JP4500023B2 - 層間絶縁膜のドライエッチング方法 - Google Patents

層間絶縁膜のドライエッチング方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4500023B2
JP4500023B2 JP2003301477A JP2003301477A JP4500023B2 JP 4500023 B2 JP4500023 B2 JP 4500023B2 JP 2003301477 A JP2003301477 A JP 2003301477A JP 2003301477 A JP2003301477 A JP 2003301477A JP 4500023 B2 JP4500023 B2 JP 4500023B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
etching
interlayer insulating
insulating film
gas
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003301477A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2005072352A (ja
Inventor
泰宏 森川
紅コウ 鄒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ulvac Inc
Original Assignee
Ulvac Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ulvac Inc filed Critical Ulvac Inc
Priority to JP2003301477A priority Critical patent/JP4500023B2/ja
Publication of JP2005072352A publication Critical patent/JP2005072352A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4500023B2 publication Critical patent/JP4500023B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Drying Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は、層間絶縁膜をドライエッチングする方法に関し、特に、上面に反射防止膜を形成した比誘電率が低い層間絶縁膜をドライエッチングする方法に関する。
近年、LSIの高集積化及び高速化に伴い、半導体素子の微細化と多層化とが進み、フォトリソグラフィ工程では、高精度なパターニングを行うために、例えば波長の短いKrFエキシマレーザが用いられるようになってきた。このKrFエキシマレーザを用いると基板反射率が高くなり、ハレーションが生じ易い。このため、図4に示すように、フォトリソグラフィ工程時の基板反射を防止する目的で層間絶縁膜上に、所定の膜厚の反射防止膜(BARC(bottom Anti-Reflective coating)を形成することが考えられている(例えば、特許文献1参照)。そして、反射防止膜上に、フォトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成した後(図4(a)参照)、エッチング工程によって反射防止膜及び層間絶縁膜とがエッチングされる。
エッチング装置としては、第1高周波電源を介して主放電用の電力を供給すると共に、第2高周波電源を介して主放電により生成されたイオン種を基板へ入射させる基板バイアス用の電力を供給するようにしたものが利用され、イオン入射エネルギを高めて異方性エッチングを可能にしている(例えば、特許文献2参照)。この場合、先ずエッチングガスとして、CFとCHFとの混合ガスを用い、反射防止膜A用のエッチング条件で反射防止膜Aをエッチングし(図4(b)参照)、次いで、エッチングガスとしてCFとArとの混合ガスを用い、高周波電源の投入電力などのエッチング条件を層間絶縁膜B用のものに変更して層間絶縁膜Bをエッチングする(図4(c)及び(d)参照)。このようにエッチング条件を変えてエッチングを行うのではエッチング工程が複雑になるという問題がある。
