JP2005101110A - Dry-etching method of low-permittivity interlayer insulating film - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、層間絶縁膜をドライエッチングする方法に関し、特に、炭素を含有する低誘電率層間絶縁膜をドライエッチングする方法に関する。 The present invention relates to a method for dry etching an interlayer insulating film, and more particularly to a method for dry etching a low dielectric constant interlayer insulating film containing carbon.
一般に、SiO2から構成される層間絶縁膜をプラズマ雰囲気中でドライエッチングして配線用の微細孔(以下、ホールまたはビアとも称す)、溝(以下、トレンチとも称す)を微細加工する場合、CF系(フッ化炭素系)ガスを含む混合ガスが使用される(例えば、特許文献1参照)。この場合、CF系ガスのみによってエッチングを行うと、エッチング処理中に分解生成したガス同士が再結合し、気相中でクラスタリングが生じてCF系の膜が堆積する。このため、エッチングガスとして、アルゴンにフッ化炭素系ガスを添加した混合ガスを使用し、クラスタリングの発生を防止することが考えられている(例えば、非特許文献1参照)。 In general, when an interlayer insulating film made of SiO 2 is dry-etched in a plasma atmosphere to finely process fine holes for wiring (hereinafter also referred to as holes or vias) and grooves (hereinafter also referred to as trenches), CF A mixed gas containing a system (fluorocarbon-based) gas is used (see, for example, Patent Document 1). In this case, if etching is performed only with the CF-based gas, the gases decomposed and generated during the etching process are recombined, and clustering occurs in the gas phase to deposit a CF-based film. For this reason, it is considered to prevent the occurrence of clustering by using a mixed gas obtained by adding a fluorocarbon-based gas to argon as an etching gas (see, for example, Non-Patent Document 1).
ところで、近年の半導体装置の高集積化、微細化に伴い、層間絶縁膜として、例えば比誘電率(k)が低いSiOCH系の低誘電率層間絶縁膜(多孔質材からなるものであってもよい)が開発されている。この場合、レジストマスクで覆われた低誘電率層間絶縁膜を、上記した化学反応性の少ないアルゴンにフッ化炭素系ガスを添加した混合ガスを用いてエッチングすると、SiOCH系膜には炭素が含まれているため、層間絶縁膜をエッチングしたときのイオン衝撃によって、例えば膜中のHがなくなり、ホール、トレンチの底部に−C−C−やSi−C−結合を含む層が形成され、エッチングストップ現象が生じる。このことから、酸素(O2)や窒素(N2)やフッ素(F)を添加した混合ガスを使用してエッチングしたり、フッ素の発生を促進させる方法が提案されている。
しかしながら、上記方法のように、アルゴンおよびフッ化炭素系ガスに酸素を添加した混合ガスを使用すると、低誘電率層間絶縁膜の微細加工では、膜中の炭素を効果的に除去できてエッチングレートを高めることがきるものの、酸素そのものの高い反応性によってエッチング形状に大きい寸法変換誤差(いわゆるCDロス)が生じる。すなわち、側壁方向にエッチング反応が進むか、または層間絶縁膜中の炭素(CHx基)が引抜かれて層間絶縁膜(特に、ホール、トレンチの側壁)がダメージを受けるという問題が生じる。 However, as in the above method, when a mixed gas in which oxygen is added to argon and a fluorocarbon gas is used, the carbon in the film can be effectively removed and the etching rate can be effectively removed in the fine processing of the low dielectric constant interlayer insulating film. However, a large dimensional conversion error (so-called CD loss) occurs in the etched shape due to the high reactivity of oxygen itself. That is, there arises a problem that the etching reaction proceeds in the side wall direction, or carbon (CHx group) in the interlayer insulating film is pulled out and the interlayer insulating film (particularly, the side walls of holes and trenches) is damaged.
