JP4693416B2 - シリコン含有ハードマスクをパターンエッチングする方法 - Google Patents
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Description
[0004]本発明はシリコン含有誘電物質をエッチングする方法に関する。特に、本発明は、特徴部サイズが約0.15μm以下である半導体デバイス特徴部の後続のパターンエッチングの間、ハードマスクとして用いられるシリコン含有誘電物質の層をパターンエッチングする方法に関する。
[0006]シリコン含有誘電物質(例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン)は、半導体構造において基礎となる層をパターンエッチングするためのハードマスクとしてしばしば用いられる。シリコン含有誘電体層自体は、典型的には、上に横たわっているパターン形成フォトレジストを用いてパターン形成される。ハードマスクパターン形成ステップの間、上に横たわっている有機フォトレジストに相対してシリコン含有誘電体層をエッチングする選択性が重要である。本明細書に用いられる“選択性”又は“エッチング選択性”の用語は、或るプラズマ源ガスと処理条件を用いて第一物質(例えば、シリコン含有誘電物質)のエッチング速度と第二物質(例えば、フォトレジストのような)のエッチング速度の比率を意味する。
[0041]本明細書に記載される実施形態のエッチング方法は、典型的には、1996年5月7日の第11回プラズマ処理国際シンポジウムの会報でYan Yeらによって記載され、また、電気化学協会誌96-12巻、pp.222−233(1996)で発表された種類の枚葉式プラズマ源(DPS)を有するプラズマエッチングチャンバにおいて行われる。特に、本明細書に記載される実施形態実施例のエッチングプロセスは、カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ社から入手できるCENTURA(登録商標)DPSII(登録商標)プラズマエッチングチャンバで行われた。本明細書に記載されるエッチングを行うために用いられたこの装置は、下記で詳述される。しかしながら、当業界で知られる他の装置も本発明を行うために用いることができることは予想される。
[0046]図1Aは、本明細書に記載されるエッチング方法の実施形態を行うための典型的な出発構造100を示す図である。構造100は、最上部から底面まで次の層:パターン形成された193nmフォトレジスト層114;パターン形成された底面抗反射コーティング(BARC)層112;シリコン含有誘電体層110;タングステン層108;ポリシリコン層106;ゲートオキサイド層104を含み、全て単結晶シリコン基板102の上に横たわっている。
[0057]本出願と同日出願の、共同所有される、同時係属米国特許出願第 号(代理人事件整理番号AM−6867)(“’ 出願”)は、シリコン含有誘電物質の層へ約0.13μm〜約0.25μmの範囲にある特徴部サイズをパターンエッチングする方法を開示している。エッチング法は、約30〜約70容積%のCH2F2、約30〜約70容積%のCF4、約2〜約20容積%のO2を含むプラズマ供給源ガスから生成されたプラズマを用いることを含んでいる。プラズマ供給源ガスは、例として限定せずに、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン又はクリプトンのような不活性ガスで希釈されてもよい。しばしば、非反応性希釈ガスはヘリウムである。しばしば、プラズマ供給源ガスは、約10〜約25容積%のCH2F2、約10〜約25容積%のCF4、約2〜約10容積%のO2、約50〜約70容積%のヘリウムを含むように選択される。該方法は、典型的には、枚葉式プラズマ源を有する半導体処理チャンバにおいて行われる。エッチング中の処理チャンバ圧は、典型的には約4mTorr〜約10mTorrの範囲にある。248nm放射光に敏感であるフォトレジストと組合わせて用いる場合、該方法によりフォトレジストに相対してシリコン含有誘電物質をエッチングする良好な選択性(約2:1以上)と優れたエッチングプロファイル制御の双方が得られる。該方法により、約5nm以下のエッチング側壁面の粗さが得られつつ、半導体構造においてエッチングされたシリコン含有誘電体層と下にある水平層間に80°〜89°の範囲にあるラインエッチングプロファイル側壁角が得られる。
[0069]我々は、ある種の193nmフォトレジストと組合わせて用いた場合に、フォトレジストに相対してシリコン含有誘電体層をエッチングするための良好な選択性、平滑なエッチングプロファイル、良好なエッチングプロファイル制御を示すシリコン含有誘電物質の層をパターンエッチングする方法を開発してきた。シリコン含有誘電物質をプラズマエッチングするために用いられる供給源ガスは、CF4をCHF3と組合わせて含んでいる。
’ 出願に開示されたCH2F2/CF4/O2エッチング化学を用いて窒化シリコン層のパターンエッチングしたとき、我々はCH2F2エッチングガスとフォトレジストからの化学種との組合わせの結果としてエッチングされた表面上に生成されるポリマーが非常に軟らかいことがわかった。軟らかいポリマーは、図2Bに示される不均一な窒化シリコン側壁210を誘発し、図2Cに示される平面図から明らかな、エッチングの間のフォトレジストパターンプロファイルにおける歪みを生じた。メタクリレートとのブロックポリヒドロキシスチレン(マサチューセッツ州、マルボロのシプレイ社から入手できる)に基づくもののように、ある他の種類のポリマー結合剤樹脂とほど共に密に充填することができないフォトレジストの脂環式ポリマー結合剤の組成のために、フォトレジスト自体が窒化シリコンエッチングプロセスの間に歪むことも起こりうるが、この変形問題を証明されてはいない。エッチングプロセス中、フォトレジストの歪みによって、図2Bと図2Cに見られる窒化シリコン側壁のストライエーションと不均一性が生じ得る。
Claims (20)
- ハードマスクを形成するシリコン含有誘電物質の層をパターンエッチングする方法であって、
前記ハードマスクのエッチングの際に用いられるパターン形成されたフォトレジスト層が100nm〜200nmの範囲内にある波長を呈する放射光に対して敏感であり、
0.15μm以下のサイズの特徴部が前記パターン形成されたフォトレジスト層および前記ハードマスクに生成され、前記シリコン含有誘電物質の層の前記パターンエッチングが、供給源ガスから生成されたプラズマを用いておこなわれ、
前記供給源ガス中の化学反応性エッチングがCF4とCHF3とからなり、CF4とCHF3の容積比が2:3〜3:1の範囲にあり、
前記シリコン含有誘電物質の層にエッチング形成されたパターンの側壁が5nm以下の表面粗さを呈する、前記方法。 - 前記シリコン含有誘電物質が、窒化シリコン、酸化シリコン、酸窒化シリコン、及びその組合せからなる群より選ばれる、請求項1記載の方法。
- CF4とCHF3の容積比が1:1〜2:1の範囲にある、請求項1記載の方法。
- 前記プラズマ供給源組成物が、50〜75容積%のCF4と、25〜50容積%のCHF3を含む、請求項1記載の方法。
- 前記プラズマ供給源組成物が、50〜65容積%のCF4と、35〜50容積%のCHF3を含む、請求項4記載の方法。
- 前記シリコン含有誘電層が、下にある半導体構造のパターンエッチングの間、ハードマスクとして用いられ、前記半導体構造が、特徴部サイズが0.15μm以下の特徴部を含んでいる、請求項1記載の方法。
- 前記パターンのエッチング前においては、前記シリコン含有誘電体層の厚さが1000Å〜2500Åの範囲にある、請求項1記載の方法。
- エッチングが4mTorr〜60mTorrの範囲にあるプロセスチャンバ圧で行われる、請求項1記載の方法。
- 前記方法が枚葉式プラズマ源を有する半導体処理チャンバ内で行われる、請求項1記載の方法。
- 前記方法が、前記エッチングされたシリコン含有誘電体層を下にある水平層間に88°〜92°の範囲にあるエッチングプロファイル側壁角を与える、請求項1記載の方法。
- ハードマスクを形成する窒化シリコン層をパターンエッチングする方法であって、
前記ハードマスクのエッチング中に利用されるパターン形成されたフォトレジスト層が100nm〜200nmの範囲内にある波長を呈する放射光に対して敏感であり、
0.15μm以下のサイズの特徴部が前記パターン形成されたフォトレジスト層および前記ハードマスクに生成され、前記窒化シリコン層の前記パターンエッチングが、供給源ガスから生成されたプラズマを用いておこなわれ、
前記供給源ガス中の化学反応性エッチャントガスがCF4とCHF3からなり、CF4とCHF3の容積比が2:3〜3:1の範囲にあり、前記窒化シリコン層にエッチング形成されたパターンの側壁が5nm以下の表面粗さを呈する、前記方法。 - CF4とCHF3の容積比が1:1〜2:1の範囲にある、請求項11記載の方法。
- 前記プラズマ供給源組成物が、50〜75容積%のCF4と、25〜50容積%のCHF3を含む、請求項11記載の方法。
- 前記プラズマ供給源組成物が、50〜65容積%のCF4と、35〜50容積%のCHF3を含む、請求項13記載の方法。
- 前記窒化シリコン層が、下にある半導体構造のパターンエッチングの間、ハードマスクとして用いられ、前記半導体構造が、特徴部サイズが0.15μm以下の特徴部を含んでいる、請求項11記載の方法。
- 前記パターンのエッチング前において前記窒化シリコン層の厚さが1000Å〜2500Åの範囲にある、請求項11記載の方法。
- エッチングが4mTorr〜60mTorrの範囲にあるプロセスチャンバ圧で行われる、請求項11記載の方法。
- 前記方法が枚葉式プラズマ源を有する半導体処理チャンバ内で行われる、請求項11記載の方法。
- 前記供給源ガスが、ヘリウム非反応性希釈ガスをさらに含む、請求項1記載の方法。
- 前記供給源ガスが、ヘリウム非反応性希釈ガスをさらに含む、請求項11記載の方法。
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