JP4550981B2 - Etching method - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，エッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
コンタクトホール等の溝を形成するドライエッチングプロセスにおいては，プラズマ放電等によりフッ素を含む反応活性種を生成させるため，エッチングガスとしてフッ素原子を多く含有するガス，例えば，ＣＨＦ_３，ＣＨ_２Ｆ_２，ＣＦ_４，Ｃ_４Ｆ_８等が用いられている。そしてこれらフッ素含有ガスに，主にガス流量比制御のために用いられるＡｒや，主にぬけ性の向上，すなわち，深さ方向のエッチングを促進するために用いられるＯ_２を混合させた処理ガスを用いてエッチング処理が行われている。従来の処理ガスの組み合わせの代表的なものには，ＣＨＦ_３＋Ａｒ＋Ｏ_２，ＣＨ_２Ｆ_２＋ＣＦ_４＋Ａｒ，Ｃ_４Ｆ_８＋ＣＨ_２Ｆ_２＋Ａｒ＋Ｏ_２等が挙げられる。
【０００３】
エッチング処理に用いられる上記フッ素含有ガスのうち，ＣＨ_２Ｆ_２はもっとも頻繁に用いられるガスの一つである。これはＣＨ_２Ｆ_２の対レジスト選択比が高いことに起因するものである。なお本明細書中，対レジスト選択比とは，（エッチング対象膜の平均エッチング速度）／（フォトレジストのエッチング速度）で表される値をいう。対レジスト選択比が低い処理ガスを用いると，溝の開口部が広がるため好ましくない。
【０００４】
しかしながら，処理ガスにおけるＣＨ_２Ｆ_２の流量比を高くすればその分対レジスト選択比も向上するが，その反面，形成される溝の形状異常を生じてしまうという問題があった。これは，プラズマ処理中にＣＨ_２Ｆ_２が解離してＨやＨＦが生成され，これらＨやＨＦによりホール近辺で等方性エッチングが行われてしまうためであると考えられている。そこで，従来は，上述のように，ＣＨ_２Ｆ_２にＣ_４Ｆ_８，Ａｒ，Ｏ_２を混合させた処理ガスを用いることでＣＨ_２Ｆ_２の流量比を調整していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，ＣＨ_２Ｆ_２の流量比を制御するためにＣ_４Ｆ_８を用いた場合には，以下の問題点があった。まず第一に，形成される溝の形状はある程度改善されるものの，依然としてボーイング，縦筋，うねりといった形状異常が生じ，形状異常の改善が十分ではないという問題点があった。また第二に，溝の形状の改善という利点以上に，対レジスト選択比の低下という欠点が大きいという問題点があった。実際には，対レジスト選択比が３．０〜４．０程度と低くなってしまい，溝の開口部が広がるという問題点があった。
【０００６】
本発明は，従来のエッチング方法が有する上記問題点に鑑みてなされたものであり，本発明の第１の目的は，対レジスト選択比を向上させることの可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することである。
さらに本発明の第２の目的は，エッチング形状を改善することの可能な，新規かつ改良されたエッチング方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため，請求項１によれば，気密な処理室内に処理ガスを導入し，処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＯ_２層に対するエッチング方法において，処理ガスは少なくともＣ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２とを含み，処理ガスのＣ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ₂の流量比は実質的に，１／４≦（Ｃ_５Ｆ_８の流量／ＣＨ_２Ｆ_２の流量）≦１／２であることを特徴とするエッチング方法が提供される。
【０００８】
かかるエッチング方法によれば，Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２とを含む処理ガスを用いているので，対レジスト選択比を向上させることが可能である。さらに，Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２の流量比が実質的に１／４以上であると，形成される溝の縦筋やうねりによる形状異常をなくすことができ，Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２の流量比が実質的に１／２以下であると，形成される溝のボーイングによる形状異常をなくすことが可能である。
【０００９】
また，請求項２に記載のように，処理ガスにＯ_２を含むようにすれば，ぬけ性の向上，すなわち，深さ方向のエッチングの促進を図ることが可能である。
【００１０】
なお，この場合，請求項３に記載のように，処理ガスのＣ_５Ｆ_８の流量と，ＣＨ_２Ｆ_２の流量と，Ｏ_２の流量との関係は実質的に，（（Ｃ_５Ｆ_８の流量＋ＣＨ_２Ｆ_２の流量）／Ｏ_２の流量）＝１．５／１であることが最も望ましく，許容範囲は，請求項４に記載のように，０．５／１≦（（Ｃ_５Ｆ_８の流量＋ＣＨ_２Ｆ_２の流量）／Ｏ_２の流量）≦３／１である。Ｏ_２の流量に対する（Ｃ_５Ｆ_８の流量＋ＣＨ_２Ｆ_２の流量）の比率は，大きいほど抜け性が低下し，小さいほど向上するが，小さくなるとボーイングが生じる。
【００１１】
