專利名稱：等離子體蝕刻方法及計算機(jī)可讀取的存儲介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過掩模層對在基板上形成的氧化膜進(jìn)行等離子體蝕 刻的等離子體蝕刻方法，以及存儲用于執(zhí)行上述等離子體蝕刻方法的 控制程序的計算機(jī)可讀取的存儲介質(zhì)。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體設(shè)備的制造工藝中，通過光刻工序在作為被處理基板的 半導(dǎo)體晶片上形成光刻膠圖案，然后將其作為掩模進(jìn)行蝕刻。
最近，半導(dǎo)體設(shè)備越來越精細(xì)，在蝕刻中也更加要求精細(xì)加工， 對應(yīng)于這種微小化，用作掩模的光刻膠的膜厚變薄，使用的光刻膠也
從KrF光刻膠(即，使用以KrF為光源的激光進(jìn)行曝光的光刻膠)轉(zhuǎn) 變?yōu)锳rF光刻膠(即，使用以ArF為光源的激光進(jìn)行曝光的光刻膠)， 其能形成約0.13pm以下的圖案開口。
然而，由于ArF光刻膠的抗等離子體性較差，所以在蝕刻途中產(chǎn) 生表面龜裂，而這幾乎不會在KrF光刻膠上產(chǎn)生。因此，條紋(striation) 進(jìn)入開口部的內(nèi)壁面、產(chǎn)生開口部加寬(CD的加寬)等問題。隨著光 刻膠的膜厚變薄，無法以良好的蝕刻選擇比形成蝕刻孔洞(etching hole)。
對于這種問題，專利文獻(xiàn)1提供了一種技術(shù)方案，即，在被蝕刻 層上形成非晶碳(amorphous carbon)膜作為犧牲硬掩模，接著在其上 形成圖案化后的光刻膠膜，并以光刻膠圖案作為掩模蝕刻非晶碳膜， 然后至少以非晶碳膜作為蝕刻掩模，利用通常使用的CF系氣體蝕刻被 蝕刻層。利用這種技術(shù)，能夠在一定程度上消除蝕刻選擇性以及形狀 性的問題。
然而，例如，在DRAM的電容的蝕刻中，要求在氧化膜上形成開 口為80nm、深度為2|am的具有極高深寬比(aspect ratio)的孔洞，甚 至，在下一代中要求68nm、在再下一代要求58nm的開口越來越狹窄 的孔洞。在上述專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，蝕刻上述尺寸的孔洞時，很難 保證足夠的蝕刻選擇性，且不具有無彎曲的良好形狀性。
專利文獻(xiàn)1:日本國特開2006-41486號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于相關(guān)問題提出，目的在于提供一種等離子體蝕刻方法， 其在氧化膜上形成微小且具有高深寬比的孔洞時，能夠同時獲得良好 的蝕刻選擇性以及形狀性。
并且，本發(fā)明還提供一種存儲用于執(zhí)行上述等離子體蝕刻方法的 程序的計算機(jī)可讀取的存儲介質(zhì)。
為了解決上述問題，在本發(fā)明的第1方面中，提供了一種等離子
體蝕刻方法，其特征在于使用如下等離子體蝕刻裝置，該等離子體 蝕刻裝置為，在內(nèi)部可真空排氣的處理容器內(nèi)，設(shè)置有用作基板的載 置臺的下部電極和與下部電極相向而形成的上部電極，向上述上部電 極或下部電極施加等離子體生成用的相對為高頻率的高頻電力，向上 述下部電極施加偏壓用的相對為低頻率的高頻電力，向上述上部電極 施加直流電壓，使供給至上述處理容器內(nèi)的處理氣體等離子體化并進(jìn)
行等離子體蝕刻；并且，對形成在基板上的氧化膜通過硬掩模層進(jìn)行
等離子體蝕刻，包括如下工序?qū)⒁来涡纬捎形g刻對象的氧化膜、硬 掩模層、圖案化后的光刻膠的基板搬入上述處理容器內(nèi)，載置在上述
下部電極上的工序，向上述處理容器內(nèi)供給含有CxFy (其中x為3以 下的整數(shù)、y為8以下的整數(shù))、C4F8、稀有氣體、02的處理氣體的工 序，向上述上部電極或上述下部電極施加高頻電力，生成上述處理氣 體的等離子體的工序，向上述下部電極施加偏壓用的高頻電力的工序， 以及向上述上部電極施加直流電壓的工序。
本發(fā)明的第2方面提供了一種等離子體蝕刻方法，其特征在于 使用如下等離子體蝕刻裝置，該等離子體蝕刻裝置為，在內(nèi)部可真空 排氣的處理容器內(nèi)，設(shè)置有用作基板的載置臺的下部電極和與下部電 極相向而形成的上部電極，向上述下部電極施加兼作等離子體生成用 和偏壓用的高頻電力，向上述上部電極施加直流電壓，使供給至上述 處理容器內(nèi)的處理氣體等離子體化并進(jìn)行等離子體蝕刻；包括如下工
序?qū)⒁来涡纬捎形g刻對象的氧化膜、硬掩模層、圖案化后的光刻膠 的基板搬入上述處理容器內(nèi)，載置在上述下部電極上的工序，向上述
處理容器內(nèi)供給含有CJFy(其中x為3以下的整數(shù)、y為8以下的整數(shù))、 C4F8、稀有氣體、02的處理氣體的工序，，向上述下部電極施加兼作等 離子體生成用和偏壓用的高頻電力，生成上述處理氣體的等離子體并 且施加偏壓的工序，以及向上述上部電極施加直流電壓的工序。
在上述的第1和第2觀點中，可優(yōu)選使用非晶碳膜作為所述硬掩 模層。另夕卜，C3Fs或CF4可作為所述CxFy，在使用C3Fs作為CxFy的情
況下，優(yōu)選其流量為所述C4F8的流量以上。另外，所述直流電壓的絕
