專利名稱：等離子體加工方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種等離子體加工方法，特別涉及一種可以應用于半導體設備制造工藝中所包括的蝕刻加工和成膜加工的等離子體加工方法。
背景技術：
當通過等離子體蝕刻加工用感光耐蝕膜作為掩膜(mask)，將待加工的目標基板上形成的例如SiO2膜的硅氧化物膜除去時，通常采用碳氟化合物的氣體(CF系列氣體)，例如八氟環(huán)戊烯(c-C5F8)或六氟-1，3-丁二烯(1，3-C4F6)，例如日本專利公開(特開)No.2002-134479和日本專利公開(特開)No.2001-267294中所公開。
但是，對應于在感光耐蝕掩膜厚度降低方面的進展，近年來人們要求對于感光耐蝕膜選擇比高的蝕刻。更為具體地說，如今非常重要的是增加硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比，即硅氧化物膜的蝕刻速率與感光耐蝕膜的蝕刻速率之比。但是，日本專利公開(特開)No.2002-134479所述的c-C5F8蝕刻氣體和日本專利公開(特開)No.2001-267294中所述的1，3-C4F6蝕刻氣體，在硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比方面不足以令人滿意。
在使用c-C5F8或1，3-C4F6作為蝕刻氣體的情況下帶來了一個嚴重問題。具體地說，如果增加蝕刻氣體的流速以試圖增加蝕刻速度，蝕刻孔內則有副產品沉積，由此逐漸降低了蝕刻速度，最終導致蝕刻停止。
另一方面，通過CVD(化學氣相沉積)，使用例如c-C5F8的CF系列氣體，在硅基板或例如SiO2膜的絕緣膜上，形成低介電常數(shù)的無定形CF膜(α-CF膜)的技術是已知的。但是，在使用傳統(tǒng)CF系列氣體的情況下，沉積速度并不夠高，不足以滿足以足夠高的沉積速度形成膜這一技術的需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的第一個目的是提供一種蝕刻方法，通過使用CF系列氣體，以相對于感光耐蝕膜的高蝕刻選擇比蝕刻硅氧化物膜。此外，本發(fā)明的第二個目的是提供一種以高沉積速度形成α-CF膜的CVD成膜方法。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明根據(jù)第一個方面提供了一種等離子體加工方法，包括通過使用含碳氟化合物的加工氣體產生的等離子體，加工目標對象，其中所述的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。
根據(jù)本發(fā)明第一個方面的等離子體加工方法中，要求將等離子體加工應用于目標對象上形成的含硅氧化物膜的選擇性蝕刻，通過使用含硅氧化物膜上形成的圖案化感光耐蝕膜作為蝕刻掩膜，進行選擇性蝕刻。在這種情況下，要求含硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比落入4.8-6的范圍以內。而且，要求加工氣體在蝕刻處理中的停留時間落入0.01-0.1秒的范圍以內。此外，要求所采用的碳氟化合物由1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁炔組成。還要求加工氣體進一步包含一種或多種選自He、Ne、Ar和Xe的稀有氣體。此外，要求加工氣體進一步含有O2。
根據(jù)本發(fā)明第一個方面的等離子體加工方法中，要求實施等離子體加工以便在目標對象上形成α-CF膜。在這種情況下，要求碳氟化合物由1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁炔或1，1，1，4，4，5，5，5-八氟-2-戊炔組成。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種控制程序，執(zhí)行該程序時，使得計算機來控制使用等離子體加工方法的等離子體加工設備，所述方法包括通過使用含碳氟化合物的加工氣體產生的等離子體，加工目標對象，其中所述的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。
根據(jù)本發(fā)明的第三個方面，提供了含有軟件的計算機可讀存儲介質，當執(zhí)行所述軟件時，使得計算機來控制使用等離子體加工方法的等離子體加工設備，所述方法包括