また，請求項５に記載のように，処理ガスにＡｒを含むようにすれば，エッチング条件を容易に制御できるため，溝の形状制御を容易に行うことができる。
【００１２】
また，請求項６に記載のように，（ＳｉＯ_２層の平均エッチング速度／フォトレジストのエッチング速度）≧１０の条件，すなわち，対レジスト選択比が１０以上となる条件範囲に限定してエッチングを行うこともできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるエッチング方法の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１４】
（１）エッチング装置の構成
まず，図１を参照しながら，本実施の形態のエッチング方法が適用されるエッチング装置１００について説明する。
同図に示すエッチング装置１００の処理容器１０２内には，処理室１０４が形成されており，この処理室１０４内には，上下動自在なサセプタを構成する下部電極１０６が配置されている。下部電極１０６の上部には，高圧直流電源１０８に接続された静電チャック１１０が設けられており，この静電チャック１１０の上面に被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）Ｗが載置される。さらに，下部電極１０６上に載置されたウェハＷの周囲には，絶縁性のフォーカスリング１１２が配置されている。また，下部電極１０６には，整合器１１８を介して高周波電源１２０が接続されている。
【００１５】
また，下部電極１０６の載置面と対向する処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａを備えた上部電極１２２が配置されている。上部電極１２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が設けられている。また，上部電極１２２には，整合器１１９を介してプラズマ生成高周波電力を出力する高周波電源１２１が接続されている。また，ガス吐出孔１２２ａには，ガス供給管１２４が接続され，さらにそのガス供給管１２４には，図示の例では第１〜第４分岐管１２６，１２８，１３０，１３１が接続されている。
【００１６】
第１分岐管１２６には，開閉バルブ１３２と流量調整バルブ１３４を介して，Ｃ_５Ｆ_８を供給するガス供給源１３６が接続されている。また，第２分岐管１２８には，開閉バルブ１３８と流量調整バルブ１４０を介して，ＣＨ_２Ｆ_２を供給するガス供給源１４２が接続されている。さらに，第３分岐管１３０には，開閉バルブ１４４と流量調整バルブ１４６を介して，Ａｒを供給するガス供給源１４８が接続されている。さらに，第４分岐管１３１には，開閉バルブ１５２と流量調整バルブ１５４を介して，Ｏ_２を供給するガス供給源１５６が接続されている。処理ガスに添加される不活性ガスは，上記Ａｒに限定されず，処理室１０４内に励起されるプラズマを調整することができるガスであればいかなる不活性ガス，例えばＨｅ，Ｋｒなどでも採用することができる。
【００１７】
また，処理容器１０２の下方には，不図示の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されており，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を所定の減圧雰囲気に維持することができる。
【００１８】
（２）ウェハの構成
次に，本実施の形態にかかるエッチング方法によりエッチング処理を施すウェハＷの構成について説明する。
【００１９】
本実施の形態で使用するウェハＷは，Ｓｉ（シリコン）基板上に，エッチング対象である絶縁膜を構成するシリコン系酸化膜，例えばＳｉＯ_２膜が形成されている。なお，ＳｉＯ２膜に代えて，ＢＰＳＧ（ボロンとリンのシリケートグラス）や，ＰＳＧ（リンのシリケートグラス）や，ＴＥＯＳ（テトラエトキシオルトシラン）や，Ｔｈ−ＯＸ（サーマルオキサイド）や，ＳＯＧ（スピオングラス）などから成る絶縁膜を採用しても良い。
【００２０】
また，ＳｉＯ_２膜上には，所定のパターンを有するエッチングマスクが形成されている。このエッチングマスクには，例えば，フォトレジスト膜層から成るマスクを採用することができる。
【００２１】
次に，上述したエッチング装置１００を用いて，本実施の形態にかかるエッチング方法によりウェハＷにコンタクトホールを形成する場合のエッチング工程について説明する。
まず，予め所定温度に調整された下部電極１０６上にウェハＷを載置し，該ウェハＷの温度を処理に応じて−２０℃〜５０℃程度に維持する。例えば，コンタクトホールの底部を−２０℃程度，開口部を３０℃程度，側壁部を５０℃程度に維持する。また，処理室１０４内の圧力雰囲気を処理に応じた所定の圧力，例えば１０ｍＴｏｒｒ程度になるように，処理室１０４内を真空引きする。
【００２２】
次いで，本実施の形態にかかる処理ガス，すなわちＣ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２とＡｒとＯ_２とを混合した処理ガスを，ガス供給管１２４に介挿された流量調整バルブ１３４，１４０，１４６，１５４により上記各ガスの流量を調整しながら処理室１０４内に導入する。この際，処理ガスのＣ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ₂の流量比は，実質的に１／４以上１／２以下になるように，さらに好ましくは実質的に１／２になるようにガス流量を調整する。また，処理ガスのＣ_５Ｆ_８の流量と，ＣＨ_２Ｆ_２の流量と，Ｏ_２の流量との関係は実質的に，０．５／１≦（（Ｃ_５Ｆ_８の流量＋ＣＨ_２Ｆ_２の流量）／Ｏ_２の流量）≦３／１になるように，さらに好ましくは，実質的に，（（Ｃ_５Ｆ_８の流量＋ＣＨ_２Ｆ_２の流量）／Ｏ_２の流量）＝１．５／１になるようにガス流量を調整する。例えば，Ｃ_５Ｆ_８を１０ｓｃｃｍ程度，ＣＨ_２Ｆ_２を２０ｓｃｃｍ程度，Ａｒを１５０ｓｃｃｍ程度，Ｏ_２を２０ｓｃｃｍ程度に調整する。
