JP2007134530A - エッチング処理装置およびエッチング処理方法，半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】サブミクロン以降の微細ホール加工において、パターン内チャージアップに起因するパターン形状の曲がりを抑制した高精度加工を行う。
【解決手段】真空排気手段により真空排気されている真空容器と、当該真空容器に複数のガスを導入するガス導入手段と、被加工試料を設置する設置手段と、前記真空容器内にプラズマを発生させるための第１の電源と、前記設置手段を介して前記被加工試料に高周波バイアス電力を印加するための第２の電源と、前記各部を制御する制御手段を有するエッチング装置において、前記制御手段は、前記真空容器内でプラズマを発生させ、前記被加工試料にパターンを形成していく表面処理を行うエッチング工程と、当該エッチング工程で作成した前記被加工試料のパターン内のチャージアップを緩和するチャージアップ緩和工程を行うことを特徴とする。
【効果】チャージアップに起因するパターン形状の曲がりを改善できる。
【選択図】図２

Description

本発明はエッチング工程の中でも層間絶縁膜のエッチングに用いられるエッチング装置およびデバイス構造に関し、ホール径がサブミクロン以下の微細ホール形成において、パターンに生じるチャージアップを抑制し、加工パターンの曲がり（以下、Distortion）を抑制できるエッチング処理装置および処理方法、更には半導体デバイスに関するものである。

半導体装置において、ウエハ上に形成されたトランジスタと金属配線間および金属配線同士を電気的に接続するために、トランジスタ構造の上部および配線間に形成された層間絶縁膜に、プラズマを利用したドライエッチング方法でコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に、半導体もしくは金属を充填する。また、高集積メモリーデバイス構造では、微細化が進展してもキャパシタに効率良く電荷を保持できるように、キャパシタ用のホール形状は孔径が微細で深い高アスペクト構造をしている。ドライエッチング方法は、真空容器内に導入されたエッチングガスを外部から印加された高周波電力によりプラズマ化し、プラズマ中で生成された反応性ラジカルやイオンをウエハ上で高精度に反応させることで、レジストに代表されるマスク材料や、コンタクトホールやキャパシタ用ホールの下にある配線層や下地基板に対し選択的に被加工膜をエッチングする技術である。

通常、半導体回路の配線パターン形成の際には、被加工膜上に有機膜系反射防止膜
（ＢＡＲＣ）が形成され、更にその上にレジスト膜が形成される。ＢＡＲＣは、リソグラフィの光源であるレーザ光の干渉による異常パターン形成を防止するために用いられる。レジストパターン形成後、ＢＡＲＣエッチングを行い、その後、被加工膜のエッチング
（メインエッチング）が行われる。ＢＡＲＣエッチングでは、ＢＡＲＣの材質がレジストと同様にＣリッチであるために、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃等のＦリッチなフロロカーボンガス及びＡｒに代表される希ガス及び酸素ガスの混合ガスを導入し、０.５Ｐａ から１０Ｐａの圧力領域でプラズマを形成し、ウエハに入射するイオンエネルギーを０.１ｋＶから１.０
ｋＶの範囲で制御してエッチングを行う。

また、コンタクトホール形成では、プラズマガスとして、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₆，
Ｃ₃Ｆ₆Ｏ，Ｃ₄Ｆ₈，Ｃ₅Ｆ₈，Ｃ₄Ｆ₆等のフロロカーボンガス及びＡｒに代表される希ガス及び酸素ガス等の混合ガスを導入し、０.５Ｐａ から１０Ｐａの圧力領域でプラズマを形成し、ウエハに入射するイオンエネルギーを０.５ｋＶから３.５ｋＶまで加速する。

