專利名稱：等離子體蝕刻加工方法
技術(shù)領(lǐng)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(yīng)用于半導(dǎo)體設(shè)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(shù)：
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Si02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-l，3-丁二烯(1，3-(]/6)，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(yīng)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-CsF8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(nèi)則有副產(chǎn)品沉積，由此逐漸降 低了蝕刻速度，最終導(dǎo)致蝕刻停止。 另一方面，通過CVD (化學(xué)氣相沉積)，使用例如c_C5F8的CF系列氣體，在硅基板或 例如SiOj莫的絕緣膜上，形成低介電常數(shù)的無定形CF膜(a-CF膜)的技術(shù)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(shù)的需求。
發(fā)明內(nèi)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a -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(chǎn)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(nèi)具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結(jié)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(yīng)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(nèi)。而且，要求加工氣體在蝕刻處理中的停留時間落入 0.01-0. l秒的范圍以內(nèi)。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02。 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a-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(shè)備，所述方法包括 通過使用含碳氟化合物的加工氣體產(chǎn)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(nèi)具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結(jié)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(zhì)，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(shè)備，所述方法包括
通過使用含碳氟化合物的加工氣體產(chǎn)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(nèi)具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結(jié)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(jié)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Si02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(shè) 定在O.Ol-O. l秒，防止了蝕刻的停止。由此得出結(jié)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(dǎo)體設(shè)備中含有的柵電極的工藝當中，在例如Si02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(jié)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(dǎo)體設(shè)備中含有的柵電極的步驟當 中，在硅基板上或者在由諸如Si02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(jié)構(gòu)； 圖2示意性地顯示了用于本發(fā)明的等離子體加工設(shè)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(jié)構(gòu)； 圖4中的圖表顯示了 C4F6氣體的流速與蝕刻速度之間的關(guān)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(guān)系，其涉及形成直徑0. 1 m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(guān)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(guān)系，其涉及形成直徑O. 15ym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(guān)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(guān)系，其涉及形成直徑0.3iim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(guān)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(guān)系，其涉及使用不同種類c;Fy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(guān)系，其涉及使用不同種類(;Fy 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(nèi)具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結(jié)合到與相鄰碳原 子形成三鍵的碳原子上的C&基團。例如，本發(fā)明所用的碳氟化合物用以下通式(I)表示
F —C CSC — R . . (!)
F 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(nèi)具有至少 一個三鍵和至少一個以單鍵結(jié)合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團。應(yīng)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(yīng)用于蝕刻加工的情況下，待蝕刻的目標對象包 括例如Si02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(yīng)用于CVD成膜加工的情況下，應(yīng)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Si02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(dǎo)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IA所 示，在構(gòu)成晶片W的硅基板101上，形成例如Si02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(P匿A)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(yīng)于槽或孔的圖案。 如圖IB所示，通過使用圖2所示的等離子體加工設(shè)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(nèi)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-QFe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02。更具體地說，通過使用含有例 如2-C4F6、Ar和02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(nèi)。 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(shè)備1的結(jié)構(gòu)。等離子體加工設(shè)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(shè)備1包括筒形腔2，其由例如表面經(jīng)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(nèi) 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(shè)備1中經(jīng)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(nèi)形成控溫介質(zhì)腔7。將控溫介質(zhì)通過引入管8引入到控溫介質(zhì)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(nèi)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(yīng)例如指定壓力(背壓力)的例如He氣體的傳熱介質(zhì)。 感受器5與晶片W之間的熱傳導(dǎo)通過傳熱介質(zhì)進行，以便將晶片W保持在指定的溫度下。
