(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを導入しマイクロ波や高周波によって放電プラズマを形成すると共に、基板電極に高周波電力を印加して基板電極に負の自己バイアスを発生するように構成したエッチング装置を用いて基板電極上に載置された基板を加工するエッチング法において、
エッチングガスとして、地球温暖化係数の低いガスであるHFE-1216(CF3OCF=CF2；GWP<100) とHFC-152ａ(Ｃ2Ｈ4Ｆ2；GWP=140)との混合ガスを使用し、エッチングガスに対するHFC-152ａの添加率を約30〜40％の範囲にしてエッチングすることを特徴とするシリコン酸化膜のエッチング法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン等の半導体基板上に形成された酸化膜のドライエッチングプロセスに関すろものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術におけるこの種のドライエッチングプロセスで使用されてきた主エッチャントガスは一般的に地球温暖化係数の非常に大きなＰＦＣガスであり、対レジスト高選択性エッチングと高アスぺクト比エッチングを得るためにHFC ガスが添加ガスとして用いられてきた。EIAJは通産省に対し「電子産業におけるHFC等の排出抑制対策にかかわる自主行動計画」を1998年4 月に提出した。その中の対策としてGWP の小さなガスの使用促進を挙げている。従来から使用されているHFCガスとしては例えばHFC-23(CHF3)、HFC-32(CH2F2)、HFC-134ａ(CH2FCF3)、HFC-125(C2HF5)が挙げられている。GWPの最も小さいHFC-32(CH2F2)でGWI)=650 である（IPCC報告書1994、1995年参照）。従って、地球温暖化問題を考慮して温暖化係数の小さいPFC 代替ガスを選択的に使用することが今後要求されることになる。
【０００３】
低圧力雰囲気中 (１〜10mTorr)におけるSi02の微細パターンエッチングにおいてはラジカルに対するイオンの比率が高圧カプロセスと比べ大きくなる。そのため、イオン性の強いエッチングとなり、レジストに対する酸化膜の選択性を高く維持してエッチングすることが困難になる。プラズマ耐性の低いZEP 等のレジスト材を用いたエッチングプロセスのように、高い選択性を必要とされるプロセスに対応するためには特に重要となる。
【０００４】
しかしながら、微細パターンの高アスぺクト比エッチングと対レジスト高選択性エッチングとは両立しない即ち一方がよくなると他方が悪くなると言う関係にあり、高アスペクト比エッチングの向上と共にマスクレジストのエッチング速度も速くなり、特にホールエッチングにおけるプロセスでは、大きな問題となる。これは、高アスベクト比エッチングのときの特性がイオン性主体のプロセスであることに起因し、ラジカル種が少ないことによる堆積性分子欠乏の結果、マスクレジストの後退、つまりマスクのエッチング速度の増加につながると説明できる。このとき、レジスト表面ではフッ素による反応がイオン照射によって増速され、結果的にレジスト自身もエッチング速度が上昇する反応性エッチングとなっていると考えられる。
【０００５】
ところで、堆積性のガスを添加することによりレジス卜に対して高い選択性を持つエッチングは可能である が、この場合、特に微細パターンにおける加工精度や制御性に乏しく、例えばCDロス（Critical  Dimension  Loss）の発生やエッチストップが発生する。
【０００６】
また、レジスト表面に比較的厚い堆積膜層を形成することによって耐性を向上させることもできるが、この場合には、チャンバー側壁への堆積も同時に発生するためプロセス再現性が悪く有用性に乏しくなる。
【０００７】
低圧力中での従来技術では低電子温度化、高密度化が必要条件であるが、従来使用されてきたガス系例えばC4F8/Ar系で得られるプラズマ条件との関係を見ると、ガス種を変えることによって圧力領域及びTe,Ne 等が従来最適であったプラズマ条件からシフトする。これは、直鎖状ガス系に比べ、C4F8やC5F8等のリング状分子系では解離のため比較的高いエネルギーが必要となるからである。しかし、電子温度が高いプラズマのもとで直鎖状ガス系を用いると、ガスの過分解が起こり易く、フッ素が多量に生成される傾向があり、これが選択比の低下をもたらす。或いは分解の度合いによっては逆に堆積膜を形成し易く、ＣＤロスやRIE-lag 発生等につながる。現在検討されているPFC 代替ガスのほとんどはリング状のような構造を持たない物質が多い。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明においては、上記のように従来プロヤスの持つ問題点を解決して、地球の温暖化に繋がるようなガスの排出を抑止することができ、またレジストに対する選択性を高く維持してエッチングすることができ、加えてプロセス再現性においても有用な特徴を持つシリコン酸化膜のエッチング法を提供することを目的としている。
