JP4722550B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、所定形状に形成されたフォトレジストをマスクとしてプラズマエッチングすることによって微細な回路パターンの形成を行う半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device in which a fine circuit pattern is formed by plasma etching using a photoresist formed in a predetermined shape as a mask.
従来から、半導体装置の製造工程における回路パターンの形成等では、フォトレジストを用い、所望のパターンを露光、現像処理等によって転写するフォトリソグラフィー技術が利用されている。すなわち、このフォトリソグラフィー技術により、フォトレジストからなるレジスト膜を所定形状にしてマスクを形成し、このマスクを介してプラズマエッチング等を行うことによって、レジスト膜の下側の層に所定形状の凹部や凸部を形成することが行われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in the formation of circuit patterns in the manufacturing process of a semiconductor device, a photolithography technique that uses a photoresist and transfers a desired pattern by exposure, development processing, or the like has been used. That is, by using this photolithography technique, a resist film made of a photoresist is formed into a predetermined shape, a mask is formed, and plasma etching or the like is performed through this mask, so that a recess having a predetermined shape is formed on the lower layer of the resist film. Protrusions are formed.
上記のようなフォトリソグラフィー技術は、露光に使用する光の波長等の関係から、その解像度に一定の限界があり、その解像度の限界以下の寸法の開口部等をレジスト膜に形成することは困難である。 The photolithography technology as described above has a certain limit in resolution because of the wavelength of light used for exposure, etc., and it is difficult to form openings or the like having dimensions below the resolution limit in the resist film. It is.
このため、フォトリソグラフィー技術により、レジスト膜を所定形状に形成した後、CVD等によって基板全面にポリマー層を形成し、このポリマー層を異方性エッチングすることによってレジスト膜の側壁部のポリマー層のみを残存させ、このポリマー層が残存して開口径が小さくなったマスクを使用してエッチングを行うことにより、フォトリソグラフィー技術における解像度の限界以下の幅の溝や孔を形成する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 For this reason, after forming a resist film in a predetermined shape by photolithography technology, a polymer layer is formed on the entire surface of the substrate by CVD or the like, and this polymer layer is anisotropically etched so that only the polymer layer on the side wall of the resist film is formed. Is known, and etching is performed using a mask in which the polymer layer remains and the opening diameter is reduced, thereby forming a groove or hole having a width less than the resolution limit in the photolithography technique. (For example, refer to Patent Document 1).
また、フォトリソグラフィー技術において、レジスト膜内での多重干渉に起因する定在波の発生を防止する等のために、反射防止膜(BARC)を用いることも行われている。さらに、この反射防止膜をCF4 ガスとO2 ガスとを含むガスを用いてプラズマエッチングすることにより、反射防止膜及びレジスト膜を横方向にトリミングし、最初のレジスト膜のパターンの幅より狭い線幅の配線等を形成する技術も知られている(例えば、特許文献2参照)。
上述した背景技術のうち、反射防止膜及びレジスト膜を横方向にトリミングする技術では、レジストパターンの幅より狭い線幅の配線を形成することができるが、例えば、下層にエッチングによって孔を形成する場合に、その孔の開口径を、レジストパターンの開口径より小さくするようなことはできない。 Among the background arts described above, in the technique of trimming the antireflection film and the resist film in the lateral direction, a wiring having a line width narrower than the width of the resist pattern can be formed. For example, a hole is formed in the lower layer by etching. In this case, the opening diameter of the hole cannot be made smaller than the opening diameter of the resist pattern.
また、CVD等によって基板全面にポリマー層を形成し、このポリマー層を異方性エッチングすることによってレジスト膜の側壁部のポリマー層のみを残存させる方法では、CVDによるポリマー層の形成工程、その後の異方性エッチング工程等の工程を必要とし、工程数の増大により生産性が低下するという課題がある。 Also, in the method of forming a polymer layer on the entire surface of the substrate by CVD or the like and anisotropically etching this polymer layer to leave only the polymer layer on the side wall of the resist film, the polymer layer forming step by CVD, There is a problem that a process such as an anisotropic etching process is required, and the productivity decreases due to an increase in the number of processes.
本発明は、上記のような従来の事情に対処してなされたもので、工程数の増大による生産性の低下を招くことなく、微小径の孔等のパターンを形成することができ、集積度の高い半導体装置を生産性良く製造することのできる半導体装置の製造方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made in response to the above-described conventional circumstances, and can form a pattern such as a hole having a small diameter without causing a decrease in productivity due to an increase in the number of processes. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can manufacture a semiconductor device with high productivity with high productivity.