これらのエッチングでは、パターンの微細化に伴い図１（ｃ）に示すようなパターンの曲がりが発生する。本現象はエッチング条件にも依存するが、特に直径１００ｎｍ以下の微細ホールで且つアスペクト比の高い領域で顕在化する。原因としては、ゲート形成でのポリシリコンエッチングの場合同様、パターン内でのチャージアップ発生が考えられている。プラズマとウエハの境界には、質量が軽く移動度が大きい電子が先にウエハ側に掃けてしまいプラズマを維持できなくなることを抑制するために、自動的に電子を遮蔽する電場を持つイオンシースが形成される。その電場のために、イオンはイオンシースに対し垂直に入射するが、電子はイオンシース内で減速され、垂直成分速度が減少する。したがって、電子の速度は垂直成分に対して水平成分が大きくなり、パターン上部のレジストマスクに到達し負に帯電する。一方、イオンはイオンシースによって加速されるためにパターン底まで効率よく到達し、パターン底は正に帯電する。以上のような現象により、パターンが深くなればなるほど、すなわちアスペクト比が高くなるほど、パターン上下で電位差が大きくなりイオンの入射を妨げる電場が形成されるため、Distortionが発生すると考えられる。

特開平６−６１１８２号公報 特開２０００−３１１８９０号公報 特開平９−３６０８６号公報 特開平７−２２６３９４号公報 第６５回応用物理学会学術講演会 講演予稿集１Ｐ−ＺＨ−２

Distortionを改善するためには、チャージアップを解消することが重要である。このためのアプローチとしては、特開平６−６１１８２号公報（特許文献１）や特開２０００−３１１８９０号公報（特許文献２）などで示されているように、プラズマソース電源及びウエハバイアス電源を周期的にＯＮ／ＯＦＦすることが挙げられる。これによりある一定期間の間イオンシースが消滅して電子を入射させることができチャージアップが解消できる。また、特開平９−３６０８６号公報（特許文献３）に示されているように、ＲＦバイアスにパルスバイアスを重畳させることによって、１周期の間にエッチングを行う工程と電子を積極的にパターン内に入射させる工程を導入することで、チャージアップを緩和できる。さらに、特開平７−２２６３９４号公報（特許文献４）にはエッチング工程と電子線照射工程を交互に行うことが記載されている。電子線照射によってパターン底へ電子を供給してチャージアップを解消し、所定のエッチング深さまでチャージアップを極力抑えたエッチングが可能となる。このように電源の高性能化や電子線源の付加によってチャージアップ抑制は可能である。

一方、絶縁膜エッチングではエッチング中のパターン側壁にフロロカーボン膜が堆積することが知られている。この堆積膜は、カーボンを含有するために導電性を有することが知られている。すなわち、電子が入射して負に帯電しているパターン上部とイオンの入射によって正に帯電しているパターン下部を導電性の堆積膜が接続することで、チャージアップの緩和が図れる。その導電性は、第６５回応用物理学会学術講演会 講演予稿集１Ｐ−ＺＨ−２（非特許文献１）にあるようにプラズマガスの種類によって異なる。例えば
Ｃ₄Ｆ₆ガスよりもＣ₄Ｆ₈ガスのほうが膜中のカーボンネットワークが形成され易く、導電性が向上する。しかしながら、エッチング特性、特にマスク選択比を向上させるためには、Ｃ₄Ｆ₆ガスのほうが優れており、エッチング特性と導電性はトレードオフの関係にある。

そこで、本発明は、ホール径がサブミクロン以下の微細ホール形成において、大きな装置の改造を加えることなく安価に且つエッチング性能を保持したまま、パターンに生じるチャージアップを抑制し、加工パターンの曲がりであるDistortionを抑制できるエッチング処理装置及び処理方法，半導体デバイスを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の特徴は、真空排気手段により真空排気されている真空容器と、当該真空容器に複数のガスを導入するガス導入手段と、被加工試料を設置する設置手段と、前記真空容器内にプラズマを発生させるための第１の電源と、前記設置手段を介して前記被加工試料に高周波バイアス電力を印加するための第２の電源と、前記各部を制御する制御手段を有するエッチング装置において、前記制御手段は、前記真空容器内でプラズマを発生させ、前記被加工試料にパターンを形成していく表面処理を行うエッチング工程と、当該エッチング工程で作成した前記被加工試料のパターン内のチャージアップを緩和するチャージアップ緩和工程を行うことである。

また、半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜上に被加工パターンに沿ったレジストマスクが形成された半導体デバイスにおいて、前記レジストマスクに、被加工パターンとは別のダミーパターンが形成され、且つ、前記層間絶縁膜内に、少なくとも前記被加工パターン及び前記ダミーパターン下となる位置に導電性材料からなる薄膜層が形成されることである。

