JP2006302924A - Plasma treatment method and plasma treating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に係わり、特にプラズマを用いて半導体素子などの表面処理を行うのに好適なプラズマ処理方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus, and more particularly to a plasma processing method and apparatus suitable for performing surface treatment of a semiconductor element or the like using plasma.
プラズマ処理装置を用いてエッチング処理を行う場合、処理ガスを電離し活性化することで処理の高速化をはかり、また被処理材に高周波バイアス電力を供給しイオンを垂直に入射させることで、異方性形状などの高精度エッチング処理を実現している。配線およびその配線間を接続するプラグを形成するダマシンプロセスでは、消費電力低減の観点から、SiOCH膜の様な低誘電率膜が層間絶縁膜として使用されるようになってきた。この層間絶縁は、非許文献１に記載のように、O2プラズマ等の照射により、SiOC膜中の-CH3基が引抜かれ、K値が劣化することが知られている。
When performing an etching process using a plasma processing apparatus, the process gas is ionized and activated to speed up the process, and a high frequency bias power is supplied to the material to be processed so that ions are incident vertically. High-precision etching process such as isotropic shape is realized. In a damascene process for forming wirings and plugs connecting the wirings, a low dielectric constant film such as a SiOCH film has been used as an interlayer insulating film from the viewpoint of reducing power consumption. In this interlayer insulation, as described in
そこで、O２プラズマ等の照射によりSiOC膜中の-CH３基が引抜かれ、K値が劣化することの対策として、O２等のCを除去するガスを添加しない方法が検討されている。しかし、この方法は、エッチング形状との両立が難しいという問題がある。このため、エッチングプロセスにおける、エッチング形状とSiOC膜のK値劣化抑制の両立が急務である。 Therefore, as a countermeasure against the -CH 3 group in the SiOC film being extracted by irradiation with O 2 plasma or the like and the K value being deteriorated, a method in which a gas for removing C such as O 2 is not added has been studied. However, this method has a problem that it is difficult to achieve the etching shape. For this reason, in the etching process, it is an urgent need to achieve both an etching shape and suppression of K value deterioration of the SiOC film.
本発明の目的は、低誘電率膜(Low-k膜、例えばSiOCH等のSiOC系膜)において、高精度でかつ低誘電率膜の誘電率の劣化を抑制することが可能な処理条件を有するプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to have a processing condition capable of suppressing deterioration of dielectric constant of a low dielectric constant film with high accuracy in a low dielectric constant film (Low-k film, for example, SiOC-based film such as SiOCH). A plasma processing method and a plasma processing apparatus are provided.
本発明による代表的な解決手段を挙げると、次のとおりである。
プラズマ処理装置において、プラズマを生成し、試料に高周波電圧を印加することによりSiOC系膜を含む多層構造膜を有する被処理材をエッチング処理するプラズマ処理方法であって、前記SiOC系膜のエッチングにおいて、対マスク選択比の高い異方性主体のエッチングを行った後、CxHyFzガス(x、y、z=０、１、２、…)を主体としかつN２及びO２を含まないガスを用いた等方的なエッチングを行うプラズマ処理方法。
Typical solutions according to the present invention are as follows.
In a plasma processing apparatus, a plasma processing method for etching a material having a multilayer structure film including a SiOC-based film by generating plasma and applying a high-frequency voltage to a sample, the etching process of the SiOC-based film After anisotropic etching with high mask selection ratio, use CxHyFz gas (x, y, z = 0, 1, 2,...) And gas that does not contain N 2 and O 2 A plasma processing method for performing isotropic etching.
プラズマを生成し、試料に高周波電圧を印加することにより被処理材をエッチング処理するプラズマ処理装置を用いて、レジストマスク、反射防止膜、キャップ膜、SiOCH膜を含む多層構造膜を有する被処理材をエッチングにて所定のエッチング加工形状に加工するプラズマ処理方法であって、前記レジストが前記所定のエッチング加工形状に対応するマスクパターンを有するものにおいて、前記多層構造膜の前記反射防止膜または該反射防止膜及び前記キャップ膜のエッチングステップにおいて、加工形状を前記マスクパターン寸法よりも細い形状に加工し、前記SiOCH膜のエッチングにおいて、第１のステップにて対マスク選択比の高い異方性主体のエッチングを行って所望の深さまで加工した後、第２のステップにてCxHyFzガス(x、y、z=０、１、２、…)を主体としかつN２及びO２を含まないガスを用いた等方的なエッチングを行って前記マスクパターン寸法に対応した所定のエッチング加工形状に加工することを特徴とするプラズマ処理方法。 A material to be processed having a multilayer structure film including a resist mask, an antireflection film, a cap film, and a SiOCH film using a plasma processing apparatus that generates plasma and applies a high-frequency voltage to a sample to etch the material to be processed In which the resist has a mask pattern corresponding to the predetermined etching shape, the antireflection film of the multilayer structure film or the reflection film. In the etching step of the prevention film and the cap film, a processing shape is processed to a shape thinner than the mask pattern dimension, and in the etching of the SiOCH film, an anisotropic main component having a high mask selection ratio in the first step is formed. After etching to the desired depth, CxHyFz gas (x, y, z = 0, 1 2, ...) plasma treatment, characterized in that processed into a predetermined etching shape corresponding to the mask pattern size by performing isotropic etching using a gas containing no principal Toshikatsu N 2 and O 2 with Method.
