(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基板上に形成されたエッチング対象膜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Ｎ２とＨ２と、フッ素含有ガスであるＣＦ４とを含み，
前記ＣＦ４の流量は，前記処理ガスの流量の０．２〜０．４％であり，
前記エッチング対象膜は，Ｓｉを含有する有機膜からなり，
ＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜のパターンをエッチングマスクとしてエッチングを行うことを特徴とする，プラズマエッチング方法。
【請求項２】
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基板上に形成されたエッチング対象膜に対するエッチング方法において，
前記エッチング対象膜は，上層のＳｉを含有する有機膜及び下層のＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜からなり，
前記処理ガスは，前記エッチング対象膜の所定深さまでのエッチング時には少なくともＮ２とＨ２と、フッ素含有ガスであるＣＦ４を含み，前記エッチング対象膜の前記所定深さ以降のエッチング時には少なくともＮ２とＨ２とを含み，
前記ＣＦ４の流量は，前記処理ガスの流量の０．２〜０．４％であり，
ＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜のパターンをエッチングマスクとしてエッチングを行うことを特徴とする，プラズマエッチング方法。
【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】
従来，半導体素子の配線にはＡｌ合金が用いられていたが，近年では，ダマシン・プロセスと称されるＣｕ配線の形成が行われている。ダマシン・プロセスとは，Ｓｉ（シリコン）基板上の層間絶縁膜（エッチング対象膜）にトレンチ，ビアを形成し，このトレンチ，ビアにＣｕめっきを埋め込む方法である。Ａｌ合金からＣｕへの配線材料の変更によって，比抵抗が約半分になり，高速化しやすくなる。化学的機械研磨（ＣＭＰ）による平坦化が可能になっている現在，ダマシン・プロセスは実用化しやすくなった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，上述の層間絶縁膜にトレンチ，ビアを形成する工程は，Ｎ２とＨ２とからなる処理ガスを用いたエッチング処理により行われるが，層間絶縁膜としてＳｉを含有する有機膜が用いられる場合，エッチング面にＳｉを核とした残留物（残渣）が形成されてしまう。この残渣は，後工程であるＣｕめっきを埋め込みの障害となるため除去することが好ましいが，上記Ｎ２とＨ２とを含む処理ガスでは，この残渣を除去することができないという問題点があった。
【０００４】
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，本発明の目的は，エッチング面に形成される残渣を除去し，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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，本発明の第１の観点によれば，請求項１に記載のように，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基板上に形成されたエッチング対象膜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Ｎ２とＨ２とフッ素含有ガスとを含み，エッチング対象膜は，Ｓｉを含有する有機膜であり，ＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜のパターンをエッチングマスクとしてエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法が提供される。
【０００６】
かかるエッチング方法によれば，処理ガスにフッ素含有ガスを添加したので，エッチング対象膜に含有されるＳｉに起因する残渣をエッチング時に除去することができる。このため，エッチング形状の改善に優れた効果を奏する。
【０００７】
さらに，請求項２に記載のように，フッ素含有ガスはＣＦ４であり，ＣＦ４の流量は，処理ガスの流量の実質的に０．２〜０．４％であることが好ましい。
【０００８】
ＣＦ４の流量が処理ガスの流量の実質的に０．２％以上であると，エッチング対象膜に含有されるＳｉに起因する残渣をエッチング時に十分に除去できる。また，ＣＦ４の流量が処理ガスの流量の０．４％以下であると，ＳｉＯ２膜のパターンまたはＳｉＮ膜のパターンからなるエッチングマスクの肩部がエッチングされにくくなるため，エッチングにより形成される溝の開口部が広がらず，エッチング形状の改善に優れた効果を奏する。
