(57)【要約】有機コーティング層、特に非反射性有機コーティング（ＡＲＣ）層をエッチングするツーステップ方法が開示される。主エッチングステップ中に、有機コーティング層は、フッ化炭素及び炭素非含有、ハロゲン含有ガスを含む第１のソースガスから生成されるプラズマを用いてエッチングされる。エッチングは第１の基板バイアス電力を用いて行なわれる。オーバエッチング中に、主エッチングステップ後に残っている残留有機コーティング物質が、塩素含有ガス及び酸素含有ガスを含み、ポリマー形成ガスを含まない第２のソースガスから生成されるプラズマに基板を曝すことによって除去される。オーバエッチングステップは、第１の基板バイアス電力より小さい第２の基板バイアス電力を用いて行なわれる。第１のソースガス及び第１の基板バイアス電力は、主エッチング中に、疎のフィーチャ領域におけるより密なフィーチャ領域において高いエッチング速度を与える。一方、第２のソースガス及び第２の基板バイアス電力は、オーバエッチングステップ中に密なフィーチャ領域におけるより疎のフィーチャ領域において高いエッチング速度を与え、全体にバランスのとれた影響を生じる。
2004527906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機コーティング層をエッチングする方法であって、
ａ）フッ化炭素ガス、及び炭素非含有、ハロゲン含有ガスを含む第１のソースガスから生成されるプラズマを用いて、前記有機コーティング層の実質的全厚さがエッチングされる主エッチングステップと、
ｂ）塩素含有ガス、酸素含有ガス、及び不活性ガスを含む第２のソースガスから生成されるプラズマに、主エッチング後に残っている残留有機コーティング物質を曝すことによって前記残留有機コーティング物質が除去されるオーバエッチングステップと、
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記フッ化炭素ガスは、ＣＦ4，ＣＨＦ3，ＣＨ2Ｆ2，Ｃ2Ｆ6，Ｃ4Ｆ8及びそれらの組み合わせのグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フッ化炭素ガスはＣＦ4であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記炭素非含有、ハロゲン含有ガスは、Ｃl2、ＨＢr、及びＨＣlから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記炭素非含有、ハロゲン含有ガスはＣl2であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１のソースガスは、ＣＦ4及びＣl2を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のソースガスにおけるＣＦ4：Ｃl2の体積比は、約１：１〜約６：１の範囲にあることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第１のソースガスは、更にＮ2及びＨＢrから成るグループから選択された不動態ガスを有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のソースガスは、ＣＦ4、ＨＢr及びＯ2を含むことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１０】
前記塩素含有ガスは、Ｃl2及びＨＣlから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記塩素含有ガスはＣl2であることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸素含有ガスはＯ2であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記不活性ガスは、アルゴン、ヘリウム、キセノン、クリプトン、及びそれらの組み合わせから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記不活性ガスはアルゴンであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２のソースガスは、Ｃl2、Ｏ2、及びＡrを含むことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２のソースガスのＣl2：Ｏ2、の体積比波、約２：３〜約３：１の範囲にあることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
アルゴンは、前記第２のソースガスの約２０体積％〜約８０体積％を有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
アルゴンは、前記第２のソースガスの約３０体積％〜約５０体積％を有することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記オーバエッチングステップにおいて用いられる基板バイアス電力は、前記主エッチングステップにおいて用いられる基板バイアス電力より小さいことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記オーバエッチングステップにおいて用いられる基板バイアス電力は、前記主エッチングステップにおいて用いられる基板バイアス電力の８０％またはそれより小さいことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記有機コーティング層は、非反射性（ＡＲＣ）層であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２２】
前記第２のソースガスは、下層のシリコン含有層に対して、前記ＡＲＣ層をエッチングするため少なくとも２０：１の選択性を与えることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記下層のシリコン含有層はポリシリコンであることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記有機コーティング層は、少なくとも１５００Åの厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
半導体基板上の有機コーティング層をエッチングする方法であって、
ａ）主エッチングステップを有し、
前記有機コーティング層の全体の厚さは、第１のソースガスから生成されるプラズマを用いてエッチングされ、エッチングは第１の基板バイアス電力を用いて行われ、且つ、前記主エッチングステップは、前記基板の疎のフィーチャ領域におけるより前記基板の密なフィーチャ領域において高いエッチング速度を与え、且つ、
ｂ）オーバエッチングステップを有し、
