JP2002522922A - 水素窒素プラズマを用いた低容量誘電体層のエッチング - Google Patents
水素窒素プラズマを用いた低容量誘電体層のエッチングInfo
- Publication number
- JP2002522922A JP2002522922A JP2000565564A JP2000565564A JP2002522922A JP 2002522922 A JP2002522922 A JP 2002522922A JP 2000565564 A JP2000565564 A JP 2000565564A JP 2000565564 A JP2000565564 A JP 2000565564A JP 2002522922 A JP2002522922 A JP 2002522922A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- etching
- processing chamber
- hard mask
- low
- plasma processing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000005530 etching Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 46
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 32
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 28
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 26
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 26
- NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N fluoromethane Chemical compound FC NBVXSUQYWXRMNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 31
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 9
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 claims description 9
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 7
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 abstract description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 abstract 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 12
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 241000894007 species Species 0.000 description 10
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000112 cooling gas Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005247 gettering Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 2
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 101150042515 DA26 gene Proteins 0.000 description 1
- 241000435122 Echinopsis terscheckii Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000013022 venting Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
- H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
- H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
- H01L21/76801—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing
- H01L21/76802—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics characterised by the formation and the after-treatment of the dielectrics, e.g. smoothing by forming openings in dielectrics
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
- H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
- H01L21/3105—After-treatment
- H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
- H01L21/31127—Etching organic layers
- H01L21/31133—Etching organic layers by chemical means
- H01L21/31138—Etching organic layers by chemical means by dry-etching
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマ処理チャンバにおいて、低容量誘電体層をエッチングするための方法。
【解決手段】 低容量誘電体層は、好ましくは、ｐａｒｙｌｅｎｅ、ＢＣＢ、ＳＩＬＫのような有機材料であり、基板上において、ハードマスク層の下に配置される。この方法は、Ｎ2 およびＨ2 を含み、オプションとして酸素含有ガスが添加されたエッチング化学物質をプラズマ処理チャンバに流入させる工程と、エッチング化学物質からプラズマを生成する工程とを含む。また、この方法は、炭化フッ素化学物質を用いて同じチャンバ内でパターン形成される、ハードマスク層の開口部を通じて低容量誘電体層をエッチングする工程を含む。
Description
【０００１】
本発明は、半導体集積回路（ＩＣ）の製造に関し、特に、ＩＣ製造中に、低容
量誘電体層を含むＩＣ層スタックをエッチングするための改良技術に関する。
量誘電体層を含むＩＣ層スタックをエッチングするための改良技術に関する。
【０００２】 特定の半導体集積回路の製造において、形成されるデバイスの容量を減らし、
電気的性能を向上させるために、誘電体層の材料として低誘電率（低Ｋ）材料が
利用される場合がある。誘電体層においては、誘電体層を通じた金属の相互接続
を形成するために、通常、誘電体層にバイアまたはトレンチをエッチングする必
要がある。本発明は、低容量誘電体層にバイア／トレンチを形成するプロセスに
向けられている。
電気的性能を向上させるために、誘電体層の材料として低誘電率（低Ｋ）材料が
利用される場合がある。誘電体層においては、誘電体層を通じた金属の相互接続
を形成するために、通常、誘電体層にバイアまたはトレンチをエッチングする必
要がある。本発明は、低容量誘電体層にバイア／トレンチを形成するプロセスに
向けられている。
【０００３】 説明を容易にするために、図１は、典型的な層スタック１００を示している。
層スタック１００は、フォトレジスト層１０２と、ハードマスク層１０４と、低
容量誘電体層１０６と、エッチング停止層１０８とを含む。エッチング停止層１
０８は、例えば、デュアルダマシン処理のためのエッチング停止層であり、通常
、ＴｉＮや、ＳｉＮ、ＴＥＯＳなどの適切なエッチング停止材料で形成される。
低容量誘電体層１０６は、ダウ・ケミカルのＳＩＬＫや、アライド・シグナルの
Ｆｌａｒｅ、ダウ・ケミカルのＢＣＢ、ノベルスのＰａｒｙｌｅｎｅなどの有機
低Ｋ材料の層である。
層スタック１００は、フォトレジスト層１０２と、ハードマスク層１０４と、低
容量誘電体層１０６と、エッチング停止層１０８とを含む。エッチング停止層１
０８は、例えば、デュアルダマシン処理のためのエッチング停止層であり、通常
、ＴｉＮや、ＳｉＮ、ＴＥＯＳなどの適切なエッチング停止材料で形成される。
低容量誘電体層１０６は、ダウ・ケミカルのＳＩＬＫや、アライド・シグナルの
Ｆｌａｒｅ、ダウ・ケミカルのＢＣＢ、ノベルスのＰａｒｙｌｅｎｅなどの有機
低Ｋ材料の層である。
【０００４】 低容量誘電体層１０６の上には、図示するように、ハードマスク層１０４が配
置されている。ハードマスク層１０４は、通常、ＳｉＮや、ＳｉＯＮ（シリコン
酸窒化物）、ＴＥＯＳなどの材料で形成される。ハードマスク層１０４は、低容
量誘電体層１０６にバイア／トレンチをエッチングするために利用されるマスキ
ング層である。ハードマスク層が利用されるのは、低容量誘電体層１０６の有機
低Ｋ材料をエッチングする場合には、通常、フォトレジスト層がマスキング材料
として有効でないためである。これは、フォトレジスト材料と有機低Ｋ材料とが
、同様の化学特性を有し、同様のエッチング化学物質を必要とし、および／また
は、同様のエッチング速度を有する傾向にあるためである。ハードマスク層１０
