專利名稱：絕緣膜的蝕刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣膜的蝕刻方法，尤其是恰好適用于具有高的深徑比(high-aspect-ratio)的接觸孔的蝕刻。
背景技術(shù)：
伴隨著近年來的半導(dǎo)體集成電路的高密度化，接觸孔的深徑比正在變大，為了形成這樣的接觸孔，應(yīng)用了C5F8/Ar/O2系的蝕刻氣體。
可是應(yīng)用C5F8/Ar/O2系的蝕刻氣體，除了所謂蝕刻速度慢、生產(chǎn)率差的問題之外，也產(chǎn)生所謂抗蝕劑掩膜選擇比低，出現(xiàn)彎曲(細(xì)長嘴酒壺)形狀的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供可以提高蝕刻速度以及抗蝕劑掩膜選擇比、同時可以抑制彎曲形狀的絕緣膜的蝕刻方法。
為了解決上述任務(wù)，根據(jù)本發(fā)明，其特征為，作為蝕刻氣體用至少包含C≥4，C/F比0.625以上的第一氟碳系氣體；和F≥4，C/F比0.5以下的第二氟碳系氣體；Ar氣；和O2氣的混合氣體。
通過混合C多、C/F比大的第一氟碳系氣體和F多、C/F比小的第二氟碳系氣體加以應(yīng)用，通過第一氟碳系氣體爭取可提高抗蝕劑掩膜選擇比的同時，通過第二氟碳系氣體抑制彎曲形狀的發(fā)生，而且可爭取高蝕刻速度，可以提高蝕刻速度及抗蝕劑掩膜選擇比兩方。
根據(jù)本發(fā)明，其特征為，第一氟碳系氣體是C為4以上，C/F在0.625以上的C5F8氣體或C4F6氣體。
根據(jù)本發(fā)明，其特征為，前述第二氟碳系氣體是從CF4氣體、C2F6氣體、C3F8氣體、C4F8氣體中選擇的任一種氣體。
據(jù)此，可抑制彎曲形狀的發(fā)生，且提高蝕刻速度，可高效形成高深徑比的接觸孔。
在這里，通過使第二氟碳系氣體的C/F比(即通過制成CF4→C2F6→C3F8→C4F8)更大，可高效生成蝕刻種核(主要為CFx游離基)，可進(jìn)一步改善蝕刻速度。
根據(jù)本發(fā)明，其特征為，前述第一氟碳系氣體和前述第二氟碳系氣體的流量比(第一氟碳系氣體流量/第二氟碳系氣體流量)為0.5以上。
據(jù)此，可抑制蝕刻速度降低，且確?？刮g劑掩膜選擇比。
根據(jù)本發(fā)明，其特征為，前述混合氣體還包含氫氟碳系氣體。在這里，前述氫氟碳系氣體優(yōu)選CH2F2氣體。
據(jù)此，幾乎不影響彎曲形狀以及蝕刻速度，可進(jìn)一步提高抗蝕劑掩膜選擇比。
根據(jù)本發(fā)明，其特征為，前述混合氣體全體的C/F比在0.5以上。
根據(jù)本發(fā)明，其特征為，前述絕緣膜是氧化硅膜。此外，根據(jù)本發(fā)明，其特征為，在前述氧化硅的蝕刻中，上層或下層露出氮化硅膜。此外，其特征為，這樣的氧化硅膜的蝕刻在自對準(zhǔn)接觸的形成工序內(nèi)進(jìn)行。
根據(jù)本發(fā)明，其特征為，形成前述絕緣膜的基板溫度取80～120℃。
通過對基板溫度取上述溫度范圍，可以將蝕刻速度、抗蝕劑掩膜選擇比、彎曲比、底徑比、氮化硅膜選擇比保持于良好的值。


圖1是示出本發(fā)明的實施例的蝕刻裝置的概略構(gòu)成的截面圖。
圖2是示出本發(fā)明的實施例的蝕刻試料構(gòu)成的截面圖，圖2(a)示出蝕刻前，圖2(b)示出蝕刻后。
圖3是示出本發(fā)明的一實施例的以氟碳種類及流量比作為參量的蝕刻特性的圖。
