專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制造方法和等離子體蝕刻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置的制造方法和等離子體蝕刻裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體裝置的制造工序中，將半導(dǎo)體晶片等的基板配置在等離子體蝕刻裝置的處理腔室內(nèi)，對(duì)形成在基板的各種膜進(jìn)行等離子體蝕刻。在等離子體蝕刻裝置中，使收容有半導(dǎo)體晶片等的基板的處理腔室內(nèi)成為規(guī)定壓力的減壓氣氛，并且將規(guī)定的處理氣體供給到處理腔室內(nèi)，利用高頻電場等對(duì)該處理氣體進(jìn)行等離子體化。而且，通過使該處理氣體的等離子體作用于基板，對(duì)形成在基板的各種膜進(jìn)行等離子體蝕刻。另外，已知有如下方法在用這種等離子體蝕刻裝置等進(jìn)行的等離子體處理中， 在對(duì)處理腔室內(nèi)供給的混合氣體中，暫時(shí)將使蝕刻得以進(jìn)行的SF6的供給短時(shí)間斷續(xù)(間歇)地停止，其間在停止進(jìn)行蝕刻的狀態(tài)下，在表面形成氮化膜，由此不會(huì)發(fā)生下切(under cut)地對(duì)硅進(jìn)行蝕刻的方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。[專利文獻(xiàn)]專利文獻(xiàn)1 日本特公平4_73觀7號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
在半導(dǎo)體裝置中，隨著從56nm到43nm乃至32nm等，其電路圖案的微細(xì)化正在發(fā)展。因此，通過等離子體蝕刻形成的圖案中，微細(xì)且高度較高或深度較深的圖案增加，能夠精度良好且均勻地并且以高選擇比形成這種圖案的技術(shù)正在被開發(fā)。然而，存在例如選擇比和圖案形狀為權(quán)衡(trade off)關(guān)系等的問題，以高選擇比形成細(xì)且深的孔或細(xì)且高的線和空間(line and space)等的圖案是困難的。本發(fā)明是針對(duì)上述現(xiàn)有的情況而完成的，提供能夠精度良好且均勻地并且以高選擇比形成微細(xì)的圖案的半導(dǎo)體裝置的制造方法和等離子體蝕刻裝置。解決課題的方法本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括將基板收容在處理腔室內(nèi)并對(duì)形成在上述基板的被蝕刻膜進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻工序，上述半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于在上述等離子體蝕刻工序中，對(duì)上述處理腔室內(nèi)供給處理氣體，該處理氣體包括規(guī)定的多種氣體的混合氣體，并且，將一個(gè)循環(huán)的工序以等離子體中途不消失的方式(以中途不熄滅等離子體的方式)連續(xù)地至少重復(fù)進(jìn)行三次以上，該一個(gè)循環(huán)的工序包括使多種氣體中的至少一種氣體的流量，在第一時(shí)間中為第一流量的第一工序和在第二時(shí)間中為流量與上述第一流量不同的第二流量的第二工序，上述第一時(shí)間和上述第二時(shí)間為1秒以上15 秒以下，上述第一工序中的上述處理氣體的總流量與上述第二工序中的上述處理氣體的總流量相同，或者在雙方不同的情況下，總流量之差為多的一方的總流量的10%以下，在上述第一工序和上述第二工序中的任一工序中，用于對(duì)上述被蝕刻膜進(jìn)行蝕刻的氣體包含在上述處理氣體中。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能夠提供精度良好且均勻地并且以高選擇比形成微細(xì)的圖案的半導(dǎo)體裝置的制造方法和等離子體蝕刻裝置。


圖1是示意地表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖2是用于說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的制造方法的圖。圖3是實(shí)施例1、比較例1、比較例2的圖案的電子顯微鏡照片。圖4是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖5是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖6是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖7是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖8是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖9是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖10是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖11是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖12是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖13是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖14是表示切換工序時(shí)等離子體的發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖表。