JP3403374B2 - 有機膜のエッチング方法、半導体装置の製造方法及びパターンの形成方法 - Google Patents
有機膜のエッチング方法、半導体装置の製造方法及びパターンの形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明に属する技術分野】本発明は、有機膜のエッチン
グ方法、半導体装置の製造方法及びパターンの形成方法
に関する。
グ方法、半導体装置の製造方法及びパターンの形成方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の高速化及び低消費電
力化を目的に、多層配線の層間絶縁膜の低誘電率化が注
目を集めている。特に、有機膜からなる低誘電率膜は回
転塗布法及び焼き締め処理により簡便に形成できるた
め、次世代の層間絶縁膜として非常に有望になってきて
いる。有機低誘電率膜としては、主にアロマテックポリ
マーをベースとした有機膜が知られている。
力化を目的に、多層配線の層間絶縁膜の低誘電率化が注
目を集めている。特に、有機膜からなる低誘電率膜は回
転塗布法及び焼き締め処理により簡便に形成できるた
め、次世代の層間絶縁膜として非常に有望になってきて
いる。有機低誘電率膜としては、主にアロマテックポリ
マーをベースとした有機膜が知られている。
【０００３】ゲート長が０．１８μｍ以下である微細な
デザインルールを持つデバイスを製造するためには、約
０．２５μｍ以下の微細な配線加工技術が必要であり、
今後ますますデザインルールの微細化が進むものと考え
られる。有機膜に対するパターン加工は、通常プラズマ
エッチングにより行われるが、有機膜に対して０．２５
μｍ以下の微細なパターンを形成することは非常に困難
である。
デザインルールを持つデバイスを製造するためには、約
０．２５μｍ以下の微細な配線加工技術が必要であり、
今後ますますデザインルールの微細化が進むものと考え
られる。有機膜に対するパターン加工は、通常プラズマ
エッチングにより行われるが、有機膜に対して０．２５
μｍ以下の微細なパターンを形成することは非常に困難
である。
【０００４】有機膜に対するプラズマエッチング方法と
しては、「M.Fukasawa, T.Hasegawa, S.Hirano and S.K
adomura：Proc.Symp.DryProcess,p.175 (1998)」におい
て報告されているＮ2ガス及びＨ2ガスを主成分とするエ
ッチングガスを用いるプロセス、又は、「M.Fukasawa,
T.Tatsumi, T.Hasegawa, S.Hirano, K.Miyata and S.Ka
domura：Proc.Symp.DryProcess,p. 221 (1999)」で報告
されているＮＨ3 ガスを主成分とするエッチングガスを
用いるプロセス等が知られている。
しては、「M.Fukasawa, T.Hasegawa, S.Hirano and S.K
adomura：Proc.Symp.DryProcess,p.175 (1998)」におい
て報告されているＮ2ガス及びＨ2ガスを主成分とするエ
ッチングガスを用いるプロセス、又は、「M.Fukasawa,
T.Tatsumi, T.Hasegawa, S.Hirano, K.Miyata and S.Ka
domura：Proc.Symp.DryProcess,p. 221 (1999)」で報告
されているＮＨ3 ガスを主成分とするエッチングガスを
用いるプロセス等が知られている。
【０００５】（第１の従来例）以下、第１の従来例とし
て、従来のエッチング方法について、日本真空技術
（株）製の磁気中性線放電（ＮＬＤ）プラズマ装置（"S
iO2 Etching in magneticneutral loop discharge pla
sma"：W.Chen, M.Itoh, T.Hayashi and T.Uchida：J.Va
c.Sci.Thecnol.,A16 (1998) 1594）を用いて行なった有
機膜のエッチング方法により得られた結果を示しながら
説明する。
て、従来のエッチング方法について、日本真空技術
（株）製の磁気中性線放電（ＮＬＤ）プラズマ装置（"S
iO2 Etching in magneticneutral loop discharge pla
sma"：W.Chen, M.Itoh, T.Hayashi and T.Uchida：J.Va
c.Sci.Thecnol.,A16 (1998) 1594）を用いて行なった有
機膜のエッチング方法により得られた結果を示しながら
説明する。
【０００６】第１の従来例に係る有機膜のエッチング方
法は、Ｎ2 ガス及びＨ2 ガスを主成分とするエッチング
ガスを用いるプロセスである。我々は、第１の従来例に
係る有機膜のエッチング方法を以下に示すエッチング条
件で行なった。
法は、Ｎ2 ガス及びＨ2 ガスを主成分とするエッチング
ガスを用いるプロセスである。我々は、第１の従来例に
係る有機膜のエッチング方法を以下に示すエッチング条
件で行なった。
【０００７】
使用プラズマ装置……ＮＬＤプラズマ装置
エッチングガスの標準状態における１分間当たりの体積
流量比……Ｎ2：Ｈ2＝ ５０ｍｌ：５０ｍｌ アンテナパワ……１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） バイアスパワ……２００Ｗ（２ＭＨｚ） 圧力……０．４Ｐａ 基板冷却温度……０℃ エッチング時間……１８０秒 図１６（ａ）〜（ｄ）は、前記のエッチング条件により
得られた、有機膜におけるホールの断面ＳＥＭ写真を示
しており、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）
は、それぞれ、０．１６μｍ、０．１８μｍ、０．２４
μｍ及び０．４０μｍの径を持つホールの断面である。
図１６（ａ）〜（ｄ）において、１０１はシリコン基板
を示し、１０２は被エッチング膜としての有機膜を示
し、１０３は、有機膜１０２をエッチングする際のマス
クとなるシリコン酸化膜からなるマスクパターンであ
る。また、有機膜１０２の膜厚は約１．０２μｍであ
り、マスクパターン１０３の膜厚は約２４０ｎｍであ
る。
流量比……Ｎ2：Ｈ2＝ ５０ｍｌ：５０ｍｌ アンテナパワ……１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） バイアスパワ……２００Ｗ（２ＭＨｚ） 圧力……０．４Ｐａ 基板冷却温度……０℃ エッチング時間……１８０秒 図１６（ａ）〜（ｄ）は、前記のエッチング条件により
得られた、有機膜におけるホールの断面ＳＥＭ写真を示
しており、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）
は、それぞれ、０．１６μｍ、０．１８μｍ、０．２４
μｍ及び０．４０μｍの径を持つホールの断面である。
図１６（ａ）〜（ｄ）において、１０１はシリコン基板
を示し、１０２は被エッチング膜としての有機膜を示
し、１０３は、有機膜１０２をエッチングする際のマス
クとなるシリコン酸化膜からなるマスクパターンであ
る。また、有機膜１０２の膜厚は約１．０２μｍであ
り、マスクパターン１０３の膜厚は約２４０ｎｍであ
る。
【０００８】（第２の従来例）ところで、半導体装置の
多層配線構造においては、下層配線、層間絶縁膜及び上
層配線が順次積層されていると共に、下層配線と上層配
線とが層間絶縁膜に形成された柱状のプラグにより接続
されている。また、近時においては、層間絶縁膜に接続
孔又は配線溝を形成した後、該接続孔又は配線溝に金属
材料を埋め込んで接続プラグ又は金属配線を形成するシ
ングルダマシン法、又は、層間絶縁膜に接続孔及び配線
溝を形成した後、該接続孔及び配線溝に金属材料を埋め
込んで接続プラグ及び金属配線を同時に形成するデュア
ルダマシン法が開発されている。
多層配線構造においては、下層配線、層間絶縁膜及び上
層配線が順次積層されていると共に、下層配線と上層配
線とが層間絶縁膜に形成された柱状のプラグにより接続
されている。また、近時においては、層間絶縁膜に接続
孔又は配線溝を形成した後、該接続孔又は配線溝に金属
材料を埋め込んで接続プラグ又は金属配線を形成するシ
ングルダマシン法、又は、層間絶縁膜に接続孔及び配線
溝を形成した後、該接続孔及び配線溝に金属材料を埋め
込んで接続プラグ及び金属配線を同時に形成するデュア
ルダマシン法が開発されている。
【０００９】以下、第２の従来例として、従来のシング
ルダマシン法について、図１７（ａ）〜（ｅ）及び図１
８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
ルダマシン法について、図１７（ａ）〜（ｅ）及び図１
８（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００１０】まず、図１７（ａ）に示すように、半導体
基板２１１の上に、第１のバリアメタル層２１２、金属
膜２１３及び第２のバリアメタル層２１４の積層膜から
なる金属配線を形成した後、図１７（ｂ）に示すよう
に、金属配線の上に有機膜２１５を形成し、その後、図
１７（ｃ）に示すように、有機膜２１５の上にシリコン
酸化膜２１６を形成する。
基板２１１の上に、第１のバリアメタル層２１２、金属
膜２１３及び第２のバリアメタル層２１４の積層膜から
なる金属配線を形成した後、図１７（ｂ）に示すよう
に、金属配線の上に有機膜２１５を形成し、その後、図
１７（ｃ）に示すように、有機膜２１５の上にシリコン
酸化膜２１６を形成する。
【００１１】次に、周知のリソグラフィ技術を用いて、
図１７（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜２１６の上
にレジストパターン２１７を形成した後、シリコン酸化
膜２１６に対してレジストパターン２１７をマスクとし
てプラズマエッチング（ドライエッチング）を行なっ
て、図１７（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜２１６
からなるマスクパターン２１６Ａを形成する。
図１７（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜２１６の上
にレジストパターン２１７を形成した後、シリコン酸化
膜２１６に対してレジストパターン２１７をマスクとし
てプラズマエッチング（ドライエッチング）を行なっ
て、図１７（ｅ）に示すように、シリコン酸化膜２１６
からなるマスクパターン２１６Ａを形成する。
【００１２】次に、有機膜２１５に対してマスクパター
ン２１６Ａを用いて、第１の従来例に係るエッチングを
行なって、図１８（ａ）に示すように、有機膜２１５に
接続孔又は配線溝からなる凹部２１８を形成する。レジ
ストパターン２１７は有機化合物からなるので、有機膜
２１５に対するエッチング工程において除去される。
ン２１６Ａを用いて、第１の従来例に係るエッチングを
行なって、図１８（ａ）に示すように、有機膜２１５に
接続孔又は配線溝からなる凹部２１８を形成する。レジ
ストパターン２１７は有機化合物からなるので、有機膜
２１５に対するエッチング工程において除去される。
【００１３】次に、図１８（ｂ）に示すように、スパッ
タ法により、凹部２１８の壁面にＴｉＮ又はＴａＮ等か
らなる第３のバリアメタル層２１９を薄く形成する。
タ法により、凹部２１８の壁面にＴｉＮ又はＴａＮ等か
らなる第３のバリアメタル層２１９を薄く形成する。
【００１４】次に、化学蒸着（ＣＶＤ：Chemical Vapor
Deposition ）法又はメッキ法を用いて、図１８（ｃ）
に示すように、凹部２１８の内部に導電性膜２２２を埋
め込んだ後、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、導電性
膜２２２における凹部２１８の外側に露出している部分
を除去すると、図１８（ｄ）に示すように、接続プラグ
又は金属配線２２３が得られる。
Deposition ）法又はメッキ法を用いて、図１８（ｃ）
に示すように、凹部２１８の内部に導電性膜２２２を埋
め込んだ後、化学機械研磨（ＣＭＰ）法により、導電性
膜２２２における凹部２１８の外側に露出している部分
を除去すると、図１８（ｄ）に示すように、接続プラグ
又は金属配線２２３が得られる。
【００１５】（第３の従来例）以下、第３の従来例とし
て、従来のデュアルダマシン法について、図１９（ａ）
〜（ｄ）、図２０（ａ）〜（ｃ）及び図２１（ａ）〜
（ｃ）を参照しながら説明する。
て、従来のデュアルダマシン法について、図１９（ａ）
〜（ｄ）、図２０（ａ）〜（ｃ）及び図２１（ａ）〜
（ｃ）を参照しながら説明する。
【００１６】まず、図１９（ａ）に示すように、半導体
基板２３１の上に、第１のバリアメタル層２３２、金属
膜２３３及び第２のバリアメタル層２３４の積層膜から
なる下層の金属配線を形成した後、図１９（ｂ）に示す
ように、下層の金属配線の上に第１の有機膜２３５を形
成し、その後、図１９（ｃ）に示すように、第１の有機
膜２３５の上に第１のシリコン酸化膜２１６を形成す
る。
基板２３１の上に、第１のバリアメタル層２３２、金属
膜２３３及び第２のバリアメタル層２３４の積層膜から
なる下層の金属配線を形成した後、図１９（ｂ）に示す
ように、下層の金属配線の上に第１の有機膜２３５を形
成し、その後、図１９（ｃ）に示すように、第１の有機
膜２３５の上に第１のシリコン酸化膜２１６を形成す
る。
【００１７】次に、周知のリソグラフィ技術を用いて、
図１９（ｄ）に示すように、第１のシリコン酸化膜２３
６の上に、接続孔形成用開口部を有する第１のレジスト
パターン２３７を形成する。次に、第１のシリコン酸化
膜２３６に対して第１のレジストパターン２３７をマス
クとしてプラズマエッチング（ドライエッチング）を行
なって、図２０（ａ）に示すように、第１のシリコン酸
化膜２３６からなる第１のマスクパターン２３６Ａを形
成すると共に第１のレジストパターン２３７を除去す
る。その後、第１の有機膜２３５にダメージを与えない
ように第１のマスクパターン２３６Ａの上面を洗浄す
る。
図１９（ｄ）に示すように、第１のシリコン酸化膜２３
６の上に、接続孔形成用開口部を有する第１のレジスト
パターン２３７を形成する。次に、第１のシリコン酸化
膜２３６に対して第１のレジストパターン２３７をマス
クとしてプラズマエッチング（ドライエッチング）を行
なって、図２０（ａ）に示すように、第１のシリコン酸
化膜２３６からなる第１のマスクパターン２３６Ａを形
成すると共に第１のレジストパターン２３７を除去す
る。その後、第１の有機膜２３５にダメージを与えない
ように第１のマスクパターン２３６Ａの上面を洗浄す
る。
【００１８】次に、図２０（ｂ）に示すように、第１の
マスクパターン２３６Ａの上に第２の有機膜２３８を形
成した後、該第２の有機膜２３８の上に第２のシリコン
酸化膜２３９を形成する。
マスクパターン２３６Ａの上に第２の有機膜２３８を形
成した後、該第２の有機膜２３８の上に第２のシリコン
酸化膜２３９を形成する。
【００１９】次に、図２０（ｃ）に示すように、第２の
シリコン酸化膜２３９の上に、配線溝形成用開口部を有
する第２のレジストパターン２４０を形成した後、第２
のシリコン酸化膜２３９に対して第２のレジストパター
ン２４０をマスクとしてエッチングを行なって、図２１
（ａ）に示すように、第２のシリコン酸化膜２３９から
なる第２のマスクパターン２３９Ａを形成する。
シリコン酸化膜２３９の上に、配線溝形成用開口部を有
する第２のレジストパターン２４０を形成した後、第２
のシリコン酸化膜２３９に対して第２のレジストパター
ン２４０をマスクとしてエッチングを行なって、図２１
（ａ）に示すように、第２のシリコン酸化膜２３９から
なる第２のマスクパターン２３９Ａを形成する。
【００２０】次に、第２の有機膜２３８及び第１の有機
膜２３５に対して、第１の従来例に係るエッチングを行
なって、図２１（ｂ）に示すように、第２の有機膜２３
８に第２のマスクパターン２３９Ａを転写することによ
り配線溝２４１を形成すると共に、第１の有機膜２３５
に第１のマスクパターン２３６Ａを転写することにより
接続孔２４２を形成する。図２１（ｂ）は、第１の有機
膜２３５に接続孔２４２が形成される途中の状態を示し
ており、エッチングガスと第１の有機膜２３５との反応
生成物に、第１のマスクパターン２３６Ａから放出され
たシリコンが含まれてなる堆積物が接続孔２４２の壁面
に付着し、該堆積物からなる障壁２４３が形成される。
膜２３５に対して、第１の従来例に係るエッチングを行
なって、図２１（ｂ）に示すように、第２の有機膜２３
８に第２のマスクパターン２３９Ａを転写することによ
り配線溝２４１を形成すると共に、第１の有機膜２３５
に第１のマスクパターン２３６Ａを転写することにより
接続孔２４２を形成する。図２１（ｂ）は、第１の有機
膜２３５に接続孔２４２が形成される途中の状態を示し
ており、エッチングガスと第１の有機膜２３５との反応
生成物に、第１のマスクパターン２３６Ａから放出され
たシリコンが含まれてなる堆積物が接続孔２４２の壁面
に付着し、該堆積物からなる障壁２４３が形成される。
【００２１】次に、第２の有機膜２３８及び第１の有機
膜２３５に対して第１の従来例に係るエッチングを継続
して行なって、図２１（ｃ）に示すように、第１の有機
膜２３５に接続孔２４２を形成した後、第２のバリアメ
タル層２３４の上に残存している第１の有機膜２３５を
完全に除去するべく、第２のバリアメタル層２３４に対
してオーバーエッチングを行なう。尚、エッチング工程
及びオーバーエッチング工程において、第２のレジスト
パターン２４０は完全に除去される。
膜２３５に対して第１の従来例に係るエッチングを継続
して行なって、図２１（ｃ）に示すように、第１の有機
膜２３５に接続孔２４２を形成した後、第２のバリアメ
タル層２３４の上に残存している第１の有機膜２３５を
完全に除去するべく、第２のバリアメタル層２３４に対
してオーバーエッチングを行なう。尚、エッチング工程
及びオーバーエッチング工程において、第２のレジスト
パターン２４０は完全に除去される。
【００２２】次に、図示は省略しているが、第２の従来
例と同様、配線溝２４１及び接続孔２４２の壁面に第３
のバリアメタル層を全面に亘って薄く形成した後、配線
溝２４１及び接続孔２４２に導電性膜を埋め込み、その
後、該導電性膜における配線溝２４１の外側に露出して
いる部分をＣＭＰ法により除去すると、接続プラグ及び
上層の金属配線が得られる。
例と同様、配線溝２４１及び接続孔２４２の壁面に第３
のバリアメタル層を全面に亘って薄く形成した後、配線
溝２４１及び接続孔２４２に導電性膜を埋め込み、その
後、該導電性膜における配線溝２４１の外側に露出して
いる部分をＣＭＰ法により除去すると、接続プラグ及び
上層の金属配線が得られる。
【００２３】（第４の従来例）ところで、有機膜に対し
てドライ現像（プラズマエッチング）を行なってマスク
パターンを形成する方法としては、表層イメージング
（ＴＳＩ：Top SurfaceImaging）プロセス及び３層レジ
ストプロセス等が知られている。
てドライ現像（プラズマエッチング）を行なってマスク
パターンを形成する方法としては、表層イメージング
（ＴＳＩ：Top SurfaceImaging）プロセス及び３層レジ
ストプロセス等が知られている。
【００２４】表層イメージングプロセスは、パターン露
光された有機膜の表面にシリル化処理を行なって、有機
膜の露光部又は未露光部の表面にシリル化層を選択的に
形成した後、有機膜に対してシリル化層をマスクとする
ドライ現像（プラズマエッチング）を行なってレジスト
パターンを形成する技術である。
光された有機膜の表面にシリル化処理を行なって、有機
膜の露光部又は未露光部の表面にシリル化層を選択的に
形成した後、有機膜に対してシリル化層をマスクとする
ドライ現像（プラズマエッチング）を行なってレジスト
パターンを形成する技術である。
【００２５】以下、第４の従来例として、ドライ現像を
用いるパターン形成方法（表層イメージングプロセス）
について、図２２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明す
る。
用いるパターン形成方法（表層イメージングプロセス）
について、図２２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明す
る。
【００２６】まず、図２２（ａ）に示すように、半導体
基板２５１上に有機膜２５２を形成した後、該有機膜２
５２上に被シリル化層２５３を形成する。
基板２５１上に有機膜２５２を形成した後、該有機膜２
５２上に被シリル化層２５３を形成する。
【００２７】次に、図２２（ｂ）に示すように、露光光
２５４を被シリル化層２５３に対して、光を選択的に通
過させるフォトマスク２５５を介して照射することによ
り、被シリル化層２５３に選択的に変質層２５６を形成
する。
２５４を被シリル化層２５３に対して、光を選択的に通
過させるフォトマスク２５５を介して照射することによ
り、被シリル化層２５３に選択的に変質層２５６を形成
する。
【００２８】次に、図２２（ｃ）に示すように、基板温
度を上昇させた状態で、被シリル化層２５３の表面に気
体状のシリル化剤２５７を供給して、被シリル化層２５
３の非変質層（変質層２５６以外の部分）を選択的にシ
リル化することにより、シリル化層２５８を形成する。
尚、非変質層をシリル化する代わりに、変質層２５６を
シリル化してシリル化層２５８を形成してもよい。
度を上昇させた状態で、被シリル化層２５３の表面に気
体状のシリル化剤２５７を供給して、被シリル化層２５
３の非変質層（変質層２５６以外の部分）を選択的にシ
リル化することにより、シリル化層２５８を形成する。
尚、非変質層をシリル化する代わりに、変質層２５６を
シリル化してシリル化層２５８を形成してもよい。
【００２９】次に、有機膜２５２にシリル化層２５８を
マスクとして、第１の従来例に係るエッチングを行なっ
て、図２２（ｄ）に示すように、有機膜２５２からなる
有機膜パターン２５２Ａ（マスクパターン）を形成す
る。
マスクとして、第１の従来例に係るエッチングを行なっ
て、図２２（ｄ）に示すように、有機膜２５２からなる
有機膜パターン２５２Ａ（マスクパターン）を形成す
る。
【００３０】（第５の従来例）以下、第５の従来例とし
て、ドライ現像を用いるパターン形成方法（３層レジス
トプロセス）について説明する。
て、ドライ現像を用いるパターン形成方法（３層レジス
トプロセス）について説明する。
【００３１】まず、半導体基板上に有機膜及びシリコン
酸化膜を順次形成した後、シリコン酸化膜の上に薄いレ
ジストパターンを形成する。
酸化膜を順次形成した後、シリコン酸化膜の上に薄いレ
ジストパターンを形成する。
【００３２】次に、シリコン酸化膜に対してレジストパ
ターンをマスクにしてプラズマエッチングを行なって、
シリコン酸化膜にレジストパターンを転写してマスクパ
ターンを形成した後、有機膜に対してマスクパターンを
用いてドライ現像を行なって、有機膜からなり高アスペ
クトを有する微細な有機膜パターンを形成する。
ターンをマスクにしてプラズマエッチングを行なって、
シリコン酸化膜にレジストパターンを転写してマスクパ
ターンを形成した後、有機膜に対してマスクパターンを
用いてドライ現像を行なって、有機膜からなり高アスペ
クトを有する微細な有機膜パターンを形成する。
【００３３】次に、マスクパターン及び有機膜パターン
からなる２層のマスクパターンを用いて、半導体基板上
の被エッチング膜に対してエッチング加工を行なうこと
により、単層レジストでは解像できないような微細なパ
ターンを被エッチング膜に形成することが可能になる。
からなる２層のマスクパターンを用いて、半導体基板上
の被エッチング膜に対してエッチング加工を行なうこと
により、単層レジストでは解像できないような微細なパ
ターンを被エッチング膜に形成することが可能になる。
【００３４】我々は、第５の従来例として、有機膜に対
するエッチング方法を、Ｏ2 ガスを含むエッチングガス
を用いて以下に示すエッチング条件で行なった。
するエッチング方法を、Ｏ2 ガスを含むエッチングガス
を用いて以下に示すエッチング条件で行なった。
【００３５】
使用プラズマ装置……ＮＬＤプラズマ装置
エッチングガスの標準状態における１分間当たりの流量
