JP2005251901A

JP2005251901A - 層間絶縁膜のドライエッチング方法

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Publication number: JP2005251901A
Application number: JP2004058826A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Morikawa; 泰宏森川; Toshio Hayashi; 俊雄林; Kouko Suu; 紅コウ鄒
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2004-03-03
Filing date: 2004-03-03
Publication date: 2005-09-15
Anticipated expiration: 2024-03-03
Also published as: JP4651956B2

Abstract

【課題】デュアルダマシン構造形成の際に、ビアホール内部を含む上面に有機系の埋込層を設けた比誘電率の低い層間絶縁膜を、所定のエッチングガスを用いて一括してトレンチエッチングすると、埋込層が殆どエッチングされず、トレンチ内に残った埋込層の周囲にポリマーの残渣が生じる。
【解決手段】窒素原子を含むエッチングガスを用い、このエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入してエッチング初期に有機系の埋込層３５を選択的にエッチングする工程と、フロロカーボンガスを含むエッチングガスを用い、このエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入して配線用のトレンチを微細加工する工程との二段階で配線用のトレンチを微細加工する。
【選択図】図２

Description

本発明は、層間絶縁膜のドライエッチング方法に関し、特に、デュアルダマシン構造形成の際に有機系の埋込層を有する比誘電率の低い層間絶縁膜をドライエッチングする方法に関する。

近年、ＬＳＩの高集積化及び高速化に伴い、半導体基板の配線の微細化と多層化が進むと共に、相互接続部の数も増加している。このことから、層間絶縁膜にビアホール及び配線用のトレンチを形成した後、このビアホール及び配線用のトレンチに金属材料を埋め込んで接続プラグ及び金属配線を同時に形成するデュアルダマシン法が開発されている。デュアルダマシン構造は、例えば次の工程を経て形成される。

即ち、Ｃｕ等の第１配線上にビア層間として用いられる第１絶縁膜（ＳｉＯ）を所定膜厚で形成した基板上に、Ｌｏｗ−ｋ材料から構成される第１層間絶縁膜とトレンチエッチングの際にエッチストップ膜として機能するＳｉＮ膜とを順次積層する。次いで、このエッチストップ膜上にＬｏｗ−ｋ材料から構成される第２層間絶縁膜を形成し、この第２層間絶縁膜上にレジストを塗布してフォトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し、異方性エッチングによってビアホールを形成する。次いで、一旦レジストを剥離、除去した後、再度、フォトリソグラフィ工程で所定のレジストパターンを形成した後、異方性エッチングにより配線用のトレンチを形成する(ビアファーストプロセス)。

ビアホール形成後のフォトリソグラフィ工程において高精度なパターニングを行う場合、例えば波長の短いＫｒＦエキシマレーザを用いたＫｒＦリソグラフィ法が用いられる。このＫｒＦリソグラフィ法では基板反射率が高くなり、ハレーションが生じ易い。このため、フォトリソグラフィ工程時の基板反射を防止する目的で、エッチングによって層間絶縁膜に形成したビアホールの内部を含む上面に、有機系の埋込層であるＢＡＲＣ（反射防止膜）を形成している（例えば、特許文献１参照）。

また、上述のＬＳＩ用の層間絶縁膜としては、比誘電率（ｋ）が低いＳｉＯＣＨ系またはＳｉＯＣ系の低誘電率の層間絶縁膜（比誘電率（ｋ）が３．０以下のものであり、多孔質材料を含む）が用いられる。

この場合、例えば低誘電率の層間絶縁膜にダメージを与えないように配線用のトレンチを形成するため、フロロカーボンガスを含むエッチングガスを用い、このエッチングガスをプラズマ雰囲気で導入して層間絶縁膜を埋込層と共に一括してエッチングすることが考えられる。
特開２００１−１７６９６３号公報（例えば，請求項１の記載）。

