等离子体蚀刻方法

阅读:733发布:2020-05-11

专利汇可以提供等离子体蚀刻方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种对硬质掩模的蚀刻选择比高、能够抑制聚合体的附着和侧向 腐蚀 现象、并且抑制对多孔Low-k膜的损伤和表面粗糙程度的 等离子体 蚀刻 方法。在等离子体处理装置(1)的 处理室 内,使用处理气体对被处理体进行 等离子体蚀刻 处理,其中,该被处理体具有被蚀刻膜和在该被蚀刻膜上层形成的多孔Low-k膜,该处理气体含有由 碳 和氟所构成的碳 原子 数在2以下的碳氟化合物和CO2,不含由碳、氟和氢所构成的氢氟 烃 化合物。,下面是等离子体蚀刻方法专利的具体信息内容。

1.一种等离子体蚀刻方法,用于在等离子体处理装置的处理室内, 通过处理气体的等离子体对被处理体进行蚀刻处理,其特征在于,被处理体具有被蚀刻膜、和在该被蚀刻膜的上层形成的多孔Low-k 膜,
所述处理气体含有由和氟构成的碳原子数在2以下的碳氟化合 物和CO2,不含由碳、氟和氢构成的氢氟化合物。
2.如权利要求1所述的等离子体蚀刻方法,其特征在于,所述碳氟 化合物为CF4。
3.如权利要求1或2所述的等离子体蚀刻方法,其特征在于,所述 碳氟化合物和所述CO2的流量比为碳氟化合物:CO2=3:1~10:1。
4.如权利要求1或2所述的等离子体蚀刻方法,其特征在于,所述 多孔Low-k膜是介电常数为2.0~2.7的无机Low-k膜。
5.如权利要求1或2所述的等离子体蚀刻方法,其特征在于,以在 所述多孔Low-k膜的上层所形成的硬质掩模作为掩模,对所述被蚀刻 膜进行蚀刻。
6.如权利要求5所述的等离子体蚀刻方法,其特征在于,所述被蚀 刻膜为氮化膜或碳化硅膜。
7.如权利要求5所述的等离子体蚀刻方法,其特征在于,所述硬质 掩模为化硅膜。
8.如权利要求5所述的等离子体蚀刻方法,其特征在于,所述被蚀 刻膜相对于所述硬质掩模的蚀刻选择比大于2。
9.如权利要求8所述的等离子体蚀刻方法,其特征在于,在所述被 蚀刻膜和所述多孔Low-k膜之间、以及所述多孔Low-k膜和所述硬质 掩模之间,分别具有粘着膜。

说明书全文

技术领域

发明涉及等离子体蚀刻方法,详细地说,本发明涉及在半导体 装置的制造过程中,通过等离子体对在被处理体中所形成的被蚀刻膜 进行蚀刻处理的等离子体蚀刻方法。

背景技术

例如,在多层配线结构的半导体装置的制造中,在以形成配线连 接用的孔等的凹部为目的而对层间绝缘膜进行蚀刻时,作为在下层配 线正上方的底层的停止膜,形成有氮化膜或者化硅膜。为了实现 配线间的电连接,这样的停止膜在凹部形成的最终阶段通过蚀刻被除 去。
关于氮化硅膜或者碳化硅膜等的蚀刻,例如,提出了以获得有机 类SiO2膜相对于底层的SiN膜的蚀刻选择比为目的,使用在分子内含 有碳和氟的碳氟化合物气体(CF类气体)或者在分子内含有碳、氢、 氟的氢氟气体(CHF类气体)进行等离子体蚀刻处理(例如,参照 专利文献1)。
而且,为了对由多层结构形成的氮化硅层进行各向异性蚀刻,提 出了使用碳氟化合物气体和作为氢源的CH2F2、CH3F等进行等离子体 蚀刻处理的方法(例如,专利文献2);在氮化硅层形成高长宽比(aspect ratio)的槽(trench)时,为了维持相对于掩模层的高选择性,使用碳 氟化合物气体和作为氢源的CHF3、CH2F2、CH3F等进行等离子体蚀刻 处理的方法(例如,专利文献3)。