本発明により、サブミクロン以降の微細ホール加工において問題となるチャージアップを抑制でき、大きな装置の改造を加えることなく安価に且つエッチング性能を保持したまま、チャージアップに起因するパターン形状の曲がりを改善できる。

上述したように、絶縁膜エッチングではパターンの側壁にフロロカーボン膜が堆積する。本発明は、この堆積膜を利用し、エッチング工程の中で、堆積膜の導電性を向上させる処理を行うことでパターン内のチャージアップを解消するものである。

図５はＣ₄Ｆ₈を主ガスとして形成したフロロカーボン膜をＡｒイオンでスパッタしない場合とした場合とでのＸ線光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）による測定結果である。この結果から、スパッタしない場合はＣ−Ｃ結合に比べ、Ｃ−Ｆ，Ｃ−Ｆ２，Ｃ−Ｆ３結合が多いことがわかるが、スパッタすることによって膜中のＦが脱離し、Ｃ−Ｃ結合が主成分となっていることが確認できる。すなわち、このＣ−Ｃ結合（カーボンネットワーク）が膜中の主成分となるために導電性が向上すると考えられる。

本発明では、この結果に基づき、通常のエッチング工程以外に、イオンでパターンの側壁をスパッタするチャージアップ緩和工程を行うことで、エッチング特性に大きな影響を与えることなくチャージアップを緩和し、それに起因するパターン形状の曲がりを抑制するものである。

その際、チャージアップ緩和工程を効率的に行うためには、幾つかの点に注意を要する。まずは、チャージアップ緩和工程でのプラズマガスの選択である。エッチング工程で用いられるガス種、例えば、Ｃ₄Ｆ₆などのフロロカーボンガスやエッチングを進行させるためのＯ₂ ガスあるいはＮ₂ ガスを用いると、フロロカーボンガスは堆積が、Ｏ₂ ガスあるいはＮ₂ ガスはレジストマスクの消費が発生し、チャージアップを緩和する以前にエッチング形状に影響を与える結果となる。従って、ＡｒやＨｅ，Ｘｅ，Ｋｒ，Ｎｅといった化学的に不活性な希ガスを用いることが良い。

更には、レジストマスクなどに影響を与えないように、希ガスイオンを加速するエネルギーの制御である。これは、ウエハに印加するバイアス電力を調整することで制御可能である。

一方、側壁のフロロカーボン膜に希ガスイオンを効率良く照射するために、イオンの入射角度を通常の入射角度よりも大きな入射角度、例えば３°以上となるようにすることも効果的である。具体的には、真空容器内のガス圧力の高圧力化，バイアス電力の調整，イオン種（質量数）の変更などによってイオンをより散乱させることで、入射角度を拡大させることが出来る。

さらに、スループットを低下させないために、予めパターン形状が曲がる深さを評価しておき、前記チャージアップ緩和工程を導入するタイミングをその時点の前後とすることも有効である。

本発明は、チャージアップ緩和工程を実施することができるドライエッチング装置に加えて、デバイス構造そのものにも及ぶ。通常、層間絶縁膜にコンタクトホールやキャパシタを形成する場合、層間絶縁膜は単層若しくは多層のＳｉＯ₂ などで形成されている。本発明では、層間絶縁膜の途中にPoly−ＳｉやＷ，Ａｌなどの導電性材料からなる薄膜層を導入し、更に被加工パターン以外の開口径の大きなホールやトレンチからなるダミーパターンをデバイス自体に影響を与えない周辺などの領域に形成する。また、エッチング条件としては、エッチング速度がパターン径が大きいほど速い順となるマイクロローディング、若しくはパターン径に依存しないマイクロローディングレスの条件を用いる。その結果、エッチングの進展に従い、ダミーパターンが導電性材料からなる薄膜層に到達してその後被加工パターンが到達するか、ダミーパターンと被加工パターンが同時に薄膜層に到達することになる。開口径が大きいダミーパターンでは、パターンのアスペクト比が関与するシェーディング効果による電荷のアンバランスが少なくチャージアップが発生しない。従って、導電性膜を介してパターン径が小さい被加工パターンのパターン内に電子を供給でき、チャージアップを緩和できる。更に、薄膜層の形成位置も、パターン上部ではなく、予め調べたパターンの曲がりが発生する位置前後とすることで、チャージアップ緩和効果も向上できる。

