專利名稱：等離子體蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用等離子體對(duì)被處理基板實(shí)施干式蝕刻加工的等離 子體蝕刻方法和計(jì)算機(jī)能夠讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件或FPD (Flat Panel Display:平板顯示器)的制造工 藝中使用的蝕刻是，將利用平板印刷技術(shù)形成的抗蝕劑圖案作為掩模， 將被處理基板(半導(dǎo)體晶片、玻璃基板等)的表面的膜加工為期望的 電路圖案。在現(xiàn)有技術(shù)中，在單片式的蝕刻中，大多使用電容耦合型 的等離子體蝕刻裝置。
一般地，電容耦合型的等離子體蝕刻裝置，在構(gòu)成為真空腔室的 處理容器內(nèi)平行地配置有上部電極和下部電極，在下部電極之上載置 被處理基板，在兩電極間施加高頻。這樣，在兩電極間通過(guò)高頻電場(chǎng) 被加速的電子、從電極釋放出的電子、或者被加熱的電子與處理氣體 的分子發(fā)生電離沖撞，生成處理氣體的等離子體，通過(guò)等離子體中的 自由基、離子對(duì)基板表面實(shí)施期望的精細(xì)加工例如蝕刻加工。
在等離子體蝕刻中所要求的蝕刻加工的形狀、尺寸精度與半導(dǎo)體 元件的精細(xì)化相配合而變得越來(lái)越嚴(yán)格。在現(xiàn)有技術(shù)中，在蝕刻工藝 中在蝕刻的同時(shí)在圖案和抗蝕劑的側(cè)壁堆積或者形成的膜(deposition:
沉積)作為所謂的側(cè)壁保護(hù)膜在蝕刻截面形狀的控制中被利用。當(dāng)使 沉積的速率較高時(shí)，圖案?jìng)?cè)壁被保護(hù)不受中性的反應(yīng)活性種、離子沖 擊的影響，難以產(chǎn)生底切(under cut)、弧狀彎曲形狀(bowing shape)。 可是，當(dāng)沉積速率過(guò)大時(shí)，蝕刻速率降低，錐形(taper:逐漸變細(xì)的 錐狀)的頂部過(guò)細(xì)、和蝕刻反應(yīng)停止的原因，而且，如果蝕刻時(shí)間延 長(zhǎng)則抗蝕劑的后退或者膜減損變大，結(jié)果尺寸精度降低。
因此，為了防止不希望的弧狀彎曲形狀或者錐形的產(chǎn)生，提高各 向異性加工的精度，需要巧妙地協(xié)調(diào)蝕刻優(yōu)先的工藝和沉積優(yōu)先的工藝。為此，在現(xiàn)有技術(shù)中，采用根據(jù)蝕刻氣體的化學(xué)性質(zhì)將一次的連 續(xù)的蝕刻工藝分割為多個(gè)步驟，將對(duì)腔室內(nèi)供給促進(jìn)蝕刻的蝕刻劑氣 體的蝕刻優(yōu)先的步驟、和對(duì)腔室內(nèi)供給促進(jìn)沉積的蝕刻劑氣體的沉積 優(yōu)先的步驟按時(shí)間序列組合的多步驟的方法。
但是，如上所述在多個(gè)步驟切換蝕刻氣體的現(xiàn)有技術(shù)的多步驟法 需要多個(gè)氣體供給源，因此蝕刻裝置規(guī)模變大，而且，蝕刻促進(jìn)工藝 和沉積促進(jìn)工藝之間的過(guò)渡在步驟上是不連續(xù)地進(jìn)行的，因此，容易 在圖案?jìng)?cè)壁產(chǎn)生臺(tái)階，難以任意且精細(xì)地控制蝕刻形狀。
專利文獻(xiàn)1日本特表平7 — 503815

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題而完成，其目的是提供使用電容 耦合型的等離子體蝕刻裝置能夠任意且精細(xì)地控制蝕刻形狀的等離子 體蝕刻方法和計(jì)算機(jī)能夠讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)。
為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第一觀點(diǎn)提供一種等離子體蝕刻方 法，其在能夠抽真空的處理容器內(nèi)隔開規(guī)定的間隔平行地配置第一電 極和第二電極，與上述第一電極相對(duì)地由第二電極支承被處理基板， 將上述處理容器內(nèi)真空排氣至規(guī)定的壓力，向上述第一電極與上述第 二電極之間的處理空間供給期望的蝕刻氣體，向上述第一電極或者第 二電極施加第一高頻，在上述處理空間生成上述蝕刻氣體的等離子體， 在上述等離子體下蝕刻上述基板的表面的被加工膜，該等離子體蝕刻
方法的特征在于在蝕刻處理中，對(duì)在上述處理容器內(nèi)離開上述基板 的位置與上述等離子體中的反應(yīng)種進(jìn)行反應(yīng)而被蝕刻的規(guī)定的部件施 加直流電壓，在至少將與上述蝕刻氣體相關(guān)的工藝參數(shù)保持一定的規(guī) 定的蝕刻工藝中，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間一電壓函數(shù)使上述直流電壓在 時(shí)間軸上可變，使得對(duì)于上述被加工膜能夠獲得期望的蝕刻特性。
在蝕刻工藝中，在處理容器內(nèi)，基板表面的被加工膜被蝕刻，另 一方面，直流施加部件的表面也被同一等離子體蝕刻，雙方都消耗等 離子體中的反應(yīng)種。在本發(fā)明中，使施加在直流施加部件上的直流電 壓根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間一電壓的函數(shù)在時(shí)間軸上時(shí)時(shí)刻刻地連續(xù)可 變，由此使直流施加部件表面的反應(yīng)種的消耗量也時(shí)時(shí)刻刻地連續(xù)可
