(57)【要約】誘電体層中に開口部をエッチングにより形成する方法は、プラズマエッチングリアクタ中の基板支持体上に、誘電体層と、前記誘電体層上にパターン化されたフォトレジスト層および／またはハードマスク層とを有する半導体基板を支持する基板支持工程と、プラズマエッチングリアクタに（ａ）炭化フッ素ガス（ＣＸＦＹＨＺ、ここでｘ≧１，ｙ≧１，およびｚ≧０）と、（ｂ）シラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガス（ＣＸΗＹ、ここでｘ≧１およびｙ≧４）と、（ｃ）オープションの酸素含有ガスと、（ｄ）オープションの不活性ガスとを含み、炭化フッ素ガスに対するシラン含有ガスの流速の比が０．１以下、あるいは炭化フッ素ガスに対する水素または炭化水素ガスの流速の比が０．５以下である、エッチングガスを供給する供給工程と、エッチングガスにエネルギーを付与してプラズマ状態にする付与工程と、高められたフォトレジストおよび／またはハードマスクを用いて誘電体層をエッチングして開口を形成することで、誘電体層の選択性を高め、フォトレジストの歪または条痕を最小にするエッチング工程とを含む。
2005530345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体層をエッチングして開口部を形成する方法であって、
プラズマエッチングリアクタ中の基板支持体上に、誘電体層と、前記誘電体層上にパターン化されたフォトレジスト層および／またはハードマスクとを有する半導体基板を支持する基板支持工程と、
前記プラズマエッチングリアクタに、
（ｉ）炭化フッ素（fluorocarbon）ガス（ＣＸＦＹＨＺ、ここでｘ≧１，ｙ≧１，およびｚ≧０である）と、
（ｉｉ）シラン含有（silan-containing）ガス、水素、および／または、炭化水素ガス（ＣＸΗＹ、ここでｘ≧１およびｙ≧４である）と、
（ｉｉｉ）オープションの酸素含有ガスと、
（ｉｖ）オープションの不活性ガスとを含み、
炭化フッ素ガスに対するシラン含有ガスの比が０．１以下、および／または、炭化フッ素ガスに対する水素または炭化水素ガスの比が０．５以下である、エッチングガスを供給する供給工程と、
前記エッチングガスにエネルギーを付与してプラズマ状態にするエネルギー付与工程と、
高められたフォトレジストおよび／またはハードマスクを用いて前記誘電体層をエッチングして開口を形成することで、誘電体層の選択性を高め、フォトレジストの歪（distortion）または条痕（striation）を最小にするエッチング工程と、
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記プラズマエッチングリアクタは、上部シャワーヘッド電極と下部電極とを含む二周波数中密度容量結合プラズマリアクタ（dual-freuency medium-density capacitively coupled plasma reactor）を含み、
ＲＦエネルギーが、２つの異なる周波数で前記下部電極に供給されるか、または、異なる第一および第二の周波数で前記上部シャワーヘッド電極および前記下部電極に供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記上部シャワーヘッド電極には、５００〜３０００ＷのＲＦエネルギーが供給され、前記下部電極には、５００〜３０００ＷのＲＦエネルギーが供給されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記エッチング工程中に、前記半導体基板へＲＦバイアスが印加されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記プラズマエッチングリアクタ内の圧力は、５〜２００ｍＴｏｒｒであり、および／または、前記基板支持体の温度は、−２０℃〜＋８０℃であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記開口部は、バイア、接点および／または二重の波形模様（damascene）の溝、自己位置調整接点構造体、あるいは自己位置調整溝構造体を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記開口部は、実質的にまっすぐな外形をもつ０．３μｍ以下の寸法の開口部であり、前記開口部の上部、中部、下部の限界寸法は、実質的に同一であり、前記開口部は、少なくとも５対１のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記開口部は、実質的にまっすぐな外形をもつ０．２５μｍ以下の寸法の開口部であり、前記開口部の上部、中部、下部の限界寸法は、実質的に同一であり、前記開口部は、少なくとも１０対１のアスペクト比を持つことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記誘電体層は、ドーピングしたまたは非ドーピングの二酸化ケイ素、ＢＰＳＧ、ＢＳＧ、ＦＳＧ、ＰＳＧ、ＴＥＯＳ、熱酸化ケイ素（thermal silicon oxide）、あるいは無機の低ｋ材料または有機の低ｋ材料を含み、
前記誘電体層は、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、ドーピングしたまたは非ドーピングの多結晶または単結晶シリコン、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｍｏ、またはＴｉ、Ｗ、Ｃｏ、および／または、Ｍｏのケイ化物、あるいはそれらの合金からなるグループから選択された導電層を覆い、
前記半導体基板は、前記誘電体層上に、および／または、前記誘電体層と前記導電層の間に、窒化珪素、炭化珪素、または酸窒化珪素の中から選択されたオープションの停止層、および／または、マスク層を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記誘電体層は、間にエッチング停止層を有するまたは有しない低ｋ材料（low-k material）の層群の積層を含み、前記開口部は、少なくとも２μｍの深さまでエッチングされることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記ＣＸＦＹＨＺは、前記エッチングされた開口部の側壁上に保護的側壁ポリマーを形成し、
前記シラン含有ガス、水素、または炭化水素の反応物質は、前記リアクタ中のポリマー前駆物種の所望の濃度を維持し、
前記酸素含有ガスは、前記側壁ポリマーの所望の厚さを維持することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記エッチングガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＡｒからなるグループから選択された不活性ガスを含み、前記不活性ガスは、５〜１０００ｓｃｃｍの流速で前記プラズマエッチングリアクタへ供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記シラン含有ガスは、シランを含み、
前記エッチングガスは、５〜３０ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８と、０．５〜３ｓｃｃｍのシランと、０〜２０ｓｃｃｍのＯ２と、１００〜５００ｓｃｃｍのＡｒとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ＣＸＦＹＨＺは、少なくとも１つの無水素炭化フッ素（hydrogen-free fluorocarbon）、および／または、少なくとも１つの水素含有炭化フッ素（hydrogen-containing fluorocarbon）を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記シラン含有ガスは、シランを含み、
