JP2002526919A - 誘電材料をプラズマ・エッチングする方法 - Google Patents
誘電材料をプラズマ・エッチングする方法Info
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Abstract
(57)【要約】
ドープおよび無ドープ酸化シリコンなどの誘電材料中に深く幅の狭い０．３ミクロン以下の開口をプラズマ・エッチングする半導体製造プロセス。エッチング・ガスは、少なくとも１種のフルオロカーボン反応物および一酸化炭素を含み、任意選択でＡｒなどのキャリヤ・ガスを含む。このエッチング・プロセスは、高密度プラズマ・リアクタ中で実施され、マスキング層および／またはストップ層に対する高い選択性をもって誘電層をエッチングするのに有効である。このプロセスは、ダマシン構造などの構造を形成する際に０．２５ミクロン以下のコンタクトまたはバイア開口をエッチングするのに役立つ。
Description
【０００１】 （発明の分野） 本発明は、集積回路の製造において酸化シリコンなどの誘電材料をプラズマ・
エッチングするための改良された方法に関する。
エッチングするための改良された方法に関する。
【０００２】 （発明の背景） 集積回路製造における共通した要求は、コンタクト、ヴィアなどの開口を誘電
材料中にエッチングすることである。誘電材料には、フッ素化酸化シリコン（Ｆ
ＳＧ）などのドープされた酸化シリコン（ドープ酸化シリコン）、二酸化シリコ
ンなどの無ドープの酸化シリコン（無ドープ酸化シリコン）、リン酸ケイ酸ホウ
素ガラス（ＢＰＳＧ）、リン酸ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）などのケイ酸塩ガラス
、熱成長させたドープまたは無ドープ酸化シリコン、ドープまたは無ドープＴＥ
ＯＳが堆積された酸化シリコンなどが含まれる。誘電体ドーパントはホウ素、リ
ンおよび／またはヒ素を含む。誘電体は、多結晶シリコン、アルミニウム、銅、
チタン、タングステン、モリブデンなどの金属、これらの合金、窒化チタンなど
の窒化物、ケイ化チタン、ケイ化コバルト、ケイ化タングステン、ケイ化モリブ
デンなどの金属ケイ化物といった導電層または半導電層の上に置かれることがあ
る。
材料中にエッチングすることである。誘電材料には、フッ素化酸化シリコン（Ｆ
ＳＧ）などのドープされた酸化シリコン（ドープ酸化シリコン）、二酸化シリコ
ンなどの無ドープの酸化シリコン（無ドープ酸化シリコン）、リン酸ケイ酸ホウ
素ガラス（ＢＰＳＧ）、リン酸ケイ酸塩ガラス（ＰＳＧ）などのケイ酸塩ガラス
、熱成長させたドープまたは無ドープ酸化シリコン、ドープまたは無ドープＴＥ
ＯＳが堆積された酸化シリコンなどが含まれる。誘電体ドーパントはホウ素、リ
ンおよび／またはヒ素を含む。誘電体は、多結晶シリコン、アルミニウム、銅、
チタン、タングステン、モリブデンなどの金属、これらの合金、窒化チタンなど
の窒化物、ケイ化チタン、ケイ化コバルト、ケイ化タングステン、ケイ化モリブ
デンなどの金属ケイ化物といった導電層または半導電層の上に置かれることがあ
る。
【０００３】 酸化シリコン中に開口をエッチングするさまざまなプラズマ・エッチング技法
が、米国特許第５０１３３９８号、第５０１３４００号、第５０２１１２１号、
第５０２２９５８号、第５２６９８７９号、第５５２９６５７号、第５５９５６
２７号、第５６１１８８８号、および第５７８０３３８号に開示されている。プ
ラズマ・エッチングは、前記５０１３３９８号特許に記載の平行平板型プラズマ
・リアクタ・チャンバ、前記５０１３４００号特許に記載のトライオード型リア
クタなどの中密度リアクタ、または前記５５２９６５７号特許に記載の誘導結合
リアクタなどの高密度リアクタ中で実施することができる。エッチング・ガス・
ケミストリには、前記５０２１１２１号および５０２２９５８号特許に記載の無
酸素Ａｒ／ＣＨＦ３／ＣＦ４（任意選択）ガス混合物、前記５２６９８７９号特
許に記載の無酸素含フッ素窒素ガス混合物、前記５５９５６２７号特許に記載の
Ｃ４Ｆ８／ＣＯガス混合物、前記５０１３４００号特許に記載の酸素／ＣＦ４ガ
ス混合物、前記５５２９６５７号特許に記載の酸素／ＣＦ４／ＣＨ４ガス混合物
、前記５６１１８８８号特許に記載のフレオン／ネオン・ガス混合物などがある
。
が、米国特許第５０１３３９８号、第５０１３４００号、第５０２１１２１号、
第５０２２９５８号、第５２６９８７９号、第５５２９６５７号、第５５９５６
２７号、第５６１１８８８号、および第５７８０３３８号に開示されている。プ
ラズマ・エッチングは、前記５０１３３９８号特許に記載の平行平板型プラズマ
・リアクタ・チャンバ、前記５０１３４００号特許に記載のトライオード型リア
クタなどの中密度リアクタ、または前記５５２９６５７号特許に記載の誘導結合
リアクタなどの高密度リアクタ中で実施することができる。エッチング・ガス・
ケミストリには、前記５０２１１２１号および５０２２９５８号特許に記載の無
酸素Ａｒ／ＣＨＦ３／ＣＦ４（任意選択）ガス混合物、前記５２６９８７９号特
許に記載の無酸素含フッ素窒素ガス混合物、前記５５９５６２７号特許に記載の
Ｃ４Ｆ８／ＣＯガス混合物、前記５０１３４００号特許に記載の酸素／ＣＦ４ガ
ス混合物、前記５５２９６５７号特許に記載の酸素／ＣＦ４／ＣＨ４ガス混合物
、前記５６１１８８８号特許に記載のフレオン／ネオン・ガス混合物などがある
。
【０００４】 米国特許第５７３６４５７号には、シングルおよびデュアル「ダマシン」メタ
ライゼーション・プロセスが記載されている。「シングル・ダマシン」法では、
ヴィアと導体が別々の段階で形成される。これらのそれぞれの段階で、導体また
はヴィア用のメタライゼーション・パターンを誘電層中にエッチングし、エッチ
ングした誘電層中の溝またはヴィア・ホールの中に金属層を充てんし、過剰の金
属を、化学機械平坦化（ＣＭＰ）またはエッチ・バック・プロセスによって除去
する。「デュアル・ダマシン」法では、ヴィアおよび導体用のメタライゼーショ
ン・パターンを誘電層中にエッチングし、エッチングした溝およびヴィア開口に
、単一の金属充てん／過剰金属除去プロセスで金属を充てんする。
ライゼーション・プロセスが記載されている。「シングル・ダマシン」法では、
ヴィアと導体が別々の段階で形成される。これらのそれぞれの段階で、導体また
はヴィア用のメタライゼーション・パターンを誘電層中にエッチングし、エッチ
ングした誘電層中の溝またはヴィア・ホールの中に金属層を充てんし、過剰の金
属を、化学機械平坦化（ＣＭＰ）またはエッチ・バック・プロセスによって除去
する。「デュアル・ダマシン」法では、ヴィアおよび導体用のメタライゼーショ
ン・パターンを誘電層中にエッチングし、エッチングした溝およびヴィア開口に
、単一の金属充てん／過剰金属除去プロセスで金属を充てんする。
【０００５】 中密度プラズマ・リアクタは、高密度プラズマ・リアクタよりも高いチャンバ
圧で動作し、エッチング・ガス・ケミストリの解離の程度が高密度プラズマ・リ
アクタよりも低い。例えば、中密度プラズマ・リアクタ内では、Ｃ４Ｆ８などの
エッチング・ガスが、Ｃ４Ｆ８→Ｃ２Ｆ８→ＣＦ２→ＣＦ＋Ｆというように段階
的に解離する。このような段階的解離のため、誘電層のエッチング速度を高くし
、フォトレジストなどのその上の層またはエッチング・ストップ層などのその下
の層のエッチング速度を低くすることができる。このようなエッチング速度の比
は、「エッチング選択比」と呼ばれ、中密度プラズマ・リアクタで得られる高い
選択比は、コンタクト、ヴィアおよび導体パターンの完全なエッチングを促進す
る。対照的に、高密度リアクタでは、エッチング・ガスが瞬間的に解離すること
により、マスキング層およびエッチング・ストップ層のエッチング速度がより高
くなるため、選択比が低くなる。例えば、高密度プラズマ・リアクタ内では、Ｃ ４ Ｆ８が直接的に遊離Ｆに解離し、この高い遊離Ｆ含量によって、マスキング層
および／またはエッチング・ストップ層のエッチングが急速に進み、そのため、
エッチング選択比が許容できないほど低くなる。
圧で動作し、エッチング・ガス・ケミストリの解離の程度が高密度プラズマ・リ
アクタよりも低い。例えば、中密度プラズマ・リアクタ内では、Ｃ４Ｆ８などの
エッチング・ガスが、Ｃ４Ｆ８→Ｃ２Ｆ８→ＣＦ２→ＣＦ＋Ｆというように段階
的に解離する。このような段階的解離のため、誘電層のエッチング速度を高くし
、フォトレジストなどのその上の層またはエッチング・ストップ層などのその下
の層のエッチング速度を低くすることができる。このようなエッチング速度の比
は、「エッチング選択比」と呼ばれ、中密度プラズマ・リアクタで得られる高い
選択比は、コンタクト、ヴィアおよび導体パターンの完全なエッチングを促進す
る。対照的に、高密度リアクタでは、エッチング・ガスが瞬間的に解離すること
により、マスキング層およびエッチング・ストップ層のエッチング速度がより高
くなるため、選択比が低くなる。例えば、高密度プラズマ・リアクタ内では、Ｃ ４ Ｆ８が直接的に遊離Ｆに解離し、この高い遊離Ｆ含量によって、マスキング層
および／またはエッチング・ストップ層のエッチングが急速に進み、そのため、
エッチング選択比が許容できないほど低くなる。
【０００６】 デバイスの幾何形状がますます小さくなるにつれ、酸化シリコンなどの誘電層
中に深く幅の狭い開口をプラズマ・エッチングするための高エッチング選択比の
必要性はよりいっそう高まっている。そのため、高いエッチング選択比を提供し
、かつ／または深く幅の狭い開口を達成する高密度プラズマ・エッチング技法が
当技術分野で求められている。さらに、このような開口幾何形状を、開口の側壁
のボーイング(bowing)を生じることなく達成できれば非常に望ましいと言えよう
。
中に深く幅の狭い開口をプラズマ・エッチングするための高エッチング選択比の