しかしながら、フロロカーボンガスを含むエッチングガスを用いると、図９に示すように、層間絶縁膜ａへのトレンチｂのエッチングの際に、有機系の埋込層ｃが殆どエッチングされず、トレンチのエッチング終了後に、埋込層ｃがビアホールｄからトレンチｂ内に突出して残り、この残った埋込層ｃの周囲にポリマーの残渣ｅ（一般に、「フェンシング（Fencing）」と呼ばれる）が生じる（図９（ｂ）及び（ｃ）参照）。

この残渣は、後工程で埋込層ｃを除去する際に、この埋込層ｃと一緒に除去するのが困難であり、強引に除去すると、層間絶縁膜ａ自体がダメージを受けてトレンチｂやビアホールｃが形状シフトするという問題が生じる（図９（ｄ）参照）。

そこで、本発明の課題は、有機系の埋込層を設けた層間絶縁膜を、ポリマーの残渣が生じないようにエッチングできる層間絶縁膜のドライエッチング方法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の層間絶縁膜のドライエッチング方法は、デュアルダマシン構造形成の際に、ビアホール内部を含む上面に有機系の埋込層を設けた層間絶縁膜をエッチングし、配線用のホール、トレンチを微細加工する層間絶縁膜のドライエッチング方法であって、窒素原子を含むエッチングガスを用い、このエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入してエッチング初期に有機系の埋込層を選択的にエッチングする工程と、フロロカーボンガスを含むエッチングガスを用い、このエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入して配線用のホール、トレンチを微細加工する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、エッチング初期に窒素原子を含むエッチングガスを用いることで、層間絶縁膜上のレジストマスクに対する埋込層のエッチング選択比が高くなって、主に有機系の埋込層が選択的にエッチングされて除去される。そして、フロロカーボンガスを含むエッチングガスに変更することで、層間絶縁膜が選択的にエッチングされる。これにより、ホール、トレンチ内に埋込層が残ってその周囲にポリマーの残渣が生じることはない。

前記埋込層を選択的にエッチングする工程で、前記エッチングガスとして、窒素若しくは窒素及び炭化水素ガスの混合ガスを用いるか、またはエッチング当初にエッチングガスを窒素とし、埋込層のエッチングの進行に伴って窒素に炭化水素ガスを添加すればよい。

前記エッチングガスに炭化水素ガスを含む場合に、少なくともエッチングされたトレンチの側壁に保護膜が形成され、この保護膜は、ニトリル基、アミノ基、イミノ基を含むポリマーである。これにより、エッチングの際にホール、トレンチの側壁がダメージを受けることが防止される。

前記炭化水素ガスを、エッチングガスの総流量に対して５０％以下の範囲で添加すればよい。５０％を超えて添加すると、炭化水素ガスの堆積効果が強くなって埋込層のエッチングレートが極度に低下し、埋込層のエッチングを促進できない。

また、前記炭化水素ガスとしてＣの数が１〜４のものを用いればよい。例えばＣ_５Ｈ_１２のように、炭素数が４を超えると、重合による堆積が強く起こり、堆積膜厚（保護層の厚さ）を制御するのが困難になり、実用的でない。

この場合、前記炭化水素ガスを、例えばＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_４Ｈ_１０、Ｃ_２Ｈ_２中から選択すればよい。

少なくとも前記有機系の埋込層を選択的にエッチングする工程を、２Ｐａ以上の作動圧力下で行えばよい。２Ｐａより低い圧力では、イオン性エッチングになって層間絶縁膜がスパッタされてトレンチの寸法変換誤差が大きくなる。

また、前記エッチングガスに、前記埋込層のエッチングを促進するガスを添加してもよい。

この場合、前記埋込層のエッチングを促進するガスを、Ｈ_２、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２の中から選択すればよい。

以上説明したように、本発明の層間絶縁膜のエッチング方法では、有機系の埋込層を設けた層間絶縁膜を、ポリマーの残渣が生じないようにエッチングできるという効果を奏する。

図１を参照して説明すれば、１は、本発明の埋込層を有する比誘電率の低い層間絶縁膜に、ドライエッチングにより配線用のトレンチの微細加工を実行するエッチング装置を示す。このエッチング装置１は、低温、高密度プラズマによるエッチングが可能なものであり、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段１１ａを備えた真空チャンバ１１を有する。

