JP2003234337A - Plasma etching method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、プラズマエッチング方
法に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a plasma etching method.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、半導体装置中の層間絶縁膜として
は、SiN膜(シリコン窒化膜)をバリア層としたSi
O2膜が用いられていた。しかし、シリコン酸化膜(S
iO2膜)の比誘電率は比較的高いため、配線構造の微
細化が要求される最近の半導体装置においては、電気的
特性の面で問題があった。その問題を解決するため、比
較的比誘電率が低い有機系のSiO2膜、即ちSiO2
膜中に炭素や水素を取り込んだ膜を使用している。2. Description of the Related Art Conventionally, as an interlayer insulating film in a semiconductor device, a SiN film (silicon nitride film) is used as a barrier layer of Si.
An O 2 film was used. However, the silicon oxide film (S
Since the relative dielectric constant of the (iO 2 film) is relatively high, there has been a problem in terms of electrical characteristics in recent semiconductor devices that require a finer wiring structure. To solve the problem, a relatively low dielectric constant organic SiO 2 film, i.e. SiO 2
A film that incorporates carbon and hydrogen is used.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来
は、有機系のSiO2膜中の炭素や水素の含有量と、下
地のSiN膜に対する有機系のSiO2膜の選択比との
相関関係が不明であり、比誘電率が低く電気的特性が良
い有機系のSiO2膜を採用しても、SiN膜に対する
有機系のSiO2膜の選択比が低いため、有機系のSi
O2膜をエッチングした時にSiN膜も一緒にエッチン
グされてしまうという課題があった。However [0007] Conventionally, unknown correlation between the content of carbon and hydrogen in the SiO 2 film of organic, and SiO 2 film selection ratio of the organic system to SiN film underlying Therefore, even if an organic SiO 2 film having a low relative dielectric constant and good electrical characteristics is adopted, since the selection ratio of the organic SiO 2 film to the SiN film is low, the organic Si 2 film is
There is a problem that the SiN film is also etched when the O 2 film is etched.
【0004】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたもので、SiN膜に対する有機系のSiO2膜の選
択比を高くすることができるプラズマエッチング方法を
提供することを目的としている。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a plasma etching method capable of increasing the selection ratio of an organic SiO 2 film to a SiN film.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明者等は、SiN膜
に対する有機系のSiO2膜の選択比について種々研究
した結果、SiN膜に対する有機系のSiO2膜の選択
比は、有機系のSiO 2膜の組成や構造ではなく、Si
N膜の表面の炭素のケイ素に対する物質量比(以下、
「C/Si」と記載する。)に依存することを知見し
た。The present inventors have found that the SiN film
Organic SiO againstTwoVarious studies on membrane selection ratio
As a result, the organic-based SiO for the SiN filmTwoMembrane selection
The ratio is based on organic SiO TwoSi, not the composition and structure of the film
The amount ratio of carbon to silicon on the surface of the N film (hereinafter,
It describes as "C / Si". ) Depends on
It was
【0006】本発明は上記知見に基づいてなされたもの
で、本発明の請求項1に記載のプラズマエッチング方法
は、処理容器内に導入した処理ガスをプラズマ化し、こ
の処理容器内にある被処理体中のシリコン窒化膜上に形
成された炭素とケイ素とを有する物質膜をプラズマエッ
チングする方法において、上記シリコン窒化膜の表面の
C/Siが0.285以上であることを特徴とするもの
である。The present invention has been made on the basis of the above-mentioned findings, and the plasma etching method according to claim 1 of the present invention converts the processing gas introduced into the processing container into plasma, and treats the processing target in the processing container. In a method of plasma etching a material film containing carbon and silicon formed on a silicon nitride film in a body, C / Si on the surface of the silicon nitride film is 0.285 or more. is there.
【0007】また、本発明の請求項2に記載のプラズマ
エッチング方法は、請求項1に記載の発明において、上
記シリコン窒化膜の表面のC/Siが0.285〜1.
0であることを特徴とするものである。The plasma etching method according to a second aspect of the present invention is the plasma etching method according to the first aspect, wherein C / Si on the surface of the silicon nitride film is 0.285-1.
It is characterized by being 0.
【0008】また、本発明の請求項3に記載のプラズマ
エッチング方法は、請求項1に記載の発明において、上
記シリコン窒化膜の表面のC/Siが0.285〜0.
470であることを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in the plasma etching method according to the first aspect, the surface of the silicon nitride film has C / Si of 0.285 to 0.
It is characterized by being 470.
【0009】また、本発明の請求項4に記載のプラズマ
エッチング方法は、請求項1〜請求項3のいずれか1項
に記載の発明において、上記物質膜は、酸素を有するこ
とを特徴とするものである。The plasma etching method according to a fourth aspect of the present invention is characterized in that, in the invention according to any one of the first to third aspects, the material film contains oxygen. It is a thing.
