JP2001060582A - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エッチストッパを用いることなく，マイクロ
トレンチングを防ぐことの可能なエッチング方法を提供
する。 【解決手段】 気密な処理室内に処理ガスを導入し，処
理室内に配置されたウェハＷに形成された有機膜層に対
するエッチング方法において，処理ガスはＮ２とＨ２と
を含み，真空処理室内の圧力は実質的に５００ｍＴｏｒ
ｒ〜８００ｍＴｏｒｒであることを特徴とする。処理ガ
スに少なくとも窒素原子含有気体と水素原子含有気体と
を含み，真空処理室内の圧力を実質的に５００ｍＴｏｒ
ｒ以上にすると，エッチストッパを用いることなく，マ
イクロトレンチングを防ぐことができる。また，マスク
選択比を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，エッチング方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来，半導体素子の配線にＡｌ合金を用
いる場合，層間絶縁膜上にＡｌ合金をスパッタ法で堆積
し，その後エッチングして配線パターンを形成してい
た。この従来のドライエッチングにおいては，処理室内
の圧力は，数ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒの圧力領域
が一般的であった。特開昭６０−１７０２３８によれ
ば，５０〜１００ｍＴｏｒｒの圧力範囲でエッチング速
度を最高にすることができる旨が記載されている。
【０００３】この従来法に対し，近年，ダマシン・プロ
セスと称されるＣｕ配線の形成が行われている。ダマシ
ン・プロセスとは，層間絶縁膜に配線パターンの溝を形
成し，この溝に配線材料を埋め込む方法である。Ａｌ合
金からＣｕへの配線材料の変更によって，比抵抗が約半
分になり，高速化しやすくなる。科学的機械研磨（ＣＭ
Ｐ）による平坦化が可能になっている現在，ダマシン・
プロセスは実用化しやすくなった。
【０００４】また，ダマシン・プロセスの応用技術とし
て，デュアル・ダマシンと称される技術がある。デュア
ル・ダマシンとは，後工程により配線とビアホールとが
形成される逆凸型の溝を層間絶縁膜に形成し，この溝に
配線用の金属物質を埋め込むことで配線とビアホールと
を同時に形成する技術である。このデュアル・ダマシン
用の逆凸型の溝を形成するにあたっては，層間絶縁膜の
途中でエッチングを停止させた際に，形成された溝の底
面が平坦になるよう制御する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで，上述した従
来の数ｍＴｏｒｒ〜１００ｍＴｏｒｒ圧力範囲でこのデ
ュアル・ダマシン用の逆凸型の溝を形成すると，溝の底
面が平坦にならず，いわゆるマイクロトレンチングが生
じるという問題や，エッチングマスクに対する選択比
（以下，「マスク選択比」という。）が低いという問題
が生じる。
【０００６】このマイクロトレンチングを防ぐため，所
望の深さに下地となる層（以下，「エッチストッパ」と
称する。）を形成することが行われている。しかしなが
ら，エッチストッパは誘電率が高いため，配線間にキャ
パシタが形成されてしまうという別の問題が生じる。配
線の微細化が進む最先端技術においては，エッチストッ
パを用いることなくマイクロトレンチングを防ぐことの
可能なエッチング方法の開発が急務となっている。
【０００７】本発明は，従来のエッチング方法が有する
上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の第１
の目的は，エッチストッパを用いることなく，マイクロ
トレンチングを防ぐことの可能な，新規かつ改良された
エッチング方法を提供することである。
【０００８】さらに，本発明の第２の目的は，マスク選
択比を向上させることの可能な，新規かつ改良されたエ
ッチング方法を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め，請求項１によれば，気密な処理室内に処理ガスを導
入し，処理室内に配置された被処理体に形成された有機
層膜に対するエッチング方法において，処理ガスは，少
なくとも窒素原子含有気体と水素原子含有気体とを含
み，真空処理室内の圧力は実質的に５００ｍＴｏｒｒ以
上であることを特徴とするエッチング方法が提供され
る。なお，有機膜は比誘電率が３．５以下の低誘電率材
料が好ましい。また，真空処理室内の圧力は，請求項２
に記載のように，実質的に５００ｍＴｏｒｒ〜８００ｍ
Ｔｏｒｒであることが好ましい。
【００１０】処理ガスに少なくとも窒素原子含有気体と