請求項1の半導体装置の製造方法は、処理ガスに第1の周波数を有する第1の高周波を印加して前記処理ガスのプラズマを発生させ、前記第1の周波数より周波数の低い第2の周波数を有する第2の高周波を被処理基板に印加し、前記被処理基板の表面に形成された所定の開口パターンを有するレジスト膜をマスクにして、前記レジスト膜の下に形成された有機材料からなる反射防止膜をエッチングする半導体装置の製造方法において、前記第1の高周波の印加電力を変化させることによって、前記有機材料からなる反射防止膜に形成される開口部の開口寸法を制御し、かつ、前記有機材料からなる反射防止膜をエッチングする反射防止膜エッチングの後、当該有機材料からなる反射防止膜及び前記レジスト膜をマスクとして、下地として露出した、SiCO膜の上にTEOS酸化膜が形成された構造の前記TEOS酸化膜と前記SiCO膜を、同じエッチングガスを用いて1ステップでエッチングする下地膜エッチングを行い、該下地膜エッチングは、フルオロカーボンガスと、水素ガスとを含むエッチングガスを用いてプラズマエッチングすることを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to
また、請求項2の半導体装置の製造方法は、請求項1において、前記反射防止膜エッチングにより形成される前記有機材料からなる反射防止膜の開口部の開口寸法は、前記反射防止膜エッチング前の前記レジスト膜の開口パターンの開口寸法より小さいことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to the first aspect, wherein the opening size of the opening of the antireflection film made of the organic material formed by the antireflection film etching is the same as that before the antireflection film etching. It is smaller than the opening size of the opening pattern of the resist film.
また、請求項3の半導体装置の製造方法は、請求項2において、前記反射防止膜エッチング後の前記レジスト膜の開口パターンの開口寸法は、前記反射防止膜エッチング前の当該レジスト膜の開口パターンの開口寸法より小さいことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to the second aspect, wherein the opening size of the opening pattern of the resist film after etching the antireflection film is equal to the opening pattern of the resist film before etching the antireflection film . It is characterized by being smaller than the opening size.
また、請求項4の半導体装置の製造方法は、請求項1〜3のいずれかにおいて、前記反射防止膜エッチングを行う際に、上部電極と下部電極が略平行に配設された平行平板型のプラズマエッチング装置を用い、前記第1の高周波を前記上部電極に印加し、前記第2の高周波を前記被処理基板が載置された前記下部電極に印加することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to any one of the first to third aspects, wherein the upper electrode and the lower electrode are arranged in parallel when the antireflection film is etched. A plasma etching apparatus is used, wherein the first high frequency is applied to the upper electrode, and the second high frequency is applied to the lower electrode on which the substrate to be processed is placed.
また、請求項5の半導体装置の製造方法は、請求項4において、前記第1の周波数が13.56〜100MHzであり、前記第1の高周波の電力密度が1.63×10-2〜4.89×10-2W/cm2 であることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth aspect , wherein the first frequency is 13.56 to 100 MHz and the power density of the first high frequency is 1.63 × 10 −2 to 4. .89 × 10 −2 W / cm 2 .
また、請求項6の半導体装置の製造方法は、請求項4又は5において、前記第2の周波数が0.8〜27.12MHzであり、前記第2の高周波の電力密度が2.0×10-2W/cm2 以下であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth or fifth aspect , wherein the second frequency is 0.8 to 27.12 MHz and the power density of the second high frequency is 2.0 × 10. -2 W / cm 2 or less.
また、請求項7の半導体装置の製造方法は、請求項1〜6のいずれかにおいて、前記フルオロカーボンガスが、CF4ガスであることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the fluorocarbon gas is CF 4 gas.
また、請求項8の半導体装置の製造方法は、請求項1〜7のいずれかにおいて、前記下地膜エッチングにより形成される前記下地の開口部の開口寸法は、前記反射防止膜エッチング前の前記レジスト膜の開口パターンの開口寸法より小さいことを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8 is the method according to any one of
また、請求項9の半導体装置の製造方法は、被処理基板の表面に形成された所定の開口パターンを有するレジスト膜をマスクにして、前記レジスト膜の下に形成された有機材料からなる反射防止膜をエッチングした後、当該有機材料からなる反射防止膜及び前記レジスト膜をマスクとして、露出した下地をエッチングする半導体装置の製造方法であって、前記下地が、SiCO膜の上にTEOS酸化膜が形成された構造であり、前記TEOS酸化膜と前記SiCO膜を、フルオロカーボンガスと、水素ガスとを含む同じエッチングガスを用いて1ステップでプラズマエッチングすることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a resist film having a predetermined opening pattern formed on a surface of a substrate to be processed as a mask; and an antireflection made of an organic material formed under the resist film. A method of manufacturing a semiconductor device in which an exposed underlayer is etched using the antireflection film made of the organic material and the resist film as a mask after etching the film, wherein the underlayer is a TEOS oxide film on a SiCO film. The formed structure is characterized in that the TEOS oxide film and the SiCO film are plasma-etched in one step using the same etching gas containing a fluorocarbon gas and a hydrogen gas.
また、請求項10の半導体装置の製造方法は、請求項9において、前記フルオロカーボンガスが、CF4ガスであることを特徴とする。
The method for manufacturing a semiconductor device according to
また、請求項11の半導体装置の製造方法は、請求項9又は10において、エッチングにより形成される前記下地の開口部の開口寸法は、前記有機材料からなる反射防止膜のエッチング前の前記レジスト膜の開口パターンの開口寸法より小さいことを特徴とする。
The method of manufacturing a semiconductor device according to
本発明によれば、工程数の増大による生産性の低下を招くことなく、微小径の孔等のパターンを形成することができ、集積度の高い半導体装置を生産性良く製造することのできる半導体装置の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to form a pattern such as a hole having a small diameter without causing a decrease in productivity due to an increase in the number of processes, and a semiconductor capable of manufacturing a highly integrated semiconductor device with high productivity. An apparatus manufacturing method can be provided.
