特許 7576176 メタルハードマスクのエッチング方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-22

(45)【発行日】2024-10-30

(54)【発明の名称】メタルハードマスクのエッチング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20241023BHJP

   C23F 1/12 20060101ALI20241023BHJP

   C23F 4/00 20060101ALI20241023BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H01L21/302 101H

C23F1/12

C23F4/00 A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2023534136

(86)(22)【出願日】2021-12-15

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-12-05

(86)【国際出願番号】 CN2021138270

(87)【国際公開番号】W WO2022127813

(87)【国際公開日】2022-06-23

【審査請求日】2023-06-05

(31)【優先権主張番号】202011499448.4

(32)【優先日】2020-12-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】510182294

【氏名又は名称】北京北方華創微電子装備有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＢＥＩＪＩＮＧ ＮＡＵＲＡ ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】ＮＯ．８ Ｗｅｎｃｈａｎｇ Ａｖｅｎｕｅ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｅｃｏｎｏｍｉｃ－Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ａｒｅａ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１７６， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001771

【氏名又は名称】弁理士法人虎ノ門知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヂャン ユー

(72)【発明者】

【氏名】黄 ▲亜▼▲輝▼

(72)【発明者】

【氏名】ホーァ シャオミン

(72)【発明者】

【氏名】リィゥ ヂャオチォン

【審査官】鈴木 智之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１８７５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２５８４２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－１７６８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３１９０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４５８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２６９８７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－１８９５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２９５１７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３５６２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１９２６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５１８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／１７６５０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０３９０３９７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１９３７８３２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０１８６６８７６（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｃ２３Ｆ １／１２

Ｃ２３Ｆ ４／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

メタルハードマスク層及び少なくとも１つの機能膜層をウェハー表面に前記ウェハー表面から離れる方向に沿って順に形成するメタルハードマスクのエッチング方法であって、
少なくとも１つの前記機能膜層及び前記メタルハードマスク層を前記ウェハー表面に近い方向に沿って順にエッチングする複数のエッチングプロセスを含み、
前記機能膜層をエッチングする全てのエッチングプロセスのうち、少なくとも１つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスは水素元素及びフッ素元素を含み、且つフッ化水素副生成物の生成を減少させるために、前記エッチングガス中の前記フッ素元素の含有量に対する前記水素元素の含有量の比は予め設定された閾値よりも小さく、
前記エッチングガスに含まれる複数のガスの流量を調節することにより前記比を調節することができ、前記フッ化水素副生成物とチャンバの内面の材料との反応により生成される粒子を減少させ、
前記機能膜層は、それぞれ前記ウェハー表面から離れる方向に沿って前記メタルハードマスク層に順に設置された誘電体材料層及び有機材料マスク層を含み、
前記有機材料マスク層、前記誘電体材料層及び前記メタルハードマスク層を前記ウェハー表面に近づく方向に沿って順にエッチングする３つのエッチングプロセスを含み、
前記有機材料マスク層及び前記誘電体材料層をそれぞれエッチングするための２つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスはいずれも水素元素及びフッ素元素を含み、
前記有機材料マスク層及び前記誘電体材料層をそれぞれエッチングするための前記２つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスはいずれもＣＦ _４ 、ＣＨＦ _３ 及びＣＨ _２ Ｆ _２ を含み、且つ、前記エッチングガス中の前記ＣＦ _４ 、ＣＨＦ _３ 及びＣＨ _２ Ｆ _２ における前記フッ素元素の含有量に対する前記水素元素の含有量の比が前記予め設定された閾値よりも小さいように、前記ＣＦ _４ 、ＣＨＦ _３ 及びＣＨ _２ Ｆ _２ のガス流量比を設定することを特徴とするメタルハードマスクのエッチング方法。

【請求項2】

前記予め設定された閾値は１以下であることを特徴とする請求項１に記載のメタルハードマスクのエッチング方法。

【請求項3】

前記予め設定された閾値は０．５以下であることを特徴とする請求項２に記載のメタルハードマスクのエッチング方法。

【請求項4】

前記エッチングガスが水素元素及びフッ素元素を含むエッチングプロセスにおいて、プロセスチャンバに前記エッチングガスを導入すると同時に、前記エッチングガスのイオン化を促進し、フッ化水素副生成物の生成を減少させるための第１の補助ガスを前記プロセスチャンバに導入することを特徴とする請求項１に記載のメタルハードマスクのエッチング方法。