對值，優(yōu)選為800~1200V。另外，所述稀有氣體，可使用Ar或Xe。
本發(fā)明的等離子體蝕刻方法，在形成寬度為70 卯nm、深寬比為 1:15 1:25的孔洞時特別有效。
本發(fā)明的第3方面提供了一種計算機(jī)可讀取的存儲介質(zhì)，其特征 在于存儲用于對如下等離子體蝕刻裝置進(jìn)行控制的、由計算機(jī)的運(yùn) 行的控制程序，上述等離子體蝕刻裝置為，在內(nèi)部可真空排氣的處理 容器內(nèi)，設(shè)置有用作基板的載置臺的下部電極和與下部電極相向而形 成的上部電極；向上述上部電極或下部電極施加等離子體生成用的相 對為高頻率的高頻電力，且向上述下部電極施加偏壓用的相對為低頻 率的高頻電力，或者，向上述下部電極施加兼作等離子體生成用和偏 壓用的高頻電力，向上述上部電極施加直流電壓；使供給至上述處理 容器內(nèi)的處理氣體等離子體化并進(jìn)行等離子體蝕刻；上述控制程序， 在執(zhí)行時以第1方面和第2方面的方法由計算機(jī)對上述等離子體蝕刻 裝置進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明，由于使用含有CxFy (x為3以下的整數(shù)、y為8以下 的整數(shù))、C4F8、稀有氣體、02的處理氣體，對作為蝕刻對象的依次形 成有氧化膜、硬掩模層、圖案化光刻膠的基板進(jìn)行等離子體蝕刻，所 以，即使是開口狹窄的具有高深寬比的孔洞，也能夠以實用的蝕刻速 率蝕刻出沒有彎曲的良好形狀。另外，這種氣體系在通常的工藝中沒 有足夠的蝕刻選擇比，在蝕刻完成前掩模層可能己經(jīng)消失，但是本發(fā) 明中，由于在向上部電極或下部電極的任意一個施加用于等離子體生 成的高頻電力、生成等離子體時，向上部電極施加直流電壓，因此，
能夠從上部電極向硬掩模層供給聚合物，提升硬掩模層的抗等離子體 性，提高蝕刻選擇比，即使在所述氣體系中，也能夠進(jìn)行良好的蝕刻， 且硬掩模層不會消失。


圖1是在本發(fā)明的實施方式中使用的等離子體蝕刻裝置的一個示 例的截面概略示意圖。
圖2是圖1的等離子體蝕刻裝置中，連接于第1高頻電源的匹配 器的構(gòu)造示意圖。
圖3是在本發(fā)明的一個實施方式中使用的半導(dǎo)體晶片的構(gòu)造的截 面示意圖。
圖4是蝕刻圖3的構(gòu)造時的狀態(tài)說明模式圖。 圖5是在氧化膜的蝕刻途中，硬掩模層消失后的狀態(tài)示意模式圖。 圖6是通過本實施方式蝕刻氧化膜后的狀態(tài)示意模式圖。 圖7是圖1的等離子體處理裝置中，向上部電極施加直流電壓的 情況和不施加的情況的狀態(tài)比較示意圖。 圖8是第1實施方式的結(jié)果示意圖。 圖9是第1實施方式的結(jié)果示意圖。 圖10是第1實施方式的結(jié)果示意圖。 圖11是第2實施方式的結(jié)果示意圖。 圖12是第3實施方式的結(jié)果示意圖。 圖13是第4實施方式的結(jié)果示意圖。
圖14是能夠用于本發(fā)明的實施方式的其他類型的等離子體蝕刻裝 置的概略示意圖。
圖15是能夠用于本發(fā)明的實施方式的另一其他類型的等離子體蝕 刻裝置的概略示意圖。
符號說明
10腔室(處理容器) 16基座(下部電極) 34上部電極 44供電棒46， 88匹配器
48第1高頻電源
50可變直流電源
51控制器
52離合開關(guān)
66處理氣體供給源
84排氣裝置
90第2高頻電源
91 GND部件
101 Si基板
102蝕刻終止膜
103氧化膜
104硬掩模層
105反射防止膜(BARC)
106光刻膠膜
W半導(dǎo)體晶片(被處理基板)
具體實施例方式
下面，參照附圖，對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行具體地說明。
圖1是表示在本發(fā)明的實施中所使用的等離子體蝕刻裝置的一個 示例的截面概略示意圖。
該等離子體蝕刻裝置，作為電容耦合型平行平板等離子體蝕刻裝 置而構(gòu)成，具有例如由表面經(jīng)過陽極氧化處理的鋁構(gòu)成的大致圓筒狀 的腔室(處理容器)10。該腔室10被保護(hù)接地。
在腔室10的底部，通過由陶瓷等構(gòu)成的絕緣板12配置有圓柱狀 的基座支撐臺14，在基座支撐臺14的上面設(shè)置有由例如鋁形成的基座 16?；?6構(gòu)成下部電極，在其上載置有作為被處理基板的半導(dǎo)體晶 片W。
在基座16的上面，設(shè)置有以靜電力吸附并保持半導(dǎo)體晶片W的 靜電卡盤18。該靜電卡盤18，具有以一對絕緣層或絕緣板夾住由導(dǎo)電 膜形成的電極20的構(gòu)造。在電極20上電連接有直流電源22。而且，
利用來自直流電源22的直流電壓所產(chǎn)生的庫侖力等的靜電力，將半導(dǎo) 體晶片W吸附保持在靜電卡盤18。
在靜電卡盤18 (半導(dǎo)體晶片W)的周圍在基座16的上面配置有 由例如硅形成的用于提高蝕刻均勻性的導(dǎo)電性聚焦環(huán)(focus ring)(校 正環(huán))24。在基座16及基座支撐臺14的側(cè)面，設(shè)置有由例如石英形 成的圓筒狀內(nèi)壁部件26。
在基座支撐臺14的內(nèi)部，例如在圓周上設(shè)置有冷媒室28?？衫?設(shè)置于外部的圖中未顯示的分支單元通過配管30a、 30b向該冷媒室循 環(huán)供給規(guī)定溫度的冷媒，例如冷卻水，并根據(jù)冷媒的溫度控制基座上 的半導(dǎo)體晶片W的處理溫度。
