等離子體蝕刻方法和等離子體蝕刻裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明的各技術方案和實施方式涉及等離子體蝕刻方法和等離子體蝕刻裝置。
【背景技術】
[0002]以往，在半導體裝置的制造工序中，使用使等離子體作用于配置在處理腔室內的基板(例如半導體晶圓)而進行蝕刻的等離子體蝕刻方法。例如，在半導體裝置的制造工序中，要在二氧化硅膜上形成接觸孔(日文>夕夕卜水一HO等情況下，使用該等離子體蝕刻方法。此外，近年來，在接觸孔中，要求孔徑微細且孔較深的、高深寬比的接觸孔(HARC(High Aspect Rat1 Contact))，并要求在抑制產生由接觸孔內的孔擴展而成的拱形(日文:求一 Y >夕' )而維持鉛垂的側壁形狀的同時形成這樣的接觸孔。
[0003]另外，在日本特開2010 — 219491號公報中，公知的是，使用以C4F8氣體那樣的氟碳氣體(CxFy)為代表的含有鹵元素的氣體，以及還使用含有Ar氣體、O2氣體等其他氣體的氣體，對等離子體蝕刻裝置的上部電極施加直流電壓，使高速電子入射到半導體晶圓中而對ArF光致抗蝕劑那樣的耐蝕刻性較低的有機膜進行改性，從而形狀良好且以較高的蝕刻速率對被蝕刻膜蝕刻而形成高深寬比的孔。

【發明內容】

[0004]但是，在日本特開2010 - 219491號公報所公開的技術中，不能發射足夠的二次電子，當為了得到高深寬比而繼續蝕刻時，會在被蝕刻膜的孔內形成拱形。本申請的目的在于，進一步抑制產生這樣的拱形。
[0005]在本申請的等離子體蝕刻方法的技術方案的一個例子中，使用等離子體蝕刻裝置在蝕刻對象膜上形成孔，該等離子體蝕刻裝置包括:處理容器，其用于容納被處理體，能夠對該處理容器的內部進行真空排氣；下部電極，其配置在所述處理容器內并作為被處理體的載置臺發揮作用；上部電極，其以與所述下部電極相對的方式配置在所述處理容器內；處理氣體供給單元，其用于向所述處理容器內供給至少含有CxFy氣體和質量比Ar氣體的質量輕的稀有氣體的處理氣體；等離子體生成用高頻電力施加單元，其用于向所述上部電極和所述下部電極中的至少一者施加等離子體生成用的高頻電力；以及直流電源，其用于向所述上部電極施加負的直流電壓。另外，在本申請的等離子體蝕刻方法中，交替地重復在第I條件下將所述等離子體生成用高頻電力施加單元導通而生成被供給到所述處理容器內的所述處理氣體的等離子體的工序和在第2條件下將所述等離子體生成用高頻電力施加單元斷開而使所述處理容器內的處理氣體的等離子體消失的工序，并以使所述第2條件下的所述負的直流電壓的絕對值大于所述第I條件下的所述負的直流電壓的絕對值的方式自所述直流電源施加電壓，從而對所述蝕刻對象膜進行蝕刻而形成孔。
_6] 發明的效果
[0007]采用本發明的各技術方案和實施方式，能起到進一步抑制產生拱形這樣的有利的效果。
【附圖說明】
[0008]圖1是表示能夠實施本發明的第I實施方式的等離子體蝕刻方法的等離子體蝕刻裝置的一個例子的概略剖視圖。
[0009]圖2是表示圖1的等離子體蝕刻裝置中的、與第I高頻電源相連接的第I匹配器的構造的圖。
[0010]圖3A?3C是表示應用本發明的第I實施方式的等離子體蝕刻方法的、作為被處理體的半導體晶圓的構造例的剖視圖。
[0011]圖4是表示在等離子體鞘層較厚的情況下的、上部電極被施加負的直流電壓而產生的二次電子的運動的示意圖。
[0012]圖5是表示本發明的第I實施方式的等離子體蝕刻方法中的第I高頻電源、第2高頻電源以及第I直流電源的狀態的時序圖。
[0013]圖6是表示在不存在等離子體鞘層的情況下的、上部電極被施加負的直流電壓而產生的二次電子的運動的示意圖。
[0014]圖7是表示本發明的第I實施方式的等離子體蝕刻方法中的高頻電力的導通、斷開與向晶圓入射的入射電子電流之間的關系的圖表。
[0015]圖8是表示本發明的第I實施方式的等離子體蝕刻方法中的第I高頻電源、第2高頻電源以及第I直流電源的狀態的另一例子的時序圖。
[0016]圖9是表示圖1的裝置的第I直流電源的另一例子的示意圖。
[0017]圖1OA和圖1OB是用于對將氦氣用作稀釋氣體的情況和將氬氣用作稀釋氣體的情況進行比較的圖。
[0018]圖1lA?圖1lC是表不被處理體的另一個例子的圖。
[0019]圖12是表示沉積物的圖。
【具體實施方式】
[0020]以下，根據附圖詳細說明本申請的等離子體蝕刻方法和等離子體蝕刻裝置的實施方式。此外，由本實施方式所說明的發明并不受限定。實施方式能夠在處理內容不矛盾的范圍內進行適當組合。以下，參照附圖具體說明本發明的實施方式。
[0021]第I實施方式
