WO2006062085A1 - ドライエッチング方法及びドライエッチング装置 - Google Patents

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WO2006062085A1
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Mitsuhiro Okune
Hiroyuki Suzuki
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • H01J37/32009—Arrangements for generation of plasma specially adapted for examination or treatment of objects, e.g. plasma sources
    • H01J37/32082—Radio frequency generated discharge
    • H01J37/32091—Radio frequency generated discharge the radio frequency energy being capacitively coupled to the plasma

Definitions

  • the present invention relates to a dry etching method and a dry etching apparatus.
  • a substrate having an SOI (Silicon on Insulator) structure is formed with SF / 0 (six
  • An etched layer 2 made of a system material (for example, Si) is formed.
  • a resist mask 3 is formed on the etched layer 2.
  • the F component, F radical, and O component generated by the plasma are incident on the exposed portion of the resist mask 3 of the etching target layer 2.
  • the etching target layer 2 is etched by the etching species, radicals and positive ions (S ions, 0 ions, etc.).
  • the F radical and the layer to be etched 2 react with the S source element to generate volatile reaction products such as Si F (silicon tetrafluoride) and SiF (silicon hexafluoride).
  • the O component reacts with the S source element of the silicon-based material that constitutes the etched layer 2 to generate SiO (oxide silicon), which adheres to the sidewalls of the grooves and holes, thereby protecting the sidewalls.
  • This side wall protective layer 4 prevents the erosion of the side walls of grooves and holes due to F radicals and positive ions.
  • the etching stop layer 1 is exposed when the groove or hole penetrates the etching target layer 2 due to the force, the supply of Si atoms from the etching target layer 2 is stopped, so that SiO is not generated.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 9 82682
  • An object of the present invention is to suppress notches in dry etching of an object to be processed in which an etching target layer having a silicon-based material force is formed on an etching stop layer.
  • an object to be etched having a silicon-based material force is formed on an etching stop layer, and a processing object having a mask formed on the surface of the bracket to be etched is disposed in a vacuum vessel,
  • An etching gas containing a first gas component that generates an etching species of the layer to be etched and a second gas component that is a fluorocarbon-based gas when plasma is generated is introduced into the vacuum vessel.
  • a dry etching method is provided in which plasma is generated and the portion of the surface of the etching layer exposed to the mask force is etched by the etching species generated by the first gas component.
  • Silicon-based materials are Si (single crystal silicon), poly-Si (polysilicon), a-Si (amorphous silicon), WSi (tungsten silicide), MoSi (molybdenum silicide), and TiSi (titanium silicide). Etc., but SiO (acidic silicon) is not included.
  • the layer to be etched which also has a silicon-based material force, is etched by the etching species of the first gas component.
  • a polymer is generated by the second gas component, which is a fluorocarbon-based gas, and the polymer adheres to the side walls of the etched grooves and holes to form a side wall protective layer.
  • the generation of the polymer by the second gas component occurs regardless of whether or not the silicon-based material constituting the etched layer reacts with Si atoms.
  • the side wall protective layer is used until the interface with the etching stop layer is reached. It is formed. Accordingly, it is possible to suppress notches near the interface between the etching layer and the etching stop layer even after penetrating the etching target layer that also has a silicon-based material force.
  • the second gas component which is a fluorocarbon-based gas is, for example, C F (octafluorosiloxane).
  • the first gas component may be any material that generates an etching species of a silicon-based material when plasma is generated.
  • An example of the first gas component is SF (sulfur hexafluoride).
  • the first gas component is CF (tetrafluoromethane), C F (hexafluoropropylene), or
  • NF nitrogen trifluoride
  • the former is Si and the latter is SiO.
  • etching stop layers include SiON (silicon nitride oxide) and SiN (silicon nitride).
  • an object to be etched having a silicon-based material force is formed on an etching stop layer, and a processing object having a mask formed on the surface of the bracket to be etched is placed in a vacuum vessel, In the vacuum vessel, an adhesive product is generated by reacting with a first gas component that generates an etching species of the etched layer when plasma is generated and an atom of a silicon-based material constituting the etched layer.
  • a first etching gas containing a second gas component is introduced, plasma is generated in the vacuum vessel, and a portion exposed from the mask on the surface of the etched layer is generated by the first gas component After etching with the etching species and stopping the etching with the first etching gas, the first gas component and the third gas which is a fluorocarbon-based gas are used.
  • a second etching gas containing a component is introduced, plasma is generated in the vacuum vessel, and a portion of the surface of the layer to be etched exposed from the mask is caused by the etching species generated by the first gas component.
  • a dry etching method for etching is provided.
  • the etching target layer is etched by the etching species of the first gas component contained in the first etching gas.
  • the second gas component contained in the first etching gas reacts with Si atoms in the layer to be etched to produce an adhesive product, and this reaction product is It adheres to the etched groove and the side wall of the hole to form a side wall protective layer.
  • the etching target layer is etched by the etching species of the first gas component contained in the second etching gas.
  • a polymer is generated by the third gas component which is a fluorocarbon-based gas contained in the second etching gas, and this polymer forms a sidewall protective layer. Therefore, a sidewall protective layer that also has the reaction product force of the second gas component and the S source element is formed on the sidewall on the surface side of the groove or hole, and the sidewall on the etching stop layer side of the groove or hole is made of polymer. A sidewall protective layer is formed.
  • the generation of the polymer by the third gas component occurs regardless of whether or not there is a reaction with the S source element of the silicon-based material that constitutes the etching target layer, so that a polymer force is generated at the interface between the etching target layer and the etching stop layer.
  • a side wall protective layer is formed. Therefore, even after the layer to be etched having a silicon-based material force penetrates, the notch near the interface between the layer to be etched and the etching stop layer can be suppressed.