而且，向靜電卡盤18的上面和半導(dǎo)體晶片W的背面之間供給來 自圖中未顯示的傳熱氣體供給機(jī)構(gòu)的傳熱氣體，例如He氣，通過供給 管32。
在作為下部電極的基座16的上方，與基座16相對，而平行地設(shè) 置有上部電極34。上部及下部電極34、 16之間的空間成為等離子體生 成空間。上部電極34形成與作為下部電極的基座16上的半導(dǎo)體晶片 W相對并與等離子體生成空間相接觸的面，即相對面。
該上部電極34，通過絕緣屏蔽部件42，支撐于腔室10的上部， 由構(gòu)成與基座16的相對面且具有多個吐出孔37的電極板36和裝卸自 如地支撐該電極板36且由導(dǎo)電材料例如表面經(jīng)過陽極氧化處理的鋁所 形成的水冷構(gòu)造的電極支撐體38構(gòu)成。電極板36，優(yōu)選為焦耳熱少的 低電阻的導(dǎo)體或半導(dǎo)體，另外，如后所述，從強(qiáng)化抗蝕劑的觀點看， 優(yōu)選含有硅的物質(zhì)。根據(jù)這種觀點，優(yōu)選電極板36由硅或SiC構(gòu)成。 在電極支撐體38的內(nèi)部設(shè)置有氣體擴(kuò)散室40，在下方延伸從該擴(kuò)散室 40連通氣體吐出孔37的多個氣體流通孔41 。
電極支撐體38上形成有向氣體擴(kuò)散室40導(dǎo)入處理氣體的氣體導(dǎo) 入口62，該氣體導(dǎo)入口 62上連接有氣體供給管64，氣體連接管64上 連接有處理氣體供給源66。在氣體供給管64上，從上流側(cè)開始依次設(shè) 置有質(zhì)量流量計(mass flow controller: MFC) 68以及開關(guān)閥門70 (可 用FCS代替MFC)。而且，從處理氣體供給源66，作為用于蝕刻處 理的氣體，使含有CxFy (x為3以下的整數(shù)，y為8以下的整數(shù))、C4F8、
稀有氣體、02的處理氣體從氣體供給管64達(dá)到氣體擴(kuò)散室40，并經(jīng) 由氣體通流孔41和氣體吐出孔37以噴淋狀吐出至等離子體生成空間。 即，上部電極34發(fā)揮用于供給處理氣體的噴頭的作用。
在上部電極34中，通過匹配器46以及供電棒44，電連接有第1 高頻電源48。第1高頻電源48，輸出頻率10MHz以上例如60MHz的 高頻電力。由于匹配器46使負(fù)載阻抗與第1高頻電源48的內(nèi)部(或 輸出)阻抗相匹配，所以，起到在腔室10內(nèi)生成等離子體時，使第l 高頻電源48的輸出阻抗和負(fù)荷阻抗表現(xiàn)上一致的作用。匹配器46的 輸出端子連接于供電棒44的上端。
另一方面，除了第1高頻電源48，上述上部電極34還電連接有可 變直流電源50?？勺冎绷麟娫?0可以是雙極電源。具體地說，該可變 直流電源50通過上述匹配器46以及供電棒44連接于上部電極34，通 過離合開關(guān)52可進(jìn)行供電的開、關(guān)。成為可以利用控制器51對可變 直流電源50的極性和電流，電壓以及離合開關(guān)52的開、關(guān)進(jìn)行控制。
如圖2所示，匹配器46具有從第1高頻電源48的供電線49分支 設(shè)置的第1可變電容器54，和設(shè)置在供電線49的其分歧點的下流側(cè)的 第2可變電容器56，利用他們發(fā)揮上述功能。另外，為使直流電壓電 流(下面簡稱為直流電壓)能有效地供給至上部電極34，在匹配器46 中設(shè)置有截留來自第1高頻電源48的高頻(例如60MHz)和來自后述 第2高頻電源的高頻(例如2MHz)的濾波器58。 B卩，來自可變直流 電源50的直流電流通過濾波器58連接于供電線49。該濾波器58由線 圈59和電容60構(gòu)成，通過它們截留來自第1高頻電源48的高頻以及 來自第2高頻電源的高頻。
設(shè)置有圓筒狀的接地導(dǎo)體10a，并且從腔室10的側(cè)壁延伸到上部 電極34的高度位置的更上方，該圓筒狀接地導(dǎo)體10a的頂壁部分經(jīng)由 筒狀的絕緣部件44a與上部供電棒44電絕緣。
在作為下部電極的基座16上，通過匹配器88電連接有第2高頻 電源90。通過從該第2高頻電源90向下部電極基座16供給高頻電力， 向半導(dǎo)體晶片W側(cè)引入離子。第2高頻電源90，輸出300kHz 13.56MHz 范圍的頻率，例如2MHz的高頻電力。由于匹配器88使負(fù)載阻抗與第
2高頻電源卯的內(nèi)部(或輸出)阻抗相匹配，所以，在腔室10內(nèi)生成 等離子體時，第2高頻電源90的內(nèi)部阻抗和負(fù)荷阻抗表現(xiàn)上一致。
在上部電極34上電連接有低通濾波器(LPF) 92，改低通濾波器 用于使來自第1高頻電源48的高頻(例如60MHz)不通過，而使來自 第2高頻電源90的高頻(例如2MHz)通過并接地。該低通濾波器92 (LPF) 92，優(yōu)選由LR濾波器或LC濾波器構(gòu)成，然而，由于僅一根 導(dǎo)線能夠?qū)碜缘?高頻電源48的高頻(60MHz)施加足夠大的電抗， 因此這樣即可。另一方面，在作為下部電極的基座16上電連接有高通 濾波器(HPF) 94，改高通濾波器用于使來自第1高頻濾波器48的高 頻(60MHz)通過并接地。
