JPH10150019A - フォトレジスト選択性を向上し重合体密着性を改善するためのプラズマ反応処理法 - Google Patents

フォトレジスト選択性を向上し重合体密着性を改善するためのプラズマ反応処理法

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JPH10150019A JP9206132A JP20613297A JPH10150019A JP H10150019 A JPH10150019 A JP H10150019A JP 9206132 A JP9206132 A JP 9206132A JP 20613297 A JP20613297 A JP 20613297A JP H10150019 A JPH10150019 A JP H10150019A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フォトレジスト層のエッチング均一性および
選択性を向上し、フォトレジストのファセッティングを
軽減し、重合体の剥離を軽減し、露出バリア層表面のエ
ッチングを低減するためのプラズマ・エッチング方法を
提供すること。 【解決手段】 この課題は、特定の処理パラメータを変
更することによって達成される。特に、反応チャンバ１
００の圧力および／またはエッチング・ガスのフッ素含
有成分の流量を高くする。また、プラズマ用の電源装置
の電力の低下、およびチャンバ天井温度の上昇も貢献す
る。著しいエッチング停止の発生を防止するためには、
エッチング・ガスに希釈ガスを添加して重合体の形成を
制限する。希釈ガスの添加はある点まではうまく機能す
るが、それを超えると、反応チャンバに流す希釈ガスの
量に関係なく、上記工程パラメータの変更との複合作用
としてエッチングは停止する。したがって、４つの工程
パラメータに対して選択する値を調整することにより、
エッチング停止の発生を最小限に抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は一般に、プラズマ反
応チャンバにおける半導体集積回路ウェハのエッチング
方法に関し、さらに詳しくは、エッチング均一性および
フォトレジスト層の選択性ならびにこの層に対する重合
体密着性（polymer adhesion）の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路ウェハを加工するための
プラズマ・エッチング反応チャンバにおける典型的なエ
ッチング工程は、六フッ化エチル（Ｃ2Ｆ6）を真空チャ
ンバに導入することを含む。Ｃ2Ｆ6を用いるこのような
エッチング工程はしばしば、図１に示すような種類の誘
導結合型プラズマ反応チャンバを使用する。反応チャン
バは、真空チャンバ１００および半導体ウェハまたはワ
ークピース１１０を支持するためのウェハ・ペデスタル
１０５を備えている。反応チャンバ１００の側壁の周囲
に誘導コイル・アンテナ１１５を巻き、これをインピー
ダンス整合回路１２５を介して高周波（ＲＦ）プラズマ
発生用電源装置１２０に接続し、反応チャンバに高周波
電力を提供する。また、バイアスＲＦ発生器１３０およ
び随伴するインピーダンス整合回路１３５により、ウェ
ハ１１０に高周波バイアスをかける。エッチング・ガス
は、複数の注入口１４０を有する環状多岐管を介して反
応チャンバ１００に導入する。真空ポンプ１４５は、反
応チャンバ１００を所望の反応チャンバ圧力に排気す
る。
【０００３】図１に示すような反応チャンバ内でＣ2Ｆ6
をエッチング・ガスとして使用するウェハのエッチング
は、比較的低圧（一般的に１００ミリトル未満）および
低エッチング・ガス流量（一般的に４０ｓｃｃｍ未満）
で行われる。これらの低圧および低流量は、以下で説明
する通り、過剰重合およびエッチング停止を回避するた
めに必要である。
【０００４】動作中、プラズマ電源装置１２０は、反応
チャンバ内のガスの分子を分解してプラズマを形成する
電磁界を発生することによって、プラズマを発生する。
プラズマによりエッチング・ガスからエッチング核種
（etchant species）が発生し、これを利用してウェハ
１１０のエッチングを行なう。これらの核種は、例えば
フルオロカーボン・イオンおよびラジカル、ならびに自
由フッ素イオンおよびラジカルを含む。プラズマの相互
作用によって炭素分子または炭素原子も発生し、これは
一部のフルオロカーボン・ラジカルと結合して重合体を
形成し、ウェハの露出表面に付着する。ウェハの無酸素
層上に形成される重合体は、エッチングに抵抗する。
【０００５】この重合過程は、とりわけ、エッチングさ
れる酸素層（例えば二酸化ケイ素）の下にある無酸素層
（例えばシリコン、窒化チタン、またはケイ化チタンな
どの材料で形成するバリア層）のエッチングを阻止また
は軽減するために、一般的な酸化物層のエッチング工程
に有利に使用される。下にある無酸素層のエッチングを
阻止することにより、下の無酸素層を損傷することな
く、二酸化ケイ素層を貫通する穴（以下「コンタクト・
ビア」という）やトレンチなどの特徴部（feature）を
形成することが容易になる。
【０００６】次に、シリコン・バリア層の上にエッチン
グ対象の二酸化ケイ素層がある場合を例にとり、重合過
程について説明する。
【０００７】プラズマ・エッチング中、二酸化ケイ素層
がエッチングされると、この層から酸素が遊離する。酸
素は、プラズマ内で形成されるイオンなどのエッチング
核種による二酸化ケイ素の還元により、放出される。こ
れらのイオンは一般的に、上記の高周波バイアスによっ
てウェハに引きつけられる。放出された酸素は酸化物層
の上に形成された重合体と反応し、重合体はエッチング
される。しかし、下のシリコン層が露出するほどコンタ
クト・ビアまたはトレンチが深くなると、この層の上に
重合体の膜が形成される。シリコン層には酸素が存在し
ないので、重合体は反応せず、下の層がエッチングされ
るのを防止する。
【０００８】重合体の薄層が特徴部の側壁上に形成さ
れ、完全には食刻されないので、微小寸法すなわち「Ｃ
Ｄ」（例えばコンタクト・ビアの直径やトレンチの幅）
が維持される。エッチング・イオンの軌道は主にウェハ
の表面に対し直角方向に描かれるので、側壁上の薄膜は
存続する。このように、イオンは壁をかするように衝突
するだけである。その結果、エッチング特徴部の側壁に
形成される重合体層は、イオンのチョッピング作用（ch
opping action）のために著しく蓄積することはなく、
また完全に除去されることもない。これにより、側壁は
実質的に無傷で維持される。しかし、エッチング特徴部
の底面にはイオンが直接衝突する。この衝突により、特
徴部の底面における重合体の形成は損なわれ、二酸化ケ
イ素がエッチングされ、その結果、特徴部は深さを増し
ていく。
【０００９】エッチング特徴部の底面の二酸化ケイ素が
除去される速度は、衝突イオン数やその運動量ならびに
特徴部の底面の局所的化学物質などをはじめとする、多
くの要素によって左右される。二酸化ケイ素から放出さ
れた酸素により形成される重合体層の上記のエッチング
は、主として化学反応であり、副生物を発生する。これ
らの副生物の濃度が高くなりすぎると、二酸化ケイ素の
エッチングが著しく低下する。これはさらに酸素の放出
の減少につながり、したがって重合体の蓄積と除去の平
衡状態が破られる。その結果、重合体が蓄積し、そのた
めにエッチング特徴部の底面における下層の二酸化ケイ
素がそれ以上エッチングされなくなる。このような場
合、エッチング工程（つまりイオン衝突）をいくら長時
間続けても、それ以上の深さは得られなくなる。この減
少は、エッチング停止（etch stopping）と呼ばれる。
上記の副生物の蓄積は幾つかの要素によって影響され
る。例えば、反応チャンバ内の圧力および／またはエッ
チング・ガスの流量が高いほど、二酸化ケイ素のエッチ
ング副生物の蓄積が速くなる。また、エッチング特徴部
の微小寸法の深さおよびサイズが重要な役割を果たす。
例えば、エッチング特徴部が深いほど、あるいはＣＤが
小さいほど、エッチング副生物は蓄積しやすくなる。
【００１０】かなりのエッチング深さを達成するため
に、重合体の形成と二酸化ケイ素層におけるエッチング
特徴部の底面のエッチングとの間の適切な平衡状態を維
持するということは従来、比較的低い圧力およびエッチ
ング・ガス流量でエッチング工程を実行することを意味
している。工程を高い圧力および／または高いエッチン
グ・ガス流量で実行すると、エッチング停止状態が発生
する。上述の通り、高い圧力またはエッチング・ガス流
量は、重合体のエッチング副生物の蓄積に影響を及ぼ
す。さらに、これらの状態により、エッチング・イオン
の濃度と比較して、プラズマ内の重合体形成ラジカルの
濃度が高くなる。プラズマ内のラジカルの濃度が高くな
ると、イオンの濃度の低下とあいまって、酸化物層にお
ける底面エッチング特徴部の上の重合体の蓄積とエッチ
ングとの間の平衡状態が破られる。その結果、重合体の
エッチング副生物の同時蓄積ともあいまって、重合体は
エッチング特徴部の底面上に蓄積する。したがって、エ
ッチング停止状態が発生する。
【００１１】重合過程の別の機能は、二酸化ケイ素層の
エッチングしない部分の上を覆うフォトレジスト層を保
護することである。ノボラック樹脂等のフォトレジスト
材は、エッチング速度が二酸化ケイ素より遅い。しか
し、保護重合体被膜の無いフォトレジスト層の一般的な
エッチング・ガスの選択性は通常、二酸化ケイ素に比較
して、エッチング工程全体を通してそれを保護するのに
充分でない。この選択性とは、エッチング・ガスが指定
された層をエッチングする度合を指す。選択性が低いと
いうことは、エッチング・ガスで指定された層を除去す
る速度が、別の層を除去する速度とあまり変わらないと
いうことであり、選択性が高いということは、エッチン
グ・ガスによる層の除去速度が、他の層よりずっと遅い
ということである。例えば二酸化ケイ素層をエッチング
する場合、重合体の保護被覆が形成された下層のシリコ
ンに対するエッチング・ガスの選択性は、二酸化ケイ素
に比べて高い。フォトレジスト材のみの場合の選択性が
充分に高くないと上述したのは、適切な重合体の蓄積が
行なわれなければ、二酸化ケイ素層の露出部分のエッチ
ングが完了する前に、フォトレジスト層の少なくとも一
部分が一般的にエッチングされることを意味する。この
場合、フォトレジスト層の除去された部分の下にある二
酸化ケイ素層に、望ましくないエッチングが発生する。
こうした二酸化ケイ素層の望ましくないエッチングが、
形成されるエッチング特徴部の１つの縁部で発生した場
