JP2002009058A

JP2002009058A - エッチング方法

Info

Publication number: JP2002009058A
Application number: JP2000191378A
Authority: JP
Inventors: Takuya Mori; 琢哉森; Koichiro Inasawa; 剛一郎稲沢; Noriyuki Kobayashi; 典之小林; Masahito Sugiura; 正仁杉浦; Yoshihiro Hayashi; 喜宏林; Keizo Kinoshita; 啓藏木下
Original assignee: Tokyo Electron Ltd; NEC Corp
Current assignee: Tokyo Electron Ltd; NEC Corp
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-01-11
Anticipated expiration: 2020-06-26
Also published as: JP4477750B2; KR20030021180A; US7030028B2; US20040063331A1; WO2002001619A1; TW514965B

Abstract

(57)【要約】【課題】ショルダーロスの少ないデュアルダマシン構
造を得る。【解決手段】有機ＬｏｗＫ膜２０８とその上に形成さ
れたマスク層２１０とを被エッチング層とし，有機Ｌｏ
ｗＫ膜層にショルダ部を有するデュアルダマシン構造
を，少なくとも２つ以上の混合ガスを用いて，ドライエ
ッチングで形成する方法において，第１のプロセスガス
によりマスク層をエッチングした後，引き続き前記第１
のプロセスガスにより有機ＬｏｗＫ膜層を所定の深さま
でエッチングする第１の工程と，第１の工程より後で，
第２のプロセスガスにより有機ＬｏｗＫ膜層をエッチン
グする第２の工程を実施する。第１工程により，ビア側
壁に保護壁を形成できるので，トレンチとビアとの接合
領域に形成されるショルダーロスを軽減できる。

Description

【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】近年，半導体集積回路の高集積化に伴
い，多層構造を有する半導体装置の製造技術が急速に発
展している。多層構造を有する半導体装置の場合には，
水平方向に展開する各素子を接続するトレンチ配線とと
もに，垂直方向に展開する各素子を接続するビアホール
配線を形成する必要がある。その際に，集積回路の高速
化を図るために，最近では，配線材料としては，低抵抗
でエレクトロマイグレーション耐性に優れた銅を用い，
さらに層間絶縁材料として低誘電率を確保できるＳｉＬ
Ｋ^ＴＭ（米国ダウケミカル社製品）などの有機ＬｏｗＫ
材料が使用されている。

【０００３】なお，蒸気圧が高い化合物を形成しにくい
銅により配線パターンを形成する際には，金属ＣＭＰ技
術を利用して配線埋め込みを行う，いわゆるダマシン構
造が採用されている。さらに，最近では，水平方向に展
開する各素子を接続するトレンチ配線と垂直方向に展開
する各素子を接続するビア配線とを同時に作りこむ，い
わゆるデュアルダマシン構造の半導体素子が普及してき
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで，従来のデュ
アルダマシン構造の作りこみ技術においては，有機Ｌｏ
ｗＫ膜から成る層間絶縁膜に形成されたトレンチにさら
にビアを形成する際に，トレンチとビアとの接合部分
（ビア縁部分）にショルダーロス，いわゆる肩落ちが生
じやすかった。このような肩落ちが生じたビアに配線を
施した場合には，隣接するビア配線間の電気容量が大き
くなり，所望の電気特性が確保できないという問題点が
あった。

【０００５】本発明は，従来のデュアルダマシン構造を
形成する際の上記問題点に鑑みてなされたものであり，
有機ＬｏｗＫ膜から成る層間絶縁膜に形成されたトレン
チにさらにビアを形成する場合など，有機ＬｏｗＫ膜層
にショルダ部を有する構造を作りこむ際に，そのショル
ダ部に肩落ちが生じにくく，したがって後工程において
配線を埋め込んだ場合に，所望の形状および寸法の配線
構造を形成することが可能な，新規かつ改良されたエッ
チング方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に，本発明によれば，有機ＬｏｗＫ膜とその上に形成さ
れたマスク層とを被エッチング層とし，有機ＬｏｗＫ膜
層にショルダ部を有するデュアルダマシン構造を，少な
くとも２つ以上のプロセスガスを用いて，ドライエッチ
ングで形成する新規かつ改良された方法が提供される。

