(57)【要約】【課題】  塗布シリコン系絶縁膜を有する積層絶縁膜をエッチングする場合に，下地膜の破損や劣化を抑制する。【解決手段】窒化チタン膜の下地膜上にＳＯＧ膜とＴＥＯＳ膜が積層されている基板Ｗが処理室Ｓ内に収容され，サセプタ１３上に支持される。処理室Ｓ内は，減圧雰囲気維持され，上部電極３０から，Ｏ２ガスを含まずＣ４Ｆ８ガスとＮ２ガスを含有するエッチングガスが処理室Ｓ内に導入される。高周波電源によりサセプタ１３に高周波が印加され，処理室Ｓ内のガスがプラズマ化されて，基板Ｗ上の積層膜がエッチングされる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成され，複数層のシリコン系絶縁膜を有する積層膜をエッチングする方法であって，
前記積層膜には，塗布法により形成された塗布シリコン系絶縁膜が含まれており，
フッ化炭素系ガスと窒素ガスを含有しかつ酸素ガスを含まないエッチングガスを処理室内に導入し，当該処理室内で基板上の積層膜をエッチングすることを特徴とする，エッチング方法。
【請求項２】
前記塗布シリコン系絶縁膜は，ＳＯＧ膜であることを特徴とする，請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
窒素ガスの導入量を調整して，前記塗布シリコン系絶縁膜とそれ以外のシリコン系絶縁膜のエッチング速度の比を調整することを特徴とする，請求項１又は２のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記積層膜には，前記塗布シリコン系絶縁膜以外に，化学気相成長法により形成されたＣＶＤシリコン系絶縁膜が含まれていることを特徴とする，請求項１〜３のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記ＣＶＤシリコン系絶縁膜は，シリコン酸化膜であることを特徴とする，請求項４に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記窒素ガスの導入量は，エッチングガスの全流量の３０〜４０％の流量に調整されることを特徴とする，請求項５に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記積層膜の下地膜は，窒素系の金属膜であることを特徴とする，請求項１〜６のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記窒素系の金属膜は，窒化チタンであることを特徴とする，請求項７に記載のエッチング方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のエッチング方法をコンピュータに実現させるためのプログラム。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載のエッチング方法をコンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載のエッチング方法を行う制御部を有するプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，基板上に積層されたシリコン系絶縁膜をエッチングするエッチング方法，当該エッチング方法を実行するためのプログラム，コンピュータ読み取り可能な記録媒体及びプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば多層配線構造などを有する電子デバイスの製造プロセスにおいては，例えば基板の下地膜上にシリコン系絶縁膜が多層に形成される。その後，そのシリコン系絶縁膜が積層されて形成された積層膜は，溝やホールなどの所定形状にエッチングされる。従来，この積層膜のエッチングは，例えば上層から一層ずつ，ＣＦ（フロロカーボン）系の反応ガスを含むエッチングガスを用いて行われていたが，スループットの観点から，積層膜を一括してエッチングする方法が提案されている（例えば，特許文献１参照）。また，エッチングガスには，余剰カーボンを除去するために，ＣＦ系の反応ガスにＯ２ガスが添加されているものが用いられていた。
【０００３】
ところで，電子デバイスには，図１０に示すように多層配線構造内に，例えば上下方向にずれた複数のＡｌ配線１００が形成されることがある。Ａｌ配線１００の上層には，下地膜１０１を介して絶縁性のある積層膜１０２が形成され，さらにその上層には，エッチングマスクとなるレジスト膜Ｒが形成される。かかる場合，ずれたＡｌ配線１００による影響をなくして，積層膜１０２の表面を平坦化するために，積層膜１０２のなかの一層には，ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜などの塗布法による塗布絶縁膜１０３が用いられる。この塗布絶縁膜１０３は，液体状の塗布液を塗布し乾燥させることによって形成され，上面が平らになるように場所によって膜厚が異なっている。
