JP2016157793A - エッチング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】酸化シリコンから構成された第1領域をエッチング技術において、窒化シリコンから構成された第2領域の削れを抑制し、且つ処理時間を短くする。
【解決手段】
一実施形態の方法では、第1領域をエッチングするために、一回以上のシーケンスが実行される。一回以上のシーケンスの各々は、被処理体上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する第1工程と、堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルによって第1領域をエッチングする第2工程と、を含む。一回以上のシーケンスの実行後、フルオロカーボンガスを含む第2の処理ガスのプラズマが生成され、第1領域が更にエッチングされる。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、エッチング方法に関するものであり、特に、被処理体に対するプラズマ処理によって、酸化シリコンから構成された第1領域を、窒化シリコンから構成された第2領域に対して選択的にエッチングする方法に関するものである。
電子デバイスの製造においては、酸化シリコン(SiO)から構成された領域に対してホール又はトレンチといった開口を形成する処理が行われることがある。このような処理では、米国特許第7708859号明細書に記載されているように、一般的には、フルオロカーボンガスのプラズマに被処理体が晒されて、当該領域がエッチングされる。
また、酸化シリコンから構成された第1領域を、窒化シリコンから構成された第2領域に対して選択的にエッチングする技術が知られている。このような技術の一例としては、SAC(Self−Alignd Contact)技術が知られている。SAC技術については、特開2000−307001号公報に記載されている。
SAC技術の処理対象である被処理体は、酸化シリコン製の第1領域、窒化シリコン製の第2領域、及びマスクを有している。第2領域は、凹部を画成するように設けられており、第1領域は、当該凹部を埋め、且つ、第2領域を覆うように設けられており、マスクは、第1領域上に設けられており、凹部の上に開口を提供している。従来のSAC技術では、特開2000−307001号公報に記載されているように、第1領域のエッチングのために、フルオロカーボンガス、酸素ガス、及び希ガスを含む処理ガスのプラズマが用いられる。この処理ガスのプラズマに被処理体を晒すことにより、マスクの開口から露出した部分において第1領域がエッチングされて上部開口が形成される。さらに、処理ガスのプラズマに被処理体が晒されることにより、第2領域によって囲まれた部分、即ち凹部内の第1領域が自己整合的にエッチングされる。これにより、上部開口に連続する下部開口が自己整合的に形成される。
米国特許第7708859号明細書 特開2000−307001号公報
上述した従来の技術では、第1領域のエッチングが進行して第2領域が露出した時点において、第2領域の表面上に当該第2領域を保護する膜が形成されていない状態が生じる。この状態において第1領域のエッチングが行われると、第2領域に削れが生じる。したがって、第2領域の露出時の当該第2領域の削れを抑制する必要がある。また、このような技術においては、処理の開始から終了までの間に要求される時間を短くする必要がある。
即ち、酸化シリコンから構成された第1領域を選択的にエッチングする技術においては、窒化シリコンから構成された第2領域の削れを抑制し、且つ処理時間を短くすることが求められている。
一態様においては、被処理体に対するプラズマ処理によって、酸化シリコンから構成された第1領域を窒化シリコンから構成された第2領域に対して選択的にエッチングする方法が提供される。被処理体は、凹部を画成する第2領域、該凹部を埋め、且つ第2領域を覆うように設けられた第1領域、及び、第1領域上に設けられたマスクを有し、マスクは、凹部の上に該凹部の幅よりも広い幅を有する開口を提供する。この方法では、第2領域が露出するときを含む期間において、第1領域をエッチングするために一回以上のシーケンスが実行される。一回以上のシーケンスの各々は、(a)被処理体上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成するために、該被処理体を収容した処理容器内においてフルオロカーボンガスを含む第1の処理ガスのプラズマを生成する工程と、(b)堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルによって第1領域をエッチングする工程と、を含む。また、この方法は、一回以上のシーケンスの実行後に、処理容器内において生成したフルオロカーボンガスを含む第2の処理ガスのプラズマにより第1領域をエッチングする工程を含む。一実施形態では、第2の処理ガスのプラズマを生成する工程では、凹部の底まで第1領域を連続的にエッチングし得る。
上記一態様に係る方法のシーケンスでは、第2領域の露出時にフルオロカーボンの堆積物が被処理体上に形成され、しかる後に当該堆積物中のラジカルにより第1領域がエッチングされる。当該シーケンスによれば、エッチングレートは低いものの、第1領域がエッチングされ、且つ、露出時の第2領域の削れが抑制される。本方法では、かかるシーケンスの実行によって形成された堆積物によって第2領域が保護された状態で、フルオロカーボンガスのプラズマにより第1領域が更にエッチングされる。シーケンスの実行後に行われるフルオロカーボンのプラズマによる第1領域のエッチングのレートは、シーケンスにおける第1領域のエッチングのレートよりも高い。したがって、本方法では、第2領域の削れの抑制と第1領域のエッチングに要する処理時間の短縮が両立される。
