(57)【要約】【課題】湾曲を軽減し上下比を改善するためにアドバンスドパターニングフィルム（ＡＰＦ）を用いてウェハをエッチングする方法である。【解決手段】ＡＰＦ層を有するウェハを約１６２ＭＨｚで作動する電源を備えた処理チャンバ内に設置し、処理ガスをチャンバに供給し、１６２ＭＨｚ電源を用いてソース電力を印加し、バイアス電力をウェハに印加することを含む。処理ガスは水素ガス（Ｈ２）、窒素ガス（Ｎ２）、及び一酸化炭素ガス（ＣＯ）を含む。Ｈ２：Ｎ２の比は約１：１である。加えて、ウェハ温度を調節してエッチング特性を改善する。【選択図】図１
2009021605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アドバンスドパターンフィルム（ＡＰＦ）をエッチングする方法であり、
ＡＰＦ層を含むウェハを約１６２ＭＨｚで作動する電源を備えた処理チャンバ内に設置し、
水素ガス（Ｈ２）と、窒素ガス（Ｎ２）と、一酸化炭素ガス（ＣＯ）を含み、Ｈ２：Ｎ２の比が約１：１である処理ガスを前記チャンバに供給し、
前記１６２ＭＨｚ電源を用いてソース電力を印加し、
バイアス電力を前記ウェハに印加することを含む方法。
【請求項２】
前記処理ガスを、その処理チャンバへの供給に先立って３００ｓｃｃｍのＨ２と、３００ｓｃｃｍのＮ２と、２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記処理ガスを、その処理チャンバへの供給に先立って３００ｓｃｃｍのＨ２と、３００ｓｃｃｍのＮ２と、５０ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ソース電力が０ワット〜２３００ワットである請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記バイアス電力が０ワット〜１０００ワットである請求項１記載の方法。
【請求項６】
処理圧力を約１００ミリトールに維持することを更に含む請求項１記載の方法。
【請求項７】
アドバンスドパターンフィルム（ＡＰＦ）をエッチングする方法であり、
ＡＰＦ層を含むウェハを約１６２ＭＨｚで作動する電源を備えた処理チャンバ内に設置し、
水素ガス（Ｈ２）と、窒素ガス（Ｎ２）と、一酸化炭素ガス（ＣＯ）を含み、Ｈ２：Ｎ２の比が約３：１である処理ガスを前記チャンバに供給し、
１６２ＭＨｚで作動する前記電源に約２０００ワットの電力を印加し、
約９００ワットのバイアス電力を前記ウェハに印加し、
処理圧力を約１００ミリトールに維持することを含む方法。
【請求項８】
前記処理ガスを、その処理チャンバへの供給に先立って４５０ｓｃｃｍのＨ２と、１５０ｓｃｃｍのＮ２と、２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する請求項７記載の方法。
【請求項９】
アドバンスドパターンフィルム（ＡＰＦ）をエッチングする方法であり、
ＡＰＦ層を含むウェハを約１６２ＭＨｚで作動する電源を備えた処理チャンバ内に設置し、
ウェハ温度を２０℃〜６０℃に調節し、
水素ガス（Ｈ２）と、窒素ガス（Ｎ２）と、一酸化炭素ガス（ＣＯ）を含む処理ガスを前記チャンバに供給し、
前記１６２ＭＨｚ電源を用いてソース電力を印加し、
バイアス電力を前記ウェハに印加し、
処理圧力を約１００ミリトールに維持することを含む方法。
【請求項１０】
前記処理ガスの前記Ｈ２と前記Ｎ２のＨ２：Ｎ２比が約１：１である請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記処理ガスを、その処理チャンバへの供給に先立って３００ｓｃｃｍのＨ２と、３００ｓｃｃｍのＮ２と、２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記処理ガスの前記Ｈ２と前記Ｎ２の比Ｈ２：Ｎ２が約３：１である請求項９記載の方法。
【請求項１３】
前記処理ガスを、その処理チャンバへの供給に先立って４５０ｓｃｃｍのＨ２と、１５０ｓｃｃｍのＮ２と、２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ソース電力が０ワット〜２３００ワットである請求項９記載の方法。
【請求項１５】
前記バイアス電力が０ワット〜１０００ワットである請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景】
【０００１】
本発明の態様は、概して、半導体デバイスの分野及びこれら半導体デバイスの製造に関する。更には、本発明の実施形態はアドバンスドパターニングフィルム（ＡＰＦ）のエッチング方法及び装置に関する。
【０００２】
コンピュータの処理速度がより速く、より強力になるにつれ、これらのコンピュータを動かす半導体デバイスはより小さくより複雑なものとなってきている。現代の半導体デバイスの多くがＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）トランジスタとコンデンサから成り、ＣＭＯＳトランジスタは通常、ソース、ドレイン及びゲートを含む。ゲートはゲートスタックと称されることもあるが、これはゲート電極とその下のゲート誘電体といった幾つかのコンポーネントを含む場合があるからである。側壁スペーサ（スペーサ又はスペーサ層とも称される）がゲート構造に隣接していることがあり、通常は酸化物層と窒化物層コンポーネントを含む。
