JP2000331992A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2000331992A JP2000331992A JP11138302A JP13830299A JP2000331992A JP 2000331992 A JP2000331992 A JP 2000331992A JP 11138302 A JP11138302 A JP 11138302A JP 13830299 A JP13830299 A JP 13830299A JP 2000331992 A JP2000331992 A JP 2000331992A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
- Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
- Y02C20/30—Capture or disposal of greenhouse gases of perfluorocarbons [PFC], hydrofluorocarbons [HFC] or sulfur hexafluoride [SF6]
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
- Formation Of Insulating Films (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 有機成分を含む材料膜を変質させることなく
異方性エッチングすることを可能にし、かつ地球温暖化
の環境問題に配慮してフッ化炭素ガスを用いないでエッ
チングする方法を提供することにある。 【解決手段】 シリコン、炭素、酸素およびハロゲン元
素を少なくとも含み、かつシリコン、炭素、酸素および
ハロゲン元素の元素比をシリコン：炭素：酸素：ハロゲ
ン元素＝Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄとして、２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ＋Ｄ
なる関係を満足する材料膜（第１の絶縁膜１２、第２の
絶縁膜１５）を、一酸化炭素、水素、窒素、アンモニ
ア、水および希ガスのうちの少なくとも１種もしくは複
数種を含んだガスのプラズマを用いてエッチングする製
造方法であり、このエッチングは、材料膜をプラズマで
分解してガス化することにより行われる。
異方性エッチングすることを可能にし、かつ地球温暖化
の環境問題に配慮してフッ化炭素ガスを用いないでエッ
チングする方法を提供することにある。 【解決手段】 シリコン、炭素、酸素およびハロゲン元
素を少なくとも含み、かつシリコン、炭素、酸素および
ハロゲン元素の元素比をシリコン：炭素：酸素：ハロゲ
ン元素＝Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄとして、２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ＋Ｄ
なる関係を満足する材料膜（第１の絶縁膜１２、第２の
絶縁膜１５）を、一酸化炭素、水素、窒素、アンモニ
ア、水および希ガスのうちの少なくとも１種もしくは複
数種を含んだガスのプラズマを用いてエッチングする製
造方法であり、このエッチングは、材料膜をプラズマで
分解してガス化することにより行われる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に関し、詳しくはケイ素、炭素、酸素、フッ素を含
む層間絶縁膜材料のエッチング工程を備えた半導体装置
の製造方法に関する。
方法に関し、詳しくはケイ素、炭素、酸素、フッ素を含
む層間絶縁膜材料のエッチング工程を備えた半導体装置
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置の微細化にともなって増大す
る配線間容量は、半導体装置の遅延時間を長くし、動作
速度を落とすことが知られている。現在、絶縁材料とし
ては比誘電率が４．０程度の酸化シリコンが多く用いら
れている。配線間容量を低く抑えるためには、配線間の
絶縁材料として誘電率の低いいわゆる低誘電率材料を用
いることが必要になる。
る配線間容量は、半導体装置の遅延時間を長くし、動作
速度を落とすことが知られている。現在、絶縁材料とし
ては比誘電率が４．０程度の酸化シリコンが多く用いら
れている。配線間容量を低く抑えるためには、配線間の
絶縁材料として誘電率の低いいわゆる低誘電率材料を用
いることが必要になる。
【０００３】低誘電率絶縁材料には、フッ素樹脂、有機
ＳＯＧ（Spin on glass ）等のさまざまな材料が提案さ
れている。一方、層間絶縁膜に用いる材料には、化学的
機械研磨（以下ＣＭＰという、ＣＭＰはChemical Mecha
nical Polishing の略）に耐える機械的強度とドライエ
ッチングを行った場合に良好なる加工性を有することが
必要になっている。上記フッ素樹脂は、比誘電率が２．
０程度以下を達成できる数少ない材料の一つではある
が、機械的強度が不足しており、そのまま層間絶縁膜材
料として用いることは難しい。一方、有機ＳＯＧはＣＭ
Ｐに耐えうる機械的強度を有してはいるが、低誘電率材
料のなかでは比較的誘電率が高い。
ＳＯＧ（Spin on glass ）等のさまざまな材料が提案さ
れている。一方、層間絶縁膜に用いる材料には、化学的
機械研磨（以下ＣＭＰという、ＣＭＰはChemical Mecha
nical Polishing の略）に耐える機械的強度とドライエ
ッチングを行った場合に良好なる加工性を有することが
必要になっている。上記フッ素樹脂は、比誘電率が２．
０程度以下を達成できる数少ない材料の一つではある
が、機械的強度が不足しており、そのまま層間絶縁膜材
料として用いることは難しい。一方、有機ＳＯＧはＣＭ
Ｐに耐えうる機械的強度を有してはいるが、低誘電率材
