JP2024033846A - 基板処理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する技術を提供する。【解決手段】開示されるエッチング方法は、基板がチャンバ内で基板支持部上に載置されており、処理ガスがチャンバ内に供給されている状態で、サイクルを繰り返す。基板は、シリコンを含む材料から形成された第１領域と第１領域の材料とは異なる材料から形成された第２領域を含む。処理ガスは、タングステン及び第１領域のエッチングのための成分を含む。サイクルは、第１～第３の工程を含む。第１の工程におけるソース高周波電力のパワーレベルは、第２～第３の工程の各々におけるソース高周波電力のパワーレベルよりも大きい。第３の工程における電気バイアスのレベルは、第１の工程における電気バイアスのレベルよりも大きい。第２の工程における電気バイアスのレベルは、ゼロよりも大きい。【選択図】図３

Description

本開示の例示的実施形態は、基板処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
下記の特許文献１は、処理ガスから形成されたプラズマを用いて、基板の第１領域を当該基板の第２領域に対して選択的にエッチングする方法を開示している。第１領域は、酸化シリコンから形成されており、第２領域は、窒化シリコンから形成されている。処理ガスは、フルオロカーボンを含んでいる。
特開２０１６－１５７７９３号公報
本開示は、エッチング選択比を向上する技術を提供する。
一つの例示的実施形態において、基板処理方法が提供される。基板処理方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持部上に基板を提供する工程（ａ）を含む。基板は、シリコンを含む材料から形成された第１領域及び該第１領域の該材料とは異なる材料から形成された第２領域を含む。基板処理方法は、チャンバ内に処理ガスを供給する工程（ｂ）を更に含む。処理ガスは、タングステン及び第１領域をエッチングするための成分を含む。基板処理方法は、工程（ｂ）が行われている間、サイクルを繰り返す工程を更に含む。サイクルは、チャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するためのソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ１に、基板支持部に供給される電気バイアスのレベルをレベルＬＢ１に設定する工程（ｃ１）を含む。サイクルは、工程（ｃ１）の後に、ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ２に、電気バイアスのレベルをレベルＬＢ２に設定する工程（ｃ２）を更に含む。サイクルは、工程（ｃ２）の後に、ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ３に、電気バイアスのレベルをレベルＬＢ３に設定する工程（ｃ３）を含む。レベルＬＳ１は、レベルＬＳ２及びレベルＬＳ３よりも大きい。レベルＬＢ３は、レベルＬＢ１よりも大きい。レベルＬＢ２は、ゼロよりも大きい。
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する技術が提供される。
プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。 容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。 一つの例示的実施形態に係る基板処理方法の流れ図である。 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３に示す方法の対応の工程において得られる一例の基板の部分拡大断面図である。 図３に示す方法の対応の工程において得られる一例の基板の部分拡大断面図である。 図３の方法におけるサイクルに関連する一例のタイミングチャートである。 図３の方法におけるサイクルに関連する一例のタイミングチャートである。 図３の方法におけるサイクルに関連する一例のタイミングチャートである。 別の例示的実施形態に係る基板処理方法の流れ図である。 図１１の（ａ）は、図１０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り、図１１の（ｂ）～図１１の（ｅ）の各々は、図１０の方法の対応の工程において得られる一例の基板の部分拡大断面図である。
