專利名稱：等離子體蝕刻方法及等離子體蝕刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子體蝕刻方法及等離子體蝕刻裝置，涉及能夠很好地適用于含硅氧化膜的等離子體蝕刻工序，特別是高深寬比接觸(HARC)蝕刻工序的等離子體蝕刻方法及等離子體蝕刻裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造工序中，例如在半導(dǎo)體晶片(以下也稱作“晶片”)或FPD基板等基板表面上形成的被蝕刻膜上，通過光刻工序形成光致抗蝕圖案，將其作為掩模進行被蝕刻膜的蝕刻。這種蝕刻中使用等離子體蝕刻裝置，所述等離子體蝕刻裝置是在配置于處理室內(nèi)的基板上形成處理氣體的等離子體，通過等離子體中的離子、游離基等活性種進行蝕刻。
近年來，伴隨半導(dǎo)體集成電路的高密度化，半導(dǎo)體器件的微型化也在發(fā)展，在蝕刻中也要求微細(xì)加工。另外，由于氧化膜等被蝕刻膜中形成的孔或槽，在高深寬比接觸(HARC) 蝕刻工序中也要求高深寬比。
形成這種深寬比大的孔或槽時，一直以來使用具有堆積性的蝕刻氣體，例如C4F8、 C4F6, C5F8等氟碳系氣體作為處理氣體。利用這種的蝕刻氣體，則一邊可以供給大量的活性種，促進由蝕刻產(chǎn)生的副產(chǎn)物、例如碳類聚合物等堆積物的堆積，一邊進行被蝕刻膜的蝕刻。由此，可以提高蝕刻速率，并且能提高抗蝕劑選擇比。
然而，由于上述的堆積物(沉積物)的膜厚，導(dǎo)致蝕刻停止，因此，為了避免這種情況，需要調(diào)節(jié)所述堆積物的膜厚。對于這種堆積物膜厚的微調(diào)節(jié)中一直以來在使用具有去除堆積物作用的O2氣體(例如，參見特開2003-264178號公報)。具體而言，通過向堆積性的蝕刻氣體中加入A氣體生成等離子體而能夠一邊去除過剩的堆積物調(diào)節(jié)其膜厚，一邊促進蝕刻。

發(fā)明內(nèi)容
今后，半導(dǎo)體器件的微型化要求將日益加速，隨著氧化膜上形成的孔或槽的深寬比也會變大，對蝕刻速率的要求也會更高。
如上所述，如現(xiàn)有技術(shù)向堆積性的蝕刻氣體中加入化氣體進行等離子體蝕刻時， 通過增加所述A氣體的流量比可以進一步提高蝕刻速率。但是，進一步增加A氣體的流量比時，被蝕刻膜的蝕刻速率超過某值時處于幾乎不上升的趨勢。與此相對，存在O2氣體的流量比越增加光致抗蝕圖案上的蝕刻速率越增加的趨勢。因此，即使O2氣體的流量比增加，當(dāng)蝕刻速率超過某值時，被蝕刻膜的蝕刻速率不僅不上升，抗蝕劑選擇比也下降。因此，僅增加A氣體的流量對于將蝕刻速率和抗蝕劑選擇比兩者提高至高于以往水平而言是有限的。
因此，本發(fā)明人等，在使用具有堆積性的蝕刻氣體進行高深寬比蝕刻時，作為一直以來使用的O2氣體的替代氣體，著眼于一直以來在其他用途中使用的SF6氣體作為控制被處理基板上堆積的堆積物的氣體。
SF6氣體的F (氟原子)的比率非常高，因此一直以來主要注重該點，例如用于光致抗蝕劑的干斑的抑制或處理室內(nèi)的堆積物的清理等中(例如參照特開2005-72518號公報、 特開2006-32721號公報)。另外，已知通常在等離子體蝕刻中存在F越多(富含氟)越能使蝕刻速率高且相反地抗蝕劑選擇比下降的趨勢，因此一直以來認(rèn)為SF6氣體等F的比率多的氣體，在要求高選擇比的蝕刻工序中很難作為添加氣體使用。
但是，本發(fā)明人等反復(fù)實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過向?qū)儆诰哂卸逊e性的蝕刻氣體的氟碳系氣體中添加調(diào)節(jié)成適當(dāng)流量的SF6氣體，從而與使用O2氣體作為添加氣體的情況相比， 可以大幅提高蝕刻速率，不僅如此，也可以一并提高抗蝕劑選擇比。
本發(fā)明基于上述的發(fā)現(xiàn)，提供了一種等離子體蝕刻方法，所述等離子體蝕刻方法在進行高深寬比蝕刻時，使蝕刻速率和抗蝕劑選擇比兩者均能提高到以往以上的水平。
根據(jù)本發(fā)明的第1觀點，提供一種等離子體蝕刻方法，其特征在于，包括下列工序在處理室內(nèi)配置形成有含硅氧化膜的基板；和將含有氟碳系氣體的處理氣體和作為添加氣體的SF6氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，并且在所述處理室內(nèi)生成等離子體，使用抗蝕圖形作為掩模，通過所述等離子體進行所述含硅氧化膜的蝕刻，其中所述氟碳系氣體為具有堆積性的蝕刻氣體；并且，基于所述添加氣體的流量變化與蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化的關(guān)系，將所述添加氣體的流量設(shè)定在如下的所述添加氣體的流量范圍內(nèi)，即，伴隨所述添加氣體流量的增大，所述蝕刻速率及所述抗蝕劑選擇比的變化均處于上升趨勢的流量范圍。
