JP2008244144A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチング工程において所望の形状の孔又は溝を形成できる半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板上に形成された絶縁膜に第1の孔と前記第1の孔よりもアスペクト比が低い第2の孔とを形成させる半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜のエッチングを行う第1のエッチング処理と、前記絶縁膜の表面に形成される堆積層の堆積速度が前記第1のエッチング処理よりも低い条件で前記絶縁膜のエッチングを行う第2のエッチング処理と、を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【選択図】図1
【解決手段】半導体基板上に形成された絶縁膜に第1の孔と前記第1の孔よりもアスペクト比が低い第2の孔とを形成させる半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜のエッチングを行う第1のエッチング処理と、前記絶縁膜の表面に形成される堆積層の堆積速度が前記第1のエッチング処理よりも低い条件で前記絶縁膜のエッチングを行う第2のエッチング処理と、を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
【選択図】図1
Description
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、具体的にはエッチング工程において孔または溝を形成する半導体装置の製造方法に関する。
半導体装置の製造に際して、ウェーハなどの同一の基体にアスペクト比の高い孔または溝と、アスペクト比の低い孔または溝と、をひとつのマスクで形成する場合がある。
従来、微細孔を層間絶縁膜に加工する場合、層間絶縁膜上にエッチングマスクを形成した後、例えば、フロロカーボン系のガス、酸素ガス及びアルゴンガスなどを含むエッチングガスを用いてエッチングマスクから露出する層間絶縁膜をエッチング除去して孔を形成していた。ところが実際には、孔の一部の径が大きくなりボーイングを引き起こしたり、エッチングマスクのエッチング選択比が小さいためマスクが削れてしまったり、あるいはエッチングマスク表面のフッ素化とプラズマからのイオンエネルギーの影響でエッチングマスクがよじれたり局所的にエッチングされるため、層間絶縁膜の内壁が荒れスキャロッピング(貝殻状の荒れ)の問題が発生する。
従来、微細孔を層間絶縁膜に加工する場合、層間絶縁膜上にエッチングマスクを形成した後、例えば、フロロカーボン系のガス、酸素ガス及びアルゴンガスなどを含むエッチングガスを用いてエッチングマスクから露出する層間絶縁膜をエッチング除去して孔を形成していた。ところが実際には、孔の一部の径が大きくなりボーイングを引き起こしたり、エッチングマスクのエッチング選択比が小さいためマスクが削れてしまったり、あるいはエッチングマスク表面のフッ素化とプラズマからのイオンエネルギーの影響でエッチングマスクがよじれたり局所的にエッチングされるため、層間絶縁膜の内壁が荒れスキャロッピング(貝殻状の荒れ)の問題が発生する。
これらの対策として、エッチングガス中の酸素ガスの割合を減らし、エッチング速度を抑える方策がとられる。しかし、フロロカーボンガスが分解して生成されるポリマー層が堆積し、ポリマー層が厚くなって、エッチングが進まなくなるエッチングストップが発生する。また、マスクの膜厚が薄く、エッチング選択比が十分に確保できない場合には、エッチングの前半でポリマー層の堆積が少ない条件でエッチング処理を行い、後半でポリマー層が堆積しやすい条件に切り替えてエッチング処理を行うことにより、所望のエッチング形状が得られている(特許文献1)。
また、微細化に伴い、エッチングの前半でエッチング速度を高くしてポリマー層の堆積が少ない条件を採用すると、孔が広がってしまい孔径の制御が出来ない。そこで、前半からポリマー層が堆積しやすい条件を使いながらイオンエネルギーの高いエッチングプラズマ源でエッチングする方法もある。しかし、生産性向上の観点から、後工程のリソグラフィー工程での位置合わせなどに用いる低アスペクト比の孔を同時にエッチングする場合、孔底にポリマー層の堆積があるため、低アスペクト比の孔が十分エッチングされない場合がある。この場合には、孔の深さが不足し、位置合わせマークを光学的に読み取れないという問題が生じる。特に、後工程で表面平坦化のためにCMP(Chemical Mechanical Polishing)で削るため、深くエッチングされていないと段差がなくなり、読み取りが困難となる。
