(57)【要約】【課題】  フォトレジストに対する高い選択性、表面粗度上昇の抑制と、シリコン酸化膜の高いエッチングレートを達成させることのできるエッチングガスおよびそれを用いたエッチング方法を、環境負荷の低い材料により提供する。【解決手段】  少なくとも、一般式（１）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスと一般式（２）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスとを含んでなる、シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングするためのエッチングガス。  一般式（１）：Ｃｘ１Ｈｙ１Ｆｚ１  （ｘ１＝４〜６、ｚ１−ｙ１≦２ｘ１−２、ｘ１、ｙ１およびｚ１はいずれも整数）  一般式（２）：Ｃｘ２Ｈｙ２ＯｗＦｚ２  （ｘ２＝５〜７、２（ｘ２−ｗ）−２＜ｚ２−ｙ２≦２ｘ２、ｗ≧０、ｘ２、ｙ２、ｚ２およびｗはいずれも整数）【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、一般式（１）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスと一般式（２）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスとを含んでなる、シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングするためのエッチングガス。
一般式（１）：Ｃｘ１Ｈｙ１Ｆｚ１  （ｘ１＝４〜６、ｚ１−ｙ１≦２ｘ１−２、ｘ１、ｙ１およびｚ１はいずれも整数）
一般式（２）：Ｃｘ２Ｈｙ２ＯｗＦｚ２  （ｘ２＝５〜７、２（ｘ２−ｗ）−２＜ｚ２−ｙ２≦２ｘ２、ｗ≧０、ｘ２、ｙ２、ｚ２およびｗはいずれも整数）
【請求項２】
前記一般式（２）で表されるガスが、末端ＣＦ３−基を２つ以上含むガスであることを特徴とする、請求項１に記載のエッチングガス。
【請求項３】
前記一般式（２）で表されるガスが、末端ＣＦ３−基を３つ以上含むガスであることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエッチングガス。
【請求項４】
前記一般式（２）において、ｘ２＝５〜７、ｚ２−ｙ２＝１０〜１４であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエッチングガス。
【請求項５】
前記一般式（２）において、ｘ２＝５又は６、ｚ２−ｙ２＝１０〜１２であることを特徴とする、請求項４に記載のエッチングガス。
【請求項６】
前記一般式（２）で表されるガスが、Ｃ５Ｆ１０およびＣ６Ｆ１２のいずれかであることを特徴とする、請求項５に記載のエッチングガス。
【請求項７】
前記一般式（１）で表されるガスが、ｘ１＝４〜６、ｚ１−ｙ１＝４〜８であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のエッチングガス。
【請求項８】
前記一般式（１）で表されるガスがＣ６Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、Ｃ５ＨＦ７およびＣ４ＨＦ５のいずれかであることを特徴とする、請求項７に記載のエッチングガス。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のエッチングガスであって、さらに、希ガスを含むことを特徴とする、エッチングガス。
【請求項１０】
前記希ガスが、アルゴンガスであることを特徴とする請求項9に記載のエッチングガス。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のエッチングガスであって、さらに、酸素ガスを含むことを特徴とする、エッチングガス。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のエッチングガスを用いることを特徴とする、シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，基板上のシリコン酸化膜をプラズマによりエッチングするためのエッチングガスと，そのエッチングガスを用いたエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、フォトレジスト等の有機膜層をマスクとしてシリコン含有誘電層（例えば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＯＣ膜等）をプラズマエッチングし、コンタクトホール等を形成することが知られている。このようなプラズマエッチングに使用される処理ガスとしては、例えば、Ｃ５Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２等の混合ガスを使用することが一般的である。
