JP7099675B1 - Etching method, semiconductor device manufacturing method, program and plasma processing device - Google Patents
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Abstract
【課題】金属含有マスクの選択比を向上できるエッチング方法、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】エッチング方法は、シリコン酸化層と、シリコン酸化層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスクを備えるロジックデバイス向け基板を提供する工程と、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン酸化層をエッチングする工程と、を有し、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きい。【選択図】図4An etching method, a semiconductor device manufacturing method, and a plasma processing apparatus capable of improving the selectivity of a metal-containing mask are provided. Kind Code: A1 An etching method includes providing a substrate for a logic device comprising a silicon oxide layer and a tungsten-containing mask having an opening defined by sidewalls over the silicon oxide layer; and forming a plasma from the process gas to etch the silicon oxide layer through the opening while forming a tungsten-containing protective layer on the top and sidewalls of the tungsten-containing mask; The thickness of the protective layer formed on top of the tungsten-containing mask is greater than the thickness of the protective layer formed on the sidewalls of the tungsten-containing mask. [Selection drawing] Fig. 4
Description
本開示は、エッチング方法、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置に関する。 The present disclosure relates to an etching method, a method for manufacturing a semiconductor device, and a plasma processing device.
酸化膜などの絶縁膜を炭素とフッ素を含むガス等のプラズマを用いてエッチングする際に、エッチング中に局所的な帯電で生じる形状異常を抑制するために、エッチングガスにWF6ガスを添加することで導電層を形成することが提案されている。 When an insulating film such as an oxide film is etched using plasma such as a gas containing carbon and fluorine, WF6 gas is added to the etching gas in order to suppress shape abnormalities caused by local charging during etching. It has been proposed to form a conductive layer in.
本開示は、金属含有マスクの選択比を向上できるエッチング方法、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置を提供する。 The present disclosure provides an etching method, a method for manufacturing a semiconductor device, and a plasma processing device capable of improving the selection ratio of a metal-containing mask.
本開示の一態様によるエッチング方法は、シリコン酸化層と、シリコン酸化層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスクを備えるロジックデバイス向け基板を提供する工程と、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン酸化層をエッチングする工程と、を有し、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きい。 The etching method according to one aspect of the present disclosure includes a step of providing a substrate for a logic device provided with a silicon oxide layer and a tungsten-containing mask having an opening defined by a side wall on the silicon oxide layer, and a treatment including a tungsten-containing gas. It has a step of supplying a gas and a step of etching a silicon oxide layer through an opening while generating plasma from the processing gas and forming a protective layer containing tungsten on the upper portion and the side wall of the tungsten-containing mask. The thickness of the protective layer formed on the upper part of the tungsten-containing mask is larger than the thickness of the protective layer formed on the side wall of the tungsten-containing mask.
本開示によれば、金属含有マスクの選択比を向上できる。 According to the present disclosure, the selection ratio of the metal-containing mask can be improved.
以下に、開示するエッチング方法、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。 Hereinafter, the disclosed etching method, the method for manufacturing a semiconductor device, and the embodiment of the plasma processing device will be described in detail with reference to the drawings. The disclosed techniques are not limited by the following embodiments.
誘電膜のエッチングにおいて、例えば、炭化タングステン(WC)等の金属含有マスクを用いる場合、金属含有マスクがエッチングされて選択比(誘電膜のエッチレート/金属含有マスクのエッチレート)が低下する場合がある。半導体プロセスの微細化が進むと、金属含有マスクの選択比の低下が問題となる場合がある。そこで、金属含有マスクの選択比を向上させることが期待されている。 When a metal-containing mask such as tungsten carbide (WC) is used in etching the dielectric film, the metal-containing mask may be etched and the selectivity (etch rate of the dielectric film / etch rate of the metal-containing mask) may decrease. be. As the miniaturization of semiconductor processes progresses, a decrease in the selection ratio of metal-containing masks may become a problem. Therefore, it is expected to improve the selection ratio of the metal-containing mask.
[プラズマ処理装置10の構成]
図1は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。図1に示すプラズマ処理装置10は、容量結合型プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置10は、チャンバ12を備えている。チャンバ12は、略円筒形状を有している。チャンバ12は、その内部空間を処理空間12cとして提供している。チャンバ12は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ12の内壁面には、耐プラズマ性を有する処理が施されている。例えば、チャンバ12の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。チャンバ12は、電気的に接地されている。
[Structure of Plasma Processing Device 10]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present disclosure. The
また、チャンバ12の側壁には、通路12pが形成されている。被処理体の一例であるウエハ(基板)Wは、処理空間12cに搬入されるとき、また、処理空間12cから搬出されるときに、通路12pを通る。この通路12pは、ゲートバルブ12gにより開閉可能となっている。
Further, a
チャンバ12の底部上には、支持部13が設けられている。支持部13は、絶縁材料から形成されている。支持部13は、略円筒形状を有している。支持部13は、処理空間12c内において、チャンバ12の底部から鉛直方向に延在している。支持部13は、ステージ14を支持している。ステージ14は、処理空間12c内に設けられている。ステージ14は、載置台および基板支持体の一例である。
A
ステージ14は、下部電極18および静電チャック20を有している。ステージ14は、電極プレート16をさらに備え得る。電極プレート16は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極18は、電極プレート16上に設けられている。下部電極18は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極18は、電極プレート16に電気的に接続されている。
The stage 14 has a lower electrode 18 and an
静電チャック20は、下部電極18上に設けられている。静電チャック20の上面の上には、ウエハWが載置される。静電チャック20は、誘電体から形成された本体を有する。静電チャック20の本体内には、膜状の電極が設けられている。静電チャック20の電極は、スイッチを介して直流電源22に接続されている。静電チャック20の電極に直流電源22からの電圧が印加されると、静電チャック20とウエハWとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、ウエハWは静電チャック20に引き付けられ、当該静電チャック20によって保持される。
The
下部電極18の周縁部上には、ウエハWのエッジを囲むように、フォーカスリングFRが配置される。フォーカスリングFRは、エッジリングの一例であり、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングFRは、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、または、石英から形成され得る。 A focus ring FR is arranged on the peripheral edge of the lower electrode 18 so as to surround the edge of the wafer W. The focus ring FR is an example of an edge ring, and is provided to improve the uniformity of etching. The focus ring FR can be, but is not limited to, made of silicon, silicon carbide, or quartz.