必要性はよりいっそう高まっている。そのため、高いエッチング選択比を提供し
、かつ／または深く幅の狭い開口を達成する高密度プラズマ・エッチング技法が
当技術分野で求められている。さらに、このような開口幾何形状を、開口の側壁
のボーイング(bowing)を生じることなく達成できれば非常に望ましいと言えよう
。
【０００７】 （発明の概要） 本発明は、誘電層をプラズマ・エッチングする方法を提供する。この方法は、
マスキング層および誘電層の下に導電層または半導電層を含む半導体基板を、高
密度プラズマ・エッチング・リアクタ中に導入する段階を含む。誘電層を単一の
段階でエッチングして、導電層または半導電層を露出させ、誘電層を貫通して導
電層または半導電層まで延びる開口を形成することができる。エッチングは、高
密度プラズマ・エッチング・リアクタ中で、フルオロカーボン反応物、一酸化炭
素および任意選択の不活性キャリヤ・ガスを含むイオン化した状態のエッチング
・ガスに誘電層を暴露することによって実施される。この方法では、高密度プラ
ズマによってフルオロカーボンが遊離のＦと遊離のＣに瞬間的に解離し、一酸化
炭素が、マスキング層のエッチング速度に対する誘電層のエッチング速度の選択
性を増大させる効果を有する量だけ存在する。
マスキング層および誘電層の下に導電層または半導電層を含む半導体基板を、高
密度プラズマ・エッチング・リアクタ中に導入する段階を含む。誘電層を単一の
段階でエッチングして、導電層または半導電層を露出させ、誘電層を貫通して導
電層または半導電層まで延びる開口を形成することができる。エッチングは、高
密度プラズマ・エッチング・リアクタ中で、フルオロカーボン反応物、一酸化炭
素および任意選択の不活性キャリヤ・ガスを含むイオン化した状態のエッチング
・ガスに誘電層を暴露することによって実施される。この方法では、高密度プラ
ズマによってフルオロカーボンが遊離のＦと遊離のＣに瞬間的に解離し、一酸化
炭素が、マスキング層のエッチング速度に対する誘電層のエッチング速度の選択
性を増大させる効果を有する量だけ存在する。
【０００８】 本発明の一態様によれば、誘電層が、ドープまたは無ドープ二酸化シリコン、
ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＴＥＯＳ、熱酸化シリコンなどの酸化シリコンを含み、開口
が、導体パターン、ヴィア開口またはコンタクト開口に対応する溝を含む。本発
明の他の態様によれば、アスペクト比が少なくとも３：１となるように開口をエ
ッチングすることができる。エッチング・ガスは、ＣｘＦｙＨｚによって表され
る含水素および／または無水素フルオロカーボン反応物を含むことができる。上
式で、ｘは少なくとも１、ｙは少なくとも１、ｚは０かまたは０よりも大きい。
例えば、フルオロカーボン反応物は、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、
Ｃ３Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、ＣＨ３Ｆ、Ｃ２ＨＦ５、および／またはＣＨ２Ｆ２から成
るグループから選択することができる。導電層または半導電層は、Ａｌ、Ａｌ合
金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、ドープまたは無ドープ多結晶または単結
晶シリコン、ＴｉＮ、ＴｉＷ、および／またはＴｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｍｏのケイ化物
などから成るグループから選択された含金属層を含むことができる。
ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＴＥＯＳ、熱酸化シリコンなどの酸化シリコンを含み、開口
が、導体パターン、ヴィア開口またはコンタクト開口に対応する溝を含む。本発
明の他の態様によれば、アスペクト比が少なくとも３：１となるように開口をエ
ッチングすることができる。エッチング・ガスは、ＣｘＦｙＨｚによって表され
る含水素および／または無水素フルオロカーボン反応物を含むことができる。上
式で、ｘは少なくとも１、ｙは少なくとも１、ｚは０かまたは０よりも大きい。
例えば、フルオロカーボン反応物は、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、
Ｃ３Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、ＣＨ３Ｆ、Ｃ２ＨＦ５、および／またはＣＨ２Ｆ２から成
るグループから選択することができる。導電層または半導電層は、Ａｌ、Ａｌ合
金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、ドープまたは無ドープ多結晶または単結
晶シリコン、ＴｉＮ、ＴｉＷ、および／またはＴｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｍｏのケイ化物
などから成るグループから選択された含金属層を含むことができる。
【０００９】 本発明のプロセスは、少なくとも１．８μｍの深さを有する０．３０μｍ、特
に０．２５μｍ以下のサイズの開口を、ｘが１から５、ｙが１から８、ｚが０か
ら３のＣｘＦｙＨｚを含むフルオロカーボン反応物を使用してエッチングするこ
とができる。一例として、フルオロカーボン反応物は、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨ２Ｆ２ 、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８およびこれらの混合物から選択された１種また
は数種のガスを含むことができる。任意選択のキャリヤ・ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、
Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅおよびこれらの混合物から成るグループから選択することがで
きる。ＣＯは、２５から２５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ・リアクタに供給する
ことができ、フルオロカーボンは、５から１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ・リ
アクタに供給することができ、任意選択のキャリヤ・ガスは、１０から３００ｓ
ｃｃｍの流量でプラズマ・リアクタに供給することができる。一例として、ＣＯ
、フルオロカーボンおよびＡｒをそれぞれ、５０から２００ｓｃｃｍ、４０から
７０ｓｃｃｍ、５０から１５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ・リアクタに供給する
ことができる。エッチング段階の間、高密度プラズマ・リアクタは、１０ｍＴｏ
ｒｒ未満の真空圧力に維持されることが好ましい。エッチング段階後に、開口に
金属を充てんすることができる。本発明の方法はさらに、誘電層上にフォトレジ
スト層を形成する段階、およびフォトレジスト層をパターニングして複数の開口
を形成する段階を含むことができ、エッチング段階が、導線、ヴィア開口または
コンタクト開口のメタライゼーション・パターンを誘電層中に形成する。この方
法を用いて、少なくとも５：１のアスペクト比を有する開口を形成することがで
きる。この方法では、フルオロカーボンの解離によって自由になった遊離のＦが
一酸化炭素と反応して、マスキング層を攻撃する遊離Ｆの効果が低減する。
に０．２５μｍ以下のサイズの開口を、ｘが１から５、ｙが１から８、ｚが０か
ら３のＣｘＦｙＨｚを含むフルオロカーボン反応物を使用してエッチングするこ
とができる。一例として、フルオロカーボン反応物は、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨ２Ｆ２ 、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ８およびこれらの混合物から選択された１種また
は数種のガスを含むことができる。任意選択のキャリヤ・ガスは、Ａｒ、Ｈｅ、
Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅおよびこれらの混合物から成るグループから選択することがで
きる。ＣＯは、２５から２５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ・リアクタに供給する
ことができ、フルオロカーボンは、５から１００ｓｃｃｍの流量でプラズマ・リ
アクタに供給することができ、任意選択のキャリヤ・ガスは、１０から３００ｓ
ｃｃｍの流量でプラズマ・リアクタに供給することができる。一例として、ＣＯ
、フルオロカーボンおよびＡｒをそれぞれ、５０から２００ｓｃｃｍ、４０から
７０ｓｃｃｍ、５０から１５０ｓｃｃｍの流量でプラズマ・リアクタに供給する
ことができる。エッチング段階の間、高密度プラズマ・リアクタは、１０ｍＴｏ
ｒｒ未満の真空圧力に維持されることが好ましい。エッチング段階後に、開口に
金属を充てんすることができる。本発明の方法はさらに、誘電層上にフォトレジ
スト層を形成する段階、およびフォトレジスト層をパターニングして複数の開口
を形成する段階を含むことができ、エッチング段階が、導線、ヴィア開口または
コンタクト開口のメタライゼーション・パターンを誘電層中に形成する。この方
法を用いて、少なくとも５：１のアスペクト比を有する開口を形成することがで
きる。この方法では、フルオロカーボンの解離によって自由になった遊離のＦが
一酸化炭素と反応して、マスキング層を攻撃する遊離Ｆの効果が低減する。
