JP2008016479A - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、ArFエキシマレーザを光源とする光リソグラフィ法を用いて形成されたレジストマスクによって覆われた絶縁膜をドライエッチングして微細加工する工程を含む半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device including a step of dry-etching and finely processing an insulating film covered with a resist mask formed using an optical lithography method using an ArF excimer laser as a light source. It relates to a manufacturing method.
近年、LSIの高集積化および高速化に伴って、半導体装置の微細化と多層化とが進んでいる。2004年には90nmノードの量産が開始され、100nm以下のナノサイズ加工技術がLSIの作製に用いられるようになった(例えば、非特許文献1参照)。そのようなナノサイズ加工技術の半導体要素技術のうちの一つとして、リソグラフィ技術が挙げられる。リソグラフィ技術のうち、ArFエキシマレーザを光源とした光リソグラフィ(以後「ArFフォトリソグラフィ」と記す)は、2004年に90nmノードの唯一の量産技術として認知されるに到った。ArFフォトリソグラフィ法で用いられるArFエキシマレーザ光源は、波長が短いレーザ光源であり、そのため、パターニングでもって微細なレジストマスクを形成することができる。このようなレジストマスクで覆われた層間絶縁膜をドライエッチングして、配線用のホール、トレンチなどを微細加工する場合には、深さ方向に均一なエッチング形状を得るという高い加工精度が要求されている。この場合、異方性を高めるために、所定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を行うことが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, along with higher integration and higher speed of LSI, semiconductor devices have been miniaturized and multilayered. In 2004, mass production of a 90 nm node started, and nano-size processing technology of 100 nm or less came to be used for the production of LSI (for example, see Non-Patent Document 1). As one of semiconductor element technologies of such nano-size processing technology, lithography technology can be cited. Among lithography techniques, optical lithography using an ArF excimer laser as a light source (hereinafter referred to as “ArF photolithography”) has been recognized in 2004 as the only mass production technique for the 90 nm node. An ArF excimer laser light source used in the ArF photolithography method is a laser light source having a short wavelength. Therefore, a fine resist mask can be formed by patterning. When the interlayer insulating film covered with such a resist mask is dry-etched to finely process wiring holes, trenches, etc., high processing accuracy is required to obtain a uniform etching shape in the depth direction. ing. In this case, in order to increase anisotropy, it is known to perform etching by introducing a predetermined etching gas in a plasma atmosphere (see, for example, Patent Document 1).
ところで、ArFフォトリソグラフィ法で用いられるレジスト材として、真空紫外光の領域において透過性をもたせるために、ベンゼン環を有さない化合物で構成したものを用いることが提案されている(例えば、非特許文献2参照)。この種のレジスト材の場合、波長の短いレーザを用いて微細なパターニングを行うと、それに伴ってレジストマスクが脆弱化すると共に、他のフォトリソグラフィ法で用いられるものと比較してプラズマ耐性が低い。 By the way, as a resist material used in the ArF photolithography method, it has been proposed to use a resist material composed of a compound having no benzene ring so as to have transparency in the vacuum ultraviolet region (for example, non-patent). Reference 2). In the case of this type of resist material, if fine patterning is performed using a laser having a short wavelength, the resist mask becomes weak accordingly, and the plasma resistance is lower than that used in other photolithography methods. .
このため、プラズマ雰囲気中でエッチングを行うと、プラズマに曝されることでダメージを受けて、レジストマスクのうちパターニングされた領域のエッジ部にエッジ荒れが生じる(レジストマスクの形状が変形する)。このような状態でエッチングを継続すると、その形状が層間絶縁膜に形成しようとするホールやトレンチに転写されてストライエーション(Striation)が発生するという問題があった。この場合、高いエッチング加工精度の要求を満たすことができない。 For this reason, when etching is performed in a plasma atmosphere, damage is caused by exposure to plasma, and edge roughness occurs in the edge portion of the patterned region of the resist mask (the shape of the resist mask is deformed). If etching is continued in such a state, there is a problem that the shape is transferred to holes or trenches to be formed in the interlayer insulating film, causing striations. In this case, the requirement for high etching processing accuracy cannot be satisfied.
