JP3330554B2 - エッチング方法 - Google Patents

エッチング方法

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JP3330554B2
JP3330554B2 JP01791699A JP1791699A JP3330554B2 JP 3330554 B2 JP3330554 B2 JP 3330554B2 JP 01791699 A JP01791699 A JP 01791699A JP 1791699 A JP1791699 A JP 1791699A JP 3330554 B2 JP3330554 B2 JP 3330554B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エッチング方法に
関し、特に、有機成分を主成分とする有機膜からなる層
間絶縁膜、又は有機成分及びシリカ成分を主成分とする
有機無機複合膜からなる層間絶縁膜に対して行なう異方
性エッチングに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積化の進展に伴
い、金属配線同士の間の寄生容量である配線間容量の増
加に起因する配線遅延時間の増大が半導体集積回路の高
性能化の妨げとなっている。配線遅延時間は金属配線の
抵抗と配線間容量との積に比例するいわゆるＲＣ遅延と
いわれるものである。
【０００３】従って、配線遅延時間を低減するために
は、金属配線の抵抗を小さくするか又は配線間容量を小
さくすることが必要である。
【０００４】配線間容量を小さくする方法としては、金
属配線同士の間に形成される層間絶縁膜の比誘電率を小
さくすることが考えられ、層間絶縁膜として従来のシリ
コン酸化膜とは異なる材料を用いることが検討されてい
る。
【０００５】０．２５μｍの最小加工寸法を有する半導
体集積回路では、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜にフ
ッ素が添加されてなるフッ素添加シリコン酸化膜が用い
られつつある。フッ素添加シリコン酸化膜の比誘電率
は、３．３〜３．９程度であって、従来のシリコン酸化
膜の４．２〜４．５に比べて小さいので、配線間容量の
低減ひいては配線遅延時間の低減に効果的であると報告
されている。
【０００６】ところが、半導体集積回路の微細化がさら
に進展することは明らかであり、最小加工寸法が０．１
３μｍ以下の半導体集積回路では、比誘電率が３．０以
下の層間絶縁膜を用いることが、実用的な処理速度を実
現するためには必須であると考えられている。
【０００７】そこで、比誘電率がフッ素添加シリコン酸
化膜よりも一層小さい層間絶縁膜として、低誘電率ＳＯ
Ｇ（スピンオングラス）膜、有機膜及び多孔質膜の検討
が行われている。現在知られている層間絶縁膜を材料物
性の観点から検討すると、有機膜は比誘電率が小さいの
で有望である。
【０００８】有機膜の中でもパーフルオロカーボンポリ
マーは、フッ素−炭素結合を有しているで、比誘電率が
最も小さい材料である。パーフルオロカーボンポリマー
の比誘電率は最小のもので１．９程度である。
【０００９】パーフルオロカーボンを形成する代表的な
方法として、プラズマＣＶＤによる堆積方法が報告され
ている。パーフルオロカーボンを材料としてプラズマＣ
ＶＤにより形成される有機膜は、一般的にアモルファス
フルオロカーボン（ａ−ＣＦ）膜と呼ばれることが多
い。
【００１０】また、有機膜の耐熱性及び密着性を改善す
るために、有機成分とシリカ成分との共重合体からなる
有機無機複合膜の検討が行なわれている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】ところが、有機成分を
含有する有機膜及び有機成分及びシリカ成分を主成分と
する有機無機複合膜は、非常に酸化されやすいため、後
に行なわれる熱処理工程において脱ガスが発生するとい
う問題がある。具体的には、有機成分を含有する有機含
有膜に対するパターニングは、通常、酸素ガスを主成分
とするエッチングガスを用いる反応性イオンエッチング
により行なわれるが、有機含有膜は酸素に対して反応性
が高いため、エッチングの際に酸素による膜質の劣化が
生じる。すなわち、プラズマ中に発生した活性な酸素ラ
ジカルにより有機含有膜が酸化されて不安定なカルボニ
ル化合物が生成され、生成されたカルボニル化合物が有
機含有膜中に取り込まれるため、後に行なわれる熱処理
工程において、有機含有膜中のカルボニル化合物が熱分
解するので、有機含有膜からガスが発生する。有機含有
膜からガスが発生すると、パターン化された有機含有膜
の凹部に金属膜を充填する際に、金属膜に充填不良が発
生するので、接続抵抗が増大するという問題がある。
【００１２】そこで、酸素ガスを主成分とするエッチン
グガスに代えて、窒素ガス及び水素ガスを主成分とする
エッチングガスを用いることが検討されているが、この
場合においてエッチングの異方性を高めるためには、−
５０℃程度という低温でのエッチングが必要になるとい
う新たな問題が発生する。
【００１３】また、有機成分及びシリカ成分を主成分と
する有機無機複合膜に対して、窒素ガス及び水素ガスを
主成分とするエッチングガスを用いる場合には、シリカ
成分に対するエッチングが困難であるため、エッチング
残渣及びパーティクルが発生するという新たな問題も発
生する。
【００１４】前記に鑑み、本発明は、有機成分を主成分
とする有機膜からなる層間絶縁膜、又は有機成分及びシ
リカ成分を主成分とする有機無機複合膜からなる層間絶
縁膜に対して、層間絶縁膜を酸化させることなく異方性
エッチングが行なえるようにすることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る第１のエッチング方法は、有機成分を
