專利名稱：等離子體蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以ArF光致抗蝕劑作為掩模利用處理氣體的等離子體對形成于被處理基板上的被蝕刻層進行蝕刻的等離子體蝕刻方法和計算機存儲介質(zhì)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，在半導(dǎo)體裝置的制造工序中，進行以光致抗蝕劑作為掩模，利用處理氣體的等離子體，對在被處理基板上形成的氮化硅層、氧化硅層等被蝕刻層進行蝕刻的等離子體蝕刻。 在上述的等離子體蝕刻中，為了應(yīng)對近年來的半導(dǎo)體裝置的電路圖案的細微化，將現(xiàn)有技術(shù)中所使用的KrF光致抗蝕劑替換為ArF光致抗蝕劑。然而，ArF光致抗蝕劑與KrF光致抗蝕劑相比，其等離子體耐性低，表面會產(chǎn)生破裂。因此，公知有下述技術(shù)，即，在使用ArF光致抗蝕劑形成接觸孔(contact hole)時，使用CF4、 CHF3、 CF3I等的處理氣體，使氣體壓力為6.66Pa(50mTorr)以下，對反射防止層進行等離子體蝕刻，由此來抑制ArF光致抗蝕劑的表面破裂(例如，參照專利文獻1)。
專利文獻1 :日本特開2006-32721號公報 如上所述，因為ArF光致抗蝕劑的等離子體耐性低，所以在現(xiàn)有技術(shù)中，需要實施降低形成接觸孔的等離子體蝕刻時的氣體壓力等的工序。 此外，本發(fā)明人通過詳細研究，明確下述問題，即，當在氮化硅層、氧化硅層等的被蝕刻層上形成含有線與間隔(line and spacer)的圖案時，若使用ArF光致抗蝕劑，則因為等離子體耐性低而會引起ArF光致抗蝕劑的表面以及側(cè)壁產(chǎn)生破裂，由此引起蝕刻后的形狀產(chǎn)生條痕(striation)、 LER(Line Edge Roughness(線邊緣的粗糙))(線邊緣(單側(cè))的波紋狀)、LWR(Line Width Roughness(線寬度的粗糙))(線寬度的偏差)等。此外，在進行這種等離子體蝕刻時，優(yōu)選對載置被處理基板的下部電極施加13.56MHz以下的頻率較低的偏置電壓來加速離子，進行各向異性高的等離子體蝕刻，但是，存在下述問題，即，若這樣施加高偏置電壓，則有可能導(dǎo)致ArF光致抗蝕劑的表面以及側(cè)面的破裂進一步增大，較大地產(chǎn)生條痕、LER、 LWR等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于提供一種等離子體蝕刻方法和計算機存儲介質(zhì)，即便在進行施加有高偏置電壓的各向異性高的等離子體蝕刻時，也能夠抑制ArF光致抗蝕劑的表面以及側(cè)壁的破裂，能夠抑制條痕、LER、 LWR的發(fā)生，精度良好地形成希望形狀的圖案。 本發(fā)明的第一方面為一種等離子體蝕刻方法，其特征在于該等離子體蝕刻方法以ArF光致抗蝕劑作為掩模，利用處理氣體的等離子體對形成于被處理基板上的被蝕刻層進行蝕刻，其中，所述被蝕刻層為氮化硅層或者氧化硅層，所述處理氣體至少含有CFJ氣體，向載置所述被處理基板的下部電極施加具有13.56MHz以下的頻率的高頻電力。 本發(fā)明第二方面的等離子體蝕刻方法，其特征在于在第一方面所述的等離子體蝕刻方法中，向所述下部電極施加的具有13.56MHz以下的頻率的高頻電力為500W以上。 本發(fā)明第三方面的等離子體蝕刻方法，其特征在于在第一方面或者第二方面所述的等離子體蝕刻方法中，所述被蝕刻層具有由線和間隔形成的蝕刻圖案，作為線的寬度與間隔的寬度之比的線寬度/間隔寬度為1/1的致密圖案和1/10以下的稀疏圖案混合存在。 