JP2006120983A - プラズマエッチング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被エッチング物質としての金属膜をその物質の下層に存在する有機膜に対して選択的にエッチングできるようにしたプラズマエッチング方法を提供する
【解決手段】 被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、上記被エッチング物質は有機膜５に積層されたＡｕ、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯ、Ａｌ、アルミニウム合金、あるいはこれらの膜の積層膜からなる金属膜３であって、上記エッチングガスはＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒのうちから選ばれる少なくとも１種のガスと、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_４のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスとした。
【選択図】 図２

Description

本発明はエッチングガスをプラズマ状態に励起して試料である被エッチング物質をエッチングするエッチング方法に関するものであり、特に被エッチング膜の下地物質が有機膜である試料を有機物質に対して選択的にエッチングするのに好適なエッチング方法に関するものである。

半導体デバイスのエッチング技術としては、マイクロ波プラズマエッチング、反応性イオンエッチング等が知られている。これらのエッチング技術は、エッチングガスを、平行平板電極による高周波電界やサイクロトロン共鳴を使用しプラズマ状態に励起して被エッチング物質をエッチングするものである。また、これらのエッチング技術は、強誘電体メモリーで使用される不揮発性材料のエッチング技術としても使用されている。たとえば、被エッチング物質としてＡｌ膜をエッチングする方法としては、エッチングガスとしてＣｌ_２を主体としＢＣｌ_３、を含む混合したガスのプラズマを用いることが一般的である。また、被エッチング物質としてＡｕ膜をエッチングする方法としては、ＣＦ_４とＯ_２の混合ガスやＣＦ_４以外のハロゲンガスの混合ガス、あるいはＡｒ等の不活性ガスが用いられている（例えば、特許文献１，２参照）。

被エッチング物質のエッチングにおいては、エッチング性能として被エッチング物質を選択的にエッチングすることが要求される。つまり、フォトレジスト膜、酸化膜、あるいはナイトライド膜等の物質をマスク物質としエッチングする場合は、被エッチング物質をマスク物質に対して選択的にエッチングすることが要求される。言い換えれば、被エッチング物質のエッチング速度とマスク物質のエッチング速度の選択比を大きくすることが要求される。また、同様に被エッチング物質は下地物質に対しても選択的にエッチングすることが要求される。つまり、被エッチング物質のエッチング速度と下地酸化膜のエッチング速度の選択比を大きくすることが要求される。

従来使用されているエッチング技術では、被エッチング物質として、例えば図１に示すように、Ｓｉ基板１上に酸化膜（ＳｉＯ_２膜）２を形成しその上にＡｌ膜３を生成した被エッチング材を、フォトレジスト膜４をマスクにしてＡｌ膜３をエッチングする場合は、Ｃｌ_２ガス主体の混合ガスが使用されており、このガスをプラズマ化し、被エッチング物質であるＡｌ膜３をエッチングする。このとき、下地物質である酸化膜２も同様なプラズマに晒されるためエッチングされる。

Ａｌ膜は、Ｃｌ_２主体の混合ガスから生成されるプラズマ中の塩素ラジカルおよび塩素イオンとの反応により塩化アルミニウムが主に生成されることでエッチングされる。また、下地の酸化膜もこのプラズマに触れることで、塩素ラジカルおよび塩素イオンとの反応により四塩化シリコンが主に生成されることでエッチングされる。

この時の分子の結合エネルギーを見ると、Ａｌ膜を構成するＡｌ−Ａｌの結合エネルギーは４０ｋｃａｌ／ｍｏｌで、反応生成物である塩化アルミニウムを構成するＡｌ−Ｃｌの結合エネルギーは１１８ｋｃａｌ／ｍｏｌ、下地物質である酸化膜を構成するＳｉ−Ｏの結合エネルギーは１９２ｋｃａｌ／ｍｏｌ、反応生成物である四塩化シリコンを構成するＳｉ−Ｃｌの結合エネルギーは７７ｋｃａｌ／ｍｏｌとなっている。化学反応はこの結合エネルギー以上のエネルギーが加えられることにより、結合が切断されより別の結合形態となることで進行する。

この場合、下地物質の酸化膜のＳｉ−Ｏの結合エネルギーがＡｌ−Ａｌ、Ａｌ−Ｃｌ、Ｓｉ−Ｃｌよりも大きいため、酸化膜よりＡｌ膜の方のエッチングが進行し易い。つまり、Ａｌ膜のエッチング速度の方が酸化膜のエッチング速度より速くなり、Ａｌ膜を酸化膜に対して選択的エッチングすることが可能となる。

