JP2002083798A - 表面処理方法 - Google Patents

表面処理方法

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JP2002083798A
JP2002083798A JP2000276612A JP2000276612A JP2002083798A JP 2002083798 A JP2002083798 A JP 2002083798A JP 2000276612 A JP2000276612 A JP 2000276612A JP 2000276612 A JP2000276612 A JP 2000276612A JP 2002083798 A JP2002083798 A JP 2002083798A
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etching
gas
sioc
wafer
plasma
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JP2000276612A
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Kouichi Nakaune
功一 中宇祢
Takeshi Yoshida
剛 吉田
Hironori Kawahara
博宣 川原
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Hitachi Ltd
Hitachi Plant Technologies Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Industries Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は半導体などの表面処理におい
て、配線の高速化のため配線間絶縁膜として使用される
Low−K膜の一種であるSiOCなどの炭素を含んだ
シリコン酸化膜とパターンを形成するマスクであるレジ
ストとのエッチング速度の比、すなわち選択比をSiO
Cの抜け性を維持した状態で、高くした表面処理方法を
提供することである。 【解決手段】プラズマを用いる表面処理方法で、エッチ
ングガスとして希ガスとフルオロカーボン系ガスの混合
ガスに添加ガスとしてCOを添加し、SiOCにエッチ
ストップを発生さすこと無く、対マスク高選択比エッチ
ングを可能とする。 【効果】通常のシリコン酸化膜のエッチングガスに添加
ガスとしてCOを添加した。この効果により、できるだ
け高い選択比を保ちつつ抜け性を維持したままSiOC
膜のエッチングが実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子の表面処
理装置及び方法にかかわり、特にプラズマを用いて半導
体表面のエッチングを行う方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子のエッチングや成膜に現在広
く用いられている装置は、プラズマを利用する装置であ
る。本発明はこのようなプラズマを利用した装置に広く
応用できるものであるが、ここではそのうちの一つであ
るECR(電子サイクロトロン共鳴)方式と呼ばれてい
る装置を例に取り従来技術を説明する。この方式では、
外部より磁場を印加した真空容器中でマイクロ波により
プラズマを発生させる。試料に入射するイオンを加速す
るために試料にはバイアス電圧が印加される。エッチン
グのほかに膜の堆積などにもこの装置は使われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年の半導体素子で
は、高速,高集積化に伴い、配線の信号遅延の問題が重
要視されるようになってきている。このことから、配線
間容量を低減することを目的とし、低誘電率(Low−
K)膜が層間絶縁膜として採用されつつある。そのLo
w−K材料の一つとしてシリコン酸化膜中に炭素を含ん
だSiOC膜がある。本膜は酸化膜を加工する際に一般
的に使用するガス、C58等のフルオロカーボン系のガ
スと酸素及びアルゴン(希ガス)の混合ガスによりエッ
チングをおこなった場合、膜中に炭素を含むためエッチ
ングの途中でエッチングの進行が止まってしまう現象で
あるエッチストップ21が発生し易い。そのため、エッ
チストップを防ぐために通常のシリコン酸化膜のエッチ
ングより多くの酸素が必要となる。その結果、SiOC
膜をエッチングする際にパターン形成のためのマスクと
なるレジストのエッチング速度の増加により削れ量20
が増大し、SiOC膜とレジストとのエッチング速度の
比である選択比が低下してしまう問題がある。
【0004】本発明の目的は、上記課題を解決して、S
iOCなどの有機シリコン酸化膜とレジストのエッチン
グ速度の比となる選択比をできるだけ高くし、且つエッ
チングの進行が途中で止まる現象であるエッチストップ
を発生させずにSiOC膜を加工する表面処理方法を提
供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】希ガスとフルオロカーボ
ン系ガスの混合ガスに、添加ガスとして一酸化炭素を用
い、エッチストップを発生させずにマスク材であるレジ
ストとの選択比を高くした状態でエッチングすることが
できる。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例について説明す