圖4是示出本發(fā)明的一實施例的蝕刻氣體全體的C/F比計算結(jié)果的圖。
圖5是示出本發(fā)明的一實施例的CF4添加量和蝕刻特性關(guān)系的圖，圖5(a)示出蝕刻速度、抗蝕劑掩膜選擇比，圖5(b)示出彎曲比、底徑比。
圖6是示出本發(fā)明的一實施例的C2F6添加量和蝕刻特性關(guān)系的圖，圖6(a)示出蝕刻速度、抗蝕劑掩膜選擇比，圖6(b)示出彎曲比、底徑比。
圖7是示出本發(fā)明的一實施例的C3F8添加量和蝕刻特性關(guān)系的圖，圖7(a)示出蝕刻速度、抗蝕劑掩膜選擇比，圖7(b)示出彎曲比、底徑比。
圖8是示出本發(fā)明的一實施例的蝕刻試料構(gòu)成的截面圖。
圖9是示出本發(fā)明的一實施例的CF4添加量和蝕刻特性關(guān)系的圖。
圖10是示出本發(fā)明的一實施例的蝕刻特性隨溫度變化關(guān)系的圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖，對本發(fā)明實施方式的蝕刻方法加以說明。
圖1是示出本發(fā)明一實施方式的蝕刻裝置的概略構(gòu)成的截面圖。在該實施方式示出取第一氟碳系氣體為具有直鏈分子構(gòu)造的C4F6，取第二氟碳系氣體為CF4，用C4F6/CF4/Ar/O2系混合氣體進(jìn)行蝕刻情況。
在圖1中，在處理室1內(nèi)設(shè)置有上部電極2及感受器3。該感受器3兼作下部電極。上部電極2設(shè)置有將蝕刻氣體導(dǎo)入處理室1內(nèi)的氣體噴出孔2a。
上述感受器3被感受器支持臺4支持，感受器支持臺4經(jīng)絕緣板5保持在處理室1內(nèi)。在上部電極2以及感受器3上分別連接高頻電源13，11，使導(dǎo)入處理室1內(nèi)的蝕刻氣體等離子體化。
在感受器支持臺4上設(shè)置冷媒室10。液氮等冷媒經(jīng)冷媒供給管10a及冷媒排出管10b在冷媒室10內(nèi)循環(huán)。而且，通過從這里產(chǎn)生的冷熱經(jīng)感受器支持臺4以及感受器3傳送到晶片W，可以冷卻晶片W。
在感受器3上設(shè)置有靜電卡盤6。靜電卡盤6具有由聚酰亞胺膜8a、8b夾持導(dǎo)電層7的構(gòu)成。直流高壓電源12與導(dǎo)電層7連接，通過給與導(dǎo)電層7的直流高電壓，在晶片W上作用庫倫力，可以將晶片W固定在感受器3上。
在感受器3及靜電卡盤6上設(shè)置導(dǎo)入He氣的氣體通路9。通過經(jīng)該氣體通路9把He氣提供給晶片W的背面?zhèn)?，可以冷卻在感受器3上載置的晶片W。氣體通路9經(jīng)開閉閥18a以及流量調(diào)整閥18b與He氣供給源18連接，可以控制在晶片W背面的He氣的壓力。
氣體供給管1a以及排氣管1b連接于處理室1。氣體供給管1a經(jīng)開閉閥14a～17a以及流量調(diào)整閥14b～17b與C4F6氣供給源14、CF4氣供給源15、Ar氣供給源16以及O2氣供給源17連接。
排氣管1b與真空泵連接，利用該真空泵將處理室1內(nèi)排氣，可以調(diào)節(jié)處理室1的壓力。
在進(jìn)行絕緣膜刻蝕時，把形成有絕緣膜的晶片W載置在感受器3上，通過靜電卡盤6固定。
其次，對處理室1進(jìn)行排氣，邊調(diào)節(jié)處理室1內(nèi)的壓力，邊打開開閉閥14a～17a，把C4F6氣，CF4氣，Ar氣以及O2氣導(dǎo)入處理室1內(nèi)。
