JP2022032965A - エッチング方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチング形状の底部に効率的にエッチャントを供給し、エッチングレートを向上させる技術を提供する。【解決手段】（ａ）シリコンを含有する基板を支持台上に提供する工程と、（ｂ）フッ素含有ガスを含む第１のガスから生成されたプラズマにより前記基板をエッチングし、底部を有するエッチング形状を形成する工程と、（ｃ）フッ化水素（ＨＦ）ガスを含む第２のガスからプラズマを生成して前記エッチング形状の底部に選択的にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、（ｄ）前記支持台にバイアス電力を供給し、生成された前記プラズマにより前記底部をエッチングする工程と、を有し、前記（ｃ）の工程～前記（ｄ）の工程において、前記基板の温度が０℃以下に保持される、エッチング方法が提供される。【選択図】図１
Description
本開示は、エッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。
特許文献１には、エッチング対象膜としてのシリコン酸化膜に対して高アスペクト比の凹部を形成するために、プラズマエッチングを行う技術が記載されている。この技術では、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガスといったフッ素含有ガスと水素ガスとを含む処理ガスのプラズマを生成することにより、シリコン酸化膜がエッチングされる。メモリデバイスのコンタクトホールなどの高アスペクト構造では、エッチングが進むにつれアスペクト比が増大し、エッチャント供給量が減少する。
本開示は、エッチング形状（凹部）の底部に効率的にエッチャントを供給し、エッチングレートを向上させる技術を提供する。
本開示の一の態様によれば、（ａ）シリコンを含有する基板を支持台上に提供する工程と、（ｂ）フッ素含有ガスを含む第１のガスから生成されたプラズマにより前記基板をエッチングし、底部を有するエッチング形状を形成する工程と、（ｃ）フッ化水素（ＨＦ）ガスを含む第２のガスからプラズマを生成して前記エッチング形状の底部に選択的にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、（ｄ）前記支持台にバイアス電力を供給し、生成された前記プラズマにより前記底部をエッチングする工程と、を有し、前記（ｃ）の工程～前記（ｄ）の工程において、前記基板の温度が０℃以下に保持される、エッチング方法が提供される。
一の側面によれば、エッチング形状の底部に効率的にエッチャントを供給し、エッチングレートを向上させることができる。
一つの例示的実施形態において、膜をエッチングする方法が提供される。当該方法は、（ａ）シリコンを含有する基板を支持台上に提供する工程と、（ｂ）フッ素含有ガスを含む第１のガスから生成されたプラズマにより前記基板をエッチングし、底部を有するエッチング形状を形成する工程と、（ｃ）フッ化水素（ＨＦ）ガスを含む第２のガスからプラズマを生成して前記エッチング形状の底部に選択的にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、（ｄ）前記支持台にバイアス電力を供給し、生成された前記プラズマにより前記底部をエッチングする工程と、を含み、（ｃ）の工程～（ｄ）の工程において、基板の温度が０℃以下に保持される。この実施形態によれば、エッチング形状の底部に効率的にエッチャントを供給し、エッチングレートを高めることができる。
一つの例示的実施形態において、（ｃ）の工程と（ｄ）の工程を繰り返してもよい。また一つの例示的実施形態において、（ｃ）の工程及び（ｄ）の工程は同時に行なわれてもよい。
一つの例示的実施形態において、（ｃ）の工程及び（ｄ）の工程は、エッチング形状の開口径が２００ｎｍ以下であり、アスペクト比が２０以上で行われてもよい。
一つの例示的実施形態において、（ａ）の工程の後、基板の温度を－４０℃以下に設定してもよい。
一つの例示的実施形態において、（ｄ）の工程は、第２のガスのプラズマ又は希ガスのプラズマにより底部をエッチングしてもよい。
一つの例示的実施形態において、バイアス電力を供給し、プラズマ中のイオンを底部に引き込み、底部に形成した凝縮層または凝固層と底部とを反応させてエッチングを進行させてもよい。
一つの例示的実施形態において、膜をエッチングする方法が提供される。当該方法は、シリコンを含有する基板をチャンバ内の支持台上に提供する工程と、基板の温度を０℃以下の温度に設定する工程と、フッ化水素（ＨＦ）ガスを処理ガスの全流量に対する体積流量比で３０％以上含む混合ガスをチャンバ内に供給する工程と、プラズマ生成用の高周波電力（Ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｐｏｗｅｒ）を供給し、混合ガスから生成されたプラズマにより基板をエッチングする工程と、を有し、供給する工程及びエッチングする工程中、基板の温度が０℃以下に保持されるエッチング方法が提供される。この実施形態によれば、エッチングレートを高めることができる。