圖15是表示切換工序時(shí)等離子體的發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖表。圖16是表示對(duì)蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查而得的結(jié)果的圖表。圖17是表示切換工序時(shí)等離子體的發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖表。圖18是表示切換工序時(shí)等離子體的發(fā)光強(qiáng)度隨時(shí)間變化的圖表。圖19是表示實(shí)施例2的半導(dǎo)體晶片的結(jié)構(gòu)的圖。圖20是表示實(shí)施例2、比較例3、比較例4的圖案的電子顯微鏡照片。圖21是表示實(shí)施例3的半導(dǎo)體晶片的結(jié)構(gòu)的圖。圖22是實(shí)施例3的圖案的電子顯微鏡照片。附圖標(biāo)記說明1 處理腔室2 載置臺(tái)15處理氣體供給源16 噴淋頭IOa第一高頻電源IOb第二高頻電源60 控制部200等離子體蝕刻裝置W 半導(dǎo)體晶片
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖以實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的詳細(xì)情況進(jìn)行說明。圖1是示意地表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的等離子體蝕刻裝置200的結(jié)構(gòu)的圖。 等離子體蝕刻裝置200具有氣密地構(gòu)成、與接地電位電連接的處理腔室1。該處理腔室1呈圓筒狀，由例如表面被陽極氧化處理過的鋁等構(gòu)成。在處理腔室1內(nèi)設(shè)置有對(duì)作為被處理基板的半導(dǎo)體晶片W水平地支承的載置臺(tái)2。 載置臺(tái)2例如由表面被陽極氧化處理過的鋁等構(gòu)成，具有作為下部電極的功能。該載置臺(tái) 2通過絕緣板3被支承在導(dǎo)體的支承臺(tái)4上。另外，在載置臺(tái)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。進(jìn)而，按照包圍載置臺(tái)2和支承臺(tái)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)壁材料3a。載置臺(tái)2經(jīng)由第一匹配器Ila與第一高頻電源IOa連接，經(jīng)由第二匹配器lib與第二高頻電源IOb連接。第一高頻電源IOa是等離子體發(fā)生用電源，從該第一高頻電源IOa 向載置臺(tái)2供給規(guī)定頻率07MHz以上，例如40MHz)的高頻電力。另外，第二高頻電源IOb 是離子引入用(偏壓(偏置)用)電源，從該第二高頻電源IOb向載置臺(tái)2供給規(guī)定頻率 (13. 56MHz以下，例如2MHz)低于第一高頻電源IOa的高頻電力。另一方面，在載置臺(tái)2的上方以與載置臺(tái)2平行地相對(duì)的方式設(shè)置有噴淋頭16，該噴淋頭16具有作為上部電極的功能，噴淋頭16和載置臺(tái)2作為一對(duì)電極(上部電極和下部電極)發(fā)揮功能。在載置臺(tái)2的上表面設(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之間設(shè)置有電極6a，電極6a與直流電源12連接。而且，通過從直流電源12對(duì)電極6a施加直流電壓，通過庫侖力等對(duì)半導(dǎo)體晶片W進(jìn)行吸附。在支承臺(tái)4的內(nèi)部形成有制冷劑流路如，制冷劑流路如與制冷劑入口配管4b、制冷劑出口配管4c連接。而且，通過使適當(dāng)?shù)闹评鋭├缋鋮s水等在制冷劑流路如中循環(huán)， 能夠?qū)⒅С信_(tái)4和載置臺(tái)2控制為規(guī)定的溫度。另外，以貫通載置臺(tái)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氦氣等冷熱傳遞用氣體(背面(back side)氣體)的背面氣體供給配管30，該背面氣體供給配管30與未圖示的背面氣體供給源連接。通過這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒂伸o電卡盤吸附并保持在載置臺(tái)2的上表面的半導(dǎo)體晶片W控制為規(guī)定的溫度。上述的噴淋頭16設(shè)置在處理腔室1的頂部。