【0010】また、本発明の請求項5に記載のプラズマ
エッチング方法は、請求項1〜請求項4のいずれか1項
に記載の発明において、上記処理ガスは、炭素とフッ素
とを有する物質を含むことを特徴とするものである。The plasma etching method according to a fifth aspect of the present invention is the plasma etching method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the processing gas is a substance containing carbon and fluorine. It is characterized by including.
【0011】また、本発明の請求項6に記載のプラズマ
エッチング方法は、請求項5に記載の発明において、上
記処理ガスは、窒素、一酸化炭素及び酸素の少なくとも
いずれか1つを含むことを特徴とするものである。According to a sixth aspect of the present invention, in the plasma etching method according to the fifth aspect, the processing gas contains at least one of nitrogen, carbon monoxide and oxygen. It is a feature.
【0012】また、本発明の請求項7に記載のプラズマ
エッチング方法は、請求項5または請求項6に記載の発
明において、上記炭素とフッ素を有するガスは、C
F4、CHF3、CH2F2、CH3F、C2F4、C
2F6、C3F6、C3F8、C 4F6、C4F8及び
C5F8の少なくともいずれか1つを含むことを特徴と
する請求項5または請求項6に記載のものである。Further, the plasma according to claim 7 of the present invention
The etching method is the method according to claim 5 or 6.
In the light, the gas containing carbon and fluorine is C
FFour, CHFThree, CHTwoFTwo, CHThreeF, CTwoFFour, C
TwoF6, CThreeF6, CThreeF8, C FourF6, CFourF8as well as
C5F8Characterized by including at least one of
According to claim 5 or claim 6,
【0013】また、本発明の請求項8に記載のプラズマ
エッチング方法は、処理容器内に導入した処理ガスをプ
ラズマ化し、処理容器内に導入した処理ガスをプラズマ
化し、この処理容器内にある被処理体中のシリコン窒化
膜上の炭素とケイ素と酸素を有する物質膜をプラズマエ
ッチングする方法において、上記処理ガスとして、炭素
とフッ素を有する物質と、窒素を有する物質と、炭素と
酸素を有する物質とを含む混合ガスを使用し、上記プラ
ズマエッチングの進行に連れて上記処理ガス中の窒素を
有する物質の上記処理容器内への導入量を減少させるこ
とを特徴とするものである。Further, in the plasma etching method according to the eighth aspect of the present invention, the processing gas introduced into the processing container is turned into plasma, the processing gas introduced into the processing container is turned into plasma, and the target gas present in the processing container is converted into plasma. In the method of plasma etching a substance film containing carbon, silicon and oxygen on a silicon nitride film in a treated body, as the treatment gas, a substance containing carbon and fluorine, a substance containing nitrogen, and a substance containing carbon and oxygen. It is characterized in that a mixed gas containing and is used, and the amount of the nitrogen-containing substance in the processing gas introduced into the processing container is reduced as the plasma etching progresses.
【0014】また、本発明の請求項9に記載のプラズマ
エッチング方法は、処理容器内に導入した処理ガスをプ
ラズマ化し、この処理容器内にある被処理体中のシリコ
ン窒化膜上の炭素とケイ素と酸素を有する物質膜をプラ
ズマエッチングする方法において、上記処理ガスとし
て、炭素とフッ素を有する物質と、窒素を有する物質
と、炭素と酸素を有する物質とを含む混合ガスを使用
し、上記プラズマエッチングの進行に連れて上記処理ガ
ス中の炭素と酸素を有する物質の上記処理容器内への導
入量を増加させることを特徴とするものである。Further, in the plasma etching method according to claim 9 of the present invention, the processing gas introduced into the processing container is turned into plasma, and carbon and silicon on the silicon nitride film in the object in the processing container are processed. In the method of plasma etching a material film containing oxygen and oxygen, a plasma etching method using a mixed gas containing a material containing carbon and fluorine, a material containing nitrogen, and a material containing carbon and oxygen as the processing gas. The amount of introduction of the substance containing carbon and oxygen in the processing gas into the processing container is increased as the process proceeds.
【0015】また、本発明の請求項10に記載のプラズ
マエッチング方法は、請求項8または請求項9に記載の
発明において、CF4、CHF3、CH2F2、CH3
F、C2F4、C2F6、C3F6、C3F8、C4F
6、C4F8、C5F8の少なくともいずれか1つから
なり、上記窒素を有する物質は、N2、N2O、NO 2
の少なくともいずれか1つからなり、炭素と酸素を有す
る物質は、CO、CO 2の少なくともいずれか1つから
なることを特徴とするものである。The plasm according to claim 10 of the present invention
The etching method is the method according to claim 8 or 9.
In the invention, CFFour, CHFThree, CHTwoFTwo, CHThree
F, CTwoFFour, CTwoF6, CThreeF6, CThreeF8, CFourF
6, CFourF8, C5F8From at least one of
And the substance having nitrogen is NTwo, NTwoO, NO Two
Consisting of at least one of the above and having carbon and oxygen
Substances are CO, CO TwoFrom at least one of
It is characterized by becoming.
