JP2005005687A - Plasma etching method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理装置におけるプラズマ処理方法に係わり、特に、低誘電率の層間絶縁膜材料の加工に好適なプラズマエッチング処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing method in a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma etching processing method suitable for processing a low dielectric constant interlayer insulating film material.
半導体LSIは、高速化に伴って微細化だけでなく、低抵抗化のために配線材料もCuへ移行している。しかし、Cuのドライエッチングが技術的に困難なことから、Cu配線周囲に配置する層間絶縁膜を先にエッチングした後、メッキ処理等によりCuを埋め込み、平坦化CMP(Chemical Mechanical Polishing)により配線上部にある余分なCuを削りとり配線とする、ダマシン(Damascene)技術が採用されている。 Semiconductor LSIs are not only miniaturized as the speed increases, but also the wiring material has shifted to Cu for lower resistance. However, since Cu dry etching is technically difficult, after the interlayer insulating film disposed around the Cu wiring is first etched, Cu is embedded by plating or the like, and planarization CMP (Chemical Mechanical Polishing) is performed on the upper part of the wiring. Damascene technology is employed in which excess Cu in the wiring is scraped and used as wiring.
ダマシン技術の中でも、下層配線との接続穴を配線溝と同時にエッチング形成するデュアルダマシン(Dual Damascene)プロセスが用いられており、その応用として、下層配線とを接続する接続穴を上層配線よりも先に形成するビアファースト(Via First)デュアルダマシンプロセスが採用されつつある(例えば、特許文献1参照)。 Among the damascene technologies, a dual damascene process is used in which a connection hole with a lower layer wiring is etched at the same time as the wiring groove. As an application, the connection hole connecting the lower layer wiring is formed before the upper layer wiring. A via first (Dia First) dual damascene process is being adopted (see, for example, Patent Document 1).
ビアファーストデュアルダマシンプロセスは、上層配線と下層配線とを接続する接続穴を形成するためのエッチング工程において、製造工程の簡略化およびTAT(Turn and Around Time)の短縮化を可能とし、半導体LSIの製造コストを大幅に低減することができるという利点がある(例えば、特許文献1参照)。 The via first dual damascene process makes it possible to simplify the manufacturing process and shorten TAT (Turn and Around Time) in an etching process for forming a connection hole for connecting an upper layer wiring and a lower layer wiring. There exists an advantage that manufacturing cost can be reduced significantly (for example, refer to patent documents 1).
図1(a)〜図1(g)の断面図を用いて、従来のビアファーストデュアルダマシンプロセスの工程を説明する。先ず、図1(a)に示すように、Cuからなる下層配線101を形成し、その上にSiCからなるエッチングストッパ膜102を形成する。次にSiOCからなる層間絶縁膜103を形成し、その上にたとえばSiO2からなるキャップ膜104を形成する。次に、BARC(Bottom Anti Reflective Coating)からなる反射防止膜105を形成し、その上にビア用レジスト106を形成する。ビア用レジスト106には、微細穴用のビアホールパターン107を形成する。
The steps of a conventional via first dual damascene process will be described with reference to the cross-sectional views of FIGS. First, as shown in FIG. 1A, a
このビア用レジスト106をマスクとして、図1(b)に示すように、反射防止膜105をエッチングした後、図1(c)に示すように、キャップ膜104に引き続き、層間絶縁膜103をエッチングストッパ膜102までエッチングし、ビアホール107aを形成する。
Using the
次に、図1(d)に示すように、ビア用レジスト106およびビア用反射防止膜105を除去した後、図1(e)に示すように、トレンチ用反射防止膜108を形成し、その上にトレンチ用レジスト109を形成する。このとき、ビアホール107a内にはトレンチ用反射防止膜108が埋め込まれた状態となっており、また、トレンチ用レジスト(トレンチ用マスク)109には、微細な配線溝用のトレンチパターン110を形成する。
Next, after removing the
このトレンチ用マスク109を用いて、図1(f)に示すように、トレンチ用反射防止膜108をエッチングした後、図1(g)に示すように、キャップ膜104に引き続き、層間絶縁膜103を所望の膜厚までエッチングしトレンチ110aを形成する。
After the
