KR100859308B1 - 층간 절연막의 건식 에칭 방법 - Google Patents

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Abstract

ArF 포토리소그래피법을 사용하여 형성한 레지스트 마스크에 의해서 덮인 층간 절연막을 플라즈마 분위기 중에서 건식 에칭하여 홀, 트렌치를 미세 가공할 때에, 에칭 가스로, 할로겐계 가스 (할로겐은, F, I, Br) 로서, I 및 Br 의 적어도 일방이 원자 조성비에서 할로겐 총량의 26% 이하이고, 나머지가 F 인 불화 탄소 화합물 가스를 사용한다. 이것에 의해 스트라이에이션의 발생이 억제되어 높은 에칭 가공 정밀도가 얻어지게 된다.
건식 에칭, 층간 절연막, 스트라이에이션

Description

층간 절연막의 건식 에칭 방법{PLASMA ETCH PROCESS FOR DIELECTRICS}
기술분야
본 발명은, 층간 절연막을 건식 에칭하는 방법에 관한 것으로, 특히, ArF 포토리소그래피법을 사용하여 형성한 레지스트 마스크에 의해서 덮인 층간 절연막을 건식 에칭하여 홀, 트렌치를 미세 가공하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법에 관한 것이다.
배경기술
최근 LSI 의 고집적화 및 고속화에 동반하여, 반도체 소자의 미세화와 다층화가 진행되고 있다. 이 경우의 포토리소그래피법으로는, ArF 포토리소그래피법으로 대표되는 바와 같이, 파장이 짧은 레이저 (예를 들어, 엑시머 레이저) 를 사용한 것이 이용되어, 미세한 패터닝에 의해 레지스트 마스크가 형성된다. 이러한 레지스트 마스크로 덮인 층간 절연막을 건식 에칭하여 배선용 홀, 트렌치 등을 미세 가공하는 경우에는, 깊이 방향에 균일한 에칭 형상을 얻는다는 높은 가공 정밀도가 요구되고 있다. 그 때문에, 이방성을 높이기 위해, 소정의 에칭 가스를 플라즈마 분위기 중에 도입하여 에칭을 실시하는 기술이 알려져 있다 (특허 문헌 1).
그런데, ArF 포토리소그래피법에서 사용되는 레지스트재로서, 진공 자외광 영역에 있어서 감도를 가지도록 하기 위해서 벤젠 고리를 갖지 않은 화합물로 구성 한 것을 사용하는 방법이 알려져 있다 (비특허 문헌 1). 이러한 종류의 레지스트재의 경우, 파장이 짧은 레이저를 사용하여 미세한 패터닝을 실시하면, 거기에 수반하여 레지스트 마스크가 취약해짐과 함께, 다른 포토리소그래피법에서 사용되는 것과 비교하여 플라즈마 내성이 낮다.
이 때문에, 플라즈마 분위기 중에서 에칭을 실시하면, 플라즈마에 노출됨으로써 데미지를 입어 레지스트 마스크 중 패터닝된 영역의 에지부에서 에지가 거칠해진다 (레지스트 마스크의 형상이 변형된다). 이러한 상태에서 에칭을 계속하면, 그 형상이 층간 절연막에 형성하고자 하는 홀, 트렌치에 전사되어 스트라이에이션 (Striation) 이 발생한다는 문제가 있었다. 이 경우, 높은 에칭 가공 정밀도에 대한 요구를 만족시킬 수 없다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 플루오로카본 가스를 함유하는 혼합 가스를 사용하여, 이 혼합 가스를 저압의 플라즈마 분위기 중에 도입하고, ArF 포토리소그래피법을 이용하여 형성한 레지스트 마스크에 의해 덮인 층간 절연막을 건식 에칭하는 방법이 제안되어 있다 (특허 문헌 2).