  • the etching depth of the layer to be etched reaches 50% or more of the thickness of the layer to be etched, the etching depth is an interface between the layer to be etched and the etching stop layer.
  • the gas used for the etching is switched to the second etching gas for the first etching gas force.
  • the third invention is a vacuum vessel in which an etching target layer having a silicon-based material force is formed on an etching stop layer, and a processing object in which a mask is formed on the surface of the parent etching target layer is disposed inside. And a first gas component that generates an etching species of the layer to be etched, and a second gas component that reacts with atoms of the silicon-based material constituting the layer to be etched to generate an adhesive product.
  • a first etching gas supply source capable of supplying the first etching gas containing the first etching gas into the vacuum vessel, the second etching component including the first gas component, and a third gas component which is a fluorocarbon-based gas.
  • a second etching gas supply source capable of supplying gas into the vacuum vessel, a plasma generation source for generating plasma in the vacuum vessel, and the first etching gas supply source include the first etching gas source.
  • a dry etching apparatus comprising:
  • a guide member for holding the object to be processed is further provided, and the guide member is made of fluorocarbon resin.
  • F radicals generated in plasma efficiently enter the object to be processed without being consumed by the guide ring. As a result, it is possible to suppress the time variation of the etching rate and obtain a high etching rate.
  • a polymer is generated by the fluorocarbon-based gas contained in the etching gas, and the polymer adheres to the etched groove or hole sidewall to form a sidewall protective layer. Since the polymer is generated regardless of the reaction with the S source of the silicon-based material constituting the layer to be etched, a side wall protective layer having a polymer force is formed near the interface between the etching layer and the etching stop layer. Accordingly, notches near the interface between the etching layer and the etching stop layer can be suppressed even after penetrating the etching layer.
  • FIG. 1 is a schematic view of an apparatus used for a dry etching method according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of a dry etching apparatus.
  • FIG. 3A is a schematic diagram showing the state of the substrate before the etching depth reaches the etching stop layer in the dry etching method of the first embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic diagram showing the state of the substrate when the etching depth reaches the etching stop layer in the dry etching method of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic view of an apparatus used for a dry etching method according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A During the etching with SF / 0 gas in the dry etching method of the second embodiment.
  • FIG. 6B is a schematic diagram showing the state of the substrate when the etching depth in the conventional dry etching method reaches the etching stop layer.
  • FIG. 1 shows an example of an apparatus used for the dry etching method according to the first embodiment of the present invention.
  • the dry etching apparatus 11 includes a chamber (vacuum container) 13 in which a substrate (object to be processed) 12 is disposed.
  • An upper electrode 15 electrically connected to a high frequency power source 14A is disposed in the upper portion of the chamber 13.
  • the lower part in the chamber 13 A lower electrode 16 electrically connected to the power source 14B is provided.
  • a substrate 12 is disposed on the lower electrode 16.
  • the substrate 12 includes an etching stock made of SiO (oxide silicon).
  • a resist mask 23 is formed on the layer to be etched 22 with a desired pattern.
  • the substrate 12 is held by a positioning guide ring 17 and disposed on the lower electrode 16.
  • Guide ring 17 is PTF (fluorine grease or Teflon)
  • Tetrafluoroethylene Tetrafluoroethylene
  • An etching gas supply source 18 is connected to the gas inlet 13 a of the chamber 13.
  • the etching gas supplied from the etching gas supply source 18 is SF / C F
  • the fluorocarbon gas CF is used to etch
  • a protective layer is formed on the side wall of the groove or hole.
  • a vacuum exhaust device 19 is connected to the exhaust port 13 b of the chamber 13.
  • the control device 20 controls the first and high-frequency power sources 14A and 14B, the etching gas supply source 18, and the vacuum exhaust device 19 to perform dry etching.
  • the substrate 12 is held by the guide ring 17 and placed on the lower electrode 16 in the chamber 13.
  • SF / C F gas which is an etching gas at a predetermined flow rate from the etching gas supply source 18 is used.
  • evacuation at a predetermined flow rate is performed by the vacuum evacuation device 19 to maintain the chamber 13 at a predetermined pressure.
  • high frequency power is supplied from the first and high frequency power supplies 14 A and 14 B to the upper electrode 15 and the lower electrode 16.
  • plasma P is generated as shown schematically in FIG.
  • F component and F radical are generated from SF contained in the etching gas.
  • CF force Fluorocarbon component (CF 3) is generated. Positive ions (S ions, O ions) , Fluorocarbon ions, sulfur fluoride ions, etc.) are generated.
  • the F component, F radical, positive ion, and fluorocarbon component are incident on the exposed portion of the etching target layer 22 from the resist mask 23, and are positively coupled with the F species that are the etching species.
  • the etched layer 22 is etched by the ions.
  • the volatile reaction product SiF (four
  • a fluorocarbon polymer ((CF)) is produced, and this fluorocarbon polymer is etched.
  • a side wall protective layer 24 is formed by adhering to the side wall of the groove or hole formed.
  • this side wall protective layer 24 even after penetrating the layer 22 to be etched, the side wall in the vicinity of the interface with the etching stop layer 21 is protected from erosion by positive ions and F radicals, and the notch is suppressed.
  • the guide ring 17 is made of SiO, a part of the F radical generated in the plasma P
  • the guide ring 17 of the present embodiment is not a silicon-based material but also has a fluorine repellency, so that the F radicals generated in the plasma P are not consumed by the guide ring 17 and are efficiently consumed by the substrate. Incident 12 As a result, the time variation of the etching rate is suppressed, and the etching rate can be increased.