一実施形態において、一回以上のシーケンスの各々は、被処理体を収容した処理容器内において、酸素含有ガス及び不活性ガスを含む第3の処理ガスのプラズマを生成する工程を更に含んでいてもよい。この実施形態によれば、酸素の活性種によって、被処理体に形成されている堆積物の量を適度に減少させることができる。したがって、マスクの開口、及びエッチングによって形成される開口の閉塞を防止することが可能となる。また、この実施形態では、処理ガスにおいて酸素含有ガスが不活性ガスによって希釈されているので、堆積物が過剰に除去されることを抑制することができる。
一実施形態の一回以上のシーケンスの各々では、第1の処理ガスのプラズマを生成する前記工程とフルオロカーボンのラジカルによって第1領域をエッチングする前記工程との間に、第3の処理ガスのプラズマを生成する前記工程が実行され、該一回以上のシーケンスの各々は、フルオロカーボンのラジカルによって第1領域をエッチングする前記工程の実行の後に、被処理体を収容した処理容器内において、第3の処理ガスのプラズマを生成する工程を更に含んでいてもよい。フルオロカーボンのラジカルによって第1領域をエッチングする前記工程の実行時には、被処理体上に付着していた堆積物を構成する物質が放出され、当該物質が被処理体に再度付着して、マスクの開口、及びエッチングによって形成される開口の幅を狭めるように堆積物を形成し、場合によっては、当該堆積物がこれら開口を閉塞させることもある。この実施形態によれば、フルオロカーボンのラジカルによって第1領域をエッチングする前記工程の実行後に、被処理体が酸素の活性種に晒されるので、開口の幅を狭める堆積物を減少させることができ、開口の閉塞をより確実に防止することが可能となる。
以上説明したように、酸化シリコンから構成された第1領域を選択的にエッチングする技術において、窒化シリコンから構成された第2領域の削れを抑制し、且つ処理時間を短くすることが可能になる。
一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 一実施形態に係るエッチング方法の適用対象である被処理体を例示する断面図である。 図1に示す方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。 図1に示す方法の各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。 図1に示す方法の各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。 図1に示す方法の各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。 図1に示す方法の各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。 図1に示す方法の各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。 図1に示す方法の各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。 図1に示す方法の各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。 図1に示す方法の各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。 別の実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 図12に示す方法の工程ST14の実行後の被処理体を示す断面図である。
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、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図1に示す方法MTは、被処理体に対するプラズマ処理によって、酸化シリコンから構成された第1領域を窒化シリコンから構成された第2領域に対して選択的にエッチングする方法である。
図2は、一実施形態に係るエッチング方法の適用対象である被処理体を例示する断面図である。図2に示すように、被処理体、即ちウエハWは、基板SB、第1領域R1、第2領域R2、及び、後にマスクを構成する有機膜OLを有している。一例では、ウエハWは、フィン型電界効果トランジスタの製造途中に得られるものであり、更に、隆起領域RA、シリコン含有の反射防止膜AL、及び、レジストマスクRMを有している。
隆起領域RAは、基板SBから隆起するように設けられている。この隆起領域RAは、例えば、ゲート領域を構成し得る。第2領域R2は、窒化シリコン(Si)から構成されており、隆起領域RAの表面、及び、基板SBの表面上に設けられている。この第2領域R2は、図2に示すように、凹部を画成するように延在している。一例では、凹部の深さは、約150nmであり、凹部の幅は、約20nmである。
第1領域R1は、酸化シリコン(SiO)から構成されており、第2領域R2上に設けられている。具体的に、第1領域R1は、第2領域R2によって画成される凹部を埋め、当該第2領域R2を覆うように設けられている。
有機膜OLは、第1領域R1上に設けられている。有機膜OLは、有機材料、例えば、アモルファスカーボンから構成され得る。反射防止膜ALは、有機膜OL上に設けられている。レジストマスクRMは、反射防止膜AL上に設けられている。レジストマスクRMは、第2領域R2によって画成される凹部上に当該凹部の幅よりも広い幅を有する開口を提供している。レジストマスクRMの開口の幅は、例えば、60nmである。このようなレジストマスクRMのパターンは、フォトリソグラフィ技術により形成される。