【００２３】
次いで，下部電極１０６に対して，例えば周波数が２ＭＨｚで，電力が１９００Ｗ程度の高周波電力を印加する。また，上部電極１２２に対して，例えば周波数が６０ＭＨｚ程度で，電力が１５００Ｗ程度の高周波電力を印加する。これにより，処理室１０２内に高密度プラズマが生成され，かかるプラズマによってウェハＷの層間絶縁膜に，所定形状のコンタクトホールが形成される。
【００２４】
本実施の形態は，以上のように構成されており，Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２とを含む処理ガスを用いているので，対レジスト選択比を向上させることが可能である。
【００２５】
さらに，処理ガスのＣ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２の流量比が実質的に１／４以上であると，形成されるコンタクトホールの縦筋やうねりによる形状異常をなくすことができ，Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２の流量比が実質的に１／２以下であると，形成されるコンタクトホールのボーイングによる形状異常をなくすことが可能である。
【００２６】
さらに，処理ガスにＯ_２を含むようにしたので，ぬけ性の向上を図ることができる。さらにまた，処理ガスにＡｒを含むようにしたので，エッチング条件を容易に制御でき，コンタクトホールの形状制御を容易に行うことができる。
【００２７】
【実施例】
次に，図２〜図３を参照しながら本発明にかかるエッチング方法の実施例について説明する。なお，本実施例は，上記実施の形態で説明したエッチング装置１００を用いて，ウェハＷの層間絶縁膜にコンタクトホールを形成したものであるので，上記エッチング装置１００及びウェハＷと略同一の機能及び構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また，エッチングプロセス条件は，以下で特に示さない限り，上述した実施の形態と略同一に設定されている。
【００２８】
図２を参照しながら，処理ガスを構成するＣ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２の流量比を変化させた場合の実施例について説明する。
本実施例（ａ）〜実施例（ｄ）は，Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２の流量比を，（ａ）１：５，（ｂ）１：４，（ｃ）１：２，（ｄ）１：１，に調整してエッチング処理を行い，上述したウェハＷの層間絶縁膜にコンタクトホールを形成した。本実施例の結果は，図２及び次の表１に示した通りである。
【００２９】
【表１】

【００３０】
（ａ）Ｃ_５Ｆ_８：ＣＨ_２Ｆ_２＝１：５では，うねりＸ及び縦筋Ｙが生じており，好ましい形状とは言えない。
【００３１】
（ｂ）Ｃ_５Ｆ_８：ＣＨ_２Ｆ_２＝１：４では，縦筋Ｙが若干生じているがあまり問題ない。また，対レジスト比も高く，良好である。
【００３２】
（ｃ）Ｃ_５Ｆ_８：ＣＨ_２Ｆ_８＝１：２では，ボーイング，縦筋，うねり等の形状異常が生じず好ましい形状である。なお，同条件においては，図３に示したように，（ｃ１）ウェハＷの中央部（センター），（ｃ２）ウェハＷの中央部と端部の中間部（ミドル），（ｃ３）ウェハＷの端部（エッジ）のいずれの箇所においても良好な形状のコンタクトホールが形成されている。
【００３３】
（ｄ）Ｃ_５Ｆ_８：ＣＨ_２Ｆ_８＝１：１では，開口部が広がってボーイングＺが生じている。ボーイングＺは，配線の微細化が進む半導体素子においては悪影響が大きいため形成されない方が好ましい。さらに，対レジスト選択比も低くなってしまうため，この流量比は好ましいとは言えない。
【００３４】
従って，本実施例における流量比の例の中では，Ｃ_５Ｆ_８：ＣＨ_２Ｆ_２＝１：４〜１：２（Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２の流量比＝１／４〜１／２）が好ましく，この流量比の範囲において，対レジスト選択比が１０以上と大きく，同時にテーパー角が８８度以上と直角に近い，所望形状のコンタクトホールが形成される。なお，Ｃ_５Ｆ_８：ＣＨ_２Ｆ_２＝１：２（Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２の流量比＝１／２）の場合が最も好ましいと言える。
【００３５】
以上，添付図面を参照しながら本発明にかかるエッチング方法の好適な実施形態について説明したが，本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００３６】
例えば，上記実施の形態において，Ｃ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２とＡｒとＯ_２とを混合した処理ガスを採用した構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。例えば，ＡｒやＯ_２を処理ガスに採用しない場合や，Ａｒの代わりに他の不活性ガスを添付した場合であっても，本発明を実施することができる。すなわち，処理ガス中に少なくともＣ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２が含まれていれば，本発明を実施することが可能である。
