JP2022158811A - エッチング方法及びエッチング処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エッチング処理に際して、高アスペクト比のエッチング形状を適切に形成する。【解決手段】基板のエッチング方法であって、（ａ）チャンバ内の基板支持体上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層された多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域とを含む基板を提供する工程と、（ｂ）ハイドロフルオロカーボンガスを含む第１の処理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、を備え、前記ハイドロフルオロカーボンガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘは２以上の整数を表し、ｙ及びｚは１以上の整数を表す。）で表され、不飽和結合を有する第１のハイドロフルオロカーボンガスを含む。【選択図】図６

Description

本開示は、エッチング方法及びエッチング処理装置に関する。

特許文献１には、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜が交互に設けられることによって構成された多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域とをエッチングする方法が開示されている。特許文献１に記載のエッチング方法によれば、ハイドロフルオロカーボンを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と、フルオロカーボンを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する工程と、が交互に繰り返して実行される。

特開２０１６－５１７５０号公報

本開示にかかる技術は、高アスペクト比のエッチング形状を適切に形成する。

本開示の一態様は、基板のエッチング方法であって、（ａ）チャンバ内の基板支持体上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層された多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域とを含む基板を提供する工程と、（ｂ）ハイドロフルオロカーボンガスを含む第１の処理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、を備え、前記ハイドロフルオロカーボンガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘは２以上の整数を表し、ｙ及びｚは１以上の整数を表す。）で表され、不飽和結合を有する第１のハイドロフルオロカーボンガスを含むエッチング方法である。

本開示によれば、高アスペクト比のエッチング形状を適切に形成することができる。

プラズマ処理システムの構成の一例を模式的に示す縦断面図である。 基板表面に形成されるエッチング対象層の一例を示す説明図である。 一実施形態にかかるプラズマ処理の主な工程を示すフロー図である。 Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスの構造式の一例を示す説明図である。 実施例にかかるエッチング処理結果の一例を示す説明図である。 実施例にかかるエッチング処理結果の一例を示す説明図である。 実施例にかかるエッチング処理結果の一例を示す説明図である。 実施例にかかるエッチング処理結果の一例を示す説明図である。

半導体デバイスの製造工程では、半導体基板（以下、単に「基板」という。）の表面に積層して形成されたエッチング対象層に対して、パターンが形成されたマスク層をマスクとしたエッチング処理が行われている。このエッチング処理は、一般的にプラズマ処理装置で行われる。

ここで、近年のプラズマ処理装置においては、前述のエッチング処理として、積層して形成された基板に対してホールを深掘り形成する、３ＤのＮＡＮＤ ＨＡＲＣ（Ｈｉｇｈ Ａｓｐｅｃｔ Ｒａｔｉｏ Ｃｏｎｔａｃｔ）工程が行われる場合がある。かかる３ＤのＮＡＮＤ ＨＡＲＣ工程においては、ボーイング（Ｂｏｗｉｎｇ）等の形状異常を抑制しつつ、高アスペクト比のホールを形成することが求められている。

しかしながら、形成されるホールのアスペクト比が高くなれば高くなるほど、形状異常を抑制することは困難となる。特に、スループットの向上のためにエッチングレート（Ｅｔｃｈｉｎｇ Ｒａｔｅ）を上げるとエッチングホールの側壁に対するボーイングが発生しやすくなる。

本開示に係る技術は上記事情に鑑みてなされたものであり、エッチング処理に際して、ボーイング等の形状異常を抑制し、高アスペクト比のエッチング形状を適切に形成する。以下、一実施形態にかかるプラズマ処理システム、及び本実施形態にかかるエッチング方法を含むプラズマ処理方法ついて、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜プラズマ処理システム＞
先ず、一実施形態にかかるプラズマ処理システムについて説明する。図１は、プラズマ処理システムの構成の概略を示す縦断面図である。

プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持体１１及びガス導入部を含む。基板支持体１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。ガス導入部は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に導入するように構成される。ガス導入部は、シャワーヘッド１３を含む。シャワーヘッド１３は、基板支持体１１の上方に配置される。一実施形態において、シャワーヘッド１３は、プラズマ処理チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の少なくとも一部を構成する。プラズマ処理チャンバ１０の内部には、シャワーヘッド１３、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０ａ及び基板支持体１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓが形成される。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間１０ｓからガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。側壁１０ａは接地される。シャワーヘッド１３及び基板支持体１１は、プラズマ処理チャンバ１０とは電気的に絶縁される。