根據(jù)本發(fā)明的第2觀點，提供一種等離子體蝕刻裝置，其特征在于，通過在處理室內(nèi)生成規(guī)定的氣體的等離子體，對形成在基板上的含硅氧化膜以抗蝕圖形作為掩模進行蝕刻，所述等離子體蝕刻裝置具備處理氣體供給系統(tǒng)，向所述處理室內(nèi)供給含有氟碳系氣體的處理氣體；添加氣體供給系統(tǒng)，向所述處理室內(nèi)供給作為添加氣體的SF6氣體；控制部， 至少控制所述處理氣體供給系統(tǒng)及所述添加氣體供給系統(tǒng)；其中，所述控制部如下構(gòu)成 將含有氟碳系氣體的處理氣體和作為添加氣體的SF6氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，并且在所述處理室內(nèi)生成等離子體，使用所述抗蝕圖形作為掩模，通過所述等離子體進行所述含硅氧化膜的蝕刻時，分別將所述處理氣體的流量及所述添加氣體的流量控制成規(guī)定值，其中所述氟碳系氣體為具有堆積性的蝕刻氣體，所述添加氣體的規(guī)定值是基于所述添加氣體的流量變化與蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化的關(guān)系，設(shè)定在如下的所述添加氣體的流量范圍內(nèi)，即，伴隨所述添加氣體流量的增大，所述蝕刻速率及所述抗蝕劑選擇比的變化均處于上升趨勢的流量范圍。
向含有具有堆積性的蝕刻氣體即氟碳系氣體的處理氣體中加入SF6氣體作為添加氣體，形成它們的等離子體，進行基板上的被蝕刻膜的蝕刻。如此地通過使用具有堆積性的蝕刻氣體，一邊使屬于蝕刻副產(chǎn)物的堆積物在被處理基板上堆積，一邊進行蝕刻。
此時，通過在添加氣體中使用SF6氣體，根據(jù)其流量，主要是利用F(氟原子)的作用能有效地控制堆積物的膜厚，因此能夠?qū)⑽g刻速率提高至高于O2氣體的情況。而且，主要利用s(硫黃原子)的作用能有效地控制堆積物的硬度，因此與使用A氣體的情況相比可以更加提高抗蝕劑選擇比。由此，能將蝕刻速率和抗蝕劑選擇比兩者提高至以往水平以上， 可以比以往更有效地形成高深寬比的孔、槽。
另外，上述添加氣體的流量可以基于添加氣體的流量的變化與蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化的關(guān)系決定，具體而言，優(yōu)選將添加氣體的流量設(shè)定在如下的添加氣體的流量范圍內(nèi)，即，伴隨添加氣體流量的增大，蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化均處于上升趨勢這樣的流量范圍。上述關(guān)系例如可以通過實驗預(yù)先求出。由此，可以容易地發(fā)現(xiàn)添加氣體的流量的優(yōu)選范圍。這種添加氣體的流量的優(yōu)選范圍雖然因處理氣體、特別是氟碳系氣體的種類等而不同，但實用上優(yōu)選將添加氣體流量設(shè)定在氟碳系氣體的流量的70%以下的范圍。
另外，優(yōu)選將所述添加氣體的流量設(shè)定成在上述添加氣體的流量的變化與蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化的關(guān)系中，伴隨添加氣體流量的增大，抗蝕劑選擇比的變化從上升趨勢變?yōu)橄陆第厔莸淖兓c所對應(yīng)的值，即上述流量范圍內(nèi)的最大值。由此，可以設(shè)定成蝕刻速率和抗蝕劑選擇比兩者均變?yōu)樽罡叩淖钸m流量。
另外，作為上述添加氣體，可以在上述SF6氣體中進一步加入O2氣體。由此，可通過A氣體的流量容易地微調(diào)節(jié)堆積物的膜厚。即，A氣體的去除堆積物的能力比SF6氣體低，因此含有A氣體時更容易進行堆積物的膜厚的微調(diào)節(jié)。
另外，作為上述蝕刻氣體使用的氟碳系原料在常溫下為液態(tài)時，可以使用氣化器使該液體原料氣化后供給上述處理室內(nèi)。作為氟碳系氣體，F(xiàn)/C比越小堆積性變得越高，因此雖然適合高深寬比蝕刻，但F/C比小時，在常溫下為液態(tài)的較多。這種的氟碳系原料也可以通過使用氣化器氣化從而作為蝕刻氣體使用。而且，越是這樣堆積物多的氟碳系氣體，其添加SF6氣體時的效果越大。
需要說明的是，本說明書中ImTorr 為(1(Γ3Χ 101325/760)Pa，Isccm 為(10_6/60)
m3/sec。


圖1為表示本發(fā)明實施方式所述的等離子體蝕刻裝置示意構(gòu)成的剖面圖。
圖2為表示同實施方式中的氟碳系氣體的F/C比對蝕刻的影響的圖。
圖3為使用SF6氣體作為添加氣體進行硅氧化膜的等離子體蝕刻時，將SF6氣體的流量與蝕刻速率間的關(guān)系作圖得到的圖。
圖4為使用SF6氣體作為添加氣體進行光致抗蝕劑膜的等離子體蝕刻時，將SF6氣體的流量與蝕刻速率間的關(guān)系作圖得到的圖。
圖5為使用&氣體作為添加氣體進行硅氧化膜的等離子體蝕刻時，將&氣體的流量與蝕刻速率間的關(guān)系作圖得到的圖。
圖6為使用&氣體作為添加氣體進行光致抗蝕劑膜的等離子體蝕刻時，將&氣體的流量與蝕刻速率間的關(guān)系作圖得到的圖。
圖7為用于比較使用O2氣體、SF6氣體作為添加氣體時的蝕刻特性的圖，是將硅氧化膜的蝕刻速率與抗蝕劑選擇比的關(guān)系作圖得到的圖。