噴淋頭16具有主體部16a和構(gòu)成電極板的上部頂板16b，隔著絕緣性部件45被支承在處理腔室1的上部。主體部16a由導(dǎo)電性材料例如表面被陽極氧化處理過的鋁構(gòu)成，在其下部能夠裝卸自由地支承上部頂板16b。在主體部16a的內(nèi)部設(shè)置有氣體擴(kuò)散室16c，以位于該氣體擴(kuò)散室16c的下部的方式，在主體部16a的底部形成有多個(gè)氣體流通孔16d。另外，在上部頂板16d，氣體導(dǎo)入孔 16e被設(shè)置成，在厚度方向上貫通該上部頂板16b，并且與上述氣體流通孔16d重合。通過這種結(jié)構(gòu)，被供給到氣體擴(kuò)散室16c的處理氣體，經(jīng)由氣體流通孔16d和氣體導(dǎo)入孔16e，呈噴淋狀地被分散供給到處理腔室1內(nèi)。另外，在主體部16a等設(shè)置有未圖示的用于使制冷劑循環(huán)的配管，在等離子體蝕刻處理中能夠?qū)娏茴^16冷卻到所要求的溫度。在上述主體部16a中形成有用于向氣體擴(kuò)散室16c導(dǎo)入處理氣體的氣體導(dǎo)入口 16g。該氣體導(dǎo)入口 16g與氣體供給配管1 連接，該氣體供給配管15a的另一端與供給等離子體蝕刻用的處理氣體的處理氣體供給源15連接。在氣體供給配管15a，從上游一側(cè)依次設(shè)置有質(zhì)量流量控制器(MFC) 15b和開關(guān)閥VI。而且，作為用于等離子體蝕刻的處理氣體，從處理氣體供給源15將例如Ar、02、C4F8, HBr, NF3、C4F6, CF4等氣體，經(jīng)由氣體供給配管15a被供給到氣體擴(kuò)散室16c，從該氣體擴(kuò)散室16c經(jīng)由氣體流通孔16d和氣體導(dǎo)入孔16e呈噴淋狀地被分散供給到處理腔室1內(nèi)。作為上述上部電極的噴淋頭16隔著低通濾波器(LPF) 51與可變直流電源52電連接。該可變直流電源52能夠利用通/斷開關(guān)53來實(shí)現(xiàn)供電的有無?？勺冎绷麟娫?2的電流、電壓以及通/斷開關(guān)53的閉合、斷開，由后述的控制部60控制。另外，如后文所述， 從第一高頻電源10a、第二高頻電源IOb將高頻施加于載置臺(tái)2以在處理空間發(fā)生等離子體時(shí)，根據(jù)需要通過控制部60使通/斷開關(guān)53閉合、斷開，對(duì)作為上部電極的噴淋頭16施加規(guī)定的直流電壓。按照從處理腔室1的側(cè)壁向噴淋頭16的高度位置的上方延伸的方式，設(shè)置有圓筒狀的接地導(dǎo)體la。該圓筒狀的接地導(dǎo)體Ia在其上部具有頂板。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，通過使該真空泵工作，能夠?qū)⑻幚砬皇?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的搬入出口 74，在該搬入出口 74設(shè)置有對(duì)該搬入出口 74進(jìn)行開閉的閘閥75。圖中76、77是可自由裝卸的沉積防護(hù)罩。沉積防護(hù)罩76沿著處理腔室1的內(nèi)壁面設(shè)置，沉積防護(hù)罩77被設(shè)置成包圍支承臺(tái)4和載置臺(tái)2的周圍。這些沉積防護(hù)罩76、77 具有防止蝕刻副產(chǎn)物(沉積)附著在處理腔室1內(nèi)壁等的作用。上述結(jié)構(gòu)的等離子體蝕刻裝置，通過控制部60對(duì)其動(dòng)作統(tǒng)一地進(jìn)行控制。在該控制部60中設(shè)置有具備CPU且對(duì)等離子體蝕刻裝置的各部分進(jìn)行控制的處理控制器61、用戶界面62和存儲(chǔ)部63。用戶界面62包括為了供工序管理者管理等離子體蝕刻裝置而進(jìn)行指令的輸入操作的鍵盤；和使等離子體蝕刻裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況可視化來進(jìn)行顯示的顯示器等。在存儲(chǔ)部63中存儲(chǔ)有包括將用于通過處理控制器61的控制來實(shí)現(xiàn)由等離子體蝕刻裝置執(zhí)行的各種處理的控制程序(軟件)和處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等的處理方案。而且，根據(jù)需要，按照來自用戶界面62的指示等從存儲(chǔ)部63調(diào)出任意的處理方案并使處理控制器61 執(zhí)行，由此在處理控制器61的控制下，由等離子體蝕刻裝置進(jìn)行所要求的處理。另外，控制程序和處理?xiàng)l件數(shù)據(jù)等的處理方案，能夠利用被存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)能夠讀取的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì) (例如、硬盤、CD、軟盤、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器等)等中的狀態(tài)下的處理方案，或者也能夠利用從其他裝置通過例如專用線路隨時(shí)傳送以在線利用的處理方案。在這種結(jié)構(gòu)的等離子體蝕刻裝置中，對(duì)形成在半導(dǎo)體晶片W的絕緣膜等進(jìn)行等離子體蝕刻的次序進(jìn)行說明。