JP4515278B2

JP4515278B2 - エッチング方法、エッチング方法を実行するための制御プログラム、制御プログラム記憶媒体及び処理装置

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Publication number: JP4515278B2
Application number: JP2005038647A
Authority: JP
Inventors: 仁富士原; 克己堀口
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2005-02-16
Filing date: 2005-02-16
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2025-02-16
Also published as: JP2006228846A

Description

本発明は、高アスペクト比のホールまたはトレンチを形成することができるエッチング方法、エッチング方法を実行するための制御プログラム、制御プログラム記憶媒体及び処理装置に関する。

最近、半導体装置が高密度化、高集積化するに伴ってその配線構造が急速に微細化している。微細な配線構造を形成するためには、開口寸法が小さくアスペクト比の高いホールやトレンチを形成することが重要である。

例えばシリコン層（Ｓｉ層）にホールやトレンチを形成する方法として、プラズマを利用するエッチング方法が多数提案されている。プラズマエッチング方法では、例えば図４の（ａ）に示すように、所定パターンの開口部１Ａを有するシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）１をハードマスクとして、その下層のシリコン層（Ｓｉ層）２を開口部１Ａに即してエッチングすることによって、同図の（ｂ）に示すホールまたはトレンチ２Ａを形成している。しかし、エッチング時には反応生成物（例えば、ＳｉＢｒ_ＸＯ_ｙ）が生成し、この反応生成物が同図の（ｂ）に示すようにマスクの開口部１Ａに付着し、堆積物３を形成する。

反応生成物は、マスクの開口部１Ａに堆積物３を形成し易いため、ホールまたはトレンチが深くなるほど開口部１Ａで堆積物３が成長し、同図の（ｂ）に示すように堆積物３が開口部１Ａを狭くする。その結果、開口部１Ａの実質的な開口寸法ｄ’が小さくなり、見掛けのアスペクト比（ｈ／ｄ’）が高くなって、ホールまたはトレンチ２Ａ内でのエッチングレートが遅くなり、所望の深さに達するまでに多くの時間を要する。ホールまたはトレンチ２Ａが深くなってエッチングレートが遅くなると、ホールまたはトレンチ２Ａの側壁がテーパ化し、場合によってはエッチングが止まることもある。

そこで、本出願人は、例えば特許文献１においてマスク開口部への反応生成物の付着を抑制する技術を提案した。この技術では、エッチングガスとしては、ＨＢｒガス、Ｏ_２ガス及びＳｉＦ_４ガスに、ＳＦ_６ガスとＮＦ_３ガスの両方またはいずれか一方を加えた混合ガスを含む処理ガスに、更にＣとＦを含むガスを添加したガスが用いられている。この場合、ＣとＦを含むガス（例えば、ＣＦ_４ガス）をエッチングガスに添加するタイミングを適宜制御することによって、開口部での堆積物を抑制することができ、高アスペクト比のホールまたはトレンチを得ることができる。

また、特許文献２には、エッチングの異方性を高めることができるエッチング方法が提案されている。この場合には、断面が庇状のマスクを半導体基体上に形成し、このマスクを介して半導体基体をエッチングすると、マスク開口部に斜め方向から入るエッチング粒子は庇内に導入され、エッチング粒子のトレンチの側壁への散乱を防止することができ、その結果として異方性エッチングを行えるようにしている。

特開２００４―３０４０３０号公報特開平０１−２１６５３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、処理ガスに添加されたＣとＦを含むガスによってハードマスク開口部への堆積物を抑制しているが、本来のエッチングガスとは別に、堆積物を抑制するためのＣとＦを含むガスを添加しなくてはならず、また、ＣとＦを含むガスはハードマスク自体を減膜させるため、ＣとＦを含むガスの添加量や添加のタイミングを適正に制御しなくてはならない。つまり、開口寸法が０．２μｍ以下で高アスペクト比のホールまたはトレンチを形成する場合には、エッチング中にマスク開口部の堆積物を除去し、あるいはその成長を抑制しなくてはならない。