6變，作為其的反映，對(duì)被加工膜的蝕刻特性(例如蝕刻速率)也時(shí)時(shí) 刻刻地連續(xù)可變。由此，在一個(gè)步驟的蝕刻工藝的整個(gè)過(guò)程中，能夠 在保持蝕刻氣體的種類、流量一定的狀態(tài)下，對(duì)促進(jìn)蝕刻的工藝和促 進(jìn)沉積的工藝的強(qiáng)弱關(guān)系連續(xù)地或者模擬地、且高速地進(jìn)行可變控制， 進(jìn)而能夠任意且精細(xì)地控制蝕刻形狀。
在施加在直流施加部件上的直流電壓為負(fù)極性的值且可變的情況 下，其絕對(duì)值越大，離子輔助效果越發(fā)揮作用，越為促進(jìn)直流施加部 件表面的蝕刻反應(yīng)(即反應(yīng)種的消耗)。從而，在本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè) 方式中，直流電壓為負(fù)極性的值且可變，在蝕刻工藝中，在對(duì)被加工 膜的蝕刻增速時(shí)使直流電壓的絕對(duì)值減小，在對(duì)被加工膜的蝕刻減速 時(shí)使直流電壓的絕對(duì)值增大。或者，直流電壓為負(fù)極性的值且可變， 在蝕刻工藝中，在向被加工膜的沉積增速時(shí)使直流電壓的絕對(duì)值增大， 在向被加工膜的沉積減速時(shí)使直流電壓的絕對(duì)值減小。
本發(fā)明的第二觀點(diǎn)中提供一種等離子體蝕刻方法，其在能夠抽真 空的處理容器內(nèi)隔開規(guī)定的間隔平行地配置第一電極和第二電極，與 上述第一電極相對(duì)地由第二電極支承被處理基板，將上述處理容器內(nèi) 真空排氣至規(guī)定的壓力，向上述第一電極與上述第二電極之間的處理 空間供給期望的蝕刻氣體，向上述第一電極或者第二電極施加第一高 頻，在上述處理空間生成上述蝕刻氣體的等離子體，在上述等離子體 下蝕刻上述基板表面的被加工膜，該等離子體蝕刻方法的特征在于-在蝕刻處理中，對(duì)在上述處理容器內(nèi)離開上述基板的位置與上述等離 子體中的反應(yīng)種進(jìn)行反應(yīng)而被蝕刻的規(guī)定的部件施加直流電壓，在至 少將與上述蝕刻氣體相關(guān)的工藝參數(shù)保持一定的規(guī)定的蝕刻工藝中，
根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間一占空比(duty)函數(shù)，使上述直流電壓在時(shí)間軸 上每一定周期在第一電壓值與第二電壓值之間切換，使得在上述被加 工膜獲得期望的蝕刻特性。
在本發(fā)明中，如上述第二觀點(diǎn)的方法所述，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間 一占空比的函數(shù)，在時(shí)間軸上每一定周期在第一電壓值與第二電壓值 之間切換施加在直流電壓施加部件上的直流電壓，通過(guò)采用這種方式， 也能夠在一個(gè)步驟的蝕刻工藝的整個(gè)過(guò)程中，在保持蝕刻氣體的種類、 流量一定的狀態(tài)下，對(duì)促進(jìn)蝕刻的工藝和促進(jìn)沉積的工藝的強(qiáng)弱關(guān)系實(shí)質(zhì)上連續(xù)地且高速地進(jìn)行可變控制，進(jìn)而能夠任意且精細(xì)的控制蝕 刻形狀。而且，該方式具有能夠使用定電壓的直流電源的優(yōu)點(diǎn)。
在施加在直流施加部件上的直流電壓為負(fù)極性的值且可變的情況
下，其絕對(duì)值越大，占空比(duty)越大，離子輔助效果越發(fā)揮作用， 越為促進(jìn)直流施加部件表面的蝕刻反應(yīng)(即反應(yīng)種的消耗)。從而，在 本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)方式中，第一和第二電壓值取為負(fù)極性的值，第 一電壓值的絕對(duì)值比第二電壓值的絕對(duì)值大，在蝕刻工藝中，在對(duì)被 加工膜的蝕刻增速時(shí)，使直流電壓具有第一電壓值的期間的占空比減 小，在對(duì)被加工膜的蝕刻減速時(shí)，使直流電壓具有第一電壓值的期間 的占空比增大?；蛘撸谖g刻工藝中，在向被加工膜的沉積增速時(shí)， 使直流電壓具有第一電壓值的期間的占空比增大，在向被加工膜的沉 積減速時(shí)，使直流電壓具有第一電壓值的期間的占空比減小。
在本發(fā)明中，直流電壓施加部件優(yōu)選是與基板相對(duì)的一個(gè)電極， 或者也可以是在第二電極上在基板的周圍環(huán)狀配置的聚焦環(huán)。
在本發(fā)明的優(yōu)選的一個(gè)方式中，直流電壓施加部件含有硅，蝕刻 氣體包含碳氟化合物氣體。但是，本發(fā)明也能夠適用于使用碳氟化合 物氣體以外的蝕刻劑氣體的應(yīng)用，在該情況下，由通過(guò)該蝕刻劑氣體 的反應(yīng)種被蝕刻的材質(zhì)構(gòu)成直流電壓施加部件即可。
本發(fā)明特別能夠適用于各向異性蝕刻加工。在該情況下，優(yōu)選的 是，用于向基板引入等離子體中的離子的第二高頻施加于第二電極。
此外，本發(fā)明的計(jì)算機(jī)能夠讀取的存儲(chǔ)介質(zhì)，其是存儲(chǔ)有在計(jì)算 機(jī)上工作的控制程序的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，上述控制程序在執(zhí)行時(shí)，以 進(jìn)行本發(fā)明的等離子體蝕刻方法的方式控制等離子體處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體蝕刻方法或計(jì)算機(jī)能夠讀取存儲(chǔ)介質(zhì)，利 用上述的結(jié)構(gòu)和作用，能夠使用電容耦合型的等離子體蝕刻裝置任意 且精密地控制蝕刻形狀。