料のなかでは比較的誘電率が高い。
【０００４】そこで、フッ素樹脂に有機ＳＯＧを混合す
ることで機械的強度を上げることができるが、フッ素樹
脂と有機ＳＯＧとの混合材料はＳＯＧ成分を含んでいる
ため、ドライエッチングを行う場合には、酸化シリコン
の加工と同様に、フッ化炭素ガスと酸素ガスとを用いた
エッチングにより加工を行うのが一般的となっている。
ることで機械的強度を上げることができるが、フッ素樹
脂と有機ＳＯＧとの混合材料はＳＯＧ成分を含んでいる
ため、ドライエッチングを行う場合には、酸化シリコン
の加工と同様に、フッ化炭素ガスと酸素ガスとを用いた
エッチングにより加工を行うのが一般的となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フッ化
炭素ガスを基本として酸素を添加したガスを用いて発生
させたプラズマでは、活性なハロゲン（特にフッ素）や
酸素が多量に発生する。これらの活性種は有機成分と容
易に反応する上、活性状態が長く持続するため、膜構造
の内部まで侵入し有機成分を侵しやすい。すなわち、従
来の方法における問題は、有機成分とエッチングプラズ
マにより発生する活性種とが容易に反応して、異方性エ
ッチングが困難になること、膜材料自体が変質すること
にある。
炭素ガスを基本として酸素を添加したガスを用いて発生
させたプラズマでは、活性なハロゲン（特にフッ素）や
酸素が多量に発生する。これらの活性種は有機成分と容
易に反応する上、活性状態が長く持続するため、膜構造
の内部まで侵入し有機成分を侵しやすい。すなわち、従
来の方法における問題は、有機成分とエッチングプラズ
マにより発生する活性種とが容易に反応して、異方性エ
ッチングが困難になること、膜材料自体が変質すること
にある。
【０００６】また、従来の方法では、酸化シリコン、窒
化シリコン等の無機材料に対する選択性が悪く、マスク
材料や下地にこれらの材料を使用すると、狙い通りの形
状に加工することが難しいという問題もある。
化シリコン等の無機材料に対する選択性が悪く、マスク
材料や下地にこれらの材料を使用すると、狙い通りの形
状に加工することが難しいという問題もある。
【０００７】上記のような理由から、シリコン、炭素、
酸素、フッ素を含む材料をフッ化炭素ガスを用いたエッ
チングで加工することは適さない。
酸素、フッ素を含む材料をフッ化炭素ガスを用いたエッ
チングで加工することは適さない。
【０００８】また、現在の技術は、環境に対する深刻な
問題を有している。フッ化炭素ガスは、温暖化係数が高
いうえ、オゾン層の破壊を引き起こすとされ、その使用
量を規制し、やがては全面的に製造を中止しようとする
動きがある。この問題に対応した上で、今後も半導体装
置を製造するには、フッ化炭素ガスを用いないで絶縁材
料を加工する技術の開発が不可欠となる。もしくは、フ
ッ化炭素ガスを用いなくとも加工が可能な絶縁材料の開
発が不可欠となる。
問題を有している。フッ化炭素ガスは、温暖化係数が高
いうえ、オゾン層の破壊を引き起こすとされ、その使用
量を規制し、やがては全面的に製造を中止しようとする
動きがある。この問題に対応した上で、今後も半導体装
置を製造するには、フッ化炭素ガスを用いないで絶縁材
料を加工する技術の開発が不可欠となる。もしくは、フ
ッ化炭素ガスを用いなくとも加工が可能な絶縁材料の開
発が不可欠となる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するためになされた半導体装置の製造方法であり、シ
リコン、炭素、酸素およびハロゲン元素を少なくとも含
み、かつシリコン、炭素、酸素およびハロゲン元素の元
素比をシリコン：炭素：酸素：ハロゲン元素＝Ａ：Ｂ：
Ｃ：Ｄとして２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ＋Ｄなる関係を満足する
材料膜を、一酸化炭素、水素、窒素、アンモニア、水お
よび希ガスのうちの少なくとも１種もしくは複数種を含
んだガスのプラズマを用いてエッチングすることを特徴
としている。
決するためになされた半導体装置の製造方法であり、シ
リコン、炭素、酸素およびハロゲン元素を少なくとも含
み、かつシリコン、炭素、酸素およびハロゲン元素の元
素比をシリコン：炭素：酸素：ハロゲン元素＝Ａ：Ｂ：
Ｃ：Ｄとして２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ＋Ｄなる関係を満足する
材料膜を、一酸化炭素、水素、窒素、アンモニア、水お
よび希ガスのうちの少なくとも１種もしくは複数種を含
んだガスのプラズマを用いてエッチングすることを特徴
としている。
【００１０】上記半導体装置の製造方法では、イオン入
射によるエネルギーにより材料膜に含まれているフッ
素、炭素とＳＯＧ成分とを反応させてエッチングを進行
させている。そして材料膜の組成をシリコン、炭素、酸
素およびハロゲン元素を少なくとも含むものとし、シリ
コン、炭素、酸素およびハロゲン元素の元素比をシリコ
ン：炭素：酸素：ハロゲン元素＝Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄとして
２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ＋Ｄなる関係を満足するものとするこ
とにより、ハロゲン化合物や酸素ガスを用いなくてもエ
ッチングを可能としている。つまり、プラズマにより材
料膜の結合の鎖を切って分解しガス化することによりエ
ッチングを行っている。
射によるエネルギーにより材料膜に含まれているフッ
素、炭素とＳＯＧ成分とを反応させてエッチングを進行
させている。そして材料膜の組成をシリコン、炭素、酸
素およびハロゲン元素を少なくとも含むものとし、シリ
コン、炭素、酸素およびハロゲン元素の元素比をシリコ
ン：炭素：酸素：ハロゲン元素＝Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄとして
２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ＋Ｄなる関係を満足するものとするこ
とにより、ハロゲン化合物や酸素ガスを用いなくてもエ
ッチングを可能としている。つまり、プラズマにより材
料膜の結合の鎖を切って分解しガス化することによりエ
ッチングを行っている。
【００１１】すなわち、２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ＋Ｄなる関係
を満足することから、材料膜を一酸化炭素（ＣＯ）と二
フッ化炭素（ＣＦ2 ）と二フッ化シリコン（ＳｉＦ2 ）
と酸素とフッ素とに分解し易くしている。そしてこれら
の活性種がよりエッチングを進行し易くしている。
を満足することから、材料膜を一酸化炭素（ＣＯ）と二
フッ化炭素（ＣＦ2 ）と二フッ化シリコン（ＳｉＦ2 ）
と酸素とフッ素とに分解し易くしている。そしてこれら
の活性種がよりエッチングを進行し易くしている。
【００１２】このように、エッチングガスとしてハロゲ
ン化合物や酸素を用いなくてもよいので、材料の変質が
なく、異方性よくエッチングがなされる。また被エッチ
ング材料である材料膜から放出される活性種によりエッ
チングが進行されるため、下地材料との選択性が高ま
る。なお、エッチングガスに一酸化炭素、窒素、水素、
アンモニア、水および希ガスのうちの少なくとも１種も
しくは複数種を含んだガスのプラズマを用いていること
により、マスク材のスパッタ作用が抑制されるので、所
望の加工形状を得易くなる。
ン化合物や酸素を用いなくてもよいので、材料の変質が
なく、異方性よくエッチングがなされる。また被エッチ
ング材料である材料膜から放出される活性種によりエッ
チングが進行されるため、下地材料との選択性が高ま
る。なお、エッチングガスに一酸化炭素、窒素、水素、
アンモニア、水および希ガスのうちの少なくとも１種も
しくは複数種を含んだガスのプラズマを用いていること
により、マスク材のスパッタ作用が抑制されるので、所
望の加工形状を得易くなる。
【００１３】また、フッ化炭素ガスを用いずに材料膜の
エッチングを行うことができるため、フッ化炭素ガスに
係わる環境問題も同時に解決される。
エッチングを行うことができるため、フッ化炭素ガスに
係わる環境問題も同時に解決される。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明に係わる実施の形態の一例
を、図１の製造工程図によって説明する。
を、図１の製造工程図によって説明する。
【００１５】図１の（１）に示すように、半導体装置
（図示せず）や配線（図示せず）が形成された基板１１
上に、絶縁材料として用いるための化学式（１）で表さ
れるようなフッ素樹脂と化学式（２）で表されるような
有機ＳＯＧとの混合材料〔例えば商品名ＳＴ−Ｆ（日立
化成）〕からなる第１の絶縁膜（材料膜）１２を、例え
ば４００ｎｍの厚さに形成する。
（図示せず）や配線（図示せず）が形成された基板１１
上に、絶縁材料として用いるための化学式（１）で表さ
れるようなフッ素樹脂と化学式（２）で表されるような
有機ＳＯＧとの混合材料〔例えば商品名ＳＴ−Ｆ（日立
化成）〕からなる第１の絶縁膜（材料膜）１２を、例え
ば４００ｎｍの厚さに形成する。
【００１６】
【化５】
【００１７】
【化６】
【００１８】上記第１の絶縁膜１２は、一例として、前
駆体を回転塗布法により基板１１上に塗布し、例えば３
７５℃でキュアを行って成膜した。この第１の絶縁膜１
２に用いたＳＴ−Ｆは、後に説明する加工方法の原理か
ら、元素数比で、シリコン：炭素：酸素：ハロゲン（フ
ッ素）＝Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄとしたとき、２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ
＋Ｄなる不等式〔１〕を満足するような元素数比となっ
ているものを用いる。ここで用いたＳＴ−Ｆは、上記不
等式〔１〕を満足しかつシリコン：炭素：酸素：フッ素
≒１：６：２：１０となるものであった。なお、第１の
絶縁膜１２に用いることができる材料は、上記化学式
（１）で表されるフッ素樹脂と上記化学式（２）で表さ
れる有機ＳＯＧとの混合材料であり、かつシリコン、炭
素、酸素、フッ素の元素数比が不等式〔１〕式で定義す
る比率で含む材料であればいかなる材料であってもよ
い。
駆体を回転塗布法により基板１１上に塗布し、例えば３
７５℃でキュアを行って成膜した。この第１の絶縁膜１
２に用いたＳＴ−Ｆは、後に説明する加工方法の原理か
ら、元素数比で、シリコン：炭素：酸素：ハロゲン（フ
ッ素）＝Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄとしたとき、２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ
＋Ｄなる不等式〔１〕を満足するような元素数比となっ
ているものを用いる。ここで用いたＳＴ−Ｆは、上記不
等式〔１〕を満足しかつシリコン：炭素：酸素：フッ素
≒１：６：２：１０となるものであった。なお、第１の
絶縁膜１２に用いることができる材料は、上記化学式
（１）で表されるフッ素樹脂と上記化学式（２）で表さ
れる有機ＳＯＧとの混合材料であり、かつシリコン、炭
素、酸素、フッ素の元素数比が不等式〔１〕式で定義す
る比率で含む材料であればいかなる材料であってもよ
い。
【００１９】次いで上記第１の絶縁膜１２上に、この第
１の絶縁膜１２をエッチングする際にハードマスクとな
る中間層１３を例えば酸化シリコンで形成する。続い
て、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とを用
いて、上記中間層１３に接続孔を形成するための開口部
１４を形成する。
１の絶縁膜１２をエッチングする際にハードマスクとな
る中間層１３を例えば酸化シリコンで形成する。続い
て、通常のリソグラフィー技術とエッチング技術とを用