方法MTでは、図2に示すウエハWのような被処理体がプラズマ処理装置内において処理される。図3は、図1に示す方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。図3に示すプラズマ処理装置10は、容量結合型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の内壁面は、例えば、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、略円筒状の支持部14が設けられている。支持部14は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部14は、処理容器12内において、処理容器12の底部から鉛直方向に延在している。また、処理容器12内には、載置台PDが設けられている。載置台PDは、支持部14によって支持されている。
載置台PDは、その上面においてウエハWを保持する。載置台PDは、下部電極LE及び静電チャックESCを有している。下部電極LEは、第1プレート18a及び第2プレート18bを含んでいる。第1プレート18a及び第2プレート18bは、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第2プレート18bは、第1プレート18a上に設けられており、第1プレート18aに電気的に接続されている。
第2プレート18b上には、静電チャックESCが設けられている。静電チャックESCは、導電膜である電極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。静電チャックESCの電極には、直流電源22がスイッチ23を介して電気的に接続されている。この静電チャックESC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ウエハWを吸着する。これにより、静電チャックESCは、ウエハWを保持することができる。
第2プレート18bの周縁部上には、ウエハWのエッジ及び静電チャックESCを囲むようにフォーカスリング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、エッチング対象の膜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、石英から構成され得る。
第2プレート18bの内部には、冷媒流路24が設けられている。冷媒流路24は、温調機構を構成している。冷媒流路24には、処理容器12の外部に設けられたチラーユニットから配管26aを介して冷媒が供給される。冷媒流路24に供給された冷媒は、配管26bを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路24とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックESCによって支持されたウエハW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ESCの上面とウエハWの裏面との間に供給する。
また、プラズマ処理装置10は、上部電極30を備えている。上部電極30は、載置台PDの上方において、当該載置台PDと対向配置されている。下部電極LEと上部電極30とは、互いに略平行に設けられている。上部電極30と下部電極LEとの間には、ウエハWにプラズマ処理を行うための処理空間Sが提供されている。
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。一実施形態では、上部電極30は、載置台PDの上面、即ち、ウエハ載置面からの鉛直方向における距離が可変であるように構成され得る。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、当該電極板34には複数のガス吐出孔34aが設けられている。この電極板34は、一実施形態では、シリコンから構成されている。
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、バルブ群42及び流量制御器群44を介して、ガスソース群40が接続されている。ガスソース群40は、複数のガスソースを含んでいる。一例では、ガスソース群40は、一以上のフルオロカーボンガスのソース、希ガスのソース、窒素ガス(Nガス)のソース、水素ガス(Hガス)のソース、及び、酸素含有ガスのソースを含んでいる。一以上のフルオロカーボンガスのソースは、一例では、Cガスのソース、CFガスのソース、及び、Cガスのソースを含み得る。希ガスのソースは、Heガス、Neガス、Arガス、Krガス、Xeガスといった任意の希ガスのソースであることができ、一例では、Arガスのソースである。また、酸素含有ガスのソースは、一例では、酸素ガス(Oガス)のソースであり得る。なお、酸素含有ガスは、酸素を含有する任意のガスであってもよく、例えば、COガス又はCOガスといった酸化炭素ガスであってもよい。
バルブ群42は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群44はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群40の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群42の対応のバルブ及び流量制御器群44の対応の流量制御器を介して、ガス供給管38に接続されている。