C4F6氣、CF4氣、Ar氣以及O2氣的流量比可以通過流量調(diào)整閥14b～17b加以調(diào)節(jié)。為了確?？刮g劑掩膜選擇比，C4F6氣體和CF4氣體的流量比(C4F6氣體流量/CF4氣體流量)優(yōu)選在0.5以上。
其次，在向上部電極2施加來自高頻電源13的RF功率(60MHz)的同時，通過將來自高頻電源11的RF功率(2MHz)施加到感受器3，使蝕刻氣體等離子體化，進(jìn)行絕緣膜的蝕刻。此時，為了高效冷卻晶片W，打開開閉閥18a，通過氣體通路9把He氣供給晶片W的背面?zhèn)?。晶片W的冷卻溫度通過用流量調(diào)整閥18b調(diào)節(jié)He氣的壓力而可加以控制。蝕刻條件優(yōu)選上部電極2及感受器3的RF功率為140～2100W左右，處理室1內(nèi)的壓力為1.33～9.31Pa(10～70mTorr)左右，感受器3的溫度為-20～20℃左右，晶片W的溫度為80～120℃溫度左右。
分子中C(碳原子)的數(shù)目大，C4F6氣供給CF系游離基(CF*，CF2*，CF3*)等的大量蝕刻種核，且促進(jìn)碳系聚合體的堆積，提高蝕刻速度，可提高抗蝕劑選擇比，然而容易發(fā)生彎曲形狀。
C4F6氣體容易使彎曲產(chǎn)生的理由是由于碳系聚合體大量堆積在接觸孔入口附近，相反，在其堆積部下側(cè)處難以引起堆積，促進(jìn)了該部分處接觸孔側(cè)壁部的蝕刻。
而且，通過在使彎曲形狀容易產(chǎn)生的C4F6氣體中，加入分子中F(氟原子)數(shù)目多且C/F比小的CF4，可以抑制在接觸孔入口處的碳系聚合體的堆積，最終可抑制彎曲形狀的產(chǎn)生。
如果碳系聚合體堆積，則抗蝕劑選擇比上升的理由為在氧化膜的蝕刻面上氧化膜內(nèi)包含的氧被濺射掉，對于碳系聚合體的分解作貢獻(xiàn)，與此相反，在抗蝕劑表面，即使通過離子轟擊等也不能容易地除去碳系聚合體。此外，因為CF4氣體邊抑制碳系聚合體堆積，邊促進(jìn)蝕刻，可使蝕刻速度上升。尤其是，通過在C4F6氣內(nèi)混合CF4，可邊供給大量蝕刻種核，邊抑制碳系聚合體的堆積。據(jù)此，即使在形成深徑比10以上的接觸孔的情況下，也可以抑制孔的脫落性的變差，可高效形成10以上的高深徑比的接觸孔。
絕緣膜例如除了SiO2膜之外，也可以是PSG膜，BSG膜，BPSG膜，AsSG膜，AsPSG膜，AsBSG膜等。在上述的實施方式中，雖然對使用C4F6/CF4/Ar/O2系氣體的情況加以說明，然而也可以用具有環(huán)狀分子構(gòu)造的C4F6、C5F8氣取代具有直鏈分子構(gòu)造的C4F6氣體。也可以用C2F6氣體，C3F8氣體或C4F8氣體取代CF4氣體。
在上述的實施方式，雖然對種類各異的兩個系統(tǒng)氟碳?xì)怏w與Ar/O2系氣體混合的方法加以說明，然而也可以用種類各異的三個系統(tǒng)以上的氟碳?xì)怏w。也還可以添加CH2F2氣體、CH3F氣體等的分子構(gòu)造中具有氫的氫氟碳系氣體。如果添加CH2F2氣體等，則通過用CH2F2氣體內(nèi)包含的氫來捕獲氟，增加蝕刻氣體的C/F比，可進(jìn)一步提高抗蝕劑選擇比。