以下、本発明の半導体装置の製造方法の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。 The details of the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に用いるプラズマエッチング装置の構成を示すものである。同図に示すように、プラズマエッチング装置1は、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板プラズマエッチング装置として構成されている。
FIG. 1 shows the configuration of a plasma etching apparatus used in one embodiment of the present invention. As shown in the figure, the
このプラズマエッチング装置1は、例えば表面が陽極酸化処理(アルマイト処理)されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー2を有しており、このチャンバー2は接地されている。チャンバー2内の底部にはセラミックスなどの絶縁板3を介して、半導体ウエハWを載置するための略円柱状のサセプタ支持台4が設けられている。このサセプタ支持台4の上には、下部電極を構成するサセプタ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ー(HPF)6が接続されている。
The
サセプタ支持台4の内部には、温度調節媒体室7が設けられている。そして、導入管8を介して温度調節媒体室7に温度調節媒体が導入、循環され、排出管9から排出される。このような温度調節媒体の循環により、サセプタ5を所望の温度に制御できるようになっている。
Inside the susceptor support 4, a temperature
サセプタ5は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に半導体ウエハWと略同形の静電チャック11が設けられている。静電チャック11は、絶縁材の間に電極12が介在された構成となっている。静電チャック11は、電極12に接続された直流電源13から例えば1.5kVの直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハWを静電吸着する。
The upper center portion of the susceptor 5 is formed in a convex disk shape, and an
そして、絶縁板3、サセプタ支持台4、サセプタ5、さらには静電チャック11には、被処理体である半導体ウエハWの裏面に、伝熱媒体(例えばHeガスなど)を供給するためのガス通路14が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ5と半導体ウエハWとの間の熱伝達がなされ、半導体ウエハWが所定の温度に維持されるようになっている。
The
サセプタ5の上端周縁部には、静電チャック11上に載置された半導体ウエハWを囲むように、環状のフォーカスリング15が配置されている。このフォーカスリング15は、セラミックス或いは石英などの絶縁性材料或いは導電性材料からなり、エッチングの均一性を向上させるようになっている。
An annular focus ring 15 is disposed at the upper peripheral edge of the susceptor 5 so as to surround the semiconductor wafer W placed on the
また、サセプタ5の上方には、このサセプタ5と平行に対向して上部電極21が設けられている。この上部電極21は、絶縁材22を介して、チャンバー2の内部に支持されている。上部電極21は、サセプタ5との対向面を構成し多数の吐出孔23を有する電極板24(例えば石英からなる)と、この電極板24を支持する電極支持体25(導電性材料例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる)とによって構成されている。なお、サセプタ5と上部電極21との間隔は、調節可能とされている。
An
上部電極21における電極支持体25の中央には、ガス導入口26が設けられている。このガス導入口26には、ガス供給管27が接続されている。さらにこのガス供給管27には、バルブ28、並びにマスフローコントローラ29を介して、処理ガス供給源30が接続されている。この処理ガス供給源30から、プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお、図1には、上記の処理ガス供給源30等からなる処理ガス供給系を1つのみ図示しているが、これらの処理ガス供給系は複数設けられており、例えば、CF4 、CHF3 、C4 F8 、H2 、Ar、N2 等のガスを夫々独立に流量制御して、チャンバー2内に供給できるよう構成されている。
A
一方、チャンバー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。排気装置35はターボ分子ポンプ等の真空ポンブを備えており、チャンバー2内を所定の減圧雰囲気(例えば0.67Pa以下)まで真空引き可能に構成されている。また、チャンバー2の側壁にはゲートバルブ32が設けられている。このゲートバルブ32を開にした状態で、半導体ウエハ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。
On the other hand, an
