JP3453996B2 - 酸化シリコン系絶縁膜のプラズマエッチング方法 - Google Patents
酸化シリコン系絶縁膜のプラズマエッチング方法Info
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Description
等の製造分野で適用される酸化シリコン系絶縁膜のプラ
ズマエッチング方法に関し、更に詳しくは、導電材料等
からなる下地材料層上の酸化シリコン系絶縁膜に接続孔
を開口する場合等に用いて有用な、酸化シリコン系絶縁
膜のプラズマエッチング方法に関する。
性能化が進展するに伴い、そのデザインルールはハーフ
ミクロンからサブクォータミクロンへと縮小しつつあ
る。これに伴い、酸化シリコン系絶縁膜に微細加工を施
し、接続孔等を形成するためのプラズマエッチング方法
に対する技術的要求はますます厳しさを増している。
化や、半導体素子自体の微細化を図るため、例えばMO
Sトランジスタにおいては不純物拡散層の接合深さが浅
くなっている。またSRAMの負荷抵抗素子として用い
られるPMOS−TFTのソース・ドレイン領域に臨む
接続孔を開口するデバイス構造がある。このような薄い
導電材料層を下地とする酸化シリコン系絶縁膜のプラズ
マエッチングにおいては、従来以上に対下地材料層との
選択性に優れ、下地材料層のダメージが少ないプラズマ
エッチング方法が求められる。
重要な問題である。微細なデザインルールの半導体装置
を安定に製造するために、プラズマエッチング中に生じ
るレジストマスクの後退による寸法変換差の発生は、極
く僅かなレベルのものでも許容され難くなりつつあるか
らである。
グは、強固なSi−O結合(705kJ/mol)を切
断する必要があるため、スパッタリング効果のあるイオ
ン性の強いエッチングモードが採用されている。一般的
なエッチングガスはCF4 やC3 F8 等 を代表とする
CF系ガスを主体とするものであり、CF系ガスから解
離生成するCFx + の入射イオンエネルギによるスパッ
タリング作用と、構成元素である炭素の還元性によるS
i−O結合の分断作用、および蒸気圧の大きい反応生成
物であるSiFx の生成除去を利用するものである。し
かしイオンモードのプラズマエッチングの特徴として、
エッチングレートは一般に大きくはない。そこで高速エ
ッチングを指向して入射イオンエネルギを高めると、エ
ッチング反応は物理的なスパッタリングを主体とする形
となり、選択性は低下する。すなわち、CF系ガスによ
る酸化シリコン系材料層のプラズマエッチングは、高速
性と選択性は両立しがたいものであった。
には、CF系ガスの反応生成物を主体とするフッ化炭素
系ポリマを厚く堆積する必要があり、このようなガスケ
ミストリで同一エッチングチャンバ内でプラズマエッチ
ングを重ねると、エッチングレートの低下やパーティク
ルレベルの悪化を招く。エッチングレートの低下は微細
パターンほど顕著に表れ、いわゆるマイクロローディン
グ効果による接続孔の抜け不良が発生する。
グにおける選択比を向上するため、CF系ガスにH2 を
添加したり、分子中にHを含むCHF3 等CHF系ガス
を採用する従来技術がある。これはプラズマ中に生成す
るHラジカル(H* )により、プラズマ中の過剰なFラ
ジカル(F* )を捕捉し、HFの形でエッチングチャン
バ外に除去し、エッチング反応系の実質的なC/F比
(C原子とF原子の割合い)を増加させる思想にもとづ
く。C/F比の増加は、エッチングと競合して堆積する
フッ化炭素系ポリマ中のF原子の含有量を低減し、イオ
ン入射耐性向上等の膜質強化作用があり、したがってS
i等の下地との選択性を向上する効果がある。フッ化炭
素系ポリマは、被エッチング膜である酸化シリコン系絶
縁膜上ではその表面からスパッタアウトされるO原子と
反応して酸化除去されるので実質的には堆積せず、エッ
チングレートを低下することはない。しかしフッ化炭素