CxHyFzガスとしては、CF4、CHF3、CH2F2、CH3F3、C4F8、C5F8、C4F6等があげられる。 Examples of the CxHyFz gas include CF4, CHF3, CH2F2, CH3F3, C4F8, C5F8, C4F6, and the like.
また、以下の方法でも上記課題を解決可能である
第１の方法：反射防止膜(BARC)エッチングステップにてパターン寸法よりも溝又は孔を細く加工し、N２またはO２を含む高マスク選択比条件にてエッチングを行う。その後N２またはO２を含まず、基板に印加するバイアス出力を低下させて等方的なエッチングを行う。
第２の方法：パターン寸法よりも溝又は孔をやや細く加工するN２等を含む高マスク選択比条件と、N２またはO２を含まず、基板に印加するバイアス出力を低下させて等方的なエッチングを周期的に行う。
The above problem can also be solved by the following method.
First method: In the antireflection film (BARC) etching step, a groove or a hole is processed to be narrower than a pattern dimension, and etching is performed under a high mask selection ratio condition including N 2 or O 2 . Thereafter, isotropic etching is performed by reducing the bias output applied to the substrate without containing N 2 or O 2 .
Second method: Isotropic by reducing the bias output applied to the substrate without containing N 2 or O 2 and high mask selection ratio conditions including N 2 etc. that process grooves or holes slightly narrower than the pattern dimensions Periodic etching is periodically performed.
本発明によれば、SiOC系膜のエッチングにおいてk値劣化のない高垂直で高精度なエッチング処理が可能である。 According to the present invention, it is possible to perform a highly vertical and highly accurate etching process without deterioration of k value in etching of a SiOC-based film.
図１は、本発明の実施態様として、典型的なシリコン基板（ウエハ）のSiOCH膜を含む多層構造膜に対してトレンチエッチング又はビアエッチングを行うステップを示す概念図である。図１の（ａ）において、１０６はシリコン基盤(Si)であり、その上の多層構造膜として、１０１はフォトレジストマスク、１０２は反射防止膜(BARC)、１０３はキャップ膜(TEOS)、１０４は被処理材(SiOCH)、１０５はエッチングストップ膜(SiC)である。 FIG. 1 is a conceptual diagram showing a step of performing trench etching or via etching on a multilayer structure film including a SiOCH film of a typical silicon substrate (wafer) as an embodiment of the present invention. In FIG. 1A, reference numeral 106 denotes a silicon substrate (Si). As a multilayer structure film thereon, 101 is a photoresist mask, 102 is an antireflection film (BARC), 103 is a cap film (TEOS), 104 Is a material to be treated (SiOCH), and 105 is an etching stop film (SiC).
トレンチエッチング又はビアエッチングに際しては、まず、ArFフォトレジストマスク１０１をマスクにしてBARC膜１０２をエッチングし、その後、被処理材（例えばSiOCH）膜１０３をエッチングする。
In trench etching or via etching, the BARC
層間絶縁膜のエッチングにはフロロカーボンガスが用いられ、SiO２表面にCF系のポリマーを堆積させ、更に基板バイアスを印加することによりイオンを入射させエッチングを行う。特にSiO２膜等のエッチングでは余剰なカーボン(C)等をO２を添加することにより除去し、垂直なエッチング形状を実現していた。しかし、SiOCH膜等の低誘電率膜(Low-k膜)では、O２又はN２を添加することにより、SiOC膜中の-CH３基が引抜かれ誘電率(k値)が増加する。これらK値の増加が発生すると、図１(b)に示したエッチング加工後のトレンチ又はビア周辺の層間絶縁膜のk値が上昇してしまうことから、製作するデバイスにおいて所望の電気特性等が得られない等の問題がある。 Fluorocarbon gas is used for etching the interlayer insulating film, and a CF-based polymer is deposited on the SiO 2 surface, and further, a substrate bias is applied to cause ions to enter and perform etching. In particular, in etching of SiO 2 film or the like, excess carbon (C) or the like is removed by adding O 2 to realize a vertical etching shape. However, in a low dielectric constant film (Low-k film) such as a SiOCH film, by adding O 2 or N 2 , the —CH 3 group in the SiOC film is extracted and the dielectric constant (k value) increases. When these K values increase, the k value of the interlayer insulating film around the trench or via after etching shown in FIG. 1 (b) increases, so that the desired electrical characteristics and the like in the manufactured device There are problems such as inability to obtain.
実際にSiOCH膜中の-CH３基の引抜きを調べるために２次イオン質力分析計(SIMS)を用いたカーボン(C)の深さ方向プロファイルを測定した。また同じサンプルにて水銀プローブを用いてK値測定を実施した。その結果を図２に示す。 In order to actually investigate the extraction of —CH 3 groups in the SiOCH film, the profile in the depth direction of carbon (C) was measured using a secondary ion quality analyzer (SIMS). Moreover, K value measurement was performed on the same sample using a mercury probe. The result is shown in FIG.
