專利名稱：干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本分明涉及一種干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法。
背景技術(shù)：
圖12示出現(xiàn)有技術(shù)對(duì)氧化膜等進(jìn)行腐蝕時(shí)使用的干式蝕刻裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)。
正如圖12所示，被處理基板20放置在設(shè)置于反應(yīng)室11底部的下部電極12上。在反應(yīng)室11的天花板部，隔著產(chǎn)生等離子體的空間，設(shè)置著與下部電極12相對(duì)的上部電極13。在反應(yīng)室11的外側(cè)，設(shè)置著向下部電極12施加13.56MHz的電力的高頻電源14。另外，在反應(yīng)室11的側(cè)部，設(shè)置著氣體導(dǎo)入口15和氣體排放口16，前者旨在將工藝用氣體導(dǎo)入反應(yīng)室11內(nèi)，后者則旨在將工藝用氣體從反應(yīng)室11中排出。進(jìn)一步，在下部電極12上，還設(shè)置著由硅構(gòu)成的聚焦環(huán)(Si聚焦環(huán))17，聚焦環(huán)17包圍著被處理基板20。
此外，雖然圖中沒有示出，但在被處理基板20上，通過硅氮化膜等，形成了腐蝕對(duì)象物的硅氧化膜。
圖13示出圖12所示的Si聚焦環(huán)17、即現(xiàn)有技術(shù)的聚焦環(huán)的平面結(jié)構(gòu)。正如圖13所示，Si聚焦環(huán)17是單一的環(huán)，其中心具有與被處理基板20即晶片的口徑對(duì)應(yīng)的開口部。
使用圖12所示的現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置，對(duì)氧化膜進(jìn)行干式蝕刻的方法的具體內(nèi)容如下首先，作為反應(yīng)性氣體，從氣體導(dǎo)入口15將C4F8、C5F8或CF4等氟代烴氣體，供送到反應(yīng)室11內(nèi)，產(chǎn)生由該氣體形成的等離子體。在該等離子中，發(fā)生諸如或之類的分解反應(yīng)。其結(jié)果，CxFy(x、y為自然數(shù))或F(氟)的原子團(tuán)(活性籽晶)或離子被供給到被處理基板20上。
這時(shí)，由于在被處理基板20上的氧化膜(SiO2膜)與例如氟原子團(tuán)之間，出現(xiàn)用下述反應(yīng)式等表示的反應(yīng)…(式1)所以對(duì)氧化膜進(jìn)行腐蝕(氧化膜腐蝕)，能進(jìn)行氧化膜的加工。
可是，由上述等離子體產(chǎn)生的氟代烴(CxFy)原子團(tuán)，在腐蝕對(duì)象物的氧化膜上，產(chǎn)生由碳和氟構(gòu)成的聚合物(氟代烴聚合物)。不過，由于在通過(式1)所示的反應(yīng)后產(chǎn)生的O*(氧原子團(tuán))和氟代烴聚合物之間，發(fā)生用下述反應(yīng)式等表現(xiàn)的反應(yīng)…(式2)所以能夠去掉氧化膜上的氟代烴聚合物。
另一方面，氧化膜腐蝕結(jié)束后，氧化膜下面的硅基板或硅氮化膜一露出來，就不能產(chǎn)生(式1)所示的那種O*，所以也不能產(chǎn)生(式2)所示的由氧原子團(tuán)進(jìn)行的除去氟代烴聚合物的反應(yīng)。就是說，在硅基板上或硅氮化膜上，在氟代烴原子團(tuán)的作用下，堆積了氟代烴聚合物。其結(jié)果，由于硅及硅氮化膜的腐蝕速度受到抑制，所以就能確保氧化膜及其基底的硅或硅氮化膜之間的選擇比。這樣，SiO2/Si選擇比(或SiO2/SiN選擇比)，通常依賴于等離子體中的氟代烴原子團(tuán)與氟原子團(tuán)之比(以下稱作“CxFy/F比”)。具體地說，CxFy/F比增大后，硅的腐蝕速度就下降，所以SiO2/Si選擇比就變大。反之，CxFy/F比減小后，硅的腐蝕速度就上升，所以SiO2/Si選擇比就變小。像這樣，在氧化膜的腐蝕中，CxFy/F比的控制非常重要。
在圖12所示的干式蝕刻裝置中，由于在反應(yīng)室11中配置著由硅構(gòu)成的部件，具體地說，由于在下部電極12的周邊配置著Si聚焦環(huán)17，所以可以提高SiO2/Si選擇比。其理由如下由于在反應(yīng)室11內(nèi)，構(gòu)成Si聚焦環(huán)17的硅與氟原子團(tuán)反應(yīng)，所以氟原子團(tuán)被清除，其密度下降。于是，CxFy/F比增大，硅的腐蝕速度下降，SiO2/Si選擇比就要因此變大。就是說，聚焦環(huán)具有通過與等離子體中的原子團(tuán)或離子進(jìn)行反應(yīng)，從而控制該原子團(tuán)或離子的密度的作用，(參閱專利第3333177號(hào)說明書(第11～12頁)、特開平7-245292號(hào)公報(bào)(第2頁)、特開平8-186096號(hào)公報(bào)(第2頁)、特開2002-9048號(hào)公報(bào)(圖4)、特開2002-164323號(hào)公報(bào)(第3頁)、特開2002-190466號(hào)公報(bào)(第2頁))。
氧化膜腐蝕，歷來主要在氧化膜上形成接觸孔時(shí)使用。但近年來，伴隨著ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductor)路線圖所顯示出來的細(xì)微化的進(jìn)展，抗蝕劑膜也越來越薄。其結(jié)果，即使在歷來將抗蝕劑圖案作為掩膜使用的腐蝕工序中，也采用了由氧化膜等構(gòu)成的硬掩膜。作為其代表示例，可以舉出旨在形成由多晶硅構(gòu)成的柵電極的腐蝕工序中利用氧化膜硬掩膜的例子。
然而，使用圖12所示的現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置，對(duì)上述氧化膜硬掩膜進(jìn)行布圖時(shí)，卻存在著下述問題。
圖14(a)及(b)是為了講述使用現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置進(jìn)行氧化膜腐蝕時(shí)存在的問題而繪制的圖形。
正如圖14(a)所示，在腐蝕對(duì)象物的氧化膜21上，形成例如具有柵電極圖案的抗蝕劑圖案22。在這里，設(shè)抗蝕劑圖案22的寬度(圖刻蝕術(shù)后的尺寸)為L(zhǎng)0。其后，如圖14(b)所示，將抗蝕劑圖案22作為掩膜，對(duì)氧化膜21進(jìn)行腐蝕，使氧化膜21圖案化。在這里，設(shè)圖案化的氧化膜21A的寬度(干式蝕刻后的尺寸)為L(zhǎng)1。
但是，使用現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置時(shí)，如圖14(b)所示，會(huì)出現(xiàn)下述問題氧化膜21的腐蝕形狀(圖案化后的氧化膜21A的剖面形狀)成為錐狀，而不能成為需要的垂直形狀。另外，還會(huì)出現(xiàn)尺寸偏移量(干式蝕刻后的尺寸L1-圖刻蝕術(shù)后的尺寸L0)增大的問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于比，本發(fā)明的目的是要實(shí)現(xiàn)與將要形成的圖案無關(guān)，能夠控制尺寸偏移量，而且能獲得需要的腐蝕形狀的干式蝕刻，更具體地說，目的是要與將要形成的圖案無關(guān)地在氧化膜腐蝕中能夠控制尺寸偏移量，并獲得需要的腐蝕形狀。
為了達(dá)到上述目的，本申請(qǐng)發(fā)明人對(duì)使用現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置，在對(duì)柵電極形成用的氧化膜硬掩膜進(jìn)行布圖時(shí)引起尺寸偏移量增大、腐蝕形狀控制性不良的原因進(jìn)行研究，結(jié)果有了如下發(fā)現(xiàn)。