本發(fā)明第四方面的等離子體蝕刻方法，其特征在于在第一方面 第三方面所述的等離子體蝕刻方法中，向所述下部電極施加具有所述13.56MHz以下的頻率的高頻電力，并且施加具有27MHz以上的頻率的第二高頻電力。 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種等離子體蝕刻方法和計算機存儲介質(zhì)，即便在進行施加有高偏置電壓的各向異性高的等離子體蝕刻時，也能夠抑制ArF光致抗蝕劑的表面以及側(cè)壁的破裂，能夠抑制條痕、LER、 LWR的發(fā)生，精度良好地形成希望形狀的圖案。


圖1是表示本發(fā)明的等離子體蝕刻方法的實施方式所涉及的半導(dǎo)體晶片的截面構(gòu)成的圖。 圖2是表示本發(fā)明實施方式所涉及的等離子體蝕刻裝置的簡要結(jié)構(gòu)的圖。 圖3是表示實施例與比較例的蝕刻率(致密部分)與偏置功率之間的關(guān)系的圖表。 圖4是表示實施例與比較例的蝕刻率(稀疏部分)與偏置功率之間的關(guān)系的圖表。 圖5是表示實施例與比較例的選擇比(致密部分以及稀疏部分)與偏置功率之間的關(guān)系的圖表。 圖6是表示實施例與比較例的偏置功率與ArF抗蝕劑的狀態(tài)的關(guān)系的顯微鏡照片。 圖7是表示使LWR的頻率低(波長長)的區(qū)域數(shù)值化來進行比較用的柱形統(tǒng)計圖。 圖8是表示使LWR的頻率高(波長短)的區(qū)域數(shù)值化來進行比較用的柱形統(tǒng)計圖。 標號說明 101 :硅基板；102 : ArF光致抗蝕劑；103 : ARC(反射防止層)層；104 : SiN層
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是放大表示本實施方式所涉及的等離子體蝕刻方法中的作為被處理基板的半導(dǎo)體晶片的截面構(gòu)造。此外，圖2表
4示的是本實施方式的等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)。首先，參照圖2對等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)進行說明。 等離子體蝕刻裝置構(gòu)成為氣體密封(氣密)，具有成為電接地電位的處理腔室l。該處理腔室1呈圓筒狀，例如由鋁等構(gòu)成。在處理腔室1內(nèi)設(shè)置有水平支撐作為被處理基板的半導(dǎo)體晶片W的載置臺2。載置臺2例如由鋁等構(gòu)成，經(jīng)由絕緣板3被支撐在導(dǎo)體的支撐臺4上。此外，在載置臺2的上方的外周設(shè)置有例如由單晶硅形成的聚焦環(huán)5。而且，以包圍載置臺2和支撐臺4的周圍的方式設(shè)置有例如由石英等構(gòu)成的圓筒狀的內(nèi)壁部件3a。 載置臺2通過第一匹配器lla與第一RF電源10a連接，此外，通過第二匹配器llb與第二RF電源10b連接。第二RF電源10b為等離子體形成用的電源，能夠從該第二 RF電源10b向載置臺2供給規(guī)定頻率(27MHz以上例如40MHz)的高頻電力。此外，第一RF電源10a為離子引入用的電源，能夠從該第一RF電源10a向載置臺2供給比從第二 RF電源10b供給的電力頻率低的、為13.56MHz以下的規(guī)定頻率(例如13.56MHz)的高頻電力。另一方面，在載置臺2的上方，以與載置臺2平行相對的方式設(shè)置有成為接地電位的噴淋頭16，載置臺2與噴淋頭16起到一對電極的作用。 在載置臺2的上面設(shè)置有用于靜電吸附半導(dǎo)體晶片W的靜電卡盤6。該靜電卡盤6構(gòu)成為在絕緣體6b的中間具有電極6a，電極6a與直流電源12連接。