WO2001015213A1 - Procede d'attaque chimique - Google Patents

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WO2001015213A1
WO2001015213A1 PCT/JP2000/005623 JP0005623W WO0115213A1 WO 2001015213 A1 WO2001015213 A1 WO 2001015213A1 JP 0005623 W JP0005623 W JP 0005623W WO 0115213 A1 WO0115213 A1 WO 0115213A1
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etching
processing chamber
gas
etching method
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PCT/JP2000/005623
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Ken Kobayashi
Masaaki Hagihara
Wakako Naito
Koichiro Inazawa
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Tokyo Electron Limited
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Definitions

  • TECHNICAL FIELD The present invention relates to an etching method.
  • an A1 alloy is used for wiring of a semiconductor device, an A1 alloy is deposited on an interlayer insulating film by a sputtering method and then etched to form a wiring pattern.
  • the pressure in the processing chamber is several mTorr or more!
  • the pressure range of OO mTorr was common.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-170,2308 it is described that the etching rate can be maximized in a pressure range of 50 to: L00 mTorr.
  • Cu wiring called the damascene process has recently been formed.
  • the damascene process is a method in which a wiring pattern groove is formed in an interlayer insulating film and a wiring material is embedded in this groove.
  • the specific resistance is reduced to about half and the speed is easily increased.
  • CMP chemical mechanical polishing
  • the damascene process has become easier to put into practical use.
  • dual damascene means that It grooves opposite convex wiring and the via holes are formed are formed in the interlayer insulating film: is a technique for simultaneously forming the wiring and the via-hole by embedding a metal material for wiring in the groove.
  • etch stopper has a high dielectric constant, another problem arises in that a capacitor is formed between wires.
  • a first object of the present invention is to prevent micro-trenching without using an etch stopper. It is to provide a new and improved etching method. Further, a second object of the present invention is to improve the mask selectivity. It is to provide a new and improved etching method that can be performed.
  • a processing gas is introduced into an airtight processing chamber, and an etching method for an organic layer film formed on an object to be processed arranged in the processing chamber is performed.
  • An etching method is provided wherein the gas contains at least a gas containing nitrogen atoms and a gas containing hydrogen atoms, and the pressure in the vacuum processing chamber is substantially 500 mTorr or more.
  • the organic film is preferably a low dielectric constant material having a relative dielectric constant of 3.5 or less. Further, it is preferable that the pressure in the vacuum processing chamber is substantially 50 OmTorr to 800 mTorr.
  • the processing gas contains at least a nitrogen atom-containing gas and a hydrogen atom-containing gas, and the pressure in the vacuum processing chamber is substantially 500 mTorr or more, microtrenching can be prevented without using an etch stopper. Can be passed. Also, the mask selection ratio can be increased. Therefore, it is particularly effective in a process where it is necessary to stop the etching in the middle of the organic layer film, for example, a dual damascene process. Also, N 2 may be used as the gas containing nitrogen atoms, and H 2 may be used as the gas containing hydrogen atoms. If N 2 or H 2 is used as the composition of the processing gas, handling is easy and even if released into the atmosphere, it is unlikely to cause global warming. Furthermore, since N 2 or H 2 is inexpensive, the processing cost is prevented from increasing. If Ar is included in the processing gas, the etching conditions can be easily controlled, and the shape of the groove can be easily controlled.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing an etching apparatus to which the present invention can be applied.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram for explaining Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic explanatory diagram for explaining Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic sectional view showing another etching apparatus to which the present invention can be applied.
  • FIG. 5 is a schematic explanatory diagram for explaining Embodiment 3 of the present invention.
  • BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Preferred embodiments of an etching method according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
  • a processing chamber 104 is formed in a processing vessel 102 of the etching apparatus 100 shown in the same figure, and a lower electrode constituting a vertically movable susceptor is formed in the processing chamber 104.
  • 106 are arranged. Above the lower electrode 106, an electrostatic chuck 110 connected to a high-voltage DC power supply 108 is provided.
  • an object to be processed for example, a semiconductor wafer ( Hereinafter, it is referred to as “wafer”.) W is placed on the upper surface of the electrostatic chuck 110. Furthermore, an insulating focus ring 112 is arranged around the wafer W placed on the lower electrode 106.