【００３７】
また，上記実施の形態および実施例において，平行平板型エッチング装置を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではない。処理室内に磁界を形成するエッチング装置や，静電シールドを設けた誘導結合型のエッチング装置，あるいは，マイクロ波型エッチング装置などの各種プラズマエッチング装置等にも，本発明を適用することができる。
【００３８】
さらに，上記実施の形態において，ウェハに形成された層間絶縁膜にコンタクトホールを形成する構成を例に挙げて説明したが，本発明はかかる構成に限定されるものではなく，被処理体に形成された層間絶縁膜にいかなるエッチング処理を施す場合にも適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように，本発明によれば，対レジスト選択比を向上させることができると同時に，エッチング形状の異常をなくすことが可能となる。
【００４０】
また特に請求項２に記載の発明によれば，ぬけ性の向上，すなわち，深さ方向のエッチングの促進を図ることができる。
【００４１】
また請求項５に記載の発明によれば，エッチング条件を容易に制御できるため，溝の形状制御を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用可能なエッチング装置を示す概略的な断面図である。
【図２】本発明の実施例を説明するための概略的な説明図である。
【図３】本発明の実施例を説明するための概略的な説明図である。
【符号の説明】
１００ エッチング装置
１０２ 処理容器
１０４ 処理室
１０６ 下部電極
１０８ 高圧電流電源
１１０ 静電チャック
１１２ フォーカスリング
１１８ 整合器
１１９ 整合器
１２０ 高周波電源
１２１ 高周波電源
１２２ 上部電極
１２２ａ ガス供給孔
１２３ 絶縁体
１２４ ガス供給管
１２６，１２８，１３０，１３１ 分岐管（第１分岐管，第２分岐管，第３分岐管，第４分岐管）
１３２，１３８，１４４，１５２ 開閉バルブ
１３４，１４０，１４６，１５４ 流量調整バルブ
１２６，１４２，１４８，１５６ ガス供給源
１５０ 排気管
Ｗ ウェハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an etching method.
[0002]
[Prior art]
In a dry etching process for forming a groove such as a contact hole, a reactive active species containing fluorine is generated by plasma discharge or the like. Therefore, a gas containing many fluorine atoms as an etching gas, for example, CHF ₃ , CH ₂ F ₂ , CF ₄ , C ₄ F _{8 and the} like are used. Then, a processing gas obtained by mixing these fluorine-containing gases with Ar mainly used for controlling the gas flow rate ratio, and O ₂ mainly used for promoting penetration in the depth direction, that is, for promoting etching in the depth direction. Etching treatment is performed using this. Typical examples of conventional processing gas combinations include CHF ₃ + Ar + O ₂ , CH ₂ F ₂ + CF ₄ + Ar, C ₄ F ₈ + CH ₂ F ₂ + Ar + O _{2, and the} like.
[0003]
Of the fluorine-containing gases used for the etching process, CH ₂ F ₂ is one of the most frequently used gases. This is because CH ₂ F ₂ has a high resist selectivity ratio. In the present specification, the resist-to-resist selection ratio means a value represented by (average etching rate of etching target film) / (photoresist etching rate). Use of a processing gas having a low resist selectivity ratio is not preferable because the opening of the groove widens.
