JP4990551B2

JP4990551B2 - ドライエッチング方法

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Publication number: JP4990551B2
Application number: JP2006124669A
Authority: JP
Inventors: 泰宏森川; 徹小出澤; 紅コウ鄒
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: JP2007299818A

Description

本発明は、ドライエッチング方法に関し、特に層間絶縁膜のドライエッチング方法に関する。

ＳｉＯ_２から構成される低誘電率層間絶縁膜をエッチングして孔や溝を形成する方法として、真空チャンバー内にエッチングガスとしてフルオロカーボンガスを導入し、その後真空チャンバー内を所定の圧力にした後に駆動電圧を印加してプラズマを形成し、このプラズマ中で導入したガスを分解させて基板に照射し基板物質と反応させ、基板物質をガス化してエッチングを行なうドライエッチング方法が知られている。

この場合に、有機膜からなるレジストマスクが用いられるが、このレジストマスクはエッチングガスと反応してエッチングされやすいため、層間絶縁膜とレジストマスクとの選択比（層間絶縁膜のエッチングレート／レジストマスクのエッチングレート）が低いという問題があった。

この問題を解消すべく、エッチングガスとしてのＣＦ系ガスにＡｒガス、ＣＯガス及びＯ_２ガスを添加した混合ガスを用いるエッチング方法が提案されている。（例えば、特許文献１参照）
特開平１１−３１６７８号公報（特許請求の範囲の記載）

ところで、半導体装置の高集積化、微細化に伴い、より選択比の高いドライエッチング技術が求められている。

例えば、次世代光ＭＥＭＳの場合、エッチング対象である層間絶縁膜のエッチング深さは１０μｍ、有機膜からなるレジストマスクの厚みは１μｍ以下である。この場合に、ＣＦ系ガスにＡｒガス等を添加した混合ガスによる１Ｐａ以下の低圧プロセスでのエッチング方法では、ＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜と有機膜からなるレジストマスクとの選択比は５未満であり、十分ではない。別の方法として、フルオロカーボンガスに炭化水素を加えたガスを用いるエッチング方法も提案されているが、この方法では、水素によってレジストマスク表面に重合膜が形成されてレジストマスクのエッチングを抑制するので、選択比は高い反面、チャンバー壁面にも重合膜が堆積しやすく、エッチングが不安定になるという問題がある。

また、これらの方法において、装置の天板にシリコンプレートを設けたとしても、混合ガスによりスパッタリングされ、シリコンプレートの磨耗が非常に激しく、シリコンプレートの交換頻度が高く経済的ではないという問題もある。

本発明の課題は、上記従来技術の問題点を解決することにあり、有機膜からなるレジストマスクのエッチングを抑制して高選択比を得ることができる安定なドライエッチング方法であって、シリコンプレートの磨耗が少ないドライエッチング方法を提供することにある。

本発明のドライエッチング方法は、真空チャンバー内にフルオロカーボンガス及び希ガスからなるエッチングガスを導入し、真空チャンバー内を所定の圧力にしてプラズマを発生させて処理基板上に形成された層間絶縁膜をエッチングするドライエッチング方法において、前記真空チャンバー内に設けられたシリコンプレートに容量が１００ｐＦに設定された可変コンデンサーを介して高周波電源から２００Ｖの電圧を印加し、シリコンプレート表面のシリコン原子とフッ素原子とを反応させて真空チャンバー内に存在するフッ素原子を消費しながらエッチングを行なうことを特徴とする。

真空チャンバー内に導入されたエッチングガスは、プラズマ中でＣＦｘ（ｘ＝１〜３）や、フッ素原子などに分解される。このフッ素原子はレジストマスクをエッチングするので、フッ素原子が真空チャンバー内に過剰に存在すると、選択比が低くなってしまう。そこで、本発明では、フッ素原子を真空チャンバー内に設けられたシリコンプレートの表面のシリコン原子と反応させることで、ＳｉＦ_４を生成し（Ｓｉ＋４Ｆ → ＳｉＦ_４）、真空チャンバー内のフッ素原子の一部を消費して、高選択比のエッチングを可能とする。

また、上記のように真空チャンバー内のシリコンプレート表面でシリコン原子とフッ素原子とを反応させ、過剰なフッ素原子を消費できるので、真空チャンバー内壁に膜が堆積するのを抑制し安定したエッチングを行なうことも可能となる。

さらに、シリコンプレート表面でフッ素原子がシリコン原子と表面反応をしているので、スパッタリングの場合と比べてシリコンプレートの磨耗が少なく、そして、シリコンプレートの交換頻度が低い。

希ガスは、エッチングガスの総流量基準で８０〜９５パーセントであることが好ましい。８０パーセント未満であると、フッ素原子が多すぎて、シリコンプレートでの表面反応でフッ素原子を十分に消費しきれず、レジストがエッチングされてしまい、高選択比を得ることができない。他方で、９５パーセントを超えると、フルオロカーボンガスが少なすぎるので十分にエッチングできない。

この場合、前記希ガスが、Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅから選ばれた少なくとも一種のガスであることが好ましい。これらのガスを選択した場合に、最も選択比を高くすることが可能である。

さらに、前記ドライエッチング方法は、１Ｐａ以下の低圧プロセスで行なうことが好ましい。圧力が１Ｐａより高いと、フッ素原子の平均自由行程は短くなるので、シリコンプレート近傍のフッ素原子はシリコンプレート表面で反応させて消費できるが、レジスト近傍のフッ素原子はシリコンプレート近傍まで到達できないのでレジスト近傍にフッ素原子が残ってしまう。その結果、レジストのエッチングを防止できず、高選択比のエッチングが実現できない。

本発明のドライエッチング方法によれば、レジストマスクをエッチングするフッ素原子を消費して選択比の高いエッチングを実現できるという効果を奏する。

また、本発明のドライエッチング方法によれば、フッ素原子を消費できるので、壁面での膜堆積が発生せず、安定したエッチングを行なうことができ、さらにシリコンプレート表面がスパッタリングされる場合と比べ、シリコンプレートの消耗も少ないという効果も奏する。

図１に本発明の層間絶縁膜のドライエッチング方法に用いるエッチング装置１を示す。エッチング装置１は、真空チャンバー１１からなり、低温、高密度プラズマによるエッチングが可能である。この真空チャンバー１１は、ターボ分子ポンプなどの真空排気手段１２を備えている。

真空チャンバー１１は、下部の基板処理室１３とその上部のプラズマ発生室１４とから構成されている。基板処理室１３内の底部中央には、基板載置部２が設けられている。基板載置部２は、処理基板Ｓが載置される断面円形の基板電極２１と、絶縁体２２と、支持台２３とから構成され、基板電極２１と支持台２３とは絶縁体２２を介して設けられている。そして、基板電極２１は、ブロッキングコンデンサー２４を介して第１高周波電源２５に接続され、電位的に浮遊電極となって負のバイアス電位となる。

この基板載置部２に対向してプラズマ発生室１４上部に設けられた天板３１は、プラズマ発生室１４側壁に密封固定され、可変コンデンサー３２を介して第２高周波電源３３に接続されて、電位的に浮遊状態とされ対向電極を形成する。

また、天板３１には、真空チャンバー１１内にエッチングガスを導入するガス導入手段４のガス導入経路４１が接続されている。このガス導入経路４１は分岐し、それぞれガス流量制御手段４２を介して希ガス用ガス源４３及びフルオロカーボンガス用ガス源４４に接続されている。

プラズマ発生室１４は円筒形の誘電体側壁を備え、この側壁の外側には、磁場発生手段としての磁場コイル５１が設けられていてもよく、この場合、磁場コイル５１によって、プラズマ発生室１４内に環状磁気中性線（図示せず）が形成される。

磁場コイル５１とプラズマ発生室１４の側壁の外側との間には、プラズマ発生用の高周波アンテナコイル５２が配置されている。この高周波アンテナコイル５２は、パラレルアンテナ構造のものであり、前述した可変コンデンサー３２と第２高周波電源３３との間の給電路に設けられた分岐点３４に接続され、第２高周波電源３３から電圧を印加できるように構成されている。そして、磁場コイル５１によって磁気中性線が形成される場合には、形成された磁気中性線に沿って交番電場を加えてこの磁気中性線に放電プラズマを発生させる。

なお、本実施の形態ではアンテナコイル５２には第２高周波電源３３から電圧を印加したが、分岐路を設けずに第３の高周波電源を用意して、これとアンテナコイル５２とを接続し、プラズマを発生させてもよい。また、アンテナコイルへの印加電圧値が所定の値になるようにする機構が設けられていてもよい。

上記構成のエッチング装置１でエッチングを行なう際には、真空チャンバー１１内に導入されたエッチングガスによって、エッチング対象である層間絶縁膜だけでなく、プラズマ中のフッ素原子と反応しやすい有機膜からなるレジストマスクもエッチングされてしまう可能性がある。そこで、本発明の装置では、天板３１の基板電極側の面にフッ素原子と反応しやすいシリコン単結晶からなるシリコンプレート６を装着する。このシリコンプレート６表面のシリコン原子と真空チャンバー内に過剰に存在するフッ素原子とを反応させてＳｉＦ_４を生成することにより、フッ素原子の一部を消費してレジストマスクのエッチングを抑制し、その結果、高選択比のエッチングが可能である。この場合の反応は、スパッタリングではないのでシリコンプレートの磨耗が少ないため、シリコンプレートの交換頻度も少ない。シリコンプレート６は、厚さ５ｍｍ、大きさは、最大で天板３１の面積と同じである。また、シリコンプレート６は本実施の形態のように天板に装着してもよいが、天板自体をシリコンプレートから構成することも可能である。さらに、シリコンプレート６を側壁に設けてもよい。

シリコンプレート６には天板３１及び可変コンデンサー３２を介して第２高周波電源３３から電圧が印加され、負の自己バイアスが生じる。この場合に、可変コンデンサー３２の値を変化させると自己バイアスの値が変わって、シリコンプレート表面で反応するフッ素原子の量を調節することができる。レジストマスクのエッチングを抑制できる量のフッ素原子を反応させ、消費するためには、２００〜５００Ｖの電圧が必要である。この電圧範囲にするには、例えば、直径３００ｍｍ程度のシリコンプレートの場合、第２高周波電源３３から１８００Ｖを印加し、可変コンデンサー３２の値を１００ｐＦ以上とすればよい。２００Ｖ未満であると、シリコンプレート表面にポリマーが堆積しその表面が覆われて上記表面反応が生じないので、高選択比を得ることが出来ず、５００Ｖよりも大きいと、シリコンプレート表面がスパッタリングされてしまい、基板上の層間絶縁膜の表面にシリコンが堆積されて層間絶縁膜がエッチングされない。

また、シリコンプレート６は、プラズマ室１４内へのガスの導入を妨げないように、前述したガス導入手段４に接続されシャワープレートとしての役割を果たすように構成される。

上記のようにして構成されたエッチング装置は、簡単な構造からなり、印加する高周波電場が互いに干渉するという問題もなく、高効率のプラズマを形成することができる。

本発明のエッチング装置は、高周波アンテナコイル５２の内側に図示しないファラディシールド(又は静電場シールド)様浮遊電極を設置してもよい。このファラディシールドは、既知のファラディシールドであり、例えば、複数のスリットが平行に設けられ、このスリットの長手方向の中間にスリットと直交してアンテナコイルが設けられた金属板である。スリットの長手方向の両端には、短冊状金属板の電位を同じにする金属縁が設けられている。アンテナコイル５２の静電場は金属板によりシールドされるが、誘導磁場はシールドされない。この誘導磁場がプラズマ中に入り誘導電場を形成する。スリットの幅は、目的に応じて適宜設計でき、０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜２ｍｍのスリットである。このスリットの幅が広すぎると静電場の浸みこみが起こり、好ましくない。スリットの厚みは、〜２ｍｍ程度であればよい。

上記エッチング装置１を用いて、ビアホールや配線用ホール、トレンチが形成される層間絶縁膜の材料としては、ＳｉＯ_２及びこれを含む無機化合物、光学素子に用いられる材料が挙げられる。

ＳｉＯ_２及びこれを含む無機化合物としては、例えば、水晶、ＴＥＯＳ−ＳｉＯ_２、燐酸シリケートガラス、ホウ酸添加燐酸シリケートガラス、希土類をドープしたガラス、低膨張結晶化ガラスがある。光学素子に用いられる材料としては、例えば、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ビスマスがある。

また、層間絶縁膜は、ＨＳＱやＭＳＱのようにスピンコートによって形成されたＳｉＯＣＨ系材料膜、ＣＶＤによって形成されるＳｉＯＣ系材料で比誘電率２．０〜３．２のＬｏｗ−ｋ材料膜でもよく、多孔質材料膜を含む。

ＳｉＯＣＨ系材料としては、例えば、商品名ＬＫＤ５１０９ｒ５／ＪＳＲ社製、商品名HSG−７０００／日立化成社製、商品名HOSP／Honeywell Electric Materials社製、商品名Nanoglass／Honeywell Electric Materials社製、商品名OCD T−１２／東京応化社製、商品名OCD T−３２／東京応化社製、商品名IPS２．４／触媒化成工業社製、商品名IPS２．２／触媒化成工業社製、商品名ALCAP−S５１００／旭化成社製、商品名ＩＳＭ／ＵＬＶＡＣ社製がある。

ＳｉＯＣ系材料としては、例えば、商品名Aurola２．７／日本ＡＳＭ社製、商品名Aurola２．４／日本ＡＳＭ社製、商品名Orion２．２／ファーストゲート・TRIKON社製、商品名Coral／Novellus社製、商品名Black Diamond／AMAT社製、商品名ＮＣＳ／富士通社製がある。また、商品名SiLK／Dow Chemical社製、商品名Porous-SiLK／Dow Chemical社製、商品名FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 Porous FLARE／Honeywell Electric Materials社製、商品名 GX‐3P／Honeywell Electric Materials社製などの有機系の低誘電率層間絶縁膜がある。

この層間絶縁膜に、ビアホールや配線用のホール、トレンチを形成するために、層間絶縁膜上には、公知のフォトリソグラフィ法を用いて所定のパターニングでもってレジストマスクが形成される。

この場合、フォトリソグラフィ法に用いられる公知の有機レジスト材としては、例えば、ＫｒＦレジスト材やＡｒＦレジスト材が挙げられる。

次に、前述したエッチング装置１（ただし、磁場コイルは設置されていない）を用いて処理基板Ｓ上の層間絶縁膜をエッチングする方法について説明する。

本発明によれば、真空チャンバー１１内の基板電極２１上に処理基板Ｓを載置し、エッチングガス導入手段４からエッチングガスを導入し、第２高周波電源３３からＲＦパワーを印加してプラズマ発生室１４内にプラズマを発生させ、シリコンプレート６表面のシリコン原子とフッ素原子とを反応させながら、処理基板Ｓ上に形成された層間絶縁膜を高選択比でエッチングすることができる。

エッチングガスとしては、フルオロカーボンガスに、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒなどの希ガスから選ばれた少なくとも１種のガスを添加したガスを用いることができる。フルオロカーボンガスとしては、例えばＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８またはＣ_３Ｆ_８を用いることができ、特にＣ_４Ｆ_８及びＣ_３Ｆ_８が好ましい。この場合、希ガスは、エッチングガス総流量基準で８０〜９５パーセントとなるようにガス流量制御手段４２によって制御され、導入される。このエッチングガスを、プラズマ雰囲気中１．０Ｐａ以下の作動圧力下で、１００〜３００ｓｃｃｍ真空チャンバ１１内に導入してエッチングする。

上記の工程でエッチングを行なうと、シリコンプレート表面のシリコン原子とプラズマ中のフッ素原子とが反応してＳｉＦ_４が形成される。このＳｉＦ_４が存在することでエッチングが不安定になる場合があるので、真空排気手段１２から排気して、これらの不純物を消費する必要がある。このようにして不純物を消費すれば、不純物がレジスト上及び真空チャンバー１１内壁に堆積しにくく、もし堆積しても少量なので剥離しやすい。

この層間絶縁膜が熱によりダメージを受けないように、前記層間絶縁膜が形成される処理基板Ｓを３０〜１００℃の範囲内の温度に保持してエッチングするのが好ましい。また、レジストマスクのフッ素原子によるエッチングを十分抑制するには、シリコンプレート表面でシリコン原子とフッ素原子とが反応しやすいようにシリコンプレートの温度を１１５℃以上とすることが好ましい。

本実施例では、シリコン単結晶からなるシリコンプレート６を設置した図１に示すエッチング装置１（磁場コイル設置せず）を用いて、エッチングを行なって、層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定した。

まず、処理基板Ｓ上に熱酸化法により厚さ１μｍのＳｉＯ_２からなる層間絶縁膜を形成した。そして、この層間絶縁膜上にスピンコーターによりレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法で所定のパターンを形成した。得られたレジストマスクの膜厚は８０００Åであった。

次に、層間絶縁膜を形成した処理基板Ｓをエッチング装置１の基板電極２１上に載置して、第２高周波電源３３によってプラズマを発生させると共に、Ｃ_４Ｆ_８ガスとＡｒガスとからなるエッチングガスを１００ｓｃｃｍ（Ａｒガスがエッチングガスの総流量基準で９０パーセント）導入して、層間絶縁膜のエッチングを行なった。エッチング条件は、第１高周波電源（基板側）５００Ｗ、第２高周波電源（アンテナ側）１８００Ｗ、基板設定温度：−１０℃、シリコンプレート温度：２００℃、圧力：０．６Ｐａ、可変コンデンサー：１００ｐＦであり、この場合にシリコンプレートに印加されている電圧は、３００Ｖであった。

また、比較のため、シリコンプレートの代わりにアルミナプレートを天板３１に設置したエッチング装置を用いて、上記のシリコンプレートを用いたエッチング装置の場合と同一条件でエッチング特性を調べた。各場合について、層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定し、このエッチングレートから選択比（層間絶縁膜としてのＳｉＯ_２のエッチングレート／レジストマスクのエッチングレート）を求めた。結果を図２に示す。

図２から明らかなように、アルミナプレートを用いた装置の場合には、絶縁膜のエッチングレートは毎分０．４５μｍであったが、レジストのエッチングレートも毎分０．１８μｍと高く、その結果、選択比は２．５となった。これに対し、シリコン天板を用いた装置の場合には、絶縁膜のエッチングレートは毎分０．３３μｍであったが、レジストのエッチングレートがほぼ０であったため、選択比は無限大となった。

この結果から、エッチング装置内にシリコン単結晶からなるシリコンプレートを設置することで、非常に高い選択比を実現できることがわかった。

本実施例では、図１に示すエッチング装置１に設けたシリコンプレート６のプレート温度を変化させてエッチングを行い、各プレート温度におけるレジストマスクのエッチングレートを測定した。

実施例１と同一の条件で層間絶縁膜及びレジストマスクを形成した処理基板Ｓを、プレート温度２００℃として実施例１と同様の条件でエッチングした。また、天板を５０℃及び１５℃の冷却水を用いて水冷し、シリコンプレート６の温度を下げてそれぞれエッチングした。各場合について、シリコンプレート温度、レジストマスク及び層間絶縁膜のエッチングレートを測定し、このエッチングレートから選択比を求めた。結果を図３に示す。

図３に示すように、プレート温度を下げても、層間絶縁膜のエッチングレートは変化しなかった。これに対し、レジストマスクのエッチングレートは高くなったので、これに合わせて選択比も２００℃の場合の無限大から、１５０℃（冷却水：５０℃）の場合は２２、１１５℃（冷却水：１５℃）の場合は１２と減少した。レジストマスクのエッチングレートが高くなったのは、プレート温度が低くなるほど反応は起こりにくくなるからである。即ち、シリコン原子と反応して消費されるフッ素原子が少なくなり、その結果、消費されないで真空チャンバー内に存在するフッ素原子によるレジストマスクのエッチングレートが増加したのである。シリコンプレート表面がフッ素原子と反応しているのではなく、シリコンプレート表面がスパッタリングされているとすれば、このような温度変化によるエッチングレートの変化は生じないと考えられる。

従って、シリコンプレート表面でフッ素原子とシリコン原子との反応が生じていることがわかった。なお、実施例２において用いたシリコンプレート表面をエッチング終了後に目視で確認したところ、ほとんど磨耗されていないことが確認できた。

本実施例では、図１に示すエッチング装置１を用いてエッチングを行い、エッチング後のレジストマスク表面の表面分析を行なった。

実施例１と同一の条件で層間絶縁膜及びレジストマスクを形成した処理基板Ｓを、実施例１と同様の条件でエッチングした。ただし、装置内の排気は行なわなかった。そして、エッチング後のレジストマスク表面について、９５〜１１０ｅＶの範囲の結合エネルギーに対するＸＰＳスペクトルを測定した。結果を図４に示す。

図４中、スペクトルにはノイズがあるものの、平坦であり、いかなるピークも観測されなかった。シリコンのピークは、結合エネルギー９９ｅＶから１０５ｅＶの間に観測されるものであるが、このシリコンのピークが観測されなかったことから、レジスト表面にはシリコンが存在していないことが確認された。仮にシリコンプレート表面がスパッタリングされているとすると、スパッタリングによりシリコンプレートが削られ、シリコンがレジストマスク上に堆積すると考えられる。本実施例では、上記のようにシリコンがレジストマスク表面には存在しないことから、シリコンプレート表面で反応が生じていることがわかった。

本実施例では、図１に示すエッチング装置１を用いて、Ａｒガスの混合条件と、可変コンデンサー３２の設定条件と変えてエッチングを行い、各条件において層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定した。

実施例１と同一の条件で層間絶縁膜及びレジストマスクを形成した処理基板Ｓを作製し、以下の条件でエッチングを行なった。
（１）Ｃ_４Ｆ_８ガスからなるエッチングガス：総流量１００ｓｃｃｍ、可変コンデンサーの値：０Ｆ
（２）Ｃ_４Ｆ_８ガスからなるエッチングガス：総流量１００ｓｃｃｍ、可変コンデンサーの値：１００ｐＦ
（３）Ｃ_４Ｆ_８ガスとＡｒガスとからなるエッチングガス：Ｃ_４Ｆ_８ガス１０ｓｃｃｍ及びＡｒガス９０ｓｃｃｍ、可変コンデンサーの値：０ｐＦ
（４）実施例１と同一の条件
各場合について、層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定し、このエッチングレートから選択比（層間絶縁膜としてのＳｉＯ_２のエッチングレート／レジストマスクのエッチングレート）を求めた。結果を図５に示す。

図５に示したように、（１）Ａｒガスを添加せず、可変コンデンサーの値が０ｐＦの場合は、選択比は２．３であった。（２）Ａｒガスを添加せず、可変コンデンサーの値を１００ｐＦとした場合には、選択比は６．０であった。この場合、シリコンプレート表面でフッ素原子が消費されて選択比が上がるとともに、シリコンプレート表面のポリマーの堆積が抑制され、パーティクルが低減した。また、（３）Ａｒガスを添加し、可変コンデンサーの値が０ｐＦの場合には、選択比は６．０であった。この場合、Ａｒガスが添加されたので選択比が（１）の場合に比べて高くなった。（４）Ａｒガスを添加し、可変コンデンサーの値が１００ｐＦの場合には、レジストのエッチングレートが０となり、選択比が無限大となった。さらに、（２）と同様に、シリコンプレート表面のポリマーの堆積が抑制され、パーティクルが低減した。

従って、可変コンデンサーの値を最適化すること、そしてフルオロカーボンガスだけでなくアルゴンガスを添加することで、無限大という高い選択比のエッチングを行なうことがわかった。

本実施例では、図１に示すエッチング装置１を用いて、エッチングガス中の希ガスとフルオロカーボンガスとの流量比を変化させてエッチングを行い、各流量における層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定した。

実施例１と同一の層間絶縁膜及びレジストマスクを形成した処理基板Ｓを作製し、Ａｒガスの流量の割合を７５パーセント、８０パーセント、８５パーセント、９０パーセント、９５パーセント、９９パーセントに変えた（総流量は１００ｓｃｃｍである）以外は実施例１と同様の条件でそれぞれエッチング行った。各場合について、層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定し、このエッチングレートから選択比（層間絶縁膜としてのＳｉＯ_２のエッチングレート／レジストマスクのエッチングレート）を求めた。

Ａｒガス流量が７５パーセントである場合には、フッ素が多すぎて消費できず、高い選択比を得ることができなかった。また、Ａｒガス流量が９９パーセントである場合には、エッチングガスが少なすぎてエッチングできなかった。Ａｒガス流量が８０パーセントから９５パーセントまでである場合には、レジストマスクのエッチングがほとんどなく高い選択比が得られると共に、真空チャンバー１１内壁への膜堆積はほとんど観察されなかった。特に、Ａｒガスが９０パーセントである場合には、レジストマスクのエッチングは観察されず、非常に選択比が高いことがわかった。

なお、比較のために、エッチングガスを、Ｃ_３Ｆ_８ガス（２５ｓｃｃｍ）、Ａｒガス（２２０ｓｃｃｍ）及びＮＨ_３ガス（１０ｓｃｃｍ）からなるエッチングガス（総流量２５５ｓｃｃｍ）に変えた以外は、実施例１と同条件でエッチングを行なった。この場合には、選択比が３．０であった。従って、導入するエッチングガスは希ガス及びフルオロカーボンガスの２種類からなることが望ましいことがわかった。

本実施例では、図１に示すエッチング装置１を用いて可変コンデンサー３２の値を変えてエッチングを行い、層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定した。

実施例１と同一の層間絶縁膜及びレジストマスクを形成した処理基板Ｓを作製し、エッチング装置１内にＣ_４Ｆ_８ガスとＡｒガスとからなるエッチングガス（Ａｒガスがエッチングガスの総流量基準で９０パーセント）を１００ｓｃｃｍ導入し、可変コンデンサー３２の値を（１）０ｐＦ、（２）５０ｐＦ、（３）１００ｐＦ、（４）２００ｐＦに変え、それ以外は実施例１と同条件でエッチングを行なった。（１）〜（４）の各場合において、シリコンプレートに印加される電圧は、（１）２０Ｖ、（２）１２０Ｖ、（３）２００Ｖ、（４）５００Ｖであった。各場合について層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定し、測定したエッチングレートから求めた選択比を図６に示した。

コンデンサー３２の値を（１）０ｐＦ、（２）５０ｐＦにした場合には、ＳｉＯ_２のエッチングレートがそれぞれ約０．６６、０．５（μｍ／分）と高かったが、レジストマスクのエッチングレートがそれぞれ約０．１１、０．０５（μｍ／分）であったため、各選択比は６、１０となった。

これに対し、可変コンデンサー３２の値を１００ｐＦ以上、即ち、シリコンプレートに印加する電圧を２００Ｖ以上とすると、シリコンプレート表面でのフッ素原子の反応量が最適となって、層間絶縁膜はエッチングされてもレジストマスクはエッチングされなかった。従って、この場合には、選択比はそれぞれ無限大と非常に高くなった。

本実施例では、実施例１とは層間絶縁膜材料を変え、そして、図１に示すエッチング装置１を用いて可変コンデンサー３２の値を変えてエッチングを行い、層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを測定した。

まず、各処理基板Ｓ上にＣＶＤ法によりＳｉＯ_２からなる厚さ１μｍの層間絶縁膜を形成した。その後、実施例１と同条件（可変コンデンサー３２の値を１００ｐＦ）でエッチングを行なった。また、各処理基板Ｓ上にＣＶＤ法によりＳｉＯ_２からなる厚さ１μｍの層間絶縁膜を形成した後、可変コンデンサー３２の値を０ｐＦに変えた以外は同条件でエッチングを行なった。図７に、可変コンデンサー３２の値を０ｐＦとして（シリコンプレートへの印加電圧：２０Ｖ）エッチングした後の断面ＳＥＭ写真と、可変コンデンサー３２の値を１００ｐＦとして（シリコンプレートへの印加電圧：２００Ｖ）エッチングした後の処理基板の断面ＳＥＭ写真を示す。Ａがレジストマスク、Ｂが層間絶縁膜、線Ｃがエッチング開始前である初期状態のレジストマスクの表面の位置を示している。０ｐＦの場合には、レジストマスクＡのエッチングが観察されたが、１００ｐＦの場合には、レジストマスクＡのエッチングは観察されなかった。

以上により、シリコンプレートに印加される電圧値を最適化する（２００〜５００Ｖ）ことで、レジストマスクＡのエッチングレートを低くして選択比を非常に高くできることがわかった。

本発明のドライエッチング方法によれば、選択比が非常に高く、しかもチャンバー内に堆積する膜が少なく、安定してエッチングできる。従って、本発明は半導体製造分野において利用することが可能である。

本発明のドライエッチング方法に用いられるエッチング装置の構成を示す模式図。本発明のドライエッチング方法において、シリコンプレートを用いた場合とアルミナプレートとを用いた場合との層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを示すグラフ。本発明のドライエッチング方法において、プレート温度を変化させた場合の層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを示すグラフ。本発明のドライエッチング方法を実施した後のレジストマスク表面のＸＰＳスペクトルを示すグラフ。本発明のドライエッチング方法において、可変コンデンサーとエッチングガスとを変化させた場合の層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを示すグラフ。本発明のドライエッチング方法において、可変コンデンサーの値を変化させた場合の層間絶縁膜及びレジストマスクのエッチングレートを示すグラフ。本発明のドライエッチング方法において、可変コンデンサーの値を変化させた場合の基板の断面ＳＥＭ写真。

符号の説明

１エッチング装置２基板載置部
４ガス導入手段６シリコンプレート
１１真空チャンバ１２真空排気手段
２５第１高周波電源３１天板
３２可変コンデンサー３３第２高周波電源
３４分岐点５１磁場コイル
５２高周波アンテナコイルＳ処理基板

Claims

真空チャンバー内にフルオロカーボンガス及び希ガスからなるエッチングガスを導入し、真空チャンバー内を所定の圧力にしてプラズマを発生させて処理基板上に形成された層間絶縁膜をエッチングするドライエッチング方法において、前記真空チャンバー内に設けられたシリコンプレートに容量が１００ｐＦに設定された可変コンデンサーを介して高周波電源から２００Ｖの電圧を印加し、シリコンプレート表面のシリコン原子とフッ素原子とを反応させて真空チャンバー内に存在するフッ素原子を消費しながらエッチングを行なうことを特徴とするドライエッチング方法。
前記希ガスの流量が、エッチングガスの総流量の８０〜９５パーセントであることを特徴とする請求項１記載のドライエッチング方法。
前記希ガスが、Ａｒ、Ｋｒ及びＸｅから選ばれた少なくとも一種のガスであることを特徴とする請求項１又は２に記載のドライエッチング方法。
前記ドライエッチング方法を１Ｐａ以下の低圧プロセスで行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のドライエッチング方法。