JP2000208481A - 積層異種絶縁膜の一括エッチング方法 - Google Patents
積層異種絶縁膜の一括エッチング方法Info
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- JP2000208481A JP2000208481A JP11002580A JP258099A JP2000208481A JP 2000208481 A JP2000208481 A JP 2000208481A JP 11002580 A JP11002580 A JP 11002580A JP 258099 A JP258099 A JP 258099A JP 2000208481 A JP2000208481 A JP 2000208481A
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- etching method
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Abstract
(57)【要約】
【課題】低誘電率の有機ＳＯＧ系の絶縁膜とＳｉＯ2の
積層試料を一括して形状よく高い速度でエッチングす
る。 【解決手段】セミギャップ平行平板型のＵＨＦ帯ＥＣＲ
プラズマエッチング装置を用い、エッチングガス流量に
対する酸素ガス流量の比率を０．７から１．３の範囲内
にする。また、エッチングガスとして炭素、フッ素、水
素のいずれか１種以上の元素を含むガスを用い、酸素ガ
スに代替するガスとして、プラズマ中での解離によって
酸素を供給できるガスを用いる。
積層試料を一括して形状よく高い速度でエッチングす
る。 【解決手段】セミギャップ平行平板型のＵＨＦ帯ＥＣＲ
プラズマエッチング装置を用い、エッチングガス流量に
対する酸素ガス流量の比率を０．７から１．３の範囲内
にする。また、エッチングガスとして炭素、フッ素、水
素のいずれか１種以上の元素を含むガスを用い、酸素ガ
スに代替するガスとして、プラズマ中での解離によって
酸素を供給できるガスを用いる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体素子などの製
造工程におけるエッチング方法に係り、特に異種の絶縁
膜を含む積層構造を一括してドライエッチングする方法
に関する。
造工程におけるエッチング方法に係り、特に異種の絶縁
膜を含む積層構造を一括してドライエッチングする方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化に伴い、配
線の微細化ならびに多層化が進められている。こうした
多層配線を有する半導体素子では、配線遅延が素子全体
の信号遅延のひとつとなっている。配線遅延を低減する
ためには、配線抵抗と配線容量を低減することが重要で
ある。配線抵抗低減に関しては、配線材料にＣｕを用い
たダマシンプロセスが進められている。
線の微細化ならびに多層化が進められている。こうした
多層配線を有する半導体素子では、配線遅延が素子全体
の信号遅延のひとつとなっている。配線遅延を低減する
ためには、配線抵抗と配線容量を低減することが重要で
ある。配線抵抗低減に関しては、配線材料にＣｕを用い
たダマシンプロセスが進められている。
【０００３】一方、配線容量に大きな影響を与える層間
絶縁膜は、比誘電率ε＝４程度のｐ−ＳｉＯ2が用いら
れ続けており、低誘電率絶縁膜種の検討が進められてい
る。低誘電率膜としては、ＳｉＯＦや無機系の水素含有
ＳＯＧや有機ＳＯＧがある。本発明で主として扱う有機
ＳＯＧは、−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−の主鎖に対して、側鎖に有
機基（主にメチル基）が結合した構造である。
絶縁膜は、比誘電率ε＝４程度のｐ−ＳｉＯ2が用いら
れ続けており、低誘電率絶縁膜種の検討が進められてい
る。低誘電率膜としては、ＳｉＯＦや無機系の水素含有
ＳＯＧや有機ＳＯＧがある。本発明で主として扱う有機
ＳＯＧは、−Ｏ−Ｓｉ−Ｏ−の主鎖に対して、側鎖に有
機基（主にメチル基）が結合した構造である。
【０００４】従来の層間絶縁膜エッチング、具体的には
コンタクトホール形成等の酸化膜エッチングでは、フッ
