(蚀刻)气体，通过CFj^由基，在掩模94和S1 2模90的孔92的侧壁98，作为侧壁保护膜堆积聚合膜，并且通过RF偏置，将CF/或 Ar +等的离子垂直引入到3102膜90的孔92中进行垂直蚀刻。这种情况下，由于化学的活度高的F自由基使各向异性和选择性两方面降低，因此广泛使用F自由基生成少且C/F比大的C4F8、C5F8、C4F6等气体。
[0106]在这样的HARC工艺中，为了提高S12膜的蚀刻速度，需要(I)增加离子入射量，
(2)增加自由基中的F总量，以及(3)充分的离子能量。因而，采用如下方法:针对上述(I)的要求条件，[I]调整等离子体生成用高频的功率，针对上述(2)的要求条件，[2]调整碳氟化合物气体(例如C4F8)的流量，针对上述(3)的要求条件，[3]调整离子引入用高频的功率。
[0107]另外，为了提高Si0| 90相对于掩模94 (和基底膜96)的选择比，需要⑷适当的02/C4F8流量比和(5)增加Ar稀释的总气体流量。因而，采用针对上述⑷的要求条件，
[4]调整O2气流量，针对上述(5)的要求条件，[5]调整Ar气体流量的方法。
[0108]另外，关于选择比的上述(4)、(5)的要求条件，基于下述的蚀刻机理。即，在蚀刻中的稳定状态下总是对S12膜的表面照射碳氟化合物自由基，因此在其表面上存在数分子层的CF膜。该CF膜的厚度与蚀刻速度存在密切的关系。
[0109]图1lA和图1lB表示在使用C4F8ArAy^混合气体作为蚀刻气体的情况下，使Ar气体和02气的流量固定，并使C 4F8气体的流量变化时S1 2膜和SiN膜各自的蚀刻速度和在它们的膜表面分别堆积的CF聚合膜的厚度。
[0110]如图1lA所示，在S12的蚀刻中，当提高C4F8流量时，蚀刻速度(E/R)增大到llsccm，在Ilsccm表现出极大值之后，与CF膜厚的增加成反比地减少，在22sccm以上成为水平。这里，C4F8流量为Ilsccm时的S12上的CF膜厚薄到lnm，不过，这是因为在S1ji刻时所释放的氧与CF膜发生反应，从而生成挥发性的物质(即去除CF膜)。
[0111]另一方面，如图1lB所示，在SiN的蚀刻中，不释放氧，而代之释放氮，但是由于其CF膜除去能力与氧相比格外小，因此SiN上的CF膜厚达到5nm，蚀刻被抑制。
[0112]另外，在S12蚀刻和SiN蚀刻的任一蚀刻中，添加气体的O 2都具有调节CF膜除去速率的功能。
[0113]在如上所述的HARC工艺中，SiN被用于基底膜96，一般使用有机膜作为掩模94。有机膜针对在如上所述的条件下使C4F8气体的流量变化时的蚀刻速度和CF膜厚，也表现出与SiN同样的特性。
[0114]这样，利用基于蚀刻时有无释放氧或释放量差异的CF膜厚度的差异和蚀刻速度的差异，通过[4]调整02/C4F8流量比，以及[5]通过Ar稀释(增加总气体流量)来减少使选择比恶化的F原子自由基，能够充分提高3102膜相对于基底膜96的SiN、掩模96的有机膜(有时也包括上层的光致抗蚀剂)的选择比。
[0115]如上所述，在一般的等离子体蚀刻装置中，通过运用针对[I]等离子体生成用高频的功率、[2]碳氟化合物气体(例如C4F8)的流量、[3]离子引入用高频的功率、[4]02/C4F8流量比(特别是O2流量)、[5]Ar流量的各调整技术，在HARC工艺中也能够实现高蚀刻速度和高选择比。但是，在HARC工艺中，由于需要非常高的选择比，因此必须使用堆积性非常强的条件，其结果是，使用附着率高的自由基。
[0116]这种情况下，如图12(b)所示，侧壁98上的堆积膜100的被覆性(有效范围)恶化，孔92的入口附近变窄，易于发生缩颈102。当发生缩颈102时，对孔92的底部的自由基或离子的供给变得不充分，由此，导致孔底⑶(Critical Dimens1n，临界尺寸)缩小，垂直切削孔底的蚀刻率降低。另外，也存在入射离子在缩颈102的上方被反射，在缩颈102的下方发生侧壁98的塌心(弯曲(bowling))。
[0117]这样，为了得到高选择比，虽然需要使用附着率高的自由基(CxFy自由基)，但是由此易于产生缩颈102。于是，为了避免缩颈102而使用附着率低的自由基时，如图12(a)所示，掩模94上的堆积膜100变得过薄，不能得到充分的选择比。
[0118]如上所述，HARC工艺中，在总括(blanket)特性(蚀刻速度、选择比)与蚀刻形状之间存在折衷的关系，在离子引入用途中使用单一频率的高频的现有RF偏置技术下不能够解决该折衷的问题。
