(57)【要約】実施例はエッチング材料の供給（２１０）、水素を含む混合ガスの適用（２３０）、プラズマの発生（２４０）、エッチング材料のエッチング（２５０）を含むエッチング方法（２００及び１６００）を含む。エッチング材料は低ｋ誘電性材料を含み得る。混合ガスは水素ガス、水素非含有フルオロカーボン、窒素ガスを含み得る。また、１つ以上のハイドロフルオロカーボンガス、不活性ガス、及び/又は一酸化炭素を含み得る。水素ガスとしては、Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、ＮＨ３、及び／又はＨ２Ｏガスを含む、二原子水素、炭化水素、シラン、及び／又はフッ素非含有水素ガスであってもよい。水素非含有フルオロカーボンガスはＣｘＦｙガス（ｘ≧１、ｙ≧１）、ハイドロフルオロカーボンガスはＣｘＨｙＦｚガス（ｘ≧１、ｙ≧１、ｚ≧１）であってもよい。混合ガスは酸素非含有であってもよい。実施例は減圧、低流量水素、１つ以上のプラズマ周波数を含み得る。
2007537602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）チャンバへの低ｋ誘電性材料の供給と、
（ｂ）水素非含有フルオロカーボンを含む第１ガスと、水素を含む第２ガスと、窒素を含む第３ガスとを含む混合ガスのチャンバ内への適用と、
（ｃ）混合ガスを用いたプラズマの発生と、
（ｄ）低ｋ誘電性材料のエッチングとを含むエッチング方法。
【請求項２】
低ｋ誘電性材料が約４．０未満の誘電率を有する誘電性材料を含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
低ｋ誘電性材料が約３．１〜約２の誘電率を有する誘電性材料を含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項４】
低ｋ誘電性材料が約２．２〜約２の誘電率を有する誘電性材料を含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項５】
低ｋ誘電性材料が炭素ドープ酸化ケイ素を含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項６】
第１ガスがエッチャントガスであり、第２ガスが非エッチャントガスである請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項７】
混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約０．６〜約５．０である請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項８】
混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約１．０〜約２．５である請求項６に記載のエッチング方法。
【請求項９】
第１ガスの水素非含有フルオロカーボンがＣｘＦｙを含み、ｘ≧１でありｙ≧１である請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
第１ガスの水素非含有フルオロカーボンが、（１）ＣＦ４、（２）Ｃ２Ｆ２、（３）Ｃ２Ｆ４、（４）Ｃ３Ｆ６、（５）Ｃ４Ｆ６、（６）Ｃ４Ｆ８、（７）Ｃ５Ｆ８、（８）Ｃ６Ｆ６の少なくとも１つを含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
第２ガスが（１）二原子水素、（２）炭化水素、（３）シラン、（４）フッ素非含有水素ガスの少なくとも１つを含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１２】
第２ガスが（１）Ｈ２、（２）ＣＨ４、（３）Ｃ２Ｈ４、（４）ＮＨ３、（５）Ｈ２Ｏの少なくとも１つを含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１３】
第２ガスがＨ２を含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１４】
第３ガスがＮ２を含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１５】
混合ガスがハイドロフルオロカーボンガスをさらに含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１６】
ハイドロフルオロカーボンガスがＣｘＨｙＦｚをさらに含み、ｘ≧１、ｙ≧１、ｚ≧１である請求項１５に記載のエッチング方法。
【請求項１７】
ハイドロフルオロカーボンガスが、（１）Ｃ２ＨＦ５、（２）ＣＨＦ３、（３）ＣＨ２Ｆ２、（４）ＣＨ３Ｆ、（５）Ｃ３Ｈ２Ｆ６、（６）Ｃ３Ｈ２Ｆ４、（７）Ｃ３ＨＦ５、（８）Ｃ３ＨＦ７の少なくとも１つを含む請求項１５に記載のエッチング方法。
【請求項１８】
混合ガスの適用が、混合ガスを圧力約５ｍＴｏｒｒ〜約４００ｍＴｏｒｒで適用することを含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項１９】
混合ガスの適用が、混合ガスを圧力約５ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒで適用することをさらに含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項２０】
プラズマの発生が、プラズマを少なくとも２つのバイアス周波数で発生させることを含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項２１】
プラズマの発生が、プラズマを（１）実質的に２ＭＨｚ、又は（２）実質的に１３．５６ＭＨｚの少なくとも１つのバイアス周波数で発生させることをさらに含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項２２】
混合ガスが酸素非含有混合ガスを含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項２３】
混合ガスが不活性ガスをさらに含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項２４】
混合ガスが一酸化炭素ガスをさらに含む請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項２５】
（ａ）約３．７未満の誘電率を有する誘電性材料のチャンバへの供給と、
（ｂ）水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスと、水素含有非エッチャントガスと、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む混合ガスのチャンバ内への適用と、
（ｃ）混合ガスを用いたプラズマの発生と、
（ｄ）誘電性材料のエッチングによるフィーチャの少なくとも一部の形成とを含むチャンバにおけるフィーチャを形成するためのプラズマエッチング方法。
【請求項２６】
誘電率が約３．１〜約２である請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項２７】
誘電性材料が炭素ドープ酸化ケイ素を含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項２８】
混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約０．６〜約２．７である請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項２９】
混合ガスがハイドロフルオロカーボン含有エッチャントガスをさらに含む請求項２５のプラズマエッチング方法。
【請求項３０】
混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約０．５５〜約２．１である請求項２９に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３１】
混合ガスにおける非エッチャントガスのエッチャントガスに対するガス比が約１．１である請求項２９に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３２】
水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスが、（１）ＣＦ４、（２）Ｃ２Ｆ２、（３）Ｃ２Ｆ４、（４）Ｃ３Ｆ６、（５）Ｃ４Ｆ６、（６）Ｃ４Ｆ８、（７）Ｃ５Ｆ８、（８）Ｃ６Ｆ６の少なくとも１つである請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３３】
ハイドロフルオロカーボン含有エッチャントガスが、（１）Ｃ２ＨＦ５、（２）ＣＨＦ３、（３）ＣＨ２Ｆ２、（４）ＣＨ３Ｆ、（５）Ｃ３Ｈ２Ｆ６、（６）Ｃ３Ｈ２Ｆ４、（７）Ｃ３ＨＦ５、（８）Ｃ３ＨＦ７の少なくとも１つである請求項２９に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３４】
水素含有非エッチャントガスが、（１）Ｈ２、（２）ＣＨ４、（３）Ｃ２Ｈ４、（４）ＮＨ３、（５）Ｈ２Ｏの少なくとも１つである請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３５】
窒素含有ガスがＮ２である請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３６】
不活性ガスが、（１）Ｈｅ、（２）Ｎｅ、（３）Ｋｒ、（４）Ｘｅ、（５）Ａｒの少なくとも１つを含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３７】
チャンバ内への混合ガスの適用が、混合ガスを圧力約５ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒでチャンバ内に適用することをさらに含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３８】
プラズマの発生が、プラズマを（１）実質的に２ＭＨｚ、（２）実質的に１３．５６ＭＨｚ、又は（２）実質的に１６２ＭＨｚの少なくとも１つのバイアス周波数で発生させることをさらに含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３９】
混合ガスが酸素非含有混合ガスを含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４０】
水素含有非エッチャントガスの流量が約１０ｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍである請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４１】
水素含有非エッチャントガスの流量が約１０ｓｃｃｍ〜約７５ｓｃｃｍである請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４２】
水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスの流量が約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍである請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４３】
ハイドロフルオロカーボン含有エッチャントガスの流量が約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍである請求項２９に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４４】
水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガス及びハイドロフルオロカーボン含有エッチャントガスの総流量が約１０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍである請求項２９に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４５】
窒素含有ガスの流量が約０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍである請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４６】
不活性ガスの流量が約０ｓｃｃｍ〜約８００ｓｃｃｍである請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４７】
プラズマの発生が、プラズマを約０ワット〜約２０００ワットの電源電力で発生させることを含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４８】
プラズマの発生がプラズマを約０ワット〜約２００ワットの電源電力で発生させることを含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４９】
プラズマの発生がプラズマを約３００ワット〜約３０００ワットのバイアス電力で発生させることを含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５０】
プラズマの発生が、プラズマを約５ｘ１０９電子／ｃｍ３〜約５ｘ１０１１電子／ｃｍ３の電子密度で発生させることを含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５１】
プラズマの発生がプラズマを約５ｘ１０１０電子／ｃｍ３より高い電子密度で発生させることを含む請求項２５に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５２】
（ａ）低ｋ誘電層と、低ｋ誘電層上の第１パターンフォトレジスト層とを有する半導体ウェハの供給と、
（ｂ）水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスと、水素含有非エッチャントガスと、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む第１混合ガスの適用と、
（ｃ）低ｋ誘電層のエッチングによる半導体ウェハへの第１フィーチャの形成と、
（ｄ）第１フォトレジスト層の剥離と、
（ｅ）ＡＲＣ層の半導体ウェハ上への堆積と、
（ｆ）ＡＲＣ層のエッチングと、
（ｇ）半導体ウェハ上への、第２フィーチャを形成する第２パターンフォトレジスト層の適用と、
（ｈ）水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガスと、水素含有非エッチャントガスと、窒素含有ガスと、不活性ガスとを含む第２混合ガスの適用と、
（ｉ）低ｋ誘電層とＡＲＣ層とのエッチングによる半導体ウェハへの第２フィーチャの形成とを含むダマシンエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、２００４年５月１１日に出願された米国特許仮出願第６０／５７０５２４号、及びグ（Ｇｕ）、デルガディーノ（Ｄｅｌｇａｄｉｎｏ）、チェン（Ｃｈｅｎ）、及びエ（Ｙｅ）により「フルオロカーボンエッチングにおけるＨ２添加物を使用しての炭素ドープ酸化ケイ素エッチング」の名称で出願された米国特許出願に基づく利益を主張する。