此外，在上述的實施方式，雖對采用在上部電極和下部電極的雙方加高頻電壓類型的RIE裝置而進(jìn)行蝕刻的方法加以說明，然而也可以適用磁控RIE裝置、ECR(電子回旋加速器共振)等離子體蝕刻裝置、HEP(螺旋波激勵等離子體)蝕刻裝置、ICP(感應(yīng)耦合等離子體)蝕刻裝置、TCP(傳輸耦合等離子體)蝕刻裝置等。以下邊參照實驗數(shù)據(jù)邊對本發(fā)明的實施例加以說明。
圖2(a)是示出本發(fā)明的一實施例的蝕刻試料構(gòu)成的截面圖。在圖2(a)，在硅基板21上疊層氧化硅膜22(熱氧化膜)，在氧化硅膜22上疊層形成了開口部24的光致抗蝕劑膜23。在這里，氧化硅膜22的膜厚Th取2μm，光致抗蝕劑膜23的膜厚Tr取600nm，開口部24的直徑Hφ取0.15μm。用該圖(2)的樣品，用圖1的蝕刻裝置進(jìn)行蝕刻ET。
圖2(b)是示出蝕刻后的彎曲形狀的截面圖。在圖2(b)，如果進(jìn)行圖2(a)的樣品蝕刻ET，則在氧化硅膜22內(nèi)形成具有彎曲形狀的接觸孔。
表示彎曲程度的彎曲比通過彎曲直徑GC/頂端直徑TC定義。該彎曲比最優(yōu)選1，優(yōu)選的范圍為0.95～1.05(±5％以內(nèi))。彎曲直徑GC是在接觸孔25的中途膨脹最大部分的直徑，頂端直徑TC是接觸孔25最上部的直徑。
底徑BC是接觸孔25底的直徑。通過底徑BC/頂徑TC定義的底徑比最優(yōu)選1?？墒牵谛≈睆缴羁椎那闆r下，底徑比變小。通常在頂徑為0.15μm左右、孔深2～3μm的情況下，作為30％的過蝕刻，底徑比為70％左右。
本實施例的抗蝕劑掩膜選擇比是氧化硅膜22的蝕刻速度除以平坦部的光致抗蝕劑膜23的蝕刻速度的值?？刮g劑掩膜選擇比越大越佳，優(yōu)選5.0以上。
為了把本發(fā)明的一實施例的蝕刻結(jié)果與現(xiàn)有例進(jìn)行比較，進(jìn)行了利用現(xiàn)有例的蝕刻。作為現(xiàn)有例蝕刻的條件以C5F8/Ar/O2系混合氣體的流量比取15/380/19sccm。設(shè)定上部電極2的RF功率在2170W，下部電極3的RF功率在1550W，壓力2.00Pa(15mTorr)，晶片W背面的He壓力在中心為2000Pa(15Torr)，在邊緣為3330Pa(25Torr)，頂部溫度為60℃，壁溫50℃，底溫20℃。蝕刻時間，在求蝕刻速度及抗蝕劑選擇比的情況，取與30％欠蝕刻的條件相當(dāng)?shù)臅r間，在評價截面形狀的情況，取與30％過蝕刻相當(dāng)?shù)?分48秒時間。電極間間隔為25mm。
這時，在晶片W的中心、中部、邊緣，蝕刻速度分別為560、558、504nm/min，在刻面的抗蝕劑掩膜選擇比分別為4.9、5.4、5.0，彎曲比分別為1.02、1.06、1.03，底徑BC分別為107、108、95nm，底徑比分別為71.3、72.0、63.3％，可以得到具有彎曲形狀的截面形狀。
另一方面，作為本實施例的蝕刻條件，取第一氟碳系氣體為C4F6，和取第二氟碳系氣體為CF4的C4F6/CF4/Ar/O2系混合氣體以流量比25/10/500/26sccm使用。上部電極2的RF功率設(shè)定在1800W，下部電極3的RF功率設(shè)定在1800W，壓力設(shè)定在2.66Pa(20mTorr)，在晶片W背面的He壓力，在中心設(shè)定在665Pa(5Torr)，在邊緣設(shè)定在3330Pa(25Torr)，頂部溫度設(shè)定在60℃，壁溫設(shè)定在50℃，底溫設(shè)定在一10℃。蝕刻時間在求蝕刻速度以及抗蝕劑選擇比的情況取與30％欠蝕刻的條件相當(dāng)?shù)臅r間，在評價截面形狀的情況取與30％過蝕刻相當(dāng)?shù)?分24秒時間。