また、アルゴンおよびフッ化炭素系ガスに窒素を添加した混合ガスを使用すると、低誘電率層間絶縁膜の微細加工では、ホールのエッチングには良好な性能を示すが、トレンチ側壁に対するFCNポリマーの堆積が多すぎるために、パターン依存性が強くなってしまうという問題がある。 In addition, when a mixed gas in which nitrogen is added to argon and a fluorocarbon-based gas is used, fine processing of a low dielectric constant interlayer insulating film shows good performance for etching holes, but FCN polymer deposition on the trench sidewalls Since there are too many, there exists a problem that pattern dependence will become strong.
そこで、本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決して、CDロスが小さく、膜ダメージもなく、また、パターン依存性の抑制された低誘電率層間絶縁膜のドライエッチング方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to provide a dry etching method for a low dielectric constant interlayer insulating film with small CD loss, no film damage, and suppressed pattern dependency. There is to do.
上記課題を解決するために、本発明のドライエッチング方法は、低誘電率層間絶縁膜をエッチングし、微細孔、溝を微細加工するドライエッチング方法において、不活性ガスおよびフッ化炭素ガスにNF3を添加した混合ガスを導入してエッチングすることを特徴とする。 In order to solve the above problems, the dry etching method of the present invention, a low dielectric constant interlayer insulating film is etched micropores, in the dry etching method for micromachining a groove, NF 3 in an inert gas and fluorocarbon gas Etching is performed by introducing a mixed gas to which is added.
低誘電率層間絶縁膜は、例えば、炭素を有するSiOCHまたはSiOC系材料からなる膜であり、不活性ガスは、例えば、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンから選ばれるガスであることが好ましい。 The low dielectric constant interlayer insulating film is, for example, a film made of SiOCH or SiOC-based material having carbon, and the inert gas is preferably a gas selected from, for example, helium, neon, argon, krypton, and xenon.
本発明によれば、上記したように、膜中に炭素を含有する低誘電率層間絶縁膜(多孔質からなるものであってもよい)をエッチングする際に、エッチングガスにNF3を添加することにより、酸素添加の場合と同様に、高いエッチングレートが得られる上に、エッチングストップ現象が生じることもなく、また、パターン依存性もないエッチングが可能になる。 According to the present invention, as described above, NF 3 is added to the etching gas when etching a low dielectric constant interlayer insulating film (which may be made of a porous material) containing carbon in the film. As a result, as in the case of oxygen addition, a high etching rate can be obtained, and an etching stop phenomenon does not occur, and etching without pattern dependency becomes possible.
添加するNF3の比率は、混合ガス総流量基準で10%以下、好ましくは5〜10%である。10%を超えると、所望のエッチング形状が得られず、層間絶縁膜がダメージを受けるという問題があり、5%未満であると、安定的なエッチングレートが得られない上、エッチングレートが低すぎてエッチングストップ現象が生じることがある。 The ratio of NF 3 to be added is 10% or less, preferably 5 to 10%, based on the total mixed gas flow rate. If it exceeds 10%, the desired etching shape cannot be obtained, and the interlayer insulating film is damaged. If it is less than 5%, a stable etching rate cannot be obtained and the etching rate is too low. Etching stop phenomenon may occur.
上記低誘電率層間絶縁膜は、塗布によってまたはCVDによって成膜されたものであることが好ましい。 The low dielectric constant interlayer insulating film is preferably formed by coating or CVD.
上記低誘電率層間絶縁膜は、多孔質低誘電率層間絶縁膜であってもよい。 The low dielectric constant interlayer insulating film may be a porous low dielectric constant interlayer insulating film.
上記混合ガス中にO2ガスが含まれないことを特徴とする。 The mixed gas does not contain O 2 gas.
上記混合ガスにさらにN2ガスを添加することを特徴とする。これにより、エッチング形状の微調整が可能となる。N2ガスの添加率は、混合ガス基準で5〜50%程度が好ましい。5%未満であると微少流量領域のために安定的なエッチングレートが得られず、50%を超えると添加しないときのポリマー堆積速度よりも低くなるため、エッチング形状調整のための堆積効果が得られない。 N 2 gas is further added to the mixed gas. Thereby, fine adjustment of an etching shape is attained. The addition rate of N 2 gas is preferably about 5 to 50% based on the mixed gas. If it is less than 5%, a stable etching rate cannot be obtained due to the minute flow rate region, and if it exceeds 50%, the deposition rate for adjusting the etching shape can be obtained because it is lower than the polymer deposition rate when not added. I can't.
