JP2007227529A

JP2007227529A - Method for manufacturing semiconductor device, plasma processing apparatus, and storage medium

Info

Publication number: JP2007227529A
Application number: JP2006045298A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Nishimura; 栄一西村; Yoshihide Kihara; 嘉英木原; Yasushi Inada; 靖稲田; Masuyoshi Hayashi; 培欽林
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2006-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2007-09-06

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To protect carbon from separation from the exposed surface of a recess area due to the plasma used for the ashing when such ashing of a resist film at the upper part of a SiOCH film is conducted to a wafer having the SiOCH film to which the recess area is formed by the etching process. <P>SOLUTION: A protection film for protecting an exposed area of the recess area of the SiOCH film is deposited from the plasma used for the ashing, by converting the CH<SB>4</SB>gas into the plasma before the ashing process and then depositing a sediment to the exposed area of the recess area of the SiOCH film using the plasma. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、シリコン、炭素、酸素及び水素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜に対してプラズマ処理を行う半導体装置の製造方法及びこの半導体装置の製造方法を実行するためのプラズマ処理装置に関するものであり、またこの半導体装置の製造方法を実行するためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method for performing plasma processing on an insulating film made of a low dielectric constant film containing silicon, carbon, oxygen, and hydrogen, and a plasma processing apparatus for executing the semiconductor device manufacturing method. The present invention also relates to a storage medium storing a computer program for executing the method for manufacturing a semiconductor device.

半導体デバイスは年々高集積化する傾向にあり、半導体ウェハ（以下ウェハという）等の基板に形成されるパターンの微細化に応えるためにレジスト材料や露光技術の改善が進み、レジストマスクの開口寸法も相当小さくなってきている。 As semiconductor devices tend to be highly integrated year by year, resist materials and exposure techniques have been improved to meet the demands for finer patterns formed on substrates such as semiconductor wafers (hereinafter referred to as wafers). It is getting smaller.

一方高集積化を図るためにデバイス構造が多層化されているが、動作速度を向上させるためには寄生容量を小さくすることが必要であることから、絶縁膜例えば層間絶縁膜についても低誘電率膜の材料の開発が進められている。この低誘電率膜の一つとして、例えば炭素含有シリコン酸化膜などと呼ばれているＳｉＯＣＨ膜が挙げられる。 On the other hand, the device structure is multi-layered for high integration, but it is necessary to reduce the parasitic capacitance to improve the operation speed. Development of membrane materials is underway. One example of this low dielectric constant film is a SiOCH film called a carbon-containing silicon oxide film.

このＳｉＯＣＨ膜は、例えば銅配線が埋め込まれるため、フォトマスク及びハードマスクをエッチングのためのマスクとして用いて、例えばＣＦ４ガスによりエッチングが行われ、次いで酸素ガスをプラズマ化したプラズマによりアッシング（灰化処理）が行われる。図８はこの様子を模式的に示しており、１００はＳｉＯＣＨ膜、１０１はレジストマスク、１０２はハードマスクである。 Since this SiOCH film is embedded with, for example, copper wiring, etching is performed with, for example, CF4 gas using a photomask and a hard mask as a mask for etching, and then ashing (ashing) is performed with plasma obtained by converting oxygen gas into plasma. Process). FIG. 8 schematically shows this state, in which 100 is a SiOCH film, 101 is a resist mask, and 102 is a hard mask.

ところでレジストマスク１０１のアッシングを行う場合、ＳｉＯＣＨ膜１００のエッチングにより露出した露出面、即ち凹部の側壁及び底面がアッシングにおいて用いられる酸素のプラズマに曝されると、ＳｉＯＣＨ膜１００の成分である炭素がプラズマの成分である酸素と反応して膜中から脱離し、ＳｉＯＣＨがＳｉＯＨになってしまう。 When ashing of the resist mask 101 is performed, if the exposed surfaces exposed by etching of the SiOCH film 100, that is, the side walls and the bottom surface of the recesses are exposed to oxygen plasma used in ashing, carbon that is a component of the SiOCH film 100 is changed. It reacts with oxygen, which is a component of plasma, and desorbs from the film, so that SiOCH becomes SiOH.

このためエッチングにより露出した露出面の表面部には、炭素が脱離したＳｉＯＨである言わばダメージ１０３を含むダメージ層が形成されてしまうが、このダメージ層は炭素の含有量が低下していることから、誘電率が低下してしまう。配線パターンの線幅の微細化及び配線層や絶縁膜等の薄膜化が進んでいることから、ウェハＷ全体に対して表面部の与える影響の割合が大きくなっており、表面部といえどもその誘電率の低下により半導体装置の特性が設計値から外れてしまう要因の一つになる。 For this reason, a damage layer including damage 103, that is, SiOH from which carbon is detached, is formed on the surface portion of the exposed surface exposed by etching, but the carbon content of the damage layer is reduced. As a result, the dielectric constant decreases. Since the line width of the wiring pattern is becoming finer and the thickness of the wiring layer, insulating film, etc. has been reduced, the ratio of the influence of the surface portion on the entire wafer W has increased. This is one of the factors that cause the characteristics of the semiconductor device to deviate from the design value due to a decrease in the dielectric constant.

一方、このような問題を解決する方法として、特許文献１、２に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の技術は、シリコン−水素結合を有する絶縁膜（（ＨＳｉＯ１．５）２ｎ（ｎ＝２〜８））において、エッチングによって形成された露出部を、水酸基の中性活性種を含むプラズマにより処理することによって酸化して、その後のアッシング工程において用いられるＯ２ガスのプラズマに耐性を有する改質層を露出部の表面に形成するものである。一方ＳｉＯＣＨ膜は酸化によって炭素の脱離を起こすため、この技術を適用することはできない。 On the other hand, techniques described in Patent Documents 1 and 2 are known as methods for solving such problems. In the technique described in Patent Document 1, in the insulating film ((HSiO1.5) 2n (n = 2 to 8)) having a silicon-hydrogen bond, an exposed portion formed by etching is used as a neutral active species of a hydroxyl group. It is oxidized by treatment with the plasma contained, and a modified layer having resistance to plasma of O 2 gas used in the subsequent ashing process is formed on the surface of the exposed portion. On the other hand, since the SiOCH film causes carbon desorption by oxidation, this technique cannot be applied.

また、特許文献２に記載の技術は、Ｓｉ−Ｈ結合を有する絶縁膜はアッシング工程において用いられる、Ｏ２ガスをプラズマ化したプラズマによって酸化してＳｉ−ＯＨ結合となり不具合の原因となっていることから、このＳｉ−ＯＨ結合をＨ２ガスのプラズマによって還元してＳｉ−Ｈ結合に戻すことを特徴としている。既述の通りＳｉＯＣＨ膜はプラズマの成分である酸素によって膜中の元素（Ｃ）が脱離するため、その反応は不可逆反応でありＨ２ガスのプラズマによってＳｉＯＣＨ膜中から脱離した炭素を戻すことができないことから、この特許文献２の技術を適用できない。 Moreover, the technique described in Patent Document 2 is that an insulating film having Si—H bonds is used in an ashing process, and is oxidized by plasma obtained by converting O 2 gas into plasma to form Si—OH bonds, which causes a problem. Thus, the Si—OH bond is reduced by the plasma of H 2 gas and returned to the Si—H bond. As described above, since the element (C) in the SiOCH film is desorbed by oxygen as a plasma component, the reaction is an irreversible reaction, and the carbon desorbed from the SiOCH film by the H2 gas plasma is returned. Therefore, the technique of Patent Document 2 cannot be applied.

特開２０００−２４３７４９（２ページ目右欄２７行目〜２９行目、４ページ目左欄３行目〜８行目）JP 2000-243749 (2nd page right column 27th line to 29th line, 4th page left column 3rd line to 8th line) 特開平１１−８７３３２（（０００９）、（００１５））JP-A-11-87332 ((0009), (0015))

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、シリコン、炭素、酸素及び水素を含む低誘電率膜をエッチングした後のアッシング工程において、当該低誘電率膜からの炭素の脱離を抑制できる半導体装置の製造方法を提供することにある。また本発明の他の目的は、このような半導体装置の製造方法を実施できるプラズマ処理装置と、半導体装置の製造方法を制御するためのコンピュータプログラムを格納した記憶媒体とを提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to remove carbon from the low dielectric constant film in an ashing process after etching the low dielectric constant film containing silicon, carbon, oxygen and hydrogen. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can suppress the desorption. Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of performing such a semiconductor device manufacturing method and a storage medium storing a computer program for controlling the semiconductor device manufacturing method.

本発明の半導体装置の製造方法は、
基板に形成されたシリコン、炭素、酸素及び水素を含む低誘電率膜をレジストマスクを用いてエッチングを行うエッチング工程と、
次いでエッチングにより形成された凹部の露出面を保護するために基板の表面に保護膜を堆積する堆積工程と、
その後酸素を含むプラズマによりアッシングを行うことでレジストマスクを除去するアッシング工程と、を含むことを特徴とする。 A method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes:
An etching step of etching a low dielectric constant film containing silicon, carbon, oxygen and hydrogen formed on a substrate using a resist mask;
Next, a deposition step of depositing a protective film on the surface of the substrate in order to protect the exposed surface of the recess formed by etching,
And an ashing step of removing the resist mask by performing ashing with plasma containing oxygen.

前記堆積工程において使用される処理ガスは炭素及び水素の化合物からなるガスであることが好ましく、更にＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４及びＣ２Ｈ６から選択されるガスであることが好ましい。 The processing gas used in the deposition step is preferably a gas made of a compound of carbon and hydrogen, and more preferably a gas selected from CH4, C2H2, C2H4 and C2H6.

前記堆積工程は、基板が載置される下部電極とこの下部電極に対向する上部電極との間に供給される第１の高周波により処理ガスをプラズマ化すると共に、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波をバイアス用の高周波電源により下部電極に供給することにより行われ、
前記バイアス用の高周波電源による供給電力を基板の表面積で除した大きさが１００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以上、１０００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以下であることが好ましい。 In the deposition step, the processing gas is converted into plasma by the first high frequency supplied between the lower electrode on which the substrate is placed and the upper electrode facing the lower electrode, and at a frequency higher than that of the first high frequency. By supplying a low second high frequency to the lower electrode by a high frequency power supply for biasing,
The size obtained by dividing the power supplied by the bias high-frequency power source by the surface area of the substrate is preferably 100 W / 706855.8 mm ² or more and 1000 W / 706685.8 mm ² or less.