此外,考虑到大规模集成电路(LSI)的设计原则是从现在的90nm 达到今后的65nm、进一步达到45nm,那么配线就倾向于向微细化进 展。伴随着配线的微细化,在配线间的绝缘层所产生的电容成为发生 信号延迟的原因,对此需要采取对策,使用为抑制该信号延迟的低介 电常数材料(Low-k材料)的层间绝缘膜正在开发中。作为使用这样 的Low-k材料的层间绝缘膜,与目前的Low-k膜相比,介电常数进一 步降低的低电阻的多孔Low-k膜受到瞩目。但是,与其低介电常数相 反,多孔Low-k膜由于在膜内保持有空孔(bore),所以也存在着强度 低、耐蚀刻性也低这样的问题。
[专利文献1]日本专利特开2003—234337号公报
[专利文献2]日本专利特开平11—102896号公报
[专利文献3]日本专利特开2000—340552号公报
在对上述底层的氮化硅膜或者碳化硅膜进行等离子体蚀刻时,需 要能够确保对最上层的蚀刻掩模的蚀刻选择性。
而且,在蚀刻时,若处理气体的成分和膜中的成分反应所形成的 聚合体附着于被处理体表面,就会引起蚀刻率的降低,所以就需要能 够抑制聚合体的形成和附着。
再者,作为被蚀刻膜的底层氮化硅膜或者碳化硅膜,若产生在横 向被蚀刻的侧向腐蚀现象(side etching),就会损害设备特性,因此也 需要防止侧向腐蚀现象。
而且,在底层氮化硅膜或者碳化硅膜上层的层间绝缘膜使用多孔 Low-k膜时,多孔Low-k膜容易被化而产生等离子体损伤。其结果 为,若在后续工序中进行氟酸处理,被氧化部分就会被除去,就存在 损伤明显化这样的问题。进而,因暴露于等离子体中多孔Low-k膜的 表面会形成无数的伤痕,因此会产生表面粗糙等问题。
这样,若作为层间绝缘膜的多孔Low-k膜发生劣化,则关系到半 导体装置可靠性的降低,所以等离子体蚀刻就需要在对多孔Low-k膜 不形成损伤的条件下实施。
如上所述,与对没有多孔Low-k膜的被处理体进行等离子体蚀刻 处理时相比,在对被蚀刻膜的上层形成有多孔Low-k膜的被处理体进 行等离子体蚀刻处理时,等离子体蚀刻条件的选择格外困难,至今还 没有发现能够满足上述全部课题的条件。

发明内容

因此,本发明的目的是提供一种等离子体蚀刻方法,在底层的氮 化硅膜或者碳化硅膜上层的层间绝缘膜使用多孔Low-k膜的被处理体 中,该等离子体蚀刻方法在对上述氮化硅膜或者碳化硅膜进行蚀刻处 理时,能够确保相对硬质掩模的蚀刻选择性,可以抑制聚合体的附着 和侧向腐蚀现象,并且能够抑制对多孔Low-k膜的损伤和表面粗糙。
为解决上述课题,本发明的第一观点提供一种在等离子体处理装 置的处理室内,通过处理气体的等离子体对被处理体进行蚀刻处理的 等离子体蚀刻方法,其特征在于,
被处理体具有被蚀刻膜和在该被蚀刻膜上层所形成的多孔Low-k 膜,
作为上述处理气体,使用含有由碳和氟所构成的碳原子数在2以 下的碳氟化合物和CO2,不含由碳、氟和氢所构成的氢氟烃化合物的 处理气体。
在上述第一观点中,上述碳氟化合物更优选为CF4。
上述碳氟化合物和上述CO2的比率优选为碳氟化合物:CO2=3:1~ 10:1。
此外,上述多孔Low-k膜优选介电常数为2.0~2.7的无机Low-k 膜。
如第一观点所述的等离子体蚀刻方法,优选以在上述多孔Low-k 膜的上层所形成的硬质掩模作为掩模进行上述被蚀刻膜的蚀刻。
此外,上述被蚀刻膜优选为氮化硅膜或者碳化硅膜。
此外,上述硬质掩模优选为氧化硅膜。而且,上述被蚀刻膜相对 上述硬质掩模的蚀刻选择比优选大于2。
此外,在上述被蚀刻膜和上述多孔Low-k膜之间,上述多孔Low-k 膜和上述硬质掩模之间,优选分别具有粘着膜。
本发明的第二观点提供一种控制程序,其特征在于,在计算机上 动作、运行时,控制上述等离子体处理装置实施上述第一观点的等离 子体蚀刻方法。
本发明的第三观点提供一种计算机可读取的存储介质,该存储介 质存储有在计算机上运行的控制程序,其特征在于,