前記エッチングガスは、３〜１００ｓｃｃｍのＣＸＦＹＨＺと、０．３〜１０ｓｃｃｍのシランと、０〜５００ｓｃｃｍの酸素含有ガスと、５〜１０００ｓｃｃｍのＡｒとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２、およびそれらの混合体からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記エッチングガスは、５〜５０ｓｃｃｍのＣＸＦＹＨＺと、２．５〜２５ｓｃｃｍの水素または炭化水素ガスと、５〜１００ｓｃｃｍの酸素含有ガスと、１００〜６００ｓｃｃｍのＡｒとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
テーパ状の開口部が、無酸素エッチングガスを使うことによって、前記誘電体層中に形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
まっすぐな開口部が、流速５〜５００ｓｃｃｍで前記プラズマエッチングリアクタに供給される酸素含有エッチングガスを使うことによって、前記誘電体層中に形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記エッチングガスは、Ｃ４Ｆ６：Ｏ２＝０．５：１〜３：１の流速で前記プラズマエッチングリアクタへ供給されるＣ４Ｆ６およびＯ２を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記エッチングガスへのシラン、Ｈ２、または炭化水素ガスの添加によって、シラン含有ガス、水素、または炭化水素を含まないエッチングガスと比較して、レジスト選択性が３５％を超えて改善されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記エッチングガスは、５〜３０ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８と、２．５〜２５ｓｃｃｍの水素または炭化水素ガスと、０〜２０ｓｃｃｍのＯ２と、１００〜５００ｓｃｃｍのＡｒとを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路製造における、改善された誘電体層のプラズマエッチングの方法に関するものである。具体的には、本発明は、限界寸法（ＣＤ）を維持し、条痕（striation）を最小化し、誘電体層のエッチングにおける外形を改善するためのフォトレジスト面、および／または、ハードマスク面の向上した選択性に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路製造において、誘電体材料中での、接点、バイア、および溝などの開口部のプラズマエッチングは、共通の要件である。誘電体材料としては、フッ素化酸化ケイ素などのドーピングされた酸化ケイ素、非ドーピングの酸化ケイ素、ホウ素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）および燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）などのケイ酸ガラス、ドーピングされたまたは非ドーピングの熱成長した酸化ケイ素、ドーピングされたまたは非ドーピングのＴＥＯＳ蒸着された酸化ケイ素、有機および無機の低ｋ材料（low-k material）などが挙げられる。誘電体添加物としては、ホウ素、リン、および／または砒素がある。
【０００３】
誘電体は、半導体、または、多結晶シリコン、アルミニウム・銅・チタン・タングステン・モリブデンなどの金属・またはそれらの合金、窒化チタンなどの窒化物、チタンケイ化物・コバルトケイ化物・タングステンケイ化物・モリブデンケイ化物などの金属ケイ化物などの導電層を覆うことができる。
【０００４】
従来のフォト・リソグラフィーを使用して、フォトレジスト層、および／または、ハードマスクで誘電体をパターン化することができる。オープションに、フォトレジストの下に蒸着される無反射被覆（ＡＲＣ）は、レジスト露光中の反射を最小化するために、またレジスト・パターンの忠実性を改善するために使用してもよい。
【０００５】
真空プロセスチャンバは、通常、プロセス・ガスを該真空チャンバに供給し、該ガスにＲＦ電界をかけることによって、基体上の材料をエッチングするために使用される。プラズマエッチングは、例えば、米国特許第４，３４０，４６２号および第５，０１３，３９８号に記載されている平行板プラズマリアクタチャンバ、または米国特許第５，０１３，４００号に記載されている３極管タイプのリアクタなどの中密度リアクタの中で実施することができる。
【０００６】
少なくとも５：１の高アスペクト比を有する深い開口部の形状制御を達成するための技術は、同一特許権者の米国特許第６，１１７，７８６号および第６，１９１，０４３号に開示されている。これらの中で、米国特許第６，１１７，７８６号は、炭化フッ素、酸素、および窒素反応物質を含むガス混合体を使用した、酸化ケイ素層中の開口部のエッチングについて開示している。このエッチングでは、エッチングされる開口部の形状を効果的に制御するための量の酸素および窒素が添加される。米国特許第６，１９１，０４３号は、シリコン層上の自然酸化物層を貫通してエッチングするために塩素含有エッチングガスの化学反応を使用し、そしてシリコン層をエッチングするために酸素反応ガス、ヘリウム、不活性な衝撃強化ガス（ｉｎｅｒｔ  ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ−ｅｎｈａｎｃｉｎｇ  ｇａｓ  ）、並びにＳＦ６、Ｃ４Ｆ８、ＣＦ４、ＮＦ３、およびＣＨＦ３などのフッ素含有ガスを含むガス混合体を使用した、シリコン層中の深さ１０〜１５μｍの深い開口部のエッチングについて開示している。
【０００７】
従来、誘電体層のエッチング用に、炭化フッ素、ハイドロ炭化フッ素（hydrofluorocarbon）、および／または、クロロ炭化フッ素基のエッチングガス（chlorofluorocarbon based etching gas）が広く使用されてきたが、この理由は、ＦおよびＣｌの構成要素が、基反応（ｒａｄｉｃａｌ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）およびイオン補助反応（ｉｏｎ−ａｓｓｉｓｔｅｄ  ｒｅａｃｔｉｏｎ）を用いたエッチングを容易にし、一方、側壁の保護が、基体の表面上に形成された炭素質のポリマーを使用することで可能になるからである。
【特許文献１】米国特許第４，３４０，４６２号
【特許文献２】米国特許第５，０１３，３９８号
【特許文献３】米国特許第５，０１３，４００号
【特許文献４】米国特許第６，１１７，７８６号
【特許文献５】米国特許第６，１９１，０４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