【０００７】すなわち，本発明の第１の観点にかかる発
明は，第１のプロセスガスによりマスク層をエッチング
した後，引き続き第１のプロセスガスにより有機Ｌｏｗ
Ｋ膜層を所定の深さまでエッチングする第１の工程と，
第１の工程より後で，第２のプロセスガスにより有機Ｌ
ｏｗＫ膜層をエッチングする第２の工程とを含むことを
特徴としている。

【０００８】また，本発明の第２の観点にかかる発明
は，第１のプロセスガスによりシリコンナイトライド層
をエッチングした後，引き続き前記第１のプロセスガス
により有機ＬｏｗＫ膜層を少なくともデュアルダマシン
構造のショルダ部に相当する深さまでエッチングする第
１の工程と，前記第１の工程より後で，第２のプロセス
ガスにより有機ＬｏｗＫ膜層をエッチングする第２の工
程とを含むことを特徴としている。

【０００９】さらに，詳細に本発明の特徴を言えば，前
記第１のプロセスガスが少なくともＣとＦとを含むこと
が好ましく，さらに前記第１のプロセスガスがＣＦ_４と
Ｏ_２とＡｒとのプロセスガスであることが好ましい。

【００１０】また前記第２のプロセスガスが少なくとも
ＮとＨとを含むことが好ましく，さらに前記第２のプロ
セスガスがＮ_２とＨ_２との混合ガスであることが好まし
い。

【００１１】本発明にかかる構成によれば，デュアルダ
マシン構造形成時に，第１のプロセスガス，例えばＣＦ
_４とＯ_２とＡｒとの混合ガスでマスク層，例えばＳｉＮ
層をエッチングした後に，引き続き有機ＬｏｗＫ膜を所
定の厚さ，例えば少なくともデュアルダマシン構造のシ
ョルダ部に相当する深さまでエッチングすることによ
り，保護壁，例えばＣ−Ｆ系のポリマがビア側壁に堆積
する。その後，第２のプロセスガス，例えばＮ_２とＨ_２
との混合ガスによりトレンチ部をエッチングする際に，
堆積したポリマが保護壁として作用して，ビアとトレン
チの接合部のショルダーロス（肩落ち）を抑制する作用
を示す。その結果，ショルダ部は理想的な直角に近い形
状に形成され，所望の電気特性を有する配線構造を得る
ことができる。

【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形態に
ついて説明する。なお以下の説明および添付図面におい
て，略同一の機能構成を有する部材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ことにする。

【００１３】まず，図１を参照しながら本実施の形態に
かかるエッチング方法を実施するためのエッチング装置
の一例として平行平板型のプラズマエッチング装置の概
略構成について説明する。

【００１４】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。

【００１５】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１
２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が介装さ
れ電気的に絶縁されている。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，第１のプロセスガス，
例えば少なくともＣとＦとを含むガス，さらに具体的に
はＣＦ_４とＯ_２とＡｒを供給する第１のプロセスガス供
給系１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃと，第２のプロセス
ガス，例えば少なくともＮとＨとを含むガス，さらに具
体的にはＮ２とＨ２を供給する第２のプロセスガス供給
系１２６ｄ，１２６ｅが接続されている。

【００１６】第１のプロセスガス供給系１２６ａ，１２
６ｂ，１２６ｃには，開閉バルブ１３２ａ，１３２ｂ，
１３２ｃと流量調整バルブ１３４ａ，１３４ｂ，１３４
ｃを介して第１のプロセスガスを供給するＣＦ_４ガス供
給源１３６ａ，Ｏ_２ガス供給源１３６ｂ，Ａｒガス供給
源１３６ｃがそれぞれ接続されている。また，第２のプ
ロセスガス供給系１２６ｄ，１２６ｅには，開閉バルブ
１３２ｄ，１３２ｅと流量調整バルブ１３４ｄ，１３４
ｅを介して第２のプロセスガスを供給するＮ_２ガス供給
源１３６ｄ，Ｈ_２ガス供給源１３６ｅがそれぞれ接続さ
れている。

