(57)【要約】【課題】他部分に対する加工特性に悪影響を与えることなく、被加工物を所期の形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法を提供することができる。【解決手段】ウエハ１００表面に形成した誘電体材料膜２内に、導電体材料を充填するための接続孔４および該接続孔と連通する溝５をエッチングにより形成するプラズマエッチング方法であって、該プラズマエッチング方法は、前記誘電体材料膜２内にキャップ酸化膜３をマスクとして接続孔４を形成する工程と、前記接続孔４内およびウエハ表面に反射防止材料層７を形成する工程と、ウエハ表面に形成したフォトレジスト８をマスクとし、酸素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層７をエッチングする工程と、ウエハ表面に形成したフォトレジスト８をマスクとし、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層７、キャップ酸化膜３および誘電体材料膜２をエッチングする工程を含む。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハ表面に形成した誘電体材料膜内に、導電体材料を充填するための接続孔および該接続孔と連通する溝をエッチングにより形成するプラズマエッチング方法であって、
該プラズマエッチング方法は、前記誘電体材料膜内にキャップ酸化膜をマスクとして接続孔を形成する工程と、
前記接続孔内およびウエハ表面に反射防止材料層を形成する工程と、
ウエハ表面に形成したフォトレジストをマスクとし、酸素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層をエッチングする工程と、
ウエハ表面に形成したフォトレジストをマスクとし、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層、キャップ酸化膜および誘電体材料膜をエッチングする工程を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
ウエハ表面に形成した誘電体材料膜内に、導電体材料を充填するための接続孔および該接続孔と連通する溝をエッチングにより形成するプラズマエッチング方法であって、
該プラズマエッチング方法は、前記誘電体材料膜内にキャップ酸化膜をマスクとして接続孔を形成する工程と、
前記接続孔内およびウエハ表面に反射防止材料層を形成する工程と、
ウエハ表面に形成したフォトレジストをマスクとし、酸素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層をエッチングして、接続孔に形成した反射防止材料層にファセットを形成する工程と、
ウエハ表面に形成したフォトレジストをマスクとし、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層、キャップ酸化膜および誘電体材料膜をエッチングする工程を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項３】
ウエハ表面に形成した誘電体材料膜内に、導電体材料を充填するための接続孔および該接続孔と連通する溝をエッチングにより形成するプラズマエッチング方法であって、
該プラズマエッチング方法は、前記誘電体材料膜内にキャップ酸化膜をマスクとして接続孔を形成する工程と、
前記接続孔内およびウエハ表面に反射防止材料層を形成する工程と、
ウエハ表面に形成したフォトレジストをマスクとし、酸素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層をエッチングして、接続孔に形成した反射防止材料層にファセットを形成する工程と、
ウエハ表面に形成したフォトレジストをマスクとし、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層、キャップ酸化膜および誘電体材料膜をエッチングして、接続孔外周に隣接する誘電体材料膜にテーパ部を形成する工程を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマエッチング方法に係り、特に被加工物を所期の形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の高性能化および微細化に伴い、多層配線技術は半導体装置製造において必要な技術となっている。半導体集積回路における配線層の形成法として、絶縁膜上にアルミニウム（Ａｌ）合金またはタングステン（Ｗ）などの高融点金属薄膜を成膜した後、フォトリソグラフィ工程により配線用薄膜上に配線パターンと同一形状のレジストパターンを形成し、それをマスクとしてドライエッチング工程により配線パターンを形成する方法が知られている。しかし、このＡｌ合金等を用いる方法では配線の微細化に伴い、配線抵抗の増大が顕著となり、それに伴い伝播する信号の配線遅延が増加し、半導体装置の性能が低下する等の問題がある。特に高性能なロジックＬＳＩにおいては、その性能阻害要因として大きな問題が生じている。
【０００３】
このため、低誘電率材料製の絶縁膜に形成した溝に銅（Ｃｕ）を主導体層とする配線用金属を埋め込んだ後、溝外部の金属をＣＭＰ法（化学機械研磨法）を用いて除去することにより溝内に配線パターンを形成する方法（いわゆるダマシン法）、あるいはデュアル（ｄｕａｌ）ダマシン法（配線形成用の配線溝および層間接続配線を形成するための接続孔（ホール）を形成した後に、前記配線溝および接続孔内に例えば銅（Ｃｕ）を主導電体とする配線および層間接続配線を同時に形成するダマシン法）が用いられるようになった。
【０００４】