しかし、下地物質が有機膜の場合は、被エッチング膜であるＡｌ膜をこの有機膜に対して選択的にエッチングすることは困難となる。例えば、図２に示すように、Ｓｉ基板１の上に有機膜５を形成しその上にＡｉ膜３を形成した被エッチング材を、フォトレジスト膜４をマスクとして下地物質である有機膜５上に積層されたＡｌ膜３をエッチングする場合、Ａｌ膜３は、Ｃｌ_２主体の混合ガスから生成されるプラズマ中の塩素ラジカルおよび塩素イオンとの反応により塩化アルミニウムが主に生成されることでエッチングされる。また、下地の有機膜５もこのプラズマに触れることで、塩素ラジカルおよび塩素イオンとの反応により四塩化炭素が主に生成されることでエッチングされる。この時の分子の結合エネルギーを見ると、下地物質である有機膜５を構成するＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、あるいはＣ−Ｆの結合エネルギーはそれぞれ１４４ｋｃａｌ／ｍｏｌ、８１ｋｃａｌ／ｍｏｌ、および１０７ｋｃａｌ／ｍｏｌであり、下地物質が酸化膜の場合のＳｉ−Ｏの結合エネルギーの１９２ｋｃａｌ／ｍｏｌより小さい数値であるため、酸化膜よりエッチングされ易くなる。つまり、下地物質が酸化膜から有機膜に変わることでＡｌ膜の下地物質に対する選択比は小さくなる。一般的に知られているＡｌ膜と下地物質の有機膜に対する選択比は２以下の値である。

また、ＡｕやＰｔなどの不揮発性材料のエッチングには一般にハロゲンガスが使用されるが、その反応生成物の飽和蒸気圧はマスク材であるフォトレジストや下地物質である酸化膜あるいは有機膜の反応性生成物の飽和蒸気圧に比較し低いため、不揮発性材料のエッチングではマスク材のフォトレジストや下地物質の酸化膜あるいは有機膜に対して選択的エッチングを実施することは困難である。一般的に知られている不揮発性材料のＡｕやＰｔの下地物質の酸化膜あるいは有機膜に対する選択比は０．２〜０．８と１以下の値である。
特開平６−８４８３９号公報 特開平６−１１２１６９号公報

この発明は、被エッチング物質としての金属膜である金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、あるいはこれらの膜の積層膜をその物質の下層に存在する有機膜に対して選択的にエッチングできるようにしたプラズマエッチング方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明は、被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするプラズマエッチング方法において、上記被エッチング物質は有機膜に積層された金属膜であって、上記エッチングガスとして、塩素（Ｃｌ_２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、臭化水素（ＨＢｒ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスにジクロルメタン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）、ジブロムメタン（ＣＨ_２Ｂｒ_２）、クロルメタン（ＣＨ_３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、フッ化メチル（ＣＨ_３Ｆ）、メタン（ＣＨ_４）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスを用いた。

また、本発明は、被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、上記被エッチング物質は有機膜に積層された金属膜であって、上記エッチングガスとして、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒのうちから選ばれる少なくとも１種のガスにＣ_２Ｈ_６、Ｃ_２Ｈ_２、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_４のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスを用い、上記被エッチング物質である金属膜を下地有機膜に対して選択的にエッチングするようにした。

さらに、本発明は、被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、上記被エッチング物質は金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウムニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、あるいはこれらの膜の積層膜であって、上記エッチングガスとして、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒのうちから選ばれる少なくとも１種のガスにＣ_２Ｈ_６、Ｃ_２Ｈ_２、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_４のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスを用いた。

本発明は、被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、上記被エッチング物質は金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、あるいはこれらの膜の積層膜であって、上記エッチングガスとして、Ｃｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒのうちから選ばれる少なくとも１種のガスにＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_４のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスを用い、上記被エッチング物質である金属膜を下地有機膜に対して選択的にエッチングするようにした。

本発明は、上記被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、上記被エッチング物質は比エッチング物質の温度が９５℃以下に温度制御可能な電極の上に設置され、圧力範囲が０．０６Ｐａから１．２Ｐａの領域でエッチングするようにした。

本発明は、上記被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、エッチングガスにアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加する。

以上述べたように、本発明は、エッチングチャンバで有機膜上に積層された被エッチング物質である金属膜をエッチングする際、金属膜を下地物質の有機膜に対して選択的にエッチングすることが可能である。また、ロット内のウエハ処理間にクリーニングを実施することでチャンバー内の状態を良好に維持することができる。