このような問題を解決するために、エッチングガスとして、ハロゲン系ガス(ハロゲンはF,I,Br)であって、IおよびBrの少なくとも一方が、原子組成比でハロゲンの総量の26%以下で、残りがFであるフッ化炭素化合物ガスを用い、このガスを、プラズマ雰囲気中で導入して、ArFフォトリソグラフィ法を用いて形成したレジストマスクによって覆われた層間絶縁膜をドライエッチングすることが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献2に開示されるように、エッチングガスとして、ハロゲン系ガス(ハロゲンは、F,I,Br)であって、IおよびBrの少なくとも一方が、原子組成比でハロゲンの総量の26%以下で、残りがFであるフッ化炭素化合物ガスを用いガスを導入してドライエッチングすればストライエーションの発生が抑制できて高いエッチング加工精度が得られるが、IやBrは、ヨウ化フッ化炭素化合物や臭化フッ化炭素化合物を構成する原子としてチャンバ内に導入されるため、ヨウ素や臭素をチャンバ内で連続的な濃度で変化させることが難しく、エッチング条件の制御性に問題があった。 As disclosed in Patent Document 2, an etching gas is a halogen-based gas (halogen is F, I, Br), and at least one of I and Br is an atomic composition ratio of 26% or less of the total amount of halogen. In the case of dry etching using a fluorocarbon compound gas with the remainder being F, striation can be suppressed and high etching processing accuracy can be obtained. Since it is introduced into the chamber as atoms constituting a compound or a bromofluorocarbon compound, it is difficult to change iodine or bromine at a continuous concentration in the chamber, and there is a problem in controllability of etching conditions.
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、ドライエッチング工程で、ヨウ素や臭素のチャンバ内での濃度を連続的に変えられ、エッチング条件の制御が容易であり、ストライエーションの発生を抑制して高いエッチング加工精度が得ることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。 In view of the above problems, the object of the present invention is to continuously change the concentration of iodine or bromine in the chamber in the dry etching process, to easily control the etching conditions, and to suppress the occurrence of striations. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device that can obtain high etching processing accuracy.
本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。 In order to achieve the above object, a semiconductor device manufacturing method according to the present invention is configured as follows.
第1の半導体装置の製造方法(請求項1に対応)は、ArFフォトリソグラフィ法を用いて形成したレジストマスクで覆われた絶縁膜をチャンバ内のプラズマ雰囲気中でエッチングし、レジストマスクのパターンを絶縁膜に転写するドライエッチング工程を含み、さらに、このドライエッチング工程で、チャンバ内に、フッ素原子が含まれるエッチングガスを導入しつつ、併せて、ヨウ素ガスと臭素ガスの少なくともいずれか一方を導入し、チャンバ内のガス雰囲気中に含まれるハロゲン原子の総量の26%以下がヨウ素原子と臭素原子の少なくとも一方であり、残りがフッ素原子であるという条件が満たされることで特徴づけられる。 According to a first method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 1), an insulating film covered with a resist mask formed by using ArF photolithography is etched in a plasma atmosphere in a chamber to form a resist mask pattern. Including a dry etching process for transferring to an insulating film, and further introducing an etching gas containing fluorine atoms into the chamber while introducing at least one of iodine gas and bromine gas. However, it is characterized in that the condition that 26% or less of the total amount of halogen atoms contained in the gas atmosphere in the chamber is at least one of iodine atoms and bromine atoms and the rest is fluorine atoms is satisfied.
上記ドライエッチング工程を含む半導体装置の製造方法では、チャンバ内のガス雰囲気中に含まれるハロゲン原子、すなわちフッ素原子、ヨウ素原子、臭素原子について上記の条件を満たすようにすることで、チャンバ内でのフッ素原子のうちヨウ素原子または臭素原子と結合するものを生じさせ、もってレジストマスクと反応するフッ素原子を低減させる。それにより、レジストマスクのエッジ除去を起こしにくくなり、エッジの荒れをなくす。それ故にストライエーションの発生を抑制して高いエッチング加工精度が得られる。また上記のヨウ素ガス等の導入の仕方は、フッ素原子を含むエッチングガスとは別途に導入し、ヨウ素ガス等を個別に導入し、もってヨウ素や臭素のチャンバ内での濃度を良好な制御性で連続的に変えることを可能にする。これによりエッチング条件の制御を容易にすることが可能となる。 In the method for manufacturing a semiconductor device including the dry etching step, the halogen atoms contained in the gas atmosphere in the chamber, that is, fluorine atoms, iodine atoms, and bromine atoms are made to satisfy the above conditions, Of the fluorine atoms, one that binds to iodine atoms or bromine atoms is generated, thereby reducing fluorine atoms that react with the resist mask. This makes it difficult to remove the edge of the resist mask and eliminates rough edges. Therefore, generation of striation is suppressed and high etching processing accuracy is obtained. In addition, iodine gas or the like is introduced separately from the etching gas containing fluorine atoms, iodine gas or the like is introduced separately, so that the concentration of iodine or bromine in the chamber can be controlled with good controllability. Allows to change continuously. This makes it possible to easily control the etching conditions.
第2の半導体装置の製造方法(請求項2に対応)は、上記の方法において、好ましくは、ヨウ素ガスは、ドライエッチング工程中、固体ヨウ素の昇華により生じたヨウ素ガスをキャリアガスで輸送することにより、チャンバ内に導入されることで特徴づけられる。 The second method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 2) is preferably the method described above, wherein the iodine gas transports iodine gas generated by sublimation of solid iodine during the dry etching step with a carrier gas. Is characterized by being introduced into the chamber.