【0016】[0016]
【発明の実施の形態】以下、図1〜図3に示す実施形態
に基づいて本発明を説明する。まず、本実施形態のプラ
ズマエッチング方法に好適に用いられるエッチング装置
について説明する。本実施形態の用いられるエッチング
装置10は、図1に示すように、金属(例えば表面が酸
化処理されたアルミニウム)により形成され且つ保安接
地された処理容器11と、処理容器11の上壁を形成し
且つ側壁11Aに対して絶縁体12を介して支持された
上部電極13と、上部電極13の下方に絶縁体14を底
面11Bに配設された下部電極15とを備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention will be described below based on the embodiments shown in FIGS. First, an etching apparatus preferably used in the plasma etching method of this embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the etching apparatus 10 used in this embodiment forms a processing container 11 made of metal (for example, aluminum whose surface is oxidized) and grounded for safety, and an upper wall of the processing container 11. The upper electrode 13 is supported on the side wall 11A via the insulator 12, and the lower electrode 15 is provided below the upper electrode 13 with the insulator 14 on the bottom surface 11B.
【0017】上部電極13にはマッチャ16を介して第
1の高周波電源17が接続され、下部電極15にはマッ
チャ18を介して第2の高周波電源19が接続されてい
る。また、下部電極15上には静電チャック20が配置
されている。この静電チャック20内に介装された電極
20Aには直流電源21に接続され、直流電源21から
電極20Aに直流電力を印加して静電チャック20上の
ウエハWを静電吸着する。更に、処理容器11の側壁1
1Aの上部には処理ガス源(図示せず)に接続されたガ
ス導入口11Cが形成され、ガス導入口11Cから処理
容器11内に処理ガスを導入する。処理容器11の側壁
11Aの下部には排気装置(図示せず)に接続されたガ
ス排気口11Dが形成され、排気装置を介してガス排気
口11Dから処理容器11内を真空排気する。A first high frequency power supply 17 is connected to the upper electrode 13 via a matcher 16, and a second high frequency power supply 19 is connected to the lower electrode 15 via a matcher 18. An electrostatic chuck 20 is arranged on the lower electrode 15. The electrode 20A interposed in the electrostatic chuck 20 is connected to a DC power supply 21, and DC power is applied from the DC power supply 21 to the electrode 20A to electrostatically attract the wafer W on the electrostatic chuck 20. Further, the side wall 1 of the processing container 11
A gas inlet 11C connected to a processing gas source (not shown) is formed in the upper portion of 1A, and the processing gas is introduced into the processing container 11 through the gas inlet 11C. A gas exhaust port 11D connected to an exhaust device (not shown) is formed in the lower portion of the side wall 11A of the process container 11, and the inside of the process container 11 is evacuated from the gas exhaust port 11D via the exhaust device.
【0018】次に、エッチング装置10を用いた本発明
のプラズマエッチング方法の実施形態について説明す
る。まず、搬入口(図示せず)を介してウエハWを処理
容器11内の静電チャック30上に載置する。次いで、
ガス排気口11Dから処理容器11内を排気しながら、
ガス導入口11Cから処理容器11内に処理ガスを導入
する。この際、第1、第2の高周波電源17、19から
上部電極13及び下部電極15に第1、第2の高周波電
力をそれぞれ印加する。また、第1、第2の高周波電力
を印加すると同時かその前後に静電チャック20にも直
流電力を印加する。これらの動作により静電チャック2
0上にウエハWを吸着すると共に、上部電極13と下部
電極15間で処理ガスをプラズマ化し、ウエハWのエッ
チング対象部をプラズマエッチングする。Next, an embodiment of the plasma etching method of the present invention using the etching apparatus 10 will be described. First, the wafer W is placed on the electrostatic chuck 30 in the processing container 11 via the carry-in port (not shown). Then
While exhausting the inside of the processing container 11 from the gas exhaust port 11D,
The processing gas is introduced into the processing container 11 through the gas introduction port 11C. At this time, the first and second high-frequency power supplies 17 and 19 apply the first and second high-frequency powers to the upper electrode 13 and the lower electrode 15, respectively. Further, DC power is also applied to the electrostatic chuck 20 at the same time as or before or after the first and second high-frequency power is applied. By these operations, the electrostatic chuck 2
The wafer W is adsorbed on the surface of the wafer W, the process gas is turned into plasma between the upper electrode 13 and the lower electrode 15, and the etching target portion of the wafer W is plasma etched.
【0019】本実施形態ではウエハWに形成されたシリ
コン窒化膜上の炭素(C)とケイ素(Si)を有する物
質膜をエッチング対象としている。そして、シリコン窒
化膜の表面のC/Siは0.285以上であり、0.2
85〜1.0が好ましく、0.285〜0.470がよ
り好ましい。また、炭素(C)とケイ素(Si)を有す
る物質膜は酸素(O)や水素(H)を有していても構わ
ない。In this embodiment, the material film containing carbon (C) and silicon (Si) on the silicon nitride film formed on the wafer W is targeted for etching. C / Si on the surface of the silicon nitride film is 0.285 or more, and 0.2
85-1.0 are preferable and 0.285-0.470 are more preferable. The substance film containing carbon (C) and silicon (Si) may contain oxygen (O) or hydrogen (H).