특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 평11-31678호 (예를 들어, 특허청구의 범위의 기재 참조)
특허 문헌 2: 일본 특허출원 2004-56962호 (예를 들어, 특허청구의 범위의 기재 참조)
비특허 문헌 1: 코지 노자키 및 에이 야노, FUJITSU Sei. Tech. J., 38, 1 P3-12 (2002년 6월)
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그러나, 저압에서 소정의 혼합 가스를 도입하여 건식 에칭하면 스트라이에이션의 발생이 억제할 수 있어 높은 에칭 가공 정밀도가 얻어지지만, 소정 압력 (예를 들어 0.133Pa) 보다 낮은 압력 하에서 안정 방전을 얻을 수 있는 에칭 장치가 한정되고, 범용성이 부족하다.
그래서 본 발명의 과제는 상기 점을 감안하여, 스트라이에이션의 발생을 억제하여 높은 에칭 가공 정밀도를 얻을 수 있는 층간 절연막의 건식 에칭 방법을 제공하는 것에 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 층간 절연막의 건식 에칭 방법은, ArF 포토리소그래피법을 사용하여 형성한 레지스트 마스크에 의해서 덮인 층간 절연막을, 소정의 에칭 가스를 도입하면서, 플라즈마 분위기 중에서 건식 에칭하여 홀, 트렌치를 미세 가공하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법에 있어서, 상기 에칭 가스로, 할로겐계 가스 (할로겐은, F, I, Br) 로서, I 및 Br 의 적어도 일방이 원자 조성비에서 할로겐 총량의 26% 이하이고, 나머지가 F 인 불화 탄소 화합물 가스를 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 에칭 가스로서, 안정된 화합물을 형성함과 함께 그 자체가 Si 에 대한 에천트로서의 기능을 갖는 I 및 Br 중 적어도 일방을 함유하는 불화 탄소 화합물 가스를 사용함으로써, 에칭시의 작동 압력에 상관하지 않고서 플라즈 마 분위기 중의 F 원자수 밀도를 감소시켜, 레지스트 마스크에 데미지를 주는 것을 경감하여 스트라이에이션의 발생을 억제할 수 있다. 이 경우, I 및 Br 중 적어도 일방을, 원자 조성비에서 할로겐 총량의 26% 를 초과하여 함유하고 있으면, 에칭 속도의 저하나 원하는 형상에서의 에칭이 불가능하다는 등의 문제가 있다.
상기 불화 탄소 화합물 가스는, 요오드화 불화 탄소 화합물 가스 및 브롬화 불화 탄소 화합물 가스의 어느 일방, 또는 이들의 혼합 가스인 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 요오드화 불화 탄소 화합물 가스는, CF3I, C2F5I, C3F7I, C3F6I2 중에서 선택된 적어도 1 종, 또는 상기 요오드화 불화 탄소 화합물 가스와 HI 또는 HBr 에서 선택된 2 종 이상을 함유하는 혼합 가스로 하면 된다.
또한, 상기 브롬화 불화 탄소 화합물 가스는, CF3Br, C2F5Br, C3F7Br, C3F6Br2 중에서 선택된 적어도 1 종, 또는 상기 브롬화 불화 탄소 화합물 가스와 HI 또는 HBr 에서 선택된 2 종 이상을 함유하는 혼합 가스로 하면 된다.
그리고, 상기 에칭 가스는, CF4 와 C2F4I2 또는 C2F4Br2 의 혼합 가스여도 된다.
상기 에칭 가스는, HI 및 HBr 의 적어도 일방과 과불화 탄소 화합물의 혼합 가스여도 된다.
상기 에칭 가스는, CF3I 와 과불화 탄소 화합물의 혼합 가스여도 된다.
상기 에칭 가스는, CF3Br 과 과불화 탄소 화합물의 혼합 가스여도 된다.
여기서, 에칭에 의한 반응 생성물의 디포지션의 양을 조절하여 에칭한 홀, 트렌지가 메워지는 것을 방지하기 위해, 상기 에칭 가스에 이 에칭 가스의 총 유량에 대하여 3∼15% 범위에서 산소를 첨가해 두면 된다. 이 경우, 3% 미만에서는 상기 효과를 달성할 수 없고, 또 디포지션의 양을 조절할 수 없게 된다. 한편, 15% 를 초과하면, ArF 레지스트가 데미지를 입어 에칭되고 만다.
