JP4615290B2

JP4615290B2 - Plasma etching method

Info

Publication number: JP4615290B2
Application number: JP2004331759A
Authority: JP
Inventors: 久広瀬
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2004-11-16
Filing date: 2004-11-16
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2024-11-16
Also published as: CN100426473C; JP2006147633A; CN1790628A

Description

本発明は、エッチングガスをプラズマ化し、このプラズマによって被処理物に形成されたＳｉＣ層をエッチングするプラズマエッチング方法に関する。 The present invention, an etching gas into plasma, relates a SiC layer formed on the object to be processed by the plasma in the plasma etching how to etch.

従来から、半導体装置の製造工程等において、プラズマエッチングが多用されている。このようなプラズマエッチングのうち、被処理物に形成されたＳｉＣ層を、絶縁層を構成する酸化膜層（ＳｉＯ₂層）に対して選択的にエッチングするプラズマエッチングには、ＣＨＦ₃とＮ₂の混合ガスをからなるエッチングガスを使用することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−１４００２５号公報 Conventionally, plasma etching has been frequently used in the manufacturing process of semiconductor devices. Among such plasma etchings, CHF ₃ and N ₂ are used for plasma etching in which the SiC layer formed on the object to be processed is selectively etched with respect to the oxide film layer (SiO ₂ layer) constituting the insulating layer. It is known to use an etching gas comprising a mixed gas of (see, for example, Patent Document 1).
JP 2004-140025 A

近年、半導体装置の製造分野においては、絶縁層を構成する酸化膜層として従来使用されていたＳｉＯ₂層から、より誘電率の低い所謂Ｌｏｗ−ｋ膜として、例えばＳｉＯＣ（ＣＤＯ（Carbon-doped oxide））等が使用されるようになっている。 In recent years, in the field of manufacturing semiconductor devices, for example, SiOC (CDO (Carbon-doped oxide) is used as a so-called Low-k film having a lower dielectric constant than an SiO ₂ layer conventionally used as an oxide film layer constituting an insulating layer. )) Etc. are used.

しかしながら、前述したＣＨＦ₃とＮ₂の混合ガスをからなるエッチングガスを使用すると、ＳｉＣ層をエッチングする際に、ＳｉＯＣ層に対する充分な選択性を得ることかできず、選択比（ＳｉＣ層のエッチングレート／ＳｉＯＣ層のエッチングレート）が２未満程度となってしまうという課題があった。 However, when the etching gas comprising the above-mentioned mixed gas of CHF ₃ and N ₂ is used, when the SiC layer is etched, sufficient selectivity for the SiOC layer cannot be obtained, and the selectivity (etching of the SiC layer) is not possible. (Rate / etching rate of SiOC layer) was less than 2.

本発明は、上記のような従来の事情に対処してなされたもので、ＳｉＯＣ層に対して選択性高くＳｉＣ層をエッチングすることのできるプラズマエッチング方法を提供しようとするものである。 The present invention has been made to address the conventional circumstances described above, it is intended to provide a plasma etching how that can be selectively etched with high SiC layer with respect SiOC layer.

上記目的を達成するために、請求項１記載のプラズマエッチング方法は、エッチングガスをプラズマ化し、このプラズマによって被処理物に形成されたＳｉＣ層をエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記エッチングガスが、少なくともＮＦ_３ガスとＨｅガスとＡｒガスとを含み、かつ、前記被処理物にＳｉＯＣ層が形成され、当該ＳｉＯＣ層に対して、前記ＳｉＣ層を選択的にエッチングすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a plasma etching method according to claim 1 is a plasma etching method in which an etching gas is turned into plasma and an SiC layer formed on an object to be processed is etched by the plasma. , it looks containing at least NF ₃ gas and He gas and Ar gas, and the SiOC layer to be treated is formed, with respect to the SiOC layer, characterized by selectively etching the SiC layer .

また、請求項２記載のプラズマエッチング方法は、請求項２に記載のプラズマエッチング方法において、前記ＳｉＣ層の上側に前記ＳｉＯＣ層が形成され、当該ＳｉＯＣ層をマスクとして前記ＳｉＣ層をエッチングすることを特徴とする。 The plasma etching method of claim 2, in plasma etching method according to claim 2, wherein the SiOC layer is formed on the upper side of the SiC layer, the etching the SiC layer the SiOC layer as a mask Features.

また、請求項３記載のプラズマエッチング方法は、請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法において、前記被処理物を３０℃以下に冷却しつつプラズマエッチングを行うことを特徴とする。 The plasma etching method of claim 3, wherein, in the plasma etching method according to claim 1 or 2, characterized in that plasma etching is performed while cooling the object to be processed 30 ° C. or less.