また、特許文献２には、マスクの庇によってエッチング粒子の散乱を抑制する技術について開示されているに過ぎず、反応生成物の付着やその弊害について何等記載されていない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、エッチングによる反応生成物がマスク開口部に付着してもエッチングレートが低下することなく、良好な形状のホールまたはトレンチを形成することができるエッチング方法、エッチング方法を実行するための制御プログラム、制御プログラム記憶媒体及び処理装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載のエッチング方法は、半導体ウエハに形成されたシリコン酸化膜をシリコン層のマスクとし、上記マスクに所定のパターンで形成された開口部を介して上記シリコン層をエッチングする方法において、処理容器内で、フロロカーボンガスを含むガスを用いて上記マスクの上面に積層されたレジスト膜に予め形成された上記所定のパターンの開口部から上記シリコン酸化膜をエッチングして、上記マスクの厚み方向を上下方向としたとき、上記マスク上下両面からそれぞれ内側に向かうほど開口寸法が漸次拡大して断面がボーイング形状を呈する開口部を上記シリコン酸化膜に形成する第１の工程と、他の処理容器内で、ハロゲン元素を含むガスとしてＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス及びＯ_２ガスの混合ガスを用いて上記マスクの開口部から上記シリコン層をエッチングする第２の工程と、を備え、上記第１の工程では、上記フロロカーボンガスを含むガスとしてＣ _５Ｆ _８ガス、Ａｒガス及びＯ _２ガスを用い、上記Ｃ _５Ｆ _８ガスの流量を５〜３０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量を５０〜１０００ｓｃｃｍ、上記Ｏ _２ガスの流量を１〜２０ｓｃｃｍに設定すると共に上記処理容器内の圧力を１５〜１００ｍＴｏｒｒに設定し、上記第２の工程では、上記ＨＢｒガスの流量を１５０〜３５０ｓｃｃｍ、上記ＮＦ_３ガスの流量を１０〜５０ｓｃｃｍ、上記Ｏ_２ガスの流量を１０〜５０ｓｃｃｍに設定すると共に上記他の処理容器内の圧力を１００〜３００ｍＴｏｒｒに設定することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載のエッチング方法は、請求項１に記載の発明において、上記シリコン層に開口径または開口幅が０．２μｍ以下のホールまたはトレンチを形成することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３に記載のエッチング方法は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記シリコン層にアスペクト比が４０以上のホールまたはトレンチを形成することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の制御プログラムは、コンピュータを機能させて、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエッチング方法を実行するように処理装置を制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の制御プログラム記憶媒体は、コンピュータを駆動させて処理装置を制御する制御プログラムが記憶された記憶媒体であって、上記制御プログラムは、上記コンピュータを機能させて、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエッチング方法を実行するように処理装置を制御することを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の処理装置は、真空排気可能な処理容器と、この処理容器内に配置され且つ被処理体の載置台を兼ねる電極と、この電極に高周波電力を印加する高周波電源と、上記処理容器内にエッチングガスを供給するガス供給手段と、を有する、少なくとも２つのエッチング装置と、これらのエッチング装置を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項のエッチング方法を実行するように上記各エッチング装置を制御することを特徴とするものである。

本発明によれば、エッチングによる反応生成物がマスク開口部に付着してもエッチングレートが低下することなく、高アスペクト比で良好な形状のホールまたはトレンチを形成することができるエッチング方法、エッチング方法を実行するための制御プログラム、制御プログラム記憶媒体及び処理装置を提供することができる。

以下、図１〜図４に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。本発明のエッチング方法では、例えば図１に示すように、第１のエッチング装置１０と、第２のエッチング装置５０とを組み合わせたマルチチャンバータイプの処理装置１００によって好適に実施することができる。処理装置１００は、第１、第２のエッチング装置１０、５０を制御する制御プログラム記憶媒体が搭載された制御装置１００Ａを備えている。この制御装置１００Ａは、制御プログラム記憶媒体で記憶された制御プログラムに基づいて機能することによって、第１、第２のエッチング装置１０、５０を制御して、第１のエッチング装置１０において被処理体（例えば、ウエハ）Ｗの上面にハードマスクとして形成されたシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）２０１に開口部２０１Ａを形成した後、第２のエッチング装置５０においてＳｉＯ_２膜２０１の下層のシリコン層（Ｓｉ層）２０２にホールまたはトレンチ２０２Ａを形成する（図３参照）。ウエハＷのＳｉＯ_２膜２０１の上面には、ホールまたはトレンチ２０２Ａのパターンに即したパターンの開口部２０３Ａを有するレジスト膜２０３が予め形成されている（図３の（ａ）参照）。尚、ＳｉＯ_２膜２０１はＣＶＤ成膜法によって形成され、その開口パターンはリソグラフィー技術によって形成される。

