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WO2003081655A1 - Procédé d'attaque chimique au plasma - Google Patents

Procédé d'attaque chimique au plasma Download PDF

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WO2003081655A1
WO2003081655A1 PCT/JP2003/002749 JP0302749W WO03081655A1 WO 2003081655 A1 WO2003081655 A1 WO 2003081655A1 JP 0302749 W JP0302749 W JP 0302749W WO 03081655 A1 WO03081655 A1 WO 03081655A1
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etching
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Noriyuki Kobayashi
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31144—Etching the insulating layers by chemical or physical means using masks
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    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching

Definitions

  • the present invention relates to a plasma etching method performed in a semiconductor device manufacturing process. Background technology
  • a gas mainly composed of fluorocarbon has been used as an etching gas when plasma etching a SiO 2 film in a substrate to be processed through an opening pattern of a photo resist.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to suppress the etching stop, and to reduce the plasma generation in the etching hole. It is to provide a method for etching.
  • Plasma etching method for solving the aforementioned problems is a C x F y gas comprising (x ⁇ 2) and CF 4 was introduced into the processing chamber into a plasma, in the processing vessel to be The film in the processing body is plasma-etched through an opening pattern of a mask of a metal compound on the film.
  • the metal compound may be a metal nitride.
  • the metal nitride may be T i N. Further, the metal nitride may be TaN.
  • C x F y gas comprising (x ⁇ 2) and CF 4 may be as further comprising a N 2. Further, the gas may further include Ar.
  • the film in the object to be processed may be a SiO 2 film. Further, the film in the object to be processed may be a SiC film. Further, the film in the object to be processed may be a Si ⁇ C film.
  • SiOC refers to a so-called organic silicon oxide having a main chain of one Si-0- and having an organic functional group such as a methyl group on at least a part of a side chain.
  • the C x F y (x ⁇ 2) of the gas may be C 4 F 6 .
  • the flow ratio of C 4 F 6 to CF 4 of the gas (the flow rate of C 4 F 6 / the flow rate of CF 4 ) is 0.12 to 0.20. If it exceeds 0.20, it will cause an etching stop. If it is less than 0.12, a small amount of deposition will occur in the hole, or the selectivity of the film to be etched with respect to the mask (film etching rate, mask etching rate ) Is reduced.
  • the C x F y (x ⁇ 2) of the gas may be C 4 F 8 . Further, C x F y ( x ⁇ 2) of the gas may be C 5 F 8 .
  • the gas containing C 4 F 6 and N 2 introduced into the processing container is turned into plasma, and the SiO 2 film in the object to be processed in the processing container is converted into a plasma.
  • Plasma etching is performed through an opening pattern of a mask of a metal compound on the SiO 2 film.
  • the gas containing C 4 F 6 and N 2 introduced into the processing container is turned into plasma, and the S i C film in the object to be processed in the processing container is Through the opening pattern of the metal compound mask on the SiC film, It is characterized by performing plasma etching.
  • the gas containing C 4 F 6 and N 2 introduced into the processing container is turned into plasma, and the S i OC film in the object to be processed in the processing container is Plasma etching is performed through the opening pattern of the mask of the metal compound on the SiO 2 C film.
  • the metal compound may be a metal nitride.
  • the metal nitride may be TiN. Further, the metal nitride may be TaN.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of a plasma etching apparatus to which the present invention can be applied.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a portion to be etched of the object to be processed.
  • FIG. 1 is a sectional view showing a plasma etching apparatus 1 in which the present invention is implemented.
