JP4515309B2

JP4515309B2 - エッチング方法

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Publication number: JP4515309B2
Application number: JP2005102420A
Authority: JP
Inventors: 栄一西村; 武彦折居
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-03-31
Also published as: JP2006286775A

Description

本発明は、絶縁膜にコンタクトホール等の開口部を形成するエッチング方法に関し、更に詳しくは、絶縁膜の下地層を傷つけることなく絶縁膜のみをエッチングすることができるエッチング方法に関する。

絶縁膜にコンタクトホール等の開口部を形成する場合には、プラズマ処理装置を用いて異方性の高い反応性イオンエッチング等のドライエッチングを行って開口部を形成する。例えば図６に示すように下地層１上に、絶縁膜２、ＳｉＯ_２等からなるハードマスク３、反射防止膜４及びレジスト膜５が順次積層されたウエハ等の被処理体をエッチングする場合について説明する。まず、図６の（ａ）に示すようにフォトリソグラフィー技術によってレジスト膜５に所定のパターンで開口部５Ａを形成した後、同図の（ｂ）に示すようにレジスト膜５をマスクとして下地層１が露出するまで反射防止膜４、ハードマスク３及び絶縁膜２にドライエッチングを施して開口部６を形成する。ドライエッチング時には開口部６の側壁のみならず下地層１も反応性イオン等の照射を受けるため、同図の（ｂ）に示すように下地層１が損傷する。下地層１が損傷するとその後の配線工程等において種々の障害となる。

そこで、従来からウエットエッチングプロセスを用いて図６の（ｃ）に示すように欠陥層６Ａを除去している。しかしながら、欠陥層６Ａの膜厚を把握し、管理することが難しいため、ウエットエッチングでは欠陥層６Ａのみを正確に除去することができず、下地層１の表面をもオーバーエッチングしてしまい、ドライエッチングによる加工精度を犠牲にする場合があった。そこで、開口部６の加工精度を極力維持しつつ欠陥層６Ａを除去するための技術が特許文献１〜３において提案されている。

例えば特許文献１では、シリコン基板上に絶縁膜を形成し、所定のレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにして絶縁膜をドライエッチングし、開孔を形成してシリコン基板を露出する工程と、このドライエッチング工程の際にシリコン基板表面に生じた欠陥層を酸化して選択酸化層を形成する工程と、選択酸化層をウエットエッチングによって除去する工程とを有する半導体装置の製造方法が提案されている。この方法では、シリコン基板の表面に生じた欠陥層を除去する際に、欠陥層を一旦選択酸化層に変えてシリコン基板のオーバーエッチングを抑制しつつ、欠陥層を除去している

特許文献２では、層間絶縁膜の厚さ方向の一部を、素子領域表面が露出する直前までエッチングする第１のプラズマエッチング工程と、層間絶縁膜の厚さ方向の残部を、フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスによりエッチングする第２のプラズマエッチング工程とを、この順に施す半導体装置の製造方法が提案されている。この方法では、フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生し得るガスによりエッチングすることで素子領域における炭素やフッ素によるコンタミやダメージ層の発生を抑えている。

特許文献３では、半導体基板上に形成された絶縁膜をドライエッチングによって加工した後、絶縁膜の有する開口部を介して加速された酸素イオンを半導体基板の表面に照射して、半導体基板の表面に形成されているダメージ層を除去する工程を含む半導体装置の製造方法が提案されている。この方法では、ダメージ層の除去にフッ素が使用されないため、半導体基板の表面がエッチングされることなく、従って、半導体基板の表面にエッチングによる凹凸を生じる虞がない

特願平０５−１８２８７１号公報特願平０７−１６７６８０号公報特願平０８−１４４００８号公報

しかしながら、特許文献１の従来方法は、シリコン基板が露出するまで絶縁膜のドライエッチングを行い、シリコン基板表面に生じた欠陥層を選択酸化層に変え、この選択酸化層をウエットエッチングするため、シリコン基板表面に下地層や素子領域が形成されている場合には、エッチングガスの絶縁層に対する下地層や素子領域に対する選択比が低いこともあって、下地層や素子領域の表面に欠陥層が形成され、ウエットエッチングによりこの欠陥層が除去されて絶縁膜のみを正確にエッチングすることができず、下地層が侵食される。また、例えば半導体装置の高集積化、高密度化に伴って下地層が益々薄膜化し、例えば現在５０〜１００ｎｍレベルの膜厚が近い将来２０〜３０ｎｍレベルになると予測されるため、特許文献１のエッチング方法ではこのような下地層の薄膜化に対処できない。

