JP6059165B2 - エッチング方法、及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、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。
半導体デバイスの製造では、シリコン酸化膜にコンタクトホールを形成することがある。また、半導体デバイスの微細化が進んでおり、コンタクトホールを形成する技術として、ＳＡＣ（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｏｎｔａｃｔ）技術が用いられるようになっている。
ＳＡＣ技術は、例えば、二つのゲート間に存在するシリコン酸化膜にコンタクトホールを形成する技術として用いられている。具体的には、二つのゲートを覆うシリコン窒化膜が当該ゲートとシリコン酸化膜との間に設けられる。このシリコン窒化膜がエッチングストッパ層として機能することにより、二つのゲート間の領域に存在するシリコン酸化膜に自己整合的にコンタクトホールが形成される。このようなＳＡＣ技術では、特開２０００−３０７００１号公報に記載されているように、シリコン酸化膜のエッチングに、フルオロカーボンガスのプラズマが利用されるのが一般的である。
特開２０００−３０７００１号公報
上述したＳＡＣ技術のように、半導体デバイスの製造においては、窒化シリコンから構成された領域に対して酸化シリコンから構成された領域を選択的にエッチングすることがある。しかしながら、フルオロカーボンガスのプラズマは、酸化シリコンから構成された領域のみならず、窒化シリコンから構成された領域もエッチングする。例えば、従来のＳＡＣ技術では、シリコン酸化膜のエッチングが進行してシリコン窒化膜が露出する際に、当該シリコン窒化膜が削られるという現象が生じ得る。
したがって、酸化シリコンから構成された領域の選択的なエッチングにおいて、窒化シリコンから構成された領域の削れを抑制することが必要となっている。
一側面においては、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が提供される。この方法は、（ａ）第２領域上に、第１領域上に形成される保護膜よりも厚い保護膜を形成する工程であり、該第１領域及び該第２領域を有する被処理体をフルオロカーボンガスのプラズマに該被処理体を晒す、該工程（以下、「工程（ａ）」という）と、（ｂ）第１領域をエッチングする工程であり、フルオロカーボンガスのプラズマに前記被処理体を晒す、該工程（以下、「工程（ｂ）」という）と、含む。この方法では、工程（ａ）において被処理体を載置する載置台に供給される高周波バイアス電力が、工程（ｂ）において載置台に供給される高周波バイアス電力よりも小さい電力に設定される。例えば、工程（ａ）では、載置台に高周波バイアス電力が供給されなくてもよい。また、この方法の工程（ａ）では、前記被処理体の温度が６０℃以上２５０℃以下の温度に設定される。
６０℃以上２５０℃以下の温度環境下では、第２領域上に形成されるフルオロカーボン系の保護膜の厚みは、第１領域上に形成される当該保護膜の厚みよりも大きくなる。また、比較的低いバイアス電力が供給された状態では、第２領域のエッチングレートは低くなる。したがって、上記方法によれば、工程（ａ）において厚い保護膜を第２領域上に形成することができ、工程（ｂ）において選択的に第１領域をエッチングする際に第２領域の削れを抑制することが可能となる。
一形態においては、第２領域は第１領域内に埋め込まれていてもよい。この形態の方法は、（ｃ）水素、窒素、及びフッ素を含有するガスのプラズマを生成し、第１領域を変質させて、変質領域を形成する工程（以下、「工程（ｃ）」という）と、（ｄ）変質領域を除去する工程（以下、「工程（ｄ）」という）と、を更に含む。この形態の方法では、工程（ａ）及び工程（ｂ）は、工程（ｃ）及び工程（ｄ）によって第２領域が露出した後に行われる。この形態では、工程（ｃ）及び工程（ｄ）によって、第１領域の酸化シリコンがケイフッ化アンモニウムに変質し、当該ケイフッ化アンモニウムによって構成された変質領域が工程（ｄ）によって除去される。これら工程（ｃ）及び工程（ｄ）は、第１領域に対して選択的に作用するので、第２領域に対する損傷を抑制して第２領域を露出させることが可能となる。かかる工程（ｃ）及び工程（ｄ）の実行の後、工程（ａ）及び工程（ｂ）を実行することにより、第２領域が露出した後にも、当該第２領域の損傷を抑制しつつ、第１領域をエッチングすることが可能となる。なお、工程（ｄ）では、被処理体が加熱されてもよく、或いは、被処理体が不活性ガスのプラズマに晒されてもよい。
一形態においては、上記フルオロカーボンガスとして、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、及びＣ６Ｆ６のうち少なくとも一種を含有するガスが用いられてもよい。また、一形態においては、工程（ａ）及び工程（ｂ）が交互に繰り返されてもよい。