合、特徴部のＣＤが悪影響を受ける。これを「ファセッ
ティング（facetting）」という。反対にフォトレジス
ト層の上に重合体が蓄積すると、望ましくないエッチン
グは著しく低減または除去される。その結果、フォトレ
ジスト層に対するエッチング・ガスの有効選択性が向上
する。選択性が充分に向上すると、上記の望ましくない
エッチングが発生する前に、二酸化ケイ素層のエッチン
グを完了することができる。したがって、ウェハの表面
のあらゆる位置のフォトレジスト層に対する選択性が高
いエッチング工程を実現することが望ましい。
【００１２】現在のエッチング工程に関連する周知の問
題として、ウェハの外縁部から中心部にかけてのフォト
レジスト層のエッチング速度の不均一性がある。特に、
ウェハのマスキング工程で使用するフォトレジスト材
は、フォトレジスト選択性が高いので、エッチング速度
は二酸化ケイ素層の露出部より遅いが、ウェハの縁部付
近は中心部より速くエッチングされる傾向がある。この
効果を図２に、ウェハ２００の縁部付近の特徴部を覆う
フォトレジスト層２１０の高さｈ1と、ウェハ２００の
中心部付近の特徴部を覆うフォトレジスト層２１０の高
さｈ2とを比較することによって示す。エッチングの縦
断面形状にずれがあるために、ウェハの縁部付近の二酸
化ケイ素層にかぶせたフォトレジスト・マスクを消耗
し、結果的に下の層に望ましくないエッチングや損傷を
生じることがある。
【００１３】また、ウェハの縁部付近の特徴部に隣接す
るフォトレジスト層は、さらに高いエッチング速度を示
す（つまり選択性が低い）ことが観察されている。例え
ばエッチング・ガス・イオンは、図２でフォトレジスト
層２１０のファセット２０５により示すように、特徴部
に隣接するフォトレジスト層に上記のファセッティング
を生じる。このファセッティングの結果、特徴部のＣＤ
制御が損なわれる。例えば二酸化ケイ素層２１５のトレ
ンチ２１２の幅は、フォトレジスト層２１０のファセッ
ティングを示す部分の間の最上部が拡張する。ファセッ
ティング効果は、エッチング特徴部が密に集まっている
部分、すなわち間隔が約１μｍ未満の「密集領域」に一
層顕著に現われることが明らかになっている。
【００１４】また、ウェハの縁部付近の大きい特徴部の
一部としてケイ化チタン（ＴｉＳｉ）および窒化チタン
（ＴｉＮ）などから形成されたバリア層は、その上の二
酸化ケイ素層がひとたび除去されると、過剰に食刻され
ることも観察されている。例えば、図２に示すように、
ボンドパッド（１０μｍ台）やトレンチ（１０〜１００
μｍの長さ）など寸法の大きい特徴をエッチングする場
合、現在のエッチング工程を使用すると、しばしばバリ
ア層２２０にくぼみ２２５が形成される。くぼみ２２５
が充分に深くなると、望ましくない穴がバリア層２２０
を貫通して下の基板２３０に達することさえある。
【００１５】現在のエッチング工程の別の限界は、フォ
トレジスト上に形成される重合体が、エッチング工程後
に、主としてウェハの中心部付近の領域で、剥離する傾
向があることである。この性質は、プラズマ用電源電力
が高く（２８００Ｗ以上）、エッチング・ガスの流量が
低く（３５ｓｃｃｍ）、エッチング時間が長い（１８０
秒を超える）ほど顕著になる。この問題は、重合体が形
成されるときに重合体層に生じる内部応力が原因のよう
である。こうした内部応力は重合体の破壊につながり、
その結果ウェハの表面から重合体が剥離する。１つの解
決法は、プラズマに酸素を導入することにより、重合体
を現場除去（in-situ removal）することであった。こ
れにより重合体は食刻され、他の排気ガスと一緒に反応
チャンバから除去される。重合体がこの方法で除去され
なければ、重合体はフォトレジストから剥離して反応チ
ャンバの床に落下し、汚染を引き起こすので、反応チャ
ンバを掃除することによってこれを除去しなければなら
ない。現場除去または反応チャンバの頻繁な掃除による
剥離重合体の除去のいずれもコストと時間がかかる作業
なので、望ましくない。
【００１６】上記のフォトレジスト層の問題は、一部に
はエッチング処理中にプラズマ反応チャンバのウェハの
外周部付近のチャンバ壁から放出される酸素によって発
生し、また一部にはウェハの外周部の上に位置するプラ
ズマ部分で生じる重合体形成ラジカルにおける高含有率
のフッ素によって発生すると考えられる。一般的に、反
応チャンバの側壁は、酸素を含有する材料（例えば石英
の形の二酸化ケイ素）で形成され、エッチング処理中に
食刻され、酸素を放出する。さらに、エッチング・ガス
は一般に反応チャンバの側部から導入されるので、ウェ
ハの外周部の上の領域のプラズマ内に入る。エッチング
・ガスがプラズマ内に送られると、エッチング・ガスは
様々なエッチング核種に分解する。その中には、他のプ
ラズマ核種と結合して重合体を形成するフッ素含有ラジ
カルも含まれる。しかし、エッチング・ガスは最初に周
辺領域から導入されるので、ウェハの外周部の上のプラ
ズマ領域内で生成される重合体形成ラジカルの分率（fr
action）は、中心部のプラズマ領域内で生成される分率
より高いと考えられる。
【００１７】酸素と重合体形成ラジカルの存在が、ウェ
ハの縁部の上部領域における高いフッ素含有率とが結合
され、その結果、ウェハの周辺隣接部のフォトレジスト
のエッチング速度が高くなると理論づけられる。反応チ
ャンバのウェハの周辺部付近に存在する酸素はおそら
く、重合体がこの領域のウェハ表面に堆積するのを妨げ
る。また、ウェハの周辺領域に形成される重合体は、フ
ッ素の分率が高くなる。フッ素の含有率が高い重合体
は、フッ素の含有率が低い重合体より高い速度でフォト
レジストから除去される。正味の結果として、ウェハの
周辺部に形成されたフォトレジスト層は、ウェハの中心
部より高い速度でエッチングが行われる。前述のフォト
レジスト層のエッチング速度の不均一性、およびウェハ
の周辺部におけるエッチング・ガスの選択性の低さは、
こうしたウェハの周辺部におけるフォトレジスト層のエ
ッチングの増進で説明される。また、ファセットの問
題、およびバリア層の過剰エッチングに関係する上記の
問題も、このウェハの縁部におけるフォトレジスト層の
エッチングの増進によって生じると考えられる。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、フォ
トレジストのエッチングの均一性およびフォトレジスト
層に対する高い選択性を示す改良型のエッチング工程を
提供することである。この方法により、ウェハの周辺部
のフォトレジスト層のファセッティングは、実質的に軽
減または防止される。
【００１９】本発明の別の目的は、反応チャンバの汚染
を防止するために、エッチング後にフォトレジスト層の
表面から重合体が剥離または落下するのを防止すること
である。
【００２０】本発明のさらに別の目的は、ウェハの周辺
部のバリア層に望ましくないくぼみが形成されるのを防
止することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】本発明は、プラズマ反応
装置の反応チャンバ内で半導体ウェハ等のワークピース
をエッチングするためのプラズマ・エッチング工程で実
施される。この工程は、フォトレジスト層のエッチング
の均一性および選択性の向上、ワークピースのエッチン
グ特徴部の縁部におけるフォトレジストのファセッティ
ングの軽減、重合体の剥離の減少、および露出したバリ
ア層表面のエッチングの軽減など、特定の望ましい特徴
部を実現する。一般的に、この改良は、反応チャンバの
圧力および／またはエッチング工程で使用するエッチン
グ・ガスのフッ素含有成分の流量の増加によって達成さ
れる。これらの利点は、圧力および／またはエッチング
・ガスの流量の増加によってもたらされる、ウェハの上
に存在するプラズマのラジカル対イオン核種の比率の増
加の結果得られると理論付けられる。また、程度は低く
なるが、プラズマを維持するために使用する電力の低下
によっても、ラジカル対イオン比は増加する。さらに、
反応チャンバの天井温度の増加もまた、ウェハに隣接す
る部分のプラズマにおける重合体形成ラジカルの濃縮の
原因となる。これは、この部分のプラズマにおけるラジ
カル対イオン比を増加させる効果を持ち、それにより上
記の望ましい特徴部を実現する。
【００２２】ラジカル対イオン比の増加は、エッチング
特徴部の底面の重合体の堆積とエッチング間の望ましい
平衡状態を破り、それによりエッチング停止状態を引き
起こす可能性がある。エッチング停止を低減するため
に、エッチング・ガスに希釈バスを添加する。希釈ガス
の添加はある程度有効に機能するが、反応チャンバの圧
力、フッ素含有エッチング・ガス成分の流量、プラズマ
発生用電源電力、および天井温度との複合効果により、
反応チャンバ内を流れる希釈ガスの量に関係なく、エッ
チング停止が生じるラジカル対イオン比となる。したが
って、エッチング停止を最小限に抑制しながら、本発明
の利点が最適化されるように、上記の４つの工程パラメ
ータを調整することが望ましい。
【００２３】上記の４つの工程パラメータの調整を含
む、本発明に従ってプラズマ・エッチング工程を実行す
る好適な方法は、反応チャンバ内でプラズマを発火させ
ることから始まり、次にエッチング・ガスのフッ素含有
成分を反応チャンバ内に導入する。このフッ素含有成分
は、フルオロカーボン・ガスまたはハイドロフルオロカ
ーボン・ガスのいずれか一方、または両方である。次
に、エッチング・ガスの希釈成分を反応チャンバに導入
する。この希釈ガスは不活性ガスが望ましい。４つの工
程パラメータ（すなわち（ｉ）フッ素含有成分の流量、
（ii）反応チャンバ圧力、（iii）電源装置の電力レベ
ル、および（iv）反応チャンバの天井温度）の調整は、
これらの工程パラメータのうち３つのパラメータのそれ
ぞれの値を固定することを含む。次に、反応チャンバに
配置した試験ワークピースが所望の性質を提示するよう
になるまで、残りのパラメータの値を変化させる。残り
の工程パラメータの選択値に関わらず、所望の性質が提
示されない場合には、先に決めた３つの工程パラメータ
のうち、少なくとも１つのパラメータの値を変更する。
次に、変更した値を固定し、残りの工程パラメータの値
を増分しながら変化させる段階を繰り返す。
【００２４】ただし、残りの工程パラメータは、フッ素
含有成分の流量、反応チャンバ圧力、または電源電力の
いずれかとすることが望ましい。特に、フォトレジスト
のエッチング均一性および選択性を最大にしたい場合に
は、流量または圧力を可変パラメータとして選択する。
ただし、それよりむしろエッチングの深さを最大にした
い場合には、流量または電源電力のいずれかを可変パラ
