JP2006278436A - プラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置、制御プログラム、コンピュータ記録媒体及び処理レシピが記録された記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】微細径、高アスペクト比のホールであっても、良好な形状に形成することのできるプラズマエッチング方法等を提供する。
【解決手段】シリコン酸化膜１０２上には、マスクとして開口部１０４を有るアモルファスカーボン膜１０３が形成されている。第１ステップ及び第３ステップには、第２ステップよりＣ／Ｆ原子数の比が高いフルオロカーボンガスを含むエッチングガスを使用する。第１ステップでは、シリコン酸化膜１０２の途中までホール１０５を形成し、第２ステップでは、下地のＳｉＮ膜１０１が露出し始めるか、露出し始める直前までホール１０５を形成し、第３ステップでは、オーバーエッチングを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定のマスクを介してシリコン酸化膜にエッチング工程によってホールを形成するプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置、制御プログラム、コンピュータ記録媒体及び処理レシピが記録された記録媒体に関する。

従来から、半導体装置の製造工程においては、シリコン酸化膜に、プラズマエッチングによりコンタクトホール等のホールを形成することが行われている。このような、コンタクトホールの形成工程では、その側壁形状が外側に膨らんだ形状となる所謂ボーイングが生じやすく、このようなボーイングの発生を抑制して側壁形状を略垂直にすることが要求される。

上記のようなコンタクトホールを形成するプラズマエッチング方法としては、例えば、まず、ＣＨＦ₃ ／ＣＯ／Ａｒの混合ガスからなるエッチングガスを使用してメインエッチングを行い、この後、Ｃ₄ Ｆ₈ ／ＣＯ／Ｏ2 ／Ａｒの混合ガスからなるエッチングガスを使用してオーバーエッチングを行う２ステップエッチングが知られている。すなわち、この２ステップエッチングでは、ハイドロフルオロカーボンガスを使用し、コンタクトホール底部でエッチングを進行させやすいがコンタクトホールの形状がテーパ形状となる条件でメインエッチングを行い、この後、フルオロカーボンガスを使用し、コンタクトホール底部でエッチストップが生じやすいが、コンタクトホールの形状が垂直形状となる条件でオーバーエッチングを行うことによって、コンタクトホールの側壁形状をできるだけ垂直に保持する（例えば、特許文献１参照。）。

また、コンタクトホールを形成するプラズマエッチング方法としては、例えば、Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ａｒ／Ｏ₂ ／（ＣＨ₂ Ｆ₂ 又はＣＨＦ₃ ）の混合ガスからなるエッチングガスを使用してメインエッチングを行い、この後、Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ａｒ／ＣＯの混合ガスからなるエッチングガスを使用してオーバーエッチングを行う２ステップエッチングも知られている（例えば、特許文献２参照。）。

しかしながら、半導体装置の微細化に伴い、コンタクトホール等の径は小さくなる傾向にあり、そのアスペクト比は増大する傾向にある。具体的には、ホール径が例えば０．１３μｍ以下、アスペクト比が例えば１５以上となるようなホールを形成することが求められている。このため、上記した従来の方法では、エッチストップが発生したり、ボーイングが増大する等の現象が発生し、微細径、高アスペクト比のホールを、良好な形状で形成することが困難であった。
特開２０００−１５０４１３号公報 特開２００２−１４１３３６号公報

上述したとおり、従来のプラズマエッチング方法では、ホール径が例えば０．１３μｍ以下、アスペクト比が例えば１５以上となるような微細径、高アスペクト比のホールを、良好な形状で形成することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、微細径、高アスペクト比のホールであっても、良好な形状に形成することのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置、制御プログラム、コンピュータ記録媒体及び処理レシピが記録された記録媒体を提供することを目的とする。

請求項１のプラズマエッチング方法は、マスクを介して、シリコン酸化膜に、エッチング工程によってホールを形成するプラズマエッチング方法であって、フルオロカーボンガスを含むエッチングガスを使用し、かつ、エッチング工程の初期に使用するフルオロカーボンガス及びエッチング工程の終期に使用するフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ（炭素原子数／フッ素原子数）比が、エッチング工程の中期に使用するフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ比よりも大きいことを特徴とする。

