專利名稱：蝕刻方法及存儲介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及利用等離子體對形成于半導體基板等基板上的添加氟的碳膜進行蝕刻的蝕刻方法以及儲存了用于執(zhí)行該方法的程序的存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：
作為用于實現(xiàn)半導體裝置的高集成化的方法之一，有將布線多層化的技術(shù)，為了形成多層布線結(jié)構(gòu)，需要將相鄰的布線層之間用導電層連接，將導電層以外的區(qū)域利用層間絕緣膜絕緣。作為此種層間絕緣膜以往多使用SiO2膜，然而近來從半導體設備的微細化及高速化的觀點出發(fā)，為了降低布線間的電容，正趨向?qū)娱g絕緣膜的低介電常數(shù)化。
作為此種低介電常數(shù)的層間絕緣膜，屬于碳(C)及氟(F)的化合物的添加氟的碳膜(氟碳膜CFx膜)受到關(guān)注。相對于SiO2膜的比介電常數(shù)為4左右，添加氟的碳膜可以通過選擇原料氣體的種類而將比介電常數(shù)做到2.5以下，作為低介電常數(shù)層間絕緣膜來說是極為有效的。最近，由于原料氣體的選定或以高密度發(fā)生低電子溫度的等離子體的CVD裝置的開發(fā)，已經(jīng)可以獲得優(yōu)質(zhì)的膜，并達到能夠?qū)嵱没碾A段。
另一方面，作為蝕刻添加氟的碳膜的方法，已知有將氫氣及氮氣等離子體化、利用該等離子體來蝕刻的方法(Materials Research SocietyConference Proceedings、Volume V-14、Advanced MetallizationConference in 1998)。但是，如果采用該方法，則氫會進入被蝕刻的添加氟的碳膜的側(cè)壁部，該氫與膜中的氟結(jié)合而生成氟化氫，對膜造成損傷。另外，在被蝕刻的凹部內(nèi)，在下一工序中形成屏蔽金屬膜或嵌入金屬，然而如果生成氟化氫，則會腐蝕屏蔽金屬膜或金屬而造成損傷，其結(jié)果是，使這些膜的粘接性變差。
作為解決此種問題的技術(shù)，提出過利用含有CF4氣體之類的CxFy(x、y為自然數(shù))氣體的處理氣體的等離子體對添加氟的碳膜進行蝕刻的技術(shù)(日本特開2005-123406號公報)。這樣，就可以進行對添加氟的碳膜的損傷少的蝕刻。
但是，如果將添加氟的碳膜用CF4氣體等含CxFy的氣體來進行蝕刻，則對作為蝕刻掩模使用的SiN或SiCN等硬質(zhì)掩模層的蝕刻選擇比低，會有加工形狀不夠充分的問題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于該情況而完成的，目的在于，提供一種可以不產(chǎn)生損傷地并且以良好的加工形狀對添加氟的碳膜進行蝕刻的蝕刻方法。另外，目的還在于，提供一種儲存了執(zhí)行此種方法的程序的存儲介質(zhì)。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一觀點中，提供一種蝕刻方法，是利用等離子體對形成于基板上的添加氟的碳膜進行蝕刻的蝕刻方法，其特征在于，具有利用含有氧的處理氣體的等離子體進行蝕刻的第一階段、利用含有氟的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第二階段。
本發(fā)明的第二觀點中，提供一種蝕刻方法，是對在半導體基板上依次層疊了添加氟的碳膜、硬質(zhì)掩模層及抗蝕劑膜的構(gòu)造體進行蝕刻的蝕刻方法，其特征在于，具有將上述抗蝕劑膜作為掩模而利用等離子體來蝕刻上述硬質(zhì)掩模層的工序、將上述抗蝕劑膜利用等離子體除去的工序、將上述硬質(zhì)掩模層作為掩模而利用等離子體來蝕刻上述添加氟的碳膜的工序，上述添加氟的碳膜的蝕刻具有利用含有氧的處理氣體的等離子體進行蝕刻的第一階段、利用含有氟的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第二階段。
上述第二觀點中，上述硬質(zhì)掩模層由Si系材料構(gòu)成，在對上述硬質(zhì)掩模層進行蝕刻時，可以使用含有CxFy(x、y為自然數(shù))氣體的處理氣體的等離子體。另外，在將上述硬質(zhì)掩模層蝕刻到中途后，可以除去上述抗蝕劑膜，接下來繼續(xù)蝕刻硬質(zhì)掩模而使上述添加氟的碳膜露出。
本發(fā)明的第三觀點中，提供一種蝕刻方法，是對在半導體基板上依次層疊了銅布線層及添加氟的碳膜的構(gòu)造體的添加氟的碳膜進行蝕刻的蝕刻方法，其特征在于，具有隔著蝕刻掩模對上述添加氟的碳膜實施第一蝕刻的工序；在進行了上述第一蝕刻后，在添加氟的碳膜上形成硅系涂布膜而對蝕刻部分進行填充的工序；在上述硅系涂布膜之上形成蝕刻掩模，隔著該蝕刻掩模對上述添加氟的碳膜實施第二蝕刻的工序；除去上述硅系涂布膜的工序，由此在上述添加氟的碳膜上形成溝槽及達到與上述銅布線層對應的位置的孔，上述第一及第二蝕刻具有利用含有氧的處理氣體的等離子體進行蝕刻的第一階段、利用含有氟的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第二階段。
上述第三觀點中，也可以在形成上述硅系涂布膜之前，實施如下的工序，即，在進行了上述第一蝕刻之后的添加氟的碳膜的表面，涂布用于改善與上述硅系涂布膜之間的浸潤性而使它們之間的粘接性良好的浸潤性改善表面改性劑。該情況下，作為上述浸潤性改善表面改性劑，可以使用丙酮。
另外，上述第三觀點中，在形成了溝槽及孔后，也可以實施如下的工序，即，在添加氟的碳膜的內(nèi)壁表面，涂布用于將其表面改性而抑制氟的脫離量的氟脫離抑制表面改性劑。該情況下，作為上述氟脫離抑制表面改性劑，可以使用乙醇或甲醇。
此外，上述第三觀點中，在形成溝槽及孔，上述銅布線層露出后，也可以實施如下的工序，即，在上述銅布線層的表面涂布氨水，將上述銅布線層的表面的自然氧化膜除去的工序。該情況下，上述氨水的氨濃度優(yōu)選為0.25～5質(zhì)量％，上述氨水的溫度優(yōu)選為0～30℃。
此外，上述第三觀點中，可以利用上述第一蝕刻形成溝槽，利用上述第二蝕刻形成孔。
上述第一到第三觀點中，作為上述添加氟的碳膜的蝕刻的第一階段中所用的含有氧的處理氣體，可以使用含有O2氣體的處理氣體。上述含有O2氣體的處理氣體可以單獨使用O2氣體，或者使用由O2氣體及稀有氣體混合的氣體。上述添加氟的碳膜的蝕刻的第一階段優(yōu)選以13.3Pa(100mTorr)以下的壓力進行。
作為上述添加氟的碳膜的蝕刻的第二階段中所用的含有氟的處理氣體，可以設為含有CxFy(x、y為自然數(shù))氣體的氣體。該情況下，作為含有氟的處理氣體，可以設為單獨的CxFy(x、y為自然數(shù))氣體，或者設為由CxFy(x、y為自然數(shù))氣體及稀有氣體構(gòu)成的氣體。另外，上述CxFy(x、y為自然數(shù))氣體可以設為由CF4氣體、C2F6氣體、C3F6氣體、C4F6氣體、C3F8氣體、C4F8氣體及C5F8氣體中的至少一種構(gòu)成的氣體。
上述添加氟的碳膜的蝕刻優(yōu)選在上述第一階段與上述第二階段之間不向大氣開放地(不將基板暴露于大氣中地)進行。該情況下，既可以將上述第一階段與上述第二階段在相同的處理容器內(nèi)進行，也可以將上述第一階段與上述第二階段在不同的處理容器內(nèi)進行，將基板在這些處理容器之間不向大氣開放地搬送。