具體實施例方式下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。需要說明的是，在本說明書及圖中，對實質(zhì)上具有相同功能構(gòu)成的構(gòu)成要素，附相同的符號省略其重復(fù)說明。
(等離子體蝕刻裝置的構(gòu)成例) 首先，說明本發(fā)明的實施方式的等離子體蝕刻裝置的構(gòu)成例。圖1為表示本實施
5方式的等離子體蝕刻裝置100的示意構(gòu)成的剖面圖。在此，作為例子舉出能夠執(zhí)行高深寬比蝕刻工序的平行平板型電極結(jié)構(gòu)的容量結(jié)合型等離子體蝕刻裝置進行說明。
如圖1所示，等離子體蝕刻裝置100具有由大致圓筒形狀的處理容器構(gòu)成的處理室102。處理室102例如由鋁合金形成，其內(nèi)壁面例如由氧化鋁膜等覆蓋。處理室102接地。
在處理室102的底部設(shè)置下部電極110。下部電極110具備在處理室102的底部介于由陶瓷等構(gòu)成的絕緣板112配置的圓柱狀的基座支撐臺114，及在該基座支撐臺114 上設(shè)置的基座116?；?16構(gòu)成下部電極的主體，在其上載置晶片W。從這一點，下部電極110也作為載置晶片W的載置臺起作用。
在基座116的上面設(shè)置利用靜電力吸附保持晶片W的靜電夾盤120。靜電夾盤120 是由一對絕緣層或絕緣片夾持由導(dǎo)電膜構(gòu)成的電極122構(gòu)成的，直流電源124與電極122 電連接。由直流電源1 對電極122附加直流電壓時，靜電夾盤120的上面生成庫侖力等靜電力，由此吸附保持晶片W。
基座116的上面以包圍靜電夾盤120和晶片W周圍的方式配置用于提高蝕刻均勻性的聚焦環(huán)(校正環(huán))126。聚焦環(huán)126由導(dǎo)電性構(gòu)件(例如硅)構(gòu)成。
在基座支撐臺114內(nèi)，例如在圓周上設(shè)置制冷劑室128。制冷劑室128中，循環(huán)供給來自設(shè)置在外部的未圖示的冷卻裝置的制冷劑(例如冷卻水)?？梢酝ㄟ^該制冷劑的溫度控制基座116上的晶片W的處理溫度。
在基座支撐臺114內(nèi)，來自未圖示的傳熱氣體供給機構(gòu)的傳熱氣體(例如He氣體)通過傳熱氣體供給線路1 被供給到靜電夾盤120的上面與晶片W的背面之間。
需要說明的是，下部電極110并不限定于圖1所示的構(gòu)成，例如可以如下構(gòu)成使波紋管介于絕緣板112與處理室102的底面之間，使用升降機構(gòu)(未圖示)使下部電極110 可以升降。由此，可以調(diào)節(jié)下部電極110與上部電極140的間隔。
在下部電極110的上方，以與下部電極110對峙的方式平行地設(shè)置上部電極140。 在該上部電極140與下部電極110之間所形成的空間為等離子體生成空間。上部電極140 介由絕緣性屏蔽構(gòu)件142，被處理室102的頂棚部支撐。
上部電極140主要由電極板143和將其可自由裝卸地支撐的電極支撐體144構(gòu)成。在電極支撐體144上設(shè)置氣體導(dǎo)入口 145，其用于向處理室102內(nèi)導(dǎo)入蝕刻中需要的氣體(后述的處理氣體及添加氣體)。
氣體導(dǎo)入口 145通過處理氣體供給管172與處理氣體供給源170連接，其作為供給含有具有堆積性的蝕刻氣體的處理氣體的處理氣體供給系統(tǒng)。另外，氣體導(dǎo)入口 145通過添加氣體供給管182與添加氣體供給源180連接，其作為供給控制蝕刻副生成物的堆積物(沉積物)的添加氣體的添加氣體供給系統(tǒng)。
具體而言，上述處理氣體供給管172和添加氣體供給管182分別通過氣體供給管 146與氣體導(dǎo)入口 145連接。由此，來自處理氣體供給管172的處理氣體和來自添加氣體供給管182的添加氣體在氣體供給管146處合流，由氣體導(dǎo)入口 145供給。
在處理氣體供給管172、182上分別設(shè)置有開關(guān)閥174、184、以及作為用于控制氣體流量的流量調(diào)節(jié)器的質(zhì)量流量調(diào)節(jié)器176、186。需要說明的是，對于這些處理氣體和添加氣體的具體例在后面進行說明。
在電極支撐體144上例如設(shè)置大致圓筒狀的氣體擴散室148，可以使從氣體供給管146導(dǎo)入的氣體均勻地擴散。在電極支撐體144的底部和電極板143上形成有多個氣體噴出孔149，使來自氣體擴散室148的氣體噴出到處理室102內(nèi)?？梢允乖跉怏w擴散室148 中擴散的氣體從多個氣體噴出孔149均勻地向等離子體生成空間噴出。從這一點，上部電極140也可以作為用于向處理室102內(nèi)供給氣體的噴頭起作用。
需要說明的是，圖1中舉出了大概分為處理氣體供給系統(tǒng)和添加氣體供給系統(tǒng)的情況，但并不限定于此。例如，供給多種氣體作為處理氣體時，也可以由多個系統(tǒng)構(gòu)成處理氣體供給系統(tǒng)。同樣地供給多種氣體作為添加氣時，也可以由多個系統(tǒng)構(gòu)成添加氣體供給系統(tǒng)。需要說明的是，對于處理氣體和添加氣體的具體例在后面進行說明。
另外，作為本實施方式所述的上部電極140，舉例了預(yù)先混合處理氣體和添加氣體向處理室102內(nèi)供給，即預(yù)混型構(gòu)成的情況，但上部電極140也可以是將各氣體獨立地向處理室102內(nèi)供給的后混合型構(gòu)成。