即在利用現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置能夠順利形成接觸孔等的氧化膜腐蝕中，腐蝕對(duì)象物的氧化膜的圖案開口率頂多只有百分之幾。在這里，所謂圖案開口率，是指通過腐蝕要去掉的氧化膜的面積，與腐蝕前氧化膜的總面積之比。換言之，所謂圖案開口率，是每個(gè)芯片的氧化膜的開口面積與該芯片的面積之比。
然而，在采用現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置而出現(xiàn)問題的、形成具有柵電極圖案硬掩膜等的氧化膜腐蝕中，氧化膜的圖案開口率達(dá)到20～80％，與以前形成接觸孔時(shí)的圖案開口率比起來，相差懸殊。
本申請(qǐng)發(fā)明人使用現(xiàn)有技術(shù)的以形成接觸孔為前提、利用Si聚焦環(huán)提高反應(yīng)室內(nèi)CxFy/F比的干式蝕刻裝置，進(jìn)行圖案開口率較大的氧化膜腐蝕時(shí)，發(fā)現(xiàn)存在上述各種問題。就是說，這時(shí)，一方面與應(yīng)當(dāng)腐蝕的氧化膜的面積相比，氟原子團(tuán)即腐蝕物(腐蝕種)不足；另一方面，導(dǎo)致聚合物堆積的氟代烴原子團(tuán)即堆積物(堆積種＝deposit種)卻過剩。其結(jié)果，本申請(qǐng)發(fā)明人發(fā)現(xiàn)因?yàn)樵诜磻?yīng)室中不能得到適當(dāng)?shù)腃xFy/F比，所以產(chǎn)生了尺寸偏移量增大、腐蝕形狀的控制性(以下稱作“形狀控制性”)劣化等問題。
本申請(qǐng)發(fā)明人進(jìn)而根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生了如下想法按照腐蝕對(duì)象物的圖案開口率，調(diào)節(jié)干式蝕刻裝置的聚焦環(huán)的表面積，從而解決上述問題。具體地說，就是在進(jìn)行氧化膜腐蝕時(shí)，按照氧化膜的圖案開口率，變更清除等離子體中的氟原子團(tuán)的Si聚焦環(huán)的表面積，將氧化膜上的CxFy/F比調(diào)整成最佳狀態(tài)，從而防止尺寸偏移量增大或形狀控制性劣化的構(gòu)思。
另外，本申請(qǐng)發(fā)明人還產(chǎn)生了如下想法使用與等離子體中的氟原子團(tuán)反應(yīng)的Si，和與氟原子團(tuán)的反應(yīng)性低的材料(例如SiC、SiO2、Al2O3、Y2O3等)形成聚焦環(huán)，從而控制聚焦環(huán)上各點(diǎn)中的氟原子團(tuán)的清除量，提高晶片面內(nèi)的CxFy3/F比的均勻性。
本發(fā)明就是根據(jù)上述見識(shí)產(chǎn)生的。具體地說，本發(fā)明涉及的第1干式蝕刻裝置，以具有配置在反應(yīng)室內(nèi)的電極上的包圍著腐蝕對(duì)象物的聚焦環(huán)的干式蝕刻裝置為前提。聚焦環(huán)的表面積與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)。
采用第1干式蝕刻裝置后，由于聚焦環(huán)具有與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)的表面積，所以能按照腐蝕對(duì)象物的圖案開口率，控制等離子體中的腐蝕物的清除量。具體地說，隨著腐蝕對(duì)象物的圖案開口率(即腐蝕對(duì)象面積)的增大，使用表面積較小的聚焦環(huán)，從而降低腐蝕物的清除量。反之，隨著腐蝕對(duì)象物的圖案開口率的減小，使用表面積較大的聚焦環(huán)，從而增大腐蝕物的清除量。這樣就能進(jìn)行與要形成的圖案無關(guān)、準(zhǔn)確控制尺寸偏移量、而且能獲得所需要的腐蝕形狀的干式蝕刻。
本發(fā)明涉及的第2干式蝕刻裝置，以具有聚焦環(huán)的干式蝕刻裝置為前提，該聚焦環(huán)配置在反應(yīng)室內(nèi)的電極上并包圍著腐蝕對(duì)象物。聚焦環(huán)由從預(yù)先準(zhǔn)備的具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇的一個(gè)環(huán)或2個(gè)以上的環(huán)組合而成，從而使聚焦環(huán)的表面積與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)。
采用第2干式蝕刻裝置后，聚焦環(huán)由從具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇的一個(gè)環(huán)或2個(gè)以上的環(huán)組合而成，從而使聚焦環(huán)的表面積與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)。就是說，在第2干式蝕刻裝置中，也和第1干式蝕刻裝置一樣，使聚焦環(huán)的表面積與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)，所以能獲得同樣的效果。另外，還可以輕而易舉地調(diào)節(jié)聚焦環(huán)的表面積。
此外，在本說明書中，所謂環(huán)的半徑，除非特別說明，指的是具有一定寬度的環(huán)的最外周部的半徑(外徑)。另外，在第1或第2干式蝕刻裝置中，以將聚焦環(huán)設(shè)置在電極上，使聚焦環(huán)的內(nèi)側(cè)面和形成腐蝕對(duì)象物(例如氧化膜等)的基板(晶片)的端部相接為前提。換言之，本發(fā)明的聚焦環(huán)，在其中心部，具有與晶片的口徑對(duì)應(yīng)的開口部。所以，在本說明書，所謂聚焦環(huán)的表面積，除非特別說明，指的就是聚焦環(huán)在反應(yīng)室內(nèi)的等離子體中露出部分的面積，它相當(dāng)于包圍腐蝕對(duì)象物的聚焦環(huán)的上面及外側(cè)面的面積。
另外，在第2干式蝕刻裝置中，構(gòu)成聚焦環(huán)的多個(gè)環(huán)，應(yīng)當(dāng)毫無間隙地互相組合。具體地說，2個(gè)以上的環(huán)互相組合時(shí)，具有小半徑的環(huán)的外側(cè)面，應(yīng)當(dāng)與具有大半徑的環(huán)的內(nèi)側(cè)面相接。
在第2干式蝕刻裝置中，多個(gè)環(huán)的每一個(gè)，最好以硅為主要成分。
這樣，在對(duì)氧化膜進(jìn)行腐蝕時(shí)(即在腐蝕對(duì)象物是氧化膜時(shí))，就能夠按照腐蝕對(duì)象物——氧化膜的圖案開口率，調(diào)節(jié)以硅為主要成分的聚焦環(huán)的表面積。因此，能控制清除氧化膜的腐蝕物(例如等離子體中的氟原子團(tuán))的量，所以能將氧化膜上的堆積物(例如等離子體中的CxFy原子團(tuán))的量和腐蝕物量之比(例如CxFy/F)最佳化。從而能與要形成的圖案無關(guān)，精確控制氧化膜腐蝕中的尺寸偏移量，實(shí)現(xiàn)所需的腐蝕形狀。
在第2干式蝕刻裝置中，多個(gè)環(huán)最好至少含有2個(gè)將互不相同的材料作為主成分的環(huán)。
這樣，這樣就能使聚焦環(huán)由一個(gè)(多個(gè)也行)以對(duì)腐蝕物的清除能力高的材料為主要成分的環(huán)和一個(gè)(多個(gè)也行)以對(duì)腐蝕物的清除能力低的材料為主要成分的環(huán)構(gòu)成。這樣由于能控制聚焦環(huán)上(即晶片周邊部上)的腐蝕物量的急劇變化，所以能夠?qū)τ诟g對(duì)象物的腐蝕速度、腐蝕對(duì)象物與其基底之間的選擇比或腐蝕形狀等，提高晶片面內(nèi)的均勻性。
此外，在本說明書中，所謂“以某種材料為主要成分，”還含有“僅由某種材料構(gòu)成”的意思。
在第2干式蝕刻裝置中，多個(gè)環(huán)最好含有以硅為主要成分的第1環(huán)，和以硅之外的其它材料為主要成分的第2環(huán)。