上述控制程序,在运行时,控制上述等离子体处理装置实施发明 第一到九方面中任一方面所述的等离子体蚀刻方法。
采用本发明的等离子体处理方法,在对具有被蚀刻膜和在被蚀刻 膜的上层所形成的多孔Low-k膜的被处理体进行等离子体蚀刻时,作 为处理气体,使用含有由碳和氟所构成的碳原子数在2以下的碳氟化 合物和CO2,不含有由碳、氟和氢构成的氢氟烃化合物的处理气体, 就能够在确保相对硬质掩模较高的蚀刻选择性、抑制聚合体的附着和 侧向腐蚀现象、并且抑制对多孔Low-k膜的损伤、抑制多孔Low-k膜 表面的粗糙化的同时,进行蚀刻。
因此,本发明的等离子体处理方法,例如,能够适用于半导体设 备的制造过程中的蚀刻处理,该半导体设备为含有作为层间绝缘膜的 多孔Low-k膜的多层配线结构。
附图说明
图1表示本发明的等离子体处理装置的概略图。
图2是等离子体蚀刻前的晶片截面结构的示意图。
图3是说明进行等离子体蚀刻状态的晶片截面结构的示意图。
图4是等离子体蚀刻后的晶片截面结构的示意图。
图5表示金属镶嵌工艺(Damascene process)的适用例,说明进 行等离子体蚀刻状态的晶片截面结构示意图。
图6表示金属镶嵌工艺(Damascene process)的适用例,等离子体 蚀刻后的晶片截面结构示意图。
符号说明
1 等离子体处理装置;2 腔室;60 过程控制器;61 用户界面;62 存储部;101 下层配线用绝缘膜;102 停止(stoper)膜;103 第一粘 着膜;104 多孔Low-k膜;105 第二粘着膜;106 硬质掩模;200、201 叠层体;210、211 凹部

具体实施方式

下面,参照附图对本发明的优选实施方式加以说明。
图1所示为适用于本发明的一个实施方式的蚀刻处理的等离子体 处理装置的示意图。该等离子体处理装置1能够使用电极板上下平行 相对、双向连接有高频电源的电容耦合型平行平板等离子体蚀刻装置。
该等离子体处理装置1,例如,具有表面由耐酸(alumite)处理 (阳极氧化处理)过的铝所构成的成形为圆筒形状的腔室2,将该腔室 2接地。在腔室2内,平载置有例如由硅构成、在其上形成有作为被 处理体的规定的膜的半导体晶片(wafer)(以下简记做“晶片”)W, 作为下部电极作用的基座5设置为被基座支撑台4支撑的状态。高通 滤波器(high-pass filter)(HPF)6与该基座5连接。
在基座支撑台4的内部,设有温度调节介质室7,通过导入管8 将温度调节介质导入温度调节介质室7中,并在其中循环,使得基座5 能够被控制在需要的温度。
基座5的上中央部成形为凸状的圆板形,在其上设有与晶片W形 状大致相同的静电卡盘(chuck)11。静电卡盘11形成为电极12介于 绝缘材料之间的结构,通过施加来自于连接在电极12的直流电源13 的例如1.5kV的直流电压,就会通过库仑静电吸附晶片W。
为了向作为被处理体的晶片W的背面以规定压力(背压)供给传 热介质,例如He气体等,在绝缘板3、基座支撑台4、基座5和静电 卡盘11中形成有气体通路14。通过该传热介质实现基座5和晶片W 之间的热传导,使得晶片W能够被维持在规定温度。
在基座5的上端周边部,以包围载置在静电卡盘11上的晶片W的 方式配置有环状的聚焦环(focus ring)15。该聚焦环15,例如由硅构 成,具有提高蚀刻的均匀性的作用。
在基座5的上方,设置有与该基座5平行相对的上部电极21。该 上部电极21构成为:隔着绝缘材料22被支撑于腔室2的上部,构成 与基座5的相对面,具有多个吐出孔23,由例如石英所构成的电极板 24与支撑该电极24的电极支撑体25所构成,该电极支撑体25由导电 性材料,例如表面由耐酸铝处理过的铝所构成。此外,基座5和上部 电极21之间的间隔设置为可调节的。