圖1是表示在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體蝕刻方法中使用 的電容耦合型等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)的縱截面圖。
圖2是表示實(shí)施方式中在覆蓋層(blanket) SiOC膜的蝕刻和覆蓋
8層SiN的蝕刻中分別得到的蝕刻速率分布特性的圖。
圖3是表示在實(shí)施方式中，以對(duì)上部電極施加的直流電壓作為參 數(shù)，對(duì)碳氟化合物氣體的流量與SiOC的蝕刻速率的關(guān)系進(jìn)行圖表化而 得到的圖。
圖4是以圖表表示在現(xiàn)有方法的覆蓋層Si02膜的蝕刻中得到的 CxFy流量與蝕刻速率(E/R)的關(guān)系的圖。
圖5是以圖表表示在實(shí)施方式中得到的QFs流量與SiOC/SiN選擇 比的關(guān)系的圖。
圖6是表示在實(shí)施方式的DC可變程序中使用的時(shí)間一DC電壓的 函數(shù)的各種形式的圖。
圖7是示意性地表示理想的蝕刻形狀的一個(gè)例子的截面圖。
圖8是示意性表示將施加于上部電極的直流電壓固定為0V的情況 下得到的假定的不希望的蝕刻形狀的例子的截面圖。
圖9是表示對(duì)于圖8的一種情況能夠適用的時(shí)間一DC電壓的函數(shù) 的一個(gè)例子的圖。
圖10是表示對(duì)于圖8的另一種情況能夠適用的時(shí)間一DC電壓的 函數(shù)的一個(gè)例子的圖。
圖11是表示使實(shí)施方式中的直流電壓在時(shí)間軸上每一定周期在第 一電壓值與第二電壓值之間進(jìn)行切換的方式的波形圖。
圖12是表示實(shí)施方式的控制部的結(jié)構(gòu)例的框圖。
符號(hào)說(shuō)明
10腔室(處理容器) 12基座(下部電極) 26排氣裝置 30第一高頻電源 32第二高頻電源 38聚焦環(huán)
60上部電極(噴淋頭) 62電極板 70處理氣體供給部 74可變直流電源78直流供電線 80控制部
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。 圖1表示在本發(fā)明的等離子體蝕刻方法中使用的等離子體處理裝 置的結(jié)構(gòu)。該等離子體處理裝置，構(gòu)成為釆用下部雙頻施加方式的陰 極耦合的電容耦合型等離子體蝕刻裝置，具有例如鋁或不銹鋼等金屬 制的圓筒型腔室(處理容器)10。腔室10被安全接地。
在腔室10內(nèi)，載置作為被處理基板的例如半導(dǎo)體晶片w的圓板
狀的基座12作為下部電極被水平配置。該基座12例如由鋁構(gòu)成，被 從腔室10的底向垂直上方延伸的絕緣性的筒狀支承部14支承。在沿 著該筒狀支承部14的外周從腔室10的底向垂直上方延伸的導(dǎo)電性的 筒狀支承部(內(nèi)壁部)16與腔室10的側(cè)壁之間形成有環(huán)狀的排氣通路 18，在該排氣通路18的入口安裝有環(huán)狀的擋板(排氣環(huán))20，在排氣 通路18的底設(shè)置有排氣口 22。在排氣口 22通過(guò)排氣管24連接有排氣 裝置26。排氣裝置26具有渦輪分子泵等真空泵，能夠?qū)⑶皇?0內(nèi)的 處理空間減壓至期望的真空度。在腔室10的側(cè)壁上安裝有開關(guān)半導(dǎo)體 晶片W的搬入搬出口的閘閥28。
第一和第二高頻電源30、 32通過(guò)匹配單元34和供電棒36與基座 12電連接。在此，第一高頻電源30主要輸出用于等離子體的生成的頻 率(通常40MHz以上)的第一高頻。第二高頻電源32主要輸出用于 相對(duì)于基座12上的半導(dǎo)體晶片W的離子引入的頻率(通常為 13.56MHz以下)的第二高頻。在匹配單元34中收納有第一匹配器和 第二匹配器，上述第一匹配器用于在第一高頻電源30側(cè)的阻抗和負(fù)載 (主要是電極、等離子體、腔室)側(cè)的阻抗之間獲得匹配，上述第二 匹配器用于在第二高頻電源32側(cè)的阻抗和負(fù)載側(cè)的阻抗之間獲得匹 配。
基座12具有比半導(dǎo)體晶片W大一圈的直徑或者口徑。在基座12 之上，載置有處理對(duì)象的半導(dǎo)體晶片W，以包圍該半導(dǎo)體晶片W的方 式設(shè)置有聚焦環(huán)(修正環(huán))38。在基座12的上表面設(shè)置有晶片吸附用的靜電吸盤40。該靜電吸盤 40在膜狀或者板狀的電介質(zhì)中夾有片狀或者網(wǎng)狀的導(dǎo)電體。在腔室10 之外配置的直流電源42通過(guò)開關(guān)44和供電線46電連接在該導(dǎo)電體上。 利用從直流電源42施加的直流電壓，能夠利用庫(kù)侖力將半導(dǎo)體晶片W 吸附保持在靜電吸盤40上。
在基座12的內(nèi)部，例如設(shè)置有沿著圓周方向延伸的環(huán)狀的致冷劑 室48。從冷卻單元(未圖示)通過(guò)配管50、 52向該致冷劑室48循環(huán) 供給規(guī)定溫度的致冷劑例如冷卻水。利用致冷劑的溫度能夠控制靜電 吸盤40上的半導(dǎo)體晶片W的溫度。而且，為了進(jìn)一步提高晶片溫度 的精度，來(lái)自導(dǎo)熱氣體供給部(未圖示)的導(dǎo)熱氣體例如He氣體通過(guò) 氣體供給管54和基座12內(nèi)部的氣體通路56被供至靜電吸盤40與半 導(dǎo)體晶片W之間。