[0022]圖1是表示能夠實施本發明的第I實施方式的等離子體蝕刻方法的等離子體蝕刻裝置的一個例子的概略剖視圖。
[0023]等離子體蝕刻裝置構成為電容耦合型平行平板等離子體蝕刻裝置，該等離子體蝕刻裝置具有例如由表面被陽極氧化處理后的鋁構成的大致圓筒狀的腔室(處理容器)10。該腔室10被安全接地。
[0024]在腔室10的底部，隔著由陶瓷等構成的絕緣板12配置有圓柱狀的基座支承臺14，在該基座支承臺14之上設有由例如鋁構成的基座16。基座16作為下部電極發揮作用，在基座16之上載置作為被處理基板的半導體晶圓W。
[0025]在基座16的上表面設有利用靜電力吸附并保持半導體晶圓W的靜電卡盤18。該靜電卡盤18具有利用一對絕緣層或絕緣片夾持由導電膜構成的電極20而成的構造，電極20與直流電源22電連接。于是，在由來自直流電源22的直流電壓產生的庫侖力等靜電力的作用下，半導體晶圓W被靜電卡盤18吸附并保持。
[0026]在基座16的周圍(包圍半導體晶圓W的周圍)配置有用于提高蝕刻的均勻性的、由例如硅構成的導電性的聚焦環(校正環)24。在基座16和基座支承臺14的側面設有由例如石英構成的圓筒狀的內壁構件26。內壁構件26也可以分割為能夠安裝和拆卸。
[0027]在基座支承臺14的內部，在例如圓周上設有制冷劑室28。自設于外部的未圖示的冷卻單元經由配管30a、30b向該制冷劑室28循環供給規定溫度的制冷劑、例如冷卻水，能夠利用制冷劑的溫度來控制基座上的半導體晶圓W的處理溫度。
[0028]并且，將來自未圖示的導熱氣體供給機構的導熱氣體、例如He氣體經由氣體供給管線32供給到靜電卡盤18的上表面與半導體晶圓W的背面之間，從而高效地傳遞來自半導體晶圓W的熱量而對晶圓的溫度進行冷卻控制。
[0029]在作為下部電極的基座16的上方，以與基座16相對的方式平行地設有上部電極34。并且，上部電極34和下部電極16之間的空間成為等離子體生成空間。上部電極34形成與作為下部電極的基座16上的半導體晶圓W相對的、與等離子體生成空間相接觸的面，即形成相對面。
[0030]該上部電極34隔著絕緣性遮蔽構件42被支承在腔室10的上部，該上部電極34由電極板36和電極支承體38構成，該電極板36構成與基座16相對的相對面且具有多個噴出孔37，該電極支承體38將該電極板36支承成裝卸自如且為由導電性材料、例如鋁構成的水冷卻結構。電極板36優選為焦耳熱較少的低電阻的導電體或者半導體，另外，如后所述，從強化抗蝕劑的觀點考慮，電極板36優選為含硅物質。從這樣的觀點考慮，電極板36優選由硅、SiC構成。在電極支承體38的內部設有氣體擴散室40，與氣體噴出孔37相連通的多個氣體流通孔41自該氣體擴散室40向下方延伸。此外，氣體擴散室40被例如分隔壁分成與腔室10的中心部相對應的中心部和與腔室10的周邊部相對應的周邊部。
[0031 ] 在電極支承體38上形成有用于向氣體擴散室40引導處理氣體的氣體導入口 62a、62b，用于向氣體擴散室40的中心側導入氣體的氣體導入口 62a與氣體供給管64a相連接，氣體供給管64a與處理氣體供給源66a相連接。在氣體供給管64a上，自上游側起依次設有分流器(flow splitter)68和開閉閥70。另外，用于向氣體擴散室40的周邊側導入氣體的氣體導入口 62b與氣體供給管64b相連接，氣體供給管64b分別與處理氣體供給源66a和附加氣體供給源66b相連接。在氣體供給管64b上，設有質量流量控制器(MFC) 69。此外，也可以替代MFC而設置FCS (流量控制系統)。
[0032]此處，利用分流器68將來自處理氣體供給源66a的作為用于蝕刻的處理氣體、例如C4F6氣體、C4F8氣體那樣的氟碳氣體(CxFy)和He氣體分割成朝向氣體擴散室40的中心側去的氣體和朝向氣體擴散室40的周邊側去的氣體，朝向氣體擴散室40的中心側去的氣體自氣體供給管64a到達氣體擴散室40的中心側并經由氣體流通孔41和氣體噴出孔37呈噴淋狀向等離子體生成空間噴出。即，上部電極34作為用于供給處理氣體的噴頭發揮作用。另外，對于氣體擴散室40的周邊側，自附加氣體供給源66b供給過來的氣體和自處理氣體供給源66a供給過來的氣體中的、被分流器68分割成朝向氣體擴散室40的周邊側去的氣體自氣體供給管64b到達氣體擴散室40的周邊側并向等離子體生成空間噴出。
[0033]另外，在自處理氣體供給源66a供給的處理氣體中使用稀釋氣體的情況下，所添加的氦氣的量優選為例如CxFy的總流量的35%?800%，更優選為CxFy的總流量的50%?400%，進一步優選為70%?200%。另外，氦氣的流量優選為50sccm?400sccm，更優選為70sccm?200sccm。另外，該范圍有利于使等離子體密度增加