４からハードマスクのパターン形成を行うために、フォトレジスト層１０２が設
けられる。フォトレジスト層１０２は、例えば、ディープＵＶの層または従来の
フォトレジスト材料の層である。
置されている。ハードマスク層１０４は、通常、ＳｉＮや、ＳｉＯＮ（シリコン
酸窒化物）、ＴＥＯＳなどの材料で形成される。ハードマスク層１０４は、低容
量誘電体層１０６にバイア／トレンチをエッチングするために利用されるマスキ
ング層である。ハードマスク層が利用されるのは、低容量誘電体層１０６の有機
低Ｋ材料をエッチングする場合には、通常、フォトレジスト層がマスキング材料
として有効でないためである。これは、フォトレジスト材料と有機低Ｋ材料とが
、同様の化学特性を有し、同様のエッチング化学物質を必要とし、および／また
は、同様のエッチング速度を有する傾向にあるためである。ハードマスク層１０
４からハードマスクのパターン形成を行うために、フォトレジスト層１０２が設
けられる。フォトレジスト層１０２は、例えば、ディープＵＶの層または従来の
フォトレジスト材料の層である。
【０００５】 図２では、フォトレジスト層１０２は、従来のパターン形成処理を用いてパタ
ーン形成される。フォトレジスト層１０２のパターン形成によって、開口部２０
２が形成され、これを通じて、後のハードマスクエッチング処理において、ハー
ドマスク層１０４がエッチングされる。
ーン形成される。フォトレジスト層１０２のパターン形成によって、開口部２０
２が形成され、これを通じて、後のハードマスクエッチング処理において、ハー
ドマスク層１０４がエッチングされる。
【０００６】 図３では、ハードマスクのエッチング処理が実行され、開口部２０２はハード
マスク層１０４を通じて延長される。一例において、ハードマスク層１０４は、
ＴＥＯＳ層であり、ハードマスクエッチング処理は、Ａｒ／Ｃ4Ｆ8／Ｃ2Ｆ6／Ｏ 2 などの適切なＴＥＯＳエッチング化学物質、または、従来のＴＥＯＳエッチン
グ物質を用いて、プラズマ処理リアクタ内で実行される。
マスク層１０４を通じて延長される。一例において、ハードマスク層１０４は、
ＴＥＯＳ層であり、ハードマスクエッチング処理は、Ａｒ／Ｃ4Ｆ8／Ｃ2Ｆ6／Ｏ 2 などの適切なＴＥＯＳエッチング化学物質、または、従来のＴＥＯＳエッチン
グ物質を用いて、プラズマ処理リアクタ内で実行される。
【０００７】 図４では、低容量誘電体層１０６がエッチングされている。低容量誘電体層１
０６のエッチングは、通常、プラズマ処理リアクタ内で実行される。従来技術に
おいて、低容量誘電体層１０６は、通常、酸素含有ガス（例えば、Ｏ2 、ＣＯ、
ＣＯ2 など）を用いてエッチングされる。低容量誘電性材料をエッチングするた
めに利用されるエッチングガスには、Ｎ2 またはＡｒなどの希釈物質が添加され
る。後に簡単に説明する理由のために、通常は、炭化フッ素ガス等の不活性化剤
もエッチング化学物質に添加される。
０６のエッチングは、通常、プラズマ処理リアクタ内で実行される。従来技術に
おいて、低容量誘電体層１０６は、通常、酸素含有ガス（例えば、Ｏ2 、ＣＯ、
ＣＯ2 など）を用いてエッチングされる。低容量誘電性材料をエッチングするた
めに利用されるエッチングガスには、Ｎ2 またはＡｒなどの希釈物質が添加され
る。後に簡単に説明する理由のために、通常は、炭化フッ素ガス等の不活性化剤
もエッチング化学物質に添加される。
【０００８】 周知のように、低容量誘電体層１０６をエッチングするのに利用される酸素種
は、等方性にエッチングする傾向を有しており、開口部２０２の側壁を、望まし
い垂直な側壁形状に維持せずに、湾曲させる。図５は、エッチングが低容量誘電
体層１０６を通じて等方性に進む場合に発生する湾曲した側壁を示している。ウ
エハ全体でのエッチングの不均一性を補うためにオーバエッチングが必要な場合
には、この湾曲効果は悪化する。この湾曲効果は、形状の制御を低下させ、後の
処理（例えば、金属充填）において、障害を引き起こす。
は、等方性にエッチングする傾向を有しており、開口部２０２の側壁を、望まし
い垂直な側壁形状に維持せずに、湾曲させる。図５は、エッチングが低容量誘電
体層１０６を通じて等方性に進む場合に発生する湾曲した側壁を示している。ウ
エハ全体でのエッチングの不均一性を補うためにオーバエッチングが必要な場合
には、この湾曲効果は悪化する。この湾曲効果は、形状の制御を低下させ、後の
処理（例えば、金属充填）において、障害を引き起こす。
【０００９】 形状の制御を維持し、上記の側壁の湾曲化の問題を防止するために、従来技術
では、通常、酸素含有ガスに加えて不活性化剤を利用する。通常、この不活性化
剤は、Ｃ4Ｆ8、Ｃ2ＨＦ5、ＣＨ2Ｆ2などの炭化フッ素である。炭化フッ素不活性
化剤の添加は、垂直な側壁形状の維持に役立つが、最初にフォトレジストに、そ
の後ハードマスクに、ファセットを作る傾向があり、低容量誘電体層１０６のエ
ッチングが進むにつれて、順に開口部２０２を拡大する。
では、通常、酸素含有ガスに加えて不活性化剤を利用する。通常、この不活性化
剤は、Ｃ4Ｆ8、Ｃ2ＨＦ5、ＣＨ2Ｆ2などの炭化フッ素である。炭化フッ素不活性
化剤の添加は、垂直な側壁形状の維持に役立つが、最初にフォトレジストに、そ
の後ハードマスクに、ファセットを作る傾向があり、低容量誘電体層１０６のエ
ッチングが進むにつれて、順に開口部２０２を拡大する。
【００１０】 詳細には、低容量誘電体層をエッチングするために利用される酸素種は、上に
重なるフォトレジスト層１０２のフォトレジスト材料をも浸食する。その結果、
低容量誘電体層１０６のエッチングが進むにつれ、フォトレジスト層１０２の厚
さが減少する。酸素種はフォトレジスト材料を等方性に浸食するため、フォトレ
ジストマスクは、バイア／トレンチの領域４０２および４０４に後退する。フォ
トレジスト材料が酸素種によって浸食され、フォトレジスト材料が図４の領域４
０２および４０４に後退するにつれ、ハードマスク層１０４のＴＥＯＳハードマ
スク材料が、不活性化の目的で添加された炭化フッ素系エッチング物質に対して
露出する。炭化フッ素は、ＴＥＯＳのエッチング物質であるため、領域４０８お
よび４１０の露出したハードマスク材料は、時間が経つにつれエッチングされ、
ハードマスク層１０４の開口部の拡大を引き起こす。ハードマスク層１０４の開
口部の拡大により、次は、低容量誘電体層１０６を通じてエッチングされるバイ
ア／トレンチが拡大する。この拡大により、バイア／トレンチの重大な寸法が破
壊される。この結果は、図６に示されており、生成されたバイア／トレンチは、
意図したものより大きな断面を有する。
重なるフォトレジスト層１０２のフォトレジスト材料をも浸食する。その結果、
低容量誘電体層１０６のエッチングが進むにつれ、フォトレジスト層１０２の厚
さが減少する。酸素種はフォトレジスト材料を等方性に浸食するため、フォトレ
ジストマスクは、バイア／トレンチの領域４０２および４０４に後退する。フォ
トレジスト材料が酸素種によって浸食され、フォトレジスト材料が図４の領域４
０２および４０４に後退するにつれ、ハードマスク層１０４のＴＥＯＳハードマ
スク材料が、不活性化の目的で添加された炭化フッ素系エッチング物質に対して
露出する。炭化フッ素は、ＴＥＯＳのエッチング物質であるため、領域４０８お
よび４１０の露出したハードマスク材料は、時間が経つにつれエッチングされ、
ハードマスク層１０４の開口部の拡大を引き起こす。ハードマスク層１０４の開
口部の拡大により、次は、低容量誘電体層１０６を通じてエッチングされるバイ
ア／トレンチが拡大する。この拡大により、バイア／トレンチの重大な寸法が破
壊される。この結果は、図６に示されており、生成されたバイア／トレンチは、
意図したものより大きな断面を有する。
【００１１】 炭化フッ素添加物を使用することにより、低容量誘電体層のエッチングに関す
る処理可能範囲も狭くなる。エッチング化学物質への炭化フッ素の添加が多すぎ
る場合には、低容量誘電体層のエッチング速度は大幅に減少し、最終的にはエッ
チングの停止が発生する。炭化フッ素の添加が少なすぎる場合には、望ましい垂
直な側壁形状を維持するための不活性化が不十分となる恐れがある。
る処理可能範囲も狭くなる。エッチング化学物質への炭化フッ素の添加が多すぎ
る場合には、低容量誘電体層のエッチング速度は大幅に減少し、最終的にはエッ
チングの停止が発生する。炭化フッ素の添加が少なすぎる場合には、望ましい垂
直な側壁形状を維持するための不活性化が不十分となる恐れがある。
【００１２】 上述したように、形状制御を維持し、結果として形成されるバイア／トレンチ
の重大な寸法を保護しながら、低容量誘電体層をエッチングするための改善され
た技術が要求されるている。
の重大な寸法を保護しながら、低容量誘電体層をエッチングするための改善され
た技術が要求されるている。
【００１３】
本発明は、一実施形態において、プラズマ処理チャンバ内で低容量誘電体層を
エッチングするための方法に関する。低容量誘電体層は、基板上において、ハー
ドマスク層の下に配置される。この方法は、Ｎ2 およびＨ2 を含むエッチング化
学物質をプラズマ処理チャンバ内に流入させる工程を含む。エッチング化学物質
からプラズマを生成する工程が含まれる。また、この方法は、プラズマ処理チャ
ンバにおいて、プラズマを使用して、ハードマスク層の開口部を通じて低容量誘
電体層をエッチングする工程を含む。
エッチングするための方法に関する。低容量誘電体層は、基板上において、ハー
ドマスク層の下に配置される。この方法は、Ｎ2 およびＨ2 を含むエッチング化
学物質をプラズマ処理チャンバ内に流入させる工程を含む。エッチング化学物質
からプラズマを生成する工程が含まれる。また、この方法は、プラズマ処理チャ
ンバにおいて、プラズマを使用して、ハードマスク層の開口部を通じて低容量誘
電体層をエッチングする工程を含む。
【００１４】 一実施形態において、エッチング化学物質は、さらに、酸素含有ガスを含む。
エッチング化学物質の合計流量に対する酸素含有ガスの流量は、一実施形態にお
