被处理体的蚀刻方法

专利名称：被处理体的蚀刻方法
技术领域：
本发明涉及一种蚀刻方法，其将具有SiC部分或SiN部分的被处 理体，例如将具有作为屏蔽层的SiC膜或者SiN膜和在其上形成的层 间绝缘膜的半导体晶片收容到处理容器中，利用蚀刻气体的等离子体 来蚀刻被处理体的SiC部分或者SiN部分。
背景技术：
在半导体元件的布线工序中，在布线层间形成层间绝缘膜，为了 导通布线层蚀刻层间绝缘膜。这种情况下，在层间绝缘膜层之下形成 作为屏蔽层的SiC膜或SiN膜。然后，为了形成布线图案，在层间绝 缘膜上连续蚀刻SiC膜或SiN膜的情况下，将层间绝缘膜作为掩膜来 蚀刻它们。
另一方面，作为半导体元件，由于有高速化的要求，使用低介电 常数的材料作为层间绝缘膜。作为这种低介电常数材料，知道有机硅 系列物质。
但是，作为蚀刻SiC膜的技术，在特开昭57-124438号公报中公开 了使用CF4和02的技术，在特开昭62-216335号公报中公开了使用CF4、 CHF3禾卩02的技术，在特开平4-293234号公报中公开了使用CHF3和 Ar的技术，但是这些技术中，无论哪个蚀刻速率都必须在10nm/min 左右。另外，在这些技术中，在将有机Si类低介电常数膜作为掩膜来 蚀刻SiC膜的情况下，具有蚀刻速率低，而且对上层有机Si类低介电 常数膜选择比不充分的问题。
另外，没有出现对SiN膜也维持足够的蚀刻速率，且对有机Si类 低介电常数膜有高的蚀刻选择比的蚀刻技术。

发明内容
本发明是鉴于上述问题做出的，其目的是提供一种蚀刻方法，其
能够以足够的蚀刻速率来蚀刻被处理体的SiC部分。另外，其目的是 提供一种蚀刻方法，其能够在将有机Si类低介电常数膜作为掩膜来蚀 刻被处理体的SiC部分的情况下，提高蚀刻速率和对有机Si类低介电
常数膜的蚀刻选择比来进行蚀刻。此外，其目的是提供一种蚀刻方法，
其能够在将有机Si类低介电常数膜作为掩膜来蚀刻被处理体的SiN部 分的情况下，提高蚀刻速率和对有机Si类低介电常数膜的蚀刻选择比 来进行蚀刻。
本发明提供一种被处理体的蚀刻方法，包括将包含SiC部分的
被处理体收容到处理容器中的步骤；和向处理容器中提供蚀刻气体，
同时将蚀刻气体等离子体化，通过该等离子体化的蚀刻气体来蚀刻被
处理体的SiC部分的步骤，其特征在于提供给处理容器中的蚀刻气
体包含CH2F2。
本发明提供一种被处理体的蚀刻方法，包括将包含SiC部分的 被处理体收容到处理容器中的步骤；和向处理容器中提供蚀刻气体， 同时将蚀刻气体等离子体化，通过该等离子体化的蚀刻气体来蚀刻被 处理体的SiC部分的步骤，其特征在于提供给处理容器中的蚀刻气 体包含CH3F。
本发明提供一种被处理体的蚀刻方法，包括将包含SiN部分的 被处理体收容到处理容器中的步骤；和向处理容器中提供蚀刻气体， 同时将蚀刻气体等离子体化，通过该等离子体化的蚀刻气体来蚀刻被 处理体的SiN部分的步骤，其特征在于提供给处理容器中的蚀刻气 体包含CH2F2和02。


图1是表示用于实施本发明的蚀刻方法的干蚀刻装置的一个例子 的概略截面图。
图2是表示在布线层上形成SiC膜，此外，在其上形成有机Si类 低介电常数膜的构造体，以及对该构造体在有机Si类低介电常数膜连续蚀刻SiC膜的状态的截面图。
图3是表示在布线层上形成SiN膜，此外，在其上形成有机Si类 低介电常数膜的构造体，以及对该构造体在有机Si类低介电常数膜连 续蚀刻SiN膜的状态的截面图。
图4是SiN膜的蚀刻中，Ar量和气体压力，与SiN膜的蚀刻速率 和SiN膜的对有机Si类低介电常数膜的蚀刻选择比的关系的图。
图5是表示用于实施本发明的蚀刻方法的磁控管等离子体蚀刻装 置的概略截面图。