上述添加氟的碳膜的蝕刻既可以利用電容耦合型的等離子體來進行，也可以利用由從具有多個狹縫的平面天線中輻射出的微波形成的等離子體來進行。
本發(fā)明的第四觀點中，提供一種存儲介質(zhì)，是儲存了由計算機執(zhí)行的、用于控制等離子體處理裝置的程序的存儲介質(zhì)，其特征在于，上述控制程序在執(zhí)行時，以進行上述第一至第三觀點的蝕刻方法的方式，使計算機控制上述等離子體處理裝置。
根據(jù)本發(fā)明，由于利用以含有氧的處理氣體、典型地是含有O2氣的處理氣體的等離子體進行蝕刻的第一階段；以含有氟的處理氣體、典型地是含有CxFy(x、y是自然數(shù))氣體的處理氣體的等離子體進行蝕刻的第二階段來蝕刻添加氟的碳膜，因此可以在第一階段中，利用含有氧的處理氣體進行對于掩模的選擇性高的蝕刻而使其形狀良好，可以將在因該第一階段的蝕刻而殘存于蝕刻面上的氧在第二階段的蝕刻之時除去，從而可以使蝕刻后的表面形狀良好。



圖1是表示可以實施本發(fā)明的蝕刻方法的等離子體處理裝置的一例的剖面圖。
圖2是表示本發(fā)明的一個實施方式的蝕刻方法的工序的流程圖。
圖3是表示本發(fā)明的一個實施方式的蝕刻方法的工序的工序剖面圖。
圖4是表示能夠?qū)嵤┍景l(fā)明的蝕刻方法的集束設備(cluster tool)型的處理系統(tǒng)的俯視圖。
圖5是表示使用添加氟的碳膜作為Low-k膜而將本發(fā)明的蝕刻方法應用于大馬士革鑲嵌工藝(damascene process)中的例子的流程圖。
圖6是用于說明圖5的流程的工序剖面圖。
圖7是表示在形成了溝槽后作為犧牲膜涂布的硅系涂布膜與添加氟的碳膜之間的狀態(tài)的圖。
圖8是表示在添加氟的碳膜的表面涂布了浸潤性改善表面改性劑的狀態(tài)、和其后形成了硅系涂布膜的狀態(tài)的圖。
圖9是表示未涂布作為浸潤性改善表面改性劑的丙酮時和涂布時的、添加氟的碳膜與硅系涂布膜之間的狀態(tài)的圖。
圖10是表示在添加氟的碳膜的表面涂布了氟脫離抑制表面改性劑的狀態(tài)、和其表面被改性的狀態(tài)的圖。
圖11是表示在形成溝槽及通孔(via)后在添加氟的碳膜上作為氟脫離抑制表面改性劑的乙醇的效果的氟的TDS曲線(profile)的圖。
圖12是表示在形成了溝槽及通孔后在Cu布線層的表面形成自然氧化膜的狀態(tài)的圖。
圖13是表示在圖12的自然氧化膜被形成時在Cu布線層的表面涂布了氨水的狀態(tài)的圖。
圖14是表示有無由氨處理而造成的氟的TDS的圖。
圖15是表示進行了Cu氧化處理的銅板的表面狀態(tài)、和對該銅板實施氨處理時的表面狀態(tài)的圖。
圖16是表示可以實施本發(fā)明的蝕刻方法的等離子體處理裝置的其他例子的剖面圖。
圖17是表示圖16的等離子體處理裝置中所用的平面天線構(gòu)件的構(gòu)造的圖。
圖18是表示圖16的等離子體處理裝置中所用的噴淋板的構(gòu)造的俯視圖。
圖19是表示本發(fā)明的蝕刻方法的第一階段的蝕刻結(jié)束后的晶片樣品的剖面的掃描顯微鏡照片。
圖20是表示本發(fā)明的蝕刻方法的第二階段的蝕刻結(jié)束后的晶片樣品的剖面的掃描顯微鏡照片。
圖21是表示用CF4氣體蝕刻CFx膜的情況下的晶片樣品的剖面的掃描顯微鏡照片。
圖22是表示進行了2階段蝕刻的樣品、在晶片上形成了CFx膜的樣品被加熱到400℃時的F氣體的釋放的TDS曲線。
圖23是表示進行了2階段蝕刻的樣品、在晶片上形成了CFx膜的樣品被加熱到400℃時的HF氣體的釋放的TDS曲線。
圖24是表示蝕刻前的CFx膜的XPS曲線的圖。
圖25是表示用CF4氣體及Ar氣體蝕刻后的CFx膜的XPS曲線的圖。
圖26是表示用H2氣體及N2氣體蝕刻后的CFx曲線的圖。
圖27是表示用O2氣體及Ar氣體蝕刻后的CFx膜的XPS曲線的圖。
圖28是表示在將CFx膜用CF4氣體及Ar氣體蝕刻后使溫度上升到400℃的過程中的F的釋放的TDS曲線的圖。
圖29是表示在將CFx膜用H2氣體及N2氣體蝕刻后使溫度上升到400℃的過程中的F的釋放的TDS曲線的圖。
圖30是表示在將CFx膜用O2氣體及Ar氣體蝕刻后使溫度上升到400℃的過程中的F的釋放的TDS曲線的圖。

具體實施例方式 下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。
圖1是表示可以實施本發(fā)明的蝕刻方法的等離子體處理裝置的一例的剖面圖。該等離子體處理裝置是利用上下對置地設置的一對平行平板電極形成電容耦合型等離子體的類型的裝置。
如圖1中表示的概略構(gòu)成所示，該等離子體處理裝置10具備以近似圓筒狀形成的處理室11，在其底部隔著絕緣板13配置有基座支承臺14，在其上配置有基座15?；?5兼作下部電極，在其上面隔著靜電卡盤20放置有晶片W。符號16是高通濾波器(HPF)。
在基座支承臺14的內(nèi)部，設有循環(huán)流動規(guī)定溫度的冷卻介質(zhì)的制冷劑室17，這樣就可以將基座15調(diào)整為所需的溫度。在制冷劑室17上連接有導入管18及排出管19。這樣，通過使制冷劑循環(huán)，就可以控制基座15上的半導體晶片W的處理溫度。
靜電卡盤20形成為在絕緣材料21之間配置有電極22的構(gòu)造，通過從直流電源23對電極22施加直流電壓，晶片W就被靜電吸附在靜電卡盤20上。經(jīng)由氣體通路24向晶片W的背面供給由He氣體構(gòu)成的傳熱氣體，借助該傳熱氣體將晶片W調(diào)節(jié)到規(guī)定溫度。在基座15的上端周緣部，按照將放置于靜電卡盤20上的晶片W的周圍包圍的方式配置有用于提高蝕刻的均勻性的環(huán)狀的聚焦環(huán)25。
在基座15的上方，與基座15相對置地，以隔著絕緣材料32被支承在處理室11的內(nèi)部的狀態(tài)設有上部電極31。上部電極31由具有多個噴出口33的電極板34、支承該電極板34的電極支承體35構(gòu)成，形成噴水器狀。
在電極支承體35的中央，設有氣體導入口36，在其上連接著氣體供給管37。氣體供給管37與供給用于等離子體處理的處理氣體的處理氣體供給部40連接。在處理氣體供給部40中，設有供給作為處理氣體的O2氣體；CxFy氣體，如CF4氣體；N2氣體；稀有氣體，如Ar氣體的處理氣體供給源，從而能夠?qū)⑦@些處理氣體以規(guī)定的流量向處理室11內(nèi)供給。
在處理室11的底部，連接有排氣管41，在該排氣管41上連接有排氣裝置45。排氣裝置45具備蝸輪分子泵等真空泵及壓力控制閥等，能夠?qū)⑻幚硎?1內(nèi)設定為規(guī)定的減壓氣氛。在處理室11的側(cè)壁部分，設有門閥42。
在上部電極31上，通過第一匹配器51連接有供給等離子體生成用的高頻功率的第一高頻電源50。作為該第一高頻電源50的頻率使用27～100MHz左右的范圍。另外，在上部電極31上連接有低通濾波器(LPF)52。在作為下部電極的基座15上，通過第二匹配器61連接有用于將等離子體中的離子引入的第二高頻電源60。作為第二高頻電源60的頻率，例如使用300kHz～13.56MHz的范圍。
該等離子體處理裝置10具有由用于控制各構(gòu)成部的微處理器(計算機)構(gòu)成的過程控制器70，形成將各構(gòu)成部與該過程控制器70連接而被控制的構(gòu)成。另外，在過程控制器70上，連接有操作者為了管理等離子體處理裝置10而進行命令的輸入操作等的鍵盤、由將等離子體處理裝置的工作狀況可視化顯示的顯示器等構(gòu)成的用戶界面71。