いて好ましくは、約５０％未満である。別の実施形態において、プラズマ処理チ
ャンバは、誘導結合プラズマ処理チャンバである。
エッチング化学物質の合計流量に対する酸素含有ガスの流量は、一実施形態にお
いて好ましくは、約５０％未満である。別の実施形態において、プラズマ処理チ
ャンバは、誘導結合プラズマ処理チャンバである。
【００１５】 本発明の上記及びその他の特徴については、本発明の詳細な説明において、添
付の図と併せて、以下で詳細に説明する。
付の図と併せて、以下で詳細に説明する。
【００１６】
本発明は、添付図面に示すいくつかの好適な実施形態に基づき詳細に説明され
る。以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的
な詳細を述べる。しかしながら、当業者にとって、こうした具体的な詳細の一部
または全部がなくとも、本発明を実施し得ることは明白である。また、本発明を
不必要に曖昧にしないため、周知の処理工程および／または構造については説明
を省略する。
る。以下の説明において、本発明の完全な理解を提供するために、多数の具体的
な詳細を述べる。しかしながら、当業者にとって、こうした具体的な詳細の一部
または全部がなくとも、本発明を実施し得ることは明白である。また、本発明を
不必要に曖昧にしないため、周知の処理工程および／または構造については説明
を省略する。
【００１７】 本発明の一態様によれば、低容量誘電体層の有機低容量誘電性材料は、Ｎ2 ／
Ｈ2 を含むエッチング化学物質、および、オプションとして酸素含有ガスを使用
して、プラズマリアクタ内でエッチングされる。Ｈ2 はＦＬＡＲＥなどの低Ｋ材
料を素早くエッチングしないが、通常では低Ｋ材料をエッチングしないＮ2 の添
加により、低Ｋ材料のエッチング速度が大幅に上昇することが観察された。理論
に拘束されることを望んではいないが、Ｎ2 ／Ｈ2 エッチングガスの水素種は、
低Ｋ材料（例えば、ＦＬＡＲＥ）と化学的に反応し、窒素種によって容易にスパ
ッタリングされる副産物を生成すると考えられる。
Ｈ2 を含むエッチング化学物質、および、オプションとして酸素含有ガスを使用
して、プラズマリアクタ内でエッチングされる。Ｈ2 はＦＬＡＲＥなどの低Ｋ材
料を素早くエッチングしないが、通常では低Ｋ材料をエッチングしないＮ2 の添
加により、低Ｋ材料のエッチング速度が大幅に上昇することが観察された。理論
に拘束されることを望んではいないが、Ｎ2 ／Ｈ2 エッチングガスの水素種は、
低Ｋ材料（例えば、ＦＬＡＲＥ）と化学的に反応し、窒素種によって容易にスパ
ッタリングされる副産物を生成すると考えられる。
【００１８】 より重要なことに、低容量誘電体層のエッチングにＮ2 ／Ｈ2 を含むエッチン
グガスを使用することにより、改善されたフォトレジスト選択性が生じ、ハード
マスクの上に配置される保護フォトレジストマスクの寿命が長くなる。従来技術
の図４を参照すると、フォトレジストマスク１０２は、主に酸素を含有するエッ
チング化学物質の使用により、低Ｋエッチング中に、素早くエッチングされる傾
向にある。保護フォトレジストマスクがない場合には、ハードマスクでの大きな
ファセット形成が発生する。改善されたフォトレジスト選択性があれば、ハード
マスクは、上に重なるフォトレジスト材料によって長時間保護される。これによ
り、低Ｋエッチング中におけるハードマスクのファセット形成を低減させること
ができ、ハードマスクの開口部が拡大したときに発生する重大な寸法の劣化を低
減させることができる。
グガスを使用することにより、改善されたフォトレジスト選択性が生じ、ハード
マスクの上に配置される保護フォトレジストマスクの寿命が長くなる。従来技術
の図４を参照すると、フォトレジストマスク１０２は、主に酸素を含有するエッ
チング化学物質の使用により、低Ｋエッチング中に、素早くエッチングされる傾
向にある。保護フォトレジストマスクがない場合には、ハードマスクでの大きな
ファセット形成が発生する。改善されたフォトレジスト選択性があれば、ハード
マスクは、上に重なるフォトレジスト材料によって長時間保護される。これによ
り、低Ｋエッチング中におけるハードマスクのファセット形成を低減させること
ができ、ハードマスクの開口部が拡大したときに発生する重大な寸法の劣化を低
減させることができる。
【００１９】 さらに、実施したエッチングの例において、Ｎ2 ／Ｈ2 を含むエッチング化学
物質の使用が、従来技術の酸素含有／炭化フッ素の組み合わせによって提供され
るものよりも、広い処理可能範囲で異方性エッチングを促進することが観察され
た。理論に拘束されることを望んではいないが、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学
物質によって形成される不活性化は、横方向のエッチングに対する耐久性を大幅
に改善し、低容量誘電体層全体で側壁を垂直に維持することができると考えられ
る。
物質の使用が、従来技術の酸素含有／炭化フッ素の組み合わせによって提供され
るものよりも、広い処理可能範囲で異方性エッチングを促進することが観察され
た。理論に拘束されることを望んではいないが、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学
物質によって形成される不活性化は、横方向のエッチングに対する耐久性を大幅
に改善し、低容量誘電体層全体で側壁を垂直に維持することができると考えられ
る。
【００２０】 Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質の使用は、同じプラズマリアクタにおいて
、炭化フッ素系エッチング物質を使用して先にエッチングされたハードマスクを
有するウエハの低容量誘電体層をエッチングするために利用する場合にも、他の
明白ではない利点を提供する。これは、ハードマスクのエッチングの後、水素種
が、プラズマ処理チャンバ、特に、プラズマ処理チャンバの表面から、反応性フ
ッ素種を除去するゲッタ材料として働くためである。フッ素種はハードマスクを
エッチングするので、プラズマ処理チャンバからのフッ素種の除去が増加すると
、その後の低Ｋ誘電体エッチング中のハードマスク選択性は増加する。ハードマ
スク選択性の増加により、重大な寸法の制御が改善される。また、フッ素種は、
低Ｋ誘電体層のバイア／トレンチの側壁で観察される湾曲化効果の一因になると
考えられる。反応性フッ素種をゲッタリングすることで、Ｎ2 ／Ｈ2 ガスは、エ
ッチングの異方性の改善にも役立つ。
、炭化フッ素系エッチング物質を使用して先にエッチングされたハードマスクを
有するウエハの低容量誘電体層をエッチングするために利用する場合にも、他の
明白ではない利点を提供する。これは、ハードマスクのエッチングの後、水素種
が、プラズマ処理チャンバ、特に、プラズマ処理チャンバの表面から、反応性フ
ッ素種を除去するゲッタ材料として働くためである。フッ素種はハードマスクを
エッチングするので、プラズマ処理チャンバからのフッ素種の除去が増加すると
、その後の低Ｋ誘電体エッチング中のハードマスク選択性は増加する。ハードマ
スク選択性の増加により、重大な寸法の制御が改善される。また、フッ素種は、
低Ｋ誘電体層のバイア／トレンチの側壁で観察される湾曲化効果の一因になると
考えられる。反応性フッ素種をゲッタリングすることで、Ｎ2 ／Ｈ2 ガスは、エ
ッチングの異方性の改善にも役立つ。
【００２１】 本発明の低容量誘電性材料エッチング技術は、任意の最適なプラズマ処理リア
クタにおいて実施可能であり、これには、容量タイプのリアクタと低圧高密度（
例えば、＞１０12イオン／ｃｍ3 ）リアクタとが含まれる。好適な実施形態にお
いて、本発明は、ラム・リサーチ・コーポレーションから入手可能なＴＣＰTM９
１００ＰＴＸプラズマリアクタなどの誘導結合プラズマ処理リアクタで実施され
る。図７は、プラズマ処理チャンバ７０２を含むＴＣＰTM９１００ＰＴＸプラズ
マリアクタの簡略図である。誘電体ウィンドウ７１２は、電極７０４の下に配置
されており、プラズマ処理チャンバ７０２内のプラズマと電極７０４との誘導結
合を可能にする誘電体ウィンドウの役割を果たす。電極７０４は、高周波誘導源
であり、図７の例では、コイルによって実施されている。コイル７０４は、高周
波電源７０８によって、マッチングネットワーク（従来のものであり、簡略化の
ため図７には図示しない）を介して、活性化される。高周波電源７０８の高周波
は、一実施形態において、約１３．５６ＭＨｚに設定され、他の適切な高周波を
利用することも可能である。
クタにおいて実施可能であり、これには、容量タイプのリアクタと低圧高密度（
例えば、＞１０12イオン／ｃｍ3 ）リアクタとが含まれる。好適な実施形態にお
いて、本発明は、ラム・リサーチ・コーポレーションから入手可能なＴＣＰTM９
１００ＰＴＸプラズマリアクタなどの誘導結合プラズマ処理リアクタで実施され
る。図７は、プラズマ処理チャンバ７０２を含むＴＣＰTM９１００ＰＴＸプラズ
マリアクタの簡略図である。誘電体ウィンドウ７１２は、電極７０４の下に配置
されており、プラズマ処理チャンバ７０２内のプラズマと電極７０４との誘導結
合を可能にする誘電体ウィンドウの役割を果たす。電極７０４は、高周波誘導源
であり、図７の例では、コイルによって実施されている。コイル７０４は、高周
波電源７０８によって、マッチングネットワーク（従来のものであり、簡略化の
ため図７には図示しない）を介して、活性化される。高周波電源７０８の高周波
は、一実施形態において、約１３．５６ＭＨｚに設定され、他の適切な高周波を
利用することも可能である。
【００２２】 チャンバ７０２内には、ガス分配プレート７０６が設けられていてもよく、こ
れは、エッチング化学物質などの気体ソース材料を、ガス分配プレート７０６と
ウエハ７５０との間の高周波誘導プラズマ領域に放出する複数の穴を含むことが
好ましい。この気体ソース材料は、チャンバ自体の壁に形成されたポートから放