請求項２のプラズマエッチング方法は、請求項１記載のプラズマエッチング方法であって、前記ホールの径が０．１３μｍ以下であることを特徴とする。

請求項３のプラズマエッチング方法は、請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法あって、前記ホールのアスペクト比が、１５以上であることを特徴とする。

請求項４のプラズマエッチング方法は、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記エッチング工程の初期に使用するフルオロカーボンガス及び前記エッチング工程の終期に使用するフルオロカーボンガスは、水素を含まず、そのＣ／Ｆ比が５／８以上であることを特徴とする。

請求項５のプラズマエッチング方法は、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記エッチング工程の初期に使用するフルオロカーボンガス及び前記エッチング工程の終期に使用するフルオロカーボンガスは、水素を含まず、そのＣ／Ｆ比が２／３以上であることを特徴とする。

請求項６のプラズマエッチング方法は、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記エッチング工程の初期に使用するフルオロカーボンガス及び前記エッチング工程の終期に使用するフルオロカーボンガスは、水素を含まず、そのＣ／Ｆ比が５／８以上、２／３以下であることを特徴とする。

請求項７のプラズマエッチング方法は、請求項１〜６いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記エッチング工程の中期に使用するフルオロカーボンガスは、水素を含まず、そのＣ／Ｆ比が１／２以下であることを特徴とする。

請求項８のプラズマエッチング方法は、請求項１〜７いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記エッチングガスが、フルオロカーボンガスの他に希ガスと酸素を含むことを特徴とする。

請求項９のプラズマエッチング方法は、請求項１〜８いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記マスクがアモルファスカーボンから構成されていることを特徴とする。

請求項１０のプラズマエッチング方法は、シリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜に、ホール径０．１３μｍ以下のホールを形成するプラズマエッチング方法であって、Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用して前記シリコン酸化膜の途中までエッチングを行う第１ステップと、前記第１ステップの後、Ｃ₄ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用して前記シリコン酸化膜のエッチングを行う第２ステップと、前記第２ステップの後、Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用してオーバーエッチングを行う第３ステップとを具備したことを特徴とする。

請求項１１のプラズマエッチング方法は、請求項１０記載のプラズマエッチング方法であって、前記第１ステップ及び前記第３ステップに使用するエッチングガスが、Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ と希ガスと酸素の混合ガスからなり、前記第２ステップに使用するエッチングガスが、Ｃ₄ Ｆ₈ と希ガスと酸素の混合ガスからなることを特徴とする。

請求項１２のエッチング装置は、被処理体を収容する処理容器と、前記処理容器内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、前記エッチングガス供給手段から供給された前記エッチングガスをプラズマ化して前記被処理体をプラズマエッチングするプラズマ生成手段と、前記処理容器内で請求項１から請求項１１いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるように制御する制御部とを備えたことを特徴とする。

請求項１３の制御プログラムは、コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項１１いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする。

請求項１４のコンピュータ記憶媒体は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に請求項１から請求項１１いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする。

請求項１５の処理レシピが記録された記録媒体は、所定のマスクを介して、シリコン酸化膜に、エッチング工程によってホールを形成するプラズマエッチング装置を制御するための処理レシピが記録された記録媒体であって、前記処理レシピが、フルオロカーボンガスを含むエッチングガスを使用してエッチングを行う第１のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後、フルオロカーボンガスを含むエッチングガスを使用してエッチングを行う第２のエッチング工程と、前記第２のエッチング工程の後、フルオロカーボンガスを含むのエッチングガスを使用してエッチングを行う第３のエッチング工程とを有し、前記第１及び第３のエッチング工程に使用するフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ（炭素原子数／フッ素原子数）比が、前記第２のエッチング工程に使用するフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ比よりも大きいことを特徴とする。

