專利名稱：被處理體的蝕刻方法
技術領域：
本發明涉及一種蝕刻方法，其將具有SiC部分或SiN部分的被處理體，例如將具有作為屏蔽層的SiC膜或者SiN膜和在其上形成的層間絕緣膜的半導體晶片收容到處理容器中，利用蝕刻氣體的等離子體來蝕刻被處理體的SiC部分或者SiN部分。
背景技術：
在半導體元件的布線工序中，在布線層間形成層間絕緣膜，為了導通布線層蝕刻層間絕緣膜。這種情況下，在層間絕緣膜層之下形成作為屏蔽層的SiC膜或SiN膜。然后，為了形成布線圖案，在層間絕緣膜上連續蝕刻SiC膜或SiN膜的情況下，將層間絕緣膜作為掩膜來蝕刻它們。
另一方面，作為半導體元件，由于有高速化的要求，使用低介電常數的材料作為層間絕緣膜。作為這種低介電常數材料，知道有機硅系列物質。
但是，作為蝕刻SiC膜的技術，在特開昭57-124438號公報中公開了使用CF4和O2的技術，在特開昭62-216335號公報中公開了使用CF4、CHF3和O2的技術，在特開平4-293234號公報中公開了使用CHF3和Ar的技術，但是這些技術中，無論哪個蝕刻速率都必須在10nm/min左右。另外，在這些技術中，在將有機Si類低介電常數膜作為掩膜來蝕刻SiC膜的情況下，具有蝕刻速率低，而且對上層有機Si類低介電常數膜選擇比不充分的問題。
另外，沒有出現對SiN膜也維持足夠的蝕刻速率，且對有機Si類低介電常數膜有高的蝕刻選擇比的蝕刻技術。
發明內容
本發明是鑒于上述問題做出的，其目的是提供一種蝕刻方法，其能夠以足夠的蝕刻速率來蝕刻被處理體的SiC部分。另外，其目的是提供一種蝕刻方法，其能夠在將有機Si類低介電常數膜作為掩膜來蝕刻被處理體的SiC部分的情況下，提高蝕刻速率和對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比來進行蝕刻。此外，其目的是提供一種蝕刻方法，其能夠在將有機Si類低介電常數膜作為掩膜來蝕刻被處理體的SiN部分的情況下，提高蝕刻速率和對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比來進行蝕刻。
本發明提供一種被處理體的蝕刻方法，包括將包含SiC部分的被處理體收容到處理容器中的步驟；和向處理容器中提供蝕刻氣體，同時將蝕刻氣體等離子體化，通過該等離子體化的蝕刻氣體來蝕刻被處理體的SiC部分的步驟，其特征在于提供給處理容器中的蝕刻氣體包含CH2F2。
本發明提供一種被處理體的蝕刻方法，包括將包含SiC部分的被處理體收容到處理容器中的步驟；和向處理容器中提供蝕刻氣體，同時將蝕刻氣體等離子體化，通過該等離子體化的蝕刻氣體來蝕刻被處理體的SiC部分的步驟，其特征在于提供給處理容器中的蝕刻氣體包含CH3F。
本發明提供一種被處理體的蝕刻方法，包括將包含SiN部分的被處理體收容到處理容器中的步驟；和向處理容器中提供蝕刻氣體，同時將蝕刻氣體等離子體化，通過該等離子體化的蝕刻氣體來蝕刻被處理體的SiN部分的步驟，其特征在于提供給處理容器中的蝕刻氣體包含CH2F2和O2。
圖1是表示用于實施本發明的蝕刻方法的干蝕刻裝置的一個例子的概略截面圖。
圖2是表示在布線層上形成SiC膜，此外，在其上形成有機Si類低介電常數膜的構造體，以及對該構造體在有機Si類低介電常數膜連續蝕刻SiC膜的狀態的截面圖。
圖3是表示在布線層上形成SiN膜，此外，在其上形成有機Si類低介電常數膜的構造體，以及對該構造體在有機Si類低介電常數膜連續蝕刻SiN膜的狀態的截面圖。
圖4是SiN膜的蝕刻中，Ar量和氣體壓力，與SiN膜的蝕刻速率和SiN膜的對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比的關系的圖。
圖5是表示用于實施本發明的蝕刻方法的磁控管等離子體蝕刻裝置的概略截面圖。
圖6是表示在通過向CH3F-O2類列蝕刻氣體加入N2氣體的蝕刻氣體，將SiO2膜作為掩膜來蝕刻SiC膜的情況下，N2氣體流量與SiC和SiO2的蝕刻速率之間的關系的圖。
具體實施例方式 下面，參照附圖，來詳細說明本發明的實施形式。
圖1是表示用于實施本發明的干蝕刻裝置的概略截面圖。
該蝕刻裝置1構成為，電極板上下平行相對，等離子體形成用電源連接于一方的電容耦合型平行平板蝕刻裝置。