……Ｏ2 ＝９０ｍｌ アンテナパワ……１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） バイアスパワ……４００Ｗ（２ＭＨｚ） 圧力……０．１３３Ｐａ 基板冷却温度……０℃ エッチング時間……４分 図２３（ａ）、（ｂ）は、第５の従来例に係るパターン
形成方法により得られた、有機膜パターンにおけるホー
ルの断面ＳＥＭ写真を示しており、図２３（ａ）、
（ｂ）は、それぞれ、０．１８μｍ、０．４μｍの径を
持つホールの断面である。図２３（ａ）、（ｂ）におい
て、２７１はシリコン基板を示し、２７２は有機膜パタ
ーンを示し、２７３はシリコン酸化膜からなるマスクパ
ターンを示している。尚、マスクパターン２７３の上に
存在していたレジストパターンは、ドライ現像により有
機膜パターンを形成する際に消滅するため、シリコン基
板２７１の上に堆積された被エッチング膜に対するエッ
チング工程は、有機膜パターン２７２及びマスクパター
ン２７３からなる２層のマスクパターンを用いて行な
う。
……Ｏ2 ＝９０ｍｌ アンテナパワ……１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） バイアスパワ……４００Ｗ（２ＭＨｚ） 圧力……０．１３３Ｐａ 基板冷却温度……０℃ エッチング時間……４分 図２３（ａ）、（ｂ）は、第５の従来例に係るパターン
形成方法により得られた、有機膜パターンにおけるホー
ルの断面ＳＥＭ写真を示しており、図２３（ａ）、
（ｂ）は、それぞれ、０．１８μｍ、０．４μｍの径を
持つホールの断面である。図２３（ａ）、（ｂ）におい
て、２７１はシリコン基板を示し、２７２は有機膜パタ
ーンを示し、２７３はシリコン酸化膜からなるマスクパ
ターンを示している。尚、マスクパターン２７３の上に
存在していたレジストパターンは、ドライ現像により有
機膜パターンを形成する際に消滅するため、シリコン基
板２７１の上に堆積された被エッチング膜に対するエッ
チング工程は、有機膜パターン２７２及びマスクパター
ン２７３からなる２層のマスクパターンを用いて行な
う。
【００３６】
【発明が解決しようとする課題】（第１の従来例の問題
点）図１６（ａ）〜（ｄ）に示すように、一見すると、
エッチング形状（ホールの断面形状）はかなり良好な異
方性形状（垂直形状）が実現されているように見える。
点）図１６（ａ）〜（ｄ）に示すように、一見すると、
エッチング形状（ホールの断面形状）はかなり良好な異
方性形状（垂直形状）が実現されているように見える。
【００３７】しかしながら、図１６（ａ）〜（ｄ）をよ
く見るとボウイング形状であることが分かる。ボウイン
グ形状とは弓なりに膨らんだオーバーハング状になるこ
とを意味する。図１６（ａ）〜（ｄ）から明らかなよう
に、エッチングにより形成された有機膜１０２のホール
の径はマスクパターン１０３の開口径よりも大きくなっ
ていることが分かる。
く見るとボウイング形状であることが分かる。ボウイン
グ形状とは弓なりに膨らんだオーバーハング状になるこ
とを意味する。図１６（ａ）〜（ｄ）から明らかなよう
に、エッチングにより形成された有機膜１０２のホール
の径はマスクパターン１０３の開口径よりも大きくなっ
ていることが分かる。
【００３８】従って、第１の従来例に係る有機膜のエッ
チング方法によると、有機膜１０２に形成されるホール
の断面を順テーパ形状にできないという問題がある。
チング方法によると、有機膜１０２に形成されるホール
の断面を順テーパ形状にできないという問題がある。
【００３９】（第２の従来例の問題点）第２の従来例に
おいて、有機膜２１５に対して第１の従来例に係るエッ
チングを行なうと、図１８（ａ）に示すように、凹部２
１８の断面はボウイング形状となる。
おいて、有機膜２１５に対して第１の従来例に係るエッ
チングを行なうと、図１８（ａ）に示すように、凹部２
１８の断面はボウイング形状となる。
【００４０】凹部２１８の断面がボウイング形状である
ため、凹部２１８の壁面に第３のバリアメタル層２１９
を薄く形成すると、図１８（ｂ）に示すように、凹部２
１８の壁面に一様に第３のバリアメタル層２１９を形成
することができない。すなわち、凹部２１８の壁面にお
けるマスクパターン２１６Ａの直下の部分２２０及び凹
部２１８の底部２２１に、第３のバリアメタル層２１９
の分離部（断線部）ができてしまう。
ため、凹部２１８の壁面に第３のバリアメタル層２１９
を薄く形成すると、図１８（ｂ）に示すように、凹部２
１８の壁面に一様に第３のバリアメタル層２１９を形成
することができない。すなわち、凹部２１８の壁面にお
けるマスクパターン２１６Ａの直下の部分２２０及び凹
部２１８の底部２２１に、第３のバリアメタル層２１９
の分離部（断線部）ができてしまう。
【００４１】このため、ＣＶＤ法又はメッキ法により凹
部２１８に導電性膜２２２を埋め込んで、接続プラグ又
は金属配線２２３を形成する場合に、導電性膜２２２の
埋め込みが均一にできない。すなわち、前述したよう
に、凹部２１８の壁面におけるマスクパターン２１６Ａ
の直下の部分２２０及び凹部２１８の底部２２１におい
て第３のバリアメタル層２１９に分離部ができると、第
３のバリアメタル層２１９は電気的に絶縁状態つまり分
離状態になるため、例えば電解メッキ法により銅からな
る導電性膜２２２を埋め込むと、第３のバリアメタル層
２１９における凹部２１８の内部の部位に電位を供給で
きないので、凹部２１８に導電性膜２２２を均一に埋め
込むことができない。また、凹部２１８にタングステン
からなる導電性膜２２２を埋め込む場合には、第３のバ
リアメタル層２１９の分離部においてタングステン膜が
成長異常を起こすので、凹部２１８に導電性膜２２２を
均一に埋め込むことができない。このように、凹部２１
８に導電性膜２２２を均一に埋め込むことができないた
め、接続プラグ又は金属配線２２３が不良になるので、
電気特性が劣化して半導体装置の信頼性の劣化を招くと
いう問題がある。
部２１８に導電性膜２２２を埋め込んで、接続プラグ又
は金属配線２２３を形成する場合に、導電性膜２２２の
埋め込みが均一にできない。すなわち、前述したよう
に、凹部２１８の壁面におけるマスクパターン２１６Ａ
の直下の部分２２０及び凹部２１８の底部２２１におい
て第３のバリアメタル層２１９に分離部ができると、第
３のバリアメタル層２１９は電気的に絶縁状態つまり分
離状態になるため、例えば電解メッキ法により銅からな
る導電性膜２２２を埋め込むと、第３のバリアメタル層
２１９における凹部２１８の内部の部位に電位を供給で
きないので、凹部２１８に導電性膜２２２を均一に埋め
込むことができない。また、凹部２１８にタングステン
からなる導電性膜２２２を埋め込む場合には、第３のバ
リアメタル層２１９の分離部においてタングステン膜が
成長異常を起こすので、凹部２１８に導電性膜２２２を
均一に埋め込むことができない。このように、凹部２１
８に導電性膜２２２を均一に埋め込むことができないた
め、接続プラグ又は金属配線２２３が不良になるので、
電気特性が劣化して半導体装置の信頼性の劣化を招くと
いう問題がある。
【００４２】（第３の従来例の問題点）第３の従来例に
おいて、第２の有機膜２３８及び第１の有機膜２３５に
対して第１の従来例に係るエッチングを行なうと、図２
１（ｂ）に示すように、配線溝２４１及び接続孔２４２
の断面がボウイング形状になる。
おいて、第２の有機膜２３８及び第１の有機膜２３５に
対して第１の従来例に係るエッチングを行なうと、図２
１（ｂ）に示すように、配線溝２４１及び接続孔２４２
の断面がボウイング形状になる。
【００４３】また、前述したように、反応生成物にシリ
コンが含まれてなる堆積物が接続孔２４２の壁面に付着
すると共に、第２のバリアメタル層２３４に対して行な
われるオーバーエッチング時に、接続孔２４２を形成す
るための実効的なエッチングマスクになっている第１の
マスクパターン２３６Ａがエッチング時のイオンスパッ
タリングによりエッチングされる。このため、図２１
（ｃ）に示すように、第１のマスクパターン２３６Ａの
開口部が拡大するので、第１の有機膜２３５における接
続孔２４２の壁面のボウイング形状が一層促進されると
共に、接続孔２４２の壁面が後退するため、エッチング
時の反応生成物にシリコンが含まれてなる堆積物からな
るクラウン状の障壁２４３が接続孔２４２の底部に形成
されてしまう。
コンが含まれてなる堆積物が接続孔２４２の壁面に付着
すると共に、第２のバリアメタル層２３４に対して行な
われるオーバーエッチング時に、接続孔２４２を形成す
るための実効的なエッチングマスクになっている第１の
マスクパターン２３６Ａがエッチング時のイオンスパッ
タリングによりエッチングされる。このため、図２１
（ｃ）に示すように、第１のマスクパターン２３６Ａの
開口部が拡大するので、第１の有機膜２３５における接
続孔２４２の壁面のボウイング形状が一層促進されると
共に、接続孔２４２の壁面が後退するため、エッチング
時の反応生成物にシリコンが含まれてなる堆積物からな
るクラウン状の障壁２４３が接続孔２４２の底部に形成
されてしまう。
【００４４】従って、ＣＶＤ法又はメッキ法により、配
線溝２４１及び接続孔２４２に導電性膜を埋め込んで、
接続プラグ又は金属配線を形成する場合に、導電性膜を
均一に埋め込むことができないと共に、接続孔２４２に
埋め込まれた接続プラグと下層の金属配線との間に接続
不良が発生するので、デュアルダマシン法により多層配
線を形成することが困難になるという問題がある。
線溝２４１及び接続孔２４２に導電性膜を埋め込んで、
接続プラグ又は金属配線を形成する場合に、導電性膜を
均一に埋め込むことができないと共に、接続孔２４２に
埋め込まれた接続プラグと下層の金属配線との間に接続
不良が発生するので、デュアルダマシン法により多層配
線を形成することが困難になるという問題がある。
【００４５】（第４の従来例の問題点）第４の従来例に
おいて、有機膜２５２に対して第１の従来例に係るエッ
チングを行なうと、図２２（ｄ）に示すように、有機膜
パターン２５２Ａの開口部２５９の断面はボウイング形
状になってしまう。このようなボウイング形状のホール
を持つ有機膜パターン２５２Ａをマスクパターンとして
エッチングを行なうと、高精度なエッチング加工は困難
である。
おいて、有機膜２５２に対して第１の従来例に係るエッ
チングを行なうと、図２２（ｄ）に示すように、有機膜
パターン２５２Ａの開口部２５９の断面はボウイング形
状になってしまう。このようなボウイング形状のホール
を持つ有機膜パターン２５２Ａをマスクパターンとして
エッチングを行なうと、高精度なエッチング加工は困難
である。
【００４６】（第５の従来例の問題点）第５の従来例に
おいては、有機膜に対してＯ2 ガスを主成分とするエッ
チングガスを用いるプラズマエッチングによりドライ現
像を行なうため、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、
有機膜パターン２７２に形成されたホールの径はマスク
パターン２７３の開口部の径よりも大きくなると共に、
有機膜パターン２７２に形成されたホールの断面はボウ
イング形状になる。被エッチング膜に対してボウイング
形状のホールを持つ有機膜パターン２７２を用いてエッ
チングを行なうと、高精度なエッチング加工は困難であ
る。
おいては、有機膜に対してＯ2 ガスを主成分とするエッ
チングガスを用いるプラズマエッチングによりドライ現
像を行なうため、図２３（ａ）、（ｂ）に示すように、
有機膜パターン２７２に形成されたホールの径はマスク
パターン２７３の開口部の径よりも大きくなると共に、
有機膜パターン２７２に形成されたホールの断面はボウ
イング形状になる。被エッチング膜に対してボウイング
形状のホールを持つ有機膜パターン２７２を用いてエッ
チングを行なうと、高精度なエッチング加工は困難であ
る。
【００４７】そこで、有機膜パターン２７２のホールの
ボウイング形状を抑制するために、基板冷却温度（冷却
冷媒温度）を氷点下２０℃〜氷点下５０℃に設定して、
実際の基板温度を氷点下に保持した状態で、有機膜に対
してドライ現像を行なう方法が提案されている。
ボウイング形状を抑制するために、基板冷却温度（冷却
冷媒温度）を氷点下２０℃〜氷点下５０℃に設定して、
実際の基板温度を氷点下に保持した状態で、有機膜に対
してドライ現像を行なう方法が提案されている。
【００４８】ところが、このような低温を実現するため
には、膨大な費用及び大掛かりな装置が必要になるた
め、装置コストの増大及び装置安定性の低下という問題
が発生する。
には、膨大な費用及び大掛かりな装置が必要になるた
め、装置コストの増大及び装置安定性の低下という問題
が発生する。
【００４９】従って、第５の従来例によると、有機膜パ
ターンのホールの断面を順テーパ形状にすることは不可
能である。
ターンのホールの断面を順テーパ形状にすることは不可
能である。
【００５０】尚、第５の従来例（３層レジストプロセ
ス）における問題は、第４の従来例（表面イメジングプ
ロセス）においても当然に発生する。
ス）における問題は、第４の従来例（表面イメジングプ
ロセス）においても当然に発生する。
【００５１】前記に鑑み、本発明は、有機膜のエッチン
グ方法において、有機膜に形成される凹部の断面を順テ
ーパ形状にできるようにすることを第１の目的とする。
グ方法において、有機膜に形成される凹部の断面を順テ
ーパ形状にできるようにすることを第１の目的とする。
【００５２】また、本発明は、プラズマエッチングによ
り有機膜に形成される凹部の断面を順テーパ形状にし
て、凹部の壁面にバリアメタル層を一様に形成できるよ
うにし、これによって、凹部に導電性膜を均一に埋め込
めるようにすることを第２の目的とする。
り有機膜に形成される凹部の断面を順テーパ形状にし
て、凹部の壁面にバリアメタル層を一様に形成できるよ
うにし、これによって、凹部に導電性膜を均一に埋め込
めるようにすることを第２の目的とする。
【００５３】また、本発明は、有機膜に対するドライ現
像（プラズマエッチング）において、順テーパ形状の断
面の開口部を有する有機膜パターンが形成できるように
して、高精度で且つプロセスマージンが大きいエッチン
グができるようにすることを第３の目的とする。
像（プラズマエッチング）において、順テーパ形状の断
面の開口部を有する有機膜パターンが形成できるように
して、高精度で且つプロセスマージンが大きいエッチン
グができるようにすることを第３の目的とする。
【００５４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の有機
膜のエッチング方法は、有機膜に対して、炭素、水素及
び窒素を含む化合物を主成分とする第１のガスと窒素成
分を含む第２のガスとを含有するエッチングガスから生
成されたプラズマを用いてエッチングを行なう。
膜のエッチング方法は、有機膜に対して、炭素、水素及
び窒素を含む化合物を主成分とする第１のガスと窒素成
分を含む第２のガスとを含有するエッチングガスから生
成されたプラズマを用いてエッチングを行なう。
【００５５】第１の有機膜のエッチング方法によると、
エッチングガスに、炭素、水素及び窒素を含む化合物が
含まれているため、エッチングガスから生成されたプラ
ズマ中に、エッチング表面でポリマーを形成し易いＣＨ
x （ｘ＝１、２、３）のラジカルが存在し、有機膜に形
成される凹部の壁面に付着したＣＨx ラジカルからなる
ポリマーは、イオンアシスト反応を阻止する側壁保護膜
として働くので、凹部の断面は順テーパ形状になる。ま
た、プラズマ中にＮイオンを供給する窒素成分がエッチ
ングガスに含まれているため、ほぼ一定のエッチングレ
ートを維持することができると共に、窒素成分の混合割
合を調整することにより凹部の順テーパ形状の角度を制
御することが可能になる。従って、有機膜に順テーパ形
状の凹部を形成できると共に、ほぼ一定のエッチングレ
ートを維持しながら順テーパ形状の角度を制御すること
ができる。
エッチングガスに、炭素、水素及び窒素を含む化合物が
含まれているため、エッチングガスから生成されたプラ
ズマ中に、エッチング表面でポリマーを形成し易いＣＨ
x （ｘ＝１、２、３）のラジカルが存在し、有機膜に形
成される凹部の壁面に付着したＣＨx ラジカルからなる
ポリマーは、イオンアシスト反応を阻止する側壁保護膜
として働くので、凹部の断面は順テーパ形状になる。ま
た、プラズマ中にＮイオンを供給する窒素成分がエッチ
ングガスに含まれているため、ほぼ一定のエッチングレ
ートを維持することができると共に、窒素成分の混合割
合を調整することにより凹部の順テーパ形状の角度を制
御することが可能になる。従って、有機膜に順テーパ形
状の凹部を形成できると共に、ほぼ一定のエッチングレ
ートを維持しながら順テーパ形状の角度を制御すること
ができる。
【００５６】第１の有機膜のエッチング方法において、
第２のガスは窒素ガスであることが好ましい。
第２のガスは窒素ガスであることが好ましい。
【００５７】このようにすると、プラズマ中にＮイオン
及びＮ2 イオンを供給できるので、凹部の順テーパ形状
の角度の制御が容易になる。
及びＮ2 イオンを供給できるので、凹部の順テーパ形状
の角度の制御が容易になる。
【００５８】第１の有機膜のエッチング方法において、
第２のガスは、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスである
ことが好ましい。
第２のガスは、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスである
ことが好ましい。
【００５９】このようにすると、凹部の順テーパ形状の
角度の制御性を維持したまま、エッチングレートを向上
させることができる。
角度の制御性を維持したまま、エッチングレートを向上
させることができる。
【００６０】第１の有機膜のエッチング方法において、
第２のガスはアンモニアガスであることが好ましい。
第２のガスはアンモニアガスであることが好ましい。
【００６１】このようにすると、凹部の順テーパ形状の
角度の制御性の確保とエッチングレートの向上とを同時
に実現できる。
角度の制御性の確保とエッチングレートの向上とを同時
に実現できる。
【００６２】第１の有機膜のエッチング方法において、
第２のガスは希ガスをさらに含んでいることが好まし
い。
第２のガスは希ガスをさらに含んでいることが好まし
い。
【００６３】このようにすると、反応室の内壁面に形成
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を安定な状態に保つ
ことができる。また、凹部の断面をより確実に順テーパ
形状にすることもできる。
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を安定な状態に保つ
ことができる。また、凹部の断面をより確実に順テーパ
形状にすることもできる。
【００６４】本発明に係る第２の有機膜のエッチング方
法は、有機膜に対して、炭素、水素及び窒素を含む化合
物を主成分とする第１のガスと希ガスを含む第２のガス
とを含有するエッチングガスから生成されたプラズマを
用いてエッチングを行なう。
法は、有機膜に対して、炭素、水素及び窒素を含む化合
物を主成分とする第１のガスと希ガスを含む第２のガス
とを含有するエッチングガスから生成されたプラズマを
用いてエッチングを行なう。
【００６５】第２の有機膜のエッチング方法によると、
エッチングガスに、炭素、水素及び窒素を含む化合物と
希ガスとが含まれているため、有機膜に形成される凹部
の断面を確実に順テーパ形状にできる。また、反応室の
内壁面に形成される堆積膜を低減できるため、反応室を
クリーニングする頻度を低減できるので、反応室を長期
間に亘って安定な状態に保つことができる。
エッチングガスに、炭素、水素及び窒素を含む化合物と
希ガスとが含まれているため、有機膜に形成される凹部
の断面を確実に順テーパ形状にできる。また、反応室の
内壁面に形成される堆積膜を低減できるため、反応室を
クリーニングする頻度を低減できるので、反応室を長期
間に亘って安定な状態に保つことができる。
【００６６】本発明に係る第３の有機膜のエッチング方
法は、有機膜に対して、炭素、水素及び窒素を含む化合
物を主成分とする第１のガスと酸素成分を含む第２のガ
スとを含有するエッチングガスから生成されたプラズマ
を用いてエッチングを行なう。
法は、有機膜に対して、炭素、水素及び窒素を含む化合
物を主成分とする第１のガスと酸素成分を含む第２のガ
スとを含有するエッチングガスから生成されたプラズマ
を用いてエッチングを行なう。
【００６７】第３の有機膜のエッチング方法によると、
エッチングガスに、炭素、水素及び窒素を含む化合物が
含まれているため、有機膜に形成される凹部の断面は順
テーパ形状になる。また、エッチングガスに酸素成分が
含まれているため、エッチングレートが向上する。従っ
て、エッチングレートを向上させながら、有機膜に形成
される凹部の断面を順テーパ形状にすることができる。
エッチングガスに、炭素、水素及び窒素を含む化合物が
含まれているため、有機膜に形成される凹部の断面は順
テーパ形状になる。また、エッチングガスに酸素成分が
含まれているため、エッチングレートが向上する。従っ
て、エッチングレートを向上させながら、有機膜に形成
される凹部の断面を順テーパ形状にすることができる。
【００６８】第３の有機膜のエッチング方法において、
第２のガスは希ガスをさらに含んでいることが好まし
い。
第２のガスは希ガスをさらに含んでいることが好まし
い。
【００６９】このようにすると、有機膜に形成される凹
部の断面をより確実に順テーパ形状にすることができる
と共に、反応室の内壁面に形成される堆積膜を低減して
反応室をクリーニングする頻度を低減できるので、反応
室を安定な状態に保つことができる。
部の断面をより確実に順テーパ形状にすることができる
と共に、反応室の内壁面に形成される堆積膜を低減して
反応室をクリーニングする頻度を低減できるので、反応
室を安定な状態に保つことができる。
【００７０】本発明に係る第１の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の
上に、無機化合物を主成分とするマスクパターンを形成
する工程と、有機膜に対して、マスクパターンを用い
て、炭素、水素及び窒素を含む化合物を主成分とする第
１のガスと窒素成分を含む第２のガスとを含有するエッ
チングガスから生成されたプラズマにより選択的エッチ
ングを行なって、有機膜に凹部を形成する工程とを備え
ている。
は、半導体基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の
上に、無機化合物を主成分とするマスクパターンを形成
する工程と、有機膜に対して、マスクパターンを用い
て、炭素、水素及び窒素を含む化合物を主成分とする第
１のガスと窒素成分を含む第２のガスとを含有するエッ
チングガスから生成されたプラズマにより選択的エッチ
ングを行なって、有機膜に凹部を形成する工程とを備え
ている。
【００７１】第１の半導体装置の製造方法によると、前
述の第１の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に凹
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
凹部を形成することができ、凹部の断面がボウイング形
状にならない。このため、凹部の壁面にバリア層を分離
部が形成されることなく均一に形成できるので、凹部に
導電性膜を確実に埋め込むことができ、これによって、
電気的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線を形成
することができる。また、プラズマ中にＮイオンを供給
する窒素成分がエッチングガスに含まれているため、窒
素成分の混合割合を調整することにより、凹部の順テー
パ形状の角度を制御することが可能になる。
述の第１の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に凹
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
凹部を形成することができ、凹部の断面がボウイング形
状にならない。このため、凹部の壁面にバリア層を分離
部が形成されることなく均一に形成できるので、凹部に