前記堆積工程は、処理雰囲気の圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以下に設定してＣＨ４をプラズマ化することにより行われることが好ましい。 The deposition step is preferably performed by setting the pressure of the processing atmosphere to 6.7 Pa (50 mTorr) or less and converting CH4 into plasma.

また、エッチング工程、堆積工程及びアッシング工程は、同一処理室内で連続して行われることが好ましい。 In addition, the etching process, the deposition process, and the ashing process are preferably performed continuously in the same processing chamber.

前記アッシング工程は、基板が載置される下部電極とこの下部電極に対向する上部電極との間に供給される第３の高周波によりアッシング用のガスをプラズマ化すると共に、第３の高周波よりも周波数の低い第４の高周波をバイアス用の高周波電源により下部電極に供給することにより行われ、
前記バイアス用の高周波電源による供給電力を基板の表面積で除した大きさが１００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以上、５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以下であることが好ましい。 In the ashing step, the ashing gas is converted into plasma by a third high frequency supplied between the lower electrode on which the substrate is placed and the upper electrode facing the lower electrode. A fourth high frequency having a low frequency is supplied to the lower electrode by a high frequency power supply for biasing,
The size obtained by dividing the power supplied by the bias high-frequency power source by the surface area of the substrate is preferably 100 W / 706855.8 mm ² or more and 500 W / 706685.8 mm ² or less.

本発明のプラズマ処理装置は、
シリコン、炭素、酸素及び水素を含む低誘電率膜が形成された基板をプラズマにより処理するプラズマ処理装置において、
処理室内に設けられ、基板の載置台を兼用する下部電極と、
この下部電極に対向する上部電極と、
前記下部電極または上部電極に接続され、ガスをプラズマ化するためのプラズマ発生用の高周波を供給するためのプラズマ発生用の高周波電源と、
前記下部電極に接続され、プラズマ発生用の高周波よりも周波数の低いバイアス用の高周波を供給するためのバイアス用の高周波電源と、
前記低誘電率膜をエッチングするためのエッチングガスを処理室内に供給する手段と、
前記エッチングにより形成された凹部の露出面を保護するための保護膜の原料となるガスを処理室内に供給する手段と、
レジストマスクをアッシングにより除去するための酸素を含むアッシングガスを処理室内に供給する手段と、
前記半導体装置の製造方法を実行するための制御手段と、を備えたことを特徴とする。 The plasma processing apparatus of the present invention comprises:
In a plasma processing apparatus for processing a substrate on which a low dielectric constant film containing silicon, carbon, oxygen and hydrogen is formed with plasma,
A lower electrode provided in the processing chamber and also serving as a substrate mounting table;
An upper electrode facing the lower electrode;
A high-frequency power source for plasma generation for supplying a high-frequency for plasma generation connected to the lower electrode or the upper electrode, and for generating gas into plasma;
A high frequency power source for bias connected to the lower electrode, for supplying a high frequency for bias lower than a high frequency for plasma generation, and
Means for supplying an etching gas for etching the low dielectric constant film into the processing chamber;
Means for supplying a gas, which is a raw material of a protective film for protecting the exposed surface of the recess formed by the etching, into the processing chamber;
Means for supplying an ashing gas containing oxygen for removing the resist mask by ashing into the processing chamber;
And a control means for executing the semiconductor device manufacturing method.

本発明の記憶媒体は、
プラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、前記半導体装置の製造方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする。 The storage medium of the present invention is
A storage medium storing a computer program used in a plasma processing apparatus and operating on a computer,
In the computer program, steps are set so as to perform the method for manufacturing the semiconductor device.

本発明は、シリコン、炭素、酸素及び水素を含む低誘電率膜からなる絶縁膜例えばＳｉＯＣＨ膜の上にレジストマスクが積層された基板に対してエッチング及びアッシングを行うにあたって、アッシングを行う前に、エッチングにより形成されたＳｉＯＣＨ膜の凹部の露出面を保護するために基板の表面に保護膜を堆積することにより、その後のアッシングによって炭素の脱離を抑制することができ、膜質の低下を抑えることができる。 The present invention performs etching and ashing on a substrate in which a resist mask is laminated on an insulating film made of a low dielectric constant film containing silicon, carbon, oxygen and hydrogen, for example, a SiOCH film, before performing ashing. By depositing a protective film on the surface of the substrate to protect the exposed surface of the recess of the SiOCH film formed by etching, carbon detachment can be suppressed by subsequent ashing, and deterioration in film quality can be suppressed. Can do.

次に、図１を用いて本発明におけるプラズマ処理方法を実施するプラズマ処理装置の一例について説明する。図１に示したプラズマ処理装置２は、例えば内部が密閉空間となっている真空チャンバからなる処理室２１と、この処理室２１内の底面中央に配設された載置台３と、載置台３の上方に当該載置台３と対向するように設けられた上部電極４とを備えている。 Next, an example of a plasma processing apparatus that performs the plasma processing method of the present invention will be described with reference to FIG. A plasma processing apparatus 2 shown in FIG. 1 includes, for example, a processing chamber 21 formed of a vacuum chamber having a sealed space inside, a mounting table 3 disposed in the center of the bottom surface in the processing chamber 21, and a mounting table 3 And an upper electrode 4 provided to face the mounting table 3.

前記処理室２１は電気的に接地されており、また処理室２１の底面の排気口２２には排気管２４を介して排気装置２３が接続されている。この排気装置２３には図示しない圧力調整部が接続されており、この圧力調整部は後述の制御部２Ａからの信号によって処理室２１内を真空排気して所望の真空度に維持するように構成されている。処理室２１の壁面にはウェハＷの搬送口２５が設けられており、この搬送口２５はゲートバルブ２６によって開閉可能となっている。 The processing chamber 21 is electrically grounded, and an exhaust device 23 is connected to an exhaust port 22 on the bottom surface of the processing chamber 21 via an exhaust pipe 24. A pressure adjusting unit (not shown) is connected to the exhaust device 23, and the pressure adjusting unit is configured to evacuate the processing chamber 21 by a signal from a control unit 2A described later to maintain a desired degree of vacuum. Has been. A transfer port 25 for the wafer W is provided on the wall surface of the processing chamber 21, and the transfer port 25 can be opened and closed by a gate valve 26.

載置台３は、下部電極３１とこの下部電極３１を下方から支持する支持体３２とからなり、処理室２１の底面に絶縁部材３３を介して配設されている。載置台３の上部には静電チャック３４が設けられ、この静電チャック３４を介して載置台３上にウェハＷが載置される。静電チャック３４は絶縁材料からなり、この静電チャック３４の内部には高圧直流電源３５に接続された電極箔３６が設けられている。高圧直流電源３５からこの電極箔３６に電圧が印加されることによって静電チャック３４表面に静電気が発生して、載置台３に載置されたウェハＷは静電チャック３４に静電吸着されるように構成されている。静電チャック３４には後述するバックサイドガスをこの静電チャック３４の上部に放出するための貫通孔３４ａが設けられている。 The mounting table 3 includes a lower electrode 31 and a support 32 that supports the lower electrode 31 from below, and is disposed on the bottom surface of the processing chamber 21 via an insulating member 33. An electrostatic chuck 34 is provided on the mounting table 3, and the wafer W is mounted on the mounting table 3 through the electrostatic chuck 34. The electrostatic chuck 34 is made of an insulating material, and an electrode foil 36 connected to a high voltage DC power source 35 is provided inside the electrostatic chuck 34. When a voltage is applied to the electrode foil 36 from the high-voltage DC power source 35, static electricity is generated on the surface of the electrostatic chuck 34, and the wafer W placed on the mounting table 3 is electrostatically attracted to the electrostatic chuck 34. It is configured as follows. The electrostatic chuck 34 is provided with a through hole 34 a for discharging a backside gas, which will be described later, to the upper portion of the electrostatic chuck 34.

載置台３内には所定の冷媒（例えば、従来公知のフッ素系流体、水等）が通る冷媒流路３７が形成されており、冷媒がこの冷媒流路３７を流れることで載置台３が冷却され、この載置台３を介して載置台３上に載置されたウェハＷが所望の温度に冷却されるように構成されている。また、下部電極３１には図示しない温度センサーが装着されており、この温度センサーによって下部電極３１上のウェハＷの温度が常時監視されている。 A refrigerant flow path 37 through which a predetermined refrigerant (for example, a conventionally known fluorine-based fluid, water, etc.) passes is formed in the mounting table 3, and the mounting table 3 is cooled by the refrigerant flowing through the refrigerant flow path 37. The wafer W mounted on the mounting table 3 is cooled to a desired temperature via the mounting table 3. A temperature sensor (not shown) is attached to the lower electrode 31, and the temperature of the wafer W on the lower electrode 31 is constantly monitored by this temperature sensor.

また載置台３の内部にはＨｅ（ヘリウム）ガス等の熱伝導性ガスをバックサイドガスとして供給するガス流路３８が形成されており、このガス流路３８は載置台３の上面の複数箇所で開口している。これらの開口部は静電チャック３４に設けられた前記貫通孔３４ａと連通しており、ガス流路３８にバックサイドガスを供給すると、このバックサイドガスは貫通孔３４ａを介して静電チャック３４の上部へ流出する。このバックサイドガスが静電チャック３４と静電チャック３４上に載置されたウェハＷとの隙間全体に均等に拡散することにより、この隙間における熱伝導性が高まるようになっている。 In addition, a gas flow path 38 for supplying a heat conductive gas such as He (helium) gas as a backside gas is formed inside the mounting table 3, and the gas flow path 38 is provided at a plurality of locations on the upper surface of the mounting table 3. It is open at. These openings communicate with the through holes 34a provided in the electrostatic chuck 34. When a backside gas is supplied to the gas flow path 38, the backside gas is passed through the through holes 34a. To the top of The backside gas is uniformly diffused over the entire gap between the electrostatic chuck 34 and the wafer W placed on the electrostatic chuck 34, so that the thermal conductivity in the gap is increased.