メータとして選択する。
【００２５】調整手順が終了したら、製造用ワークピー
スを反応チャンバに配置する。エッチング・ガスの同じ
フッ素含有成分を希釈成分と一緒に、再び反応チャンバ
に導入する。最後に、選択した工程パラメータの固定値
および所望の性質が得られるように決定した残りの工程
パラメータの値を用いて、プラズマ・エッチング工程を
実行する。
【００２６】使用するフッ素含有ガスの種類によって、
所望の性質が達成される程度、および最大エッチング深
さに影響があることが、明らかになっている。特に、Ｃ
2Ｆ6などのフルオロカーボン・ガスを使用すると、かな
りのエッチング深さが得られるが、フォトレジストのエ
ッチング速度の均一性および選択性の向上は中程度にす
ぎないことが、明らかになっている。一方、ＣＨＦ3な
どのハイドロフルオロカーボン・ガスを使用すると、フ
ォトレジストのエッチング速度の均一性および選択性は
かなり向上するが、エッチング深さは限定される。フル
オロカーボン・ガスとハイドロフルオロカーボン・ガス
を組み合わせて使用すると、フォトレジストのエッチン
グ速度の均一性／選択性およびエッチング深さによい結
果が得られるが、エッチング速度の均一性／選択性は、
ハイドロフルオロカーボン・ガスだけを使用した場合ほ
ど高くなく、またフルオロカーボン・ガスだけを使用し
たときほど適正なエッチング深さは得られない。この観
点から、最適結果を希望するときは、交互２段階法（al
ternate two-step method）が望ましい。基本的に、交
互工程は、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・ガスを別々に導入することを含む。具体
的には、交互工程は、ワークピースを反応チャンバに導
入し、反応チャンバ内でプラズマを発火させ、エッチン
グ・ガスのハイドロフルオロカーボン成分を流入させ、
エッチング・ガスの希釈成分を流入させることを含む。
次のワークピースの初期エッチングを実行する。それが
終了したら、ハイドロフルオロカーボン成分の流入を停
止し、エッチング・ガスのフルオロカーボン・ガス成分
を反応チャンバに導入し、エッチング工程を最後まで実
行する。
【００２７】最初の方法と同様に、この交互法も、製造
用ワークピースのエッチングを実行する前に試験ワーク
ピースを用いて上述の４つの工程パラメータを調整する
ことを含む。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下の本発明の好適な実施経緯の
説明では、本発明の一部を構成し、本発明を実践する特
定の実施形態を解説のために示す添付の図面を参照す
る。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態
を利用できる理解されたい。本発明の好適な実施形態
を、図１に示すような誘導結合型プラズマ反応装置に適
用する場合に関連して説明する。しかし、本発明の工程
は誘導結合型反応チャンバのみに限定されない。むし
ろ、既存のどんなプラズマ・エッチング反応装置でも使
用することができる。例えば、容量結合型またはＥＣＲ
型プラズマ・エッチング反応装置を使用して、本発明の
好適な方法を実行することができる。ただし、本発明
は、反応チャンバの圧力およびエッチング・ガスの流量
などのエッチング工程パラメータを特定の範囲内で調整
することをも含む。したがって、使用する反応装置は、
必要に応じて特定の工程パラメータの変化を生じること
ができなければならない。
【００２９】本発明の好適な第１実施形態では、従来の
Ｃ2Ｆ6の代わりに、Ｃ2Ｆ6と希釈ガスの混合を使用す
る。希釈ガスは、本発明の場合、不活性ガスと定義す
る。つまり、（ｉ）反応チャンバ内で処理を受ける半導
体ウェハ、および（ii）エッチング・ガスのイオンおよ
びラジカルなどのプラズマ内の粒子に対し化学的に反応
しないガスである。特に、希釈ガスはヘリウムやアルゴ
ンなどの希ガスが望ましい。好適な第２実施形態では、
Ｃ2Ｆ6の代わりに、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）と
希釈ガスの混合を使用する。好適な第３実施形態では、
Ｃ2Ｆ6とＣＨＦ3と希釈ガスの混合をエッチング・ガス
として使用する。また第４の好適な実施形態では２段階
法を使用し、ワークピースを最初にＣＨＦ3と希釈ガス
の混合を使用してエッチングし、それに続く最終エッチ
ング段階ではＣ2Ｆ6と希釈ガスをエッチング・ガスとし
て使用する。
【００３０】本発明の好適な実施形態および後で説明す
る試験実施例は、上述の特定のフッ素含有のエッチング
・ガス成分を使用するが、本発明をこれらの特定の成分
に限定するつもりはない。例えば、現在エッチング・ガ
スとして使用されている任意のフルオロカーボン・ガス
をＣ2Ｆ6の代わりに使用しても、満足できる結果を得る
ことができる。特に、四フッ化炭素ＣＦ4は適切な代替
ガスになると考えられる。さらに、エッチング・ガスと
して一般的に使用される任意のハイドロフルオロカーボ
ン・ガスを、ＣＨＦ3の代替ガスとして使用することが
できる。特に、モノフルオロメタン（ＣＨ3Ｆ）は適切
な代替ガスと考えられる。
【００３１】上記の全ての実施形態では、反応チャンバ
圧力および／またはエッチング・ガス流量は、Ｃ2Ｆ6の
みをエッチング・ガスとして使用した従来のエッチング
工程に対応する最大圧力および流量（つまり１０ミリト
ルおよび４０sccm）より高くする。本発明のエッチング
工程にっ対応する反応室圧力は、約４ミリトルから約６
０ミリトルまでの範囲内とすることが望ましい。また、
選択した圧力を維持しながら、フッ素含有成分の累積流
量を約１５sccmから約８０sccmまでの範囲内とすること
が望ましい。ただし、圧力およびエッチング・ガスの流
量として選択する値の特定の組み合わせを限定しなけれ
ばならない。基本的に、圧力と流量の値の組み合わせ
は、二酸化ケイ素層に形成されるエッチング特徴の底面
における重合体の堆積と除去との間の望ましい平衡状態
が維持されるようなプラズマのラジカル対イオン比が得
られるように、選択することが望ましい。このような平
衡状態を維持することにより、エッチング停止状態の発
生が軽減される。
【００３２】エッチング・ガスの希釈ガス成分の好適な
流量は、全ての実施形態で約５０ｓｃｃｍないし約４０
０ｓｃｃｍである。ただし、希釈ガスの最大流量は、エ
ッチング・ガスのフッ素含有成分全体の複合流量の約５
倍ないし１０倍を超えないことが望ましく、希釈ガスの
最小流量は、この複合流量の約２分の１以上であること
が望ましい。例えば、エッチング・ガスのふっ素含有成
分全体の流量が４０ｓｃｃｍであった場合、希釈ガスの
好適な流量は、約２００ないし４００ｓｃｃｍ以下、約
２０ｓｃｃｍ以上である。１０倍の上限を著しく超える
と、希釈ガスの添加によって得られる利点は低減する。
【００３３】各エッチング・ガス混合に関連する具体的
な利点について述べる前に、反応チャンバ圧力および／
またはエッチング・ガスのフッ素含有成分の流量を増大
すること、および希釈ガスを含めることによる総合的な
利点を説明する。
【００３４】前述の通り、反応チャンバ圧力を高くする
と、プラズマ内のラジカル対イオン比が高くなる。同様
に、エッチング・ガスのフッ素含有成分の流量を高くす
ると、プラズマ内のラジカル対イオン比は常に高くな
る。ラジカルの濃度が高くなると、ペデスタルおよび反
応チャンバの側壁のエッチングによって放出される酸素
による、ウェハの周辺部表面のフォトレジスト層上の重
合体の形成への影響が多少緩和されると考えられるの
で、ラジカル対イオン比が高くなることは有利である。
また、ラジカル対イオン比が増大すると、重合体の堆積
速度が増大し、プラズマ内の重合体形成ラジカルのフッ
素含有率の不均一性が取り除かれる傾向があると理論付
けられる。したがって、ウェハの周辺部のフォトレジス
ト層により多くの重合体が堆積するだけでなく、形成さ
れる重合体は、ウェハの他の部分に形成される重合体と
実質的に同一分率のフッ素を含むと考えられる。その最
終結果として、ウェハの表面全体のフォトレジストのエ
ッチングがより均一になり、かつウェハの周辺部におけ
るフォトレジスト層に対する選択性がより高くなる。
【００３５】図３は、本発明の好適実施形態を使用して
達成される改善を示す、エッチング中にウェハ上に形成
された重合体を除去した後の状態である。ウェハ３０５
の周辺部付近を覆うフォトレジスト層３００の部分の高
さｈ1は、ウェハ３０５の中心部に近い部分を覆うフォ
トレジスト層３００の部分の高さｈ2と事実上同一であ
る。ウェハの周辺部付近のエッチング特徴部の縁部にお
けるフォトレジスト層のファセッティングも、一般的な
従来技術のエッチング工程に比較して減少している。図
３に示すように、酸化物層をマスキングするフォトレジ
ストの部分３１０はファセッティングを示さず、特徴部
３１５は適正なＣＤ制御を達成する（つまり側面が平行
である）。
【００３６】希釈ガスもまた有利な結果を生じる。具体
的には、プラズマ内に希釈ガスが存在すると、ウェハ上
に形成される重合体の内部応力が少なくなるようであ
る。したがって、重合体層は応力破断を受けにくくな
り、それにより、エッチング工程が完了した後で重合体
がフォトレジスト層から剥離することも減少する。本発
明の好適実施形態の試験中に希釈ガスを添加すると、重
合体がウェハから剥離する問題が事実上無くなった。こ
の試験中に重合体の破片による反応室の著しい汚染は観
察されなかった。
【００３７】望ましくないくぼみ形成の原因となる、ウ
ェハの周辺部の露出バリア層の過剰エッチングもまた、
劇的に減少した。これもまた、プラズマのラジカル対イ
オン比の増加により、バリア層表面の重合体の堆積速度
が改善された結果であると考えられる。図３に示すよう
に、二酸化ケイ素層３２５のエッチングは、バリア層３
２０に対し高い選択性を示す。したがって、ウェハ３０
５の縁付近の大きいトレンチ３３０のエッチングによっ
て露出するバリア層３２０の表面は平坦であり、望まし
くないくぼみが無い。したがって、下の基板３３５に達
する穴が形成される可能性は除去される。
【００３８】しかし、以上で説明した劇的な改善は、反
応チャンバ圧力および／またはエッチング・ガスの流量
のいずれか一方を増加するだけでは得られない。チャン
バ内の圧力および／またはエッチング・ガスのフッ素含
有成分の流量を増大した反応チャンバ内に存在する重合
体形成ラジカルの濃度が重合体エッチング・イオンより
高ければ、重合体が形成される機会が増える。その結
果、フォトレジストおよびバリア層の表面の重合体の堆