上部電極21には、第1の高周波電源40が接続されており、その給電線には整合器41が介挿されている。また、上部電極21にはローパスフィルター(LPF)42が接続されている。この第1の高周波電源40は、13.56〜100MHzの範囲の周波数を有している。このように高い周波数の電力を印加することにより、チャンバー2内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができ、従来より低圧条件下のプラズマ処理が可能となる。この第1の高周波電源40の周波数は、50〜80MHzが好ましく、典型的には図示した60MHzまたはその近傍の周波数が採用される。
A first high
下部電極としてのサセプタ5には、第2の高周波電源50が接続されており、その給電線には整合器51が介挿されている。この第2の高周波電源50は、上記した第1の高周波電源40より低い周波数、例えば、800kHz〜27.12MHzの範囲の周波数を有している。このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体である半導体ウエハWに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第2の高周波電源50の周波数は、典型的には図示した2MHzまたは800KHz等の周波数が採用される。
A second high-
図2は、本実施形態においてプラズマエッチングを行う基板の構成を拡大して示すものである。図2(a)において100は、図示しない銅又はアルミニウム等からなる配線が形成された半導体基板(半導体ウエハ)を示している。この半導体ウエハ100の上には、SiC膜(ストッパ膜)101、Low−K膜(SiOC膜等(例えば、コーラル(ノベラス社)、オーロラ(ASM社)、オリオン(Trikon社)、ブラックダイヤモンド(アプライド マテリアル社)(本実施形態ではブラックダイヤモンドを使用)))102、TEOS酸化膜103、有機材料からなる有機系反射防止膜(BARC)104が、下側からこの順で形成されている。また、有機系反射防止膜104の上には、ArFレジストからなるマスク層105が形成されており、このマスク層105には、露光、現像工程等によって所定の開口パターン(本実施形態では複数の円孔状の開口パターン)が形成されている。
FIG. 2 shows an enlarged view of the structure of the substrate on which plasma etching is performed in the present embodiment. In FIG. 2A,
そして、図2(a)の状態から、図1に示した装置を用い、マスク層105を介して有機系反射防止膜104のエッチングを行い、図2(b)の状態とする。なお、ArFレジストは、ArFガスを発光源としたレーザー光で露光するレジストであり、KrFレジストに較べてより微細なパターンが形成できるものである。このArFレジストを構成する主要な物質は、例えば、シクロオレフィン樹脂、脂環族メタクリレート樹脂、脂環族アクリレート樹脂、シクロオレフィン−無水マレイン酸樹脂、等である。
Then, from the state of FIG. 2A, the
次に、前述した図1のプラズマエッチング装置1による上記のエッチング工程について説明する。
Next, the above-described etching process by the
まず、前述したように、有機系反射防止膜104、及び、所定パターンにパターニングされたマスク層105等が形成された半導体ウエハWを、ゲートバルブ32を開放して、図示しないロードロック室からチャンバー2内へ搬入し、静電チャック11上に載置する。そして、直流電源13から直流電圧を印加することによって、半導体ウエハWを静電チャック11上に静電吸着する。
First, as described above, the semiconductor wafer W on which the
次いで、ゲートバルブ32を閉じ、排気装置35によって、チャンバー2内を所定の真空度まで真空引する。この後、バルブ28を開放し、処理ガス供給源30からCF4 ガス(エッチングガス)を、マスフローコントローラ29によってその流量を調整しつつ、処理ガス供給管27、ガス導入口26、上部電極21の中空部、電極板24の吐出孔23を通じて、図1の矢印に示すように、半導体ウエハWに対して均一に吐出させる。
Next, the
これとともに、チャンバー2内の圧力が、所定の圧力(例えば6.7Pa)に維持される。そして、第1の高周波電源40から、上部電極21に高周波電圧を印加し、エッチングガスをプラズマ化する。これとともに、第2の高周波電源50から、下部電極としてのサセプタ5に高周波電圧を印加し、プラズマ中のイオンを引き込んで半導体ウエハWの有機系反射防止膜104のエッチングを行い、前述した図2(b)の状態となった時点でエッチングを終了する。
At the same time, the pressure in the
上述の工程により、200mmウエハを、第1の実施例として、以下の条件、
エッチングガス:CF4 (流量100SCCM)
圧力:6.7Pa(50mTorr)
上部電極印加高周波電力:1000W
下部電極印加高周波電力:100W
電極間距離:60mm
サセプタ温度:20℃
時間:40秒
でエッチングを行った。
According to the above-described process, a 200 mm wafer is used as the first example under the following conditions:
Etching gas: CF 4 (flow rate 100SCCM)
Pressure: 6.7 Pa (50 mTorr)
High frequency power applied to upper electrode: 1000W
Lower electrode applied high frequency power: 100W
Distance between electrodes: 60mm
Susceptor temperature: 20 ° C
Time: Etching was performed in 40 seconds.