また、請求項４記載のプラズマエッチング方法は、請求項１〜３いずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、前記被処理物を処理容器内に収容し、前記エッチングガスを当該エッチングガスのレジデンスタイムが０．３６ミリ秒〜１．４４ミリ秒となるよう前記処理容器内に導入することを特徴とする。 The plasma etching method according to claim 4 is the plasma etching method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the object to be processed is accommodated in a processing container, and the etching gas is resident in the etching gas. It introduce | transduces in the said processing container so that time may be set to 0.36 milliseconds-1.44 milliseconds.

また、請求項５記載のプラズマエッチング方法は、請求項１〜４いずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、前記被処理物を処理容器内に収容し、当該処理容器内の圧力が２Ｐａ〜６Ｐａとなるように減圧することを特徴とする。 The plasma etching method according to claim 5 is the plasma etching method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the object to be processed is accommodated in a processing container, and the pressure in the processing container is 2 Pa to The pressure is reduced to 6 Pa.

また、請求項６記載のプラズマエッチング方法は、請求項１〜５いずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、前記エッチングガスが、ＮＦ_３ガスに対する流量比１／２以下でＣＦ系ガス又はＣＨＦ系ガスを含むことを特徴とする。 The plasma etching method according to claim 6 is the plasma etching method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the etching gas is a CF-based gas or CHF at a flow rate ratio of 1/2 or less to NF ₃ gas. System gas is included.

また、請求項７記載のプラズマエッチング方法は、請求項１〜６いずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、前記被処理物を下部電極上に載置し、前記下部電極と対向する位置に配置された上部電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を供給するとともに、前記下部電極に前記第１の高周波電力より周波数が低い第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加してプラズマエッチングを行うことを特徴とする。 The plasma etching method of claim 7, wherein, in the plasma etching method according to any one of claims 1 to 6, the object to be processed is placed on the lower electrode, at a position opposed to the lower electrode A first high frequency power having a first frequency is supplied to the upper electrode disposed, and a second high frequency power having a second frequency lower than the first high frequency power is applied to the lower electrode. And performing plasma etching.

また、請求項８記載のプラズマエッチング方法は、請求項７に記載のプラズマエッチング方法において、前記上部電極に印加される前記第１の高周波電力の電力密度が０．０７Ｗ／ｃｍ^２〜０．７Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とする。 The plasma etching method according to claim 8 is the plasma etching method according to claim 7 , wherein a power density of the first high-frequency power applied to the upper electrode is 0.07 W / cm ^{2 to} 0.7 W. / Cm ² .

また、請求項９記載のプラズマエッチング方法は、請求項７に記載のプラズマエッチング方法において、前記下部電極に印加される前記第２の高周波電力の電力密度が０．０７Ｗ／ｃｍ^２〜０．２１Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とする。 The plasma etching method according to claim 9 is the plasma etching method according to claim 7 , wherein the power density of the second high-frequency power applied to the lower electrode is 0.07 W / cm ^{2 to} 0.21 W. / Cm ² .

本発明によれば、ＳｉＯＣ層に対して選択性高くＳｉＣ層をエッチングすることのできるプラズマエッチング方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma etching how that can be selectively etched with high SiC layer with respect SiOC layer.

以下、本発明の詳細を、実施の形態について図面を参照して説明する。 The details of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本実施形態に係る半導体ウエハＷの断面構成を拡大して示すものであり、図２は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を示すものである。まず、図２を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。プラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。 FIG. 1 shows an enlarged cross-sectional configuration of a semiconductor wafer W according to the present embodiment, and FIG. 2 shows a configuration of a plasma etching apparatus according to the present embodiment. First, the configuration of the plasma etching apparatus will be described with reference to FIG. The plasma etching apparatus 1 is configured as a capacitively coupled parallel plate etching apparatus in which electrode plates are opposed in parallel in the vertical direction, and a plasma forming power source is connected to one of them.

プラズマエッチング装置１は、例えば表面にイットリアを溶射したアルミニウム等からなり円筒形状に成形されたチャンバー（処理容器）２を有しており、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、被処理物、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。さらに、このサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。 The plasma etching apparatus 1 has a chamber (processing container) 2 made of, for example, aluminum whose surface is sprayed with yttria and formed in a cylindrical shape, and the chamber 2 is grounded. A substantially cylindrical susceptor support 4 for placing an object to be processed, for example, a semiconductor wafer W, is provided on the bottom of the chamber 2 via an insulating plate 3 such as ceramic. Further, a susceptor 5 constituting a lower electrode is provided on the susceptor support 4. A high pass filter (HPF) 6 is connected to the susceptor 5.

サセプタ支持台４の内部には、冷媒室７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導入管８を介して導入されて循環し、その冷熱がサセプタ５を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。 A refrigerant chamber 7 is provided inside the susceptor support 4, and the refrigerant is introduced into the refrigerant chamber 7 through a refrigerant introduction pipe 8 and circulated, and the cold heat is transmitted through the susceptor 5 to the semiconductor wafer. Heat is transferred to W, whereby the semiconductor wafer W is controlled to a desired temperature.

