JP2012174850A - 基板処理方法及び記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチングレートを低下させることなくアスペクト比の高いホール等をシリコン層に形成することができる基板処理方法を提供する。
【解決手段】ウエハ上のポリシリコン層３８が臭化水素ガス、酸素ガス及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中の臭素陽イオン４５ａや臭素ラジカル４５ｂでエッチングされ、次いで、該エッチング中に生成された臭化珪素系デポ物４４が酸素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中の酸素ラジカル４６や窒素ラジカル４７で酸化処理されて酸化珪素に変成し、該酸化珪素がアルゴンガス及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中のフッ素陽イオン４８ａやフッ素ラジカル４８ｂで引き続きエッチングされることによって、ホール４３のエッチングレート低下が防止される。
【選択図】図３
【解決手段】ウエハ上のポリシリコン層３８が臭化水素ガス、酸素ガス及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中の臭素陽イオン４５ａや臭素ラジカル４５ｂでエッチングされ、次いで、該エッチング中に生成された臭化珪素系デポ物４４が酸素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中の酸素ラジカル４６や窒素ラジカル４７で酸化処理されて酸化珪素に変成し、該酸化珪素がアルゴンガス及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中のフッ素陽イオン４８ａやフッ素ラジカル４８ｂで引き続きエッチングされることによって、ホール４３のエッチングレート低下が防止される。
【選択図】図３
Description
本発明は、シリコンをエッチングする基板処理方法及び記憶媒体に関する。
半導体デバイスであるＤＲＡＭにおいてキャパシタの容量を稼ぐために当該キャパシタはシリンダ状に形成されるが、近年、キャパシタをポリシリコン層に形成することが検討されている。この場合、半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と言う。）上に形成されたポリシリコン層において高アスペクト比のホールを形成する必要がある。
通常、ポリシリコン層はハロゲン系のガス、例えば、臭化水素（ＨＢｒ）ガスから生成されたプラズマを用いてエッチングされるが、ポリシリコン層に高アスペクト比のホールを形成する場合、パターンのマスクとして用いられるハードマスク層のエッチングを抑制するために、エッチングにおいてデポを生じさせ、該デポをハードマスク層に堆積させることにより、相対的にポリシリコン層のエッチングの選択比を向上させる方法が本出願人によって提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
しかしながら、図５（Ａ）に示すように、臭化水素ガスから生成されたプラズマを用いてポリシリコン層５０をエッチングすると、プラズマ中の臭素ラジカル５１がシリコンと反応して反応性生成物、例えば、臭化珪素（ＳｉＢｒｘ（ｘは自然数））を生成する。なお、上記エッチングにおいて生成される反応性生成物としては、本来、臭素酸化珪素（ＳｉＯＢｒｘ（ｘは自然数））が該当するが、上記エッチングは、通常、大気が存在しない減圧環境下で行われるため、生じる反応性生成物は酸素を欠いた臭化珪素又はそれに類するものとなる。
生成された臭化珪素はホール５２の内面にデポ５３として付着する（図５（Ｂ））。ポリシリコン層５０のエッチングが進むにつれて生成される臭化珪素の量も増加するが、臭化珪素は臭素プラズマや水素プラズマによって除去されにくいため、ホール５２の内面に付着するデポ５３の量も増加し、ホール５２においてシリコンが殆ど露出しなくなり（図５（Ｃ））、ポリシリコン層５０のエッチングレートが低下する。
本発明の目的は、エッチングレートを低下させることなくアスペクト比の高いホール等をシリコン層に形成することができる基板処理方法及び記憶媒体を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項１記載の基板処理方法は、ウエハを収容する処理室を備える基板処理装置において、臭素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記ウエハ上に形成されたシリコン層をエッチングするメインエッチングステップと、酸素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記エッチングされたシリコン層をアッシングするアッシングステップと、フッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記アッシングされたシリコン層をエッチングするブレークスルーエッチングステップとを有し、前記アッシングステップは、前記メインエッチングにおいて生成された反応性生成物に酸化処理を施す酸化ステップを含むことを特徴とする。
