JP4176365B2 - プラズマエッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程でなされるプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被処理基板中のＳｉＯ２膜を、ホール状のフォトレジストパターンを介してプラズマエッチングする際のエッチングガスとしては、フロロカーボンを主体とするガスが用いられていた。
【０００３】
しかし、フロロカーボンを主体とするガスでは、エッチングが進行するとともに、副生成物がホール内に堆積し、エッチングレートが小さくなり、ついにはエッチングが停止する、いわゆるエッチングストップを起こすことがあった。このエッチングストップは、ホール径がサブミクロンオーダーと小さいとき程顕著であり、近年の微細加工の要求に対応できないことがあった。
【０００４】
そこで、このエッチングストップを解消するため、エッチングガス中に酸素を添加し、ホール内の副生成物を生成しにくくすることが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、フォトレジストに代わり、金属や金属窒化物をマスクとするハードマスクエッチングが多用されるようになってきた。金属や金属窒化物をマスクとしたＳｉＯ２のエッチングにフロロカーボンと酸素を含むガスを使用すると、金属酸化物のデポジションがエッチングホール内に発生してしまうという問題がある。このデポジションはウエット洗浄でも除去できない。また、Ｃｌ系のプラズマ処理を行えば、デポジションは除去できるものの、同時にハードマスクがエッチングされてしまう。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エッチングストップを抑え、かつ、エッチングホール内にデポジションが発生しないプラズマエッチング方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、処理容器内に導入したＣ ４ Ｆ ６ とＣＦ４とを含むガスをプラズマ化して、この処理容器内にある被処理体中の膜を、この膜上にある金属窒化物マスクを介して、プラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記ＣＦ ４ に対する前記Ｃ ４ Ｆ ６ の流量比は０．１２〜０．２０であることを特徴とするプラズマエッチング方法である。
【０００８】
このガスにはさらにＮ２やＡｒの少なくとも１つが含まれてもよい。また、本発明においてエッチング対象膜はＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣの少なくとも１種の膜であること、金属窒化膜マスクは、ＴｉＮとＴａＮの少なくとも１種であることをも特徴としている。
【０００９】
ここでＳｉＯＣとは、主鎖が−Ｓｉ−Ｏ−からなり、側鎖の一部以上にメチル基等の有機官能基を有しているいわゆる有機系酸化シリコンのことをいう。
【００１０】
ＣＦ４に対するＣ４Ｆ６の流量比（Ｃ４Ｆ６の流量／ＣＦ４の流量）は０．１２〜０．２０である。０．２０を超えるとエッチングストップを起こし、０．１２未満だと少量だがホール内にデポジションが生成したり、金属窒化物に対するエッチング対象膜の選択比（エッチング対象膜のエッチングレート／金属窒化物のエッチングレート）が低下してしまうからである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が実施されるプラズマエッチング装置１を示す断面図である。処理容器２は金属、例えば、表面が酸化処理されたアルミニウムにより形成されていて、保安接地されている。処理容器２内の底部には絶縁体３を介して、平行平板電極の下部電極として機能するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６が接続されている。サセプタ５の上には静電チャック１１が設けられ、その上には半導体ウエハ等の被処理体Ｗが載置されている。静電チャック１１は、絶縁体間に電極１２が介在された構成をしており、電極１２に接続された直流電源１３を印加することにより、クーロン力で被処理体Ｗを静電吸着する。そして、被処理体Ｗを囲むようにフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はＳｉ等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００１３】
また、サセプタ５の上方には、サセプタ５と対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁体２２を介して、処理容器２の上部に支持されていて、シャワーヘッド状の電極板２４と、この電極板２４を支持する支持体２５とから構成される。
【００１４】
支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、順に、ガス供給管２７、バルブ２８、マスフローコントローラ２９、エッチングガス供給源３０が接続されている。このエッチングガス供給源３０からは、エッチングガスとしてＣｘＦｙ（ｘ≧２）とＣＦ４とを含むガスが供給される。エッチングガスにはさらにＮ２とＡｒの両方またはいずれか一方を含んでいてもよい。ＣｘＦｙ（ｘ≧２）は、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８の少なくとも１種である。また、Ｃ４Ｆ６を用いる場合には、ＣＦ４に対するＣ４Ｆ６の流量比（Ｃ４Ｆ６の流量／ＣＦ４の流量）は０．１２〜０．２０であることが好ましい。Ｃ４Ｆ６を用いる場合には、ＣＦ４に代えてＮ２を用いることができる。
【００１５】
一方、処理容器２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。また、処理容器２の側壁にはゲートバルブ３２があり、被処理体Ｗが、隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００１６】
