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TW201832286A - 電漿蝕刻方法 - Google Patents

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TW201832286A
TW201832286A TW106141258A TW106141258A TW201832286A TW 201832286 A TW201832286 A TW 201832286A TW 106141258 A TW106141258 A TW 106141258A TW 106141258 A TW106141258 A TW 106141258A TW 201832286 A TW201832286 A TW 201832286A
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勝沼隆幸
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日商東京威力科創股份有限公司
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Abstract

本發明之課題，係於使用含金屬遮罩作為遮罩的情況下，避免因為遮罩材料所導致之蝕刻停止。 解決上述課題之手段係提供一種電漿蝕刻方法，其包含以下步驟：沉積步驟，一邊以第1處理氣體之電漿濺射上部電極，一邊使含有構成上部電極之元素的沉積物，沉積於具有既定之圖案的含金屬遮罩；以及蝕刻步驟，以沉積了含有構成上部電極之元素的沉積物之含金屬遮罩作為遮罩，而以第2處理氣體之電漿來蝕刻被處理膜。

Description

電漿蝕刻方法
本發明之各層面及實施形態，係有關於電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置。
於習知技術，電漿蝕刻裝置係以例如光阻或含金屬遮罩作為遮罩，而進行被處理膜之蝕刻。又，若係以光阻用作遮罩，則有一種手法，是對於含有矽的上部電極施加負直流電壓，同時藉由處理氣體之電漿，而在光阻表面，沉積含矽沉積物以作為保護膜。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2003－282539號公報 [專利文獻2]日本特開2014－82228號公報
[發明所欲解決的問題] 然而，在電漿蝕刻裝置使用含金屬遮罩作為遮罩的情況下，並未顧及到要避免因遮罩材料所導致之蝕刻停止。亦即，在電漿蝕刻裝置，於使用含金屬遮罩作為遮罩的情況下，會由於有金屬從含金屬遮罩飛散，並作為金屬化合物而附著在被處理膜，從而阻礙被處理膜之蝕刻；其結果，有時會有發生蝕刻停止的問題。 [解決問題之技術手段]
本發明一層面之電漿蝕刻方法，包含以下步驟：沉積步驟，一邊以第1處理氣體之電漿濺射上部電極，一邊使含有構成該上部電極之元素的沉積物，沉積於具有既定之圖案的含金屬遮罩；以及蝕刻步驟，以沉積了含有構成該上部電極之元素的沉積物之該含金屬遮罩作為遮罩，而以第2處理氣體之電漿來蝕刻被處理膜。 [發明之效果]
藉由本發明之各層面及實施形態，而使用含金屬遮罩以作為遮罩，可實現一種電漿蝕刻方法，其可以避免因為遮罩材料所導致之蝕刻停止。
以下針對所揭露之電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置之實施形態，參照圖式而進行詳細說明。又，本實施形態所揭露之發明並不用以限定。各實施形態可在不使處理內容彼此產生矛盾的範圍內，酌情組合。
（第1實施形態之電漿蝕刻裝置） 圖1係單純化第1實施形態之電漿蝕刻裝置而示意繪示的剖面圖。如圖1所示，電漿蝕刻裝置，係下部施加雙頻RF型的電漿蝕刻裝置，其由第1高頻電源89對作為下部電極之承載盤16，施加用以產生電漿之例如40MHz的高頻（RF）電力，並且從第2高頻電源90，施加用以引入離子之例如2MHz的高頻（RF）電力；又係如圖示般，係將可變直流電源50連接至上部電極34，而對上部電極34施加既定之直流（DC）電壓的電漿蝕刻裝置。
圖2係繪示第1實施形態之電漿蝕刻裝置的概略剖面圖。電漿蝕刻裝置，係構成為電容耦合型的平行平板電漿蝕刻裝置，具有例如表面經過陽極氧化處理之鋁所構成之大致圓筒狀的腔體（處理容器）10。腔體10有接地。
於腔體10之底部，隔著陶瓷等所構成之絶緣板12，而配置圓柱狀的承載盤支持台14。在承載盤支持台14上，設有例如由鋁所構成之承載盤16。承載盤16構成下部電極，而在承載盤16上載置有作為被處理體之半導體晶圓（以下稱為「晶圓」）W。
在承載盤16之頂面，設有以靜電力吸附保持晶圓W的靜電式固定座18。靜電式固定座18，具有以一對絶緣層或絶緣片夾住導電膜所構成之電極20的構造，電極20則與直流電源22電性連接。在靜電式固定座18，係以來自直流電源22的直流電壓所產生的庫侖力等靜電力，而吸附保持晶圓W。
在靜電式固定座18（晶圓W）之周圍、且係承載盤16之頂面，配置著提高蝕刻均勻性的導電性之聚焦環（補正環）24。聚焦環（補正環）24例如係由矽所形成。於承載盤16及承載盤支持台14之側面，設有例如由石英所構成之圓筒狀的內壁構件26。
於承載盤支持台14之內部，例如在圓周上設有冷媒室28。對於冷媒室28，係從設在外部之未圖示之急冷器單元，經由配管30a、30b，而循環供給既定溫度之冷媒。承載盤16上之晶圓W的處理溫度，係藉由冷媒的溫度而受到控制。
