JP2014192245A - プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ処理方法においてタングステン層の横方向のエッチングを抑制する。
【解決手段】フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器１２へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗをタングステン層Ｗの上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングする第１のエッチング工程Ｓ２と、酸素含有ガスを含む処理ガスを処理容器１２へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗを処理する酸化処理工程Ｓ３と、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器１２へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗをタングステン層Ｗの下面に至るまでエッチングする第２のエッチング工程Ｓ４と、を含む。
【選択図】図２
【解決手段】フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器１２へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗをタングステン層Ｗの上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングする第１のエッチング工程Ｓ２と、酸素含有ガスを含む処理ガスを処理容器１２へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗを処理する酸化処理工程Ｓ３と、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器１２へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗをタングステン層Ｗの下面に至るまでエッチングする第２のエッチング工程Ｓ４と、を含む。
【選択図】図２
Description
本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
半導体製造装置におけるトランジスタのゲート電極では、ポリシリコン層の上にバリアメタル層及びタングステン層を積層させた構造のものが使用されている。このような構造のゲート電極を製造する場合に、マスク層を介してバリアメタル層及びタングステン層をエッチングするプラズマ処理方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載のプラズマ処理方法では、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス及びＮＦ３ガスを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、バリアメタル層及びタングステン層のエッチングが行われている。
しかしながら、上記のプラズマ処理方法では、タングステン層をエッチングする際に、ゲート電極の縦方向（深さ方向）のエッチングと共に横方向（水平方向）のエッチングが発生する。この横方向のエッチングの結果、メサ形状のゲート電極の幅が細くなってしまい所望のトランジスタ構造が形成できず、結果的にトランジスタの電気特性が得られないおそれがある。
本技術分野では、プラズマ処理方法においてタングステン層の横方向のエッチングを抑制することが要請されている。
本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器及び処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部を有するプラズマ処理装置を用いて、ポリシリコン層の上に形成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチングし、タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理方法であって、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層をタングステン層の上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングする第１の工程と、酸素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層を処理する第２の工程と、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層をタングステン層の下面に至るまでエッチングする第３の工程と、を含む。
このプラズマ処理方法によれば、タングステン層をタングステン層の上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングする第１の工程と、タングステン層をタングステン層の下面に至るまでエッチングする第３の工程との間に、酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマエッチングによって、タングステン層を処理する第２の工程を含むことにより、タングステン層の側壁にタングステンの酸化物が形成される。タングステンの酸化物は保護膜として作用するため、タングステン層の横方向のエッチングを抑制することができる。
一実施形態においては、ポリシリコン層とタングステン層との間にバリアメタル層が形成され、第３の工程は、バリアメタル層を更にエッチングしてもよい。
一実施形態においては、プラズマ処理装置が、処理容器内に配置される第１電極と、第１電極に対して対向して配置される第２電極と、第２電極に第１周波数の電力を供給する第１電源部と、第２電極に第２周波数の電力を供給する第２電源部と、を備え、第２の工程では、第２電源部から第２電極へ電力が供給されなくてもよい。この形態によれば、タングステン層の側壁が酸化により過剰に変質することを抑制しつつ、タングステン層の横方向のエッチングを抑制することができる。
一実施形態においては、第２の工程では、第１の工程及び第３の工程よりも処理空間の圧力が高くてもよい。この形態によれば、タングステン層の側壁が酸化により過剰に変質することを抑制しつつ、タングステン層の横方向のエッチングを抑制することができる。
一実施形態においては、第２の工程では、第１の工程及び第３の工程よりも処理時間が短くてもよい。この形態によれば、必要以上に時間をかけて処理しなくて済み、生産効率を上げることができる。
一実施形態においては、酸素含有ガスが、Ｏ２ガス又はＯ３ガスであってもよい。一実施形態においては、フッ素含有ガスが、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガスであってもよい。