前記主エッチングステップの後に残る残留有機コーティング物質が第２のソースガスから生成されるプラズマに前記基板を曝すことによって除去され、エッチングは前記第１の基板バイアス電力より小さい第１の基板バイアス電力を用いて行なわれ、且つ前記オーバエチングステップは、前記基板の密なフィーチャ領域におけるより前記基板の疎のフィーチャ領域においてより高いエッチング速度を与えることを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記第２の基板バイアス電力は、前記第１の基板バイアス電力の８０％またはそれより小さいことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の基板バイアス電力は、前記第１の基板バイアス電力の７０％またはそれより小さいことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のホースガスは、フッ化炭素ガス及び炭素非含有、ハロゲン含有ガスを有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１のソースガスは、ＣＦ4及びＣl2を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３０】
前記第１のソースガスは、更にＮ2及びＨＢrから成るグループから選択される不動態ガスを有することを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記第２のソースガスは、塩素含有ガス、酸素含有ガス及び不活性ガスを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３２】
前記第２のソースガスは、Ｃl2，Ｏ2，及びＡrを含むことを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記有機コーティング層は、非反射性コーティング（ＡＲＣ）層であることを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項３４】
前記第２のソースガスは、下層のシリコン含有層に対して前記ＡＲＣ層をエッチングするため少なくとも２０：１の選択性を与えることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記下層のシリコン含有層は、ポリシリコンであることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
前記有機コーティング層は、少なくとも１５００Åの厚さを有することを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、非反射性有機コーティング層（organic antireflection coatings: ARCs）、特に、下部の非反射性コーティング(bottom antireflection coatings: BARSc)をエッチングする方法に関する。非反射性有機コーティングは、その名称によって示されるように、炭素及び水素含有物質を含み、一般に本質はポリマーである。非反射性コーティングは、半導体デバイスを作るために用いられるエッチングスタックの一部であり、それらはミクロン以下の（サブミクロンの）大きさにパターンエッチングされる。本発明は、エッチングされるフィーチャサイズの臨界寸法におけるシフトに関する制御を可能にし、一方基板表面を横切るフィーチャ間の間隔に変化があるにも拘わらず、半導体基板の全表面にわたってＡＲＣｓの均一なエッチングを与える。
【０００２】
（背景技術）
半導体デバイスの製造分野において、デバイスのフィーチャサイズが約１.０８μｍ及びそれ以下に減少するに従って、ホトレジストによるマスクパターニング（パターン化）は、深い紫外線波長(deep ultra violet wavelength: DUV)のイメージ放射を使用しなければならないことがよく認識されている。非反射性コーティングは、ホトレジストにおけるパターニングの寸法がうまく制御されるように定在波及び戻り散乱光を減少するために他のホトレジスト間で、ＤＵＶと組み合わされて使用される。
【０００３】
一般にホトレジストは、半導体デバイスの製造プロセスの一部としてパターン化される他の層のスタック上に設けられる。スタックにおける幾つかの層は、機能デバイスの一部になる下にある層をパターンニングするプロセス中に消費される。ＡＲＣ層は、応用面に依存するが、層のスタック内の多くの異なる場所にある。ＡＲＣ層は、層のスタックの上部に設けられる場合、上部の非反射性コーティング(a top antireflective coating: TAR)と呼ばれる。ＡＲＣ層がホトレジストの下にある場合、それは、下部の非反射性コーティング(a bottom antireflective coating: BARC)と呼ばれる。ＴＡＲコーティングはホトレジストのパターニング（現像）プロセスの間にしばしば取り除かれ、一方、ＢＡＲＣ層は、ドライエッチング除去ステップをよく必要とする。
【０００４】
有機ＡＲＣｓのドライエッチング方法は、通常プラズマエッチング装置において行なわれる。ＡＲＣエッチングのプラズマソースガスは、組成がかなり変わる。プラズマソースガスの組み合わせの幾つかの例は、ＣＨＦ3/ＣＦ4/Ａr-Ｏ2；ＣＦ/Ｈe-Ｏ2；Ｏ2/Ｎ2；ＨＢr/Ｏ2；及びＨＢr/ＣＯ2/Ｏ2-Ａrを含む。
【０００５】
シリコン含有基板上にある非反射性有機コーティングをエッチングする１つの方法において、基板はプロセスチャンバ内に置かれ、プラズマで処理される。プラズマは、水素及び臭素含有化合物、水素及びヨウ素含有化合物、及びその混合物から成る化合物のグループから選択される化合物及び酸素を含むプロセスガスから生成される。非反射性有機コーティングの異方性エッチングを行うために、処理変数が調節される。
【０００６】
他のエッチング方法において、半導体基板上にある非反射性コーティングが酸素、窒素及び少なくとも１つの不活性ガスの混合物から形成されるプラズマを用いてエッチングされる。他の方法において、非反射性コーティング層は、エッチング速度が減少すると言われているけれども、プラズマ中に如何なる酸素もない不活性ガスを含む窒素プラズマを用いてエッチングされることができる。
【０００７】
半導体基板上にあるＢＡＲＣ層をプラズマエッチングする他の方法は、Ａrまたは他の不活性ガスと共に臭化水素（ＨＢr）、ＣＯ2、及びＯ2を含むプラズマ処理ガスによって行なわれるエッチング化学作用を利用する。
【０００８】
上述した方法の種類に関する更なる情報は、１９９８年１月２１日に発行されたZhao外の欧州特許公報EP0820093；１９９９年６月８日に発行されたGupta他に与えられた米国特許第5,910,453号；及び１９９８年８月１９日に発行されたYang外の欧州特許公報EP0859400に記載されている。
【０００９】
ウエハを横切るエッチングの均一性は、長い間の関心事であり、一般に、非反射性有機コーティング層のエッチングに関する話題は、ラインの幅、コンタクトパッドの寸法、ゲートサイズなどのようなエッチングされるフィーチャの臨界寸法の維持に重点を置いている。ＡＲＣ層のエッチング速度が、例えばＡＲＣ層の下にあるシリコン含有層のような、隣接する物質のエッチング速度と比較される場合、エッチングプロセスの感度も重視される。
【００１０】
エッチングされるフィーチャの臨界寸法を減少することによってさらに重要になった変数は、例えば半導体ウエハのような基板を横切って、エッチングされるフィーチャの臨界寸法の均一性の制御である。例えば、ＡＲＣ層にエッチングされるパターンが一連のラインや間隔である場合、及びライン間の間隔が基板表面上の異なった位置で異なっている場合、ＡＲＣのエッチング速度は、基板表面上の異なる位置で変るかもしれない。これは、エッチングの深さに影響し、エッチングされているフィーチャのプロフィールに影響を与える。また、それは基板を横切る臨界寸法の均一性に影響を与える。