ところで、一般に、異方性エッチングするには高いイオンの入射エネルギが必要になり、層間絶縁膜上に反射防止膜を形成したものでは、層間絶縁膜への入射エネルギをさらに高めてエッチングの異方性を高める必要がある。イオン入射エネルギが高いと、エッチングによるホール、トレンチの底面にはマイクロトレンチが発生するという問題がある(図4(c)及び(d)参照)。この場合、プロセス圧力を1Pa以上に高めてプラズマ密度を上げることで実効的な入射エネルギを下げたり、または基板バイアス電力を低くしてマイクロトレンチの発生を抑制することが考えられる。
特開2001−176963号公報(特許請求の範囲の記載)。 特開2003−109947号公報(図1)。
しかしながら、上記のように、エッチングプロセス実行時の作動圧力を高めると、プロセス雰囲気が変化することによってエッチング特性が変化することが考えられる。その上、低誘電率の層間絶縁膜(Low−k膜)をエッチングする場合、ホール、トレンチのサイドウォールへの反応原子や分子の衝突確率が高くなるためにサイドウォールがダメージを受ける場合がある。他方で、バイアス電力を小さくしたのでは、エッチング速度が大幅に低下してエッチング処理時間が長くなり、場合によっては完全にホール、トレンチをエッチングできない場合が生じる。
そこで、本発明は、上記点に鑑み、一回のエッチング処理で反射防止膜及び層間絶縁膜をエッチングでき、高いエッチングレートで層間絶縁膜にダメージを与えないようにエッチングしてもマイクロトレンチの発生が抑制される層間絶縁膜のドライエッチング方法を提供することを課題とするものである。
上記課題を解決するために、本発明の層間絶縁膜のドライエッチング方法は、上面に反射防止膜が形成された、SiOCH或いはSiOC系材料から構成される層間絶縁膜をドライエッチングし、配線用のホール、トレンチを微細加工する層間絶縁膜のドライエッチング方法において、エッチングガスとして、直鎖フロロカーボンガスと不活性ガスとの混合ガスを用い、前記フロロカーボンガスの比率を総流量に対して60%以上にして、反射防止膜と層間絶縁膜とを同じエッチング条件で連続してエッチングするようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、直鎖フロロカーボンガスを用いて反射防止膜及び層間絶縁膜を一括したエッチングすることで、即ち、反射防止膜をエッチングした後、同じエッチング条件で連続して層間絶縁膜をエッチングすることで、エッチングによって数nmに薄化した反射防止膜が層間絶縁膜上に形成され、この反射防止膜が層間絶縁膜のエッチング表面の保護膜としての役割を果たし、マイクロトレンチの発生が抑制される。この場合、プロセス圧力を高めてプラズマ密度を上げることで実効的な入射エネルギを下げたり、または基板バイアス電力を低くしたりしないので、高いエッチングレートで層間絶縁膜にダメージを与えないようにエッチングできる。また、反射防止膜及び層間絶縁膜を一括してエッチングするため、エッチング工程が簡単になり、その上、処理時間を大幅に短縮できる。
また、前記ドライエッチングを1Pa以下の作動圧力下で行うようにすれば、サイドウォールへの過剰な膜堆積と伴わなず、残渣の少ないエッチングとなって層間絶縁膜にダメージを与えることがさらに防止される。
以上説明したように、本発明の層間絶縁膜のエッチング方法は、一回のエッチング処理で反射防止膜及び層間絶縁膜をエッチングでき、高いエッチングレートで層間絶縁膜にダメージを与えないようにエッチングしてもマイクロトレンチの発生が抑制されるという効果を奏する。
図1を参照して、1は、本発明のドライエッチング方法を実行するエッチング装置であり、このエッチング装置1を用いて、上面に反射防止膜を形成した比誘電率の低い層間絶縁膜をドライエッチングして配線用のホール、トレンチの微細加工を行う。このエッチング装置1は、低温、高密度プラズマによるエッチングが可能なものであり、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段11aを備えた真空チャンバー11を有する。その上部には、誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部12が、その下部には基板電極部13が設けられている。プラズマ発生部12を区画する壁(誘電体側壁)14の外側には、三つの磁場コイル15、16、17が設けられ、この磁場コイル15,16、17によって、プラズマ発生部12内に環状磁気中性線(図示せず)が形成される。中間の磁場コイル16と誘電体側壁14の外側との間にはプラズマ発生用高周波アンテナコイル18が配置され、この高周波アンテナコイル18は、高周波電源19に接続され、三つの磁場コイル15、16、17によって形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。