本発明の別の一側面に係るプラズマ処理装置は、ポリシリコン層の上に形成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチングし、タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理装置であって、プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、ガス供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層をタングステン層の上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングし、酸素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層を処理し、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層をタングステン層の下面に至るまでエッチングする。
このプラズマ処理装置によれば、タングステン層をタングステン層の上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングする工程と、タングステン層をタングステン層の下面に至るまでエッチングする工程との間に、酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマエッチングによって、タングステン層を処理する工程を含むことにより、タングステン層の側壁にタングステンの酸化物が形成される。タングステンの酸化物は保護膜として作用するため、タングステン層の横方向のエッチングを抑制することができる。
以上説明したように、本発明の種々の側面及び形態によれば、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置においてタングステン層の横方向のエッチングを抑制することが可能となる。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型平行板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、その表面が陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒上の支持部１４が配置されている。この支持部１４は、例えばアルミニウムといった金属から構成された基台１６を支持している。この基台１６は、処理容器１２内に設けられており、一実施形態においては、下部電極（第２電極）を構成している。
基台１６の上面には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は基台１６と共に一実施形態の載置台を構成している。静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被処理体（ワークピース）Ｘを吸着保持することができる。
基台１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、フォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、被エッチング層の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。
基台１６の内部には、冷媒室２４が設けられている。冷媒室２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１８上に載置された被処理体Ｘの温度が制御される。
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック１８の上面と被処理体Ｘの裏面との間に供給する。
また、処理容器１２内には、上部電極３０（第１電極）が設けられている。この上部電極３０は、下部電極である基台１６の上方において、当該基台１６と対向配置されており、基台１６と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極を構成する基台１６との間には、被処理体Ｘにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｓが画成されている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６にはガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、スプリッタ４３、バルブ４２ａ〜４２ｄ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４４ａ〜４４ｄを介して、ガス源４０ａ〜４０ｄが接続されている。なお、ＭＦＣの代わりにＦＣＳが設けられていてもよい。ガス源４０ａは、例えば、ＣＦ４、ＮＦ３又はＳＦ６等のフッ素含有ガスを含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｂは、例えば、Ａｒガスのような希ガスを含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｃは、例えば、Ｏ２又はＯ３等の酸素含有ガスを含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｄは、例えば、窒素を含む処理ガスのガス源である。これらのガス源４０ａ〜４０ｄからの処理ガスは、ガス供給管３８からガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。ガス源４０ａ〜４０ｄ、バルブ４２ａ〜４２ｄ、ＭＦＣ４４ａ〜４４ｄ、スプリッタ４３、ガス供給管３８、並びに、ガス拡散室３６ａ、ガス通流孔３６ｂ、及びガス吐出孔３４ａを画成する上部電極３０は、一実施形態におけるガス供給部を構成している。
また、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチングの副生成物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁には被処理体Ｘの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