首先，將閘閥75打開，通過未圖示的輸送自動(dòng)裝置(robot)等， 經(jīng)由未圖示的裝載鎖定室(load lock chamber)，將半導(dǎo)體晶片W從搬入出口 74搬入至處理腔室1內(nèi)，載置到載置臺(tái)2上。然后，使輸送自動(dòng)裝置退避到處理腔室1外，關(guān)閉閘閥75。 而且，利用排氣裝置73的真空泵經(jīng)由排氣口 71對(duì)處理腔室1內(nèi)進(jìn)行排氣。處理腔室1內(nèi)成為規(guī)定的真空度之后，將規(guī)定的處理氣體(蝕刻氣體)從處理氣體供給源15向處理腔室1內(nèi)導(dǎo)入，處理腔室1內(nèi)被保持為規(guī)定的壓力例如 4. 7Pa(35mTorr)，在該狀態(tài)下，從第一高頻電源IOa向載置臺(tái)2供給頻率例如為40MHz的高頻電力。另外，從第二高頻電源IOb向載置臺(tái)2供給離子引入用的頻率例如為2. OMHz的高頻電力(偏壓用)。此時(shí)，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，通過庫侖力將半導(dǎo)體晶片W吸附。這種情況下，通過如上述那樣對(duì)作為下部電極的載置臺(tái)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(tái)2之間形成電場。利用在半導(dǎo)體晶片W所存在的處理空間內(nèi)產(chǎn)生放電而形成的處理氣體的等離子體，對(duì)形成在半導(dǎo)體晶片W上的絕緣膜等進(jìn)行蝕刻處理。此時(shí)，根據(jù)需要，使通/斷開關(guān)53接通，從可變直流電源52對(duì)作為上部電極的噴淋頭16施加規(guī)定的直流電壓。另外，在該蝕刻處理時(shí)，以中途等離子體不會(huì)消失的方式將一個(gè)循環(huán)的工序連續(xù)地至少重復(fù)進(jìn)行三次以上，該一個(gè)循環(huán)的工序包括使處理氣體中的至少一種氣體的流量為第一流量的工序；和使其為與第一流量不同的第二流量的第二工序。該第一工序和第二工序的詳細(xì)情況在后文中闡述。而且，在上述的蝕刻處理結(jié)束之后，將高頻電力的供給、直流電壓的供給和處理氣體的供給停止，以與上述次序相反的次序，將半導(dǎo)體晶片W從處理腔室1內(nèi)搬出。其次，對(duì)使用上述結(jié)構(gòu)的等離子體蝕刻裝置200來進(jìn)行的半導(dǎo)體裝置的制造方法的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖2是示意地表示本實(shí)施方式中通過等離子體蝕刻進(jìn)行圖案形成的半導(dǎo)體晶片W的結(jié)構(gòu)的例子的圖。如圖2(a)所示，在硅基板101的表面從下側(cè)起依次形成有氮化硅膜102(厚度例如20nm)、氧化硅膜103 (厚度例如500nm)、碳膜104 (厚度例如670nm)、氧化硅膜105 (厚度例如40nm)、反射防止膜106。而且，在反射防止膜106上形成有被圖案化為規(guī)定形狀(在本實(shí)施方式中，以規(guī)定間隔形成有具有規(guī)定的內(nèi)徑的孔的形狀)的兩層光致抗蝕劑107、光致抗蝕劑108。在本實(shí)施方式中，從圖2(a)所示的狀態(tài)起，首先，對(duì)反射防止膜106和氧化硅膜 105進(jìn)行等離子體蝕刻，成為圖2 (b)所示的狀態(tài)，其次，對(duì)碳膜104進(jìn)行等離子體蝕刻，成為圖2 (c)所示的狀態(tài)。然后，對(duì)氧化硅膜103進(jìn)行等離子體蝕刻，成為圖2(d)所示的狀態(tài)。其次，通過灰化(ashing)將殘留在氧化硅膜103上的碳膜104除去，成為圖2(e)所示的狀態(tài)，最后對(duì)氮化硅膜102進(jìn)行蝕刻，成為圖2(f)所示的狀態(tài)。在該狀態(tài)下，以規(guī)定間隔形成多個(gè)將厚度約500nm的氧化硅膜103和厚度20nm的氮化硅膜102貫通的孔狀的圖案。在本實(shí)施方式中，說明對(duì)上述氧化硅膜103進(jìn)行等離子體蝕刻的情況。此時(shí)，作為處理氣體，例如使用氟化物氣體、A氣體和Ar氣體的混合氣體等。作為氟化物氣體，例如能夠優(yōu)選使用C4F6。而且，在本實(shí)施方式中，以中途等離子體不會(huì)消失的方式將一個(gè)循環(huán)的工序連續(xù)地至少重復(fù)進(jìn)行三次以上，該一個(gè)循環(huán)的工序包括使用于進(jìn)行蝕刻的C4F6的流量， 成為第一流量的第一工序，和成為與第一流量不同的第二流量的第二工序。此時(shí)，實(shí)施第一工序的第一時(shí)間和實(shí)施第二工序的第二時(shí)間，為1秒以上15秒以下，更優(yōu)選為2. 5秒以上10秒以下。對(duì)其理由在后文中闡述。另外，優(yōu)選使第一工序中的處理氣體的總流量和第二工序中的處理氣體的總流量大致相等，優(yōu)選在不相同的情況下其總流量的差為較多一方的總流量的10%以下的范圍。即，例如，第一工序中的處理氣體的總流量，比第二工序中的處理氣體的總流量多，當(dāng)為 IOOOsccm時(shí)，第二工序中的處理氣體的總流量為900sccm以上且不到IOOOsccm的范圍。