JP5067068B2 - 半導体装置の製造方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
前記シリコン含有膜をプラズマによりエッチングして前記パターンマスクのパターンを当該シリコン含有膜に転写する工程と、
次いで前記パターンマスクをプラズマにより除去して前記シリコン含有膜の表面を露出させる工程と、
プラズマ中の酸素の活性種により前記シリコン含有膜のパターンを介して前記有機膜の表面をエッチングし、これにより当該有機膜の厚さよりもその深さが小さい凹部を形成する工程と、
前記酸素の活性種による有機膜のエッチングを停止した後、前記シリコン含有膜をスパッタして前記凹部の内壁面にシリコン含有物からなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が形成された有機膜の凹部を、プラズマ中の酸素の活性種により前記シリコン含有膜のパターンを介して更に深さ方向にエッチングして、ホールまたは溝を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
基板上に設けられた有機膜にその厚さが当該有機膜の厚さの1/5以上となるようにシリコン含有膜を形成する工程と、
シリコン含有膜上に、シリコン含有膜をエッチングするためのパターンマスクを形成する工程と、
前記シリコン含有膜をプラズマによりエッチングして前記パターンマスクのパターンを当該シリコン含有膜に転写する工程と、
次いで前記パターンマスクをプラズマにより除去して前記シリコン含有膜の表面を露出させる工程と、
プラズマ中の酸素の活性種により前記シリコン含有膜のパターンを介して前記有機膜の表面をエッチングし、これにより当該有機膜の厚さよりもその深さが小さい凹部を形成する工程と、
前記酸素の活性種による有機膜のエッチングを停止した後、前記シリコン含有膜をスパッタして前記凹部の内壁面にシリコン含有物からなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が形成された有機膜の凹部を、プラズマ中の酸素の活性種により前記シリコン含有膜のパターンを介して更に深さ方向にエッチングして、ホールまたは溝を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
をこの順に繰り返し行うことでホールまたは溝を形成してもよい。
また他の発明によれば基板上に設けられた有機膜にその厚さが当該有機膜の厚さの1/5以上となるようにシリコン含有膜を形成し、当該シリコン含有膜をスパッタして有機膜に形成された凹部の側壁にシリコンを含む保護膜を形成している。従って後述の実験で示されるように、酸素の活性種による等方性エッチングが抑えられ、従って有機膜に高い垂直性を持った凹部を形成することができる。
前記プラズマ処理装置2を用いた本発明の半導体装置の製造方法の第1の実施の形態として、前記有機膜52をエッチングしてその下層のSiO2膜51をエッチングするためのマスクパターンを形成するプロセスについて説明する。先ずゲートバルブ25を開いて処理容器21内へ図示しない搬送機構によりウエハWを搬入する。そしてこのウエハWを載置台4上に水平に載置した後、ウエハWを載置台4に静電吸着させる。その後搬送機構を処理容器21から退去させてゲートバルブ25を閉じ、続けて不図示の温度制御機構によりウエハWの上部、高さ中央部、下部の温度が夫々60、60、20℃になるように温調する。その後例えば以下の各ステップを行う。
排気手段23により排気口22を介して処理容器21内の排気を行う一方で、ガス供給系36から例えばCF4(四フッ化炭素)ガスを流量150sccmで上部電極3を介して処理容器21内に供給し、処理容器21内を所定の真空度例えば10.7Pa(80mTorr)に維持する。その後、高周波電源48から整合回路47を介して下部電極43に所定の周波数の高周波電圧が1500Wで印加されて、CF4ガスがプラズマ化され、それによってフォトレジスト膜54表面がエッチングされると共にフォトレジスト膜54をマスクとしてレジストパターン55に沿ってSiO2膜53がエッチングされて、当該SiO2膜53にマスクパターン56が形成される。図2(b)に示すように、SiO2膜53がオーバエッチングされ、マスクパターン56の底部に有機膜52が露出し、さらにその有機膜52の表面がエッチングされて、当該有機膜52にマスクパターン56に対応した凹部57aが形成されるようなタイミングで、高周波電源48がオフになり、CF4ガスの供給が停止する。