【０００４】
このような膜厚が変動している塗布絶縁膜１０３を有する積層膜１０２が，上述したように酸素ガスを添加したＣＦ系エッチングガスにより，エッチングされる場合，塗布絶縁膜１０３は，他の絶縁膜１０４に比べてエッチング速度が遅いため，積層膜１０２全体のエッチング時間が塗布絶縁膜１０３の厚みに大きく影響される。このため，塗布絶縁膜１０３が厚い場所と薄い場所では，積層膜１０２のエッチング時間が大きく異なってくる。つまり，積層膜１０２の表面のエッチングが開始されてから下地膜１０１が露出するまでの時間が，各Ａｌ配線１００毎に大きく異なる。この結果，積層膜１０２全面のエッチングが終了するまでの間に，一部の下地膜１０１がエッチングガスに長時間曝されることになる。このため，エッチング対象でない下地膜１０１が削られ，下地膜１０１が破損，或いは劣化することがあった。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００-２３５９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は，かかる点に鑑みてなされたものであり，シリコン系の塗布絶縁膜を含む積層膜をエッチングする場合において，下地膜の破損や劣化を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために，本発明は，基板上に形成され，複数層のシリコン系絶縁膜を有する積層膜をエッチングする方法であって，前記積層膜には，塗布法により形成された塗布シリコン系絶縁膜が含まれており，フッ化炭素系ガスと窒素ガスを含有しかつ酸素ガスを含まないエッチングガスを処理室内に導入し，当該処理室内で基板上の積層膜をエッチングすることを特徴とする。なお，シリコン系絶縁膜とは，シリコンを含有した絶縁膜である。また，シリコン絶縁膜には，シリコンと酸素を含有した，ＳｉＯ２，ＳｉＯＦ，ＳｉＯＣなどの酸化シリコン系の絶縁膜が含まれる。
【０００８】
本発明のように，エッチングガスの一部として窒素ガスを用いることにより，塗布シリコン系絶縁膜とそれ以外のシリコン系絶縁膜のエッチング速度の差を低減できる。この結果，塗布シリコン系絶縁膜の他のシリコン系絶縁膜に対するエッチング速度が相対的に上昇するので，例えば塗布シリコン系絶縁膜に場所による膜厚差があっても，積層膜のエッチングが終了して下地膜にまで到達するタイミングの時間差を低減できる。したがって，一部の下地膜がエッチングガスに長時間曝されることがなくなり，下地膜の破損や劣化を抑制できる。また，塗布シリコン系絶縁膜とそれ以外のシリコン系絶縁膜のエッチング速度が同程度の速度になるので，エッチングが垂直に行われエッチング形状が改善される。なお，塗布法は，液体の塗布液を基板上に塗布し，乾燥させることにより膜を形成するものである。
【０００９】
前記塗布シリコン系絶縁膜は，ＳＯＧ膜であってもよい。また，窒素ガスの導入量を調整して，前記塗布シリコン系絶縁膜とそれ以外のシリコン系絶縁膜のエッチング速度の比を調整してもよい。こうすることにより，塗布膜とそれ以外の絶縁膜とのエッチング速度比を最適化して，積層膜を所望の形状にエッチングできる。
【００１０】
前記積層膜には，前記塗布シリコン系絶縁膜以外に，化学気相成長法により形成されたＣＶＤシリコン系絶縁膜が含まれていてもよい。前記ＣＶＤシリコン系絶縁膜は，シリコン酸化膜であってもよい。
【００１１】
前記窒素ガスの導入量は，エッチングガスの全流量の３０〜４０％の流量に調整されるようにしてもよい。
【００１２】
前記積層膜の下地膜は，窒素系の金属膜であってもよい。かかる場合，エッチングガスによる積層膜と下地膜とのエッチング選択比が上がる。それ故，下地膜のエッチングがさらに抑制され，下地膜の破損が抑制される。なお，前記窒素系の金属膜は，窒化チタンであってもよい。
【００１３】