前記下部電極３１はハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３ａを介して接地され、また下部電極３１には第２及び第４の高周波に対応する高周波例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電源３１ａが整合器３１ｂを介して接続されている。この例では第２及び第４の高周波として、同じ１３．５６ＭＨｚの高周波を供給するようにしているが、周波数の異なる２種類の高周波を例えば２ＭＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数から選択して第２及び第４の高周波として供給するようにしてもよい。 The lower electrode 31 is grounded via a high-pass filter (HPF) 3a, and a high-frequency power source 31a of 13.56 MHz corresponding to the second and fourth high frequencies, for example, 13.56 MHz is connected to the lower electrode 31 via a matching unit 31b. Has been. In this example, the same high frequency of 13.56 MHz is supplied as the second and fourth high frequencies, but two types of high frequencies having different frequencies are selected from, for example, frequencies of 2 MHz to 13.56 MHz. You may make it supply as a 4th high frequency.

また下部電極３１の外周縁には静電チャック３４を囲むようにフォーカスリング３９が配置され、プラズマ発生時にこのフォーカスリング３９を介してプラズマが載置台３上のウェハＷに集束するように構成されている。 A focus ring 39 is disposed on the outer peripheral edge of the lower electrode 31 so as to surround the electrostatic chuck 34. The plasma is focused on the wafer W on the mounting table 3 through the focus ring 39 when plasma is generated. ing.

上部電極４は中空状に形成され、その下面には処理室２１内へ処理ガスを分散供給するための多数の孔４１が例えば均等に分散して形成されてガスシャワーヘッドを構成している。また上部電極４の上面中央にはガス導入管４２が設けられ、このガス導入管４２は絶縁部材２７を介して処理室２１の上面中央を貫通している。そしてこのガス導入管４２は上流側において５本に分岐して分岐管４２Ａ〜４２Ｅを形成し、バルブ４３Ａ〜４３Ｅと流量制御部４４Ａ〜４４Ｅとを介してガス供給源４５Ａ〜４５Ｅに接続されている。このバルブ４３Ａ〜４３Ｅ、流量制御部４４Ａ〜４４Ｅはガス供給系４６を構成して後述の制御部２Ａからの制御信号によって各ガス供給源４５Ａ〜４５Ｅのガス流量及び給断の制御を行うことができる。 The upper electrode 4 is formed in a hollow shape, and a plurality of holes 41 for dispersing and supplying the processing gas into the processing chamber 21 are formed on the lower surface thereof, for example, uniformly distributed to constitute a gas shower head. A gas introduction pipe 42 is provided at the center of the upper surface of the upper electrode 4, and this gas introduction pipe 42 penetrates the center of the upper surface of the processing chamber 21 through an insulating member 27. The gas introduction pipe 42 is branched into five on the upstream side to form branch pipes 42A to 42E, which are connected to gas supply sources 45A to 45E via valves 43A to 43E and flow rate control units 44A to 44E. Yes. The valves 43A to 43E and the flow rate control units 44A to 44E constitute a gas supply system 46 and control the gas flow rate and supply / disconnection of the gas supply sources 45A to 45E by a control signal from the control unit 2A described later. it can.

上部電極４はローパスフィルタ（ＬＰＦ）４７を介して接地されており、またこの上部電極４には第１及び第３の高周波として、第２及び第４の高周波電源３１ａよりも周波数の高い高周波例えば６０ＭＨｚの高周波電源４ａが整合器４ｂを介して接続されている。この例では第１及び第３の高周波として、同じ６０ＭＨｚの高周波を供給するようにしているが、周波数の異なる２種類の高周波を例えば５０ＭＨｚ〜１５０ＭＨｚの周波数から選択して第１及び第３の高周波として供給するようにしてもよい。 The upper electrode 4 is grounded via a low pass filter (LPF) 47, and the upper electrode 4 has a high frequency higher than that of the second and fourth high frequency power sources 31a as the first and third high frequencies, for example. A 60 MHz high frequency power source 4a is connected via a matching unit 4b. In this example, the same high frequency of 60 MHz is supplied as the first and third high frequencies, but two types of high frequencies having different frequencies are selected from frequencies of 50 MHz to 150 MHz, for example, and the first and third high frequencies are selected. You may make it supply as.

上部電極４に接続された高周波電源４ａからの高周波は、第１及び第３の高周波に相当するものであって、処理ガスをプラズマ化するためのものであり、下部電極３１に接続された高周波電源３１ａからの高周波は、第２及び第４の高周波に相当するものであって、ウェハＷにバイアス電力を印加することでプラズマ中のイオンをウェハＷ表面に引き込むものである。尚、高周波電源４ａ及び３１ａは制御部２Ａに接続されており、制御信号に従って上部電極４及び下部電極３１に供給される電力が制御される。 The high frequency from the high frequency power source 4a connected to the upper electrode 4 corresponds to the first and third high frequencies, and is used to convert the processing gas into plasma. The high frequency connected to the lower electrode 31 The high frequency from the power source 31a corresponds to the second and fourth high frequencies, and the ions in the plasma are attracted to the surface of the wafer W by applying a bias power to the wafer W. The high frequency power sources 4a and 31a are connected to the control unit 2A, and the power supplied to the upper electrode 4 and the lower electrode 31 is controlled according to the control signal.

また、このプラズマ処理装置２には例えばコンピュータからなる制御部２Ａが設けられており、この制御部２Ａはプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部２Ａからプラズマ処理装置２の各部に制御信号を送り、後述の各ステップを進行させることでウェハＷに対してプラズマ処理を施すように命令が組み込まれている。また、例えばメモリには処理圧力、処理時間、ガス流量、電力値などの処理パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの処理パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこのプラズマ処理装置２の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部２Ｂに格納されて制御部２Ａにインストールされる。 In addition, the plasma processing apparatus 2 is provided with a control unit 2A composed of, for example, a computer. The control unit 2A includes a data processing unit composed of a program, a memory, a CPU, and the like. A control signal is sent to each part of the plasma processing apparatus 2 and a command is incorporated to perform plasma processing on the wafer W by advancing each step described later. In addition, for example, the memory has an area in which processing parameter values such as processing pressure, processing time, gas flow rate, and power value are written, and these processing parameters are read when the CPU executes each instruction of the program. A control signal corresponding to the parameter value is sent to each part of the plasma processing apparatus 2. This program (including programs related to processing parameter input operations and display) is stored in the storage unit 2B such as a computer storage medium such as a flexible disk, a compact disk, or an MO (magneto-optical disk) and installed in the control unit 2A.

次に、前記プラズマ処理装置２を用いた本発明の半導体装置の製造方法の実施の形態について説明する。まずゲートバルブ２６を開いて処理室２１内へ図示しない搬送機構により３００ｍｍ（１２インチ）ウェハＷを搬入する。このウェハＷを載置台３上に水平に載置した後、ウェハＷを載置台３に静電吸着する。その後搬送機構を処理室２１から退去させてゲートバルブ２６を閉じる。引き続きガス流路３８からバックサイドガスを供給して、ウェハＷを所定の温度に冷却する。その後以下のステップを行う。 Next, an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention using the plasma processing apparatus 2 will be described. First, the gate valve 26 is opened, and a 300 mm (12 inch) wafer W is loaded into the processing chamber 21 by a transfer mechanism (not shown). After the wafer W is horizontally placed on the mounting table 3, the wafer W is electrostatically attracted to the mounting table 3. Thereafter, the transfer mechanism is moved away from the processing chamber 21 and the gate valve 26 is closed. Subsequently, backside gas is supplied from the gas flow path 38 to cool the wafer W to a predetermined temperature. Then perform the following steps:

ここで、ウェハＷの表面部の構造を図２（ａ）に示しておく。尚、この例では銅配線をデュアルダマシンで形成する工程の一部を表している。図２（ａ）において、５６はＣｕ配線、５３はエッチストッパであるＳｉＣ膜、５４は層間絶縁膜であるＳｉＯＣＨ膜、５９はハードマスクであるＳｉＯ２膜、５１はレジストマスク、５５は開口部である。 Here, the structure of the surface portion of the wafer W is shown in FIG. In this example, a part of the process of forming the copper wiring by the dual damascene is shown. In FIG. 2A, 56 is a Cu wiring, 53 is a SiC film as an etch stopper, 54 is a SiOCH film as an interlayer insulating film, 59 is a SiO 2 film as a hard mask, 51 is a resist mask, and 55 is an opening. is there.

（ステップ１：エッチング）
排気装置２３により排気管２４を介して処理室２１内の排気を行い処理室２１内を所定の真空度に保持した後、ガス供給系４６より例えばＣＦ４ガス、Ｏ２ガス及びＡｒガスを供給する。続いて周波数が６０ＭＨｚの第１の高周波を電力を例えば基板の表面積で除した大きさが１０００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２（３００ｍｍウェハＷの面積）として上部電極４に供給して前記ガスの混合ガスである処理ガスをプラズマ化すると共に、周波数が１３．５６ＭＨｚの第２の高周波を電力を例えば３００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２として下部電極３１に供給する。 (Step 1: Etching)
After exhausting the inside of the processing chamber 21 by the exhaust device 23 via the exhaust pipe 24 and maintaining the inside of the processing chamber 21 at a predetermined degree of vacuum, for example, CF 4 gas, O 2 gas and Ar gas are supplied from the gas supply system 46. Subsequently, the first high frequency with a frequency of 60 MHz is supplied to the upper electrode 4 as a size obtained by dividing the electric power by the surface area of the substrate, for example, 1000 W / 706685.8 mm ² (the area of the 300 mm wafer W) and mixed with the above gas A certain processing gas is turned into plasma, and a second high frequency having a frequency of 13.56 MHz is supplied to the lower electrode 31 with power of, for example, 300 W / 706685.8 mm ² .

このプラズマ中には、炭素とフッ素との化合物の活性種が含まれており、ＳｉＯ２膜５９及びＳｉＯＣＨ膜５４がこれら活性種雰囲気に曝されると、これらの膜中の原子と反応した化合物が生成され、これにより図２（ｂ）に示すようにＳｉＯ２膜５９及びＳｉＯＣＨ膜５４がエッチングされて凹部５７が形成される。 This plasma contains active species of a compound of carbon and fluorine, and when the SiO 2 film 59 and the SiOCH film 54 are exposed to the atmosphere of these active species, a compound that reacts with atoms in these films. As a result, the SiO 2 film 59 and the SiOCH film 54 are etched to form a recess 57 as shown in FIG.