【0020】また、本実施形態のプラズマエッチングに
用いられる処理ガスとしては炭素(C)とフッ素(F)
とを有する物質を含むガスが好ましく用いられる。炭素
(C)とフッ素(F)とを有する物質を含むガスとして
は、例えば、CF4、C2F 4、C2F6、C3F6、
C3F8、C4F6、C4F8、C5F8等のフロロカ
ーボンを含むガスや、CHF3、CH2F2、CH3F
等のハイドロフロロカーボンを含むガスが挙げられる。
処理ガスとしては、これらのガスの少なくとも一つを含
んでいる。従って、これらのガスの2種以上を適宜選択
した混合ガスを適宜用いることができる。処理ガスに
は、酸素(O2)、窒素(N2)、一酸化炭素(CO)
やアルゴン(Ar)、ヘリウム(He)等の不活性ガス
を適宜選択して添加することができる。酸素(O2)、
窒素(N2)を添加することにより、炭素(C)とケイ
素(Si)とを有する物質のエッチングレートを上げる
ことができる。In the plasma etching of this embodiment,
The processing gas used is carbon (C) and fluorine (F)
A gas containing a substance having a is preferably used. carbon
As a gas containing a substance having (C) and fluorine (F)
Is, for example, CFFour, CTwoF Four, CTwoF6, CThreeF6,
CThreeF8, CFourF6, CFourF8, C5F8Floroka, etc.
Carbon containing gas, CHFThree, CHTwoFTwo, CHThreeF
And other gas containing hydrofluorocarbon.
The processing gas contains at least one of these gases.
I'm out. Therefore, select two or more of these gases as appropriate.
The mixed gas described above can be used as appropriate. For processing gas
Is oxygen (OTwo), Nitrogen (NTwo), Carbon monoxide (CO)
And inert gas such as argon (Ar) and helium (He)
Can be appropriately selected and added. Oxygen (OTwo),
Nitrogen (NTwo) Is added, carbon (C) and silica
Increasing the etching rate of substances containing elemental (Si)
be able to.
【0021】上述のシリコン窒化膜の表面のC/Siが
0.285より大きいと、反応活性種であるフッ素ラジ
カル(F*)とシリコン窒化膜の表面の炭素(C)とが
結合し、CFX系のポリマーをシリコン窒化膜の表面に
生成し、フッ素によるシリコン窒化膜中のケイ素(S
i)の引き抜きを阻害する作用が大きく働く。これによ
りシリコン窒化膜のエッチングレートが小さくなってシ
リコン窒化膜に対する炭素とケイ素とを有する物質膜の
選択比が高くなり、シリコン窒化膜に対して炭素とケイ
素とを有する物質膜を選択的にエッチングすることがで
きる。ところが、シリコン窒化膜の表面のC/Siが
1.0を超えると、シリコン窒化膜の表面抵抗値が下が
り過ぎ、バリア層としての機能を損なう虞があって好ま
しくない。従って、本実施形態によれば、シリコン窒化
膜の表面のC/Siを0.285以上にしたことにより
炭素とケイ素を有する物質膜をシリコン窒化膜に対して
選択的にプラズマエッチングすることができる。When C / Si on the surface of the above-mentioned silicon nitride film is larger than 0.285, fluorine radicals (F * ) which are reaction active species and carbon (C) on the surface of the silicon nitride film are bonded to each other, and CF. An X- based polymer is formed on the surface of the silicon nitride film, and silicon (S
The action of inhibiting the withdrawal of i) works greatly. As a result, the etching rate of the silicon nitride film is reduced and the selectivity of the material film containing carbon and silicon to the silicon nitride film is increased, and the material film containing carbon and silicon is selectively etched with respect to the silicon nitride film. can do. However, when C / Si on the surface of the silicon nitride film exceeds 1.0, the surface resistance value of the silicon nitride film is excessively lowered, which may impair the function as a barrier layer, which is not preferable. Therefore, according to the present embodiment, the material film containing carbon and silicon can be selectively plasma-etched with respect to the silicon nitride film by setting the C / Si on the surface of the silicon nitride film to 0.285 or more. .