導電性膜を確実に埋め込むことができ、これによって、
電気的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線を形成
することができる。また、プラズマ中にＮイオンを供給
する窒素成分がエッチングガスに含まれているため、窒
素成分の混合割合を調整することにより、凹部の順テー
パ形状の角度を制御することが可能になる。
【００７２】第１の半導体装置の製造方法において、第
２のガスは窒素ガスであることが好ましい。
２のガスは窒素ガスであることが好ましい。
【００７３】このようにすると、プラズマ中にＮイオン
及びＮ2 イオンを供給できるので、凹部の順テーパ形状
の角度の制御が容易になる。
及びＮ2 イオンを供給できるので、凹部の順テーパ形状
の角度の制御が容易になる。
【００７４】第１の半導体装置の製造方法において、第
２のガスは、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであるこ
とが好ましい。
２のガスは、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであるこ
とが好ましい。
【００７５】このようにすると、凹部の順テーパ形状の
角度の制御性を維持したまま、エッチングレートを向上
させることができる。
角度の制御性を維持したまま、エッチングレートを向上
させることができる。
【００７６】第１の半導体装置の製造方法において、第
２のガスはアンモニアガスであることが好ましい。
２のガスはアンモニアガスであることが好ましい。
【００７７】このようにすると、凹部の順テーパ形状の
角度の制御性の確保とエッチングレートの向上とを同時
に実現できる。
角度の制御性の確保とエッチングレートの向上とを同時
に実現できる。
【００７８】第１の半導体装置の製造方法において、第
２のガスは希ガスをさらに含んでいることが好ましい。
２のガスは希ガスをさらに含んでいることが好ましい。
【００７９】このようにすると、反応室の内壁面に形成
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を長期間に亘って安
定な状態に保つことができる。また、凹部の断面をより
確実に順テーパ形状にして、電気的特性が一層優れた接
続プラグ又は埋め込み配線を形成することができる。
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を長期間に亘って安
定な状態に保つことができる。また、凹部の断面をより
確実に順テーパ形状にして、電気的特性が一層優れた接
続プラグ又は埋め込み配線を形成することができる。
【００８０】本発明に係る第２の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の
上に、無機化合物を主成分とするマスクパターンを形成
する工程と、有機膜に対して、マスクパターンを用い
て、炭素、水素及び窒素を含む化合物を主成分とする第
１のガスと希ガスを含む第２のガスとを含有するエッチ
ングガスから生成されたプラズマにより選択的エッチン
グを行なって、有機膜に凹部を形成する工程とを備えて
いる。
は、半導体基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の
上に、無機化合物を主成分とするマスクパターンを形成
する工程と、有機膜に対して、マスクパターンを用い
て、炭素、水素及び窒素を含む化合物を主成分とする第
１のガスと希ガスを含む第２のガスとを含有するエッチ
ングガスから生成されたプラズマにより選択的エッチン
グを行なって、有機膜に凹部を形成する工程とを備えて
いる。
【００８１】第２の半導体装置の製造方法によると、前
述の第２の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に凹
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
凹部を形成できるので、凹部の壁面にバリア層を分離部
が形成されることなく均一に形成することができる。こ
のため、凹部に導電性膜を確実に埋め込むことができる
ので、電気的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線
を形成することができる。また、反応室の内壁面に形成
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減でき、これによって、反応室を安定な状
態に保つことができる。
述の第２の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に凹
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
凹部を形成できるので、凹部の壁面にバリア層を分離部
が形成されることなく均一に形成することができる。こ
のため、凹部に導電性膜を確実に埋め込むことができる
ので、電気的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線
を形成することができる。また、反応室の内壁面に形成
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減でき、これによって、反応室を安定な状
態に保つことができる。
【００８２】本発明に係る第３の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の
上に、無機化合物を主成分とするマスクパターンを形成
する工程と、有機膜に対して、マスクパターンを用い
て、炭素、水素及び窒素を含む化合物を主成分とする第
１のガスと酸素成分を含む第２のガスとを含有するエッ
チングガスから生成されたプラズマにより選択的エッチ
ングを行なって、有機膜に凹部を形成する工程とを備え
ている。
は、半導体基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の
上に、無機化合物を主成分とするマスクパターンを形成
する工程と、有機膜に対して、マスクパターンを用い
て、炭素、水素及び窒素を含む化合物を主成分とする第
１のガスと酸素成分を含む第２のガスとを含有するエッ
チングガスから生成されたプラズマにより選択的エッチ
ングを行なって、有機膜に凹部を形成する工程とを備え
ている。
【００８３】第３の半導体装置の製造方法によると、前
述の第３の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に凹
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
凹部を形成できるので、凹部の壁面にバリア層を分離部
が形成されることなく均一に形成することができる。こ
のため、凹部に導電性膜を確実に埋め込むことができる
ので、電気的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線
を形成することができる。また、エッチングガスに酸素
成分が含まれているため、エッチングレートを向上させ
ることができる。
述の第３の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に凹
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
凹部を形成できるので、凹部の壁面にバリア層を分離部
が形成されることなく均一に形成することができる。こ
のため、凹部に導電性膜を確実に埋め込むことができる
ので、電気的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線
を形成することができる。また、エッチングガスに酸素
成分が含まれているため、エッチングレートを向上させ
ることができる。
【００８４】第３の半導体装置の製造方法において、第
２のガスは希ガスをさらに含んでいることが好ましい。
２のガスは希ガスをさらに含んでいることが好ましい。
【００８５】このようにすると、反応室の内壁面に形成
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を安定な状態に保つ
ことができる。また、凹部の断面をより確実に順テーパ
形状にして、電気的特性が一層優れた接続プラグ又は埋
め込み配線を形成することができる。
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を安定な状態に保つ
ことができる。また、凹部の断面をより確実に順テーパ
形状にして、電気的特性が一層優れた接続プラグ又は埋
め込み配線を形成することができる。
【００８６】第１〜第３の半導体装置の製造方法におい
て、凹部は、接続孔と該接続孔の上に形成された配線溝
とからなり、デュアルダマシン法により導電性膜が埋め
込まれるものであることが好ましい。
て、凹部は、接続孔と該接続孔の上に形成された配線溝
とからなり、デュアルダマシン法により導電性膜が埋め
込まれるものであることが好ましい。
【００８７】このようにすると、バリア層を接続孔及び
配線溝の壁面に分離部（断線部）を形成させることなく
均一に形成できると共に、接続孔の底面にクラウン状の
障壁が形成されなくなる。このため、接続孔及び配線溝
に導電性膜を確実に埋め込めるので、接続孔に埋め込ま
れた接続プラグ及び配線溝に埋め込まれた金属配線の電
気的特性を向上させることができると共に、接続プラグ
と下層の金属配線との間に接続不良が発生しなくなる。
従って、電気的特性に優れた多層配線をデュアルダマシ
ン法により形成することが可能になる。
配線溝の壁面に分離部（断線部）を形成させることなく
均一に形成できると共に、接続孔の底面にクラウン状の
障壁が形成されなくなる。このため、接続孔及び配線溝
に導電性膜を確実に埋め込めるので、接続孔に埋め込ま
れた接続プラグ及び配線溝に埋め込まれた金属配線の電
気的特性を向上させることができると共に、接続プラグ
と下層の金属配線との間に接続不良が発生しなくなる。
従って、電気的特性に優れた多層配線をデュアルダマシ
ン法により形成することが可能になる。
【００８８】本発明に係る第１のパターンの形成方法
は、基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の表面に
無機成分を含むマスク層を形成する工程と、有機膜に対
して、マスク層を用いて、炭素、水素及び窒素を含む化
合物を主成分とする第１のガスと窒素成分を含む第２の
ガスとを含有するエッチングガスから生成されたプラズ
マにより選択的エッチングを行なって、有機膜からなる
有機膜パターンを形成する工程とを備えている。
は、基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の表面に
無機成分を含むマスク層を形成する工程と、有機膜に対
して、マスク層を用いて、炭素、水素及び窒素を含む化
合物を主成分とする第１のガスと窒素成分を含む第２の
ガスとを含有するエッチングガスから生成されたプラズ
マにより選択的エッチングを行なって、有機膜からなる
有機膜パターンを形成する工程とを備えている。
【００８９】第１のパターンの形成方法によると、前述
の第１の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に開口
部を形成するため、ほぼ一定のエッチングレートを維持
しながら、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ開口部を
形成することができる。すなわち、有機膜パターンの開
口部の断面形状がボウイング状にならないので、被エッ
チング膜に対して高精度で且つプロセスマージンが大き
いエッチングを行なうことができる。
の第１の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に開口
部を形成するため、ほぼ一定のエッチングレートを維持
しながら、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ開口部を
形成することができる。すなわち、有機膜パターンの開
口部の断面形状がボウイング状にならないので、被エッ
チング膜に対して高精度で且つプロセスマージンが大き
いエッチングを行なうことができる。
【００９０】第１のパターンの形成方法において、第２
のガスは窒素ガスであることが好ましい。
のガスは窒素ガスであることが好ましい。
【００９１】このようにすると、プラズマ中にＮイオン
及びＮ2 イオンを供給できるので、有機膜に形成される
開口部の順テーパ形状の角度の制御が容易になる。
及びＮ2 イオンを供給できるので、有機膜に形成される
開口部の順テーパ形状の角度の制御が容易になる。
【００９２】第１のパターンの形成方法において、第２
のガスは、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであること
が好ましい。
のガスは、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスであること
が好ましい。
【００９３】このようにすると、凹部の順テーパ形状の
角度の制御性を維持したまま、エッチングレートを向上
させることができる。
角度の制御性を維持したまま、エッチングレートを向上
させることができる。
【００９４】第１のパターンの形成方法において、第２
のガスはアンモニアガスであることが好ましい。
のガスはアンモニアガスであることが好ましい。
【００９５】このようにすると、凹部の順テーパ形状の
角度の制御性の確保とエッチングレートの向上とを同時
に実現できる。
角度の制御性の確保とエッチングレートの向上とを同時
に実現できる。
【００９６】第１のパターンの形成方法において、第２
のガスは希ガスをさらに含んでいることが好ましい。
のガスは希ガスをさらに含んでいることが好ましい。
【００９７】このようにすると、反応室の内壁面に形成
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を安定な状態に保つ
ことができる。また、有機膜に形成される開口部の断面
をより確実に順テーパ形状にして、被エッチング膜に対
してより高精度で且つよりプロセスマージンが大きいエ
ッチングを行なうことができる。
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を安定な状態に保つ
ことができる。また、有機膜に形成される開口部の断面
をより確実に順テーパ形状にして、被エッチング膜に対
してより高精度で且つよりプロセスマージンが大きいエ
ッチングを行なうことができる。
【００９８】本発明に係る第２のパターンの形成方法
は、基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の表面に
無機成分を含むマスク層を形成する工程と、有機膜に対
して、マスク層を用いて、炭素、水素及び窒素を含む化
合物を主成分とする第１のガスと希ガスを含む第２のガ
スとを含有するエッチングガスから生成されたプラズマ
により選択的エッチングを行なって、有機膜からなる有
機膜パターンを形成する工程とを備えている。
は、基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の表面に
無機成分を含むマスク層を形成する工程と、有機膜に対
して、マスク層を用いて、炭素、水素及び窒素を含む化
合物を主成分とする第１のガスと希ガスを含む第２のガ
スとを含有するエッチングガスから生成されたプラズマ
により選択的エッチングを行なって、有機膜からなる有
機膜パターンを形成する工程とを備えている。
【００９９】第２のパターンの形成方法によると、前述
の第２の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に開口
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
開口部を形成することができ、有機膜パターンの開口部
の断面形状がボウイング状にならないので、被エッチン
グ膜に対して高精度で且つプロセスマージンが大きいエ
ッチングを行なうことができる。また、反応室の内壁面
に形成される堆積膜を低減できるため、反応室をクリー
ニングする頻度を低減でき、これによって、反応室を安
定な状態に保つことができる。
の第２の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に開口
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
開口部を形成することができ、有機膜パターンの開口部
の断面形状がボウイング状にならないので、被エッチン
グ膜に対して高精度で且つプロセスマージンが大きいエ
ッチングを行なうことができる。また、反応室の内壁面
に形成される堆積膜を低減できるため、反応室をクリー
ニングする頻度を低減でき、これによって、反応室を安
定な状態に保つことができる。
【０１００】本発明に係る第３のパターン形成方法は、
基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の表面に無機
成分を含むマスク層を形成する工程と、有機膜に対し
て、マスク層を用いて、炭素、水素及び窒素を含む化合
物を主成分とする第１のガスと酸素成分を含む第２のガ
スとを含有するエッチングガスから生成されたプラズマ
により選択的エッチングを行なって、有機膜からなる有
機膜パターンを形成する工程とを備えている。
基板上に有機膜を形成する工程と、有機膜の表面に無機
成分を含むマスク層を形成する工程と、有機膜に対し
て、マスク層を用いて、炭素、水素及び窒素を含む化合
物を主成分とする第１のガスと酸素成分を含む第２のガ
スとを含有するエッチングガスから生成されたプラズマ
により選択的エッチングを行なって、有機膜からなる有
機膜パターンを形成する工程とを備えている。
【０１０１】第３のパターンの形成方法によると、前述
の第３の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に開口
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
開口部を形成することができ、有機膜パターンの開口部
の断面形状がボウイング状にならないので、被エッチン
グ膜に対して高精度で且つプロセスマージンが大きいエ
ッチングを行なうことができる。また、エッチングガス
に酸素成分が含まれているため、有機膜パターンを形成
する際のエッチングレートを向上させることができる。
の第３の有機膜のエッチング方法を用いて有機膜に開口
部を形成するため、有機膜に順テーパ形状の断面を持つ
開口部を形成することができ、有機膜パターンの開口部
の断面形状がボウイング状にならないので、被エッチン
グ膜に対して高精度で且つプロセスマージンが大きいエ
ッチングを行なうことができる。また、エッチングガス
に酸素成分が含まれているため、有機膜パターンを形成
する際のエッチングレートを向上させることができる。
【０１０２】第３のパターンの形成方法において、第２
のガスは希ガスをさらに含んでいることが好ましい。
のガスは希ガスをさらに含んでいることが好ましい。
【０１０３】このようにすると、反応室の内壁面に形成
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を安定な状態に保つ
ことができる。また、有機膜に形成される開口部の断面
をより確実に順テーパ形状にして、有機膜に対してより
高精度で且つよりプロセスマージンが大きいエッチング
を行なうことができる。
される堆積膜を低減できるため、反応室をクリーニング
する頻度を低減できるので、反応室を安定な状態に保つ
ことができる。また、有機膜に形成される開口部の断面
をより確実に順テーパ形状にして、有機膜に対してより
高精度で且つよりプロセスマージンが大きいエッチング
を行なうことができる。
【０１０４】第１〜第３のパターンの形成方法におい
て、マスク層はシリル化層であることが好ましい。
て、マスク層はシリル化層であることが好ましい。
【０１０５】このようにすると、表層イメージングプロ
セスにより、有機膜パターンに順テーパ形状の開口部を
形成することができる。
セスにより、有機膜パターンに順テーパ形状の開口部を
形成することができる。
【０１０６】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）以下、本発明
の第１の実施形態に係る有機膜のエッチング方法につい
て、図１（ａ）〜（ｆ）、図２（ａ）、（ｂ）及び図３
を参照しながら説明する。
の第１の実施形態に係る有機膜のエッチング方法につい
て、図１（ａ）〜（ｆ）、図２（ａ）、（ｂ）及び図３
を参照しながら説明する。
【０１０７】第１の実施形態に係る有機膜のエッチング
方法は、エッチングガスとしてメチルアミン（Methylam
ine ：ＣＨ3ＮＨ2）と窒素ガス（Ｎ2 ）との混合ガスを
用い、該混合ガスから生成されたプラズマにより有機膜
をエッチングする方法である。以下、第１の実施形態に
おけるエッチング条件の一例を示す。
方法は、エッチングガスとしてメチルアミン（Methylam
ine ：ＣＨ3ＮＨ2）と窒素ガス（Ｎ2 ）との混合ガスを
用い、該混合ガスから生成されたプラズマにより有機膜
をエッチングする方法である。以下、第１の実施形態に
おけるエッチング条件の一例を示す。
【０１０８】
使用プラズマ装置……ＮＬＤプラズマ装置
エッチングガスの種類及び標準状態における１分間当た
りの流量……ＣＨ3ＮＨ2：Ｎ2 ＝ｘｍｌ：（１００−
ｘ）ｍｌ アンテナパワ……１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） バイアスパワ……２００Ｗ（２ＭＨｚ） 圧力……０．４Ｐａ 基板冷却温度……０℃ エッチング時間……１８０秒 図１（ａ）は、第１の実施形態に係る有機膜のエッチン
グ方法により得られるホールの概略断面構造を示し、図
１（ｂ）〜（ｆ）は、第１の実施形態に係る有機膜のエ
ッチング方法により得られたホールの断面ＳＥＭ写真を
示している。図１（ａ）〜（ｆ）において、１はシリコ
ン基板を示し、２は被エッチング膜としての有機膜を示
し、３はシリコン酸化膜からなるマスクパターンを示し
ている。また、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）及
び（ｆ）は、エッチングガス中のメチルアミンガス及び
窒素ガスの標準状態における１分間当たりの流量（ｍ
ｌ）比つまりＣＨ3ＮＨ2：Ｎ2 ＝１００ｍｌ：０ｍｌ、
７０ｍｌ：３０ｍｌ、５０ｍｌ：５０ｍｌ、３０ｍｌ：
７０ｍｌ及び０ｍｌ：１００ｍｌの場合について示して
いる。尚、エッチングの開始時には、マスクパターン３
の上に約０．４μｍの厚さを持つレジストパターンが形
成されていたが、該レジストパターンは有機膜２に対す
るエッチング工程の途中で消滅した。もっとも、図１
（ｆ）に示す場合には、レジストパターンが残存してい
る。
りの流量……ＣＨ3ＮＨ2：Ｎ2 ＝ｘｍｌ：（１００−
ｘ）ｍｌ アンテナパワ……１０００Ｗ（１３．５６ＭＨｚ） バイアスパワ……２００Ｗ（２ＭＨｚ） 圧力……０．４Ｐａ 基板冷却温度……０℃ エッチング時間……１８０秒 図１（ａ）は、第１の実施形態に係る有機膜のエッチン
グ方法により得られるホールの概略断面構造を示し、図
１（ｂ）〜（ｆ）は、第１の実施形態に係る有機膜のエ
ッチング方法により得られたホールの断面ＳＥＭ写真を
示している。図１（ａ）〜（ｆ）において、１はシリコ
ン基板を示し、２は被エッチング膜としての有機膜を示
し、３はシリコン酸化膜からなるマスクパターンを示し
ている。また、図１（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）及
び（ｆ）は、エッチングガス中のメチルアミンガス及び
窒素ガスの標準状態における１分間当たりの流量（ｍ
ｌ）比つまりＣＨ3ＮＨ2：Ｎ2 ＝１００ｍｌ：０ｍｌ、
７０ｍｌ：３０ｍｌ、５０ｍｌ：５０ｍｌ、３０ｍｌ：
７０ｍｌ及び０ｍｌ：１００ｍｌの場合について示して
いる。尚、エッチングの開始時には、マスクパターン３