また、特許文献２の従来方法は、フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種を発生しうるガスによりエッチングするため、素子領域に炭素やフッ素によるコンタミやダメージ層の発生を抑えることができるが、フッ素系化学種以外のハロゲン系化学種（Ｃｌ、Ｂｒ等の元素）によるコンタミを完全には防止できず、この場合においてもダメージ層が形成されることに変わりはなく、下地層の薄膜化等に対処できない。

更に、特許文献３の従来方法は、加速された酸素イオンを半導体基板の表面に照射して、半導体基板の表面に形成されているダメージ層を除去するため、半導体基板の表面が酸素イオンによるエッチングを受けないように酸素イオンのエネルギーを正確に制御しなくてはならない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、半導体装置の高密度化、高集積化に伴って絶縁膜の下地層の薄膜化が促進されても、下地層を全く傷つけることなく、絶縁膜のみを確実且つ高精度にエッチングすることができるエッチング方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のエッチング方法は、所定のパターンで形成されたマスクを介してプラズマを照射してＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜をエッチングする方法において、下地層が露出する直前まで上記絶縁膜をエッチングする第１の工程と、上記絶縁膜の残膜に上記エッチング処理とは別のプラズマを照射して上記残膜の膜質を変化させる第２の工程と、膜質が変化した上記絶縁膜を薬液により除去する第３の工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のエッチング方法は、所定のパターンで形成されたマスクを介してプラズマを照射してＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜をエッチングする方法において、下地層が露出する直前まで上記絶縁膜をエッチングする第１の工程と、上記絶縁膜の残膜に上記エッチング処理とは別のプラズマを照射して上記残膜の膜質を変化させる第２の工程と、膜質が変化した上記絶縁膜を、プラズマを使わないドライエッチングにより除去する第３の工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のエッチング方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記マスクは、ハードマスクを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載のエッチング方法は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、上記第１の工程では、フルオロカーボンガスを用いることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載のエッチング方法は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、上記第２の工程では、ＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜から主としてメチル基を除去することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載のエッチング方法は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、上記第２の工程で用いられるエッチングガスは、少なくともＨ_２ガスまたはＯ_２ガスを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載のエッチング方法は、請求項１及び請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記薬液は、フッ酸、フッ化アンモニウム及び水酸化テトラメチルアンモニウムのうちの少なくとも一種を含むことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載のエッチング方法は、請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記プラズマを使わないドライエッチングは、ケミカルオキサイドリムーバル法であることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載のエッチング方法は、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の発明において、上記下地層は、ＳｉＣまたはＳｉＣＮであることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に記載のエッチング方法は、ＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜をエッチングする方法において、フルオロカーボンガスプラズマにより、下地層が露出せず且つ上記ＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜の残膜の厚みが１００ｎｍ以下となるようにエッチングを行う第１の工程と、Ｈ_２ガスまたはＯ_２ガスを含むプラズマを残余のＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜に照射し、その膜中からメチル基を除去する第２の工程と、メチル基が除去された残膜を、フッ酸、フッ化アンモニウム及び水酸化テトラメチルアンモニウムのうちの少なくとも一種を含む溶液により除去する第３の工程と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、半導体装置の高密度化、高集積化に伴ってＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜の下地層の薄膜化が促進されても、下地層を全く傷つけることなく、絶縁膜のみを確実且つ高精度にエッチングすることができるエッチング方法を提供することができる。

以下、図１〜図５に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
本発明のエッチング方法では、図１に示すプラズマ処理装置を用いて被処理体（例えば、ウエハ）に形成された絶縁膜を下地層の直前まで、即ち絶縁膜の一部を残すエッチングを行って開口部を形成した後、同一のプラズマ処理装置を用いて絶縁膜の残膜部分の膜質を改質し、更に、図２に示す薬液処理装置を用いて改質後の絶縁膜の残膜部分を薬液処理することで絶縁膜の残膜部分のみを正確に除去し、下地層を傷つけることなく露呈させることができる。そこで、まずプラズマ処理装置及び薬液処理装置について説明した後、本発明のエッチング方法の一実施形態について説明する。