另外，在過程控制器70上，連接有存儲部72，該存儲部72保存有配方，該配方即為用于利用過程控制器70的控制來實現(xiàn)由等離子體處理裝置10所執(zhí)行的各種處理的控制程序；和用于根據(jù)處理條件使等離子體處理裝置10的各構(gòu)成部執(zhí)行處理的程序。配方儲存在存儲部72的存儲介質(zhì)中。存儲介質(zhì)既可以是硬盤或半導體存儲器，也可以是CDROM、DVD、閃存存儲器等移動式的存儲部件。另外，還可以從其他的裝置，例如經(jīng)由專用線路適當?shù)貍鬏斉浞健?br> 這樣，通過根據(jù)需要，利用來自用戶界面71的指示等將任意的配方從存儲部72中調(diào)出而使過程控制器70執(zhí)行該配方，就可以在過程控制器70的控制下，利用等離子體處理裝置10進行期望的處理。
下面，參照圖2的流程圖及圖3的工序剖面圖，對在此種等離子體處理裝置中所實施的本實施方式的等離子體蝕刻方法進行說明。
首先，準備如圖3的(a)所示的半導體晶片W(步驟1)，該半導體晶片W以如下方式形成在硅基板300上例如以10nm的厚度形成例如由SiCN構(gòu)成的蝕刻阻擋層301，再在上面例如以270nm的厚度形成添加氟的碳膜(CFx膜)302，再在上面例如30nm的厚度形成例如由SiCN構(gòu)成的硬質(zhì)掩模層303，再在上面例如以400nm的厚度形成例如由KrF抗蝕劑構(gòu)成的抗蝕劑膜304，利用光刻工序?qū)υ摽刮g劑膜304進行圖案形成。
然后，將此種構(gòu)造的半導體晶片搬入到圖1的等離子體處理裝置10中，放置于基座15上(步驟2)。此后，如圖3的(b)所示，對由光刻工序的顯影處理殘存的顯影殘渣305進行清除浮渣處理(步驟3)。該處理是作為處理氣體例如使用Ar氣體及O2氣體，將它們例如分別以135mL/min(sccm)及65mL/min(sccm)流過，將處理室11內(nèi)的壓力設為1.33Pa(10mTorr)左右，將所施加的高頻功率例如設為上部電極500W、下部電極200W而進行的。
此種清除浮渣處理之后，如圖3的(c)所示，將抗蝕劑膜304作為蝕刻掩模而將硬質(zhì)掩模層303蝕刻到中途(步驟4)。該處理是作為處理氣體例如使用N2氣體及CF4氣體，將它們例如分別以20～200mL/min(sccm)、例如30mL/min；及60～200mL/min、例如90mL/min(sccm)流過，將處理室11內(nèi)的壓力設為1.33～13.3Pa(10～100mTorr)，例如設為6Pa(45mTorr)，將所施加的高頻功率設為上部電極0.8～1.8W/cm2，例如1.6W/cm2；下部電極0.18～0.45W/cm2，例如0.22W/cm2而進行的。
此后，如圖3的(d)所示，在硬質(zhì)掩模層303的厚度達到原來的厚度的1/5～1/3左右時，暫時地停止硬質(zhì)掩模層303的蝕刻，將處理氣體切換為O2氣體而將抗蝕劑膜104利用灰化除去(步驟5)。該灰化處理是將O2氣體的流量設為100～500mL/min(sccm)，例如設為300mL/min(sccm)而流過，將處理室11內(nèi)設為0.67～6.7Pa(5～50mTorr)，例如設為1.3Pa(10mtorr)，將所施加的高頻功率設為上部電極0.3～1.8W/cm2，例如0.37W/cm2；下部電極0.04～0.4W/cm2，例如0.14W/cm2而進行的。
在像這樣利用灰化除去抗蝕劑膜304后，如圖3的(e)所示，在與步驟4相同的條件下再次開始硬質(zhì)掩模層303的蝕刻，將硬質(zhì)掩模層303貫穿，露出CFx膜302(步驟6)。
然后，如圖3的(f)所示，將硬質(zhì)掩模層303作為蝕刻掩模而進行CFx膜302的第一階段的蝕刻(步驟7)。該處理是作為處理氣體利用含有氧的氣體，典型地講是利用含有O2氣體的氣體來進行的。雖然O2氣體也可以是單獨的，然而從形成穩(wěn)定的等離子體的觀點考慮，優(yōu)選添加Ar氣體等。該情況下，將O2氣體的流量設為40～150mL/min(sccm)，例如設為65mL/min(sccm)，將Ar氣體設為80～300mL/min(sccm)，例如設為135mL/min(sccm)，將處理室11內(nèi)設為13.3Pa(100mTorr)以下的低壓條件，優(yōu)選設為6.7Pa(50mTorr)以下，例如設為1.3Pa(10mTorr)，將所施加的高頻功率設為上部電極0.4～1.7W/cm2，例如0.62W/cm2；下部電極0.2～0.55W/cm2，例如0.4W/cm2，在自由基少的條件下進行。像這樣，通過利用含有氧的氣體，典型地講是利用含有O2的氣體來進行第一階段的蝕刻，就可以提高對于由含Si的材料構(gòu)成的硬質(zhì)掩模層303的選擇比，使得蝕刻形狀良好。在上述日本特開2005-123406號公報中所公開的利用CxFy氣體的蝕刻中，對于在該種即使中通常所用的SiCN、SiN等含Si的硬質(zhì)掩模層無法取得足夠的選擇比，形狀性不夠充分，然而像這樣利用含有氧的蝕刻，就可以獲得足夠的形狀性。
但是，由于該第一階段的蝕刻是用含有氧的氣體進行的，因此如果是保持原樣地進行，則會在蝕刻面殘存氧，在其后形成金屬層時有可能發(fā)生氧化。所以，在用含有氧的氣體進行了第一階段的蝕刻后，如圖3的(g)所示，利用含有氟的氣體，典型地講是含有以CxFy(x、y為自然數(shù))表示的氣體的氣體來進行第二階段的蝕刻(步驟8)。此時，也可以是單獨的CxFy氣體，也可以在該CxFy氣體中加入稀有氣體例如Ar氣體。該第二階段的蝕刻只要以極薄的厚度進行蝕刻，達到將在第一階段的蝕刻結(jié)束后殘存氧的表面部分除去的程度即可。作為以CxFy表示的氣體，可以例示出CF4氣體、C2F6氣體、C3F6氣體、C4F6氣體、C3F8氣體、C4F8氣體及C5F8氣體。作為此時的蝕刻條件，將作為屬于含有氟的氣體的CxFy(x、y為自然數(shù))氣體的例如CF4氣體，以100～400mL/min(sccm)，例如100mL/min(sccm)的流量供給，將處理室11內(nèi)設為0.67～5.3Pa(5～40mTorr)，例如1.3Pa(10mTorr)，將所施加的高頻功率設為上部電極0.4～0.9W/cm2，例如0.62W/cm2，對下部電極的偏置為0～20W/cm2，從防止損傷的觀點考慮，優(yōu)選不施加地進行。作為處理氣體，也可以還含有Ar氣體等稀有氣體作為稀釋氣體。
利用如上所述的工序，來結(jié)束CFx膜302的蝕刻。通過像這樣以使用了含有氧的氣體的第一階段、使用了含有氟的氣體的第二階段的兩個階段來進行CFx膜302的蝕刻，就可以在第一階段進行對掩模的選擇性高、形狀性良好的低損傷的蝕刻，在第二階段，由于將因含氧氣體而殘存于蝕刻面上的氧多的極薄的部分利用含有氟的氣體除去，因此就可以使表面性狀良好。由此，就可以實現(xiàn)兼具了良好的形狀性和表面性狀的CFx膜的蝕刻。
而且，這些處理中，基座15的溫度優(yōu)選設為10～30℃，電極間隙優(yōu)選為30～60mm左右。
以上的例子中，雖然將一連串的工序在同一處理室中進行，然而也可以將一個或多個工序在其他的處理室中進行。這樣，就可以減少氣體的切換或清洗的次數(shù)而提高生產(chǎn)量。該情況下，處理室間的半導體晶片W的搬送優(yōu)選不破壞真空地進行。對于CFx膜302的第一階段的蝕刻與第二階段的蝕刻來說，該必要性尤其高。