在腔室10的頂部，與基座12平行地相對(duì)地設(shè)置有兼作為上部電 極的噴淋頭60。該噴淋頭60具有與基座12相對(duì)的電極板62、和從該 電極板62的背后(上)能夠安裝拆卸地支承該電極板62的電極支承 體64，在電極支承體64的內(nèi)部設(shè)置有氣體擴(kuò)散室66，在電極支承體 64和電極板62上形成有從該氣體擴(kuò)散室66貫通到基座12側(cè)的多個(gè)氣 體噴出孔68。電極板62與基座12之間的空間成為等離子體生成空間 或者處理空間PS。在設(shè)置于氣體擴(kuò)散室66的上部的氣體導(dǎo)入口 66a 上連接有來(lái)自處理氣體供給部70的氣體供給管72。
在上部電極60中，在處理時(shí)暴露于等離子體中的電極板62的材 質(zhì)很重要。本發(fā)明中，優(yōu)選是與等離子體中的反應(yīng)種反應(yīng)而被蝕刻的 材質(zhì)，例如在將CF類的氣體即碳氟化合物氣體用作蝕刻氣體的情況 下，電極板62的材質(zhì)優(yōu)選為Si或者SiC等含Si導(dǎo)電材料。電極支承 體64例如可以由已被防蝕鋁處理的鋁構(gòu)成。在噴淋頭(上部電極)60 與腔室10之間插入有環(huán)狀的絕緣體65，噴淋頭(上部電極)60以電 浮起(floating)狀態(tài)安裝在腔室10中。
在腔室10之外設(shè)置的可變直流電源74的輸出端子，通過(guò)導(dǎo)通/斷 開切換開關(guān)76和直流供電線78電連接于上部電極60。可變直流電源 74構(gòu)成為，在控制部80的控制下例如能夠輸出值為一2000 +1000V的 可變的直流電壓VDC。在直流供電線78的中途設(shè)置的濾波電路82構(gòu)成為，將來(lái)自可變 直流電源74的直流電壓VDc直通地施加在上部電極60上，另一方面， 使從基座12通過(guò)處理空間PS和上部電極60進(jìn)入直流供電線78的高 頻向接地線流動(dòng)而不向可變直流電源74側(cè)流動(dòng)。
此外，在腔室10內(nèi)，在面對(duì)處理空間PS的適當(dāng)?shù)奈恢茫鐡?板20的上表面或者支承部件16的頂部附近或者上部電極60的半徑方 向外側(cè)，安裝有例如由Si、 SiC等導(dǎo)電性部件構(gòu)成的環(huán)狀的DC接地元 件(直流接地電極)84。該DC接地元件84通過(guò)接地線86總是被接 地。當(dāng)在等離子體蝕刻中從可變直流電源74向上部電極60施加直流 電壓Vdc吋，通過(guò)等離子體在上部電極60與DC接地元件84之間流 動(dòng)直流的電子電流。
控制部80包括微型計(jì)算機(jī)，根據(jù)存儲(chǔ)在外部存儲(chǔ)器或者內(nèi)部存儲(chǔ) 器中的軟件(程序)和方案信息，控制裝置內(nèi)的各部尤其是排氣裝置 26、高頻電源30、 32、匹配單元34、靜電吸盤用開關(guān)44、處理氣體供 給部70、可變直流電源74、導(dǎo)通/斷開切換開關(guān)76等的各個(gè)的動(dòng)作和 裝置整體的動(dòng)作(順序)。
在該等離子體蝕刻裝置中，在進(jìn)行蝕刻時(shí)，首先使閘閥28為打開 狀態(tài)，將加工對(duì)象的半導(dǎo)體晶片W搬入腔室10內(nèi)，載置在靜電吸盤 40之上。然后，從處理氣體供給部70將蝕刻氣體(一般為混合氣體) 以規(guī)定的流量導(dǎo)入腔室10內(nèi)，通過(guò)排氣裝置26將腔室10內(nèi)的壓力調(diào) 節(jié)為設(shè)定值。進(jìn)而，使第一和第二高頻電源30、 32打開(ON)，分別 以規(guī)定的功率輸出第一高頻(40MHz以上)和第二高頻(13.56MHz 以下)，這些高頻通過(guò)匹配單元34和供電棒36施加在基座12上。而 且，使開關(guān)44導(dǎo)通，通過(guò)靜電吸附力，在靜電吸盤40與半導(dǎo)體晶片 W之間的接觸界面處封入導(dǎo)熱氣體(He氣體)。從噴淋頭60噴出的蝕 刻氣體在兩電極12、 60間通過(guò)高頻放電而等離子體化，利用由該等離 子體生成的自由基、離子將半導(dǎo)體晶片W表面的被加工膜蝕刻為期望 的圖案。
該電容耦合型等離子體蝕刻裝置，通過(guò)對(duì)基座12施加40MHz以 上的適于等離子體生成的頻率較高的第一高頻，使等離子體在優(yōu)選的 離解狀態(tài)下高密度化，即使在更低壓的條件下也能夠形成高密度等離子體。與此同時(shí)，通過(guò)對(duì)基座12施加13.56MHz以下的適于離子引入 的頻率較低的第二高頻，能夠?qū)Π雽?dǎo)體晶片W的被加工膜實(shí)施選擇性 高的各向異性的蝕刻。等離子體生成用的第一高頻在無(wú)論怎樣的等離 子體工藝中都必須使用，但是離子引入用的第二高頻根據(jù)工藝也可以 不使用。
該電容耦合型等離子體蝕刻裝置，在下部雙頻施加方式中，具有 從可變直流電源74向上部電極60施加可變的直流電壓Vdc的結(jié)枸和 功能。當(dāng)在等離子體蝕刻中對(duì)上部電極60施加直流電壓VDc時(shí)，由于 直流電壓Vdc;的極性和絕對(duì)值、氣體的種類、流量、等離子體的狀態(tài) 和腔室乃至電極的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)等的相互作用，半導(dǎo)體晶片W上的蝕刻 特性受到一定的影響。
在圖2中表示，在使用該實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置進(jìn)行的覆 蓋層SiOC膜的蝕刻中，對(duì)上部電極60施加的直流電壓VDc從0V、 一 450V和一900V這三者中選擇，并且在各直流電壓值下，蝕刻氣體(混 合氣體)所包含的碳氟化合物氣體的流量M (sccm)從六種中選擇的 情況下的晶片上的蝕刻量分布特性。主要的蝕刻條件如下所述。