サセプタ５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に半導体ウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２を配置して構成されている。そして、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷを静電吸着する。 The upper center portion of the susceptor 5 is formed in a convex disk shape, and an electrostatic chuck 11 having substantially the same shape as the semiconductor wafer W is provided thereon. The electrostatic chuck 11 is configured by disposing an electrode 12 between insulating materials. Then, when a DC voltage of, for example, 1.5 kV is applied from the DC power source 13 connected to the electrode 12, the semiconductor wafer W is electrostatically attracted by, for example, Coulomb force.

絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、静電チャック１１には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。 The insulating plate 3, the susceptor support 4, the susceptor 5, and the electrostatic chuck 11 are formed with gas passages 14 for supplying a heat transfer medium (for example, He gas) on the back surface of the semiconductor wafer W. The cold heat of the susceptor 5 is transmitted to the semiconductor wafer W via the heat transfer medium so that the semiconductor wafer W is maintained at a predetermined temperature.

サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、例えば、シリコンなどの導電性材料から構成されており、エッチングの均一性を向上させる作用を有する。 An annular focus ring 15 is disposed at the upper peripheral edge of the susceptor 5 so as to surround the semiconductor wafer W placed on the electrostatic chuck 11. The focus ring 15 is made of, for example, a conductive material such as silicon, and has an effect of improving etching uniformity.

サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構成し、多数の吐出孔２３を有する、例えば、表面に陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムに石英カバーを設けて構成された電極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料からなる電極支持体２５とによって構成されている。サセプタ５と上部電極２１とは、その間隔を変更可能とされている。 An upper electrode 21 is provided above the susceptor 5 so as to face the susceptor 5 in parallel. The upper electrode 21 is supported on the upper part of the chamber 2 via an insulating material 22 and forms a surface facing the susceptor 5 and has a large number of discharge holes 23. For example, the surface is anodized (anodized) The electrode plate 24 is formed by providing a quartz cover on the treated aluminum, and an electrode support 25 made of a conductive material that supports the electrode 24. The distance between the susceptor 5 and the upper electrode 21 can be changed.

上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。処理ガス供給源３０から、プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給される。本実施形態において、処理ガス供給源３０からは、少なくとも、ＮＦ₃とＨｅとＡｒとを含むエッチングガスが供給される。 A gas inlet 26 is provided in the center of the electrode support 25 in the upper electrode 21, and a gas supply pipe 27 is connected to the gas inlet 26. Further, a processing gas supply source 30 is connected to the gas supply pipe 27 via a valve 28 and a mass flow controller 29. An etching gas for plasma etching is supplied from the processing gas supply source 30. In the present embodiment, an etching gas containing at least NF ₃ , He, and Ar is supplied from the processing gas supply source 30.

チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開にした状態で半導体ウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。 An exhaust pipe 31 is connected to the bottom of the chamber 2, and an exhaust device 35 is connected to the exhaust pipe 31. The exhaust device 35 includes a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and is configured to be able to evacuate the chamber 2 to a predetermined reduced pressure atmosphere, for example, a predetermined pressure of 1 Pa or less. Further, a gate valve 32 is provided on the side wall of the chamber 2 so that the semiconductor wafer W is transferred to and from an adjacent load lock chamber (not shown) with the gate valve 32 opened. It has become.

上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数を印加することによりチャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができる。この第１の高周波電源４０の周波数は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図示した６０ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。 A first high frequency power supply 40 is connected to the upper electrode 21, and a matching device 41 is inserted in the feeder line. Further, a low pass filter (LPF) 42 is connected to the upper electrode 21. The first high frequency power supply 40 has a frequency in the range of 50 to 150 MHz. By applying such a high frequency, it is possible to form a high-density plasma in a preferable dissociated state in the chamber 2. The frequency of the first high-frequency power supply 40 is preferably 50 to 80 MHz, and typically the illustrated condition of 60 MHz or the vicinity thereof is adopted.

下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、第１の高周波電源４０より低い周波数の範囲の周波数を有しており、このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体である半導体ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は１〜２０ＭＨｚの範囲が好ましく、典型的には図示した１３．５６ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。 A second high-frequency power source 50 is connected to the susceptor 5 serving as a lower electrode, and a matching unit 51 is interposed in the power supply line. The second high-frequency power supply 50 has a frequency in a range of frequencies lower than that of the first high-frequency power supply 40. By applying a frequency in such a range, the second high-frequency power supply 50 is applied to the semiconductor wafer W that is the object to be processed. Therefore, it is possible to give an appropriate ion action without damaging it. The frequency of the second high-frequency power supply 50 is preferably in the range of 1 to 20 MHz, and typically the conditions shown in the figure, 13.56 MHz or in the vicinity thereof, are employed.