【背景技術】
【０００２】
半導体又は薄膜デバイスの製造における一般的な工程の１つはエッチングである。エッチングとしては典型的には液体酸を使用するウェットエッチング、又はプラズマを印加してデバイスをエッチングするという、より一般的な方法であるドライエッチングが考えられる。
【０００３】
ドライエッチング中、可能な限り垂直な側壁と可能な限り平坦な底部によって充分に形成された、バイアやトレンチ等のエッチング形状フィーチャを有することが非常に望ましい。より深く、例えばより高いアスペクト比を有する、より均一な構造体の形成が可能になることから、側壁は垂直であることが有益である。底部が平坦であると、より優れた接続部をデバイスコンポーネント間に形成可能になる。充分に形成された構造体であることにより、ショートや不完全な接続部といった不良が生じる可能性が低下し、その結果、全体としての生産収率を向上することが可能である。さらに、フィーチャ又は素子間を分離する必要性を低下することができると、デバイス及びコンポーネントの密度を向上させることが可能になる。
【０００４】
生産速度が向上することから、エッチング工程を完了するに必要とされる時間を短縮することも非常に望ましい。エッチング時間を短縮するために試みられた方法の１つが、エッチング速度の向上であった。しかしながら、エッチング速度が向上するにつれエッチングの質は低下しがちであり、生産が増加してもデバイス収率が低くなることで相殺されてしまっていた。エッチングの質の問題には、選択性の低下、ストライエーション、マイクロローディング、プロファイルの先細り、不十分なエッチング深さ、エッチング早期終了が含まれる。
【０００５】
よって、得られるエッチングの質を維持もしくは向上させながらも、エッチングの質を向上させ、かつより速いエッチング速度を提供するエッチング方法に対する需要がある。
【発明の開示】
【０００６】
いくつかの実施形態において、本発明はエッチング材料の供給と、水素を含む混合ガスの適用と、プラズマの発生と、エッチング材料のエッチングとを含むプラズマエッチング方法である。
【０００７】
エッチング材料は低ｋ誘電性材料、ＡＲＣ層及び/又はバリア層を含むことができ、これらの層は１つ以上の工程でエッチング可能であり、特定の実施形態に依存する。実施形態において、低ｋ誘電性材料の誘電率は４．０未満である。少なくとも１つの実施形態において、誘電性材料は炭素ドープ酸化ケイ素である。
【０００８】
いくつかの実施形態において、混合ガスは水素ガス、水素非含有フルオロカーボン、窒素ガスを含む。実施形態における混合ガスは、さらに１つ以上のハイドロフルオロカーボンガス、不活性ガス、及び/又は一酸化炭素ガスを含む。水素ガスは二原子水素、炭化水素、シラン及び/又はフッ素非含有水素ガスを含むことでき、Ｈ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、ＮＨ３及び/又はＨ２Ｏガスを含む。特定の実施形態において、水素非含有フルオロカーボンガスはＣｘＦｙガス（ｘ≧１及びｙ≧１）を含み、窒素ガスはＮ２ガスであり、ハイドロフルオロカーボンガスはＣｘＨｙＦｚガス（ｘ≧１、ｙ≧１、ｚ≧１）を含み、不活性ガスはＨｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、及び/又はＡｒを含むことができる。少なくとも１つの実施形態において、混合ガスは酸素を含まない。
【０００９】
いくつかの実施形態において、混合ガスは圧力約５ｍＴｏｒｒ〜約４００ｍＴｏｒｒで適用され、他の実施形態においては圧力約５ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒである。プラズマは、２ＭＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、１６２ＭＨｚを含む１つ以上の周波数で発生させることが可能であり、実施形態に依存する。いくつかの実施形態において、プラズマは電源電力約０ワット〜約２０００ワット、バイアス電力約３００ワット〜約３０００ワットで発生させることが可能である。
【００１０】
実施形態において、水素ガスの流量は約１０ｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍであり、特定の実施形態においては流量はそれより低く約１０ｓｃｃｍ〜約７５ｓｃｃｍ、水素非含有フルオロカーボンガスの流量は約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、ハイドロフルオロカーボンガスの流量は約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍ、水素非含有フルオロカーボン及びハイドロフルオロカーボンガスの流量は約１０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍである。
【００１１】
特定の実施形態において、混合ガスは水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガス、水素含有非エッチャントガス、窒素含有ガス、及び不活性ガスを含む。
【詳細な説明】
【００１２】
本願は、２００４年５月１１日に出願された米国特許仮出願第６０／５７０５２４号に基づく利益を主張する。グ（Ｇｕ）その他による「フルオロカーボン化学エッチングにおけるＨ２添加物を使用しての炭素ドープ酸化ケイ素エッチング」と題された２００４年５月１１日出願の米国特許仮出願番号第６０／５７０５２４号は、引用により本願に組み込まれる。また、本願はグ（Ｇｕ）その他による「フルオロカーボンエッチングにおけるＨ２添加物を使用しての炭素ドープ酸化ケイ素エッチング」と題された米国特許出願に基づく利益を主張し、引用により本願に組み込まれる。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態において、本発明は、特定の所望のエッチング特性及び結果を達成しながらも、構造体の１つ以上の材料層にフィーチャをエッチングする方法を含む。特定の実施形態において、出願人の発明はエッチング中に水素ガスを用いる。水素ガスを使用することの特徴としては、エッチングに伴う様々な弊害を低減又は排除しつつ、特定の所望のエッチングプロファイル、より高い選択性、及び/又は向上したエッチング速度を得られることが挙げられる。
【００１４】
本発明の実施形態において、水素の使用によりエッチングのプロファイル及びフィーチャ形状を向上又は調整することが可能となる。例えば、エッチング中、混合ガスに水素ガスを使用することで、エッチング構造体における底部バリア層に対するある特定の選択性を維持しながらも、プロファイルの先細りを低減又は排除することが可能であり、従ってより平坦な底面を得ることが可能である。また、水素を使用することで、より多くの、又は少なくとも同量に近いフォトレジストつまりＰＲ材料を保持しながらより深くエッチングすることができる。さらに、マイクロトレンチ、マイクロローディング、ストライエーション、及び/又はエッチストップ等の問題の量や程度を水素を添加することで低減又は排除することにより、得られるエッチングを改善し得る。
【００１５】
本発明の実施形態における水素の使用により、マイクロトレンチの低減、場合によっては排除が可能である。マイクロトレンチの弊害には、ボイドの形成、電気抵抗の増大、キャパシタンス及び漏れの増大が含まれる。エッチング中、マイクロトレンチ付近のフィーチャに材料を堆積するにつれて、マイクロトレンチの領域にボイドが発生する場合がある。このようなボイドにより、堆積される材料の断面積は、フィーチャを完全に充填した場合の面積に比較して狭くなる。銅等の導電材料をエッチングしたフィーチャに堆積すると、断面積の低下により電気抵抗が増大する。電気抵抗の増大は、デバイスの性能の低下を引き起こす可能性がある。
【００１６】
また、マイクロトレンチにより、導電材料がより近接することから、層間のキャパシタンスが増大する可能性がある。これは、マイクロトレンチが発生することにより、より深くエッチングして所望の断面積を維持してフィーチャのボイドを相殺せしめる、又は材料がマイクロトレンチを充填することで、導電性のトレンチ材料が別の導体素子により近接することのいずれかにより引き起こされ得る。キャパシタンスが増大すると、導体素子の信号送信速度が低下することで性能が低下する場合がある。
【００１７】
マイクロトレンチが発生することにより、マイクロトレンチの鋭角部分から漏れが起こる可能性があり、これはデバイス性能の低下、場合によってはショートも引き起し得る。
【００１８】
実施形態によっては、水素を使用することによりマイクロローディングを低減又は排除することもできる。水素のこういった効果には、プロファイルのマイクロローディング及びエッチング速度のマイクロローディングの双方で直面する問題が含まれる。結果として、エッチング中の水素の使用は、所望のエッチングプロファイルの達成にさらに役立ち得る。
【００１９】
エッチング用混合ガスに水素を添加してストライエーションを低減することは、エッチングの質を向上させるだけでなく、フォトレジストを損傷から防御するのに役立つ。ストライエーション及びピンホールは、低いＰＲ選択性でエッチングすることでＰＲ層が比較的薄くなるにつれて形成される傾向がある。ストライエーション及びピンホールは、ＰＲ層を貫通して開口部が設けられることにより、その下にある構造体の不必要なエッチングの原因となる。ストライエーションは、Ｃｕバリア層の堆積中にＣｕの誘電層中への拡散を増大させ、破壊電圧を低下させ、及び/又はキャパシタンスを増大させ、問題を引き起こす場合がある。ストライエーションにより金属の堆積中にボイドの出現が増加し、抵抗が増大し、デバイスの寿命が低下する場合がある。ストライエーションにより、特に不揃いな構造体の場合、相互接続間の電流の漏れが増大することがある。ピンホールによりキャパシタンスと漏れが増大し、ＤＵＶレジストの被毒が強化される場合がある。しかしながら、エッチング中に水素を使用する実施形態では、ストライエーションやピンホールが形成されるほどには薄くならないように、充分なＰＲ層厚さを維持することが可能である。少なくとも１つの実施形態において、マスク上にハイドロフルオロカーボンを滑らかに堆積させることにより、ストライエーションの形成が大きく低下する場合がある。フォトレジストへの損傷低下というこの可能性は、比較的弱く薄い、新型のフォトレジスト層を使用する場合に更に重要となる。
【００２０】
さらに、実施形態において水素を添加することで、エッチングする材料の、保持する材料に対する選択性を向上することが可能になる。さらに詳細には、実施形態において、水素を使用することにより、フォトレジストのエッチング速度に比べ、誘電体又は同様のエッチング材料のエッチング速度が、水素を添加していないエッチングに比べて早くなる。これにより、所定の誘電体エッチングに関し、より多くのフォトレジストを保持する、及び/又はより薄いフォトレジストの使用が可能となる。フォトレジストに関し、より薄い材料の使用が可能であることは重要である。これは、１９３ｎｍフォトレジスト等の新型フォトレジストが、より小さいフィーチャサイズを実現するためにより薄くなる傾向にあるからである。
【００２１】
本発明の一部の実施形態においては、水素ガスを使用することで、エッチング中に重合体材料をＰＲ層上に堆積することによって、ＰＲ層に対しての選択性を向上させることが可能となる。水素の使用は、構造体上への重合体の堆積に影響を与え得る。例えば、水素を用いることにより、実施形態によっては、重合体はエッチング構造体全体により均一に堆積される、又は重合体はＰＲ層上に、ＰＲ層を有しない領域よりも多く選択的に堆積される、又は堆積した重合体のＰＲ層に対する結合は、その他の非ＰＲ材料に対する結合よりも強力になる。ＰＲ層上への重合体の堆積により、実施形態によっては、ＰＲ層の有効厚さを実際に増大することが可能であり、この結果、効果的な無限のＰＲ選択性が得られる。
【００２２】
水素を使用してＰＲ選択性を制御することで、本発明の実施形態はより充分に形成された均一な開口部をエッチングしたフィーチャに設け、ＰＲ選択性が高い場合に不均一な形状の開口部が形成されることやＰＲ選択性が低い場合にストライエーションによる損傷が起こることを回避する。
【００２３】
水素ガスは非エッチャントガスであってもよい。本発明の特定の実施形態において、使用する水素はＨ２、水素以外の元素に化学結合していない水素つまり純粋な水素である二原子水素である。
【００２４】
本発明の実施形態において、エッチング中に様々なガスを追加して使用することによっても選択性を向上することが可能である。例えば、重合ガスを使用することにより、誘電層以外の層への選択性を向上させることができる。希薄ガス、つまり重合体を過剰量生成しないガスをその他のガスと組み合わせて、より高い選択性を実現することが可能である。例えば、テトラフルオロメタンつまりＣＦ４等の低炭素含有ガスは、Ｈ２の存在下において、誘電性材料層のエッチング中におけるＰＲ選択性を向上することができる。ＰＲ層に対する選択性が低い、例えば約１未満だと、ＰＲ層にストライエーションが生じる原因になる可能性がある。高い選択性を必要とされる別の層としてはバリア層が挙げられ、バリア層を設ける場合、典型的にはエッチングする誘電層の下に設けられる。Ｈ２が存在することにより、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮ等の典型的なバリア層材料に対する選択性が低下する傾向がある。
【００２５】
実施形態によっては、水素に加え、エッチング混合ガスはフルオロカーボン、水素非含有フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボンガスを含むその他のガスを有し得る。用途によっては、これらのガスはエッチングされるフィーチャの質に影響を与える場合がある。水素非含有フルオロカーボン及びハイドロフルオロカーボンガスはエッチャントガスであってもよい。例えば、実施形態において、ジフルオロメタンつまりＣＨ２Ｆ２ガスを使用してエッチング速度を向上し、若干先細りになったプロファイルを形成することが可能である。窒素、不活性ガス、一酸化炭素も混合ガスに添加可能である。一部の実施形態において、混合ガスは酸素を含まない。
【００２６】
本発明の実施形態は、エッチングを用いる多種多様な製造工程のいずれにも使用し得る。つまり、出願人の方法の実施形態は多種多様な材料、環境、処理工程、及び設定を用いて実施し得る。例えば、本方法はフロントエンド及びバックエンドアプリケーションの双方に使用し得る。本願で詳細に述べるように、本発明の様々な実施形態の応用例は、ダマシン又はデュアルダマシン処理における使用を含み得る。このような処理において、本発明の実施形態を層間絶縁膜（ＩＬＤ）、金属間絶縁膜（ＩＭＤ）、又は同様の材料のエッチング中に応用し、所望のレベルの製品の質を達成しながらもエッチング速度を向上することができる。特に、本発明を用いてＩＬＤ、ＩＭＤ、又は同様の層にＯＳＧバイア、トレンチ、その他の同様なフィーチャを形成し、半導体集積回路に多層相互接続構造を形成することができる。いくつかの実施形態において、ＩＬＤ又はＩＭＤは炭素がドープされた酸化ケイ素薄膜構造である。
【００２７】