通過使用含碳氟化合物的加工氣體產生的等離子體，加工目標對象，其中所述的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。
根據(jù)本發(fā)明的等離子體加工方法，通過使用具有三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團的碳氟化合物的氣體，有可能以相對于用作蝕刻掩膜的感光耐蝕膜的高蝕刻選擇比，實現(xiàn)硅氧化物膜的選擇性蝕刻，或者以高沉積速度形成CF膜。
通過使用1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁炔代替例如c-C5F8和1，3-C4F6的傳統(tǒng)碳氟化合物，有可能以相對于感光耐蝕膜的高蝕刻選擇性來蝕刻例如SiO2膜的硅氧化物膜。此外，在使用1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁炔的蝕刻處理的情況下，有可能得到硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的高蝕刻選擇比，即約4.8-6的蝕刻選擇比，同時通過將蝕刻氣體的停留時間設定在0.01-0.1秒，防止了蝕刻的停止。由此得出結論，本發(fā)明的等離子體加工方法可適用于以下蝕刻加工，即在形成諸如半導體設備中含有的柵電極的工藝當中，在例如SiO2膜或SiOF膜的氧化物膜上形成孔或槽。
而且，通過使用1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁炔或1，1，1，4，4，5，5，5-八氟-2-戊炔作為碳氟化合物，有可能以高沉積速度有效形成CF膜。由此得出結論，本發(fā)明的等離子體加工方法可適用于以下CVD成膜加工，即在形成諸如半導體設備中含有的柵電極的步驟當中，在硅基板上或者在由諸如SiO2形成的層間介電薄膜上，沉積用作低介電值膜的CF膜。


圖1A和1B是橫截面視圖，其示意性顯示了用以描述本發(fā)明第一個實施方式的晶片結構；圖2示意性地顯示了用于本發(fā)明的等離子體加工設備的要點部分；圖3A和3B是橫截面視圖，其示意性顯示了用以描述本發(fā)明第二個實施方式的晶片結構；圖4中的圖表顯示了C4F6氣體的流速與蝕刻速度之間的關系，以及C4F6氣體的流速與硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比之間的關系，其涉及形成直徑0.1μm的孔的情況；
圖5中的圖表顯示了C4F6氣體的流速與蝕刻速度之間的關系，以及C4F6氣體的流速與硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比之間的關系，其涉及形成直徑0.15μm的孔的情況；圖6中的圖表顯示了C4F6氣體的流速與蝕刻速度之間的關系，以及C4F6氣體的流速與硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比之間的關系，其涉及形成直徑0.3μm的孔的情況；圖7中的圖表顯示了孔徑與硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比之間的關系，其涉及使用不同種類C4F6氣體的情況；圖8中的圖表顯示了蝕刻速度與硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比之間的關系，其涉及使用不同種類CxFy氣體；以及圖9中的圖表顯示了氣體流速與沉積速度之間的關系，其涉及使用不同種類CxFy氣體。
具體實施例方式
本發(fā)明的等離子體加工方法中，使用含碳氟化合物的氣體作為加工氣體。加工氣體中所含的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。例如，本發(fā)明所用的碳氟化合物用以下通式(I)表示 其中，R代表例如CF3或C2F5的有機殘基或無機殘基。
通式(I)表示的化合物當中，尤其希望使用通式(I)所表示的以下化合物，其中取代基R代表C2F5，即1，1，1，4，4，5，5，5-八氟-2-戊炔，其也可用2-C5F8來表示，以及通式(I)所表示的以下化合物，其中取代基R代表CF3，即1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁炔，其也可用2-C4F6來表示。