本實施方式中，上部電極140的電極支撐體144是由導(dǎo)電性材料(例如表面經(jīng)陽極氧化處理的鋁)構(gòu)成，具有未圖示的水冷結(jié)構(gòu)。電極板143優(yōu)選由焦耳熱少的低電阻的導(dǎo)電體或半導(dǎo)體，例如由含硅材料構(gòu)成。作為這種材料例如可以舉出硅和SiC。
在上部電極140上介由整合器152電連接第1高頻電源(上部高頻電源)150。第 1高頻電源150輸出13. 56MHz以上的頻率，例如輸出60MHz的高頻電力(上部高頻電力)。 第1高頻電源150的高頻電力的大小可以改變。
整合器152是使負(fù)載阻抗整合到第1高頻電源150的內(nèi)部(或輸出)阻抗上，在處理室102內(nèi)生成等離子體時使第1高頻電源150的輸出阻抗和負(fù)載阻抗以表觀上一致的方式起作用。
在下部電極110的基座116上，介由整合器162電連接第2高頻電源(下部高頻電源)160。通過從上述第2高頻電源160向基座116供給高頻電力，在晶片W側(cè)引入離子。 第2高頻電源160輸出300kHz 13. 56MHz范圍內(nèi)的頻率，例如輸出2MHz的高頻電力(下部高頻電力)。第2高頻電源160的高頻電力的大小可以改變。
整合器162是用于將負(fù)載阻抗整合到第2高頻電源160的內(nèi)部(或輸出)阻抗上， 在處理室102內(nèi)生成等離子體時，使第2高頻電源160的內(nèi)部阻抗和負(fù)載阻抗以表觀上一致的方式起作用。
在上部電極140上電連接低通濾波器(LPF) 154，其用于不通過來自第1高頻電源 150的高頻，使來自第2高頻電源160的高頻通向地線。該低通濾波器(LPF) 154優(yōu)選由LR 濾波器或LC濾波器構(gòu)成，但即使1根導(dǎo)線也可以對來自第1高頻電源150的高頻給予充分大的電抗，因此，也可以就此實現(xiàn)。另一方面，在下部電極110的基座116上電連接高通濾波器(HPF) 164，其用于使來自第1高頻電源150的高頻通向地線。
在處理室102的底部形成有排氣口 104，在排氣口 104上連接由真空泵等構(gòu)成的排氣裝置190。通過使用排氣裝置190排出處理室102內(nèi)的氣體，可以將處理室102內(nèi)減壓到規(guī)定的真空壓力。
另外，在處理室102的側(cè)壁上設(shè)置有晶片W的搬入出口 106，該搬入出口 106可以通過匣閥108開和關(guān)。需要說明的是，在處理室102的內(nèi)壁上可以可自由裝卸地設(shè)置有堆積物遮護板(未圖示)，用于防止蝕刻副產(chǎn)物(堆積物)在處理室102上附著。
等離子體蝕刻裝置100的各構(gòu)成部為與控制部(全體控制裝置)200連接被控制。 另外，在控制部200上連接有操作部210，其由鍵盤、顯示器等構(gòu)成，所述鍵盤是用于工序管理者等為了管理等離子體蝕刻裝置100而進行命令輸入操作等，所述顯示器是用于將等離子體蝕刻裝置100的工作狀態(tài)可視化并顯示。
進而，在控制部200上連接有存儲部220，其用于存儲將在等離子體蝕刻裝置100 中執(zhí)行的各種處理通過控制部200的控制實現(xiàn)的程序和用于執(zhí)行程序所需接收的數(shù)據(jù)等。
在存儲部220中存儲有用于執(zhí)行例如晶片的等離子體蝕刻、灰化等工序處理的工序處方、用于執(zhí)行處理室內(nèi)的清理的清理處方等。這些處方是控制等離子體蝕刻裝置100 的各部的控制參數(shù)和設(shè)定參數(shù)等多個參數(shù)值的總匯。例如，工序處方例如具有處理氣體、添加氣體的流量比、處理室內(nèi)壓力、上部高頻電力、下部高頻電力、上部電極溫度、下部電極溫度等參數(shù)值。
需要說明的是，這些處方也可以被存儲在硬盤或半導(dǎo)體存儲器中，另外，也可以是被收納于CD-ROM、DVD等可移動性的計算機可讀取的存儲媒體容納的狀態(tài)，被安裝在存儲部220的規(guī)定位置。
控制部200基于來自操作部210的指示等從存儲部220讀出所需的工序處方控制各部，從而執(zhí)行在等離子體蝕刻裝置100中的所需的處理。另外，通過從操作部210的操作可以編輯處方。
(等離子體蝕刻方法) 接下來，說明在這種等離子體蝕刻裝置中實施的本發(fā)明的實施方式的等離子體蝕刻方法。本實施方式中，例如使用如下的晶片W，即，所述晶片W是在硅基材上的被蝕刻膜 (例如硅氧化膜)上形成有光致抗蝕圖案。光致抗蝕圖案中，形成有孔、槽的圖案，將該光致抗蝕圖案作為掩模蝕刻被蝕刻膜。作為被蝕刻膜，除了硅氧化膜之外也可以為硅氮化膜、硅碳化膜、聚硅膜、層間低介電常數(shù)膜等。
使用等離子體蝕刻裝置100對這種晶片W進行等離子體蝕刻時，首先開放匣閥108 搬入晶片W，載置在下部電極110上，通過靜電夾盤120使晶片W吸附保持，關(guān)閉匣閥108。