積が増加することにより、それらの表面のエッチングは
減少し、これらの表面に対するエッチング・ガスの選択
性が高くなる。しかし、重合体の堆積の増加は、エッチ
ングされる酸化物層の露出部にも影響する。重合体の堆
積が増加していくと、いずれかの時点でエッチング特徴
部の底面における重合体の形成とエッチング間の平衡状
態が破れ、したがってエッチング停止状態を引き起こ
す。この潜在的問題は、エッチング・ガスに希釈ガス
（例えばヘリウムおよび／またはアルゴン）を添加する
ことにより低減する。希釈ガスは、重合体の形成を阻害
するように作用する。上記の好適範囲内の流量で希釈ガ
スを添加すると、反応チャンバ圧力および／またはエッ
チング・ガスのフッ素含有成分の流量を増加しても、エ
ッチング特徴部の底面における重合体の形成とエッチン
グ間の平衡状態は、実質的に維持されることが明らかに
なっている。希釈ガスの流量は、重合体の形成が制限さ
れ、エッチング特徴部の底面における重合体の堆積とエ
ッチングの平衡状態が、実質的に維持されるように選択
することが望ましい。所望の平衡状態を維持する希釈ガ
スの流量の正確な値は、エッチング工程を実行するため
に使用する特定の反応装置およびその他の工程パラメー
タによって異なる。当業者は周知の試験方法を使用する
ことにより、適切な値を容易に求めることができる。た
だし、希釈ガスの最大流量が、エッチング・ガスのフッ
素含有成分全体の複合流量の約５倍ないし１０倍を超え
ないようにすることが望ましい。希釈ガスの流量が１０
倍の上限を著しく超えると、その有利な効果が低減する
と考えられる。
【００３９】希釈ガスの添加により、その他の利点も得
られると考えられる。例えば、希釈ガスによってプラズ
マ内に発生する追加イオンは、酸化物層の露出部のエッ
チングを向上することができる、と理論付けられる。
【００４０】エッチング・ガスへの希釈ガスを添加する
と、より高い反応チャンバ圧力および／またはエッチン
グ・ガスのフッ素含有成分の流量を使用することができ
るが、上限を超えると希釈ガスのこの効果は無効にな
る。特に、圧力および／または流量の増大によって生じ
るプラズマ内のラジカル対イオン比の増大は最終的に、
希釈ガスの流量の選択に関係なく、ウェハの表面のどこ
かで受け入れられないエッチング停止状態の発生につな
がる。したがって、反応チャンバ圧力およびフッ素含有
成分の流量に対し選択する値は、著しいエッチング停止
を引き起こさないレベルに限定しなければならない。
【００４１】特定の他の工程パラメータ、すなわちプラ
ズマを維持するために使用する電源電力や、反応チャン
バの屋根または天井の温度などが、ウェハ上のプラズマ
の有効ラジカル対イオン比に影響を及ぼすことも明らか
になった。本発明のエッチング工程に関連する電源電力
は、約１２００ワットから約３０００ワットの範囲内と
し、天井温度は約１８０℃から約３００℃の範囲内とす
ることが望ましい。電源電力が低下すると、プラズマ内
のラジカル対イオン比が全体的に高くなる。しかし、天
井温度だけを増加すると、ウェハのすぐ上にあるプラズ
マ部分のラジカル対イオン比が局所的に増加する。この
局所的増加が生じるのは、天井温度の増加がラジカルを
より低温のウェハ表面に誘導する作用をするからであ
る。したがって、ウェハのすぐ上のプラズマ部分だけの
ラジカル対イオン比が高くなる。しかし、電源電力また
は天井温度を調整することによって生じる比率の有効変
化は、反応チャンバ圧力またはフッ素含有成分の流量を
調整することによって生じる変化ほど顕著ではない。し
たがって、より高いラジカル対イオン比によって達成さ
れる利点を最適化するために、電源電力および天井温度
のレベルを考慮することは必要であるが、この高い比率
を達成するために、これらの値のみに頼ることはできな
い。むしろ、利点が実現されるレベルにまでラジカル対
イオン比を高めるために、実質的に機能するのは、反応
チャンバ圧力および／またはエッチング・ガスのフッ素
含有成分の流量である。
【００４２】以上の説明を要約すると、開示した制限範
囲内の反応チャンバ圧力および／またはエッチング・ガ
スのフッ素含有成分の流量の増大により、フォトレジス
ト層のエッチングの均一性が高まり、フォトレジストの
ファセッティングが減少し、露出したバリア層表面の過
剰エッチングが減少する。これらの利点は、圧力および
／またはエッチング・ガス流量の増加によって生じるプ
ラズマのラジカル対イオン比の増加によるものであると
理論付けられる。さらに、程度は低くなるが、電源電力
の低下または天井温度の上昇によっても、ラジカル対イ
オン比は増大する。しかし、ラジカル対イオン比が増大
することにより、エッチング特徴部の底面における重合
体の堆積とエッチング間の所望の平衡状態も破れること
があり、それによりエッチング停止状態が発生する。エ
ッチング停止を低減するため、エッチング・ガスに希釈
ガスを添加して、プラズマにおける重合体の形成を制限
する。この希釈ガスの添加により、ウェハ上に形成され
る重合体の内部応力も低下するようであり、したがって
重合体の剥離も減少する。しかし、重合体の形成の制限
に対し、希釈ガスはある限度までしか機能しない。反応
チャンバ圧力、エッチング・ガスのフッ素含有成分の流
量、電源電力、および天井温度の複合的効果により、反
応チャンバ内を流れる希釈ガスの量に関係なく、エッチ
ング停止を引き起こすプラズマのラジカル対イオン比を
生じることがある。したがって、これらの４つの工程パ
ラメータは、エッチング停止を最小限に抑制しながら、
本発明の利点が最適化されるように調整することが望ま
しい。
【００４３】本発明に従った、反応チャンバ圧力、エッ
チング・ガスのフッ素含有成分の流量、電源電力、およ
び天井温度を調整するための好適な方法を、図４に示
す。段階４００で４つの工程パラメータのうち３つの値
を（それぞれの好適な範囲内で）選択し、設定する。次
に、段階４０５で残りのパラメータの値を（再びその好
適な範囲内で）選択し、設定する。次に、段階４１０で
試験ウェハまたはワークピースを、本発明の方法によっ
てエッチングする。試験ウェハに上記の望ましい特性が
観察され、それと同時に所望のエッチング深さが得られ
たら調整手順は完了し、選択された値を用いて製造用ウ
ェハまたはワークピースを処理することができる（段階
４１５）。一方、望ましい特性が観察されなかったり、
エッチング停止状態が発生した場合には段階４２０で、
示されなかった特性を向上するかまたはエッチング停止
状態を防止する（適宜該当する方を取る）ような方法
で、残りのパラメータを増加または減少する。次に、試
験ウェハのエッチング段階（４１０）とその後の適切な
段階を繰り返す。残りのパラメータの可能な値を全部試
みても、望ましい結果が得られない場合には、問題が緩
和されるように、最初の３つのパラメータのうちの１つ
またはそれ以上の値を適宜増加または減少する（段階４
２５）。次に、残りのパラメータの選択および設定を含
む段階４０５を、その後の適切な段階と共に繰り返す。
【００４４】上記の方法に関連する残りの工程パラメー
タは、向上しようとする特定の属性によって、反応チャ
ンバ圧力、エッチング・ガスのフッ素含有成分の流量、
または電源電力のいずれかとする。例えば、圧力および
流量は、結果的に得られるフォトレジストのエッチング
の均一性および選択性に対し最も顕著な効果があること
が明らかになっている。したがって、最高のフォトレジ
ストのエッチング均一性および選択性を達成したい場合
には、これらのパラメータの１つを可変パラメータとし
て選択すべきである。しかし、流量および電源電力は、
得られるエッチング深さに最も顕著な影響があることが
観察されている。したがって、エッチング深さを最大に
したい場合には、これらのパラメータの１つの選択す
る。いうまでもなく、エッチング・ガスのフッ素含有成
分の流量は、両方のカテゴリの望ましい結果に共通して
いるので、考慮すべき問題点が他にない場合には、この
パラメータを変数として使用することが望ましい。
【００４５】次に、本発明の好適な実施形態における各
混合エッチング・ガスに対応する特定の属性について、
一連の表を用いて説明する。表は、各実施形態で検討す
る工程パラメータおよび混合ガスを要約したものであ
る。以下の例では、基本的に電源電力および天井温度を
固定し、様々な反応チャンバ圧力およびエッチング・ガ
スのフッ素含有成分流量を試しながら、使用する各々の
混合エッチング・ガスで達成可能な最適利点を明らかに
しようとしたものである。
【００４６】
【表１】 表１は、Ｃ2Ｆ6および希釈ガス（例えばヘリウムまたは
アルゴン）の混合ガスを使用した本発明の第１実施形態
に関連する反応チャンバ圧力およびエッチング・ガス成
分の流量を要約したものである。１−１から１−４まで
の実施例は第１実施形態のバレエーションを表わし、１
−１は一般的に先行技術のエッチング工程で使用するパ
ラメータを例示する。表１に明示する状態および混合ガ
スと組み合わせて使用するその他の工程パラメータとし
て、１−１および１−２の実施例では約２６００Ｗ、１
−３および１−４の実施例では約２９００Ｗの電源電力
がある。また、約１５００〜１６００ＷのＲＦバイアス
電力を使用した。天井温度は２７０℃に設定した。壁の
温度は一般的に２２０℃に設定したが、１８０℃から２
４０℃までの範囲で変化しても悪影響は生じないと考え
られる。各実施例における印加ＲＦエネルギの周波数
は、電源電力の場合２．０ＭＨｚ、ＲＦバイアス電力の
場合１．８ＭＨｚであった。エッチング時間は約１６０
秒であった。しかし、所望のエッチング深さによって、
本発明の工程では３０秒から１８０秒までの範囲内のエ
ッチング時間を使用することができる。反応チャンバ圧
力およびエッチング・ガス成分の流量のほかに、表１に
は結果欄が含まれる。これらの結果は、観察されたフォ
トレジスト層のエッチングの均一性（Ｕ）およびウェハ
の周辺部におけるフォトレジスト選択性（Ｓ）を表わ
す。エッチングの均一性および選択性は、不可、可、
良、優と格付けした。重合体剥離（剥離）やエッチング
停止など、観察された悪影響も結果欄に記されている。
【００４７】表１の実施例１−１は、Ｃ2Ｆ6のみから成
る一般的な先行技術のエッチング・ガスおよび一般的な
エッチング条件を使用しており、試験ウェハの表面全体
のフォトレジストのエッチング速度に高度の不均一性お
よびウェハの周辺部に低い選択性を示し、フォトレジス
ト層からの重合体堆積の剥離も観察された。
【００４８】実施例１−２では反応チャンバ圧力を約６
ｍＴにまで上げ、エッチングの均一性および選択性にわ
ずかな改善が観察されたが、依然として不可とみなされ
た。重合体の剥離も存在した。しかし、実施例１−３で
