JP2019087626A - プラズマエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、第1の実施形態に係るプラズマエッチング装置について、図1に基づき説明する。図1は、第1の実施形態に係るプラズマエッチング装置の縦断面の一例を示す図である。
図2は、第1の実施形態におけるプラズマエッチング装置によるプラズマエッチング処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下に説明するように、プラズマエッチング装置1は、エッチング対象膜と、所定の開口パターンを有する金属含有膜とが順に積層されたウェハWに対して、一連の処理を実行する。
以上、第1の実施形態によれば、エッチング対象膜上に形成された所定の開口パターンを有する金属含有膜に対して、第1の処理ガスのプラズマにより保護膜を形成し、保護膜が形成された金属含有膜をマスクとして、第2の処理ガスのプラズマによりエッチング対象膜をエッチングする。これにより、保護膜によって金属含有膜が保護されるので、金属含有膜からの金属の飛散及びエッチング対象膜への金属の付着が抑制される。このため、金属によってエッチングが阻害される事態が回避される。結果として、金属含有マスクを用いたエッチングにより形成される凹部の形状を改善することができる。
以下に、第1の実施形態におけるプラズマエッチング方法について、実施例を挙げて更に詳細に説明する。ただし、第1の実施形態におけるプラズマエッチング方法は、下記の実施例に限定されるものではない。
比較例1では、ウェハWを模擬した被処理体に対して、エッチング工程を行った。被処理体として、以下の構造を有するものを用いた。また、被処理体は、SiO2膜が形成されたテスト用基板上に配置され、テスト用基板における被処理体の周囲には、WCのチップが配置された。エッチング工程は、以下の条件を用いて行った。
(被処理体)
エッチング対象膜:SiO2膜
金属含有膜:WC膜
マスク膜:SiO2膜
(エッチング工程)
処理ガス及び流量:CF4/H2/N2=20/200/200sccm
圧力:2.7Pa(20mTorr)
第1の高周波電力HF:200W、連続波
第2の高周波電力LF:150W、連続波
上部電極(ガスシャワーヘッド25)への直流電圧:−150V、連続波
処理時間:175秒
実施例1では、ウェハWを模擬した被処理体に対して、保護膜形成工程を行った上で、エッチング工程を行い、かつ、保護膜形成工程とエッチング工程とを10回交互に繰り返した。被処理体は、比較例1と同一の構造を有するものを用いた。また、被処理体は、SiO2膜が形成されたテスト用基板上に配置され、テスト用基板における被処理体の周囲には、WCのチップが配置された。保護膜形成工程は、以下の条件を用いて行った。エッチング工程は、以下に示す処理時間を用いた点を除き、比較例1と同一の条件を用いて行った。
(保護膜形成工程)
処理ガス及び流量:C4F6/CO/Ar/O2=10/300/1000/8sccm
圧力:4.0Pa(30mTorr)
第1の高周波電力HF:100W、連続波
第2の高周波電力LF:200W、連続波
上部電極(ガスシャワーヘッド25)への直流電圧:−150W、連続波
処理時間:10秒
(エッチング工程)
処理時間:10秒
図3は、比較例1及び実施例1についての処理結果を示す図である。図3では、処理前における被処理体、比較例1におけるエッチング工程を行った後の被処理体、実施例1における保護膜形成工程とエッチング工程とを10回だけ交互に繰り返した後の被処理体について、それぞれ、上面(Top view)及び断面(X−section)を拡大した写真のトレース図を示す。なお、図3において、「Initial」は、処理前における被処理体を示す。「As etch」は、比較例1におけるエッチング工程を行った後の被処理体を示す。「As cyclic etch」は、実施例1における保護膜形成工程とエッチング工程とを10回交互に繰り返した後の被処理体を示す。
第2の実施形態は、プラズマエッチング方法のバリエーションに関する。なお、第2の実施形態に係るプラズマエッチング装置1は、第1の実施形態に係るプラズマエッチング装置1と同様の構成を有するので、ここでは、第1の実施形態に係るプラズマエッチング装置1との相違点のみを説明する。
図4は、第2の実施形態におけるプラズマエッチング装置によるプラズマエッチング処理の流れの一例を示すフローチャートである。以下に説明するように、プラズマエッチング装置1は、エッチング対象膜と、所定の開口パターンを有する金属含有膜とが順に積層されたウェハWに対して、一連の処理を実行する。