本実施形態のエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置１は、例えば図１に示すように、所望の高真空度を保持することができる、表面がアルマイト加工され且つ電気的に接地された処理容器２と、この処理容器２内の底面中央に配設され且つウエハＷを載置する下部電極３と、この下部電極３を下方から支持し且つ処理容器２の底面に絶縁部材２Ａを介して配設された支持体４と、下部電極３と隙間を介して配設され且つ中空状に形成された上部電極５とを備え、ウエハＷの絶縁膜を下地層の直前までエッチングした後、エッチング後の絶縁膜の残膜部分を改質処理するように構成されている。

下部電極３には例えば２ＭＨｚの第１高周波電源６が整合器６Ａを介して接続され、上部電極５には下部電極３よりも周波数の高い、例えば６０ＭＨｚの第２高周波電源７が整合器７Ａを介して接続されている。下部電極３にはハイパスフィルタ８が接続され、上部電極５にはローパスフィルタ９が接続されている。また、処理容器２の底面の排気口２Ｂには排気装置１１がガス排気管１１Ａを介して接続され、この排気装置１１は処理容器２内を真空排気して所望の真空度を維持する。尚、以下では、必要に応じて下部電極３と支持体４を纏めて載置台１０と称して説明する。

上部電極５の上面中央にはガス導入管５Ａが形成され、このガス導入管５Ａは絶縁部材２Ｃを介して処理容器２の上面中央を貫通している。そして、このガス導入管５Ａにはガス供給源１２がガス供給管１３を介して接続され、このガス供給源１２からエッチングガスを供給する。ガス供給源１２は、例えば、第１ガス（例えば、Ｃ_４Ｆ_８）供給源１２Ａ、第２ガス（例えば、Ａｒ）供給源１２Ｂ、第３ガス（例えば、Ｎ_２）供給源１２Ｃ、第４ガス（例えば、Ｏ_２）供給源１２Ｄ及び第５ガス（例えば、Ｈ_２）供給源１２Ｅと、各ガス供給源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅに属する流量制御部１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ、１２Ｉ、１２Ｊと、を有し、これらの各ガス供給源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅが流量制御部１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ、１２Ｉ、１２Ｊを介してそれぞれガス供給管１３に接続されている。そして、ガス供給源１２は、これらの供給源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅのガスを適宜組み合わせて所定の流量比で上部電極５内の中空部内へ供給する。上部電極５の下面には多数の吐出孔５Ｂが均等に分散されて形成され、各吐出孔５Ｂからガス供給源１２から導入された複数のガスを混合してエッチングガスまたは表面改質用ガスとして処理容器２内全体に均等に分散供給する。

従って、排気装置１１によって処理容器２内を真空引きすると共にガス供給源１２から所定のエッチングガスを所定の流量で供給した状態で、下部電極３及び上部電極５にそれぞれの高周波電力を印加し、処理容器２内でエッチングガス（あるいは表面改質用ガス）のプラズマを発生させ、下部電極３上のウエハＷに対して所定のエッチングまたは表面改質を施す。この下部電極３には温度センサ（図示せず）が装着され、温度センサを介して下部電極３上のウエハＷの温度を常時監視している。

載置台１０内には所定の冷媒（例えば、従来公知のフッ素系流体、水等）が通る冷媒流路１０Ａが形成され、冷媒が冷媒流路１０Ａを流れる間に下部電極３が冷却され、下部電極３を介してウエハＷを冷却し、ウエハＷを所望の温度に制御する。また、下部電極３上には絶縁材材料からなる静電チャック１４が配置され、静電チャック１４内の電極板１４Ａには高圧直流電源１５に接続されている。静電チャック１４は高圧直流電源１５から電極板１４Ａに印加された高電圧によって表面に発生する静電気によってウエハＷを静電吸着する。下部電極３の外周縁には静電チャック１４を囲むフォーカスリング１６が配置され、フォーカスリング１６を介してプラズマがウエハＷに集束する。