基板支持体１１は、本体部材１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部材１１１の上面は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域１１１ａ（基板支持面）と、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂ（リング支持面）とを有する。環状領域１１１ｂは、平面視で中央領域１１１ａを囲んでいる。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含み、１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。

一実施形態において本体部材１１１は、基台１１３及び静電チャック１１４を含む。基台１１３は導電性部材を含む。基台１１３の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャック１１４は、基台１１３の上面に配置される。静電チャック１１４の上面は前述の中央領域１１１ａ及び環状領域１１１ｂを有する。

また、図示は省略するが、基板支持体１１は、リングアセンブリ１１２、静電チャック１１４及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持体１１は、基板Ｗの裏面と静電チャック１１４の上面との間に伝熱ガス（バックサイドガス）を供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

シャワーヘッド１３は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。シャワーヘッド１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス拡散室１３ｂ、及び複数のガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス拡散室１３ｂを通過して複数のガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。また、シャワーヘッド１３は、導電性部材を含む。シャワーヘッド１３の導電性部材は上部電極として機能する。なお、ガス導入部は、シャワーヘッド１３に加えて、側壁１０ａに形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してシャワーヘッド１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、下部電極及び／又は上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を下部電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Ｗに引き込むことができる。

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して下部電極及び／又は上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、下部電極及び／又は上部電極に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して下部電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、第１のＤＣ生成部３２ａ及び第２のＤＣ生成部３２ｂを含む。一実施形態において、第１のＤＣ生成部３２ａは、下部電極に接続され、第１のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第１のバイアスＤＣ信号は、下部電極に印加される。一実施形態において、第１のＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。一実施形態において、第２のＤＣ生成部３２ｂは、上部電極に接続され、第２のＤＣ信号を生成するように構成される。生成された第２のＤＣ信号は、上部電極に印加される。種々の実施形態において、第１及び第２のＤＣ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。なお、第１及び第２のＤＣ生成部３２ａ，３２ｂは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第１のＤＣ生成部３２ａが第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

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、様々な追加、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、本実施形態においてはプラズマ処理システムが容量結合型（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）のプラズマ処理装置１を有する場合を例に説明を行ったが、プラズマ処理システムの構成はこれに限定されるものではない。例えばプラズマ処理システムは、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等のプラズマ生成部を含む処理装置を有していてもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部を含む処理装置が用いられてもよい。

＜プラズマ処理方法＞
次に、以上のように構成されたプラズマ処理装置１を用いて行われる本開示の技術に係る基板Ｗのエッチング処理について説明する。図３は、一実施形態にかかる基板Ｗのエッチング処理の流れを示すフロー図である。

なお本実施形態では、図２（ａ）に示すように、表面に下地層Ｇ（例えばＳｉＮ膜）、エッチング対象層Ｅ、及び、有機系又はボロン系のマスク層Ｍが積層形成された基板Ｗのエッチング処理を行う場合を例に説明を行う。本実施形態においてエッチング対象層Ｅは、シリコン酸化膜ＳｉＯとシリコン窒化膜ＳｉＮとが交互に積層された多層膜ＯＮを有する第１領域Ｒ１と、単層のシリコン酸化膜ＳｉＯを有する第２領域Ｒ２と、を含む。有機系のマスク層Ｍとしては、例えば、スピンオンカーボン、炭化タングステン又はアモルファスカーボンを含む膜を用いることができる。ボロン系のマスク層Ｍとしては、例えば、窒化ボロン又は炭化ボロンを含む膜を用いることができる。

また本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、プラズマ処理によってエッチング対象層Ｅに高アスペクト比のエッチングホールＨを形成する場合を例に説明を行う。

ステップＳ１では、プラズマ処理チャンバ１０の内部に基板Ｗを搬入し、基板支持体１１上に基板Ｗを載置する。その後、基板支持体１１の下部電極に直流電圧を供給することにより、基板Ｗはクーロン力によって静電チャック１１４に吸着保持される（図３のステップＳ１：基板Ｗの提供）。