【請求項5】

前記第１の補助ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス及び酸素ガスのうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項４に記載のメタルハードマスクのエッチング方法。

【請求項6】

前記メタルハードマスクのエッチング方法は、
全ての前記エッチングプロセスが完了した後に、前記エッチングプロセスによってプロセスチャンバ内で生成された少なくとも１種の反応副生成物を除去するための少なくとも１つの洗浄プロセスを前記プロセスチャンバに対して行うことを更に含み、
前記反応副生成物にシリコン含有副生成物が含まれ、前記シリコン含有副生成物を洗浄するための前記洗浄プロセスで用いられる洗浄ガスはフッ素含有ガスと、前記フッ素含有ガスのイオン化によって形成されたプラズマ中のフッ素含有粒子の生成を減少させるための第２の補助ガスとを含むことを特徴とする請求項１に記載のメタルハードマスクのエッチング方法。

【請求項7】

前記第２の補助ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス及び酸素ガスのうちの少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項６に記載のメタルハードマスクのエッチング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施例は、半導体製造分野に関し、具体的には、メタルハードマスクのエッチング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

粒子制御能力は集積回路の製造プロセスにおける装置の安定性及びプロセスの安定性を評価するための重要な指標であり、現在のプロセスの粒子制御に対する要求がますます高くなるにつれて、集積回路装置にとってより大きな課題となっている。

【0003】

粒子源は主にプロセス形成及び外部導入を含む。そのうち、プロセス形成とはプロセス反応中にプロセスにより粒子を生成することを指し、外部導入は主にシリコンウエハーの搭載中に粒子を導入することを指す。現在ウェハーの搭載中に導入された粒子は効果的に抑えられているが、プロセス形成による粒子は常にエッチングプロセス技術が下位のテクノロジノードに拡張する過程での大きな問題である。

【0004】

たとえば、２８ｎｍ以下のプロセスでは、メタルハードマスクのエッチングプロセスの粒子に対する要求は非常に高く、しかし、従来技術で用いられるメタルハードマスクのエッチング方法は、エッチング装置を長期間使用して量産する過程で、生成されたフッ化水素（ＨＦ）などの副生成物によりチャンバの内面の材料（Ｙ_２Ｏ_３コーティングなど）の損失をもたらし、更にコーティングの破損によりチャンバの使用が不可能になり、また、生成されたＨＦなどの副生成物はＹ_２Ｏ_３コーティングと反応してイットリウム含有粒子を形成し、粒子の問題や欠陥の問題が引き起こされる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、従来技術に存在する技術的課題の少なくとも１つを解決することを目的とし、フッ化水素の副生成物の生成を減少させることができ、それによりチャンバの内面の材料（Ｙ_２Ｏ_３コーティングなど）の損失により生成された粒子を減少させることができるメタルハードマスクのエッチング方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の目的を達成するために、メタルハードマスク層及び少なくとも１つの機能膜層をウェハー表面に前記ウェハー表面から離れる方向に沿って順に形成するメタルハードマスクのエッチング方法を提供し、
前記メタルハードマスクのエッチング方法は、少なくとも１つの前記機能膜層及び前記メタルハードマスク層を前記ウェハー表面に近い方向に沿って順にエッチングする複数のエッチングプロセスを含み、
前記機能膜層をエッチングする全てのエッチングプロセスのうち、少なくとも１つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスは水素元素及びフッ素元素を含み、且つフッ化水素副生成物の生成を減少させるために、前記エッチングガス中の前記水素元素の含有量と前記エッチングガス中の前記フッ素元素の含有量との比は予め設定された閾値よりも小さい。

【0007】

選択的に、前記比は１以下である。

【0008】

選択的に、前記比は０．５以下である。

【0009】

選択的に、前記エッチングガスが水素元素及びフッ素元素を含むエッチングプロセスにおいて、プロセスチャンバに前記エッチングガスを導入すると同時に、前記エッチングガスのイオン化を促進し、フッ化水素副生成物の生成を減少させるための第１の補助ガスを前記プロセスチャンバに導入する。

【0010】

選択的に、前記第１の補助ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス及び酸素ガスのうちの少なくとも１種を含む。

