JP2022191129A

JP2022191129A - 半導体製造装置及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2022191129A
Application number: JP2021205698A
Authority: JP
Inventors: 武李; Gray Lee; 翼今村; Tsubasa Imamura; 雄翔板垣; Yuto Itagaki; ミンキ趙; Minki Chou
Original assignee: Kioxia Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2021-06-15
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-12-27

Abstract

【課題】被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工する。【解決手段】実施形態の半導体装置製造装置は、チャンバと、チャンバの中に設けられ、基板を吸着可能なホルダであって、表面に凹部と、凹部に設けられた第１の孔と、凹部に設けられた第２の孔と、を含むホルダと、第１の孔に接続された第１のガス通路と、第２の孔に接続された第２のガス通路と、第１のガス通路に設けられた第１のバルブと、第２のガス通路に設けられた第２のバルブと、凹部に第１のガスを供給する第１のガス供給配管と、凹部からガスを排出するガス排出配管と、を備え、第１のガス通路及び第２のガス通路が第１のガス供給配管に接続されるか、又は、第１のガス通路及び第２のガス通路がガス排出配管に接続される。【選択図】図１６

Description

本発明の実施形態は、半導体製造装置及び半導体装置の製造方法に関する。

半導体装置の微細化に伴い、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが望まれる。例えば、３次元半導体メモリを製造する際には、高いアスペクト比のメモリホールを高い加工精度で形成することが望まれる。

特開２０１２－１９９５３５号公報特開２００１－１０２４３５号公報

本発明の一実施形態では、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することを課題とする。

実施形態の半導体製造装置は、チャンバと、前記チャンバの中に設けられ、基板を吸着可能なホルダであって、表面に凹部と、前記凹部に設けられた第１の孔と、前記凹部に設けられた第２の孔と、を含むホルダと、前記第１の孔に接続された第１のガス通路と、前記第２の孔に接続された第２のガス通路と、前記第１のガス通路に設けられた第１のバルブと、前記第２のガス通路に設けられた第２のバルブと、前記凹部に第１のガスを供給する第１のガス供給配管と、前記凹部からガスを排出するガス排出配管と、を備え、前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路が前記第１のガス供給配管に接続されるか、又は、前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路が前記ガス排出配管に接続される。

第１の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置の模式断面図。第１の実施形態の半導体装置の製造方法に用いられる反応性イオンエッチング装置の一例の模式図。第１の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図。第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。第２の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図。第３の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図。第４の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図。第５の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図。第５の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。第５の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。第５の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。第５の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図。第６の実施形態の半導体製造装置の模式図。第６の実施形態の半導体製造装置の要部の模式図。第６の実施形態の半導体製造装置の動作の説明図。比較例の半導体製造装置の要部の模式図。第７の実施形態の半導体製造装置の要部の模式図。第７の実施形態の変形例の半導体製造装置の要部の模式図。第８の実施形態の半導体製造装置の要部の模式図。第９の実施形態の半導体製造装置の要部の模式図。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材などには同一の符号を付し、一度説明した部材などについては適宜その説明を省略する場合がある。

また、本明細書中、便宜上「上」、又は、「下」という用語を用いる場合がある。「上」、又は、「下」とは、例えば、図面内での相対的位置関係を示す用語である。「上」、又は、「下」という用語は、必ずしも、重力に対する位置関係を規定する用語ではない。

本明細書中の半導体装置を構成する部材の化学組成の定性分析及び定量分析は、例えば、二次イオン質量分析法（ＳｅｃｏｎｄａｒｙＩｏｎＭａｓｓＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＳＩＭＳ）、エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ－ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：ＥＤＸ）により行うことが可能である。また、半導体装置を構成する部材の厚さ、部材間の距離等の測定には、例えば、透過型電子顕微鏡（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）又は走査型電子顕微鏡（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）を用いることが可能である。

以下、実施形態の半導体装置の製造方法を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態の半導体装置の製造方法は、チャンバの中に設けられたホルダの上に、被加工層を有する基板を載置し、ホルダと基板との間に、基板に接する第１のガスを供給し、第１のガスの圧力を第１の圧力に制御し、第１のガスの圧力を第１の圧力に制御した後に、反応性イオンエッチング法を用いて被加工層をエッチングする第１のエッチング処理を行い、第１のエッチング処理の後に、第１のガスの圧力を第１の圧力よりも低い第２の圧力に制御し、第１のガスの圧力を第２の圧力に制御した後に、被加工層の上の反応生成物を除去する第１の反応生成物除去を行い、第１の反応生成物除去の後に、第１のガスの圧力を第２の圧力よりも高い第３の圧力に制御し、第１のガスの圧力を第３の圧力に制御した後に、反応性イオンエッチング法を用いて被加工層をエッチングする第２のエッチング処理を行う。

また、第１の実施形態の半導体装置の製造方法は、チャンバの中に設けられたホルダの上に、被加工層を有する基板を載置し、ホルダと基板との間に、基板に接する第１のガスを供給し、第１のガスの圧力を第１の圧力に制御し、第１のガスの圧力を第１の圧力に制御した後に、基板の温度が６０℃以下の第１の状態で、反応性イオンエッチング法を用いて被加工層をエッチングする第１のエッチング処理を行い、第１のエッチング処理の後に、第１のガスの圧力を第１の圧力よりも低い第２の圧力に制御し、第１のガスの圧力を第２の圧力に制御した後に、基板の温度が１００℃以上の第２の状態を実現し、第２の状態を実現した後に、第１のガスの圧力を第２の圧力よりも高い第３の圧力に制御し、第１のガスの圧力を第３の圧力に制御した後に、基板の温度が６０℃以下の第３の状態で、反応性イオンエッチング法を用いて被加工層をエッチングする第２のエッチング処理を行う。

図１は、第１の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置の模式断面図である。第１の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置は、メモリセルが３次元的に配置された不揮発性メモリ１００である。図１は、不揮発性メモリ１００のメモリセルアレイの断面図である。

不揮発性メモリ１００は、シリコン基板１０、チャネル層１１、複数の層間絶縁層１２、ゲート絶縁層１３、複数のワード線ＷＬ、及び複数のビット線ＢＬを備える。不揮発性メモリ１００は、３次元的に配置された複数のメモリセルＭＣを備える。図１中の点線で囲まれた領域が一個のメモリセルＭＣに相当する。

チャネル層１１は、シリコン基板１０の表面の法線方向に延びる。チャネル層１１は、シリコン基板１０に電気的に接続される。チャネル層１１は、メモリセルＭＣのトランジスタのチャネル領域として機能する。チャネル層１１は、半導体である。チャネル層１１は、例えば、多結晶シリコンである。

ワード線ＷＬは、シリコン基板１０の表面の法線方向に積層される。ワード線ＷＬは、メモリセルＭＣのトランジスタのゲート電極として機能する。ワード線ＷＬは、例えば、板状の導電体である。ワード線ＷＬは、例えば、タングステン（Ｗ）である。チャネル層１１は、複数のワード線ＷＬを貫通する。

層間絶縁層１２は、ワード線ＷＬとワード線ＷＬとの間に設けられる。層間絶縁層１２は、ワード線ＷＬとワード線ＷＬとを電気的に分離する。

ビット線ＢＬは、シリコン基板１０の表面に平行な方向に延びる。ビット線ＢＬは、チャネル層１１に電気的に接続される。

ゲート絶縁層１３は、チャネル層１１とワード線ＷＬとの間に設けられる。ゲート絶縁層１３は、例えば、図示しないトンネル絶縁膜、電荷蓄積膜、ブロック絶縁膜を含む。トンネル絶縁膜は、例えば、酸化シリコン膜である。電荷蓄積膜は、例えば、窒化シリコン膜である。ブロック絶縁膜は、例えば、酸化アルミニウム膜である。

ゲート絶縁層１３の電荷蓄積膜に蓄えられる電荷によって、メモリセルＭＣがデータを記憶する。電荷蓄積膜に蓄えられる電荷の量で、メモリセルＭＣのトランジスタの閾値電圧が変化する。トランジスタの閾値電圧に応じて変化する、ワード線ＷＬとビット線ＢＬとの間に流れる電流をモニタすることにより、メモリセルＭＣに記憶されたデータを読み出す。

図２は、第１の実施形態の半導体装置の製造方法に用いられる反応性イオンエッチング装置の一例の模式図である。図２の反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ装置）は、二周波型の容量結合プラズマ装置（ＣＣＰ装置）である。

ＲＩＥ装置は、例えば、チャンバ２０、ホルダ２２、第１の高周波電源２４、第２の高周波電源２６、プロセスガス供給配管３０、シャワープレート３２、プロセスガス排出配管３４、排気装置３６、冷媒ユニット３８、冷媒供給配管４０、冷媒排出配管４２、熱伝導ガス供給部４４、第１の熱伝導ガス供給配管４６、熱伝導ガス排出配管４８、第１の主バルブ５０、第２の主バルブ５２、及び制御回路５４を備える。

ホルダ２２は、チャンバ２０の中に設けられる。ホルダ２２は、例えば、半導体ウェハＷを載置する。

ホルダ２２は、支持部２２ａ、静電チャック２２ｂ、及び外周リング２２ｃを有する。

支持部２２ａは、下部電極として機能する。支持部２２ａには、高周波電力が印加される。支持部２２ａは、例えば、金属である。

支持部２２ａの内部には冷媒流路２２ａｘが設けられる。冷媒流路２２ａｘは空隙である。冷媒流路２２ａｘには、支持部２２ａを冷却するための冷媒が供給される。冷媒は、例えば、フッ素系不活性液体である。

静電チャック２２ｂは、支持部２２ａの上に設けられる。静電チャック２２ｂは、半導体ウェハＷを吸着し、固定する機能を有する。静電チャック２２ｂは、例えば、内部に電極を備えた誘電体で形成される。誘電体は、例えば、セラミックスである。

静電チャック２２ｂの上面には熱伝導ガス領域７６が形成される。静電チャック２２ｂと半導体ウェハＷとの間に、半導体ウェハＷを冷却するための熱伝導ガスが供給される。静電チャック２２ｂに半導体ウェハＷを固定することにより、熱伝導ガス領域７６が閉鎖空間となる。

熱伝導ガスは、例えば、ヘリウム（Ｈｅ）、水素（Ｈ）、窒素（Ｎ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、又はキセノン（Ｘｅ）を含む。熱伝導ガスは、例えば、ヘリウムガス、水素ガス、窒素ガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、又はキセノンガスを含む。

外周リング２２ｃは、支持部２２ａの上に設けられる。外周リング２２ｃは、静電チャック２２ｂの周囲に設けられる。外周リング２２ｃは、半導体ウェハＷの外周を支持する機能を有する。外周リング２２ｃの上面は、例えば、シリコンで形成される。

第１の高周波電源２４は、チャンバ２０の内部に第１の高周波電力を印加する機能を有する。第１の高周波電源２４は、ホルダ２２の支持部２２ａとシャワープレート３２との間に高周波電力を印加する。第１の高周波電源２４を用いてチャンバ２０に印加される第１の高周波電力により、チャンバ２０の中にプラズマが生成される。

第１の高周波電源２４により印加される第１の高周波電力は、例えば、５０Ｗ以上２００００Ｗ以下である。第１の高周波電源２４により印加される第１の周波数は、例えば、２０ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下である。

第２の高周波電源２６は、チャンバ２０の内部に第２の高周波電力を印加する機能を有する。第２の高周波電源２６は、ホルダ２２の支持部２２ａに第２の高周波電力を印加する。ホルダ２２に第２の高周波電力を印加することで、半導体ウェハＷに衝突するイオンのエネルギーを制御する。

ホルダ２２に印加される第２の高周波電力は、例えば、５０Ｗ以上２００００Ｗ以下である。ホルダ２２に印加される第２の周波数は、第１の高周波電源２４によりチャンバ２０に印加される第１の周波数よりも低い。ホルダ２２に印加される第２の周波数は、例えば、０．１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下である。

プロセスガス供給配管３０は、チャンバ２０の上部に設けられる。プロセスガス供給配管３０からエッチングガスがシャワープレート３２に供給される。

シャワープレート３２は、チャンバ２０の中に設けられる。シャワープレート３２は、ホルダ２２の上方に設けられる。

シャワープレート３２に、プロセスガス供給配管３０からエッチングガスが供給される。シャワープレート３２に設けられた複数のガス供給口から、チャンバ２０の中にエッチングガスが供給される。

シャワープレート３２は、第１の高周波電力の上部電極としても機能する。

プロセスガス排出配管３４は、チャンバ２０の下部に設けられる。プロセスガス排出配管３４から、エッチング反応で消費されなかったエッチングガスや反応生成物がチャンバ２０の外に排出される。

排気装置３６は、プロセスガス排出配管３４、及び熱伝導ガス排出配管４８に接続される。排気装置３６は、例えば、真空ポンプである。

冷媒ユニット３８は、冷媒供給配管４０に接続される。冷媒供給配管４０は冷媒流路２２ａｘに接続される。冷媒流路２２ａｘは、冷媒排出配管４２に接続される。冷媒ユニット３８によって、冷媒が、冷媒供給配管４０、冷媒流路２２ａｘ、及び冷媒排出配管４２の中を循環する。

熱伝導ガス供給部４４は、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。第１の熱伝導ガス供給配管４６は、熱伝導ガス領域７６に接続される。第１の主バルブ５０は、第１の熱伝導ガス供給配管４６に設けられる。熱伝導ガス供給部４４によって、熱伝導ガス領域７６に熱伝導ガスが供給される。

第１の主バルブ５０は、例えば、流量制御バルブである。第１の主バルブ５０を用いた制御により、熱伝導ガス領域７６の中の熱伝導ガスの圧力を制御することが可能である。また、第１の主バルブ５０を用いて、熱伝導ガス領域７６への熱伝導ガスの供給を遮断することも可能である。

熱伝導ガス領域７６は、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。熱伝導ガス排出配管４８は、排気装置３６に接続される。熱伝導ガス排出配管４８を用いて、熱伝導ガス領域７６の中の熱伝導ガスが排出される。

第２の主バルブ５２は、熱伝導ガス排出配管４８に設けられる。第２の主バルブ５２を用いて、熱伝導ガスの排出が制御される。

制御回路５４は、第１の高周波電源２４、第２の高周波電源２６、排気装置３６、冷媒ユニット３８、熱伝導ガス供給部４４、第１の主バルブ５０、及び第２の主バルブ５２の動作を制御する機能を有する。

ホルダ２２に載置された半導体ウェハＷは、チャンバ２０の中のシャワープレート３２とホルダ２２との間に生成されるプラズマを用いて、異方性エッチングされる。

次に、第１の実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。

図３は、第１の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図である。図４、図５、図６、及び図７は、第１の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図である。図４、図５、図６、及び図７は、図１の一つのチャネル層１１を含む部分に対応する。

最初に、シリコン基板１０の上に、積層体６０を形成する（図４（ａ））。シリコン基板１０は半導体ウェハである。積層体６０は、絶縁層である。シリコン基板１０は基板の一例である。積層体６０は被加工層の一例である。シリコン基板１０は、図２の半導体ウェハＷの一例である。

積層体６０は、酸化シリコン膜６０ａと窒化シリコン膜６０ｂとが交互に積層された構造を含む。酸化シリコン膜６０ａ及び窒化シリコン膜６０ｂは、例えば、ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＣＶＤ法）により形成する。

酸化シリコン膜６０ａの一部は、最終的に層間絶縁層１２となる。

次に、積層体６０の上に、穴パターン６２ａを有する炭素層６２を形成する（図４（ｂ））。炭素層６２は、マスク層である。炭素層６２は、例えば、スパッタ法により形成する。穴パターン６２ａは、例えば、リソグラフィ法及びＲＩＥ法を用いて形成する。

マスク層として、例えば、レジスト層、絶縁層、又は金属層を用いることも可能である。

次に、ＲＩＥ装置のチャンバ２０にシリコン基板１０を搬入する。チャンバ２０の中に設けられたホルダ２２の上にシリコン基板１０を載置する。シリコン基板１０は、基板の一例である。

ＲＩＥ装置のチャンバ２０の中で、反応性イオンエッチング法を用いて、炭素層６２をマスクにメモリホールＭＨを形成する（図４（ｃ）～図５（ｄ））。メモリホールＭＨのエッチングは、シリコン基板１０を冷却する熱伝導ガスの圧力を周期的に変化させながら行う。メモリホールＭＨは、凹部の一例である。

図３は、メモリホールＭＨを形成する際の、熱伝導ガス圧力、総高周波電力（ｔｏｔａｌｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐｏｗｅｒ）、及びウェハ温度と、エッチング時間との関係を示す。

時刻ｔ１において、ホルダ２２とシリコン基板１０との間の熱伝導ガス領域７６に、熱伝導ガスを供給する。熱伝導ガスは、例えば、ヘリウムガスである。ヘリウムガスはシリコン基板１０の裏面に接する。ヘリウムガスは第１のガスの一例である。

時刻ｔ１において、ヘリウムガスの圧力は、第１の圧力Ｐ１に制御される。ヘリウムガスの圧力は、例えば、第１の主バルブ５０を用いた流量制御により制御される。第１の主バルブ５０の開度を調整することで、ヘリウムガスの圧力を第１の圧力Ｐ１に制御する。

第１の圧力Ｐ１は、例えば、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上１３３３２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）以下である。

また、時刻ｔ１において、チャンバ２０の内部に高周波電力が印加される。例えば、第１の高周波電源２４を用いて、ホルダ２２の支持部２２ａとシャワープレート３２との間に第１の高周波電力が印加される。例えば、第２の高周波電源２６を用いて、ホルダ２２の支持部２２ａに第２の高周波電力が印加される。第１の高周波電力と第２の高周波電力との和を、総高周波電力と称する。

また、時刻ｔ１において、チャンバ２０の中に、エッチングガスが供給される。エッチングガスは、プロセスガス供給配管３０からからシャワープレート３２を通って、チャンバ２０の中に、供給される。