  • a high-frequency power supply 120 is connected to the lower electrode 106 via a matching device 118.
  • An upper electrode 122 having a large number of gas discharge holes 122a is arranged 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 vessel 102.
  • the upper electrode 122 is connected to a high-frequency power supply 121 that outputs plasma-generating high-frequency power via a matching unit 119.
  • a gas supply pipe 124 is connected to the gas discharge hole 122a, and the first to third branch pipes 126, 122 in the example shown in the figure are connected to the gas supply pipe 124. 8, 130 are connected.
  • the first branch pipe 1 2 6, via an on-off valve 1 3 2 and the flow control valve 1 3 4, the gas supply source 1 3 6 is connected for supplying N 2.
  • a gas supply source 148 for supplying Ar is connected to the third branch pipe 130 via an on-off valve 144 and a flow control valve 146.
  • the inert gas added to the processing gas is not limited to the above Ar, but may be any inert gas (eg, He, K) capable of adjusting the plasma excited in the processing chamber 104. r etc.) can also be adopted.
  • An exhaust pipe 150 communicating with a vacuum evacuation mechanism (not shown) is connected below the processing vessel 102, and the operation of the vacuum evacuation mechanism causes the inside of the processing chamber 104 to move to a predetermined position. It can be maintained in a reduced pressure atmosphere.
  • the wafer W used in the present embodiment has an interlayer insulating film to be etched on the Cu film layer.
  • the interlayer insulating film has a specific dielectric constant is very small Le ,, for example polyorganosiloxanes white hexane crosslinked benzocyclobutene resin (hereinafter, that referred to as "BCB".) Than conventional sio 2 and, manufactured by DowChemical Co. It is composed of organic low dielectric constant materials such as SiLK (trade name) and FLARE (trade name) having the following structure.
  • An etching mask having a predetermined pattern is formed on the interlayer insulating film.
  • the etching mask for example, a mask composed of a photo resist film layer or a mask composed of a SiO 2 film layer and a photo resist film layer can be adopted.
  • an etching step in the case where a contact hole is formed in a wafer 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 60 ° C. according to the processing.
  • the processing gas according to the present embodiment that is, the mixed gas of N 2 , H 2, and Ar is supplied to the gas supply pipes 124 by the flow control valves 134, 140, and 146.
  • the gases are introduced into the processing chamber 104 while adjusting the flow rate of each gas.
  • the processing chamber 10 is controlled so that the pressure atmosphere in the processing chamber 104 is substantially equal to or more than 500 mT orr, preferably substantially 500 to 800 mT orr. 4 ⁇ is evacuated.
  • high-frequency power with a frequency of 2 MHz and a power of 600 W to 140 W, for example, is applied to the lower electrode 106.
  • high-frequency power with a frequency of 60 MHz and a power of 600 W to 140 W, for example, is applied to the upper electrode 122.
  • high-density plasma is generated in the processing chamber 102 1, and a contact hole having a predetermined shape is formed in the interlayer insulating layer made of the organic low-k material of the wafer W by the plasma.
  • the present embodiment is configured as described above, and the processing gas contains at least a gas containing nitrogen atoms and a gas containing hydrogen atoms, and the pressure in the vacuum processing chamber is substantially 500 mTorr.
  • micro-trenching can be prevented without using an etch stop.
  • the use of the above processing gas can increase the mask selectivity.
  • contact holes were formed in the interlayer insulating film of the wafer W using the etching apparatus 100 described in the above embodiment.
  • Components having substantially the same functions and configurations as those of the wafer 100 and the wafer W are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the etching process conditions are set substantially the same as in the above-described embodiment, unless otherwise specified.
  • Example 1 (Change in pressure atmosphere in processing chamber) First, referring to FIG. 2, Examples 1 (a) to 1 (Example) in the case where the pressure atmosphere in processing chamber 104 was changed. c) will be described. In Examples 1 (a) to 1 (c), etching was performed under the conditions shown in the following table, and contact holes were formed in the above-described interlayer insulating film of the wafer W. In the tables and drawings, the center of the wafer W is described as the center, the edge of the wafer W is described as the edge, and the middle between the center and the edge of the wafer W is described as the middle.