なお、半導体装置の製造方法のひとつとして、多層レジストプロセス(S−MAP:Stacked Mask Process)が開示されている(非特許文献1)。また、フロロカーボン系のガスを用いたエッチング性能について開示されている(非特許文献2)。
特開2002−110647号公報
東芝レビュー Vol.59 No.8、P.22−P.25
J.W.Coburn and H.F.Winters: J. Vac. Sci. Technol. 16(1979)391
なお、半導体装置の製造方法のひとつとして、多層レジストプロセス(S−MAP:Stacked Mask Process)が開示されている(非特許文献1)。また、フロロカーボン系のガスを用いたエッチング性能について開示されている(非特許文献2)。
本発明は、エッチング工程において所望の形状の孔又は溝を形成できる半導体装置の製造方法を提供する。
本発明の一態様によれば、半導体基板上に形成された絶縁膜に第1の孔と前記第1の孔よりもアスペクト比が低い第2の孔とを形成させる半導体装置の製造方法であって、前記絶縁膜のエッチングを行う第1のエッチング処理と、前記絶縁膜の表面に形成される堆積層の堆積速度が前記第1のエッチング処理よりも低い条件で前記絶縁膜のエッチングを行う第2のエッチング処理と、を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、エッチング工程において所望の形状の孔又は溝状の孔を形成できる半導体装置の製造方法が提供される。
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
図1及び図2は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の模式的なプロセス断面図である。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、ウェーハなどの同一の基体にアスペクト比の高い孔または溝と、アスペクト比の低い孔または溝と、をひとつのマスクで形成する方法を含む。この方法は、多層レジストプロセス(S−MAP:Stacked Mask Process)(非特許文献1)を利用することができる。すなわち、図1に示すように、酸化シリコンなどからなる絶縁膜1上にエッチングマスクとして塗布型C膜からなるマスクパターン2、塗布ガラスからなるマスクパターン3が形成されている。これらマスクパターン2及び3は予めレジストマスクによりパターニングされている。この絶縁膜1には、プラズマエッチング処理により孔4が穿孔される。そして、アスペクト比の高い孔とアスペクト比の低い孔とを同一基板上に穿孔する。エッチングガスとしては、フロロカーボン系ガス、酸素及びアルゴンなどからなる混合ガスが用いられる。
図1及び図2は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法の模式的なプロセス断面図である。
本実施形態の半導体装置の製造方法は、ウェーハなどの同一の基体にアスペクト比の高い孔または溝と、アスペクト比の低い孔または溝と、をひとつのマスクで形成する方法を含む。この方法は、多層レジストプロセス(S−MAP:Stacked Mask Process)(非特許文献1)を利用することができる。すなわち、図1に示すように、酸化シリコンなどからなる絶縁膜1上にエッチングマスクとして塗布型C膜からなるマスクパターン2、塗布ガラスからなるマスクパターン3が形成されている。これらマスクパターン2及び3は予めレジストマスクによりパターニングされている。この絶縁膜1には、プラズマエッチング処理により孔4が穿孔される。そして、アスペクト比の高い孔とアスペクト比の低い孔とを同一基板上に穿孔する。エッチングガスとしては、フロロカーボン系ガス、酸素及びアルゴンなどからなる混合ガスが用いられる。