再者，從未圖示之導熱氣體供給機構，會經由氣體供給管線32，而對靜電式固定座18的頂面及晶圓W的背面之間，供給例如係氦氣之導熱氣體。
在作為下部電極之承載盤16上方，係以相向於承載盤16的方式，平行地設置上部電極34。上部電極34與下部電極16之間的空間，就是「電漿產生空間」。上部電極34，係與作為下部電極之承載盤16上的晶圓W相向，而形成與電漿產生空間相接之面，亦即相向面。
上部電極34透過絶緣性遮蔽構件42，而被支撐在腔體10的上部。上部電極34係由電極板36及水冷構造的電極支持體38所構成；電極板36構成相向於承載盤16的面，且具有許多氣體釋出孔37；電極支持體38以裝卸自如地方式支持電極板36，並係由導電性材料所構成。形成電極支持體38的導電性材料，係例如表面經過陽極氧化處理的鋁。電極板36係由含矽物質所形成，例如係由矽所形成。矽係構成上部電極34之元素的一例。電極支持體38之內部，設有氣體擴散室40。有許多連通至氣體釋出孔37的氣體通流孔41，就從氣體擴散室40，朝向下方延伸。
於電極支持體38，形成有氣體導入口62，用以對氣體擴散室40導入處理氣體。氣體導入口62連接著氣體供給管64，氣體供給管64則連接著處理氣體供給源66。於氣體供給管64，自上游側依序設有質量流量控制器（MFC）68及開閉閥70。從處理氣體供給源66，釋出例如C4 F8 氣體這類的碳氟氣體（CxFy）以作為用以蝕刻的處理氣體；其係由氣體供給管64到達氣體擴散室40，再經由氣體通流孔41及氣體釋出孔37，而噴灑（shower）狀地釋出至電漿產生空間。亦即，上部電極34發揮用以供給處理氣體的噴灑頭（shower head）的功能。
又，如後文所述，處理氣體供給源66會供給用於沉積含矽沉積物的處理氣體、或是用於蝕刻的處理氣體等等。處理氣體供給源66所供給之氣體的詳情，留待後述。
上部電極34經由低通濾波器（LPF）46a，而與可變直流電源50電性連接。可變直流電源50，亦可係雙極電源。可變直流電源50，藉由通—斷開關（on-off switch）52，而可對供電進行導通或切斷。可變直流電源50的極性及電流、電壓，以及通—斷開關52的導通・切斷，係受到控制器（控制裝置）51所控制。
低通濾波器（LPF）46a，係用以捕捉來自後述之第1及第2高頻電源的高頻，較佳係由LR濾波器或LC濾波器所構成。
圓筒狀的接地導體10a，設置成從腔體10的側壁，延伸至比上部電極34的高度位置更為朝向上方。圓筒狀的接地導體10a，在其上部具有頂板。
作為下部電極的承載盤16，係經由匹配器87而與第1高頻電源89電性連接。又，承載盤16，經由匹配器88而與第2高頻電源90電性連接。第1高頻電源89，輸出27MHz以上的頻率，例如40MHz的高頻電力。第1高頻電源89所輸出之高頻電力，係用以產生電漿的高頻電力；於下文中，簡明記述為「產生電漿用高頻電力」。第2高頻電源90，輸出13.56MHz以下的頻率，例如2MHz的高頻電力。第2高頻電源90所輸出之高頻電力，係用以引入電漿中的離子之高頻電力；於下文中，簡明記述為「引入離子用高頻電力」。又，第1高頻電源89，亦可經由匹配器87，而與上部電極34電性連接。
匹配器87、88，分別係用以對第1及第2高頻電源89、90之內部（或輸出）阻抗進行負載阻抗之匹配者；其功能係在對腔體10內產生電漿時，使第1及第2高頻電源89、90之內部阻抗與負載阻抗表觀上一致。
於腔體10的底部設有排氣口80，排氣口80經由排氣管82而與排氣裝置84連接。排氣裝置84，具有渦輪分子泵等等的真空泵，而可以使腔體10內減壓至所要的真空度。再者，於腔體10的側壁，設有晶圓W的搬入搬出口85。搬入搬出口85，可藉由閘閥86而開閉。再者，沿著腔體10的內壁，裝卸自如地設有沉積屏蔽罩（deposition shield）11，用以防止蝕刻副產物（沉積物）附著。亦即，沉積屏蔽罩11，就構成腔體壁。再者，沉積屏蔽罩11，亦設於內壁構件26之外圈。腔體10底部之腔體壁側的沉積屏蔽罩11、與內壁構件26側的沉積屏蔽罩11之間，設有排氣板83。就沉積屏蔽罩11及排氣板83而言，較佳係可使用在鋁材包覆Y2 O3 等陶瓷者。
在沉積屏蔽罩11之構成腔體10之內壁的部分，於大致與晶圓W相同的高度部分，設有直流接地式連接的導電性構件（接地塊）91，藉此而發揮如後文所述的防止異常放電之效果。
電漿蝕刻裝置之各構成部，係構成為連接至控制部（全體控制裝置）95並受其控制。再者，控制部95連接著鍵盤及使用者介面96；該鍵盤供製程管理者進行用以管理電漿蝕刻裝置之指令的輸入操作等；該使用者介面96係由顯示器等所構成，而將電漿處理裝置的運轉狀況可視化顯示。
控制部95連接著儲存有控制程式及製程配方的記憶部97，該控制程式係用以透過控制部95之控制而實現以電漿蝕刻裝置執行之各種處理，該製程配方即是用以配合處理條件而使電漿蝕刻裝置之各構成部執行處理的程式。製程配方可記錄於硬碟或半導體記憶體，亦可係以容納在CDROM、DVD等可攜式之電腦可讀取記憶媒體之狀態，而設置在記憶部97之既定位置。
於電漿蝕刻裝置，係視需要而依據來自使用者介面96之指示等，從記憶部97叫出任一製程配方，使控制部95執行，而得以在控制部95之控制下，在電漿蝕刻裝置進行所要的處理。
例如，控制部95控制電漿蝕刻裝置之各部，以使其執行後述之電漿蝕刻方法。茲舉一詳細例：控制部95，一邊以第1處理氣體之電漿濺射上部電極34，一邊使含有構成上部電極34之元素的沉積物，沉積於設在被處理體的「含金屬遮罩」。然後，控制部95以「沉積了含有構成上部電極34之元素的沉積物之含金屬遮罩」作為遮罩，而藉由第2處理氣體之電漿來蝕刻被處理膜。在此，所謂之被處理體，係例如晶圓W。