請求項２記載の基板処理方法は、請求項１記載の基板処理方法において、前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップをこの順で２回以上繰り返すことを特徴とする。
請求項３記載の基板処理方法は、請求項１又は２記載の基板処理方法において、前記メインエッチングステップに先立って、前記臭素を含む処理ガス及び前記フッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記シリコン層をエッチングする事前エッチングステップをさらに有することを特徴とする。
請求項４記載の基板処理方法は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記酸素を含む処理ガスは窒素ガスを含むことを特徴とする。
請求項５記載の基板処理方法は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記メインエッチングステップの実行時間、前記アッシングステップの実行時間、及び前記ブレークスルーエッチングステップの実行時間の比は、４２〜４８：１〜２：２〜３であることを特徴とする。
請求項６記載の基板処理方法は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記ブレークスルーエッチングステップにおいて、前記基板処理装置で用いられる２つの高周波電力のうちの低い周波数の高周波電力の周波数は１３．５２ＭＨｚよりも小さいことを特徴とする。
請求項７記載の基板処理方法は、請求項６記載の基板処理方法において、前記低い周波数の高周波電力の周波数は３ＭＨｚよりも小さいことを特徴とする。
請求項８記載の基板処理方法は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップにおいて前記処理室内の圧力を同じ値に維持することを特徴とする。
請求項９記載の基板処理方法は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップにおいて前記基板処理装置で用いられる２つの高周波電力の出力値を同じ値に維持することを特徴とする。
請求項１０記載の基板処理方法は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の基板処理方法において、前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップにおいて前記処理室内に供給される前記処理ガスの総流量を同じ値に維持することを特徴とする。
上記目的を達成するために、請求項１１記載の記憶媒体は、ウエハを収容する処理室を備える基板処理装置において前記ウエハに所定の処理を施す基板処理方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であって、前記基板処理方法は、ウエハを収容する処理室を備える基板処理装置において、臭素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記ウエハ上に形成されたシリコン層をエッチングするメインエッチングステップと、酸素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記エッチングされたシリコン層をアッシングするアッシングステップと、フッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記アッシングされたシリコン層をエッチングするブレークスルーエッチングステップとを有し、前記アッシングステップは、前記メインエッチングにおいて生成された反応性生成物に酸化処理を施す酸化ステップを含むことを特徴とする。
請求項１２記載の記憶媒体は、請求項１１記載の記憶媒体において、前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップをこの順で２回以上繰り返すことを特徴とする。
請求項１３記載の記憶媒体は、請求項１１又は１２記載の記憶媒体において、前記メインエッチングステップに先立って、前記臭素を含む処理ガス及び前記フッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記シリコン層をエッチングする事前エッチングステップをさらに有することを特徴とする。