別の一側面においては、上述した方法の実施に用いることができるプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、温度調整機構、ガス供給部、及び、プラズマ生成部、電力供給部、及び制御部を備えている。載置台は、処理容器内に設けられており、当該載置台上に被処理体を載置する。温度調整機構は、載置台の温度を調整する。ガス供給部は、処理容器内に水素、窒素、及びフッ素を含有する第１のガス、フルオロカーボンを含有する第２のガス、並びに、フルオロカーボンを含有する第３のガスを供給する。プラズマ生成部は、処理容器内に供給されるガスを励起させるためのエネルギーを発生する。電力供給部は、載置台に高周波バイアス電力を供給する。制御部は、温度調整機構、ガス供給部、プラズマ生成部、及び電力供給部を制御する。制御部は、ガス供給部に第１のガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第１制御と、温度調整機構に載置台を加熱させる第２制御と、ガス供給部に第２のガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第３制御と、ガス供給部に第３のガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第４制御と、を実行する。制御部は、第３制御において載置台に供給される高周波バイアス電力が、第４制御において載置台に供給される高周波バイアス電力よりも小さくなるよう、電力供給部を制御し、第３制御において、載置台の温度が６０℃以上２５０℃以下の温度となるよう温度調整機構を制御する。このプラズマ処理装置によれば、上述した工程（ａ）、工程（ｂ）、工程（ｃ）、及び工程（ｄ）を単一のプラズマ処理装置を用いて行うことが可能となる。
更に別の一側面においても、上述した方法の実施に用いることができるプラズマ処理装置が提供される。このプラズマ処理装置は、処理容器、載置台、ガス供給部、及び、プラズマ生成部、電力供給部、及び制御部を備えている。載置台は、処理容器内に設けられており、当該載置台上に被処理体を載置する。また、温度調整機構は、載置台の温度を調整する。ガス供給部は、処理容器内に水素、窒素、及びフッ素を含有する第１のガス、フルオロカーボンを含有する第２のガス、フルオロカーボンを含有する第３のガス、並びに不活性ガスを供給する。プラズマ生成部は、処理容器内に供給されるガスを励起させるためのエネルギーを発生する。電力供給部は、載置台に高周波バイアス電力を供給する制御部は、温度調整機構、ガス供給部、プラズマ生成部、及び電力供給部を制御する。制御部は、ガス供給部に第１のガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第１制御と、ガス供給部に不活性ガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第２制御と、ガス供給部に第２のガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第３制御と、ガス供給部に第３のガスを供給させ、プラズマ生成部にエネルギーを発生させる第４制御と、を実行する。制御部は、第３制御において載置台に供給される高周波バイアス電力が、第４制御において載置台に供給される高周波バイアス電力よりも小さくなるよう、電力供給部を制御し、第３制御において、載置台の温度が６０℃以上２５０℃以下の温度となるよう温度調整機構を制御する。このプラズマ処理装置によっても、上述した工程（ａ）、工程（ｂ）、工程（ｃ）、及び工程（ｄ）を単一のプラズマ処理装置を用いて行うことが可能となる。
一形態において、第２のガスは、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、及びＣ６Ｆ６のうち少なくとも一種を含有してもよい。また、一形態においては、制御部は、第１制御の実行及び第２制御の実行を交互に繰り返した後に、第３制御及び第４制御を実行してもよい。また、制御部は、第３制御の実行及び第４制御の実行を交互に繰り返してもよい。
以上説明したように、酸化シリコンから構成された領域の選択的なエッチングにおいて、窒化シリコンから構成された領域の削れを抑制することが必要となっている。
一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 被処理体の一例を示す断面図である。 一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。 一実施形態に係るエッチング方法の各工程の実行後の状態の被処理体を示す断面図である。 一実施形態に係るエッチング方法の各工程の実行後の状態の被処理体を示す断面図である。 一実施形態に係るエッチング方法の各工程の実行後の状態の被処理体を示す断面図である。
以下、図面を参照して種々の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、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、窒化シリコンから構成された第２領域に対して酸化シリコンから構成された第１領域を選択的にエッチングする方法である。この方法ＭＴは、一例においては、図２に示す被処理体に自己整合的にホールを形成するために利用することができる。