晶片口徑300mm
蝕刻氣體C4F8/Ar/N2=M/1000/150sccm
腔室內(nèi)的壓力50mTorr
高頻電力40MHz/2MHz=1500/0W
溫度上部電極/腔室側(cè)壁/下部電極=60/60/20°。
蝕刻時(shí)間30秒
在圖2中，在Voc二OV時(shí)，QF8流量M二17sccm附近SiOC的蝕 刻速率(E/R)變得極大，M二20sccm時(shí)E/R從極大值稍為降低。與此 相對(duì)，在Vdc二—450V吋，C4F8流量M二llsccm附近E/R變得極大， M二14sccm時(shí)E/R從極大值降低很多。在VDC=—900V時(shí)，仍然在 C4F8流量M= 1 lsccm附近E/R變得極大，M= 14sccm時(shí)E/R從極大值 更加顯著地降低。
基于圖2的數(shù)據(jù)，對(duì)于Vrx^OV、 一450V、 一900V的各個(gè)情況， 將QF8的流量與SiOC的E/R (平均值)的關(guān)系圖表化，如圖3所示。 根據(jù)圖3的圖表，在C4F8的流量二14sccm 18sccm的區(qū)域中，E/R在VDC = OV時(shí)為300 360nm/min、在VDC=—450V時(shí)為200 240 nm/min、在Voc二一卯OV時(shí)為130 150nm/min，可知根據(jù)Voc的值的 不同SiOC的E/R有很大不同。換一個(gè)角度說(shuō)，可知在該流量區(qū)域中通 過(guò)將VDc作為參數(shù)，SiOC的E/R能夠以較大的變化率動(dòng)態(tài)可變。
而且，在覆蓋層Si02膜的蝕刻中，不對(duì)上部電極60施加直流電壓 VDC，使用該實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置，將蝕刻氣體中包含的碳氟 化合物氣體CxFy的種類從1，3-C4F6、 c-C5F8、 c-C4F8、 1,3-(:^8這4種中 選擇的情況下的CxFy流量與Si02的蝕刻速率(E/R)的關(guān)系在圖4中 以圖表進(jìn)行表示。
根據(jù)圖4的圖表可知，QJFy流量二30sccm附近時(shí)，依據(jù)碳氟化合 物氣體CxFy的種類的不同E/R有大幅的不同。即可知，根據(jù)作為碳氟 化合物氣體CxFy使用蝕刻性較強(qiáng)的C4F8還是使用沉積性較強(qiáng)的C5F8、 QF6的不同，E/R會(huì)有數(shù)倍的不同?，F(xiàn)有技術(shù)的多步驟法，正是利用該 性質(zhì)，將使用蝕刻性較強(qiáng)的C4F8的步驟和使用沉積性較強(qiáng)的C5F8、C4F6 的步驟按時(shí)間序列進(jìn)行組合。
在此應(yīng)該關(guān)注的是，圖3的圖表與圖4的圖表非常相似。SP，為 了使E/R可變，多步驟法采用切換氣體的方法，與此相對(duì)，本發(fā)明采 用使向上部電極60施加的直流電壓VDC的值可變的方法，這兩種方法 的對(duì)照性和等價(jià)性能夠從這些圖表中讀取。
但是，等價(jià)性僅限于工藝上的作用，工藝上的效果是相對(duì)照的。 即，多步驟方法在蝕刻促進(jìn)工藝和沉積促進(jìn)工藝之間的調(diào)整是按步驟 進(jìn)行的，而且在切換時(shí)氣體的置換需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間，與此相對(duì)，本發(fā) 明通過(guò)連續(xù)地改變直流電壓VDC的值，能夠?qū)ξg刻促進(jìn)工藝和沉積促 進(jìn)工藝的強(qiáng)弱關(guān)系連續(xù)或者模擬地以任意的平衡、且高速地進(jìn)行可變 控制。
在該實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置中，通過(guò)蝕刻氣體的高頻放電， 碳氟化合物氣體CxFy進(jìn)行離解生成F原子、CF3等的反應(yīng)種。這些反 應(yīng)種與半導(dǎo)體晶片W表面的被加工膜反應(yīng)，生成揮發(fā)性的生成物(例 如SiF》，同時(shí)也生成作為沉積物的聚合膜(例如(CF2) n)。在上部電 極60的電極板62是含有Si的導(dǎo)電材料的情況下，不僅在半導(dǎo)體晶片 W表面，在電極板62表面也產(chǎn)生同樣的反應(yīng)，兩者都消耗反應(yīng)種。在
14此，當(dāng)向上部電極60施加負(fù)極性(《0V)的直流電壓VDc時(shí)，離子輔 助效果產(chǎn)生作用，促進(jìn)電極板62表面的蝕刻反應(yīng)(即反應(yīng)種的消耗)， 富含C的CFx大量產(chǎn)生，在半導(dǎo)體晶片W表面蝕刻速率降低、沉積變 強(qiáng)。負(fù)極性直流電壓Voc的絕對(duì)值I VDC I越大，電極板62表面的離 子輔助效果越大，基于上述作用，半導(dǎo)體晶片W表面的蝕刻速率的減 速和沉積的增速變強(qiáng)。
此外，在等離子體蝕刻中，不僅是蝕刻速率，圖案掩模、基底膜 的選擇性也是重要的蝕刻特性。在圖3中，將使用該實(shí)施方式的等離 子體蝕刻裝置，在與上述SiOC膜的蝕刻相同的蝕刻條件下，進(jìn)行作為 掩模材料經(jīng)常使用的SiN (覆蓋層)膜的蝕刻的實(shí)驗(yàn)所得到的E/R的數(shù) 據(jù)也以圖表進(jìn)行表示。如圖3所示，可知SiN的E/R比SiOC的E/R 顯著地低，且負(fù)極性直流電壓VDC的絕對(duì)值I VDC I越大則越低。