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、基板処理方法が提供される。基板処理方法は、プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持部上に基板を提供する工程（ａ）を含む。基板は、シリコンを含む材料から形成された第１領域及び該第１領域の該材料とは異なる材料から形成された第２領域を含む。基板処理方法は、チャンバ内に処理ガスを供給する工程（ｂ）を更に含む。処理ガスは、タングステン及び第１領域をエッチングするための成分を含む。基板処理方法は、工程（ｂ）が行われている間、サイクルを繰り返す工程を更に含む。サイクルは、チャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するためのソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ１に、基板支持部に供給される電気バイアスのレベルをレベルＬＢ１に設定する工程（ｃ１）を含む。サイクルは、工程（ｃ１）の後に、ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ２に、電気バイアスのレベルをレベルＬＢ２に設定する工程（ｃ２）を更に含む。サイクルは、工程（ｃ２）の後に、ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ３に、電気バイアスのレベルをレベルＬＢ３に設定する工程（ｃ３）を含む。レベルＬＳ１は、レベルＬＳ２及びレベルＬＳ３よりも大きい。レベルＬＢ３は、レベルＬＢ１よりも大きい。レベルＬＢ２は、ゼロよりも大きい。
上記基板処理方法の工程（ｃ１）では、比較的大きいパワーレベルを有するソース高周波電力が供給されて、タングステンを含む堆積物が第２領域上に形成される。工程（ｃ２）では、レベルＬＢ２を有する電気バイアスにより、イオンが堆積物に引き付けられて堆積物が改質される。工程（ｃ３）では、比較的大きいレベルを有する電気バイアスが供給されて、高いエネルギーのイオンが基板に引き付けられて、第１領域がエッチングされる。工程（ｃ３）において、第２領域は、改質された堆積物によりが保護される。したがって、上記基板処理方法によれば、エッチング選択比が向上される。
別の例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバ、基板支持部、ガス供給部、高周波電源、バイアス電源、及び制御部を含む。基板支持部は、チャンバ内に設けられている。ガス供給部は、チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されている。処理ガスは、タングステン及びシリコンを含む材料をエッチングするための成分を含む。高周波電源は、チャンバ内で処理ガスからプラズマを生成するためにソース高周波電力を供給するように構成されている。バイアス電源は、基板支持部に電気的に結合されている。制御部は、基板支持部上に基板が載置されている状態で、ガス供給、高周波電源、及びバイアス電源を制御して、工程（ｂ）及び工程（ｃ）をもたらすように構成されている。工程（ｂ）は、ガス供給部からチャンバ内に処理ガスが供給される。工程（ｃ）は、工程ＳＴ（ｂ）が行われている間に行われる。工程（ｃ）では、サイクルが繰り返される。サイクルは、ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ１に、バイアス電源から基板支持部に供給される電気バイアスのレベルをレベルＬＢ１に設定する工程（ｃ１）を含む。サイクルは、工程（ｃ１）の後に、ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ２に、電気バイアスのレベルをレベルＬＢ２に設定する工程（ｃ２）を含む。サイクルは、工程（ｃ２）の後に、ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ３に、電気バイアスのレベルをレベルＬＢ３に設定する工程（ｃ３）を含む。レベルＬＳ１は、レベルＬＳ２及びレベルＬＳ３よりも大きい。レベルＬＢ３は、レベルＬＢ１よりも大きい。レベルＬＢ２は、ゼロよりも大きい。
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は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。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。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。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；ＣａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、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）等であってもよい。
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、処理部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。制御部２は、例えばコンピュータ２ａにより実現される。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。処理部２ａ１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。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、プラズマ処理装置１の一例としての容量結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図２は、容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。