【００１１】
エッチングされるフィーチャ間の間隔の関数として基板表面を横切る全体のエッチング性能における変化の現象は、時々“マイクロローディング”効果と呼ばれる。エッチング速度及び/またはエッチングされるフィーチャのプロフィールにおける違いは部分的に生じる。何故ならば、表面上の与えられた位置におけるエチャント種の利用可能性が変り、同様に生成されるエッチング複産物の量も変るからである。エッチャント種の利用可能性及び副産物の残留物がウエハ表面を横切って変る理由の一つは、処理ガスの入力や分布、及び処理チャンバからの処理ガスやエッチング副産物の除去がしばしば一様でないからである。他の理由は、基板表面上の異なる位置にあるパターンフィーチャ間に異なる間隔があることである。
【００１２】
エッチング副産物は、２つの異なるメカニズムによって発生される傾向がある；１）不動態化ガス（例えば、Ｎ2、または例えば炭素含有ガスのようなポリマー生成ガス）の著しい量を含むエッチャントガス混合物の使用、及び/又は２）エッチング中にフィーチャの側壁にエッチングされた物質のバックスパッタリング(back-sputtering：戻りスパッタリング)である。エッチャントガスが生成される不動態層は、（１）基板表面にわたって比較的平坦にフィーチャの側壁を作る傾向にある。バックスパッタリングされた不動態層は、（２）多くのバックスパッタリングがある場合、エッチングされている物質の量は基板の密度の大きいフィーチャ領域におけるよりも多い傾向があるので、基板の単独のフィーチャ領域上より多く堆積する傾向にある。
【００１３】
出願中のShen外の共有の米国特許出願番号No.09/611,085は、基板表面を横切って臨界寸法の均一性を与えると言われているＡＲＣ層のプラズマエッチング方法を開示する。ＡＲＣエッチング方法は、ＣＦ4、ＨＢr、及びＯ2の化学作用を利用する。しかし、この方法は、１５００Å厚のＢＡＲＣ層のエッチング中に、基板表面を横切って優れた臨界寸法の均一性を提供するけれども、臨界寸法の均一性は、この方法が厚い（例えば、２０００Å）ＢＡＲＣ層をエッチングするために用いられる場合、それ程よくない。これは、厚いＢＡＲＣ層をエッチングするために長いエッチング時間が必要とされるためであると考えられる。したがって、（１５００Å以上の）厚いＢＡＲＣ層をエッチングする場合、基板表面を横切って優れた臨界寸法の均一性を提供するＢＡＲＣ層をエッチングする方法を提供することが望まれる。
【００１４】
（本発明の概要）
本発明は、有機コーティング層、特に非反射性コーティング層をエッチングする方法に関する。本方法は、基板表面を横切ってエッチングされるフィーチャの改善された臨界寸法の均一性を提供し、一方、下にあるシリコンを含む層に対する反射コーティング層の選択性を支持するエッチングを提供する。本方法は、（１５００Å以上の）厚い有機コーティング層のエッチング中に、優れた臨界寸法の均一性を与える方法に関する。
【００１５】
我々は、エッチングされたフィーチャの臨界寸法に関して予期しない制御と共に、基板表面にわたってエッチングされたフィーチャ間の間隔に相違があるにもかかわらず、基板表面（ＣＤシフト範囲）を横切って臨界寸法の均一性を与える有機コーティング層をエッチングする方法を発見した。
【００１６】
有機コーティング層をエッチングするために、ツー（２−）ステップ方法が用いれる。本方法の第１のステップは、主エッチングステップで、そのステップ中に、実質的に有機コーティング層の全体の厚さがエンドポイント（終点）までエッチングされる。この主なエッチングは、炭化フッ素ガス、及び炭素非含有のハロゲンを含むガスを有する第１のソースガスから発生されるプラズマを利用する。
【００１７】
本方法の第２のステップは、オーバエッチングステップであり、そのステップ中に、主エッチングテップに続くフィーチャ表面上に残っている残留コーティング層の物質が除去される。このオーバエッチングステップは、塩素含有ガス、酸素含有ガス、及び不活性ガス（すなわち、貴ガス）を含む第２のソースガスから生成されるプラズマを利用する。この化学作用は、下にあるシリコン含有層に対して有機コーティング層をエッチングする、すぐれた（２０：１以上の）エッチングの選択性を与える。オーバエッチングステップ中に基板をバイアスするために加えられる電力は、主エッチングステップにおいて基板をバイアスするために与えられる電力より小さい。
【００１８】
ラインおよび間隔（例としてであって、限定するためではない）のパターンに関して、主エッチングステップで用いられるエッチングの化学作用およびプロセス条件は、分離された領域（フィーチャは離間されている場合）においてエッチングされるラインの幅より密度の密集した領域（フィーチャは互いに接近して離間されている場合）においてエッチングされる小さなライン幅を生成する。一般に、密な領域及び疎の領域においてエッチングされるライン幅は、有機コーティング層（例えば、ＡＲＣ）をパターン化するために用いられるホトレジストのライン幅より小さい。ターゲットのライン幅からのライン幅のこの減少は、“負のＣＤシフト”又は“ＣＤロス”と呼ばれる。したがって、負のＣＤシフトは、主エッチング中に密度が疎の領域におけるより密度が密の領域において大きい。基板を横切る負のＣＤシフトは“ＣＤシフト範囲”と呼ばれる。
【００１９】
上述したように、疎の領域においてエッチングされる物質の全体量は、密集した密度におけるよりも大きい：従って、多くのポリマー物質が再堆積し、エッチング中に分離されたフィーチャの側壁を形成する。このポリマー物質の形成は、側壁のエッチングを禁止し、分離したフィーチャのエッチング速度を遅くする不動態層を形成する。更に、主エッチングステップに用いられる化学作用は、エッチング中に分離したフィーチャの側壁上での不動態層の形成に寄与するポリマーを形成するＣＦ4を含む。
【００２０】
オーバエッチングステップに用いられるエッチング化学作用およびプロセス条件は、密集した領域での負のＣＤシフトより大きな疎の領域での負のＣＤシフトを生成する。これは、主エッチングステップ中に観察される効果の逆である。有機コーティング層の物質の大部分は、主エッチングステップ中にエッチングされるので、ポリマー堆積による疎の領域における不動態層の形成は、それが主エッチングステップ中であったと同じように多くのオーバエッチングステップにおける支持は最早ない。さらに、オーバエッチングステップにおいて用いられるエッチング化学作用は、ポリマーを生成する（不動態化する）プラズマソースガスを含まない。
【００２１】
他の重要な処理変数は、オーバエッチングステップと比較される主エッチングステップに用いられる基板バイアス電力である。その結果、エッチング速度を遅くする傾向にある、オーバエッチング中に基板表面へエッチャント種を向ける駆動力が殆どない。この影響は、その領域におけるよりも密集した領域においてより著しい。何故ならば、密集した領域におけるフィーチャ間の狭い間隔（高いアスペクト比）は、露出されたエッチング側壁のフィーチャが反応性の種に衝突することから保護する傾向にあるからである。したがって、オーバエッチングステップにおけるエッチング化学作用と少ない基板バイアスの印加の組み合わせは、オーバエッチング中に密な領域におけるよりも疎のフィーチャ領域においてより早いエッチングを生じる。したがって、主エッチングステップがオーバエッチングステップと組み合わされると、バランスのとれた効果がある。このバランスのとれた効果はＣＤシフト範囲を減少する。