在上部电极21中的电极支撑体25的中央,设有气体导入口26, 气体供给管27与该气体导入口26连接,处理气体供给源30通过28 和质量流量控制器(mass flow control)29与该气体供给管27连接, 从该处理气体供给源30供给用于等离子体蚀刻的蚀刻气体。作为蚀刻 气体,优选组合使用例如CF4、C2F6等碳氟化合物气体和CO2。这里的 碳氟化合物气体是通过自由基反应(radical reaction)而起到蚀刻作用 的气体,CO2是控制上述自由基对被蚀刻膜进行最适宜作用的气体。而 且,在碳氟化合物气体和CO2以外,也可以混合例如N2、He等。此外, 在图1中,虽然只代表性地图示了一个处理气体供给源30,实际上设 有多个处理气体供给源30,使得能够分别独立的对例如CF4等碳氟化 合物气体、CO2等进行流量控制,供给至腔室2内。
在腔室2的底部连接有排气管31,排气装置35与该排气管31连 接。排气装置35具备涡轮分子真空泵,通过该真空泵可以抽真空 使腔室2内成为规定的减压气氛,例如达到1Pa以下的规定压力。在 腔室2的侧壁设有闸阀(gate valve)32,在该闸阀32处于打开的状态 下,能够在相邻的负载定室(未图示)之间搬送晶片W。
第一高频电源40与上部电极21连接,在其供电线上设有匹配器 41。低通过滤器(LPF)42与上部电极21连接。该第一高频电源40 具有在50~150MHz范围内的高频率,通过施加这样高频率的高频电 力,在腔室2内就能够形成处于满意离解状态的,并且高密度的等离 子体,使得能够在低压条件下进行等离子体处理。该第一高频电源40 的频率优选为50~80MHz,典型的是采用如图1所示的60MHz或者在 其附近的条件。
第二高频电源50与作为下部电极的基座5连接,在其供电线上设 有匹配器51。该第二高频电源50具有在数百kHz~十数MHz范围内 的频率,通过施加该范围内频率的高频电力,能够赋予晶体W适当的 离子作用且不会带来损伤。第二高频电源50的频率采用例如图1所示 的13.56MHz或者800kHz等条件。
等离子体处理装置1的各构成部,与具备CPU的过程控制器60 连接并受其控制。过程控制器60连接有工序管理者为管理等离子体处 理装置1而进行指令输入操作等的键盘、和可视化显示等离子体处理 装置1的运转状况的显示器等所构成的用户界面61。
此外,过程控制器60连接有存储部62,该存储部62存储有为实 现该过程控制器60对在等离子体装置1中运行的各种处理进行控制的 控制程序(软件),和记录有处理条件数据等的方法(recipe)。
这样,根据需要,接受来自用户界面61的命令,从存储部62调 出任意的方法,在过程控制器60中运行,在过程控制器60的控制下, 就能够在等离子体处理装置1中进行需要的处理。而且,上述控制程 序和处理条件数据等方法,能够储存于计算机可读取的存储介质,例 如CD-ROM、硬盘软盘、闪存(flash memory)等中的状态来利用, 或者也可以从其他的装置,例如通过专用线路随时传送来联机使用。
接下来,参照图2~图4,说明通过这样所构成的等离子体处理装 置1对具有被蚀刻膜的叠层体进行的等离子体蚀刻工序。图2~图4 是为说明本发明的一个实施方式的蚀刻处理的概要,放大显示晶片W 纵切面的主要部分的示意图。在构成晶片W的硅基板(未图示)上, 如图2所示,例如形成有下层配线用绝缘膜101,在其上形成有作为被 蚀刻膜的停止(stop)膜102,在其上层,从下方开始依次形成第一粘 着膜103、多孔Low-k膜104、第二粘着膜105、硬质掩模106,构成 叠层体200。