容量結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源システム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は接地される。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０の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Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。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。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。
リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、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１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間の間隙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、少なくとも１つの上部電極を含む。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少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。
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。
電源システム３０は、高周波電源３１及びバイアス電源３２を含む。高周波電源３１は、一実施形態のプラズマ生成部１２を構成する。高周波電源３１は、ソース高周波電力ＲＦを発生するように構成されている。ソース高周波電力ＲＦは、ソース周波数ｆＲＦを有する。即ち、ソース高周波電力ＲＦは、その周波数がソース周波数ｆＲＦである正弦波状の波形を有する。ソース周波数ｆＲＦは、１３ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数であり得る。高周波電源３１は、整合器３３を介して高周波電極に電気的に接続されており、ソース高周波電力ＲＦを高周波電極に供給するように構成されている。高周波電極は、基板支持部１１内に設けられていてもよい。高周波電極は、基台１１１０の導電性部材又はセラミック部材１１１１ａ内に設けられた少なくとも一つの電極であってもよい。或いは、高周波電極は、上部電極であってもよい。ソース高周波電力ＲＦが高周波電極に供給されると、チャンバ１０内のガスからプラズマが生成される。
整合器３３は、可変インピーダンスを有する。整合器３３の可変インピーダンスは、ソース高周波電力ＲＦの負荷からの反射を低減するよう、設定される。整合器３３は、例えば制御部２によって制御され得る。
バイアス電源３２は、基板支持部１１に電気的に結合されている。バイアス電源３２は、基板支持部１１内のバイアス電極に電気的に接続されており、電気バイアスＥＢをバイアス電極に供給するように構成されている。バイアス電極は、基台１１１０の導電性部材又はセラミック部材１１１１ａ内に設けられた少なくとも一つの電極であってもよい。バイアス電極は、高周波電極と共通であってもよい。電気バイアスＥＢがバイアス電極に供給されると、プラズマからのイオンが基板Ｗに引き付けられる。
電気バイアスＥＢは、波形周期を有し、バイアス電源３２からバイアス電極に周期的に供給される。電気バイアスＥＢの波形周期は、バイアス周波数で規定される。バイアス周波数は、例えば１００ｋＨｚ以上、５０ＭＨｚ以下の周波数である。電気バイアスＥＢの波形周期の時間長は、バイアス周波数の逆数である。
電気バイアスＥＢは、バイアス周波数を有するバイアス高周波電力であってもよい。即ち、電気バイアスＥＢは、その周波数がバイアス周波数である正弦波状の波形を有していてもよい。この場合には、バイアス電源３２は、整合器３４を介して、バイアス電極に電気的に接続される。整合器３４の可変インピーダンスは、バイアス高周波電力の負荷からの反射を低減するよう、設定される。
或いは、電気バイアスＥＢは、電圧パルスを含んでいてもよい。電圧パルスは、波形周期内においてバイアス電極に印加される。電圧パルスは、波形周期の時間長と同じ長さの時間間隔で周期的にバイアス電極に印加される。電圧パルスの波形は、矩形波、三角波、又は任意の波形であり得る。電圧パルスの電圧の極性は、基板Ｗとプラズマとの間に電位差を生じさせてプラズマからのイオンを基板Ｗに引き込むことができるように設定される。電圧パルスは、負の電圧のパルス又は負の直流電圧のパルスであってもよい。電気バイアスＥＢが電圧のパルスを含む場合には、プラズマ処理装置１は整合器３４を備えていなくてもよい。
なお、以下では、電気バイアスＥＢのレベルについて記述することがある。電気バイアスＥＢがバイアス高周波電力である場合には、電気バイアスＥＢのレベルは、バイアス高周波電力のパワーレベルである。電気バイアスＥＢが電圧パルスを含む場合には、電気バイアスＥＢのレベルは、電圧パルスの負電圧レベルの絶対値である。
