(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理室内に処理ガスを導入し，前記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＯ２層に対するエッチング方法において，
前記処理ガスは少なくともＣ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２とを含み，前記処理ガスの前記Ｃ５Ｆ８と前記ＣＨ２Ｆ2の流量比は実質的に，
１／４≦（Ｃ５Ｆ８の流量／ＣＨ２Ｆ２の流量）≦１／２
であることを特徴とする，エッチング方法。
【請求項２】
前記処理ガスは，Ｏ２をさらに含むことを特徴とする，請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記処理ガスの前記Ｃ５Ｆ８の流量と，前記ＣＨ２Ｆ２の流量と，前記Ｏ２の流量との関係は実質的に，
（（Ｃ５Ｆ８の流量＋ＣＨ２Ｆ２の流量）／Ｏ２の流量）＝１．５／１
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】
前記処理ガスの前記Ｃ５Ｆ８の流量と，前記ＣＨ２Ｆ２の流量と，前記Ｏ２の流量との関係は実質的に，
０．５／１≦（（Ｃ５Ｆ８の流量＋ＣＨ２Ｆ２の流量）／Ｏ２の流量）≦３／１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５】
前記処理ガスは，Ａｒをさらに含むことを特徴とする，請求項１，２，３または４のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項６】
（前記ＳｉＯ２層の平均エッチング速度／フォトレジストのエッチング速度）≧１０の条件でエッチングを行うことを特徴とする，請求項１，２，３，４または５のいずれか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，エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンタクトホール等の溝を形成するドライエッチングプロセスにおいては，プラズマ放電等によりフッ素を含む反応活性種を生成させるため，エッチングガスとしてフッ素原子を多く含有するガス，例えば，ＣＨＦ３，ＣＨ２Ｆ２，ＣＦ４，Ｃ４Ｆ８等が用いられている。そしてこれらフッ素含有ガスに，主にガス流量比制御のために用いられるＡｒや，主にぬけ性の向上，すなわち，深さ方向のエッチングを促進するために用いられるＯ２を混合させた処理ガスを用いてエッチング処理が行われている。従来の処理ガスの組み合わせの代表的なものには，ＣＨＦ３＋Ａｒ＋Ｏ２，ＣＨ２Ｆ２＋ＣＦ４＋Ａｒ，Ｃ４Ｆ８＋ＣＨ２Ｆ２＋Ａｒ＋Ｏ２等が挙げられる。
【０００３】
エッチング処理に用いられる上記フッ素含有ガスのうち，ＣＨ２Ｆ２はもっとも頻繁に用いられるガスの一つである。これはＣＨ２Ｆ２の対レジスト選択比が高いことに起因するものである。なお本明細書中，対レジスト選択比とは，（エッチング対象膜の平均エッチング速度）／（フォトレジストのエッチング速度）で表される値をいう。対レジスト選択比が低い処理ガスを用いると，溝の開口部が広がるため好ましくない。
【０００４】
しかしながら，処理ガスにおけるＣＨ２Ｆ２の流量比を高くすればその分対レジスト選択比も向上するが，その反面，形成される溝の形状異常を生じてしまうという問題があった。これは，プラズマ処理中にＣＨ２Ｆ２が解離してＨやＨＦが生成され，これらＨやＨＦによりホール近辺で等方性エッチングが行われてしまうためであると考えられている。そこで，従来は，上述のように，ＣＨ２Ｆ２にＣ４Ｆ８，Ａｒ，Ｏ２を混合させた処理ガスを用いることでＣＨ２Ｆ２の流量比を調整していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，ＣＨ２Ｆ２の流量比を制御するためにＣ４Ｆ８を用いた場合には，以下の問題点があった。まず第一に，形成される溝の形状はある程度改善されるものの，依然としてボーイング，縦筋，うねりといった形状異常が生じ，形状異常の改善が十分ではないという問題点があった。また第二に，溝の形状の改善という利点以上に，対レジスト選択比の低下という欠点が大きいという問題点があった。実際には，対レジスト選択比が３．０〜４．０程度と低くなってしまい，溝の開口部が広がるという問題点があった。
【０００６】
本発明は，従来のエッチング方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の第１の目的は，対レジスト選択比を向上させることの可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することである。
さらに本発明の第２の目的は，エッチング形状を改善することの可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，請求項１によれば，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＯ２層に対するエッチング方法において，処理ガスは少なくともＣ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２とを含み，処理ガスのＣ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ2の流量比は実質的に，１／４≦（Ｃ５Ｆ８の流量／ＣＨ２Ｆ２の流量）≦１／２であることを特徴とするエッチング方法が提供される。