【０００３】
ＣＭＯＳデバイスは多くのコンピュータで見かける一般的な半導体デバイスではあるものの、その製造は困難になりつつある。ＣＭＯＳデバイスの製造が困難になりつつある理由の１つに、これらのデバイスの小型化に伴い各ＣＭＯＳデバイスに関係する公差が厳しいものになってきていることがある。このようなＣＭＯＳデバイスを作製するためのある方法は、アドバンスドパターニングマスクを含むパターンマスク（例えば、フォトレジストマスク）をこのようなマスクの下にくる材料層上（つまり、下層上）に形成し、次にパターンフォトレジストマスクをエッチマスクとして使用して材料層をエッチングすることを含む。アドバンスドパターニングフィルム（ＡＰＦ）はトリム手順においてスピンオンＡＲＣに代わるものとして使用可能な可剥性ハードマスク（非晶質炭素／ＤＡＲＣスタックフィルム）である。エッチマスクは一般的にはその下の層（又は複数の下層）に形成（又はエッチング）予定の構造の複製である。このため、エッチマスクは下層に形成する構造と同じ局所寸法を有している。
【０００４】
エッチング処理における製造変数が、形成された構造の寸法について、エッチング対象であるウェハグループ（例えば、バッチ又はロット）内で広い統計的分散（例えば、大きなσ、ここでσは標準偏差である）をもたらす場合がある。又、製造処理における変動も又、１枚のウェハ内での構造寸法における統計的分散を生じさせる可能性がある。
【０００５】
例えば、ＣＭＯＳデバイスの製造中、トレンチを材料にエッチングすることは多い。トレンチ最上部の開口部の寸法がトレンチ底部の開口部の寸法と非常に近い良好なアスペクト比を有するトレンチをエッチングするのが望ましいことが多いが、そういった結果を得るのは困難である。カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社から入手可能なアドバンスドパターニングフィルム（ＡＰＦ、商標名）は、エッチングするトレンチの上下比の改善に非常に効果的である。ＡＰＦソリューションでは、可剥性ＣＶＤカーボンハードマスク技術を絶縁性反射防止膜（ＤＡＲＣ）と組み合わせた二層型パターニングフィルムスタックを用いることで進歩した高アスペクト比のコンタクトエッチングを可能としている。ポリシリコン及び酸化物に対してのその高い選択性により、ＡＰＦはエッチング処理において非常に優れた制御性を実現している。
【０００６】
ＡＰＦソリューションを用いたエッチング処理によりトレンチの上下間でのアスペクト比は改善されるが、ＡＰＦそれだけでのエッチングではトレンチの中央が広がった湾曲プロファイルとなる場合がある。加えて、ＡＰＦでのエッチングによりエッチングしたトレンチの上下比が改善されても、比はそれでも多くの場合８０％未満である。ＣＤ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）が小さくなるにつれ、これらの影響はより厄介なものとなってくる。
【０００７】
従って、湾曲を軽減し、上下比が８０％を超えるトレンチを有するデバイスを形成する、ＡＰＦを利用した、半導体デバイスにおいてトレンチをエッチングするためのシステム及び方法が必要とされている。
【概要】
【０００８】
本発明の実施形態はＡＰＦを用いたエッチングを利用し、特定の実施形態においては処理を改善して湾曲を軽減し、上下比を８０％より高くするシステム及び方法を提供する。
【０００９】
本発明の一実施形態において、アドバンスドパターンフィルム（ＡＰＦ）のエッチング方法にはＡＰＦ層を含むウェハを約１６２ＭＨｚで作動する電源を備えた処理チャンバ内に設置し、処理ガスをチャンバに供給し、１６２ＭＨｚ電源を用いてソース電力を印加し、バイアス電力をウェハに印加することを含む。処理ガスは水素ガス（Ｈ２）、窒素ガス（Ｎ２）、及び一酸化炭素ガス（ＣＯ）を含む。一実施形態において、Ｈ２：Ｎ２の比は約１：１である。
【００１０】
本発明の別の実施形態においては、３００ｓｃｃｍのＨ２と、３００ｓｃｃｍのＮ２と、２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合して事前に混合した処理ガスとしてから処理チャンバへと供給する。特定の実施形態においては、約５０ｓｃｃｍのＣＯを使用する。
【００１１】
本発明の更に別の実施形態において、ソース電力は０ワット〜２３００ワットである。
【００１２】
本発明の更に別の実施形態において、ソース電力は約２０００ワットである。
【００１３】
本発明の更に別の実施形態において、バイアス電力は０ワット〜１０００ワットである。
【００１４】
本発明の更に別の実施形態において、バイアス電力は約９００ワットである。
【００１５】
本発明の更に別の実施形態において、処理圧力は２０ミリトール〜２００ミリトールに維持される。ある特定の実施例において、圧力は約１００ミリトールに維持される。