主成分とする有機膜からなる層間絶縁膜に対して、アン
モニアガスを主成分とするエッチングガスからなるプラ
ズマを用いて異方性エッチングを行なうものである。
【００１６】第１のエッチング方法によると、アンモニ
アガスからなるプラズマ中において活性な水素が発生
し、活性な水素が有機成分をシアン化水素に分解するの
で、有機膜に対するエッチングが進行する。この場合、
有機膜の表面はアンモニアガスから発生する窒素によっ
て効率的に窒化されるため、有機膜における凹部の側壁
が保護されるので、高い異方性が得られる。
【００１７】また、エッチングガスには、有機膜を酸化
する成分が含まれていないため、有機膜は酸化されな
い。
【００１８】本発明に係る第２のエッチング方法は、有
機成分を主成分とする有機膜からなる層間絶縁膜に対し
て、炭酸ガスを主成分とするエッチングガスからなるプ
ラズマを用いて異方性エッチングを行なうものである。
【００１９】第２のエッチング方法によると、炭酸ガス
からなるプラズマに含まれるＣＯイオンがエッチングに
寄与するので、有機膜に対する異方性エッチングが進行
する。
【００２０】また、炭酸ガスを主成分とするエッチング
ガスを用いるため、酸素ガスを主成分とするエッチング
ガスを用いる場合に比べて活性酸素の量が少ないと共
に、生成されるＣＯラジカルが過剰な活性酸素を消費
し、活性酸素は有機膜のエッチングにのみ寄与するの
で、有機膜は酸化されにくい。
【００２１】第１又は第２のエッチング方法において、
エッチングガスは不活性ガスを含んでいることが好まし
い。
【００２２】本発明に係る第３のエッチング方法は、有
機成分を主成分とする有機膜からなる層間絶縁膜に対し
て、水素ガス、窒素ガス及び不活性ガスを主成分とする
エッチングガスからなるプラズマを用いて異方性エッチ
ングを行なうものである。
【００２３】第３のエッチング方法によると、エッチン
グガスに含まれる水素が活性化し、活性な水素が有機成
分をシアン化水素に分解するので、有機膜に対するエッ
チングが進行する。この場合、有機膜の表面が窒素ガス
によって効率的に窒化されるため、有機膜における凹部
の側壁が保護されるので、高い異方性が得られる。
【００２４】また、エッチングガスには、有機膜を酸化
する成分が含まれていないため、有機膜は酸化されな
い。
【００２５】また、エッチングガスに含まれる不活性ガ
スのスパッタリング効果によって、エッチングにおける
異方性及びエッチングレートの両方が向上する。
【００２６】本発明に係る第４のエッチング方法は、有
機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜か
らなる層間絶縁膜に対して、アンモニアガス及びフッ素
ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズマを
用いて異方性エッチングを行なうものである。
【００２７】第４のエッチング方法によると、アンモニ
アガスから発生する活性な水素が有機成分をシアン化水
素に分解するため有機無機複合膜における有機成分は分
解されると共に、有機無機複合膜における無機成分はフ
ッ素によって分解されるので、有機無機複合膜に対する
エッチングが進行する。
【００２８】また、エッチングの過程において、有機無
機複合膜の表面はアンモニアガスから発生する窒素によ
って効率的に窒化されるため、有機無機複合膜における
凹部の側壁が保護されるので、高い異方性が得られると
共に、エッチングガスには、有機膜を酸化する成分が含
まれていないため、有機膜は酸化されない。
【００２９】本発明に係る第５のエッチング方法は、有
機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜か
らなる層間絶縁膜に対して、水素ガス、窒素ガス及びフ
ッ素ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズ
マを用いて異方性エッチングを行なうものである。
【００３０】第５のエッチング方法によると、エッチン
グガスに含まれる水素が活性化し、活性な水素が有機成
分をシアン化水素に分解するため有機無機複合膜におけ
る有機成分は分解されると共に、有機無機複合膜におけ
る無機成分はフッ素によって分解されるので、有機無機
複合膜に対するエッチングが進行する。
【００３１】また、エッチングの過程において、有機無
機複合膜の表面が窒素によって効率的に窒化されるた
め、有機無機複合膜における凹部の側壁が保護されるの
で、高い異方性が得られると共に、エッチングガスに
は、有機無機複合膜を酸化する成分が含まれていないた
め、有機無機複合膜は酸化されない。
【００３２】本発明に係る第６のエッチング方法は、有
機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜か
らなる層間絶縁膜に対して、水素ガス及び三フッ化窒素
ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズマを
用いて異方性エッチングを行なうものである。
【００３３】第６のエッチング方法によると、エッチン
グガスに含まれる水素が活性化し、活性な水素が有機成
分をシアン化水素に分解するため有機無機複合膜におけ
る有機成分は分解されると共に、有機無機複合膜におけ
る無機成分は三フッ化窒素ガスから発生するフッ素によ
って分解されるので、有機無機複合膜に対するエッチン
グが進行する。
【００３４】また、エッチングの過程において、有機無
機複合膜の表面が三フッ化窒素ガスから発生する窒素に
よって効率的に窒化されるため、有機無機複合膜におけ
る凹部の側壁が保護されるので、高い異方性が得られる