素を含む有機系ガス（ＣＨＦ3やＣ4Ｆ8）を主に用いて
エッチングが行われている。微細パターンの場合には、
パターン底の抜け性を確保するために、数sccmの酸素を
添加するプロセスが構築されている。ただし、被エッチ
ング絶縁膜はＳｉＯ2単一種である場合がほとんどであ
る。
コンタクトホール形成等の酸化膜エッチングでは、フッ
素を含む有機系ガス（ＣＨＦ3やＣ4Ｆ8）を主に用いて
エッチングが行われている。微細パターンの場合には、
パターン底の抜け性を確保するために、数sccmの酸素を
添加するプロセスが構築されている。ただし、被エッチ
ング絶縁膜はＳｉＯ2単一種である場合がほとんどであ
る。
【０００５】従来の低誘電率膜のエッチングの公知例と
しては、月刊セミコンダクタ・ワールド（Semiconducto
r World）１９９８年１月号１０８ページがある。この
従来例では、主に有機高分子系の低誘電率膜が取り上げ
られている。
しては、月刊セミコンダクタ・ワールド（Semiconducto
r World）１９９８年１月号１０８ページがある。この
従来例では、主に有機高分子系の低誘電率膜が取り上げ
られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】低誘電率絶縁膜を利用
するデュアルダマシン構造を形成する場合のエッチング
に要求される技術的課題の一つとして、中間ストッパー
層（たとえばＳｉＯ2（ｐ−ＴＥＯＳ））と低誘電率絶
縁膜を一括してエッチングすることがあげられる。従来
では、同じ絶縁膜であっても、膜組成が変わるとエッチ
ング特性が大きく変化し、最適なエッチングをおこなう
ために酸化膜エッチングのプロセス条件を大きく変更し
なければならない場合が多かった。また、たとえ同一条
件で一括エッチングができたとしても、ボーイングやサ
ブトレンチが発生する問題があった。
するデュアルダマシン構造を形成する場合のエッチング
に要求される技術的課題の一つとして、中間ストッパー
層（たとえばＳｉＯ2（ｐ−ＴＥＯＳ））と低誘電率絶
縁膜を一括してエッチングすることがあげられる。従来
では、同じ絶縁膜であっても、膜組成が変わるとエッチ
ング特性が大きく変化し、最適なエッチングをおこなう
ために酸化膜エッチングのプロセス条件を大きく変更し
なければならない場合が多かった。また、たとえ同一条
件で一括エッチングができたとしても、ボーイングやサ
ブトレンチが発生する問題があった。
【０００７】本発明が解決しようとする課題は、上記問
題点を克服し、低い誘電率を有する絶縁膜、特に有機Ｓ
ＯＧ系の絶縁膜とＳｉＯ2を同時に形状よく高いエッチ
ング速度でエッチングを行なうことにある。
題点を克服し、低い誘電率を有する絶縁膜、特に有機Ｓ
ＯＧ系の絶縁膜とＳｉＯ2を同時に形状よく高いエッチ
ング速度でエッチングを行なうことにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するための手段として、異種層間絶縁膜の一括エッチン
グにおいて、エッチングガス流量に対する酸素ガス流量
の比率を０．７から１．３の範囲内にする。また、別の
解決するための手段として、エッチングガスとして炭
素、フッ素、水素のいずれか１種以上の元素を含むガス
を用いる。
するための手段として、異種層間絶縁膜の一括エッチン
グにおいて、エッチングガス流量に対する酸素ガス流量
の比率を０．７から１．３の範囲内にする。また、別の
解決するための手段として、エッチングガスとして炭
素、フッ素、水素のいずれか１種以上の元素を含むガス
を用いる。
【０００９】また、上記の構成において、酸素ガスに代
替するガスとしてプラズマ中での解離によって酸素を供
給できるガスを用いる。あるいは上記ガスをＡｒ稀釈す
る、使用するガスの圧力を２Ｐａ以下とする、使用する
ガスの全流量を３００sccm以上とする、セミギャップ平
行平板型のＵＨＦ帯ＥＣＲプラズマエッチング装置を用
いてエッチングを行うなどの構成とする。
替するガスとしてプラズマ中での解離によって酸素を供
給できるガスを用いる。あるいは上記ガスをＡｒ稀釈す
る、使用するガスの圧力を２Ｐａ以下とする、使用する
ガスの全流量を３００sccm以上とする、セミギャップ平
行平板型のＵＨＦ帯ＥＣＲプラズマエッチング装置を用