停止膜102是以例如等离子体CVD或者旋制氧化硅(Spin on Glass)等方法成膜的Si3N4膜、SiC膜等,是在通过蚀刻形成配线槽、 孔等的凹部210时,作为蚀刻停止膜(etching stopper)发挥作用。
多孔Low-k膜104是以例如CVD(化学蒸发沉积法:Chemical Vapor Deposition)法成膜的层间绝缘膜,不管是什么材质,优选使用 介电常数(k值)为2.0~2.7的低介电常数材料,而且,优选使用无机 类的低介电常数材料。作为构成多孔Low-k膜104的低介电常数材料, 能够使用例如Black Diamond 2X、Black Diamond 3(都是商品名;ア プライドマテリアルズ社制)、LKD(商品名;JSR社制)、Aurora ULK、 Aurora ELK(都是商品名;ASM社制)、Porous Coral(商品名;Novellas 社制)、NCS(商品名;催化剂化成工业株式会社制)等。
作为蚀刻掩模的硬质掩模106,可以使用例如由TEOS(四乙氧基 硅烷)所形成的氧化硅膜(SiO2膜)等。
此外,第一粘着膜103和第二粘着膜105都是以改善多孔Low-k 膜104的密闭性为目的而形成的,使其从上下夹住多孔Low-k膜104, 可以使用例如致密的Low-k膜、含碳氧化硅膜等。
在叠层体200中,基于通过照相平板印刷(photolithography)技 术所形成的抗蚀图形(resist pattern),通过蚀刻,从最上层的硬质掩模 106开始到露出停止膜102的深度为止,形成凹部210。
如图3所示,使用等离子体处理装置1(参照图1),对具有凹部 210的叠层体200,使用例如CF4和CO2形成的等离子体,进行蚀刻。 关于该等离子体蚀刻的条件在稍后详述。
作为除去停止膜102使用的蚀刻气体,使用含有由碳和氟构成的 CF4、C2F6等碳氟化合物气体(CF类气体)和CO2的处理气体。此时, 若使用在碳氟化合物的分子中碳原子多的处理气体,则会大量形成作 为反应生成产物的聚合体而附着在凹部210内,蚀刻率降低的同时, 对硬质掩模106的蚀刻选择性也降低。因此,优选碳氟化合物的碳原 子数在2以下。
而且,从相对于硬质掩模106,停止膜102的蚀刻选择比降低的方 面考虑,在处理气体中,不含有由碳、氟和氢所构成的氢氟烃化合物 气体(CHF类气体)是很重要的。
在蚀刻时,优选在以[停止膜102的蚀刻率]/[硬质掩模106的蚀刻 率]所表示的蚀刻选择比大于2的条件下实施。蚀刻选择比小于2时, 由于硬质掩模106的蚀刻增强,所以该膜厚变薄,在后续工序中,在 使硬质掩模106发挥例如作为平坦化处理的停止膜的作用时,就会产 生不适合。
蚀刻在例如凹部210的深度能够达到下层配线用绝缘膜101时停 止。这样,如图4所示,凹部210内的停止膜102被除去,露出下层 配线用绝缘膜101。
作为在等离子体处理装置1中的等离子蚀刻处理的具体顺序,首 先,开放闸阀32,将形成凹部210的晶片W从未图示的负载锁定室搬 入腔室2内,载置于静电卡盘11上。接着,通过从直流电源13施加 直流电压,将晶片W静电吸附在静电卡盘11上。
接下来,关闭闸阀32,通过排气装置35,将腔室2抽真空直到规 定的真空度。然后,开放阀28,将来自处理气体供给源30的蚀刻用气 体,例如,CF4等碳氟化合物和CO2通过质量流量控制器29调整为规 定的流量比,向处理气体供给管27、气体导入口26,上部电极21的 中空部导入,通过电极板24的吐出孔23,如图1中的箭头所示,向晶 片W均匀吐出。这里,处理气体的流量可以为,例如CF4/CO2=75/25~ 600/200mL/min(sccm),优选为150/50~500/50mL/min左右。此时, 从抑制侧向腐蚀现象和多孔Low-k膜的表面粗糙、充分保证与硬质掩 模的选择比、而且减少对Low-k膜的损伤和聚合体附着这些观点出发, CF4与CO2的流量比优选为CF4:CO2=3:1~10:1。