絶縁膜1の表面、すなわち、孔4の内面及びマスクパターン2と3の表面には、フロロカーボンガスが分解してできたフッ素欠損の不飽和性CFxが重合し、ポリマー層5となって堆積する。そして、ポリマー層5は、アルゴンイオンのエネルギーを得て絶縁膜1の酸化シリコンと反応し、SiF4やCOとなって揮発することによりエッチングが進行する。エッチングが進行すると、フロロカーボンガスのプラズマはフッ素不足となり、一層重合が進み、エッチングよりも重合が優勢となる。このような環境で、ポリマー層5が堆積し易い条件が得られる。なお、このポリマー層5はCFxのみでなく、SiF4、Si、Cなどからなる混合物であると考えられる。
フロロカーボン系のガスはF/C比が高い方がエッチング性能に優れ、例えばC4F6よりもC4F8の方がエッチング性能は高いこと、また、酸素ガス流量が高い方がエッチング性能が高いことが知られている(非特許文献2)。さらに、F/C比の減少または水素ガス添加によってもエッチング性能は低下する。
また、原子状酸素や原子状フッ素はCFxと反応し、ポリマー層5の量を制御する。
フロロカーボン系のガスはF/C比が高い方がエッチング性能に優れ、例えばC4F6よりもC4F8の方がエッチング性能は高いこと、また、酸素ガス流量が高い方がエッチング性能が高いことが知られている(非特許文献2)。さらに、F/C比の減少または水素ガス添加によってもエッチング性能は低下する。
また、原子状酸素や原子状フッ素はCFxと反応し、ポリマー層5の量を制御する。
図1(a)は、第1のエッチング処理により、アスペクト比の高い孔を穿孔するときのプロセス断面を模式的に示す。エッチングガスとしてC4F6、酸素(O2)およびアルゴン(Ar)を含む混合ガスを用いる。C4F6は、フロロカーボン系のガスの中ではエッチング速度が遅い。また、アルゴンは、CxFyの分解を促進させない作用も有する。従って、この第1のエッチング処理では、エッチングを促進する酸素ガスの流量を小さくすることにより、ポリマー層5が堆積しやすい条件で、エッチング処理を行う。第1のエッチング処理では、高アスペクト比の微細孔が所定の孔径に達する前にエッチングを終了する。なお、この条件で長時間エッチングを行うとポリマー層5の堆積が進行してポリマー層5が厚くなりすぎ、エッチングストップが発生する場合がある。
一方、図1(b)は、第1のエッチング処理により、アスペクト比の低い孔を穿孔するときのプロセス断面を模式的に示す。広い孔では、ポリマー層5の形成が過剰となり、マスクパターン2及び3の表面や孔4の内壁に厚く堆積する。高アスペクト比の微細孔の約0.1倍以下の低アスペクト比の孔を、高アスペクト比の微細孔のエッチング速度の80%以下のエッチング速度で所定の深さまで加工する。アスペクト比が高い場合と比較して、ポリマー層が堆積しやすく、エッチングストップが発生しやすいので、第1のエッチング処理の処理時間は、高アスペクト比の微細孔が所定の孔径に達する前で、低アスペクト比の孔のエッチングストップが発生する前となるよう設定する必要がある。
なお、微細化に対応した多層レジストプロセスでは、レジストパターンを塗布ガラスおよび塗布型C膜により絶縁膜1に転写する。そのため、絶縁膜1に対しマスク材は高いエッチング選択比を持つ必要がある。第1のエッチング処理では、エッチング選択比が3以上のマスク材を用いる。
図2(a)は、第2のエッチング処理により、アスペクト比の高い孔を穿孔し、所定の孔径に達するに至ったプロセス断面を模式的に示す。エッチングガスとしてC4F8及びO2を含む混合ガスを用いている。C4F8はF/C比が高く、ポリマー層5と絶縁膜1の酸化シリコンとの反応性に富むことから、過剰なポリマー層5の堆積を避けることが出来る。また、アルゴンがないので、CxFyのような形で存在するものは少なく、分解が進んだCFやCF2のような付着確率の小さいものが多くなる。そのため、堆積物は少なくなる。なお、アルゴンがなくても、プラズマ中に存在するその他のイオンのアシストを受けて、エッチングは進行すると考えられる。なお、エッチング速度は向上するが、ポリマー層5の形成が抑制され過ぎると、長時間エッチングの後、マスクパターン自体がエッチングされ選択比がとれなくなることや、絶縁膜1のエッチングの際に孔径の拡大や孔内壁のスキャロッピングが生じる場合がある。しかし、所定の条件により絶縁膜1を貫通させることができる。
図2(b)は、第2のエッチング処理により、アスペクト比の低い孔を穿孔するときのプロセス断面を模式的に示す。アスペクト比の高い孔の穿孔と比較してエッチング速度は低いが、過剰なポリマー層5の堆積によるエッチングストップは発生せず、高アスペクト比の微細孔が所定の孔径に達することと低アスペクト比の孔の所定の深さへの加工を両立させることができる。