下部エッチング停止層のみならずオーバーレイのフォトレジスト、ハードマスク、およびＡＲＣ層に関する選択性は、望ましい。パターン化されたフォトレジストまたはハードマスク層の縁（corner）における選択性は、特に望ましい。なぜなら、縁は、形状（feature）の限界寸法（ＣＤ：critical dimention）に望ましくない影響を及ぼす表面を創出する傾向のある高速エッチングに好都合な幾何学的形状をもつからである。フォトレジスト／ハードマスク面は、デバイスの限界寸法のバイア／溝（trench）の「吹き出し（blowout）」につながる恐れがあり、一方、エッチング停止層の低い選択性は、バイア側壁上の著しいスパッタリングにつながる恐れがある。したがって、当技術分野において、フォトレジスト・エッチングまたはハードマスク・エッチングでの高い選択性、高い誘電体エッチング速度、低汚染、および低損失を達成するプラズマエッチング技術の必要性がある。より具体的には、元（original）のフォトレジスト・パターンの損傷または歪を最小にする高度な異方性の誘電体エッチングを達成するために、酸化物エッチングに対するフォトレジストの選択性を向上させるプラズマ処理の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、プラズマエッチングリアクタ（plasma etch reactor）中の基板支持体上に、誘電体層と、前記誘電体層上にパターン化されたフォトレジスト層および／またはハードマスクとを有する半導体基板を支持する基板支持工程と、前記プラズマエッチングリアクタに、（ａ）炭化フッ素ガス（fluorocarbon gas）（ＣＸＦＹＨＺ、ここでｘ≧１，ｙ≧１，およびｚ≧０）と、（ｂ）シラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガス（ＣＸΗＹ、ここでｘ≧１およびｙ≧４）と、（ｃ）オープションの酸素含有ガスと、（ｄ）オープションの不活性ガスとを含み、炭化フッ素ガスに対するシラン含有ガスの流速の比が０．１以下、あるいは炭化フッ素ガスに対する水素または炭化水素ガスの流速の比が０．５以下である、エッチングガスを供給する供給工程と、前記エッチングガスにエネルギーを与えてプラズマ状態にするエネルギー付与工程と、高められたフォトレジストおよび／またはハードマスクを用いて前記誘電体層をエッチングして開口を形成することで、誘電体層の選択性を高め、フォトレジストの歪（distortion）または条痕（striation）を最小にするエッチング工程とを含む誘電体層中に開口部をエッチングするプロセスを提供する。
【００１０】
好ましい実施の形態において、前記プラズマエッチングリアクタは、オープションに５００〜３０００ＷのＲＦエネルギーが供給される上部シャワーヘッド電極、およびオープションに５００〜３０００ＷのＲＦエネルギーが供給される下部電極を有する二周波数中密度容量結合プラズマリアクタ（dual-freuency medium-density capacitively coupled plasma reactor）であり、ＲＦエネルギーは、２つの異なる周波数で、前記下部電極に供給されるか、または、異なる第一および第二の周波数で、前記シャワーヘッド電極および前記下部電極に供給される。好ましい実施の形態によると、エッチング工程中に、半導体基板へＲＦバイアスを印加することができる。
【００１１】
プロセスの間、前記プラズマエッチングリアクタ内の圧力は、５〜２００ｍＴｏｒｒであり、前記基板支持体の温度は、−２０℃〜＋８０℃である。
【００１２】
前記開口部は、バイア、接点、および／または、二重の波形の模様（damascene）の溝、自己位置調整接点構造体、あるいは自己位置調整溝構造体を含む。また、エッチングされて形成された開口部は、実質的にまっすぐな形状を有する０．３μｍ以下の寸法の開口部も可能であり、開口部の上部、中部、下部の限界寸法は、実質的に同一である。また、開口部は、少なくとも５：１のアスペクト比を持つ。好ましい実施の形態によると、エッチングされて形成された開口部は、実質的にまっすぐな形状を有する０．２５μｍ以下の寸法の開口部も可能であり、開口部の上部、中部、下部の限界寸法は、実質的に同一である。また、開口部は、少なくとも１０：１のアスペクト比を持つ。
【００１３】
前記誘電体層は、ドーピングしたまたは非ドーピングの二酸化ケイ素、ＢＰＳＧ、ＢＳＧ、ＦＳＧ、ＰＳＧ、ＴＥＯＳ、熱（thermal）酸化ケイ素、あるいは無機low-ｋ材料または有機low-ｋ材料を含むことができる。誘電体層は、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、ドーピングされたまたは非ドーピングの多結晶または単結晶シリコン、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏおよび／またはＭｏのケイ化物、あるいはそれらの合金などから構成されるグループから選定された導電層を覆うことができる。前記半導体基板は、窒化珪素、炭化珪素、オキシ窒化珪素（silicon oxynitride）などから選択されたオープションの停止層、および／または、マスク層を、誘電体層の上、および／または、誘電体層と導電層との間に更に含むことができる。好ましい実施の形態によると、前記誘電体層は、間にエッチング停止層を有する、または有しない低ｋ材料層群の積層を含み、前記開口部は、少なくとも２μｍの深さまでエッチングされる。
【００１４】
好ましい実施の形態によると、前記ＣＸＦＹＨＺは、前記エッチングされた開口部の側壁上に保護的な側壁ポリマーを形成し、前記シラン含有ガス、水素、または炭化水素の反応物質は、前記リアクタ中のポリマー前駆体種を所望の濃度に維持し、前記酸素含有ガスは、前記側壁ポリマーを所望の厚さに維持することができる。
【００１５】
別の好ましい実施の形態によると、前記エッチングガスは、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、およびＡｒからなるグループから選択された不活性ガスを含み、前記不活性ガスは、５〜１０００ｓｃｃｍの流速で前記プラズマエッチングリアクタへ供給することができる。前記ＣＸＦＹＨＺは、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、およびＣ６Ｆ６などの少なくとも１つの無水素炭化珪素（hydrogen-free fluorocarbon）、および／または、例えば、Ｃ２ΗＦ５、ＣΗＦ３、ＣΗ３Ｆ、Ｃ３Η２Ｆ６、Ｃ３Ｈ２Ｆ４、Ｃ３ＨＦ５、およびＣ３ＨＦ７などの少なくとも１つの水素含有炭化珪素（hydrogen-containing fluorocarbon）を含むことができる。前記エッチングガスは、ＣＸＦＹＨＺ、シラン含有ガスとしてのシラン、酸素含有ガス、およびＡｒを含み、ＣＸＦＹＨＺは流速３〜１００ｓｃｃｍで、シランは流速０．３〜１０ｓｃｃｍで、酸素含有ガスは流速０〜５００ｓｃｃｍで、Ａｒは流速５〜１０００ｓｃｃｍで前記プラズマエッチングリアクタに供給される。好ましいエッチングガスは、Ｃ４Ｆ８、シラン、Ｏ２、およびＡｒを含み、Ｃ４Ｆ８は流速５〜３０ｓｃｃｍで、シランは流速０．５〜３ｓｃｃｍで、Ｏ２は流速０〜４０ｓｃｃｍで、Ａｒは流速１００〜５００ｓｃｃｍで前記プラズマエッチングリアクタに供給される。別の好ましいエッチングガスは、５〜３０ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８、１〜３０ｓｃｃｍのＨ２または炭化水素ガス、０〜４０ｓｃｃｍのＯ２、および１００〜５００ｓｃｃｍのＡｒを含む。
【００１６】
前記オープションの酸素含有ガスは、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、およびＣＯ２およびそれらの混合体を含むことができる。好ましい実施の形態によると、テーパ状開口部は、無酸素エッチングガスを使うことによって、前記誘電体層中に形成され、あるいは、まっすぐな開口部は、流速５〜５００ｓｃｃｍで前記プラズマエッチングリアクタに供給される酸素含有エッチングガスを使うことによって、前記誘電体層中に形成される。
【００１７】