[0004]
However, if the flow rate ratio of CH ₂ F ₂ in the processing gas is increased, the resist selection ratio is also improved by that amount. However, there is a problem that an abnormal shape of the formed groove is caused. This is considered to be because CH ₂ F ₂ is dissociated during plasma treatment to generate H and HF, and isotropic etching is performed in the vicinity of the hole by these H and HF. Therefore, conventionally, as described above, it was adjusted the flow rate of _CH 2 _{F 2} by using a _C 4 _F 8, Ar, the process gas obtained by mixing _{O 2} to _CH 2 _{F 2.}
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when C ₄ F ₈ is used to control the flow rate ratio of CH ₂ F ₂ , there are the following problems. First of all, although the shape of the groove to be formed is improved to some extent, there is still a problem that shape abnormality such as bowing, vertical streaks and waviness still occurs, and the improvement of shape abnormality is not sufficient. Secondly, there is a problem that the disadvantage of lowering the resist selection ratio is larger than the advantage of improving the groove shape. Actually, the resist selection ratio becomes as low as about 3.0 to 4.0, and there is a problem that the opening of the groove is widened.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems of the conventional etching method, and a first object of the present invention is to provide a new and improved etching method capable of improving the resist selectivity. Is to provide.
It is a second object of the present invention to provide a new and improved etching method capable of improving the etching shape.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problem, according to claim 1, in the etching method for the SiO ₂ layer formed on the object to be processed disposed in the processing chamber by introducing the processing gas into the airtight processing chamber, the processing gas is at least C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ are included, and the flow rate ratio of C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ of the processing gas is substantially 1/4 ≦ (C ₅ F ₈ flow rate / CH ₂ F ₂ The etching method is characterized in that the flow rate) ≦ ½.
[0008]
According to such an etching method, since the processing gas containing C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ is used, it is possible to improve the resist selectivity. _Furthermore, C 5 when the flow rate ratio of _{F 8, CH} 2 _{F 2} is substantially less than 1/4, it is possible to eliminate the abnormal shape by a vertical stripe or undulation of the groove _formed, C 5 _{F 8,} CH _When the flow rate ratio of ₂ F ₂ is substantially ½ or less, it is possible to eliminate shape abnormality due to bowing of the formed groove.
[0009]
Further, as described in claim 2, if the processing gas contains O ₂ , it is possible to improve the penetration property, that is, to promote the etching in the depth direction.
[0010]
In this case, as described in claim 3, the relationship among the flow rate of C ₅ F ₈ , the flow rate of CH ₂ F ₂ , and the flow rate of O ₂ is substantially ((C ₅ F The flow rate of ₈ + CH ₂ F ₂ flow rate / O ₂ flow rate) = 1.5 / 1 is most desirable, and the allowable range is 0.5 / 1 ≦ ((( The flow rate of C ₅ F ₈ + the flow rate of CH ₂ F ₂ / the flow rate of O ₂ ) ≦ 3/1. The larger the ratio of (the flow rate of C ₅ F ₈ + the flow rate of CH ₂ F ₂ ) with respect to the flow rate of O _2, the lower the omission and the better the smaller flow rate.
[0011]
Further, as described in claim 5, if Ar is included in the processing gas, the etching conditions can be easily controlled, so that the groove shape can be easily controlled.
[0012]
Further, as described in claim 6, the etching is limited to a condition of (average SiO ₂ layer etching rate / photoresist etching rate) ≧ 10, that is, a condition range in which the selectivity to resist is 10 or more. It can also be done.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Exemplary embodiments of an etching method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0014]
(1) Configuration of Etching Apparatus First, an etching apparatus 100 to which the etching method of the present embodiment is applied will be described with reference to FIG.
A processing chamber 104 is formed in a processing container 102 of the etching apparatus 100 shown in FIG. 1, and a lower electrode 106 constituting a susceptor that can move up and down is disposed in the processing chamber 104. An electrostatic chuck 110 connected to a high-voltage DC power supply 108 is provided on the lower electrode 106, and a workpiece, for example, a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) is provided on the upper surface of the electrostatic chuck 110. ) W is placed. Further, an insulating focus ring 112 is disposed around the wafer W placed on the lower electrode 106. In addition, a high frequency power source 120 is connected to the lower electrode 106 via a matching unit 118.