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。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にエッチング副生物(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Y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、且つ、支持部14と処理容器12の側壁との間には排気プレート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Y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、且つ、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内の空間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の側壁にはウエハW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、プラズマ処理装置10は、第1の高周波電源62及び第2の高周波電源64を更に備えている。第1の高周波電源62は、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、例えば、27〜100MHzの周波数の高周波電力を発生する。第1の高周波電源62は、整合器66を介して下部電極LEに接続されている。整合器66は、第1の高周波電源62の出力インピーダンスと負荷側(下部電極LE側)の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第1の高周波電源62は、整合器66を介して上部電極30に接続されていてもよい。
第2の高周波電源64は、ウエハWにイオンを引き込むための高周波バイアス電力を発生する電源であり、例えば、400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数の高周波バイアス電力を発生する。第2の高周波電源64は、整合器68を介して下部電極LEに接続されている。整合器68は、第2の高周波電源64の出力インピーダンスと負荷側(下部電極LE側)の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
また、プラズマ処理装置10は、電源70を更に備えている。電源70は、上部電極30に接続されている。電源70は、処理空間S内に存在する正イオンを電極板34に引き込むための電圧を、上部電極30に印加する。一例においては、電源70は、負の直流電圧を発生する直流電源である。別の一例において、電源70は、比較的低周波の交流電圧を発生する交流電源であってもよい。電源70から上部電極に印加される電圧は、−150V以下の電圧であり得る。即ち、電源70によって上部電極30に印加される電圧は、絶対値が150以上の負の電圧であり得る。このような電圧が電源70から上部電極30に印加されると、処理空間Sに存在する正イオンが、電極板34に衝突する。これにより、電極板34から二次電子及び/又はシリコンが放出される。放出されたシリコンは、処理空間S内に存在するフッ素の活性種と結合し、フッ素の活性種の量を低減させる。
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。
以下、再び図1を参照して、方法MTについて詳細に説明する。以下の説明では、図2、図4〜図11を適宜参照する。図4〜図11は、方法MTの各工程の実施後の被処理体を示す断面図である。なお、以下の説明では、方法MTにおいて図2に示すウエハWが図3に示す一つのプラズマ処理装置10を用いて処理される例について説明する。
まず、方法MTでは、プラズマ処理装置10内に図2に示すウエハWが搬入され、当該ウエハWが載置台PD上に載置されて、当該載置台PDによって保持される。
方法MTでは、次いで、工程ST1が実行される。工程ST1では、反射防止膜ALがエッチングされる。このため、工程ST1では、ガスソース群40の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器12内に処理ガスが供給される。この処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。フルオロカーボンガスは、例えば、Cガス及びCFガスのうち一種以上を含み得る。また、この処理ガスは、希ガス、例えば、Arガスを更に含み得る。また、工程ST1では、排気装置50が作動され、処理容器12内の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、工程ST1では、第1の高周波電源62からの高周波電力が下部電極LEに供給され、第2の高周波電源64からの高周波バイアス電力が下部電極LEに対して供給される。
以下に、工程ST1における各種条件を例示する。
・処理容器内圧力:10mTorr(1.33Pa)〜50mTorr(6.65Pa)
・処理ガス
ガス:10sccm〜30sccm
CFガス:150sccm〜300sccm
Arガス:200sccm〜500sccm
・プラズマ生成用の高周波電力:300W〜1000W
・高周波バイアス電力:200W〜500W
・電源70の電圧:0V〜−500V
・ウエハWの温度:20℃〜80℃
工程ST1では、処理ガスのプラズマが生成され、フルオロカーボンの活性種によって、レジストマスクRMの開口から露出されている部分において反射防止膜ALがエッチングされる。その結果、図4に示すように、反射防止膜ALの全領域のうち、レジストマスクRMの開口から露出されている部分が除去される。即ち、反射防止膜ALにレジストマスクRMのパターンが転写され、反射防止膜ALに開口を提供するパターンが形成される。なお、工程ST1における上述したプラズマ処理装置10の各部の動作は制御部Cntによって制御され得る。
続く工程ST2では、有機膜OLがエッチングされる。このため、工程ST2では、ガスソース群40の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器12内に処理ガスが供給される。この処理ガスは、水素ガス及び窒素ガスを含み得る。なお、工程ST2において用いられる処理ガスは、有機膜をエッチングし得るものであれば、他のガス、例えば、酸素ガスを含む処理ガスであってもよい。また、工程ST2では、排気装置50が作動され、処理容器12内の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、工程ST2では、第1の高周波電源62からの高周波電力が下部電極LEに供給され、第2の高周波電源64からの高周波バイアス電力が下部電極LEに対して供給される。