上記第1の実施例のエッチング工程によって得られた有機系反射防止膜104のパタ一ンについて、SEM(走査電子顕微鏡)で観察したところ、図2(b)に示すように、マスク層105の内側部分にポリマーPと推測される堆積物(デポ)が見られるとともに、有機系反射防止膜104の側壁部分の形状が、下側の開口径(開口寸法)が小さくなる斜めの形状となった。
When the pattern of the
開口径の具体的な数値については、ウエハの中央部では、エッチング前のマスク層105の最上部の開口径(トップCD)(図2(b)のd1に相当する。)が140nmであったのに対して、エッチング後の有機系反射防止膜104の底部の開口径(ボトムCD)(図2(b)のd2に相当する。)が134nm(CDシフト=−6nm)であった。また、ウエハの周辺部における上記の値は、マスク層105の最上部の開口径(トップCD)が141nmであったのに対して、有機系反射防止膜104の底部の開口径(ボトムCD)が130nm(CDシフト=−11nm)であった。
Regarding specific numerical values of the opening diameter, in the central portion of the wafer, the opening diameter (top CD) (corresponding to d1 in FIG. 2B) of the uppermost portion of the
次に、第2の実施例として、上記の実施例における上部電極印加高周波電力を1500Wとした以外は、同一の条件でエッチングを行った。この結果、ウエハの中央部における上記のマスク層105の最上部の開口径(トップCD)が140nmに対して、有機系反射防止膜104の底部の開口径(ボトムCD)が119nm(CDシフト=−21nm)となり、ウエハの周辺部におけるマスク層105の最上部の開口径(トップCD)が141nmに対して、有機系反射防止膜104の底部の開口径(ボトムCD)が118nm (CDシフト=−23nm)となった。
Next, as a second example, etching was performed under the same conditions except that the high frequency power applied to the upper electrode in the above example was 1500 W. As a result, the opening diameter (top CD) of the uppermost portion of the
次に、第3の実施例として、上記の実施例における上部電極印加高周波電力を2200Wとした以外は、同一の条件でエッチングを行った。この結果、ウエハの中央部における上記のマスク層105の最上部の開口径(トップCD)が140nmに対して、有機系反射防止膜104の底部の開口径(ボトムCD)が88nm(CDシフト=−52nm)となり、ウエハの周辺部におけるマスク層105の最上部の開口径(トップCD)が141nmに対して、有機系反射防止膜104の底部の開口径(ボトムCD)が88nm(CDシフト=−53nm)となった。
Next, as a third example, etching was performed under the same conditions except that the upper electrode applied high frequency power in the above example was 2200 W. As a result, the opening diameter (top CD) of the uppermost portion of the
図3のグラフは、上記の実施例における測定結果を示すもので、縦軸は開口径の変化量(CDシフト(nm))、横軸は上部電極に印加した周波数60MHzの高周波電力(電力密度(W/cm2 ))を示している。同図に示すように、上部電極に印加する電力を変化させることによって、エッチングされた有機系反射防止膜104の底部の開口の寸法を制御することができる。
The graph of FIG. 3 shows the measurement results in the above-described example, where the vertical axis represents the amount of change in the aperture diameter (CD shift (nm)), and the horizontal axis represents the high frequency power (power density) applied to the upper electrode at a frequency of 60 MHz. (W / cm 2 )). As shown in the figure, the size of the opening at the bottom of the etched
したがって、上記のエッチングの後に、後述する図4に示すように、より下層のTEOS酸化膜103及びLow−K膜102のエッチングを行うことにより、これらの層に最初にマスク層105に形成した開口より小さい寸法の開口を形成することができる。このように、CDシフトをマイナスとして、マスク層105の開口径より小さな開口径の孔を形成すれば、リソグラフィー技術の解像度以上の微細な孔等のパターンを形成することができる。このようにCDシフトをマイナスとする場合、上部電極印加高周波電力は、図3に示すように、電力密度を1.63×10-2W/cm2 (印加電力1000W)以上とすることが好ましく、CDシフトが略リニアに進行することから上限として、電力密度を4.89×10-2W/cm2 (印加電力3000W)以下程度とすることが好ましい。
Therefore, after the above etching, as shown in FIG. 4 to be described later, by etching the lower
図5は、縦軸をCDシフト量及びフォトレジスト(PR)残膜量とし、縦軸をプラズマ密度(電子密度(Ne))として、プラズマ密度と、CDシフト量及びフォトレジスト残膜量との関係を調べた結果を示すものである。また、図6のグラフは、縦軸をラジカルの濃度、横軸をプラズマ密度(電子密度(Ne))として、C2ラジカル及びCF2ラジカルのArに対する濃度とプラズマ密度の関係を調べた結果を示すものである。なお、図5のグラフに示された3点のプラズマ密度は、夫々上部電極印加高周波電力を1000W,1500W,2200Wとした場合に対応するものである。 In FIG. 5, the vertical axis represents the CD shift amount and the photoresist (PR) residual film amount, and the vertical axis represents the plasma density (electron density (Ne)). The result of investigating the relationship is shown. The graph of FIG. 6 shows the results of examining the relationship between the plasma density and the concentration of C 2 radicals and CF 2 radicals with respect to Ar, where the vertical axis is the radical concentration and the horizontal axis is the plasma density (electron density (Ne)). It is shown. The plasma density at the three points shown in the graph of FIG. 5 corresponds to the case where the upper electrode applied high frequency power is 1000 W, 1500 W, and 2200 W, respectively.
上部電極印加高周波電力の電力密度(印加電力)を増大させると、プラズマ密度が増加する。そして、図5に示されるように、プラズマ密度が増加すると、マイナス側へのCDシフト量が増加するとともに、フォトレジスト残膜量が増大する。また、図6に示されるように、プラズマ密度が増加するとC2ラジカルの濃度も増加する。このC2ラジカルの増加によって、フォトレジスト表面及び開口内に堆積(デポ)の生じる量が増大して、CDシフトがマイナス側へ制御されていることがわかる。 When the power density (applied power) of the high-frequency power applied to the upper electrode is increased, the plasma density is increased. Then, as shown in FIG. 5, when the plasma density increases, the CD shift amount to the minus side increases and the photoresist remaining film amount increases. Further, as shown in FIG. 6, as the plasma density increases, the concentration of C 2 radicals also increases. It can be seen that the increase in C 2 radicals increases the amount of deposition (deposition) in the photoresist surface and openings, and the CD shift is controlled to the minus side.