まず、ＳｉＯ_２膜２０１に開口部２０１Ａを形成する第１のエッチング装置１０について説明する。このエッチング装置１０は、図１に示すように、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウム製の真空排気可能な処理容器１１と、処理容器１１内に配置され且つウエハＷの載置台を兼ねる下部電極１２と、下部電極１２に接続され且つ高周波電力を下部電極１２に印加する高周波電源１３と、下部電極１２の上方に配置され且つエッチングガスを吐出する複数の吐出孔１４Ａを有する上部電極１４と、上部電極１４に接続されたエッチングガスのガス供給手段１５と、を有し、高周波電源１３から下部電極１２に印加された高周波電力によって処理容器１１内のエッチングガスをプラズマ化してウエハＷをエッチングする。また、処理容器１１上部の周囲には処理容器１１内に磁場を印加する磁石１６が配置され、この磁石１６が形成した磁場によってプラズマ密度を高めることができる。

処理容器１１の天井壁には上部電極１４内で開口するガス導入口１１Ａが形成され、このガス導入口１１Ａにはガス供給手段１５がガス供給管１７を介して接続されている。ガス供給手段１５は、例えばガス供給管１７から分岐する３本の分岐管にそれぞれ接続されたガス供給源１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃと、これらの分岐管にそれぞれ上流側から下流側へ順次設けられた流量調整バルブ１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ及び開閉バルブ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、を有している。ガス供給源１８ＡはＣ_５Ｆ_８ガスを供給し、ガス供給源１８ＢはＡｒガスを供給し、ガス供給源１８ＣはＯ_２ガスを供給し、これらの混合ガスをガス供給管１７から上部電極１４へエッチングガスとして供給する。また、処理容器１１の下部には排気口１１Ｂが形成され、この排気口１１Ｂには排気管２１を介して真空排気装置（図示せず）が接続されている。

図１ではエッチングガスの組成としてＣ_５Ｆ_８ガス、Ａｒガスを及びＯ_２ガスを例示してあるが、エッチングガスとしては、例えばフロロカーボンガスを含むガスであれば好ましく用いることができる。フロロカーボンガスを含むガスは、ＳｉＯ_２膜２０１に対して等方性エッチングを行うことができ、その結果、開口部２０１Ａの上下方向の中央部ほど開口寸法が拡大して湾曲する、いわゆるボーイング形状の開口部２０１Ａを形成することができる。ボーイング形状の開口部２０１ＡがＳｉＯ_２膜２０１に形成されることによって、第２のエッチング装置５０でＳｉ層２０２にホールまたはトレンチ２０２Ａを形成する場合に、エッチング時の反応生成物が開口部２０１Ａに付着しても、ホールまたはトレンチ２０２Ａの深部までエッチングレートは低下することがなく、垂直な側壁を有するホールまたはトレンチ２０２Ａを形成することができる。ボーイング形状の開口部２０１Ａは、特に、０.２μｍ以下の開口径を有するホールまたは０.２μｍ以下の幅を有するトレンチ２０２Ａを形成する場合に優れた効果を発揮する。

図１に示すように、下部電極１２は、例えばアルミニウムで構成されており、絶縁体２２を介して導体の支持台２３に支持されている。下部電極１２は、処理容器１１の下部に形成された搬出入口１１ＣにおいてウエハＷの授受を行うようにしてある。搬出入口１１Ｃにはゲートバルブ２４が取り付けられ、ゲートバルブ２４によって搬出入口１１Ｃを開閉する。下部電極１２の上面には静電チャック２５が配置されている。静電チャック２５は、例えば銅等の導電材料からなる電極２５Ａと、この電極２５Ａを挟むポリイミド樹脂２５Ｂとからなっている。静電チャック２５には高圧直流電源２６が接続され、この高圧直流電源２６から静電チャック２５に高圧直流電圧を印加することによって静電チャック２５上のウエハＷを静電吸着して固定する。更に、下部電極１２の内部には、図示しない冷媒流路が形成されており、その中に適宜の冷媒を循環させることによって、ウエハＷを所定温度に制御できるようにしてある。下部電極１２の上方の外周にはフォーカスリング２７が設けられ、フォーカスリング２７の外側にはバッフルプレート２８が設けられている。下部電極１２と支持台２３は、ボールネジ２９を含むボールネジ機構によって昇降可能に構成され、支持台２３の下方の駆動部分はステンレス製のベローズ３０で覆われている。また、ベローズ３０の外側にはベローズカバー３１が設けられている。支持台２３は、ベローズ３０を介して処理容器１１と導通し、接地されている。