【０００３】
また、フォトレジストに対して選択的にＳｉＯ２をプラズマエッチングする際の処理ガスとして、少なくとも４の炭素原子及び２より少ないＦ／Ｃ比を有するフルオロカーボンガスと、アルゴン又はキセノンガスと、Ｏ２ガスからなる処理ガスを使用することが提案されている。
【０００４】
さらに、高い選択性と高いエッチングレートとを両立させることのできるプラズマエッチング方法として、不飽和型である第１のフルオロカーボンガスと、直鎖飽和型であってＣｍＦ２ｍ＋２（ｍ＝５又は６）で表される第２のフルオロカーボンガスと酸素ガスとを含む処理ガスから前記プラズマを生成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２４２７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フォトレジスト等の有機膜層をマスクとして、高アスペクト比のコンタクトホール等を形成する場合、マスクに対するエッチング対象層の高い選択比が必要とされる。微細プロセスで使用されるＡｒＦレジストにおいては、このような要求はマスク層薄膜化のためにより強くなっている上に、プラズマエッチングによるフォトレジスト表面の粗度上昇が重大な問題となっており、その抑制への要求も高まっている。また、このような高い選択比や粗度上昇の抑制を維持しながら、生産性を上げるため、高いエッチングレートを達成することへの要求も高くなっている。
【０００７】
一方で、半導体デバイスの製造工程に使用される材料に対しては、近年の環境問題の深刻化から、環境負荷が低いことが要求されている。特にプラズマエッチング工程では、ＧＷＰの大きな飽和型フルオロカーボンガスを使用しないことが、環境負荷の低減になると考えられている。このため、これらの要求を達成させることのできるエッチングガスおよびエッチング方法の開発が求められていた。
【０００８】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、フォトレジストに対する高い選択性、表面粗度上昇の抑制と、シリコン酸化膜の高いエッチングレートを達成させることのできるエッチングガスおよびそれを用いたエッチング方法を、環境負荷の低い材料により提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のエッチングガスは、シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングするためのエッチングガスであって、少なくとも、一般式（１）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスと一般式（２）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスとを含んでなる。
一般式（１）：Ｃｘ１Ｈｙ１Ｆｚ１  （ｘ１＝４〜６、ｚ１−ｙ１≦２ｘ１−２）
一般式（２）：Ｃｘ２Ｈｙ２ＯｗＦｚ２  （ｘ２＝５〜７、２（ｘ２−ｗ）−２＜ｚ２−ｙ２≦２ｘ２、ｗ≧０）
【００１０】
本発明のエッチングガスは、前記一般式（２）で表されるガスが、末端ＣＦ３−基を２つ以上含むガスであることが好ましい。
本発明のエッチングガスは、前記一般式（２）で表されるガスが、末端ＣＦ３−基を３つ以上含むガスであることが好ましい。
【００１１】
本発明のエッチングガスは、前記一般式（２）において、ｘ２＝５〜７、ｚ２−ｙ２＝１０〜１４であることを特徴とする。
本発明のエッチングガスは、前記一般式（２）において、ｘ２＝５又は６、ｚ２−ｙ２＝１０〜１２であることが好ましい。
本発明のエッチングガスは、前記一般式（２）で表されるガスが、Ｃ５Ｆ１０およびＣ６Ｆ１２のいずれかであることが好ましい。
【００１２】
本発明のエッチングガスは、前記一般式（１）で表されるガスが、ｘ１＝４〜６、ｚ１−ｙ１＝４〜８であることが好ましい。
本発明のエッチングガスは、前記一般式（１）で表されるガスがＣ６Ｆ６、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、Ｃ５ＨＦ７およびＣ４ＨＦ５のいずれかであることが好ましい。
【００１３】
本発明のエッチングガスは、さらに、希ガスを含むことが好ましい。
本発明のエッチングガスは、前記希ガスが、ヘリウムガス、ネオンガス、又はアルゴンガスであることが好ましい。
