JP2003234328A - エッチング方法 - Google Patents
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Abstract
き、精度良く所望形状のエッチングを行うことのできる
エッチング方法を提供する。 【解決手段】 シリコン酸化膜101上に所望パターン
のマスク材層102を形成し、Arの流量に対するC5
F8 +O2 合計流量の比率((C5 F8 +O2 )/A
r)の値を0.02(2%)以下とした混合ガスを用
い、プラズマエッチングにより、マスク材層102のパ
ターン形状に基づいて、シリコン酸化膜101の露出部
分をエッチングし、シリコン酸化膜101中に、略垂直
な角部を形成する。
Description
有する半導体装置や、その他の微細構造を有する装置を
製造する際に用いられるエッチング方法に係り、特に、
マスク材のパターン形状に基づいてシリコン酸化物をエ
ッチングして略垂直な角部を有する溝等を形成するエッ
チング方法に関する。
においては、半導体装置の微細な回路構造を形成する際
に、所定のエッチングガスを使用し、このエッチングガ
スのプラズマを発生させ、このプラズマの作用によっ
て、所望部位のエッチングを行う所謂ドライエッチング
が多用されている。
装置においても、微細構造を有する装置においては、機
械的に切削等を行う換わりに、マスク材のパターン形状
に基づいてドライエッチングにより所望部位をエッチン
グし、微細構造を製造することが行われている。
リコン酸化物をプラズマエッチングする場合、例えば、
炭素とフッ素とを含むガス、酸素ガス、及び不活性ガス
を含む混合ガス、より具体的には、例えば、C5 F8 ガ
ス、O2 ガス、Arガスを含む混合ガス等が用いられて
いる。
からシリコン酸化物のエッチングに際しては、C5 F8
ガス、O2 ガス、Arガスを含む混合ガス等が用いられ
ている。
ろ、例えば、図6(a)に示すように、半導体ウエハW
上に形成されたシリコン酸化膜(例えば、熱酸化膜)1
01上に所望パターンのマスク材層102を形成し、こ
の後、図6(b)に示すように、マスク材層102のパ
ターン形状に基づいて、シリコン酸化膜101の露出部
分を、C5 F8 ガスとO2 ガスとArガスを含む混合ガ
スを用いてプラズマエッチングし、シリコン酸化膜10
1に溝(トレンチ)103を形成する場合、図中点線で
示すように、本来は略直角な角部が形成されるはずの側
壁部の麓部分(溝103の底部の角部)に、不所望な
溝、所謂マイクロトレンチが形成されるという問題があ
ることが判明した。
度生じているかを、数値で評価するには、図6に矢印A
で示すマイクロトレンチ部分以外の平坦部のシリコン酸
化膜101のエッチング深さと、矢印Bで示すマイクロ
トレンチ部分のシリコン酸化膜101のエッチング深さ
を測定し、これらの比(B/A)(以下、マイクロトレ
ンチ係数と言う。)を求めることによって行うことがで
きる。なお、このマイクロトレンチ係数による評価で
は、マイクロトレンチ係数が略1になることが好ましい
が、図6に示すような場合、後述するように、上記マイ
クロトレンチ係数の値は、1.14以上となる。
と、例えば、溝(トレンチ)内に配線材料やその他の材
料を埋め込む際には、マイクロトレンチの部分にこの材
料が充分に埋め込まれずに空間が形成されてしまうとい
う問題が生じる可能性があり、また、機械部品等として
使用する場合には、マイクロトレンチの存在により、機
械的強度が低下してしまう等の問題が発生する可能性が
ある。このため、上記のようなマイクロトレンチの発生
はできる限り抑制する必要がある。
されたもので、マイクロトレンチの発生を抑制すること
ができ、精度良く所望形状のエッチングを行うことので
きるエッチング方法を提供しようとするものである。
の発明は、炭素とフッ素とを含むガス、酸素ガス、及び
不活性ガスを含む混合ガスを使用してマスク材のパター
ン形状に基づいてシリコン含有酸化物をエッチングする
エッチング方法であって、不活性ガス流量に対する炭素
とフッ素とを含むガス流量と酸素ガス流量との合計流量
の比率((炭素とフッ素とを含むガス流量+酸素ガス流
量)/不活性ガス流量)が0.02以下で、エッチング
によってシリコン含有酸化物中に略垂直な角部を形成す
ることを特徴とする。
ング方法において、前記不活性ガス流量に対する炭素と
フッ素とを含むガス流量と酸素ガス流量との合計流量の
比率((炭素とフッ素とを含むガス流量+酸素ガス流