【0022】また、本発明の他の実施形態では、処理容
器11内に導入した処理ガスをプラズマ化し、この処理
容器11内にあるウエハW中のシリコン窒化膜上に形成
された炭素(C)とケイ素(Si)と酸素(O)を有す
る物質膜をプラズマエッチングする際に、処理ガスとし
て、炭素(C)フッ素(F)を有する物質と、窒素
(N)を有する物質と、炭素(C)及び酸素(O)を有
する物質とを含む混合ガスを用いる。そして、処理容器
11内に処理ガスを導入する際に、プラズマエッチング
の進行に連れて処理ガス中の窒素を有する物質の導入量
を減少させて処理容器11へ導入する。導入量を減少さ
せるとは、図2の(a)に示すように一様に減少させ続
ける場合のみを意味するものではなく、例えば図2の
(b)〜(d)に示すように導入量の減少過程で部分的
に増加することもあるが、プラズマエッチング時間全体
としては減少傾向にある場合も含める。上述のように処
理ガスの導入量を増加させる場合も同様で、例えば図3
の(a)〜(d)に示すような導入形態を意味する。勿
論、処理ガスの導入形態は図2、図3に示す例に制限さ
れるものではない。In another embodiment of the present invention, the processing gas introduced into the processing container 11 is turned into plasma, and carbon (C) formed on the silicon nitride film in the wafer W in the processing container 11 is converted into plasma. When a material film containing silicon, silicon (Si), and oxygen (O) is plasma-etched, a processing gas includes carbon (C), a material containing fluorine (F), a material containing nitrogen (N), and carbon (C). ) And a substance containing oxygen (O). Then, when the processing gas is introduced into the processing container 11, the introduction amount of the substance having nitrogen in the processing gas is reduced as the plasma etching progresses, and then introduced into the processing container 11. Reducing the amount of introduction does not mean only the case where the amount is continuously reduced as shown in FIG. 2 (a). For example, as shown in (b) to (d) of FIG. Although it may partially increase in the decreasing process of, the case where the plasma etching time as a whole tends to decrease is also included. The same applies to the case where the introduction amount of the processing gas is increased as described above.
(A) to (d) of the above. Of course, the introduction mode of the processing gas is not limited to the examples shown in FIGS.
【0023】而して、上述した処理ガス中の炭素とフッ
素を有する物質としては、上記実施形態と同じガスを使
用することができる。また、処理ガス中の窒素を有する
物質としては、N2、N2O、NO2の少なくともいず
れか1つを選択して使用することができ、また、炭素と
酸素を有する物質としては、CO、CO2の少なくとも
いずれか1つを選択して使用できる。また、炭素とケイ
素と酸素を有する物質膜には水素が含まれることがある
が、この場合にも本実施形態を適用することができる。
また、窒素を有する物質の処理容器11内への導入量を
減少させることにより、炭素とケイ素と酸素を有する物
質膜のエッチングマスクであるレジストの削れを、エッ
チングの進行と共に減少させることができる。As the substance having carbon and fluorine in the processing gas, the same gas as in the above embodiment can be used. Further, as the substance having nitrogen in the process gas, at least one of N 2 , N 2 O and NO 2 can be selected and used, and as the substance having carbon and oxygen, CO can be used. , CO 2 can be selected and used. Although the substance film containing carbon, silicon, and oxygen may contain hydrogen, this embodiment can also be applied to this case.
Further, by reducing the introduction amount of the substance containing nitrogen into the processing container 11, it is possible to reduce the abrasion of the resist which is the etching mask of the substance film containing carbon, silicon and oxygen as the etching progresses.
【0024】また、本発明の更に他の実施形態では、処
理容器11内に導入した処理ガスをプラズマ化し、この
処理容器11内にあるウエハW中のシリコン窒化膜上に
形成された炭素(C)とケイ素(Si)と酸素(O)を
有する物質膜をプラズマエッチングする際に、処理ガス
として、炭素(C)とフッ素(F)を有する物質と、窒
素(N)を有する物質と、炭素(C)及び酸素(O)を
有する物質とを含む混合ガスを用いる。そして、処理容
器11内に処理ガスを導入する際に、プラズマエッチン
グの進行に連れて処理ガス中の炭素と酸素を有する物質
を例えば図3の(a)〜(d)に示すよう増加させて処
理容器11へ導入する。炭素と酸素を有する物質の処理
容器への導入量を増加させることにより、反応活性種で
あるフッ素ラジカル(F*)が、炭素と酸素を有する物
質と反応して、化学的に不活性な物質になる。従って、
シリコン窒化膜中のケイ素(Si)とフッ素(F)との
反応を抑制でき、シリコン窒化膜のエッチングレートを
下げることができる。更に、炭素と酸素を有する物質
は、レジストを保護する効果もあるため、プラズマエッ
チングの進行に連れてレジストの削れ量を減少させるこ
とができる。本実施形態と上記他の実施形態のプラズマ
エッチング方法を一緒に行っても良い。つまり、処理ガ
スを処理容器11内へ導入する際に、プラズマエッチン
グの進行に伴って処理ガス中の窒素を有する物質を傾向
的に減少させると共に、処理ガス中の炭素と酸素を有す
る物質を傾向的に増加させて処理容器11へそれぞれ導
入する。In still another embodiment of the present invention, the processing gas introduced into the processing container 11 is turned into plasma and carbon (C) formed on the silicon nitride film in the wafer W in the processing container 11 is converted into plasma. ), A substance film containing silicon (Si) and oxygen (O), and a substance containing carbon (C) and fluorine (F), a substance containing nitrogen (N), and carbon A mixed gas containing (C) and a substance containing oxygen (O) is used. Then, when the processing gas is introduced into the processing container 11, the substances containing carbon and oxygen in the processing gas are increased as shown in FIGS. 3A to 3D as the plasma etching progresses. It is introduced into the processing container 11. By increasing the amount of the substance having carbon and oxygen introduced into the processing container, the fluorine radical (F * ), which is a reactive species, reacts with the substance having carbon and oxygen and is chemically inactive. become. Therefore,
The reaction between silicon (Si) and fluorine (F) in the silicon nitride film can be suppressed, and the etching rate of the silicon nitride film can be reduced. Further, since the substance containing carbon and oxygen also has the effect of protecting the resist, it is possible to reduce the amount of abrasion of the resist as the plasma etching progresses. The plasma etching method of this embodiment and the other embodiments may be performed together. That is, when the processing gas is introduced into the processing container 11, the nitrogen-containing substances in the processing gas tend to be reduced as the plasma etching progresses, and the carbon- and oxygen-containing substances in the processing gas tend to be reduced. And then each is introduced into the processing container 11.