すなわち、高速エッチング(堆積は少ない)を行ってから、低速エッチング(堆積が多い)を実行することが通例である。しかし、高アスペクトの孔を加工するのに用いるC4F6などの場合、低速エッチング(堆積が多い)を開始したとたんに堆積が始まってエッチングが進行しないということが起こる。また、微細化が進み、高アスペクトのエッチングでは、最初に堆積が少ないエッチングを実行すると、孔の横方向へのエッチングを十分に制御できず、孔の大きさを制御できないという問題が生ずる。
これに対して、本実施形態においては、はじめにアスペクト比の高い孔の形状を整えて小さめの孔寸法となるようにエッチングを進めるとともに、アスペクト比の低い孔もある程度エッチングを進める。そして次に、低速エッチングで高アスペクト比の孔の形を整えるとともに広い孔では堆積物ごとエッチングを進めて所望の形状と深さに同時に加工することが可能となる。
すなわち、高速エッチング(堆積は少ない)を行ってから、低速エッチング(堆積が多い)を実行することが通例である。しかし、高アスペクトの孔を加工するのに用いるC4F6などの場合、低速エッチング(堆積が多い)を開始したとたんに堆積が始まってエッチングが進行しないということが起こる。また、微細化が進み、高アスペクトのエッチングでは、最初に堆積が少ないエッチングを実行すると、孔の横方向へのエッチングを十分に制御できず、孔の大きさを制御できないという問題が生ずる。
これに対して、本実施形態においては、はじめにアスペクト比の高い孔の形状を整えて小さめの孔寸法となるようにエッチングを進めるとともに、アスペクト比の低い孔もある程度エッチングを進める。そして次に、低速エッチングで高アスペクト比の孔の形を整えるとともに広い孔では堆積物ごとエッチングを進めて所望の形状と深さに同時に加工することが可能となる。
図3は、エッチング装置の模式図である。
搬送室10よりゲート弁11を通じて搬送された半導体基板12を、ゲート弁13を介して真空ポンプ14に連結された処理室15内に設けられた下部電極16に載置して、100MHzの高周波電源17及び3.2MHzの高周波電源18により高周波を印加する。処理に必要なガスは図示しないガス供給装置19からガス流量制御装置20を通してガス供給室21に供給され、通孔22を通して処理室15に供給される。
搬送室10よりゲート弁11を通じて搬送された半導体基板12を、ゲート弁13を介して真空ポンプ14に連結された処理室15内に設けられた下部電極16に載置して、100MHzの高周波電源17及び3.2MHzの高周波電源18により高周波を印加する。処理に必要なガスは図示しないガス供給装置19からガス流量制御装置20を通してガス供給室21に供給され、通孔22を通して処理室15に供給される。
上記装置を用いて行ったエッチングの詳細について、比較例と対比させて述べる。
同一基板上で、短径が80ナノメートル、長径が400ナノメートルで、深さが420ナノメートルの高アスペクト比の孔の加工と、幅2ミクロン、長さ26ミクロンの溝状の位置合わせマークの孔加工を、同時に行った。
第1のエッチング処理の典型的なエッチング条件として、例えば圧力を20mTorr、100MHzの高周波電力を500W、3.2MHzの高周波電力を400W、C4F6の流量を35sccm、Arの流量を400sccm、O2の流量を28sccm、エッチング時間を71秒とし、また、第2のエッチング処理の典型的な条件として、例えば圧力を20mTorr、100MHzの高周波電力を1500W、3.2MHzの高周波電力を2500W、C4F8の流量を60sccm、CH2F2の流量を12sccm、COの流量を600sccm、O2の流量を18sccm、エッチング時間を36秒とした。
同一基板上で、短径が80ナノメートル、長径が400ナノメートルで、深さが420ナノメートルの高アスペクト比の孔の加工と、幅2ミクロン、長さ26ミクロンの溝状の位置合わせマークの孔加工を、同時に行った。
第1のエッチング処理の典型的なエッチング条件として、例えば圧力を20mTorr、100MHzの高周波電力を500W、3.2MHzの高周波電力を400W、C4F6の流量を35sccm、Arの流量を400sccm、O2の流量を28sccm、エッチング時間を71秒とし、また、第2のエッチング処理の典型的な条件として、例えば圧力を20mTorr、100MHzの高周波電力を1500W、3.2MHzの高周波電力を2500W、C4F8の流量を60sccm、CH2F2の流量を12sccm、COの流量を600sccm、O2の流量を18sccm、エッチング時間を36秒とした。