と共に、エッチングガスには、有機無機複合膜を酸化す
る成分が含まれていないため、有機無機複合膜は酸化さ
れない。
【００３５】本発明に係る第７のエッチング方法は、有
機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜か
らなる層間絶縁膜に対して、窒素ガス及びフッ化水素ガ
スを主成分とするエッチングガスからなるプラズマを用
いて異方性エッチングを行なうものである。
【００３６】第７のエッチング方法によると、フッ化水
素ガスから発生する活性な水素が有機成分をシアン化水
素に分解するため有機無機複合膜における有機成分は分
解されると共に、有機無機複合膜における無機成分はフ
ッ化水素ガスから発生するフッ素によって分解されるの
で、有機無機複合膜に対するエッチングが進行する。
【００３７】また、エッチングの過程において、有機無
機複合膜の表面が窒素によって効率的に窒化されるた
め、有機無機複合膜における凹部の側壁が保護されるの
で、高い異方性が得られると共に、エッチングガスに
は、有機無機複合膜を酸化する成分が含まれていないた
め、有機無機複合膜は酸化されない。
【００３８】本発明に係る第８のエッチング方法は、有
機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜か
らなる層間絶縁膜に対して、窒素ガス及びフッ素化炭化
水素ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズ
マを用いて異方性エッチングを行なうものである。
【００３９】第８のエッチング方法によると、フッ素化
炭化水素ガスから発生する活性な水素が有機成分をシア
ン化水素に分解するため有機無機複合膜における有機成
分は分解されると共に、有機無機複合膜における無機成
分はフッ素化炭化水素ガスから発生するフッ素によって
分解されるので、有機無機複合膜に対するエッチングが
進行する。
【００４０】また、エッチングの過程において、有機無
機複合膜の表面が窒素によって効率的に窒化されるた
め、有機無機複合膜における凹部の側壁が保護されるの
で、高い異方性が得られると共に、エッチングガスに
は、有機無機複合膜を酸化する成分が含まれていないた
め、有機無機複合膜は酸化されない。
【００４１】本発明に係る第９のエッチング方法は、有
機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜か
らなる層間絶縁膜に対して、炭酸ガス及びフッ素ガスを
主成分とするエッチングガスからなるプラズマを用いて
異方性エッチングを行なうものである。
【００４２】第９のエッチング方法によると、炭酸ガス
からなるプラズマに含まれるＣＯイオンがエッチングに
寄与するので、有機無機複合膜における有機成分に対す
るエッチングが進行すると共に、有機無機複合膜におけ
る無機成分はフッ素によって分解されるので、有機無機
複合膜に対するエッチングが進行する。
【００４３】また、炭酸ガスを主成分とするエッチング
ガスを用いるため、活性酸素の量が少ないと共に、生成
されるＣＯラジカルが過剰な活性酸素を消費し、活性酸
素は有機成分のエッチングにのみ寄与するので、有機無
機複合膜は酸化されにくい。
【００４４】本発明に係る第１０のエッチング方法は、
有機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜
からなる層間絶縁膜に対して、炭酸ガス及びフッ素化炭
化水素ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラ
ズマを用いて異方性エッチングを行なうものである。
【００４５】第１０のエッチング方法によると、炭酸ガ
スからなるプラズマに含まれるＣＯイオンがエッチング
に寄与するので、有機無機複合膜における有機成分に対
するエッチングが進行すると共に、有機無機複合膜にお
ける無機成分はフッ素化炭化水素から発生するフッ素に
よって分解されるので、有機無機複合膜に対するエッチ
ングが進行する。
【００４６】また、炭酸ガスを主成分とするエッチング
ガスを用いるため、活性酸素の量が少ないと共に、生成
されるＣＯラジカルが過剰な活性酸素を消費し、活性酸
素は有機成分のエッチングにのみ寄与するので、有機無
機複合膜は酸化されにくい。
【００４７】本発明に係る第１１のエッチング方法は、
有機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜
からなる層間絶縁膜に対して、一酸化炭素ガス及びフッ
素ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズマ
を用いて異方性エッチングを行なうものである。
【００４８】第１１のエッチング方法によると、一酸化
炭素ガスからなるプラズマに含まれるＣＯイオンがエッ
チングに寄与するので、有機無機複合膜における有機成
分に対するエッチングが進行すると共に、有機無機複合
膜における無機成分はフッ素によって分解されるので、
有機無機複合膜に対するエッチングが進行する。
【００４９】また、一酸化炭素ガスを主成分とするエッ
チングガスを用いるため、活性酸素の量が少ないと共
に、生成されるＣＯラジカルが過剰な活性酸素を消費
し、活性酸素は有機成分のエッチングにのみ寄与するの
で、有機無機複合膜は酸化されにくい。
【００５０】本発明に係る第１２のエッチング方法は、
有機成分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜
からなる層間絶縁膜に対して、一酸化炭素ガス及びフッ
素化炭化水素ガスを主成分とするエッチングガスからな
るプラズマを用いて異方性エッチングを行なうものであ
る。