請求項１６の処理レシピが記録された記録媒体は、所定のマスクを介して、窒化シリコン膜上に形成されたシリコン酸化膜に、エッチング工程によってホールを形成するプラズマエッチング装置を制御するための処理レシピが記録された記録媒体であって、前記処理レシピが、Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用して前記シリコン酸化膜の途中までエッチングを行う第１ステップと、前記第１ステップの後、Ｃ₄ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用して前記シリコン酸化膜のエッチングを行う第２ステップと、前記第２ステップの後、Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用してオーバーエッチングを行う第３ステップとを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、微細径、高アスペクト比のホールであっても、良好な形状に形成することのできるプラズマエッチング方法及び処理レシピが記録された記録媒体を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態に係る半導体ウエハＷの断面構成を拡大して示すものであり、図２は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の構成を示すものである。まず、図２を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。

プラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、一方にプラズマ形成用電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。

プラズマエッチング装置１は、例えば表面にイットリアを溶射したアルミニウム等からなり円筒形状に成形されたチャンバー（処理容器）２を有しており、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２内の底部にはセラミックなどの絶縁板３を介して、被処理物、例えば半導体ウエハＷを載置するための略円柱状のサセプタ支持台４が設けられている。さらに、このサセプタ支持台４の上には、下部電極を構成するサセプタ５が設けられている。このサセプタ５には、ハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。

サセプタ支持台４の内部には、冷媒室７が設けられており、この冷媒室７には、冷媒が冷媒導入管８を介して導入されて循環し、その冷熱がサセプタ５を介して半導体ウエハＷに対して伝熱され、これにより半導体ウエハＷが所望の温度に制御される。

サセプタ５は、その上側中央部が凸状の円板状に成形され、その上に半導体ウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２を配置して構成されている。そして、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、例えばクーロン力によって半導体ウエハＷを静電吸着する。

絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、静電チャック１１には、半導体ウエハＷの裏面に、伝熱媒体（例えばＨｅガス等）を供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５の冷熱が半導体ウエハＷに伝達され半導体ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。

サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置された半導体ウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５は、例えば、シリコンなどの導電性材料から構成されており、エッチングの均一性を向上させる作用を有する。

サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構成し、多数の吐出孔２３を有する、例えば、表面に陽極酸化処理（アルマイト処理）されたアルミニウムに石英カバーを設けて構成された電極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料からなる電極支持体２５とによって構成されている。サセプタ５と上部電極２１とは、その間隔を変更可能とされている。

上部電極２１における電極支持体２５の中央にはガス導入口２６が設けられ、このガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されている。さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８、並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続されている。処理ガス供給源３０から、プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給される。本実施形態において、処理ガス供給源３０からは、少なくとも、Ｃ₄ Ｆ₆ ／Ａｒ／Ｏ2 からなるエッチングガスと、Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ａｒ／Ｏ2 からなるエッチングガスの２種類のエッチングガスが供給される。

チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、チャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁にはゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開にした状態で半導体ウエハＷが隣接するロードロック室 （図示せず）との間で搬送されるようになっている。

上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が介挿されている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、１３〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有している。このように高い周波数を印加することによりチャンバー２内に好ましい解離状態でかつ高密度のプラズマを形成することができる。この第１の高周波電源４０の周波数は、１３〜８０ＭＨｚが好ましく、後述する実施例では、図示した６０ＭＨｚが使用される。

下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が介挿されている。この第２の高周波電源５０は、第１の高周波電源４０より低い周波数の範囲の周波数を有しており、このような範囲の周波数を印加することにより、被処理体である半導体ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は１〜２０ＭＨｚの範囲が好ましく、後述する実施例では、図示した２ＭＨｚが使用される。

上記構成のプラズマエッチング装置１は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置１の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインタフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。

ユーザインタフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。

記憶部６３には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインタフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置１での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。

上記構成のプラズマエッチング装置１によって半導体ウエハＷに形成されたシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ膜）をエッチングする場合、まず、半導体ウエハＷは、ゲートバルブ３２が開放された後、図示しないロードロック室からチャンバー２内へと搬入され、静電チャック１１上に載置される。そして、高圧直流電源１３から直流電圧が印加されることによって、半導体ウエハＷが静電チャック１１上に静電吸着される。次いで、ゲートバルブ３２が閉じられ、排気装置３５によって、チャンバー２内が所定の真空度まで真空引きされる。