  • the processing container 2 is made of metal, for example, aluminum whose surface is oxidized, and is grounded for safety.
  • a susceptor 5 functioning as a lower electrode of the parallel plate electrode is provided at the bottom of the processing container 2 via an insulator 3.
  • the high pass fill evening (HPF) 6 is connected to this suscept evening.
  • An electrostatic chuck 11 is provided on the susceptor 5, and a workpiece W such as a semiconductor wafer is mounted thereon.
  • the electrostatic chuck 11 has a configuration in which an electrode 12 is interposed between insulators. By applying a DC voltage from a DC power supply 13 connected to the electrode 12, the workpiece W is processed. Adsorb electrostatically.
  • the focus ring 15 is arranged so as to surround the object W to be processed.
  • the focus ring 1 5 is made of S i and S i 0 2, etc., thereby improving the uniformity of etching
  • An upper electrode 21 is provided above the susceptor 5 so as to face the susceptor 5.
  • the upper electrode 21 is supported on an upper portion of the processing chamber 2 via an insulator 22, and has a shower head-shaped electrode plate 24 and a support member for supporting the electrode plate 24. 25.
  • a gas inlet 26 is provided at the center of the support 25, and a gas supply pipe 27, a knob 28, a mass flow controller 29, and an etching gas supply source 30 are connected to the gas inlet 26 in this order.
  • a gas such as CF N 2 or Ar is supplied.
  • C x F y (x ⁇ 2) is a C 4 F 6, C 4 F 8S C 5 F 8 or the like.
  • C 4 flow ratio of F 6 for CF 4 is preferably 0.12 to 0.20.
  • N 2 can be used instead of CF 4 .
  • an exhaust pipe 31 is connected to the bottom of the processing container 2, and an exhaust device 35 is connected to the exhaust pipe 31.
  • a gate valve 32 is provided on a side wall of the processing container 2 so that the target object W is transferred between an adjacent load lock chamber (not shown).
  • the upper electrode 21 is connected to a single-pass filter (LPF) 42 and a first high-frequency power supply 40 via a matching unit 41.
  • a second high-frequency power supply 50 is connected to the susceptor 5 serving as a lower electrode via a matching unit 51.
  • the gate valve 32 is opened, and the object W is carried into the processing container 2 and placed on the electrostatic chuck 11.
  • the gate valve 32 is closed and the inside of the processing chamber 2 is depressurized by the exhaust device 35, and then the valve 28 is opened, and the above etching gases, for example, C 4 F 6 and CF 4 are supplied from the etching gas supply source 30.
  • An etching gas composed of Ar or an etching gas composed of C 4 F 6 , N 2 and Ar is supplied.
  • a predetermined emission intensity is detected by an end point detector (not shown), and the etching is terminated based on this.
  • the gas containing C x F y (x ⁇ 2) and CF 4 as described above, or the gas containing N 2 instead of CF 4 when C 4 F 6 is used as C x F y thus, by etching the SiO 2 film 62 through the TN mask 63, it is possible to form a hole that prevents deposition in the etching hole while suppressing the etching stop. It is.
  • the object to be etched is not limited to the SiO 2 film, and the above-described effect can be effectively exerted particularly when at least one of SiO 2 , SiC, and SiOC is used.
  • TiN was used as a mask, TaN is not limited thereto, and TaN can be suitably used, and other metal nitrides can also be used.
  • the configuration of the etching apparatus is not limited to that shown in FIG. Into I
  • Ar is 0.6 L / min (600 s c cm)
  • the SiO 2 film provided on the silicon wafer as shown in FIG. 2 was etched through the opening pattern of the TiN mask. As a result, no deposition occurred in the etching hole, and no etching stop occurred.
  • a film such as a SiO 2 film patterned with a metal compound such as a metal nitride is treated with a gas containing C x F y (x ⁇ 2) and CF 4.
  • a gas containing C x F y (x ⁇ 2) and CF 4 is treated with a gas containing C 4 F 6 and N 2 .