真空チャンバ１１の上部には、誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部１２が、真空チャンバ１１の下部には基板電極部１３が設けられている。プラズマ発生部１２の側壁（誘電体側壁）１４の外側には、三つの磁場コイル１５、１６、１７が設けられ、この磁場コイル１５，１６、１７によって、プラズマ発生部１２内に環状磁気中性線（図示せず）が形成される。

中間の磁場コイル１６と誘電体側壁１４の外側との間にはプラズマ発生用高周波アンテナコイル１８が配置され、この高周波アンテナコイル１８は、第１高周波電源１９に接続され、三つの磁場コイル１５、１６、１７によって形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。

磁気中性線の作る面と対向させて基板電極部１３内には、処理基板Ｓが載置される基板電極２０が絶縁体２０ａを介して設けられている。この基板電極２０は、コンデンサー２１を介して第２高周波電源２２に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となる。また、プラズマ発生部１２の天板２３は、誘電体側壁１４の上部フランジに密封固着され、電位的に浮遊状態とし対向電極を形成する。この天板２３の内面には、真空チャンバ１１内にエッチングガスを導入するガス導入ノズル２４が設けられ、このガス導入ノズル２４が、ガス流量制御手段（図示せず）を介してガス源に接続されている。

上記エッチング装置を用いるエッチングにより、デュアルダマシン構造形成の際にトレンチが微細加工される層間絶縁膜としては、比誘電率（ｋ）が３．０以下のもの、例えば、スピンコートによって形成されたＨＳＱやＭＳＱのようなＳｉＯＣＨ系材料、若しくはＣＶＤによって形成されるＳｉＯＣ系材料のＬｏｗーｋ材料であり、多孔質材料であってもよい。

ＳｉＯＣＨ系材料としては、例えば、商品名NCS／触媒化成工業社製、商品名ＬＫＤ５１０９ｒ５／ＪＳＲ社製、商品名HSG−７０００／日立化成社製、商品名HOSP／Honeywell Electric Materials社製、商品名Nanoglass／Honeywell Electric Materials社製、商品名OCD T−１２／東京応化社製、商品名OCD T−３２／東京応化社製、商品名IPS２．４／触媒化成工業社製、商品名IPS２．２／触媒化成工業社製、商品名ALCAP−S５１００／旭化成社製、商品名ＩＳＭ／ＵＬＶＡＣ社製がある。

ＳｉＯＣ系材料としては、例えば、商品名Aurola２．７／日本ＡＳＭ社製、商品名Aurola２．４／日本ＡＳＭ社製、商品名Orion２．７／TRIKON社製、商品名Coral／Novellf社製、商品名Black Diamond／AMAT社製がある。また、商品名SiLK／Dow Chemical社製、商品名Porous-SiLK／Dow Chemical社製、商品名FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 Porous FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 GX‐3P／Honeywell Electric Materials社製などの有機系の低誘電率層間絶縁膜でもでもよい。

デュアルダマシン構造は、例えば次のように形成されたものである。即ち、図２を参照して説明すれば、エッチングの際にエッチングストップ膜として機能するＳｉＮ（またはＳｉＣ）膜３１上に、上記層間絶縁膜（例えばＳｉＯＣＨ）３２を積層し、この層間絶縁膜３２上に所定のレジストを塗布し、例えばＫｒＦフォトリソグラフィ工程でレジストマスク３３を形成し（図２（ａ)参照）、異方性エッチングによってビアホール３４を形成し、一旦レジストマスク３３を剥離、除去する（図２（ｂ）参照）。

そして、ＫｒＦフォトリソグラフィ工程で配線用のトレンチを形成する際のレジストマスクを形成するとき、基板反射を防止する目的で、塗布によってビアホール３４の内部を含む上面に有機系の埋込層３５を形成し（図２（ｃ）参照）、この埋込層３５上に、レジストを塗布してＫｒＦフォトリソグラフィ工程で、エッチングにより配線用のトレンチを形成するためのレジストマスク３６を形成したものである（図２（ｄ）参照）。