【００１０】 したがって、本発明の方法は、ドープおよび無ドープ酸化シリコンなどの誘電
材料中に深く幅の狭い１／４ミクロン以下の開口をプラズマ・エッチングするこ
とができる半導体製造プロセスを提供する。プラズマ・ガス・ケミストリは、協
力して誘電材料をエッチングし、一方で、マスキング層およびストップ層に関す
る所望の選択性を提供するフルオロカーボンおよびＣＯを含む。
材料中に深く幅の狭い１／４ミクロン以下の開口をプラズマ・エッチングするこ
とができる半導体製造プロセスを提供する。プラズマ・ガス・ケミストリは、協
力して誘電材料をエッチングし、一方で、マスキング層およびストップ層に関す
る所望の選択性を提供するフルオロカーボンおよびＣＯを含む。
【００１１】 （発明の詳細な説明） 本発明は、集積回路製造において酸化層などの誘電材料中にコンタクト、ヴィ
ア、導線などのフィーチャを高密度プラズマ・エッチングするプロセスを提供す
る。本発明は、誘電体のエッチング速度とマスキング層およびストップ層のエッ
チング速度との間の選択性が、商業的に応用するには低すぎるという、従来のエ
ッチング技法の問題を克服する。本発明では、このような選択性の問題が、マス
キング層および／またはストップ層のエッチング速度を低下させるエッチング・
ガス・ケミストリを利用することによって解決される。
ア、導線などのフィーチャを高密度プラズマ・エッチングするプロセスを提供す
る。本発明は、誘電体のエッチング速度とマスキング層およびストップ層のエッ
チング速度との間の選択性が、商業的に応用するには低すぎるという、従来のエ
ッチング技法の問題を克服する。本発明では、このような選択性の問題が、マス
キング層および／またはストップ層のエッチング速度を低下させるエッチング・
ガス・ケミストリを利用することによって解決される。
【００１２】 本発明の一態様によれば、５：１を超える酸化物：フォトレジスト・エッチン
グ選択性で、ドープおよび無ドープ酸化膜（ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＴＥＯＳ）を０
．２５μｍ以下の幾何形状で少なくとも１．８μｍのエッチング深さにエッチン
グすることができる、シングルまたはデュアル・ダマシン・エッチング・プロセ
スが提供される。このプロセスは、ＲＩＥラグを低下または逆転させ、これによ
って、マルチレベル誘電体エッチング応用およびデュアル・ダマシン・デバイス
の製造を可能にする。
グ選択性で、ドープおよび無ドープ酸化膜（ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＴＥＯＳ）を０
．２５μｍ以下の幾何形状で少なくとも１．８μｍのエッチング深さにエッチン
グすることができる、シングルまたはデュアル・ダマシン・エッチング・プロセ
スが提供される。このプロセスは、ＲＩＥラグを低下または逆転させ、これによ
って、マルチレベル誘電体エッチング応用およびデュアル・ダマシン・デバイス
の製造を可能にする。
【００１３】 図１ａ〜ｄに、ヴィア・ファースト・デュアル・ダマシン構造をエッチングす
る本発明に基づく方法の概略図を示す。図１ａは、酸化シリコンなどの第１の誘
電層１４、窒化シリコンなどの第１のストップ層１６、酸化シリコンなどの第２
の誘電層１８、窒化シリコンなどの第２のストップ層２０およびシリコン・ウェ
ーハなどの基板２２の積層の上のフォトレジスト・マスキング層１２に、ヴィア
に対応する開口１０が形成された、エッチング前の状態を示す。図１ｂは、開口
１０が誘電層１４、１８および第１のストップ層１６を貫通して第２のストップ
層２０まで延びた、エッチング後の構造を示す。図１ｃは、トレンチ２４用のマ
スキング層を再パターニングした後の構造を示す。図１ｄは、第１の誘電層１４
が第１のストップ層１６までエッチングされたエッチング後の構造を示す。
る本発明に基づく方法の概略図を示す。図１ａは、酸化シリコンなどの第１の誘
電層１４、窒化シリコンなどの第１のストップ層１６、酸化シリコンなどの第２
の誘電層１８、窒化シリコンなどの第２のストップ層２０およびシリコン・ウェ
ーハなどの基板２２の積層の上のフォトレジスト・マスキング層１２に、ヴィア
に対応する開口１０が形成された、エッチング前の状態を示す。図１ｂは、開口
１０が誘電層１４、１８および第１のストップ層１６を貫通して第２のストップ
層２０まで延びた、エッチング後の構造を示す。図１ｃは、トレンチ２４用のマ
スキング層を再パターニングした後の構造を示す。図１ｄは、第１の誘電層１４
が第１のストップ層１６までエッチングされたエッチング後の構造を示す。
【００１４】 図２ａ〜ｄに、トレンチ・ファースト・デュアル・ダマシン構造をエッチング
する本発明に基づく方法の概略図を示す。図２ａは、酸化シリコンなどの第１の
誘電層３４、窒化シリコンなどの第１のストップ層３６、酸化シリコンなどの第
２の誘電層３８、窒化シリコンなどの第２のストップ層４０およびシリコン・ウ
ェーハなどの基板４２の積層の上のフォトレジスト・マスキング層３２に、トレ
ンチに対応する開口３０が形成された、エッチング前の状態を示す。図２ｂは、
開口３０が誘電層３４を貫通して第１のストップ層３６まで延びた、エッチング
後の構造を示す。図２ｃは、ヴィア４４用のマスキング層を再パターニングした
後の構造を示す。図２ｄは、第２の誘電層３８が第２のストップ層４０までエッ
チングされたエッチング後の構造を示す。
する本発明に基づく方法の概略図を示す。図２ａは、酸化シリコンなどの第１の
誘電層３４、窒化シリコンなどの第１のストップ層３６、酸化シリコンなどの第
２の誘電層３８、窒化シリコンなどの第２のストップ層４０およびシリコン・ウ
ェーハなどの基板４２の積層の上のフォトレジスト・マスキング層３２に、トレ
ンチに対応する開口３０が形成された、エッチング前の状態を示す。図２ｂは、
開口３０が誘電層３４を貫通して第１のストップ層３６まで延びた、エッチング
後の構造を示す。図２ｃは、ヴィア４４用のマスキング層を再パターニングした
後の構造を示す。図２ｄは、第２の誘電層３８が第２のストップ層４０までエッ
チングされたエッチング後の構造を示す。
【００１５】 図３ａ〜ｂに、単一の段階でデュアル・ダマシン構造をエッチングする本発明
に基づく方法の概略図を示す。図３ａは、酸化シリコンなどの第１の誘電層５４
、窒化シリコンなどの第１のストップ層５６、酸化シリコンなどの第２の誘電層
５８、窒化シリコンなどの第２のストップ層６０およびシリコン・ウェーハなど
の基板６２の積層の上のフォトレジスト・マスキング層５２に、トレンチに対応
する開口５０が形成された、エッチング前の状態を示す。単一のエッチング段階
で第１のストップ層５６を貫通するヴィアをエッチングするため、第１のストッ
プ層５６は開口６４を含む。図２ｂは、開口５０が誘電層５４を貫通して第１の
ストップ層５６まで延び、開口６４が第２の誘電体５８を貫通して第２のストッ
プ層６０まで延びた、エッチング後の構造を示す。このようなアレンジメントを
、「自己整合デュアル・ダマシン」構造と呼ぶことができる。
に基づく方法の概略図を示す。図３ａは、酸化シリコンなどの第１の誘電層５４
、窒化シリコンなどの第１のストップ層５６、酸化シリコンなどの第２の誘電層
５８、窒化シリコンなどの第２のストップ層６０およびシリコン・ウェーハなど
の基板６２の積層の上のフォトレジスト・マスキング層５２に、トレンチに対応
する開口５０が形成された、エッチング前の状態を示す。単一のエッチング段階
で第１のストップ層５６を貫通するヴィアをエッチングするため、第１のストッ
プ層５６は開口６４を含む。図２ｂは、開口５０が誘電層５４を貫通して第１の
ストップ層５６まで延び、開口６４が第２の誘電体５８を貫通して第２のストッ
プ層６０まで延びた、エッチング後の構造を示す。このようなアレンジメントを
、「自己整合デュアル・ダマシン」構造と呼ぶことができる。
【００１６】 本発明のプロセスは、フッ素化酸化シリコン（ＦＳＧ）などのドープ酸化シリ
コン、二酸化シリコンなどの無ドープ酸化シリコン、スピン・オン・ガラス（Ｓ
ＯＧ）、リン酸ケイ酸ホウ素ガラス（ＢＰＳＧ）、リン酸ケイ酸塩ガラス（ＰＳ
Ｇ）などのケイ酸塩ガラス、熱成長させたドープまたは無ドープ酸化シリコン、
ドープまたは無ドープのＴＥＯＳが堆積された酸化シリコンなど、様々な誘電層
のエッチングに適用可能である。誘電体ドーパントは、ホウ素、リンおよび／ま
たはヒ素を含む。誘電体は、多結晶シリコン、アルミニウム、銅、チタン、タン
グステン、モリブデンなどの金属、これらの合金、窒化チタンなどの窒化物、ケ
イ化チタン、ケイ化コバルト、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデンなどの金
属ケイ化物などの導電層または半導電層の上に置くことができる。
コン、二酸化シリコンなどの無ドープ酸化シリコン、スピン・オン・ガラス（Ｓ
ＯＧ）、リン酸ケイ酸ホウ素ガラス（ＢＰＳＧ）、リン酸ケイ酸塩ガラス（ＰＳ
Ｇ）などのケイ酸塩ガラス、熱成長させたドープまたは無ドープ酸化シリコン、
ドープまたは無ドープのＴＥＯＳが堆積された酸化シリコンなど、様々な誘電層
のエッチングに適用可能である。誘電体ドーパントは、ホウ素、リンおよび／ま
たはヒ素を含む。誘電体は、多結晶シリコン、アルミニウム、銅、チタン、タン
グステン、モリブデンなどの金属、これらの合金、窒化チタンなどの窒化物、ケ
イ化チタン、ケイ化コバルト、ケイ化タングステン、ケイ化モリブデンなどの金
属ケイ化物などの導電層または半導電層の上に置くことができる。
【００１７】 高密度プラズマは、様々なタイプのプラズマ・リアクタで作り出すことができ
る。このようなプラズマ・リアクタは、一般に、ＲＦエネルギー、マイクロ波エ
ネルギー、磁場などを使用して高密度プラズマを作り出す高エネルギー源を有す