図２に示す一例の被処理体（以下、「ウエハＷ」という）は、下地層１００、複数の隆起領域１０２、第２領域１０４、第１領域１０６、及び、マスク１０８を有している。このウエハＷは、例えば、フィン型電界効果トランジスタの製造中に得られる生産物であり得る。
下地層１００は、例えば、多結晶シリコンから構成され得る。下地層は、一例においてはフィン領域であり、略直方体形状を有している。複数の隆起領域１０２は、下地層１００上に設けられており、互いに略平行に配列されている。これら隆起領域１０２は、例えば、ゲート領域であり得る。第２領域１０４は、窒化シリコンから構成されており、隆起領域１０２を覆うように設けられている。また、複数の隆起領域１０２は、第１領域１０６内に埋め込まれている。即ち、第１領域１０６は、第２領域１０４を介して隆起領域１０２を覆うように設けられている。この第１領域１０６は、酸化シリコンから構成されている。第１領域１０６上には、マスク１０８が設けられている。マスク１０８は、隣接する隆起領域１０２間の上方において開口するパターンを有している。このマスク１０８は、有機膜から構成されている。なお、マスク１０８は、フォトリソグラフィによって作成することが可能である。
ウエハＷに対して方法ＭＴを実施すると、ウエハＷの第１領域１０６を第２領域１０４に対して選択的にエッチングすることができ、隣接する隆起領域１０２の間の領域においてホールを自己整合的に形成することができる。形成されたホールは、隣接する隆起領域１０２の間の領域を通って下地層１００の表面まで延在する。かかるホールは、例えば、フィン領域のソース又はドレインに、接続するコンタクト用のホールとなり得る。
以下、方法ＭＴの各工程を詳細に説明する前に、当該方法ＭＴの実施に利用可能な一実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図３は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図３に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型のプラズマ処理装置である。
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、略円筒形状を有しており、その内部に処理空間Ｓを提供している。処理容器１２の側壁には、ウエハＷの搬入及び搬出用の開口が設けられている。この開口は、ゲートバルブ３０によって開閉可能になっている。
プラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に、載置台１４を備えている。一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、筒状保持部２０及び筒状支持部２２を更に備えている。筒状保持部２０は、処理容器１２内の底部から上方に延びており、載置台１４を保持している。筒状支持部２２は、処理容器１２の底部から上方に延びており、筒状保持部２０を介して載置台１４を支持している。
載置台１４は、基台１６及び静電チャック１８を有している。基台１６は、略円板形状を有しており、導電性を有している。基台１６は、例えばアルミニウム製であり、下部電極を構成している。
基台１６には、高周波電源３２が整合器３４を介して電気的に接続されている。一実施形態においては、高周波電源３２は、イオン引き込み用の所定の周波数、例えば、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数を有する高周波バイアス電力を基台１６に供給する。この高周波電源３２は、一実施形態の電力供給部を構成している。
基台１６上には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は、略円板状の部材であり、絶縁層１８ａ、及び給電層１８ｂを有している。絶縁層１８ａはセラミック等の誘電体により形成される膜であり、給電層１８ｂは、絶縁層１８ａの内層として形成された導電性の膜である。給電層１８ｂには、スイッチＳＷを介して直流電源５６が接続されている。直流電源５６から給電層１８ｂに直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によってウエハＷが静電チャック１８上に吸着保持される。
また、静電チャック１８のエッジの外側及びウエハＷのエッジの外側には、これら静電チャック１８及びウエハＷを囲むようにフォーカスリングＦＲが設けられている。フォーカスリングＦＲは、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。
一実施形態においては、処理容器１２の側壁と筒状支持部２２との間には、排気路２４が形成されている。排気路２４には、バッフル板２５が設けられている。また、排気路２４の底部には、排気口２６ａが設けられている。排気口２６ａは、処理容器１２の底部に嵌め込まれた排気管２６によって提供されている。この排気管２６には、排気装置２８が接続されている。排気装置２８は、真空ポンプを有しており、処理容器１２内の処理空間Ｓを所定の真空度まで減圧することができる。