前記エッチング用混合ガスを1.5Pa以下の圧力下、好ましくは0.4〜1.5Paの圧力下で導入してエッチングを行うことを特徴とする。作動圧力が1.5Paを超えると、ラジカル反応を抑制し難くなり、0.4Pa未満であると、安定なエッチングがし難くなる。 Etching is performed by introducing the mixed gas for etching under a pressure of 1.5 Pa or less, preferably 0.4 to 1.5 Pa. When the operating pressure exceeds 1.5 Pa, it is difficult to suppress radical reaction, and when it is less than 0.4 Pa, it is difficult to perform stable etching.
本発明によれば、エッチングガスとしてNF3を添加したものを用いるため、低誘電率層間絶縁膜をドライエッチングする際に、高いエッチングレートが得られ、層間絶縁膜にダメージを与えることがなく、CDロスが小さく、また、パターン依存性の抑制されたエッチングが可能となるという効果を奏する。 According to the present invention, since NF 3 added as an etching gas is used, a high etching rate is obtained when dry etching a low dielectric constant interlayer insulating film, and the interlayer insulating film is not damaged. CD loss is small, and an effect of enabling etching with suppressed pattern dependency is achieved.
図1に、本発明に従って層間絶縁膜をドライエッチングして配線用のホール、トレンチの微細加工を実行するためのエッチング装置を示す。このエッチング装置1は、低温、高密度プラズマによるエッチングが可能なものであり、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段2aを備えた真空チャンバー2を有する。この真空チャンバー2の上部には、誘電体円筒状壁により形成されたプラズマ発生部3が設けられ、その下部には、基板電極部4が設けられている。プラズマ発生部3の側壁(誘電体側壁)5の外側には、三つの磁場コイル6、7、8が設けられ、この磁場コイル6、7、8によって、プラズマ発生部3内に環状磁気中性線(図示せず)が形成される。誘電体側壁5の外壁にはプラズマ発生用高周波アンテナコイル9が配置され、この高周波アンテナコイル9は、高周波電源10に接続され、三つの磁場コイル6、7、8によって形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生するように構成されている。
FIG. 1 shows an etching apparatus for performing fine processing of wiring holes and trenches by dry etching an interlayer insulating film according to the present invention. The etching apparatus 1 is capable of etching with low temperature and high density plasma, and has a
磁気中性線の作る面と対向させて基板電極部4内には、処理基板Sを載置する基板電極11が設けられている。この基板電極は、絶縁体11aを介して真空チャンバー2内に設置されている。この基板電極11は、コンデンサー12を介して高周波電源13に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となるように構成されている。また、プラズマ発生部3の天板14は、誘電体側壁5の上部フランジに密封固定され、電位的に浮遊状態として対向電極を形成する。この天板14の内面には、真空チャンバ2内にエッチングガスを導入するガス導入ノズル15が設けられ、このガス導入ノズル15が、ガス流量制御手段(図示せず)を介してガス源に接続されている。
A
上記エッチング装置を用いて、処理基板S上に形成され、配線用のホール、トレンチが微細加工される低誘電率層間絶縁膜としては、比誘電率の低い材料(Low−k材料)からなる膜が好ましい。例えば、HSQやMSQのようにスピンコートによって成膜され得るSiOCH系材料、或いはCVDによって成膜され得るSiOC系材料であって、比誘電率が2.0〜3.0程度のLow−k材料を用いることが好ましく、この材料は多孔質材料であってもよい。 As a low dielectric constant interlayer insulating film formed on the processing substrate S by using the etching apparatus and finely processing wiring holes and trenches, a film made of a material having a low relative dielectric constant (Low-k material) is used. Is preferred. For example, a SiOCH material that can be formed by spin coating, such as HSQ or MSQ, or a SiOC material that can be formed by CVD, and a low-k material having a relative dielectric constant of about 2.0 to 3.0 Is preferably used, and the material may be a porous material.