上記構成のプラズマエッチング装置１は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。そして、制御部６０には、制御手順を示すプログラムが記録された記録媒体が設けられ、制御部６０はこの記録媒体から読み込まれたプログラムに応じて、以下のようなエッチング処理動作の制御を行う。以下では、上記構成のプラズマエッチング装置１によって半導体ウエハＷに形成されたＳｉＣ層をエッチングする場合について説明する。 The operation of the plasma etching apparatus 1 having the above configuration is controlled by the control unit 60. The control unit 60 is provided with a recording medium in which a program indicating a control procedure is recorded. The control unit 60 controls the following etching processing operation in accordance with the program read from the recording medium. . Below, the case where the SiC layer formed in the semiconductor wafer W by the plasma etching apparatus 1 of the said structure is etched is demonstrated.

まず、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室からチャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、高圧直流電源１３から直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。 First, after the gate valve 32 is opened, the semiconductor wafer W is loaded into the chamber 2 from a load lock chamber (not shown) and placed on the electrostatic chuck 11. The semiconductor wafer W is electrostatically attracted onto the electrostatic chuck 11 by applying a DC voltage from the high-voltage DC power supply 13. Next, the gate valve 32 is closed, and the inside of the chamber 2 is evacuated to a predetermined degree of vacuum by the exhaust device 35.

その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０からエッチングガス、例えば、ＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒの混合ガスが、マスフローコントローラ２９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通って、図２の矢印に示すように、半導体ウエハＷに対して均一に吐出される。 Thereafter, the valve 28 is opened, and an etching gas, for example, a mixed gas of NF ₃ / He / Ar, is supplied from the processing gas supply source 30 while the flow rate of the mixed gas is adjusted by the mass flow controller 29. The liquid is introduced into the hollow portion of the upper electrode 21 through the opening 26, and further uniformly discharged onto the semiconductor wafer W through the discharge holes 23 of the electrode plate 24 as indicated by the arrows in FIG.

そして、チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源４０から所定の周波数の高周波電力が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。 Then, the pressure in the chamber 2 is maintained at a predetermined pressure. Thereafter, high frequency power having a predetermined frequency is applied to the upper electrode 21 from the first high frequency power supply 40. As a result, a high-frequency electric field is generated between the upper electrode 21 and the susceptor 5 as the lower electrode, and the etching gas is dissociated into plasma.

他方、第２の高周波電源５０から、上記の第１の高周波電源４０より低い周波数の高周波電力が下部電極であるサセプタ５に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがサセプタ５側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。 On the other hand, high frequency power having a frequency lower than that of the first high frequency power supply 40 is applied from the second high frequency power supply 50 to the susceptor 5 serving as the lower electrode. Thereby, ions in the plasma are drawn to the susceptor 5 side, and the anisotropy of etching is enhanced by ion assist.

そして、所定のエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及びエッチングガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷがチャンバー２内から搬出される。 Then, when the predetermined etching process is completed, the supply of the high frequency power and the supply of the etching gas are stopped, and the semiconductor wafer W is unloaded from the chamber 2 by a procedure reverse to the procedure described above.

次に、図１を参照して、本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。
図１（ａ）に示すように、被処理物として半導体ウエハＷの表面には、ＳｉＯＣ層１０１が形成されており、ＳｉＯＣ層１０１の下側にはＳｉＣ層１０２が形成され、ＳｉＣ層１０２の下側にはＣｕ配線層１０３が形成されている。 Next, the plasma etching method according to this embodiment will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1A, an SiOC layer 101 is formed on the surface of a semiconductor wafer W as an object to be processed, and an SiC layer 102 is formed below the SiOC layer 101. A Cu wiring layer 103 is formed on the lower side.

また、ＳｉＯＣ層１０１には、図中左右方向に沿ってＳｉＯＣ層１０１を線状に凹陥したトレンチ１１０が形成されており、このトレンチ１１０の底部には、ビアを形成するための開口部１１１が形成されている。この開口部１１１は、例えば、レジストをマスクとして、ＣＦ系ガスとＡｒガスとＯ₂ガスの混合ガス等をエッチングガスとしてプラズマエッチングにより形成され、その後、レジストをＯ₂ガスを用いたアッシングにより除去して図１（ａ）に示す状態とされている。 Further, the SiOC layer 101 is formed with a trench 110 in which the SiOC layer 101 is linearly recessed along the horizontal direction in the figure, and an opening 111 for forming a via is formed at the bottom of the trench 110. Is formed. The opening 111 is formed by, for example, plasma etching using a resist as a mask and a mixed gas of CF-based gas, Ar gas, and O ₂ gas or the like as an etching gas, and then removing the resist by ashing using O ₂ gas. Thus, the state shown in FIG.