の上に約０．４μｍの厚さを持つレジストパターンが形
成されていたが、該レジストパターンは有機膜２に対す
るエッチング工程の途中で消滅した。もっとも、図１
（ｆ）に示す場合には、レジストパターンが残存してい
る。
【０１０９】第１の実施形態に係るパターン形成方法に
おいては、有機膜２の厚さは約１．２μｍであり、マス
クパターン３の厚さは約２４０ｎｍであり、ホールの径
は０．２４μｍである。
おいては、有機膜２の厚さは約１．２μｍであり、マス
クパターン３の厚さは約２４０ｎｍであり、ホールの径
は０．２４μｍである。
【０１１０】図１（ｂ）〜（ｆ）から分かるように、ｘ
＝５０〜１００ｍｌの条件つまりメチルアミンの混合割
合が約５０％以上の条件において、窒素ガスの混合割合
を変化させることにより、順テーパ形状の角度を所望値
に調整することができる。
＝５０〜１００ｍｌの条件つまりメチルアミンの混合割
合が約５０％以上の条件において、窒素ガスの混合割合
を変化させることにより、順テーパ形状の角度を所望値
に調整することができる。
【０１１１】通常、有機膜は、炭素原子と水素原子とか
らなるポリマーが主たる構成要素でって、第１の従来例
のように、有機膜に窒素又は水素のラジカル及びイオン
が飛来することによって有機膜がエッチングされること
から考えると、エッチング時の反応生成物は主として揮
発性のＨＣＮであって、該ＨＣＮがエッチング表面から
脱離することによってエッチングが進行すると考えられ
る。
らなるポリマーが主たる構成要素でって、第１の従来例
のように、有機膜に窒素又は水素のラジカル及びイオン
が飛来することによって有機膜がエッチングされること
から考えると、エッチング時の反応生成物は主として揮
発性のＨＣＮであって、該ＨＣＮがエッチング表面から
脱離することによってエッチングが進行すると考えられ
る。
【０１１２】また、プラズマを用いて異方性エッチング
を行なう場合、エッチングは主としてイオンアシストエ
ッチング反応の進行により実現されており、化学スパッ
タリング、物理スパッタリング及び熱化学反応等による
エッチングの進行はイオンアシストエッチング反応の進
行に比べて極めて小さい。イオンアシスト反応とは、イ
オンがプラズマ中から離脱して被エッチング膜に飛来す
る際、イオンがプラズマ発生領域と被エッチング膜との
間のプラズマシース領域の電界により加速されて被エッ
チング膜に衝突し、その衝撃エネルギーにより衝突部位
の近傍において表面化学反応が促進される。イオンアシ
スト反応によるエッチングのメカニズムは大きく分けて
次の２種類に分類される。
を行なう場合、エッチングは主としてイオンアシストエ
ッチング反応の進行により実現されており、化学スパッ
タリング、物理スパッタリング及び熱化学反応等による
エッチングの進行はイオンアシストエッチング反応の進
行に比べて極めて小さい。イオンアシスト反応とは、イ
オンがプラズマ中から離脱して被エッチング膜に飛来す
る際、イオンがプラズマ発生領域と被エッチング膜との
間のプラズマシース領域の電界により加速されて被エッ
チング膜に衝突し、その衝撃エネルギーにより衝突部位
の近傍において表面化学反応が促進される。イオンアシ
スト反応によるエッチングのメカニズムは大きく分けて
次の２種類に分類される。
【０１１３】（第１のエッチングメカニズム）被エッチ
ング表面に、エッチング反応に関与する反応性ラジカル
が物理吸着又は化学吸着している場合であって、この場
合は、さらにつぎの３つの場合に分類できる。
ング表面に、エッチング反応に関与する反応性ラジカル
が物理吸着又は化学吸着している場合であって、この場
合は、さらにつぎの３つの場合に分類できる。
【０１１４】第１は、イオンが吸着部の近傍に衝突し
て、イオンと吸着物質と被エッチング膜の材料とが互い
に化学反応を起す場合である。
て、イオンと吸着物質と被エッチング膜の材料とが互い
に化学反応を起す場合である。
【０１１５】第２は、前記の吸着がさらに進んだ場合に
起こり、被エッチング表面に薄い堆積膜ができた状態で
あって、この場合にもイオン衝撃によるイオンアシスト
反応が効率良く進行し、高いエッチングレートが実現さ
れる。
起こり、被エッチング表面に薄い堆積膜ができた状態で
あって、この場合にもイオン衝撃によるイオンアシスト
反応が効率良く進行し、高いエッチングレートが実現さ
れる。
【０１１６】第３は、堆積膜が厚くなってくる場合に起
こり、飛来するイオンの大部分が堆積膜の除去に消費さ
れるので、エッチングレートは極端に低下する。また、
堆積膜が所定値以上つまりイオン衝撃による除去が困難
になる量以上に厚く堆積されると、イオンは堆積膜を除
去することができないので、飛来してきたイオンと吸着
物質と被エッチング膜の材料とが化学反応を起さなくな
り、エッチングが停止する。
こり、飛来するイオンの大部分が堆積膜の除去に消費さ
れるので、エッチングレートは極端に低下する。また、
堆積膜が所定値以上つまりイオン衝撃による除去が困難
になる量以上に厚く堆積されると、イオンは堆積膜を除
去することができないので、飛来してきたイオンと吸着
物質と被エッチング膜の材料とが化学反応を起さなくな
り、エッチングが停止する。
【０１１７】（第２のエッチングメカニズム）被エッチ
ング表面にエッチング反応に関与する反応性ラジカルが
吸着していない場合であって、イオンが被エッチング表
面に衝突し、衝突したイオンと被エッチング膜の材料と
がイオン自身のエネルギーで直接に化学反応を起すこと
により、イオンアシストエッチング反応が進行する。
ング表面にエッチング反応に関与する反応性ラジカルが
吸着していない場合であって、イオンが被エッチング表
面に衝突し、衝突したイオンと被エッチング膜の材料と
がイオン自身のエネルギーで直接に化学反応を起すこと
により、イオンアシストエッチング反応が進行する。
【０１１８】図２（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態に係
るエッチング方法による効果を説明するための図であっ
て、図２（ａ）はＮ2とＨ2との混合ガス又はＮＨ3 ガス
からなる従来のエッチングガスを用いた場合のエッチン
グメカニズムを示し、図２（ｂ）は、第１の実施形態の
エッチングガスつまりＣＨ3ＮＨ2ガスとＮ2 との混合ガ
スを用いた場合のエッチングメカニズムを示している。
るエッチング方法による効果を説明するための図であっ
て、図２（ａ）はＮ2とＨ2との混合ガス又はＮＨ3 ガス
からなる従来のエッチングガスを用いた場合のエッチン
グメカニズムを示し、図２（ｂ）は、第１の実施形態の
エッチングガスつまりＣＨ3ＮＨ2ガスとＮ2 との混合ガ
スを用いた場合のエッチングメカニズムを示している。
【０１１９】図２（ａ）、（ｂ）において、１はシリコ
ン基板を示し、２は被エッチング膜としての有機膜を示
し、３はシリコン酸化膜からなるマスクパターンを示
し、４、５はラジカル（ラジカルフラックス）（以下、
原子も含めて活性のある反応性中性粒子をラジカルと総
称する。）を示し、６はエッチングにより有機膜２に形
成される凹部の壁面及び底面に堆積される堆積膜を示し
ている。
ン基板を示し、２は被エッチング膜としての有機膜を示
し、３はシリコン酸化膜からなるマスクパターンを示
し、４、５はラジカル（ラジカルフラックス）（以下、
原子も含めて活性のある反応性中性粒子をラジカルと総
称する。）を示し、６はエッチングにより有機膜２に形
成される凹部の壁面及び底面に堆積される堆積膜を示し
ている。
【０１２０】ラジカル４、５は、電気的に中性粒子であ
るためプラズマからシリコン基板１に等方的に飛来す
る。尚、矢線はその一部を示している。これに対して、
プラズマシース領域で加速されてシリコン基板１に飛来
するイオンは、シリコン基板１に対して垂直に入射す
る。
るためプラズマからシリコン基板１に等方的に飛来す
る。尚、矢線はその一部を示している。これに対して、
プラズマシース領域で加速されてシリコン基板１に飛来
するイオンは、シリコン基板１に対して垂直に入射す
る。
【０１２１】Ｎ2とＨ2との混合ガスからなるプラズマを
用いる場合（図２（ａ）に示す場合）、生成されるラジ
カルとしては、Ｎ、Ｎ2、Ｈ及びＨ2が考えられ、ＮＨ3
ガスからなるプラズマを用いる場合、生成されるラジカ
ルとしては、Ｎ、Ｎ2 、Ｈ及びＨ2 のほかに、ＮＨ、Ｎ
Ｈ2及びＮＨ3が考えられる。このため、ＮＨ3 ガスを用
いる場合には、Ｎ2とＨ2との混合ガスを用いる場合に比
べて、生成されるラジカルの量が多いため、エッチング
表面における付着物も多少増加すると考えられる。
用いる場合（図２（ａ）に示す場合）、生成されるラジ
カルとしては、Ｎ、Ｎ2、Ｈ及びＨ2が考えられ、ＮＨ3
ガスからなるプラズマを用いる場合、生成されるラジカ
ルとしては、Ｎ、Ｎ2 、Ｈ及びＨ2 のほかに、ＮＨ、Ｎ
Ｈ2及びＮＨ3が考えられる。このため、ＮＨ3 ガスを用
いる場合には、Ｎ2とＨ2との混合ガスを用いる場合に比
べて、生成されるラジカルの量が多いため、エッチング
表面における付着物も多少増加すると考えられる。
【０１２２】ところが、エッチング表面にプラズマから
照射されるイオンの衝撃に耐えるほどの厚さを有する堆
積物を、前述のラジカルにより形成することは困難であ
る。
照射されるイオンの衝撃に耐えるほどの厚さを有する堆
積物を、前述のラジカルにより形成することは困難であ
る。
【０１２３】従って、凹部の底面であるエッチング表面
で起きるエッチング反応は、エッチング表面に僅かに付
着している原子又は分子と有機膜の表面の原子とが、プ
ラズマから飛来してくるイオンによるイオンアシスト反
応によりエッチングされる反応（第１のエッチングメカ
ニズムの第１の場合）、又はイオンとエッチング表面と
が反応するエッチング反応（第２のエッチングメカニズ
ムの場合）が主体になると思われる。特に、従来のＮ2
とＨ2とからなるプラズマによるエッチング方法におい
ては、第２のエッチングメカニズムによるエッチングの
進行が支配的であると考えられる。
で起きるエッチング反応は、エッチング表面に僅かに付
着している原子又は分子と有機膜の表面の原子とが、プ
ラズマから飛来してくるイオンによるイオンアシスト反
応によりエッチングされる反応（第１のエッチングメカ
ニズムの第１の場合）、又はイオンとエッチング表面と
が反応するエッチング反応（第２のエッチングメカニズ
ムの場合）が主体になると思われる。特に、従来のＮ2
とＨ2とからなるプラズマによるエッチング方法におい
ては、第２のエッチングメカニズムによるエッチングの
進行が支配的であると考えられる。
【０１２４】ところで、水素イオンは、原子半径及び慣
性質量が小さいため、エッチング表面に入射しても、反
応することなく有機膜の内部に入射してしまう可能性が
高い。このため、窒素イオン及びアンモニアフラグメン
ト（アンモニア分子から解離分解して発生した分子及び
原子）のイオン等が、イオンアシスト反応を促進する原
動力になると考えられる。
性質量が小さいため、エッチング表面に入射しても、反
応することなく有機膜の内部に入射してしまう可能性が
高い。このため、窒素イオン及びアンモニアフラグメン
ト（アンモニア分子から解離分解して発生した分子及び
原子）のイオン等が、イオンアシスト反応を促進する原
動力になると考えられる。
【０１２５】第１の実施形態のように、ＣＨ3ＮＨ2とＮ
2 との混合ガスからなるプラズマを用いると、Ｎ、
Ｎ2、Ｈ、Ｈ2、ＮＨ、ＮＨ2、ＮＨ3に加えて、Ｃ、Ｃ
Ｈ、ＣＨ2、ＣＨ3、ＣＨ4及びＣＮ等のラジカルが生成
される。つまり、第１の従来例に比べて異なる第１の点
は、ＣＨx （ｘ＝１、２、３）のラジカルが存在するこ
とである。これらのラジカルは、エッチング表面でポリ
マーを形成し易いため、エッチング表面に堆積膜６が形
成され、適度な厚さを持つ堆積膜６は表面反応層として
の機能を持つため、イオンアシスト反応を効率良く生じ
させる原動力となるので、第１のエッチングメカニズム
の第２の場合によるエッチングが進行する。
2 との混合ガスからなるプラズマを用いると、Ｎ、
Ｎ2、Ｈ、Ｈ2、ＮＨ、ＮＨ2、ＮＨ3に加えて、Ｃ、Ｃ
Ｈ、ＣＨ2、ＣＨ3、ＣＨ4及びＣＮ等のラジカルが生成
される。つまり、第１の従来例に比べて異なる第１の点
は、ＣＨx （ｘ＝１、２、３）のラジカルが存在するこ
とである。これらのラジカルは、エッチング表面でポリ
マーを形成し易いため、エッチング表面に堆積膜６が形
成され、適度な厚さを持つ堆積膜６は表面反応層として
の機能を持つため、イオンアシスト反応を効率良く生じ
させる原動力となるので、第１のエッチングメカニズム
の第２の場合によるエッチングが進行する。
【０１２６】第１の実施形態においては、エッチング反
応の大部分は、第１のエッチングメカニズムの第２の場
合によるものである。もっとも、第２のエッチングメカ
ニズムによるエッチング反応も少し存在している。
応の大部分は、第１のエッチングメカニズムの第２の場
合によるものである。もっとも、第２のエッチングメカ
ニズムによるエッチング反応も少し存在している。
【０１２７】第１の実施形態においては、エッチングガ
スが、第１の従来例に係るエッチングガスと異なり、炭
素、水素及び窒素からなる分子であるＣＨ3ＮＨ2を含ん
でいるため、凹部の壁面及び底面（エッチング表面）に
堆積膜６を形成できるので、エッチング反応に必要な原
子を堆積膜６という形でエッチング表面に固定し且つ供
給することができる。その結果、イオンが直接に衝突す
る確率が極めて小さい凹部の壁面においては、堆積膜６
はイオンアシスト反応を阻止する側壁保護膜として働く
ため、凹部の断面は順テーパ形状になる。
スが、第１の従来例に係るエッチングガスと異なり、炭
素、水素及び窒素からなる分子であるＣＨ3ＮＨ2を含ん
でいるため、凹部の壁面及び底面（エッチング表面）に
堆積膜６を形成できるので、エッチング反応に必要な原
子を堆積膜６という形でエッチング表面に固定し且つ供
給することができる。その結果、イオンが直接に衝突す
る確率が極めて小さい凹部の壁面においては、堆積膜６
はイオンアシスト反応を阻止する側壁保護膜として働く
ため、凹部の断面は順テーパ形状になる。
【０１２８】また、多くのイオンが衝突する凹部の底面
においては、底面に形成された堆積膜６と衝突するイオ
ンとによるイオンアシスト反応（第１のエッチングメカ
ニズムの第２の場合）が起こるので、エッチングが効率
良く進行する。言い換えると、堆積膜６の厚さ分だけ有
機膜２の凹部の底面積が減少しながらエッチングが進行
するので、凹部の断面は順テーパ形状になる。
においては、底面に形成された堆積膜６と衝突するイオ
ンとによるイオンアシスト反応（第１のエッチングメカ
ニズムの第２の場合）が起こるので、エッチングが効率
良く進行する。言い換えると、堆積膜６の厚さ分だけ有
機膜２の凹部の底面積が減少しながらエッチングが進行
するので、凹部の断面は順テーパ形状になる。
【０１２９】以上説明したように、第１の従来例に係る
エッチング方法が、第２のエッチングメカニズム又は第
１のエッチングメカニズムの第１の場合を主体とするエ
ッチング方法であるのに対して、第１の実施形態に係る
エッチング方法は、第１のエッチングメカニズムの第２
の場合を主体とするエッチングであるという点で、第１
の実施形態に係るエッチング方法は、第１の従来例に係
るエッチング方法と根本的に異なる。
エッチング方法が、第２のエッチングメカニズム又は第
１のエッチングメカニズムの第１の場合を主体とするエ
ッチング方法であるのに対して、第１の実施形態に係る
エッチング方法は、第１のエッチングメカニズムの第２
の場合を主体とするエッチングであるという点で、第１
の実施形態に係るエッチング方法は、第１の従来例に係
るエッチング方法と根本的に異なる。
【０１３０】以下、ＣＨ3ＮＨ2とＮ2 との混合ガス中に
おけるＮ2 の働きについて説明する。
おけるＮ2 の働きについて説明する。
【０１３１】前述のように、ＣＨ3ＮＨ2は、エッチング
表面にＣＨx （ｘ＝１、２、３）のラジカルを供給し、
適度の厚さを持つ堆積膜をエッチング表面及び凹部の壁
面に形成する働きを持っているのに対して、Ｎ2 は、イ
オンアシスト反応の原動力となるＮイオン及びＮ2 イオ
ンを供給する働きを持っている。言い換えると、Ｎ
2は、ＣＨ3ＮＨ2のみからなるエッチングガスにおいて
不足するＮイオン及びＮ2イオンを補充する役割を担っ
ている。図１（ｂ）に示すように、ＣＨ3ＮＨ2を１００
％にすると、順テーパ形状の角度は大きくなり、凹部の
底面の大きさは凹部の開口部の大きさよりも著しく小さ
くなる。ところが、Ｎ2 を適量混合することにより、テ
ーパ角度を制御することができる。以下、ＣＨ3ＮＨ2に
Ｎ2 を混合することにより得られる２つの効果について
説明する。
表面にＣＨx （ｘ＝１、２、３）のラジカルを供給し、
適度の厚さを持つ堆積膜をエッチング表面及び凹部の壁
面に形成する働きを持っているのに対して、Ｎ2 は、イ
オンアシスト反応の原動力となるＮイオン及びＮ2 イオ
ンを供給する働きを持っている。言い換えると、Ｎ
2は、ＣＨ3ＮＨ2のみからなるエッチングガスにおいて
不足するＮイオン及びＮ2イオンを補充する役割を担っ
ている。図１（ｂ）に示すように、ＣＨ3ＮＨ2を１００
％にすると、順テーパ形状の角度は大きくなり、凹部の
底面の大きさは凹部の開口部の大きさよりも著しく小さ
くなる。ところが、Ｎ2 を適量混合することにより、テ
ーパ角度を制御することができる。以下、ＣＨ3ＮＨ2に
Ｎ2 を混合することにより得られる２つの効果について
説明する。
【０１３２】第１の効果は、プラズマを生成するエッチ
ングガスにおける原子の組成比つまりＣ：Ｈ：Ｎが変化
し、プラズマ中で生成されるＣＨx とＮとのラジカル比
率及びＣＨx とＮ2 とのラジカル比率が変化する。すな
わち、窒素系のラジカルの比率が増大すると共に、窒素
系イオンの比率が増大する。
ングガスにおける原子の組成比つまりＣ：Ｈ：Ｎが変化
し、プラズマ中で生成されるＣＨx とＮとのラジカル比
率及びＣＨx とＮ2 とのラジカル比率が変化する。すな
わち、窒素系のラジカルの比率が増大すると共に、窒素
系イオンの比率が増大する。
【０１３３】第２の効果は、堆積膜６を形成する原動力
であるＣＨx ラジカルの総量が低下すると共に、堆積膜
を除去する方向に働く窒素系のラジカル及びイオンが増
大するため、これらの相乗効果によって、時間平均的に
凹部の壁面に形成される堆積膜の厚さが薄くなり、その
結果としてテーパ角度が小さくなり、これにより、凹部
の断面は垂直形状に近づく。
であるＣＨx ラジカルの総量が低下すると共に、堆積膜
を除去する方向に働く窒素系のラジカル及びイオンが増
大するため、これらの相乗効果によって、時間平均的に
凹部の壁面に形成される堆積膜の厚さが薄くなり、その
結果としてテーパ角度が小さくなり、これにより、凹部
の断面は垂直形状に近づく。
【０１３４】第１の実施形態において、ＣＨ3ＮＨ2ガス
の流量とＮ2 ガスの流量とを互いに独立して供給できる
ようにすると、エッチングガスの総流量と、Ｎ2 ガスの
混合割合とを互いに独立に調整できるので、テーパ形状
の角度の微妙な制御が可能になる。
の流量とＮ2 ガスの流量とを互いに独立して供給できる
ようにすると、エッチングガスの総流量と、Ｎ2 ガスの
混合割合とを互いに独立に調整できるので、テーパ形状
の角度の微妙な制御が可能になる。
【０１３５】図３は、ＣＨ3ＮＨ2とＮ2 との混合ガスに
おけるＣＨ3ＮＨ2の割合と、有機膜のエッチングレート
との関係を示しており、図３から、ＣＨ3ＮＨ2が３０％
以上含まれている場合には、エッチングレートが殆ど変
化しないことが分かる。
おけるＣＨ3ＮＨ2の割合と、有機膜のエッチングレート
との関係を示しており、図３から、ＣＨ3ＮＨ2が３０％
以上含まれている場合には、エッチングレートが殆ど変
化しないことが分かる。
【０１３６】従って、混合ガス中のＣＨ3ＮＨ2との割合
を変化させて、テーパ形状の角度を制御しても、ほぼ一
定のエッチングレートが得られるので、第１の実施形態
に係る有機膜のエッチング方法は、プロセスの制御性に
優れているといえる。
を変化させて、テーパ形状の角度を制御しても、ほぼ一
定のエッチングレートが得られるので、第１の実施形態
に係る有機膜のエッチング方法は、プロセスの制御性に
優れているといえる。
【０１３７】以上説明したように、第１の実施形態に係
る有機膜のエッチング方法によると、有機膜に、順テー
パ形状の良好なパターン形状を持つ凹部を形成できると
共に、ほぼ一定のエッチングレートを維持しながら、順
テーパ形状の角度を制御することができる。
る有機膜のエッチング方法によると、有機膜に、順テー
パ形状の良好なパターン形状を持つ凹部を形成できると
共に、ほぼ一定のエッチングレートを維持しながら、順
テーパ形状の角度を制御することができる。
【０１３８】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図４
及び図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図４
及び図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１３９】第２の実施形態に係る有機膜のエッチング
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンと窒素ガ
スと水素ガスとの混合ガスを用い、該混合ガスから生成
されたプラズマにより有機膜をエッチングする方法であ
る。尚、第２の実施形態は、エッチングガス以外の条件
については、第１の実施形態と同様であるから、ここで
は、エッチングガスの条件についてのみ説明する。
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンと窒素ガ
スと水素ガスとの混合ガスを用い、該混合ガスから生成
されたプラズマにより有機膜をエッチングする方法であ
る。尚、第２の実施形態は、エッチングガス以外の条件
については、第１の実施形態と同様であるから、ここで
は、エッチングガスの条件についてのみ説明する。
【０１４０】エッチングガスの種類及び標準状態におけ
る１分間当たりの流量……（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2 ）：Ｈ2
＝ｘｍｌ：（１００−ｘ）ｍｌ 図４は、エッチングガス中のメチルアミンガス及び水素
ガスの標準状態における１分間当たりの流量（ｍｌ）比
つまりＣＨ3ＮＨ2：Ｈ2 ＝３０ｍｌ：７０ｍｌの場合の
ホールの断面ＳＥＭ写真を示している。尚、図４におい
て、１はシリコン基板を示し、２は被エッチング膜とし
ての有機膜を示し、３はシリコン酸化膜からなるマスク
パターンを示している。
る１分間当たりの流量……（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2 ）：Ｈ2
＝ｘｍｌ：（１００−ｘ）ｍｌ 図４は、エッチングガス中のメチルアミンガス及び水素
ガスの標準状態における１分間当たりの流量（ｍｌ）比
つまりＣＨ3ＮＨ2：Ｈ2 ＝３０ｍｌ：７０ｍｌの場合の
ホールの断面ＳＥＭ写真を示している。尚、図４におい
て、１はシリコン基板を示し、２は被エッチング膜とし
ての有機膜を示し、３はシリコン酸化膜からなるマスク
パターンを示している。
【０１４１】図４から分かるように、エッチングガス中
に水素ガスを５０％以上混合しても、順テーパ形状が得
られることが分かる。
に水素ガスを５０％以上混合しても、順テーパ形状が得
られることが分かる。
【０１４２】従って、エッチングガスとして、メチルア
ミンと窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを用いても、第
１の実施形態と同様、順テーパ形状が得られると言え
る。
ミンと窒素ガスと水素ガスとの混合ガスを用いても、第
１の実施形態と同様、順テーパ形状が得られると言え
る。
【０１４３】ここで、再度、有機膜に対するエッチング
のメカニズムの原点について説明する。
のメカニズムの原点について説明する。
【０１４４】有機膜のエッチングは、有機膜中の炭素及
び水素をイオンアシスト反応により揮発性の化合物に変
化させると共に、生成された揮発性化合物をエッチング
表面から脱離させ、脱離した揮発性化合物を排出するこ
とにより、エッチング反応が進行していく。
び水素をイオンアシスト反応により揮発性の化合物に変
化させると共に、生成された揮発性化合物をエッチング
