JP2001060582A - エッチング方法 - Google Patents
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Abstract
トレンチングを防ぐことの可能なエッチング方法を提供
する。 【解決手段】 気密な処理室内に処理ガスを導入し,処
理室内に配置されたウェハWに形成された有機膜層に対
するエッチング方法において,処理ガスはN2とH2と
を含み,真空処理室内の圧力は実質的に500mTor
r〜800mTorrであることを特徴とする。処理ガ
スに少なくとも窒素原子含有気体と水素原子含有気体と
を含み,真空処理室内の圧力を実質的に500mTor
r以上にすると,エッチストッパを用いることなく,マ
イクロトレンチングを防ぐことができる。また,マスク
選択比を高めることができる。
Description
関する。
いる場合,層間絶縁膜上にAl合金をスパッタ法で堆積
し,その後エッチングして配線パターンを形成してい
た。この従来のドライエッチングにおいては,処理室内
の圧力は,数mTorr〜100mTorrの圧力領域
が一般的であった。特開昭60−170238によれ
ば,50〜100mTorrの圧力範囲でエッチング速
度を最高にすることができる旨が記載されている。
セスと称されるCu配線の形成が行われている。ダマシ
ン・プロセスとは,層間絶縁膜に配線パターンの溝を形
成し,この溝に配線材料を埋め込む方法である。Al合
金からCuへの配線材料の変更によって,比抵抗が約半
分になり,高速化しやすくなる。科学的機械研磨(CM
P)による平坦化が可能になっている現在,ダマシン・
プロセスは実用化しやすくなった。
て,デュアル・ダマシンと称される技術がある。デュア
ル・ダマシンとは,後工程により配線とビアホールとが
形成される逆凸型の溝を層間絶縁膜に形成し,この溝に
配線用の金属物質を埋め込むことで配線とビアホールと
を同時に形成する技術である。このデュアル・ダマシン
用の逆凸型の溝を形成するにあたっては,層間絶縁膜の
途中でエッチングを停止させた際に,形成された溝の底
面が平坦になるよう制御する必要がある。
来の数mTorr〜100mTorr圧力範囲でこのデ
ュアル・ダマシン用の逆凸型の溝を形成すると,溝の底
面が平坦にならず,いわゆるマイクロトレンチングが生
じるという問題や,エッチングマスクに対する選択比
(以下,「マスク選択比」という。)が低いという問題
が生じる。
望の深さに下地となる層(以下,「エッチストッパ」と
称する。)を形成することが行われている。しかしなが
ら,エッチストッパは誘電率が高いため,配線間にキャ
パシタが形成されてしまうという別の問題が生じる。配
線の微細化が進む最先端技術においては,エッチストッ
パを用いることなくマイクロトレンチングを防ぐことの
可能なエッチング方法の開発が急務となっている。
上記問題点に鑑みてなされたものであり,本発明の第1
の目的は,エッチストッパを用いることなく,マイクロ
トレンチングを防ぐことの可能な,新規かつ改良された
エッチング方法を提供することである。
択比を向上させることの可能な,新規かつ改良されたエ
ッチング方法を提供することである。
め,請求項1によれば,気密な処理室内に処理ガスを導
入し,処理室内に配置された被処理体に形成された有機
層膜に対するエッチング方法において,処理ガスは,少
なくとも窒素原子含有気体と水素原子含有気体とを含
み,真空処理室内の圧力は実質的に500mTorr以
上であることを特徴とするエッチング方法が提供され
る。なお,有機膜は比誘電率が3.5以下の低誘電率材
料が好ましい。また,真空処理室内の圧力は,請求項2
に記載のように,実質的に500mTorr〜800m
Torrであることが好ましい。
水素原子含有気体とを含み,真空処理室内の圧力を実質
的に500mTorr以上にすると,エッチストッパを
用いることなく,マイクロトレンチングを防ぐことがで
きる。また,マスク選択比を高めることができる。従っ
て,例えば請求項5に記載のように,エッチングを有機
層膜の途中で停止する必要が生じるプロセス,例えばデ
ュアル・ダマシンプロセス等において特に効果的であ
る。
含有気体としてN2を採用してもよく,水素原子含有気
体としてH2を採用してもよい。このように,処理ガス
の構成として,N2やH2を採用すれば,取扱いが容易