【００５１】第１２のエッチング方法によると、一酸化
炭素ガスからなるプラズマに含まれるＣＯイオンがエッ
チングに寄与するので、有機無機複合膜における有機成
分に対するエッチングが進行すると共に、有機無機複合
膜における無機成分はフッ素化炭化水素から発生するフ
ッ素によって分解されるので、有機無機複合膜に対する
エッチングが進行する。
【００５２】また、一酸化炭素ガスを主成分とするエッ
チングガスを用いるため、活性酸素の量が少ないと共
に、生成されるＣＯラジカルが過剰な活性酸素を消費
し、活性酸素は有機成分のエッチングにのみ寄与するの
で、有機無機複合膜は酸化されにくい。
【００５３】第４〜第１２のエッチング方法において、
エッチングガスは不活性ガスを含んでいることが好まし
い。
【００５４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態に係る
エッチング方法について説明するが、その前提として、
各実施形態に共通するエッチング方法の概要について図
１（ａ）及び（ｂ）を参照しながら説明する。
【００５５】まず、図１（ａ）に示すように、シリコン
等からなる半導体基板１の上に、有機成分を主成分とす
る有機膜又は有機成分及びシリカ成分を主成分とする有
機無機複合膜からなる層間絶縁膜２を堆積した後、該層
間絶縁膜２の上に、コンタクトホール形成領域又は配線
溝形成領域に開口部を有するレジストパターン３を形成
する。
【００５６】次に、図１（ｂ）に示すように、層間絶縁
膜２に対して、レジストパターン３をマスクとして、以
下に示すエッチングガスからなるプラズマを用いてプラ
ズマエッチングを行なって、層間絶縁膜２をパターニン
グする。 （第１の実施形態）本発明の第１の実施形態は、有機成
分を含有する有機膜からなる層間絶縁膜に対して、アン
モニアガスを主成分とするエッチングガスからなるプラ
ズマによって異方性エッチングを行なうものである。
【００５７】有機成分を主成分とする有機膜の一例とし
ては、ポリアリールエーテルの誘導体又はポリパラキシ
レンの誘導体などが挙げられるが、有機成分を主成分と
する有機膜の種類は特に問題とはならない。
【００５８】エッチング条件の一例としては、高密度プ
ラズマをプラズマ源とするエッチング装置を用いて、圧
力：５ｍＴｏｒｒ、対向電極に印加する高周波電圧の電
力：３ｋＷ、被エッチング試料に印加するバイアス電圧
の電力：３００Ｗ、アンモニア（ＮＨ3 ）ガスの流量：
２０ｓｃｃｍが挙げられる。
【００５９】有機膜に対して、アンモニアガスを主成分
とするエッチングガスからなるプラズマによってエッチ
ングを行なうと、アンモニアガスからなるプラズマ中に
おいて活性な水素が発生し、活性な水素が有機成分をＨ
ＣＮ（シアン化水素）に分解することによって、エッチ
ングが進行する。この場合、有機膜の表面がアンモニア
ガスから発生した窒素によって効率的に窒化されるた
め、有機膜における凹部の側壁が保護されるので、高い
異方性が得られる。
【００６０】また、アンモニアガスを主成分とするエッ
チングガスには、有機膜を酸化する成分が含まれていな
いため、有機膜が酸化されないので、後に行なわれる熱
処理工程において有機膜からガスが発生するという問題
が生じない。
【００６１】このため、第１の実施形態によると、有機
膜に対して、該有機膜の劣化を招くことなく異方性エッ
チングを行なうことが可能になる。 （第２の実施形態）本発明の第２の実施形態は、有機成
分を含有する有機膜からなる層間絶縁膜に対して、水素
ガス、窒素ガス及び不活性ガス（例えばアルゴンガス）
を主成分とするエッチングガスからなるプラズマによっ
て異方性エッチングを行なうものである。
【００６２】有機成分を主成分とする有機膜の一例とし
ては、ポリアリールエーテルの誘導体又はポリパラキシ
レンの誘導体などが挙げられるが、有機成分を主成分と
する有機膜の種類は特に問題とはならない。
【００６３】エッチング条件の一例としては、高密度プ
ラズマをプラズマ源とするエッチング装置を用いて、圧
力：１０ｍＴｏｒｒ、対向電極に印加する高周波電圧の
電力：３ｋＷ、被エッチング試料に印加するバイアス電
圧の電力：２００Ｗ、水素ガスの流量：３０ｓｃｃｍ、
窒素ガスの流量：１０ｓｃｃｍ、アルゴンガスの流量：
２０ｓｃｃｍが挙げられる。
【００６４】有機膜に対して、水素ガス、窒素ガス及び
不活性ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラ
ズマによってエッチングを行なうと、エッチングガスに
含まれる水素が活性化し、活性な水素が有機成分をＨＣ
Ｎに分解することによって、エッチングが進行する。こ
の場合、有機膜の表面が窒素ガスによって効率的に窒化
されるため、有機膜における凹部の側壁が保護されるの
で、高い異方性が得られる。
【００６５】また、エッチングガスには、有機膜を酸化
する成分が含まれていないため、有機膜が酸化されない
ので、後に行なわれる熱処理工程において有機膜からガ
スが発生するという問題が生じない。
【００６６】また、エッチングガスに含まれるアルゴン
のスパッタリング効果によって、エッチングの異方性が
向上すると共にエッチングレートが向上する。
【００６７】このため、第２の実施形態によると、有機
膜に対して、該有機膜の劣化を招くことなく異方性エッ
チングを行なうことが可能になる。
【００６８】ところで、第１の実施形態のように、アン
モニアガスを主成分とするエッチングガスからなるプラ
ズマによってエッチングを行なう場合には、対向電極に
印加する高周波電圧の電力を大きくすると共にチャンバ
ーの真空度を高くする必要がある。ところが、対向電極
に印加する高周波電圧の電力が大きくなると、有機膜の
凹部の底部に露出する下地膜例えばゲート絶縁膜が大き
なダメージを受ける恐れがある。また、チャンバーの真