這樣，就能在對(duì)氧化膜進(jìn)行腐蝕時(shí)(即在腐蝕對(duì)象物是氧化膜時(shí))，使聚焦環(huán)由以對(duì)腐蝕物(例如氟原子團(tuán))的清除能力高的硅為主要成分的第1環(huán)(多個(gè)也行)和以對(duì)腐蝕物的清除能力低的其它材料為主要成分的第2環(huán)(多個(gè)也行)構(gòu)成。這樣，就能控制聚焦環(huán)上(即晶片周邊部上)的腐蝕物量以及堆積物(例如CxFy原子團(tuán))的量和腐蝕物量之比(例如CxFy/F)的急劇變化。所以能夠?qū)τ谘趸さ母g速度、氧化膜與其基底之間的選擇比或腐蝕形狀等，提高晶片面內(nèi)的均勻性。另外，硅以外的其它材料，如果至少含石英(SiO2)、碳化硅(SiC)、氧化鋁(Al2O3)及氧化銥(Y2O3)中的一個(gè)后，就能可靠地獲得對(duì)于所述的腐蝕速度等的晶片面內(nèi)的均勻性的提高效果。
在第2干式蝕刻裝置中，多個(gè)環(huán)最好至少含有1個(gè)以和腐蝕對(duì)象物相同的材料為主要成分的環(huán)。
這樣，就能例如在對(duì)氧化膜(SiO2膜)進(jìn)行腐蝕時(shí)，通過使用包含由SiO2構(gòu)成的環(huán)的聚焦環(huán)，使腐蝕對(duì)象面積(SiO2面積)即圖案開口率實(shí)質(zhì)上增大。換句話說，通過使用以和腐蝕對(duì)象物相同材料為主要成分的環(huán)構(gòu)成聚焦環(huán)，從而能使腐蝕對(duì)象面積實(shí)質(zhì)上增大。這樣，就能將供給圖案開口率例如為百分之幾的腐蝕對(duì)象物中的被腐蝕部分(抗蝕劑掩膜的開口部的下側(cè))的腐蝕物量，調(diào)整成與供給圖案開口率例如為百分之幾十的腐蝕對(duì)象物中的被腐蝕部分(抗蝕劑掩膜的開口部的下側(cè))的腐蝕物量大致相等。就是說，只要調(diào)整聚焦環(huán)的構(gòu)成，就能使用相同的干式蝕刻裝置，對(duì)具有各種圖案開口率的多個(gè)腐蝕對(duì)象物的每一個(gè)，進(jìn)行高精度的腐蝕。
本發(fā)明涉及的干式蝕刻方法，以具有在反應(yīng)室內(nèi)的電極上被配置成包圍腐蝕對(duì)象物的聚焦環(huán)的干式蝕刻裝置為前提，包括將腐蝕對(duì)象物安放到電極上的工序；將氣體導(dǎo)入反應(yīng)室，產(chǎn)生由該氣體組成的等離子體，使用該等離子體進(jìn)行干式蝕刻的工序；還包括在進(jìn)行干式蝕刻的工序前，按照腐蝕對(duì)象物的圖案開口率，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)的表面積的工序。
采用本發(fā)明的干式蝕刻的方法后，由于在實(shí)施干式蝕刻之際，按照腐蝕對(duì)象物的圖案開口率，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)的表面積，所以能控制等離子體中的腐蝕物的清除量。具體地說，隨著腐蝕對(duì)象物的圖案開口率(即腐蝕對(duì)象面積)的增大，將聚焦環(huán)的表面積調(diào)小，從而降低腐蝕物的清除量。反之，隨著腐蝕對(duì)象物的圖案開口率的減小，將聚焦環(huán)的表面積調(diào)大，從而增大腐蝕物的清除量。這樣，就能進(jìn)行與要形成的圖案無關(guān)、準(zhǔn)確控制尺寸偏移量、而且能獲得所需要的腐蝕形狀的干式蝕刻。
在本發(fā)明的干式蝕刻方法中，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)的表面積的工序，最好包括從預(yù)先準(zhǔn)備的具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇一個(gè)環(huán)或2個(gè)以上的環(huán)的組合，由選擇的環(huán)構(gòu)成聚焦環(huán)的的工序。
這樣，就能輕而易舉地調(diào)節(jié)聚焦環(huán)的表面積。
另外，這時(shí)，多個(gè)環(huán)最好至少含有2個(gè)將互不相同的材料作為主成分的環(huán)。
這樣，就能使聚焦環(huán)由一個(gè)(多個(gè)也行)以對(duì)腐蝕物的清除能力高的材料為主要成分的環(huán)和一個(gè)(多個(gè)也行)以對(duì)腐蝕物的清除能力低的材料為主要成分的環(huán)構(gòu)成。這樣由于能控制聚焦環(huán)上(即晶片周邊部上)的腐蝕物量的急劇變化，所以能夠?qū)τ诟g對(duì)象物的腐蝕速度、腐蝕對(duì)象物與其基底之間的選擇比或腐蝕形狀等，提高晶片面內(nèi)的均勻性。
在本發(fā)明的干式蝕刻方法中，所述氣體最好至少含有CF4、CHF3、C4F8、C5F8、C4F6及C2F6中的一種氣體。
這樣，就能在對(duì)氧化膜進(jìn)行腐蝕時(shí)(即在腐蝕對(duì)象物是氧化膜時(shí))，只要在使用以硅為主要成分的聚焦環(huán)的同時(shí)，按照氧化膜的圖案開口率，調(diào)節(jié)該聚焦環(huán)的表面積，就能控制清除氧化膜腐蝕物(例如等離子體中的氟原子團(tuán))的量。因此，就能使氧化膜上的堆積物(例如等離子體中的CxFy原子團(tuán))的量和腐蝕物量之比(例如CxFy/F比)最佳化，從而能進(jìn)行與要形成的圖案無關(guān)、準(zhǔn)確控制尺寸偏移量、而且能獲得所需要的腐蝕形狀的干式蝕刻。
采用本發(fā)明后，由于聚焦環(huán)是通過從具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇的環(huán)的組合而成，所以能夠按照腐蝕對(duì)象物的圖案開口率，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)的表面積。即在圖案開口率較大時(shí)，減小聚焦環(huán)的表面積，可以使腐蝕物的清除量減少；在圖案開口率較小時(shí)，加大聚焦環(huán)的表面積，可以使腐蝕物的清除量增大。這樣就可以進(jìn)行與要形成的圖案無關(guān)、控制尺寸偏移量、并獲得需要的腐蝕形狀的干式蝕刻。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖形。
圖2是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置的聚焦環(huán)的平面結(jié)構(gòu)的圖形。
圖3是表示專利發(fā)明人在和本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻方法相同條件下，使聚焦環(huán)的半徑變化時(shí)，對(duì)變化情況進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果的圖形。
圖4(a)是表示被腐蝕物——氧化膜被圖案化成倒錐形的情況的圖形，(b)是表示被腐蝕物——氧化膜被圖案化成垂直形狀的情況的圖形，(c)是表示被腐蝕物——氧化膜被圖案化成正錐形的情況的圖形。
圖5是表示專利發(fā)明人在和本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻方法相同條件下，對(duì)氧化膜的圖案開口率和能將氧化膜圖案化成垂直形狀的Si聚焦環(huán)半徑之間關(guān)系進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果的圖形。
圖6(a)～(c)是表示使用本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法，形成溝道的各工序的剖面圖。
圖7(a)～(c)是表示比較示例涉及的形成溝道方法的各工序的剖面圖。
圖8是表示比較示例涉及的形成溝道方法的一工序的剖面圖。