以下、図３～図９を参照する。図３は、一つの例示的実施形態に係る基板処理方法の流れ図である。図４は、図３に示す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５及び図６の各々は、図３に示す方法の対応の工程において得られる一例の基板の部分拡大断面図である。図７～図９の各々は、図３の方法におけるサイクルに関連する一例のタイミングチャートである。
図３に示す基板処理方法（以下、「方法ＭＴ」という）は、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。基板Ｗは、第１領域及び第２領域を含む。第１領域は、シリコンを含む材料から形成されている。第２領域は、第１領域の材料とは異なる材料から形成されている。第１領域の材料は、酸化シリコンであってもよい。第２領域の材料は、窒化シリコン、シリコンゲルマニウム、炭化タングステン、又は炭化シリコンであってもよい。
図４に示すように、一実施形態において、基板Ｗは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を含む。第２領域Ｒ２は、少なくとも１つの凹部Ｒ２ａを提供している。第２領域Ｒ２は、複数の凹部Ｒ２ａを提供していてもよい。各凹部Ｒ２ａ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１領域Ｒ１は凹部Ｒ２ａ内に埋め込まれてもよい。第１領域Ｒ１は第２領域Ｒ２を覆うように設けられてもよい。
一実施形態において、第１領域Ｒ１は、シリコン及び酸素を含む。第１領域Ｒ１は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）を含んでいてもよい。第１領域Ｒ１は、凹部Ｒ１ａを有してもよい。凹部Ｒ１ａは、凹部Ｒ２ａの幅よりも大きい幅を有する。
一実施形態において、第２領域Ｒ２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）を含んでいてもよい。第２領域Ｒ２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Ｒ２ａを提供し得る。
基板Ｗは、下地領域ＵＲ及び複数の隆起領域ＲＡを更に含んでいてもよい。複数の隆起領域ＲＡは、下地領域ＵＲ上に設けられている。下地領域ＵＲ及び少なくとも複数の隆起領域ＲＡは、第２領域Ｒ２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。第２領域Ｒ２の凹部Ｒ２ａは、隣り合う二つの隆起領域ＲＡ間に位置する。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を更に含んでもよい。マスクＭＫは、第１領域Ｒ１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を提供している。開口ＯＰは、第１領域Ｒ１の凹部Ｒ１ａに対応する。
図３に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴａ、工程ＳＴｂ、及び工程ＳＴｃを含む。工程ＳＴａでは、基板Ｗが、基板支持部１１上に提供される。基板Ｗは、静電チャック１１１１上に載置されて、静電チャック１１１１によって保持される。
工程ＳＴｂは、工程ＳＴａの後に行われる。工程ＳＴｂでは、処理ガスがチャンバ１０内に供給される。処理ガスは、タングステン及び第１領域Ｒ１をエッチングするための成分を含む。処理ガスは、タングステンを含むガス成分として、ハロゲン化タングステンガス又はタングステン含有ガスを含んでいてもよい。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ガスの少なくとも一つを含んでいてもよい。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）ガスを含んでいてもよい。
処理ガスは、フッ素含有ガス、酸素含有ガス、及び水素含有ガスのうち少なくとも一つを更に含んでいてもよい。フッ素含有ガスは、フルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスのうち少なくとも一つを含んでいてもよい。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一つを含んでもよい。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一つを含んでいてもよい。酸素含有ガスは、Ｏ２ガス、ＣＯガス、及びＣＯ２ガスの少なくとも一つを含んでもよい。水素含有ガスは、例えばＨ２ガスを含んでいてもよい。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ＳＴｂにおいて、制御部２は、処理ガスをチャンバ１０内に供給するよう、ガス供給部２０を制御する。工程ＳＴｂにおいて、制御部２は、チャンバ１０内の圧力を指定された圧力に設定するよう、排気システム４０を制御する。