（作用）
エッチングガスとしてＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒのうちから選ばれる少なくとも１種のガスにＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_４、Ａｒのうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスを用いれば、その混合割合を制御することで、被エッチング物質を下地物質である有機膜に対して所定のエッチング速度の選択比でエッチングできる。

以下、この発明の第１の実施例を、図３〜図８を参照して説明する。

エッチング装置としては、半導体基板上に形成された試料をエッチングする試料の処理装置において、プラズマ形成用のガスの供給を受け、ガスプラズマを発生し基板上に形成された金属材料をエッチングする処理装置を使用した。なお、本発明にかかるエッチング方法およびクリーニング方法が適用されるプラズマエッチング処理装置としては、マイクロ波プラズマエッチング装置、誘導結合型プラズマエッチング装置、へリコン波プラズマエッチング装置、２周波励起平行平板型プラズマエッチング装置等が採用される。

図３を用いて、本発明で用いるプラズマ処理装置の構成の概要を説明する。処理室内部は、プラズマ生成部を形成する石英もしくはセラミックの非導電性材料でなる放電部１２と、被エッチング処理物である試料２２を載置するための電極１６が配置された処理部１３とから成る。処理部１３はアースに接地されており、電極１６は、絶縁材を介して処理部１３に取り付けられる。放電部１２は、プラズマを生成するため、誘導結合アンテナ１０ａ，１０ｂ、整合器１４、第１の高周波電源２０等が取り付けられている。本実施例は、典型的な例として、放電部１２の外周にコイル状の誘導結合アンテナ１０を配置したエッチング装置を使用した。処理室内部には、ガス供給装置１５から処理ガスが供給される一方で、排気装置１８によって所定の圧力に減圧排気される。ガス供給装置１５より処理室内部に処理ガスを供給し、該処理ガスを誘導結合アンテナ１０により発生する電界の作用によってプラズマ化する。また、プラズマ１７中に存在するイオンを試料２２に引き込むために、電極１６に第２の高周波電源２１によりバイアス電圧を印加する。発光モニタリング装置２３で発光するエッチングガスの強度または反応生成物の発光強度の変化を捉えてエッチングの終点を定める。放電部１２と誘導結合アンテナ１０ａ、１０ｂとの間にはファラデーシールド１９が設けられており、電極１６の周囲にはサセプタ２４が、処理部１３の内壁にはインナーカバー２５がそれぞれ設けられる。

つぎに、上記プラズマ処理装置を用いて、図４に示す構造の被処理物２２をエッチングする場合を説明する。図４に示す被処理物は、シリコン基板１に有機膜５が形成されており、この有機膜５上に被エッチング物質であるＡｕ膜１０３が形成されている。このＡｕ膜１０３を、Ａｕ膜１０３を被覆したフォトレジスト膜４をマスクとしてエッチングする場合、エッチングガスとしてＣｌ_２（塩素）に、Ａｒ（アルゴン）およびＣＨ_２Ｃｌ_２（ジクロルメタン）を混合したガスが用いられる。この混合ガスを励起してプラズマ状態にすると、塩素系のエッチング種とアルゴンイオン、およびＣＨ_２Ｃｌ_２から生じる炭化水素系のイオン種を混合比に応じた割合で発生させることができる。

上記塩素系のエッチング種およびアルゴンイオンは、Ａｕ膜および有機膜の両方に対してエッチング作用を呈する。これに対して、ＣＨ_２Ｃｌ_２から生じる有機物はＣＨ_２Ｃｌ_２自身と同様に試料表面に堆積する作用を呈し、フォトレジスト４、Ａｕ膜１０３、および有機膜５上に付着しそれぞれの膜のエッチング速度を低下させるよう作用する。しかし、発明者は、ここで試料表面に堆積する堆積物の影響でＡｕ膜１０３に対する有機膜５のエッチング速度の低下割合が大きくなる条件があることを見出した。つまり、本発明によれば、有機膜５のエッチング速度より堆積速度が大きくなり有機膜５のエッチングが進行しない状態が得られ、Ａｕ膜１０３を有機膜５に対して選択的にエッチングすることが可能となる。

本発明の特徴は、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_４のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加することで、下地物質である有機膜５上に有機物を堆積させ、被エッチング膜１０３を下地物質である有機膜５に対して選択的にエッチングできることにある。