以上、第2の実施形態によれば、エッチング対象膜上に形成された所定の開口パターンを有する金属含有膜をマスクとして、堆積性を有する処理ガスのプラズマによりエッチング対象膜をエッチングし、処理ガスのプラズマが存在している期間に、プラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力(つまり、第2の高周波電力LF)を間欠的に印加する。つまり、第2の高周波電力LFが印加されない場合に、処理ガスに応じた堆積物が金属含有膜上に堆積し、第2の高周波電力LFが印加される場合に、処理ガスのプラズマによりエッチング対象膜がエッチングされる。これにより、処理ガスに応じた堆積物によって金属含有膜が保護された状態で、エッチング対象膜がエッチングされるので、金属含有膜からの金属の飛散が抑制され、エッチング対象膜に付着する金属によってエッチングが阻害される事態が回避される。結果として、金属含有マスクを用いたエッチングにより形成される凹部の形状を改善することができる。
エッチング工程の前に、マスク膜をマスクとして、金属含有膜の上面の少なくとも一部が露出するまで、エッチング対象膜をエッチングするプレエッチング工程をさらに実行しても良い。この場合、プレエッチング工程において、マスク膜のエッチングレートは、エッチング対象膜のエッチングレートと同等以下であることが好ましい。これにより、マスク膜の下層である金属含有膜からの金属の飛散をできるだけ抑制することが可能となる。プレエッチング工程においては、第2の高周波電力LFは、連続波であっても良いし、パルス波であっても良い。第2の高周波電力LFがパルス波である場合、第2の高周波電力LFをON/OFF制御しても良いし、第2の高周波電力LFをHigh値とLow値との間で変調しても良い。また、プレエッチング工程とエッチング工程との間でデューティ比を変更しても良い。デューティ比が変更される場合、プレエッチング工程のデューティ比がエッチング工程のデューティ比より大きくても良い。すなわち、金属含有膜上にマスク膜がある場合には、金属含有膜がマスク膜によって保護されるので、第2の高周波電力LFを印加する割合を大きくしても良い。
以下に、第2の実施形態におけるプラズマエッチング方法について、実施例を挙げて更に詳細に説明する。ただし、第2の実施形態におけるプラズマエッチング方法は、下記の実施例に限定されるものではない。
比較例2では、ウェハWを模擬した被処理体に対して、エッチング工程を行った。被処理体は、以下の構造を有するものを用いた。また、被処理体は、SiO2膜が形成されたテスト用基板上に配置され、テスト用基板における被処理体の周囲には、WCのチップが配置された。エッチング工程は、以下の条件を用いて行った。
(被処理体)
エッチング対象膜:SiO2膜
金属含有膜:WC膜
マスク膜:SiO2膜
(エッチング工程)
処理ガス及び流量:C4F6/CO/Ar/O2=10/300/1000/8sccm
圧力:4.0Pa(30mTorr)
第1の高周波電力HF:100W、連続波
第2の高周波電力LF:200W、連続波
上部電極(ガスシャワーヘッド25)への直流電圧:−150V、連続波
処理時間:180秒
実施例2では、ウェハWを模擬した被処理体に対して、エッチング工程を行い、さらに、エッチング工程の実行中に、第2の高周波電力LFを間欠的に印加する高周波電力印加工程を行った。エッチング工程(及び高周波電力印加工程)は、以下の条件を用いて行った。
(エッチング工程)
処理ガス及び流量:C4F6/CO/Ar/O2=10/300/1000/8sccm
圧力:4.0Pa(30mTorr)
第1の高周波電力HF:100W、連続波
第2の高周波電力LF:1180W、パルス波(周波数:0.1kHz、デューティ比:17%)
上部電極(ガスシャワーヘッド25)への直流電圧:−150V、連続波
処理時間:235秒
図6は、比較例2及び実施例2についての処理結果を示す図である。図6では、処理前における被処理体、比較例2におけるエッチング工程を行った後の被処理体、実施例2におけるエッチング工程(及び高周波電力印加工程)を行った後の被処理体について、それぞれ、上面(Top view)及び断面(X−section)を拡大した写真のトレース図を示す。なお、図6において、「Initial」は、処理前における被処理体を示す。「As LF CW etch」は、比較例2におけるエッチング工程を行った後の被処理体を示す。「As LF pulse etch」は、実施例2におけるエッチング工程(及び高周波電力印加工程)を行った後の被処理体を示す。