[0119]图13(a)表示在HARC工艺中使用附着率高的自由基时氧化膜(S12)和有机膜相对于入射离子的能量的蚀刻效率的特性。如上所述，当使用附着率高的自由基时，在低离子能量区域中用堆积膜保护掩模(有机膜)的表面，仅选择性地蚀刻氧化膜。而且，当离子能量超过某个阈值Et之后，则通过离子照射进行的物理蚀刻超出堆积膜的保护，掩模(有机膜)被切削。当然，由于入射离子的能量增大，氧化膜的蚀刻效率也单调增大。
[0120]如果从提高选择比的观点出发，优选离子集中分布在阈值Et附近的能量区域那样的离子能量分布特性。然而，当如现有方式(单频偏置法)那样在单频的RF偏置下相对应时，如图13(b)所示，离子能量分布完全收敛于比阈值Et低的区域。这种情况下，集中在最小能量附近的离子对氧化膜的蚀刻几乎没有贡献。于是，即使通过集中在最大能量附近的离子的作用而得到高的选择比，也不能够避免或抑制上述的缩颈100。
[0121]本发明人在如图15所示的HARC工艺的模型中，对在相对于有机膜表面的法线N入射角Θ为O。的部位(掩模上表面)和入射角Θ为80°的部位(缩颈斜面104)，蚀刻效率相对于离子能量的特性进行了比较，结果判明如下。g卩，如图14(a)所示，掩模上表面(Θ =0° )与缩颈部位(Θ =80° )相比，蚀刻效率的上升快，但是当入射离子的能量大于规定值匕时，两者的关系反转，缩颈斜面104 (Θ =80° )比掩模上表面(Θ =0° )更易于被蚀刻。即，通过离子照射，虽然掩模上表面也被削除，但是缩颈斜面102比其更高效地被削除，能够得到缩颈CD扩大这样的改善效果。
[0122]鉴于上述HARC工艺中的氧化膜和有机膜(掩模)的蚀刻效率/离子能量特性，如图14(b)所示，可知跨越在上述阈值Et附近比其低的第一能量区域和在上述规定值ES附近比其高的第二能量区域，两极化了的凹形的IED特性是适合的。
[0123]S卩，通过离子集中分布在上述第一能量区域，选择比变高，通过离子集中分布在上述第二能量区域，能够有效地避免或抑制缩颈102。
[0124]另外，上述第一能量区域与上述第二能量区域之间的能量区域，从提高选择比和抑制缩颈的任意观点出发都是不期望的区域，分布在该中间区域的离子少这一点是有利的。
[0125]本发明人在如上所述的HARC工艺的实验中使用实施方式的等离子体蚀刻装置，改变第一高频RFu (0.8MHz)和第二高频Rh (13MHz)的功率比，对蚀刻特性进行了比较，得到了如图16和图17所示的结果。主要的蚀刻条件如下所述。
[0126]晶片口径:300_
[0127]蚀刻气体-C4F6O2= 60/200/60sccm
[0128]腔室内的压力:20mTorr
[0129]温度:上部电极/腔室侧壁/下部电极=60/60/20 0C
[0130]高频电力:等离子体生成用高频(60MHz) = 100ff离子引入用高频(13MHz/0.8MHz) = 4500/0W、4000/500W、3000/1500W、2000/2500W、1000/3500W、0/4500W(6种)
[0131]直流电压:VDC=—300V
[0132]蚀刻时间:2分钟
[0133]在该实验中，将离子引入用第一高频RFu (0.8MHz)和第二高频RF。(13MHz)的总功率固定为一定值(4500W)，以功率比为参数，选择了从4500/0W到0/4500W的6个阶段。
[0134]在HARC工艺中，优选的蚀刻特性是:3102膜的蚀刻速度大，掩模选择比大，缩颈⑶与弯曲CD之差小，掩模侧壁倾斜角大。如果从这样的观点进行评价，则可知将第一高频RFu和第二高频RFu的功率选择为RFu= 1000W，RFl2= 3500W时的蚀刻特性表示出综合性最佳的结果。这种情况下，2个高频RFU、RFl2的功率比是RF l2:RF u= 3.5:1，虽然省略了图示，但是能够得到与图8B同样的凹形的IED特性。
[0135]如上所述，根据本发明的双频偏置法，能够巧妙地解决HARC工艺中的折衷。除此以外，根据本发明的双频偏置法，还能够与上述同样地解决开孔蚀刻加工中的选择比与顶部CD/弯曲CD/底部CD的折衷、等离子体CVD中的成长速度与无缝形状的折衷等。
[0136]另外，对于如上所述的HARC工艺，通过本发明的双频偏置法所得到的凹形的IED特性有效地发挥作用。然而，通过本发明的双频偏置法所得到的平坦(flat)形的IED特性(图6B、图7B、图SC)或山形的IED特性(图7C)也是通过现有单频