また、載置台１０にはＨｅガス等の熱伝導性ガスをバックサイドガスとして供給するガス流路１０Ｂが形成され、ガス流路１０Ｂは載置台１０の上面の複数箇所で開口している。これらの開口部は載置台１０上の静電チャック１４に形成された貫通孔と一致している。従って、載置台１０のガス流路１０Ｂにバックサイドガスを供給すると、バックサイドガスはガス流路１０Ｂを経由して静電チャック１３の貫通孔から流出し、静電チャック１４とウエハＷ間の隙間全体に均等に拡散し、隙間での熱伝導性を高めている。尚、図１において、１７は処理容器２に形成されたウエハＷの搬出入口を開閉するゲートバルブである。

上記プラズマ処理装置１ではウエハＷに対してエッチング処理を施して絶縁膜に開口部を形成した後、エッチング処理時に生じた絶縁膜の残膜部分の膜質を改質する。そして、改質後の絶縁膜の残膜部分を次に説明する薬液処理装置で除去する。薬液処理装置を用いて改質後の絶縁膜の残膜部分を薬液処理することにより、残膜部分の下地層に対するエッチング選択比が無限大となり、下地層を全く傷つけることなく残膜部分のみを確実に除去することができる。

薬液処理装置２０は、例えば、図２に示すように、昇降可能なウエハチャック２１と、このウエハチャック２１を回転させるモータ２２と、モータ２２から離隔して配置され且つウエハチャック２１で吸着保持されたウエハＷの上面中央部に薬液を供給する薬液供給手段２３と、ウエハＷの表面から飛散する処理後の薬液を回収する回収容器２４と、を備え、こられの部品は基台２５によって支持されている。

図２に示すように、ウエハチャック２１は、モータ２２の上部を囲むように設けられた昇降機構２６を介して昇降する。薬液供給手段２３は、薬液タンク（図示せず）に接続された薬液供給管２３Ａと、薬液供給管２３Ａの先端に取り付けられたノズル２３Ｂと、ノズル２３Ｂを支持する支持アーム２３Ｃと、支持アーム２３Ｃを昇降させる駆動体２３Ｄとを有し、ノズル２３Ｂがウエハチャック２１によって保持されたウエハＷの中心に薬液を供給する。薬液供給手段２３は、純水等の洗浄液を供給する場合にも用いられる。ウエハＷを洗浄する場合には、ウエハチャック２１の上方に配置された洗浄ブラシ２７が用いられる。また、回収容器２４は、略ドーナツ状の容器として形成され、その内周面の上部には全周に渡って開口部２４Ａが形成され、この開口部２４Ａで回転するウエハＷから飛散する処理後の薬液を回収する。また、回収容器２４の下面には基台２５を下方に貫通する排出部２４Ｂが形成され、処理後の薬液を排出部２４Ｂから所定の回収タンクへ排出する。

次に、プラズマ処理装置１及び薬液処理装置２０を用いる本発明のエッチング方法の一実施形態について図３、図４を参照しながら説明する。本実施形態では、図３の（ａ）、（ｂ）に示すように下地層１０１、ＳｉＣＯＨ系の低誘電性絶縁膜（以下、単に「Ｌｏｗ−ｋ膜」と称す。）１０２、ハードマスク１０３、反射防止膜１０４及びレジスト膜１０５が順次積層して形成されたウエハＷに対してエッチング処理を行う。下地層１０１は、例えばＳｉＣ、ＳｉＣＮ等によって形成されている。ＳｉＣＯＨ系のＬｏｗ−ｋ膜１０２は、Ｓｉ、Ｃ、Ｏ、Ｈを含む有機材料、例えばＭＳＱ（Methyl-Hydrogen-silsesquioxane）系有機材料等によって形成されている。また、ハードマスク１０３は、例えばＳｉＯ_２、ＳｉＮ_ｘ等によって形成されている。尚、レジスト膜１０５には予めフォトリソグラフィー技術により所定のパターンで開口部１０５Ａが形成されている。