静電チャック１１４に基板Ｗが保持されると、プラズマ処理チャンバ１０の内部が密閉され、排気システム４０によってプラズマ処理チャンバ１０の内部を所望の真空度まで減圧する。その後、後述する第１処理ガスを用いたエッチング処理（図３のステップＳ２：第１エッチング処理）と、第２処理ガスを用いたエッチング処理（図３のステップＳ３：第２エッチング処理）を含むシーケンスが複数回実行される。換言すれば、ステップＳ２及びステップＳ３が交互に繰り返し実行される。これらエッチング処理では、図２（ｂ）に示したようにエッチング対象層Ｅがエッチングされ、基板Ｗ上にマスクパターン（エッチングホールＨ）が形成される。

ステップＳ２では、先ず、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓに、ハイドロフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスを供給する。ステップＳ２におけるハイドロフルオロカーボンガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘは２以上の整数を表し、ｙ及びｚは１以上の整数を表す。）で表され、不飽和結合（例えばＣの２重結合）を有する第１のハイドロフルオロカーボンガスを含む。また第１のハイドロフルオロカーボンガスは、フッ素置換基、例えばトリフルオロメチル基（―ＣＦ３）を含む。第１のハイドロフルオロカーボンガスの一例は、Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４ガス（図４の構造式を参照）である。
ステップＳ２では、第１のＲＦ生成部３１ａによりプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを上部電極又は下部電極に供給し、処理ガスを励起させてプラズマを生成する。また更に、第２のＲＦ生成部３１ｂによりバイアス用の高周波電力ＬＦを下部電極に供給し、基板Ｗに対するイオンの入射を制御する。そして、生成されたプラズマの作用によって、基板Ｗ上に形成されたエッチング対象層Ｅ（第１領域Ｒ１及び前記第２領域Ｒ２）にエッチング処理が施される。

なお、第１の処理ガスは、第１のハイドロフルオロカーボンガスに加えて、第１のハイドロフルオロカーボンガスと異なる第２のハイドロフルオロカーボンガスを含んでもよい。第２のハイドロフルオロカーボンガスは、不飽和結合を有さないハイドロフルオロカーボンガスであってよい。また、第２のハイドロフルオロカーボンガスは、第１のハイドロフルオロカーボンガスよりも分子量が小さいハイドロフルオロカーボンガスであってよい。第２のハイドロフルオロカーボンガスは、例えば、ＣＨ_２Ｆ_２ガス及びＣＨＦ_３ガスの群から選択される少なくとも１種であってよい。第１の処理ガスが第２のハイドロフルオロカーボンガスを含む場合、第２のハイドロフルオロカーボンガスに対する第１のハイドロフルオロカーボンガスの流量比は０．３以上０．５以下であってよい。

また、第１の処理ガスは、Ｃ_４Ｆ_６ガス、ＣＦ_４ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス及びＣ_３Ｆ_８ガスの群から選択される少なくとも一種のフルオロカーボンガスを更に含んでよい。第１の処理ガスは、ＣＯガス、ＣＯＳガス、Ｏ_２ガス、ＮＦ_３ガス及びＳＦ_６ガスの群から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。第１の処理ガスは、不活性ガス（例えば、Ａｒ等の希ガスやＮ２ガス）を更に含んでもよい。

ステップＳ２において、バイアス用の高周波電力ＬＦは、例えば２０ｋＷ以上であってよい。バイアス用の高周波電力ＬＦを２０ｋＷ以上とすることにより、高アスペクト比のエッチングホールＨの底部に到達するイオン量を増加させて、エッチングホールＨの底部におけるエッチングを促進することができる。

また、ステップＳ２において、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ及びバイアス用の高周波電力ＬＦは、いずれも周期的に供給されてよい。プラズマ生成用の高周波電力ＨＦが上部電極又は下部電極に供給される期間は、バイアス用の高周波電力ＬＦが下部電極に供給される期間と同期していてよい。プラズマ生成用の高周波電力ＨＦが供給される周期を規定する周波数は、例えば２ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下、又は２ｋＨｚ以上５ｋＨｚ以下であってよい。この場合、１周期内でプラズマ生成用の高周波電力ＨＦが上部電極に供給されている時間が占める割合を示すＤｕｔｙ比は、例えば２０％以上６０％以下、又は３０％以上５０％以下であってよい。プラズマ生成用の高周波電力ＨＦの周波数及びＤｕｔｙ比を上記範囲に制御することにより、プラズマの解離が抑えられ、高分子のラジカルの生成量を増やすことができる。この結果、エッチングホールＨの側壁に付着する保護膜としてのポリマーの量を増やすことができる。

