JP2015012178A5 - - Google Patents
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Description
ここで用いる半導体ウエハＷは、図２に示すように、基板上に下層膜２０１、有機膜２０２、マスク膜（無機膜）２０３、ＢＡＲＣ（有機膜）およびフォトレジスト（ＰＲ）膜２０４を順次形成した後、フォトレジスト膜２０４にフォトリソグラフィにより所定パターンを形成した構造を有している。
マスク膜２０３としては、例えばＳｉＯＮ膜（シリコン酸窒化膜）を好適に用いることができ、その厚さは１０〜１００ｎｍ程度で、例えばそれぞれ１２ｎｍおよびと２０ｎｍである。フォトレジスト膜２０４は、典型的にはＡｒＦ（フッ化アルゴン）レジストであり、その厚さは２０〜２００ｎｍ程度である。
次に、本実施形態に係るプラズマエッチングの原理について図３を用いて説明する。図３は、処理ガスと溝の形状との関係の一例を示す模式図である。図３（ａ）は、処理ガスにＣＯＳもＣｌ２も含まれていないＣＦ系の処理ガスのプラズマによりマスク膜２０３をマスクとして有機膜２０２をエッチングした場合の溝の形状の一例を示す模式図である。図３（ａ）に示すように、有機膜２０２に形成された溝の形状は、溝の開口や底の幅に比べて溝の中央が膨らむ形状となるボーイングが生成される。そのため、溝を設計値通りの幅にするためには、ボーイングによる中央部分の膨らみを考慮して、マスク膜をエッチングするＢＴ工程においてマスク膜２０３に開けられる溝の幅を狭くすることにより、有機膜２０２の溝の開口を狭くする必要がある。
発明者は、鋭意研究の結果、処理ガスにＣＯＳガスおよびＣｌ２ガスが添加されると、図３（ｄ）に示すように、プラズマ中に生成されたＳ成分のイオンおよびＳｉＣｌｘ成分のイオンにより、溝の内壁にＳとＳｉＣｌｘの混合堆積物が付着しながらエッチングされるので、ボーイングの発生が大幅に抑えられることが分かった。これにより、溝の内壁をテーパ形状とすることができ、後の工程において溝の内部に溜まった堆積物の除去や、溝の内壁に均一な膜を形成すること等が容易になる。このように、本願発明のエッチング方法により有機膜をエッチングして、好ましいＣＤやテーパ形状の溝を形成した後、その有機膜２０２をマスクとして、例えばＳｉＯＮ膜、ＴｉＮ（メタルハードマスク）等の下層膜２０１をプラズマによりエッチングすることにより、下層膜２０１に形成される溝のＣＤ及び形状を高い精度で形成することが可能となる。さらに、その下層膜の下層に形成する膜を、下層膜をマスクとしてエッチングすることで、良好な形状の溝を形成することが可能となる。また、これにより、半導体装置の性能及び歩留まりを向上させることが可能となる。
本実施形態におけるプラズマエッチング方法では、図４に示すように、まず、被処理体となる半導体ウエハＷがチャンバ１０内に搬入されてサセプタ１６上に載置され。そして、制御部１００は、排気装置８４の真空ポンプにより排気口８０を介してチャンバ１０内を所定の圧力まで排気し、チャンバ１０内に処理ガスを供給してプラズマ処理を実行する（ステップＳ１００）。
＜実施例１＞
次に、図２に示した膜構成の半導体ウエハＷを用いて、ＣＯＳガスおよびＣｌ２ガスの流量を変えてエッチングし、流量比と、ＣＤおよびテーパ角度との関係を調べる実験を行った。以下の実験結果では、マスク膜２０３／有機膜２０２／下層膜２０１＝２８／１７０／４０ｎｍの半導体ウエハＷを用いている。また、プロセス条件は、以下の３通りである。
供給ガス：Ｏ２／Ｈｅ／Ｃｌ２／ＣＯＳ＝５０／１６０／２０／８sccm ・・・（１）
＝５０／１６０／１３／６sccm ・・・（２）
＝５０／１６０／１６／８sccm ・・・（３）