  • FIG. 4 shows an example of an apparatus used for the dry etching method according to the second embodiment of the present invention.
  • the substrate 12 is made of an etching stop layer 2 made of SiO, as in the first embodiment.
  • This dry etching apparatus 11 is different from that of the first embodiment in that it includes two etching gas supply sources, that is, a first etching gas supply source 18A and a second etching gas supply source 18B. .
  • the first etching gas supply source 18A uses SF / 0 (sulfur hexafluoride) as an etching gas.
  • SF contained in the etching gas from the first etching gas supply source 18A is an etching target made of Si when plasma is generated.
  • the etching seed of the etching layer 22 is generated. Further, the O component contained in this etching gas reacts with Si atoms in the etching layer 22 to generate SiO.
  • the second etching gas supply source 18B supplies SF / C F gas as an etching gas into the chamber 13 in the same manner as the etching gas supply source 18 of the first embodiment.
  • etching species are generated mainly by SF contained in the etching gas of the second etching gas supply source 18B, and fluorocarbon polymer is generated by CF.
  • the vacuum exhaust device 19 is supplied while supplying SF / 0 as the etching gas at a predetermined flow rate from the first etching gas supply source 18A.
  • the inside of the chamber 13 is maintained at a predetermined pressure.
  • plasma P is generated by supplying high-frequency power from the first and high-frequency power supplies 14 A and 14 B to the upper electrode 15 and the lower electrode 16.
  • F component, F radical, positive ion (S ion, sulfur fluoride ion, etc.) are generated from SF contained in the etching gas.
  • the F component, the F radical, the positive ion, and the O component are exposed from the resist mask 23 of the layer to be etched 22 and are incident on the part to be etched by the F radical and the positive ion.
  • the etching gas supply source 18 A After etching with SF / 0 gas for a predetermined time, the etching gas supply source 18 A
  • etching gas supply started and etching with SF / CF gas.
  • the power supply from the sources 14A, 14B to the upper and lower electrodes 15, 16 may be stopped at any time.
  • the etching gas is switched, the final stage of etching, that is, etching of the etching target layer 22 near the interface with the etching stop layer 21 is performed with SF instead of SF / 0 gas.
  • the gas used for etching is changed to SF / Switch from 0 gas to SF / CF gas.
  • the layer 22 is incident on the exposed portion of the resist mask 23 from the resist mask 23 and is etched by the etching species F radicals and positive ions, and the volatile reaction product SiF is etched. Leave. Also, depending on the CF component,
  • a mouth carbon polymer is generated, and the groove in which the fluorocarbon polymer is etched adheres to the side wall of the hole to form a side wall protective layer 24B.
  • the formation of the fluorocarbon polymer occurs regardless of whether or not the layer 22 to be etched has reacted with Si atoms. Therefore, even if the etching stop layer 21 is exposed through the layer to be etched 22, a groove or hole is formed.
  • the sidewall protective layer 24B continues to be formed on the sidewall. Therefore, as shown in FIG. 5B, the sidewall protective layer 24B reaches the interface of the etching stop layer 21.
  • a side wall protective layer 24B made of SiO is formed on the side wall on the surface side of the groove or hole,
  • a sidewall protective layer 24B made of a fluorocarbon polymer is formed on the sidewall of the groove or hole on the etching stop layer 21 side.
  • the etching rate when SF / 0 gas is used is the etching rate when SF / C F gas is used.
  • the time until the end of the chucking force can be shortened.
  • the silicon-based material composing the ching layer is poly-Si (polysilicon), a-Si (amorphous silicon), WSi (tungsten silicide), MoSi (molybdenum silicide), TiSi (titanium silicide), etc. Good.
  • the etching gas is a fluorocarbon gas such as CHF (trifluoromethane),
  • the gas component that generates the etching species of the silicon-based material contained in the etching gas is CF (tetrafluoromethane), C F (hexafluoropropylene), or NF (trifluoride).
  • dry etching apparatus used in the method of the present invention is not limited to that of the embodiment.