一つの例示的実施形態において、設定する工程は、基板の温度を－４０℃以下に設定し、前記供給する工程及び前記エッチングする工程中、前記基板の温度が０℃以下に保持されてもよい。
一つの例示的実施形態において、シリコンを含有する基板は、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を含んでもよい。
一つの例示的実施形態において、シリコンを含有する基板は、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の積層膜を含んでもよい。
一つの例示的実施形態において、シリコンを含有する基板は、酸化シリコン膜及びポリシリコンの積層膜を含んでもよい。
一つの例示的実施形態において、プラズマエッチング装置であって、チャンバと、チャンバ内に設けられ基板を支持する支持台と、チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、制御部と、を有するプラズマ処理装置が提供される。当該装置の制御部は、（ａ）シリコンを含有する基板を受け取り、前記支持台上に支持する工程と、（ｂ）フッ素含有ガスを含む第１のガスから生成されたプラズマにより基板をエッチングし、底部を有するエッチング形状を形成する工程と、（ｃ）フッ化水素（ＨＦ）ガスを含む第２のガスからプラズマを生成してエッチング形状の底部に選択的にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、（ｄ）前記支持台にバイアス電力を供給し、生成されたプラズマにより底部をエッチングする工程と、を実行し、（ｃ）の工程～（ｄ）の工程において、基板の温度を０℃以下に保持する。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
以下の説明では、図５における二つの高周波電源（ＲＦ電源）の一方からプラズマエッチング装置内に供給する電力をＨＦパワーともいい、他方からプラズマエッチング装置内の下部電極に供給する電力をＬＦパワー（バイアス電力ともいう。）ともいう。ＨＦパワーは主にプラズマ生成に寄与するプラズマ生成用の高周波電力である。ＬＦパワーは主に基板Ｗへのイオンの引き込みに寄与するバイアス用の高周波電力である。ここでは、処理対象の基板Ｗは直径３００ｍｍのウエハである。基板Ｗの表面温度を基板Ｗの表面にシリコンゲルなどの接着剤を介して貼りつけた温度センサにより計測することで基板Ｗの温度を制御してもよい。また、本明細書中で混合ガスとは２種類以上のガスが混合されたガス（エッチングガス）をいう。
本実施形態では、基板をエッチングする方法ＭＴについて図１を参照して説明する。以下の説明では、図１に加えて、図５を参照する。また、以下では、プラズマエッチング装置１０を用いて基板Ｗに方法ＭＴが適用される場合を例として、方法ＭＴを説明する。方法ＭＴは、工程Ｓ１～Ｓ５を含む。また、工程Ｓ５は少なくとも図２の工程Ｓ５１～Ｓ５３を含む。
工程Ｓ１では、図５に示すようにエッチング対象膜を含む基板Ｗがチャンバ１内において支持台ＳＴによって支持される。支持台ＳＴは静電チャック５を含み、静電気力により基板Ｗを保持する。エッチング対象膜はシリコン含有膜である。シリコン含有膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）又は窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を含む。さらにシリコン含有膜は、酸化シリコン膜以外のシリコン含有膜を含んでもよい。シリコン含有膜は、２種類以上のシリコン含有膜を含んでもよい。２種類以上のシリコン含有膜は、酸化シリコン膜とポリシリコン膜との積層膜、又は酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜を含んでもよい。本実施形態では、エッチング対象膜として酸化シリコン膜をエッチングする例を示す。例えば、３Ｄ－ＮＡＮＤ又はＤＲＡＭ用のアスペクト比が２０以上のエッチングに用いることができる。
基板Ｗは更にエッチング対象膜上に開口を有するマスクを有してよい。マスクはエッチング対象膜であるシリコン含有膜と選択比が得られる種々の膜から形成されてよい。マスクは、カーボンを含む膜であってよい。カーボンを含む膜の一例は、フォトレジスト、またはアモルファスカーボンを含む。マスクは、シリコンを含む膜であってもよく、例えば、ポリシリコンマスクであってもよい。
エッチングにはフッ素含有ガスを含むガスが用いられる。フッ素含有ガスを含むガスは、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６，Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８等のフルオロカーボン、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３等のハイドロフルオロカーボン、ＳＦ６、ＮＦ６等のガス、フッ化水素（ＨＦ）ガス、またはこれらから選択される１以上のガスの組合せであってよい。フッ素含有ガスを含むガスは、更に水素含有ガスを含んでもよい。水素含有ガスは、Ｈ２、ＣＨ４等であってよい。また、これらのガスに加えてＡｒ等の希ガスを含んでもよい。フッ素を含むガス又はフッ素と水素とを含むガスから生成されるプラズマのフッ素イオン及び水素イオンは軽いため、マスクに対してダメージを与えにくい。よって高いマスク選択比を得ることができる。一例では、アスペクト比が所定値（例えば、２０）以上では、エッチングガスとしてフッ化水素ガスを含む混合ガスが用いられる。フッ化水素ガスを含む混合ガスのうち、フッ化水素ガスを混合ガス（処理ガス）の全流量に対する体積流量比で３０％以上含んでよい。本例では、アスペクト比Ａ１～Ａ３はマスクを含まずに算出されている。図４のアスペクト比Ａ１～Ａ３に示すように、アスペクト比はマスクを含んで算出されてもよい。後述するフッ化水素の凝縮層又は凝固層が形成されるアスペクト比を判定できればよい。