圖9是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖形。
圖10是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置的聚焦環(huán)的平面結(jié)構(gòu)的圖形。
圖11(a)是表示專利發(fā)明人對(duì)在和本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的干式蝕刻方法相同的腐蝕條件下，使用Si聚焦環(huán)時(shí)，CxFy/F比沿晶片半徑方向的分布情況進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果的圖形；(b)是表示專利發(fā)明人對(duì)在和本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的干式蝕刻方法相同的腐蝕條件下，使用由SiC環(huán)和Si環(huán)構(gòu)成的聚焦環(huán)時(shí)，CxFy/F比沿晶片半徑方向的分布情況進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果的圖形。
圖12是表示現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)的圖形。
圖13是表示現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置的聚焦環(huán)的平面結(jié)構(gòu)的圖形。
圖14(a)及(b)是為了講述使用現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置對(duì)氧化膜進(jìn)行腐蝕時(shí)存在的問題而繪制的圖形。
圖中；101-反應(yīng)室；102-下部電極；103-上部電極；104-高頻電源；105-氣體導(dǎo)入口；106-氣體排出口；107-聚焦環(huán)；107a-第1環(huán)；107b-第2環(huán)；107c-第3環(huán)；108-聚焦環(huán)；108a-第1環(huán)；108b-第2環(huán)；108c-第3環(huán)；150-被處理基板；151-氧化膜；152-抗蝕劑圖案；160-基板；161-基底膜；162氧化膜；163-抗蝕劑圖案；164-溝道；165-布線。
具體實(shí)施例方式
(第1實(shí)施方式)下面，參閱附圖，以氧化膜腐蝕為例，講述本發(fā)明的第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法。
圖1示出第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)。
正如圖1所示，被處理基板150放置在設(shè)置于反應(yīng)室101底部的下部電極102上。在反應(yīng)室101的天花板部，隔著產(chǎn)生等離子體的空間，設(shè)置著與下部電極102相對(duì)的上部電極103。在反應(yīng)室101的外側(cè)，設(shè)置著向下部電極102施加例如13.56MHz的電力的高頻電源104。另外，在反應(yīng)室101的側(cè)部，設(shè)置著氣體導(dǎo)入口105和氣體排放口106，前者旨在將工藝用氣體導(dǎo)入反應(yīng)室101內(nèi)，后者則旨在將工藝用氣體從反應(yīng)室101中排出。進(jìn)一步，在下部電極102上，還設(shè)置著由硅構(gòu)成的聚焦環(huán)(Si聚焦環(huán))107，聚焦環(huán)17包圍著被處理基板150。
此外，雖然圖中沒有示出，但在被處理基板150上，通過硅氮化膜等，形成了腐蝕對(duì)象物的硅氧化膜。
圖2示出圖1所示的聚焦環(huán)107、即本實(shí)施方式的聚焦環(huán)的平面結(jié)構(gòu)。
正如圖2所示，本實(shí)施方式的聚焦環(huán)107的特點(diǎn)是，將多個(gè)具有不同半徑的環(huán)，組合成同心圓狀后構(gòu)成。具體地說，圖2示出將寬2cm、外徑12cm的第1環(huán)107a和寬2cm、外徑14cm的第2環(huán)107b、寬2cm、外徑16cm的第3環(huán)107c毫無間隙地組合起來，從而構(gòu)成聚焦環(huán)107的情形。這時(shí)，成為聚焦環(huán)107的內(nèi)側(cè)面的第1環(huán)107a的內(nèi)側(cè)面，與成為被處理基板150的半徑為10cm的晶片的端部相接。另外，在本實(shí)施方式中，各環(huán)107a、107b、107c都以硅為主要成分。
如圖2所示，通過將3個(gè)環(huán)107a～107c組合起來，構(gòu)成寬6cm、半徑(外徑)為16cm的聚焦環(huán)107。可是，在本實(shí)施方式中，通過改變各環(huán)的組合方法，可以任意改變聚焦環(huán)107的寬度及半徑即聚焦環(huán)的表面積。例如將第1環(huán)的107a及第2環(huán)的107b的2個(gè)環(huán)組合起來，就能構(gòu)成寬4cm、半徑為14cm的聚焦環(huán)107。
此外，在本實(shí)施方式中，所謂聚焦環(huán)107的表面積，是聚焦環(huán)107在反應(yīng)室101內(nèi)的等離子體中露出來的部分的面積，它相當(dāng)于圍住被處理基板(晶片)150的聚焦環(huán)107的上面及外側(cè)面的面積。
使用圖1所示的本實(shí)施方式的干式蝕刻裝置，對(duì)氧化膜進(jìn)行干式蝕刻的方法的具體內(nèi)容如下首先，從氣體導(dǎo)入口105將C4F8、C5F8或CF4等氟代烴氣體(反應(yīng)性氣體)、Ar氣及氧氣，供送到反應(yīng)室101內(nèi)，產(chǎn)生由這些氣體形成的等離子體。使用該等離子體，對(duì)被處理基板105上的氧化膜進(jìn)行腐蝕加工。這時(shí)的具體的腐蝕條件是，例如C4F8流量為10ml/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))、O2流量為5ml/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))、Ar流量為400ml/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))、腔內(nèi)壓力為7Pa、等離子體發(fā)生用RF電力為1500W、基板溫度為20℃。
在所述等離子體中，導(dǎo)入反應(yīng)室內(nèi)的氣體被分解，產(chǎn)生成為堆積物的CxFy原子團(tuán)(氟代烴原子團(tuán))和成為腐蝕物的F原子團(tuán)(氟原子團(tuán))。該氟原子團(tuán)與聚焦環(huán)107中所含的硅反應(yīng)后被清除，所以等離子體中的氟原子團(tuán)實(shí)質(zhì)上減少。在這里，由于氟原子團(tuán)的減少取決于聚焦環(huán)107和氟原子團(tuán)的反應(yīng)，所以，氟原子團(tuán)的減少量與聚焦環(huán)107的表面積成正比。這樣，堆積物量和腐蝕物量之比(CxFy/F比)也與聚焦環(huán)107的表面積成正比。
另一方面，在本實(shí)施方式中，如前所述，通過改變多個(gè)環(huán)的組合方式，改變聚焦環(huán)107的半徑(外徑)，從而能使聚焦環(huán)107的表面積變化，因此也能使等離子體中的CxFy/F比變化。
圖3示出對(duì)在和本實(shí)施方式相同的腐蝕條件下，改變Si聚焦環(huán)的半徑時(shí)CxFy/F比的變化情況進(jìn)行調(diào)查后的結(jié)果。在圖3中，橫軸表示聚焦環(huán)的半徑(外徑)，縱軸表示CxFy/F比。另外，圖3所示的CxFy/F比，是在腐蝕對(duì)象物——氧化膜的圖案開口率為80％時(shí)，在被處理基板——半徑10cm的晶片的中心部上得到的值。此外，被處理基板是半徑為10cm的晶片時(shí)，聚焦環(huán)的半徑通常比10cm大。