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Abstract

　本発明は、エッチングストップ層上にシリコン系材料からなる被エッチング層が形成された処理対象物のドライエッチングにおいて、ノッチを抑制することを目的とする。基板１２は、エッチングストップ層２１上にシリコン系材料からなる被エッチング層２２を備える。エッチングガスとしてSF6/C4F8ガスを導入してプラズマを発生させ、被エッチング層２２のレジストマスク２３から露呈する部分をエッチングする。溝やホールの側壁にはポリマからなる側壁保護層２４が形成される

Description

明 細 書
ドライエッチング方法及びドライエッチング装置
技術分野
[0001] 本発明は、ドライエッチング方法及びドライエッチング装置に関する。
背景技術
[0002] エッチングストップ層上にシリコン系材料カゝらなる被エッチング層が形成された処理 対象物に、溝（トレンチ）やビアホール等のホールを形成するドライエッチングでは、 被エッチング層とエッチングストップ層の界面付近で溝やホールの側壁がエッチング される現象 (ノッチ）が生じる場合がある。特許文献 1には、このノッチの発生原理が記 載されている。
[0003] 図 6A及び図 6Bを参照して、 SOI (Silicon on Insulator)構造の基板を SF /0 (六フ
6 2 ッ化硫黄 Z酸素）系のエッチングガスを使用してドライエッチングする場合のノッチの 発生原理を概説する。 SiO (酸ィ匕シリコン)力もなるエッチングストップ層 1上にシリコン
2
系材料 (例えば Si)カゝらなる被エッチング層 2が形成されている。また、被エッチング層 2上にはレジストマスク 3が形成されている。
[0004] 図 6Aに示すように、プラズマで発生した F成分、 Fラジカル、及び O成分が被エッチ ング層 2のレジストマスク 3から露呈している部分に入射する。エッチング種である ラ ジカルと正イオン (Sイオンや 0イオン等)により、被エッチング層 2がエッチングされる。 この際、 Fラジカルと被エッチング層 2が S源子と反応して揮発性反応生成物である Si F (四フッ化シリコン)や SiF (六フッ化シリコン)が生成され、被エッチング層 2から離脱
4 6
する。また、 O成分が被エッチング層 2を構成するシリコン系材料の S源子と反応して SiO (酸ィ匕シリコン）が生成され、この SiOが溝やホールの側壁に付着して側壁保護
2 2
層 4となる。この側壁保護層 4により Fラジカルや正イオンによる溝やホールの側壁の 浸食が防止される。
[0005] し力し、溝やホールが被エッチング層 2を貫通してエッチングストップ層 1が露出す ると、被エッチング層 2からの Si原子の供給が停止するので SiOが生成されなくなる。
2
その結果、被エッチング層 2とエッチングストップ層 1の界面付近では、溝やホールの 側壁に側壁保護層 4が形成されずシリコン系材料が露出したままとなる。一方、エツ チングストップ層 1の露出した部分は入射する正イオンによって正極性に帯電し、そ れに続いて入射する正イオンは軌道が曲げられて溝やホールの側壁に向かう。側壁 保護層 4が形成されて 、な 、ため、軌道が曲げられた正イオンにより溝やホールの側 壁が浸食され、図 6Bに示すようにノッチ 5となる。このノッチ 5は、溝やホールの加工 精度を低下させる。
[0006] 特許文献 1 :特開平 9 82682号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は、エッチングストップ層上にシリコン系材料力もなる被エッチング層が形成 された処理対象物のドライエッチングにお 、て、ノッチを抑制することを課題とする。 課題を解決するための手段
[0008] 第 1の発明は、エッチングストップ層上にシリコン系材料力もなる被エッチング層が 形成され、かっこの被エッチング層の表面にマスクが形成された処理対象物を真空 容器内に配置し、前記真空容器内に、プラズマ発生時に前記被エッチング層のエツ チング種を生じる第 1のガス成分と、フルォロカーボン系ガスである第 2のガス成分と を含むエッチングガスを導入し、前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記被エツ チング層の表面の前記マスク力 露呈する部分を前記第 1のガス成分により生じる前 記エッチング種によりエッチングする、ドライエッチング方法を提供する。
[0009] シリコン系材料は、 Si (単結晶シリコン）、 poly- Si (ポリシリコン）、 a- Si (アモルファスシ リコン）、 WSi (タングステンシリサイド）、 MoSi (モリブデンシリサイド）、及び TiSi (チタン シリサイド)等を含むが、 SiO (酸ィ匕シリコン)は含まない。
2
[0010] シリコン系材料力もなる被エッチング層は、第 1のガス成分のエッチング種によりエツ チングされる。フルォロカーボン系ガスである第 2のガス成分によりポリマが生成され 、このポリマはエッチングされた溝やホールの側壁に付着して側壁保護層を形成する 。第 2のガス成分によるポリマの生成は、被エッチング層を構成するシリコン系材料の Si原子との反応の有無に関係なく生じるので、エッチングされた溝やホールの側壁に は被エッチング層の表面力 エッチングストップ層との界面に到るまで側壁保護層が 形成される。従って、シリコン系材料力もなる被エッチング層を貫通した後も、被エツ チング層とエッチングストップ層の界面付近でのノッチを抑制することができる。
[0011] フルォロカーボン系ガスである第 2のガス成分は、例えば、 C F (ォクタフルォロシク
4 8
ロブタン）、 CHF (トリフルォロメタン）、 C F (ペルフルォロシクロペンテン）、及び C F
3 5 8 4 6
(へキサフルォロシクロブタン）の少なくとも!/、ずれか一つを含む。
[0012] 前記第 1のガス成分は、プラズマ発生時にシリコン系材料のエッチング種を生じるも のであればよい。第 1のガス成分としては、例えば SF (六フッ化硫黄）がある。また、
6
第 1のガス成分は、 CF (テトラフルォロメタン)、 C F (へキサフルォロプロピレン)、又は