以下に、工程ST2における各種条件を例示する。
・処理容器内圧力:50mTorr(6.65Pa)〜200mTorr(26.6Pa)
・処理ガス
ガス:200sccm〜400sccm
ガス:200sccm〜400sccm
・プラズマ生成用の高周波電力:500W〜2000W
・高周波バイアス電力:200W〜500W
・電源70の電圧:0V
・ウエハWの温度:20℃〜80℃
工程ST2では、処理ガスのプラズマが生成され、反射防止膜ALの開口から露出されている部分において有機膜OLがエッチングされる。また、レジストマスクRMもエッチングされる。その結果、図5に示すように、レジストマスクRMが除去され、有機膜OLの全領域のうち、反射防止膜ALの開口から露出されている部分が除去される。即ち、有機膜OLに反射防止膜ALのパターンが転写され、有機膜OLに開口MOを提供するパターンが形成され、当該有機膜OLからマスクMKが生成される。なお、工程ST2における上述したプラズマ処理装置10の各部の動作は制御部Cntによって制御され得る。
一実施形態においては、工程ST2の実行後に工程ST3が実行される。工程ST3では、第1領域R1が、第2領域R2が露出する直前までエッチングされる。即ち、第2領域R2上に第1領域R1が僅かに残されるまで、当該第1領域R1がエッチングされる。このため、工程ST3では、ガスソース群40の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器12内に処理ガスが供給される。この処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。また、この処理ガスは、希ガス、例えば、Arガスを更に含み得る。また、この処理ガスは、酸素ガスを更に含み得る。また、工程ST3では、排気装置50が作動され、処理容器12内の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、工程ST3では、第1の高周波電源62からの高周波電力が下部電極LEに供給され、第2の高周波電源64からの高周波バイアス電力が下部電極LEに対して供給される。
工程ST3では、処理ガスのプラズマが生成され、マスクMKの開口から露出されている部分において第1領域R1が、フルオロカーボンの活性種によってエッチングされる。この工程ST3の処理時間は、当該工程ST3の終了時に、第2領域R2上に第1領域R1が所定の膜厚で残されるように、設定される。この工程ST3の実行の結果、図6に示すように、上部開口UOが部分的に形成される。なお、工程ST3における上述したプラズマ処理装置10の各部の動作は制御部Cntによって制御され得る。
ここで、後述する工程ST11では、第1領域R1のエッチングよりも、第1領域R1を含むウエハWの表面上へのフルオロカーボンを含む堆積物の形成が優位となるモード、即ち、堆積モードとなる条件が選択される。一方、工程ST3では、堆積物の形成よりも第1領域R1のエッチングが優位となるモード、即ち、エッチングモードとなる条件が選択される。このため、一例では、工程ST3において利用されるフルオロカーボンガスは、Cガス及びCFガスのうち一種以上を含み得る。この例のフルオロカーボンガスは、工程ST11において利用されるフルオロカーボンガスの炭素原子数に対するフッ素原子数の比(即ち、フッ素原子数/炭素原子数)よりも、炭素原子数に対するフッ素原子数の比(即ち、フッ素原子数/炭素原子数)が高いフルオロカーボンガスである。また、一例では、フルオロカーボンガスの解離度を高めるために、工程ST3において利用されるプラズマ生成用の高周波電力は、工程ST11において利用されるプラズマ生成用の高周波電力よりも大きい電力に設定され得る。これら例によれば、エッチングモードを実現することが可能となる。また、一例では、工程ST3において利用される高周波バイアス電力も、工程ST11の高周波バイアス電力よりも大きい電力に設定され得る。この例によれば、ウエハWに対して引き込まれるイオンのエネルギーが高められ、第1領域R1を高速にエッチングすることが可能となる。
以下に、工程ST3における各種条件を例示する。
・処理容器内圧力:10mTorr(1.33Pa)〜50mTorr(6.65Pa)
・処理ガス
8ガス:10sccm〜30sccm
CFガス:50sccm〜150sccm
Arガス:500sccm〜1000sccm
ガス:10sccm〜30sccm
・プラズマ生成用の高周波電力:500W〜2000W
・高周波バイアス電力:500W〜2000W
・電源70の電圧:0V〜600V
・ウエハWの温度:20℃〜80℃
一実施形態では、次いで、工程ST4が実行される。工程ST4では、処理容器12内において酸素含有ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。このため、工程ST4では、ガスソース群40の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器12内に処理ガスが供給される。この処理ガスは、一例では、酸素含有ガスとして、酸素ガスを含み得る。また、処理ガスは、希ガス(例えば、Arガス)又は窒素ガスといった不活性ガスを更に含み得る。また、工程ST4では、排気装置50が作動され、処理容器12内の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、工程ST4では、第1の高周波電源62からの高周波電力が下部電極LEに供給される。なお、工程ST4では、第2の高周波電源64からの高周波バイアス電力が下部電極LEに供給されなくてもよい。
工程ST4では、酸素の活性種が生成され、当該酸素の活性種によってマスクMKの開口MOがその上端部分において広げられる。具体的には、図7に示すように、開口MOの上端部分を画成するマスクMKの上側肩部がテーパ形状を呈するように、エッチングされる。これにより、以後の工程で生成される堆積物がマスクMKの開口MOを画成する面に付着しても、当該開口MOの幅の縮小量を低減させることができる。なお、工程ST4における上述したプラズマ処理装置10の各部の動作は制御部Cntによって制御され得る。