次に、ＳｉＯ_２膜２０１をハードマスクとしてＳｉ層２０２にホールまたはトレンチ２０２Ａを形成する第２のエッチング装置５０について説明する。第２のエッチング装置５０は、第１のエッチング装置１０よりも高い圧力領域で使用されて高プラズマ密度を得るように構成されている。

第２のエッチング装置５０は、例えば図２に示すように、表面にアルマイト処理が施されたアルミニウム製の真空排気可能な処理容器５１と、処理容器５１内に昇降可能に配置され且つウエハＷの載置台を兼ねる下部電極５２と、下部電極５２に接続され且つ周波数が異なる第１、第２の高周波電力を独立して下部電極５２に印加する第１、第２の高周波電源５３、５４と、下部電極５２の上方に配置され且つエッチングガスを吐出する複数の吐出孔５５Ａを有する上部電極５５と、上部電極５５に接続されたエッチングガスのガス供給手段５６と、を有し、第１、第２の高周波電源５３、５４から下部電極５２にそれぞれ独立して印加された周波数の異なる第１、第２の高周波電力によって処理容器５１内でエッチングガスをプラズマ化してウエハＷをエッチングする。また、処理容器５１上部の周囲には処理容器５１内に磁場を印加する磁石５６が配置され、この磁石５６が形成した磁場によってプラズマ密度を高めることができる。

処理容器５１の天井壁には上部電極５５内で開口するガス導入口が形成され、このガス導入口にはガス供給手段５６がガス供給管５８を介して接続されている。ガス供給手段５６には複数のガス供給源が接続され、これらのガス供給源から複数種のガスを混合してエッチングガスとして供給する。処理容器５１の下部には排気口５１Ｂが形成され、この排気口５１Ｂには排気管５９を介して真空排気装置（図示せず）が接続されている。

エッチングガスの組成としては、ハロゲン元素を含むガスとＯ_２ガスを混合したガスが好ましい。ハロゲン元素を含むガスとしては、例えばＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス、ＳＦ_６ガス及びＳｉＦ_４ガスがあり、これらのガスは、例えば表１に示すようにＯ_２ガスと適宜組み合わせたガス組成として用いられる。

図２に示すように、下部電極５２の下側には絶縁体６０及び導電体６１が配置され、下部電極５２、絶縁体６０及び導電体６１は昇降機構（図示せず）を介して昇降可能になっている。下部電極５２の上面にはウエハＷの載置面となる静電チャック６２が配置され、この静電チャック６２に高圧直流電源６３が接続されている。また、静電チャック６２は、その外周がフォーカスリング６４によって囲まれている。更に、導電体６１はステンレス製のベローズ６５を介して処理容器５１の底部に接地されている。下部電極５２及び静電チャック６２にはウエハＷの中心部及び周縁部の複数個所で開口するガス流路（図示せず）が形成され、このガス流路からウエハＷの裏面へＨｅガスを供給する。また、ベローズ６５は、ベローズカバー６６によって処理容器５１の空間から遮断されている。尚、６７は整合器である。

次に、上記処理装置１００を用いて、例えば２００ｍｍのウエハＷのＳｉ層２０２にホールまたはトレンチ２０２Ａを形成するエッチング方法の一実施態様について説明する。処理装置１００の制御装置１００Ａは、制御プログラムに基づいて機能して第１、第２のエッチング装置１０、５０を制御して以下で説明するようにウエハＷに対してエッチングを施す。