図４に示す試料の各膜のそれぞれのエッチング速度を測定するため、図５に示す構造のシリコン基板１上にＡｕ膜１０３を形成したＡｕ膜エッチング速度測定用ウエハを用いてＡｕ膜のエッチング速度を測定した。また、有機膜としては、代表的な膜としてフォトレジスト膜とポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度を測定した。図６にフォトレジスト膜のエッチング速度を測定するウエハ構造を示し、図７にポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度を測定するウエハ構造を示す。図６のフォトレジスト膜エッチング速度測定用ウエハは、シリコン基板１上にフォトレジスト膜４を形成した構造であり、ポリフッ化ビニリデン膜エッチング速度測定用ウエハは、シリコン基板１上にポリフッ化ビニリデン膜１０５を形成した構造である。エッチング速度は表１に示す条件で測定した。

それぞれの膜のエッチング速度測定条件は、エッチングガスとして、Ｃｌ_２：１０ｍｌ／ｍｉｎ、Ａｒ：６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ_２Ｃｌ_２：０〜３０ｍｌ／ｍｉｎを用い、圧力０．３Ｐａ、ソース高周波電力：８００Ｗ、バイアス高周波電力：１００Ｗ、ファラデーシールド電圧：９００Ｖ、コイル電流比：０．８、電極温度：４０℃であり、所定時間のエッチングを行った。

図８に、Ｃｌ_２／Ａｒ／ＣＨ_２Ｃｌ_２系のガス組成比と測定した各膜種のエッチング速度の実験結果を示す。図中の●でプロットされた曲線Ａは、図５に示したＡｕ膜エッチング速度測定用ウエハを用いて、Ｃｌ_２／Ａｒの流量を１０／６０ｍｌ／ｍｉｎで一定とし、ＣＨ_２Ｃｌ_２を０〜３０ｍｌ／ｍｉｎの範囲で変化させたときのＡｕ膜のエッチング速度を示す。□でプロットされた曲線Ｂは、同上の条件で図６に示したフォトレジスト膜エッチング速度測定用ウエハを用いた有機膜であるフォトレジスト膜のエッチング速度を示し、■でプロットされた曲線Ｃは、同上の条件で図７に示したポリフッ化ビニリデン膜エッチング速度測定用ウエハを用いた有機膜であるポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度を示す。また、図９に、図８に示された各膜種のエッチング速度から計算される選択比を示す。図中の□でプロットされた曲線ＤはＡｕ膜／フォトレジスト膜のエッチング速度の選択比を示し、■でプロットされた曲線ＥはＡｕ膜／ポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度の選択比を示す。

この実験結果から明らかなように、ＣＨ_２Ｃｌ_２の添加量に依存してＡｕ膜のエッチング速度に対してフォトレジスト膜やポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度を大きく低下させる領域が存在する。これにより、Ａｕ膜／フォトレジスト膜、Ａｕ膜／ポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度の選択比を大幅に増加でき、１以上の選択比が得られることが判明した。表２に示すように終点判定を実施するステップとオーバーエッチングのステップにＣＨ_２Ｃｌ_２を添加し、ポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度がゼロであるような条件で図４に示すウエハをエッチングし、２０％のオーバーエッチングを実施したが下地物質であるポリフッ化ビニリデンはエッチングされていない結果が得られた。

すなわち、エッチングガスとしてＣｌ_２、ＡｒにＣＨ_２Ｃｌ_２を混合したガスを用いることで、Ａｕ膜と有機膜のエッチング速度の選択比を従来に比べて十分大きくすることができる。一般的にはＡｕ／有機膜の選択比は１．０以下であるが、本発明では１．０以上の選択比が得られる。上記実施例ではてフォトレジストとポリフッ化ビニリデンの場合を示しているが、その他の有機膜についても十分な効果が得られる。

以下、この発明の第２の実施例を、図１０〜図１４を参照して説明する。図１０は、この発明のプラズマエッチングを行うためのマイクロ波プラズマエッチング装置である。この装置ではエッチング処理室５０にエッチングガス６２を導入し、マイクロ波発信器５１で発信されたマイクロ波を整合器５２および導波管５３を通しマイクロ波導入窓５５よりエッチング処理室５０に輸送してガスをプラズマ化する。高効率放電のため磁場発生用のソレノイドコイル５４をエッチング処理室周辺に配置し、０．０８７５テスラの磁場をつくり電子サイクロトロン共鳴を用いて高密度プラズマを発生させる。エッチング処理室５０には電極６０があり、この上に被処理物２２を設置して、ガスプラズマによりエッチングする。エッチング処理室５０に導入されたエッチングガス６２は、排気ポンプ５７および排気配管５８によりエッチング処理室５０の外に排気される。被処理物を設置する電極６０には高周波電源５９が接続され、４００ｋＨｚから１３．５６ＭＨｚの高周波バイアスを印加できる構造となっている。