図６は、従来のデュアルダマシン法を説明する図である。図において、１００はウエハ、１は例えばウエハ１００表面に形成した炭化珪素膜、２は低誘電率の誘電体材料膜であり、例えば有機シリカガラス（ＯＳＧ（Ｏｒｇａｎｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ））膜である。３はキャップ酸化膜、４は層間接続配線を形成する接続孔、５は配線パターンを形成する配線溝である。
【０００５】
デュアルダマシン法により配線形成用の配線溝および層間接続配線形成用の接続孔４を形成するには、まず、ＯＳＧ膜２に下層配線（炭化珪素膜１の下層側に形成されている）に達する接続孔４を形成する。接続孔４の形成に際しては、まず、パターニングされたキャップ酸化膜をＯＳＧ膜２上に形成し、これをマスクとしてたとえばドライエッチング法によりＯＳＧ膜をエッチングする。次に、反射防止材料でこの接続孔を埋め込み、その後、ＯＳＧ膜２に配線溝５を形成する。配線溝５の形成は、接続孔４の形成の場合と同様に、溝パターンにパターニングされたフォトレジスト膜をＯＳＧ膜２上に形成し、このフォトレジスト膜をマスクとして、ＯＳＧ膜２をエッチングする。なお、配線溝５の形成前に接続孔４に反射防止材料を埋め込むのは、配線溝形成用のフォトレジスト膜の露光を正確に行い、加工精度を向上するためである。すなわち、接続孔４が埋め込まれていないと、接続孔上部に形成したフォトレジスト膜の表面が孔形状を反映して平坦にならない。このような平坦でないフォトレジスト膜を用いて露光を行うと、露光光の散乱が生じ、精密に溝パターンを形成することができないためである。
【０００６】
しかしながら、図６に示すように、配線溝５の形成前に接続孔４に反射防止材料を埋め込んだ状態で、溝パターンにパターニングされたフォトレジスト膜をマスクとしてＯＳＧ膜２をエッチングを行い、その後接続孔に埋め込んだ反射防止を除去する場合、接続孔４に埋め込んだ反射防止材料とＯＳＧ膜２とのエッチング特性のずれ等に起因してフェンス状欠陥６（接続孔４の周辺に形成された突起状の欠陥）が形成される。
【０００７】
このような欠陥発生対策としては、シリコン系材料等の特殊な材料を反射防止材料として用いる方法（例えば、特許文献１参照）、あるいはエッチングガスとしてフッ素系ガスを選択し、このガスを最適に調合することにより抑止する方法が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
ＵＳＰ  ６３２９１１８
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、欠陥発生対策として、前記シリコン系材料等の特殊な反射防止材料として用いる方法は汎用の反射防止材料を使用することができないため、コスト面で問題がある。また、エッチングガスとしてフッ素系ガスを選択し、ガス比を調合する方法は、他部分に対する加工特性に悪影響を与える場合が生じる。
【００１０】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、他部分に対する加工特性に悪影響を与えることなく、被加工物を所期の形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法を提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を採用した。
【００１２】
ウエハ表面に形成した誘電体材料膜内に、導電体材料を充填するための接続孔および該接続孔と連通する溝をエッチングにより形成するプラズマエッチング方法であって、該プラズマエッチング方法は、前記誘電体材料膜内にキャップ酸化膜をマスクとして接続孔を形成する工程と、前記接続孔内およびウエハ表面に反射防止材料層を形成する工程と、ウエハ表面に形成したフォトレジストをマスクとし、酸素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層をエッチングする工程と、ウエハ表面に形成したフォトレジストをマスクとし、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層、キャップ酸化膜および誘電体材料膜をエッチングする工程を含む。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のエッチングに際して使用するプラズマエッチング装置を説明する図である。図において、２１は真空処理室、２２は石英窓、２３は載置電極である。２４はウエハ等の試料であり、載置電極２３上に載置する。２５は高周波電源であり、ウエハ２４にバイアス電圧を印加する。２６はアンテナであり、ＵＨＦ電源から供給される高周波電界を石英窓２２を介して真空処理室２１内に放射する。２７は真空処理室１内に磁場を形成するソレノイドコイルである。２８はガス分散板であり、エッチングレシピにしたがってマスフローコントローラから供給されたガスを均一に真空処理室１内に導入する。２９はＵＨＦ電源、３０はマスフローコントローラであり、塩素ガス（Ｃｌ２）、三塩化硼素ガス（ＢＣｌ３）、酸素ガス（Ｏ２）等の処理ガスを計量して供給する。３１はＵＨＦ電源２９の電源供給回路のインピーダンスを整合させるための整合回路である。
【００１４】
処理に際しては、まず、真空処理室２１を真空に排気した後、レシピに従って真空処理室２１内にマスフローコントローラ３０を介して所定のガスを導入して、真空処理室２１内を所定の圧力に調圧する。次いで、ソレノイドコイル２７により真空処理室２１内に所定の磁場を形成し、更に、ＵＨＦ電源２９からアンテナ２６を介して高周波電界を真空処理室２１内に導入し、真空処理室２１内にプラズマを発生させる。その後、高周波電源２５により載置電極３を介して試料２４に所定のバイアス電力を印加する。これにより、試料２４に所定のプラズマ処理を施すことができる。
【００１５】