從以上給出的通式(I)可明顯看出，本發(fā)明所用的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。應當注意到三鍵傾向于在等離子體中容易斷裂，使得位于鄰近斷裂部分的CF3基團游離出來。游離CF3基團是高度不穩(wěn)定的，并且傾向于容易地聚合。因此，在蝕刻加工過程中，形成的聚合物沉積在感光耐蝕膜的表面上，以便發(fā)揮抗蝕保護膜的作用。此外，在成膜加工中，形成的聚合物以高的沉積速度沉積在目標對象上，在例如硅基板或硅氧化物膜的目標對象上形成薄膜，以便形成CF膜。
在將本發(fā)明的等離子體加工方法應用于蝕刻加工的情況下，待蝕刻的目標對象包括例如SiO2膜或SiOF膜，以及SiOC膜和SiOCH膜的硅氧化物膜。
在將本發(fā)明的等離子體加工方法應用于CVD成膜加工的情況下，應用本發(fā)明的等離子體加工方法的目標對象包括例如硅基板、形成柵電極的多晶硅薄層、形成層間介電膜或柵絕緣膜的硅氧化物膜，例如SiO2膜或SiOF膜。
現(xiàn)在參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式加以描述。
圖1A和1B使橫截面視圖，其示意性顯示了半導體晶片(此后簡稱為晶片)W的要點部分的放大圖，用以描述根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的蝕刻加工法的實施例。如圖1A所示，在構成晶片W的硅基板101上，形成例如SiO2膜的硅氧化物膜102作為絕緣膜，在硅氧化物膜102上形成用作蝕刻掩膜的感光耐蝕膜103。舉例來說，感光耐蝕膜103由聚羥基苯乙烯(polyhydroxy styrene)形成以抵抗Kr-F腐蝕，或由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成以抵抗Ar-F腐蝕，并且以指定的形狀圖案化。如圖所示，硅氧化物膜102暴露于開口部分110的底部，形成對應于槽或孔的圖案。
如圖1B所示，通過使用圖2所示的等離子體加工設備1進行蝕刻，以便選擇性地除去位于感光抗蝕膜103的開口部分110內的硅氧化物膜102。用于選擇性地除去硅氧化物膜102的蝕刻氣體，要求由含有例如2-C4F6氣體的碳氟化合物氣體和例如He、Ne、Ar或Xe的稀有氣體的混合氣體形成。更要求蝕刻氣體進一步包含O2。更具體地說，通過使用含有例如2-C4F6、Ar和O2的氣體來進行等離子體蝕刻。舉例來說，蝕刻有可能在開口部分110(槽或孔)的深度達到指定水平的同時完成。要求蝕刻在這樣的條件下進行，使得允許以至少450nm/min的蝕刻速度選擇性地蝕刻硅氧化物膜102。此外要求硅氧化物膜102相對于感光耐蝕膜103的蝕刻選擇比，即硅氧化物膜102相對于感光耐蝕膜103的蝕刻速度之比，落入4.8-6的范圍以內。
圖2示意性地顯示了適用于根據(jù)本發(fā)明第一個實施方式的等離子體蝕刻加工的等離子體加工設備1的結構。等離子體加工設備1可以用作電容耦合型并聯(lián)板蝕刻裝置，其中上電極板和下電極板以互相面對的方式平行排列，上和下電極板各自均與高頻電源相連。
等離子體加工設備1包括筒形腔2，其由例如表面經受陽極化處理(陽極氧化處理)的鋁形成，并接地。將發(fā)揮下電極作用，并由感受器臺4支撐的感受器5安置在腔2內部。舉例來說，由硅形成并在其上形成指定薄膜的晶片W，水平地支撐在感受器5上，以便在等離子體加工設備1中經受蝕刻處理。高通濾波器(HPF)6與感受器5相連。
感受器臺4內形成控溫介質腔7。將控溫介質通過引入管8引入到控溫介質腔7中，使其在感受器臺4中循環(huán)，從而將感受器5控制在指定的溫度下。
形成類似于凸圓板的感受器5上表面上的中央部分，并且將形狀與晶片W基本相同的靜電卡盤11安置在形狀類似于凸圓板的感受器5的上表面上。制造靜電卡盤11以使電極12于絕緣材料內形成。從與電極12相連的DC電源13施加例如1.5kV的DC電壓，以使靜電卡盤11通過庫侖力來靜電吸引晶片W。
以沿著絕緣板3、感受器臺4、感受器5和靜電卡盤11延伸的方式形成氣體通路14，以向待加工晶片W的后表面供應例如指定壓力(背壓力)的例如He氣體的傳熱介質。感受器5與晶片W之間的熱傳導通過傳熱介質進行，以便將晶片W保持在指定的溫度下。