像這樣，作為在多個處理室間不破壞真空地搬送半導體晶片W而進行處理的系統(tǒng)，優(yōu)選如圖4所示的集束設備型的處理系統(tǒng)。該處理系統(tǒng)100具備4個處理單元101、102、103、104，這些各單元101～104分別與形成六邊形的搬送室105的4個邊對應地設置。另外，在搬送室105的另外2個邊上分別設有真空加載互鎖室106、107。在這些真空加載互鎖室106、107的與搬送室105相反的一側(cè)，設有搬入搬出室108，在搬入搬出室108的與真空加載互鎖室106、107相反的一側(cè)，設有安裝能夠收容半導體基板(半導體晶片)W的3個承載架C的端口109、110、111。
處理單元101～104以及真空加載互鎖室106、107如同圖所示，借助門閥G與搬送室105的各邊連接，它們通過將對應的門閥G打開而與搬送室105連通，通過將對應的門閥G關(guān)閉而與搬送室105隔斷。另外，在真空加載互鎖室106、107的與搬入搬出室108連接的部分也設有門閥G，真空加載互鎖室106、107通過將對應的門閥G打開而與搬入搬出室108連通，通過將對應的門閥G關(guān)閉而與搬入搬出室108隔斷。
在搬送室105內(nèi)，設有針對處理單元101～104、真空加載互鎖室106、107進行半導體基板W的搬入搬出的晶片搬送裝置112。該晶片搬送裝置112配設于晶片搬送室105的大致中央處，在能夠旋轉(zhuǎn)及伸縮的旋轉(zhuǎn)伸縮部113的頭端具有保持晶片W的2個刀片114a、114b，這2個刀片114a、114b被相互朝向相反方向地安裝于旋轉(zhuǎn)伸縮部113上。而且，該搬送室5內(nèi)被保持為規(guī)定的真空度。
在搬入搬出室108的承載架C安裝用的3個端口109、110、111中分別設有未圖示的閘門，在這些端口109、110、111上直接安裝收容了晶片W的、或空的承載架C，在安裝時閘門被拆下，一邊防止外部氣體的侵入，一邊與搬入搬出室108連通。另外，在搬入搬出室108的側(cè)面設有對準室115，在這里進行半導體基板W的對準。
在搬入搬出室108內(nèi)，設有相對于承載架C進行晶片W的搬入搬出及相對于真空加載互鎖室106、107進行半導體基板W的搬入搬出的搬送裝置116。該搬送裝置116具有多關(guān)節(jié)臂構(gòu)造，能夠沿著承載架C的排列方向在軌道118上行走，在其頭端的手117上放置晶片W而進行其搬送。
該處理系統(tǒng)100具有由控制各構(gòu)成部，即各處理單元或搬送系統(tǒng)、氣體供給系統(tǒng)等的微處理器(計算機)構(gòu)成的過程控制器130，形成將各構(gòu)成部與該過程控制器130連接而被控制的構(gòu)成。在過程控制器130上連接有用戶界面131及存儲部132。這些過程控制器130、用戶界面131及存儲部132被與上述過程控制器70、用戶界面71及存儲部72相同地構(gòu)成。
此種處理系統(tǒng)100中，利用處理單元101～104的任一個進行一部分的工序，利用其他的1個或2個以上的處理單元進行剩余的工序。例如，可以利用一個處理單元進行上述的步驟3的清除浮渣工序、步驟4、6的硬質(zhì)掩模膜蝕刻工序、步驟5的灰化工序，利用其他的處理單元進行CFx膜的第一階段的蝕刻工序，再利用其他的處理單元進行第二階段的蝕刻工序。該情況下，由于是用保持為真空的搬送室105內(nèi)的搬送裝置112來進行半導體晶片W的搬送，因此即使在不同的處理室中進行一部分的處理時，也可以不破壞真空地進行半導體晶片W的搬送，可以防止蝕刻部分等的不希望的氧化等。
下面，對將添加氟的碳膜作為低介電常數(shù)層間絕緣膜(Low-k膜)使用、將本發(fā)明的蝕刻方法應用于大馬士革鑲嵌工藝中的例子進行說明。圖5是表示此種制造過程的流程圖，圖6是表示圖5的流程的工序剖面圖。
首先，準備具有如下構(gòu)造的晶片W(步驟201、圖6(a))，在Si基板400上形成絕緣膜401，在其中的上部隔著屏蔽金屬層402形成Cu布線層403，在絕緣膜401及Cu布線層403上形成阻擋層(例如SiN膜或SiC膜)404，繼而，形成作為Low-k膜的添加氟的碳膜405，在其上形成無定形碳膜406、SiCO膜407及光致抗蝕劑膜408，在光致抗蝕劑膜408上利用光刻形成溝槽形成用的圖案。
然后，將光致抗蝕劑膜408作為掩模而蝕刻SiCO膜407及無定形碳膜406(步驟202、圖6(b))，接下來將SiCO膜407及無定形碳膜406作為掩模而蝕刻添加氟的碳膜405，形成溝槽409(步驟203、圖6(c))。此時的蝕刻是利用如上所述的采用含氧氣體的第一階段的蝕刻及采用含氟氣體的第二階段的蝕刻的2階段蝕刻進行的。
然后，利用旋轉(zhuǎn)涂布形成硅系涂布膜410作為犧牲膜，以對溝槽409進行填充，將其平坦化(步驟204、圖6(d))。該硅系涂布膜例如為有機系的含硅膜，被作為SOG(Spin On Glass)形成。此種硅系涂布膜410在利用旋轉(zhuǎn)涂布形成后，被利用烘焙處理燒固。
但是，在形成此種硅系涂布膜410之前，一般來說要在基底上進行作為用于提高粘接性的涂布劑的PGME或PGMEA的涂布，然而由于添加氟的碳膜405為疏水性，因此即使涂布此種PGME或PGMEA，添加氟的碳膜405與硅系涂布膜410之間的浸潤性也很差，因此粘接性差，如圖7所示，產(chǎn)生剝離或空隙。一旦產(chǎn)生此種剝離或空隙，就會有無法以正確的形狀進行蝕刻的不良狀況。
為了防止此種情況，優(yōu)選如圖8(a)所示，在添加氟的碳膜405的表面，涂布浸潤性改善表面改性劑411，其用于將該表面改性，改善對硅系涂布膜410的浸潤性，使得粘接性良好。這樣，如圖8(b)所示，添加氟的碳膜405的表面成為改性表面405a，如圖8(c)所示，在硅系涂布膜410形成之時，就會成為沒有剝離等具有良好的粘接性。
作為此種浸潤性改善表面改性劑411，例如可以優(yōu)選使用丙酮。丙酮可以將添加氟的碳膜405的表面適度地粗糙化，從而使得與硅系涂布膜410的粘接性良好。作為此種浸潤性改善表面改性劑411，除了丙酮以外，還可以使用2-丁酮等低級酮類。作為浸潤性改善表面改性劑411的涂布方法，優(yōu)選一邊旋轉(zhuǎn)晶片、一邊經(jīng)由噴嘴向晶片表面供給丙酮等浸潤性改善表面改性劑411的旋轉(zhuǎn)涂布法，然而也可以將晶片浸漬于貯存了浸潤性改善表面改性劑411的容器內(nèi)。
實際上，確認了作為此種浸潤性改善表面改性劑411的丙酮的效果，其結(jié)果是，在未涂布丙酮的情況下，如圖9(a)的SEM照片中所示，在添加氟的碳膜與硅系涂布膜之間產(chǎn)生了剝離，然而在涂布了丙酮的情況下，如圖9(b)的SEM照片中所示，未產(chǎn)生剝離。
在此種步驟204的硅系涂布膜410的涂布之后，在其上形成光致抗蝕劑膜412，利用光刻形成通孔形成用的圖案(步驟205、圖6(e))。然后，將光致抗蝕劑膜412作為掩模蝕刻添加氟的碳膜405而形成通孔413(步驟206、圖6(f))。此時的蝕刻是利用如上所述的采用含氧氣體的第一階段的蝕刻及采用含氟氣體的第二階段的蝕刻的2階段蝕刻來進行的。
在該通孔413的蝕刻之后，利用使用了DHF(例如1％氫氟酸)或BHF等的濕式處理除去硅系涂布膜410，繼而利用使用了CxFy系氣體的干式蝕刻進行阻擋層404的蝕刻，露出Cu布線層403(步驟207、圖6(e))。
這里，經(jīng)過了以上的工序的添加氟的碳膜405因干式蝕刻等所致的損傷而使氟的脫離量增加。一旦氟的脫離量增加，就有可能在其后的熱工序中是與上層之間的粘接性降低而剝離，或?qū)ζ浜笮纬傻钠帘谓饘?Ta、TaN、Ti等)造成腐蝕，剝離。