シリコン含有膜の上のマスクは、メタル含有マスクであってもよい。メタル含有マスクは、タングステン（Ｗ）系、チタン（Ｔｉ）系、モリブデン（Ｍｏ）系、ルテニウム（Ｒｕ）系、ハフニウム（Ｈｆ）系又はアルミニウム（Ａｌ）系の材料から形成されてよい。
次いで工程Ｓ２では、基板の温度を０℃以下に制御する。例えば、エッチング開始前に基板の温度（支持台ＳＴの温度）を－４０℃以下に設定する（ここで、エッチング開始前の基板の温度は、エッチング開始前の支持台ＳＴの温度と略同一である。）。基板の温度を０℃以下、一例では－４０℃以下にすることでエッチング形状の底部へのエッチャントの供給が促進し、エッチングレートを向上させることができる。また、エッチング開始前に基板の温度を－７０℃以下に設定してもよい。冷却器を用いて支持台ＳＴを冷却してもよいし、液体窒素、又はフロン類などの冷媒を支持台ＳＴ中に通流することにより支持台ＳＴを冷却することにより基板の温度を調整してもよい。プラズマによる入熱を考慮して、エッチング中は支持台ＳＴ中を通流させる冷媒の温度を基板の目標温度（ターゲット温度）よりも１０℃～５０℃低い温度に設定する。一例では、－１２０℃～－４０℃の冷媒を支持台ＳＴ内の流路１８に供給する。なお、基板の目標温度は、０℃以下のいずれかの温度に予め設定されている。また、冷媒を支持台ＳＴに供給することに加え、支持台ＳＴ伝熱ガス配管１９から静電チャック５の表面とその上に保持された基板Ｗの裏面との間に伝熱ガスを供給してもよい。静電チャック５の表面と基板Ｗの裏面との間に供給される伝熱ガスの圧力を制御することにより熱伝導を制御し、基板の温度を調整することができる。伝熱ガスとしては不活性ガスを用いることができる。一例では希ガス、例えばヘリウムガスを用いてよい。これにより、基板Ｗの温度を０℃以下の温度に制御できる。
次いで、工程Ｓ３では基板Ｗをエッチングする。工程Ｓ３のエッチングを「第１のエッチング」と呼ぶ。工程Ｓ３では、ガスソース８からエッチングガスとしてフッ素含有ガスを含むガスをチャンバ内に供給し、ＲＦソース６から上部電極３に２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力を供給してエッチングガスからプラズマを生成してもよい。別の例では、ＲＦソース６から支持台ＳＴ（下部電極）にプラズマ生成用の高周波電力を供給してもよい。ＲＦソース６から供給される高周波電力の大きさは一例では、０．１ｋＷ～５ｋＷであってもよい。更に、ＲＦソース７から支持台ＳＴ（下部電極）に２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚのバイアス電力を供給して、エッチングしてもよい。バイアス電力の大きさは５ｋＷ以上であってよい。高周波電力に限らず、電圧パルスを用いてもよい。一例では、直流電圧（ＤＣ）パルスを印加してもよい。工程Ｓ３においてチャンバ内に供給するフッ素含有ガスを含むガスは、「第１のガス」の一例である。
エッチングガスとしてフルオロカーボンガス（例えばＣＦ４）を用いることができる。更に、水素含有ガス（例えば、Ｈ２ガス）を供給してもよい。また、希ガスを添加してもよい。エッチング対象膜が窒化シリコン膜を含む場合には、エッチングガスとして、フルオロカーボンや、ハイドロフルオロカーボンガス（例えばＣＨＦ３）を用いることができる。プラズマ生成用の高周波電力は連続波に限らず所定のデューティ比（デューティ比とは、オン時間／（オン時間＋オフ時間）で定義される）を有するパルス波であってもよい。デューティ比をエッチング中に変化させてもよい。工程Ｓ３では、フッ素含有ガスを含むガスから生成されたプラズマにより基板Ｗをエッチングし、底部を有するエッチング形状を形成する。これにより、図３（ａ）に示すように、マスク２０を介してプラズマ中のイオン及びラジカルが作用し、エッチング対象膜２１をエッチングする。図３では、エッチング形状の例はホールＨ、およびライン形状を含む。第１のエッチングでは、一例では概ねアスペクト比が２０程度の深さＡ１までエッチングする。
次いで工程Ｓ４では、エッチング形状の開口径が所定値以下であって、かつ、アスペクト比が所定以上かを判定する。例えば、エッチング形状の開口径が２００ｎｍ以下であって、アスペクト比が２０以上かが判定される。ここで、アスペクト比の所定値は、図３（ｂ）のフッ化水素の凝縮層又は凝固層２２を凹部の底部に形成できる値であればよい。一実施形態ではチャンバ内またはチャンバ外に設けられた光学的手段によりアスペクト比（開口径など）を計測してもよい。