6
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(dǎo)電材料制成，例如表面經(jīng)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(zhì)量流量控制器 29與氣體供給管27相連。由于這種特殊結(jié)構(gòu)，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(shè)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02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02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(nèi)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(nèi)部區(qū)域抽空到不高于1Pa的指定壓力。腔2的側(cè)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(zhuǎn)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(nèi)。通過施加如此高頻的高頻電源， 有可能在腔2內(nèi)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(nèi)。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(nèi)。通過施加上述范圍內(nèi)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(shè)備1的各構(gòu)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(shè)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(shè)備1的工作狀態(tài)的顯示設(shè)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(shè)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(jīng)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(shè)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(zhì)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(zhuǎn)移處方，使其用于在線基礎(chǔ)上。
現(xiàn)在說明關(guān)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(jié)構(gòu) 的等離子體加工設(shè)備l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(zhuǎn)移到腔2中。這樣引入到腔2中的晶片W處 于靜電卡盤ll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ll靜 電吸引晶片W。 下一步，關(guān)閉閘門閥32，通過排氣裝置35將腔2的內(nèi)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(jīng)由質(zhì)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02氣，其中x和y代表任意整數(shù)。通過質(zhì)量流量控制器29 將氟碳化合物氣體、Ar氣和02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(shè)為10-50mL/min， Ar氣的流速設(shè)為0-1， 500mL/min， 02氣的 流速設(shè)為10-50mL/min。更為理想地，2_C4F6/Ar/02的流速應(yīng)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(nèi)，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
t = V/S = pV/q 其中t (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(mVsec)是排放速度， P(Pa)是腔2中的壓力，Q(Pa MVsec)是總流速。 腔2內(nèi)部的壓力保持在指定的壓力下，例如l-8Pa，理想地為大約2. OPa。在該條件 下，將500-3， OOOW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， OOOW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(zhuǎn)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(shè)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(shè)為6(TC，腔2側(cè)壁的溫度設(shè)為5(TC，感受器5的 溫度設(shè)為-l(TC。 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(gòu)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(jié)構(gòu)如圖2所示的等離子體加工設(shè)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02。舉例來說，通過使用含2-C4F6和/或2-C5F8、 Ar和02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(shè)備1 可以適宜地用作CVD設(shè)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(shè)備1用作等離子體蝕刻設(shè)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(shè)備1用作CVD設(shè)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(zhuǎn)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(guān)閉閘門閥32，通過排氣裝置35將腔2的內(nèi)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(jīng)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02。 在這種情況下，通過質(zhì)量流量控制器29將氟碳化合物氣體、Ar氣和02氣的流量控制在指定 的流速比下。接下來，將成膜氣體經(jīng)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(;Fy氣體的流速設(shè)為10-50mL/ min， Ar氣的流速設(shè)為0-l，500mL/min， 02氣的流速設(shè)為10-50mL/min。更為理想地，CxFy/ Ar/02的流速應(yīng)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(nèi)，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
t = V/S = pV/q 其中t (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(mVsec)是排放速度， P(Pa)是腔2中的壓力，Q(Pa MVsec)是總流速。 腔2的內(nèi)壓力保持在指定的壓力下，例如l-8Pa，理想地為大約2. OPa。在該條件
下，將500-3， OOOW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， OOOW的高頻電，理想地為OW，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(zhuǎn)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(shè)為6(TC，腔2側(cè)壁的溫度設(shè)為5(TC，感受器5的溫度設(shè)為20°C。 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(jié)構(gòu)分子式如下
9<formula>formula see original document page 10</formula> 通過熱氧化在硅基板101上形成厚度為2， OOOnm的Si02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(jié)構(gòu)如圖IA所示的樣 品晶片。感光耐蝕膜103包括直徑對應(yīng)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(jié)構(gòu)相同的等離子體加工設(shè)備l，選擇性地蝕刻樣品晶片，只不過 腔2的內(nèi)部體積為70L，以便在硅氧化物膜102上形成直徑各為0. 1 ii m、0. 15 y m或0. 3 y m