从充分获得与硬质掩模的选择比并同时减少对Low-k膜的损伤的 观点出发,处理气体的滞留时间优选为例如3~0.17秒左右,更优选为 1~0.3秒。
这里的滞留时间意味着蚀刻气体在腔室1内用于蚀刻的部分所滞 留的时间,能够基于下式求出,其中,以下部电极面积(在图1中, 是晶片W和聚焦环15的合计面积)乘以上下电极间距离所求出的有 效腔室体积(即,处理气体等离子体化的空间体积)为V[m3]、以排气 速度为S[m3/秒]、以腔室内压力为p[Pa]、以处理气体的总流量为 Q[Pa·m3/秒]、以滞留时间为τ[秒]。
τ=V/S=pV/Q
从抑制侧向腐蚀现象和多孔Low-k膜的表面粗糙、充分保证与硬 质掩模的选择比、而且减少对Low-k膜的损伤的观点出发,腔室2内 的压力维持在规定压力,例如5~20Pa,优选为6~13Pa左右。分别从 第一高频电源40向上部电极21供给200~2500W,优选400~1500W 左右的高频电力,从第二高频电源50向作为下部电极的基座5供给 100~1000W,优选为100~300W左右的高频电力,将蚀刻气体等离 子体化,对停止膜102进行蚀刻。此外,背压(back pressure)优选设 定为晶片W的中心部/边缘部为约2000Pa/约5500Pa左右。从确保与硬 质掩模的选择比、抑制侧向腐蚀现象和聚合体附着的观点出发,作为 处理温度,例如晶片W(基座5)的温度优选为0~40℃。
接下来,参照图5和图6,对本发明更具体的适用例进行说明。在 具有多层配线结构的半导体装置的制造过程中,配线连接用的接触插 头(contact plug)、Cu配线等,一般是通过在层间绝缘膜中形成通孔或 槽之后,将金属埋入而形成的。特别是Cu配线的埋入方法,所知的是 金属镶嵌工艺(Damascene process)(单层金属镶嵌工艺(single Damascene process)或者双层金属镶嵌工艺(dual Damascene process))。 例如,如图5所例示,在通过单层金属镶嵌工艺形成配线时,在未图 示的硅基板上,在下层配线用绝缘膜112中设有隔着势垒金属(barrier metal)113埋入的Cu等金属材料所构成的下层配线114,在其上叠层 多层的层间绝缘膜120,即,由从下开始依次叠层SiC或SiN等构成的 停止膜115、第一粘着膜116、多孔Low-k膜117、第二粘着膜118、 硬质掩模119,由此,准备叠层体201。此外,在图5和图6中,符号 111是由SiO2等构成的下层的绝缘膜。此外,第一粘着膜116和第二 粘着膜118都是以改善多孔Low-k膜117的密闭性为目的而设置的, 也可以省略。
在多层的层间绝缘膜120中,形成有凹部211。凹部211是如下形 成的:通过照相平板印刷技术在层间绝缘膜120上形成与之对应的抗 蚀图形,然后,将该抗蚀图形作为掩模(mask),对层间绝缘膜120进 行蚀刻加工,直到露出停止膜115为止。
接下来,以硬质掩模119作为掩模,对上述停止膜115进行蚀刻, 如图6所示,使由Cu等构成的下层配线114露出。此时,如上所述, 使用等离子体处理装置1,通过含有碳氟化合物气体和CO2的处理气体 来进行等离子体蚀刻处理。
以后的工序省略了图示,例如,使用溅射法、PVD法(物理气相 沉淀:Physical Vapor Deposition)、电法等将势垒金属和Cu埋入凹部 211中,通过CMP(化学机械研磨法:Chemical Mechanical Polishing) 除去剩余的,进行平坦化处理。在该平坦化处理时,硬质掩模119 作为停止膜发挥作用。通过上述方法,就能够在多层配线结构的半导 体装置中形成金属配线。