在如此構成之電漿蝕刻裝置進行蝕刻處理之際，首先使閘閥86成為開啟狀態，再經由搬入搬出口85，而將作為蝕刻對象之晶圓W搬入腔體10內，並載置在承載盤16上。然後，以既定之流量，從處理氣體供給源66對氣體擴散室40，供給用以蝕刻之處理氣體；一方面經由氣體通流孔41及氣體釋出孔37而供給至腔體10內，一方面藉由排氣裝置84而從腔體10內排氣，使其內部的壓力達到例如0.1～150Pa之範圍內的設定値。
像這般在對腔體10內導入蝕刻氣體之狀態下，一邊以既定之功率，從第1高頻電源89，對於作為下部電極之承載盤16施加產生電漿用高頻電力，一邊以既定之功率，從第2高頻電源90施加引入離子用高頻電力。然後，從可變直流電源50，對上部電極34施加既定之直流電壓。更進一步地，從靜電式固定座18用的直流電源22，對靜電式固定座18的電極20施加直流電壓，以使晶圓W固定在承載盤16。
形成在上部電極34之電極板36的氣體釋出孔37所釋出之處理氣體，於藉由高頻電力而產生在上部電極34、與作為下部電極之承載盤16之間的輝光放電當中電漿化，並以電漿所產生之自由基及離子，而蝕刻晶圓W之被處理面。
於電漿蝕刻裝置，由於對於作為下部電極之承載盤16，係由第1高頻電源89供給較高頻域（例如，27MHz以上）之高頻電力，因此可以在較佳狀態下使電漿高密度化；即使在更低壓之條件下，亦能形成高密度電漿。
（第1實施形態之電漿蝕刻方法） 圖3係繪示第1實施形態之電漿蝕刻處理流程之一例的流程圖。如同下述之詳細說明，電漿蝕刻裝置，係對於依序積層有「被處理膜」、以及「具有既定圖案之含金屬遮罩」的晶圓W，執行一連串的處理。再者，於以下說明中，上部電極34係以含矽物質所形成。
又，被處理膜係例如含矽膜。含矽膜，係含有例如：SiO2 、SiOC、SiC及SiN中之至少任一種。再者，含金屬遮罩，係例如：金屬、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬碳化物、或金屬與矽的化合物。金屬，係包含例如：鈦（Ti）、鉭（Ta）及鎢（W）中之至少任一種。金屬氮化物，係包含例如：氮化鈦（Ti3 N4 ）及氮化鉭（Ta3 N5 ）之至少任一種。金屬氧化物，係例如氧化鈦（TiO2 ）。金屬碳化物，係例如碳化鎢（WC）。金屬與矽的化合物，係例如，二矽鎢（WSi2 ）。
回到圖3的說明。如圖3所示，電漿蝕刻裝置，一到處理時機（程序S101），就會一邊對含矽之上部電極34施加負直流電壓，一邊以第1處理氣體的電漿，對於含金屬遮罩表面，沉積含矽沉積物，以進行沉積步驟（程序S102）。第1處理氣體，含有稀有氣體。稀有氣體，係含有例如氬、氦、氙及氖之至少任一種。含矽沉積物，係含有構成上部電極34之元素的沉積物之一例。
圖4係繪示第1實施形態之沉積步驟的圖式。電漿蝕刻裝置的控制部95，使第1高頻電源89施加高頻電力，同時使上部電極34與可變直流電源50連接，而施加既定之直流（DC）電壓。此時，不會由第2高頻電源90施加引入離子用高頻電力。亦即，如圖4之（1）所示，控制部95在形成電漿之際，對於上部電極34，會由可變直流電源50施加既定之負直流電壓。更佳係電漿蝕刻裝置對於作為施加電極之上部電極34的表面，亦即電極板36的表面，施加來自可變直流電源50的電壓，以使電極板36表面之自我偏壓Vdc得以加深（亦即使得在上部電極34表面之Vdc的絶對値變大）至能獲得既定之（適度之）濺鍍效果的程度。並且，控制部95對腔體10內供給第1處理氣體，例如氬。
其結果，如圖4之（1）所示，例如氬離子會轟擊電極板36之表面，而使形成電極板36的矽被濺射出來，被濺射出來之矽會降落到含金屬遮罩203。這麼一來，如圖4之（2）所示，含金屬遮罩203的表面，會沉積有含矽沉積物204。藉此，由於含金屬遮罩203的耐電漿特性會提升，因此會抑制來自含金屬遮罩203之金屬飛散，被處理膜之蝕刻就不會受到金屬化合物之阻礙。就結果而言，可以避免因為含金屬遮罩203的材料所導致之蝕刻停止。
回到圖3的說明。接著，電漿蝕刻裝置，會以沉積有含矽沉積物的含金屬遮罩作為遮罩，藉由第2處理氣體之電漿，蝕刻被處理膜，以進行蝕刻步驟（程序S103）。第2處理氣體，係例如包含CF類氣體。CF類氣體，係例如包含C4 F6 氣體、C5 F8 氣體、C4 F8 氣體、CF4 氣體、CHF3 氣體及CH2 F2 氣體之至少任一種。
（第1實施形態之效果） 若藉由上述第1實施形態，一邊對上部電極34施加負直流電壓，一邊藉由第1處理氣體之電漿，而使含矽沉積物沉積於設在被處理體的含金屬遮罩；再以沉積有含矽沉積物的含金屬遮罩作為遮罩，而藉由第2處理氣體之電漿來蝕刻被處理膜。藉此，由於含金屬遮罩的耐電漿特性會提升，因此會抑制來自含金屬遮罩之金屬飛散，被處理膜之蝕刻就不會受到金屬化合物之阻礙。就結果而言，可以避免因為含金屬遮罩的材料所導致之蝕刻停止。
（另一實施形態） 以上，針對第1實施形態之電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置進行了說明，但所要揭露的技術並不限定於此。於下文中，將針對另一實施形態，進行說明。