上記SiOCH系材料としては、例えば、商品名LKD5109r5/JSR社製、商品名HSG-7000/日立化成社製、商品名HOSP/Honeywell Electric Materials社製、商品名Nanoglass/Honeywell Electric Materials社製、商品名OCD T-12/東京応化社製、商品名OCD T-32/東京応化社製、商品名IPS 2.4/触媒化成工業社製、商品名IPS 2.2/触媒化成工業社製、商品名ALCAP-S 5100/旭化成社製、商品名ISM/ULVAC社製などを使用することができる。 Examples of the SiOCH-based material include, for example, trade names LKD5109r5 / JSR, trade names HSG-7000 / Hitachi Chemical, trade names HOSP / Honeywell Electric Materials, trade names Nanoglass / Honeywell Electric Materials, trade names OCD T-12 / manufactured by Tokyo Ohkasha, trade name OCD T-32 / manufactured by Tokyo Ohkasha, trade name IPS 2.4 / manufactured by Catalytic Kasei Kogyo Co., Ltd. / Asahi Kasei Corporation, trade name ISM / ULVAC, etc. can be used.
上記SiOC系材料としては、例えば、商品名Aurola 2.7/日本ASM社製、商品名Aurola 2.4/日本ASM社製、商品名Orion 2.2/TRIKON社製、商品名Coral/Novellus社製、商品名Black Diamond/AMAT社製、商品名NCS:nano-clustering sillica/触媒化成工業社製などを使用することができる。 Examples of the SiOC-based material include, for example, trade name Aurola 2.7 / manufactured by ASM Japan, trade name Aurola 2.4 / manufactured by ASM Japan, trade name Orion 2.2 / TRIKON, trade name Coral / Novellus, trade name Black Diamond / AMAT, trade name NCS: nano-clustering sillica / catalyst chemicals, etc. can be used.
上記の他に、低誘電率層間絶縁膜の材料としては、例えば、商品名SiLK/Dow Chemical社製、商品名Porous-SiLK/Dow Chemical社製、商品名FLARE/Honeywell Electric Materials社製、商品名Porous FLARE/Honeywell Electric Materials社製、商品名GX-3P/Honeywell Electric Materials社製などの有機系材料を使用することもできる。 In addition to the above, examples of the material for the low dielectric constant interlayer insulating film include, for example, trade name SiLK / Dow Chemical, trade name Porous-SiLK / Dow Chemical, trade name FLARE / Honeywell Electric Materials, trade name Organic materials such as Porous FLARE / Honeywell Electric Materials and trade name GX-3P / Honeywell Electric Materials can also be used.
上記層間絶縁膜上にレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ法により所定のパターンを形成する。このレジストとしては、公知のものを用いることができ、例えば、UV−II等を使用することができる。 After applying a resist on the interlayer insulating film, a predetermined pattern is formed by photolithography. As this resist, known ones can be used, for example, UV-II or the like can be used.
本発明のドライエッチングプロセスに用いるエッチングガスとしては、アルゴンのような不活性ガスとフッ化炭素系ガス(CnFm)とに、総流量基準で10%以下、好ましくは5〜10%の比率でNF3を添加した混合ガスを用いる。添加するNF3の下限値は、ホールやトレンチの底部の反応が促進され、所望の安定なエッチングレートが得られる値であればよく、例えば、安定な流量を供給できる限界値である5%以上であることが好ましい。フッ化炭素系ガスとしては、例えば、C2F6、C3F8、C4F8、およびC5F8などから選択すればよい。 As an etching gas used in the dry etching process of the present invention, an inert gas such as argon and a fluorocarbon-based gas (C n F m ) are 10% or less, preferably 5 to 10% based on the total flow rate. A mixed gas added with NF 3 at a ratio is used. The lower limit value of NF 3 to be added may be a value that promotes the reaction at the bottom of the hole or trench and obtains a desired stable etching rate. For example, it is 5% or more, which is a limit value that can supply a stable flow rate. It is preferable that The fluorocarbon gas may be selected from, for example, C 2 F 6 , C 3 F 8 , C 4 F 8 , and C 5 F 8 .