希釈ガス（つまりヘリウム）を添加すると、重合体の剥
離の問題は事実上解消した（しかし均一性および選択性
は不可のままであった）。
【００４９】実施例１−２および１−３では、Ｃ2Ｆ6の
流量および反応チャンバ圧力が、上述の最大限度よりか
なり低く維持されていることに注意されたい。しかし、
実施例１−４では、反応チャンバ圧力およびＣ2Ｆ6の流
量の組み合わせの値を高くした（つまり圧力を約３０ｍ
Ｔ、流量を約４０ｓｃｃｍとした）。圧力および流量が
高いほど、フォトレジストのエッチング速度の均一性お
よび選択性は改善されるが、受け入れられないエッチン
グの停止状態および重合体の剥離のために、特徴部のエ
ッチングは低減した。エッチング・ガスに希釈成分を添
加しなかったので、エッチングの停止および重合体の剥
離は予想されたことであった。実施例１−５で希釈成分
（つまりヘリウム）を添加すると、エッチング速度の均
一性および選択性の改善を維持しながら、エッチング停
止状態は是正され、重合体の剥離は解消した。
【００５０】実施例１−４および１−５に対応する圧力
および流量の上昇により、より均等なフォトレジストの
エッチング速度およびフォトレジストに対するエッチン
グ・ガスのより高い選択性が得られたが、ウェハに印加
される直流（ＤＣ）チャッキング・バイアスも低下する
ことが観察された。一般に、ＤＣバイアスは、単極電磁
チャックをペデスタルとして使用する反応装置で、ウェ
ハに印加される。ＤＣバイアスは、ウェハをペデスタル
上に保持するように作用する。反応装置によっては、ウ
ェハ冷却システムを装備しているものもあり、その場
合、ウェハの底面にガス圧がかけられる。このようなシ
ステムでは、冷却ガスによって生じる上向きの力に対抗
してウェハをペデスタル上に保持しておくために、ＤＣ
ウェハ・バイアスを追加的に使用する。プラズマ内に生
じる圧力の増加は、ウェハにかかるＤＣバイアスを低下
させると考えられる。ウェハにかかるＤＣバイアスが低
下すると、上記の冷却ガスの力により、ウェハがペデス
タルから外れる可能性がある。したがって、第１実施形
態を使用する場合、本発明の最適利点を達成するような
圧力および流量の値を使用することは、実用的ではな
い。ＤＣウェハ・バイアスへの影響を最小限に抑制する
ためには、むしろ、実施例１−２で使用したような幾分
低めの値を使用する必要がある。しかし、このような低
めの値を使用すると、フォトレジストのエッチング速度
の均一性および選択性の改善の程度は低くなる。
【００５１】上記の問題は、上記の逆作用に対し補償す
るためにウェハにかかるＤＣバイアスを高くすることに
よって、解消することができる。しかし、このような高
いＤＣバイアスを発生するために必要な電力の増加は、
市販されている一部のエッチング反応装置の能力を超え
る場合がある。したがって、少なくともそうした反応装
置では、本発明のこの第１実施形態を使用した場合、最
適なエッチング均一性は達成できない。
【００５２】
【表２】 表２は、ＣＨＦ3と希釈ガス（例えばヘリウムまたはア
ルゴン）の混合ガスを使用した本発明の第２実施形態に
関連する試験反応チャンバの圧力およびエッチング・ガ
ス成分の流量を要約したものである。表２に明記した条
件および混合ガスと一緒に使用する他の工程パラメータ
は、全ての実施例に対し２９００Ｗの電源電力を使用し
たことを除き、表１の場合と同様である。また、表１の
場合と同様に、結果欄も含まれる。
【００５３】表２の実施例２−１および２−２は、Ｃ2
Ｆ6の代わりにＣＨＦ3を使用し、反応チャンバ圧力を上
昇することによって達成される改善性を示している。実
施例２−１では、エッチング・ガスとしてＣ2Ｆ6を表１
の実施例１−１で指定した条件で使用した場合と比較し
て、フォトレジストのエッチング均一性および選択性が
改善されることが観察された。また、重合体の剥離は起
きなかった。ＣＨＦ3の流量はＣ2Ｆ6より多少高い（つ
まり４０ｓｃｃｍ）が、それでもＣＨＦ3を使用した方
がフォトレジストのエッチング速度の均一性および選択
性は高くなると考えられる。この考えは、Ｃ2Ｆ6から生
成されるラジカルに比べて、プラズマ内でＣＨＦ3が分
解することによって生成されるエッチング・ガスの重合
体形成ラジカルの量が多いこと、およびこれらのラジカ
ルのプラズマ内における分布がより均等であるという理
論に基づく。ＣＨＦ3から発生するラジカルの量が多
く、かつ均等に分布すると、フォトレジスト層の上の重
合体はより厚く、より均等に堆積するようになり、した
がってウェハの表面全体にわたってより均一なフォトレ
ジストのエッチング速度およびより高いフォトレジスト
選択性が達成される。また、ＣＨＦ3から生じる重合体
形成ラジカルのフッ素含有率は、Ｃ2Ｆ6エッチング・ガ
スから生じる同様のラジカルの場合より、プラズマ全体
で均一になり、それによってより均一なエッチング速度
が確保される。しかし、直径０．３５ないし０．４μｍ
のコンタクト・ビア（すなわち小さいコンタクト）のエ
ッチング深さは、エッチング・ガスにＣ2Ｆ6を使用した
場合ほどよくないことも観察された。実施例２−２で
は、反応チャンバ圧力を３０ｍＴに上昇した。フォトレ
ジストのエッチング速度の均一性およびフォトレジスト
層に対するエッチング・ガスの選択性は、プラズマのラ
ジカル対イオン比が高くなるために、予想通り、さらに
改善した。また、ＤＣウェハ・バイアスに対するプラズ
マの逆作用が、両方の実施例ではずっと目立たなくなっ
たことも観察された。実際、本発明の第２好適実施形態
を使用した場合、プラズマの逆作用は非常に小さいの
で、問題とみなされていない。したがって、第２実施形
態は、ＤＣウェハ・バイアス低下の悪影響を受けること
なく、あるいは（使用するエッチング反応チャンバの能
力以上に）ＤＣバイアスを増大する必要なく、フォトレ
ジストのエッチング速度の均一性および選択性に実質的
な改善が得られるという利点を有する。しかし小さいコ
ンタクト・ビアに対しては、第１実施形態の場合に比較
して、限定されたエッチング深さがまだ観察された。し
たがって、第２実施形態では、小さいコンタクト・ビア
のエッチング深さを犠牲にして、フォトレジストの均一
性および選択性が改善されるという妥協が行われる。
【００５４】実施例２−３および２−４は、反応チャン
バ圧力とエッチング・ガスのフッ素含有成分流量の組み
合わせ値が大きくなりすぎたときに発生する上述のエッ
チング停止問題を実証している。どちらの実施例でも、
フォトレジストのエッチング均一性および選択性は良好
であるが、小さい特徴部（すなわち直径０．４μｍのコ
ンタクト）ではわずか１μｍの深さでエッチング停止が
観察された。実施例２−４はさらに、反応チャンバ圧力
とエッチング・ガスのフッ素含有成分の流量の組み合わ
せ値が大きすぎると、エッチング・ガスの希釈成分（つ
まりヘリウム）の流量を増大しても、エッチング停止問
題は解消されないことを実証している。
【００５５】
【表３】 表３に示す本発明の第３好適実施形態の実施例は、フォ
トレジストのエッチングの高い選択性および均一性を達
成しながら、第２実施形態に伴う小さい特徴部のエッチ
ング停止の問題をいかに緩和することができるかを実証
している。基本的に、これは、エッチング・ガスにＣ2
Ｆ6およびＣＨＦ6の両方を含めることによって達成され
る。ここで再び、表３に明示する条件および混合ガスと
一緒に使用するその他の工程パラメータは、ＲＦバイア
ス電力を約１８００Ｗまで増大することを除くと、表２
の場合と同様である。表１および表２の場合と同様に、
結果欄も含まれる。
【００５６】実施例３−１は、それまでの試験のうちで
最高のフォトレジストのエッチングの選択性および均一
性が達成されたが、一部の小さい特徴部のエッチング停
止が観察されたことを示している。このエッチング停止
状態は、Ｃ2Ｆ6成分およびＣＨＦ3成分の高い複合流量
が原因で発生したと考えられる。実施例３−２のように
Ｃ2Ｆ6およびＣＨＦ3の総流量を、Ｃ2Ｆ6およびＣＨＦ3
の両方とも６０ｍＴの圧力で２０ｓｃｃｍに低下するこ
とにより、小さい特徴部に対して良好なエッチング深さ
が達成され、それと同時に、優れたフォトレジストのエ
ッチング速度の均一性および選択性が保持された。ま
た、ＤＣウェハ・バイアスに対するプラズマの逆作用も
大きな問題にはならなかった。
【００５７】しかし、第３実施形態の試験で使用した反
応チャンバ圧力（つまり６０ｍＴ）は、例えば第１実施
形態の試験に対応する実施例１−５や、第２実施形態の
試験に対応する実施例２−２などで使用した反応チャン
バ圧力（つまり３０ｍＴ）より高かったことを指摘しな
ければならない。この圧力の増加が部分的に、均一性お
よび選択性の改善の原因であると考えられる。第３実施
形態は実際、基本的に第１実施形態と第２実施形態の間
の妥協であると理論付けられる。例えば、実施例３−２
の圧力が実施例１−５や実施例２−２の圧力と同程度で
あったら、実施例１−５のＣ2Ｆ6と希釈ガスの混合エッ
チング・ガスを使用して達成されるほど極めて良好なエ
ッチング深さは得られなかったし、実施例２−２のＣＨ
Ｆ3と希釈ガスの混合ガスを使用して達成されるほど極
めて良好なフォトレジストのエッチングの均一性および
選択性は得られなかったであろう。それにも拘らず、多
くのエッチング工程で、第３実施形態によって生じるエ
ッチング深さは許容できる深さであり、フォトレジスト
のエッチング速度の均一性および選択性は、ウェハの周
辺部の二酸化ケイ素層の望ましくないエッチングが始ま
る前にプロセスを完了するのに充分であると考えられ
る。
【００５８】しかし、第３実施形態によって生じるエッ
チング深さおよびフォトレジストのエッチング特性が充
分でない場合には、本発明の第４実施形態を使用するこ
とができる。表４に明記する条件および混合ガスと一緒
に使用するが、表に示されていない工程パラメータは、
表２の実施例で使用したパラメータと同様とした。
【００５９】
【表４】 本発明による第４実施形態は、多段階エッチング工程を
含む。図５に示すように、この多段階エッチング工程
は、反応チャンバ内でプラズマを発生させる第１段階５
００を実行する必要がある。一般的に、プラズマは、電
極またはアンテナを介して電力を印加しながら、しかし
ウェハにＲＦバイアスをかけない状態で、反応チャンバ
にアルゴン・ガスを導入することによって発生する。こ
れと同じ手順を本発明でも使用することができる。次の
段階５０５では、エッチング・ガスのハイドロフルオロ
カーボン成分（この場合はＣＨＦ3）を反応チャンバに
流す。さらに、段階５１０で示すように、希釈ガス（こ
の場合ヘリウム）を反応チャンバに流す。希釈ガスとし