【００１７】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。

【００１８】次に，上記エッチング装置を用いて，本実
施の形態にかかるデュアルダマシン構造を形成する工程
について図２，図３および図４を参照しながら説明す
る。なお，図示の例は，上層回路パターンを下層回路パ
ターンのＣｕ配線２０４に接続するビア配線と上層回路
パターン同士のトレンチ配線を同時に作りこむ工程を示
している。

【００１９】図２（ａ）に示すように，ＳｉＬＫ層^TM２
０２には下層回路パターンのＣｕ配線２０４が形成され
ている。さらにＳｉＬＫ^TM層２０２の上部には保護膜と
してのＳｉＮ層２０６，層間絶縁膜層を構成する有機Ｌ
ｏｗＫ膜としてのＳｉＬｋ^TM層２０８，さらにトレンチ
およびビアを形成するためのハードマスク層としての第
１のハードマスクであるところのＳｉＮ層２１０および
第２のハードマスクであるところの酸化膜層２１２が形
成されている。

【００２０】次いで，図２（ｂ）に示すように，トレン
チ形成用のフォトレジスト（ＰＲ）層を形成し，所定の
リソグラフィ工程により，トレンチ用ＰＲパターン２１
４を形成する。さらに，図２（ｃ）に示すように，上記
トレンチ用ＰＲパターン２１４を用いて，Ｏｘｉｄｅ層
２１２をエッチングし，トレンチ用ハードマスクを形成
するとともに，残余のフォトレジスト層２１４をアッシ
ングして除去する。

【００２１】次いで，図３（ａ）に示すように，ビア形
成用のフォトレジスト（ＰＲ）層を形成し，所定のリソ
グラフィ工程により，ビア用ＰＲパターン２１６を形成
する。そして，図３（ｂ）に示すように，このビア用Ｐ
Ｒパターン２１６を用いて，まずＳｉＮ層２１０をエッ
チングし，ビア用ハードマスクを形成するとともに，こ
のビア用ハードマスクを用いて有機ＬｏｗＫ膜であるＳ
ｉＬＫ^TM層２０８にビアをエッチングしていく。

【００２２】図３（ｂ）に示す工程（工程）を実施す
る際に，本実施の形態によれば，ハードマスクであるＳ
ｉＮと有機ＬｏｗＫ膜であるＳｉＬＫ^TMに対してエッチ
ング性を有する第１のプロセスガス，例えばＣＦ_４とＯ
_２とＡｒとの混合ガスで，ＳｉＮ層をエッチングした後
に，引き続き有機ＬｏｗＫ膜を所定の厚さ，例えば少な
くともデュアルダマシン構造のショルダ部に相当する深
さまでオーバーエッチングする。かかる処理により，有
機ＬｏｗＫ膜に形成されるビアの側壁部分に，保護壁，
例えばＣ−Ｆ系のポリマを堆積させることができる。

【００２３】次いで，図３（ｃ）に示すように（工
程），ビア用ＰＲパターン２１６をアッシングするとと
もに，ＳｉＬＫ^TM層２０８にビアホールをさらに掘り進
める。その際に，本実施の形態によれば，ハードマスク
層に対して高い選択比を示す第２のプロセスガス，例え
ばＮ_２とＨ_２との混合ガスにより，ビア用ＰＲパターン
２１６のアッシングとＳｉＬＫ^TM層２０８のエッチング
行われる。

【００２４】さらに，図４（ａ）に示すように（工
程），Ｏｘｉｄｅに対して高い選択比を示す第３のプロ
セスガス，例えばＣＨ_２Ｆ_２とＯ_２とＡｒとの混合ガス
を用いて，Ｏｘｉｄｅ層２１２をハードマスクとして，
ＳｉＮ層２１０をエッチングして，Ｏｘｉｄｅ層２１２
とＳｉＮ層２１０から成るトレンチ用ハードマスク２１
０／２１２を形成する。