발명의 효과
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 층간 절연막의 건식 에칭 방법은, 스트라이에이션의 발생을 억제하여 높은 에칭 가공 정밀도가 얻어진다는 효과를 나타낸다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
도 1 을 참조하여 설명하면, 부호 1 은, 본 발명의 층간 절연막을 건식 에칭하여 배선용 홀, 트렌치 등을 미세 가공하는 에칭 장치이다. 에칭 장치 (1) 는, 자기장 제로를 포함하는 영역에 발생시킨 방전 플라즈마 (NLD 플라즈마) 를 사용하는 것으로, 드라이 펌프 또는 로터리 펌프나 터보 분자 펌프 등의 진공 배기 수단 (12) 이 형성된 진공 챔버 (11) 를 갖는다.
챔버 (11) 는, 석영과 같은 유전체로 제조된 원통형상 측벽 (13) 에 의해 형성된 그 상부의 플라즈마 발생실 (11a) 과 하부의 기판 처리실 (11b) 로 구성되어 있다. 원통형상 측벽 (13) 의 외측에는 3 개의 자기장 코일 (14, 15, 16) 이 소정의 간격을 두고 형성되어, 자기장 발생 수단을 구성한다. 3 개의 자기장 코일 (14, 15, 16) 은, 그 외측을 상하에서 둘러싸도록 고투자율 재료로 제조된 요 크 부재 (17) 에 장착되어 있다. 이 경우, 상측 및 하측의 각 자기장 코일 (14, 16) 에는 같은 방향의 전류를 흘리고, 중간 코일 (15) 에는 역방향의 전류를 흘리도록 되어 있다. 이것에 의해, 중간 코일 (15) 의 레벨 부근에 원통형상 측벽 (13) 의 내측에 연속된 자기장 제로의 위치가 생겨, 환상 (環狀) 자기 중성선이 형성된다.
환상 자기 중성선의 크기는, 상측 및 하측의 각 코일 (14, 16) 에 흘리는 전류와 중간 코일 (15) 에 흘리는 전류와의 비율을 변경함으로써 적절히 설정할 수 있고, 환상 자기 중성선의 상하 방향의 위치는, 상측 및 하측의 각 자기장 코일 (14, 16) 에 흘리는 전류의 비에 의해서 적절히 설정할 수 있다. 또한, 중간 코일 (15) 에 흘리는 전류를 늘려 나가면, 환상 자기 중성선의 직경은 작아지고, 동시에 자기장 제로의 위치에서의 자기장의 구배도 완만해지게 된다. 중간 코일 (15) 과 원통형상 측벽 (13) 사이에는 고주파 전기장 발생용 안테나 (18) 가 설치되고, 고주파 전원 (19) 에 접속되어서, 자기장 발생 수단을 구성한다. 그리고, 3 개의 자기장 코일 (14, 15, 16) 에 의해서 형성된 환상 자기 중성선을 따라서 NLD 플라즈마를 발생시킨다.
환상 자기 중성선이 만드는 면과 대향시켜 기판 처리실 (11b) 내에는, 처리 기판 (S) 이 탑재되는 기판 탑재부인 단면 원형의 기판 전극 (20) 이 절연체 (20a) 를 사이에 두고 형성되어 있다. 이 기판 전극 (20) 은 컨덴서 (21) 를 통하여 제 2 고주파 전원 (22) 에 접속되고, 전위적으로 부유 전극이 되어 부(負)의 바이어스 전위가 된다.
또, 플라즈마 발생실 (11a) 을 구획하는 천판 (23) 은 원통형상 측벽의 상부에 밀봉 고착되고, 전위적으로 부유 상태로 하여 대향 전극을 형성한다. 이 천판의 내면에는, 챔버 (11) 내로 에칭 가스를 도입하는 가스 도입 수단 (24) 이 형성되고, 이 가스 도입 수단 (24) 은 가스 유량 제어 수단 (도시 생략) 을 통하여 가스원에 접속되어 있다.