つぎに、上記マイクロ波プラズマエッチング装置を用いて、図１１に示す構造の試料６１をエッチングする場合を示す。図１１に示す被処理物６１は、シリコン基板１にポリフッ化ビリニデン膜からなる有機膜１０５が形成されており、この有機膜１０５に被エッチング物質であるＴｉＮ膜７、Ａｌ膜３、ＴｉＮ膜６が形成された積層膜となっている。この積層膜を被覆したフォトレジスト膜４をマスクとしてエッチングする場合、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ_２）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）に、ジクロルメタン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）を混合したガスを用いる。この混合ガスを励起してプラズマ状態にすると、塩素系のエッチング種、およびフォトレジスト膜やＣＨ_２Ｃｌ_２から生成される堆積性がある炭化水素系の生成物を、混合比に応じた割合で発生させることができる。

上記塩素系のエッチング種は、積層膜の各膜であるＴｉＮ膜６、Ａｌ膜３および下地物質の有機膜１０５に対してエッチング作用を呈する。このとき、下地物質である有機膜１０５上に積層されたＴｉＮ膜７の下地物質である有機膜１０５に対する選択比は、有機膜を構成するＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、あるいはＣ−Ｆの結合エネルギーが酸化膜を構成するＳｉ−Ｏの結合エネルギーより小さいことから、下地物質が酸化膜である場合よりも小さくなる。一般にＴｉＮ膜７の有機膜１０５に対する選択比は２以下である。しかし、ＣＨ_２Ｃｌ_２の添加量を増加させると有機膜１０５のエッチング速度の低下量がＴｉＮ膜７のエッチング速度の低下量よりも大きくなる領域があり、この領域でエッチングを実施することで、ＴｉＮ膜７を下地物質である有機膜５に対して選択的にエッチングできる。

図１１に示す試料の各膜のエッチング速度を測定するため、図１２に示す構造を有するＴｉＮ膜エッチング速度測定用ウエハによりＴｉＮ膜７のエッチング速度を測定した。ＴｉＮ膜エッチング速度測定用ウエハは、シリコン基板１の表面にＴｉＮ膜７を生成して構成され、ＴｉＮ膜７上にエッチングマスク用フォトレジスト膜４が設けられている。また、有機膜としては、フォトレジスト膜４とポリフッ化ビニリデン膜１０５のエッチング速度を測定した。フォトレジスト膜のエッチング速度を測定するフォトレジスト膜エッチング速度測定用ウエハとして図６に示す構造のものを、ポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度を測定するポリフッ化ビニリデン膜エッチング速度測定用ウエハとして図７に示す構造のものを用いた。エッチング速度は表３に示す条件で測定した。

すなわち、それぞれの膜のエッチング速度測定条件は、エッチングガスとして、Ｃｌ_２：１０ｍｌ／ｍｉｎ、ＢＣｌ_３：６０ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ_２Ｃｌ_２：０〜４０ｍｌ／ｍｉｎを用い、圧力０．６Ｐａ、マイクロ波電力：６００Ｗ、バイアス高周波電力：５０Ｗ、電極温度：４０℃であり、所定時間のエッチングを行った。

図１３に、Ｃｌ_２／ＢＣｌ_３／ＣＨ_２Ｃｌ_２系のガス組成比と各膜種のエッチング速度の実験結果を示す。図中の●でプロットした曲線ＦはＣｌ_２／ＢＣｌ_３の流量を６０／６０ｍｌ／ｍｉｎで一定とし、ＣＨ_２Ｃｌ_２を０〜４０ｍｌ／ｍｉｎの範囲で変化させたときのＴｉＮ膜のエッチング速度を示す。■でプロットした曲線Ｇは有機膜であるフォトレジスト膜４のエッチング速度を示し、□でプロットした曲線Ｈは同じく有機膜であるポリフッ化ビニリデン膜１０５のエッチング速度を示す。また、図１４に、図１３に示された各膜種のエッチング速度から計算される選択比を示す。図中の□でプロットされた曲線ＪはＴｉＮ膜／フォトレジスト膜のエッチング速度の選択比を示し、■でプロットされた曲線ＫはＴｉＮ膜／ポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度の選択比を示す。