表面から脱離させ、脱離した揮発性化合物を排出するこ
とにより、エッチング反応が進行していく。
【０１４５】例えば、炭素は、Ｃ＋Ｈ＋Ｎ→ＨＣＮ↑の
化学反応により、揮発性化合物を生成し、水素は、Ｈ＋
Ｈ→Ｈ2 ↑の化学反応により、揮発性化合物を生成す
る。
化学反応により、揮発性化合物を生成し、水素は、Ｈ＋
Ｈ→Ｈ2 ↑の化学反応により、揮発性化合物を生成す
る。
【０１４６】有機膜のエッチングにおいては、炭素をど
のようにして除去するかが特に重要であり、上記の化学
反応式から分るように、エッチング表面の炭素の量１に
対して、窒素及び水素の量がそれぞれ１になる割合で混
合した場合に最も効率良くエッチング反応が進行するこ
とが分る。すなわち、エッチングガス中における窒素及
び水素の混合割合を最適化することにより、エッチレー
トを最大にできることが分る。
のようにして除去するかが特に重要であり、上記の化学
反応式から分るように、エッチング表面の炭素の量１に
対して、窒素及び水素の量がそれぞれ１になる割合で混
合した場合に最も効率良くエッチング反応が進行するこ
とが分る。すなわち、エッチングガス中における窒素及
び水素の混合割合を最適化することにより、エッチレー
トを最大にできることが分る。
【０１４７】図５（ａ）〜（ｄ）は、第２の実施形態に
係る有機膜エッチング方法の効果を説明する図であっ
て、図５（ａ）〜（ｄ）は、有機膜に対して同一の時間
だけエッチングしたときの凹部の断面形状を示してい
る。
係る有機膜エッチング方法の効果を説明する図であっ
て、図５（ａ）〜（ｄ）は、有機膜に対して同一の時間
だけエッチングしたときの凹部の断面形状を示してい
る。
【０１４８】図５（ａ）、（ｂ）は、（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ
2 ）ガスから生成されたプラズマによりエッチングを行
なった場合の断面形状を示し、図５（ａ）はエッチング
ガス中におけるＮ2 の割合が多い場合であり、図５
（ｂ）はエッチングガス中におけるＮ2 の割合が少ない
場合である。
2 ）ガスから生成されたプラズマによりエッチングを行
なった場合の断面形状を示し、図５（ａ）はエッチング
ガス中におけるＮ2 の割合が多い場合であり、図５
（ｂ）はエッチングガス中におけるＮ2 の割合が少ない
場合である。
【０１４９】第１の実施形態において説明したように、
エッチングガス中のＣＨ3ＮＨ2及びＮ2 の混合割合を変
化させることによってテーパ形状の角度を制御できる。
Ｎ2の混合割合が多い場合には、図５（ａ）に示すよう
に、ほぼ垂直形状であり且つボウイング形状でない凹部
７Ａが得られ、Ｎ2 の混合割合が少ない場合には、図５
（ｂ）に示すように、順テーパ形状の凹部７Ｂが得られ
る。
エッチングガス中のＣＨ3ＮＨ2及びＮ2 の混合割合を変
化させることによってテーパ形状の角度を制御できる。
Ｎ2の混合割合が多い場合には、図５（ａ）に示すよう
に、ほぼ垂直形状であり且つボウイング形状でない凹部
７Ａが得られ、Ｎ2 の混合割合が少ない場合には、図５
（ｂ）に示すように、順テーパ形状の凹部７Ｂが得られ
る。
【０１５０】図５（ｃ）、（ｄ）は、（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ
2 ＋Ｈ2 ）ガスから生成されたプラズマによりエッチン
グを行なった場合の断面形状を示し、図５（ｃ）はエッ
チングガス中におけるＮ2 の割合が多い場合に形成され
る凹部７Ｃの断面形状を表わし、図５（ｄ）はエッチン
グガス中におけるＮ2 の割合が少ない場合に形成される
凹部７Ｄの断面形状を表わす。
2 ＋Ｈ2 ）ガスから生成されたプラズマによりエッチン
グを行なった場合の断面形状を示し、図５（ｃ）はエッ
チングガス中におけるＮ2 の割合が多い場合に形成され
る凹部７Ｃの断面形状を表わし、図５（ｄ）はエッチン
グガス中におけるＮ2 の割合が少ない場合に形成される
凹部７Ｄの断面形状を表わす。
【０１５１】第２の実施形態に係る有機膜のエッチング
方法において、ＣＨ3ＮＨ2ガスの流量、Ｎ2 ガスの流量
及びＨ2 ガスの流量を互いに独立して供給できるように
すると、エッチングガスの総流量並びにエッチングガス
中におけるＣＨ3ＮＨ2、Ｎ2及びＨ2 の各混合割合を互
いに独立して調整することができる。従って、エッチン
グ表面に供給されるＣＨx 、Ｎ及びＨの量をエッチング
反応が最も効率良く生じる割合に調整できる。
方法において、ＣＨ3ＮＨ2ガスの流量、Ｎ2 ガスの流量
及びＨ2 ガスの流量を互いに独立して供給できるように
すると、エッチングガスの総流量並びにエッチングガス
中におけるＣＨ3ＮＨ2、Ｎ2及びＨ2 の各混合割合を互
いに独立して調整することができる。従って、エッチン
グ表面に供給されるＣＨx 、Ｎ及びＨの量をエッチング
反応が最も効率良く生じる割合に調整できる。
【０１５２】図５（ｃ）及び（ｄ）に示すように、第１
の実施形態で得られたテーパ形状の角度制御性を維持し
たまま、エッチングレートが向上するような条件に最適
化することが容易になる。
の実施形態で得られたテーパ形状の角度制御性を維持し
たまま、エッチングレートが向上するような条件に最適
化することが容易になる。
【０１５３】前述したように、Ｈ2 を多量に混合した場
合でもテーパ形状の角度が変化しないので、第２の実施
形態のように、（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガスから生
成されたプラズマによりエッチングを行なう場合におい
ても、テーパ形状に影響を与える要因はＮ2 であること
が分かる。従って、第１の実施形態において説明したテ
ーパ形状の制御メカニズムが正しいことを確認できる。
合でもテーパ形状の角度が変化しないので、第２の実施
形態のように、（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガスから生
成されたプラズマによりエッチングを行なう場合におい
ても、テーパ形状に影響を与える要因はＮ2 であること
が分かる。従って、第１の実施形態において説明したテ
ーパ形状の制御メカニズムが正しいことを確認できる。
【０１５４】前述したように、水素イオンは原子半径及
び慣性質量が小さいため、エッチング表面に堆積膜がな
い場合には、大部分の水素イオンは有機膜の表面に留ま
ることなく内部に入射する。ところが、エッチング表面
に堆積膜がある場合には、水素イオンが堆積膜と衝突す
るため、堆積膜の内部、及び堆積膜と有機膜との界面で
あるエッチング表面近傍の水素濃度を高めることができ
るので、エッチングガス中の水素の混合割合を調整する
ことにより、エッチング表面における水素濃度を調整す
ることができる。
び慣性質量が小さいため、エッチング表面に堆積膜がな
い場合には、大部分の水素イオンは有機膜の表面に留ま
ることなく内部に入射する。ところが、エッチング表面
に堆積膜がある場合には、水素イオンが堆積膜と衝突す
るため、堆積膜の内部、及び堆積膜と有機膜との界面で
あるエッチング表面近傍の水素濃度を高めることができ
るので、エッチングガス中の水素の混合割合を調整する
ことにより、エッチング表面における水素濃度を調整す
ることができる。
【０１５５】尚、第２の実施形態は、あくまでも（ＣＨ
3ＮＨ2＋Ｎ2 ）ガスをベースにするエッチングガスを用
いるものであって、エッチングガス中における（ＣＨ3
ＮＨ2＋Ｎ2 ）ガスの混合割合が５０％以上である場合
に、Ｈ2 ガスの添加が効果を発揮するものである。
3ＮＨ2＋Ｎ2 ）ガスをベースにするエッチングガスを用
いるものであって、エッチングガス中における（ＣＨ3
ＮＨ2＋Ｎ2 ）ガスの混合割合が５０％以上である場合
に、Ｈ2 ガスの添加が効果を発揮するものである。
【０１５６】以上説明したように、第２の実施形態によ
ると、（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガスを用いると共
に、ＣＨ3ＮＨ2、Ｎ2 及びＨ2 の各混合割合を調整する
ことにより、Ｎ2 ガスの混合によるテーパ形状の角度制
御と、Ｈ2 ガスの混合によるエッチングレートの向上と
を図ることができる。
ると、（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガスを用いると共
に、ＣＨ3ＮＨ2、Ｎ2 及びＨ2 の各混合割合を調整する
ことにより、Ｎ2 ガスの混合によるテーパ形状の角度制
御と、Ｈ2 ガスの混合によるエッチングレートの向上と
を図ることができる。
【０１５７】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図６
（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図６
（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１５８】第３の実施形態に係る有機膜のエッチング
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンとアンモ
ニア（ＮＨ3 ）ガスとの混合ガスを用い、該混合ガスか
ら生成されたプラズマにより有機膜をエッチングする方
法である。尚、第３の実施形態は、エッチングガス以外
の条件については、第１の実施形態と同様であるから、
ここでは、エッチングガスの条件についてのみ説明す
る。
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンとアンモ
ニア（ＮＨ3 ）ガスとの混合ガスを用い、該混合ガスか
ら生成されたプラズマにより有機膜をエッチングする方
法である。尚、第３の実施形態は、エッチングガス以外
の条件については、第１の実施形態と同様であるから、
ここでは、エッチングガスの条件についてのみ説明す
る。
【０１５９】エッチングガスの種類及び標準状態におけ
る１分間当たりの流量……ＣＨ3ＮＨ2：ＮＨ3 ＝ｘｍ
ｌ：（１００−ｘ）ｍｌ 図６（ａ）、（ｂ）は、（ＣＨ3ＮＨ2＋ＮＨ3 ）ガスか
ら生成されたプラズマによりエッチングを行なった場合
の断面形状を示し、図６（ａ）はエッチングガス中にお
けるＮＨ3 の割合が多い場合に形成される凹部８Ａの断
面形状を表わし、図６（ｂ）はエッチングガス中におけ
るＮＨ3 の割合が少ない場合に形成される凹部８Ｂの断
面形状を表わす。
る１分間当たりの流量……ＣＨ3ＮＨ2：ＮＨ3 ＝ｘｍ
ｌ：（１００−ｘ）ｍｌ 図６（ａ）、（ｂ）は、（ＣＨ3ＮＨ2＋ＮＨ3 ）ガスか
ら生成されたプラズマによりエッチングを行なった場合
の断面形状を示し、図６（ａ）はエッチングガス中にお
けるＮＨ3 の割合が多い場合に形成される凹部８Ａの断
面形状を表わし、図６（ｂ）はエッチングガス中におけ
るＮＨ3 の割合が少ない場合に形成される凹部８Ｂの断
面形状を表わす。
【０１６０】第３の実施形態に係る有機膜のエッチング
方法によると、Ｎ2 及びＨ2 の混合割合を調整すること
はできないが、ＮＨ3 の混合割合を調整することにより
窒素の混合割合を調整できるので、テーパ形状の角度の
制御を維持することができる。また、同時に、窒素に従
属した形ではあるが、水素の混合割合も調整できるた
め、エッチングレートの向上を図ることができる。
方法によると、Ｎ2 及びＨ2 の混合割合を調整すること
はできないが、ＮＨ3 の混合割合を調整することにより
窒素の混合割合を調整できるので、テーパ形状の角度の
制御を維持することができる。また、同時に、窒素に従
属した形ではあるが、水素の混合割合も調整できるた
め、エッチングレートの向上を図ることができる。
【０１６１】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図７
（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図７
（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１６２】第４の実施形態に係る有機膜のエッチング
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンガスと窒
素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い、該混合ガス
から生成されたプラズマにより有機膜をエッチングする
方法である。尚、第４の実施形態は、エッチングガス以
外の条件については、第１の実施形態と同様であるか
ら、ここでは、エッチングガスの条件についてのみ説明
する。
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンガスと窒
素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い、該混合ガス
から生成されたプラズマにより有機膜をエッチングする
方法である。尚、第４の実施形態は、エッチングガス以
外の条件については、第１の実施形態と同様であるか
ら、ここでは、エッチングガスの条件についてのみ説明
する。
【０１６３】エッチングガスの種類及び標準状態におけ
る１分間当たりの流量……ＣＨ3ＮＨ2：Ｎ2 ：Ａｒ＝ｘ
ｍｌ：（１００−ｘ）ｍｌ：２００ｍｌ 図７（ａ）、（ｂ）は、有機膜のエッチング方法に用い
られるプラズマ処理装置（ＮＬＤプラズマ装置）の概略
断面構造を示し、図７（ａ）は第１〜第３の実施形態に
係るエッチング方法を長時間行なった場合を表わし、図
７（ｂ）は第４の実施形態に係るエッチングを長時間行
なった場合を表わしている。
る１分間当たりの流量……ＣＨ3ＮＨ2：Ｎ2 ：Ａｒ＝ｘ
ｍｌ：（１００−ｘ）ｍｌ：２００ｍｌ 図７（ａ）、（ｂ）は、有機膜のエッチング方法に用い
られるプラズマ処理装置（ＮＬＤプラズマ装置）の概略
断面構造を示し、図７（ａ）は第１〜第３の実施形態に
係るエッチング方法を長時間行なった場合を表わし、図
７（ｂ）は第４の実施形態に係るエッチングを長時間行
なった場合を表わしている。
【０１６４】図７（ａ）、（ｂ）において、２１は円筒
状の反応室であって、該反応室２１の上部は円筒状の石
英管２１ａにより覆われている。２２は１本のループ状
コイルからなる誘導結合コイルである。２３は高周波電
源であって、誘導結合コイル２２を励起して誘導結合に
よりプラズマを生成させるためのものである。２４は絶
縁体であり、２５は下部電極であって、下部電極２５は
ウエハ２６を保持する。２７は低周波から中周波の電磁
波を供給する低周波電源であって、例えば、８００ｋＨ
ｚ〜２ＭＨｚ程度の周波数の電磁波を供給する。低周波
電源２７から発生した電磁波は絶縁体２４を介して下部
電極２５に印加される。また、絶縁体２４は下部電極２
５を電気的に絶縁分離している共に、反応室２１を真空
に保つように真空シールを介して反応室２１に接合され
ている。２８はガス供給口であり、生成するプラズマの
主体となるガスを供給するためのものである。２９はガ
ス排気口であり、反応室２１を一定の圧力になるように
排気するためのものである。３０は磁気コイルであり、
磁気中性線を形成するものである。
状の反応室であって、該反応室２１の上部は円筒状の石
英管２１ａにより覆われている。２２は１本のループ状
コイルからなる誘導結合コイルである。２３は高周波電
源であって、誘導結合コイル２２を励起して誘導結合に
よりプラズマを生成させるためのものである。２４は絶
縁体であり、２５は下部電極であって、下部電極２５は
ウエハ２６を保持する。２７は低周波から中周波の電磁
波を供給する低周波電源であって、例えば、８００ｋＨ
ｚ〜２ＭＨｚ程度の周波数の電磁波を供給する。低周波
電源２７から発生した電磁波は絶縁体２４を介して下部
電極２５に印加される。また、絶縁体２４は下部電極２
５を電気的に絶縁分離している共に、反応室２１を真空
に保つように真空シールを介して反応室２１に接合され
ている。２８はガス供給口であり、生成するプラズマの
主体となるガスを供給するためのものである。２９はガ
ス排気口であり、反応室２１を一定の圧力になるように
排気するためのものである。３０は磁気コイルであり、
磁気中性線を形成するものである。
【０１６５】第１〜第３の実施形態に係る有機膜のエッ
チング方法を長時間行なうと、図７（ａ）に示すよう
に、反応室２１の内壁面には、反応生成物及びプラズマ
中のガスを主たる成分とする堆積膜２０が形成される
が、第４の実施形態に係る有機膜のエッチング方法、つ
まりアルゴンガスが添加されたエッチングガスを用いる
と、長時間のエッチングを行なっても、図７（ｂ）に示
すように、反応室２１の内壁面には堆積膜２０が形成さ
れ難くなる。
チング方法を長時間行なうと、図７（ａ）に示すよう
に、反応室２１の内壁面には、反応生成物及びプラズマ
中のガスを主たる成分とする堆積膜２０が形成される
が、第４の実施形態に係る有機膜のエッチング方法、つ
まりアルゴンガスが添加されたエッチングガスを用いる
と、長時間のエッチングを行なっても、図７（ｂ）に示
すように、反応室２１の内壁面には堆積膜２０が形成さ
れ難くなる。
【０１６６】ところで、反応室２１の内壁面に堆積膜２
０が形成されると、パーティクルの発生量が増加する等
の問題が起きるので、以下のような対策を講じている。
０が形成されると、パーティクルの発生量が増加する等
の問題が起きるので、以下のような対策を講じている。
【０１６７】まず、所定時間のエッチングを行なった
後、酸素を主体とするプラズマクリーニングを行なって
堆積膜２０を除去し、その後、所定のエッチング処理と
同じプラズマ条件でダミー放電を行なって反応室２１の
内壁面を整える必要がある。このようにすることによ
り、ある程度の期間内であれば反応室２１の内部をプラ
ズマエッチングに必要な状態に保つことはできる。
後、酸素を主体とするプラズマクリーニングを行なって
堆積膜２０を除去し、その後、所定のエッチング処理と
同じプラズマ条件でダミー放電を行なって反応室２１の
内壁面を整える必要がある。このようにすることによ
り、ある程度の期間内であれば反応室２１の内部をプラ
ズマエッチングに必要な状態に保つことはできる。
【０１６８】また、プラズマクリーニングを行なって
も、パーティクルの発生量を低減できない場合には、反
応室２１を大気に解放して、アルコール等の有機溶剤に
よるクリーニングを行なう。
も、パーティクルの発生量を低減できない場合には、反
応室２１を大気に解放して、アルコール等の有機溶剤に
よるクリーニングを行なう。
【０１６９】従って、反応室２１の内壁面に付着する堆
積膜２０の量が少なければ少ないほどクリーニング頻度
を低減できるので、反応室２１を長期間に亘って安定な
状態に保つことができる。このため、堆積膜２０を低減
するエッチング方法は、半導体装置の製造プロセスにお
いて非常に有益である。
積膜２０の量が少なければ少ないほどクリーニング頻度
を低減できるので、反応室２１を長期間に亘って安定な
状態に保つことができる。このため、堆積膜２０を低減
するエッチング方法は、半導体装置の製造プロセスにお
いて非常に有益である。
【０１７０】第４の実施形態のように、第１の実施形態
に係るエッチングガスに、エッチングガスの総流量の半
分以上の流量のＡｒを添加すると、堆積膜２０を大きく
低減できる。
に係るエッチングガスに、エッチングガスの総流量の半
分以上の流量のＡｒを添加すると、堆積膜２０を大きく
低減できる。
【０１７１】以下、第４の実施形態によると、堆積膜２
０の量を大きく低減できる理由について説明する。
０の量を大きく低減できる理由について説明する。
【０１７２】第１の理由は、反応室２１の内部における
エッチングガス（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2）の分圧及びエッチ
ングガスから解離生成されたガスの分圧が低下するため
である。
エッチングガス（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2）の分圧及びエッチ
ングガスから解離生成されたガスの分圧が低下するため
である。
【０１７３】第２の理由は、反応室２１の内部に生成さ
れるガスの滞在時間（反応室２１の圧力及び容積に比例
し且つガス流量に反比例する。）が減少して、堆積膜の
増大に寄与するガスが効率良く排出されるためである。
れるガスの滞在時間（反応室２１の圧力及び容積に比例
し且つガス流量に反比例する。）が減少して、堆積膜の
増大に寄与するガスが効率良く排出されるためである。
【０１７４】尚、反応室２１の壁面が希薄なプラズマと
接しているのに対して、エッチング処理される半導体ウ
エハ２６は、プラズマ密度が高く且つプラズマによりエ
ッチング反応生成物が生成されている領域と接している
ため、Ａｒを添加してもエッチング特性が大きく損われ
ることはない。また、Ａｒはエッチング表面において窒
素イオンと同様にイオンアシスト反応を促進する役割を
演じる。
接しているのに対して、エッチング処理される半導体ウ
エハ２６は、プラズマ密度が高く且つプラズマによりエ
ッチング反応生成物が生成されている領域と接している
ため、Ａｒを添加してもエッチング特性が大きく損われ
ることはない。また、Ａｒはエッチング表面において窒
素イオンと同様にイオンアシスト反応を促進する役割を
演じる。
【０１７５】従って、第４の実施形態によると、エッチ
ング特性を損なうことなく、反応室２１の壁面に形成さ
れる堆積膜の量を低減することができる。
ング特性を損なうことなく、反応室２１の壁面に形成さ
れる堆積膜の量を低減することができる。
【０１７６】尚、第４の実施形態は、エッチングガスに
Ａｒを添加したが、Ａｒに代えて、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、
Ｋｒ又はＲｎ等の希ガスを単独で又は組み合わせて添加
しても同等の効果が得られる。
Ａｒを添加したが、Ａｒに代えて、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、
Ｋｒ又はＲｎ等の希ガスを単独で又は組み合わせて添加
しても同等の効果が得られる。
【０１７７】また、第４の実施形態においては、（ＣＨ
3ＮＨ2＋Ｎ2 ）ガスに希ガスを添加したが、これに代え
て、（Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガス、ＮＨ3 ガス、（ＣＨ3ＮＨ2＋
Ｎ2＋Ｈ2 ）ガス、（ＣＨ3ＮＨ2＋ＮＨ3 ）ガス等の有
機膜のエッチングが可能なガスに希ガスを添加しても、
同等の効果が得られる。
3ＮＨ2＋Ｎ2 ）ガスに希ガスを添加したが、これに代え
て、（Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガス、ＮＨ3 ガス、（ＣＨ3ＮＨ2＋
Ｎ2＋Ｈ2 ）ガス、（ＣＨ3ＮＨ2＋ＮＨ3 ）ガス等の有
機膜のエッチングが可能なガスに希ガスを添加しても、
同等の効果が得られる。
【０１７８】（第５の実施形態）以下、本発明の第５の
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図８
及び図９（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図８
及び図９（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０１７９】第５の実施形態に係る有機膜のエッチング
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンガスと酸
素ガスとの混合ガスを用い、該混合ガスから生成された
プラズマにより有機膜をエッチングする方法である。
尚、第５の実施形態は、エッチングガス以外の条件につ
いては、第１の実施形態と同様であるから、ここでは、
エッチングガスの条件についてのみ説明する。
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンガスと酸
素ガスとの混合ガスを用い、該混合ガスから生成された
プラズマにより有機膜をエッチングする方法である。
尚、第５の実施形態は、エッチングガス以外の条件につ
いては、第１の実施形態と同様であるから、ここでは、
エッチングガスの条件についてのみ説明する。
【０１８０】エッチングガスの種類及び標準状態におけ
る１分間当たりの流量……ＣＨ3ＮＨ2：Ｏ2 ＝ｘｍｌ：