なお、 前記した上部電極印加高周波電力の好ましい電力密度の範囲1.63×10-2W/cm2 〜4.89×10-2W/cm2 をプラズマ密度(電子密度(Ne)で示せば、0.334×1011cm-3〜0.700×1011cm-3の範囲となる。 Note that a preferable power density range of the above-described upper electrode applied high-frequency power is 1.63 × 10 −2 W / cm 2 to 4.89 × 10 −2 W / cm 2 in terms of plasma density (electron density (Ne)). 0.334 × 10 11 cm −3 to 0.700 × 10 11 cm −3 .
一方、下部電極印加高周波電力は、ゼロではエッチングが進行しないことから印加する必要があるが、印加電力を高くすると、フォトレジストからなるマスク層105に縦方向の凹凸が発生するストライエーションが起きる。このため、電力密度を2.0×10-2W/cm2 (印加電力1000W)以下とすることが好ましく、さらには電力密度を2.0×10-3W/cm2 (印加電力100W)程度とすることが好ましい。
On the other hand, the high-frequency power applied to the lower electrode needs to be applied because the etching does not proceed at zero. However, when the applied power is increased, striation that causes vertical unevenness in the
なお、有機系反射防止膜104については、マスク層105及び有機系反射防止膜104をマスクとして、下地膜であるTEOS酸化膜103及びLow−K膜102をエッチングした後、除去するので、有機系反射防止膜104の側壁部分の形状が斜めになっていても問題は生じない。
Note that the
ところで、上記のTEOS酸化膜103のエッチングについては、従来、例えば、エッチングガスとしてCH2 F2 /O2 又はC4 F8 /Ar/O2 等を用いて行っていた。
Incidentally, the etching of the
また、Low−K膜102のエッチングについては、従来、エッチングガスとして、例えばCHF3 /CF4 /Ar/N2 を用いたメインエッチングと、エッチングガスとして、例えばC4 F8 /Ar/N2 を用いたオーバーエッチングによる2ステップのエッチングを行っていた。
As for the etching of the Low-
しかしながら、上記の方法では、フォトレジストからなるマスク層105に縦方向の凹凸が発生するストライエーションが起きるという問題があった。このような問題を解決するためには、以下のようにエッチングを行うことが好ましい。
However, the above-described method has a problem in that striations in which vertical unevenness occurs in the
すなわち、この方法では、TEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングを、エッチングガスとして、例えばCHF3 /CF4 /Ar/N2 (流量比:15/15/500/80sccm)又は、CF4 /H2 (流量比:70/130sccm)を用いて1ステップで行い、図4(a)に示す状態とする。なお、この状態では、エッチングした孔の底部にわずかにLow−K膜102が残った状態である。そして、この後、エッチングガスとして、例えばC4 F8 /Ar/N2 を用いたオーバーエッチングを行い、図4(a)に示す状態から図4(b)に示す状態とする。
That is, in this method, etching of the
なお、TEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングのエッチング時間は、例えば30秒程度であり、オーバーエッチングの時間は、例えば15秒程度である。
The etching time of the
上記のように、TEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングを、同じエッチングガスを用いて1ステップで行うことによって、フォトレジストからなるマスク層105の側壁部分にストライエーションが起きることを効果的に抑制することができた。
As described above, by performing the etching of the
その理由としては、TEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングを異なるエッチングガスを用いて行った場合、TEOS酸化膜103のエッチングの際にマスク層105の側壁部分に堆積(デポ)するポリマーと、Low−K膜102のメインエッチングの際にマスク層105の側壁部分に堆積(デポ)するポリマーの質が異なるため、変形が生じ易くなるのに対して、TEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングを同一のエッチングガスを用いて1ステップで行うと、マスク層105の側壁部分に堆積(デポ)するポリマーの質が均一であるため、変形が生じ難くなるためと推測される。
The reason is that when the etching of the
また、上記のTEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングを行うエッチングガスとしてCHF3 /CF4 /Ar/N2 を用いた場合と、CF4 /H2を用いた場合について比較すると、CHF3 /CF4 /Ar/N2を用いた場合、CF4 /H2を用いた場合に比べて、CDシフトがプラス側に増加する傾向が強い。すなわち、CHF3 /CF4 /Ar/N2を用いた場合、有機系反射防止膜104のエッチングを行った際に減少した開口径が、再び増加する傾向が顕著になる。例えば、前記したように有機系反射防止膜104のエッチングが終了した時点で、CDシフト=−52nmとなったものが、TEOS酸化膜103とLow−K膜102のエッチングが終了した時点では、CDシフト=−25nmとなり、CDシフトがプラス側に増加(この場合27nm増加)した。