該蝕刻處理裝置1具有腔室2，該腔室2例如是表面由陶瓷噴鍍處理的鋁構成的，以圓筒狀形成，該腔室2安全接地。在上述腔室2中，設置為，水平載置由例如硅構成的、其上形成規定膜的半導體晶片W(下面僅稱為“晶片”)，具有作為下部電極功能的基座3支持在支持部件4上。該支持部件4利用陶瓷等的絕緣板5，通過未圖示的升降裝置的支持臺6支持，通過該升降機構該基座3能夠升降。支持臺6的下方中央的大氣部分利用波紋管7覆蓋，分離為腔室2內和大氣部分。
在上述支持部件4的內部，設置冷卻介質室8，在該冷卻介質室8中，通過冷卻介質導入管8a循環導入冷卻介質，通過上述基座3對上述晶片W導熱，由此將晶片W的處理面控制到希望的溫度。另外，在作為被處理體的晶片W的背面，設置用于提供傳熱介質，例如He氣體等的氣體通路9，通過該傳熱介質，將基座3的冷熱傳到晶片W，維持晶片W到規定的溫度。
上述基座3，其上面中央部形成凸狀的圓板狀，其上面設置由電極12介于絕緣材料之間而形成構成的靜電卡盤11，通過從與電極12連接的直流電源13施加直流電壓，靜電吸附晶片W。在上述基座3的上端周緣部，配置為了提高蝕刻的均勻性的環狀的聚焦環15，包圍載置在靜電卡盤11上的晶片W。
在上述基座3的上方，設置與該基座3平行相對、具有作為上部電極功能的噴淋頭21。該噴淋頭21通過絕緣件22支持在腔室2的上部，在與基座3相對的面24上具有多個排出孔23。而且，基座3與噴淋頭21的距離通過上述升降機構可以調節。
在上述噴淋頭21的中央設置氣體導入口26，此外在該氣體導入口26，連接氣體供給管27，此外該氣體供給管27通過閥門28與蝕刻氣體供給源30連接。然后，由蝕刻氣體供給源30提供規定的蝕刻氣體。
該蝕刻氣體供給源30構成為提供CH3F、CH2F2、CF4、O2和Ar。
上述腔室2的側壁底部附近連接排氣管31，該排氣管31連接排氣裝置35。排氣裝置35具有渦輪分子泵等的真空泵，構成為可通過它將腔室2中抽真空到規定的壓力。另外，在腔室2的側壁上設置閘門閥32，在打開該閘門閥32的狀態，可在與相鄰的裝載鎖定室(未圖示)之間傳送晶片W。
在具有作為上部電極功能的噴淋頭21上，連接高頻電源40，匹配器41連接在供電線中。該高頻電源40提供例如60MHz頻率的高頻。另外，噴淋頭21連接低通濾波器(LPF)42。
具有作為下部電極功能的基座3連接高頻電源50，匹配器51連接在該供電線中。該高頻電源50提供例如2MHz頻率的高頻。另外，該基座3連接高通濾波器(HPF)16。
下面，說明使用上述蝕刻裝置來蝕刻SiC膜的方法。這里，如圖2(a)所示，在例如由Cu構成的布線層60上形成作為屏蔽層的SiC膜61，在其上形成由有機Si類低介電常數膜構成的層間絕緣膜62的構造體中，將抗蝕層63作為掩膜來蝕刻層間絕緣膜62，形成如圖2(b)所示的構造，之后，將層間絕緣膜62作為掩膜來蝕刻SiC膜。
這里，作為構成有機Si類低介電常數膜之材料的典型例子，能夠舉出具有下面所示的化學式的聚硅氧烷。
但是，在化學式中，R是甲基、乙基、丙基等的烷基或它們的衍生物，或者是苯基等的芳基，或它們的衍生物。
在蝕刻時，打開閘門閥32，將具有布線層60、SiC膜61、由在SiC膜61上蝕刻規定圖案的有機Si類低介電常數膜構成的層間絕緣膜62的晶片W傳送到腔室2中，載置到基座3上。然后，從直流電源13向晶片W施加直流電壓，將晶片W通過靜電卡盤11靜電吸附。接著，關閉閘門閥32，通過排氣裝置35，將腔室2中抽真空到規定的真空度。
在這種狀態下，從蝕刻氣體供給源30向腔室2中提供規定的蝕刻氣體。然后，從高頻電源40向噴淋頭21施加規定頻率的高頻電力，通過這樣，在作為上部電極的噴淋頭21和作為下部電極的基座3之間產生高頻電場，等離子體化蝕刻氣體，如圖2(c)所示，將它們對SiC膜61作用，進行SiC膜61的蝕刻。此時，從高頻電源50向作為下部電極的基座3施加規定頻率的高頻電力，等離子體中的離子吸向基座3一側。