本発明によれば、ウエハ上に形成されたシリコン層が臭素を含む処理ガスから生成されたプラズマでエッチングされ、酸素を含む処理ガスから生成されたプラズマでアッシングされ、さらにフッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマでエッチングされ、アッシングの際、臭素プラズマによるシリコン層のエッチングで生成された反応性生成物に酸化処理が施される。臭素プラズマによるシリコン層のエッチングで生成された反応性生成物は臭素プラズマで除去されにくいが、該反応性生成物はアッシング処理において発生した酸素ラジカルによる酸化処理が施されて酸化物に変質する。変質した酸化物は、フッ素プラズマのエッチングによって容易に除去される。すなわち、反応性生成物を酸化物に変質させることによって容易に除去することができる。したがって、ホール等の内面に付着する反応性生成物からなるデポを除去することができ、その結果、エッチングレートを低下させることなくアスペクト比の高いホール等をシリコン層に形成することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施の形態に係る基板処理方法が実行される基板処理装置の構成を概略的に示す図である。本基板処理装置は、基板としての半導体デバイス用のウエハ（以下、単に「ウエハ」という。）にプラズマエッチング処理を施す。
図１において、基板処理装置１０は、例えば、直径が３００ｍｍのウエハＷを収容するチャンバ１１を有し、該チャンバ１１内にはウエハＷを上面に載置する円柱状のサセプタ１２が配置されている。基板処理装置１０では、チャンバ１１の内側壁とサセプタ１２の側面とによって側方排気路１３が形成される。この側方排気路１３の途中には排気プレート１４が配置される。
排気プレート１４は多数の貫通孔を有する板状部材であり、チャンバ１１内部を上部と下部に仕切る仕切り板として機能する。排気プレート１４によって仕切られたチャンバ１１内部の上部（以下、「処理室」という。）１５の内部空間には後述するようにプラズマが発生する。また、チャンバ１１内部の下部（以下、「排気室（マニホールド）」という。）１６にはチャンバ１１内のガスを排出する排気管１７が接続される。排気プレート１４は処理室１５に発生するプラズマを捕捉又は反射してマニホールド１６への漏洩を防止する。
排気管１７にはＴＭＰ（Turbo Molecular Pump）及びＤＰ（Dry Pump）（ともに図示しない）が接続され、これらのポンプはチャンバ１１内を真空引きして減圧する。具体的には、ＤＰはチャンバ１１内を大気圧から中真空状態（例えば、１．３×１０Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧し、ＴＭＰはＤＰと協働してチャンバ１１内を中真空状態より低い圧力である高真空状態（例えば、１．３×１０−３Ｐａ（１．０×１０−５Ｔｏｒｒ）以下）まで減圧する。なお、チャンバ１１内の圧力はＡＰＣバルブ（図示しない）によって制御される。
チャンバ１１内のサセプタ１２には第１の高周波電源１８が第１の整合器１９を介して接続され、第１の高周波電源１８は比較的低い周波数、例えば、２ＭＨｚのイオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２に供給する。これにより、サセプタ１２は下部電極として機能する。また、第１の整合器１９は、サセプタ１２からの高周波電力の反射を低減して高周波電力のサセプタ１２への供給効率を最大にする。
サセプタ１２の上部周縁部には、該サセプタ１２の中央部分が図中上方へ向けて突出するように段差が形成される。該サセプタ１２の中央部分の先端には静電電極板２０を内部に有するセラミックスからなる静電チャック２１が配置されている。静電電極板２０には直流電源２２が接続されており、静電電極板２０に正の直流電圧が印加されると、ウエハＷにおける静電チャック２１側の面（以下、「裏面」という。）には負電位が発生して静電電極板２０及びウエハＷの裏面の間に電位差が生じ、該電位差に起因するクーロン力又はジョンソン・ラーベック力によってウエハＷは静電チャック２１に吸着保持される。
また、サセプタ１２は内部に冷媒流路からなる冷却機構（図示しない）を有し、該冷却機構はプラズマと接触して温度が上昇するウエハＷの熱をサセプタ１２を介して吸収することによってウエハＷの温度が所望の温度以上になるのを防止する。
サセプタ１２は伝熱効率や電極機能を考慮して導電体、例えば、アルミニウムから構成されるが、導電体をプラズマが発生する処理室１５へ晒すのを防止するために、該サセプタ１２は側面を誘電体、例えば、石英（ＳｉＯ２）からなる側面保護部材２３によって覆われる。
さらに、サセプタ１２の上部には、静電チャック２１に吸着保持されたウエハＷを囲むようにフォーカスリング２４がサセプタ１２の段差や側面保護部材２３へ載置され、さらに、フォーカスリング２４を囲むようにシールドリング２５が側面保護部材２３へ載置されている。フォーカスリング２４は珪素（Ｓｉ）又は炭化珪素（ＳｉＣ）からなり、プラズマの分布域をウエハＷ上だけでなく該フォーカスリング２４上まで拡大する。
チャンバ１１の天井部には、サセプタ１２と対向するようにシャワーヘッド２６が配置される。シャワーヘッド２６は、上部電極板２７と、該上部電極板２７を着脱可能に釣支するクーリングプレート２８と、該クーリングプレート２８を覆う蓋体２９とを有する。上部電極板２７は厚み方向に貫通する多数のガス孔３０を有する円板状部材からなる。クーリングプレート２８の内部にはバッファ室３１が設けられ、このバッファ室３１には処理ガス導入管３２が接続されている。