系ポリマは、酸化作用を有さないSi等の下地上に専ら
堆積し、イオン入射から下地を保護するため実質的なエ
ッチングストッパとして機能し、このために選択比が向
上するのである。これらC/F比の概念や高選択性が達
成される機構については、例えばJ.Vac.Scie
nce.Tech,16(2),391(1979)に
報告されている。
う物理的観点とは異なった立場からフッ化炭素系ポリマ
の膜質を見直す動向がある。すなわち、F原子リッチな
フッ化炭素系ポリマが下地材料層であるSi等の露出面
に堆積した場合には、フッ化炭素系ポリマ中のF原子と
下地のSi原子とは、単なる吸着あるいは付着にとどま
らず、イオンの入射にアシストされて化学反応および反
応生成物の脱離過程と進む。この一連の過程は、とりも
なおさずエッチング反応であり、対下地材料層の選択比
が低下する原因となる。このような観点から、フッ化炭
素系ガスにCOを添加し、プラズマ中の過剰なF* をC
OFx 等の形で捕捉してC/F比を増加する試みが第4
0回応用物理学関係連合講演会(1993年春季年会)
講演予稿集p614、講演番号31a−ZE−10に報
告されている。また同様の観点から、NF3 等の無機フ
ッ素系エッチングガスにCOを添加して余剰のF* を捕
捉し、選択比を向上する提案が、例えば米国特許第4,
807,016号明細書に開示されている。
COを添加して下地材料層との選択比を向上する手法に
おいては、これら添加ガスの引火性や安全性について充
分な配慮が必要である。とりわけクリーンルーム等の閉
鎖空間での取り扱いには、検討の余地が大きい。また実
用化に当たっては排気ガスの処理設備を新たに設ける必
要がある。
止するため、配線間の絶縁膜を低誘電率化し配線間容量
を低減する試みがロジックLSI等の高速性を要求され
る半導体デバイスを主体として鋭意検討されている。低
誘電率材料としては一般的な層間絶縁膜材料であるSi
O2 にFを添加したSiOFが代表的であり、成膜プロ
セスにおいて従来技術と連続性があることからも注目さ
れる。一例としてTEOS/O2 /CF4 系原料ガスを
用いたプラズマCVD方法が1993 DryProc
ess Symposium 予稿集p163、講演番
号V−2に報告されている。この方法によればSiO2
に6at.%程度のFを含有させることにより、比誘電
率は4.1から3.2程度まで低減される。
低誘電率酸化シリコン系絶縁膜のプラズマエッチングに
おいては、これら被エッチング膜からエッチング中に逐
次F* が放出され、プラズマ中のF* 濃度を高める。被
エッチング膜から放出されるF* も、下地材料層である
シリコンや、レジストマスクのエッチャントとなるの
で、エッチング選択比の確保はSiO2 やPSG、BS
G、BPSG等の一般的な酸化シリコン系絶縁膜に比較
して一層困難なものとなる。
iOF系絶縁膜をも含む酸化シリコン系絶縁膜のプラズ
マエッチングに関する各種問題点を解決することをその
課題としている。すなわち本発明の課題は、下地材料層
上に形成された酸化シリコン系絶縁膜をパターニングす
るに当たり、対下地材料層および対レジストマスクの選
択比に優れ、かつマイクロローディング効果が小さくパ
ーティクル汚染の少ないプラズマエッチング方法を提供
することである。
らH2 やCO等、使用にあたって引火性や安全性に検討
の余地のあるガスを排除し、また新たに排気ガス処理施
設等の設備投資が不要な酸化シリコン系絶縁膜のプラズ
マエッチング方法を提供することである。
低減され信号伝播速度が向上した高集積度半導体装置を
安定に製造しうる低誘電率酸化シリコン系絶縁膜のプラ
ズマエッチング方法を提供することである。
絶縁膜のプラズマエッチング方法は、上述した課題を達
成するために提案するものであり、その第1の発明(請
求項1)は、NおよびHを構成元素として含むガスと、