好ましい実施の形態によると、前記エッチングガスは、ＣＸＦＹＨＺ、水素または炭化水素ガス、酸素含有ガス、およびＡｒを含み、ＣＸＦＹＨＺは流速５〜５０ｓｃｃｍで、水素または炭化水素ガスは流速１〜３０ｓｃｃｍで、酸素含有ガスは流速５〜５００ｓｃｃｍで、Ａｒは流速１００〜６００ｓｃｃｍで前記プラズマエッチングリアクタに供給される。別の実施例によると、前記ＣＸＦＹＨＺはＣ４Ｆ６を含み、前記酸素含有ガスはＯ２を含み、Ｃ４Ｆ６およびＯ２は、Ｃ４Ｆ６：Ｏ２＝０．５：１〜３：１の比を有する流速でプラズマエッチングリアクタへ供給される。
【００１８】
誘電体層がパターン化されたフォトレジストの下にあるとき、前記エッチングガスへのシラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガスの添加によって、シラン含有ガス、水素、または炭化水素を含まないエッチングガスと比較して、レジスト選択性は、３５％を超えて改善する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の様々な特徴および利点は、添付の図面と関係付けた、好ましい実施の形態の以下の詳細説明から明白になるであろう。図面中、同一符号は、同一構成要素を示す。
【００２０】
本発明は、オーバーレイのフォトレジスト層、および／または、ハードマスク層の所望の選択性および材料の整合性を可能にしながら、開口部を酸化物層などの誘電体層中にエッチングして形成することができる、集積回路製造用半導体製造プロセスを提供する。また、本発明は、デバイス製造時にエッチングされる接点の形状を改善する。本発明のプロセスは、非ドーピングの酸化ケイ素、並びにフッ素化酸化ケイ素（ＦＳＧ）およびスピン・オン・ガラス（ＳＯＧ）などのドーピングされた酸化ケイ素、並びにホウ素燐ケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、燐ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、有機ケイ酸ガラス（ＯＳＧ）、およびＣＯＲＡＬ（Ｎｏｖｅｌｌｕｓ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｉｎｃ．の製品）などの炭素ドーピングしたケイ酸ガラスなどのケイ酸ガラス、並びにドーピングされた、または非ドーピングの熱成長した酸化ケイ素、並びにドーピングされた、または非ドーピングのＴＥＯＳ蒸着された酸化ケイ素、並びにＳｉＬＫ（Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．の製品）などの芳香族炭化水素ポリマー、並びに無機材料およびポリイミド、有機シロキサン・ポリマー、ポリアリーレン・エーテル、または４未満、好ましくは３未満の比誘電率を有する他の適切な誘電体材料などの有機ポリマー材料を含む低ｋ誘電体、などの様々な誘電体層のエッチングに適用できる。誘電体添加物としては、ホウ素、リン、および／または砒素がある。誘電体層は、単一の材料から構成されてもよいし、低ｋ材料、および／または、間にエッチング停止層を有する、または有さない無反射被覆群を含む異なった層の積層から構成されてもよい。
【００２１】
エッチングされて形成され開口部は、バイア、接点、導線、および／または、波形模様（damascene）の溝、自己位置調整接点構造体、あるいは自己位置調整溝構造体を含む。斯かる開口部をエッチングして形成する間、側壁は、デバイス形状（device feature）の限界寸法（ＣＤ）を維持するために、まっすぐでなくてはならず、また、エッチングは、オーバーレイのフォトレジスト層、および／または、ハードマスク層、並びに下層に関して、選択性がなくてはならない。誘電体のエッチングの間、ＣＤ損失および歪、または条痕を最小化するためには、厚み整合および構造的整合の両方の観点から、フォトレジスト、および／または、ハードマスク層を保存しながら誘電体をエッチングするのが望ましい。また、エッチングされた構造の外形は、リソグラフィでパターン化された限界寸法を維持しなくてはならない。
【００２２】
先端的なデバイスの幾何学的な形状（device geometry）は、接点の直径（０．１８μｍ未満）に等しい接点間距離（ピッチ）を有する、高アスペクト比（１０：１より大）の形状なので、フォトレジスト、および／または、ハードマスクに対して高い選択性を持ったエッチング・プロセスを行うことが望ましく、該プロセスは、レジスト、および／または、ハードマスク中の損傷および歪を最小化する。レジスト／ハードマスク間の整合性が無いと、誘電体層にエッチングされた接点は、歪（distortion）または条痕（striation）を持ち易く、デバイスの故障につながる恐れがある。また、レジスト／ハードマスク間の低い選択性のために、接点の限界寸法が保存されない恐れもある。また、次世代のデバイス・プロセスは、より小さいデバイス寸法のために必要とされるが、プラズマエッチングに対して、現世代の２４８μｍのフォトレジストよりもはるかに小さい抵抗性を有する新しいフォトレジスト材料（１９３μｍのフォトレジスト）に依存する。１９３μｍのフォトレジストの到来は、高アスペクト比エッチングに使用された過去のプロセスを無能にし、かつ、実行可能なプロセスの改良法に到達するための新規の手法を必要とする新しい故障メカニズム（failure mechanism）を呈示した。
【００２３】
本発明のプロセスにおいては、実質的にまっすぐな形状を有する０．３μｍ以下の、エッチングされて形成された開口部を得ることができ、開口部の上部、中部、下部の限界寸法は、実質的に同一である。開口部は、例えば５：１以上の高アスペクト比、好ましくは、少なくとも１０：１のアスペクト比を持つように、誘電体層の中にエッチングすることができる。開口部は、少なくとも２μｍ、好ましくは、少なくとも３μｍの深さまでエッチングすることができる。例えば、エッチングされた開口部は、実質的にまっすぐな形状を有する０．２μｍ以下の寸法の開口部も可能であり、開口部の上部、中部、下部の限界寸法は、実質的に同一である。また、開口部は、少なくとも１０：１のアスペクト比を持つ。
【００２４】
本発明のプロセスは、少なくとも５：１、好ましくは、少なくとも１０：１、そして、より好ましくは、少なくとも２０：１の非常に高いアスペクト比を得るために有用である。該プロセスは、０．３μｍ未満、好ましくは、０．２μｍ未満の開口部用の少なくとも１０：１のアスペクト比を得るために、特に有用である。例えば、２μｍを超える深さにおける０．１８μｍの開口部用の、歪または条痕が最小の、まっすぐな壁を得ることができる。
【００２５】
誘電体層は、導電層、あるいはＡｌ、Ａｌ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金、Ｔｉ、Ｔｉ合金、ドーピングされたまたは非ドーピングの多結晶または単結晶シリコン、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｍｏ、Ｔｉ・Ｗ・Ｃｏおよび／またはＭｏのケイ化物、あるいはそれらの合金などから構成されるグループから選定された金属含有層などの半導体層を覆うことができる。もし所望されるならば、窒化珪素、炭化珪素、オキシ窒化珪素などの停止層、および／または、マスク層は、誘電体層の上、誘電体層間、および／または、誘電体層と導電層との間に設けることができる。
【００２６】