下部電極18の内部には、流路18fが設けられている。流路18fには、チャンバ12の外部に設けられているチラーユニット26から配管26aを介して熱交換媒体(例えば冷媒)が供給される。流路18fに供給された熱交換媒体は、配管26bを介してチラーユニット26に戻される。プラズマ処理装置10では、静電チャック20上に載置されたウエハWの温度が、熱交換媒体と下部電極18との熱交換により、調整される。
A
プラズマ処理装置10には、ガス供給ライン28が設けられている。ガス供給ライン28は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばHeガスを、静電チャック20の上面とウエハWの裏面との間に供給する。
The
プラズマ処理装置10は、上部電極30をさらに備えている。上部電極30は、ステージ14の上方に設けられている。上部電極30は、部材32を介して、チャンバ12の上部に支持されている。部材32は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極30は、天板34および支持体36を含み得る。天板34の下面は、処理空間12c側の下面であり、処理空間12cを画成している。天板34は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体から形成され得る。天板34には、複数のガス吐出孔34aが形成されている。複数のガス吐出孔34aは、当該天板34をその板厚方向に貫通している。
The
支持体36は、天板34を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成され得る。支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。ガス拡散室36aからは、複数のガス吐出孔34aにそれぞれ連通する複数のガス通流孔36bが下方に延びている。支持体36には、ガス拡散室36aに処理ガスを導くガス導入口36cが形成されている。ガス導入口36cには、ガス供給管38が接続されている。
The
ガス供給管38には、バルブ群42および流量制御器群44を介して、ガスソース群40が接続されている。ガスソース群40は、複数のガスソースを含んでいる。複数のガスソースは、エッチング処理等で利用される処理ガスを構成する複数のガスのソースを含んでいる。バルブ群42は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群44は、複数の流量制御器を含んでいる。複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラまたは圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群40の複数のガスソースは、バルブ群42の対応のバルブ、および、流量制御器群44の対応の流量制御器を介してガス供給管38に接続されている。
A
プラズマ処理装置10では、チャンバ12の内壁に沿って、シールド46が着脱自在に設けられている。シールド46は、支持部13の外周にも設けられている。シールド46は、チャンバ12にエッチング副生物が付着することを防止する。シールド46は、例えば、アルミニウム材にY2O3等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
In the
支持部13とチャンバ12の側壁との間には、バッフルプレート48が設けられている。バッフルプレート48は、例えば、アルミニウム製の母材にY2O3等のセラミックスを被覆することにより構成される。バッフルプレート48には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート48の下方、かつ、チャンバ12の底部には、排気口12eが設けられている。排気口12eには、排気管52を介して排気装置50が接続されている。排気装置50は、圧力制御弁、および、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。
A
プラズマ処理装置10は、第1の高周波電源62および第2の高周波電源64をさらに備えている。第1の高周波電源62は、プラズマ生成用の第1の高周波を発生する電源である。第1の高周波の周波数は、例えば、27MHz~100MHzの範囲内の周波数である。第1の高周波電源62は、整合器66および電極プレート16を介して下部電極18に接続されている。整合器66は、第1の高周波電源62の出力インピーダンスと負荷側(下部電極18側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第1の高周波電源62は、整合器66を介して、上部電極30に接続されていてもよい。また、第1の高周波電源62は、プラズマ生成部の一例である。
The
第2の高周波電源64は、ウエハWにイオンを引き込むための第2の高周波を発生する電源である。第2の高周波の周波数は、第1の高周波の周波数よりも低い。第2の高周波の周波数は、例えば400kHz~13.56MHzの範囲内の周波数である。第2の高周波電源64は、整合器68および電極プレート16を介して下部電極18に接続されている。整合器68は、第2の高周波電源64の出力インピーダンスと負荷側(下部電極18側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
The second high
プラズマ処理装置10は、直流電源部70をさらに備え得る。直流電源部70は、上部電極30に接続されている。直流電源部70は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極30に与えることが可能である。
The
プラズマ処理装置10は、制御部80をさらに備え得る。制御部80は、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり得る。制御部80は、プラズマ処理装置10の各部を制御する。制御部80では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置10を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部80では、表示装置により、プラズマ処理装置10の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部80の記憶部には、プラズマ処理装置10で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラム、および、レシピデータが格納されている。制御部80のプロセッサが制御プログラムを実行して、レシピデータに従ってプラズマ処理装置10の各部を制御することにより、所望の処理がプラズマ処理装置10で実行される。
