JP2020068221A - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】横方向のエッチングを抑制するシリコン含有膜のエッチング方法を提供する。【解決手段】例示的実施形態に係るシリコン含有膜のエッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ本体内に被加工物を準備する工程を含む。被加工物は、シリコン含有膜及びマスクを有する。マスクは、シリコン含有膜上に設けられている。マスクには開口が形成されている。エッチング方法は、シリコン含有膜をエッチングする工程を更に含む。エッチングする工程では、シリコン含有膜をエッチングするために、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスのプラズマがチャンバ本体内で生成される。【選択図】図1
Description
本開示の実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
電子デバイスの製造においては、プラズマによるシリコン含有膜のエッチングが行われている。シリコン含有膜は、酸化シリコン、窒化シリコンといったシリコン含有材料から形成されている。例えば、三次元構造を有するNAND型フラッシュメモリの製造においては、シリコン含有膜として、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を含む多層膜のエッチングが行われている。シリコン含有膜のエッチングでは、マスクとして、アモルファスカーボンといった炭素を含有するマスクが用いられている。マスクには、開口が形成されている。
シリコン含有膜のエッチングでは、当該シリコン含有膜がその膜厚方向にエッチングされることが要求される。即ち、シリコン含有膜のエッチングには、高い垂直性が要求される。高い垂直性を得るために、特許文献1には、エッチングによって形成される開口を画成する側壁面を保護する技術が記載されている。具体的に、特許文献1に記載された一つの技術では、フルオロカーボンガスのプラズマによりシリコン含有膜がエッチングされる。この技術では、フルオロカーボンガスから生成される炭素含有材料により側壁面が保護されつつ、当該フルオロカーボンガスから生成されるフッ素の活性種によりシリコン含有膜がエッチングされる。また、特許文献1に記載された別の技術では、フルオロカーボンガスから生成されるフッ素の活性種によるエッチングと成膜処理による保護膜の形成とが交互に行われる。
シリコン含有膜のエッチングには、シリコン含有膜の横方向のエッチングを更に抑制することが求められている。
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜のエッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ本体内に被加工物を準備する工程を含む。被加工物は、シリコン含有膜及びマスクを有する。マスクは、シリコン含有膜上に設けられている。マスクには開口が形成されている、エッチング方法は、シリコン含有膜をエッチングする工程を更に含む。エッチングする工程では、シリコン含有膜をエッチングするために、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスのプラズマがチャンバ本体内で生成される。
以上説明したように、シリコン含有膜のエッチングにおいて、シリコン含有膜の横方向のエッチングを更に抑制することが可能となる。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜のエッチング方法が提供される。エッチング方法は、プラズマ処理装置のチャンバ本体内に被加工物を準備する工程を含む。被加工物は、シリコン含有膜及びマスクを有する。マスクは、シリコン含有膜上に設けられている。マスクには開口が形成されている、エッチング方法は、シリコン含有膜をエッチングする工程を更に含む。エッチングする工程では、シリコン含有膜をエッチングするために、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスのプラズマがチャンバ本体内で生成される。
上記例示的実施形態に係るエッチング方法では、エッチングによって形成されるシリコン含有膜の側壁面が、保護物質によって保護される。保護物質は、シリコン含有膜中のシリコンと処理ガス中のヨウ素から形成されるヨウ化シリコンといったヨウ化物を含み、フッ素の活性種に対して高い耐性を有する。したがって、このエッチング方法によれば、シリコン含有膜の横方向のエッチングが抑制される。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、七フッ化ヨウ素を含んでいてもよい。シリコン含有膜をエッチングする工程においてチャンバ本体内に供給される処理ガスの全流量に対する七フッ化ヨウ素ガスの流量の割合は、1.3%以上であってもよい。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、フッ素を更に含有していてもよい。
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜をエッチングする工程は、フッ素含有ガスを含む処理ガスのプラズマにより、シリコン含有膜を部分的にエッチングする工程を含む。シリコン含有膜をエッチングする工程は、添加ガスを更に含む処理ガスのプラズマにより、シリコン含有膜を更にエッチングする工程を含む。添加ガスは、フッ素を含む分子を含有する。添加ガスに含まれる分子におけるフッ素の結合エネルギーは、フッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い。この実施形態では、エッチングによってシリコン含有膜に形成される開口の深さが大きくなると、処理ガスに添加ガスが加えられる。添加ガスは、処理ガス中のフッ素含有ガスよりも、小さい質量のフッ素の活性種を多く発生する。小さい質量のフッ素の活性種は、開口の深くまで到達し易い。したがって、この実施形態によれば、シリコン含有膜のエッチングレートの低下が抑制される。