環(huán)形聚焦環(huán)15以環(huán)繞處于靜電卡盤11上的晶片W的方式，安置在感受器5的上部外圍部分。聚焦環(huán)15由例如陶瓷材料或石英的絕緣材料制成，起到提高蝕刻均一性的作用。
上電極21安置在感受器5上面，使其以平行并面對感受器5的方式定位。上電極21以面對感受器5的方式通過絕緣材料22支撐于腔2的上部，上電極21包括電極板24和支撐電極板24的電極支撐元件25。電極板24提供有大量的噴射端口23，舉例來說，電極板24由石英制成。另一方面，電極支撐元件25由導電材料制成，例如表面經受例如陽極化處理的鋁。順便提及，有可能控制感受器5與上電極21之間的間隙。
在上電極21所包括的電極支撐元件25的中央，形成氣體引入端口26。氣體供給管27與氣體引入端口26相連。此外，加工氣體供給源30通過閥門28和質量流量控制器29與氣體供給管27相連。由于這種特殊結構，將用于等離子蝕刻的蝕刻氣體從加工氣體供給源30供給到腔2中。順便提及，圖2僅僅顯示了單加工氣體供給源30作為代表。但是，等離子體加工設備1中包括了多個加工氣體供給源30，使得在含有碳氟化合物氣體、稀有氣體和O2氣的加工氣體供給到腔2中時，可以對例如2-C4F6氣體的碳氟化合物氣體、例如Ar氣的稀有氣體和O2氣的流速獨立地加以控制。
排氣管31與腔2的底部相連，排氣裝置35與排氣管31相連。排氣裝置35裝有例如渦輪分子泵的真空泵，以將腔2的內部區(qū)域抽空，從而在腔2中建立起指定的減壓氣氛。例如，將腔2的內部區(qū)域抽空到不高于1Pa的指定壓力。腔2的側壁中形成閘門閥32。在閘門閥32開啟的狀態(tài)下，晶片W在腔2與相鄰的真空交換艙(load lock chamber，未顯示)之間轉移。
第一高頻電源40與上電極21相連，匹配裝置41裝配在一端與上電極21相連并且另一端與第一高頻電源40相連的電源線上。另外，低通濾波器(LPF)42與上電極21相連。第一高頻電源40的頻率落入50-150MHz的范圍以內。通過施加如此高頻的高頻電源，有可能在腔2內形成所需的解離狀態(tài)下的高密度等離子體，使得有可能在低壓條件下進行等離子體加工。進一步，要求第一高頻電源40的頻率落入50-80MHz的范圍以內。典型地，如圖2所示，使用60MHz的頻率或其附近的條件。
第二高頻電源50與作為下電極的感受器5相連，匹配裝置51與從第二高頻電源50通向感受器5的電源線相連。第二高頻電源50的頻率落入幾百kHz到幾十MHz的范圍以內。通過施加上述范圍內頻率的高頻電源，有可能在不損壞晶片W的情況下給予晶片W適當?shù)碾x子功能。如圖2所示，使用諸如13.56MHz的頻率或800kHz的條件作為第二高頻電源50的頻率。
等離子體加工設備1的各構成部分與裝有CPU的加工控制器60相連，以便受加工控制器60的控制。用戶界面61與加工控制器60相連。用戶界面61包括由加工管理人員操作的鍵盤，以便進行管理等離子體加工設備1所需的指令輸入操作，以及用于可視化顯示等離子體加工設備1的工作狀態(tài)的顯示設備。
存儲部分62也與加工控制器60相連。存儲部分62中存有控制程序(軟件)，用于實現(xiàn)等離子體加工設備1在加工控制器60的控制下執(zhí)行的各種加工過程，以及記錄諸如加工條件數(shù)據(jù)的處方。
如果需要的話，一經收到來自用戶界面61的指令，便從存儲部分62中讀取任選的處方，使加工控制器60執(zhí)行讀自存儲部分62的處方，在等離子體加工設備1中在加工控制器60的控制下實現(xiàn)所要求的加工過程。還可能使用記錄有諸如控制程序和加工條件數(shù)據(jù)的處方，所述處方存儲于計算機可讀的存儲介質中，例如CD-ROM、硬盤、軟盤或非易失性存儲器。另外可選地，如果需要的話，還可能通過專用電路轉移處方，使其用于在線基礎上。
現(xiàn)在說明關于硅基板101上形成的硅氧化物膜102的蝕刻加工，其通過上述結構的等離子體加工設備1來進行。
第一步，通過開啟閘門閥32，將具有硅氧化物膜102和其上形成的圖案化感光耐蝕膜103的晶片W，從真空交換艙(未顯示)轉移到腔2中。這樣引入到腔2中的晶片W處于靜電卡盤11上。接下來，從DC電源13向靜電卡盤11施加DC電壓，以使靜電卡盤11靜電吸引晶片W。