このとき、ビア内に埋め込まれたトレンチ用反射防止膜108と層間絶縁膜103を同時にエッチングするが、ビア内の反射防止膜108に対する層間絶縁膜103の選択比が高い場合(層間絶縁膜エッチング速度/反射防止膜エッチング速度>1)、ビア内反射防止膜108が遅れてエッチングされるためエッチング残りが発生する。この反射防止膜のエッチング残りは、ビアホールとトレンチのファセット部に発生し、これを起点としてトレンチエッチング時の反応生成物が堆積し、図1(g)に示すように、リング状のクラウンフェンス111が形成される。
ビアファーストデュアルダマシンプロセスでは、トレンチ溝とビアホールを形成した後、Cu等の金属材料を埋め込むが、このときあらかじめトレンチ溝とビアホールの内壁に、金属皮膜を被覆しなければならない。しかし、上記のようなクラウンフェンスの形成は、金属皮膜による被覆に支障を生じさせ、後の工程であるCu等の金属材料の埋込みが十分に形成できず、デバイスの特性を大きく劣化させる要因となる。 In the via first dual damascene process, a trench groove and a via hole are formed, and then a metal material such as Cu is embedded therein. At this time, a metal film must be coated on the trench groove and the inner wall of the via hole in advance. However, the formation of the crown fence as described above causes a problem in covering with the metal film, and the subsequent process of embedding of a metal material such as Cu cannot be sufficiently formed, and the characteristics of the device are greatly deteriorated. Become.
本発明の目的は、ビアファーストデュアルダマシンプロセスの層間絶縁膜のエッチング時に形成されるクラウンフェンスを防止しながら、かつ所望の加工形状を得、かつ層間絶縁膜の特性を損なうことのないエッチング処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an etching method that prevents a crown fence formed during etching of an interlayer insulating film in a via first dual damascene process, obtains a desired processing shape, and does not impair the characteristics of the interlayer insulating film Is to provide.
本発明は、基板上の絶縁膜にホールを形成し、該形成されたホール内に反射防止膜を埋め込んだ後、該埋め込み部にトレンチを形成するデュアルダマシン構造のプラズマエッチング処理方法において、前記トレンチを形成する前工程として、前記ホール内に埋め込まれた反射防止膜を0.3Pa〜3.0Paの酸素ガスにより優先的にエッチングする工程を有することにより、上記課題を解決する。 The present invention provides a plasma etching method having a dual damascene structure in which a hole is formed in an insulating film on a substrate, an antireflection film is embedded in the formed hole, and a trench is formed in the embedded portion. The above problem is solved by having a step of preferentially etching the antireflection film embedded in the hole with an oxygen gas of 0.3 Pa to 3.0 Pa as a pre-process for forming the film.
本発明は、基板上の絶縁膜にデュアルダマシン構造を形成するための、ビアファーストデュアルダマシンプロセスを用いたプラズマエッチング処理方法であって、基板上の絶縁膜にホールを形成する工程と、該形成されたホール内に反射防止膜を埋め込む工程と、該埋め込まれた反射防止膜を0.3Pa〜3.0Paの酸素ガスによりエッチングする工程と、該エッチング後にトレンチを形成する工程とを有することにより、上記課題を達成する。 The present invention relates to a plasma etching processing method using a via first dual damascene process for forming a dual damascene structure on an insulating film on a substrate, the step of forming holes in the insulating film on the substrate, and the formation A step of embedding an antireflection film in the formed hole, a step of etching the embedded antireflection film with an oxygen gas of 0.3 Pa to 3.0 Pa, and a step of forming a trench after the etching To achieve the above-mentioned problems.
また、本発明は、上記処理方法において、前記酸素ガス流量を5〜300ml/minの範囲内とし、また、前記基板に印加するバイアス電力密度を1W/cm2以下とし、さらに、前記基板温度を20℃〜80℃の間とすることにより、上記課題を達成する。 In the processing method, the present invention provides that the oxygen gas flow rate is in the range of 5 to 300 ml / min, the bias power density applied to the substrate is 1 W / cm 2 or less, and the substrate temperature is The said subject is achieved by being between 20 degreeC-80 degreeC.