磁気中性線の作る面と対向させて基板電極部13内には、層間絶縁膜を形成した処理基板Sが載置される基板電極20が絶縁体20aを介して設けられている。この基板電極20は、コンデンサー21を介して高周波電源22に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となる。また、プラズマ発生部12の天板23は、誘電体側壁14の上部フランジに密封固着され、電位的に浮遊状態とし対向電極を形成する。この天板23の内面には、真空チャンバ11内にエッチングガスを導入するガス導入ノズル24が設けられ、このガス導入ノズル24が、ガス流量制御手段(図示せず)を介してガス源に接続されている。
図2(a)を参照して、上記エッチング装置を用いてエッチングによってホール、トレンチの微細加工される低誘電率層間絶縁膜(Low−k膜)31としては、スピンコートによって形成されたHSQやMSQのようなSiOCH系材料、或いはCVDによって形成されるSiOC系材料で比誘電率2.0〜3.0のLow−k材料であり、多孔質材料であってもよい。塗布系のSiOCH系材料としては、例えば、商品名NCS/触媒化成工業社製、商品名LKD/JSR社製、商品名HSG/日立化成社製、商品名HOSP/Honeywell Electric Materials社製、商品名Nanoglass/Honeywell Electric Materials社製、商品名OCD T−12/東京応化社製、商品名OCD T−32/東京応化社製、商品名IPS2.4/触媒化成工業社製、商品名IPS2.2/触媒化成工業社製、商品名ALCAP−S5100/旭化成社製、商品名ISM/ULVAC社製がある。SiOC系材料としては、例えば、商品名Aurola2.7/日本ASM社製、商品名Aurola2.4/日本ASM社製、商品名Orion2.7/TRIKON社製、商品名Coral/Novellf社製、商品名Black Diamond/AMAT社製がある。
この層間絶縁膜31上には、フォトリソグラフィ工程時の基板反射を防止する目的で所定の膜厚の反射防止膜(BARC)32が形成されている。この場合、反射防止膜32としては、酸窒化シリコンや非晶質水素化炭素被膜のような公知のものがあり(例えば、特許公報第3004002号参照)、例えばプラズマCVD法によって層間絶縁膜31上に形成される。この反射防止膜32上には、フォトリソグラフィ工程で配線用のレジストパターン33が形成される。レジストとしては、公知のものが用いられる。そして、エッチングによって低誘電率層間絶縁膜31にホール、トレンチ37がエッチングされる。
ところで、反射防止膜32を形成した層間絶縁膜31を異方性エッチングするには、高いイオン入射エネルギが必要になる。この場合、イオン入射エネルギが高いと、エッチングによりホール、トレンチの底面にはマイクロトレンチが発生する。このため、マイクロトレンチの発生が抑制され、その上、エッチング工程を簡素化するため反射防止膜32及び層間絶縁膜31とを一括してエッチングできるようにするのがよい。
そこで、本実施の形態では、エッチングガスとして、直鎖フロロカーボンガスを主ガスとする混合ガスを用い、図2(b)乃至(d)に示すように、反射防止膜31及び層間絶縁膜32とを同じエッチング条件で一括してエッチングするようにした。この場合、直鎖フロロカーボンガスの比率を、混合ガスの総流量に対して60%以上とする。また、エッチングガスに添加するガス種としては不活性ガスを用いる。これにより、反射防止膜32をエッチングし(図2(b)参照)、その後、同じエッチング条件で連続して層間絶縁膜31をエッチングすると、エッチングによって数nmに薄化した反射防止膜32aが層間絶縁膜31上に形成され(図2(c)参照)、この反射防止膜32aがホール、トレンチのエッチング表面の保護膜としての役割を果たし、マイクロトレンチの発生が抑制されると共に、異方性エッチングが可能なる(図2(d)参照)。