図２の縦軸がC濃度を示すイオン強度、横軸はSiOCH膜表面からの深さである。
図中には（ａ）プラズマ処理を施していないサンプル、（ｂ）CHF３とN２の混合ガスを用いてエッチングを行ったサンプル、（ｃ）N２およびO２ガスを含まないCF４ガス単体でエッチングしたサンプル、および（ｄ）CHF３とN２の混合ガスを用いてエッチングを行った後、CF４ガス単体で約１００nm程度エッチング処理を施したサンプルの各々に関して、C濃度の深さ方向プロファイルを示す。
In FIG. 2, the vertical axis represents the ionic strength indicating the C concentration, and the horizontal axis represents the depth from the surface of the SiOCH film.
In the figure, (a) a sample not subjected to plasma treatment, (b) a sample etched using a mixed gas of CHF3 and N2, and (c) a CF 4 gas alone containing no N 2 and O 2 gases Depth profile of C concentration is shown for each of the etched sample and (d) the sample that was etched with a mixed gas of CHF3 and N2 and then etched with about 4 nm CF 4 gas alone. .
測定結果によれば、（ｂ）のCHF３とN２の混合ガスを用いてエッチングを行ったサンプルでは、k値が増加し更に表面のC濃度が低下しているが、（ｃ）のCF４ガス単体でエッチングしたサンプルおよび（ｄ）のCHF３とN２の混合ガスを用いてエッチングを行った後、CF４ガス単体で約１００nm程度エッチング処理を施したサンプルでは、k値はほぼ初期膜と同等であり、また表面近傍でのC濃度の低下は見られなかった。このことから、SiOCH膜のk値劣化を抑制するためにはN２またはO２を含まないガスでエッチングすることが重要であることがわかる。更に本結果より、ダメージ層は界面付近に形成されるということが分かる。 According to the measurement results, in the sample etched using the mixed gas of CHF3 and N2 in (b), the k value increased and the surface C concentration decreased, but the CF 4 gas in (c) In the sample etched by itself and the sample etched by using a mixed gas of CHF3 and N2 in (d) and then CF 4 gas alone is etched about 100 nm, the k value is almost the same as the initial film. There was no decrease in the C concentration near the surface. This shows that it is important to perform etching with a gas not containing N 2 or O 2 in order to suppress the k value deterioration of the SiOCH film. Furthermore, this result shows that the damage layer is formed near the interface.
[実施例１]
本発明を用いた第２の実施例を図３を用いて説明する。図３は、基板（ウエハ）のトレンチエッチングを示す概念図である。図３(a)には所望の寸法のマスクパターン（トレンチ幅＝Ｄ０）が形成されている。まずBARC膜(１０２)エッチング工程において、デポ性の強いガス系を使用することにより、図３(b)に示すようにエッチング加工形状をマスクパターンより細く形成する（トレンチ幅＝Ｄ１、Ｄ１＜Ｄ０）。ここでCF４ガスにCH２F２、CHF３、CH４、H２などのHを含むガス、またはCOなどのカーボン比率の高いガスを添加することにより、マスク寸法に対してエッチング加工形状を細く形成することが可能である。
[Example 1]
A second embodiment using the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram showing trench etching of a substrate (wafer). In FIG. 3A, a mask pattern (trench width = D0) having a desired dimension is formed. First, in the BARC film (102) etching step, a gas system having a strong deposition property is used to form an etching shape narrower than the mask pattern as shown in FIG. 3B (trench width = D1, D1 <D0). ). Here, by adding a gas containing H such as CH 2 F 2, CHF 3 , CH 4 , or H 2 to the CF 4 gas, or a gas having a high carbon ratio such as CO, the etching processing shape can be changed with respect to the mask dimension. It can be formed thin.
次に、図３(b)の形状をマスクにして、図３(c)に示すように、キャップ膜(１０３、 例えばTEOS膜、SiOC膜)およびLow-k膜(１０４、 例えばSiOC膜、ポーラスSiOC膜)のメインエッチング（第1のステップ）を行う。このとき、図３(b)で形成された寸法（トレンチ幅＝Ｄ１）をほぼ維持するように調整する。この場合、N２、O２等のガスを添加し、対マスク選択比を増加した、対マスク選択比の高いエッチング条件にてエッチングを行う。 Next, using the shape of FIG. 3 (b) as a mask, as shown in FIG. 3 (c), a cap film (103, for example, TEOS film, SiOC film) and a low-k film (104, for example, SiOC film, porous) The main etching (first step) of the SiOC film is performed. At this time, the dimensions (trench width = D1) formed in FIG. In this case, N 2 , O 2, or other gases are added to increase the selectivity to mask, and etching is performed under etching conditions having a high selectivity to mask.