埋込層（ＢＡＲＣ）３５としては、例えば、アモルファスカーボン（α−Ｃ）、ＳｉＯＮ、ＳｉＯ_２等がある。また、レジスト材としては、ＫｒＦエキシマレーザを用いたＫｒＦフォトリソグラフィ用のものであって、例えばＴＤＵＲ−Ｐ０３６／東京応化工業株式会社製がある。尚、本実施の形態では、ＫｒＦフォトリソグラフィ工程でレジストマスクを形成するものについて説明するが、基板反射を防止する目的で、ビアホール３４の内部を含む上面に有機系の埋込層３５を設けるものであれば、ＡｒＦフォトリソグラフィやＦ_２フォトリソグラフィ工程用のレジスト材でもよい。

上述した埋込層３５を有する低誘電率層間絶縁膜３２をエッチングする場合、本実施の形態では、窒素に、Ｃの数が１〜４である炭化水素ガスを添加したものをエッチングガスとして用い、このエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入してエッチング初期に有機系の埋込層を選択的にエッチングする工程と、フロロカーボンガスを含むエッチングガスに変更して、このエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入して配線用のトレンチを微細加工する工程とで配線用のトレンチをエッチングするようにした。

即ち、図２を参照して説明すれば、エッチング初期に上記エッチングガスを用いることで、層間絶縁膜３２上のレジストマスク３６に対する埋込層３５のエッチング選択比を高くして、主に有機系の埋込層３５を選択的にエッチングし、埋込層３５を先ず除去していく（埋込層３５掘下げのための第１ステップ：図２（ｅ）参照）。

そして、埋込層３５の選択的なエッチングを行うことで、層間絶縁膜３２の上面が露出すると、埋込層３５と共に層間絶縁膜３２も低いエッチングレートでエッチングされるようになる。この場合、プラズマ雰囲気中の炭素と窒素とが結合して、レジストマスク３６の内側、エッチングされた埋込層３５の内側及びエッチング加工されたトレンチ３７の側壁に、ニトリル基、アミノ基、イミノ基を含むポリマーの保護膜３８が形成されるようになる（第２ステップ：図２（ｆ）参照）。

次いで、図２（ｆ）に示すように、層間絶縁膜３２に形成しようとするトレンチ３７の深さを超えて埋込層３５が深さ方向でエッチングされた後、フロロカーボンガスを含むエッチングガスに変更すると、層間絶縁膜３２が選択的にエッチングされるようになり、トレンチ３７が形成される（第３ステップ：図２（ｇ）参照）。フロロカーボンガスとしては、例えばＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６及びＣ_３Ｆ_８を用いる。

配線用のトレンチを微細加工する工程では、窒素を主ガスとし、これにフロロカーボンガスを添加したものとすれば、例えば膜中に炭素を含有する多孔質な低誘電率の層間絶縁膜３２をエッチングする場合に、炭素が−ＣＮガスとして除去されるので、−Ｃ−Ｃ−やＳｉ−Ｃ−の層が形成されてエッチストップ現象が生じたり、残渣が生じることが防止される。

これにより、トレンチ内に埋込層３５が突出して残ってその周囲にポリマーの残渣が生じることを防止できる。また、形成された保護膜３８によってトレンチ３７の側壁がダメージを受けることもない。そして、上記エッチングにより層間絶縁膜３２へのトレンチ３７のエッチングが終了した後、ビアホール３４内に残留する埋込層３５が除去される（図２（ｈ）参照）。

窒素原子を含むエッチングガスを用いて有機系の埋込層３５を選択的にエッチングする工程は、２Ｐａ以上の作動圧力下で行なわれる。２Ｐａ未満の圧力では、イオン性エッチングになって層間絶縁膜３２がスパッタされてトレンチの寸法変換誤差が大きくなる。

それに対して、フロロカーボンガスを含むエッチングガスを用いて層間絶縁膜３２を選択的にエッチングする工程は、１Ｐａ以下の作動圧力下で行う。１Ｐａを超えた圧力では、トレンチ３７の側壁がダメージを受ける。