  • tapping refers to the ratio of the etching depth at the end of the contact hole to the etching depth at the approximate center of the contact hole, and the larger the value, the more adversely the shape of the contact hole is adversely affected.
  • Microphone mouth Indicates that trenching is formed.
  • Example 1 (b) and 1 (c) As a result, in Examples 1 (b) and 1 (c), as shown in Table 1 and Figs. 2 (b) and 2 (c), it was possible to form contact holes with good shapes without lowering the etching rate. did it. In contrast, in Example 1 (a), micro-trenching occurred in the contact hole as shown in Table 1 and Fig. 2 (a).
  • Example 2 (Change in pressure atmosphere in processing chamber) Next, referring to FIG. 3, Example 2 (a) to Example 2 when the pressure atmosphere in processing chamber 104 was changed. (c) will be described.
  • the width of the contact hole to be formed is changed under the same conditions as in the first embodiment.
  • the etching treatment was performed under the conditions shown in the following table, and contact holes were formed in the interlayer insulating film of the wafer W described above.
  • Example 2 (b) and (c) As a result, in Examples 2 (b) and (c), as shown in Table 2 and Figs. 3 (b) and (c), it was possible to form contact holes of good shape without lowering the etching rate. did it. In contrast, in Example 2 (a), micro-trenching occurred in the contact hole as shown in Table 2 and Fig. 3 (a).
  • the results of this example show that if the pressure in the processing chamber is set to a predetermined pressure, a contact hole having a good shape can be formed even when the width of the contact hole is changed.
  • Example 3 (Changes in flow rates of N 2 and H 2 )
  • the flow rates of N 2 and H 2 constituting the processing gas were changed using an etching apparatus 200 described later.
  • Example 3 in the case of this will be described.
  • a processing chamber 204 is formed in a processing vessel 202 of the etching apparatus 200 shown in FIG.
  • a lower electrode 206 constituting a susceptor that can move up and down is arranged.
  • An electrostatic chuck 210 connected to a high-voltage DC power supply 208 is provided above the lower electrode 206, and a wafer W is placed on the upper surface of the electrostatic chuck 210.
  • an insulating focus ring 212 is arranged around the wafer W placed on the lower electrode 206.
  • the lower electrode 206 is connected to a high-frequency power supply 220 that outputs high-frequency power for plasma generation via a matching unit 220.
  • an upper electrode 222 with many gas discharge holes 222a is arranged on the ceiling of the processing chamber 204 opposing the mounting surface of the lower electrode 206.
  • the upper electrode 222 forms a part of the processing vessel 202.
  • a gas supply pipe 224 is connected to the gas discharge hole 222 a in the same manner as in the etching apparatus 100, and the gas supply pipe 224 is connected to the first gas supply pipe in the illustrated example.
  • the second branch pipes 224 and 228 are connected.
  • a gas supply source 236 for supplying N 2 is connected to the first branch pipe 226 via an on-off valve 232 and a flow control valve 234.
  • a third branch pipe may be provided so as to supply an inert gas such as Ar.
  • an exhaust pipe 150 is connected below the processing vessel 202 in the same manner as the etching apparatus 100 described above.
  • a magnet 238 is arranged outside the processing chamber 204 so as to surround the outer side wall of the processing vessel 202, and the upper electrode 222 and the lower electrode 222 are arranged by the magnet 238.
  • the temperature of the wafer W is maintained at about 20 ° C to 80 ° C. Then, a high-frequency power having a frequency of 13.56 MHz and a power of 500 W to 1500 W is applied to the lower electrode 206.
  • etching was performed based on the conditions shown in the following table, and contact holes were formed in the interlayer insulating film of the wafer W described above.
  • a configuration in which a mixed gas of N 2 and H 2 or a mixed gas of N 2 , H 2 and Ar is used as a processing gas has been described as an example.
  • the present invention is not limited to such a configuration.
  • various gases such as further 0 2 and inert gas to a mixed gas of N 2 and H 2 and A r, it is possible to implement the present invention. That is, the present invention can be implemented as long as the processing gas contains at least a nitrogen atom-containing gas and a hydrogen atom-containing gas.
  • the parallel plate type etching apparatus and the etching apparatus for forming a magnetic field in the processing chamber have been described as examples.