由此，使第一工序中的處理腔室內(nèi)的壓力與第二工序中的處理腔室內(nèi)的壓力大致相同，使其為設(shè)置在處理腔室的APC(自動(dòng)壓力控制裝置)的控制閥不工作的程度的壓力變動(dòng)范圍，能夠抑制等離子體蝕刻處理的狀態(tài)發(fā)生較大的變動(dòng)。進(jìn)而，在第一工序和第二工序中的任一工序中，用于對(duì)被蝕刻膜(本實(shí)施方式的情況下是氧化硅膜)進(jìn)行蝕刻的氣體包含在處理氣體中。因此，本實(shí)施方式中，在第一工序和第二工序中的任一工序中，處理氣體中包含氟化物氣體。由此，能夠抑制蝕刻速率降低。作為實(shí)施例1，使用圖1所示的等離子體蝕刻裝置，以下面的條件實(shí)施氧化硅膜 103的等離子體蝕刻。壓力4. 7Pa (351^001·)高頻電力(H/L):2000/4000ff直流電壓150V處理氣體(第一工序):C4F6/02/Ar= 60/65/900sccm處理氣體(第二工序):C4F6/02/Ar= 80/65/900sccm處理時(shí)間(第一工序10秒+第二工序10秒)X4 (合計(jì)80秒)過度蝕刻(over etch) 41%溫度(上部/側(cè)部/載置臺(tái))150/150/60°C晶片背面?zhèn)群鈮毫?中央部分/周邊部分)2000/53001 (15/40Torr)在上述的實(shí)施例1中，能夠形成所要求的形狀的孔的圖案(孔徑45nm)，能夠使基底層與氮化硅膜102的選擇比約為40。圖3(a)表示此時(shí)的圖案的電子顯微鏡照片。作為比較例1，如上所述不對(duì)C4F6的氣體流量周期地進(jìn)行變更，而是固定為 60SCCm，處理時(shí)間為90秒(過度蝕刻50% )，其他的條件與實(shí)施例1相同，進(jìn)行同樣的等離子體蝕刻。另外，作為比較例2，如上所述不對(duì)C4F6的氣體流量周期地進(jìn)行變更，而是固定為 SOsccm，處理時(shí)間為90秒(過度蝕刻62%)，其他的條件與實(shí)施例1相同，進(jìn)行同樣的等離子體蝕刻。圖3(b)表示該比較例1的圖案的電子顯微鏡照片，圖3(c)表示比較例2的圖案的電子顯微鏡照片。在比較例1中，圖案形狀良好，但是基底層與氮化硅膜102的選擇比為19. 1，較低。另外，在比較例2中，基底層與氮化硅膜102的選擇比為34. 9，較高，但是穿透性(抜《"性)較差，存在較多蝕刻終止(etch stop)的圖案。如上所述，在實(shí)施例1中，與使C4F6的氣體流量固定地進(jìn)行等離子體蝕刻的情況相比，能夠以高選擇比形成良好形狀的圖案。其次，對(duì)以下情況下的蝕刻速率的面內(nèi)均勻性進(jìn)行了調(diào)查對(duì)于形成在無圖案晶片(7，> 卜々工/、)的熱氧化膜的等離子體蝕刻，在與上述實(shí)施例1相同的條件下 (但是處理時(shí)間為80秒)進(jìn)行的情況(實(shí)施例1-2)，在與比較例1相同的條件下(但是處理時(shí)間為80秒)進(jìn)行的情況(實(shí)施例1-2)，在與比較例2相同的條件下(但是處理時(shí)間為 80秒)進(jìn)行的情況(實(shí)施例2-2~)。進(jìn)而還調(diào)查不對(duì)C4F6的氣體流量周期地進(jìn)行變更，而是固定為70sccm(處理時(shí)間80秒)的情況(比較例3-2)。這些結(jié)果在圖4 7中表示，其中，縱軸是蝕刻速率，橫軸是晶片面內(nèi)的位置。另外，在這些圖表中，黑色的圓圈表示沿X方向進(jìn)行測定所得的值，白色的圓圈表示沿與X 方向正交的Y方向進(jìn)行測定所得的值。如圖4所示，在實(shí)施例1-2中，平均蝕刻速率是 430. lnm/min，均勻性(uniformity)是 8. 1%。與此相對(duì)，在圖5所示的比較例1-2中，平均蝕刻速率是413. 5nm/min，均勻性是
817.5%，晶片的中央部分的蝕刻速率降低，周邊部分提高的傾向變得顯著。另外，在圖6所示的比較例2-2中，平均蝕刻速率是141. nm/min左右，但是在晶片的周邊部分和中央部分之間的中間部分，是沉積多、膜厚測定困難的部分(圖中沒有曲線(Plot)的部分)。另外， 圖7所示的比較例3-2中，平均蝕刻速率是463. 3nm/min，其變高，但是均勻性是11. 6%，其變低，晶片的中央部分的蝕刻速率降低、在周邊部分變高的傾向變得顯著。如上所述，在對(duì)C4F6的氣體流量周期地進(jìn)行變更的實(shí)施例1-2中，與使C4F6的氣體流量為一定的各比較例相比，能夠確認(rèn)蝕刻速率高，且均勻性也良好。上述的實(shí)施例1、實(shí)施例1-2中，使第一工序和第二工序的時(shí)間為10秒，進(jìn)行四個(gè)循環(huán)的周期性的變更，該第一工序和第二工序的時(shí)間優(yōu)選為1秒以上15秒以下，更優(yōu)選為 2. 5秒以上10秒以下。以下，對(duì)于其理由進(jìn)行說明。