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜を更にエッチングする工程は、シリコン含有膜に形成される開口のアスペクト比が40以上になっているときに実行される。別の例示的実施形態においては、シリコン含有膜を部分的にエッチングする工程の実行中にチャンバ本体内で生成されるプラズマの発光のシリコンに対応した波長の発光強度に応じて、シリコン含有膜を更にエッチングする工程が開始される。この例示的実施形態では、シリコンに対応した波長の発光強度に基づき、シリコン含有膜からシリコンが放出されていないと判断される場合に、シリコン含有膜を更にエッチングする工程が開始される。
一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜は、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくとも一方から形成され得る。一つの例示的実施形態において、シリコン含有膜は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜を含む。
一つの例示的実施形態において、マスクは、炭素を含有する。この実施形態では、処理ガス中のヨウ素が、炭素及びフッ素と反応して揮発性の化合物を形成するので、マスクの開口の閉塞が抑制される。別の例示的実施形態において、マスクは、タングステンを含有する。この実施形態では、フッ素によるマスクのエッチングが抑制される。
別の例示的実施形態においては、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ本体、支持台、ガス供給部、高周波電源、及び制御部を備える。支持台は、チャンバ本体内に設けられている。ガス供給部は、チャンバ本体内に、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスを供給するように構成されている。高周波電源は、処理ガスを励起させるために高周波電力を供給するように構成されている。制御部は、ガス供給部及び高周波電源を制御するように構成されている。制御部は、処理ガスのプラズマを生成して支持台上に載置された被加工物のシリコン含有膜をエッチングするために、処理ガスをチャンバ本体内に供給するよう、ガス供給部の制御を実行し、高周波電力を供給するよう、高周波電源の制御を実行する。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、七フッ化ヨウ素ガスを含んでいてもよい。制御部は、ガス供給部の制御において、チャンバ本体内に供給される処理ガスの全流量に対するフッ化ヨウ素ガスの流量の割合を1.3%以上の割合に調整してもよい。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、フッ素を更に含有していてもよい。
一つの例示的実施形態において、制御部は、ガス供給部の制御において、第1制御及び第2制御を実行してもよい。第1制御では、制御部は、ガス供給部に、フッ素含有ガスを含む処理ガスをチャンバ本体内に供給させる。続く第2制御では、制御部は、ガス供給部に、添加ガスを更に含む処理ガスをチャンバ本体内に供給させる。添加ガスは、フッ素を含む分子を含有する。添加ガスに含まれる分子におけるフッ素の結合エネルギーは、フッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い。
一つの例示的実施形態において、制御部は、シリコン含有膜に形成される開口のアスペクト比が40以上になっているときに、第2制御を実行してもよい。別の例示的実施形態において、制御部は、第1制御の実行中に、チャンバ本体内で生成されるプラズマの発光のシリコンに対応した波長の発光強度に基づき、シリコン含有膜からシリコンが放出されていないと判断される場合に、第2制御を開始してもよい。
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、一つの例示的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に示すエッチング方法(以下、「方法MT」という)は、シリコン含有膜をエッチングするために実行される。図2は、図1に示すエッチング方法が適用され得る一例の被加工物の一部拡大断面図である。図2に示す一例の被加工物Wは、マスクMK及びシリコン含有膜SFを有している。シリコン含有膜SFは、下地層UL上に設けられていてもよい。
シリコン含有膜SFは、任意のシリコン含有材料から形成され得る。一実施形態において、シリコン含有膜SFは、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくとも一方から形成されてもよい。一例において、シリコン含有膜SFは、図2に示すように、複数の第1の膜F1及び複数の第2の膜F2を有している。複数の第1の膜F1及び複数の第2の膜F2は、交互に積層されており、多層膜を構成している。複数の第1の膜F1は、酸化シリコンから形成されている。複数の第2の膜F2は、窒化シリコンから形成されている。即ち、被加工物Wは、交互に積層された複数のシリコン酸化膜及び複数のシリコン窒化膜を有している。図2に示す例では、第1の膜F1が、下地層ULの直上に設けられた多層膜内の最下層の膜である。しかしながら、第2の膜F2が、下地層ULの直上に設けられた多層膜内の最下層の膜であってもよい。また、図2に示す例では、第1の膜F1が、マスクMKの直下に設けられた多層膜内の最上層の膜である。しかしながら、第2の膜F2が、マスクMKの直下に設けられた多層膜内の最上層の膜であってもよい。