図２，３，４，５は、本実施形態に係るプラズマエッチング処理を説明する図であり、図２は、ウエハ１００表面に形成したＯＳＧ膜上に反射防止材料層を形成し、この反射防止材料層上にフォトレジストをマスク状に形成した状態を示す図である。図２において、１は例えばウエハ１００表面に形成した炭化珪素膜、２は低誘電率の誘電体材料膜であり、例えばメチル基をドープした有機シリカガラス（ＯＳＧ）膜等を用いる。３はキャップ酸化膜、４は層間接続配線を形成する接続孔である。７は反射防止材料層（例えばＢＡＲＣ材料からなる）であり、反射防止材料層７は接続孔４内に形成した反射防止材料層７１およびキャップ酸化膜層３上に形成した反射防止材料層７２からなる。８は反射防止材料層７２上に形成したフォトレジストであり、デュアルダマシン法により配線溝を形成する部分を除去した形状に予めパターニングしてある。
【００１６】
次に、図２に示すウエハ１００を図１に示すプラズマエッチング装置の処理室内に搬入してエッチング処理を施す。
【００１７】
図３は、図２に示すフォトレジスト８をマスクとして、酸素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料７をエッチングする工程を説明する図である。前記エッチングガスとしての塩素は反射防止膜７等の有機膜に対し反応性が高い。このため、前記エッチングガスを用いてエッチングを施すと、キャップ酸化膜３との境目部分にある反射防止材料が選択的にエッチングされて、図３に示すファセットｆ（截頭円錐状の面）が形成される。
【００１８】
図４は、図３に示すフォトレジスト８をマスクとして、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層７１、キャップ酸化膜３およびＯＳＧ膜２をエッチングする工程を説明する図である。この場合には、エッチングガスとしての三塩化硼素素ガスとＯＳＧ膜２との反応性の角度依存性により、ＯＳＧ膜２の接続孔４上部がよりエッチングされる。これによりＯＳＧ膜２の接続孔４上部にテーパ部ｇを得ることができる。
【００１９】
図５は、図４に示すフォトレジスト８をマスクとして、三塩化硼素および塩素をエッチングガスとして前記反射防止材料層および低誘電率膜を更にエッチングする工程を説明する図である。この工程は、図４に示す形状すなわちＯＳＧ膜２の接続孔４上部にテーパ部ｇを形成した形状を初期形状としてエッチングを開始することになる。この場合には、反射防止材料層７１のＯＳＧ膜４との界面のエッチング速度とそれ以外の面のエッチング速度が均衡し、図４に示すテーパ部ｇを保持した状態でエッチングが進行することになる。このためフェンス状欠陥６（図６参照）の存在しない配線溝５を得ることができる。
【００２０】
なお、図５に示す工程の後、反射防止材料層７１を除去し、除去した後の接続孔４および配線溝５に導電体材料として銅（Ｃｕ）などの金属を堆積し、更に表面の余分の銅をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により除去して平坦化する。このときキャップ酸化膜３の表面でＣＭＰを停止することができる。これにより、配線溝５内および接続孔４内にデュアルダマシン法による銅配線が形成されたことになる。なお、前記ＯＳＧ膜２は、例えばノベラス社製の商品名コーラル、アプライドマテリアルズ社製の商品名ブラックダイアモンド、ＡＳＭ社製の製品名オーロラ、およびこれらのＣＶＤ成膜、並びに元素構成によってＳｉＯＣあるいはＳｉＯＣＨと表記される材料により構成することができる。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態によれば、反射防止材料層７、キャップ酸化膜７およびＯＳＧ膜２をエッチングする工程（図２〜３，図３〜４）において、酸素ガスおよび塩素ガス、並びに三塩化硼素素ガスおよび塩素ガスを用いてエッチングの初期形状を作成し、この初期形状をもとに三塩化硼素素ガスおよび塩素ガスを用いてエッチングを更に進行させる（図４〜５）。これによりフェンス状欠陥の存在しない配線溝を得ることができる。
【００２２】
また、このとき、エッチング速度についてはフッ素系のプロセスガス使用する場合に得られる性能を上回る速度を得ることができた。このように三塩化硼素素ガスおよび塩素系ガスのエッチング速度の形状依存性を適切に組み合わせることにより、高価な反射防止膜材料を用いることなく、また、他部分に対する加工特性に悪影響を与えることなく、被加工物を所期の形状にエッチングすることができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、他部分に対する加工特性に悪影響を与えることなく、被加工物を所期の形状にエッチングすることのできるプラズマエッチング方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエッチングに際して使用するプラズマエッチング装置を説明する図である。
【図２】プラズマエッチング処理を説明する図である。
【図３】プラズマエッチング処理を説明する図である。
【図４】プラズマエッチング処理を説明する図である。
【図５】プラズマエッチング処理を説明する図である。
【図６】従来のデュアルダマシン法を説明する図である。
【符号の説明】
１  炭化珪素膜
２  ＯＳＧ膜
３  キャップ酸化膜
４  接続孔
５  配線溝
６  フェンス状欠陥
７，７１，７２  反射防止材料層
８  フォトレジスト
２１  真空処理室
２２  石英窓
２３  電極
２４  試料
２５  高周波電源
２６  アンテナ
２７  ソレノイドコイル
２８  ガス分散板
２９  ＵＨＦ電源
３０  マスフローコントローラ
３１  整合回路
１００  ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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