次に、N２、O２ガスを添加しないガス系で等方的なメインエッチング（第２のステップ）を行い、図３(d)のように図３(a)で形成されていた寸法の形状（トレンチ幅＝Ｄ０）をほぼ維持するように調整する。この場合、N２、O２等のガスを添加し、対マスク選択比を形成する。 Next, isotropic main etching (second step) is performed in a gas system to which N 2 and O 2 gases are not added, and the dimensions formed in FIG. 3 (a) are as shown in FIG. 3 (d). Adjustment is made so that the shape (trench width = D0) is substantially maintained. In this case, a gas such as N 2 or O 2 is added to form a mask selection ratio.
さらに、好ましくは図３(e)に示すように、フォトレジスト(１０１)も本メインエッチング（第２のステップ）で除去する。本工程では等方エッチングを実施するが、その際ウエハに印加するバイアス出力を低下させることで、より高精度な等方エッチングが可能である。この第２のステップでは、前の図３(c)のメインエッチング（第1のステップ）で形成されたトレンチ側壁のダメージ層がエッチングにより除去され、更にN２、O２ガスを添加しないガス系ではトレンチ側壁にダメージ層が形成されないことから、k値劣化を抑制することが可能である。 Further, preferably, as shown in FIG. 3 (e), the photoresist (101) is also removed by the main etching (second step). In this step, isotropic etching is carried out. At that time, by reducing the bias output applied to the wafer, more accurate isotropic etching is possible. In this second step, the damaged layer on the trench side wall formed in the main etching (first step) in FIG. 3C is removed by etching, and a gas system in which N 2 and O 2 gases are not added. Then, since a damaged layer is not formed on the trench side wall, it is possible to suppress k value deterioration.
従って、BARCエッチングステップにてマスク寸法を縮小し（幅＝Ｄ１、Ｄ１＜Ｄ０）、その縮小されたマスクに対し高マスク選択比のエッチングを行い、更にバイアス出力を低下しN２、O２ガスを添加しないガス系で等方エッチングを行うことで、トレンチ・ビアの側壁にダメージ層が形成されず、更に所望の寸法（幅＝Ｄ０）のエッチングを行うことが可能であり、エッチング加工形状とk値劣化のないエッチングが可能であるという効果がある。 Therefore, in the BARC etching step, the mask size is reduced (width = D1, D1 <D0), etching with a high mask selectivity is performed on the reduced mask, and the bias output is further reduced to reduce N 2 and O 2 gas. By performing isotropic etching with a gas system that does not add, no damage layer is formed on the sidewalls of the trench and via, and etching with a desired dimension (width = D0) can be performed. There is an effect that etching without deterioration of the k value is possible.
[実施例２]
次に本発明を用いた第２の実施例を図４から図６を用いて説明する。第１の実施例と同一箇所は説明を省略する
図４は、本発明を適用するプラズマ処理装置の一実施例であるエッチング装置の縦断面図である。エッチング装置は、真空排気装置が接続され内部を減圧可能な処理室４０５と、この処理室内へガスを供給するガス供給装置４０７と、被処理材４１６を載置可能な基板電極４１５と、この基板電極に被処理材を吸着させるための静電吸着膜および被処理材を温調するために冷却ガス導入機構と、この基板電極に対向するプラズマを発生するための電磁波を放射するアンテナ電極４０３（＝上部電極）と、基板電極へ接続された高周波電源４１３およびアンテナ電極へ接続された高周波電源４０８と、この基板電極へ接続された高周波電源４１７とこのアンテナ電極へ接続された高周波電源に印加する高周波の位相を制御する手段４２０を備えている。さらに、ガス供給装置４０７を時間的に変調するためのガス流量変調器および基板電極へ接続された高周波電源およびアンテナ電極へ接続された高周波電源の出力を時間変調する装置を具備している。さらに、ガス供給装置を時間的に変調するためのガス流量変調器および基板電極へ接続された高周波電源およびアンテナ電極へ接続された高周波電源の出力を同期して時間変調する装置を具備している。
[Example 2]
Next, a second embodiment using the present invention will be described with reference to FIGS. Description of the same parts as those of the first embodiment is omitted. FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an etching apparatus which is an embodiment of a plasma processing apparatus to which the present invention is applied. The etching apparatus includes a
より具体的には、上部が開放された真空容器４０１の上部に処理容器４０４、例えば石英製の誘電体窓４０２、例えばSi製のアンテナ電極（＝上部電極）４０３を設置、密封することにより処理室４０５を形成する。上部電極４０３はエッチングガスを流すための多孔構造となっておりガス供給装置４０７に接続されている。また真空容器４０１には真空排気口４０６を介して真空排気装置(図示省略)が接続されている。アンテナ電極４０３の上部には同軸線路４１１、フィルター４１０及び整合器４０９、整合器４１２を介して高周波電源４０８(例えば周波数１００MHz〜４５０MHz)、アンテナバイアス電源４１３が接続されている。アンテナバイアス電源４１３(例えば周波数４００kHz〜４MHz)は外部トリガー信号により発振を制御することができる。