  • the present invention is not limited to such a configuration.
  • the present invention can also be applied to various plasma etching devices such as an inductively coupled etching device provided with an electrostatic shield and a microphone mouth-wave type etching device.
  • plasma etching devices such as an inductively coupled etching device provided with an electrostatic shield and a microphone mouth-wave type etching device.
  • the configuration in which the contact hole is formed in the interlayer insulating film made of the organic low dielectric constant material formed on the wafer has been described as an example, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the present invention can be applied to the case where any etching process is performed on the interlayer insulating film formed on the object to be processed. According to the present invention, micro-trenching can be prevented without using an etch stopper. Also, the mask selection ratio can be increased.
  • the processing gas is easy to handle, and even if the processing gas is released into the atmosphere, it is unlikely to cause global warming. Furthermore, processing costs do not increase. Furthermore, according to the present invention, since the etching conditions can be easily controlled, the shape of the groove can be easily controlled.
  • the present invention is applicable to an etching method.
  • the present invention can be used for an etching process that requires micro-trenching and requires an improved mask selectivity.

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Description

明 細 書 ェツチング方法 技術分野 本発明は， エッチング方法に関する。 背景技術 従来， 半導体素子の配線に A 1合金を用いる場合， 層間絶縁膜上 に A 1合金をスパッタ法で堆積し， その後エッチングして配線パタ ーンを形成していた。 この従来の ドライエッチングにおいては， 処 理室内の圧力は， 数 mT o r r〜 ：！ O O mT o r rの圧力領域が一 般的であった。 特開昭 6 0— 1 70 2 3 8によれば， 5 0〜 ： L 00 mT o r rの圧力範囲でエッチング速度を最高にすることができる 旨が記載されている。 この従来法に対し， 近年， ダマシン · プロセスと称される C u配 線の形成が行われている。 ダマシン ' プロセスとは， 層間絶縁膜に 配線パターンの溝を形成し， この溝に配線材料を埋め込む方法であ る。 A 1合金から C uへの配線材料の変更によって， 比抵抗が約半 分になり， 高速化しやすくなる。 化学的機械研磨 （CMP) による 平坦化が可能になっている現在， ダマシン . プロセスは実用化しや すくなった。 また， ダマシン ' プロセスの応用技術と して， デュアル . ダマシ ンと称される技術がある。 デュアル . ダマシンとは， 後工程により 配線とビアホールとが形成される逆凸型の溝を層間絶縁膜に形成し : この溝に配線用の金属物質を埋め込むことで配線とビアホールとを 同時に形成する技術である。 このデュアル · ダマシン用の逆凸型の 溝を形成するにあたっては， 層間絶縁膜の途中でェツチングを停止 させた際に， 形成された溝の底面が平坦になるよう制御する必要が ある。 ところで， 上述した従来の数 m T o r r〜： L 0 0 m T o r r圧力 範囲でこのデュアル · ダマシン用の逆凸型の溝を形成すると， 溝の 底面が平坦にならず， いわゆるマイクロ トレンチングが生じるとい う問題や， エッチングマスクに対する選択比 （以下， 「マスク選択 比」 という。） が低いという問題が生じる。 