상기 에칭 장치 (1) 를 사용하여 배선용 홀, 트렌치가 미세 가공되는 층간 절연막으로는, SiO2 등의 산화물막, HSQ 나 MSQ 와 같이 스핀 코트에 의해 형성된 SiOCH 계 재료, 또는 CVD 에 의해 형성되는 SiOC 계 재료로 비유전율 1.5∼3.0 의 Low-k 재료이고, 다공질 재료를 포함한다.
SiOCH 계 재료로는, 예를 들어 상품명 NCS/쇼쿠바이 화성 공업사 제조, 상품명 LKD5109r5/JSR 사 제조, 상품명 HSG-7000/히타치 화성사 제조, 상품명 HOSP/Honeywell Electric Materials 사 제조, 상품명 Nanoglass/Honeywell Electric Materials 사 제조, 상품명 OCD T-12/토쿄 오우카사 제조, 상품명 OCD T-32/토쿄 오우카사 제조, 상품명 IPS2.4/쇼쿠바이 화성 공업사 제조, 상품명 IPS2.2/쇼쿠바이 화성 공업사 제조, 상품명 ALCAP-S5100/아사히 화성사 제조, 상품명 ISM/ULVAC 사 제조 등이 있다.
SiOC 계 재료로는, 예를 들어 상품명 Aurola2.7/닛폰 ASM 사 제조, 상품명 Aurola2.4/닛폰 ASM 사 제조, 상품명 Orion2.7/TRIKON 사 제조, 상품명 Coral/Novellf 사 제조, 상품명 Black Diamond/AMAT 사 제조 등이 있다. 또한, 상품명 SiLK/Dow Chemical 사 제조, 상품명 Porous-SiLK/Dow Chemical 사 제조, 상품명 FLARE/Honeywell Electric Materials 사 제조, 상품명 Porous FLARE/Honeywell Electric Materials 사 제조, 상품명 GX-3P/Honeywell Electric Materials 사 제조 등의 유기계 저유전율 층간 절연막이어도 된다.
층간 절연막 상에는, 이 층간 절연막에 배선용 홀, 트렌치를 미세 가공하기 위해서, 포토리소그래피법을 사용하여 소정의 패터닝에 의해 레지스트 마스크가 형성된다. 포토리소그래피법으로는, LSI 의 고집적화 및 고속화에 수반되는 반도체 소자의 미세화와 다층화에 대응하기 위해, ArF 포토리소그래피법이 사용된다. ArF 포토리소그래피법용의 레지스트재로는, 예를 들어 진공 자외광용 UV-6/Shipley 사 제조가 있다.
그런데, ArF 포토리소그래피법에서 사용되는 레지스트재로는, 진공 자외광 영역에서 감도를 가지도록 하기 위해서 벤젠 고리를 갖지 않은 화합물로 구성하는 경우가 있다. 이러한 종류의 레지스트재는, 파장이 짧은 레이저를 사용하여 미세한 패터닝을 실시하면, 거기에 수반하여 레지스트 마스크가 취약해짐과 함께, 다른 포토리소그래피법에서 사용되는 것과 비교하여 플라즈마 내성이 낮다.
여기서, 종래의 층간 절연막의 건식 에칭 방법, 즉, 예를 들어 유도 결합 방식 (ICP 플라즈마) 의 에칭 장치 (도시 생략) 를 사용하고, 1∼3Pa 의 작동 압력 하에서 플루오로카본 가스 (CxFy) 를 함유하는 에칭 가스를 플라즈마 분위기 중에서 도입하여 에칭을 실시하면 (이 경우, Ar 플라즈마 밀도는 ∼ 1 × 1011㎝- 3 이다), 도 2 에 나타내는 방와 같이, 플라즈마에 노출됨으로써 데미지를 입어, 레지스트 마스크 (31) 중 패터닝된 영역의 에지부 (32) 에서 에지의 거칠함 (33) 이 생긴다 (레지스트 마스크 (31) 의 형상이 변형된다). 이러한 상태에서 에칭을 계속하면, 그 형상이 층간 절연막 (34) 에 형성하고자 하는 홀, 트렌치 (35) 에 전사되어 스트라이에이션 (36) 이 발생하여, 높은 에칭 가공 정밀도에 대한 요구를 만족시킬 수 없다.