直鎖フロロカーボンガスとしては、CF、C、C、C、C、C、HFE−216(CO(CFOCF=CF)/トリケミカル研究所製)である。また、不活性ガスとしてはAr、He、Nがある。尚、層間絶縁膜がC含有のLow−k材料である場合、フッ素主体のエッチングガスでは、反応性が高くなってホール、トレンチのエッチング表面が非常に荒れ易くなる。他方で、フロロカーボンガスの比率が60%より少ないと、層間絶縁膜がC含有のLow−k材料の場合に膜中のCが除去され難く、エッチングストップが発生する。
そして、エッチングする場合の作動圧力をラジカル反応を抑制する1Pa以下に設定し、第1高周波電源19を介して主放電用の電力を供給し、第2高周波電源22を介して主放電により生成されたイオン種を処理基板Sへ入射させる基板バイアス用の電力を供給すると共に、上記エッチングガスをチャンバ11内に導入して反射防止膜32及び層間絶縁膜31をエッチングする。その際、エッチング条件は、層間絶縁膜31を異方性エッチングするのに最適なものに設定する。
本実施例では、SiOC系材料として、比誘電率(k)2.5のMSQを用い、スピンコータを使用して処理基板S上に500nmの膜厚で低誘電率の層間絶縁膜31を形成した。次いで、反射防止膜32として、非晶質水素化炭素被膜を、プラズマCVDによって層間絶縁膜31上に80nmの膜厚で形成した。この反射防止膜32上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程で所定のレジストパターン33を形成した。この場合、レジストとしてUV−IIを使用し、レジスト層の厚さを500nmとした。
次に、図1に示すエッチング装置1を用いて、CFとArとの混合ガスをエッチングガスとし、このエッチングガスを真空チャンバ11内に導入して層間絶縁膜31及び反射防止膜32をエッチングした。この場合、CF及びArとの混合ガスのガス流量を400sccmとし、CFの比率を混合ガスの総流量に対して60%とした。また、プラズマ発生用高周波アンテナコイル18に接続した高周波電源19の出力を2KW、基板電極20に接続した基板バイアス用の高周波電源22の出力を100W、基板温度25℃、真空チャンバ11の圧力を0.7Paに設定して行った。
図3(c)は、上記条件で層間絶縁膜31及び反射防止膜32を連続してエッチングしたときのSEM写真である。これによれば、マイクロトレンチの発生は見られず、層間絶縁膜に所定の深さでホールを異方性エッチングできた。また、ボーイング形状の発生も防止できた。
尚、図3(a)は、エッチングガスとして、CFとCHFの混合ガスを用い、この混合ガスのガス流量を50sccm(CF/CHF=25/25sccm)とし、プラズマ発生用高周波アンテナコイル18に接続した高周波電源19の出力を2KW、基板電極20に接続した基板バイアス用の高周波電源22の出力を100W、真空チャンバ11の圧力を1Paに設定して一旦反射防止膜をエッチングし、次いで、CFとArの混合ガスを用い、この混合ガスのガス流量を400sccm(CF/Ar=250/150sccm)とし、プラズマ発生用高周波アンテナコイル18に接続した高周波電源19の出力を2KW、基板電極20に接続した基板バイアス用の高周波電源22の出力を80W、真空チャンバ11の圧力を0.7Paに設定して層間絶縁膜をエッチングした場合のSEM写真である。これによれば、ホールの底面にマイクロトレンチが発生した。
また、図3(b)は、マイクロトレンチの発生を抑制するために、CHなどの強い堆積膜を伴うエッチングガスを導入して、上記条件でエッチングしたときのSEM写真である。これによれば、ホールの幅が狭くなり、完全にエッチングできなかった。
本発明の低誘電率層間絶縁膜のエッチング方法を実施するエッチング装置を概略的に示す図。 (a)乃至(d)は、反射防止膜を備えた層間絶縁膜のエッチングを概略的に説明する図。 (a)は、本発明の方法により層間絶縁膜をエッチングしたときのSEM写真。(b)及び(c)は、エッチング条件を変えて層間絶縁膜をエッチングしたときのSEM写真。 従来技術による反射防止膜を備えた層間絶縁膜のエッチングを概略的に説明する図
符号の説明
1 エッチング装置
11 真空チャンバ
12 プラズマ発生部
13 基板電極部
31 層間絶縁膜
32 反射防止膜
33 レジストパターン
S 処理基板