なお、ステップＳ２において用いられる第１の処理ガスに含まれる第１のハイドロフルオロカーボンガスから生成されるプラズマは、シリコン酸化膜ＳｉＯよりもシリコン窒化膜ＳｉＮに対して高いエッチングレートを有する。すなわち、ステップＳ２では、第１領域Ｒ１のエッチングレートが、第２領域Ｒ２のエッチングレートよりも高い。従って、ステップＳ２においては、第２領域Ｒ２よりも第１領域Ｒ１が優先的にエッチングされる。このため、第１領域Ｒ１に形成されるエッチングホールＨの深さと、第２領域Ｒ２に形成されるエッチングホールＨの深さとの差が大きい場合には、次述するステップＳ３を実施してもよい。

ステップＳ３では、先ず、ガス供給部２０からシャワーヘッド１３を介してプラズマ処理空間１０ｓに、Ｃ_４Ｆ_６ガス、ＣＦ_４ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス及びＣ_３Ｆ_８ガスの群から選択される少なくとも一種のフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスを供給する。第２の処理ガスは、第１のハイドロフルオロカーボンガスを含まなくてもよく、又は第１の処理ガスの総流量に対する第１のハイドロフルオロカーボンガスの流量比と異なる流量比で第１のハイドロフルオロカーボンガスを含んでもよい。一例では、第２の処理ガスは、第１の処理ガスの総流量に対する第１のハイドロフルオロカーボンガスの流量比よりも低い流量比で第１のハイドロフルオロカーボンガスを含む。
ステップＳ３では、第１のＲＦ生成部３１ａによりプラズマ生成用の高周波電力ＨＦを上部電極又は下部電極に供給し、第２の処理ガスを励起させてプラズマを生成する。また更に、第２のＲＦ生成部３１ｂによりバイアス用の高周波電力ＬＦを下部電極に供給し、基板Ｗに対するイオンの入射を制御する。そして、生成されたプラズマの作用によって、基板Ｗ上に形成されたエッチング対象層Ｅ（第１領域Ｒ１及び前記第２領域Ｒ２）にエッチング処理が施される。

なお、第２の処理ガスは、第１のハイドロフルオロカーボンガスと異なる第３のハイドロフルオロカーボンガスを含んでもよい。第３のハイドロフルオロカーボンガスは、第２のハイドロフルオロカーボンガスと同じガスであってもよい。

また、第２の処理ガスは、ＣＯガス、ＣＯＳガス、Ｏ_２ガス、ＮＦ_３ガス及びＳＦ_６ガスの群から選択される少なくとも１種を更に含んでもよい。また、第２の処理ガスは、不活性ガス（例えば、Ａｒ等の希ガスやＮ２ガス）を更に含んでもよい。

ステップＳ３において、バイアス用の高周波電力ＬＦは、２０ｋＷ以上であってよい。また、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ及びバイアス用の高周波電力ＬＦは、いずれも周期的に供給されてよく、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦ及びバイアス用の高周波電力ＬＦが供給される期間は同期していてよい。プラズマ生成用の高周波電力ＨＦが供給される周期を規定する周波数は、例えば２ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下、又は２ｋＨｚ以上５ｋＨｚ以下であってよい。この場合、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦのＤｕｔｙ比は、例えば２０％以上６０％以下、又は３０％以上５０％以下であってよい。

ステップＳ３において用いられる第２の処理ガスに含まれるフルオロカーボンガスから生成されるプラズマは、シリコン窒化膜ＳｉＮよりもシリコン酸化膜ＳｉＯに対して高いエッチングレートを有する。すなわち、ステップＳ３では、第２領域Ｒ２のエッチングレートが、第１領域Ｒ１のエッチングレートよりも高い。従って、ステップＳ３においては、第１領域Ｒ１よりも第２領域Ｒ２が優先的にエッチングされる。このため、ステップＳ２において、第１領域Ｒ１に形成されるエッチングホールＨの深さと、第２領域Ｒ２に形成されるエッチングホールＨの深さとの差が大きい場合には、ステップＳ３を実施することで、その差を低減することができる。