る。例えば、高密度プラズマは、誘導結合プラズマ・リアクタとも呼ばれるトラ
ンスフォーマ・カップルド・プラズマ（ＴＣＰＴＭ）、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）プラズマ・リアクタ、ヘリコン・プラズマ・リアクタなどで発生させ
ることができる。高密度プラズマを作り出すことができる高フロー・プラズマ・
リアクタの一例が、本出願と同一人が所有する米国特許出願第０８／６５８２６
１号に開示されている。その開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
る。このようなプラズマ・リアクタは、一般に、ＲＦエネルギー、マイクロ波エ
ネルギー、磁場などを使用して高密度プラズマを作り出す高エネルギー源を有す
る。例えば、高密度プラズマは、誘導結合プラズマ・リアクタとも呼ばれるトラ
ンスフォーマ・カップルド・プラズマ（ＴＣＰＴＭ）、電子サイクロトロン共鳴
（ＥＣＲ）プラズマ・リアクタ、ヘリコン・プラズマ・リアクタなどで発生させ
ることができる。高密度プラズマを作り出すことができる高フロー・プラズマ・
リアクタの一例が、本出願と同一人が所有する米国特許出願第０８／６５８２６
１号に開示されている。その開示は、参照によって本明細書に組み込まれる。
【００１８】 本発明のプロセスは、図４に示すリアクタ１００などの誘導結合プラズマ・リ
アクタ中で実施することができる。リアクタ１００は、リアクタの下壁の出口１
０４に接続された真空ポンプによって所望の真空圧力に維持された内部１０２を
含む。エッチング・ガスは、ガス供給源１０６から誘電体窓１１０の下面の周囲
に延びるプレナム１０８にガスを供給するシャワーヘッド・アレンジメントに供
給することができる。リアクタの上の誘電体窓１１０の外側の１回または数回の
ターンを有する平面らせんコイルなどの外部ＲＦアンテナ１１４に、ＲＦ源１１
２からＲＦエネルギーを供給することによって、リアクタ内に高密度プラズマを
発生させることができる。このプラズマ発生源を、リアクタの上端に真空気密式
かつ取外し可能に取り付けられたモジュール式取付けアレンジメントの一部とす
ることができる。
アクタ中で実施することができる。リアクタ１００は、リアクタの下壁の出口１
０４に接続された真空ポンプによって所望の真空圧力に維持された内部１０２を
含む。エッチング・ガスは、ガス供給源１０６から誘電体窓１１０の下面の周囲
に延びるプレナム１０８にガスを供給するシャワーヘッド・アレンジメントに供
給することができる。リアクタの上の誘電体窓１１０の外側の１回または数回の
ターンを有する平面らせんコイルなどの外部ＲＦアンテナ１１４に、ＲＦ源１１
２からＲＦエネルギーを供給することによって、リアクタ内に高密度プラズマを
発生させることができる。このプラズマ発生源を、リアクタの上端に真空気密式
かつ取外し可能に取り付けられたモジュール式取付けアレンジメントの一部とす
ることができる。
【００１９】 リアクタ内部の基板支持体１１８の上、例えばリアクタの側壁からモジュール
式取付けアレンジメントによって取外し可能に支持された片持ばりチャック・ア
レンジメントなどの上に、ウェーハなどの半導体基板１１６が支持される。基板
支持体１１８は、片持ばり式に取り付けられた支持アームの一端にあり、リアク
タの側壁の開口を通すことによって、基板支持体／支持アーム・アセンブリ全体
をリアクタから取り外すことができる。基板支持体１１８は、静電チャック１２
０などのチャッキング器具を含むことができ、基板の周囲を、誘電体フォーカス
・リング１２２で取り囲むことができる。チャックは、エッチング・プロセス中
に基板にＲＦバイアスを印加するためのＲＦバイアシング電極を含むことができ
る。ガス供給源１０６によって供給されたエッチング・ガスは、窓１１０とその
下のガス分配プレート１２４との間のチャネルを流れ、プレート１２４のガス吐
出口を通って内部１０２に入ることができる。リアクタはさらに、プレート１２
４から円錐形に延びる被加熱ライナ１２６を含むことができる。
式取付けアレンジメントによって取外し可能に支持された片持ばりチャック・ア
レンジメントなどの上に、ウェーハなどの半導体基板１１６が支持される。基板
支持体１１８は、片持ばり式に取り付けられた支持アームの一端にあり、リアク
タの側壁の開口を通すことによって、基板支持体／支持アーム・アセンブリ全体
をリアクタから取り外すことができる。基板支持体１１８は、静電チャック１２
０などのチャッキング器具を含むことができ、基板の周囲を、誘電体フォーカス
・リング１２２で取り囲むことができる。チャックは、エッチング・プロセス中
に基板にＲＦバイアスを印加するためのＲＦバイアシング電極を含むことができ
る。ガス供給源１０６によって供給されたエッチング・ガスは、窓１１０とその
下のガス分配プレート１２４との間のチャネルを流れ、プレート１２４のガス吐
出口を通って内部１０２に入ることができる。リアクタはさらに、プレート１２
４から円錐形に延びる被加熱ライナ１２６を含むことができる。
【００２０】 一実施形態では、本発明が、自己整合コンタクト（ＳＡＣ）を含むコンタクト
、導線、ヴィアなどの０．３μｍ以下の高アスペクト比フィーチャを半導体基板
の誘電層中にプラズマ・エッチングするプロセスを提供する。このプロセスでは
、高密度プラズマ・リアクタ内で、フルオロカーボン、一酸化炭素および任意選
択のガス、例えばキャリヤ・ガス（例えばアルゴン）を含むガス混合物にエネル
ギーを与えて、フルオロカーボンが遊離Ｆと遊離Ｃに瞬間的に解離するようなプ
ラズマ状態とする。このエッチング・プロセス中に、一酸化炭素は、高密度プラ
ズマによって遊離Ｃと遊離酸素とに瞬間的に解離し、この遊離Ｃが遊離Ｆの一部
と反応して、マスキング層および／またはエッチング・ストップ層のエッチング
速度を低下させる。結果的に、ＣＯは、エッチング中の誘電材料のエッチング速
度と窒化シリコンなどの下層および／またはフォトレジストなどの上層のエッチ
ング速度との間の選択性を所望のレベルにし、同時に、ポリマーのビルドアップ
の釣り合いをとって、エッチングされたフィーチャの側壁を保護し、一方で過度
のポリマー・ビルドアップによるピンチオフおよびエッチ・ストップの問題を回
避する効果を有する。エッチ・ストップは特に、大量のポリマーを形成するガス
・ケミストリを使用して酸化シリコンなどの誘電材料中に深く幅の狭い開口をプ
ラズマ・エッチングする際に問題となる。すなわち、開口内でのポリマー・ビル
ドアップが、酸化シリコンのさらなるエッチングを妨げる。本発明のプロセスで
は、エッチング・ガス混合物中の一酸化炭素でポリマーを分解する相乗効果によ
って、ポリマー・ビルドアップを低減させることができる。さらに、エッチング
されたフィーチャの微小寸法（ＣＤ）を維持するため、ＣＯは、エッチングされ
た開口の側壁から十分な量のポリマー・ビルドアップを除去して、エッチングさ
れた開口の「ピンチオフ」の原因となり、開口を所望の深さまで完全にエッチン
グするのを妨げる、側壁の過度のポリマー・ビルドアップを回避する。
、導線、ヴィアなどの０．３μｍ以下の高アスペクト比フィーチャを半導体基板
の誘電層中にプラズマ・エッチングするプロセスを提供する。このプロセスでは
、高密度プラズマ・リアクタ内で、フルオロカーボン、一酸化炭素および任意選
択のガス、例えばキャリヤ・ガス（例えばアルゴン）を含むガス混合物にエネル
ギーを与えて、フルオロカーボンが遊離Ｆと遊離Ｃに瞬間的に解離するようなプ
ラズマ状態とする。このエッチング・プロセス中に、一酸化炭素は、高密度プラ
ズマによって遊離Ｃと遊離酸素とに瞬間的に解離し、この遊離Ｃが遊離Ｆの一部
と反応して、マスキング層および／またはエッチング・ストップ層のエッチング
速度を低下させる。結果的に、ＣＯは、エッチング中の誘電材料のエッチング速
度と窒化シリコンなどの下層および／またはフォトレジストなどの上層のエッチ
ング速度との間の選択性を所望のレベルにし、同時に、ポリマーのビルドアップ
の釣り合いをとって、エッチングされたフィーチャの側壁を保護し、一方で過度
のポリマー・ビルドアップによるピンチオフおよびエッチ・ストップの問題を回
避する効果を有する。エッチ・ストップは特に、大量のポリマーを形成するガス
・ケミストリを使用して酸化シリコンなどの誘電材料中に深く幅の狭い開口をプ
ラズマ・エッチングする際に問題となる。すなわち、開口内でのポリマー・ビル
ドアップが、酸化シリコンのさらなるエッチングを妨げる。本発明のプロセスで
は、エッチング・ガス混合物中の一酸化炭素でポリマーを分解する相乗効果によ
って、ポリマー・ビルドアップを低減させることができる。さらに、エッチング
されたフィーチャの微小寸法（ＣＤ）を維持するため、ＣＯは、エッチングされ
た開口の側壁から十分な量のポリマー・ビルドアップを除去して、エッチングさ
れた開口の「ピンチオフ」の原因となり、開口を所望の深さまで完全にエッチン
グするのを妨げる、側壁の過度のポリマー・ビルドアップを回避する。
【００２１】 本発明によれば、エッチング・ガス・ケミストリのエッチング速度選択比を制
御するのに有効な量の一酸化炭素が加えられる。すなわち、ＣＯおよび１種また
は数種のフルオロカーボン・ガスを含むエッチング・ガスを使用するときには、
ＣＯが、フルオロカーボンから解離した高密度プラズマ中の遊離Ｆを捕捉する効
果を有する。このような遊離Ｆは、マスキング層、エッチング・ストップ層など
の層を攻撃し、その結果、エッチング速度選択性が低下する。しかし、適当なレ
ベルのＣＯを供給することによって、選択比を増大させるのに十分な量の遊離Ｆ
を捕捉することが可能である。プラズマ・エッチング・リアクタに供給するＣＯ
の量は、遊離Ｆを捕捉し、エッチングされた開口の底のポリマーと反応すること
によってエッチ・ストップを防ぐのに有効な量とすることが好ましい。平面コイ