であるとともに,大気中に放出されても地球の温暖化の
原因となり難い。さらに,N2やH2は安価であるた
め,処理コストが上昇することがない。
にArを含むようにすれば,エッチング条件を容易に制
御できるため,溝の形状制御を容易に行うことができ
る。
本発明にかかるエッチング方法の好適な実施の形態につ
いて詳細に説明する。なお,本明細書及び図面におい
て,実質的に同一の機能構成を有する構成要素について
は,同一の符号を付することにより重複説明を省略す
る。
方法が適用されるエッチング装置100について説明す
る。同図に示すエッチング装置100の処理容器102
内には,処理室104が形成されており,この処理室1
04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。
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が設けら
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1
21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,図示の例では第1〜第3分岐管126,
128,130が接続されている。
と流量調整バルブ134を介して,N2を供給するガス
供給源136が接続されている。また,第2分岐管12
8には,開閉バルブ138と流量調整バルブ140を介
して,H2を供給するガス供給源142が接続されてい
る。さらに,第3分岐管130には,開閉バルブ144
と流量調整バルブ146を介して,Arを供給するガス
供給源148が接続されている。処理ガスに添加される
不活性ガスは,上記Arに限定されず,処理室104内
に励起されるプラズマを調整することができるガスであ
ればいかなる不活性ガス(例えばHe,Krなど)でも
採用することができる。
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。
チング処理を施すウェハWの構成について説明する。本
実施の形態で使用するウェハWは,Cu膜層上にエッチ
ング対象である層間絶縁膜が形成されている。この層間
絶縁膜は,比誘電率が従来のSiO2よりも非常に小さ
い,例えばポリオルガノシロキサン架橋ビスベンゾシク
ロブテン樹脂(以下,「BCB」と称する。)や,DowC
hemical社製のSiLK(商品名)や,以下の示す構造
を有するFLARE(商品名)などの有機系低誘電率材
料から構成されている。
を有するエッチングマスクが形成されている。このエッ
チングマスクには,例えば,フォトレジスト膜層から成
るマスクや,SiO2膜層とフォトレジスト膜層とから
成るマスクを採用することができる。
いて,本実施の形態にかかるエッチング方法によりウェ
ハWにコンタクトホールを形成する場合のエッチング工
程について説明する。まず,予め所定温度に調整された
下部電極106上にウェハWを載置し,該ウェハWの温
度を処理に応じて20℃〜60℃程度に維持する。次い
で,本実施の形態にかかる処理ガス,すなわちN2とH
2とArの混合ガスを,ガス供給管124に介挿された
流量調整バルブ134,140,146により上記各ガ
スの流量を調整しながら処理室104内に導入する。こ
の際,処理室104内の圧力雰囲気が実質的に500m
Torr以上,好ましくは,実質的に500mTorr
〜800mTorrになるように,処理室104内を真
空引きする。
周波数が13.56MHzで,電力が600W〜140
0Wの高周波電力を印加する。また,上部電極122に
対して,例えば周波数が60MHzで,電力が600W
〜1400Wの高周波電力を印加する。これにより,処
理室102内に高密度プラズマが生成され,かかるプラ
ズマによってウェハWの有機系低誘電率材料からなる層
間絶縁層に,所定形状のコンタクトホールが形成され
る。
おり,処理ガスは,少なくとも窒素原子含有気体と水素
原子含有気体とを含み,真空処理室内の圧力は実質的に
500mTorr以上であるので,エッチストッパを用
いることなく,マイクロトレンチングを防ぐことができ
る。また,上記処理ガスを採用すれば,マスク選択比を
高めることができる。
2を採用したので,取扱いが容易であるとともに,大気