4 3 6
NF (三フッ化窒素)等であってもよい。
3
[0013] 被エッチング層とエッチングストップ層の組合せとしては、前者が Siで後者が SiOで
2 ある SOI構造がある。その他のエッチングストップ層としては、例えば SiON (窒酸化シ リコン）、 SiN (窒化シリコン）がある。
[0014] 第 2の発明は、エッチングストップ層上にシリコン系材料力もなる被エッチング層が 形成され、かっこの被エッチング層の表面にマスクが形成された処理対象物を真空 容器内に配置し、前記真空容器内に、プラズマ発生時に前記被エッチング層のエツ チング種を生じる第 1のガス成分と、前記被エッチング層を構成するシリコン系材料 の原子と反応して付着性の生成物を生成する第 2のガス成分とを含む第 1のエツチン グガスを導入し、前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記被エッチング層の表 面の前記マスクから露呈する部分を前記第 1のガス成分により生じる前記エッチング 種によりエッチングし、前記第 1のエッチングガスによるエッチングを停止した後、前 記第 1のガス成分と、フルォロカーボン系ガスである第 3のガス成分とを含む第 2のェ ツチングガスを導入し、前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記被エッチング層 の表面の前記マスクから露呈する部分を前記第 1のガス成分により生じる前記エッチ ング種によりエッチングする、ドライエッチング方法を提供する。
[0015] 第 1のエッチングガスによるエッチング中は、第 1のエッチングガスに含まれる第 1の ガス成分のエッチング種により被エッチング層がエッチングされる。また、第 1のエツ チングガスによるエッチング中は、第 1のエッチングガスに含まれる第 2のガス成分が 被エッチング層の Si原子と反応して付着性の生成物が生成され、この反応生成物は エッチングされた溝やホールの側壁に付着して側壁保護層となる。次に、エッチング ガスを第 1のエッチングガス力 第 2のエッチングガスに切り換えると、第 2のエツチン グガスに含まれる第 1のガス成分のエッチング種により被エッチング層がエッチングさ れる。また、第 2のエッチングガスに含まれているフルォロカーボン系ガスである第 3 のガス成分によりポリマが生成され、このポリマが側壁保護層を形成する。従って、溝 やホールの表面側の側壁には第 2のガス成分と S源子の反応生成物力もなる側壁保 護層が形成され、溝やホールのエッチングストップ層側の側壁には、ポリマからなる 側壁保護層を形成される。第 3のガス成分によるポリマの生成は、被エッチング層を 構成するシリコン系材料の S源子との反応の有無に関係なく生じるので、被エツチン グ層とエッチングストップ層との界面にポリマ力 なる側壁保護層が形成される。従つ て、シリコン系材料力もなる被エッチング層が貫通した後も、被エッチング層とエッチ ングストップ層の界面付近でのノッチを抑制することができる。
[0016] 例えば、前記被エッチング層のエッチング深さが被エッチング層の厚さの 50%以上 に達した後であって前記エッチング深さが前記被エッチング層の前記エッチングスト ップ層との界面に達する前に、前記エッチングに使用するガスを前記第 1のエツチン グガス力も前記第 2のエッチングガスに切り換える。
[0017] 第 3の発明は、エッチングストップ層上にシリコン系材料力 なる被エッチング層が 形成され、かっこの被エッチング層の表面にマスクが形成された処理対象物が内部 に配置される真空容器と、前記被エッチング層のエッチング種を生じる第 1のガス成 分と、前記被エッチング層を構成するシリコン系材料の原子と反応して付着性の生成 物を生成する第 2のガス成分とを含む第 1のエッチングガスを前記真空容器内に供 給可能な第 1のエッチングガス供給源と、前記第 1のガス成分と、フルォロカーボン系 ガスである第 3のガス成分とを含む第 2のエッチングガスを前記真空容器内に供給可 能な第 2のエッチングガス供給源と、前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズ マ発生源と、前記第 1のエッチングガス供給源が前記第 1のエッチングガスを前記真 空容器内に供給し、かつ前記プラズマ発生源が前記真空容器内にプラズマを発生さ せる状態を予め定められた第 1の時間は継続した後、前記第 2のエッチングガス供給 源が前記第 2のエッチングガスを前記真空容器内に供給し、かつ前記プラズマ発生 源が前記真空容器内にプラズマを発生させる状態を予め定められた第 2の時間は継 続するように、前記第 1及び第 2のエッチングガス供給源並びに前記プラズマ発生源 を制御する制御装置とを備えるドライエッチング装置を提供する。
[0018] 前記処理対象物を保持するガイド部材をさらに備え、このガイド部材カフッ素榭脂 製であることが好ましい。
[0019] プラズマで発生する Fラジカルはガイドリングで消費されることなぐ効率的に処理 対象物へ入射する。その結果、エッチングレートの時間変動を抑制し、かつ高いエツ チングレートが得られる。
発明の効果
[0020] 本発明によれば、エッチングガスに含まれるフルォロカーボン系ガスによりポリマが 生成され、このポリマはエッチングされた溝やホールの側壁に付着して側壁保護層を 形成する。このポリマの生成は被エッチング層を構成するシリコン系材料の S源子と の反応に関係なく生じるので、エッチング層とエッチングストップ層の界面付近にもポ リマ力もなる側壁保護層が形成される。従って、被エッチング層を貫通した後も、被ェ ツチング層とエッチングストップ層の界面付近でのノッチを抑制することができる。 図面の簡単な説明
[0021] [図 1]本発明の第 1実施形態に係るドライエッチング方法に使用する装置の概略図。
[図 2]ドライエッチング装置の部分拡大図。
[図 3A]第 1実施形態のドライエッチング方法におけるエッチング深さがエッチングスト ップ層に達する前の基板の状態を示す模式図。
[図 3B]第 1実施形態のドライエッチング方法におけるエッチング深さがエッチングスト ップ層に達した時の基板の状態を示す模式図。
[図 4]本発明の第 2実施形態に係るドライエッチング方法に使用する装置の概略図。