【0025】[0025]
【実施例】以下、具体的な実施例について説明する。
[サンプルの作製]本実施例ではプラズマCVD法及び
スピンコート法を使用して下記の3種類のサンプルを作
製した。
サンプルA:プラズマCVD装置を使用し、反応容器
内圧力を900mTorr、サセプタ温度を375℃に
保ち、ヘキサメチルジシラン(HMDS)を50scc
mの流量で、N2Oを200sccmの流量で反応容器
内に導入し、プラズマ生成用の高周波電源の周波数を1
3.56MHz、その電力を250Wに設定してウエハ
のシリコン窒化膜上に炭素とケイ素を有する物質膜を形
成した。
サンプルB:ウエハのシリコン窒化膜上にJSR社製
のLKD−S2010をスピンコートして炭素とケイ素
を有する物質膜を形成した。
サンプルC:ウエハのシリコン窒化膜上にJSR社製
のKLD−5109をスピンコートして、炭素とケイ素
を有する物質膜を形成した。EXAMPLES Specific examples will be described below. [Preparation of Samples] In this example, the following three kinds of samples were prepared by using the plasma CVD method and the spin coating method. Sample A: Using a plasma CVD apparatus, the pressure inside the reaction vessel was kept at 900 mTorr, the susceptor temperature was kept at 375 ° C., and hexamethyldisilane (HMDS) was added at 50 scc.
At a flow rate of m, N 2 O was introduced into the reaction vessel at a flow rate of 200 sccm, and the frequency of the high frequency power source for plasma generation was set to 1
A material film containing carbon and silicon was formed on the silicon nitride film of the wafer by setting 3.56 MHz and the power thereof to 250 W. Sample B: LKD-S2010 manufactured by JSR was spin-coated on the silicon nitride film of the wafer to form a material film containing carbon and silicon. Sample C: KSR-5109 manufactured by JSR was spin-coated on the silicon nitride film of the wafer to form a material film containing carbon and silicon.
【0026】[C/Siの算出]シリコン窒化膜の表面
のXPS(X線光電子分光)解析により、シリコン窒化
膜の表面の各元素に起因するピーク強度を測定し、シリ
コン窒化膜の表面の物質量比を算出した。即ち、炭素
(C)に起因するピーク強度とケイ素(Si)に起因す
るピーク強度を求め、これらのピーク強度の比(Cに起
因するピーク強度/Siに起因するピーク強度)を、C
/Siとして求めた。シリコン窒化膜の表面のC/Si
は、各サンプルのシリコン窒化膜上にある炭素とケイ素
を有する物質膜をフッ化水素に浸漬することにより除去
し、シリコン窒化膜を露出させ、この露出させた表面の
XPS解析により算出した。XPS装置としてはVG
SCIENTIFIC社のESCALAB2001−Q
Nを使用した。また、シリコン窒化膜自体をフッ化水素
に浸漬したところ(浸漬時間は上記とほぼ同じ時間であ
る)、浸漬前後でのシリコン窒化膜の表面の炭素
(C)、ケイ素(Si)、窒素(N)、フッ素(F)に
起因するピーク強度の比はほとんど変化しなかった。こ
れにより、フッ化水素に浸漬することによりC/Siが
変化することはないと考えられる。[Calculation of C / Si] By XPS (X-ray photoelectron spectroscopy) analysis of the surface of the silicon nitride film, the peak intensity due to each element on the surface of the silicon nitride film is measured to determine the substance on the surface of the silicon nitride film. The quantitative ratio was calculated. That is, the peak intensity due to carbon (C) and the peak intensity due to silicon (Si) are obtained, and the ratio of these peak intensities (peak intensity due to C / peak intensity due to Si) is
/ Si. C / Si on the surface of silicon nitride film
Was calculated by immersing the material film containing carbon and silicon on the silicon nitride film of each sample by immersing it in hydrogen fluoride to expose the silicon nitride film, and by XPS analysis of the exposed surface. VG as an XPS device
ESCALAB 2001-Q from SCIENTIFIC
N was used. When the silicon nitride film itself was immersed in hydrogen fluoride (the immersion time is about the same as the above), carbon (C), silicon (Si), nitrogen (N ), The ratio of peak intensities due to fluorine (F) hardly changed. Therefore, it is considered that C / Si does not change by being immersed in hydrogen fluoride.