このマイクロ ト レンチングを防ぐため， 所望の深さに下地となる 層 （以下， 「エッチス トツバ」 と称する。） を形成することが行われ ている。 しかしながら， エッチス トッパは誘電率が高いため， 配線 間にキャパシタが形成されてしま う という別の問題が生じる。 配線 の微細化が進む最先端技術においては， ェツチス トッパを用いるこ となくマイクロ トレンチングを防ぐことの可能なエッチング方法の 開発が急務となっている。 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， エッチス トッパを用い ることなく， マイクロ トレンチングを防ぐことの可能な， 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， マスク選択比を向上させること の可能な， 新規かつ改良されたェツチング方法を提供することであ る。 発明の開示 上記課題を解決するため， 本発明によれば， 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有機 層膜に対するエッチング方法において， 処理ガスは， 少なく とも窒 素原子含有気体と水素原子含有気体とを含み， 真空処理室内の圧力 は実質的に 5 0 0 mT o r r以上であることを特徴とするエツチン グ方法が提供される。 なお， 有機膜は比誘電率が 3. 5以下の低誘 電率材料が好ましい。 また， 真空処理室内の圧力は， 実質的に 5 0 O mT o r r〜 8 0 0 mT o r rであることが好ましい。 処理ガスに少なく とも窒素原子含有気体と水素原子含有気体とを 含み， 真空処理室内の圧力を実質的に 5 0 0 mT o r r以上にする と， エッチス トッパを用いることなく， マイク ロ トレンチングを防 ぐことができる。 また， マスク選択比を高めることができる。 従つ て，エッチングを有機層膜の途中で停止する必要が生じるプロセス， 例えばデュアル · ダマシンプロセス等において特に効果的である。 また， 窒素原子含有気体と して N2を採用してもよく， 水素原子 含有気体と して H2を採用してもよい。 このよ う に， 処理ガスの構 成と して， N2や H2を採用すれば， 取扱いが容易であるとともに， 大気中に放出されても地球の温暖化の原因となり難い。 さらに， N 2や H2は安価であるため， 処理コス トが上昇することがない。 また， 処理ガスに A r 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。
図面の簡単な説明 第 1図は， 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。 第 2図は， 本発明の実施例 1 を説明するための概略的な説明図で ある。 第 3図は， 本発明の実施例 2を説明するための概略的な説明図で ある。 第 4図は， 本発明を適用可能な他のエッチング装置を示す概略的 な断面図である。 第 5図は， 本発明の実施例 3を説明するための概略的な説明図で ある。 発明を実施するための最良の形態 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。 ( 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 1 0 0について説明する。 同図に示すェツチング装置 1 0 0の処理容器 1 0 2内には， 処理 室 1 0 4が形成されており， この処理室 1 0 4内には， 上下動自在 なサセプタを構成する下部電極 1 0 6が配置されている。 下部電極 1 0 6の上部には， 高圧直流電源 1 0 8に接続された静電チヤック 1 1 0が設けられており， この静電チャック 1 1 0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 1 0 6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 1 1 2が配置されている。 また， 下部電 極 1 0 6には， 整合器 1 1 8を介して高周波電源 1 2 0が接続され ている。 また， 下部電極 1 0 6の载置面と対向する処理室 1 0 4の天井部 には， 多数のガス吐出孔 1 2 2 aを備えた上部電極 1 2 2が配置さ れている。 上部電極 1 2 2 と処理容器 1 0 2 との間には絶縁体 1 2 3が設けられている。 また， 上部電極 1 2 2には， 整合器 1 1 9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 1 2 1が接続 されている。 また， ガス吐出孔 1 2 2 aには， ガス供給管 1 2 4が 接続され， さらにそのガス供給管 1 2 4には， 図示の例では第 1〜 第 3分岐管 1 2 6， 1 2 8 , 1 3 0が接続されている。 第 1分岐管 1 2 6には， 開閉バルブ 1 3 2 と流量調整バルブ 1 3 4を介して， N2を供給するガス供給源 1 3 6が接続されている。 また， 第 2分岐管 1 2 8には， 開閉バルブ 1 3 8と流量調整バルブ 1 40を介して， H2を供給するガス供給源 1 4 2が接続されてい る。 さらに， 第 3分岐管 1 3 0には， 開閉バルブ 1 44と流量調整 バルブ 1 4 6を介して， A rを供給するガス供給源 1 4 8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 A rに限定さ れず， 処理室 1 04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 H e， K rなど） でも 採用することができる。 また， 処理容器 1 0 2の下方には， 不図示の真空引き機構と連通 する排気管 1 5 0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 1 04内を所定の減圧雰囲気に維持することができる。