來說明將以聚甲基硅氧烷為主要成分的有機Si類低介電常數膜作為掩膜來蝕刻SiC膜的結果。首先，使用圖1所示的裝置，將腔室中的壓力設為6.65Pa，向噴淋頭提供等離子體形成用的60MHz的高頻電力，向基座提供離子吸引用的2MHz的高頻電力，蝕刻氣體的組成和流量以及高頻電力如表1那樣變化，來進行蝕刻。而且，基座和噴淋頭之間的間隔是35mm。表1號碼氣體流量(×10-3L/min)功率(W)蝕刻速率(nm/min)CH2F2 CH3FO2Ar CF4 上部 下部 中央 邊緣1100101000 1500 100 24.1 21.82010101000 1500 100 20.8 25.03020101000 1500 100 47.8 43.74030101000 1500 100 52.0 58.750201000 1500 100 54.2 54.26020102000 1500 100 43.4 45.67020101000 1500 300 84.8 89.08030101000 1500 300 95.7 112.39020101000 1500 100 85.3 83.210100101005 1500 100 93.8 83.311010101005 1500 100 72.8 64.5 結果，如表1所示，通過使用包含CH2F2或CH3F之氣體作為蝕刻氣體，確認蝕刻速率為20nm/min之上。另外，對于任一種有機Si類低介電常數膜，蝕刻選擇比在有機Si類低介電常數膜的臺肩部分為10以上。
另外，使用如圖5所示那樣形成磁場的等離子體蝕刻裝置100來作為蝕刻裝置，將腔室中的壓力設為9.98Pa，向基座提供13.56MHz的高頻電力，與表1中的5號同樣蝕刻氣體僅為CH3F和O2氣體，這些氣體的流量和高頻電力如表2變化，來進行蝕刻。而且，基座和噴淋頭的間距是27mm。
表2號碼氣體流量 (×10-3L/min) 功率 (W)蝕刻速率(nm/min) 選擇比 CH3FO2122030 200130±12％13.5132030 300141±12％13.3143030 300181±12％11.0153060 300165±12％10.7 結果，如表2所示，得到蝕刻速率是130nm/min之上，蝕刻選擇比是10.7之上的值。
下面，通過圖5詳細描述磁控管等離子體蝕刻裝置100。
圖5所示的磁控管等離子體蝕刻裝置100具有腔室2，該腔室2例如表面是由陶瓷噴鍍處理的鋁構成、以圓筒狀形成，該腔室2接地。在上述腔室2中，設置狀態為，水平載置由例如硅構成的、其上形成規定膜的半導體晶片W，具有作為下部電極功能的基座3支持在支持部件4上。該支持部件4利用陶瓷等的絕緣板5，通過未圖示的升降裝置的支持臺6來支持，通過該升降機構該基座3能夠升降。支持臺6的下方中央的大氣部分利用波紋管7覆蓋，分離為腔室2內部和大氣部分。
在上述支持部件4的內部，設置冷卻介質室8，在該冷卻介質室8中，通過冷卻介質導入管8a循環導入冷卻介質，其冷熱通過上述基座3對上述晶片W傳熱，由此將晶片W的處理面控制到希望的溫度。另外，在作為被處理體的晶片W的背面，設置用于提供傳熱介質例如He氣體等的氣體通路9，通過該傳熱介質，將基座3的冷熱傳到晶片W，維持晶片W到規定的溫度。
上述基座3，其上面中央部形成凸狀的圓板狀，其上面設置由電極12介于絕緣件之間而構成的靜電卡盤11，通過從與電極12連接的直流電源13施加直流電壓，靜電吸附晶片W。在上述基座3的上端周緣部，配置為了提高蝕刻的均勻性的環狀的聚焦環15，包圍載置在靜電卡盤11上的晶片W。
在上述腔室2的上部，設置噴淋頭21。在該噴淋頭21的下面24上形成多個排出孔23。而且，基座3與噴淋頭21的距離通過上述升降機構可以調節。
在上述噴淋頭21的中央設置氣體導入口26，此外在該氣體導入口26，連接氣體供給管27，此外該氣體供給管27通過閥門28與蝕刻氣體供給源30連接。然后，由蝕刻氣體供給源30提供規定的蝕刻氣體。
在蝕刻SiC膜的情況下，該蝕刻氣體供給源30構成為提供CH3F、CH2F2、CF4、O2和Ar。
上述腔室2的側壁底部附近連接排氣管31，該排氣管31連接排氣裝置35。排氣裝置35具有渦輪分子泵等的真空泵，構成為可通過它將腔室2中抽真空到規定的壓力。另外，在腔室2的側壁上設置閘門閥32，在打開該閘門閥32的狀態，可在與相鄰的裝載鎖定室(未圖示)之間傳送晶片W。
另外，基座3通過匹配器51連接高頻電源50。
另一方面，在腔室2的上部周圍配置偶極環磁鐵40。偶極環磁鐵40是將多個各向異性的部分柱狀磁鐵在由形成環狀的磁體構成的殼套的內側環狀地配置，將這些多個各向異性的部分柱狀磁鐵的磁化方向每個錯開一點，作為整體就形成同樣的水平磁場。