【０００８】
かかるエッチング方法によれば，Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２とを含む処理ガスを用いているので，対レジスト選択比を向上させることが可能である。さらに，Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２の流量比が実質的に１／４以上であると，形成される溝の縦筋やうねりによる形状異常をなくすことができ，Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２の流量比が実質的に１／２以下であると，形成される溝のボーイングによる形状異常をなくすことが可能である。
【０００９】
また，請求項２に記載のように，処理ガスにＯ２を含むようにすれば，ぬけ性の向上，すなわち，深さ方向のエッチングの促進を図ることが可能である。
【００１０】
なお，この場合，請求項３に記載のように，処理ガスのＣ５Ｆ８の流量と，ＣＨ２Ｆ２の流量と，Ｏ２の流量との関係は実質的に，（（Ｃ５Ｆ８の流量＋ＣＨ２Ｆ２の流量）／Ｏ２の流量）＝１．５／１であることが最も望ましく，許容範囲は，請求項４に記載のように，０．５／１≦（（Ｃ５Ｆ８の流量＋ＣＨ２Ｆ２の流量）／Ｏ２の流量）≦３／１である。Ｏ２の流量に対する（Ｃ５Ｆ８の流量＋ＣＨ２Ｆ２の流量）の比率は，大きいほど抜け性が低下し，小さいほど向上するが，小さくなるとボーイングが生じる。
【００１１】
また，請求項５に記載のように，処理ガスにＡｒを含むようにすれば，エッチング条件を容易に制御できるため，溝の形状制御を容易に行うことができる。
【００１２】
また，請求項６に記載のように，（ＳｉＯ２層の平均エッチング速度／フォトレジストのエッチング速度）≧１０の条件，すなわち，対レジスト選択比が１０以上となる条件範囲に限定してエッチングを行うこともできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるエッチング方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
（１）エッチング装置の構成
まず，図１を参照しながら，本実施の形態のエッチング方法が適用されるエッチング装置１００について説明する。
同図に示すエッチング装置１００の処理容器１０２内には，処理室１０４が形成されており，この処理室１０４内には，上下動自在なサセプタを構成する下部電極１０６が配置されている。下部電極１０６の上部には，高圧直流電源１０８に接続された静電チャック１１０が設けられており，この静電チャック１１０の上面に被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）Ｗが載置される。さらに，下部電極１０６上に載置されたウェハＷの周囲には，絶縁性のフォーカスリング１１２が配置されている。また，下部電極１０６には，整合器１１８を介して高周波電源１２０が接続されている。
【００１５】
また，下部電極１０６の載置面と対向する処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａを備えた上部電極１２２が配置されている。上部電極１２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が設けられている。また，上部電極１２２には，整合器１１９を介してプラズマ生成高周波電力を出力する高周波電源１２１が接続されている。また，ガス吐出孔１２２ａには，ガス供給管１２４が接続され，さらにそのガス供給管１２４には，図示の例では第１〜第４分岐管１２６，１２８，１３０，１３１が接続されている。
【００１６】
第１分岐管１２６には，開閉バルブ１３２と流量調整バルブ１３４を介して，Ｃ５Ｆ８を供給するガス供給源１３６が接続されている。また，第２分岐管１２８には，開閉バルブ１３８と流量調整バルブ１４０を介して，ＣＨ２Ｆ２を供給するガス供給源１４２が接続されている。さらに，第３分岐管１３０には，開閉バルブ１４４と流量調整バルブ１４６を介して，Ａｒを供給するガス供給源１４８が接続されている。さらに，第４分岐管１３１には，開閉バルブ１５２と流量調整バルブ１５４を介して，Ｏ２を供給するガス供給源１５６が接続されている。処理ガスに添加される不活性ガスは，上記Ａｒに限定されず，処理室１０４内に励起されるプラズマを調整することができるガスであればいかなる不活性ガス，例えばＨｅ，Ｋｒなどでも採用することができる。
【００１７】
また，処理容器１０２の下方には，不図示の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されており，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を所定の減圧雰囲気に維持することができる。