通過從直流電源12向電極6a施加直流電壓，利用庫侖力來吸附半導(dǎo)體晶片W。 在支撐臺4的內(nèi)部形成有冷卻介質(zhì)流路4a，冷卻介質(zhì)流路4a與冷卻介質(zhì)入口配管4b、冷卻介質(zhì)出口配管4c連接。通過使適當?shù)睦鋮s介質(zhì)例如冷卻水等在冷卻介質(zhì)流路4a中循環(huán)，能夠?qū)⒅闻_4以及載置臺2控制在規(guī)定的溫度。此外，以貫通載置臺2等的方式設(shè)置有用于向半導(dǎo)體晶片W的背面?zhèn)裙┙o氦氣等的冷熱傳遞用氣體(backside(背側(cè)氣體))的背側(cè)氣體供給配管30，背側(cè)氣體供給配管30與圖未示出的背側(cè)氣體供給源連接。通過這些結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒗渺o電卡盤6吸附保持在載置臺2的上面的半導(dǎo)體晶片W控制在規(guī)定的溫度。 上述噴淋頭16被設(shè)置在處理腔室1的頂壁部分。噴淋頭16具有主體部16a和成為電極板的上部頂板16b，通過支撐部件45被支撐在處理腔室1的上部。主體部16a由導(dǎo)電性部件例如表面經(jīng)過陽極氧化處理的鋁構(gòu)成，構(gòu)成為其下部能夠自由裝卸地支撐上部頂板16b。 在主體部16a的內(nèi)部設(shè)置有氣體擴散室16c，以位于該氣體擴散室16c的下部的方式，在主體部16a的底部設(shè)置有多個氣體流通孔16d。此外，在上部頂板16b上，以沿著厚度方向貫通該上部頂板16b的方式設(shè)置有氣體導(dǎo)入孔16e，并且該氣體導(dǎo)入孔16e與上述的氣體流通孔16d重疊。通過這種結(jié)構(gòu)，供給至氣體擴散室16c的處理氣體通過氣體流通孔16d以及氣體導(dǎo)入孔16e而呈噴淋狀分散供給在處理腔室1內(nèi)。其中，在主體部16a等上設(shè)置有用于使冷卻介質(zhì)循環(huán)的圖未示出的配管，使得能夠在等離子體蝕刻處理中將噴淋頭16冷卻在規(guī)定溫度。 在上述主體部16a形成有用于向氣體擴散室16c導(dǎo)入處理氣體的氣體導(dǎo)入口16d。該氣體導(dǎo)入口 16d與氣體供給配管15a連接，該氣體供給配管15a的另一端與用于供給蝕刻用的處理氣體(蝕刻氣體)的處理氣體供給源15連接。氣體供給配管15a從上
5游側(cè)開始順次設(shè)置有質(zhì)量流量控制器(MFC)15b以及開關(guān)閥VI 。從處理氣體供給源15經(jīng)由氣體供給配管15a向氣體擴散室16c供給作為用于等離子體蝕刻的處理氣體的例如至少含有CF3I氣體的氣體，然后，從該氣體擴散室16c經(jīng)由氣體流通孔16d和氣體導(dǎo)入孔16e向腔室1內(nèi)呈噴淋狀地分散供給這些氣體。 以從處理腔室1的側(cè)壁向著噴淋板16的高度位置的更上方延伸的方式設(shè)置有圓筒狀的接地導(dǎo)體la。該圓筒狀的接地導(dǎo)體la在其上部具有頂壁。 在處理腔室1的底部形成有排氣口 71，該排氣口 71經(jīng)由排氣管72與排氣裝置73連接。排氣裝置73具有真空泵，通過使該真空泵動作能夠?qū)⑻幚砬皇襩內(nèi)減壓至規(guī)定的真空度。另一方面，在處理腔室1的側(cè)壁設(shè)置有晶片W的搬入搬出口74，在該搬入搬出口 74上設(shè)置有用于開閉該搬入搬出口 74的門閥75。 圖中的76、 77為能夠自由裝卸的沉積屏蔽。沉積屏蔽76沿著處理腔室1的內(nèi)壁面設(shè)置，起到防止蝕刻副產(chǎn)物(沉積物)附著在處理腔室l上的作用，在該沉積屏蔽76的與半導(dǎo)體晶片W大致相同的高度位置設(shè)置有與地面DC連接的導(dǎo)電性部件(GND塊)79，由此能夠防止發(fā)生異常放電。 