［実施例１］
本実施例では、イオン照射することでパターン側壁に堆積するフロロカーボン膜の導電性を向上させてチャージアップを緩和する方法を説明する。

図４は本実施例を実現するためのエッチング装置の概略図である。

真空容器１０１内には下部電極１０８が設けられ、下部電極１０８には静電チャック部１１７，フォーカスリング１１８が設けられ、静電チャック部上に被加工試料１０９であるウエハが載置される。静電チャック部１１７に載置されたウエハに対しては、高周波バイアス電源１２１から整合器１２０を介して高周波バイアス電力が印加される。

真空容器１０１の上部には、誘電体１１４の中に、ガス供給孔が形成されたシリコン円板１１６が設けられ、ガス導入管１０３を介して、各種のガスが真空容器１０１内に供給される。本装置には、図示しないが、ＣＦ₄，ＣＨＦ₃，Ｃ₂Ｆ₆，Ｃ₃Ｆ₆Ｏ，Ｃ₄Ｆ₈，
Ｃ₅Ｆ₈，Ｃ₄Ｆ₆等の内、いずれかのフロロカーボンガスを供給する手段と、Ｈｅ，Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅ等の内、いずれかの希ガスを希釈ガスとして供給する手段と、Ｏ₂ 若しくはＮ₂ ガスを供給する手段を供給する手段を備える。更に、これらのガスは混合あるいは単独で、真空容器１０１内に導入される。これらのガス流量は、ガス流量計１１０によって監視される。

また、シリコン円板１１６上部には、円板状導体板１１５が設けられる。誘電体１１４に対しては、同軸線路１０４を介して電源１０７から１３.５６ ＭＨｚの電圧が、また、同軸線路１０４と整合器１０５を介して電源１０６から４５０ＭＨｚの電圧が印加される。真空容器１０１の外部には、空心コイル１０２が設けられる。電源１０６，１０７，
高周波バイアス電源１２１は、制御部１２２に接続され、コントロールされる。

また、真空容器１０１は、メインバルブ１１１とゲートバルブ１１９を介して排気され、低圧力が保たれる。また、メインバルブ１１１の前にはコンダクタンスバルブ１１２が備えられ、このバルブを可動させることで、真空容器１０１内の排気効率を調整することが出来る。

本発明で用いるエッチング装置は、ガス流量計１１０と真空容器１０１の間に高速応答バルブ１２３が設置されており、処理ステップ毎に真空容器１０１に導入するガスを高速に切り替えることが可能である。

図１に、エッチング装置内で処理される被加工試料１０９の通常のエッチング工程でのパターン形状の進展を示す。図１（ａ）はエッチング処理前の膜構造を示している。エッチングストップ層３であるシリコン窒化膜上に層間絶縁膜２であるプラズマＴＥＯＳを形成し、レジストマスク１を用いて所定のパターニングを行ってある。処理条件にも依存するが、イオン５が被加工試料１０９に打ち込まれ、エッチングが進展することによってある深さまで図１（ｂ）のように垂直にエッチングが進展する。しかしながら、それ以降ではパターン内の電荷のバランスが崩れてチャージアップが発生し、図１（ｃ）のようにパターン形状が曲がってしまう。その際、図１（ｂ），（ｃ）に示したように、パターン側壁にはフロロカーボン膜４が堆積している。

これに対し、本実施例で説明する処理工程を図２及び図６に示す。図６は処理シーケンス図、図２は、処理シーケンス各ステップにおけるウエハの模式図である。

図６（ａ）は、本実施例の基本的な処理シーケンスである。このシーケンスでは、
Ｃ₄Ｆ₆とＯ₂ 、及びウエハに印加するバイアス電力を変化させることで、エッチング工程（Ａ）とチャージアップ緩和工程（Ｂ）を交互に切り替えるものである。エッチング工程（Ａ）では、ウエハ径３００mmの処理を行うために、ガス条件は、Ａｒを５００ｍｌ／
min、Ｃ₄Ｆ₆を５０ｍｌ／min、Ｏ₂を４７ｍｌ／minとして、そのときのガス圧力を２Ｐａに設定した。プラズマ発生用高周波電力は本条件では６００Ｗである（図６では、図示せず）。また、ウエハに印加するバイアス電力は３５００Ｗと設定した。この条件により、被加工パターンのエッチング速度は６３０ｎｍ／min で、マスクであるレジストマスク１との選択比は１０である。尚、図６（ａ）〜（ｃ）において、Ｏ₂ の流量値は特に示していないが、流量変化はＣ₄Ｆ₆と連動するものである。