(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。 本実施の形態で使用するウェハ Wは， C u膜層上にエッチング対 象である層間絶縁膜が形成されている。 この層間絶縁膜は， 比誘電 率が従来の s i o 2より も非常に小さレ、， 例えばポリオルガノシロ キサン架橋ビスベンゾシクロブテン樹脂 （以下， 「B C B」 と称す る。） や， DowChemical 社製の S i L K (商品名） や， 以下の示 す構造を有する F LARE (商品名） などの有機系低誘電率材料か ら構成されている。
【化 1】
Figure imgf000009_0001
また， 層間絶縁膜上には， 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や， S i 02膜層とフォ ト レジス ト 膜層とから成るマスクを採用することができる。 次に， 上述したエッチング装置 1 0 0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 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 1 0 6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 2 0°C〜 6 0°C程度に維 持する。 次いで， 本実施の形態にかかる処理ガス， すなわち N2と H2と A rの混合ガスを， ガス供給管 1 2 4に介挿された流量調整 バルブ 1 3 4 , 1 40， 1 4 6により上記各ガスの流量を調整しな がら処理室 1 0 4内に導入する。 この際， 処理室 1 0 4内の圧力雰 囲気が実質的に 5 0 0 mT o r r以上， 好ましくは， 実質的に 5 0 0 mT o r r〜 8 0 0 mT o r r になるように， 処理室 1 0 4內を 真空引きする。 次いで， 下部電極 1 0 6に対して， 例えば周波数が 2 M H zで， 電力が 6 0 0 W〜 1 4 0 0 Wの高周波電力を印加する。 また， 上部 電極 1 2 2に対して， 例えば周波数が 6 0 M H zで， 電力が 6 0 0 W〜 1 4 0 0 Wの高周波電力を印加する。 これにより， 処理室 1 0 2內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の有機系低誘電率材料からなる層間絶縁層に， 所定形状のコンタ ク トホールが形成される。 本実施の形態は， 以上のように構成されており， 処理ガスは， 少 なく とも窒素原子含有気体と水素原子含有気体とを含み， 真空処理 室内の圧力は実質的に 5 0 0 m T o r r以上であるので， エッチス トツパを用いることなく， マイクロ トレンチングを防ぐことができ る。 また， 上記処理ガスを採用すれば， マスク選択比を高めること ができる。 さらに， 処理ガスの構成と して， N 2や H 2を採用したので， 取 扱いが容易であるとともに， 大気中に放出されても地球の温暖化の 原因となり難い。 さ らに， N 2や H 2は安価であるため， 処理コス トが上昇することがない。 さらにまた， 処理ガスに A r 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るため， 形状制御を 容易に行うことができる。 さらにまた， 処理ガスに 0 2を添加しな くても， 所定のエッチング処理を行うことができるので， 処理時に C u層膜が酸化するのを防止できる。 このため， C u層膜上に酸化 防止膜を形成する必要がなく， 被処理体の厚みを相対的に薄くする ことができる。 次に， 図 2〜図 5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， 後述する実施例 1〜実施例 2は， 上記実施の形態で説明したエッチング装置 1 0 0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 1 0 0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。
( A ) 実施例 1 (処理室内の圧力雰囲気の変化） まず， 図 2を参照しながら， 処理室 1 0 4内の圧力雰囲気を変化 させた場合の実施例 1 ( a ) 〜実施例 1 ( c ) について説明する。 本実施例 1 ( a ) 〜実施例 1 ( c ) は， 次の表に示す条件に基づ い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。 なお， 表及び図面において， ウェハ Wの 中央部をセンターと表記し， ウェハ Wの端部をエッジと表記し， ゥ ェハ Wの中央部と端部の中間部をミ ドルと表記する。 また， トレン チングとは， コンタク トホールの略中央部のエッチング深さに対す るコンタク トホールの端部のエッチング深さの比を表しており， こ の値が大きいほどコンタク トホールの形状に悪影響を与えるマイク 口 トレンチングが形成されていることを表す。