【００１６】
本発明の別の実施形態において、アドバンスドパターンフィルム（ＡＰＦ）をエッチングする方法は、ＡＰＦ層を含むウェハを約１６２ＭＨｚで作動する電源を備えた処理チャンバ内に設置し、処理ガスをチャンバに供給し、１６２ＭＨｚ電源を用いてソース電力を印加し、バイアス電力をウェハに印加することを含む。処理ガスは水素ガス（Ｈ２）、窒素ガス（Ｎ２）、及び一酸化炭素ガス（ＣＯ）を含む。Ｈ２：Ｎ２の比は約３：１である。ソース電力は０ワット〜２３００ワットである。例えば、一実施形態において、ソース電力は約２０００ワットである。バイアス電力は０ワット〜１０００ワットである。ある特定の実施形態において、バイアス電力は約９００ワットである。
【００１７】
本発明の更に別の実施形態において、Ｈ２：Ｎ２の比は約３：１であり、処理ガスはその処理チャンバへの供給に先立って４５０ｓｃｃｍのＨ２と、１５０ｓｃｃｍのＮ２と、２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する。特定の実施形態においては約５０ｓｃｃｍのＣＯを使用する。
【００１８】
本発明の更に別の実施形態において、Ｈ２：Ｎ２の比は約３：１であり、処理圧力は２０ミリトール〜２００ミリトールに維持される。ある特定の実施例において、圧力は約１００ミリトールに維持される。
【００１９】
本発明の別の実施形態において、アドバンスドパターンフィルム（ＡＰＦ）のエッチング方法にはＡＰＦ層を含むウェハを約１６２ＭＨｚで作動する電源を備えた処理チャンバ内に設置し、ウェハ温度を２０℃〜６０℃に調節し、処理ガスをチャンバに供給し、１６２ＭＨｚ電源を用いてソース電力を印加し、バイアス電力をウェハに印加することを含む。処理ガスは水素ガス（Ｈ２）、窒素ガス（Ｎ２）、及び一酸化炭素ガス（ＣＯ）を含む。ソース電力は０ワット〜２３００ワットである。例えば、一実施形態において、ソース電力は約２０００ワットである。バイアス電力は０ワット〜１０００ワットである。ある特定の実施形態において、バイアス電力は約９００ワットである。
【００２０】
本発明の更に別の実施形態において、ウェハ温度は約５０℃に設定される。
【００２１】
本発明の更に別の実施形態においてはウェハ温度を調節し、処理ガスのＨ２とＮ２のＨ２：Ｎ２比は約１：１である。この実施形態の一例において、処理ガスは、その処理チャンバへの供給に先立って３００ｓｃｃｍのＨ２と、３００ｓｃｃｍのＮ２と、２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する。更により具体的な例においては約５０ｓｃｃｍのＣＯを使用する。
【００２２】
本発明の更に別の実施形態においてはウェハ温度を調節し、処理ガスのＨ２とＮ２の比Ｈ２：Ｎ２は約３：１である。この実施形態の一例において、処理ガスは、その処理チャンバへの供給に先立って４５０ｓｃｃｍのＨ２と、１５０ｓｃｃｍのＮ２と、２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する。更により具体的な例においては約５０ｓｃｃｍのＣＯを使用する。
【００２３】
本発明の更に別の実施形態においてはウェハ温度を調節し、処理圧力を２０ミリトール〜２００ミリトールに維持する。ある特定の実施例において、圧力は約１００ミリトールに維持される。
【詳細な説明】
【００２４】
本発明の実施形態では湾曲を軽減し、かつ８０％を超える上下比を付与するのみならずＡＰＦを用いたエッチングを利用する。本発明の実施形態は容量結合プラズマ処理チャンバで実行可能である。このような処理チャンバは２００１年１２月１９日にダニエル・ホフマン（Ｄａｎｉｅｌ  Ｈｏｆｆｍａｎ）らによって出願され、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第７０３０３３５号「プラズマに同調したオーバーヘッドＲＦ電極を有するプラズマリアクタ」に記載されており、その開示は参照により本願に組み込まれる。米国特許第７０３０３３５号に詳細に記載の容量結合プラズマ処理チャンバについては図１を参照しながら以下にて簡単に説明する。当然ながら、本発明はその他の処理チャンバでも実行可能である。
【００２５】
図１は本発明の一実施形態による、基板のエッチングに使用する容量結合プラズマ処理チャンバ１００の断面図である。プラズマ処理チャンバ１００は基板１１０を支持するために使用する基板支持体１０５を含む。半導体リング１１５が基板１１０を取り囲んでいる。半導体リング１１５は誘電体（石英）リング１２０によって接地チャンバ本体部１２７上に支持されている。一実施形態において、誘電体（石英）リング１２０の厚さは約１０ｍｍ、誘電率は約４である。チャンバ１００はその最上部で円盤状オーバーヘッドアルミニウム電極によって境されており、電極は接地チャンバ本体部１２７の上の基板１１０上方に誘電体（石英）シールによって既定の間隙高さでもって支持されている。オーバーヘッド電極１２５はアルミニウム等の金属であってもよく、その内部表面は半金属材料（Ｓｉ又はＳｉＣ）によって被覆されている。