（ステップ２：堆積工程）
エッチング終了後、高周波電源４ａ、３１ａからの給電を止めて処理室２１内におけるプラズマの発生を停止した後、ガス供給系４６からのガスの供給を止める。次に排気装置２３により処理室２１内を排気して残存しているガスを除去して処理室２１内を所定の真空度に保持する。 (Step 2: Deposition process)
After the etching is finished, the power supply from the high frequency power sources 4a and 31a is stopped to stop the generation of plasma in the processing chamber 21, and then the supply of gas from the gas supply system 46 is stopped. Next, the inside of the processing chamber 21 is exhausted by the exhaust device 23 to remove the remaining gas, and the inside of the processing chamber 21 is maintained at a predetermined degree of vacuum.

ガス供給系４６より例えば炭素と水素との化合物からなるガス例えばＣＨ４ガスを供給して処理室２１内を例えば６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以下の圧力に保持した後、周波数が６０ＭＨｚの第１の高周波を電力を例えば７５０Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２として上部電極４に供給して前記ガスの混合ガスである処理ガスをプラズマ化すると共に、バイアス用の高周波として、周波数が１３．５６ＭＨｚの第２の高周波を電力を例えば５００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２として下部電極３１に供給する。 For example, a gas composed of a compound of carbon and hydrogen, for example, CH 4 gas is supplied from the gas supply system 46 to maintain the inside of the processing chamber 21 at a pressure of, for example, 6.7 Pa (50 mTorr) or less, and then a first high frequency having a frequency of 60 MHz. Is supplied to the upper electrode 4 at a power of, for example, 750 W / 7065.8 mm ² to convert the processing gas, which is a mixed gas of the gas, into plasma, and a second high frequency of 13.56 MHz is used as a high frequency for biasing. Electric power is supplied to the lower electrode 31 as 500 W / 706855.8 mm ^2, for example.

このプラズマにより図２（ｃ）に示すようにレジストマスク５１の表面、開口部５５の壁面、凹部５７の壁面及び底面に炭素または炭素及び水素からなる保護膜６１が堆積する。この保護膜６１は前述のエッチング工程において生成したＳｉＯＣＨ膜５４の露出面を保護して、後述のアッシング工程において使用されるプラズマによる炭素の脱離を抑制するためのものである。 As shown in FIG. 2C, the plasma deposits a protective film 61 made of carbon or carbon and hydrogen on the surface of the resist mask 51, the wall surface of the opening 55, and the wall surface and bottom surface of the recess 57. This protective film 61 protects the exposed surface of the SiOCH film 54 generated in the above-described etching process, and suppresses the detachment of carbon due to plasma used in the ashing process described later.

この時下部電極３１に高周波を供給しない場合には、プラズマはウェハＷに強く引き込まれないため、ウェハＷの表面側に堆積する保護膜６１の量が多くなる。つまり、レジストマスク５１の表面及び開口部５５の壁面に堆積する保護膜６１の量が多くなり、凹部５７の壁面及び底面に堆積する量が少なくなる。そのような場合、凹部５７の壁面及び底面に所望の厚さの保護膜６１を堆積させるためには長い時間が必要となり、生産性の低下に繋がる。また、後述のアッシング工程においてアッシングに要する時間が長くなると共に、アッシングによって炭素の残渣が多く生成されてパーティクルの原因となることが予測される。そこで、前述の通り下部電極３１に例えば１００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２から１０００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２のバイアス電力を印加して、上部電極４に供給される高周波によりプラズマ化されるプラズマをウェハＷに強く引き込むことによって、レジストマスク５１の表面、開口部５５の壁面、凹部５７の壁面及び底面に均一に保護膜６１を堆積させることができ、更に凹部５７の壁面に優先的に保護膜６１を堆積させることも可能である。 At this time, when the high frequency is not supplied to the lower electrode 31, the plasma is not strongly drawn into the wafer W, so that the amount of the protective film 61 deposited on the surface side of the wafer W increases. That is, the amount of the protective film 61 deposited on the surface of the resist mask 51 and the wall surface of the opening 55 increases, and the amount deposited on the wall surface and bottom surface of the recess 57 decreases. In such a case, it takes a long time to deposit the protective film 61 having a desired thickness on the wall surface and bottom surface of the recess 57, leading to a decrease in productivity. In addition, the time required for ashing in an ashing process described later is increased, and it is predicted that a large amount of carbon residue is generated by ashing and causes particles. Therefore, as described above, a bias power of, for example, 100 W / 706685.8 mm ² to 1000 W / 706685.8 mm ² is applied to the lower electrode 31, and plasma generated by the high frequency supplied to the upper electrode 4 is strongly applied to the wafer W. By pulling in, the protective film 61 can be uniformly deposited on the surface of the resist mask 51, the wall surface of the opening 55, the wall surface and the bottom surface of the recess 57, and the protective film 61 is deposited preferentially on the wall surface of the recess 57. It is also possible.

保護膜６１を堆積させるためのガスとしては例えばＣＨ４を使用することができるが、これに限られずＣ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６等の炭素と水素との化合物からなるガスの１種類以上を用いることができる。また、例えばＡｒなどの希ガスやＮ２などを希釈ガスとして上記のガスと共に使用することができる。保護膜６１を堆積させるときの処理圧力としては、凹部５７の底面まで均等にプラズマを行き渡らせるために、処理ガスとしてＣＨ４を用いる場合には後述の実施例からも６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以下であることが好ましいが、この処理圧力の範囲は前述のガスの種類によって最適化する必要があると考えられる。 As a gas for depositing the protective film 61, for example, CH4 can be used, but is not limited to this, and one or more kinds of gases made of a compound of carbon and hydrogen such as C2H2, C2H4, C2H6 can be used. . Further, for example, a rare gas such as Ar or N 2 can be used as a dilution gas together with the above gas. The processing pressure for depositing the protective film 61 is 6.7 Pa (50 mTorr) or less from the examples described later when CH 4 is used as the processing gas in order to distribute the plasma uniformly to the bottom surface of the recess 57. Although it is preferable, it is thought that the range of this processing pressure needs to be optimized according to the kind of gas mentioned above.

（ステップ３：アッシング工程）
保護膜６１の堆積後、高周波電源４ａ、３１ａからの給電を止めて処理室２１内におけるプラズマの発生を停止した後、ガス供給系４６からのガスの供給を止める。次に排気装置２３により処理室２１内を排気して残存しているガスを除去して処理室２１内を所定の真空度に保持する。 (Step 3: Ashing process)
After deposition of the protective film 61, power supply from the high frequency power sources 4a and 31a is stopped to stop plasma generation in the processing chamber 21, and then supply of gas from the gas supply system 46 is stopped. Next, the inside of the processing chamber 21 is exhausted by the exhaust device 23 to remove the remaining gas, and the inside of the processing chamber 21 is maintained at a predetermined degree of vacuum.

ガス供給系４６より例えばＣＯ２ガスを供給して、周波数が６０ＭＨｚの第３の高周波を電力を例えば２００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２として上部電極４に供給して前記ガスをプラズマ化すると共に、周波数が１３．５６ＭＨｚの第４の高周波を電力を例えば４００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２として下部電極３１に供給する。 For example, CO 2 gas is supplied from the gas supply system 46, and the third high frequency with a frequency of 60 MHz is supplied to the upper electrode 4 with electric power of, for example, 200 W / 70685.8 mm ² to turn the gas into plasma, and the frequency is 13 The fourth high frequency of .56 MHz is supplied to the lower electrode 31 with the power being 400 W / 706685.8 mm ^2, for example.

このプラズマにより図２（ｄ）に示すようにレジストマスク５１がアッシングされ、保護膜６１も有機膜であるためアッシングによって除去される。 As shown in FIG. 2D, the resist mask 51 is ashed by this plasma, and the protective film 61 is also an organic film and is removed by ashing.

このアッシング工程においては、下部電極３１に第４の高周波を電力を例えば１００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２から５００Ｗ／７０６８５．８ｍｍ^２として供給することが好ましい。この場合、上部電極４に供給される第３の高周波によってプラズマ化される前記ガスのプラズマはウェハＷに強く引き込まれ、レジストマスク５１のアッシングを選択的に行うことができる。 In this ashing process, it is preferable to supply a fourth frequency, for example, from 100W / 70685.8mm ² power to the lower electrode 31 as 500W / 70685.8mm ^2. In this case, the plasma of the gas that is converted into plasma by the third high frequency supplied to the upper electrode 4 is strongly drawn into the wafer W, and the ashing of the resist mask 51 can be performed selectively.

プラズマを生成するガスとしては、前述のＣＯ２ガスに限定されることなく、例えばＯ２ガスなどを使用することができる。ＣＯ２ガスを用いた場合には、ＣＯ２ガスは安定であり、Ｏ２ガスと比較してＳｉＯＣＨ膜５４膜中の炭素と反応を起こす活性種の生成量が極めて少ないため、ＳｉＯＣＨ膜５４からの炭素の脱離をより一層抑制することができる利点がある。また、例えばＡｒなどの希ガスやＮ２などを希釈ガスとして上記のガスと共に使用することができる。 The gas for generating plasma is not limited to the above-mentioned CO2 gas, and for example, O2 gas can be used. When CO2 gas is used, the CO2 gas is stable, and the amount of active species that react with carbon in the SiOCH film 54 is extremely small compared to O2 gas. There is an advantage that desorption can be further suppressed. Further, for example, a rare gas such as Ar or N 2 can be used as a dilution gas together with the above gas.

上部電極４及び下部電極３１に供給する第３及び第４の高周波の周波数は、この場合は夫々第１及び第２の高周波と同じ周波数としたが、第３の高周波の周波数よりも第４の高周波の周波数が低ければこれに限られることなく、例えば第３の高周波として５０ＭＨｚ、第４の高周波として２ＭＨｚの高周波を供給するようにしても構わない。 In this case, the third and fourth high-frequency frequencies supplied to the upper electrode 4 and the lower electrode 31 are the same as the first and second high-frequency frequencies, but the fourth frequency is higher than the third high-frequency frequency. For example, a high frequency of 50 MHz may be supplied as the third high frequency, and a high frequency of 2 MHz may be supplied as the fourth high frequency.