【0027】次に、図1に示したエッチング装置10を
使用して各サンプルを下記のエッチング条件でエッチン
グ対象部をエッチングし、各サンプルについて下記表1
に示す結果が得られた。
[エッチング条件]
第1の高周波電源の周波数:500MHz
第1の高周波電力:1000W
第2の高周波電源の周波数:1.6MHz
第2の高周波電力:600W
処理容器内の圧力:2Pa
ウエハの温度:0℃
エッチングガスの流量:C4F8=10sccm、A
r=190sccmNext, using the etching apparatus 10 shown in FIG. 1, each sample is etched under the following etching conditions to etch the target portion, and the following Table 1 shows each sample.
The results shown in are obtained. [Etching conditions] First high frequency power source frequency: 500 MHz First high frequency power source: 1000 W Second high frequency power source frequency: 1.6 MHz Second high frequency power source: 600 W Pressure in processing chamber: 2 Pa Wafer temperature: 0 ° C. Etching gas flow rate: C 4 F 8 = 10 sccm, A
r = 190 sccm
【0028】[0028]
【表1】
但し、E/R:エッチングレート(nm/min)
選択比:物質膜のエッチングレート/SiN膜のエチン
グレート[Table 1] However, E / R: etching rate (nm / min) selection ratio: etching rate of material film / etching rate of SiN film
【0029】表1に示す結果によれば、シリコン窒化膜
の表面のC/Siを0.285以上にすることによっ
て、シリコン窒化膜に対する炭素とケイ素とを有する物
質膜の選択比が大幅に上昇することが分かった。尚、表
1で示したが、シリコン窒化膜の表面のC/Siと、炭
素とケイ素とを有する物質膜の表面(表中のサンプル表
面)のC/Siとは、相関関係がないようである。According to the results shown in Table 1, when the C / Si on the surface of the silicon nitride film is set to 0.285 or more, the selection ratio of the substance film containing carbon and silicon to the silicon nitride film is significantly increased. I found out that As shown in Table 1, there seems to be no correlation between C / Si on the surface of the silicon nitride film and C / Si on the surface of the substance film containing carbon and silicon (the sample surface in the table). is there.
【0030】従って、本実施例によれば、シリコン窒化
膜の表面のC/Siを少なくとも0.285としたシリ
コン窒化膜上の炭素とケイ素を有する物質膜をC4F8
でプラズマエッチングすることにより炭素とケイ素を有
する物質膜をシリコン窒化膜に対して選択的にエッチン
グすることができた。Therefore, according to the present embodiment, the material film containing carbon and silicon on the silicon nitride film having C / Si of at least 0.285 on the surface of the silicon nitride film is C 4 F 8
It was possible to selectively etch the material film containing carbon and silicon with respect to the silicon nitride film by performing the plasma etching with.
【0031】尚、本発明は上記各実施形態に何等制限さ
れるものではない。例えば、処理ガスは必要に応じて各
ガスを2種以上のガスを適宜選択した混合ガスを用いる
ことができる。The present invention is not limited to the above embodiments. For example, as the processing gas, a mixed gas in which two or more kinds of gases are appropriately selected can be used for each gas as necessary.
【0032】[0032]
【発明の効果】本発明の請求項1〜請求項10に記載の
発明によれば、シリコン窒化膜(SiN膜)に対する有
機系のSiO2膜の選択比を高くすることができるプラ
ズマエッチング方法を提供することができる。According to the inventions of claims 1 to 10, there is provided a plasma etching method capable of increasing the selection ratio of an organic SiO 2 film to a silicon nitride film (SiN film). Can be provided.
【図1】本発明のプラズマエッチング方法に適用するこ
とができるエッチング装置の一例を概略的に示す断面図
である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing an example of an etching apparatus applicable to a plasma etching method of the present invention.
【図2】プラズマエッチングの進行に伴って処理ガス中
の窒素を有する物質の導入量を傾向的に減少させる態様
を概念的に示したグラフである。FIG. 2 is a graph conceptually showing a mode in which the amount of introduction of a substance having nitrogen in the processing gas is tended to decrease with the progress of plasma etching.
【図3】プラズマエッチングの進行に伴って処理ガス中
の炭素及び酸素を有する物質の導入量を傾向的に増加さ
せる態様を概念的に示したグラフである。FIG. 3 is a graph conceptually showing a mode in which the introduction amount of a substance having carbon and oxygen in the processing gas is tended to increase with the progress of plasma etching.