本実施形態においては、かかるステップＳ２とステップＳ３を含むシーケンスを交互に繰り返し実行してもよい。これにより、第１領域Ｒ１に形成されるエッチングホールＨの深さと、第２領域Ｒ２に形成されるエッチングホールＨの深さとの間に差異が生じることが更に抑制される。
なお、かかるシーケンスにおいて実行されるステップＳ２とステップＳ３の処理時間の比率は任意に決定できる。一例では、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の双方に対するエッチングホールＨの形成を適切に行う観点から、ステップＳ３（第２エッチング処理）の処理時間に対するステップＳ２（第１エッチング処理）の処理時間の比率は、２以上３以下としてよい。

基板Ｗのエッチング対象層Ｅに対するマスクパターン（エッチングホールＨ）の形成が完了すると、プラズマ処理装置１におけるエッチング処理を終了する。（図３のステップＳ４：エッチング処理の停止）。

エッチング処理が施された基板Ｗは、その後、図示しない基板搬送機構によりプラズマ処理チャンバ１０から搬出され（図３のステップＳ５：基板Ｗの搬出）、基板Ｗに対する一連のプラズマ処理が終了する。

＜本開示の技術の作用効果＞
図５は、実施例に係るエッチング処理結果の傾向を一例として示す説明図である。図５（ａ）はＣＨ_２Ｆ_２ガスのみを供給した場合（参考例１）、図５（ｂ）はＣＨ_２Ｆ_２ガスとＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを混合して供給した場合（実施例１）、図５（ｃ）はＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスのみを供給した場合（実施例２）、におけるエッチングホールＨの側壁に対するポリマーＰの形成量をそれぞれ示す。なお、図５（ｂ）及び（ｃ）では、ポリマーの形成量を、参考例１におけるポリマーの形成量を基準値「１」とした場合における比率でそれぞれ示している。
また図６は、実施例に係るエッチング処理結果の傾向を一例として示す説明図である。図６（ａ）は、ＣＨ_２Ｆ_２ガスのみを供給した場合におけるエッチングホールＨのＣＤ値の傾向を示したものである（参考例２）。図６（ｂ）は、ＣＨ_２Ｆ_２ガスとＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを混合して供給した場合におけるエッチングホールＨのＣＤ値の傾向を示したものである（実施例３）。

図５に示すように、エッチング処理においてＣＨ_２Ｆ_２ガスに対するＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスの流量比が大きくなるに伴い、エッチングホールＨの側壁に対するポリマーＰの形成位置が変化していることがわかる。具体的には、供給されるＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスの流量比が増加するに従い、ポリマーＰの形成位置がエッチングホールＨの上部側（ｓｈｏｕｌｄｅｒ）から底部側（Ｂｔｍ Ｓｉｄｅ）に遷移していることがわかる。

また、図６に示すように、エッチング処理においてＣＨ_２Ｆ_２ガスに加えてＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給することにより、エッチングホールＨに対するボーイングの形成が抑制されることがわかる。具体的には、実施例３におけるＢｏｗＣＤ値（エッチングホールＨの中程でのＣＤ値）が参考例２におけるＢｏｗＣＤ値よりも小さくなっていることがわかる。また、ＢｔｍＣＤ値（エッチングホールＨの底部でのＣＤ値）が参考例２におけるＢｔｍＣＤ値よりも大きくなっていることがわかる。換言すれば、ＴｏｐＣＤ値（エッチングホールＨの上部でのＣＤ値）、ＢｏｗＣＤ値、ＢｔｍＣＤ値の差が小さくなり、ボーイングが抑制されて高アスペクト比のエッチングホールＨが適切に形成されたことがわかる。