上部電極２１には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２と、整合器４１を介して第１の高周波電源４０とがそれぞれ接続されている。下部電極であるサセプタ５には、整合器５１を介して第２の高周波電源５０が接続されている。
【００１７】
次に、上記のプラズマエッチング装置１を用いて、被処理体Ｗ中のＳｉＯ２膜を所定パターンのマスクを介してプラズマエッチングする工程について説明する。ここでは、図２に示すように、ＳｉＮ膜６１上に形成されたＳｉＯ２膜６２を所定パターンのＴｉＮマスク６３を介してプラズマエッチングする場合について説明する。
【００１８】
ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に載置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、エッチングガス供給源３０から上記エッチングガス、例えばＣ４Ｆ６とＣＦ４とＡｒとからなるエッチングガス、または、Ｃ４Ｆ６とＮ２とＡｒとからなるエッチングガスを供給する。
【００１９】
この状態で、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電源を印加し、エッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中のＳｉＯ２膜６２をエッチングする。一方、上下電極に高周波電源を印加するタイミングの前後に、直流電源１３を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着する。
【００２０】
エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基いてエッチングを終了する。
【００２１】
本実施形態では、このようにＣｘＦｙ（ｘ≧２）とＣＦ４とを含むガス、またはＣｘＦｙとしてＣ４Ｆ６を用いた場合にＣＦ４の代わりにＮ２を含むガスにより、ＴｉＮマスク６３を介してＳｉＯ２膜６２をエッチングすることで、エッチングストップを抑制しつつ、エッチングホール内にデポジションが発生しないようなホールを形成することが可能である。
【００２２】
なお、エッチング対象は、ＳｉＯ２膜に限るものではなく、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣの少なくとも１種である場合に特に上記効果を有効に発揮させることができる。また、マスクとしてＴｉＮを用いたが、これに限らずＴａＮも好適に用いることができ、他の金属窒化物を用いることもできる。さらに、エッチング装置の構成も図１のものに限るものではない。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
上部電極に印加する高周波電源の周波数：６０ＭＨｚ
上部電極に印加する高周波電力：１０００Ｗ
下部電極に印加する高周波電源の周波数：２ＭＨｚ
下部電極に印加する高周波電力：８００Ｗ
サセプタ温度：４０℃
処理容器内圧力：６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
エッチングガスの流量：Ｃ４Ｆ６が０．０１８Ｌ／ｍｉｎ（１８ｓｃｃｍ）、ＣＦ４が０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、Ａｒが０．６Ｌ／ｍｉｎ（６００ｓｃｃｍ）
の条件で、図２のようにシリコンウエハに設けられれたＳｉＯ２膜をＴｉＮマスクのマスクパターンを介してエッチングした。
【００２４】
この結果、エッチングホール内にはデポジションが発生せず、また、エッチングストップも起こらなかった。
【００２５】
また、上記実施例におけるエッチングガス中のＣ４Ｆ６をＣ５Ｆ８に変更してエッチングしたところ、同様にエッチングホール内にはデポジションが発生せず、エッチングストップも起こらずにエッチングすることができた。
【００２６】
さらに、上記実施例におけるエッチングガス中のＣＦ４をＮ２に変更し、流量を２倍の０．２Ｌ／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）にしてエッチングしたところ、やはり同様にエッチングホール内にはデポジションが発生せず、エッチングストップも起こらなかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属窒化物でパターンニングされたＳｉＯ２膜等のエッチング対象膜を、ＣｘＦｙ（ｘ≧２）とＣＦ４とを含むガスや、Ｃ４Ｆ６とＮ２とを含むガスのプラズマによりエッチングすることで、エッチングストップを抑制しつつ、エッチングホール内にデポジションが発生しないようなホールを形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用できるプラズマエッチング装置の概略断面図。
【図２】被処理体のエッチング対象部の断面模式図。
【符号の説明】
１：プラズマエッチング装置
５；サセプタ
２１；上部電極
３０；エッチングガス供給源
４０，５０；ＲＦ電源
６２；ＳｉＯ２膜
６３；ＴｉＮマスク
Ｗ：被処理体
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程でなされるプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被処理基板中のＳｉＯ２膜を、ホール状のフォトレジストパターンを介してプラズマエッチングする際のエッチングガスとしては、フロロカーボンを主体とするガスが用いられていた。
【０００３】