マスクMKは、シリコン含有膜SF上に設けられている。一実施形態において、マスクMKは、炭素を含有する材料から形成されていてもよい。マスクMKは、例えばアモルファスカーボンから形成されていてもよい。或いは、マスクMKは、タングステンを含有する材料から形成されていてもよい。マスクMKは、例えばタングステンから形成されていてもよい。なお、マスクMKは、シリコン含有膜SFのエッチングに対して耐性を有する任意の材料から形成されていてもよい。マスクMKには、開口OMが形成されている。開口OMは、シリコン含有膜SFの表面を部分的に露出させている。開口OMは、ホール又はトレンチである。方法MTでは、マスクMKのパターンがプラズマによるエッチングによりシリコン含有膜SFに転写される。
図1を再び参照する。以下、図2に示す被加工物Wに方法MTが適用される場合を例として、方法MTについて説明する。しかしながら、方法MTが適用される被加工物は、図2に示す被加工物に限定されるものではない。
図1に示すように、方法MTでは、工程ST1が実行される。工程ST1では、プラズマ処理装置のチャンバ本体内に被加工物Wが準備される。図3は、図1に示すエッチング方法の実行に用いることが可能な一例のプラズマ処理装置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、容量結合型のプラズマエッチング装置である。プラズマ処理装置10は、チャンバ本体12を備えている。チャンバ本体12は、略円筒形状を有しており、内部空間12sを提供している。チャンバ本体12は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ本体12の内壁面には、耐プラズマ性を有する処理が施されている。例えば、チャンバ本体12の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。チャンバ本体12は、電気的に接地されている。
チャンバ本体12の側壁には、通路12pが形成されている。被加工物Wは、内部空間12sの中に搬入されるとき、また、内部空間12sから搬出されるときに、通路12pを通る。この通路12pは、ゲートバルブ12gにより開閉可能となっている。
チャンバ本体12の底部上には、支持部13が設けられている。支持部13は、絶縁材料から形成されている。支持部13は、略円筒形状を有している。支持部13は、内部空間12sの中で、チャンバ本体12の底部から鉛直方向に延在している。支持部13は、ステージ14を支持している。ステージ14は、内部空間12sの中に設けられている。
ステージ14は、下部電極18及び静電チャック20を有している。ステージ14は、電極プレート16を更に備え得る。電極プレート16は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極18は、電極プレート16上に設けられている。下部電極18は、例えばアルミニウムといった導電性材料から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極18は、電極プレート16に電気的に接続されている。
静電チャック20は、下部電極18上に設けられている。静電チャック20の上面の上には、被加工物Wが載置される。静電チャック20は、誘電体から形成された本体を有する。静電チャック20の本体内には、膜状の電極が設けられている。静電チャック20の電極は、スイッチを介して直流電源22に接続されている。静電チャック20の電極に直流電源22からの電圧が印加されると、静電チャック20と被加工物Wとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、被加工物Wは静電チャック20に引き付けられ、静電チャック20によって保持される。
ステージ14上には、被加工物Wのエッジを囲むように、フォーカスリングFRが配置される。フォーカスリングFRは、エッチングの面内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、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、又は石英から形成され得る。
下部電極18の内部には、流路18fが設けられている。流路18fには、チャンバ本体12の外部に設けられているチラーユニット26から配管26aを介して冷媒が供給される。流路18fに供給された冷媒は、配管26bを介してチラーユニット26に戻される。プラズマ処理装置10では、静電チャック20上に載置された被加工物Wの温度が、冷媒と下部電極18との熱交換により、調整される。
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20の上面と被加工物Wの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置10は、上部電極30を更に備えている。上部電極30は、ステージ14の上方に設けられている。上部電極30は、部材32を介して、チャンバ本体12の上部に支持されている。部材32は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極30は、天板34及び支持体36を含み得る。天板34の下面は、内部空間12s側の下面であり、内部空間12sを画成している。天板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形成され得る。天板34には、複数のガス吐出孔34aが形成されている。複数のガス吐出孔34aは、当該天板34をその板厚方向に貫通している。