また、プラズマ処理装置１０は、一実施形態に係る温度調整機構を更に有している。この温度調整機構は、載置台１４の温度を調整することによって、当該載置台１４上に載置されるウエハの温度を制御する。以下、温度調整機構について具体的に説明する。
基台１６内には、冷媒流路１６ｐが形成されている。冷媒流路１６ｐの一端には入口配管が接続されており、冷媒流路１６ｐの他端には出口配管が接続されている。入口配管及び出口配管は、チラーユニット１７に接続されている。チラーユニット１７は、入口配管を介して冷媒流路１６ｐに冷媒を供給し、当該冷媒流路１６ｐから出口配管を介して冷媒を回収する。このように冷媒流路１６ｐに冷媒が循環されることにより、載置台１４の温度が調整され、当該載置第１４上に載置されるウエハの温度が調整されるようになっている。
また、載置台１４は、加熱素子であるヒータＨＴを有している。ヒータＨＴは、例えば、静電チャック１８内に埋め込まれている。ヒータＨＴには、ヒータ電源ＨＰが接続されている。ヒータ電源ＨＰからヒータＨＴに電力が供給されることにより、載置台１４の温度が調整され、当該載置第１４上に載置されるウエハの温度が調整されるようになっている。
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、ガス供給ライン５８及び６０、並びに、伝熱ガス供給部６２及び６４を更に備えている。伝熱ガス供給部６２は、ガス供給ライン５８に接続されている。このガス供給ライン５８は、静電チャック１８の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部６２は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック１８の上面とウエハＷとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部６４はガス供給ライン６０に接続されている。ガス供給ライン６０は、静電チャック１８の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン５８を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部６４は、例えばＨｅガスといった伝熱ガスを、静電チャック１８の上面とウエハＷとの間に供給する。
また、プラズマ処理装置１０は、一実施形態に係るガス供給部及びプラズマ生成部を更に備えている。ガス供給部は、複数のガスを処理容器１２内に供給することが可能であり、方法ＭＴの各工程において用いられるガスを選択的に処理容器１２内に供給することができる。また、プラズマ生成部は、処理容器１２内に供給されたガスを励起させるためのエネルギーを発生するよう構成されている。以下、ガス供給部及びプラズマ生成部の一実施形態について具体的に説明する。
プラズマ処理装置１０は、シャワーヘッド３８を備えている。シャワーヘッド３８は、載置台１４の上方に設けられており、処理空間Ｓを介して当該載置台１４と対面している。シャワーヘッド３８は、上部電極を構成しており、電極板４０及び電極支持体４２を含んでいる。
電極板４０は、略円板形状を有する導電性の板である。電極板４０には、高周波電源３５が整合器３６を介して電気的に接続されている。高周波電源３５は、プラズマ生成用の所定の高周波数、例えば４０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚの周波数を有する高周波電力を電極板４０に供給する。高周波電源３５によって電極板４０に高周波電力が与えられると、基台１６と電極板４０との間の空間、即ち、処理空間Ｓには高周波電界が形成され、当該高周波電界によりガスが励起される。これにより、処理容器１２内においてプラズマが生成される。したがって、基台１６、シャワーヘッド３８、及び高周波電源３５は、一実施形態に係るプラズマ生成部を構成している。
電極板４０には、複数のガス通気孔４０ｈが形成されている。電極板４０は、電極支持体４２によって着脱可能に支持されている。電極支持体４２の内部には、バッファ室４２ａが設けられている。また、電極支持体４２には、複数のガス通気孔４０ｈにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室４２ａに連通している。また、プラズマ処理装置１０は、ガス供給機構４４を更に備えており、バッファ室４２ａのガス導入口４２ｂにはガス供給管４６を介してガス供給機構４４が接続されている。
ガス供給機構４４は、方法ＭＴの各工程に用いられるガスを選択的にシャワーヘッド３８に供給する。具体的に、ガス供給機構４４は、第１のガス、第２のガス、第３のガス、及び、不活性ガスを供給することができる。第１のガスは、水素、窒素、及び、フッ素を含有するガスである。第２のガス及び第３のガスは、フルオロカーボンを含有するガスである。第１のガスは、例えば、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、及び、ＮＦ３ガスの混合ガスであり得る。また、第１のガスは、更に、Ａｒガスといった希ガスを含み得る。また、第２のガス及び第３のガスは、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、及びＣ６Ｆ６のうち少なくとも一種を含有するガスである。また、第２のガス及び第３のガスは、更に、Ａｒガスといった希ガス、及び、Ｏ２ガスを含み得る。また、不活性ガスは、Ａｒガスといった希ガス、又は、Ｎ２ガスであり得る。