第１のエッチング装置１０は制御装置１００Ａの制御下で駆動して、ウエハＷのＳｉＯ_２膜２０１に開口部２０１Ａを形成してＳｉ層２０２上にハードマスクを作製する。使用されるウエハＷは、例えば図３の（ａ）に示すように、ハードマスク用として形成されたＳｉＯ_２膜２０１と、ＳｉＯ_２膜２０１の下側に被エッチング層として形成されたＳｉ層２０２と、ＳｉＯ_２膜２０１上にマスク用として形成されたレジスト膜２０３と、を有している。レジスト膜２０３にはホールまたはトレンチ２０２Ａのパターンに即した開口部２０３Ａが予め形成されている。この開口部２０３Ａは、ハードマスクとしてのＳｉ層２０２に開口部２０２Ａを形成するためのパターンとして形成されている。

始めに、ウエハＷが第１のエッチング装置１０の搬出入口１１Ｃから処理容器１１内に搬入されて下部電極１２上に載置されると、ウエハＷは、静電チャック２５上に静電吸着によって固定される。搬出入口がゲートバルブ２４で閉じられた後、ガス供給手段１５の各ガス供給源１８Ａ、１８Ｂ、１８ＣからＣ_５Ｆ_８ガス、Ａｒガス及びＯ_２ガスがそれぞれの流量調整バルブ１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃによって所定の流量比に調整されて、上部電極１４の吐出口１４ＡからウエハＷ上に向けてエッチングガスとして供給される。この時のＣ_５Ｆ_８ガス、Ａｒガス及びＯ_２ガスそれぞれの流量は、例えば５〜３０ｓｃｃｍ、５０〜１０００ｓｃｃｍ、１〜２０ｓｃｃｍの範囲が好ましく、処理容器１１内のガス圧力は、例えば１５〜１００ｍＴｏｒｒの範囲が好ましい。エッチングガスを導入する間にもウエハＷの裏面にＨｅガスが流量調整して供給され、ウエハＷを冷却する。ウエハＷ裏面のＨｅガスの圧力は、中央で５〜３０Ｔｏｒｒ、周縁部で１０〜５０Ｔｏｒｒの範囲が好ましい。また、下部電極温度、処理容器１１の側壁温度及び上部電極温度は、それぞれ例えば−２０〜６０℃、５０〜１００℃、５０〜１００℃の範囲が好ましい。

処理容器１１内が所定の真空度に設定されると高周波電源１３から高周波電力が印加されて、下部電極１２と上部電極１４の間でエッチングガスのプラズマを発生する。高周波電力は、１０００〜２５００Ｗの範囲が好ましい。また、必要に応じて磁石１６から処理容器１１内に磁場が印加される。磁場が印加される場合には、その強度は５０〜３００ガウスの範囲が好ましい。

上述の条件でレジスト膜２０３をマスクとしてＳｉＯ_２膜２０１がエッチングされると、図３の（ａ）に示すＳｉＯ_２膜２０１は等方性エッチングを受けて、同図の（ｂ）に示すようにボーイング形状の側壁を有する開口部２０１Ａが形成される。

第１のエッチング装置１０でＳｉＯ_２膜２０１にボーイング形状の開口部２０１Ａが形成された後、ウエハＷは第１のエッチング装置１０から搬出され、処理装置１００のアッシング装置（図示せず）によってレジスト膜２０３が除去される（図３の（ｃ）参照）。その後、このウエハＷは第２のエッチング装置５０の処理容器５１内に搬入されて下部電極５２上の静電チャック６２上に静電吸着により固定される。

次いで、ガス供給手段５６から上部電極５５内に例えばＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス、ＳｉＦ_４ガス及びＯ_２ガスがそれぞれ所定の流量比に調整されて供給され、上部電極５５の吐出口５５ＡからウエハＷ上に向けてエッチングガスとして供給される。この時のＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス、ＳｉＦ_４ガス及びＯ_２ガスそれぞれの流量は、例えば１５０〜３５０ｓｃｃｍ、１０〜５０ｓｃｃｍ、０〜２０ｓｃｃｍ、１０〜５０ｓｃｃｍの範囲が好ましく、処理容器５１内のガス圧力は、例えば１００〜３００ｍＴｏｒｒの範囲が好ましい。一方、Ｈｅガス供給源からウエハＷの裏面に向けてＨｅガスが流量調整して供給され、ウエハＷは冷却される。この時のＨｅガスの圧力は、中央で５〜３０Ｔｏｒｒ、周縁部で１０〜５０Ｔｏｒｒの範囲が好ましい。また、下部電極温度、処理容器１１の側壁温度及び上部電極温度は、それぞれ５０〜１２０℃、５０〜１００℃、５０〜１００℃の範囲が好ましい。