エッチング形状の開口径が所定値（例えば、２００ｎｍ）よりも大きい場合、又はアスペクト比が所定値（例えば、アスペクト比２０）未満である場合、工程Ｓ３に戻り、第１のエッチングを続ける。一方、エッチング形状の開口径が所定値（例えば、２００ｎｍ以下であって、かつアスペクト比が所定値（例えば、アスペクト比２０）以上である場合、工程Ｓ５に進む。なお、工程Ｓ４では上記判定の替わりに第１のエッチングが開始されてから予め定められた時間が経過したかを判定してもよい。この場合、予め定められた時間が経過するまで工程Ｓ３に戻り、第１のエッチングを続ける。一方、予め定められた時間が経過後、工程Ｓ５に進む。
工程Ｓ５では基板Ｗを引き続きエッチングする。工程Ｓ５のエッチングを「第２のエッチング」と呼ぶ。第１のエッチングと第２のエッチングとは同一のエッチング対象膜に対する連続したエッチングである。別の例では、第１エッチングの後に第２のエッチングが行われてよく、第１エッチングと第２のエッチングとの間に別の工程が行われてもよい。工程Ｓ５では、ガスソース８からエッチングガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスを含むエッチングガスをチャンバ内に供給する。工程Ｓ３にて使用したガスに、フッ化水素ガスが含まれる場合、工程Ｓ５にて供給するエッチングガスと工程Ｓ３にて供給するフッ素含有ガスを含むガスとは同一ガスであってもよい。同一ガスの場合、工程Ｓ５においてガスの切り替えが不要になり、スループットが向上する。工程Ｓ５にてチャンバ内に供給するフッ化水素ガスを含むエッチングガスは、「第２のガス」の一例である。
別の例では、工程Ｓ３にフッ化水素ガスが含まれる場合、工程Ｓ５にて供給するフッ化水素ガスの流量は工程Ｓ３にて供給するフッ化水素ガスの流量よりも多くてもよい。工程Ｓ５にて供給する混合ガスと工程Ｓ３にて供給するガスとは異なるガスを含んでもよい。さらに、工程Ｓ３にフッ化水素ガスが含まれる場合、工程Ｓ５にて供給するフッ化水素ガスの混合ガスに含まれる他のガスに対する流量比は工程Ｓ３にて供給するフッ化水素ガスの他のガスに対する流量比よりも高くてもよい。これによりアスペクト比が高くなってもフッ化水素をエッチング形状の底部に十分供給することができる。
工程Ｓ５における他のプロセス条件については、例えばＲＦソース６から上部電極３に２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚのプラズマ生成用の高周波電力を供給してエッチングガスからプラズマを生成してもよい。ＲＦソース６から支持台ＳＴ（一例では、下部電極）にプラズマ生成用の高周波電力を供給してもよい。エッチングガスは、フッ化水素（ＨＦ）ガスを含む２種類以上の混合ガスであってよい。混合ガスは、チャンバ１に２種類以上のガスがそれぞれ供給され、チャンバ１内で混合されてもよいし、チャンバ１に供給される前に混合されてもよい。ＲＦソース６から供給される高周波の周波数は一例では、０．１ｋＷ～５ｋＷであってもよい。更に、ＲＦソース７から支持台ＳＴに２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚのバイアス電力を供給して、エッチングを促進する。バイアス電力の大きさは５ｋＷ以上であってよい。バイアス電力は高周波電力に限らず、ＤＣパルス等の電圧パルスでもよい。
工程Ｓ５にて供給するガスとしては、フッ化水素ガスに加え、少なくともフルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、その他のハロゲン含有ガスの少なくとも一つが含まれてもよい。フルオロカーボンガスの例は、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、及びＣ５Ｆ８を含む。ハイドロフルオロカーボンの例は、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、及びＣＨＦ３を含む。その他のハロゲン含有ガスとしてＣｌ２及び／又はＨＢｒを含んでもよい。その他ＳＦ６及び／又はＮＦ３を含んでもよい。フルオロカーボンガスまたはハイドロフルオロカーボンガスはマスクを保護する。
工程Ｓ５にて使用するエッチングガスは、更に、水素含有ガス（一例では、Ｈ２ガス）を含んでもよい。また、希ガスを含んでもよい。エッチング対象膜が窒化シリコン膜を含む場合には、エッチングガスとして、フルオロカーボンや、ハイドロフルオロカーボンガス（例えば、ＣＨＦ３）を用いることができる。プラズマ生成用の高周波電力は連続波に限らず所定のデューティ比を有するパルス波であってもよい。デューティ比をエッチング中に変化させてもよい。
工程Ｓ５は、少なくとも図２に示す工程Ｓ５１～Ｓ５３を含む。工程Ｓ５１では、フッ化水素ガスを含む混合ガスから生成されたプラズマにより基板Ｗをエッチングし、エッチング形状の底部に選択的にフッ化水素の凝縮層または凝固層を形成する。
エッチング形状が所定の開口径以下および所定のアスペクト以上、一例では、エッチング形状の開口径が２００ｎｍ以下であって、アスペクト比が２０以上のエッチング形状では、底部から揮発してくるエッチング副生成物の影響で、底部の圧力が気相に比べて高くなるため、フッ化水素が凝縮または凝固しやすくなる。また、凝縮する場合には毛管凝縮（capillary condensation）現象が生じ、底部に選択的にフッ化水素が吸着する。凝集しない場合であっても、フッ化水素分子の分極に起因して、それぞれのフッ化水素分子間に凝集力を生じるため、表面エネルギーが最小となる底部に選択的にフッ化水素が吸着する。