工程ＳＴｃは、工程ＳＴｂが行われている期間において行われる。工程ＳＴｃでは、サイクルＣＹが繰り返される。工程ＳＴｃにおけるサイクルＣＹの繰り返し回数は、少なくとも２回である。図７～図８に示すように、サイクルＣＹは、工程ＳＴｃ１～ＳＴｃ３を含む。サイクルＣＹは、工程ＳＴｃ４を更に含んでいてもよい。工程ＳＴｃ１～ＳＴｃ４の各々において、制御部２は、高周波電源３１及びバイアス電源３２を制御して、ソース高周波電力ＲＦのパワーレベル及び電気バイアスＥＢのレベルを設定する。
工程ＳＴｃ１では、ソース高周波電力ＲＦのパワーレベルがレベルＬＳ１に、電気バイアスＥＢのレベルがレベルＬＢ１に設定される。工程ＳＴｃ２は、工程ＳＴｃ１の後又は直後に行われる。工程ＳＴｃ２では、ソース高周波電力ＲＦのパワーレベルがレベルＬＳ２に、電気バイアスＥＢのレベルがレベルＬＢ２に設定される。工程ＳＴｃ３は、工程ＳＴｃ２の後又は直後に行われる。工程ＳＴｃ３では、ソース高周波電力ＲＦのパワーレベルがレベルＬＳ３に、電気バイアスＥＢのレベルがレベルＬＢ３に設定される。工程ＳＴｃ４は、工程ＳＴｃ３の後又は直後に行われる。工程ＳＴｃ４では、ソース高周波電力ＲＦのパワーレベルがレベルＬＳ４に、電気バイアスＥＢのレベルがレベルＬＢ４に設定される。
図７～図９に示すように、レベルＬＳ１は、レベルＬＳ２及びレベルＬＳ３よりも大きい。レベルＬＢ３は、レベルＬＢ１よりも大きい。また、図７及び図８に示すように、レベルＬＢ２は、ゼロよりも大きい。また、レベルＬＢ２は、レベルＬＢ３よりも小さくてもよい。
工程ＳＴｃ１では、比較的大きいパワーレベルを有するソース高周波電力ＲＦが供給されて、タングステンを含む堆積物ＤＰが第２領域Ｒ２上に形成される。工程ＳＴｃ２では、レベルＬＢ２を有する電気バイアスＥＢにより、プラズマからイオンが堆積物ＤＰに引き付けられて堆積物ＤＰが改質される。工程ＳＴｃ３では、比較的大きいレベルを有する電気バイアスＥＢが供給されて、プラズマから高いエネルギーのイオンが基板Ｗに引き付けられて、第１領域Ｒ１がエッチングされる。その結果、第１領域Ｒ１に凹部ＨＬが形成される。工程ＳＴｃ３において、第２領域Ｒ２は、図５及び図６に示すように、改質された堆積物ＤＰにより保護される。したがって、方法ＭＴによれば、エッチング選択比が向上される。即ち、第２領域Ｒ２のエッチングに対して、第１領域Ｒ１のエッチングの選択比が向上される。
また、方法ＭＴでは、第２領域Ｒ２が堆積物ＤＰによって保護されるので、その肩部ＳＨを含む第２領域Ｒ２のエッチングが抑制される。また、方法ＭＴでは、堆積物ＤＰの厚さが小さくても第２領域Ｒ２を保護することができる。その結果、堆積物ＤＰによる閉塞を抑制しつつ、第１領域Ｒ１をエッチングして、凹部ＨＬを形成することが可能となる。また、凹部の深さの増加と共に凹部ＨＬの幅が減少することを抑制することが可能となる。
方法ＭＴにおいて、レベルＬＳ４及びレベルＬＢ４の各々は、ゼロ又は略ゼロ、即ち実質的にゼロであってもよい。即ち、工程ＳＴｃ４においては、プラズマが生成されなくてもよい。工程ＳＴｃ４では、工程ＳＴｃ３のエッチングにおいて生成された副生成物が、チャンバ１０内から排出される。
一実施形態では、サイクルＣＹにおける工程ＳＴｃ３の時間長は、サイクルＣＹにおける工程ＳＴｃ２の時間長よりも長くてもよい。また、サイクルＣＹが工程ＳＴｃ４を含む場合又は含まない場合の何れにおいても、サイクルＣＹの時間長に占める工程ＳＴｃ２の時間長の割合は、２０％未満であってもよい。また、サイクルＣＹが工程ＳＴｃ４を含む場合又は含まない場合の何れにおいても、サイクルＣＹの時間長に占める工程ＳＴｃ３の時間長の割合は、２５％よりも大きくてもよく、７０％以下であってもよい。また、サイクルＣＹが工程ＳＴｃ４を含む場合又は含まない場合の何れにおいても、サイクルＣＹの時間長に占める工程ＳＴｃ１の時間長の割合は、１０％よりも大きくてもよく、７５％よりも小さくてもよい。
図７及び図８に示すように、レベルＬＳ２は、ゼロよりも大きくてもよい。図９に示すように、レベルＬＳ２は、ゼロ又は略ゼロ、即ち実質的にゼロであってもよい。また、図７～図９に示すように、レベルＬＳ３は、ゼロ又は略ゼロ、即ち実質的にゼロであってもよい。レベルＬＳ３が実質的にゼロであることにより、イオン及び／又はラジカルが凹部ＨＬへ垂直に引き込まれやすい。
図７及び図９に示すように、レベルＬＢ１は、ゼロよりも大きくてもよい。工程ＳＴｃ１における電気バイアスＥＢのレベルが大きいほど、凹部ＨＬの深部にまでタングステン含有物を引きこむことが可能となり、基板Ｗの深部においても堆積物ＤＰを形成することが可能となる。或いは、図８に示すように、レベルＬＢ１は、ゼロ又は略ゼロ、即ち実質的にゼロであってもよい。工程ＳＴ１における電気バイアスＥＢのレベルが実質的にゼロである場合には、基板Ｗの上部に比較的多くの堆積物ＤＰを形成することが可能となる。
一実施形態において、図７に示すように、レベルＬＢ１とレベルＬＢ２は、互いに略等しくてもよい。また、一実施形態において、電気バイアスＥＢがバイアス高周波電力である場合には、レベルＬＢ１は、レベルＬＳ１の２０％未満であってもよい。
なお、図９に示すように、レベルＬＢ２は、ゼロ又は略ゼロであってもよい。この場合には、工程ＳＴｃ１において、イオン及びラジカルが生成され、工程ＳＴｃ２において、プラズマにおける電子温度及びイオン温度が低下して活性種の横方向への移動が抑制され、工程ＳＴｃ３においてイオンが基板Ｗに引き込まれる。その結果、工程ＳＴｃ３において、基板Ｗに対する垂直な入射角度に対するイオンの入射角度の拡がりが抑制される。