這時，在晶片W的中心、中部、邊緣，蝕刻速度分別為588、606、622nm/min，刻面上的抗蝕劑掩膜選擇比分別為7、5.3、5.5，彎曲比分別為1.00、1.00、1.00，底徑BC分別為99、93、109nm，底徑比分別為66.0％、62.0％、72.7％，得到?jīng)]有彎曲形狀的截面形狀。
這樣，通過用C4F6/CF4/Ar/O2系混合氣體替換C5F8/Ar/O2系混合氣體，進(jìn)行蝕刻，可在±5％以內(nèi)抑制彎曲比，同時，可以提高蝕刻速度約1.12倍，抗蝕劑選擇比約1.08倍。
采用取第二氟碳系為C2F6的C4F6/C2F6/Ar/O2系混合氣體代替C4F6/CF4/Ar/O2系混合氣體進(jìn)行蝕刻。評價截面形狀時的30％過蝕刻的蝕刻時間為4分32秒，其它的蝕刻條件與前述實施例是同樣的。
在這種情況，在晶片W的中心、中部、邊緣，蝕刻速度分別為608、636、686nm/min，在刻面的抗蝕劑掩膜選擇比分別為6.2、5.9、6.0，彎曲比分別為0.98、0.99、1.00，底徑BC分別為105、99、99nm，底徑比分別為70.0％、66.0％、66.0％。
這樣，即使用C4F6/C2F6/Ar/O2系混合氣體替換C4F6/CF4/Ar/O2系混合氣體進(jìn)行蝕刻也可以在±5％以內(nèi)抑制彎曲比，可以提高蝕刻速度約1.19倍，提高抗蝕劑選擇比1.18倍。
采用取第一氟碳系氣體為C5F8的C5F8/CF4/Ar/O2系混合氣體替換C4F6/CF4/Ar/O2系混合氣體進(jìn)行蝕刻。樣品的襯底是硅，其上形成3μm厚的BPSG膜。通過蝕刻形成的孔徑為0.25μm。
蝕刻條件流量比25/15/500/25sccm，上部電極2的RF功率1750W，下部電極3的RF功率1800W，壓力2.66Pa(20mTorr)，晶片背面的He壓力在中心665Pa(5Torr)，邊緣為3330Pa(25Torr)，頂部溫度20℃，晶片溫度60℃，底部溫度50℃，蝕刻時間是與30％過蝕刻相當(dāng)?shù)臅r間。
這時，晶片W的中心、中部、邊緣的平均蝕刻速度為680.5nm/min。
在晶片W的中心、中部、邊緣，刻面的抗蝕劑掩膜的殘膜量分別為184、158、86nm(初始膜厚約800nm)，彎曲比分別為1.00、1.00、1.00，底徑比分別為0.59、0.59、0.59。
另一方面，作為比較例，從上述氣體系除去CF4，其它條件與上述情況相同，用C5F8/Ar/O2系混合氣體進(jìn)行蝕刻。其結(jié)果，平均蝕刻速度為561.1nm/min，在晶片W中心、中央、邊緣，刻面的抗蝕劑掩膜的殘膜量分別為91、112、33nm(初始膜厚約為800nm)，彎曲比分別為1.15、1.10、1.05，底徑比分別為0.77、0.67、0.62。
這樣，取第一氟碳系氣體為C5F8，在用C5F8/CF4/Ar/O2系混合氣體時，底徑比有若干變差，彎曲比為1.00，良好，與比較例相比，蝕刻速度可以提高1.2倍。此外，與比較例相比，可以看出由于抗蝕劑掩膜的殘膜量多，也可以提高抗蝕劑掩膜選擇比。