상기 서술한 스트라이에이션 (36) 의 발생은, 일반적으로, 플라즈마 분위기 중에서의 에칭시의 이온에 의한 데미지인 것으로 인식되어 있었다. 이러한 인식에 근거하면, 저압 고밀도 플라즈마인 상기 NLD 플라즈마의 에칭 장치 (1) 로 층간 절연막의 에칭을 실시한 경우에도, 이하의 이유에서 스트라이에이션이 발생한다고 생각된다.
즉, NLD 플라즈마의 에칭 장치 (1) 에서는, 통상, 에칭 조건이 0.3∼0.7Pa 의 작동 압력 하에서, 안테나 (18) 에 접속된 고주파 전원 (19) 의 출력이 1∼1.5KW, 제 2 고주파 전원 (22) 의 출력 (바이어스 파워) 이 0.2∼0.6KW 로 설정되고, 이 때의 Ar 플라즈마 밀도가 ∼ 1 × 1011㎝- 3 이다. 이 경우, 작동 압력을 종래법보다 낮게 설정하고 있기 때문에 플라즈마 밀도는 저하되지만, 에칭 장치 (1) 에서는, 효율이 좋은 환상 자기 중성선 방전 플라즈마가 되기 때문에, 플라즈마 밀도의 저하량은 적다.
이 때문에, 에칭 장치 (1) 에서의 이온 전류 밀도는 스트라이에이션의 발생 을 억제할 수 없는 ICP 플라즈마의 에칭 장치의 것과 거의 동일하고, 또한, 제 2 고주파 전원 (22) 의 출력을 0.3KW 로 설정한 경우의 이온 에너지는 ∼1KeV 로 되어 있어, 레지스트 마스크 (31) 에의 고에너지 이온의 충돌은 일어나고 있다. 따라서, NLD 플라즈마의 에칭 장치 (1) 로 층간 절연막의 에칭을 실시한 경우, 스트라이에이션이 발생한다고 생각된다.
그런데, ICP 플라즈마의 에칭 장치를 사용하는 경우라도, 작동 압력을 소정치까지 낮게 설정함으로써 스트라이에이션의 발생을 억제할 수 있는 현상이 발견되어 있다. 이것은, 작동 압력을 낮게 설정함으로써, 중성 분해종 (원자, 분자, 라디칼) 의 물리량이 감소한 것에 기인한다. 이 경우, CxFy 가스를 분해하여 발생하는 분해종에는 CF, CF2, CF3 등이 있는데, 이 중에서 분자 라디칼은 주로 중합 전구체로서의 작용이 있으나, 레지스트 마스크 (31) 에 대한 에칭 물질로서의 작용은 낮다. 이로부터, 유기 물질과의 반응성이 높은 F 원자가 레지스트 마스크 (31) 의 C=O 기나 다른 관능기와 반응하여 레지스트 마스크 (31) 를 보다 취약화시킨다. 따라서, 라디칼 반응에 의해 일어나는 레지스트 마스크 (31) 의 취약화가 일어난다.
한편, 다공질 Low-k 막의 건식 에칭에 있어서, 에칭 가스로서 C3F7I 를 사용하고, 저압이고 또한 고밀도인 플라즈마의 에칭 조건 하에서는, 레지스트 마스크의 에칭 속도가 저하되어 대(對)레지스트 선택비가 향상되는 현상이 발견되었다. 레지스트의 에칭 속도가 감소하는 것은, 레지스트 마스크의 에천트인 F 라디칼이 기상 중에 있어서 I 와 반응하여, IF3, IF5, IF7 등을 형성하기 때문이다.