る。
【0007】図1は、本発明を適用したプラズマエッチ
ング装置の模式図であり、電子サイクロトロン共鳴を応
用したプラズマ処理装置である。真空容器であるエッチ
ング室1の周囲に電子サイクロトロン共鳴(ECR)用
磁場を発生するためにコイル2が設置されている。エッ
チング用ガスは、マスフローコントローラ3を介しガス
源に接続されたガス供給管4を通して供給され、直径が
0.4ないし0.5mm程度の微細な穴5が数100個程度
設けられたシリコンあるいはガラス状炭素からなるガス
供給板6からエッチング室1に導入される。ガス供給板
6の上方にはUHF帯のマイクロ波を放射する円盤状の
アンテナ7が設けられ、アンテナ7へのマイクロ波は電
源8からマッチング回路9,導入軸10を通して給電さ
れる。マイクロ波はアンテナ7の周囲から放射されると
ともに、アンテナ7の上方の空間での共振電界が誘電体
11を通ってエッチング室内に導入される。マイクロ波
の周波数は、プラズマの電子温度を0.25eV から1
eVの低温度にできる帯域が選定されていて、300M
Hzから1GHzの範囲である。本実施例では450M
Hz付近の周波数帯を使用した。また、誘電体11とし
ては、石英やアルミナが使用できるし、ポリイミドなど
の耐熱性ポリマーで誘電損失が小さいものが使用でき
る。
【0008】ガス供給板6の下方にはウエハ載置電極1
2が設けられ、ウエハ13が静電吸着により支持(静電
吸着用電源は図示せず)されている。ウエハ13にプラ
ズマ中のイオンを引き込むため、高周波電源14からウ
エハ載置電極12に高周波バイアスが印加される。
【0009】また、アンテナ7、およびエッチング室内
壁15は温度調節されている。図示していない温度調節
器から冷媒を内壁15に導入して温度調節され、内壁1
5は一定の温度に保持されている。本実施例では30〜
80℃に設定した。
【0010】エッチング室1に直結接続された真空室に
は、排気速度が2000から30000L/s程度のターボ
分子ポンプが設置されている。また、図には示していな
いが、ターボ分子ポンプの開口部には排気速度調整用の
コンダクタンスバルブが設置され、エッチングに適した
流量と圧力を達成するために排気速度が調節される。さ
らに、大気開放時などにターボ分子ポンプを隔離するた
めにストップバルブも設けられている。
【0011】次に、本発明のプラズマエッチング装置を
用いたSiOCエッチングの一実施例について説明す
る。
【0012】高真空に排気された状態のエッチング室1
に、図には示していないが、搬送室から搬送アームによ
ってウエハが搬入され、ウエハ載置電極12の上に受け
渡される。搬送アームが後退してエッチング室1と搬送
室間のバルブが閉じられた後、ウエハ載置電極12が上
昇して、エッチングに適した位置で停止する。本一実施
例の場合は、ウエハ13とガス導入板6との距離(電極
間距離)を30mmから100mmとした。
【0013】エッチングガスとして、アルゴン,C
58,酸素の混合ガスを使用し、それぞれの流量100
0,15,40sccmを導入した。ここに添加ガスとして
一酸化炭素(CO)を添加した。圧力は2Paである。
UHFマイクロ波電源の出力を600Wとし、ウエハへ
のバイアス電源14の出力を2kWとした。コイル2に
電流を印加し、UHFマイクロ波450MHzの共鳴磁
場0.016T をガス供給板6とウエハ載置電極12
(すなわちウエハ13)の間に発生させた。次にマイクロ
波電源8を動作させた。電子サイクロトロン共鳴によ
り、磁場強度0.016TのECR領域に強いプラズマが発
生する。
【0014】エッチング特性の均一化を図る上で、ウエ
ハ13の表面における入射イオン密度を均一にする必要
があるが、ECR位置を磁場コイル2で自由に調節する
ことができるため、最適なイオン密度分布が得られる。
本一実施例では、ECR領域の形状をウエハ13側に凸
の状態とした。
【0015】プラズマが着火した後に、図には示してい
ないが、高周波電源14に並列に接続された直流電源か
ら高電圧がウエハ載置電極12に印加され、ウエハ13
はウエハ載置電極12に静電吸着される。静電吸着され
たウエハ13の裏面にヘリウムガスが導入され、冷媒に
より温度調節されたウエハ載置電極12のウエハ載置面
とウエハ間でヘリウムガスを介してウエハの温度調節が
行われる。
【0016】次に、高周波電源14を動作させ、ウエハ
載置電極12に高周波バイアスを印加する。これによ
り、ウエハ13にプラズマ中からイオンが垂直に入射す
る。バイアス電圧がウエハ13に印加されると同時に、
エッチングが開始される。所定のエッチング時間でエッ
チングを終了する。あるいは、図示していないが、反応
生成物のプラズマ発光強度変化をモニターし、エッチン
グ終点を判定してエッチング終了時間を求め、適切なオ
ーバーエッチングを実施した後、エッチングを終了す
る。エッチングの終了は、高周波バイアス電圧の印加を
停止したときである。これと同時に、エッチングガスの
供給も停止する。
【0017】次に、静電吸着したウエハ13をウエハ載
置電極12から脱着する工程が必要であり、除電ガスと
してアルゴンや実際にエッチングに使用するガス種など
が使用される。静電吸着電圧の供給を停止して給電ライ
ンをアースに接続した後、マイクロ波の放電を維持しな
がら10秒間程度の除電時間を設ける。これにより、ウ
エハ13上の電荷がプラズマを介してアースに除去さ
れ、ウエハ13が容易に脱着できるようになる。除電工
程が終了すると、除電ガスの供給停止とともにマイクロ