チャージアップ緩和工程（Ｂ）では、Ｃ₄Ｆ₆及びＯ₂ ガス流量を調整するためのガス流量計１１０と真空容器１０１の間に設置されている高速応答バルブ１２３が閉まり、ガス供給を停止する。これによって、真空容器１０１内は主にＡｒガスが主体の状態となる。その際、真空容器１０１内圧力はコンダクタンスバルブ１１２が働き、設定圧力である
２Ｐａを維持する。一方、ウエハに印加するバイアス電力は３５００Ｗから５００Ｗまで低下する。これにより、ホール内側壁のフロロカーボン膜４をスパッタリングして導電性を向上させて膜質を改質しつつ、レジストマスク１の変質を抑制する。

ここで、図２を用いて、図６（ａ）のシーケンスを説明する。まず図２（ａ）は、エッチング処理が始まる前のウエハの状態である。エッチング工程の状態になると、図２(ｂ)の状態になる。Ｃ₄Ｆ₆とＯ₂ 、Ａｒが真空容器１０１内に導入された状態で生成されたイオン５が、バイアス電力の作用によりウエハに突入し、エッチングされる。このエッチングが進展すると、レジストマスク１周辺に負の電荷が溜まり、パターンの底部には正の電荷が溜まる。また、パターンの側壁には、フロロカーボン膜４が形成される。エッチング工程からチャージアップ緩和工程になると、図２（ｃ）の状態になる。Ａｒのみの状態で生成されたイオン６が直進性を失い、フロロカーボン膜４をスパッタするようになる。これは、バイアス電力が弱められたことにより、入射イオンエネルギーが低くなり直進性が弱くなるためである。また、パターン下部のチャージアップ電荷の影響が受け易くなることも、側壁をイオン６が叩く確率が増す要因である。このように、イオン６がフロロカーボン膜４をスパッタすることにより、フロロカーボン膜４の膜質か改質し、導電性が向上する。導電性が向上すると、レジストマスク１周辺に溜まっていた負電荷が、フロロカーボン膜４を介してパターン底部に溜まっていた正電荷に導かれ、中和されることでチャージアップが低減される。

次に、再びエッチング工程（Ａ）に戻ると、図２（ｄ）の状態になり、エッチングが進展し、チャージアップが進む。その後、チャージアップ緩和工程（Ｂ）に変わると図２
（ｅ）の状態になり、チャージアップが低減される。以降、この繰り返しが、所定のエッチング量が処理できるまで繰り返す。

図６（ｂ）は、図６（ａ）とは、異なる制御シーケンスである。図６（ａ）との違いは、チャージアップ緩和工程（Ｂ）における真空容器１０１内の圧力である。図６（ａ）のシーケンスでは、圧力は一定に保つように制御されたが、図６（ｂ）のシーケンスでは、チャージアップ緩和工程（Ｂ）の圧力をコンダクタンスバルブ１１２を制御して８Ｐａに設定する。これにより、イオンのパターンへの入射角度をより大きくし、イオン６によってフロロカーボン膜４をスタッパする角率を上げ、効率良く膜質を改質する。これにより、よりチャージアップを低減できる。

図６（ｃ）は、また異なる制御シーケンスを示す。チャージアップに起因する
Distortionはエッチング条件，サンプル構造（パターン径，マスク材料，層間絶縁膜材料など）によって異なるが、一般的にあるアスペクト比以降で発生する。従って、図６(ｃ)のシーケンスでは、そのアスペクト比を事前に評価しておき、それまではエッチング工程（Ａ）のみを行い、そのアスペクト比となる深さ前後からチャージアップ緩和工程（Ｂ）をエッチング工程（Ａ）と交互に実施する。これにより、スループットの低下を抑制できる。