【０００９】
また，本発明の第２の観点によれば，請求項３に記載にように，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基板上に形成されたエッチング対象膜に対するエッチング方法において，前記エッチング対象膜は，上層のＳｉを含有する有機膜及び下層のＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜からなり，前記処理ガスは，前記エッチング対象膜の所定深さまでは少なくともＮ２とＨ２とフッ素含有ガスとを含み，前記エッチング対象膜の前記所定深さ以降のエッチング時には少なくともＮ２とＨ２とを含み，ＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜のパターンをエッチングマスクとしてエッチングを行うことを特徴とするエッチング方法が提供される。
【００１０】
かかるエッチング方法によれば，エッチング対象膜の所定深さまでのエッチング時（ジャストエッチング時）には，処理ガスにフッ素含有ガスを添加したので，エッチング対象膜に含有されるＳｉに起因する残渣をエッチング時に除去することができる。このため，エッチング形状の改善に優れた効果を奏する。ここで所定深さとは，例えば，エッチング対象膜の上層と実質的に同じ深さである。なお，請求項４に記載のように，フッ素含有ガスはＣＦ４であり，ＣＦ４の流量が処理ガスの流量の実質的に０．２〜０．４％であることが好ましいということは上述の場合と同様である。
【００１１】
また，基板上の配線を保護するため，保護膜としてＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜を形成することがある。本発明の上記構成によれば，エッチング対象膜の所定深さ以降のエッチング時（オーバーエッチング時）には，フッ素含有ガスを添加しないようにしたので，エッチング対象膜の下層のＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜の除去を抑えることが可能である。ここでオーバーエッチングは，例えば，ジャストエッチング時の深さからさらにその３０％〜３２％程度の深さまでエッチングを進行させるものとする。
【００１２】
【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。
【００１３】
（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の保安接地された処理容器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。
【００１４】
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３分岐管１２６，１２８，１３０が接続されている。
【００１５】
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，Ｎ２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，Ｈ２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，フッ素含有ガスの一例たるＣＦ４を供給するガス供給源１４８が接続されている。なお，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，例えば，Ａｒ，Ｈｅ，Ｋｒ等の不活性ガスを処理ガスに添加することもできる。
【００１６】
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。
【００１７】
（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。
本実施の形態で使用するウェハＷは，Ｓｉ基板上にエッチング対象膜たるＳｉを含有する有機膜が形成されている。このエッチング対象膜は，比誘電率が従来のＳｉＯ２よりも非常に小さい，例えばＦＬＡＲＥ（商品名）や，ポリオルガノシロキサン架橋ビスベンゾシクロブテン樹脂（ＢＣＢ）や，DowChemical社製のＳｉＬＫ（商品名）等の有機系低誘電率材料から構成されている。また，エッチング対象膜として，上層に上記有機系低誘電率材料を有し，その下層に，Ｓｉ基板上の配線を保護するための保護膜としてＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜を有する２層構造を採用することもできる。
【００１８】
また，上述のエッチング対象膜上には，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。本実施の形態では，ＳｉＯ２膜またはＳｉＮ膜のパターンをエッチングマスクとして採用する。