この混合ガスを、ラジカル反応を抑制する1.5Pa以下の作動圧力下、また、好ましくは、安定にエッチングできる圧力範囲の下限値である0.4Pa以上の作動圧力下に真空チャンバー内に導入してエッチングすれば、例えば、膜中に炭素を含有する多孔質の低誘電率層間絶縁膜をエッチングする場合であっても、ホールやトレンチの底部の反応が、NFx粒子の反応によって、酸素を含有する混合ガスでエッチングする場合と同様に促進され、CDロスが少なく、高いエッチングレートが得られる。この場合、エッチングストップ現象が生じることもない。また、NF3は、酸素原子と比較して反応性が低いため、層間絶縁膜、特に膜内のホールやトレンチの側壁に対してダメージを与えることもない。 This mixed gas is introduced into the vacuum chamber under an operating pressure of 1.5 Pa or less that suppresses radical reaction, and preferably under an operating pressure of 0.4 Pa or more, which is the lower limit value of the pressure range in which etching can be performed stably. For example, even when etching a porous low dielectric constant interlayer insulating film containing carbon in the film, the reaction at the bottom of the hole or trench contains oxygen due to the reaction of the NFx particles. This is facilitated in the same manner as in the case of etching with a mixed gas, and CD loss is small and a high etching rate is obtained. In this case, the etching stop phenomenon does not occur. In addition, since NF 3 is less reactive than oxygen atoms, it does not damage the interlayer insulating film, particularly the holes in the film and the sidewalls of the trench.
本実施例では、SiOCH系材料として比誘電率(k)2.5のMSQ(methylsilsesquioxane)を用い、スピンコータを使用して、基板上に500nmの膜厚で低誘電率層間絶縁膜を形成した。そして、この低誘電率層間絶縁膜上に、スピンコータによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法で所定のパターンを形成した。この場合、レジストとしては、UV−IIを使用し、レジスト層の厚さを500nmとした。 In this example, MSQ (methylsilsesquioxane) having a relative dielectric constant (k) of 2.5 was used as the SiOCH-based material, and a low dielectric constant interlayer insulating film having a thickness of 500 nm was formed on the substrate using a spin coater. Then, a resist was applied on the low dielectric constant interlayer insulating film by a spin coater, and a predetermined pattern was formed by photolithography. In this case, UV-II was used as the resist, and the thickness of the resist layer was 500 nm.
次に、図1に示すエッチング装置1を用いて、C3F8とアルゴンとNF3からなる混合ガスを、真空チャンバ2内に導入して低誘電率層間絶縁膜をエッチングした。この混合ガスは、C3F8:25sccm、アルゴン:205sccm、NF3:25sccm(約9.3%)からなるものである。この場合、エッチング処理は、プラズマ発生用高周波アンテナコイル9に接続した高周波電源10の出力を2kW、基板電極11に接続した高周波電源13の出力を100W、基板温度を25℃、真空チャンバ2の圧力を1.3Paに設定して行った。
Next, using the etching apparatus 1 shown in FIG. 1, a mixed gas composed of C 3 F 8 , argon and NF 3 was introduced into the
また、比較例として、フッ化炭素系ガス(C3F8)およびアルゴンにNF3に換えてO2を25sccm添加した混合ガス、N2を25sccm添加した混合ガス、およびN2およびO2のいずれも添加しない混合ガスを真空チャンバ2内に導入して、上記と同様の条件で低誘電率層間絶縁膜をエッチングした。
Further, as a comparative example, a fluorocarbon-based gas (C 3 F 8 ) and a mixed gas in which 25 sccm of O 2 is added to argon instead of NF 3 , a mixed gas in which 25 sccm of N 2 is added, and N 2 and O 2 A mixed gas without any addition was introduced into the
上記エッチング処理を行った場合のエッチングレートを以下の表1に示す。
(表1)
Table 1 below shows the etching rate when the above etching treatment is performed.
