JP2004140025A - プラズマ処理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチングレート、対ＳｉＯ２選択比および対有機物選択比のいずれもが高いＳｉＣのプラズマエッチング方法を提供すること。
【解決手段】ＣＨＦ３を含むエッチングガス、ＣＨＦ３とＮ２とを含むガス、例えばＣＨＦ３とＮ２とＡｒの混合ガス、またはＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスをプラズマ化してＳｉＣをエッチングする。
【選択図】 図２
【解決手段】ＣＨＦ３を含むエッチングガス、ＣＨＦ３とＮ２とを含むガス、例えばＣＨＦ３とＮ２とＡｒの混合ガス、またはＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスをプラズマ化してＳｉＣをエッチングする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程でエッチングを行うプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＳｉＣをプラズマエッチングするエッチングガスとしては、ＣＦ４とＯ２の混合ガス（特許文献１）、ＣＨＦ３とＯ２の混合ガス（特許文献２）等が用いられていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−１２４４３８号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２１６３３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのエッチングガスを用いた場合、ＳｉＣのエッチングレート、ＳｉＣのＳｉＯ２に対するエッチング選択比（ＳｉＣのエッチングレート／ＳｉＯ２のエッチングレート）、ＳｉＣの有機マスクに対するエッチング選択比（ＳｉＣのエッチングレート／有機マスクのエッチングレート）があまり高くないという問題があった。
【０００５】
本発明では、これらの課題を解決し、ＳｉＣのエッチングレート、ＳｉＣのＳｉＯ２に対するエッチング選択比、ＳｉＣの有機物に対するエッチング選択比のいずれもが高いＳｉＣのプラズマエッチングを含むプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、ＳｉＣ層と、ＳｉＯ２層とを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に導入されたＣＨＦ３を含むエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層を前記ＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングする工程と、を備えたプラズマ処理方法である。
【０００７】
ＣＨＦ３を含むエッチングガスを用いることで、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比（ＳｉＣ層のエッチングレート／ＳｉＯ２層のエッチングレート）を高くすることができる。なお、ＣＨＦ３を用いた場合には、ＣＨ２Ｆ２やＣＨ３Ｆを用いた場合と比べて、エッチングが進行するとともにエッチングレートがゼロになるいわゆるエッチングストップが生じにくい。
【０００８】
また、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比が高いため、被処理体中のＳｉＯ２層が露出している、すなわちエッチングガスに曝されている状態であってもＳｉＣ層をＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングすることができる。これは、ＳｉＯ２層がＳｉＣ層のマスク層である場合やＳｉＯ２層がＳｉＣ層の下地層である場合も同様である。
【０００９】
エッチングガスはＮを有する物質を含むことが好ましい。ＳｉＣ層のエッチングレートやＳｉＣ層の有機マスク層に対するエッチング選択比が高くなるからである。Ｎを有する物質としてはＮ２が安全性や取り扱い性等の面で好ましい。このとき、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比（ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量）は好ましくは０．２〜０．６であり、より好ましくは０．４〜０．６である。ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。
【００１０】
第２の発明は、ＳｉＣ層を有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に導入されたＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層をエッチングする工程と、を備えたプラズマ処理方法である。
【００１１】
このように、ＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスを用いることでＳｉＣ層のエッチングレートを高くすることができる。エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．８であり、最も好ましくは０．４〜０．６である。この範囲においてＳｉＣ層のエッチングレートが顕著に高いからである。
【００１２】
また、ＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスを用いるとＳｉＣ層の有機層に対するエッチング選択比も高いため、ＳｉＣ層を有機層に対して選択的にエッチングすることができる。具体的には、被処理体中で有機層が露出している場合、有機層がＳｉＣ層のマスク層である場合及び有機層が前記ＳｉＣ層の下地層である場合の被処理体に適用できる。エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層の有機層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。なお、有機層として低誘電体層を用いればデバイスの高性能化の点で好ましい。
【００１３】