在腔室10的底部設(shè)置有排氣口 80，在該排氣口 80上通過排氣管 82連接有排氣裝置84。排氣裝置84，具有渦輪分子泵等的真空泵，能 夠使腔室10內(nèi)部減壓至所希望的真空度。另外，在腔室10的側(cè)壁設(shè) 置有半導(dǎo)體晶片W的搬入搬出口 85，該搬入搬出口 85可利用閘閥86 能夠開閉。另外，裝卸自如地設(shè)置沉淀防護(hù)罩11，用于防止蝕刻副產(chǎn) 物(沉淀物)沿著腔室10的內(nèi)壁附著在腔室10上。gp，沉淀防護(hù)罩 ll構(gòu)成腔室壁。另外，沉淀防護(hù)罩11設(shè)置在內(nèi)壁部件26的外圓周。 在腔室10的底部的腔室壁側(cè)的沉淀防護(hù)罩11和內(nèi)壁部件26側(cè)的沉淀 防護(hù)罩11之間設(shè)置有排氣板83。作為沉淀防護(hù)罩11以及排氣板83，
優(yōu)選使用在鋁材表面覆蓋Y203等陶瓷的材料。
在構(gòu)成沉淀防護(hù)罩11的腔室內(nèi)壁的部分的與晶片W大致相同高 度的部分上，設(shè)置有與接地DC連接的導(dǎo)電部件(GND塊)91，由其 發(fā)揮防止異常放電的效果。
等離子體處理裝置的各組成部，連接于控制部(全體控制裝置) 95，被其控制。另外，為了工程管理者管理等離子體處理裝置，在控 制部95上連接有用戶界面96，由進(jìn)行指令輸入操作等的鍵盤和可視化 顯示等離子體處理裝置運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的顯示器等構(gòu)成。
在控制部95上還連接有存儲部97，其存儲用于通過控制部的控制 來實現(xiàn)在等離子體處理裝置中實行的各種處理的控制程序，和用于按 照處理條件在等離子體處理裝置的各構(gòu)成部實行處理的程序即方案。 方案可以存儲在硬盤或半導(dǎo)體存儲器中，也可以以存儲在CDROM、
DVD等可移動的可由計算機(jī)讀取的存儲介質(zhì)中的狀態(tài)而存放在存儲部 97的規(guī)定位置上。
而且，根據(jù)需要，利用來自用戶界面96的指示，從存儲部97調(diào) 出任意的方案，在控制部95中實行。在控制部95的控制下，利用等 離子體處理裝置進(jìn)行所希望的處理。
接著，對利用這種構(gòu)成的等離子體蝕刻裝置實行的、本發(fā)明的一 個實施方式的等離子體蝕刻方法進(jìn)行說明。
在此，如圖3所示，作為被處理體的半導(dǎo)體晶片W，在Si基板101 上依次形成蝕刻終止膜102、作為蝕刻對象的氧化膜103、硬掩模層 104、反射防止膜(BARC) 105、光刻膠膜106，之后，在光刻膠膜106 上形成規(guī)定圖案，首先，以光刻膠106為掩模對硬掩膜104進(jìn)行蝕刻， 然后對作為蝕刻對象的氧化膜103進(jìn)行蝕刻。
作為本實施方式中的蝕刻對象膜的氧化膜103，例如可以以四乙氧 基甲硅烷(tetraethoxysilane: TEOS)為原料成膜，或使用玻璃膜(BPSG 或PSG)等。適當(dāng)設(shè)定該氧化膜103的厚度，在用作DRAM的電容的 情況下，為1.5 3.0pm左右。
作為硬掩模層104，可優(yōu)選使用非晶碳膜(amorphous carbon)。 非晶碳膜表現(xiàn)與通常用作硬掩模層的SiN或SiC同等的等離子態(tài)耐性， 而且廉價。但是，也可以使用TiN或SiN等通常使用的材料。該硬掩 模層104的厚度為500 卯0nm左右。
蝕刻終止膜102由SiCN等SiC系的材料構(gòu)成，其厚度為20 100nm 左右。作為反射防止膜(BARC) 105可以使用SiON膜或有機(jī)系材料， 其厚度為20 100nm左右。光刻膠膜106，為典型的是ArF抗蝕劑，其 厚度是100 400nm左右。
在進(jìn)行蝕刻處理時，首先，閘閥86位于打開狀態(tài)，通過搬入搬出 口 85將具有上述構(gòu)造的半導(dǎo)體晶片W搬入至腔體10內(nèi)，并載置在基 座16上。然后，從處理氣體供給源66以規(guī)定流量向氣體擴(kuò)散室40供 給用于蝕刻的處理氣體，通過氣體通流孔41以及氣體吐出孔37向腔 體10內(nèi)供給氣體，并且利用排氣裝置84對腔體10進(jìn)行排氣，使其中 的壓力為例如20 30Pa范圍內(nèi)的設(shè)定值。此外，基座溫度為20 50。C。
這里，作為對氧化膜103進(jìn)行蝕刻的處理氣體，使用含有CxFy (x 為3以上的整數(shù)，y為8以下的整數(shù))、C4F8、稀有氣體、02的氣體。 還可以含有其他氣體，但優(yōu)選使用僅由CxFy、 C4F8、稀有氣體、02這 4種所構(gòu)成的氣體。QF8是起到使掩模形狀為垂直，并保持蝕刻形狀良 好的重要?dú)怏w?？墒牵?dāng)僅以能夠獲得足夠蝕刻速率的流量供給C4F8 時，則在正對處生成沉淀物，并在其后的蝕刻中容易產(chǎn)生彎曲等形狀 不良。因此，利用CxFy，而使用x為3以下整數(shù)、y為8以下整數(shù)的與
C4F8相比每1個分子的C量更少的氣體，以減少上述沉淀物。為了有
效地減少開口的沉淀物，優(yōu)選將作為下部電極的基座16的溫度提升到 50。C。