本発明によれば、層間絶縁膜の特性および加工形状を劣化させることなく、クラウンフェンスの形成を抑制することが可能となった。これによって、信頼性の高い半導体LSIの製造を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to suppress the formation of the crown fence without deteriorating the characteristics and processed shape of the interlayer insulating film. As a result, a highly reliable semiconductor LSI can be manufactured.
本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図2は本発明にかかるエッチング処理方法が適用されるUHF波ECRプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図である。このエッチング装置では、真空排気したエッチング処理室200内に、酸素、CF系ガス(例えばCF4)、Arガス等をボンベからガス配管、マスフローコントローラを介して(図示略)上部アンテナ201表面に設けられた微細な孔より、シャワー状に処理室200に供給する。また可変バルブ(図示略)により、所望の圧力に調整する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of a UHF wave ECR plasma etching apparatus to which the etching method according to the present invention is applied. In this etching apparatus, oxygen, CF-based gas (for example, CF 4 ), Ar gas, etc. are provided on the surface of the
次に、周波数450MHzのUHF電源202から発生させた高周波をマッチング・フィルタ回路203、上部アンテナ201を介して処理室に導入する。処理室周辺に配置されたコイル204により形成された磁場とUHF波の電源との相互作用により、ECR放電が生じ、エッチングガスを解離しプラズマ205を形成する。また、周波数13.56MHzのRFバイアス電源211から発生させた高周波をマッチング・フィルタ回路212を介して上部アンテナ201に印加し、アンテナ表面でFを消費し、プラズマ中の活性種の組成を変えることができる装置構成となっている。処理室下方に設けられた基板載置電極206上に基板207を設置する。また本実施例では、直径200mmの基板を使用した。基板載置電極206には、800KHzのRFバイアス電源208がマッチング・フィルタ回路209を介して接続されている。これにより、プラズマ中のイオンを基板上に引き込み、表面に吸着したラジカルとの相互作用によるイオンアシスト反応により、異方性エッチングを進行させる。またエッチング中に生成した反応生成物は、ターボポンプ210により排気される。
Next, a high frequency generated from the
図3(a)〜図3(g)の断面図を用いて、前記プラズマエッチング装置を使用したクラウンフェンス形成を防止するためのビアファーストデュアルダマシンプロセスの処理工程を説明する。図3(a)〜図3(e)に示す処理工程は、先に記述した従来のビアファーストデュアルダマシンの工程である図1(a)〜図1(e)と同様であるため説明を省略する。図1における100番代の符号は図3における300番代の符号を同じ内容を示している。
A processing step of a via first dual damascene process for preventing the formation of a crown fence using the plasma etching apparatus will be described with reference to cross-sectional views of FIGS. The processing steps shown in FIGS. 3 (a) to 3 (e) are the same as those in FIGS. 1 (a) to 1 (e), which are the steps of the conventional via first dual damascene described above, and thus description thereof is omitted. To do. The reference number 100 in FIG. 1 shows the same contents as the
図3(f)に示すように、層間絶縁膜303上に形成したトレンチ用反射防止膜308のエッチングに引き続き、ビアホール307a内に埋め込まれたトレンチ用反射防止膜308を一定量エッチングする。このエッチング量は、図3(g)に示すように、層間絶縁膜303のエッチング時に反射防止膜高さが、トレンチ底部より常に低い状態を保つよう適宜決められる。
As shown in FIG. 3F, following the etching of the
このような方法で処理されたエッチング処理内容を以下説明する。表1にトレンチ用反射防止膜エッチング処理条件を示す。すなわち、トレンチ用反射防止膜のエッチング処理条件は、プラズマソース電力:400W、酸素流量:20ml/min、処理圧力:0.3pa、基板温度:80℃、基板印加電力:200W(8インチウェハ)で実施した。 The details of the etching process processed by such a method will be described below. Table 1 shows the trench antireflection film etching conditions. That is, the etching conditions of the antireflection film for trench are as follows: plasma source power: 400 W, oxygen flow rate: 20 ml / min, processing pressure: 0.3 pa, substrate temperature: 80 ° C., substrate applied power: 200 W (8 inch wafer) Carried out.
