[发明专利]等离子体蚀刻方法

说明书

本申请是2004年9月6日提出的申请号为200410073909.6的同 名申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及利用由含有碳和氟的化合物形成的气体，对基板表面 进行蚀刻的等离子体蚀刻方法。

背景技术

在半导体器件制造工序中，有利用等离子体进行蚀刻的步骤。该 蚀刻步骤，根据应该蚀刻的膜和衬底膜的种类，设定处理气体等处理 条件。例如，为了蚀刻作为形成绝缘膜的含硅和氧的膜即SiO₂膜(氧 化硅膜)和SiCOH膜(氢氧碳化硅膜)，将含有C(碳)和F(氟)的 气体等离子体化，利用CF系或CHF系的原子团，与SiO₂或SiCOH 反应而除去。举一个具体例子：为了在作为绝缘膜的SiO₂膜(氧化硅 膜)上作出接触孔，利用C_XF_Y气体(氟化碳气体)、CO气体(一氧化碳 气体)、O₂气(氧气)和不活泼性气体进行蚀刻(专利文献1)。作为 不活泼性气体，使用N₂气作为稀释气体，但通过使用本身容易等离子 体化的Ar气，等离子体稳定，或者随着CF系气体的分离，CF系的活 性种增加，因此使用Ar气的情况也较多。

然而，半导体装置日益趋向高集成化，产生各种问题。一个问题 是，图形微细化，在作为蚀刻凹部的孔或槽中，相互邻近的器件之间 接近，而今后根据设计规则估计容量元件的埋入孔之间的间隔距离可 达200nm以下。然而，孔之间这样接近配置会带来新的问题。

现利用图13～图15来说明这点。在图13中，11为SiO₂膜，12为 抗蚀剂掩膜(保护膜)，13为孔。当利用含有C₄F₈气体和不活泼性气 体的处理气体对具有这种表层部分的基板进行蚀刻时，由于孔13，13 之间的抗蚀剂部分极薄，孔13的内周面弯曲，孔13的形状得不到圆 形、椭圆形等预定的形状。图14是关于形成圆形孔13的抗蚀剂掩膜 12，是蚀刻后从上面看的状态，可看出孔13的形状被破坏。这样，当 抗蚀剂掩膜12的孔13弯曲时，其形状复制在SiO₂膜11的孔上，产生 条痕。即在该孔的内周面上形成向深度方向延伸的槽。这样，当孔的 形状被破坏时，因为孔本身很细小，在例如埋入容量元件的孔的情况 下，不能确保预定的容量。另外，在接触孔的情况下，不能确保预定 的导电性，从而成为成品率降低的主要原因。

另外，在难以避免蚀刻气体对抗蚀剂掩膜12的角部切削情况下， 当孔13，13之间的抗蚀剂部分极薄时，如图15所示，角部14从两侧 被削去，它们互相干扰，结果孔13的形状被破坏，还具有复制在SiO₂膜的孔上的可能性，成为成品率降低的主要原因之一。另外，有SiO₂膜的蚀刻速度相对于抗蚀剂掩膜12的蚀刻速度的比例的选择比降低的 可能性。由于当图形很细小时，曝光光源的波长小，要求保护膜很薄， 这样，选择比降低不适合。这个问题不限于SiO₂膜，在作为介电常数 小的层间绝缘膜而被注意的SiCOH膜等也有同样的问题。该SiCOH 膜，当图形微细时有凹部的上端扩大的问题。当产生这个问题时，在 凹部为用于埋入连接上层回路和下层回路的导电材料的贯通孔(通孔) 的情况下，在该贯通孔密集的地方，当孔径不正确时，会产生在贯通 孔间产生容量，使信号的传递延迟的问题。其原因还在研究中，但推 测由于等离子体蚀刻时用的氩气存在，使抗蚀剂的凹部变大，该凹部 就是所述原因。

另外，在SiCOH膜下面，为了停止该层SiCOH膜的蚀刻存在被 称作停止层的衬底膜(蚀刻停止层)。该衬底膜例如可以使用碳化硅膜， 氮化硅膜，SiON膜和SiCO膜等。当蚀刻SiCOH膜时，SiCOH膜对 于该衬底膜的选择比小。由于这样，在晶片表面内先靠近SiCOH膜底 的部位上，衬底膜会过度蚀刻，但因选择比小，在该部位上衬底膜的 蚀刻进行，突破衬底膜而蚀刻下层的线路。结果，衬底膜的膜厚的面 内均匀性降低。这样，在凹部为贯通孔的情况下，连接下层回路和上 层回路的连接部位的电阻在面内有偏差，成为成品率降低的主要原因。 上述问题在专利文献1中没有提到。