以下各圖表示對(duì)上述實(shí)施例1-2中各個(gè)情況下的蝕刻速率及其面內(nèi)均勻性進(jìn)行調(diào)查所得的結(jié)果圖8為第一工序和第二工序的時(shí)間為40秒、進(jìn)行一個(gè)循環(huán)的情況，圖9為第一工序和第二工序的時(shí)間為20秒、進(jìn)行兩個(gè)循環(huán)的情況，圖10為第一工序和第二工序的時(shí)間為5秒、進(jìn)行八個(gè)循環(huán)的情況，圖11為第一工序和第二工序的時(shí)間為2. 5秒、進(jìn)行十六個(gè)循環(huán)的情況，圖12為第一工序和第二工序的時(shí)間為1秒、進(jìn)行四十個(gè)循環(huán)的情況，圖13 為第一工序和第二工序的時(shí)間為0. 5秒、進(jìn)行八十個(gè)循環(huán)的情況。如圖13所示，使第一工序和第二工序的時(shí)間為0. 5秒的情況，與連續(xù)地使C4F6固定地以氣體流量70sCCm流動(dòng)的情況(比較例3-2(圖7所示))是大致相同的結(jié)果，幾乎沒有顯示效果。另外，該情況的平均蝕刻速率是461. 7nm/min，均勻性是10. 6%。另外，如圖12所示，使第一工序和第二工序的時(shí)間為1秒的情況，與連續(xù)地使C4F6 固定地以氣體流量70sCCm流動(dòng)的情況(比較例3-2(圖7所示))相比，顯示出蝕刻速率均勻化的效果。另外，該情況下的平均蝕刻速率是454. 5nm/min,均勻性是9. 1 %。另外，如圖11所示為使第一工序和第二工序的時(shí)間為2. 5秒的情況(平均蝕刻速率是446. Snm/min，均勻性是8. 6% )，如圖10所示為使第一工序和第二工序的時(shí)間為5秒的情況(平均蝕刻速率是447. 3nm/min，均勻性是7. 2% )，蝕刻速率均勻化的效果逐漸變大。然而，與使第一工序和第二工序的時(shí)間為10秒的上述的實(shí)施例1-2相比，進(jìn)一步使第一工序和第二工序的時(shí)間變長，成為20秒時(shí)，如圖9所示，與連續(xù)地使C4F6固定地以氣體流量70sCCm流動(dòng)的情況(比較例3-2 (圖7所示))相比，蝕刻速率降低，均勻性也變差。 該情況下的平均蝕刻速率是364. 7nm/min，均勻性是27. 2%左右。另外，在圖9中，一部分沒有曲線的部位是沉積多、膜厚測定困難的部分。而且，如圖8所示，使第一工序和第二工序的時(shí)間為40秒的情況，與連續(xù)地使C4F6 固定地以氣體流量70sCCm流動(dòng)的情況(比較例3-2(圖7所示。))相比，蝕刻速率也降低， 均勻性也變差。由上述的結(jié)果可知，第一工序和第二工序的時(shí)間優(yōu)選為1秒以上15秒以下，更優(yōu)選2. 5秒以上10秒以下。這樣設(shè)定第一工序和第二工序的時(shí)間能夠得到良好的效果，被認(rèn)為是由于在等離子體蝕刻中產(chǎn)生等離子體的狀態(tài)微妙變化的過渡狀態(tài)。圖14以縱軸為發(fā)光強(qiáng)度、橫軸為經(jīng)過時(shí)間，表示對(duì)當(dāng)使氣體流量發(fā)生變化時(shí)等離子體的狀態(tài)隨時(shí)間變化的情況進(jìn)行調(diào)查所得的結(jié)果。另外，此時(shí)的等離子體發(fā)生條件是
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壓力4. OPa (SOmiTorr)高頻電力(H/L):500/150ff處理氣體(第一工序):HBr/Cl2/NF3= 160/20/20sccm處理氣體(第二工序):HBr/Cl2/NF3= 140/20/40sccm在該圖中，各曲線從上側(cè)起表示波長226nm:C0、SiCl，波長337nm :N2、NH，波長 400nm:SiF、Cl2+、SiN的發(fā)光強(qiáng)度。如該圖所示，使位于處理腔室的外部的閥動(dòng)作，切換第一工序和第二工序(使NF3氣體流量增大，使HBr減少)時(shí)，如該圖(A)所示在3秒左右之后等離子體的狀態(tài)開始發(fā)生變化，在10秒左右成為穩(wěn)定的狀態(tài)。即，該情況下過渡狀態(tài)發(fā)生7 秒左右。另外，從第二工序切換至第一工序(使NF3氣體流量減少，使HBr增大)時(shí)，如該圖 (B)所示在3秒左右之后等離子體的狀態(tài)開始發(fā)生變化，在7秒左右成為穩(wěn)定的狀態(tài)。艮口， 在比該圖(A)所示的情況短的時(shí)間內(nèi)成為穩(wěn)定的狀態(tài)。另外，處理腔室的容量大約是68升 (litre)ο像這樣在切換第一工序和第二工序時(shí)過渡狀態(tài)發(fā)生7秒的情況下，如果將第一工序和第二工序的時(shí)間設(shè)定為5秒以下的短時(shí)間，則處理時(shí)間中的大部分時(shí)間是過渡狀態(tài)， 但是存在等離子體的狀態(tài)的變化不會(huì)到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的可能性。在此，假設(shè)將第一工序和第二工序的時(shí)間設(shè)定為8秒左右，則處理時(shí)間中的大部分時(shí)間是過渡狀態(tài)，并且能夠使等離子體的狀態(tài)發(fā)生變化，直至大致穩(wěn)定的狀態(tài)?；谶@種理由能夠認(rèn)為，以8秒為中心，使第一工序和第二工序的時(shí)間為1秒 15秒左右，由此能夠得到上述的效果。