さらに、ＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスを用いるとＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比も高いため、ＳｉＣ層をＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングすることができる。具体的には、被処理体中でＳｉＯ２層が露出している場合、ＳｉＯ２層がＳｉＣ層のマスク層である場合およびＳｉＯ２層が前記ＳｉＣ層の下地層である場合に適用できる。エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．６であり、より好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。
【００１４】
第３の発明は、ＳｉＣ層を有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に導入されたＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層をエッチングする工程と、を備えたプラズマ処理方法である。
【００１５】
ＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスを用いることにより、ＳｉＣ層のエッチングレートを高くすることができる。ＣとＨとＦとを有する物質としてはＣＨＦ３が、Ｎを有する物質としてはＮ２が好ましい。このとき、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は、好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．８であり、最も好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層のエッチングレートが顕著に高いからである。
【００１６】
また、ＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスを用いることで、ＳｉＣ層を有機層に対して選択的にエッチングすることができる。具体的には、被処理体中で有機層が露出している場合、有機層がＳｉＣ層のマスク層である場合及び有機層が前記ＳｉＣ層の下地層である場合に適用できる。ＣとＨとＦとを有する物質としてはＣＨＦ３が、Ｎを有する物質としてはＮ２が好ましい。このとき、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層の有機層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。有機層として低誘電体層を用いればデバイスの高性能化の点で好ましい。
【００１７】
さらに、ＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスを用いることで、ＳｉＣ層をＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングすることができる。具体的には、被処理体中でＳｉＯ２層が露出している場合、ＳｉＯ２層がＳｉＣ層のマスク層である場合及びＳｉＯ２層が前記ＳｉＣ層の下地層である場合に適用できる。ＣとＨとＦとを有する物質としてはＣＨＦ３が、Ｎを有する物質としてはＮ２が好ましい。このとき、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．６であり、より好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。
【００１８】
このように、エッチングガス中にＯ２やＣＯ等のＯを有する物質を含まないため、ＳｉＣ層の下地層がＣｕ層である場合には、エッチング工程中でのＣｕの酸化を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明を実施するために用いられるプラズマエッチング装置１を示す断面図である。処理容器２は金属、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ている。この処理容器２は接地されている。処理容器２内の底部には導電体のベローズ４に囲まれた上下駆動機構６を介して、導電体１１、絶縁体９およびサセプタ８が下から順に設けられている。サセプタ８は、平行平板電極の下部電極として機能する。導電体１１はベローズ４を介して接地されおり、また、サセプタ８と導電体１１は絶縁体９により電気的に絶縁されている。下部電極であるサセプタ８には、整合器５０を介して高周波電源５２が接続されている。
【００２０】
このサセプタ８の上には静電チャック１０が設けられ、その上には半導体ウエハ等の被処理体Ｗが載置されている。静電チャック１０は、絶縁体間に電極１２が介在された構成をしており、電極１２に接続された直流電源１４から直流電圧を印加することにより、クーロン力で被処理体Ｗを静電吸着する。そして、被処理体Ｗを囲むようにフォーカスリング１６が配置されている。このフォーカスリング１６はＳｉやＳｉＯ２等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００２１】
また、サセプタ８の上方には、サセプタ８と対向して上部電極板１８が設けられている。この上部電極板１８は、処理容器２の天井部２ａに固定されている。すなわち、この装置では処理容器２の天井部２ａが平行平板電極の上部電極として機能している。
【００２２】
処理容器２の天井部２ａの上部にはガス導入口２０が設けられ、このガス導入口２０には、ガス供給管２２が接続されており、このガス供給管２２には、バルブ２４、マスフローコントローラ２８、エッチングガス供給源３０が接続されている。このエッチングガス供給源３０からは、例えばＣＨＦ３、Ｎ２、Ａｒ等が供給される。処理容器２内に供給されるエッチングガスは上部電極板１８の孔を通って被処理体Ｗに対して均等に噴出される。
【００２３】
一方、処理容器２の底部には排気管４０が接続されており、この排気管４０には排気装置４２が接続されている。また、処理容器２の側壁にはゲートバルブ４６が設けられており、このゲートバルブ４６を開にした状態で被処理体Ｗが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００２４】
プラズマ処理領域の周囲で処理容器２の外側にはダイポールリング磁石６０が配置されている。ダイポールリング磁石６０は、複数の異方性セグメント柱状磁石をリング状に配置したものであり、これら複数の異方性セグメント柱状磁石の磁化の方向を少しずつずらして全体として一様な水平磁場を形成するものである。このダイポールリング磁石６０によりプラズマ処理領域に直交電磁界が形成されてそれに伴う電子のドリフト運動により高エネルギーのマグネトロン放電が生じ高密度のプラズマが生成される。ダイポールリング磁石６０を回転させることにより、均一な磁場を形成することができる。
【００２５】