出することも可能である。ウエハ７５０は、チャンバ７０２内に導入され、チャ
ック７１０上に配置される。チャック７１０は、第２の電極として機能し、高周
波電源７２０によって（通常は、マッチングネットワークを介して）バイアスさ
れることが好ましい。高周波電源７２０の高周波は、一実施形態において約４Ｍ
Ｈｚに設定され、他の適切な高周波を利用することも可能である。ウエハ７５０
は、従来の機械的なクランプ技術または静電クランプ力を利用した技術を用いて
、チャック７２０に固定される。
れは、エッチング化学物質などの気体ソース材料を、ガス分配プレート７０６と
ウエハ７５０との間の高周波誘導プラズマ領域に放出する複数の穴を含むことが
好ましい。この気体ソース材料は、チャンバ自体の壁に形成されたポートから放
出することも可能である。ウエハ７５０は、チャンバ７０２内に導入され、チャ
ック７１０上に配置される。チャック７１０は、第２の電極として機能し、高周
波電源７２０によって（通常は、マッチングネットワークを介して）バイアスさ
れることが好ましい。高周波電源７２０の高周波は、一実施形態において約４Ｍ
Ｈｚに設定され、他の適切な高周波を利用することも可能である。ウエハ７５０
は、従来の機械的なクランプ技術または静電クランプ力を利用した技術を用いて
、チャック７２０に固定される。
【００２３】 ヘリウム冷却ガスが、圧力下において、チャック７１０とウエハ７５０との間
に導入される。ヘリウム冷却ガスは、処理中にウエハの温度を正確に制御して、
均一で反復可能なエッチング結果を確保するための熱伝導媒体として働く。プラ
ズマエッチング中、チャンバ７０２内の圧力は、ポート７６０を介したガスの排
出によって低く保たれることが好ましく、例えば、低Ｋ誘電体エッチング中、約
１ｍＴｏｒｒないし約３０ｍＴｏｒｒの範囲に設定される。
に導入される。ヘリウム冷却ガスは、処理中にウエハの温度を正確に制御して、
均一で反復可能なエッチング結果を確保するための熱伝導媒体として働く。プラ
ズマエッチング中、チャンバ７０２内の圧力は、ポート７６０を介したガスの排
出によって低く保たれることが好ましく、例えば、低Ｋ誘電体エッチング中、約
１ｍＴｏｒｒないし約３０ｍＴｏｒｒの範囲に設定される。
【００２４】 図８は、本発明の一実施形態における、本発明の低Ｋ誘電体エッチング工程の
フローチャートを示している。ステップ８０２では、従来のフォトレジストパタ
ーン形成処理を利用して、フォトレジストマスクがパターン形成される。ステッ
プ８０４では、前に形成されたフォトレジストマスクを使用して、ハードマスク
層のハードマスクをパターン形成する。すなわち、低容量誘電体層において形成
される開口部に対応するハードマスクの開口部が、ステップ８０４においてエッ
チングされる。ここで使用される用語として、低容量誘電体層の開口部とは、低
容量誘電体層においてエッチングされる特徴部位を意味し、トレンチおよびバイ
アの双方を含む。
フローチャートを示している。ステップ８０２では、従来のフォトレジストパタ
ーン形成処理を利用して、フォトレジストマスクがパターン形成される。ステッ
プ８０４では、前に形成されたフォトレジストマスクを使用して、ハードマスク
層のハードマスクをパターン形成する。すなわち、低容量誘電体層において形成
される開口部に対応するハードマスクの開口部が、ステップ８０４においてエッ
チングされる。ここで使用される用語として、低容量誘電体層の開口部とは、低
容量誘電体層においてエッチングされる特徴部位を意味し、トレンチおよびバイ
アの双方を含む。
【００２５】 ステップ８０６、８０８、８１０、および、オプションとしてステップ８１２
において、低容量誘電体層がエッチングされる。低容量誘電体層のエッチングは
、別個のプラズマ処理チャンバにおいて実行される。あるいは、ハードマスクの
エッチングに利用されたプラズマ処理チャンバと同じプラズマ処理チャンバにお
いて実行されることが好ましい。ステップ８０６において、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッ
チング化学物質をプラズマ処理チャンバに流入させる。ステップ８０８において
、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質からプラズマを生成する。ステップ８１０
では、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質から生成されたプラズマによって、ハ
ードマスクの開口部を通じて、低容量誘電体層の低容量誘電性材料がエッチング
される。低容量誘電体層がエッチングされた後、ステップ８１４において、低容
量誘電体エッチング処理が終了する。しかしながら、場合により、ウエハ全体に
おけるエッチングの不均一性を補うために、オーバエッチング処理が実行される
。その後、従来の処理工程を利用して、エッチングされたウエハから集積回路を
形成する。
において、低容量誘電体層がエッチングされる。低容量誘電体層のエッチングは
、別個のプラズマ処理チャンバにおいて実行される。あるいは、ハードマスクの
エッチングに利用されたプラズマ処理チャンバと同じプラズマ処理チャンバにお
いて実行されることが好ましい。ステップ８０６において、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッ
チング化学物質をプラズマ処理チャンバに流入させる。ステップ８０８において
、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質からプラズマを生成する。ステップ８１０
では、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質から生成されたプラズマによって、ハ
ードマスクの開口部を通じて、低容量誘電体層の低容量誘電性材料がエッチング
される。低容量誘電体層がエッチングされた後、ステップ８１４において、低容
量誘電体エッチング処理が終了する。しかしながら、場合により、ウエハ全体に
おけるエッチングの不均一性を補うために、オーバエッチング処理が実行される
。その後、従来の処理工程を利用して、エッチングされたウエハから集積回路を
形成する。
【００２６】 ステップ８１２に示すように、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質に追加ガス
を添加してもよい。例えば、アルゴン等の希釈物質を添加することができる。別
の例として、酸素含有ガス（例えば、ＳＯ2 、ＣＯ2 、ＣＯ、Ｏ2 など）をＮ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質に添加することができる。酸素含有ガスは、エッ
チングガス混合物の中で（合計流量のパーセンテージとして測定したときに）優
位を占めるガスではないことが好ましい。これは、酸素種の存在が、低容量誘電
体層のエッチング速度を加速させ、フォトレジスト残留物の除去を助ける一方で
、（従来技術の場合と同様に）酸素含有ガスが優位を占めるエッチング化学物質
は、エッチング形状の望ましくない劣化を引き起こすためである。少量の酸素含
有ガスをＮ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質に添加することによって、低容量誘
電性材料のエッチング速度は、エッチング形状を劣化させることなく向上する。
を添加してもよい。例えば、アルゴン等の希釈物質を添加することができる。別
の例として、酸素含有ガス（例えば、ＳＯ2 、ＣＯ2 、ＣＯ、Ｏ2 など）をＮ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質に添加することができる。酸素含有ガスは、エッ
チングガス混合物の中で（合計流量のパーセンテージとして測定したときに）優
位を占めるガスではないことが好ましい。これは、酸素種の存在が、低容量誘電
体層のエッチング速度を加速させ、フォトレジスト残留物の除去を助ける一方で
、（従来技術の場合と同様に）酸素含有ガスが優位を占めるエッチング化学物質
は、エッチング形状の望ましくない劣化を引き起こすためである。少量の酸素含
有ガスをＮ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質に添加することによって、低容量誘
電性材料のエッチング速度は、エッチング形状を劣化させることなく向上する。
【００２７】 一例において、エッチングされるウエハは、２００ｍｍのウエハである。この
ウエハは、ＴＥＯＳで形成されたハードマスク層の下に配置された低容量誘電性
材料ＦＬＡＲＥ２．０の層を、上に有する。低容量誘電体層は、厚さ約７，５０
０オングストロームであり、ハードマスク層は、厚さ約２，０００オングストロ
ームである。フォトレジストマスクは、ディープＵＶフォトレジストマスクであ
るが、任意のタイプのフォトレジスト材料を使用することができる。エッチング
される開口部は、約０．３ミクロンの断面を有する。低容量誘電体層のエッチン
グは、カリフォルニア州フリモントのラム・リサーチ・コーポレーションから入
手可能なＴＣＰTM９１００ＰＴＸとして知られる、高密度低圧誘導結合プラズマ
処理リアクタにおいて実行される。
ウエハは、ＴＥＯＳで形成されたハードマスク層の下に配置された低容量誘電性
材料ＦＬＡＲＥ２．０の層を、上に有する。低容量誘電体層は、厚さ約７，５０
０オングストロームであり、ハードマスク層は、厚さ約２，０００オングストロ
ームである。フォトレジストマスクは、ディープＵＶフォトレジストマスクであ
るが、任意のタイプのフォトレジスト材料を使用することができる。エッチング
される開口部は、約０．３ミクロンの断面を有する。低容量誘電体層のエッチン
グは、カリフォルニア州フリモントのラム・リサーチ・コーポレーションから入
手可能なＴＣＰTM９１００ＰＴＸとして知られる、高密度低圧誘導結合プラズマ