支持体36は、天板34を着脱自在に支持するものであり、アルミニウムといった導電性材料から形成され得る。支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。ガス拡散室36aからは、複数のガス吐出孔34aにそれぞれ連通する複数のガス通流孔36bが下方に延びている。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が形成されている。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、ガス供給部GSが接続されている。一実施形態では、ガス供給部GSは、ガスソース群40、バルブ群42、及び流量制御器群44を含む。ガスソース群40は、流量制御器群44及びバルブ群42を介して、ガス供給管38に接続されている。ガスソース群40は、複数のガスソースを含んでいる。複数のガスソースは、方法MTで利用される処理ガスを構成する複数のガスのソースを含んでいる。バルブ群42は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群44は、複数の流量制御器を含んでいる。複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群40の複数のガスソースは、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。
プラズマ処理装置10では、チャンバ本体12の内壁に沿って、シールド46が着脱自在に設けられている。シールド46は、支持部13の外周にも設けられている。シールド46は、チャンバ本体12にエッチング副生物が付着することを防止する。シールド46は、例えば、アルミニウム製の部材にY2O3等のセラミックスを被覆することにより構成される。
支持部13とチャンバ本体12の側壁との間には、バッフルプレート48が設けられている。バッフルプレート48は、例えば、アルミニウム製の部材にY2O3等のセラミックスを被覆することにより構成される。バッフルプレート48には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート48の下方、且つ、チャンバ本体12の底部には、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、圧力制御弁、及び、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。
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、プラズマ生成用の第1の高周波(高周波電力)を発生する電源である。第1の高周波の周波数は、例えば、27MHz〜100MHzの範囲内の周波数である。第1の高周波電源62は、整合器66及び電極プレート16を介して下部電極18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18側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。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、被加工物Wにイオンを引き込むための第2の高周波(別の高周波電力)を発生する電源である。第2の高周波の周波数は、第1の高周波の周波数よりも低い。第2の高周波の周波数は、例えば400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数である。第2の高周波電源64は、整合器68及び電極プレート16を介して下部電極18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18側)の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
プラズマ処理装置10は、直流電源部70を更に備え得る。直流電源部70は、上部電極30に接続されている。直流電源部70は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極30に与えることが可能である。
チャンバ本体12の側壁には、光学窓72が設けられている。光学窓72は、内部空間12sで生成されるプラズマからの光に対して透明な材料から形成されている。光学窓72は、例えば石英から形成されている。チャンバ本体12の外側では、光学窓72に対面するように分光分析器74が設けられている。分光分析器74は、光学窓72を介して受けた光のスペクトル、即ち、プラズマの発光のスペクトルを測定し、当該スペクトルを表すスペクトルデータを出力するように構成されている。
プラズマ処理装置10は、制御部Cntを更に備え得る。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得る。制御部Cntは、プラズマ処理装置10の各部を制御する。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る。また、制御部Cntでは、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及びレシピデータが格納されている。制御部Cntのプロセッサが制御プログラムを実行して、レシピデータに従ってプラズマ処理装置10の各部を制御することにより、方法MTがプラズマ処理装置10で実行される。
再び図1を参照し、プラズマ処理装置10が用いられる場合を例として、方法MTについて説明する。しかしながら、方法MTの実行において用いられるプラズマ処理装置は、プラズマ処理装置10に限定されるものではない。以下の説明では、図1に加えて図4を参照する。図4は、図1に示すエッチング方法が適用された後の状態の一例の被加工物の一部拡大断面図である。