CおよびFを構成元素として含むガスとを含む混合ガス
を用い、下地材料層上のFを構成元素とする低誘電率酸
化シリコン系絶縁膜をパターニングすることを特徴とす
るものである。
Hを構成元素として含むガスと、CおよびFを構成元素
として含むガスとを含む混合ガスを用い、下地材料層上
のFを構成元素とする低誘電率酸化シリコン系絶縁膜
を、下地材料層が露出する直前までパターニングする工
程と、この混合ガス中の、NおよびHを構成元素として
含むガスの混合比を高め、下地材料層上のFを構成元素
とする低誘電率酸化シリコン系絶縁膜の膜厚方向の残部
をパターニングする工程とを、この順に施すことを特徴
とするものである。下地材料層が露出する直前までパタ
ーニングする工程(ジャストエッチング工程)において
は、エッチングレートのわずかな不均一性から、被エッ
チング基板上の一部において下地材料層が不可避的に僅
かに露出する場合もあり得るが、かかる場合も含むもの
とする。
びHを構成元素として含むガスと、放電解離条件下でプ
ラズマ中に遊離のイオウを放出しうるイオウ系化合物ガ
スとを含む混合ガスを用いるとともに、被エッチング基
板を室温以下に制御しつつ、下地材料層上のFを構成元
素とする低誘電率酸化シリコン系絶縁膜をパターニング
することを特徴とするものである。
て含むガスとしては、NH3 (mp=−77.7℃、b
p=33.35℃)、N2 H4 (mp=2.0℃、bp
=113.5℃)およびNH4 HSのうちのいずれか少
なくとも1種である。このうち、NH4 HS (Ammonium
Hydrosulfide)は、(NH4 )2 S (Ammonium Sulfid
e、−18℃以下で結晶化)の熱分解により生成する化
合物である。また本発明で採用するCおよびFを構成元
素として含むガスは一般式Cn Fmあるいはこれらの化
合物内のF原子の一部をHで置換したCn Hl F
m-l (n、mおよびlはそれぞれ自然数)で表される化
合物であり、飽和化合物あるいは不飽和化合物、あるい
は鎖状、環状等の分子構造の別を問わない。さらに本発
明で用いる放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウ
を放出しうるイオウ系化合物ガスは、具体的にはS2 F
2 、SF2 、SF4 、S2 F10、S2 Cl2 、S3 Cl
2 、SCl2 、S2 Br2 、S3 Br2 、S2 Br等の
ハロゲン化イオウ系ガス、およびH2 Sが例示され、こ
れら単独または組み合わせて使用できる。室温において
液状の化合物は、公知の方法で加熱気化して用いればよ
い。ハロゲン化イオウガスとして一般的なSF6 は、放
電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出するこ
とは困難であるので、これを除外する。また室温とは通
常の半導体装置の製造プロセスに供するクリーンルーム
の室温のことであり、通常20〜25℃である。
コン系絶縁膜は、SiOxFzおよびSiOxNyFz
(SiOFおよびSiONFと略記)のうちのいずれか
1種である。またこれら酸化シリコン系絶縁膜に、P、
B、As等の不純物を含むものであってもよい。またそ
の成膜方法は減圧CVD法、プラズマCVD法、常圧C
VD法、スパッタリング法、塗布焼成法等の別を問わな
い。
も共通する作用として、NおよびHを構成元素として含
むガスが放電解離条件下でプラズマ中に遊離生成するH
原子あるいはその活性種のみならず、N原子あるいはそ
の活性種が共同してシリコン材料やレジストマスクのエ
ッチャントとなるフッ素ラジカル(F* )を捕捉するの
で、過剰F* による選択比低下が防止される。またエッ
チングと競合して堆積するフッ化炭素系ポリマ中のフッ
素含有量が低下するのでカーボンリッチな組成となりそ
の膜質が強化され、入射イオンやラジカルの攻撃に対す