【００２５】次いで，図４（ｂ）に示すように（工
程），再び処理ガスをハードマスク層に対して高い選択
比を示す第２のプロセスガスに切り換えて，トレンチ用
ハードマスク２１０／２１２によりＳｉＬＫ^TM層２０８
をエッチングして，ビアの上部にトレンチを形成すると
ともに，ビアをＳｉＮ層２０６の上部にまで掘り下げ
る。

【００２６】この工程及び工程において，第２のプ
ロセスガスによりトレンチをエッチングする際に，本実
施の形態によれば，工程によりビア側壁に堆積したポ
リマが保護壁として作用する。その結果，ビアとトレン
チの接合部のショルダーロス（肩落ち）を抑制する効果
が得られる。

【００２７】次いで，図４（ｃ）に示すように（工
程），再び処理ガスをハードマスク，ＳｉＬＫ^TM及び
Ｃｕに対して高い選択比を示す第３のプロセスガスに切
り換えて，Ｃｕ配線２０６の上部に形成されているＳｉ
Ｎ層２０６をエッチングして，ビアを貫通させる。

【００２８】以上のようにして，トレンチとビアを同時
に造りこむデュアルダマシン構造が完成する。さらに，
不図示のＣｕまたはＣｕを含む金属をトレンチとビアに
埋め込むことにより，配線工程が完了する。

【００２９】図５には，図２〜図４に関連して説明した
本実施の形態にかかるエッチング方法の特徴が良く分か
るように，〜の各工程によりエッチングまたはアッ
シングされる対象部位を〜の符号と対応させて示す
とともに，各層の参考膜厚を示している。図５を参照す
ればわかるように，本実施の形態によれば，ビア形成用
のビア用ＰＲパターンにより，第１のプロセスガスを用
いて，ＳｉＮ層をエッチングする際に，意図的にオーバ
ーエッチングを行い，ＳｉＬＫ^TM層に所定深さのビアを
同時に形成する。そして，この工程で形成されるＳｉＬ
Ｋ^TM層に形成されるビア（’の部位）を，後工程によ
り形成されるトレンチの深さ（の部位）よりも深く掘
り下げることにより，側壁に保護壁が形成されたビアを
予め形成することが可能となる。その結果，後工程にお
いてトレンチを形成する際に，トレンチとビアとの接合
部のショルダーロスを効果的に防止することが可能とな
るのである。

【００３０】次に，本実施の形態にかかるエッチング方
法の効果について理解するために，図６および図７を参
照しながら，ＳｉＮビアエッチング時間とショルダーロ
スとの関係について説明する。

【００３１】図６に示すように，ＳｉＬＫ^TM層に形成さ
れるトレンチとビアとの接合部にはショルダー部Ｓが形
成される。このショルダー部Ｓは，直角に形成されるの
がもっとも好ましい。しかしながら，実際には，ビア形
成時にショルダー部もエッチングされて，ショルダーロ
ス（肩落ち）が生じてしまう。このショルダーロスの程
度は，図６に示す，ａ値とｂ値で表すことが可能であ
り，ａ値とｂ値が小さいほどの良好な形状であるという
ことができる。

【００３２】図７に，ショルダーロス（ｂ値）とビアエ
ッチング時間との関係を示す。図示の通り，ビアエッチ
ング時間が長いほど，ショルダーロスが軽減されること
が分かる。これは，従来のようにＳｉＮ層（図５の部
分）のみをエッチングするのではなく，ＳｉＮ層のビア
エッチング終了後に，さらにトレンチが形成されるＳｉ
ＬＫ^TM層の領域にまでビアエッチングを継続することに
より，ビア側壁部に保護壁が形成された結果であると推
測される。