上述のウエハＷがプラズマ処理装置１に供給されると、プラズマ処理装置１のゲートバルブ１７が開放され、ウエハＷが搬出入口から処理容器２内に搬入されて下部電極３上に載置されると、ウエハＷは、静電チャック１４上に静電吸着によって固定される。搬出入口がゲートバルブ１７で閉じられた後、ガス供給源１２の第１、第２、第３ガス供給源１２Ａ、１２Ｂ、１２ＣからＣ_４Ｆ_８ガス、Ａｒガス及びＮ_２ガスがそれぞれ所定の流量比に調整されて、上部電極５の吐出口５ＢからウエハＷ上面に向けてエッチングガスとして供給される。

この時のＣ_４Ｆ_８ガス、Ａｒガス及びＮ_２ガスそれぞれのガス流量は、例えばＣ_４Ｆ_８ガスが４〜６ｓｃｃｍ、Ａｒガスが５００〜１０００ｓｃｃｍ、Ｎ_２ガスが１００〜２００ｓｃｃｍの範囲が好ましい。処理容器１１内のガス圧力は、例えば５０〜７５ｍＴｏｒｒの範囲が好ましい。エッチング処理時にはウエハＷの裏面にＨｅガスが流量調整して供給され、ウエハＷを冷却する。

処理容器２内が所定の真空度に設定されると第１、第２高周波電源６、７からそれぞれの高周波電力が印加されて、下部電極１２と上部電極１４の間でエッチングガスのプラズマを発生する。第１高周波電源から印加する高周波電力は例えば４００〜１７００Ｗの範囲が好ましく、第２高周波電源７から印加する高周波電力は例えば３００〜１２００Ｗの範囲が好ましい。

上述の条件で図３の（ａ）に示すウエハＷに対してレジスト膜１０５をマスクとして異方性エッチングを施すと、反射防止膜１０４、ハードマスク１０３及びＬｏｗ−ｋ膜１０２がエッチングされて同図の（ｂ）に示すように開口部１０６が形成される。本実施形態では下地層１０１が露出する直前でＣ_４Ｆ_８ガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガスの供給を止めてエッチング処理を停止し、同図の（ｂ）に示すように下地層１０１上にＬｏｗ−ｋ膜１０２を残膜１０２Ａとして部分的に残す。残膜１０２Ａの膜厚は、１００ｎｍ以下が好ましく、３０〜５０ｎｍの範囲がより好ましい。３０ｎｍ未満では下地層１０１に欠陥層が生じる虞があり、１００ｎｍを超えるとエッチングに続く後処理でＬｏｗ−ｋ膜１０２を確実に除去できない虞がある。残膜１０２Ａの膜厚は、例えばエッチング時間等によって管理することができる。

Ｌｏｗ−ｋ膜１０２のエッチングにより開口部１０６の底面及び側壁に欠陥層１０６Ａが形成されるが、本実施形態では下地層１０１上に残膜１０２Ａがあるため、下地層１０１の表面に欠陥層が形成されることはなく、Ｌｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａの表層部及び開口部１０６の側壁の表層部に欠陥層１０６Ａが形成される。この処理では開口部１０６内にＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａ及び欠陥層１０６Ａが残っているため、残膜１０２Ａ及び欠陥層１０６Ａを除去しなくてはならない。

そこで、本実施形態ではエッチング処理に引き続き、同一のプラズマ処理装置１内でＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａに改質処理を施す。

即ち、ガス供給源１２の第１、第２、第３ガス供給源１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃから第４ガス供給源１２Ｄに切り換え、第４ガス供給源１２Ｄから処理容器２内にＯ_２ガスを所定の流量で改質用ガスとして供給する。この時のＯ_２ガスの流量は例えば１００〜３００ｓｃｃｍの範囲が好ましく、処理容器１１内のガス圧力は例えば５〜２０ｍＴｏｒｒの範囲が好ましい。また、第１高周波電源６から印加する高周波電力は例えば１００〜３００Ｗの範囲が好ましく、第２高周波電源７から印加する高周波電力は例えば０〜３００Ｗの範囲が好ましい。その他の条件はエッチング処理に準じて設定されている。

上述の条件で酸素ガスのプラズマを発生させて、図４の（ａ）に示すウエハＷに酸素プラズマを照射すると、Ｌｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを構成するメチル基が酸素と反応し、メチル基が酸化、除去されて、同図の（ｂ）に示すようにＬｏｗ−ｋ膜の残膜１０２ＡがＳｉ、Ｏを含むガラス成分（ＳｉＯ_ｘ）に改質される。改質処理を終了した後、このウエハＷに薬液処理を施して、ウエハＷの改質部を除去する。