接下来,对确认本发明效果的试验结果加以说明。
在具有与图2同样的叠层结构、以规定间隔形成多个凹部210(槽) 的行与间隔(line & space)的叠层体中,硬质掩模106作为掩模与向 凹部210内露出的停止膜102相对,使用与图1所示的同样结构的等 离子体处理装置1实施蚀刻处理,评价蚀刻特性。作为蚀刻气体,使 用表1所示的各种气体,适宜组合进行实验。
表1
  试验组     (气体组成) 多孔Low-k 膜的损伤  蚀刻选择比 (相对硬质  掩模)      聚合物的 抑制效果 多孔Low-k膜  的表面粗糙程 度           侧向腐 蚀现象 (1)CF4 ○ ×(约1) × ○ ○ (2)CF4/N2 ○ ×(不足1) × ○ ○ (3)CF4/O2 × ○(超过2) ○ ○ ○ (4)CF4/CO2 ○ ○(超过2) ○ ○ ○ (5)CF4/N2/CO2 ○ △(1.5~2) ○ △ ○ (6)CF4/CHF3/CO2 ○ △(约2) ○ ○ ○ (7)CF4/CH2F2/CO2 ○ △(约2) ○ ○ ○ (8)C4F8/CO2 ○ ×(不足1) ○ ○ ○ (9)CH2F2/CF4/Ar/O2 × ○(超过2) ○ × ○ (10)CH2F2/CF4/Ar/CO2 ○ ○(超过2) ○ × ○ (11)CHF3/CH2F2/Ar ○ ○(超过2) × × ○ (12)NF3/Ar × ◎(超过3) ○ × × (13)NF3/He/Ar × ◎(超过3) ○ × × (14)NF3/Ar/CO × ◎(超过3) ○ × ○
在表1所示的(1)~(14)的各试验组中,气体流量如下:
(1)CF4=150mL/min(sccm);
(2)CF4/N2=150/50mL/min(sccm);
(3)CF4/O2=150/15mL/min(sccm);
(4)CF4/CO2=300/100mL/min(sccm);
(5)CF4/N2/CO2=300/50/100mL/min(sccm);
(6)CF4/CHF3/CO2=150/50/100mL/min(sccm);
(7)CF4/CH2F2/CO2=150/15/100mL/min(sccm);
(8)C4F8/CO2=30/50mL/min(sccm);
(9)CH2F2/CF4/Ar/O2=15/60/450/30mL/min(sccm);
(10)CH2F2/CF4/Ar/CO2=15/60/450/100mL/min(sccm);
(11)CHF3/CH2F2/Ar=80/20/800mL/min(sccm);
(12)NF3/Ar=8/200mL/min(sccm);
(13)NF3/He/Ar=8/100/200mL/min(sccm);
(14)NF3/Ar/CO=8/200/50mL/min(sccm)
作为试验组(1)~(14)的共同条件,腔室2内的压力设为6.7Pa (50mTorr),分别向上部电极21供给400W的高频电压、向作为下部 电极的基座5供给100W的高频电压,将各蚀刻气体等离子体化进行 蚀刻。此时,背压设定为晶片W的中心部/边缘部为2000Pa(15Torr) /5333Pa(40Torr),处理温度设定为腔室2的侧壁=60℃;基座5=20 ℃,蚀刻时间根据试验组而设定。
蚀刻特性是针对多孔Low-k膜104的损伤、与硬质掩模106 (TEOS-SiO2)的选择比、聚合体附着物的抑制效果、向凹部210内露 出的多孔Low-k膜104的表面粗糙程度和侧向腐蚀现象,以如下所示 的评价基准进行判断。