また、処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向において被処理体Ｘと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材５６はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図１に示す位置に限られるものではない。例えば、導電性部材５６は、基台１６の周囲に設けられる等、基台１６側に設けられてもよく、また上部電極３０の外側にリング状に設けられる等、上部電極３０の近傍に設けられてもよい。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、下部電極を構成する基台１６に高周波電力を供給するための給電棒５８を更に備えている。給電棒５８は、一実施形態に係る給電ラインを構成している。給電棒５８は、同軸二重管構造を有しており、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂを含んでいる。棒状導電部材５８ａは、処理容器１２外から処理容器１２の底部を通って処理容器１２内まで略鉛直方向に延在しており、当該棒状導電部材５８ａの上端は、基台１６に接続されている。また、筒状導電部材５８ｂは、棒状導電部材５８ａの周囲を囲むように当該棒状導電部材５８ａと同軸に設けられており、処理容器１２の底部に支持されている。これら棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの間には、略環状の２枚の絶縁部材５８ｃが介在して、棒状導電部材５８ａと筒状導電部材５８ｂとを電気的に絶縁している。
また、一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、整合器７０、７１を更に備え得る。整合器７０、７１には、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの下端が接続されている。この整合器７０、７１には、第１の高周波電源６２（第１電源部）及び第２の高周波電源６４（第２電源部）がそれぞれ接続されている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力（第１周波数の電力）を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。また、第１の高周波電力は、一例においては０〜２０００Ｗである。第２の高周波電源６４は、基台１６に高周波バイアスを印加し、被処理体Ｘにイオンを引き込むための第２の高周波電力（第２周波数の電力）を発生する。第２の高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。また、第２の高周波電力は、一例においては０〜５０００Ｗである。また、直流電源６０は、ローパスフィルタを介して、上部電極３０に接続されている。この直流電源６０は、負の直流電圧を上部電極３０に出力する。上記構成によって、下部電極を構成する基台１６に二つの異なる高周波電力を供給し、上部電極３０に直流電圧を印加し得る。
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系及び電源系等を、制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
このプラズマ処理装置１０を用いてエッチングを行うときには、静電チャック１８上に被処理体Ｘが載置される。被処理体Ｘは、被エッチング層と、当該被エッチング層上に設けられたレジストマスクを有し得る。そして、排気装置５０により処理容器１２内を排気しながら、ガス源４０ａ〜４０ｄからの処理ガスを所定の流量で処理容器１２内に供給し、処理容器１２内の圧力を、例えば０．１〜５０Ｐａの範囲内に設定する。
次いで、第１の高周波電源６２が、第１の高周波電力を基台１６に供給する。また、第２の高周波電源６４が、第２の高周波電力を基台１６に供給する。さらに、直流電源６０が、第１の直流電圧を上部電極３０に供給する。これにより、上部電極３０と基台１６との間に高周波電界が形成され、処理空間Ｓに供給された処理ガスが、プラズマ化する。このプラズマで生成される正イオンやラジカルによって被処理体Ｘの被エッチング層がエッチングされる。
以下、図２及び図３を参照して、上述したプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法の一実施形態について説明する。図２は一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたエッチングの工程を示すフロー図、図３は図２のエッチングの工程を示す概略断面図である。図２に示すエッチングの工程における制御は、制御部Ｃｎｔにより実行される。一実施形態のプラズマ処理方法は、上述したプラズマ処理装置１０を用いて、ポリシリコン層Ｐの上に形成されたタングステン層Ｗを、マスク層１を介してエッチングすることにより、タングステン層Ｗを所定のパターンにパターニングする。
図２に示すように、まず工程Ｓ１において被処理体Ｘが準備され、被処理体Ｘが処理容器１２の静電チャック１８に載置される。図３の（ａ）に示すように、被処理体Ｘは、基板Ｂ上に、ポリシリコン層Ｐ、バリアメタル（例えば、タングステンナイトライド）層ＷＮ及びタングステン層Ｗが積層された多層膜材料である。タングステン層Ｗ上には、所定の平面形状を有するマスク層１が配置されている。マスク層１は、タングステン層Ｗ上に、ＳｉＮ層７、シリコン酸化層（例えば、ＴＥＯＳ層）５及びａ−Ｓｉ層（アモルファスシリコン層）３が積層されて形成されたハードマスクである。以下、図３の（ａ）に示す被処理体Ｘを例に挙げて、一実施形態のプラズマ処理方法について説明する。
第１のエッチング工程Ｓ２（第１の工程：メインエッチング）においては、まず、ガス供給部から処理容器１２にフッ素含有ガスを含む第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗを、タングステン層Ｗの下面に至る前までエッチングする。すなわち、バリアメタル層ＷＮが露出し始めるか、露出し始める直前までタングステン層Ｗをエッチングする。この際に用いられる第１の処理ガスは、例えば、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガス等である。第１のエッチング工程Ｓ２において、フッ素含有ガスを含む第１の処理ガスにより、タングステン層Ｗのうち、マスク層１で覆われていない領域がエッチングされる。また、マスク層１の最上位層にあるａ−Ｓｉ層３がエッチングされる。第１のエッチング工程Ｓ２においては、タングステン層Ｗの下面に至る前にエッチングが終了する。このため、第１のエッチング工程Ｓ２が終了した段階で、被処理体Ｘは図３の（ｂ）の構成となる。なお、第１のエッチング工程Ｓ２においてマスク層１がエッチングされる領域は、ａ−Ｓｉ層３の一部であってもよく、ａ−Ｓｉ層３の下面まで至ってもよい。また、後述する第２のエッチング工程Ｓ４においてエッチングに用いるためのマスク層１が確保できる限り、ａ−Ｓｉ層３の下に配置されたＴＥＯＳ層５及びＳｉＮ層７に至ってエッチングされてもよい。
ここで、第１のエッチング工程Ｓ２をプラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件の一例を以下に示す。