次に、上記のプラズマエッチング装置１を用いて、図２のようなＳｉＯ２層６１とこれを覆うＳｉＣ層６３とさらにこれを覆うフォトレジスト層６５とを有する被処理体Ｗにおいて、フォトレジスト層６５の開口パターンを介してＳｉＣ層６３をエッチングする工程について説明する。
【００２６】
サセプタ８を上下駆動機構６により下げた状態でゲートバルブ４６を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１０上に配置する。次いで、ゲートバルブ４６を閉じ、サセプタ８を処理位置まで上昇させて、排気装置４２によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２４を開放し、エッチングガス供給源３０からＣＨＦ３を含むエッチングガス、好ましくはＣＨＦ３の他にＮを有する物質を含むガス、例えばＣＨＦ３とＮ２とＡｒの混合ガスを供給し、処理容器２内の圧力を所定の値、例えば６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とする。この場合に、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は、高いエッチングレートを得る観点からは、好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．８であり、最も好ましくは０．４〜０．６である。
【００２７】
この状態で、ダイポールリング磁石６０を回転させ、下部電極であるサセプタ８に高周波電力を印加し、エッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中のＳｉＣ層６３をエッチングする。一方、高周波電力を印加するタイミングの前後に、直流電源１４より直流電圧を静電チャック１０内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１０上に静電吸着する。エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいてエッチングを終了する。
【００２８】
このようにしてＣＨＦ３を含むエッチングガスを用いてＳｉＣ層６３をエッチングすることで、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比を高くすることができ、エッチングストップも生じにくい。また、エッチングガスとしてＣＨＦ３とＮを有する物質例えばＮ２とを含むガスを用いることで、ＳｉＣ層６３のエッチングレートを高くすることができる。この場合に、ＣＨＦ３とＮ２とを含むガスに限らず、ＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないガスを用いれば、ＳｉＣ層６３のエッチングレートを高くすることができる。
【００２９】
なお、被処理体は図２の構造の物には限らない。ＳｉＣ層のマスク層がＳｉＯ２層である場合、ＳｉＣ層の下地層が有機層やＣｕ層である場合、ＳｉＣ層と有機層が離れた部分で共に露出している場合、ＳｉＣ層とＳｉＯ２層が離れた部分でともに露出している場合にも適用できる。なお、ＳｉＣ層を有機層に対して選択的にエッチングする場合には、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．６である。
【００３０】
【実施例】
図２のような被処理体を以下の条件でエッチングした。すなわち、処理容器内の圧力を６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）にするとともに、エッチングガスとしてＣＨＦ３とＮ２とＡｒの混合ガスを処理容器内に供給し、下部電極には１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電源から５００Ｗの高周波電力を印加した。
【００３１】
エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比（ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量）は０．２、０．４、０．６、０．８、２．０と変化させた。Ａｒの流量は１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で固定した。
【００３２】
様々な上記流量比におけるＳｉＣ層のエッチングレートを図３に、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比を図４に、ＳｉＣ層のフォトレジスト（ＰＲ）層に対するエッチング選択比を図５に示す。
【００３３】
図３より、上記流量比が０．２〜０．８のときにＳｉＣのエッチングレートが高く、その中でも０．４〜０．８のときにより高く、０．４〜０．６のときに特に高いことがわかる。
【００３４】
図４より、上記流量比が０．２〜０．６のときにＳｉＣのＳｉＯ２に対するエッチング選択比が高く、その中でも０．４〜０．６のときに特に高いことがわかる。
【００３５】
図５より、上記流量比が０．２〜０．８のときにＳｉＣのフォトレジストに対するエッチング選択比が高く、その中でも０．４〜０．６のときに特に高いことがわかる。
【００３６】
また、比較例として、処理容器内の圧力を６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）に、エッチングガスをＣＦ４（流量５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））とＣＨ２Ｆ２（同２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））とＯ２（同１５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））とＡｒ（同１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））の混合ガスに、印加高周波電力を３００Ｗにして図２の被処理体をエッチングした。その結果、ＳｉＣ層のエッチングレートは３５ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比は１．０、ＳｉＣ層のフォトレジスト層に対するエッチング選択比は０．４であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＨＦ３を含むエッチングガスを用いてＳｉＣをプラズマエッチングすることで、ＳｉＯ２に対して選択的にエッチングできる。また、ＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスやＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスを用いることで、ＳｉＣを高レートでプラズマエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いられるプラズマエッチング装置を示すの概略断面図。
