JP2023002441A - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】エッチング選択比を向上できるエッチング方法及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】エッチング方法は、基板を準備する工程であり、基板は、シリコン及び窒素を含む第１領域と、シリコン及び酸素を含む第２領域とを含む、工程と、炭素、フッ素及びタングステンを含む処理ガスから生成されるプラズマに第１領域及び第２領域を晒すことによって、第１領域上にタングステン含有保護層を形成しつつ、第２領域をエッチングする工程と、を含む。【選択図】図３
Description
本開示の例示的実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
特許文献１は、基板に対するプラズマ処理によって、酸化シリコンから構成された第１領域を窒化シリコンから構成された第２領域に対して選択的にエッチングする方法を開示する。第２領域は凹部を有する。第１領域は、凹部を埋めると共に第２領域を覆うように設けられる。第１領域は、フルオロカーボンを含む処理ガスから生成されたプラズマによりエッチングされる。
本開示は、エッチング選択比を向上できるエッチング方法及びプラズマ処理装置を提供する。
一つの例示的実施形態において、エッチング方法は、基板を準備する工程であり、前記基板は、シリコン及び窒素を含む第１領域と、シリコン及び酸素を含む第２領域とを含む、工程と、炭素、フッ素及びタングステンを含む処理ガスから生成されるプラズマに前記第１領域及び前記第２領域を晒すことによって、前記第１領域上にタングステン含有保護層を形成しつつ、前記第２領域をエッチングする工程と、を含む。
一つの例示的実施形態によれば、エッチング選択比を向上できるエッチング方法及びプラズマ処理装置が提供される。
以下、種々の例示的実施形態について説明する。
一つの例示的実施形態において、エッチング方法は、基板を準備する工程であり、前記基板は、シリコン及び窒素を含む第１領域と、シリコン及び酸素を含む第２領域とを含む、工程と、炭素、フッ素及びタングステンを含む処理ガスから生成されるプラズマに前記第１領域及び前記第２領域を晒すことによって、前記第１領域上にタングステン含有保護層を形成しつつ、前記第２領域をエッチングする工程と、を含む。
上記エッチング方法によれば、第１領域に対する第２領域のエッチング選択比を向上できる。また、上記エッチング方法によれば、第１領域上にタングステン含有保護層が形成されるため、特に第１領域の肩部分を保護できる。その結果、当該肩部分が傾斜し難くなるので、第１領域の上面における平坦部分の面積を広く確保することができる。
前記エッチングする工程において、前記第２領域が除去された後において前記タングステン含有保護層が前記第１領域上に残存していてもよい。
前記処理ガスが、炭素及びフッ素を含有するガスと、タングステン含有ガスとを含んでもよい。
前記タングステン含有ガスが、六フッ化タングステンガスを含んでもよい。
前記炭素及びフッ素を含有するガスが、フルオロカーボンガスを含んでもよい。
前記処理ガスが酸素を含んでもよい。この場合、炭素含有膜が第１領域上に形成され難くなる。
前記第１領域は凹部を有し、前記第２領域は前記凹部内に埋め込まれてもよい。この場合、第２領域をエッチングすることにより、凹部を形成できる。
前記エッチングする工程は、セルフアラインコンタクト工程において行われてもよい。
前記エッチングする工程では、前記プラズマを生成するために、プラズマ処理装置に高周波電力及びバイアス電力を供給し、前記エッチングする工程は、（ａ）前記高周波電力を第１の電力とし、前記バイアス電力を第２の電力とすることにより、前記第１領域上に優先的にタングステン含有堆積物を堆積させる工程と、（ｂ）前記高周波電力を、前記第１の電力より低い第３の電力とし、前記バイアス電力を前記第２の電力とする遷移工程と、（ｃ）前記高周波電力を前記第３の電力とし、前記バイアス電力を前記第２の電力より高い第４の電力とすることにより、前記第２領域をエッチングする工程と、を含んでもよい。
前記（ａ）～（ｃ）を含むサイクルが２回以上繰り返して実施されてもよい。
一つの例示的実施形態において、エッチング方法は、露出した上面を有するシリコン窒化物と、露出した上面を有するシリコン酸化物とを含む基板を準備する工程と、前記シリコン酸化物及び前記シリコン窒化物を、六フッ化タングステンガスを含む処理ガスから生成されるプラズマに曝すことにより、前記シリコン窒化物上にタングステン窒化物含有保護層を形成する工程と、前記シリコン酸化物及び前記シリコン窒化物を、六フッ化タングステンガスを含む処理ガスから生成されるプラズマに曝すことにより、前記シリコン窒化物に対して前記シリコン酸化物を優先的にエッチングする工程と、を含む。