処理リアクタにおいて実行される。
【００２８】 上記のＴＣＰTM９１００ＰＴＸプラズマ処理システムにおいて、プラズマ処理
チャンバ内の圧力は、約１ミリトール（ｍＴ）ないし約３０ｍＴの範囲に設定さ
れる。より好ましくは、約５ｍＴないし約１５ｍＴの範囲であり、約７ｍＴが好
ましい。上部電極の電力は、約７００ワットないし約２，０００ワットの範囲に
設定される。より好ましくは、約８００ワットないし約１，８００ワットの範囲
であり、約１，３００ワットが好ましい。底部電極の電力は、約５０ワットない
し約８００ワットの範囲に設定される。より好ましくは、約１００ワットないし
約７００ワットであり、約３００ワットが好ましい。
チャンバ内の圧力は、約１ミリトール（ｍＴ）ないし約３０ｍＴの範囲に設定さ
れる。より好ましくは、約５ｍＴないし約１５ｍＴの範囲であり、約７ｍＴが好
ましい。上部電極の電力は、約７００ワットないし約２，０００ワットの範囲に
設定される。より好ましくは、約８００ワットないし約１，８００ワットの範囲
であり、約１，３００ワットが好ましい。底部電極の電力は、約５０ワットない
し約８００ワットの範囲に設定される。より好ましくは、約１００ワットないし
約７００ワットであり、約３００ワットが好ましい。
【００２９】 合計流量のパーセンテージとして表現されるＮ2 の流量のパーセンテージは、
約１０％ないし約９５％の範囲に設定される。より好ましくは、約２０％ないし
９０％の範囲であり、約５０％が好ましい。合計流量のパーセンテージとして表
現されるＨ2 の流量のパーセンテージは、約５％ないし約９０％の範囲に設定さ
れる。より好ましくは約５％ないし８０％の範囲であり、約５０％が好ましい。
前述のように、追加の酸素含有ガスをＮ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質混合物
に添加するようにしてもよい。例えば、Ｏ2 を添加することが可能であり、合計
流量のパーセンテージとして表現されるＯ2 の流量のパーセンテージは、約１５
％までに設定される。より好ましくは、約１０％までである。別の例として、Ｃ
Ｏ2 を添加することも可能であり、合計流量のパーセンテージとして表現される
ＣＯ2 の流量のパーセンテージは、約０％ないし約５０％の範囲に設定される。
より好ましくは約０％ないし４５％の範囲であり、約３５％が好ましい。エッチ
ングの一例においては、Ｎ2 ：Ｈ2 の比率が９５：５であるエッチング化学物質
混合物にＣＯ2 を添加した場合に、有利なエッチング結果が観察された。
約１０％ないし約９５％の範囲に設定される。より好ましくは、約２０％ないし
９０％の範囲であり、約５０％が好ましい。合計流量のパーセンテージとして表
現されるＨ2 の流量のパーセンテージは、約５％ないし約９０％の範囲に設定さ
れる。より好ましくは約５％ないし８０％の範囲であり、約５０％が好ましい。
前述のように、追加の酸素含有ガスをＮ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質混合物
に添加するようにしてもよい。例えば、Ｏ2 を添加することが可能であり、合計
流量のパーセンテージとして表現されるＯ2 の流量のパーセンテージは、約１５
％までに設定される。より好ましくは、約１０％までである。別の例として、Ｃ
Ｏ2 を添加することも可能であり、合計流量のパーセンテージとして表現される
ＣＯ2 の流量のパーセンテージは、約０％ないし約５０％の範囲に設定される。
より好ましくは約０％ないし４５％の範囲であり、約３５％が好ましい。エッチ
ングの一例においては、Ｎ2 ：Ｈ2 の比率が９５：５であるエッチング化学物質
混合物にＣＯ2 を添加した場合に、有利なエッチング結果が観察された。
【００３０】 上記のことから理解できるように、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質を利用
した本発明の低容量誘導体エッチングは、都合の良いことに、ハードマスクでの
ファセット形成を低減させて、重大な寸法の制御をかなり容易にする。ハードマ
スクでのファセット形成の低減は、一部として、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学
物質が提供する改善されたフォトレジスト選択性の結果である。前述のように、
改善されたフォトレジスト選択性により、保護フォトレジストマスクをハードマ
スクの上に長時間残すことが可能となり、この結果、低容量誘電体エッチング中
のハードマスクの浸食が低減する。
した本発明の低容量誘導体エッチングは、都合の良いことに、ハードマスクでの
ファセット形成を低減させて、重大な寸法の制御をかなり容易にする。ハードマ
スクでのファセット形成の低減は、一部として、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学
物質が提供する改善されたフォトレジスト選択性の結果である。前述のように、
改善されたフォトレジスト選択性により、保護フォトレジストマスクをハードマ
スクの上に長時間残すことが可能となり、この結果、低容量誘電体エッチング中
のハードマスクの浸食が低減する。
【００３１】 ハードマスクでのファセット形成の低減および／または改善されたエッチング
異方性は、低容量誘電体エッチング中に、反応性フッ素種の濃度を減少させる水
素種のゲッタリング作用によっても達成されると考えられる。従来技術のＯ2 含
有エッチング化学物質に代えて、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質を使用する
ことにより、低容量誘電体層の開口部の側壁における湾曲化が低減され、この結
果、エッチング形状が改善される。
異方性は、低容量誘電体エッチング中に、反応性フッ素種の濃度を減少させる水
素種のゲッタリング作用によっても達成されると考えられる。従来技術のＯ2 含
有エッチング化学物質に代えて、Ｎ2 ／Ｈ2 含有エッチング化学物質を使用する
ことにより、低容量誘電体層の開口部の側壁における湾曲化が低減され、この結
果、エッチング形状が改善される。
【００３２】 本発明をいくつかの好適な実施形態に付き説明したが、本発明の範囲に含まれ
る変更、変形、均等物が存在する。また、本発明の方法及び装置を実施する多く
の代替方法が存在することにも留意されるべきである。したがって、特許請求の
範囲は、本発明の本来の趣旨及び範囲に入るこうした変更、変形、及び均等物を
含むものと解釈されるべきである。
る変更、変形、均等物が存在する。また、本発明の方法及び装置を実施する多く
の代替方法が存在することにも留意されるべきである。したがって、特許請求の
範囲は、本発明の本来の趣旨及び範囲に入るこうした変更、変形、及び均等物を
含むものと解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】 本発明は、添付図面の図に例示的に示されており、限定的に示すものではない
。図面は、説明を簡単にするために一定の縮尺率で描かれておらず、同一符号は
同一要素を示す。
。図面は、説明を簡単にするために一定の縮尺率で描かれておらず、同一符号は
同一要素を示す。
【図１】 従来技術のＩＣ層スタックの例を示す図である。
【図２】 フォトレジスト層がパターン形成された後の図１の従来技術のＩＣ層スタック
を示す図である。
を示す図である。
【図３】 ハードマスク層がパターン形成された後の図１の従来技術のＩＣ層スタックを
示す図である。
示す図である。
【図４】 低容量誘電体層のエッチング開始と発生するフォトレジストの後退とを示す図
である。
である。
【図５】 低容量誘電体層のエッチングのために従来技術のエッチング化学物質を利用し
た場合に、バイアの側壁で発生し得る湾曲化を示す図である。
た場合に、バイアの側壁で発生し得る湾曲化を示す図である。
【図６】 低容量誘電体層のエッチングのために従来技術のエッチング化学物質を利用し
た場合に、発生し得るバイアの重大な寸法の劣化を示す図である。
た場合に、発生し得るバイアの重大な寸法の劣化を示す図である。
【図７】 本発明の実施に適したプラズマリアクタの一つであるＴＣＰTM９１００ＰＴＸ
プラズマリアクタを示す簡略図である。
プラズマリアクタを示す簡略図である。
【図８】 本発明の一実施形態における、本発明の低容量誘電体エッチング工程のフロー
チャートを示す図である。
チャートを示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フランナー・ジャネット・エム． アメリカ合衆国 カリフォルニア州94587 ユニオン・シティ，ロックリン・ドライ ブ，4942 (72)発明者 モーレイ・イアン・ジェイ． アメリカ合衆国 カリフォルニア州95110 サン・ホセ，ノース・サン・ペドロ・ス トリート・＃５ビー，630 Ｆターム(参考） 5F004 BA20 CA02 DA00 DA02 DA15 DA23 DA24 DA25 DA26 DB23 EA03 EA06 EA07
Claims (20)
- 【請求項１】 プラズマ処理チャンバにおいて、基板上のハードマスク層の
下に配置される低容量誘電体層をエッチングするための方法であって、 Ｎ2 およびＨ2 を含むエッチング化学物質を前記プラズマ処理チャンバ内に流
入させる工程と、 前記エッチング化学物質からプラズマを生成する工程と、 前記プラズマ処理チャンバにおいて、前記プラズマを使用して、前記ハードマ
スク層の開口部を通じて前記低容量誘電体層をエッチングする工程と、 を備える方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の方法であって、 前記エッチング化学物質は、さらに、酸素含有ガスを含み、前記酸素含有ガス
の流量は、前記エッチング化学物質の合計流量の約５０％未満である、方法。 - 【請求項３】 請求項１記載の方法であって、 前記ハードマスク層は、ＴＥＯＳによって形成されている、方法。