More specifically, a processing container 404, for example, a quartz
また、被処理材４１６を載置可能な基板電極４１５は真空容器４０１下部に設置され、整合器４１８を介して基板バイアス電源４１９に接続されている。また基板電極４１５は上部に静電吸着膜(図示省略)を有し、被処理材４１６と静電吸着膜間に冷却用ガスを供給することが可能である。これら冷却用ガスの圧力は任意の圧力に制御することが可能である。また基板バイアス電源４１９は外部トリガー信号により発振を制御可能である。また被処理材４１６を静電的に吸着させるために静電チャック(ESC)電源４２３がフィルター４１７を介して基板電極４１５に接続されている。またアンテナバイアス電源４１３と基板バイアス電源４１９は位相制御器４２０に接続されており、アンテナバイアス電源４１３と基板バイアス電源４１９より出力される高周波の位相を制御することができる。位相の設定は、位相検出プローブ４２１、４２２の信号を元に、所望の位相に制御することが可能である。ここで、その位相は主に１８０°±４５°とした。
A
また位相制御器４２０とガス供給装置４０７には時間変調制御器４２４が接続されており、任意の時間周期（例えば０.１Hzから１０kHzの範囲のいずれかの時間周期）にてチャンバー内に導入するガスの時間変調およびアンテナバイアス電源４１３および基板バイアス電源４１９の出力を時間変調することが可能である。またガス供給装置４０７はそれぞれのマスフローコントローラにてガス流量を時間変調することも可能であるが、２つ以上のガス系統に分類し、ピエゾバルブ等を用いて時間変調を行うことで、より高速なガス流量の時間変調が可能となる。
Further, a
上記のように構成されたプラズマ処理装置において、処理室４０５内部を真空排気装置(図示省略)により減圧した後、ガス供給装置４０７によりエッチングガスを処理室４０５内に導入し所望の圧力に調整する。高周波電源４０８より発振された高周波電力は同軸線路４１１を伝播し、上部電極４０３および誘電体窓４０２を介して処理室４０５内に導入される。該高周波電源４０８と該同軸線路４１１との間には整合器４０９が接続され、該高周波電源４０８より出力された高周波電力を効率良く該処理室４０５内に供給するように作用する。
In the plasma processing apparatus configured as described above, the inside of the
また、磁場発生用コイル４１４(例えばソレノイドコイル)により形成された磁場との相互作用により、処理室４０５内に高密度プラズマを生成する。特に電子サイクロトロン共鳴を起こす磁場強度(例えば１６０G)を処理室内に形成した場合、効率良く高密度プラズマを生成することができる。また、アンテナバイアス電源４１３より高周波電力は整合器４１２、同軸線路４１１を介してアンテナ電極４０３に供給される。このとき該整合器４０９、該整合器４１２と該同軸線路４１１の間にはフィルター４１０が設置されており、該フィルター４１０は該高周波電源４０８より出力された高周波電力を、該同軸線路４１１方向へ効率良く投入すると共に、該アンテナバイアス電源４１３より出力された高周波電力を、該同軸線路４１１方向へ効率良く投入するように作用する。
Further, high-density plasma is generated in the
また、基板電極４１５に載置された被処理材４１６は、整合器４１８を介して基板バイアス電源４１９より高周波電力が供給され、表面処理(例えばエッチング処理)される。また該基板電極４１５には静電吸着用直流電源４２３が接続されており、該被処理材４１６を吸着することが可能である。また該静電吸着用直流電源４２３と該整合器４１８の間にはフィルター４１７が接続されており、該基板電極４１９および該静電吸着用直流電源４２３から出力された電力を効率良く基板電極４１５に投入するように作用する。
Further, the material to be processed 416 placed on the
図５に、ガスを２系統に分離し時間変調を行い、更にアンテナバイアス出力およびウエハバイアス出力を時間変調制御器５２４を用いて変調した場合のタイムチャートを示す。GasAはN２、O２ガスを添加せずSiOC膜にダメージ層を形成しないガス系で、GasBはN２等のガスを添加し高マスク選択比となるガス系を用いる。GasAを流す時間をT１とし、GasBを流す時間をT２とする。時間T１では印加するバイアス出力を低下または出力を停止し、より等方的なエッチングを進行させる。またアンテナバイアスも同期して出力を低下または出力を停止することにより、プラズマ電位の上昇を抑制しチャンバー壁等のスパッタを低減することが可能である。時間T２ではアンテナ・基板バイアスをそれぞれ印加し、異方性エッチングを行う。これらの時間T１、T２のエッチングを繰り返し周期０.１Hz〜１０kHz程度で繰り返し実施することにより、SiOC膜のk値劣化を抑制し、更に高マスク選択比で高精度なエッチングが可能である。 FIG. 5 shows a time chart when the gas is separated into two systems, time modulation is performed, and the antenna bias output and the wafer bias output are further modulated using the time modulation controller 524. GasA is a gas system in which N 2 and O 2 gases are not added and a damaged layer is not formed on the SiOC film, and GasB is a gas system in which a gas such as N 2 is added to achieve a high mask selectivity. The time for flowing GasA is T1, and the time for flowing GasB is T2. At time T1, the bias output to be applied is reduced or the output is stopped, and more isotropic etching proceeds. Further, the output is lowered or stopped in synchronization with the antenna bias, so that the rise of the plasma potential can be suppressed and the sputtering of the chamber wall or the like can be reduced. At time T2, an antenna and a substrate bias are respectively applied and anisotropic etching is performed. By repeatedly performing the etching of these times T1 and T2 at a repetition period of about 0.1 Hz to 10 kHz, it is possible to suppress the k value deterioration of the SiOC film and to perform etching with high mask selectivity and high accuracy.