エッチングガスは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。エッチングガスは、例えば、ＣｘＨｙＦｚ（ｘは１以上の整数、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数）を含む。エッチングガスは、例えば、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨ_２Ｆ_２を含む。

エッチングガスは、例えば、酸素ガスを含む。エッチングガスは、例えば、臭化水素ガス（ＨＢｒ）を含む。

また、時刻ｔ１において、冷媒流路２２ａｘに、冷媒が供給される。冷媒は、例えば、フッ素系不活性液体である。冷媒流路２２ａｘに、冷媒が供給されることで、ホルダ２２の支持部２２ａ及び静電チャック２２ｂの温度が低下する。ホルダ２２の支持部２２ａ及び静電チャック２２ｂの温度は、例えば、－１９６℃以上６０℃以下である。

ヘリウムガスの圧力が、第１の圧力Ｐ１に制御された後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第１のエッチング処理が行われる（図４（ｃ））。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間に、積層体６０をエッチングする第１のエッチング処理が行われる。第１のエッチング処理の際、メモリホールＭＨは積層体６０を貫通しない。

第１のエッチング処理の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、－１５０℃以上６０℃以下である。第１のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上６０℃以下の第１の状態が実現されている。

第１のエッチング処理の際に、積層体６０の上に反応生成物６３が形成される。第１のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの底面及び側面に反応生成物６３が形成される。第１のエッチング処理の際に形成される反応生成物６３は、第１の反応生成物の一例である。

反応生成物６３は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）、及びフッ素（Ｆ）を含む。反応生成物６３は、例えば、ケイフッ化アンモニウムを含む。反応生成物６３は、例えば、（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６を含む。

第１のエッチング処理の後に、時刻ｔ２において、ヘリウムガスの圧力を、第２の圧力Ｐ２に制御する。第１のエッチング処理の後に、時刻ｔ２において、ヘリウムガスの圧力を、第１の圧力Ｐ１から、第２の圧力Ｐ２に変更する。第２の圧力Ｐ２は、第１の圧力Ｐ１より低い。

ヘリウムガスの圧力は、例えば、第１の主バルブ５０を用いた流量制御により制御される。例えば、第１の主バルブ５０を閉じることで、熱伝導ガス領域７６へのヘリウムガスの流入を遮断する。例えば、第１の主バルブ５０を閉じることで、第２の圧力Ｐ２は真空に近づく。

第２の圧力Ｐ２は、例えば、０Ｐａ以上１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下である。第２の圧力Ｐ２は、例えば、第１の圧力Ｐ１の１００分の１以下である。

ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御した後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第１の反応生成物除去を行う（図４（ｄ））。時刻ｔ２と時刻ｔ３との間に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する。第１の反応生成物除去によって、メモリホールＭＨの底面及び側面の反応生成物６３を除去する。

第１の反応生成物除去の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、１００℃以上３００℃以下である。第１の反応生成物除去の際、例えば、シリコン基板１０の温度が１００℃以上３００℃以下の第２の状態が実現されている。

時刻ｔ２において、ヘリウムガスの圧力を、第１の圧力Ｐ１から、第２の圧力Ｐ２に制御した後に、シリコン基板１０の温度が上昇し、シリコン基板１０の温度が１００℃以上の第２の状態が実現される。ヘリウムガスの圧力が低下することにより、ヘリウムガス中の熱の伝搬が抑制される。シリコン基板１０からホルダ２２へのヘリウムガスを経由した放熱が抑制され、シリコン基板１０の温度が上昇する。

反応生成物６３は、例えば、温度が高いほど分解反応が促進され、メモリホールＭＨからの除去が促進される。反応生成物６３は、例えば、シリコン基板１０の温度が１００℃以上となることにより、分解反応が促進される。特に、反応生成物６３が、ケイフッ化アンモニウムの場合、シリコン基板１０の温度が１００℃以上となることにより、分解反応が促進される。

なお、例えば、第１の反応生成物除去の際に、チャンバ２０の中へのエッチングガスの供給は継続される。

第１の反応生成物除去の後に、時刻ｔ３において、ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３に制御する。第１の反応生成物除去の後に、時刻ｔ３において、ヘリウムガスの圧力を、第２の圧力Ｐ２から第３の圧力Ｐ３に変更する。第２の状態を実現した後に、ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御する。

第３の圧力Ｐ３は、第２の圧力Ｐ２より高い。ヘリウムガスの圧力は、例えば、第１の主バルブ５０を用いた流量制御により制御される。例えば、第１の主バルブ５０を開けることで、熱伝導ガス領域７６へのヘリウムガスの流入を開始する。第１の主バルブ５０の開度を調整することで、ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御する。

第３の圧力Ｐ３は、例えば、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上１３３３２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）以下である。第３の圧力Ｐ３は、例えば、第１の圧力Ｐ１と等しい。

ヘリウムガスの圧力が、第３の圧力Ｐ３に制御された後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第２のエッチング処理が行われる（図５（ａ））。第２のエッチング処理の際に、チャンバ２０の中へエッチングガスの供給は継続されている。

時刻ｔ３と時刻ｔ４との間に、積層体６０をエッチングする第２のエッチング処理が行われる。第２のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの底面をエッチングする。第２のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨが深くなる。第２のエッチング処理の際、メモリホールＭＨは積層体６０を貫通しない。

ヘリウムガスの圧力が、第２の圧力Ｐ２から第３の圧力Ｐ３に増加することにより、ヘリウムガス中の熱の伝搬が促進される。シリコン基板１０からホルダ２２へのヘリウムガスを経由した放熱が促進され、シリコン基板１０の温度が低下する。

第２のエッチング処理の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、－１５０℃以上６０℃以下である。第２のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上６０℃以下の第３の状態が実現されている。

第２のエッチング処理の際に、積層体６０の上に反応生成物６３が形成される。第２のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの底面及び側面に反応生成物６３が形成される。第２のエッチング処理の際に形成される反応生成物６３は、第２の反応生成物の一例である。

第２のエッチング処理の後に、時刻ｔ４において、ヘリウムガスの圧力を、第４の圧力Ｐ４に制御する。第２のエッチング処理の後に、時刻ｔ４において、ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３から、第４の圧力Ｐ４に変更する。第４の圧力Ｐ４は、第３の圧力Ｐ３より低い。第４の圧力Ｐ４は、例えば第２の圧力Ｐ２と等しい。

第４の圧力Ｐ４は、例えば、０Ｐａ以上１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下である。第４の圧力Ｐ４は、例えば、第３の圧力Ｐ３の１００分の１以下である。

ヘリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御した後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第２の反応生成物除去を行う（図５（ｂ））。時刻ｔ４と時刻ｔ５との間に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する。第２の反応生成物除去によって、メモリホールＭＨの底面及び側面の反応生成物６３を除去する。

第２の反応生成物除去の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、１００℃以上３００℃以下である。第２の反応生成物除去の際、例えば、シリコン基板１０の温度が１００℃以上３００℃以下の第４の状態が実現されている。

時刻ｔ４において、ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３から、第４の圧力Ｐ４に変化させた後に、シリコン基板１０の温度が上昇し、シリコン基板１０の温度が１００℃以上３００℃以下の第４の状態が実現される。

なお、例えば、第２の反応生成物除去の際に、チャンバ２０の中へのエッチングガスの供給は継続される。

第２の反応生成物除去の後に、時刻ｔ５において、ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５に制御する。第２の反応生成物除去の後に、時刻ｔ５において、ヘリウムガスの圧力を、第４の圧力Ｐ４から第５の圧力Ｐ５に変更する。第４の状態を実現した後に、ヘリウムガスの圧力を第５の圧力Ｐ５に制御する。

第５の圧力Ｐ５は、第４の圧力Ｐ４より高い。第５の圧力Ｐ５は、例えば、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上１３３３２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）以下である。第５の圧力Ｐ５は、例えば、第１の圧力Ｐ１及び第３の圧力Ｐ３と等しい。

ヘリウムガスの圧力が、第５の圧力Ｐ５に制御された後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第３のエッチング処理が行われる（図５（ｃ））。第５のエッチングの際に、チャンバ２０の中へエッチングガスの供給は継続されている。

時刻ｔ５と時刻ｔ６との間に、積層体６０をエッチングする第３のエッチング処理が行われる。第３のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの底面をエッチングする。第３のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨが深くなる。第３のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨは積層体６０を貫通し、シリコン基板１０に達する。積層体６０を貫通したメモリホールＭＨのアスペクト比は、例えば、３０以上である。

ヘリウムガスの圧力が、第４の圧力Ｐ４から第５の圧力Ｐ５に増加することにより、シリコン基板１０の温度が低下する。

第３のエッチング処理の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、－１５０℃以上６０℃以下である。第３のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上６０℃以下の第５の状態が実現されている。

第３のエッチング処理の際に、積層体６０の上に反応生成物６３が形成される。第３のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの底面及び側面に反応生成物６３が形成される。

第３のエッチング処理の後に、時刻ｔ６において、ヘリウムガスの圧力を、第６の圧力Ｐ６に制御する。第３のエッチング処理の後に、時刻ｔ６において、ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５から、第６の圧力Ｐ６に変更する。第６の圧力Ｐ６は、第５の圧力Ｐ５より低い。第６の圧力Ｐ６は、例えば第２の圧力Ｐ２及び第４の圧力Ｐ４と等しい。

第６の圧力Ｐ６は、例えば、０Ｐａ以上１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）以下である。第６の圧力Ｐ６は、例えば、第５の圧力Ｐ５の１００分の１以下である。

ヘリウムガスの圧力を第６の圧力Ｐ６に制御した後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第３の反応生成物除去を行う（図５（ｄ））。時刻ｔ６以降に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する。第３の反応生成物除去によって、メモリホールＭＨの底面及び側面の反応生成物６３を除去する。

第３の反応生成物除去の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、１００℃以上３００℃以下である。第３の反応生成物除去の際、例えば、シリコン基板１０の温度が１００℃以上３００℃以下の第６の状態が実現されている。

時刻ｔ６において、ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５から、第６の圧力Ｐ６に変化させた後に、シリコン基板１０の温度が上昇し、シリコン基板１０の温度が１００℃以上の第６の状態が実現される。

なお、例えば、第３の反応生成物除去の際に、チャンバ２０の中へのエッチングガスの供給は継続される。

第３の反応生成物除去の後に、時刻ｔ７において、チャンバ２０の内部への高周波電力の印加を停止する。また、時刻ｔ７において、チャンバ２０の中への、エッチングガスの供給が遮断される。

時刻ｔ７に、メモリホールＭＨのエッチングが終了する。

なお、第３の反応生成物除去の後、ヘリウムガスの圧力を、第６の圧力Ｐ６より高い圧力に上げて、シリコン基板１０の温度を低くした状態でメモリホールＭＨのエッチングを終了させても構わない。

図３に示すように、メモリホールＭＨのエッチングの際に、ヘリウムガスの圧力を第１の圧力Ｐ１に制御している時間はｔｄ１である。メモリホールＭＨのエッチングの際に、ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御している時間はｔｄ２である。メモリホールＭＨのエッチングの際に、ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御している時間はｔｄ３である。メモリホールＭＨのエッチングの際に、ヘリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御している時間はｔｄ４である。メモリホールＭＨのエッチングの際に、ヘリウムガスの圧力を第５の圧力Ｐ５に制御している時間はｔｄ５である。

例えば、時間ｔｄ１、時間ｔｄ３、及び時間ｔｄ５は等しい。また、例えば、時間ｔｄ２、及び時間ｔｄ４は等しい。

また、例えば、時間ｔｄ１と時間ｔｄ２は等しい。また、例えば、時間ｔｄ３と時間ｔｄ４は等しい。

また、例えば、時間ｔｄ２は時間ｔｄ１よりも短い。また、例えば、時間ｔｄ４は時間ｔｄ３よりも短い。

また、例えば、時間ｔｄ２は時間ｔｄ１よりも長い。また、例えば、時間ｔｄ４は時間ｔｄ３よりも長い。

ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御している時間をｔｄ２（ｓｅｃ）、第１のエッチング処理の際のホルダ２２の温度をＴ（℃）、シリコン基板１０の面積とチャンバ２０の内壁面積との和に対するシリコン基板１０の表面積の比率をｋ、へリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御している間にチャンバ２０の内部に印加される高周波電力をＰｗ（Ｗ）、シリコン基板１０の質量をｍ（ｋｇ）、シリコン基板１０の比熱容量をｃ（Ｊ／（ｋｇ・℃））とした場合に、例えば、下記不等式（１）が成立する。
ｔｄ２≧（１００－Ｔ）／｛（ｋ×Ｐｗ）／（ｍ×ｃ）｝・・・（１）

なお、ホルダ２２の温度Ｔは、静電チャック２２ｂの設定温度である。メモリホールＭＨのエッチングの間、静電チャック２２ｂの設定温度は一定の温度に維持される。静電チャック２２ｂの温度は、例えば、図２に図示しない温度計で測定される。

また、比率ｋは、下記式で表される。
ｋ＝シリコン基板の表面積／（シリコン基板の表面積＋チャンバの内壁面積）

また、高周波電力Ｐｗは、第１の高周波電力と第２の高周波電力との和である総高周波電力である。

同様に、へリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御している時間ｔｄ４について、例えば、下記不等式（２）が成立する。
ｔｄ４≧（１００－Ｔ）／｛（ｋ×Ｐｗ）／（ｍ×ｃ）｝・・・（２）

メモリホールＭＨのエッチングが終了した後に、ＲＩＥ装置のチャンバ２０からシリコン基板１０を搬出する。

次に、炭素層６２を除去する（図６（ａ））。炭素層６２は、例えば、酸素プラズマを用いたアッシング処理により行う。

次に、メモリホールＭＨの中に、積層絶縁層６６を形成する（図６（ｂ））。積層絶縁層６６は、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、及び酸化アルミニウム膜の積層構造を有する。積層絶縁層６６は、最終的にゲート絶縁層１３となる。

次に、メモリホールＭＨの中に、多結晶シリコン層６８を形成する（図６（ｃ））。多結晶シリコン層６８は、最終的にチャネル層１１となる。

次に、窒化シリコン膜６０ｂを選択的に除去する（図７（ａ））。

次に、窒化シリコン膜６０ｂを除去した領域に第１のタングステン層７０を形成する（図７（ｂ））。第１のタングステン層７０は、最終的にワード線ＷＬとなる。

次に、多結晶シリコン層６８の上に第２のタングステン層６９を形成する（図７（ｃ））。第２のタングステン層６９は、最終的にビット線ＢＬとなる。

以上の製造方法により、図１に示す不揮発性メモリ１００が製造される。

次に、第１の実施形態の半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。

メモリセルが３次元的に配置された不揮発性メモリ１００では、メモリを大容量化するために、例えば、メモリホールの穴径を縮小し、ワード線ＷＬの積層数を増加させる。メモリホールの穴径を縮小し、ワード線ＷＬの積層数を増加させると、高いアスペクト比（メモリホールの深さ／メモリホールの穴径）のメモリホールの形成が必要となる。

メモリホールのアスペクト比が高くなると、メモリホールの形状が所望の形状に加工できなくなるという問題が生じる。言い換えれば、メモリホールの形状の加工精度が低下するという問題がある。

例えば、メモリホールの深さ方向に対して垂直な断面の形状が、所望の形状からゆがむ場合がある。また、例えば、メモリホールの深さ方向のエッチングが垂直に進行せず、メモリホールの深さ方向の形状が、曲がった形状になる場合がある。

上述のような、メモリホールの形状の加工精度の低下の原因の一つは、エッチングの際に、メモリホールの底面及び側面に形成される反応生成物であることが考えられる。すなわち、メモリホールの底面及び側面に形成された反応生成物が、エッチングを阻害するため、メモリホールの形状の加工精度が低下すると考えられる。

例えば、メモリホールのエッチング速度は、被加工層を有する基板の温度が低いほど速くなる。メモリホールのエッチングのスループットを向上させる観点から、被加工層を有する基板の温度を低くすることが望ましい。メモリホールのエッチングのスループットを向上させる観点から、被加工層を有する基板の温度は、６０℃以下であることが好ましく、２０℃以下であることがより好ましく、０℃以下であることが更に好ましい。

一方、メモリホールのエッチングの際に形成される反応生成物の分解温度が高い場合、基板の温度が下がることにより反応生成物が分解されにくくなる。したがって、基板の温度が下がることにより、エッチングが反応生成物により更に阻害されるおそれがある。エッチングが更に阻害されることで、メモリホールの形状の加工精度が更に低下するおそれがある。

第１の実施形態の半導体装置の製造方法では、メモリホールＭＨを形成する際に、被加工層である積層体６０を有するシリコン基板１０の温度を変化させる。すなわち、シリコン基板１０の低温状態と、シリコン基板１０の高温状態を交互に繰り返す。

上記第１の状態、第３の状態、及び第５の状態が低温状態に該当する。また、上記第２の状態、第４の状態、及び第６の状態が高温状態に該当する。

シリコン基板１０が低温状態にある時には、メモリホールＭＨのエッチング速度が高くなり、積層体６０のエッチングが主に進行する。一方、シリコン基板１０が高温状態にある時には、メモリホールＭＨの底面及び側面に形成された反応生成物６３の分解反応が促進され、反応生成物６３の分解が主に進行する。

シリコン基板１０が高温状態から低温状態に移行した際には、反応生成物６３が除去されているため、反応生成物６３によるエッチングの阻害が生じにくい。したがって、メモリホールの形状の加工精度が向上する。

第１の実施形態の半導体装置の製造方法では、シリコン基板１０の低温状態と、シリコン基板１０の高温状態を交互に繰り返しながらメモリホールＭＨを形成することで、メモリホールの形状の加工精度が向上する。また、メモリホールＭＨのエッチングのスループットが向上する。

第１の実施形態の半導体装置の製造方法では、シリコン基板１０の高温状態と低温状態の移行を、熱伝導ガスの圧力を変化させることにより行う。熱伝導ガスは、例えば、ヘリウムガスである。