いて、上記中間層１３に接続孔を形成するための開口部
１４を形成する。
【００２０】さらに上記開口部１４を含む中間層１３上
に第２の絶縁膜（材料膜）１５を形成する。この第２の
絶縁膜１５は、例えば上記第１の絶縁膜１２と同様なる
材料で４００ｎｍの厚さに形成する。次いで第２の絶縁
膜１５上に、この第２の絶縁膜をエッチングする際にマ
スクとなるマスク層１６を例えば酸化シリコンで形成す
る。続いて、通常のリソグラフィー技術とエッチング技
術とを用いて、上記マスク層１６に配線溝を形成するた
めの溝パターン１７を形成する。
に第２の絶縁膜（材料膜）１５を形成する。この第２の
絶縁膜１５は、例えば上記第１の絶縁膜１２と同様なる
材料で４００ｎｍの厚さに形成する。次いで第２の絶縁
膜１５上に、この第２の絶縁膜をエッチングする際にマ
スクとなるマスク層１６を例えば酸化シリコンで形成す
る。続いて、通常のリソグラフィー技術とエッチング技
術とを用いて、上記マスク層１６に配線溝を形成するた
めの溝パターン１７を形成する。
【００２１】次に図１の（２）に示すように、まず上記
マスク層１６をエッチングマスクに用いて第２の絶縁膜
１５をエッチングする。そして第２の絶縁膜１５に配線
溝１８を形成する。このエッチングでは、上記中間層１
３がエッチングストッパの機能を果たす。
マスク層１６をエッチングマスクに用いて第２の絶縁膜
１５をエッチングする。そして第２の絶縁膜１５に配線
溝１８を形成する。このエッチングでは、上記中間層１
３がエッチングストッパの機能を果たす。
【００２２】さらに図１の（３）に示すように、中間層
１３をエッチングマスクにして第１の絶縁膜１２をエッ
チングして接続孔１９を形成する。このエッチングで
は、中間層１３に形成した開口部１４より第１の絶縁膜
１２のエッチングが進行して接続孔１９が形成される。
１３をエッチングマスクにして第１の絶縁膜１２をエッ
チングして接続孔１９を形成する。このエッチングで
は、中間層１３に形成した開口部１４より第１の絶縁膜
１２のエッチングが進行して接続孔１９が形成される。
【００２３】上記第２の絶縁膜１５および第１の絶縁膜
１２を連続してエッチングして配線溝１８および接続孔
１９を形成するには、一例として、一般の電子サイクロ
トロン共鳴（以下ＥＣＲという、ＥＣＲはElectron Cyc
rotron Resonanceの略）プラズマエッチング装置を用
い、エッチングガスにアルゴンを用い、エッチング雰囲
気の圧力を１Ｐａ、マイクロ波電力を１ｋＷ、バイアス
ＲＦ電力を３００Ｗに設定した。この条件によるエッチ
ングの反応は化学式（３）のようになる。
１２を連続してエッチングして配線溝１８および接続孔
１９を形成するには、一例として、一般の電子サイクロ
トロン共鳴（以下ＥＣＲという、ＥＣＲはElectron Cyc
rotron Resonanceの略）プラズマエッチング装置を用
い、エッチングガスにアルゴンを用い、エッチング雰囲
気の圧力を１Ｐａ、マイクロ波電力を１ｋＷ、バイアス
ＲＦ電力を３００Ｗに設定した。この条件によるエッチ
ングの反応は化学式（３）のようになる。
【００２４】
【化７】
【００２５】この化学式（３）の反応を進行させるため
には、シリコンおよび炭素を二フッ化シリコン（ＳｉＦ
2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二フッ化炭素（ＣＦ2 ）と
いった形で気化させる必要がある。そのためには、第１
の絶縁膜１２、第２の絶縁膜１５に含まれている元素数
比のＳｉ：Ｃ：Ｏ：Ｆ＝Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄが２Ａ＋２Ｂ＜
２Ｃ＋Ｄなる不等式〔１〕を満足する必要がある。この
不等式〔１〕を満たさない場合でもエッチングすること
は可能であるが、シリコンと炭素の成分が残留しやすい
ので注意する必要がある。この場合には、第１の絶縁膜
１２や第２の絶縁膜１５が変質しない程度のわずかの量
（例えば３％未満）の酸素をエッチングプラズマに添加
するとよい。
には、シリコンおよび炭素を二フッ化シリコン（ＳｉＦ
2 ）、一酸化炭素（ＣＯ）、二フッ化炭素（ＣＦ2 ）と
いった形で気化させる必要がある。そのためには、第１
の絶縁膜１２、第２の絶縁膜１５に含まれている元素数
比のＳｉ：Ｃ：Ｏ：Ｆ＝Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄが２Ａ＋２Ｂ＜
２Ｃ＋Ｄなる不等式〔１〕を満足する必要がある。この
不等式〔１〕を満たさない場合でもエッチングすること
は可能であるが、シリコンと炭素の成分が残留しやすい
ので注意する必要がある。この場合には、第１の絶縁膜
１２や第２の絶縁膜１５が変質しない程度のわずかの量
（例えば３％未満）の酸素をエッチングプラズマに添加
するとよい。
【００２６】上記アルゴンを用いたエッチングでは、図
２の（１）に示すように、ハードマスクであるマスク層
１６の肩部がスパッタリングされて配線溝１８の幅が広
がってしまった。そこで、スパッタリングによるマスク
層１６の変形を防止するために、エッチングガスに一酸
化炭素（ＣＯ）を用いた。例えば、一酸化炭素とアルゴ
ンとの混合ガスをエッチングガスに用いてエッチングを
行った場合には、図２の（２）に示すように、マスク層
１６のスパッタリングは抑制することができた。しかし
ながら、一酸化炭素から発生する酸素活性種によって、
第２の絶縁膜１５、第１の絶縁膜１２のフッ素樹脂成分
がやや減少し、材料の機械的強度が落ちた。そこで、エ
ッチングガスに窒素（Ｎ2 ）と水素（Ｈ2 ）とアルゴン
（Ａｒ）との混合ガスを用いた場合には、マスク層１６
の肩落ちが無く、第２の絶縁膜１５、第１の絶縁膜１２
にダメージが入らず、良好なエッチング加工ができた。
２の（１）に示すように、ハードマスクであるマスク層
１６の肩部がスパッタリングされて配線溝１８の幅が広
がってしまった。そこで、スパッタリングによるマスク
層１６の変形を防止するために、エッチングガスに一酸