排気手段23により処理容器21内を排気して、処理空間Sに残留したCF4ガス及びその活性種を除去した後、所定の排気量で排気を行うと共にガス供給系36からO2(酸素)ガスを流量90sccmで、Ar(アルゴン)ガスを流量150sccmで夫々上部電極3を介して処理容器21内に供給し、処理容器21内を所定の真空度例えば2.0Pa(15mTorr)に維持する。その後、高周波電源48から整合回路47を介して下部電極43に所定の周波数の高周波電圧が500Wで印加され、エッチングガスであるO2ガス及びArガスがプラズマ化されて、酸素ラジカルやArイオンなどの活性種が生成する。
排気手段23により処理容器21内を排気して、処理空間Sに残留したO2ガスとO2ガス及びArガスの活性種を除去した後、所定の排気量で排気を行うと共にガス供給系36からArガスを流量240sccmで処理容器21内に供給し、処理容器21内を所定の真空度例えば2.0Pa(15mTorr)に維持する。その後、高周波電源48から整合回路47を介して下部電極43に所定の周波数の高周波電圧が500Wで印加されて、Arガスがプラズマ化され、Arイオン61などの活性種が生成する。
排気手段23により処理容器21内を排気して、処理空間Sに残留したArガスの活性種を除去した後、所定の排気量で排気を行うと共にガス供給系36からO2ガスを流量90sccm、Arガスを流量150sccmで処理容器21内に供給し、処理容器21内を所定の真空度例えば2.0Pa(15mTorr)に維持する。その後、高周波電源48から整合回路47を介して下部電極43に所定の周波数の高周波電圧が500Wで印加されて、Arガス、O2ガスがプラズマ化され、Arイオン61及び酸素ラジカル62などの活性種が生成する。O2ガスの活性種により、SiO2膜53をマスクとして有機膜52がエッチングされて凹部57aが深さ方向に伸びる一方で、ステップS2と同様にSiO2膜53がArイオン61によりスパッタされ、放出されたシリコン酸化物63が凹部57aの側壁58に堆積し、凹部57aの伸長に合わせて保護膜64が下方へと伸び、酸素ラジカル62に対して凹部57aの側壁58がエッチングされることが抑えられながら当該凹部57aの深さ方向へのエッチングが進み、マスクパターン57が形成される。図3(e)に示すようにマスクパターン57の底部にSiO2膜51が露出するタイミングで高周波電源48をオフにして、O2ガス及びArガスの供給を停止する。
(各膜の形成工程)
先ずウエハWの表面に形成された例えばSiO2膜71上に例えばアモルファスカーボンからなる有機膜72を形成する(図7(a))。この有機膜72は例えば下地膜をエッチングするためマスクに用いられるものである。続いて夫々シリコン含有膜であるSiN膜73、SiO2膜74を下からこの順に形成する(図7(b))。このとき夫々有機膜72の厚さをH1、SiN膜73及びSiO2膜74の合計の厚さをH2とすると、H2/H1>1/5以上になるようにSiN膜73及びSiO2膜74が形成される。このような厚さになるようにSiN膜73及びSiO2膜74を形成するのは、後述の評価試験で説明するように有機膜を下層までエッチングしたときにパターンの側壁全体に保護膜を形成することを目的としている。次いでSiO2膜74上にレジスト膜75を積層し、その底部にSiO2膜74が露出するように、所定の形状にレジストパターン76が形成される。
(ステップT1)
レジストパターン76形成後、上記のプラズマ処理装置2にウエハWを搬入し、第1の実施形態のステップS1と同様の手順で、CF4ガスを流量150sccmで供給し、処理容器21内を例えば10.7Pa(80mTorr)に維持する。そしてCF4ガスをプラズマ化することにより、フォトレジスト膜75表面をエッチングすると共にレジストパターン55に沿ってSiO2膜74、SiN膜75を続けてエッチングして、これらSiO2膜74及びSiN膜75に跨るマスクパターン77を形成する(図7(d))。例えば有機膜72が露出するタイミングでプラズマの発生を停止し、CF4ガスの供給を停止する。
続けて上記実施形態のステップS2と同様の手順で、O2ガスを流量90sccm、Arガスを流量150sccmで夫々処理容器21内に供給し、処理容器21内を例えば2.0Pa(15mTorr)に維持した後、各処理ガスをプラズマ化する。第1の実施形態のステップS2で説明したように、フォトレジスト膜75が除去され、続いてSiO2膜74がスパッタされると共にフォトレジスト膜75及びSiO2膜74をマスクとして有機膜72がエッチングされて、凹部78aが形成され、さらにその凹部78aの側壁79に保護膜64が形成される(図8(e))。プラズマの発生開始から例えば所定の時間が経過したらプラズマの発生及びO2ガスの供給を停止する。