熱伝導ガスの圧力を変化させることにより、シリコン基板１０とホルダ２２との間の熱の伝搬を変化させる。熱伝導ガスの圧力が高くなると熱の伝搬が加速され、熱伝導ガスの圧力が低くなると熱の伝搬が抑制される。例えば、熱伝導ガスの圧力を低下させることで、シリコン基板１０を低温状態から高温状態に移行できる。また、例えば、熱伝導ガスの圧力を増加させることで、シリコン基板１０を高温状態から低温状態に移行できる。

第１の実施形態の半導体装置の製造方法では、シリコン基板１０を冷却するために用いられる熱伝導ガスの圧力の変化のみで、シリコン基板１０の温度を変化させる。したがって、ＲＩＥ装置にシリコン基板１０の温度を変化させるための新たな構造を追加することが不要である。よって、メモリホールの形状の加工精度を容易に向上させることができる。

シリコン基板１０の表面は、積層体６０のエッチング中は高周波電力の印加により形成された高エネルギーのプラズマ中に晒される。シリコン基板１０の温度は、高エネルギーのプラズマからの入熱により上昇する。一方、シリコン基板１０の温度は、冷媒の供給により冷却されたホルダ２２に向けた出熱により低下する。シリコン基板１０の温度は、プラズマからの入熱とホルダ２２に向けた出熱のバランスにより定まる。

ヘリウムガスの圧力を低圧力に制御している時間をｔｄ（ｓｅｃ）、へリウムガスの圧力を低圧力に制御し始める前のホルダ２２の温度をＴ（℃）、シリコン基板１０の表面積のシリコン基板１０の表面積とチャンバ２０の内壁面積との和に対する比率をｋ、へリウムガスの圧力を低圧力に制御している間にチャンバ２０の内部に印加される高周波電力をＰｗ（Ｗ）、シリコン基板１０の質量をｍ（ｋｇ）、シリコン基板１０の比熱容量をｃ（Ｊ／（ｋｇ・℃））とした場合に、下記不等式（３）が成立することが好ましい。
ｔｄ≧（１００－Ｔ）／｛（ｋ×Ｐｗ）／（ｍ×ｃ）｝・・・（３）

なお、ホルダ２２の温度Ｔは、静電チャック２２ｂの設定温度である。メモリホールＭＨのエッチングの間、静電チャック２２ｂの設定温度は一定の温度に維持される。静電チャック２２ｂの温度は、例えば、図２に図示しない温度計で測定される。また、ホルダ２２の温度Ｔは、例えば、高圧力から低圧力に制御を切り替えた時に、温度計で計測される静電チャック２２ｂの温度であっても良い。

時間ｔｄが上記不等式（３）を充足することにより、時間ｔｄの間に、シリコン基板１０の温度を１００℃以上に上昇させることが可能となる。シリコン基板１０の温度を１００℃以上にすることで、反応生成物６３の分解が促進される。

したがって、へリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御している時間ｔｄ２について、下記不等式（１）が成立することが好ましい。
ｔｄ２≧（１００－Ｔ）／｛（ｋ×Ｐｗ）／（ｍ×ｃ）｝・・・（１）

同様に、へリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御している時間ｔｄ４について、下記不等式（２）が成立することが好ましい。
ｔｄ４≧（１００－Ｔ）／｛（ｋ×Ｐｗ）／（ｍ×ｃ）｝・・・（２）

シリコン基板１０の反応生成物６３の分解反応を促進する観点から、シリコン基板１０の温度は高いことが好ましい。したがって、へリウムガスの圧力を低圧力に制御している時間は長いことが好ましい。よって、へリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御している時間ｔｄ２は、１０秒より長いことが好ましく１５秒より長いことがより好ましい。また、へリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御している時間ｔｄ４は、１０秒より長いことが好ましく１５秒より長いことがより好ましい。

メモリホールのエッチングのスループットを向上させる観点から、主に反応物生成除去が進行する高温状態の時間は、主にエッチングが進行する低温状態の時間より短いことが好ましい。したがって、へリウムガスの圧力を低圧力に制御している時間は、へリウムガスの圧力を高圧力にしている時間よりも短いことが好ましい。よって、時間ｔｄ２は、時間ｔｄ１、時間ｔｄ３、及び時間ｔｄ５よりも短いことが好ましい。時間ｔｄ４は、時間ｔｄ１、時間ｔｄ３、及び時間ｔｄ５よりも短いことが好ましい。時間ｔｄ６は、時間ｔｄ１、時間ｔｄ３、及び時間ｔｄ５よりも短いことが好ましい。

シリコン基板１０の温度変化率を大きくする観点から、熱伝導ガスは熱伝導率の高いヘリウムガス又は水素ガスであることが好ましい。

（変形例）
第１の実施形態の半導体装置の製造方法の変形例は、基板の温度を測定し、測定された基板の温度に基づき、第１のガスの圧力を第３の圧力に制御する点で、第１の実施形態の半導体装置の製造方法と異なる。

変形例の半導体装置の製造方法では、メモリホールＭＨのエッチングに用いられるＲＩＥ装置は、図２に図示しない、シリコン基板１０の温度を測定する温度計を備える。温度計は、シリコン基板１０の温度を直接的又は間接的に測定する。

温度計は、例えば、シリコン基板１０の温度を直接測定する蛍光体を用いた温度計、又は熱電対である。温度計は、例えば、外周リング２２ｃの温度を直接測定する蛍光体を用いた温度計、又は熱電対である。外周リング２２ｃの温度から、シリコン基板１０の温度を間接的に導き出すことが可能である。

変形例の半導体装置の製造方法では、温度計によって測定された基板の温度に基づき、ヘリウムガスの圧力を制御する。ヘリウムガスの圧力の、シリコン基板１０の温度に基づく制御は、例えば、制御回路５４を用いて行われる。

例えば、ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御している状態で、シリコン基板１０の温度を測定する。例えば、シリコン基板１０の温度が、所定の温度に達した時点で、ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２から第２の圧力Ｐ２よりも高い第３の圧力Ｐ３に切り替える。所定の温度は、例えば、１２０℃である。シリコン基板１０の温度に基づき、ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御する。

シリコン基板１０の温度に基づき、ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２から第３の圧力Ｐ３に切り替えることで、例えば、シリコン基板１０の温度が高くなりすぎることを確実に抑制できる。

また、例えば、ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御している状態で、シリコン基板１０の温度を測定する。例えば、シリコン基板１０の温度が、所定の温度にまで低下した後、所定の時間経過後に、ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３から第３の圧力Ｐ３よりも低い第４の圧力Ｐ４に切り替える。所定の温度は、例えば、２０℃である。所定の時間は、例えば、１０秒である。シリコン基板１０の温度に基づき、ヘリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御する。

シリコン基板１０の温度に基づき、ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３から第４の圧力Ｐ４に切り替えることで、例えば、積層体６０のエッチング量を精度よく制御できる。

以上、第１の実施形態の半導体装置の製造方法及びその変形例によれば、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが可能となる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の半導体装置の製造方法は、第１のガスの圧力の変更の制御と、チャンバの内部に印加される高周波電力の変更の制御とを同期させる点で、第１の実施形態の製造方法と異なる。また、第２の実施形態の半導体装置の製造方法は、第１の反応生成物除去の際にチャンバの内部に印加される高周波電力を、第１のエッチング処理の際にチャンバの内部に印加される高周波電力よりも高くする。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図８は、第２の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図である。図８は、メモリホールＭＨを形成する際の、熱伝導ガス圧力、総高周波電力、及びウェハ温度と、エッチング時間との関係を示す。

時刻ｔ１において、ホルダ２２とシリコン基板１０との間の熱伝導ガス領域７６に、熱伝導ガスを供給する。熱伝導ガスは、例えば、ヘリウムガスである。

時刻ｔ１において、ヘリウムガスの圧力は、第１の圧力Ｐ１に制御される。時刻ｔ１において、チャンバ２０の内部に第１の電力Ｐｗ１が印加される。

また、時刻ｔ１において、チャンバ２０の中に、エッチングガスが供給される。また、時刻ｔ１において、冷媒流路２２ａｘに、冷媒が供給される。

ヘリウムガスの圧力が、第１の圧力Ｐ１に制御された後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第１のエッチング処理が行われる。第１のエッチング処理の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、－１５０℃以上６０℃以下である。第１のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上６０℃以下の第１の状態が実現されている。第１のエッチング処理の際に、積層体６０の上に反応生成物６３が形成される。

また、時刻ｔ２において、チャンバ２０の内部に第２の電力Ｐｗ２が印加される。時刻ｔ２において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第１の電力Ｐｗ１から第２の電力Ｐｗ２に変更する。第２の電力Ｐｗ２は、第１の電力Ｐｗ１よりも高い。

ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御し、第２の電力Ｐｗ２が印加された後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第１の反応生成物除去を行う。

第１の反応生成物除去の後に、時刻ｔ３において、ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３に制御する。第１の反応生成物除去の後に、時刻ｔ３において、ヘリウムガスの圧力を、第２の圧力Ｐ２から第３の圧力Ｐ３に変更する。第３の圧力Ｐ３は、第２の圧力Ｐ２より高い。

また、時刻ｔ３において、チャンバ２０の内部に第３の電力Ｐｗ３が印加される。時刻ｔ３において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第２の電力Ｐｗ２から第３の電力Ｐｗ３に変更する。第３の電力Ｐｗ３は、第２の電力Ｐｗ２よりも低い。

ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御し、第３の電力Ｐｗ３が印加された後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第２のエッチング処理が行われる。

時刻ｔ３と時刻ｔ４との間に、積層体６０をエッチングする第２のエッチング処理が行われる。

ヘリウムガスの圧力が、第２の圧力Ｐ２から第３の圧力Ｐ３に増加することにより、シリコン基板１０の温度が低下する。第２のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上６０℃以下の第３の状態が実現される。第２のエッチング処理の際に、積層体６０の上に反応生成物６３が形成される。

第２のエッチング処理の後に、時刻ｔ４において、ヘリウムガスの圧力を、第４の圧力Ｐ４に制御する。第２のエッチング処理の後に、時刻ｔ４において、ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３から、第４の圧力Ｐ４に変更する。第４の圧力Ｐ４は、第３の圧力Ｐ３より低い。

また、時刻ｔ４において、チャンバ２０の内部に第４の電力Ｐｗ４が印加される。時刻ｔ４において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第３の電力Ｐｗ３から第４の電力Ｐｗ４に変更する。第４の電力Ｐｗ４は、第３の電力Ｐｗ３よりも高い。

ヘリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御し、第４の電力Ｐｗ４が印加された後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第２の反応生成物除去を行う。

第２の反応生成物除去の後に、時刻ｔ５において、ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５に制御する。第１の反応生成物除去の後に、時刻ｔ５において、ヘリウムガスの圧力を、第４の圧力Ｐ４から第５の圧力Ｐ５に変更する。第５の圧力Ｐ５は、第４の圧力Ｐ４より高い。

また、時刻ｔ５において、チャンバ２０の内部に第５の電力Ｐｗ５が印加される。時刻ｔ５において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第４の電力Ｐｗ４から第５の電力Ｐｗ５に変更する。第５の電力Ｐｗ５は、第４の電力Ｐｗ４よりも低い。

ヘリウムガスの圧力を第５の圧力Ｐ５に制御し、第５の電力Ｐｗ５が印加された後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第３のエッチング処理が行われる。

時刻ｔ５と時刻ｔ６との間に、積層体６０をエッチングする第３のエッチング処理が行われる。

ヘリウムガスの圧力が、第４の圧力Ｐ４から第５の圧力Ｐ５に増加することにより、シリコン基板１０の温度が低下する。第３のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上６０℃以下の第５の状態が実現される。第３のエッチング処理の際に、積層体６０の上に反応生成物６３が形成される。

第３のエッチング処理の後に、時刻ｔ６において、ヘリウムガスの圧力を、第６の圧力Ｐ６に制御する。第３のエッチング処理の後に、時刻ｔ６において、ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５から、第６の圧力Ｐ６に変更する。第６の圧力Ｐ６は、第５の圧力Ｐ５より低い。

また、時刻ｔ６において、チャンバ２０の内部に第６の電力Ｐｗ６が印加される。時刻ｔ６において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第５の電力Ｐｗ５から第６の電力Ｐｗ６に変更する。第６の電力Ｐｗ６は、第５の電力Ｐｗ５よりも高い。

ヘリウムガスの圧力を第６の圧力Ｐ６に制御し、第６の電力Ｐｗ６が印加された後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第３の反応生成物除去を行う。

第３の反応生成物除去の後に、時刻ｔ７において、チャンバ２０の内部への高周波電力の印加が停止される。また、時刻ｔ７において、チャンバ２０の中への、エッチングガスの供給が遮断される。

時刻ｔ７において、メモリホールＭＨのエッチングが終了する。

次に、第２の実施形態の半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。

第２の実施形態の半導体装置の製造方法では、伝導ガスの圧力の変更の制御と、チャンバの内部に印加される高周波電力の変更の制御とを同期させる。伝導ガスの圧力の減少に同期させて、高周波電力を増加させる。また、伝導ガスの圧力の増加に同期させて、高周波電力を減少させる。

具体的には、例えば、上述のように、第１のエッチング処理の後に、時刻ｔ２において、ヘリウムガスの圧力を第１の圧力Ｐ１から第２の圧力Ｐ２に減少させると同時に、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第１の電力Ｐｗ１から第２の電力Ｐｗ２に増加させる。また、時刻ｔ３において、ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２から第３の圧力Ｐ３に増加させると同時に、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第２の電力Ｐｗ２から第３の電力Ｐｗ３に減少させる。

第１のエッチング処理の後の第１の反応生成物除去において、反応生成物６３の除去効率を向上させるためには、シリコン基板１０の温度が高いことが望ましい。また、メモリホールＭＨのエッチングのスループットを向上させる観点から、シリコン基板１０の温度の上昇速度が速いことが好ましい。

また、メモリホールＭＨのエッチングのスループットを向上させる観点から、第１の反応生成物除去の後、シリコン基板１０の温度の低下速度が速いことが好ましい。

時刻ｔ２において、高周波電力を第１の電力Ｐｗ１から第２の電力Ｐｗ２に増加させることで、シリコン基板１０へのプラズマからの入熱が大きくなる。したがって、第１の反応生成物除去において、シリコン基板１０の温度を高くすることが可能となる。また、シリコン基板１０の温度の上昇速度を早くすることが可能となる。

また、時刻ｔ３において、高周波電力を第２の電力Ｐｗ２から第３の電力Ｐｗ３に減少させることで、シリコン基板１０へのプラズマからの入熱が小さくなる。したがって、第１の反応生成物除去の後、シリコン基板１０の温度の低下速度が遅くなることを抑制できる。

なお、伝導ガスの圧力の変更と高周波電力の変更は、必ずしも同時でなくとも構わない。例えば、高周波電力の変更が伝導ガスの圧力の変更より所定の時間早くても、高周波電力の変更が伝導ガスの圧力の変更より所定の時間遅くても構わない。

以上、第２の実施形態の半導体装置の製造方法によれば、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の半導体装置の製造方法は、第１のガスの圧力の変更の制御と、チャンバの内部に印加される高周波電力の変更の制御とを同期させる点で、第１の実施形態の製造方法と異なる。また、第３の実施形態の半導体装置の製造方法は、第１の反応生成物除去の際にチャンバの内部に印加される高周波電力を、第１のエッチング処理の際にチャンバの内部に印加される高周波電力よりも低くする点で、第２の実施形態の半導体装置の製造方法と異なる。以下、第１の実施形態又は第２の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図９は、第３の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図である。図９は、メモリホールＭＨを形成する際の、熱伝導ガス圧力、総高周波電力、及びウェハ温度と、エッチング時間との関係を示す。

図９に示すように、時刻ｔ２において、チャンバ２０の内部に第２の電力Ｐｗ２が印加される。時刻ｔ２において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第１の電力Ｐｗ１から第２の電力Ｐｗ２に変更する。第２の電力Ｐｗ２は、第１の電力Ｐｗ１よりも低い。

また、時刻ｔ３において、チャンバ２０の内部に第３の電力Ｐｗ３が印加される。時刻ｔ３において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第２の電力Ｐｗ２から第３の電力Ｐｗ３に変更する。第３の電力Ｐｗ３は、第２の電力Ｐｗ２よりも高い。

また、時刻ｔ４において、チャンバ２０の内部に第４の電力Ｐｗ４が印加される。時刻ｔ４において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第３の電力Ｐｗ３から第４の電力Ｐｗ４に変更する。第４の電力Ｐｗ４は、第３の電力Ｐｗ３よりも低い。

また、時刻ｔ５において、チャンバ２０の内部に第５の電力Ｐｗ５が印加される。時刻ｔ５において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第４の電力Ｐｗ４から第５の電力Ｐｗ５に変更する。第５の電力Ｐｗ５は、第４の電力Ｐｗ４よりも高い。

また、時刻ｔ６において、チャンバ２０の内部に第６の電力Ｐｗ６が印加される。時刻ｔ６において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第５の電力Ｐｗ５から第６の電力Ｐｗ６に変更する。第６の電力Ｐｗ６は、第５の電力Ｐｗ５よりも低い。

また、時刻ｔ７において、チャンバ２０の内部への高周波電力の印加が停止される。また、時刻ｔ７において、チャンバ２０の中への、エッチングガスの供給が遮断される。

次に、第３の実施形態の半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。

第３の実施形態の半導体装置の製造方法では、伝導ガスの圧力の変更の制御と、チャンバの内部に印加される高周波電力の変更の制御とを同期させる。伝導ガスの圧力の減少に同期させて、高周波電力を減少させる。また、伝導ガスの圧力の増加に同期させて、高周波電力を増加させる。