また、一実施形態において、工程ＳＴｃにおける基板支持部１１の温度は、３０℃以上、２５０℃以下であってもよい。
以下、図１０及び図１１の（ａ）～図１１の（ｅ）を参照する。図１０は、別の例示的実施形態に係る基板処理方法の流れ図である。図１１の（ａ）は、図１０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り、図１１の（ｂ）～図１１の（ｅ）の各々は、図１０の方法の対応の工程において得られる一例の基板の部分拡大断面図である。
図１０に示す基板処理方法（以下、「方法ＭＴＡ」という）は、図１１の（ａ）に示す基板Ｗに適用され得る。図１１の（ａ）に示す基板Ｗは、下地領域ＵＲ、層ＬＡ、第１領域Ｒ１Ａ、層ＬＢ、第１領域Ｒ１Ｂ、及び第２領域Ｒ２を含む。
下地領域ＵＲは、例えば、シリコンゲルマニウム等のシリコン含有膜から形成されている。層ＬＡは、下地領域ＵＲ上に形成されている。層ＬＡは、例えば窒化シリコンから形成されている。第１領域Ｒ１Ａは、層ＬＡ上に形成されている。第１領域Ｒ１Ａは、例えば酸化シリコンから形成されている。層ＬＢは、第１領域Ｒ１Ａ上に形成されている。層ＬＢは、例えば窒化シリコンから形成されている。第１領域Ｒ１Ｂは、層ＬＢ上に形成されている。第１領域Ｒ１Ｂは、例えば酸化シリコンから形成されている。第２領域Ｒ２は、第１領域Ｒ１Ｂ上に形成されている。第２領域Ｒ２は、例えば炭化タングステンから形成されている。第２領域Ｒ２は、マスクとして機能し、複数の開口ＯＰを提供し得る。複数の開口ＯＰは、開口ＯＰｗ及びＯＰｎを含み、第１領域Ｒ１Ｂを部分的に露出させている。開口ＯＰｗの幅は、開口ＯＰｎの幅よりも大きい。
方法ＭＴＡの工程ＳＴａでは、方法ＭＴの工程ＳＴａと同様に、基板Ｗが、基板支持部１１上に提供される。
次いで、方法ＭＴＡでは、工程ＳＴｂが行われる。方法ＭＴＡの工程ＳＴｂでは、方法ＭＴの工程ＳＴｂと同様に、処理ガスがチャンバ１０内に供給される。方法ＭＴＡにおいて用いられる処理ガスは、方法ＭＴの工程ＳＴｂで用いられる処理ガスと同様である。
方法ＭＴＡでは、工程ＳＴｃが、工程ＳＴｂが行われている期間において行われる。方法ＭＴＡの工程ＳＴｃでは、方法ＭＴの工程ＳＴｃと同様にサイクルＣＹが繰り返される。その結果、図１１の（ｂ）に示すように、第１領域Ｒ１Ｂがエッチングされる。
次いで、方法ＭＴＡでは、工程ＳＴｄが行われる。工程ＳＴｄでは、層ＬＢがエッチングされる。層ＬＢのエッチングには、選択されたエッチングガスが用いられる。エッチングガスは、ハイドロフルオロカーボンガスを含んでいてもよい。工程ＳＴｄでは、エッチングガスからプラズマが生成されて、プラズマからの活性種によって層ＬＢがエッチングされる（図１１の（ｃ）を参照）。工程ＳＴｄにおいて、制御部２は、ガス供給部２０、排気システム４０、高周波電源３１、及びバイアス電源３２を制御し得る。
次いで、方法ＭＴＡでは、再び工程ＳＴｂ及び工程ＳＴｃが行われる。その結果、図１１の（ｄ）に示すように、第１領域Ｒ１Ａがエッチングされる。
次いで、方法ＭＴＡでは、工程ＳＴｅが行われる。工程ＳＴｅでは、層ＬＡがエッチングされる。層ＬＡのエッチングには、選択されたエッチングガスが用いられる。エッチングガスは、ハイドロフルオロカーボンガスを含んでいてもよい。工程ＳＴｅでは、エッチングガスからプラズマが生成されて、プラズマからの活性種によって層ＬＢがエッチングされる（図１１の（ｅ）を参照）。工程ＳＴｅにおいて、制御部２は、ガス供給部２０、排気システム４０、高周波電源３１、及びバイアス電源３２を制御し得る。
方法ＭＴＡでは、サイクルＣＹの工程ＳＴｃ１及び工程ＳＴｃ２において第２領域Ｒ２上に堆積物ＤＰが形成される。堆積物ＤＰは、サイクルＣＹの工程ＳＴｃ３、工程ＳＴｄ、及び工程ＳＴｅにおけるエッチングにおいて、第２領域Ｒ２を保護する。したがって、方法ＭＴＡによれば、第２領域Ｒ２のエッチングが抑制される。また、方法ＭＴＡでは、堆積物ＤＰの厚さが小さくても第２領域Ｒ２を保護することができる。その結果、堆積物ＤＰによる閉塞を抑制しつつ、開口ＯＰから露出された基板Ｗ内の領域のエッチングを進行させることが可能である。また、開口ＯＰに連続して基板Ｗに形成される凹部の深さの増加と共に当該凹部の幅が減少することを抑制することが可能となる。また、開口ＯＰｗ及び開口ＯＰｎのそれぞれに連続して基板Ｗに形成される凹部の幅の縮小及び拡大を抑制しつつ、基板Ｗのエッチングを進行させることが可能である。
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。
例えば、方法ＭＴ及び方法ＭＴＡは、プラズマ処理装置１とは異なるプラズマ処理装置を用いて行われてもよい。
ここで、本開示に含まれる種々の例示的実施形態を、以下の［Ｅ１］～［Ｅ１２］に記載する。
［Ｅ１］
（ａ）プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持部上に基板を提供する工程であり、該基板は、シリコンを含む材料から形成された第１領域及び該第１領域の該材料とは異なる材料から形成された第２領域を含む、該工程と、