前記処理ガスが、フルオロカーボンガスを含んでもよい。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置は、チャンバと、前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持器であり、前記基板は、シリコン及び窒素を含む第１領域と、シリコン及び酸素を含む第２領域とを含む、基板支持器と、炭素、フッ素及びタングステンを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部と、前記チャンバ内で前記処理ガスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記プラズマに前記第１領域及び前記第２領域を晒すことによって、前記第１領域上にタングステン含有保護層を形成しつつ、前記第２領域がエッチングされるように、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するように構成される。
以下、図面を参照して種々の例示的実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１及び図２は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
一実施形態において、プラズマ処理システムは、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、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、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。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；ＣａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）、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：ＨｅｌｉｃｏｎＷａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（ＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、２００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。
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。
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。
プラズマ処理システムは、容量結合プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合プラズマ処理装置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、基板支持部１１及びガス導入部を含む。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。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部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及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。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及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。
プラズマ処理システムは、容量結合プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。容量結合プラズマ処理装置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、基板支持部１１及びガス導入部を含む。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。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。シャワーヘッド１３は、基板支持部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及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。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及び基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０筐体とは電気的に絶縁される。
基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。本体部１１１は、導電性部材を含む。本体部１１１の導電性部材は電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。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。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも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、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱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、基板支持部１１と対向し、電極（以下、対向電極と称する場合がある）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、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材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信号を基板支持部１１の導電性部材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基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に結合され、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、基板支持部１１の導電性部材及び／又はシャワーヘッド１３の導電性部材に供給される。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基板支持部１１の導電性部材に結合され、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、基板支持部１１の導電性部材に供給される。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、基板支持部１１の導電性部材に接続され、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、基板支持部１１の導電性部材に印加される。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、シャワーヘッド１３の導電性部材に接続され、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、シャワーヘッド１３の導電性部材に印加される。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。
図３は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法のフローチャートである。図３に示されるエッチング方法ＭＴ（以下、「方法ＭＴ」という）は、上記実施形態のプラズマ処理装置１により実行され得る。方法ＭＴは、基板Ｗに適用され得る。
図４は、図３の方法が適用され得る一例の基板の部分拡大断面図である。図４に示されるように、一実施形態において、基板Ｗは、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とを含む。第１領域Ｒ１は少なくとも１つの凹部Ｒ１ａを有してもよい。第１領域Ｒ１は複数の凹部Ｒ１ａを有してもよい。各凹部Ｒ１ａは、コンタクトホールを形成するための凹部であってもよい。第２領域Ｒ２は凹部Ｒ１ａ内に埋め込まれてもよい。第２領域Ｒ２は第１領域Ｒ１を覆うように設けられてもよい。
第１領域Ｒ１は、シリコン及び窒素を含む。第１領域Ｒ１は、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）を含んでもよい。第１領域Ｒ１は、例えばＣＶＤ等により成膜された領域であってもよいし、シリコンを窒化することにより得られる領域であってもよい。第１領域Ｒ１は、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）を含む第１部分と、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）を含む第２部分とを含んでもよい。この場合、第１部分が凹部Ｒ１ａを有する。
第２領域Ｒ２は、シリコン及び酸素を含む。第２領域Ｒ２は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）を含んでもよい。第２領域Ｒ２は、例えばＣＶＤ等により成膜された領域であってもよいし、シリコンを酸化することにより得られる領域であってもよい。第２領域Ｒ２は、凹部Ｒ２ａを有してもよい。凹部Ｒ２ａは、凹部Ｒ１ａの幅よりも大きい幅を有する。
基板Ｗは、下地領域ＵＲと、下地領域ＵＲ上に設けられた少なくとも１つの隆起領域ＲＡとを含んでもよい。下地領域ＵＲ及び少なくとも１つの隆起領域ＲＡは、第１領域Ｒ１によって覆われる。下地領域ＵＲはシリコンを含んでもよい。下地領域ＵＲ上には複数の隆起領域ＲＡが位置する。複数の隆起領域ＲＡ間に第１領域Ｒ１の凹部Ｒ１ａが位置する。各隆起領域ＲＡは、トランジスタのゲート領域を形成してもよい。
基板Ｗは、マスクＭＫを含んでもよい。マスクＭＫは、第２領域Ｒ２上に設けられる。マスクＭＫは金属、又はシリコンを含んでもよい。マスクＭＫは開口ＯＰを有してもよい。開口ＯＰは、第２領域Ｒ２の凹部Ｒ２ａに対応する。