【0011】

選択的に、前記メタルハードマスクのエッチング方法は、
全ての前記エッチングプロセスが完了した後に、前記エッチングプロセスによって前記プロセスチャンバ内で生成された少なくとも１種の反応副生成物を除去するための少なくとも１つの洗浄プロセスをプロセスチャンバに対して行うことを更に含み、
前記反応副生成物にシリコン含有副生成物が含まれ、前記シリコン含有副生成物を洗浄するための前記洗浄プロセスで用いられる洗浄ガスはフッ素含有ガスと、前記フッ素含有ガスのイオン化によって形成されたプラズマ中のフッ素含有粒子の生成を減少させるための第２の補助ガスとを含む。

【0012】

選択的に、前記第２の補助ガスの流量と前記フッ素含有ガスの流量との比の範囲は０．３～２である。

【0013】

選択的に、前記第２の補助ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス及び酸素ガスのうちの少なくとも１種を含む。

【0014】

選択的に、前記機能膜層は２層であり、それぞれ前記ウェハー表面から離れる方向に沿って前記メタルハードマスク層に順に設置された誘電体材料層及び有機材料マスク層であり、
前記メタルハードマスクのエッチング方法は、前記有機材料マスク層、前記誘電体材料層及び前記メタルハードマスク層を前記ウェハー表面に近い方向に沿って順にエッチングする３つのエッチングプロセスを含み、
前記有機材料マスク層及び前記誘電体材料層をそれぞれエッチングするための２つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスはいずれも水素元素及びフッ素元素を含む。

【0015】

選択的に、前記有機材料マスク層及び前記誘電体材料層をそれぞれエッチングするための前記２つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスはいずれもＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２を含み、且つ、前記エッチングガス中の前記ＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２における水素元素の含有量と、前記エッチングガス中の前記フッ素元素の含有量との比が前記予め設定された閾値よりも小さいように、前記ＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２のガス流量比を設定する。

【0016】

本発明の実施例は以下の有益な効果を有する。
本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法は、機能膜層をエッチングする全てのエッチングプロセスのうち、少なくとも１つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスが水素元素及びフッ素元素を含み、且つエッチングガス中の水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量との比は予め設定された閾値よりも小さい。エッチングガス中の水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量との比を予め設定された閾値よりも小さくすることにより、フッ化水素副生成物の生成を減少させることができ、それによりチャンバの内面の材料（Ｙ２Ｏ３コーティングなど）の損失により生成された粒子を減少させることができ、更に粒子の問題や欠陥の問題を効果的に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法のフローチャートである。

【図2】本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法のプロセス図である。

【図3】本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法の別のフローチャートである。

【図4】本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法のさらなるフローチャートである。

【図5】従来のメタルハードマスクのエッチング方法で生成されたチャンバ粒子とプロセス時間の折れ線グラフである。

【図6】本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法で生成されたチャンバ粒子とプロセス時間の折れ線グラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、当業者が本発明の技術的解決手段をよりよく理解できるように、図面を参照しながら本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法を詳細に説明する。

【0019】

本発明の実施例は、メタルハードマスク層及び少なくとも１つの機能膜層をウェハー表面にウェハー表面から離れる方向（下から上へなど）に沿って順に形成するメタルハードマスクのエッチング方法を提供し、実際の応用では、技術世代に応じて機能膜層の数及び種類が異なり、たとえば、２８ｎｍ技術世代では、機能膜層は２層であり、それぞれウェハー表面から離れる方向に沿ってメタルハードマスク層に順に設置された誘電体材料層及び有機材料マスク層であり、しかし、１４ｎｍ技術世代では、機能膜層は少なくとも３層であり、たとえば、上記誘電体材料層及び有機材料マスク層に加えて、誘電体材料層と有機材料マスク層との間にアモルファスカーボン層又はその他の有機材料膜層が更に設置される。また、これらの機能膜層をエッチングする前に、機能膜層のエッチングプロセスを行う際に各機能膜層及びメタルハードマスク層のパターンを定義するために、最上層の機能膜層にパターン化されたフォトレジスト層を形成する必要がある。

【0020】

実際の応用では、上記ウェハーは、シリコン基板などの通常の半導体基板であってもよく、互いに配線するための金属層、層間絶縁層などの積層構造であってもよく、メタルハードマスク層はたとえば窒化チタン（ＴｉＮ）層を含み、誘電体材料層はたとえば二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層及び窒化シリコン（ＳｉＮ）層を含み、有機材料マスク層はたとえばシリコン反射防止層（Ｓｉ－ａｒｃ層）及び底部反射防止層（Ｂ－ａｒｃ層）を含む。本発明の実施例は機能膜層の種類を特に制限しない。