第3の半導体装置の製造方法(請求項3に対応)は、上記の方法において、好ましくは、ヨウ素ガスを生じる原料材をチャンバ内に配置したことで特徴づけられる。 A third method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 3) is characterized in that, in the above method, preferably, a raw material that generates iodine gas is disposed in the chamber.
第4の半導体装置の製造方法(請求項4に対応)は、上記の方法において、好ましくは、臭素ガスは、ドライエッチング工程中、液体臭素をバブリングして生じた臭素ガスをキャリアガスで輸送することにより、チャンバ内に導入されることで特徴づけられる。 In a fourth method of manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 4), in the above method, the bromine gas preferably transports bromine gas generated by bubbling liquid bromine by a carrier gas during the dry etching process. This is characterized by being introduced into the chamber.
第5の半導体装置の製造方法(請求項5に対応)は、上記の方法において、好ましくは、ヨウ素ガスを生じる原料および/または臭素ガスを生じる原料をチャンバ内の部品にしみ込ませることで特徴づけられる。 A fifth method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 5) is characterized in that, in the above method, preferably, a raw material generating iodine gas and / or a raw material generating bromine gas is impregnated into the components in the chamber. It is done.
第6の半導体装置の製造方法(請求項6に対応)は、上記の方法において、好ましくは、レジストマスクのパターン幅および/またはパターン間隔は32〜130nmの範囲に含まれることで特徴づけられる。 A sixth method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 6) is characterized in that, in the above method, the pattern width and / or pattern interval of the resist mask is preferably in the range of 32 to 130 nm.
第7の半導体装置の製造方法(請求項7に対応)は、上記の方法において、好ましくは、絶縁膜は、比誘電率が4.0〜4.7のシリコン窒化膜であり、下層の被エッチング材料をエッチングするための後段の他のドライエッチング工程でハードマスクとして用いられることで特徴づけられる。 In a seventh method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 7), in the above method, preferably, the insulating film is a silicon nitride film having a relative dielectric constant of 4.0 to 4.7, It is characterized by being used as a hard mask in another subsequent dry etching process for etching the etching material.
第8の半導体装置の製造方法(請求項8に対応)は、上記の方法において、好ましくは、絶縁膜は、比誘電率が1.5〜4.0のCまたはNを含むシリコン酸化膜であり、下層の被エッチング材料をエッチングするための後段の他のドライエッチング工程でハードマスクとして用いられることで特徴づけられる。 According to an eighth method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 8), in the above method, the insulating film is preferably a silicon oxide film containing C or N having a relative dielectric constant of 1.5 to 4.0. In addition, it is characterized by being used as a hard mask in another dry etching process at a later stage for etching a material to be etched in a lower layer.
第9の半導体装置の製造方法(請求項9に対応)は、上記の方法において、好ましくは、被エッチング材料はW,Ti,Ta,Co,Ni,Pt,Ruを含む導電膜またはポリシリコン膜または当該導電膜とポリシリコン膜との積層膜であることで特徴づけられる。 A ninth method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 9) is preferably the conductive film or polysilicon film in the above method, wherein the material to be etched contains W, Ti, Ta, Co, Ni, Pt, Ru. Or it is characterized by being the laminated film of the said electrically conductive film and a polysilicon film.
第10の半導体装置の製造方法(請求項10に対応)は、上記の方法において、好ましくは、被エッチング材料はAl,Cuまたはそれらを含む積層膜であることで特徴づけられる。 A tenth method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 10) is characterized in that, in the above method, preferably, the material to be etched is Al, Cu or a laminated film containing them.
第11の半導体装置の製造方法(請求項11に対応)は、上記の方法において、好ましくは、絶縁膜は、二酸化ケイ素膜であり、下層のポリシリコンをエッチングするための後段の他のドライエッチング工程でハードマスクとして用いられ、さらに、ポリシリコンは、その下地の二酸化ケイ素または窒化ケイ素をエッチングする工程でマスクとして用いられることで特徴づけられる。 In an eleventh method for manufacturing a semiconductor device (corresponding to claim 11), in the above method, preferably, the insulating film is a silicon dioxide film, and other dry etching subsequent to etching the underlying polysilicon is performed. Used as a hard mask in the process, and polysilicon is further characterized as being used as a mask in the process of etching the underlying silicon dioxide or silicon nitride.
第12の半導体装置の製造方法(請求項12に対応)は、上記の方法において、好ましくは、レジストマスクはArFレジスト/SiO/ボトム膜(例えば塗布炭素(C)膜)の3層構造を有し、ドライエッチング工程中で、この3層構造のうちのSiO/ボトム膜材料のドライエッチング時に上記条件が満たされることで特徴づけられる。 In a twelfth semiconductor device manufacturing method (corresponding to claim 12), in the above method, the resist mask preferably has a three-layer structure of ArF resist / SiO / bottom film (for example, coated carbon (C) film). In the dry etching process, the above condition is satisfied when the SiO / bottom film material of the three-layer structure is dry etched.