ここで、後述する工程ST12は、シーケンスSQにおいて形成される微量の堆積物を減少させるものであり、堆積物の過剰な減少を抑制する必要がある。一方、工程ST4は、マスクMKの開口MOの上端部分の幅を広げるために実行されるものであり、その処理時間の短さが要求される。
以下に、工程ST4における各種条件を例示する。
・処理容器内圧力:30mTorr(3.99Pa)〜200mTorr(26.6Pa)
・処理ガス
ガス:50sccm〜500sccm
Arガス:200sccm〜1500sccm
・プラズマ生成用の高周波電力:100W〜500W
・高周波バイアス電力:0W〜200W
・電源70の電圧:0V
・ウエハWの温度:20℃〜200℃
次いで、方法MTでは、第2領域R2が露出する時を含む期間において第1領域R1をエッチングするために、一回以上のシーケンスSQが実行される。シーケンスSQでは、まず、工程ST11が実行される。工程ST11では、ウエハWが収容された処理容器12内で、処理ガス(第1の処理ガス)のプラズマが生成される。このため、工程ST11では、ガスソース群40の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器12内に処理ガスが供給される。この処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。また、この処理ガスは、希ガス、例えば、Arガスを更に含み得る。また、工程ST11では、排気装置50が作動され、処理容器12内の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、工程ST11では、第1の高周波電源62からの高周波電力が下部電極LEに供給される。
工程ST11では、フルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマが生成され、解離したフルオロカーボンが、ウエハWの表面上に堆積して、堆積物DPを形成する(図8参照)。かかる工程ST11における上述したプラズマ処理装置10の各部の動作は制御部Cntによって制御され得る。
上述したように、工程ST11では、堆積モードとなる条件が選択される。このため、一例では、フルオロカーボンガスとして、Cガスが利用される。
以下に、工程ST11における各種条件を例示する。
・処理容器内圧力:10mTorr(1.33Pa)〜50mTorr(6.65Pa)
・処理ガス
ガス:2sccm〜10sccm
Arガス:500sccm〜1500sccm
・プラズマ生成用の高周波電力:100W〜500W
・高周波バイアス電力:0W
・電源70の電圧:0V〜600V
・ウエハWの温度:20℃〜200℃
一実施形態のシーケンスSQでは、次いで、工程ST12が実行される。工程ST12では、処理容器12内において酸素含有ガス及び不活性ガスを含む処理ガス(第3の処理ガス)のプラズマが生成される。このため、工程ST12では、ガスソース群40の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器12内に処理ガスが供給される。一例では、この処理ガスは、酸素含有ガスとして、酸素ガスを含む。また、一例では、この処理ガスは、不活性ガスとして、Arガスといった希ガスを含む。不活性ガスは、窒素ガスであってもよい。また、工程ST12では、排気装置50が作動され、処理容器12内の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、工程ST12では、第1の高周波電源62からの高周波電力が下部電極LEに供給される。工程ST12では、第2の高周波電源64からの高周波バイアス電力が下部電極LEに供給されなくてもよい。
工程ST12では、酸素の活性種が生成され、ウエハW上の堆積物DPの量が、当該酸素の活性種によって適度に減少される(図9参照)。その結果、過剰な堆積物DPによって開口MO及び上部開口UOが閉塞されることが防止される。また、工程ST12で利用される処理ガスでは、酸素ガスが不活性ガスによって希釈されているので、堆積物DPが過剰に除去されることを抑制することができる。かかる工程ST12における上述したプラズマ処理装置10の各部の動作は制御部Cntによって制御され得る。
以下に、工程ST12における各種条件を例示する。
・処理容器内圧力:10mTorr(1.33Pa)〜50mTorr(6.65Pa)
・処理ガス
ガス:2sccm〜20sccm
Arガス:500sccm〜1500sccm
・プラズマ生成用の高周波電力:100W〜500W
・高周波バイアス電力:0W
・電源70の電圧:0V
・ウエハWの温度:20℃〜200℃
一実施形態では、各回のシーケンスSQの工程ST12は2秒以上実行され、且つ、工程ST12において堆積物DPが1nm/秒以下のレートでエッチングされ得る。プラズマ処理装置10のようなプラズマ処理装置を用いてシーケンスSQを実行するには、工程ST11、工程ST12、及び工程ST13の各工程間の遷移のためのガスの切り換えに時間を要する。したがって、放電の安定に要する時間を考慮すると、工程ST12は2秒以上実行される必要がある。しかしながら、このような時間長の期間における堆積物DPのエッチングのレートが高すぎると、第2領域R2を保護するための堆積物が過剰に除去され得る。このため、工程ST12では、1nm/秒以下のレートで堆積物DPがエッチングされる。これにより、ウエハW上に形成されている堆積物DPの量を適度に調整することが可能となる。なお、工程ST12における堆積物DPのエッチングの1nm/秒以下のレートは、処理容器内の圧力、処理ガス中の酸素の希ガスによる希釈の度合い、即ち、酸素濃度、及び、プラズマ生成用の高周波電力を、上述した条件から選択することによって達成され得る。