【００１８】
（２）ウェハの構成
次に，本実施の形態にかかるエッチング方法によりエッチング処理を施すウェハＷの構成について説明する。
【００１９】
本実施の形態で使用するウェハＷは，Ｓｉ（シリコン）基板上に，エッチング対象である絶縁膜を構成するシリコン系酸化膜，例えばＳｉＯ２膜が形成されている。なお，ＳｉＯ２膜に代えて，ＢＰＳＧ（ボロンとリンのシリケートグラス）や，ＰＳＧ（リンのシリケートグラス）や，ＴＥＯＳ（テトラエトキシオルトシラン）や，Ｔｈ−ＯＸ（サーマルオキサイド）や，ＳＯＧ（スピオングラス）などから成る絶縁膜を採用しても良い。
【００２０】
また，ＳｉＯ２膜上には，所定のパターンを有するエッチングマスクが形成されている。このエッチングマスクには，例えば，フォトレジスト膜層から成るマスクを採用することができる。
【００２１】
次に，上述したエッチング装置１００を用いて，本実施の形態にかかるエッチング方法によりウェハＷにコンタクトホールを形成する場合のエッチング工程について説明する。
まず，予め所定温度に調整された下部電極１０６上にウェハＷを載置し，該ウェハＷの温度を処理に応じて−２０℃〜５０℃程度に維持する。例えば，コンタクトホールの底部を−２０℃程度，開口部を３０℃程度，側壁部を５０℃程度に維持する。また，処理室１０４内の圧力雰囲気を処理に応じた所定の圧力，例えば１０ｍＴｏｒｒ程度になるように，処理室１０４内を真空引きする。
【００２２】
次いで，本実施の形態にかかる処理ガス，すなわちＣ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２とＡｒとＯ２とを混合した処理ガスを，ガス供給管１２４に介挿された流量調整バルブ１３４，１４０，１４６，１５４により上記各ガスの流量を調整しながら処理室１０４内に導入する。この際，処理ガスのＣ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ2の流量比は，実質的に１／４以上１／２以下になるように，さらに好ましくは実質的に１／２になるようにガス流量を調整する。また，処理ガスのＣ５Ｆ８の流量と，ＣＨ２Ｆ２の流量と，Ｏ２の流量との関係は実質的に，０．５／１≦（（Ｃ５Ｆ８の流量＋ＣＨ２Ｆ２の流量）／Ｏ２の流量）≦３／１になるように，さらに好ましくは，実質的に，（（Ｃ５Ｆ８の流量＋ＣＨ２Ｆ２の流量）／Ｏ２の流量）＝１．５／１になるようにガス流量を調整する。例えば，Ｃ５Ｆ８を１０ｓｃｃｍ程度，ＣＨ２Ｆ２を２０ｓｃｃｍ程度，Ａｒを１５０ｓｃｃｍ程度，Ｏ２を２０ｓｃｃｍ程度に調整する。
【００２３】
次いで，下部電極１０６に対して，例えば周波数が２ＭＨｚで，電力が１９００Ｗ程度の高周波電力を印加する。また，上部電極１２２に対して，例えば周波数が６０ＭＨｚ程度で，電力が１５００Ｗ程度の高周波電力を印加する。これにより，処理室１０２内に高密度プラズマが生成され，かかるプラズマによってウェハＷの層間絶縁膜に，所定形状のコンタクトホールが形成される。
【００２４】
本実施の形態は，以上のように構成されており，Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２とを含む処理ガスを用いているので，対レジスト選択比を向上させることが可能である。
【００２５】
さらに，処理ガスのＣ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２の流量比が実質的に１／４以上であると，形成されるコンタクトホールの縦筋やうねりによる形状異常をなくすことができ，Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２の流量比が実質的に１／２以下であると，形成されるコンタクトホールのボーイングによる形状異常をなくすことが可能である。
【００２６】
さらに，処理ガスにＯ２を含むようにしたので，ぬけ性の向上を図ることができる。さらにまた，処理ガスにＡｒを含むようにしたので，エッチング条件を容易に制御でき，コンタクトホールの形状制御を容易に行うことができる。
【００２７】
【実施例】
次に，図２〜図３を参照しながら本発明にかかるエッチング方法の実施例について説明する。なお，本実施例は，上記実施の形態で説明したエッチング装置１００を用いて，ウェハＷの層間絶縁膜にコンタクトホールを形成したものであるので，上記エッチング装置１００及びウェハＷと略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また，エッチングプロセス条件は，以下で特に示さない限り，上述した実施の形態と略同一に設定されている。
【００２８】
図２を参照しながら，処理ガスを構成するＣ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２の流量比を変化させた場合の実施例について説明する。
本実施例（ａ）〜実施例（ｄ）は，Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２の流量比を，（ａ）１：５，（ｂ）１：４，（ｃ）１：２，（ｄ）１：１，に調整してエッチング処理を行い，上述したウェハＷの層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した。本実施例の結果は，図２及び次の表１に示した通りである。