上述したように、方法MTの工程ST1では、プラズマ処理装置10のチャンバ本体12内に被加工物Wが準備される。被加工物Wは、内部空間12s内において、ステージ14の静電チャック20上に載置される。被加工物Wは、静電チャック20によって保持される。
次いで、方法MTでは、工程ST2が実行される。工程ST2では、プラズマ処理装置10のチャンバ本体12内で、シリコン含有膜SFがエッチングされる。工程ST2では、内部空間12sの中で、処理ガスのプラズマが生成される。工程ST2では、処理ガスのプラズマからのイオン及び/又はラジカルといった化学種により、シリコン含有膜SFがエッチングされる。
工程ST2で利用される処理ガスは、炭素及び七フッ化ヨウ素(IF7)を含有する。工程ST2で利用される処理ガスは、フッ素を更に含有していてもよい。一実施形態では、処理ガスは、七フッ化ヨウ素(IF7)を含有するガス、即ち七フッ化ヨウ素ガス(IF7ガス)を含んでいてもよい。一実施形態では、処理ガスの全流量に対するIF7ガスの流量の割合は、1.3%以上の割合に設定されてもよい。一実施形態では、処理ガスは、IF7ガスに加えて、炭素含有ガスを更に含んでいてもよい。炭素含有ガスは、CH4ガスといった炭化水素ガスであり得る。一実施形態では、処理ガスは、IF7ガスに加えて、フッ素含有ガスを更に含んでいてもよい。フッ素含有ガスは、フルオロカーボンガス及び/又はハイドロフルオロカーボンガスであり得る。フルオロカーボンガスは、例えばCF4ガス又はC4F8ガスである。ハイドロフルオロカーボンガスは、例えばCHF3ガス、CH2F2ガス、又はCH3Fガスである。一実施形態では、処理ガスは、水素含有ガスを更に含んでいてもよい。水素含有ガスは、例えばH2ガスである。一実施形態では、処理ガスは、添加ガスを更に含んでいてもよい。添加ガスについては、後述する。
工程ST2において、制御部Cntは、処理ガスを内部空間12sに供給するよう、ガス供給部GSの制御を実行する。一実施形態の工程ST2では、制御部Cntは、チャンバ本体12内に供給される処理ガスの全流量に対するIF7ガスの流量の割合を1.3%以上の割合に調整するよう、ガス供給部GSを制御してもよい。工程ST2において、制御部Cntは、内部空間12sの圧力を指定された圧力に設定するよう、排気装置50の制御を実行する。また、工程ST2において、制御部Cntは、第1の高周波及び第2の高周波を下部電極18に供給するよう、第1の高周波電源62及び第2の高周波電源64の制御を実行する。なお、第1の高周波は、下部電極18ではなく、上部電極30に供給されてもよい。
さらに、工程ST2では、流路18fに冷媒が供給されることにより、被加工物Wの温度が調整されてもよい。工程ST2において被加工物Wの温度は、例えば0℃以下の温度に設定される。被加工物Wの温度を調整するために、制御部Cntは、チラーユニットを制御し得る。
工程ST2では、処理ガスのプラズマが内部空間12sの中で生成される。工程ST2では、プラズマからのフッ素の活性種(イオン及び/又はラジカル)によって、シリコン含有膜SFがその膜厚方向にエッチングされる。この工程ST2の実行の結果、図4に示すように、シリコン含有膜SFに開口OPが形成される。開口OPは、エッチングによって形成されたシリコン含有膜SFの側壁面SWによって画成される。
工程ST2の実行中には、側壁面SWは、保護物質によって保護される。保護物質は、シリコン含有膜SF中のシリコンと処理ガス中のヨウ素から形成されるヨウ化シリコンといったヨウ化物を含む。この保護物質は、フッ素の活性種に対して高い耐性を有する。したがって、方法MTによれば、シリコン含有膜SFの横方向のエッチングが抑制される。
一実施形態では、工程ST2の実行中に、被加工物Wの温度が0℃以下の温度に設定される。フッ素のラジカルはシリコン含有膜SFを化学的且つ等方的にエッチングし得る活性種であるが、被加工物Wの温度が0℃以下の温度に設定されると、フッ素のラジカルとシリコン含有膜SFとの反応が抑制される。したがって、シリコン含有膜SFの横方向のエッチングが更に抑制される。
さらに、マスクMKが炭素を含有する場合には、工程ST2の実行中に、処理ガス中のヨウ素が炭素及びフッ素と反応して揮発性の化合物を形成する。したがって、マスクMKの開口の閉塞が抑制される。或いは、マスクMKがタングステンを含有する場合には、フッ素によるマスクMKのエッチングが抑制されて、工程ST2におけるマスクMKの形状の変化が抑制される。
上述したように、処理ガスは炭素を含有する。工程ST2の実行中には、処理ガス中のヨウ素が炭素及びフッ素と反応して揮発性の化合物を形成することにより、マスクMKがエッチングされるが、マスク上には炭素を含む堆積物が形成される。その結果、マスクMKの減少が抑制される。
一実施形態において、工程ST2は、工程ST21と工程ST22を含んでいてもよい。工程ST21では、フッ素含有ガス及びIF7ガスを含む上述の処理ガスのプラズマがチャンバ本体12内で生成されて、当該プラズマからの化学種によりシリコン含有膜SFが部分的にエッチングされる。工程ST21において、処理ガスは、添加ガスを含まない。或いは、工程ST21において、処理ガスは、工程ST22における処理ガス中の添加ガスの割合よりも少ない割合で添加ガスを含む。以下、工程ST21において用いられる処理ガスを、第1の処理ガスということがある。
この実施形態において、制御部Cntは、工程ST2の実行のために、第1制御及び第2制御を実行する。工程ST21の実行のために、制御部Cntは、第1制御を実行する。第1制御において、制御部Cntは、ガス供給部GSに、第1の処理ガスをチャンバ本体12内に供給させる。その他の点において第1制御は、工程ST2の実行のための上述の制御と同様である。