正如圖3所示，隨著Si聚焦環(huán)的半徑的增大，氟原子團(tuán)的清除量也增大，所以CxFy/F比變大。在這里，半徑為12cm的Si聚焦環(huán)，例如可以只用本實(shí)施方式的第1環(huán)107a構(gòu)成。另外，半徑為14cm的Si聚焦環(huán)，例如可以由本實(shí)施方式的第1環(huán)107a和第2環(huán)107b組合而成。進(jìn)而，半徑為16cm的Si聚焦環(huán)，例如可以由本實(shí)施方式的第1環(huán)107a、第2環(huán)107b和第3環(huán)107c組合而成。
另外，圖3還示出圖案開口率為80％的那樣，將氧化膜圖案化成線狀時(shí)，Si聚焦環(huán)的半徑和氧化膜腐蝕形狀的關(guān)系。正如圖3所示，隨著聚焦環(huán)半徑的增大，由氧化膜構(gòu)成的線狀圖案的腐蝕形狀，由倒錐形狀，經(jīng)過垂直形狀，變化成正錐形狀。這是隨著聚焦環(huán)半徑的增大，充當(dāng)氧化膜的腐蝕物的氟原子團(tuán)逐漸減少而出現(xiàn)的現(xiàn)象。就是說，氧化膜的腐蝕形狀，隨著Si聚焦環(huán)的半徑而變，在與本實(shí)施方式相同的腐蝕條件下，如圖3所示，Si聚焦環(huán)的半徑從12cm到14cm時(shí)，可以獲得良好的腐蝕形狀——垂直形狀。
此外，圖4(a)示出將抗蝕劑圖案152作為掩膜，對(duì)被處理基板150上的氧化膜151進(jìn)行干式蝕刻時(shí)，氧化膜151被圖案化成倒錐形狀的樣子；圖4(b)示出在相同的情況下，氧化膜151被圖案化成垂直形狀的樣子；圖4(c)示出在相同的情況下，氧化膜151被圖案化成正錐形狀的樣子。
圖5示出對(duì)腐蝕對(duì)象物——氧化膜的圖案開口率和能使氧化膜的腐蝕形狀成為垂直形狀的Si聚焦環(huán)半徑之間的關(guān)系進(jìn)行研究的結(jié)果。在圖5中，橫軸表示圖案開口率，縱軸表示聚焦環(huán)半徑(外徑)。另外，圖5所示的結(jié)果，是在與本實(shí)施方式相同的腐蝕條件下獲得的。
正如圖5所示，為了使氧化膜的腐蝕形狀成為垂直形狀，需要隨著圖案開口率的增大，減小聚焦環(huán)的半徑。其理由如下在圖案開口率增大后，即在氧化膜中的腐蝕對(duì)象面積增大后，腐蝕時(shí)就需要更多的腐蝕物(氟原子團(tuán))，所以為了抑制氟原子團(tuán)的清除量，就必須減小Si聚焦環(huán)的半徑。反之，在圖案開口率減小后，即在氧化膜中的腐蝕對(duì)象面積減小后，腐蝕時(shí)需要的氟原子團(tuán)就要變少，所以為了增大氟原子團(tuán)的清除量，就必須增加聚焦環(huán)的半徑。
如前所述，在本實(shí)施方式中，可以通過多個(gè)環(huán)的組合，將聚焦環(huán)107的半徑(外徑)設(shè)定成適當(dāng)?shù)闹?。例如聚焦環(huán)107只由具有最小半徑的第1環(huán)107a構(gòu)成時(shí)，由于聚焦環(huán)107的表面積變小，所以氟原子團(tuán)的清除量(減小量)變小，CxFy/F比變小，因而構(gòu)成適應(yīng)于高圖案開口率的結(jié)構(gòu)。另一方面，聚焦環(huán)107由3個(gè)環(huán)107a～107c組合而成時(shí)，由于聚焦環(huán)107的表面積變大，所以氟原子團(tuán)的清除量(減小量)變多，CxFy/F比變大，因而構(gòu)成適應(yīng)于低圖案開口率的結(jié)構(gòu)。
綜上所述，采用第1實(shí)施方式后，可以通過從具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇的環(huán)組合成聚焦環(huán)107，使組合而成的聚焦環(huán)107具有與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)的表面積。因此，能夠按照腐蝕對(duì)象物的圖案開口率，輕而易舉地調(diào)節(jié)聚焦環(huán)107的半徑及表面積。具體地說，只要按照腐蝕對(duì)象物——氧化膜的圖案開口率，通過改變以硅為主要成分的環(huán)的組合方法，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)107的表面積，就能控制清除氧化膜的腐蝕物——氟原子團(tuán)的量。所以能將氧化膜上的堆積物(氫代烴原子團(tuán))量和腐蝕量之比(即CxFy/F比)調(diào)整成最佳狀態(tài)，所以能夠與要形成的圖案無關(guān)，一面控制氧化膜腐蝕中的尺寸偏移量，一面實(shí)現(xiàn)所需的腐蝕形狀。
另外，采用第1實(shí)施方式后，在氧化膜的開口率超過80％時(shí)，也能減小聚焦環(huán)107的半徑，抑制氟原子團(tuán)的清除量，降低CxFy/F比，從而能實(shí)現(xiàn)需要的形狀——垂直形狀。例如，從圖3及圖5所示的結(jié)果可知在氧化膜的圖案開口率是80％時(shí)，使用與本實(shí)施方式相同的條件，從圖2所示的聚焦環(huán)107中拆去第3環(huán)107c后，就能獲得良好的腐蝕形狀。換言之，通過使用由第1及第2環(huán)107a及107b組合而成的半徑為14cm的聚焦環(huán)107，就能獲得良好的腐蝕形狀。
此外，在第1實(shí)施方式中，通過改變半徑為12cm、14cm、16cm等3種環(huán)的組合方法，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)107的表面積。可是，在第1實(shí)施方式中，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)107的表面積使用的環(huán)的個(gè)數(shù)及各環(huán)的半徑?jīng)]有特別的限定。但是，構(gòu)成聚焦環(huán)107的各環(huán)，在互相毫無間隙地組合的同時(shí)，這樣構(gòu)成的聚焦環(huán)107，在其中心部還應(yīng)當(dāng)具有與晶片(被處理基板150)的口徑對(duì)應(yīng)的開口部。換言之，在各環(huán)相互組合，使具有小半徑的環(huán)的外側(cè)面和具有大半徑的環(huán)的內(nèi)側(cè)面相接的同時(shí)，還要將聚焦環(huán)107安裝在下部電極上，使聚焦環(huán)107的內(nèi)側(cè)面與被處理基板150的端部相接。另外，在第1實(shí)施方式中，聚焦環(huán)107也可以由與氧化膜的圖案開口率對(duì)應(yīng)的、具有最適當(dāng)?shù)陌霃降膯我坏沫h(huán)構(gòu)成。
另外，在第1實(shí)施方式中，為了控制在氧化膜腐蝕中的等離子體中的腐蝕物(氟原子團(tuán))的清除量，作為構(gòu)成聚焦環(huán)107的各環(huán)的主要成分，使用了硅。但毫無疑問，腐蝕對(duì)象物是氧化膜以外的物質(zhì)時(shí)，作為構(gòu)成聚焦環(huán)的各環(huán)的主要成分，使用能控制該腐蝕對(duì)象物的腐蝕物的清除量的適當(dāng)?shù)牟牧希材塬@得和本實(shí)施方式相同的效果。
另外，在第1實(shí)施方式中，作為氧化膜腐蝕物的反應(yīng)性氣體(產(chǎn)生等離子體的氣體)，使用了C4F8。但在第1實(shí)施方式中，產(chǎn)生等離子體的氣體的種類，并沒有特別限定，作為產(chǎn)生等離子體的氣體，只要是至少包含例如CF4、CHF3、C4F8、C5F8、C4F6及C2F6中的一個(gè)就行。