但是，如圖5所示，通過該偶極環磁鐵40在基座3和噴淋頭21之間的空間中形成水平磁場，通過電源50在垂直方向形成電場，所以隨著正交電磁場的形成，由電子的漂移運動產生高能量的磁控管放電。因此，通過由此產生的高能量狀態的處理氣體的等離子體，能夠高效率地蝕刻晶片W上的膜。
構成偶極環磁鐵40的各向異性的扇形柱狀磁鐵的形狀不限于特定的形狀，可采用例如圓柱狀或者棱柱狀。另外，構成各向異性的扇形柱狀磁鐵的磁鐵材料也不限于特定的材料，例如，可使用稀土類磁鐵、鐵氧體磁鐵、鋁鎳鈷合金磁鐵等各種磁鐵材料。
下面，說明使用圖1所示的蝕刻裝置來蝕刻SiN膜的方法。這里，在圖2的構造中，使用SiN膜作為上述SiC膜的替代品。
在圖1中，使用CH2F2和O2和Ar作為蝕刻氣體。通過對應于Ar量調整腔室2中的氣體壓力，能夠維持高的蝕刻速率，提高SiN膜的對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比。
具體地說，得到圖4所示的關系。圖4表示了將CH2F2固定到0.01L/min的流量，將O2固定到0.01L/min的流量，Ar流量是在對應于Ar/(CH2F2+O2)為0～15的0～0.3L/min的范圍，腔室中的氣體壓力是在優選范圍的1.3～12.0Pa之間變化，來蝕刻SiN膜的結果的圖。這里，對噴淋頭施加60MHz、1500W的高頻電力，對基座施加2MHz、100W的高頻電力。如圖所示，在圖4的斜線區域，SiN膜的蝕刻速率在100nm/min之上，對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比在10之上。即，可理解，Ar流量是0～0.3L/min，腔室中氣體壓力在1.3～12.0Pa的范圍，對應于Ar流量可得到適當的氣體壓力。另外，Ar流量是0.1L/min，腔室中壓力是6.65Pa時，蝕刻速率在中央是232.5nm/min，蝕刻速率在邊緣是250.0nm/min，在有機Si類低介電常數膜的臺肩部分蝕刻選擇比是10之上。
另外，上部電極的噴淋頭21的高頻電壓的峰到峰(peak to peak)的值Vpp優選是300V之下。通過這樣規定Vpp，能夠提高對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比。
而且，本發明不限于上述實施形式，可有各種變形。例如在上述實施形式中，對SiC膜的蝕刻，表示了在有機Si類低介電常數膜的下層形成之情況的蝕刻，但不限于此，也能夠適用于對有機Si類低介電常數膜有選擇地進行SiC膜的蝕刻的構造。
如上述說明，按照本發明，通過利用包含CH2F2的氣體或者包含CH3F的氣體來蝕刻SiC，能夠得到高蝕刻速率。另外，如果利用包含CH2F2的氣體或者包含CH3F的氣體，將有機Si類低介電常數膜作為掩膜來蝕刻SiC，能夠提高蝕刻速率和對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比來進行蝕刻。另外，通過利用包含CH2F2和O2的氣體，將有機Si類低介電常數膜作為掩膜來蝕刻SiN，能夠提高蝕刻速率和對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比來進行蝕刻。
下面，詳細說明使用圖5所示的磁控管等離子體蝕刻裝置來蝕刻SiC膜的方法。這里，在圖2中，使用SiO2膜來代替有機Si類低介電常數膜。
作為圖5中的蝕刻氣體，使用CH3F和O2和N2的混合氣體來進行討論。這種情況下，將腔室中的氣體壓力是10Pa、RF功率是300W、CH3F氣體和O2氣體流量都是0.03L/min的條件作為基準條件。結果，如圖6所示，隨著增加N2氣體，SiC膜的蝕刻速率快速提高，另一方面，即使N2氣體增加，SiO2的蝕刻速率基本上不增加。即，可明確，增加N2氣體量，SiC膜對SiO2的蝕刻選擇比上升。另外，使用有機Si類低介電常數膜作為層間絕緣膜的情況下，對上述基準條件增加N2氣體是0.01L/min的流量來蝕刻100nm厚的SiC膜，那么蝕刻速率是77nm/min，對有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比是10之上。這樣，通過將向CH3F-O2類增加N2氣體的氣體用作蝕刻氣體，可看到，能夠以極高的蝕刻速率來蝕刻SiC膜，同時，能夠提高對用作層間絕緣膜的SiO2膜和有機Si類低介電常數膜的蝕刻選擇比。而且，由于圖1所示裝置和圖5所示裝置的構成不同，蝕刻速率和選擇比的數值也不同。