或いは、内部表面それ自体を半金属材料としてもよい。ＲＦ発生装置１５０によりＲＦ電力を電極１２５に印加する。発生装置１５０からのＲＦ電力は発生装置１５０に整合された同軸ケーブル１６２を通して電極１２５に接続された同軸スタブ１３５に結合される。スタブ１３５は特性インピーダンス、共振周波数を有し、米国特許第７０３０３３５号においてより詳しく記載されるように電極１２５と５０オーム同軸ケーブル１６２又はＲＦ電力発生装置１５０の５０オーム出力との間でのインピーダンス整合を行う。チャンバ本体部はＲＦ発生装置１５０のＲＦリターン（ＲＦ接地）に接続されている。オーバーヘッド電極１２５からＲＦ接地へのＲＦ経路は半導体リング１１５、誘電体リング１２０及び誘電体シール１３０のキャパシタンスに影響される。基板支持体１０５、基板１１０及び半導体リング１１５により、電極１２５に印加されたＲＦ電力用の一次ＲＦリターン経路が構成される。
【００２６】
ＲＦリターン又は接地について測定した電極１２５、誘電体リング１２０及び誘電体シール１３０を含むオーバーヘッド電極アセンブリ１２６のキャパシタンスは１８０ピコファラドになる場合がある。電極アセンブリのキャパシタンスは電極面積、間隙の高さ（基板支持体とオーバーヘッド電極との間の距離）、及び浮遊キャパシタンス、特には用いた材料の誘電率と厚さによって影響されるシール１３０と誘電体リング１２０の誘電体の値に影響を及ぼす因子によって影響される。より一般的には、以下で説明するように、電極アセンブリのキャパシタンスはその大きさにおいて特定のソース電力周波数、プラズマ密度及び動作圧力でのプラズマの負のキャパシタンスに等しい又はほぼ等しい。
【００２７】
同軸スタブ１３５はその他多くの有益な利点に加え、システム全体の安定性、その広いプロセスウインドウ性能に更に役立つ構成となっている。同軸スタブは内側の円筒状導体１４０と外側の同心の円筒状導体１４５を有する。図１において斜交平行模様によって示される絶縁体１４７が内側及び外側の導体１４０、１４５との間の空間を埋めている。内側導体１４０と外側導体１４５はニッケルコーティングされたアルミニウムから形成される。外側導体１４５の直径は約４インチであり、内側導体１４０の直径は約１．５インチである。スタブの特性インピーダンスは内側導体と外側導体１４０、１４５の半径及び絶縁体１４７の誘電率によって決定される。一実施形態において、スタブ１３５の特性インピーダンスは６５である。より一般的には、スタブの特性インピーダンスはソース電力の出力インピーダンスを約２０％〜４０％上回るものである。スタブ１３５は軸長約２９インチを有し、２２０ＭＨｚで１／４波長であり、２１０ＭＨｚのＶＨＦソース電力周波数からわずかにずれてはいるが概して２２０ＭＨｚ付近で整合する共振を有する。
【００２８】
ＲＦ発生装置１５０からスタブ１３５にＲＦ電力を印加するため、スタブ１３５の軸長に沿った特定の位置にはタップ１６０が設けられている。発生装置１５０のＲＦ電力端子１５０ｂ及びＲＦリターン端子１５０ａは、スタブ１３５上のタップ１６０で内側及び外側同軸スタブ導体１４０、１４５にそれぞれ接続されている。これらの接続は、発生装置１５０の出力インピーダンス（例えば、約５０オーム）と整合する特性インピーダンスを有する発生装置・スタブ間の同軸ケーブル１６２を介して行なわれる。スタブ１３５の遠端部１３５ａで終端する導体１６５は内側及び外側導体１４０、１４５を共に短絡するため、スタブ１３５はその遠端部１３５ａにおいて短絡される。スタブ１３５の短絡されていない端部である近端部１３５ｂにおいて、外側導体１４５は環状の導電性筐体又は支持体１７５を介してチャンバ本体部に接続され、一方、内側導体１４０は導電性シリンダ又は支持体１７６を介して電極１２５の中心に接続される。誘電体リング１８０は導電性シリンダ１７６と電極１２５との間に保持され、その２つを隔てている。
【００２９】
内側導体１４０は、処理ガスや冷却液等のユーティリティ用導管を構成することが可能である。この構成の主な利点は、典型的なプラズマ処理チャンバと異なり、ガスライン１７０や冷却液ライン１７３が大きな電位差を跨ぐことがないことである。この設計により電位差は小さくなり、導管をこのような目的用のより安価でより信頼性の高い材料であるところの金属から形成することが可能となる。金属製のガスライン１７０はオーバヘッド電極１２５内又はそれに隣接したガス流入口１７２にガスを供給し、金属製の冷却液ライン１７３はオーバヘッド電極１２５内の冷却液流路又はジャケット１７４に冷却液を供給する。オーバーヘッド電極１２５内又はそれに隣接するガス流入口１７２は内側及び外側ガス分散マニホルドとして構成可能である。一実施形態において、内側及び外側ガス分散マニホルドは内側リング及び外側リングを形成し、各リングへの流れは調節可能である。このようなガス分散システムによりウェハ全体に亘ってのガス分散の均一性は向上するが、これはウェハの内側部位へのガス流量をウェハの外側部位に向かうガス流量に対して調節可能だからである。
【００３０】
