(57)【要約】【課題】エッチング対象部のエッチングレートおよび対マスク選択比が高く、かつ、エッチングストップを抑えたプラズマエッチング方法を提供すること。【解決手段】直鎖Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスをプラズマ化して、被処理体Ｗ中のエッチング対象部、例えばＳｉＯ２層６１を、エッチング対象部を覆った開口部を有するマスク、例えばフォトレジストマスク層６２を介してプラズマエッチングする。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直鎖Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスをプラズマ化して、被処理体中のエッチング対象部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】
前記直鎖Ｃ５Ｆ８は、１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンチン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】
前記エッチング対象部は、シリコン酸化物であることを特徴とする請求項２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記シリコン酸化物を、シリコン窒化物に対して選択的にエッチングすることを特徴とする請求項３に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記エッチングガスは、不活性ガスを含むことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記エッチングガスは、Ｏ２またはＯ３のいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記エッチングガスは、ＣＯまたはＣＯ２のいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記エッチングガスは、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４の中のいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記エッチングガスは、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８の中のいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１０】
前記エッチングガスは、Ｎ２またはＮＨ３のいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１１】
前記エッチングガスは、Ｆ２、ＮＦ３、ＳＦ６、ＳｉＦ４の中のいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１２】
前記エッチングガスは、ＣＯＦ２を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１３】
前記エッチングガスは、Ｎ２Ｏ５、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ３、ＮＯ、Ｎ２Ｏの中のいずれか１以上を含むことを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１４】
直鎖Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスをプラズマ化して、被処理体中のエッチング対象部を、その上を覆った開口部を有するマスクを介して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１５】
前記直鎖Ｃ５Ｆ８は、１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンチンであることを特徴とする請求項１４に記載のエッチング方法。
【請求項１６】
前記マスクは、フォトレジストマスクであることを特徴とする請求項１４または１５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１７】
前記エッチング対象部は、シリコン酸化物であることを特徴とする請求項１４から請求項１６のいずれか１項に記載のエッチング方法。
【請求項１８】
前記マスクはシリコン窒化物であり、前記エッチング対象部はシリコン酸化物であることを特徴とする請求項１４に記載のエッチング方法。
【請求項１９】
直鎖Ｃ５Ｆ８とＨ２を含むエッチングガスをプラズマ化して、被処理体中のシリコン窒化物を前記被処理体中のシリコン酸化物に対して選択的に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２０】