The
例えば、制御部80は、後述するエッチング方法を行うようにプラズマ処理装置10の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部80は、シリコン酸化層と、シリコン酸化層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスクを備えるロジックデバイス向けウエハ(基板)Wを提供する工程を実行する。また、制御部80は、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程を実行する。また、制御部80は、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン酸化層をエッチングする工程を実行する。また、エッチングする工程において、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きくなるようにする。
For example, the
[処理対象の基板]
次に、図2および図3を用いてエッチング処理対象の基板について説明する。図2は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によってエッチングされる基板の構造の一例を模式的に示す図である。図2に示すウエハWは、シリコン基板101上に、シリコン含有層102と、マスク103とを有する。シリコン含有層(含有膜)102としては、例えば、シリコン酸化層(SiO2)、シリコン窒化層(SiN)、および、Low-k層等が挙げられる。なお、シリコン含有層102は、シリコン含有誘電層の一例である。Low-k層としては、例えばSiOC層が挙げられる。なお、シリコン含有層102は、シリコン酸化層とLow-k層、シリコン酸化層とシリコン窒化層、または、シリコン窒化層とLow-k層を含む積層構造であってもよい。
[Substrate to be processed]
Next, the substrate to be etched will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a diagram schematically showing an example of the structure of the substrate etched by the plasma processing apparatus according to the present embodiment. The wafer W shown in FIG. 2 has a silicon-containing
マスク103は、所定パターンの開口、例えば、側壁により規定される櫛状の開口を有するマスクパターンが形成された層である。マスク103は、例えば金属含有マスクである。金属含有マスクの例は、タングステン、炭化タングステン(WC)、モリブデンまたは窒化チタン(TiN)を含む。マスク103の開口間のピッチは、例えば30nm程度であり、ラインCD(Critical Dimension)は、例えば10nm程度である。また、マスク103の厚さは、例えば20nm程度であり、シリコン含有層102の厚さは、例えば200nm程度である。なお、本実施形態では、処理対象のウエハWとしてロジックデバイス向けの基板を想定している。また、処理対象のウエハWとしては、ロジックデバイス向け以外の用途であってもよく、例えば、アスペクト比30以上の高アスペクト比が形成されるメモリ向けの基板にも適用可能である。
The
図3は、本実施形態における基板のエッチングの進行の一例を模式的に示す図である。本実施形態では、図3の状態104~106に示すように、ウエハWのシリコン含有層102のエッチングが進行する。状態104は、エッチングの開始前の状態である。状態105は、エッチングが進行中の状態を示し、マスク103の上部(上面)および側壁にタングステンを含有する保護層107を形成しつつ、マスク103の開口を介して溝108が形成されている。このとき、保護層107は、マスク103の側壁には薄く、マスク103の上部には厚く堆積する。つまり、マスク103の上部に形成される保護層107の厚さは、マスク103の側壁に形成される保護層の厚さよりも大きい。例えば、マスク103の側壁の保護層107の厚さは、1nm程度であり、側壁に対する上部の膜厚比(上部の膜厚/側壁の膜厚)が2以上5未満であってよい。別の例では、側壁に対する上部の膜厚比(上部の膜厚/側壁の膜厚)が5以上であってもよい。また、別の例では、側壁に対する上部の膜厚比(上部の膜厚/側壁の膜厚)が2未満であってもよい。また、マスク103の側壁に形成される保護層107の厚さは、マスク103の開口の上部から深さ方向に向かって薄くなるように形成されるようにしてもよい。なお、エッチングの工程によっては、マスク103の上部に形成される保護層107の厚さが、マスク103の側壁に形成される保護層の厚さ以下であってもよい。状態106は、状態105からさらにエッチングが進行し、溝108がシリコン基板101に達した状態である。状態106までエッチングが進行すると、所定の形状(一例では、所定のアスペクト比)が得られたと判定されエッチングが終了する。なお、図3では、2つの溝108以外のエッチングの状況は省略している。
FIG. 3 is a diagram schematically showing an example of the progress of etching of the substrate in this embodiment. In this embodiment, as shown in the
[エッチング方法]
次に、本実施形態に係るエッチング方法について説明する。図4は、本実施形態におけるエッチング処理の一例を示すフローチャートである。
[Etching method]
Next, the etching method according to this embodiment will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of the etching process in the present embodiment.