その後、バルブ２８が開放されて、処理ガス供給源３０から所定のエッチングガスが、マスフローコントローラ２９によってその流量が調整されつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６を通って上部電極２１の中空部へと導入され、さらに電極板２４の吐出孔２３を通って、図２の矢印に示すように、半導体ウエハＷに対して均一に吐出される。

そして、チャンバー２内の圧力が、所定の圧力に維持される。その後、第１の高周波電源４０から所定の周波数の高周波電力が上部電極２１に印加される。これにより、上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５との間に高周波電界が生じ、エッチングガスが解離してプラズマ化する。

他方、第２の高周波電源５０から、上記の第１の高周波電源４０より低い周波数の高周波電力が下部電極であるサセプタ５に印加される。これにより、プラズマ中のイオンがサセプタ５側へ引き込まれ、イオンアシストによりエッチングの異方性が高められる。

そして、所定のエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及びエッチングガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷがチャンバー２内から搬出される。

次に、図１を参照して、本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。図１（ａ）に示すように、被処理物としての半導体ウエハＷの表面には、下側から順に、ＳｉＮ膜１０１、シリコン酸化膜（例えば、ＴＥＯＳ膜）１０２、アモルファスカーボン膜（マスク）１０３が形成されている。そして、最上部のアモルファスカーボン膜（マスク）１０３には、所定径のコンタクトホールを形成するための開口部１０４が形成されている。なお、マスクとして、アモルファスカーボンの他、例えば、ポリシリコン、チタンナイトライド等も用いることができる。

本実施形態に係るプラズマエッチング方法では、図１（Ａ）に示す状態から、まず、第１ステップのプラズマエッチングを行う。この第１ステップに使用するエッチングガスは、後述する第２ステップよりＣ／Ｆ比（炭素原子数／フッ素原指数の比）が高いフルオロカーボンガス（例えば、Ｃ₄ Ｆ₆ （Ｃ／Ｆ比＝２／３））を含むエッチングガスを使用する。具体的には、エッチングガスとして、フルオロカーボンガスの他に、希ガスと酸素を含むガス、例えば、Ｃ₄ Ｆ₆ ／Ａｒ／Ｏ₂ を使用する。

そして、この第１ステップのプラズマエッチングにより、図１（Ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１０２の途中までホール１０５を形成する。この時のホール１０５の深さは、シリコン酸化膜１０２の厚みが、例えば１８００ｎｍ程度の場合、好ましくは３００〜１０００ｎｍ、更に好ましくは７００〜８００ｎｍ程度である。この時のホール１０５は、開口部１０４の開口径より僅かに小径となるが、ボーイングは生じない。

次に、図１（Ｂ）に示す状態から、第２ステップのプラズマエッチングを行う。この第２ステップに使用するエッチングガスは、前述した第１ステップよりＣ／Ｆ比が低いフルオロカーボンガス（例えば、Ｃ₄ Ｆ₈ （Ｃ／Ｆ比＝１／２））を含むエッチングガスを使用する。具体的には、エッチングガスとして、フルオロカーボンガスの他に、希ガスと酸素を含むガス、例えば、Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ａｒ／Ｏ₂ を使用する。

そして、この第２ステップのプラズマエッチングにより、図１（Ｃ）に示すように、下地のＳｉＮ膜１０１が露出し始めるか、露出し始める直前までシリコン酸化膜１０２をエッチングし、ホール１０５を形成する。この時、ホール１０５の径は、開口部１０４の開口径と略同一になり、かつ、ボーイングがほとんど生じることなく、深さ方向のエッチングがホール１０５の略底部まで到達する。

この後、図１（Ｃ）に示す状態から、第３ステップのプラズマエッチング（オーバーエッチング）を行う。この第３ステップに使用するエッチングガスは、第１ステップと同様に上記した第２ステップよりＣ／Ｆ原子数の比が高いフルオロカーボンガス（例えば、Ｃ₄ Ｆ₆ （Ｃ／Ｆ比＝２／３））を含むエッチングガスを使用する。具体的には、エッチングガスとして、フルオロカーボンガスの他に、希ガスと酸素を含むガス、例えば、第１ステップと同じＣ₄ Ｆ₆ ／Ａｒ／Ｏ₂ を使用する。これによって、下地のＳｉＮ膜１０１との選択比を確保することができる。

