(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
デュアルダマシン構造形成の際に、ＳｉＯＣＨ系材料からなり、ビアホールに犠牲層を形成した比誘電率の低い層間絶縁膜をエッチングし、配線用のホール、トレンチを微細加工する層間絶縁膜のドライエッチング方法であって、
エッチングガスとして、ＮＦ３、Ｆ２Ｎ２、Ｆ４Ｎ２、ＳＦ６、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＳｉＦ４の中から選択されたフッ素生成ガスと、エッチング速度を制御する不活性ガスとを含み、酸素ガスを含まない混合ガスを用い、このエッチングガスの総流量に対してフッ素生成ガスの比率を１０％以下とし、このエッチングガスを１．７Ｐａ以下の作動圧力下で導入してエッチングを行うことを特徴とする層間絶縁膜のドライエッチング方法。
【請求項２】
前記犠牲層は、シロキサンベースの有機材料を含むことを特徴とする請求項１記載の層間絶縁膜のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、層間絶縁膜のドライエッチング方法に関し、特に、デュアルダマシン構造形成の際にＳＬＡＭなどの犠牲層を有する比誘電率の低い層間絶縁膜をドライエッチングする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩの高集積化及び高速化に伴い、半導体基板の配線の微細化と多層化が進むと共に、相互接続部の数も増加している。このことから、配線溝やホールなどを完全に埋込んだ後、ＣＭＰ処理を行って基板表面を平坦化する方法を繰り返すダマシンプロセスが開発されている。配線層と下層配線接続用のビアホールとを一括して形成したデュアルダマシン構造は次の工程を経て形成される。
【０００３】
即ち、Ｃｕ等の第１配線上にビア層間として用いられる第１絶縁膜（ＳｉＯ）を所定膜厚で形成した基板上に、Ｌｏｗ−ｋ材料から構成される第１層間絶縁膜と溝エッチングの際にエッチングストップ膜として機能するＳｉＮ膜とを順次積層する。次いで、このストップ膜上にＬｏｗ−ｋ材料から構成される第２層間絶縁膜を形成し、この第２層間絶縁膜上にレジストを塗布してフォトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し、異方性エッチングによってビアホールを形成する。次いで、一旦レジストを剥離、除去した後、再度、フォトリソグラフィ工程で所定のレジストパターンを形成した後、異方性エッチングにより配線用のトレンチを形成する。
【０００４】
ところで、フォトリソグラフィ工程において高精度なパターニングを行う場合、例えば波長の短いＫｒＦエキシマレーザを用いたＫｒＦリソグラフィが利用される。ＫｒＦリソグラフィでは基板反射率が高くなり、ハレーションが生じ易い。このため、近年のデュアルダマシンプロセスでは、フォトリソグラフィ工程時の基板反射を防止する目的で、エッチングによって層間絶縁膜に形成したビアホールの内部を含む全面に犠牲層としてＢＡＲＣ（反射防止膜）を形成している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
このＢＡＲＣを有する層間絶縁膜をトレンチエッチングすると、ビアホールの周囲に残渣（一般に、「フェンス」或いは「シェル」と呼ばれる）が生じる。このような問題を解決するために、ビアホールの内部を含む全面に、例えば顔料にシロキサンベースのポリマーを添加した合成物質（ＳＬＡＭ（Sacrificial Light Absorbing Material)）から構成される犠牲層を形成することが提案されている。
【０００６】
この犠牲層を有する層間絶縁膜をトレンチエッチングする場合、犠牲層を、比誘電率の低い層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）よりも掘り下げてエッチングする必要がある。この場合、エッチング速度の関係として犠牲層のエッチング速度が層間絶縁膜のエッチング速度以上となることが要求されるが（ＳＬＡＭ≧Ｌｏｗ−ｋ）、犠牲層と層間絶縁膜とは材質が類似しているため、エッチングガスとして、例えばフロロカーボンガスを用いてトレンチエッチングすると、膜密度の低い層間絶縁膜の方がエッチング速度が速くなる。このことから、例えばフロロカーボンガスに酸素を添加したエッチングガスを用いて犠牲層のエッチング速度を向上させることが考えられる。
【特許文献１】特開２００１−１７６９６３号公報（例えば、請求項１の記載。）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、フロロカーボンガスに酸素を添加したエッチングガスを使用すると、酸素そのものの高い反応性によって層間絶縁膜中のＣＨｘ基が引抜かれて層間絶縁膜がダメージを受けるという問題が生じる。
【０００８】