作為CxFy，可優(yōu)選使用QF8或CF4。其中優(yōu)選C3F8。 C3Fs具有提 升蝕刻速率的作用。在使用C3Fs的情況下，優(yōu)選其流量在QF8的流量 以上。由此，能夠有效地消除開口的沉淀物。進(jìn)一步優(yōu)選C3Fs的流量 C4F8的流量為1:1 1.5:1左右。作為具體的流量，QF8優(yōu)選為 20 60mL/min (換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的流量(sccm) ) ， C4FS優(yōu)選為 20 40mL/min (換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的流量(sccm))。
02氣體是，為確保蝕刻孔洞的貫通性，使蝕刻孔洞的底部CD (Critical Dimension)寬闊，并為了使處理氣體平衡而添加的，優(yōu)選以 流量比添加處理氣體全部的2.5~3.5%。作為具體的流量優(yōu)選為 20 30mL/min (sccm)。
稀有氣體是，為確保蝕刻孔洞的貫通性，且稀釋CF系氣體以使處 理氣體平衡，并為控制沉淀物和F而添加的氣體，優(yōu)選以流量比添加 處理氣體全部的85~90%。作為具體的流量優(yōu)選為600 卯0mL/min (sccm)。但是，稀有氣體的流量隨著硬掩模層104的材料的不同而 有所不同，在硬掩模層104為非晶碳的情況下，優(yōu)選為800mL/min (sccm)以上。但是，在使用聚掩模(PolyMask)材料的情況下，優(yōu) 選為300mL/min (sccm)以下。
稀有氣體可優(yōu)選使用Ar或Xe。特別是通過使用Xe作為稀有氣體， 能夠增強(qiáng)C作為載體(carrier)的功能，提高蝕刻的直線性，從而能夠 使硬掩模層104的蝕刻形狀以及氧化膜103的蝕刻形狀良好。
在先于氧化膜103進(jìn)行的硬掩模層104的蝕刻中，以通常的條件 進(jìn)行蝕刻。例如，在硬掩模層104為非晶碳層的情況下，示例C4F6+ 稀有氣體(Ar) +02。
如此，在腔體10內(nèi)導(dǎo)入用于蝕刻的處理氣體后，從第l高頻電源 48以規(guī)定功率向上部電極34施加用于等離子體生成的高頻電力，同 時，從第2高頻電源90以規(guī)定功率向下部電極即基座16施加用于離 子引入的高頻電力。接著，從可變直流電源50向上部電極34施加規(guī) 定的直流電壓。然后，從用于靜電卡盤18的直流電源22向靜電卡盤 18的電極20施加直流電壓，將半導(dǎo)體晶片W固定在基座16上。
利用由高頻電力而生成的在上部電極34和作為下部電極的基座 16間的輝光放電，使從形成在上部電極34的電極板36上的氣體吐出 口 37吐出的處理氣體等離子體化，利用由該等離子體生成的基和離子， 首先如圖4的(a)所示，將光刻膠膜106作為掩模對硬掩模層104進(jìn) 行蝕刻，復(fù)寫保護(hù)圖案，接著，如圖4的(b)所示，將硬掩模層104 作為掩模對氧化膜層103進(jìn)行蝕刻，而形成孔洞107。
由于向上部電極34供給高頻區(qū)域(例如lOMHz以上)的高頻電 力，所以能夠以優(yōu)選的狀態(tài)提高等離子體的密度，從而能夠在更低壓 條件下形成高密度的等離子體。
可是，如上所述在僅施加高頻電力，并使用上述處理氣體對氧化 膜進(jìn)行蝕刻的情況下，能夠確保蝕刻的形狀，但對于硬掩模層104的 選擇比較低，如圖5所示，在氧化膜103的蝕刻結(jié)束前，硬掩模層104 就已經(jīng)消失。
因此，本實施方式中，在如上所述形成等離子體的時候，從可變 直流電源50向上部電極34施加規(guī)定極性和大小的直流電壓。通過適 當(dāng)調(diào)整此時的施加電壓，能夠使相對于硬掩模層104的選擇比良好， 如圖6所示，能夠在硬掩模層104依然殘留的狀態(tài)下，對氧化膜103 形狀性良好地進(jìn)行蝕刻。這時的直流電壓的絕對值優(yōu)選為800~1200V。
對此進(jìn)一步詳細(xì)說明。
利用以前的蝕刻工藝，特別是向上部電極34施加高頻電力較小的 蝕刻工藝，在上部電極34上附著聚合物。而且，在進(jìn)行蝕刻時向上部 電極34施加合適的直流電壓，如圖7所示，能夠加深上部電極的自偏
電壓Vde，即增大在上部電極34表面的VdJ勺絕對值。因此，附著在上 部電極34上的聚合物被施加的直流電壓濺射，向半導(dǎo)體晶片W供給，
附著在硬掩模層104上。由此，硬掩模層104變得難以被蝕刻，成為 能夠以高選擇比對氧化膜103進(jìn)行蝕刻。
另外，在蝕刻氧化膜103時，如果向上部電極34施加直流電壓， 則在形成等離子體時，在上部電極34附近生成的電子向處理空間的豎 直方向加速，此時，通過適當(dāng)控制直流電壓等，能夠使電子到達(dá)通孔 的內(nèi)部，抑制遮蔽效果，進(jìn)一步改善孔洞形狀。
另外，如果在形成等離子體時向上部電極34施加直流電壓，則由
于等離子體的擴(kuò)散，相對中心部的等離子體密度上升。但是，在腔室 10內(nèi)的壓力相對較高且使用CF系氣體類似的負(fù)性氣體作為處理氣體 的情況下，腔體10內(nèi)的中心部的等離子體密度有變小的趨勢，通過施 加直流電壓提升中心部的等離子體密度，由此能夠得到均勻的等離子 體密度。
而且，通過施加直流電壓，能夠選擇更多地產(chǎn)生沉淀物的條件， 而無須使用硬掩模層，能夠僅以光刻膠膜確保選擇比，但是，這種情 況下，沉淀物附著在開口處，產(chǎn)生彎曲和前端變細(xì)等的現(xiàn)象。所以， 必須使用硬掩模層104。