- 【請求項４】 請求項３記載の方法であって、 前記プラズマ処理チャンバは、低圧高密度プラズマ処理チャンバである、方法
。 - 【請求項５】 請求項３記載の方法であって、 前記プラズマ処理チャンバは、誘導結合プラズマ処理チャンバである、方法。
- 【請求項６】 請求項１記載の方法であって、 Ｎ2 の流量のパーセンテージは、合計流量の１０％ないし９５％の範囲である
、方法。 - 【請求項７】 請求項６記載の方法であって、 Ｎ2 の流量のパーセンテージは、合計流量の２０％ないし９０％の範囲である
、方法。 - 【請求項８】 請求項７記載の方法であって、 Ｎ2 の流量のパーセンテージは、合計流量の約５０％である、方法。
- 【請求項９】 請求項１記載の方法であって、 Ｈ2 の流量のパーセンテージは、合計流量の５％ないし９０％の範囲である、
方法。 - 【請求項１０】 請求項２記載の方法であって、 酸素含有ガスは、ＳＯ2 と、ＣＯ2 と、ＣＯと、Ｏ2 とのうちの少なくとも一
つを含む、方法。 - 【請求項１１】 請求項１０記載の方法であって、 Ｎ2 およびＯ2 は、前記エッチング化学物質内に、約９５：５の比で存在し、
前記酸素含有ガスは、前記流量の約３５％のＣＯ2 を含む、方法。 - 【請求項１２】 請求項４記載の方法であって、 前記プラズマ処理チャンバは、１ｍＴｏｒｒないし３０ｍＴｏｒｒの範囲の圧
力で維持される、方法。 - 【請求項１３】 請求項１記載の方法であって、 前記ハードマスクは、フォトレジストの下に配置されている、方法。
- 【請求項１４】 プラズマ処理チャンバにおいて、基板上のハードマスク層
の下に配置される低容量誘電体層をエッチングするための方法であって、 前記ハードマスクを炭化フッ素系エッチング物質でエッチングする工程と、 エッチング化学物質で、前記炭化フッ素系エッチング物質のフッ素種を十分に
除去する工程と、 前記エッチング化学物質からプラズマを生成する工程と、 前記プラズマ処理チャンバにおいて、前記プラズマを使用して、前記ハードマ
スク層の開口部を通じて前記低容量誘電体層をエッチングする工程と、 を備える方法。 - 【請求項１５】 請求項１４記載の方法であって、 前記エッチング化学物質は、さらに、Ｎ2 を含む、方法。
- 【請求項１６】 請求項１５記載の方法であって、 前記エッチング化学物質は、さらに、酸素含有ガスを含み、前記酸素含有ガス
の流量は、前記エッチング化学物質の合計流量の約５０％未満である、方法。 - 【請求項１７】 請求項１４記載の方法であって、 前記ハードマスクをエッチングする工程と、前記低容量誘電体層をエッチング
する工程とは、単一の処理チャンバ内で実行される、方法。 - 【請求項１８】 プラズマ処理チャンバにおいて、基板上のハードマスク層
の下に配置される低容量誘電体層であって、前記ハードマスクがフォトレジスト
の下に配置された前記低容量誘電体層をエッチングするための方法であって、 前記フォトレジストマスクに開口部をパターン形成する工程と、 前記フォトレジストマスクの前記開口部を用いて、前記ハードマスクをパター
ン形成する工程と、 Ｎ2 およびＨ2 を含むエッチング化学物質を前記プラズマ処理チャンバ内に流
入させる工程と、 前記エッチング化学物質からプラズマを生成する工程と、 前記プラズマ処理チャンバにおいて、前記プラズマを使用して、前記ハードマ
スク層の前記開口部を通じて前記低容量誘電体層をエッチングする工程と、 を備える方法。 - 【請求項１９】 請求項１８記載の方法であって、さらに、 酸素含有ガスを前記プラズマ処理チャンバに流入させる工程を含み、 前記酸素含有ガスの流量は、前記エッチング化学物質の合計流量の約５０％未
満である、方法。 - 【請求項２０】 請求項１８記載の方法であって、 前記フォトレジストをパターン形成する工程と、前記ハードマスクをパターン
形成する工程とは、前記エッチング化学物質を流入させて前記プラズマを生成す
るプラズマ処理チャンバと同じプラズマ処理チャンバで実行される、方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/135,419 US6114250A (en) | 1998-08-17 | 1998-08-17 | Techniques for etching a low capacitance dielectric layer on a substrate |
| US09/135,419 | 1998-08-17 | ||
| PCT/US1999/018518 WO2000010199A1 (en) | 1998-08-17 | 1999-08-13 | Low capacitance dielectric layer etching using hydrogen-nitrogen plasma |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002522922A true JP2002522922A (ja) | 2002-07-23 |
Family
ID=22468027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000565564A Withdrawn JP2002522922A (ja) | 1998-08-17 | 1999-08-13 | 水素窒素プラズマを用いた低容量誘電体層のエッチング |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6114250A (ja) |
| EP (1) | EP1116265A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002522922A (ja) |
| KR (1) | KR20010079655A (ja) |
| IL (1) | IL141379A0 (ja) |
| WO (1) | WO2000010199A1 (ja) |
Families Citing this family (41)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6696366B1 (en) | 1998-08-17 | 2004-02-24 | Lam Research Corporation | Technique for etching a low capacitance dielectric layer |
| JP2000077410A (ja) * | 1998-08-27 | 2000-03-14 | Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd | 多層配線構造の形成方法 |
| US6284149B1 (en) * | 1998-09-18 | 2001-09-04 | Applied Materials, Inc. | High-density plasma etching of carbon-based low-k materials in a integrated circuit |
| US6417090B1 (en) * | 1999-01-04 | 2002-07-09 | Advanced Micro Devices, Inc. | Damascene arrangement for metal interconnection using low k dielectric constant materials for etch stop layer |
| US6399508B1 (en) | 1999-01-12 | 2002-06-04 | Applied Materials, Inc. | Method for metal etch using a dielectric hard mask |
| US20030089987A1 (en) * | 1999-02-05 | 2003-05-15 | Suketu A. Parikh | Dual damascene misalignment tolerant techniques for vias and sacrificial etch segments |
| GB9904427D0 (en) | 1999-02-26 | 1999-04-21 | Trikon Holdings Ltd | Method treating an insulating layer |
| TW415028B (en) * | 1999-05-17 | 2000-12-11 | Mosel Vitelic Inc | Dual damascene process |
| US6465159B1 (en) * | 1999-06-28 | 2002-10-15 | Lam Research Corporation | Method and apparatus for side wall passivation for organic etch |
| US20050022839A1 (en) * | 1999-10-20 | 2005-02-03 | Savas Stephen E. | Systems and methods for photoresist strip and residue treatment in integrated circuit manufacturing |
| US6524963B1 (en) * | 1999-10-20 | 2003-02-25 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Method to improve etching of organic-based, low dielectric constant materials |