[図 5A]第 2実施形態のドライエッチング方法における SF /0ガスでのエッチング時の
6 2
基板の状態を示す模式図。
[図 5B]第 2実施形態のドライエッチング方法における SF /C Fガスでのエッチング時
6 4 8
の基板の状態を示す模式図。
[図 6A]従来のドライエッチング方法におけるエッチング深さがエッチングストップ層に 達する前の基板の状態を示す模式図。
[図 6B]従来のドライエッチング方法におけるエッチング深さがエッチングストップ層に 達した時の基板の状態を示す模式図。
符号の説明
[0022] 11 ドライエッチング装置
12 基板
13 チャンバ
13a ガス導入口
13b 排気口
14A, 14B 高周波電源
15 上部電極
16 下部電極
17 ガイドリング
18, 18A, 18B エッチングガス供給源
19 真空排気装置
20 制御装置
21 エッチングストップ層
22 被エッチング層
23 レジストマスク
24, 24A, 24B 側壁保護層
P プラズマ
発明を実施するための最良の形態
[0023] (第 1実施形態）
図 1は、本発明の第 1実施形態に係るドライエッチング方法に使用する装置の一例 を示す。
[0024] このドライエッチング装置 11は、その内部に基板 (被処理物） 12が配置されるチヤ ンバ (真空容器） 13を備える。チャンバ 13内の上部には高周波電源 14Aに電気的に 接続された上部電極 15が配設されている。一方、チャンバ 13内の下部には、高周波 電源 14Bに電気的に接続された下部電極 16が配設されている。この下部電極 16上 に基板 12が配置されている。
[0025] 図 3Aを併せて参照すると、基板 12は、 SiO (酸ィ匕シリコン)からなるエッチングストツ
2
プ層 21を備え、このエッチングストップ層 21上にシリコン系材料の一例である Siから なる被エッチング層 22が形成されている。また、被エッチング層 22上には所望のパ ターンでレジストマスク 23が形成されて!、る。
[0026] 図 2に示すように、基板 12は位置決め用のガイドリング 17により保持されて下部電 極 16上に配置されている。ガイドリング 17はフッ素榭脂ないしはテフロンである PTF (
Poiytetrailuoroethyleneノ、 FEP (Fluonnated Ethylene Propylene；)、 ETFE (Ethylene
Tetrafluoroethylene)等からなる。
[0027] チャンバ 13のガス導入口 13aには、エッチングガス供給源 18が接続されている。本 実施形態では、エッチングガス供給源 18から供給されるエッチングガスは、 SF /C F
6 4 8 ガス（六フッ化硫黄 Zォクタフルォロシクロブタン)である。後に詳述するように、エツ チングガスに含まれる SFは、プラズマ発生時に被エッチング層 22のエッチング種を
6
生じる。また、プラズマ発生時には、フルォロカーボン系ガスである C Fにより、エッチ
4 8
ングされた溝やホールの側壁に保護層が形成される。
[0028] チャンバ 13の排気口 13bには、真空排気装置 19が接続されている。
[0029] 制御装置 20は、第 1及び高周波電源 14A, 14B、エッチングガス供給源 18、並び に真空排気装置 19を制御してドライエッチングを実行する。
[0030] 次に、本実施形態のドライエッチング方法を説明する。
[0031] まず、基板 12をガイドリング 17で保持し、チャンバ 13内の下部電極 16上に配置す る。次に、エッチングガス供給源 18から所定流量でエッチングガスである SF /C Fガ
6 4 8 スを供給しつつ、真空排気装置 19により所定流量での排気を行い、チャンバ 13内を 所定圧力に維持する。
[0032] また、上部電極 15及び下部電極 16に対し、第 1及び高周波電源 14A, 14Bから高 周波電力を供給する。その結果、図 1に概略的に示すようにプラズマ Pが発生する。 プラズマ P中ではエッチングガスに含まれる SFから F成分、 Fラジカルが生じると共に
6
、 C F力 フルォロカーボン成分（CF )が生じる。また、正イオン（Sイオン、 Oイオン 、フッ化炭素系のイオン、フッ化硫黄系のイオン等）が発生する。
[0033] 図 3Aに示すように、 F成分、 Fラジカル、正イオン、及びフルォロカーボン成分は、 被エッチング層 22のレジストマスク 23から露呈している部分に入射し、エッチング種 である Fラジカルと正イオンにより、被エッチング層 22がエッチングされる。この際、 F ラジカルと被エッチング層 22の Si原子の反応により揮発性反応生成物であり SiF (四
4 フッ化硫黄)が生成され、被エッチング層 22から離脱する。また、 CF成分によりフル
X
ォロカーボンポリマ（（CF ) )が生成され、このフルォロカーボンポリマがエッチングさ
2 n
れた溝やホールの側壁に付着して側壁保護層 24を形成する。
[0034] フルォロカーボンポリマの生成には、被エッチング層 22の Si原子との反応の有無に 関係なく生じるので、溝やホールが被エッチング層 22を貫通してエッチングストップ 層 21が露出しても、溝やホールの側壁には側壁保護層 24が形成され続ける。従つ て、図 3Bに示すように、エッチングされた溝やホールの側壁には、被エッチング層 22 の表面カゝらエッチングストップ層 21の界面に到るまで側壁保護層 24が形成される。 この側壁保護層 24の存在により、被エッチング層 22を貫通した後もエッチングストツ プ層 21との界面付近の側壁は正イオンや Fラジカルによる浸食力も保護され、ノッチ が抑制される。
[0035] 仮にガイドリング 17が SiO製であるとすると、プラズマ Pで発生する Fラジカルの一部
2
がガイドリング 17に含まれる Siとの反応に消費され、それに対応して基板 12への ラ ジカルの入射効率が低下するので、エッチングレートの時間変動や低下が生じる。し かし、前述のように本実施形態のガイドリング 17はシリコン系材料ではなくフッ素榭脂 力もなるので、プラズマ Pで発生する Fラジカルはガイドリング 17で消費されることなく 、効率的に基板 12へ入射する。その結果、エッチングレートの時間変動を抑制し、か っ高 、エッチングレートが得られる。