一邊通過排氣裝置190排出處理室102內(nèi)的氣體減壓至規(guī)定的真空壓力，一邊向處理室102內(nèi)分別以規(guī)定的流量導(dǎo)入來自處理氣體供給源170的處理氣體和來自添加氣體供給源180的添加氣體。此時，為了有效地冷卻晶片W，通過傳熱氣體供給線路1 將傳熱氣體(例如He氣體)供給于晶片W的背面，調(diào)節(jié)上部電極140、下部電極110及處理室102 的側(cè)壁至規(guī)定的溫度。
然后，向上部電極140施加來自第1高頻電源150的規(guī)定的上部高頻電力 (60MHz)，并且向下部電極110供給規(guī)定的下部高頻電力ΟΜΗζ)。由此，在晶片W上的等離子體生成空間形成處理氣體及添加氣體的等離子體，對晶片W上的被蝕刻膜進行等離子體蝕刻。
作為此時的蝕刻條件，例如優(yōu)選上部高頻電力為500W 3500W左右、下部高頻電力為100W 2500W左右、處理室102內(nèi)的壓力為15mTorr左右、晶片W的溫度為-20°C 100 °C左右。
另外，如本實施方式所述形成高深寬比接觸(HARC)時，作為處理氣體優(yōu)選使用具有堆積性的蝕刻氣體。作為這種蝕刻氣體，例如使用c4F8、C4F6、C5F8等氟碳系氣體。這種氣體中，一邊可以在供給CF類游離基(CF\ CF/、CF3*)等大量活性種，促進晶片W上的作為蝕刻副產(chǎn)物例如由氟碳系聚合物(CF類聚合物)形成的堆積物(堆積物)的堆積，一邊進行被蝕刻膜的蝕刻。由此，可以提高蝕刻速率，并且能提高抗蝕劑選擇比。
但是，由于這種晶片W上堆積的堆積物的膜厚，會導(dǎo)致停止蝕刻，因此，為了避免上述情況，需要調(diào)節(jié)所述堆積物的膜厚。例如，氟碳系氣體為含有C(碳原子)和F(氟原子)的CxFy氣體。這種氟碳系氣體中，C越少F越多(富含F(xiàn))蝕刻速率越高，C越多F越少 (富含C)在晶片W上越易堆積CF類聚合物的堆積物。如此地，根據(jù)C與F的比(F/C比)， 堆積物的量發(fā)生改變，所以通過上述F/C比存在蝕刻易于進行或蝕刻易于停止的趨勢。
在此，參照圖2說明氟碳系氣體的F/C比對蝕刻的影響。圖2為表示F/C比和晶片W所生成的自給偏壓電壓對蝕刻的影響的圖。如圖2所示，越是F/C比小的氣體堆積物越多，蝕刻速率越低。與此相對，越是F/C比大的氣體堆積物越少，蝕刻速率越高。當(dāng)堆積物過多時發(fā)生蝕刻停止，蝕刻不進行。圖2中用虛線表示了發(fā)生蝕刻停止的邊界。
根據(jù)上述，例如CF4(F/C比4)等，由于與C相比F的比率高，因此即使是CF4單一氣體也能以高蝕刻速率進行蝕刻。然而，由于堆積物極少，所以不適合高深寬比蝕刻。與此相對，C4F6(F/C比1. 5) X5F8(F/C比1. 6)等，由于堆積物多，適合于高深寬比蝕刻。因此，本實施方式中優(yōu)選使用這種F/C比為3以下的氟碳系氣體作為蝕刻氣體。
由于這種氟碳系氣體的F/C比小，所以不能以高蝕刻速率進行蝕刻。因此，通過在這種具有堆積性的蝕刻氣體中加入O2氣體、SF6氣體作為添加氣體，可以使上述蝕刻氣體的特性沿著圖2箭頭的方向移動，能夠提高蝕刻速率。
這種添加氣體的作用如下。加入A氣體作為添加氣體的以往的情況時，例如進行 02+C-C02等化學(xué)反應(yīng)，可以使C減少，相對地使F增多，因此可以使F/C比向著變大的方向移動。而且，通過A的去除堆積物作用可以使堆積物的膜厚減少，所以能夠提高蝕刻速率。
然而，過量加入O2氣體時，堆積物的膜厚變得過薄，C的減少量也增加。C使作為被蝕刻膜的氧化膜的ο減少，因此，c的減少大時蝕刻將不進行。因此，即使增加A氣體，也存在當(dāng)被蝕刻膜的蝕刻速率超過某點則幾乎不再上升的趨勢。
與此相對，加入SF6氣體作為添加氣體時，由于F增加，所以使F/C比向變大的方向移動。而且，由于SF6氣體的F的比率高，相對于C可以大幅增加F，而且去除堆積物作用也比O2大。因此，與O2氣體的情況相比，可以大幅提高蝕刻速率。而且，SF6氣體的情況與 O2氣體的情況相比，可以抑制C的減少，因此，增加SF6氣體的流量比時，與&氣體的情況相比，蝕刻速率的上升趨勢持續(xù)至更高的水平。
然而，該SF6氣體由于F(氟原子)的比率非常高，所以一直以來主要注重該點，例如用于光致抗蝕劑的干斑的抑制、處理室內(nèi)的堆積物的清理等中。另外，已知等離子體蝕刻中存在F(氟原子)越多(富含氟)，越使蝕刻速率高，相反地越使抗蝕劑選擇比下降的趨勢，因此一直以來認(rèn)為SF6氣體這樣的F的比率多的氣體，在要求高選擇比的蝕刻工序中作為添加氣體難以使用。
然而，本發(fā)明人等反復(fù)實驗的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，向氟碳系氣體中添加調(diào)節(jié)到適當(dāng)流量的 SF6氣體時，與使用A氣體作為添加氣體時相比，可以大幅提高蝕刻速率，不僅如此，也能一并提高抗蝕劑選擇比。
因此，本實施方式中，作為堆積性的蝕刻氣體使用C4F8、C4F6, C5F8等F/C比為3以下的氟碳系氣體作為處理氣體，并且使用SF6作為添加氣體。另外，在處理氣體中，可以加入 Ar氣體等稀有氣體。通過向處理氣體中加入Ar氣體，可以增加等離子體中的電子和離子， 因此可以使等離子體密度增加。