また、Ｌｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａの改質には、酸素ガスに代えてＮ_２／Ｈ_２の混合ガスを改質用ガスとして用いることもできる。この場合には、Ｎ_２ガスの流量は０〜２００ｓｃｃｍの範囲が好ましく、Ｈ_２ガスの流量は例えば２００〜０ｓｃｃｍの範囲が好ましく、処理容器１１内のガス圧力は例えば１０〜５０ｍＴｏｒｒの範囲が好ましい。また、第１高周波電源６から印加する高周波電力は例えば１００〜５００Ｗの範囲が好ましく、第２高周波電源７から印加する高周波電力は例えば１００〜５００Ｗの範囲が好ましい。その他の条件はエッチング処理に準じて設定されている。尚、改質前にアッシング装置（図示せず）を用いてウエハＷ表面のレジスト膜をアッシング処理によって除去する。

次いで、薬液処理装置２０を用いて改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを除去する方法について説明する。本実施形態では、薬液としては、例えばフッ酸、フッ化アンモニウム及び水酸化テトラメチルアンモニウムのうちの少なくとも一種を含む溶液が好ましく用いられる。ここでは希フッ酸を用いる場合について説明する。図示しない搬送装置を介して薬液処理装置２０へウエハＷを供給すると、薬液処理装置２０ではウエハチャック２１が昇降機構２６を介して上昇してウエハＷを受け取って保持した後、ウエハチャック２１がモータ２２を介して高速回転する。この状態で薬液供給手段２３のノズル２３ＢからウエハＷ上面の中心部に薬液として希フッ酸を供給すると、希フッ酸がＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２ＡのＳｉ、Ｏを主成分とするガラス成分と反応しガラス成分を溶かし、ウエハＷからＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを除去する。この時、使用する希フッ酸の濃度は、例えばフッ酸／水が１／１００であり、室温において３０秒から１分間の処理を行う。希フッ酸は下地層１０１のＳｉＣと反応しないため、残膜１０２Ａのみを確実に除去し、下地層１０１が傷つくことなく完全に露呈する。また、この薬液処理によりエッチングにより形成された欠陥層１０６Ａも同時に除去される。処理後のＳｉＦ_４を含む希フッ酸はウエハＷ表面から飛散し、開口部２４Ａを介して回収容器２４で回収される。回収液は回収容器２４の排出部２４Ｂから回収容器２４外へ排出される。

以上説明したように本実施形態によれば、所定のパターンで形成された開口部１０５Ａを有するレジスト膜１０５を介してＣ_４Ｆ_８を含むエッチングガスのプラズマを照射してＬｏｗ−ｋ膜１０２をエッチングする際に、下地層１０１が露出する直前までＳｉＣＯＨ系のＬｏｗ−ｋ膜をエッチングして開口部１０６を形成する第１の工程と、Ｌｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａに酸素ガスのプラズマを照射してＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａの膜質を変化させる第２の工程と、膜質が変化したＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを希フッ酸により除去する第３の工程と、を備えているため、Ｌｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａのみを確実に除去することができ、しかも希フッ酸によって改質されたＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａをウエットエッチングによって除去するため、下地層１０１に対するウエットエッチングの選択比が無限大となり、高精度に開口部１０６を形成することができ、下地層１０１の表面を全く傷つけることなく、露呈させることができる。従って、半導体装置の高密度化、高集積化に伴ってＬｏｗ−ｋ膜１０２の下地層１０１の薄膜化が促進されても、下地層１０１を全く傷つけることなく、Ｌｏｗ−ｋ膜１０２のみを確実にエッチングすることができる

上記実施形態ではフッ素を含む薬液を用いるウエットエッチングによって改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを除去する方法について説明したが、以下で説明するように図５の（ａ）、（ｂ）に示すケミカルオキサイドリムーバル(Chemical Oxide Removal）法を実施する装置（以下、「ＣＯＲ装置」と称す。）及びＰＨＴ(Post Heat Treatment)装置を用いても改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを除去することができる。