이상에서 설명한 것을 고려하면, ICP 플라즈마의 에칭 장치를 사용하고, 작동 압력을 낮게 설정함으로써 레지스트 마스크의 스트라이에이션의 발생을 억제할 수 있는 것은, 라디칼종 중에서도 레지스트의 에천트인 F 원자 밀도의 감소때문이다. 그리고, 요오드 원자를 함유하는 가스를 사용하면, F 원자의 스캐빈저가 일어나 레지스트의 에칭 속도가 저하된다. 이러한 점에서, 스트라이에이션의 발생을 억제하기 위해서는, F 원자수 밀도를 I 나 그 밖의 방법에 의해서 포착해서 안정된 화합물로 하여 감소시키는 것이 중요하다.
상기한 점을 감안하여, F 원자와의 반응에 의해 안정된 화합물을 형성하고, 또한, 에칭 기구 자체에 큰 영향을 주지 않는 화합물로서, H, Br, I, Xe 를 함유하는 것을 에칭 가스로서 이용하면 된다. 여기서, H 는 F 와 고속 반응하여 HF 를 형성함과 함께, 유기 화합물과도 반응하기 때문에 제어가 곤란하다. 또한, Xe 는, F 와 엑사이티드 다이머를 형성하고, 그 결합력이 약하며, 또한 고가이기 때문에 실용성이 부족하다. 이에 대하여, Br 이나 I 는, IF3, IF5, IF7B, BrF3, BrF5 등의 안정된 화합물을 형성할 뿐 아니라, 그 자체가 Si 에 대한 에천트로서의 기능을 가져, 에칭 반응 자체를 저해하는 작용도 없다.
그래서, 본 실시형태에서는 에칭 가스로, 할로겐계 가스 (할로겐은, F, I, Br) 로서, I 및 Br 의 적어도 일방이 원자 조성비에서 할로겐 총량의 26% 이하이고, 나머지가 F 인 불화 탄소 화합물 가스, 특히, 요오드화 불화 탄소 화합물 가스 및 브롬화 불화 탄소 화합물 가스의 어느 일방, 또는 이들의 혼합 가스를 사용하는 것으로 하였다.
요오드화 불화 탄소 화합물 가스 및 브롬화 불화 탄소 화합물 가스는, Cn(Hal)2n+2 (식 중, n = 1∼3) 의 가스, 바람직하게는, CF3I, CF3Br, C2F5I, C2F5Br, C3F7I, C3F7Br, C3F6I2, C3F6Br2 중에서 선택된 적어도 1 종, 또는 이들의 불화 탄소 화합물 가스와 HI 또는 Br 에서 선택된 2 종 이상을 함유하는 혼합 가스인 것이 바람직하다. 또, n 의 수가 3 을 초과하면, 에칭시에 챔버 (11) 가 오염되는 등의 문제가 생겨 실용적이지 않다.
또, C2F4I2 등의 요오드화 불화 탄소 화합물 가스나 C2F4Br2 등의 브롬화 불화 탄소 화합물 가스도 사용할 수 있고, 이 경우, 원자 조성비에서 할로겐의 총량의 26% 이하가 되도록 CF4 가스 등을 첨가하여 이용한다.
또한, 에칭 가스는 HI 및 HBr 의 적어도 일방과, 테트라플루오로에틸렌과 같은 과불화 탄소 화합물 (Cn(Hal)2n (식 중, n = 1∼3)) 가스의 혼합 가스이어도 되고, 에칭 가스로서 CF3I 와 과불화 탄소 화합물의 혼합 가스, CF3Br 과 과불화 탄소 화합물의 혼합 가스를 사용해도 된다.