近年、集積回路の性能を向上させるためにデュアルダマシン処理が利用されている。標準的なアルミニウム及び酸化ケイ素の相互接続構造は、デュアルダマシンパターン形成技法を用いての銅及び低ｋ誘電性材料に代替されてきている。デュアルダマシンパターン形成技法は典型的にはバックエンド処理中に用いられ、デバイス及びコンポーネント間の相互接続部が形成される。
【００２８】
比較的最近まで、バックエンド処理は典型的にはタングステンプラグ及びアルミニウム相互接続部の組み合わせを使用した。一般的には、アルミニウムを特定の領域に堆積し、その後、選択的にエッチングして所望の相互接続部を形成した。しかしながら、性能をさらに向上させるために、より最近では銅等のより高い導電性を有する材料が相互接続部に使用され始めている。銅の使用によるメリットは多いものの、アルミニウムの場合のようにエッチングによる形成ができない。
【００２９】
その結果、銅のエッチング工程を必要とすることなく銅を堆積できるように、製造方法が開発された。ダマシン及びデュアルダマシン処理において、バイア及びトレンチ等のフィーチャは第１材料中に形成され、その後、これらのフィーチャに第２材料が堆積される。エッチングされる第１材料は典型的には誘電体であり、堆積する第２の材料は銅等の金属である。ＣＭＰ平坦化処理により別の層を追加して、次の層を形成するための堆積表面を設けてもよい。その結果、こういった処理により、銅をエッチングする必要なく、１つ以上の層に銅の相互接続部を選択的に形成することができる。
【００３０】
銅等の電気抵抗の低い相互接続材料を相互接続部間に位置される絶縁材料と共に用いることにより、相互接続構造又は層間のキャパシタンスが増大する場合がある。このキャパシタンスの増大により、相互接続部の信号送信速度が低下し、デバイスの性能に悪影響がでる可能性がある。
【００３１】
相互接続部間に位置させる材料の誘電率ｋを低下させることで、キャパシタンス効果を低減し、信号送信速度を回復又はアルミニウム製の相互接続部の場合より早くさえすることが可能である。低ｋ誘電体には炭素ドープ酸化ケイ素及びその他の同等の材料が含まれる。これらの低ｋ材料は炭素含有率が高いため、エッチングが困難になる傾向がある。これはエッチング中に生成される多量の炭素副生成物又は残留物が、処理が進むにつれエッチングの障害となるからである。こういった障害に加え、深紫外線（ＤＵＶ）フォトレジストの使用で発生する残留物又はスカムの悪影響が考えられる。
【００３２】
本願で詳細に説明されるように、本発明の実施形態はＤＵＶフォトレジストを使用する処理を含む低ｋ誘電体のエッチングに応用することができる。出願人による発明の実施形態は、残留物の生成による悪影響を被ることなく、低ｋ誘電体のエッチング速度を向上する。
【００３３】
デュアルダマシン処理の一例が、図１Ａ〜Ｆに示される。図に示されるように、構造体つまりウェハ１００はライン１１０、バリア層１２０、層間絶縁層つまりＩＬＤ層１３０、及びパターニングしたフォトレジスト１４０を、図１Ａのように含む。図１Ｂは、ＩＬＤ層１３０の堆積後、バイア１３２がＩＬＤ層１３０にパターニングされることを示している。続いて、誘電体エッチング反応装置内でバイアをエッチングしフォトレジスト１４０を剥離した後、ウェハ１００を洗浄し、図１Ｃに示されるように下部反射防止膜つまりＢＡＲＣ、レジスト、又はその他のＡＲＣ材料１５０をウェハ１００上にスピンコーティングする。その後、図１Ｄ及びＥに示されるように、ウェハ１００をプラズマ反応装置内でエッチバックし、トレンチのリソグラフィーに戻してパターニングしたフォトレジスト層１６０を適用する。最後に、図１Ｆに示すように、トレンチ１３４を開口し、レジスト１６０及びＢＡＲＣ／レジスト／ＡＲＣ１５０充填物を剥離し、誘電体エッチング反応装置内でバリア層１２０を開口する。
【００３４】
一部の実施形態において、本発明は上述のようにダマシン法である。別の実施形態において、本方法は図１Ａ及び１Ｂに示されるようにダマシン処理の第１工程中に用いられ、ＩＬＤ層１３０がエッチングされる。別の実施形態において、図１Ｅ〜Ｆのエッチングに示されるように、本方法は処理の後半で用いられ、トレンチ１３４はＩＬＤ層１３０をエッチングすることで形成され、ＡＲＣ１５０及びバリア１２０がエッチングされる。
【００３５】
加えて、本発明の実施形態を用いることが可能な相互接続集積回路は他にもあり、ＢＡＲＣ充填物、ＢＡＲＣ全充填物、多層レジスト、二重集積回路のエッチバックを含む。
【００３６】
本発明の応用の具体例は、有機ケイ酸塩ガラスつまりＯＳＧ低ｋ誘電体のエッチングを含む。ＯＳＧを低ｋ膜として例えば９０ｎｍ以下で使用する場合、９０ｎｍ及び以下のプロセスである。このパターニング処理がいずれの低ｋＯＳＧ多孔性・無孔膜に応用できることは明白である。当然のことながら、本発明の処理の応用はデュアルダマシン構造体又はＯＳＧエッチングに限定されるものではない。
【００３７】
実施形態において、エッチング材料はエッチングチャンバ又はプラズマ炉に供給され得る。利用可能なエッチング用具の例をここに記載する。一例は、図１７に示されるようなチャンバ又はプラズマチャンバ１７００である。プラズマチャンバ１７００は、側壁１７１２、天井部１７１４、シャワーヘッド１７１６、及び台座部１７１８を有するチャンバ１７１０を含む。また、プラズマチャンバは内部領域１７２０、処理領域１７２２、ポンプ環１７２４、真空ポンプ１７３０、処理ガス供給源１７５０、電源１７６０、マッチ回路１７６２、アンテナ１７６４、バイアス電力１７７０、及びマッチ回路１７７２を含む。
【００３８】
ウェハ１７４０は、処理のために台座部１７１８上に位置され得る。シャワーヘッド１７１６はガス供給源１７５０に接続されており、混合ガスをウェハ１７４０上の処理領域１７２２に供給する。電源１７６０、マッチ回路１７６２、アンテナ１７６４、バイアス電力１７７０、及びマッチ回路１７７２を使用してプラズマを発生させ、ウェハ１７４０をエッチングできる。
【００３９】
多種多様なチャンバ及びチャンバ１７００の変形のいずれもが、本発明の異なる実施形態の方法の実行に使用し得る。
【００４０】
水素を含む混合ガスでのエッチング
本発明の実施形態は水素を含む化学エッチングを利用するものであり、なかでも、望ましいエッチングプロファイルを実現しながらも、フォトレジスト層への選択性を向上させ、エッチングプロファイルのマイクロローディングやエッチング速度のマイクロローディングを最低限にする又は排除することが可能である。
【００４１】
一部の実施形態において、エッチング混合ガスで使用する水素はＨ２、つまり二原子水素である。
【００４２】
図２Ａに示されるように、本方法の実施形態は、エッチング材料の供給工程２１０と、水素を含む混合ガスの適用工程２３０と、プラズマの発生工程２４０と、エッチング材料のエッチング工程２５０とを有する製造方法２００を含み得る。記載のように、これらの工程のそれぞれは１つ以上の下位工程を含み得る及び/又は様々に異なる特定の値、数値範囲の変数で実行し得る。また、さらに説明するように、一部の実施形態においては本方法の１つ以上の工程を繰り返して追加のエッチングを行うことが可能であり、二段階エッチングやＡＲＣ開口及びオーバーエッチングを含む多段階エッチングを有する実施形態を含む。
【００４３】
方法２００の最初の工程は、エッチング材料の供給２１０である。この工程は、図３Ａ及び４Ａの２つの実施形態のエッチング構造体で表され、当然のことながら他の実施形態の構造体も使用可能である。
【００４４】
方法２００は、種々多様な材料のいずれもをエッチング可能である。本発明の特定の実施形態において、エッチングは低ｋ誘電体を含む誘電性材料上に施される。様々な材料を本発明の方法でエッチングすることができ、炭素ドープ酸化ケイ素、ＳｉＯ２、ＳｉＯ、ＳｉＯＣＨ等の材料を含む。ＳｉＯ２材料はリンでドープした酸化ケイ素つまりＰＳＧ、Ｐガラス、リンケイ酸塩ガラスつまりＰＳＧ、ホウリンケイ酸塩ガラスつまりＢＰＳＧ、フッ化ケイ酸塩ガラスつまりＦＳＧ、その他が考えられる。そのドーピングにより、ＢＰＳＧ材料は本方法のフロントエンドエッチング実施形態において有用である。ＳｉＯＣＨ材料は、約３．１〜約２のｋ値を有する、米国カリフォルニア州サンノゼのアプライドマテリアル社製のブラックダイヤモンドつまりＢＤ１、オランダ・ビルトーベンのＡＳＭインターナショナルＮＶ ＡＳＭＩ社製のオーロラＳＤ、米国カリフォルニア州サンホセのノヴェラスシステム社製のコーラルを含む。本方法でエッチングする材料はスピンオンされる及び/又は約２．５〜約２．２のｋ値を有する多孔性材料であることが考えられる。別の実施形態において、誘電性材料はＣＶＤ法によって堆積される。
【００４５】
上述したように、本方法の実施形態で誘電体をエッチングすることには、エッチング結果や選択性の向上を含む特定の利点がある。低ｋ誘電体はＳｉＯ等のその他の既知の誘電性材料と比較して低い誘電率（ｋ）を有するものを含む。これらの低ｋ値は約２．０〜約３．７の範囲にあるものを含む。こういった低ｋ誘電性材料の特定例をここに記載する。これらの材料は層間絶縁膜つまりＩＬＤや金属間絶縁膜つまりＩＭＤを含む種々多様な応用例に使用し得る。
【００４６】
図３Ａは方法２００でエッチング可能な薄膜構造体３００の一実施形態を示す。即ち、図は誘電層３１０、誘電層３１０上の反射防止膜つまりＡＲＣ３２０、及びＡＲＣ３２０上のフォトレジスト層３３０を有する構造体３００の断面図である。
【００４７】
図のように、フォトレジスト３３０をパターニングして、反射防止膜層３２０にまで達し、その一部を露出させるギャップ３３２を形成し得る。ギャップ３３２は、フォトリソグラフィを含む様々な既知のフォトレジストパターニング技法のいずれかによって形成される。ギャップ３３２により、図３Ｃのように、反射防止膜３２０及び誘電層３１０の選択的なエッチングが可能となる。一部の実施形態において、フォトレジスト層の厚さは約１５００Å〜約７０００Åであり、特定の材料及び用途に依存する。
【００４８】
反射防止膜３２０は多様な反射防止材料のいずれであってもよい。利用可能なＡＲＣ材料の１つは、スピンオン酸化物である。スピンオン酸化物の組成は一般的に低ｋ誘電体のそれに類似していることから、さらに説明するように、同じ化学エッチングを用いてＡＲＣと誘電体の双方をエッチングし、単一工程エッチング処理とすることが可能である。こういったスピンオン酸化物の１つは、米国カリフォルニア州サニーベールのハニーウェル・エレクトロニック・マテリアルのハニーウェル社から入手可能なデュオ（ＤＵＯ）である。その他の利用可能なＡＲＣには、さらに説明されるように、ＢＡＲＣ材料及び/又はＤＡＲＣ材料が含まれる。
【００４９】
特定の実施形態において、ＤＵＯ層の厚さは約１０００Å〜約２０００Å、ＢＡＲＣ層は約４００Å〜約７００Å、ＤＡＲＣ層は約６００Å〜約８００Åである。エッチング後にＤＵＯ層を除去する方法には灰化、湿式化学等が含まれる。
【００５０】
誘電層３３０は、炭素ドープ酸化ケイ素等の様々な材料から成ることが考えられる。その他の誘電性材料は本願で詳細に記載のものを含む。特定の実施形態において、誘電層の厚みはシングルダマシンの場合で約１５００Å〜約３０００Å、デュアルダマシンの場合で約３０００Å〜約６０００Åであることが考えられる。
【００５１】
一部の実施形態においては、トレンチ又はその他の大開口部フィーチャをエッチングする場合、構造体３００のような、もしくは構造体３００に類似した構造体を使用する。別の実施形態においては、デュアルダマシンの場合等の、バイアを有する構造体にトレンチをエッチングする場合、構造体３００のような積層を有する構造体を使用し得る。
【００５２】
図４Ａは方法２００でエッチング可能な薄膜構造体４００の別の実施形態を示している。即ち、この図はライン４１０、ライン４１０上に位置するバリア層４２０、バリア層４２０上の誘電層４３０、誘電層４３０上の反射防止膜つまりＡＲＣ４４０、ＡＲＣ４４０上のフォトレジスト層４５０を有する構造体４００の断面図である。
【００５３】
フォトレジスト４５０は、ＡＲＣ層４４０にまで達しその一部を露出させているギャップ４５２を形成している。ギャップ４５２は、フォトリソグラフィを含む、様々な既知のフォトレジストパターニング技法のいずれかによって形成される。ギャップ４５２により、図４Ｃ〜Ｅに示されるように、ＡＲＣ４４０及び誘電層４３０を選択的にエッチングすることができる。一部の実施形態において、フォトレジスト４５０の厚さは約１５００Å〜約７０００Åであることが考えられる。
【００５４】
実施形態によっては、反射防止膜４４０は１つ以上の層を含み得る。図４Ａに示されるように、ＡＲＣ層４４０は下部反射防止層つまりＢＡＲＣ層４４２及び誘電性反射防止層つまりＤＡＲＣ層４４４を含み得る２層構造である。ＢＡＲＣ層４４２は様々な材料のいずれであってもよい。ＤＡＲＣ層４４４はＳｉＯＮ又はＳｉＯ２材料を含み得る。一部の実施形態に関し、ＢＡＲＣ層の厚さは典型的には約４００Å〜約７００Å、ＤＡＲＣ層は約６００Å〜約８００Åである。一部の実施形態において、ＡＲＣ４４０はＢＡＲＣ４４２又はＤＡＲＣ４４４のいずれか１つのみを含む。一部の実施形態において、ＡＲＣ４４０はキャップ層上にＡＲＣ層を含み、キャップ層はＴＥＯＳ層であることが考えられる。
【００５５】
誘電層４３０としては本願に記載のものを含め様々な材料が考えられ、一部の実施形態においては炭素ドープ酸化ケイ素である。特定の実施形態において、誘電層の厚さはシングルダマシンの場合約１５００Å〜約３０００Åであり、デュアルダマシンの場合、約３０００Å〜約６０００Åである。
【００５６】
バリア層４２０は、ブロック（ＢＬＯＫ）、ブロックII、ブロックIII等のＳｉＣＮ又はＳｉＣ材料であることが考えられ、それぞれはカリフォルニア州サンホセのアプライドマテリアル社から入手可能である。その他の利用可能なバリア層材料には、ＳｉＣＮ及びＳｉ３Ｎ４が含まれる。特定の実施形態において、バリア層の厚さは約３００Å〜約６００Åである。
【００５７】
ライン４１０は銅、アルミニウム、タングステン、プラチナその他等の金属ラインが考えられる。
【００５８】
特定の実施形態において、バイアフィーチャやバイアを含む構造体をエッチングする場合、構造体４００のような、もしくは構造体４００に類似した構造体を使用する。
【００５９】
エッチング材料をエッチングチャンバ又はプラズマ炉に供給して、本方法の追加工程を促進することができる。利用可能なエッチング用具の例は本願に記載され、図１７に示すものを含む。
【００６０】
方法２００の別の工程は、図３Ｂ及び４Ｂの構造実施形態のみならず２Ａ〜Ｇのフローチャートに示されるように、水素を含む混合ガスの適用２３０である。
【００６１】
本発明の特定の実施形態に応じて、エッチングに使用する混合ガスの量及び種類は変更し得る。つまり、使用するガスの流量は、エッチング処理の特定のタイミングでのみならず、方法２００の実施形態ごとに範囲内で変更し得る。例えば、誘電体の本エッチングつまりＭＥ中に使用するガスの種類及び量は、さらに詳細に記載されるように、開口エッチング又はオーバーエッチング中等の、エッチング処理の別の段階で採用したそれとは大いに異なる場合がある。特定の実施形態においては、フルオロカーボン、水素非含有フルオロカーボン、及び/又はハイドロフルオロカーボンをエッチング中に水素と共に使用し得る。いずれのエッチング段階中かで使用する水素、フルオロカーボン、水素非含有フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボン、及び/又はその他のガスの特定量は本方法の実施形態に応じて変更し得る。