フォトレジスト層、および／または、ハードマスク層に対する高選択性を持ち、その層の材料整合性を維持することによって回避できるいくつかのデバイス故障メカニズムがある。これらの故障メカニズムのうちの１つは、デバイス形状（device feature）の限界寸法の損失に関係している。斯かるＣＤの損失は、フォトレジスト、および／または、ハードマスクが、誘電体エッチング中に面を発達させるときに引き起こされる。ＣＤの損失はまた、初めからの不均一性か、またはエッチング中のレジスト材料の破壊のために、フォトレジストが、異なる厚さを持ち、エッチングがレジストを突破して、下層の誘電体層を異なったタイミングで露出させるときに引き起こされる。他のデバイス故障は、構造が歪んでいたり、何らかの条痕が付いていたりすると発生する。シランなどのシラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素ガスを添加することによって、エッチング中のフォトレジストの構造的整合性は維持され、歪および条痕は、回避することができる。シラン、Ｈ２、または炭化水素の反応物質の添加は、バルク中およびレジストと誘電体層との界面の両方に、より平滑なレジスト表面をもたらし、レジストの平滑さは、デバイス故障につながる、誘電体層の望ましくないエッチングを最小化する。
【００２７】
シラン含有ガス、水素ガス、および／または、炭化水素ガスは、好ましくは、エッチングガスの化学反応のエッチング速度・選択性比を有効に制御する量程添加される。即ち、シラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガスを含むエッチングガスを１つまたは複数の炭化フッ素ガスと一緒に使用するとき、添加ガスは、高いフォトレジスト／ハードマスク選択性を創出し、レジストの構造的整合性を維持することにおいて有効的である。中密度のプラズマリアクタに関して、本発明の有利な効果は、シラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素の反応物質、並びに炭化フッ素の反応物質を、シラン含有ガス対炭化フッ素ガス流速比が０．１以下、あるいは水素、または、炭化水素ガス対炭化フッ素ガス流速比が０．５以下になるように、プラズマエッチングリアクタに供給することによって達成することができる。
【００２８】
シラン含有ガスは、シラン、フルオロシラン、クロロシラン、ジフルオロシラン、ジクロロシラン、トリフルオロシラン、およびトリクロロシランからなるグループから選択される１つまたは複数のガスを含むことができる。好ましい実施の形態によると、エッチングガスは、シラン含有ガスとしてシランを含む。本発明のプロセスは、エッチングガスにエネルギーを与え、プラズマ状態で化学的に励起し、誘電体層中に開口部をエッチングして形成することによって達成される。
【００２９】
シラン、および／または、他のシラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガスの添加は、誘電体に対するフォトレジストの選択性を向上し、また、歪および損傷に対してレジストを十分に保護することによってレジストの整合性を維持する。更に、シラン含有ガス、水素、または炭化水素ガスの添加は、高アスペクト比接点の彎曲量を減少させる。シラン含有ガス、水素、または炭化水素ガスの添加は、２４８μｍおよび１９３μｍの両方のフォトレジストにとって等しく良好に作用する。
【００３０】
フッ素含有エッチングガスおよびＯ２含有エッチングガスは、特に、１９３μｍのフォトレジストでは、ＣＤ、形状（profile）および不均一性の問題につながりかねないが、炭化フッ素・エッチングガスおよび酸素含有エッチングガスへのシラン、水素、または炭化水素ガスの添加は、所望のレベルの、選択性およびフォトレジスト整合性を有効に提供することができる。炭化フッ素・エッチングガスおよび酸素含有エッチングガスへのシラン、水素、または炭化水素ガスの添加によって、エッチングされた構造の側壁を十分に保護するためのポリマーの堆積（polymer build-up）と、エッチングされた構造の側壁上および下部上の過度のポリマー堆積が起因する、ピンチ・オフ（pinch-off）およびエッチング停止問題を回避することとのバランスをとることができる。具体的には、シラン含有ガス、水素、炭化水素ガスが、プラズマに添加されると、水素は、側壁およびフォトレジストを保護するポリマー中に含まれる。アルゴンなどの不活性ガスが、エッチングガスに含まれるとき、アルゴンは、プラズマのストライク（strike）を促進するために使用される。
【００３１】
ポリマーの堆積は、ポリマーの分解とエッチングガス混合体に酸素をオープションに添加することの相乗効果によって減少させることができる。更に、エッチングされた構造の限界寸法を保存するために、酸素が、エッチングされて形成された開口部の側壁上のポリマー堆積を十分除去し、除去しないと、エッチングされて形成された開口部の「ピンチ・オフ」を引き起こし、所望の深さまでの開口部をエッチングによる形成を阻止しかねない、側壁上の過度のポリマー堆積を回避する。
【００３２】
プラズマエッチングリアクタに酸素含有ガスをオープションに添加することによって、「エッチング停止（etch stop）」の起因となる過度のポリマー堆積の阻止をも促進することができる。過剰のポリマーを形成する、即ち、開口部中のポリマー堆積が酸化ケイ素の更なるエッチングを阻止するガス化学反応を使用して、酸化ケイ素などの誘電体材料中の深くて細い開口部をプラズマエッチングにより形成している最中のエッチング停止は、特に問題である。本発明のプロセスにおいては、ポリマーの堆積は、炭化フッ素を用いたポリマーの堆積とエッチングガス混合体中の酸素を用いたポリマーの分解との相乗効果によって調整することができる。酸素は、好ましくは、エッチングされて形成された開口部の下部でポリマーと反応することによって、エッチング停止を阻止するのに有効な程の量が、プラズマエッチングリアクタへ供給される。
【００３３】
好ましい実施の形態によると、シランは、０．３〜１０ｓｃｃｍの流速でプラズマエッチングリアクタに添加することができ、Ｈ２または炭化水素ガスは、１〜３０ｓｃｃｍの流速でプラズマエッチングリアクタに添加することができる。プラズマリアクタに供給されるべき炭化フッ素ガスの量は、所望の重合度およびエッチング速度を達成するのに十分な量であるべきである。炭化フッ素ガスは、３〜１００ｓｃｃｍの流速でプラズマエッチングリアクタに添加することができる。一例として、中密度プラズマリアクタにおいて、全炭化フッ素ガスは、３〜１００ｓｃｃｍ、好ましくは、５〜３０ｓｃｃｍ、そしてより好ましくは、１０〜２５ｓｃｃｍの量で供給することができる。
【００３４】
エッチングガスは、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、およびＣＯ２からなるグループから選択されたオープションの酸素含有ガス、並びにＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ａｒ、およびそれらの混合体からなるグループから選択されたオープションの不活性ガスを含むことができ、該酸素含有ガスは、０〜５００ｓｃｃｍの流速でプラズマエッチングリアクタに供給され、該不活性ガスは、５〜１０００ｓｃｃｍの流速でプラズマエッチングリアクタに供給される。水素含有炭化フッ素（hydrogen containing fluorocarbon）は、極めて重合化し易いが、重合化の程度は、酸素含有反応物質と炭化フッ素含有反応物質（fluorocarbon containing reactant）との組み合わせを使用することによって制御することができる。酸素含有ガスは、エッチングされて形成された開口部の下部でポリマーを切り開くのに有効な程の量が、プラズマエッチングリアクタへ供給される。二周波数リアクタでは、各周波数は、適正に同調され、高いエッチング速度および良好なエッチング停止窓（ｅｔｃｈ  ｓｔｏｐ  ｗｉｎｄｏｗ）が得られる。中密度プラズマを形成するリアクタでは、酸素含有ガスがＯ２を含む場合は、Ｏ２は、０〜１００ｓｃｃｍ、より好ましくは、０〜４０ｓｃｃｍ、そして最も好ましくは、１０〜２０ｓｃｃｍの流速でリアクタへ供給することができる。