そこで、本発明は、上記点に鑑み、犠牲層を有する比誘電率の低い層間絶縁膜をドライエッチングする場合、犠牲層のエッチング速度が層間絶縁膜のエッチング速度以上になり、その上、層間絶縁膜がダメージを受けないようにした層間絶縁膜のドライエッチング方法を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の層間絶縁膜のドライエッチング方法は、デュアルダマシン構造形成の際に、ＳｉＯＣＨ系材料からなり、ビアホールに犠牲層を形成した比誘電率の低い層間絶縁膜をエッチングし、配線用のホール、トレンチを微細加工する層間絶縁膜のドライエッチング方法であって、エッチングガスとして、ＮＦ３、Ｆ２Ｎ２、Ｆ４Ｎ２、ＳＦ６、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＳｉＦ４の中から選択されたフッ素生成ガスと、エッチング速度を制御する不活性ガスとを含み、酸素ガスを含まない混合ガスを用い、このエッチングガスの総流量に対してフッ素生成ガスの比率を１０％以下とし、このエッチングガスを１．７Ｐａ以下の作動圧力下で導入してエッチングを行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、エッチングガスとして炭素結合のないフッ素生成ガスを用い、このエッチングガスを、１．７Ｐａ以下の圧力で導入してエッチングを行うことで、犠牲層のエッチング速度を殆ど低下させることなく層間絶縁膜のエッチング速度を選択的に低下させることが可能になり、犠牲層に対する層間絶縁膜の選択比は１以下にできる。この場合、高い反応性を有する酸素を用いないので、層間絶縁膜中のＣＨｘ基が引抜かれて層間絶縁膜がダメージを受けることはない。また、１．７Ｐａ以下でエッチングを行うため、サイドウォール方向に対する反応が抑制されることで多孔質構造を有する低誘電率層間絶縁膜であってもアンダーカット形状の発生がない。尚、圧力が１．７Ｐａより高いと、犠牲層に対する層間絶縁膜の選択比が１を超える。
【００１２】
また、前記フッ素生成ガスの混合比として、エッチングガスの総流量に対してフッ素生成ガスの比率を１０％以下とすればよい。この場合、フッ素生成ガスの比率が１０％を超えると、犠牲層のエッチング速度が層間絶縁膜のエッチング速度より遅くなると共に、フッ素供給量が多くなり、サイドウォールにおいて反応が起こってボーイング形状が生じる。
【００１４】
前記犠牲層は、シロキサンベースの有機材料を含む。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の層間絶縁膜のエッチング方法は、デュアルダマシン構造形成の際に、犠牲層を有する比誘電率の低い層間絶縁膜をドライエッチングする場合、層間絶縁膜がダメージを受けることがなく、犠牲層のエッチング速度が層間絶縁膜のエッチング速度以上になるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１を参照して、１は、本発明の犠牲層を有する比誘電率の低い層間絶縁膜をドライエッチングして配線用のホール、トレンチの微細加工を実行するエッチング装置を示す。このエッチング装置１は、低温、高密度プラズマによるエッチングが可能なものであり、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段１１ａを備えた真空チャンバ１１を有する。その上部には、誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部１２が、その下部には基板電極部１３が設けられている。プラズマ発生部１２を区画する壁（誘電体側壁）１４の外側には、三つの磁場コイル１５、１６、１７が設けられ、この磁場コイル１５，１６、１７によって、プラズマ発生部１２内に環状磁気中性線（図示せず）が形成される。中間の磁場コイル１６と誘電体側壁１４の外側との間にはプラズマ発生用高周波アンテナコイル１８が配置され、この高周波アンテナコイル１８は、第１高周波電源１９に接続され、三つの磁場コイル１５、１６、１７によって形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。
【００１７】
磁気中性線の作る面と対向させて基板電極部１３内には、処理基板Ｓが載置される基板電極２０が絶縁体２０ａを介して設けられている。この基板電極２０は、コンデンサー２１を介して第２高周波電源２２に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となる。また、プラズマ発生部１２の天板２３は、誘電体側壁１４の上部フランジに密封固着され、電位的に浮遊状態とし対向電極を形成する。この天板２３の内面には、真空チャンバ１１内にエッチングガスを導入するガス導入ノズル２４が設けられ、このガス導入ノズル２４が、ガス流量制御手段（図示せず）を介してガス源に接続されている。
【００１８】