图6是表示在通过向CH3F — 02类列蚀刻气体加入N2气体的蚀刻 气体，将SiOj莫作为掩膜来蚀刻SiC膜的情况下，N2气体流量与SiC
和Si02的蚀刻速率之间的关系的图。
具体实施例方式
下面，参照附图，来详细说明本发明的实施形式。 图1是表示用于实施本发明的干蚀刻装置的概略截面图。 该蚀刻装置1构成为，电极板上下平行相对，等离子体形成用电 源连接于一方的电容耦合型平行平板蚀刻装置。
该蚀刻处理装置1具有腔室2，该腔室2例如是表面由陶瓷喷镀处 理的铝构成的，以圆筒状形成，该腔室2安全接地。在上述腔室2中， 设置为，水平载置由例如硅构成的、其上形成规定膜的半导体晶片W (下面仅称为"晶片")，具有作为下部电极功能的基座3支持在支 持部件4上。该支持部件4利用陶瓷等的绝缘板5，通过未图示的升降 装置的支持台6支持，通过该升降机构该基座3能够升降。支持台6 的下方中央的大气部分利用波纹管7覆盖，分离为腔室2内和大气部 分。
在上述支持部件4的内部，设置冷却介质室8，在该冷却介质室8 中，通过冷却介质导入管8a循环导入冷却介质，通过上述基座3对上 述晶片W导热，由此将晶片W的处理面控制到希望的温度。另外， 在作为被处理体的晶片W的背面，设置用于提供传热介质，例如He 气体等的气体通路9，通过该传热介质，将基座3的冷热传到晶片W， 维持晶片W到规定的温度。上述基座3，其上面中央部形成凸状的圆板状，其上面设置由电极 12介于绝缘材料之间而形成构成的静电卡盘11，通过从与电极12连 接的直流电源13施加直流电压，静电吸附晶片W。在上述基座3的上 端周缘部，配置为了提高蚀刻的均匀性的环状的聚焦环15，包围载置 在静电卡盘11上的晶片W。
在上述基座3的上方，设置与该基座3平行相对、具有作为上部 电极功能的喷淋头21 。该喷淋头21通过绝缘件22支持在腔室2的上 部，在与基座3相对的面24上具有多个排出孔23。而且，基座3与喷 淋头21的距离通过上述升降机构可以调节。
在上述喷淋头21的中央设置气体导入口 26，此外在该气体导入口 26，连接气体供给管27，此外该气体供给管27通过阀门28与蚀刻气 体供给源30连接。然后，由蚀刻气体供给源30提供规定的蚀刻气体。
该蚀刻气体供给源30构成为提供CH3F、 CH2F2、 CF4、 02和Ar。
上述腔室2的侧壁底部附近连接排气管31，该排气管31连接排气 装置35。排气装置35具有涡轮分子泵等的真空泵，构成为可通过它将 腔室2中抽真空到规定的压力。另外，在腔室2的侧壁上设置闸门阀 32，在打开该闸门阀32的状态，可在与相邻的装载锁定室(未图示) 之间传送晶片W。
在具有作为上部电极功能的喷淋头21上，连接高频电源40，匹配 器41连接在供电线中。该高频电源40提供例如60MHz频率的高频。 另外，喷淋头21连接低通滤波器(LPF) 42。
具有作为下部电极功能的基座3连接高频电源50，匹配器51连接 在该供电线中。该高频电源50提供例如2MHz频率的高频。另外，该 基座3连接高通滤波器(HPF) 16。
下面，说明使用上述蚀刻装置来蚀刻SiC膜的方法。这里，如图2 (a)所示，在例如由Cu构成的布线层60上形成作为屏蔽层的SiC膜 61 ，在其上形成由有机Si类低介电常数膜构成的层间绝缘膜62的构造 体中，将抗蚀层63作为掩膜来蚀刻层间绝缘膜62，形成如图2 (b) 所示的构造，之后，将层间绝缘膜62作为掩膜来蚀刻SiC膜。
这里，作为构成有机Si类低介电常数膜之材料的典型例子，能够 举出具有下面所示的化学式的聚硅氧烷。<image>image see original document page 7</image>
但是，在化学式中，R是甲基、乙基、丙基等的垸基或它们的衍 生物，或者是苯基等的芳基，或它们的衍生物。