另外，在第1實(shí)施方式中，將聚焦環(huán)107設(shè)置在具有下部電極102和上部電極103的干式蝕刻裝置中的下部電極102上，包圍著被處理基板150。但成為本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象的干式蝕刻裝置的型式，并沒有特別限定。具體地說，將本發(fā)明的聚焦環(huán)設(shè)置在ECR(electron cyclptron resonance)及ICP(inductvely coupled plasma)型的不具有上部電極(取而代之的是天線及線圈)的干式蝕刻裝置的反應(yīng)室中的電極上，包圍著腐蝕對(duì)象物，也能獲得和本實(shí)施方式相同的效果。另外，毫無疑問，無論在哪種型式的干式蝕刻裝置中，只要通過支架等支撐部，將晶片等腐蝕對(duì)象物設(shè)置在電極上就行。
另外，對(duì)第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法的應(yīng)用對(duì)象，并沒有特別限定。例如，在以形成硬掩膜及布線槽等溝道為目的的氧化膜腐蝕中應(yīng)用時(shí)，就特別有效。
圖6(a)～(c)是表示利用第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法，形成溝道(布線槽)的各工序的剖面圖。
首先，如圖6(a)所示，在例如由硅構(gòu)成的基板160上，依次形成例如由SiC膜或SiN膜構(gòu)成的基底膜161，及例如由SiO2膜構(gòu)成的氧化膜162。然后，采用眾所周知的圖刻蝕術(shù)，在氧化膜162上形成在溝道形成區(qū)域具有開口部的抗蝕劑圖案163。在這里，腐蝕對(duì)象物——氧化膜的圖案開口率是30～70％左右。
其次，如圖6(b)所示，將抗蝕刻圖案163作為掩膜，對(duì)氧化膜162進(jìn)行干式蝕刻，從而形成溝道164。這時(shí)，在使用圖1所示的本實(shí)施方式的干式蝕刻裝置的同時(shí)，還按照氧化膜162的圖案開口率，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)107(參閱圖2)的表面積。具體地說，通過改變多個(gè)環(huán)的組合方式，改變聚焦環(huán)107的半徑(外徑)。從而能按照氧化膜162的圖案開口率，控制干式蝕刻裝置的反應(yīng)室101內(nèi)發(fā)生的等離子體中的腐蝕物的清除量，所以能將氧化膜圖案化成垂直形狀。就是說，能形成沒有尺寸偏移的所需形狀的溝道。
再其次，如圖6(c)所示，去掉抗蝕劑圖案163后，采用例如電鍍法及CMP(chemical mechanical polishing)法等，將溝道164由阻擋膜及銅膜填埋，形成布線165。這時(shí)，由于溝道164具有沒有尺寸偏移的所需形狀，所以能形成具有所需的電氣特性的優(yōu)良的布線165。
(比較示例)下面，作為比較示例，參閱附圖，對(duì)采用現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法形成溝道的過程作一敘述。
圖7(a)～(c)是表示比較示例涉及的形成溝道(布線槽)的各工序的剖面圖。
首先，如圖7(a)所示，在由硅構(gòu)成的基板170上，依次形成例如由SiC膜或SiN膜構(gòu)成的基底膜171，及例如由SiO2膜構(gòu)成的氧化膜172。然后，采用眾所周知的圖刻蝕術(shù)，在氧化膜172上形成在溝道形成區(qū)域具有開口部的抗蝕劑圖案173。在這里，腐蝕對(duì)象物——氧化膜的圖案開口率是30～70％左右。
其次，如圖7(b)所示，將抗蝕刻圖案173作為掩膜，對(duì)氧化膜172進(jìn)行干式蝕刻，從而形成溝道174?？墒?，由于這時(shí)使用例如圖12所示的現(xiàn)有技術(shù)的干式蝕刻裝置即具有以形成腐蝕對(duì)象物的氧化膜的圖案開口率是百分之幾左右的接觸孔為前提的聚焦環(huán)17(參閱圖13)的干式蝕刻裝置，所以氧化膜172的腐蝕形狀不能成為所需的垂直形狀，而是成為倒錐形。具體地說，形成寬度越靠近底部越窄的溝道174。
再其次，如圖7(c)所示，去掉抗蝕劑圖案173后，采用例如電鍍法及CMP法等，將溝道174由阻擋膜及銅膜填埋，形成布線175。可是，由于溝道174的形狀不良，所以布線175的形狀也不能成為所需的形狀，所以布線175的電氣特性劣化，例如布線175的電阻增大。
此外，在圖7(b)所示的腐蝕工序中，采用使導(dǎo)入反應(yīng)室內(nèi)的工藝氣體(例如C4F8或CHF3等的反應(yīng)性氣體和Ar氣體和O2氣體的混合氣體)中的O2氣體流量增大，或?qū)⒎磻?yīng)室內(nèi)真空化，或增加等離子體產(chǎn)生用RF電力(即腐蝕物的離子化能量)等方法，可以使氧化膜172圖案化成垂直形狀。但這時(shí)，氧化膜172和基底膜171(由SiC膜或SiN膜等構(gòu)成的腐蝕限制器)之間的選擇比下降，產(chǎn)生如圖8所示的被腐蝕到基底膜及基板的表面部的另一個(gè)問題。為了解決這個(gè)問題而將基底膜171厚膜化時(shí)，由于基底膜171的介電常數(shù)是5～7左右，所以又要產(chǎn)生使絕緣膜整體的實(shí)效介電常數(shù)增大這一新問題。這個(gè)問題在使用介電常數(shù)在3以下的低介電常數(shù)膜取代氧化膜172時(shí)，尤其顯著。
(第2實(shí)施方式)下面，參閱附圖，以氧化膜腐蝕為例，對(duì)本發(fā)明的第2實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法做一敘述。
圖9示出第2實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置的簡(jiǎn)要結(jié)構(gòu)。此外，在圖9中，對(duì)與第1實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置相同的部件，賦予相同的符號(hào)，并不再贅述。
第2實(shí)施方式與第1實(shí)施方式的不同之處是配置在下部電極上、包圍著被處理基板150的聚焦環(huán)108的結(jié)構(gòu)。
此外，雖然圖中未示出，在本實(shí)施方式中，也通過例如硅氮化膜等，在被處理基板150上形成腐蝕對(duì)象物——硅氧化膜。
圖10示出圖9所示的聚焦環(huán)108即本實(shí)施方式的聚焦環(huán)的平面結(jié)構(gòu)。
正如圖10所示，本實(shí)施方式的聚焦環(huán)108，和第1實(shí)施方式一樣，由具有不同半徑的多個(gè)環(huán)組成同心圓狀后構(gòu)成。具體地說，圖10示出將寬2cm、外徑12cm的第1環(huán)108a和寬2cm、外徑14cm的第2環(huán)108b、寬2cm、外徑16cm的第3環(huán)108c毫無間隙地組合起來，從而構(gòu)成聚焦環(huán)108的情形。這時(shí)，成為聚焦環(huán)108的內(nèi)側(cè)面的第1環(huán)108a的內(nèi)側(cè)面，與成為被處理基板150的半徑為10cm的晶片的端部相接。
在這里，第1及第3環(huán)108a及108c和第1實(shí)施方式一樣，以硅為主要成分，而第2環(huán)107b和第1實(shí)施方式不同，以碳化硅(SiC)為主要成分。
如圖10所示，通過將3個(gè)環(huán)108a～108c組合起來，構(gòu)成寬6cm、半徑(外徑)為16cm的聚焦環(huán)108?？墒?，在本實(shí)施方式中，通過改變各環(huán)的組合方法，可以任意改變聚焦環(huán)108的寬度及半徑即聚焦環(huán)108的表面積。例如將第1環(huán)的108a及第2環(huán)的108b的2個(gè)環(huán)組合起來，就能構(gòu)成寬4cm、半徑為14cm的聚焦環(huán)108。