続けて第1の実施形態のステップS3と同様の手順で、Arガスを流量240sccmで処理容器21内に供給し、処理容器21内を例えば2.0Pa(15mTorr)に維持した後、Arガスをプラズマ化し、前記ステップS3で説明したようにSiO2膜74またはSiN膜73をスパッタして保護膜64を成長させる(図8(f))。そしてプラズマ発生開始から例えば所定の時間が経過したらプラズマの発生を停止させる。
続けて上記実施形態のステップS4と同様の手順で、Arガスを流量150sccm、O2ガスを流量90sccmで処理容器21内に供給し、処理容器21内を例えば2.0Pa(15mTorr)に維持した後、これらの処理ガスをプラズマ化し、凹部78aを深さ方向にエッチングして伸長させると共に保護膜64を下方へ伸長させる(図8(g))。エッチング開始後、凹部78aの底部が有機膜72中に留まるようなタイミングでプラズマの発生及びO2ガスの供給を停止する。
続けて上記実施形態のステップT3と同じ手順を再び行い、Arガスをプラズマ化し、SiO2膜74またはSiN膜73をスパッタして保護膜64を成長させ(図8(h))、プラズマの発生を開始してから所定の時間経過後にプラズマの発生を停止する。処理容器21内の圧力及びArガスの流量は例えばステップT3と同じである。
続けて上記実施形態のステップT4と同じ手順を再び行い、Arガス及びO2ガスをプラズマ化し、凹部78aを深さ方向にエッチングして伸長させると共に上記実施形態で説明したようにSiO2膜74またはSiN膜73をスパッタして保護膜64をさらに下方へ伸長させて、マスクパターン78を形成し、パターン78の底部にSiO2膜が露出するタイミングでプラズマの発生及び各処理ガスの供給を停止する(図8(i))。処理容器21内の圧力及びArガスの流量は例えばステップT3と同じである。
(評価試験1−1)
評価試験1−1として、図2(a)で示した膜構造を有するウエハWについて上記の第1の実施形態の手順に従ってエッチングを行い、然る後ウエハWの縦断側面を観察した。エッチング時間はステップS1で50秒、ステップS2で30秒、ステップS3で40秒、ステップS4で255秒に夫々設定した。図10(a)、(b)はウエハWの中央部、周縁部において観察されたパターン形状を夫々模式的に示したものであり、これらの図に示されるように、ウエハWの中央部及び周縁部の有機膜に形成されたパターンの側壁は高い垂直性を有していた。
(評価試験1−2)
評価試験1−2として評価試験1−1と同じ膜構造を有するウエハWについてステップS1に従ってエッチングを行った後、ステップS2を実施した。ただしこのステップS2のエッチング時間は評価試験1−1のエッチング時間よりも長く設定し、ステップS3及びS4は行わなかった。図10(c)、(d)はウエハWの中央部、周縁部において観察されたパターン形状を夫々模式的に示したものであり、これらの図から各パターンの側壁はボーイング形状となっていることが分かる。これら評価試験1−1及び1−2の結果から、本発明のプロセスを実施することで、有機膜に形成されるパターンの垂直性が高く、ボーイング形状になることが抑えられるという本発明の効果が示された。
評価試験2としてウエハに図7(c)と同様の膜構造を形成した。ただし有機膜の厚さ(図中H3)は800nmであり、SiO2膜及びSiN膜の合計の厚さ(図中H4)は90nmである。このウエハWについて第2の実施形態のステップT1〜T6に示した手順に従ってエッチングを行った。ステップT1,T2,T3,T4,T5,T6のエッチング時間は夫々33秒、20秒、40秒,100秒、40秒、120秒に設定した。
2 プラズマ処理装置
51,53 SiO2膜
52 有機膜
54 フォトレジスト膜
57 マスクパターン
61 アルゴンイオン
62 酸素ラジカル
64 保護膜
Claims (10)
- 有機膜、シリコン含有膜及びパターンマスクが下からこの順に積層された基板に対してプラズマによりエッチングを行い、前記有機膜にホールまたは溝を形成する半導体装置の製造方法において、
前記シリコン含有膜をプラズマによりエッチングして前記パターンマスクのパターンを当該シリコン含有膜に転写する工程と、