シーケンスSQでは、次いで、工程ST13が実行される。工程ST13では、第1領域R1がエッチングされる。このため、工程ST13では、ガスソース群40の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器12内に処理ガスが供給される。この処理ガスは、不活性ガスを含む。不活性ガスは、一例では、Arガスといった希ガスであり得る。或いは、不活性ガスは、窒素ガスであってもよい。また、工程ST13では、排気装置50が作動され、処理容器12内の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、工程ST13では、第1の高周波電源62からの高周波電力が下部電極LEに供給される。また、工程ST13では、第2の高周波電源64からの高周波バイアス電力が下部電極LEに供給される。
以下に、工程ST13における各種条件を例示する。
・処理容器内圧力:10mTorr(1.33Pa)〜50mTorr(6.65Pa)
・処理ガス
Arガス:500sccm〜1500sccm
・プラズマ生成用の高周波電力:100W〜500W
・高周波バイアス電力:20W〜300W
工程ST13では、不活性ガスのプラズマが生成され、イオンがウエハWに対して引き込まれる。そして、堆積物DPに含まれるフルオロカーボンのラジカルによって第1領域R1がエッチングされる(図10参照)。かかる工程ST13における上述したプラズマ処理装置10の各部の動作は制御部Cntによって制御され得る。
方法MTでは、シーケンスSQは、第2領域R2が露出するときを含む期間において実行される。シーケンスSQの工程ST11では、図8に示すように、ウエハW上に堆積物DPが形成される。なお、図8には、第1領域R1のエッチングが進行して、第2領域R2が露出し、当該第2領域R2上に堆積物DPが形成されている状態が示されている。この堆積物DPは、第2領域R2を保護する。そして、シーケンスSQの工程ST12では、図9に示すように、工程ST11で形成された堆積物DPの量が減少される。そして、シーケンスSQの工程ST13では、堆積物DPに含まれるフルオロカーボンのラジカルによって第1領域R1がエッチングされる。このシーケンスSQにより、第2領域R2が露出され、第2領域R2が堆積物DPによって保護されつつ、第2領域R2によって提供される凹部内の第1領域R1が僅かにエッチングされる。これにより、図10に示すように、下部開口LOが徐々に形成される。
シーケンスSQは、一回以上繰り返される。したがって、図1に示すように、工程ST13の実行の後、工程STJにおいて、停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件はシーケンスSQが所定回数実行されている場合に満たされるものと判定される。工程STJにおいて、停止条件が満たされないと判定される場合には、工程ST11からシーケンスSQが実行される。一方、工程STJにおいて、停止条件が満たされると判定される場合には、次いで、工程ST5が実行される。
工程ST5では、第1領域R1が、更にエッチングされる。工程ST5では、ガスソース群40の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器12内に処理ガス(第2の処理ガス)が供給される。この処理ガスは、フルオロカーボンガスを含む。また、この処理ガスは、希ガス、例えば、Arガスを更に含み得る。また、この処理ガスは、酸素ガスを更に含み得る。また、工程ST5では、排気装置50が作動され、処理容器12内の圧力が所定の圧力に設定される。さらに、工程ST5では、第1の高周波電源62からの高周波電力が下部電極LEに供給される。また、第2の高周波電源64からの高周波バイアス電力が下部電極LEに対して供給される。なお、工程ST5では、電源70から負の電圧値を有する電圧が上部電極30に印加され得る。
工程ST5では、処理ガスのプラズマが生成され、凹部内の第1領域R1が、フルオロカーボンの活性種によってエッチングされる。一実施形態の工程ST5では、図11に示すように、凹部の底が露出するまで、第1領域R1がエッチングされる。即ち、工程ST5において、処理ガスのプラズマは、凹部の底まで第1領域R1のエッチングが継続するよう、連続的に生成される。
この工程ST5においては、フルオロカーボンの堆積物の形成よりも第1領域R1のフルオロカーボンの活性種によるエッチングが優位となるモード、即ち、エッチングモードとなる条件が選択される。このため、一例では、工程ST5において利用されるフルオロカーボンガスは、Cガスである。なお、工程ST5において利用されるフルオロカーボンガスは、Cガス及びCFガスのうち一種以上を含んでいてもよい。また、一例では、フルオロカーボンガスの解離度を高めるために、工程ST5において利用されるプラズマ生成用の高周波電力は、工程ST11において利用されるプラズマ生成用の高周波電力よりも大きい電力に設定され得る。これらの例によれば、エッチングモードを実現することが可能となる。また、一例では、工程ST5において利用される高周波バイアス電力も、工程ST11の高周波バイアス電力よりも大きい電力に設定され得る。この例によれば、ウエハWに対して引き込まれるイオンのエネルギーが高められ、第1領域R1を高速にエッチングすることが可能となる。
以下に、工程ST5における各種条件を例示する。
・処理容器内圧力:10mTorr(1.33Pa)〜50mTorr(6.65Pa)
・処理ガス
ガス:2sccm〜10sccm
Arガス:500sccm〜2000sccm
ガス:2sccm〜20sccm
・プラズマ生成用の高周波電力:100W〜500W
・高周波バイアス電力:20W〜300W
・電源70の電圧:0V〜900V
・ウエハWの温度:20℃〜200℃