本発明によれば、ArFフォトリソグラフィ法を用いて形成したレジストマスクで覆われた絶縁膜をチャンバ内のプラズマ雰囲気中でエッチングし、レジストマスクのパターンを絶縁膜に転写するドライエッチング工程を含む半導体装置の製造方法において、ドライエッチング工程で、チャンバ内のガス雰囲気中に含まれるハロゲン原子の総量の26%以下がヨウ素原子と臭素原子の少なくとも一方であり、残りがフッ素原子であるという条件を満たしながら、フッ素原子が含まれるエッチングガスをチャンバ内に導入しつつ、併せて別途にヨウ素ガスと臭素ガスのうちの少なくともいずれか一方をチャンバ内に導入するようにしたため、チャンバ内でのヨウ素や臭素の濃度を高い制御性の下で連続的に変えることができ、さらに、エッチング条件の制御を容易に行うことができ、ストライエーションの発生を抑制して高いエッチング加工精度を得ることができる。 According to the present invention, a semiconductor includes a dry etching process in which an insulating film covered with a resist mask formed by using ArF photolithography is etched in a plasma atmosphere in a chamber, and a resist mask pattern is transferred to the insulating film. In the apparatus manufacturing method, the dry etching process satisfies the condition that 26% or less of the total amount of halogen atoms contained in the gas atmosphere in the chamber is at least one of iodine atoms and bromine atoms, and the rest is fluorine atoms. However, since an etching gas containing fluorine atoms is introduced into the chamber, and at least one of iodine gas and bromine gas is separately introduced into the chamber, iodine or bromine in the chamber is also introduced. Can be continuously changed under high controllability, It is possible to control the conditions easily, it is possible to obtain high etching precision by suppressing the occurrence of striations.
以下に、本発明の好適な実施形態(実施例)を添付図面に基づいて説明する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Preferred embodiments (examples) of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法が実施される基板処理装置の概略的な構成図である。基板処理装置10は、一例として磁場ゼロを含む領域に発生させた放電プラズマ(NLDプラズマ)を用いるものであり、ドライポンプ等の真空排気装置などで内部を真空排気するように排気口12を設けたチャンバ11を有する。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a substrate processing apparatus in which a semiconductor device manufacturing method according to a first embodiment of the present invention is performed. The
チャンバ11は、石英のような誘電体製の円筒状側壁13により形成され、上部のプラズマ発生室11aと下部の基板処理室11bとから構成されている。円筒状側壁13の外側には、例えば3つの磁場コイル14,15,16が所定間隔で設けられ、磁場発生部を構成する。この場合、例えば、上側および下側の各磁場コイル14,16には、同方向の電流を流し、中間のコイル15には逆向きの電流を流すようにしている。これにより、中間のコイル15のレベル付近に円筒状側壁13の内側に連続した磁場ゼロの位置ができ、環状磁気中性線が形成される。
The
環状磁気中性線の大きさは、上側および下側の各コイル14,16に流す電流と中間のコイル15に流す電流との比を変えることで適宜設定でき、環状磁気中性線の上下方向の位置は、上側および下側の各磁場コイル14,16に流す電流の比によって適宜設定できる。また、中間のコイル15に流す電流を増していくと、環状磁気中性線の径は小さくなり、同時に磁場ゼロの位置での磁場の勾配も緩やかになってゆく。中間のコイル15と円筒状側壁13との間には、高周波電場発生用のアンテナ18が設けられ、第1高周波電源19に接続され、磁場発生部を構成する。3つの磁場コイル14,15,16によって形成された環状磁気中性線に沿ってNLDプラズマを発生させる。
The size of the annular magnetic neutral line can be set as appropriate by changing the ratio of the current flowing through the upper and
環状磁気中性線の作る面と対向させて基板処理室11b内には、処理対象の基板Sが載置される基板載置部である断面円形の基板電極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。
In the
また、プラズマ発生室11aを区画する天板23は、円筒状側壁13の上部に密封固着され、電位的に浮遊状態とし、対向電極を形成する。この天板の内面には、チャンバ11内にフッ素原子を含むエッチングガスを導入するための第1のガス導入部24が設けられ、第1のガス導入部24は、配管25によってガス流量制御部を介してガス源に接続されている。第1のガス導入部24からは、例えばフッ化炭素化合物ガスとアルゴンガス等が、例えばドライエッチング工程中、チャンバ11内に導入され続ける。
Further, the
チャンバ11の底部、すなわち基板処理室11bの底部には、ヨウ素ガスと臭素ガスのうちのいずれか一方または両方を導入するための第2のガス導入部26が設けられている。第2のガス導入部26では、配管27に容器28がバルブ29,30を介して取り付けられている。また容器28の入り口側に位置する配管31には、マスフローコントローラ32が取り付けられている。この容器28内には、固体のヨウ素33が収納されている。容器28は、図示しない保温器で適当な温度に保たれ、容器28内では、固体のヨウ素33が昇華してガス状態になっており、こうして生じたヨウ素ガスを、マスフローコントローラ32で流量制御された窒素などのキャリアガスによって配管27で輸送し、チャンバ11内に適宜なタイミングおよび時間間隔で導入する。このように、ヨウ素ガスは、上記エッチングガスとは別途の導入路で個別に導入される。
A second
さらに第2のガス導入部26では、配管27に対してバブラー容器34がバルブ35,36を介して取り付けられている。またこのバブラー容器34の入り口側に位置する配管37には、マスフローコントローラ38が取り付けられている。このバブラー容器34内には、液体の臭素39が収納されている。バブラー容器34は図示しない保温器で適当な温度に保たれている。バブラー容器34によれば、マスフローコントローラ38で流量制御された窒素などのキャリアガスによって液体臭素39をバブリングし、こうして生じた臭素ガスは配管27内に輸送され、チャンバ11内に適宜なタイミングおよび時間間隔で導入される。このように、臭素ガスは、上記のエッチングガスとは別途の導入路で個別に導入される。
Further, in the second
次に、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法でのドライエッチング工程を説明する。 Next, a dry etching process in the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described.