エッチング対象膜上に形成された所定の開口パターンを有する金属含有膜に対して、第1の処理ガスにより保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜が形成された前記金属含有膜をマスクとして、第2の処理ガスのプラズマにより前記エッチング対象膜をエッチングするエッチング工程と
を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
前記保護膜形成工程と前記エッチング工程とは、少なくとも2回以上交互に繰り返されることを特徴とする付記1に記載のプラズマエッチング方法。
所定の開口パターンを有する前記金属含有膜の上にはマスク膜が形成されており、
前記保護膜形成工程の前に、前記マスク膜をマスクとして、前記金属含有膜の上面の少なくとも一部が露出するまで、前記エッチング対象膜をエッチングするプレエッチング工程をさらに含む付記1に記載のプラズマエッチング方法。
前記保護膜形成工程の前に、所定の開口パターンを有するマスク膜をマスクとして、前記エッチング対象膜上に形成された金属含有膜に前記所定の開口パターンをパターニングするパターニング工程をさらに含むことを特徴とする付記1又は2に記載のプラズマエッチング方法。
前記プレエッチング工程において、前記マスク膜のエッチングレートは、前記エッチング対象膜のエッチングレートよりも低いことを特徴とする付記3に記載のプラズマエッチング方法。
前記エッチング対象膜は、シリコン酸化膜、Low−k膜又はシリコン窒化膜であり、
前記第1の処理ガスは、C4F6、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2又はCH4を含み、
前記第2の処理ガスは、CF4又はC2F6を含むことを特徴とする付記1〜5のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
前記エッチング対象膜は、ポリシリコン膜であり、
前記第1の処理ガスは、C4F6、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2又はCH4を含み、
前記第2の処理ガスは、Cl2又はNF3を含むことを特徴とする付記1〜5のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
エッチング対象膜上に形成された所定の開口パターンを有する金属含有膜をマスクとして、堆積性を有する処理ガスのプラズマにより前記エッチング対象膜をエッチングするエッチング工程と、
前記処理ガスのプラズマが生成されている期間に、前記プラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力を間欠的に印加する高周波電力印加工程と
を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
所定の開口パターンを有する前記金属含有膜の上にはマスク膜が形成されており、
前記エッチング工程の前に、前記マスク膜をマスクとして、前記金属含有膜の上面の少なくとも一部が露出するまで、前記エッチング対象膜をエッチングするプレエッチング工程をさらに含む付記8に記載のプラズマエッチング方法。
前記エッチング工程の前に、所定の開口パターンを有するマスク膜をマスクとして、前記エッチング対象膜上に形成された金属含有膜に前記所定の開口パターンをパターニングするパターニング工程をさらに含むことを特徴とする付記8に記載のプラズマエッチング方法。
前記プレエッチング工程において、前記マスク膜のエッチングレートは、前記エッチング対象膜のエッチングレートよりも低いことを特徴とする付記9に記載のプラズマエッチング方法。
前記エッチング対象膜は、シリコン酸化膜、Low−k膜又はシリコン窒化膜であり、
前記処理ガスは、C4F6、C4F8、C5F8、CHF3、CH2F2を含むことを特徴とする付記7〜11のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
前記エッチング対象膜は、ポリシリコン膜であり、
前記処理ガスは、HBrを含むことを特徴とする付記7〜11のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
前記マスク膜は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、SiON膜、SiC膜又はSiOC膜であることを特徴とする付記3〜5、9〜11のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