【表 1】 処理ガス流量 エツクングレート
処理室内の トレンチング (X) コンタクト
(seem) (A/分）
実施例 圧力 *囲気 ホール
(m Torr) の断面形状
N2 Κζ AT センター エッジ センター エッジ
1(a) 400 400 0 100 3958 4000 117 120 面 2(a)
Kb) 400 400 0 500 3792 3354 100 112 B2(b)
1(c) 400 400 500 800 4043 3532 87 104 02(c)
その結果， 実施例 1 (b)， ( c ) では， 表 1及び図 2 ( b ), ( c ) に示すように， エッチングレートを低下させることなく良好な形状 のコンタク トホールを形成することができた。 これに対して， 実施 例 1 (a ) では， 表 1及び図 2 ( a ) に示すように， コンタク トホ —ルにマイクロ トレンチングが生じた。
(B) 実施例 2 (処理室内の圧力雰囲気の変化） 次いで， 図 3を参照しながら， 処理室 1 0 4内の圧力雰囲気を変 化させた場合の実施例 2 (a ) 〜実施例 2 ( c ) について説明する。 本実施例は， 実施例 1 と同様の条件で， 形成されるコンタク トホー ルの幅を変えたものである。 本実施例 2 ( a ) 〜実施例 2 ( c ) は， 次の表に示す条件に基づ い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。
【表 2】 処理ガス流置 エツクングレート
¾¾ i埋s至 r Wiの 卜レンチング ( 3ンタク卜
(seen)
fi (A/分）
実 f例 圧力雰囲気 ホール
(ra Torr) の断面形状
Ar センター エッジ センター エッジ
2(a) 400 400 0 too 3063 3146 157 153 03(a)
2(b) 400 400 0 500 3521 3146 114 126 GB3(b)
2(c) 400 400 500 800 3638 3426 89 106 図 3(c)
その結果， 実施例 2 ( b ), ( c ) では， 表 2及び図 3 ( b ), ( c ) に示すように， エッチングレートを低下させることなく良好な形状 のコンタク トホールを形成することができた。 これに対して， 実施 例 2 ( a) では， 表 2及び図 3 ( a ) に示すように， コンタク トホ —ルにマイクロ ト レンチングが生じた。 本実施例の結果から， 処理 室内の圧力を所定の圧力に設定すれば， コンタク トホールの幅を変 えた場合であっても， 良好な形状のコンタク トホールを形成できる ことが分かる。
(C) 実施例 3 (N2と H2の流量変化） 次に， 図 4を参照しながら， 後述するエッチング装置 200を用 いて， 処理ガスを構成する N2と H2の流量を変化させた場合の実 施例 3について説明する。 まず， 図 4を参照しながら， エッチング装置 200の構成につい て説明する。 同図に示すエッチング装置 2 00の処理容器 2 0 2内 には， 処理室 204が形成されており， この処理室 2 04内には， 上下動自在なサセプタを構成する下部電極 2 0 6が配置されている。 下部電極 2 0 6の上部には， 高圧直流電源 2 0 8に接続された静電 チヤック 2 1 0が設けられており， この静電チヤック 2 1 0の上面 にウェハ Wが載置される。 さらに， 下部電極 2 0 6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 2 1 2が配置され ている。 また， 下部電極 2 0 6には， 整合器 2 2 0を介してプラズ マ生成用高周波電力を出力する高周波電源 2 2 0が接続されている。 また， 下部電極 2 0 6の載置面と対抗する処理室 2 0 4の天井部 には， 多数のガス吐出孔 2 2 2 a を備えた上部電極 2 2 2が配置さ れており， 図示の例では， 上部電極 2 2 2は， 処理容器 2 0 2の一 部を成している。 また， ガス吐出孔 2 2 2 aには， 上記エッチング 装置 1 0 0 と同様に， ガス供給管 2 2 4が接続され， さらにそのガ ス供給管 2 2 4には， 図示の例では第 1， 第 2分岐管 2 2 4， 2 2 8が接続されている。 第 1分岐管 2 2 6には， 開閉バルブ 2 3 2 と流量調整バルブ 2 3 4を介して， N 2を供給するガス供給源 2 3 6が接続されている。 また， 第 2分岐管 2 2 8には， 開閉バルブ 2 3 8 と流量調整バルブ 2 4 0を介して， H 2を供給するガス供給源 2 4 2が接続されてい る。 なお， 上記エッチング装置 1 0 0 と同様に， A r等の不活性ガ スを供給するように， 第 3分岐管を備えるようにしてもよい。 また， 処理容器 2 0 2の下方には， 上記エッチング装置 1 0 0 と 同様に， 排気管 1 5 0が接続されている。 さらに， 処理室 2 0 4の 外部には， 処理容器 2 0 2の外部側壁を囲うように磁石 2 3 8が配 置されており， この磁石 2 3 8によつて上部電極 2 2 2 と下部電極 206 との間のプラズマ領域に回転磁界が形成される。 本実施例では， ウェハ Wの温度は 2 0°C〜 8 0°C程度に維持する。 そして， 下部電極 2 06に対して， 周波数が 1 3. 5 6MH zで， 電力が 5 00 W〜 1 5 00 Wの高周波電力を印加する。 そして， 本実施例 3 (a ) 〜実施例 3 ( d) は， 次の表に示す条 件に基づい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。