図2は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法でのドライエッチング工程による処理手順を示すフローチャートである。また図3は、ドライエッチング工程での各ステップの基板の部分断面図である。 FIG. 2 is a flowchart showing a processing procedure by a dry etching process in the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the substrate at each step in the dry etching process.
図2で示されるステップS11では、図3(a)で示される基板40の準備を行う。まず、作製しようとするデバイスのための酸化膜を堆積する前までの加工工程がなされたシリコンウェハ41を準備し、公知のプラズマCVD膜を約100nm成長させ、絶縁膜であるSiO2膜42を形成する。ArFフォトリソグラフィ法を用いて100nmの溝パターン43を有するレジストマスク44を形成する(図3(a))。図3では、シリコンウェハ41に施された加工工程により作製された構造は省略している。
In step S11 shown in FIG. 2, the
ステップS12では、上記のようにして準備された基板40を基板処装置10内の基板載置部20に設置する。
In step S <b> 12, the
ステップS13では、チャンバ11内を真空引きした後、上記の第1のガス導入部24から流量制御されたフッ素原子を含むエッチングガス等を導入しつつ、併せて、別途の導入路である上記の第2のガス導入部26を通してヨウ素ガスと臭素ガスの少なくともいずれか一方を導入する。この場合において、チャンバ11内のガス雰囲気中に含まれるハロゲン原子(F,I,Br)の総量の26%以下がヨウ素原子(I)と臭素原子(Br)の少なくとも一方であり、残りがフッ素原子(F)であるという条件が満たされるようにする。
In step S13, after the inside of the
この例では、例えばヨウ素ガス(I)のみを第2のガス導入路26を通して導入したとする。従って、チャンバ11内でのヨウ素原子の量がチャンバ11内のハロゲン原子の総量の26%以下になるような流量に制御されたヨウ素ガスをチャンバ11内に導入する。例えば、第1のガス導入部24からArガスの流量が230sccm、C3F8ガスの流量が50sccm、O2ガスの流量が20sccmで導入し、第2のガス導入部26からは、I2ガスを5.7sccmの流量で導入する。そして、チャンバ11内が所定の一定の圧力になるように排気口12から排気する。
In this example, it is assumed that only iodine gas (I) is introduced through the second
ステップS14では、次のようにしてドライエッチングがなされる。例えば、上記のガスをそれぞれ上記の流量でチャンバ11内に導入しつつ、圧力を2.67Pa、アンテナ高周波電力1kW、基板高周波電力0.3kW、基板温度を10℃になるように基板処理装置10を設定して、エッチングを行う。このとき、C3F8ガスはチャンバ11内で分解しFラジカル等を生じる。図3(b)で示されるように、チャンバ11内で生じたFラジカルは、レジストマスク44で覆われていないSiO2面42aに入射し、Arイオンの衝撃によりイオンアシスト反応が起こり、SiO2の表面からSiがSiF4となり除去されている。それにより、SiO2のエッチングが進行していく。そのとき、レジストマスク44の側壁のHはFとのラジカル反応により、除去され、裸になったCとFがイオンアシスト反応により除去される。しかしながら、チャンバ11内には、ヨウ素(I)の原子もあるため、そのIとFが結合してIF3,IF5,IF7等を形成し、レジストマスク44とラジカル反応をするFが減少して、レジストマスクのエッジ除去は生じにくくなり、エッジラフネスをなくすことができる。
In step S14, dry etching is performed as follows. For example, the
また他の見方として、チャンバ11内に導入されたヨウ素原子は、レジストマスクの表面に吸着し、それによりレジスト側壁のFによる浸食のプロテクトがなされている可能性もある。例えば、特許文献2での図2でストライエーションが示されているが、これは、レジストの側壁が浸食されているように見える。ということは、上部から照射されるイオンによるイオンアシストによる現象ではなく、ラジカルによる反応ではないかと考えられる。文献(化学便覧、改訂3版、日本化学会編、丸善株式会社、II−322)によると、H−Fの結合エネルギーは566kJmol−1であり、H−Cの結合エネルギー410kJmol−1に比べて大きくなっている。それ故、レジストの側壁の表面のHはFにより、取り去られると思われる。そして、レジストのCがイオンアシストで取り除かれるのかもしれない。一方、H−Iの結合エネルギー295kJmol−1はH−Cの結合エネルギーに比べて小さくなっている。それ故、Iはレジストの表面に吸着した状態で、HをCからとりはがすことはないと考えられる。また、文献(理化学辞典、第5版、岩波書店、1532−1533頁)にあるようにIやBrは、CやFに比べて、質量がかなり大きい。それ故、Fがプラズマ中で加速されてレジスト側壁に衝突しても、IやBrによってプロテクトされると考えられる。そのため、ストライエーションを起こさなくすることができる可能性があると思われる。FがIF3,IF5,IF7を形成し、Fラジカルの総量が減少するという効果以外にも、上記のメカニズムも存在する可能性があると考えられる。