そのエッチングの様子を模式的に図６に示す。図６(a)はBARCエッチング後のトレンチ・ビア形状である。この場合BARCエッチングはなるべくマスク寸法（幅＝Ｄ０）と同じになるようにエッチングを行う。次に時間T２エッチング後の形状を図６(b)に示す。トレンチ側壁はややテーパ形状となるが、このトレンチ側壁にはデポ層が形成されるので、エッチング加工形状としてはスクパターンより細く形成される（幅＝Ｄ１、Ｄ１＜Ｄ０）。ここではN２、O２ガスを添加した場合でもトレンチ・ビア側壁にはデポ層が形成されるため、実際のトレンチ・ビアの側壁にはダメージ層が形成されない。 The state of the etching is schematically shown in FIG. FIG. 6A shows a trench / via shape after BARC etching. In this case, the BARC etching is performed so as to be as large as possible with the mask dimension (width = D0). Next, the shape after the time T2 etching is shown in FIG. Although the trench side wall is slightly tapered, a deposit layer is formed on the trench side wall, so that the etched shape is narrower than the square pattern (width = D1, D1 <D0). Here, even when N 2 or O 2 gas is added, a deposited layer is formed on the sidewalls of the trench and via, so that no damage layer is formed on the sidewalls of the actual trench and via.
次に、時間T１のエッチング後の形状を図６(c)に示す。ここではN２、O２ガスを添加せず等方エッチングを行い、マスク寸法どおりのトレンチ・ビア幅（＝Ｄ０）になるよう加工する。これらのステップを繰り返すことにより、図６(d)のトレンチ・ビア形状（幅＝Ｄ０）が形成される。 Next, the shape after the etching at time T1 is shown in FIG. Here, isotropic etching is performed without adding N 2 or O 2 gas, and processing is performed so that the trench / via width (= D0) matches the mask dimensions. By repeating these steps, the trench / via shape (width = D0) shown in FIG. 6D is formed.
実際に形成されたトレンチ・ビアの側壁はエッチング加工時にN２、O２ガスに暴露されることが無いため、ダメージ層は形成されず、k値劣化は発生しない。更に時間T１と時間T２の比率は可変であり、その比率は時間T１でのエッチングレート、時間T２での側壁デポレートの比率により決定される。 Since the sidewalls of the trench and via actually formed are not exposed to N 2 and O 2 gas during the etching process, the damaged layer is not formed and the k value does not deteriorate. Further, the ratio between the time T1 and the time T2 is variable, and the ratio is determined by the etching rate at the time T1 and the ratio of the sidewall deposition at the time T2.
従って、高マスク選択比のエッチングと、更にバイアス出力を低下しN２、O２ガスを添加しないガス系で等方エッチングを周期的に行うことで、トレンチ・ビアの側壁にダメージ層が形成されず、更に所望の寸法のエッチングを行うことが可能であり、エッチング加工形状とk値劣化のないエッチングが可能であるという効果がある。 Therefore, a damage layer is formed on the sidewalls of the trench and via by periodically performing isotropic etching with a high mask selection ratio etching and a gas system that further reduces the bias output and does not add N 2 and O 2 gases. Furthermore, it is possible to perform etching with a desired dimension, and there is an effect that etching without deterioration of the etched shape and k value is possible.
また、本実施例では、有磁場エッチング装置について述べたが、低圧力動作が可能であるアッシング装置など他のプラズマ処理装置においても同様の効果がある。 In this embodiment, the magnetic field etching apparatus has been described. However, the same effect can be obtained in other plasma processing apparatuses such as an ashing apparatus capable of low pressure operation.
以上述べたように、本発明のプラズマ処理方法及び装置では、低誘電率膜(Low-k膜、例えばSiOCH)を行う際、BARCエッチングステップにてパターン寸法よりも溝又は孔を細く加工し、N２またはO２を含む高マスク選択比条件にてエッチングを行う。その後N２またはO２を含まず、ウエハに印加するバイアス出力を低下させて等方的なエッチングを行う、又はパターン寸法よりも溝又は孔をやや細く加工するN２等を含む高マスク選択比条件と、N２またはO２を含まず、ウエハに印加するバイアス出力を低下させて等方的なエッチングを周期的に行う。これらにより、エッチング形状を高精度に制御すると共に、かつ低誘電率膜の誘電率の劣化を抑制することが可能となる。 As described above, in the plasma processing method and apparatus of the present invention, when a low dielectric constant film (Low-k film, for example, SiOCH) is performed, the groove or hole is processed to be narrower than the pattern dimension in the BARC etching step, Etching is performed under high mask selectivity conditions including N 2 or O 2 . Then free of N 2 or O 2, to reduce the bias output to be applied to the wafer performing isotropic etching, or a high mask selectivity ratio than the pattern size containing N 2 or the like for machining slightly thinner grooves or holes Isotropic etching is periodically performed by reducing the bias output to be applied to the wafer without the condition and N 2 or O 2 . Accordingly, it is possible to control the etching shape with high accuracy and to suppress the deterioration of the dielectric constant of the low dielectric constant film.