基于圖3的數(shù)據(jù)，對(duì)于作為碳氟化合物氣體使用的C4F8的各流量， 取得SiOC的E/R與SiN的E/R的比，得到圖5所示的SiOC/SiN的選 擇比的圖表。根據(jù)圖5的圖表可知，負(fù)極性直流電壓Voc的絕對(duì)值I VDC I越大，SiOC/SiN選擇比越高，特別是在該實(shí)施方式的DC施加方 式的適合E/R控制的C4F8流量區(qū)域9sccm中，在VDC= —450V時(shí)能夠 獲得約20的選擇比，在VDc二一900V時(shí)能夠獲得約25的選擇比。
從而，在SiOC膜的蝕刻中將SiN層用作抗蝕劑(掩模)的情況下， 通過(guò)將碳氟化合物氣體的流量選擇為適當(dāng)?shù)姆秶蛘咧?，?dāng)將負(fù)極性 直流電壓VDC的絕對(duì)值I VDC I選擇為450V以上(優(yōu)選為卯OV以上) 時(shí)，能夠獲得充分大的被蝕刻膜的蝕刻速率相對(duì)于掩模的蝕刻速率的 比(以下，稱為"掩模選擇比")。
此外，如果使負(fù)極性直流電壓VDC的絕對(duì)值I VDC I變大，使沉積 增速，則不僅是圖案?jìng)?cè)壁，在抗蝕劑表面，保護(hù)膜也有效地發(fā)揮作用， 并且抗蝕劑本身也具有變得堅(jiān)固的趨勢(shì)，這些作用也有利于掩模選擇 比的增大。這樣，在各向異性蝕刻中能夠使各向異性形狀的控制和選 擇性并存，這成為很大的優(yōu)點(diǎn)。
在該實(shí)施方式中，基于如上所述的內(nèi)容，在等離子體蝕刻裝置的 控制部80中使用的軟件中，編入有用于根據(jù)蝕刻工藝的種類、內(nèi)容、 條件時(shí)時(shí)刻刻地實(shí)時(shí)地對(duì)直流電壓VDC進(jìn)行可變控制的程序(以下，稱作"DC可變程序")。
該DC可變程序，針對(duì)每個(gè)將除直流電壓VDC以外的全部的工藝 參數(shù)(RF電力、壓力、氣體種類、氣體流量等)保持為一定的一個(gè)步 驟的蝕刻工藝進(jìn)行準(zhǔn)備即可，例如圖6所示，將從一個(gè)步驟的蝕刻工
藝的開始時(shí)間ts至結(jié)束時(shí)間te的工藝經(jīng)過(guò)時(shí)間作為橫軸，將負(fù)極性直
流電壓VDc的絕對(duì)值I VDC I作為縱軸而設(shè)定時(shí)間一DC電壓的函數(shù)。 該時(shí)間一DC電壓的函數(shù)可以根據(jù)蝕刻工藝的種類、內(nèi)容、條件，禾U用 一次函數(shù)Fa、 二次函數(shù)Fb或者指數(shù)函數(shù)Fc等任意的函數(shù)，也可以是 將不同的函數(shù)合成而得的函數(shù)。
作為典型的方法，可以將在蝕刻工藝的過(guò)程中使負(fù)極性直流電壓 Vdc;的絕對(duì)值固定為0的情況下所得到的蝕刻加工形狀與理想的加工 形狀進(jìn)行比較，以能夠消除該比較誤差的方式設(shè)定在時(shí)間軸上使負(fù)極 性直流電壓vdc的絕對(duì)值I vdc I適當(dāng)可變的函數(shù)，并在實(shí)際的應(yīng)用中 使用。
例如，如圖7所示，以在絕緣膜100上嚴(yán)格地形成垂直形狀的接 觸孔102作為理想的蝕刻加工。在該情況下，使用實(shí)施方式的等離子 體蝕刻裝置，在所給予的一個(gè)步驟的蝕刻工藝中將所需要的工藝參數(shù) 全部保持一定、將負(fù)極性直流電壓VDC的絕對(duì)值I VDC I也保持一定 (例如0V)地進(jìn)行蝕刻的情況下，能夠例如得到圖8 (A)所示的從 接觸孔102的開口部朝向底弧狀彎曲形狀逐漸擴(kuò)大的蝕刻形狀，或者 圖8 (B)所示的在接觸孔102的中間部形成局部的弧狀彎曲形狀的蝕 刻形狀。圖中，104為抗蝕劑，106為基底膜或者基底基板。
相對(duì)于圖8 (A)所示的情況，如圖9所示，能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定隨著 蝕刻工藝的時(shí)間經(jīng)過(guò)而負(fù)極性直流電壓VDC的絕對(duì)值I VDC I線形地 增大的函數(shù)，并進(jìn)行使用。
相對(duì)于圖8 (B)所示的情況，如圖10所示，能夠適當(dāng)?shù)卦O(shè)定在 蝕刻工藝經(jīng)過(guò)時(shí)間的中間負(fù)極性直流電壓VDC的絕對(duì)值I VDC I山狀 地成為極大的函數(shù)，并進(jìn)行使用。
如圖8 (A)、 (B)的情況所示，在I VDC I 二OV時(shí)，在圖案內(nèi)弧 狀彎曲形狀產(chǎn)生的位置，以使沉積工藝增速的方式使直流電壓Vdc的 絕對(duì)值I VDC I增大即可，彎曲的程度越大，使I VDC I越為增大即可。相反地，在I VDC I =0V時(shí)，想要垂直地修正成為錐形(前方較細(xì)的 錐狀)的位置時(shí)，使負(fù)極性直流電壓VDc的絕對(duì)值I VDC I減小即可。 在上述的實(shí)施方式中，在將直流電壓VDC以外的全部的工藝參數(shù)
保持為一定的一個(gè)步驟的蝕刻工藝中，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間一DC電壓
的函數(shù)在時(shí)間軸上使直流電壓VDC例如連續(xù)地可變，使得對(duì)于半導(dǎo)體
晶片w上的被加工膜能夠得到期望的蝕刻特性。
作為本發(fā)明的其他的方法，代替在時(shí)間軸上使負(fù)極性直流電壓VDC