【図２】被処理体のエッチング対象部を模式的に示す断面図。
【図３】ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量の値とＳｉＣのエッチングレートとの関係を示すグラフ。
【図４】ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量の値とＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比との関係を示すグラフ。
【図５】ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量の値とＳｉＣ層のフォトレジスト（ＰＲ）層に対するエッチング選択比との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１；プラズマエッチング装置
８；サセプタ
１０；静電チャック
１６；フォーカスリング
１８；上部電極板
３０；エッチングガス供給源
５２；高周波電源
６０；ダイポールリング磁石
６１；ＳｉＯ２層
６３；ＳｉＣ層
６５；フォトレジスト層
Ｗ：被処理体
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程でエッチングを行うプラズマ処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＳｉＣをプラズマエッチングするエッチングガスとしては、ＣＦ４とＯ２の混合ガス（特許文献１）、ＣＨＦ３とＯ２の混合ガス（特許文献２）等が用いられていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−１２４４３８号公報
【特許文献２】
特開昭６２−２１６３３５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらのエッチングガスを用いた場合、ＳｉＣのエッチングレート、ＳｉＣのＳｉＯ２に対するエッチング選択比（ＳｉＣのエッチングレート／ＳｉＯ２のエッチングレート）、ＳｉＣの有機マスクに対するエッチング選択比（ＳｉＣのエッチングレート／有機マスクのエッチングレート）があまり高くないという問題があった。
【０００５】
本発明では、これらの課題を解決し、ＳｉＣのエッチングレート、ＳｉＣのＳｉＯ２に対するエッチング選択比、ＳｉＣの有機物に対するエッチング選択比のいずれもが高いＳｉＣのプラズマエッチングを含むプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、ＳｉＣ層と、ＳｉＯ２層とを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に導入されたＣＨＦ３を含むエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層を前記ＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングする工程と、を備えたプラズマ処理方法である。
【０００７】
ＣＨＦ３を含むエッチングガスを用いることで、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比（ＳｉＣ層のエッチングレート／ＳｉＯ２層のエッチングレート）を高くすることができる。なお、ＣＨＦ３を用いた場合には、ＣＨ２Ｆ２やＣＨ３Ｆを用いた場合と比べて、エッチングが進行するとともにエッチングレートがゼロになるいわゆるエッチングストップが生じにくい。
【０００８】
また、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比が高いため、被処理体中のＳｉＯ２層が露出している、すなわちエッチングガスに曝されている状態であってもＳｉＣ層をＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングすることができる。これは、ＳｉＯ２層がＳｉＣ層のマスク層である場合やＳｉＯ２層がＳｉＣ層の下地層である場合も同様である。
【０００９】
エッチングガスはＮを有する物質を含むことが好ましい。ＳｉＣ層のエッチングレートやＳｉＣ層の有機マスク層に対するエッチング選択比が高くなるからである。Ｎを有する物質としてはＮ２が安全性や取り扱い性等の面で好ましい。このとき、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比（ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量）は好ましくは０．２〜０．６であり、より好ましくは０．４〜０．６である。ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。
【００１０】
第２の発明は、ＳｉＣ層を有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に導入されたＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層をエッチングする工程と、を備えたプラズマ処理方法である。
【００１１】
このように、ＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスを用いることでＳｉＣ層のエッチングレートを高くすることができる。エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．８であり、最も好ましくは０．４〜０．６である。この範囲においてＳｉＣ層のエッチングレートが顕著に高いからである。
【００１２】
また、ＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスを用いるとＳｉＣ層の有機層に対するエッチング選択比も高いため、ＳｉＣ層を有機層に対して選択的にエッチングすることができる。具体的には、被処理体中で有機層が露出している場合、有機層がＳｉＣ層のマスク層である場合及び有機層が前記ＳｉＣ層の下地層である場合の被処理体に適用できる。エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層の有機層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。なお、有機層として低誘電体層を用いればデバイスの高性能化の点で好ましい。