As another viewpoint, the iodine atoms introduced into the
図3(c)では、SiO2のエッチングが完了し、ステップS15で基板40を取り出す。上記のドライエッチング工程では、レジストマスク44の側壁が除去されず、エッジラフネスをなくすことができるため、ストライエーションを生じることなく絶縁膜をエッチングすることができる。
In FIG. 3C, the SiO 2 etching is completed, and the
なおこの実施形態では、第2のガス導入部26からは、チャンバ11内にヨウ素ガスのみを導入して基板40のエッチングを行う説明をした。しかし、前述のごとく、ヨウ素ガスではなく、バブラー容器34からの臭素ガスのみを、マスフローコントローラ38によって、チャンバ11内での臭素原子の量がチャンバ11内のハロゲン原子の総量の26%以下になるような流量に制御してチャンバ11内に導入するようにしてもよい。さらに、ヨウ素ガスと臭素ガスを両方ともマスフローコントローラ32,38によって、チャンバ11内でのヨウ素原子と臭素原子の総量がチャンバ11内のハロゲン原子の総量の26%以下になるような流量に制御してチャンバ11内に導入するようにしてもよい。さらに、この実施形態では、レジストマスクのパターン幅を100nmにした例を示したが、パターン幅および/またはパターン間隔は32〜130nmの範囲に含まれる長さにすることができる。さらにこの実施形態では、絶縁膜としてSiO2を用いて説明したが、絶縁膜として、誘電率が4.0〜4.7のシリコン窒化膜を用いてもよい。
In this embodiment, the description has been given of etching the
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法の第2実施形態を説明する。この第2実施形態に係る半導体装置の製造方法では、レジストマスクで覆われた絶縁膜を第1実施形態で説明したドライエッチング工程での方法でエッチングしてパターンが形成された絶縁膜(二酸化ケイ素膜:SiO2膜)として形成し、その後、当該絶縁膜をハードマスクとして下層のPtからなる被エッチング材料をエッチングする方法を示す。この方法で用いる基板処理装置は、第1実施形態で説明した基板処理装置10と同様の装置を用いるので、装置構造に関する説明は省略する。
Next, a second embodiment of the semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, an insulating film (silicon dioxide) in which a pattern is formed by etching the insulating film covered with a resist mask by the method in the dry etching process described in the first embodiment. Film: SiO 2 film), and then a method of etching an etching target material made of Pt as a lower layer using the insulating film as a hard mask. Since the substrate processing apparatus used in this method is the same apparatus as the
図4は、第2実施形態に係る半導体装置の製造方法でのドライエッチング工程とそれに続く工程の処理手順を示すフローチャートである。また図5は、ドライエッチング工程とそれに続く工程での各ステップの基板の部分断面図である。 FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure of a dry etching step and a subsequent step in the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the substrate in each step in the dry etching process and subsequent processes.