이것에 의해, 챔버 (11) 의 에칭시의 압력에 상관하지 않고, 플라즈마 분위기 중의 F 원자수 밀도를 감소시켜, 레지스트 마스크에 데미지를 주는 것을 경감하여 스트라이에이션의 발생을 억제할 수 있다. 이 경우, I 및 Br 중 적어도 일 방을, 원자 조성비에서 할로겐 총량의 26% 를 초과하여 함유하고 있으면, 에칭 속도의 저하나 원하는 형상에서의 에칭이 불가능하다는 등의 문제가 있다.
또한, 상기 불화 탄소 화합물 가스에는, 에칭에 의한 반응 생성물의 디포지션의 양을 조절하여 에칭한 홀이나 홈이 매워지는 것을 방지하기 위해, 소량의 산소를 첨가하는 것이 바람직하다.
이 경우, 산소의 첨가량은, 챔버 (11) 에 도입하는 가스의 총 유량의 3∼15%, 바람직하게는 3∼10%, 보다 바람직하게는 4∼7% 의 범위로 설정된다. 3% 미만에서는 상기 효과를 달성할 수 없고, 또 디포지션의 양을 조절할 수 없게 된다. 한편, 15% 를 초과하면, ArF 레지스트가 데미지를 입어 에칭된다.
실시예 1
본 실시예 1 에서는, 층간 절연막으로서 SiO2 를 사용하고, 스핀 코터를 사용하여 처리 기판 상에 1000㎚ 의 막두께로 형성하였다. 그리고, 이 층간 절연막 상에 스핀 코터에 의해 레지스트재를 도포하고, ArF 포토리소그래피법에 의해 소정의 패터닝을 실시하여 레지스트 마스크를 형성하였다. 이 경우, 레지스트재로는 진공 자외광용 UV-6 을 사용하고, 두께를 500㎚ 로 하였다.
다음으로, 도 1 에 나타내는 NLD 플라즈마의 에칭 장치 (1) 를 사용하고, Ar 과 에칭 가스인 C3F7I 를 사용하여, 이것을 2.67Pa 의 작동 압력 하에서 진공 챔버 (11) 내에 도입해서 상기 층간 절연막을 에칭하여 홀을 형성하였다. 이 경우, Ar 의 유량을 230sccm, C3F7I 의 유량을 50sccm, 산소의 유량을 20sccm 으로 설정하 였다. 또한, 플라즈마 발생용 고주파 안테나 코일 (18) 에 접속한 고주파 전원 (19) 의 출력을 1KW, 기판 전극 (21) 에 접속한 고주파 전원 (22) 의 출력을 0.3KW, 기판 설정 온도 10℃ 로 설정하였다.
(비교예 1)
본 비교예 1 에서는, 상기 실시예 1 과 동일한 조건으로 층간 절연막 및 레지스트 마스크를 형성함과 함께, 도 1 에 나타내는 NLD 에칭 장치 (1) 를 사용하여, 상기 실시예 1 과 동일한 조건으로 층간 절연막을 에칭하였다. 이 경우, 에칭 가스로서 C3F7I 대신에 C3F8 을 사용하였다.
도 3 및 도 4 는, 실시예 1 및 비교예 1 의 조건으로 층간 절연막을 에칭하였을 때의 SEM 사진이다. 이것에 의하면, 비교예 1 에서는, 에칭에 의해서 레지스트 마스크 중 패터닝된 영역의 에지부에서 에지의 거칠함이 생기고, 홀에 스트라이에이션이 발생되어 있음이 확인되었다 (도 4(b) 및(c)). 그에 반하여, 실시예 1 에서는, 에지부에서의 에지의 거칠함이 억제되어, 스트라이에이션의 발생이 억제되어 있음을 알 수 있다 (도 3(b) 및 (c) 참조).
한편, 상기 실시예 1 과 동일한 조건으로 층간 절연막 및 레지스트 마스크를 형성함과 함께, 도 1 에 나타내는 에칭 장치 (1) 을 사용하여 상기 실시예 1 과 동일한 조건으로 층간 절연막을 에칭하였는데, 챔버 (11) 의 압력은 0.67Pa 로 설정하였다. 이 경우, 에칭 속도가 약간 빨라지고, 스트라이에이션의 발생을 억제할 수 있었다. 또, I 대신에 Br 을 사용해도 동일한 결과가 얻어졌다.