[0015]
In addition, an upper electrode 122 having a large number of gas discharge holes 122 a is disposed on the ceiling of the processing chamber 104 facing the mounting surface of the lower electrode 106. An insulator 123 is provided between the upper electrode 122 and the processing container 102. The upper electrode 122 is connected to a high-frequency power source 121 that outputs plasma-generated high-frequency power through a matching unit 119. In addition, a gas supply pipe 124 is connected to the gas discharge hole 122a, and further, in the illustrated example, first to fourth branch pipes 126, 128, 130, and 131 are connected to the gas supply pipe 124.
[0016]
A gas supply source 136 that supplies C ₅ F ₈ is connected to the first branch pipe 126 via an on-off valve 132 and a flow rate adjustment valve 134. In addition, a gas supply source 142 that supplies CH ₂ F ₂ is connected to the second branch pipe 128 via an on-off valve 138 and a flow rate adjustment valve 140. Further, a gas supply source 148 for supplying Ar is connected to the third branch pipe 130 via an opening / closing valve 144 and a flow rate adjustment valve 146. Further, a gas supply source 156 for supplying O ₂ is connected to the fourth branch pipe 131 via an opening / closing valve 152 and a flow rate adjustment valve 154. The inert gas added to the processing gas is not limited to Ar, and any inert gas, such as He or Kr, can be used as long as it can adjust the plasma excited in the processing chamber 104. be able to.
[0017]
In addition, an exhaust pipe 150 communicating with a vacuuming mechanism (not shown) is connected to the lower side of the processing container 102, and the inside of the processing chamber 104 can be maintained in a predetermined reduced pressure atmosphere by the operation of the vacuuming mechanism. it can.
[0018]
(2) Configuration of Wafer Next, the configuration of the wafer W subjected to the etching process by the etching method according to this embodiment will be described.
[0019]
In the wafer W used in the present embodiment, a silicon-based oxide film, such as a SiO ₂ film, that forms an insulating film to be etched is formed on a Si (silicon) substrate. In place of the SiO2 film, BPSG (boron and phosphorus silicate glass), PSG (phosphorus silicate glass), TEOS (tetraethoxyorthosilane), Th-OX (thermal oxide), and SOG (spion glass). An insulating film made of such as may be used.
[0020]
An etching mask having a predetermined pattern is formed on the SiO ₂ film. As this etching mask, for example, a mask made of a photoresist film layer can be employed.
[0021]
Next, an etching process in the case where a contact hole is formed in the wafer W by the etching method according to the present embodiment using the above-described etching apparatus 100 will be described.
First, the wafer W is placed on the lower electrode 106 that has been adjusted to a predetermined temperature in advance, and the temperature of the wafer W is maintained at about −20 ° C. to 50 ° C. depending on the processing. For example, the bottom of the contact hole is maintained at about −20 ° C., the opening is maintained at about 30 ° C., and the side wall is maintained at about 50 ° C. Further, the inside of the processing chamber 104 is evacuated so that the pressure atmosphere in the processing chamber 104 becomes a predetermined pressure corresponding to the processing, for example, about 10 mTorr.
[0022]
Next, the process gas according to the present embodiment, that is, the process gas in which C ₅ F ₈ , CH ₂ F ₂ , Ar, and O ₂ are mixed, is used for the flow rate adjustment valves 134, 140, inserted in the gas supply pipe 124. The gas is introduced into the processing chamber 104 while adjusting the flow rate of each gas by means of 146 and 154. At this time, the gas is such that the flow rate ratio between C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ of the processing gas is substantially ¼ or more and ½ or less, more preferably substantially ½. Adjust the flow rate. Further, the relationship between the flow rate of C ₅ F ₈ , the flow rate of CH ₂ F ₂ , and the flow rate of O ₂ of the processing gas is substantially 0.5 / 1 ≦ ((flow rate of C ₅ F ₈ + CH ₂ F so that the _second flow rate) / _{O 2} flow rate) ≦ 3/1, more preferably, essentially, _((C 5 flow rates + _CH 2 _{F 2 F 8)} / _{O 2} flow rate) = 1 Adjust the gas flow rate to 5/1. For example, C ₅ F ₈ is adjusted to approximately 10 sccm, CH ₂ F ₂ is adjusted to approximately 20 sccm, Ar is adjusted to approximately 150 sccm, and O ₂ is adjusted to approximately 20 sccm.
[0023]
Next, for example, high frequency power having a frequency of 2 MHz and a power of about 1900 W is applied to the lower electrode 106. For example, a high frequency power having a frequency of about 60 MHz and a power of about 1500 W is applied to the upper electrode 122. Thereby, high-density plasma is generated in the processing chamber 102, and a contact hole having a predetermined shape is formed in the interlayer insulating film of the wafer W by the plasma.