於上述實施形態中，係以藉由對上部電極34施加負直流電壓而對於含金屬遮罩沉積含矽沉積物的情形為例說明，但所要揭露的技術並不限定於此。例如，亦可以取代對上部電極34施加負直流電壓，而改為對上部電極34施加13.56MHz以下的高頻電力，例如2MHz。或者，亦可以對下部電極16施加13.56MHz以下的高頻電力，例如2MHz。或者，亦可以對上部電極34及下部電極16，都施加13.56MHz以下的高頻電力，例如2MHz。若對上部電極34、或下部電極16、或上部電極34及下部電極16之雙方，施加上述頻域的高頻電力，即可獲得相同於對上部電極34施加負直流電壓時之濺射效果。藉此，會在含金屬遮罩，沉積含矽沉積物。
再者，於上述實施形態，係以藉由含矽物質來形成上部電極34的情況為例，進行了說明，但所要揭露的技術並不限定於此。例如，上部電極34亦可由含有金屬之物質形成。含有金屬之物質，係例如包含釕等等以作為金屬。釕等等的金屬，係構成上部電極34之元素的一例。當上部電極34係以含有金屬之物質形成之情況下，控制部95會藉由對上部電極34施加負直流電壓，而對於含金屬遮罩，沉積含有金屬之物質。
又，當上部電極34係以含矽物質或者含有金屬之物質形成之情況下，可思及會發生以下的現象。即，「構成含金屬遮罩的原子」、與降落之「構成上部電極34的原子」結合之區域，會在含金屬遮罩、以及沉積在該含金屬遮罩的沉積物之間，形成界面；藉此，含金屬遮罩的耐電漿特性會提升。例如，使用含有矽的上部電極34之情況下，含金屬遮罩、以及沉積在該含金屬遮罩的沉積物間的界面上，會形成含有金屬矽化物的區域。
（沉積步驟及蝕刻步驟之反覆） 電漿蝕刻裝置，亦可使沉積步驟與蝕刻步驟交互反覆。藉由使沉積步驟與蝕刻步驟交互反覆，會更進一步地提升含金屬遮罩的耐電漿特性，因此會更確實地抑制來自含金屬遮罩之金屬飛散，被處理膜之蝕刻就不會受到金屬化合物之阻礙。就結果而言，可以更確實地避免因為含金屬遮罩的材料所導致之蝕刻停止。
再者，在電漿蝕刻裝置交互反覆沉積步驟與蝕刻步驟的情況下，蝕刻步驟會以比沉積步驟更長的處理時間來執行。藉此，即使在沉積步驟中，不僅是含金屬遮罩、就連被處理膜上也沉積了較大厚度之含矽沉積物，依然能在蝕刻步驟中，有效率地一併去除被處理膜、以及被處理膜上的含矽沉積物。
（沉積步驟之處理時間） 於另一實施形態，隨著沉積步驟與蝕刻步驟的反覆次數而使得在被處理膜之既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越增加沉積步驟之處理時間。又，被處理膜之既定圖案，包含孔洞或凹槽。以下將參照圖5，針對在沉積步驟增加處理時間的情況，進行更進一步的說明。
圖5係繪示反覆沉積步驟與蝕刻步驟之情況下，各步驟執行後之晶圓W剖面之一例的圖式。在此，係以沉積步驟與蝕刻步驟反覆3次之情況為例，進行說明。再者，電漿蝕刻裝置，係對於依序積層有被處理膜301、以及具有既定圖案的含金屬遮罩302的晶圓W，執行一連串的處理。
首先，電漿蝕刻裝置，執行第1次的沉積步驟。執行第1次沉積步驟後的晶圓W之剖面，會是例如以圖5的（a－1）所示之狀態。亦即，藉由執行第1次的沉積步驟，會在含金屬遮罩302的表面，沉積含矽沉積物303a。
接著，電漿蝕刻裝置執行第1次的蝕刻步驟。執行第1次蝕刻步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖5的（b－1）所示之狀態。亦即，藉由執行第1次的蝕刻步驟，會在被處理膜301形成既定圖案304。
接著，電漿蝕刻裝置就執行第2次的沉積步驟。電漿蝕刻裝置所進行之處理，係第2次沉積步驟之處理時間，比第1次沉積步驟之處理時間更長。執行第2次沉積步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖5的（a－2）所示之狀態。亦即，藉由使所進行之處理，係第2次沉積步驟之處理時間，比第1次沉積步驟之處理時間更長，而在含金屬遮罩302的表面，沉積出比含矽沉積物303a更厚的含矽沉積物303b。
接著，電漿蝕刻裝置執行第2次的蝕刻步驟。執行第2次蝕刻步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖5的（b－2）所示之狀態。亦即，藉由執行第2次的蝕刻步驟，而使形成在被處理膜301的既定圖案304變得更深。
接著，電漿蝕刻裝置執行第3次的沉積步驟。此時，電漿蝕刻裝置所進行之處理，係使第3次沉積步驟之處理時間，比第2次沉積步驟之處理時間更長。執行第3次沉積步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖5的（a－3）所示之狀態。亦即，藉由使所進行之處理，係第3次沉積步驟之處理時間，比第2次沉積步驟之處理時間更長，而在含金屬遮罩302的表面，沉積出比含矽沉積物303b更厚的含矽沉積物303c。
接著，電漿蝕刻裝置執行第3次的蝕刻步驟。執行第3次蝕刻步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖5的（b－3）所示之狀態。亦即，藉由執行第3次的蝕刻步驟，而使形成在被處理膜301的既定圖案304變得更深。
像這般，隨著沉積步驟與蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於被處理膜之孔洞或凹槽越深時，就越加長沉積步驟的處理時間，藉此而可以在含金屬遮罩上形成很厚的含矽沉積物。其結果，由於含金屬遮罩相對於被處理膜之耐電漿特性會提升，因此可以更確實地避免因為含金屬遮罩的材料所導致之蝕刻停止。再者，由於形成於被處理膜之既定圖案若是越深，則能夠到達既定圖案之底部的含矽沉積物的量會越少，所以即使加長沉積步驟之處理時間，也能避免既定圖案的脫模性（release property）之降低。