【００３３】本実施の形態にかかるエッチング方法によ
る有機ＬｏｗＫ膜の加工側壁部への保護壁の形成につい
て，図８〜図１０を参照しながら，さらに説明を加え
る。図８〜図１０に示す図表に示す例は，第１のプロセ
スガスによりＳｉＮ層のエッチングを行った後に引き続
きＳｉＬＫ^TM層のオーバーエッチングを行う第１工程
と，第２のプロセスガスによりＳｉＬＫ^TM層のエッチン
グ行う第２工程を順次行って配線溝を形成した場合の結
果を示すものである。ただし，ｓｌｏｔ２４は，第１工
程を約２０秒，第２工程を約６０秒行った場合（すなわ
ち，オーバーエッチング時間が短い）を示し，ｓｌｏｔ
２５は，第１工程を約６０秒，第２工程を約３０秒行っ
た場合（すなわち，オーバーエッチング時間が長い）を
それぞれ示している。

【００３４】図８には，ｓｌｏｔ２４およびｓｌｏｔ２
５のそれぞれの場合について，光電子分光法（ＸＰＳ）
を用い電子の結合エネルギーを測定した生データが示さ
れている。ここでは，試料を傾けて，配線溝の側壁の
みからの電子の結合エネルギーを測定した。これによ
り，ＳｉｌＫ^ＴＭの加工側面の状態を調べることができ
る。今実験における傾け角は３０度程度とした。図８に
示すように，各プロファイルの左斜面において，ｓｌｏ
ｔ２５（実線）がｓｌｏｔ２４（点線）よりも高い値を
示している。これは，オーバーエッチング時間が長いほ
ど，ＣＨＦ−ＣＨ _２成分やＣＨＦ−ＣＨＦ成分が増えて
いることを意味する。なお，各プロファイルの右斜面に
おいて，ｓｌｏｔ２４（点線）がｓｌｏｔ２５（実線）
よりも高い値を示しているのは，ＣＦ_４処理時間が長い
ために，ＳｉＬＫ構造が変化したためだと考えられる。

【００３５】図９は，図８のＣ１ｓ軌道電子の生データ
を加工し，ｓｌｏｔ２４およびｓｌｏｔ２５のそれぞれ
の場合について，Ｃ−Ｃ化合物，ＣＨＦ−ＣＨ_２化合
物，ＣＨＦ−ＣＨＦ化合物のそれぞれについてピークを
分離したものである。図９を参照すれば，ＣＨＦ−ＣＨ
_２成分やＣＨＦ−ＣＨＦ成分の量的比較において，ｓｌ
ｏｔ２４（点線）よりもｓｌｏｔ２５（実線）の方が多
いことが，さらによく分かる。

【００３６】これらの結果をまとめたのが，図１０であ
る。図１０は，ＣＨＦ−ＣＨ_２，あるいはＣＨＦ−ＣＨ
Ｆのピーク面積からブランクレベルのピーク面積を引
き，Ｃ−Ｃ（ＳｉＬＫ）のピーク面積を１００として，
これに対するそれぞれのピーク面積の比率を求めたもの
である。図１０に示す通り，オーバーエッチング時間が
長いｓｌｏｔ２５の方が，オーバーエッチング時間が短
いｓｌｏｔ２４よりもＣＨＦ−ＣＨ_２やＣＨＦ−ＣＨＦ
に相当する光電子強度比率が高くなっており，結果的に
強固な保護壁がビア側壁に形成されることが分かる。

【００３７】このように，本実施の形態によれば，Ｓｉ
Ｎ^TM層のエッチングに引き続き所定深さまでＳｉＬＫ^TM
層のオーバーエッチングを行うことにより，ビア側壁部
分に保護壁を形成し，トレンチとビアの接合部分のショ
ルダー領域に生じるショルダーロスを軽減することが可
能である。なお，この保護壁は有機アミン系あるいはフ
ッ化アンモニウム添加有機溶剤を用いる洗浄工程で除去
する。

【００３８】以上，添付図面を参照しながら，本実施の
形態にかかるエッチング方法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範囲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。

【００３９】例えば，本実施の形態にかかるエッチング
方法を実施するための装置として図１に示すプラズマエ
ッチング装置を例にあげて説明したが，本発明はかかる
例に限定されない。例えば，平行平板型エッチング装置
のほかにも，各種プラズマ減を利用したエッチング装置
を適用することが可能であることはいうまでもない。