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(chǔ)上進行的蝕刻速度測量的結(jié)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(chǔ)上進行的蝕刻速度計算的結(jié)果。 使用2_C4F6作為蝕刻氣體中所含的碳氟化合物，其分子內(nèi)具有至少一個三鍵和至 少一個以單鍵結(jié)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-QFe進 行對比，其為上述碳氟化合物的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。 Ar和02的流速是固定的，C4F6的流速是變化的，以將C4F6/Ar/02的流速設(shè)為 18-24/300/20mL/min(sccm)。另外，腔2的內(nèi)壓力設(shè)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(zhuǎn)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(shè)為約666. 5Pa(5Torr)，晶片W邊緣部分的背壓力設(shè)為約3332. 5Pa(25Torr)。至 于加工溫度，將上電極21的溫度設(shè)為6(TC，腔2側(cè)壁的溫度設(shè)為5(TC，感受器5的溫度設(shè) 為-l(TC。另外，蝕刻時間設(shè)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. 1 ii m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. 15 ii m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. 3ym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(jié)果。 另夕卜，圖7中的圖表顯示了在C4F6的流速設(shè)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(jié)構(gòu)異構(gòu)體1 ， 3-C4F6， 2-C4F6在分子內(nèi)具有至少一個三鍵和
至少一個以單鍵結(jié)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-C;Fe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(shè)備l，將選擇性蝕刻應(yīng)用于樣品晶片。在這種情況
下，使用2-C5F8、2-C4F6及其結(jié)構(gòu)異構(gòu)體，即c-C5F8、 1 ， 3_C5F8 (八氟_1 ， 3-戊二烯)和1 ， 3_C4F6
作為分子內(nèi)具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結(jié)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. 15 m的？L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02的流速是固定的，CxFy的流速是變化的，以將CxFy/Ar/02的流速設(shè)為 14-24/300/20mL/min(sccm)。另外，腔2的內(nèi)壓力設(shè)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(zhuǎn)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(shè)為約666. 5Pa(5Torr)，晶片W邊緣部分的背壓力設(shè)為約3332. 5Pa(25Torr)。至 于加工溫度，將上電極21的溫度設(shè)為6(TC，腔2側(cè)壁的溫度設(shè)為5(TC，感受器5的溫度設(shè) 為-l(TC。另外，蝕刻時間設(shè)為3分鐘。 圖8中的圖表顯示了實驗數(shù)據(jù)。圖中的標記O表示蝕刻性能是令人滿意的，標記 A表示蝕刻性能有所降低，標記x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(nèi)具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結(jié)合到與相鄰碳原子形成三鍵 的碳原子上的CF3基團的2-QFe，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-QFe碳氟化合物的情況下，由于在腔2的 內(nèi)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(nèi)，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(shè)備1在CVD成膜加工中的應(yīng)用，將CVD成膜測試應(yīng)用于 層壓結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造如圖3A所示，即將Si02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(gòu)造與圖2所示相同的等離子體加工設(shè)備l，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(C;Fy)、Ar和(^ 的氣體混合物作為成膜氣體。 在CVD成膜方法中，Ar和(^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/02的流速設(shè)為10-50/300/20mL/min(sccm)。腔2的內(nèi)壓力設(shè)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(shè)定如下，將上電極21的溫度設(shè)為6(TC，腔2側(cè)壁的溫度 設(shè)為50°C ，感受器5的溫度設(shè)為20°C 。
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(nèi)時，在使用分子 內(nèi)具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結(jié)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(jié)構(gòu)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-QFe分別是上述碳氟化 合物2-C5F8和2-C4F6的結(jié)構(gòu)異構(gòu)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(shù)內(nèi)容，其不應(yīng)視為限于特定的實施例，而是可
以在本發(fā)明的精神之內(nèi)并且在所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)以各種其它形式產(chǎn)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(shè)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(shè)備。例如，
有可能使用任何類型的等離子體加工設(shè)備，例如感應(yīng)耦合型等離子體加工設(shè)備。
1權(quán)利要求
一種等離子體蝕刻加工方法，包括通過使用由含碳氟化合物的加工氣體所產(chǎn)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(nèi)具有至少一個三鍵，和至少一個以單鍵結(jié)合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團，其中所述的等離子體是通過施加頻率落入50-150MHz的范圍以內(nèi)的高頻電力而形成的，其中所述的等離子體蝕刻加工是應(yīng)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，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(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻加工方法，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(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻加工方法，其中所述的碳氟化合物是1， 1， 1，4， 4， 4-六氟-2- 丁炔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的等離子體蝕刻加工方法，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。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的等離子體蝕刻加工方法，其中所述的加工氣體進一步含有02。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體蝕刻加工方法，其中所述的高頻電力的頻率落入 50-80MHz的范圍以內(nèi)。
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(nèi)具有至少一個三鍵和至少一個以單鍵結(jié)合到與相鄰碳原子形成三鍵的碳原子上的CF3基團，例如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。
文檔編號H01L21/311GK101777492SQ20091022270
公開日2010年7月14日 申請日期2005年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月5日
發(fā)明者中村昌洋, 本田昌伸 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社;日本瑞翁株式會社