Further, when CHF 3 / CF 4 / Ar / N 2 is used as an etching gas for etching the
これに対して、TEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングを行うエッチングガスとして、CF4 /H2を用いた場合、上記のようなCDシフトのプラス側への増加を抑制することができる。すなわち、このようにフルオロカーボンガスと、水素ガスを含む混合ガスをエッチングガスとして使用すると、水素がフッ素ラジカルを減少させるよう作用し、炭素ラジカルが多く堆積(デポ)の生じやすい状態として、CDシフトのプラス側への増加を抑制することができる。このため、TEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングを行うエッチングガスとしては、フルオロカーボンガスと水素ガスを含む混合ガス、例えば、CF4等のCF系ガスと水素ガスを含む混合ガス、あるいはCHF3等のCHF系ガスと水素とを含む混合ガス等を用いることが好ましい。
On the other hand, when CF 4 / H 2 is used as an etching gas for etching the
図7のグラフは、上記のTEOS酸化膜103のエッチングと、Low−K膜102のメインエッチングを行うエッチングガスとしてCHF3 /CF4 /Ar/N2 を用いた場合と、CF4 /H2を用いた場合のCDシフトの様子を比較して示すもので、縦軸はCDシフト量、横軸は、各工程を示している。なお、横軸に記載された「Ini.」、「BARC」、「Ox+ME」、「OE」、「Ash」は、夫々初期状態、有機系反射防止膜104のエッチング後、TEOS酸化膜103とLow−K膜102のメインエッチング後、オーバーエッチング後、アッシング後を示している。
The graph of FIG. 7 shows the case where CHF 3 / CF 4 / Ar / N 2 is used as an etching gas for performing the etching of the
また、図中上側に示されたCHF3 /CF4 /Ar/N2の場合、以下の条件、
(Ox+ME工程)
エッチングガス:CHF3 /CF4 /Ar/N2 =15/15/500/80 SCCM
圧力:6.7Pa(50mTorr)
上部電極印加高周波電力:800W
下部電極印加高周波電力:1700W
電極間距離:25mm
(OE工程)
エッチングガス:C4F8 /Ar/N2 =7/1000/120 SCCM
圧力:6.7Pa(50mTorr)
上部電極印加高周波電力:1200W
下部電極印加高周波電力:1700W
電極間距離:30mm
でエッチングを行った。
In the case of CHF 3 / CF 4 / Ar / N 2 shown on the upper side in the figure, the following conditions are satisfied:
(Ox + ME process)
Etching gas: CHF 3 / CF 4 / Ar / N 2 = 15/15/500/80 SCCM
Pressure: 6.7 Pa (50 mTorr)
High frequency power applied to upper electrode: 800W
Lower electrode applied high frequency power: 1700W
Distance between electrodes: 25mm
(OE process)
Etching gas: C 4 F 8 / Ar / N 2 = 7/1000/120 SCCM
Pressure: 6.7 Pa (50 mTorr)
Upper electrode applied high frequency power: 1200W
Lower electrode applied high frequency power: 1700W
Distance between electrodes: 30mm
Etching was performed.
一方、図中下側に示されたCF4 /H2の場合、以下の条件、
(Ox+ME工程)
エッチングガス:CF4 /H2=80/120 SCCM
圧力:4.0Pa(30mTorr)
上部電極印加高周波電力:2100W
下部電極印加高周波電力:1800W
電極間距離:25mm
(OE工程)
エッチングガス:C4F8 /Ar/N2 =7/1000/120 SCCM
圧力:6.7Pa(50mTorr)
上部電極印加高周波電力:1200W
下部電極印加高周波電力:1700W
電極間距離:30mm
でエッチングを行った。
On the other hand, in the case of CF 4 / H 2 shown on the lower side in the figure, the following conditions are satisfied:
(Ox + ME process)
Etching gas: CF 4 / H 2 = 80/120 SCCM
Pressure: 4.0Pa (30mTorr)
High frequency power applied to upper electrode: 2100W
Lower electrode applied high frequency power: 1800W
Distance between electrodes: 25mm
(OE process)
Etching gas: C 4 F 8 / Ar / N 2 = 7/1000/120 SCCM
Pressure: 6.7 Pa (50 mTorr)
Upper electrode applied high frequency power: 1200W
Lower electrode applied high frequency power: 1700W
Distance between electrodes: 30mm
Etching was performed.