【００２２】
要約すれば、本発明は、基板表面を横切ってエッチングの均一性を達成するために、互いに補償し、異なるメカニズムを利用する多重エッチングステップを用いる。したがって、半導体基板の密度が密の領域と疎の領域におけるエッチングをバランスするために、主エッチングステップとオーバエッチングステップに用いられるエッチング化学作用と基板バイアス電極の組み合わせを利用する、半導体基板上で有機コーティング層をエッチングする方法が開示される。
【００２３】
（好適な実施例の詳細な説明）
本発明の開示は、有機コーティング層、例えば非反射有機コーティング（ＡＲＣ）層をエッチングするツー（２−）ステップ方法を提供する。本方法は、基板表面を横切ってフィーチャ間で間隔に変化があるにもかかわらず、基板表面を横切って優れた臨界寸法(critical dimension: CD)の均一性を提供する。
【００２４】
本方法の第１のステップは、主エッチングステップであり、第１のステップ中に実質的に有機コーティング層の全体の厚さがエンドポイントまでエッチングされる。この主エッチングはフッ化炭素ガス及び非炭素のハロゲン含有ガスを含む第１のソースガスから生成されるプラズマを利用する。この炭化フッ素ガスは、一般にはＣＦ4であるが、代わりに、例えばＣＨＦ3、ＣＨ2Ｆ2、Ｃ2F2、Ｃ4Ｆ8またはそれらの組み合わせであってもよい。この非炭素のハロゲン含有ガスは、一般にはＣl2であるが、代わりに、例えばＨＢr、ＨＣl、またはＣl2、ＨＢr、及び／またはＨＣlの全ての組み合わせであってもよい。
【００２５】
ＣＦ4及びＣl2を含む第１のソースガスは特によく働く。一般に、第１のガスにおいてＣＦ4：Ｃl2の体積比は、約１：１〜約６：１、好ましくは、約２：１〜約５：１の範囲にある。必要に応じて、不動態ガス、例えばＮ2またはＨＢrの少量を、ＣＦ4/Ｃl2をソースガスの組み合わせに含ませることができる。
【００２６】
本発明の代わりに、あまり好適でない実施例では、ＣＦ4、ＨＢrＯ2を含む第１のソースガスを、主エッチングステップを行なうために用いることができる。主エッチングプラズマソースガスのこの特別な組み合わせは、ＣＦ4/Ｃl2のソースガスの組み合わせと比較して負のＣＤシフトが増大する。
【００２７】
主エッチングステップ中に、約３０Ｗ〜約９0Ｗの範囲内の基板バイアス電力が一般的に用いられる。
主エッチングステップ中に用いられるエッチング化学作用及びプロセス条件は、半導体基板の疎のフィーチャ領域におけるよりも密集したフィーチャ領域において高いエッチング速度を与える。
【００２８】
本方法の第２のステップは、オーバエッチングステップであり、オーバエッチングステップ中に主エッチングステップに続くフィーチャ表面上に残っている残留コーティング層の物質が除去される。
【００２９】
このオーバエッチングステップは、塩素含有ガス、酸素含有ガス、及び不活性ガス（すなわち、貴ガス）を含む第２のソースガスから生成されるプラズマを利用する。塩素含有ガスは、一般にＣl2である。塩素含有ガスは、一般にＣl2であるが、代わりに、例えばＨＣlであってもよい。酸素含有ガスは、一般にＨe/Ｏ2（ここで、Ｏ２はＨe/Ｏ2混合物の約３０体積％である）として与えることができるＯ2である。不活性ガスは、一般にアルゴンであるが、代わりに、異なる貴ガス、例えばヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトン、または貴ガスの組み合わせであってもよい。一般に、第２のソースガスにおけるＣl2：Ｏ2の体積比は、約２：３〜約３：１、好ましくは、約１：１〜約３：１の範囲にある。更に、第２のソースガスにおけるアルゴンは、一般に約２０体積％〜約８０体積％、好ましくは、約３０体積％〜約５０体積％の範囲にある。
【００３０】
オーバエッチングステップに用いられる基板バイアス電力は、主エッチングステップに用いられる電力より低い。主エチングステップに用いられる基板バイアス電力の８０％、好ましくは７０％より小さいオーバエッチング基板バイアス電力は、特によく働く。
【００３１】
非反射性有機コーティング（ＡＲＣ）層は、ＡＲＣ層がゲート絶縁層の上にあるシリコン含有物質、例えばポリシリコンの層上にある場合、しばしば半導体構造の一部である。ＡＲＣ層の著しいオーバエッチング及び下にあるポリシリコン層に孔をあけることを避けるために、第２のソースガスは、ポリシリコンに対して有機コーティング層をエッチングするために少なくとも１０：１の選択性を与える（用語“選択性”は、一般に２つの物質のエッチング速度の比を言うために用いられる）。ポリシリコン層に孔をあけることを避けることは重要である。何故ならば、この孔あけは、続くポリシリコン層のエッチング中に、下にある薄い絶縁層に直接移り、この薄い絶縁層にパンチスルー（貫通孔）を生じるからである。
【００３２】
主エッチングステップに用いられる化学作用及びプロセス条件は、疎のフィーチャ領域におけるより密集したフィーチャ領域において大きな負のＣＤシフトを生成する。オーバエッチングの化学作用及びプロセス条件は、基板上で、密集したフィーチャ領域におけるより疎のフィーチャ領域において大きな負のＣＤシフトを生成する。従って、主エッチング及びオーバエッチングは、互いに中和し、基板表面を横切って減少したＣＤシフト範囲を生じ、基板表面を横切って改善された臨界寸法の均一性を与える。
【００３３】
詳細な説明への序文として、本明細書及び請求項に用いられている単数形の“１つの”及び“その”は、特に断りがない限り、複数形を含むことを留意すべきである。
【００３４】
I．本発明を実施するための装置
ここに説明される実施例のエッチング方法は、カルフォルニア州、サンタクララのアプライドマテリアルズ社から利用可能なCentura (登録商標）一体化処理システムにおいて実行された。このシステムは、Collins他に付与された米国特許第5,583,737号に示され、説明されている。その開示は、レファレンスによって、この明細書に含まれる。ここに示された例に記載されている基板を処理するために用いられたエッチングプロセスチャンバは、図１に概略示されているけれども、産業に利用可能なエッチングプロセッサの全てが、他のプロセスパラメータに対して幾つかを調整することによってここに記載されたエッチングの化学作用を利用することができる。
【００３５】
図１に概略示された装置は、１９９６年５月７日に第１１回のプラズマ処理の国際シンポジュームにおいて、Yan他によって説明され、Electrochemical Society Proceedings, Vol. 96-12, pp.222-233 (1996)に記載された種類の減結合されたプラズマ源を含む。図１は、アプライドマテリアルズのCENTURA（登録商標）ポリシリコンエッチングチャンバにおいて用いられた型の個々のCENTURA DPSTMポリシリコンエッチングチャンバ１０２の概略図である。CENTURA DPSTMポリシリコンエッチングチャンバ１００は、標準のCENTURA（登録商標）エッチングメインフレーム上に取り付けられるように構成されている。
【００３６】