る耐性が高まり、この面からもシリコン材料やレジスト
マスクとの選択比が向上する。とりわけ、Fを構成元素
とするSiOF等の低誘電率酸化シリコン系絶縁膜の場
合には、エッチング進行中に逐次F* を放出するのでエ
ッチャントが過剰となり易いが、本発明の採用によりこ
れら被エッチング膜から放出されるF* も捕捉されるの
で、選択比の低下は効果的に回避される。
グ工程に相当する下地材料層が露出する直前までパター
ニングした時点で混合ガスの混合比を変更し、その後の
オーバーエッチング工程においてはNおよびHを構成元
素として含むガスの混合比を高める。この2段階エッチ
ングにより、ジャストエッチング工程においては実用的
な高速エッチングレートを確保できる。さらにオーバー
エッチング工程においてはプラズマ中のF* を一層低減
し、またより効果的にF含有量の小さいフッ化炭素系ポ
リマが生成されるので、入射イオンエネルギを低減した
条件でも高選択比エッチングが可能となる。当然これに
より下地材料層のイオン照射ダメージも低減される。
グ基板温度が低温制御されることによりラジカル反応が
抑制されること、およびイオウ系化合物ガスの解離生成
により、被エッチング基板上にはフッ化炭素系ポリマの
他にイオウ系材料が堆積することの相乗効果により、S
i等の対下地材料選択比や対レジストマスク選択比がさ
らに向上する。一方酸化シリコン系材料層表面では、ス
パッタリングにより放出されるOにより、CF系ポリマ
同様にイオウ系材料はSOやSO2 となって速やかに除
去されるので、エッチングレートの低下は事実上起こら
ない。したがって、エッチングレートを確保したまま高
選択比エッチングが可能となる。酸化シリコン系材料層
のパターニング終了後は、被エッチング基板を約150
℃以上に加熱すれば堆積したイオウ系材料は速やかに昇
華除去され、被エッチング基板に対するコンタミネーシ
ョンやパーティクル汚染を残す虞れはない。イオウ系材
料は、レジストアッシングの際にレジストと同時に酸化
除去することも可能である。なお、堆積するイオウ系材
料としては、元素状イオウ、およびイオウが窒化および
重合して生成するポリチアジルがある。ポリチアジルは
イオウよりさらにイオン入射耐性が大きく、選択比向上
やダメージ防止効果が高い。イオウは減圧下約90℃以
上、ポリチアジルは約150℃以上で昇華除去可能であ
る。イオウおよびポリチアジルの昇華温度から明らかな
ように、被エッチング基板温度がこれら昇華温度未満で
あればイオウあるいはポリチアジルは堆積可能である。
ただし堆積膜の安定性の観点からは、被エッチング基板
温度を室温以下、例えば一般的なクリーンルーム温度で
ある20〜25℃以下に制御することが望ましい。
やビアホール加工に適用した具体的実施例につき、添付
図面を参照して説明する。
るC3 F8 と、NH3との混合ガスにより、シリコン基
板上のSiO2 からなる酸化シリコン系絶縁膜をプラ
ズマエッチングしてコンタクトホールを形成した例であ
り、これを図1(a)〜(b)を参照して説明する。
拡散層2等が形成されたSi等の半導体基板1上に、S
iO2 からなる酸化シリコン系絶縁膜3を形成する。こ
の酸化シリコン系絶縁膜は、一例としてTEOS/H2
O/O2 系のソースガスを用い、プラズマCVDにより
成膜したものである。酸化シリコン系絶縁膜3の厚さは
一例として500nmである。つぎに化学増幅型レジス
トとKrFエキシマレーザリソグラフィにより、0.2
5μmの開口径を有するレジストマスク4を接続孔開口
位置にパターニングする。ここまで形成した図1(a)
に示すサンプルを、被エッチング基板とする。
したマグネトロンRIE装置の基板ステージ上に載置
し、下記条件により酸化シリコン系材料層3の露出部分
をプラズマエッチングする。なお基板ステージは、アル
コール系冷媒が循環する冷却配管と抵抗加熱ヒータおよ