【００６２】
一部の実施形態において、エッチング中、水素つまりＨ２の流量は約１０立方センチメートル毎分つまりｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍである。しかしながら、さらに詳細に記載されるように、本方法の一部の実施形態において、エッチングはトレンチのエッチングに関してはＨ２の流量４０ｓｃｃｍ又は約４０ｓｃｃｍ、６０ｓｃｃｍ又は約６０ｓｃｃｍ、７５ｓｃｃｍ又は約７５ｓｃｃｍ、バイアのエッチングに関しては２００ｓｃｃｍ又は約２００ｓｃｃｍで行われる。水素ガスは非エッチャントガスであってもよい。
【００６３】
特定の実施形態に応じて、エッチング混合ガスはフルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンガスも含み得る。適用するフルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンの量は様々であるが、特定の実施形態において、流量は約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍであることが考えられる。フルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンガスはＣｘＦｙガス（ｘはｘ＝１、２、３・・・、ｙはｙ＝１、２、３・・・）であることが考えられる。このフルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンガスの例にはＣＦ４、Ｃ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ６Ｆ６その他を含む群のガスが含まれる。例えば、実施形態の実施例からわかるように、使用する水素非含有フルオロカーボンガスは、トレンチのエッチングの場合、流量１００ｓｃｃｍ又は約１００ｓｃｃｍ、バイアのエッチングの場合、６０ｓｃｃｍ又は約６０ｓｃｃｍのＣＦ４ガスである。フルオロカーボン又は水素非含有フルオロカーボンガスはエッチャントガスの一部であってもよい。
【００６４】
実施形態に応じて、エッチング混合ガスはハイドロフルオロカーボンガスも含み得る。一部の実施形態では、ハイドロフルオロカーボンの量は約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍであることが考えられる。ハイドロフルオロカーボンガスはＣｘＨｙＦｚ（ｘはｘ＝１、２、３・・・、ｙはｙ＝１、２、３・・・、ｚはｚ＝１、２、３・・・）であることが考えられる。このようなハイドロフルオロカーボンガスの例にはＣ２ＨＦ５、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ２Ｆ４、Ｃ３ＨＦ５、Ｃ３ＨＦ７その他を含む群のガスが含まれる。さらに詳細に記載されるように、ハイドロフルオロカーボンガスを用いた実施形態の一例は、バイアをエッチングするために、フルオロカーボンガスを含むほかのガスと共に流量１０ｓｃｃｍ又は約１０ｓｃｃｍでＣＨ２Ｆ２ガスを使用することである。ハイドロフルオロカーボンガスはエッチャントガスの一部であってもよい。
【００６５】
一部の実施形態において、エッチング混合ガスは水素非含有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双方を含む。このような組み合わせガスの流量は、特定の実施形態において、約１０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍであり、水素非含有フルオロカーボンガスのハイドロフルオロカーボンガスに対する比は約０〜約１であることが考えられ、特定の実施形態の仕様に依存する。水素非含有フルオロカーボン／ハイドロフルオロカーボンの組み合わせガスは、Ｃｘ’Ｆｙ’（ｘ’＝１、２、３・・・、ｙ’＝１、２、３・・・）及びＣｘ’’Ｈｙ’’Ｆｚ’’（ｘ’’＝１、２、３・・・、ｙ’’＝１、２、３・・・、ｚ’’＝１、２、３・・・）の群から選択された２つ以上のガスの組み合わせを含む。水素非含有フルオロカーボン／ハイドロフルオロカーボンの組み合わせガスの具体例にはＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ６／ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８／ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ６／ＣＨ２Ｆ２その他が含まれる。さらに詳細に記載されるように、一部の実施形態では、バイアのエッチングの場合、６０ｓｃｃｍ又は約６０ｓｃｃｍのＣＦ４ガス、１５ｓｃｃｍ又は約１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８ガスの組み合わせを使用し、別の例においては、同じくバイアのエッチングの場合、６０ｓｃｃｍ又は約６０ｓｃｃｍのＣＦ４、１５ｓｃｃｍ又は約１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８、２０ｓｃｃｍ又は約２０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２の組み合わせを使用する。
【００６６】
実施形態に応じて、水素ガス又は非エッチャントガスの流量の水素非含有フルオロカーボン、ハイドロフルオロカーボンガス又はエッチングガスの流量に対する比は変化し得る。特定の実施形態において、比は約０．３〜約５．０、その他の実施形態においては約０．６〜２．７である。水素及び水素非含有フルオロカーボンガスを有する一部の実施形態において、比は約０．３〜約２．７であることが考えられる。水素、水素非含有フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガスを有する一部の実施形態において、比は約０．５５から約２．１であることが考えられる。ここに挙げる流量の例に示されるように、流量比の例は約０．３６、０．５６、０．６、０．７５、１．１１、２．１１、２．６７を含む。当然ながら、種々のガスの流量に応じ、その他の流量比も可能である。
【００６７】
特定の実施形態において、エッチング混合ガスはさらに１つ以上の不活性ガスを含み得る。このような不活性ガスの例はＨｅ、Ｎｅ，Ｋｒ、Ｘｅ、Ａｒ等を含む群から選択したいずれのガスを含む。一部の実施形態において、アルゴンつまりＡｒガスは流量約０ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍで混合ガス中に使用する。さらに詳細に記載されるように、特定の特殊な実施形態において、Ａｒの流量はトレンチのエッチングの場合は２００ｓｃｃｍ又は約２００ｓｃｃｍ、バイアのエッチングの場合は６００ｓｃｃｍ又は約６００ｓｃｃｍである。
【００６８】
実施形態において、混合ガスは窒素つまりＮ２、及び/又は一酸化炭素つまりＣＯガスも含み得る。一部の実施形態において、Ｎ２ガスの流量は約０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍである。さらに詳細に記載されるように、Ｎ２ガスを有する特定の実施形態において、流量はトレンチのエッチングの場合、１００ｓｃｃｍ又は約１００ｓｃｃｍ、バイアのエッチングの場合、５０ｓｃｃｍ又は約５０ｓｃｃｍである。一部の実施形態において、ＣＯガスの流量は約１００ｓｃｃｍ〜約６０ｓｃｃｍである。
【００６９】
本方法の実施形態に応じて、エッチング中に使用する混合ガスは記載のガスのいずれか、もしくは組み合わせであることが考えられる。例えば、少なくとも１つの実施形態において、混合ガスは流量２５ｓｃｃｍ〜２５０ｓｃｃｍのＨ２、流量２０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍのＣｘＦｙ又はＣｘＦｙ及びＣｘＨｙＦｚから選択された２つ以上のガスの組み合わせ、流量１００ｓｃｃｍ〜約６００ｓｃｃｍのＡｒ、流量０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍのＮ２を含み得る。
【００７０】
エッチングするフィーチャの種類により、エッチング中に用いるガスの種類とその流量が決定される。一部の実施形態において、トレンチ及び/又はより大きい開口領域をエッチングする場合、使用する混合ガスはその化学的活性が低めのものである。別の実施形態において、バイアをエッチングする場合、使用する混合ガスはその化学的活性が高めのものである。例えば、トレンチをエッチングする場合、ＣＦ４等の低炭素ガスを使用する。対照的に、バイアをエッチングする場合、Ｃ４Ｆ８及びＣＨ２Ｆ２等の高炭素含有ガスを使用する。化学的活性が低いと、トレンチやその他の大開口領域の場合のようにより多くの材料を除去する際にエッチング中に生成される重合体の量が少ない。化学的活性が高いと、ＰＲ及びバリア層に対する選択性が高くなることから、エッチングが促進される。
【００７１】
図２Ｂのフローチャートは、水素を含む混合ガスを適用する工程２３０を示すものであり、混合ガスにガスを追加することを含み得る。つまり、適用工程２３０は、水素が水素ガスであること２３１と、混合ガスがさらに水素非含有フルオロカーボンガスを含むこと２３２と、混合ガスがさらにハイドロフルオロカーボンガスを含むこと２３３と、混合ガスがさらに水素非含有フルオロカーボンとハイドロフルオロカーボンガスを含むこと２３４と、混合ガスがさらに不活性ガスを含むこと２３５と、混合ガスがさらに窒素ガスを含むこと２３６と、混合ガスがさらに一酸化炭素ガスを含むこと２３７も含み得る。
【００７２】
水素が水素ガスである工程２３１は、図２Ｃに示されるように、さらなる工程を含み得る。即ち、水素ガスを流量約１０ｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍで適用する工程２３１ａ、水素ガスの流量が約１０ｓｃｃｍ〜約７５ｓｃｃｍである工程２３１ｂを含み得る。少なくとも１つの実施形態において、工程２３１ｂはさらに詳細に記載されるように低流量水素エッチングである。
【００７３】
図２Ｂ及び２Ｄに示されるように、混合ガスがさらに水素非含有フルオロカーボンガスを含む工程２３２は、２３２ａにあるように、水素非含有フルオロカーボンガスはＣｘＦｙガス（ｘ＝１、２、３・・・、ｙ＝１、２、３・・・）であることが考えられ、２３２ｂにあるように、流量約２０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍで適用され得る。記載のように、ＣｘＦｘガスは１つ以上のＣＦ４，Ｃ２Ｆ２、Ｃ２Ｆ４、Ｃ３Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、Ｃ５Ｆ８、Ｃ６Ｆ６を含み得る。
【００７４】
同様に、図２Ｂ及び２Ｅに示されるように、混合ガスがさらにハイドロフルオロカーボンガスを含む工程２３３において、ハイドロフルオロカーボンガスは、図２３３ａにあるように、ＣｘＨｙＦｚガス（ｘ＝１、２、３・・・、ｙ＝１、２、３・・・、ｚ＝１、２、３・・・）であることが考えられ、図２３３ｂにあるように、流量約２０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍで適用し得る。ＣｘＨｙＦｚガスは１つ以上のＣ２ＨＦ５、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、Ｃ３Ｈ２Ｆ６、Ｃ３Ｈ２Ｆ４、Ｃ３ＨＦ５、Ｃ３ＨＦ７を含み得る。
【００７５】
図２Ｂ及び２Ｆに示されるように、混合ガスがさらに水素非含有フルオロカーボンとハイドロフルオロカーボンガスとを含む工程２３４において、図２３４ａにあるように、水素非含有フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスはＣｘ’Ｆy’／Ｃｘ’’Ｈｙ’’Ｆｚ’’ガス（ｘ’＝１、２、３・・・、ｙ’＝１、２、３・・・、ｘ’’＝１、２、３・・・、ｙ’’＝１、２、３・・・、ｚ’’＝１、２、３・・・）であることが考えられる。また、水素非含有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流量は、図２３４ｂにあるように、１０ｓｃｃｍ〜約２００ｓｃｃｍであることが考えられる。Ｃｘ’Ｆy’／Ｃｘ’’Ｈｙ’’Ｆｚ’’ガスはＣＦ４／Ｃ４Ｆ８／ＣＨ２Ｆ２、Ｃ４Ｆ６／ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８／ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ６／ＣＨ２Ｆ２を含み得る。
【００７６】
使用するガスは、ガス成分を前もって混合した形、１つ以上の成分を一部混合した形、又はチャンバで個々の成分を混合する形のいずれかで適用し得る。１つ以上のガス流、つまり複流を用いてガスを供給してもよい。チャンバに導入する前にガスを混合することにより、シャワーヘッド又は同様の装置が使用できる。
【００７７】
記載されるように、図３Ｂ及び４Ｂは本発明によってエッチング可能な構造体の実施形態を示す。図に示されるように、図３Ｂにおいて領域３４０は構造体３００の上方付近に形成されており、エッチング混合ガスを適用して構造体３００のエッチングを促進し得る。同様に、図４Ｂにおいて、領域４６０は構造体４００の上方に形成されており、エッチング混合ガスを適用し得る。
【００７８】
混合ガスの圧力も実施形態に応じてその値を変更し得る。一部の実施形態に関して、圧力は約５ミリＴｏｒｒ、ｍＴ又はｍＴｏｒｒ〜約４００ｍＴｏｒｒであることが考えられる。特定の実施形態において、さらに詳細に記載されるように、圧力はトレンチのエッチングの場合、２０ｍＴｏｒｒ又は約２０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ又は約３０ｍＴｏｒｒ、バイアのエッチングの場合、４０ｍＴｏｒｒ又は約４０ｍＴｏｒｒである。
【００７９】
本発明の一部の実施形態は、トレンチ及びバイアのエッチングの双方に比較的低圧力を利用している。こういった実施形態において、種々のエッチングの圧力は５〜３０ｍＴｏｒｒである。
【００８０】
上述した圧力範囲と数値は直径３００ｍｍ又は約３００ｍｍのウェハに関したものであり、その他のサイズのウェハに関しては数値はそれに応じて調整する。２００ｍｍのウェハを用いる一部の実施形態において、圧力は３００ｍｍウェハのエッチングに使用したものとほぼ同一である。
【００８１】
本発明の一部の実施形態において、図２Ｇに示されるように、水素を含む混合ガスの適用工程２３０は、混合ガスを圧力約５ｍＴｏｒｒ〜約４００ｍＴｏｒｒで適用する工程２３８を含み得る。工程２３８は次に、混合ガスを圧力約５ｍＴｏｒｒ〜約３０ｍＴｏｒｒで適用する工程２３８ａを含み得る。工程２３８ａは比較的低い圧力でエッチングする実施形態で使用し得る。
【００８２】
製造方法２００のプラズマ発生工程２４０が図２A及びHに示される。工程２４０中、実施形態に応じて、プラズマは特定の電源電力とバイアス電力とを用いて発生される。
【００８３】