本実施形態に係るエッチング方法では、制御部80は、ゲートバルブ12gを開放するよう制御する。そして、チャンバ12内に、シリコン含有層102の上部にマスク103が形成されたウエハWが搬入され、ステージ14の静電チャック20上に載置される。ウエハWは、静電チャック20内の吸着電極(図示しない)に直流電圧が印加されることで静電チャック20上に保持される。制御部80は、その後、ゲートバルブ12gを閉鎖するよう制御し、排気装置50を制御することにより、処理空間12cの雰囲気が所定の真空度になるように、処理空間12cから気体を排気する。また、制御部80は、図示しない温調モジュールを制御することにより、ウエハWの温度が所定の温度となるように、温度調整される(ステップS1)。
In the etching method according to the present embodiment, the
次に、制御部80は、処理ガスの供給を開始するよう制御する(ステップS2)。制御部80は、タングステン含有ガスを含む処理ガスとして、WF6とC4F6とO2とArの混合ガス(以下、WF6/C4F6/O2/Arガスという。)をガス導入口36cに供給するよう制御する。なお、C4F6を一例とする炭素およびフッ素を含有するガスは、フルオロカーボンガスおよびハイドロフルオロカーボンガスのうち1つまたは複数のガスを含むガスであってもよい。つまり、炭素およびフッ素を含有するガスは、CxHyFz(x、zは1以上の整数、yは0以上の整数)を含むガスである。CxHyFzは、C2F4、CF4、C3F4、C3F8、C4F8、C4F6、C5F8、CH2F2、CH2F3、CHF3、CH3F等の炭素-フッ素結合を持つ化合物である。また、酸素含有ガスは、COガス、CO2ガス等であってもよい。なお、処理ガスには、O2等の酸素含有ガスは含まなくてもよい。またArガスは、他の貴ガス、例えば、Xeガスであってよく、貴ガスの代わりにN2ガス等の不活性ガスであってもよい。
Next, the
処理ガスは、ガス導入口36cに供給された後に、ガス拡散室36aに供給され拡散される。処理ガスは、ガス拡散室36aで拡散された後に、複数のガス吐出孔34aを介して、チャンバ12の処理空間12cにシャワー状に供給され、処理空間12cに導入される。
The processing gas is supplied to the
制御部80は、第1の高周波電源62を制御することにより、プラズマ生成用の高周波電力(第1の高周波電力)を下部電極18に供給する。つまり、処理空間12cでは、プラズマ生成用の高周波電力により、処理ガスからプラズマが生成される。ここで、プラズマ生成用の高周波電力は、5kW未満であって、5.6W/cm2以下であることが好ましい。ウエハWは、発生したプラズマによってプラズマ処理される。すなわち、制御部80は、チャンバ12内にプラズマ生成用の高周波電力を供給して処理ガスからプラズマを生成し、マスク103を介してシリコン含有層102をエッチング処理するよう制御する(ステップS3)。なお、本実施形態では、第2の高周波電源64からの電気バイアスの電圧(第2の高周波電力)は供給していないが、プラズマ中のイオン等は、下部電極18に供給されるプラズマ生成用の高周波電力によって、ウエハW側に引き込まれてエッチング処理が進行する。
The
制御部80は、プラズマ処理装置10の図示しないセンサから取得した情報やレシピに応じた処理時間等に基づいて、ステップS3によって、所定の形状が得られたか否かを判定する(ステップS4)。制御部80は、所定の形状が得られていないと判定した場合(ステップS4:No)、処理をステップS3に戻す。一方、制御部80は、所定の形状が得られたと判定した場合(ステップS4:Yes)、処理を終了する。
The
制御部80は、処理を終了する場合、処理ガスの供給を停止するよう制御する。また、制御部80は、静電チャック20へ正負が逆の直流電圧を印加して除電するよう制御し、ウエハWが静電チャック20から剥がされる。制御部80は、ゲートバルブ12gを開放するよう制御する。ウエハWは、通路12pを介してチャンバ12の処理空間12cから搬出される。
When the processing is completed, the
なお、搬出されたウエハWは、他の基板処理装置等によって、マスク103の除去、コンタクトパッドとして機能する導電材料の形成等が行われる。つまり、上述のエッチング方法が適用されたウエハWを用いた半導体装置が製造される。
The wafer W that has been carried out is subjected to removal of the
[実験結果]
続いて、図5から図7を用いて実験結果について説明する。図5は、本実施形態と参考例とにおける実験結果の一例を示す図である。図5は、処理ガスにWF6を添加しない参考例と、処理ガスにWF6を添加する本実施形態に対応する実施例とにおける実験結果である。また、処理条件は、下記の処理条件を用いた。また、ウエハWにおいて、シリコン含有層102は、シリコン酸化層(SiO2)を用いた。また、マスク103は、炭化タングステン(WC)を用いた。
[Experimental result]
Subsequently, the experimental results will be described with reference to FIGS. 5 to 7. FIG. 5 is a diagram showing an example of experimental results between the present embodiment and the reference example. FIG. 5 shows experimental results in a reference example in which WF6 is not added to the processing gas and an example corresponding to the present embodiment in which WF6 is added to the processing gas. The following processing conditions were used as the processing conditions. Further, in the wafer W, a silicon oxide layer (SiO2) was used as the silicon-containing
<処理条件>
第1の高周波電力(40MHz) :300W
第2の高周波電力(400kHz):0W
処理ガス 参考例:C4F6/O2/Arガス
実施例:WF6/C4F6/O2/Arガス
(WF6の流量比は1%以下)
処理時間 :30秒
<Processing conditions>
First high frequency power (40MHz): 300W
Second high frequency power (400 kHz): 0 W
Treatment gas Reference example: C4F6 / O2 / Ar gas
Example: WF6 / C4F6 / O2 / Ar gas
(The flow rate ratio of WF6 is 1% or less)
Processing time: 30 seconds
図5に示すように、マスク103の残量は、参考例では12.5nmであるのに対して、実施例では14.8nmであった。マスク103のロス(消耗量)は、参考例では3.9nmであるのに対して、実施例では1.6nmと減少した。エッチング量は、ほぼ同じ深さとなるように揃えており、参考例が15.9nmであり、実施例が15.7nmであった。マスク選択比は、参考例では4.1であるのに対して、実施例では9.8と2倍以上改善した。
As shown in FIG. 5, the remaining amount of the
図6は、六フッ化タングステンガスの流量とマスク選択比との関係の一例を示す図である。図6のグラフ110は、図5の実験結果における、WF6ガスの流量とマスク選択比との関係を表したものである。グラフ110に示すように、WF6ガスの添加流量が0sccmである参考例では、WCマスク選択比が4.1となり、WF6ガスの添加流量が5sccmである実施例では、WCマスク選択比が9.8となっている。つまり、WF6ガスを処理ガスに添加することで、金属含有マスクである炭化タングステン(WC)のマスク103と、シリコン酸化層であるシリコン含有層102との選択比を向上(改善)させることができる。また、WF6ガスの処理ガスの全流量に対する流量の割合(流量比)は、10%以下であることが好ましく、5%以下であることがより好ましく、1%以下であることがさらに好ましい。
FIG. 6 is a diagram showing an example of the relationship between the flow rate of tungsten hexafluoride gas and the mask selection ratio.