この実験結果から明らかなように、ＣＨ_２Ｃｌ_２の添加量に依存してＴｉＮ膜７のエッチング速度に対してフォトレジスト膜４やポリフッ化ビニリデン膜１０５のエッチング速度を大きく低下させる領域が存在する。これにより、ＴｉＮ膜／フォトレジスト膜、ＴｉＮ膜／ポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度の選択比を大幅に増加でき、２以上の選択比が得られることが判明した。表４に示すように終点判定を実施するステップとオーバーエッチングのステップにＣＨ_２Ｃｌ_２を添加し、ポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度がゼロであるような条件で図１１に示すＴｉＮ膜エッチング速度測定用ウエハをエッチングし、オーバーエッチングを実施しても下地物質であるポリフッ化ビニリデンのエッチング量が５ｎｍ以下である結果が得られた。

以下、この発明の第３の実施例を、図１５を参照して説明する。図１０に示すマイクロ波プラズマエッチング装置を用いて、図１１に示す構造の試料６１を、エッチングガスとして塩素（Ｃｌ_２）と三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）に、フッ化メタン（ＣＨ_３Ｆ）を混合したガス用いた場合の例を示す。エッチング速度は、表５に示す条件で測定する。図１２に示すＴｉＮ膜エッチング速度測定用ウエハによりＴｉＮ膜のエッチング速度を測定し、図６に示すフォトレジスト膜のエッチング速度測定用ウエハによりフォトレジスト膜のエッチング速度を測定する。

図１５に、Ｃｌ_２／ＢＣｌ_３／ＣＨ_３Ｆ系のガス組成比と各膜種のエッチング速度の実験結果を示す。図中の●でプロットした曲線ＬはＣｌ_２／Ａｒの流量を６０／６０ｍｌ／ｍｉｎで一定とし、ＣＨ_２Ｃｌ_２を０〜３０ｍｌ／ｍｉｎの範囲で変化させたときのＴｉＮ膜のエッチング速度を示す。□でプロットした曲線Ｍは有機膜であるフォトレジスト膜のエッチング速度を示す。

この実験結果から明らかなように、ＣＨ_３Ｆの添加量に依存してＴｉＮ膜のエッチング速度に対してフォトレジスト膜のエッチング速度を大きく低下させる領域が存在する。これにより、ＴｉＮ膜／フォトレジスト膜のエッチング速度の選択比を大幅に増加でき、２以上の選択比が得られることが判明した。

以下、この発明の第４の実施例を、図１６、図１７を参照して説明する。図３に示すプラズマ処理装置を用いて、図５に示すＡｕ膜エッチング速度測定用ウエハによりＡｕ膜のエッチング速度を測定し、図６に示すフォトレジスト膜のエッチング速度測定用ウエハによりフォトレジスト膜のエッチング速度を測定する。各膜のエッチング速度は、下記表６に示す条件で測定した。

それぞれの膜のエッチング速度測定条件は、エッチングガスとしてＣｌ_２：８ｍｌ／ｍｉｎ、Ａｒ：５２ｍｌ／ｍｉｎ、ＣＨ_２Ｃｌ_２：１５ｍｌ／ｍｉｎを用い、圧力０．０６〜２．０Ｐａ、ソース高周波電力：６００Ｗ、バイアス高周波電力：１００Ｗ、ファラデーシールド電圧：５００Ｖ、コイル電流比：０．８、電極温度：４０℃であり、所定時間のエッチングを行った。

図１６に、Ｃｌ_２／ＢＣｌ_３／ＣＨ_２Ｃｌ_２系のガスの組成比と各膜種のエッチング速度の実験結果を示す。図中で●でプロットした曲線Ｐは圧力を０．０６〜２．０Ｐａで変化させたときのＡｕ膜エッチング速度を示す。○でプロットした曲線ＲはＡｕ膜エッチング速度の均一性を示す。▲でプロットした曲線Ｑはフォトレジスト膜のエッチング速度を示す。また、図１７に図１６に示された各膜種のエッチング速度から計算される選択比を示す。図中■でプロットした曲線ＳはＡｕ膜・フォトレジスト膜のエッチング速度の選択比を示す。

この実験から明らかなように、圧力が低い領域でＡｕ／フォトレジスト膜のエッチング速度の選択比が高いことが判明した。また、Ａｕ膜の均一性は圧力が１．２Ｐａを超えた時点から急激に悪化し、±１５％以上の値となる結果が得られた。したがって、２以上のＡｕ膜／フォトレジスト膜のエッチング速度の選択比が得られ、エッチング速度の均一性が悪化しない領域としては、圧力が１．２Ｐａ以下の領域となる。また、圧力が０．０６Ｐａ以下でも高いＡｕ膜／フォトレジスト膜のエッチング速度の選択比が得られるが、Ａｕ膜エッチング速度が低下する結果が得られた。