シャワーヘッド２６の上部電極板２７には第２の高周波電源３３が第２の整合器３４を介して接続され、第２の高周波電源３３は比較的高い周波数、例えば、４０ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力を上部電極板２７に供給する。これにより、シャワーヘッド２６は上部電極として機能する。また、第２の整合器３４は、上部電極板２７からの高周波電力の反射を低減して高周波電力の上部電極板２７への供給効率を最大にする。
基板処理装置１０はさらに制御部３５を備え、該制御部３５は内蔵するメモリ等に記憶されたプログラムに従って各構成要素の動作を制御し、プラズマエッチング処理を実行する。具体的に、制御部３５は、各構成要素の動作を制御して処理ガス導入管３２からバッファ室３１へ供給された処理ガスを処理室１５の内部空間へ導入し、該導入した処理ガスを、第２の高周波電源３３から上部電極板２７を介して処理室１５の内部空間へ印加されたプラズマ生成用の高周波電力により、励起してプラズマを生成し、プラズマ中のイオンを第１の高周波電源１８がサセプタ１２に印加するイオン引き込み用の高周波電力によってウエハＷに向けて引き込み、該ウエハＷにプラズマエッチング処理を施す。
図２は、図１の基板処理装置によってプラズマエッチング処理が施されるウエハの構成を概略的に示す部分断面図である。
図２において、ウエハＷはシリコン基部３６上に支持オキサイド層３７、ポリシリコン層３８、支持窒化珪素層３９及びシリコンの酸化物等からなるハードマスク層４０を有する。本実施の形態では、ハードマスク層４０は所定のパターンに従って形成された開口部４１を有し、支持窒化珪素層３９も開口部４１に対応した開口部４２を有しており、開口部４２の底部にはポリシリコン層３８が露出している。
ポリシリコン層は、通常、臭化水素を含む処理ガスから生成されたプラズマを用いてエッチングされるが、この際、上述したように、プラズマ中の臭素ラジカルがシリコンと反応して臭化珪素が生成される。臭化珪素はデポとなってポリシリコン層に形成されるホールやトレンチの内面にデポとして付着するが、臭化珪素は臭素陽イオンや臭素ラジカルによって除去されにくいため、やがてポリシリコン層のエッチングを阻害してエッチングレートを低下させる。
そこで、本発明者は鋭意研究を行い、ポリシリコン層３８の臭化水素を含む処理ガスから生成されたプラズマによるエッチング処理に続いて、酸素を含む処理ガスから生成されたプラズマによるアッシング処理、及びフッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマによるエッチング処理を順にポリシリコン層３８に施せば、エッチングレートを低下させることなくアスペクト比の高いホールやトレンチをポリシリコン層３８に形成できることを見出した。本発明は本知見に基づくものである。
図３は、本実施の形態に係る基板処理方法を示す工程図である。
まず、大気の存在しない減圧環境下で臭化水素を含む処理ガスから生成されたプラズマを用いて開口部４２の底部に露出するポリシリコン層３８をエッチングする。このとき、処理ガスから臭素陽イオン４５ａ及び臭素ラジカル４５ｂが発生し、臭素陽イオン４５ａはサセプタ１２に印加されたイオン引き込み用の高周波電力によってポリシリコン層３８に引き込まれて該ポリシリコン層３８をスパッタして物理的にエッチングし、臭素ラジカル４５ｂはポリシリコン層３８のシリコンと反応して該ポリシリコン層３８を化学的にエッチングする（図３（Ａ））。
臭素ラジカル４５ｂが大気の存在しない減圧環境下でシリコンと反応すると臭化珪素が生成され、該臭化珪素はデポとしてポリシリコン層３８にエッチングによって形成されつつあるホール４３の内面にデポ４４として付着する（図３（Ｂ））。
その後、デポ４４がホール４３の内面を全て覆う頃に、処理室１５内に酸素及び窒素を含む処理ガスを導入し、該処理ガスから生成されたプラズマを用いてポリシリコン層３８をアッシングする。このとき、処理ガスから酸素ラジカル４６及び窒素ラジカル４７が発生してデポ４４に酸化処理を施す。具体的には、酸素ラジカル４６はデポ４４中の臭化珪素を酸化して臭素を酸素に置換し、ＳｉＯ２（二酸化珪素）に変質させる。また、窒素ラジカル４７は臭化珪素から二酸化珪素への酸化を促進する。一方、酸素ラジカル４６や窒素ラジカル４７はシリコンと反応しないため、ポリシリコン層３８をエッチングすることがなく、ホール４３が深くなることはない（図３（Ｃ））。