【0021】

図１に示すように、本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法は、
少なくとも１つの機能膜層及びメタルハードマスク層をウェハー表面に近い方向に沿って順にエッチングする複数のエッチングプロセスであるステップＳ１を含み、複数の機能膜層をエッチングする全てのエッチングプロセスのうち、少なくとも１つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスは水素元素及びフッ素元素を含む。

【0022】

たとえば、メタルハードマスクのエッチング方法は、有機材料マスク層、誘電体材料層及びメタルハードマスク層をウェハー表面に近い方向に沿って順にエッチングする３つのエッチングプロセスを含む。そのうち、有機材料マスク層及び誘電体材料層をそれぞれエッチングするための２つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスはいずれもＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２を含み、メタルハードマスク層をエッチングするためのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスはＣｌ_２、ＣＨ_４及びＢＣｌ_３などを含む。この場合、有機材料マスク層及び誘電体材料層をそれぞれエッチングするための２つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスはいずれも水素元素及びフッ素元素を含む。もちろん、実際の応用では、各機能膜層のエッチングプロセスで用いられるエッチングガスの種類を具体的なプロセス要求に応じて自在に選択することができ、本発明の実施例はこれを特に制限しない。

【0023】

エッチングプロセスを行う過程で、エッチングガスに水素元素及びフッ素元素が含有されると、フッ化水素副生成物が生成されて、チャンバの内面の材料と反応してしまい、チャンバの内面の材料がＹ_２Ｏ_３コーティング材料であることを例とし、フッ化水素副生成物はＹ_２Ｏ_３コーティング材料と反応してフッ化イットリウム（ＹｘＦｙ）を生成し、フッ化イットリウムの分子体積がＹ_２Ｏ_３の分子体積よりも小さいため、Ｙ_２Ｏ_３コーティングに浅いクラックが発生し、それによりイットリウム含有粒子が形成されやすい。エッチング装置を長期間使用して量産する過程で、生成されたフッ化水素副生成物によりＹ_２Ｏ_３コーティングの損失をもたらし、更にコーティングの破損によりチャンバの使用が不可能になり、また、イットリウム含有粒子が形成され、粒子の問題や欠陥の問題が引き起こされる。

【0024】

また、全てのエッチングプロセスが完了した後に、反応副生成物を除去するために、チャンバに対して洗浄プロセスを行う必要がある。図２を参照すると、そのプロセスは、具体的には、まず、ウェハーをプロセスチャンバに搬送し、エッチングプロセスを行い、エッチングプロセスが完了した後に、ウェハーをプロセスチャンバから搬出し、次にプロセスチャンバに対して洗浄プロセスを行うことを含む。

【0025】

洗浄プロセスを行う過程で、洗浄ガスは通常フッ化窒素（ＮＦ_３）ガスを含み、該ガスにより生成されたプラズマは非常に高い腐食性を有し、更にＹ_２Ｏ_３コーティングに浸透してフッ化イットリウム（ＹｘＦｙ）を生成する。また、洗浄ガスがＯ_２を含むと、Ｙ_２Ｏ_３コーティングと反応してＹＯＦを生成し、最終的にＹＯＦは脱落して粒子を生成する。

【0026】

上記問題を解決するために、エッチングガスが水素元素及びフッ素元素を含むエッチングプロセスに対して、エッチングガス中の水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量との比を、予め設定された閾値よりも小さい範囲内に制御することにより、フッ化水素副生成物の生成を減少させることができ、それによりフッ化水素副生成物とチャンバの内面の材料との反応により生成された粒子（フッ化イットリウム粒子など）を減少させることができるとともに、チャンバの内面の材料（Ｙ_２Ｏ_３コーティングなど）の損失を減少させることができ、更に粒子の問題や欠陥の問題を効果的に抑えることができる。

【0027】

なお、エッチングガス中の上記水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量とは、具体的には、プロセスチャンバ中のエッチングガスに含まれる水素元素及びフッ素元素のそれぞれの含有量を指す。

【0028】

いくつかの選択可能な実施例では、エッチングガス中の水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量との比は１以下であり、たとえば０．５以下である。該比を該数値範囲内に制御することにより、フッ化水素副生成物とチャンバの内面の材料との反応により生成された粒子（フッ化イットリウム粒子など）を効果的に減少させることができるとともに、チャンバの内面の材料（Ｙ_２Ｏ_３コーティングなど）の損失を減少させることができる。