上記エッチング装置を用いてエッチングによりトレンチを微細加工するデュアルダマシン構造を形成の際の比誘電率の低い層間絶縁膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）としては、スピンコートによって形成されたＨＳＱやＭＳＱのようなＳｉＯＣＨ系材料、或いはＣＶＤによって形成されるＳｉＯＣ系材料で比誘電率２．０〜３．０のＬｏｗーｋ材料であり、多孔質材料であってもよい。塗布系のＳｉＯＣＨ系材料としては、例えば、商品名NCS／触媒化成工業社製、商品名ＬＫＤ５１０９ｒ５／ＪＳＲ社製、商品名HSG−７０００／日立化成社製、商品名HOSP／Honeywell Electric Materials社製、商品名Nanoglass／Honeywell  Electric Materials社製、商品名OCD T−１２／東京応化社製、商品名OCD  T−３２／東京応化社製、商品名IPS２．４／触媒化成工業社製、商品名IPS２．２／触媒化成工業社製、商品名ALCAP−S５１００／旭化成社製、商品名ＩＳＭ／ＵＬＶＡＣ社製がある。
【００１９】
ＳｉＯＣ系材料としては、例えば、商品名Aurola２．７／日本ＡＳＭ社製、商品名Aurola２．４／日本ＡＳＭ社製、商品名Orion２．７／TRIKON社製、商品名Coral／Novellf社製、商品名Black Diamond／AMAT社製がある。また、商品名SiLK／Dow Chemical社製、商品名Porous-SiLK／Dow Chemical社製、商品名FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 Porous FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 GX‐3P／Honeywell Electric Materials社製などの有機系の低誘電率層間絶縁膜でもでもよい。
【００２０】
層間絶縁膜は次のように形成されたものである。即ち、図２を参照して、エッチングの際にエッチングストップ膜として機能するＳｉＮ（またはＳｉＣ）膜３１上に、上記層間絶縁膜３２を積層し、この低誘電率層間絶縁膜３２上にレジストを塗布してフォトリソグラフィ工程でレジストパターン３３を形成し（図２（ａ)参照）、異方性エッチングによってビアホール３４を形成し（図２（ｂ）参照）、一旦レジスト３３を剥離、除去する。そして、フォトリソグラフィ工程で配線用のレジストパターンを形成するとき基板反射を防止する目的で、塗布によってビアホール３４の内部を含む全面に犠牲層３５を形成し（図２（ｃ）参照）、この犠牲層３５上に、レジストを塗布してフォトリソグラフィ工程で配線用のレジストパターン３６を形成したものである（図２（ｄ）参照）。犠牲層３５としては、顔料にシロキサンベースのポリマーを添加した合成物質（ＳＬＡＭ）から構成されるものであり、例えば、商品名Ｄｕｏ２４８／Honeywell Electronic Materials社製、Ｄｕｏ１９３／Honeywell Electronic Materials社製がある。レジストとしては、公知のものが用いられる。そして、エッチングによって低誘電率層間絶縁膜３２にトレンチ３７が形成される。
【００２１】
ところで、犠牲層３５を有する層間絶縁膜３２をトレンチエッチングする際、犠牲層３５を層間絶縁膜３２よりも掘り下げてエッチングする必要があるため、エッチング速度の関係として犠牲層３５のエッチング速度が層間絶縁膜３２のエッチング速度以上になることが要求され、また、層間絶縁膜３２がダメージを受けないようにする必要がある。
【００２２】
そこで、本実施の形態では、エッチングガスとして、炭素結合のないフッ素生成ガスとエッチング速度制御ガスとの混合ガスを用い、このエッチングガスを１．７Ｐａ以下の作動圧力下で真空チャンバ１１内に導入してエッチングを行うようにした。この場合、フッ素生成ガスの混合比としては、エッチングガスの総流量に対してフッ素生成ガスの比率を１０％以下とする。これにより、犠牲層３５のエッチング速度を殆ど低下させることなく層間絶縁膜３２のエッチング速度を選択的に低下させることが可能になり、犠牲層３５に対する層間絶縁膜３２の選択比を１以下にできる（図２（ｅ）及び（ｆ）参照）。この場合、高い反応性を有する酸素を用いないので、層間絶縁膜３２中のＣＨｘ基が引抜かれて層間絶縁膜３２がダメージを受けることはない。フッ素生成ガスとしては、ＮＦ３、Ｆ２Ｎ２、Ｆ４Ｎ２、ＳＦ６、Ｆ２、ＸｅＦ２、ＳｉＦ４の中から選択される。また、エッチング速度制御ガスとしては、例えば、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅの不活性ガスである。上記エッチングにより層間絶縁膜３２へのトレンチエッチングが終了した後（図２（ｇ）参照）、ＳｉＮ膜３１がエッチングにより除去される（図２（ｈ）参照）。尚、図２（ｅ）は、Ｎ２にＮＦ３を添加した混合ガスでのトレンチエッチングを模式的に示し、図２（ｆ）は、ＣＦ４、Ａｒ及びＮ２の混合ガス（例えば、ＣＦ４：Ａｒ：Ｎ２＝１５０：１５０：１００ｓｃｃｍ）でのトレンチエッチングを模式的に示す。