[0036] (第 2実施形態）
図 4は、本発明の第 2実施形態に係るドライエッチング方法に使用する装置の一例 を示す。なお、基板 12は第 1実施形態と同様に、 SiOからなるエッチングストップ層 2
2
1、エッチングストップ層 21上に形成された Si力もなる被エッチング層 22、及び被エツ チング層 22上には所望のパターンで形成されたレジストマスク 23を備える。 [0037] このドライエッチング装置 11は、 2つのエッチングガス供給源、すなわち第 1のエツ チングガス供給源 18Aと第 2のエッチングガス供給源 18Bを備える点で、第 1実施形 態のものと相違する。
[0038] 第 1のエッチングガス供給源 18 Aは、エッチングガスとして SF /0 (六フッ化硫黄
6 2 Z 酸素)ガスをチャンバ 13内に供給する。後に詳述ように、第 1のエッチングガス供給 源 18Aからのエッチングガスに含まれる SFは、プラズマ発生時に Siからなる被エッチ
6
ング層 22のエッチング種を生じる。また、このエッチングガスに含まれる O成分が被ェ ツチング層 22の Si原子と反応して SiOが生成される。
2
[0039] 一方、第 2のエッチングガス供給源 18Bは、第 1実施形態のエッチングガス供給源 1 8と同様に、エッチングガスとして SF /C Fガスをチャンバ 13内に供給する。プラズマ
6 4 8
発生時には、主として第 2のエッチングガス供給源 18B力ものエッチングガスに含ま れる SFによりエッチング種が生じ、 C Fによりフルォロカーボンポリマが生成される。
6 4 8
[0040] 次に、本実施形態のドライエッチング方法を説明する。
[0041] 基板 12をガイドリング 17で下部電極 16上に保持した後、第 1のエッチングガス供給 源 18Aから所定流量でエッチングガスである SF /0を供給しつつ、真空排気装置 19
6 2
により所定流量での排気を行い、チャンバ 13内を所定圧力に維持する。
[0042] また、上部電極 15及び下部電極 16に対し、第 1及び高周波電源 14A, 14Bから高 周波電力を供給してプラズマ Pを発生させる。プラズマ P中ではエッチングガスに含ま れる SFから F成分、 Fラジカル、正イオン (Sイオン、フッ化硫黄系のイオン等）が生じ
6
る。図 5Aに示すように、 F成分、 Fラジカル、正イオン、及び O成分が被エッチング層 22のレジストマスク 23から露呈して!/、る部分に入射し、 Fラジカルと正イオンによって 被エッチング層 22がエッチングされ、それによつて生成された揮発性の SiFや SiFは
4 6 被エッチング層 22から離脱する。 O成分が被エッチング層 22を構成するシリコン系 材料の Si原子と反応し、 SiO (酸ィ匕シリコン）が生成され、この SiOが溝やホールの側
2 2
壁に付着して側壁保護層 24Aとなる。
[0043] SF /0ガスによるエッチングを所定時間継続した後、エッチングガス供給源 18 Aか
6 2
らの SF /0ガスの供給を停止すると共に、第 2のエッチングガス供給源 18Bからの SF
6 2
/C Fガスの供給を開始し、 SF /C Fガスによるエッチングを行う。この際、高周波電 源 14A, 14Bから上部及び下部電極 15, 16への電力供給をいつたん停止してもよ い。エッチングガスの切り換えの時期は、エッチング最終段階、すなわちエッチングス トップ層 21との界面付近の被エッチング層 22のエッチングを SF /0ガスではなく SF
6 2 6
/C Fガスにより行うように設定する。例えば、溝やホールのエッチング深さ力 被エツ
4 8
チング層 22の厚さの 50%以上に達した後であって、このエッチング深さが被エッチ ング層 22とエッチングストップ層 21との界面に達する前に、エッチングに使用するガ スを SF /0ガスから SF /C Fガスに切り換えればよい。
6 2 6 4 8
[0044] SF /C Fガスによるエッチング中は、 SFから F成分、 Fラジカル、正イオン（Sィォ
6 4 8 6
ン、フッ化炭素系のイオン、フッ化硫黄系のイオン等）が生じると共に、 C F力も CF
4 8 X 成分が生じる。図 5Bに示すように、 F成分、 Fラジカル、正イオン、及び CF成分は、
X
被エッチング層 22のレジストマスク 23から露呈している部分に入射し、エッチング種 である Fラジカルと正イオンによって被エッチング層 22がエッチングされ、揮発性反 応生成物であり SiFが被エッチング層 22から離脱する。また、 CF成分によりフルォ
4 X
口カーボンポリマが生成され、このフルォロカーボンポリマがエッチングされた溝ゃホ ールの側壁に付着して側壁保護層 24Bを形成する。前述のように、フルォロカーボ ンポリマの生成は、被エッチング層 22の Si原子との反応の有無に関係なく生じるので 、被エッチング層 22を貫通してエッチングストップ層 21が露出しても、溝やホールの 側壁には側壁保護層 24Bが形成され続ける。従って、図 5Bに示すように側壁保護 層 24Bはエッチングストップ層 21の界面まで達する。この側壁保護層 24Bの存在に より、被エッチング層 22を貫通した後もエッチングストップ層 21との界面付近の側壁 は正イオンや Fラジカルによる浸食カゝら保護され、ノッチが抑制される。図 5Bに示す ように、溝やホールの表面側の側壁には SiOからなる側壁保護層 24Aが形成され、
2
溝やホールのエッチングストップ層 21側の側壁には、フルォロカーボンポリマからな る側壁保護層 24Bを形成される。
[0045] SF /0ガスを使用時のエッチングレートは、 SF /C Fガス使用時のエッチングレート
6 2 6 4 8
よりも速い。従って、エッチングの最終段階のみ SF /C Fガスを使用することで、エツ
6 4 8
チング開始力 終了までの時間を短縮することができる。
[0046] 本発明は前記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、被エツ チング層を構成するシリコン系材料は、 poly-Si (ポリシリコン）、 a-Si (アモルファスシリ コン）、 WSi (タングステンシリサイド）、 MoSi (モリブデンシリサイド）、及び TiSi (チタンシ リサイド)等であってもよい。