為了防止此種情況，優(yōu)選如圖10(a)所示，在添加氟的碳膜405的表面，涂布用于將其表面改性并抑制氟的脫離量的氟脫離抑制表面改性劑415。這樣，就會如圖10(b)所示，添加氟的碳膜405的表面成為改性表面405b，可以有效地防止其后形成的屏蔽金屬的腐蝕或上層的剝離。
該氟脫離抑制表面改性劑415是進行因干式蝕刻等而受到了損害的添加氟的碳膜405的表面的游離氟除去及表面的終端、抑制氟的脫離的物質(zhì)，可以使用揮發(fā)性高的有機溶劑，優(yōu)選乙醇或甲醇。作為氟脫離抑制表面改性劑415的涂布方法，優(yōu)選一邊旋轉(zhuǎn)晶片、一邊借助噴嘴向晶片表面供給乙醇等氟脫離抑制表面改性劑415的旋轉(zhuǎn)涂布法，然而也可以將晶片浸漬于貯存了氟脫離表面改性劑415的容器內(nèi)。
為了實際地掌握作為此種氟脫離抑制表面改性劑415的乙醇的效果，利用TDS(Thermal Desorption Spectrometry)確認了氟的脫氣量，結(jié)果確認，如圖11所示，通過涂布乙醇，氟脫離量減少。
另一方面，在圖6(g)所示的、以Cu布線層403的表面露出的狀態(tài)暴露于含氧氣氛中的情況下，會在其表面形成自然氧化膜。另外，還有雜質(zhì)被引入其表面的情況。如果在該狀態(tài)下向通孔中填充金屬，則通孔的電阻就會變高，使得布線的電阻變高。
以往，自然氧化膜的除去是利用DHF(例如1％氫氟酸)或BHF等進行的，然而會有對添加氟的碳膜405造成損傷、使氟的脫離變多的傾向。此外，還研究過低損傷的藥劑，然而其價格高，廢液處理因成分不同而變得復雜，成本升高。
為了不產(chǎn)生此種不佳狀況地除去自然氧化膜或雜質(zhì)，發(fā)現(xiàn)氨水處理是有效的。所以，在圖6(g)的階段，如圖12所示，在Cu布線層403的表面形成自然氧化膜416的情況下，則如圖13所示，在Cu布線層403的表面涂布氨水417。氨水可以不對添加氟的碳膜405造成損傷，并除去Cu布線層403的自然氧化膜或雜質(zhì)。另外，氨水的價格也很低，廢液處理也很容易。
氨水與Cu氧化物的反應如下所示。
首先，氨水在平衡狀態(tài)下產(chǎn)生以下的(1)式的反應。
NH3+H2O＝NH4++OH-......(1) 此后，Cu氧化物利用以下的(2)的反應變?yōu)樽鳛橹虚g產(chǎn)物的氫氧化銅(Cu(OH)2)。
Cu+2OH-＝Cu(OH)2......(2) (Cu(OH)2)與過剩的NH3利用如以下的(3)式那樣的反應產(chǎn)生配位離子。
Cu(OH)2+4NH3→[Cu(NH3)4]2++2OH- ＝[Cu(NH3)4](OH)2......(3) 此種配位離子是溶解于水中的，形成CuO溶解的狀態(tài)。
氨水的氨濃度優(yōu)選為0.25～5質(zhì)量％。在該范圍中會有效地產(chǎn)生上述反應，容易除去Cu的自然氧化膜。另外，處理時間優(yōu)選為1～5分鐘左右。溫度優(yōu)選為0～30℃。作為氨水417的涂布方法，優(yōu)選一邊旋轉(zhuǎn)晶片、一邊借助噴嘴向晶片表面供給氨水417的旋轉(zhuǎn)涂布法，然而也可以將晶片浸漬于貯存了氨水417的容器內(nèi)。
實際地確認了此種氨水處理的效果。圖14是表示由氨水處理的有無造成的TDS的變化的圖。如該圖所示，利用氨水處理，氟的脫離量降低，從而確認，氨水處理不會對添加氟的碳膜405造成損傷。然后，在對表面進行了Cu氧化處理的銅板上涂布1％氨水而放置4分鐘后，確認了表面的狀態(tài)，其結(jié)果是，從圖15(a)的照片所示的狀態(tài)變成圖15(b)的照片所示的狀態(tài)，可以確認Cu氧化膜被除去。
根據(jù)需要，在進行了如上所述的處理后，在溝槽409及通孔413的內(nèi)壁形成屏蔽金屬膜420，繼而利用電鍍在溝槽409及通孔413中作為布線金屬嵌入銅421(步驟208、圖6(h))。其后，通過對晶片W進行熱處理，進行嵌入在通孔413、溝槽409中的銅421的退火處理，繼而進行利用CMP法的平坦化處理(步驟209)。由此制造出所需的半導體裝置。
以上的說明中，在進行大馬士革鑲嵌工藝時，雖然給出的是在最先形成溝槽后再形成通孔的例子(溝槽先、通孔后)，然而也可以使用在最先形成通孔后再形成溝槽的方法(通孔先、溝槽后)。
下面，對可以實施本發(fā)明的方法的其他的等離子體處理裝置進行說明。圖16是表示能夠應用本發(fā)明的方法的其他的等離子體處理裝置的剖面圖。該等離子體處理裝置200被作為如下的RLSA微波等離子體處理裝置構(gòu)成，即，利用具有多個狹縫的平面天線的RLSA(Radial LineSlot Antenna；徑向線狹縫天線)向處理室內(nèi)導入微波從而產(chǎn)生等離子體。
等離子體處理裝置200具有被氣密性地構(gòu)成的近似圓筒狀的接地的處理室(處理容器)201，在其當中蝕刻作為被處理體的半導體晶片W。在處理室201的上部，設有用于向處理空間導入微波的微波導入部230。
在處理室201內(nèi)，以由在處理室201的底部中央隔著絕緣構(gòu)件204a豎立設置的筒狀的支承構(gòu)件204支承的狀態(tài)，設有用于將作為被處理體的半導體晶片W水平地支承的基座205。
在基座205的上面，設有靜電卡盤206。該靜電卡盤206具有在絕緣體206a的內(nèi)部設置了由導電膜構(gòu)成的電極207的構(gòu)造，通過從直流電源208對電極207施加直流電壓，晶片W就被靜電吸附于靜電卡盤206上。
在靜電卡盤206(半導體晶片W)的周圍，配置有用于提高蝕刻的均勻性的環(huán)狀的聚焦環(huán)209。
在基座205的內(nèi)部，設有循環(huán)流動了規(guī)定溫度的冷卻介質(zhì)的制冷劑室212，這樣就可以將基座205調(diào)整為所需的溫度。在制冷劑室212上連接有導入管214a及排出管214b。這樣，通過使制冷劑循環(huán)，就可以控制基座205上的半導體晶片W的處理溫度。此外，經(jīng)由氣體通路218向晶片W的背面供給傳熱氣體，例如He氣體，從而可以借助該傳熱氣體將晶片調(diào)節(jié)為規(guī)定溫度。
另外，在基座205上，隔著匹配器219電連接有高頻偏置電源220。通過從該高頻偏置電源220向基座205供給高頻功率，就可以向晶片W側(cè)引入離子。高頻偏置電源220例如輸出300kHz～13.56MHz的范圍內(nèi)的頻率范圍的高頻功率。
在處理室201的底部連接有排氣管225，在該排氣管225上連接有包括真空泵的排氣裝置226。排氣裝置226具備蝸輪分子泵等真空泵及壓力控制閥等，能夠?qū)⑻幚硎?01內(nèi)設定為規(guī)定的減壓氣氛。在處理室201的側(cè)壁部分，設有門閥242。
處理室201的上部成為開口部，可以按將該開口部填塞的方式氣密性地配置微波導入部230。微波導入部230從基座205側(cè)開始依次具有透過板228、平面天線構(gòu)件231、滯波材料233。它們被屏蔽構(gòu)件234、推壓環(huán)236及頂板229覆蓋。
透過板228由電介體構(gòu)成，作為使微波透過并導入處理室201內(nèi)的處理空間的微波導入窗發(fā)揮作用。透過板228由在微波導入部230的外周下方成環(huán)狀地配備的頂板229以氣密狀態(tài)支承。
平面天線構(gòu)件231制成圓板狀，在透過板228的上方位置卡止在屏蔽構(gòu)件234的內(nèi)周面上。該平面天線構(gòu)件231由導體構(gòu)成，以規(guī)定的圖案貫穿地形成用于輻射微波等電磁波的多個狹縫孔232，構(gòu)成RLSA。