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Description

明 細 書 プラズマエッチング方法
技 術 分 野
本発明は、半導体装置の製造工程でなされるプラズマエッチング方法に関する。 背 景 技 術
従来、 被処理基板中の S i 0 2膜を、 フォ トレジス トの開口パターンを通して プラズマェツチングする際のエッチングガスとしては、 フロロカーボンを主体と するガスが用いられていた。
しかし、 フロロカーボンを主体とするガスでは、 エッチングが進行するととも に、 副生成物がホール内に堆積し、 エッチングレートが小さくなり、 ついにはェ ツチングが停止する、 いわゆるエッチングストップを起こすことがあった。 この エッチングストップは、 ホール径がサブミクロンオーダ一と小さいとき程顕著で あり、 近年の微細加工の要求に対応できないことがあった。
そこで、 このエッチングストップを解消するため、 エッチングガス中に酸素を 添加し、 ホール内の副生成物を生成しにく くすることが試みられている。
ところで、 最近では、 フォトレジストに代わり、 金属や金属窒化物をマスクと するハードマスクエッチングが多用されるようになってきた。 金属や金属窒化物 をマスクとした S i 0 2のエッチングにフロロ力一ボンと酸素を含むガスを使用 すると、 金属酸化物のデポジションがエッチングホール内に発生してしまうとい う問題がある。 このデポジションはウエッ ト洗浄でも除去できない。 また、 C 1 を含むガスを用いてプラズマ処理を行えば、 デポジションは除去できるものの、 同時にハードマスクがエッチングされてしまう。 発 明-の 開 示
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、 その目的は、 エッチング ストップを抑え、 かつ、 エッチングホール内にデポジションが発生しないプラズ マエッチング方法を提供することにある。
上記課題を解決するための本発明に係るプラズマエッチング方法は、 処理容器 内に導入した CxFy (x≥ 2 ) と CF4とを含むガスをプラズマ化して、 この処理 容器内にある被処理体中の膜を、 この膜上にある金属化合物のマスクの開ロパタ —ンを通して、 プラズマエッチングすることを特徴とするものである。
前記金属化合物を金属窒化物とすることができる。 前記金属窒化物を T i Nと することができる。 また、 前記金属窒化物を TaNとすることもできる。
前記 CxFy (x≥ 2) と CF4とを含むガスはさらに N2を含むようにすること ができる。 また、 前記ガスはさらに A rを含むようにすることができる。
前記被処理体中の膜は S i02膜であるようにすることができる。 また、 前記 被処理体中の膜は S i C膜であるようにすることもできる。 さらに、 前記被処理 体中の膜は S i〇C膜であるようにすることもできる。 ここで S iOCとは、 主 鎖が一 S i— 0—からなり、 側鎖の一部以上にメチル基等の有機官能基を有して いるいわゆる有機系酸化シリコンのことをいう。
前記ガスの CxFy (x≥ 2) は C4F6であるようにすることができる。 この場 合、 前記ガスの CF4に対する C4F6の流量比 （C4F6の流量/ CF4の流量） は 0. 12〜0. 20であるようにするのが好ましい。 0. 20を超えるとエツ チングストップを起こし、 0. 12未満だと少量だがホール内にデポジションが 生成したり、 マスクに対するエッチング対象となる膜の選択比 （膜のエッチング レートノマスクのエッチングレート） が低下してしまうからである。 前記ガスの CxFy (x≥ 2 ) は C4F8であるようにすることができる。 また、 前記ガスの C xFy (x≥ 2 ) は C5F8であるようにすることができる。
本発明に係るブラズマエツチング方法は、 処理容器内に導入した C 4 F 6と N 2 とを含むガスをプラズマ化して、 この処理容器内にある被処理体中の S i 02膜 を、 この S i 02膜上にある金属化合物のマスクの開口パターンを通して、 ブラ ズマエッチングすることを特徴とするものである。
また、 本発明に係るプラズマエッチング方法は、 処理容器内に導入した C4F6 と N2とを含むガスをプラズマ化して、 この処理容器内にある被処理体中の S i C膜を、 この S i C膜上にある金属化合物のマスクの開口パターンを通して、 プ ラズマエッチングすることを特徴とするものである。
また、 本発明に係るプラズマエッチング方法は、 処理容器内に導入した C 4 F 6 と N 2とを含むガスをプラズマ化して、 この処理容器内にある被処理体中の S i O C膜を、この S i 0 C膜上にある金属化合物のマスクの開口パターンを通して、 プラズマエッチングすることを特徴とするものである。
前記金属化合物は金属窒化物であるようにすることができる。 前記金属窒化物 は T i Nであるようにすることができる。 また、 前記金属窒化物は T a Nである ようにすることができる。
図面の簡単な説明