即ち、ＣＯＲ装置３０は、図５の（ａ）に示すように、真空な処理容器３１と、処理容器３１内に底面中央部に配置されたウエハＷの載置台３２と、処理容器３１の上壁に設けられたガス供給部３３と、を備え、ガス供給部３３から処理容器３１内に供給された処理用ガスで載置台３２上のウエハＷの改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを揮発可能な化学成分に変換するＣＯＲ処理を行う。ＣＯＲ処理は、処理用ガスをプラズマ化せず、処理用ガスと改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａとの化学反応により揮発可能な化学成分に変換して除去することから、プラズマを使わないドライエッチング処理に該当する。

図５の（ａ）に示すように、処理容器３１の底面には載置台３２の外側に配置された排気部３１Ａが形成され、処理後のガスを排気部３１Ａから外部へ排出する。載置台３２の上面には静電チャック（図示せず）が配置され、その内部には冷媒が循環する冷媒流路３２Ａが形成されている。また、ガス供給部３３の上面にはガス第１、第２導入部３３Ａ、３３Ｂが形成され、また、ガス供給部３３の下面、即ち処理容器３１の上壁には多数の吐出孔３３Ｃが形成され、ガス供給部３３は第１、第２ガス導入部３３Ａ、３３Ｂから導入された処理用ガスを吐出孔３３Ｃから処理容器３１内へ供給する。

処理用ガスとしては、同図に示すように、例えばアンモニアガスとフッ化水素ガスの混合ガスが用いることが好ましく、アルゴンガスを添加しても良い。アンモニアガスはフッ化水素ガスより多く設定することが好ましい。例えば、アンモニアガス／フッ化水素ガスは、例えば流量比（ｓｃｃｍ）で１／１〜２／1の範囲が好ましい。また、処理容器３１内の混合ガスの圧力は、１０〜４０ｍＴｏｒｒの範囲が好ましい。載置台３２は、例えば２５℃に設定することが好ましい。この混合ガスが用いることによって、これらのガスが下記の化学式で示すようにウエハＷの改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａのガラス成分（ＳｉＯ_２）と反応するＣＯＲ処理を施して、揮発ガス成分や揮発可能な錯体化合物（（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）に変換することができる。
〔ＣＯＲ処理〕
ＳｉＯ_２＋４ＨＦ→ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ↑
ＳｉＦ_４＋２ＮＨ_３＋２ＨＦ→（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６

また、ＰＨＴ装置４０は、図５の（ｂ）に示すように処理容器４１及びヒータ４２Ａを内蔵する載置台４２を備え、ＣＯＲ処理後のウエハＷを加熱してＰＨＴ処理を施して、上記の化学式で示すように揮発可能なガス成分を完全に揮発させ、錯体化合物を熱分解してウエハＷから除去する。また、処理容器４１の底面には載置台４２の外側に配置された排気部４１Ａが形成され、図示しないガス供給部から所定のガス（例えば、窒素ガス等の不活性ガス）を供給して、揮発したガス成分を排気するようにしてある。

ウエハＷは、例えば８０〜２００℃の範囲で加熱することが好ましい。また、ウエハＷの処理時間は、例えば６０〜１８０秒の範囲が好ましい。また、処理容器４１内のガス圧力は、例えば５００ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒの範囲が好ましく、窒素ガス等の不活性ガスの流量は、例えば５００〜３０００ｓｃｃｍの範囲が好ましい。尚、ＰＨＴ処理では下記の揮発成分以外にも、同図に示すようにＮ_２やＨ_２も若干揮発する。
〔ＰＨＴ処理〕
（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６→ＳｉＦ_４↑＋２ＮＨ_３↑＋２ＮＦ↑