(Table 1)
表1から明らかなように、NF3添加の場合は、添加ガスがない場合、および酸素、窒素を添加した場合と比べて、エッチングレートは高い。 As is apparent from Table 1, the etching rate is higher when NF 3 is added than when there is no additive gas and when oxygen and nitrogen are added.
上記条件でエッチングしたときに得られたトレンチおよびビアの状態を示すSEM写真を図2および3に示す。図2(a)はC3F8/Arのみの混合ガス、(b)はC3F8/Ar/O2の混合ガス、(c)はC3F8/Ar/N2の混合ガスをそれぞれ用いてエッチングした場合のトレンチ、ビアの状態を示すSEM写真である。図3はC3F8/Ar/NF3の混合ガスを用いてエッチングした場合のトレンチ、ビアの状態を示すSEM写真である。 2 and 3 show SEM photographs showing the state of trenches and vias obtained when etching is performed under the above conditions. 2 (a) is a mixed gas of only C 3 F 8 / Ar, (b) is a mixed gas of C 3 F 8 / Ar / O 2 , and (c) is a mixed gas of C 3 F 8 / Ar / N 2 . It is a SEM photograph which shows the state of a trench at the time of etching using each, and a via | veer. FIG. 3 is an SEM photograph showing the state of trenches and vias when etching is performed using a mixed gas of C 3 F 8 / Ar / NF 3 .
図2(a)に示すように、エッチングガスとして酸素や窒素を添加せずに、C3F8/Arのみを使用した場合、トレンチ、ビア両方ともエッチングストップ現象が生じている。この場合、SiOCH系材料であるMSQでは高いエッチングレートは得られない。 As shown in FIG. 2A, when only C 3 F 8 / Ar is used without adding oxygen or nitrogen as an etching gas, an etching stop phenomenon occurs in both the trench and the via. In this case, a high etching rate cannot be obtained with MSQ which is a SiOCH-based material.
図2(b)に示すように、エッチングガスとしてC3F8/Ar/O2を使用した場合、エッチング形状は、トレンチおよびビアともにCDロスが非常に大きく、側壁の平滑性が失われている。これは、酸素によってエッチングの際に常に側壁保護膜(何か?)が除去されてしまい、側壁方向にも少しずつエッチング反応が進むことに起因するか、または酸素による膜中炭素の引き抜き反応に起因するものと推測される。従って、酸素添加プロセスの場合、CDロスの問題だけではなく、膜ダメージ発生に伴う低誘電率膜特有の新たな問題が生じている。 As shown in FIG. 2B, when C 3 F 8 / Ar / O 2 is used as the etching gas, the etching shape has a very large CD loss for both the trench and the via, and the smoothness of the sidewall is lost. Yes. This is due to the fact that the sidewall protective film (something?) Is always removed during etching by oxygen, and the etching reaction proceeds little by little in the direction of the sidewall, or due to the carbon extraction reaction of oxygen by the oxygen. Presumed to be due. Therefore, in the case of the oxygen addition process, not only the problem of CD loss but also a new problem peculiar to the low dielectric constant film due to the occurrence of film damage occurs.
図2(c)に示すように、エッチングガスとしてC3F8/Ar/N2を使用する場合、FCNポリマーからなる側壁保護膜が形成されるため、酸素添加の場合と比べて側壁へのダメージについては抑制されるものの、FCNポリマーの堆積が多すぎるため、エッチング形状は強いパターン依存性を示すという問題がある。 As shown in FIG. 2 (c), when C 3 F 8 / Ar / N 2 is used as an etching gas, a side wall protective film made of FCN polymer is formed. Although the damage is suppressed, there is a problem that the etching shape shows a strong pattern dependence because the FCN polymer is deposited too much.