具体的には、例えば、上述のように、第１のエッチング処理の後に、時刻ｔ２において、ヘリウムガスの圧力を第１の圧力Ｐ１から第２の圧力Ｐ２に減少させると同時に、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第１の電力Ｐｗ１から第２の電力Ｐｗ２に減少させる。また、時刻ｔ３において、ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２から第３の圧力Ｐ３に増加させると同時に、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第２の電力Ｐｗ２から第３の電力Ｐｗ３に増加させる。

第１のエッチング処理の後の第１の反応生成物除去において、ヘリウムガスの圧力が第１の圧力Ｐ１から第２の圧力Ｐ２に減少し、熱伝導ガス領域７６の圧力が低下する。熱伝導ガス領域７６の圧力が低下すると、熱伝導ガス領域７６の中での放電が生じやすくなる。熱伝導ガス領域７６の中で放電が生じると、例えば、シリコン基板１０の損傷や静電チャック２２ｂの損傷が生じるおそれがある。

第３の実施形態の半導体装置の製造方法では、例えば、時刻ｔ２において、高周波電力を第１の電力Ｐｗ１から第２の電力Ｐｗ２に減少させることで、熱伝導ガス領域７６の中での放電が抑制される。したがって、放電によるシリコン基板１０の損傷や静電チャック２２ｂの損傷を抑制できる。

以上、第３の実施形態の半導体装置の製造方法によれば、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが可能となる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の半導体装置の製造方法は、第１のガスの圧力を第２の圧力に制御した後に、第１のガスに替えて、第１のガスよりも熱伝導率が低い第３のガスを、ホルダと基板との間に基板に接するように供給し、第１の反応生成物除去の後に、第３のガスに替えて第１のガスを、ホルダと基板との間に基板に接するように供給し、第１のガスの圧力を第２の圧力よりも高い第３の圧力に制御する点で、第１の実施形態の製造方法と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図１０は、第４の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図である。図１０は、メモリホールＭＨを形成する際の、熱伝導ガス圧力、総高周波電力、及びウェハ温度と、エッチング時間との関係を示す。

時刻ｔ１において、ホルダ２２とシリコン基板１０との間の熱伝導ガス領域７６に、熱伝導ガスを供給する。熱伝導ガスは、例えば、ヘリウムガスである。ヘリウムガスは、第１のガスの一例である。

また、時刻ｔ１において、チャンバ２０の中に、エッチングガスが供給される。エッチングガスは、第２のガスの一例である。また、時刻ｔ１において、冷媒流路２２ａｘに、冷媒が供給される。

ヘリウムガスの圧力が、第１の圧力Ｐ１に制御された後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第１のエッチング処理が行われる。

ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御した後に、時刻ｔａにおいて、ホルダ２２とシリコン基板１０との間の熱伝導ガス領域７６に、ヘリウムガスに替えてアルゴンガスを供給する。アルゴンガスはシリコン基板１０の裏面に接する。アルゴンガスは、第３のガスの一例である。アルゴンガスの熱伝導率は、ヘリウムガスの熱伝導率よりも低い。

ヘリウムガスからアルゴンガスへの供給の切り替えは、例えば、制御回路５４が熱伝導ガス供給部４４を制御することにより行われる。

アルゴンガスの圧力は、例えば、圧力Ｐａに制御される。圧力Ｐａは、第２の圧力Ｐ２よりも高い。圧力Ｐａは、例えば、第１の圧力Ｐ１と等しい。

なお、図１０において、へリウムガスの圧力は実線で、アルゴンガスの圧力は点線で示される。

ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御した後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第１の反応生成物除去を行う。

第１の反応生成物除去の後に、時刻ｔ３において、ホルダ２２とシリコン基板１０との間の熱伝導ガス領域７６に、アルゴンガスに替ええてへリウムガスを供給する。ヘリウムガスはシリコン基板１０の裏面に接する。ヘリウムガスの圧力は、第３の圧力Ｐ３に制御する。第３の圧力Ｐ３は、第２の圧力Ｐ２より高い。

ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御した後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第２のエッチング処理が行われる。

ヘリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御した後に、時刻ｔｂにおいて、ホルダ２２とシリコン基板１０との間の熱伝導ガス領域７６に、ヘリウムガスに替えてアルゴンガスを供給する。

アルゴンガスの圧力は、例えば、圧力Ｐｂに制御される。圧力Ｐｂは、第４の圧力Ｐ４よりも高い。圧力Ｐｂは、例えば、第３の圧力Ｐ３と等しい。

ヘリウムガスの圧力を第４の圧力Ｐ４に制御した後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第２の反応生成物除去を行う。

第２の反応生成物除去の後に、時刻ｔ５において、ホルダ２２とシリコン基板１０との間の熱伝導ガス領域７６に、アルゴンガスに替えてへリウムガスを供給する。ヘリウムガスはシリコン基板１０の裏面に接する。ヘリウムガスの圧力は、第５の圧力Ｐ５に制御する。第５の圧力Ｐ５は、第４の圧力Ｐ４より高い。

ヘリウムガスの圧力を第５の圧力Ｐ５に制御した後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第３のエッチング処理が行われる。

ヘリウムガスの圧力を第６の圧力Ｐ６に制御した後に、積層体６０の上の反応生成物６３を除去する第３の反応生成物除去を行う。

次に、第４の実施形態の半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。

第４の実施形態の半導体装置の製造方法では、例えば、時刻ｔａにおいて、熱伝導ガス領域７６の中にヘリウムガスよりも熱伝導率の低いアルゴンガスを供給する。アルゴンガスの熱伝導率が、ヘリウムガスに比べて低いため、ヘリウムガスの場合と比較して、シリコン基板１０の温度の変化速度が小さくなる。

したがって、例えば、シリコン基板１０を安定して１００℃以上の温度に保つことが可能となる。また、シリコン基板１０を１００℃以上の温度に保つ時間を長くすることが容易となる。よって、反応生成物の除去を促進することが可能となる。

なお、第１のガスとして、ヘリウムガスに替えて水素ガスを用いることも可能である。また、第１のガスよりも熱伝導率の低い第３のガスとして、アルゴンガスに替えて、例えば、窒素ガス、ネオンガス、クリプトンガス、又はキセノンガスを用いることも可能である。

また、圧力Ｐａは、第１の圧力Ｐ１と異なっていても構わない。また、圧力Ｐｂは、第３の圧力Ｐ３と異なっていても構わない。また、圧力Ｐｃは、第５の圧力Ｐ５と異なっていても構わない。

以上、第４の実施形態の半導体装置の製造方法によれば、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが可能となる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態の半導体装置の製造方法は、チャンバの中に設けられたホルダの上に、被加工層を有する基板を載置し、ホルダと基板との間に、基板に接する第１のガスを供給し、第１のガスの圧力を第１の圧力に制御し、被加工層に、第１のプロセスガスを用いた反応性イオンエッチング法により、凹部を形成する第１のエッチング処理を行い、第１のエッチング処理の後に、第１のガスの圧力を第１の圧力よりも低い第２の圧力に制御し、基板の温度が２００℃以上３５０℃以下の状態で、水素を含む第２のプロセスガスを用いて凹部に水素ラジカルを供給する第１の処理を行い、第１の処理の後に、第１のガスの圧力を第２の圧力よりも高い第３の圧力に制御し、第３のプロセスガスを用いた反応性イオンエッチング法により、凹部の底面をエッチングする第２のエッチング処理を行う。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置は、第１の実施形態の半導体装置で製造される半導体装置と同様である。第５の実施形態の半導体装置の製造方法で製造される半導体装置は、メモリセルが３次元的に配置された不揮発性メモリ１００である。図１は、不揮発性メモリ１００のメモリセルアレイの断面図である。以下、不揮発性メモリ１００の説明について、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

また、第５の実施形態の半導体装置の製造方法に用いられる反応性イオンエッチング装置は、第１の実施形態の半導体装置の製造方法に用いられる反応性イオンエッチング装置と同様である。図２は、第５の実施形態の半導体装置の製造方法に用いられる反応性イオンエッチング装置の一例の模式図である。図２の反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ装置）は、二周波型の容量結合プラズマ装置（ＣＣＰ装置）である。以下、ＲＩＥ装置の説明について、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。

次に、第５の実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。

図１１は、第５の実施形態の半導体装置の製造方法の説明図である。図１２、図１３、図１４、及び図１５は、第５の実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式図である。図１２、図１３、図１４、及び図１５は、図１の一つのチャネル層１１を含む部分に対応する。

最初に、シリコン基板１０の上に、積層体６０を形成する（図１２（ａ））。シリコン基板１０は半導体ウェハである。積層体６０は、絶縁層である。シリコン基板１０は基板の一例である。積層体６０は被加工層の一例である。シリコン基板１０は、図２の半導体ウェハＷの一例である。

積層体６０は、酸化シリコン膜６０ａと窒化シリコン膜６０ｂとが交互に積層された構造を含む。酸化シリコン膜６０ａ及び窒化シリコン膜６０ｂは、例えば、ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ法（ＣＶＤ法）により形成する。酸化シリコン膜６０ａは第１の層の一例である。窒化シリコン膜６０ｂは第２の層の一例である。

次に、積層体６０の上に、穴パターン６２ａを有する炭素層６２を形成する（図１２（ｂ））。炭素層６２は、マスク層の一例である。炭素層６２は、例えば、スパッタ法により形成する。穴パターン６２ａは、例えば、リソグラフィ法及びＲＩＥ法を用いて形成する。

ＲＩＥ装置のチャンバ２０の中で、反応性イオンエッチング法を用いて、炭素層６２をマスクにメモリホールＭＨを形成する（図１２（ｃ）～図１４（ａ））。メモリホールＭＨのエッチングは、シリコン基板１０を冷却する熱伝導ガスの圧力を周期的に変化させながら行う。メモリホールＭＨは、凹部の一例である。

図１１は、メモリホールＭＨを形成する際の、熱伝導ガス圧力、総高周波電力（ｔｏｔａｌｈｉｇｈｆｒｅｑｕｅｎｃｙｐｏｗｅｒ）、及びウェハ温度と、エッチング時間との関係を示す。図１１には、シリコン基板１０に水素プラズマが供給されるタイミングも示す。

また、時刻ｔ１において、チャンバ２０の内部に高周波電力が印加される。例えば、第１の高周波電源２４を用いて、ホルダ２２の支持部２２ａとシャワープレート３２との間に第１の高周波電力が印加される。例えば、第２の高周波電源２６を用いて、ホルダ２２の支持部２２ａに第２の高周波電力が印加される。第１の高周波電力と第２の高周波電力との和を、総高周波電力と称する。時刻ｔ１において、チャンバ２０の内部に第１の電力Ｐｗ１が印加される。

また、時刻ｔ１において、チャンバ２０の中に、第１のエッチングガスが供給される。第１のエッチングガスは、第１のプロセスガスの一例である。エッチングガスは、プロセスガス供給配管３０からシャワープレート３２を通って、チャンバ２０の中に、供給される。

第１のエッチングガスは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。

また、時刻ｔ１において、冷媒流路２２ａｘに、冷媒が供給される。冷媒は、例えば、フッ素系不活性液体である。冷媒流路２２ａｘに、冷媒が供給されることで、ホルダ２２の支持部２２ａ及び静電チャック２２ｂの温度が低下する。ホルダ２２の支持部２２ａ及び静電チャック２２ｂの温度は、例えば、－１５０℃以上２０℃以下である。

ヘリウムガスの圧力が、第１の圧力Ｐ１に制御された後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第１のエッチング処理が行われる（図１２（ｃ））。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間に、積層体６０をエッチングする第１のエッチング処理が行われる。第１のエッチング処理の際、メモリホールＭＨは積層体６０を貫通しない。

第１のエッチング処理の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、－１５０℃以上２０℃以下である。第１のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上２０℃以下の第１の状態が実現されている。

第１のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの表面に第１の保護膜６４ａを形成する。第１の保護膜６４ａは、例えば、メモリホールＭＨの側壁に形成される。第１の保護膜６４ａは、メモリホールＭＨの形成と同時に形成される。第１の保護膜６４ａは、第１の膜の一例である。

第１の保護膜６４ａは、第１のエッチングガスに由来する反応生成物である。第１の保護膜６４ａは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。第１の保護膜６４ａは、例えば、フルオロカーボン膜である。

第１のエッチング処理の後に、例えば、時刻ｔ３において、チャンバ２０の内部に第２の電力Ｐｗ２が印加される。時刻ｔ３において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第１の電力Ｐｗ１から第２の電力Ｐｗ２に変更する。第２の電力Ｐｗ２は、第１の電力Ｐｗ１よりも低い。

ヘリウムガスの圧力を第２の圧力Ｐ２に制御し、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を第２の電力Ｐｗ２に変更した後に、第１の改質処理を行う（図１２（ｄ））。第１の改質処理において、チャンバ２０の中で、メモリホールＭＨに水素ラジカルを供給する。第１の改質処理は、第１の処理の一例である。

第１の改質処理の際に、例えば、時刻ｔ３において、チャンバ２０の内部に第１の改質ガスが供給される。第１の改質ガスは、水素（Ｈ）を含むガスである。第１の改質ガスは、例えば、水素ガスを含む。第１の改質ガスは、第２のプロセスガスの一例である。

第１の改質処理の際に、チャンバ２０の内部に供給されるガスを第１のエッチングガスから第１の改質ガスに切り替える。例えば、時刻ｔ３においてチャンバ２０の内部に供給されるガスを第１のエッチングガスから第１の改質ガスに切り替える。

第１の改質処理の際に、水素ガスに、高周波電力が印加されることにより、水素ラジカルを含むプラズマが生成される。

水素ラジカルを含むプラズマは、シリコン基板１０の表面に供給される。水素ラジカルは、メモリホールＭＨの中に供給される。第１の保護膜６４ａの表面は、水素ラジカルにさらされる。

第１の改質処理は、シリコン基板１０の温度が２００℃以上３５０℃以下の状態で行われる。第１の改質処理の際、シリコン基板１０の温度が２００℃以上３５０℃以下の第２の状態が実現されている。

時刻ｔ２において、ヘリウムガスの圧力を、第１の圧力Ｐ１から、第２の圧力Ｐ２に制御した後に、シリコン基板１０の温度が上昇し、シリコン基板１０の温度が２００℃以上の第２の状態が実現される。ヘリウムガスの圧力が低下することにより、ヘリウムガス中の熱の伝搬が抑制される。シリコン基板１０からホルダ２２へのヘリウムガスを経由した放熱が抑制され、シリコン基板１０の温度が上昇する。

第１の改質処理の際、第１の保護膜６４ａを第１の改質保護膜６５ａに改質する。第１の改質保護膜６５ａの化学組成は、例えば、第１の保護膜６４ａと異なる。

第１の改質処理の際、第１の保護膜６４ａは、例えば、還元される。第１の改質処理の際、例えば、第１の保護膜６４ａのフッ素濃度が低減する。

第１の改質処理の際、例えば、第１の保護膜６４ａの上に膜は形成されない。第１の改質処理の後に、例えば、メモリホールＭＨの内径は減少しない。第１の改質処理の後に、例えば、メモリホールＭＨの空洞部の体積は減少しない。

第１の改質処理の後に、時刻ｔ４において、ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３に制御する。第１の改質処理の後に、時刻ｔ４において、ヘリウムガスの圧力を、第２の圧力Ｐ２から第３の圧力Ｐ３に変更する。第２の状態を実現した後に、ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御する。

第１の改質処理の後に、例えば、時刻ｔ４において、チャンバ２０の内部に第３の電力Ｐｗ３が印加される。時刻ｔ４において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第２の電力Ｐｗ２から第３の電力Ｐｗ３に変更する。第３の電力Ｐｗ３は、第２の電力Ｐｗ２よりも高い。

また、時刻ｔ４において、チャンバ２０の中に、第２のエッチングガスが供給される。第２のエッチングガスは、第３のプロセスガスの一例である。第２のエッチングガスは、プロセスガス供給配管３０からシャワープレート３２を通って、チャンバ２０の中に供給される。例えば、時刻ｔ４においてチャンバ２０の内部に供給されるガスを、第１の改質ガスから第２のエッチングガスに切り替える。

第２のエッチングガスは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。

ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３に制御し、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を第３の電力Ｐｗ３に変更し、チャンバ２０の内部へ第２のエッチングガスを供給した後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第２のエッチング処理が行われる（図１３（ａ））。
炭素層６２をマスクに第２のエッチング処理を行う。

第２のエッチング処理によりメモリホールＭＨの少なくとも底面をエッチングする。時刻ｔ４と時刻ｔ５との間に、第２のエッチング処理が行われる。第２のエッチング処理の際、メモリホールＭＨは積層体６０を貫通しない。

第２のエッチング処理の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、－１５０℃以上２０℃以下である。第２のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上２０℃以下の第３の状態が実現されている。

第２のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの表面に第２の保護膜６４ｂを形成する。第２の保護膜６４ｂは、例えば、第２のエッチング処理で深くなった部分のメモリホールＭＨの側壁に形成される。第２の保護膜６４ｂは、第２の膜の一例である。

第２の保護膜６４ｂは、第２のエッチングガスに由来する反応生成物である。第２の保護膜６４ｂは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。第２の保護膜６４ｂは、例えば、フルオロカーボン膜である。

第２のエッチング処理の後に、時刻ｔ５において、ヘリウムガスの圧力を、第４の圧力Ｐ４に制御する。第２のエッチング処理の後に、時刻ｔ５において、ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３から、第４の圧力Ｐ４に変更する。第４の圧力Ｐ４は、第３の圧力Ｐ３より低い。

ヘリウムガスの圧力は、例えば、第１の主バルブ５０を用いた流量制御により制御される。例えば、第１の主バルブ５０を閉じることで、熱伝導ガス領域７６へのヘリウムガスの流入を遮断する。例えば、第１の主バルブ５０を閉じることで、第４の圧力Ｐ４は真空に近づく。

第２のエッチング処理の後に、例えば、時刻ｔ６において、チャンバ２０の内部に第４の電力Ｐｗ４が印加される。時刻ｔ６において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第３の電力Ｐｗ３から第４の電力Ｐｗ４に変更する。第４の電力Ｐｗ４は、第３の電力Ｐｗ３よりも低い。