ガス供給機構４４は、上述した複数種のガスのガス源、並びに、当該複数のガス源のそれぞれに対応して設けられた流量制御器及びバルブを有し得る。ガス供給機構４４は、これら複数種のガスのうち各工程に用いる一以上のガスを選択的にシャワーヘッド３８に供給する。これにより、ガス供給機構４４は、上述した第１のガス、第２のガス、第３のガス、及び、不活性ガスを選択的にシャワーヘッド３８に供給することができる。シャワーヘッド３８に供給されるガスは、バッファ室４２ａ及びガス通気孔４０ｈを経由して、処理空間Ｓに供給される。したがって、ガス供給機構４４及びシャワーヘッド３８は、一実施形態に係るガス供給部を構成している。
一実施形態においては、処理容器１２の天井部に、環状又は同心状に延在する磁場形成機構４８が設けられている。この磁場形成機構４８は、処理空間Ｓにおける高周波放電の開始（プラズマ着火）を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部６６を更に備えている。この制御部６６は、チラーユニット１７、排気装置２８、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給機構４４、伝熱ガス供給部６２及び６４、並びにヒータ電源ＨＰに接続されている。制御部６６は、排気装置２８、スイッチＳＷ、高周波電源３２、整合器３４、高周波電源３５、整合器３６、ガス供給機構４４、伝熱ガス供給部６２及び６４、並びにヒータ電源ＨＰのそれぞれに制御信号を送出する。制御部６６からの制御信号により、チラーユニット１７による冷媒の供給、排気装置２８による排気、スイッチＳＷの開閉、高周波電源３２からの高周波バイアス電力の供給、整合器３４のインピーダンス調整、高周波電源３５からの高周波電力の供給、整合器３６のインピーダンス調整、ガス供給機構４４によるガスの供給、伝熱ガス供給部６２及び６４それぞれによる伝熱ガスの供給、ヒータ電源ＨＰからの電力供給が制御される。
以下、制御部６６の各種制御と共に、方法ＭＴの各工程について詳細に説明する。以下、再び図１を参照する。また、以下の説明においては、図４、図５、及び図６を参照する。図４、図５、及び図６は、一実施形態に係るエッチング方法の各工程の実行後の状態の被処理体を示す断面図である。
図１に示すように、方法ＭＴは、工程ＳＴ１から開始する。工程ＳＴ１では、第１領域１０６を変質させることにより、変質領域が形成される。具体的には、工程ＳＴ１では、ウエハＷが、水素、窒素、及びフッ素を含有するガスのプラズマに晒される。工程ＳＴ１に用いられるガスは、上述した第１のガスであり、例えば、Ｈ２ガス、Ｎ２ガス、及び、ＮＦ３ガスの混合ガスであり得る。また、第１のガスは、Ａｒガスといった希ガスを含み得る。第１のガスのプラズマにウエハＷが晒されると、第１領域１０６を構成する酸化シリコンがケイフッ化アンモニウムに変質する。これにより、図４の（ａ）に示すように、第１領域１０６の少なくとも一部が変質領域１０６ａへと変質する。
プラズマ処理装置１０を用いて工程ＳＴ１を行う場合には、制御部６６は、第１の制御を実行する。具体的には、制御部６６は、第１のガスを供給するようにガス供給機構４４を制御する。また、制御部６６は、第１のガスを励起させるため、高周波電力をシャワーヘッド３８に供給するように高周波電源３５を制御する。
工程ＳＴ１では、処理容器１２内の圧力は、例えば、４００ｍＴｏｒｒ〜６００ｍＴｏｒｒ（５３．３３Ｐａ〜７９．９９Ｐａ）の圧力に設定される。また、高周波電源３５から供給される高周波電力は、例えば、８００Ｗ〜１２００Ｗの間の電力に設定される。また、工程ＳＴ１では、高周波電源３２からの高周波バイアス電力は供給されなくてもよい。また、第１のガス中のＮＦ３ガスとＨ２ガスの分圧は、１：２〜１：１０の範囲内の分圧、例えば、１：２．５の分圧に制御される。また、ウエハＷの温度は、４０℃以下の温度、例えば、０℃の温度に制御される。このため、制御部６６は、プラズマ処理装置１０の温度調整機構を制御して、載置台１４の温度を調整することができる。
次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が行われる。工程ＳＴ２では、変質領域１０６ａが除去される。一例にでは、工程ＳＴ２において、ウエハＷが加熱される。別の一例では、工程ＳＴ２において、不活性ガスのプラズマにウエハＷが晒される。この工程ＳＴ２により、図４の（ｂ）に示すように、変質領域１０６ａが除去される。
プラズマ処理装置１０を用いて工程ＳＴ２を行う場合には、制御部６６は、第２の制御を実行する。一例において、制御部６６は、プラズマ処理装置１０の温度調整機構を制御することにより、載置台１４の温度を調整する。これにより、ウエハＷを加熱する。例えば、ウエハＷは、例えば、６０℃〜２５０℃に加熱される。また、この一例の第２制御において、処理容器１２内には、Ｎ２ガスといった不活性ガスが供給されてもよい。