此外，在本實(shí)施方式中，所謂聚焦環(huán)108的表面積，是聚焦環(huán)108在反應(yīng)室101內(nèi)的等離子體中露出來的部分的面積，它相當(dāng)于圍住被處理基板(晶片)150的聚焦環(huán)108的上面及外側(cè)面的面積。
使用圖9所示的本實(shí)施方式的干式蝕刻裝置，對(duì)氧化膜進(jìn)行干式蝕刻的方法的具體內(nèi)容如下首先，從氣體導(dǎo)入口105將C4F8、C5F8或CF4等氟代烴氣體(反應(yīng)性氣體)、Ar氣及氧氣，供送到反應(yīng)室101內(nèi)，產(chǎn)生由這些氣體形成的等離子體。使用該等離子體，對(duì)被處理基板150上的氧化膜進(jìn)行腐蝕加工。這時(shí)的具體的腐蝕條件是，例如C4F8流量為10ml/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))、O2流量為5ml/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))、Ar流量為400ml/min(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))、腔內(nèi)壓力為7Pa、等離子體發(fā)生用RF電力為1500W、基板溫度為20℃。
在所述等離子體中，導(dǎo)入反應(yīng)室101內(nèi)的氣體被離解，產(chǎn)生成為堆積物的CxFy原子團(tuán)(氟代烴原子團(tuán))和成為腐蝕物的F原子團(tuán)(氟原子團(tuán))。該氟原子團(tuán)與聚焦環(huán)108中所含的硅反應(yīng)后被清除，所以等離子體中的氟原子團(tuán)實(shí)質(zhì)上減少。在這里，由于氟原子團(tuán)的減少取決于聚焦環(huán)108和氟原子團(tuán)的反應(yīng)，所以，氟原子團(tuán)的減少量與聚焦環(huán)108的表面積成正比。這樣，堆積物量和腐蝕物量之比(CxFy/F比)也與聚焦環(huán)108的表面積成正比地增大。但是，關(guān)于氟原子團(tuán)與各環(huán)108a～108C的反應(yīng)性，以硅為主要成分的第1及第3環(huán)108a及108C，比以SiC為主要成分的第2環(huán)108b大。
另一方面，在本實(shí)施方式中，如前所述，通過改變多個(gè)環(huán)的組合方式，改變聚焦環(huán)108的半徑(外徑)，從而能使聚焦環(huán)108的表面積變化，因此也能使等離子體中的CxFy/F比變化。
即采用第2實(shí)施方式后，可以通過從具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇的環(huán)組合成聚焦環(huán)108，使組合而成的聚焦環(huán)108具有與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)的表面積。因此，能夠按照腐蝕對(duì)象物的圖案開口率，輕而易舉地調(diào)節(jié)聚焦環(huán)108的半徑及表面積。具體地說，只要按照腐蝕對(duì)象物——氧化膜的圖案開口率，通過改變以硅為主要成分的環(huán)的組合方法，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)108的表面積，就能控制清除氧化膜的腐蝕物——氟原子團(tuán)的量。所以能將氧化膜上的堆積物(氫代烴原子團(tuán))量和腐蝕量之比(即CxFy/F比)調(diào)整成最佳狀態(tài)，所以能夠與要形成的圖案無關(guān)，一面控制氧化膜腐蝕中的尺寸偏移量，一面實(shí)現(xiàn)所需的腐蝕形狀。
另外，采用第2實(shí)施方式后，聚焦環(huán)108以不同材料為主要成分的多個(gè)環(huán)組合而成。具體地說，聚焦環(huán)108至少具有以對(duì)氟原子團(tuán)的清除能力高的硅為主要成分的第1環(huán)108a和以對(duì)氟原子團(tuán)的清除能力低的SiC為主要成分的第1環(huán)108b。因此，能夠抑制聚焦環(huán)108上(即成為被處理基板150的晶片的周邊部位上)的氟原子團(tuán)量的急劇變化，所以可以提高氧化膜的腐蝕速度、氧化膜及其基底之間的選擇比或腐蝕形狀等在晶片面內(nèi)的均勻性。下面，對(duì)該效果加以詳述。
圖11(a)表示出對(duì)作為比較示例，在本實(shí)施方式的腐蝕條件下，使用寬10cm、半徑(外徑)為20cm的Si聚焦環(huán)時(shí)，CxFy/F比沿晶片方向的分布狀況進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果。另外，圖11(b)表示出在本實(shí)施方式的腐蝕條件下，使用由寬5cm、半徑(外徑)為15cm的SiC環(huán)和寬5cm、半徑(外徑)為20cm的Si環(huán)構(gòu)成聚焦環(huán)(本實(shí)施方式的聚焦環(huán)的變形示例)時(shí)，CxFy/F比沿晶片方向的分布狀況進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果。此外，圖11(a)及(b)所示的CxFy/F比，都是在距晶片(半導(dǎo)體基板)表面3cm的上側(cè)的點(diǎn)測(cè)量的數(shù)據(jù)。
正如圖11(a)所示，使用Si聚焦環(huán)時(shí)，由于在Si聚焦環(huán)的整個(gè)面上產(chǎn)生氟原子團(tuán)的清除，所以CxFy/F比在晶片周邊部急劇增大。為此，在晶片周邊部，氧化膜的腐蝕速度、氧化膜和其基底之間的選擇比或腐蝕形狀等，都出現(xiàn)急劇變動(dòng)。
與此不同，使用由SiC環(huán)和Si環(huán)構(gòu)成的本實(shí)施方式的聚焦環(huán)的變形示例時(shí)，SiC環(huán)和氟原子團(tuán)的反應(yīng)性，比Si環(huán)和氟原子團(tuán)的反應(yīng)性小。因此，圖11(b)所示的CxFy/F比沿晶片半徑方向的分布中，看不到圖11(a)所示在晶片周邊部的急劇增大。換言之，圖11(b)所示的CxFy/F比沿晶片半徑方向的分布，即使在周邊部位上也基本上成為均勻分布。就是說，CxFy/F比沿晶片半徑方向的分布，成為這種平坦性的分布，從而提高了氧化膜的腐蝕速度、氧化膜和其基底之間的選擇比或腐蝕形狀等在晶片面內(nèi)的均勻性。此外，圖11(b)所示的CxFy/F比沿晶片半徑方向的分布，之所以即使在SiC環(huán)上也沒有急劇降下來，而是成為平坦性的分布，是因?yàn)槭艿椒訄F(tuán)擴(kuò)散的影響。
此外，在第2實(shí)施方式中，通過改變半徑為12cm、14cm、16cm等3種環(huán)108a～108c的組合方法，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)108的表面積?？墒?，在第2實(shí)施方式中，聚焦環(huán)108以至少由2個(gè)互不相同的材料為主要成分的環(huán)組合而成為前提，調(diào)節(jié)聚焦環(huán)108的表面積使用的環(huán)的個(gè)數(shù)及各環(huán)的半徑?jīng)]有特別的限定。但是，構(gòu)成聚焦環(huán)108的各環(huán)，在互相毫無間隙地組合的同時(shí)，這樣構(gòu)成的聚焦環(huán)108，在其中心部還應(yīng)當(dāng)具有與晶片(被處理基板150)的口徑對(duì)應(yīng)的開口部。換言之，在各環(huán)相互組合，使具有小半徑的環(huán)的外側(cè)面和具有大半徑的環(huán)的內(nèi)側(cè)面相接的同時(shí)，還要將聚焦環(huán)108安裝在下部電極102上，使聚焦環(huán)108的內(nèi)側(cè)面與被處理基板150的端部相接。