化炭素（ＣＯ）を用いた。例えば、一酸化炭素とアルゴ
ンとの混合ガスをエッチングガスに用いてエッチングを
行った場合には、図２の（２）に示すように、マスク層
１６のスパッタリングは抑制することができた。しかし
ながら、一酸化炭素から発生する酸素活性種によって、
第２の絶縁膜１５、第１の絶縁膜１２のフッ素樹脂成分
がやや減少し、材料の機械的強度が落ちた。そこで、エ
ッチングガスに窒素（Ｎ2 ）と水素（Ｈ2 ）とアルゴン
（Ａｒ）との混合ガスを用いた場合には、マスク層１６
の肩落ちが無く、第２の絶縁膜１５、第１の絶縁膜１２
にダメージが入らず、良好なエッチング加工ができた。
【００２７】次に、上記第２の絶縁膜１５および第１の
絶縁膜１２のエッチング条件の一例を以下に説明する。
絶縁膜１２のエッチング条件の一例を以下に説明する。
【００２８】上記エッチング条件の第１例は、平行平板
型マグネトロンプラズマエッチング装置を用い、エッチ
ングガスにアルゴン（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）を用い、エッチング雰囲気の圧力を８Ｐａ、エッ
チングパワーを１．５ｋＷに設定した。このエッチング
条件でエッチングを行った場合にはエッチング速度が４
００ｎｍ／分であった。なお、以下、ｓｃｃｍは標準状
態における体積流量（ｃｍ3 ／分）を表す。
型マグネトロンプラズマエッチング装置を用い、エッチ
ングガスにアルゴン（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）を用い、エッチング雰囲気の圧力を８Ｐａ、エッ
チングパワーを１．５ｋＷに設定した。このエッチング
条件でエッチングを行った場合にはエッチング速度が４
００ｎｍ／分であった。なお、以下、ｓｃｃｍは標準状
態における体積流量（ｃｍ3 ／分）を表す。
【００２９】上記第１例のエッチング条件でエッチング
を行った場合には、ハードマスクとなるマスク層１６が
スパッタにより減少する。このエッチング条件は、被エ
ッチング膜の膜厚が例えば３００ｎｍ以下のように薄い
場合、もしくはマスク層１６を十分に厚く形成しても差
し支えない場合に適用することができる。
を行った場合には、ハードマスクとなるマスク層１６が
スパッタにより減少する。このエッチング条件は、被エ
ッチング膜の膜厚が例えば３００ｎｍ以下のように薄い
場合、もしくはマスク層１６を十分に厚く形成しても差
し支えない場合に適用することができる。
【００３０】上記エッチング条件の第２例は、平行平板
型マグネトロンプラズマエッチング装置を用い、エッチ
ングガスにヘリウム（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）を用い、エッチング雰囲気の圧力を１６Ｐａ、エ
ッチングパワーを１．５ｋＷに設定した。このエッチン
グ条件でエッチングを行った場合にはエッチング速度が
３００ｎｍ／分であった。
型マグネトロンプラズマエッチング装置を用い、エッチ
ングガスにヘリウム（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）を用い、エッチング雰囲気の圧力を１６Ｐａ、エ
ッチングパワーを１．５ｋＷに設定した。このエッチン
グ条件でエッチングを行った場合にはエッチング速度が
３００ｎｍ／分であった。
【００３１】上記第２例のエッチング条件でエッチング
を行った場合には、前記第１例と比較して、エッチング
速度が遅いが、ヘリウムが軽いため、マスク層１６のス
パッタ量が少ない。ただし、ヘリウムのみではプラズマ
が放電しにくいため、本例のようにエッチング雰囲気の
圧力を高めることが必要になる。もしくは、ヘリウムに
１％程度のアルゴンを添加したものをエッチングガスに
用いることで、放電を維持することができるようにな
る。
を行った場合には、前記第１例と比較して、エッチング
速度が遅いが、ヘリウムが軽いため、マスク層１６のス
パッタ量が少ない。ただし、ヘリウムのみではプラズマ
が放電しにくいため、本例のようにエッチング雰囲気の
圧力を高めることが必要になる。もしくは、ヘリウムに
１％程度のアルゴンを添加したものをエッチングガスに
用いることで、放電を維持することができるようにな
る。
【００３２】上記エッチング条件の第３例は、平行平板
型マグネトロンプラズマエッチング装置を用い、エッチ
ングガスにアルゴン（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）と酸素（供給流量を例えば１ｓｃｃｍとする）と
を用い、エッチング雰囲気の圧力を８Ｐａ、エッチング
パワーを１．５ｋＷに設定した。このエッチング条件で
エッチングを行った場合にはエッチング速度が７００ｎ
ｍ／分であった。
型マグネトロンプラズマエッチング装置を用い、エッチ
ングガスにアルゴン（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）と酸素（供給流量を例えば１ｓｃｃｍとする）と
を用い、エッチング雰囲気の圧力を８Ｐａ、エッチング
パワーを１．５ｋＷに設定した。このエッチング条件で
エッチングを行った場合にはエッチング速度が７００ｎ
ｍ／分であった。
【００３３】上記第３例のエッチング条件でエッチング
を行った場合には、前記第１例と比較して、酸素が被エ
ッチング材料中の炭素（Ｃ）を一酸化炭素（ＣＯ）の形
で揮発するため、エッチング速度が速い。加工が短時間
で終了するため、マスク層１６のスパッタ量が少ない。
ただし、フッ素樹脂成分を酸化してエッチングが進行す
るため、やや等方的なエッチングとなり、マスク層１６
の下にサイドエッチングが進行した。このサイドエッチ
ングは、酸素添加量を極微量（供給流量で例えば０．２
ｓｃｃｍ〜０．５ｓｃｃｍ）とし、基板温度を−８０℃
程度にしてエッチングすることにより、上記サイドエッ
チングの発生は抑えられる。
を行った場合には、前記第１例と比較して、酸素が被エ
ッチング材料中の炭素（Ｃ）を一酸化炭素（ＣＯ）の形
で揮発するため、エッチング速度が速い。加工が短時間