[0024]
The present embodiment is configured as described above and uses a processing gas containing C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ , so that the selectivity to resist can be improved.
[0025]
Further, when the flow rate ratio of the process gas C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ is substantially ¼ or more, shape abnormality due to vertical stripes and waviness of the formed contact hole can be eliminated, and C ₅ If the flow rate ratio of F ₈ and CH ₂ F ₂ is substantially ½ or less, it is possible to eliminate shape abnormality due to bowing of the contact hole to be formed.
[0026]
Further, since O ₂ is included in the processing gas, the penetration property can be improved. Furthermore, since Ar is included in the processing gas, the etching conditions can be easily controlled, and the shape of the contact hole can be easily controlled.
[0027]
【Example】
Next, an embodiment of the etching method according to the present invention will be described with reference to FIGS. In this example, contact holes are formed in the interlayer insulating film of the wafer W using the etching apparatus 100 described in the above embodiment, so that the functions are substantially the same as those of the etching apparatus 100 and the wafer W. And, about the component which has a structure, duplication description is abbreviate | omitted by attaching | subjecting the same code | symbol. Etching process conditions are set to be substantially the same as those in the above-described embodiment unless otherwise specified.
[0028]
With reference to FIG. 2, an embodiment when the flow rate ratio of C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ constituting the processing gas is changed will be described.
In this example (a) to example (d), the flow rate ratio of C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ is set to (a) 1: 5, (b) 1: 4, (c) 1: 2, ( d) Etching was performed with the ratio adjusted to 1: 1, and contact holes were formed in the interlayer insulating film of the wafer W described above. The results of this example are as shown in FIG. 2 and the following Table 1.
[0029]
[Table 1]

[0030]
(A) When C ₅ F ₈ : CH ₂ F ₂ = 1: 5, undulations X and vertical stripes Y are generated, which is not a preferable shape.
[0031]
(B) When C ₅ F ₈ : CH ₂ F ₂ = 1: 4, the vertical stripe Y is slightly generated, but there is no problem. Also, the resist to resist ratio is high and good.
[0032]
(C) C ₅ F ₈ : CH ₂ F ₈ = 1: 2 is a preferable shape without causing abnormal shapes such as bowing, vertical streaks, and swells. Under the same conditions, as shown in FIG. 3, (c1) the central portion (center) of wafer W, (c2) the central portion and middle portion (middle) of wafer W, and (c3) wafer W A well-shaped contact hole is formed at any part of the end portion (edge).
[0033]
(D) In C ₅ F ₈ : CH ₂ F ₈ = 1: 1, the opening is widened and a bowing Z is generated. It is preferable that the bowing Z is not formed because a bad influence is great in a semiconductor element in which the miniaturization of the wiring advances. Furthermore, the flow ratio is not preferable because the selectivity to resist is also low.
[0034]
Therefore, in the example of the flow ratio in the present embodiment, C ₅ F ₈ : CH ₂ F ₂ = 1: 4 to 1: 2 (C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ flow ratio = 1/4 to 1). / 2) is preferable, and in this flow rate ratio range, a contact hole having a desired shape is formed in which the selectivity to resist is as large as 10 or more and at the same time the taper angle is close to 90 degrees or more. It can be said that the case of C ₅ F ₈ : CH ₂ F ₂ = 1: 2 (the flow rate ratio of C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ = 1/2) is most preferable.
[0035]
As mentioned above, although preferred embodiment of the etching method concerning this invention was described referring an accompanying drawing, this invention is not limited to this example. It will be obvious to those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.
[0036]
For example, in the above-described embodiment, the configuration using the processing gas in which C ₅ F ₈ , CH ₂ F ₂ , Ar, and O ₂ are mixed has been described as an example, but the present invention is limited to such a configuration. It is not a thing. For example, the present invention can be carried out even when Ar or O ₂ is not adopted as the processing gas or when another inert gas is attached instead of Ar. In other words, the present invention can be implemented if at least C ₅ F ₈ and CH ₂ F ₂ are contained in the processing gas.
[0037]
Moreover, in the said embodiment and Example, although demonstrated taking the parallel plate type etching apparatus as an example, this invention is not limited to this structure. The present invention can also be applied to various plasma etching apparatuses such as an etching apparatus that forms a magnetic field in the processing chamber, an inductively coupled etching apparatus provided with an electrostatic shield, or a microwave etching apparatus.