圖3是示出本發(fā)明一實施例的以氟碳的種類以及流量比作為參量時的蝕刻特性。處理條件是與先前的實施例相同的，過蝕刻為30％。在圖3示出C/F比大的第一氟碳系氣體用C4F6，C/F比小的第二氟碳系氣體是CxFy，曲線A1、A2示出CxFy＝CF4的情況，曲線B1、B2示出CxFy＝C2F6的情況，曲線C1、C2示出CxFy＝C3F8的情況，曲線D1、D2示出CxFy＝C4F8的情況。
在圖3，總氣體流量相同(35sccm)，如果C4F6對CxFy氣體的流量比(C4F6氣體流量/CxFy氣體流量)變大，則抗蝕劑掩膜選擇比上升，蝕刻速度也增大。認(rèn)為這是由于作為氣體全體的C/F比增加引起的蝕刻種核的增加以及碳系聚合物堆積對于蝕刻速度上升以及抗蝕劑掩膜選擇比上升起了作用的緣故。
另一方面，如果C4F6氣體的流量相同(25sccm)，而CxFy氣體流量增加，則蝕刻速度雖然增加，然而抗蝕劑掩膜選擇比下降。認(rèn)為這是由于一旦CxFy氣體流量增加，通過作為氣體全體的C/F比下降，碳系聚合物的堆積減少。因此，從抗蝕劑掩膜選擇比的觀點出發(fā)，C4F6氣體對CxFy氣體的流量比(C4F6氣體流量/CxFy氣體流量)優(yōu)選為0.5以上，更優(yōu)選1以上。從蝕刻速度的觀點，C4F6氣體的流量優(yōu)選為20sccm以上。
圖4是示出本發(fā)明一實施例的蝕刻氣體全體的C/F比計算結(jié)果圖。
在圖4可以看到，在C4F6氣體對CxFy氣體的流量比大于1時，蝕刻氣體全體的C/F比變?yōu)?.5以上。在圖3，用圓形記號表示C/F比0.5以上的情況。如圖3所示，為了提高抗蝕劑掩膜選擇比，混合2種氟碳系氣體的蝕刻氣體全體的C/F比優(yōu)選0.5以上。
通過把CxFy更換為CF4→C2F6→C3F8→C4F8，在使抗蝕劑掩膜選擇比大體大致保持一定時，可以提高蝕刻速度。認(rèn)為這是由于因為通過CxFy中的C數(shù)(X)的增加，增加蝕刻種核的CxFy中的C/F比(X/Y)保持在0.5以下，所以碳系聚合物堆積影響減小的緣故。因此，從蝕刻速度的觀點，CxFy中的C數(shù)(X)優(yōu)選大的。
在CxFy＝C4F8的情況，由于C數(shù)(X)大，所以促進(jìn)碳系聚合物的堆積。因此，如果深徑比在10以上的接觸孔在SiO2膜上形成，則孔的脫落性變差。可是由于對PSG膜、BSG膜、BPSG膜、AsSG膜、AsPSG膜、AsBSG膜等的低熔點膜，可維持孔的脫落性，所以CxFy＝C4F8的混合氣體尤適合于這些低熔點膜的蝕刻。
圖5～圖7是示出在分別改變C/F比小的第二氟碳系氣體流量(添加量)情況下研究蝕刻速度、平坦部的抗蝕劑掩膜選擇比、彎曲比、底徑比變化結(jié)果的圖。圖5是CF4的情況，圖6是C2F6的情況，圖7是C3F8的情況。在這些圖上，圖5(a)、圖6(a)、圖7(a)是示出蝕刻速度和平坦部的抗蝕劑掩膜選擇比的變化，圖5(b)、圖6(b)、圖7(b)是示出彎曲比、底徑比的變化。蝕刻條件為C4F6/CxFy/Ar/O2的流量比35/0～35/700/36sccm，上部電極2的RF功率為2200W，下部電極3的RF功率為1800W，壓力為2.66Pa(20mTorr)，在晶片W背面的He壓力，在中心為665Pa(5Torr)、在邊緣為3330Pa(25Torr)、頂部溫度為60℃、晶片溫度為50℃、底部溫度為-10℃。
蝕刻時間，在求蝕刻速度以及抗蝕劑選擇比的情況，取與30％欠蝕刻條件相當(dāng)?shù)臅r間、在評價截面形狀的情況取與30％過蝕相當(dāng)?shù)臅r間。