次に、電気バイアスの電圧のマスク選択比への影響について説明する。図7は、バイアス電圧とマスク選択比との関係の一例を示す図である。図7に示すグラフ111では、処理ガスにWF6ガスを添加した場合において、電気バイアスの電圧(図7中、バイアス電圧と表す。)を供給しない(0V)場合と、供給した(-500V)場合とにおけるWCマスク選択比を示している。また、グラフ111では、参考として、処理ガスにWF6ガスを添加しない場合であって、バイアス電圧を供給しない(0V)場合のWCマスク選択比を示している。グラフ111に示すように、バイアス電圧を供給しない(0W)場合、WF6ガスを添加するとWCマスク選択比が改善することがわかる。一方、バイアス電圧を供給した(-500V)場合、WF6ガスを添加してもWCマスク選択比が改善しないことがわかる。すなわち、バイアス電圧が小さい方がWCマスク選択比の改善効果が大きいことがわかる。
Next, the influence of the electric bias voltage on the mask selection ratio will be described. FIG. 7 is a diagram showing an example of the relationship between the bias voltage and the mask selection ratio. In the
なお、エッチング処理において、エッチング速度の向上等のために、第2の高周波電源64からイオンを引き込むための電気バイアスの電圧を下部電極18に供給するようにしてもよい。この場合、電気バイアスの電圧は、-500V以上0V以下であることが好ましい。
In the etching process, in order to improve the etching rate or the like, the voltage of the electric bias for drawing ions from the second high
上述の本実施形態に示すように、処理ガスに所定量のWF6を添加した上で、バイアス電圧を供給しない、あるいは、低バイアス電圧を供給する場合、マスク選択比が向上する。WF6は、金属元素同士の親和性が高いために、シリコン含有層(シリコン酸化層、シリコン窒化層およびLow-k層等)である被エッチング層より金属含有マスク上により堆積しやすい。一方、バイアス電圧を供給しない、あるいは、低バイアス電圧を供給する場合、基板に入射するイオンエネルギーが0、あるいは、低くなるため、堆積物のエッチングが抑制される。このようなWF6の添加およびバイアス電圧の制御による相互作用により、金属含有マスク上によりWF6が堆積するという効果を有し、それ故、マスク選択比が向上する。なお、WF6に含有されるタングステンと同種の金属であるタングステンを含有するマスクで金属元素同士の結合がより強くなるが、異種の金属同士であってもその効果を有する。別の例では、添加ガスとしてタングステンを含有するガスを含む処理ガスを使ってタングステン以外の金属を含有するマスクを介して被エッチング層をエッチングしてもよく、添加ガスとしてタングステン以外の金属を含有するガスを含む処理ガスを使ってタングステンを含有するマスクを介して被エッチング層をエッチングしてもよい。またさらに、添加ガスとしてタングステン以外の金属を含有するガスを含む処理ガスを使ってタングステン以外の金属を含有するマスクを介して被エッチング層をエッチングしてもよい。これらの場合も同様に、マスク選択比を向上させることができる。 As shown in the present embodiment described above, when a predetermined amount of WF6 is added to the processing gas and no bias voltage is supplied or a low bias voltage is supplied, the mask selection ratio is improved. Since WF6 has a high affinity between metal elements, it is more likely to be deposited on the metal-containing mask than the layer to be etched, which is a silicon-containing layer (silicon oxide layer, silicon nitride layer, Low-k layer, etc.). On the other hand, when the bias voltage is not supplied or the low bias voltage is supplied, the ion energy incident on the substrate is 0 or low, so that the etching of the deposit is suppressed. The interaction of the addition of WF6 and the control of the bias voltage has the effect of depositing WF6 on the metal-containing mask, thus improving the mask selectivity. It should be noted that a mask containing tungsten, which is a metal of the same type as tungsten contained in WF6, strengthens the bond between the metal elements, but even different metals have the effect. In another example, the layer to be etched may be etched through a mask containing a metal other than tungsten using a processing gas containing a gas containing tungsten as an additive gas, and the metal other than tungsten may be contained as an additive gas. The layer to be etched may be etched through a mask containing tungsten using a processing gas containing a gas to be etched. Further, the layer to be etched may be etched through a mask containing a metal other than tungsten using a processing gas containing a gas containing a metal other than tungsten as an additive gas. In these cases as well, the mask selection ratio can be improved.