処理容器５１内が所定の真空度に設定されると、第１、第２の高周波電源５３、５４から第１、第２の高周波電力が下部電極５２に印加されて、下部電極５２と上部電極５５の間でエッチングガスのプラズマを発生する。この時、第１の高周波電力は、第２の高周波電力よりも高い周波数に設定されている。第１、第２の高周波電力はそれぞれ独立に制御されるため、Ｓｉ層２０２に形成されるホールまたはトレンチ２０２Ａの側壁が曲面形状に削られる、いわゆるボーイング現象の発生を防止することができ、開口面に対して垂直な壁面が形成される。第１の高周波電力の周波数は、２７．１２ＭＨｚ以上に設定されることが好ましく、特に磁場を印加しない場合には２７．１２ＭＨｚ以上に設定されることが好ましい。

処理容器５１内の磁場は、必要に応じて印加され、プラズマは高密度化する。磁場を印加する場合には、第１の高周波電力は１３．５６ＭＨｚの周波数に設定される。この場合には第１の高周波電力の周波数が２７．１２ＭＨｚより低くても、磁場によってプラズマを高密度化できるからである。第２の高周波電力の周波数は、例えば３．２ＭＨｚに設定されることが好ましい。また、第１の高周波電力は、５００〜１０００Ｗ、第２の高周波電力は、５００〜１０００Ｗの範囲が好ましい。磁場を印加する場合には、その強度は５０〜３００ガウスの範囲が好ましい。

上記の各処理条件でウエハＷのＳｉＯ_２膜２０１をマスクとしてＳｉ層２０２をエッチングすると、図３の（ｄ）に示すようにＳｉＯ_２膜２０１のボーイング形状の側壁に反応生成物が付着し、堆積物２０４が形成される。しかし、本実施形態では、同図に示すように堆積物２０４が形成されても、開口部２０１Ａはボーイング形状であるため、堆積物２０４は側壁の拡径部を埋めるだけで開口部２０１Ａを狭くすることがないため、堆積物２０４によって見掛けのアスペクト比が高くなることもなく、ホールまたはトレンチ２０２Ａの深部でのエッチングレートの低下が防止され、あるいは抑制される。その結果、ホールまたはトレンチ２０２Ａの深部でも底部及び側壁がそれまでと変わりなくエッチングされて、側壁がテーパ形状になることが防止され、あるいは抑制される。尚、上記各処理条件は、ウエハサイズが２００ｍｍの場合のものであり、ウエハサイズが変われば、そのウエハサイズに適した処理条件を処理装置１００に設定することは云うまでもない。

以上説明したように本実施形態によれば、側壁がボーイング形状の開口部２０１Ａを有するＳｉＯ_２膜２０１をハードマスクとして用いてＳｉ層２０２をエッチングするため、エッチング時に反応生成物が側壁に付着してもその堆積物２０４によって開口部２０１Ａが狭くならず、エッチングレートが低下せず、所望の深さまで安定したエッチングを行って高アスペクト比のホールまたはトレンチ２０２Ａを形成することができ、深部における側壁のテーパ化を防止することができる。また、本実施形態によれば、ＳｉＯ_２膜２０１をハードマスクとしてＳｉ層２０２をエッチングするに当って、Ｃ_５Ｆ_８ガスを含むガスを用いてＳｉＯ_２膜２０１の開口部２０１Ａを形成するため、ＳｉＯ_２膜２０１の等方性エッチングによってボーイング状の開口部２０１Ａを確実に形成することができる。