如這些圖中所示，通過添加CF4、C2F6、C3F8，蝕刻速度提高了，而且彎曲比也得以改善，底徑比也得以改善。另一方面，通過添加CF4、C2F6、C3F8，抗蝕劑掩膜選擇比一度上升，然而如果增加添加量，有逐漸下降傾向。因此CF4、C2F6、C3F8的添加量優(yōu)選取圖中給出縱向?qū)嵕€的C/F比在0.52以上的范圍(在實線的左側(cè)范圍)。
可是，在通過所謂自對準(zhǔn)技術(shù)形成接觸孔(自對準(zhǔn)接觸)的蝕刻工序，如圖8所示，經(jīng)抗蝕劑掩膜31，蝕刻氧化硅膜32等，形成直到硅基板的接觸孔34時，往往露出在下層形成的柵極35周圍形成的氮化硅膜(SiN膜)36。
如上述所示，在露出氮化硅膜的工序，在形成接觸孔的蝕刻，有必要提高氧化硅膜對氮化硅膜的選擇比(氮化硅膜的選擇比)。圖9是示出根據(jù)CF4添加量的不同測定氧化硅膜(BPSG膜)的蝕刻速度、抗蝕劑掩膜選擇比(刻面部)、氮化硅膜選擇比(SiN選擇比)的變化的結(jié)果。
蝕刻條件C4F6/CF4/Ar/O2的流量比為16/0～10/800/16sccm，上部電極2的RF功率為1530W，下部電極3的RF功率為1350W，壓力為3.99Pa(30mTorr)，晶片W背面的He壓力在中心為665Pa(5Torr)，在邊緣為1330Pa(10Torr)，頂部溫度40℃，晶片溫度60℃，底部溫度50℃。此外，蝕刻時間，在蝕刻速度、抗蝕劑掩膜選擇比測定時為90秒，在氮化硅膜選擇比測定時是與100％過蝕刻相當(dāng)?shù)臅r間。氧化硅膜厚為1400nm，接觸孔徑為400nm。
如同一圖所示，通過添加CF4，提高蝕刻速度以及SiN選擇比?？墒?，一旦CF4的添加量增加，則有降低抗蝕劑掩膜選比的傾向。然而，通過同一圖所示的例子，CF4的添加量在10sccm左右以下，如果用C/F比示出，則優(yōu)選取圖中給出實線的C/F比在5.4以上(在實線的左側(cè))。
即使在氧化硅膜上形成氮化硅膜的構(gòu)造中，在蝕刻氧化硅膜的情況下，也可得到與上述情況相同的效果。
圖10是示出氧化硅膜(P-SiO2膜)的蝕刻速度、抗蝕劑掩膜選擇比(刻面部)、彎曲比(彎曲CD率)、底徑比(底徑CD率)、氮化硅膜選擇比隨溫度變化關(guān)系的測量結(jié)果的圖。
蝕刻條件C4F6/CF4/Ar/O2系混合氣體的流量比取24/9/700/30sccm(底部溫度-20、0℃(晶片溫度＝80、100℃)的情況下)，或取30/11/850/36sccm(底部溫度＝0、20℃(晶片溫度＝100、120℃)的情況下)。
其它蝕刻條件設(shè)定為，上部電極2的RF功率設(shè)定為1800W，下部電極3的RF功率為2100W，壓力為2.66Pa(20mTorr)～3.33Pa(25mTorr)，晶片W背面的He壓力，在中心為2000Pa(15mTorr)，在邊緣為4660Pa(35mTorr)，頂部溫度為60℃，壁溫度為50℃，底部溫度為-20～20℃(晶片溫度為80～120℃)。蝕刻時間，在求氧化硅膜的蝕刻速度和抗蝕劑掩膜選擇比的情況取與30％欠蝕刻相當(dāng)?shù)臅r間，除此之外，取與20％過蝕刻相當(dāng)?shù)臅r間。
如同一圖所示，可以看出，蝕刻速度，抗蝕劑掩膜選擇比，彎曲比，底徑比，氮化硅膜選擇比分別與溫度變化有關(guān)系。