上記方法MTのシーケンスSQでは、第2領域R2の露出時にフルオロカーボンの堆積物DPがウエハW上に形成され、しかる後に当該堆積物DP中のラジカルにより第1領域R1がエッチングされる。このようなシーケンスSQによれば、エッチングレートは低いものの、第1領域R1がエッチングされ、且つ、露出時の第2領域の削れが抑制される。方法MTでは、かかるシーケンスSQの実行によって形成された堆積物DPによって第2領域R2が保護された状態で、工程ST5が実行される。工程ST5では、フルオロカーボンガスのプラズマにより第1領域が更にエッチングされる。この工程ST5における第1領域R1のエッチングレートは、シーケンスSQにおける第1領域R1のエッチングのレートよりも高い。したがって、シーケンスSQを繰り返して実行して第1領域R1を凹部の底までエッチングする場合の処理時間に比して、方法MTの処理時間は大幅に短縮される。故に、方法MTによれば、第2領域R2の削れの抑制と第1領域R1のエッチングに要する処理時間の短縮が両立される。
以下、別の実施形態に係るエッチング方法について説明する。図12は、別の実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図13は、図12に示す方法の工程ST14の実行後の被処理体を示す断面図である。図12に示す方法MT2は、工程ST13の実行の後に実行される工程ST14をシーケンスSQが更に含む点で、方法MTと異なっている。この工程ST14は、工程ST12と同様の工程である。工程ST14の処理における条件には、工程ST12の処理に関して上述した条件が採用され得る。
上述したように工程ST13ではウエハWに対してイオンが引き込まれる。これにより、堆積物DPを構成する物質がウエハWから放出され、当該物質がウエハWに再度付着して、図10に示すように、開口MO及び下部開口LOの幅を狭めるように堆積物DPを形成する。この堆積物DPは、場合によっては、開口MO及び下部開口LOを閉塞させることもある。方法MT2では、工程ST14の実行によって、図10に示したウエハWが、工程ST12と同様に酸素の活性種に晒される。これにより、図13に示すように、開口MO及び下部開口LOの幅を狭める堆積物DPを減少させることができ、開口MO及び下部開口LOの閉塞をより確実に防止することができる。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、方法MT及び方法MT2の実施において、下部電極LEにプラズマ生成用の高周波電力が供給されているが、当該高周波電力は上部電極30に供給されてもよい。また、方法MT及び方法MT2の実施には、プラズマ処理装置10以外のプラズマ処理装置を用いることができる。具体的には、誘導結合型のプラズマ処理装置、又は、マイクロ波といった表面波によってプラズマを生成するプラズマ処理装置のように、任意のプラズマ処理装置を用いて方法MT及び方法MT2を実施することが可能である。
また、方法MTのシーケンスSQでは、工程ST11、工程ST12、及び工程ST13の実行順序が変更されてもよい。例えば、方法MTのシーケンスSQでは、工程ST13の実行後に工程ST12が実行されてもよい。
10…プラズマ処理装置、12…処理容器、30…上部電極、PD…載置台、LE…下部電極、ESC…静電チャック、40…ガスソース群、42…バルブ群、44…流量制御器群、50…排気装置、62…第1の高周波電源、64…第2の高周波電源、Cnt…制御部、W…ウエハ、R1…第1領域、R2…第2領域、OL…有機膜、AL…シリコン含有反射防止膜、MK…マスク、DP…堆積物。

Claims (4)

  1. 被処理体に対するプラズマ処理によって、酸化シリコンから構成された第1領域を窒化シリコンから構成された第2領域に対して選択的にエッチングする方法であって、
    前記被処理体は、凹部を画成する前記第2領域、該凹部を埋め、且つ前記第2領域を覆うように設けられた前記第1領域、及び、前記第1領域上に設けられたマスクを有し、該マスクは、前記凹部の上に該凹部の幅よりも広い幅を有する開口を提供し、
    該方法は、
    前記第2領域が露出するときを含む期間において、前記第1領域をエッチングするために実行される一回以上のシーケンスであり、
    前記被処理体上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成するために、前記被処理体を収容した処理容器内においてフルオロカーボンガスを含む第1の処理ガスのプラズマを生成する工程と、
    前記堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルによって前記第1領域をエッチングする工程と、
    を含む、該一回以上のシーケンスと、
    前記一回以上のシーケンスの実行後に、前記処理容器内において生成したフルオロカーボンガスを含む第2の処理ガスのプラズマにより前記第1領域をエッチングする工程と、
    を含む、方法。
  2. 前記第2の処理ガスのプラズマを生成する前記工程では、前記凹部の底まで前記第1領域を連続的にエッチングする、請求項1に記載の方法。
  3. 前記一回以上のシーケンスの各々は、前記被処理体を収容した前記処理容器内において、酸素含有ガス及び不活性ガスを含む第3の処理ガスのプラズマを生成する工程を更に含む、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記一回以上のシーケンスの各々では、前記第1の処理ガスのプラズマを生成する前記工程と前記フルオロカーボンのラジカルによって前記第1領域をエッチングする前記工程との間に、前記第3の処理ガスのプラズマを生成する前記工程が実行され、
    前記一回以上のシーケンスの各々は、前記フルオロカーボンのラジカルによって前記第1領域をエッチングする前記工程の実行の後に、前記被処理体を収容した前記処理容器内において、前記第3の処理ガスのプラズマを生成する工程を更に含む、
    請求項3に記載の方法。
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