需要說明的是，氟碳系氣體中，F(xiàn)/C比低的氣體中例如存在C6F6等的在常溫下為液態(tài)的物質(zhì)。在這種情況下，優(yōu)選將圖1所示的處理氣體供給源170例如由液體原料供給源和氣化器構(gòu)成，使由液體原料供給源供給的C6F6等液體原料用氣化器氣化之后，導(dǎo)入處理室 102。
(驗證添加氣體效果的實驗) 在此，參照

所進行的實驗結(jié)果，所述實驗是驗證向氟碳系氣體蝕刻氣體中加入SF6氣體作為添加氣體時的效果的實驗。首先，使用C4F6氣體和Ar氣體作為處理氣體，并且使用SF6氣體作為添加氣體進行等離子體蝕刻時的實驗，結(jié)果示于圖3、圖4。
另外，作為比較例，使用&氣體代替SF6氣體作為添加氣體，進行同樣的等離子體蝕刻時的實驗，結(jié)果示于圖5、圖6。圖7是基于圖3 圖6的結(jié)果，作為添加氣體使用SF6 氣體時(白圈)和使用A氣體時(黑圈)的情況下，對于添加氣體的流量的蝕刻特性，即硅氧化膜的蝕刻速率和抗蝕劑選擇比(硅氧化膜的蝕刻速率/光致抗蝕劑膜的蝕刻速率) 的關(guān)系進行歸納的圖。
圖3為表示對在晶片W上形成的硅氧化膜進行蝕刻時的SF6氣體的流量比與蝕刻速率間的關(guān)系的圖。圖3的實驗中，分別將C4F6氣體和Ar氣體的流量固定為2kccm、 300sccm,改變 SF6 氣體的流量為 8sccm、lOsccm、llsccm、12sccm、15sccm、20sccm、25sccm,進行等離子體蝕刻，測定各個蝕刻速率的晶片面內(nèi)分布，取其平均繪制了圖。
圖4為表示對在晶片W上形成的光致抗蝕劑膜進行蝕刻時的SF6氣體的流量比與蝕刻速率間的關(guān)系的圖。圖4的實驗中，分別將C4F6氣體和Ar氣體的流量固定為2^CCm、 300sccm,改變 SF6氣體的流量為 lOsccm、1 lsccm、12sccm、15sccm、20sccm、25sccm，進行等離子體蝕刻，測定各個蝕刻速率的晶片面內(nèi)分布，取其平均繪制了圖。
圖5為表示對在晶片W上形成的硅氧化膜進行蝕刻時的&氣體的流量比與蝕刻速率間的關(guān)系的圖。在圖5的實驗中，分別將C4F6氣體和Ar氣體的流量固定為2kccm、 300sccm,改變 O2 氣體的流量為 18sccm、19sccm、20sccm、22sccm、24sccm、26sccm、28sccm,進行等離子體蝕刻，測定各個蝕刻速率的晶片面內(nèi)分布，取其平均繪制了圖。
圖6為表示對在晶片W上形成的光致抗蝕劑膜進行蝕刻時的O2氣體的流量比與蝕刻速率間的關(guān)系的圖。在圖6的實驗中，分別將C4F6氣體和Ar氣體的流量固定為2^CCm、 300sccm,改變 O2 氣體的流量為 18sccm、19sccm、20sccm、22sccm、24sccm、26sccm、28sccm,進行等離子體蝕刻，測定各個蝕刻速率的晶片面內(nèi)分布，取其平均繪制了圖。
需要說明的是，這些實驗中的其他蝕刻條件如下所述。
[蝕刻條件] 處理室內(nèi)壓力I5IiiTorr 上部高頻電力2000W 下部高頻電力1500W 上部電極溫度60°C 下部電極溫度0°C
10 側(cè)壁溫度50°C 傳熱氣體的中心壓力IOTorr 傳熱氣體的邊緣壓力35Torr 根據(jù)圖3、圖5的實驗結(jié)果，硅氧化膜的蝕刻速率在使用&氣體作為添加氣體時， 如圖5所示其流量在20sCCm以上時達到4000埃/min左右。與此相對，可知在使用SF6氣體作為添加氣體時，如圖3所示其流量在Ilsccm以上時硅氧化膜的蝕刻速率為5000 6000 埃/min左右的范圍，與使用化氣體的情況相比，可以獲得極高的蝕刻速率。
另外，使用SF6氣體時，如圖3所示，在低于5000埃/分鐘左右的范圍內(nèi)，僅略微增加鞏氣體的流量則蝕刻速率急劇增高，相對于此，在超過5000埃/min左右的范圍內(nèi)， 即使增加SF6氣體的流量，蝕刻速率也緩慢增加，且其變化量并沒有那么大。與此相對，在使用A氣體時，如圖5所示在20sCCm以上時達到Msccm左右為止蝕刻速率并沒有太大的變化，進而繼續(xù)增加流量時，蝕刻速率反而減少。由此可知相對于SF6氣體的情況下越增加其流量越能使蝕刻速率高，O2氣體的情況下過多增加流量時蝕刻速率將會變低。
根據(jù)圖4、圖6的實驗結(jié)果，光致抗蝕劑膜的蝕刻速率在使用&氣體作為添加氣體時，如圖6所示，在200 800埃/min左右的范圍內(nèi)緩慢增加。相對于此，使用SF6氣體作為添加氣體時，如圖4所示，在200 1500埃/min左右的范圍內(nèi)緩慢增加，與使用仏氣體的情況相比雖然僅向高推移了一些，但流量在很少的范圍(O2氣體中Msccm以下的范圍、 SF6氣體中Ilsccm以下的范圍)中，蝕刻速率幾乎不變。因此，可知SF6氣體時硅氧化膜的蝕刻速率與A氣體的情況相比非常高，所以該部分，使抗蝕劑選擇比與A氣體相比變高。