狹縫孔232例如如圖17所示制成長槽狀，典型地講是將相鄰的狹縫孔232之間以“T”字形配置，將多個狹縫孔232以同心圓狀配置。狹縫孔232的長度和排列間隔是根據(jù)滯波材料232中的微波的波長(λg)決定的，例如將狹縫孔232的間隔配置為達到1/2λg或λg。而且，狹縫孔232也可以是圓形、圓弧狀等其他的形狀，其配置形態(tài)也沒有限定。
滯波材料233具有比真空更大的介電常數(shù)，設于平面天線構(gòu)件231的上面。該滯波材料233由電介體構(gòu)成，由于在真空中微波的波長變大，因此具有縮短微波的波長而調(diào)整等離子體的功能。
在屏蔽構(gòu)件234上，形成有冷卻水流路234a，通過在其中流通冷卻水，而將屏蔽構(gòu)件234、滯波材料233、平面天線231、透過板228冷卻。而且，屏蔽構(gòu)件234被接地。
在屏蔽構(gòu)件234的中央，形成有開口部234b，在該開口部234b上連接有波導管237。在該波導管237的端部，隔著匹配電路238連接有微波發(fā)生裝置239。這樣，由微波發(fā)生裝置239產(chǎn)生的例如頻率為2.45MHz的微波就會經(jīng)由波導管237向上述平面天線構(gòu)件231傳播。作為微波的頻率，也可以使用8.35GHz、1.98GHz等。
波導管237具有從上述屏蔽構(gòu)件234的開口部234b向上方延伸出來的截面為圓形的同軸波導管237a、隔著模式轉(zhuǎn)換器240與該同軸波導管237a的上端部連接的沿水平方向延伸的矩形波導管237b。矩形波導管237b與同軸波導管237a之間的模式轉(zhuǎn)換器240具有將在矩形波導管237b內(nèi)以TE模式傳播的微波轉(zhuǎn)換為TEM模式的功能。在同軸波導管237a的中心延伸著內(nèi)導體241，內(nèi)導體241在其下端部與平面天線構(gòu)件231的中心連接固定。這樣，微波就被經(jīng)由同軸波導管237a的內(nèi)導體241向平面天線構(gòu)件231以輻射狀有效均勻地傳播。
在處理室201內(nèi)的基座205與微波導入部230之間，水平地設有用于導入處理氣體的噴淋板251。該噴淋板251也如圖18所示，具有以格子狀形成的氣體流路252、形成于該氣體流路252中的多個氣體噴出孔253，格子狀的氣體流路252之間成為空間部254。在該噴淋板251的氣體流路252上連接有向處理室201的外側(cè)延伸的氣體供給管255。氣體供給管255與供給用于等離子體處理的處理氣體的處理氣體供給部260連接。在處理氣體供給部260中，設有作為處理氣體供給O2氣體；CxFy氣體，例如CF4氣體；N2氣體；稀有氣體，例如Ar氣體的處理氣體供給源，能夠?qū)⑦@些處理氣體以規(guī)定的流量向處理室201內(nèi)供給。
另一方面，在處理室201的噴淋板251的上方位置，沿著室壁設有環(huán)狀的等離子體導入構(gòu)件265，在該等離子體氣體導入構(gòu)件265上，在內(nèi)周設有多個氣體噴出孔。在該等離子體氣體導入構(gòu)件265上，連接有供給作為等離子體氣體的Ar氣體的配管267。這樣，經(jīng)由配管267及氣體導入構(gòu)件265向處理室201內(nèi)導入的Ar氣體就被經(jīng)由微波導入部230向處理室201內(nèi)導入的微波等離子體化，該Ar等離子體穿過噴淋板251的空間部254而將從噴淋板251的氣體噴出孔253中噴出的處理氣體等離子體化。
該等離子體處理裝置200具有由控制各構(gòu)成部的微處理器(計算機)構(gòu)成的過程控制器270，形成將各構(gòu)成部與該過程控制器270連接而控制的構(gòu)成。在過程控制器270上連接有用戶界面271及存儲部272。這些過程控制器270、用戶界面271及存儲部272被與第一實施方式的過程控制器70、用戶界面71及存儲部72相同地構(gòu)成。
如此構(gòu)成的等離子體處理裝置在將晶片W搬入處理室201內(nèi)，放置于基座205上后，一邊經(jīng)由配管267及氣體導入構(gòu)件265向處理室201內(nèi)導Ar氣體，一邊將來自微波發(fā)生裝置239的微波經(jīng)由匹配電路238導向波導管237，依次穿過矩形波導管237b、模式轉(zhuǎn)換器240及同軸波導管237a，經(jīng)由內(nèi)導體241向平面天線構(gòu)件231供給，從平面天線構(gòu)件231的狹縫穿過透過板228向處理室201內(nèi)輻射。微波在矩形波導管237b內(nèi)以TE模式傳播，該TE模式的微波被模式轉(zhuǎn)換器240轉(zhuǎn)換為TEM模式，在同軸波導管237a內(nèi)朝向平面天線構(gòu)件231傳播，從平面天線構(gòu)件231穿過透過板228將微波向處理室201輻射，利用該微波將作為等離子體生成氣體的Ar氣體等離子體化。
然后，通過從處理氣體供給部260將規(guī)定的處理氣體以規(guī)定流量供給，就被穿過噴淋板251的空間部254的Ar等離子體激發(fā)而等離子體化，利用這些等離子體來實施規(guī)定的等離子體處理。
此時形成的等離子體因被從平面天線構(gòu)件231的多個狹縫孔232輻射微波，而成為約為1×1011～5×1012/cm3的高密度、并且在晶片W附近為約為1.5eV以下的低電子溫度等離子體。這樣，就可以進行損傷更少的蝕刻。
利用此種等離子體處理裝置200的等離子體處理可以對應上述步驟3～8的任意步驟，可以依照上述等離子體處理裝置10的條件進行處理，尤其適于步驟8的使用了含有以CxFy(x、y為自然數(shù))表示的氣體的氣體等的CFx膜302的第二階段的蝕刻。該第二階段的蝕刻由于僅除去第一階段的蝕刻后的CFx膜302的表層的極薄部分，因此希望對膜的損傷很小，而RLSA微波等離子體如上所述可以利用高等離子體密度、低電子溫度的等離子體來實現(xiàn)損傷少的等離子體處理，適于此種蝕刻。
下面，對實際地應用本發(fā)明的蝕刻方法的實驗進行說明。首先，使用200mm的硅晶片，在硅基板上以10nm的厚度形成作為蝕刻阻擋層的SiCN膜，再在其上例如以270nm的厚度形成CFx膜，再在其上例如以30nm的厚度形成作為硬質(zhì)掩模層的SiCN膜，再在其上以400nm的厚度形成例如由KrF抗蝕劑構(gòu)成的抗蝕劑膜，將該抗蝕劑膜利用光刻工序以200mm左右的圖案寬度形成圖案，對該形成了圖案的圖3的(a)所示的構(gòu)造的晶片，利用圖1所示的裝置，首先進行除去顯影殘渣的清除浮渣工序。該工序中，將Ar氣體及O2氣體分別以135mL/min(sccm)及65mL/min(sccm)的流量流過，將處理室內(nèi)的壓力設為1.33Pa(10mTorr)，將施加高頻功率設為上部電極500W、下部電極200W，將電極間隙設為55mm，進行了10sec。然后，將抗蝕劑膜作為蝕刻掩模而將作為硬質(zhì)掩模層的SiCN膜蝕刻到中途。該蝕刻是將N2氣體及CF4氣體分別以30mL/min(sccm)及90mL/min(sccm)流過，將處理室內(nèi)設為6Pa(45mTorr)，將施加高頻功率設為上部電極500W、下部電極100W，將電極間隙設為60mm，進行了18sec，將硬質(zhì)掩模層蝕刻到原來的膜厚的1/4左右。其后，利用灰化除去了抗蝕劑膜?；一菍2氣體以300mL/min(sccm)的流量供給，將處理室內(nèi)設為1.3Pa(10mTorr)，將施加高頻功率設為上部電極300W、下部電極250W，將電極間隙設為55mm，進行了18sec。其后，對硬質(zhì)掩模層的剩余部分在與上述的條件相同的條件下蝕刻10sec，露出了CFx膜。