前記直鎖Ｃ５Ｆ８は、１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンチンであることを特徴とする請求項１９に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造工程でなされるプラズマエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被処理基板中のＳｉＯ２膜を、ホール状のフォトレジストパターンを介してプラズマエッチングするエッチングガスとしては、フルオロカーボンガス、中でもフォトレジストに対するＳｉＯ２膜の選択比（ＳｉＯ２膜のエッチングレート／フォトレジストのエッチングレート）を高くして、かつ、微細加工性を上げるため高次のＣ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、環状Ｃ５Ｆ８（オクタフルオロシクロペンテン；以下「ｃ−Ｃ５Ｆ８」と記す）等を主体とするガスが用いられていた。
【０００３】
しかし、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ｃ−Ｃ５Ｆ８等を主体とするガスでは、さらなる微細加工性を保ちながら、対フォトレジスト選択比を高くすることができない問題があった。
【０００４】
また、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、ｃ−Ｃ５Ｆ８等を主体とするガスを用いた場合には、エッチングレートを上げるためにその流量を増やすと、エッチングが進行するとともに、副生成物がエッチングホール内に堆積し、エッチングレートが小さくなり、ついにはエッチングが停止する、いわゆるエッチングストップを起こすことがあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、エッチング対象部のエッチングレートおよび対マスク選択比が高く、かつ、エッチングストップを抑えたエッチング方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための第１の発明は、直鎖Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスをプラズマ化して、被処理体中のエッチング対象部をエッチングすることを特徴とするエッチング方法である。
【０００７】
直鎖Ｃ５Ｆ８には、ＣＦ≡ＣＣ３Ｆ７（１，３，３，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−１−ペンチン）、ＣＦ３Ｃ≡ＣＣ２Ｆ５（１，１，１，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−２−ペンチン）、ＣＦ２＝Ｃ＝ＣＦＣ２Ｆ５（１，１，３，４，４，５，５，５−オクタフルオロ−１，２−ペンタジエン）、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ＝ＣＦＣＦ３（１，１，２，３，４，５，５，５−オクタフルオロ−１，３−ペンタジエン）、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２（１，１，２，３，３，４，５，５−オクタフルオロ−１，４−ペンタジエン）、ＣＦ３ＣＦ＝Ｃ＝ＣＦＣＦ３（１，１，１，２，４，５，５，５−オクタフルオロ−２，３−ペンタジエン）等があり、これらのいずれも使用することができるが、ＣＦ３Ｃ≡ＣＣ２Ｆ５（以下「２−Ｃ５Ｆ８」と記す）が比較的製造容易であり、使用に適している。エッチング対象部としてシリコン酸化物を採用すれば、高エッチングレートが得られる。
【０００８】
２−Ｃ５Ｆ８を用いた場合には、ｃ−Ｃ５Ｆ８を用いた場合と比べてエッチングレートおよび対レジストマスク選択比が高くなる。エッチングレートが高い理由は、プラズマ解離したとき構造的にｃ−Ｃ５Ｆ８より２−Ｃ５Ｆ８の方が、エッチング効率に優れるＣＦ３＋が多く生成されると考えられるからである。また、対レジストマスク選択比が高い理由は、プラズマ解離したとき構造的にｃ−Ｃ５Ｆ８より２−Ｃ５Ｆ８の方が、レジストを保護するのに有効なＣ同士の化学結合を含む分子を、Ｆ原子の放出なく多く生成すると考えられるからである。
【０００９】
２−Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスでシリコン酸化物をエッチングする場合、エッチングホールの側壁部の削れ量が少なく、底面部が比較的平坦となる。また、２−Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスを用いることで、シリコン酸化物を、シリコン窒化物に対して選択的にエッチングすることができる。２−Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスを用いた場合の両者のエッチングレートが大きく異なるからである。したがって、２−Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスで、シリコン窒化物を覆っているシリコン酸化物をエッチングする場合には、シリコン酸化物のエッチングが完了してシリコン窒化物が露出した後、さらにエッチング（オーバーエッチング）してもシリコン窒化物の残量が多くなる。
【００１０】