別の観点による本発明によれば，請求項１〜８のいずれかに記載のエッチング方法をコンピュータに実現させるためのプログラムが提供される。また，別の観点による本発明によれば，請求項１〜８のいずれかに記載のエッチング方法をコンピュータに実現させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。さらに，別の観点による本発明によれば，請求項１〜８のいずれかに記載のエッチング方法を行う制御部を有するプラズマ処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば，エッチング時の下地膜の破損や劣化を抑制できるので，デバイスの品質を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下，本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は，本実施の形態にかかるエッチング方法が実施されるエッチング装置１の構成の概略を示す縦断面の説明図である。
【００１６】
エッチング装置１は，例えば略円筒形状の処理容器１０を有している。処理容器１０の内部には，処理室Ｓが形成されている。処理容器１０は，例えばアルミニウム合金により形成され，内壁面がアルミナ膜又はイットリウム酸化膜により被覆されている。
【００１７】
処理容器１０内の中央の底部には，絶縁板１１を介在して円柱状のサセプタ支持台１２が設けられている。サセプタ支持台１２上には，基板Ｗを載置するサセプタ１３が支持されている。サセプタ１３は，下部電極を構成している。サセプタ１３は，例えばアルミニウム合金により形成されている。
【００１８】
サセプタ１３の上部には，基板Ｗを保持する静電チャック１４が設けられている。静電チャック１４は，内部に直流電源１５に接続された電極層１６を有しており，直流電源１５から電極層１６に直流電圧を印加し，クーロン力を発生させて，サセプタ１３の上面に基板Ｗを吸着できる。
【００１９】
サセプタ支持台１２の内部には，リング状の冷媒室１７が形成されている。冷媒室１７は，配管１７ａ，１７ｂを通じて，処理容器１０の外部に設置されたチラーユニット（図示せず）に連通している。冷媒室１７には，配管１７ａ，１７ｂを通じて冷媒又は冷却水が循環供給され，この循環供給によりサセプタ１３上の基板Ｗの温度を制御できる。
【００２０】
静電チャック１４の上面には，サセプタ１３及びサセプタ支持台１２内を通るガス供給ライン１８が通じており，基板Ｗと静電チャック１４との間にＨｅガスなどの伝熱ガスを供給できる。
【００２１】
サセプタ１３には，整合器１９を介して高周波電源２０が電気的に接続されている。高周波電源２０は，例えば２ＭＨｚ〜２０ＭＨｚ程度の周波数の高周波電圧を出力できる。
【００２２】
サセプタ１３の上方には，サセプタ１３と平行に対向する上部電極３０が設けられている。サセプタ１３と上部電極３０との間には，プラズマ生成空間が形成される。
【００２３】
上部電極３０は，サセプタ１３に載置された基板Ｗ上に所定のエッチングガスを噴出するシャワーヘッドを構成している。上部電極３０は，例えば円板形状を有し，上部電極３０には，エッチングガスを処理室Ｓ内に導入する多数のガス噴出孔３０ａが形成されている。
【００２４】
処理容器１０の上面には，上部電極３０のガス噴出孔３０ａに通じるガス供給管４０が接続されている。ガス供給管４０は，途中で分岐して，複数，例えば４つの各ガス供給源４１，４２，４３，４４に接続されている。本実施の形態においては，例えば第１のガス供給源４１には，Ｃ４Ｆ８ガスが封入されており，第２のガス供給源４２には，Ｎ２ガスが封入されている。第３のガス供給源４３には，Ａｒガスが封入されており，第４のガス供給源４４には，ＣＯガスが封入されている。ガス供給管４０における各ガス供給源に通じる分岐管には，それぞれマスフローコントローラ４５が設けられている。これにより，ガス供給源４１〜４４からのガスを所定の流量比で混合して処理室Ｓに供給できる。なお，各マスフローコントローラ４５における流量制御は，後述する装置制御部４６により行われている。
【００２５】
エッチング装置１には，直流電源１５，高周波電源２０及びマスフローコントローラ４５などのエッチング処理を実行するための各種諸元の動作を制御する装置制御部４６が設けられている。装置制御部４６は，例えばコンピュータにより構成され，図２に示すようにエッチング処理を実現するためのプログラムＰが記録される記録部４６ａや，プログラムＰを実行するＣＰＵからなる演算部４６ｂなどを備えている。装置制御部４６には，例えば図１に示すように工程管理者がエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作などを行うキーボードやディスプレイから構成されたユーザインターフェイス部４７が接続されている。例えばこのインターフェイス部４７から，記録媒体によりプログラムＰをインストールし，記録部４６ａに記憶できる。装置制御部４６は，プログラムＰに従って，マスフローコントローラ４５などのエッチング装置１の動作を制御し，所定のエッチング処理を実現できる。