さらに詳細に記載されるように、設定し得る電源電力及びバイアス電力の特定のレベル又はレベル範囲は、使用するウェハのサイズに少なくとも一部は依存する。一般的に、ウェハの直径が大きければ大きいほど、バイアスのレベルは増大し、チャンバの容量が大きければ大きいほど、電源レベルは増大する。記載の範囲及び数値の大半は直径３００ｍｍのウェハに関してのものであり、その他のサイズのウェハに関してはそれに応じて数値を調整する。例えば、直径２００ｍｍのウェハの場合のバイアス設定は３００ｍｍウェハで用いた値の約半分であるが、電源に関しては一般的に２００ｍｍウェハと３００ｍｍウェハに差はない。
【００８４】
一部の実施形態において、密度又は電子密度は約５ｘ１０１０電子／ｃｍ３以上を含む、約５ｘ１０９〜約５ｘ１０１１電子／ｃｍ３以上であることが考えられる。当然のことながら、別の実施形態においては別の電子密度範囲も使用し得る。
【００８５】
本発明の特定の実施形態において、本エッチング中の電源電力設定は約０ワット〜約２０００ワットの範囲内であることが考えられ、実施形態によっては０ワット又は約０ワット〜２００ワット又は約２００ワットを使用する。電源電力の使用は、エッチングするフィーチャの開口の促進に役立ち、エッチストップを防止又は低減する。
【００８６】
一部の実施形態に関し、ＲＦバイアスは本エッチングに関しては約３００ワット〜約３０００ワットに設定可能であり、記載されるように、ＲＦバイアス設定がトレンチのエッチングに関しては９００ワット又は約９００ワット〜１５００ワット又は約１５００ワット、バイアのエッチングに関しては１１００ワット又は約１１００ワットであるケースを含む。２００ｍｍウェハをエッチングする一部の実施形態において、バイアス電力は約１５０ワット〜１５００ワットに設定可能であり、バイアスの範囲が４５０ワット〜１５００ワットである特定のケースを含む。バイアス電力の周波数は実施形態に応じて異なり、少なくとも１つの実施形態では１３．５６MHｚ又は約１３．５６MHｚで動作される。
【００８７】
エッチング中の動作温度は、一部の実施形態において、約−２０℃〜約４０℃であることが考えられ、特定の実施形態では、記載されるように、トレンチのエッチングの場合カソード温度は２０℃、バイアのエッチングの場合温度は２５℃である。
【００８８】
様々なエッチング用具のいずれを使用しても、本発明の１つ以上の実施形態に従ってエッチングすることが可能であり、二重周波数イネーブラー又は誘電体エッチングイネーブラーを含む。使用可能な用具の例にはアプライド・センチュラ・イネーブラー・エッチ、アプライド・イネーブラー・エッチ・、アプライド・プロデューサ・エッチが含まれ、それぞれはカリフォルニア州サンノゼのアプライドマテリアル社から入手可能である。使用可能な用具には、２００２年７月９日に出願されたホフマンその他による米国特許出願第１０／１９２２７１号「磁気制御による容量結合プラズマ反応器」に記載されているものが含まれ、引用により本願に組み込まれる。
【００８９】
当然のことながら、アプライドマテリアル社又はその他の製造業者によって製造の類似の用具も同様に使用し得る。典型的には、使用する用具はここに記載の用具との違いや、用具の特定のバイアスや電源の周波数、ウェハのサイズ等を含む要素を考慮にいれて調整されなくてはならない。また、チャンバの具体的な容量に応じて、化学反応を調節しなくてはならない場合がある。こういった調整や調節は当業者によって成し得る。
【００９０】
上記記載のアプライドマテリアル社から入手可能な特定のエッチング用具はそれぞれ中性種調整ユニット（neutral species tuning unit）つまりＮＳＴＵ、荷電種調整ユニット（charged species tuning unit）つまりＣＳＴＵを含む制御装置を有する。ＮＳＴＵ及びＣＳＴＵ制御装置は均一性の調整に用いられ、なかでもエッチング速度及び限界寸法つまりＣＤの均一性を独立して制御できる。ＣＳＴＵは、エッチング速度の均一性を制御する内部（Ｉ）及び外部（ｏ）設定を含み、一方、ＮＳＴＵはガスのフローパターン、つまりチャンバ内のシャワーヘッドからのフローパターンを設定する。フローパターンの設定が可能なことにより、処理における均一性がより高くなる。混合ガスのガスはシャワーヘッドで散布する前に混合可能である。
【００９１】
図２Ｈのフローチャートに示されるように、プラズマ発生工程２４０は、プラズマを０ワット〜２０００ワットの電源電力で発生させること２４２と、プラズマを３００ワット〜３０００ワットのＲＦバイアスで発生させること２４４と、プラズマの電子密度が約５ｘ１０９電子／ｃｍ３〜約５ｘ１０１１電子／ｃｍ３以上であること２４６と、プラズマを１つ以上の周波数で発生させること２４８とを含み得る。工程２４２は、電源電力が０ワットの場合２４３ａと、電源電力が２００ワットの場合２４３ｂとをさらに含み得る。工程２４４は、ＲＦバイアス電力が９００ワットである場合２４５ａと、ＲＦバイアス電力が１１００ワットである場合２４５ｂと、ＲＦバイアス電力が１５００ワットである場合２４５ｃとをさらに含み得る。工程２４６は、プラズマの電子密度が５ｘ１０１０電子／ｃｍ３より大きい場合２４７をさらに含み得る。プラズマを１つ以上の周波数を用いて発生させる工程２４８は、実施形態に応じて、周波数が２ＭＨｚである場合２４９ａと、周波数が１３．５６ＭＨｚである場合２４９ｂとを含み得る。
【００９２】
特定の実施形態において、プラズマは周波数１３．５６又は約１３．５６ＭＨｚで発生させられる。その他の実施形態において、プラズマは２ＭＨｚ又は約２ＭＨｚ及び１３．５６又は約１３．５６ＭＨｚを含む１つ以上の周波数で発生させられる。また、各周波数での電力の分布は変更し得る。例えば、一部の実施形態において、使用するバイアス電力は２ＭＨｚバイアスが５０％、１３．５６ＭＨｚバイアスが５０％の組み合わせである。１つ以上の周波数を使用する場合、一部の実施形態においては、米国カリフォルニア州サンノゼのアプライドマテリアル社から入手可能なアプライドＤＦＢイネーブラー・エッチ等の用具を使用し得る。
【００９３】
図２Ａ、Ｉ、Ｊ、３Ｃ、４Ｃ〜Ｅに示されるように、方法２００の別の工程はエッチング材料のエッチング２５０である。この工程中に、水素を含有する混合ガスを用いて、開口部をエッチング材料に形成する。
【００９４】
エッチング速度、エッチング時間、エッチングされた開口部の深さやプロファイル、選択性やエッチストップを含む要素は、本方法の特定の実施形態に応じて変わり得る。つまり、これらの要素の特定の値及び/又は範囲は、エッチングする構造体の積層、使用する特定の誘電体、反射防止膜がある場合はその種類、バリア層がある場合はその種類、電源電力レベル、バイアス電力レベル、混合ガスの組成及び濃度、ウェハ直径等を含む項目に応じて変わる。
【００９５】
エッチング時間は方法２００の実施形態に応じて変わり得る。一部の実施形態において、エッチング時間は約４０秒〜約７０秒である。特定の実施形態において、エッチング時間はトレンチの本エッチングで約４０秒〜７０秒、バイアの本エッチングで約６０秒である。
【００９６】
エッチングによって形成する開口部の深さ及びプロファイルは、実施形態に応じて変わり得る。例えば、開口部はバイアの場合は深く、トレンチの場合は幅広く形成し、状況によっては傾斜した又は垂直の側壁を有する。バイアの先細りを最低限にするもしくは排除することが典型的には望ましいが、一般的に、トレンチのプロファイルの先細りは問題ではない。これはトレンチが、通常、ダイ領域を電気的に隔離するために用いられ、本来、相互接続用のものではないからである。
【００９７】
同様に、エッチングの選択性も実施形態に応じて変わり得る。誘電体のエッチング速度の、フォトレジストのエッチング速度に対する選択性は１〜無限大であることが考えられる。一部の実施形態において、フォトレジストの選択性は約５である。
【００９８】
実施形態に応じて、構造体のエッチング全てをエッチング工程２５０において行うことが可能であり、場合によっては、１つ以上の追加エッチング工程で行うことが可能である。これらの追加エッチング工程は、ＡＲＣ開口エッチング又はオーバーエッチング等が含まれる。
【００９９】
図２Ｊに示されるように、特定の実施形態において、工程２５０は単工程エッチング２５１と多工程エッチング２５４を含む。単工程エッチング２５１は、ＡＲＣと誘電体のエッチングを単一の化学反応で行うこと２５２を含み、２５２は次にトレンチをエッチングすること２５３を含み得る。多工程エッチング２５４は、バイアをエッチングすること２５５を含み得る。
【０１００】
単工程エッチング
エッチング構造体が、誘電層のエッチングに使用する化学反応と同一の反応でエッチング可能なＡＲＣ層を有する場合、単一エッチング工程が使用し得る。同一の化学反応でエッチング可能なＡＲＣ層の一例は、記載のＤＵＯ  ＡＲＣである。図３の構造体３００は、誘電体をエッチングするために使用したものと同一の化学反応でエッチング可能なＡＲＣを含み得る。
【０１０１】
エッチングした構造体３００が図３Ｃに示されており、開口部３５０を有する。実施形態に応じて、このエッチングは単一の化学反応を用いてＡＲＣ層３２０と誘電層３１０との双方を貫通してエッチングする単一エッチング工程によって行うことが可能である。開口部３５０はギャップ３３２からＡＲＣ層３２０を貫通して誘電性材料３１０内へと下方向に延びている。得られる開口部３５０の具体的なサイズ（例えば、深さ）及び形状は、フォトレジストギャップ３３２のサイズ及び位置、ＡＲＣ３２０及び誘電層３１０の種類、電源電力レベル、バイアス電力レベル、混合ガス、エッチング時間を含めた様々な要因に依存する。特定の用途に応じて、開口部３５０はバイアやトレンチを含む様々な構造のいずれにも形成し得る。しかしながら、ＤＵＯ等のＡＲＣを開口部３５０の単段階エッチングに用いる場合、開口部は通常トレンチである。
【０１０２】
トレンチのエッチングを単段階エッチングで行う実施形態の場合、５〜３０ｍＴｏｒｒの比較的低ガス圧を使用し得る。
【０１０３】
本発明の実施形態の実施例を以下に述べる。実施例１、２、及び６は、以下に詳細に述べるように、共通の構造体をエッチングしている。これらのエッチング実施例のそれぞれにおける構造体は図５に示されるような積層を備えた直径３００ｍｍのウェハである。エッチング構造体５００は、中間誘電（ＩＬＤ）層５１０、ＩＬＤ層５１０上のＤＵＯ反射防止層５２０、及びＤＵＯ  ＡＲＣ層５２０上のフォトレジスト層つまりＰＲ５３０を含む。各実施例において、ＩＬＤ層５１０の誘電性材料は低ｋ膜炭素ドープ酸化ケイ素である。ＤＵＯ  ＡＲＣ５２０は、リソグラフィー露光中の反射を低減するためにＩＬＤ層５１０上に堆積される。使用するフォトレジスト５３０はＴＯＫ７Ａ７０  １９３ｎｍフォトレジストであり、川崎市の東京応化工業ＴＯＫ社から入手可能である。実施例１〜８のそれぞれにおいてエッチングを行うために使用したエッチング用具は上述のアプライド・イネーブラー・エッチである。
【０１０４】
実施例１
本発明の実施形態の一例は、水素つまりＨ２、テトラフルオロメタンつまりＣＦ４、窒素つまりＮ２、アルゴンつまりＡｒを含有する混合ガスを用いてトレンチ構造をエッチングすることを含む。
【０１０５】
記載されるように、エッチング構造体は図５の構造体５００で説明したような積層を有する。
【０１０６】
エッチング中、適用する混合ガスの流量はＨ２が６０ｓｃｃｍ、ＣＦ４が１００ｓｃｃｍ、Ｎ２が１００ｓｃｃｍ、Ａｒが２００ｓｃｃｍであり、圧力は３０ｍＴｏｒｒである。
【０１０７】
エッチング用に発生させるプラズマのバイアスは９００ワット、電源は０ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチを用い、構造体を４０秒間エッチングする。
【０１０８】
実施例２
トレンチをエッチングする本発明の別の実施形態は、Ｈ２、ＣＦ４、Ｎ２、Ａｒを含有する混合ガスでトレンチ構造をエッチングすることを含む。本例で得られるエッチング構造体は図６の断面図に示される。
【０１０９】
記載されるように、エッチングする構造体は図５の構造体５００で説明したような積層を有する。
【０１１０】
混合ガスは、Ｈ２の流量７５ｓｃｃｍ、ＣＦ４１００ｓｃｃｍ、Ｎ２１００ｓｃｃｍ、Ａｒ２００ｓｃｃｍで適用され、圧力は２０ｍＴｏｒｒである。
【０１１１】
ガスを適用し、エッチング用に発生させるプラズマのＲＦバイアスは１３．５６ＭＨｚ、１５００ワットであり、電源は０ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は２．０であり、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は０／０であり、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１０Ｔ−１０Ｔである。
【０１１２】
一旦プラズマが発生したら、構造体を７０秒間、カソード温度つまりＴｃａｔｈ２０℃で、上述の条件下でエッチングする。
【０１１３】
本例のエッチング結果は図６に示される。図６に示されるように、構造体６００はエッチングされ、トレンチ６４０が形成されている。構造体６００はＩＬＤ層６１０を含み、ＢＡＲＣ層６２０はＩＬＤ層６１０の上に、ＰＲ層６３０はＢＡＲＣ層６２０上にある。
【０１１４】
本例において、フォトレジストの選択性は８である。この選択性は、典型的には約１である他の処理で得られるフォトレジスト選択性よりも高い。
【０１１５】
図６の実施例結果に示されるように、得られるトレンチ６４０のプロファイルには、図６に示されるように、若干先細り〜ほぼ垂直である側壁６４２及び平坦な底部６４４を有するものがある。底面６４４には側壁６４２付近に小さなへこみを有するものがあり、これは若干のマイクロトレンチによって引き起こされる。
【０１１６】
多段階エッチング
単一の化学反応では効果的に及び/又は効率よくエッチングできない実施形態に関しては、方法２００に追加エッチング工程を追加することが可能である。こういった効果的及び/又は効率的でないエッチングには、単一の化学反応では全層を貫通してのエッチングが許容限度を越える長時間となる場合及び/又はエッチングの質が許容限度を越えて低い場合が含まれる。エッチング構造体が別の化学エッチングでエッチングする必要があるＡＲＣを有する実施形態の場合、方法２００は、図２Ｉに示されるように、ＡＲＣ層のエッチング工程２２０を含み得る。このエッチング工程２２０は、貫通エッチング、ＡＲＣ開口エッチング、ＡＲＣエッチング、キャップエッチングその他であることが考えられる。
【０１１７】
実施形態に応じて、ＡＲＣ開口エッチング中は様々なガスを使用し得る。このようなガスの１つはＣＦ４であり、流量は約５０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍ、特定の実施形態において流量は１５０ｓｃｃｍ又は約１５０ｓｃｃｍである。使用可能な別のガスはトリフルオロメタンガスつまりＣＨＦ３であり、流量は約０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍ、一部の実施形態においては３０ｓｃｃｍ又は約３０ｓｃｃｍである。ＡＲＣ開口エッチング用のさらに別のガスは流量約０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍのＮ２ガスであり、特定の実施形態において流量は０ｓｃｃｍ又は約０ｓｃｃｍである。混合ガスにはＡｒガスを流量約０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍで含ませることが可能であり、一部の実施形態においては、０ｓｃｃｍ又は約０ｓｃｃｍである。
【０１１８】