ル・アンテナを使用してＲＦエネルギーをリアクタに誘導結合する高密度プラズ
マ・リアクタでは、流量５０から２５０ｓｃｃｍのＣＯをリアクタに供給するこ
とによって、本発明の有利な効果が達成される。
御するのに有効な量の一酸化炭素が加えられる。すなわち、ＣＯおよび１種また
は数種のフルオロカーボン・ガスを含むエッチング・ガスを使用するときには、
ＣＯが、フルオロカーボンから解離した高密度プラズマ中の遊離Ｆを捕捉する効
果を有する。このような遊離Ｆは、マスキング層、エッチング・ストップ層など
の層を攻撃し、その結果、エッチング速度選択性が低下する。しかし、適当なレ
ベルのＣＯを供給することによって、選択比を増大させるのに十分な量の遊離Ｆ
を捕捉することが可能である。プラズマ・エッチング・リアクタに供給するＣＯ
の量は、遊離Ｆを捕捉し、エッチングされた開口の底のポリマーと反応すること
によってエッチ・ストップを防ぐのに有効な量とすることが好ましい。平面コイ
ル・アンテナを使用してＲＦエネルギーをリアクタに誘導結合する高密度プラズ
マ・リアクタでは、流量５０から２５０ｓｃｃｍのＣＯをリアクタに供給するこ
とによって、本発明の有利な効果が達成される。
【００２２】 エッチング・ガス混合物は任意選択で、窒素および／または不活性キャリヤ・
ガスなどのその他のガスを含むことができる。アルゴンは、フッ素が酸化シリコ
ンなどの誘電材料を攻撃するのを助ける特に有用な不活性キャリヤ・ガスである
。しかし、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒおよび／またはＸｅなどのその他の不活性ガスを不
活性キャリヤ・ガスとして使用することもできる。プラズマ・エッチング・リア
クタの圧力を低く維持するため、リアクタに導入するキャリヤ・ガスの流量を小
さくすることができる。例えば、高密度プラズマ・リアクタでは、リアクタに供
給するアルゴンの量を２５から３００ｓｃｃｍとすることができる。このキャリ
ヤ・ガスは、誘電体のエッチング速度、例えば酸化物のエッチング速度の増大を
、酸化物をスパッタリングすることによって助ける。
ガスなどのその他のガスを含むことができる。アルゴンは、フッ素が酸化シリコ
ンなどの誘電材料を攻撃するのを助ける特に有用な不活性キャリヤ・ガスである
。しかし、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒおよび／またはＸｅなどのその他の不活性ガスを不
活性キャリヤ・ガスとして使用することもできる。プラズマ・エッチング・リア
クタの圧力を低く維持するため、リアクタに導入するキャリヤ・ガスの流量を小
さくすることができる。例えば、高密度プラズマ・リアクタでは、リアクタに供
給するアルゴンの量を２５から３００ｓｃｃｍとすることができる。このキャリ
ヤ・ガスは、誘電体のエッチング速度、例えば酸化物のエッチング速度の増大を
、酸化物をスパッタリングすることによって助ける。
【００２３】 フルオロカーボンが、ｘが少なくとも１、ｙが少なくとも１、ｚが０かまたは
０よりも大きいＣｘＦｙＨｚ、例えば、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ５Ｆ８ 、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ６、ＣＨ２Ｆ５、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２を含む
ことが好ましい。水素を含むフルオロカーボンはかなり重合性であるが、エッチ
・ストップ現象を回避するため、無水素フルオロカーボン・ガスを、相乗効果的
なＣＯ追加と組み合わせて使用して、深く幅の狭い開口が達成されるよう重合度
を制御することができる。プラズマ・リアクタに供給するフルオロカーボン・ガ
スの量は、所望の重合度を十分に達成するものでなければならない。一例として
、リアクタにＲＦエネルギーを誘導結合する高密度プラズマ・リアクタでは、流
量５０から２５０ｓｃｃｍのＣＯを供給することができ、総量２５から１５０ｓ
ｃｃｍ、好ましくは４０から１００ｓｃｃｍ、より好ましくは６０から７０ｓｃ
ｃｍのフルオロカーボン・ガスを供給することができる。一例として、直径０．
２５μｍのコンタクト開口に対しては、４０〜７０ｓｃｃｍのＣｘＦｙＨｚＺを
供給するときにＣＯ流量を５０から２００ｓｃｃｍとすることができ、アルゴン
を供給する場合には、これを５０から１５０ｓｃｃｍとすることができる。当業
者には明白なことだが、これらの各種ガスの流量は、プラズマ・リアクタのタイ
プ、電力設定、リアクタ中の真空圧力、プラズマ源の解離速度などの因子によっ
て決まる。
０よりも大きいＣｘＦｙＨｚ、例えば、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ５Ｆ８ 、Ｃ４Ｆ８、Ｃ２Ｆ６、ＣＨ２Ｆ５、Ｃ２ＨＦ５、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２を含む
ことが好ましい。水素を含むフルオロカーボンはかなり重合性であるが、エッチ
・ストップ現象を回避するため、無水素フルオロカーボン・ガスを、相乗効果的
なＣＯ追加と組み合わせて使用して、深く幅の狭い開口が達成されるよう重合度
を制御することができる。プラズマ・リアクタに供給するフルオロカーボン・ガ
スの量は、所望の重合度を十分に達成するものでなければならない。一例として
、リアクタにＲＦエネルギーを誘導結合する高密度プラズマ・リアクタでは、流
量５０から２５０ｓｃｃｍのＣＯを供給することができ、総量２５から１５０ｓ
ｃｃｍ、好ましくは４０から１００ｓｃｃｍ、より好ましくは６０から７０ｓｃ
ｃｍのフルオロカーボン・ガスを供給することができる。一例として、直径０．
２５μｍのコンタクト開口に対しては、４０〜７０ｓｃｃｍのＣｘＦｙＨｚＺを
供給するときにＣＯ流量を５０から２００ｓｃｃｍとすることができ、アルゴン
を供給する場合には、これを５０から１５０ｓｃｃｍとすることができる。当業
者には明白なことだが、これらの各種ガスの流量は、プラズマ・リアクタのタイ
プ、電力設定、リアクタ中の真空圧力、プラズマ源の解離速度などの因子によっ
て決まる。
【００２４】 本発明のプロセスは、少なくとも５：１という極めて高いアスペクト比を得る
目的に有用であり、特に、０．３μｍ未満、好ましくは０．１８μｍ以下の開口
について最大１０：１のアスペクト比を達成するのに有用である。例えば、２．
１μｍを超える深さの直径０．２５μｍの開口に対して、実質的にまっすぐな壁
を得ることができる。異方性エッチングを提供するため、基板支持体によって半
導体基板にＲＦバイアスを供給すると有利である。例えば、６、８または１２イ
ンチ・ウェーハを十分にＲＦバイアスするためには、基板支持体中のＲＦバイア
シング電極に５００から３０００ワット程度の電力を供給すればよい。
目的に有用であり、特に、０．３μｍ未満、好ましくは０．１８μｍ以下の開口
について最大１０：１のアスペクト比を達成するのに有用である。例えば、２．
１μｍを超える深さの直径０．２５μｍの開口に対して、実質的にまっすぐな壁
を得ることができる。異方性エッチングを提供するため、基板支持体によって半
導体基板にＲＦバイアスを供給すると有利である。例えば、６、８または１２イ
ンチ・ウェーハを十分にＲＦバイアスするためには、基板支持体中のＲＦバイア
シング電極に５００から３０００ワット程度の電力を供給すればよい。
【００２５】 リアクタの圧力は可能な限り低く維持することが好ましい。一般に、リアクタ
の圧力が低すぎるとプラズマの消滅につながり、リアクタの圧力が高すぎるとエ
ッチ・ストップの問題が生じる可能性がある。高密度プラズマ・リアクタでは、
リアクタの圧力が３０ｍＴｏｒｒ未満であることが好ましく、１０ｍＴｏｒｒ未
満であるとさらに好ましい。エッチングを受けている半導体基板のところにプラ
ズマが閉じ込められるため、基板表面の真空圧力がリアクタの真空圧力設定より
も高くなる可能性がある。
の圧力が低すぎるとプラズマの消滅につながり、リアクタの圧力が高すぎるとエ
ッチ・ストップの問題が生じる可能性がある。高密度プラズマ・リアクタでは、
リアクタの圧力が３０ｍＴｏｒｒ未満であることが好ましく、１０ｍＴｏｒｒ未
満であるとさらに好ましい。エッチングを受けている半導体基板のところにプラ
ズマが閉じ込められるため、基板表面の真空圧力がリアクタの真空圧力設定より
も高くなる可能性がある。
【００２６】 エッチングを受けている半導体基板を支持している基板支持体が、基板上のフ
ォトレジストの焼損を防ぐ（例えば、基板を１４０℃未満に維持する）ために基
板を十分に冷却することが好ましい。高密度プラズマ・リアクタでは、基板支持
体を２０から４０℃に冷却すれば十分である。基板支持体は、ＥＳＣなどの下部
電極を含むことができ、その上に、シリコン・ウェーハなどの基板を静電的にク
ランプし、ウェーハとＥＳＣの上面との間に所望の圧力のヘリウムを供給するこ
とによって基板を冷却する。ウェーハを所望の温度、例えば０から１００℃に維
持するためには、ウェーハとチャックの間の空間のＨｅの圧力を１０から３０Ｔ
ｏｒｒに維持すればよい。
ォトレジストの焼損を防ぐ（例えば、基板を１４０℃未満に維持する）ために基
板を十分に冷却することが好ましい。高密度プラズマ・リアクタでは、基板支持
体を２０から４０℃に冷却すれば十分である。基板支持体は、ＥＳＣなどの下部
電極を含むことができ、その上に、シリコン・ウェーハなどの基板を静電的にク
ランプし、ウェーハとＥＳＣの上面との間に所望の圧力のヘリウムを供給するこ
とによって基板を冷却する。ウェーハを所望の温度、例えば０から１００℃に維
持するためには、ウェーハとチャックの間の空間のＨｅの圧力を１０から３０Ｔ
ｏｒｒに維持すればよい。