【０００９】
本発明は、チャンバー内にSiプレートを設置し効率的にフッ素原子を除去することで対レジスト高選択性エッチングを向上させたり、滞在時間の短縮化を図って有効なラジカル種の生成を主たる効果としたものではなく、電子温度の制御と使用ガス種選択による分解最適化を行うことにあり、つまり、単にフィードガスの大分子化による対レジスト高選択性エッチングの向上ではなく、堆積膜種最適化による対レジスト高選択性エッチングの向上を図ることにある。例えばC5F8、TMS(トリメチルシラン）のような大きな分子を導入しただけではレジスト上への堆積は果たせるもののチャンバー側壁にも膜付着が起こり、結果的に再現性の問題が残ってしまう。レジスト上には堆積膜が形成され、酸化膜に対してはエッチャントとして働き、尚かつ、チャンバー側壁に膜付着を起こさないガスが理想的なエッチングガスである。
【００１０】
そこで、本発明において最も重要なガス種としてHFC-152aが使用され、このガスはGWP=140であり、この値は一般に使用されているHFC 或いはHFE ガス中で最も低い。従って、従来のエッチャントガスとHFC-152aとの混合プロセスのみならずHFE-1216とHFC-152aの混合ガス系におけるSiO2エッチングプロセスにより従来技術におけるHFC 排出問題を解決することができるようになる。
【００１１】
ところで、HFC-152ａを用いた本発明の方法では、対レジスト高選択性エッチングを向上させるために、単にCHｘFｙ堆積膜をHFC-152aから得るのではなく、放電プラズマの形成時に基板堆積膜種が−Ｃ−Ｃ−結合の多い分解種となるようにプラズマの電子温度を低く制御することによつて必要な堆積膜を得るようにしている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、ガスを導入しマイクロ波や高周波によって放電プラズマを形成すると共に、基板電極に高周波電力を印加して基板電極に負の自己バイアスを発生するように構成したエッチング装置を用いて基板電極上に載置された基板を加工するエッチング法において、
エッチングガスとして、地球温暖化係数の低いガスであるHFE-1216(CF3OCF=CF2；GWP<100) とHFC-152ａ(Ｃ2Ｈ4Ｆ2；GWP=140)との混合ガスを使用し、エッチングガスに対するHFC-152ａの添加率を約30〜40％の範囲にしてエッチングすることを特徴としている。
【００１６】
上述のように、本発明では、低圧プロセスにおける対レジスト高選択性エッチングの向上を主な目的とし、先ず高密度、低電子温度におけるブロセスガス種の選択に着目した。従来エッチング用ガスとして用いられているガスは上記のような問題と共に地球温暖化ガスが一般であるが、本発明では、低電子温度下での有用エッチャント生成の観点からエッチングガスを選択すると、PFC代替ガスが重要な意味を持ち、PFC 代替ガスを用いたプロセスである点に特徴がある。
また同様な理由で、HFCガスをエッチングガスとして用いることも可能であり、中でもHFC-152aはプラズマ分解によりレジスト上に堆積しやすく壁面に堆積し難い活性種を生成し易く有用なエッチングガスであり、HFCガス系のなかでは最も地球温暖化係数の低いガスでもある。
従って、従来用いられてきたC4F8やC5F8等の地球温暖化係数の高いPFCガスの代替として地球温暖化係数の低いHFC-152aを主体とした混合ガスをSiO2エッチングに使用することが可能となる。
【００１７】
次に、レジストに対するエッチング反応抑制につながるための表面堆積膜質を制御することについて説明する。
一般に、対レジスト高選択性エッチングを維持しつつ高アスぺクト比エッチングを実施し得る条件での基板反応表面は、XPS 測定の結果−Ｃ−Ｃ一結合の多い膜であることが知られている。従ってプロセスプラスマ生成段階で基板堆積膜種を−Ｃ−Ｃ−結合の多い分解種に制御することによって、レジスト上に反応を大きく抑制する物質を形成することができる。この効果を得るためにプロセス安定性に影響することなく、つまりチャンバー側壁の過剰堆積につながらないように、分解による堆積性分子の生成の最適化を図る意味で、小分子ガスで且つ含有フッ素率の低いガスに着目し、HFC152ａを添加ガス として使用した。
HFC-152aは小さい分子でありながらメチル基を持ち且つ含有フッ素率が低いので、基板表面に形成する堆積膜はそれを反映してＦ/ Ｃ比の低い膜を形成し得る。この特徴を利用して効率的に基板表面(レジスト表面) に炭素膜を形成し、酸化膜のエッチングを行うとレジストに対し高い選択性が得られる。
【００１８】