アッシングに伴う酸化処理によってデポ４４中の殆どの臭化珪素が二酸化珪素へ変質した後、処理室１５内にフッ素を含む処理ガスを導入し、該処理ガスから生成されたプラズマを用いてポリシリコン層３８をエッチングする。このとき、処理ガスからフッ素陽イオン４８ａ及びフッ素ラジカル４８ｂが発生し、フッ素陽イオン４８ａはイオン引き込み用の高周波電力によってホール４３内に引き込まれてデポ４４をスパッタして物理的にエッチングし、フッ素ラジカル４８ｂはデポ４４中の二酸化珪素と反応してデポ４４を化学的にエッチングする（図３（Ｄ））。フッ素陽イオン４８ａやフッ素ラジカル４８ｂは二酸化珪素との反応性が高く、二酸化珪素を物理的エッチングや化学的エッチングによって容易に除去することができる。したがって、ホール４３内からデポ４４が殆ど除去されてポリシリコン層３８が再度露出する。
フッ素陽イオン４８ａ及びフッ素ラジカル４８ｂは、臭化珪素だけでなくシリコンもエッチングする虞があるが、ホール４３の内面は全てデポ４４によって覆われるため、デポ４４が除去されるまでは、ポリシリコン層３８がエッチングされることはなく、例えば、ホール４３の側面がエッチングされて生じるボーイング形状が生じることはない。
また、一般にイオン引き込み用の高周波電力の周波数が低いと陽イオンは高周波電力の変動に追従しやすくなるため、周波数を低く設定すれば、例えば、１３．５２ＭＨｚ以下、好ましくは３ＭＨｚ、より好ましくは２ＭＨｚよりも小さく設定すれば、フッ素陽イオン４８ａをホール４３内に数多く引き込むことができ、もって、ホール４３内のデポ４４を確実に除去することができる。特に、ホール４３の底部に向けてフッ素陽イオン４８ａを引き込むことができるので、ホール４３のアスペクト比が高くなってきたときに、イオン引き込み用の高周波電力の周波数を低く設定するのが好ましい。
次いで、ホール４３内からデポ４４が除去されてポリシリコン層３８が露出した後、再度、処理室１５内に臭素を含む処理ガスを導入し、該処理ガスから生成された臭素陽イオン４５ａや臭素ラジカル４５ｂを用いてポリシリコン層３８をエッチングする。このときも、臭化珪素が生成され、該臭化珪素がデポ４４としてホール４３の内面に付着する（図３（Ｅ））。
次いで、図３（Ｃ）の工程と同様に、処理室１５内に酸素及び窒素を含む処理ガスを導入し、該処理ガスから生成された酸素ラジカル４６を用いてデポ４４に酸化処理を施し、デポ４４中の臭化珪素を酸化して二酸化珪素に変質させ、窒素ラジカル４７は臭化珪素から二酸化珪素への酸化を促進する（図３（Ｆ））。
次いで、図３（Ｄ）の工程と同様に、処理室１５内にフッ素を含む処理ガスを導入し、該処理ガスから生成されたフッ素陽イオン４８ａやフッ素ラジカル４８ｂを用いて二酸化珪素からなるデポ４４をエッチングして除去する（図３（Ｇ））。
本実施の形態に係る基板処理方法では、ホール４３の深さが所望の値に到達するまで図３（Ｅ））乃至図３（Ｇ）の工程が繰り返される。
図４は、本実施の形態に係る基板処理方法としての高アスペクト比エッチング処理を示すフローチャートである。
図４において、まず、処理室１５内に臭化水素ガス（ＨＢｒ）、酸素ガス（Ｏ２）及び三弗化窒素ガス（ＮＦ３）を含む処理ガスを導入し、プラズマ生成用の高周波電力を上部電極板２７へ６００〜８００Ｗ、好ましくは７００Ｗで供給し、イオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２へ２００〜４００Ｗ、好ましくは３００Ｗで供給し、処理室１５内の圧力を３０〜５０ｍＴｏｒｒ、好ましくは４０ｍＴｏｒｒに設定して処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマを用いたエッチングを事前エッチングとして９〜１１秒間、好ましくは１０秒間に亘って行う（ステップＳ４１）。
事前エッチングにおける臭化水素ガス、酸素ガス及び三弗化窒素ガスの流量はそれぞれ３〜７ｓｃｃｍ、好ましくは５ｓｃｃｍ、１２０〜１４０ｓｃｃｍ、好ましくは１３０ｓｃｃｍ、及び３〜７ｓｃｃｍ、好ましくは５ｓｃｃｍである。
このとき、処理ガスから発生したフッ素陽イオン４８ａやフッ素ラジカル４８ｂが開口部４２の底部に露出するポリシリコン層３８の表面に生じている二酸化珪素からなる自然酸化膜（図示しない）をエッチングして除去し、処理ガスから発生した臭素陽イオン４５ａや臭素ラジカル４５ｂが上記露出するポリシリコン層３８の表面における不規則形状部分、例えば、突起を優先的にエッチングして除去する。その結果、ポリシリコン層３８の表面の形状を整えることができる。
次いで、処理室１５内に臭化水素ガス、酸素ガス及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスを導入し、プラズマ生成用の高周波電力を上部電極板２７へ４００〜６００Ｗ、好ましくは５００Ｗで供給し、イオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２へ１４００〜１６００Ｗ、好ましくは１５００Ｗで供給し、処理室１５内の圧力を９０〜１１０ｍＴｏｒｒ、好ましくは１００ｍＴｏｒｒに設定して処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマを用いたエッチングをメインエッチングとして８４〜９６秒間、好ましくは９０秒間に亘って行う（ステップＳ４２）。