【００２７】 図４に示したような誘導結合プラズマ・リアクタを用いて本発明を実施すると
きには、平面コイル・アンテナに、周波数１３．４６ＭＨｚ、電力レベル１００
０から４０００ワットのＲＦエネルギーを供給することができる。この電力は、
フルオロカーボンを遊離Ｆおよび遊離Ｃに瞬間的に解離させるのに十分なもので
なければならない。以前に説明したとおり、このような強いプラズマは、ドープ
または無ドープ酸化シリコン、例えば、無ドープ・ケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）、
ケイ酸ホウ素リン・ガラス（ＢＰＳＧ）、ケイ酸リン・ガラス（ＰＳＧ）、スピ
ン・オン・ガラス（ＳＯＧ）、ドープまたは無ドープＴＥＯＳ、フッ素化酸化シ
リコン（ＳｉＯＦ）、熱酸化物などの誘電材料のエッチング中に選択性の問題を
引き起こす。
きには、平面コイル・アンテナに、周波数１３．４６ＭＨｚ、電力レベル１００
０から４０００ワットのＲＦエネルギーを供給することができる。この電力は、
フルオロカーボンを遊離Ｆおよび遊離Ｃに瞬間的に解離させるのに十分なもので
なければならない。以前に説明したとおり、このような強いプラズマは、ドープ
または無ドープ酸化シリコン、例えば、無ドープ・ケイ酸塩ガラス（ＵＳＧ）、
ケイ酸ホウ素リン・ガラス（ＢＰＳＧ）、ケイ酸リン・ガラス（ＰＳＧ）、スピ
ン・オン・ガラス（ＳＯＧ）、ドープまたは無ドープＴＥＯＳ、フッ素化酸化シ
リコン（ＳｉＯＦ）、熱酸化物などの誘電材料のエッチング中に選択性の問題を
引き起こす。
【００２８】 本発明のプロセスは、酸化シリコンを貫通してその下の導電層または半導電層
に達する深く幅の狭い開口をエッチングするのに特によく適している。この層は
、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏなどの金属、これらの合金、窒化チタンなどの金属窒
化物、ドープまたは無ドープ多結晶または単結晶シリコン、ケイ化チタン、ケイ
化タングステン、ケイ化コバルト、ケイ化モリブデンなどの金属ケイ化物などで
ある。エッチング・ガス混合物に酸素を追加する場合には、この下層導電材料が
、酸素によって攻撃される窒化シリコンなどの材料を含まないことが好ましい。
に達する深く幅の狭い開口をエッチングするのに特によく適している。この層は
、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｍｏなどの金属、これらの合金、窒化チタンなどの金属窒
化物、ドープまたは無ドープ多結晶または単結晶シリコン、ケイ化チタン、ケイ
化タングステン、ケイ化コバルト、ケイ化モリブデンなどの金属ケイ化物などで
ある。エッチング・ガス混合物に酸素を追加する場合には、この下層導電材料が
、酸素によって攻撃される窒化シリコンなどの材料を含まないことが好ましい。
【００２９】 本発明に基づく高密度エッチング・プロセスの一例を以下に示す。ＬＡＭ Ｒ
ｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから販売されている９１００ＰＴＸＴ Ｍ などの誘導結合高密度プラズマ・エッチング・リアクタを使用するときには、
真空圧力を５ｍＴｏｒｒ、リアクタの外側の平面コイル・アンテナへの電力を１
３００ワット、静電チャック中のＲＦバイアシング電極への電力を１７００ワッ
ト、ウェーハとチャックの間に供給するヘリウムを２０Ｔｏｒｒにそれぞれ設定
することができる。図５は、エッチング・ガス混合物：ＣＯ ２００ｓｃｃｍ、
ＣＨ２Ｆ２ ３５ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８ ２５ｓｃｃｍを用いてエッチングした構
造のＳＥＭ顕微鏡写真である。
ｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから販売されている９１００ＰＴＸＴ Ｍ などの誘導結合高密度プラズマ・エッチング・リアクタを使用するときには、
真空圧力を５ｍＴｏｒｒ、リアクタの外側の平面コイル・アンテナへの電力を１
３００ワット、静電チャック中のＲＦバイアシング電極への電力を１７００ワッ
ト、ウェーハとチャックの間に供給するヘリウムを２０Ｔｏｒｒにそれぞれ設定
することができる。図５は、エッチング・ガス混合物：ＣＯ ２００ｓｃｃｍ、
ＣＨ２Ｆ２ ３５ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８ ２５ｓｃｃｍを用いてエッチングした構
造のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【００３０】 図６〜９は、エッチングしたコンタクトのＳＥＭ顕微鏡写真である。フォトレ
ジスト層は取り除かれている。図６および７はそれぞれ、Ｓｉストップ層の上の
ＴＥＯＳ誘電層中の約５０％オーバーエッチングされた直径０．２５μｍ、深さ
１．８μｍのコンタクト開口の中央および縁部における断面を示す。図８および
９はそれぞれ、Ｓｉ３Ｎ４ストップ層の上のＰＳＧ誘電層中の約５０％オーバー
エッチングされた直径０．２５μｍ、深さ１．８μｍのコンタクト開口の中央お
よび縁部における断面を示す。
ジスト層は取り除かれている。図６および７はそれぞれ、Ｓｉストップ層の上の
ＴＥＯＳ誘電層中の約５０％オーバーエッチングされた直径０．２５μｍ、深さ
１．８μｍのコンタクト開口の中央および縁部における断面を示す。図８および
９はそれぞれ、Ｓｉ３Ｎ４ストップ層の上のＰＳＧ誘電層中の約５０％オーバー
エッチングされた直径０．２５μｍ、深さ１．８μｍのコンタクト開口の中央お
よび縁部における断面を示す。
【００３１】 下の表１に、さまざまなリアクタ圧力およびＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ８、ＣＯガス
流量を使用した、デュアル・ダマシン構造のエッチング結果を示す。
流量を使用した、デュアル・ダマシン構造のエッチング結果を示す。
【００３２】
【表１】
【００３３】 下の表２に、さまざまなサイズの開口についてのエッチング速度およびフォト
レジスト・マスキング層のエッチング速度を含む、上の表１のラン番号１〜１０
に対する試験結果を示す。
レジスト・マスキング層のエッチング速度を含む、上の表１のラン番号１〜１０
に対する試験結果を示す。
【００３４】
【表２】
【００３５】 上記試験を実施した結果によれば、本発明のプロセスに基づく誘電体エッチン
グの最適レジメは次のとおりである。高ＣＯ流量でのエッチ・ストップを防ぐた
めには、チャンバの圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下に設定すると有利である。下層の
高いエッチング速度選択性を得るためにも、チャンバの圧力を１０ｍＴｏｒｒ以
下に維持することが望ましい。しかし、フォトレジスト選択性は、これよりも高
いチャンバ圧力設定で高くなるように見える。最適ＣＯ流量は、５０から２００
ｓｃｃｍであるようだ。ＣＯ流量が２５０ｓｃｃｍ以上のときには、チャンバの
圧力設定に関係なくエッチ・ストップが起こる。断面および選択性の目的から最
適なエッチング・ガス混合物は、比１：１から１．５：１のＣＨ２Ｆ２／Ｃ４Ｆ ８ である。さらに、ＲＩＥラグの逆転は、低い圧力設定の方が起こりそうである
。
グの最適レジメは次のとおりである。高ＣＯ流量でのエッチ・ストップを防ぐた
めには、チャンバの圧力を１０ｍＴｏｒｒ以下に設定すると有利である。下層の
高いエッチング速度選択性を得るためにも、チャンバの圧力を１０ｍＴｏｒｒ以
下に維持することが望ましい。しかし、フォトレジスト選択性は、これよりも高
いチャンバ圧力設定で高くなるように見える。最適ＣＯ流量は、５０から２００
ｓｃｃｍであるようだ。ＣＯ流量が２５０ｓｃｃｍ以上のときには、チャンバの
圧力設定に関係なくエッチ・ストップが起こる。断面および選択性の目的から最
適なエッチング・ガス混合物は、比１：１から１．５：１のＣＨ２Ｆ２／Ｃ４Ｆ ８ である。さらに、ＲＩＥラグの逆転は、低い圧力設定の方が起こりそうである
。
【００３６】 本発明に基づくプロセスは、以下の構造を有するウェーハに対して実施した以
下の測定の結果として開発されたものである。上から順に１１６００Ａ Ｉライ
ン・フォトレジスト、２００００Ａ ＴＥＯＳ、Ｓｉ基板を有するウェーハに対
するＴＥＯＳエッチング速度およびＲＩＥラグの測定、上から順に１００００Ａ
Ｉライン・フォトレジスト、３０００Ａ Ｓｉ３Ｎ４、１０００Ａ熱酸化物、
Ｓｉ基板を有するウェーハに対するＳｉ３Ｎ４エッチング速度および選択性の測
定、上から順に８２５０Ａ ＤＵＶレジスト、１７０００Ａ ＰＳＧ、１０００
Ａ Ｓｉ３Ｎ４、シリコン基板を有するウェーハに対する０．２５μｍおよび０
．３５μｍＰＳＧエッチング速度および選択性の測定、上から順に１００００Ａ
ＤＵＶレジスト、１８０００Ａ ＴＥＯＳ、シリコン基板を有するウェーハ、
および６０００Ａ ＤＵＶレジスト、７０００Ａ ＴＥＯＳトレンチ（ＣＤ０．
３μｍから１．０μｍ）、１５００Ａ Ｓｉ３Ｎ４、１００００Ａ ＴＥＯＳバ
イア（ＣＤ０．３５μｍから０．６０μｍ）、１５００Ａ Ｓｉ３Ｎ４、シリコ
ン基板を有する酸化物デュアル・ダマシン構造ウェーハに対する０．２５μｍお
よび０．３５μｍＴＥＯＳエッチング速度および選択性の測定。深さ１．２μｍ
の０．４μｍコンタクトのＲＩＥラグをＳＥＭ顕微鏡写真から次式を使用して計
算した：ＲＩＥラグ＝１００×（オープン領域のエッチング速度−０．４μｍコ
ンタクトのエッチング速度）／オープン領域のエッチング速度。酸化物エッチン
グ速度の均一性の値をＳＥＭから次式を使用して決定した：均一性（％）＝（中
央フィーチャ・サイズ−縁部フィーチャ・サイズ）×１００／（中央フィーチャ