また、上記実施例では、基板印加電力を200Wで説明したが、本発明はこの数値に限定されるものではない。つまり、基板へのダメージレスを考慮した場合、基板印加電力は300Wの範囲内まで有効であることを確認した。 Moreover, in the said Example, although board | substrate application electric power was demonstrated with 200W, this invention is not limited to this figure. That is, it was confirmed that the power applied to the substrate was effective up to a range of 300 W in consideration of damage-lessness to the substrate.
次に、図4を用いて、表1の条件でのレジスト膜のエッチング速度の処理圧力依存性を説明する。図に示すように、レジスト膜のエッチング速度は、処理圧力に依存する。層間絶縁膜が低誘電率絶縁膜の場合には、エッチングにより比誘電率が増加することが懸念されるが、本発明のプロセス条件によれば、層間絶縁膜303の比誘電率は3.0のままでありその増加は認められなかった。
Next, the processing pressure dependence of the etching rate of the resist film under the conditions shown in Table 1 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the etching rate of the resist film depends on the processing pressure. When the interlayer insulating film is a low dielectric constant insulating film, there is a concern that the relative dielectric constant increases due to etching, but according to the process conditions of the present invention, the relative dielectric constant of the
また、図3(f)に示すように、レジストパターンの幅寸法にも変化は見られなかった。 Further, as shown in FIG. 3F, no change was observed in the width dimension of the resist pattern.
なお、表1の処理条件は、ビアホール部埋込み膜および層間絶縁膜の種類に応じて適宜変更することが可能であり、表2に示す範囲で、特性を損なうことなく埋込み膜のエッチングを行うことができた。 The processing conditions in Table 1 can be appropriately changed according to the type of the via hole buried film and the interlayer insulating film, and the buried film is etched within the range shown in Table 2 without impairing the characteristics. I was able to.
次に、図5に、表2に示す範囲における比誘電率の変化を示す。すなわち、トレンチ用反射防止膜エッチング処理条件は、酸素流量:5〜300ml/min、処理圧力:0.3〜1.0Pa、基盤温度:20〜80℃、基盤印加電力:0から300W(8インチウェハ)の範囲で種種変更可能である。 Next, FIG. 5 shows changes in the relative dielectric constant in the range shown in Table 2. That is, the conditions for etching the antireflection film for trench are as follows: oxygen flow rate: 5 to 300 ml / min, processing pressure: 0.3 to 1.0 Pa, substrate temperature: 20 to 80 ° C., substrate applied power: 0 to 300 W (8 inches) Various types can be changed within the range of (wafer).
この後に、従来と同様、図3(g)に示すように、キャップ膜304に引き続き、層間絶縁膜303を所望の膜厚までエッチングし、トレンチ310aを形成する。このとき、ビア内に埋め込まれたトレンチ用反射防止膜308と層間絶縁膜303を同時にエッチングするが、先に記述したエッチング処理方法により、ビアホール内の反射防止膜は、十分にエッチングされており、クラウンフェンスの発生を抑制することができた。
Thereafter, as in the conventional case, as shown in FIG. 3G, the
次に、図3(e)〜図3(g)の断面図を用いて、本発明による適用例を具体的数値により説明する。図3(e)におけるトレンチ用レジスト309の膜厚:600nm、トレンチ用反射防止膜308の膜厚:100nm、キャップ膜304の膜厚:50nm、層間絶縁膜303の膜厚:600nmの場合、ホール308に埋め込まれた反射防止膜の膜厚は750nm(トレンチ用反射防止膜308膜厚+キャップ膜304膜厚+層間絶縁膜303膜厚=ホール307aに埋め込まれた反射防止膜308膜厚)である。
Next, application examples according to the present invention will be described with specific numerical values with reference to cross-sectional views of FIGS. 3 (e) to 3 (g). 3E, the thickness of the trench resist 309 is 600 nm, the thickness of the
図3(f)に示すように、表1に示すエッチング条件にて反射防止膜308をエッチングする。このときホール307aに埋め込まれた反射防止膜308も同時にエッチングされる。トレンチ用反射防止膜308およびホール307aに埋め込まれた反射防止膜308のエッチング速度は、図4に示すように、350nm/min程度である。
As shown in FIG. 3F, the