び温度センサ等を内蔵することにより、0℃以下に温度
制御できるものである。 C3 F8 50 sccm NH3 20 sccm ガス圧力 2.0 Pa RF電源パワー密度 2.0 W/cm2 (13.56MHz) 磁界強度 1.5×10-2 T 被エッチング基板温度 5 ℃ 被エッチング基板温度は、エッチング工程中5℃を維持
した。このプラズマエッチング工程においては、F* に
よるラジカル反応が、主としてCFx + のイオン入射に
アシストされる形で酸化シリコン系絶縁膜3の異方性エ
ッチングが進行した。エッチングレートは850nm/
minであった。
成したH原子のみならず、N原子あるいはこれら原子の
活性種が、C3 F8 の解離や被エッチング層から放出さ
れる過剰なF* を捕捉する。この結果、被エッチング基
板上に堆積するフッ化炭素系ポリマ(図示せず)は、F
成分の含有量の少ないものであり、高いイオン入射耐性
を有していた。フッ化炭素系ポリマは、プラズマエッチ
ングにより露出する下地材料層であるシリコン等の半導
体基板、正確には不純物拡散層2上やレジストマスク4
上に主として堆積する結果、高い選択比が得られる。す
なわち、下地材料層である半導体基板1が露出した段階
で、その表面にフッ化炭素系ポリマが堆積するのでエッ
チングレートは大幅に低下し、この結果高い選択比が達
成されるのである。選択比は、対下地材料層が約40、
対レジストマスクが約7であった。被エッチング基板に
コンタクトホール5が開口された、プラズマエッチング
終了後の状態を図1(b)に示す。
む混合ガスを用いて酸化シリコン系絶縁膜をプラズマエ
ッチングすることにより、高い選択比と均一性を共に満
たすコンタクトホール開口プロセスが達成できた。
NH3 を含む混合ガスにより、下層配線上の低誘電率酸
化シリコン系絶縁膜をプラズマエッチングしてビアホー
ルを開口した例であり、これを図2(a)〜(b)を参
照して説明する。
ッチング基板は、下層層間絶縁膜6上に例えば不純物を
含む多結晶シリコンからなる下層配線7とSiOFから
なる低誘電率酸化シリコン系絶縁膜30が形成され、さ
らに下層配線7に臨む、例えば0.25μmの開口部が
設けられたレジストマスク4を形成したものである。低
誘電率酸化シリコン系絶縁膜30は一例としてTEOS
/C2 F6 /H2 O/O2 系の原料ガスを用いたプラズ
マCVDにより形成したものであり、その厚さ例えば5
00nmである。このプラズマCVD法は本願出願人が
特願平6−97631号明細書として出願したものであ
り、残留水酸基や有機物が少なく、またステップカバレ
ッジにも優れたものである。
グネトロンRIE装置の基板ステージ上に載置し、下記
条件により低誘電率酸化シリコン系絶縁膜30の露出部
分をプラズマエッチングする。 C4 F8 50 sccm NH3 10 sccm ガス圧力 2.0 Pa RF電源パワー密度 2.0 W/cm2 (13.56MHz) 磁界強度 1.5×10-2 T 被エッチング基板温度 5 ℃ 被エッチング基板温度は、エッチング工程中5℃を維持
した。このプラズマエッチング工程においては、F* に
よるラジカル反応が、主としてCFx + のイオン入射に
アシストされる形で低誘電率酸化シリコン系絶縁膜30
の異方性エッチングが進行した。エッチングレートは8
50nm/minであった。
成したH原子のみならずN原子あるいはこれらの原子の
活性種が、C4 F8 の解離や被エッチング層から放出さ
れる過剰なF* を捕捉するので、エッチングの選択比は
下地材料層である多結晶シリコンからなる下層配線7に
対して約40、レジストマスク4に対し約6の値が得ら
れた。ビアホール8が開口された、プラズマエッチング
終了後の状態を図2(b)に示す。本実施例によれば、
C4 F8 とNH3 を含む混合ガスを用いて低誘電率酸化
シリコン系絶縁膜をプラズマエッチングすることによ