權利要求
1.一種被處理體的蝕刻方法，包括
將包含SiC部分的被處理體收容到處理容器中的步驟；
向處理容器中提供蝕刻氣體，同時將蝕刻氣體等離子體化，通過該等離子體化的蝕刻氣體來蝕刻被處理體的SiC部分的步驟，
其特征在于
提供給處理容器中的蝕刻氣體包含CH2F2。
2.根據權利要求1所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體還包括O2。
3.根據權利要求1或2所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體還包括Ar。
4.一種被處理體的蝕刻方法，包括
將包含SiC部分的被處理體收容到處理容器中的步驟；
向處理容器中提供蝕刻氣體，同時將蝕刻氣體等離子體化，通過該等離子體化的蝕刻氣體來蝕刻被處理體的SiC部分的步驟，
其特征在于
提供給處理容器中的蝕刻氣體包含CH3F。
5.根據權利要求4所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體還包括O2。
6.根據權利要求5所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體還包括N2。
7.根據權利要求6所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體中(CH3F+O2)的流量/N2的流量的比例是2～12。
8.根據權利要求1～7中任一個所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
被處理體具有在SiC部分上設置的作為絕緣膜的SiO2膜，
將該SiO2膜作為掩膜來蝕刻被處理體的SiC部分。
9.根據權利要求4～8中任一個所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體還包括CF4。
10.根據權利要求4～9中任一個所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體還包括Ar。
11.根據權利要求1或4所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
被處理體具有在SiC部分上設置的作為絕緣膜的有機Si類低介電常數膜，
將該有機Si類低介電常數膜作為掩膜來蝕刻被處理體的SiC部分。
12.一種被處理體的蝕刻方法，包括
將包含SiN部分的被處理體收容到處理容器中的步驟；和
向處理容器中提供蝕刻氣體，同時將蝕刻氣體等離子體化，通過該等離子體化的蝕刻氣體來蝕刻被處理體的SiN部分的步驟，
其特征在于
提供給處理容器中的蝕刻氣體包含CH2F2和O2。
13.根據權利要求12所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
被處理體具有在SiN部分上設置的作為絕緣膜的有機Si類低介電常數膜，
將該有機Si類低介電常數膜作為掩膜來蝕刻被處理體的SiN部分。
14.根據權利要求12所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體還包括Ar。
15.根據權利要求14所述的被處理體的蝕刻方法，其特征在于，
蝕刻氣體中Ar的流量/(CH2F2+O2)的流量的比例是0～15。
全文摘要
在具有SiC膜(61)和在其上形成的有機Si類低介電常數膜(62)的構造中，將有機Si類低介電常數膜(62)作為掩膜，通過蝕刻氣體的等離子體來蝕刻SiC膜(61)，此時，作為蝕刻氣體，使用包含CH2F2的氣體或者包含CH3F的氣體。
文檔編號H01L21/3065GK1650405SQ0281629
公開日2005年8月3日 申請日期2002年6月10日 優先權日2001年8月31日
發明者布瀨曉志, 藤本究, 山口智代 申請人:東京毅力科創株式會社