また、Distortionが発生するアスペクト比の深さを予め評価したエッチング速度から時間で管理しても良いが、特願２００４−５４４７１６号公報に記載されているようなウエハの光反射率及びインピーダンスを検出し、エッチング深さを測定するホール深さモニタを用いて直接検出することも可能である。これによれば、真空容器内の雰囲気他によって生じるホールエッチング速度の経時変化をキャンセルでき、安定した処理が可能となる。

［実施例２］
本実施例では、デバイス（ウエハ）構造自体に関わるものである。

図１（ａ），図２（ａ）は、通常の被加工パターンの断面図を示している。ここでは、メモリーデバイスにおけるキャパシタ用深穴形成パターンを示しており、パターンの孔径は９０ｎｍである。上部から、レジストマスク１，層間絶縁膜２であるプラズマＴＥＯＳ，最下層にエッチングストップ層３であるシリコン窒化膜が形成されている。膜厚はそれぞれ、５００ｎｍ，１８００ｎｍ，１００ｎｍである。レジストマスク１と層間絶縁膜２の間には反射防止膜（ＢＡＲＣ）が形成されている場合もあるが、多層レジストマスク構造によって事前に処理されたマスクでも良い。その場合は、レジストマスク１と層間絶縁膜２間に反射防止膜は存在せず、レジストマスク１上部にはレジストマスク１自体をエッチングする場合に用いたハードマスク（ＳｉＯＮやＳｉＯ₂ など）が残っている。

次に本実施例の構成を図３（ａ）に示す。通常の被加工パターンとの大きな違いのひとつは、層間絶縁膜２であるプラズマＴＥＯＳの途中に導電性材料であるPoly−Ｓｉからなる導電性薄膜層８が形成されていることである。

この膜厚が厚い場合、Poly−Ｓｉを処理するためのエッチング工程を別途導入する必要がある。一方、例えば２０ｎｍ以下の薄い薄膜層では、プラズマＴＥＯＳを処理するエッチング条件でそのまま処理をすることも可能である。なお、導電性材料としてPoly−Ｓｉの他にＷやＡｌなどの金属材料を用いても同様の効果がある。

本実施例では、層間絶縁膜２上面から深さ１２００ｎｍの位置に厚さ１０ｎｍのPoly−Ｓｉからなる導電性薄膜層８を形成した。

一方、図３（ａ）に示すように、被加工パターンとは別の場所に寸法の大きいパターンが形成されている。このパターンはホールでもトレンチでも良く、デバイスには全く関係の無いダミーパターン９である。本実施例では被加工パターンの周囲に幅２００ｎｍのトレンチパターンを配置した。

次にエッチング時間の進展に従って本実施例を説明する。まず、エッチング条件であるが、実施例１で説明した条件でも良いが、その場合、被加工パターンと寸法の大きいダミーパターンでのエッチング速度が同じか若しくはダミーパターンのエッチング速度が速くなるようにレシピを調節する。例えば、添加ガスであるＯ₂の流量を増加させても良いし、希釈ガスであるＡｒの流量を増加させても良い。本実施例では、Ａｒを５００ｍｌ／
min、Ｃ₄Ｆ₆を５０ｍｌ／min、Ｏ₂を５５ｍｌ／minとして、そのときのガス圧力を２Ｐａに設定した。プラズマ発生用高周波電力およびウエハに印加するバイアス電力は実施例１の条件と同じくそれぞれ６００Ｗと３５００Ｗに設定した。この条件により、被加工パターンのエッチング速度は６００ｎｍ／min 、ダミーパターンのエッチング速度は６５０
ｎｍ／min であった。この場合、エッチング開始から約１１０秒後に図３（ｂ）のようにダミーパターン９が先に導電性薄膜層８に到達するが、被加工パターンはエッチング速度が遅いため未だ到達していない。本実施例では導電性薄膜層８が１０ｎｍと薄いため、エッチング条件を変更せずに、そのまま導電性薄膜層８をエッチングした。

次にエッチングの進展に伴いダミーパターン９、被加工パターン共に導電性薄膜層８を突き抜けて、下層層間絶縁膜２のエッチングに移行する。ダミーパターン９は幅が広いためシェーディング効果がなく、パターン内部での電荷のバランスが保たれてチャージアップは発生しない。すなわち、図３（ｂ）（ｃ）に示すように、パターン内部にプラズマから電子が供給され易い。その電子は導電性を持つ導電性薄膜層８を介して、パターン寸法が小さくシェーディング効果のためにパターン内部が正にチャージアップしている被加工パターンに自動的に供給される。