水素原子含有気体とを含み，真空処理室内の圧力を実質
的に５００ｍＴｏｒｒ以上にすると，エッチストッパを
用いることなく，マイクロトレンチングを防ぐことがで
きる。また，マスク選択比を高めることができる。従っ
て，例えば請求項５に記載のように，エッチングを有機
層膜の途中で停止する必要が生じるプロセス，例えばデ
ュアル・ダマシンプロセス等において特に効果的であ
る。
【００１１】また，請求項３に記載のように，窒素原子
含有気体としてＮ２を採用してもよく，水素原子含有気
体としてＨ２を採用してもよい。このように，処理ガス
の構成として，Ｎ２やＨ２を採用すれば，取扱いが容易
であるとともに，大気中に放出されても地球の温暖化の
原因となり難い。さらに，Ｎ２やＨ２は安価であるた
め，処理コストが上昇することがない。
【００１２】また，請求項４に記載のように，処理ガス
にＡｒを含むようにすれば，エッチング条件を容易に制
御できるため，溝の形状制御を容易に行うことができ
る。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照しながら，
本発明にかかるエッチング方法の好適な実施の形態につ
いて詳細に説明する。なお，本明細書及び図面におい
て，実質的に同一の機能構成を有する構成要素について
は，同一の符号を付することにより重複説明を省略す
る。
【００１４】（１）エッチング装置の構成 まず，図１を参照しながら，本実施の形態のエッチング
方法が適用されるエッチング装置１００について説明す
る。同図に示すエッチング装置１００の処理容器１０２
内には，処理室１０４が形成されており，この処理室１
０４内には，上下動自在なサセプタを構成する下部電極
１０６が配置されている。下部電極１０６の上部には，
高圧直流電源１０８に接続された静電チャック１１０が
設けられており，この静電チャック１１０の上面に被処
理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称す
る。）Ｗが載置される。さらに，下部電極１０６上に載
置されたウェハＷの周囲には，絶縁性のフォーカスリン
グ１１２が配置されている。また，下部電極１０６に
は，整合器１１８を介して高周波電源１２０が接続され
ている。
【００１５】また，下部電極１０６の載置面と対向する
処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａ
を備えた上部電極１２２が配置されている。上部電極１
２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が設けら
れている。また，上部電極１２２には，整合器１１９を
介してプラズマ生成高周波電力を出力する高周波電源１
２１が接続されている。また，ガス吐出孔１２２ａに
は，ガス供給管１２４が接続され，さらにそのガス供給
管１２４には，図示の例では第１〜第３分岐管１２６，
１２８，１３０が接続されている。
【００１６】第１分岐管１２６には，開閉バルブ１３２
と流量調整バルブ１３４を介して，Ｎ２を供給するガス
供給源１３６が接続されている。また，第２分岐管１２
８には，開閉バルブ１３８と流量調整バルブ１４０を介
して，Ｈ２を供給するガス供給源１４２が接続されてい
る。さらに，第３分岐管１３０には，開閉バルブ１４４
と流量調整バルブ１４６を介して，Ａｒを供給するガス
供給源１４８が接続されている。処理ガスに添加される
不活性ガスは，上記Ａｒに限定されず，処理室１０４内
に励起されるプラズマを調整することができるガスであ
ればいかなる不活性ガス（例えばＨｅ，Ｋｒなど）でも
採用することができる。
【００１７】また，処理容器１０２の下方には，不図示
の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されてお
り，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を
所定の減圧雰囲気に維持することができる。
【００１８】（２）ウェハの構成 次に，本実施の形態にかかるエッチング方法によりエッ
チング処理を施すウェハＷの構成について説明する。本
実施の形態で使用するウェハＷは，Ｃｕ膜層上にエッチ
ング対象である層間絶縁膜が形成されている。この層間
絶縁膜は，比誘電率が従来のＳｉＯ２よりも非常に小さ
い，例えばポリオルガノシロキサン架橋ビスベンゾシク
ロブテン樹脂（以下，「ＢＣＢ」と称する。）や，DowC
hemical社製のＳｉＬＫ（商品名）や，以下の示す構造
を有するＦＬＡＲＥ（商品名）などの有機系低誘電率材
料から構成されている。
【００１９】
【化１】