【００２９】
【表１】
0004550981.tif 000002
【００３０】
（ａ）Ｃ５Ｆ８：ＣＨ２Ｆ２＝１：５では，うねりＸ及び縦筋Ｙが生じており，好ましい形状とは言えない。
【００３１】
（ｂ）Ｃ５Ｆ８：ＣＨ２Ｆ２＝１：４では，縦筋Ｙが若干生じているがあまり問題ない。また，対レジスト比も高く，良好である。
【００３２】
（ｃ）Ｃ５Ｆ８：ＣＨ２Ｆ８＝１：２では，ボーイング，縦筋，うねり等の形状異常が生じず好ましい形状である。なお，同条件においては，図３に示したように，（ｃ１）ウェハＷの中央部（センター），（ｃ２）ウェハＷの中央部と端部の中間部（ミドル），（ｃ３）ウェハＷの端部（エッジ）のいずれの箇所においても良好な形状のコンタクトホールが形成されている。
【００３３】
（ｄ）Ｃ５Ｆ８：ＣＨ２Ｆ８＝１：１では，開口部が広がってボーイングＺが生じている。ボーイングＺは，配線の微細化が進む半導体素子においては悪影響が大きいため形成されない方が好ましい。さらに，対レジスト選択比も低くなってしまうため，この流量比は好ましいとは言えない。
【００３４】
従って，本実施例における流量比の例の中では，Ｃ５Ｆ８：ＣＨ２Ｆ２＝１：４〜１：２（Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２の流量比＝１／４〜１／２）が好ましく，この流量比の範囲において，対レジスト選択比が１０以上と大きく，同時にテーパー角が８８度以上と直角に近い，所望形状のコンタクトホールが形成される。なお，Ｃ５Ｆ８：ＣＨ２Ｆ２＝１：２（Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２の流量比＝１／２）の場合が最も好ましいと言える。
【００３５】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかるエッチング方法の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３６】
例えば，上記実施の形態において，Ｃ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２とＡｒとＯ２とを混合した処理ガスを採用した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。例えば，ＡｒやＯ２を処理ガスに採用しない場合や，Ａｒの代わりに他の不活性ガスを添付した場合であっても，本発明を実施することができる。すなわち，処理ガス中に少なくともＣ５Ｆ８とＣＨ２Ｆ２が含まれていれば，本発明を実施することが可能である。
【００３７】
また，上記実施の形態および実施例において，平行平板型エッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。処理室内に磁界を形成するエッチング装置や，静電シールドを設けた誘導結合型のエッチング装置，あるいは，マイクロ波型エッチング装置などの各種プラズマエッチング装置等にも，本発明を適用することができる。
【００３８】
さらに，上記実施の形態において，ウェハに形成された層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，被処理体に形成された層間絶縁膜にいかなるエッチング処理を施す場合にも適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，対レジスト選択比を向上させることができると同時に，エッチング形状の異常をなくすことが可能となる。
【００４０】
また特に請求項２に記載の発明によれば，ぬけ性の向上，すなわち，深さ方向のエッチングの促進を図ることができる。
【００４１】
また請求項５に記載の発明によれば，エッチング条件を容易に制御できるため，溝の形状制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明の実施例を説明するための概略的な説明図である。
【図３】本発明の実施例を説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
１００  エッチング装置
１０２  処理容器
１０４  処理室
１０６  下部電極
１０８  高圧電流電源
１１０  静電チャック
１１２  フォーカスリング
１１８  整合器
１１９  整合器
１２０  高周波電源
１２１  高周波電源
１２２  上部電極
１２２ａ  ガス供給孔
１２３  絶縁体
１２４  ガス供給管
１２６，１２８，１３０，１３１  分岐管（第１分岐管，第２分岐管，第３分岐管，第４分岐管）
１３２，１３８，１４４，１５２  開閉バルブ
１３４，１４０，１４６，１５４  流量調整バルブ
１２６，１４２，１４８，１５６  ガス供給源
１５０  排気管
Ｗ  ウェハ
【図１】
0004550981.tif 000003
【図２】
0004550981.tif 000004
【図３】
0004550981.tif 000005