上述結(jié)構(gòu)的等離子體蝕刻裝置，通過控制部60總括地(一并)控制其動作。該控制部60具有CPU并且與控制等離子體蝕刻裝置的各部的工序控制器61、用戶界面62、存儲部63連接。 用戶界面62由工序管理者為了管理等離子體蝕刻裝置進行命令的輸入操作的鍵盤、可視化顯示等離子體蝕刻裝置的工作狀況的顯示器等構(gòu)成。 在存儲部63中保存有用于通過控制器61的控制實現(xiàn)由等離子體蝕刻裝置實施的各種處理的控制程序(軟件)、記錄有處理條件數(shù)據(jù)等的方案。根據(jù)需要，通過來自用戶界面62的指示等從存儲部63調(diào)出任意的方案并由控制器61實施，由此，在控制器61的控制下，進行由等離子體蝕刻裝置實施的規(guī)定處理。此外，控制程序以及處理條件數(shù)據(jù)等方案可以利用存儲在計算機可讀取存儲介質(zhì)、例如硬盤、CD、軟盤、半導(dǎo)體等中的狀態(tài)，或者也可以從其它的裝置例如通過專用線路隨時傳送進行在線(online)利用。
對利用這種結(jié)構(gòu)的等離子體蝕刻裝置，對在半導(dǎo)體晶片W上形成的氮化硅層或者氧化硅層等實施等離子體蝕刻的順序進行說明。首先，打開門閥75，利用圖未示出的搬送機械等經(jīng)由圖未示出的負載鎖定室，從搬入搬出口 74將半導(dǎo)體晶片W搬入到處理腔室1內(nèi)，并將其載置在載置臺2上。之后，使搬送機械向處理腔室l外退出，關(guān)閉門閥75。利用排氣裝置73的真空泵經(jīng)由排氣口 71對處理腔室1內(nèi)進行排氣。
在處理腔室1內(nèi)成為規(guī)定的真空度后，從處理氣體供給源15向處理腔室1內(nèi)導(dǎo)入規(guī)定的處理氣體(蝕刻氣體)，使處理腔室1內(nèi)保持在規(guī)定的壓力，例如3.99Pa(30mTorr)，在該狀態(tài)下從第二 RF電源10b向載置臺2供給例如頻率為40MHz的高頻電力。此外，從第一RF電源10a向載置臺2供給用于離子引入用的、頻率例如為13.56MHz的高頻電力。此時，從直流電源12向靜電卡盤6的電極6a施加規(guī)定的直流電壓，使半導(dǎo)體晶片W通過庫侖力而被吸附。 此時，如上所述，通過向作為下部電極的載置臺2施加高頻電力，在作為上部電極的噴淋頭16和作為下部電極的載置臺2之間形成電場。在半導(dǎo)體晶片W存在的處理空間產(chǎn)生放電，并利用由此形成的處理氣體的等離子體，對在半導(dǎo)體晶片W上形成的
6氮化硅層或者氧化硅層進行蝕刻處理。 然后，若上述的蝕刻處理結(jié)束，則停止高頻電力的供給以及處理氣體的供給，并按照與上述順序相反的順序，將半導(dǎo)體晶片W從處理腔室1內(nèi)搬出。
接著，參照圖l，對本實施方式所涉及的等離子體蝕刻方法進行說明。圖l是放大表示作為本實施方式所涉及被處理基板的半導(dǎo)體晶片W的主要構(gòu)成。如該圖所示，在直徑為300mm的硅基板101的表面形成有被圖案化成規(guī)定的線和間隔的圖案的ArF光致抗蝕劑層102(厚度例如為270nm)，在其下層，以ARC(反射防止膜)層103(厚度例如為30nm)、 SiN(氮化硅)層104(厚度例如為200nm)的順序從上層側(cè)開始順次形成有這些層。 上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶片W被收容在圖2所示的裝置的處理腔室1內(nèi)，被載置在載置臺2上，從圖l所示的狀態(tài)開始，以ArF光致抗蝕劑層102作為掩模，對ARC層103、SiN層104進行蝕刻，形成線和間隔的圖案。 