波の供給も停止される。さらには、コイル2への電流供
給も停止する。また、ウエハ載置電極12の高さを、ウ
エハ受け渡し位置まで下降させる。
【0018】この後しばらくの間、エッチング室1を高
真空まで排気する。高真空排気が完了した時点で、搬送
室間のバルブを開け、搬送アームを挿入してウエハ13
を受け取り、搬出する。次のエッチングがある場合は、
新しいウエハを搬入し、再び上述の手順に従ってエッチ
ングが実施される。
【0019】以上で、エッチング工程の代表的な流れを
説明した。
【0020】次に、添加ガスであるCOの添加効果につ
いて簡単に説明する。図2は、添加ガスの一例であるC
Oの添加量とマスク材であるレジストのエッチング速度
16、及び被エッチング材であるSiOCの最大エッチ
ング量17の関係を示す図である。添加ガスCOの増加
とともにレジストのエッチング速度は減少していくが、
逆に被エッチング材であるSiOCはエッチストップす
ることなくエッチングが進行するようになる。
【0021】本一実施例でのCO添加量は、アルゴン,
58,酸素流量1000,15,40sccmの混合ガス
に対して0,100,200sccmと変化させた。この条
件でCO添加量0(図3b),100(c),200
(d)sccmと増加するに従い、図3のようにSiOCの
最大エッチ量も増加していき抜け性が増加するが、レジ
ストの削れ量は減少傾向となる。
【0022】なお、本一実施例では、UHF型ECRプ
ラズマエッチング装置を用いた場合を前提に説明した
が、他のプラズマ源でも何等問題はなく、UHF型EC
Rプラズマエッチング装置に限定されるものではない。
したがって、マイクロ波以外の誘導型プラズマ装置でも
本発明を適用することができる。
【0023】また、側壁の温度調節は冷媒による例を示
したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水冷
や気体による強制冷却、あるいはヒーターの使用、赤外
線を使用するランプ加熱などでも良い。
【0024】以上のことにより、本発明では、一般的な
酸化膜エッチングガスとCO添加ガスの効果でマスクで
あるレジストとの選択比を低下さすことなく、エッチス
トップが発生しにくくなる、すなわち抜け性が向上する
エッチングが可能となる。
【0025】
【発明の効果】以上のように本発明により、SiOCな
どの有機シリコン酸化膜をマスクであるレジストに対し
て高い選択比で、なおかつ抜け性を維持したエッチング
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適応する装置の全体構成図である。
【図2】堆積性ガスの添加量の違いによるレジストのエ
ッチング速度、及びSiOC膜の最大エッチング量の関
係図である。
【図3】堆積性ガスの添加量の違いによるエッチング形
状の断面図である。
【符号の説明】
1…エッチング室、2…コイル、3…マスフローコント
ローラ、4…ガス供給管、5…ガス供給穴、6…ガス供
給板、7…アンテナ、8…マイクロ波電源、9…マッチ
ング回路、10…高周波導入軸、11…誘電体、12…
ウエハ載置電極、13…ウエハ、14…高周波電源、1
5…エッチング室内壁、16、17…特性曲線、18…
レジストマスク、19…SiOC、20…レジストの削
れ量、21…エッチストップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 剛 山口県下松市大字東豊井794番地 日立テ クノエンジニアリング株式会社笠戸事業所 内 (72)発明者 川原 博宣 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸事業所内 Fターム(参考) 5F004 AA05 BA14 BB11 BB22 CA09 CB02 DA00 DA23 DA26 DB00 EB03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素を含むシリコン酸化膜(以下、有機シ
    リコン酸化膜と呼ぶ)をプラズマエッチングする方法に
    おいて、フルオロカーボン系ガスに炭素と酸素を構成元
    素として含むガスを添加することを特徴とする表面処理
    方法。
  2. 【請求項2】請求項1記載の表面処理方法において、フ
    ルオロカーボン系ガスと炭素と酸素を構成元素として含
    むガスの比率が1:2から1:20の間であることを特
    徴とする表面処理方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載の表面処理方法において、炭
    素と酸素を構成元素として含むガスが、CO,CO2
    うち、どちらかであることを特徴とする表面処理方法。
  4. 【請求項4】請求項1記載の表面処理方法において、希
    ガスを添加することを特徴とする表面処理方法。
  5. 【請求項5】請求項1記載の表面処理方法において、酸
    素を添加することを特徴とする表面処理方法。
  6. 【請求項6】請求項1記載の表面処理方法において、処
    理圧力が0.5 から6Paであることを特徴とする表面
    処理方法。
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Cited By (4)

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