エッチング中は、プラズマからの入熱により基板の温度が上昇するが、基板の裏面と支持台の表面との間に供給される伝熱ガスの圧力を調整することにより基板の温度が制御され、エッチング中においても基板の温度は０℃以下に保持されている。つまり、フッ化水素ガスを含むエッチングガスをチャンバ１内に供給する工程、及びプラズマ生成用の高周波電力を供給し、エッチングガスから生成されたプラズマにより基板Ｗをエッチングする工程中、基板の温度が０℃以下に保持される。
基板の温度を０℃以下に保持する方法としては、例えば、エッチング中、基板Ｗと静電チャック５との間に供給する伝熱ガスの圧力を制御すること、及び／又はバイアス電力の大きさを制御することが挙げられる。これにより、エッチング形状が所定の開口径以下および所定のアスペクト以上、一例では、エッチング形状の開口径が２００ｎｍ 以下であって、アスペクト比が２０以上に達した後、フッ化水素ガスの流量を調整して選択的にエッチング形状の底部にフッ化水素を凝縮させた液相の凝縮層又は固相の凝固層を形成することができる。この凝縮層または凝固層は、エッチャントとして機能するフッ化水素がエッチング形状の底部に優先的に物理吸着したものである。方法ＭＴによれば、アスペクト比が所定値以上、例えば、アスペクト比２０またはそれ以上の深さまでエッチングが進んだ後も、凝縮層または凝固層によりエッチングレートを維持又は向上させることができる。
図３（ａ）は、所定のアスペクト比未満、例えば、アスペクト比が２０未満のエッチングの深さＡ１におけるホールＨのエッチングを示す（第１のエッチング）。
図３（ｂ）は、所定のアスペクト比以上のエッチングの深さＡ２（＞Ａ１）におけるホールＨのエッチングを示す（第２のエッチング）。第２のエッチングではホールＨが深くなり、凝縮現象又は凝固現象が生じる。これを利用して、エッチング形状の底部にフッ化水素ガスのエッチャントを効率的に供給し、エッチング形状の底部に選択的にフッ化水素の凝縮層または凝固層２２を形成する。
工程Ｓ５１では、フッ化水素ガスの流量が多すぎるとエッチング形状の開口が閉塞し、エッチングが停止してしまう。そこで、フッ化水素ガスを所定の流量に制御し、かつ、基板の温度を０℃以下に制御することで、凝縮現象又は凝固現象によりエッチング形状の底部に選択的に凝縮層または凝固層を形成し、エッチングを促進する。
図２に示す工程Ｓ５１に続く工程Ｓ５２では、支持台ＳＴにバイアス電力を供給して生成された混合ガスのプラズマ中のイオンをエッチング形状の底部まで到達させる。そして、そのイオンのエネルギーによりにフッ化水素の凝縮層または凝固層２２とエッチング対象膜とを反応させ、エッチング対象膜のエッチングを促進させる。これにより、図３（ｂ）に示すように、エッチング対象膜２１に対して異方性エッチングが行われる。
特に工程Ｓ５２では支持台ＳＴにバイアス電力を印加することで凝縮層または凝固層２２まで到達するようにイオンを制御する。これにより、エッチャントとして機能する凝縮層または凝固層２２が介在することでエッチングが促進され、エッチングレートを向上させることができる。
工程Ｓ５３では、エッチング対象膜のエッチングが終了したかを判定する。例えば図３（ｃ）に示すようにエッチング対象膜２１の下地膜２３が露出した時点でエッチングが終了したと判定してもよい。たとえば下地膜２３が露出したか否かは、終点検出（End Point Detection）の技術を用いて判定できる。ただし、エッチングが終了したかの判定方法はこれに限られない。
工程Ｓ５３において、エッチングが終了していないと判定した場合、工程Ｓ５１に戻り、工程Ｓ５１及び工程Ｓ５２を繰り返す。工程Ｓ５１及び工程Ｓ５２を繰り返す間、基板の温度が０℃以下に保持される。工程Ｓ５３において、エッチングが終了したと判定した場合、本方法ＭＴを終了する。
以上に説明した方法ＭＴは、凝縮層または凝固層２２を形成する工程Ｓ５１と、混合ガスのプラズマでエッチングする工程Ｓ５２とを異なる工程として説明したが、同時に実行されてもよい。工程Ｓ５１及び工程Ｓ５２は、繰り返されてもよい。工程Ｓ５１及び工程Ｓ５２が順に繰り返し実行される場合に限られず、凝縮層または凝固層２２を形成しながら混合ガスのプラズマでエッチングする処理が同時に行われている場合も含む。工程Ｓ５１及び工程Ｓ５２を同時に行うとエッチングのスループットが向上する。
第２のエッチングに使用されるフッ化水素ガスを含む混合ガスには希ガスが含まれてもよい。希ガスの例は、アルゴンガス、ヘリウムガスを含む。第２のエッチングにおいて、希ガスは、第２のエッチングにおいてプラズマ中のイオン（例えばアルゴンイオン）の作用によるエッチングの促進に寄与する。つまり、第２のエッチングにおいて、バイアス電力を支持台ＳＴに供給し、プラズマ中のイオンをエッチング形状の底部に引き込む。これにより、イオンのエネルギーによってエッチング形状の底部に形成した凝縮層または凝固層２２とエッチング形状の底部とを反応させてエッチングを進行させることができる。ただし、希ガスのイオンのみが凝縮層または凝固層２２にエネルギーを与えてエッチングの促進に寄与するわけではない。希ガスを含む混合ガスのプラズマ中の各種のイオンが基板Ｗに引き込まれ、凝縮層または凝固層２２にエネルギーを与えてエッチングを進行させることができる。なお、第１のエッチングに使用されるガスに希ガスが含まれてもよく、プラズマを安定的に生成する。