[0038]
Furthermore, in the above embodiment, the configuration in which the contact hole is formed in the interlayer insulating film formed on the wafer has been described as an example. However, the present invention is not limited to this configuration, and is formed on the object to be processed. The present invention can be applied to any etching process performed on the interlayer insulating film.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to improve the resist selection ratio, and at the same time, it is possible to eliminate the abnormal etching shape.
[0040]
In particular, according to the invention described in claim 2, it is possible to improve the penetration property, that is, to promote the etching in the depth direction.
[0041]
According to the fifth aspect of the present invention, since the etching conditions can be easily controlled, the groove shape can be easily controlled.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an etching apparatus to which the present invention can be applied.
FIG. 2 is a schematic explanatory diagram for explaining an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram for explaining an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Etching apparatus 102 Processing container 104 Processing chamber 106 Lower electrode 108 High voltage current power source 110 Electrostatic chuck 112 Focus ring 118 Matching device 119 Matching device 120 High frequency power source 121 High frequency power source 122 Upper electrode 122a Gas supply hole 123 Insulator 124 Gas supply pipe 126 , 128, 130, 131 Branch pipe (first branch pipe, second branch pipe, third branch pipe, fourth branch pipe)
132, 138, 144, 152 Open / close valves 134, 140, 146, 154 Flow rate adjusting valves 126, 142, 148, 156 Gas supply source 150 Exhaust pipe W Wafer

Claims (6)

気密な処理室内に処理ガスを導入し，前記処理室内に配置された被処理体に形成されたＳｉＯ_２層に対するエッチング方法において，
前記処理ガスは少なくともＣ_５Ｆ_８とＣＨ_２Ｆ_２とを含み，前記処理ガスの前記Ｃ_５Ｆ_８と前記ＣＨ_２Ｆ₂の流量比は実質的に，
１／４≦（Ｃ_５Ｆ_８の流量／ＣＨ_２Ｆ_２の流量）≦１／２
であることを特徴とする，エッチング方法。In an etching method for introducing a processing gas into an airtight processing chamber and etching an SiO ₂ layer formed on an object to be processed disposed in the processing chamber,
The processing gas includes at least C ₅ F ₈ and CH ₂ F _2, and the flow rate ratio of the C ₅ F ₈ and the CH ₂ F ₂ of the processing gas is substantially
1/4 ≦ (C ₅ F ₈ flow rate / CH ₂ F ₂ flow rate) ≦ 1/2
Etching method characterized by being. 前記処理ガスは，Ｏ_２をさらに含むことを特徴とする，請求項１に記載のエッチング方法。The etching method according to claim 1, wherein the processing gas further contains O ₂ . 前記処理ガスの前記Ｃ_５Ｆ_８の流量と，前記ＣＨ_２Ｆ_２の流量と，前記Ｏ_２の流量との関係は実質的に，
（（Ｃ_５Ｆ_８の流量＋ＣＨ_２Ｆ_２の流量）／Ｏ_２の流量）＝１．５／１
であることを特徴とする，請求項２に記載のエッチング方法。The relationship between the C ₅ F ₈ flow rate, the CH ₂ F ₂ flow rate, and the O ₂ flow rate of the process gas is substantially:
((C ₅ F ₈ flow rate + CH ₂ F ₂ flow rate) / O ₂ flow rate) = 1.5 / 1
The etching method according to claim 2, wherein: 前記処理ガスの前記Ｃ_５Ｆ_８の流量と，前記ＣＨ_２Ｆ_２の流量と，前記Ｏ_２の流量との関係は実質的に，
０．５／１≦（（Ｃ_５Ｆ_８の流量＋ＣＨ_２Ｆ_２の流量）／Ｏ_２の流量）≦３／１であることを特徴とする，請求項２に記載のエッチング方法。The relationship between the C ₅ F ₈ flow rate, the CH ₂ F ₂ flow rate, and the O ₂ flow rate of the process gas is substantially:
The etching method according to claim 2, wherein 0.5 / 1 ≦ ((C ₅ F ₈ flow rate + CH ₂ F ₂ flow rate) / O ₂ flow rate) ≦ 3/1. 前記処理ガスは，Ａｒをさらに含むことを特徴とする，請求項１，２，３または４のいずれかに記載のエッチング方法。The etching method according to claim 1, wherein the processing gas further contains Ar. （前記ＳｉＯ_２層の平均エッチング速度／フォトレジストのエッチング速度）≧１０の条件でエッチングを行うことを特徴とする，請求項１，２，３，４または５のいずれかに記載のエッチング方法。6. The etching method according to claim 1, wherein the etching is performed under a condition of (average etching rate of the SiO ₂ layer / photoresist etching rate) ≧ 10.

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