量)/不活性ガス流量)が0.015以下であることを
特徴とする。
エッチング方法において、前記不活性ガス流量に対する
炭素とフッ素とを含むガス流量と酸素ガス流量との合計
流量の比率((炭素とフッ素とを含むガス流量+酸素ガ
ス流量)/不活性ガス流量)が0.003以上であるこ
とを特徴とする。
1項記載のエッチング方法において、前記不活性ガスが
アルゴンであることを特徴とする。
ング方法において、前記炭素とフッ素とを含むガスが、
C5 F8 であることを特徴とする。
1項記載のエッチング方法において、上部電極と下部電
極が対向して配置されたエッチング装置の前記下部電極
に、前記シリコン含有酸化物を有する被処理物を載置
し、前記下部電極に高周波電力を印加してエッチングを
行うことを特徴とする。
ング方法において、前記シリコン含有酸化物がシリコン
酸化膜であることを特徴とする。
エッチング方法において、前記高周波電力によって形成
される高周波電界に対して略垂直な磁場を形成した状態
でエッチングを行うことを特徴とする。
態について図面を参照して説明する。
ッチング装置の概略構成を模式的に示すもので、同図に
おいて、符号1は、材質が例えばアルミニウム等からな
り、内部を気密に閉塞可能に構成され、プラズマ処理室
を構成する円筒状の真空チャンバを示している。
大径の下部1bからなる段付きの円筒形状とされてお
り、接地電位に接続されている。また、真空チャンバ1
の内部には、被処理基板としての半導体ウエハWを、被
処理面を上側に向けて略水平に支持する支持テーブル
(サセプタ)2が設けられている。
ム等の材質で構成されており、セラミックなどの絶縁板
3を介して導体の支持台4に支持されている。また支持
テーブル2の上方の外周には導電性材料または絶縁性材
料で形成されたフォーカスリング5が設けられている。
載置面には、半導体ウエハWを静電吸着するための静電
チャック6が設けられている。この静電チャック6は、
絶縁体6bの間に電極6aを配置して構成されており、
電極6aには直流電源13が接続されている。そして電
極6aに電源13から電圧が印加されることにより、例
えばクーロン力によって半導体ウエハWが吸着されるよ
うになっている。
するための冷媒流路(図示せず)と、冷媒からの冷熱を
効率よく半導体ウエハWに伝達するために半導体ウエハ
Wの裏面にHeガスを供給するガス導入機構(図示せ
ず)とが設けられ、半導体ウエハWを所望の温度に温度
制御できるようになっている。なお、このHeガスのガ
ス圧は、半導体ウエハWのセンター部とエッジ部とに別
けて独立に制御できるよう構成されている。また、真空
チャンバ1内の処理空間を構成する部分に対応した部分
については、トップ/ウォール/ボトムの夫々の部分に
ついて独立に温度制御できるように構成されている。
ねじ7を含むボールねじ機構により昇降可能となってお
り、支持台4の下方の駆動部分は、ステンレス鋼(SU
S)製のベローズ8で覆われ、ベローズ8の外側にはベ
ローズカバー9が設けられている。
周波電力を供給するための給電線12が接続されてい
る。この給電線12にはマッチングボックス11及び高
周波電源10が接続されている。高周波電源10から
は、13.56〜150MHzの範囲の高周波電力(、
本実施形態では13.56MHzの高周波電力)が、支
持テーブル2に供給されるようになっている。
気リング14が設けられている。排気リング14は、支
持台4、ベローズ8を介して真空チャンバ1と電気的に
導通している。
バ1の天壁部分には、シャワーヘッド16が、支持テー
ブル2と平行に対向する如く設けられており、このシャ
ワーヘッド16は接地されている。したがって、これら
の支持テーブル2およびシャワーヘッド16は、一対の
電極として機能するようになっている。
数のガス吐出孔18が設けられており、且つその上部に
ガス導入部16aを有している。そして、その内部には
ガス拡散用空隙17が形成されている。ガス導入部16
aにはガス供給配管15aが接続されており、このガス
供給配管15aの他端には、エッチング用の処理ガスを
供給する処理ガス供給系15が接続されている。
ング用の処理ガスは、炭素とフッ素とを含むガス、酸素
ガス、及び不活性ガスを含む混合ガスであり、本実施の
形態では、C5 F8 ガスと、O2 ガスと、Arガスとの
混合ガスである。この処理ガスが、処理ガス供給系15
からガス供給配管15a、ガス導入部16aを介してシ
ャワーヘッド16のガス拡散用空隙17に至り、ガス吐
出孔18から吐出され、半導体ウエハWに形成された膜