り、高い選択比と均一性を共に満たすビアホール開口プ
ロセスが達成できた。
O2 からなる酸化シリコン系絶縁膜を、フッ化炭素系ガ
スであるC3 F8 と、N2 H4 を含む混合ガスにより、
その混合比を変えて2段階プラズマエッチングしてコン
タクトホールを形成した例であり、これを図3(a)〜
(c)を参照して説明する。
施例1で参照した図1(a)に示す被エッチング基板と
同様であるので重複する説明は省略する。この被エッチ
ング基板をマグネトロンRIE装置の基板ステージ上に
載置し、下記条件により酸化シリコン系材料層3の露出
部分を下地材料層が露出する直前までプラズマエッチン
グする。 C3 F8 50 sccm N2 H4 10 sccm ガス圧力 2.0 Pa RF電源パワー密度 2.2 W/cm2 (13.56MHz) 磁界強度 1.5×10-2 T 被エッチング基板温度 15 ℃ エッチングの終点は、予め同一のエッチング条件で酸化
シリコン系絶縁膜3のエッチングレートを求めておき、
時間制御により決定した。第1段のプラズマエッチング
終了後の状態を図3(b)に示す。コンタクトホール開
口予定個所の凹部底面には、酸化シリコン系絶縁膜の残
余部3aが見られる。本エッチング工程は基本的には前
実施例1と同様の原理にもとづきエッチングが進行する
が、RF電源パワー密度と被エッチング基板温度を高め
た条件を採用したのでエッチングレートは1200nm
/minとなった。
ズマエッチング条件に切り替え、酸化シリコン系絶縁膜
の残余部3aを除去する。 C3 F8 40 sccm N2 H4 20 sccm ガス圧力 2.0 Pa RF電源パワー密度 1.2 W/cm2 (13.56MHz) 磁界強度 1.5×10-2 T 被エッチング基板温度 15 ℃ 本オーバーエッチング工程においては、N2 H4 の混合
比を高めたことによりF* が有効に補足されたこと、お
よびRF電源パワー密度を低減したことの寄与により、
エッチング選択比は対下地材料層が約60、対レジスト
マスクが約9であった。酸化シリコン系絶縁膜3にコン
タクトホール5が開口されたプラズマエッチング終了後
の状態を図3(c)に示す。
更する2段階エッチング条件の採用により、高い選択
比、均一性および高スループットをともに満たす酸化シ
リコン系絶縁膜のプラズマエッチングが可能となる。
/S2 F2 混合ガスにより下層配線上の低誘電率酸化シ
リコン系絶縁膜をプラズマエッチングしてビアホールを
開口した例であり、これを再度図2(a)〜(b)を参
照して説明する。
ッチング基板は、先の実施例2で説明したものと同一で
あるので重複する説明は省略する。この被エッチング基
板を、基板バイアス印加型ICP(Inductive
ly Coupled Plasma)エッチング装置
の基板ステージ上に載置し、下記条件により低誘電率酸
化シリコン系絶縁膜30の露出部分をプラズマエッチン
グする。このエッチング装置の基板ステージは、チラー
により冷却したアルコール系冷媒を循環することにより
被エッチング基板を−数十℃に冷却できる機構を有す
る。 CF4 20 sccm NH3 20 sccm S2 F2 20 sccm ガス圧力 0.8 Pa ICP電源 1000 W(2.0MHz) 基板バイアス電圧 300 V 被エッチング基板温度 −30 ℃ 被エッチング基板温度は、エッチング工程中−30℃を
維持した。このプラズマエッチング工程においては、C
F4 およびS2 F2 の解離によりプラズマ中に生じたF
* によるラジカル反応が、主としてCFx + のイオン入
射にアシストされる形で低誘電率酸化シリコン系絶縁膜
30の異方性エッチングが進行した。エッチングレート
は950nm/minであった。
成したH原子のみならずN原子、あるいはこれら原子の
活性種が過剰なF* を捕捉すること、および低温冷却に