続く工程ST22では、フッ素含有ガス及びIF7ガスを含む上述の処理ガスのプラズマがチャンバ本体12内で生成されて、当該プラズマからの化学種によりシリコン含有膜SFが更にエッチングされる。工程ST22において、処理ガスは、添加ガスを含む。工程ST21で用いられる処理ガス、即ち第1の処理ガスが添加ガスを含む場合には、工程ST22で用いられる処理ガスは、第1の処理ガス中の添加ガスの割合よりも多い割合で添加ガスを含む。
工程ST22の実行のために、制御部Cntは、第2制御を実行する。第2制御において、制御部Cntは、ガス供給部GSに、第2の処理ガスをチャンバ本体12内に供給させる。その他の点において第2制御は、工程ST2の実行のための上述の制御と同様である。
添加ガスは、フッ素を含む分子を含有する。添加ガス中の当該分子におけるフッ素の結合エネルギーは、処理ガス(第1の処理ガス及び第2の処理ガス)に含まれるフッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い。ここで、CF4における炭素とフッ素の結合エネルギーは453kJ/molである。SF6における硫黄とフッ素の結合エネルギーは327kJ/molである。NF3における窒素とフッ素の結合エネルギーは272kJ/molである。F2におけるフッ素とフッ素の間の結合エネルギーは154kJ/molである。したがって、一例として、処理ガス中のフッ素含有ガスがCF4ガスであれば、添加ガスとして、SF6ガス、NF3ガス、又はF2ガスを用いることができる。
工程ST21のエッチングによってシリコン含有膜SFに形成される開口の深さが大きくなると、開口の深部までフッ素の活性種が到達し難くなり、エッチングレートが低下する。エッチングレートの低下を抑制するために、工程ST22では、処理ガスに添加ガスが加えられる。添加ガスは、処理ガス中のフッ素含有ガスよりも、小さい質量のフッ素の活性種を多く発生する。小さい質量のフッ素の活性種は、開口の深くまで到達し易い。したがって、工程ST21から工程ST22に処理が移されることにより、シリコン含有膜SFのエッチングレートの低下が抑制される。
一実施形態では、工程ST22は、シリコン含有膜SFに形成される開口のアスペクト比が40以上になっているときに実行される。換言すると、工程ST21は、アスペクト比が40より小さい開口をシリコン含有膜SFに形成している期間において、実行される。例えば、工程ST21の実行期間の時間長が所定の時間長になったときに、工程ST21から工程ST22に処理が移される。この実施形態では、制御部Cntは、シリコン含有膜SFに形成される開口のアスペクト比が40以上になっているときに、第2制御を実行する。例えば、制御部Cntは、第1制御の実行期間の時間長が所定の時間長になったときに、第1制御を終了して、第2制御の実行を開始する。
別の実施形態では、工程ST21の実行中に内部空間12sの中で生成されるプラズマの発光のスペクトルを表すスペクトルデータが分光分析器74によって取得される。そして、工程ST21から工程ST22に遷移するタイミングが、スペクトルデータから特定されるシリコンに対応した波長の発光強度(以下、「シリコンの発光強度」という)に基づき決定される。具体的には、シリコンの発光強度に基づきシリコン含有膜SFからシリコンが放出されていないと判断される場合に、工程ST21から工程ST22に処理が移されて、工程ST22が開始される。この実施形態において、制御部Cntは、第1制御の実行中に分光分析器74によって取得されるスペクトルデータ中のシリコンの発光強度を利用して、第1制御から第2制御に遷移するタイミングを決定する。制御部Cntは、決定したタイミングで第2制御を開始する。
なお、シリコンに対応した波長は、例えば、221.1nm、221.2nm、221.7nm、250.7nm、251.6nm、252.4nm、252.9nm、又は288.2nmである。一実施形態では、シリコンの発光強度が基準値以下となったときに、工程ST21から工程ST22に処理が移される。より具体的な一例では、処理ガスに数sccmのアルゴンガスが添加され、工程ST21の実行中に、シリコンの発光強度とアルゴンに対応した波長の発光強度(以下、「アルゴの発光強度」という)の比が取得される。取得された比が、工程ST21の実行開始から30秒間の当該比の平均の約50%以下に低下した場合に、工程ST21から工程ST22に処理が移される。なお、アルゴンに対応した波長は、例えば738.4nm,750.4nm、763.5nm、又は811.5nmである。上述の比、即ち、シリコンの発光強度をアルゴンの発光強度で除することにより得た値を取得することにより、プラズマの状態に依存しない活性種由来の発光強度を表すパラメータを求めることができる。また、シリコンの発光強度の代わりに、反応生成物であるフッ化シリコン(SiF)の波長に対応した発光強度が用いられてもよい。フッ化シリコンに対応した波長は、例えば436.8nm、440.1nm、又は443.0nmである。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。例えば、シリコン含有膜SFは、酸化シリコン又は窒化シリコンから形成された単一の膜であってもよい。また、方法MTの実行に用いられるプラズマ処理装置は、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波によりプラズマを生成するプラズマ処理装置といった任意のプラズマ処理装置であってもよい。
以下、方法MTの評価のために行ったシミュレーションについて説明する。シミュレーションでは、シリコン酸化膜の温度と当該シリコン酸化膜のフッ素ラジカルによるエッチングレートとの関係を求めた。具体的には、下記の式(1)により、シリコン酸化膜のエッチングレートESiO2(オングストローム/分)を求めた。
ESiO2=0.61×10−12nFST1/2e−1892/T …(1)
(1)式において、nFSはフッ素原子の密度(cm−3)であり、T(K)はシリコン酸化膜の温度である。