１０１…フォトレジストマスク、１０２…反射防止膜(BARC)、１０３…キャップ膜(TEOS)、１０４…被処理材(SiOCH)、１０５…エッチングストップ膜(SiC)、１０６…シリコン基盤(Si)、４０１…真空容器、４０２…誘電体窓、 ４０３…アンテナ電極、４０４…処理容器、４０５…処理室、４０６…真空排気口、４０７…ガス供給装置、４０８…高周波電源、４０９…整合器、４１０…フィルター、４１１…同軸線路、４１２…整合器、４１３…アンテナバイアス電源、４１４…磁場発生コイル、４１５…基板電極、４１６…被処理材、４１７…フィルター、４１８…整合器、４１９…基板バイアス電源、４２０…位相制御器、４２１、４２２…位相検出プローブ、４２３…静電吸着用直流電源、４２４…時間変調制御器。
DESCRIPTION OF
Claims (18)
前記SiOC系膜のエッチングにおいて、対マスク選択比の高い異方性主体のエッチングを行った後、CxHyFzガス(x、y、z=０、１、２、…)を主体としかつN２及びO２を含まないガスを用いた等方的なエッチングを行うことを特徴とするプラズマ処理方法。 In a plasma processing apparatus, a plasma processing method for etching a material having a multilayer structure film including a SiOC-based film by generating plasma and applying a high frequency voltage to a sample,
In the etching of the SiOC-based film, after anisotropic etching with high mask selection ratio is performed, CxHyFz gas (x, y, z = 0, 1, 2,...) Is mainly used, and N 2 and O 2. A plasma processing method comprising performing isotropic etching using a gas not containing 2 .
前記多層構造膜の前記反射防止膜または該反射防止膜及び前記キャップ膜のエッチングステップにおいて、加工形状を前記マスクパターン寸法よりも細い形状に加工し、
前記SiOCH膜のエッチングにおいて、第１のステップにて対マスク選択比の高い異方性主体のエッチングを行って所望の深さまで加工した後、第２のステップにてCxHyFzガス(x、y、z=０、１、２、…)を主体としかつN２及びO２を含まないガスを用いた等方的なエッチングを行って前記マスクパターン寸法に対応した所定のエッチング加工形状に加工することを特徴とするプラズマ処理方法。 A material to be processed having a multilayer structure film including a resist mask, an antireflection film, a cap film, and a SiOCH film using a plasma processing apparatus that generates plasma and applies a high-frequency voltage to a sample to etch the material to be processed In which the resist has a mask pattern corresponding to the predetermined etching shape,
In the etching step of the antireflection film of the multilayer structure film or the antireflection film and the cap film, a processing shape is processed into a shape thinner than the mask pattern dimension,
In the etching of the SiOCH film, an anisotropic main etching with a high mask selection ratio is performed in the first step and processed to a desired depth, and then the CxHyFz gas (x, y, z) is processed in the second step. = 0, 1, 2,...) And isotropic etching using a gas not containing N 2 and O 2 to form a predetermined etching shape corresponding to the mask pattern dimension. A plasma processing method.
前記SiOCH膜を処理するエッチングに際して基板バイアスを印加することによりイオンを入射させエッチングを行うと共に、
該SiOCH膜を処理する前記第２のステップにおける前記基板バイアス出力を、前記第１のステップにおける前記基板バイアス出力よりも低くすることを特徴とするプラズマ処理方法。 5. The plasma processing method according to claim 2, wherein the plasma processing apparatus includes a substrate electrode on which the material to be processed can be placed, and a substrate bias power source connected to the substrate electrode. And
Etching is performed by making ions incident by applying a substrate bias when etching the SiOCH film,
A plasma processing method, wherein the substrate bias output in the second step of processing the SiOCH film is made lower than the substrate bias output in the first step.
前記SiOCH膜のエッチングにおいて、N２またはO２のガスを用いた対マスク選択比の高い異方性主体のエッチングを行う第１のステップと、CxHyFzガス(x、y、z=０、１、２、…)を主体としかつN２及びO２のガスを用いない等方的なエッチングを行う第２のステップとを周期的に繰り返すことを特徴とするプラズマ処理方法。 In an etching process for etching a multilayer structure film including a resist mask, an antireflection film, a cap film, and a SiOCH film, using an apparatus that generates plasma and applies a high frequency voltage to a sample to etch a material to be processed.
In the etching of the SiOCH film, a first step of performing an anisotropic mainly etching with a high mask selection ratio using N 2 or O 2 gas, and CxHyFz gas (x, y, z = 0, 1, 2), and the second step of performing isotropic etching using N 2 and O 2 gas as a main component is periodically repeated.