図4は、C4F6を主にした第1のエッチング処理とC4F8を主にした第2のエッチング処理における、高アスペクト比と低アスペクト比の孔それぞれのエッチング速度を示す表である。
第1のエッチング処理では、高アスペクト比と低アスペクト比の孔のエッチング速度は、それぞれ214ナノメートル毎分と163ナノメートル毎分であった。また、第2のエッチング処理では、それぞれ320ナノメートル毎分と250ナノメートル毎分であった。C4F8を主にしたエッチングではエッチング速度が速くなっていることが分かる。
第1のエッチング処理では、高アスペクト比と低アスペクト比の孔のエッチング速度は、それぞれ214ナノメートル毎分と163ナノメートル毎分であった。また、第2のエッチング処理では、それぞれ320ナノメートル毎分と250ナノメートル毎分であった。C4F8を主にしたエッチングではエッチング速度が速くなっていることが分かる。
第1のエッチング処理では、高アスペクト比の孔は設定通り253ナノメートルの深さまでエッチングされ、低アスペクト比の溝は192ナノメートルの深さまでエッチングされた。
高アスペクト比の孔については、SEM(Scanning Electron Microscopy:走査型電子顕微鏡)による孔の平面観察及び断面観察のどちらにおいても、孔径の広がりやエッチングストップは生じていない。
また、低アスペクト比の孔についても、この段階では過剰なポリマー層5の堆積によるエッチングストップは生じていない。光学顕微鏡による観察では、位置合わせマークの形成を認めることができるが、加工深さが不十分で光学的な読み取りは行えない段階である。位置合わせマークの溝を横断する方向の断面のSEM観察では、溝の形成を確認することができる。
高アスペクト比の孔については、SEM(Scanning Electron Microscopy:走査型電子顕微鏡)による孔の平面観察及び断面観察のどちらにおいても、孔径の広がりやエッチングストップは生じていない。
また、低アスペクト比の孔についても、この段階では過剰なポリマー層5の堆積によるエッチングストップは生じていない。光学顕微鏡による観察では、位置合わせマークの形成を認めることができるが、加工深さが不十分で光学的な読み取りは行えない段階である。位置合わせマークの溝を横断する方向の断面のSEM観察では、溝の形成を確認することができる。
次に、第2のエッチング処理での詳細について述べる。
第2のエッチング処理の開始の時点では、前述の通り、低アスペクト比の位置合わせマークの溝の深さは192ナノメートルで、光学的に読み取りを行うには不十分である。しかし、C4F8を主にしたガスによるプラズマエッチングを継続し、36秒のエッチング処理を行うと、340ナノメートル程度の深さまで加工され、光学的に読み取り可能となる。断面のSEM観察でも所定の深さの加工が行われていることを確認できる。高アスペクト比の孔については、36秒程度のエッチングで、マスクパターン2のC膜の曲がりは発生せず、絶縁膜1が孔加工されていることが、SEMの平面観察及び断面観察より確認できる。
ここで、さらにエッチングを70秒程度継続すると、高アスペクト比の孔では、スキャロッピングを起こす前段階のマスクパターン2のC膜の曲がりが発生し始めたが、孔形状に乱れはなく、スキャロッピングが生じることは無かった。
第2のエッチング処理の開始の時点では、前述の通り、低アスペクト比の位置合わせマークの溝の深さは192ナノメートルで、光学的に読み取りを行うには不十分である。しかし、C4F8を主にしたガスによるプラズマエッチングを継続し、36秒のエッチング処理を行うと、340ナノメートル程度の深さまで加工され、光学的に読み取り可能となる。断面のSEM観察でも所定の深さの加工が行われていることを確認できる。高アスペクト比の孔については、36秒程度のエッチングで、マスクパターン2のC膜の曲がりは発生せず、絶縁膜1が孔加工されていることが、SEMの平面観察及び断面観察より確認できる。
ここで、さらにエッチングを70秒程度継続すると、高アスペクト比の孔では、スキャロッピングを起こす前段階のマスクパターン2のC膜の曲がりが発生し始めたが、孔形状に乱れはなく、スキャロッピングが生じることは無かった。