そして、図１（ａ）に示す状態から、図１（ｂ）に示すように、ＳｉＯＣ層１０１をマスクとし、ＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒの混合ガスをエッチングガスとして、ＳｉＣ層１０２のプラズマエッチングを行い、開口部１１１に連続した開口部１１２を形成して、Ｃｕ配線層１０３に至るビア１１３を形成する。 Then, from the state shown in FIG. 1A, as shown in FIG. 1B, plasma etching of the SiC layer 102 is performed using the SiOC layer 101 as a mask and a mixed gas of NF ₃ / He / Ar as an etching gas. Then, an opening 112 continuous to the opening 111 is formed, and a via 113 reaching the Cu wiring layer 103 is formed.

この時、エッチングガスとして、少くともＮＦ₃とＨｅとＡｒとを含むガスを使用することにより、ＳｉＯＣ層１０１に対するＳｉＣ層１０２のエッチングの選択性を高くすることができる。 At this time, the etching selectivity of the SiC layer 102 with respect to the SiOC layer 101 can be increased by using a gas containing at least NF ₃ , He, and Ar as an etching gas.

実施例１として、以下のエッチング条件、ＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒ＝４／２４０／２００ｓｃｃｍ、圧力６Ｐａ（４５ｍTorr）、電力（上部／下部）＝４００／１５０Ｗ、温度（上部／側壁部／下部）＝８０／６０／０℃、冷却用ヘリウム圧力（中央部／周辺部）＝１３３０／１３３０Ｐａ（１０／１０Torr）、電極間距離＝１７０ｍｍで実際にプラズマエッチングを行った。この結果、ＳｉＣのエッチングレートが１４８ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯＣのエッチングレートが９．０ｎｍ／ｍｉｎであり、選択比は１６．４であった。 As Example 1, the following etching conditions, NF ₃ / He / Ar = 4/240/200 sccm, pressure 6 Pa (45 mTorr), power (upper / lower) = 400/150 W, temperature (upper / side wall / lower) = Plasma etching was actually performed at 80/60/0 ° C., cooling helium pressure (center portion / peripheral portion) = 1330/1330 Pa (10/10 Torr), and electrode distance = 170 mm. As a result, the etching rate of SiC was 148 nm / min, the etching rate of SiOC was 9.0 nm / min, and the selectivity was 16.4.

次に、上記のエッチング条件の他、使用可能なエッチング条件について調査した結果について説明する。上記のエッチング条件では、圧力６Ｐａ（４５ｍTorr）、エッチングガスの総流量が４４４ｓｃｃｍであり、チャンバー２の容積が９０ｌであるので、レジデンスタイムは０．７２ミリ秒となる。 Next, the results of investigation on usable etching conditions in addition to the above etching conditions will be described. Under the above etching conditions, since the pressure is 6 Pa (45 mTorr), the total flow rate of the etching gas is 444 sccm, and the volume of the chamber 2 is 90 l, the residence time is 0.72 milliseconds.

エッチングガスの総流量を半分（２２２ｓｃｃｍ）とした場合、すなわちＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒ＝２／１２０／１００ｓｃｃｍの場合、レジデンスタイムは１．４４ミリ秒となる。このエッチングガスの流量で、他のエッチング条件は実施例１と同一としてエッチングを行ったところＳｉＣのエッチングレートが１０８ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯＣのエッチングレートが８．９ｎｍ／ｍｉｎであり、選択比は１２．１であった。 When the total flow rate of the etching gas is halved (222 sccm), that is, when NF ₃ / He / Ar = 2/120/100 sccm, the residence time is 1.44 milliseconds. Etching was performed under the same flow rate of the etching gas as in Example 1 except that the etching rate of SiC was 108 nm / min, the etching rate of SiOC was 8.9 nm / min, and the selectivity was 12. 1

また、エッチングガスの総流量を倍（８８８ｓｃｃｍ）とした場合、すなわちＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒ＝８／４８０／４００ｓｃｃｍの場合、レジデンスタイムは０．３６ミリ秒となるが、この場合ＳｉＣのエッチングレートが１３２ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯＣのエッチングレートが３０．０ｎｍ／ｍｉｎであり、選択比は４．４０であった。 Further, when the total flow rate of the etching gas is doubled (888 sccm), that is, when NF ₃ / He / Ar = 8/480/400 sccm, the residence time is 0.36 milliseconds. In this case, the etching rate of SiC is Was 132 nm / min, the etching rate of SiOC was 30.0 nm / min, and the selectivity was 4.40.