【実施例１】
【００２３】
本実施例では、ＳｉＯＣＨ系材料として、比誘電率（ｋ）２．５のＭＳＱを用い、スピンコータを使用して処理基板Ｓに形成したＳｉＮのストップ層３１上に、６００ｎｍの膜厚で層間絶縁膜３２を形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストパターン３３を形成してビアホール３４をエッチングした。次いで、ビアホール３４の内部を含む全面に、スピンコータにより犠牲層３５を形成した後、この犠牲層３５上にスピンコータによりレジストを塗布してフォトリソグラフィ工程で配線用のレジストパターン３６を形成した。この場合、各レジストしては、例えばＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。また、犠牲層としてはＤｕｏ２４８を用い、犠牲層３５の厚さを２００ｎｍとした。
【００２４】
次に、図１に示すエッチング装置１を用いてトレンチエッチングを行った。エッチングガスとしては、Ｎ２とＮＦ３との混合ガスを用いた。Ｎ２とＮＦ３との混合比は、混合ガスの総流量に対してＮＦ３の比率を１０％とした。この場合、エッチングガスを２００ｓｃｃｍ、プラズマ発生用高周波アンテナコイル１８に接続した高周波電源１９の出力を２ＫＷ、基板電極２０に接続した高周波電源２２の出力を１００Ｗ、基板温度２５℃、真空チャンバ１１の圧力を０．７Ｐａに設定して層間絶縁膜をエッチングした。比較例として、ＮＦ３に代えて、混合ガスの総流量に対して１０％の比率でフロロカーボン（ＣＦ４及びＣ３Ｆ４）を添加してエッチングを行った。
【００２５】
図３に示すように、フロロカーボンを添加したエッチングガスでは、犠牲層３５のエッチング速度が、層間絶縁膜３２のエッチング速度より小さくなった。それに対して、ＮＦ３を添加したエッチングガスでは、犠牲層３５のエッチング速度が、層間絶縁膜３２のエッチング速度より大きくなり、犠牲層３５に対する層間絶縁膜３２の選択比が１より小さくなった。また、図４には、上記エッチング条件で、真空チャンバ１１の圧力を変化させたときの層間絶縁膜３２のエッチングレート（線Ａ）、犠牲層３５のエッチングレート（線Ｂ）及び犠牲層３５に対する層間絶縁膜の選択比（線Ｃ）を示す。この場合、真空チャンバの圧力が約１．７Ｐａ（１３ｍＴｏｒｒ）より高くなると、犠牲層３５に対する層間絶縁膜の選択比が１より大きくなった。
【実施例２】
【００２６】
本実施例では、ＳｉＯＣＨ系材料として、比誘電率（ｋ）２．５のＭＳＱを用い、スピンコータを使用して処理基板Ｓに形成したＳｉＮのストップ層３１上に、６００ｎｍの膜厚で層間絶縁膜３２を形成した。そして、この層間絶縁膜３２上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工程でレジストパターン３３を形成してビアホール３４をエッチングした。次いで、ビアホール３４の内部を含む全面に、スピンコータにより犠牲層３５を形成した後、この犠牲層３５上にスピンコータによりレジストを塗布してフォトリソグラフィ工程で配線用のレジストパターン３６を形成した。この場合、各レジストしては、例えばＵＶ−IIを使用し、レジスト層の厚さを５００ｎｍとした。また、犠牲層としてはＤｕｏ２４８を用い、犠牲層３５の厚さを２００ｎｍとした。
【００２７】
次に、図１に示すエッチング装置１を用いてトレンチエッチングを行った。この場合、エッチングガスとしては、Ｎ２とＮＦ３との混合ガスを用い、ＮＦ３の比率を、混合ガスの総流量に対して０から１００％の範囲で変化させた。図４は、ＮＦ３の比率を変化させたときの層間絶縁膜３２及び犠牲層３５のエッチングレート（線Ｄ及び線Ｅ）と、犠牲層３５に対する層間絶縁膜３２の選択比（線Ｆ）が示されている。これによれば、フッ素生成ガスの比率が１０％を超えると、犠牲層３５のエッチング速度が層間絶縁膜３２のエッチング速度より遅くなることが判る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の比誘電率の低い層間絶縁膜のエッチング方法を実施するエッチング装置を概略的に示す図。
【図２】デュアルダマシン構造形成の際に層間絶縁膜のエッチングを説明する図。
【図３】エッチングガスを変えて層間絶縁膜をエッチングをした場合のエッチングレート及び選択比を示すグラフ。
【図４】真空チャンバ内の圧力を変化させたときのエッチングレート及び選択比を示すグラフ。
【図５】フッ素生成ガスの比率を変化させたときの、層間絶縁膜及び犠牲層のエッチングレートと、選択比とを示すグラフ。
【符号の説明】
【００２９】
１  エッチング装置
３１  ストップ層
３２  低誘電率層間絶縁膜
３４  ビアホール
３５  犠牲層
【図１】
0004681217.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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