また、本実施形態によれば、ＳｉＯ_２膜２０１にボーイング形状の開口部２０１Ａを形成した後、ハロゲン元素を含むガス（例えば、ＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス、ＳＦ_６ガス及びＳｉＦ_４ガス）を用いてＳｉ層２０２をエッチングするため、Ｓｉ層２０２に形成されるホールまたはトレンチ２０２Ａの側壁に保護膜を形成して垂直な側壁を形成することができる。特に、ハロゲン元素を含むガスとして、ＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス及びＯ_２ガスを含むガスを用いることによって垂直な側壁をより確実に形成することができる。

また、本実施形態によれば、Ｓｉ層２０２に開口径が０．２μｍ以下のホールまたは開口幅が０．２μｍ以下のトレンチを形成する場合であっても、ＳｉＯ_２膜２０１の開口部２０１Ａがボーイング形状であるため、開口部２０１Ａに堆積物２０４が形成されても、開口部２０１Ａが狭くならず、所望の高アスペクト比を有するホールまたはトレンチ２０２Ａを確実に形成することができる。更に、Ｓｉ層２０２にアスペクト比が４０以上のホールまたはトレンチ２０２Ａを形成する場合であっても、ホールまたはトレンチ２０２Ａの深部におけるエッチングレートが低下せず、所望の形状で確実にホールまたはトレンチ２０２Ａを形成することができる。

更に、本実施形態によれば、制御装置（コンピュータ）１００Ａは制御プログラムに基づいて機能して、第１、第２のエッチング装置１０、５０を制御するため、第１のエッチング装置１０においてＳｉＯ_２膜２０１にボーイング形状の開口部２０１Ａを形成した後、第２のエッチング装置５０においてＳｉＯ_２膜２０１をハードマスクとしてＳｉ層２０２をエッチングし、開口径または開口幅が０．２μｍ以下で、アスペクト比が４０以上のホールまたはトレンチ２０２Ａを形成し、所望の形状でホールまたはトレンチ２０２Ａを確実に形成することができる。また、本実施形態によれば、制御プログラム記憶媒体を制御装置１００Ａにインストールすることによって、制御プログラムは制御装置１００Ａを機能させて、処理装置１００の第１、第２のエッチング装置１０、５０を制御し、第１のエッチング装置１０においてＳｉＯ_２膜２０１にボーイング形状の開口部２０１Ａを形成した後、第２のエッチング装置５０においてＳｉＯ_２膜２０１をハードマスクとしてＳｉ層２０２をエッチングして、開口径または開口幅が０．２μｍ以下で、アスペクト比が４０以上のホールまたはトレンチ２０２Ａを形成し、所望の形状でホールまたはトレンチ２０２Ａ形成することができる。

以下具体的な実施例について説明する。

実施例１
本実施例では、上記処理装置を用いて表２、表３に示す条件で、予め０．１６μｍの開口部を有するレジスト膜が形成された２００ｍｍのウエハを用いてエッチングし、Ｓｉ層にトレンチを形成した。この際、第１のエッチング装置においてウエハを３分間エッチングしてＳｉＯ_２膜にボーイング形状の開口部を形成した後、ボーイング形状の開口部を有するＳｉＯ_２膜をハードマスクとして第２のエッチング装置において１３．５分間エッチングしてＳｉ層にトレンチを形成した。次いで、処理後のウエハの断面を観察し、ボーイング形状の開口部の開口幅ＣＤと、Ｓｉ層に形成されたトレンチのアスペクト比を測定し、測定結果を表４に示した。尚、表４では本実施例のウエハはボーイングマスクとして示した。

また、比較例として、実施例１と同一の開口幅で垂直な開口部を有するＳｉＯ_２膜をハードマスクとして用い、表３に示すエッチング条件でＳｉ層をエッチングした後、実施例１と同様にウエハ断面を観察し、垂直壁の開口部の開口幅ＣＤと、Ｓｉ層に形成されたトレンチのアスペクト比を測定し、測定結果を表４に示した。尚、表４では本比較例のウエハは垂直マスクとして示した。