上記のように、エッチングガスに含まれるフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ原子数の比を、第１ステップと第３ステップにおいて、これらの中間の第２ステップより高くするように、制御することによって、エッチストップが生じることなく、かつ、ボーイングの少ない良好な形状のホール１０５を形成することができ、かつ、下地のＳｉＮ膜１０１との選択比を確保することができる。

なお、上記の各エッチングガスにおいて、Ａｒは、他の希ガス、例えば、Ｘｅ、Ｈｅ、Ｋｒ等に代えても良い。また、上記の各エッチングガスに、ＣＯを添加しても良い。更に、上記の各エッチングガスに、Ｃ／Ｆ原子数の比の微調整のために、Ｃ／Ｆ原子数の比が異なる他のフルオロカーボンガスを添加しても良い。但し、水素を含むハイドロフルオロカーボンガスは使用しないことが好ましい。更にまた、第１ステップ及び第３ステップに使用するエッチングガスに含まれるフルオロカーボンガスとしては、Ｃ₄ Ｆ₆ の他、例えば、Ｃ₅ Ｆ₈ 等も使用することができる。

また、上記では、３ステップのエッチングの場合について説明したが、中間に他のステップを加え、４ステップ以上、例えば５ステップのエッチング等としても良い。

実施例１として、図２に示したプラズマエッチング装置１を使用し、図１に示した構造の半導体ウエハＷにおいて、厚さ１８００ｎｍのシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ膜）１０２に、開口径１０４を１２０ｎｍとしてコンタクトホール（アスペクト比１５）を、以下のエッチング条件で実際に形成した。なお、以下に示される処理レシピは、記憶部６３又は記録媒体に記録され、プラズマエッチング装置１の制御部６０においてこの記憶部６３又は記録媒体から読み出されて、処理レシピ通りのエッチング工程が実行される。
（第１ステップ）

エッチングガス：Ｃ₄ Ｆ₆ ／Ａｒ／Ｏ₂ ＝３３／１０００／３３ｓｃｃｍ、圧力３．４Ｐａ（２５ｍTorr）、電力（上部／下部）＝２４００／２９００Ｗ、温度（上部／側壁部／下部）＝９５／６０／１０℃、冷却用ヘリウム圧力（中央部／周辺部）＝３９９０／６６５０Ｐａ（３０／５０Torr）、時間２分。
（第２ステップ）

エッチングガス：Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ａｒ／Ｏ₂ ＝４０／７６０／３０ｓｃｃｍ、圧力３．４Ｐａ（２５ｍTorr）、電力（上部／下部）＝２３００／４２００Ｗ、温度（上部／側壁部／下部）＝９５／６０／１０℃、冷却用ヘリウム圧力（中央部／周辺部）＝２６６０／５３２０Ｐａ（２０／４０Torr）、時間２分。
（第３ステップ）

エッチングガス：Ｃ₄ Ｆ₆ ／Ａｒ／Ｏ₂ ＝４３／８００／４９ｓｃｃｍ、圧力３．４Ｐａ（２５ｍTorr）、電力（上部／下部）＝２６００／３４００Ｗ、温度（上部／側壁部／下部）＝９５／６０／１０℃、冷却用ヘリウム圧力（中央部／周辺部）＝２６６０／３９９０Ｐａ（２０／３０Torr）、時間１分４５秒。

この結果、ボーイング値＝（ボーイング部分のホール径−コンタクトホール頂部のホール径）×１／２が、半導体ウエハＷの中央部で５．０ｎｍ、周辺部で６．０ｎｍとなり、ボーイングの少なくい良好な形状のコンタクトホールを形成することができた。

なお、前述した従来技術のように、最初のステップ（メインエッチング）に、ＣＨ₂ Ｆ₂ 、ＣＨＦ₃ 等のハイドロフルオロカーボンを含むエッチングガスを使用し、エッチストップが生じない条件で同様なコンタクトホールを形成した場合、上記のボーイング値は、２０ｎｍ程度であった。したがって、上記の実施例では、ボーイングの発生を、従来の１／３以下に抑制することができた。