また、上記した実施形態では、下部電極18にプラズマ生成用の高周波電力と、バイアス電圧とを供給するタイプの容量結合型プラズマ処理装置であるプラズマ処理装置10を用いたが、これに限定されない。例えば、上部電極30にプラズマ生成用の高周波電力を供給し、下部電極18にバイアス電圧を供給するタイプの容量結合型プラズマ処理装置を用いてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the
以上、本実施形態によれば、制御部80は、装置各部を制御して、シリコン酸化層(シリコン含有層102)と、シリコン酸化層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスク(マスク103)を備えるロジックデバイス向け基板(ウエハW)を提供する工程を実行する。制御部80は、装置各部を制御して、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程を実行する。制御部80は、装置各部を制御して、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン酸化層をエッチングする工程を実行する。また、エッチングする工程において、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きくなるようにする。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、処理ガスは、CxHyFz(x、zは1以上の整数、yは0以上の整数)ガスを含む。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the processing gas includes CxHyFz (x, z are integers of 1 or more, y is an integer of 0 or more) gas. As a result, the selection ratio of the tungsten-containing mask can be improved.
また、本実施形態によれば、処理ガスは、酸素含有ガスをさらに含む。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the processing gas further contains an oxygen-containing gas. As a result, the selection ratio of the tungsten-containing mask can be improved.
また、本実施形態によれば、タングステン含有マスクは、タングステンまたは炭化タングステンを含むマスクである。その結果、タングステンまたは炭化タングステンであるタングステン含有マスクと、シリコン含有層102との選択比を向上(改善)させることができる。
Further, according to the present embodiment, the tungsten-containing mask is a mask containing tungsten or tungsten carbide. As a result, the selectivity between the tungsten-containing mask, which is tungsten or tungsten carbide, and the silicon-containing
また、本実施形態によれば、タングステン含有ガスは、ハロゲン化タングステンガスを含んでもよい。ハロゲン化タングステンガスは、六フッ化タングステン(WF6)ガス、六臭化タングステン(WBr6)ガス、六塩化タングステン(WCl6)ガス及びWF5Clガスの少なくとも1つを含んでもよい。タングステン含有ガスは、ヘキサカルボニルタングステン(W(CO)6)ガスを含んでもよい。タングステン含有ガスの流量は、10sccm以下であってもよい。タングステン含有ガスを用いる結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the tungsten-containing gas may contain a halogenated tungsten gas. The tungsten halide gas may contain at least one of tungsten hexafluoride (WF 6 ) gas, tungsten hexabromide (WBr 6 ) gas, tungsten hexachloride (WCl 6 ) gas and WF 5 Cl gas. The tungsten-containing gas may include hexacarbonyl tungsten (W (CO) 6 ) gas. The flow rate of the tungsten-containing gas may be 10 sccm or less. As a result of using the tungsten-containing gas, the selection ratio of the tungsten-containing mask can be improved.
また、本実施形態によれば、制御部80は、エッチングする工程において、イオンを引き込むための電気バイアスを供給し、電気バイアスの電圧は、-500V以上0V以下である。その結果、上部電極30にプラズマ生成用の高周波電力を供給するタイプの容量結合型プラズマ処理装置においても、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、エッチングする工程において、電気バイアスを供給しない。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, no electric bias is supplied in the etching process. As a result, the selection ratio of the tungsten-containing mask can be improved.
また、本実施形態によれば、CxHyFzガスは、C2F4、CF4、C3F4、C3F8、C4F8、C4F6、C5F8、CH2F2、CHF3、CH2F3、CH3Fからなる群から選択される少なくとも1つのガスを含む。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the CxHyFz gas contains at least one gas selected from the group consisting of C2F4, CF4, C3F4, C3F8, C4F8, C4F6, C5F8, CH2F2, CHF3, CH2F3 and CH3F. As a result, the selection ratio of the tungsten-containing mask can be improved.
また、本実施形態によれば、生成されるプラズマは、容量結合型プラズマまたは誘導結合型プラズマである。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the generated plasma is a capacitively coupled plasma or an inductively coupled plasma. As a result, the selection ratio of the tungsten-containing mask can be improved.
また、本実施形態によれば、生成されるプラズマは、容量結合型プラズマであり、基板は、載置台(ステージ14)に保持され、プラズマ生成用の高周波電力は、載置台に供給される。その結果、ステージ14の下部電極18に供給されたプラズマ生成用の高周波電力によってウエハWにイオン等が引き込まれることで、エッチングを進行させることができる。 Further, according to the present embodiment, the generated plasma is a capacitively coupled plasma, the substrate is held on the mounting table (stage 14), and the high frequency power for plasma generation is supplied to the mounting table. As a result, the etching can be advanced by drawing ions or the like into the wafer W by the high frequency power for plasma generation supplied to the lower electrode 18 of the stage 14.