前記金属含有膜は、WC膜又はTiN膜であることを特徴とする付記1〜14のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
エッチング対象膜と、所定の開口パターンを有する金属含有膜とが順に積層された被処理体に対してプラズマエッチング処理を行うためのチャンバと、
前記チャンバ内を減圧するための排気部と、
前記チャンバ内に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記金属含有膜に対して、第1の処理ガスにより保護膜を形成する保護膜形成工程と、前記保護膜が形成された前記金属含有膜をマスクとして、第2の処理ガスのプラズマにより前記エッチング対象膜をエッチングする第1のエッチング工程とを実行する制御部と
を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
エッチング対象膜と、所定の開口パターンを有する金属含有膜とが順に積層された被処理体に対してプラズマエッチング処理を行うためのチャンバと、
前記チャンバ内を減圧するための排気部と、
前記チャンバ内に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記金属含有膜をマスクとして、堆積性を有する処理ガスのプラズマにより前記エッチング対象膜をエッチングする第2のエッチング工程と、前記エッチング対象膜がエッチングされている期間に、前記プラズマ中のイオンを引き込むためのバイアス電力を間欠的に印加するバイアス電力印加工程とを実行する制御部と
を有することを特徴とするプラズマエッチング装置。
10 チャンバ
15 ガス供給源
20 載置台
25 ガスシャワーヘッド
32 第1の高周波電源
34 第2の高周波電源
52 可変直流電源
65 排気装置
100 制御部
Claims (8)
- エッチング対象膜上に形成された所定の開口パターンを有する金属含有膜に対して、第1の処理ガスにより保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜が形成された前記金属含有膜をマスクとして、第2の処理ガスのプラズマにより前記エッチング対象膜をエッチングするエッチング工程と
を含むプラズマエッチング方法。 - 前記保護膜形成工程と前記エッチング工程とは、少なくとも2回以上交互に繰り返される請求項1に記載のプラズマエッチング方法。
- 所定の開口パターンを有する前記金属含有膜の上にはマスク膜が形成されており、
前記保護膜形成工程の前に、前記マスク膜をマスクとして、前記金属含有膜の上面の少なくとも一部が露出するまで、前記エッチング対象膜をエッチングするプレエッチング工程をさらに含む請求項1に記載のプラズマエッチング方法。 - 前記保護膜形成工程の前に、所定の開口パターンを有するマスク膜をマスクとして、前記エッチング対象膜上に形成された金属含有膜に前記所定の開口パターンをパターニングするパターニング工程をさらに含む請求項1又は2に記載のプラズマエッチング方法。
- エッチング対象膜上に形成された所定の開口パターンを有する金属含有膜をマスクとして、処理ガスのプラズマにより前記エッチング対象膜をエッチングするエッチング工程と、
前記処理ガスのプラズマが生成されている期間に、前記プラズマ中のイオンを引き込むための高周波電力を間欠的に印加する高周波電力印加工程と
を含むプラズマエッチング方法。 - 所定の開口パターンを有する前記金属含有膜の上にはマスク膜が形成されており、
前記エッチング工程の前に、前記マスク膜をマスクとして、前記金属含有膜の上面の少なくとも一部が露出するまで、前記エッチング対象膜をエッチングするプレエッチング工程をさらに含む請求項5に記載のプラズマエッチング方法。 - 前記エッチング工程の前に、所定の開口パターンを有するマスク膜をマスクとして、前記エッチング対象膜上に形成された金属含有膜に前記所定の開口パターンをパターニングするパターニング工程をさらに含む請求項5に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記プレエッチング工程において、前記マスク膜のエッチングレートは、前記エッチング対象膜のエッチングレートよりも低い請求項3又は6に記載のプラズマエッチング方法。
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