のエッチングに供されるようになっている。
は、排気ポート19が形成されており、この排気ポート
19には排気系20が接続されている。そして排気系2
0に設けられた真空ポンプを作動させることにより真空
チャンバ1内を所定の真空度まで減圧することができる
ようになっている。さらに、真空チャンバ1の下部1b
の側壁上側には、半導体ウエハWの搬入出口を開閉する
ゲートバルブ24が設けられている。
囲には、真空チャンバ1と同心状に、環状の磁場形成機
構(リング磁石)21が配置されており、支持テーブル
2とシャワーヘッド16との間の処理空間に磁場を形成
するようになっている。この磁場形成機構21は、回転
機構25によって、その全体が、真空チャンバ1の回り
を所定の回転速度で回転可能とされている。
ール磁場を形成するタイプのもの、或いは、マルチポー
ル磁場を形成するタイプのものを使用することが可能で
あるが、本実施形態では、高周波電界に対して略垂直な
ダイポール磁場を形成する磁場形成機構21を用いてい
る。
る部分の側壁部には、光ファイバー28aが接続されて
おり、UV光源ユニット28から、この光ファイバー2
8aを介して、真空チャンバ1内の処理空間に、所定の
紫外線(UV)を照射するこてができるようになってい
る。このように処理空間に紫外線を照射するのは、真空
チャンバ1内の抵抗値(特に高周波印加電極側)の状態
によっては、高周波印加のみでは、プラズマが着火し難
いためであり、高周波印加と同時に紫外線照射を行うこ
とによって、処理ガスを励起し、電離してプラズマが着
火し易くすることができる。
好ましく、例えば、波長300nm以下のものを使用す
ることができ、照射は、例えば0.5〜5秒程度行うこ
とが好ましい。また、本実施形態では、光ファイバー2
8aによって、真空チャンバ1内に紫外線を導入するよ
うになっているので200nm以下の短い波長の紫外線
でも導入路でのエネルギーの損失なく照射できる。波長
が長い場合は、真空チャンバ1に窓を設け、この窓の外
から真空チャンバ1内に紫外線を照射し、真空チャンバ
1内に紫外線を導入することもできる。
グ装置を用いて、本実施形態では、図1(a)に示すよ
うに、シリコン酸化膜(熱酸化膜)101上に所望パタ
ーンのマスク材層102を形成した半導体ウエハWを用
い、マスク材層102のパターン形状に基づいて、シリ
コン酸化膜101の露出部分をエッチングし、溝(トレ
ンチ)103を形成した。溝(トレンチ)103の幅
は、約5.75μmである。
まず、ゲートバルブ24を開放し、このゲートバルブ2
4に隣接して配置されたロードロック室(図示せず)を
介して、搬送機構(図示せず)により半導体ウエハWを
真空チャンバ1内に搬入し、予め所定の位置に下降され
ている支持テーブル2上に載置する。そして、直流電源
13から静電チャック6の電極6aに所定の電圧を印加
し、半導体ウエハWをクーロン力により吸着する。
避させた後、ゲートバルブ24を閉じ、支持テーブル2
を図1に示される位置まで上昇させると共に、排気系2
0の真空ポンプにより排気ポート19を通じて真空チャ
ンバ1内を排気する。
後、真空チャンバ1内には、処理ガス供給系15から、
C5 F8 ガスと、O2 ガスと、Arガスとの混合ガスか
らなる処理ガスが、所定流量で導入され、真空チャンバ
1内が所定の圧力、例えば1.33〜133Pa(10
〜1000mTorr)、本実施形態では、13.3P
a(100mTorr)又は5.32Pa(40mTorr)に
保持される。
支持テーブル2に、所定周波数、本実施形態では13.
56MHzの高周波電力を供給するとともに、プラズマ
の着火時には、前述したUV光源ユニット28から紫外
線の照射を行う。
2に高周波電力が印加されることにより、上部電極であ
るシャワーヘッド16と下部電極である支持テーブル2
との間の処理空間には高周波電界が形成されるととも
に、磁場形成機構21による磁場が形成され、この状態
でプラズマによるシリコン酸化膜101のエッチングが
行われる。
ると、高周波電源10からの高周波電力の供給が停止
し、エッチング処理を停止して、上述した手順とは逆の
手順で、半導体ウエハWを真空チャンバ1外に搬出す
る。
詳細なエッチング条件は、以下のとおりである。
26600Pa(4/20Torr) 温度(トップ/ウォール/ボトム)=60/60/30
℃
んどマイクロトレンチが生じることなく、側壁部の麓部
分が略直角な角部とされた形状を得ることができた。マ
イクロトレンチ係数(B/A)は約1.03(A=4.