下面，對實際確認(rèn)本發(fā)明的方法的效果的實驗結(jié)果進(jìn)行說明。
實驗1
這里，在Si基板上，作為蝕刻終止膜102形成厚度為50nm的SiN 膜，在其上作為蝕刻對象的氧化膜103形成厚度1500nm的BPSG膜(下 層)和TEOS膜(上層)的2層膜，在其上作為硬掩模層104形成500nm 的非晶碳膜，在其上作為反射防止膜(BARC) 105形成60nm的SiON 膜，然后在其上作為光刻膠膜106形成200nm的ArF抗蝕劑，從而制 成具有圖3所示構(gòu)造的樣品。利用如圖1所示的裝置蝕刻硬掩模層104 之后，將光刻膠膜106的殘余部分和硬掩模層104作為蝕刻掩模，以 各種條件對氧化膜103蝕刻。在這里，進(jìn)行直徑為90nm的圓形孔洞的 蝕刻。在進(jìn)行氧化物蝕刻時，使腔體內(nèi)的壓力為2.7Pa，上部高頻功率 為1200W，下部高頻功率為3800W，直流電壓為-1000V，上部電極溫
度為95°C，下部電極溫度為10°C，處理氣體使用C3F8、 C4F8、 Ar、 o2，并改變它們的流量而進(jìn)行蝕刻。
首先，固定Ar流量為800mL/min (seem) ， 02流量為25mL/min (seem)，然后改變C4F8/C3F8而進(jìn)行蝕刻。這時的蝕刻形狀如圖8所 示。圖8的A為，C4F8: 35mL/min(sccm)以及C3F8: 30mL/min(sccm); B為，C4F8: 30mL/min (sccm)以及C3F8: 35mL/min (seem) ; C為， C4F8: 25mL/min (sccm)以及C3F8: 40mL/min (seem) ; D為C4F8: 20mL/min (sccm)以及C3F8: 45mL/min (seem)。如該圖所示，C的 開口的肩部形狀最佳。
接著，按照上述C的組成固定C4F8/C3F8，改變Ar和02的流量， 其他條件與上述試驗相同而進(jìn)行蝕刻。這時的蝕刻形狀如圖9所示。 圖9的E為，Ar: 500mL/min (sccm)以及02: 34mL/min (sccm); F為，Ar: 700mL/min (sccm)以及02: 32mL/min (seem) ; G為， Ar: 900mL/min(sccm)以及02: 30mL/min(sccm); H為Ar: 1 lOOmL/min (sccm)以及02: 28mL/min (seem)。其中，G的開口的肩部形狀得 到改善，形狀最佳。而且，在進(jìn)行工藝協(xié)調(diào)使氣體比向著中央密度增 大的方向變化后，得到如圖IO所示的沒有彎曲生成的良好形狀。這時， 在晶片的中央，頂端CD、沒有彎曲生成的中間CD、底端CD分別為 89nm、 89nm、 74nm，在中間，分別為91nm、 93nm、 75nm，在邊緣， 分別為85nm、 87nm、 73nm，這些均為良好的數(shù)值。
從以上可以確認(rèn)，在QF8較多、Ar較多的規(guī)定條件下，蝕刻的形 狀良好。
實驗2
這里，在制作出與第1實施方式相同構(gòu)造的樣品，利用圖1所示 的裝置對硬掩模層104蝕刻之后，以光刻膠膜106的殘余部分和硬掩 模層104作為蝕刻掩模，進(jìn)行氧化膜103的蝕刻。在這里，壓力2.7Pa、 上部電極溫度95°C、下部電極溫度10°C，均作為固定條件。進(jìn)行 蝕刻時，條件I為，上部高頻功率1200W，下部高頻功率3800W， 直流電壓一1000V， C4F8: 40mL/min(sccm) ， C3F8: 25mL/min(sccm)， An 900mL/min (seem) ， 02: 30mL/min (seem);條件J為，上部 高頻功率1200W,下部高頻功率3800W,直流電壓一IOOOV， C4F8:
25mL/min (sccm) ， C3Fg: 40mL/min (sccm) ， Ar: 1000mL/min (sccm)， 02: 28mL/min (seem);條件K為，上部高頻功率1500W,下部高 頻功率4500W,直流電壓-IIOOV， C4F8: 25mL/min (seem) ， C3F8: 40mL/min (seem) ， Ar: lOOOmL/min (seem) ， O2: 25mL/min (seem)。 其結(jié)果如圖ll所示。在該圖中，如條件I—條件J所示，如果相對于 C4F8的C3Fs的量變多，則蝕刻形狀變好；如條件J—條件K所示，通 過增大上部高頻功率以及下部高頻功率，提高直流電壓，減少02， CD 能夠進(jìn)一步縮小，得到更加良好的形狀。 實驗3