また、第２制御の別の一例においては、制御部６６は、不活性ガスを供給するよう、ガス供給機構４４を制御する。また、制御部６６は、不活性ガスを励起させるため、高周波電力をシャワーヘッド３８に供給するように高周波電源３５を制御する。また、制御部６６は、高周波バイアス電力を供給するように高周波電源３２を制御してもよい。
上述した工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は、第２領域１０４が露出するまで、交互に所定回数（例えば、１０回）実行される。方法ＭＴでは、工程ＳＴ３において、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の実行回数が、停止条件、即ち、所定回数を超えるという条件を満たすか否かが判定される。この停止条件が満たされない場合には、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２が再び繰り返される。一方、停止条件が満たされる場合には、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２の実行が終了する。このように工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２が交互に所定回数実行されることにより、図４の（ｃ）に示すように、第１領域１０６が部分的に除去され、第２領域１０４が露出する。また、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２は、第１領域１０６に対して選択的に作用するので、第２領域１０４が露出した後にも、第２領域１０４の損傷が抑制される。
次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ４が行われる。工程ＳＴ４では、第２領域１０４及び第１領域１０６上に保護膜が形成される。この工程ＳＴ４では、第２領域１０４上に形成される保護膜の厚みが第１領域１０６上に形成される保護膜の厚みより厚くなるように、保護膜の形成が調整される。
具体的に、工程ＳＴ４では、ウエハＷがフルオロカーボンガス、即ち、フルオロカーボンを含有する上述の第２のガスのプラズマに晒される。この工程ＳＴ４では、載置台１４の基台１６に供給される高周波バイアス電力が、後述する工程ＳＴ５において基台１６に供給される高周波バイアス電力よりも小さい電力となるように調整される。例えば、工程ＳＴ４では、基台１６に高周波バイアス電力が供給されない。これにより、第２領域１０４のエッチングレートが低くなり、第２領域１０４は実質的にはエッチングされなくなる。
また、工程ＳＴ４では、ウエハＷの温度が６０℃以上２５０℃以下の温度に設定される。これにより、図５の（ａ）に示すように、フルオロカーボン系の保護膜ＰＦが第２領域１０４及び第１領域１０６上に形成され、第１領域１０６上の保護膜ＰＦの厚みよりも第２領域１０４上の保護膜ＰＦの厚みが厚くなる。なお、２５０℃を超える温度領域では、マスク１０８のガラス転移温度となり、また、当該温度では、第１領域１０６に形成される保護膜の厚みと第２領域１０４の保護膜の厚みの差が少なくなる。また、６０℃より低い温度でも、第１領域１０６に形成される保護膜の厚みと第２領域１０４の保護膜の厚みの差が少なくなる。
プラズマ処理装置１０を用いて工程ＳＴ４を行う場合には、制御部６６は、第３制御を実行する。具体的に、制御部６６は、第２のガスを供給するようにガス供給機構４４を制御する。また、制御部６６は、シャワーヘッド３８に高周波電力が供給されるように高周波電源３５を制御する。また、制御部６６は、高周波バイアス電力が低い電力となるように、例えば、高周波バイアス電力が供給されないように、高周波電源３２を制御する。また、制御部６６は、プラズマ処理装置１０の温度調整機構を制御することにより、載置台１４の温度を調整する。これにより、ウエハＷの温度を調整する。
例えば、工程ＳＴ４では、処理容器１２内の圧力は、１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ〜４Ｐａ）の圧力に設定される。また、工程ＳＴ４では、高周波電源３５から、６０ＭＨｚ且つ５００Ｗ〜２０００Ｗの高周波電力がシャワーヘッド３８に供給される。また、第２のガス中のＣ４Ｆ６ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスの流量はそれぞれ、１５ｓｃｃｍ〜２５ｓｃｃｍの流量、５００ｓｃｃｍ〜６００ｓｃｃｍの流量、１０ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍの流量に設定される。また、工程ＳＴ４の処理時間は、１０秒〜２０秒である。
次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ５が行われる。工程ＳＴ５では、第１領域１０６がエッチングされる。本例においては、隣接する隆起領域１０２の間に存在する第１領域１０６がエッチングされる。