鑒于以上的驗證，觀察圖7中總結(jié)的蝕刻特性時，可知使用SF6氣體作為添加氣體時(白圈)，與使用O2氣體時(黑圈)相比蝕刻速率和抗蝕劑選擇比均變高。進一步詳細(xì)驗證上述結(jié)論，則作為添加氣體使用SF6氣體時(白圈)和使用A氣體時(黑圈)，均存在在某流量為止蝕刻速率和抗蝕劑選擇比均隨著添加氣體流量的增大緩慢增高的上升趨勢， 超過某流量時，抗蝕劑選擇比迅速變?yōu)橄陆第厔荨Ｒ虼?，在該變化點的流量(圖7中用虛線的圈圍的標(biāo)示位置)為蝕刻速率和抗蝕劑選擇比兩者均變?yōu)樽罡叩淖钸m流量。此時的各添加氣體的流量、即添加氣體的最適流量是O2氣體的情況下為20Sccm，SF6氣體的流量為 llsccm。即，SF6氣體的流量為O2氣體的流量的1/2左右時最適。如此地，基于蝕刻速率與抗蝕劑選擇比間的關(guān)系設(shè)定添加氣體的流量，則可以容易地發(fā)現(xiàn)添加氣體的最適流量。
并且，添加氣體為最適流量時的蝕刻速率，在使用&氣體時為4000埃/min左右， 與此相對使用SF6氣體時成為超過5000埃/min的極高水平。而且，可知此時的抗蝕劑選擇比，使用O2氣體時為13.0，與此相對使用SF6氣體時為17. 3，抗蝕劑選擇比也比O2氣體高。
需要說明的是，也可以將添加氣體的流量設(shè)定在圖7中的蝕刻速率和抗蝕劑選擇比均處于上升趨勢的范圍內(nèi)。例如&氣體的情況下，蝕刻速率為約4000埃/min前后，抗蝕劑選擇比變?yōu)闇p少的趨勢。因此，作為SF6氣體的流量，設(shè)定成使蝕刻速率成為約4000埃/ min以上的范圍內(nèi)，則可以使蝕刻速率和抗蝕劑選擇比兩者高于以往的化氣體的情況。如上所述，通過基于蝕刻速率和抗蝕劑選擇比間的關(guān)系設(shè)定添加氣體的流量，可以容易地找出添加氣體流量的優(yōu)選的范圍。
如上所述，作為添加氣體使用3&氣體時，與使用02氣體時相比蝕刻速率變高是由于如上所述地SF6氣體時較之A氣體的情況，F(xiàn)(氟原子)與C(碳原子)相比大幅增加，因此能夠更有效地調(diào)節(jié)作為氟碳系聚合物(CF類聚合物)的堆積物的膜厚。如此地可通過調(diào)節(jié)SF6氣體的流量而控制堆積物的膜厚。
另外，認(rèn)為使用SF6氣體時抗蝕劑選擇比也變高是因為與使用O2氣體時同樣地在硅氧化膜的蝕刻面中使硅氧化膜中含有的氧氣釋放，有助于CF類聚合物的堆積物的分解， 而與此相對在光致抗蝕劑膜的表面上即使通過離子沖擊等也難以使堆積物去除而導(dǎo)致的。
而且，認(rèn)為使用3&氣體作為添加氣體時，與使用02氣體時相比抗蝕劑選擇比進一步提高的原因是由于SF6氣體中含有的S (硫)原子，CF類聚合物的堆積物中形成C-S鍵， 因此堆積物變硬，從而與硅氧化膜的蝕刻面相比，光致抗蝕劑膜的表面的蝕刻被延遲而導(dǎo)致的。如此地，使用SF6氣體時，也可以通過調(diào)節(jié)其流量而調(diào)節(jié)堆積物的硬度。由此，使用 SF6氣體時，與使用&氣體時相比，能夠進一步提高抗蝕劑選擇比。
如以上的詳細(xì)說明，在本實施方式中，向含有具有堆積性的蝕刻氣體即氟碳系氣體的處理氣體中加入SF6氣體作為添加氣體，調(diào)節(jié)其流量，從而可以一邊控制在晶片上堆積的堆積物的膜厚，控制堆積物的硬度，一邊進行被蝕刻膜的蝕刻。由此，可以將蝕刻速率和抗蝕劑選擇比兩者提高至以往以上的水平，能比以往更有效地形成高深寬比的孔、槽。
需要說明的是，根據(jù)處理氣體的種類等，上述添加氣體的流量的合適的范圍不同。 例如，如上述的具體例子，向C4F6氣體Qkccm)和Ar氣體(300sccm)的處理氣體中添加SF6 氣體時，SF6氣體的流量為Ilsccm以下，即氟碳系氣體的流量的50%以下的流量時，蝕刻速率和抗蝕劑選擇比均變良好。相對于此，使用除C4F6氣體之外的氣體作為處理氣體時，例如使用比C4F6氣體的F/C比更小的氣體(例如C6Ig時，堆積物也與C4F6氣體相比增多(例如參見圖2)，而為了適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)所述堆積物需要更多流量的SF6氣體。但是，如上所述，SF6 氣體的流量過多時，抗蝕劑選擇比將下降，所以實用上優(yōu)選將合適的SF6氣體的流量設(shè)定在氟碳系氣體流量的70%以下的范圍內(nèi)。
另外，作為添加氣體，也可以向SF6氣體中進一步加入O2氣體。由此，通過O2氣體的流量可以容易地微調(diào)節(jié)堆積物的膜厚。即，由于O2氣體的去除堆積物的能力比SF6氣體低，因此，含有A氣體時能夠容易地對堆積物的膜厚進行微調(diào)節(jié)。
需要說明的是，在上述實施方式中，作為被蝕刻膜的含硅氧化膜，舉例說明了硅氧化膜，但含硅氧化膜并不只是硅氧化膜，還可以為碳化硅酸(SiOC)膜、氫化硅酸(SiOH)膜、 氟化硅酸(SiOF)膜等無機低介電常數(shù)膜。需要說明的是，上述硅氧化膜可以由BPSG(硼和磷的硅酸鹽玻璃)、PSG (磷的硅酸鹽玻璃)、TEOS (四氧基正硅烷)、Th-OX (熱氧化物)、 SOG(旋制氧化硅)等構(gòu)成。另外，作為具有堆積性的蝕刻氣體的氟碳系氣體，舉例說明了使用C4F6氣體的情況，但除此之外，也可以使用C4F8、C5F8, C6F6, C6F12等氟碳系氣體。
以上，參照

了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但并不是說本發(fā)明限定于所述例子。很明顯本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在專利權(quán)利要求中所述的范圍內(nèi)，想到各種變形例或修正例，這些當(dāng)然也屬于本發(fā)明的技術(shù)范圍。