圖15表示使等離子體的發(fā)生條件為以下條件時(shí)同樣測定等離子體的發(fā)光強(qiáng)度所得的結(jié)果。壓力4. TPaGSm^Torr)高頻電力(H/L):2000/4000ff處理氣體(第一工序(10秒)):C4F6/02/Ar = 60/65/200sccm處理氣體(第二工序(10秒)):C4F6/02/Ar = 80/65/200sccm另外，示出該情況下波長250-270 =CF的發(fā)光強(qiáng)度。在與上述相同的條件下，以下各圖示出各情況下的發(fā)光強(qiáng)度，即，圖16為使第一工序和第二工序的時(shí)間為5秒的情況，圖 17為使Ar氣體的流量增大至900SCCm的情況，圖18為使壓力增大至9. 4Pa(70mTorr)的情況。另外，處理腔室的容量約為68升。如該圖15 圖18所示，當(dāng)使Ar氣體的流量增大時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度的變動(dòng)幅度減少，使壓力增大時(shí)，發(fā)光強(qiáng)度的變動(dòng)幅度增大，但是對(duì)過渡狀態(tài)的時(shí)間的長度不產(chǎn)生大的影響。其次，對(duì)實(shí)施例2進(jìn)行說明。在實(shí)施例2中，對(duì)厚度約為600nm的碳膜進(jìn)行等離子體蝕刻，形成線和空間的圖案。在實(shí)施例2中使用的半導(dǎo)體晶片，如圖19所示，在厚度約為 1微米的熱氧化膜120上形成有厚度約為600nm的碳膜121，在其上形成有厚度約為60nm 的氧化硅膜(SiO2膜)122、厚度約為30nm的反射防止膜123。而且，在反射防止膜123上形成有被圖案形成為規(guī)定圖案的厚度約為IOOnm的光致抗蝕劑124。在實(shí)施例2中，將該光致抗蝕劑1 作為掩模，對(duì)反射防止膜123和氧化硅膜122進(jìn)行蝕刻之后，將該氧化硅膜122 作為掩模，對(duì)碳膜121進(jìn)行等離子體蝕刻。碳膜121的等離子體蝕刻的條件如下所述。壓力0. 67Pa(5mTorr)
高頻電力(H/L):500/500ff處理氣體(第一工序):HBrA)2= 40/40sccm處理氣體(第二工序):HBr/ = 0/80sccm處理時(shí)間(第一工序11秒+第二工序11秒)X 4 (合計(jì)88秒)溫度(上部/側(cè)部/載置臺(tái))=100/80/400C晶片背面?zhèn)群鈮毫?中央部分/周邊部分):1330/1330Pa(10/10TOrr)在實(shí)施例2中，能夠獲得與作為掩模層的氧化硅膜122的選擇比的同時(shí)，對(duì)厚度約為600nm的碳膜121進(jìn)行等離子體蝕刻，形成線和空間的規(guī)定形狀的圖案。圖20(a)表示該實(shí)施例2的圖案的電子顯微鏡照片。作為比較例4，除了將處理氣體固定為以下條件，即“處理氣體HBrA)2 = 40/40sCCm”之外，還在與實(shí)施例2相同的條件下對(duì)同一樣品進(jìn)行等離子體蝕刻。其結(jié)果，在蝕刻中途發(fā)生蝕刻終止，不能夠蝕刻至最后。圖20(b)表示該比較例4的圖案的電子顯微鏡照片。作為比較例5，除了將處理氣體固定為以下條件，即“處理氣體02 = SOsccm”之外，在與第二實(shí)施例相同的條件下對(duì)同一樣品進(jìn)行等離子體蝕刻。其結(jié)果，與作為掩模層的氧化硅膜122的選擇比不充分，不能夠維持掩模的狀態(tài)，另外，碳膜121的CD變細(xì)。圖20(c) 表示該比較例5的圖案的電子顯微鏡照片。其次，對(duì)實(shí)施例3進(jìn)行說明。在實(shí)施例3中，在位于厚度約為300nm的碳膜的下側(cè)的厚度約為400nm的非晶硅(amorphous silicon)膜，形成孔的圖案。在實(shí)施例3中使用的半導(dǎo)體晶片，如圖21所示，在厚度約為400nm的非晶硅膜131上形成有厚度約為300nm的碳膜132，其上形成有厚度約為60nm的氧化硅膜(SiO2膜)133、反射防止膜134。而且，在反射防止膜134上形成有被圖案形成為規(guī)定圖案的厚度約為IOOnm的光致抗蝕劑135。在實(shí)施例3中，將該光致抗蝕劑135作為掩模對(duì)反射防止膜134和氧化硅膜133進(jìn)行蝕刻之后，將該氧化硅膜133作為掩模對(duì)碳膜132進(jìn)行蝕刻，進(jìn)一步，對(duì)非晶硅膜131進(jìn)行等離子體蝕刻。非晶硅膜131的等離子體蝕刻的條件如下所述。壓力16. 0Pa(120mTorr)高頻電力(H/L):2500/1300ff處理氣體(第一工序):NF3/HBrA)2= 0/300/20sccm處理氣體(第二工序):NF3/HBr/02= 5/300/20sccm處理時(shí)間(第一工序10秒+第二工序10秒)X 3 (合計(jì)60秒)溫度(上部/側(cè)部/載置臺(tái))=100/80/800C晶片背面?zhèn)群鈮毫?中央部分/周邊部分):1330/1330Pa(10/10TOrr)在實(shí)施例3中，能夠?qū)穸燃s為400nm的非晶硅膜131進(jìn)行等離子體蝕刻，形成規(guī)定形狀的孔的圖案。圖22表示該實(shí)施例3的圖案的電子顯微鏡照片。以上，以實(shí)施方式和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不限定于該實(shí)施方式和實(shí)施例，顯然能夠進(jìn)行各種變形。