表４に示す結果によれば、本実施例のボーイングマスクは、垂直マスクと比べて開口幅が大きく、堆積物によって開口部が狭くなっていないことが判った。その結果、本実施例のボーイングマスクは、垂直マスクと比べてアスペクト比が１５％以上も高いトレンチを形成できることが判った。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではない。上記実施形態ではＳｉＯ_２膜をマスクとしてＳｉ層をエッチングするシリコン半導体を例に挙げて説明したが、マスク及び被エッチング層はシリコン半導体以外の化合物半導体などにも適用することができる。従って、エッチングガスも被エッチング層に適した組成のガスを適宜用いることができる。また、エッチング装置も上記実施形態に何等制限されるものではない。要は、マスク上下両面それぞれの開口寸法に対し、上下両面間の開口寸法が拡大した開口部を有するマスクを用いて被エッチング層をエッチングするエッチング方法、エッチング方法を実行するための制御プログラム及び制御プログラム記憶媒体及び処理装置であれば、本発明に包含される。

本発明は、半導体製造分野のドライエッチングに好適に利用することができる。

本発明の処理装置の一実施形態の要部を示す図で、第１のエッチング装置を中心に示す断面図である。図１に示す処理装置のうち、第２のエッチング装置を示す断面図である。（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ図１に示す処理装置を用いたエッチング方法を示す工程図である。従来のエッチング方法を用いた工程図である。

符号の説明

１０、５０エッチング装置
１１、５１処理容器
１２、５２下部電極
１３、５３、５４高周波電源
１４、５５上部電極
１５、５６ガス供給手段
１００処理装置
１００Ａ制御装置
２０１ＳｉＯ_２膜
２０１Ａ開口部
２０２Ｓｉ層
２０２Ａホールまたはトレンチ

Claims

半導体ウエハに形成されたシリコン酸化膜をシリコン層のマスクとし、上記マスクに所定のパターンで形成された開口部を介して上記シリコン層をエッチングする方法において、処理容器内で、フロロカーボンガスを含むガスを用いて上記マスクの上面に積層されたレジスト膜に予め形成された上記所定のパターンの開口部から上記シリコン酸化膜をエッチングして、上記マスクの厚み方向を上下方向としたとき、上記マスク上下両面からそれぞれ内側に向かうほど開口寸法が漸次拡大して断面がボーイング形状を呈する開口部を上記シリコン酸化膜に形成する第１の工程と、他の処理容器内で、ハロゲン元素を含むガスとしてＨＢｒガス、ＮＦ_３ガス及びＯ_２ガスの混合ガスを用いて上記マスクの開口部から上記シリコン層をエッチングする第２の工程と、を備え、上記第１の工程では、上記フロロカーボンガスを含むガスとしてＣ _５Ｆ _８ガス、Ａｒガス及びＯ _２ガスを用い、上記Ｃ _５Ｆ _８ガスの流量を５〜３０ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量を５０〜１０００ｓｃｃｍ、上記Ｏ _２ガスの流量を１〜２０ｓｃｃｍに設定すると共に上記処理容器内の圧力を１５〜１００ｍＴｏｒｒに設定し、上記第２の工程では、上記ＨＢｒガスの流量を１５０〜３５０ｓｃｃｍ、上記ＮＦ_３ガスの流量を１０〜５０ｓｃｃｍ、上記Ｏ_２ガスの流量を１０〜５０ｓｃｃｍに設定すると共に上記他の処理容器内の圧力を１００〜３００ｍＴｏｒｒに設定することを特徴とするエッチング方法。
上記シリコン層に開口径または開口幅が０．２μｍ以下のホールまたはトレンチを形成することを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
上記シリコン層にアスペクト比が４０以上のホールまたはトレンチを形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング方法。
コンピュータを駆動させて、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエッチング方法を実行するように処理装置を制御することを特徴とする制御プログラム。
コンピュータを駆動させて処理装置を制御する制御プログラムが記憶された記憶媒体であって、上記制御プログラムは、上記コンピュータを駆動させて、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエッチング方法を実行するように処理装置を制御することを特徴とする制御プログラム記憶媒体。
真空排気可能な処理容器と、この処理容器内に配置され且つ被処理体の載置台を兼ねる電極と、この電極に高周波電力を印加する高周波電源と、上記処理容器内にエッチングガスを供給するガス供給手段と、を有する、少なくとも２つのエッチング装置と、これらのエッチング装置を制御する制御装置と、を備え、上記制御装置は、請求項１〜請求項３のいずれか１項のエッチング方法を実行するように上記各エッチング装置を制御することを特徴とする処理装置。