メインエッチングにおける臭化水素ガス、酸素ガス及び三弗化窒素ガスの流量はそれぞれ８〜１２ｓｃｃｍ、好ましくは１０ｓｃｃｍ、２２０〜２３０ｓｃｃｍ、好ましくは２２５ｓｃｃｍ、及び１８〜２２ｓｃｃｍ、好ましくは２０ｓｃｃｍである。
このとき、処理ガスから発生した臭素陽イオン４５ａや臭素ラジカル４５ｂが、表面の形状が整えられたポリシリコン層３８をエッチングしてポリシリコン層３８にホール４３を形成するが、臭化珪素が生成されてホール４３の内面へデポ４４として付着し、該デポ４４はホール４３の内面を全て覆う。
次いで、処理室１５内に酸素ガス及び窒素ガス（Ｎ２）を含む処理ガスを導入し、プラズマ生成用の高周波電力を上部電極板２７へ４００〜６００Ｗ、好ましくは５００Ｗで供給し、イオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２へ１４００〜１６００Ｗ、好ましくは１５００Ｗで供給し、処理室１５内の圧力を９０〜１１０ｍＴｏｒｒ、好ましくは１００ｍＴｏｒｒに設定して処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマを用いたアッシングを２〜４秒間、好ましくは３秒間に亘って行う（ステップＳ４３）。
アッシングにおける酸素ガス及び窒素ガスの流量はそれぞれ９５〜１０５ｓｃｃｍ、好ましくは１００ｓｃｃｍ及び１５０〜１６０ｓｃｃｍ、好ましくは１５５ｓｃｃｍである。
このとき、処理ガスから発生した酸素ラジカル４６が、デポ４４中の臭化珪素を酸化して二酸化珪素へ変質させる。
次いで、処理室１５内にアルゴンガス（Ａｒ）及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスを導入し、プラズマ生成用の高周波電力を上部電極板２７へ４００〜６００Ｗ、好ましくは５００Ｗで供給し、イオン引き込み用の高周波電力をサセプタ１２へ１４００〜１６００Ｗ、好ましくは１５００Ｗで供給し、処理室１５内の圧力を９０〜１１０ｍＴｏｒｒ、好ましくは１００ｍＴｏｒｒに設定して処理ガスからプラズマを生成し、該プラズマを用いたエッチングをブレークスルーエッチングとして４〜６秒間、好ましくは５秒間に亘って行う（ステップＳ４４）。
ブレークスルーエッチングにおけるアルゴンガス及び三弗化窒素ガスの流量はそれぞれ１５０〜１６０ｓｃｃｍ、好ましくは１５５ｓｃｃｍ及び９５〜１０５ｓｃｃｍ、好ましくは１００ｓｃｃｍである。
このとき、処理ガスから発生したフッ素陽イオン４８ａやフッ素ラジカル４８ｂが、二酸化珪素からなるデポ４４をエッチングして除去する。その結果、ホール４３内においてポリシリコン層３８が再度露出する。
次いで、ホール４３が所定の深さに到達したか否かを判別し、所定の深さに到達していない場合にはステップＳ４１へ戻り、所定の深さに到達していたら本処理を終了する。
本実施の形態に係る基板処理方法によれば、ウエハＷのポリシリコン層３８が臭化水素ガス、酸素ガス及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中の臭素陽イオン４５ａや臭素ラジカル４５ｂでエッチングされ、酸素ガス及び窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中の酸素ラジカル４６や窒素ラジカル４７でアッシングされ、アルゴンガス及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマ中のフッ素陽イオン４８ａやフッ素ラジカル４８ｂでエッチングされ、アッシングの際、臭素プラズマ（臭素陽イオン４５ａや臭素ラジカル４５ｂ）によるポリシリコン層３８のエッチングで生成された臭化珪素に酸化処理が施される。ポリシリコン層３８のエッチングで生成された臭化珪素は臭素プラズマで除去されにくいが、該臭化珪素はアッシングにおいて発生した酸素ラジカル４６による酸化処理が施されて二酸化珪素に変質する。変質した二酸化珪素は、フッ素陽イオン４８ａやフッ素ラジカル４８ｂによるエッチングによって容易に除去される。すなわち、臭化珪素を二酸化珪素に変質させることによって容易に除去することができる。したがって、ホール４３の内面に付着する臭化珪素からなるデポ４４を除去することができる。その結果、エッチングレートを低下させることなくアスペクト比の高いホール４３をポリシリコン層３８に形成することができる。
上記本実施の形態に係る基板処理方法では、メインエッチング、アッシング、及びブレークスルーエッチングがこの順で繰り返されるので、メインエッチングで発生する臭化珪素は、発生する度に除去される。すなわち、ホール４３の形成の間、ホール４３の内面にデポ４４が付着することが殆ど無い。したがって、エッチングレートを確実に低下させることがない。
また、上記本実施の形態に係る基板処理方法では、メインエッチングに先立って、臭化水素ガス及び三弗化窒素ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマでポリシリコン層３８に事前エッチングが施されるので、ポリシリコン層３８の表面に形成された二酸化珪素からなる自然酸化膜を除去するとともに、ポリシリコン層３８の表面における不規則形状部分を除去することができる。その結果、ポリシリコン層３８の表面の形状を整えることができ、もって、その後のホール４３の形成を円滑に行うことができる。