３００ｍｍウェハのＡＲＣ開口エッチング中の混合ガスの圧力は約３０ｍＴｏｒｒ〜約４００ｍＴｏｒｒであることが考えられ、特定の実施形態において、ＡＲＣ開口エッチング時の圧力は３００ｍＴｏｒｒ又は約３００ｍＴｏｒｒである。別のサイズのウェハのエッチングに関しては、圧力値はサイズに応じて調整される。ＡＲＣ開口エッチング中におけるガスの適用方法及び位置は、上述した本エッチングのものであることが考えられる。
【０１１９】
ＡＲＣ開口エッチング中の電源電力は０ワット〜３００ワットに設定することができ、本方法の特定の実施形態では０ワット又は約０ワットである。ＡＲＣ開口エッチングのバイアスは３００ワット〜２５００ワットに設定することができ、特定の実施形態において、バイアスは２０００ワットである。
【０１２０】
エッチングする構造体が誘電層のエッチングに使用したものと同一の化学反応では効果的又は効率的にエッチングすることが出来ないバリア層も含む本発明の実施形態の場合、方法２００は、図２Ｉに示されるように、バリア層２６０にまでエッチングする工程も含み得る。つまり、ここで記載の誘電体化学エッチングではバリア層まで選択的にエッチングすることは出来ずバリア層を貫通してエッチングしてしまう場合、別の化学エッチングを用いてバリア層２６０までエッチングすることが可能である。一部の実施形態において、誘電体化学エッチングを用いての誘電性材料エッチングは、バリア層に達する直前に終了する。その後、バリア層に対して高い選択性を有するバリア層化学エッチングを利用してバリア層までエッチングする。
【０１２１】
バリア層２６０までのエッチングは、実施形態の必要に応じて本エッチングの後に行う１つ以上のオーバーエッチング工程を含み得る。一部の実施形態において、化学オーバーエッチングは混合ガスに水素を含まない。本エッチング後のオーバーエッチングの前に移行工程を入れることにより、チャンバから水素を除去し、バリア層を貫通してのエッチングを防ぐことができる。
【０１２２】
一部の実施形態において、オーバーエッチングの混合ガスはＣ４Ｆ６を流量約６ｓｃｃｍ〜約２０ｓｃｃｍ、特定の実施形態においては１３ｓｃｃｍ又は約１３ｓｃｃｍ〜１７ｓｃｃｍ又は約１７ｓｃｃｍ、Ｎ２を約０ｓｃｃｍ〜約４００ｓｃｃｍ、実施形態によっては２００ｓｃｃｍ又は約２００ｓｃｃｍ、Ａｒを約０ｓｃｃｍから約８００ｓｃｃｍ、実施形態によっては３００ｓｃｃｍ又は約３００ｓｃｃｍ含み、３００ｍｍウェハの場合、圧力は約５ｍＴｏｒｒ〜約６０ｍＴｏｒｒ、実施形態によっては２０ｍＴｏｒｒ又は約２０ｍＴｏｒｒである。バイアスは１０００ワット〜３５００ワット、実施形態によっては３０００ワットであり、電源は０ワット〜３００ワット、実施形態によっては０ワットである。
【０１２３】
上記の例で説明したもの以外にも、多種多様な値を有するその他のオーバーエッチング工程を本発明の実施形態で使用し得ることは明らかである。
【０１２４】
図４は構造体４００を表しており、本発明の方法の多段階エッチング工程で使用し得る。構造体はＡＲＣ層４４０とバリア層４２０を含むことが考えられ、これらは誘電層４３０のエッチングに使用するものと同一の化学反応では効率的及び/又は効果的にエッチングすることができない。図４Ｃ〜Ｅに示されるように、開口部４７０が構造体４００に形成されている。
【０１２５】
開口部４７０はギャップ４５２から下方向に延びており、反射防止膜４４０及び誘電性材料４３０を貫通してバリア層４２０に至る、エッチングが可能な段階に依存する。得られる各開口部４７０の具体的なサイズ（例えば、深さ）及び形状は、フォトレジストギャップ４５２のサイズ及び位置、ＡＲＣ４４０及び誘電層４３０の種類、電源電力レベル、バイアス電力レベル、混合ガス、エッチング時間を含めた様々な要因に依存する。特定の用途に応じて、開口部４７０はバイアやトレンチを含む様々な構造のいずれにも形成し得る。しかしながら、ＡＲＣ層及びバリア層を多段階エッチングで用いる場合、典型的にはバイアが形成される。
【０１２６】
少なくとも１つの実施形態において、ＡＲＣ層をエッチングする工程２２０により、図４Ｃに示されるような結果を得ることができる。図のように、開口部４７０はＡＲＣ層４４０を貫通し、誘電層４３０の一部にまでエッチングされ、開口部４７２を形成している。次に、図４Ｄの実施形態に示されるように、混合ガスの適用工程２３０、プラズマの発生工程２４０、エッチング材料のエッチング工程２５０を行って誘電層４３０をエッチングし得る。図に示されるように、開口部４７０はバリア層４２０の直前まで下方向まで延び、開口部４７４を形成している。誘電層４３０の誘電部４３２がバリア層４２０の真上に残留している。誘電部４３２はバリア層４２０を保護し、誘電層４３０をエッチングするために用いた化学エッチングによってバリア層４２０が時期尚早にエッチングされることを防止する。誘電部４３２のサイズは方法２００の実施形態に応じて変わり得る。次に、バリア層までのエッチング工程２６０を行うことで、図４Ｅに示されるようにバリア層４２０にまで延びる開口部４７６を形成し得る。
【０１２７】
ＢＡＲＣ又はＤＡＲＣ材料層及び/又はバリア層を有する実施形態において、これらの層は、単段階エッチングの場合のように、誘電層のエッチングに使用した水素含有混合ガスでエッチング可能だが、エッチング時間が延長及び/又はエッチングプロファイルが低下する。
【０１２８】
バイアのエッチングを多段階エッチングで行う実施形態の場合、５〜３０ｍＴｏｒｒの比較的低ガス圧を使用することができる。
【０１２９】
以下の実施例３〜５及び７〜８は、本発明の方法の実施形態の例を説明するものであり、層状の構造体にバイアをエッチングしている。
【０１３０】
エッチングする構造体は実施例３及び５で共通である。これらの構造体は、図７に示されるような積層を有する直径３００ｍｍのウェハである。エッチング構造体７００はライン７０５、ライン７０５上に位置するバリア層７１０、バリア層７１０上の中間誘電層（ＩＬＤ）７２０、ＩＬＤ層７２０上の誘電性反射防止層つまりＤＡＲＣ層又はＳｉＯ２キャップ層７３０、ＤＡＲＣ層又はＳｉＯ２キャップ層７３０上の下部反射防止層つまりＢＡＲＣ７４０、ＢＡＲＣ層７４０上のフォトレジスト層つまりＰＲ７５０を含む。各例において、ライン７０５は銅つまりＣｕであり、バリア層７１０はＳｉＣＮ、ブロックII、ＳｉＣ、ブロックIII、又は低ｋあるいは多孔性バリア材料であり、エッチストップとして機能する。ＩＬＤ層７２０の誘電性材料は低ｋ膜炭素ドープ酸化ケイ素である。ＢＡＲＣ層は標準的な有機反射防止層７４０であり、一方、ＤＡＲＣ層又はＳｉＯ２キャップ層７３０は無機層である。即ち、ＢＡＲＣはミズーリ州ロラのブリューワ社から入手可能なブリューワＡＲＣ２９Ａであり、ＤＡＲＣはカリフォルニア州サンホセのアプライドマテリアル社から入手可能なＳｉＯＮである。ＢＡＲＣ及びＤＡＲＣをＩＬＤ層７２０上に堆積させて、リソグラフィー露光中の反射を低減させる。ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４を含み得るキャップ層７３０は、ＣＭＰ平坦化に耐え得るように低ｋ構造体に対する機械的強度を増強するために使用される。使用するフォトレジストはＴＯＫ７Ａ７Ｏ、１９３ｎｍフォトレジストであり、川崎市の東京応化工業ＴＯＫ社から入手可能である。以下に説明する各例でエッチングを行うために使用したエッチング用具は、上述のアプライド・イネーブラー・エッチである。
【０１３１】
実施例４は以下に詳細に述べるように、ＤＡＲＣ又はキャップ層を有しないという点以外は構造体７００と同様の構造体を使用する。
【０１３２】
実施例３
バイアをエッチングするための本発明の実施形態の一例は、Ｈ２、ＣＦ４、オクタフルオロシクロブタンつまりＣ４Ｆ８、Ｎ２及びＡｒを含有する混合ガスを用いた構造体のエッチングを含む。
【０１３３】
エッチングする構造体は、記載の構成要素と共に図７のように配置される。アプライド・イネーブラー・エッチを用いて構造体をエッチングする。
【０１３４】
この特定例において、図７の構造体７００に基づき、ＢＡＲＣ層７４０及びキャップ層７３０は最初に開口され、続いて本エッチングを行って誘電層７２０をエッチングする。本エッチング中に適用される混合ガスは流量２００ｓｃｃｍのＨ２、６０ｓｃｃｍのＣＦ４、１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８、５０ｓｃｃｍのＮ２、６００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は４０ｍＴｏｒｒである。エッチング用に発生させるプラズマのバイアスは１１００ワットであり、電源は０ワットである。
【０１３５】
実施例４
バイアをエッチングするための本発明の実施形態の別例は、Ｈ２、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、Ｎ２及びＡｒを含有する混合ガスを用いた構造体のエッチングを含む。この例の結果が図９に示されている。
【０１３６】
記載したように、図４の構造体は、ＤＡＲＣ又はキャップ層を有していないという点以外は実施例３及び５で使用の構造体と同様である。図８に示されるように、構造体８００はライン８０５、ライン８０５上に位置するバリア層８１０、バリア層８１０上の中間誘電層（ＩＬＤ）８２０、ＩＬＤ層８２０上の下部反射防止層つまりＢＡＲＣ層８４０、ＢＡＲＣ層８４０上のフォトレジスト層つまりＰＲ８５０を含む。他の点については、これらの層のそれぞれは構造体７００について上述したとおりである。アプライド・イネーブラー・エッチを用いて構造体をエッチングする。本例において、ＢＡＲＣ層８４０はいずれの既知の処理、又は記載のいずれの方法によっても開口可能である。残りのエッチングは、記載されるように別の工程で行う。
【０１３７】
本エッチングを行い、誘電体のエッチングを行う。本エッチング中に適用される混合ガスは流量２００ｓｃｃｍのＨ２、６０ｓｃｃｍのＣＦ４、１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８、２０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２、５０ｓｃｃｍのＮ２及び６００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は４０ｍＴｏｒｒである。エッチング用に発生させるプラズマのバイアスは１１００ワットであり、電源は２００ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は４、ＣＳＴＵ外部設定は５、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１５Ｔ−１５Ｔである。構造体はカソード温度２５℃で６０秒間エッチングされる。本エッチングの終了時、エッチングはバリア層８１０に達する直前で終了させる。
【０１３８】
次に、オーバーエッチング工程に先立って、一連の移行工程を行う。第１移行工程ではＡｒの流量は３００ｓｃｃｍ、圧力は３０ｍＴｏｒｒ、バイアスは３００ワット、電源は０ワットである。イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は１．３５、ＣＳＴＵ外部設定は０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１５Ｔ−１５Ｔである。カソード温度は２５℃、第１移行工程の時間は５秒である。
【０１３９】
第２移行工程ではＣ４Ｆ６の流量は１５ｓｃｃｍ、Ｎ２は０ｓｃｃｍ、Ａｒは２００ｓｃｃｍ、圧力は３０ｍＴｏｒｒ、バイアスは３０００ワット、電源は０ワットである。イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は９、ＣＳＴＵ外部設定は２、Ｈｅ内部／外部圧力は１５Ｔ−１５Ｔである。カソード温度は２５℃、第２移行工程の時間は５秒である。
【０１４０】
第３移行工程ではＣ４Ｆ６の流量は１５ｓｃｃｍ、Ｎ２は５０ｓｃｃｍ、Ａｒは２００ｓｃｃｍ、圧力は３０ｍＴｏｒｒ、バイアスは３０００ワット、電源は０ワットである。イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は９、ＣＳＴＵ外部設定は２、Ｈｅ内部／外部圧力は１５Ｔ−１５Ｔである。カソード温度は２５℃、第３移行工程の時間は１０秒である。
【０１４１】
次に、バリア層８１０までエッチングするために、１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６、２２５ｓｃｃｍのＮ２、２００ｓｃｃｍのＡｒを含む、圧力３０ｍＴｏｒｒの混合ガスでのオーバーエッチングつまりＯＥ工程を用いる。バイアスは３２５０ワット、電源は０ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は９、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は０／２、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１５Ｔ−１５Ｔである。エッチング時間はカソード温度２５℃で８０秒である。
【０１４２】
フォトレジスト８５０は灰化工程で除去される。この工程中、混合ガスは５００ｓｃｃｍ、圧力１０ｍＴｏｒｒのＯ２を含む。バイアスは２００ワット、電源は１００ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は２．４、ＣＳＴＵ内部設定は１４、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１５Ｔ−１５Ｔである。エッチング時間はカソード温度２５℃で４５秒である。
【０１４３】
本例のエッチング結果は図９に示される。図に示されるように、構造体９００はエッチングされ、バイア９６０が形成されている。構造体９００はライン９０５、バリア層９１０、バリア層９１０上に位置するＩＬＤ層９２０、ＩＬＤ層９２０上のＢＡＲＣ層９４０、ＢＡＲＣ層９４０上のＰＲ層９５０を含む。
【０１４４】
本例において、フォトレジストの選択性は無限大である。この選択性は、典型的には約３〜５であるその他の処理で得られるフォトレジスト選択性よりも高い。
【０１４５】
図に示されるように、得られるバイア９６０のプロファイルは垂直の側壁９６２と平坦な底部又はストップ９６４を有する。
【０１４６】
実施例５
本発明の実施形態の一例は、Ｈ２、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ジフルオロメタンつまりＣＨ２Ｆ２、Ｎ２及びＡｒを含有する混合ガスでバイア構造をエッチングすることを含む。本例で得られるエッチング構造体は図１０の断面図に示される。
【０１４７】
本例のエッチング処理の第１工程は、図７で示し上述したように、エッチングする構造体を供給することである。構造体はアプライド・イネーブラー・エッチでエッチングされる。
【０１４８】
前回と同じく、ＢＡＲＣ層７４０、誘電層７２０上に位置するＤＡＲＣ層７３０、及び誘電層７２０の下のバリア層７１０を含む図７の構造体７００において、エッチングは別々の工程で行われる。
【０１４９】