中に放出されても地球の温暖化の原因となり難い。さら
に,N2やH2は安価であるため,処理コストが上昇す
ることがない。さらにまた,処理ガスにArを含むよう
にしたので,エッチング条件を容易に制御できるため,
形状制御を容易に行うことができる。さらにまた,処理
ガスにO2を添加しなくても,所定のエッチング処理を
行うことができるので,処理時にCu層膜が酸化するの
を防止できる。このため,Cu層膜上に酸化防止膜を形
成する必要がなく,被処理体の厚みを相対的に薄くする
ことができる。
かるエッチング方法の実施例について説明する。なお,
後述する実施例1〜実施例2は,上記実施の形態で説明
したエッチング装置100を用いて,ウェハWの層間絶
縁膜にコンタクトホールを形成したものであるので,上
記エッチング装置100及びウェハWと略同一の機能及
び構成を有する構成要素については,同一の符号を付す
ることにより重複説明を省略する。また,エッチングプ
ロセス条件は,以下で特に示さない限り,上述した実施
の形態と略同一に設定されている。
変化) まず,図2を参照しながら,処理室104内の圧力雰囲
気を変化させた場合の実施例1(a)〜実施例1(c)
について説明する。本実施例1(a)〜実施例1(c)
は,次の表に示す条件に基づいてエッチング処理を行
い,上述したウェハWの層間絶縁膜にコンタクトホール
を形成した。なお,表及び図面において,ウェハWの中
央部をセンターと表記し,ウェハWの端部をエッジと表
記し,ウェハWの中央部と端部の中間部をミドルと表記
する。また,トレンチングとは,コンタクトホールの略
中央部のエッチング深さに対するコンタクトホールの端
部のエッチング深さの比を表しており,この値が大きい
ほどコンタクトホールの形状に悪影響を与えるマイクロ
トレンチングが形成されていることを表す。
同表及び図2(b),(c)に示すように,エッチング
レートを低下させることなく良好な形状のコンタクトホ
ールを形成することができた。これに対して,実施例1
(a)では,同表及び図2(a)に示すように,コンタ
クトホールにマイクロトレンチングが生じた。
変化) 次いで,図3を参照しながら,処理室104内の圧力雰
囲気を変化させた場合の実施例2(a)〜実施例2
(c)について説明する。本実施例は,実施例1と同様
の条件で,形成されるコンタクトホールの幅を変えたも
のである。本実施例2(a)〜実施例2(c)は,次の
表に示す条件に基づいてエッチング処理を行い,上述し
たウェハWの層間絶縁膜にコンタクトホールを形成し
た。
同表及び図3(b),(c)に示すように,エッチング
レートを低下させることなく良好な形状のコンタクトホ
ールを形成することができた。これに対して,実施例2
(a)では,同表及び図3(a)に示すように,コンタ
クトホールにマイクロトレンチングが生じた。本実施例
の結果から,処理室内の圧力を所定の圧力に設定すれ
ば,コンタクトホールの幅を変えた場合であっても,良
好な形状のコンタクトホールを形成できることが分か
る。
00を用いて,処理ガスを構成するN2とH2の流量を
変化させた場合の実施例3について説明する。まず,図
4を参照しながら,エッチング装置200の構成につい
て説明する。同図に示すエッチング装置200の処理容
器202内には,処理室204が形成されており,この
処理室204内には,上下動自在なサセプタを構成する
下部電極206が配置されている。下部電極206の上
部には,高圧直流電源208に接続された静電チャック
210が設けられており,この静電チャック210の上
面にウェハWが載置される。さらに,下部電極206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212が配置されている。また,下部電極206
には,整合器220を介してプラズマ生成用高周波電力
を出力する高周波電源220が接続されている。
処理室204の天井部には,多数のガス吐出孔222a
を備えた上部電極222が配置されており,図示の例で
は,上部電極222は,処理容器202の一部を成して
いる。また,ガス吐出孔222aには,上記エッチング
装置100と同様に,ガス供給管224が接続され,さ
らにそのガス供給管224には,図示の例では第1,第
2分岐管224,228が接続されている。
と流量調整バルブ234を介して,N2を供給するガス