以上より、電子の供給源であるダミーパターン９と被加工パターンを、導電性薄膜層８を介して電気的に接続することで、被加工パターン内に電子を供給し、チャージアップ起因のDistortionを改善できる。したがって、実施例１のようなチャージアップ緩和工程を行う必要が無く、スループットの向上を実現することが出来る。

しかしながら、このままでは被加工パターン同士が電気的に接続されてしまい、デバイスとして機能しなくなる。そこで、図３（ｄ）に示すようにエッチングが終了した後、
ＣＶＤなどで絶縁体薄膜１０を形成する。本実施例では、導電性薄膜層８を層間絶縁膜２上面から深さ１２００ｎｍの位置に形成したが、被加工パターンが曲がる位置よりも浅い位置にあればどの深さでも効果がある。また、上記導電性薄膜層８を１層としたが、複数層でももちろん効果はある。

以上、これまで示した実施例１においては、エッチング工程の後、希ガスプラズマを用いて希ガスイオンをパターン側壁に衝突させることで、パターン側壁の堆積膜の導電性を向上できる。これにより、エッチング工程で発生したパターン内部のチャージアップを緩和でき、次のエッチング工程でパターン形状が曲がることなく垂直形状が得られる。さらに、チャージアップ緩和工程の圧力を高めること、ウエハに印加するバイアスを低減することで、パターン側壁へのイオン衝突頻度を向上でき、効果を高めることが可能となる。

一方、実施例２においては、層間絶縁膜間に導電性材料からなる薄膜層を挿入し、加工対象パターンとは別に、寸法の大きいダミーパターンを設置した半導体デバイス構造を用いることで、エッチングの進展に伴いダミーパターンから加工対象パターンに電子を供給できチャージアップを緩和できる。

従来のエッチング方法を用いた場合の深孔加工形状の模式図である。 実施例１の処理シーケンスを行う場合の深孔加工形状の模式図である。 実施例２のデバイス構造と加工形状の模式図である。 実施例１のエッチング装置の模式図である。 実施例１を説明するための、Ａｒスパッタ有無によるフロロカーボン膜の ＸＰＳ測定結果である。 実施例１を説明するための、処理シーケンスである。

符号の説明

１…レジストマスク、２…層間絶縁膜、３…エッチングストップ層、４…フロロカーボン膜、５，６…イオン、８…導電性薄膜層、９…ダミーパターン、１０…絶縁体薄膜、
１０１…真空容器、１０２…空心コイル、１０３…ガス導入管、１０４…同軸線路、105，１２０…整合器、１０６，１０７…電源、１０８…下部電極、１０９…被加工試料、
１１０…ガス流量計、１１１…メインバルブ、１１２…コンダクタンスバルブ、１１３…アース電位導体板、１１４…誘電体、１１５…円板状導体板、１１６…シリコン円板、
１１７…静電チャック部、１１８…フォーカスリング、１１９…ゲートバルブ、１２１…高周波バイアス電源、１２２…制御部、１２３…高速応答バルブ。

Claims (17)