次いで前記パターンマスクをプラズマにより除去して前記シリコン含有膜の表面を露出させる工程と、
プラズマ中の酸素の活性種により前記シリコン含有膜のパターンを介して前記有機膜の表面をエッチングし、これにより当該有機膜の厚さよりもその深さが小さい凹部を形成する工程と、
前記酸素の活性種による有機膜のエッチングを停止した後、前記シリコン含有膜をスパッタして前記凹部の内壁面にシリコン含有物からなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が形成された有機膜の凹部を、プラズマ中の酸素の活性種により前記シリコン含有膜のパターンを介して更に深さ方向にエッチングして、ホールまたは溝を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記パターンマスクは、フォトレジスト膜からなるものであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- パターンマスクのパターンをシリコン含有膜に転写する工程は、シリコン含有膜をオーバエッチングし、有機膜の表面をエッチングすることにより、前記凹部を形成すると共にパターンマスクの一部のみをエッチングして除去することを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置の製造方法。
- パターンマスクを除去する工程は、シリコン含有膜をスパッタするためのスパッタ用ガスが含まれたガスをプラズマ化したプラズマを用いて行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
- 凹部を深さ方向にエッチングしてホールまたは溝を形成する工程は、シリコン含有膜をスパッタするためのスパッタ用ガスが含まれたガスをプラズマ化したプラズマを用いて行うことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記スパッタ用ガスはAr、XeまたはHeからなるガスを含むことを特徴とする請求項4または5記載の半導体装置の製造方法。
- 有機膜、シリコン含有膜及びパターンマスクが下からこの順に積層された基板に対してプラズマによりエッチングを行い、前記有機膜にホールまたは溝を形成する半導体装置の製造方法において、
基板上に設けられた有機膜にその厚さが当該有機膜の厚さの1/5以上となるようにシリコン含有膜を形成する工程と、
シリコン含有膜上に、シリコン含有膜をエッチングするためのパターンマスクを形成する工程と、
前記シリコン含有膜をプラズマによりエッチングして前記パターンマスクのパターンを当該シリコン含有膜に転写する工程と、
次いで前記パターンマスクをプラズマにより除去して前記シリコン含有膜の表面を露出させる工程と、
プラズマ中の酸素の活性種により前記シリコン含有膜のパターンを介して前記有機膜の表面をエッチングし、これにより当該有機膜の厚さよりもその深さが小さい凹部を形成する工程と、
前記酸素の活性種による有機膜のエッチングを停止した後、前記シリコン含有膜をスパッタして前記凹部の内壁面にシリコン含有物からなる保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が形成された有機膜の凹部を、プラズマ中の酸素の活性種により前記シリコン含有膜のパターンを介して更に深さ方向にエッチングして、ホールまたは溝を形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記パターンマスクは、フォトレジスト膜からなるものであることを特徴とする請求項7記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹部を形成した後、
前記保護膜を形成する工程と、
凹部を深さ方向にエッチングする工程と、
をこの順に繰り返し行うことでホールまたは溝を形成することを特徴とする請求項7または8記載の半導体装置の製造方法。 - 基板に対してエッチングを行うプラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは請求項1ないし9のいずれか一に記載の半導体装置の製造方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。
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