그런데, NLD 에칭 장치에서는 약한 자기장을 인가할 수 있어, 1Pa 이하에서 효율이 양호한 NLD 플라즈마를 형성할 수 있지만, 1Pa 이상에서는 전자의 평균 자유 공정이 짧아져, NLD 플라즈마로는 되지 않고, ICP 플라즈마가 형성되게 된다. 따라서, 상기 실시예 1 은 NLD 에칭 장치 (1) 를 사용한 것이지만, 1Pa 이상이기 때문에 자기장의 효과가 없어져 자기장 제로와 동일한 플라즈마가 형성된다. 이 때문에, ICP 플라즈마를 형성한 것과 동일하게 되어, 본 발명의 효과는 에칭 장치 구조에 의존하는 것이 아니라 플라즈마 밀도와 가스 조성에 의존한다. 그 결과, 플라즈마 밀도로서 1010 ∼ 1011㎝- 3 의 플라즈마가 형성되어, ArF 레지스트 마스크에 의해 덮인 층간 절연막이라면 동일한 효과가 얻어지는 것이 원리적으로 분명하다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명의 층간 절연막의 에칭 방법을 실시하는 에칭 장치를 개략적으로 나타내는 도면.
도 2 는 스트라이에이션의 발생을 개략적으로 설명하는 도면.
도 3(a) 내지 (c) 는, 실시예 1 에 의해 층간 절연막을 에칭하였을 때의 SEM 사진.
도 4(a) 내지 (c) 는, 비교예 1 에 의해 층간 절연막을 에칭하였을 때의 SEM 사진.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1: 에칭 장치
11: 챔버
11a: 플라즈마 발생실
11b: 기판 전극실
31: 레지스트 마스크
32: 에지부
33: 에지의 거칠함
34: 층간 절연막
35: 홀, 트렌치
36: 스트라이에이션
S: 처리 기판

Claims (9)

  1. ArF 포토리소그래피법을 사용하여 형성한 레지스트 마스크에 의해서 덮인 층간 절연막을, 소정의 에칭 가스를 도입하면서, 플라즈마 분위기 중에서 건식 에칭하여 홀, 트렌치를 미세 가공하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법으로서, 상기 에칭 가스로, 할로겐계 가스 (할로겐은, F, I, Br) 로서, I 및 Br 의 적어도 일방이 원자 조성비에서 할로겐 총량의 26% 이하이고, 나머지가 F 인 불화 탄소 화합물 가스를 사용하는 것을 특징으로 하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 불화 탄소 화합물 가스는, 요오드화 불화 탄소 화합물 가스 및 브롬화 불화 탄소 화합물 가스의 어느 일방, 또는 이들의 혼합 가스인, 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 요오드화 불화 탄소 화합물 가스는, CF3I, C2F5I, C3F7I, C3F6I2 중에서 선택된 적어도 1 종, 또는 상기 요오드화 불화 탄소 화합물 가스와 HI 또는 HBr 에서 선택된 2 종 이상을 함유하는 혼합 가스인, 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 브롬화 불화 탄소 화합물 가스는, CF3Br, C2F5Br, C3F7Br, C3F6Br2 중에서 선택된 적어도 1 종, 또는 상기 브롬화 불화 탄소 화합물 가스와 HI 또는 HBr 에서 선택된 2 종 이상을 함유하는 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, CF4 와 C2F4I2 또는 C2F4Br2 의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, HI 및 HBr 의 적어도 일방과 과불화 탄소 화합물의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, CF3I 와 과불화 탄소 화합물의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭 가스는, CF3Br 과 과불화 탄소 화합물의 혼합 가스인 것을 특징으로 하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 에칭 가스에, 이 에칭 가스의 총 유량에 대하여 3∼15% 범위에서 산소를 첨가한 것을 특징으로 하는 층간 절연막의 건식 에칭 방법.
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