上記のように総流量が増加し、レジデンスタイムが減少すると、ＳｉＯＣのエッチングレートが上昇して選択比が低下する傾向がみられた。また、総流量が低下し、レジデンスタイムが増加すると、ＳｉＣのエッチングレートが減少する傾向がみられた。このため、レジデンスタイムは、０．７２ミリ秒〜１．４４ミリ秒程度とすることが好ましく、少なくとも、０．３６ミリ秒〜１．４４ミリ秒の範囲とすることが好ましい。 As described above, when the total flow rate increased and the residence time decreased, the etching rate of SiOC increased and the selectivity decreased. Moreover, when the total flow rate decreased and the residence time increased, the SiC etching rate tended to decrease. Therefore, the residence time is preferably about 0.72 milliseconds to 1.44 milliseconds, and preferably at least in the range of 0.36 milliseconds to 1.44 milliseconds.

次に、エッチングガスの流量比に関しては、実施例１の条件からＡｒの流量を減少させて、ＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒ＝４／２４０／５０ｓｃｃｍとした場合、ここからさらにＨｅの流量を増加させて、ＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒ＝４／４８０／５０ｓｃｃｍとした場合についても、前述した実施例１の場合と略同様な選択比を得ることができた。したがって、このような流量比の範囲は、使用可能な範囲である。 Next, regarding the flow rate ratio of the etching gas, when the flow rate of Ar is decreased from the conditions of Example 1 to NF ₃ / He / Ar = 4/240/50 sccm, the flow rate of He is further increased from here. In the case of NF ₃ / He / Ar = 4/480/50 sccm, substantially the same selection ratio as in Example 1 was obtained. Therefore, the range of such a flow rate ratio is a usable range.

一方、Ａｒの流量を０として、ＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒ＝６／１２０／０ｓｃｃｍとした場合、ＳｉＣのエッチングレートが８２ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯＣのエッチングレートが６２ｎｍ／ｍｉｎであり、選択比は１．３２であった。このため、選択比を確保するためには、Ａｒの添加が不可欠である。 On the other hand, when the flow rate of Ar is 0 and NF ₃ / He / Ar = 6/120/0 sccm, the etching rate of SiC is 82 nm / min, the etching rate of SiOC is 62 nm / min, and the selection ratio is 1. 32. For this reason, addition of Ar is indispensable in order to ensure the selection ratio.

また、圧力に関しては、２Ｐａ（１５ｍTorr）とした場合についても、実施例１の場合と略同様な選択比を得ることができた。したがって、圧力は、少くとも２〜６Ｐａの範囲が使用可能である。 Regarding the pressure, even when the pressure was 2 Pa (15 mTorr), a selection ratio substantially similar to that in Example 1 could be obtained. Therefore, the pressure can be used in the range of at least 2 to 6 Pa.

また、上部電極２１に印加する電力については、５０Ｗとした場合、５００Ｗとした場合の双方で、実施例１の場合（４００Ｗの場合）と略同様な選択比を得ることができた。したがって、上部電極２１に印加する電力については、少くとも５０Ｗ〜５００Ｗの範囲が使用可能である。この場合、半導体ウエハＷの径が３００ｍｍであるため、電力密度で表せば、０．０７Ｗ／ｃｍ²〜０．７Ｗ／ｃｍ²の範囲である。 In addition, regarding the power applied to the upper electrode 21, when it was set to 50W, it was possible to obtain substantially the same selection ratio as in the case of Example 1 (in the case of 400W) when it was set to 500W. Therefore, the power applied to the upper electrode 21 can be at least in the range of 50W to 500W. In this case, since the diameter of the semiconductor wafer W is 300 mm, the power density is in the range of 0.07 W / cm ^{2 to} 0.7 W / cm ² .

一方、下部電極（サセプタ５）に印加する電力については、５０Ｗとした場合、１００Ｗとした場合の双方で、実施例１の場合（１５０Ｗの場合）と略同様な選択比を得ることができた。したがって、下部電極（サセプタ５）に印加する電力については、少くとも５０Ｗ〜１５０Ｗの範囲が使用可能である。この場合、半導体ウエハＷの径が３００ｍｍであるため、電力密度で表せば、０．０７Ｗ／ｃｍ²〜０．２１Ｗ／ｃｍ²の範囲である。 On the other hand, regarding the power applied to the lower electrode (susceptor 5), when the power was 50W and 100W, a selection ratio substantially similar to that in Example 1 (150W) could be obtained. . Therefore, the power applied to the lower electrode (susceptor 5) can be in the range of at least 50W to 150W. In this case, since the diameter of the semiconductor wafer W is 300 mm, the power density is in the range of 0.07 W / cm ^{2 to} 0.21 W / cm ² .