【0029】

いくつかの選択可能な実施例では、エッチングガスに含まれる様々なガスの流量を調節することにより上記比を調節することができる。たとえば、有機材料マスク層及び誘電体材料層をそれぞれエッチングするための２つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスがいずれもＣＦ_４、ＣＨＦ_３を含むと、両者のガス流量をそれぞれ２０ｓｃｃｍ及び１００ｓｃｃｍに設定することができ、この場合、エッチングガス中の水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量との比は０．２６であり、１よりも小さく、フッ化水素副生成物とチャンバの内面の材料との反応により生成された粒子を効果的に減少させることができる。また、有機材料マスク層及び誘電体材料層をそれぞれエッチングするためのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスがいずれもＯ_２、ＣＨ_２Ｆ_２を含むと、両者のガス流量をそれぞれ８０ｓｃｃｍ及び１００ｓｃｃｍに設定することができ、この場合、エッチングガス中の水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量との比は１であり、同様に、フッ化水素副生成物とチャンバの内面の材料との反応により生成された粒子を効果的に減少させることができる。

【0030】

いくつかの選択可能な実施例では、エッチングガスが水素元素及びフッ素元素を含むエッチングプロセスにおいて、プロセスチャンバに上記エッチングガスを導入すると同時に、エッチングガスのイオン化を促進し、フッ化水素副生成物の生成を更に減少させるための第１の補助ガスをプロセスチャンバに導入する。たとえば、エッチングガスがＣＨＦ_３ガスを含むと、第１の補助ガスはＣＨＦ_３ガスの更なるイオン化を促進してＣＦ_２ ^＋及びＣＦ_３ ^＋などのフリーラジカル及びイオンを形成することができ、それによりフッ化水素副生成物の生成を減少させることができる。選択的に、上記第１の補助ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス及び酸素ガスのうちの少なくとも１種を含む。そのうち、酸素ガスはＣＨＦ_３ガスの更なるイオン化を促進してＣＦ_２ ^＋及びＣＦ_３ ^＋などのフリーラジカル及びイオンを形成できるだけでなく、Ｈイオンと反応してＨＯを生成し、フッ化水素副生成物の生成を更に減少させることができる。

【0031】

いくつかの選択可能な実施例では、図３に示すように、上記メタルハードマスクのエッチング方法は、
全てのエッチングプロセスが完了した後に、エッチングプロセスによってプロセスチャンバ内で生成された少なくとも１種の反応副生成物を除去するための少なくとも１つの洗浄プロセスをプロセスチャンバに対して行うステップＳ２をさらに含む。

【0032】

実際の応用では、プロセスチャンバ内で生成された反応副生成物の種類に応じて、洗浄プロセスの数及び各洗浄プロセスで用いられる洗浄ガスの種類を選択することができる。

【0033】

反応副生成物にシリコン含有副生成物が含まれると、該シリコン含有副生成物を洗浄するための洗浄プロセスで用いられる洗浄ガスはフッ素含有ガスと、第２の補助ガスとを含み、そのうち、フッ素含有ガスはたとえばＮＦ_３及びＳＦ_６などを含み、フッ素含有ガスにより生成されたプラズマは非常に高い腐食性を有し、更にＹ_２Ｏ_３コーティングに浸透してフッ化イットリウム（ＹｘＦｙ）を生成する。該問題を解決するために、上記フッ素含有ガスを導入すると同時に、フッ素含有ガスのイオン化によって形成されたプラズマ中のフッ素含有粒子（フッ素ラジカルなど）の生成を減少させるための上記第２の補助ガスを導入することができ、それによりフッ素含有粒子とＹ_２Ｏ_３コーティングとの反応により形成されたイットリウム含有粒子を減少させることができる。

【0034】

いくつかの選択可能な実施例では、第２の補助ガスの流量とフッ素含有ガスの流量との比を制御することにより、第２の補助ガスとフッ素含有ガスとのイオン化によって形成されたプラズマの成分を制御することができ、それにより、洗浄の目的を達成した上で、第２の補助ガスのイオン化によって形成されたプラズマが、フッ素含有ガスのイオン化によって形成されたプラズマ中のフッ素含有粒子（フッ素ラジカルなど）の生成を効果的に減少させることができることが確保される。選択的に、第２の補助ガスの流量とフッ素含有ガスの流量との比の範囲は０．３～２である。該数値範囲内に、フッ素含有ガスのイオン化によって形成されたプラズマ中のフッ素含有粒子（フッ素ラジカルなど）の生成を効果的に減少させることができるのを確保できる。