[0047] また、エッチングガスは、フルォロカーボン系ガスとして、 CHF (トリフルォロメタン）、
3
C F (ペルフルォロシクロペンテン）、又は C F (へキサフルォロシクロブタン）を含ん
5 8 4 6
でいてもよい。
[0048] さらに、エッチングガスに含まれるシリコン系材料のエッチング種を生じるガス成分 は、 CF (テトラフルォロメタン)、 C F (へキサフルォロプロピレン)、又は NF (三フッ化
4 3 6 3 窒素)等であってもよい。
[0049] さらにまた、本発明の方法に使用するドライエッチング装置は実施形態のものに限 定されない。
[0050] 添付図面を参照して本発明を完全に説明したが、当業者にとって種々の変更及び 変形が可能である。従って、そのような変更及び変形は辺発明の意図及び範囲から 離れな!/、限り、本発明に含まれると解釈されなければならな ヽ。

Claims

請求の範囲
[1] エッチングストップ層上にシリコン系材料力 なる被エッチング層が形成され、かつ この被エッチング層の表面にマスクが形成された処理対象物を真空容器内に配置し
前記真空容器内に、プラズマ発生時に前記被エッチング層のエッチング種を生じる 第 1のガス成分と、フルォロカーボン系ガスである第 2のガス成分とを含むエッチング ガスを導入し、
前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記被エッチング層の表面の前記マスク 力 露呈する部分を前記第 1のガス成分により生じる前記エッチング種によりエツチン グする、ドライエッチング方法。
[2] 前記第 2のガス成分は、 C F、 CHF、 C F、 C Fの少なくともいずれか一つを含む、
4 8 3 5 8 4 6
請求項 1に記載のドライエッチング方法。
[3] 前記第 1のガス成分は SFである、請求項 1又は請求項 2に記載のドライエッチング
6
方法。
[4] 前記被エッチング層は Siであり、前記エッチングストップ層は SiOである、請求項 1
2
力 請求項 3のいずれか 1項に記載のドライエッチング方法。
[5] エッチングストップ層上にシリコン系材料力もなる被エッチング層が形成され、かつ この被エッチング層の表面にマスクが形成された処理対象物を真空容器内に配置し
前記真空容器内に、プラズマ発生時に前記被エッチング層のエッチング種を生じる 第 1のガス成分と、前記被エッチング層を構成するシリコン系材料の原子と反応して 付着性の生成物を生成する第 2のガス成分とを含む第 1のエッチングガスを導入し、 前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記被エッチング層の表面の前記マスク 力 露呈する部分を前記第 1のガス成分により生じる前記エッチング種によりエツチン グし、
前記第 1のエッチングガスによるエッチングを停止した後、前記第 1のガス成分と、 フルォロカーボン系ガスである第 3のガス成分とを含む第 2のエッチングガスを導入し 前記真空容器内にプラズマを発生させ、前記被エッチング層の表面の前記マスク 力 露呈する部分を前記第 1のガス成分により生じる前記エッチング種によりエツチン グする、ドライエッチング方法。
[6] 前記被エッチング層のエッチング深さが被エッチング層の厚さの 50%以上に達し た後であって前記エッチング深さが前記被エッチング層の前記エッチングストップ層 との界面に達する前に、前記エッチングに使用するガスを前記第 1のエッチングガス 力も前記第 2のエッチングガスに切り換える、請求項 5に記載のドライエッチング方法
[7] 前記第 3のガス成分は、 C F、 CHF、 C F、 C Fの少なくともいずれか一つを含む、
4 8 3 5 8 4 6
請求項 5又は請求項 6に記載のドライエッチング方法。
[8] 前記第 1のガス成分は SFである、請求項 5から請求項 7のいずれか 1項に記載のド
6
ライエッチング方法。
[9] 前記被エッチング層は Siであり、前記エッチングストップ層は SiOである、請求項 5
2
力 請求項 8のいずれか 1項に記載のドライエッチング方法。
[10] エッチングストップ層上にシリコン系材料力 なる被エッチング層が形成され、かつ この被エッチング層の表面にマスクが形成された処理対象物が内部に配置される真 空容器と、
前記被エッチング層のエッチング種を生じる第 1のガス成分と、前記被エッチング層 を構成するシリコン系材料の原子と反応して付着性の生成物を生成する第 2のガス 成分とを含む第 1のエッチングガスを前記真空容器内に供給可能な第 1のエッチング ガス供給源と、
前記第 1のガス成分と、フルォロカーボン系ガスである第 3のガス成分とを含む第 2 のエッチングガスを前記真空容器内に供給可能な第 2のエッチングガス供給源と、 前記真空容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生源と、
前記第 1のエッチングガス供給源が前記第 1のエッチングガスを前記真空容器内に 供給し、かつ前記プラズマ発生源が前記真空容器内にプラズマを発生させる状態を 予め定められた第 1の時間は継続した後、前記第 2のエッチングガス供給源が前記 第 2のエッチングガスを前記真空容器内に供給し、かつ前記プラズマ発生源が前記 真空容器内にプラズマを発生させる状態を予め定められた第 2の時間は継続するよ うに、前記第 1及び第 2のエッチングガス供給源並びに前記プラズマ発生源を制御す る制御装置と
を備えるドライエッチング装置。
[11] 前記第 1の時間は、前記被エッチング層のエッチング深さが、被エッチング層の厚 さの 50%に達する時間以上であって、前記エッチング深さが前記被エッチング層の 前記エッチングストップ層との界面に達する時間未満である、請求項 10に記載のドラ ィエッチング装置。
[12] 前記処理対象物を保持するガイド部材をさらに備え、このガイド部材カフッ素榭脂 製である、請求項 10又は請求項 11に記載のドライエッチング装置。
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