これらのエッチング工程の第１番目は、ＡＲＣ層を貫通してエッチングし後に誘電層をエッチングできるようにする、貫通又はＡＲＣ開口エッチングである。ＡＲＣが開口されたら、本エッチングを行って誘電層をエッチングする。本エッチング中に適用する混合ガスは流量２００ｓｃｃｍのＨ２、６０ｓｃｃｍのＣＦ４、１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ８、２０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２、５０ｓｃｃｍのＮ２、６００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は４０ｍＴｏｒｒである。エッチング用に発生させるプラズマのＲＦバイアスは１３．５６ＭＨｚ、１１００ワットであり、電源は２００ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は２、ＣＳＴＵ内部設定は５、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１５Ｔ−１５Ｔである。プラズマを一旦発生させたら、構造体をカソード温度つまりＴＣａｔｈ２５℃で、上述の条件下で６０秒間エッチングする。エッチングはバリア層８１０に達する直前で終了させる。
【０１５０】
次に、バリア層７１０までエッチングするために、オーバーエッチングつまりＯＥ工程を用いる。本エッチング及び移行工程の後、オーバーエッチングつまりＯＥ工程を２つ行う。本例において、移行工程のＡｒ流量は３００ｓｃｃｍ、圧力は２０ｍＴｏｒｒ、バイアスは３００ワット、電源は０ワット、ＮＴＳＵ設定は１．３５、ＣＳＴＵ設定は０、Ｈｅ内−外圧力は１５−１５、カソード温度は２５℃、時間は５秒である。本例の第１オーバーエッチング工程において、Ｃ４Ｆ６の流量は１３ｓｃｃｍ、Ｎ２は２００ｓｃｃｍ、Ａｒは３００ｓｃｃｍ、バイアスは３０００ワット、電源は０ワット、圧力は２０ｍＴｏｒｒ、ＮＳＴＵ設定は９、ＣＳＴＵ設定は１、Ｈｅ内−外圧力は１５−１５、カソード温度は２５℃、時間は３５秒である。本例の第２オーバーエッチング工程において、Ｃ４Ｆ６の流量は１７ｓｃｃｍ、Ｎ２は２００ｓｃｃｍ、Ａｒは３０ｓｃｃｍ、バイアスは３０００ワット、電源は０ワット、圧力は２０ｍＴｏｒｒ、ＮＳＴＵ設定は９、ＣＳＵＴ設定は１、Ｈｅ内−外圧力は１５−１５、カソード温度は２５℃、時間は４０秒である。
【０１５１】
本例の結果は図１０に示される。図に示されるように、構造体１０００をエッチングして、バイア１０６０が形成されている。構造体１０００はライン１００５、バリア層１０１０、バリア層１０１０上に位置するＩＬＤ層１０２０、ＩＬＤ層１０２０上のＤＡＲＣ層１０３０、ＤＡＲＣ層１０３０上のＢＡＲＣ層１０４０、ＢＡＲＣ層１０４０上のＰＲ層１０５０を含む。
【０１５２】
図１０に示されるように、バイア１０６０は側壁１０６２と、バリア層１０１０に底部又はストップ１０６４を有する。側壁１０６２は若干外方向に湾曲しており、底部１０６４は平坦である。
【０１５３】
低流量水素エッチング
本発明のその他の実施形態と比較して、エッチング法の一部の実施形態では、エッチング中に低減した又は低い流量の水素を用いる。エッチング中の水素ガス流量を低減することにより、エッチングプロファイルはより綺麗に形成され、フォトレジストはより保持され、ストライエーションや速いエッチング等による損傷が低下する。
【０１５４】
低流量水素エッチングの実施形態によるエッチングプロファイルは充分に形成されており、より直線的及び/又はより垂直な側壁及びより平坦な底部を有する、又は少なくとも有する傾向がある。詳細に説明されるように、低流量水素エッチングの例が図１１、１３、１４に示される。図に示されるように、フィーチャの側壁は、水素の流量が高い場合のフィーチャの側壁に比べてより直線的でより垂直である。同様に、フィーチャの底面は、水素流量が高いエッチング実施形態における底面よりもより平坦でより均一である。
【０１５５】
より垂直な側壁を有することにより、低流量水素エッチングでは、後に堆積する材料のための断面積が広くなる。この材料が銅等の導電性である場合、電気抵抗が低下するという利点がある。また、垂直の側壁により、アスペクト比のより高い深いトレンチを形成することができる。また、側壁がより垂直になることにより、より近接したフィーチャのエッチングが可能となり、フィーチャ及び得られるデバイスの密度を上げることができる。これは、典型的には互いに比較的近接して位置されるバイア等のフィーチャにとっても利点である。デュアルダマシンのトレンチにとって、より平坦な底部を有するエッチングフィーチャを有することは重要であり、バイア処理にとっては望ましい。垂直な側壁及び平坦な底部の双方により、不均一及び/又は湾曲した表面に付随するショートやその他の問題が生じる可能性が低下する。
【０１５６】
低流量水素でエッチングした場合、エッチング後にまだ残存するフォトレジスト厚さは、その他の処理で残るものよりも厚い。
【０１５７】
フォトレジストをより多く保持することにより、低流量水素の実施形態では、フォトレジスト下の構造体をより強力に保護することもできる。つまり、エッチング中にフォトレジストがより多く保持されることにより、フォトレジストをエッチングする又は変形させるストライエーションやマイクロローディング等の効果によりその下にある構造体が損傷を受けることがない、又はその損傷が抑制される。以下の例に示されるように、フォトレジストはストライエーション又はその他の同様の効果によって損傷を受けない。
【０１５８】
上述したように、本発明の一部の実施形態において、Ｈ２の流量は約１０ｓｃｃｍ〜約２５０ｓｃｃｍである。低流量水素を有する一部の実施形態において、流量は約１０ｓｃｃｍ〜約７５ｓｃｃｍである。低流量水素の特定の実施形態において、流量は４０ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍである。
【０１５９】
低流量水素ガスを用いたエッチング法の実施形態の一例は、トレンチをエッチングする実施例６、及びバイアをエッチングする実施例７及び８で以下に説明される。
【０１６０】
実施例６
本発明のエッチング実施形態の一例においては、Ｈ２、ＣＦ４、Ｎ２、Ａｒを含有する混合ガスを使用するが、その他の例で示したものと比較して、水素ガス流量は低い。本例により得られるエッチングしたトレンチは、図１１の断面図に示される。
【０１６１】
本例のエッチング処理の第１工程は、エッチングする構造体を供給することである。前例と同様に、本例で使用するエッチング構造体は図５に示されるものであり、構造体５００及び様々な層及び構造は詳細に上述したとおりである。また、記載したように、エッチングはアプライド・イネーブラー・エッチによって行う。
【０１６２】
エッチングを開始するために、第１工程では混合ガスをＨ２の流量４０ｓｃｃｍ、ＣＦ４の流量１１０ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量１００ｓｃｃｍ、Ａｒの流量２００ｓｃｃｍ、圧力３０ｍＴｏｒｒで適用する。
【０１６３】
エッチング用に発生させたプラズマのＲＦバイアスは１３．５６ＭＨｚ、１５００ワット、電源は０ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は４．０、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は１．２／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１０Ｔ−１０Ｔである。
【０１６４】
一旦プラズマが発生したら、構造体を４０秒間エッチングする。エッチング中のカソード温度つまりＴｃａｔｈは−２０℃に設定する。得られるエッチング速度は約６０００Å／分である。
【０１６５】
本例のエッチング結果は図１１に示される。図に示されるように、構造体１１００はエッチングされ、トレンチ１１４０が形成されている。構造体１１００は、ＩＬＤ層１１１０、ＩＬＤ層１１１０上のＡＲＣ層１１２０、ＡＲＣ層１１２０上のＰＲ層１１３０を含む。
【０１６６】
本例において、フォトレジストの選択性は約５〜６である。この選択性は、典型的には約１である、その他の処理で得られるフォトレジスト選択性よりも高い。
【０１６７】
図１１の実施例結果に示されるように、得られるトレンチ１１４０のプロファイルは垂直で直線状の側壁１１４２を有する。トレンチ１１４０は平坦な底面１１４４も有する。側壁１１４２は外方向に延びる突起１１４６を含む。突起１１４６はエッチングで残った重合体の堆積物であり、フォトレジストを除去する際に除去して側壁１１４２をより均一な直線状にする。フォトレジスト層１１３０は、エッチング後にも十分な特定の厚みを有しており、フォトレジスト１１３０にストライエーション、ピンホール、その他のエッチングが生じるのを防止する。
【０１６８】
エッチングする構造体は実施例７及び８で共通である。これらの構造体は、図１２に示されるような積層を有する直径３００ｍｍのウェハである。エッチング構造体１２００はバリア層１２１０、バリア層１２１０上の中間誘電層（ＩＬＤ）１２２０、ＩＬＤ層１２２０上のキャップ層１２３０、キャップ層１２３０上の反射防止層つまりＡＲＣ１２４０、ＡＲＣ層１２４０上のフォトレジスト層つまりＰＲ１２５０を含む。各例において、バリア層１２１０は米国カリフォルニア州サンホセのアプライドマテリアル社から入手可能なエヌブロックであり、エッチストップとして機能する。ＩＬＤ層１２２０の誘電性材料はＳｉＣＯＨ、カリフォルニア州サンホセのアプライドマテリアル社から入手可能な、上述のブラックダイヤモンドIである。キャップ層１２３０はＴＥＯＳ層であり、ＡＲＣ層１２４０は標準的な有機反射防止層である。即ち、ＡＲＣはミズーリ州ロラのブリューワ社から入手可能なブリューワＡＲＣ２９Ａである。ＳｉＯ２、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４を含み得るキャップ層は、ＣＭＰ平坦化に耐え得るように低ｋ構造体に対する機械的強度を増強するために使用される。使用するフォトレジスト１２５０はＴＯＫ７Ａ７Ｏ、１９３ｎｍフォトレジストであり、川崎市の東京応化工業ＴＯＫ社から入手可能である。
【０１６９】
実施例７
本発明の実施形態の別例において、バイアは誘電層を低流量水素混合ガスでエッチングする多段階エッチング処理によってエッチングされる。低流量水素とは、その他の実施例で記載した高い水素流量と比較してのものである。本例によって得られるエッチングしたバイアが、図１３の断面図に示される。
【０１７０】
本例のエッチング処理の第１工程は、エッチングする構造体を供給することである。前例と同様に、本例で使用するエッチング構造体は図１２に示されるものであり、構造体１２００及び様々な層及び構造は詳細に上述したとおりである。また、記載したように、エッチングはアプライド・イネーブラー・エッチと３００ｍｍウェハによって行う。
【０１７１】
これらのエッチング工程の第１番目は、ＡＲＣ及びキャップ層を、後に誘電層をエッチングできるように貫通してエッチングするＡＲＣ開口及びＴＥＯＳキャップ開口エッチングである。ＡＲＣ開口エッチング中、混合ガスはＣＦ４を１５０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３を３０ｓｃｃｍ含み、圧力は３０ｍＴｏｒｒである。バイアスは２０００ワット、電源は０ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は１．３５、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は４／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１０Ｔ−１０Ｔである。エッチング時間は３０秒である。
【０１７２】
次に、４００ｓｃｃｍ、２０ｍＴｏｒｒのＡｒ、バイアス２００ワット、電源１５０ワットを用いて移行工程を行う。イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は３、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は４．７／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は２０Ｔ−１０Ｔである。移行工程の時間は５秒である。
【０１７３】
ＢＡＲＣ及びキャップ層を開口した後、本エッチングを行って誘電層をエッチングする。本例において、本エッチングは２部に分けられる。第１本エッチングＭＥ１と第２本エッチングＭＥ２である。ＭＥ１中に適用する混合ガスは、５０ｓｃｃｍのＨ２、１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６、３０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２、１５０ｓｃｃｍのＮ２、４００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は１５ｍＴｏｒｒである。エッチング用に発生させるプラズマのＲＦバイアスは１３．５６、１２００ワット、電源は１５０ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は３、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は４．７／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は２０Ｔ−１０Ｔである。一旦プラズマが発生したら、構造体を３５秒間エッチングする。
【０１７４】
ＭＥ２中に適用する混合ガスは流量０ｓｃｃｍのＨ２、１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６、１０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２、２００ｓｃｃｍのＮ２、４００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は１５ｍＴｏｒｒである。エッチング用に発生させるプラズマのＲＦバイアスは１３．５６ＭＨｚ、３０００ワット、電源は１５０ワットである。アプライド・イネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は５、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は４．７／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は２０Ｔ−１０Ｔである。一旦プラズマが発生したら、構造体を２０秒間エッチングし、バリア層１２１０に達する直前にエッチングを終了する。
【０１７５】
次に、バリア層１２１０までエッチングするために、オーバーエッチングつまりＯＥ工程を用いる。本例のオーバーエッチング工程は、流量１３ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６、２００ｓｃｃｍのＮ２、２００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は２０ｍＴｏｒｒ、バイアスは３０００ワット、電源は０ワット、ＮＳＴＵ設定は９、ＣＳＴＵ設定は２．５／０、Ｈｅ内−外圧力は１５Ｔ−１５Ｔ、時間は４０秒である。
【０１７６】