（第１のエッチング工程Ｓ２）
処理空間Ｓの圧力：５ｍＴоｒｒ（０．６６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第１の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：２０〜３０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：８０〜１００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒
（第１のエッチング工程Ｓ２）
処理空間Ｓの圧力：５ｍＴоｒｒ（０．６６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第１の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：２０〜３０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：８０〜１００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒
一実施形態のプラズマ処理方法では、続く酸化処理工程Ｓ３（第２の工程：アッシング）において、ガス供給部から処理容器１２に酸素含有ガスを含む第２の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗの側壁を酸化処理する。この際に用いられる第２の処理ガスは、例えば、Ｏ２ガス又はＯ３ガス等である。酸化処理工程Ｓ３において、酸素含有ガスを含む第２の処理ガスにより、タングステン層Ｗの側壁が酸化処理される。酸化処理工程Ｓ３においては、被処理体Ｘはエッチングされていない。このため、酸化処理工程Ｓ３が終了した段階で、被処理体Ｘは図３の（ｂ）に示す構成のままである。ただし、実際には、酸化処理工程を経たことにより、タングステン層Ｗの側壁１１に酸化物が形成されている。このタングステン層Ｗの側壁１１において形成された酸化物の詳細については後述する。
ここで、酸化処理工程Ｓ３をプラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件の一例を以下に示す。なお、以下に示す処理条件のように、一実施形態においては、酸化処理工程Ｓ３では、第２の高周波電源６４から電力が供給されていない。
（酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
一実施形態のプラズマ処理方法では、続く第２のエッチング工程Ｓ４（第３工程：オーバーエッチング）において、ガス供給部から処理容器１２にフッ素含有ガスを含む第３の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗを、タングステン層Ｗの下面に至るまでエッチングする。この際に用いられる第３の処理ガスは、例えば、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガス等である。一実施形態においては、タングステン層Ｗの下面に至るまでエッチングされると共に、タングステン層Ｗの下に位置するバリアメタル層ＷＮが更にエッチングされる。第２のエッチング工程Ｓ４において、フッ素含有ガスを含む第３の処理ガスにより、タングステン層Ｗ及びバリアメタル層ＷＮのうち、マスク層１で覆われていない領域がエッチングされる。また、マスク層１のＴＥＯＳ層５の一部がエッチングされる。第２のエッチング工程Ｓ４が終了した段階で、被処理体Ｘは図３の（ｃ）の構成となる。なお、第２のエッチング工程Ｓ４においてマスク層１がエッチングされる領域は、ＴＥＯＳ層５の一部に限らず、ＴＥＯＳ層５の下面まで至ってもよく、タングステン層Ｗに至らない限り更にその下に配置されたＳｉＮ層７まで至ってもよい。また、前述の第１のエッチング工程Ｓ３においてマスク層１がエッチングされた領域に応じて、第２のエッチング工程Ｓ４においてマスク層１がエッチングされる領域は変化する。例えば、第１のエッチング工程Ｓ３においてａ−Ｓｉ層３の全体のうち上層〜中層がエッチングされたとすると、第２のエッチング工程Ｓ４においてはａ−Ｓｉ層３の中層より下側の領域がエッチングされる。
ここで、第２のエッチング工程Ｓ４をプラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件の一例を以下に示す。
（第２のエッチング工程Ｓ４）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第３の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：４〜６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００〜１２０ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒
（第２のエッチング工程Ｓ４）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第３の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：４〜６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００〜１２０ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒
上述した工程Ｓ２〜Ｓ４に示すように、一実施形態のプラズマ処理方法では、酸化処理工程Ｓ３における処理時間は、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理時間よりも短くなっている。また、酸化処理工程Ｓ３における処理空間Ｓの圧力は、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理空間Ｓの圧力よりも高くなっている。
第２のエッチング工程Ｓ４が終了すると、図２に示すエッチングの工程が終了する。このようにして、タングステン層Ｗが所定のパターンにパターニングされる。以上のように、一実施形態のプラズマ処理方法では、エッチングの工程を第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４の二段階に分け、更にこれらの工程の間に、酸化処理工程Ｓ３を追加している。次に、このようなプラズマ処理方法を用いた処理により得られるタングステン層Ｗの形状について、図４を参照して詳細に説明する。