（於沉積步驟，施加在上部電極之負直流電壓） 於另一實施形態，隨著沉積步驟與蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於被處理膜之既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越增加沉積步驟中施加於上部電極34之負直流電壓之絶對値。在此情況下，轟擊在上部電極34之離子能量會加大，而使上部電極34所含有之矽的濺出量加大，而加大濺射出來之矽在含金屬遮罩表面的降落量。藉此，可以使含金屬遮罩上的矽沉積物緩緩地增厚。其結果，由於含金屬遮罩相對於被處理膜之耐電漿特性會提升，所以可以更確實地避免因為含金屬遮罩的材料所導致之蝕刻停止。
（沉積步驟中的壓力） 於另一實施形態，隨著沉積步驟與蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於被處理膜之既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越增加沉積步驟中的壓力。在此情況下，相較於未變更壓力的情況，轟擊至上部電極34的離子通量會加大，上部電極34所含有的矽之濺出量會加大，濺射出來之矽降落至含金屬遮罩表面的量會加大。藉此，可以使含金屬遮罩上的矽沉積物加厚。其結果，由於含金屬遮罩相對於被處理膜的耐電漿特性會提升，所以可以更確實地避免因為含金屬遮罩的材料所導致之蝕刻停止。
（蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力） 於另一實施形態，隨著沉積步驟與蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於被處理膜之既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越增加蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力。以下將參照圖6，針對增加蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力的一例，進行說明。
圖6係繪示反覆沉積步驟與蝕刻步驟之情況下，各步驟執行後之晶圓W剖面之另一例的圖式。在此，係以沉積步驟與蝕刻步驟反覆3次之情況為例，進行說明。再者，電漿蝕刻裝置，係對於依序積層有被處理膜301、以及具有既定圖案的含金屬遮罩302的晶圓W，執行一連串的處理。
首先，電漿蝕刻裝置，執行第1次的沉積步驟。執行第1次沉積步驟後的晶圓W之剖面，會是例如以例如圖6的（a－1）所示之狀態。亦即，藉由執行第1次的沉積步驟，會在含金屬遮罩302的表面，沉積含矽沉積物303a。
接著，電漿蝕刻裝置執行第1次的蝕刻步驟。執行第1次蝕刻步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖6的（b－1）所示之狀態。亦即，藉由執行第1次的蝕刻步驟，會在被處理膜301形成既定圖案304。
接著，電漿蝕刻裝置就執行第2次的沉積步驟。電漿蝕刻裝置所進行之處理，係第2次沉積步驟之處理時間，比第1次沉積步驟之處理時間更長。執行第2次沉積步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖6的（a－2）所示之狀態。亦即，藉由使所進行之處理，係第2次沉積步驟之處理時間，比第1次沉積步驟之處理時間更長，而在含金屬遮罩302的表面，沉積出比含矽沉積物303a更厚的含矽沉積物303b。
接著，電漿蝕刻裝置執行第2次的蝕刻步驟。此時，相較於第1次的蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力，電漿蝕刻裝置會增加第2次的蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力。執行第2次蝕刻步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖6的（b－2）所示之狀態。亦即，藉由執行第2次的蝕刻步驟，而使形成在被處理膜301的既定圖案304變得更深。再者，藉由增加第2次的蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力，而使入射至既定圖案304的離子之能量增加。藉此，會提升入射至既定圖案304的離子之直進性。
接著，電漿蝕刻裝置執行第3次的沉積步驟。此時，電漿蝕刻裝置所進行之處理，係使第3次沉積步驟之處理時間，比第2次沉積步驟之處理時間更長。執行第3次沉積步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖6的（a－3）所示之狀態。亦即，藉由使所進行之處理，係第3次沉積步驟之處理時間，比第2次沉積步驟之處理時間更長，而在含金屬遮罩302的表面，沉積出比含矽沉積物303b更厚的含矽沉積物303c。