ヘリウムガスの圧力を第３の圧力Ｐ３に制御し、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を第４の電力Ｐｗ４に変更した後に、第２の改質処理を行う（図１３（ｂ））。第２の改質処理において、チャンバ２０の中で、メモリホールＭＨに水素ラジカルを供給する。第２の改質処理は、第２の処理の一例である。

第２の改質処理の際に、例えば、時刻ｔ６において、チャンバ２０の内部に第２の改質ガスが供給される。第２の改質ガスは、水素（Ｈ）を含むガスである。第２の改質ガスは、例えば、水素ガスを含む。第２の改質ガスは、第４のプロセスガスの一例である。

第２の改質処理の際に、チャンバ２０の内部に供給されるガスを第２のエッチングガスから第２の改質ガスに切り替える。例えば、時刻ｔ６においてチャンバ２０の内部に供給されるガスを第２のエッチングガスから第２の改質ガスに切り替える。

第２の改質処理の際に、水素ガスに、高周波電力が印加されることにより、水素ラジカルを含むプラズマが生成される。

水素ラジカルを含むプラズマは、シリコン基板１０の表面に供給される。水素ラジカルは、メモリホールＭＨの中に供給される。第２の保護膜６４ｂの表面は、水素ラジカルにさらされる。

第２の改質処理は、シリコン基板１０の温度が２００℃以上３５０℃以下の状態で行われる。第２の改質処理の際、シリコン基板１０の温度が２００℃以上３５０℃以下の第４の状態が実現されている。

時刻ｔ５において、ヘリウムガスの圧力を、第３の圧力Ｐ３から、第４の圧力Ｐ４に制御した後に、シリコン基板１０の温度が上昇し、シリコン基板１０の温度が２００℃以上の第４の状態が実現される。ヘリウムガスの圧力が低下することにより、ヘリウムガス中の熱の伝搬が抑制される。シリコン基板１０からホルダ２２へのヘリウムガスを経由した放熱が抑制され、シリコン基板１０の温度が上昇する。

第２の改質処理の際、第２の保護膜６４ｂを第２の改質保護膜６５ｂに改質する。第２の改質保護膜６５ｂの化学組成は、例えば、第２の保護膜６４ｂと異なる。

第２の改質処理の際、第２の保護膜６４ｂは、例えば、還元される。第２の改質処理の際、例えば、第２の保護膜６４ｂのフッ素濃度が低減する。

第２の改質処理の際、例えば、第２の保護膜６４ｂの上に膜は形成されない。第２の改質処理の後に、例えば、メモリホールＭＨの内径は減少しない。第２の改質処理の後に、例えば、メモリホールＭＨの空洞部の体積は減少しない。

第２の改質処理の後に、時刻ｔ７において、ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５に制御する。第２の改質処理の後に、時刻ｔ７において、ヘリウムガスの圧力を、第４の圧力Ｐ４から第５の圧力Ｐ５に変更する。第４の状態を実現した後に、ヘリウムガスの圧力を第５の圧力Ｐ５に制御する。

第５の圧力Ｐ５は、第４の圧力Ｐ４より高い。ヘリウムガスの圧力は、例えば、第１の主バルブ５０を用いた流量制御により制御される。例えば、第１の主バルブ５０を開けることで、熱伝導ガス領域７６へのヘリウムガスの流入を開始する。第１の主バルブ５０の開度を調整することで、ヘリウムガスの圧力を第５の圧力Ｐ５に制御する。

第５の圧力Ｐ５は、例えば、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上１３３３２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）以下である。第５の圧力Ｐ５は、例えば、第１の圧力Ｐ１と等しい。

第２の改質処理の後に、例えば、時刻ｔ７において、チャンバ２０の内部に第５の電力Ｐｗ５が印加される。時刻ｔ７において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第４の電力Ｐｗ４から第５の電力Ｐｗ５に変更する。第５の電力Ｐｗ５は、第４の電力Ｐｗ４よりも高い。

また、時刻ｔ７において、チャンバ２０の中に、第３のエッチングガスが供給される。第３のエッチングガスは、第５のプロセスガスの一例である。第３のエッチングガスは、プロセスガス供給配管３０からシャワープレート３２を通って、チャンバ２０の中に供給される。例えば、時刻ｔ７においてチャンバ２０の内部に供給されるガスを、第２の改質ガスから第３のエッチングガスに切り替える。

第３のエッチングガスは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。

ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５に制御し、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を第５の電力Ｐｗ５に変更し、チャンバ２０の内部へ第３のエッチングガスを供給した後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第３のエッチング処理が行われる（図１３（ｃ））。炭素層６２をマスクに第３のエッチング処理を行う。

第３のエッチング処理によりメモリホールＭＨの少なくとも底面をエッチングする。時刻ｔ７と時刻ｔ８との間に、第３のエッチング処理が行われる。第３のエッチング処理の際、メモリホールＭＨは積層体６０を貫通しない。

ヘリウムガスの圧力が、第４の圧力Ｐ４から第５の圧力Ｐ５に増加することにより、ヘリウムガス中の熱の伝搬が促進される。シリコン基板１０からホルダ２２へのヘリウムガスを経由した放熱が促進され、シリコン基板１０の温度が低下する。

第３のエッチング処理の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、－１５０℃以上２０℃以下である。第３のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上２０℃以下の第５の状態が実現されている。

第３のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの表面に第３の保護膜６４ｃを形成する。第３の保護膜６４ｃは、例えば、第３のエッチング処理で深くなった部分のメモリホールＭＨの側壁に形成される。第３の保護膜６４ｃは、第３の膜の一例である。

第３の保護膜６４ｃは、第３のエッチングガスに由来する反応生成物である。第３の保護膜６４ｃは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。第３の保護膜６４ｃは、例えば、フルオロカーボン膜である。

第３のエッチング処理の後に、時刻ｔ８において、ヘリウムガスの圧力を、第６の圧力Ｐ６に制御する。第３のエッチング処理の後に、時刻ｔ８において、ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５から、第６の圧力Ｐ６に変更する。第６の圧力Ｐ６は、第５の圧力Ｐ５より低い。

ヘリウムガスの圧力は、例えば、第１の主バルブ５０を用いた流量制御により制御される。例えば、第１の主バルブ５０を閉じることで、熱伝導ガス領域７６へのヘリウムガスの流入を遮断する。例えば、第１の主バルブ５０を閉じることで、第６の圧力Ｐ６は真空に近づく。

第３のエッチング処理の後に、例えば、時刻ｔ９において、チャンバ２０の内部に第６の電力Ｐｗ６が印加される。時刻ｔ９において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第５の電力Ｐｗ５から第６の電力Ｐｗ６に変更する。第６の電力Ｐｗ６は、第５の電力Ｐｗ５よりも低い。

ヘリウムガスの圧力を第６の圧力Ｐ６に制御し、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を第６の電力Ｐｗ６に変更した後に、第３の改質処理を行う（図１３（ｄ））。第３の改質処理において、チャンバ２０の中で、メモリホールＭＨに水素ラジカルを供給する。第３の改質処理は、第３の処理の一例である。

第３の改質処理の際に、例えば、時刻ｔ９において、チャンバ２０の内部に第３の改質ガスが供給される。第３の改質ガスは、水素（Ｈ）を含むガスである。第３の改質ガスは、例えば、水素ガスを含む。

第３の改質処理の際に、チャンバ２０の内部に供給されるガスを第３のエッチングガスから第３の改質ガスに切り替える。例えば、時刻ｔ９においてチャンバ２０の内部に供給されるガスを第３のエッチングガスから第３の改質ガスに切り替える。

第３の改質処理の際に、水素ガスに、高周波電力が印加されることにより、水素ラジカルを含むプラズマが生成される。

水素ラジカルを含むプラズマは、シリコン基板１０の表面に供給される。水素ラジカルは、メモリホールＭＨの中に供給される。第３の保護膜６４ｃの表面は、水素ラジカルにさらされる。

第３の改質処理は、シリコン基板１０の温度が２００℃以上３５０℃以下の状態で行われる。第３の改質処理の際、シリコン基板１０の温度が２００℃以上３５０℃以下の第６の状態が実現されている。

時刻ｔ８において、ヘリウムガスの圧力を、第５の圧力Ｐ５から、第６の圧力Ｐ６に制御した後に、シリコン基板１０の温度が上昇し、シリコン基板１０の温度が２００℃以上の第６の状態が実現される。ヘリウムガスの圧力が低下することにより、ヘリウムガス中の熱の伝搬が抑制される。シリコン基板１０からホルダ２２へのヘリウムガスを経由した放熱が抑制され、シリコン基板１０の温度が上昇する。

第３の改質処理の際、第３の保護膜６４ｃを第３の改質保護膜６５ｃに改質する。第３の改質保護膜６５ｃの化学組成は、例えば、第３の保護膜６４ｃと異なる。

第３の改質処理の際、第３の保護膜６４ｃは、例えば、還元される。第３の改質処理の際、例えば、第３の保護膜６４ｃのフッ素濃度が低減する。

第３の改質処理の際、例えば、第３の保護膜６４ｃの上に膜は形成されない。第３の改質処理の後に、例えば、メモリホールＭＨの内径は減少しない。第３の改質処理の後に、例えば、メモリホールＭＨの空洞部の体積は減少しない。

第３の改質処理の後に、時刻ｔ１０において、ヘリウムガスの圧力を、第７の圧力Ｐ７に制御する。第３の改質処理の後に、時刻ｔ１０において、ヘリウムガスの圧力を、第６の圧力Ｐ６から第７の圧力Ｐ７に変更する。第６の状態を実現した後に、ヘリウムガスの圧力を第７の圧力Ｐ７に制御する。

第７の圧力Ｐ７は、第６の圧力Ｐ６より高い。ヘリウムガスの圧力は、例えば、第１の主バルブ５０を用いた流量制御により制御される。例えば、第１の主バルブ５０を開けることで、熱伝導ガス領域７６へのヘリウムガスの流入を開始する。第１の主バルブ５０の開度を調整することで、ヘリウムガスの圧力を第７の圧力Ｐ７に制御する。

第７の圧力Ｐ７は、例えば、１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）以上１３３３２Ｐａ（１００Ｔｏｒｒ）以下である。第７の圧力Ｐ７は、例えば、第１の圧力Ｐ１と等しい。

第３の改質処理の後に、例えば、時刻ｔ１０において、チャンバ２０の内部に第７の電力Ｐｗ７が印加される。時刻ｔ１０において、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を、第６の電力Ｐｗ６から第７の電力Ｐｗ７に変更する。第７の電力Ｐｗ７は、第６の電力Ｐｗ６よりも高い。

また、時刻ｔ１０において、チャンバ２０の中に、第４のエッチングガスが供給される。第４のエッチングガスは、プロセスガス供給配管３０からシャワープレート３２を通って、チャンバ２０の中に供給される。例えば、時刻ｔ１０においてチャンバ２０の内部に供給されるガスを、第３の改質ガスから第４のエッチングガスに切り替える。

第４のエッチングガスは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。

ヘリウムガスの圧力を、第７の圧力Ｐ７に制御し、チャンバ２０の内部に印加される高周波電力を第７の電力Ｐｗ７に変更し、チャンバ２０の内部へ第４のエッチングガスを供給した後に、反応性イオンエッチング法を用いて、積層体６０をエッチングする第４のエッチング処理が行われる（図１４（ａ））。炭素層６２をマスクに第４のエッチング処理を行う。

第４のエッチング処理によりメモリホールＭＨの少なくとも底面をエッチングする。時刻ｔ１０と時刻ｔ１１との間に、第４のエッチング処理が行われる。第４のエッチング処理の際、メモリホールＭＨは積層体６０を貫通する。

ヘリウムガスの圧力が、第６の圧力Ｐ６から第７の圧力Ｐ７に増加することにより、ヘリウムガス中の熱の伝搬が促進される。シリコン基板１０からホルダ２２へのヘリウムガスを経由した放熱が促進され、シリコン基板１０の温度が低下する。

第４のエッチング処理の際、シリコン基板１０の温度は、例えば、－１５０℃以上２０℃以下である。第４のエッチング処理の際、例えば、シリコン基板１０の温度が－１５０℃以上２０℃以下の第７の状態が実現されている。

第４のエッチング処理の際に、メモリホールＭＨの表面に第４の保護膜６４ｄを形成する。第４の保護膜６４ｄは、例えば、第４のエッチング処理で深くなった部分のメモリホールＭＨの側壁に形成される。

第４の保護膜６４ｄは、第４のエッチングガスに由来する反応生成物である。第４の保護膜６４ｄは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。第４の保護膜６４ｄは、例えば、フルオロカーボン膜である。

第４のエッチング処理の後に、時刻ｔ１１において、チャンバ２０の内部への高周波電力の印加を停止する。また、時刻ｔ１１において、チャンバ２０の中への、第４のエッチング処理エッチングガスの供給が遮断される。

時刻ｔ１１に、メモリホールＭＨのエッチングが終了する。

積層体６０を貫通したメモリホールＭＨのアスペクト比は、例えば、３０以上である。

第４のエッチング処理の後、ＲＩＥ装置のチャンバ２０からシリコン基板１０を搬出する。

なお、第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスは、例えば、炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む。また、第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスは、例えば、酸素（Ｏ）を含む。また、第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスは、例えば、水素（Ｈ）を含む。

第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスは、例えば、ＣｘＨｙＦｚ（ｘは１以上の整数、ｙは０以上の整数、ｚは１以上の整数）を含む。第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスは、例えば、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨ_２Ｆ_２を含む。

第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスは、例えば、酸素ガスを含む。

第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスは、例えば、Ｃ_４Ｆ_６、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨ_２Ｆ_２、及び酸素ガスの混合ガスである。

第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスは、例えば、同一のガスである。また、例えば、第１のエッチングガス、第２のエッチングガス、第３のエッチングガス、及び第４のエッチングガスの少なくもいずれか一つのガスが他のガスと異なる。

なお、第１の改質ガス、第２の改質ガス、及び第３の改質ガスは、水素（Ｈ）を含む。第１の改質ガス、第２の改質ガス、及び第３の改質ガスは、例えば、水素ガスを含む。

次に、炭素層６２、第１の改質保護膜６５ａ、第２の改質保護膜６５ｂ、第３の改質保護膜６５ｃ、及び第４の保護膜６４ｄを除去する（図１４（ｂ））。炭素層６２、第１の改質保護膜６５ａ、第２の改質保護膜６５ｂ、第３の改質保護膜６５ｃ、及び第４の保護膜６４ｄの除去は、例えば、酸素プラズマを用いたアッシング処理により行う。

次に、メモリホールＭＨの中に、積層絶縁層６６を形成する（図１４（ｃ））。積層絶縁層６６は、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、及び酸化アルミニウム膜の積層構造を有する。積層絶縁層６６は、最終的にゲート絶縁層１３となる。

次に、メモリホールＭＨの中に、多結晶シリコン層６８を形成する（図１４（ｄ））。多結晶シリコン層６８は、最終的にチャネル層１１となる。

次に、窒化シリコン膜６０ｂを選択的に除去する（図１５（ａ））。

次に、窒化シリコン膜６０ｂを除去した領域に第１のタングステン層７０を形成する（図１５（ｂ））。第１のタングステン層７０は、最終的にワード線ＷＬとなる。

次に、多結晶シリコン層６８の上に第２のタングステン層６９を形成する（図１５（ｃ））。第２のタングステン層６９は、最終的にビット線ＢＬとなる。

次に、第５の実施形態の半導体装置の製造方法の作用及び効果について説明する。

以下、説明の都合上、第１のエッチング処理、第２のエッチング処理、第３のエッチング処理、及び第４のエッチング処理を総称して、単にエッチング処理という場合がある。また、第１の改質処理、第２の改質処理、及び第３の改質処理を総称して、単に改質処理という場合がある。また、第１の保護膜６４ａ、第２の保護膜６４ｂ、及び第３の保護膜６４ｃを総称して、単に保護膜６４という場合がある。また、第１の改質保護膜６５ａ、第２の改質保護膜６５ｂ、及び第３の改質保護膜６５ｃを総称して、単に改質保護膜６５という場合がある。

メモリセルが３次元的に配置された不揮発性メモリでは、メモリを大容量化するために、例えば、メモリホールの穴径を縮小し、ワード線ＷＬの積層数を増加させる。メモリホールの穴径を縮小し、ワード線ＷＬの積層数を増加させると、高いアスペクト比（メモリホールの深さ／メモリホールの穴径）のメモリホールの形成が必要となる。

メモリホールのアスペクト比が高くなると、メモリホールの形状がボーイング形状になるという問題が生じる。メモリホールのボーイング形状は、メモリホールを形成するエッチングの途中で穴径が広がることにより生ずる。

メモリホールのエッチングの際には、プラズマ化したエッチングガスに由来する物質が側壁に付着し、側壁に保護膜が形成される。メモリホールの側壁に保護膜が形成されることで、側壁のエッチングが防止され、穴径が広がることが抑制される。

メモリホールのエッチングの途中で穴径が広がる原因として、エッチングの際にメモリホールの側壁に形成される保護膜と、メモリホールの側壁に露出した材料が反応し、メモリホールの側壁のエッチングが進行することが考えられる。保護膜と側壁に露出した材料の反応は、例えば、エッチングの際に保護膜に入射されるイオンの運動エネルギーによって進行する。メモリホールの側壁のエッチングが進行することで、メモリホールの穴径が広がる。

メモリホールの側壁は、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなど、シリコン（Ｓｉ）を含む材料で形成される。メモリホールの側壁に形成される保護膜は、例えば、炭素及びフッ素を含むフルオロカーボン膜である。