また、本実施形態によれば、制御部80は、装置各部を制御して、シリコン含有誘電層と、シリコン含有誘電層の上に側壁により規定される開口を有する金属を含むマスクを備える基板を提供する工程を実行する。制御部80は、装置各部を制御して、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程を実行する。制御部80は、装置各部を制御して、処理ガスからプラズマを生成し、マスクの上部およびマスクの側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン含有誘電層をエッチングする工程を実行する。また、エッチングする工程において、マスクの上部に形成される保護層の厚さは、マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きくなるようにする。その結果、金属含有マスクの選択比を向上できる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、マスクの側壁に形成される保護層の厚さは、開口の上部から深さ方向に向かって薄くなるようにする。その結果、金属含有マスクの選択比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the thickness of the protective layer formed on the side wall of the mask is reduced from the upper part of the opening toward the depth direction. As a result, the selection ratio of the metal-containing mask can be improved.
また、本実施形態によれば、制御部80は、装置各部を制御して、シリコン酸化層と、シリコン酸化層の上にタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程を実行する。制御部80は、装置各部を制御して、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程を実行する。制御部80は、装置各部を制御して、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクを介してシリコン酸化層をエッチングする工程を実行する。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、エッチングする工程は、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成する。その結果、タングステン含有マスクの上部および側壁を保護することができる。 Further, according to the present embodiment, the etching step forms a protective layer containing tungsten on the upper portion and the side wall of the tungsten-containing mask. As a result, the upper part and the side wall of the tungsten-containing mask can be protected.
また、本実施形態によれば、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きくなるようにする。その結果、タングステン含有マスクの上部を保護することができる。 Further, according to the present embodiment, the thickness of the protective layer formed on the upper part of the tungsten-containing mask is made larger than the thickness of the protective layer formed on the side wall of the tungsten-containing mask. As a result, the upper part of the tungsten-containing mask can be protected.
また、本実施形態によれば、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さは、側壁により規定される開口の上部から深さ方向に向かって薄くなるようにする。その結果、金属含有マスクの選択比を向上できる。 Further, according to the present embodiment, the thickness of the protective layer formed on the side wall of the tungsten-containing mask is reduced from the upper part of the opening defined by the side wall toward the depth direction. As a result, the selection ratio of the metal-containing mask can be improved.
また、本実施形態によれば、基板は、ロジックデバイス向け基板である。その結果、ロジックデバイスに適したエッチングを行うことができる。 Further, according to the present embodiment, the substrate is a substrate for a logic device. As a result, etching suitable for the logic device can be performed.
また、本実施形態によれば、上述のエッチング方法を適用した半導体装置の製造方法を提供する。その結果、半導体装置を製造することができる。 Further, according to the present embodiment, a method for manufacturing a semiconductor device to which the above-mentioned etching method is applied is provided. As a result, a semiconductor device can be manufactured.
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The above embodiments may be omitted, replaced or modified in various forms without departing from the scope of the appended claims and their gist.
また、上記した実施形態では、容量結合型プラズマを用いてウエハWに対してエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置10を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いてウエハWに対して処理を行う装置であれば、プラズマ源は容量結合プラズマに限られず、例えば、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いることができる。
Further, in the above-described embodiment, the
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。 The following additional notes are further disclosed with respect to the above embodiments.
(付記1)エッチング方法であって、
シリコン酸化層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を有する、
エッチング方法。
(Appendix 1) This is an etching method.
A step of providing an etching target layer including a silicon oxide layer and a substrate provided with a tungsten-containing mask on the etching target layer, and a step of providing the substrate.
The process of supplying a processing gas containing a tungsten-containing gas, and
It comprises a step of generating plasma from the processing gas and etching the etching target layer through the tungsten-containing mask.
Etching method.
(付記2)プラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ内においてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
シリコン酸化層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を前記基板支持体に提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を実行する、
プラズマ処理装置。
(Appendix 2) Plasma processing equipment
With the chamber
The substrate support arranged in the chamber and
A plasma generator that generates plasma in the chamber,
Control unit and
Equipped with
The control unit
A step of providing the substrate support with a layer to be etched including a silicon oxide layer and a substrate having a tungsten-containing mask on the layer to be etched.
The process of supplying a processing gas containing a tungsten-containing gas, and
A step of generating plasma from the processing gas and etching the etching target layer through the tungsten-containing mask is performed.
Plasma processing equipment.
10 プラズマ処理装置
12 チャンバ
14 ステージ
18 下部電極
30 上部電極
62 第1の高周波電源
64 第2の高周波電源
80 制御部
101 シリコン基板
102 シリコン含有層
103 マスク
107 保護層
W ウエハ
10
Claims (22)
シリコン含有層と、前記シリコン含有層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクの上部および前記側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、前記開口を介して前記シリコン含有層をエッチングする工程と、を有し、
前記タングステン含有マスクの上部に形成される前記保護層の厚さは、前記タングステン含有マスクの側壁に形成される前記保護層の厚さよりも大きい、
エッチング方法。 Etching method
A step of providing a substrate comprising a silicon- containing layer and a tungsten-containing mask having an opening defined by a side wall on the silicon -containing layer.
The process of supplying a processing gas containing a tungsten-containing gas, and
It comprises a step of generating plasma from the processing gas and etching the silicon -containing layer through the opening while forming a tungsten-containing protective layer on the upper portion and the side wall of the tungsten-containing mask.
