JP2017228690A - エッチング処理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板の温度が−35℃以下の極低温環境において、第1高周波電源から第1高周波の電力を出力し、フッ化硫黄含有ガス及び水素含有ガスを供給し、生成されたプラズマにより、組成の異なるシリコン含有膜を積層した積層膜をエッチングする、エッチング処理方法が提供される。
【選択図】図2
Description
まず、プラズマ処理装置1の一例について、図1を参照しながら説明する。本実施形態にかかるプラズマ処理装置1は、平行平板型のプラズマ処理装置であり、略円筒形の処理容器10を有している。処理容器10の内面には、アルマイト処理(陽極酸化処理)が施されている。処理容器10の内部は、プラズマによりエッチング処理や成膜処理等のプラズマ処理が行われる処理室となっている。
<第1実施形態>
[極低温におけるエッチング]
以下では、第1実施形態に係る極低温におけるエッチング処理について説明し、そのエッチング処理の結果の一例を、比較例1,2に係るエッチング処理の結果の一例と比較する。
比較例1では、以下のプロセス条件にてシリコン酸化膜(SiO2)とシリコン窒化膜(SiN)とを積層させた積層膜12がエッチングされる。積層膜12は、組成の異なるシリコン含有膜を積層した積層膜の一例である。積層膜12の上部にはアモルファスカーボン膜11が形成され、マスクとして機能する。ただし、マスクは、アモルファスカーボン膜に限らず、有機膜であってもよい。
・プロセス条件(比較例1)
ウェハ温度 −40℃以下(チラー温度 −60℃)
ガス CF4(四フッ化炭素)/CH4(メタン)/O2(酸素)
第1高周波電力HF 2500W、連続波
第2高周波電力LF 4000W、連続波
(比較例2)
比較例2では、以下のプロセス条件にて積層膜12がエッチングされる。
・プロセス条件(比較例2)
ウェハ温度 −40℃以下(チラー温度 −60℃)
ガス H2(水素)/CF4(四フッ化炭素)/CHF3(三フッ化メタン)
第1高周波電力HF 2500W、連続波
第2高周波電力LF 4000W、連続波
図2(a)は、比較例1のエッチング結果の一例を示す。図2(b)は、比較例2のエッチング結果の一例を示す。図2(a)及び図2(b)のそれぞれの結果は、アモルファスカーボン膜11をマスクとして積層膜12をエッチングしたときのホールの縦断面のエッチング形状と、アモルファスカーボン膜11を上方から見たときのアモルファスカーボン膜11の間口の形状を示す。また、各形状の下の数値は、エッチングの深さ(Depth)、マスク選択比、エッチングレート(ER)、ボーイング(Bowing)を示す。ボーイングは、ホールの横方向の幅が最も広い部分の数値である。
第1実施形態では、以下のプロセス条件にて積層膜12のエッチングが行われる。
・プロセス条件(第1実施形態)
ウェハ温度 −40℃以下(チラー温度 −60℃)
ガス SF6(六フッ化硫黄)/H2(水素)
第1高周波電力HF 2500W、連続波
第2高周波電力LF 4000W、連続波
処理容器内の圧力 15〜25mTorr(2.0〜3.3Pa)
なお、第1実施形態及び後述する実施形態のプロセス条件では、第1高周波電力HF及び第2高周波電力LFが印加されているが、これに限らず、第1高周波電力HFのみを印加するようにしてもよい。
第2実施形態では、以下のプロセス条件にて積層膜12がエッチングされる。
・プロセス条件(第2実施形態)
ウェハ温度 −40℃以下(チラー温度 −60℃)
ガス SF6(六フッ化硫黄)/CH4(メタン)
第1高周波電力HF 2500W、連続波
第2高周波電力LF 4000W、連続波
処理容器内の圧力 15〜25mTorr(2.0〜3.3Pa)
図3(c)は、第2実施形態のエッチング結果の一例を示す。図3(a)及び図3(b)は、図2(a)及び図2(b)の比較例1,2と同じエッチング結果を図示している。図3(c)に示す第2実施形態のエッチング結果では、図3(a)及び図3(b)の比較例1,2と比べて、エッチングの深さ(Depth)とエッチングレート(ER)とを維持しつつ、サイドエッチングが抑制され、エッチング形状が改善されている。
次に、変形例に係るエッチング処理の一例について、図4を参照して説明する。図4は、変形例に係るエッチング処理の一例を示すフローチャートである。本処理が開始されると、制御部100は、ウェハ表面の温度を−35℃以下の極低温に制御する(ステップS10)。次に、制御部100は、フッ化硫黄含有ガス及び水素含有ガスを処理容器10の内部に供給する(ステップS12)。ここで供給するガスは、例えば、第1実施形態において供給した六フッ化硫黄(SF6)ガス及び水素(H2)ガスであってもよいし、第2実施形態において供給した六フッ化硫黄(SF6)ガス及びCH4(メタン)ガスであってもよい。