レジストマスク３６を残しつつ、堆積による保護膜３８の形成を目的として添加される炭化水素ガスとしては、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_４Ｈ_１０、Ｃ_２Ｈ_２の中から選択され、この炭化水素ガスを、エッチングガスの総流量に対して５０％以下の範囲で添加する。５０％を超えて添加すると、炭化水素ガスの堆積効果が強くなって埋込層３５のエッチングレートが極度に低下し、埋込層３５のエッチングが促進できない。

尚、本実施の形態では、エッチング初期から窒素と炭化水素ガスとの混合ガスを用い、これを真空チャンバ１１内に導入しているが、窒素のみをエッチングガスとして用いてもエッチング初期に埋込層３５を選択的にエッチングできる。他方で、エッチング当初にエッチングガスを窒素とし、層間絶縁膜３２の上面が露出する前に、窒素に炭化水素ガスを添加するようにしてもよい。

また、上記エッチングガスに、埋込層３５のエッチングを促進するガスを添加してもよい。埋込層３５のエッチングを促進するガスは、Ｈ_２、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２の中から選択され、エッチングガスの総流量に対して１０％以下の範囲で添加する。１０％を超えて添加すると、酸素そのものの高い反応性によって層間絶縁膜中のＣＨｘ基が引抜かれて層間絶縁膜（特に、ホールの側壁）がダメージを受ける。

ところで、炭化水素ガスの混合比などのエッチング条件は、例えばエッチング時の真空チャンバ１１内の圧力を２Ｐａ以上の所定圧力に設定し、窒素に炭化水素ガスを添加していき、レジストマスク３６の内面に保護膜３８を形成させながら、埋込層３５のイオン照射面のみのエッチングされるように設定するのが好ましい。

本実施例では、図２に示すように、ＳｉＯＣＨ系材料として比誘電率（ｋ）２．５のＭＳＱを用い、スピンコータを使用して処理基板Ｓに形成したＳｉＮのストップ層３１上に、８００ｎｍの膜厚で層間絶縁膜３２を形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、ＫｒＦフォトリソグラフィ工程でレジストマスク３３を形成し、エッチングによりビアホール３４を形成した後、一旦レジストマスク３３を除去した。

次いで、ビアホール３４の内部を含む上面に、スピンコータにより有機系の埋込層３５を形成した後、この埋込層３５上にスピンコータによりレジストを塗布してＫｒＦフォトリソグラフィ工程で、エッチングによるトレンチ形成用のレジストマスク３６を形成した。この場合、各レジストマスク３３、３６としては、ＴＤＵＲ−Ｐ０３６を使用し、各レジストマスクの厚さを５００ｎｍとした。また、有機系の埋込層３５としては、アモルファスカーボンを用い、この埋込層３５の厚さを８００ｎｍとした。

次に、図１に示すエッチング装置１を用いて、レジストマスク３６で覆われ、埋込層３５を設けた層間絶縁膜３２をエッチングした。プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を２．５ＫＷ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を１００Ｗ、基板温度１０℃、真空チャンバ１１の圧力を２．７Ｐａに設定した。そして、エッチングガスとして、Ｎ_２にＣＨ_４を添加した混合ガスを用い、この混合ガスを２００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバ１１内に導入して、埋込層３５で覆われた層間絶縁膜３２をエッチングした。

図３は、エッチングガスの総流量に対してＣＨ_４の比率を変化させたときの層間絶縁膜３２、埋込層３５及びレジストマスク３６の各エッチングレート並びにレジストマスク３６に対する埋込層３５のエッチング選択比と、層間絶縁膜３２に対する埋込層３５のエッチング選択比とを示す。

この場合、図中の■は、レジストマスク３６のエッチングレート、□は埋込層３５のエッチングレート、●は層間絶縁膜３２を示す。また、図中の△は、レジストマスク３６に対する埋込層３５の選択比、○は、層間絶縁膜３２に対する埋込層の選択比を示す。これによれば、ＣＨ_４の比率が５０％を超えると、埋込層３５のエッチングレートが極端に低下し、エッチング初期に埋込層３５を選択的に先ずエッチングするという方法に適さないことが判る。