<多孔Low-k膜的损伤>
将蚀刻处理后的晶片W利用氟酸(HF)处理,测定槽部的宽度 (CD;临界尺寸:Critical Dimension)的变化。若出现等离子体损伤, 则多孔Low-k膜104的表面被氧化,因此通过氟酸处理除去氧化膜的 CD就会变化。在本试验中,CD的变化率超过7%的判断为损伤,损 伤发生的评价为×(不良),未发生的评价为○(良好)。此外,上述 CD的变化率7%,是CD的变化量,即[氟酸处理后的CD值]-[氟酸处 理前的CD值]的值,相当于6nm。
<与硬质掩模(SiO2)的蚀刻选择比>
从停止膜102的蚀刻率(ER1)和停止膜106的蚀刻率(ER2),求 出比率ER1/ER2,约1以下的评价为×(不良)、超过约1小于等于约 2的评价为△(普通)、超过2小于等于3的评价为○(良好)、超过3 的评价为◎(最佳)。
<聚合体(附着物)的抑制效果>
聚合体的附着显著的评价为×(不良)、几乎未见到附着的评价为 ○(良好)。
<多孔Low-k膜104的表面粗糙程度>
向凹部内露出的多孔Low-k膜104的表面被削减、很显著表面粗 糙化的评价为×(不良)、少量表面粗糙化的评价为△(普通)、几乎 没有削减、没有表面粗糙化的评价为○(良好)。
<侧向腐蚀现象>
凹部210内的停止膜102中发生侧向腐蚀现象的评价为×(不良)、 几乎没有发生侧向腐蚀现象的评价为○(良好)。
由以上的蚀刻特性的评价(表1中显示的结果)可知,在试验组 (1)的单一气体CF4和试验组(2)的CF4/N2中,几乎未得到蚀刻选 择比,可见在凹部210内的多孔Low-k膜104的侧壁上附着有大量的 聚合体。此外,在试验组(3)的CF4/O2中,虽然未发生聚合体的附着, 但是对多孔Low-k膜104的损伤很明显。
在碳氟化合物气体(CF4)和CO2中组合了氢氟烃气体(CHF3、 CH2F2)的试验组(6)和(7)中,可见到与硬质掩模106的选择比降 低的倾向。
而且,在碳氟化合物气体和CO2的组合中,在使用含碳原子数大 的碳氟化合物C4F8的试验组(8)中,与硬质掩模106的选择比也显著 降低。
在处理气体中含有Ar的试验组(9)~(14)中,虽然与硬质掩 模的选择比提高了,但是发生了多孔Low-k膜104的损伤和表面粗糙。 这考虑是由于若在处理气体中含有Ar,则离子溅射作用就会增强,显 示出Ar不适用于具有多孔Low-k膜104的层间绝缘膜的蚀刻。
与以上相对,在使用只含有含碳原子数少的碳氟化合物气体CF4 和CO2的处理气体的试验组(4)中,在多孔Low-k膜104的破坏、与 硬质掩模106的蚀刻选择比、聚合体附着的抑制效果、凹部210内露 出的多孔Low-k膜104的表面粗糙程度、和侧向腐蚀现象这些全部的 试验项目中得到了唯一良好的结果。而且,在使用含碳数量少的碳氟 化合物气体CF4和CO2中进一步含有N2的处理气体的试验组(5)中, 尽管在与硬质掩模106的蚀刻选择比和多孔Low-k膜的表面粗糙程度 的项目中,其评价稍有不佳,但是在和试验组(2)的CF4/N2的比较中, 可见到蚀刻选择比的改善、聚合体的附着防止效果的显著改善。因此 能够确认,与CF4/N2气体类相比,CF4/N2/CO2气体类更能够改善蚀刻 特性。
以上虽然叙述了本发明的实施方式,但是本发明不限于上述实施 方式,可以有多种变形
例如,虽然在上述实施方式中使用了电容耦合型平行平板蚀刻装 置,但是不论什么装置,只要能够以本发明的气体种形成等离子体就 可以,例如,能够使用感应耦合型等多种等离子体处理装置。
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