以下、方法ＭＴについて、方法ＭＴが上記実施形態のプラズマ処理装置１を用いて基板Ｗに適用される場合を例にとって、図３～図６を参照しながら説明する。図５は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法の一工程を示す断面図である。図６は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法を実行することによって得られる一例の基板の部分拡大断面図である。プラズマ処理装置１が用いられる場合には、制御部２によるプラズマ処理装置１の各部の制御により、プラズマ処理装置１において方法ＭＴが実行され得る。方法ＭＴでは、図２に示されるように、プラズマ処理チャンバ１０内に配置された基板支持部１１（基板支持器）上の基板Ｗを処理する。
図３に示されるように、方法ＭＴは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含む。工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は順に実行され得る。
工程ＳＴ１では、図４に示される基板Ｗを準備する。基板Ｗは、プラズマ処理チャンバ１０内において基板支持部１１により支持され得る。基板Ｗは、プラズマエッチングの結果として図４に示される形状となっていてもよいし、プラズマ処理チャンバ１０に提供した当初から図４に示される形状であってもよい。工程ＳＴ１において、第１領域Ｒ１の上面及び第２領域Ｒ２の上面が露出してもよい。すなわち、工程ＳＴ１において、シリコン窒化物の上面及びシリコン酸化物の上面が露出してもよい。
工程ＳＴ２では、図５に示されるように、炭素、フッ素及びタングステンを含む処理ガスから生成されるプラズマに第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２に晒すことによって、第２領域Ｒ２をエッチングする。エッチングではマスクＭＫが用いられる。エッチングは以下のように行われてもよい。まず、ガス供給部２０により、炭素、フッ素及びタングステンを含む処理ガスをプラズマ処理チャンバ１０内に供給する。次に、プラズマ生成部１２により、プラズマ処理チャンバ１０内で処理ガスからプラズマを生成する。制御部２は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２をプラズマに晒すことによって、第１領域Ｒ１上にタングステン含有保護層を形成しつつ、第２領域Ｒ２がエッチングされるように、ガス供給部２０及びプラズマ生成部１２を制御する。
処理ガスは、炭素及びフッ素を含有するガスと、タングステン含有ガスとを含んでもよい。炭素及びフッ素を含有するガスは、フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。フルオロカーボン（ＣｘＦｙ）ガスは、ＣＦ４ガス、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ８ガス及びＣ４Ｆ６ガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。カーボン堆積を制御するガスとしての酸素含有ガス（例えばＯ２ガス）の代わりに、Ｆが比較的多く含まれるＣｘＦｙガス、例えば、Ｃ４Ｆ８ガスを用いてもよい。Ｃ４Ｆ６ガス及び酸素含有ガスの混合ガスの代わりに、例えば、Ｃ４Ｆ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスの混合ガスを用いてもよい。ハイドロフルオロカーボン（ＣｘＨｙＦｚ）ガスは、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨＦ３ガス及びＣＨ３Ｆガスのうち少なくとも１つを含んでもよい。
タングステン含有ガスは、ハロゲン化タングステンガスを含んでもよい。ハロゲン化タングステンガスは、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス、六臭化タングステン（ＷＢｒ６）ガス、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）ガス及びＷＦ５Ｃｌガスの少なくとも１つを含んでもよい。タングステン含有ガスは、ヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）ガスを含んでもよい。
処理ガスは、酸素を含んでもよいし、酸素を含まなくてもよい。処理ガスは、酸素含有ガスを含んでもよい。酸素含有ガスは、Ｏ２ガス、ＣＯガス、及びＣＯ２ガスの少なくとも１つを含んでもよい。処理ガスは、例えばアルゴン等の貴ガスを含んでもよい。
工程ＳＴ２において、基板支持部１１の温度は１００℃以上であってもよく、１２０℃以上であってもよく、１３０℃以上であってもよく、１３０℃を超えてもよく、１４０℃以上であってもよく、１５０℃以上であってもよい。また、基板支持部１１の温度は２５０℃以下であってもよく、２００℃以下であってもよい。
工程ＳＴ２において、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力は１ｍＴｏｒｒ以上であってもよく、１０ｍＴｏｒｒ以上であってもよい。また、プラズマ処理チャンバ１０内の圧力は５０ｍＴｏｒｒ以下であってもよく、３０ｍＴｏｒｒ以下であってもよい。