これに対して、表1及び図3から明らかなように、NF3を添加した混合ガスでエッチングした本発明の場合、エッチングレートは窒素添加および酸素添加に比べて高く、また、図2(a)および(c)に見られるようなトレンチおよびビアのエッチング形状のパターン依存性は見られず、かつエッチングストップの発生も全くない。さらに、エッチング後のパターン側壁の平滑性も良好で、CDロスも少ないことから、酸素添加の場合のプロセスと比べて側壁保護膜がしっかりと形成されていることが分かる。これは、NF3添加による窒素若しくはNFx粒子の反応によってイオン照射面である微細パターン底部の反応が促進され、側壁に窒素化されたフッ化炭素ポリマー(FCNポリマー)が形成されることで、CDロスの少ないエッチングが実現しているものと考えられる。このようにNF3添加の方が酸素添加の場合よりもCDロスが少ない理由としては、NFxが酸素原子よりも反応性が低いからであると推論される。すなわち、酸素添加の場合は、この酸素が炭素と結合してCOxとして揮発除去されるが、N、FまたはNFxの場合は、表面で一旦FCNポリマーを形成することに由来するものと考えられる。 On the other hand, as is apparent from Table 1 and FIG. 3, in the case of the present invention etched with a mixed gas added with NF 3 , the etching rate is higher than that of nitrogen addition and oxygen addition, and FIG. ) And (c), there is no pattern dependency of the trench and via etching shapes, and no etching stop occurs. Furthermore, the smoothness of the patterned side wall after etching is good and the CD loss is small, so that it can be seen that the side wall protective film is firmly formed as compared with the process in the case of adding oxygen. This is because the reaction of the bottom of the fine pattern which is the ion irradiation surface is promoted by the reaction of nitrogen or NFx particles due to the addition of NF 3 , and a nitrogenated fluorocarbon polymer (FCN polymer) is formed on the side wall. It is considered that etching with less loss is realized. It can be inferred that the reason why the NF 3 addition has less CD loss than the oxygen addition is because NFx is less reactive than the oxygen atom. That is, in the case of oxygen addition, this oxygen is combined with carbon and volatilized and removed as COx, but in the case of N, F or NFx, it is considered that it originates from once forming an FCN polymer on the surface.
本発明によれば、上記したように、トレンチ、ビアのエッチングにおいて、パターン依存性の非常に少ない加工精度の高いエッチングプロセスを酸素を用いずに行うことができる。また、側壁の平滑性が維持されていることから、側壁保護膜もしっかりと形成されており、エッチングにおけるダメージも抑制されている。 According to the present invention, as described above, in etching of trenches and vias, an etching process with very little pattern dependency and high processing accuracy can be performed without using oxygen. Moreover, since the smoothness of the side wall is maintained, the side wall protective film is also formed firmly, and the damage in etching is also suppressed.
なお、SiO2エッチングにおいて、NF3添加プロセスを当てはめた場合、NF3はフッ素を供給するプロセスでもあることから、これまでの単純な窒素ガス添加プロセスとも異なる領域といえる。また、SiO2エッチングの場合、CD制御に関しては、図2(a)および(b)のような従来方法で十分対応できる上に、逆にNF3添加は単純にレジストのエッチング選択比を低下させてしまうことから、本発明の方法によるような良好な効果は得られない。従って、本発明の方法は、膜中に炭素を有するLow−k材料全般のエッチングに最適な手法である。 Incidentally, in the SiO 2 etching, when applying the NF 3 additive process, NF 3 is the fact that is also a process of supplying a fluorine, it can be said that even different regions simple nitrogen gas addition process so far. In addition, in the case of SiO 2 etching, the CD control can sufficiently cope with the conventional method as shown in FIGS. 2A and 2B, and conversely, the addition of NF 3 simply lowers the etching selectivity of the resist. Therefore, a good effect as obtained by the method of the present invention cannot be obtained. Therefore, the method of the present invention is an optimum technique for etching all low-k materials having carbon in the film.