上記本実施の形態に係る基板処理方法におけるメインエッチングの実行時間、アッシングの実行時間、及びブレークスルーエッチングの実行時間のそれぞれは、本発明者が実験を通じて見出したメインエッチングにおけるデポ４４がホール４３の内面を全て覆うために要する時間、アッシングにおけるデポ４４中の殆どの臭化珪素が二酸化珪素へ変質するのに要する時間、及びブレークスルーエッチングにおけるホール４３内からデポ４４が除去されるために要する時間に該当する。したがって、メインエッチングの実行時間、アッシングの実行時間、及びブレークスルーエッチングの実行時間の比を、４２〜４８：１〜２：２〜３とすると、シリコンのエッチング及び臭化珪素の変質、変質後の二酸化珪素の除去をバランス良く行うことができ、効率的にホール４３を形成することができる。
本実施の形態に係る基板処理方法では、メインエッチング、アッシング、及びブレークスルーエッチングのそれぞれにおける処理室１５内の圧力が９０〜１１０ｍＴｏｒｒ、好ましくは１００ｍＴｏｒｒに設定されるので、メインエッチング、アッシング、及びブレークスルーエッチングにおける処理室１５内の圧力を同じにすることができる。これにより、工程毎に処理室１５内の圧力を変更する必要をなくすことができ、もって、ホール４３の形成を効率よく行うことができる。
また、本実施の形態に係る基板処理方法では、メインエッチング、アッシング、及びブレークスルーエッチングのそれぞれにおけるプラズマ生成用の高周波電力の出力値が４００〜６００Ｗ、好ましくは５００Ｗに設定され、イオン引き込み用の高周波電力の出力値が１４００〜１６００Ｗ、好ましくは１５００Ｗに設定されるので、メインエッチング、アッシング、及びブレークスルーエッチングにおけるプラズマ生成用の高周波電力の出力値及びイオン引き込み用の高周波電力の出力値を同じにすることができる。これにより、工程毎に各高周波電力の出力値を変更する必要をなくすことができ、もって、ホール４３の形成を効率よく行うことができる。
さらに、本実施の形態に係る基板処理方法では、メインエッチングにおける処理ガスの総流量が２４６〜２６４ｓｃｃｍ、アッシングにおける処理ガスの総流量が２４５〜２６５ｓｃｃｍ、及びブレークスルーエッチングにおける処理ガスの総流量が２４５〜２６５ｓｃｃｍに設定されるので、メインエッチング、アッシング、及びブレークスルーエッチングにおける処理ガスの総流量を同じにすることができる。これにより、工程毎に処理ガスの総流量を変更する必要をなくすことができ、もって、ホール４３の形成を効率よく行うことができる。
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態ではポリシリコン層３８にホール４３が形成されたが、ポリシリコン層３８にトレンチを形成する場合にも、本発明を適用することができる。
本発明の目的は、上述した実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを記録した記憶媒体を、コンピュータ等に供給し、コンピュータのＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムを読み出して実行することによっても達成される。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラム自体が上述した実施の形態の機能を実現することになり、プログラム及びそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることによりコンピュータに供給されてもよい。
また、コンピュータのＣＰＵが読み出したプログラムを実行することにより、上記実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムが、コンピュータに挿入された機能拡張ボードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
上記プログラムの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
Ｗ ウエハ
１０ 基板処理装置
１５ 処理室
３８ ポリシリコン層
４３ ホール
４４ デポ
４５ａ 臭素陽イオン
４５ｂ 臭素ラジカル
４６ 酸素ラジカル
４７ 窒素ラジカル
４８ａ フッ素陽イオン
４８ｂ フッ素ラジカル
１０ 基板処理装置
１５ 処理室
３８ ポリシリコン層
４３ ホール
４４ デポ
４５ａ 臭素陽イオン
４５ｂ 臭素ラジカル
４６ 酸素ラジカル
４７ 窒素ラジカル
４８ａ フッ素陽イオン
４８ｂ フッ素ラジカル
Claims (13)
- ウエハを収容する処理室を備える基板処理装置において、臭素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記ウエハ上に形成されたシリコン層をエッチングするメインエッチングステップと、