次に、下部温度（サセプタ５の温度）がエッチングの状態に与える影響について説明する。下部温度（サセプタ５の温度）を７０℃とした場合、及び３０℃とした場合、実施例１の０℃の場合と略同様な選択比を得ることができた。但し、７０℃の場合、図３に示すように、ＳｉＣ層１０２の開口部１１２の側壁部１１２ａの形状が、直線的にならず外側に向けて湾曲した形状となった。このように、ビア１１３の内壁部の形状が外側に向けて湾曲した形状となると、この後銅等の導体を埋め込む際に、ボイドが発生する等の問題が生じる。 Next, the influence of the lower temperature (temperature of the susceptor 5) on the etching state will be described. When the lower temperature (the temperature of the susceptor 5) was 70 ° C. and 30 ° C., substantially the same selection ratio as in the case of 0 ° C. in Example 1 could be obtained. However, in the case of 70 ° C., as shown in FIG. 3, the shape of the side wall 112a of the opening 112 of the SiC layer 102 was not linear but curved outward. As described above, when the shape of the inner wall portion of the via 113 is curved outward, there arises a problem that a void is generated when a conductor such as copper is embedded thereafter.

上記の側壁部１１２ａの形状は、７０℃の場合より３０℃の場合の方が、湾曲の程度が減少し、３０℃の場合より０℃の場合の方が、湾曲の程度が減少した。このように、下部温度（サセプタ５の温度）が高いと開口部１１２の側壁部１１２ａの形状が湾曲する傾向があり、温度を低下させることによってその傾向を減少させることができる。このため、ビア１１３の内壁部の形状を直線的とするためには、下部温度（サセプタ５の温度）は、３０℃以下とすることが好ましく、０℃以下とすることがさらに好ましい。 As for the shape of the side wall part 112a, the degree of bending was reduced at 30 ° C. than at 70 ° C., and the degree of bending was reduced at 0 ° C. than at 30 ° C. Thus, when the lower temperature (the temperature of the susceptor 5) is high, the shape of the side wall 112a of the opening 112 tends to be curved, and this tendency can be reduced by lowering the temperature. For this reason, in order to make the shape of the inner wall portion of the via 113 linear, the lower temperature (the temperature of the susceptor 5) is preferably 30 ° C. or less, and more preferably 0 ° C. or less.

また、上記のビア１１３の内壁部の形状を直線的とするには、上記したエッチングガスに、ＣＨＦ系のガス、若しくはＣＦ系のガス、例えばＣＨ₂Ｆ₂等を添加することが好ましい。実際に、エッチングガスをＮＦ₃／Ｈｅ／Ａｒ／ＣＨ₂Ｆ₂＝４／２４０／２００／２ｓｃｃｍとし、他のエッチング条件を実施例１と同一としてエッチングを行ったところ、側壁部１１２ａの形状が直線状のビア１１３を得ることができた。但し、この場合、ＳｉＣのエッチングレートが１２４ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯＣのエッチングレートが５４．９ｎｍ／ｍｉｎであり、選択比は２．２６であった。 In order to make the shape of the inner wall of the via 113 linear, it is preferable to add a CHF-based gas or a CF-based gas such as CH ₂ F ₂ to the etching gas. Actually, the etching gas was set to NF ₃ / He / Ar / CH ₂ F ₂ = 4/240/200/2 sccm, and the other etching conditions were the same as in Example 1. As a result, the shape of the side wall portion 112a was A linear via 113 could be obtained. However, in this case, the etching rate of SiC was 124 nm / min, the etching rate of SiOC was 54.9 nm / min, and the selection ratio was 2.26.

上記のように、エッチングガスにＣＨ₂Ｆ₂等を添加すると、側壁部１１２ａの形状は直線状とすることができるが、ＳｉＯＣのエッチングレートが上昇し、選択比が低下する。例えば、上記のＣＨ₂Ｆ₂の添加料を２ｓｃｃｍから４ｓｃｃｍに増加させ、ＮＦ₃の流量と同流量とすると選択比は。１．９０と２未満になった。このため、ＣＨＦ系のガス若しくはＣＦ系のガスは、ＮＦ₃の流量の１／２以下の流量とすることが好ましい。 As described above, when CH ₂ F ₂ or the like is added to the etching gas, the shape of the side wall portion 112a can be made linear, but the etching rate of SiOC increases and the selection ratio decreases. For example, if the CH ₂ F ₂ additive is increased from ₂ sccm to 4 sccm and the flow rate is the same as the flow rate of NF ₃ , the selection ratio is. 1.90 and less than 2. For this reason, it is preferable that the CHF-based gas or the CF-based gas has a flow rate of ½ or less of the flow rate of NF ₃ .

本発明の一実施形態に係る半導体ウエハの要部構成を拡大して示す図。The figure which expands and shows the principal part structure of the semiconductor wafer which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の実施形態に使用するプラズマエッチング装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the plasma etching apparatus used for embodiment of this invention. 開口部の側壁部の形状を説明するための図。The figure for demonstrating the shape of the side wall part of an opening part.