接著，電漿蝕刻裝置執行第3次的蝕刻步驟。此時，相較於第2次的蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力，電漿蝕刻裝置會增加第3次的蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力。執行第3次蝕刻步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖6的（b－3）所示之狀態。亦即，藉由執行第3次的蝕刻步驟，而使被處理膜301的既定圖案304變得更深。再者，藉由使第3次的蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力更進一步地增加，而會更進一步地增加入射至既定圖案304的離子之能量。藉此，會提升入射至既定圖案304的離子之直進性。
像這般，若形成於被處理膜之既定圖案越深，就越增加蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力，藉此而會提升入射至既定圖案的離子之直進性。此時，由於已增加含金屬遮罩上的含矽沉積物之厚度，而能使含金屬遮罩相對於被處理膜的耐電漿特性在不惡化的情況下，就可減少衝撞至既定圖案之側壁的斜向入射離子。就結果而言，可以在抑制來自含金屬遮罩之金屬飛散的同時，還抑制既定圖案的形狀變成酒桶型的弓形彎曲（Bowing）、或是既定圖案的形狀在途中變型的折曲（bending）之發生。
（蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力的頻率） 於另一實施形態，隨著沉積步驟與蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於被處理膜之既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越降低蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力的頻率。在此情況下，入射至形成於被處理膜之既定圖案的離子之能量會增加。藉此，入射至既定圖案的離子之直進性會提升。此時，由於已增加含金屬遮罩上的含矽沉積物之厚度，而能使含金屬遮罩相對於被處理膜的耐電漿特性在不惡化的情況下，就可減少衝撞至既定圖案之側壁的斜向入射離子。就結果而言，可以在抑制來自含金屬遮罩之金屬飛散的同時，還抑制既定圖案的形狀變成酒桶型的弓形彎曲、或是既定圖案的形狀在途中變型的折曲之發生。
（蝕刻步驟中之壓力） 於另一實施形態，隨著沉積步驟與蝕刻步驟的反覆次數而使得在被處理膜的既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越減少蝕刻步驟中之壓力。藉此，入射至既定圖案的離子之直進性會提升。此時，由於已增加含金屬遮罩上的含矽沉積物之厚度，而能使含金屬遮罩相對於被處理膜的耐電漿特性在不惡化的情況下，就可減少衝撞至既定圖案之側壁的斜向入射離子。就結果而言，相同於增加蝕刻步驟中之引入離子用高頻電力的情況，可以在抑制來自含金屬遮罩之金屬飛散的同時，還抑制既定圖案的形狀變成酒桶型的弓形彎曲、或是既定圖案的形狀在途中變型的折曲之發生。
（氧化步驟） 於另一實施形態，電漿蝕刻裝置亦可在沉積步驟與蝕刻步驟之間，更進一步地執行如下的氧化步驟：使沉積於含金屬遮罩的含矽沉積物，表面藉由含氧氣體的電漿而氧化，以形成氧化區域。在此情況下，電漿蝕刻裝置在蝕刻步驟中，藉由第2處理氣體之電漿而蝕刻被處理膜的同時，就會去除氧化區域。含氧氣體，係包含例如：O2 、CO2 及CO中之至少任一種。以下將參照圖7，針對在沉積步驟與蝕刻步驟之間執行氧化步驟的情況，更進一步地進行說明。
圖7係繪示在沉積步驟與蝕刻步驟之間執行氧化步驟之情況下，各步驟執行後之晶圓W剖面之一例的圖式。在此，電漿蝕刻裝置，係對於依序積層有被處理膜401、以及具有既定圖案之含金屬遮罩402的晶圓W，執行一連串的處理。又，被處理膜401設定為係已形成有既定圖案404者。
首先，電漿蝕刻裝置執行沉積步驟。執行沉積步驟後的晶圓W之剖面，係例如圖7的（a）所示之狀態。亦即，藉由執行沉積步驟，會在含金屬遮罩402的表面，沉積含矽沉積物403。此外，於含金屬遮罩402的圖案之開口部，附著有含矽沉積物403一部分。在此，於含矽沉積物403之中，若附著在含金屬遮罩402的圖案之開口部的部分很厚，則有在含金屬遮罩402的圖案之開口部發生閉塞之虞。
接著，電漿蝕刻裝置，就使用O2 電漿，來執行氧化步驟。執行氧化步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖7的（b）所示之狀態。亦即，含矽沉積物403的表面氧化，而形成氧化區域403a。
接著，電漿蝕刻裝置執行蝕刻步驟。執行蝕刻步驟後的晶圓W之剖面，會是例如圖7的（c）所示之狀態。亦即，藉由執行蝕刻步驟，被處理膜401的既定圖案會更深，並從含矽沉積物403去除氧化區域403a。藉此，含矽沉積物403之中，附著在含金屬遮罩402的圖案之開口部的部分會變薄。
像這般，藉由使含金屬遮罩上的含矽沉積物之表面氧化而形成氧化區域，並在蝕刻被處理膜時去除氧化區域，而可以使含矽沉積物當中，附著在含金屬遮罩的圖案之開口部的部分變薄。就結果而言，可以抑制含金屬遮罩的圖案之開口部的閉塞。
（沉積步驟、氧化步驟及蝕刻步驟之反覆） 於另一實施形態，電漿蝕刻裝置亦可依序反覆沉積步驟、氧化步驟、及蝕刻步驟。在此情況下，會使含矽沉積物當中，附著在含金屬遮罩的圖案之開口部的部分變薄，並且在提升含金屬遮罩的耐電漿特性的同時，進行蝕刻。就結果而言，可以更穩定地迎制含金屬遮罩的圖案之開口部的閉塞，並且更確實地避免因為含金屬遮罩的材料所導致之蝕刻停止。