例如，在上述實施方式中，作為等離子體蝕刻裝置，舉例說明了在上部電極和下部電極兩者上外加高頻電力的類型，但并不限定于此，例如，也可以為只在上部電極或只在下部電極上外加高頻電力的類型，或在下部電極重疊不同頻率的高頻電力的類型。而且，作為等離子體蝕刻裝置，可以在ECR等離子體蝕刻裝置、螺旋波等離子體蝕刻裝置、TCP型等離子體蝕刻裝置、電感耦合型等離子體蝕刻裝置等各種類型的裝置應(yīng)用本發(fā)明。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性 本發(fā)明可以應(yīng)用在氧化膜等的等離子體蝕刻，例如可以應(yīng)用在適合于高深寬比接觸(HARC)工序的等離子體蝕刻方法及等離子體蝕刻裝置中。
權(quán)利要求
1.一種等離子體蝕刻方法，其特征在于，包括下列工序在處理室內(nèi)配置形成有含硅氧化膜的基板；和將含有氟碳系氣體的處理氣體和作為添加氣體的SF6氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，并且在所述處理室內(nèi)生成等離子體，使用抗蝕圖形作為掩模，通過所述等離子體進行所述含硅氧化膜的蝕刻，其中所述氟碳系氣體為具有堆積性的蝕刻氣體；并且，基于所述添加氣體的流量變化與蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化的關(guān)系，將所述添加氣體的流量設(shè)定在如下的所述添加氣體的流量范圍內(nèi)，即，伴隨所述添加氣體流量的增大， 所述蝕刻速率及所述抗蝕劑選擇比的變化均處于上升趨勢的流量范圍。
2.如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于，將所述添加氣體的流量設(shè)定成在所述關(guān)系中，伴隨所述添加氣體流量的增大，所述抗蝕劑選擇比的變化從上升趨勢變?yōu)橄陆第厔莸淖兓c所對應(yīng)的值，即所述流量范圍內(nèi)的最大值。
3.如權(quán)利要求1所述的等離子蝕刻方法，其特征在于，所述添加氣體的流量為所述氟碳系氣體的流量的70%以下。
4.如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于，除了所述SF6氣體之外還將& 氣體作為所述添加氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于，使用常溫下為液態(tài)的氟碳系液體原料作為所述氟碳系氣體的原料，用氣化器使所述氟碳系液體原料氣化而制成所述氟碳系氣體之后，供給所述處理室內(nèi)。
6.一種等離子體蝕刻裝置，其特征在于，通過在處理室內(nèi)生成規(guī)定的氣體的等離子體， 對形成在基板上的含硅氧化膜以抗蝕圖形作為掩模進行蝕刻，所述等離子體蝕刻裝置具備處理氣體供給系統(tǒng)，向所述處理室內(nèi)供給含有氟碳系氣體的處理氣體；添加氣體供給系統(tǒng)，向所述處理室內(nèi)供給作為添加氣體的SF6氣體；控制部，至少控制所述處理氣體供給系統(tǒng)及所述添加氣體供給系統(tǒng)；其中，所述控制部如下構(gòu)成將含有氟碳系氣體的處理氣體和作為添加氣體的SF6氣體導(dǎo)入所述處理室內(nèi)，并且在所述處理室內(nèi)生成等離子體，使用所述抗蝕圖形作為掩模，通過所述等離子體進行所述含硅氧化膜的蝕刻時，分別將所述處理氣體的流量及所述添加氣體的流量控制成規(guī)定值，其中所述氟碳系氣體為具有堆積性的蝕刻氣體，所述添加氣體的規(guī)定值是基于所述添加氣體的流量變化與蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化的關(guān)系，設(shè)定在如下的所述添加氣體的流量范圍內(nèi)，即，伴隨所述添加氣體流量的增大，所述蝕刻速率及所述抗蝕劑選擇比的變化均處于上升趨勢的流量范圍。
全文摘要
將含有具有堆積性的蝕刻氣體即氟碳系氣體的處理氣體和作為添加氣體的SF6氣體導(dǎo)入處理室內(nèi)，并且在處理室內(nèi)生成等離子體，通過該等離子體，對基板上形成的含硅氧化膜以抗蝕圖案作為掩模進行蝕刻。此時，基于添加氣體的流量變化與蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化關(guān)系，將添加氣體的流量設(shè)定在如下的添加氣體的流量范圍內(nèi)，即，伴隨添加氣體流量的增大，蝕刻速率及抗蝕劑選擇比的變化均處于上升的趨勢的流量范圍。
文檔編號H01L21/3065GK102187439SQ20098014140
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月20日
發(fā)明者川上雅人, 永關(guān)澄江 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社