W ウエハ(被処理体) 10 エッチング装置 11 処理容器 13 上部電極 15 下部電極 W wafer (object to be processed) 10 Etching equipment 11 Processing container 13 Upper electrode 15 Lower electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5F004 AA02 BA09 BB18 BB22 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DA25 DA28 DB00 DB03 EB01 EB03 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page F-term (reference) 5F004 AA02 BA09 BB18 BB22 DA01 DA02 DA03 DA15 DA16 DA25 DA28 DB00 DB03 EB01 EB03
Claims (10)
マ化し、この処理容器内にある被処理体中のシリコン窒
化膜上に形成された炭素とケイ素とを有する物質膜をプ
ラズマエッチングする方法において、上記シリコン窒化
膜の表面の炭素のケイ素に対する物質量比が0.285
以上であることを特徴とするプラズマエッチング方法。1. A method of plasma-etching a processing gas introduced into a processing container to plasma-etch a material film containing carbon and silicon formed on a silicon nitride film in a target object in the processing container. The material amount ratio of carbon to silicon on the surface of the silicon nitride film is 0.285.
A plasma etching method characterized by the above.
素に対する物質量比が0.285〜1.0であることを
特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチング方法。2. The plasma etching method according to claim 1, wherein the ratio of carbon to silicon on the surface of the silicon nitride film is 0.285 to 1.0.
素に対する物質量比が0.285〜0.470であるこ
とを特徴とする請求項1に記載のプラズマエッチング方
法。3. The plasma etching method according to claim 1, wherein the material amount ratio of carbon to silicon on the surface of the silicon nitride film is 0.285 to 0.470.
とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のプラ
ズマエッチング方法。4. The plasma etching method according to claim 1, wherein the material film contains oxygen.
る物質を含むことを特徴とする請求項1〜請求項4のい
ずれか1項に記載のプラズマエッチング方法。5. The plasma etching method according to claim 1, wherein the processing gas contains a substance containing carbon and fluorine.
酸素の少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする
請求項5に記載のプラズマエッチング方法。6. The plasma etching method according to claim 5, wherein the processing gas contains at least one of nitrogen, carbon monoxide, and oxygen.
4、CHF3、CH 2F2、CH3F、C2F4、C2
F6、C3F6、C3F8、C4F6、C4F8及びC
5F8の少なくともいずれか1つを含むことを特徴とす
る請求項5または請求項6に記載のプラズマエッチング
方法。7. The gas containing carbon and fluorine is CF
Four, CHFThree, CH TwoFTwo, CHThreeF, CTwoFFour, CTwo
F6, CThreeF6, CThreeF8, CFourF6, CFourF8And C
5F8At least any one of
The plasma etching according to claim 5 or 6,
Method.
マ化し、この処理容器内にある被処理体中のシリコン窒
化膜上の炭素とケイ素と酸素を有する物質膜をプラズマ
エッチングする方法において、上記処理ガスとして、炭
素とフッ素を有する物質と、窒素を有する物質と、炭素
と酸素を有する物質とを含む混合ガスを使用し、上記プ
ラズマエッチングの進行に連れて上記処理ガス中の窒素
を有する物質の上記処理容器内への導入量を減少させる
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。8. A method of plasma-etching a processing gas introduced into a processing container to plasma-etch a material film containing carbon, silicon and oxygen on a silicon nitride film in an object to be processed in the processing container, As the processing gas, a mixed gas containing a substance having carbon and fluorine, a substance having nitrogen, and a substance having carbon and oxygen is used, and the substance having nitrogen in the processing gas as the plasma etching progresses. 2. A plasma etching method, characterized in that the amount of the gas introduced into the processing container is reduced.
マ化し、この処理容器内にある被処理体中のシリコン窒
化膜上の炭素とケイ素と酸素を有する物質膜をプラズマ
エッチングする方法において、上記処理ガスとして、炭
素とフッ素を有する物質と、窒素を有する物質と、炭素
と酸素を有する物質とを含む混合ガスを使用し、上記プ
ラズマエッチングの進行に連れて上記処理ガス中の炭素
と酸素を有する物質の上記処理容器内への導入量を増加
させることを特徴とするプラズマエッチング方法。9. A method of plasma-etching a processing gas introduced into a processing container to plasma-etch a material film containing carbon, silicon and oxygen on a silicon nitride film in an object to be processed in the processing container, As the processing gas, a mixed gas containing a substance having carbon and fluorine, a substance having nitrogen, and a substance having carbon and oxygen is used, and carbon and oxygen in the treatment gas are removed as the plasma etching progresses. A plasma etching method comprising increasing the amount of a substance contained in the processing container.
F4、CHF3、CH2F2、CH3F、C2F4、C
2F6、C3F6、C3F8、C4F6、C 4F8、C
5F8の少なくともいずれか1つからなり、上記窒素を
有する物質は、N2、N2O、NO2の少なくともいず
れか1つからなり、炭素と酸素を有する物質は、CO、
CO2の少なくともいずれか1つからなることを特徴と
する請求項8または請求項9に記載のプラズマエッチン
グ方法。10. The substance containing carbon and fluorine is C
FFour, CHFThree, CHTwoFTwo, CHThreeF, CTwoFFour, C
TwoF6, CThreeF6, CThreeF8, CFourF6, C FourF8, C
5F8Of at least one of
The substance possessed is NTwo, NTwoO, NOTwoAt least
A substance consisting of one of them and having carbon and oxygen is CO,
COTwoCharacterized by comprising at least one of
The plasma etch according to claim 8 or 9,
How to go.
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