下一步，關閉閘門閥32，通過排氣裝置35將腔2的內部區(qū)域抽空到指定的真空度。接下來，開啟閥門28，使得蝕刻氣體從加工氣體供給源30經由質量流量控制器29、加工氣體供給管27和氣體引入端口26引入到上電極21的中空部分，該蝕刻氣體包括例如2-C4F6的碳氟化合物CxFy氣體、Ar氣和O2氣，其中x和y代表任意整數(shù)。通過質量流量控制器29將氟碳化合物氣體、Ar氣和O2氣控制在指定的流速比。接下來，將蝕刻氣體透過電極板24的噴射孔23均勻地噴射在晶片W上，如圖2中的箭頭所指示。要求對加工氣體的流速加以控制，使得2-C4F6氣體的流速設為10-50mL/min，Ar氣的流速設為0-1,500mL/min，O2氣的流速設為10-50mL/min。更為理想地，2-C4F6/Ar/O2的流速應為大約18-20/300/20mL/min。
要求蝕刻在不低于450nm/min的蝕刻速度下進行。另外，為了增加蝕刻階段中硅氧化物膜102相對于感光耐蝕膜103的蝕刻選擇比，要求加工氣體的停留時間落入約0.01-0.1秒的范圍以內，理想地為0.01-0.03秒。停留時間是蝕刻氣體在腔2中進行蝕刻的時間平均長度，表達如下τ＝V/S＝pV/Q其中τ(秒)是停留時間，V(m3)是用晶片W和聚焦環(huán)15的面積乘以電極間距離得到的有效腔體積，即蝕刻氣體在其中變?yōu)榈入x子體的空間的體積，S(m3/sec)是排放速度，p(Pa)是腔2中的壓力，Q(Pa·M3/sec)是總流速。
腔2內部的壓力保持在指定的壓力下，例如1-8Pa，理想地為大約2.0Pa。在該條件下，將500-3,000W的高頻電，理想地為大約2,200W，從第一高頻電源40提供給上電極21，并將1,000-3,000W的高頻電，理想地為大約1,800W，從第二高頻電源50提供給作為下電極的感受器5，以將蝕刻氣體轉化為等離子體，從而選擇性地蝕刻硅氧化物膜102。順便提及，要求將背壓力在晶片W的中央部分和邊緣部分分別設為約666.5Pa和約3332.5Pa。此外，至于加工溫度，要求將上電極21的溫度設為60℃，腔2側壁的溫度設為50℃，感受器5的溫度設為-10℃。
圖3A和3B示意性地舉例說明了根據(jù)本發(fā)明第二個實施方式的CVD成膜加工。如圖3A所示，晶片W上形成了構成諸如柵電極的多晶硅層105和用作層間絕緣膜的硅氧化物膜106。
如圖3A和3B所示，通過使用結構如圖2所示的等離子體加工設備1，CVD成膜傾向于在硅氧化物膜106上形成起低介電值膜作用的CF膜107。在CF膜107的形成中，要求使用含碳氟化合物氣體和例如He、Ne、Ar、Kr或Xe的稀有氣體的混合氣體作為成膜氣體。更要求成膜氣體進一步包含O2。舉例來說，通過使用含2-C4F6和/或2-C5F8、Ar和O2的混合氣體來進行等離子體CVD。舉例來說，CF膜107生長至達到指定的厚度時，CVD即告完成。
根據(jù)本發(fā)明第二個實施方式的CVD成膜加工中，圖2所示的等離子體加工設備1可以適宜地用作CVD設備，如上述第一個實施方式中所使用的。因此，以下的描述主要涉及第一個實施方式與第二個實施方式之間的不同點。
等離子體加工設備1用作等離子體蝕刻設備時，從第二高頻電源50向用作下電極的感受器5供給高頻電。但是，等離子體加工設備1用作CVD設備時，指定的高頻電僅提供給上電極21，在不對感受器5提供高頻電的情況下進行等離子體加工。
在CVD成膜工藝中，開啟閘門閥32，將具有多晶硅膜105和其上形成的硅氧化物膜106的晶片W從真空交換艙(未顯示)轉移到腔2中，然后使晶片W放置于靜電卡盤11上。在該條件下，從DC電源13向靜電卡盤11施加DC電壓，以使靜電卡盤11靜電吸引晶片W。
下一步，關閉閘門閥32，通過排氣裝置35將腔2的內部區(qū)域抽空到指定的真空度。接下來，開啟閥門28，使得成膜氣體經由加工氣體供給管27和氣體引入端口26引入到上電極21的中空部分，該成膜氣體包括例如2-C4F6或2-C5F8的碳氟化合物(CxFy)、Ar和O2。在這種情況下，通過質量流量控制器29將氟碳化合物氣體、Ar氣和O2氣的流量控制在指定的流速比下。接下來，將成膜氣體經過電極板24的噴射孔23均勻地噴射到晶片W上，如圖2中的箭頭所指示。要求對加工氣體的流速加以控制，使得CxFy氣體的流速設為10-50mL/min，Ar氣的流速設為0-1,500mL/min，O2氣的流速設為10-50mL/min。更為理想地，CxFy/Ar/O2的流速應為大約40/300/20mL/min。另外，要求加工氣體的停留時間落入約0.01-0.1秒的范圍以內，更為理想地為0.01-0.03秒。停留時間是成膜氣體在腔2中進行沉積的時間平均長度，表達如下τ＝V/S＝pV/Q其中τ(秒)是停留時間，V(m3)是用晶片W和聚焦環(huán)15的面積乘以電極間距離得到的有效腔體積，即成膜氣體在其中變?yōu)榈入x子體的空間的體積，S(m3/sec)是排放速度，p(Pa)是腔2中的壓力，Q(Pa·M3/sec)是總流速。