工程Ｓ５１ではフッ化水素を含む混合ガスを供給して凝縮層または凝固層２２を形成し、工程Ｓ５２では混合ガスから希ガスにガス種を切り替え、希ガスを供給してエッチングを行い、工程Ｓ５１と工程Ｓ５２とを繰り返してもよい。ただし、混合ガス中に希ガスを含め、工程Ｓ５１及び工程Ｓ５２を同一ガス種で実行してもよい。
［プラズマエッチング装置］
以上に説明した方法ＭＴには下記のプラズマエッチング装置を用いることができる。図５は、一実施形態に係るプラズマエッチング装置１０の一例を示す断面模式図である。プラズマエッチング装置１０は、処理ガスからプラズマを励起するために用いられるいくつかのプラズマ生成システムの一例を与える。
以上に説明した方法ＭＴには下記のプラズマエッチング装置を用いることができる。図５は、一実施形態に係るプラズマエッチング装置１０の一例を示す断面模式図である。プラズマエッチング装置１０は、処理ガスからプラズマを励起するために用いられるいくつかのプラズマ生成システムの一例を与える。
図５は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ）装置を示しており、チャンバ１と上部電極３と支持台ＳＴとの間にプラズマ２が形成される。支持台ＳＴは、下部電極４及び静電チャック５を有する。支持台ＳＴ上に基板Ｗが保持される。ＲＦソース６とＲＦソース７は、上部電極３及び下部電極４の双方に結合され、異なるＲＦ周波数が用いられ得る。他の例では、ＲＦソース６とＲＦソース７が同じ電極に結合されてもよい。更に、直流電流（ＤＣ）パワーが上部電極に結合されてもよい。チャンバ１にはガスソース８が接続され、処理ガスを供給する。また、チャンバ１には排気装置９が接続されチャンバ１内部を排気する。また、基板の温度を非接触で測定する温度センサが設けられてもよい。
図５のプラズマエッチング装置は、プロセッサ及びメモリを含む制御部８０を有し、プラズマエッチング装置１０の各要素を制御して基板Ｗをプラズマ処理する。
[実施例]
実施形態に係る方法ＭＴにおける各工程のプロセス条件の一例を以下に示す。
＜第１のエッチング（図１のＳ３）＞
対象膜 ＳｉＯ２膜（アスペクト比が２０未満）
ＨＦパワー ０．１ｋＷ～５ｋＷ、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚ
ＬＦパワー ５ｋＷ以上、２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚ
第１のガス フッ素含有ガスを含む混合ガス（例えばＣＦ４ガス及びＡｒガス）
基板温度 ０℃以下
基板裏面と静電チャックとの間の空間の圧力 １０～２００Ｔｏｒｒ（１３３３～２６６６５Ｐａ）
実施形態に係る方法ＭＴにおける各工程のプロセス条件の一例を以下に示す。
＜第１のエッチング（図１のＳ３）＞
対象膜 ＳｉＯ２膜（アスペクト比が２０未満）
ＨＦパワー ０．１ｋＷ～５ｋＷ、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚ
ＬＦパワー ５ｋＷ以上、２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚ
第１のガス フッ素含有ガスを含む混合ガス（例えばＣＦ４ガス及びＡｒガス）
基板温度 ０℃以下
基板裏面と静電チャックとの間の空間の圧力 １０～２００Ｔｏｒｒ（１３３３～２６６６５Ｐａ）
＜第２のエッチング（図１のＳ５）＞
対象膜 ＳｉＯ２膜（アスペクト比が２０以上）
（凝縮層形成工程（図２のＳ５１）およびエッチング工程（図２のＳ５２））
ＨＦパワー ０．１ｋＷ～５ｋＷ、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚ
ＬＦパワー ５ｋＷ以上、２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚ
第２のガス フッ化水素を含む混合ガス（例えばＨＦガス及びＡｒガス）
基板温度 ０℃以下
基板裏面と静電チャックとの間の空間の圧力 １０～２００Ｔｏｒｒ
対象膜 ＳｉＯ２膜（アスペクト比が２０以上）
（凝縮層形成工程（図２のＳ５１）およびエッチング工程（図２のＳ５２））
ＨＦパワー ０．１ｋＷ～５ｋＷ、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚ
ＬＦパワー ５ｋＷ以上、２００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚ
第２のガス フッ化水素を含む混合ガス（例えばＨＦガス及びＡｒガス）
基板温度 ０℃以下
基板裏面と静電チャックとの間の空間の圧力 １０～２００Ｔｏｒｒ
以上に説明したように、本実施形態に係るエッチング方法によれば、エッチングを促進することができる。