一実施例において、中性種はアルゴン（Ａｒ）、プラズマ電子周波数は約２３０ＭＨｚ、ＲＦソース電力周波数は約２１０ＭＨｚ、チャンバ圧は１０ミリトール〜２００ミリトールであり、プラズマ密度が１０９〜１０１２イオン／ｃｃとなるに十分なＲＦ電力が印加された。このような条件下において、プラズマは通常、−５０〜−４００ピコファラドの負のキャパシタンスを有する。誘電体エッチング、金属エッチング及びＣＶＤ等の異なる用途に応じて、プラズマキャパシタンスは特定の所望の範囲まで、かつＶＨＦソース電力周波数で負の値となるまで調節及び最適化が可能である。プラズマのこのような特性を生かすことで、電極キャパシタンスの整合と処理チャンバの周波数に整合した特徴により、処理条件を最適化可能である。
【００３１】
図２Ａは本発明の一実施形態による、容量結合高周波プラズマ誘電体エッチングチャンバを用いて高フォトレジストマスク（ＰＲ）選択性と高エッチング速度でもってＡＰＦをエッチングするために用いた例示的な方法を示すフロー図である。図２Ａのフロー図に図示の処理は以下にて図３を参照して説明するように、ＣＭＯＳデバイス３００の製造中に使用可能である。本方法は、エッチングシステムによる部分的に作製したＣＭＯＳデバイス３００の受け取り準備をする２１０から開始される。２２０で、部分的に作製されたＣＭＯＳデバイスは、ウェハを静電チャック等の台座部上に輸送することで処理チャンバに導入される。部分的に作製されたＣＭＯＳウェハは既にフォトレジスト、下部反射防止層、及び絶縁性反射防止層（ＰＲ・ＢＡＲＣ・ＤＡＲＣ）３３０Ａの堆積、パターン形成及びエッチングを含む幾つかの処理を経ている。（ＰＲ・ＢＡＲＣ・ＤＡＲＣ）３３０Ａは、ＡＰＦのエッチングに使用するのと同じチャンバ内で同じようにエッチングし図示のパターンを形成することが可能である。（ＰＲ・ＢＡＲＣ・ＤＡＲＣ）層３３０Ａのエッチングに使用する化学物質は以下にて図３Ａを参照して更に詳細に説明する。
【００３２】
２３０でＨ２、Ｎ２及びＣＯガスを混合する。Ｈ２、Ｎ２及びＣＯガスの混合は、これらを処理チャンバに導入する前にＨ２、Ｎ２及びＣＯの個々のガスを供給し、別のチャンバ内で混合させることで行う。或いはＨ２、Ｎ２及びＣＯガスを事前に混合し、シリンダ内に保存し、必要に応じて処理チャンバに供給することが可能である。次に２４０で、Ｈ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物を処理チャンバに導入する。図１に図示の処理チャンバ内で、Ｈ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物をガスライン１７０とガス流入口１７２を通して処理チャンバに導入する。ガス流入口１７２は内側及び外側分散リングを含む場合があり、これらによりガス流をウェハ中央と縁部とで別々に調節することが可能となる。一実施形態において、ガス混合物は約３００ｓｃｃｍのＨ２と、約３００ｓｃｃｍのＮ２と２５〜１００ｓｃｃｍのＣＯを混合することで調製する。５０ｓｃｃｍのＣＯを使用する場合、Ｈ２：Ｎ２の比が１：１となるようにこの混合物を設定可能である。その他の実施形態において、Ｈ２：Ｎ２比は１：３〜１：１であり、Ｎ２：ＣＯ比は６：１〜３：１である。２５０で、流量、排出速度又はその双方を調節することで、処理圧力に到達させる。以下で図４を参照して更に説明するように、流量はウェハ特性に影響を与える場合があることから、流量を特定の値に設定し、ポンプと弁を用いて圧力を調節することが可能である。例えば、圧力は真空ポンプにつながる弁を絞ることで調節可能である。低圧が望ましい場合は真空ポンプにつながる弁を開放し、高圧が望ましい場合は弁を閉じる。一実施形態において、Ｈ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物流量は２５０ｓｃｃｍ〜１３００ｓｃｃｍに設定し、圧力は２０ミリトール〜２００ミリトールに維持される。ある特定の実施例において、圧力は約１００ミリトールに維持される。
【００３３】
次に、２６０で、ソース電力を用いて容量結合プラズマを発生させる。ソース電力は用途に応じて０ワット〜２３００ワットである。ある特定の用途において、ソース電力は２０００ワットに設定される。これらの処理条件が一旦確立されプラズマが発生したら、ウェハを２７０でエッチングする。エッチングは時間を測定する又は終点を検出するのいずれかによって制御可能である。タイマーを用いる場合は、正しい量の材料をエッチングするように事前に定めた時間に亘ってウェハをエッチングする。処理の終了に終点の検出を利用する場合は、十分な材料がウェハからエッチングされたと終点検出装置が判定するまで基板をエッチングする。一実施形態において、エッチングはガス流とソース電力を遮断することで停止する。エッチング処理を一旦完了したら、エッチングしたウェハをエッチングチャンバから工程２８０で取り出し、次の処理へと送り出す。
【００３４】