上記実施例の効果を検証するために、次のような実験を行った。図３は、その代表例を示した図である。（ａ）はＣ₄ Ｆ₆ ／Ａｒ／Ｏ₂ ガスのみでエッチングした場合であるが、アモルファスカーボン膜（マスク）１０３の開口部側壁に反応生成物１０６が付着する。その影響でイオンが曲げられ、シリコン酸化膜１０２の側壁にアタックするイオンの割合が増加し、大きなボーイング形状が発生することが確認された。（ｂ）はＣ₄ Ｆ₆ ／Ａｒ／Ｏ₂ ガスにて途中までエッチングした後、Ｃ₄ Ｆ₈ ／Ａｒ／Ｏ₂ に切り換えた場合である。アモルファスカーボン膜（マスク）１０３の開口部側壁に付着する反応生成物の量は非常に少ない。そのため、イオンは曲げられることなく、ホール１０５の底まで入っていくことができ、ボーイング形状は最小限に抑えられることが確認された。

また、上記実施例において、第１ステップに使用するエッチングガスのＣ₄ Ｆ₆ 流量を２ｓｃｃｍ減少させた場合と、増加させた場合、及び、Ｏ₂ 流量を２ｓｃｃｍ減少させた場合と、増加させた場合についても、エッチングを行い、ボーイング値を測定した。この結果、ボーイング値は、上記実施例より若干増加する傾向があったが、従来技術における２０ｎｍよりは、大幅に少なく、このような流量範囲においても効果が確認された。

また、上記実施例において、第２ステップに使用するエッチングガスのＣ₄ Ｆ₈ 流量を２ｓｃｃｍ減少させた場合と、増加させた場合、及び、Ｏ₂ 流量を２ｓｃｃｍ減少させた場合と、増加させた場合についても、エッチングを行い、ボーイング値を測定した。この結果、ボーイング値は、上記実施例より若干増加する傾向があったが、従来技術における２０ｎｍよりは、大幅に少なく、このような流量範囲においても効果が確認された。

さらに、上記実施例において、第３ステップに使用するエッチングガスのＣ₄ Ｆ₆ 流量を２ｓｃｃｍ減少させた場合と、増加させた場合、及び、Ｏ₂ 流量を２ｓｃｃｍ減少させた場合と、増加させた場合についても、エッチングを行い、ボーイング値を測定した。この結果、ボーイング値は、上記実施例より若干増加する傾向があったが、従来技術における２０ｎｍよりは、大幅に少なく、このような流量範囲においても効果が確認された。

以上のように、本実施形態によれば、ホール径が例えば０．１３μｍ以下、アスペクト比が例えば１５以上となるような微細径、高アスペクト比のホールであっても、ボーイングの発生を抑制しつつ、良好な形状に形成することができる。

本発明の実施形態のエッチング方法に係る半導体ウエハの断面構成を示す図。 本発明の実施形態に係るエッチング装置の概略構成を示す図。 本発明の実施形態の効果を検証するための実験を説明するための図。

符号の説明

１０１……ＳｉＮ膜、１０２……シリコン酸化膜（ＴＥＯＳ膜）、１０３……アモルファスカーボン膜（マスク）、１０４……開口部、１０５……ホール。

Claims (16)