図4で示されるステップS21では、基板50の準備を行う。まず、作製しようとするデバイスのためのPtを堆積する前までの加工工程がなされたシリコンウェハ51を準備し、スパッタリング等によりPtを20nm堆積させPt膜52を形成する。公知のCVD装置を用いて酸化膜を約100nm成長させ、絶縁膜のSiO2膜53を形成する。ArFフォトリソグラフィ法を用いて100nmの溝パターン54を有するレジストマスク55を形成する(図5(a))。図5では、シリコンウェハ51に施された加工工程で作製された構造は省略している。
In step S21 shown in FIG. 4, the
ステップS22では、上記のようにして準備された基板50を基板処理装置10内の基板載置部20に設置する。
In step S <b> 22, the
ステップS23では、第1実施形態で説明した条件と同じ条件に基づいて絶縁膜53のエッチングがなされる。図5(b)では、SiO2膜53のドライエッチングが完了し、このとき、レジストマスク55の側壁が除去されず、エッジラフネスをなくすことができるため、ストライエーションを生じることなく絶縁膜53をエッチングすることができる。
In step S23, the insulating
ステップS24では、レジストマスク55が除去される。
In step S24, the resist
次に、ステップS25では、絶縁膜53をハードマスクとして、Pt膜52をドライエッチングする。絶縁膜53の下層のPt膜52のドライエッチング工程にも基板処理装置10を用いる。そのとき、エッチングガスとして塩素ガスとアルゴンガス等の混合ガスを用いる。このとき、ストライエーションがない絶縁膜53をハードマスクとして用いているため、Pt膜52もストライエーションを生じることなくエッチングすることができる。
Next, in step S25, the
なおこの第2実施形態では、被エッチング材料としてPtを用いて説明したが、被エッチング材料としてW、Ti、Co、Ta、Ni、Ru、およびこれら導電材料を含む積層膜、Al、Cu、AlとCuを含む積層膜を用いてもよい。 In the second embodiment, Pt is used as the material to be etched. However, W, Ti, Co, Ta, Ni, Ru, and a laminated film containing these conductive materials, Al, Cu, and Al are used as the material to be etched. And a laminated film containing Cu may be used.
次に、本発明に係る半導体装置の製造方法の第3実施形態を説明する。この第3実施形態に係る半導体装置の製造方法では、レジストマスクで覆われた絶縁膜を第1実施形態で説明したドライエッチング工程での方法でエッチングしてパターンが形成された絶縁膜(二酸化ケイ素膜:SiO2膜)として形成し、その後、当該絶縁膜をハードマスクとして下層のポリシリコンからなる被エッチング材料をエッチングし、さらに当該被エッチング材料をマスクとして下地絶縁膜をエッチングする方法を示す。この方法で用いる基板処理装置は、第1実施形態で説明した基板処理装置10と同様の装置を用いるので、装置構造に関する説明は省略する。
Next, a third embodiment of the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described. In the method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, an insulating film (silicon dioxide) in which a pattern is formed by etching the insulating film covered with a resist mask by the method in the dry etching process described in the first embodiment. Film: SiO 2 film), and then, an etching target material made of polysilicon below is etched using the insulating film as a hard mask, and further a base insulating film is etched using the etching target material as a mask. Since the substrate processing apparatus used in this method is the same apparatus as the
図6は、第3実施形態に係る半導体装置の製造方法のドライエッチング工程とそれに続く工程による処理手順を示すフローチャートである。また図7は、ドライエッチング工程とそれに続く工程での各ステップの基板の部分断面図である。 FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure by a dry etching step and a subsequent step of the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the substrate in each step in the dry etching process and subsequent processes.
図6で示されるステップS31では、基板60の準備を行う。まず、作製しようとするデバイスのための下地絶縁膜を堆積する前までの加工工程がなされたシリコンウェハ61を準備し、公知の酸化炉を用いて約900℃で酸化膜を約100nm成長させ、SiO2膜62を形成する。次に、ポリシリコン63を堆積する。公知のLP−CVDを用いて約700℃でLP−CVD膜を約100nm成長させ、絶縁膜であるSiO2膜64を形成する。ArFフォトリソグラフィ法を用いて100nmの溝パターンを有するレジストマスク65を形成する(図7(a))。図7では、シリコンウェハ61に施された加工工程で作製された構造は省略している。
In step S31 shown in FIG. 6, the
ステップS32では、上記のようにして準備された基板を基板処理装置10内の基板載置部20に設置する。
In step S <b> 32, the substrate prepared as described above is placed on the
ステップS33では、第1実施形態で説明した条件と同じ条件に基づいて絶縁膜64のエッチングがなされる。図7(b)では、SiO2膜64のドライエッチングが完了し、このとき、レジストマスク65の側壁が除去されず、エッジラフネスをなくすことができるため、ストライエーションを生じることなく絶縁膜64をエッチングすることができる。
In step S33, the insulating
ステップS34では、レジストが除去される(図7(c))。 In step S34, the resist is removed (FIG. 7C).