で終了するため、マスク層１６のスパッタ量が少ない。
ただし、フッ素樹脂成分を酸化してエッチングが進行す
るため、やや等方的なエッチングとなり、マスク層１６
の下にサイドエッチングが進行した。このサイドエッチ
ングは、酸素添加量を極微量（供給流量で例えば０．２
ｓｃｃｍ〜０．５ｓｃｃｍ）とし、基板温度を−８０℃
程度にしてエッチングすることにより、上記サイドエッ
チングの発生は抑えられる。
【００３４】上記エッチング条件の第４例は、平行平板
型マグネトロンプラズマエッチング装置を用い、エッチ
ングガスにアルゴン（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）と一酸化炭素（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）とを用い、エッチング雰囲気の圧力を８Ｐａ、エ
ッチングパワーを１．５ｋＷに設定した。このエッチン
グ条件でエッチングを行った場合にはエッチング速度が
３７０ｎｍ／分であった。
型マグネトロンプラズマエッチング装置を用い、エッチ
ングガスにアルゴン（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）と一酸化炭素（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍと
する）とを用い、エッチング雰囲気の圧力を８Ｐａ、エ
ッチングパワーを１．５ｋＷに設定した。このエッチン
グ条件でエッチングを行った場合にはエッチング速度が
３７０ｎｍ／分であった。
【００３５】上記第４例のエッチング条件でエッチング
を行った場合には、前記第１例と比較して、一酸化炭素
から発生する炭素（Ｃ）がマスク層１６上に堆積膜を形
成するため、マスク層１６のスパッタ量が少ない。パタ
ーン側壁にも炭素に起因する堆積が起こり、サイドエッ
チングを防ぐ働きがあるが、基板温度が５０℃以上では
一酸化炭素（ＣＯ）から発生する酸素によりサイドエッ
チングが見られた。そのため、室温（例えば３０℃）以
下の温度で加工することが望ましい。
を行った場合には、前記第１例と比較して、一酸化炭素
から発生する炭素（Ｃ）がマスク層１６上に堆積膜を形
成するため、マスク層１６のスパッタ量が少ない。パタ
ーン側壁にも炭素に起因する堆積が起こり、サイドエッ
チングを防ぐ働きがあるが、基板温度が５０℃以上では
一酸化炭素（ＣＯ）から発生する酸素によりサイドエッ
チングが見られた。そのため、室温（例えば３０℃）以
下の温度で加工することが望ましい。
【００３６】上記エッチング条件の第５例は、ＥＣＲ
（Electron Cycrotron Resonance）プラズマエッチング
装置を用い、エッチングガスに窒素（供給流量を例えば
５０ｓｃｃｍとする）とヘリウム（供給流量を例えば５
０ｓｃｃｍとする）を用い、エッチング雰囲気の圧力を
１Ｐａ、エッチングパワーを３．０ｋＷに設定した。こ
のエッチング条件でエッチングを行った場合にはエッチ
ング速度が２００ｎｍ／分であった。
（Electron Cycrotron Resonance）プラズマエッチング
装置を用い、エッチングガスに窒素（供給流量を例えば
５０ｓｃｃｍとする）とヘリウム（供給流量を例えば５
０ｓｃｃｍとする）を用い、エッチング雰囲気の圧力を
１Ｐａ、エッチングパワーを３．０ｋＷに設定した。こ
のエッチング条件でエッチングを行った場合にはエッチ
ング速度が２００ｎｍ／分であった。
【００３７】上記第５例のエッチング条件でエッチング
を行った場合には、前記第１例と比較して、膜中の炭素
（Ｃ）とプラズマ中の窒素（Ｎ）とがＣＮを形成し堆積
するため、サイドエッチングが抑えられ、やや順テーパ
の加工形状となった。
を行った場合には、前記第１例と比較して、膜中の炭素
（Ｃ）とプラズマ中の窒素（Ｎ）とがＣＮを形成し堆積
するため、サイドエッチングが抑えられ、やや順テーパ
の加工形状となった。
【００３８】上記エッチング条件の第６例は、ＥＣＲプ
ラズマエッチング装置を用い、エッチングガスに窒素
（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍとする）と水素（供給
流量を例えば５０ｓｃｃｍとする）を用い、エッチング
雰囲気の圧力を１Ｐａ、エッチングパワーを３．０ｋＷ
に設定した。このエッチング条件でエッチングを行った
場合にはエッチング速度が２００ｎｍ／分であった。
ラズマエッチング装置を用い、エッチングガスに窒素
（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍとする）と水素（供給
流量を例えば５０ｓｃｃｍとする）を用い、エッチング
雰囲気の圧力を１Ｐａ、エッチングパワーを３．０ｋＷ
に設定した。このエッチング条件でエッチングを行った
場合にはエッチング速度が２００ｎｍ／分であった。
【００３９】上記第６例のエッチング条件でエッチング
を行った場合には、前記第５例と比較して、堆積したＣ
Ｎの一部がＨＣＮとなって揮発するため、エッチング速
度が速くなり、加工形状がほぼ垂直形状となった。
を行った場合には、前記第５例と比較して、堆積したＣ
Ｎの一部がＨＣＮとなって揮発するため、エッチング速
度が速くなり、加工形状がほぼ垂直形状となった。
【００４０】上記エッチング条件の第７例は、ヘリコン
波プラズマエッチング装置を用い、エッチングガスにア
ンモニア（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍとする）とヘ
リウム（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍとする）とを用
い、エッチング雰囲気の圧力を１Ｐａ、エッチングパワ
ーを２．０ｋＷに設定した。このエッチング条件でエッ
チングを行った場合にはエッチング速度が３５０ｎｍ／
分であった。
波プラズマエッチング装置を用い、エッチングガスにア