CENTURA DPSTMポリシリコンエッチングチャンバ１００は、セラミックのドーム１０６を有する上部チャンバ１０４と下部チャンバ１０８から成っている。下部チャンバ１０８は、単極の静電チャック(electrostatic chuck: ESC)カソード１１０を含む。ガスが均一の、ガス分配用のガス注入ノズル１１４を介してチャンバ内に導かれる。チャンバ圧力は、スロットルバルブ１１８を有する閉ループ圧力制御システム（図示せず）によって制御される。処理の間、基板１２０が入り口１２２を通して下部チャンバ１０８に導かれる。基板１２０は、ＤＣ電圧を、チャック表面上の誘電体フィルムの下に配置された導電性層に印加されることによって静電チャックのカソード１１０の表面上に生成される静電荷によって正しく保持される。
【００３７】
その後、カソード１１０及び基板１２０は、ウエハリフト１２４によって上昇され、シールが処理のための位置において上部チャンバ１０４に対して形成される。エッチングガスがセラミックのガス注入ノズル１１４を介して上部チャンバ１０４に導入される。ポリシリコンエッチングチャンバ１００は、高密度のプラズマを発生し、維持するための誘導性コイル１３４に接続されている１２.５６ＭＨzで動作する誘導結合されたプラズマソース電力及びマッチング回路網１２８を有する。ウエハは、１３.５６ＭＨzで動作するＲＦ源１３０及びマッチング回路網１３２によってバイアスされる。プラズマ源１２６及び基板バイアス手段１３０への電力は、離れたコントローラ（図示せず）によって制御される。
【００３８】
エッチングチャンバ壁の表面上の温度は、エッチングチャンバ１００の壁に配置されている液体を含む導管（図示せず）を用いて制御される。半導体基板の温度は、基板が置かれている静電チャックカソード１１０の温度を安定にすることによって制御される。基板とペデスタルとの間の熱伝達を容易にするために、ヘリウムガスが用いられる。エッチング処理の間、基板１２０の表面は、プラズマによって、処理条件に依存するが、基板支持プラテンの温度より約１０〜４０度高い安定状態の温度まで徐々に加熱される。基板表面の温度は、我々の実験の大部分の間約４０℃〜８５℃であった。エッチングチャンバ１００の表面は、前述した冷却導管を用いて約６５度に維持された。セラミックドーム１０６は、約８０度の温度に維持された。
【００３９】
エッチングの終点（エンドポイント）は、エッチングが異なる物質との境界面に達したことによって信号が発生されると、エンドポイントサブシステム（図示せず）がエッチングチャンバ１００内のプラズマによって出された光の変化をモニターすることによってエッチング処理の終わりを感知する。
【００４０】
図１（Ｂ）は、基板１２０の下部１４２に配置されたノッチ１５２に対して、基板１２０（この場合シリコンウエハ）上の、下部１４２、左１４４、中央１４６、右１４８及び上部１５０の位置を含む、基板１２０の表面１４０の概略図を示す。これらの表面位置は、図１（ｂ）に示された処理装置１００の概略図に対して示されている。ここで矢印１５４は、真空スロットルバルブ１１８に向かう方向を示し、矢印１５６は入口１２２に向かう方向を示しており、基板１２０は、静電チャック１１０の上面１５８上に置かれていることを示している。
【００４１】
代わりに、本発明の方法は、エッチング処理装置において達成され、プラズマ発生源への電力、基板バイアス手段への電力が、単一電力制御装置、例えばアプライドマテリアルズ社のＭＸＰまたはＭＸＰ＋ポリシリコンエッチングチャンバによって制御される。図８は、従来公知の種類の平行板プラズマエッチングチャンバであるアプライドマテリアルズ社のＭＸＰ＋シリコンエッチングチャンバ８００の概略図である。このＭＸＰ＋ポリシリコンエチングチャンバは、チャンバ全体により均一なガス分布を可能にする簡単化された２次元ガス分配板８０２を有していて、他の同様なエッチングチャンバより多くの利点を提供する。
【００４２】
他の変更は、より急速なクリーニングサイクルを可能にする、各ウエットクリーニング処理中に、容易に除去され、取りかえることができる取り外し可能なアルミニウムチャンバライナー８０４である。更に他の変更は、装置内で移動する部品が少ないために粒子の発生を軽減する、カソード８０８と共に（独立でなく）移動する改善されたフォーカスリング８０６である。高温のカソード８０８は、プロセスチャンバの温度を超えた温度での動作を可能にするペデスタル温度プローブ８１２からの読取り温度に応答して機能する独立した温度制御装置（図示せず）を有する。処理される基板（図示せず）は、カソード８０８に接合される静電チャックペデスタル８１０上に載置される。
【００４３】
II．非反射性有機コーティング（ＡＲＣ）層をエッチングするための本発明の方法
本発明の方法を行なう前に、先ず、スターティングエッチングスタック（スタート時のエッチングスタック）が行なわれなければならない。代表的なエッチングスタックを以下に説明する。
図２（Ａ）は、本発明の方法が行なわれる種類の開始構造を示すエッチングスタックを示す。パターンは、ライン及び間隔の１つであり、図２（Ａ）はこれらのライン及び間隔の断面図を示す。
【００４４】
エッチングスタック２００は、上部から下部まで以下の層を含む：ホトレジストのパターン化された層２１０；非反射性有機コーティング（ＡＲＣ）層２０８；シリコン含有層２０６；及びゲート絶縁層２０４で、これらは全て基板２０２上に堆積される。
【００４５】
ホトレジスト層２１０のための厚さ及びパターン化する方法は、用いられる特定のホトレジスト物質及びホトレジストに描かれるパターンに依存する。一般に、ホトレジストは、炭素を含む有機物質である。しばしば、パターンを基板へ写すために、深い紫外線(deep ultra-violet: DUV)のホトレジストが使用される。このようなＤＵＶホトレジストのための一般的な膜厚は、約４０００Å〜約６０００Åの範囲である。以下の例においてエッチングされるスターティングエッチングスタックでは、ホトレジスト２１０は約６０００Åの厚さを有するＤＵＶホトレジストであった。ＤＵＶホトレジストは、例えば、JSR（登録商標）またはSHIPLEY（登録商標), INC.のいずれかから利用可能である。
【００４６】
ＡＲＣ層は、ＤＵＶホトレジストが用いられるとき、ホトレジストの転写プロセス中に一般に定在波及び戻り散乱波を減少するために、しばしば必要とされる。有機ＡＲＣｓは、それらがホトレジストに、より匹敵するので、いろいろな場合に好適である。有機ＡＲＣ層２０８は、従来公知の、例えばスピン・オン技術を用いて従来公知の有機ＡＲＣ物質のいずれかから形成することができる。有機ＡＲＣ層２０８は、一般に約３００Å〜約３０００Åの範囲内の厚さを有する。以下の例においてエッチングされたスターティングエッチングスタックにおいて、有機ＡＲＣ層２０８は、約２０００Åの厚さを有した。
【００４７】
シリコン含有層０６は、一般にポリシリコンまたはアモルファスシリコンである。必要があれば（例えば、低抵抗のゲート構造を備える）、シリコン含有層２０６はドープされることができる。シリコン含有層２０６は、一般に約１５００Å〜約３０００Åの範囲内の厚さを有するように形成される。以下の例においてエッチングされるスターティングエッチングスタックにおいて、シリコン含有層２０６は、従来の化学気相堆積（ＣＶＤ）技術を用いて堆積されたポリシリコンであった。このポリシリコン層２０６は、約２０００Åの厚さを有した。
【００４８】
無機酸化物、例えば、酸化シリコン、シリコンオキシナイトライド、または５酸化タンタルである薄いゲート絶縁層２０４がポリシリコン層２０６の下にある。代わりに、ゲート絶縁層は、有機絶縁体、例えば、ポリ（アリーレン）エーテル、ポリ（アリーレン）エーテルオキサゾール、パリーレン−Ｎ、ポリイミド、ポリナフタレン−Ｎ、ポリフェニール−キノキサリン、ポリベンヅオキサゾール、ポリインデン、ポリノルボレン、ポリフェニーレンオキサイド、またはαＣである。