【００３５】
エッチングガス混合体はまた、好ましくは、オープションの不活性ガスとしてＡｒを含む。しかし、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、および／または、Ｘｅなどの他の不活性ガスも不活性ガスとして使用することができる。低チャンバ圧で動作する高密度エッチング・リアクタに対して、中密度プラズマリアクタにおいては、アルゴンは、１００〜５００ｓｃｃｍ、好ましくは、２００〜４００ｓｃｃｍの量で、高流速でリアクタへ供給することができる。不活性ガスは、好ましくは、構造のエッチング前面における酸化物のスパッタリングおよびポリマー種（ｐｏｌｙｍｅｒ  ｓｐｅｃｉｅｓ）の化学的活性化によって、酸化物エッチングを補助する。
【００３６】
シラン含有ガス、水素ガス、および／または、炭化水素ガスは、単独のガス、または予め希釈された混合体として、炭化フッ素（fluorocarbon）ガス、酸素含有ガス、および／または、不活性ガスとの組み合わせで、プラズマエッチングリアクタに添加される。エッチングガスは、好ましくは、シラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガス、並びに炭化フッ素ガス（fluorocarbon）を含み、シラン含有ガス対炭化フッ素ガス流速比が０．１以下、あるいは水素、および／または、炭化水素ガス対炭化フッ素ガス流速比が０．５以下である。
【００３７】
本発明によると、シラン含有ガス、水素ガス、および／または、炭化水素ガス、および酸素含有ガスは、好ましくは、エッチングされた構造の外形を制御するのに有効な程の量が、添加される。例えば、炭化フッ素ガスの量に対して、シラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガス、および酸素含有ガスの量を調整することによって、まっすぐな外形を形成することができる。この用法では、外形は、著しくテーパ状にならず、外形の湾曲は、排除される。一例として、Ｃ４Ｆ８、ＳｉΗ４、およびＡｒからなる非酸素含有エッチングガス混合体を使用することによって、上部０．３μｍから下部０．１μｍまで寸法の変化するテーパ状の開口部が形成できる。まっすぐな開口部のためには、炭化フッ素ガスの好ましい量は、シラン・ガスの量の少なくとも１０倍で、酸素含有ガスの好ましい量は、好ましくは、５〜４０ｓｃｃｍである。
【００３８】
本発明は、高アスペクト比を有する開口部をエッチングにより形成する間の外形制御を強化することによって、先行エッチング技術に伴う問題を克服する。まっすぐな側壁を有する開口部を得るためには、湾曲を回避または最小化するのに十分なポリマーが存在し、かつ、エッチング停止現象を回避するのに十分なポリマーが除去される様に、酸素添加を制御することが望ましい。ポリマーの除去に関して、酸素の効果は、シラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガスを添加することによって、平衡が取られる。例えば、ＳｉΗ４、Η２、または炭化水素ガスを使用すると、エッチングされて形成された開口部の側壁安定化処理が可能であり、即ち、所望の厚さと組成を有するポリマー堆積が可能である。したがって、Ｏ２およびＳｉΗ４、Ｈ２、または炭化水素ガスの流速を選択的に調整することによって、まっすぐで細い高アスペクト比の開口部を得ることができる。
【００３９】
本発明の実施の形態によると、シラン含有ガスは、シランから構成される。しかし、シランの代わりに一般式ＳｉΗｘＦ４−ＸまたはＳｉΗｘＣｌ４−Ｘを有する他のシラン含有ガスを全面的に、または部分的に用いることができる。
【００４０】
様々なガスの流速が、基板の寸法、プラズマリアクタのタイプ、電力設定、リアクタ中の真空圧、プラズマ源の解離速度などの要因に依存することは、当業者には明白であろう。
【００４１】
本発明は、０．３μｍ、特に、０．２５μｍで、より小さな、半導体基板上の酸化ケイ素層等の誘電体層におけるバイアおよび接点などの高アスペクト比の構造をプラズマエッチングするためのプロセスを提供する。該プロセスにおいて、炭化フッ素、シラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガスの反応物質を含むガス混合体は、好ましくは、化学的にエネルギーを与えられ、プラズマ状態になる。エッチング・プロセス中、炭化フッ素およびシラン含有ガス、水素、および／または、炭化水素ガスは、相乗的に反応することにより、フォトレジストの上部に蒸着してフォトレジスト上のイオン衝撃効果および化学エッチング効果を無効にする、炭素およびケイ素を豊富に含んだポリマーを創出する。
【００４２】
プラズマは、様々なタイプのプラズマリアクタ中で創出することができる。斯かるプラズマリアクタは、一般的に、ＲＦエネルギー、マイクロ波エネルギー、磁界などを使用したエネルギー源を有し、プラズマエッチング条件を創出する。例えば、中密度プラズマは、開示が参照により本明細書に組み込まれた、本出願人と同一の特許権者の米国特許第６，０９０，３０４号に記載されている二周波数プラズマエッチングリアクタなどの平行板エッチング・リアクタ内で創出することができる。好ましくは、エッチング工程中に、半導体基板へＲＦバイアスを印加することができる。中密度リアクタは、約１０１１イオン／ｃｍ３の密度を創出することができる。本発明による方法は、多数または単一のウエハ処理にとって有用である。
【００４３】
プラズマエッチングリアクタは、好ましくは、中密度平行板リアクタ、三極管リアクタ、または、上部シャワーヘッド電極および下部電極を有し、かつ、ＲＦエネルギーが、２つの異なる周波数で、下部電極に供給されるか、または、異なる第一および第二の周波数で、シャワーヘッド電極および下部電極に供給される、二周波数容量結合プラズマリアクタを含む。プラズマエッチングリアクタが、容量結合プラズマリアクタである場合、該リアクタは、動力付きシャワーヘッド電極および動力付き下部電極を持つことができ、シャワーヘッド電極および下部電極には、５００〜３０００ＷのＲＦエネルギーが供給できる。二周波数リアクタにおいては、高周波数源は、プラズマ化学反応（即ち、励起状態の種の量）を制御し、一方、低周波数源は、イオン・エネルギー（即ち、基板へ向かうイオンの加速度）を制御する。斯かるリアクタにおいては、上部電極と半導体基板を支持している低部電極との間のギャップを１．３〜２．５ｃｍに維持するのが望ましい。
【００４４】
中密度プラズマリアクタは、より高いチャンバ圧で動作し、エッチングガス化学反応を、高密度プラズマリアクタよりも軽度に解離する。例えば、中密度プラズマリアクタでは、Ｃ４Ｆ８などのエッチングガスは、Ｃ４Ｆ８→Ｃ２Ｆ８→ＣＦ２→ＣＦ＋Ｆの段階を追って解離する。斯かる緩やかな解離のために、誘電体層用のより高いエッチング速度、およびフォトレジストまたはハードマスクなどのオーバーレイ層用、あるいはエッチング停止層などの下層用のより低いエッチング速度を達成することができる。斯かるエッチング速度比は、「エッチング選択性比」と称され、中密度プラズマリアクタ内で得ることが可能な高選択性比は、接点、バイア、および導電パターンの完全なエッチングを促進する。これに対し、高密度リアクタにおいては、エッチングガスの瞬時の解離は、マスキング層およびエッチング停止層のより高いエッチング速度のために、低選択性比に繋がる。例えば、高密度プラズマリアクタにおいては、Ｃ４Ｆ８は、直接遊離フッ素に解離し、高濃度（high content）の遊離フッ素は、非常に急速な、マスキング層および／またはエッチング停止層のエッチングを引き起こすので、エッチング選択性比は、許容し難い程低くなる。