具体的に、工程ＳＴ５では、ウエハＷがフルオロカーボンガス、即ち、フルオロカーボンを含有する上述の第３のガスのプラズマに晒される。この工程ＳＴ５では、載置台１４の基台１６に比較的高い高周波バイアス電力が供給される。これにより、比較的薄い保護膜ＰＦがその上に形成されている第１領域１０６が、図５の（ｂ）に示すように、エッチングされる。
プラズマ処理装置１０を用いて工程ＳＴ５を行う場合には、制御部６６は、第４の制御を実行する。具体的に、制御部６６は、第３のガスを供給するようにガス供給機構４４を制御する。また、制御部６６は、シャワーヘッド３８に高周波電力が供給されるように高周波電源３５を制御する。また、制御部６６は、基台１６に高周波バイアス電力が供給されるように高周波電源３２を制御する。
例えば、工程ＳＴ５では、処理容器１２内の圧力は、１０ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒ（１．３３３Ｐａ〜４Ｐａ）の圧力に設定される。また、工程ＳＴ５では、高周波電源３５から、６０ＭＨｚ且つ５００Ｗ〜２０００Ｗの高周波電力がシャワーヘッド３８に供給される。また、工程ＳＴ５では、高周波電源３２から、１０００Ｗ〜２０００Ｗの高周波バイアス電力が基台１６に供給される。また、第２のガス中のＣ４Ｆ６ガス、Ａｒガス、Ｏ２ガスの流量はそれぞれ、１５ｓｃｃｍ〜２５ｓｃｃｍの流量、５００ｓｃｃｍ〜６００ｓｃｃｍの流量、１０ｓｃｃｍ〜２０ｓｃｃｍの流量に設定される。また、工程ＳＴ５の処理時間は、１０秒〜３０秒である。なお、工程ＳＴ５におけるウエハＷの温度は、工程ＳＴ４のウエハＷの温度と同じ温度であってもよく、或いは、工程ＳＴ４のウエハＷの温度よりも低い温度であってもよい。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５が交互に所定回数実行される。方法ＭＴでは、工程ＳＴ６において、工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５の実行回数が停止条件、即ち、所定回数を超えるという条件を満たすか否かが判定される。この停止条件が満たされない場合には、工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５が再び繰り返される。一方、停止条件が満たされる場合には、工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５の実行が終了する。このように工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５が交互に所定回数実行されることにより、図５の（ｃ）に示すように、隣接する隆起領域１０２の間に存在する第１領域１０６が、ある深さまでエッチングされる。なお、図５の（ｃ）では、第１領域１０６のエッチングは下地層１００まで達していないが、工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５は、第１領域１０６のエッチングが下地層１００に達するまで実行されてもよい。
以上の工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５を行うことにより、露出直後において保護膜が形成されていない第２領域１０４の削れを抑制しつつ、第１領域１０６をエッチングすることが可能となる。かかる工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５を所定回数実行すると、第２領域１０４上には保護膜ＰＦが維持される。また、フルオロカーボンを含有するガスのエッチングでは、第１領域１０６上への保護膜の形成と第１領域１０６のエッチングとが同時に進行する。したがって、工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５を所定回数実行した後に、工程ＳＴ５と同様のエッチングによって、第１領域１０６をエッチングすることができる。これにより、第１領域１０６のエッチングレートを高めることが可能である。
具体的に、方法ＭＴは、工程ＳＴ７を含んでいる。工程ＳＴ７では、工程ＳＴ５と同様の条件で、隣接する隆起領域１０２の間に存在する第１領域１０６のエッチングが進められる。この工程ＳＴ７をプラズマ処理装置１０を用いて行う場合には、制御部６６は、第４制御と同様の制御を実行することができる。この工程ＳＴ５を行うと図６の（ａ）に示すように、ウエハＷには、下地層１００まで達するホールが形成される。但し、図６の（ａ）に示すように、下地層１００と第２領域１０４によって囲まれた隅部には、酸化シリコンから構成された残渣１０６ｂが残されることがある。