いてエッチングを行うなどの構成とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の異種絶縁膜積層構造の一
括エッチングを、図１のセミギャップ平行平板型のＵＨ
Ｆ帯ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて行う。この
エッチング装置では、真空排気したエッチング室１０１
内にエッチングガスを導入し、設置した上部アンテナ１
０２から周波数４５０ＭＨｚ等のＵＨＦ帯の電磁波を放
射し、コイル１０３で発生した磁場とカップリングさ
せ、ＥＣＲプラズマを形成する。ＥＣＲ共鳴する磁場強
度約１６０Gaussの等磁場領域は、アンテナ中心部でア
ンテナと下部電極１０４との間の空間にあり、周辺でア
ンテナを横切るお椀型の形状がもっとも好適である。
括エッチングを、図１のセミギャップ平行平板型のＵＨ
Ｆ帯ＥＣＲプラズマエッチング装置を用いて行う。この
エッチング装置では、真空排気したエッチング室１０１
内にエッチングガスを導入し、設置した上部アンテナ１
０２から周波数４５０ＭＨｚ等のＵＨＦ帯の電磁波を放
射し、コイル１０３で発生した磁場とカップリングさ
せ、ＥＣＲプラズマを形成する。ＥＣＲ共鳴する磁場強
度約１６０Gaussの等磁場領域は、アンテナ中心部でア
ンテナと下部電極１０４との間の空間にあり、周辺でア
ンテナを横切るお椀型の形状がもっとも好適である。
【００１１】試料１０５は、下部電極１０４上に静電吸
着により保持され、裏面からのＨｅ流で熱交換を行い試
料温度を下部電極設定温度で制御できる。この下部電極
には８００ｋＨｚのＲＦバイアスを印加し、プラズマ中
のイオンを試料に引き込み、絶縁膜のエッチングを行
う。また、アンテナ１０２の表面はＳｉシャワープレー
ト１０６となっており、ガスの供給路となる一方で、１
３．５６ＭＨｚの高周波を印加してアンテナ表面でＦを
消費し、プラズマ中の活性種の組成を変えることができ
る装置構成となっている。
着により保持され、裏面からのＨｅ流で熱交換を行い試
料温度を下部電極設定温度で制御できる。この下部電極
には８００ｋＨｚのＲＦバイアスを印加し、プラズマ中
のイオンを試料に引き込み、絶縁膜のエッチングを行
う。また、アンテナ１０２の表面はＳｉシャワープレー
ト１０６となっており、ガスの供給路となる一方で、１
３．５６ＭＨｚの高周波を印加してアンテナ表面でＦを
消費し、プラズマ中の活性種の組成を変えることができ
る装置構成となっている。
【００１２】用いた試料は、図２に断面を示すように、
Ｓｉ基板２０１上に厚さ２００nmのＳｉ3Ｎ4２０２、厚
さ４００nmの有機ＳＯＧ２０３、厚さ１００nmのｐ−Ｔ
ＥＯＳ２０４、厚さ４００nmの有機ＳＯＧ２０５、厚さ
１００nmのｐ−ＴＥＯＳ２０６、厚さ５００nmのレジス
ト２０７の順に積層した構造からなり、レジスト２０７
には、フォトリソグラフィ工程によって微細なホールパ
ターン２０８が形成され、エッチングのマスクとなって
いる。
Ｓｉ基板２０１上に厚さ２００nmのＳｉ3Ｎ4２０２、厚
さ４００nmの有機ＳＯＧ２０３、厚さ１００nmのｐ−Ｔ
ＥＯＳ２０４、厚さ４００nmの有機ＳＯＧ２０５、厚さ
１００nmのｐ−ＴＥＯＳ２０６、厚さ５００nmのレジス
ト２０７の順に積層した構造からなり、レジスト２０７
には、フォトリソグラフィ工程によって微細なホールパ
ターン２０８が形成され、エッチングのマスクとなって
いる。
【００１３】図３は実際にエッチングを行って形成し
た、ホール形状の模式図である。エッチングに使用する
ガスは、本実施例では、Ａｒ，Ｃ4Ｆ8，Ｏ2を使用し
た。流量は、Ａｒは３２０sccm、Ｃ4Ｆ8は１５sccm、Ｏ
2は１５sccmであった。Ｃ4Ｆ8流量に対するＯ2流量の比
は１を中心として、０．７から１．３の範囲内で、加工
形状とエッチング速度との両立をはかりながら適宜調整
した。圧力は２Ｐａであり、アンテナと試料間の間隔は
７０mmであった。
た、ホール形状の模式図である。エッチングに使用する
ガスは、本実施例では、Ａｒ，Ｃ4Ｆ8，Ｏ2を使用し
た。流量は、Ａｒは３２０sccm、Ｃ4Ｆ8は１５sccm、Ｏ
2は１５sccmであった。Ｃ4Ｆ8流量に対するＯ2流量の比
は１を中心として、０．７から１．３の範囲内で、加工
