wurden aus den Messwerten errechnet. 7 zeigt die Ergebnisse.
  • Eine Betrachtung der 6(a) bis 6(e) zeigt auf, dass das Ätzen unter diesen Flussratenbedingungen (a) bis (e) bewirkte, dass die Fotolackoberfläche uneben und aufgeraut war und hierdurch Riefungen auf den Seiten der Löcher erzeugte. Des Weiteren wurde auch das Auftreten eines vorzeitigen Ätzstopps beobachtet, was bedeutet, dass die obigen Bedingungen (a) bis (e) nicht zweckmäßig sind. Folglich resultierte das Ätzen unter diesen Bedingungen (a) bis (e) in Schäden an der Fotolackoberfläche. Dies ist der Grund, warum die erzielten Selektivitätsverhältnisse unzweckmäßig niedrig sind, wie in 7 dargestellt ist.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht es, eine Zwischenisolierschicht so zu ätzen, dass Schäden am Fotolack auch dann reduziert werden, wenn der Fotolack aus einem Material besteht, das eine geringe Plasmabeständigkeit aufweist. Daher wird die Erfindung besonders vorteilhaft auf das Trockenätzen von Zwischenisolierschichten aus einem Low-k-Material durch einen Fotolack aus einem ArF-Fotolackmaterial angewendet. Folglich ist die vorliegende Erfindung auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung von Nutzen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Anordnung eines Ätzsystems zum Ausführen eines Trockenätzverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ist ein Diagramm, das die gemessenen FT-IR-Spektren der Schichten darstellt, die mittels des Trockenätzverfahrens der vorliegenden Erfindung geätzt wurden.
  • 3 zeigt SEM-Mikrofotografien eines Substrats, das mittels des Ätzverfahrens der vorliegenden Erfindung geätzt wurde, wobei 3(a) eine Draufsicht und 3(b) eine Querschnittsansicht ist.
  • 4 ist ein Diagramm, das die Ätzraten (nm/min) einer Zwischenisolierschicht und des darauf befindlichen Fotolacks sowie das Ätzselektivitätsverhältnis zwischen der Zwischenisolierschicht und dem Fotolack als Funktion des Verhältnisses der Gase im Ätzgasgemisch zeigt.
  • Die 5(a) bis 5(d) sind SEM-Mikrofotografien im Querschnitt von Substraten, die mit Ätzgasgemischen geätzt wurden, die unterschiedliche Verhältnisse von Bestandteilen enthielten.
  • Die 6(a) bis 6(e) sind SEM-Mikrofotografien im Querschnitt von Substraten, die mit einem herkömmlichen Ätzverfahren geätzt wurden.
  • 7 ist ein Diagramm, das die Ätzrate (nm/min) der Zwischenisolierschicht auf jedem mittels des herkömmlichen Ätzverfahrens geätzten Substrat, die Ätzrate (nm/min) des Fotolacks auf der Zwischenisolierschicht und das Ätzselektivitätsverhältnis zwischen der Zwischenisolierschicht und dem Fotolack zeigt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Ätzsystem
    2
    Substrathalteeinheit
    4
    Gasversorgungsmittel
    11
    Vakuumkammer
    12
    Vakuummittel
    13
    Substratbehandlungsabschnitt
    14
    Plasmaerzeugungsabschnitt
    21
    Substratelektrode
    22
    Isolator
    23
    Stützbasis
    24
    Blockkondensator
    25
    Hochfrequenz-Stromversorgung
    31
    Obere Platte
    32
    variabler Kondensator
    33
    Hochfrequenz-Stromversorgung
    34
    Anschlussstelle
    41
    Gasversorgungspfad
    42
    Gasflussraten-Steuermittel
    43
    Gasquelle
    51
    Magnetfeldspule
    52
    Antennenspule
    S
    Substrat

Claims (8)

  1. Verfahren zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht mit einem darauf befindlichen ArF-Fotolack oder KrF-Fotolack, umfassend: Trockenätzen feiner Merkmale in die Zwischenisolierschicht mit einem Ätzgas, das ein CF-basiertes Gas, ein N-haltiges Gas und ein Kohlenwasserstoffgas mit geringer Molekülmasse enthält, derart, dass aus dem Ätzgas eine Polymerschicht auf dem ArF- oder KrF-Fotolack gebildet wird, wobei das Ätzgas unter einem Druck von 0,5 Pa oder weniger eingeleitet wird und das CF-basierte Gas bei einer Flussrate des CF-basierten Gases von 20–40% des Gesamtflusses des Ätzgases eingeleitet wird und wobei ein Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrum der Polymerschicht eine C-F-Bindungsspitze bei ungefähr 1200 cm–1, eine C-N-Bindungsspitze bei ungefähr 1600 cm–1 und eine C-H-Bindungsspitze bei ungefähr 3300 cm–1 umfasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das CF-basierte Ätzgas bei einer Flussrate von 21–28% des Gesamtflusses des Ätzgases eingeleitet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das CF-basierte Ätzgas bei einer Flussrate von 25–27% des Gesamtflusses des Ätzgases eingeleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das CF-basierte Gas mindestens ein aus der aus CF4, C3F8, C2F6, C4F8, C5F8, C3F7I und CF3I bestehenden Gruppe ausgewähltes Gas umfasst.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Kohlenwasserstoffgas mit geringer Molekülmasse aus der aus CH4, C2H6 C3H8, C4H10 und C2H2 bestehenden Gruppe ausgewählt wird.
  6. Verfahren zum Trockenätzen einer Zwischenisolierschicht mit einem darauf befindlichen ArF-Fotolack oder KrF-Fotolack, umfassend: Trockenätzen feiner Merkmale in die Zwischenisolierschicht mit einem Ätzgas, das ein CHF3-Gas und ein N-haltiges Gas enthält, derart, dass aus dem Ätzgas eine Polymerschicht auf dem ArF- oder KrF-Fotolack gebildet wird, wobei das Ätzgas unter einem Druck von 0,5 Pa oder weniger eingeleitet wird und das CHF3-Gas bei einer Flussrate von 20–40% des Gesamtflusses des Ätzgases eingeleitet wird und wobei ein Fourier-Transformations-Infrarot-Spektrum der Polymerschicht eine C-F-Bindungsspitze bei ungefähr 1200 cm–1, eine C-N-Bindungsspitze bei ungefähr 1600 cm–1 und eine C-H-Bindungsspitze bei ungefähr 3300 cm–1 umfasst.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das N-haltige Gas mindestens ein aus der aus Stickstoffgas, NOx, NH3, Methylamin und Dimethylamin bestehenden Gruppe ausgewähltes Gas umfasst.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Zwischenisolierschicht ein SiOCH-basiertes Material ist.
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