工程ＳＴ２では、図５に示されるように、タングステン含有膜ＤＰ（タングステン含有保護層）が第１領域Ｒ１上に形成され得る。タングステン含有膜ＤＰは、特に、第１領域Ｒ１の凹部Ｒ１ａにおける肩部分ＳＨを保護できる。その結果、肩部分ＳＨが傾斜し難くなるので、第１領域Ｒ１の上面における平坦部分の面積を広く確保することができる。タングステン含有膜ＤＰは窒素を含んでもよい。タングステン含有膜ＤＰはタングステン窒化物（ＷＮｘ）を含んでもよい。タングステン含有膜ＤＰ上には炭素含有膜が形成されてもよい。炭素含有膜はフッ素を含んでもよい。タングステン含有膜ＤＰ及び炭素含有膜により、第１領域Ｒ１のエッチングが抑制される。第２領域Ｒ２は、タングステン含有膜ＤＰによって覆われないので、エッチングされる。第２領域Ｒ２をエッチングすることにより、図６に示されるように、コンタクトホールＨＬが形成される。コンタクトホールＨＬは第１領域Ｒ１の凹部Ｒ１ａに対応する。このように、工程ＳＴ２は、セルフアラインコンタクト（ＳＡＣ）工程において行われてもよい。凹部Ｒ１ａ内の第２領域Ｒ２が除去された後において、第１領域Ｒ１上にタングステン含有膜ＤＰが残存する。タングステン含有膜ＤＰは、工程ＳＴ２の後、洗浄によって除去され得る。
上記方法ＭＴによれば、第１領域Ｒ１に対する第２領域Ｒ２のエッチング選択比を向上できる。例えば、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）を含む第１領域Ｒ１に対するシリコン酸化物（ＳｉＯｘ）を含む第２領域Ｒ２の選択比を５以上とすることができる。理論に拘束されないが、その理由は以下のように考えられる。プラズマ中のフッ素を含む活性種によって、シリコン酸化物を含む第２領域Ｒ２はエッチングされる。例えばＷＦｘがＳｉＯｘと反応すると、ＷＯｘ又はＷＯｘＦｙが生成される。これにより、ＳｉＯｘがエッチングされる。一方、プラズマ中のタングステンを含む活性種は第１領域Ｒ１のシリコン窒化物と反応して、第１領域Ｒ１の上面にタングステン窒化物が堆積する。あるいは、プラズマ中のタングステンを含む活性種が第１領域Ｒ１のシリコン窒化物と反応して、第１領域Ｒ１の上面の少なくとも一部を改質し、その改質部分がタングステン窒化物を含む。例えばＷＦｘがＳｉＮｘと反応すると、ＷＮｘ及びＳｉＦｘが生成される。ＷＮｘは第１領域Ｒ１の上面の堆積層に含まれていてもよいし、第１領域Ｒ１の上面を改質した層に含まれていてもよい。これにより、第１領域Ｒ１上に、タングステン窒化物を含むタングステン含有膜ＤＰが形成される。プラズマ中のタングステンを含む活性種が比較的高いエネルギーをもって入射する部分、すなわち第１領域Ｒ１の上面において優先的に、タングステン含有膜ＤＰが堆積するか、又は第１領域Ｒ１の上面のシリコン窒化物が改質される。タングステン含有膜ＤＰによって、第１領域Ｒ１のエッチングが抑制される。その結果、第１領域Ｒ１に対する第２領域Ｒ２のエッチング選択比が向上する。
さらに、上記方法ＭＴによれば、タングステン含有膜ＤＰがエッチングマスクとして機能するので、タングステン含有膜ＤＰ上に厚い炭素含有膜を形成する必要がない。厚い炭素含有膜は、コンタクトホールの閉塞（クロッギング）を引き起こす可能性がある。よって、上記方法ＭＴでは、炭素含有膜によるコンタクトホールＨＬの閉塞が抑制される。
処理ガスが酸素を含む場合、炭素含有膜が第１領域Ｒ１上に形成され難くなる。そのため、炭素含有膜によるコンタクトホールＨＬの閉塞が抑制される。一方、処理ガスが酸素を含むと、第１領域Ｒ１の表面の酸化により、第１領域Ｒ１の表面にシリコン酸化物が形成される。その結果、第１領域Ｒ１の表面がエッチングされる。処理ガスが酸素を含まない場合、そのような第１領域Ｒ１のエッチングが抑制される。その結果、第１領域Ｒ１に対する第２領域Ｒ２のエッチング選択比が更に向上する。
図７は、基板支持部１１の本体部１１１中の電極に与えられるバイアス電力及び対向電極に与えられるＲＦ電力の時間変化を示すタイミングチャートの一例である。このタイミングチャートは、方法ＭＴにおける工程ＳＴ２に関連する。工程ＳＴ２では、本体部１１１中の電極にバイアス電力が与えられてもよい。バイアス電力は、例えばＲＦ電力ＬＦであってもよい。以下の記載は、直径３００ミリメートルの基板に用いられる電力の例である。ＲＦ電力ＬＦは１０Ｗ以上、３００Ｗ以下であってもよく、３０Ｗ以上、２００Ｗ以下であってもよく、５０Ｗ以上、１００Ｗ以下であってもよい。ＲＦ電力ＬＦの周波数は、１００ｋＨｚ以上、４０．６８ＭＨｚ以下であってもよい。ＲＦ電力ＬＦが小さいと、プラズマ中のイオンによる第１領域Ｒ１のエッチングが抑制される。工程ＳＴ２では、対向電極にＲＦ電力ＨＦが与えられてもよい。ＲＦ電力ＨＦは５０Ｗ以上、１０００Ｗ以下であってもよく、８０Ｗ以上、８００Ｗ以下であってもよく、１００Ｗ以上、５００Ｗ以下であってもよい。ＲＦ電力ＨＦの周波数は、２７ＭＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下であってもよい。ＲＦ電力ＬＦ及びＲＦ電力ＨＦは、周期ＣＹで周期的に印加されてもよい。なお、バイアス電力は、基板支持部１１の導電性部材に供給されてもよい。また、ＲＦ電力ＨＦは、１又は複数のコイルを含むアンテナに供給されてもよい。
プラズマのイオンエネルギーは、５０ｅＶ以上、７００ｅＶ以下であってもよく、１００ｅＶ以上、６００ｅＶ以下であってもよく、１２０ｅＶ以上、５００ｅＶ以下であってもよい。なお、本開示のイオンエネルギーは、基板上面に入射する平均イオンエネルギーであってもよく、基板上面に入射するイオンエネルギーの分布として表されてもよい。