本発明のエッチングガスは、前記希ガスがアルゴンガスであることがより好ましい。
本発明のエッチングガスは、さらに、酸素ガスを含むことが好ましい。
【００１４】
本発明のシリコン酸化膜をプラズマによりエッチングする方法は、本発明のエッチングガスを用いることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のエッチングガスおよびエッチング方法によれば、シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングする際に、高い選択性、表面粗度上昇の抑制と高いエッチングレートを達成させることができる。
また、本発明のフルオロカーボンガスは不飽和結合が導入されているため、環境負荷が小さいと考えられる。特に温暖化係数（ＧＷＰ）が低いと考えられる。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明のシリコン酸化膜をプラズマによりエッチングするためのエッチングガスは、少なくとも、前記一般式（１）で表される不飽和結合の持つフルオロカーボンガスと前記一般式（２）で表されるフルオロカーボンガスとを含んでなる。
【００１７】
前記一般式（１）で表されるガスにおいて、ｘ１、ｙ１およびｚ１はいずれも整数であり、それらはｘ１＝４〜６、ｚ１−ｙ１≦２ｘ１−２で定義される。
好ましくはｘ１＝４〜６、ｚ１−ｙ１＝６〜８であり、より好ましい例として、具体的にはパーフルオロベンゼン（Ｃ６Ｆ６）、ＣＦ２＝ＣＦ−ＣＦ＝ＣＦ２（Ｃ４Ｆ６）、ｃ−Ｃ５Ｆ８（下記［化１］に示す）、ｃ−Ｃ５ＨＦ７（下記［化２］に示す）、ＣＦ２＝ＣＦ−ＣＨ＝ＣＦ２（Ｃ４ＨＦ５）、およびｃ−Ｃ４ＨＦ５（下記［化３］に示す）などが挙げられる。
【００１８】
【化１】
2012043869.tif 000002
【００１９】
【化２】
2012043869.tif 000003
【００２０】
【化３】
2012043869.tif 000004
【００２１】
前記一般式（２）で表されるガスは、ｘ２、ｙ２、ｚ２およびｗはいずれも整数であり、それらはｘ２＝５〜７、２（ｘ２−ｗ）−２＜ｚ２−ｙ２≦２ｘ２、ｗ≧０で定義される。
好ましくは、ｘ２＝５〜７、ｚ２−ｙ２＝１０〜１４であり、より好ましくは、ｘ２＝５又は６、ｚ２−ｙ２＝１０〜１２である。
【００２２】
また前記一般式（２）で表されるガスは、好ましくは末端ＣＦ３−基を２つ以上含み、より好ましくは、３つ以上含む。
【００２３】
好ましい一般式（２）のガスとしては、具体的には、ＣＦ３−ＣＦ＝Ｃ（ＣＦ３）２、ＣＦ３−ＣＦ２−ＣＦ＝Ｃ（ＣＦ３）２、ＣＦ３−ＣＦ＝ＣＦ−ＣＦ（ＣＦ３）２、ＣＦ３−ＣＦ＝Ｃ（ＣＦ３）−ＣＦ２−ＣＦ３、（ＣＦ３）２ＣＦ−Ｃ（ＣＦ３）＝ＣＦ２、（ＣＦ３）２Ｃ＝Ｃ（ＣＦ３）２、オクタフルオロシクロペンタノン、ＣＦ3−ＣＦ2−ＣＦ2−Ｏ−ＣＦ＝ＣＦ２などが挙げられる。
【００２４】
さらに、本発明のエッチングガスは、上記一般式（１）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスと上記一般式（２）で表される不飽和結合をもつフルオロカーボンガスのほかに、希ガスを含んでよい。
好ましい上記希ガスとしては、具体的にはヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガスが挙げられる。より好ましくはアルゴンガスである。
またさらに、本発明のエッチングガスは、上記一般式（１）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスと上記一般式（２）で表される不飽和結合をもつフルオロカーボンガスのほかに、酸素ガスを含んでよい。
【００２５】
本発明のエッチング方法は、上記本発明のエッチングガスを用いて行われる。エッチングガスのプラズマエッチング装置への導入速度は、各成分の使用割合に比例させ、例えば、一般式（１）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスと一般式（２）で表される不飽和結合を持つフルオロカーボンガスは、それぞれ５〜３０ｓｃｃｍ、酸素ガスは１０〜５０ｓｃｃｍ、希ガスは１００〜５００ｓｃｃｍ等とすればよい。
処理ガスが導入されたプラズマエッチング装置内の圧力は、通常０.００１３〜１３００Ｐａ、好ましくは０.１３〜５Ｐａである。
プラズマエッチング装置としては、ヘリコン波方式、高周波誘導方式、平行平板タイプ、マグネトロン方式及びマイクロ波方式等の装置が挙げられるが、高密度領域のプラズマ発生が容易なことから、平行平板タイプ、高周波誘導方式及びマイクロ波方式の装置が好適に使用される。