空度を高くすると、プラズマ密度が低減するので、エッ
チングレートが低下するという問題も発生する。
【００６９】これに対して、第２の実施形態のように、
水素ガス、窒素ガス及び不活性ガスを主成分とするエッ
チングガスからなるプラズマによってエッチングを行な
うと、対向電極に印加する高周波電圧の電力を大きくす
る必要がないので、有機膜の凹部の底部に露出する下地
膜例えばゲート絶縁膜が大きなダメージを受ける事態を
回避できると共に、チャンバーの真空度を高くする必要
がないので、エッチングレートが低下しない。
【００７０】また、エッチングガスに含まれるアルゴン
のスパッタリング効果によって、エッチングレートが向
上する。 （第３の実施形態）本発明の第３の実施形態は、有機成
分を含有する有機膜からなる層間絶縁膜に対して、アン
モニアガス及び不活性ガス（例えばアルゴンガス）を主
成分とするエッチングガスからなるプラズマによって異
方性エッチングを行なうものである。
【００７１】有機成分を主成分とする有機膜の一例とし
ては、ポリアリールエーテルの誘導体又はポリパラキシ
レンの誘導体などが挙げられるが、有機成分を主成分と
する有機膜の種類は特に問題とはならない。
【００７２】エッチング条件の一例としては、高密度プ
ラズマをプラズマ源とするエッチング装置を用いて、圧
力：３０ｍＴｏｒｒ、対向電極に印加する高周波電圧の
電力：３ｋＷ、被エッチング試料に印加するバイアス電
圧の電力：２００Ｗ、アンモニアガスの流量：３０ｓｃ
ｃｍ、アルゴンガスの流量：２０ｓｃｃｍが挙げられ
る。
【００７３】有機膜に対して、アンモニアガス及び不活
性ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズマ
によってエッチングを行なうと、プラズマに中において
アンモニアから活性な水素が発生し、活性な水素が有機
成分をＨＣＮに分解することによって、エッチングが進
行する。この場合、有機膜の表面がアンモニアガスから
発生する窒素によって効率的に窒化されるため、有機膜
における凹部の側壁が保護されるので、高い異方性が得
られる。
【００７４】また、エッチングガスには、有機膜を酸化
する成分が含まれていないため、有機膜が酸化されない
ので、後に行なわれる熱処理工程において有機膜からガ
スが発生するという問題が生じない。
【００７５】また、エッチングガスに含まれるアルゴン
のスパッタリング効果によって、高い異方性を有する高
速のエッチングが可能になる。
【００７６】このため、第３の実施形態によると、有機
膜に対して、該有機膜の劣化を招くことなく異方性エッ
チングを行なうことが可能になる。
【００７７】ところで、第２の実施形態のように、水素
ガス及び窒素ガスを主成分とするエッチングガスを用い
る場合には、アンモニアを主成分とするエッチングガス
に比べて、窒化の効率が良くないと共にエッチングレー
トが遅いという問題があるが、第３の実施形態による
と、これらの問題が解消され、第２の実施形態に比べ
て、窒化の効率及びエッチングレートが向上する。 （第４の実施形態）本発明の第４の実施形態は、有機成
分を含有する有機膜からなる層間絶縁膜に対して、炭酸
ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズマに
よって異方性エッチングを行なうものである。
【００７８】有機成分を主成分とする有機膜の一例とし
ては、ポリアリールエーテルの誘導体又はポリパラキシ
レンの誘導体などが挙げられるが、有機成分を主成分と
する有機膜の種類は特に問題とはならない。
【００７９】エッチング条件の一例としては、高密度プ
ラズマをプラズマ源とするエッチング装置を用いて、圧
力：５ｍＴｏｒｒ、対向電極に印加する高周波電圧の電
力：３ｋＷ、被エッチング試料に印加するバイアス電圧
の電力：３００Ｗ、炭酸ガス（ＣＯ2 ）ガスの流量：２
０ｓｃｃｍが挙げられる。
【００８０】第４の実施形態によると、炭酸ガスを主成
分とするエッチングガスからなるプラズマによってエッ
チングを行なうため、炭酸ガスからなるプラズマに含ま
れるＣＯイオンが異方性エッチングに寄与するので、有
機膜に対する異方性エッチングが進行する。
【００８１】また、炭酸ガスを主成分とするエッチング
ガスを用いるため、酸素ガスを主成分とするエッチング
ガスを用いる場合（酸素プラズマ）に比べて活性酸素の
量が少ないこと、及び生成されるＣＯラジカルが過剰な
活性酸素を消費するため、活性酸素は有機膜のエッチン
グにのみ寄与すること等の理由によって、有機膜の酸化
が低減する。
【００８２】従って、第４の実施形態によると、有機膜
に対して、該有機膜の劣化を招くことなく異方性エッチ
ングを行なうことが可能になる。
【００８３】尚、エッチングガスにアルゴンガスなどの
不活性ガスを添加すると、エッチングにおける異方性及
びエッチングレートの両方を向上させることができる。 （第５の実施形態）本発明の第５の実施形態は、有機成
分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜からな
る層間絶縁膜に対して、アンモニアガス及びフッ素ガス
を主成分とするエッチングガスからなるプラズマによっ
て異方性エッチングを行なうものである。
【００８４】有機無機複合膜の一例としては、Ｃ4Ｆ
8（又はＣ10Ｆ18）とビニルトリメトキシシランとの混
合ガスからなる原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法によ
り堆積されるシロキサン含有フッ素化有機膜、又は、Ｃ
6Ｆ6とＨＭＤＳＯとの混合ガスからなる原料ガスを用い
てプラズマＣＶＤ法により堆積されるシロキサン含有フ
ッ素化有機膜等が挙げられるが、有機無機複合膜の種類
は特に問わない。