的絕對(duì)值I vDC I例如連續(xù)地可變，如圖11所示，也能夠采用使負(fù)極 性直流電壓VDc的絕對(duì)值I VDC I在時(shí)間軸上每一定周期Ts在第一電 壓值VH和第二電壓值VL (其中Vh>Vl)之間切換的方式。在該情況 下，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間一占空比的函數(shù)使各周期Ts的占空比(100 XTH/TS)可變，使得對(duì)于半導(dǎo)體晶片W表面的被加工膜得到期望的蝕 刻特性。基本上可以看作占空比oc I VDC I ，上述的時(shí)間一占空比的函 數(shù)可以設(shè)定為與圖6、圖9、圖IO對(duì)應(yīng)的函數(shù)。在該占空比可變方式 中，作為向上部電極60施加直流電壓VDc的直流電源，能夠使用輸出 一定電壓(例如一900V)的定電壓源代替可變直流電源74。在該情況 下，第二電壓值VL可以選擇為接地電位(OV)。
此外，在本發(fā)明的一個(gè)步驟的蝕刻工藝中，至少使與蝕刻氣體相 關(guān)的參數(shù)(例如氣體種類、氣體流量等) 一定是必要條件，其它的工 藝參數(shù)(例如RF電力、壓力等)能夠在工藝的過(guò)程中適當(dāng)?shù)母淖儭?br> 此外，本發(fā)明的一個(gè)步驟的蝕刻工藝的加工對(duì)象膜并不局限于一 層膜，也能夠是多層膜(例如TEOS/SOG的二層膜)。
此外，在上述實(shí)施方式中向上部電極60施加直流電壓VDc，但為 了獲得同樣的作用效果，雖然省略了圖示，但也能夠適當(dāng)?shù)乩缦蚓?焦環(huán)38施加直流電壓VDC。在該情況下，優(yōu)選由Si或者SiC等含有 Si的導(dǎo)電部件構(gòu)成聚焦環(huán)38。
上述實(shí)施方式涉及直流電壓施加部件含有硅、蝕刻氣體包含碳氟 化合物氣體的等離子體蝕刻。但是，本發(fā)明也能夠適用在使用碳氟化 合物氣體以外的蝕刻劑氣體的應(yīng)用中，在該情況下，由通過(guò)該蝕刻劑 氣體的反應(yīng)種被蝕刻的材質(zhì)構(gòu)成直流電壓施加部件即可。
在本發(fā)明中，優(yōu)選的是，以負(fù)極性(《0V)使用直流電壓VDC，
17但根據(jù)需要，也能夠以正極性(》0V)使用直流電壓VDc。
在圖12中表示了，為了進(jìn)行上述實(shí)施方式的等離子體蝕刻方法， 進(jìn)行上述等離子體處理裝置(圖1)的各部的控制和整體的順序的控制
的控制部80的結(jié)構(gòu)例。
該結(jié)構(gòu)例的控制部80包括通過(guò)總線150被連接的處理器(CPU) 152;存儲(chǔ)器(RAM) 154;程序存儲(chǔ)裝置(HDD) 156;軟盤驅(qū)動(dòng)器 或者光盤等的盤驅(qū)動(dòng)器(DRV) 158;鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備(KEY) 160;顯示裝置(DIS) 162;網(wǎng)絡(luò)/接口 (COM) 164;和周邊接口 (I/F) 166。
處理器(CPU) 152從裝填在盤驅(qū)動(dòng)器(DRV) 158中的FD或者 光盤等存儲(chǔ)介質(zhì)168讀取所需要的程序的編碼，并存儲(chǔ)在HDD156中。 或者，也能夠從網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)/接口 164下載所需要的程序。然后，處 理器(CPU) 152從HDD156將各階段或者各情況所需要的程序的編碼 在工作存儲(chǔ)器(RAM) 154上展開，并執(zhí)行各步驟，進(jìn)行需要的運(yùn)算 處理，通過(guò)周邊接口 166控制裝置內(nèi)的各部(尤其是，排氣裝置26、 高頻電源30、 32、處理氣體供給部70、可變直流電源74、切換開關(guān) 76等)。用于實(shí)施在上述實(shí)施方式中說(shuō)明的等離子體蝕刻方法的程序全 部在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中執(zhí)行。
本發(fā)明中使用的電容耦合型等離子體蝕刻裝置，并不局限于如上 述實(shí)施方式那樣的下部雙頻施加方式，例如也能夠是向基座(下部電 極)施加單一的高頻的下部單頻施加方式，或者對(duì)上部電極施加單一 的高頻的上部單頻施加方式等。
本發(fā)明的被處理基板并不局限于半導(dǎo)體晶片，也可以是平板顯示 器用的各種基板、光掩模、CD基板、印刷電路基板等。
權(quán)利要求
1.一種等離子體蝕刻方法，其在能夠抽真空的處理容器內(nèi)隔開規(guī)定的間隔平行地配置第一電極和第二電極，與所述第一電極相對(duì)地由第二電極支承被處理基板，將所述處理容器內(nèi)真空排氣至規(guī)定的壓力，向所述第一電極與所述第二電極之間的處理空間供給期望的蝕刻氣體，向所述第一電極或第二電極施加第一高頻，在所述處理空間生成所述蝕刻氣體的等離子體，在所述等離子體下蝕刻所述基板的表面的被加工膜，該等離子體蝕刻方法的特征在于在蝕刻處理中，對(duì)在所述處理容器內(nèi)離開所述基板的位置與所述等離子體中的反應(yīng)種進(jìn)行反應(yīng)而被蝕刻的規(guī)定的部件施加直流電壓，在至少將與所述蝕刻氣體相關(guān)的工藝參數(shù)保持一定的規(guī)定的蝕刻工藝中，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間-電壓函數(shù)使所述直流電壓在時(shí)間軸上可變，使得在所述被加工膜獲得期望的蝕刻特性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于-在所述蝕刻工藝中使所述直流電壓以外的全部的工藝參數(shù)保持一定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特 