在蚀刻时，打开闸门阀32，将具有布线层60、 SiC膜61、由在SiC 膜61上蚀刻规定图案的有机Si类低介电常数膜构成的层间绝缘膜62 的晶片W传送到腔室2中，载置到基座3上。然后，从直流电源13 向晶片W施加直流电压，将晶片W通过静电卡盘11静电吸附。接着， 关闭闸门阀32，通过排气装置35，将腔室2中抽真空到规定的真空度。 .在这种状态下，从蚀刻气体供给源30向腔室2中提供规定的蚀刻 气体。然后，从高频电源40向喷淋头21施加规定频率的高频电力， 通过这样，在作为上部电极的喷淋头21和作为下部电极的基座3之间 产生高频电场，等离子体化蚀刻气体，如图2 (c)所示，将它们对SiC 膜61作用，进行SiC膜61的蚀刻。此时，从高频电源50向作为下部 电极的基座3施加规定频率的高频电力，等离子体中的离子吸向基座3 一侧。
来说明将以聚甲基硅氧垸为主要成分的有机Si类低介电常数膜作 为掩膜来蚀刻SiC膜的结果。首先，使用图l所示的装置，将腔室中 的压力设为6.65Pa，向喷淋头提供等离子体形成用的60MHz的高频电 力，向基座提供离子吸引用的2MHz的高频电力，蚀刻气体的组成和 流量以及高频电力如表1那样变化，来进行蚀刻。而且，基座和喷淋 头之间的间隔是35mm。表1
号码气体流量(Xl(T3L/min)功率(w)蚀刻速率 (nm/min )CH2F2CH3Fo2ArCF4上部下部中央边缘
1100101000150010024.121.8
2010101000150010020.825.0
3020101000150010047.843.7
4030101000150010052.058.7
0201000150010054.254.2
6020102000150010043.445.6
7020101000150030084.889.0
8030101000150030095.7112.3
902010励0150010085.383.2
1010010100150010093.883.3
11010101005150010072.864.5
结果，如表1所示，通过使用包含CH2F2或CH3F之气体作为蚀刻 气体，确认蚀刻速率为20nm/min之上。另外，对于任一种有机Si类 低介电常数膜，蚀刻选择比在有机Si类低介电常数膜的台肩部分为10 以上。
另外，使用如图5所示那样形成磁场的等离子体蚀刻装置100来 作为蚀刻装置，将腔室中的压力设为9.98Pa，向基座提供13.56MHz 的高频电力，与表1中的5号同样蚀刻气体仅为CH3F和02气体，这 些气体的流量和高频电力如表2变化，来进行蚀刻。而且，基座和喷 淋头的间距是27mm。
表2
号码气体流量 (Xl(T3L/min)功率 (W)蚀刻速率 (nm/min )选择比
CH3Fo2122030200130±12%13.5
132030300141 ±12%13.3
143030300181±12%11.0
153060300165±12%10.7
8结果，如表2所示，得到蚀刻速率是130nm/min之上，蚀刻选择 比是10.7之上的值。
下面，通过图5详细描述磁控管等离子体蚀刻装置100。 图5所示的磁控管等离子体蚀刻装置100具有腔室2，该腔室2 例如表面是由陶瓷喷镀处理的铝构成、以圆筒状形成，该腔室2接地。 在上述腔室2中，设置状态为，水平载置由例如硅构成的、其上形成 规定膜的半导体晶片W，具有作为下部电极功能的基座3支持在支持 部件4上。该支持部件4利用陶瓷等的绝缘板5，通过未图示的升降装 置的支持台6来支持，通过该升降机构该基座3能够升降。支持台6 的下方中央的大气部分利用波纹管7覆盖，分离为腔室2内部和大气 部分。