例えば、側壁を形成する材料に含まれるシリコンと、保護膜に含まれるフッ素が反応してフッ化ケイ素が形成される。フッ化ケイ素が形成されてガスとして離脱することで、メモリホールの側壁のエッチングが進行する。メモリホールの側壁のエッチングが進行することで、メモリホールの穴径が広がる。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、メモリホールＭＨのエッチングの際に、側壁に形成された保護膜６４を改質し、改質保護膜６５を形成する。保護膜６４を、改質保護膜６５に改質することで、改質保護膜６５とメモリホールＭＨの側壁を形成する材料との反応を抑制する。

具体的には、例えば、保護膜６４を還元して改質保護膜６５を形成する。具体的には、例えば、保護膜６４のフッ素濃度を低減して改質保護膜６５を形成する。

具体的には、例えば、保護膜６４の表面に水素ラジカルを供給し、水素ラジカルと保護膜６４の中のフッ素を反応させ、フッ化水素を発生させる。発生したフッ化水素はガスとして離脱し、保護膜６４よりもフッ素濃度が低減された改質保護膜６５が形成される。

改質保護膜６５のフッ素濃度が低減されているため、改質保護膜６５とメモリホールＭＨの側壁を形成する材料との反応が抑制される。したがって、メモリホールＭＨの側壁のエッチングが抑制され、メモリホールＭＨの穴径の広がりが抑制される。

また、改質保護膜６５のフッ素濃度が低減されることで、改質保護膜６５中では、炭素とフッ素の結合（Ｃ－Ｆ結合）の結合エネルギーよりも、結合エネルギーが高い炭素と炭素の結合（Ｃ－Ｃ結合）の割合が高くなる。したがって、メモリホールＭＨ形成時の保護膜のエッチング耐性も高くなる。

よって、第５の実施形態の半導体装置の製造方法によれば、メモリホールＭＨの側壁のエッチングが抑制され、メモリホールの形状がボーイング形状になることが抑制できる。

改質処理により保護膜６４の改質を行う場合、アスペクト比の大きい深いトレンチの底部では、保護膜６４の改質が困難になる場合がある。トレンチの底部の保護膜６４の改質が不十分な場合、トレンチの底部の形状がボーイング形状となる。-

第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、改質処理を行う際に、水素ラジカルを用いる。水素ラジカルは、例えば、水素イオンと比較して失活が生じにくい。このため、水素ラジカルは、アスペクト比の大きい、深いトレンチの底部にまで、失活することなく到達しやすいと考えられる。

水素ラジカルを用いて保護膜６４を改質させるためには、水素ラジカルと保護膜６４の中のフッ素を反応させるためのエネルギーの付与が必要となる。第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、シリコン基板１０の温度を高くする。第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、水素ラジカルと保護膜６４の中のフッ素を反応させるためのエネルギーとして熱エネルギーを用いる。

発明者による検討の結果、水素ラジカルと、フルオロカーボン膜中のフッ素とを反応させ、フルオロカーボン膜からフッ素を引き抜くためには、２００℃以上の温度が必要であることが明らかになった。また、酸化シリコン膜と接するフルオロカーボン膜は、３５０℃を超えた温度で反応し、酸化シリコン膜のエッチングが進行することが明らかになった。また、３００℃を超える温度で、フルオロカーボン膜の分解が顕在化することが明らかになった。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、積層体６０が形成されたシリコン基板１０の温度を２００℃以上に制御する。したがって、水素ラジカルと、保護膜６４中のフッ素の反応が進行し、保護膜６４を改質することが可能となる。

また、第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、積層体６０が形成されたシリコン基板１０の温度を３５０℃以下に制御する。したがって、メモリホールＭＨの側壁の材料と保護膜６４の反応を抑制し、側壁の材料がエッチングされることを抑制する。よって、メモリホールＭＨの穴径の広がりが抑制され、メモリホールＭＨの形状がボーイング形状になることが抑制できる。

保護膜６４の改質を促進する観点から、改質処理の際のシリコン基板１０の温度は２２５℃以上であることが好ましく、２５０℃以上であることがより好ましい。また、側壁の材料のエッチングを抑制し、保護膜６４の分解を抑制する観点から、改質処理の際のシリコン基板１０の温度は３２５℃以下であることが好ましく。３００℃以下であることがより好ましい。なお、この範囲にシリコン基板の温度を制御することで、第１の実施形態の反応生成物６３の除去も可能である。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法において、積層体６０のエッチング速度を向上させ、エッチング処理のスループットを向上させる観点から、積層体６０が形成されたシリコン基板１０の温度は低いことが好ましい。第５の実施形態の半導体装置の製造方法において、エッチング処理の際のシリコン基板１０の温度は、例えば、２０℃以下であることが好ましく、０℃以下であることがより好ましい。改質処理の際のシリコン基板１０の温度は、エッチング処理の際のシリコン基板１０の温度よりも高いことが好ましい。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、メモリホールＭＨを形成する際に、被加工層である積層体６０を有するシリコン基板１０の温度を変化させる。すなわち、シリコン基板１０の低温状態と、シリコン基板１０の高温状態を交互に繰り返す。

シリコン基板１０が低温状態にある時に、メモリホールＭＨのエッチング処理を行う。一方、シリコン基板１０が高温状態にある時に、保護膜６４の改質処理を行う。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、同一のＲＩＥ装置内で、シリコン基板１０の低温状態と、シリコン基板１０の高温状態を交互に繰り返しながらメモリホールＭＨを形成することで、メモリホールの形状の加工精度が向上する。また、メモリホールＭＨのエッチングのスループットが向上する。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、シリコン基板１０の高温状態と低温状態の移行を、熱伝導ガスの圧力を変化させることにより行う。熱伝導ガスは、例えば、ヘリウムガスである。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法では、シリコン基板１０を冷却するために用いられる熱伝導ガスの圧力の変化で、シリコン基板１０の温度を変化させる。したがって、ＲＩＥ装置にシリコン基板１０の温度を変化させるための新たな構造を追加することが不要である。よって、メモリホールの形状の加工精度を容易に向上させることができる。

第５の実施形態の半導体装置の製造方法において、改質処理の際に、プラズマ中のイオンが炭素層６２に衝突し、炭素層６２がエッチングされることを抑制する観点から、改質処理の際にシリコン基板１０に印加される高周波電力は、エッチング処理の際にシリコン基板１０に印加される高周波電力よりも低いことが好ましい。

以上、第５の実施形態の半導体装置の製造方法によれば、メモリホールの形状がボーイング形状になることを抑制でき、メモリホールを高い加工精度で形成できる。

（第６の実施形態）
第６の実施形態の半導体製造装置は、チャンバと、チャンバの中に設けられ、基板を吸着可能なホルダであって、表面に凹部と、凹部に設けられた第１の孔と、凹部に設けられた第２の孔と、を含むホルダと、第１の孔に接続された第１のガス通路と、第２の孔に接続された第２のガス通路と、第１のガス通路に設けられた第１のバルブと、第２のガス通路に設けられた第２のバルブと、凹部に第１のガスを供給する第１のガス供給配管と、凹部からガスを排出するガス排出配管と、を備え、第１のガス通路及び第２のガス通路が第１のガス供給配管に接続されるか、又は、第１のガス通路及び第２のガス通路がガス排出配管に接続される。

第６の実施形態の半導体製造装置は、例えば、第１ないし第５の実施形態の半導体装置の製造方法の実施に用いられる。

第６の実施形態の半導体装置の製造方法は、チャンバの中に設けられ、表面に設けられた凹部と、凹部に設けられた第１の孔と、凹部に設けられた第２の孔とを有するホルダの上に、被加工層を有する基板を載置し、第１の孔に接続された第１のガス通路に設けられた第１のバルブ、及び第２の孔に接続された第２のガス通路に設けられた第２のバルブを開いて、第１のガス通路及び第２のガス通路を経由して、ホルダと基板との間に、基板に接する第１のガスを供給し、第１のガスの圧力を第１の圧力に制御し、反応性イオンエッチング法を用いて被加工層をエッチングする第１のエッチング処理を行い、第１のエッチング処理の途中又は第１のエッチング処理の後に、第１のバルブ及び第２のバルブを閉じ、第１のバルブ及び第２のバルブを閉じた後に、第１のバルブ及び第２のバルブを開いて、第１のガス通路及び第２のガス通路を経由して、ホルダと基板との間から、第１のガスを排出し、第１のガスの圧力を第１の圧力よりも低い第２の圧力に制御し、被加工層の上の反応生成物を除去する第１の反応生成物除去を行う半導体装置の製造方法である。そして、第１のガスを供給する際に、第１のバルブ又は第２のバルブのいずれか一方を先に開くか、又は、第１のガスを排出する際に、第１のバルブ又は第２のバルブのいずれか一方を先に開く。第６の実施形態の半導体装置の製造方法は、第６の実施形態の半導体製造装置を用いる点で、第１の実施形態の半導体装置の製造方法と異なる。以下、第１の実施形態の半導体装置の製造方法と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図１６は、第６の実施形態の半導体製造装置の模式図である。第６の実施形態の半導体製造装置は、反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ装置）である。第６の実施形態の反応性イオンエッチング装置は、二周波型の容量結合プラズマ装置（ＣＣＰ装置）である。

ＲＩＥ装置は、例えば、チャンバ２０、ホルダ２２、第１の高周波電源２４、第２の高周波電源２６、プロセスガス供給配管３０、シャワープレート３２、プロセスガス排出配管３４、排気装置３６、冷媒ユニット３８、冷媒供給配管４０、冷媒排出配管４２、熱伝導ガス供給部４４、第１の熱伝導ガス供給配管４６、熱伝導ガス排出配管４８、第１の主バルブ５０、第２の主バルブ５２、制御回路５４、熱伝導ガス通路５６、及び熱伝導ガスバルブ５８を備える。

熱伝導ガス通路５６は、第１の熱伝導ガス通路５６ａ、第２の熱伝導ガス通路５６ｂ、第３の熱伝導ガス通路５６ｃ、第４の熱伝導ガス通路５６ｄ、及び第５の熱伝導ガス通路５６ｅを含む。また、熱伝導ガスバルブ５８は、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａ、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂ、第３の熱伝導ガスバルブ５８ｃ、第４の熱伝導ガスバルブ５８ｄ、及び第５の熱伝導ガスバルブ５８ｅを含む。

第１の熱伝導ガス供給配管４６は、第１のガス供給配管の一例である。熱伝導ガス排出配管４８は、ガス排出配管の一例である。第１の熱伝導ガス通路５６ａは、第１のガス通路の一例である。第２の熱伝導ガス通路５６ｂは、第２のガス通路の一例である。第３の熱伝導ガス通路５６ｃは、第３のガス通路の一例である。第４の熱伝導ガス通路５６ｄは、第４のガス通路の一例である。第５の熱伝導ガス通路５６ｅは、第５のガス通路の一例である。

第１の熱伝導ガスバルブ５８ａは、第１のバルブの一例である。第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂは、第２のバルブの一例である。第３の熱伝導ガスバルブ５８ｃは、第３のバルブの一例である。第４の熱伝導ガスバルブ５８ｄは、第４のバルブの一例である。第５の熱伝導ガスバルブ５８ｅは、第５のバルブの一例である。

図１７は、第６の実施形態の半導体製造装置の要部の模式図である。図１７（ａ）は、ホルダ２２の上面図である。図１７（ａ）は、静電チャック２２ｂの上面図である。図１７（ｂ）は、静電チャック２２ｂ、熱伝導ガス通路５６、熱伝導ガスバルブ５８、第１の熱伝導ガス供給配管４６、熱伝導ガス排出配管４８、第１の主バルブ５０、及び第２の主バルブ５２の関係を示す図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＡＡ’断面を含む図である。

ホルダ２２は、チャンバ２０の中に設けられる。ホルダ２２は、例えば、半導体ウェハＷを載置する。ホルダ２２は、半導体ウェハＷを吸着可能である。半導体ウェハＷは、基板の一例である。

静電チャック２２ｂは、基板支持部７１、凹部７２、及び熱伝導ガス孔７４を含む。熱伝導ガス孔７４は、第１の熱伝導ガス孔７４ａ、第２の熱伝導ガス孔７４ｂ、第３の熱伝導ガス孔７４ｃ、第４の熱伝導ガス孔７４ｄ、及び第５の熱伝導ガス孔７４ｅを含む。第１の熱伝導ガス孔７４ａは、第１の孔の一例である。第２の熱伝導ガス孔７４ｂは、第２の孔の一例である。第３の熱伝導ガス孔７４ｃは、第３の孔の一例である。第４の熱伝導ガス孔７４ｄは、第４の孔の一例である。第５の熱伝導ガス孔７４ｅは、第５の孔の一例である。

静電チャック２２ｂの表面に、基板支持部７１が設けられる。基板支持部７１は、例えば、静電チャック２２ｂの外周に設けられる環状部と、環状部の内側に設けられる複数の突起部を有する。ホルダ２２に半導体ウェハＷが載置された場合、半導体ウェハＷの裏面が基板支持部７１に接する。

静電チャック２２ｂの表面に、凹部７２が設けられる。ホルダ２２に半導体ウェハＷが載置された場合、静電チャック２２ｂの上面に半導体ウェハＷの裏面と凹部７２で囲まれる熱伝導ガス領域７６が形成される。

静電チャック２２ｂの表面に、複数の熱伝導ガス孔７４が設けられる。熱伝導ガス孔７４は凹部７２に設けられる。熱伝導ガス孔７４を通って、熱伝導ガス領域７６に半導体ウェハＷを冷却するための熱伝導ガスが供給される。

複数の熱伝導ガス孔７４は、例えば、静電チャック２２ｂの表面に均等な間隔で設けられる。隣り合う２つの熱伝導ガス孔７４の距離は、例えば、１０ｃｍ以上２０ｃｍ以下である。

プロセスガス供給配管３０は、チャンバ２０の上部に設けられる。プロセスガス供給配管３０からプロセスガスがシャワープレート３２に供給される。プロセスガス供給配管３０から、例えば、エッチングガス又は改質ガスがシャワープレート３２に供給される。

シャワープレート３２に、プロセスガス供給配管３０からプロセスガスが供給される。シャワープレート３２に設けられた複数のガス供給口から、チャンバ２０の中にプロセスガスが供給される。

プロセスガス排出配管３４は、チャンバ２０の下部に設けられる。プロセスガス排出配管３４から、例えば、エッチング反応で消費されなかったエッチングガスや反応生成物がチャンバ２０の外に排出される。

熱伝導ガス供給部４４は、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。熱伝導ガス供給部４４は、例えば、熱伝導ガスを貯留するガスボンベである。熱伝導ガス供給部４４から第１の熱伝導ガス供給配管４６に熱伝導ガスが供給される。熱伝導ガスは第１のガスの一例である。

第１の熱伝導ガス供給配管４６は、凹部７２に接続される。第１の熱伝導ガス供給配管４６は、熱伝導ガス通路５６に接続される。第１の熱伝導ガス供給配管４６から熱伝導ガス通路５６に熱伝導ガスが供給される。

第１の主バルブ５０は、第１の熱伝導ガス供給配管４６に設けられる。第１の主バルブ５０は、例えば、流量制御バルブである。第１の主バルブ５０を用いて、熱伝導ガス通路５６への熱伝導ガスの供給が制御される。第１の主バルブ５０を用いて、熱伝導ガス通路５６への熱伝導ガスの供給を遮断することも可能である。

排気装置３６は、チャンバ２０及び熱伝導ガス排出配管４８に接続される。熱伝導ガス排出配管４８を通って、熱伝導ガスがＲＩＥ装置の外へ排出される。

熱伝導ガス排出配管４８は、凹部７２に接続される。熱伝導ガス排出配管４８は、熱伝導ガス通路５６に接続される。熱伝導ガス通路５６を通って、熱伝導ガスがＲＩＥ装置の外へ排出される。

第２の主バルブ５２は、熱伝導ガス排出配管４８に設けられる。第２の主バルブ５２を用いて、熱伝導ガス通路５６からの熱伝導ガスの排出が制御される。

熱伝導ガス通路５６は、熱伝導ガス孔７４に接続される。例えば、第１の熱伝導ガス通路５６ａは、第１の熱伝導ガス孔７４ａに接続される。例えば、第２の熱伝導ガス通路５６ｂは、第２の熱伝導ガス孔７４ｂに接続される。例えば、第３の熱伝導ガス通路５６ｃは、第３の熱伝導ガス孔７４ｃに接続される。例えば、第４の熱伝導ガス通路５６ｄは、第４の熱伝導ガス孔７４ｄに接続される。例えば、第５の熱伝導ガス通路５６ｅは、第５の熱伝導ガス孔７４ｅに接続される。

熱伝導ガス通路５６から熱伝導ガス孔７４を通って、熱伝導ガス領域７６に熱伝導ガスが供給される。また、熱伝導ガス領域７６から熱伝導ガス孔７４を通って、熱伝導ガス通路５６に熱伝導ガスが排出される。

熱伝導ガス通路５６の少なくとも一部は、ホルダ２２の中に設けられる。

熱伝導ガス通路５６は、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。例えば、第１の熱伝導ガス通路５６ａ、第２の熱伝導ガス通路５６ｂ、第３の熱伝導ガス通路５６ｃ、第４の熱伝導ガス通路５６ｄ、及び第５の熱伝導ガス通路５６ｅは、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。

また、熱伝導ガス通路５６は、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。例えば、第１の熱伝導ガス通路５６ａ、第２の熱伝導ガス通路５６ｂ、第３の熱伝導ガス通路５６ｃ、第４の熱伝導ガス通路５６ｄ、及び第５の熱伝導ガス通路５６ｅは、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。

熱伝導ガスバルブ５８は、熱伝導ガス通路５６に設けられる。例えば、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａは、第１の熱伝導ガス通路５６ａに設けられる。例えば、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂは、第２の熱伝導ガス通路５６ｂに設けられる。例えば、第３の熱伝導ガスバルブ５８ｃは、第３の熱伝導ガス通路５６ｃに設けられる。例えば、第４の熱伝導ガスバルブ５８ｄは、第４の熱伝導ガス通路５６ｄに設けられる。例えば、第５の熱伝導ガスバルブ５８ｅは、第５の熱伝導ガス通路５６ｅに設けられる。例えば、第１ないし第５の熱伝導ガス通路５６ａ～５６ｅ以外の熱伝導ガス通路５６にも、熱伝導ガスバルブ５８が設けられる。