這里，在Si基板101上，作為蝕刻終止膜102形成厚度為40nm 的SiN膜，在其上作為蝕刻對象的氧化膜103形成厚度為2.0,的PSG， 在其上作為硬掩模層104形成400nm的非晶碳膜，在其上作為反射防 止膜(BARC) 105形成60nm的SiON膜，然后在其上作為光刻膠膜 106形成200nm的ArF抗蝕劑，從而制成具有圖3所示構(gòu)造的樣品。 利用如圖1所示的裝置蝕刻硬掩模層104之后，將光刻膠膜106的殘 余部分和硬掩模層104作為蝕刻掩模，以各種條件蝕刻氧化膜103。在 這里，進(jìn)行深寬比為25的的孔洞的蝕刻，其圖形是長軸為160nm、短 軸為80nm的橢圓形。進(jìn)行氧化物蝕刻時，腔體內(nèi)的壓力為3.3Pa，上 部高頻功率為IOOOW，下部高頻功率為4500W，直流電壓為一500V， 上部電極溫度為95。C，下部電極溫度為50。C，使用C3Fs、 C4F8、 Xe、 02作為處理氣體，固定Xe的流量為400mL/min (sccm)，改變其他 參數(shù)。進(jìn)行蝕刻時，條件L為，C4F8: 20mL/min(sccm) ， C3F8: 20mL/min (sccm) ， 02: 12.5mL/min (seem) (C3F8/C4F8=1);條件M為，C4F8: 10mL/min (seem) ， C3F8: 30mL/min (seem) ， 02: lOmL/min (seem) (C3F8/C4F8=3);條件N為，C4F8: 6.7mL/min(sccm) ， C3F8: 33.3mL/min (seem) ， 02: 7.5mL/min (seem) (C3F8/C4F8=5)。其結(jié)果如圖12 所示。從該圖中可看出，C3Fs/C4F8從l變化到3時，邊緣側(cè)的彎曲顯 著改善，當(dāng)C3F8/C4F8=5時，邊緣側(cè)的彎曲幾乎不產(chǎn)生，中央的寬度也 有顯著擴(kuò)大的傾向。另外，可以確認(rèn)，通過提升QFs的比率，能夠降 低蝕刻選擇比。如此，隨著C3Fs的比率提升，發(fā)生有彎曲—無彎曲— 寬度變大的變化。考慮到中央以及邊緣的形狀差，確認(rèn)C3F8/C4F8=3為
最佳值。但是，改善彎曲的QF8/C4F8比，隨著硬掩模層的厚度、硬度、 氧化膜的硬度、孔洞的短軸/長軸比的不同而有所不同。
實驗4
這里，確認(rèn)通過施加DC得到的蝕刻均勻性。
在Si基板101上，作為蝕刻終止膜102形成厚度為60nm的SiN 膜，在其上作為蝕刻對象即氧化膜103形成厚度為2000nm的BPSG， 在其上作為反射防止膜(BARC) 105形成60nm的SiON膜，然后在 其上作為光刻膠膜106形成650nm的ArF抗蝕劑，從而制成具有從圖 3中去除了硬掩膜層104后的構(gòu)造的樣品。利用如圖1所示的裝置，將 光刻膠膜106作為蝕刻掩模，以各種條件蝕刻氧化膜103。使用dF6、 CF4、 Ar、 02作為處理氣體，且C4F6: 40mL/min (sccm) ， CF4: 60mL/min (sccm) ， Ar: 350mL/min (seem) ， 02: 45mL (seem)，壓力2.67Pa (20mTorr)，改變上部高頻功率以及直流電壓，求出蝕刻速率以及選 擇比。其結(jié)果如圖13所示。從該圖可知，如果直流電壓上升，貝i沖央 的孔洞蝕刻速率上升，如果上部高頻功率上升，則邊緣的孔洞蝕刻速 率上升。因此，利用向上部電極施加的直流電壓或上部高頻功率，能 夠控制面內(nèi)蝕刻速率。并且，也能夠進(jìn)行中央/邊緣的蝕刻速率的逆轉(zhuǎn)。
而且，本發(fā)明并不限于上述實施方式，可有各種變形例。例如， 在上述實施方式中，雖然示范了使用非晶碳作為硬掩模層的例子，但 是，如上所述，可以使用其他的以往的硬掩模材料。并且，作為氧化 膜，雖然示范了以TEOS為原料而成膜的示例和BPSG、 PSG，但也并 不限定于此。
另外，對于適用本發(fā)明的裝置，也不限于圖1所示的裝置，能夠 使用以下所示各種裝置。例如，可以使用將上部電極分割為中心和周 邊兩部分，并能夠分別調(diào)節(jié)高頻施加功率的形式的裝置。另外，如圖 14所示，可以適用于向作為下部電極的基座16由第1高頻電源48，施 加等離子體生成用的例如40MHz的高頻電力，并且由的2高頻電源90， 施加離子引入用的例如2MHz的高頻電力的下部2頻率施加形式的等 離子體蝕刻裝置。如圖所示，通過將可變直流電源166連接于上部電 極234，施加規(guī)定的直流電壓，能夠得到與上述實施方式相同的效果。
而且，如圖15所示還能夠適用于，取代與圖14中作為下部電極 的基座16連接的1高頻電源48'和第2高頻電源90'，而連接高頻電源 170，從該高頻電源170施加兼作等離子體生成用和偏壓形成用的例如 40MHz的高頻電力的形式的等離子體蝕刻裝置，這種情況與圖14的情 況相同，通過將可變直流電源166連接于上部電極234并施加規(guī)定的 直流電壓，由此能夠得到與上述實施方式相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種等離子體蝕刻方法，其特征在于使用如下等離子體蝕刻裝置，該等離子體蝕刻裝置為，在內(nèi)部可真空排氣的處理容器內(nèi)，設(shè)置有用作基板的載置臺的下部電極和與下部電極相向而形成的上部電極，向所述上部電極或下部電極施加等離子體生成用的相對為高頻率的高頻電力，向所述下部電極施加偏壓用的相對為低頻率的高頻電力，向所述上部電極施加直流電壓，使供給至所述處理容器內(nèi)的處理氣體等離子體化并進(jìn)行等離子體蝕刻；并且，對形成在基板上的氧化膜通過硬掩模層進(jìn)行等離子體蝕刻，包括如下工序?qū)⒁来涡纬捎形g刻對象的氧化膜、硬掩模層、圖案化后的光刻膠的基板搬入所述處理容器內(nèi)，載置在所述下部電極上的工序，向所述處理容器內(nèi)供給含有CxFy、C4F8、稀有氣體、O2的處理氣體的工序，其中x為3以下的整數(shù)、y為8以下的整數(shù)，向所述上部電極或所述下部電極施加高頻電力，生成所述處理氣體的等離子體的工序，向所述下部電極施加偏壓用的高頻電力的工序，以及向所述上部電極施加直流電壓的工序。