（氧化步驟中之處理時間） 於另一實施形態，隨著沉積步驟、氧化步驟、及蝕刻步驟之反覆次數而使得形成於被處理膜之既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越加長氧化步驟中之處理時間。在此情況下，可以配合含金屬遮罩上的含矽沉積物之厚度，而階段性地加厚氧化區域，並且可以在蝕刻被處理膜時適當地去除氧化區域。就結果而言，即使係依序反覆沉積步驟、氧化步驟、及蝕刻步驟的情況下，亦得以抑制含金屬遮罩的圖案之開口部的閉塞。
（氧化步驟中之壓力） 於另一實施形態，隨著沉積步驟、氧化步驟、及蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於被處理膜之既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越增加氧化步驟中之壓力。在此情況下，可以配合含金屬遮罩上的含矽沉積物之厚度，而階段地加厚氧化區域，並且可以在蝕刻被處理膜時適當地去除氧化區域。就結果而言，即使係依序反覆沉積步驟、氧化步驟、及蝕刻步驟的情況下，亦得以抑制含金屬遮罩的圖案之開口部的閉塞。
（氧化步驟中之產生電漿用高頻電力） 於另一實施形態，隨著沉積步驟、氧化步驟、及蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於被處理膜之既定圖案越深時，電漿蝕刻裝置亦可越增加氧化步驟中之產生電漿用高頻電力。在此情況下，可以配合含金屬遮罩上的含矽沉積物之厚度，而階段地加厚氧化區域，並且可以在蝕刻被處理膜時適當地去除氧化區域。就結果而言，即使係依序反覆沉積步驟、氧化步驟、及蝕刻步驟的情況下，亦得以抑制含金屬遮罩的圖案之開口部的閉塞。
以下將針對所揭露的電漿蝕刻方法，舉出實施例以更進一步地進行詳細說明。但是，所揭露的電漿蝕刻方法，並不限定於下述實施例。
（比較例1） 於比較例1，係對於被處理體，進行了蝕刻步驟。被處理體，係使用具有下述構造的測試用晶片。蝕刻步驟，係使用下述條件來進行。 （被處理體） 被處理膜：SiO2 膜 含金屬遮罩：氮化鈦（Ti3 N4 ） （蝕刻步驟） 處理氣體：C4 F6 ／Ar／O2 ＝5／950／4sccm 壓力：2.7Pa（20mTorr） 來自第1高頻電源的高頻電力：100W 來自第2高頻電源的高頻電力：150W 供給至上部電極的直流電壓：－300V 處理時間：600秒
（實施例1） 於實施例1，係對於被處理體，先進行了沉積含矽沉積物之沉積步驟，才進行蝕刻步驟；並且交互反覆沉積步驟與蝕刻步驟50次。被處理體係使用具有與比較例1相同之構造者。沉積步驟則係用以下條件進行。蝕刻步驟，除了採用以下所示之處理時間這一點以外，皆使用相同於比較例1的條件來進行。 （沉積步驟） 處理氣體：Ar＝800sccm 壓力：6.7Pa（50mTorr） 來自第1高頻電源的高頻電力：300W 來自第2高頻電源的高頻電力：0W 供給至上部電極的直流電壓：－900V 處理時間：5秒 （蝕刻步驟） 處理時間：10秒
圖8係繪示比較例1及實施例1之處理結果的圖式。於圖8中，「Conv. Etch 600秒」，係代表比較例1中之進行過蝕刻步驟後的被處理體。再者，「Si coat＋Conv. Etch 5秒＋10秒，50循環」，係代表實施例1中之交互反覆沉積步驟與蝕刻步驟50次後的被處理體。又，圖中之「剖面」，係放大被處理體之剖面而得之照片的描繪圖（traced drawing）。
再者，於圖8中，「SiO2 Depth」係代表形成在SiO2 膜的蝕刻孔洞之深度。
如圖8所示，於比較例1，發生了因為含金屬遮罩所導致之蝕刻停止。相對於此，於實施例1，蝕刻孔洞的深度係「293nm」，滿足預先設定之容許規格。
像這般，從實施例1與比較例1之比較可知，在實施例1，可以藉由沉積含矽沉積物，而避免發生因為含金屬遮罩的材料所導致之蝕刻停止。
又，在連續性地處理複數之被處理體的情況下，可思及會由於濺射上部電極34，而使濺射出來之原子累積性地附著在腔體10之內壁。因此，亦可在每處理1片或1批次之被處理體時，實施去除腔體10之內壁的附著物之清潔處理。
10‧‧‧腔體
10a‧‧‧接地導體
11‧‧‧沉積屏蔽罩
12‧‧‧絶緣板
14‧‧‧承載盤支持台
16‧‧‧承載盤
18‧‧‧靜電式固定座
20‧‧‧電極
22‧‧‧直流電源
24‧‧‧聚焦環
26‧‧‧內壁構件
28‧‧‧冷媒室
30a、30b‧‧‧配管
32‧‧‧氣體供給管線
34‧‧‧上部電極
36‧‧‧電極板
37‧‧‧氣體釋出孔
38‧‧‧電極支持體
40‧‧‧氣體擴散室
41‧‧‧氣體通流孔
42‧‧‧絶緣性遮蔽構件
46a‧‧‧低通濾波器
50‧‧‧可變直流電源
51‧‧‧控制器
52‧‧‧通—斷開關
62‧‧‧氣體導入口
64‧‧‧氣體供給管
66‧‧‧處理氣體供給源
68‧‧‧質量流量控制器
70‧‧‧開閉閥
80‧‧‧排氣口
82‧‧‧排氣管
83‧‧‧排氣板
84‧‧‧排氣裝置
85‧‧‧搬入搬出口
86‧‧‧閘閥
87‧‧‧匹配器
88‧‧‧匹配器
89‧‧‧第1高頻電源
90‧‧‧第2高頻電源
91‧‧‧導電性構件
95‧‧‧控制部
96‧‧‧使用者介面
97‧‧‧記憶部
203‧‧‧含金屬遮罩
204‧‧‧含矽沉積物
301‧‧‧被處理膜
302‧‧‧含金屬遮罩
303a‧‧‧含矽沉積物
303b‧‧‧含矽沉積物
303c‧‧‧含矽沉積物
304‧‧‧既定圖案
401‧‧‧被處理膜
402‧‧‧含金屬遮罩
403‧‧‧含矽沉積物
403a‧‧‧氧化區域
404‧‧‧既定圖案
W‧‧‧晶圓
S101～S103‧‧‧程序