供給源236が接続されている。また,第2分岐管22
8には,開閉バルブ238と流量調整バルブ240を介
して,H2を供給するガス供給源242が接続されてい
る。なお,上記エッチング装置100と同様に,Ar等
の不活性ガスを供給するように,第3分岐管を備えるよ
うにしてもよい。
ッチング装置100と同様に,排気管150が接続され
ている。さらに,処理室204の外部には,処理容器2
02の外部側壁を囲うように磁石238が配置されてお
り,この磁石238によって上部電極222と下部電極
206との間のプラズマ領域に回転磁界が形成される。
(d)は,次の表に示す条件に基づいてエッチング処理
を行い,上述したウェハWの層間絶縁膜にコンタクトホ
ールを形成した。
(d)では,同表及び図5に示すように,いずれの流量
の場合でも良好な形状のコンタクトホールを形成するこ
とができた。本実施例の結果から,処理室内の圧力雰囲
気を所定の圧力に設定すれば,N 2とH2の流量を変化
させた場合であっても,良好な形状のコンタクトホール
を形成できることが分かる。
かるエッチング方法の好適な実施形態及び実施例につい
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思想の
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。
H2の混合ガス,あるいは,N2とH2とArの混合ガ
スを処理ガスとして採用した構成を例に挙げて説明した
が,本発明はかかる構成に限定されるものではない。例
えば,N2とH2とArの混合ガスにさらにO2や不活
性ガスなどの各種ガスを添加しても,本発明を実施する
ことができる。すなわち,処理ガス中に少なくとも窒素
原子含有気体と水素原子含有気体が含まれていれば,本
発明を実施することが可能である。
て,平行平板型エッチング装置と,処理室内に磁界を形
成するエッチング装置を例に挙げて説明したが,本発明
はかかる構成に限定されるものではなく,静電シールド
を設けた誘導結合型のエッチング装置や,マイクロ波型
エッチング装置などの各種プラズマエッチング装置に
も,本発明を適用することができる。
に形成された有機系低誘電率材料から成る層間絶縁膜に
コンタクトホールを形成する構成を例に挙げて説明した
が,本発明はかかる構成に限定されるものではなく,被
処理体に形成された層間絶縁膜にいかなるエッチング処
理を施す場合にも適用することができる。
ることなく,マイクロトレンチングを防ぐことができ
る。また,マスク選択比を高めることができる。
処理ガスの取り扱いが容易であるとともに,処理ガスが
大気中に放出されても温暖化の原因となり難い。さら
に,処理コストが上昇することがない。
ば,エッチング条件を容易に制御できるため,溝の形状
制御を容易に行うことができる。
的な断面図である。
明図である。
明図である。
概略的な断面図である。
明図である。
岐管,第3分岐管) 132,138,144 開閉バルブ 134,140,146 流量調整バルブ 136,142,148 ガス供給源 150 排気管 W ウェハ
Claims (5)
- 【請求項1】 気密な処理室内に処理ガスを導入し,前
記処理室内に配置された被処理体に形成された有機層膜
に対するエッチング方法において:前記処理ガスは少な
くとも窒素原子含有気体と水素原子含有気体とを含み,
前記真空処理室内の圧力は実質的に500mTorr以
上であることを特徴とする,エッチング方法。 - 【請求項2】 前記真空処理室内の圧力は実質的に50
0mTorr〜800mTorr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3】 前記窒素原子含有気体はN2であり,前
記水素原子含有気体はH2であることを特徴とする,請
求項1または2に記載のエッチング方法 - 【請求項4】 前記処理ガスは,Arをさらに含むこと
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】 前記有機層膜に対するエッチングは,前
記有機層膜の途中でエッチングを停止させることを特徴
とする,請求項1,2,3または4のいずれかに記載の
エッチング方法。
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