1. 真空排気手段により真空排気されている真空容器と、当該真空容器に複数のガスを導入するガス導入手段と、被加工試料を設置する設置手段と、前記真空容器内にプラズマを発生させるための第１の電源と、前記設置手段を介して前記被加工試料に高周波バイアス電力を印加するための第２の電源と、前記各部を制御する制御手段を有するエッチング装置において、
   前記制御手段は、前記真空容器内でプラズマを発生させ、前記被加工試料にパターンを形成していく表面処理を行うエッチング工程と、当該エッチング工程で作成した前記被加工試料のパターン内のチャージアップを緩和するチャージアップ緩和工程を行うことを特徴とするエッチング処理装置。
2. 請求項１記載において、
   前記ガス導入手段は、フロロカーボンガスを導入する手段と、希ガスを導入する手段と、Ｏ₂ 若しくはＮ₂ ガスを導入する手段を有することを特徴とするエッチング処理装置。
3. 請求項２において、
   前記エッチング工程では、前記ガス導入手段が、前記複数のガスのうち全て、若しくは任意のガスを混合して前記真空容器中に導入した状態で、被加工試料の表面処理を行い、
   前記チャージアップ緩和工程では、前記ガス導入手段が、希ガスのみを導入して表面処理を行うことを特徴とするエッチング処理装置。
4. 請求項２において、
   前記希ガスとしてＨｅ，Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅのうち少なくとも１種類のガスを用いることを特徴とするエッチング処理装置。
5. 請求項１において、
   前記チャージアップ緩和工程では、前記被加工試料に印加する高周波バイアス電力を、前記エッチング工程で前記被加工試料に印加する高周波バイアス電力に比べて低い値で印加することを特徴とするエッチング処理装置。
6. 請求項１において、
   前記真空容器内の圧力を調節する手段を備え、
   前記チャージアップ緩和工程では、前記真空容器内の圧力を前記エッチング工程時よりも高くすることを特徴とするエッチング処理装置。
7. 真空排気手段により真空排気されている真空容器と、フロロカーボンガスを導入する手段と、希ガスを導入する手段と、Ｏ₂ 若しくはＮ₂ ガスを導入する手段を有し、前記ガスを当該真空容器に導入するガス導入手段と、被加工試料を設置する設置手段と、前記真空容器内にプラズマを発生させるための第１の電源と、前記設置手段を介して前記被加工試料に高周波バイアス電力を印加するための第２の電源と、前記各部を制御する制御手段を有するエッチング装置を用いたエッチング方法において、
   前記真空容器内でプラズマを発生させ、前記被加工試料にパターンを形成していく表面処理を行うエッチング工程と、
   当該エッチング工程で作成した前記被加工試料のパターン内のチャージアップを緩和するチャージアップ緩和工程を行うことを特徴とするエッチング処理方法。
8. 請求項７において、
   前記エッチング工程と、前記チャージアップ緩和工程は、交互に繰り返して行われることを特徴とするエッチング処理方法。
9. 請求項７において、
   前記エッチング工程によって形成されるパターンの曲がりが始まる時間を予め設定しておき、
   当該設定時間まで前記エッチング工程を行い、設定時間後は、前記エッチング工程と前記チャージアップ緩和工程を交互に繰り返して行うことを特徴とするエッチング処理方法。
10. 請求項７において、
    前記エッチング工程では、前記複数のガスのうち全て、若しくは任意のガスを混合して前記真空容器中に導入した状態で、被加工試料の表面処理を行い、
    前記チャージアップ緩和工程では、希ガスのみを導入して表面処理を行うことを特徴とするエッチング処理方法。
11. 請求項７において、
    前記希ガスとしてＨｅ，Ｋｒ，Ａｒ，Ｎｅ，Ｘｅのうち少なくとも１種類のガスを用いることを特徴とするエッチング処理方法。
12. 請求項７において、
    前記チャージアップ緩和工程では、前記被加工試料に印加する高周波バイアス電力を、前記エッチング工程で前記被加工試料に印加する高周波バイアス電力に比べて低い値で印加することを特徴とするエッチング処理方法。
13. 請求項７において、
    前記チャージアップ緩和工程では、前記真空容器内の圧力を前記エッチング工程時よりも高くすることを特徴とするエッチング処理方法。
14. 半導体基板上に形成された層間絶縁膜と、当該層間絶縁膜上に被加工パターンに沿ったレジストマスクが形成された半導体デバイスにおいて、
    前記レジストマスクに、被加工パターンとは別のダミーパターンが形成され、且つ、前記層間絶縁膜内に、少なくとも前記被加工パターン及び前記ダミーパターン下となる位置に導電性材料からなる薄膜層が形成されることを特徴とする半導体デバイス。
15. 請求項１４において、
    前記ダミーパターンは、前記被加工パターンよりも大きな径を有するホールパターン若しくは大きな幅を有するトレンチパターンであることを特徴とする半導体デバイス。
16. 請求項１４において、
    前記薄膜層は、被加工パターンがエッチング処理の進展によって曲がりが発生する位置よりも上部に形成することを特徴とする半導体デバイス。
17. 請求項１４において、
    被加工パターンの処理が終了した後、形成されたパターン側壁に絶縁体膜を形成することを特徴とする半導体デバイス。

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