方法ＭＴでは、残渣１０６ｂを除去するために、工程ＳＴ８及び工程ＳＴ９を更に行うことができる。工程ＳＴ８は工程ＳＴ１と同様の工程であり、工程ＳＴ９は工程ＳＴ２と同様の工程である。また、プラズマ処理装置１０を用いて工程ＳＴ８及び工程ＳＴ９を行う場合には、制御部６６は、上述した第１制御及び第２制御を実行することができる。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ８により、図６の（ｂ）に示すように、残渣１０６ｂを変質させて変質領域１０６ｃを形成することができる。また、工程ＳＴ９により、図６の（ｃ）に示すように、変質領域１０６ｃを除去することができる。工程ＳＴ８及び工程ＳＴ９は交互に複数回繰り返されてもよい。これにより、方法ＭＴによれば、隣接する隆起領域１０２の間において自己整合的にホールＨＬを形成することが可能となる。
以上、幾つかの実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した実施形態では、単一のプラズマ処理装置１０を用いて方法ＭＴの全ての工程が実行されているが、各工程毎に又は幾つかの工程毎に異なる装置が用いられてもよい。また、プラズマ処理装置１０は容量結合型のプラズマ処理装置であったが、他のタイプのプラズマ処理装置が用いられてもよい。例えば、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といったプラズマ源を用いるプラズマ処理装置といった種々のプラズマ処理装置が用いられ得る。
また、方法ＭＴの工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、工程ＳＴ７、工程ＳＴ８、工程ＳＴ９は、図２に示したウエハＷにホールＨＬを形成するのに適したオプションの工程である。したがって、ウエハによっては、これら工程が不要とされることもある。例えば、ウエハが、酸化シリコンから構成された第１領域と窒化シリコンから構成された第２領域を有し、第１領域及び第２領域が露出している場合に、当該第１領域を選択的にエッチングするために、工程ＳＴ４及び工程ＳＴ５を含む方法を実施することが可能である。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…載置台、１６…基台、１７…チラーユニット、１８…静電チャック、ＨＰ…ヒータ電源、ＨＴ…ヒータ、２８…排気装置、３２…高周波電源、３５…高周波電源、３８…シャワーヘッド、４４…ガス供給機構、６６…制御部、Ｗ…ウエハ、１０４…第２領域、１０６…第１領域、ＨＬ…ホール、ＰＦ…保護膜。

Claims (8)

  1. 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であって、
    前記第２領域上の保護膜の厚みが前記第１領域上に形成される保護膜の厚みよりも大きくなるよう、前記第１領域及び前記第２領域を有する被処理体をＣｘＦｙで表されるフルオロカーボンガスのプラズマに晒すことにより、保護膜を形成する保護膜形成工程と、
    フルオロカーボンガスのプラズマに前記被処理体を晒すことにより、前記第１領域をエッチングする第１領域エッチング工程と、
    含み、
    前記保護膜形成工程において前記被処理体を載置する載置台に供給される高周波バイアス電力が、前記第１領域エッチング工程において前記載置台に供給される高周波バイアス電力よりも小さく、
    前記保護膜形成工程において、前記被処理体の温度が６０℃以上２５０℃以下の温度に設定される、
    方法。
  2. 水素、窒素、及びフッ素を含有するガスのプラズマを生成することにより、前記酸化シリコンから構成された前記第１領域をケイフッ化アンモニウムから構成された変質領域に変質させる変質領域形成工程と、
    前記変質領域を除去する変質領域除去工程と、
    を更に含み、
    前記第２領域は前記第１領域内に埋め込まれており、
    前記保護膜形成工程及び前記第１領域エッチング工程は、前記変質領域形成工程及び前記変質領域除去工程により前記第２領域が露出した後に行われる、請求項１に記載の方法。
  3. 前記変質領域除去工程では、前記被処理体が加熱される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記変質領域除去工程では、不活性ガスのプラズマに前記被処理体が晒される、請求項２に記載の方法。
  5. 前記変質領域形成工程及び前記変質領域除去工程は交互に複数回実行される、請求項２〜４の何れか一項に記載の方法。
  6. 前記保護膜形成工程では、前記フルオロカーボンガスとして、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８、及びＣ６Ｆ６のうち少なくとも一種を含有するガスが用いられる、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記保護膜形成工程及び前記第１領域エッチング工程が交互に実行される、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記保護膜形成工程では、その上に前記被処理体が載置される前記載置台に高周波バイアス電力が供給されない、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
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