【００４０】また，上記実施の形態においては，有機Ｌ
ｏｗＫ膜としてＳｉＬＫ^TMを用いた例を挙げて説明した
が，本発明はかかる例に限定されない。有機ＬｏｗＫ膜
としては，ポリフッ化ナフタレンポリマー膜，マレイミ
ドベンゾシクロブテンポリマー膜，ポリパーフロロシク
ロブテンアロマティックエーテル膜，ポリイミド膜，ポ
リアリルエーテル膜，パリレン膜，水素化ダイアモンド
膜あるいはポリテトラフルオロエチレンにも適用でき
る。さらに，有機高分子膜中にシリカが一部置換添加さ
れているようなジビニルシロキサンベンゾシクロブテン
ポリマー膜，シリカ添加ポリイミド膜などにも適用でき
る。

【００４１】さらに，上記実施の形態においては，有機
ＬｏｗＫ膜の上に形成されるマスク層として，第１のハ
ードマスクとしてＳｉＮおよび第２のハードマスクとし
てＯｘｉｄｅを例に挙げて説明したが，本発明はかかる
例に限定されない。有機ＬｏｗＫ膜の上に形成されるマ
スク層，いわゆるハードマスクとしては，第１のハード
マスクとしてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）以外に，シリコ
ン酸化膜（ＳｉＯ２），シリコンカーバイト（Ｓｉ
Ｃ），ポーラスシリコン窒化膜，シリコン酸窒化膜（Ｓ
ｉＯＮ），アルミナイトライド（ＡｌＮ）あるいはシリ
カ膜といった絶縁膜の他に，チタンナイトライド（Ｔｉ
Ｎ），タンタルナイトライド（ＴａＮ）といった金属窒
化膜やチタンカーバイト膜（ＴｉＣ）を用いることがで
きる。但し，ＴｉＮ膜やＴａＮ膜といった導電性窒化膜
を用いた場合には，かかる配線溝とビアに銅を埋め込ん
だ後，導電性窒化膜を化学機械研磨法やドライエッチン
グ法で除去する必要がある。また，第２のハードマスク
としてシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）以外にシリコン窒化
膜（ＳｉＮ）ポーラスシリカ膜，シリコンカーバイト
膜，シリコン酸窒化膜といった絶縁膜やチタンナイトラ
イド（ＴｉＮ），タンタルナイトライド（ＴａＮ）とい
った金属窒化膜やチタンカーバイト膜（ＴｉＣ）を用い
ることができる。これらのハードマスクの選定において
肝要なことは，（１）第１のハードマスクと第２のハー
ドマスクの材料が異なることと，および（２）少なくと
も第１のハードマスクが少なくともＣとＦとを含む混合
ガスでエッチングされ，引き続きエッチングされる下地
有機ｌｏｗＫ膜へのビアホール形成時に保護壁が堆積す
ることである。

【００４２】さらに，上記実施の形態においては，第１
工程によるオーバーエッチングを，トレンチとビアの接
合部であるショルダー領域を越える深さまで行った場合
を例に挙げて説明したが，本発明はかかる例に限定され
ない。オーバーエッチングの量および時間は，最終製品
に要求されるスペックに応じて任意に設定可能であり，
上記ショルダー領域に達しない深さのオーバーエッチン
グを行った場合であっても，ある程度のショルダーロス
軽減の効果を得ることが可能である。

【００４３】さらに上記実施の形態においては，第１の
プロセスガスとして，ＣＦ_４とＯ２とＡｒの混合ガスを
用いた場合を例に挙げて説明したが，本発明はかかる例
に限定されない。第１のプロセスガスとしては，この他
にＣＨＦ_３，Ｃ_４Ｆ_８，ＣＨ _２Ｆ_２，Ｃ_４Ｆ_６やＣ_５Ｆ
_８といったフルオロカーボンガスと酸素と希ガスの混合
ガスで，有機ＬｏｗＫ膜エッチング時にＣ−Ｆを含む保
護壁を形成するものであればよい。