（ｂ）前記チャンバ内に処理ガスを供給する工程であり、該処理ガスは、タングステン及び前記第１領域をエッチングするための成分を含む、該工程と、
（ｃ）前記（ｂ）が行われている間、サイクルを繰り返す工程と、
を含み、
前記サイクルは、
（ｃ１）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ためのソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ１に、前記基板支持部に供給される電気バイアスのレベルをレベルＬＢ１に設定する工程と、
（ｃ２）前記（ｃ１）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベルをレベルＬＳ２に、前記電気バイアスの前記レベルをレベルＬＢ２に設定する工程と、
（ｃ３）前記（ｃ２）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベルをレベルＬＳ３に、前記電気バイアスの前記レベルをレベルＬＢ３に設定する工程と、
を含み、
前記レベルＬＳ１は、前記レベルＬＳ２及び前記レベルＬＳ３よりも大きく、
前記レベルＬＢ３は、前記レベルＬＢ１よりも大きく、
前記レベルＬＢ２は、ゼロよりも大きい、
基板処理方法。
［Ｅ２］
前記レベルＬＳ２は、ゼロよりも大きい、［Ｅ１］に記載の基板処理方法。
［Ｅ３］
前記レベルＬＳ３は、実質的にゼロである、［Ｅ１］又は［Ｅ２］に記載の基板処理方法。
［Ｅ４］
前記レベルＬＢ２は、前記レベルＬＢ３よりも小さい、［Ｅ１］～［Ｅ３］の何れか一項に記載の基板処理方法。
［Ｅ５］
前記レベルＬＢ１は、実質的にゼロである、［Ｅ１］～［Ｅ４］の何れか一項に記載の基板処理方法。
［Ｅ６］
前記サイクルにおいて、前記（ｃ３）の時間長は前記（ｃ２）の時間長よりも長い、［Ｅ１］～［Ｅ５］の何れか一項に記載の基板処理方法。
［Ｅ７］
前記処理ガスは、ハロゲン化タングステンガス又は六フッ化タングステンガスを含む、［Ｅ１］～［Ｅ６］の何れか一項に記載の基板処理方法。
［Ｅ８］
前記処理ガスは、フッ素含有ガス、酸素含有ガス、及び水素含有ガスのうち少なくとも一つを更に含む、［Ｅ７］に記載の基板処理方法。
［Ｅ９］
前記第１領域の前記材料は、酸化シリコンである、［Ｅ１］～［Ｅ８］の何れか一項に記載の基板処理方法。
［Ｅ１０］
前記第２領域の前記材料は、窒化シリンコン、シリコンゲルマニウム、炭化タングステン、又は炭化シリコンである、［Ｅ１］～［Ｅ９］の何れか一項に記載の基板処理方法。
［Ｅ１１］
前記サイクルは、
（ｃ４）前記（ｃ３）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベル及び前記電気バイアスの前記レベルを実質的にゼロに設定する工程
を更に含む、［Ｅ１］～［Ｅ１０］の何れか一項に記載の基板処理方法。
［Ｅ１２］
チャンバと、
前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
前記チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されたガス供給部であり、該処理ガスは、タングステン及びシリコンを含む材料をエッチングするための成分を含む、該ガス供給部と、
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ためにソース高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
前記基板支持部に電気的に結合されたバイアス電源と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記基板支持部上に基板が載置されている状態で、前記ガス供給、前記高周波電源、及び前記バイアス電源を制御して、
（ｂ）前記ガス供給部から前記チャンバ内に処理ガスを供給する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）が行われている間、サイクルを繰り返す工程と、
をもたらすように構成されており、
前記サイクルは、
（ｃ１）前記ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ１に、前記バイアス電源から前記基板支持部に供給される電気バイアスのレベルをレベルＬＢ１に設定する工程と、
（ｃ２）前記（ｃ１）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベルをレベルＬＳ２に、前記電気バイアスの前記レベルをレベルＬＢ２に設定する工程と、
（ｃ３）前記（ｃ２）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベルをレベルＬＳ３に、前記電気バイアスの前記レベルをレベルＬＢ３に設定する工程と、
を含み、
前記レベルＬＳ１は、前記レベルＬＳ２及び前記レベルＬＳ３よりも大きく、
前記レベルＬＢ３は、前記レベルＬＢ１よりも大きく、
前記レベルＬＢ２は、ゼロよりも大きい、
プラズマ処理装置。
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、１０…チャンバ、１１…基板支持部、３１…高周波電源、３２…バイアス電源。