（１００−ｘ）ｍｌ 図８は、有機膜のエッチングにおいて、エッチングガス
に酸素ガスを添加することにより得られる効果を説明す
る図であって、Ｏ2 の添加量と、１８０秒間のエッチン
グを行なった場合のエッチング深さとの関係を示してい
る。図８から分かるように、エッチングガスにＯ2 を添
加すると、エッチング深さつまりエッチングレートを増
大させることができる。
る１分間当たりの流量……ＣＨ3ＮＨ2：Ｏ2 ＝ｘｍｌ：
（１００−ｘ）ｍｌ 図８は、有機膜のエッチングにおいて、エッチングガス
に酸素ガスを添加することにより得られる効果を説明す
る図であって、Ｏ2 の添加量と、１８０秒間のエッチン
グを行なった場合のエッチング深さとの関係を示してい
る。図８から分かるように、エッチングガスにＯ2 を添
加すると、エッチング深さつまりエッチングレートを増
大させることができる。
【０１８１】図９（ａ）〜（ｄ）は、有機膜に対して同
一の時間だけエッチングしたときの凹部の断面形状を示
している。
一の時間だけエッチングしたときの凹部の断面形状を示
している。
【０１８２】図９（ａ）は、ＣＨ3ＮＨ2ガスから生成さ
れたプラズマによりエッチングを行なった場合に形成さ
れる凹部９Ａの断面形状を示し、図９（ｂ）は、Ｏ2 ガ
スから生成されたプラズマによりエッチングを行なった
場合に形成される凹部９Ｂの断面形状を示している。
れたプラズマによりエッチングを行なった場合に形成さ
れる凹部９Ａの断面形状を示し、図９（ｂ）は、Ｏ2 ガ
スから生成されたプラズマによりエッチングを行なった
場合に形成される凹部９Ｂの断面形状を示している。
【０１８３】図９（ａ）から分かるように、ＣＨ3ＮＨ2
が１００％であると、凹部９Ａの断面は順テーパ形状に
なるが、エッチングレートは必ずしも大きくない。ま
た、図９（ｂ）から分かるように、Ｏ2 が１００％であ
ると、エッチングレートは大きいが、凹部９Ｂの断面は
ボウイング形状になる。
が１００％であると、凹部９Ａの断面は順テーパ形状に
なるが、エッチングレートは必ずしも大きくない。ま
た、図９（ｂ）から分かるように、Ｏ2 が１００％であ
ると、エッチングレートは大きいが、凹部９Ｂの断面は
ボウイング形状になる。
【０１８４】従って、ＣＨ3ＮＨ2とＯ2 とが混合された
エッチングガスを用いると、両方の特性を併せ持つこと
ができる。また、ＣＨ3ＮＨ2及びＯ2 のいずれかの混合
割合を大きくすると、混合割合の多いガスの特性が大き
く現われる。
エッチングガスを用いると、両方の特性を併せ持つこと
ができる。また、ＣＨ3ＮＨ2及びＯ2 のいずれかの混合
割合を大きくすると、混合割合の多いガスの特性が大き
く現われる。
【０１８５】エッチングガスに添加されるＯ2 は、少量
でもその特性を発揮するので、エッチングガスにおける
ＣＨ3ＮＨ2ガスの混合割合はほぼ８０％よりも大きいこ
とが好ましい。このようにすると、ＣＨ3ＮＨ2ガスによ
るエッチング特性である順テーパ形状と、Ｏ2 ガスの添
加により得られるエッチングレートの向上との効果を同
時に得ることが可能になる。
でもその特性を発揮するので、エッチングガスにおける
ＣＨ3ＮＨ2ガスの混合割合はほぼ８０％よりも大きいこ
とが好ましい。このようにすると、ＣＨ3ＮＨ2ガスによ
るエッチング特性である順テーパ形状と、Ｏ2 ガスの添
加により得られるエッチングレートの向上との効果を同
時に得ることが可能になる。
【０１８６】図９（ｃ）、（ｄ）は、ＣＨ3ＮＨ2ガスに
Ｏ2 ガスが添加されてなるエッチングガスから生成され
たプラズマによりエッチングを行なった場合の断面形状
を示し、図９（ｃ）はエッチングガス中のＯ2 の割合が
相対的に多い場合に形成される凹部９Ｃの断面形状を表
わし、図９（ｄ）はエッチングガス中のＯ2 の割合が相
対的に少ない場合に形成される凹部９Ｄの断面形状を表
わしている。
Ｏ2 ガスが添加されてなるエッチングガスから生成され
たプラズマによりエッチングを行なった場合の断面形状
を示し、図９（ｃ）はエッチングガス中のＯ2 の割合が
相対的に多い場合に形成される凹部９Ｃの断面形状を表
わし、図９（ｄ）はエッチングガス中のＯ2 の割合が相
対的に少ない場合に形成される凹部９Ｄの断面形状を表
わしている。
【０１８７】図９（ｃ）に示すように、Ｏ2 の割合が相
対的に多い場合には、凹部９Ｃの断面はほぼ垂直形状に
なり、また、図９（ｄ）に示すように、Ｏ2 の割合が相
対的に少ない場合には、凹部９Ｄの断面は順テーパ形状
になる。
対的に多い場合には、凹部９Ｃの断面はほぼ垂直形状に
なり、また、図９（ｄ）に示すように、Ｏ2 の割合が相
対的に少ない場合には、凹部９Ｄの断面は順テーパ形状
になる。
【０１８８】第５の実施形態によると、ＣＨ3ＮＨ2ガス
にＯ2 ガスが添加されてなるエッチングガスを用いるた
め、凹部の断面の順テーパ形状とエッチングレートの向
上とを同時に実現でき、Ｏ2 の添加量が少ないときには
凹部の断面は垂直形状に近づくがエッチングレートの増
大量は抑制され、逆にＯ2 の添加量が多いときには凹部
の断面は順テーパ形状になるがエッチングレートは向上
する。また、Ｏ2 の添加効果は、凹部の径寸法又は幅寸
法が微細になるほど大きくなる。
にＯ2 ガスが添加されてなるエッチングガスを用いるた
め、凹部の断面の順テーパ形状とエッチングレートの向
上とを同時に実現でき、Ｏ2 の添加量が少ないときには
凹部の断面は垂直形状に近づくがエッチングレートの増
大量は抑制され、逆にＯ2 の添加量が多いときには凹部
の断面は順テーパ形状になるがエッチングレートは向上
する。また、Ｏ2 の添加効果は、凹部の径寸法又は幅寸
法が微細になるほど大きくなる。
【０１８９】ところで、凹部の径又は幅の寸法が０．２
５μｍ以下になると、凹部のアスペクト比が高くなるた
め、凹部の内部に供給されるラジカルの量が減少するの
みならず、供給されるイオンの量も減少する。従って、
従来のエッチング方法によると、エッチング表面（特に
凹部の底面）に形成される堆積膜を除去するイオンの数
が不足するため、エッチングレートが低下するという問
題が発生する。
５μｍ以下になると、凹部のアスペクト比が高くなるた
め、凹部の内部に供給されるラジカルの量が減少するの
みならず、供給されるイオンの量も減少する。従って、
従来のエッチング方法によると、エッチング表面（特に
凹部の底面）に形成される堆積膜を除去するイオンの数
が不足するため、エッチングレートが低下するという問
題が発生する。
【０１９０】これに対して、第５の実施形態によると、
エッチングガスに添加されるＯ2 が堆積膜除去能力を発
揮してエッチングレートの低下を防止するので、ＲＩＥ
Ｌａｇの増大を防止する効果も得られる。
エッチングガスに添加されるＯ2 が堆積膜除去能力を発
揮してエッチングレートの低下を防止するので、ＲＩＥ
Ｌａｇの増大を防止する効果も得られる。
【０１９１】また、エッチングガスに添加されるＯ
2 は、反応室２１の内壁面に形成される堆積膜を低減さ
せる効果も発揮することができる。
2 は、反応室２１の内壁面に形成される堆積膜を低減さ
せる効果も発揮することができる。
【０１９２】（第６の実施形態）以下、本発明の第６の
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図１
０（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る有機膜のエッチング方法について、図１
０（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
【０１９３】第６の実施形態に係る有機膜のエッチング
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンガスと酸
素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い、該混合ガス
から生成されたプラズマにより有機膜をエッチングする
方法である。尚、第６の実施形態は、エッチングガス以
外の条件については、第１の実施形態と同様であるか
ら、ここでは、エッチングガスの条件についてのみ説明
する。
方法は、エッチングガスとして、メチルアミンガスと酸
素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用い、該混合ガス
から生成されたプラズマにより有機膜をエッチングする
方法である。尚、第６の実施形態は、エッチングガス以
外の条件については、第１の実施形態と同様であるか
ら、ここでは、エッチングガスの条件についてのみ説明
する。
【０１９４】エッチングガスの種類及び標準状態におけ
る１分間当たりの流量……ＣＨ3ＮＨ2：Ｏ2 ：Ａｒ＝ｘ
ｍｌ：（１００−ｘ）ｍｌ：２００ｍｌ 第６の実施形態によると、エッチングガスにＡｒが添加
されているため、第４の実施形態で説明したように、反
応室の内壁面に形成される堆積膜の成長速度を遅くする
という第１の効果が得られるが、以下においては、凹部
の断面を順テーパ形状にできるという第２の効果につい
て説明する。
る１分間当たりの流量……ＣＨ3ＮＨ2：Ｏ2 ：Ａｒ＝ｘ
ｍｌ：（１００−ｘ）ｍｌ：２００ｍｌ 第６の実施形態によると、エッチングガスにＡｒが添加
されているため、第４の実施形態で説明したように、反
応室の内壁面に形成される堆積膜の成長速度を遅くする
という第１の効果が得られるが、以下においては、凹部
の断面を順テーパ形状にできるという第２の効果につい
て説明する。
【０１９５】図１０（ａ）は、エッチングガス中のメチ
ルアミンガス及びアルゴンガスの標準状態における１分
間当たりの流量（ｍｌ）比つまりＣＨ3ＮＨ2：Ａｒ＝３
０ｍｌ：７０ｍｌの場合のホールの断面ＳＥＭ写真を示
している。
ルアミンガス及びアルゴンガスの標準状態における１分
間当たりの流量（ｍｌ）比つまりＣＨ3ＮＨ2：Ａｒ＝３
０ｍｌ：７０ｍｌの場合のホールの断面ＳＥＭ写真を示
している。
【０１９６】図１０（ａ）から分かるように、エッチン
グガス中のＡｒの混合割合が７０％であるにも拘わら
ず、ホールの断面は強く順テーパ形状になっている。ま
た、図１（ｂ）と図１０（ａ）との対比から分かるよう
に、ＣＨ3ＮＨ2にＡｒが混合されている図１０（ａ）の
場合には、ＣＨ3ＮＨ2のみである図１（ｂ）の場合に比
べて、順テーパ形状の角度が大きくなっている。従っ
て、ＣＨ3ＮＨ2にＡｒを混合すると、凹部の順テーパ形
状の角度を大きくできることが分かる。
グガス中のＡｒの混合割合が７０％であるにも拘わら
ず、ホールの断面は強く順テーパ形状になっている。ま
た、図１（ｂ）と図１０（ａ）との対比から分かるよう
に、ＣＨ3ＮＨ2にＡｒが混合されている図１０（ａ）の
場合には、ＣＨ3ＮＨ2のみである図１（ｂ）の場合に比
べて、順テーパ形状の角度が大きくなっている。従っ
て、ＣＨ3ＮＨ2にＡｒを混合すると、凹部の順テーパ形
状の角度を大きくできることが分かる。
【０１９７】図１０（ｂ）は、ＣＨ3ＮＨ2にＡｒが混合
されてなるエッチングガスを用いた場合のエッチングメ
カニズムを示している。
されてなるエッチングガスを用いた場合のエッチングメ
カニズムを示している。
【０１９８】第１の実施形態において、既に説明したよ
うに、ＣＨ3ＮＨ2を主体とするエッチングガスから生成
されたプラズマを用いる場合、凹部の壁面及び底面にＣ
Ｈx（ｘ＝１、２、３）を主成分とする堆積膜が形成さ
れる。
うに、ＣＨ3ＮＨ2を主体とするエッチングガスから生成
されたプラズマを用いる場合、凹部の壁面及び底面にＣ
Ｈx（ｘ＝１、２、３）を主成分とする堆積膜が形成さ
れる。
【０１９９】ところが、エッチングガスにＡｒを添加す
ると、Ａｒイオン３１により、凹部の底面に形成されて
いる堆積膜３２がスパッタリングされて、放出物質３３
が弾き飛ばされる。放出物質３３は凹部の壁面に付着し
て、凹部の壁面のエッチングを抑制する機能を持つ壁面
保護膜３４となるので、Ａｒが添加されていない場合に
比べて壁面保護膜３４の厚さが大きくなる。
ると、Ａｒイオン３１により、凹部の底面に形成されて
いる堆積膜３２がスパッタリングされて、放出物質３３
が弾き飛ばされる。放出物質３３は凹部の壁面に付着し
て、凹部の壁面のエッチングを抑制する機能を持つ壁面
保護膜３４となるので、Ａｒが添加されていない場合に
比べて壁面保護膜３４の厚さが大きくなる。
【０２００】もっとも、壁面保護膜３４もまたＡｒイオ
ン３１によってスパッタリングされるが、スパッタリン
グにより再放出される物質は凹部の壁面又は底面に再び
付着する。この場合、凹部の底面は凹部の壁面に比べて
イオンが照射される確率が極めて高いため、凹部の底面
の堆積物の一部がスパッタリングにより再び放出されて
壁面保護膜３４となる効果の方が大きいため、壁面保護
膜３４の厚さはより大きくなる。
ン３１によってスパッタリングされるが、スパッタリン
グにより再放出される物質は凹部の壁面又は底面に再び
付着する。この場合、凹部の底面は凹部の壁面に比べて
イオンが照射される確率が極めて高いため、凹部の底面
の堆積物の一部がスパッタリングにより再び放出されて
壁面保護膜３４となる効果の方が大きいため、壁面保護
膜３４の厚さはより大きくなる。
【０２０１】以上説明したように、エッチングガスに添
加されたＡｒは凹部の断面を順テーパ形状にする効果を
発揮する。
加されたＡｒは凹部の断面を順テーパ形状にする効果を
発揮する。
【０２０２】従って、第６の実施形態によると、エッチ
ングレートを向上させるが凹部の断面をボウイング形状
にする恐れがあるＯ2 と、凹部の断面を順テーパ形状に
するＡｒとが混合されているため、プラズマの制御性が
大きく向上する。尚、順テーパ形状を安定して得るに
は、Ｏ2 の添加量は約２０％以下であることが好まし
い。
ングレートを向上させるが凹部の断面をボウイング形状
にする恐れがあるＯ2 と、凹部の断面を順テーパ形状に
するＡｒとが混合されているため、プラズマの制御性が
大きく向上する。尚、順テーパ形状を安定して得るに
は、Ｏ2 の添加量は約２０％以下であることが好まし
い。
【０２０３】尚、以上の説明は、第５の実施形態におけ
るエッチングガスにＡｒを添加する場合の効果である
が、第４の実施形態のように、エッチングガスにＡｒが
添加されている場合においても、第６の実施形態と同様
の効果が得られる。
るエッチングガスにＡｒを添加する場合の効果である
が、第４の実施形態のように、エッチングガスにＡｒが
添加されている場合においても、第６の実施形態と同様
の効果が得られる。
【０２０４】また、第６の実施形態は、エッチングガス
にＡｒを添加したが、第１の効果については、Ａｒに代
えて、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ又はＲｎを単独で又は組
み合わせて添加しても同等の効果が得られ、第２の効果
については、Ａｒに代えて、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ又はＲｎ
を単独で又は組み合わせて添加しても同等の効果が得ら
れる。Ｈｅでは第２の効果が得られ難い理由は、Ｈｅが
慣性質量が小さいためスパッタリング効果を実現し難い
ためである。
にＡｒを添加したが、第１の効果については、Ａｒに代
えて、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ又はＲｎを単独で又は組
み合わせて添加しても同等の効果が得られ、第２の効果
については、Ａｒに代えて、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ又はＲｎ
を単独で又は組み合わせて添加しても同等の効果が得ら
れる。Ｈｅでは第２の効果が得られ難い理由は、Ｈｅが
慣性質量が小さいためスパッタリング効果を実現し難い
ためである。
【０２０５】また、第６の実施形態においては、ＣＨ3
ＮＨ2ガスに希ガスを添加したが、これに代えて、（Ｃ
Ｈ3ＮＨ2＋Ｎ2 ）ガス、（Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガス、ＮＨ3 ガ
ス、（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガス、（ＣＨ3ＮＨ2＋
ＮＨ3 ）ガス等の有機膜のエッチングが可能なガスに希
ガスを添加しても、同等の効果が得られる。
ＮＨ2ガスに希ガスを添加したが、これに代えて、（Ｃ
Ｈ3ＮＨ2＋Ｎ2 ）ガス、（Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガス、ＮＨ3 ガ
ス、（ＣＨ3ＮＨ2＋Ｎ2 ＋Ｈ2 ）ガス、（ＣＨ3ＮＨ2＋
ＮＨ3 ）ガス等の有機膜のエッチングが可能なガスに希
ガスを添加しても、同等の効果が得られる。
【０２０６】また、ＣＨ3ＮＨ2の特性を発揮できる程度
の流量でＣＨ3ＮＨ2が混合されている限りにおいては、
エッチングガスに他のガスを混合しても、第１〜第６の
実施形態で説明した効果は得られる。
の流量でＣＨ3ＮＨ2が混合されている限りにおいては、
エッチングガスに他のガスを混合しても、第１〜第６の
実施形態で説明した効果は得られる。
【０２０７】また、第１〜第６の実施形態においては、
エッチングガスとしてメチルアミンを主成分とするガス
を用いたが、これに限られず、炭素、水素及び窒素を含
む化合物を主成分とするガスを広く用いることができ、
例えばジメチルアミン（Dimethylamine ：(ＣＨ3)2Ｎ
Ｈ）、トリメチルアミン（Trimethylamine：(ＣＨ3)
3Ｎ）又はエチルアミン（Ｃ2Ｈ5ＮＨ2 ）を単独で又は
組み合わせて用いても、メチルアミンと同様のエッチン
グ特性が得られる。メチルアミン、ジメチルアミン、ト
リメチルアミン及びエチルアミンは、１気圧及び２５℃
（常温）下で気体として取り出せるため、非常に便利で
ある。尚、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチル
アミン及びエチルアミンのの１気圧における沸点は、そ
れぞれ、−６．３℃、＋７．４℃、＋２．９℃及び＋１
６．６℃である。
エッチングガスとしてメチルアミンを主成分とするガス
を用いたが、これに限られず、炭素、水素及び窒素を含
む化合物を主成分とするガスを広く用いることができ、
例えばジメチルアミン（Dimethylamine ：(ＣＨ3)2Ｎ
Ｈ）、トリメチルアミン（Trimethylamine：(ＣＨ3)
3Ｎ）又はエチルアミン（Ｃ2Ｈ5ＮＨ2 ）を単独で又は
組み合わせて用いても、メチルアミンと同様のエッチン
グ特性が得られる。メチルアミン、ジメチルアミン、ト
リメチルアミン及びエチルアミンは、１気圧及び２５℃
（常温）下で気体として取り出せるため、非常に便利で
ある。尚、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチル
アミン及びエチルアミンのの１気圧における沸点は、そ
れぞれ、−６．３℃、＋７．４℃、＋２．９℃及び＋１
６．６℃である。
【０２０８】また、エッチングガスとしては、メチルア
ミンを主成分とするガスに代えて、プロピルアミン（Pr
opylamine ：Ｃ3Ｈ7ＮＨ2 ）を主成分とするガスを用い
ることもできる。プロピルアミンの沸点は４８．５℃で
あるから、プロピルアミンを１気圧下で気体として取り
出すためには、およそ５０℃以上に昇温しなければなら
ないので、利便性は多少低下するが、プロピルアミンを
取り出してプラズマ反応室に供給することができれば、
メチルアミンと同様のエッチング特性が得られる。
ミンを主成分とするガスに代えて、プロピルアミン（Pr
opylamine ：Ｃ3Ｈ7ＮＨ2 ）を主成分とするガスを用い
ることもできる。プロピルアミンの沸点は４８．５℃で
あるから、プロピルアミンを１気圧下で気体として取り
出すためには、およそ５０℃以上に昇温しなければなら
ないので、利便性は多少低下するが、プロピルアミンを
取り出してプラズマ反応室に供給することができれば、
メチルアミンと同様のエッチング特性が得られる。
【０２０９】また、現在の実用的技術（加熱技術等）で
気体として取り出すことが可能になれば、メチルアミン
と同様のエッチング特性が得られるガスとしては以下の
ものが挙げられる。すなわち、ニトリル系のガスとして
は、 Acetonitrile（Ｃ2Ｈ3Ｎ ：１気圧における沸点：８
１．８℃）、 Acrylonitrile（Ｃ3Ｈ3Ｎ ：１気圧における沸点：７
８．５℃）又は、 Propionitrile（Ｃ3Ｈ5Ｎ ：１気圧における沸点：９
７．１℃）が挙げられ、ジアミン系のガスとしては、 1,2-Ethanediamine （Ｃ2Ｈ8Ｎ ：１気圧における沸
点：１１７．２℃）が挙げられ、 炭素原子を４個以上含むガスとしては、Ｃ4Ｈ5Ｎ、Ｃ4
Ｈ7Ｎ、Ｃ4Ｈ11Ｎ 、Ｃ5Ｈ7Ｎ及びＣ5Ｈ9Ｎ等が挙げら
れる。尚、１気圧における沸点については、Ｃ4Ｈ11Ｎ
は７０℃以下であるが、その他の化合物は、およそ１０
０℃以上である。
気体として取り出すことが可能になれば、メチルアミン
と同様のエッチング特性が得られるガスとしては以下の
ものが挙げられる。すなわち、ニトリル系のガスとして
は、 Acetonitrile（Ｃ2Ｈ3Ｎ ：１気圧における沸点：８
１．８℃）、 Acrylonitrile（Ｃ3Ｈ3Ｎ ：１気圧における沸点：７
８．５℃）又は、 Propionitrile（Ｃ3Ｈ5Ｎ ：１気圧における沸点：９
７．１℃）が挙げられ、ジアミン系のガスとしては、 1,2-Ethanediamine （Ｃ2Ｈ8Ｎ ：１気圧における沸
点：１１７．２℃）が挙げられ、 炭素原子を４個以上含むガスとしては、Ｃ4Ｈ5Ｎ、Ｃ4
Ｈ7Ｎ、Ｃ4Ｈ11Ｎ 、Ｃ5Ｈ7Ｎ及びＣ5Ｈ9Ｎ等が挙げら
れる。尚、１気圧における沸点については、Ｃ4Ｈ11Ｎ
は７０℃以下であるが、その他の化合物は、およそ１０
０℃以上である。
【０２１０】また、前述の化合物以外に、気体として容
易に取り出せると共にメチルアミンと同様のエッチング
特性を実現できる化合物として、シアン化水素水（通称
青酸）（Hydrocyanic acid：ＨＣＮ）が挙げられるが、
シアン化水素水は人体にとって猛毒であるため好ましく
ない。
易に取り出せると共にメチルアミンと同様のエッチング
特性を実現できる化合物として、シアン化水素水（通称
青酸）（Hydrocyanic acid：ＨＣＮ）が挙げられるが、
シアン化水素水は人体にとって猛毒であるため好ましく
ない。
【０２１１】以上説明したように、少なくとも炭素、水
素及び窒素からなる化合物の中で最も実用上有益な化合
物は、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミ
ン、エチルアミン又はプロピルアミンである。
素及び窒素からなる化合物の中で最も実用上有益な化合
物は、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミ
ン、エチルアミン又はプロピルアミンである。
【０２１２】また、プラズマエッチングに使用するガス
は、基本的にプラズマの励起方法又は励起装置に応じて
最適なものを選べばよい。また、高励起のプラズマ装置
ほど高分子のガスを使用することができ、その選択範囲
は広がる。すなわち、誘導結合型プラズマ装置、表面波
プラズマ装置、ＮＬＤ放電プラズマ装置、高周波を使用
した容量結合型平行平板装置、ＥＣＲプラズマ装置等の
ように高励起が可能なプラズマ装置を使用する場合、実
際に使用する投入パワー（エネルギー）により、使用ガ
スを選ぶことができる。
は、基本的にプラズマの励起方法又は励起装置に応じて
最適なものを選べばよい。また、高励起のプラズマ装置
ほど高分子のガスを使用することができ、その選択範囲
は広がる。すなわち、誘導結合型プラズマ装置、表面波
プラズマ装置、ＮＬＤ放電プラズマ装置、高周波を使用
した容量結合型平行平板装置、ＥＣＲプラズマ装置等の
ように高励起が可能なプラズマ装置を使用する場合、実
際に使用する投入パワー（エネルギー）により、使用ガ
スを選ぶことができる。
【０２１３】また、第１〜第６の実施形態においては、
エッチングガスをＮＬＤ放電プラズマ装置に適用して得
られた結果を用いてその効果を説明してきたが、第１の
実施形態に係る有機膜のエッチング方法は、平行平板反
応性イオンエッチング装置、狭ギャップ方式若しくは２
周印加方式の平行平板型反応性イオンエッチング装置、
マグネトロン・エンハンスト・反応性イオンエッチング