【0035】

いくつかの選択可能な実施例では、上記第２の補助ガスはアルゴンガス、ヘリウムガス及び酸素ガスのうちの少なくとも１種を含む。

【0036】

以下、メタルハードマスクのエッチング方法が、有機材料マスク層、誘電体材料層及びメタルハードマスク層をウェハー表面に近い方向に沿って順にエッチングする３つのエッチングプロセス及び対応する洗浄プロセスを含むことを例として、本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法を詳細に説明する。

【0037】

具体的には、図４に示すように、メタルハードマスクのエッチング方法は、以下のステップＳ１０１～ステップＳ１０３を含む。

【0038】

Ｓ１０１、有機材料マスク層のエッチングプロセスを行う。

【0039】

有機材料マスク層のエッチングプロセスはたとえば、下記プロセスパラメータを用いてもよい。

【0040】

エッチングガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２などの水素元素及びフッ素元素を含むガスを用いてもよく、又は、Ｃｌ_２及びＯ_２、あるいはＣｌ_２、Ｏ_２及びＣＨ_４などの水素元素及びフッ素元素を含まないガスを用いてもよい。プロセス圧力の範囲は３ｍＴ～４０ｍＴ、好ましくは５ｍＴ～２０ｍＴであり、励起電力の範囲は２００Ｗ～２０００Ｗ、好ましくは４００Ｗ～１２００Ｗであり、バイアス電力の範囲は２０Ｗ～５００Ｗ、好ましくは６０Ｗ～２００Ｗである。エッチングガスがＣｌ_２及びＯ_２を含み、又はＣｌ_２、Ｏ_２及びＣＨ_４を含むと、Ｃｌ_２のガス流量は５０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、Ｏ_２のガス流量は１０ｓｃｃｍ～３５ｓｃｃｍ、ＣＨ_４のガス流量は０ｓｃｃｍ～２０ｓｃｃｍである。エッチングガスがＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２を含むと、ＣＦ_４のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ_３のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、ＣＨ_２Ｆ_２のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍである。且つ、エッチングガスがＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２を含むと、選択的に、Ａｒ、Ｈｅ及びＯ_２のうちの少なくとも１種を含む第１の補助ガスをさらに導入することができ、そのうち、Ａｒのガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、Ｈｅのガス流量は０ｓｃｃｍ～３００ｓｃｃｍ、Ｏ_２のガス流量は０ｓｃｃｍ～１５０ｓｃｃｍである。

【0041】

有機材料マスク層のエッチングプロセスが完了した後に、チャンバ内に炭素含有副生成物が形成される。

【0042】

Ｓ１０２、誘電体材料層のエッチングプロセスを行う。

【0043】

誘電体材料層のエッチングプロセスはたとえば、下記プロセスパラメータを用いてもよい。

【0044】

エッチングガスは、ＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２などの水素元素及びフッ素元素を含むガスを用いてもよく、そのうち、ＣＦ_４のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、ＣＨＦ_３のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、ＣＨ_２Ｆ_２のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍである。且つ、誘電体材料層のエッチングプロセスで用いられるエッチングガスの総流量は上記有機材料マスク層のエッチングプロセスで用いられるエッチングガスの総流量と一致し、プロセス圧力の範囲は３ｍＴ～８０ｍＴ、好ましくは５ｍＴ～５０ｍＴであり、励起電力の範囲は２００Ｗ～２０００Ｗ、好ましくは４００Ｗ～１６００Ｗであり、バイアス電力の範囲は２０Ｗ～５００Ｗ、好ましくは６０Ｗ～４００Ｗである。