尚、この後例えば凹部５７に犠牲膜となる有機膜を埋め込み、この有機膜を利用して凹部５７を加工してＣｕを埋め込み、配線構造を形成する。 After that, for example, an organic film serving as a sacrificial film is embedded in the recess 57, and the recess 57 is processed using this organic film to embed Cu to form a wiring structure.

上述の実施の形態によれば、ＳｉＯＣＨ膜５４をエッチングした後、アッシング前に保護膜６１を堆積しているので、アッシング時にＳｉＯＣＨ膜５４の露出面が酸素の活性種による反応から保護されるので、ＳｉＯＣＨ膜５４からの炭素の脱離を低減することができ、このためＳｉＯＣＨ膜５４の誘電率の低下が抑えられるので、予定としている電気的特性を有する半導体装置を得ることができる。 According to the above-described embodiment, since the protective film 61 is deposited after the etching of the SiOCH film 54 and before ashing, the exposed surface of the SiOCH film 54 is protected from the reaction due to the active species of oxygen during ashing. Therefore, the desorption of carbon from the SiOCH film 54 can be reduced, and therefore, the decrease in the dielectric constant of the SiOCH film 54 can be suppressed, so that a semiconductor device having the expected electrical characteristics can be obtained.

ＣＨ４ガスを用いる場合には、後述の実験例からも分かる通り、処理圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以下とすることで、凹部５７の底面まで均等にプラズマを行き渡らせてＳｉＯＣＨ膜５４の露出面への保護膜６１の堆積を速やかに行うことができるため、レジストマスク５１の表面への保護膜６１の堆積を減少させ、アッシング工程に要する時間を短くすることができる。この処理圧力の条件は、使用するガスごとに実験によって最適値を求めることができる。 In the case of using CH4 gas, as will be understood from an experimental example described later, by setting the processing pressure to 6.7 Pa (50 mTorr) or less, the plasma is evenly distributed to the bottom surface of the recess 57 to expose the exposed surface of the SiOCH film 54. Therefore, the deposition of the protective film 61 on the surface of the resist mask 51 can be reduced, and the time required for the ashing process can be shortened. As the processing pressure condition, an optimum value can be obtained by experiments for each gas used.

また本発明のプラズマ処理装置２は、ウェハＷを処理室２１内から搬入出することなく、ＳｉＯＣＨ膜５４のエッチング工程、堆積工程及びアッシング工程を同じ処理室２１内において、使用ガスや処理圧力などのプロセス条件を変更することによって行うことができるため、ウェハＷの搬入出の時間や複数の処理室２１を設置する場所を省くことができる。 Further, the plasma processing apparatus 2 of the present invention performs the etching process, the deposition process, and the ashing process of the SiOCH film 54 in the same processing chamber 21 without carrying the wafer W in and out of the processing chamber 21. Therefore, it is possible to omit the time for loading and unloading the wafer W and the place where the plurality of processing chambers 21 are installed.

本発明においてプラズマ処理を行うウェハＷは、ＳｉＯＣＨ膜５４等の絶縁膜の上に直接レジストマスク５１が形成されていても良いし、ＳｉＯＣＨ膜５４等の絶縁膜の上に形成されたＳｉＯ２膜５９などのハードマスクとレジストマスク５１との間に例えば露光時の反射を防止するための反射防止膜が形成されていても構わない。 In the wafer W to be subjected to plasma processing in the present invention, the resist mask 51 may be formed directly on the insulating film such as the SiOCH film 54, or the SiO 2 film 59 formed on the insulating film such as the SiOCH film 54. For example, an antireflection film for preventing reflection at the time of exposure may be formed between the hard mask and the resist mask 51.

本発明に用いるプラズマ処理装置２として、処理ガスをプラズマ化するための第１及び第３の高周波は上部電極４の代わりに下部電極３１に供給するようにし、いわゆる下部２周波の構成の装置を採用してもよい。 As the plasma processing apparatus 2 used in the present invention, the first and third high-frequency waves for converting the processing gas into plasma are supplied to the lower electrode 31 instead of the upper electrode 4, and an apparatus having a so-called lower two-frequency structure is provided. It may be adopted.

次に本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。 Next, experiments conducted for confirming the effects of the present invention will be described.

以下の実験においては、図３に示すように、直径３００ｍｍのベアシリコンウェハ上に、エッチストッパとしての役割を果たすＳｉＣ膜５３、低誘電率膜であるＳｉＯＣＨ膜５４、ハードマスクとして用いられるＳｉＯ２膜５９、パターンの形成されているレジストマスク５１がこの順に積層されたテスト用のウェハＷを用い、既述の（ステップ１）に記載したエッチングを以下のプロセス条件において行ったウェハＷを用いた。 In the following experiment, as shown in FIG. 3, a SiC film 53 serving as an etch stopper, a SiOCH film 54 as a low dielectric constant film, and a SiO 2 film used as a hard mask on a bare silicon wafer having a diameter of 300 mm. 59, a test wafer W in which resist masks 51 having patterns formed thereon are laminated in this order was used, and a wafer W obtained by performing the etching described in (Step 1) under the following process conditions was used.

（エッチング工程）
上部電極４の周波数：６０ＭＨｚ
上部電極４の電力：１０００Ｗ
下部電極３１の周波数：１３．５６ＭＨｚ
下部電極３１の電力：３００Ｗ
処理圧力：１０Ｐａ（７５ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＣＦ４／Ｏ２／Ａｒ＝５０／１００／１００ｓｃｃｍ
処理時間：７０ｓｅｃ
このエッチングを行う際、図３に示したように、ＳｉＯＣＨ膜５４には凹部５７としてライン状の溝部５８を形成し、この溝部５８の底面におけるダメージ層６０（炭素の脱離した層の膜厚）及び保護膜６１の評価を行うため、ＳｉＣ膜５３の表面までエッチングが達しないように、すなわち溝部５８の底面がＳｉＯＣＨ膜５４の中央付近となるように、エッチング条件を調整した。 (Etching process)
Upper electrode 4 frequency: 60 MHz
Power of upper electrode 4: 1000 W
Lower electrode 31 frequency: 13.56 MHz
Power of lower electrode 31: 300W
Processing pressure: 10 Pa (75 mTorr)
Process gas: CF4 / O2 / Ar = 50/100/100 sccm
Processing time: 70 sec
When this etching is performed, as shown in FIG. 3, a line-shaped groove 58 is formed as a recess 57 in the SiOCH film 54, and the damage layer 60 (the thickness of the layer from which carbon is removed) is formed on the bottom surface of the groove 58. In order to evaluate the protective film 61, the etching conditions were adjusted so that the etching did not reach the surface of the SiC film 53, that is, the bottom surface of the groove 58 was near the center of the SiOCH film 54.

表１に示す通り、実験に供する前のウェハＷについて、切断面をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により観察して、上記の各層の膜厚、開口部５５の底部（レジストマスク５１とＳｉＯ２膜５９との界面）における線幅及びＳｉＯＣＨ膜５４に形成された溝部５８の深さＤ１を求めた。
（表１）単位：ｎｍ

As shown in Table 1, the cut surface of the wafer W before being subjected to the experiment was observed with an SEM (scanning electron microscope), and the film thickness of each of the above layers and the bottom of the opening 55 (the resist mask 51 and the SiO 2 film 59). And the depth D1 of the groove 58 formed in the SiOCH film 54 were obtained.
(Table 1) Unit: nm

ＳｉＯＣＨ膜５４に形成された溝部５８の深さＤ１は、図３に示した通り、ＳｉＯ２膜５９とＳｉＯＣＨ膜５４との界面から溝部５８の底面までの深さとして測定した。尚、同表のデータのウェハＷと以下の実験に用いられたウェハＷとは異なるものであるが、ウェハＷ内、及びウェハＷ間における各値の均一性が極めて高いため、評価を行う上で影響はないと考えられる。各実験においてウェハＷに対してプラズマ処理を行う装置として図１に示すプラズマ処理装置２を用いた。 The depth D1 of the groove 58 formed in the SiOCH film 54 was measured as the depth from the interface between the SiO2 film 59 and the SiOCH film 54 to the bottom of the groove 58 as shown in FIG. Although the wafer W of the data in the table is different from the wafer W used in the following experiment, the uniformity of each value within the wafer W and between the wafers W is extremely high. It is thought that there is no effect. In each experiment, a plasma processing apparatus 2 shown in FIG. 1 was used as an apparatus for performing plasma processing on the wafer W.

（実験例１：アッシング工程前に保護膜６１を堆積した場合としない場合とのダメージ層６０の比較） (Experimental example 1: Comparison of damaged layer 60 with and without protective film 61 deposited before ashing process)