作為實施例，在蝕刻氣體中使用CFJ氣體，在壓力3.99Pa(30mTorr)，高頻電力頻率40MHz(400W)/13.56MHz(500W以及IOOOW)，溫度(上部/側(cè)壁部/載置部)60/60/30°C，背側(cè)氦氣壓力(中央部/周緣部)2000/2000Pa的條件下，進行60秒的等離子體蝕刻。其中，作為線與間隔的圖案，使用混合存在有線的寬度與間隔的寬度之比(線的寬度/間隔的寬度)為1/1的致密圖案和1/10的稀疏圖案的圖案。 其結(jié)果，在頻率為13.56MHz的偏置用電力為OW的情況(參考例)下，對SiN層104的蝕刻率為0，當偏置用電力為500W的情況下以及偏置用電力為1000W的情況下的SiN的蝕刻率以及選擇比(SiN的蝕刻率/ArF抗蝕劑的蝕刻率)如下所述(偏置用電力=500W)1/1的致密圖案部分蝕亥lj率115nm/min選擇比=1.921/10的稀疏圖案部分蝕刻率=89nm/min選擇比=1.39(偏置用電力=1000W)1/1的致密圖案部分蝕刻率=200nm/min選擇比=1.821/10的稀疏圖案部分蝕刻率=175nm/min選擇比=1.75作為比較例，對在上述實施例中的蝕刻氣體作為CF4氣體的情況以及使用CHF3
的情況，其它條件與上述實施例和參考例相同來進行蝕刻。這些實施例、比較例和參考
例的結(jié)果示于圖3 圖5的圖表中。圖3表示的是1/1的致密圖案部分的SiN的蝕刻率與偏置用電力(偏置功率)的關(guān)系，圖4表示的是1/10的稀疏圖案部分的SiN的蝕刻率與偏置用電力(偏置功率)的關(guān)系，圖5表示的是致密和稀疏圖案部分的選擇比和偏置用電壓(偏置功率)的關(guān)系。如這些圖表所示，在蝕刻氣體中使用CFJ氣體，施加偏置用電 力(本實施例中頻率為13.56MHz)的實施例時，無論在致密圖案的部分中還是在稀疏圖案 的部分中，均得到與使用CF4氣體的情況相同的蝕刻率，并且，選擇比比任意的比較例 的情況均高。其中，如圖3 圖5的圖表所示，當偏置用電力(偏置功率)為OW時蝕刻 率為0。因此，偏置用電力(偏置功率)優(yōu)選為某一高程度，優(yōu)選為500W以上。進一 步，偏置用電力(偏置功率)優(yōu)選為IOOOW左右以上。 此外，圖6為表示上述實施例、比較例和參考例中的蝕刻后的ArF抗蝕劑的模樣 的、利用SEM觀測的放大照片。其中，在圖6中，上層表示使用CFJ氣體的情況，中 層表示使用CF4氣體的情況，下層表示使用CHF3氣體的情況，表示從左側(cè)依次為0W、 500W、 IOOOW的情況。如該圖6所示，確認在蝕刻氣體中使用CF3l氣體的實施例中， 即便施加500W、 1000W的偏置用電力，與比較例的情況相比也能夠抑制ArF光致抗蝕劑 的表面以及側(cè)壁的破裂，能夠抑制條痕、LER、 LWR的發(fā)生。 圖7、圖8是根據(jù)上述SEM的放大照片使LWR數(shù)值化從而以柱形圖表表示的 圖。對于該數(shù)值化，根據(jù)SEM照片檢測出ArF抗蝕劑的線的邊緣(根據(jù)2次電子的線輪 廓推定)，沿著線等間隔地測定線寬，對得到的數(shù)值進行傅立葉變換，對每頻率區(qū)域進行 比較。其中，線寬的測定，對于圖6所示的沿上下方向的640nm的測定長度，以規(guī)定間 隔2.5nm進行256點測定。此時，利用SEMI的推薦測定條件為，測定長度為2000nm， 測定間隔為10nm，測定數(shù)為200點，為了詳細解析高頻成分，按照上述條件進行測定。