なお、図１の工程Ｓ３及び工程Ｓ４は実行しなくてもよい場合がある。例えば所定のアスペクト比を有する凹部がすでに形成されている基板Ｗを準備し（工程Ｓ１）、基板を温度制御し（工程Ｓ２）、工程Ｓ５の第２のエッチングを実行してもよい。ここでいうアスペクト比は、図４に示したようにマスクに形成された開口を含んで算出されるアスペクト比（図４にマスクを含む凹部の深さＡ１～Ａ３が示されている。）であってもよい。マスク開口のアスペクト比が凝縮層または凝固層を形成できるアスペクト比以上あれば、工程Ｓ３を省略できる。所定のアスペクト比とは、エッチング対象の領域（凹部の底部またはエッチング対象膜の表面）に凝縮層または凝固層が形成され得るアスペクト比を意味し、そのアスペクト比の形状が形成された基板を提供することで工程Ｓ３及び工程Ｓ４を省略できる。
また、開示する実施形態は、以下の（Ａ１）項、（Ａ２）項の態様をさらに含む。
（Ａ１）エッチング方法であって、
（ａ）シリコン酸化膜を含むシリコン含有膜と前記シリコン含有膜上にマスクとを有する基板を支持台上に提供する工程であって、前記シリコン含有膜と前記マスクには底部と側壁で規定される第１のアスペクト比を有する凹部が形成されている、工程と、
（ｂ）フッ化水素（ＨＦ）を含むガスを供給して前記底部にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、
（ｃ）前記支持台に電気バイアスを供給し、プラズマを用いて前記底面をエッチングし、前記第１のアスペクト比よりも高い第２のアスペクト比を有する凹部を形成する工程と、を有し、
前記第１のアスペクト比は、ＨＦの凝縮層または凝固層が形成されるアスペクト比よりも高いアスペクト比であり、
前記（ｂ）の工程および前記（ｃ）の工程において、前記基板の温度が０℃以下に保持される、
エッチング方法。
（Ａ２）エッチング方法であって、
（ａ）シリコン酸化膜を含むシリコン含有膜と、前記シリコン含有膜上に第１のアスペクト比を有する開口が形成されたマスクを有する基板を支持台上に提供する工程と、
（ｂ）フッ化水素（ＨＦ）を供給してシリコン含有膜上にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、
（ｃ）前記支持台に電気バイアスを供給し、プラズマを用いて前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、を有し、
前記第１のアスペクト比は、前記シリコン含有膜上にＨＦの凝縮層または凝固層が形成されるアスペクト比よりも高いアスペクト比であり、
前記（ｂ）の工程および前記（ｃ）の工程において、前記基板の温度が０℃以下に保持される、
エッチング方法。
（Ａ３）前記凝縮層または凝固層を形成する工程では、ＨＦからプラズマが形成される、（Ａ１）または（Ａ２）のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（Ａ１）エッチング方法であって、
（ａ）シリコン酸化膜を含むシリコン含有膜と前記シリコン含有膜上にマスクとを有する基板を支持台上に提供する工程であって、前記シリコン含有膜と前記マスクには底部と側壁で規定される第１のアスペクト比を有する凹部が形成されている、工程と、
（ｂ）フッ化水素（ＨＦ）を含むガスを供給して前記底部にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、
（ｃ）前記支持台に電気バイアスを供給し、プラズマを用いて前記底面をエッチングし、前記第１のアスペクト比よりも高い第２のアスペクト比を有する凹部を形成する工程と、を有し、
前記第１のアスペクト比は、ＨＦの凝縮層または凝固層が形成されるアスペクト比よりも高いアスペクト比であり、
前記（ｂ）の工程および前記（ｃ）の工程において、前記基板の温度が０℃以下に保持される、
エッチング方法。
（Ａ２）エッチング方法であって、
（ａ）シリコン酸化膜を含むシリコン含有膜と、前記シリコン含有膜上に第１のアスペクト比を有する開口が形成されたマスクを有する基板を支持台上に提供する工程と、
（ｂ）フッ化水素（ＨＦ）を供給してシリコン含有膜上にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、
（ｃ）前記支持台に電気バイアスを供給し、プラズマを用いて前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、を有し、
前記第１のアスペクト比は、前記シリコン含有膜上にＨＦの凝縮層または凝固層が形成されるアスペクト比よりも高いアスペクト比であり、
前記（ｂ）の工程および前記（ｃ）の工程において、前記基板の温度が０℃以下に保持される、
エッチング方法。
（Ａ３）前記凝縮層または凝固層を形成する工程では、ＨＦからプラズマが形成される、（Ａ１）または（Ａ２）のいずれか一項に記載のエッチング方法。
今回開示された一実施形態に係るエッチング方法及びプラズマエッチング装置は、すべての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
本開示のプラズマエッチング装置は、Capacitively Coupled Plasma(CCP)型のプラズマ処理装置を示したが、その他のプラズマ処理装置を用いることもできる。例えば、Inductively Coupled Plasma(ICP)、Radial Line Slot Antenna(RLSA)、Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR)、Helicon Wave Plasma(HWP)を用いることができる。