84μm、B=5.00μm)であった。
のエッチングにおいて、Arの流量に対するC5 F8 +
O2 合計流量の比率(C5 F8 +O2 )/Arを変化さ
せた場合のエッチングレートの変化の様子(図3の実線
C)、エッチングレート均一性(面内均一性)の変化の
様子(図3の実線D)、及び、マイクロトレンチ係数の
変化の様子(図4の実線E)を示したものである。
P1 ,P2 と、P3 ,P4 に、途中で2つに別れている
のは、図中左側のP1 ,P2 実線の場合、圧力を13.
3Pa(100mTorr)とし、図中右側のP3 ,P4 実
線の場合、圧力を5.32Pa(40mTorr)として異
なる圧力としたためである。
は、前述したとおりの、 C5 F8 /O2 /Ar=6/4/1000sccm ((C5 F8 +O2 )/Ar=0.01(1%)) であり、P2 とP3 は同じで、 C5 F8 /O2 /Ar=6/4/500sccm ((C5 F8 +O2 )/Ar=0.02(2%)) であり、P4 は、 C5 F8 /O2 /Ar=12/9/500sccm ((C5 F8 +O2 )/Ar=0.04(4%)) である。
びA,Bの具体的な値は、P1 については前記したとお
りでおり、P2 のマイクロトレンチ係数(B/A)は約
1.10(A=5.43μm、B=5.99μm)、P
3 のマイクロトレンチ係数(B/A)は約1.10(A
=5.87μm、B=6.46μm)、P4 のマイクロ
トレンチ係数(B/A)は約1.15(A=7.30μ
m、B=8.37μm)であった。
トレンチ係数は、Arの流量に対するC5 F8 +O2 合
計流量の比率((C5 F8 +O2 )/Ar)の値が低い
方が良好になる傾向にある。マイクロトレンチ係数は、
1.10〜1.00とすることが好ましく、このため、
Arの流量に対するC5 F8 +O2 合計流量の比率
((C5 F8 +O2 )/Ar)の値は、好ましくは0.
02(2%)以下とし、さらに好ましくは0.015
(1.5%)以下とする。
記のArの流量に対するC5 F8 +O2 合計流量の比率
((C5 F8 +O2 )/Ar)の値が低くなるとエッチ
ングレートが低下する傾向にあり、また、図3の実線D
に示されるように、この値が低くなるとエッチングレー
ト均一性(面内均一性)が悪化する傾向にある。このた
め、Arの流量に対するC5 F8 +O2 合計流量の比率
((C5 F8 +O2 )/Ar)の値は、0.003
(0.3%)程度以上とすることが好ましい。
することによって、マイクロトレンチの形成が抑制され
るメカニズムは、以下のように推測される。
一因として、エッチングに伴う堆積物が図6(b)に示
される矢印Aの部分(溝103の平坦な部分)に多く堆
積してエッチングレートを低下させ、このような堆積物
が少ない矢印Bの部分(マイクロトレンチの部分)のエ
ッチングレートとの間に差ができることが考えられる。
そして、上記のようにArの流量に対するC5 F8 +O
2 合計流量の比率((C5 F8 +O2 )/Arを低下さ
せ、混合ガスの中のArの量を増大させると、Arによ
るスパッタ作用により上記の堆積物が除かれ、上記のエ
ッチングレートの差が解消されることにより、マイクロ
トレンチの形成が抑制されるものと推測される。
ンチ)の幅が狭い(幅=約0.6μm)場合のパターン
について、エッチングを行った場合のArの流量に対す
るC 5 F8 +O2 合計流量の比率(C5 F8 +O2 )/
Arと、エッチングレート(実線F)及びマイクロトレ
ンチ係数(実線G)との関係を示したものである。な
お、エッチング条件は、流量比率については、
%)) であり、その他の条件は、 圧力=15.96Pa(120mTorr) 高周波出力=1400W 電極間ギャップ=27mm バックヘリウム圧力(センター/エッジ)=931/5
320Pa(7/40Torr) 温度(トップ/ウォール/ボトム)=60/60/20
℃ である。
幅が狭い場合についても、Arの流量に対するC5 F8
+O2 合計流量の比率((C5 F8 +O2 )/Ar)の
値を0.02(2%)以下とすることによって、マイク
ロトレンチ係数を1.1以下の良好な状態とすることが
できた。
とを含むガスとして、C5 F8 を用いた場合について説
明したが、炭素とフッ素とを含むガスとしては、例え