Claims (2)

  1. 上面に反射防止膜が形成された、SiOCH或いはSiOC系材料から構成される層間絶縁膜をドライエッチングし、配線用のホール、トレンチを微細加工する層間絶縁膜のドライエッチング方法において、
    エッチングガスとして、直鎖フロロカーボンガスと不活性ガスとの混合ガスを用い、前記フロロカーボンガスの比率を総流量に対して60%以上にして、反射防止膜と層間絶縁膜とを同じエッチング条件で連続してエッチングするようにしたことを特徴とする層間絶縁膜のドライエッチング方法。
  2. 前記ドライエッチングを1Pa以下の作動圧力下で行うことを特徴とする請求項1記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
JP2003301477A 2003-08-26 2003-08-26 層間絶縁膜のドライエッチング方法 Expired - Fee Related JP4500023B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003301477A JP4500023B2 (ja) 2003-08-26 2003-08-26 層間絶縁膜のドライエッチング方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003301477A JP4500023B2 (ja) 2003-08-26 2003-08-26 層間絶縁膜のドライエッチング方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005072352A JP2005072352A (ja) 2005-03-17
JP4500023B2 true JP4500023B2 (ja) 2010-07-14

Family

ID=34406091

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003301477A Expired - Fee Related JP4500023B2 (ja) 2003-08-26 2003-08-26 層間絶縁膜のドライエッチング方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4500023B2 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4832221B2 (ja) * 2006-09-01 2011-12-07 パナソニック株式会社 半導体レーザ装置の製造方法
JP5454776B2 (ja) * 2009-10-28 2014-03-26 株式会社アルバック 貫通孔形成方法
KR101422155B1 (ko) 2010-02-01 2014-07-22 샌트랄 글래스 컴퍼니 리미티드 드라이 에칭제 및 그것을 사용한 드라이 에칭 방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06342744A (ja) * 1993-03-26 1994-12-13 Fujitsu Ltd a−Cによる反射防止
JP2002289577A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Ulvac Japan Ltd 基板上に堆積した有機珪素化合物を含有する材料の薄膜のエッチング法
JP2003133287A (ja) * 2001-10-30 2003-05-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd ドライエッチング方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06342744A (ja) * 1993-03-26 1994-12-13 Fujitsu Ltd a−Cによる反射防止
JP2002289577A (ja) * 2001-03-27 2002-10-04 Ulvac Japan Ltd 基板上に堆積した有機珪素化合物を含有する材料の薄膜のエッチング法
JP2003133287A (ja) * 2001-10-30 2003-05-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd ドライエッチング方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005072352A (ja) 2005-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101029947B1 (ko) 플라즈마 에칭 성능 강화를 위한 방법
US9865472B2 (en) Fabrication of a silicon structure and deep silicon etch with profile control
US7265056B2 (en) Method for forming novel BARC open for precision critical dimension control
US6207583B1 (en) Photoresist ashing process for organic and inorganic polymer dielectric materials
KR100887911B1 (ko) 암모니아를 이용한 저유전율 유기 유전체 에칭 방법
JP6049871B2 (ja) エッチング及びアッシング中での低誘電率材料の側壁保護
JP4579611B2 (ja) ドライエッチング方法
KR101476435B1 (ko) 다중-레이어 레지스트 플라즈마 에치 방법
US20100327413A1 (en) Hardmask open and etch profile control with hardmask open
KR101889107B1 (ko) 저 유전상수 손상을 감소시키도록 노출된 저 유전상수 표면에 SiOCl-함유 층을 형성하는 방법
JP2006013190A (ja) 半導体装置の製造方法
WO2003081645A2 (en) An integrated in-situ etch process performed in a multichamber substrate processing system
KR101075045B1 (ko) 플라즈마 에칭 성능 강화를 위한 방법
JP2014225501A (ja) プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
KR20030081052A (ko) 반도체 장치 제조 방법
JP4500023B2 (ja) 層間絶縁膜のドライエッチング方法
JP4681217B2 (ja) 層間絶縁膜のドライエッチング方法
JP4651956B2 (ja) 層間絶縁膜のドライエッチング方法
JP6415636B2 (ja) プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置
JP4643916B2 (ja) 層間絶縁膜のドライエッチング方法及びその装置
US7265053B2 (en) Trench photolithography rework for removal of photoresist residue
JP4316322B2 (ja) 層間絶縁膜のドライエッチング方法
JP4144795B2 (ja) 低誘電率層間絶縁膜のドライエッチング方法
JP4500029B2 (ja) 低誘電率層間絶縁膜のドライエッチング方法
JP2005033027A (ja) 低誘電率層間絶縁膜のドライエッチング方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20051222

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080128

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080205

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080404

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20081216

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20081216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090512

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090710

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100406

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100416

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4500023

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140423

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees