TWI290741B - Dry etching gas and method for dry etching - Google Patents

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Mitsushi Itano
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Daikin Ind Ltd
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Description

1290741 A7 ____ B7 _ 五、發明説明（1 ) 技術領域 本發明爲關於乾蝕刻用氣體及乾蝕刻之方法。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 背景技術 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 隨著半導體裝置的集成化，變成必須形成微細的高縱 橫比（深度/〔孔徑等之圖型尺寸〕）之接觸孔，裸孔及 配線圖型等。於氧化矽膜等之矽系材料的鈾刻中，以往多 將混入大量A r之c — C4F 8/ A r (/〇2)等氣體導 入鈾刻裝置令等離子體發生並且蝕刻，形成接觸孔等之上 述圖型。但是，環狀C - C 4 F 8爲地球温暖化效果高之氣 體，今後，必須削減其排出，其使用亦具有受到限制的可 能性。又，環狀c 一 C 4 F 8若未混合A I*，則例如於氧化 膜鈾刻等中欲取得良好之鈾刻形狀時，並無法充分取得對 光阻選擇比，對矽選擇比。更且，若不添加氧，則圖型大 小愈變小並且難以前進到達圖型深部，且碳氟聚合物膜的 堆積變成優勢。其結果，令蝕刻速度降低（將其稱爲微裝 塡效果），且於微細圖型中的蝕刻塞住（將其稱爲蝕刻停 止）。另一方面，即使添加氧抑制微裝塡效果，亦因對於 光阻物，矽之選擇比降低，故難以形成高縱橫比的圖型。 更且，若大量混合A r ，則等離子體中之高能量電子變大 ，對於裝置造成損傷之問題亦已被報導（T.Mukai and S. Samukawa，Proc. Symp.Dry.Process(Tokyo，1 999)pp3 9-44)。 本發明爲使用地球溫度化影響非常小的鈾刻氣體’即 使接觸孔和裸色等之孔’及線、間隔、配線圖型等之尺寸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 1290741 A7 B7 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 微細亦不會令鈾刻速度降低、蝕刻速度之圖型尺寸依賴性 小，無鈾刻停止並且可形成高縱橫比之微細圖型的乾蝕刻 用氣體及乾鈾刻之方法。 發明之揭示 本發明爲提供以下之乾蝕刻用氣體及乾蝕刻之方法。 1 . 一種乾蝕刻用氣體，其爲包含於骨架具有可含雜原子 之碳氟化合物且具有三鍵之化合物。 2 .如第1項記載之乾蝕刻用氣體，其爲含有至少一種具 有三鍵之一般式（1 )所示之化合物 一般式（1 ): C a F b X c ( 1 ) (X 爲 Cl 、Br、I 或 H，a = 2 — 7、b = l — 12 、c = 〇 — 8、b + c = 2a — 2)。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 .如第1項記載之乾蝕刻用氣體，其爲含有至少一種一 般式（2 )所示之化合物：
CmF2m+1C = CY ( 2 ) (m 二 1 — 5、Y 爲 F、I 、Η 或 CdFeHf (d=l — 4、e = 〇 — 9 、f = 0 — 9 、e + f= 2d + l 、m + d < 6 ))。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 OX 297公釐） -5- 1290741 A7 B7 五、發明説明（3 ) 4 .如第1項記載之乾蝕刻用氣體，其爲含有至少一 種一般式（3 )所示之化合物： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) C F 3 C 三 C Y ( 3 ) (Y 爲 F、I 、H 或 CdFeHt (d 二 1 — 4、e=〇 — 9、f = 〇 — 9、e + f = 2d+l))。 5 .如第4項記載之乾蝕刻用氣體，其爲含有至少一種選 自 CF3C = CCF3、CF3C 三 CF 及 CF3C = CCF2CF3。 6 .如第5項記載之乾蝕刻用氣體，其爲含有 C F 3 C 三 C C F 3。 7 .如第1〜5項任一項記載之乾蝕刻用氣體，其爲 再含有至少一種氣體選自C F3C F = C F C F3、 CFs^CFs 及 CF3CF = CF2。 8 .如第6項記載之乾蝕刻用氣體，其爲再含有 CF3CF = CFCF3。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 9 .如第1〜6項任一項記載之乾蝕刻用氣體，其爲再含 有至少一種具有雙鍵之一般式（4 )所示之化合物： C g F h X , ( 4 ) (X 爲 Cl 、Βι*、I 或 H，g 二 2 — 6、h = 4 — 12 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -6- 1290741 A7 五、發明説明（4 0 — 2、h + i 2 g 1 0 ·如第1〜6項任一項記載之乾蝕刻用氣體 爲再含有至少一種一般式（5 )所示之化合物： 其 5 (Rf h爲CF3CF、CF3CH及CFd/f組成群中選 出至少一種，X1及γΐ爲相同或相異表示F、c 1 、B r 、I、Η 或 CjFfcHi (j = l— 4、k+l=2j+l ))0 1 1 .如第1 — 6項任一項記載之乾蝕刻用氣體，其 爲再含有至少一種一般式（6 )所示之化合物。 (CqF 2q + l) 6 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (Rf 爲 CF3CF 或 CF2 、1、2 — 3°p + q(5)0 1 2 .如第1〜8項任一項記載之乾鈾刻用氣體，其爲再 含有至少一種選自稀有氣體、惰性氣體' N Η 3、Η 2、烴 類、〇2、含氧化合物、鹵素化合物、HFC (碳氟化氫） 及具有一種單鍵及雙鍵之P F C (全氟化碳）氣體。 1 3 .如第1〜8項任一項記載之乾鈾刻用氣體，其爲再 含有至少一種氣體選自He、Ne、Ar、Xe、Kr所 組成群中選出之稀有氣體、N 2所組成之惰性氣體、n Η 3 P、Q爲相同或相異表示〇 ----j--i---Aw . JiT (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 7- 1290741 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（5 ) 、H2、CH4、C2H6、C3H8、C2H4、C3H6 等所 組成之烴類、〇2、c〇、C〇2、 （ c F 3 ) 2 C =〇、 CF3CF〇CF2、CF3〇CF3等所組成之含氧化合物 > c F 3 I > C F 3 C F 2 I、( C F 3 ) 2 C F I、 C F 3 C F 2 C F 2 I ' C F 3 B r ' C F 3 C F 2 B r、 (CF3) 2CFBr、CF3CF2CF2B]：、 CF3C1、CF3CF2C1、( C F 3 ) 2 C F C 1 > CF3CF2CF2C1、CF2=CFI、 C F 2 = C F C 1 ' C F 2 = C F B r ' C F 2 = C I 2 ' CF2=CC 12、CF2=CBr2等所組成之鹵素化合物 、CH2F2、CHF3、CHF3、CF3CHF2、 CHF2CHF2、CF3CH2F、CHF2CH2F、 CF3CH3，CH2FCH2F、CF2=CHF、 CHF = CHF、CH2 二 CF2、CHs^CHF、 CF3CH— CF2' C F3CH— CH2' CH3CF二CH2等所組成之HFC (碳氟化氫）及 C F 4 Λ C 2 F 6 ' C3F8、C4Fl〇、C — C 4 F 8 ' CF2=CF2、CF2=CFCF = CF2、 CF3CF = CFCF = CF2、c — CsF8 等所組成之具 有至少一種單鍵及雙鍵之PFC ((全氟化碳）氣體。 1 4 . 一種乾鈾刻之方法，其特徵爲以如第1〜1 3 項任一項記載之乾蝕刻用氣體之氣體等離子體，將氧化矽 膜和/或含有矽之低介電率膜等矽系材料予以蝕刻。 於本發明中，所謂「於骨架具有可含雜原子之碳氟化 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -8- 1290741 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___ B7 _五、發明説明（6 ) 合物且具有三鍵之化合物」爲意指「以氟和碳形成基本骨 架且具有三鍵（一 C^C 一）構造，並且亦可含有氟和碳 以外之原子」。雜原子可列舉C 1、B r、I等。 本發明所使用之乾蝕刻用氣體爲包含以氟和碳形成基 本骨架且具有三鍵（- C^C -）構造，並且亦可含有氟 和碳以外之雜原子之化合物之至少一種（以下，稱爲「蝕 刻氣體成分」），較佳爲包含具有三鍵之一般式（1 )所 示之化合物： C a F b X c ( 1 ) (a'b、c及X爲如前述定義）， 更佳爲包含一般式（2 )所示之化合物： CmF2m+lC 三 CY (2) (m及Y爲如前述定義）， 再佳爲包含一般式（3 )所示之化合物： C F 3 C 三 C Y ( 3 ) (Y爲如前述定義）， 特佳爲包含 CF3CeCCF3、CFsCeCF、 cf3c 三 CCF2CF3。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貢) -9- 1290741 A7 _ B7 _ 五、發明説明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 特佳之該乾蝕刻用氣體之一例，例如於 c F3C EC c f3之等離子體中，分別含有許多由C F3 + 離子和C FsC及C片段所發生的低分子自由基。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C F 3 +離子因爲蝕刻效率高，故可在低偏壓電力下進行鈾 刻，且對於光阻物等之光罩和矽等頭道層所造成之損害少 。由C F 3 C片段所發生之自由基乃形成密度高且平坦的碳 氟聚合物膜，且由C = C片段所發生之自由基爲形成碳成 分多且硬的碳氟聚合物膜。經由此些自由基所形成的碳氟 聚合物膜，爲兼倂具有密度高之性質以及碳成分多且硬之 兩者性質之膜。此膜爲於等離子體中在被鈾刻基板上堆積 ，並且經由與入射至基板之含有許多C F 3 +之離子群的交 互作用，形成被鈾刻物質（例如氧化矽膜等）和反應層並 且令反應效率提高，同時保護光阻物等光罩和矽等頭道層 且令蝕刻選擇比提高。經由令形成此類蝕刻反應層和保護 膜之碳氟膜前質之C F3C片段及C三C片段所發生的低分 子自由基及含有許多C F 3 +之離子群達成平衡，則可將氧 化矽膜和/或含有矽之低介電率膜等之矽系材料予以選擇 性鈾刻。以此類鈾刻效率高之C F 3 +與C F 3 C片段及C Ξ C片段所發生之低分子自由基的交互作用進行鈾刻，難 因離子之蝕刻能力不足和高分子自由基而引起過剩碳氟化 合物的堆積，並且即使接觸孔、裸孔及配線等尺寸變小且 變成高縱橫比圖型，亦難產生令鈾刻速度降低之現象（所 謂的微裝塡效果）。 於單獨使用c F 3 C三C C F 3等低分子化合物時，和 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐） -10- 1290741 A7 B7 五、發明説明（8 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 於其中使用 CF3CF = CFCF3、CF2=CF2 及 C F 3 C F = c F 2等低分子化合物做爲倂用氣體時，因爲 C F3離子更多’且高分子自由基的發生更少，故具有令微 裝塡效果進一步變小之優點。 於更佳之該乾蝕刻用氣體，例如， C F 3 C F 2 C E C C F 2 C F 3之等離子體中，亦分別含有 許多由C F 3 +離子和C F 3 C F 2 C及C ξ C片段所發生的 低分子自由基。 即使於較佳之該乾式鈾刻用氣體，例如， CF3CHFCeCCHFCF3之等離子體中，此效果亦 未改變，經由氫Η導入分子中，則對於光阻物等之光罩和 矽等之頭道層，亦可附加矽系材料之蝕刻選擇比變高之效 果。又，經由導入Η則可令分子量降低，並且令沸點降低 。藉此，即使必須將氣體流線加熱供給的化合物，亦可在 未加熱下而輕易供給。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 含有碘等鹵素代替Η之化合物，解離能量爲比氟之情 況小，具有減低電子溫度並且提高電子密度之效果。電子 密度愈高則離子密度亦變高，鈾刻速度增大。若將電子溫 度壓低，則可抑制過度之解離，並且可輕易取得蝕刻所必 要的C F2自由基和c F3 +離子等。 本發明所使用之乾鈾刻用氣體爲包含以氟和碳形成基 本骨架且具有三鍵—C三C -構造，並且亦可含有氟和碳 以外之雜原子之化合物之至少一種（以下，稱爲「蝕刻氣 體成分」），較佳爲具有一般式（1 )所示之化合物之至 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 _ 1290741 A7 B7 五、發明説明（9 ) 少一種所構成： (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) C a F b X c ( 1 ) (a、b、c及X爲如前述定義）。 於一般式（1 )之化合物中， a爲2〜7之整數、較佳爲2〜5。 b爲1〜12之整數、較佳爲3〜8。 c爲0〜8之整數、較佳爲0〜5。 更佳之乾鈾刻用氣體爲由一般式（2 )所示之化合物 之至少一種所構成：
CmF2m+1C = CY (2) (m及Y爲如前述定義）。 具體而言，可例示 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 FC = CF，FC 三 CCF2CF3， I C ξ C C F 2 C F 3 ，FC = CCF2CF2CF3， FC = CCF (CF3) CF3，F C ξ C C (CFs) 3, CF3CF2C 三 CCF2CF3， FC^CCF2CF2CF2CF3， FC 三 CCF ( C F 3 ) CF2CF3， FCeCCFCF2(CF3)CF3， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -12- 1290741 A7 B7 五、發明説明（10 ) CF3CF2C^CCF2CF3 ，HC： = CCF2CF3 ， HC = CCF2CF2CF3， (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) HCeCCF ( C F 3 ) CF3，HC = CC (CF3) 3, CF3CF2C = CCHFCF3， FC^CCHFCF2CF2CF3， FCeCCH(CF3) CF2CF3， FC = CCHCF2(CF3)CF3， m爲1〜5之整數、較佳爲1〜3。 d爲1〜4之整數、較佳爲1〜2。 e爲0〜9之整數、較佳爲3〜7。 f爲0〜9之整數、較佳爲0〜6。 本發明之乾蝕刻用氣體再佳爲由一般式（3 )所示化 合物之至少一種所構成： C F 3 C Ξ C Y ( 3 ) (Y爲如前述定義）。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較佳之一般式（3 )之化合物具體可例示 C F 3 C 三 C C F 3 C F 3 C 三 C F C F 3 C = C C F 2 C F 3 7 C F 3 C 三 C C F 2 C F 2 C F 3 C F 3 C 三 C C F ( C F 3 ) C F 3 ， C F 3 C 三 C C ( C F 3 ) 3 C F 3 C 三 C C 4 F 9 Λ C F 3 C 三 c H Λ C F 3 C Ξ C I 、 C F 3 C 三 C C Η F 2 Λ C F 3 C = c C H 2 F ， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13- 1290741 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 i、發明説明（11 ) C F 3 C C C Η 3 C F 3 C Ξ C C Η C F 3 C 三 C C Η 2 C F 3 Λ C F 3 C 彐 C C Η F C F 2 C F 3 C F 3 C C C Η 2 C F 2 C F 3、 C F 3 C 三 C C F 2 C Η F C F 3 Λ C F 3 C 三 C C F 2 C Η 2 C F 3、 C F 3 C 三 C C Η F C Η F C F 3 Λ C F 3 C 三 C C Η F C Η 2 C F 3 C F 3 C C C Η 2 C Η F C F 3 Λ C F 3 C C C Η 2 C Η 2 C F 3、 C F 3 C 三 C C F C Η 2 C Η 2 C F 3 Λ C F 3 C 三 C C Η C Η 2 C Η 2 C F 3 ' C F 3 C .三 C C Η C Η F C Η 2， C F 3 C F 3 C 三 C C F C Η 2 C Η F C F 3 、 C F 3 C C C Η ( C F 3 ) C F 3 等。 於一般式（3 )之化合物中， d爲1〜4之整數、較佳爲1〜2。 e爲0〜9之整數、較佳爲3〜7。 f爲0〜9之整數、較佳爲0〜6。 特佳之一般式（3 )之化合物具體可例示 C F 3 C = C C F 3 > C F 3 C ξ C F 、 CF3C = CCF2CF3。 本發明之乾蝕刻用氣體爲以氟和碳形成基本骨架且具 有三鍵（- C三C-)構造，並且亦可含有氟和碳以外之 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 一 -14- I 裝 · I. 訂 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1290741 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（12 ) 雜原子之化合物，加上亦可混合使用至少一種選自稀有氣 體、惰性氣體、N Η 3、Η 2、烴類、〇2、含氧化合物、 鹵素化合物、HFC (碳氟化氫）及具有雙鍵之PFC ( 全氟化碳）氣體（以下，稱爲「倂用氣體成分」）。 較佳之倂用氣體成分可例示具有雙鍵之一般式（4 ) 所示之化合物： C g F h X i (4) (X 爲 Cl 、Br、I 或 N，g = 2 — 6、h 二 4 — 12 、i=〇 — 2、h+i=2g) 0 更佳之倂用氣體成分爲一般式（5 )所示之化合物： R f h = C X 1 Y 1 (5) (Rf h爲CF3CF、CF3H及CF2所組成群中選出 任一種，X1及Y1相同或相異爲F、C1 、Br、I、h 或 CjFhHi (j =1— 4、h+l==2 j + 1 ))，特 f土爲由 CF3CF = CFCF3、及 CF3CF = CFdif組成群中選出至少一種。 又，本發朋之乾蝕刻用氣體具體而言，爲H e、N e 、A r、X e、K r等之稀有氣體；N 2等之惰性氣體； CF3I、CF3CF2I、( C F 3 ) 2 C F I ' CF3CF2CF2I 、NH3、H2、CH4、C2H6、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I—^—.---裝"---·Ί.—訂----— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -15- 1290741 A7 B7 五、發明説明（13 )
CsH8、C2H4、C3H6等烴類、〇2、c〇、C〇2等 之含氧化合物氣體；c F 3 B r、C F 3 C F 2 B r、 (Cf3) 2CFBr、CF3CF2CF2Br、 C F 3 C 1 ^ C F 3 C F 2 C 1、( C F 3 ) 2 C F C 1、 c F 3 C F 2 C F 2 C 1、CF2=CF I、 CF2=CFC 1、CF2=CFBr、CF2=C I2、 CF2=CC 12、CF2=CBr2等之鹵素化合物；及 CH2f2、CHFs、CHF3、CF3CHF2、 CHF2CHF2' CF3CH2F ' CHF2CH2F > CF3CH3' CH2FCH2F > CH3CHF2' CH3CH2F ' CF3CF2CF2H > CF3CHFCF3' CHF2CF2CHF2' CF3CF2CH2F > CF2CHFCHF2 > CF3CH2CF3' CHF2CF2CH2F ^ CF3CF2CH3、CF3CH2CHF2、 CH3CF2CHF2、CH3CHFCH3、 CF2=CHF、CHF = CHF、CH2=CF2、 CH2 二 CHF、CF3CH=CF2、CF3CH = CH2 、CH3CF = CH2等之HFC (碳氟化氫）氣體及 C F 4 Λ C 2 F 5 Λ C 3 F 8 λ C 4 F i 〇 λ c — C 4 F 8 ' CF2=CF2、CF2=CFCF = CF2、 cf3cf = cfcf 二 cf2、c — c5f8 等之具有單鍵 及雙鍵之至少一種之P F C (全氟化碳）氣體所組成群選 出至少一種以上之倂用氣體成分與蝕刻氣體成分混合使用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •裝. 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -16- 1290741 A7 B7 五、發明説明（14) 亦可。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 若將具有直接鍵結雙鍵之C F 3 C F之化合物、一般式 (4)之化合物、一般式（5)之化合物及 CF3CF二CFCF3及CF3CF = CF2等使用做爲倂 用氣體，則經由複合效果令蝕刻效果變爲更大。於此些化 合物之氣體等離子體中，亦選擇性發生蝕刻效率高之 C F 3 +離子，且於被蝕刻基板上堆積由C F 3 C F片段所 發生之自由基所形成之密度高且平坦的碳氟聚合物膜。形 成來自此些聚合物膜之蝕刻反應層和保護膜，並且經由 CF3CeCCF3和CFsCF = CFCF3所選擇性發生 之含有許多c F 3 +離子的離子群，則可令氧化矽膜和/或 含有矽之低介電率膜等之矽系材料相對於光罩和矽等之頭 道層進行選擇性蝕刻。又，使用c F 3 C F = C F C F 3及 C F3C F = C F2等低分子化合物做爲倂用氣體時，具有 高分子自由基之發生少，且亦難引起微裝塡效果之優點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 若使用C F 2 = C F 2做爲倂用氣體，則相對於光阻物 等光罩和矽等之頭道層，具有提高氧化膜等矽系材料之蝕 刻選擇比之效果。於等離子體中C F 3 +離子並不會選擇性 的發生，且以C F2自由基做爲主成分之密度高且平坦的碳 氟聚合物膜爲於被蝕刻基板上堆積。形成來自此聚合物膜 之蝕刻反應層和保護膜，並且經由C F 3 C三C C F 3所選 擇性發生之含有許多C F 3 +離子的離子群，則可令氧化矽 膜和/或含有矽之低介電率膜等矽系材料選擇性地蝕刻。 若使用C F 2 = C F 2做爲倂用氣體，則鈾刻效率雖多少降 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 1290741 A7 __ Β7 五、發明説明（16) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) C F 3〇C F 3等之醚類般之含氧化合物。將此些含氧化合 物和◦ 2倂用下’則可除去過剩的碳氟聚合物膜，並且抑制 微細圖型中之蝕刻速度降低（所謂的微裝塡效果），並且 具有防止蝕刻塞住之效果。 所謂鹵素化合物爲意指C F 3 I、c下3 C F 2 I、 ( C F 3 ) 2 C F I、C ：F ' 3 C F 2 C F 2 I、 C F 3 B r C F 3 C F 2 B r > ( C F 3 ) 2 C F B r 、 C F 3 C F 2 C F 2 B r C F 3 C 1 、C F 3 C F 2 C 1 Λ - ( C F 3 ) 2 C F C 1、 C F 3 C F 2 C F 2 C 1 C F 2 = C F I 、C F s > — :C F C 1、 C F 2 =C F B r C F 2 = C I 2、C F 2 - C C 1 2、 C F 2 = C B r 2 等 化 合 物 般， 於碳氟分子中 之 裁爲經漠、 碘等所] 収代之 化 合 物 〇 經 由令碳氟分子中之 氟 ，以氯、溴 、碘予以取代 ， 因 爲 結 合 變弱， 故易發生高 電 子密度和低 電子密度之等 離 子 體 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 電子密度愈高則離子密度亦變高，鈾刻速度增大。若 將電子溫度壓低，則可抑制過度解離，於鈾刻上易取得必 要的C F2g由基和C F3 +離子等。此類效果最大者爲碘 化合物。如特開平1 1 - 3 4 0 2 1 1號公報，Jpn.J.Appl. Phys.Vol.3 9(2000)ppl 5 8 3 - 1 5 96等所揭示般，該碘化合物於 低電子溫度下，易提高電子密度，且其中選擇性發生鈾刻 效率高之C F 3 +。 於分子中具有雙鍵之H F C、P F C爲令地球溫暖化 效果小，於等離子體中雙鍵易解離，故易抑制蝕刻中所必 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -19- 1290741 A7 B7 五、發明説明（17) 要的自由基和離子。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之乾蝕刻用氣體，於使用對於三鍵具有直接鍵 結之C F 3 C部分之蝕刻氣體部分與倂用氣體所構成之混合 氣體時，通常，令蝕刻氣體成分之至少一種以流量比1 〇 %左右以上，倂用氣體成分之至少一種以流量比9 〇%左 右以下供使用。較佳令蝕刻氣體成分之至少一種以流量比 2 0 - 9 9%左右，倂用氣體成分之至少一種氣體以流量 比1〜8 0 %左右供使用。較佳之倂用氣體成分爲由A r 、N2、〇2、 C〇、CF3CF = CFCF3、 CF2=CF2、CF3CF = CF2、CF3I 及 CH2F2 所組成群中選出至少一種。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 氧化矽膜和/或含有矽之低介電率膜等之矽系材料爲 M S Q (甲基矽倍半腭烷）等之具有矽氧烷鍵之有機高分 子材料之有機S〇G膜、H S Q (氫矽倍半噚烷）等之無 機絕緣膜及其多孔質膜、S i〇F等氧化矽膜中含有氟之 膜、氧化矽膜、S i〇C膜等。又，此些矽系材料多以塗 佈、C V D (化學蒸氣澱積法）等方法形成膜，但亦可經 其他以外之方法所形成之膜。 氧化矽膜和/或含有矽之低介電率膜等之矽系材料並 非限於具有膜和層構造之材料，亦可具有含矽之化學組成 全體爲以材料本身所構成之物質。例如，玻璃和石英板等 之固體物質爲相當於此類。 氧化矽膜和/或含有矽之低介電率膜等之矽系材料， 可相對於光阻物和聚矽等之光罩、矽、氧化矽膜、碳化矽 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -20 - 1290741 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（18 ) 、矽化物、金屬氮化物等之頭道層進行選擇性鈾刻。更且 ，於半導體製程中，有時亦必須令被蝕刻材料之矽系材料 層與頭道層之氮化矽膜等之鈾刻制動膜予以連續且同時鈾 刻。此類情況爲經由選擇光阻物等光罩之蝕刻速度小於頭 道層蝕刻速度之條件，則可令矽系材料層與蝕刻制動膜等 之頭道層於連續之過程中進行蝕刻。 以下示出較佳的鈾刻條件： *放電電力200〜3000W、較佳爲400〜2000 W ；
*偏壓電力2 5〜2 0 0 0W、較佳爲1 0 0〜1 〇 〇 0W *壓力1 0 0mT〇r r以下、較佳爲2〜5 OmTo r r ， *電子密度1 0 9 — 1 0 1 3 C m — 3，較佳爲1 〇 1 Οι 〇 1 2 c m - 3
*電子溫度2 — 9 eV、較佳爲2〜7 eV *晶圓溫度一4 〇〜1 o cr c、較佳爲一3 〇〜5 cr c *室壁溫度—3 0〜3 0 0 °C、較佳爲2 0〜2 0 0 °C 放電電力與偏壓電力爲因室之大小和電極之大小而異 。以小口徑晶圓用之誘導結合等離子體（I c P )蝕刻裝 置（室容積3 5 0 0 c m 3 )，將氧化矽膜和/或氧化矽膜 和/或含有矽之低介電率膜之接觸孔等予以蝕刻時之較佳 的蝕刻條件爲
*放電電力200〜1000W、較佳爲300〜600W 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I----*---裝----ΙΊΙ--訂------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1290741 A7 B7 五、發明説明（19) *偏壓電力5 0〜5 0 0 W、較佳爲1 0 0〜3 0 0 W。 尙，若晶圓大口徑化，則此些値亦變大。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 用以實施發明之最佳型態 以下，使用實施例及比較例更詳細說明本發明。 實施例1及比較例1 以 I C P ( Inductive Coupled Plasma)放電電力 100 0W、偏壓電力250W、壓力5mTorr、電 子密度9x 101C)— 1 · 5x lOHcm 一 3、電子溫度 3 . 8 - 4 . 1 e V之鈾刻條件，比較環狀c 一 C 4 F 8 ( 比較例1 )及C F 3 C三C C F 3 (實施例1 )之蝕刻特性 。於S i基板上具有約1 // m厚之氧化矽（S i Ο 2 )膜’ 且再於其上具有孔徑0 _ 2// m之光阻圖型之半導體基板 予以深度約1 // m蝕刻時之蝕刻速度，選擇比及直徑 〇.2 // m孔底部徑（// m )示於下列表1 ° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 C F 3 C三C C F 3比現存之鈾刻氣體之環狀c 一 c 4 F 8的 蝕刻速度更小，對於光阻物之鈾刻選擇比大°又’ c — C4F8之孔底部直徑爲〇 · 10//m，比本來之孔尺 寸更縮小，顯示蝕刻停止之傾向。相對地，c F 3 C = C C F 3可令通過光阻圖型之加工到達至孔底部。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -22- 1290741 A7 B7 五、發明説明（2〇) 表1 1 蝕刻氣體 1 S i 0 2膜蝕刻速 選擇比 直徑0.2/zm之空穴底 度(nm/min) 部之直徑（// m ) C - C 4 F 8 610 2.0 0.10 CF3C = CCF3 580 2.5 0.20 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 實施例2及比較例2 以 I C P ( Inductive Coupled Plasma)放電電力 1〇0 0W、偏壓電力2 5 ow、壓力5mT 〇 rr之蝕 刻條件，以 C F 3 C Ξ C C F 3 / c F 3 C F = C F C F 3 混 合氣體（流量比3 5 % / 6 5 % ’實施例2 )將接觸孔予 以鈾刻時，和以現存之蝕刻氣體c 一 C 4 F 8 / A r混合氣 體（流量比3 5 %/ 6 5 % ;比較例2 )將接觸？L蝕刻時 之鈾刻速度及相對於平面之直徑〇 . 2 // m之鈾刻速度減 少率予以比較，示於表2。 CF3CeCCF3/CF3CF = CFCF3 混合氣體 爲比c 一 C 4 F 8 / A r混合氣體之蝕刻速度減少率小。因 此，可在大約相同之鈾刻速度下，將不同大小之圖型予以 蝕刻，且鈾刻頭道層之時間變少，可利用於損傷少之半導 體裝置的製作。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -23- 1290741 A7 B7 五、發明説明（21 ) 表2_ 蝕刻氣體 流量 S i 〇 2膜蝕刻 蝕刻速度之 比 速度（nm/min) 減少率（％) CF3C = CCF3/CF3CF = CFCF3 35/65 570 25 c-C4Fs/Ar 35/65 5 80 35 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 來自本發明乾蝕刻用氣體之氣體等離子體，經由採取 令選擇性發生含有許多蝕刻效率高之C F 3 +的離子群、與 C F 3 C及C三C片所發生之自由基所構成之平坦且密度高 並且碳成分多且硬之碳氟聚合物膜所形成之蝕刻反應層和 保護膜達成平衡，則可令微裝塡效果變小，並且選擇性蝕 刻氧化矽膜和/或含有矽之低介電率膜等之矽系材料。 C F 3 +離子可令鈾刻效率提高，並且以低偏壓電力下 進行蝕刻，對於光阻物和矽等之頭道層所造成之損傷少。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 由C F3C片段所發生之自由基爲形成平坦且密度高之 碳氟聚合物膜，且由C^C片段所發生之自由基爲形成碳 成分多且硬的碳氟聚合物膜。來自具有此兩者性質之膜的 鈾刻反應層和保護膜爲令蝕刻物質的反應效率提高，並且 保護光阻物等光罩和矽等之頭道層，且提高鈾刻選擇比。 採取令蝕刻效率高之C F 3 +離子與形成平坦且密度高並且 碳成分多且硬之碳氟膜之來自C F3C及C三C片段之自由 基達成平衡，則可實現微裝塡效果小，且無蝕刻停止之蝕 刻。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -24-
:290f40127786號專利申讀 中文說明書修正頁 1 五、發明説明（j 低，但來自C F2 = C F2大量發生C F2自由基的碳氟聚 合物膜爲蝕刻效率高，並且與反應層形成密度高的保護膜 ’具有提高蝕刻選擇比之效果。因爲未發生高分子自由基 ，故微裝塡效果非常小。
He、Ne、Ar、Xe、Kr等之稀有氣體可令等 離子體之電子溫度、電子密度變化，又，亦具有稀釋效果 。經由倂用此類稀有氣體，則可控制碳氟自由基和碳氟離 子之平衡，並且可決定蝕刻的適切條件。 於倂用N 2、Η 2、N Η 3下，則可於低介電率膜之蝕 刻中取得良好的蝕刻形狀。例如，於c 一 C 4 F 8和A 1：之 混合氣體中再倂用N 2，將有機S 0 G膜之低介電率膜予以 倉虫刻時，則比c 一 C 4 F 8和A r和〇2併用時之餓刻形狀 更佳，其乃於 S.Uno 等人，Proc.Symp.Dry.Process(Tokyo， 1 999)pp2 1 5-220 中報告。 烴類與H F C爲於等離子體中令碳濃度高之聚合物膜 於光阻物等之光罩和矽等之頭道層上堆積並且令鈾刻選擇 比提高。又，H F C亦具有由其本身發生做爲鈾刻源之 CHF2 +等離子之效果。 Η2、ΝΗ3、烴類、HF C等所含之Η爲與F自由基 結合成爲HF，具有由等離子體系內抽除F自由基之效果 ，減少F自由基與光阻物等光罩和矽等頭道層之反應並且 提高蝕刻選擇比。 含氧化合物爲意指CO、C〇2和（CF3) 2C = 〇 等之酮類和丙酮、CF3CF〇CF2等之環氧化物、 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格U10X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 S. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -18-

Claims (1)

  1. 外年f月Θ ife8修(愛)正本 C8 ----------- mom Λν -ir 二、口 今 ι 六'申請專利範圍1 第90 1 27786號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 民國95年9月13曰修正 1 . 一種乾蝕刻用氣體，其特徵爲包含骨架上具有含 雜原子之碳氟化合物之三鍵之化合物及選自由 CF3CF = CFCF3、cf2=cf2 及 c F3c F = C F2所成群中之至少一種的氣體。 2 .如申請專利範圍第1項之乾鈾刻用氣體，其爲含 有至少一種具有三鍵之一般式（1 )所示之化合物 一般式（1 ): C a F b X c ( 1 ) (X 爲 Cl、Br、I 或 H，a = 2 — 7、b = l — 12 、c = 〇 — 8、b + c= 2a — 2) o 3 ·如申請專利範圍第1項之乾蝕刻用氣體，其爲含 有至少一種以一般式（2 )所示之化合物： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 CmF2m+lC = CY (2) (m=l — 5、Y 爲 F、I、H 或〇£1?61^((1 = 1 — 4、e = 〇 — 9、ί = 0 — 9、e + f = 2d + l、m + d < 6 ) ) o 4 .如申請專利範圍第1項之乾蝕刻用氣體，其爲含 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 1290741 A8 B8 C8 D8 七、申請專利範圍2 有至少一種以一般式（3 )所示之化合物： C F 3 C = C Y ( 3 ) (Y 爲 F、I、H 或 CdFeHf (d=l— 4、e 二 〇 — 9、f = 0 - 9、e + f = 2d+l) ) ° 5 .如申請專利範圍第4項之乾蝕刻用氣體，其爲含 有至少一種選自CF3CeCCF3、CF3CeCF及 CF3CeCCF2CF3 所成群。 6 _如申請專利範圍第5項之乾蝕刻用氣體，其爲含 有 CF3C = CCF3 〇 7 ·如申請專利範圍第6項之乾蝕刻用氣體，其爲再 含有CF3CF=CFCF3。 8 ·如申請專利範圍第1〜6項中任一項之乾鈾刻用 氣體，其爲再含有至少一種具有雙鍵之以一般式（4)所 示之化合物： CgFhXi (4) (X爲Cl、Br、I或H，g = 2 — 6、h = 4—12 、1=0-2 ' h+i=2g) 〇 9 ·如申請專利範圍第1〜6項中任一項之乾鈾刻用 氣體，其爲再含有至少一種以一般式（5 )所示之化合物 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） LI. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -2 - 1290741 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍3 R f h = C X 1 Y 1 (5) (請先聞脅背面之注意事項再填寫本頁) (Rf h爲選自CF3CF、CF3CH及CF2所成中之 一種中，X1及Y1爲相同或相異，表示F、C 1 、Br、 I、H 或 CjFkHi (j=l — 4、k+i=2j+l) )0 1 0 ·如申請專利範圍第1〜6項中任一項之乾蝕刻 用氣體，其爲再含有至少一種以一般（6 )所示之化合物 〇 Rf=C (CpF2p + i) ( C q F 2 q + 1 ) (6) (Rf爲CF3CF或CF2，p、Q爲相同或相異表示〇 、1、2或3，？ + (1<5)0 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1 1 ·如申請專利範圍第1〜7項中任一項之乾蝕刻 用氣體，其爲再含有至少一種氣體選自H e、N e、A r 、X e、K r所成群之稀有氣體、N 2所組成之惰性氣體、 N Η 3、 Η 2 ' C Η 4 ' c 2 H 6、 C 3 H 8 、 C 2 H 4、C 3 H 6等所組 成 之烴類、 〇2 C〇、 C 0 2 (C F 3 ) 2 C =〇 、C F 3 C F 〇C F 2 、 C F 3 0 C F 3 等所組成之含氧化合物 Λ C F 3 I、C F 3 C F 2 I > (C F 3 ) 2 C FI 、C F 3 C F 2 C F 2 I % C F 3 B r、 C F 3 C F 2 Β r 、 (C F 3)2 C F B r ' 本紙張尺度適用中國國家榇準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -3- 1290741 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍4 C F 3 c F 2 C F 2 B r， 、 C F 3 C 1 、 c F 3 c F 2 C 1 > ( C F 3 ) 2 C F C 1 、 C F 3 C F 2 c F 2 C 1 C F 2 C F I 、C F 2 = C F C 1 C F 2 = C F B r 、. C F 2 c I 2 、C F 2 = C C 1 2 Λ c F 2 = c B r 2 等所 組 成 之 塵 i素化合物、 ‘ C H 2 F 2 Λ c H F 3 ' c H F 3 Λ C F 3 c Η F 2 、C H F 2 C H F 2 C F 3 C H 2 F Λ C H F 2 C H 2 F、 C F 3 C H 3， c H 2 F C H 2 F C F 2 C H F 、C H F =C H F C H 2 = C F 2 C H 2 C H F 、C F 3 C H = C F 2 ’ ‘ C F a C H = C Η 2 Λ C H 3 C F - C H 2 等 所組成之 H F C (氫 ：氟 碳： Hy drofl uoro carb on ) 及 C F 4 Λ C 2 F 6、 C 3 F 8 ' C 4 F 1 0 c ~ C 4 F 8 C F 2 = :C F 2 C F 2 = C F C F = C F 2 、C F 3 C F = C F C F C F 2 、 c — C 5 F 8 ; 等所; 組, 成 之 具有至 少 種 單鍵 及 雙鍵之 P F C (全·化碳：perfluorocarbon)氣體。 ----------0— (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 2 · —種乾蝕刻之方法，其特徵爲以如申請專利』_ 圍第1〜1 1項中任一項之乾蝕刻用氣體之氣體等H ^ ，將氧化矽膜和/或含有矽之低介電率膜等矽系材_ ^ & 電子密度1 09〜1 013cm_3及電子溫度2〜q y e V的 條件下，進行蝕刻。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 鮮· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4-
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