図 1は、 本発明が適用できるプラズマエッチング装置の概略断面図である。 図 2は、 被処理体のエッチング対象部の断面模式図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図 1は、 本発明が実施されるプラズマエッチング装置 1を示す断面図である。 処理容器 2は金属、 例えば、 表面が酸化処理されたアルミニウムにより形成され ていて、 保安接地されている。 処理容器 2内の底部には絶縁体 3を介して、 平行 平板電極の下部電極として機能するサセプ夕 5が設けられている。 このサセプ夕 5には、 ハイパスフィル夕 （H P F ) 6が接続されている。 サセプ夕 5の上には 静電チャック 1 1が設けられ、 その上には半導体ウェハ等の被処理体 Wが載置さ れている。 静電チャック 1 1は、 絶縁体間に電極 1 2が介在された構成をしてお り、 電極 1 2に接続された直流電源 1 3から直流電圧を印加することにより、 被 処理体 Wを静電吸着する。 そして、 被処理体 Wを囲むようにフォーカスリング 1 5が配置されている。 このフォーカスリング 1 5は S iや S i 0 2等からなり、 エッチングの均一性を向上させている。
また、 サセプ夕 5の上方には、 サセプ夕 5と対向して上部電極 2 1が設けられ ている。 この上部電極 2 1は、 絶縁体 2 2を介して、 処理容器 2の上部に支持さ れていて、 シャワーヘッ ド状の電極板 2 4と、 この電極板 2 4を支持する支持体 25とから構成される。
支持体 25の中央にはガス導入口 26が設けられ、 このガス導入口 26には、 順に、 ガス供給管 27、 ノ レブ 28、 マスフローコントローラ 29、 エッチング ガス供給源 30が接続されている。 このエッチングガス供給源 30からは、 例え ば CxFy (x≥ 2 ) 、 CF N2や Ar等のガスが供給される。 CxFy (x≥ 2) は、 C4F6、 C4F8S C5F8等である。 また、 C4F6を用いる場合には、 CF4に対するC4F6の流量比（C4F6の流量/CF4の流量）は 0. 12〜0. 20であることが好ましい。 C4F6を用いる場合には、 CF4に代えて N2を用い ることができる。
一方、 処理容器 2の底部には排気管 31が接続されており、 この排気管 31に は排気装置 35が接続されている。 また、 処理容器 2の側壁にはゲートバルブ 3 2があり、 被処理体 Wが、 隣接するロードロック室 （図示せず） との間で搬送さ れるようになっている。
上部電極 21には、 口一パスフィルタ （LPF) 42と、 整合器 41を介して 第 1の高周波電源 40とがそれそれ接続されている。 下部電極であるサセプ夕 5 には、 整合器 51を介して第 2の高周波電源 50が接続されている。
次に、 上記のプラズマエッチング装置 1を用いて、 被処理体 W中の S i 02膜 をマスクの開口パターンを通してプラズマエッチングする工程について説明する c ここでは、 図 2に示すように、 S iN膜 6 1上に形成された S i02膜 62を T i Nマスク 63の開口パターンを通してプラズマエッチングする場合について説 明する。
ゲートバルブ 32を開放して、 被処理体 Wを処理容器 2内に搬入し、 静電チヤ ヅク 1 1上に載置する。 次いで、 ゲ一トバルブ 32を閉じ、 排気装置 35によつ て処理容器 2内を減圧した後、 バルブ 28を開放し、 エッチングガス供給源 30 から上記エッチングガス、 例えば C4 F6と CF4と Arとからなるエッチングガ ス、 または、 C4F6と N2と Arとからなるエッチングガスを供給する。
この状態で、 上部電極 2 1と下部電極であるサセプ夕 5に高周波電源から高周 波電力を供給し、 エッチングガスをプラズマ化して被処理体 W中の S i 02膜 6 2をエッチングする。 一方、 上下電極に高周波電力を供給するタイミングの前後 に、 直流電源 13から静電チャック 1 1内の電極 12に直流電圧を印加して、 被 処理体 Wを静電チャック 1 1上に静電吸着する。
エッチング中に、 所定の発光強度を終点検出器 （図示せず） によって検出し、 これに基いてエッチングを終了する。
本実施形態では、 このように CxFy (x≥ 2) と CF4とを含むガス、 または CxFyとして C4F6を用いた場合に CF4の代わりに N2を含むガスにより、 T i Nマスク 63を介して S i 02膜 62をエッチングすることで、 エッチングス トッブを抑制しつつ、 エッチングホール内にデポジションが発生しないようなホ —ルを形成することが可能である。
なお、 エッチング対象は、 S i 02膜に限るものではなく、 S i02、 S i C、 S iOCの少なくとも 1種である場合に特に上記効果を有効に発揮させることが できる。 また、 マスクとして T iNを用いたが、 これに限らず T aNも好適に用 いることができ、 他の金属窒化物を用いることもできる。 さらに、 エッチング装 置の構成も図 1のものに限るものではない。 輸仞 I
以下、 本発明の実施例について説明する。
上部電極に印加する高周波電源の周波数 60MHz
上部電極に印加する高周波電力 1000 W
下部電極に印加する高周波電源の周波数 2 MH z
下部電極に印加する高周波電力 800 W
サセプ夕温度 40°C
処理容器内圧力 6. 65 P a ( 50 mT o r r ) エッチングガスの流量：
C4F6が 0. 018 L/mi n ( 18 s c cm) 、
CF 0. 1 L/mi n ( 100 s c cm) 、
Arが 0. 6 L/m i n ( 600 s c cm)
上記の条件で、 図 2のようにシリコンウェハに設けられれた S i 02膜を T i N マスクの開口パターンを通してエッチングした。 この結果、 エッチングホール内にはデポジションが発生せず、 また、 エツチン グストップも起こらなかった。