形状とエッチング速度との両立をはかりながら適宜調整
した。圧力は２Ｐａであり、アンテナと試料間の間隔は
７０mmであった。
【００１４】ＵＨＦのパワーは１４００Ｗ、ＲＦのパワ
ーは１２００Ｗ、アンテナに供給する１３．５６ＭＨｚ
の電磁波のパワーは４００Ｗで、アンテナ温度３０℃、
下部電極温度−２０℃とした。
ーは１２００Ｗ、アンテナに供給する１３．５６ＭＨｚ
の電磁波のパワーは４００Ｗで、アンテナ温度３０℃、
下部電極温度−２０℃とした。
【００１５】この条件でのエッチング深さとエッチング
時間との相関を表したのが図４である。各絶縁膜層が等
速でエッチングされていることがわかる。また、マイク
ロローディングが小さいこともわかる。エッチング速度
は、５００nm／min以上、また、Ｓｉ3Ｎ4ストッパ層と
の選択比は、１０程度である。なお、Ａｒ流量を高めた
り、低圧力領域へもっていくと各活性種の滞在時間が短
くなり、微細パターンのぬけ性がよくなる方向にあっ
た。
時間との相関を表したのが図４である。各絶縁膜層が等
速でエッチングされていることがわかる。また、マイク
ロローディングが小さいこともわかる。エッチング速度
は、５００nm／min以上、また、Ｓｉ3Ｎ4ストッパ層と
の選択比は、１０程度である。なお、Ａｒ流量を高めた
り、低圧力領域へもっていくと各活性種の滞在時間が短
くなり、微細パターンのぬけ性がよくなる方向にあっ
た。
【００１６】使用するガスとしては、Ｏ2のかわりにＣ
ＯやＣ3Ｆ6Ｏのようなプラズマ中で解離して酸素を供給
するガスを使用してもよいし、Ｏ2とともに供給しても
よい。ただしこの場合、エッチングガスとの好適な流量
比が変化することは言うまでもない。また、エッチング
ガス自身も、ＣＨＦ3やＣ5Ｆ8等のガスを適宜使用でき
る。
ＯやＣ3Ｆ6Ｏのようなプラズマ中で解離して酸素を供給
するガスを使用してもよいし、Ｏ2とともに供給しても
よい。ただしこの場合、エッチングガスとの好適な流量
比が変化することは言うまでもない。また、エッチング
ガス自身も、ＣＨＦ3やＣ5Ｆ8等のガスを適宜使用でき
る。
【００１７】
【発明の効果】本発明により、積層絶縁膜の一括エッチ
ングが可能となり、デュアルダマシン構造の形成、なか
でもスルーホール加工をボーイングやサブトレンチの発
生を抑え、精度よく、高速に行なうことが可能となる。
ングが可能となり、デュアルダマシン構造の形成、なか
でもスルーホール加工をボーイングやサブトレンチの発
生を抑え、精度よく、高速に行なうことが可能となる。
【図１】本発明を実施するためのエッチング装置の断面
図。
図。
【図２】エッチングに用いる、典型的な異種絶縁膜積層
構造の断面図。
構造の断面図。
【図３】ホールエッチング加工形状の断面図。
【図４】エッチング深さとエッチング時間との相関を示
す測定図。
す測定図。
１０１…エッチング室、１０２…アンテナ、１０３…コ
イル、１０４…下部電極、１０５…試料、１０６…Ｓｉ
シャワープレート、２０１…試料、２０２…Ｓｉ3Ｎ4、
２０３…有機ＳＯＧ、２０４…ｐ−ＴＥＯＳ、２０５…
有機ＳＯＧ、２０６…ｐ−ＴＥＯＳ、２０７…レジス
ト、２０８…ホールパターン、３０１…ホール加工形
状。
イル、１０４…下部電極、１０５…試料、１０６…Ｓｉ
シャワープレート、２０１…試料、２０２…Ｓｉ3Ｎ4、
２０３…有機ＳＯＧ、２０４…ｐ−ＴＥＯＳ、２０５…
有機ＳＯＧ、２０６…ｐ−ＴＥＯＳ、２０７…レジス
ト、２０８…ホールパターン、３０１…ホール加工形
状。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 剛 東京都千代田区神田駿河台四丁目３番地 日立テクノエンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 5F004 AA16 BA04 BA08 BA09 BA14 BB11 BB13 BB18 BB25 BB26 DA00 DA16 DA23 DA26 DB03 DB23 EB01 EB03 5F033 MM02 QQ09 QQ10 QQ12 QQ15 QQ37 RR06 RR25 SS04 TT04 WW05 WW06 XX03
Claims (7)
- 【請求項１】セミギャップ平行平板型のＵＨＦ帯ＥＣＲ
プラズマエッチング装置を用いる異種層間絶縁膜の一括