Ａ．実施例１
前述の通り、図３に示したウェハＷに対して保護膜６１を堆積した後、アッシングを行った。保護膜６１の堆積工程及びアッシング工程におけるプロセス条件は以下の通りである。
（堆積工程）
上部電極４の周波数：６０ＭＨｚ
上部電極４の電力：７５０Ｗ
下部電極３１の周波数：１３．５６ＭＨｚ
下部電極３１の電力：５００Ｗ
処理圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＣＨ４／Ａｒ＝１００／１００ｓｃｃｍ
処理時間：１０ｓｅｃ
（アッシング工程）
上部電極４の周波数：６０ＭＨｚ
上部電極４の電力：２００Ｗ
下部電極３１の周波数：１３．５６ＭＨｚ
下部電極３１の電力：４００Ｗ
処理圧力：２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＣＯ２＝１５００ｓｃｃｍ
処理時間：６０ｓｅｃ
このようにして処理されたウェハＷについて、ＳｉＯＣＨ膜５４のダメージ層６０の量を評価するため、ウェハＷを１重量％のＨＦ水溶液に３０秒浸漬した後溝部５８の線幅ＣＤ２を測定した。次いで図４（ａ）に示した通り、ＨＦ水溶液に浸漬する前の溝部５８の線幅ＣＤ１と比較して、ＳｉＯＣＨ膜５４がＨＦ水溶液に溶解して増加した溝部５８の線幅ΔＣＤ（ΔＣＤ＝ＣＤ２−ＣＤ１）を求めた。即ちＳｉＯＣＨ膜５４の表面部から炭素の脱離したダメージ層６０はＨＦ水溶液に溶解する一方、炭素の脱離していないＳｉＯＣＨ膜５４はＨＦ水溶液に溶解しないことから、溝部５８の側壁におけるダメージ層６０をΔＣＤを用いて評価した。この結果を図５の右端に示した。 A. Example 1
As described above, the protective film 61 was deposited on the wafer W shown in FIG. The process conditions in the deposition process and the ashing process of the protective film 61 are as follows.
(Deposition process)
Upper electrode 4 frequency: 60 MHz
Power of upper electrode 4: 750 W
Lower electrode 31 frequency: 13.56 MHz
Lower electrode 31 power: 500 W
Processing pressure: 1.3 Pa (10 mTorr)
Processing gas: CH4 / Ar = 100/100 sccm
Processing time: 10 sec
(Ashing process)
Upper electrode 4 frequency: 60 MHz
Power of upper electrode 4: 200W
Lower electrode 31 frequency: 13.56 MHz
Power of lower electrode 31: 400W
Processing pressure: 20 Pa (150 mTorr)
Process gas: CO2 = 1500sccm
Processing time: 60 sec
In order to evaluate the amount of the damaged layer 60 of the SiOCH film 54 for the wafer W processed in this way, the line width CD2 of the groove 58 was measured after the wafer W was immersed in a 1 wt% HF aqueous solution for 30 seconds. Next, as shown in FIG. 4A, the line width ΔCD (ΔCD = ΔCD = Δ) of the groove 58 increased by dissolving the SiOCH film 54 in the HF aqueous solution as compared with the line width CD1 of the groove 58 before being immersed in the HF aqueous solution. CD2-CD1) was determined. That is, the damage layer 60 from which the carbon is detached from the surface portion of the SiOCH film 54 is dissolved in the HF aqueous solution, while the SiOCH film 54 from which carbon is not detached is not dissolved in the HF aqueous solution. Was evaluated using ΔCD. The results are shown at the right end of FIG.

尚、この実験例１においては、再現性を確認するために同じ実験を複数回繰り返し、ウェハＷの中央部における溝部５８についてΔＣＤを求め、その数点をプロットしている。 In Experimental Example 1, the same experiment is repeated a plurality of times to confirm reproducibility, ΔCD is obtained for the groove 58 in the central portion of the wafer W, and several points are plotted.

Ｂ．比較例
比較例１−１
堆積工程を行わなかった他は実施例１と同様にウェハＷに対してアッシング工程及びＨＦ水溶液への浸漬を行い、ΔＣＤを求めた。この結果を図５の左から２番目に示した。
比較例１−２
実施例１及び比較例１−１のアッシング工程におけるプロセス条件を以下の通り変更した以外は比較例１−１と同様にウェハＷに対してアッシング工程及びＨＦ水溶液への浸漬を行い、ΔＣＤを求めた。この結果を図５の右から２番目に示した。 B. Comparative Example Comparative Example 1-1
Except that the deposition process was not performed, the ashing process and immersion in an aqueous HF solution were performed on the wafer W in the same manner as in Example 1 to obtain ΔCD. The results are shown second from the left in FIG.
Comparative Example 1-2
Except that the process conditions in the ashing process of Example 1 and Comparative Example 1-1 were changed as follows, the wafer W was immersed in the ashing process and HF aqueous solution in the same manner as in Comparative Example 1-1 to obtain ΔCD. It was. The results are shown second from the right in FIG.

上部電極４の電力：１０００Ｗ
下部電極３１の電力：２００Ｗ
処理圧力：１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：Ｏ２＝３００ｓｃｃｍ
処理時間：２７ｓｅｃ
尚、このときアッシング工程における処理ガスがＣＯ２の場合（実施例１及び比較例１−１）とＯ２の場合（比較例１−２）とにおいて、それぞれの処理ガスによるプラズマではアッシングの効果が異なる（ＣＯ２ガスによるプラズマよりもＯ２ガスによるプラズマのアッシング効果が強い）ため、ほぼ同程度のアッシングの強さとなるように処理ガスの流量及び処理時間を調整した。 Power of upper electrode 4: 1000 W
Lower electrode 31 power: 200 W
Processing pressure: 1.3 Pa (10 mTorr)
Processing gas: O2 = 300 sccm
Processing time: 27 sec
At this time, when the processing gas in the ashing process is CO2 (Example 1 and Comparative Example 1-1) and in the case of O2 (Comparative Example 1-2), the ashing effect is different in the plasma with each processing gas. (The plasma ashing effect by O2 gas is stronger than the plasma by CO2 gas), so the flow rate and processing time of the processing gas were adjusted so that the ashing strength was almost the same.

Ｃ．参考例１
エッチング後のウェハＷに対してアッシング工程及び堆積工程などの処理を行わずにＨＦ水溶液に浸漬してΔＣＤを求めた。この結果を図５の左端に示した。
Ｄ．結果と考察
実施例１及び比較例１−１の結果から、ΔＣＤは実施例１における保護膜６１の堆積工程を行うことによって減少しているため、ＳｉＯＣＨ膜５４の側壁は保護膜６１によってアッシング工程におけるＣＯ２ガスのプラズマから保護されて炭素の脱離が抑えられていることが分かる。 C. Reference example 1
ΔCD was obtained by immersing the etched wafer W in an HF aqueous solution without performing the ashing process and the deposition process. The result is shown at the left end of FIG.
D. Results and Discussion From the results of Example 1 and Comparative Example 1-1, since ΔCD is reduced by performing the deposition process of the protective film 61 in Example 1, the sidewall of the SiOCH film 54 is ashed by the protective film 61. It can be seen that desorption of carbon is suppressed by protection from plasma of CO 2 gas in

比較例１−２の結果から、ΔＣＤは従来のＯ２ガスのプラズマを用いてアッシングした場合に最も大きくなっているため、ダメージ層６０の生成は既述の通り、炭素と反応を起こしやすいプラズマの生成によって、ＳｉＯＣＨ膜５４中の炭素が脱離しているものと考えられる。 From the result of Comparative Example 1-2, ΔCD is the largest when ashing is performed using the plasma of the conventional O 2 gas. Therefore, as described above, the generation of the damaged layer 60 is a plasma that easily reacts with carbon. It is considered that carbon in the SiOCH film 54 is desorbed by the generation.

一方参考例１の結果から、ダメージ層６０はエッチング後においてすでに生成していることがわかった。これは、ＳｉＯＣＨ膜５４がエッチングされていく際、脱離しやすい炭素が優先的にエッチングされているからではないかと考えられる。このときのΔＣＤは実施例１の値とほぼ同じ値を示していることから、実施例１におけるダメージ層６０はアッシング工程において生成したものではなく、エッチング工程において生成したものであることが分かる。 On the other hand, from the result of Reference Example 1, it was found that the damaged layer 60 was already generated after etching. This is thought to be because carbon that is easily detached is preferentially etched when the SiOCH film 54 is etched. Since ΔCD at this time shows almost the same value as that in Example 1, it can be seen that the damaged layer 60 in Example 1 was not generated in the ashing process but was generated in the etching process.

（実験例２：元素分析）
実験例１におけるダメージ層６０の評価方法（１重量％のＨＦ水溶液に３０秒浸漬してΔＣＤを測定）が適正な評価方法であるかを検証するため、実施例１及び比較例１−１において処理を施したウェハＷの元素分析を行った。分析には電子エネルギー損失分光法（ＥＥＬＳ）を用いて、実験例１における溝部５８の線幅の測定位置に対応する位置を測定した。この測定結果を図６（ａ）及び（ｂ）に示した。尚、ＳｉＯＣＨ膜５４中の平均的な組成を表すため、これらの図は同図（ｃ）に示したように、図の中央に溝部５８同士の間のＳｉＯＣＨ膜５４、左右に溝部５８の壁面が配置されるように表した。 (Experimental example 2: elemental analysis)
In Example 1 and Comparative Example 1-1, in order to verify whether the evaluation method of the damaged layer 60 in Experimental Example 1 (measured ΔCD by immersing in a 1% by weight HF aqueous solution for 30 seconds) is an appropriate evaluation method. Elemental analysis of the processed wafer W was performed. For the analysis, electron energy loss spectroscopy (EELS) was used to measure the position corresponding to the measurement position of the line width of the groove 58 in Experimental Example 1. The measurement results are shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b). In order to express the average composition in the SiOCH film 54, these figures are shown in FIG. 5C, in the center of the figure, the SiOCH film 54 between the groove portions 58, and the wall surfaces of the groove portions 58 on the left and right. Was represented as arranged.

その結果、実施例１及び比較例１−１の双方について、溝部５８の側壁に、実験例１において確認されたΔＣＤに対応した炭素の量の少ない層が確認された。同図（ａ）及び（ｂ）から、実施例１におけるダメージ層６０はおよそ８ｎｍ、比較例１−１におけるダメージ層６０はおよそ１２ｎｍと読み取れ、これらの値は図５にプロットした各データの範囲に収まっていたため、実験例１におけるダメージ層６０の評価方法は妥当なものであることが確認された。 As a result, for both Example 1 and Comparative Example 1-1, a layer with a small amount of carbon corresponding to ΔCD confirmed in Experimental Example 1 was confirmed on the side wall of the groove 58. From FIGS. 5A and 5B, it can be read that the damaged layer 60 in Example 1 is about 8 nm and the damaged layer 60 in Comparative Example 1-1 is about 12 nm, and these values are the ranges of the data plotted in FIG. Therefore, it was confirmed that the evaluation method of the damage layer 60 in Experimental Example 1 is appropriate.

実験例１と同様に、炭素の減少量については、実施例１及び比較例１−１の間で顕著な差異が見られ、実施例１では比較例１−１よりも良好な結果となっていた。この分析では、炭素の減少に伴って酸素が増加していることから、ＳｉＯＣＨ膜５４からの炭素の脱離に伴ってＳｉＯＣＨ膜５４中に価数バランスのために酸素が取り込まれていると考えられる。 Similar to Experimental Example 1, with respect to the amount of carbon reduction, a significant difference was observed between Example 1 and Comparative Example 1-1, and Example 1 had a better result than Comparative Example 1-1. It was. In this analysis, oxygen increases as the carbon decreases, so it is considered that oxygen is taken into the SiOCH film 54 for valence balance as the carbon is desorbed from the SiOCH film 54. It is done.