Claims (12)

  1. （ａ）プラズマ処理装置のチャンバ内で基板支持部上に基板を提供する工程であり、該基板は、シリコンを含む材料から形成された第１領域及び該第１領域の該材料とは異なる材料から形成された第２領域を含む、該工程と、
    （ｂ）前記チャンバ内に処理ガスを供給する工程であり、該処理ガスは、タングステン及び前記第１領域をエッチングするための成分を含む、該工程と、
    （ｃ）前記（ｂ）が行われている間、サイクルを繰り返す工程と、
    を含み、
    前記サイクルは、
    （ｃ１）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ためのソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ１に、前記基板支持部に供給される電気バイアスのレベルをレベルＬＢ１に設定する工程と、
    （ｃ２）前記（ｃ１）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベルをレベルＬＳ２に、前記電気バイアスの前記レベルをレベルＬＢ２に設定する工程と、
    （ｃ３）前記（ｃ２）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベルをレベルＬＳ３に、前記電気バイアスの前記レベルをレベルＬＢ３に設定する工程と、
    を含み、
    前記レベルＬＳ１は、前記レベルＬＳ２及び前記レベルＬＳ３よりも大きく、
    前記レベルＬＢ３は、前記レベルＬＢ１よりも大きく、
    前記レベルＬＢ２は、ゼロよりも大きい、
    基板処理方法。
  2. 前記レベルＬＳ２は、ゼロよりも大きい、請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記レベルＬＳ３は、実質的にゼロである、請求項１に記載の基板処理方法。
  4. 前記レベルＬＢ２は、前記レベルＬＢ３よりも小さい、請求項１に記載の基板処理方法。
  5. 前記レベルＬＢ１は、実質的にゼロである、請求項１に記載の基板処理方法。
  6. 前記サイクルにおいて、前記（ｃ３）の時間長は前記（ｃ２）の時間長よりも長い、請求項１～５の何れか一項に記載の基板処理方法。
  7. 前記処理ガスは、ハロゲン化タングステンガス又は六フッ化タングステンガスを含む、請求項１～５の何れか一項に記載の基板処理方法。
  8. 前記処理ガスは、フッ素含有ガス、酸素含有ガス、及び水素含有ガスのうち少なくとも一つを更に含む、請求項７に記載の基板処理方法。
  9. 前記第１領域の前記材料は、酸化シリコンである、請求項１～５の何れか一項に記載の基板処理方法。
  10. 前記第２領域の前記材料は、窒化シリンコン、シリコンゲルマニウム、炭化タングステン、又は炭化シリコンである、請求項９に記載の基板処理方法。
  11. 前記サイクルは、
    （ｃ４）前記（ｃ３）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベル及び前記電気バイアスの前記レベルを実質的にゼロに設定する工程
    を更に含む、請求項１～５の何れか一項に記載の基板処理方法。
  12. チャンバと、
    前記チャンバ内に設けられた基板支持部と、
    前記チャンバ内に処理ガスを供給するように構成されたガス供給部であり、該処理ガスは、タングステン及びシリコンを含む材料をエッチングするための成分を含む、該ガス供給部と、
    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ためにソース高周波電力を供給するように構成された高周波電源と、
    前記基板支持部に電気的に結合されたバイアス電源と、
    制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記基板支持部上に基板が載置されている状態で、前記ガス供給、前記高周波電源、及び前記バイアス電源を制御して、
    （ｂ）前記ガス供給部から前記チャンバ内に処理ガスを供給する工程と、
    （ｃ）前記（ｂ）が行われている間、サイクルを繰り返す工程と、
    をもたらすように構成されており、
    前記サイクルは、
    （ｃ１）前記ソース高周波電力のパワーレベルをレベルＬＳ１に、前記バイアス電源から前記基板支持部に供給される電気バイアスのレベルをレベルＬＢ１に設定する工程と、
    （ｃ２）前記（ｃ１）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベルをレベルＬＳ２に、前記電気バイアスの前記レベルをレベルＬＢ２に設定する工程と、
    （ｃ３）前記（ｃ２）の後に、前記ソース高周波電力の前記パワーレベルをレベルＬＳ３に、前記電気バイアスの前記レベルをレベルＬＢ３に設定する工程と、
    を含み、
    前記レベルＬＳ１は、前記レベルＬＳ２及び前記レベルＬＳ３よりも大きく、
    前記レベルＬＢ３は、前記レベルＬＢ１よりも大きく、
    前記レベルＬＢ２は、ゼロよりも大きい、
    プラズマ処理装置。
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