【圖1】圖1係單純化第1實施形態之電漿蝕刻裝置而示意繪示的剖面圖。 【圖2】圖2係繪示第1實施形態之電漿蝕刻裝置的概略剖面圖。 【圖3】圖3係繪示第1實施形態之電漿蝕刻處理流程之一例的流程圖。 【圖4】圖4係繪示第1實施形態之沉積步驟的圖式。 【圖5】圖5係繪示反覆沉積步驟與蝕刻步驟之情況下，各步驟執行後之晶圓W剖面之一例的圖式。 【圖6】圖6係繪示反覆沉積步驟與蝕刻步驟之情況下，各步驟執行後之晶圓W剖面之另一例的圖式。 【圖7】圖7係繪示在沉積步驟與蝕刻步驟之間執行氧化步驟之情況下，各步驟執行後之晶圓W剖面之一例的圖式。 【圖8】圖8係繪示比較例1及實施例1之處理結果的圖式。

Claims (19)

  1. 一種電漿蝕刻方法，包括以下步驟： 沉積步驟，一邊以第1處理氣體之電漿濺射上部電極，一邊使含有構成該上部電極之元素的沉積物，沉積於具有既定之圖案的含金屬遮罩；以及 蝕刻步驟，以沉積了「含有構成該上部電極之元素的沉積物」之該含金屬遮罩作為遮罩，而以第2處理氣體之電漿來蝕刻被處理膜。
  2. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中，該沉積步驟係藉由對於該上部電極施加負直流電壓、或藉由對於該上部電極施加13.56MHz以下之高頻電力、或藉由對於下部電極施加13.56MHz以下之高頻電力，而在該含金屬遮罩沉積出含有構成該上部電極之元素的沉積物。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿蝕刻方法，其中，該沉積步驟與該蝕刻步驟係交互反覆進行。
  4. 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟與該蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於該被處理膜之既定圖案越深時，將該沉積步驟中之處理時間越加長。
  5. 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟與該蝕刻步驟之反覆次數而使得在形成於該被處理膜之既定圖案越深時，將該沉積步驟中施加於該上部電極之負直流電壓的絶對値越增大。
  6. 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟與該蝕刻步驟之反覆次數而使得形成於該被處理膜之既定圖案越深時，將該沉積步驟中之壓力越增大。
  7. 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟與該蝕刻步驟之反覆次數而使得形成於該被處理膜之既定圖案越深時，將該蝕刻步驟中用以引入電漿中之離子的高頻電力越增大。
  8. 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟與該蝕刻步驟之反覆次數而使得形成於該被處理膜之既定圖案越深時，將該蝕刻步驟中用以引入電漿中之離子的高頻電力之頻率越降低。
  9. 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟與該蝕刻步驟之反覆次數而使得形成於該被處理膜之既定圖案越深時，將該蝕刻步驟中之壓力越降低。
  10. 如申請專利範圍第1或2項之電漿蝕刻方法，其中，在該沉積步驟與該蝕刻步驟之間，更包括以下步驟： 氧化步驟，使沉積於該含金屬遮罩的該沉積物之表面，藉由含氧氣體的電漿予以氧化，而形成氧化區域； 該蝕刻步驟，於藉由該第2處理氣體之電漿而蝕刻該被處理膜的同時，將該氧化區域去除。
  11. 如申請專利範圍第10項之電漿蝕刻方法，其中，依序反覆進行該沉積步驟、該氧化步驟、以及該蝕刻步驟。
  12. 如申請專利範圍第11項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟、該氧化步驟、以及該蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於該被處理膜之既定圖案越深時，將該氧化步驟中之處理時間越加長。
  13. 如申請專利範圍第11項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟、該氧化步驟、以及該蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於該被處理膜之既定圖案越深時，使該氧化步驟中之壓力越增大。
  14. 如申請專利範圍第11項之電漿蝕刻方法，其中，隨著該沉積步驟、該氧化步驟、以及該蝕刻步驟的反覆次數而使得形成於該被處理膜之既定圖案越深時，使該氧化步驟中用以產生電漿之高頻電力越增大。
  15. 如申請專利範圍第1或2項之電漿蝕刻方法，其中，該含金屬遮罩，係為金屬、金屬氮化物、金屬氧化物、金屬碳化物、或金屬與矽的化合物。
  16. 如申請專利範圍第15項之電漿蝕刻方法，其中，該金屬含有鈦（Ti）、鉭（Ta）及鎢（W）中之至少任一種。
  17. 如申請專利範圍第1或2項之電漿蝕刻方法，其中，該被處理膜係含矽膜。
  18. 如申請專利範圍第1或2項之電漿蝕刻方法，其中，該第1處理氣體包含稀有氣體。
  19. 如申請專利範圍第1或2項之電漿蝕刻方法，其中，該第2處理氣體包含CF類氣體。
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