エッチングガスのF/C比を高めたことで、エッチング速度は向上したが、O2の流量自体は減っている。O2流量の減少は、エッチング速度の低下を引き起こす作用を持つが、他の混合ガス成分によってその作用は相殺されていると考えられる。
例えば、CH2F2は、プラズマ中で分解してHFを生成するが、HFは酸化シリコンとの反応性が高いので、エッチング速度の向上に寄与していると考えられる。
例えば、CH2F2は、プラズマ中で分解してHFを生成するが、HFは酸化シリコンとの反応性が高いので、エッチング速度の向上に寄与していると考えられる。
比較例として、図5に、高アスペクト比の孔を第1のエッチング処理の条件で長時間エッチング処理した時のSEM写真を示す。
ポリマー層5が堆積しやすい条件であるため、一部の孔にエッチングストップが生じている。図5(a)に示す断面観察では、マスクパターン2のC膜と絶縁膜1の境界が明瞭に確認できるが、右端の孔では、絶縁膜1のエッチング開始後にエッチング加工が途中で停止している。一方、図5(b)に示す平面観察では、この段階では孔形状は良好である。このことは、ポリマー層5が堆積しやすいエッチング条件だけでは、エッチング速度が遅く孔形状の乱れは少ないが、穿孔は困難であることを示す。低アスペクト比の孔については、高アスペクト比の孔よりもエッチング速度が遅く、ポリマー層5の堆積が顕著なため、さらに、エッチングストップが生じやすい。
ポリマー層5が堆積しやすい条件であるため、一部の孔にエッチングストップが生じている。図5(a)に示す断面観察では、マスクパターン2のC膜と絶縁膜1の境界が明瞭に確認できるが、右端の孔では、絶縁膜1のエッチング開始後にエッチング加工が途中で停止している。一方、図5(b)に示す平面観察では、この段階では孔形状は良好である。このことは、ポリマー層5が堆積しやすいエッチング条件だけでは、エッチング速度が遅く孔形状の乱れは少ないが、穿孔は困難であることを示す。低アスペクト比の孔については、高アスペクト比の孔よりもエッチング速度が遅く、ポリマー層5の堆積が顕著なため、さらに、エッチングストップが生じやすい。
また、比較例として、 図6に、高アスペクト比の孔を第2のエッチング処理の条件だけで70秒エッチング処理した時のSEM写真を示す。
図6(a)に示す断面観察では、厚さが420ナノメートルの絶縁膜1は孔加工されているが、マスクパターン2のC膜には曲がりや流動が表れている。図6(b)に示す平面観察では、孔形状に乱れが生じている。ただし、孔が貫通する加工には至らない52秒のエッチング処理では、315ナノメートルの深さの孔が加工された状態で、C膜の曲がりや流動は生じていない。また、この例は、短径56ナノメートル、長径200ナノメートル、深さ420ナノメートルの孔についての結果である。なお、第1のエッチング処理終了後に第2のエッチング処理による処理を70秒行った場合には、孔径の乱れが発生するには至らなかったが、これは、第1のエッチング処理においてポリマー層5の堆積が進行していたことが影響していると考えられる。
図6(a)に示す断面観察では、厚さが420ナノメートルの絶縁膜1は孔加工されているが、マスクパターン2のC膜には曲がりや流動が表れている。図6(b)に示す平面観察では、孔形状に乱れが生じている。ただし、孔が貫通する加工には至らない52秒のエッチング処理では、315ナノメートルの深さの孔が加工された状態で、C膜の曲がりや流動は生じていない。また、この例は、短径56ナノメートル、長径200ナノメートル、深さ420ナノメートルの孔についての結果である。なお、第1のエッチング処理終了後に第2のエッチング処理による処理を70秒行った場合には、孔径の乱れが発生するには至らなかったが、これは、第1のエッチング処理においてポリマー層5の堆積が進行していたことが影響していると考えられる。
さらに、比較例として、第1のエッチング処理と第2のエッチング処理を行う順番を逆にした場合について述べる。
図7は、順番を逆にした両エッチング処理におけるエッチング時間の組み合わせ例を示す表である。
前半で行うC4F8系ガスによるエッチング時間を51秒、47秒、36秒とし、後半で行うC4F6系ガスによるエッチング時間をそれぞれ55秒、59秒、71秒とした。
図8は、300径のウェーハの中心、中間部及び端部について、高アスペクト比の孔の加工を行った時の、短径の結果を示す。