【００４９】
酸化シリコンのゲート絶縁層２０４は、一般に約１５Å〜約１００Åの範囲内の厚さを有するように形成される。異なる電気特性を有する他の物質が異なる厚さで与えられてもよい。例えば、以下の例においてエッチングされたスターティングエッチングスタックにおいて、ゲート絶縁層２０４は、約６０Åの厚さを有する酸化シリコンであった。５酸化タンタルが用いられる場合、ゲート絶縁層の厚さは、酸化シリコンが用いられたときよりも薄くることができる。これらのゲート絶縁層は、一般に、従来知られている方法、例えば熱酸化またはプラズマ増強化学気相堆積（plasma-enhanced chemical vapor deposition: PECVD）を用いて形成されるか、堆積される。
【００５０】
基板２０２は、一般にシリコンであるが、代わりに、例えばガラスまたはＳＯＩ(silicon-on-insulator)であってもよい。基板がシリコンである場合、シリコン含有層２０６は、ポリシリコンまたはアモルファスシリコンの何れかであることができる。しかし、ガラス基板が用いられる場合、シリコン含有層２０６は、アモルファスシリコンでなければならない。何故ならば、ポリシリコンを形成するために、下にあるシリコン基板がシード層として必要であるからである。従来の物理気相堆積（ＰＶＤ）又は化学気相堆積（ＣＶＤ）技術を用いて、アモルファスシリコンを堆積することができる。
【００５１】
本発明の１つの方法によれば、主エッチングステップは、実質的に有機ＡＲＣ層２０８の全厚さを通してエッチングするために行なわれ、図２（Ｂ）に示されるように、ポリシリコン層２０６の上面２０７を露出する。この主エッチングステップは、ＣＦ4及びＣl2を含むソースガスから生成されたプラズマを利用するのが好ましい。もし、必要なら、不動態ガス、例えば少量のＮ2が第１のプラズマソースガスに含まれることができる。
【００５２】
代わりの、本発明のあまり好適でない実施例において、ＣＦ4、ＨＢr、及びＯ2を含む第１のソースガスが主エッチングステップを行なうために用いられる。この化学作用を伴う適合したプロセス条件は、共有されたShen他の米国特許出願No. 09/611,085に詳細に記載されている。これは、レファレンスによって本明細書に含まれる。
【００５３】
主エッチングステップのエンドポイント（終点）は、発光分析（an optical emission spectroscopy: OES)エンドポイント検出システムを用いて、４３９０Åの波長で検出される。
【００５４】
図２（Ｃ）を参照すると、その後、オーバエッチングステップが主エッチングステップの完了時にポリシリコン層の表面２０７に残っている残留ＡＲＣ物質を除去するために行なわれる。オーバエッチングステップに用いられるプラズマソースガスは、ポリシリコン層２０６の表面に孔をあけるポテンシャルによって著しいオーバエッチングを避けるために、ポリシリコン層２０６に対して有機ＡＲＣ層２０８をエッチングするために、少なくとも１０：１の選択性を与えるのが好ましい。ポリシリコン層２０６の表面２０７に孔があけられたら、この孔は、下にあるゲート絶縁層２０４に達するかもしれない。我々は、塩素を含むガス、酸素を含むガス及び不活性ガス（すなわち、貴ガス）から生成されるプラズマは、ポリシリコンに対して有機ＡＲＣ物質をエッチングするための、少なくとも２０：１の選択性を与えることが判った。
【００５５】
主エッチングおよびオーバエッチングステップのための代表的なプロセス条件範囲は、以下の表Ｉに与えられる。
【００５６】
表１．有機ＡＲＣ層に対する代表的なプロセス条件、
主エッチング及びオーバエッチング
2004527906.tif 000003
* ここで、オーバエッチングステップにおいて与えられた基板バイアス電力は、
主エッチングステップにおいて与えられた基板バイアス電力より少ない。
【００５７】
以下の例に説明された実験は、以下のように、(層は上部から下部ヘ示されている)：６０００ÅのＤＵＶホトレジスト層２１０(前にパターン化されている)；２０００ÅのＡＲＣ有機層２０８；２００Åのポリシリコン層２０６；及び６０Åの酸化シリコンゲート絶縁層２０４の図２に示されたエッチングスタック２００を用いて行なわれた。これらの全ての層は、シリコン基板上に堆積されている。エッチングスタックは、上述のように従来知られている技術を用いて用意された。
【００５８】
例１.
ＡＲＣ層２０８は、ＣＦ4、ＨＢr、及びＯ2のプラズマソースガスを用いてエッチングされた。プロセス条件、例えばガスフロー速度及びバイアス電力は実験間で変えられた。ラン＃３中に使用されたプラズマソースガスは、Ｎ2を含み、ラン＃４中に使用されたプラズマソースガスは、(窒素ではなく)アルゴンを含んだ。
【００５９】
表２は、実験のプロセス条件及びＡＲＣ層のエッチング中に生成された臨界寸法のデータを与える。
【００６０】
表２.ＣＦ4,ＨＢr,及びＯ2を用いたＢＡＲＣエッチング
2004527906.tif 000004
* 発光分析(OES)によって決定されたエンドポイント
【００６１】
表２を参照して、用語“ＣＤシフト”は、ＡＲＣをパターン化するために用いられたホトレジストにおけるライン幅とエッチングされたＡＲＣのライン幅との間の差をいう。従って、正のＣＤシフトは、エッチングされたＣＤがエッチングする前のパターンのＣＤより大きいことを示している。負のＣＤシフト(“ＣＤロス”とも呼ばれる)は、エッチングされたＣＤがエッチングする前のパターンのＣＤより小さいことを示している。“平均ＣＤシフト”は、基板上のいろいろな位置(例えば、上部、中央、下部)で、及びいろいろなフィーチャ間隔（密vs疎）に対して行なわれたＣＤシフト計測の平均をいう。
【００６２】
“ＣＤシフト範囲”は、最も高く計測されたＣＤシフトおよび最も低く計測されたＣＤシフト間の差をいい、基板表面を横切るＤＣの均一性を示している。ＣＤシフト（ＤＣシフト範囲によって示された）における変化は、位置的考慮（すなわち、基板表面上の位置）または密度的考慮（すなわち、エッチングされているラインの間隔）のいずれかによると考えられる。最小のＣＤシフトを有することが非常に望まれるけれども、ＤＣシフトは基板のいろいろな場所とフィーチャのいろいろな間隔との間でばらつきのないことが重要である。もし、ＣＤシフト（すなわち、エッチングされたＡＲＣのライン幅とＡＲＣをパターン化するために用いられたホトレジストにおけるライン幅との間の差）は比較的大きいが、ＣＤシフトにおける変化（ＣＤシフト範囲）小さいならば、これは、エッチングが基板表面を横切って一様に行なわれており、エッチングプロセスがＣＤシフトを補償するように調整されることを意味する。しかし、エッチングプロセスが基板表面を横切って一様でないことを意味するＣＤシフトの大きな変化を補償することは非常に困難である。
【００６３】
図３は、ラン＃１に対する、エッチングされたフィーチャ間の間隔の関数としてエッチングされたフィーチャの臨界寸法におけるシフトのグラフ３００である。臨界寸法（μｍ）のシフトがライン及び間隔のパターンにおけるエッチングされたラインに対して、縦軸３０２上に示されている。臨界寸法のシフトは、横軸３０４上に、ライン（μｍ）間の間隔の関数として示されている。グラフには４つのプロットがあり：プロット３０６は基板上の下部位置を表わし、プロット３０８は基板の左側の位置を表わし、プロット３１０は基板上の中央位置を表わし、そしてプロット３１２は基板上の上部位置を表し、これらは図１（Ｂ）に示されている。