よりF* 自体の活性が抑制されていること、さらにF含
有量の少ない強固なフッ化炭素系ポリマに加えてイオウ
系材料の堆積を併用しうること等の効果により、エッチ
ングの選択比は実施例3と比較してさらに高い値が得ら
れた。またイオウの堆積分だけフッ化炭素系ポリマの堆
積量を低減することが可能であり、この結果マイクロロ
ーディング効果も有効に低減された。プラズマエッチン
グ終了後の状態を図2(b)に示す。本実施例により堆
積するイオウ系材料は、元素状イオウおよびポリチアジ
ルの混合物であった。
ガスに、さらにS2 F2 を添加し、被エッチング基板を
室温以下に制御しながら低誘電率酸化シリコン系絶縁膜
をパターニングすることにより、高い選択比と下地材料
層に与える低ダメージ性をともに達成することができ
る。特に本実施例においては、プラズマエッチング終了
後、基板ステージを150℃以上に加熱することによ
り、被エッチング基板上や基板ステージ近傍に堆積した
イオウ系材料は容易に昇華除去でき、パーティクル汚染
やコンタミネーション汚染を惹起することがない。また
フッ化炭素系ポリマの堆積を低減でき、被エッチング基
板の処理枚数を重ねて連続処理を行っても、フッ化炭素
系ポリマ過剰なチャンバ内雰囲気が形成されることな
く、エッチングレートの低下やマイクロローディング効
果が発生することはない。またチャンバ内のパーティク
ルレベルが増加することもない。
たが、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものでは
ない。
としてNH3 とN2 H4 を例示したが、先述したように
NH4 HSを用いることも可能である。またCとFを構
成元素として含むガスとしてC4 F8 とC3 F8 および
CF4を例示したが、飽和、不飽和を問わず他のCF系
ガスを単独または組み合わせて用いることができる。F
原子の一部がHに置換されたCHF系ガスを用いてもよ
い。同じく、F原子の一部がClやBr等他のハロゲン
原子に置換された化合物であってもよい。
ウを放出しうるハロゲン化イオウ系ガスとして、S2 F
2 を代表としてとりあげたが、これ以外にSF2 、SF
4 、S2 F10、S2 Cl2 、S3 Cl2 、SCl2 、S
2 Br2 、S3 Br2 、およびS2 Br10が例示され、
これら単独または組み合わせて使用できる。H2 Sは単
独ではエッチング作用はないので、CF系ガスや他のハ
ロゲン系ガスと併用する必要がある。
OFを例示したが、窒素を含有するSiONFであって
もよい。これらにさらにP、BおよびAs等の不純物を
含有していてもよい。レジストマスクを使用しないセル
フアラインコンタクトへの適用も可能である。またコン
タクトホールやビアホール加工に限らず、LDDサイド
ウォールスペーサ加工等、下地材料層との高選択比が要
求される各種プラズマエッチングにも適用可能である。
マエッチング装置、プラズマエッチング条件等、本発明
の技術的思想の範囲内で適宜選択して適用することが可
能である。
第1〜3の発明によればプラズマ中のF*の制御、およ
び被エッチング基板上に堆積するフッ化炭素系ポリマ中
のF含有量の制御により、酸化シリコン系絶縁膜の高選
択比エッチングが可能となる。
変えた2段階エッチングの採用により高スループット加
工に加え、上記効果を徹底できる。
チアジルの堆積を併用することにより、一層の選択比の
向上と低ダメージに加え、マイクロローディング効果の
低減および低汚染の効果が得られる。
度半導体装置を安定に製造することが可能な酸化シリコ
ン系絶縁膜のプラズマエッチング方法を提供できる。
施例1を、その工程順に説明する概略断面図であり、
(a)は酸化シリコン系絶縁膜上にコンタクトホール開
口用のレジストマスクを形成した状態、(b)は酸化シ
リコン系絶縁膜をパターニングしてコンタクトホールを
完成した状態である。
施例2および4を、その工程順に説明する概略断面図で