このように、エッチング処理においてエッチングガスとしてＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを用いることで、反応生成物であるポリマーの形成位置をエッチングホールＨの底部側へと遷移させ、当該エッチングホールＨに生じるボーイングを改善できる。
これは、Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスの反応性がＣＨ_２Ｆ_２ガスと比較して小さいことに起因するものと考えられる。具体的には、ポリマーの形成位置がエッチングホールＨの上部側からボーイングの発生位置である側壁面へと遷移することで、当該エッチングホールＨの側壁面が保護されてボーイングの発生が抑制される。また、高アスペクト比のエッチングホールＨの底部に到達するイオン量が増加することで、エッチングホールＨの底部におけるエッチングが促進される。

また本実施形態においては、上述したようにバイアス用の高周波電力ＬＦを、例えば２０ｋＷ以上のパルス波で下部電極に供給する。これにより、当該高周波電力ＬＦのＯＮ時間においてはエッチングホールＨにイオンを引き込んでエッチングを進行させることができ、ＯＦＦ時間においてはエッチングホールＨにイオンを引き込まずにエッチングホールＨの側壁に保護膜としてのポリマーを均一かつ強固に生成できる。換言すれば、ＯＦＦ時間において形成されたポリマーにより、ＯＮ時間におけるエッチングホールＨの側壁を保護することができ、これによりボーイングの発生が抑制される。

続いて図７は、実施例に係るエッチング処理結果の傾向を一例として示す説明図である。図７（ａ）はＣＨ_２Ｆ_２ガスのみを供給した場合（参考例３）、図７（ｂ）はＣＨ_２Ｆ_２ガスとＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを混合して供給した場合（実施例４）、におけるエッチングホールＨの深さ（エッチングレート）をそれぞれ示す。なお、図７（ｂ）は、エッチングホールＨの深さを、参考例３におけるエッチングホールＨの深さを基準値「１」とした場合における比率で示したものである。
なお実施例４においては、参考例３とのエッチングレートの比較を適切に行うため、参考例３と同一の処理条件（処理時間、処理圧力、処理温度等）でプラズマ処理を行うとともに、処理ガス中のＯ_２ガス比率を調整することでネックＣＤ値が一様となるように調整を行った。

図７に示すように、エッチング処理においてＣＨ_２Ｆ_２ガスに加えてＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給することにより、エッチングホールＨの形成速度、すなわちエッチングレート（時間当たりのエッチング量）が大きくなることがわかる。具体的には、本発明者らが検討を行ったところ、エッチングガスとしてＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを処理ガスに混合することにより、（ａ）参考例３に対して、エッチングレートを５％以上（図示の例では６％）向上できることがわかった。
これは、上述したように、高アスペクト比のエッチングホールＨの底部に到達するイオン量が増加することで、エッチングホールＨの底部におけるエッチングが促進されたことに起因するものと考えられる。

続いて図８は、Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを含む第１の処理ガスを用いた場合における、エッチング対象層Ｅのエッチングレート（横軸）とシリコン系チャンバ内部材のエッチングレート（縦軸）を表すグラフである。図８中において実線は第１の処理ガスを用いた場合（実施例５）、破線は第１の処理ガスを用いない場合（参考例４）、におけるエッチング対象層Ｅ及びシリコン系チャンバ内部材のエッチングレートをそれぞれ示す。

エッチング対象層Ｅのエッチング処理（図３のステップＳ２及びステップＳ３）に際しては、エッチング対象層Ｅのエッチングと同時にプラズマ処理チャンバ１０の内部に配置されたシリコン系の部材（例えばシャワーヘッド１３やリングアセンブリ１１２等）がエッチングされ、消耗する。そして、このようにシリコン系チャンバ内部材が消耗した場合、プラズマ処理チャンバ１０の内部におけるプラズマの生成環境が変化し、基板Ｗに対して均一なエッチング処理結果を得られなくなるおそれがある。

この点、本実施形態にかかるエッチング処理においては、第１のハイドロフルオロカーボンガスとしてのＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを含む第１の処理ガスを用いて基板Ｗのエッチング処理を行うことにより、シリコン系チャンバ内部材の消耗を低減できる。具体的には、図８に示したように、エッチングガスとしてＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを処理ガスに混合することにより、参考例４と比較してエッチングレートを向上（図７に示したように５％以上向上）させつつ、シリコン系チャンバ内部材の消耗（エッチングレート）を５０％程度に低減できることがわかった。
これは、上述したように、Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスがフッ素置換基（実施の形態ではトリフルオロメチル基）を含むことでエッチングレートが向上すると共に、不飽和結合（実施の形態ではＣの２重結合）を含むことでシリコン系チャンバ内部材の表面に保護膜としてのポリマーを形成できることに起因するものと考えられる。