複数の熱伝導ガス通路５６を共通化して、１個の熱伝導ガスバルブ５８を設ける構成とすることも可能である。すなわち、複数の熱伝導ガス孔７４に対して、１個の熱伝導ガスバルブ５８を設ける構成とすることも可能である。例えば、静電チャック２２ｂの表面に環状に配置された複数の熱伝導ガス孔７４に対して、１個の熱伝導ガスバルブ５８を設ける構成とすることも可能である。また、例えば、静電チャック２２ｂの表面に扇状に配置された複数の熱伝導ガス孔７４に対して、１個の熱伝導ガスバルブ５８を設ける構成とすることも可能である。

熱伝導ガスバルブ５８により、例えば、熱伝導ガス通路５６から熱伝導ガス領域７６に供給される熱伝導ガスの流量を、熱伝導ガス通路５６毎に制御することが可能である。また、熱伝導ガスバルブ５８により、例えば、熱伝導ガス領域７６から熱伝導ガス通路５６に排出される熱伝導ガスの流量を、熱伝導ガス通路５６毎に制御することが可能である。

熱伝導ガスバルブ５８は、例えば、流量制御バルブ又は圧力制御バルブである。

熱伝導ガスバルブ５８は、例えば、ホルダ２２の中に設けられる。熱伝導ガスバルブ５８は、例えば、支持部２２ａの中に設けられる。

制御回路５４は、第１の高周波電源２４、第２の高周波電源２６、排気装置３６、冷媒ユニット３８、熱伝導ガス供給部４４、第１の主バルブ５０、第２の主バルブ５２、及び熱伝導ガスバルブ５８の動作を制御する機能を有する。

制御回路５４は、例えば、熱伝導ガスバルブ５８の開閉を制御する。制御回路５４は、例えば、複数の熱伝導ガスバルブ５８の開閉を独立して制御する。制御回路５４は、例えば、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａの開閉と、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂの開閉を独立して制御する。

また、制御回路５４は、例えば、熱伝導ガスバルブ５８の開度を制御する。制御回路５４は、例えば、複数の熱伝導ガスバルブ５８の開度を独立して制御する。制御回路５４は、例えば、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａの開度と、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂの開度を独立して制御する。

制御回路５４は、例えば、ハードウェア及びソフトウェアで構成される。制御回路５４は、例えば、電子回路を含む。

次に、第６の実施形態の半導体製造装置を用いた第６の実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。以下、第６の実施形態のＲＩＥ装置を用いて、第１の実施形態の半導体装置の製造方法と同様の方法で、積層体６０のエッチングを実施する場合を例に説明する。以下、第１の実施形態の図４を参照しつつ説明する。

図１８は、第６の実施形態の半導体製造装置の動作の説明図である。図１８は、半導体ウェハＷの温度を変化させる際の、第１の主バルブ５０、第２の主バルブ５２、及び熱伝導ガスバルブ５８の制御シークエンスの一例を示す図である。

例えば、図４（ｃ）に示すように、第１のエッチング処理を行う場合、図１８（ａ）に示すように、第１の主バルブ５０及び熱伝導ガスバルブ５８を開き、第１の熱伝導ガス供給配管４６からヘリウムガスを、熱伝導ガス領域７６に供給する。例えば、熱伝導ガス領域７６のヘリウムガスの圧力を第１の圧力Ｐ１に制御する。

シリコン基板１０は、低温状態になる。シリコン基板１０が低温状態にある時には、メモリホールＭＨのエッチング速度が高くなり、積層体６０のエッチングが主に進行する。

次に、第１のエッチング処理の途中又は第１のエッチング処理の後に、図１８（ｂ）に示すように、第１の主バルブ５０及び熱伝導ガスバルブ５８を閉じる。そして、第２の主バルブ５２を開けることにより、熱伝導ガス通路５６に接続された熱伝導ガス排出配管４８から、熱伝導ガスバルブ５８と熱伝導ガス排出配管４８との間の熱伝導ガス通路５６の中のヘリウムガスを排出する。熱伝導ガスバルブ５８の下流側の熱伝導ガス通路５６が真空状態になる。

次に、図４（ｄ）に示す第１の反応生成物除去の際、熱伝導ガス領域７６のヘリウムガスの圧力を、第１の圧力Ｐ１から、第２の圧力Ｐ２に変更する。第２の圧力Ｐ２は、第１の圧力Ｐ１より低い。

まず、最初に図１８（ｃ）に示すように、第４の熱伝導ガスバルブ５８ｄ及び第５の熱伝導ガスバルブ５８ｅを、先に開ける。あらかじめ、熱伝導ガスバルブ５８の下流側の熱伝導ガス通路５６が真空状態になっていることにより、熱伝導ガス領域７６の圧力の低下が促進される。

次に、図１８（ｄ）に示すように、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａ、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂ、及び第３の熱伝導ガスバルブ５８ｃを、開ける。

熱伝導ガス領域７６の圧力が低下することで、シリコン基板１０は、高温状態になる。シリコン基板１０が高温状態にある時には、メモリホールＭＨの底面及び側面に形成された反応生成物６３の分解反応が促進され、反応生成物６３の分解が主に進行する。

次に、第２のエッチング及び第２の反応生成物除去を行う場合は、図１８（ａ）～図１８（ｄ）の動作を繰り返す。図１８（ａ）～図１８（ｄ）の動作を繰り返すことで、熱伝導ガス領域７６の伝導ガスの圧力を変化させ、シリコン基板１０の低温状態と、シリコン基板１０の高温状態を交互に繰り返すことができる。

次に、第６の実施形態の半導体製造装置の作用及び効果について説明する。

図１９は、比較例の半導体製造装置の要部の模式図である。図１９（ａ）は、ホルダ２２の上面図である。図１９（ａ）は、静電チャック２２ｂの上面図である。図１９（ｂ）は、静電チャック２２ｂ、熱伝導ガス通路５６、熱伝導ガスバルブ５８、第１の熱伝導ガス供給配管４６、熱伝導ガス排出配管４８、第１の主バルブ５０、及び第２の主バルブ５２の関係を示す図である。図１９（ｂ）は、図１９（ａ）のＢＢ’断面を含む図である。図１９は、第６の実施形態の図１７に対応する図である。

比較例のＲＩＥ装置は、熱伝導ガスの供給用に熱伝導ガス通路５６、熱伝導ガスバルブ５８、及び熱伝導ガス孔７４が一個ずつ設けられ、熱伝導ガスの排出用に熱伝導ガス通路５６、熱伝導ガスバルブ５８、及び熱伝導ガス孔７４が一個ずつ設けられる点で、第６の実施形態のＲＩＥ装置と異なる。

具体的には、比較例のＲＩＥ装置は、熱伝導ガスの供給用に熱伝導ガス通路５６ｘ、熱伝導ガスバルブ５８ｘ、及び熱伝導ガス孔７４ｘを有する。比較例のＲＩＥ装置は、熱伝導ガスの排出用に熱伝導ガス通路５６ｙ、熱伝導ガスバルブ５８ｙ、及び熱伝導ガス孔７４ｙを有する。

比較例のＲＩＥ装置の場合、熱伝導ガス領域７６の伝導ガスの圧力を変化させ、半導体ウェハＷの低温状態と、半導体ウェハＷの高温状態を交互に繰り返す場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきが大きくなるという問題がある。半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきが大きくなると、例えば、エッチング処理や反応生成物除去の際のばらつきが大きくなり、被加工層をドライエッチングで加工する際の加工精度が低下する。

半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきが生じる一つの理由は、熱伝導ガス領域７６の伝導ガスの圧力変化の位置依存性が大きいことが考えられる。

例えば、半導体ウェハＷを高温状態から低温状態に移行する場合、すなわち、熱伝導ガス領域７６の伝導ガスの圧力を上昇させる場合、静電チャック２２ｂの外周部で熱伝導ガスの供給が遅れると、半導体ウェハＷの外周部の温度が下がりにくくなる。逆に、静電チャック２２ｂの内周部で熱伝導ガスの供給が遅れると、半導体ウェハＷの内周部の温度が下がりにくくなる。

また、例えば、半導体ウェハＷを低温状態から高温状態に移行する場合、すなわち、熱伝導ガス領域７６の伝導ガスの圧力を低下させる場合、静電チャック２２ｂの外周部で熱伝導ガスの排出が遅れると、半導体ウェハＷの外周部の温度が上がりにくくなる。逆に、静電チャック２２ｂの内周部で熱伝導ガスの排出が遅れると、半導体ウェハＷの内周部の温度が上がりにくくなる。

第６の実施形態のＲＩＥ装置は、熱伝導ガスの供給用に複数の熱伝導ガス通路５６、及び複数の熱伝導ガス孔７４が設けられる。したがって、熱伝導ガス領域７６への熱伝導ガスの供給が比較例と比べ、促進される。よって、半導体ウェハＷを高温状態から低温状態に移行する場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきが抑制される。

また、第６の実施形態のＲＩＥ装置は、熱伝導ガスの排出用に複数の熱伝導ガス通路５６、及び複数の熱伝導ガス孔７４が設けられる。したがって、熱伝導ガスの熱伝導ガス領域７６からの排出が比較例と比べ、促進される。よって、半導体ウェハＷを低温状態から高温状態に移行する場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきが抑制される。

さらに、第６の実施形態のＲＩＥ装置は、複数の熱伝導ガス通路５６のそれぞれに、熱伝導ガスバルブ５８が設けられる。熱伝導ガスバルブ５８の開閉又は開度は、独立に制御することが可能である。

したがって、例えば、熱伝導ガス領域７６への熱伝導ガスの供給を、熱伝導ガス領域７６の位置毎に調整することが可能となる。例えば、半導体ウェハＷの温度が下がりにくい領域への熱伝導ガスの供給を促進させることが可能となる。よって、半導体ウェハＷを高温状態から低温状態に移行する場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきを更に抑制できる。

また、例えば、熱伝導ガス領域７６からの熱伝導ガスの排出を、熱伝導ガス領域７６の位置毎に調整することが可能となる。例えば、半導体ウェハＷの温度が上がりにくい領域からの熱伝導ガスの排出を促進させることが可能となる。よって、半導体ウェハＷを低温状態から高温状態に移行する場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきを更に抑制できる。

図１８は、例えば、シリコン基板１０を低温状態から高温状態に移行する場合であって、シリコン基板１０の外周部の温度が上がりにくい場合の、第１の主バルブ５０、第２の主バルブ５２、及び熱伝導ガスバルブ５８の制御シークエンスの一例を示す。図１８（ｃ）に示すように、第４の熱伝導ガスバルブ５８ｄ及び第５の熱伝導ガスバルブ５８ｅを、先に開けることによって、シリコン基板１０の外周部に対応する熱伝導ガス領域７６からの熱伝導ガスの排出を促進させる。したがって、シリコン基板１０の外周部の温度が上がりやすくなる。よって、シリコン基板１０を低温状態から高温状態に移行する場合のシリコン基板１０の温度の面内ばらつきを抑制できる。

なお、図１８（ｃ）では第４の熱伝導ガスバルブ５８ｄ及び第５の熱伝導ガスバルブ５８ｅを、先に開けているが、先に開けるバルブはこれに限定されない。例えば、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａを、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂよりも先に開けても構わない。また、例えば、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂを、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａよりも先に開けても構わない。

なお、例えば、シリコン基板１０を高温状態から低温状態に移行する場合、すなわち、第１の主バルブ５０及び熱伝導ガスバルブ５８を開き、第１の熱伝導ガス供給配管４６からヘリウムガスを、熱伝導ガス領域７６に供給する場合、熱伝導ガスバルブ５８の内の一部を先に開くことも可能である。例えば、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａを、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂよりも先に開ける。これにより、第１の熱伝導ガス孔７４ａの上のシリコン基板１０の温度を、第２の熱伝導ガス孔７４ｂの上のシリコン基板１０の温度よりも速く下げることが可能となる。また、例えば、第２の熱伝導ガスバルブ５８ｂを、第１の熱伝導ガスバルブ５８ａよりも先に開ける。これにより、第２の熱伝導ガス孔７４ｂの上のシリコン基板１０の温度を、第１の熱伝導ガス孔７４ａの上のシリコン基板１０の温度よりも速く下げることが可能となる。

以上、第６の実施形態の半導体装置製造装置及び半導体装置の製造方法によれば、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが可能となる。

（第７の実施形態）
第７の実施形態の半導体製造装置は、第１のガス通路及び第２のガス通路がガス排出配管に接続され、第１のガス通路及び第２のガス通路が第１のガス供給配管に接続されない点で、第６の実施形態の半導体製造装置と異なる。以下、第６の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図２０は、第７の実施形態の半導体製造装置の要部の模式図である。図２０は、第６の実施形態の図１７（ｂ）に対応する図である。

熱伝導ガス通路５６のうちの一つが、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。第４の熱伝導ガス通路５６ｄが、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。

また、熱伝導ガス通路５６の一部は、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。第１の熱伝導ガス通路５６ａ、第２の熱伝導ガス通路５６ｂ、第３の熱伝導ガス通路５６ｃ、及び第５の熱伝導ガス通路５６ｅが、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。

第７の実施形態のＲＩＥ装置は、例えば、熱伝導ガス領域７６からの熱伝導ガスの排出を、熱伝導ガス領域７６の位置毎に調整することが可能となる。例えば、半導体ウェハＷの温度が上がりにくい領域からの熱伝導ガスの排出を促進させることが可能となる。よって、半導体ウェハＷを低温状態から高温状態に移行する場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきを抑制できる。

（変形例）
図２１は、第７の実施形態の変形例の半導体製造装置の要部の模式図である。図２１は、第７の実施形態の図２０に対応する図である。第７の実施形態の半導体製造装置は、第１のガス通路及び第２のガス通路がガス排出配管に接続されず、第１のガス通路及び第２のガス通路が第１のガス供給配管に接続される点で、第７の実施形態の半導体製造装置と異なる。

熱伝導ガス通路５６のうちの一部が、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。第１の熱伝導ガス通路５６ａ、第２の熱伝導ガス通路５６ｂ、第３の熱伝導ガス通路５６ｃ、及び第４の熱伝導ガス通路５６ｄが、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。

また、熱伝導ガス通路５６の一つが、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。第５の熱伝導ガス通路５６ｅが、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。

第７の実施形態の変形例のＲＩＥ装置は、例えば、熱伝導ガス領域７６への熱伝導ガスの供給を、熱伝導ガス領域７６の位置毎に調整することが可能となる。例えば、半導体ウェハＷの温度が下がりにくい領域への熱伝導ガスの供給を促進させることが可能となる。よって、半導体ウェハＷを高温状態から低温状態に移行する場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきを抑制できる。

以上、第７の実施形態及び変形例の半導体装置製造装置によれば、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが可能となる。

（第８の実施形態）
第８の実施形態の半導体製造装置は、第１のガス通路、第２のガス通路、及び第３のガス通路が、第１のガス供給配管に接続され、かつ、ガス排出配管に接続されず、第４のガス通路及び第５のガス通路が第１のガス供給配管に接続されず、かつ、ガス排出配管に接続される点で、第６の実施形態の半導体製造装置と異なる。以下、第６の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図２２は、第８の実施形態の半導体製造装置の要部の模式図である。図２２は、第６の実施形態の図１７（ｂ）に対応する図である。

熱伝導ガス通路５６のうちの一部が、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。第１の熱伝導ガス通路５６ａ、第２の熱伝導ガス通路５６ｂ、及び第３の熱伝導ガス通路５６ｃが、第１の熱伝導ガス供給配管４６に接続される。

また、熱伝導ガス通路５６の一部は、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。第４の熱伝導ガス通路５６ｄ及び第５の熱伝導ガス通路５６ｅが、熱伝導ガス排出配管４８に接続される。

第８の実施形態のＲＩＥ装置は、例えば、熱伝導ガス領域７６からの熱伝導ガスの排出を、熱伝導ガス領域７６の位置毎に調整することが可能となる。例えば、半導体ウェハＷの温度が上がりにくい領域からの熱伝導ガスの排出を促進させることが可能となる。よって、半導体ウェハＷを低温状態から高温状態に移行する場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきを抑制できる。

また、例えば、熱伝導ガス領域７６への熱伝導ガスの供給を、熱伝導ガス領域７６の位置毎に調整することが可能となる。例えば、半導体ウェハＷの温度が下がりにくい領域への熱伝導ガスの供給を促進させることが可能となる。よって、半導体ウェハＷを高温状態から低温状態に移行する場合、半導体ウェハＷの温度の面内ばらつきを抑制できる。

以上、第８の実施形態及び半導体装置製造装置によれば、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが可能となる。

（第９の実施形態）
第９の実施形態の半導体製造装置は、凹部に第１のガスと異なる第２のガスを供給する第２のガス供給配管を、更に備え、第１のガス通路及び第２のガス通路が、第１のガス供給配管及び第２のガス供給配管に接続される点で、第６の実施形態の半導体製造装置と異なる。以下、第６の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する場合がある。

図２３は、第９の実施形態の半導体製造装置の要部の模式図である。図２３は、第６の実施形態の図１７（ｂ）に対応する図である。

第９の実施形態のＲＩＥ装置は、第２の熱伝導ガス供給配管４７、及び第３の主バルブ５３を備える。

第２の熱伝導ガス供給配管４７は、凹部７２に接続される。第２の熱伝導ガス供給配管４７は、熱伝導ガス通路５６に接続される。第２の熱伝導ガス供給配管４７から熱伝導ガス通路５６に熱伝導ガスが供給される。