また、キャップ膜304のエッチング速度は酸素ガスによるエッチングであるため、0nm/minである。このときのエッチング時間は1分とした。よって、図3(f)に示すホール307aに埋め込まれた反射防止膜308の膜厚は、400nmとなる。
Further, the etching rate of the
次に、図3(g)に示すように、キャップ膜304および層間絶縁膜303をエッチング速度300nm/min、ホール307aに埋め込まれた反射防止膜308をエッチング速度150nm/min、選択比=2(層間絶縁膜303のエッチング速度/ホール307aに埋め込まれた反射防止膜308のエッチング速度)によりAr/CF4/CHF3等のエッチングガスにより、トレンチ310a深さ300nmまで1分でエッチングした場合、ホール307aに埋め込まれた反射防止膜308の膜厚は250nmとなり、反射防止膜308の高さが、トレンチ310aの底部より常に低い状態を保つことにより、クラウンフェンスを防止できた。
Next, as shown in FIG. 3G, the
101…下層配線、 102…エッチングストッパ膜、 103…層間絶縁膜、 104…キャップ膜、 105…ビア用反射防止膜、 106…ビア用レジスト、 107…ビアホールパターン、 107a…ビアホール、 108…トレンチ用反射防止膜、 109…トレンチ用レジスト、 110…トレンチ用パターン、 110a…トレンチ、 111…クラウンフェンス、 200…処理室、 201…アンテナ、 202…UHF電源、 203…マッチング・フィルタ回路、 204…コイル、 205…プラズマ、 206…基板載置電極、 207…基板、 208…マッチング・フィルタ回路、 209…RFバイアス電源、 210…ターボポンプ、 211…RFバイアス電源、 212…マッチング・フィルタ回路、 301…下層配線、 302…エッチングストッパ膜、 303…層間絶縁膜、 304…キャップ膜、 305…ビア用反射防止膜、 306…ビア用レジスト、 307…ビアホールパターン、 307a…ビアホール、 308…トレンチ用反射防止膜、 309…トレンチ用レジスト、 310…トレンチ用パターン、 310a…トレンチ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記トレンチを形成する前工程として、前記ホール内に埋め込まれた反射防止膜を0.3Pa〜3.0Paの酸素ガスにより優先的にエッチングする工程を有することを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 In a dual damascene plasma etching method, a hole is formed in an insulating film on a substrate, an antireflection film is embedded in the formed hole, and a trench is formed in the embedded portion.
A plasma etching processing method comprising a step of preferentially etching an antireflection film embedded in the hole with an oxygen gas of 0.3 Pa to 3.0 Pa as a pre-process for forming the trench.
前記基板上の絶縁膜にホールを形成する工程と、該形成されたホール内に反射防止膜を埋め込む工程と、該埋め込まれた反射防止膜を0.3Pa〜3.0Paの酸素ガスにより優先的にエッチングする工程と、エッチング後トレンチを形成する工程とを有することを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 In a plasma etching method using a via first dual damascene process for forming a dual damascene structure on an insulating film on a substrate,
Forming a hole in the insulating film on the substrate; embedding an antireflection film in the formed hole; and preferentially filling the embedded antireflection film with an oxygen gas of 0.3 Pa to 3.0 Pa. And a step of forming a trench after etching. A plasma etching method comprising:
酸素ガス流量は5〜300ml/minの範囲内であることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 In the plasma etching processing method according to claim 1 or 2,
A plasma etching method, wherein an oxygen gas flow rate is in a range of 5 to 300 ml / min.
基板に印加するバイアス電力密度は1W/cm2以下であることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 In the plasma etching processing method according to claim 1 or 2,
A plasma etching method, wherein a bias power density applied to a substrate is 1 W / cm 2 or less.
基板に印加するバイアス電力密度は1W/cm2以下であることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 In the plasma etching processing method according to claim 3,
A plasma etching method, wherein a bias power density applied to a substrate is 1 W / cm 2 or less.
基板温度が20℃〜80℃の間であることを特徴とするプラズマエッチング処理方法。 In the plasma etching processing method of Claim 5,
A plasma etching method, wherein the substrate temperature is between 20 ° C. and 80 ° C.
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