然后，將硬質(zhì)掩模層作為蝕刻掩模而進行CFx膜的第一階段的蝕刻。這里，將O2氣體以65mL/min(sccm)的流量供給，將Ar氣體以135mL/min(sccm)的流量供給，將處理室內(nèi)設為1.3Pa(10mTorr)，將施加的高頻功率設為上部電極500W、下部電極150W，將電極間隙設為55mm，進行了12sec。接下來，進行了第二階段的蝕刻。這里，向處理室內(nèi)以100mL/min(sccm)的流量供給作為處理氣體的CF4氣體，將處理室內(nèi)設為1.3Pa(10mTorr)，將施加的高頻功率設為上部電極500W，不施加對下部電極的偏置，將電極間隙設為60mm，進行了7sec。
在上述條件下進行第一階段的蝕刻之時、進行第二階段的蝕刻之時的晶片樣品的剖面的掃描顯微鏡(SEM)照片分別如圖19及圖20所示。圖19是蝕刻線的照片，圖20是蝕刻孔的照片。如圖19所示地確認，通過用O2+Ar氣體來蝕刻CFx膜，能夠完成基本垂直的形狀性良好的蝕刻。但是，也可以確認，在表面殘存有氧，表面性狀差。與之不同，通過在用O2+Ar氣體蝕刻后，用CF4氣體蝕刻(2階段蝕刻)，則可以如圖20所示地確認，可以進行形狀性及表面性狀都很良好的蝕刻。
而且，為了比較，僅用CF4氣體蝕刻了CFx膜，結(jié)果如圖21所示，蝕刻形狀變成梯形，確認形狀性差。
另外，將進行了2階段蝕刻的樣品、在晶片上形成了CFx膜的樣品加熱到400℃，利用TDS確認了氣體成分(F氣體和HF氣體)釋放，結(jié)果得到如圖22和圖23所示的結(jié)果。而且，這些圖中，在晶片上形成了CFx膜的樣品的數(shù)據(jù)被記作“No Treat”。根據(jù)這些圖，實施了2階段蝕刻的樣品與單獨CFx膜的TDS數(shù)據(jù)相比脫氣減少，從而可以確認本發(fā)明的2階段蝕刻的有效性。
然后，將CFx膜分別用(1)CF4+Ar、(2)H2+N2、(3)O2+Ar蝕刻。這里，使用圖16的微波等離子體處理裝置進行了蝕刻。(1)中，以流量CF4/Ar＝200/200mL/min(sccm)、微波功率2kW、偏置250W、壓力0.93Pa(7mTorr)、基座溫度30℃作為標準條件，(2)中，以流量H2/N2＝200/200mL/min(sccm)、微波功率2kW、偏置250W、壓力2.66Pa(20mTorr)、基座溫度30℃作為標準條件，(3)中，設為流量O2/Ar＝500/500mL/min(sccm)、微波功率2kW、基座溫度30℃，以106Pa(800mTorr)及5.3Pa(40mTorr)的壓力進行了蝕刻。首先，對這些蝕刻后的樣品及蝕刻前的樣品利用XPS(X-rayPhotoelectron Spectroscopy)進行了表面分析。圖24是蝕刻前的CFx膜的XPS曲線，圖25是(1)的利用CF4+Ar蝕刻時的XPS曲線，圖26是(2)的利用H2+N2蝕刻時的XPS曲線，圖27是(3)利用O2+Ar蝕刻時的XPS曲線。XPS曲線基本上是針對碳(C1s)、氧(O1s)、氟(F1s)進行表示的，對于(2)的H2+N2的情況，除了這些以外，還針對氮(N1s)進行表示。將根據(jù)這些曲線進行了組成分析的結(jié)果表示于表1中。
[表1]

在(1)的利用CF4+Ar進行蝕刻的情況下，比較圖24和圖25可以清楚地看到，在XPS曲線中并未看到大的變化，在如表1所示F量略為增加的程度下，確認組成與蝕刻前相比沒有明顯變化，可以健全地維持膜。另一方面，在(2)的利用H2+N2進行蝕刻的情況下，比較圖24和圖26可以清楚地看到，XPS曲線很大地變化，如表1所示F極端地減少，并且加入了N，可以確認在膜中產(chǎn)生損傷。另外，在(3)的利用O2+Ar進行蝕刻的情況下，比較圖24和圖27可以清楚地看到，在XPS曲線中并未看到大的變化，如表1所示在C及F的比率中沒有大的變動，確認可以健全地維持膜，然而表面的氧量變多。
然后，對于進行了上述(1)～(3)的蝕刻的樣品，利用TDS確認了將溫度升高到400℃的過程中的F的釋放。將其結(jié)果表示于圖28～30中。圖28是(1)的利用CF4+Ar進行蝕刻的情況，圖29是(2)的利用H2+N2進行蝕刻的情況，圖30是(3)的利用O2+Ar進行蝕刻的情況。如這些圖中所示，在(1)的利用CF4+Ar進行蝕刻的情況下，F(xiàn)的釋放與未進行蝕刻的樣品(圖中以“No Treatment”的線表示。)相比沒有大的變化，在(2)的利用H2+N2進行蝕刻的情況下，與未進行蝕刻的樣品相比F的釋放增大，在(3)的利用O2+Ar進行蝕刻時，雖然在壓力為5.3Pa(40mTorr)的情況下，F(xiàn)的釋放與未進行蝕刻的樣品相比沒有大的變化，然而在將壓力設為106Pa(800mTorr)的情況下，可以看到F的釋放。
根據(jù)以上的利用各種氣體的蝕刻的結(jié)果可以認為，在對CFx膜進行了利用含O2氣體的第一階段的蝕刻后，利用含CF4氣體進行第二階段的蝕刻的情況下，在CFx膜中不會產(chǎn)生大的損傷。另外，如果考慮F的釋放，則可以確認，在第一階段的使用了含O2氣體的蝕刻中，在與自由基相比由離子所致的蝕刻處于支配性的低壓區(qū)域(具體來說是13.3Pa(100mTorr)以下)中進行是十分重要的。
而且，本發(fā)明并不限定于上述實施方式，可以在本發(fā)明的思想的范圍內(nèi)進行各種變形。例如，在上述實施方式中，雖然對利用以平行平板型的等離子體處理裝置形成的電容耦合型等離子體、以由具有多個狹縫的平面天線輻射的微波形成的等離子體進行蝕刻的例子進行了表示，然而并不限定于此。另外，也可以利用不同的等離子體源來進行CFx膜的第一階段的蝕刻和第二階段的蝕刻，例如，也可以利用平行平板型的電容耦合等離子體來進行第一階段，利用由具有多個狹縫的平面天線輻射的微波形成的等離子體來進行第二階段。
工業(yè)上的利用可能性 根據(jù)本發(fā)明，由于可以對添加氟的碳膜(CFx膜)不造成損傷并形狀性良好地進行蝕刻，因此在利用大馬士革鑲嵌法來制造多層布線結(jié)構(gòu)的半導體裝置時將會特別有效，該多層布線結(jié)構(gòu)使用該CFx膜為低介電常數(shù)層間絕緣膜(Low-k)膜，具有Cu布線層等。
權(quán)利要求
1.一種蝕刻方法，是利用等離子體對在基板上形成的添加氟的碳膜進行蝕刻的蝕刻方法，其特征在于，
具有利用含有氧的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第一階段、利用含有氟的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第二階段。
2.一種蝕刻方法，是對在半導體基板上依次層疊了添加氟的碳膜、硬質(zhì)掩模層及抗蝕劑膜的構(gòu)造體進行蝕刻的蝕刻方法，其特征在于，具有
將所述抗蝕劑膜作為掩模，利用等離子體來蝕刻所述硬質(zhì)掩模層的工序；
將所述抗蝕劑膜利用等離子體除去的工序；及
將所述硬質(zhì)掩模層作為掩模，利用等離子體來蝕刻所述添加氟的碳膜的工序，