【００１３】
さらに、ＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスを用いるとＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比も高いため、ＳｉＣ層をＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングすることができる。具体的には、被処理体中でＳｉＯ２層が露出している場合、ＳｉＯ２層がＳｉＣ層のマスク層である場合およびＳｉＯ２層が前記ＳｉＣ層の下地層である場合に適用できる。エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．６であり、より好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。
【００１４】
第３の発明は、ＳｉＣ層を有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に導入されたＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層をエッチングする工程と、を備えたプラズマ処理方法である。
【００１５】
ＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスを用いることにより、ＳｉＣ層のエッチングレートを高くすることができる。ＣとＨとＦとを有する物質としてはＣＨＦ３が、Ｎを有する物質としてはＮ２が好ましい。このとき、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は、好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．８であり、最も好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層のエッチングレートが顕著に高いからである。
【００１６】
また、ＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスを用いることで、ＳｉＣ層を有機層に対して選択的にエッチングすることができる。具体的には、被処理体中で有機層が露出している場合、有機層がＳｉＣ層のマスク層である場合及び有機層が前記ＳｉＣ層の下地層である場合に適用できる。ＣとＨとＦとを有する物質としてはＣＨＦ３が、Ｎを有する物質としてはＮ２が好ましい。このとき、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層の有機層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。有機層として低誘電体層を用いればデバイスの高性能化の点で好ましい。
【００１７】
さらに、ＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスを用いることで、ＳｉＣ層をＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングすることができる。具体的には、被処理体中でＳｉＯ２層が露出している場合、ＳｉＯ２層がＳｉＣ層のマスク層である場合及びＳｉＯ２層が前記ＳｉＣ層の下地層である場合に適用できる。ＣとＨとＦとを有する物質としてはＣＨＦ３が、Ｎを有する物質としてはＮ２が好ましい。このとき、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．６であり、より好ましくは０．４〜０．６である。この範囲でＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比が顕著に高いからである。
【００１８】
このように、エッチングガス中にＯ２やＣＯ等のＯを有する物質を含まないため、ＳｉＣ層の下地層がＣｕ層である場合には、エッチング工程中でのＣｕの酸化を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明を実施するために用いられるプラズマエッチング装置１を示す断面図である。処理容器２は金属、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ている。この処理容器２は接地されている。処理容器２内の底部には導電体のベローズ４に囲まれた上下駆動機構６を介して、導電体１１、絶縁体９およびサセプタ８が下から順に設けられている。サセプタ８は、平行平板電極の下部電極として機能する。導電体１１はベローズ４を介して接地されおり、また、サセプタ８と導電体１１は絶縁体９により電気的に絶縁されている。下部電極であるサセプタ８には、整合器５０を介して高周波電源５２が接続されている。
【００２０】
このサセプタ８の上には静電チャック１０が設けられ、その上には半導体ウエハ等の被処理体Ｗが載置されている。静電チャック１０は、絶縁体間に電極１２が介在された構成をしており、電極１２に接続された直流電源１４から直流電圧を印加することにより、クーロン力で被処理体Ｗを静電吸着する。そして、被処理体Ｗを囲むようにフォーカスリング１６が配置されている。このフォーカスリング１６はＳｉやＳｉＯ２等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００２１】
また、サセプタ８の上方には、サセプタ８と対向して上部電極板１８が設けられている。この上部電極板１８は、処理容器２の天井部２ａに固定されている。すなわち、この装置では処理容器２の天井部２ａが平行平板電極の上部電極として機能している。
【００２２】
処理容器２の天井部２ａの上部にはガス導入口２０が設けられ、このガス導入口２０には、ガス供給管２２が接続されており、このガス供給管２２には、バルブ２４、マスフローコントローラ２８、エッチングガス供給源３０が接続されている。このエッチングガス供給源３０からは、例えばＣＨＦ３、Ｎ２、Ａｒ等が供給される。処理容器２内に供給されるエッチングガスは上部電極板１８の孔を通って被処理体Ｗに対して均等に噴出される。
【００２３】
一方、処理容器２の底部には排気管４０が接続されており、この排気管４０には排気装置４２が接続されている。また、処理容器２の側壁にはゲートバルブ４６が設けられており、このゲートバルブ４６を開にした状態で被処理体Ｗが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００２４】