【００６４】
グラフ３００は、基板上の位置によると考えられる臨界寸法のシフトにおける変化及びエッチングされているライン間の間隔の違いによると考えられる臨界寸法のシフトにおける変化を見ることができる。図３を参照すると、間隔の違いによるＣＤシフトが基板表面の位置によるＣＤシフトより大きいことが容易に判る。約０.０１５μｍ（測定値：１４.８ｎｍ）のＣＤシフト範囲に対して、最も大きいＣＤシフトは、約−０.０５０μｍであるように見え、最も小さいＣＤシフトは−０.０３５μｍであるように見える。平均の臨界寸法シフトは−４４.４ｎｍであった。基板の密集した領域（すなわち、小さい間隔幅を有する領域）において大きなＣＤロスに向かう傾向がある。
【００６５】
半導体デバイス構造におけるサイズの減少のために、デバイス製造業者は、約１０ｎｍ（０.０１μｍ）またはそれ以下の基板（ＣＤ均一性）を横切って臨界寸法シフトの変化（ＣＤシフト範囲）を求めている。３０ｎｍ（０.０２μｍ）またはそれ以下の平均ＣＤシフトも望まれている。表２に示されているように、ラン＃１−６中に用いられたプラズマソースガスの組成及びプロセス条件の組み合わせは、所望のＣＤシフト範囲及び受け入れ可能な平均ＣＤシフトの双方を提供しなかった。実際に、平均ＣＤシフトおよびＣＤシフト範囲間にはトレードオフがあるように見える。平均ＣＤシフトが減少するに従って、基板（ＣＤシフト範囲によって示された）を横切るＤＣの均一性は悪くなった（ラン＃５参照）。ＣＤシフト範囲が比較的小さい（受け入れ可能な均一性を示す）と、平均ＤＣシフトは受け入れ難いほど高かった（ラン＃２参照）。
【００６６】
図４は、ラン１に対するＢＡＲＣ層の厚さの関数としてエッチングされたフィーチャの臨界寸法のシフトのグラフ４００を示す。臨界寸法（μｍ）のシフトは、ライン及び間隔のパターンにおけるエッチングされたラインに対して縦軸４０２上に示されている。臨界寸法のシフトはＢＡＲＣ層の厚さ（Å）の関数として横軸４０４上に示されている。グラフ上に２つのプロットがあり：プロット４０６は基板上のそのラインを表わし、プロット４０８はラインの密集したアレイを表わしている図４に示されるように、ＣＤシフトは、薄いＢＡＲＣ層がエッチングされたとき、受け入れ可能であった（＜０.０３μｍ）。しかし、ＢＡＲＣ層が１５００Å以上に増加するに従って、基板の密集した領域と疎の領域の双方におけるＣＤシフトは増加した。これは、厚いＢＡＲＣ層を通してエッチングするのに必要なエッチング時間が長いためであると考えられる。また、ＢＡＲＣ層の厚さが増加するに従って、疎のライン４０６と蜜のライン４０８間の開きが増大して、悪化するＣＤシフト範囲を示している。
【００６７】
例２.
ＣＦ4、ＨＢr、及びＯ2のプラズマソースガスを用いて、ＢＡＲＣのエッチングにたいして得られた臨界寸法データを再検討すると、我々は、厚い（１５００Åより大きい）ＢＡＲＣ層のエッチング中に、受け入れ可能なＣＤシフトおよびＣＤの均一性を与える新しいＢＡＲＣエッチングプロセスが必要であると判断した。
【００６８】
図２（Ａ）に示され、上述したエッチングスタックのＡＲＣ層２０８は、ＣＦ4、Ｃl2、及びＮ2のプラズマソースガスを用いてエッチングされた。プロセス条件、例えばプラズマソース電力及びバイアス電力は、実験間で変えられた。ラン＃１３中に用いられたプラズマソースガスはアルゴンも含み、ラン＃１２中に用いられたプラズマソースガスは窒素を含まなかった。
【００６９】
表３は、実験のプロセス条件及びＡＲＣ層のエッチング中に生成された臨界寸法データを与える。
【００７０】
表３.ＣＦ4，Ｃl2、及びＮ2を用いたＢＡＲＣエッチング
2004527906.tif 000005
* 発光分析(OES)よって決定されたエンドポイント
【００７１】
表３に示されるように、ラン＃７−１４中に用いられたプラズマソースガス及びプロセス条件のいずれの組み合わせも、所望のＣＤシフト範囲（＜１ｎｍ）及び受け入れ可能な平均ＣＤシフト（＜３０ｎｍ）の双方を与えなかった。ラン＃１−６から見てとれるように、平均ＣＤシフト及びＣＤシフト範囲の間にはトレードオフが見られた。平均ＣＤシフトが減少するに従って、ＣＤの均一性（ＣＤシフト範囲によって示される）が悪化した（ラン＃１０参照）。ＣＤシフト範囲が比較的小さい場合（受け入れ可能な均一性を示す）、平均ＣＤシフトは受け入れ難いほど大きかった（ラン＃１４参照）。
【００７２】
図５は、ラン＃１４に対してエッチングされたフィーチャ間の間隔の関数としてエッチングされたフィーチャの臨界寸法のシフトのグラフ５００を示す。臨界寸法のシフト（μｍ）は、ライン及び間隔のパターにおけるエッチングされたラインに対して、縦軸５０２に示されている。臨界寸法のシフトは、横軸５０４にライン（μｍ）間の間隔の関数として示されている。グラフ上に５つのプロットがあり、プロット５０６は基板上の下部位置を表わし、プロット５０８は基板の左側の位置を表わし、プロット５１０は基板の中央位置を表わし、プロット５１２は基板の右側の位置を表わし、そしてプロット５１４は基板の上部位置を表わしている。
【００７３】
再度、間隔の相違によるＣＤシフトは、基板表面の位置によるＣＤシフトより非常に大きい。ＣＤシフト範囲は１５.７ｎｍで、平均ＣＤシフトは‐２５.８であった。再度、基板の密集した領域（すなわち、フィーチャ間で狭い間隔幅を有する領域）において大きなＣＤロスに向かう傾向があった。
【００７４】
例３.
我々は、有機ＢＡＲＣ層をエッチングするため塩素及び酸素ベースのプラズマの使用を研究することにした。表４にまとめられた実験は、Ｃl2、Ｏ2及びＡrのプラズマソースガスを用いた。
【００７５】
表４.Ｃl2、Ｏ2、及びＡrを用いるＢＡＲＣエッチング
2004527906.tif 000006
* 発光分析（OES）によって決定されたエンドポイント
【００７６】
図６は、ラン＃１５に対してエッチングされたフィーチャ間の間隔の関数としてエッチングされたフィーチャの臨界寸法のシフトのグラフ６００を示す。臨界寸法のシフト（μｍ）は、ライン及び間隔のパターにおけるエッチングされたラインに対して、縦軸６０２に示されている。臨界寸法のシフトは、横軸６０４にライン（μｍ）間の間隔の関数として示されている。グラフ上に５つのプロットがあり、プロット６０６は基板上の下部位置を表わし、プロット６０８は基板の左側の位置を表わし、プロット６１０は基板の中央位置を表わし、プロット６１２は基板の右側の位置を表わし、そしてプロット６１４は基板の上部位置を表わしている。
【００７７】
ＣＤシフト範囲は１８.６ｎｍで、平均ＣＤシフトは２６.６であった。しかし、ラン＃１５におけるＣl2/Ｏ2/Ａrのエッチング化学作用の使用は、基板の疎の領域（すなわちフィーチャ間で大きな間隔幅を有する領域）において大きなＣＤロスに向かう傾向を生じる。これは、ＣＦ4/ＨＢr/Ｏ2（ラン＃１-６）またはＣＦ4/Ｃl2/Ｎ2（ラン＃７-１４）のエッチング化学作用が用いられたときに観察された密の領域における大きなＣＤロスに向かう傾向の逆であった。
【００７８】
Ｃl2/Ｏ2/Ａrのエッチング化学作用が下層のポリシリコン層２０６に対してＢＡＲＣ層２０８をエッチングするための優れた選択性（＞２０：１）を与えた。
【００７９】
例４.