【0045】

誘電体材料層のエッチングプロセスが完了した後に、チャンバ内にシリコン含有副生成物が形成される。

【0046】

Ｓ１０３、メタルハードマスク層のエッチングプロセスを行う。

【0047】

メタルハードマスク層のエッチングプロセスはたとえば、下記プロセスパラメータを用いてもよい。

【0048】

エッチングガスはＣｌ_２、ＣＨ_４及びＢＣｌ_３を含み、そのうち、Ｃｌ_２のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、ＣＨ_４のガス流量は０ｓｃｃｍ～３０ｓｃｃｍ、ＢＣｌ_３のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍであり、選択的に、具体的なプロセスのニーズに応じて、エッチングガスを導入すると同時に、形状修飾ガス又はその他の機能を実現する補助ガス（プラズマの分散を促進できるガスなど）を導入することもでき、形状修飾ガスはたとえばＮＦ_３及びＳｉＣｌ_４などであり、ＮＦ_３のガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、ＳｉＣｌ_４のガス流量は０ｓｃｃｍ～１００ｓｃｃｍであり、その他の機能の補助ガスはたとえばＡｒ、Ｈｅ及びＯ_２などであり、Ａｒのガス流量は０ｓｃｃｍ～２００ｓｃｃｍ、Ｈｅのガス流量は０ｓｃｃｍ～３００ｓｃｃｍ、Ｏ_２のガス流量は０ｓｃｃｍ～１５０ｓｃｃｍである。プロセス圧力の範囲は３ｍＴ～４０ｍＴ、好ましくは５ｍＴ～２０ｍＴであり、励起電力の範囲は２００Ｗ～２０００Ｗ、好ましくは４００Ｗ～１２００Ｗであり、バイアス電力の範囲は２０Ｗ～３００Ｗ、好ましくは６０Ｗ～２００Ｗである。

【0049】

メタルハードマスク層のエッチングプロセスが完了した後に、チャンバ内に金属副生成物が形成される。

【0050】

上記ステップ１及びステップ３の２つのエッチングプロセスにおいて、エッチングガスがＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２などの水素元素及びフッ素元素を含むガスを用いると、該エッチングガス中の水素元素の含有量とフッ素元素の含有量との比を予め設定された閾値よりも小さい範囲内に制御し、たとえば該比の範囲は０～１、好ましくは０～０．５であり、このように、フッ化水素副生成物の生成を減少させることができ、それによりフッ化水素副生成物とチャンバの内面の材料との反応により生成された粒子（フッ化イットリウム粒子など）を減少させることができると同時に、チャンバの内面の材料（Ｙ_２Ｏ_３コーティングなど）の損失を減少させることができ、更に粒子の問題や欠陥の問題を効果的に抑えることができる。

【0051】

更に、上記ステップ１及びステップ３の２つのエッチングプロセスにおいて、エッチングガスがＣＦ_４、ＣＨＦ_３及びＣＨ_２Ｆ_２などの水素元素及びフッ素元素を含むガスを用いると、上記エッチングガスを導入すると同時に、エッチングガスのイオン化を促進し、フッ化水素副生成物の生成を更に減少させるための第１の補助ガスを導入することもできる。

【0052】

上記メタルハードマスクのエッチング方法で現在のウェハーのエッチングプロセスを完了した後に、プロセスチャンバ内に形成された様々な副生成物、すなわち、炭素含有副生成物、シリコン含有副生成物及び金属副生成物に対して、次のウェハーのエッチングプロセスを行う前に、下記洗浄方法でプロセスチャンバを洗浄することができ、具体的には、以下のステップＳ１０４～ステップＳ１０６を含む。

【0053】

Ｓ１０４、メタルハードマスク層のエッチングプロセスにより生成された金属副生成物に対して洗浄プロセスを行う。

【0054】

具体的に用いられるプロセスパラメータは以下のとおりである。

【0055】

洗浄ガスはＣｌ_２を含み、そのガス流量は０ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍであり、プロセス圧力の範囲は３ｍＴ～４０ｍＴ、好ましくは５ｍＴ～２０ｍＴであり、励起電力の範囲は２００Ｗ～２０００Ｗ、好ましくは４００Ｗ～１２００Ｗである。