・サイズ＋縁部フィーチャ・サイズ）。
下の測定の結果として開発されたものである。上から順に１１６００Ａ Ｉライ
ン・フォトレジスト、２００００Ａ ＴＥＯＳ、Ｓｉ基板を有するウェーハに対
するＴＥＯＳエッチング速度およびＲＩＥラグの測定、上から順に１００００Ａ
Ｉライン・フォトレジスト、３０００Ａ Ｓｉ３Ｎ４、１０００Ａ熱酸化物、
Ｓｉ基板を有するウェーハに対するＳｉ３Ｎ４エッチング速度および選択性の測
定、上から順に８２５０Ａ ＤＵＶレジスト、１７０００Ａ ＰＳＧ、１０００
Ａ Ｓｉ３Ｎ４、シリコン基板を有するウェーハに対する０．２５μｍおよび０
．３５μｍＰＳＧエッチング速度および選択性の測定、上から順に１００００Ａ
ＤＵＶレジスト、１８０００Ａ ＴＥＯＳ、シリコン基板を有するウェーハ、
および６０００Ａ ＤＵＶレジスト、７０００Ａ ＴＥＯＳトレンチ（ＣＤ０．
３μｍから１．０μｍ）、１５００Ａ Ｓｉ３Ｎ４、１００００Ａ ＴＥＯＳバ
イア（ＣＤ０．３５μｍから０．６０μｍ）、１５００Ａ Ｓｉ３Ｎ４、シリコ
ン基板を有する酸化物デュアル・ダマシン構造ウェーハに対する０．２５μｍお
よび０．３５μｍＴＥＯＳエッチング速度および選択性の測定。深さ１．２μｍ
の０．４μｍコンタクトのＲＩＥラグをＳＥＭ顕微鏡写真から次式を使用して計
算した：ＲＩＥラグ＝１００×（オープン領域のエッチング速度−０．４μｍコ
ンタクトのエッチング速度）／オープン領域のエッチング速度。酸化物エッチン
グ速度の均一性の値をＳＥＭから次式を使用して決定した：均一性（％）＝（中
央フィーチャ・サイズ−縁部フィーチャ・サイズ）×１００／（中央フィーチャ
・サイズ＋縁部フィーチャ・サイズ）。
【００３７】 実施した実験の結果、ＬＡＭ９１００ＰＴＸＴＭリアクタを使用した好ましい
中央点誘電体エッチング・プロセスは次のとおりである。チャンバ圧力１０ｍＴ
ｏｒｒ、上部電極（ＴＣＰコイル）電力１３００ワット、下部電極（ＥＳＣ）電
力１５００ワット、ＣＨ２Ｆ２ ３５ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８ ２５ｓｃｃｍ、ＣＯ
２００ｓｃｃｍ。一般に、チャンバ圧力は５から１５ｍＴｏｒｒ、下部電極温
度は約＋２０℃、ウェーハとＥＳＣの間に供給するヘリウムは約２０Ｔｏｒｒ、
ＣＨ２Ｆ２流量は３０から４０ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８流量は２０から３０ｓｃｃｍ
、ＣＯ流量は１５０から２５０ｓｃｃｍとすることができる。以上のリアクタ設
定によって、高密度プラズマ・リアクタ内でのダマシン構造のエッチングでこれ
まで得られなかったエッチング速度選択性が達成されたが、最適なリアクタ設定
が、リアクタおよびガス・ケミストリの選択によって変化することは当業者には
明白であろう。
中央点誘電体エッチング・プロセスは次のとおりである。チャンバ圧力１０ｍＴ
ｏｒｒ、上部電極（ＴＣＰコイル）電力１３００ワット、下部電極（ＥＳＣ）電
力１５００ワット、ＣＨ２Ｆ２ ３５ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８ ２５ｓｃｃｍ、ＣＯ
２００ｓｃｃｍ。一般に、チャンバ圧力は５から１５ｍＴｏｒｒ、下部電極温
度は約＋２０℃、ウェーハとＥＳＣの間に供給するヘリウムは約２０Ｔｏｒｒ、
ＣＨ２Ｆ２流量は３０から４０ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８流量は２０から３０ｓｃｃｍ
、ＣＯ流量は１５０から２５０ｓｃｃｍとすることができる。以上のリアクタ設
定によって、高密度プラズマ・リアクタ内でのダマシン構造のエッチングでこれ
まで得られなかったエッチング速度選択性が達成されたが、最適なリアクタ設定
が、リアクタおよびガス・ケミストリの選択によって変化することは当業者には
明白であろう。
【００３８】 比較実験として、下表３に示すエッチング・ガス・ケミストリを評価した。
【００３９】
【表３】
【００４０】 さまざまなパラメータに対する異なるＣＯ流量の影響を下表４に示す。リアク
タは、圧力４ｍＴｏｒｒ、上部電極電力１３００ワット、下部電極電力１６００
ワット、ＣＨ２Ｆ２ ３６ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８ ２４ｓｃｃｍ、Ａｒ １００ｓ
ｃｃｍ、ウェーハ裏面冷却用Ｈｅ ２０Ｔｏｒｒで動作させた。
タは、圧力４ｍＴｏｒｒ、上部電極電力１３００ワット、下部電極電力１６００
ワット、ＣＨ２Ｆ２ ３６ｓｃｃｍ、Ｃ４Ｆ８ ２４ｓｃｃｍ、Ａｒ １００ｓ
ｃｃｍ、ウェーハ裏面冷却用Ｈｅ ２０Ｔｏｒｒで動作させた。
【００４１】
【表４】
【００４２】 本発明に基づくプロセスによって達成された追加の結果を図１０〜１３に示す
。図１０は、ＣＯ流量に対するＴＥＯＳエッチング速度のグラフである。◆はオ
ープン領域のエッチング速度を指示し、■は０．４μｍ開口のエッチング速度を
指示する。このグラフに示すとおり、開口のエッチング速度は意外にも、５０ｓ
ｃｃｍまではＣＯ流量の増大とともに急速に増大し、ＣＯ流量５０〜２００ｓｃ
ｃｍではまずまず一定である。一方、オープン領域のエッチング速度はＣＯを追
加しないときに最大であり、ＣＯ流量が２００ｓｃｃｍまで増大するにつれ０近
くまで低下する。
。図１０は、ＣＯ流量に対するＴＥＯＳエッチング速度のグラフである。◆はオ
ープン領域のエッチング速度を指示し、■は０．４μｍ開口のエッチング速度を
指示する。このグラフに示すとおり、開口のエッチング速度は意外にも、５０ｓ
ｃｃｍまではＣＯ流量の増大とともに急速に増大し、ＣＯ流量５０〜２００ｓｃ
ｃｍではまずまず一定である。一方、オープン領域のエッチング速度はＣＯを追
加しないときに最大であり、ＣＯ流量が２００ｓｃｃｍまで増大するにつれ０近
くまで低下する。
【００４３】 図１１は、ＣＯ流量に対するＴＥＯＳエッチング深度のグラフである。◆は０
．４μｍ開口のエッチング深度を指示する。このグラフに示すとおり、開口のエ
ッチング深度は、ＣＯ流量２００ｓｃｃｍまで徐々に増大する。
．４μｍ開口のエッチング深度を指示する。このグラフに示すとおり、開口のエ
ッチング深度は、ＣＯ流量２００ｓｃｃｍまで徐々に増大する。
【００４４】 図１２は、ＣＯ流量に対する選択性のグラフである。◆はＴＥＯＳ：Ｓｉ３Ｎ ４ 選択性を指示し、■はＴＥＯＳ：フォトレジスト（ＰＲ）選択性を指示する。
このグラフに示すとおり、エッチング・ガスがＣＯを含まないときのＴＥＯＳ：
ＰＲ選択性は３未満であり、ＣＯ流量が５０ｓｃｃｍまで増大するにつれ５に近
づく。一方、ＴＥＯＳ：Ｓｉ３Ｎ４選択性は、ＣＯを追加しないと１０未満であ
り、ＣＯ流量が２００ｓｃｃｍまで増大すると１５に増大する。
このグラフに示すとおり、エッチング・ガスがＣＯを含まないときのＴＥＯＳ：
ＰＲ選択性は３未満であり、ＣＯ流量が５０ｓｃｃｍまで増大するにつれ５に近
づく。一方、ＴＥＯＳ：Ｓｉ３Ｎ４選択性は、ＣＯを追加しないと１０未満であ
り、ＣＯ流量が２００ｓｃｃｍまで増大すると１５に増大する。
【００４５】 図１３は、ＣＯ流量に対するＲＩＥラグのグラフである。◆は、ＣＯを０から
２００ｓｃｃｍまで増大させたときのオープン領域と比較した０．４μｍ開口の
エッチング速度比を指示する。このグラフに示すとおり、５０ｓｃｃｍ以上のＣ
ＯではＲＩＥラグが負となり、オープン領域がコンタクト開口よりもゆっくりと
エッチングされることを指示している。
２００ｓｃｃｍまで増大させたときのオープン領域と比較した０．４μｍ開口の
エッチング速度比を指示する。このグラフに示すとおり、５０ｓｃｃｍ以上のＣ
ＯではＲＩＥラグが負となり、オープン領域がコンタクト開口よりもゆっくりと
エッチングされることを指示している。
【００４６】 本発明の原理、好ましい実施形態および動作モードを以上に説明した。しかし
、本発明を、以上に論じた特定の実施形態に限定されると解釈してはならない。
以上に記載した実施形態は例示的なものと考えるべきであって、限定的なものと
考えるべきではなく、請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱すること
なく、これらの実施形態に当業者が変更を加えることができることを理解された
い。
、本発明を、以上に論じた特定の実施形態に限定されると解釈してはならない。
以上に記載した実施形態は例示的なものと考えるべきであって、限定的なものと
考えるべきではなく、請求項によって定義される本発明の範囲から逸脱すること
なく、これらの実施形態に当業者が変更を加えることができることを理解された
い。
【図１ａ〜ｄ】 本発明のプロセスに基づいてエッチングすることができるバイア・ファースト
・デュアル・ダマシン構造の概略図である。図１ａはエッチング前の状態、図１
ｂは、バイアが既にエッチングされたエッチング後の状態、図１ｃは、トレンチ
・エッチング用に再パターニングされた構造、図１ｄは、トレンチが既にエッチ
ングされたエッチング後の状態をそれぞれ示す。
・デュアル・ダマシン構造の概略図である。図１ａはエッチング前の状態、図１
ｂは、バイアが既にエッチングされたエッチング後の状態、図１ｃは、トレンチ
・エッチング用に再パターニングされた構造、図１ｄは、トレンチが既にエッチ
ングされたエッチング後の状態をそれぞれ示す。
【図２ａ〜ｄ】 本発明のプロセスに基づいてエッチングすることができるトレンチ・ファース
ト・デュアル・ダマシン構造の概略図である。図２ａはエッチング前の状態、図
２ｂは、トレンチが既にエッチングされたエッチング後の状態、図２ｃは、バイ
ア・エッチング用に再パターニングされた構造、図２ｄは、バイアが既にエッチ
ングされたエッチング後の状態をそれぞれ示す。
ト・デュアル・ダマシン構造の概略図である。図２ａはエッチング前の状態、図