プラズマ処理領域の周囲で処理容器２の外側にはダイポールリング磁石６０が配置されている。ダイポールリング磁石６０は、複数の異方性セグメント柱状磁石をリング状に配置したものであり、これら複数の異方性セグメント柱状磁石の磁化の方向を少しずつずらして全体として一様な水平磁場を形成するものである。このダイポールリング磁石６０によりプラズマ処理領域に直交電磁界が形成されてそれに伴う電子のドリフト運動により高エネルギーのマグネトロン放電が生じ高密度のプラズマが生成される。ダイポールリング磁石６０を回転させることにより、均一な磁場を形成することができる。
【００２５】
次に、上記のプラズマエッチング装置１を用いて、図２のようなＳｉＯ２層６１とこれを覆うＳｉＣ層６３とさらにこれを覆うフォトレジスト層６５とを有する被処理体Ｗにおいて、フォトレジスト層６５の開口パターンを介してＳｉＣ層６３をエッチングする工程について説明する。
【００２６】
サセプタ８を上下駆動機構６により下げた状態でゲートバルブ４６を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１０上に配置する。次いで、ゲートバルブ４６を閉じ、サセプタ８を処理位置まで上昇させて、排気装置４２によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２４を開放し、エッチングガス供給源３０からＣＨＦ３を含むエッチングガス、好ましくはＣＨＦ３の他にＮを有する物質を含むガス、例えばＣＨＦ３とＮ２とＡｒの混合ガスを供給し、処理容器２内の圧力を所定の値、例えば６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とする。この場合に、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は、高いエッチングレートを得る観点からは、好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．８であり、最も好ましくは０．４〜０．６である。
【００２７】
この状態で、ダイポールリング磁石６０を回転させ、下部電極であるサセプタ８に高周波電力を印加し、エッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中のＳｉＣ層６３をエッチングする。一方、高周波電力を印加するタイミングの前後に、直流電源１４より直流電圧を静電チャック１０内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１０上に静電吸着する。エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基づいてエッチングを終了する。
【００２８】
このようにしてＣＨＦ３を含むエッチングガスを用いてＳｉＣ層６３をエッチングすることで、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比を高くすることができ、エッチングストップも生じにくい。また、エッチングガスとしてＣＨＦ３とＮを有する物質例えばＮ２とを含むガスを用いることで、ＳｉＣ層６３のエッチングレートを高くすることができる。この場合に、ＣＨＦ３とＮ２とを含むガスに限らず、ＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないガスを用いれば、ＳｉＣ層６３のエッチングレートを高くすることができる。
【００２９】
なお、被処理体は図２の構造の物には限らない。ＳｉＣ層のマスク層がＳｉＯ２層である場合、ＳｉＣ層の下地層が有機層やＣｕ層である場合、ＳｉＣ層と有機層が離れた部分で共に露出している場合、ＳｉＣ層とＳｉＯ２層が離れた部分でともに露出している場合にも適用できる。なお、ＳｉＣ層を有機層に対して選択的にエッチングする場合には、エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は好ましくは０．２〜０．８であり、より好ましくは０．４〜０．６である。
【００３０】
【実施例】
図２のような被処理体を以下の条件でエッチングした。すなわち、処理容器内の圧力を６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）にするとともに、エッチングガスとしてＣＨＦ３とＮ２とＡｒの混合ガスを処理容器内に供給し、下部電極には１３．５６ＭＨｚの周波数の高周波電源から５００Ｗの高周波電力を印加した。
【００３１】
エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比（ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量）は０．２、０．４、０．６、０．８、２．０と変化させた。Ａｒの流量は１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）で固定した。
【００３２】
様々な上記流量比におけるＳｉＣ層のエッチングレートを図３に、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比を図４に、ＳｉＣ層のフォトレジスト（ＰＲ）層に対するエッチング選択比を図５に示す。
【００３３】
図３より、上記流量比が０．２〜０．８のときにＳｉＣのエッチングレートが高く、その中でも０．４〜０．８のときにより高く、０．４〜０．６のときに特に高いことがわかる。
【００３４】
図４より、上記流量比が０．２〜０．６のときにＳｉＣのＳｉＯ２に対するエッチング選択比が高く、その中でも０．４〜０．６のときに特に高いことがわかる。
【００３５】
図５より、上記流量比が０．２〜０．８のときにＳｉＣのフォトレジストに対するエッチング選択比が高く、その中でも０．４〜０．６のときに特に高いことがわかる。
【００３６】