図４は、エッチングガスとしてＮ_２を用い、このＮ_２に、埋込層３５のエッチングを促進するガスであるＨ_２またはＯ_２を、エッチングガスの総流量に対して１０％で添加したときの、埋込層３５のエッチングレートを示す。これによれば、Ｈ_２またはＯ_２を添加することで高いエッチングレートが得られることが判る。

次いで、ビアホール３４の内部を含む上面に、上記実施例１と同条件で、埋込層３５を形成した後、レジストパターン３６を形成した。そして、図１に示すエッチング装置１を用いて、Ｎ_２を２００ｓｃｃｍの流量で先ずチャンバ１１内に導入し、上記実施例１と同条件でエッチングし、次いで、ＣＦ_４に変更し、ＣＦ_４を２００ｓｃｃｍの流量でチャンバ１１内に導入してエッチングを行った。尚、Ｎ_２を用いたエッチングの際、真空チャンバ１１の圧力を２．７Ｐａに設定し、ＣＦ_４を用いたエッチングの際、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定した。

図５（ａ）及び（ｂ）は、上記条件でトレンチエッチングしたときのＳＥＭ写真である（図５（ａ）は図２（ｆ）に対応し、図５（ｂ）は図２（ｇ）に対応する）。これによれば、エッチング初期には、埋込層３５のエッチングが選択的に進行し、（図５（ａ）参照）、次いで、エッチングガスが変わると、層間絶縁膜３２へのトレンチエッチングが進行していることが判る（図５（ｂ）参照）。

次いで、ビアホール３４の内部を含む上面に、上記実施例１と同条件で、埋込層３５を形成した後、レジストパターン３６を形成した。そして、図１に示すエッチング装置１を用いて、Ｎ_２とＣＨ_４との混合ガスを２００ｓｃｃｍ（Ｎ_２：ＣＨ_４＝１５０：５０）の流量で先ずチャンバ１１内に導入し、上記実施例１と同条件でエッチングし、次いで、ＣＦ_４に変更し、ＣＦ_４を２００ｓｃｃｍの流量でチャンバ１１内に導入してエッチングを行った。尚、Ｎ_２を用いたエッチングの際、真空チャンバ１１の圧力を２．７Ｐａに設定し、ＣＦ_４を用いたエッチングの際、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定した。

図６（ａ）及び（ｂ）は、上記条件でトレンチエッチングしたときのＳＥＭ写真である（図６（ａ）は図２（ｆ）に対応し、図６（ｂ）は図２（ｇ）に対応する）。これによれば、エッチング初期には、埋込層３５のエッチングが選択的に進行し、（図６（ａ）参照）、レジストマスク３６の内側、エッチングされた埋込層３５の内側及び配線用のトレンチの側壁に保護膜が形成されていることが判る。次いで、エッチングガスが変わると、層間絶縁膜３２へのトレンチエッチングが進行していることが判る（図６（ｂ）参照）。
（比較例）

比較例として、エッチングガスとしてＣＦ_４を用い、ＣＦ_４を２００ｓｃｃｍの流量で真空チャンバ１１内に導入して、上記実施例１を同じ条件で層間絶縁膜３２を有機系の埋込層３５と共に一括してエッチングした。この場合、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定した。

これによれば、図７に示すように、有機系の埋込層３５が殆どエッチングされず、トレンチ３７のエッチングが終了後に、埋込層３５がビアホール３４からトレンチ３７内に突出して残り、この残った埋込層３５の周囲にポリマーの残渣が生じていることが判る。

次いで、ビアホール３４の内部を含む上面に、上記実施例１と同条件で、埋込層３５を形成した後、レジストパターン３６を形成した。そして、図１に示すエッチング装置１を用いて、Ｎ_２とＣＨ_４との混合ガスを２００ｓｃｃｍ流量で先ずチャンバ１１内に導入し、上記実施例１と同条件でエッチングし、次いで、ＣＦ_４に変更し、ＣＦ_４を２００ｓｃｃｍの流量でチャンバ１１内に導入してエッチングを行った（第３ステップ）。尚、Ｎ_２を用いたエッチングの際、真空チャンバ１１の圧力を２．７Ｐａに設定し、ＣＦ_４を用いたエッチングの際、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定した。