腔2的內壓力保持在指定的壓力下，例如1-8Pa，理想地為大約2.0Pa。在該條件下，將500-3,000W的高頻電，理想地為大約2,200W，從第一高頻電源40提供給上電極21，并將0-1,000W的高頻電，理想地為0W，從第二高頻電源50提供給作為下電極的感受器5，以將加工氣體轉化為等離子體，從而在硅氧化物膜106上形成CF膜107。至于加工溫度，要求將上電極21的溫度設為60℃，腔2側壁的溫度設為50℃，感受器5的溫度設為20℃。
現(xiàn)在說明為確認本發(fā)明的效果而進行的實驗。該實驗所用的碳氟化合物(CxFy)的結構分子式如下
通過熱氧化在硅基板101上形成厚度為2,000nm的SiO2膜作為硅氧化物膜102，然后在硅氧化物膜102上形成厚度為660nm的感光耐蝕膜103，制備結構如圖1A所示的樣品晶片。感光耐蝕膜103包括直徑對應于孔的敞開部分110。順便提及，使用由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)形成的X-射線掩膜感光耐蝕膜作為感光耐蝕膜103。
使用與圖2所示結構相同的等離子體加工設備1，選擇性地蝕刻樣品晶片，只不過腔2的內部體積為70L，以便在硅氧化物膜102上形成直徑各為0.1μm、0.15μm或0.3μm的孔。蝕刻速度在形成每一個這些孔的情況下測量，以便計算硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比。順便提及，對于每一個平坦部分和小平面部分，分別計算硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比。順便提及，上述的平坦部分代表在感光耐蝕膜103平坦部分的厚度(即感光耐蝕膜103的整體厚度)的基礎上進行的蝕刻速度測量的結果。另一方面，在感光耐蝕膜103的拐角部分通過離子噴射作用削去的情況下，上述的小平面部分代表在感光耐蝕膜103的整體厚度減去削肩部分的厚度得到的膜厚度的基礎上進行的蝕刻速度計算的結果。
使用2-C4F6作為蝕刻氣體中所含的碳氟化合物，其分子內具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。還使用了1，3-C4F6進行對比，其為上述碳氟化合物的結構異構體。
Ar和O2的流速是固定的，C4F6的流速是變化的，以將C4F6/Ar/O2的流速設為18-24/300/20mL/min(sccm)。另外，腔2的內壓力設為約2.0Pa(15mTorr)。在該條件下，將2,200W的高頻電提供給上電極21，將1,800W的高頻電提供給起下電極作用的感受器5，以便將蝕刻氣體轉化為等離子體，以進行要求的等離子體蝕刻。順便提及，晶片W中央部分的背壓力設為約666.5Pa(5Torr)，晶片W邊緣部分的背壓力設為約3332.5Pa(25Torr)。至于加工溫度，將上電極21的溫度設為60℃，腔2側壁的溫度設為50℃，感受器5的溫度設為-10℃。另外，蝕刻時間設為3分鐘。
圖4中的圖表顯示了蝕刻速度與硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比，其涉及形成的孔直徑為0.1μm的情況，圖5中的圖表顯示了蝕刻速度與硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比，其涉及形成的孔直徑為0.15μm的情況，圖6中的圖表顯示了蝕刻速度與硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比，其涉及形成的孔直徑為0.3μm的情況。圖4-6中給出的實驗數(shù)據(jù)涉及平坦部分的測量結果。
另外，圖7中的圖表顯示了在C4F6的流速設為20mL/min的情況下，涉及每一孔徑時，每一平坦部分和小平面部分中硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比。