ESiO2=0.61×10−12nFST1/2e−1892/T …(1)
(1)式において、nFSはフッ素原子の密度(cm−3)であり、T(K)はシリコン酸化膜の温度である。
図5は、シミュレーションの結果を示すグラフである。図5のグラフにおいて、横軸は、シリコン酸化膜の温度を示しており、縦軸は、シリコン酸化膜のエッチングレートを示している。図5に示すように、フッ素ラジカルによるシリコン酸化膜のエッチングレートは、当該シリコン酸化膜の温度が0℃以下であるときに、相当に小さくなっている。したがって、シリコン含有膜SFを有する被加工物Wの温度が0℃以下の温度に設定されている場合には、シリコン含有膜SFを横方向にエッチングし得るフッ素のラジカルとシリコン含有膜SFの反応が抑制されることが確認された。
以下、方法MTの評価のために行った実験について説明する。なお、本開示の内容は以下に説明する実験によって限定されるものではない。
(第1の実験)
第1の実験では、図2に示した三つの被加工物Wの各々のシリコン含有膜SFをプラズマ処理装置10を用いてエッチングした。第1の実験では、処理ガスの全流量に対するIF7ガスの流量の割合が互いに異なる三つの条件の下で、シリコン含有膜SFをエッチングした。処理ガス中の全流量に対するIF7ガスの流量の割合は、三つの条件のそれぞれで、1.3%、1.8%、2.3%であった。以下、第1の実験の他の条件を示す。
<第1の実験の条件>
・チャンバ本体12の内部空間の圧力:20mTorr(2.666Pa)
・第1の高周波:40MHz、4.5kW
・第2の高周波:0.4MHz、5kW
・処理ガス:CF4ガス、H2ガス、O2ガス、及びIF7ガスの混合ガス
・静電チャックの温度:−50℃
・処理時間長:600秒
・チャンバ本体12の内部空間の圧力:20mTorr(2.666Pa)
・第1の高周波:40MHz、4.5kW
・第2の高周波:0.4MHz、5kW
・処理ガス:CF4ガス、H2ガス、O2ガス、及びIF7ガスの混合ガス
・静電チャックの温度:−50℃
・処理時間長:600秒
また、第1の比較実験として、図2に示した被加工物Wのシリコン含有膜SFをプラズマ処理装置10を用いてエッチングした。第1の比較実験では、CF4ガス、H2ガス、及びO2ガスを含む混合ガスを用いた。混合ガスにおける各ガスの流量は、シリコン含有膜SFの横方向のエッチング量を可能な限り抑制するように最適化した流量であった。第1の比較実験の他の条件は、第1の実験の対応の条件と同じ条件であった。
第1の実験及び第1の比較実験の各々では、エッチングによってシリコン含有膜SFに形成された開口の最大の幅を求めた。第1の実験の結果、IF7ガスの流量の割合が、1.3%、1.8%、2.3%の場合のそれぞれで、最大の幅は、96.3nm、97.0nm、92.0nmであった。一方、第1の比較実験の結果、最大の幅は、108nmであった。したがって、IF7ガスを処理ガスに含めることにより、シリコン含有膜SFの横方向のエッチングを効果的に抑制することができることが確認された。また、処理ガスの全流量に対するIF7ガスの流量の割合を1.3%以上の範囲で増加させると、シリコン含有膜SFの横方向のエッチング量が更に減少することが確認された。
(第2の実験)
第2の実験では、図2に示した二つの被加工物Wのシリコン含有膜SFをプラズマ処理装置10を用いてエッチングした。第2の実験において、処理ガスの全流量に対するIF7ガスの流量の割合は、1.3%であった。第2の実験では、処理時間長が互いに異なる二つの条件の下で、シリコン含有膜SFをエッチングした。処理時間長は、二つの条件のそれぞれで、600秒、1200秒であった。以下、第2の実験の他の条件を示す。
<第2の実験の条件>
・チャンバ本体12の内部空間の圧力:20mTorr(2.666Pa)
・第1の高周波:40MHz、4.5kW
・第2の高周波:0.4MHz、5kW
・処理ガス:CF4ガス、H2ガス、NF3ガス、及びIF7ガスの混合ガス
・静電チャックの温度:−50℃
・チャンバ本体12の内部空間の圧力:20mTorr(2.666Pa)
・第1の高周波:40MHz、4.5kW
・第2の高周波:0.4MHz、5kW
・処理ガス:CF4ガス、H2ガス、NF3ガス、及びIF7ガスの混合ガス
・静電チャックの温度:−50℃
また、第2の比較実験として、図2に示した二つの被加工物Wの各々のシリコン含有膜SFをプラズマ処理装置10を用いてエッチングした。第2の比較実験では、CF4ガス、H2ガス、NF3ガス、及びHIガスの混合ガスを処理ガスとして用いた。第2の比較実験において、処理ガスの全流量に対するHIガスの流量の割合は、1.7%であった。第2の比較実験では、処理時間長が互いに異なる二つの条件の下で、シリコン含有膜SFをエッチングした。処理時間長は、二つの条件のそれぞれで、600秒、1020秒であった。第2の比較実験の他の条件は、第2の実験の対応の条件と同じ条件であった。
第2の実験及び第2の比較実験の各々では、エッチングによってシリコン含有膜SFに形成された開口の深さ及び最大の幅を求めた。第2の実験の結果、処理時間長が600秒の場合に、開口の深さ及び最大の幅は、それぞれ、4342nm、95.6nmであった。また、第2の実験の結果、処理時間長が1200秒の場合に、開口の深さ及び最大の幅は、それぞれ、6610nm、106nmであった。また、第2の比較実験の結果、処理時間長が600秒の場合に、開口の深さ及び最大の幅は、それぞれ、4027nm、99.4nmであった。また、第2の比較実験の結果、処理時間長が1020秒の場合に、開口の深さ及び最大の幅は、それぞれ、6460nm、114nmであった。したがって、IF7ガスを含む処理ガスを用いた場合には、HIガスを含む処理ガスと比較して、シリコン含有膜SFに形成される開口の深さが深くても、シリコン含有膜SFの横方向のエッチングがより効果的に抑制されることが確認された。