【0056】

Ｓ１０５、誘電体材料層のエッチングプロセスにより生成されたシリコン含有副生成物に対して洗浄プロセスを行う。

【0057】

具体的に用いられるプロセスパラメータは以下のとおりである。

【0058】

洗浄ガスはＮＦ_３及びＳＦ_６を含み、そのうち、ＮＦ_３のガス流量は０ｓｃｃｍ～３００ｓｃｃｍ、ＳＦ_６のガス流量は０ｓｃｃｍ～１００ｓｃｃｍである。該洗浄ガスはフッ素含有ガスを含み、該フッ素含有ガスにより生成されたプラズマは非常に高い腐食性を有し、更にＹ_２Ｏ_３コーティングに浸透してフッ化イットリウム（ＹｘＦｙ）を生成する。該問題を解決するために、上記フッ素含有ガスを導入すると同時に、フッ素含有ガスのイオン化によって形成されたプラズマ中のフッ素含有粒子（フッ素ラジカルなど）の生成を減少させるための第２の補助ガスを導入することができ、それによりフッ素含有粒子とＹ_２Ｏ_３コーティングとの反応により形成されたイットリウム含有粒子を減少させることができる。上記第２の補助ガスはＡｒ、Ｈｅ及びＯ_２のうちの少なくとも１種を含み、そのうち、Ｏ_２のガス流量は０ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍ、Ａｒのガス流量は０ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍ、Ｈｅのガス流量は０ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍである。更に、上記第２の補助ガスの流量とフッ素含有ガスの流量との比の範囲は０．３～２である。該数値範囲内に、フッ素含有ガスのイオン化によって形成されたプラズマ中のフッ素含有粒子（フッ素ラジカルなど）の生成を効果的に減少させることができるのを確保できる。プロセス圧力の範囲は５ｍＴ～２５０ｍＴ、好ましくは２０ｍＴ～９０ｍＴであり、励起電力の範囲は２００Ｗ～２０００Ｗ、好ましくは８００Ｗ～１８００Ｗである。

【0059】

Ｓ１０６、有機材料マスク層のエッチングプロセスにより生成された炭素含有副生成物に対して洗浄プロセスを行う。

【0060】

具体的に用いられるプロセスパラメータは以下のとおりである。

【0061】

洗浄ガスはＯ_２を含み、そのガス流量は０ｓｃｃｍ～５００ｓｃｃｍであり、プロセス圧力の範囲は３ｍＴ～４０ｍＴ、好ましくは５ｍＴ～２０ｍＴであり、励起電力の範囲は２００Ｗ～２０００Ｗ、好ましくは４００Ｗ～１２００Ｗである。

【0062】

本願は上記ステップＳ１０４～ステップＳ１０６の順序で洗浄を行うことに限定されず、上記ステップＳ１０４～ステップＳ１０６は、上記各種の副生成物の洗浄を実現するために、その他の順序で行われてもよく、本願はこれを限定しない。

【0063】

図５は従来のメタルハードマスクのエッチング方法で生成されたチャンバ粒子とプロセス時間の折れ線グラフであり、図６は本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法で生成されたチャンバ粒子とプロセス時間の折れ線グラフである。図５及び図６に示すように、ＰＡはプロセスチャンバ内の総粒子数であり、Ｙ_２Ｏ_３はプロセスチャンバ内のＹ_２Ｏ_３の粒子数である。図５と図６を比較して分かるように、従来のメタルハードマスクのエッチング方法では、プロセスチャンバ内に生成された総粒子数はプロセス時間の経過とともに徐々に７０に増加し、Ｙ_２Ｏ_３の粒子数はプロセス時間の経過とともに徐々に６０に増加する。これに比べて、本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法では、プロセスチャンバ内に生成された総粒子数及びＹ_２Ｏ_３の粒子数は異なるプロセス時間（０～１００ｈ）でいずれも１０未満に制御され、それによりチャンバの内面の材料（Ｙ_２Ｏ_３コーティングなど）の損失により生成された粒子を顕著に減少させ、更に粒子の問題や欠陥の問題を効果的に抑えることができる。

【0064】

本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法は、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）及びマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）などのロジックチップ類製品の製造に適用される。

【0065】

以上のように、本発明の実施例に係るメタルハードマスクのエッチング方法は、機能膜層をエッチングする全てのエッチングプロセスのうち、少なくとも１つのエッチングプロセスで用いられるエッチングガスが水素元素及びフッ素元素を含み、且つエッチングガス中の水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量との比は予め設定された閾値よりも小さい。エッチングガス中の水素元素の含有量とエッチングガス中のフッ素元素の含有量との比を予め設定された閾値よりも小さくすることにより、フッ化水素副生成物の生成を減少させることができ、それによりチャンバの内面の材料（Ｙ_２Ｏ_３コーティングなど）の損失により生成された粒子を減少させることができ、更に粒子の問題や欠陥の問題を効果的に抑えることができる。

【0066】

理解されるように、以上の実施形態は単に本願の原理を説明するために用いた例示的な実施形態であるが、本願はこれに限定されるものではない。当業者であれば、本願の主旨及び本質を逸脱せずに、種々の変形及び改良を行うことができ、これらの変形及び改良も本願の保護範囲として見なされる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】