| US6426304B1 (en) * | 2000-06-30 | 2002-07-30 | Lam Research Corporation | Post etch photoresist strip with hydrogen for organosilicate glass low-κ etch applications |
| DE10037957C1 (de) * | 2000-07-27 | 2002-02-28 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum anisotropen Trockenätzen organischer Antireflexionsschichten |
| EP1195801B1 (en) * | 2000-09-29 | 2014-01-29 | Imec | Process for plasma treating an isolation layer with low permittivity |
| US6528432B1 (en) | 2000-12-05 | 2003-03-04 | Advanced Micro Devices, Inc. | H2-or H2/N2-plasma treatment to prevent organic ILD degradation |
| US6620733B2 (en) | 2001-02-12 | 2003-09-16 | Lam Research Corporation | Use of hydrocarbon addition for the elimination of micromasking during etching of organic low-k dielectrics |
| US6641747B1 (en) | 2001-02-15 | 2003-11-04 | Advanced Micro Devices, Inc. | Method and apparatus for determining an etch endpoint |
| JP2002270586A (ja) * | 2001-03-08 | 2002-09-20 | Tokyo Electron Ltd | 有機系絶縁膜のエッチング方法およびデュアルダマシンプロセス |
| US7311852B2 (en) * | 2001-03-30 | 2007-12-25 | Lam Research Corporation | Method of plasma etching low-k dielectric materials |
| US20030003374A1 (en) * | 2001-06-15 | 2003-01-02 | Applied Materials, Inc. | Etch process for photolithographic reticle manufacturing with improved etch bias |
| US6746961B2 (en) * | 2001-06-19 | 2004-06-08 | Lam Research Corporation | Plasma etching of dielectric layer with etch profile control |
| US6387798B1 (en) | 2001-06-25 | 2002-05-14 | Institute Of Microelectronics | Method of etching trenches for metallization of integrated circuit devices with a narrower width than the design mask profile |
| US6551915B2 (en) | 2001-07-03 | 2003-04-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Thermal annealing/hydrogen containing plasma method for forming structurally stable low contact resistance damascene conductor structure |
| US7183201B2 (en) * | 2001-07-23 | 2007-02-27 | Applied Materials, Inc. | Selective etching of organosilicate films over silicon oxide stop etch layers |
| US6696222B2 (en) * | 2001-07-24 | 2004-02-24 | Silicon Integrated Systems Corp. | Dual damascene process using metal hard mask |
| WO2003021659A1 (en) | 2001-09-04 | 2003-03-13 | Applied Materials, Inc. | Methods and apparatus for etching metal layers on substrates |
| US6864180B2 (en) * | 2001-10-02 | 2005-03-08 | International Business Machines Corporation | Method for reworking low-k polymers used in semiconductor structures |
| US6753260B1 (en) * | 2001-10-05 | 2004-06-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | Composite etching stop in semiconductor process integration |
| US7482694B2 (en) * | 2002-04-03 | 2009-01-27 | Nec Coporation | Semiconductor device and its manufacturing method |
| WO2003089990A2 (en) * | 2002-04-19 | 2003-10-30 | Applied Materials, Inc. | Process for etching photomasks |
| US6933246B2 (en) * | 2002-06-14 | 2005-08-23 | Trikon Technologies Limited | Dielectric film |
| US6831019B1 (en) * | 2002-08-29 | 2004-12-14 | Micron Technology, Inc. | Plasma etching methods and methods of forming memory devices comprising a chalcogenide comprising layer received operably proximate conductive electrodes |
| WO2004086143A2 (en) * | 2003-03-21 | 2004-10-07 | Applied Materials, Inc. | Multi-step process for etching photomasks |
| US7077973B2 (en) * | 2003-04-18 | 2006-07-18 | Applied Materials, Inc. | Methods for substrate orientation |
| US7521000B2 (en) * | 2003-08-28 | 2009-04-21 | Applied Materials, Inc. | Process for etching photomasks |
| US20070186953A1 (en) * | 2004-07-12 | 2007-08-16 | Savas Stephen E | Systems and Methods for Photoresist Strip and Residue Treatment in Integrated Circuit Manufacturing |
| US7829243B2 (en) * | 2005-01-27 | 2010-11-09 | Applied Materials, Inc. | Method for plasma etching a chromium layer suitable for photomask fabrication |
| JP2007123399A (ja) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Hitachi High-Technologies Corp | ドライエッチング方法 |
| US7517804B2 (en) * | 2006-08-31 | 2009-04-14 | Micron Technologies, Inc. | Selective etch chemistries for forming high aspect ratio features and associated structures |
| KR100944846B1 (ko) * | 2006-10-30 | 2010-03-04 | 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 | 마스크 에칭 프로세스 |
| US8003522B2 (en) * | 2007-12-19 | 2011-08-23 | Fairchild Semiconductor Corporation | Method for forming trenches with wide upper portion and narrow lower portion |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5887824A (ja) * | 1981-11-20 | 1983-05-25 | Toshiba Corp | 微細加工方法 |