C4F8系ガスによる前半のエッチング時間は、52秒までは孔径の乱れが生じないことが確認されているので、孔径の乱れが生じないように51秒を上限とした。
しかし、目標とする短径は、80ナノメートルであるが、両エッチング処理を終了した段階で、ほとんどの条件で横方向の孔径の広がりが顕著で、エッチング時間を変化させただけでは孔径の制御は不可能であった。
図7は、順番を逆にした両エッチング処理におけるエッチング時間の組み合わせ例を示す表である。
前半で行うC4F8系ガスによるエッチング時間を51秒、47秒、36秒とし、後半で行うC4F6系ガスによるエッチング時間をそれぞれ55秒、59秒、71秒とした。
図8は、300径のウェーハの中心、中間部及び端部について、高アスペクト比の孔の加工を行った時の、短径の結果を示す。
C4F8系ガスによる前半のエッチング時間は、52秒までは孔径の乱れが生じないことが確認されているので、孔径の乱れが生じないように51秒を上限とした。
しかし、目標とする短径は、80ナノメートルであるが、両エッチング処理を終了した段階で、ほとんどの条件で横方向の孔径の広がりが顕著で、エッチング時間を変化させただけでは孔径の制御は不可能であった。
以上、具体例を参照しつつ本発明の形態について説明した。しかし、本発明は、前述した具体例に限られることはない。発明の趣旨を逸脱しない範囲で、その具体例を適宜変更することが可能である。例えば、エッチングガスの組み合わせは、ポリマー層5の堆積やエッチング速度の制御の観点から変更可能である。水素ガス添加により、ポリマー層5の堆積を抑えたり、プラズマによるガス分解で、HF、F、Oなどの化学種が多く発生するガスを添加することで、エッチング速度を速くすることができる。
さらに、本実施形態は、より微細な加工にも適用可能である。例えば、短径が高アスペクト比のビット線と幅がより低アスペクト比のソース線の加工を行った。それぞれの孔のSEMによる観察で、所定の加工がなされていることを確認できた。
素子の微細化が進み、絶縁層に加工すべき孔の大きさは小さくなるが、本実施の形態では、微細化に対応した多層マスク(例:レジスト膜(上層膜)/SOG(Spin-On-Glass)膜/レジスト膜(下層膜)を用いるエッチングプロセス(所謂S−MAP(Stacked-Mask Process))を採用することが可能である。その場合、プラズマエッチングの前半では、C4F6系ガスを用いてマスクパターン2及び3の表面や孔の内壁をポリマー層5の形成により保護しながらエッチング処理を行い、後半でC4F8系ガスを用いてポリマー層5の堆積を抑制しながらエッチング処理を行うことにより、微細パターンを転写して、微細な高アスペクト比の孔と低アスペクト比の孔に同時に所定の加工を行うことが可能となる。
1:絶縁膜 2、3:マスクパターン 4:孔 5:ポリマー層
Claims (5)
- 半導体基板上に形成された絶縁膜に第1の孔と前記第1の孔よりもアスペクト比が低い第2の孔とを形成させる半導体装置の製造方法であって、
前記絶縁膜のエッチングを行う第1のエッチング処理と、前記絶縁膜の表面に形成される堆積層の堆積速度が前記第1のエッチング処理よりも低い条件で前記絶縁膜のエッチングを行う第2のエッチング処理と、を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1の孔が所定の孔径に達する前に前記第1のエッチング処理は終了し、前記第2のエッチング処理において、前記第1の孔は所定の孔径に達することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1のエッチング処理において、前記第1の孔のアスペクト比の0.1倍以下のアスペクト比の孔を、前記第1の孔のエッチング速度の80%以下のエッチング速度でエッチング加工することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2のエッチング処理において、前記第2の孔が前記絶縁膜を貫通することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記堆積層は、ポリマーの層であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
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