各ガスの好ましい流量は、ＣＯＳガスでは３〜１０ｓｃｃｍ、Ｃｌ２ガスでは１０〜２５ｓｃｃｍ、Ｈｅガスでは１００〜２００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスでは４５〜１００ｓｃｃｍである。その他のステップ及び条件は、前述の有機膜エッチングの条件と同様である。
次に、図２に示した膜構成の半導体ウエハＷを用いて、ＣＯＳガスおよびＣｌ２ガスの流量を変えてエッチングし、流量比と、ＣＤおよびテーパ角度との関係を調べる実験を行った。以下の実験結果では、マスク膜２０３／有機膜２０２／下層膜２０１＝２８／１７０／４０ｎｍの半導体ウエハＷを用いている。また、プロセス条件は、以下の３通りである。
供給ガス：Ｏ２／Ｈｅ／Ｃｌ２／ＣＯＳ＝５０／１６０／２０／８sccm ・・・（１）
＝５０／１６０／１３／６sccm ・・・（２）
＝５０／１６０／１６／８sccm ・・・（３）
各ガスの好ましい流量は、ＣＯＳガスでは３〜１０ｓｃｃｍ、Ｃｌ２ガスでは１０〜２５ｓｃｃｍ、Ｈｅガスでは１００〜２００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスでは４５〜１００ｓｃｃｍである。その他のステップ及び条件は、前述の有機膜エッチングの条件と同様である。
＜実施例２＞
次に、図２に示した膜構成の半導体ウエハＷを用いて、ＣＯＳガスおよびＣｌ２ガスに対してＯ２ガスの流量を変えてエッチングし、流量比と、ＣＤおよびテーパ角度との関係を調べる実験を行った。以下の実験におけるプロセス条件は、以下の３通りである。
供給ガス：Ｏ２／Ｈｅ／Ｃｌ２／ＣＯＳ＝４０／１６０／２０／８sccm ・・・（５）
＝５０／１６０／２０／８sccm ・・・（６）
＝７０／１６０／２０／８sccm ・・・（７）
各ガスの好ましい流量は、ＣＯＳガスでは３〜１０ｓｃｃｍ、Ｃｌ２ガスでは１０〜２５ｓｃｃｍ、Ｈｅガスでは１００〜２００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスでは４５〜１００ｓｃｃｍである。その他のステップ及び条件は、実施例１における有機膜エッチングの条件と同様である。
次に、図２に示した膜構成の半導体ウエハＷを用いて、ＣＯＳガスおよびＣｌ２ガスに対してＯ２ガスの流量を変えてエッチングし、流量比と、ＣＤおよびテーパ角度との関係を調べる実験を行った。以下の実験におけるプロセス条件は、以下の３通りである。
供給ガス：Ｏ２／Ｈｅ／Ｃｌ２／ＣＯＳ＝４０／１６０／２０／８sccm ・・・（５）
＝５０／１６０／２０／８sccm ・・・（６）
＝７０／１６０／２０／８sccm ・・・（７）
各ガスの好ましい流量は、ＣＯＳガスでは３〜１０ｓｃｃｍ、Ｃｌ２ガスでは１０〜２５ｓｃｃｍ、Ｈｅガスでは１００〜２００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスでは４５〜１００ｓｃｃｍである。その他のステップ及び条件は、実施例１における有機膜エッチングの条件と同様である。
また、上記（７）で示した流量比の処理ガスを用いてエッチングした場合には、図９（ｃ）に示すように、溝の開口の幅が、溝の底の幅よりも広くなっているものの、溝の側壁のテーパの角度が急峻になっている。図９（ｃ）の場合、溝の開口の幅は２７９ｎｍ、溝の底の幅は２６５ｎｍであった。この場合、ＣＤ比は、１．０５である。また、上記（７）に示した流量比の処理ガスでは、ＣＯＳガスの流量とＣｌ２ガスの流量の合計に対するＯ２ガスの流量の比は、２．５である。
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