| DE3275447D1 (en) * | 1982-07-03 | 1987-03-19 | Ibm Deutschland | Process for the formation of grooves having essentially vertical lateral silicium walls by reactive ion etching |
| US4529860A (en) * | 1982-08-02 | 1985-07-16 | Motorola, Inc. | Plasma etching of organic materials |
| JPS59163826A (ja) * | 1983-03-08 | 1984-09-14 | Toshiba Corp | ドライエツチング方法 |
| JPS60170238A (ja) * | 1984-02-15 | 1985-09-03 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | ドライエツチング方法 |
| US4855017A (en) * | 1985-05-03 | 1989-08-08 | Texas Instruments Incorporated | Trench etch process for a single-wafer RIE dry etch reactor |
| US5273609A (en) * | 1990-09-12 | 1993-12-28 | Texas Instruments Incorporated | Method and apparatus for time-division plasma chopping in a multi-channel plasma processing equipment |
| US5217920A (en) * | 1992-06-18 | 1993-06-08 | Motorola, Inc. | Method of forming substrate contact trenches and isolation trenches using anodization for isolation |
| US5213989A (en) * | 1992-06-24 | 1993-05-25 | Motorola, Inc. | Method for forming a grown bipolar electrode contact using a sidewall seed |
| US5350484A (en) * | 1992-09-08 | 1994-09-27 | Intel Corporation | Method for the anisotropic etching of metal films in the fabrication of interconnects |
| US5562801A (en) * | 1994-04-28 | 1996-10-08 | Cypress Semiconductor Corporation | Method of etching an oxide layer |
| US5468342A (en) * | 1994-04-28 | 1995-11-21 | Cypress Semiconductor Corp. | Method of etching an oxide layer |
| US5569355A (en) * | 1995-01-11 | 1996-10-29 | Center For Advanced Fiberoptic Applications | Method for fabrication of microchannel electron multipliers |
-
1998
- 1998-08-17 US US09/135,419 patent/US6114250A/en not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-08-13 WO PCT/US1999/018518 patent/WO2000010199A1/en not_active Application Discontinuation
- 1999-08-13 KR KR1020017002053A patent/KR20010079655A/ko not_active Application Discontinuation
- 1999-08-13 JP JP2000565564A patent/JP2002522922A/ja not_active Withdrawn
- 1999-08-13 IL IL14137999A patent/IL141379A0/xx unknown
- 1999-08-13 EP EP99941149A patent/EP1116265A1/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| IL141379A0 (en) | 2002-03-10 |
| EP1116265A1 (en) | 2001-07-18 |
| KR20010079655A (ko) | 2001-08-22 |
| US6114250A (en) | 2000-09-05 |
| WO2000010199A1 (en) | 2000-02-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2002522922A (ja) | 水素窒素プラズマを用いた低容量誘電体層のエッチング | |
| JP4657458B2 (ja) | 低容量の誘電体層をエッチングするための技術 | |
| CN101064244B (zh) | 形成用于高孔径比应用的各向异性特征图形的蚀刻方法 | |
| US6211092B1 (en) | Counterbore dielectric plasma etch process particularly useful for dual damascene | |
| US6489248B2 (en) | Method and apparatus for etch passivating and etching a substrate | |
| US20070224803A1 (en) | Methods for etching a dielectric barrier layer with high selectivity | |
| JP2002503029A (ja) | プラズマエッチング中のマスクの腐食を軽減する方法 | |
| JPH0758079A (ja) | キセノンを用いたプラズマエッチング | |
| JP2008505497A (ja) | 二層レジストプラズマエッチングの方法 | |
| JPH07161701A (ja) | 六弗化イオウ、臭化水素及び酸素を用いる珪化モリブデンのエッチング | |
| US6432832B1 (en) | Method of improving the profile angle between narrow and wide features | |
| JP4024636B2 (ja) | 有機系絶縁膜のエッチング方法及び半導体装置の製造方法 | |
| JP4451934B2 (ja) | 導電層をエッチングする方法及び集積回路 | |
| JP2003518738A (ja) | シリコンの金属マスクエッチング方法 | |
| JP4638030B2 (ja) | セルフアライメントコンタクトホールを形成するためのエッチング方法 | |
| JP2002520848A (ja) | ２ステップ自己整合コンタクトエッチング | |
| US6756314B2 (en) | Method for etching a hard mask layer and a metal layer | |
| JP2002540627A (ja) | キセノンの付加によるシリコン酸化物のエッチング割合及び基板選択性の向上 | |
| JPH10189537A (ja) | ドライエッチング方法 | |
| US6228774B1 (en) | High aspect ratio sub-micron contact etch process in an inductively-coupled plasma processing system | |
| JP2004500696A (ja) | 半導体デバイスのためのセルフアライメントコンタクト | |
| JP2002141407A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| US5908320A (en) | High selectivity BPSG:TiSi2 contact etch process | |
| US20080203056A1 (en) | Methods for etching high aspect ratio features | |
| US20090117745A1 (en) | Methods for selectively etching a barrier layer in dual damascene applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060728 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20061011 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20061011 |