以上説明したように本実施形態によれば、改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを除去する際にＣＯＲ処理及びＰＨＴ処理を連続して施すため、改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２の残膜１０２Ａを揮発可能な化学成分に変換して確実に除去し、改質後のＬｏｗ−ｋ膜１０２のみを確実に除去して、下地層１０１の表面を傷つけることなく露呈させることができる。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではない。上記実施形態ではＬｏｗ−ｋ膜１０２上にハードマスク１０３、反射防止膜１０４及びレジスト膜１０５が積層された場合について説明したが、反射防止膜１０３及びレジスト膜１０５を除去し、ハードマスク１０３をマスクとしてエッチングする場合にも本発明を適用することができる。要は、絶縁膜をエッチングする際に、絶縁膜を下地層の直前までエッチングして開口部を形成し、その開口部の底面に残された残膜部分をエッチングガスとは別のガスから発生させたプラズマを照射して残膜部分の膜質を改質した後、薬液によって改質部分を除去する方法であれば、本発明に包含される。また、ウエットエッチングに代えて、プラズマを使わないドライエッチング方法、例えばＣＯＲ法を用いて改質後の残膜部分を除去する方法も本発明に包含される。

本発明は、絶縁膜をエッチングして開口部を形成する場合のエッチング方法として好適に利用することができる。

本発明のエッチング方法に用いられるプラズマ処理装置の一例を示す構成図である。エッチング後のＬｏｗ−ｋ膜の残膜部分の除去する工程に用いられる薬液処理装置の一例を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図１に示すプラズマ処理装置を用いてＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする時の工程を示すウエハの要部の断面図である。（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ図１に示すプラズマ処理装置を用いてＬｏｗ−ｋ膜をエッチングし、Ｌｏｗ−ｋ膜の残膜部分の膜質を改質した後、図３に示す薬液処理装置を用いて改質後の欠陥層を除去する工程を示すウエハの要部の断面図である。（ａ）、（ｂ）はそれぞれ図３の（ｃ）に示す改質後のＬｏｗ−ｋ膜の残膜部分を除去する工程に用いられる薬液処理装置以外の処理装置の一例を示す断面図である。（ａ）〜（ｃ）は従来のエッチング方法でＬｏｗ−ｋ膜をエッチングする時の工程を示すウエハの要部の断面図である。

符号の説明

１０１下地層
１０２Ｌｏｗ−ｋ膜(絶縁膜)
１０２Ａ残膜
１０６Ａ欠陥層
１０５レジスト膜（マスク）

Claims

所定のパターンで形成されたマスクを介してプラズマを照射してＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜をエッチングする方法において、下地層が露出する直前まで上記絶縁膜をエッチングする第１の工程と、上記絶縁膜の残膜に上記エッチング処理とは別のプラズマを照射して上記残膜の膜質を変化させる第２の工程と、膜質が変化した上記絶縁膜を薬液により除去する第３の工程と、を備えたことを特徴とするエッチング方法。
所定のパターンで形成されたマスクを介してプラズマを照射してＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜をエッチングする方法において、下地層が露出する直前まで上記絶縁膜をエッチングする第１の工程と、上記絶縁膜の残膜に上記エッチング処理とは別のプラズマを照射して上記残膜の膜質を変化させる第２の工程と、膜質が変化した上記絶縁膜を、プラズマを使わないドライエッチングにより除去する第３の工程と、を備えたことを特徴とするエッチング方法。
上記マスクは、ハードマスクを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング方法。
上記第１の工程では、フルオロカーボンガスを用いることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
上記第２の工程では、ＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜から主としてメチル基を除去することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のエッチング方法。
上記第２の工程で用いられるエッチングガスは、少なくともＨ_２ガスまたはＯ_２ガスを含むことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。
上記薬液は、フッ酸、フッ化アンモニウム及び水酸化テトラメチルアンモニウムのうちの少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１及び請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載のエッチング方法。
上記プラズマを使わないドライエッチングは、ケミカルオキサイドリムーバル法であることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載のエッチング方法。
上記下地層は、ＳｉＣまたはＳｉＣＮであることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のエッチング方法。
ＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜をエッチングする方法において、フルオロカーボンガスプラズマにより、下地層が露出せず且つ上記ＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜の残膜の厚みが１００ｎｍ以下となるようにエッチングを行う第１の工程と、Ｈ_２ガスまたはＯ_２ガスを含むプラズマを残余のＳｉＣＯＨ系低誘電性絶縁膜に照射し、その膜中からメチル基を除去する第２の工程と、メチル基が除去された残膜を、フッ酸、フッ化アンモニウム及び水酸化テトラメチルアンモニウムのうちの少なくとも一種を含む溶液により除去する第３の工程と、を備えたことを特徴とするエッチング方法。