【００８５】エッチング条件の一例としては、高密度プ
ラズマをプラズマ源とするエッチング装置を用いて、圧
力：３０ｍＴｏｒｒ、対向電極に印加する高周波電圧の
電力：３ｋＷ、被エッチング試料に印加するバイアス電
圧の電力：１００Ｗ、アンモニアガスの流量：３０ｓｃ
ｃｍ、フッ素ガスの流量：５ｓｃｃｍが挙げられる。
【００８６】ところで、有機成分及びシリカ成分を主成
分とする有機無機複合膜に対するエッチングにおいて
は、有機成分とシリカ成分というエッチング特性が異な
る複数の成分を同時にエッチングすることが必要であ
る。
【００８７】ところが、有機膜に対するエッチングに用
いる、酸素ガス、窒素ガスと水素ガスとの混合ガス、又
はアンモニアガス等からなるエッチングガスからなるプ
ラズマによっては、シリカ成分をエッチングすることが
できないため、エッチング残渣の発生及びパーティクル
の発生が顕著になってくるので、実用的なエッチングは
不可能である。
【００８８】また、シリコン酸化膜に対するエッチング
に使用されるフルオロカーボンをエッチングガスに添加
すると、シリカ成分をエッチングすることはできるが、
エッチングストッパーとしてシリコン酸化膜を用いる場
合には、エッチングの選択性が著しく低下するという問
題がある。
【００８９】これに対して、第５の実施形態のように、
アンモニアガス及びフッ素ガスを主成分とするエッチン
グガスからなるプラズマによってエッチングを行なう
と、第１の実施形態と同様、有機成分がアンモニアガス
によって分解されると共に、無機成分がフッ素ガスによ
って分解されるので、エッチングが進行する。また、シ
リコンの酸化によって形成されるＳｉＯ2 （エッチング
残渣及びパーティクルの発生原因になる）とエッチング
ガスに含まれるＦ2 との間に、ＳｉＯ2 ＋２Ｆ2→Ｓｉ
Ｆ4↑＋Ｏ2↑の反応が起こり、生成されたＳｉＦ4及び
Ｏ2が蒸発するので、エッチング残渣及びパーティクル
は発生しない。
【００９０】有機無機複合膜の下にシリコン酸化膜が形
成されている場合には、該シリコン酸化膜に対するエッ
チング選択性を確保するために、フッ素ガスの添加量は
少ない方が好ましい。
【００９１】また、バイアス電圧の電力をパワーを低く
すると共にチャンバー内の圧力を若干大きく（真空度を
低減）すると、有機無機複合膜に対して異方性のより高
いエッチングを行なうことができる。
【００９２】尚、アンモニアガス及びフッ素ガスを主成
分とするエッチングガスに代えて、水素ガス及び三フッ
化窒素ガスを主成分とするエッチングガス、窒素ガス、
水素ガス及びフッ素ガスを主成分とするエッチングガ
ス、窒素ガス及びフッ化水素ガスを主成分とするエッチ
ングガス、又は窒素ガス及びフッ素化炭化水素ガスを主
成分とするエッチングガス、からなるプラズマによって
異方性エッチングを行なってもよい。
【００９３】また、フッ素ガスに代えて、微量のフッ素
化炭化水素ガスを添加しても、エッチング残渣及びパー
ティクルを発生させることなく、有機無機複合膜に対し
て異方性の高いエッチングを行なうことができる。 （第６の実施形態）本発明の第６の実施形態は、有機成
分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜からな
る層間絶縁膜に対して、アンモニアガス、フッ素ガス及
び不活性ガス（例えばアルゴンガス）を主成分とするエ
ッチングガスからなるプラズマによって異方性エッチン
グを行なうものである。
【００９４】有機無機複合膜の一例としては、Ｃ4Ｆ
8（又はＣ10Ｆ18）とビニルトリメトキシシランとの混
合ガスからなる原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法によ
り堆積されるシロキサン含有フッ素化有機膜、又は、Ｃ
6Ｆ6とＨＭＤＳＯとの混合ガスからなる原料ガスを用い
てプラズマＣＶＤ法により堆積されるシロキサン含有フ
ッ素化有機膜等が挙げられるが、有機無機複合膜の種類
は特に問わない。
【００９５】エッチング条件の一例としては、高密度プ
ラズマをプラズマ源とするエッチング装置を用いて、圧
力：３０ｍＴｏｒｒ、対向電極に印加する高周波電圧の
電力：３ｋＷ、被エッチング試料に印加するバイアス電
圧の電力：１００Ｗ、アンモニアガスの流量：３０ｓｃ
ｃｍ、フッ素ガスの流量：５ｓｃｃｍ、アルゴンガスの
流量：２０ｓｃｃｍが挙げられる。
【００９６】第６の実施形態によると、第５の実施形態
と同様、有機成分がアンモニアガスによって分解される
と共に、無機成分がフッ素ガスによって分解されるの
で、エッチングが進行する。また、ＳｉＯ2とＦ2とが反
応してＳｉＦ4及びＯ2が生成され、生成されたＳｉＦ4
及びＯ2が蒸発するので、エッチング残渣及びパーティ
クルは発生しない。
【００９７】特に、第６の実施形態においては、エッチ
ングガスに不活性ガスが添加されているので、有機無機
複合膜の下にシリコン酸化膜が形成されている場合に、
該シリコン酸化膜に対するエッチング選択性を確保する
ことができる。
【００９８】尚、アンモニアガス、フッ素ガス及び不活
性ガスを主成分とするエッチングガスに代えて、水素ガ
ス、三フッ化窒素ガス及び不活性ガスを主成分とするエ
ッチングガス、窒素ガス、水素ガス、フッ素ガス及び不
活性ガスを主成分とするエッチングガス、窒素ガス、フ
ッ化水素ガス及び不活性ガスを主成分とするエッチング
ガス、又は窒素ガス、フッ素化炭化水素ガス及び不活性
ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズマに
よって異方性エッチングを行なってもよい。
【００９９】また、フッ素ガスに代えて、微量のフッ素
化炭化水素ガスを添加しても、エッチング残渣及びパー
ティクルを発生させることなく、有機無機複合膜に対し