図４の（ａ）は酸化処理をせずに第２のドライエッチングを行った場合の被処理体の概略断面図、図４の（ｂ）は酸化処理をしてから第２のドライエッチングを行った場合の被処理体の概略断面図である。図４の（ａ）に示すように、第１のエッチング工程Ｓ２の後、酸化処理工程Ｓ３を経ずに第２のエッチング工程Ｓ４を行った場合には、タングステン層Ｗの上端部の幅が細くなっている。これは、タングステン層Ｗの上端部が下端部に比べてフッ素を含む処理ガスに長く晒されることにより、横方向にもエッチングされたためと考えられる。一方、図４の（ｂ）に示すように、第１のエッチング工程Ｓ２の後、酸化処理工程Ｓ３を経てから第２のエッチング工程Ｓ４を行った場合には、タングステン層Ｗの側壁１１には、酸化物が形成されていると共に、タングステン層Ｗの上端部の幅が細くなっていない。すなわち、酸化処理工程Ｓ３において形成された酸化物が、第２のエッチング工程Ｓ４において保護膜として機能し、タングステン層Ｗの周囲で横方向におけるエッチングを抑制していることにより、タングステン層Ｗの上端部の幅が細くならないようにすることができる。
以上、一実施形態に係るプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置１０では、タングステン層Ｗをタングステン層Ｗの上面からタングステン層Ｗの下面に至る前までエッチングする第１のエッチング工程Ｓ２と、タングステン層Ｗをタングステン層Ｗの下面に至るまでエッチングする第２のエッチング工程Ｓ４との間に、酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマエッチングによって、タングステン層Ｗを処理する酸化処理工程Ｓ３を含むことにより、タングステン層Ｗの側壁１１にタングステンの酸化物が形成される。タングステンの酸化物は保護膜として作用するため、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができる。これにより、タングステン層Ｗの上端部における幅が細くならないようにすることが可能となる。
また、一実施形態に係るプラズマ処理方法では、プラズマ処理装置１０が、処理容器１２内に配置される上部電極３０と、上部電極３０に対して対向して配置される下部電極を構成する基台１６と、基台１６にプラズマ生成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源６２と、基台１６に高周波バイアスを印加し、被処理体Ｘにイオンを引き込むための第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源６４と、を備え、酸化処理工程Ｓ３では、第２の高周波電源６４から基台１６へ電力が供給されなくなっている。このため、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制しつつ、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができる。なお、酸化処理工程Ｓ３において第２の高周波電力を供給しないことにより、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制できる効果については、後述の実施例において説明する。
また、一実施形態に係るプラズマ処理方法における酸化処理工程Ｓ３では、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４よりも処理空間Ｓの圧力が高くなっている。このため、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制しつつ、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができる。なお、酸化処理工程Ｓ３において第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４よりも処理空間Ｓの圧力を高くすることにより、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制できる効果については、後述の実施例において説明する。
また、一実施形態に係るプラズマ処理方法における酸化処理工程Ｓ３では、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４よりも処理時間が短くなっている。このため、必要以上に時間をかけて処理しなくて済み、生産効率を上げることができる。なお、酸化処理工程Ｓ３において第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４よりも処理時間を短くできることについては、後述の実施例において説明する。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
例えば、上述した実施形態では、下部電極を構成する基台１６に二つの高周波電源が接続されているが、基台１６と上部電極３０のうち一方に第１の高周波電源が接続され、他方に第２の高周波電源が接続されていてもよい。
［実施例］
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例について述べるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例について述べるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（酸化処理工程Ｓ３を加えることによる効果の確認）
実施例１では、図１に示すプラズマ処理装置１０により、図２に示すエッチングの工程によりプラズマ処理を行った。実施例１の工程Ｓ２〜Ｓ４は、以下に示す処理条件とした。
実施例１では、図１に示すプラズマ処理装置１０により、図２に示すエッチングの工程によりプラズマ処理を行った。実施例１の工程Ｓ２〜Ｓ４は、以下に示す処理条件とした。
（実施例１の第１のエッチング工程Ｓ２）
処理空間Ｓの圧力：５ｍＴоｒｒ（０．６６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第１の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：２０〜３０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：８０〜１００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒
（実施例１の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（実施例１の第２のエッチング工程Ｓ４）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第３の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：４〜６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００〜１２０ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒
処理空間Ｓの圧力：５ｍＴоｒｒ（０．６６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第１の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：２０〜３０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：８０〜１００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒
（実施例１の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（実施例１の第２のエッチング工程Ｓ４）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第３の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：４〜６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００〜１２０ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒
比較例１では、図２に示すエッチングの工程のうち、酸化処理工程Ｓ３を行わなかった。すなわち、比較例１では、第１のエッチング工程Ｓ２の後、酸化処理工程Ｓ３を経ずに第２のエッチング工程Ｓ４に進む工程によりプラズマ処理を行った。
上記工程によって得られた実施例１及び比較例１の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、タングステン層Ｗの形状を確認した。ここでは、被処理体Ｘの中央部（Ｃｅｎｔｅｒ）及び端部（Ｅｄｇｅ）に形成されたタングステン層Ｗの形状をそれぞれ確認した。測定結果を図５に示す。図５は、比較例１及び実施例１におけるプラズマ処理後のタングステン層Ｗの形状を比較する表である。図５の１〜３列目は、それぞれ、図２に示す第１のエッチング工程Ｓ２を行った後の結果、比較例１を行った後の結果（図４の（ａ）に対応）及び実施例１を行った後の結果（図４の（ｂ）に対応）を示している。図５では、タングステン層Ｗの形状に関する指標として、タングステン層Ｗの上端部の幅（Ｔｏｐ ＣＤ）を用いている。この指標について、図６を参照して説明する。
図６は、タングステン層Ｗの形状に関する指標を説明する図である。図６はタングステン層Ｗの上端部の幅に関する指標を示している。図６に示すように、タングステン層Ｗの上端部の幅（Ｔｏｐ ＣＤ）は、タングステン層ＷのＳｉＮ層７と接する側の端部における横方向の幅である。
再び図５に戻り、比較例１及び実施例１におけるプラズマ処理後のタングステン層Ｗの形状について説明する。以下、タングステン層Ｗの下端部と比較して、より誤差が少ない被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅を比較対象とした。なお、タングステン層Ｗの下端部は丸みを帯びているため、その値にばらつきが生じやすい。図５に示すように、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、第１のエッチング工程Ｓ２を行った後は１６．４［ｎｍ］であった。これに対し、比較例１におけるプラズマ処理後は、１４．０［ｎｍ］であった。よって、比較例１におけるプラズマ処理後は、第１のエッチング工程Ｓ２後と比較して、タングステン層Ｗの上端部の幅が２．４［ｎｍ］小さくなった。一方、実施例１におけるプラズマ処理後は、タングステン層Ｗの幅が１６．１［ｎｍ］であった。よって、実施例１におけるプラズマ処理後は、第１のエッチング工程Ｓ２後と比較して、タングステン層Ｗの上端部の幅が０．３［ｎｍ］小さくなった。以上より、実施例１の方が、比較例１よりも、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅が細くならなかった。
同様にして、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅を比較する。図５に示すように、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、第１のエッチング工程Ｓ２を行った後は１６．８［ｎｍ］であった。これに対し、比較例１におけるプラズマ処理後は、１４．４［ｎｍ］であった。よって、比較例１におけるプラズマ処理後は、第１のエッチング工程Ｓ２後と比較して、タングステン層Ｗの上端部の幅が２．４［ｎｍ］小さくなった。一方、実施例１におけるプラズマ処理後は、タングステン層Ｗの幅が１６．３［ｎｍ］であった。よって、実施例１におけるプラズマ処理後は、第１のエッチング工程Ｓ２後と比較して、タングステン層Ｗの上端部の幅が０．５［ｎｍ］小さくなった。以上より、実施例１の方が、比較例１よりも、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅が細くならなかった。
以上、メインエッチング工程（第１のエッチング工程Ｓ２）とオーバーエッチング工程（第２のエッチング工程Ｓ４）との間に、アッシング工程（酸化処理工程Ｓ３）を行うことで、タングステン層Ｗの上端部の幅の減少を抑制することができることが確認された。また、上記効果は、被処理体Ｘの中央部及び端部において同様であり、タングステン層Ｗの形成位置に依存することなく奏することが確認された。
（酸化処理工程Ｓ３の処理条件の最適化）
（酸化処理工程Ｓ３の圧力）
酸化処理工程Ｓ３の圧力がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例２は、実施例１と同じ処理条件とした。実施例３及び４は、酸化処理工程Ｓ３のみ、実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例３及び実施例４の酸化処理工程Ｓ３は、それぞれ以下に示す処理条件とした。
（酸化処理工程Ｓ３の圧力）
酸化処理工程Ｓ３の圧力がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例２は、実施例１と同じ処理条件とした。実施例３及び４は、酸化処理工程Ｓ３のみ、実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例３及び実施例４の酸化処理工程Ｓ３は、それぞれ以下に示す処理条件とした。
（実施例３の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２０ｍＴоｒｒ（２．６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（実施例４の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
すなわち、実施例３及び実施例４は、実施例２よりも酸化処理工程Ｓ３の処理空間Ｓの圧力を低くした。