在上述支持部件4的内部，设置冷却介质室8，在该冷却介质室8 中，通过冷却介质导入管8a循环导入冷却介质，其冷热通过上述基座 3对上述晶片W传热，由此将晶片W的处理面控制到希望的温度。另 外，在作为被处理体的晶片W的背面，设置用于提供传热介质例如 He气体等的气体通路9，通过该传热介质，将基座3的冷热传到晶片 W，维持晶片W到规定的温度。
上述基座3，其上面中央部形成凸状的圆板状，其上面设置由电极 12介于绝缘件之间而构成的静电卡盘11，通过从与电极12连接的直 流电源13施加直流电压，静电吸附晶片W。在上述基座3的上端周缘 部，配置为了提高蚀刻的均匀性的环状的聚焦环15，包围载置在静电 卡盘11上的晶片W。
在上述腔室2的上部，设置喷淋头21。在该喷淋头21的下面24 上形成多个排出孔23。而且，基座3与喷淋头21的距离通过上述升降 机构可以调节。
在上述喷淋头21的中央设置气体导入口 26，此外在该气体导入口 26，连接气体供给管27，此外该气体供给管27通过阀门28与蚀刻气 体供给源30连接。然后，由蚀刻气体供给源30提供规定的蚀刻气体。
在蚀刻SiC膜的情况下，该蚀刻气体供给源30构成为提供CH3F、 CH2F2、 CF4、 02禾flAr。上述腔室2的侧壁底部附近连接排气管31，该排气管31连接排气 装置35。排气装置35具有涡轮分子泵等的真空泵，构成为可通过它将 腔室2中抽真空到规定的压力。另外，在腔室2的侧壁上设置闸门阀 32，在打开该闸门阀32的状态，可在与相邻的装载锁定室(未图示) 之间传送晶片W。
另外，基座3通过匹配器51连接高频电源50。
另一方面，在腔室2的上部周围配置偶极环磁铁40。偶极环磁铁 40是将多个各向异性的部分柱状磁铁在由形成环状的磁体构成的壳套 的内侧环状地配置，将这些多个各向异性的部分柱状磁铁的磁化方向 每个错开一点，作为整体就形成同样的水平磁场。
但是，如图5所示，通过该偶极环磁铁40在基座3和喷淋头21 之间的空间中形成水平磁场，通过电源50在垂直方向形成电场，所以 随着正交电磁场的形成，由电子的漂移运动产生高能量的磁控管放电。 因此，通过由此产生的高能量状态的处理气体的等离子体，能够高效 率地蚀刻晶片W上的膜。
构成偶极环磁铁40的各向异性的扇形柱状磁铁的形状不限于特定 的形状，可采用例如圆柱状或者棱柱状。另外，构成各向异性的扇形 柱状磁铁的磁铁材料也不限于特定的材料，例如，可使用稀土类磁铁、 铁氧体磁铁、铝镍钴合金磁铁等各种磁铁材料。
下面，说明使用图l所示的蚀刻装置来蚀刻SiN膜的方法。这里， 在图2的构造中，使用SiN膜作为上述SiC膜的替代品。
在图1中，使用CH2F2和02和Ar作为蚀刻气体。通过对应于Ar 量调整腔室2中的气体压力，能够维持高的蚀刻速率，提高SiN膜的 对有机Si类低介电常数膜的蚀刻选择比。
具体地说，得到图4所示的关系。图4表示了将CH2F2固定到 0.01L/min的流量，将02固定到0.01L/min的流量，Ar流量是在对应 于Ar/ (CH2F2+02)为0 15的0 0.3L/min的范围，腔室中的气体 压力是在优选范围的1.3 12.0Pa之间变化，来蚀刻SiN膜的结果的图。 这里，对喷淋头施加60MHz、 1500W的高频电力，对基座施加2MHz、 IOOW的高频电力。如图所示，在图4的斜线区域，SiN膜的蚀刻速率 在100nm/min之上，对有机Si类低介电常数膜的蚀刻选择比在10之上。即，可理解，Ar流量是0 0.3L/min，腔室中气体压力在1.3 12.0Pa 的范围，对应于Ar流量可得到适当的气体压力。另外，Ar流量是 0.1L/min，腔室中压力是6.65Pa时，蚀刻速率在中央是232.5nm/min， 蚀刻速率在边缘是250.0nm/min，在有机Si类低介电常数膜的台肩部 分蚀刻选择比是10之上。