同図に示されるように、有機系反射防止膜104のエッチング終了時にCDシフト=−52nmとなった状態から、マスク層105及び有機系反射防止膜104をマスクとして、下地膜であるTEOS酸化膜103及びLow−K膜102をエッチングした場合、エッチングガスとして、CHF3 /CF4 /Ar/N2を用いると、オーバーエッチング終了時がCDシフト=−25nmとなり、アッシング終了時には、CDシフト=−20nmとなって、CDシフトがプラス側に32nm増加して、初期状態からのCDシフトは、−20nmとなる。
As shown in the figure, from the state where CD shift = −52 nm when the etching of the
一方、エッチングガスとして、CF4 /H2を用いると、オーバーエッチング終了時がCDシフト=−45nmとなり、アッシング終了時には、CDシフト=−42nmとなって、プラス側に増加するCDシフト量を10nmに抑制することができる。このように、マスク層105及び有機系反射防止膜104をマスクとして、下地膜であるTEOS酸化膜103及びLow−K膜102をプラズマエッチングにより、エッチングする際に、
エッチングガスとして、炭素とフッ素を含む化合物のガスと、水素ガスを含む混合ガス、例えばCF4 /H2を用いることにより、CDシフト量がプラス側に増加して、開口径が大きくなることを抑制することができる。
On the other hand, when CF 4 / H 2 is used as the etching gas, CD shift = −45 nm at the end of overetching, CD shift = −42 nm at the end of ashing, and the CD shift amount increasing to the plus side is 10 nm. Can be suppressed. As described above , when the
By using a mixed gas containing carbon and fluorine as an etching gas and a mixed gas containing hydrogen gas, for example, CF 4 / H 2 , the CD shift amount increases to the plus side and the aperture diameter increases. Can be suppressed.
なお、上記のプラズマエッチングにおいて上部電極印加高周波電力は、電力密度を3.10×10-2W/cm2 (印加電力1900W)〜4.89×10-2W/cm2 (印加電力3000W)程度とすることが好ましい。また下部電極印加高周波電力は、電力密度を3.20×10-2W/cm2 (印加電力1600W)〜5.00×10-2W/cm2 (印加電力2500W)程度とすることが好ましい。 In the above plasma etching, the high frequency power applied to the upper electrode has a power density of 3.10 × 10 −2 W / cm 2 (applied power 1900 W) to 4.89 × 10 −2 W / cm 2 (applied power 3000 W). It is preferable to set the degree. The lower electrode applied high frequency power preferably has a power density of about 3.20 × 10 −2 W / cm 2 (applied power 1600 W) to 5.00 × 10 −2 W / cm 2 (applied power 2500 W). .
以上のようにして、TEOS酸化膜103及びLow−K膜102に、マスク層105の開口部の開口寸法より小さな開口寸法の孔等を形成することができる。
As described above, in the
なお、上記の実施形態では、上記の実施形態では、平行平板型のプラズマエッチング装置を使用した場合について説明したが、他のプラズマエッチング装置、例えば、ICPプラズマエッチング装置等についても同様にして適用することができる。 In the above embodiment, the case where a parallel plate type plasma etching apparatus is used has been described in the above embodiment, but the present invention is similarly applied to other plasma etching apparatuses such as an ICP plasma etching apparatus. be able to.
1……プラズマエッチング装置、2……チャンバー、5……サセプタ(下部電極)、21……上部電極、30……処理ガス供給源、40……第1の高周波電源、50……第2の高周波電源。
DESCRIPTION OF
Claims (11)
前記第1の高周波の印加電力を変化させることによって、前記有機材料からなる反射防止膜に形成される開口部の開口寸法を制御し、かつ、
前記有機材料からなる反射防止膜をエッチングする反射防止膜エッチングの後、当該有機材料からなる反射防止膜及び前記レジスト膜をマスクとして、下地として露出した、SiCO膜の上にTEOS酸化膜が形成された構造の前記TEOS酸化膜と前記SiCO膜を、同じエッチングガスを用いて1ステップでエッチングする下地膜エッチングを行い、
該下地膜エッチングは、フルオロカーボンガスと、水素ガスとを含むエッチングガスを用いてプラズマエッチングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first high frequency having a first frequency is applied to the processing gas to generate plasma of the processing gas, and a second high frequency having a second frequency lower than the first frequency is applied to the substrate to be processed. A method of manufacturing a semiconductor device in which an antireflection film made of an organic material formed under the resist film is etched using a resist film having a predetermined opening pattern formed on the surface of the substrate to be applied as a mask In
Controlling the opening size of the opening formed in the antireflection film made of the organic material by changing the applied power of the first high frequency, and
After the antireflection film etching for etching the antireflection film made of the organic material, a TEOS oxide film is formed on the exposed SiCO film using the antireflection film made of the organic material and the resist film as a mask. and the TEOS oxide film and the SiCO film structure, have rows underlayer etching to etch in one step by using the same etching gas,
The method for manufacturing a semiconductor device , wherein the base film etching is performed by plasma etching using an etching gas containing a fluorocarbon gas and a hydrogen gas .
前記下地が、SiCO膜の上にTEOS酸化膜が形成された構造であり、前記TEOS酸化膜と前記SiCO膜を、フルオロカーボンガスと、水素ガスとを含む同じエッチングガスを用いて1ステップでプラズマエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Using a resist film having a predetermined opening pattern formed on the surface of the substrate to be processed as a mask, the antireflection film made of an organic material formed under the resist film is etched, and then the antireflection made of the organic material is used. A method of manufacturing a semiconductor device in which an exposed base is etched using a film and the resist film as a mask,
The base is a structure in which a TEOS oxide film is formed on a SiCO film, and the TEOS oxide film and the SiCO film are plasma etched in one step using the same etching gas containing a fluorocarbon gas and a hydrogen gas. A method of manufacturing a semiconductor device.
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