図８は、Ｎ_２とＣＨ_４との混合ガスによるエッチングの際に、総流量に対するＣＨ_４の混合比５０％（Ｎ_２：ＣＨ_４＝１００：１００（ｓｃｃｍ））、または２５％（Ｎ_２：ＣＨ_４＝１５０：５０（ｓｃｃｍ））としたときの、トレンチの側壁に形成された保護膜のＦＴＩＲデータを示す。

この場合、図中の線Ａは、ＣＨ_４の混合比５０％であり、点線Ｂは、ＣＨ_４の混合比２５％の場合のＦＴＩＲデータである。これによれば、保護膜であるポリマーに、ニトリル基、アミノ基、イミノ基等が含まれていることが判る。

本発明の比誘電率の低い層間絶縁膜のエッチング方法を実施するエッチング装置を概略的に示す図。デュアルダマシン構造の形成を概略的に説明する図。エッチングガスの混合比を変えて層間絶縁膜をエッチングをした場合のエッチングレート及び選択比を示すグラフ。埋込層のエッチングを促進するガスを添加した場合のエッチングレートの変化を示すグラフ。（ａ）及び（ｂ）は、窒素を主ガスとするエッチングガスを用いた本発明の方法で埋込層を有する層間絶縁膜をエッチングしたときのＳＥＭ写真。（ａ）及び（ｂ）は、窒素を主ガスとし、これに炭化水素ガスを添加したエッチングガスを用いた本発明の方法で埋込層を有する層間絶縁膜をエッチングしたときのＳＥＭ写真。比較例として、埋込層を有する層間絶縁膜をエッチングしたときのＳＥＭ写真。埋込層を有する層間絶縁膜をエッチングしたときにトレンチの側壁に形成された保護膜のＦＴＩＲデータ。従来技術にかかるデュアルダマシン構造の形成を概略的に説明する図。

符号の説明

１エッチング装置
３１ストップ層
３２低誘電率層間絶縁膜
３４ビアホール
３５埋込層
３６レジストマスク

Claims

デュアルダマシン構造形成の際に、ビアホール内部を含む上面に有機系の埋込層を設けた層間絶縁膜をエッチングし、配線用のホール、トレンチを微細加工する層間絶縁膜のドライエッチング方法であって、窒素原子を含むエッチングガスを用い、このエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入してエッチング初期に有機系の埋込層を選択的にエッチングする工程と、フロロカーボンガスを含むエッチングガスを用い、このエッチングガスをプラズマ雰囲気中で導入して配線用のホール、トレンチを微細加工する工程とを含むことを特徴とする層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記埋込層を選択的にエッチングする工程で、前記エッチングガスとして、窒素若しくは窒素及び炭化水素ガスの混合ガスを用いるか、またはエッチング当初にエッチングガスを窒素とし、埋込層のエッチングの進行に伴って窒素に炭化水素ガスを添加することを特徴とする請求項１記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記エッチングガスに炭化水素ガスを含む場合に、少なくともエッチングされたトレンチの側壁に保護膜が形成され、この保護膜は、ニトリル基、アミノ基、イミノ基を含むポリマーであることを特徴とする請求項２記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記炭化水素ガスを、エッチングガスの総流量に対して５０％以下の範囲で添加することを特徴とする請求項２または請求項３記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記炭化水素ガスとしてＣの数が１〜４のものを用いることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記炭化水素ガスを、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_６、Ｃ_３Ｈ_８、Ｃ_４Ｈ_１０、Ｃ_２Ｈ_２中から選択することを特徴する請求項５記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記埋込層を選択的にエッチングする工程を、２Ｐａ以上の作動圧力下で行うことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記エッチングガスに、前記埋込層のエッチングを促進するガスを添加することを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
前記埋込層のエッチングを促進するガスを、Ｈ_２、Ｏ_２、ＣＯ、ＣＯ_２の中から選択することを特徴とする請求項８記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。