装置、誘導結合型プラズマ装置、アンテナ結合型プラズ
マ装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ装置、表面波
プラズマ装置等のいかなるプラズマ装置を用いる場合に
も適用可能である。
エッチングガスをＮＬＤ放電プラズマ装置に適用して得
られた結果を用いてその効果を説明してきたが、第１の
実施形態に係る有機膜のエッチング方法は、平行平板反
応性イオンエッチング装置、狭ギャップ方式若しくは２
周印加方式の平行平板型反応性イオンエッチング装置、
マグネトロン・エンハンスト・反応性イオンエッチング
装置、誘導結合型プラズマ装置、アンテナ結合型プラズ
マ装置、電子サイクロトロン共鳴プラズマ装置、表面波
プラズマ装置等のいかなるプラズマ装置を用いる場合に
も適用可能である。
【０２１４】（第７の実施形態）以下、本発明の第７の
実施形態に係る半導体装置の製造方法（シングルダマシ
ン法）について、図１１（ａ）〜（ｄ）及び図１２
（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る半導体装置の製造方法（シングルダマシ
ン法）について、図１１（ａ）〜（ｄ）及び図１２
（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【０２１５】まず、図１１（ａ）に示すように、半導体
基板１１１の上に、第１のバリアメタル層１１２、導電
性膜１１３及び第２のバリアメタル層１１４の積層膜か
らなる配線を形成した後、該配線の上に有機膜１１５を
形成し、その後、図１２（ｂ）に示すように、有機膜１
１５の上にシリコン酸化膜１１６を形成する。
基板１１１の上に、第１のバリアメタル層１１２、導電
性膜１１３及び第２のバリアメタル層１１４の積層膜か
らなる配線を形成した後、該配線の上に有機膜１１５を
形成し、その後、図１２（ｂ）に示すように、有機膜１
１５の上にシリコン酸化膜１１６を形成する。
【０２１６】次に、周知のリソグラフィ技術を用いて、
図１１（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１１６上に
レジストパターン１１７を形成した後、シリコン酸化膜
１１６に対してレジストパターン１１７をマスクとして
プラズマエッチング（ドライエッチング）を行なって、
図１１（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜１１６から
なるマスクパターン１１６Ａを形成する。プラズマエッ
チングに用いるエッチングガスの種類は特に限られない
が、例えば、フルオロカーボン系のガスを用いることが
できる。
図１１（ｃ）に示すように、シリコン酸化膜１１６上に
レジストパターン１１７を形成した後、シリコン酸化膜
１１６に対してレジストパターン１１７をマスクとして
プラズマエッチング（ドライエッチング）を行なって、
図１１（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜１１６から
なるマスクパターン１１６Ａを形成する。プラズマエッ
チングに用いるエッチングガスの種類は特に限られない
が、例えば、フルオロカーボン系のガスを用いることが
できる。
【０２１７】次に、第１〜第６の実施形態と同様、炭
素、水素及び窒素を含む化合物からなるガスを主成分と
するエッチングガスから生成されたプラズマを用いて、
有機膜１１５に対して、レジストパターン１１７及びマ
スクパターン１１６Ａをマスクとしてプラズマエッチン
グを行なって、図１２（ａ）に示すように、有機膜１１
５に、順テーパ形状の断面を有し接続孔又は配線溝とな
る凹部１１８を形成する。このエッチングの条件は第１
〜第６の実施形態に係るエッチング方法と同様である。
尚、レジストパターン１１７は有機化合物からなるの
で、有機膜１１５に対するエッチング工程において除去
される。
素、水素及び窒素を含む化合物からなるガスを主成分と
するエッチングガスから生成されたプラズマを用いて、
有機膜１１５に対して、レジストパターン１１７及びマ
スクパターン１１６Ａをマスクとしてプラズマエッチン
グを行なって、図１２（ａ）に示すように、有機膜１１
５に、順テーパ形状の断面を有し接続孔又は配線溝とな
る凹部１１８を形成する。このエッチングの条件は第１
〜第６の実施形態に係るエッチング方法と同様である。
尚、レジストパターン１１７は有機化合物からなるの
で、有機膜１１５に対するエッチング工程において除去
される。
【０２１８】次に、凹部１１８の内部及びマスクパター
ン１１６Ａの上面を洗浄した後、図１２（ｂ）に示すよ
うに、スパッタ法により、凹部１１８の壁面にＴｉＮ又
はＴａＮ等からなる第３のバリアメタル層１１９を薄く
形成する。この場合、第１〜第６の実施形態に係るエッ
チングを行なって凹部１１８を形成したため、凹部１１
８の断面は順テーパ形状になっているので、第３のバリ
アメタル層１１９における、マスクパターン１１６Ａと
有機膜１１５との境界近傍部（マスクパターン１１６Ａ
の直下の部分）１２０及び凹部１１８の底部１２１には
分離部（断線部）ができず一様に連続している。
ン１１６Ａの上面を洗浄した後、図１２（ｂ）に示すよ
うに、スパッタ法により、凹部１１８の壁面にＴｉＮ又
はＴａＮ等からなる第３のバリアメタル層１１９を薄く
形成する。この場合、第１〜第６の実施形態に係るエッ
チングを行なって凹部１１８を形成したため、凹部１１
８の断面は順テーパ形状になっているので、第３のバリ
アメタル層１１９における、マスクパターン１１６Ａと
有機膜１１５との境界近傍部（マスクパターン１１６Ａ
の直下の部分）１２０及び凹部１１８の底部１２１には
分離部（断線部）ができず一様に連続している。
【０２１９】次に、化学蒸着法又はメッキ法を用いて、
図１２（ｃ）に示すように、凹部１１１８の内部に導電
性膜１２２を埋め込んだ後、化学機械研磨法により、導
電性膜１２２における凹部１１８の外側に露出している
部分を除去すると、図１２（ｄ）に示すように、接続プ
ラグ又は配線１２３が得られる。その後、第７の実施形
態を繰り返し行なって、接続プラグ又は配線を交互に形
成すると、多層配線構造を得ることができる。
図１２（ｃ）に示すように、凹部１１１８の内部に導電
性膜１２２を埋め込んだ後、化学機械研磨法により、導
電性膜１２２における凹部１１８の外側に露出している
部分を除去すると、図１２（ｄ）に示すように、接続プ
ラグ又は配線１２３が得られる。その後、第７の実施形
態を繰り返し行なって、接続プラグ又は配線を交互に形
成すると、多層配線構造を得ることができる。
【０２２０】第７の実施形態によると、凹部１８の断面
が順テーパ形状になるため、第３のバリアメタル層１１
９が一様に連続しているので、導電性膜１２２が均一に
埋め込まれる。このため、電気特性が劣化しないので、
半導体装置の信頼性が向上する。
が順テーパ形状になるため、第３のバリアメタル層１１
９が一様に連続しているので、導電性膜１２２が均一に
埋め込まれる。このため、電気特性が劣化しないので、
半導体装置の信頼性が向上する。
【０２２１】尚、第７の実施形態においては、導電性膜
１２２としては、例えば、ｐｏｌｙＳｉ膜、Ｗ膜、Ａｌ
Ｃｕ膜、Ｃｕ膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜又はＰｔ膜等を用いる
ことができる。
１２２としては、例えば、ｐｏｌｙＳｉ膜、Ｗ膜、Ａｌ
Ｃｕ膜、Ｃｕ膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜又はＰｔ膜等を用いる
ことができる。
【０２２２】また、第１のバリアメタル層１１２及び第
２のバリアメタル層１１４としては、導電性膜１１３に
適合する材料を選択すればよく、例えばＴｉ膜とＴｉＮ
膜との積層体又はＴａ膜とＴａＮ膜との積層体等を用い
ることができる。
２のバリアメタル層１１４としては、導電性膜１１３に
適合する材料を選択すればよく、例えばＴｉ膜とＴｉＮ
膜との積層体又はＴａ膜とＴａＮ膜との積層体等を用い
ることができる。
【０２２３】また、第２のバリアメタル層１１４に代え
て、Ｓｉ3Ｎ4膜等の絶縁膜をバリア層として用いてもよ
い。この場合には、凹部１８を形成する有機膜エッチン
グの後に、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するエッチング工程を加えれ
ばよい。
て、Ｓｉ3Ｎ4膜等の絶縁膜をバリア層として用いてもよ
い。この場合には、凹部１８を形成する有機膜エッチン
グの後に、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するエッチング工程を加えれ
ばよい。
【０２２４】また、第７の実施形態においては、マスク
パターン１１６Ａをシリコン酸化膜により形成したが、
これに代えて、シリコン窒化膜により形成してもよい
が、シリコン酸化膜よりも比誘電率が小さい材料を用い
ることが好ましい。このような観点からは、低誘電率材
料であるａ−ＳｉＣ：Ｈ等を用いることが好ましい。
パターン１１６Ａをシリコン酸化膜により形成したが、
これに代えて、シリコン窒化膜により形成してもよい
が、シリコン酸化膜よりも比誘電率が小さい材料を用い
ることが好ましい。このような観点からは、低誘電率材
料であるａ−ＳｉＣ：Ｈ等を用いることが好ましい。
【０２２５】また、化学機械研磨法により導電性膜１２
２を除去する際にマスクパターン１１６Ａも除去する場
合には、マスクパターン１１６Ａを、比誘電率が大きい
材料、例えばチタン等からなる導電性膜又はシリコン窒
化膜若しくは窒化チタン膜等の金属窒化膜等から形成し
てもよい。
２を除去する際にマスクパターン１１６Ａも除去する場
合には、マスクパターン１１６Ａを、比誘電率が大きい
材料、例えばチタン等からなる導電性膜又はシリコン窒
化膜若しくは窒化チタン膜等の金属窒化膜等から形成し
てもよい。
【０２２６】（第８の実施形態）以下、本発明の第８の
実施形態に係る半導体装置の製造方法（デュアルダマシ
ン法）について、図１３（ａ）〜（ｄ）及び図１４
（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
実施形態に係る半導体装置の製造方法（デュアルダマシ
ン法）について、図１３（ａ）〜（ｄ）及び図１４
（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。
【０２２７】まず、図１３（ａ）に示すように、半導体
基板１３１の上に、第１のバリアメタル層１３２、導電
性膜１３３及び第２のバリアメタル層１３４の積層膜か
らなる下層配線を形成した後、該下層配線の上に、第１
の有機膜１３５、第１のシリコン酸化膜からなり接続孔
形成用開口部を有する第１のマスクパターン１３６Ａ、
第２の有機膜１３８及び第２のシリコン酸化膜１３９を
順次形成する。
基板１３１の上に、第１のバリアメタル層１３２、導電
性膜１３３及び第２のバリアメタル層１３４の積層膜か
らなる下層配線を形成した後、該下層配線の上に、第１
の有機膜１３５、第１のシリコン酸化膜からなり接続孔
形成用開口部を有する第１のマスクパターン１３６Ａ、
第２の有機膜１３８及び第２のシリコン酸化膜１３９を
順次形成する。
【０２２８】次に、図１３（ｂ）に示すように、第２の
シリコン酸化膜１３９の上に、配線溝形成用開口部を有
するレジストパターン１４０を形成した後、第２のシリ
コン酸化膜１３９に対してレジストパターン１４０をマ
スクとしてエッチングを行なって、図１３（ｃ）に示す
ように、第２のシリコン酸化膜１３９からなる第２のマ
スクパターン１３９Ａを形成する。
シリコン酸化膜１３９の上に、配線溝形成用開口部を有
するレジストパターン１４０を形成した後、第２のシリ
コン酸化膜１３９に対してレジストパターン１４０をマ
スクとしてエッチングを行なって、図１３（ｃ）に示す
ように、第２のシリコン酸化膜１３９からなる第２のマ
スクパターン１３９Ａを形成する。
【０２２９】次に、第２の有機膜１３８及び第１の有機
膜１３５に対して、第１〜第６の実施形態と同様、炭
素、水素及び窒素を含む化合物からなるガスを主成分と
するエッチングガスから生成されたプラズマを用いてエ
ッチングを行なって、図１３（ｄ）に示すように、第２
の有機膜１３８に第２のマスクパターン１３９Ａを転写
することにより配線溝１４１を形成すると共に、第１の
有機膜１３５に第１のマスクパターン１３６Ａを転写す
ることにより接続孔１４２を形成する。このエッチング
の条件は第１〜第６の実施形態に係るエッチング方法と
同様である。
膜１３５に対して、第１〜第６の実施形態と同様、炭
素、水素及び窒素を含む化合物からなるガスを主成分と
するエッチングガスから生成されたプラズマを用いてエ
ッチングを行なって、図１３（ｄ）に示すように、第２
の有機膜１３８に第２のマスクパターン１３９Ａを転写
することにより配線溝１４１を形成すると共に、第１の
有機膜１３５に第１のマスクパターン１３６Ａを転写す
ることにより接続孔１４２を形成する。このエッチング
の条件は第１〜第６の実施形態に係るエッチング方法と
同様である。
【０２３０】第１〜第６の実施形態と同様のエッチング
を行なって接続孔１４２及び配線溝１４１を形成するた
め、接続孔１４２及び配線溝１４１の断面は順テーパ形
状になっている。
を行なって接続孔１４２及び配線溝１４１を形成するた
め、接続孔１４２及び配線溝１４１の断面は順テーパ形
状になっている。
【０２３１】ところで、第１の有機膜１３５に対してエ
ッチングが行なわれている際に、実質的なマスクとなっ
ている第１のマスクパターン１３６Ａの上面及び開口部
の壁面に堆積膜が形成されると共に、接続孔１４２が形
成されてから第１の有機膜１３５に対してオーバーエッ
チングが行なわれている際に、接続孔１４２の壁面及び
底面にも堆積膜が形成されるため、イオンスパッタリン
グにより第１のマスクパターン１３６Ａの開口部が拡大
される事態は防止される。
ッチングが行なわれている際に、実質的なマスクとなっ
ている第１のマスクパターン１３６Ａの上面及び開口部
の壁面に堆積膜が形成されると共に、接続孔１４２が形
成されてから第１の有機膜１３５に対してオーバーエッ
チングが行なわれている際に、接続孔１４２の壁面及び
底面にも堆積膜が形成されるため、イオンスパッタリン
グにより第１のマスクパターン１３６Ａの開口部が拡大
される事態は防止される。
【０２３２】また、接続孔１４２の底面に露出している
第２のバリアメタル層１３４の上に堆積されている薄い
堆積膜は、第２のバリアメタル層１３４がイオンスパッ
タリングされる事態を防止又は抑制する。
第２のバリアメタル層１３４の上に堆積されている薄い
堆積膜は、第２のバリアメタル層１３４がイオンスパッ
タリングされる事態を防止又は抑制する。
【０２３３】これら２つの現象によって、第３の従来例
において問題となったクラウン状の障壁２４３（図２１
（ｃ）を参照）は形成されない。
において問題となったクラウン状の障壁２４３（図２１
（ｃ）を参照）は形成されない。
【０２３４】次に、接続孔１４２及び配線溝１４１の内
部及び第２のマスクパターン１３９Ａの上面を洗浄した
後、図１４（ａ）に示すように、スパッタ法又はＣＶＤ
法により、接続孔１４２及び配線溝１４１の壁面にＴｉ
Ｎ又はＴａＮ等からなる第３のバリアメタル層１４３を
薄く形成する。この場合、接続孔１４２及び配線溝１４
１の断面が順テーパ形状であるため、第３のバリアメタ
ル層１４３には分離部（断線部）ができず一様に連続し
ている。
部及び第２のマスクパターン１３９Ａの上面を洗浄した
後、図１４（ａ）に示すように、スパッタ法又はＣＶＤ
法により、接続孔１４２及び配線溝１４１の壁面にＴｉ
Ｎ又はＴａＮ等からなる第３のバリアメタル層１４３を
薄く形成する。この場合、接続孔１４２及び配線溝１４
１の断面が順テーパ形状であるため、第３のバリアメタ
ル層１４３には分離部（断線部）ができず一様に連続し
ている。
【０２３５】次に、図１４（ｂ）に示すように、化学蒸
着法又はメッキ法を用いて、接続孔１４２及び配線溝１
４１の内部に導電性膜１４４を埋め込んだ後、化学機械
研磨法により、導電性膜１４４における配線溝１４１の
外側に露出している部分を除去すると、導電性膜１４４
からなる接続プラグ１４４Ａ及び上層配線１４４Ｂが得
られる。
着法又はメッキ法を用いて、接続孔１４２及び配線溝１
４１の内部に導電性膜１４４を埋め込んだ後、化学機械
研磨法により、導電性膜１４４における配線溝１４１の
外側に露出している部分を除去すると、導電性膜１４４
からなる接続プラグ１４４Ａ及び上層配線１４４Ｂが得
られる。
【０２３６】第８の実施形態によると、接続孔１４２及
び配線溝１４１の断面が順テーパ形状であるため、第３
のバリアメタル層１４３が一様に連続するので、導電性
膜１４４が均一に埋め込まれ、良好な接続プラグ１４４
Ａ及び上層配線１４４Ｂを形成することができる。ま
た、接続孔１４２の底面にクラウン状の障壁が形成され
ないため、接続プラグ１４４Ａと下層配線との接続も良
好になる。
び配線溝１４１の断面が順テーパ形状であるため、第３
のバリアメタル層１４３が一様に連続するので、導電性
膜１４４が均一に埋め込まれ、良好な接続プラグ１４４
Ａ及び上層配線１４４Ｂを形成することができる。ま
た、接続孔１４２の底面にクラウン状の障壁が形成され
ないため、接続プラグ１４４Ａと下層配線との接続も良
好になる。
【０２３７】従って、第８の実施形態によると、信頼性
の高い多層配線構造をデュアルダマシン法により形成す
ることができる。
の高い多層配線構造をデュアルダマシン法により形成す
ることができる。
【０２３８】尚、第８の実施形態においては、下層配線
を構成する導電性膜１３３及び上層配線を構成する導電
性膜１４４としては、例えば、ｐｏｌｙＳｉ膜、Ｗ膜、
ＡｌＣｕ膜、Ｃｕ膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜又はＰｔ膜等を用
いることができる。
を構成する導電性膜１３３及び上層配線を構成する導電
性膜１４４としては、例えば、ｐｏｌｙＳｉ膜、Ｗ膜、
ＡｌＣｕ膜、Ｃｕ膜、Ａｇ膜、Ａｕ膜又はＰｔ膜等を用
いることができる。
【０２３９】また、第１のバリアメタル層１３２、第２
のバリアメタル層１３４及び第３のバリアメタル層１４
３としては、導電性膜１３３及び導電性膜１４４と適合
する材料を選択すればよく、例えばＴｉ膜とＴｉＮ膜と
の積層体又はＴａ膜とＴａＮ膜との積層体等を用いるこ
とができる。
のバリアメタル層１３４及び第３のバリアメタル層１４
３としては、導電性膜１３３及び導電性膜１４４と適合
する材料を選択すればよく、例えばＴｉ膜とＴｉＮ膜と
の積層体又はＴａ膜とＴａＮ膜との積層体等を用いるこ
とができる。
【０２４０】また、第２のバリアメタル層１３４に代え
て、Ｓｉ3Ｎ4膜等の絶縁膜をバリア層として用いてもよ
い。この場合には、接続孔１４２を形成する有機膜エッ
チングの後に、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するエッチング工程を加
えればよい。
て、Ｓｉ3Ｎ4膜等の絶縁膜をバリア層として用いてもよ
い。この場合には、接続孔１４２を形成する有機膜エッ
チングの後に、Ｓｉ3Ｎ4膜に対するエッチング工程を加
えればよい。
【０２４１】また、第８の実施形態においては、第１の
マスクパターン１３６Ａ及び第２のマスクパターン１３
９Ａをシリコン酸化膜により形成したが、これに代え
て、シリコン窒化膜により形成してもよいが、シリコン
酸化膜よりも比誘電率が小さい材料を用いることが好ま
しい。このような観点からは、低誘電率材料であるａ−
ＳｉＣ：Ｈ等を用いることが好ましい。
マスクパターン１３６Ａ及び第２のマスクパターン１３
９Ａをシリコン酸化膜により形成したが、これに代え
て、シリコン窒化膜により形成してもよいが、シリコン
酸化膜よりも比誘電率が小さい材料を用いることが好ま
しい。このような観点からは、低誘電率材料であるａ−
ＳｉＣ：Ｈ等を用いることが好ましい。
【０２４２】また、化学機械研磨法により導電性膜１４
４を除去する際に第２のマスクパターン１３９Ａも除去
する場合には、第２のマスクパターン１３９Ａを、比誘
電率が大きい材料、例えばチタン等からなる導電性膜又
はシリコン窒化膜若しくは窒化チタン膜等の金属窒化膜
等から形成してもよい。
４を除去する際に第２のマスクパターン１３９Ａも除去
する場合には、第２のマスクパターン１３９Ａを、比誘
電率が大きい材料、例えばチタン等からなる導電性膜又
はシリコン窒化膜若しくは窒化チタン膜等の金属窒化膜
等から形成してもよい。
【０２４３】（第９の実施形態）以下、本発明の第９の
実施形態に係るマスクパターンの形成方法（表面イメー
ジングプロセス）について、図１５（ａ）〜（ｄ）を参
照しながら説明する。
実施形態に係るマスクパターンの形成方法（表面イメー
ジングプロセス）について、図１５（ａ）〜（ｄ）を参
照しながら説明する。
【０２４４】まず、図１５（ａ）に示すように、半導体
基板１５１上に有機膜１５２を形成した後、該有機膜１
５２上に被シリル化層１５３を形成する。
基板１５１上に有機膜１５２を形成した後、該有機膜１
５２上に被シリル化層１５３を形成する。
【０２４５】次に、図１５（ｂ）に示すように、被シリ
ル化層１５３に対して、光を選択的に通過させるフォト
マスク１５４を介して露光光１５５を照射することによ
り、被シリル化層１５３に選択的に変質層１５６を形成
する。
ル化層１５３に対して、光を選択的に通過させるフォト
マスク１５４を介して露光光１５５を照射することによ
り、被シリル化層１５３に選択的に変質層１５６を形成
する。
【０２４６】次に、図１５（ｃ）に示すように、基板温
度を上昇させた状態で、被シリル化層１５３の表面に気
体状のシリル化剤１５７を供給して、被シリル化層１５
３の非変質層（変質層１５６以外の部分）を選択的にシ
リル化することにより、シリル化層１５８を形成する。
度を上昇させた状態で、被シリル化層１５３の表面に気
体状のシリル化剤１５７を供給して、被シリル化層１５
３の非変質層（変質層１５６以外の部分）を選択的にシ
リル化することにより、シリル化層１５８を形成する。
【０２４７】尚、非変質層をシリル化する代わりに、変
質層１５６をシリル化してシリル化層１５８を形成して
もよいし、また、被シリル化層１５３を形成することな
く、有機膜１５２の表面に直接にシリル化層１５８を形
成してもよい。
質層１５６をシリル化してシリル化層１５８を形成して
もよいし、また、被シリル化層１５３を形成することな
く、有機膜１５２の表面に直接にシリル化層１５８を形
成してもよい。
【０２４８】次に、有機膜１５２に対して、シリル化層
１５８をマスクとして、第１〜第６の実施形態と同様、
炭素、水素及び窒素を含む化合物からなるガスを主成分
とするエッチングガスから生成されたプラズマを用いて
エッチングを行なって、図１５（ｄ）に示すように、有
機膜１５２からなる有機膜パターン１５２Ａを形成す
る。
１５８をマスクとして、第１〜第６の実施形態と同様、
炭素、水素及び窒素を含む化合物からなるガスを主成分
とするエッチングガスから生成されたプラズマを用いて
エッチングを行なって、図１５（ｄ）に示すように、有
機膜１５２からなる有機膜パターン１５２Ａを形成す
る。
【０２４９】第９の実施形態によると、有機膜１５２に
対して、炭素、水素及び窒素を含む化合物からなるガス
を主成分とするエッチングガスを用いてプラズマエッチ
ングを行なうため、有機膜パターン１５２Ａに形成され
る凹部１５９の断面は順テーパ形状になる。すなわち、
凹部１５９の断面が第４の従来例のようにボウイング形
状にならず、良好な断面形状を持つ有機膜パターン１５
２Ａが得られるので、半導体基板１５１の上に形成され
ている被エッチング膜に対して高精度なエッチング加工
を行なうことができる。
対して、炭素、水素及び窒素を含む化合物からなるガス
を主成分とするエッチングガスを用いてプラズマエッチ
ングを行なうため、有機膜パターン１５２Ａに形成され
る凹部１５９の断面は順テーパ形状になる。すなわち、
凹部１５９の断面が第４の従来例のようにボウイング形
状にならず、良好な断面形状を持つ有機膜パターン１５
２Ａが得られるので、半導体基板１５１の上に形成され
ている被エッチング膜に対して高精度なエッチング加工
を行なうことができる。
【０２５０】また、第９の実施形態によると、エッチン