征在于使所述直流電壓為負(fù)極性的值且可變，在所述蝕刻工藝中，在對(duì) 所述被加工膜的蝕刻增速時(shí)使所述直流電壓的絕對(duì)值減小，在對(duì)所述 被加工膜的蝕刻減速時(shí)使所述直流電壓的絕對(duì)值增大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特 征在于使所述直流電壓為負(fù)極性的值且可變，在所述蝕刻工藝中，在向 所述被加工膜的沉積增速時(shí)使所述直流電壓的絕對(duì)值增大，在向所述 被加工膜的沉積減速時(shí)使所述直流電壓的絕對(duì)值減小。
5. —種等離子體蝕刻方法，其在能夠抽真空的處理容器內(nèi)隔開規(guī) 定的間隔平行地配置第一電極和第二電極，與所述第一電極相對(duì)地由 第二電極支承被處理基板，將所述處理容器內(nèi)真空排氣至規(guī)定的壓力， 向所述第一電極與所述第二電極之間的處理空間供給期望的蝕刻氣 體，向所述第一電極或第二電極施加第一高頻，在所述處理空間生成 所述蝕刻氣體的等離子體，在所述等離子體下蝕刻所述基板表面的被 加工膜，該等離子體蝕刻方法的特征在于在蝕刻處理中，對(duì)在所述處理容器內(nèi)離開所述基板的位置與所述 等離子體中的反應(yīng)種進(jìn)行反應(yīng)而被蝕刻的規(guī)定的部件施加直流電壓，在至少將與所述蝕刻氣體相關(guān)的工藝參數(shù)保持一定的規(guī)定的蝕刻 工藝中，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的時(shí)間一占空比函數(shù)，使所述直流電壓在時(shí)間 軸上每一定周期在第一電壓值與第二電壓值之間切換，使得在所述被 加工膜獲得期望的蝕刻特性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 在所述蝕刻工藝中使所述直流電壓以外的全部的工藝參數(shù)保持一定。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于所述第一和第二電壓值取為負(fù)極性的值， 所述第一電壓值的絕對(duì)值比所述第二電壓值的絕對(duì)值大， 在所述蝕刻工藝中，在對(duì)所述被加工膜的蝕刻增速時(shí)，使所述直 流電壓具有所述第一電壓值的期間的占空比減小，在對(duì)所述被加工膜 的蝕刻減速時(shí)，使所述直流電壓具有所述第一電壓值的期間的占空比增大。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的等離子體蝕刻方法，其特 征在于-所述第一和第二電壓值取為負(fù)極性的值， 所述第一電壓值的絕對(duì)值比所述第二電壓值的絕對(duì)值大，在所述蝕刻工藝中，在向所述被加工膜的沉積增速時(shí)，使所述直 流電壓具有所述第一電壓值的期間的占空比增大，在向所述被加工膜 的沉積減速時(shí)，使所述直流電壓具有所述第一電壓值的期間的占空比 減小。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2、 5和6中任一項(xiàng)所述的等離子體蝕刻方法， 其特征在于所述直流電壓施加部件為所述第一電極。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、5和6中任一項(xiàng)所述的等離子體蝕刻方法， 其特征在于所述直流電壓施加部件為在所述第二電極上在所述基板的周圍環(huán) 狀配置的聚焦環(huán)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、5和6中任一項(xiàng)所述的等離子體蝕刻方法， 其特征在于所述直流電壓施加部件含有硅，所述蝕刻氣體包含碳氟化合物氣體。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1、2、5和6中任一項(xiàng)所述的等離子體蝕刻方法， 其特征在于用于向所述基板引入等離子體中的離子的第二高頻施加于所述第 二電極。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體蝕刻方法，其能夠使用電容耦合型的等離子體蝕刻裝置任意且精密地控制蝕刻形狀。在該電容耦合型等離子體蝕刻裝置中，向基座(12)分別施加來(lái)自第一和第二高頻電源(30、32)的等離子體生成用的第一高頻、離子引入用的第一高頻。從可變直流電源(74)輸出的可變的直流電壓V_DC通過(guò)導(dǎo)通/斷開切換開關(guān)(76)和濾波器(82)施加在上部電極(60)上。在控制部(80)中使用的軟件中編入有用于根據(jù)蝕刻工藝的種類、內(nèi)容、條件而對(duì)直流電壓V_DC時(shí)時(shí)刻刻地連續(xù)地進(jìn)行可變控制的程序。
文檔編號(hào)H01L21/3065GK101552186SQ200910129588
公開日2009年10月7日 申請(qǐng)日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者中山博之, 佐藤學(xué), 本田昌伸 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社