処理空間Ｓの圧力：２０ｍＴоｒｒ（２．６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（実施例４の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
すなわち、実施例３及び実施例４は、実施例２よりも酸化処理工程Ｓ３の処理空間Ｓの圧力を低くした。
実施例２〜４の断面をＳＥＭで観察し、タングステン層Ｗの形状を確認した。ここでは、被処理体Ｘの中央部及び端部に形成されたタングステン層Ｗの形状をそれぞれ確認した。測定結果を図７に示す。図７は、実施例２〜６で測定されたタングステン層の形状を比較する表である。図７に示すように、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、処理空間Ｓの圧力が２００ｍＴоｒｒの実施例２では１３．６［ｎｍ］であった。一方、処理空間Ｓの圧力が２０ｍＴｏｒｒの実施例３では１４．２［ｎｍ］、処理空間Ｓの圧力が１０ｍＴｏｒｒの実施例４では１４．５［ｎｍ］であった。同様にして、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、処理空間Ｓの圧力が２００ｍＴоｒｒの実施例２では１３．４［ｎｍ］であった。一方、処理空間Ｓの圧力が２０ｍＴｏｒｒの実施例３では１４．１［ｎｍ］、処理空間Ｓの圧力が１０ｍＴｏｒｒの実施例４では１４．２［ｎｍ］であった。よって、処理空間Ｓの圧力を低くした方が、タングステン層Ｗの上端部が細くならなかった。ここで、ＳＥＭの反射電子像を用いて組成を詳細に分析した。その結果を図８に示す。図８は、実施例４及び実施例６においてタングステン層の側壁が過剰に酸化されたことを示す概略断面図である。図８に示すように、処理空間Ｓの圧力を１０ｍＴｏｒｒとした実施例４においては、実施例２，３に比べてタングステン層Ｗの側壁１１がより酸化されていることが確認された。これは、処理空間Ｓの圧力を低くすることによりエッチングの異方性が高まり、処理ガスとしてのＯ２が、より深い位置まで到達することからタングステン層Ｗの側壁１１に届きやすくなり、酸化が進んだためと考えられる。このようにタングステン層Ｗの側壁１１の酸化が顕著となると、タングステン層Ｗ自体の幅が減ってしまうため、設計値通りのデバイスができないこととなり好ましくない。よって、酸化処理工程Ｓ３における処理空間Ｓの圧力を１０ｍＴоｒｒよりも高くしておく必要がある。ここで、一般的に、エッチングの工程は１０ｍＴｏｒｒ以下の低圧において行われるため、酸化処理工程Ｓ３における処理空間Ｓの圧力は、第１のエッチング工程Ｓ２における処理空間Ｓの圧力５ｍＴｏｒｒ及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理空間Ｓの圧力１０ｍＴｏｒｒよりも高くしておく必要がある。以上より、酸化処理工程Ｓ３における処理空間Ｓの圧力を、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理空間Ｓの圧力よりも高くしておくことで、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制しつつ、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができることが確認された。
（酸化処理工程Ｓ３の処理時間）
酸化処理工程Ｓ３の処理時間がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例５は、酸化処理工程Ｓ３のみ実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例５の酸化処理工程Ｓ３は、以下に示す処理条件とした。
酸化処理工程Ｓ３の処理時間がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例５は、酸化処理工程Ｓ３のみ実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例５の酸化処理工程Ｓ３は、以下に示す処理条件とした。
（実施例５の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
すなわち、実施例５では、実施例２よりも酸化処理工程Ｓ３の処理時間を長くした。
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
すなわち、実施例５では、実施例２よりも酸化処理工程Ｓ３の処理時間を長くした。
実施例５の断面をＳＥＭで観察し、タングステン層Ｗの形状を確認した。ここでは、被処理体Ｘの中央部及び端部に形成されたタングステン層Ｗの形状をそれぞれ確認した。測定結果を図７に示す。図７に示すように、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、処理時間が１０秒の実施例２では１３．６［ｎｍ］であった。一方、処理時間が２０秒の実施例５では１３．３［ｎｍ］であった。同様に、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、処理時間が１０秒の実施例２では１３．４［ｎｍ］であった。一方、処理時間が２０秒の実施例５では１４．２［ｎｍ］であった。よって、処理時間が１０秒でも２０秒でも同様にタングステン層の上端部が細くならなかった。すなわち、一般的なエッチングの工程における処理時間よりも短い１０秒でも２０秒でも十分に効果が得られた。よって、スループットの観点から、必要以上に時間をかけて処理するよりも、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理時間よりも短い時間で処理することで、生産効率を上げることができることが確認された。
（酸化処理工程Ｓ３の印加電力）
酸化処理工程Ｓ３の印加電力がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例６は、酸化処理工程Ｓ３のみ実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例６の酸化処理工程Ｓ３は、以下に示す処理条件とした。
酸化処理工程Ｓ３の印加電力がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例６は、酸化処理工程Ｓ３のみ実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例６の酸化処理工程Ｓ３は、以下に示す処理条件とした。
（実施例６の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：１００Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