てヘリウムを使用する場合、プラズマを不活化するため
に使用したアルゴンの流入を停止する。しかし、希釈ガ
スとしてアルゴンを使用する場合、プラズマを不活化す
るために使用するアルゴンの流量を単に、希釈ガスに必
要な流量に調整するだけである。次にウェハを、以下で
説明するように、段階５１５で適切な時間だけエッチン
グする。第１エッチング段階が終了した後、ハイドロフ
ルオロカーボン成分の流入を停止し（段階５２０）、代
わりにフルオロカーボン成分（この場合Ｃ2Ｆ6）を導入
する（段階５２５）。希釈ガスはまだ反応チャンバに流
入し続けており、プラズマは維持されていることに注意
されたい。最後の段階５３０に示すように、再びウェハ
を適切な時間エッチングし、エッチング工程を終了す
る。
【００６０】基本的に、上記工程の第１エッチング段階
では、本発明の第１実施形態に対応するＣＨＦ3と希釈
ガスの混合エッチング・ガスを使用し、その後、第２エ
ッチング段階として、第１実施形態に対応するＣ2Ｆ6と
希釈ガスの混合エッチング・ガスを使用する。第１エッ
チング段階は、これまで説明した実施形態の中で最も優
れたフォトレジストのエッチングの均一性および選択性
と考えられるもの、および、たとえ小さい特徴部でも少
なくともある程度のエッチング深さを提供する。この段
階はまた、フォトレジスト材全体に均一な重合体の層を
堆積するのに貢献する。この重合体層は、フォトレジス
トへの適切な密着性を示す。次に第２段階では、エッチ
ング工程を完成するために必要なエッチング深さを達成
する。
【００６１】第２段階では、ウェハの周辺部のフォトレ
ジストに堆積する重合体が中心部より多少低下する。第
１実施形態だけを使用した場合、この性質は通常、フォ
トレジストのエッチング速度の均一性および選択性の低
下につながる。しかし、これを本手順の第２段階として
使用した場合、この望ましくない性質は、第１エッチン
グ段階でフォトレジスト上にすでに堆積した重合体層が
存在するために、緩和される。その結果、通常第１実施
形態により生じるフォトレジストのエッチング速度の相
対的不均一性は、問題にならなくなる。第１段階でエッ
チング特徴部がすでに部分的に形成されているので、第
２段階では、フォトレジストのエッチング速度の不均一
性が問題になる前に、適正なエッチング深さを達成する
ことができると考えられる。したがって、この多段階法
の結果、優れたフォトレジストのエッチング均一性およ
び選択性が、たとえ小さい特徴部でも優れたエッチング
深さと共に達成される。さらに、著しい重合体の剥離は
発生しない。第４実施形態は、他の実施形態の全ての利
点を実現し、欠点を排除する。この実施例で観察される
唯一の短所は、多段階法は実現が複雑であり、もっと時
間がかかりそうだということである。しかし、特に小さ
い特徴部で比較的大きい深さが必要な場合、優れた結果
により追加費用は正当化されると考えられる。
【００６２】また、第１エッチング段階および第エッチ
ング２段階を実行する前に、エッチング・ガスを短時間
（例えば５秒間）高圧（例えば３０〜６０ｍＴ）で反応
チャンバに導入する安定化段階が有利であることも明ら
かになっている。安定化段階は、プラズマ反応チャンバ
内の流量を制御するために使用する質量流量コントロー
ラすなわち“ＭＦＣ”の圧力を下げる。この追加段階
は、本発明の他の実施形態でも使用することができる。
【００６３】表４の第１実施例（すなわち４−１）は、
約４０ｍＴでＣ2Ｆ6の流量を１０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ3の
流量を５８ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍとす
る５秒間の安定化段階を使用し、ＲＦバイアス電力は１
２００Ｗであった。この後に、１５００ＷのＲＦバイア
ス電力および約６０ｍＴの圧力で５０ｓｃｃｍのＣＨＦ
3および１００ｓｃｃｍのＨｅを使用して、約６０秒間
の第１エッチング段階を実行し、１５００ＷのＲＦバイ
アス電力および約３０ｍＴで４０ｓｃｃｍのＣ2Ｆ6と１
００ｓｃｃｍのＨｅを使用して、約１２０秒間の第２エ
ッチング段階を実行した。この実施例は、優れたフォト
レジストのエッチング均一性および選択性を示すと共
に、小さい特徴部で大きいエッチング深さ（例えば約
０．４μｍのＣＤの小さい特徴部で約１．６μｍの深
さ）を示し、重合体の剥離は無かった。第２実施例（４
−２）では、第１エッチング段階および第２エッチング
段階の持続時間を短縮し、第１エッチング段階のＣＨＦ
3の流量を４０ｓｃｃｍに低下した。さらに、ＲＦバイ
アス電力を約１８００Ｗに増加した。これらの条件によ
り、第１実施例（４−１）の場合と同様の優れた結果が
得られたが、処理時間は短縮された。ＲＦバイアス電力
を増加すると、処理時間が短縮される利点が得られると
考えられる。そうであるならば、本発明の他の実施形態
でも、ＲＦバイアス電力を高くすることで、処理時間を
短縮することができよう。
【００６４】また、高いＲＦバイアス・レベル（例えば
１５００〜２０００Ｗ）を使用した他の試験で、エッチ
ング・ガスとしてＣＨＦ3だけを使用する工程では、高
いＲＦバイアスを利用すると、フォトレジストのエッチ
ング選択性が高くなったことに注目されたい。選択性の
向上は、Ｃ2Ｆ6に比較してＣＨＦ3の分子量が低いこと
に関係があると理論付けられる。高いＲＦバイアス・レ
ベルでは、エッチング・ガスのイオンがより大きい運動
量でウェハと衝突する。しかし、フォトレジスト層はこ
の衝突に対する抵抗がウェハの酸化物層より多少強い。
ＣＨＦ3イオンの運動量の増加は、酸化物層のエッチン
グ速度を高めるのには充分であるが、フォトレジスト層
のエッチング速度を充分に高めるには、運動量の増加が
小さすぎると考えられる。したがって、有効選択性が増
加する。しかし、Ｃ2Ｆ6の場合、分子量が大きいので、
酸化物層とフォトレジスト層の両方のエッチング速度が
高くなる。したがって、選択性の向上は実現されない。
したがって、本発明のいずれかの実施例でＣＨＦ3だけ
を使用する場合には、高いＲＦバイアスを使用すること
が望ましい。特に、高いバイアスは、約１５００ないし
２０００Ｗの範囲内とすべきであり、できれば１８００
Ｗを超えることが望ましい。
【００６５】本発明の実施形態は、特に非常に小さい特
徴部をエッチングするために使用する種類のリソグラフ
ィ工程に適用すると、特定の利点が得られる。図６に示
すように、非常に小さい特徴部（例えば約０．４μｍの
直径またはそれ以下の寸法の特徴部）をエッチングする
ために、最初にウェハ６１０の二酸化ケイ素層６０５
に、反射防止膜（“ＡＲＣ”）の層６００を堆積する。
この目的に使用するＡＲＣ材は、基板の反射現象を軽減
する有機混合物であり、例えばミズーリ州ローラのブル
ーワ・サイエンス社（Brewer Science, Inc.）製造のＡ
ＲＣ(R) ＣＤ１１−１１００を使用することができる。
次のＡＲＣ層６００の上に、遠紫外すなわちＤＵＶフォ
トレジスト層６１５を堆積する。次に従来のマスキング
段階および現像段階を使用して、ＤＵＶ層６１５の部分
を除去することにより、所望の特徴部のパターンを形成
する。しかし、これらの段階では、エッチングする特徴
部を覆うＡＲＣ層は除去されない。
【００６６】次に、ＡＲＣ層のエッチングを実行して、
エッチング対象の特徴部を覆うＡＲＣ層６００を除去す
る。１つの方法として、純粋Ｏ2およびアルゴン（Ａ
ｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、または窒素などの不活性ガス
のエッチング・ガスを使用する方法がある。この方法で
は、目的の特徴部の上にあるＡＲＣ層の物質だけが除去
される。別の方法として、フッ素含有ガス、Ｏ2、およ
びＡｒまたはＨｅの混合体をエッチング・ガスとして使
用する方法もある。この方法では、ＡＲＣ層を貫通して
エッチングし、特徴部の二酸化ケイ素も多少エッチング
する。
【００６７】これらのＡＲＣ層エッチングのいずれかを
実行した後、いわゆる「主」エッチングにより、半導体
デバイスを製造するために必要な特徴部における二酸化
ケイ素の深いエッチングを実行する。本発明の実施形態
を主エッチングと一緒に使用することにより、実質的な
改善が達成される。この改善は、本発明の上述の実施形
態で酸化物層と比較してＤＵＶフォトレジスト層６１５
およびＡＲＣ層６００に示される高い選択性のために、
これらの層で覆われたままの二酸化ケイ素部分が追加保
護される結果、達成されるものである。高い選択性は、
ひとたび露出したバリア層６２０に大しても示される。
【００６８】特に、本発明の工程は、ファセット角度の
底部で測定したとき、ＡＲＣ層６００に対し２０：１程
度の非常に高いエッチング選択性を示し、ＤＵＶフォト
レジスト層に対してはそれより低く、５：１程度であ
る。したがって、二酸化ケイ素のエッチング工程中にＤ
ＵＶフォトレジスト層４１０を最終的にエッチングで除
去しても（本発明の工程を使用した場合には、必要さえ
無いかもしれないが）、二酸化ケイ素のマスキングされ
た部分はまだＡＲＣ層６００で保護されている。一般的
な先行技術の工程では、本発明で達成されるＤＵＶ層と
ＡＲＣ層の高い選択性は示されない。したがって、先行
技術の工程を使用すると、ＡＲＣ層の貫通穴が形成され
る可能性がある。この可能性は、本発明に関わる高い選
択性のためにほとんど解消される。最終結果として、フ
ォトレジスト層はパターニングのために使用することが
できる。これは、より微細な形状の特徴部が関係する場
合には、従来の他のパターニング方法より、ずっと簡単
な方法である。
【００６９】本発明を使用すると、上述の理由により、
バリア層に実質的なファセッティングやくぼみを形成す
ることなく、図６に示すようなまっすぐな側面を有する
特徴部をエッチングすることができる。
【００７０】この用途の実施例を表５に示す。
【００７１】
【表５】 この例では、約０．３５μｍの直径またはそれ以下の寸
法を有する特徴部を検査し、表に示されていないその他
の工程パラメータは、表２の例で使用したものと同様で
あった。
【００７２】この実施例の主エッチングは、６０ｍＴの
反応チャンバ圧力で２０ｓｃｃｍのＣ2Ｆ6、１５ｓｃｃ
ｍのＣＨＦ3、および１００ｓｃｃｍのＨｅから成るエ
ッチング・ガスを使用した本発明の第３好適実施形態の
方法に準じた。これらのエッチング条件により、重合体
の剥離を生じること無くフォトレジストのエッチングの
高い均一性および選択性が達成できるという本発明の利
点が全て維持され、ＡＲＣ層の選択性も大幅に向上する
という追加目的も達成された。その結果、上述の小さい