また、比較例として、処理容器内の圧力を６．６６Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）に、エッチングガスをＣＦ４（流量５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））とＣＨ２Ｆ２（同２０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））とＯ２（同１５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））とＡｒ（同１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ））の混合ガスに、印加高周波電力を３００Ｗにして図２の被処理体をエッチングした。その結果、ＳｉＣ層のエッチングレートは３５ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比は１．０、ＳｉＣ層のフォトレジスト層に対するエッチング選択比は０．４であった。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ＣＨＦ３を含むエッチングガスを用いてＳｉＣをプラズマエッチングすることで、ＳｉＯ２に対して選択的にエッチングできる。また、ＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスやＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスを用いることで、ＳｉＣを高レートでプラズマエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いられるプラズマエッチング装置を示すの概略断面図。
【図２】被処理体のエッチング対象部を模式的に示す断面図。
【図３】ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量の値とＳｉＣのエッチングレートとの関係を示すグラフ。
【図４】ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量の値とＳｉＣ層のＳｉＯ２層に対するエッチング選択比との関係を示すグラフ。
【図５】ＣＨＦ３の流量／Ｎ２の流量の値とＳｉＣ層のフォトレジスト（ＰＲ）層に対するエッチング選択比との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１；プラズマエッチング装置
８；サセプタ
１０；静電チャック
１６；フォーカスリング
１８；上部電極板
３０；エッチングガス供給源
５２；高周波電源
６０；ダイポールリング磁石
６１；ＳｉＯ２層
６３；ＳｉＣ層
６５；フォトレジスト層
Ｗ：被処理体
Claims (49)
- ＳｉＣ層と、ＳｉＯ２層とを有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、
前記処理容器内に導入されたＣＨＦ３を含むエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層を前記ＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングする工程と、
を備えたプラズマ処理方法。 - 前記ＳｉＯ２層は露出していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＯ２層は開口パターンが形成された前記ＳｉＣ層のマスク層であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＯ２層は前記ＳｉＣ層の下地層であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガスはＮを有する物質を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記Ｎを有する物質はＮ２であることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．２〜０．６であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．６であることを特徴とする請求項６に記載のプラズマ処理方法。
- ＳｉＣ層を有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、前記処理容器内に導入されたＣＨＦ３とＮ２とを含むエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層をエッチングする工程と、
を備えたプラズマ処理方法。 - 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．２〜０．８であることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．８であることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．６であることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理方法。
- 前記被処理体は有機層を有し、前記ＳｉＣ層をこの有機層に対して選択的にエッチングすることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理方法。
- 前記有機層は露出していることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
- 前記有機層は開口パターンが形成されたＳｉＣ層のマスク層であることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
- 前記有機層は前記ＳｉＣ層の下地層であることを特徴とする請求項１３に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．２〜０．８であることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．６であることを特徴とする請求項１３から１６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記有機層は低誘電体層であることを特徴とする請求項１３から１８のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記被処理体はＳｉＯ２層を有し、前記ＳｉＣ層をこのＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングすることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＯ２層は露出していることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＯ２層は開口パターンが形成されたＳｉＣ層のマスク層であることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＯ２層は前記ＳｉＣ層の下地層であることを特徴とする請求項２０に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．２〜０．６であることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中のＮ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．６であることを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- ＳｉＣ層を有する被処理体を処理容器内に配置する工程と、