次に、ステップS35では、絶縁膜64をハードマスクとして、ポリシリコン63をドライエッチング工程でエッチングする(図7(d))。このとき、ストライエーションがない絶縁膜64をハードマスクとして用いているため、ポリシリコン63もストライエーションを生じることなくエッチングすることができる。図7(e)には、エッチング後絶縁膜64を除去したところを示している。
Next, in step S35, the
次に、ステップS36では、ポリシリコン63をマスクとして、下地絶縁膜62をエッチングする(図7(f))。このとき、ストライエーションがないポリシリコン63をマスクとして用いているため、下地絶縁膜62もストライエーションがなくエッチングすることができる。
Next, in step S36, the
なお、この第3実施形態では、下地絶縁膜62として二酸化ケイ素を用いて説明したが、SiNを用いてもよい。
In the third embodiment, silicon dioxide is used for the
なお、上記の各実施形態で用いたレジストマスク44,55,65は1層のレジストであった。しかし、当該レジストマスクを、ArFレジスト/SiO/ボトム膜の3層構造とし、そのうちのSiO/ボトム膜材料のドライエッチングを第1実施形態で説明したドライエッチング工程でエッチングすることができる。ここで、SiOとはSOG(Spin on Glass:塗布ガラス)もしくはプラズマCVDにより形成されるシリコン酸化膜であって、ボトム膜としては、塗布炭素膜もしくはプラズマCVD炭素膜などを用いることができる。また本実施形態では、ヨウ素ガスおよび/または臭素ガスをドライエッチングをする最中に常時チャンバ内に導入するようにしたが、ドライエッチング開始前のみに、ヨウ素ガスおよび/または臭素ガスを導入し、レジストマスクの表面にヨウ素原子または臭素原子を吸着させて、ドライエッチング時のレジストマスクのホールまたはスリットの側壁のプロテクトとして利用することができる。さらに、ヨウ素または臭素の原料を、事前に試料台の周囲のチャンバ11内の部品の表面等に塗布しておくことにより、チャンバ内の要素ににヨウ素原料、臭素原料を含ませるようにしてもよい。
Note that the resist
なお、前述した第1から第3の実施形態で用いた基板処理装置10では、図1に示されるように、チャンバ11内の底部の領域にヨウ素ガスと臭素ガスのうちのいずれか一方または両方を導入するための第2のガス導入部26を設けるようにした。しかしながら、他の装置構成として、図8に示されるように、配管25に接続される配管100を介して、ヨウ素ガスと臭素ガスのうちのいずれか一方または両方を、第1のガス導入部24から導入するようにしてもよい。すなわちヨウ素ガスおよび/または臭素ガスは、エッチングガスと共に、第1のガス導入部24を通してチャンバ11内に導入することもできる。なお図8において図1で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
In the
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)については例示にすぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。 The configurations, shapes, sizes, and arrangement relationships described in the above embodiments are merely shown to the extent that the present invention can be understood and implemented, and the numerical values and the compositions (materials) of the respective configurations are as follows. It is only an example. Therefore, the present invention is not limited to the described embodiments, and can be variously modified without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
本発明は、ArFフォトリソグラフィ法によって作製されたレジストマスクを用いた半導体装置の製造方法におけるドライエッチング工程の実施に利用される。 The present invention is used for carrying out a dry etching process in a method for manufacturing a semiconductor device using a resist mask manufactured by an ArF photolithography method.
10 基板処理装置
11 チャンバ
11a プラズマ発生室
11b 基板処理室
13 円筒状側壁
20 基板電極
24 第1のガス導入部
25 配管
26 第2のガス導入部
27 配管
28 容器
33 固体ヨウ素
34 バブラー容器
39 液体臭素
44,55,65 レジストマスク
42,53,64 絶縁膜
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記ドライエッチング工程で、
前記チャンバ内に、フッ素原子を含むエッチングガスを導入しつつ、併せて、ヨウ素ガスと臭素ガスのうちの少なくともいずれか一方を導入し、
前記チャンバ内のガス雰囲気中に含まれるハロゲン原子の総量の26%以下が前記ヨウ素原子と前記臭素原子の少なくとも一方であり、残りが前記フッ素原子であるという条件が満たされる、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 Including a dry etching step of etching an insulating film covered with a resist mask formed using ArF photolithography in a plasma atmosphere in a chamber, and transferring a pattern of the resist mask to the insulating film;
In the dry etching process,
Introducing an etching gas containing fluorine atoms into the chamber, together with introducing at least one of iodine gas and bromine gas,
The condition that 26% or less of the total amount of halogen atoms contained in the gas atmosphere in the chamber is at least one of the iodine atom and the bromine atom, and the remainder is the fluorine atom is satisfied.
A method for manufacturing a semiconductor device.
さらに前記ポリシリコンは、その下地の二酸化ケイ素または窒化ケイ素をエッチングする工程でマスクとして用いられる、
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 The insulating film is a silicon dioxide film, and is used as a hard mask in another dry etching step subsequent to etching the underlying polysilicon,
Further, the polysilicon is used as a mask in a step of etching the underlying silicon dioxide or silicon nitride.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
The resist mask has a three-layer structure of ArF resist / SiO / bottom film, and the condition is satisfied during dry etching of the SiO / bottom film material in the three-layer structure during the dry etching step. A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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JP2014107405A (en) * | 2012-11-27 | 2014-06-09 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus and plasma processing method |
KR101763782B1 (en) * | 2015-01-23 | 2017-08-01 | 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드 | Dry etching method |
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- 2006-07-03 JP JP2006183252A patent/JP2008016479A/en active Pending
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