酸素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記エッチングされたシリコン層をアッシングするアッシングステップと、
フッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記アッシングされたシリコン層をエッチングするブレークスルーエッチングステップとを有し、
前記アッシングステップは、前記メインエッチングにおいて生成された反応性生成物に酸化処理を施す酸化ステップを含むことを特徴とする基板処理方法。 - 前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップをこの順で２回以上繰り返すことを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
- 前記メインエッチングステップに先立って、前記臭素を含む処理ガス及び前記フッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記シリコン層をエッチングする事前エッチングステップをさらに有することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
- 前記酸素を含む処理ガスは窒素ガスを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
- 前記メインエッチングステップの実行時間、前記アッシングステップの実行時間、及び前記ブレークスルーエッチングステップの実行時間の比は、４２〜４８：１〜２：２〜３であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
- 前記ブレークスルーエッチングステップにおいて、前記基板処理装置で用いられる２つの高周波電力のうちの低い周波数の高周波電力の周波数は１３．５２ＭＨｚよりも小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
- 前記低い周波数の高周波電力の周波数は３ＭＨｚよりも小さいことを特徴とする請求項６記載の基板処理方法。
- 前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップにおいて前記処理室内の圧力を同じ値に維持することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の基板処理方法。
- 前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップにおいて前記基板処理装置で用いられる２つの高周波電力の出力値を同じ値に維持することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の基板処理方法。
- 前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップにおいて前記処理室内に供給される前記処理ガスの総流量を同じ値に維持することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の基板処理方法。
- ウエハを収容する処理室を備える基板処理装置において前記ウエハに所定の処理を施す基板処理方法をコンピュータに実行させるプログラムを格納するコンピュータで読み取り可能な記憶媒体であって、前記基板処理方法は、
ウエハを収容する処理室を備える基板処理装置において、臭素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記ウエハ上に形成されたシリコン層をエッチングするメインエッチングステップと、
酸素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記エッチングされたシリコン層をアッシングするアッシングステップと、
フッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記アッシングされたシリコン層をエッチングするブレークスルーエッチングステップとを有し、
前記アッシングステップは、前記メインエッチングにおいて生成された反応性生成物に酸化処理を施す酸化ステップを含むことを特徴とする記憶媒体。 - 前記メインエッチングステップ、前記アッシングステップ、及び前記ブレークスルーエッチングステップをこの順で２回以上繰り返すことを特徴とする請求項１１記載の記憶媒体。
- 前記メインエッチングステップに先立って、前記臭素を含む処理ガス及び前記フッ素を含む処理ガスから生成されたプラズマで前記シリコン層をエッチングする事前エッチングステップをさらに有することを特徴とする請求項１１又は１２記載の記憶媒体。
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