エッチングガスには、エッチング種の濃度制御やイオンエネルギー制御のため不活性ガスが含まれていてもよい。また、エッチングガスには、エッチングストップ緩和のためＯ２またはＯ３のいずれか１以上が含まれていてもよい。さらに、エッチングガスには、シリコン窒化物に対する選択比をさらに向上させるため、ＣＯまたはＣＯ２のいずれか１以上が含まれていてもよい。さらにまた、エッチングガスには、エッチング形状を制御容易にするためＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４のいずれか１以上や、Ｎ２、ＮＨ３のいずれか１以上が含まれていてもよい。さらにまた、エッチングガスには、エッチングレート向上のためＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８のいずれか１以上が含まれていてもよい。さらにまた、エッチングガスには、エッチングホールの底部平坦化のためＦ２、ＮＦ３、ＳＦ６、ＳｉＦ４のいずれか１以上や、Ｎ２Ｏ５、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ３、ＮＯ、Ｎ２Ｏのいずれか１以上や、ＣＯＦ２が含まれていてもよい。
【００１１】
第２の発明は、直鎖Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスをプラズマ化して、被処理体中のエッチング対象部を、その上を覆った開口部を有するマスクを介してエッチングすることを特徴とするエッチング方法である。
【００１２】
第２の発明においても、直鎖Ｃ５Ｆ８として上記種々のものを使用することができるが、２−Ｃ５Ｆ８が好適である。２−Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスでシリコン酸化物をエッチングする場合、マスクとしてフォトレジストマスクを使用したときは、対マスクエッチング選択比を高くすることができる。また、２−Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスでエッチングする場合、エッチング対象部はシリコン酸化物であることが好ましい。エッチングレートが高いからである。さらに、２−Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスでシリコン窒化物をエッチングするとエッチングレートが低いので、本発明は、シリコン窒化物をマスクとしたシリコン酸化物のエッチングにも適用することができる。
【００１３】
第３の発明は、直鎖Ｃ５Ｆ８とＨ２を含むエッチングガスをプラズマ化して、被処理体中のシリコン窒化物を前記被処理体中のシリコン酸化物に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法である。
【００１４】
エッチングガス中にＨ２が存在することにより、シリコン窒化物のエッチングレートが高くなり、シリコン酸化物のエッチングレートが低くなる。シリコン窒化物のエッチングレートが高くなる理由は、プラズマ中のＨ種が増加し、これとシリコン窒化物が反応しＮＨｘを含む生成物として離脱し排気されるからである。また、シリコン酸化物のエッチングレートが低くなる理由は、シリコン酸化物と反応するＦ種がＨ種と反応しＨＦを含む生成物となり排気されるからである。したがって、シリコン窒化物をシリコン酸化物に対して選択的にエッチングできる。第３の発明においても、直鎖Ｃ５Ｆ８として上記種々のものを使用することができるが、２−Ｃ５Ｆ８が好適である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明が実施されるプラズマエッチング装置１を示す断面図である。処理容器２は金属、例えば、表面が酸化処理されたアルミニウムにより形成されていて、保安接地されている。処理容器２内の底部には絶縁体３を介して、平行平板電極の下部電極として機能するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）６が接続されている。サセプタ５の上には静電チャック１１が設けられ、その上には半導体ウエハ等の被処理体Ｗが載置されている。静電チャック１１は、絶縁体間に電極１２が介在された構成をしており、電極１２に接続された直流電源１３を印加することにより、クーロン力で被処理体Ｗを静電吸着する。そして、被処理体Ｗを囲むようにフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はＳｉやＳｉＯ２等からなり、エッチングの均一性を向上させている。
【００１６】
また、サセプタ５の上方には、サセプタ５と対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁体２２を介して、処理容器２の上部に支持されていて、シャワーヘッド状の電極板２４と、この電極板２４を支持する支持体２５とから構成される。
【００１７】
支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、順に、ガス供給管２７、バルブ２８、マスフローコントローラ２９、エッチングガス供給源３０が接続されている。このエッチングガス供給源３０からは、直鎖Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスを供給する。直鎖Ｃ５Ｆ８としては、上述したように、ＣＦ≡ＣＣ３Ｆ７、２−Ｃ５Ｆ８、ＣＦ２＝Ｃ＝ＣＦＣ２Ｆ５、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ＝ＣＦＣＦ３、ＣＦ２＝ＣＦＣＦ２ＣＦ＝ＣＦ２、ＣＦ３ＣＦ＝Ｃ＝ＣＦＣＦ３等を用いることができるが、２−Ｃ５Ｆ８が好適である。エッチングガスとして、さらにエッチング種の濃度制御やイオンエネルギー制御のためＡｒ等の不活性ガスが含まれていてもよいし、エッチングストップ緩和のためＯ２またはＯ３のいずれか１以上が含まれていてもよい。例えば、エッチングガスとして２−Ｃ５Ｆ８とＡｒや、２−Ｃ５Ｆ８とＡｒとＯ２が用いられる。