【００１９】
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。
【００２０】
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１００ｍＴｏｒｒ（１３．３Ｐａ）程度になるように，処理室１０４内を真空引きする。
【００２１】
次いで，本実施の形態にかかる処理ガス，すなわちＮ２とＨ２とＣＦ４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ＣＦ４の流量は，Ｎ２とＨ２とＣＦ４の総流量の実質的に０．２〜０．４％となるようにガス流量を調整する。例えば，Ｎ２を４００ｓｃｃｍ程度，Ｈ２を４００ｓｃｃｍ程度，ＣＦ４を２ｓｃｃｍ程度に調整することができる。あるいは，Ｎ２を４００ｓｃｃｍ程度，Ｈ２を４００ｓｃｃｍ程度，ＣＦ４を４ｓｃｃｍ程度に調整することができる。
【００２２】
次いで，下部電極１０６に対して，例えば周波数が１３．５６ＭＨｚで，電力が１０００Ｗ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２５００Ｗ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に形成されたエッチング対象膜に所定形状のコンタクトホールが形成される。
【００２３】
また，エッチング対象膜として，上層にＳｉを含有する有機膜を有し，その下層のＳｉＯ２膜あるいはＳｉＮ膜を有する２層構造を採用した場合には，上層のエッチングが終了した時点（ジャストエッチング時）で，ＣＦ４の導入を止めることもできる。すなわち，それ以降のエッチング時（オーバーエッチング時）には，Ｎ２とＨ２とからなる処理ガスによりエッチングを進行させる。このオーバーエッチングは，例えば，ジャストエッチングの深さからさらに３０％〜３２％程度の深さまでエッチング処理を進行させるものとする。
【００２４】
本実施の形態は，以上のように構成されており，処理ガスにフッ素含有ガスの一例としてＣＦ４を添加したので，エッチング対象膜に含有されるＳｉに起因する残渣をエッチング時に除去することができる。このため，エッチング形状の改善に優れた効果を奏する。
【００２５】
さらに，ＣＦ４の流量がＮ２とＨ２とＣＦ４の総流量の実質的に０．２％以上であるため，エッチング対象膜に含有されるＳｉに起因する残渣をエッチング時に十分に除去できる。また，ＣＦ４の流量がＮ２とＨ２とＣＦ４の総流量の実質的に０．４％以下であると，ＳｉＯ２膜のパターンまたはＳｉＮ膜のパターンからなるエッチングマスクの肩部がエッチングされにくくなるため，エッチングにより形成されるコンタクトホールの開口部が広がらず，エッチング形状の改善に優れた効果を奏する。
【００２６】
【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，以下の実施例１，実施例２は，上記実施の形態で説明したエッチング装置１００を用いて処理を行い，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。また，本実施例では，ウェハＷのエッチング対象膜として，上層にＳｉを含有する有機膜であるＦＬＡＲＥ２１０を有し，その下層にＳｉＯ２膜（あるいはＳｉＮ膜）２２０を有する２層構造を採用した。なお，図２，図３中の符号２３０はエッチングマスクであり，ＳｉＯ２膜（あるいはＳｉＮ膜）２２０より下の層については図示及び説明を省略する。
【００２７】
（Ａ）実施例１
実施例１は，Ｎ２とＨ２をそれぞれ４００ｓｃｃｍとし，これにＣＦ４を２ｓｃｃｍ添加したものを処理ガスとして用い，上述したウェハＷのエッチング対象膜にトレンチ，ビアを形成したものである。本実施例の結果は，図２に示した通りである。図２（Ａ）はウェハＷの中央部（センター）に幅の狭いトレンチを形成したものを示し，図２（Ｂ）はウェハＷの端部（エッジ）に幅の狭いトレンチを形成したものを示し，図２（Ｃ）はウェハＷのセンターに幅の広いトレンチを形成したものを示し，図２（Ｄ）はウェハＷのエッジに幅の広いトレンチを形成したものを示している。
【００２８】
本実施例では，図２に示したように，トレンチの幅に関わらず，また，ウェハＷのセンター，エッジのいずれの箇所においてもエッチング形状が良好である。ただし，図２（Ｃ），（Ｄ）に示したように，エッチング面にエッチング対象膜に含有されるＳｉに起因する残渣Ｘが若干形成されており，本実施例の条件よりもＣＦ４の流量を少なくして，残渣の量を増加させてしまうことは好ましくないと判断される。
【００２９】
（Ｂ）実施例２