周期ＣＹは、第１期間ＰＡ、第２期間ＰＢ及び第３期間ＰＣを含み得る。第１期間ＰＡにおいて、ＲＦ電力ＬＦは低電力Ｌ１（第２の電力。例えば１００Ｗ未満）に維持され、ＲＦ電力ＨＦは高電力Ｈ２（第１の電力。例えば１００Ｗ超）に維持される。第１期間ＰＡでは、タングステン含有膜ＤＰ及び炭素含有膜の堆積が促進される。第２期間ＰＢにおいて、ＲＦ電力ＬＦは低電力Ｌ１に維持され、ＲＦ電力ＨＦは低電力Ｌ２（第３の電力。例えば２００Ｗ未満）に維持される。低電力Ｌ２は、高電力Ｈ２よりも小さく、低電力Ｌ１よりも大きい。第３期間ＰＣにおいて、ＲＦ電力ＬＦは高電力Ｈ１（第４の電力。例えば５０Ｗ超）に維持され、ＲＦ電力ＨＦは低電力Ｌ２に維持される。高電力Ｈ１は、低電力Ｌ１よりも大きく、高電力Ｈ２よりも小さい。第３期間ＰＣでは、第２領域Ｒ２のエッチングが促進される。第２期間ＰＢは、第１期間ＰＡから第３期間ＰＣへの遷移期間である。工程ＳＴ２では、第１期間ＰＡ、第２期間ＰＢ及び第３期間ＰＣを含む周期ＣＹに対応する１サイクルが２回以上繰り返して実施されてもよい。
周期ＣＹにおいて第１期間ＰＡが占める割合は、周期ＣＹにおいて第３期間ＰＣが占める割合よりも小さい。周期ＣＹにおいて第１期間ＰＡが占める割合は、１０％以上であってもよいし、５０％未満であってもよい。第１期間ＰＡが占める割合が大きいと、第１領域Ｒ１に対する第２領域Ｒ２のエッチング選択比が大きくなる。第１期間ＰＡが占める割合が小さいと、コンタクトホールＨＬの閉塞が抑制される。周期ＣＹにおいて第３期間ＰＣが占める割合は、５０％以上であってもよい。第３期間ＰＣが占める割合が大きいと、第１領域Ｒ１に対する第２領域Ｒ２のエッチング選択比が大きくなる。周期ＣＹを規定する周波数は、１ｋＨｚ以上１ＭＨｚ以下であり得る。周期ＣＹの時間長は、周期ＣＹを規定する周波数の逆数である。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、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。
以下、方法ＭＴ１の評価のために行った種々の実験について説明する。以下に説明する実験は、本開示を限定するものではない。
（第１実験）
第１実験では、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）を含む第１領域Ｒ１と、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）を含む第２領域Ｒ２とを含む基板Ｗを準備した。その後、プラズマ処理装置１を用いて基板Ｗに対して工程ＳＴ２を実施した。工程ＳＴ２において、処理ガスは、フルオロカーボンガスと酸素ガスと六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）との混合ガスである。また、六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）の流量比は、フルオロカーボンガスの流量比よりも高く、酸素ガスの流量比よりも高い。
第１実験では、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）を含む第１領域Ｒ１と、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）を含む第２領域Ｒ２とを含む基板Ｗを準備した。その後、プラズマ処理装置１を用いて基板Ｗに対して工程ＳＴ２を実施した。工程ＳＴ２において、処理ガスは、フルオロカーボンガスと酸素ガスと六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）との混合ガスである。また、六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）の流量比は、フルオロカーボンガスの流量比よりも高く、酸素ガスの流量比よりも高い。
（第２実験）
第２実験では、工程ＳＴ２において、処理ガスから六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）を除去したこと以外は第１実験の方法と同じ方法を実行した。
第２実験では、工程ＳＴ２において、処理ガスから六フッ化タングステンガス（ＷＦ６）を除去したこと以外は第１実験の方法と同じ方法を実行した。
（実験結果）
第１実験及び第２実験において方法が実行された基板Ｗの断面のＴＥＭ画像を観察した。図８の（ａ）は、第１実験においてエッチング方法を実行することによって得られる基板の断面のＴＥＭ画像を示す図である。図８の（ｂ）は、第２実験においてエッチング方法を実行することによって得られる基板の断面のＴＥＭ画像を示す図である。図８の（ａ）では、第１領域Ｒ１上に形成された膜ＤＰ（図中の黒色部分）が確認された。ＴＥＭ－ＥＤＸの結果から、図８の（ａ）中の膜ＤＰに対応する部分がタングステンを含有することが確認された。一方、図８の（ｂ）では、第１領域Ｒ１上にタングステン含有膜は確認されなかった。さらに、図８の（ａ）では、エッチングにより形成された凹部の底（第２領域Ｒ２の上面）が平坦になっている。一方、図８の（ｂ）では、エッチングにより形成された凹部の底（第２領域Ｒ２の上面）が傾斜している。よって、第１実験では、エッチングにより凹部の底を所望の形状に加工できることが分かる。