以上のことから、本発明のように、圧力を1.5Pa以下にして、粒子の側壁アタックを低減させた膜ダメージ低減プロセスを目的としたエッチングパターン依存性の少ないNF3添加異方性プロセスを用いることは、MSQのようなSiOCH系材料、SiOC系材料からなるLow−k膜のエッチングの重要な鍵となる。 From the above, as in the present invention, the NF 3 addition anisotropic process with a small etching pattern dependency for the purpose of the film damage reduction process in which the pressure is set to 1.5 Pa or less and the side wall attack of the particles is reduced. The use is an important key for etching a low-k film made of a SiOCH-based material such as MSQ or a SiOC-based material.
NF3の添加比率を5%、7%としたことを除いて実施例1のエッチング方法を繰り返した。その結果、実施例1と同様なトレンチ、ビア状態が得られ、また、添加ガスがない場合ならびに酸素や窒素を添加した場合と比べて高いエッチングレートが得られた。 The etching method of Example 1 was repeated except that the addition ratio of NF 3 was 5% and 7%. As a result, the same trench and via states as in Example 1 were obtained, and a higher etching rate was obtained as compared with the case where there was no additive gas and when oxygen or nitrogen was added.
本実施例では、図1に示すエッチング装置1を用いて、実施例1で用いた混合ガスにさらにN2ガスを添加したエッチングガスを、真空チャンバ2内に導入して低誘電率層間絶縁膜(MSQ膜)をエッチングし、エッチング形状の微調整を行った。この場合、エッチング処理は、プラズマ発生用高周波アンテナコイル9に接続した高周波電源10の出力を2kW、基板電極11に接続した高周波電源13の出力を0W、基板温度を25℃、真空チャンバ2の圧力を1.3Paに設定して行い、基板上にFCNポリマーをプラズマ堆積させた。窒素添加率を0〜90%の間で変動させ、この窒素添加率(%)とFCNポリマー堆積速度(nm/min)との関係を図4に示す。この場合、酸素添加とポリマー堆積速度との関係も調べた。
In this embodiment, an etching gas obtained by adding N 2 gas to the mixed gas used in Embodiment 1 is introduced into the
図4から明らかなように、窒素を添加すると10%添加まではポリマー堆積速度は増加し、さらに添加量を増加してゆくと、50%程度で添加無しの場合と同じ堆積速度となることが分かる。なお、5%未満では微少流量領域のために、安定的なエッチングレートが得られない。従って、エッチング形状の微調整のための堆積効果が得られるのは、5〜50%である。一方、酸素を添加するとポリマー堆積速度は低下してしまう。 As is apparent from FIG. 4, when nitrogen is added, the polymer deposition rate increases up to 10% addition, and when the addition amount is further increased, the deposition rate may be the same as that without addition at about 50%. I understand. If it is less than 5%, a stable etching rate cannot be obtained due to the minute flow rate region. Therefore, the deposition effect for fine adjustment of the etching shape is obtained in 5 to 50%. On the other hand, when oxygen is added, the polymer deposition rate decreases.
本発明によれば、エッチングガスとしてNF3を添加した混合ガスを用いることにより、低誘電率層間絶縁膜をドライエッチングする際に、高いエッチングレートが得られ、層間絶縁膜にダメージを与えることがなく、CDロスが小さく、また、パターン依存性の抑制されたエッチングが可能となることから、特に炭素を含むLow−k材料からなる層間絶縁膜のエッチングに有効に適用できる。 According to the present invention, by using a mixed gas added with NF 3 as an etching gas, a high etching rate can be obtained and the interlayer insulating film can be damaged when dry etching the low dielectric constant interlayer insulating film. In addition, since CD loss is small and etching with reduced pattern dependency is possible, it can be effectively applied to etching of an interlayer insulating film made of a low-k material containing carbon.
1 エッチング装置 2 真空チャンバ
3 プラズマ発生部 4 基板電極部
S 基板
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