実験の次の設定は、ＢＡＲＣ種エッチングのための第１のエッチング化学作用に続いてオーバエッチングステップのための第２のエッチング化学作用を用いるステップを含んだ。主ＢＡＲＣエッチングは、ＣＦ4とＣｌ2、及び選択的にＮ2を組み合わせた（ラン＃１６-１８）プラズマソースガスを用いた。オーバエッチングステップは、Ｃｌ2、Ｏ2及びＡrのプラズマソースガスを用いた。プロセス条件、例えばガスフロー速度、プラズマソース電力、及びバイアス電力は実験間で変えられた。
【００８０】
表５は、主ＢＡＲＣエッチング及びオーバエッチングばかりでなく、ＡＲＣ層のエッチング中に生成された臨界寸法データのための実験のプロセス条件を与えている。
【００８１】
表５.ＣＦ4/Ｃl2の主エッチング及びＣl2/Ｏ2/Ａrのオーバエッチング
2004527906.tif 000007
【００８２】
上述したように、Ｃｌ2/Ｏ2/Ａｒエッチング化学作用が基板の疎の領域において大きなＣＤロスに向かう傾向を示すのに対して、ＣＦ4/Ｃl2エッチング化学作用は、密の領域において大きなＣＤロスに向かう傾向を示している。表５に示されるように、主エッチングおよびオーバエッチング化学作用のマイクロローディング傾向が互いを補償するように現れ、基板を横切って改善されたＣＤの均一性を生じする。ラン＃１９と＃２２（同じプラズマソース組成及びプロセス条件を用いた）は、３０ｎｍより小さな平均ＣＤシフト及び１０ｎｍより小さなＣＤシフト範囲を与えている。
【００８３】
図７は、ラン＃１９に対するエッチングされたフィーチャ間の間隔の関数としてエッチングされたフィーチャの臨界寸法のシフトを示す。臨界寸法（ｎｍ）シフトは、ラインと間隔のパターンにおけるエッチングされたラインに対して、縦軸７０２に示されている。臨界寸法のシフトは、横軸６０４にライン（μｍ）間の間隔の関数として示されている。グラフ上に５つのプロットがあり、プロット７０６は基板上の下部位置を表わし、プロット７０８は基板の左側の位置を表わし、プロット７１０は基板の中央位置を表わし、プロット７１２は基板の右側の位置を表わし、そしてプロット７１４は基板の上部位置を表わしている。
【００８４】
本発明のＡＲＣエッチング方法を用いて得られた改善されたＣＤの均一性は、図３、４、５及び６のいずれかに示されたＣＤの均一性データを比較すると、図７のグラフ７００に明らかに示されている。
【００８５】
上述の好適な実施例は、本発明の範囲を限定するために意図されたものではない。当業者は、本明細書の開示に照らして請求項に記載された本発明の主題に対応して実施例を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１（Ａ）】エッチングプロセスを実行するために用いることができるこの種の好適なプラズマ処理装置の概略図を示す。
【図１（Ｂ）】図１（Ａ）に示された処理装置の概略図に対する基板の下部、左、中央、右、及び上部位置を示す基板表面の概略図を示す。
【図２（Ａ）】本発明の方法が実施されるこの種のスターティング構造を示すエッチングスタック２００を示す。このエッチングスタック２００は、上部から下部へホトレジストのパターン化された層２１０、非反射性有機コーティング（ＡＲＣ）層２０８、ポリシリコン２０６、及び酸化シリコンゲート絶縁体層２０４を含み、これらは全てシリコン基板２０２上に堆積される。フィルムスタック層の相対的厚さは寸法を示すものでない。
【図２（Ｂ）】本発明による主エッチングステップの実行後のエッチングスタック２００を示す。ＡＲＣ層２０８の全厚さは、第１のプラズマソースガスを用いてエンドポイントまでエッチングされ、ポリシリコン層２０６の上面が露出されている。残りのＡＲＣ物質は、基板表面の中央領域のポリシリコン表面２０７上を覆っている。
【図２（Ｃ）】本発明によるオーバエッチングステップの実行後のエッチングスタック２００を示す。残りのＡＲＣ物質は、ポリシリコン層の著しいエッチングのないポリシリコン層の表面２０７から除去されている。
【図３】ＣＦ4、ＨＢr、及びＯ2のソースガスが有機ＡＲＣ層をエッチングするために用いられた場合、基板表面のいろいろな場所においてエッチングされたフィーチャ間の間隔３０４の関数として、エッチングされたフィーチャの臨界寸法におけるシフト３０２（すなわち、エッチングされたＡＲＣのライン幅とＡＲＣをパターン化するために用いられたホトレジストのライン幅間の差）のグラフ３００を示す。
【図４】ＣＦ4、ＨＢr、及びＯ2のプラズマソースガスが有機ＡＲＣ層をエッチングするために用いられた場合、ＢＡＲＣ層の厚さ４０４の関数としてエッチングされたフィーチャの臨界寸法のシフト４０２（基板の密及び疎の領域において測定された）のグラフ４００を示す。
【図５】ＣＦ4、Ｃl2、及びＮ2のプラズマソースガスが有機ＡＲＣ層をエッチングするために用いられた場合、基板表面のいろいろな場所においてエッチングされたフィーチャ間の間隔５０４の関数として、エッチングされたフィーチャの臨界寸法におけるシフト５０２のグラフ５００を示す。
【図６】Ｃl2、Ｏ2及びＡrのプラズマソースガスが有機ＡＲＣ層をエッチングするために用いられた場合、基板表面のいろいろな場所においてエッチングされたフィーチャ間の間隔６０４の関数として、エッチングされたフィーチャの臨界寸法におけるシフト６０２のグラフ６００を示す。
【図７】ＣＦ4及びＣl2の主エッチング化学作用及びＣl2、Ｏ2及びＡrのオーバエッチングの化学作用が有機ＡＲＣ層をエッチングするために用いられた場合、基板表面のいろいろな場所においてエッチングされたフィーチャ間の間隔７０４の関数として、エッチングされたフィーチャの臨界寸法におけるシフト７０２のグラフ７００を示す。
【図８】エッチングプロセスを実行するために用いられるこの種の装置の他の例である、アプライドマテリアルズ社のＭＸＰ+ポリシリコンエッチングチャンバの概略図である。
【図１（Ａ）】
2004527906.tif 000008
【図３】
2004527906.tif 000009
【図４】
2004527906.tif 000010
【図５】
2004527906.tif 000011
【図６】
2004527906.tif 000012
【図７】
2004527906.tif 000013
【図８】
2004527906.tif 000014
【国際公開パンフレット】
2004527906.tif 000015
2004527906.tif 000016
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【国際調査報告】
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