2. —種等離子體蝕刻方法，其特征在于-使用如下等離子體蝕刻裝置，該等離子體蝕刻裝置為，在內(nèi)部可 真空排氣的處理容器內(nèi)，設(shè)置有用作基板的載置臺的下部電極和與下 部電極相向而形成的上部電極，向所述下部電極施加兼作等離子體生 成用和偏壓用的高頻電力，向所述上部電極施加直流電壓，使供給至所述處理容器內(nèi)的處理氣體等離子體化并進(jìn)行等離子體蝕刻； 包括如下工序?qū)⒁来涡纬捎形g刻對象的氧化膜、硬掩模層、圖案化后的光刻膠 的基板搬入所述處理容器內(nèi)，載置在所述下部電極上的工序，向所述處理容器內(nèi)供給含有CxFy、 C4F8、稀有氣體、02的處理氣 體的工序，其中x為3以下的整數(shù)、y為8以下的整數(shù)， 向所述下部電極施加兼作等離子體生成用和偏壓用的高頻電力， 生成所述處理氣體的等離子體并且施加偏壓的工序，以及 向所述上部電極施加直流電壓的工序。
3. 如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述硬掩模層為非晶碳膜。
4. 如權(quán)利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述硬掩模層為非晶碳膜。
5. 如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于所述CxFy為C3Fs或CF4。
6. 如權(quán)利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于所述QJFy為QF8或CF4。
7. 如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于CxFy為C3F8，其流量在所述C4F8的流量以上。
8. 如權(quán)利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 CxFy為C3F8，其流量在所述C4F8的流量以上。
9. 如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述直流電壓的絕對值為800 1200V。
10. 如權(quán)利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述直流電壓的絕對值為800~1200V。
11. 如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述稀有氣體為Ar或Xe。
12. 如權(quán)利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 所述稀有氣體為Ar或Xe。13. 如權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 利用所述等離子體蝕刻，形成開口為70 90nm、深寬比為1:15 1:25的孔洞。14. 如權(quán)利要求2所述的等離子體蝕刻方法，其特征在于 利用所述等離子體蝕刻，形成開口為70 90nm、深寬比為1:15 1:25的孔洞。15. —種計算機(jī)可讀取的存儲介質(zhì)，其特征在于 存儲用于對如下等離子體蝕刻裝置進(jìn)行控制的、由計算機(jī)的運(yùn)行的控制程序，所述等離子體蝕刻裝置為，在內(nèi)部可真空排氣的處理容器內(nèi)，設(shè) 置有用作基板的載置臺的下部電極和與下部電極相向而形成的上部電 極；向所述上部電極或下部電極施加等離子體生成用的相對為高頻率 的高頻電力，且向所述下部電極施加偏壓用的相對為低頻率的高頻電 力，或者，向所述下部電極施加兼作等離子體生成用和偏壓用的高頻 電力，向所述上部電極施加直流電壓；使供給至所述處理容器內(nèi)的處 理氣體等離子體化并進(jìn)行等離子體蝕刻；所述控制程序，在執(zhí)行時以權(quán)利要求1~14中任何一項所述的方法 由計算機(jī)對所述等離子體蝕刻裝置進(jìn)行控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種等離子體蝕刻方法，其在氧化膜上蝕刻微小且具有高深寬比的孔洞時，能夠同時獲得良好的蝕刻選擇性以及形狀性。該方法包括將依次形成有作為蝕刻對象的氧化膜、硬掩模層、圖案化光刻膠的基板搬入到處理容器(10)內(nèi)，載置于所述下部電極的工序；向處理容器(10)內(nèi)供給含有C_xF_y、C₄F₈、稀有氣體、O₂的處理氣體的工序；從第1高頻施加裝置(48)向上部電極(34)施加高頻電力，生成所述處理氣體的等離子體的工序；從第2高頻施加裝置(90)向下部電極(16)施加用于偏壓的高頻電力的工序；以及從直流電壓施加裝置(50)向上部電極(34)施加直流電壓的工序。
文檔編號H01L21/311GK101110361SQ20071013615
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月19日
發(fā)明者上田幸生, 佐佐木彥一郎 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社