て異方性の高いエッチングを行なうことができる。 （第７の実施形態）本発明の第７の実施形態は、有機成
分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜からな
る層間絶縁膜に対して、炭酸ガス及びフッ素ガスを主成
分とするエッチングガスからなるプラズマによって異方
性エッチングを行なうものである。
【０１００】有機無機複合膜の一例としては、Ｃ4Ｆ
8（又はＣ10Ｆ18）とビニルトリメトキシシランとの混
合ガスからなる原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法によ
り堆積されるシロキサン含有フッ素化有機膜、又は、Ｃ
6Ｆ6とＨＭＤＳＯとの混合ガスからなる原料ガスを用い
てプラズマＣＶＤ法により堆積されるシロキサン含有フ
ッ素化有機膜等が挙げられるが、有機無機複合膜の種類
は特に問わない。
【０１０１】エッチング条件の一例としては、高密度プ
ラズマをプラズマ源とするエッチング装置を用いて、圧
力：５ｍＴｏｒｒ、対向電極に印加する高周波電圧の電
力：３ｋＷ、被エッチング試料に印加するバイアス電圧
の電力：３００Ｗ、炭酸ガスの流量：２０ｓｃｃｍ、フ
ッ素ガスの流量：５ｓｃｃｍが挙げられる。
【０１０２】第７の実施形態によると、第４の実施形態
と同様、炭酸ガスから生成されるＣＯイオンが有機成分
に対するエッチングに寄与すると共に、第５実施形態と
同様、フッ素ガスが無機成分に対するエッチングに寄与
するので、有機無機複合膜に対するエッチングが進行す
ると共に、前述と同様に理由によって、エッチング残渣
及びパーティクルは発生しない。
【０１０３】尚、エッチングガスにアルゴンガスなどの
不活性ガスを添加すると、エッチングにおける異方性及
びエッチングレートの両方を向上させることができる。
【０１０４】また、フッ素ガスに代えて、微量のフッ素
化炭化水素ガスを添加しても、エッチング残渣及びパー
ティクルを発生させることなく、有機無機複合膜に対し
て異方性の高いエッチングを行なうことができる。 （第８の実施形態）本発明の第８の実施形態は、有機成
分及びシリカ成分を主成分とする有機無機複合膜からな
る層間絶縁膜に対して、一酸化炭素ガス及びフッ素ガス
を主成分とするエッチングガスからなるプラズマによっ
て異方性エッチングを行なうものである。
【０１０５】有機無機複合膜の一例としては、Ｃ4Ｆ
8（又はＣ10Ｆ18）とビニルトリメトキシシランとの混
合ガスからなる原料ガスを用いてプラズマＣＶＤ法によ
り堆積されるシロキサン含有フッ素化有機膜、又は、Ｃ
6Ｆ6とＨＭＤＳＯとの混合ガスからなる原料ガスを用い
てプラズマＣＶＤ法により堆積されるシロキサン含有フ
ッ素化有機膜等が挙げられるが、有機無機複合膜の種類
は特に問わない。
【０１０６】エッチング条件の一例としては、高密度プ
ラズマをプラズマ源とするエッチング装置を用いて、圧
力：５ｍＴｏｒｒ、対向電極に印加する高周波電圧の電
力：３ｋＷ、被エッチング試料に印加するバイアス電圧
の電力：３００Ｗ、一酸化炭素の流量：２０ｓｃｃｍ、
フッ素ガスの流量：５ｓｃｃｍが挙げられる。
【０１０７】第８の実施形態によると、一酸化炭素ガス
から生成されるＣＯイオンが有機成分に対するエッチン
グに寄与すると共に、フッ素ガスが無機成分に対するエ
ッチングに寄与するので、有機無機複合膜に対するエッ
チングが進行すると共に、前述と同様に理由によって、
エッチング残渣及びパーティクルは発生しない。
【０１０８】特に、第８の実施形態によると、一酸化炭
素ガスからなるプラズマ中においては、炭酸ガスからな
るプラズマ中に比べて活性酸素の発生量が少ないこと、
及び、生成される炭素イオンが、エッチングにより形成
された凹部の壁面を保護すると共に過剰な酸素を除去す
ることなどの理由によって、有機成分の酸化が一層抑制
される。
【０１０９】尚、エッチングガスにアルゴンガスなどの
不活性ガスを添加すると、エッチングにおける異方性及
びエッチングレートの両方を向上させることができる。
【０１１０】また、フッ素ガスに代えて、微量のフッ素
化炭化水素ガスを添加しても、エッチング残渣及びパー
ティクルを発生させることなく、有機無機複合膜に対し
て異方性の高いエッチングを行なうことができる。
【０１１１】尚、前記各実施形態においては、不活性ガ
スとしては、アルゴンガスを用いたが、これに代えて、
ネオンガス、キセノン又はこれらの混合ガスを用いても
よい。
【０１１２】
【発明の効果】第１のエッチング方法によると、アンモ
ニアガスからなるプラズマ中において活性な水素が発生
し、活性な水素が有機成分をシアン化水素に分解するた
め、エッチングが進行するが、この過程において、有機
膜の表面がアンモニアガスから発生する窒素によって効
率的に窒化されるため、有機膜における凹部の側壁が保
護されるので、高い異方性が得られる。また、エッチン
グガスには、有機膜を酸化する成分が含まれていないた
め、有機膜が酸化されないので、後の熱処理工程におい
て有機膜からガスが発生するという問題が生じない。
【０１１３】第２のエッチング方法によると、炭酸ガス
からなるプラズマに含まれるＣＯイオンがエッチングに
寄与するため、有機膜に対する異方性エッチングが進行
する。炭酸ガスを主成分とするエッチングガスは、酸素
ガスを主成分とするエッチングガスに比べて活性酸素の
量が少ないと共に、生成されるＣＯラジカルが過剰な活
性酸素を消費するため活性酸素が有機膜のエッチングに
のみ寄与するので、有機膜は酸化されず、これによっ
て、後の熱処理工程において有機膜からガスが発生する
という問題が生じない。
【０１１４】第１又は第２のエッチング方法において、
エッチングガスが不活性ガスを含んでいると、エッチン
グにおける異方性及びエッチングレートの両方が向上す
る。