1. マスクを介して、シリコン酸化膜に、エッチング工程によってホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
   フルオロカーボンガスを含むエッチングガスを使用し、かつ、エッチング工程の初期に使用するフルオロカーボンガス及びエッチング工程の終期に使用するフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ（炭素原子数／フッ素原子数）比が、エッチング工程の中期に使用するフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ比よりも大きいことを特徴とするプラズマエッチング方法。
2. 請求項１記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記ホールの径が０．１３μｍ以下であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
3. 請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法あって、
   前記ホールのアスペクト比が、１５以上であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
4. 請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記エッチング工程の初期に使用するフルオロカーボンガス及び前記エッチング工程の終期に使用するフルオロカーボンガスは、水素を含まず、そのＣ／Ｆ比が５／８以上であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
5. 請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記エッチング工程の初期に使用するフルオロカーボンガス及び前記エッチング工程の終期に使用するフルオロカーボンガスは、水素を含まず、そのＣ／Ｆ比が２／３以上であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
6. 請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記エッチング工程の初期に使用するフルオロカーボンガス及び前記エッチング工程の終期に使用するフルオロカーボンガスは、水素を含まず、そのＣ／Ｆ比が５／８以上、２／３以下であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
7. 請求項１〜６いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記エッチング工程の中期に使用するフルオロカーボンガスは、水素を含まず、そのＣ／Ｆ比が１／２以下であることを特徴とするプラズマエッチング方法。
8. 請求項１〜７いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記エッチングガスが、フルオロカーボンガスの他に希ガスと酸素を含むことを特徴とするプラズマエッチング方法。
9. 請求項１〜８いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
   前記マスクがアモルファスカーボンから構成されていることを特徴とするプラズマエッチング方法。
10. シリコン窒化膜上に形成されたシリコン酸化膜に、ホール径０．１３μｍ以下のホールを形成するプラズマエッチング方法であって、
    Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用して前記シリコン酸化膜の途中までエッチングを行う第１ステップと、
    前記第１ステップの後、Ｃ₄ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用して前記シリコン酸化膜のエッチングを行う第２ステップと、
    前記第２ステップの後、Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用してオーバーエッチングを行う第３ステップと
    を具備したことを特徴とするプラズマエッチング方法。
11. 請求項１０記載のプラズマエッチング方法であって、
    前記第１ステップ及び前記第３ステップに使用するエッチングガスが、Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ と希ガスと酸素の混合ガスからなり、
    前記第２ステップに使用するエッチングガスが、Ｃ₄ Ｆ₈ と希ガスと酸素の混合ガスからなることを特徴とするプラズマエッチング方法。
12. 被処理体を収容する処理容器と、
    前記処理容器内にエッチングガスを供給するエッチングガス供給手段と、
    前記エッチングガス供給手段から供給された前記エッチングガスをプラズマ化して前記被処理体をプラズマエッチングするプラズマ生成手段と、
    前記処理容器内で請求項１から請求項１１いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるように制御する制御部と
    を備えたことを特徴とするエッチング装置。
13. コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項１１いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする制御プログラム。
14. コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
    前記制御プログラムは、実行時に請求項１から請求項１１いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体。
15. 所定のマスクを介して、シリコン酸化膜に、エッチング工程によってホールを形成するプラズマエッチング装置を制御するための処理レシピが記録された記録媒体であって、
    前記処理レシピが、
    フルオロカーボンガスを含むエッチングガスを使用してエッチングを行う第１のエッチング工程と、
    前記第１のエッチング工程の後、フルオロカーボンガスを含むエッチングガスを使用してエッチングを行う第２のエッチング工程と、
    前記第２のエッチング工程の後、フルオロカーボンガスを含むのエッチングガスを使用してエッチングを行う第３のエッチング工程と
    を有し、前記第１及び第３のエッチング工程に使用するフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ （炭素原子数／フッ素原子数）比が、前記第２のエッチング工程に使用するフルオロカーボンガスのＣ／Ｆ比よりも大きいことを特徴とする処理レシピが記録された記録媒体。
16. 所定のマスクを介して、窒化シリコン膜上に形成されたシリコン酸化膜に、エッチング工程によってホールを形成するプラズマエッチング装置を制御するための処理レシピが記録された記録媒体であって、前記処理レシピが、
    Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用して前記シリコン酸化膜の途中までエッチングを行う第１ステップと、
    前記第１ステップの後、Ｃ₄ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用して前記シリコン酸化膜のエッチングを行う第２ステップと、
    前記第２ステップの後、Ｃ₄ Ｆ₆ 又はＣ₅ Ｆ₈ を含むエッチングガスを使用してオーバーエッチングを行う第３ステップと
    を具備したことを特徴とする処理レシピが記録された記録媒体。

Images