第２の熱伝導ガス供給配管４７から、第１の熱伝導ガス供給配管４６から供給される熱伝導ガスとは異なる熱伝導ガスが供給される。第２の熱伝導ガス供給配管４７から供給される熱伝導ガスは、第２のガスの一例である。

第２の熱伝導ガス供給配管４７から供給される熱伝導ガスは、例えば、第１の熱伝導ガス供給配管４６から供給される熱伝導ガスよりも熱伝導率が低い。

例えば、第１の熱伝導ガス供給配管４６から供給される熱伝導ガスがヘリウムガス、第２の熱伝導ガス供給配管４７から供給される熱伝導ガスがアルゴンガス又は窒素ガスである。

第３の主バルブ５３は、第２の熱伝導ガス供給配管４７に設けられる。第３の主バルブ５３は、例えば、流量制御バルブである。第３の主バルブ５３を用いて、熱伝導ガス通路５６への熱伝導ガスの供給が制御される。第３の主バルブ５３を用いて、熱伝導ガス通路５６への熱伝導ガスの供給を遮断することも可能である。

第９の実施形態のＲＩＥ装置は、例えば、２種の熱伝導ガスを用いる第４の実施形態の半導体装置の製造方法の実施に用いられる。

以上、第９の実施形態及び半導体装置製造装置によれば、被加工層をドライエッチングで加工する際に、高い精度で加工することが可能となる。

第１ないし第４の実施形態では、エッチングを３回行い、それぞれのエッチングの後に反応生成物除去を行う場合を例に説明した。しかし、エッチングの回数は３回に限定されるものではない。エッチングの回数は２回以上であれば、任意の回数とすることが可能である。

第５の実施形態では、エッチングを４回行う場合を例に説明した。しかし、エッチングの回数は４回に限定されるものではない。エッチングの回数は２回以上であれば、任意の回数とすることが可能である。

第１ないし第５の実施形態では、半導体装置が不揮発性メモリである場合を例に説明したが、半導体装置は、不揮発性メモリに限定されるものではない。

第１ないし第５の実施形態では、被加工層が、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とが交互に積層された構造を含む場合を例に説明したが、被加工層は特に限定されるものではない。例えば、被加工層が、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜以外の絶縁膜が交互に積層された構造を含んでも構わない。また、例えば、被加工層が、絶縁膜と半導体膜とが交互に積層された構造を含んでも構わない。また、例えば、被加工層が、絶縁膜と金属膜とが交互に積層された構造を含んでも構わない。また、被加工層は単一膜で構成されていても構わない。

第１ないし第５の実施形態では、被加工層にエッチングによりメモリホールＭＨを形成する場合を例に説明したが、被加工層に形成するパターンは穴パターンに限定されるものではない。被加工層に形成するパターンは、例えば、溝パターンであっても構わない。また、被加工層を全面エッチングする形態を採用することも可能である。

第１ないし第５の実施形態では、反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ装置）が、二周波型の容量結合プラズマ装置（ＣＣＰ装置）である場合を例に説明した。しかし、ＲＩＥ装置の種類は特に限定されない。

第１ないし第４の実施形態では、反応生成物除去の際にもエッチングガスをチャンバ２０の中に供給する場合を例に説明したが、例えば、反応生成物除去の際にはエッチングガスに替えて水素ガス、窒素ガス、又はアルゴンガス等をチャンバ２０の中に供給しても構わない。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

（付記１）
チャンバの中に設けられたホルダの上に、被加工層を有する基板を載置し、
前記ホルダと前記基板との間に、前記基板に接する第１のガスを供給し、
前記第１のガスの圧力を第１の圧力に制御し、
前記被加工層に、第１のプロセスガスを用いた反応性イオンエッチング法により、凹部を形成する第１のエッチング処理を行い、
前記第１のエッチング処理の後に、前記第１のガスの圧力を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に制御し、
前記基板の温度が２００℃以上３５０℃以下の状態で、水素を含む第２のプロセスガスを用いて前記凹部に水素ラジカルを供給する第１の処理を行い、
前記第１の処理の後に、前記第１のガスの圧力を前記第２の圧力よりも高い第３の圧力に制御し、
第３のプロセスガスを用いた反応性イオンエッチング法により、前記凹部の底面をエッチングする第２のエッチング処理を行う半導体装置の製造方法。

（付記２）
前記第１のエッチング処理、前記第１の処理及び前記第２のエッチング処理は同一チャンバ内で行われる付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記３）
前記第１のプロセスガスは、炭素及びフッ素を含む付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記４）
前記第１のプロセスガスを用いた反応性イオンエッチング法により、前記凹部の表面に第１の膜を形成する付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記５）
前記第１の膜は、炭素及びフッ素を含む付記４記載の半導体装置の製造方法。

（付記６）
前記第１の処理において、前記第１の膜を還元する付記４記載の半導体装置の製造方法。

（付記７）
前記第１の処理において、前記第１の膜のフッ素濃度を低減する付記４記載の半導体装置の製造方法。

（付記８）
前記第２のプロセスガスは、水素ガスを含む付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記９）
前記第１のエッチング処理を行う前に、前記被加工層の上にパターンを有するマスク層を形成し、前記マスク層をマスクに前記凹部を形成する付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記１０）
前記マスク層は炭素を含む付記９記載の半導体装置の製造方法。

（付記１１）
前記第１のエッチング処理の際の前記基板の温度は２０℃以下である付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記１２）
前記第１の処理の際に前記基板に印加される高周波電力は、前記第１のエッチング処理の際に前記基板に印加される高周波電力よりも低い付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記１３）
前記被加工層は、シリコンを含む付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記１４）
前記被加工層は、第１の層と前記第１の層と異なる第２の層とが交互に積層された構造を含む付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記１５）
前記第１の層は酸化シリコン膜であり、前記第２の層は窒化シリコン膜である付記１４記載の半導体装置の製造方法。

（付記１６）
前記第２のエッチング処理の後に、前記第１のガスの圧力を前記第３の圧力よりも低い第４の圧力に制御し、
前記基板の温度が２００℃以上３５０℃以下の状態で、水素を含む第４のプロセスガスを用いて前記凹部に水素ラジカルを供給する第２の処理を行い、
前記第２の処理の後に、前記第１のガスの圧力を前記第４の圧力よりも高い第５の圧力に制御し、
第５のプロセスガスを用いた反応性イオンエッチング法により、前記凹部の底面をエッチングする第３のエッチング処理を行う付記１記載の半導体装置の製造方法。

（付記１７）
チャンバの中に設けられたホルダの上に、被加工層を有する基板を載置し、
前記ホルダと前記基板との間に、前記基板に接する第１のガスを供給し、
前記第１のガスの圧力を第１の圧力に制御し、
反応性イオンエッチング法を用いて前記被加工層をエッチングする第１のエッチング処理を行い、
前記第１のエッチング処理の後に、前記第１のガスの圧力を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に制御し、
前記被加工層の上の反応生成物を除去する第１の反応生成物除去を行い、
前記第１の反応生成物除去の後に、前記第１のガスの圧力を前記第２の圧力よりも高い第３の圧力に制御し、
反応性イオンエッチング法を用いて前記被加工層をエッチングする第２のエッチング処理を行う半導体装置の製造方法。

（付記１８）
前記第１のエッチング処理及び前記第２のエッチング処理の際に、前記チャンバの中に炭素（Ｃ）及びフッ素（Ｆ）を含む第２のガスを供給する付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記１９）
前記第１の反応生成物除去の際に、前記チャンバの中に前記第２のガスを供給する付記１８記載の半導体装置の製造方法。

（付記２０）
前記被加工層は、シリコン（Ｓｉ）及び窒素（Ｎ）を含む付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記２１）
前記被加工層は、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とが交互に積層された構造を含む付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記２２）
前記第１のガスの圧力を前記第２の圧力に制御している時間をｔｄ（ｓｅｃ）、前記第１のエッチング処理の際の前記ホルダの温度をＴ（℃）、前記基板の面積と前記チャンバの内壁面積との和に対する前記基板の面積の比率をｋ、前記チャンバの内部に印加される高周波電力をＰｗ（Ｗ）、前記基板の質量をｍ（ｋｇ）、前記基板の比熱容量をｃ（Ｊ／（ｋｇ・℃））とした場合に、下記不等式が成立する付記１７記載の半導体装置の製造方法。
ｔｄ≧（１００－Ｔ）／｛（ｋ×Ｐｗ）／（ｍ×ｃ）｝

（付記２３）
前記第１のガスの圧力を前記第２の圧力に制御している時間は１０秒より長い付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記２４）
前記第１のガスの圧力の変更の制御と、前記チャンバの内部に印加される高周波電力の変更の制御とを同期させる付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記２５）
前記第１の反応生成物除去の際に前記チャンバの内部に印加される高周波電力を、前記第１のエッチング処理の際に前記チャンバの内部に印加される高周波電力よりも高くする付記２４記載の半導体装置の製造方法。

（付記２６）
前記第１の反応生成物除去の際に前記チャンバの内部に印加される高周波電力を、前記第１のエッチング処理の際に前記チャンバの内部に印加される高周波電力よりも低くする付記２４記載の半導体装置の製造方法。

（付記２７）
前記第１のエッチング処理の際に前記被加工層に凹部を形成し、
前記第２のエッチング処理の際に前記凹部の底面をエッチングする付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記２８）
前記第１のガスは、ヘリウム（Ｈｅ）、水素（H）、窒素（Ｎ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、又はキセノン（Ｘｅ）を含む付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記２９）
前記第１のガスの圧力を前記第２の圧力に制御した後に、前記第１のガスに替えて、前記第１のガスよりも熱伝導率が低い第３のガスを、前記ホルダと前記基板との間に前記基板に接するように供給し、
前記第１の反応生成物除去の後に、前記第３のガスに替えて前記第１のガスを、前記ホルダと前記基板との間に前記基板に接するように供給し、
前記第１のガスの圧力を前記第２の圧力よりも高い第３の圧力に制御する付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記３０）
前記第２の圧力は前記第１の圧力の１００分の１以下である付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記３１）
前記第１のエッチング処理の際の前記基板の温度は６０℃以下であり、
前記第１の反応生成物除去の際の前記基板の温度は１００℃以上である付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記３２）
前記第２のエッチング処理の後に、前記第１のガスの圧力を前記第３の圧力よりも低い第４の圧力に制御し、
前記被加工層の上の反応生成物を除去する第２の反応生成物除去を行い、
前記第２の反応生成物除去の後に、前記第１のガスの圧力を前記第４の圧力よりも高い第５の圧力に制御し、
反応性イオンエッチング法を用いて前記被加工層をエッチングする第３のエッチング処理を行う付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記３３）
前記基板の温度を測定し、測定された前記基板の温度に基づき、前記第１のガスの圧力を前記第３の圧力に制御する付記１７記載の半導体装置の製造方法。

（付記３４）
チャンバの中に設けられたホルダの上に、被加工層を有する基板を載置し、
前記ホルダと前記基板との間に、前記基板に接する第１のガスを供給し、
前記第１のガスの圧力を第１の圧力に制御し、
前記基板の温度が６０℃以下の第１の状態で、反応性イオンエッチング法を用いて前記被加工層をエッチングする第１のエッチング処理を行い、
前記第１のエッチング処理の後に、前記第１のガスの圧力を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に制御し、
前記基板の温度が１００℃以上の第２の状態を実現し、
前記第２の状態を実現した後に、前記第１のガスの圧力を前記第２の圧力よりも高い第３の圧力に制御し、
前記基板の温度が６０℃以下の第３の状態で、反応性イオンエッチング法を用いて前記被加工層をエッチングする第２のエッチング処理を行う半導体装置の製造方法。

（付記３５）
前記第１のガスの圧力を前記第２の圧力に制御している時間をｔｄ（ｓｅｃ）、前記第１のエッチング処理の際の前記ホルダの温度をＴ（℃）、前記基板の面積の前記基板の面積と前記チャンバの内壁面積との和に対する比率をｋ、前記チャンバの内部に印加される高周波電力をＰｗ（Ｗ）、前記基板の質量をｍ（ｋｇ）、前記基板の比熱容量をｃ（Ｊ／（ｋｇ・℃））とした場合に、下記不等式が成立する付記３４記載の半導体装置の製造方法。
ｔｄ≧（１００－Ｔ）／｛（ｋ×Ｐｗ）／（ｍ×ｃ）｝

（付記３６）
前記第１のガスの圧力の変更の制御と、前記チャンバの内部に印加される高周波電力の変更の制御とを同期させる付記３４記載の半導体装置の製造方法。

１０シリコン基板（基板）
２０チャンバ
２２ホルダ
２２ｂ静電チャック
４６第１の熱伝導ガス供給配管（第１のガス供給配管）
４７第２の熱伝導ガス供給配管（第２のガス供給配管）
４８熱伝導ガス排出配管（ガス排出配管）
５０第１の主バルブ
５２第２の主バルブ
５４制御回路
５６ａ第１の熱伝導ガス通路（第１のガス通路）
５６ｂ第２の熱伝導ガス通路（第２のガス通路）
５６ｃ第３の熱伝導ガス通路（第３のガス通路）
５８ａ第１の熱伝導ガスバルブ（第１のバルブ）
５８ｂ第２の熱伝導ガスバルブ（第２のバルブ）
５８ｃ第３の熱伝導ガスバルブ（第３のバルブ）
６０積層体（被加工層）
６０ａ酸化シリコン膜（第１の層）
６０ｂ窒化シリコン膜（第２の層）
６２炭素層（マスク層）
６４ａ第１の保護膜（第１の膜）
７２凹部
７４ａ第１の熱伝導ガス孔（第１の孔）
７４ｂ第２の熱伝導ガス孔（第２の孔）
７４ｃ第３の熱伝導ガス孔（第３の孔）
１００不揮発性メモリ（半導体装置）
ＭＨメモリホール（凹部）

Claims

チャンバと、
前記チャンバの中に設けられ、基板を吸着可能なホルダであって、表面に凹部と、前記凹部に設けられた第１の孔と、前記凹部に設けられた第２の孔と、を含むホルダと、
前記第１の孔に接続された第１のガス通路と、
前記第２の孔に接続された第２のガス通路と、
前記第１のガス通路に設けられた第１のバルブと、
前記第２のガス通路に設けられた第２のバルブと、
前記凹部に第１のガスを供給する第１のガス供給配管と、
前記凹部からガスを排出するガス排出配管と、を備え、
前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路が前記第１のガス供給配管に接続されるか、又は、前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路が前記ガス排出配管に接続される半導体製造装置。
前記第１のバルブの開閉と、前記第２のバルブの開閉を、独立して制御可能な制御回路を、更に備える請求項１記載の半導体製造装置。
前記ホルダは静電チャックを含む請求項１記載の半導体製造装置。
前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路が前記第１のガス供給配管に接続され、かつ、前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路が前記ガス排出配管に接続される請求項１記載の半導体製造装置。
前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路と前記第１のガス供給配管との間に設けられた第１の主バルブと、前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路と前記ガス排出配管との間に設けられた第２の主バルブと、を更に備える請求項４記載の半導体製造装置。
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブは、流量制御バルブ又は圧力制御バルブである請求項１記載の半導体製造装置。
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブは、前記ホルダの中に設けられる請求項１記載の半導体製造装置。
前記ホルダは、前記凹部に設けられた第３の孔を、更に含み、
前記第３の孔に接続された第３のガス通路と、
前記第３のガス通路に設けられた第３のバルブと、を更に備え、
前記第１のガス通路、前記第２のガス通路、及び前記第３のガス通路が前記第１のガス供給配管に接続されるか、又は、前記第１のガス通路、前記第２のガス通路、及び前記第３のガス通路が前記ガス排出配管に接続される請求項１記載の半導体製造装置。
前記凹部に第１のガスと異なる第２のガスを供給する第２のガス供給配管を、更に備え、
前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路が、前記第１のガス供給配管及び前記第２のガス供給配管に接続される請求項１記載の半導体製造装置。
前記第１のガスはヘリウムガスである請求項１記載の半導体製造装置。
チャンバの中に設けられ、表面に設けられた凹部と、前記凹部に設けられた第１の孔と、前記凹部に設けられた第２の孔とを有するホルダの上に、被加工層を有する基板を載置し、
前記第１の孔に接続された第１のガス通路に設けられた第１のバルブ、及び前記第２の孔に接続された第２のガス通路に設けられた第２のバルブを開いて、前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路を経由して、前記ホルダと前記基板との間に、前記基板に接する第１のガスを供給し、
前記第１のガスの圧力を第１の圧力に制御し、
反応性イオンエッチング法を用いて前記被加工層をエッチングする第１のエッチング処理を行い、
前記第１のエッチング処理の途中又は前記第１のエッチング処理の後に、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉じ、
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉じた後に、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを開いて、前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路を経由して、前記ホルダと前記基板との間から、前記第１のガスを排出し、
前記第１のガスの圧力を前記第１の圧力よりも低い第２の圧力に制御し、
前記被加工層の上の反応生成物を除去する第１の反応生成物除去を行う半導体装置の製造方法であって、
前記第１のガスを供給する際に、前記第１のバルブ又は前記第２のバルブのいずれか一方を先に開くか、又は、
前記第１のガスを排出する際に、前記第１のバルブ又は前記第２のバルブのいずれか一方を先に開く、半導体装置の製造方法。
前記第１のガスを供給する際に、前記第１のバルブ又は前記第２のバルブのいずれか一方を先に開く請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
前記第１のガスを排出する際に、前記第１のバルブ又は前記第２のバルブのいずれか一方を先に開く請求項１１記載の半導体装置の製造方法。
前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを閉じた後、前記第１のバルブ及び前記第２のバルブを開く前に、前記第１のガス通路及び前記第２のガス通路に接続されたガス排出配管から、前記第１のバルブと前記ガス排出配管との間の前記第１のガス通路の中の前記第１のガス、及び、前記第２のバルブと前記ガス排出配管との間の前記第２のガス通路の中の前記第１のガスを排出する請求項１１記載の半導体装置の製造方法。