図２Ｂは本発明の別の実施形態による、バイアス電力を印加する工程を加えた、ＡＰＦのエッチングに使用した図２Ａに関連して説明したものと同様の別の例示的な方法を示すフロー図である。本発明のこの実施形態において、ウェハを図２Ａを参照して上述したようにエッチングするが、バイアス電力をウェハに供給する。エッチング中にバイアス電力をウェハに供給する利点は図４〜図８を参照して以下にて説明する。バイアス電力のウェハへの供給は、一実施形態において、静電チャック又はウェハをバイアス可能な電源に連結された別のウェハ支持体を用いて行う。バイアス電力は１３．５６ＭＨｚの電力を発生するＲＦ電源によって供給可能である。バイアス電力は０ワット〜１０００ワットである。ある特定の応用例において、バイアス電力は約９００ワットである。
【００３５】
図２Ｃは本発明の別の実施形態による、基板温度を調節する工程を加えた、ＡＰＦのエッチングに使用した図２Ｂに関連して説明したものと同様の更に別の例示的な方法を示すフロー図である。本発明のこの実施形態において、ウェハは図２Ｂを参照して上述したようにエッチングされるが、バイアス電力をウェハに供給する。エッチング中にウェハ温度を調節する利点は、図７を参照して以下にて説明する。ウェハ温度の２０℃〜６０℃への調節は、一実施形態において、ウェハをヒータで加熱することで行う。ヒータは静電チャック内に設置した抵抗ヒータ又はランプ等のその他のヒータが可能である。
【００３６】
図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは２４０でガスを処理チャンバに導入する、２５０で処理圧力を達成する、２３５でバイアス電力をウェハに印加する、２２５でウェハ温度を設定する、２６０でソース電力を印加して容量結合プラズマを発生させるといった様々な処理を示す。本発明では記載のこのような処理を特定の順序で実行することに限定しない。これらの処理の順序は本発明の異なる実施形態に応じて入れ替え可能である。例えば、ガス混合物導入前にウェハ温度を設定するのが有利な場合もある。或いは、ガス混合物導入前にバイアス電力を印加するのが有用な場合もある。
【００３７】
図３Ａ、３Ｂは、本発明の一実施形態による、エッチング技法を用いてのエッチング前と後の双方でのゲート電極スタックを示す。
【００３８】
図３Ａは基板３１０Ａ、ＳｉＮ層３１５Ａ、酸化物層３２０Ａ、ＡＰＦ層３２５Ａ、及びＰＲ・ＢＡＲＣ／ＤＡＲＣ層３３０Ａを含む、ＡＰＦ層をエッチングする前の部分的に作製したＣＭＯＳデバイス３００を図示している。ＡＰＦ層は通常、ＳｉＯＮと炭素のフィルムを含む。ＰＲ・ＢＡＲＣ／ＤＡＲＫ層は通常、フォトレジスト（ＰＲ）層、下部反射防止膜（ＢＡＲＣ）層、及び絶縁性反射防止膜（ＤＡＲＣ）層を含む。ＢＡＲＣ層は金属又はポリシリコン上に堆積された、フォトリソグラフィ性能を改善するための光吸収金属層（典型的には窒化チタン）を含む。ＤＡＲＣ層はフォトリソグラフィ性能を改善するために金属又はポリシリコン上に堆積された非反射性、非エネルギー吸収性の無機誘電体層を含む。ＤＡＲＣ層により、マスクパターンをフォトレジストに正確に転写することが可能となる。
【００３９】
本発明の一実施形態において、基板３１０Ａはシリコン基板が可能である。ＣＭＯＳデバイスがＰＭＯＳである場合、基板としてｎ型基板が可能であるが、もしＣＭＯＳデバイスがＮＭＯＳならば、基板としてｐ型基板が可能である。バリア層として機能するＳｉＮ層３１５Ａは、基板３１０Ａ上に直接堆積される。酸化物層３２０ＡはＳｉＮ層３１５Ａの後に堆積するため、ＳｉＮ層３１５Ａは酸化物層３２０Ａの下に位置される。一部の実施形態においては、酸化物層３２０Ａはホウ素とリンの双方をドープした二酸化ケイ素層であり、ボロホスホシリケートガラス（ＢＰＳＧ）層と称される。ＳｉＮ層３１５Ａは、ＢＰＳＧ層から基板３１０Ａへのホウ素とリンの拡散に対してのバリアとして機能する。拡散はＢＰＳＧ層それ自体のリフロー及び緻密化等の高温処理中に起こることがある。
【００４０】
ＡＰＦ層３２５Ａは酸化物層３２０Ａの後に堆積するため、ＡＰＦ層３２５Ａは酸化物層３２０Ａの上方に位置する。ＡＰＦ層３２５Ａは非晶質炭素／ＤＡＲＣスタックフィルム等の可剥性ハードマスクである。ＰＲ・ＢＡＲＣ／ＤＡＲＣ層３３０ＡはＡＰＦ層３２５Ａの後に堆積するため、ＰＲ・ＢＡＲＣ／ＤＡＲＣ層３３０ＡはＡＰＦ層３２５の上方に位置する。ＰＲ・ＢＡＲＣ／ＤＡＲＣ層３３０Ａはフォトレジスト層であり、その下のスタックを更にエッチングするためにパターン形成を施されている。
【００４１】
ＰＲ・ＢＡＲＣ／ＤＡＲＣ層３３０Ａは層の一部をエッチングにより除去することで形成したパターンを含む。ＰＲ・ＢＡＲＣ／ＤＡＲＣ層３３０ＡはＣＦ４／ＣＨＦ３エッチャントを用いてエッチングされている。
【００４２】
図３Ｂは本発明の一実施形態による、図２Ａ〜２Ｃを参照して説明した方法を用いてＡＰＦ層をエッチングした後の、図３Ａに図示の部分的に作製したＣＭＯＳデバイス３００Ｂを図示している。ＡＰＦ層３２５ＢをＨ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物を用いてエッチングし、ＣＭＯＳデバイス３００Ｂを形成した。構造体の残りの部分は異なるエッチャントを用いて後にエッチングする。例えば、酸化物層３２０ＡをＣ４Ｆ６／Ｃ４Ｆ８等のエッチャントを用いてエッチングする。同様に、ＳｉＮ層３１５ＡをＣＨ２Ｆ２／ＣＨＦ３エッチャントを用いてエッチングする。