另外，在第2實(shí)施方式中，作為第2環(huán)108b的主要成分，即對(duì)氟原子團(tuán)的清除能力較低的材料，使用了SiC，但使用石英(SiO2)、釩土(氧化鋁Al2O3)或氧化銥(Y2O3)等，也能獲得同樣的效果。
另外，在第2實(shí)施方式中，以氧化膜腐蝕為前提，使用至少具有以對(duì)氟原子團(tuán)清除能力高的硅為主要成分的第1環(huán)108a，和以對(duì)氟原子團(tuán)清除能力低的SiC為主要成分的第2環(huán)108b的聚焦環(huán)108。可是，毫無疑問，在腐蝕對(duì)象物為氧化膜以外的物質(zhì)時(shí)，使用至少具有以對(duì)該腐蝕對(duì)象物的腐蝕物的清除能力高的材料為主要成分的一個(gè)環(huán)，和以對(duì)該腐蝕對(duì)象物的腐蝕物的清除能力低的材料為主要成分的其它環(huán)的聚焦環(huán)，也能獲得和本另外，在第2實(shí)施方式中，構(gòu)成聚焦環(huán)108的多個(gè)環(huán)中，最好至少有一個(gè)環(huán)以和腐蝕對(duì)象物相同的材料為主要成分。這樣，例如在腐蝕氧化膜(SiO2膜)時(shí)，通過使用含有由SiO2構(gòu)成的環(huán)的聚焦環(huán)，實(shí)質(zhì)性的腐蝕對(duì)象面積(SiO2面積)，就成為氧化膜中被腐蝕部分(抗蝕劑掩膜的開口部的下側(cè))的面積和SiO2環(huán)的表面積之和。換句話說，使用與腐蝕對(duì)象物相同的材料為主要成分的環(huán)構(gòu)成聚焦環(huán)后，就可以使圖案開口率較小的腐蝕對(duì)象物中的實(shí)質(zhì)上的腐蝕對(duì)象面積增大。因此，與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率的大小無關(guān)，可以使供給腐蝕對(duì)象物中的被腐蝕部位的腐蝕物量均勻。所以可以使用同一個(gè)干式蝕刻裝置，對(duì)具有形形色色的圖案開口率的多個(gè)腐蝕對(duì)象物的每一個(gè)，進(jìn)行能獲得所需形狀的干式蝕刻。
另外，在第2實(shí)施方式中，作為氧化膜腐蝕物的反應(yīng)性氣體(產(chǎn)生等離子體的氣體)，使用了C4F8。但在第2實(shí)施方式中，產(chǎn)生等離子體的氣體的種類，并沒有特別限定，作為產(chǎn)生等離子體的氣體，只要是至少包含例如CF4、CHF3、C4F8、C5F8、C4F6及C2F6中的一個(gè)就行。
另外，在第2實(shí)施方式中，將聚焦環(huán)108設(shè)置在具有下部電極102和上部電極103的干式蝕刻裝置中的下部電極102上，包圍著被處理基板150。但成為本發(fā)明的應(yīng)用對(duì)象的干式蝕刻裝置的型式，并沒有特別限定。具體地說，將本發(fā)明的聚焦環(huán)設(shè)置在ECR及ICP型等不具有上部電極(取而代之的是具有天線及線圈)的干式蝕刻裝置的反應(yīng)室中的電極上，使其包圍著腐蝕對(duì)象物，也能獲得和本實(shí)施方式相同的效果。另外，毫無疑問，無論在哪種型式的干式蝕刻裝置中，只要通過支架等支撐部，將晶片等腐蝕對(duì)象物設(shè)置在電極上就行。
另外，對(duì)第2實(shí)施方式涉及的干式蝕刻裝置及干式蝕刻方法的應(yīng)用對(duì)象，并沒有特別限定。例如，在以形成硬掩膜及布線槽等溝道為目的的氧化膜腐蝕中應(yīng)用時(shí)，就特別有效。
本發(fā)明涉及一種干式蝕刻裝置及干式蝕刻裝置方法，將它在以形成硬掩膜及溝道為目的的氧化膜腐蝕時(shí)。特別有效。
權(quán)利要求
1.一種干式蝕刻裝置，是具有在反應(yīng)室內(nèi)的電極上被配置成包圍腐蝕對(duì)象物的聚焦環(huán)的干式蝕刻裝置，其特征在于所述聚焦環(huán)，具有與所述腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)的表面積。
2.一種干式蝕刻裝置，是具有在反應(yīng)室內(nèi)的電極上被配置成包圍腐蝕對(duì)象物的聚焦環(huán)的干式蝕刻裝置，其特征在于所述聚焦環(huán)由從預(yù)先準(zhǔn)備的具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇的一個(gè)環(huán)或2個(gè)以上的環(huán)組合而成，從而使所述聚焦環(huán)具有與所述腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)的表面積。
3.如權(quán)利要求2所述干式蝕刻裝置，其特征在于所述多個(gè)環(huán)的每一個(gè)，以硅為主要成分。
4.如權(quán)利要求2所述干式蝕刻裝置，其特征在于所述多個(gè)環(huán)至少含有2個(gè)將互不相同的材料作為主成分的環(huán)。
5.如權(quán)利要求2所述干式蝕刻裝置，其特征在于所述多個(gè)環(huán)含有以硅為主要成分的第1環(huán)，和以硅之外的其它材料為主要成分的第2環(huán)。
6.如權(quán)利要求5所述干式蝕刻裝置，其特征在于所述其它材料，至少含石英(SiO2)、碳化硅(SiC)、氧化鋁(Al2O3)及氧化銥(Y2O3)中的一個(gè)。
7.如權(quán)利要求2所述干式蝕刻裝置，其特征在于所述多個(gè)環(huán)至少含有1個(gè)以和腐蝕對(duì)象物相同的材料為主要成分的環(huán)。
8.一種干式蝕刻方法，是使用具有在反應(yīng)室內(nèi)的電極上被配置成包圍腐蝕對(duì)象物的聚焦環(huán)的干式蝕刻裝置的干式蝕刻方法，其特征在于包括將腐蝕對(duì)象物安放到電極上的工序；和將氣體導(dǎo)入反應(yīng)室，產(chǎn)生由該氣體組成的等離子體，使用該等離子體對(duì)所述腐蝕對(duì)象物進(jìn)行干式蝕刻的工序，還包括在進(jìn)行所述干式蝕刻的工序前，按照所述腐蝕對(duì)象物的圖案開口率，調(diào)節(jié)所述聚焦環(huán)的表面積的工序。
9.如權(quán)利要求8所述干式蝕刻方法，其特征在于調(diào)節(jié)所述聚焦環(huán)的表面積的工序，包括從預(yù)先準(zhǔn)備的具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇一個(gè)環(huán)或2個(gè)以上的環(huán)的組合，并由所選擇的環(huán)構(gòu)成所述聚焦環(huán)的的工序。
10.如權(quán)利要求9所述干式蝕刻方法，其特征在于所述多個(gè)環(huán)至少含有2個(gè)將互不相同的材料作為主成分的環(huán)。
11.如權(quán)利要求8所述干式蝕刻裝置方法，其特征在于所述氣體至少含有CF4、CHF3、C4F8、C5F8、C4F6及C2F6中的一種氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及能進(jìn)行與要形成的圖案無關(guān)，能夠控制尺寸偏移且獲得所需腐蝕形狀的干式蝕刻裝置及方法。在反應(yīng)室(101)內(nèi)的下部電極(102)上，配置聚焦環(huán)(107)，使其包圍被處理基板(150)。聚焦環(huán)(107)，由從預(yù)先準(zhǔn)備的具有不同半徑的多個(gè)環(huán)中選擇的環(huán)(第1～第3環(huán)(107a～107c))組合而成。從而使聚焦環(huán)(107)具有與腐蝕對(duì)象物的圖案開口率對(duì)應(yīng)的表面積。
文檔編號(hào)H01L21/311GK1534737SQ20041003178
公開日2004年10月6日 申請(qǐng)日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月27日
發(fā)明者山中通成 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社