なお、HFC-152aを用いた場合よりも低いが、同様な効果はメタン（CH4)を用いても得られる。メタンの場合はＦを含まないので単独でエッチングガスとしての働きはないが、分解してCH3 ラジカルを発生するのでレジスト上に膜を形成し易く、対レジス卜選択比を向上させる働きをする。しかし、その場合エッチャントを供給しないのでエッチ速度の向上は期待できない。
【００１９】
【発明の実施の形態】
まずガスを導入しマイクロ波や高周波によって放電プラズマを形成すると共に、基板電極に高周波電力を印加して基板電極に負の自己バイアスを発生するように構成したエッチング装置を用意し、基板としてSiO2基板を用意した。
任意のエッチャントガスを1 種類選択し、ガス流量、圧力、等をパラメターとして、ホール形状が垂直に加工できる条件を選択した。
次に、その条件のもとで単純にHFC-152ａを添加した。添加量に応じて、ほぽ線形的にマスクレジストのエッチング速度は低下するが、SiO2エッチング速度はそれに比べ大きく低下しなかった。HFC-152aをさらに添加し続けると、やかてマスタレジストのエッチングが殆ど進行しなくなり、SiO2エッチング速度の対レジス卜選択比はほぼ無限大となった。
例えば、選択した親ガスが直鎖状のCxHyFzガス系を含むガスである場合には、HFC-152aの添加率は約30〜40％の範囲が好ましく、またC4F8やC5F8等の構造を持つような親ガス系を選択した場合には、HFC-152aの添加率は数％で、高アスペクト比エッチングを維持しながら対レジス卜高選択性エッチングプロセスを容易に実施することができた。
【００２０】
図１にHFC-152aを横軸にして得たエッチ速度と対レジスト選択比を示す。HFC-152aの添加率が約30〜40％の範囲で対レジスト選択比が急激に上昇していることがわかる。40％を越えると、酸化膜に対するエッチ速度も減少し、酸化膜上にも膜が堆積する。
【００２１】
図２は、本発明に従ってHFC-152aの添加率を約３O ％にして得た微細パターンのエッチ形状を示し、選択比がほぼ４．５と従来のガスを用いたときよりも高い選択比が得られているにも拘わらずほぼ垂直に加工できていることが認められる。図３には比較例として従来用いられてきたガス系でエッチングしたときの加工形状を示し、この時の選択比は約I.８である。
【００２２】
HFC-152ａの添加効果は、HFC-152 ａ中に含まれるCH3 がフッ素と気相中あるいはレジスト表面で反応し、イオン照射に対して比較的安定な保護薄膜（アモルファスポリビニルフロライド系膜と推測される）を効率的に形成し、レジスト反応を大幅に抑制するものと考えられる。これら表面に堆積したアモルファスポリビニルフロライド系膜はフッ素原子との反応により膜表面からＨＦとなって水素が引き抜かれ−Ｃ−Ｃ一結合を含む膜が残り耐性が向上すると考えられる。一方、チャンバー側壁における厚膜形成が見られないことから、HFC-152ａの添加によって形成されるのはポリマー表面上に選択的に起こっているものと考えられる。従って、時間と共に側壁に過剰に堆積した膜から放出されるガスの影響でプロセスが安定しないという問題がなく理想的な添加ガスであると言える。
【００２３】
また、HFC-152ａのみを用いてSiO2 エッチングが可能であることから、HFC-152a中に含まれるCHF2 結合部がエッチャント生成に寄与していると予測される。つまり、単に炭素密度の高い堆積膜種を生成するばかりではなく 、エッチング耐性に有用な炭素系薄膜をメチル基部位から生成することと、エッチャントも生成し、堆積とエッチングの両方の特性を併せ持つことによって対レジスト高選択性エッチング、高アスぺクト比エッチングプロセスが達成されていると考えられる。
【００２４】
以上説明してきたように、本発明によれば、HFC-152aを用いたエッチングプロセスでは、レシストのエッチング速度を大幅に低下させることができ、少なくとも数十％の添加で対レジスト選択比が従来のエッチングガスを用いたときに比べ約２倍以上となる。さらに、微細パターンに対してエッチングストップ現象が起こりにくく、特にフッ素原子を多く 発生するガス系に添加すると大きな効果を発揮する。従って低圧プロセスにおける高密度、低電子温度プラズマにおいて課題とされてきた低い対レジスト選択性を解決することができるようになる。
さらにまた本発明においてはエッチングガスに地球温暖化係数の低いガスであるHFC-152ａを添加しているので、地球温暖化防止の上でも有用な方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  HFC-152aを横軸にして得たエッチ速度と対レジスト選択比を示すグラフ。
【図２】  本発明に従ってHFC-152aの添加率を約３O ％にして得た微細パターンのエッチ形状を示す図。
【図３】  従来技術による微細パターンのエッチ形状を示す図。
【図１】
0004528388.tif 000002
【図２】
0004528388.tif 000003
【図３】
0004528388.tif 000004