図5は、図4の第1高周波電力HFのオン・オフを繰り返して行われる間欠エッチングにおけるウェハW表面の温度の遷移の一例を示す。ウェハWが静電チャック106に保持された状態で第1高周波電力HFを印加すると、プラズマが生成され、エッチング処理が開始される。このようにして第1高周波電力HFを印加し、プラズマが生成されると、そのプラズマからの入熱(プラズマオン)によりウェハWの温度は緩やかに上昇する。しかしながら、チラー107の温度を−60℃以下に制御することでウェハWの温度を−35℃以下に維持できることがわかる。
図6(c)は、チラー107の温度を−70℃に制御することで、ウェハWの温度を−40℃以下に制御したときの一実施形態に係る極低温プロセスにおけるエッチング結果の一例を示す。本実施形態では、以下のプロセス条件にて、アモルファスカーボン膜11をマスクとして、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを積層した積層膜12のエッチングが行われる。
・プロセス条件(第1実施形態)
ウェハ温度 −40℃以下(チラー温度 −70℃)
ガス SF6(六フッ化硫黄)/H2(水素)/CH4(メタン)
第1高周波電力HF 2500W、連続波
第2高周波電力LF 4000W、連続波
処理容器内の圧力 15〜25mTorr(2.0〜3.3Pa)
上記各実施形態及び変形例に係るエッチング処理では、水素含有ガスの一例としてH2ガス及びCH4ガスの少なくともいずれかが供給され、フッ化硫黄含有ガスの一例としてSF6ガスが供給された。その結果、H2ガス及びCH4ガスに含まれるH(水素)と、積層膜12中のシリコン酸化膜に含まれるO(酸素)により、H2Oが反応生成物として発生される。
10 処理容器
11 アモルファスカーボン膜
12 積層膜
15 ガス供給源
20 載置台
25 ガスシャワーヘッド
32 第1高周波電源
34 第2高周波電源
65 排気装置
70 可変直流電源
100 制御部
104 支持体
104a 冷媒流路
106 静電チャック
106a チャック電極
107 チラー
108 フォーカスリング
Claims (9)
- 基板の温度が−35℃以下の極低温環境において、第1高周波電源から第1高周波の電力を出力し、
フッ化硫黄含有ガス及び水素含有ガスを供給し、生成されたプラズマにより、組成の異なるシリコン含有膜を積層した積層膜をエッチングする、
エッチング処理方法。 - 水素含有ガスとしてハイドロカーボン含有ガスを供給する、
請求項1に記載のエッチング処理方法。 - 前記ハイドロカーボン含有ガスは、CH4(メタン)、C2H8、C2H2(アセチレン)、C2H4(エチレン)、C2H6(エタン)、C3H6(プロピレン)、C3H8(プロパン)、C3H4(プロピン)の少なくともいずれかである、
請求項2に記載のエッチング処理方法。 - 水素含有ガスとしてハイドロフルオロカーボン含有ガスを供給する、
請求項1に記載のエッチング処理方法。 - 前記ハイドロフルオロカーボン含有ガスは、CH2F2(二フッ化メタン)、CH3F(フルオロメタン)、CHF3(三フッ化メタン)の少なくともいずれかである、
請求項4に記載のエッチング処理方法。 - 前記フッ化硫黄含有ガス及び水素含有ガスにフルオロカーボン含有ガスを添加して供給する、
請求項1に記載のエッチング処理方法。 - 前記フルオロカーボン含有ガスは、CF4(四フッ化炭素)、C3F8(八フッ化プロパン)、C2F4(テトラフルオロエチレン)、C3F6(ヘキサフルオロプロペン)、C4F6(ヘキサフルオロ-1,3-ブタジエン)、C4F8(八フッ化シクロブタン)の少なくともいずれかである、
請求項6に記載のエッチング処理方法。 - 前記フッ化硫黄含有ガスは、SF6(六フッ化硫黄)である、
請求項1〜7のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。 - 前記積層膜のエッチングが行われる処理容器の内部を、15〜25mTorr(2.0〜3.3Pa)に制御する、
請求項1〜8のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
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