【００４４】さらに上記実施の形態においては，第２の
プロセスガスとして，Ｎ２とＨ２との混合ガスを用いた
場合を例に挙げて説明したが，本発明はかかる例に限定
されない。第２のプロセスガスとしては，この他にアン
モニア（ＮＨ３ガス）あるいはＮ２Ｈ４でもよい。第２
のプロセスガスとして肝要なことは，有機ＬｏｗＫ膜に
対してエッチング選択性が高く，同時にフォトレジスト
に対してもエッチング性があり，一方ハードマスクおよ
び銅配線上の保護膜（ＳｉＮ膜２０６）に対してエッチ
ング選択性が低い（エッチングレートが相対的に小さ
い）ことである。なお，上記保護膜２０６として，シリ
コンカーバイトやポーラスシリコン窒化膜であってもよ
い。

【００４５】さらに，本発明は上記実施例の処理方法に
限定されない。有機ＬｏｗＫ膜とその上に形成されたマ
スク層とを被エッチング層とし，前記有機ＬｏｗＫ膜層
にショルダ部を有するデュアルダマシン構造において，
第１のプロセスガスによりマスク層をエッチングした
後，引き続き有機ＬｏｗＫ膜層を所定の深さまでエッチ
ングすることによりＣ−Ｆ系のポリマをビア側面に堆積
させた後で，第２のプロセスガスによりトレンチ部をエ
ッチングする際に，前記堆積したポリマを保護壁として
作用さして，ビアとトレンチの接合部のショルダーロス
を抑制する処理方法であればよく，第１のプロセスガス
による処理より後で，第２のプロセスガスによる処理を
行う前或は第２のプロセスガスによる処理を行った後
に，如何なるプロセスガスを用いることも限定しない。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように，本発明にかかる構
成によれば，デュアルダマシン構造形成時に，第１のプ
ロセスガス，例えばＣＦ_４とＯ_２とＡｒとの混合ガスで
マスク層，例えばＳｉＮ層をエッチングした後に，引き
続き有機ＬｏｗＫ膜を所定の厚さ，例えば少なくともデ
ュアルダマシン構造のショルダ部に相当する深さまでエ
ッチングすることにより，保護壁，例えばＣ−Ｆ系のポ
リマがビア側壁に堆積する。その後，第２のプロセスガ
ス，例えばＮ_２とＨ_２との混合ガスによりトレンチ部を
エッチングする際に，前記堆積したポリマが保護壁とし
て作用して，ビアとトレンチの接合部のショルダーロス
（肩落ち）を抑制する作用を示す。その結果，ショルダ
部は理想的な直角に近い形状に形成され，所望の配線構
造を得ることができる。

【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の概略構成
図である。

【図２】本実施形態にかかるエッチング方法の工程図で
ある。

【図３】本実施形態にかかるエッチング方法の工程図で
ある。

【図４】本実施形態にかかるエッチング方法の工程図で
ある。

【図５】本実施の形態にかかるデュアルダマシン構造の
概略構成図である。

【図６】トレンチとビアとの接合部分のショルダーロス
の状態を示す説明図である。

【図７】ビアエッチング時間とショルダーロスとの関係
を示すグラフである。

【図８】オーバーエッチング時間が長い場合（ｓｌｏｔ
２５）と短い場合（ｓｌｏｔ２４）とのＣ１ｓ軌道光電
子強度を示すグラフである。

【図９】オーバーエッチング時間が長い場合（ｓｌｏｔ
２５）と短い場合（ｓｌｏｔ２４）とのＣ１ｓ軌道光電
子スペクトルをＳｉＬＫ^TM，ＣＨＦ−ＣＨ_２，ＣＨＦ−
ＣＨＦのそれぞれにピーク分離した結果を示すグラフで
ある。