ンモニア（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍとする）とヘ
リウム（供給流量を例えば５０ｓｃｃｍとする）とを用
い、エッチング雰囲気の圧力を１Ｐａ、エッチングパワ
ーを２．０ｋＷに設定した。このエッチング条件でエッ
チングを行った場合にはエッチング速度が３５０ｎｍ／
分であった。
【００４１】上記第７例のエッチング条件でエッチング
を行った場合には、前記第６例と同様のメカニズムでエ
ッチングが進行する。その際に、窒素（Ｎ2 ）や水素
（Ｈ2）と比較してアンモニア（ＮＨ3 ）はプラズマ中
で解離して活性種を形成し易いため、エッチング速度は
前記第５例や第６例よりも速くなる。
を行った場合には、前記第６例と同様のメカニズムでエ
ッチングが進行する。その際に、窒素（Ｎ2 ）や水素
（Ｈ2）と比較してアンモニア（ＮＨ3 ）はプラズマ中
で解離して活性種を形成し易いため、エッチング速度は
前記第５例や第６例よりも速くなる。
【００４２】上記各例において、アルゴンやヘリウムの
代わりにネオンを用いることも可能である。しかしなが
ら、同様の希ガスであるクリプトンやキセノンのような
重い希ガスはマスク層１６のスパッタリングが激しくな
るので好ましくはない。また、窒素（Ｎ2 ）や水素（Ｈ
2 ）はプラズマ中で解離して活性種を発生しにくいた
め、エッチングガスに窒素（Ｎ2 ）や水素（Ｈ2 ）を用
いる場合には、ＥＣＲプラズマエッチング装置やヘリコ
ン波プラズマエッチング装置などの高密度プラズマエッ
チング装置を用いてエッチング加工を行うことが望まし
い。また上記第７例のみアンモニアを用いているが、Ｅ
ＣＲプラズマエッチング装置、平行平板型プラズマエッ
チング装置でエッチングを行う際にも、エッチングガス
の一つにアンモニアを用いることもできる。
代わりにネオンを用いることも可能である。しかしなが
ら、同様の希ガスであるクリプトンやキセノンのような
重い希ガスはマスク層１６のスパッタリングが激しくな
るので好ましくはない。また、窒素（Ｎ2 ）や水素（Ｈ
2 ）はプラズマ中で解離して活性種を発生しにくいた
め、エッチングガスに窒素（Ｎ2 ）や水素（Ｈ2 ）を用
いる場合には、ＥＣＲプラズマエッチング装置やヘリコ
ン波プラズマエッチング装置などの高密度プラズマエッ
チング装置を用いてエッチング加工を行うことが望まし
い。また上記第７例のみアンモニアを用いているが、Ｅ
ＣＲプラズマエッチング装置、平行平板型プラズマエッ
チング装置でエッチングを行う際にも、エッチングガス
の一つにアンモニアを用いることもできる。
【００４３】次に、上記第２の絶縁膜１５および第１の
絶縁膜１２のエッチング機構について以下に説明する。
絶縁膜１２のエッチング機構について以下に説明する。
【００４４】上記第２の絶縁膜１５および第１の絶縁膜
１２のエッチングでは、膜中に含まれている炭素成分と
ＳＯＧ成分およびフッ素成分とＳＯＧ成分とが反応する
ことによって、エッチングが進行する。すなわち、プラ
ズマ中でイオンとなって垂直入射した際に、被エッチン
グ材料中の化学結合が切れて、ＣＦx （ｘ＝１，２，
３）またはＦが遊離する。遊離したＣＦx の一部（主に
ＣＦ2 ）はそのまま揮発してやがて排気される。残りの
ＣＦx とＦは第１の絶縁膜１２、第２の絶縁膜１５中の
ＳＯＧ成分と反応して、エッチングが進行する。この反
応をまとめて化学式で表すと、前記化学式（３）のよう
になる。
１２のエッチングでは、膜中に含まれている炭素成分と
ＳＯＧ成分およびフッ素成分とＳＯＧ成分とが反応する
ことによって、エッチングが進行する。すなわち、プラ
ズマ中でイオンとなって垂直入射した際に、被エッチン
グ材料中の化学結合が切れて、ＣＦx （ｘ＝１，２，
３）またはＦが遊離する。遊離したＣＦx の一部（主に
ＣＦ2 ）はそのまま揮発してやがて排気される。残りの
ＣＦx とＦは第１の絶縁膜１２、第２の絶縁膜１５中の
ＳＯＧ成分と反応して、エッチングが進行する。この反
応をまとめて化学式で表すと、前記化学式（３）のよう
になる。
【００４５】なお、エッチングガスに水素（Ｈ2 ）、ア
ンモニア（ＮＨ3 ）等の水素を含むガスを用いた場合に
は、ＳｉＨ4 も生成され、気化される。
ンモニア（ＮＨ3 ）等の水素を含むガスを用いた場合に
は、ＳｉＨ4 も生成され、気化される。
【００４６】前記化学式（３）のような経過を経ること
により、従来、フッ素化合物ガスを用いなければエッチ
ングができなかったＳＯＧ成分をフッ素化合物ガスを用
いないで従来と同等のエッチング速度で加工することが
可能になる。そのためには、十分なイオンエネルギーを
供給できるプラズマ条件とする必要がある。例えば反応
の初段にあたるＣＦx 、Ｆの遊離には、十数ｅＶのイオ
ンエネルギーがあれば十分である。実用的なエネルギー
速度を得るためには、それよりも一桁大きい１００ｅＶ
程度が必要となる。この程度のイオンエネルギーは、一
般に入手できるエッチング装置で十分生成することが可
能である。
により、従来、フッ素化合物ガスを用いなければエッチ
ングができなかったＳＯＧ成分をフッ素化合物ガスを用
いないで従来と同等のエッチング速度で加工することが
可能になる。そのためには、十分なイオンエネルギーを
供給できるプラズマ条件とする必要がある。例えば反応
の初段にあたるＣＦx 、Ｆの遊離には、十数ｅＶのイオ
ンエネルギーがあれば十分である。実用的なエネルギー
速度を得るためには、それよりも一桁大きい１００ｅＶ
程度が必要となる。この程度のイオンエネルギーは、一
般に入手できるエッチング装置で十分生成することが可
能である。
【００４７】上記説明では、材料膜にハロゲン元素とし
てフッ素を含むものを説明したが、塩素を含むものであ
っても上記同様の作用効果が得られる。この場合には、
フッ素のかわりに塩素が置き変わった状態でエッチング
反応が進行する。
てフッ素を含むものを説明したが、塩素を含むものであ
っても上記同様の作用効果が得られる。この場合には、
フッ素のかわりに塩素が置き変わった状態でエッチング
反応が進行する。
【００４８】なお、上記エッチングガスには、一酸化炭