プラズマ密度は、特に限定はないが、本発明の効果をより良好に発現させる観点から、プラズマ密度が、好ましくは１０１２イオン／ｃｍ３以上、より好ましくは１０１２〜１０１３イオン／ｃｍ３の高密度プラズマ雰囲気下でエッチングを行うのが望ましい。
エッチング時における被処理基板の到達温度は、特に限定されるものではないが、好ましくは−５０〜３００℃、より好ましくは−２０〜２００℃、さらに好ましくは−１０〜１００℃の範囲である。基板の温度は冷却等により制御しても、制御しなくてもよい。
本発明のエッチング方法でエッチングを行う際のエッチング対象物は、シリコン酸化膜である。
本発明のエッチング方法でエッチングを行う際のエッチングマスクは特に限定されない。例として有機膜層としてフォトレジスト膜やアモルファスカーボン層、窒素含有層としてＳｉ３Ｎ４層、また多結晶Ｓｉ層やアモルファスＳｉ層といったシリコン層をマスクとしてよい。フォトレジスト層の例としてはＫｒＦレジスト、ＡｒＦレジスト、Ｘ線レジスト等が挙げられる。
本発明のエッチング方法でエッチングを行う際のエッチング装置は好ましくはプラズマエッチング装置である。より好ましくは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置である。
【実施例】
【００２６】
（実施例１）
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）装置を使用し、半導体ウエハに、上記したプラズマエッチング工程を、シリコン酸化膜、ＡｒＦレジスト膜に対して、以下に示すようなレシピにより実施した。
【００２７】
エッチングガスには、一般式（１）のガスとしてｃ−Ｃ５Ｆ８（下記［化４］に示す）を、一般式（２）の化合物としてＣＦ３−ＣＦ＝ＣＦ−ＣＦ（ＣＦ３）２（下記［化５］に示す、また以下Ｃ６Ｆ１２（Ａ）と表す）を用いてエッチングを行った。
【００２８】
【化４】
2012043869.tif 000005
【００２９】
【化５】
2012043869.tif 000006
【００３０】
エッチングガス：ｃ−Ｃ５Ｆ８／Ｃ６Ｆ１２（Ａ）／Ａｒ／Ｏ２＝１０／５／２００／３０ｓｃｃｍ
圧力：２．０Ｐａ（１５ｍＴｏｒｒ）
電力（上部電極／下部電極）：１３００Ｗ（６０ＭＨｚ）／４００Ｗ（２ＭＨｚ）
電極間間隔：３５ｍｍ
温度（上部電極／側壁部／下部電極）：６０／６０／０℃
エッチング時間：６０秒
【００３１】
上記プラズマエッチング工程におけるシリコン酸化膜のエッチングレートは、Ｃ６Ｆ１２（Ａ）を加えない場合の１．２倍、シリコン酸化膜のＡｒＦレジストに対する選択比（シリコン酸化膜のエッチングレート／ＡｒＦレジストのエッチングレート）も１．２倍であった。また、ＡｒＦレジスト表面は平滑であった。
【００３２】
（実施例２）
実施例１のエッチングガス中の、一般式（２）のフルオロカーボンガスであるＣ６Ｆ１２（Ａ）を、ＣＦ３−ＣＦ２−ＣＦ＝Ｃ（ＣＦ３）２（下記［化６］に示す、また以下Ｃ６Ｆ１２（Ｂ）と表す）に換えて、ｃ−Ｃ５Ｆ８／Ｃ６Ｆ１２（Ｂ）／Ａｒ／Ｏ２＝１０／５／２００／３０ｓｃｃｍに変更した以外は、上記実施例１と同じ条件でプラズマエッチング工程を実施した。この結果、シリコン酸化膜のエッチングレートは、Ｃ６Ｆ１２（Ｂ）を加えない場合の１．１倍、シリコン酸化膜のＡｒＦレジストに対する選択比も１．１倍であった。また、ＡｒＦレジスト表面は平滑であった。すなわち、この実施例２においても、実施例１と同様に高い選択性、表面粗度上昇の抑制、高いエッチングレートが達成された。
【００３３】
【化６】
2012043869.tif 000007
【００３４】
（比較例１）
実施例１のエッチングガス中の、一般式（２）のフルオロカーボンガスであるＣ６Ｆ１２（Ａ）を、ｃ−Ｃ４Ｆ８（下記［化７］に示す）に換えて、ｃ−Ｃ５Ｆ８／ｃ−Ｃ４Ｆ８／Ａｒ／Ｏ２＝１０／５／２００／３０ｓｃｃｍに変更した以外は、上記実施例１と同じ条件でプラズマエッチング工程を実施した。この結果、シリコン酸化膜のエッチングレートは、ｃ−Ｃ４Ｆ８を加えない場合の１．０倍、シリコン酸化膜のＡｒＦレジストに対する選択比は１．１倍であった。また、ＡｒＦレジスト表面は粗度が大きく上昇していた。
【００３５】
【化７】
2012043869.tif 000008
【００３６】
上記の結果を表１に示す。この表１に示されるように、実施例１および２では、一般式（２）のフルオロカーボンガスを加えない場合に対して、高い選択比、表面粗度上昇の抑制と高いエッチングレートを達成させた。
【００３７】
【表１】
2012043869.tif 000009