【００４５】
リアクタ圧は、好ましくは、リアクタ内のプラズマを持続するのに適切なレベルで維持される。一般的に、低過ぎるリアクタ圧は、プラズマ消滅に繋がり、一方、高過ぎるリアクタ圧は、エッチング停止問題に繋がる恐れがある。二周波数容量結合エッチング・リアクタなどの中密度プラズマリアクタについては、リアクタは、好ましくは、２００ｍＴｏｒｒ未満、例えば２０〜４０ｍＴｏｒｒの圧力である。エッチングされている半導体基板におけるプラズマの閉じ込めのために、基板表面での真空圧は、リアクタ用に設定された真空圧よりも高くなる可能性があり、例えば、基板表面での圧力は、３０〜１００ｍＴｏｒｒ、また、例えば、４５〜６５ｍΤｏｒｒの範囲である可能性がある。
【００４６】
エッチングされている半導体基板を支持する基板支持体は、好ましくは、十分に基板を冷却し、基板上のいかなるフォトレジストの焼付きおよび望ましくない反応ガス基の生成などの有害な副反応を阻止する。中密度プラズマリアクタにおいては、基板支持体を−２０〜＋８０℃の温度に冷却すれば十分である。平行板プラズマリアクタまたは三極管タイプのリアクタにおいては、基板支持体は、基板処理中、基板にＲＦバイアスを供給するための下部電極および基板固定用の静電チャック（ＥＳＣ）を含むことができる。例えば、米国特許第５，６０９，７２０号に開示されているように、基板は、静電的に固定され、ウエハとＥＳＣの上部表面との間に所望の圧力でヘリウム（Ｈｅ）を供給することによって冷却されたシリコン・ウエハを含むことができる。ウエハを所望の温度に維持するために、Ｈｅは、ウエハとチャックとの間の空間に、５〜３０Ｔｏｒｒの圧力で維持することができる。
【００４７】
誘電体層は、適切な任意のフォトレジストを用いて、オープションにパターン化することができる。例えば、市販の２４８μｍのレジストは、誘電体層の上にスピン・コーティングすることができる。エッチング工程中の２４８μｍのレジストの厚さは、５００〜１０００μｍにすることができる。あるいは、１９３μｍのレジストを使用してもよい。１９３μｍのレジストは、０．１８μｍ、０．１５μｍ、およびより小さいデザイン・ルールを有利にサポートすることができる。１９３μｍのレジストは、一般的に、約１００〜５００μｍの厚さであり、プラズマエッチング化学反応に対してより敏感である。したがって、エッチング・プロセスは、誘電体エッチングが完了する前のレジストの切削（faceting）、および／または、レジストの破れ（breakthrough）が起因する、パターン忠実度の損失を阻止するために、レジストに対して非常に選択的でなければならない。
【００４８】
側壁の堆積（deposition）、側壁の彎曲、微小溝、およびマスクの切断（faceting）などの人為的副産物は、一般に、誘電体中の小構造エッチングに付随して生じる。例えば、レジスト側壁上の条痕の形成は、プラズマエッチング中に発生する。条痕は、構造の縁を変形し、限界寸法の低下に繋がりかねない。条痕の形成は、レジストの平滑度を増大させることによって減少させることもできる。
【００４９】
所望であれば、基板は、その上に無反射被覆（ＡＲＣ）を含むことができる。ＡＲＣは、リソグラフィ工程における露光中の、フォトレジストへの反射を減少させるために使用され、バイア状またはフォトレジスト中に形成された溝状の開口部パターンなどの、より良好なパターンの再現を可能にする。ＡＲＣは、炭化水素膜などの適切ないかなる材料であってもよく、例えば、高分子化合物を含む、スピン・コーティングされた有機材料でもよい。ＡＲＣは、所望の厚さ、例えば、６０〜２００μｍを持つように、基板上にスピン・コーティングされる。
【００５０】
一実施形態において、本発明は、半導体基板上の誘電体層中の、導電線、バイア、および接点自己位置調整接点（ＳＡＣ）を含む接点などの高アスペクト比構造をエッチングするためのプロセスを提供する。該プロセスにおいて、炭化フッ素、酸素、およびシラン、Ｈ２、または炭化水素ガスなどのシラン含有ガスを含むガス混合体は、不活性ガス（例えばアルゴン）などのオープションのガスと共に、プラズマエッチングリアクタ内で、非不活性の反応物質が少なくとも部分的に解離される程度のプラズマ状態になるまでエネルギーを与えられる。エッチング・プロセス中、誘電体層は、フッ素含有種によってエッチングされ、シラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素ガスは、フォトレジスト／ハードマスクの上部およびエッチングされて形成された開口部の側壁上に炭素、および／または、シリコン含有保護ポリマーを形成する。シラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素は、酸素含有ガスと連携して、フォトレジストおよびエッチングされた構造の側壁を十分に保護するためのポリマーの堆積と、過度のポリマー堆積が起因する、ピンチ・オフ（pinch-off）およびエッチング停止問題を回避することとのバランスをとることができる。一般的に、シラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素ガスは、レジスト／ハードマスクの上部およびエッチングされて形成された開口部中にポリマーを形成するために使用され、酸素は、エッチングされて形成された開口部の側壁上のポリマーの堆積を制御するのに十分な量程添加することができる。本発明の有利な効果は、シラン含有ガス、Ｈ２、または、炭化水素ガス、および炭化フッ素ガスの反応物質を、シラン含有ガス対炭化フッ素ガス流速比が０．１以下、あるいは水素、または、炭化水素ガス対炭化フッ素ガス流速比が０．５以下になるように、二周波数中密度プラズマエッチングリアクタに供給することによって該プラズマエッチングリアクタ内で達成することができる。
【００５１】
シラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素ガス、および酸素ガスの量は、好ましくは、エッチングされる構造の寸法およびエッチングされる材料の膜組成を勘案して制御される。例えば、エッチングを行う構造寸法が大きくなるにつれ、エッチングされて形成された開口部の側壁を保護するために必要とされる酸素は、少なくなる。低レベルにドーピングされた酸化膜などの、プラズマ中に創出されたポリマーに対してより低い反応性を有する誘電体材料に対しては、ＣＸＦＹ／Ｏ２比は小さくすることができる。しかし、ＢＰＳＧなどの、より高いドーパント添加を有する誘電体層に対しては、ＣＸＦＹ／Ｏ２比をより高くすることができる。
【００５２】
酸素および炭化フッ素の反応物質それぞれは、流速５〜１００ｓｃｃｍ、好ましくは、５〜５０ｓｃｃｍ、更に好ましくは、５〜３０ｓｃｃｍで供給することができる。シランは、流速０．３〜１０ｓｃｃｍで供給でき、また、Ｈ２または炭化水素ガスは、流速１〜３０ｓｃｃｍで供給することができる。一例として、ＣＸＦＹＨＺが、５〜３０ｓｃｃｍで供給されるとき、酸素反応物質の流速は、５〜２０ｓｃｃｍの範囲であり得て、アルゴンは、供給されるならば、１００〜６００ｓｃｃｍの範囲である。別の実施例においては、ＣＸＦＹＨＺは、Ｃ４Ｆ６であり、酸素含有ガスは、Ｏ２である。Ｃ４Ｆ６およびＯ２は、Ｃ４Ｆ６：対Ｏ２＝０．５：１〜３：１の比を有する流速でプラズマエッチングリアクタへ供給される。他の実施例では、Ｃ４Ｆ６およびＯ２は、ＳＡＣ内の開口部または二重波形模様の構造のエッチング中のエッチング停止を回避するような流速でプラズマエッチングリアクタへ供給される。Ｏ２は、ＣＯなどの他の酸素含有ガスで補充したり置換えたりすることができる。例えば、ＣＯは、５０〜５００ｓｃｃｍの流速でエッチングガスに添加することができる。また、Ｈ２または炭化水素は、１：１または１：２など、Ｏ２と等しいか、ほぼ等しい流速で供給することができる。