【００２０】また，層間絶縁膜上には，所定のパターン
を有するエッチングマスクが形成されている。このエッ
チングマスクには，例えば，フォトレジスト膜層から成
るマスクや，ＳｉＯ２膜層とフォトレジスト膜層とから
成るマスクを採用することができる。
【００２１】次に，上述したエッチング装置１００を用
いて，本実施の形態にかかるエッチング方法によりウェ
ハＷにコンタクトホールを形成する場合のエッチング工
程について説明する。まず，予め所定温度に調整された
下部電極１０６上にウェハＷを載置し，該ウェハＷの温
度を処理に応じて２０℃〜６０℃程度に維持する。次い
で，本実施の形態にかかる処理ガス，すなわちＮ２とＨ
２とＡｒの混合ガスを，ガス供給管１２４に介挿された
流量調整バルブ１３４，１４０，１４６により上記各ガ
スの流量を調整しながら処理室１０４内に導入する。こ
の際，処理室１０４内の圧力雰囲気が実質的に５００ｍ
Ｔｏｒｒ以上，好ましくは，実質的に５００ｍＴｏｒｒ
〜８００ｍＴｏｒｒになるように，処理室１０４内を真
空引きする。
【００２２】次いで，下部電極１０６に対して，例えば
周波数が１３．５６ＭＨｚで，電力が６００Ｗ〜１４０
０Ｗの高周波電力を印加する。また，上部電極１２２に
対して，例えば周波数が６０ＭＨｚで，電力が６００Ｗ
〜１４００Ｗの高周波電力を印加する。これにより，処
理室１０２内に高密度プラズマが生成され，かかるプラ
ズマによってウェハＷの有機系低誘電率材料からなる層
間絶縁層に，所定形状のコンタクトホールが形成され
る。
【００２３】本実施の形態は，以上のように構成されて
おり，処理ガスは，少なくとも窒素原子含有気体と水素
原子含有気体とを含み，真空処理室内の圧力は実質的に
５００ｍＴｏｒｒ以上であるので，エッチストッパを用
いることなく，マイクロトレンチングを防ぐことができ
る。また，上記処理ガスを採用すれば，マスク選択比を
高めることができる。
【００２４】さらに，処理ガスの構成として，Ｎ２やＨ
２を採用したので，取扱いが容易であるとともに，大気
中に放出されても地球の温暖化の原因となり難い。さら
に，Ｎ２やＨ２は安価であるため，処理コストが上昇す
ることがない。さらにまた，処理ガスにＡｒを含むよう
にしたので，エッチング条件を容易に制御できるため，
形状制御を容易に行うことができる。さらにまた，処理
ガスにＯ２を添加しなくても，所定のエッチング処理を
行うことができるので，処理時にＣｕ層膜が酸化するの
を防止できる。このため，Ｃｕ層膜上に酸化防止膜を形
成する必要がなく，被処理体の厚みを相対的に薄くする
ことができる。
【００２５】
【実施例】次に，図２〜図５を参照しながら本発明にか
かるエッチング方法の実施例について説明する。なお，
後述する実施例１〜実施例２は，上記実施の形態で説明
したエッチング装置１００を用いて，ウェハＷの層間絶
縁膜にコンタクトホールを形成したものであるので，上
記エッチング装置１００及びウェハＷと略同一の機能及
び構成を有する構成要素については，同一の符号を付す
ることにより重複説明を省略する。また，エッチングプ
ロセス条件は，以下で特に示さない限り，上述した実施
の形態と略同一に設定されている。
【００２６】（Ａ）実施例１（処理室内の圧力雰囲気の
変化） まず，図２を参照しながら，処理室１０４内の圧力雰囲
気を変化させた場合の実施例１（ａ）〜実施例１（ｃ）
について説明する。本実施例１（ａ）〜実施例１（ｃ）
は，次の表に示す条件に基づいてエッチング処理を行
い，上述したウェハＷの層間絶縁膜にコンタクトホール
を形成した。なお，表及び図面において，ウェハＷの中
央部をセンターと表記し，ウェハＷの端部をエッジと表
記し，ウェハＷの中央部と端部の中間部をミドルと表記
する。また，トレンチングとは，コンタクトホールの略
中央部のエッチング深さに対するコンタクトホールの端
部のエッチング深さの比を表しており，この値が大きい
ほどコンタクトホールの形状に悪影響を与えるマイクロ
トレンチングが形成されていることを表す。
【００２７】
【表１】
【００２８】その結果，実施例１（ｂ），（ｃ）では，
同表及び図２（ｂ），（ｃ）に示すように，エッチング
レートを低下させることなく良好な形状のコンタクトホ
ールを形成することができた。これに対して，実施例１
（ａ）では，同表及び図２（ａ）に示すように，コンタ
クトホールにマイクロトレンチングが生じた。
【００２９】（Ｂ）実施例２（処理室内の圧力雰囲気の
変化） 次いで，図３を参照しながら，処理室１０４内の圧力雰
囲気を変化させた場合の実施例２（ａ）〜実施例２
（ｃ）について説明する。本実施例は，実施例１と同様
の条件で，形成されるコンタクトホールの幅を変えたも
のである。本実施例２（ａ）〜実施例２（ｃ）は，次の