グガスにデポジションガスを添加する必要がないため、
ＲＩＥ Ｌａｇを小さくすることができる。このため、
微細なパターンを形成する場合でもエッチング量の許容
範囲等のプロセスマージンを確保できると共に、オーバ
ーエッチングの時間を短縮してパターン転写時の寸法変
換差を低減できるので、微細なパターンを高精度に加工
することが可能になる。
グガスにデポジションガスを添加する必要がないため、
ＲＩＥ Ｌａｇを小さくすることができる。このため、
微細なパターンを形成する場合でもエッチング量の許容
範囲等のプロセスマージンを確保できると共に、オーバ
ーエッチングの時間を短縮してパターン転写時の寸法変
換差を低減できるので、微細なパターンを高精度に加工
することが可能になる。
【０２５１】尚、第９の実施形態においては、半導体基
板１１として、シリコン基板を用いたが、これに代え
て、液晶表示板等に使用するガラス基板又は化合物半導
体からなる基板等を用いることができる。
板１１として、シリコン基板を用いたが、これに代え
て、液晶表示板等に使用するガラス基板又は化合物半導
体からなる基板等を用いることができる。
【０２５２】
【発明の効果】第１の有機膜のエッチング方法による
と、有機膜に順テーパ形状の凹部を形成できると共に、
ほぼ一定のエッチングレートを維持しながら順テーパ形
状の角度を制御することができる。
と、有機膜に順テーパ形状の凹部を形成できると共に、
ほぼ一定のエッチングレートを維持しながら順テーパ形
状の角度を制御することができる。
【０２５３】第２の有機膜のエッチング方法によると、
有機膜に形成される凹部の断面を確実に順テーパ形状に
できると共に、反応室の内壁面に形成される堆積膜を低
減して、反応室を安定な状態に保つことができる。
有機膜に形成される凹部の断面を確実に順テーパ形状に
できると共に、反応室の内壁面に形成される堆積膜を低
減して、反応室を安定な状態に保つことができる。
【０２５４】第３の有機膜のエッチング方法によると、
エッチングレートを向上させながら、有機膜に形成され
る凹部の断面を順テーパ形状にすることができる。
エッチングレートを向上させながら、有機膜に形成され
る凹部の断面を順テーパ形状にすることができる。
【０２５５】第１の半導体装置の製造方法によると、凹
部に導電性膜を確実に埋め込むことができるため、電気
的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線を形成する
ことができると共に、凹部の順テーパ形状の角度を制御
することが可能になる。
部に導電性膜を確実に埋め込むことができるため、電気
的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線を形成する
ことができると共に、凹部の順テーパ形状の角度を制御
することが可能になる。
【０２５６】第２の半導体装置の製造方法によると、凹
部に導電性膜を確実に埋め込むことができるため、電気
的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線を形成する
ことができると共に、反応室の内壁面に形成される堆積
膜を低減して、反応室を安定な状態に保つことができ
る。
部に導電性膜を確実に埋め込むことができるため、電気
的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線を形成する
ことができると共に、反応室の内壁面に形成される堆積
膜を低減して、反応室を安定な状態に保つことができ
る。
【０２５７】第３の半導体装置の製造方法によると、凹
部に導電性膜を確実に埋め込むことができるため、電気
的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線を形成する
ことができると共に、エッチングレートを向上させるこ
とができる。
部に導電性膜を確実に埋め込むことができるため、電気
的特性に優れた接続プラグ又は埋め込み配線を形成する
ことができると共に、エッチングレートを向上させるこ
とができる。
【０２５８】第１のパターンの形成方法によると、有機
膜に順テーパ形状の断面を持つ開口部を形成できるの
で、被エッチング膜に対して高精度で且つプロセスマー
ジンが大きいエッチングを行なうことができると共に、
ほぼ一定のエッチングレートで有機膜パターンを形成す
ることができる。
膜に順テーパ形状の断面を持つ開口部を形成できるの
で、被エッチング膜に対して高精度で且つプロセスマー
ジンが大きいエッチングを行なうことができると共に、
ほぼ一定のエッチングレートで有機膜パターンを形成す
ることができる。
【０２５９】第２のパターンの形成方法によると、有機
膜に順テーパ形状の断面を持つ開口部を形成できるの
で、被エッチング膜に対して高精度で且つプロセスマー
ジンが大きいエッチングを行なうことができると共に、
反応室の内壁面に形成される堆積膜を低減して、反応室
を安定な状態に保つことができる。
膜に順テーパ形状の断面を持つ開口部を形成できるの
で、被エッチング膜に対して高精度で且つプロセスマー
ジンが大きいエッチングを行なうことができると共に、
反応室の内壁面に形成される堆積膜を低減して、反応室
を安定な状態に保つことができる。
【０２６０】第３のパターンの形成方法によると、有機
膜に順テーパ形状の断面を持つ開口部を形成できるの
で、被エッチング膜に対して高精度で且つプロセスマー
ジンが大きいエッチングを行なうことができると共に、
有機膜パターンを形成する際のエッチングレートを向上
させることができる。
膜に順テーパ形状の断面を持つ開口部を形成できるの
で、被エッチング膜に対して高精度で且つプロセスマー
ジンが大きいエッチングを行なうことができると共に、
有機膜パターンを形成する際のエッチングレートを向上
させることができる。
【図１】（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る有機
膜のエッチング方法により得られるホールの概略断面図
であり、（ｂ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に
係る有機膜のエッチング方法により得られるホールの断
面ＳＥＭ写真である。
膜のエッチング方法により得られるホールの概略断面図
であり、（ｂ）〜（ｆ）は、本発明の第１の実施形態に
係る有機膜のエッチング方法により得られるホールの断
面ＳＥＭ写真である。
【図２】（ａ）は、従来の有機膜のエッチング方法のメ
カニズムを説明する図であり、（ｂ）は、本発明の第１
の実施形態に係る有機膜のエッチング方法のメカニズム
を説明する図である。
カニズムを説明する図であり、（ｂ）は、本発明の第１
の実施形態に係る有機膜のエッチング方法のメカニズム
を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る有機膜のエッチ
ング方法において、エッチングガス中におけるＣＨ3Ｎ
Ｈ2の混合割合と、有機膜のエッチングレートとの関係
を示す図である。
ング方法において、エッチングガス中におけるＣＨ3Ｎ
Ｈ2の混合割合と、有機膜のエッチングレートとの関係
を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る有機膜のエッチ
ング方法により得られるホールの断面ＳＥＭ写真であ
る。
ング方法により得られるホールの断面ＳＥＭ写真であ
る。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第２の実施形態に
係る有機膜のエッチング方法の効果を説明する断面図で
ある。
係る有機膜のエッチング方法の効果を説明する断面図で
ある。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に
係る有機膜のエッチング方法の効果を説明する断面図で
ある。
係る有機膜のエッチング方法の効果を説明する断面図で
ある。
【図７】（ａ）、（ｂ）は本発明の各実施形態に係る有
機膜のエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置の
概略断面図を示し、（ａ）は第１〜第３の実施形態に係
る有機膜のエッチング方法を行なった場合を示し、
（ｂ）は第４の実施形態に係る有機膜のエッチング方法
を行なった場合を示す。
機膜のエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置の
概略断面図を示し、（ａ）は第１〜第３の実施形態に係
る有機膜のエッチング方法を行なった場合を示し、
（ｂ）は第４の実施形態に係る有機膜のエッチング方法
を行なった場合を示す。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る有機膜のエッチ
ング方法において、エッチングガスに添加される酸素の
量とエッチング深さとの関係を示す図である。
ング方法において、エッチングガスに添加される酸素の
量とエッチング深さとの関係を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第５の実施形態に
係る有機膜のエッチング方法の効果を説明する断面図で
ある。
係る有機膜のエッチング方法の効果を説明する断面図で
ある。
【図１０】（ａ）は、本発明の第６の実施形態に係る有
機膜のエッチング方法により得られるホールの断面ＳＥ
Ｍ写真であり、（ｂ）は、本発明の第６の実施形態に係
る有機膜のエッチング方法のメカニズムを説明する図で
ある。
機膜のエッチング方法により得られるホールの断面ＳＥ
Ｍ写真であり、（ｂ）は、本発明の第６の実施形態に係
る有機膜のエッチング方法のメカニズムを説明する図で
ある。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７の実施形態
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７の実施形態
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第８の実施形態
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第８の実施形態
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
に係る半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図であ
る。
【図１５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第９の実施形態
に係るマスクパターンの形成方法の各工程を示す断面図
である。
に係るマスクパターンの形成方法の各工程を示す断面図
である。
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、従来の有機膜のエッチン
グ方法により得られるホールの断面ＳＥＭ写真である。
グ方法により得られるホールの断面ＳＥＭ写真である。
【図１７】（ａ）〜（ｅ）は、従来の半導体装置の製造
方法（シングルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
方法（シングルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は、従来の半導体装置の製造
方法（シングルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
方法（シングルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
【図１９】（ａ）〜（ｄ）は、従来の半導体装置の製造
方法（デュアルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
方法（デュアルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、従来の半導体装置の製造
方法（デュアルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
方法（デュアルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は、従来の半導体装置の製造
方法（デュアルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
方法（デュアルダマシンプロセス）の各工程を示す断面
図である。
【図２２】（ａ）〜（ｄ）は、従来のマスクパターンの
形成方法（表層イメージングプロセス）の各工程を示す
断面図である。
形成方法（表層イメージングプロセス）の各工程を示す
断面図である。
【図２３】（ａ）、（ｂ）は、従来のマスクパターンの
形成方法（３層レジストプロセス）により得られるホー
ルの断面ＳＥＭ写真である。
形成方法（３層レジストプロセス）により得られるホー
ルの断面ＳＥＭ写真である。
１ シリコン基板
２ 有機膜
３ マスクパターン
４ ラジカル
５ ラジカル
６ 堆積膜
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ 凹部
８Ａ、８Ｂ 凹部
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 凹部
２０ 堆積膜
２１ 反応室
２１ａ 石英管
２２ 誘導結合コイル
２３ 高周波電源
２４ 絶縁体
２５ 下部電極
２６ ウエハ
２７ 低周波電源
２８ ガス供給口
２９ ガス排気口
３０ 磁気コイル
３１ Ａｒイオン
３２ 堆積膜
３３ 放出物質
３４ 壁面保護膜
１１１ 半導体基板
１１２ 第１のバリアメタル層
１１３ 導電性膜
１１４ 第２のバリアメタル層
１１５ 有機膜
１１６ シリコン酸化膜
１１６Ａ マスクパターン
１１７ レジストパターン
１１８ 凹部
１１９ 第３のバリアメタル層
１２０ マスクパターンと有機膜との境界近傍部
１２１ 凹部の底部
１２２ 導電性膜
１３１ 半導体基板
１３２ 第１のバリアメタル層
１３３ 導電性膜
１３４ 第２のバリアメタル層
１３５ 第１の有機膜
１３６Ａ 第１のマスクパターン
１３８ 第２の有機膜
１３９ 第２のシリコン酸化膜
１３９Ａ 第２のマスクパターン
１４０ レジストパターン
１４１ 配線溝
１４２ 接続孔
１４３ 第３のバリアメタル層
１４４ 導電性膜
１４４Ａ 接続プラグ
１４４Ｂ 上層配線
１５１ 半導体基板
１５２ 有機膜
１５２Ａ 有機膜パターン
１５３ 被シリル化層
１５４ フォトマスク
１５５ 露光光
１５６ 変質層
１５７ シリル化剤
１５８ シリル化層
１５９ 凹部
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 森川 泰宏
神奈川県茅ヶ崎市萩園2500番地 日本真
空技術株式会社内
(56)参考文献 特開 平１−280316（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−150105（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−121901（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−25419（ＪＰ，Ａ)
特開2001−77085（ＪＰ，Ａ)
国際公開00／067308（ＷＯ，Ａ１)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 21/3065
G03F 7/40 521
H01L 21/027
H01L 21/768
Claims (35)
- 【請求項１】 有機膜に対して、メチルアミンを主成分
とする第１のガスと窒素成分を含む第２のガスとを含有
するエッチングガスから生成されたプラズマを用いてエ
ッチングを行なうことを特徴とする有機膜のエッチング
方法。 - 【請求項２】 前記第２のガスは窒素ガスであることを
特徴とする請求項１に記載の有機膜のエッチング方法。 - 【請求項３】 前記第２のガスは、窒素ガスと水素ガス
との混合ガスであることを特徴とする請求項１に記載の
有機膜のエッチング方法。 - 【請求項４】 前記第２のガスはアンモニアガスである
ことを特徴とする請求項１に記載の有機膜のエッチング
方法。 - 【請求項５】 前記第２のガスは希ガスをさらに含んで
いることを特徴とする請求項１に記載の有機膜のエッチ
ング方法。 - 【請求項６】 有機膜に対して、メチルアミンを主成分
とする第１のガスと希ガスを含む第２のガスとを含有す
るエッチングガスから生成されたプラズマを用いてエッ
チングを行なうことを特徴とする有機膜のエッチング方
法。 - 【請求項７】 有機膜に対して、メチルアミンを主成分
とする第１のガスと酸素成分を含む第２のガスとを含有
するエッチングガスから生成されたプラズマを用いてエ
ッチングを行なうことを特徴とする有機膜のエッチング
方法。 - 【請求項８】 前記第２のガスは希ガスをさらに含んで
いることを特徴とする請求項７に記載の有機膜のエッチ
ング方法。 - 【請求項９】 前記メチルアミンに代え、ジメチルアミ
ン又はトリメチルアミンを用いることを特徴とする請求
項１、請求項６又は請求項７に記載の有機膜のエッチン
グ方法。 - 【請求項１０】 前記メチルアミンに代え、エチルアミ
ン又はプロピルアミンを用いることを特徴とする請求項
１、請求項６又は請求項７に記載の有機膜のエッチング
方法。 - 【請求項１１】 前記メチルアミンに代え、ニトリル系
のガス、又はジアミン系のガス、又はＨＣＮガスを用い
ることを特徴とする請求項１、請求項６又は請求項７に
記載の有機膜のエッチング方法。 - 【請求項１２】 半導体基板上に有機膜を形成する工程
と、 前記有機膜の上に、無機化合物を主成分とするマスクパ
ターンを形成する工程と、 前記有機膜に対して、前記マスクパターンを用いて、メ
チルアミンを主成分とする第１のガスと窒素成分を含む
第２のガスとを含有するエッチングガスから生成された
プラズマにより選択的エッチングを行なって、前記有機
膜に凹部を形成する工程とを備えていることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項１３】 前記第２のガスは窒素ガスであること
を特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１４】 前記第２のガスは、窒素ガスと水素ガ
スとの混合ガスであることを特徴とする請求項１２に記
載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】 前記第２のガスはアンモニアガスであ
ることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置の製
造方法。 - 【請求項１６】 前記第２のガスは希ガスをさらに含ん
でいることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項１７】 半導体基板上に有機膜を形成する工程
と、 前記有機膜の上に、無機化合物を主成分とするマスクパ
ターンを形成する工程と、 前記有機膜に対して、前記マスクパターンを用いて、メ
チルアミンを主成分とする第１のガスと希ガスを含む第
２のガスとを含有するエッチングガスから生成されたプ
ラズマにより選択的エッチングを行なって、前記有機膜
に凹部を形成する工程とを備えていることを特徴とする
半導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】 半導体基板上に有機膜を形成する工程
と、 前記有機膜の上に、無機化合物を主成分とするマスクパ
ターンを形成する工程と、 前記有機膜に対して、前記マスクパターンを用いて、メ
チルアミンを主成分とする第１のガスと酸素成分を含む
第２のガスとを含有するエッチングガスから生成された
プラズマにより選択的エッチングを行なって、前記有機
膜に凹部を形成する工程とを備えていることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。 - 【請求項１９】 前記第２のガスは希ガスをさらに含ん
でいることを特徴とする請求項１８に記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項２０】 前記凹部は、接続孔と該接続孔の上に
形成された配線溝とからなり、デュアルダマシン法によ
り導電性膜が埋め込まれることを特徴とする請求項１２
〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２１】 前記メチルアミンに代え、ジメチルア
ミン又はトリメチルアミンを用いることを特徴とする請
求項１２、請求項１７又は請求項１８に記載の半導体装
置の製造方法。 - 【請求項２２】 前記メチルアミンに代え、エチルアミ
ン又はプロピルアミンを用いることを特徴とする請求項
１２、請求項１７又は請求項１８に記載の半導体装置の
製造方法。 - 【請求項２３】 前記メチルアミンに代え、ニトリル系
のガス、又はジアミン系のガス、又はＨＣＮガスを用い
ることを特徴とする請求項１２、請求項１７又は請求項
１８に記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項２４】 基板上に有機膜を形成する工程と、 前記有機膜の表面に無機成分を含むマスク層を形成する
工程と、 前記有機膜に対して、前記マスク層を用いて、メチルア
ミンを主成分とする第１のガスと窒素成分を含む第２の
ガスとを含有するエッチングガスから生成されたプラズ
マにより選択的エッチングを行なって、前記有機膜から
なる有機膜パターンを形成する工程とを備えていること
を特徴とするパターンの形成方法。 - 【請求項２５】 前記第２のガスは窒素ガスであること
を特徴とする請求項２４に記載のパターンの形成方法。 - 【請求項２６】 前記第２のガスは、窒素ガスと水素ガ
スとの混合ガスであることを特徴とする請求項２４に記
載のパターンの形成方法。 - 【請求項２７】 前記第２のガスはアンモニアガスであ
ることを特徴とする請求項２４に記載のパターンの形成
方法。 - 【請求項２８】 前記第２のガスは希ガスをさらに含ん
でいることを特徴とする請求項２４に記載のパターンの
形成方法。 - 【請求項２９】 基板上に有機膜を形成する工程と、 前記有機膜の表面に無機成分を含むマスク層を形成する
工程と、 前記有機膜に対して、前記マスク層を用いて、メチルア
ミンを主成分とする第１のガスと希ガスを含む第２のガ
スとを含有するエッチングガスから生成されたプラズマ
により選択的エッチングを行なって、前記有機膜からな
る有機膜パターンを形成する工程とを備えていることを
特徴とするパターンの形成方法。 - 【請求項３０】 基板上に有機膜を形成する工程と、 前記有機膜の表面に無機成分を含むマスク層を形成する
工程と、 前記有機膜に対して、前記マスク層を用いて、メチルア
ミンを主成分とする第１のガスと酸素成分を含む第２の
ガスとを含有するエッチングガスから生成されたプラズ
マにより選択的エッチングを行なって、前記有機膜から
なる有機膜パターンを形成する工程とを備えていること
を特徴とするパターンの形成方法。 - 【請求項３１】 前記第２のガスは希ガスをさらに含ん
でいることを特徴とする請求項３０に記載のパターンの
形成方法。 - 【請求項３２】 前記マスク層はシリル化層であること
を特徴とする請求項２４〜３１のいずれか１項に記載の
パターンの形成方法。 - 【請求項３３】 前記メチルアミンに代え、ジメチルア
ミン又はトリメチルアミンを用いることを特徴とする請
求項２４、請求項２９又は請求項３０に記載のパターン
形成方法。 - 【請求項３４】 前記メチルアミンに代え、エチルアミ
ン又はプロピルアミンを用いることを特徴とする請求項
２４、請求項２９又は請求項３０に記載のパターン形成
方法。 - 【請求項３５】 前記メチルアミンに代え、ニトリル系
のガス、又はジアミン系のガス、又はＨＣＮガスを用い
ることを特徴とする請求項２４、請求項２９又は請求項
３０に記載のパターン形成方法。
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