１ チャンバ
２ プラズマ
３ 上部電極
４ 下部電極
５ 静電チャック
６，７ ＲＦソース
８ ガスソース
９ 排気装置
１０ プラズマエッチング装置
２０ マスク
２１ エッチング対象膜
２２ 凝縮層／凝固層
８０ 制御部
Ｗ 基板
ＳＴ 支持台
２ プラズマ
３ 上部電極
４ 下部電極
５ 静電チャック
６，７ ＲＦソース
８ ガスソース
９ 排気装置
１０ プラズマエッチング装置
２０ マスク
２１ エッチング対象膜
２２ 凝縮層／凝固層
８０ 制御部
Ｗ 基板
ＳＴ 支持台
Claims (12)
- （ａ）シリコンを含有する基板を支持台上に提供する工程と、
（ｂ）フッ素含有ガスを含む第１のガスから生成されたプラズマにより前記基板をエッチングし、底部を有するエッチング形状を形成する工程と、
（ｃ）フッ化水素（ＨＦ）ガスを含む第２のガスからプラズマを生成して前記エッチング形状の底部に選択的にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、
（ｄ）前記支持台にバイアス電力を供給し、生成された前記プラズマにより前記底部をエッチングする工程と、を有し、
前記（ｃ）の工程～前記（ｄ）の工程において、前記基板の温度が０℃以下に保持される、エッチング方法。 - 前記（ｃ）の工程及び前記（ｄ）の工程は同時に行なわれる、
請求項１に記載のエッチング方法。 - 前記（ｃ）の工程及び前記（ｄ）の工程は、前記エッチング形状の開口径が２００ｎｍ以下であり、アスペクト比が２０以上で行われる、
請求項１又は２に記載のエッチング方法。 - 前記（ａ）の工程の後、前記基板の温度を－４０℃以下に設定する、
請求項１～３のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - 前記（ｄ）の工程は、前記第２のガスのプラズマ又は希ガスのプラズマにより前記底部をエッチングする、
請求項１～４のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - プラズマ中のイオンを前記底部に引き込み、前記底部に形成した前記凝縮層または凝固層と前記底部とを反応させてエッチングを進行させる、
請求項１～５のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - シリコンを含有する基板をチャンバ内の支持台上に提供する工程と、
前記基板の温度を０℃以下の温度に設定する工程と、
フッ化水素（ＨＦ）ガスを処理ガスの全流量に対する体積流量比で３０％以上含む混合ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
高周波電力を供給し、前記混合ガスから生成されたプラズマにより前記基板をエッチングする工程と、を有し、
前記供給する工程及び前記エッチングする工程中、前記基板の温度が０℃以下に保持されるエッチング方法。 - 前記設定する工程は、前記基板の温度を－４０℃以下に設定し、
前記供給する工程及び前記エッチングする工程中、前記基板の温度が０℃以下に保持される、
請求項７に記載のエッチング方法。 - 前記シリコンを含有する基板は、酸化シリコン膜又は窒化シリコン膜を含む、
請求項１～８のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - 前記シリコンを含有する基板は、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の積層膜を含む、
請求項１～８のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - 前記シリコンを含有する基板は、酸化シリコン膜及びポリシリコンの積層膜を含む、
請求項１～８のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - プラズマエッチング装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられ基板を支持する支持台と、
前記チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、を有し、
前記制御部は、
（ａ）シリコンを含有する基板を受け取り、前記支持台上に支持する工程と、
（ｂ）フッ素含有ガスを含む第１のガスから生成されたプラズマにより前記基板をエッチングし、底部を有するエッチング形状を形成する工程と、
（ｃ）フッ化水素（ＨＦ）ガスを含む第２のガスからプラズマを生成して前記エッチング形状の底部に選択的にＨＦの凝縮層または凝固層を形成する工程と、
（ｄ）前記支持台にバイアス電力を供給し、生成された前記プラズマにより前記底部をエッチングする工程と、を実行し、
前記（ｃ）の工程～前記（ｄ）の工程において、前記基板の温度を０℃以下に保持する、プラズマエッチング装置。
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