【００４３】
ある応用例においては、複数のエッチング処理又は２段階エッチング処理法を用いてＢＰＳＧを含む酸化物層３２０ＢとＳｉＮ層３１５Ｂにコンタクト開口部をエッチングにより形成する。一実施形態においては、第１エッチングにより酸化物層３２０Ｂの二酸化ケイ素をＳｉＮ層３１５Ｂの窒化ケイ素に対して選択的にエッチングし、ＳｉＮ３１５Ｂ層でエッチングを停止する。エッチング停止層としての機能に加えて、ＳｉＮ層３１５Ｂはその下の活性領域を酸化物エッチング中に放出されたイオン化酸素による損傷から保護する役目も果たしている。エッチング完了後、半導体デバイス構造の側壁を損傷することなく、窒化物エッチング工程を用いてＳｉＮ層３１５Ｂを除去する。
【００４４】
図４は低総ガス流量と高総ガス流量の両方の場合での、基板上での位置の関数としてのＡＰＦ底部ＣＤ（Ｂｏｔｔｏｍ  ｃｒｉｔｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ：ＢＣＤ）のデータを示すグラフである。図４はＨ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物の総流量が高いほうがＨ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物の総流量が低い場合よりもプロファイルが不良かつ底部ＣＤが小さいことを示している。加えて、底部ＣＤもＨ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物の流量が高い場合のほうが低い場合よりも悪い。Ｈ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物の流量を低くすることで、ＣＤ均一性のみならず垂直プロファイルも改善される。本発明の実施形態では、総流量を調節することで底部ＣＤ均一性を改善し、アンダーカットを最低限に抑える又は排除する。これらの方法により、形成される特徴部の垂直プロファイルも改善される。
【００４５】
図５は２つの異なるＨ２／Ｎ２比の場合での、基板上での位置の関数としてのＡＰＦ底部ＣＤのデータを示すグラフである。図５はＨ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物におけるＨ２／Ｎ２比が低いほうが底部ＣＤ均一性が良好なことを示している。図５においては比がＨ２／Ｎ２＝１：１、Ｈ２／Ｎ２＝３：１の場合のデータを提示している。Ｈ２／Ｎ２＝１：１のガス混合物でウェハを処理するとＨ２／Ｎ２＝３：１のガス混合物でのウェハ処理よりも底部ＣＤは小さくなり、ムラが少ない。
【００４６】
用途によっては、低いＨ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物総流量と低いＨ２／Ｎ２比を組み合わせて良好なプロファイルと良好な均一性の双方を得ることが有利である。本発明の別の実施形態においては、図６を参照して以下で説明するように、低いＨ２／Ｎ２比と共に、又はその代わりにより高いソース電力を用いることで均一性を改善可能である。
【００４７】
低いＨ２／Ｎ２比でウェハを処理すると粒子の制御性も改善されるため、収率が上昇する。Ｈ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物を用いたＡＰＦエッチング工程の一実施例において、粒子アダーは５０〜１５０、平均１００であった。この実施例において、エッチング処理中に粒子数の急上昇や増加傾向は見られなかった。粒子はＡＰＦ工程に先立ってのフッ素（Ｆ）副生成物とのＨ２／Ｎ２反応がその発生源ではないかと疑われる。Ｈはチャンバ内でＦと反応して不揮発性の副生成物を生成することから、この反応が粒子の発生源である可能性が高い。Ｈ２／Ｎ２比が低いとチャンバ内のＨが少なくなるため、ＨとＦの反応の機会は減り、粒子形成の機会も減り、粒子制御は向上する。
【００４８】
図６はソース電力の関数としてのＡＰＦエッチングプロファイルを示すグラフである。図６は、ソース電力が１５００ワットから２０００ワットに上昇するにつれ、エッチング速度（ＥＲ）とエッチング速度均一性％（ＥＲＵ％）が４３１０Ａ／分、７．７％から５４９０Ａ／分、３．１％に改善されることを示している。ソース電力を５００ワット上昇させるとＥＲは２７％は速くなる。ソース電力を１５００ワットから２０００ワットに上昇させても底部ＣＤと均一性には影響はないが、プロファイルは改善される。
【００４９】
バイアス電力もウェハ特性に影響する場合がある。一実施形態において、１３．５６ＭＨｚのバイアス電力をウェハに供給する。バイアス電力の上昇が絶縁性反射防止膜（ＤＡＲＣ）選択性に深刻な影響を与えることがある。例えば、１３．５６ＭＨｚのバイアス電力を９００ワットから１５００ワットに上昇させた場合、ＤＡＲＣ層は完全に除去され、上部がフレア状のＡＰＦプロファイルとなる。従って、バイアス電力を低下させることでＤＡＲＣの完全性を改善可能である。
【００５０】