【００２６】
処理容器１０の底部の側方には，図示しない真空ポンプなどの排気装置に通じる排気管５０が接続されている。この排気管５０からの排気により，処理室Ｓ内を所望の圧力に設定できる。
【００２７】
処理容器１０の周囲には，水平磁場形成磁石６０が設けられている。水平磁場形成磁石６０により処理室Ｓ内に磁場を形成することにより，処理室Ｓ内に発生するプラズマを高密度化し，エッチング効率を向上できる。
【００２８】
次に，以上のエッチング装置１を用いて行われる基板Ｗのエッチング処理について説明する。基板Ｗ上には，例えば図３に示すように下地膜としての窒化チタン膜８０，ＣＶＤシリコン系絶縁膜としてのＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）膜８１，塗布シリコン系絶縁膜としてのＳＯＧ膜８２，ＣＶＤ絶縁膜としてのＴＥＯＳ膜８３及び所定のパターンに露光されたレジスト膜Ｒが下から順に積層されている。ＴＥＯＳ膜８１，８３は，ＴＥＯＳを原料としてＣＶＤ法により形成されたＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜）である。なお，ＴＥＯＳ膜８１，ＳＯＧ膜８２及びＴＥＯＳ膜８３により積層膜８４が形成されている。このエッチング処理では，積層膜８４を上面から凹状に除去し，積層膜８４に溝（トレンチ）を形成する。
【００２９】
先ず，基板Ｗがサセプタ１３上に吸着保持される。サセプタ１３上において基板Ｗは，所定温度に調整される。続いて，排気管５０からの排気により，処理室Ｓ内が所定の圧力に調整される。上部電極３０からは，例えばＣ４Ｆ８ガス，Ｎ２ガス，Ａｒガス及びＣＯガスからなるエッチングガスが処理室Ｓ内に供給される。例えば，Ｎ２ガスは，エッチングガスの全流量の３０％〜４０％の流量比になるように供給される。高周波電源２０により，サセプタ１３に高周波が印加され，処理室Ｓ内のガスがプラズマ化される。また，処理室Ｓ内には，水平磁場形成磁石６０により磁場が形成され，プラズマが高密度化される。このプラズマの作用により，図４に示すように基板Ｗ上の積層膜８４が上面から下方に向けて凹状にエッチングされ，溝が形成される。
【００３０】
次に，上述のエッチング処理のように，ＳＯＧ膜８２とＴＥＯＳ膜８１，８３を有する積層膜８４を，Ｃ４Ｆ８ガスとＮ２ガスを含むエッチングガスによりエッチングした場合のＳＯＧ膜８２とＴＥＯＳ膜８１，８３のエッチング速度について検証する。
【００３１】
図５は，エッチングガスの総流量に対するＮ２ガスの流量比と，ＳＯＧ膜８２，ＴＥＯＳ膜８１，８３のエッチング速度との関係を示す実験データである。この実験は，処理圧力：３．９９Ｐａ（３０ｍＴ），高周波パワー：１３００Ｗ，Ｃ４Ｆ８/ＣＯ/Ａｒの流量：１２/５０/２００ｃｍ３/ｍｉｎ，基板温度：２０℃の条件の下で行われた。図５によれば，ＳＯＧ膜８２とＴＥＯＳ膜８１，８３のエッチング速度がＮ２ガスの流量比に応じて変動し，Ｎ２ガスの流量比が３０％〜４０％になると，ＳＯＧ膜８２とＴＥＯＳ膜８１，８３のエッチング速度が近づくことが確認できる。例えばＮ２ガスの流量比が３０％〜４０％の場合，ＳＯＧ膜８２とＴＥＯＳ膜８１，８３とのエッチング速度比（ＳＯＧ膜/ＴＥＯＳ膜）が０．６〜０．８以上になっている。このように，Ｎ２ガスの流量比を調整することにより，ＳＯＧ膜８２とＴＥＯＳ膜８１，８３のエッチング速度を近づけることができ，この結果エッチング形状を改善できる。例えば図６に示すように高さの異なる複数のＡｌ配線９０が形成されており，各Ａｌ配線９０の上層に，下地膜である窒化チタン膜８０を介して，ＴＥＯＳ膜８１と，厚さの異なるＳＯＧ膜８２と，ＴＥＯＳ膜８３が下から順に形成されているような場合であっても，ＳＯＧ膜８２におけるエッチングがＴＥＯＳ膜８１と同程度の速度で進行するので，エッチングが積層膜８４の表面から各Ａｌ配線９０の窒化チタン膜８０に到達するまでのエッチング時間Ｔの差が低減される。この結果，一部の窒化チタン膜８０がエッチングガスに長時間曝されることがなく，窒化チタン膜８０の破損や劣化を抑制される。なお，図６における多層膜構造は，説明のためのものであり，実際の縮尺とは異なる。
【００３２】
また，図７に示すように，Ｎ２ガスの流量比を上げることにより，レジスト膜Ｒに対する積層膜８４のエッチング選択性が向上することが確認でき，レジスト膜Ｒの膜減りも抑制できる。
【００３３】