特徴部（すなわち約０．３５μｍ）で、特徴部の壁にフ
ァセッティングを形成することなく、二酸化ケイ素で
１．８μｍのエッチング深さを達成した。
【００７３】本発明について好適な実施形態を参照しな
がら説明したが、当業者は、本発明の精神および範囲か
ら逸脱しない形態および細部を持つ変形形態を実現でき
ることを認識されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガス導入口を示すプラズマ反応チャンバの断面
図である。
【図２】従来の技術によるエッチング工程を使用したエ
ッチング後の半導体ウェハの一部分の断面図である。
【図３】本発明のエッチング工程を使用したエッチング
後の半導体ウェハの一部分の断面図である。
【図４】本発明に従って特定のエッチング工程パラメー
タの設定値を調整するための調整手順を示すフローチャ
ートである。
【図５】本発明による交互多段階エッチング工程を示す
フローチャートである。
【図６】本発明のエッチング工程を用いてエッチングし
た後の反射防止膜を有する半導体ウェハの一部分の断面
図である。
【符号の説明】
１００…真空チャンバ、１０５…ウェハ・ペデスタル、
１１０，２００，３０５，６１０…半導体ウェハ、１１
５…アンテナ、１２０…ＲＦ電源装置、１２５，１３５
…整合回路、１３０…ＲＦ発生器、１４０…注入口、２
０５…ファセット、２１０，３００，６１５…フォトレ
ジスト層、２１２，３３０…トレンチ、２１５，３２
５，６０５…二酸化ケイ素層、２２５…くぼみ、２２
０，３２０…バリア層、２３０，３３５…基板、６００
…ＡＲＣ層。

Claims (54)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 反応チャンバでワークピースをエッチン
    グするためのプラズマ・エッチング方法であって、 製造ワークピースを反応チャンバに導入する段階と、 反応チャンバ内でプラズマを発生させる段階と、 エッチング・ガスの第１フッ素含有成分を反応チャンバ
    に流入させる段階であって、前記第１フッ素含有成分が
    ハイドロフルオロカーボン・ガスから成る段階と、 第１フッ素含有成分の流入を停止する段階と、 エッチング・ガスの第２フッ素含有成分を反応チャンバ
    に流入させる段階であって、前記第２フッ素含有成分が
    フルオロカーボン・ガスから成る段階と、を含むプラズ
    マ・エッチング方法。
  2. 【請求項２】 さらに、エッチング・ガスの希釈成分を
    前記第１フッ素含有成分と一緒に反応チャンバに流入さ
    せる段階を含む、請求項１記載のプラズマ・エッチング
    方法。
  3. 【請求項３】 エッチング・ガスの希釈成分を前記第２
    フッ素含有成分と一緒に反応チャンバに流入させる段階
    を含む、請求項１記載のプラズマ・エッチング方法。
  4. 【請求項４】 さらに、製造ワークピースを反応チャン
    バに導入する前に、 （ａ）反応チャンバ内にプラズマを発生させる段階と、 （ｂ）エッチング・ガスの第１フッ素含有成分を反応チ
    ャンバに導入する段階と、 （ｃ）エッチング・ガスの希釈成分を反応チャンバに導
    入する段階と、 （ｄ）(i) フッ素含有成分の流量、(ii)反応チャンバ圧
    力、(iii) 電源装置の電力レベル、および(iv)反応チャ
    ンバ天井の温度から成るグループから選択した３つの工
    程パラメータのそれぞれの値を固定する段階と、 （ｅ）前記グループの残りの工程パラメータの値を選択
    する段階と、 （ｆ）反応チャンバに配置した試験ワークピースをエッ
    チングする段階と、 （ｇ）試験ワークピースのエッチングの終了後、ワーク
    ピースがエッチング・ガスの前記第１フッ素含有成分の
    使用に関わる特定の第１所望の性質を示すか否かを決定
    する段階と、 （ｈ）毎回新しい試験ワークピースを使用して、試験ワ
    ークピースの１つが前記第１所望の性質を示すまで前記
    （ｅ）から（ｇ）までの段階を繰り返す段階と（ｉ）エ
    ッチング・ガスの第２フッ素含有成分を反応チャンバに
    導入する段階と、 （ｊ）(i) フッ素含有成分の流量、(ii)反応チャンバ圧
    力、(iii) 電源装置の電力レベル、および(iv)反応チャ
    ンバ天井の温度から成るグループから選択した３つの工
    程パラメータのそれぞれの値を固定する段階と、 （ｋ）前記グループの残りの工程パラメータの値を選択
    する段階と、 （ｌ）反応チャンバに配置した試験ワークピースをエッ
    チングする段階と、 （ｍ）試験ワークピースのエッチングの終了後、ワーク
    ピースがエッチング・ガスの前記第２フッ素含有成分の
    使用に関わる特定の第２所望の性質を示すか否かを決定
    する段階と、 （ｎ）毎回新しい試験ワークピースを使用して、試験ワ
    ークピースの１つが前記第２所望の性質を示すまで前記
    （ｋ）から（ｍ）までの段階を繰り返す段階と、を実行
    することと、 選択した工程パラメータのそれぞれの固定値、およびエ
    ッチング・ガスの前記第１フッ素含有成分を使用すると
    きは前記第１所望の特性を、エッチング・ガスの前記第
    ２フッ素含有成分を使用するときは前記第２所望の特性
    を達成するように決定された残りの工程パラメータの値
    を用いて、プラズマ・エッチング工程を実行する段階
    と、をさらに含む、請求項３記載のプラズマ・エッチン
    グ方法。
  5. 【請求項５】 前記残りの工程パラメータの選択値に関
    わらず、前記第１所望の性質が達成されないときに、前
    記３つの固定工程パラメータのうちの少なくとも１つの
    パラメータの値を変更する段階と、 前記（ｅ）から（ｈ）までの段階を繰り返す段階と、を
    さらに含む、請求項４記載のプラズマ・エッチング方
    法。
  6. 【請求項６】 前記残りの工程パラメータの選択値に関
    わらず、前記第２所望の性質が達成されないときに、前
    記３つの固定工程パラメータのうちの少なくとも１つの
    パラメータの値を変更する段階と、 前記（ｋ）から（ｎ）までの段階を繰り返す段階と、を
    さらに含む、請求項４記載のプラズマ・エッチング方
    法。
  7. 【請求項７】 前記残りの工程パラメータが、(i)反応
    チャンバ圧力、(ii)フッ素含有成分の流量、および(ii
    i)ＲＦ電源の電力レベルの中の１つである、請求項４記
    載のプラズマ・エッチング方法。
  8. 【請求項８】 前記第１および第２所望の性質が、ワー
    クピースの一部分を覆うフォトレジスト層の頂部表面全
    体の実質的に均一なエッチング速度、ワークピースの下
    層と比較してフォトレジスト層に対するエッチング・ガ
    スの高い選択性、プラズマ・エッチング工程中にフォト
    レジスト層上に形成される重合体層のフォトレジスト層
    からの剥離の最小限の発生、およびワークピースのフォ
    トレジスト層で覆われていない部分のエッチング停止の
    最小限の発生を含んでいる、請求項４記載のプラズマ・
    エッチング方法。
  9. 【請求項９】 前記第１フッ素含有成分および前記第２
    フッ素含有成分の流量がそれぞれ約１５ｓｃｃｍから約
    ８０ｓｃｃｍまでの間である、請求項４記載のプラズマ
    ・エッチング方法。
  10. 【請求項１０】 前記反応チャンバ内の圧力が約４ｍＴ
    から約６０ｍＴまでの間である、請求項４記載のプラズ
    マ・エッチング方法。
  11. 【請求項１１】 エッチング・ガスの前記希釈成分が不
    活性ガスを含む、請求項４記載のプラズマ・エッチング
    方法。
  12. 【請求項１２】 エッチング・ガスの前記希釈成分が希
    ガスを含む、請求項４記載のプラズマ・エッチング方
    法。
  13. 【請求項１３】 前記希ガスがヘリウムおよびアルゴン
    の少なくともどちらか一方である、請求項１２記載のプ
    ラズマ・エッチング方法。
  14. 【請求項１４】 エッチング・ガスの前記希釈成分の流
    量を、プラズマ・エッチング工程中のエッチング停止の
    発生が最小限に抑制されるように選択する、請求項４記
    載のプラズマ・エッチング方法。
  15. 【請求項１５】 エッチング・ガスの前記希釈成分の流
    量が、約５０ｓｃｃｍから約４００ｓｃｃｍまでの間で
    ある、請求項４記載のプラズマ・エッチング方法。
  16. 【請求項１６】 前記ＲＦ電源装置の電力レベルが約１
    ２００Ｗから約３０００Ｗの間である、請求項４記載の
    プラズマ・エッチング方法。
  17. 【請求項１７】 前記反応チャンバ天井の温度が約１８
    ０℃から約３００℃の間である、請求項４記載のプラズ
    マ・エッチング方法。
  18. 【請求項１８】 前記フルオロカーボン・ガスがＣ2Ｆ6
    を含む、請求項３記載のプラズマ・エッチング方法。
  19. 【請求項１９】 前記ハイドロフルオロカーボン・ガス
    がＣＨＦ3を含む、請求項３記載のプラズマ・エッチン
    グ方法。
  20. 【請求項２０】 ワークピースのエッチングを促進する
    ためにワークピースにＲＦバイアスをかける段階をさら
    に含み、前記ＲＦバイアスを、約１５００Ｗから約２０
    ００Ｗまでの範囲の電力を生成するＲＦバイアス電源装
    置によって生成する、請求項１９記載のプラズマ・エッ
    チング方法。
  21. 【請求項２１】 前記ＲＦバイアス電源装置が約１８０
    ０Ｗを超える電力を生成する、請求項２０記載のプラズ
    マ・エッチング方法。
  22. 【請求項２２】 エッチング・ガスの前記第１フッ素含
    有成分を反応チャンバに流入させる段階の前に、安定化
    ガスを反応チャンバへ流入させる段階をさらに含む、請
    求項３記載のプラズマ・エッチング方法。
  23. 【請求項２３】 前記安定化ガスを反応チャンバに流入
    させる段階が、 前記安定化ガスを約１秒から１０秒までの範囲内の所定
    の安定化時間だけ流入させる段階と、 反応チャンバを約３０ｍＴから６０ｍＴまでの範囲内の
    圧力に維持する段階と、を含む、請求項２２記載のプラ
    ズマ・エッチング方法。
  24. 【請求項２４】 前記安定化ガスがフルオロカーボン・
    ガスとハイドロフルオロカーボン・ガスの混合体を含
    む、請求項２２記載のプラズマ・エッチング方法。