すなわち、実施例６では、第２の高周波電力（イオン引き込み用のバイアス）を供給した。
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：１００Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
すなわち、実施例６では、第２の高周波電力（イオン引き込み用のバイアス）を供給した。
実施例６の断面をＳＥＭで観察し、タングステン層Ｗの形状を確認した。ここでは、被処理体Ｘの中央部及び端部に形成されたタングステン層Ｗの形状をそれぞれ確認した。測定結果を図７に示す。図７に示すように、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、第２の高周波電力を供給しない実施例２では１３．６［ｎｍ］であった。一方、第２の高周波電力を１００Ｗとした実施例６では１４．７［ｎｍ］であった。同様に、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、第２の高周波電力を供給しない実施例２では１３．４［ｎｍ］であった。一方、第２の高周波電力を１００Ｗとした実施例６では１６．６［ｎｍ］であった。よって、第２の高周波電力を供給した方が、タングステン層Ｗの上端部が細くならなかった。ここで、ＳＥＭの反射電子像を用いて組成を詳細に分析した。その結果、第２の高周波電力を供給した実施例６においては、図８に示すように実施例２に比べてタングステン層Ｗの側壁１１がより酸化されていることが確認された。これは、第２の高周波電力を供給することによりエッチングの異方性が高まり、処理ガスとしてのＯ２が、より深い位置まで到達することからタングステン層Ｗの側壁１１に届きやすくなり、酸化が進んだためと考えられる。実施例４と同様、このようにタングステン層Ｗの側壁１１の酸化が顕著となると、タングステン層Ｗ自体の幅が減ってしまうため、設計値通りのデバイスができないこととなり好ましくない。よって、酸化処理工程Ｓ３における第２の高周波電力を供給しないことが必要である。よって、酸化処理工程Ｓ３における第２の高周波電力を供給しないことにより、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制しつつ、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができることが確認された。
１…マスク層、１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…基台（第２電極）、３０…上部電極（第１電極）、３４ａ…ガス吐出孔，３６ａ…ガス拡散室，３６ｂ…ガス通流孔，３８…ガス供給管，４０ａ〜４０ｄ…ガス源，４２ａ〜４２ｄ…バルブ，４３…スプリッタ，４４ａ〜４４ｄ…ＭＦＣ（ガス供給部）、６２…第１の高周波電源（第１電源部）、６４…第２の高周波電源（第２電源部）、Ｓ…処理空間、Ｐ…ポリシリコン層、Ｗ…タングステン層、ＷＮ…バリアメタル層、Ｓ２…第１のエッチング工程（第１の工程）、Ｓ３…酸化処理工程（第２の工程）、Ｓ４…第２のエッチング工程（第３の工程）。
Claims (8)
- プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器及び前記処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部を有するプラズマ処理装置を用いて、ポリシリコン層の上に形成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチングし、前記タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理方法であって、
フッ素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の上面から前記タングステン層の下面に至る前までエッチングする第１の工程と、
酸素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を処理する第２の工程と、
フッ素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の下面に至るまでエッチングする第３の工程と、を含むプラズマ処理方法。 - 前記ポリシリコン層と前記タングステン層との間にバリアメタル層が形成され、
前記第３の工程は、前記バリアメタル層を更にエッチングする請求項１に記載のプラズマ処理方法。 - 前記プラズマ処理装置が、前記処理容器内に配置される第１電極と、前記第１電極に対して対向して配置される第２電極と、前記第２電極に第１周波数の電力を供給する第１電源部と、前記第２電極に第２周波数の電力を供給する第２電源部と、を備え、
前記第２の工程では、前記第２電源部から前記第２電極へ電力が供給されない請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。 - 前記第２の工程では、前記第１の工程及び前記第３の工程よりも前記処理空間の圧力が高い請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記第２の工程では、前記第１の工程及び前記第３の工程よりも処理時間が短い請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記酸素含有ガスが、Ｏ２ガス又はＯ３ガスである請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
- 前記フッ素含有ガスが、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガスである請求項１〜６の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
- ポリシリコン層の上に形成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチングし、前記タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理装置であって、
プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
フッ素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の上面から前記タングステン層の下面に至る前までエッチングし、
酸素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を処理し、
フッ素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の下面に至るまでエッチングする、プラズマ処理装置。
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