表に示す条件に基づいてエッチング処理を行い，上述し
たウェハＷの層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し
た。
【００３０】
【表２】
【００３１】その結果，実施例２（ｂ），（ｃ）では，
同表及び図３（ｂ），（ｃ）に示すように，エッチング
レートを低下させることなく良好な形状のコンタクトホ
ールを形成することができた。これに対して，実施例２
（ａ）では，同表及び図３（ａ）に示すように，コンタ
クトホールにマイクロトレンチングが生じた。本実施例
の結果から，処理室内の圧力を所定の圧力に設定すれ
ば，コンタクトホールの幅を変えた場合であっても，良
好な形状のコンタクトホールを形成できることが分か
る。
【００３２】（Ｃ）実施例３（Ｎ２とＨ２の流量変化） 次に，図４を参照しながら，後述するエッチング装置２
００を用いて，処理ガスを構成するＮ２とＨ２の流量を
変化させた場合の実施例３について説明する。まず，図
４を参照しながら，エッチング装置２００の構成につい
て説明する。同図に示すエッチング装置２００の処理容
器２０２内には，処理室２０４が形成されており，この
処理室２０４内には，上下動自在なサセプタを構成する
下部電極２０６が配置されている。下部電極２０６の上
部には，高圧直流電源２０８に接続された静電チャック
２１０が設けられており，この静電チャック２１０の上
面にウェハＷが載置される。さらに，下部電極２０６上
に載置されたウェハＷの周囲には，絶縁性のフォーカス
リング２１２が配置されている。また，下部電極２０６
には，整合器２２０を介してプラズマ生成用高周波電力
を出力する高周波電源２２０が接続されている。
【００３３】また，下部電極２０６の載置面と対抗する
処理室２０４の天井部には，多数のガス吐出孔２２２ａ
を備えた上部電極２２２が配置されており，図示の例で
は，上部電極２２２は，処理容器２０２の一部を成して
いる。また，ガス吐出孔２２２ａには，上記エッチング
装置１００と同様に，ガス供給管２２４が接続され，さ
らにそのガス供給管２２４には，図示の例では第１，第
２分岐管２２４，２２８が接続されている。
【００３４】第１分岐管２２６には，開閉バルブ２３２
と流量調整バルブ２３４を介して，Ｎ２を供給するガス
供給源２３６が接続されている。また，第２分岐管２２
８には，開閉バルブ２３８と流量調整バルブ２４０を介
して，Ｈ２を供給するガス供給源２４２が接続されてい
る。なお，上記エッチング装置１００と同様に，Ａｒ等
の不活性ガスを供給するように，第３分岐管を備えるよ
うにしてもよい。
【００３５】また，処理容器２０２の下方には，上記エ
ッチング装置１００と同様に，排気管１５０が接続され
ている。さらに，処理室２０４の外部には，処理容器２
０２の外部側壁を囲うように磁石２３８が配置されてお
り，この磁石２３８によって上部電極２２２と下部電極
２０６との間のプラズマ領域に回転磁界が形成される。
【００３６】そして，本実施例３（ａ）〜実施例３
（ｄ）は，次の表に示す条件に基づいてエッチング処理
を行い，上述したウェハＷの層間絶縁膜にコンタクトホ
ールを形成した。
【００３７】
【表３】
【００３８】その結果，実施例３（ａ）〜実施例３
（ｄ）では，同表及び図５に示すように，いずれの流量
の場合でも良好な形状のコンタクトホールを形成するこ
とができた。本実施例の結果から，処理室内の圧力雰囲
気を所定の圧力に設定すれば，Ｎ ２とＨ２の流量を変化
させた場合であっても，良好な形状のコンタクトホール
を形成できることが分かる。
【００３９】以上，添付図面を参照しながら本発明にか
かるエッチング方法の好適な実施形態及び実施例につい
て説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業
者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の
範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得る
ことは明らかであり，それらについても当然に本発明の
技術的範囲に属するものと了解される。
【００４０】例えば，上記実施の形態において，Ｎ２と
Ｈ２の混合ガス，あるいは，Ｎ２とＨ２とＡｒの混合ガ
スを処理ガスとして採用した構成を例に挙げて説明した
が，本発明はかかる構成に限定されるものではない。例
えば，Ｎ２とＨ２とＡｒの混合ガスにさらにＯ２や不活
性ガスなどの各種ガスを添加しても，本発明を実施する
ことができる。すなわち，処理ガス中に少なくとも窒素
原子含有気体と水素原子含有気体が含まれていれば，本
発明を実施することが可能である。