しかし、フロロカーボンを主体とするガスでは、エッチングが進行するとともに、副生成物がホール内に堆積し、エッチングレートが小さくなり、ついにはエッチングが停止する、いわゆるエッチングストップを起こすことがあった。このエッチングストップは、ホール径がサブミクロンオーダーと小さいとき程顕著であり、近年の微細加工の要求に対応できないことがあった。
【０００４】
そこで、このエッチングストップを解消するため、エッチングガス中に酸素を添加し、ホール内の副生成物を生成しにくくすることが試みられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、フォトレジストに代わり、金属や金属窒化物をマスクとするハードマスクエッチングが多用されるようになってきた。金属や金属窒化物をマスクとしたＳｉＯ２のエッチングにフロロカーボンと酸素を含むガスを使用すると、金属酸化物のデポジションがエッチングホール内に発生してしまうという問題がある。このデポジションはウエット洗浄でも除去できない。また、Ｃｌ系のプラズマ処理を行えば、デポジションは除去できるものの、同時にハードマスクがエッチングされてしまう。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エッチングストップを抑え、かつ、エッチングホール内にデポジションが発生しないプラズマエッチング方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、処理容器内に導入したＣ ４ Ｆ ６ とＣＦ４とを含むガスをプラズマ化して、この処理容器内にある被処理体中の膜を、この膜上にある金属窒化物マスクを介して、プラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記ＣＦ ４ に対する前記Ｃ ４ Ｆ ６ の流量比は０．１２〜０．２０であることを特徴とするプラズマエッチング方法である。
【０００８】
このガスにはさらにＮ２やＡｒの少なくとも１つが含まれてもよい。また、本発明においてエッチング対象膜はＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣの少なくとも１種の膜であること、金属窒化膜マスクは、ＴｉＮとＴａＮの少なくとも１種であることをも特徴としている。
【０００９】
ここでＳｉＯＣとは、主鎖が−Ｓｉ−Ｏ−からなり、側鎖の一部以上にメチル基等の有機官能基を有しているいわゆる有機系酸化シリコンのことをいう。
【００１０】
ＣＦ４に対するＣ４Ｆ６の流量比（Ｃ４Ｆ６の流量／ＣＦ４の流量）は０．１２〜０．２０である。０．２０を超えるとエッチングストップを起こし、０．１２未満だと少量だがホール内にデポジションが生成したり、金属窒化物に対するエッチング対象膜の選択比（エッチング対象膜のエッチングレート／金属窒化物のエッチングレート）が低下してしまうからである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が実施されるプラズマエッチング装置１を示す断面図である。処理容器２は金属、例えば、表面が酸化処理されたアルミニウムにより形成されていて、保安接地されている。処理容器２内の底部には絶縁体３を介して、平行平板電極の下部電極として機能するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６が接続されている。サセプタ５の上には静電チャック１１が設けられ、その上には半導体ウエハ等の被処理体Ｗが載置されている。静電チャック１１は、絶縁体間に電極１２が介在された構成をしており、電極１２に接続された直流電源１３を印加することにより、クーロン力で被処理体Ｗを静電吸着する。そして、被処理体Ｗを囲むようにフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はＳｉ等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００１３】
また、サセプタ５の上方には、サセプタ５と対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁体２２を介して、処理容器２の上部に支持されていて、シャワーヘッド状の電極板２４と、この電極板２４を支持する支持体２５とから構成される。
【００１４】
支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、順に、ガス供給管２７、バルブ２８、マスフローコントローラ２９、エッチングガス供給源３０が接続されている。このエッチングガス供給源３０からは、エッチングガスとしてＣｘＦｙ（ｘ≧２）とＣＦ４とを含むガスが供給される。エッチングガスにはさらにＮ２とＡｒの両方またはいずれか一方を含んでいてもよい。ＣｘＦｙ（ｘ≧２）は、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８の少なくとも１種である。また、Ｃ４Ｆ６を用いる場合には、ＣＦ４に対するＣ４Ｆ６の流量比（Ｃ４Ｆ６の流量／ＣＦ４の流量）は０．１２〜０．２０であることが好ましい。Ｃ４Ｆ６を用いる場合には、ＣＦ４に代えてＮ２を用いることができる。
【００１５】
一方、処理容器２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。また、処理容器２の側壁にはゲートバルブ３２があり、被処理体Ｗが、隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００１６】
上部電極２１には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２と、整合器４１を介して第１の高周波電源４０とがそれぞれ接続されている。下部電極であるサセプタ５には、整合器５１を介して第２の高周波電源５０が接続されている。
【００１７】