前記処理容器内に導入されたＣとＨとＦとを有する物質とＮを有する物質とを含みＯを有する物質を含まないエッチングガスをプラズマ化し、前記ＳｉＣ層をエッチングする工程と、
を備えたプラズマ処理方法。 - 前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３であることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
- 前記Ｎを有する物質はＮ２であることを特徴とする請求項２６または２７のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中の前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３で、前記Ｎを有する物質はＮ２であり、Ｎ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．２〜０．８であることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中の前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３で、前記Ｎを有する物質はＮ２であり、Ｎ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．８であることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中の前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３で、前記Ｎを有する物質はＮ２であり、Ｎ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．６であることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
- 前記被処理体は有機層を有し、前記ＳｉＣ層をこの有機層に対して選択的にエッチングすることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
- 前記有機層は露出していることを特徴とする請求項２７に記載のプラズマ処理方法。
- 前記有機層は開口パターンが形成されたＳｉＣ層のマスク層であることを特徴とする請求項２７に記載のプラズマ処理方法。
- 前記有機層は前記ＳｉＣ層の下地層であることを特徴とする請求項２７に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３であることを特徴とする請求項３２から３５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記Ｎを有する物質はＮ２であることを特徴とする請求項３２から３６のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中の前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３で、前記Ｎを有する物質はＮ２であり、Ｎ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．２〜０．８であることを特徴とする請求項３２から３５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中の前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３で、前記Ｎを有する物質はＮ２であり、Ｎ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．６であることを特徴とする請求項３２から３５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記有機層は低誘電体層であることを特徴とする請求項３２から３９のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記被処理体はＳｉＯ２層を有し、前記ＳｉＣ層をこのＳｉＯ２層に対して選択的にエッチングすることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＯ２層は露出していることを特徴とする請求項４１に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＯ２層は開口パターンが形成されたＳｉＣ層のマスク層であることを特徴とする請求項４１に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＯ２層は前記ＳｉＣ層の下地層であることを特徴とする請求項４１に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３であることを特徴とする請求項４１から４４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記Ｎを有する物質はＮ２であることを特徴とする請求項４１から４５のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中の前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３で、前記Ｎを有する物質はＮ２であり、Ｎ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．２〜０．６であることを特徴とする請求項４１から４４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記エッチングガス中の前記ＣとＨとＦとを有する物質はＣＨＦ３で、前記Ｎを有する物質はＮ２であり、Ｎ２の流量に対するＣＨＦ３の流量の比は０．４〜０．６であることを特徴とする請求項４１から４４のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記ＳｉＣ層の下地層はＣｕ層であることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ処理方法。
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