【００４１】また，上記実施の形態および実施例におい
て，平行平板型エッチング装置と，処理室内に磁界を形
成するエッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明
はかかる構成に限定されるものではなく，静電シールド
を設けた誘導結合型のエッチング装置や，マイクロ波型
エッチング装置などの各種プラズマエッチング装置に
も，本発明を適用することができる。
【００４２】さらに，上記実施の形態において，ウェハ
に形成された有機系低誘電率材料から成る層間絶縁膜に
コンタクトホールを形成する構成を例に挙げて説明した
が，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，被
処理体に形成された層間絶縁膜にいかなるエッチング処
理を施す場合にも適用することができる。
【００４３】
【発明の効果】本発明によれば，エッチストッパを用い
ることなく，マイクロトレンチングを防ぐことができ
る。また，マスク選択比を高めることができる。
【００４４】また特に請求項３に記載の発明によれば，
処理ガスの取り扱いが容易であるとともに，処理ガスが
大気中に放出されても温暖化の原因となり難い。さら
に，処理コストが上昇することがない。
【００４５】さらにまた請求項４に記載の発明によれ
ば，エッチング条件を容易に制御できるため，溝の形状
制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略
的な断面図である。
【図２】本発明の実施例１を説明するための概略的な説
明図である。
【図３】本発明の実施例２を説明するための概略的な説
明図である。
【図４】本発明を適用可能な他のエッチング装置を示す
概略的な断面図である。
【図５】本発明の実施例３を説明するための概略的な説
明図である。
【符号の説明】
１００ エッチング装置 １０２ 処理容器 １０４ 処理室 １０６ 下部電極 １０８ 高圧電流電源 １１０ 静電チャック １１２ フォーカスリング １１８ 整合器 １１９ 整合器 １２０ 高周波電源 １２１ 高周波電源 １２２ 上部電極 １２２ａ ガス供給孔 １２３ 絶縁体 １２４ ガス供給管 １２６，１２８，１３０ 分岐管（第１分岐管，第２分
岐管，第３分岐管） １３２，１３８，１４４ 開閉バルブ １３４，１４０，１４６ 流量調整バルブ １３６，１４２，１４８ ガス供給源 １５０ 排気管 Ｗ ウェハ
フロントページの続き (72)発明者 内藤 和香子 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 (72)発明者 稲沢 剛一郎 山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１ 東京エレクトロン山梨株式会社内 Ｆターム(参考） 4K057 DA13 DA18 DB20 DD08 DE14 DE15 DE20 DG13 DM05 DM08 DM33 DN01 5F004 AA05 AA16 BA04 BA09 BB11 BB13 BB18 BB23 BB28 CA02 DA00 DA23 DA24 DA25 DB23 EB01 EB03

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 気密な処理室内に処理ガスを導入し，前
    記処理室内に配置された被処理体に形成された有機層膜
    に対するエッチング方法において：前記処理ガスは少な
    くとも窒素原子含有気体と水素原子含有気体とを含み，
    前記真空処理室内の圧力は実質的に５００ｍＴｏｒｒ以
    上であることを特徴とする，エッチング方法。
  2. 【請求項２】 前記真空処理室内の圧力は実質的に５０
    ０ｍＴｏｒｒ〜８００ｍＴｏｒｒであることを特徴とす
    る，請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 【請求項３】 前記窒素原子含有気体はＮ２であり，前
    記水素原子含有気体はＨ２であることを特徴とする，請
    求項１または２に記載のエッチング方法
  4. 【請求項４】 前記処理ガスは，Ａｒをさらに含むこと
    を特徴とする，請求項１，２または３のいずれかに記載
    のエッチング方法。
  5. 【請求項５】 前記有機層膜に対するエッチングは，前
    記有機層膜の途中でエッチングを停止させることを特徴
    とする，請求項１，２，３または４のいずれかに記載の
    エッチング方法。
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