前記プラズマ処理装置は、前記被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極に接続された基板バイアス電源とを備えており、
前記SiOCH膜を処理するエッチングに際して基板バイアスを印加することによりイオンを入射させエッチングを行うと共に、
該SiOCH膜を処理する前記第２のステップにおける前記基板バイアス出力を、前記第１のステップにおける前記基板バイアス出力よりも低くすることを特徴とするプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 6 or 7,
The plasma processing apparatus includes a substrate electrode on which the material to be processed can be placed, and a substrate bias power source connected to the substrate electrode,
Etching is performed by making ions incident by applying a substrate bias when etching the SiOCH film,
A plasma processing method, wherein the substrate bias output in the second step of processing the SiOCH film is made lower than the substrate bias output in the first step.
前記プラズマ処理装置は、前記被処理材を載置可能な基板電極と、該基板電極に対抗するアンテナ電極と、該アンテナ電極に接続されたアンテナバイアス電源とを備えており、
前記SiOCH膜のエッチングの前記第２のステップにおけるアンテナバイアス出力を、前記第１のステップにおけるアンテナバイアス出力よりも低くすることを特徴とするプラズマ処理方法。 In any of claims 6 to 8,
The plasma processing apparatus includes a substrate electrode on which the material to be processed can be placed, an antenna electrode opposed to the substrate electrode, and an antenna bias power source connected to the antenna electrode,
A plasma processing method, wherein an antenna bias output in the second step of etching the SiOCH film is made lower than an antenna bias output in the first step.
前記SiOC系膜のトレンチエッチングにおいて、対マスク選択比の高い異方性主体のトレンチエッチングと、CxHyFzガス(x、y、z=０、１、２、…)を主体としかつN２及びO２を含まないガスを用いた等方的なトレンチエッチングとを、交互に繰り返して行うことを特徴とするトレンチエッチング方法。 In a plasma processing apparatus, a trench etching method for performing trench processing by etching processing on a material to be processed having a multilayer structure film including a SiOC-based film by generating plasma and applying a high frequency voltage to a sample,
In the trench etching of the SiOC-based film, an anisotropic-based trench etching with a high selectivity to mask and a CxHyFz gas (x, y, z = 0, 1, 2,...) As a main component and N 2 and O 2 A trench etching method characterized by alternately and alternately performing isotropic trench etching using a gas containing no oxygen.
前記被処理材が、レジストマスク、反射防止膜、キャップ膜、SiOCH膜を含む多層構造膜を有し、前記レジストが前記所定のトレンチエッチング加工形状に対応するマスクパターンを有するものにおいて、
前記多層構造膜の前記反射防止膜または該反射防止膜及び前記キャップ膜のエッチングステップにおいて、加工形状を前記マスクパターン寸法よりも細い形状に加工し、
前記SiOCH膜のトレンチエッチングにおいて、第１のステップにて対マスク選択比の高い異方性主体のトレンチエッチングを行って所望の深さまで加工した後、第２のステップにてCxHyFz(x、y、z=０、１、２、…)を主体としかつN２及びO２を含まないガスを用いた等方的なトレンチエッチングを行って前記マスクパターン寸法に対応した所定のトレンチ形状に加工することを特徴とするトレンチエッチング方法。 In a plasma processing apparatus, a trench etching method for generating a plasma and applying a high frequency voltage to a sample to perform a trench processing of a predetermined shape by an etching process on a material to be processed,
The material to be processed has a multilayer structure film including a resist mask, an antireflection film, a cap film, and a SiOCH film, and the resist has a mask pattern corresponding to the predetermined trench etching shape,
In the etching step of the antireflection film of the multilayer structure film or the antireflection film and the cap film, a processing shape is processed into a shape thinner than the mask pattern dimension,
In the trench etching of the SiOCH film, anisotropic etching with a high selectivity to mask is performed in the first step to process to a desired depth, and then CxHyFz (x, y, isotropic trench etching using a gas mainly composed of z = 0, 1, 2,... and not containing N 2 and O 2 to form a predetermined trench shape corresponding to the mask pattern dimension. A trench etching method characterized by the above.
前記ガス供給装置を時間的に変調するためのガス流量変調器および該基板電極へ接続された高周波電源および該アンテナ電極へ接続された高周波電源の出力を時間変調する装置を具備したことを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing chamber to which an evacuation apparatus is connected and whose inside can be depressurized, a gas supply device for supplying gas to the processing chamber, a substrate electrode on which a material to be processed can be placed, and an electromagnetic wave for generating plasma facing the substrate electrode Antenna electrode, high frequency power source connected to the substrate electrode, high frequency power source connected to the antenna electrode, high frequency power source connected to the substrate electrode and high frequency power source connected to the antenna electrode In the plasma processing apparatus provided with means for controlling the phase,
A gas flow rate modulator for temporally modulating the gas supply device, a high-frequency power source connected to the substrate electrode, and a device for time-modulating the output of the high-frequency power source connected to the antenna electrode are provided. Plasma processing equipment.
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