圖7表示的是頻率低(波長長)的區(qū)域的結(jié)果，圖8是表示頻率高(波長短)的 區(qū)域的結(jié)果。此外，在各柱形圖示中，左側(cè)為使用CF4氣體的情況，中央為使用CH&氣 體的情況，右側(cè)為使用CFJ氣體的情況。如這些圖表所示，在使用CFJ氣體的情況下， 低頻區(qū)域的LWR為與使用CF4氣體的情況相同的程度，高頻區(qū)域的LWR與使用CF4氣 體的情況以及使用CH&氣體的情況相比，明確進一步被抑制。 其中，在上述實施例中，對氮化硅層(SiN)的蝕刻進行了說明，但是也能夠同樣 適用于氧化硅層(SiO》的情況。此外，在上述實施例中，作為蝕刻氣體對使用CFJ氣 體的單氣體的情況進行說明，但是也可以使用其它氣體與CF3I氣體的混合氣體的情況， 相對于PFC氣體的全部氣體流量，以至少為1/3以上的CF3I氣體流量的方式添加CF3I氣 體，例如，若使CHF3氣體/CF4氣體/CFJ氣體二 120/120/120sccm，則能夠確認表現(xiàn)出能 夠抑制條痕、LER、 LWR的發(fā)生的顯著效果。 在以上的說明中，根據(jù)本實施方式，即便在進行施加有高偏置電壓的各向異性 高的等離子體蝕刻時，也能夠抑制ArF光致抗蝕劑的表面以及側(cè)壁的破裂，能夠抑制條 痕、LER、 LWR的發(fā)生，精度良好地形成希望形狀的圖案。其中，本發(fā)明并不局限于 上述實施方式以及實施例，可以進行各種變形。例如，等離子體蝕刻裝置并不局限于圖 2所示的平行平板型的下部兩頻率施加型，也可以使用上下兩頻率施加型的等離子體蝕刻 裝置、下部1頻率施加型的等離子體蝕刻裝置等其它的各種等離子體蝕刻裝置。
權(quán)利要求
一種等離子體蝕刻方法，其特征在于該等離子體蝕刻方法以ArF光致抗蝕劑作為掩模，利用處理氣體的等離子體對形成于被處理基板上的被蝕刻層進行蝕刻，其中，所述被蝕刻層為氮化硅層或者氧化硅層，所述處理氣體至少含有CF3I氣體，向載置所述被處理基板的下部電極施加具有13.56MHz以下的頻率的高頻電力。
2. 如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 向所述下部電極施加的具有13.56MHz以下的頻率的高頻電力為500W以上。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于所述被蝕刻層具有由線和間隔形成的蝕刻圖案，作為線的寬度與間隔的寬度之比的 線的寬度/間隔的寬度為1/1的致密圖案和1/10以下的稀疏圖案混合存在。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于向所述下部電極施加具有所述13.56MHz以下的頻率的高頻電力，并且施加具有 27MHz以上的頻率的第二高頻電力。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體蝕刻方法，能夠在進行施加有高偏置電壓的各向異性高的等離子體蝕刻時，抑制ArF光致抗蝕劑的表面以及側(cè)壁的破裂，能夠抑制條痕、LER、LWR的發(fā)生，精度良好地形成希望形狀的圖案，以ArF光致抗蝕劑層(102)作為掩模利用處理氣體的等離子體對形成于被處理基板上的SiN層(104)或者氧化硅層進行蝕刻，處理氣體至少含有CF3I氣體，向載置被處理基板的下部電極施加具有13.56MHz以下的頻率的高頻電力。
文檔編號H01L21/3065GK101692423SQ200910008930
公開日2010年4月7日 申請日期2009年2月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月12日
發(fā)明者本田昌伸, 松山昇一郎 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社