【図１０】ピーク分離したＣＨＦ−ＣＨ_２，ＣＨＦ−Ｃ
ＨＦの光電子強度比率を表である。

【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１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ第１ガス供給系１２６ｄ，１２６ｅ第２ガス供給系１３２ａ〜１３２ｅ開閉バルブ１３４ａ〜１３４ｅ流量調整バルブ１２６ａ〜１２６ｅガス供給源１５０排気管２０２ＳｉＬＫ^TM層２０４銅バンプ２０６ＳｉＮ層２０８ＳｉＬＫ^TM層２１０ＳｉＮ層（ハードマスク層）２１２Ｏｘｉｄｅ層（ハードマスク層）２１４トレンチ用ＰＲ層２１６ビア用ＰＲ層Ｗウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者稲沢剛一郎山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者小林典之山梨県韮崎市藤井町北下条2381番地の１東京エレクトロン株式会社内 (72)発明者杉浦正仁山梨県韮崎市穂坂町三ッ沢650番地東京エレクトロン株式会社技術開発センター内 (72)発明者林喜宏東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内 (72)発明者木下啓藏東京都港区芝五丁目７番１号日本電気株式会社内Ｆターム(参考） 5F004 AA02 AA05 BA04 BB22 BB28 DA00 DA01 DA23 DA24 DA25 DA26 DB00 DB03 DB07 DB13 DB23 EA06 EA07 EA13 EA28 EB03 5F033 HH11 JJ01 JJ11 KK11 MM02 QQ09 QQ12 QQ15 QQ21 QQ27 QQ28 QQ35 QQ37 QQ48 RR06 RR21 TT04 XX00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機ＬｏｗＫ膜とその上に形成されたマ
スク層とを被エッチング層とし，前記有機ＬｏｗＫ膜層
にショルダ部を有するデュアルダマシン構造を，少なく
とも２つ以上のプロセスガスを用いて，ドライエッチン
グで形成する方法において，第１のプロセスガスにより
前記マスク層をエッチングした後，引き続き前記第１の
プロセスガスにより前記有機ＬｏｗＫ膜層を所定の深さ
までエッチングする第１の工程と，前記第１の工程より
後で，第２の混合ガスにより有機ＬｏｗＫ膜層をエッチ
ングする第２の工程とを含むことを特徴とする，デュア
ルダマシン構造のエッチング方法。
【請求項２】前記第１のプロセスガスが少なくともＣ
とＦとを含むことを特徴とする，請求項１に記載のエッ
チング方法。
【請求項３】前記第１のプロセスガスがＣＦ_４とＯ_２
とＡｒとの混合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方法。
【請求項４】前記第２のプロセスガスが少なくともＮ
とＨとを含むことを特徴とする，請求項１，２または３
のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項５】前記第２のプロセスガスがＮ_２とＨ_２と
の混合ガスであることを特徴とする，請求項１，２また
は３のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項６】有機ＬｏｗＫ膜とその上に形成されたマ
スク層とを被エッチング層とし，有機ＬｏｗＫ膜層にシ
ョルダ部を有するデュアルダマシン構造を，少なくとも
２つ以上のプロセスガスを用いて，ドライエッチングで
形成する方法において，第１のプロセスガスによりシリ
コン化合物絶縁層をエッチングした後，引き続き前記第
１の混合ガスにより有機ＬｏｗＫ膜層を少なくともデュ
アルダマシン構造のショルダ部に相当する深さ以上まで
エッチングする第１の工程と，前記第１の工程より後
で，第２のプロセスガスにより有機ＬｏｗＫ膜層をエッ
チングする第２の工程とを含むことを特徴とする，デュ
アルダマシン構造のエッチング方法。
【請求項７】前記シリコン化合物絶縁層がシリコンナ
イトライド，シリコンオキシナイトライドあるいはシリ
コンカーバイト，さらにはこれらの混合物である請求項
６に記載のエッチング方法。
【請求項８】前記第１のプロセスガスが少なくともＣ
とＦとを含むことを特徴とする，請求項６に記載のエッ
チング方法。
【請求項９】前記第１のプロセスガスがＣＦ_４とＯ_２
とＡｒとの混合ガスであることを特徴とする，請求項６
に記載のエッチング方法。
【請求項１０】前記第２のプロセスガスが少なくとも
ＮとＨとを含むことを特徴とする，請求項６，７，８ま
たは９のいずれかに記載のエッチング方法。
【請求項１１】前記第２のプロセスガスがＮ_２とＨ_２
との混合ガスであることを特徴とする，請求項６，７，
８または９のいずれかに記載のエッチング方法。