符号の説明Explanation of symbols

Ｗ…半導体ウエハ、１０１…ＳｉＯＣ層、１０２…ＳｉＣ層、１０３…銅配線層、１１０…トレンチ、１１１…ＳｉＯＣ層の開口部、１１２…ＳｉＣ層の開口部、１１３…ビア。 W ... Semiconductor wafer, 101 ... SiOC layer, 102 ... SiC layer, 103 ... Copper wiring layer, 110 ... Trench, 111 ... Opening of SiOC layer, 112 ... Opening of SiC layer, 113 ... Via.

Claims

エッチングガスをプラズマ化し、このプラズマによって被処理物に形成されたＳｉＣ層をエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記エッチングガスが、少なくともＮＦ_３ガスとＨｅガスとＡｒガスとを含み、
かつ、前記被処理物にＳｉＯＣ層が形成され、当該ＳｉＯＣ層に対して、前記ＳｉＣ層を選択的にエッチングする
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。 A plasma etching method for converting an etching gas into a plasma and etching a SiC layer formed on a workpiece by the plasma,
The etching gas, see contains at least NF ₃ gas and He gas and Ar gas,
And the SiOC layer is formed in the said to-be-processed object, The said SiC layer is selectively etched with respect to the said SiOC layer, The plasma etching method characterized by the above-mentioned .

請求項１に記載のプラズマエッチング方法において、
前記ＳｉＣ層の上側に前記ＳｉＯＣ層が形成され、当該ＳｉＯＣ層をマスクとして前記ＳｉＣ層をエッチングすることを特徴とするプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 1 , wherein
A plasma etching method, wherein the SiOC layer is formed on the SiC layer, and the SiC layer is etched using the SiOC layer as a mask.

請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法において、
前記被処理物を３０℃以下に冷却しつつプラズマエッチングを行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。 In the plasma etching method according to claim 1 or 2 ,
A plasma etching method comprising performing plasma etching while cooling the object to be processed at 30 ° C. or lower.

請求項１〜３いずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、
前記被処理物を処理容器内に収容し、前記エッチングガスを当該エッチングガスのレジデンスタイムが０．３６ミリ秒〜１．４４ミリ秒となるよう前記処理容器内に導入することを特徴とするプラズマエッチング方法。 In the plasma etching method according to any one of claims 1 to 3 ,
The plasma is characterized in that the object to be processed is accommodated in a processing container, and the etching gas is introduced into the processing container so that a residence time of the etching gas is 0.36 milliseconds to 1.44 milliseconds. Etching method.

請求項１〜４いずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、
前記被処理物を処理容器内に収容し、当該処理容器内の圧力が２Ｐａ〜６Ｐａとなるように減圧することを特徴とするプラズマエッチング方法。 In the plasma etching method according to any one of claims 1 to 4 ,
A plasma etching method, wherein the object to be processed is accommodated in a processing container, and the pressure in the processing container is reduced to 2 Pa to 6 Pa.

請求項１〜５いずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、
前記エッチングガスが、ＮＦ_３ガスに対する流量比１／２以下でＣＦ系ガス又はＣＨＦ系ガスを含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。 In the plasma etching method according to any one of claims 1 to 5 ,
The plasma etching method, wherein the etching gas contains a CF-based gas or a CHF-based gas at a flow rate ratio of 1/2 or less with respect to the NF ₃ gas.

請求項１〜６いずれか１項に記載のプラズマエッチング方法において、
前記被処理物を下部電極上に載置し、前記下部電極と対向する位置に配置された上部電極に第１の周波数を有する第１の高周波電力を供給するとともに、前記下部電極に前記第１の高周波電力より周波数が低い第２の周波数を有する第２の高周波電力を印加してプラズマエッチングを行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。 In the plasma etching method according to any one of claims 1 to 6 ,
The object to be processed is placed on the lower electrode, a first high-frequency power having a first frequency is supplied to the upper electrode disposed at a position facing the lower electrode, and the first electrode is supplied to the lower electrode. A plasma etching method comprising performing plasma etching by applying a second high frequency power having a second frequency lower than that of the high frequency power.

請求項７に記載のプラズマエッチング方法において、
前記上部電極に印加される前記第１の高周波電力の電力密度が０．０７Ｗ／ｃｍ^２〜０．７Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とするプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 7 , wherein
A plasma etching method, wherein a power density of the first high-frequency power applied to the upper electrode is 0.07 W / cm ^{2 to} 0.7 W / cm ² .

請求項７に記載のプラズマエッチング方法において、
前記下部電極に印加される前記第２の高周波電力の電力密度が０．０７Ｗ／ｃｍ^２〜０．２１Ｗ／ｃｍ^２であることを特徴とするプラズマエッチング方法。 The plasma etching method according to claim 7 , wherein
A plasma etching method, wherein a power density of the second high-frequency power applied to the lower electrode is 0.07 W / cm ^{2 to} 0.21 W / cm ² .