以上、図５～図７に示す結果からわかるように、エッチング処理においてエッチングガスとしてＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを用いることで、エッチングホールＨの側壁に対するボーイングの発生が抑制される。また、当該エッチング処理におけるエッチングレートを向上できる。

また本実施形態によれば、上述したように第１のハイドロフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスを用いたプラズマ処理（ステップＳ２）とフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスを用いたプラズマ処理（ステップＳ３）とを交互に繰り返し行うことにより、エッチング対象層Ｅとしての第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の双方に、適切にエッチングホールＨを形成できる。

また本実施形態によれば、図８に示す結果から分かるように、エッチング処理においてエッチングガスとしてＣ_３Ｈ_２Ｆ_４ガスを用いることで、エッチングレートが向上させつつ、シリコン系チャンバ内部材の消耗を低減できる。

なお、以上の実施形態によれば、エッチング処理において、第１のハイドロフルオロカーボンガスと、第２のハイドロフルオロカーボンガスを組み合わせて使用し、かつ、各ハイドロフルオロカーボンガスの流量を制御することで、エッチングホールＨに対するポリマーの形成位置を適宜調整することができる。

なお、以上の実施形態においては、上述のようにエッチング対象層Ｅが、シリコン酸化膜ＳｉＯとシリコン窒化膜ＳｉＮとが交互に積層された多層膜ＯＮを有する第１領域Ｒ１と、単層のシリコン酸化膜ＳｉＯを有する第２領域Ｒ２と、を含む場合を例に説明を行ったが、基板Ｗに形成されるエッチング対象層Ｅの種類はこれに限定されるものではない。具体的には、例えば基板Ｗの表面にエッチング対象層として第１領域Ｒ１（シリコン酸化膜ＳｉＯとシリコン窒化膜ＳｉＮとが交互に積層された多層膜ＯＮ）のみが形成されている場合であっても、以上の実施形態にかかるプラズマ処理を実行することができる。

また、上記実施形態においては第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とに形成されるエッチングホールＨの深さを均一に制御するためにステップＳ２とステップＳ３を交互に繰り返して実行したが、このようにエッチング対象層として第１領域Ｒ１のみが形成される場合、第２領域が優先的にエッチングされるステップＳ３は、適宜省略されてもよい。また、このように第１領域Ｒ１のみが形成される場合、ステップＳ３と比較してステップＳ２の処理時間が長くなるように、ステップＳ２とステップＳ３の処理時間の比率を適宜変更してもよい。

なお、以上の実施形態においては、エッチング対象層Ｅに対してマスクパターンとしてのエッチングホールＨを形成する場合を例に説明を行ったが、エッチング対象層Ｅに形成されるパターニング形状はホール形状に限定されるものではなく、例えばトレンチ形状であってもよい。

なお、以上の実施形態においては、第１のハイドロフルオロカーボンガスが含む不飽和結合がＣの２重結合、フッ素置換基がトリフルオロメチル基（―ＣＦ３）である場合を例に説明を行ったが、第１のハイドロフルオロカーボンガスの構造はこれに限定されない。すなわち、例えば第１のハイドロフルオロカーボンガスが含む不飽和結合がＣの３重結合であってもよいし、フッ素置換基は任意のフルオロメチル基（―ＣＦｘ）であり得る。また、例えば第１のハイドロフルオロカーボンガスに含まれる不飽和結合やフルオロメチル基の数も１つには限定されない。

今回開示された実施形態はすべての点で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、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

１ プラズマ処理装置
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持体
３１ ＲＦ電源
ＯＮ 多層膜
ＳｉＯ シリコン酸化膜
Ｒ１ 第１領域
Ｒ２ 第２領域
ＳｉＮ シリコン窒化膜
Ｗ 基板

Claims (20)