【００５３】
一実施例において、二周波数プラズマエッチングリアクタ（本出願の譲受人である、Ｌａｍ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎより入手可能なＥｘｅｌａｎＴＭ（商標登録）二周波数容量結合酸化物エッチング・システムなど）は、上部電極電力０〜５０００Ｗ、好ましくは、１０００〜２０００Ｗで、かつ、下部電極電力０〜５０００Ｗ、好ましくは、１０００〜２０００Ｗで稼動された。約３μｍの深さを有する、まっすぐな０．１８μｍの開口部は、約１５ｍＴｏｒｒに設定されたチャンバ圧で、１つまたは両方の電極に２７ＭＨｚで１０００Ｗそして２ＭＨｚで２０００Ｗの電力を与え、３００ｓｃｃｍのＡｒ、８ｓｃｃｍのＯ２、１．５ｓｃｃｍのＳｉＨ４または５ｓｃｃｍのＣＸＨＹ、あるいは５ｓｓｃｍのＨ２および１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８のエッチングガス混合体を使用して、単一の工程で、約５分間でエッチングすることができる。
【００５４】
図１〜３は、本発明のプロセスによるシラン添加の効果を示す。図１Ａは、シランを含まない相対的なエッチングガス混合体を使用したとき得られる彎曲したエッチング外形を示し、一方、図１Ｂは、本発明によるプロセスに従ってエッチングされた、まっすぐな開口部を有する誘電体層の実施例を示す。図１Ａで、彎曲した開口部４を有する誘電体層２は、誘電体エッチングが、チャンバ圧を５０ｍＴｏｒｒに設定し、１つまたは両方の電極に合計約３０００Ｗの電力を与え、１００〜３００ｓｃｃｍのＡｒ、５〜２０ｓｃｃｍのＯ２、および５〜２０ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８で、単一の工程で約４分間実施されたときに得られた。図１Ｂにおいて、まっすぐな開口部８を有する誘電体層６は、０．５〜２ｓｃｃｍのＳｉＨ４を添加して、同じプロセスを使用したときに得られた。
【００５５】
同じプロセス条件の、１９３μｍ・フォトレジストに対する効果を図２〜３に示す。図２Ａを参照すると、シランを添加しないときは、エッチング後のレジスト２０は、歪んで皺の或る外観を示す。これに対して、図２Ｂに示すように、レジスト２２は、シランの添加によって、皺が顕著に少なくなる。また、図３Ａを参照にすると、シランを添加しないと、粗い、エッチング後のレジスト表面３０が創出され、一方、シランの添加によって、図３Ｂに示すように、より平滑なレジスト３２が創出される。反応性ガスへのシランの添加によって、シラン不含有の反応性ガス混合体と比較して、１９３μｍ・レジストに対する選択性が、２５％を超えて、好ましくは、３５％を超えて改善する。シランの代わりに、Ｈ２の添加か、または炭化水素ガスの添加で、あるいは他の酸化ケイ素含有ガスを用いることによって同様な結果を得ることができる。
【００５６】
本発明のプロセスは、図４に示すリアクタ７００などの平行板プラズマリアクタ中でも実施できる。リアクタ７００は、リアクタの壁の中の排出口に接続された真空ポンプ７０４によって所望の真空圧に維持されている内部７０２を含む。エッチングガスは、ガス供給部７０６からガスを供給することによって、シャワーヘッド７１２に供給される。リアクタチャンバ７００は、第一のＲＦ源７０８がＲＦ整合回路７１０を介してシャワーヘッド７１２の上部電極に結合されている、二周波数平行板プロセス構成として稼動することができる。同様の方法で、下部電極７１８は、第二のＲＦ整合回路７１６を介して第二のＲＦ源７１４に結合されている。更に、各ＲＦ源７０８、７１４は、一端が接地されている。中密度プラズマは、ＲＦ源７０８、７１４からシャワーヘッド電極７１２および下部電極７１８にＲＦエネルギーを供給することによって、リアクタ内で、基板７２０上方に発生させることができる。または、シャワーヘッド電極７１２は電気的に接地することができ、２つの異なった周波数のＲＦエネルギーは、下部電極７１８に供給することができる。例えば、電力を与えられたシャワーヘッドのみを有するリアクタなどの、または下部電極によってのみ電力を与えられたリアクタなどの、容量結合した他のタイプのリアクタも使用することができる。
【００５７】
本発明のプロセスによる中密度、二周波数プラズマエッチングリアクタにおいて、フォトレジスト／ハードマスクの誘電体に対するエッチング速度の選択性は、有利に向上し、材料の整合性（歪に対する抵抗性）は減少し、そして、フォトレジスト膜の平滑さは、シラン含有ガス、Ｈ２、および／または、炭化水素の反応物質を添加することによって増大する。更に、シラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素ガスの添加によって、高アスペクト比接点の彎曲量は減少する。中密度、二周波数リアクタの制御された解離環境下で、フォトレジストの平滑さおよび物理的整合性のみならず、エッチングされる構造の外形もシラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素の反応物質の添加によって調整することができる。シラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素の反応物質の添加は、フォトレジストの上部に蒸着してフォトレジスト上のイオン衝撃効果および化学エッチング効果を無効にする、炭素およびケイ素を豊富に含んだポリマーの創出をもたらす。シラン含有ガス、Ｈ２、または炭化水素の反応物質は、単独のガス、または予め希釈された混合体として、アルゴン、酸素、炭化フッ素、および／または、フルオロハイドロカーボンとの組み合わせで、プラズマエッチングリアクタに添加してもよい。炭化水素の反応物質は、チャンバ内に導入される前は、ガス状でも液体状でもよい。炭化フッ素ガスに対するシラン含有ガスの所望の流速は、０．１以下である。炭化フッ素ガスに対するＨ２または炭化水素の反応物質の所望の流速は、０．５以下である。
【００５８】
本発明の原理、好ましい実施の形態、および動作態様を上記に説明した。しかし、本発明は、説明された特定の実施の形態に限定されると解釈すべきではない。したがって、上記に説明の実施の形態は、限定的ではなく、例示的なものとみなすべきであり、当業者によって、以下の請求項により限定された本発明の範疇から逸脱することなく、それらの実施の形態における変形がなされ得ることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１Ａ】高アスペクト比の開口部が彎曲した形状を有するエッチングにより形成された誘電体層を示す図である。
【図１Ｂ】高アスペクト比の開口部がまっすぐな形状を有するエッチングにより形成された誘電体層を示す図である。
【図２Ａ】フォトレジスト表面を示し、そのレジスト表面は粗い図である。
【図２Ｂ】本発明に従ってエッチングされたフォトレジスト表面を示す図である。
【図３Ａ】フォトレジスト表面を示し、そのレジスト表面は粗い図である。
【図３Ｂ】本発明に従ってエッチングされたフォトレジスト表面を示す図である。
【図４】本発明のプロセスを実施するために使用できる中密度平行板プラズマリアクタを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
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