次に、上記のプラズマエッチング装置１を用いて、被処理体Ｗ中のＳｉＯ２膜を所定パターンのマスクを介してプラズマエッチングする工程について説明する。ここでは、図２に示すように、ＳｉＮ膜６１上に形成されたＳｉＯ２膜６２を所定パターンのＴｉＮマスク６３を介してプラズマエッチングする場合について説明する。
【００１８】
ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に載置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、エッチングガス供給源３０から上記エッチングガス、例えばＣ４Ｆ６とＣＦ４とＡｒとからなるエッチングガス、または、Ｃ４Ｆ６とＮ２とＡｒとからなるエッチングガスを供給する。
【００１９】
この状態で、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電源を印加し、エッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中のＳｉＯ２膜６２をエッチングする。一方、上下電極に高周波電源を印加するタイミングの前後に、直流電源１３を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着する。
【００２０】
エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基いてエッチングを終了する。
【００２１】
本実施形態では、このようにＣｘＦｙ（ｘ≧２）とＣＦ４とを含むガス、またはＣｘＦｙとしてＣ４Ｆ６を用いた場合にＣＦ４の代わりにＮ２を含むガスにより、ＴｉＮマスク６３を介してＳｉＯ２膜６２をエッチングすることで、エッチングストップを抑制しつつ、エッチングホール内にデポジションが発生しないようなホールを形成することが可能である。
【００２２】
なお、エッチング対象は、ＳｉＯ２膜に限るものではなく、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣの少なくとも１種である場合に特に上記効果を有効に発揮させることができる。また、マスクとしてＴｉＮを用いたが、これに限らずＴａＮも好適に用いることができ、他の金属窒化物を用いることもできる。さらに、エッチング装置の構成も図１のものに限るものではない。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
上部電極に印加する高周波電源の周波数：６０ＭＨｚ
上部電極に印加する高周波電力：１０００Ｗ
下部電極に印加する高周波電源の周波数：２ＭＨｚ
下部電極に印加する高周波電力：８００Ｗ
サセプタ温度：４０℃
処理容器内圧力：６．６５Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
エッチングガスの流量：Ｃ４Ｆ６が０．０１８Ｌ／ｍｉｎ（１８ｓｃｃｍ）、ＣＦ４が０．１Ｌ／ｍｉｎ（１００ｓｃｃｍ）、Ａｒが０．６Ｌ／ｍｉｎ（６００ｓｃｃｍ）
の条件で、図２のようにシリコンウエハに設けられれたＳｉＯ２膜をＴｉＮマスクのマスクパターンを介してエッチングした。
【００２４】
この結果、エッチングホール内にはデポジションが発生せず、また、エッチングストップも起こらなかった。
【００２５】
また、上記実施例におけるエッチングガス中のＣ４Ｆ６をＣ５Ｆ８に変更してエッチングしたところ、同様にエッチングホール内にはデポジションが発生せず、エッチングストップも起こらずにエッチングすることができた。
【００２６】
さらに、上記実施例におけるエッチングガス中のＣＦ４をＮ２に変更し、流量を２倍の０．２Ｌ／ｍｉｎ（２００ｓｃｃｍ）にしてエッチングしたところ、やはり同様にエッチングホール内にはデポジションが発生せず、エッチングストップも起こらなかった。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、金属窒化物でパターンニングされたＳｉＯ２膜等のエッチング対象膜を、ＣｘＦｙ（ｘ≧２）とＣＦ４とを含むガスや、Ｃ４Ｆ６とＮ２とを含むガスのプラズマによりエッチングすることで、エッチングストップを抑制しつつ、エッチングホール内にデポジションが発生しないようなホールを形成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用できるプラズマエッチング装置の概略断面図。
【図２】被処理体のエッチング対象部の断面模式図。
【符号の説明】
１：プラズマエッチング装置
５；サセプタ
２１；上部電極
３０；エッチングガス供給源
４０，５０；ＲＦ電源
６２；ＳｉＯ２膜
６３；ＴｉＮマスク
Ｗ：被処理体
Claims (5)
- 処理容器内に導入したＣ ４ Ｆ ６ とＣＦ４とを含むガスをプラズマ化して、この処理容器内にある被処理体中の膜を、この膜上にある金属窒化物マスクを介して、プラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記ＣＦ ４ に対する前記Ｃ ４ Ｆ ６ の流量比は０．１２〜０．２０であることを特徴とするプラズマエッチング方法。 - 前記Ｃ ４ Ｆ ６ とＣＦ４とを含むガスは、さらにＮ２が含まれることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記Ｃ ４ Ｆ ６ とＣＦ４とを含むガスは、さらにＡｒが含まれることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記プラズマエッチングされる膜は、ＳｉＯ２、ＳｉＣ、ＳｉＯＣの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
- 前記金属窒化物マスクは、ＴｉＮおよびＴａＮの少なくとも１種であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
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