1. （ａ）チャンバ内の基板支持体上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層された多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域とを含む基板を提供する工程と、
   （ｂ）ハイドロフルオロカーボンガスを含む第１の処理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、
   を備え、
   前記ハイドロフルオロカーボンガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘは２以上の整数を表し、ｙ及びｚは１以上の整数を表す。）で表され、不飽和結合を有する第１のハイドロフルオロカーボンガスを含む、エッチング方法。
2. 第１のハイドロフルオロカーボンガスはフルオロメチル基（―ＣＦｘ）を有する、請求項１に記載のエッチング方法。
3. 前記第１のハイドロフルオロカーボンガスは、Ｃ_３Ｈ_２Ｆ_４である、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
4. 前記第１の処理ガスは、前記第１のハイドロフルオロカーボンガスと異なる第２のハイドロフルオロカーボンガスをさらに含む、請求項１～３のいずれか一項記載のエッチング方法。
5. 前記第２のハイドロフルオロカーボンガスは、不飽和結合を有さない、請求項４に記載のエッチング方法。
6. 前記第２のハイドロフルオロカーボンガスは、前記第１のハイドロフルオロカーボンガスよりも分子量が小さい、請求項４又は５に記載のエッチング方法。
7. 前記（ｂ）において、前記第２のハイドロフルオロカーボンガスに対する前記第１のハイドロフルオロカーボンガスの流量比は０．３以上０．５以下である、請求項４～６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
8. 前記第２のハイドロフルオロカーボンガスは、ＣＨ_２Ｆ_２及びＣＨＦ_３の群から選択される少なくとも１種である、請求項４～７のいずれか一項に記載のエッチング方法。
9. （ｃ）フルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスから生成したプラズマにより、前記基板をエッチングする工程、を更に含む、請求項１～８のいずれか一項に記載のエッチング方法。
10. 前記第２の処理ガスは、前記第１のハイドロフルオロカーボンガスを含まない、又は前記第１の処理ガスの総流量に対する前記第１のハイドロフルオロカーボンガスの流量比と異なる流量比で前記第１のハイドロフルオロカーボンガスを含む、請求項９に記載のエッチング方法。
11. 前記第２の処理ガスは、前記第１のハイドロフルオロカーボンガスと異なる第３のハイドロフルオロカーボンガスを含む、請求項９又は１０に記載のエッチング方法。
12. 前記第３のハイドロフルオロカーボンガスは、不飽和結合を有さず、前記第１のハイドロフルオロカーボンガスよりも分子量が小さい、請求項１１に記載のエッチング方法。
13. 前記（ｂ）及び前記（ｃ）を交互に繰り返す、請求項９～１２のいずれか一項に記載のエッチング方法。
14. 前記（ｃ）における処理時間に対する前記（ｂ）における処理時間の比率は２以上３以下である、請求項１３に記載のエッチング方法。
15. 前記第１の処理ガスは、フルオロカーボンガスを更に含む、請求項１～１４のいずれか一項のいずれか一項に記載のエッチング方法。
16. 前記フルオロカーボンガスは、Ｃ_４Ｆ_６ガス、ＣＦ_４ガス、Ｃ_４Ｆ_８ガス及びＣ_３Ｆ_８ガスの群から選択される少なくとも１種である、請求項９～１５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
17. 前記第１の処理ガスは、ＣＯガス、ＣＯＳガス、Ｏ_２ガス、ＮＦ_３ガス及びＳＦ_６ガスの群から選択される少なくとも１種を更に含む、請求項１～１６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
18. 前記（ｂ）において、前記基板支持体に２０ｋＷ以上のバイアス用の高周波電力を供給する、請求項１～１７のいずれか一項に記載のエッチング方法。
19. 前記基板の表面に有機系又はボロン系のマスクを有する、請求項１～１８のいずれか一項に記載のエッチング方法。
20. 処理チャンバと、
    前記処理チャンバの内部に設けられ、基板を保持する基板支持体と、
    前記基板に施されるエッチング処理を制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    （ａ）前記基板支持体の上に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層された多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域とを含む前記基板を提供する工程と、
    （ｂ）ハイドロフルオロカーボンガスを含む第１の処理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、
    を含み、
    前記制御部は、
    前記ハイドロフルオロカーボンガスが、ＣｘＨｙＦｚ（ｘは２以上の整数を表し、ｙ及びｚは１以上の整数を表す。）で表され、不飽和結合を有する第１のハイドロフルオロカーボンガスを含むように、前記エッチング処理を制御する、エッチング処理装置。

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