【表 3】
Figure imgf000015_0001
その結果， 実施例 3 ( a ) 〜実施例 3 ( d ) では， 表 3及び図 5 に示すように， いずれの流量の場合でも良好な形状のコンタク トホ ールを形成することができた。 本実施例の結果から， 処理室内の圧 力雰囲気を所定の圧力に設定すれば， N2と H 2の流量を変化させ た場合であっても， 良好な形状のコンタク トホールを形成できるこ とが分かる。 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 好適な実施形態及び実施例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。 例えば， 上記実施の形態において， N 2と H 2の混合ガス， ある いは， N 2と H 2と A rの混合ガスを処理ガスと して採用した構成 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， N 2と H 2と A rの混合ガスにさらに 0 2や不活性 ガスなどの各種ガスを添加しても，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 とも窒素原子含有気体と水素原子含 有気体が含まれていれば， 本発明を実施することが可能である。 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 ング装置と， 処理室内に磁界を形成する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く， 静 電シールドを設けた誘導結合型のエッチング装置や， マイク口波型 エツチング装置などの各種ブラズマエツチング装置にも， 本発明を 適用することができる。 さらに， 上記実施の形態において， ウェハに形成された有機系低 誘電率材料から成る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。 本発明によれば， エッチス トッパを用いることなく， マイクロ ト レンチングを防ぐことができる。 また， マスク選択比を高めること ができる。 また本発明によれば，処理ガスの取り扱いが容易であるとともに， 処理ガスが大気中に放出されても温暖化の原因となり難い。さらに， 処理コス トが上昇することがない。 さらにまた本発明によれば， ェツ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。
産業上の利用の可能性 本発明は， エッチング方法に利用可能である。 特に， 本発明は， マイクロ ト レンチングを防ぎ， マスク選択比の向上が要求されるェ ッチング処理に利用可能である。

Claims

請求の範囲
( 1 ) 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有機層膜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 とも窒素原子含有気体と水素原子含有気体 とを含み，
前記真空処理室内の圧力は実質的に 5 0 0 mT o r r以上である ことを特徴とする， エッチング方法。
(2) 前記真空処理室内の圧力は実質的に 5 0 0 mT o r r〜 8 O O mT o r rであることを特徴とする， 請求項 1に記載のエッチ ング方法。
( 3 ) 前記窒素原子含有気体は N2であり， 前記水素原子含有気 体は H2であることを特徴とする， 請求項 1に記載のエッチング方 法 (4) 前記処理ガスは， A r 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。
( 5) 前記有機層膜に対するエッチングは， 前記有機層膜の途中 でエッチングを停止させることを特徴とする， 請求項 1 に記載のェ ツチング方法。 捕正書の請求の範囲
[2001年 1月 19日 （19. 01. 01 ) 国際事務局受理：出顔当初の請求の範囲 1及び 5は補正された；他の請求の範囲は変更なし。 （1頁)]
( 1 ) (補正後） 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有機絶縁層膜を前記有機絶縁 層上に形成されているエッチングマスクを介してエッチングするェ ツチング方法において：
前記処理ガスは少なく とも窒素原子含有気体と水素原子含有気体 とを含み，
前記真空処理室内の圧力は実質的に 5 00 mT o r r以上である ことを特徴とする， エッチング方法。 (2) 前記真空処理室内の圧力は実質的に 500 mT o r r〜 8 O OmT o r rであることを特徴とする， 請求項 1に記載のエッチ ング方法。
(3) 前記窒素原子含有気体は Ν2であり， 前記水素原子含有気 体は Η2であることを特徴とする， 請求項 1に記載のエッチング方 法
(4) 前記処理ガスは， A r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。
(5) (補正後） 前記有機絶縁層膜に対するエッチングは， 前記有 機絶縁層膜の途中でエッチングを停止させることを特徴とする， 請 求項 1に記載のエッチング方法。
捕正された用紙 （条約第 19条)
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