從圖4-7中可明顯看出，發(fā)現(xiàn)碳氟化合物2-C4F6在硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比方面優(yōu)于其上述結構異構體1，3-C4F6，2-C4F6在分子內具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。尤其是在平坦部分，這兩種碳氟化合物之間在硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比上的差別隨著孔徑的增加而顯著增加。至于蝕刻速度，2-C4F6與1，3-C4F6之間沒有觀察到可察覺的差別。
以上指出的實驗數(shù)據(jù)證明，2-C4F6使得人們可能以硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的高蝕刻選擇比進行蝕刻處理，同時保持與1，3-C4F6基本相等的蝕刻速度。
此外，通過使用等離子體蝕刻設備1，將選擇性蝕刻應用于樣品晶片。在這種情況下，使用2-C5F8、2-C4F6及其結構異構體，即c-C5F8、1，3-C5F8(八氟-1，3-戊二烯)和1，3-C4F6作為分子內具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團的碳氟化合物(CxFy)。通過選擇性蝕刻形成直徑為0.15μm的孔，以便測量蝕刻速度以及硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比。
Ar和O2的流速是固定的，CxFy的流速是變化的，以將CxFy/Ar/O2的流速設為14-24/300/20mL/min(sccm)。另外，腔2的內壓力設為約2.0Pa(15mTorr)。在該條件下，將2,200W的高頻電提供給上電極21，將1,800W的高頻電提供給起下電極作用的感受器5，以便將蝕刻氣體轉化為等離子體，以進行要求的等離子體蝕刻。順便提及，晶片W中央部分的背壓力設為約666.5Pa(5Torr)，晶片W邊緣部分的背壓力設為約3332.5Pa(25Torr)。至于加工溫度，將上電極21的溫度設為60℃，腔2側壁的溫度設為50℃，感受器5的溫度設為-10℃。另外，蝕刻時間設為3分鐘。
圖8中的圖表顯示了實驗數(shù)據(jù)。圖中的標記○表示蝕刻性能是令人滿意的，標記△表示蝕刻性能有所降低，標記×表示在孔形成之前實施蝕刻是不可能的，從而蝕刻中止。實驗數(shù)據(jù)證明，分子內具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團的2-C4F6，表現(xiàn)出硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的高蝕刻選擇比。它還指出，在使用2-C4F6碳氟化合物的情況下，即使提高特定碳氟化合物的流速，也不可能發(fā)生蝕刻的中止。
圖8中給出的實驗數(shù)據(jù)還證明，在使用2-C4F6碳氟化合物的情況下，由于在腔2的內部體積為70L并且工作壓力為約2.0Pa(15mTorr)這一條件下得到了硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的高蝕刻選擇比，如果加工氣體的停留時間落入約0.01-0.1秒的范圍以內，可能得到硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的高蝕刻選擇比。
另一方面，在使用其它碳氟化合物的情況下，總體上確實有可能得到高的蝕刻速度。但是，硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比低，表明在使用薄的感光耐蝕膜的情況下，使用其它的碳氟化合物是困難的。
為了探討等離子體加工設備1在CVD成膜加工中的應用，將CVD成膜測試應用于層壓結構，其構造如圖3A所示，即將SiO2膜作為硅氧化物膜106層壓在多晶硅層105上。
作為通過CVD成膜的實施例，使用構造與圖2所示相同的等離子體加工設備1，在硅氧化物膜106上形成起低介電值膜作用的CF膜。使用含有碳氟化合物(CxFy)、Ar和O2的氣體混合物作為成膜氣體。
在CVD成膜方法中，Ar和O2的流速是固定的，碳氟化合物(CxFy)的流速是變化的，以便將CxFy/Ar/O2的流速設為10-50/300/20mL/min(sccm)。腔2的內壓力設為約2.0Pa(15mTorr)，將2,200W的高頻電提供給上電極21，而對起下電極作用的感受器5則不提供高頻電。順便提及，加工溫度設定如下，將上電極21的溫度設為60℃，腔2側壁的溫度設為50℃，感受器5的溫度設為20℃。