エッチングにおいて、エッチングガス流量に対する酸素
ガス流量の比率を０．７から１．３の範囲内にすること
を特徴とするエッチング方法。 - 【請求項２】請求項１記載のエッチング方法において、
エッチングガスとして炭素、フッ素、水素のいずれか１
種以上の元素を含むガスを用いることを特徴とするエッ
チング方法。 - 【請求項３】請求項１記載のエッチング方法において、
酸素ガスに代替するガスとして、プラズマ中での解離に
よって酸素を供給できるガスを用いることを特徴とする
エッチング方法。 - 【請求項４】請求項１から請求項３のいずれか記載のエ
ッチング方法において、Ａｒ稀釈することを特徴とする
エッチング方法。 - 【請求項５】請求項１から請求項４のいずれか記載のエ
ッチング方法において、使用するガスの圧力を２Ｐａ以
下とすることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項６】請求項１から請求項５のいずれか記載のエ
ッチング方法において、使用するガスの全流量を３００
sccm以上とすることを特徴とするエッチング方法。 - 【請求項７】請求項１から請求項６のいずれか記載のエ
ッチング方法において、被エッチング膜が有機ＳＯＧと
ＳｉＯ2の積層構造であることを特徴とするエッチング
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11002580A JP2000208481A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 積層異種絶縁膜の一括エッチング方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11002580A JP2000208481A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 積層異種絶縁膜の一括エッチング方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000208481A true JP2000208481A (ja) | 2000-07-28 |
Family
ID=11533324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11002580A Pending JP2000208481A (ja) | 1999-01-08 | 1999-01-08 | 積層異種絶縁膜の一括エッチング方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000208481A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032908A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-02-02 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2010166101A (ja) * | 2010-05-07 | 2010-07-29 | Hitachi Ltd | プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング処理方法 |
-
1999
- 1999-01-08 JP JP11002580A patent/JP2000208481A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006032908A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-02-02 | Tokyo Electron Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP2010166101A (ja) * | 2010-05-07 | 2010-07-29 | Hitachi Ltd | プラズマエッチング装置およびプラズマエッチング処理方法 |
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