図７は２つの異なるカソード温度の場合での、基板上での位置の関数としてのＡＰＦ底部ＣＤのデータを示すグラフである。図７はカソード温度を４０℃から１５℃に変更すると底部ＣＤのプロファイルが悪化することを示している。底部ＣＤ均一性への温度の影響は、高温でのＡＰＦエッチング工程中のＤＡＲＣのエッチング速度が遅いことによる。しかしながら、温度上昇は底部ＣＤに大きな影響を与えないことから、エッチング均一性への影響は１５℃での同じ工程時間でのより高いＯＥ％に負うものと思われる。更に、カソード温度を１５℃でなく４０℃に設定するとＡＰＦはより速くエッチングされ、ウェハ中心部とウェハ縁部で測定したところ、より均一にエッチングされる。
【００５１】
図８は基板上での位置の関数かつ中性種微調整単位（Ｎｅｕｔｒａｌ  ｓｐｅｃｉｅｓ  ｔｕｎｉｎｇ  ｕｎｉｔ：ＮＳＴＵ）の関数としてのＡＰＦ底部ＣＤのデータを示すグラフである。ＮＳＴＵはデュアルゾーン型シャワーヘッドによってガス流量比を制御する際に使用する。一実施形態において、標準ＮＳＴＵはウェハの外縁に流れるガスのウェハの中央に流れるガスに対する比と定義される。例えば、この実施形態においては、３ＮＳＴＵはガス全体の７５％がウェハの外縁に流れ、ガスの２５％がウェハ中央に流れることを意味している。ＮＳＴＵは高分子の分布によって引き起こされる中央部と縁部との差を微調整するために使用され、高分子の分散はプロファイル、ＣＤ、ＰＲ選択性、残留物、更にはエッチング速度にいたるエッチング性能に影響する可能性がある。図８はＮＳＴＵが１までなら底部ＣＤがより均一となるが、ＮＳＴＵが１〜４の場合は均一性が低下することを図示している。加えて、ＮＳＴＵ設定が１だと、ウェハ全体に亘って底部ＣＤ範囲が小さい。
【００５２】
図４〜図８はＨ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物を用いた処理において流量を調節することで高いＡＰＦエッチング速度、高いＰＲ選択性、制御されたＡＰＦマスクＣＤが得られることを示している。加えて、Ｈ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物処理を高い及び低い周波数のＲＦ電力と組み合わせることで、プロセスウィンドウが拡大される。Ｈ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物処理とデュアルタイプのガス供給蓋部、ＮＳＴＵ及びＣＳＴＵを組み合わせることで、エッチング速度の均一性が向上する。更に、Ｈ２／Ｎ２／ＣＯガス混合物での低い化学反応性を用いた処理により高分子の生成が排除され、チャンバの動作可能時間が長くなる。
【００５３】
本発明を上記にて好ましい実施形態という観点から説明してきたが、当業者は本発明がこれらに限定されないことも認識するものである。上述の発明の各種構成及び態様は独立して又は組み合わせて使用することができる。更に、本発明を特定の環境下における実践を念頭に又は特定の用途について説明してきたが、当業者はその有用性がこれらに制限されず、本発明を多数の環境で利用、実践可能であることを認識するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
本発明のこれら及びその他の構成、態様、及び利点は以下の説明及び本発明の実施例を図示している添付図面を参照することでより良く理解できる。
【図１】本発明の一実施形態による、基板のエッチングに使用する容量結合プラズマ処理ツールを示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、容量結合高周波プラズマ誘電体エッチングチャンバを用いた、ＡＰＦを高いフォトレジストマスク（ＰＲ）選択性と高エッチング速度でもってエッチングする際に用いる工程を示したフロー図である。
【図２Ｂ】本発明の別の実施形態による、バイアス電力を印加する工程を加えた、ＡＰＦのエッチングに使用した図２Ａの工程を示すフロー図である。
【図２Ｃ】本発明の別の実施形態による、基板温度を調節する工程を加えた、ＡＰＦのエッチングに使用した図２Ｂの工程を示すフロー図である。
【図３Ａ】〜
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、エッチング技法を用いてのエッチング前と後の双方でのゲート電極スタックを示す図である。
【図４】低総ガス流量と高総ガス流量の両方の場合での基板上での位置の関数としてのＡＰＦ底部ＣＤ（ＢＣＤ）のデータを示すグラフである。
【図５】２つの異なるＨ２／Ｎ２比の場合での基板上での位置の関数としてのＡＰＦ底部ＣＤのデータを示すグラフである。
【図６】ソース電力の関数としてのＡＰＦエッチプロファイルを示すグラフである。
【図７】２つの異なるカソード温度の場合での基板上での位置の関数としてのＡＰＦ底部ＣＤのデータを示すグラフである。
【図８】基板上での位置及び中性種微調整単位（ＮＳＴＵ）の関数としてのＡＰＦ底部ＣＤのデータを示すグラフである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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