本発明は、エッチングガスにアルゴン（Ａｒ）またはクリプトン（Ｋｒ）もしくはキセノン（Ｘｅ）のうちから選ばれる少なくとも、１種のガスを添加しても同様の効果を得ることができる。

以上の説明では、本発明は、有機膜上に形成した金属膜のエッチング方法について説明したが、本発明によるエッチング方法をプラズマ処理装置のクリーニングに用いることができる。すなわち、プラズマ処理装置において、ｉｎ−ｓｉｔｕで本発明のエッチング方法を適用することにより、プラズマ処理装置のクリーニングを目的とした処理を行うことができる。すなわち、ロット内またはロット内の任意のウエハ毎に、被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にＣｌ_２、ＢＣｌ_３、Ａｒのうちから選ばれる少なくとも１種のガスと、Ｏ_２、ＣＦ_４のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスからなるクリーニングガスを導入し、このクリーニングガスをプラズマ状態に励起してプラズマ処理装置内をクリーニングすることができる。

上記のクリーニングにおいては、クリーニングガスに、Ｃｌ_２に、Ｏ_２、ＣＦ_４から選ばれる少なくとも１種のガスを混合して使用する工程と、Ｃｌ_２に、Ａｒ、ＢＣｌ_３から選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスを使用してプラズマ処理する工程とを有してクリーニングする。また、クリーニングガスとして、少なくともＣｌ_２と、Ｏ_２、ＣＦ_４、Ａｒから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスを使用することができる。なお、上記前後の工程は逆であっても本発明は達成可能であり、工程の前後によってその効果が左右されるものではない。

すなわち、本発明は、ウエハ処理間にｉｎ−ｓｉｔｕでクリーニングを目的としたプラズマクリーニングを、ロット内およびロット内の任意のウエハ毎で行うことを特徴としたクリーニング方法であり、クリーニングガスがＯ_２、ＣＦ_４から選ばれる少なくとも１種のガスとＡｒの混合ガスを使用する工程と、Ｃｌ_２に、Ａｒ、ＢＣｌ_３、から選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスを使用する工程とを有し、クリーニングガスが少なくともＣｌ_２と、Ｏ_２、ＣＦ_４、Ａｒから選ばれる少なくとも１種のガスを含む混合ガスを使用する工程を有するものである。なお、上記前後の工程は逆であっても本発明は達成可能であり、工程の前後によってその効果が左右されるものではない。

本発明の特徴は、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｆ、ＣＨ_４のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加することで下地物質である有機膜上に炭化水素系有機物を堆積させることで、被エッチング膜を下地物質である有機膜に対して選択的にエッチングできることにある。

なお、この発明は上記実施例に限定されず、種々変形可能である。例えば、被エッチング物質としてのＡｕ膜やＴｉＮ膜は、Ｐｔ膜やＴｉ膜あるいはＴｉＯ膜であっても良い。これらの場合は、Ｐｔ膜、Ｔｉ膜あるいはＴｉＯ膜が下地物質となる有機膜に対して選択的にエッチングすることができる。

アルミニウム膜構造ウエハの構造を説明する図。 下地物質が有機膜構造ウエハの構造を説明する図。 本発明の第１の実施例が適用されるプラズマ処理装置の構造を説明する断面図。 本発明の第１の実施例に用いるＡｕ膜の試料の構造を説明する図。 本発明の実証に用いるＡｕ膜のエッチング速度測定用試料の構造を説明する図。 本発明の実証に用いるフォトレジスト膜のエッチング速度測定用試料の構造を説明する図。 本発明の実証に用いるポリフッ化ビニリデン膜のエッチング速度測定試料の構造を説明する図。 本発明の第１の実施例における各膜のエッチング速度の測定結果を示す図。 本発明の第１の実施例における各膜のエッチング速度から算出される選択比を示す図。 本発明の第２、第３の実施例が適用されるプラズマ処理装置の構造を説明する断面図。 本発明の第２の実施例に用いるＴｉＮ／Ａｌ／ＴｉＮ積層膜の試料の構造を説明する図。 本発明の第２、第３の実施例を実証するＴｉＮ膜のエッチング速度測定用試料の構造を説明する図。 本発明の第２の実施例における各膜のエッチング速度の測定結果を示す図。 本発明の第２の実施例における各膜のエッチング速度から算出される選択比を示す図。 本発明の第３の実施例における各膜のエッチング速度の測定結果と選択比を示す図。 本発明の第４の実施例における各膜のエッチング速度の測定結果を示す図。 本発明の第４の実施例における各膜のエッチング速度から算出される選択比を示す図。