また、上記実施例におけるエッチングガス中の C4F 6を C 5 F8に変更してエツ チングしたところ、 同様にエッチングホール内にはデポジションが発生せず、 ェ ッチングストップも起こらずにエツチングすることができた。
さらに、 上記実施例におけるエッチングガス中の CF4を N2に変更し、 流量を 2倍の 0. 2 L/m i n ( 200 s c cm) にしてエッチングしたところ、 やは り同様にエッチングホール内にはデポジションが発生せず、 エッチングストップ も起こらなかった。
以上説明したように、 本発明によれば、 金属窒化物等の金属化合物でパターン ニングされた S i 02膜等の膜を、 CxFy (x≥ 2) と CF4とを含むガスや、 C 4 F 6と N 2とを含むガスのプラズマによりエッチングすることで、 エッチングス トップを抑制しつつ、 エッチングホール内にデポジションが発生しないようなホ —ルを形成することが可能である。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 処理容器内に導入した CxFy (x≥ 2) と CF4とを含むガスをプラズマ ィ匕して、
この処理容器内にある被処理体中の膜を、
この膜上にある金属化合物のマスクの開口パターンを通して、
プラズマエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
2. 前記金属化合物は金属窒化物であることを特徴とする請求項 1に記載の プラズマェツチング方法。
3. 前記金属窒化物は T i Nであることを特徴とする請求項 2に記載のブラ ズマエツチング方法。
4. 前記金属窒化物は TaNであることを特徴とする請求項 2に記載のブラ ズマエッチング方法。
5. 前記ガスはさらに N2を含むことを特徴とする請求項 1〜 4のいずれか 1項に記載のプラズマエッチング方法。
6. 前記ガスはさらに A rを含むことを特徴とする請求項 1 ~ 5のいずれか 1項に記載のプラズマエッチング方法。
7. 前記被処理体中の膜は S i02膜であることを特徴とする請求項 1〜 6 のいずれか 1項に記載のブラズマエツチング方法。
8. 前記被処理体中の膜は S i C膜であることを特徴とする請求項 1~ 6の いずれか 1項に記載のプラズマエッチング方法。
9. 前記被処理体中の膜は S i 0 C膜であることを特徴とする請求項 1〜 6 のいずれか 1項に記載のブラズマエツチング方法。
10. 前記ガスの CxFy (x≥ 2) は C4F6であることを特徴とする請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載のプラズマエッチング方法。
1 1. 前記ガスの CF4に対する C4F6の流量比 （C4 F6の流量/ CF4の 流量） は 0. 12〜0. 20であることを特徴とする請求項 10に記載のプラズ マエッチング方法。
12. 前記ガスの CxFy (x≥ 2) は C4F8であることを特徴とする請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載のプラズマエッチング方法。
13. 前記ガスの CxFy (x≥ 2) は C5F8であることを特徴とする請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載のプラズマェツチング方法。
14. 処理容器内に導入した C4F6と N2とを含むガスをプラズマ化して、 この処理容器内にある被処理体中の S i 02膜を、
この S i 02膜上にある金属化合物のマスクの開口パターンを通して、 プラズ マエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
15. 処理容器内に導入した C4F6と N2とを含むガスをプラズマ化して、 この処理容器内にある被処理体中の S i C膜を、
この S i C膜上にある金属化合物のマスクの開口パターンを通して、 プラズマ エッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。
16. 処理容器内に導入した C4F6と N2とを含むガスをプラズマ化して、 この処理容器内にある被処理体中の S i OC膜を、
この S i 0 C膜上にある金属化合物のマスクの開口パターンを通して、 プラズ マエッチングすることを特徴とするプラズマエツチング方法。
1 7 . 前記金属化合物は金属窒化物であることを特徴とする請求項 1 4〜 1 6のいずれか 1項に記載のプラズマェッチング方法。
1 8 . 前記金属窒化物は T i Nであることを特徴とする請求項 1 7に記載の プラズマエッチング方法。
1 9 . 前記金属窒化物は T a Nであることを特徴とする請求項 1 7に記載の プラズマエッチング方法。
PCT/JP2003/002749 2002-03-25 2003-03-07 Procédé d'attaque chimique au plasma Ceased WO2003081655A1 (fr)

Priority Applications (1)

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US10/508,006 US20050161435A1 (en) 2002-03-25 2003-03-07 Method of plasma etching

Applications Claiming Priority (2)

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