圖9中的圖表顯示了實驗數(shù)據(jù)。
從圖9中可明顯看出，氣體流速在10-50mL/min(sccm)的范圍以內時，在使用分子內具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團的碳氟化合物2-C5F8的情況下，得到最高的沉積速度。在使用結構分子式與2-C5F8類似的2-C4F6的情況下，得到第二高的沉積速度。使用上述兩種碳氟化合物的情況下的沉積速度高于使用c-C5F8和1，3-C4F6的情況下的沉積速度，c-C5F8和1，3-C4F6分別是上述碳氟化合物2-C5F8和2-C4F6的結構異構體。發(fā)現(xiàn)在使用其它碳氟化合物c-C4F8(八氟環(huán)丁烷)和C3F8(八氟丙烷)的情況下，沉積速度較次。
該實施方式意圖闡明本發(fā)明的技術內容，其不應視為限于特定的實施例，而是可以在本發(fā)明的精神之內并且在所附權利要求的范圍之內以各種其它形式產生效果。
例如，每一個上述的實施方式中，使用電容耦合型并聯(lián)板蝕刻設備。但是，只要有可能通過使用本發(fā)明中定義的加工氣體形成等離子體，便可能使用任何類型的設備。例如，有可能使用任何類型的等離子體加工設備，例如感應耦合型等離子體加工設備。
權利要求
1.一種等離子體加工方法，包括通過使用由含碳氟化合物的加工氣體所產生的等離子體，加工目標對象，其中所述的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。
2.根據(jù)權利要求1所述的等離子體加工方法，其中所述的等離子體加工是應用于在目標對象上形成的含硅氧化物膜的蝕刻工藝，所述的蝕刻工藝是通過使用在含硅氧化物膜上形成的圖案化感光耐蝕膜作為蝕刻掩膜而進行的。
3.根據(jù)權利要求2所述的等離子體加工方法，其中含硅氧化物膜相對于感光耐蝕膜的蝕刻選擇比落入4.8-6的范圍以內。
4.根據(jù)權利要求3所述的等離子體加工方法，其中所述的加工氣體在蝕刻加工中的停留時間落入0.01-0.1秒的范圍以內。
5.根據(jù)權利要求4所述的等離子體加工方法，其中所述的碳氟化合物是1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁炔。
6.根據(jù)權利要求5所述的等離子體加工方法，其中所述的加工氣體進一步包含一種或多種選自He、Ne、Ar和Xe的稀有氣體。
7.根據(jù)權利要求6所述的等離子體加工方法，其中所述的加工氣體進一步含有O2。
8.根據(jù)權利要求1所述的等離子體加工方法，其中所述的等離子體加工是在目標對象上形成α-CF膜的工藝。
9.根據(jù)權利要求8所述的等離子體加工方法，其中所述的碳氟化合物選自1，1，1，4，4，4-六氟-2-丁炔和1，1，1，4，4，5，5，5-八氟-2-戊炔。
10.一種控制程序，當執(zhí)行該程序時，使得計算機來控制使用等離子體加工方法的等離子體加工設備，所述方法包括通過使用由含碳氟化合物的加工氣體所產生的等離子體，加工目標對象，其中所述的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。
11.一種含有軟件的計算機可讀存儲介質，當執(zhí)行所述軟件時，使得計算機來控制使用等離子體加工方法的等離子體加工設備，所述方法包括通過使用由含碳氟化合物的加工氣體所產生的等離子體，加工目標對象，其中所述的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。
全文摘要
本發(fā)明公開一種等離子體加工方法，其通過使用含碳氟化合物的加工氣體的等離子體加工目標對象。使用的碳氟化合物在分子內具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF
文檔編號C23C16/44GK1790613SQ20051011738
公開日2006年6月21日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權日2004年11月5日
發(fā)明者本田昌伸 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社