在晶片溫度低的一方蝕刻速度以及抗蝕劑掩膜選擇比大，而氮化硅膜選擇比以及彎曲比、底徑比優(yōu)選晶片溫度高的一方。即可以看出它們有折衷關(guān)系。因為一旦晶片溫度超過140℃(底部溫度40℃)，則抗蝕劑軟化、變質(zhì)，所以不能保持作為掩模的形狀。因此優(yōu)選晶片溫度取80～120℃。
如以上說明所示，根據(jù)本發(fā)明，通過使兩種以上的氟碳系氣體混合進(jìn)行蝕刻，可以抑制彎曲發(fā)生的同時，可以提高蝕刻速度以及抗蝕劑掩膜選擇比。此外，在露出氮化硅膜的情況下可以提高氮化硅膜選擇比。
工業(yè)上利用的可能性本發(fā)明的絕緣膜的蝕刻方法在進(jìn)行半導(dǎo)體器件制造的半導(dǎo)體制造工業(yè)等內(nèi)可使用。因此具有工業(yè)上利用的可能性。
權(quán)利要求
1.一種絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，作為蝕刻氣體使用至少包含C≥4、C/F比0.625以上的第一氟碳系氣體；F≥4、C/F比0.5以下的第二氟碳系氣體；Ar氣；和O2氣的混合氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，所述第一氟碳系氣體是C5F8氣體或C4F6氣體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，所述第二氟碳系氣體是從CF4氣體、C2F6氣體、C3F8氣體、C4F8氣體中選擇的任一種氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，所述第一氟碳系氣體和所述第二氟碳系氣體的流量比(第一氟碳系氣體流量/第二氟碳系氣體流量)為0.5以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，所述混合氣體還包含氫氟碳系氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，所述氫氟碳系氣體是CH2F2氣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，所述混合氣體全體的C/F比為0.5以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，所述絕緣膜為氧化硅膜。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，在所述氧化硅膜的上層或下層露出氮化硅膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，所述氧化硅膜的蝕刻在自對準(zhǔn)接觸的形成工序中進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣膜的蝕刻方法，其特征為，形成有所述絕緣膜的基板溫度為80～120℃。
全文摘要
作為蝕刻氣體用至少包含C≥4、C/F比在0.625以上的第一氟碳系氣體；F≥4、C/F比0.5以下的第二氟碳系氣體；Ar氣；和O
文檔編號H01L21/311GK1483219SQ01820351
公開日2004年3月17日 申請日期2001年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月21日
發(fā)明者足立憲治, 小林典之, 之 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社