  25. 【請求項２５】 エッチング・ガスの前記第１フッ素含
    有成分を反応チャンバへ流入させる前記段階が、前記第
    １フッ素含有成分を約３０秒から６０秒までの範囲内の
    所定の時間だけ流入させる段階を含む、請求項３記載の
    プラズマ・エッチング方法。
  26. 【請求項２６】 エッチング・ガスの前記第２フッ素含
    有成分を反応チャンバへ流入させる前記段階が、前記第
    ２フッ素含有成分を約８０秒から１６０秒までの範囲内
    の所定の時間だけ流入させる段階を含む、請求項３記載
    のプラズマ・エッチング方法。
  27. 【請求項２７】 前記ワークピースが、酸素含有材料の
    層と、その下にある非酸素含有材料の層と、前記酸素含
    有材料の層の部分を覆うフォトレジスト材の層とを有す
    る半導体ウェハから成る、請求項３記載のプラズマ・エ
    ッチング方法。
  28. 【請求項２８】 前記ワークピースが、非酸素含有材料
    から成る最下部層と、その上に連続的にそれぞれ積み重
    ねた酸素含有材料、反射防止材およびフォトレジスト材
    から成る層とから成る複数の層を有する半導体ウェハか
    ら成る、請求項３記載のプラズマ・エッチング方法。
  29. 【請求項２９】 前記反射防止材の層が実質的にシクロ
    ヘキサノンから成る有機溶液で構成され、前記フォトレ
    ジスト材の層が実質的に遠紫外フォトレジスト材から成
    る有機溶液で構成される、請求項２８記載のプラズマ・
    エッチング方法。
  30. 【請求項３０】 天井を有する反応チャンバでワークピ
    ースをエッチングするためのプラズマ・エッチング方法
    であって、 （ａ）反応チャンバ内でプラズマを発生させる段階と、 （ｂ）エッチング・ガスのフッ素含有成分を反応チャン
    バに流入させる段階であって、前記フッ素含有成分がフ
    ルオロカーボン・ガスとハイドロフルオロカーボン・ガ
    スの少なくとも一方から成る段階と、 （ｃ）エッチング・ガスの希釈成分を反応チャンバに流
    入させる段階であって、前記希釈ガスが不活性ガスから
    成る段階と、 （ｄ）(i) フッ素含有成分の流量、(ii)反応チャンバ圧
    力、(iii) プラズマを維持するために使用するＲＦ電源
    装置の電力レベル、および(iv)反応チャンバ天井の温度
    から成るグループから選択した３つの工程パラメータの
    それぞれの値を固定する段階と、 （ｅ）前記グループの残りの工程パラメータの値を選択
    する段階と、 （ｆ）反応チャンバに配置した試験ワークピースをエッ
    チングする段階と、 （ｇ）試験ワークピースのエッチングの終了後、ワーク
    ピースが特定の第１所望の性質を示すか否かを決定する
    段階と、 （ｈ）毎回新しい試験ワークピースを使用して、試験ワ
    ークピースの１つが前記所望の性質を示すまで前記
    （ｅ）から（ｇ）までの段階を繰り返す段階と、を含
    む、プラズマ・エッチング方法。
  31. 【請求項３１】 前記残りの工程パラメータの選択値に
    拘らず、前記所望の性質が達成されないときに、前記３
    つの固定工程パラメータのうちの少なくとも１つのパラ
    メータの値を変更する段階と、 前記（ｅ）から（ｈ）までの段階を繰り返す段階と、を
    さらに含む、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方
    法。
  32. 【請求項３２】 試験ワークピースが前記所望の性質を
    示した後、 製造ワークピースを反応チャンバに配置する段階と、 エッチング・ガスのフッ素含有成分を反応チャンバに導
    入する段階と、 エッチング・ガスの希釈成分を反応チャンバに導入する
    段階と、 選択された工程パラメータの固定値および所望の性質を
    達成するために決定された前記残りの工程の値を使用し
    て、プラズマ・エッチング工程を実行する段階と、をさ
    らに含む、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方
    法。
  33. 【請求項３３】 前記残りの工程パラメータがフッ素含
    有成分の流量である、請求項３０記載のプラズマ・エッ
    チング方法。
  34. 【請求項３４】 前記残りの工程パラメータとしてフッ
    素含有成分の流量を選択することが望ましくなく、最大
    エッチング深さが望ましい性質の中に含まれない場合に
    は、反応チャンバ圧力を前記残りの工程パラメータとす
    る、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方法。
  35. 【請求項３５】 前記残りの工程パラメータとしてフッ
    素含有成分の流量を選択することが望ましくなく、最大
    エッチング深さが望ましい性質の中に含まれる場合に
    は、ＲＦ電源装置の電力レベルを前記残りの工程パラメ
    ータとする、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方
    法。
  36. 【請求項３６】 前記所望の性質が、ワークピースの一
    部分を覆うフォトレジスト層の上面全体の実質的に均一
    なエッチング速度、ワークピースの下層と比較してフォ
    トレジスト層に対するエッチング・ガスの高い選択性、
    プラズマ・エッチング工程中にフォトレジスト層上に形
    成される重合体層のフォトレジスト層からの剥離の最小
    限の発生、およびワークピースのフォトレジスト層で覆
    われていない部分のエッチング停止の最小限の発生を含
    む、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方法。
  37. 【請求項３７】 エッチング・ガスの前記フッ素含有成
    分の流量が約１５ｓｃｃｍから約８０ｓｃｃｍまでの間
    である、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方法。
  38. 【請求項３８】 前記反応チャンバ圧力レベルが約４０
    ｍＴから約６０ｍＴまでの間である、請求項３０記載の
    プラズマ・エッチング方法。
  39. 【請求項３９】 エッチング・ガスの前記希釈成分が不
    活性ガスを含む、請求項３０記載のプラズマ・エッチン
    グ方法。
  40. 【請求項４０】 エッチング・ガスの前記希釈成分が希
    ガスを含む、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方
    法。
  41. 【請求項４１】 前記希ガスがヘリウムおよびアルゴン
    の少なくともどちらか一方である、請求項４０記載のプ
    ラズマ・エッチング方法。
  42. 【請求項４２】 エッチング・ガスの前記希釈成分の流
    量を、プラズマ・エッチング工程中のエッチング停止の
    発生が最小限に抑制されるように選択する、請求項３０
    記載のプラズマ・エッチング方法。
  43. 【請求項４３】 エッチング・ガスの前記希釈成分の流
    量が、約５０ｓｃｃｍから約４００ｓｃｃｍまでの間で
    ある、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方法。
  44. 【請求項４４】 前記ＲＦ電源装置の電力レベルが約１
    ２００Ｗから約３０００Ｗの間である、請求項３０記載
    のプラズマ・エッチング方法。
  45. 【請求項４５】 前記反応チャンバ天井の温度が約１８
    ０℃から約３００℃の間である、請求項３０記載のプラ
    ズマ・エッチング方法。
  46. 【請求項４６】 前記フルオロカーボン・ガスがＣ2Ｆ6
    を含む、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方法。
  47. 【請求項４７】 前記ハイドロフルオロカーボン・ガス
    がＣＨＦ3を含む、請求項３０記載のプラズマ・エッチ
    ング方法。
  48. 【請求項４８】 ワークピースのエッチングを促進する
    ためにワークピースにＲＦバイアスをかける段階をさら
    に含み、前記ＲＦバイアスを、約１５００Ｗから約２０
    ００Ｗまでの範囲の電力を生成するＲＦバイアス電源装
    置によって生成する、請求項４７記載のプラズマ・エッ
    チング方法。
  49. 【請求項４９】 前記ＲＦバイアス電源装置が約１８０
    ０Ｗを超える電力を生成する、請求項４８記載のプラズ
    マ・エッチング方法。
  50. 【請求項５０】 エッチング・ガスの前記フッ素含有成
    分がほぼ均等な割合のフルオロカーボン・ガスおよびハ
    イドロフルオロカーボン・ガスから成る、請求項３０記
    載のプラズマ・エッチング方法。
  51. 【請求項５１】 前記フルオロカーボン・ガスがＣ2Ｆ6
    を含み、前記ハイドロフルオロカーボン・ガスがＣＨＦ
    3を含む、請求項５０記載のプラズマ・エッチング方
    法。
  52. 【請求項５２】 前記ワークピースが、酸素含有材料の
    層と、その下にある非酸素含有材料の層と、前記酸素含
    有材料り層の上にあるフォトレジスト材の層とを有する
    半導体ウェハから成る、請求項３０記載のプラズマ・エ
    ッチング方法。
  53. 【請求項５３】 前記ワークピースが、非酸素含有材料
    から成る最下部層と、その上に連続的にそれぞれ積み重
    ねた酸素含有材料、反射防止材およびフォトレジスト材
    から成る層とから成る複数の層を有する半導体ウェハか
    ら成る、請求項３０記載のプラズマ・エッチング方法。
  54. 【請求項５４】 前記反射防止材の層が実質的にシクロ
    ヘキサノンから成る有機溶液で構成され、前記フォトレ
    ジスト材の層が実質的に遠紫外フォトレジスト材から成
    る有機溶液で構成される、請求項５３記載のプラズマ・
    エッチング方法。
JP9206132A 1996-07-31 1997-07-31 フォトレジスト選択性を向上し重合体密着性を改善するためのプラズマ反応処理法 Withdrawn JPH10150019A (ja)

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