実施例２は，Ｎ２とＨ２をそれぞれ４００ｓｃｃｍとし，これにＣＦ４を第１の実施例に対して１００％増量した４ｓｃｃｍ添加したものを処理ガスとして用い，上述したウェハＷのエッチング対象膜にビア，トレンチを形成したものである。本実施例の結果は，図３に示した通りである。図３（Ａ）はウェハＷのセンターに幅の狭いトレンチを形成したものを示し，図３（Ｂ）はウェハＷのエッジに幅の狭いトレンチを形成したものを示し，図３（Ｃ）はウェハＷのセンターに幅の広いトレンチを形成したものを示し，図３（Ｄ）はウェハＷのエッジに幅の広いトレンチを形成したものを示している。
【００３０】
本実施例では，図３に示したように，トレンチの幅に関わらず，また，ウェハＷのセンター，エッジのいずれの箇所においてもエッチング形状が良好である。ただし，図３（Ａ），（Ｂ）に示したように，トレンチの開口部Ｙが若干広がっており，本実施例の条件よりもＣＦ４の流量を多くして，トレンチの開口部を広げてしまうことは好ましくないと判断される。
【００３１】
以上説明したように，実施例１の結果からは，ＣＦ４の流量が処理ガスの流量の０．２％より少ないと，エッチング対象膜に含有されるＳｉに起因する残渣をエッチング時に十分に除去することができないことが分かる。また，実施例２の結果からは，ＣＦ４の流量が処理ガスの流量の０．４％より多いと，ＳｉＯ２膜のパターンまたはＳｉＮ膜のパターンからなるエッチングマスクの肩部がエッチングされてしまい，エッチングにより形成されるトレンチの開口部が広がってしまう。従って，実施例１，実施例２の結果を総合すると，ＣＦ４の流量は，処理ガスの流量の実質的に０．２％〜０．４％であることが好ましいと言える。
【００３２】
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及び実施例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。
【００３３】
例えば，上記実施の形態及び実施例において，Ｎ２とＨ２とＣＦ４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。フッ素含有ガスとして，Ｃ４Ｆ８，Ｃ５Ｆ８，ＳＦ６等を用いることもできる。また，ガス流量を制御するための不活性ガス，例えば，ＡｒやＯ２を添加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Ｎ２とＨ２とフッ素含有ガスが含まれていれば，本発明を実施することが可能である。
【００３４】
また，上記実施の形態及び実施例においては，ジャストエッチング時にＮ２とＨ２とＣＦ４とからなる処理ガスを用い，オーバーエッチング時にＮ２とＨ２とからなる処理ガスを用いてエッチング処理を行った場合の一例について説明したが，本発明はこれに限定されない。例えば，ジャストエッチング時にＮ２とＨ２とからなる処理ガスを用い，オーバーエッチング時にＮ２とＨ２とフッ素含有ガスとからなる処理ガスを用いても本発明を実施可能である。また，ジャストエッチング時，オーバーエッチング時ともにＮ２とＨ２とフッ素含有ガスとからなる処理ガスを用いても本発明を実施可能である。
【００３５】
また，上記実施の形態及び実施例においては，Ｎ２とＨ２との流量をそれぞれ４００ｓｃｃｍ（Ｎ２とＨ２との流量比＝５：５）とした場合の一例について説明したが，本発明はこれに限定されない。例えば，Ｎ２とＨ２との流量比を６：４あるいは７：３にした場合であっても同様に本発明を実施可能である。
【００３６】
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。
【００３７】
さらに，上記実施の形態において，ウェハに形成されたエッチング対象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エッチング対象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。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，エッチング対象膜に含有されるＳｉに起因する残渣をエッチング時に十分に除去でき，さらに，エッチングにより形成される溝の開口部が広がらず，エッチング形状の改善に優れた効果を奏する。
【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】実施例１を説明するための概略的な説明図である。
【図３】実施例２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  分岐管（第１分岐管，第２分岐管，第３分岐管）
１３２，１３８，１４４  開閉バルブ
１３４，１４０，１４６  流量調整バルブ
１２６，１４２，１４８  ガス供給源
１５０  排気管
Ｗ  ウェハ
２１０  ＦＬＡＲＥ
２２０  ＳｉＯ２膜（あるいはＳｉＮ膜）
２３０  エッチングマスク
Ｘ  残渣
Ｙ  開口部
【図１】
0004388645.tif 000002
【図２】
0004388645.tif 000003
【図３】
0004388645.tif 000004