另外，上部电极的喷淋头21的高频电压的峰到峰(peaktopeak) 的值Vpp优选是300V之下。通过这样规定Vpp，能够提高对有机Si 类低介电常数膜的蚀刻选择比。
而且，本发明不限于上述实施形式，可有各种变形。例如在上述 实施形式中，对SiC膜的蚀刻，表示了在有机Si类低介电常数膜的下 层形成之情况的蚀刻，但不限于此，也能够适用于对有机Si类低介电 常数膜有选择地进行SiC膜的蚀刻的构造。
如上述说明，按照本发明，通过利用包含CH2F2的气体或者包含 CH3F的气体来蚀刻SiC，能够得到高蚀刻速率。另外，如果利用包含 CH2F2的气体或者包含CH3F的气体，将有机Si类低介电常数膜作为掩 膜来蚀刻SiC，能够提高蚀刻速率和对有机Si类低介电常数膜的蚀刻
选择比来进行蚀刻。另夕卜，通过利用包含CH2F2和02的气体，将有机
Si类低介电常数膜作为掩膜来蚀刻SiN，能够提高蚀刻速率和对有机 Si类低介电常数膜的蚀刻选择比来进行蚀刻。
下面，详细说明使用图5所示的磁控管等离子体蚀刻装置来蚀刻 SiC膜的方法。这里，在图2中，使用Si02膜来代替有机Si类低介电
常数膜。
作为图5中的蚀刻气体，使用CH3F和02和N2的混合气体来进行 讨论。这种情况下，将腔室中的气体压力是10Pa、 RF功率是300W、 CH3F气体和02气体流量都是0.03L/min的条件作为基准条件。结果， 如图6所示，随着增加N2气体，SiC膜的蚀刻速率快速提高，另一方
面，即使N2气体增加，Si02的蚀刻速率基本上不增加。SP，可明确，
增加N2气体量，SiC膜对Si02的蚀刻选择比上升。另夕卜，使用有机Si 类低介电常数膜作为层间绝缘膜的情况下，对上述基准条件增加N2气 体是0.01L/min的流量来蚀刻100nm厚的SiC膜，那么蚀刻速率是 77nm/min，对有机Si类低介电常数膜的蚀刻选择比是10之上。这样，
ii通过将向CH3F — 02类增加N2气体的气体用作蚀刻气体，可看到，能
够以极高的蚀刻速率来蚀刻SiC膜，同时，能够提高对用作层间绝缘 膜的Si02膜和有机Si类低介电常数膜的蚀刻选择比。而且，由于图l 所示装置和图5所示装置的构成不同，蚀刻速率和选择比的数值也不同。
权利要求
1.一种被处理体的蚀刻方法，包括将包含SiN部分的被处理体收容到处理容器中的步骤；和向处理容器中提供蚀刻气体，同时将蚀刻气体等离子体化，通过该等离子体化的蚀刻气体来蚀刻被处理体的SiN部分的步骤，其特征在于提供给处理容器中的蚀刻气体包含CH2F2和O2，蚀刻气体还包括Ar，蚀刻气体中Ar的流量/(CH2F2+O2)的流量的比例是比0大而在5以下，被处理体具有在SiN部分上设置的作为绝缘膜的有机Si类低介电常数膜，将该有机Si类低介电常数膜作为掩膜来蚀刻被处理体的SiN部分。
全文摘要
本发明提供一种处理体的蚀刻方法，包括将包含SiN部分的被处理体收容到处理容器中的步骤；和向处理容器中提供蚀刻气体，同时将蚀刻气体等离子体化，通过该等离子体化的蚀刻气体来蚀刻被处理体的SiN部分的步骤，其特征在于提供给处理容器中的蚀刻气体包含CH₂F₂和O₂，蚀刻气体还包括Ar，蚀刻气体中Ar的流量/(CH₂F₂+O₂)的流量的比例是比0大而在5以下，被处理体具有在SiN部分上设置的作为绝缘膜的有机Si类低介电常数膜，将该有机Si类低介电常数膜作为掩膜来蚀刻被处理体的SiN部分。
文档编号H01L21/3065GK101593677SQ20091013862
公开日2009年12月2日 申请日期2002年6月10日 优先权日2001年8月31日
发明者山口智代, 布濑晓志, 藤本究 申请人:东京毅力科创株式会社