所述添加氟的碳膜的蝕刻具有利用含有氧的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第一階段、利用含有氟的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第二階段。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蝕刻方法，其特征在于，所述硬質(zhì)掩模層由Si系材料構(gòu)成，在對所述硬質(zhì)掩模層進行蝕刻時，使用含有CxFy氣體的處理氣體的等離子體，其中x、y為自然數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蝕刻方法，其特征在于，在將所述硬質(zhì)掩模層蝕刻到中途后，除去所述抗蝕劑膜，接下來蝕刻硬質(zhì)掩模而使所述添加氟的碳膜露出。
5.一種蝕刻方法，是對在半導體基板上依次層疊了銅布線層及添加氟的碳膜而形成的構(gòu)造體的添加氟的碳膜進行蝕刻的蝕刻方法，其特征在于，具有
隔著蝕刻掩模對所述添加氟的碳膜實施第一蝕刻的工序；
在進行了所述第一蝕刻后，在添加氟的碳膜上形成硅系涂布膜，對蝕刻部分進行填充的工序；
在所述硅系涂布膜之上形成蝕刻掩模，隔著該蝕刻掩模對所述添加氟的碳膜實施第二蝕刻的工序；及
除去所述硅系涂布膜的工序，
由此在所述添加氟的碳膜上形成溝槽及達到與所述銅布線層對應的位置的孔，
所述第一及第二蝕刻具有利用含有氧的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第一階段、利用含有氟的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第二階段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝕刻方法，其特征在于，具備如下的工序在形成所述硅系涂布膜之前，在進行了所述第一蝕刻之后的添加氟的碳膜的表面，涂布用于改善與所述硅系涂布膜之間的浸潤性而使它們之間的粘接性良好的浸潤性改善表面改性劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的蝕刻方法，其特征在于，使用丙酮作為所述浸潤性改善表面改性劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝕刻方法，其特征在于，具備如下的工序在形成了溝槽及孔后，在添加氟的碳膜的內(nèi)壁表面，涂布用于將該表面改性并抑制氟的脫離量的氟脫離抑制表面改性劑。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的蝕刻方法，其特征在于，所述氟脫離抑制表面改性劑為乙醇或甲醇。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝕刻方法，其特征在于，具備如下的工序在形成溝槽及孔，露出所述銅布線層后，在所述銅布線層的表面涂布氨水，除去所述銅布線層的表面的自然氧化膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蝕刻方法，其特征在于，所述氨水的氨濃度為0.25～5質(zhì)量％。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蝕刻方法，其特征在于，所述氨水的溫度為0～30℃。
13.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蝕刻方法，其特征在于，利用所述第一蝕刻形成溝槽，利用所述第二蝕刻形成孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5中任意一項所述的蝕刻方法，其特征在于，所述添加氟的碳膜的蝕刻的第一階段中所用的含有氧的處理氣體為含有O2氣體的處理氣體。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蝕刻方法，其特征在于，所述含有O2氣體的處理氣體由單獨的O2氣體或者由O2氣體及稀有氣體構(gòu)成。
16.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5中任意一項所述的蝕刻方法，其特征在于，所述添加氟的碳膜的蝕刻的第一階段是以13.3Pa(100mTorr)以下的壓力進行的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5中任意一項所述的蝕刻方法，其特征在于，所述添加氟的碳膜的蝕刻的第二階段中所用的含有氟的處理氣體含有CxFy氣體，其中x、y為自然數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的蝕刻方法，其特征在于，所述添加氟的碳膜的蝕刻的第二階段中所用的含有氟的處理氣體由單獨的CxFy氣體，或者由CxFy氣體及稀有氣體構(gòu)成，其中x、y為自然數(shù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的蝕刻方法，其特征在于，所述CxFy氣體由CF4氣體、C2F6氣體、C3F6氣體、C4F6氣體、C3F8氣體、C4F8氣體及C5F8氣體的至少一種構(gòu)成，其中x、y為自然數(shù)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5中任意一項所述的蝕刻方法，其特征在于，所述添加氟的碳膜的蝕刻是在所述第一階段與所述第二階段之間不向大氣開放地進行的。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的蝕刻方法，其特征在于，所述第一階段與所述第二階段在同一處理容器內(nèi)進行。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的蝕刻方法，其特征在于，所述第一階段與所述第二階段在不同的處理容器內(nèi)進行，將基板在這些處理容器之間不向大氣開放地搬送。
23.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5中任意一項所述的蝕刻方法，其特征在于，所述添加氟的碳膜的蝕刻是利用電容耦合型的等離子體來進行的。
24.根據(jù)權(quán)利要求1、2或5中任意一項所述的蝕刻方法，其特征在于，所述添加氟的碳膜的蝕刻是利用由從具有多個狹縫的平面天線中輻射出的微波所形成的等離子體來進行的。
25.一種存儲介質(zhì)，儲存了由計算機執(zhí)行的用于控制處理裝置的程序，其特征在于，所述控制程序在執(zhí)行時，以執(zhí)行權(quán)利要求1、2或5中任意一項所述的蝕刻方法的方式，使計算機控制所述處理裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種蝕刻方法，是利用等離子體對在基板上形成的添加氟的碳膜進行蝕刻的蝕刻方法，其具有利用含有氧的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第一階段、利用含有氟的處理氣體的等離子體來進行蝕刻的第二階段。
文檔編號H01L23/522GK101606234SQ20088000442
公開日2009年12月16日 申請日期2008年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月9日
發(fā)明者野沢俊久, 宮谷光太郎, 堀壽靖, 廣瀬繁和 申請人:東京毅力科創(chuàng)株式會社