あり、(a)は低誘電率酸化シリコン系絶縁膜上にビア
ホール開口用のレジストマスクを形成した状態、(b)
は低誘電率酸化シリコン系絶縁膜をパターニングしてビ
アホールを完成した状態である。
施例3を、その工程順に説明する概略断面図であり、
(a)は酸化シリコン系絶縁膜上にコンタクトホール開
口用のレジストマスクを形成した状態、(b)は酸化シ
リコン系絶縁膜を下地材料層が露出する直前までパター
ニングした状態、(c)は酸化シリコン系絶縁膜の膜厚
方向の残部をパターニングしてコンタクトホールを完成
した状態である。
系絶縁膜、3a…酸化シリコン系絶縁膜の残余部、4…
レジストマスク、5…コンタクトホール、6…下層層間
絶縁膜、7…下層配線、8…ビアホール、30…低誘電
率酸化シリコン系絶縁膜
Claims (5)
- 【請求項1】 NおよびHを構成元素として含むガス
と、CおよびFを構成元素として含むガスとを含む混合
ガスを用い、下地材料層上のFを構成元素とする低誘電
率酸化シリコン系絶縁膜をパターニングすることを特徴
とする酸化シリコン系絶縁膜のプラズマエッチング方
法。 - 【請求項2】 NおよびHを構成元素として含むガス
と、CおよびFを構成元素として含むガスとを含む混合
ガスを用い、下地材料層上のFを構成元素とする低誘電
率酸化シリコン系絶縁膜を、前記下地材料層が露出する
直前までパターニングする工程と、前記混合ガス中の、
NおよびHを構成元素として含むガスの混合比を高め、
前記下地材料層上のFを構成元素とする低誘電率酸化シ
リコン系絶縁膜の膜厚方向の残部をパターニングする工
程とを、この順に施すことを特徴とする酸化シリコン系
絶縁膜のプラズマエッチング方法。 - 【請求項3】 NおよびHを構成元素として含むガス
と、放電解離条件下でプラズマ中に遊離のイオウを放出
しうるイオウ系化合物ガスとを含む混合ガスを用いると
ともに、被エッチング基板を室温以下に制御しつつ、下
地材料層上のFを構成元素とする低誘電率酸化シリコン
系絶縁膜をパターニングすることを特徴とする酸化シリ
コン系絶縁膜のプラズマエッチング方法。 - 【請求項4】 NおよびHを構成元素として含むガス
は、NH3、N2H4およびNH4HSのうちのいずれ
か少なくとも1種であることを特徴とする請求項1ない
し3いずれか1項記載の酸化シリコン系絶縁膜のプラズ
マエッチング方法。 - 【請求項5】 酸化シリコン系絶縁膜は、SiO2、S
iOxFzおよびSiOxNyFzのうちのいずれか1
種であることを特徴とする請求項1ないし3いずれか1
項記載の酸化シリコン系絶縁膜のプラズマエッチング方
法。
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---|---|---|---|
JP06241796A JP3453996B2 (ja) | 1996-03-19 | 1996-03-19 | 酸化シリコン系絶縁膜のプラズマエッチング方法 |
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JPH09260350A JPH09260350A (ja) | 1997-10-03 |
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US6607675B1 (en) * | 2000-08-29 | 2003-08-19 | Applied Materials Inc. | Method of etching carbon-containing silicon oxide films |
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-
1996
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