（実験例３：堆積工程）
次に、以下のプロセス条件で図３に示したウェハＷに対して保護膜６１の堆積を行った。
上部電極４の周波数：６０ＭＨｚ
上部電極４の電力：７５０Ｗ
下部電極３１の周波数：１３．５６ＭＨｚ
下部電極３１の電力：５００Ｗ
処理圧力：別記
処理ガス：ＣＨ４／Ａｒ＝１００／１００ｓｃｃｍ
処理時間：１０ｓｅｃ
処理圧力は以下に示す各例毎に設定した。
実施例３−１
上記のプロセス条件において、処理圧力を１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）とした。
実施例３−２
上記のプロセス条件において、処理圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）とした。
実施例３−３
上記のプロセス条件において、処理圧力を２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）とした。 (Experimental example 3: deposition process)
Next, a protective film 61 was deposited on the wafer W shown in FIG. 3 under the following process conditions.
Upper electrode 4 frequency: 60 MHz
Power of upper electrode 4: 750 W
Lower electrode 31 frequency: 13.56 MHz
Lower electrode 31 power: 500 W
Process pressure: Separately Process gas: CH4 / Ar = 100/100 sccm
Processing time: 10 sec
The treatment pressure was set for each example shown below.
Example 3-1.
Under the above process conditions, the processing pressure was 1.3 Pa (10 mTorr).
Example 3-2
Under the process conditions described above, the processing pressure was 6.7 Pa (50 mTorr).
Example 3-3
Under the above process conditions, the treatment pressure was 20 Pa (150 mTorr).

実験結果
保護膜６１を堆積した後、レジストマスク５１の膜厚及び溝部５８の深さと、ＳｉＯ２膜５９とＳｉＯＣＨ膜５４との界面における溝部５８の線幅及び溝部５８の底面近傍における溝部５８の線幅と、を測定した。次いで保護膜６１を堆積する前の各膜厚と溝部５８の線幅から、レジストマスク５１の表面及び溝部５８の底面に堆積した保護膜６１の膜厚と、ＳｉＯ２膜５９とＳｉＯＣＨ膜５４との界面における溝部５８の線幅及び溝部５８の底面近傍における、溝部５８の線幅の増加量と、を求めて表２及び図７に示した。
（表２）単位：ｎｍ

Experimental Result After depositing the protective film 61, the film thickness of the resist mask 51 and the depth of the groove 58, the line width of the groove 58 at the interface between the SiO2 film 59 and the SiOCH film 54, and the line of the groove 58 near the bottom of the groove 58 are obtained. Width and width were measured. Next, the film thickness of the protective film 61 deposited on the surface of the resist mask 51 and the bottom surface of the groove 58, the SiO 2 film 59, and the SiOCH film 54 are calculated from the film thicknesses before the protective film 61 is deposited and the line width of the groove 58. The line width of the groove portion 58 at the interface and the increase amount of the line width of the groove portion 58 in the vicinity of the bottom surface of the groove portion 58 are obtained and shown in Table 2 and FIG.
(Table 2) Unit: nm

処理圧力を高くする程、各部位における保護膜６１の膜厚の増加する傾向が見受けられ、処理圧力によって保護膜６１の膜厚を制御できることが分かった。尚、表２の結果については次の実施例４の結果と合わせて考察する。 It has been found that as the processing pressure is increased, the thickness of the protective film 61 increases at each portion, and the thickness of the protective film 61 can be controlled by the processing pressure. The results of Table 2 are considered together with the results of Example 4 below.

（実験例４：保護膜６１堆積後のアッシング工程）
次に、実験例３において保護膜６１の堆積を行った各ウェハＷに対して、以下のプロセス条件においてアッシングを行った。
上部電極４の周波数：６０ＭＨｚ
上部電極４の電力：０Ｗ
下部電極３１の周波数：１３．５６ＭＨｚ
下部電極３１の電力：１１００Ｗ
処理圧力：２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）
処理ガス：ＣＯ２＝７００ｓｃｃｍ
処理時間：２１ｓｅｃ
尚、通常上部電極４の電力は０Ｗではプラズマは発生しないが、この例では下部電極３１に１１００Ｗの電力を印加しているため、この条件においてもプラズマは発生した。
実施例４−１
実施例３−１のプロセス条件にて保護膜６１が堆積したウェハＷに対してアッシング処理を行った。
実施例４−２
実施例３−２のプロセス条件にて保護膜６１が堆積したウェハＷに対してアッシング処理を行った。
実施例４−３
実施例３−３のプロセス条件にて保護膜６１が堆積したウェハＷに対してアッシング処理を行った。 (Experimental example 4: ashing process after deposition of protective film 61)
Next, ashing was performed on each wafer W on which the protective film 61 was deposited in Experimental Example 3 under the following process conditions.
Upper electrode 4 frequency: 60 MHz
Power of upper electrode 4: 0W
Lower electrode 31 frequency: 13.56 MHz
Lower electrode 31 power: 1100W
Processing pressure: 20 Pa (150 mTorr)
Process gas: CO2 = 700sccm
Processing time: 21 sec
Normally, no plasma is generated when the power of the upper electrode 4 is 0 W. However, in this example, since power of 1100 W is applied to the lower electrode 31, plasma was generated even under this condition.
Example 4-1
Ashing treatment was performed on the wafer W on which the protective film 61 was deposited under the process conditions of Example 3-1.
Example 4-2
Ashing was performed on the wafer W on which the protective film 61 was deposited under the process conditions of Example 3-2.
Example 4-3
Ashing was performed on the wafer W on which the protective film 61 was deposited under the process conditions of Example 3-3.

実験結果
上記の各処理を施したウェハＷを実験例１と同様に１重量％のＨＦ水溶液に３０秒浸漬した。次いで実験例１において求めた溝部５８の線幅の増加量ΔＣＤについて、ＳｉＯ２膜５９とＳｉＯＣＨ膜５４との界面における値及び溝部５８の底面近傍における値の測定を行った。つまり、図４（ｂ）に示すように、ＨＦ水溶液に浸漬後のウェハＷについて、ＳｉＯ２膜５９とＳｉＯＣＨ膜５４との界面における溝部５８の線幅ＣＤ４及び溝部５８の底面近傍における溝部５８の線幅ＣＤ６を測定して、夫々の実験例３における保護膜６１を堆積する前の各値ＣＤ３及びＣＤ５と比較し、ΔＣＤ１（ΔＣＤ１＝ＣＤ４−ＣＤ３）及びΔＣＤ２（ΔＣＤ２＝ＣＤ６−ＣＤ５）を求めた。また、ＨＦ水溶液に浸漬した後のＳｉＯＣＨ膜５４に形成された溝部５８の深さＤ２を測定して、保護膜６１を形成する前の値Ｄ１と比較して溝部５８に形成された深さの増加量を示すΔＤ（ΔＤ＝Ｄ２−Ｄ１）を求めた。尚、この実験例４ではウェハＷの中央部及びウェハＷの端部におけるダメージ層６０の差異を確認するため、ウェハＷの中央部及びウェハＷの端部（ウェハＷの周縁部から１０ｍｍ）の位置における値を測定した。この結果を表３に示す。
（表３）単位：ｎｍ

Experimental Results The wafer W subjected to each of the above treatments was immersed in a 1 wt% HF aqueous solution for 30 seconds in the same manner as in Experimental Example 1. Next, for the increase amount ΔCD of the line width of the groove 58 obtained in Experimental Example 1, the value at the interface between the SiO 2 film 59 and the SiOCH film 54 and the value near the bottom surface of the groove 58 were measured. That is, as shown in FIG. 4B, for the wafer W immersed in the HF aqueous solution, the line width CD4 of the groove 58 at the interface between the SiO 2 film 59 and the SiOCH film 54 and the line of the groove 58 near the bottom of the groove 58 The width CD6 was measured and compared with the values CD3 and CD5 before depositing the protective film 61 in each experimental example 3, and ΔCD1 (ΔCD1 = CD4-CD3) and ΔCD2 (ΔCD2 = CD6-CD5) were obtained. . Further, the depth D2 of the groove 58 formed in the SiOCH film 54 after being immersed in the HF aqueous solution is measured, and compared with the value D1 before forming the protective film 61, the depth formed in the groove 58 ΔD (ΔD = D2−D1) indicating an increase amount was obtained. In this experimental example 4, in order to confirm the difference between the damage layer 60 at the center portion of the wafer W and at the end portion of the wafer W, the center portion of the wafer W and the end portion of the wafer W (10 mm from the peripheral portion of the wafer W). The value at the position was measured. The results are shown in Table 3.
(Table 3) Unit: nm

この結果から、実験例３の堆積工程における処理圧力が高くなる程、ΔＣＤ１、ΔＣＤ２及びΔＤの各値は概ね増加する傾向にある。表２と対比しながら表３を考察すると、堆積工程における処理圧力が１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）の場合には２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）の場合に比べて保護膜６１の厚さが小さいが、ダメージ層６０は薄くなっている（ΔＣＤ１、ΔＣＤ２、ΔＤが小さくなっている）。この現象は、処理圧力が１．３Ｐａ（１０ｍＴｏｒｒ）の場合には保護膜６１内のＣ−Ｃ結合が強く、あるいはＣ−Ｃ結合量が多くなっていて酸素の活性種のアタックに対して耐性が大きいのではないかと推測される。また、堆積工程における処理圧力が６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）の場合には２０Ｐａ（１５０ｍＴｏｒｒ）の場合に比べて保護膜６１の膜厚が大きく、この膜厚の大小に対応して前者の場合のダメージ層６０の厚さが後者の場合に比べて小さくなっていると考えられる。このように保護膜６１は、処理圧力が小さい領域では耐酸素プラズマ性という点において保護膜６１の膜質が良好なものになっていることが伺え、結果として、堆積工程における処理圧力は、６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以下であることが好ましいと言える。 From this result, each value of ΔCD1, ΔCD2, and ΔD tends to increase as the processing pressure in the deposition process of Experimental Example 3 increases. Considering Table 3 in contrast with Table 2, the thickness of the protective film 61 is smaller when the processing pressure in the deposition process is 1.3 Pa (10 mTorr) than when 20 Pa (150 mTorr), but the damage layer 60 Is thinner (ΔCD1, ΔCD2, and ΔD are smaller). This phenomenon is strong when the processing pressure is 1.3 Pa (10 mTorr), and the C—C bond in the protective film 61 is strong, or the amount of C—C bond is increased and it is resistant to attack of active species of oxygen. Is estimated to be large. Further, when the processing pressure in the deposition process is 6.7 Pa (50 mTorr), the protective film 61 has a larger film thickness than that of 20 Pa (150 mTorr), and the damage in the former case corresponds to this film thickness. It is considered that the thickness of the layer 60 is smaller than that in the latter case. Thus, it can be seen that the protective film 61 has good film quality in terms of oxygen plasma resistance in a region where the processing pressure is low, and as a result, the processing pressure in the deposition process is 6. It can be said that the pressure is preferably 7 Pa (50 mTorr) or less.