次に，上述のエッチング処理のように，エッチングガスにＮ２ガスを付加した場合の積層膜８４と窒化チタン膜８０とのエッチング選択比について検証する。図８は，エッチングガスにＯ２ガスを付加した場合のエッチング状態と，エッチングガスにＮ２ガスを付加した場合のエッチング状態を示すものである。図９は，図８のエッチング結果から求められた，Ｏ２ガスを付加した場合とＮ２ガスを付加した場合の窒化チタン膜に対するエッチング選択比（積層膜のエッチング速度/窒化チタンのエッチング速度）を示す表である。この実験は，処理圧力：３．９９Ｐａ（３０ｍＴ），高周波パワー：１３００Ｗ，Ｃ４Ｆ８/ＣＯ/Ａｒ/Ｏ２の流量：１０/１００/２００/９ｃｍ３/ｍｉｎ，Ｃ４Ｆ８/ＣＯ/Ａｒ/Ｎ２の流量：１２/５０/２００/６０ｃｍ３/ｍｉｎ，基板温度：２０℃の条件で行われた。図９に示すように，Ｏ２ガスを付加するよりＮ２ガスを付加した方が，積層膜の窒化チタン膜に対するエッチング選択比が著しく高いことが確認できる。したがって，エッチングガスにＯ２ガスではなく，Ｎ２ガスを付加することにより，エッチング時の窒化チタン膜８０の削れを抑制できる。また，図８から，Ｏ２ガスを付加した場合よりもＮ２ガスを付加した場合の方が，下部の幅が広がるボーイング（ｂｏｗｉｎｇ）現象が少なく，エッチング形状も改善されている。
【００３４】
以上，本発明の実施の形態の一例について説明したが，本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。例えば上記実施の形態では，積層膜８４がＴＥＯＳ膜８１，ＳＯＧ膜８２及びＴＥＯＳ膜８３が下から順に積層された三層膜であったが，本発明は，ＳＯＧ膜が少なくとも一層含まれる，他の層数の積層膜のエッチングにも適用できる。また，積層膜８４のＳＯＧ膜８２は，他の塗布シリコン系絶縁膜，例えばＳｉＬＫ(ダウケミカル社の登録商標)，ＨＳＱ膜などのＬｏｗ−ｋ膜（低誘電率膜）であってもよい。また，積層膜８４のＴＥＯＳ膜８１，８３は，他のＣＶＤ膜，例えばＨＴＯ，ＢＰＳＧ，ＢＳＧ，ＰＳＧ，又はＳｉＯＣ，ＳｉＯＦなどのＬｏｗ−ｋ膜であってもよい。さらに，ＳＯＧ膜８２以外のシリコン系絶縁膜は，ＣＶＤ膜以外の他の成膜法，例えばスパッタリング法，熱酸化法などにより形成されたものであってもよい。下地膜の窒化チタン膜８０は，他の窒素系金属膜，例えばＴａＮ膜であってもよい。また，反応ガスとして供給されるフッ化炭素系ガスも，Ｃ４Ｆ８に限られず，エッチング材料に応じてＣＦ４，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ６，ＣＨ２Ｆ２などの他のフッ化炭素系ガスであってもよい。また本発明は，半導体ウェハ，ＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ），フォトマスク用のマスクレチクルなどの基板に対するエッチングに適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は，塗布シリコン系絶縁膜を含む多層の絶縁膜をエッチングする際に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】エッチング装置の構成の概略を説明する縦断面図である。
【図２】装置制御部の構成を示すブロック図である。
【図３】基板上の膜構造の縦断面図である。
【図４】エッチング後の膜構造の縦断面図である。
【図５】Ｎ２ガスの流量比と，ＳＯＧ膜及びＴＥＯＳ膜のエッチング速度との関係を示すグラフである。
【図６】下地膜に凹凸のある膜構造の縦断面図である。
【図７】Ｎ２ガスの流量比と，レジスト膜と積層膜の削れ量との関係を示すグラフである。
【図８】Ｏ２ガスを供給した場合とＮ２ガスを供給した場合の実際のエッチング状態を示す図である。
【図９】Ｏ２ガスを供給した場合とＮ２ガスを供給した場合の窒化チタン膜に対するエッチング選択比を示す表である。
【図１０】エッチングの下地膜への到達時間の違いを説明するための膜構造の縦断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１    エッチング装置
１０  処理容器
１３  サセプタ
３０  上部電極
４１〜４４  ガス供給源
Ｓ    処理室
Ｗ    基板
【図１】
2006196663.tif 000003
【図２】
2006196663.tif 000004
【図３】
2006196663.tif 000005
【図４】
2006196663.tif 000006
【図５】
2006196663.tif 000007
【図６】
2006196663.tif 000008
【図７】
2006196663.tif 000009
【図８】
2006196663.tif 000010
【図９】
2006196663.tif 000011
【図１０】
2006196663.tif 000012