【０１１５】第３のエッチング方法によると、エッチン
グガスに含まれる水素が活性化し、活性な水素が有機成
分をシアン化水素に分解するため、エッチングが進行す
るが、この過程において、有機膜の表面が窒素によって
効率的に窒化されるため、有機膜における凹部の側壁が
保護されるので、高い異方性が得られる。また、エッチ
ングガスには、有機膜を酸化する成分が含まれていない
ため、有機膜が酸化されないので、後の熱処理工程にお
いて有機膜からガスが発生するという問題が生じないと
共に、エッチングガスに不活性ガスが含まれているた
め、エッチングにおける異方性及びエッチングレートの
両方が向上する。
【０１１６】従って、第１〜第３のエッチング方法によ
ると、有機膜に対して、該有機膜の劣化を招くことなく
異方性に優れたエッチングを行なうことができる。
【０１１７】第４〜第８のエッチング方法によると、有
機無機複合膜における有機成分は活性な水素によって分
解されると共に、有機無機複合膜における無機成分はフ
ッ素によって分解されるので、有機無機複合膜に対する
エッチングが進行するが、この過程において、有機無機
複合膜における凹部の側壁が窒素によって保護されるの
で高い異方性が得られると共に、エッチングガスには有
機無機複合膜を酸化する成分が含まれていないので、有
機無機複合膜は酸化されず、これによって、後の熱処理
工程において有機無機複合膜からガスが発生するという
問題は生じない。
【０１１８】第９〜第１２のエッチング方法によると、
有機無機複合膜における有機成分はＣＯイオンによって
分解されると共に、有機無機複合膜における無機成分は
フッ素によって分解されるので、有機無機複合膜に対す
るエッチングが進行する。炭酸ガス又は一酸化炭素を主
成分とするエッチングガスは、活性酸素の量が少ないと
共に、生成されるＣＯラジカルが過剰な活性酸素を消費
するため活性酸素が有機膜のエッチングにのみ寄与する
ので、有機無機複合膜は酸化されず、これによって、後
の熱処理工程において有機無機複合膜からガスが発生す
るという問題は生じない。
【０１１９】従って、第４〜第１２のエッチング方法に
よると、有機無機複合膜に対して、該有機無機複合膜の
劣化を招くことなく異方性に優れたエッチングを行なう
ことができる。
【０１２０】第４〜第１２のエッチング方法において、
エッチングガスが不活性ガスを含んでいると、エッチン
グにおける異方性及びエッチングレートの両方が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）及び（ｂ）は、本発明の各実施形態に共
通するエッチング方法の各工程を説明する断面図であ
る。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 層間絶縁膜 ３ レジストパターン
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体集積回路の金属配線の上に形成さ
    れており、有機成分とシリカ成分との共重合体よりなる
    有機無機複合膜からなる層間絶縁膜のエッチング方法で
    あって、 前記層間絶縁膜に対して、アンモニアガス及びフッ素ガ
    スを主成分とするエッチングガスからなるプラズマを用
    いて前記層間絶縁膜を酸化させることなく異方性エッチ
    ングを行なうことを特徴とするエッチング方法。
  2. 【請求項２】 半導体集積回路の金属配線の上に形成さ
    れており、有機成分とシリカ成分との共重合体よりなる
    有機無機複合膜からなる層間絶縁膜のエッチング方法で
    あって、 前記層間絶縁膜に対して、水素ガス、窒素ガス及びフッ
    素ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズマ
    を用いて前記層間絶縁膜を酸化させることなく異方性エ
    ッチングを行なうことを特徴とするエッチング方法。
  3. 【請求項３】 半導体集積回路の金属配線の上に形成さ
    れており、有機成分とシリカ成分との共重合体よりなる
    有機無機複合膜からなる層間絶縁膜のエッチング方法で
    あって、 前記層間絶縁膜に対して、水素ガス及び三フッ化窒素ガ
    スを主成分とするエッチングガスからなるプラズマを用
    いて前記層間絶縁膜を酸化させることなく異方性エッチ
    ングを行なうことを特徴とするエッチング方法。
  4. 【請求項４】 半導体集積回路の金属配線の上に形成さ
    れており、有機成分とシリカ成分との共重合体よりなる
    有機無機複合膜からなる層間絶縁膜のエッチング方法で
    あって、 前記層間絶縁膜に対して、窒素ガス及びフッ化水素ガス
    を主成分とするエッチングガスからなるプラズマを用い
    て前記層間絶縁膜を酸化させることなく異方性エッチン
    グを行なうことを特徴とするエッチング方法。
  5. 【請求項５】 半導体集積回路の金属配線の上に形成さ
    れており、有機成分とシリカ成分との共重合体よりなる
    有機無機複合膜からなる層間絶縁膜のエッチング方法で
    あって、 前記層間絶縁膜に対して、窒素ガス及びフッ素化炭化水
    素ガスを主成分とするエッチングガスからなるプラズマ
    を用いて前記層間絶縁膜を酸化させることなく異方性エ
    ッチングを行なうことを特徴とするエッチング方法。
  6. 【請求項６】 前記エッチングガスは不活性ガスを含ん
    でいることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に
    記載のエッチング方法。
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