ば、C 4 F6 、C3 F8 、C4 F8 等の他の各種のガス
も使用することができる。また、上記の実施形態では、
不活性ガスとして、Arを用いた場合について説明した
が、不活性ガスとしては、例えば、Xe、Kr等の他の
不活性ガスも使用することができる。
るシリコン酸化物として、半導体ウエハWに形成された
熱酸化膜をエッチングした場合について説明したが、シ
リコン酸化物は、熱酸化膜に限らず、CVD膜やSOG
膜、或いは石英等にも同様にして適用することができ、
リン、ボロン等の不純物を含むものであってもよい。ま
た、半導体ウエハW上のシリコン酸化物に限らず、あら
ゆるシリコン酸化物に適用することができる。
C、SiON、SiOFなどの無機LowK膜として知
られるシリコン含有酸化物に対しても、適用することが
できる。
機材料が用いられるが、エッチング量が大きい場合は、
マスク材がエッチングされてマスクとして機能しなくな
る場合がある。そのような場合はシリコン窒化膜などの
耐エッチング性の大きい窒化膜などの無機材料膜を用い
ることができる。
装置は、例えば、上部電極と下部電極の双方に高周波電
圧を印加するタイプのものや、ECRプラズマエッチン
グ装置、ヘリコン波プラズマエッチング装置、TCP形
プラズマエッチング装置、誘導結合形プラズマエッチン
グ装置等、あらゆる装置を使用することができる。
マイクロトレンチの発生を抑制することができ、精度良
く所望形状のエッチングを行うことができる。
るための図。
置の概略構成を示す図。
及びエッチングレート均一性との関係を示す図。
係数との関係を示す図。
/Arとマイクロトレンチ係数との関係を示す図。
化膜)、102……マスク材層、103……溝(トレン
チ)。
Claims (8)
- 【請求項1】 炭素とフッ素とを含むガス、酸素ガス、
及び不活性ガスを含む混合ガスを使用してマスク材のパ
ターン形状に基づいてシリコン含有酸化物をエッチング
するエッチング方法であって、 不活性ガス流量に対する炭素とフッ素とを含むガス流量
と酸素ガス流量との合計流量の比率((炭素とフッ素と
を含むガス流量+酸素ガス流量)/不活性ガス流量)が
0.02以下で、エッチングによってシリコン含有酸化
物中に略垂直な角部を形成することを特徴とするエッチ
ング方法。 - 【請求項2】 請求項1記載のエッチング方法におい
て、 前記不活性ガス流量に対する炭素とフッ素とを含むガス
流量と酸素ガス流量との合計流量の比率((炭素とフッ
素とを含むガス流量+酸素ガス流量)/不活性ガス流
量)が0.015以下であることを特徴とするエッチン
グ方法。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載のエッチング方法に
おいて、 前記不活性ガス流量に対する炭素とフッ素とを含むガス
流量と酸素ガス流量との合計流量の比率((炭素とフッ
素とを含むガス流量+酸素ガス流量)/不活性ガス流
量)が0.003以上であることを特徴とするエッチン
グ方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3いずれか1項記載のエッチ
ング方法において、 前記不活性ガスがアルゴンであることを特徴とするエッ
チング方法。 - 【請求項5】 請求項4記載のエッチング方法におい
て、 前記炭素とフッ素とを含むガスが、C5 F8 であること
を特徴とするエッチング方法。 - 【請求項6】 請求項1〜5いずれか1項記載のエッチ
ング方法において、 上部電極と下部電極が対向して配置されたエッチング装
置の前記下部電極に、前記シリコン含有酸化物を有する
被処理物を載置し、前記下部電極に高周波電力を印加し
てエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項7】 請求項6記載のエッチング方法におい
て、 前記シリコン含有酸化物がシリコン酸化膜であることを
特徴とするエッチング方法。 - 【請求項8】 請求項6又は7記載のエッチング方法に
おいて、 前記高周波電力によって形成される高周波電界に対して
略垂直な磁場を形成した状態でエッチングを行うことを
特徴とするエッチング方法。
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