２ｂは、トレンチが既にエッチングされたエッチング後の状態、図２ｃは、バイ
ア・エッチング用に再パターニングされた構造、図２ｄは、バイアが既にエッチ
ングされたエッチング後の状態をそれぞれ示す。
【図３ａ〜ｂ】 本発明のプロセスに基づいてエッチングすることができる自己整合デュアル・
ダマシン構造の概略図である。図３ａはエッチング前の状態、図３ｂは、トレン
チおよびバイアが既にエッチングされたエッチング後の状態をそれぞれ示す。
ダマシン構造の概略図である。図３ａはエッチング前の状態、図３ｂは、トレン
チおよびバイアが既にエッチングされたエッチング後の状態をそれぞれ示す。
【図４】 本発明のプロセスを実施する目的に使用することができる誘導結合高密度プラ
ズマ・リアクタの概略図である。
ズマ・リアクタの概略図である。
【図５】 本発明に基づいてエッチングされたデュアル・ダマシン構造のＳＥＭ顕微鏡写
真である。
真である。
【図６】 本発明に基づいてエッチングされたウェーハの中央のＴＥＯＳ／Ｓｉ構造のＳ
ＥＭ顕微鏡写真である。
ＥＭ顕微鏡写真である。
【図７】 本発明に基づいてエッチングされたウェーハの縁部のＴＥＯＳ／Ｓｉ構造のＳ
ＥＭ顕微鏡写真である。
ＥＭ顕微鏡写真である。
【図８】 本発明に基づいてエッチングされたウェーハの中央のＰＳＧ／Ｓｉ３Ｎ４構造
のＳＥＭ顕微鏡写真である。
のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図９】 本発明に基づいてエッチングされたウェーハの縁部のＰＳＧ／Ｓｉ３Ｎ４構造
のＳＥＭ顕微鏡写真である。
のＳＥＭ顕微鏡写真である。
【図１０】 ＴＥＯＳのエッチング速度に対するＣＯ流量の影響を示すグラフである。エッ
チング速度は５０ｓｃｃｍＣＯまで着実に増大した。
チング速度は５０ｓｃｃｍＣＯまで着実に増大した。
【図１１】 ＴＥＯＳのエッチング深度に対するＣＯ流量の影響を示すグラフである。エッ
チング速度は２００ｓｃｃｍＣＯまで着実に増大した。
チング速度は２００ｓｃｃｍＣＯまで着実に増大した。
【図１２】 ＣＯ流量に対する選択性のグラフである。
【図１３】 ＣＯ流量に対するＲＩＥラグのグラフである。５０ｓｃｃｍを超えるＣＯ流量
に対してはＲＩＥラグが負数となった。
に対してはＲＩＥラグが負数となった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ， ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，Ｓ Ｌ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 リンドクイスト， ロジャー， エフ． アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95008， キャンベル， ローラ コート 829 Ｆターム(参考） 4G075 AA30 AA42 AA61 BC06 BD14 CA25 CA47 CA57 CA63 CA65 DA02 EB01 5F004 AA05 BA20 BB13 CA04 CA06 DA00 DA01 DA02 DA03 DA15 DA22 DA23 DB03 EA01 EB01
Claims (20)
- 【請求項１】 誘電層をエッチングする方法であって、 誘電層の上にマスキング層を有し、前記誘電層の下に導電層または半導電層を
有する半導体基板を、高密度プラズマ・エッチング・リアクタの中に導入する段
階と、 少なくとも１種のフルオロカーボン反応物および一酸化炭素を含むエッチング
・ガスを前記プラズマ・エッチング・リアクタに供給し、前記エッチング・ガス
にエネルギーを与えて高密度プラズマ状態にし、前記高密度プラズマによって前
記フルオロカーボン反応物を遊離Ｆおよび遊離Ｃに瞬間的に解離させる段階と、 前記マスキング層および前記誘電層の露出部分を前記高密度プラズマに暴露し
て、前記高密度プラズマで前記誘電層中に開口がエッチングされるようにする段
階と を含み、 前記エッチングが、前記開口が前記誘電層を貫通して前記導電層または半導電
層に達するまで実施され、前記一酸化炭素が、前記遊離Ｆと十分に反応して、前
記マスキング層のエッチング速度に対する前記誘電層のエッチング速度のエッチ
ング選択比を少なくとも約５とする効果を有する量だけ存在する 方法。 - 【請求項２】 前記誘電層が、ドープまたは無ドープ酸化シリコン膜を含む
、請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】 前記少なくとも１種のフルオロカーボン反応物がＣｘＦｙＨ ｚ によって表され、前記式で、ｘが少なくとも１、ｙが少なくとも１、ｚが０か
または０よりも大きい、請求項１に記載の方法。 - 【請求項４】 前記開口が、少なくとも３：１のアスペクト比を与えるのに
十分な深さまでエッチングされる、請求項１に記載の方法。 - 【請求項５】 前記エッチング・ガスが実質上、ＣｘＦｙＨｚ、ＣＯおよび
任意選択のＡｒから成る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項６】 前記導電層または半導電層が、ドープまたは無ドープ多結晶
または単結晶シリコン、アルミニウム、銅、チタン、タングステン、モリブデン
、これらの合金、窒化チタン、ケイ化チタン、ケイ化タングステン、ケイ化コバ
ルトおよびケイ化モリブデンから成るグループから選択された金属含有層を含む
、請求項１に記載の方法。 - 【請求項７】 前記開口が、０．２５ミクロン以下のサイズの開口である、
請求項１に記載の方法。 - 【請求項８】 前記少なくとも１種のフルオロカーボン反応物が、ＣｘＦｙ Ｈｚによってそれぞれ表される水素含有フルオロカーボン反応物および無水素フ
ルオロカーボン反応物を含み、前記式で、ｘが１から５、ｙが１から８、ｚが０
から３である、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 前記エッチング・ガスが、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅお
よびこれらの混合物から成るグループから選択されたキャリヤ・ガスを含む、請
求項１に記載の方法。 - 【請求項１０】 前記高密度プラズマ・リアクタが、ＲＦエネルギーを前記
プラズマ・リアクタに誘導結合することによって形成され、前記フルオロカーボ
ン反応物が５から１００ｓｃｃｍの流量で前記プラズマ・リアクタに供給される
、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１１】 前記一酸化炭素が、２５から２５０ｓｃｃｍの流量で前記
プラズマ・リアクタに供給される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１２】 前記フルオロカーボン反応物が４０から７０ｓｃｃｍの流
量で前記プラズマ・リアクタに供給され、前記一酸化炭素が、５０から２００ｓ
ｃｃｍの流量で前記プラズマ・リアクタに供給される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１３】 前記エッチング段階中にＲＦバイアスを前記半導体基板に
印加する段階をさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１４】 前記エッチング段階後に前記開口に金属を充てんする段階
をさらに含む、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記エッチング段階が、ダマシン構造を製造するプロセス
の一部として実施される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記マスキング層としてフォトレジスト層を形成する段階
と、前記フォトレジスト層をパターニングして複数の前記開口を形成する段階を
さらに含み、前記エッチング段階が、前記酸化シリコン中にヴィアまたはコンタ
クト開口を形成する、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１７】 前記開口が、少なくとも５：１のアスペクト比で形成され
る、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１８】 前記プラズマ・リアクタに供給される前記エッチング・ガ
スが、その成分として純酸素を含まない、請求項１に記載の方法。 - 【請求項１９】 前記エッチング段階中の前記プラズマ・リアクタの圧力が
１０ｍＴｏｒｒ未満である、請求項１に記載の方法。 - 【請求項２０】 前記半導体基板がシリコン・ウェーハを含み、前記ウェー
ハの温度が前記エッチング段階中、１３０℃以下に維持される、請求項１に記載
の方法。
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|---|---|---|---|
| US09/163,301 US6297163B1 (en) | 1998-09-30 | 1998-09-30 | Method of plasma etching dielectric materials |
| US09/163,301 | 1998-09-30 | ||
| PCT/US1999/020888 WO2000019506A1 (en) | 1998-09-30 | 1999-09-24 | Method of plasma etching dielectric materials |
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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