The thickness of the protective layer formed on the upper part of the tungsten-containing mask is larger than the thickness of the protective layer formed on the side wall of the tungsten-containing mask.
Etching method.
請求項1に記載のエッチング方法。 The processing gas includes CxHyFz (x, z are integers of 1 or more, y is an integer of 0 or more) gas.
The etching method according to claim 1.
請求項2に記載のエッチング方法。 The etching method according to claim 2.
請求項1~3のいずれか1つに記載のエッチング方法。 The treated gas further contains an oxygen-containing gas.
The etching method according to any one of claims 1 to 3 .
請求項1~4のいずれか1つに記載のエッチング方法。 The tungsten-containing mask is a mask containing tungsten or tungsten carbide.
The etching method according to any one of claims 1 to 4 .
請求項1~5のいずれか1つに記載のエッチング方法。 The tungsten-containing gas is a tungsten hexafluoride gas.
The etching method according to any one of claims 1 to 5 .
前記電気バイアスの電圧は、-500V以上0V以下である、
請求項1~6のいずれか1つに記載のエッチング方法。 The etching step supplies an electrical bias to attract ions and
The voltage of the electric bias is −500 V or more and 0 V or less.
The etching method according to any one of claims 1 to 6 .
請求項7に記載のエッチング方法。 In the etching step, the electric bias is not supplied.
The etching method according to claim 7 .
請求項1~8のいずれか1つに記載のエッチング方法。 The generated plasma is a capacitively coupled plasma or an inductively coupled plasma.
The etching method according to any one of claims 1 to 8.
プラズマ生成用の高周波電力は、前記載置台に供給される、
請求項1~9のいずれか1つに記載のエッチング方法。 The generated plasma is a capacitively coupled plasma, and the substrate is held on a mounting table.
High frequency power for plasma generation is supplied to the above-mentioned stand,
The etching method according to any one of claims 1 to 9.
シリコン含有誘電層と、前記シリコン含有誘電層の上に側壁により規定される開口を有する金属を含むマスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記マスクの上部および前記マスクの前記側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、前記開口を介して前記シリコン含有誘電層をエッチングする工程と、を有し、
前記マスクの上部に形成される前記保護層の厚さは、前記マスクの側壁に形成される前記保護層の厚さよりも大きい、
エッチング方法。 Etching method
A step of providing a substrate comprising a silicon-containing dielectric layer and a mask containing a metal having an opening defined by a side wall on the silicon-containing dielectric layer.
The process of supplying a processing gas containing a tungsten-containing gas, and
It has a step of generating plasma from the processing gas, forming a protective layer containing tungsten on the upper portion of the mask and the side wall of the mask, and etching the silicon-containing dielectric layer through the opening. ,
The thickness of the protective layer formed on the upper part of the mask is larger than the thickness of the protective layer formed on the side wall of the mask.
Etching method.
請求項11に記載のエッチング方法。 The thickness of the protective layer formed on the side wall of the mask decreases from the upper part of the opening toward the depth direction.
The etching method according to claim 11.
シリコン含有層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を有し、
前記エッチングする工程は、前記タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成する、
エッチング方法。 Etching method
A step of providing an etching target layer including a silicon -containing layer and a substrate provided with a tungsten-containing mask on the etching target layer.
The process of supplying a processing gas containing a tungsten-containing gas, and
It has a step of generating plasma from the processing gas and etching the etching target layer through the tungsten-containing mask.
The etching step forms a tungsten-containing protective layer on the upper part and the side wall of the tungsten-containing mask.
Etching method.
請求項13に記載のエッチング方法。 The thickness of the protective layer formed on the upper part of the tungsten-containing mask is larger than the thickness of the protective layer formed on the side wall of the tungsten-containing mask.
The etching method according to claim 13 .
請求項13または14に記載のエッチング方法。 The thickness of the protective layer formed on the side wall of the tungsten-containing mask decreases in the depth direction from the upper part of the opening defined by the side wall.
The etching method according to claim 13 or 14 .
チャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ内においてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
シリコン含有層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を前記基板支持体に提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を実行し、
前記エッチングする工程は、前記タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成する、
プラズマ処理装置。 It ’s a plasma processing device.
With the chamber
The substrate support arranged in the chamber and
A plasma generator that generates plasma in the chamber,
Control unit and
Equipped with
The control unit
A step of providing an etching target layer including a silicon -containing layer and a substrate having a tungsten-containing mask on the etching target layer to the substrate support.
The process of supplying a processing gas containing a tungsten-containing gas, and
A step of generating plasma from the processing gas and etching the etching target layer through the tungsten-containing mask is performed.
The etching step forms a tungsten-containing protective layer on the upper part and the side wall of the tungsten-containing mask.
Plasma processing equipment.
前記電気バイアスの電圧は、-500V以上0V以下である、The voltage of the electric bias is −500 V or more and 0 V or less.
請求項18に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 18.
請求項19に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 19.
請求項18~20のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 18 to 20.
プラズマ生成用の高周波電力は、前記載置台に供給される、
請求項18~21のいずれか1つに記載のプラズマ処理装置。 The generated plasma is a capacitively coupled plasma, and the substrate is held on a mounting table.
High frequency power for plasma generation is supplied to the above-mentioned stand,
The plasma processing apparatus according to any one of claims 18 to 21 .
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