本例のエッチング結果は図１３に示される。図に示されるように、構造体１３００はエッチングされ、バイア１３６０が形成されている。構造体１３００はバリア層１３１０、バリア層１３１０上に位置するＩＬＤ層１３２０、ＩＬＤ層１３２０上のキャップ層１３３０、キャップ層１３３０上のＡＲＣ層１３４０、ＡＲＣ層１３４０上のＰＲ層１３５０を含む。
【０１７７】
本例において、Ｈ２含有処理に関し、フォトレジストの選択性は無限大である。この選択性は、典型的には約３〜５であるその他の処理で得られるフォトレジスト選択性に比べて高い。
【０１７８】
図に示されるように、得られるバイア１３６０のプロファイルは垂直の側壁１３６２を有する。バイア１３６０は、バリア層１３１０に、もしくはその周辺に位置する平坦な底部又はストップ１３６４と共に図示されている。
【０１７９】
実施例８
本発明の実施形態の追加例は、多段階エッチング処理によってバイアをエッチングすることを含み、誘電層は低流量水素混合ガスを用いてエッチングされる。本例において、バイアス電力は２ＭＨｚバイアス５０％と１３．５６ＭＨｚバイアス５０％との組み合わせである。低流量水素とは、その他の例で示した高い水素流量と比較してのものである。本例で得られるエッチングしたバイアは、図１４の断面図に示される。
【０１８０】
本例の第１工程は、図１２に示される構造体を供給することである。図に示されるように、構造体１２００は、詳細に上述したような様々な層及び構造を有する。また、記載したように、エッチングはアプライドＤＦＢイネーブラー・エッチ内で３００ｍｍウェハを用いて行う。
【０１８１】
これらのエッチング工程の第１番目は、ＡＲＣ及びキャップ層を、後に誘電層をエッチングできるように貫通してエッチングするＡＲＣ開口及びＴＥＯＳキャップ開口エッチングである。ＡＲＣ開口エッチング中、混合ガスはＣＦ４を１５０ｓｃｃｍ、ＣＨＦ３を３０ｓｃｃｍ含み、圧力は３０ｍＴｏｒｒである。バイアスは１３．５６ＭＨｚ、２０００ワット、電源は０ワットである。アプライドＤＦＢイネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は１．３５、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は４／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は１０Ｔ−１０Ｔである。エッチング時間は３０秒である。
【０１８２】
次に、４００ｓｃｃｍ、２０ｍＴｏｒｒのＡｒを用い、バイアス１３．５６ＭＨｚ、２００ワット、電源１５０ワットで移行工程を行う。ＤＦＢイネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は３、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は４．７／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は２０Ｔ−１０Ｔである。移行工程の時間は５秒である。
【０１８３】
ＡＲＣ及びキャップ層を開口した後、本エッチングを行って誘電層をエッチングする。本例において、本エッチングは２部に分けられる。第１本エッチングＭＥ１と第２本エッチングＭＥ２である。ＭＥ１中に適用する混合ガスは、５０ｓｃｃｍのＨ２、１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６、３０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２、１５０ｓｃｃｍのＮ２、４００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は１５ｍＴｏｒｒである。エッチング用に発生させるプラズマのＲＦバイアスは２ＭＨｚ、６００ワット、１３．５６ＭＨｚ、６００ワットであり、電源は１５０ワットである。アプライドＤＦＢイネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は３、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は４．７／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は２０Ｔ−１０Ｔである。一旦プラズマが発生したら、構造体を３０秒間エッチングする。
【０１８４】
ＭＥ２中に適用する混合ガスは流量０ｓｃｃｍのＨ２、１５ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６、２０ｓｃｃｍのＣＨ２Ｆ２、２００ｓｃｃｍのＮ２、２００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は１５ｍＴｏｒｒである。エッチング用に発生させるプラズマのＲＦバイアスは２ＭＨｚ、１５００ワット及び１３．５６ＭＨｚ、１５００ワットであり、電源は１５０ワットである。アプライドＤＦＢイネーブラー・エッチのＮＳＴＵ設定は３、ＣＳＴＵ内部／外部（ｉ／ｏ）設定は４．７／０、ウェハ／チャック冷却ヘリウム（Ｈｅ）内部／外部（内−外）圧力は２０Ｔ−１０Ｔである。一旦プラズマが発生したら、構造体を１５秒間エッチングし、バリア層１２１０に達する直前にエッチングを終了する。
【０１８５】
次に、バリア層１２１０をエッチングするために、オーバーエッチングつまりＯＥ工程を用いる。本例のオーバーエッチング工程は、流量１３ｓｃｃｍのＣ４Ｆ６、２００ｓｃｃｍのＮ２、２００ｓｃｃｍのＡｒを含み、圧力は２０ｍＴｏｒｒ、ＲＦバイアスは２ＭＨｚ、１５００ワット及び１３．５６ＭＨｚ、１５００ワット、電源は０ワット、ＮＳＴＵ設定は９、ＣＳＴＵ設定は２．５／０、Ｈｅ内−外は１５Ｔ−１５Ｔ、時間は４５秒である。
【０１８６】
本例のエッチング結果は図１３に示される。図に示されるように、構造体１４００はエッチングされ、バイア１４６０が形成されている。構造体１４００はバリア層１４１０、バリア層１４１０上に位置するＩＬＤ層１４２０、ＩＬＤ層１４２０上のキャップ層１４３０、キャップ層１４３０上のＡＲＣ層、ＡＲＣ層１４４０上のＰＲ層１４５０を含む。
【０１８７】
本例において、Ｈ２含有処理に関し、フォトレジストの選択性は無限大である。この選択性は、典型的には約３〜５であるその他の処理で得られるフォトレジスト選択性に比べて高い。
【０１８８】
図１４の実施例結果に示されるように、得られるバイア１４６０のプロファイルは垂直の側壁１４６２を有する。バイア１４６０は、バリア層１４１０に、もしくはその周辺に位置する平坦な底部又はストップ１４６４と共に図示されている。
【０１８９】
追加水素含有ガス
本発明の実施形態において、水素添加剤は、炭化水素及び水素高含有ガス等の様々な水素含有添加剤のいずれでも代用可能である。特定の実施形態において、水素含有ガスはＣＨ４、Ｃ２Ｈ４、ＮＨ３、Ｈ２Ｏ及び/又はシランガスを含む。
【０１９０】
実施例９
本発明の実施形態の別例において、バイアは多段階エッチング処理によってエッチングされ、誘電層は炭化水素を含む混合ガスによってエッチングされる。本例によって得られるエッチングしたバイアは図１５の断面図に示される。
【０１９１】
第１本エッチングＭＥ１において、流量５０ｓｃｃｍのＨ２を使用する代わりに流量２５ｓｃｃｍのＣＨ４を用いるという点を除き、本例は実施例７と同様である。また、ＭＥ１の時間は３０秒であり、実施例７の３５秒より短縮されている。その他の点では、本エッチング手順、エッチング構造体１２００、ＢＡＲＣエッチング手順、移行手順は実施例７と全く同じである。       
【０１９２】
本例のエッチング結果は図１５に示される。図に示されるように、構造体１５００はエッチングされ、バイア１５６０が形成されている。構造体１５００はバリア層１５１０、バリア層１５１０上に位置するＩＬＤ層１５２０、ＩＬＤ層１５２０上のキャップ層１５３０、キャップ層１５３０上のＡＲＣ層１５４０、ＡＲＣ層１５４０上のＰＲ層１５５０を含む。得られるバイア１５６０のプロファイルは垂直の側壁１５６２を有する。バイア１５６０は、バリア層１５１０に、もしくはその周囲に位置する平坦な底部又はストップ１５６４と共に図示されている。
【０１９３】
本発明の実施形態は、フィーチャをエッチングしてデュアルダマシン構造を形成することを含み、少なくとも１つの実施形態が図１６に示されている。図に示されるように、デュアルダマシンエッチング法１６００は、エッチング構造体の供給１６１０、水素を含む混合ガスを用いたバイアのエッチング１６２０、フォトレジストの剥離１６３０、ＡＲＣ層の堆積１６４０、エッチング構造体のエッチバック１６５０、フォトレジストの適用によるトレンチの形成１６６０、水素を含む混合ガスを用いたトレンチのエッチング１６７０を含む。
【０１９４】
エッチング構造体の供給工程１６１０中に得られる構造体は、明細書に記載の構造体全てを含むことが考えられ、一部の実施形態においては、図１Ａに示されるように、ライン、ライン上のバリア層、バリア層上のＩＬＤ層、ＩＬＤ層上のパターニングしたフォトレジストを含む。水素を含む混合ガスでのバイアのエッチング工程１６２０は、明細書に記載のいずれのバイアエッチングによっても行い得る。混合ガスは、水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガス、水素含有非エッチャントガス、窒素含有ガスを含むことが考えられ、１つ以上のハイドロフルオロカーボンガス、不活性ガス、及び/又は一酸化炭素ガスを含んでいてもよい。得られる構造体の一実施形態が図１Ｂに示される。フォトレジストの剥離１６３０は、様々な既知の方法のいずれでも行うことが可能である。ＡＲＣ層の堆積工程１６４０のＡＲＣ層は、実施形態に応じて、ＤＵＯ、ＢＡＲＣ、及び/又はＤＡＲＣ材料を含む記載のＡＲＣ材料のいずれを含んでいてもよく、スピンオン、ＣＶＤ等の記載の方法のいずれによっても適用可能である。一実施形態において、ＡＲＣ層の適用が、適用した状態で図１Ｃに示されている。構造体のエッチバック１６５０は、様々な既知の方法のいずれによっても行うことが可能であり、ＡＲＣの一部をバイアに残し、バイアを後のエッチングから保護する。エッチバック構造体の一実施形態が図１Ｄに示される。フォトレジストを適用してトレンチを形成する工程１６６０も既知の方法によって行うことが可能であり、得られる構造体の一実施形態が図１Ｅに示される。水素を含む混合ガスを用いてのトレンチのエッチング１６７０は、明細書に記載のいずれのトレンチエッチングによっても行うことが可能であり、得られる構造体が図１Ｂにおける一実施形態に示される。混合ガスは水素非含有フルオロカーボン含有エッチャントガス、水素含有非エッチャントガス、窒素含有ガスを含むことが考えられ、１つ以上のハイドロフルオロカーボンガス、不活性ガス、及び/又は一酸化炭素ガスをさらに含んでいてもよい。
【０１９５】
本発明の実施形態の一部を詳細に上述したが、本発明の真の範囲と教示から逸脱することなく、これらの実施形態に多くの変更を加えてもよい。よって、本発明は以下で請求されるとおり、及び同等とされるものによってのみ限定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１９６】
【図１Ａ】〜
【図１Ｆ】本発明の少なくとも１つの実施形態によるエッチング処理の側面図である。
【図２Ａ】〜
【図２Ｊ】本発明の実施形態によるエッチング方法のフローチャートである。
【図３Ａ】〜
【図３Ｃ】本発明の少なくとも１つの実施形態によるエッチング処理の側面図である。
【図４Ａ】〜
【図４Ｅ】本発明の少なくとも１つの実施形態によるエッチング処理の側面図である。
【図５】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図６】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図７】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図８】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図９】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図１０】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図１１】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図１２】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図１３】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図１４】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図１５】本発明の少なくとも１つの実施形態による構造体の側面図である。
【図１６】本発明の実施形態によるエッチング方法のフローチャートである。
【図１７】本発明の少なくとも１つの実施形態によるチャンバの側面図である。
【図１Ａ】
2007537602.tif 000003
【図１Ｂ】
2007537602.tif 000004
【図１Ｃ】
2007537602.tif 000005
【図１Ｄ】
2007537602.tif 000006
【図１Ｅ】
2007537602.tif 000007
【図１Ｆ】
2007537602.tif 000008
【図２Ａ】
2007537602.tif 000009
【図２Ｂ】
2007537602.tif 000010
【図２Ｃ】
2007537602.tif 000011
【図２Ｄ】
2007537602.tif 000012
【図２Ｅ】
2007537602.tif 000013
【図２Ｆ】
2007537602.tif 000014
【図２Ｇ】
2007537602.tif 000015
【図２Ｈ】
2007537602.tif 000016
【図２Ｉ】
2007537602.tif 000017
【図２Ｊ】
2007537602.tif 000018
【図３Ａ】
2007537602.tif 000019
【図３Ｂ】
2007537602.tif 000020
【図３Ｃ】
2007537602.tif 000021
【図４Ａ】
2007537602.tif 000022
【図４Ｂ】
2007537602.tif 000023
【図４Ｃ】
2007537602.tif 000024
【図４Ｄ】
2007537602.tif 000025
【図４Ｅ】
2007537602.tif 000026
【図５】
2007537602.tif 000027
【図６】
2007537602.tif 000028
【図７】
2007537602.tif 000029
【図８】
2007537602.tif 000030
【図９】
2007537602.tif 000031
【図１０】
2007537602.tif 000032
【図１１】
2007537602.tif 000033
【図１２】
2007537602.tif 000034
【図１３】
2007537602.tif 000035
【図１４】
2007537602.tif 000036
【図１５】
2007537602.tif 000037
【図１６】
2007537602.tif 000038
【図１７】
2007537602.tif 000039
【国際調査報告】
2007537602.tif 000040