また、第2の実験及び第2の比較実験の各々では、エッチングされた被加工物Wの断面のSEM写真を取得した。取得したSEM写真によれば、IF7ガスを含む処理ガスを用いた場合には、HIガスを含む処理ガスと比較して、シリコン含有膜SFに形成された開口を画成する側壁面に付着している残渣の量が大幅に低減されることが確認された。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
10…プラズマ処理装置、12…チャンバ本体、W…被加工物、SF…シリコン含有膜、MK…マスク、OM…開口。
Claims (18)
- シリコン含有膜のエッチング方法であって、
前記シリコン含有膜及び該シリコン含有膜上に設けられたマスクを有する被加工物をプラズマ処理装置のチャンバ本体内に準備する工程であり、該マスクには開口が形成されている、該工程と、
前記シリコン含有膜をエッチングする工程であり、該シリコン含有膜をエッチングするために、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスのプラズマが前記チャンバ本体内で生成される、該工程と、
を含む、エッチング方法。 - 前記処理ガスは、七フッ化ヨウ素ガスを含む、請求項1に記載のエッチング方法。
- 前記シリコン含有膜をエッチングする前記工程において前記チャンバ本体内に供給される前記処理ガスの全流量に対する前記七フッ化ヨウ素ガスの流量の割合は、1.3%以上である、請求項2に記載のエッチング方法。
- 前記処理ガスは、フッ素を更に含有する、請求項1〜3の何れか一項に記載のエッチング方法。
- 前記シリコン含有膜をエッチングする前記工程は、
フッ素含有ガスを含む前記処理ガスのプラズマにより、前記シリコン含有膜を部分的にエッチングする工程と、
添加ガスを更に含む前記処理ガスのプラズマにより、前記シリコン含有膜を更にエッチングする工程と、
を含み、
前記添加ガスは、フッ素を含む分子を含有し、該添加ガスに含まれる該分子におけるフッ素の結合エネルギーは、前記フッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い、
請求項1〜4の何れか一項に記載のエッチング方法。 - 前記シリコン含有膜を更にエッチングする前記工程は、該シリコン含有膜に形成される開口のアスペクト比が40以上になっているときに実行される、請求項5に記載のエッチング方法。
- 前記シリコン含有膜を部分的にエッチングする前記工程の実行中に前記チャンバ本体内で生成される前記プラズマの発光のシリコンに対応した波長の発光強度に基づき、前記シリコン含有膜からシリコンが放出されていないと判断される場合に、前記シリコン含有膜を更にエッチングする前記工程が開始される、請求項5に記載のエッチング方法。
- 前記シリコン含有膜は、酸化シリコン及び窒化シリコンの少なくとも一方から形成されている、請求項1〜7の何れか一項に記載のエッチング方法。
- 前記シリコン含有膜は、交互に積層された複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜を含む、請求項8に記載のエッチング方法。
- 前記マスクは、炭素を含有する、請求項1〜9の何れか一項に記載のエッチング方法。
- 前記マスクは、タングステンを含有する、請求項1〜9の何れか一項に記載のエッチング方法。
- チャンバ本体と、
前記チャンバ本体内に設けられた支持台と、
前記チャンバ本体内に、炭素及び七フッ化ヨウ素を含有する処理ガスを供給するように構成されたガス供給部と、
前記処理ガスを励起させるために高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
前記ガス供給部及び前記高周波電源を制御するように構成された制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記処理ガスのプラズマを生成して前記支持台上に載置された被加工物のシリコン含有膜をエッチングするために、前記処理ガスを前記チャンバ本体内に供給するよう、前記ガス供給部の制御を実行し、前記高周波電力を供給するよう、前記高周波電源の制御を実行する、
プラズマ処理装置。 - 前記処理ガスは、七フッ化ヨウ素ガスを含む、請求項12に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記ガス供給部の前記制御において、前記チャンバ本体内に供給される前記処理ガスの全流量に対する前記七フッ化ヨウ素ガスの流量の割合を1.3%以上の割合に調整する、請求項13に記載のプラズマ処理装置。
- 前記処理ガスは、フッ素を更に含有する、請求項12〜14の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記ガス供給部の前記制御において、
前記ガス供給部に、フッ素含有ガスを含む前記処理ガスを前記チャンバ本体内に供給させる第1制御を実行し、
次いで、前記ガス供給部に、添加ガスを更に含む前記処理ガスを前記チャンバ本体内に供給させる第2制御を実行し、
前記添加ガスは、フッ素を含む分子を含有し、該添加ガスに含まれる該分子におけるフッ素の結合エネルギーは、前記フッ素含有ガス中の分子におけるフッ素の結合エネルギーよりも低い、
請求項12〜15の何れか一項に記載のプラズマ処理装置。 - 前記制御部は、前記シリコン含有膜に形成される開口のアスペクト比が40以上になっているときに、前記第2制御を実行する、請求項16に記載のプラズマ処理装置。
- 前記制御部は、前記第1制御の実行中に、前記チャンバ本体内で生成される前記プラズマの発光のシリコンに対応した波長の発光強度に基づき、前記シリコン含有膜からシリコンが放出されていないと判断される場合に、前記第2制御を開始する、請求項16に記載のプラズマ処理装置。
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