1權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括將基板收容在處理腔室內(nèi)并對(duì)形成在所述基板的被蝕刻膜進(jìn)行蝕刻的等離子體蝕刻工序，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于在所述等離子體蝕刻工序中，對(duì)所述處理腔室內(nèi)供給處理氣體，該處理氣體包括規(guī)定的多種氣體的混合氣體， 并且，將一個(gè)循環(huán)的工序以等離子體中途不消失的方式連續(xù)地至少重復(fù)進(jìn)行三次以上，該一個(gè)循環(huán)的工序包括使所述多種氣體中的至少一種氣體的流量，在第一時(shí)間中為第一流量的第一工序和在第二時(shí)間中為流量與所述第一流量不同的第二流量的第二工序， 所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間為1秒以上15秒以下，所述第一工序中的所述處理氣體的總流量與所述第二工序中的所述處理氣體的總流量相同，或者在雙方不同的情況下，總流量之差為多的一方的總流量的10%以下，在所述第一工序和所述第二工序中的任一工序中，用于對(duì)所述被蝕刻膜進(jìn)行蝕刻的氣體包含在所述處理氣體中。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于 所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間為2. 5秒以上10秒以下。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于 所述第一時(shí)間和所述第二時(shí)間相同。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于 所述被蝕刻膜是氧化硅膜，所述處理氣體至少包含氟化物氣體，在所述第一工序和所述第二工序中，將氟化物氣體的流量變更為所述第一流量和所述第二流量。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于 所述氟化物氣體是C4F6氣體。
6.如權(quán)利要求4或5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于 所述處理氣體包含&氣體和Ar氣體。
7.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于 所述被蝕刻膜是非晶硅膜，所述處理氣體至少包含NF3氣體、HBr氣體和&氣體，在所述第一工序和所述第二工序中，將NF3氣體的流量變更為所述第一流量和所述第二流量。
8.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于 所述被蝕刻膜是碳膜，所述處理氣體至少包含HBr氣體和&氣體，在所述第一工序和第二工序中，將HBr氣體和O2氣體的流量變更為所述第一流量和所述第二流量。
9.一種等離子體蝕刻裝置，其包括將基板收容在內(nèi)部并對(duì)形成在所述基板的被蝕刻膜進(jìn)行蝕刻的處理腔室；處理氣體供給機(jī)構(gòu)，對(duì)所述處理腔室內(nèi)供給包括規(guī)定的多種氣體的混合氣體的處理氣體；和使所述處理氣體等離子體化的等離子體生成機(jī)構(gòu)，所述等離子體蝕刻裝置的特征在于在所述處理腔室內(nèi)具備控制機(jī)構(gòu)，該控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制以執(zhí)行權(quán)利要求1 權(quán)利要求 8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法中的等離子體蝕刻工序。
全文摘要
本發(fā)明提供半導(dǎo)體裝置的制造方法和等離子體蝕刻裝置。該半導(dǎo)體裝置的制造方法中，對(duì)處理腔室內(nèi)供給由混合氣體構(gòu)成的處理氣體，并且，將一個(gè)循環(huán)的工序以等離子體中途不消失的方式連續(xù)地至少重復(fù)進(jìn)行三次以上，該一個(gè)循環(huán)的工序包括使多種氣體中的至少一種氣體的流量，在第一時(shí)間中為第一流量的第一工序和在第二時(shí)間中為流量與上述第一流量不同的第二流量的第二工序，第一時(shí)間和第二時(shí)間為1秒以上15秒以下，第一工序中的處理氣體的總流量與第二工序中的處理氣體的總流量相同，或者在雙方不同的情況下，總流量之差為多的一方的總流量的10％以下，在第一工序和第二工序中的任一工序中，用于對(duì)被蝕刻膜進(jìn)行蝕刻的氣體包含在處理氣體中。
文檔編號(hào)H01L21/02GK102169823SQ20111003536
公開日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者櫛引理人, 西村榮一 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社