本発明のプラズマ処理装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the plasma processing apparatus of this invention. 本発明のプラズマ処理に用いられるウェハＷの構成及び各プラズマ処理を示す図である。It is a figure which shows the structure of the wafer W used for the plasma processing of this invention, and each plasma processing. 本発明の実験に供したウェハＷの概念図である。It is a conceptual diagram of the wafer W used for the experiment of this invention. 本発明の実験例１及び実験例４において測定したウェハＷの位置を示す図である。It is a figure which shows the position of the wafer W measured in Experimental example 1 and Experimental example 4 of this invention. 本発明における実験例１の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Experimental example 1 in this invention. 本発明における実験例２の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Experimental example 2 in this invention. 本発明における実験例３の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of Experimental example 3 in this invention. 従来のプラズマ処理におけるウェハＷの模式図である。It is a schematic diagram of the wafer W in the conventional plasma processing.

符号の説明Explanation of symbols

２プラズマ処理装置
２１処理室
３載置台
３１下部電極
４上部電極
５４ＳｉＯＣＨ膜
５５開口部
５７凹部
５８溝部
５９ＳｉＯ２膜
６０ダメージ層
６１保護膜

2 Plasma processing apparatus 21 Processing chamber 3 Mounting table 31 Lower electrode 4 Upper electrode 54 SiOCH film 55 Opening 57 Recess 58 Groove 59 SiO2 film 60 Damaged layer 61 Protective film

Claims

基板に形成されたシリコン、炭素、酸素及び水素を含む低誘電率膜をレジストマスクを用いてエッチングを行うエッチング工程と、
次いでエッチングにより形成された凹部の露出面を保護するために基板の表面に保護膜を堆積する堆積工程と、
その後酸素を含むプラズマによりアッシングを行うことでレジストマスクを除去するアッシング工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 An etching step of etching a low dielectric constant film containing silicon, carbon, oxygen and hydrogen formed on a substrate using a resist mask;
Next, a deposition step of depositing a protective film on the surface of the substrate in order to protect the exposed surface of the recess formed by etching,
And a ashing step of removing the resist mask by performing ashing with plasma containing oxygen.

前記堆積工程において使用される処理ガスは炭素及び水素の化合物からなるガスであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。 2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the processing gas used in the deposition step is a gas composed of a compound of carbon and hydrogen.

前記化合物は、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４及びＣ２Ｈ６から選択されるものであることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。 3. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the compound is selected from CH4, C2H2, C2H4, and C2H6.

前記堆積工程は、基板が載置される下部電極とこの下部電極に対向する上部電極との間に供給される第１の高周波により処理ガスをプラズマ化すると共に、第１の高周波よりも周波数の低い第２の高周波をバイアス用の高周波電源により下部電極に供給することにより行われ、
前記バイアス用の高周波電源による供給電力を基板の表面積で除した大きさが１００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以上、１０００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。 In the deposition step, the processing gas is converted into plasma by the first high frequency supplied between the lower electrode on which the substrate is placed and the upper electrode facing the lower electrode, and at a frequency higher than that of the first high frequency. By supplying a low second high frequency to the lower electrode by a high frequency power supply for biasing,
4. The size obtained by dividing the power supplied by the bias high-frequency power source by the surface area of the substrate is 100 W / 706855.8 mm ² or more and 1000 W / 706685.8 mm ² or less. The manufacturing method of the semiconductor device as described in one.

前記堆積工程は、処理雰囲気の圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以下に設定してＣＨ４をプラズマ化することにより行われることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。 5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the deposition step is performed by setting the pressure of a processing atmosphere to 6.7 Pa (50 mTorr) or less and converting CH 4 into plasma. 6. Manufacturing method.

エッチング工程、堆積工程及びアッシング工程は、同一処理室内で連続して行われることを特徴とする請求項１または５のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。 6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the etching process, the deposition process, and the ashing process are continuously performed in the same processing chamber.

前記アッシング工程は、基板が載置される下部電極とこの下部電極に対向する上部電極との間に供給される第３の高周波によりアッシング用のガスをプラズマ化すると共に、第３の高周波よりも周波数の低い第４の高周波をバイアス用の高周波電源により下部電極に供給することにより行われ、
前記バイアス用の高周波電源による供給電力を基板の表面積で除した大きさが１００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以上、５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以下であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。 In the ashing step, the ashing gas is converted into plasma by a third high frequency supplied between the lower electrode on which the substrate is placed and the upper electrode facing the lower electrode. A fourth high frequency having a low frequency is supplied to the lower electrode by a high frequency power supply for biasing,
The size obtained by dividing the power supplied by the bias high-frequency power source by the surface area of the substrate is 100 W / 706855.8 mm ² or more and 500 W / 706685.8 mm ² or less. The manufacturing method of the semiconductor device as described in one.

シリコン、炭素、酸素及び水素を含む低誘電率膜が形成された基板をプラズマにより処理するプラズマ処理装置において、
処理室内に設けられ、基板の載置台を兼用する下部電極と、
この下部電極に対向する上部電極と、
前記下部電極または上部電極に接続され、ガスをプラズマ化するためのプラズマ発生用の高周波を供給するためのプラズマ発生用の高周波電源と、
前記下部電極に接続され、プラズマ発生用の高周波よりも周波数の低いバイアス用の高周波を供給するためのバイアス用の高周波電源と、
前記低誘電率膜をエッチングするためのエッチングガスを処理室内に供給する手段と、
前記エッチングにより形成された凹部の露出面を保護するための保護膜の原料となる処理ガスを処理室内に供給する手段と、
レジストマスクをアッシングにより除去するための酸素を含むアッシングガスを処理室内に供給する手段と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 In a plasma processing apparatus for processing a substrate on which a low dielectric constant film containing silicon, carbon, oxygen and hydrogen is formed with plasma,
A lower electrode provided in the processing chamber and also serving as a substrate mounting table;
An upper electrode facing the lower electrode;
A high-frequency power source for plasma generation for supplying a high-frequency for plasma generation connected to the lower electrode or the upper electrode, and for generating gas into plasma;
A high frequency power source for bias connected to the lower electrode, for supplying a high frequency for bias lower than a high frequency for plasma generation, and
Means for supplying an etching gas for etching the low dielectric constant film into the processing chamber;
Means for supplying a processing gas serving as a raw material of a protective film for protecting the exposed surface of the recess formed by the etching into the processing chamber;
And a means for supplying an ashing gas containing oxygen for removing the resist mask by ashing into the processing chamber.

前記保護膜の原料となる処理ガスは炭素及び水素の化合物からなるガスであることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。 9. The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the processing gas which is a raw material of the protective film is a gas composed of a compound of carbon and hydrogen.

前記化合物は、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４及びＣ２Ｈ６から選択されるものであることを特徴とする請求項９に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein the compound is selected from CH4, C2H2, C2H4, and C2H6.

前記凹部の露出面を保護するために前記処理ガスを処理室内に供給するときには、前記バイアス用の高周波電源による供給電力を基板の表面積で除した大きさが１００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以上、１０００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以下となるように制御動作する制御部と、を備えたことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 When supplying the processing gas into the processing chamber in order to protect the exposed surface of the recess, the size obtained by dividing the power supplied by the high frequency power source for bias by the surface area of the substrate is 100 W / 7065.8 mm ² or more, 1000 W / The plasma processing apparatus according to any one of claims 8 to 10, further comprising a control unit that performs a control operation so as to be 70685.8 mm ² or less.

保護膜の原料となる処理ガスはＣＨ４ガスであり、前記凹部の露出面を保護するためにＣＨ４ガスを処理室内に供給するときには、処理雰囲気の圧力を６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）以下となるように制御動作する制御部を備えた請求項８ないし１１のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 The processing gas used as the raw material for the protective film is CH4 gas. When CH4 gas is supplied into the processing chamber to protect the exposed surface of the recess, the pressure of the processing atmosphere is set to 6.7 Pa (50 mTorr) or less. 12. The plasma processing apparatus according to claim 8, further comprising a control unit that performs a control operation.

レジストマスクをアッシングにより除去するためにアッシングガスを処理室内に供給するときには、前記バイアス用の高周波電源による供給電力を基板の表面積で除した大きさが１００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以上、５００Ｗ/７０６８５．８ｍｍ^２以下となるように制御動作する制御部を備えた請求項８ないし１２のいずれか一つに記載のプラズマ処理装置。 When the ashing gas is supplied into the processing chamber in order to remove the resist mask by ashing, the size obtained by dividing the power supplied by the high-frequency power source for bias by the surface area of the substrate is 100 W / 70685 mm ² or more, 500 W / 70685. The plasma processing apparatus according to claim 8, further comprising a control unit that performs a control operation so as to be 8 mm ² or less.

プラズマ処理装置に用いられ、コンピュータ上で動作するコンピュータプログラムを格納した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし７のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法を実施するようにステップが組まれていることを特徴とする記憶媒体。

A storage medium storing a computer program used in a plasma processing apparatus and operating on a computer,
8. A storage medium characterized in that the computer program includes steps so as to implement the method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 7.