【００１８】
エッチングガスとしては、さらに、シリコン窒化物に対する選択比をさらに向上させるため、ＣＯまたはＣＯ２のいずれか１以上が含まれていてもよいし、エッチング形状を制御容易にするためＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ４のいずれか１以上や、Ｎ２、ＮＨ３のいずれか１以上が含まれていてもよいし、エッチングレート向上のためＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８のいずれか１以上が含まれていてもよいし、エッチングホールの底部平坦化のためＦ２、ＮＦ３、ＳＦ６、ＳｉＦ４のいずれか１以上や、Ｎ２Ｏ５、ＮＯ２、Ｎ２Ｏ３、ＮＯ、Ｎ２Ｏのいずれか１以上や、ＣＯＦ２が含まれていてもよい。
【００１９】
一方、処理容器２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。また、処理容器２の側壁にはゲートバルブ３２があり、被処理体Ｗが、隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００２０】
上部電極２１には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２と、整合器４１を介して第１の高周波電源４０とがそれぞれ接続されている。下部電極であるサセプタ５には、整合器５１を介して第２の高周波電源５０が接続されている。
【００２１】
次に、上記のプラズマエッチング装置１を用いて、図２に示す、被処理体Ｗ中のＳｉＯ２層６１を所定パターンのフォトレジストマスク層６２を介してプラズマエッチングする工程について説明する。
【００２２】
ゲートバルブ３２を開放して、被処理体Ｗを処理容器２内に搬入し、静電チャック１１上に載置する。次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって処理容器２内を減圧した後、バルブ２８を開放し、エッチングガス供給源３０から上記エッチングガス、例えば２−Ｃ５Ｆ８とＯ２とＡｒとを供給し、処理容器２内の圧力を所定の値とする。
【００２３】
この状態で、上部電極２１と下部電極であるサセプタ５に高周波電源を印加し、エッチングガスをプラズマ化して被処理体Ｗ中のＳｉＯ２層６１をエッチングする。一方、上下電極に高周波電源を印加するタイミングの前後に、直流電源１３を静電チャック１１内の電極１２に印加して、被処理体Ｗを静電チャック１１上に静電吸着する。
【００２４】
エッチング中に、所定の発光強度を終点検出器（図示せず）によって検出し、これに基いてエッチングを終了する。
【００２５】
本実施形態では、このように直鎖Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガス、好ましくは２−Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスのプラズマを用いて、フォトレジストマスク層６２を介してＳｉＯ２層６１をエッチングすることにより、エッチングレートおよび対フォトレジスト選択比が高く、エッチングストップを抑えたプラズマエッチングが達成される。
【００２６】
なお、エッチング対象は、ＳｉＯ２層に限るものではなく、ＴＥＯＳ、ＢＰＳＧ、ＰＳＧ、ＳＯＧ、熱酸化膜、ＨＴＯ、ＦＳＧ、有機系酸化シリコン膜、ＣＯＲＡＬ（ノベラス社）等の酸化膜（酸素化合物）や低誘電体有機絶縁膜等のエッチングに適用可能である。また、エッチング装置の構成も図１のものに限るものではない。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、直鎖Ｃ５Ｆ８を含むエッチングガスをプラズマ化して被処理体中のエッチング対象部をプラズマエッチングすることで、エッチングレートおよび対マスク選択比が高く、かつ、エッチングストップを抑えたエッチングが可能である。
【００２８】
また、直鎖Ｃ５Ｆ８をにＨ２を添加したエッチングガスをプラズマ化して被処理体中のシリコン窒化物をプラズマエッチングする場合、シリコン酸化膜に対して選択的にエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用できるプラズマエッチング装置の概略断面図。
【図２】被処理体のエッチング対象部の断面模式図。
【符号の説明】
１：プラズマエッチング装置
５；サセプタ
２１；上部電極
３０；エッチングガス供給源
４０，５０；高周波電源
６１；ＳｉＯ２層
６２；フォトレジストマスク層
Ｗ：被処理体
【図１】
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【図２】
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