符号の説明

１…Ｓｉ基板、２…酸化膜、３…Ａｌ膜、４…フォトレジスト膜、５…有機膜、６…ＴｉＮ膜（ＡＲＣ膜）、７…ＴｉＮ膜（バリア膜）、１０ａ／１０ｂ…誘導結合アンテナ、１２…放電部、１３…処理部、１４…整合器、１５…ガス供給装置、１６…電極、１７…プラズマ、１８…排気装置、１９…ファラデーシールド、２０…第１の高周波電源、２１…第２の高周波電源、２２…試料（被処理物質）、２３…発光モニタリング装置、２４…サセプタ、２５…インナーカバー、１０３…Ａｕ膜、１０５…ポリフッ化ビニリデン膜、５０…処理室、５１…マイクロ波発信器、５２…整合器、５３…導波管、５４…ソレノイドコイル、５５…マイクロ波導入窓、５６…アース、５７…排気ポンプ、５８…排気配管、５９…高周波電源、６０…電極、６１…試料、６２…エッチングガス

Claims (8)

1. 被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、
   上記被エッチング物質は有機膜に積層された金属膜であって、
   上記エッチングガスは塩素（Ｃｌ_２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、臭化水素（ＨＢｒ）、のうちから選ばれる少なくとも１種のガスと、ジクロルメタン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）、ジブロムメタン（ＣＨ_２Ｂｒ_２）、クロルメタン（ＣＨ_３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、フッ化メチル（ＣＨ_３Ｆ）、メタン（ＣＨ_４）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスであることを特徴とするエッチング方法。
2. 請求項１記載のエッチング方法において、上記被エッチング物質は金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウムニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、或いはこれらの膜の積層膜であることを特徴とするエッチング方法。
3. 被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、
   上記被エッチング物質は有機膜に積層された金属膜であって、
   上記エッチングガスはＣｌ_２、ＢＣｌ_３、ＨＢｒのうちから選ばれる少なくとも１種のガスにＣＨ_４、ＣＨ_２Ｃｌ_２、ＣＨ_２Ｂｒ_２、ＣＨ_３Ｃｌ、ＣＨ_３Ｂｒ、ＣＨ_３Ｆのうちから選ばれる少なくとも１種のガスを添加した混合ガスで上記被エッチング物質である金属膜を下地有機膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法。
4. 請求項３記載のエッチング方法において、上記被エッチング物質は金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、チタンナイトライド（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、あるいはこれらの膜の積層膜であることを特徴とするエッチング方法。
5. 請求項１乃至請求項４に記載のエッチング方法において、上記被エッチング物質は、比エッチング物質の温度が９５℃以下に温度制御可能な電極の上に設置され、圧力範囲が０．０６Ｐａから１．２Ｐａの領域でエッチングすることを特徴としたエッチング方法。
6. 請求項１乃至請求項５に記載のエッチング方法において、エッチングガスにアルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）のうちから選ばれる少なくとも、１種のガスを添加することを特徴としたエッチング方法。
7. 被エッチング物質が設置されたエッチングチャンバ内にエッチングガスを導入し、このエッチングガスをプラズマ状態に励起して上記被エッチング物質をエッチングするエッチング方法において、
   上記被エッチング物質は有機膜に積層された金属膜であって、
   上記エッチングガスは塩素（Ｃｌ_２）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）、臭化水素（ＨＢｒ）、のうちから選ばれる少なくとも１種のガスと、プラズマ処理により堆積性を有する化合物を生成するガスを添加した混合ガスであることを特徴とするエッチング方法。
8. 請求項７記載のエッチング方法において、前記堆積性を有する化合物は、有機物（ＣＨｘ）であり、プラズマ処理により堆積性を有する化合物を生成するガスがジクロルメタン（ＣＨ_２Ｃｌ_２）、ジブロムメタン（ＣＨ_２Ｂｒ_２）、クロルメタン（ＣＨ_３Ｃｌ）、ブロムメタン（ＣＨ_３Ｂｒ）、フッ化メチル（ＣＨ_３Ｆ）、メタン（ＣＨ_４）のうちから選ばれる少なくとも１種のガスであることを特徴とするエッチング方法。

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