素、水素、窒素、アンモニア、希ガスの他に水を気化さ
せたものを用いることも可能である。
素、水素、窒素、アンモニア、希ガスの他に水を気化さ
せたものを用いることも可能である。
【００４９】
【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
シリコン、炭素、酸素、フッ素もしくは塩素のようなハ
ロゲン元素を含む材料膜を、材料膜の変質を起こさず
に、異方性良くエッチングすることができる。またエッ
チングに用いるハードマスクのスパッタを抑制して、形
状良く加工できる。さらに、エッチングガスにフッ化炭
素ガスを用いないため、環境問題に対応したエッチング
方法を提供することができる。
シリコン、炭素、酸素、フッ素もしくは塩素のようなハ
ロゲン元素を含む材料膜を、材料膜の変質を起こさず
に、異方性良くエッチングすることができる。またエッ
チングに用いるハードマスクのスパッタを抑制して、形
状良く加工できる。さらに、エッチングガスにフッ化炭
素ガスを用いないため、環境問題に対応したエッチング
方法を提供することができる。
【図１】本発明に係わる実施の形態の一例を説明する製
造工程図である。
造工程図である。
【図２】エッチングにおけるマスク層の状態を説明する
断面模式図である。
断面模式図である。
１２…第１の絶縁膜（材料膜）、１５…第２の絶縁膜
（材料膜）
（材料膜）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M104 DD08 DD20 EE12 EE18 HH14 5F004 AA02 AA16 BA14 CA02 CA03 DA00 DA22 DA23 DA24 DA25 DA26 DB00 DB24 EA06 EB03 5F033 QQ09 QQ10 QQ13 QQ15 QQ25 QQ28 QQ30 RR04 RR24 RR25 SS22 TT04 WW04 XX00 5F058 AA10 AC03 AF04 AG01 AH02
Claims (4)
- 【請求項１】 シリコン、炭素、酸素およびハロゲン元
素を少なくとも含み、 かつ前記シリコン、炭素、酸素およびハロゲン元素の元
素比をシリコン：炭素：酸素：ハロゲン元素＝Ａ：Ｂ：
Ｃ：Ｄとして、２Ａ＋２Ｂ＜２Ｃ＋Ｄなる関係を満足す
る材料膜を、 一酸化炭素、水素、窒素、アンモニア、水および希ガス
のうちの少なくとも１種もしくは複数種を含んだガスの
プラズマを用いてエッチングすることを特徴とする半導
体装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記エッチングは、前記材料膜を前記プ
ラズマで分解してガス化することで行われることを特徴
とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記材料膜は、 【化１】 で表される組成のフッ素樹脂成分と、 【化２】 で表される有機ＳＯＧ成分とを混合したものからなるこ
とを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記材料膜は、 【化３】 で表される組成のフッ素樹脂成分と、 【化４】 で表される有機ＳＯＧ成分とを混合したものからなるこ
とを特徴とする請求項２記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11138302A JP2000331992A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11138302A JP2000331992A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000331992A true JP2000331992A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15218709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11138302A Pending JP2000331992A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000331992A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113728414A (zh) * | 2019-02-27 | 2021-11-30 | 朗姆研究公司 | 使用牺牲层的半导体掩模再成形 |
| US12261044B2 (en) | 2020-02-28 | 2025-03-25 | Lam Research Corporation | Multi-layer hardmask for defect reduction in EUV patterning |
-
1999
- 1999-05-19 JP JP11138302A patent/JP2000331992A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113728414A (zh) * | 2019-02-27 | 2021-11-30 | 朗姆研究公司 | 使用牺牲层的半导体掩模再成形 |
| US12165878B2 (en) | 2019-02-27 | 2024-12-10 | Lam Research Corporation | Semiconductor mask reshaping using a sacrificial layer |
| US12261044B2 (en) | 2020-02-28 | 2025-03-25 | Lam Research Corporation | Multi-layer hardmask for defect reduction in EUV patterning |
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