第１実験及び第２実験において方法が実行された基板Ｗの断面のＴＥＭ画像を観察した。図８の（ａ）は、第１実験においてエッチング方法を実行することによって得られる基板の断面のＴＥＭ画像を示す図である。図８の（ｂ）は、第２実験においてエッチング方法を実行することによって得られる基板の断面のＴＥＭ画像を示す図である。図８の（ａ）では、第１領域Ｒ１上に形成された膜ＤＰ（図中の黒色部分）が確認された。ＴＥＭ－ＥＤＸの結果から、図８の（ａ）中の膜ＤＰに対応する部分がタングステンを含有することが確認された。一方、図８の（ｂ）では、第１領域Ｒ１上にタングステン含有膜は確認されなかった。さらに、図８の（ａ）では、エッチングにより形成された凹部の底（第２領域Ｒ２の上面）が平坦になっている。一方、図８の（ｂ）では、エッチングにより形成された凹部の底（第２領域Ｒ２の上面）が傾斜している。よって、第１実験では、エッチングにより凹部の底を所望の形状に加工できることが分かる。
以上の説明から、本開示の種々の実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…プラズマ処理装置、２…制御部、１０…プラズマ処理チャンバ、１１…基板支持部、１２…プラズマ生成部、２０…ガス供給部、ＤＰ…タングステン含有膜（タングステン含有保護層）、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｗ…基板。
Claims (13)
- 基板を準備する工程であり、前記基板は、シリコン及び窒素を含む第１領域と、シリコン及び酸素を含む第２領域とを含む、工程と、
炭素、フッ素及びタングステンを含む処理ガスから生成されるプラズマに前記第１領域及び前記第２領域を晒すことによって、前記第１領域上にタングステン含有保護層を形成しつつ、前記第２領域をエッチングする工程と、
を含む、エッチング方法。 - 前記エッチングする工程において、前記第２領域が除去された後において前記タングステン含有保護層が前記第１領域上に残存している、請求項１に記載のエッチング方法。
- 前記処理ガスが、炭素及びフッ素を含有するガスと、タングステン含有ガスとを含む、請求項１又は２に記載のエッチング方法。
- 前記タングステン含有ガスが、六フッ化タングステンガスを含む、請求項３に記載のエッチング方法。
- 前記炭素及びフッ素を含有するガスが、フルオロカーボンガスを含む、請求項３又は４に記載のエッチング方法。
- 前記処理ガスが酸素を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記第１領域は凹部を有し、前記第２領域は前記凹部内に埋め込まれる、請求項１～６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程は、セルフアラインコンタクト工程において行われる、請求項７に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングする工程では、前記プラズマを生成するために、プラズマ処理装置に高周波電力及びバイアス電力を供給し、
前記エッチングする工程は、
（ａ）前記高周波電力を第１の電力とし、前記バイアス電力を第２の電力とすることにより、前記第１領域上に優先的にタングステン含有堆積物を堆積させる工程と、
（ｂ）前記高周波電力を、前記第１の電力より低い第３の電力とし、前記バイアス電力を前記第２の電力とする遷移工程と、
（ｃ）前記高周波電力を前記第３の電力とし、前記バイアス電力を前記第２の電力より高い第４の電力とすることにより、前記第２領域をエッチングする工程と、
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（ａ）～（ｃ）を含むサイクルが２回以上繰り返して実施される、請求項９に記載のエッチング方法。
- 露出した上面を有するシリコン窒化物と、露出した上面を有するシリコン酸化物とを含む基板を準備する工程と、
前記シリコン酸化物及び前記シリコン窒化物を、六フッ化タングステンガスを含む処理ガスから生成されるプラズマに曝すことにより、前記シリコン窒化物上にタングステン窒化物含有保護層を形成する工程と、
前記シリコン酸化物及び前記シリコン窒化物を、六フッ化タングステンガスを含む処理ガスから生成されるプラズマに曝すことにより、前記シリコン窒化物に対して前記シリコン酸化物を優先的にエッチングする工程と、
を含む、エッチング方法。 - 前記処理ガスが、フルオロカーボンガスを含む、請求項１１に記載のエッチング方法。
- チャンバと、
前記チャンバ内において基板を支持するための基板支持器であり、前記基板は、シリコン及び窒素を含む第１領域と、シリコン及び酸素を含む第２領域とを含む、基板支持器と、
炭素、フッ素及びタングステンを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給するように構成されたガス供給部と、
前記チャンバ内で前記処理ガスからプラズマを生成するように構成されたプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記プラズマに前記第１領域及び前記第２領域を晒すことによって、前記第１領域上にタングステン含有保護層を形成しつつ、前記第２領域がエッチングされるように、前記ガス供給部及び前記プラズマ生成部を制御するように構成される、プラズマ処理装置。
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