JP6415636B2 - プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化に伴って、半導体デバイスの製造過程に要求される配線や分離幅等の回路パターンは、微細化されてきている。一般的に、回路パターンは、パターン形成されたマスクを使用して、処理対象膜をエッチングすることで形成される。

微細な回路パターンを形成するためには、マスクパターンの最小寸法を小さくすると共に、小さい寸法の開口部を処理対象膜に正確に転写する必要がある。

しかしながら、例えばアモルファスカーボン層膜（以下、ＡＣＬ膜と呼ぶ）等から形成される有機系マスクをエッチングする際には、アモルファスカーボン層膜における断面の一部が広がるボーイングが発生することがある。ボーイングが発生すると、エッチングされているＡＣＬ膜が倒れて開口部が塞がれ、結果として処理対象膜をエッチングすることができなくなる等の問題が発生することがある。

特許文献１には、処理ガスとして酸素ガス（Ｏ_２）及び硫化カルボニル（ＣＯＳ）ガスを使用して、ボーイングを抑制する技術が開示されている。

特開２０１１−２０４９９９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、ボーイングを抑制することはできるものの、依然として上述した問題点が解決されていなかった。

上記課題に対して、良好なエッチング形状が得られる、プラズマエッチング方法を提供する。

一の様態では、酸化膜と、前記酸化膜の上に形成されたアモルファスカーボン層膜とを含むエッチング対象膜、及び前記エッチング対象膜の上に形成され所定のパターンにパターニングされた無機膜のマスクを含む被処理体をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記マスクを用いて前記エッチング対象膜をプラズマエッチングする、第１の工程と、
前記第１の工程によって前記エッチング対象膜の開口部の一部の幅が前記無機膜のマスクの開口部の幅よりも大きくなるようにエッチングされた前記エッチング対象膜の側壁部に対して、前記エッチング対象膜の開口部が垂直形状になるように、もしくは、前記エッチング対象膜の開口部の一部の幅が前記無機膜のマスクの開口部の幅と同じサイズになるように、エッチングされた前記エッチング対象膜の側壁部の少なくとも一部に、シリコン含有ガスのプラズマによってシリコン含有膜を堆積させる、第２の工程と、
を有する、プラズマエッチング方法が提供される。

良好なエッチング形状が得られる、プラズマエッチング方法を提供できる。

本実施形態に係るプラズマエッチング装置の一例の概略構成図である。 本実施形態に係るプラズマエッチング方法の一例のフロー図である。 本実施形態のプラズマエッチング方法の一例を説明するための概略図である。 本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の一例を説明するためのＳＥＭ画像である。 本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の他の例を説明するためのＳＥＭ画像である。 本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の他の例を説明するためのＳＥＭ画像である。 本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の他の例を説明するためのＳＥＭ画像である。 本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の他の例を説明するためのＳＥＭ画像である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省略する。

（プラズマエッチング装置）
先ず、後述する本実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施することが可能な、プラズマエッチング装置の全体構成について説明する。なお、本明細書では、チャンバ内に上部電極と下部電極（サセプタ）を対向配置し、上部電極から処理ガスをチャンバ内に供給する平行平板型のプラズマエッチング装置を例に挙げて説明する。

図１に、本実施形態に係るプラズマエッチング装置の一例の概略構成図を示す。

プラズマエッチング装置１は、例えばアルミニウム等の導電性材料からなるチャンバ１０と、このチャンバ１０内に処理ガスを供給するガス供給源１５とを有する。処理ガスは、マスクの種類、処理対象膜（エッチング対象膜）の種類等に応じて、適宜選択される。

チャンバ１０は電気的に接地されており、チャンバ１０内には下部電極２０と、これに対向して平行に配置された上部電極２５とが設けられている。

下部電極２０は、被処理体である、単層膜又は積層膜等が形成された半導体ウエハＷ（以下、ウエハＷと呼ぶ）を載置する載置台としても機能する。

下部電極２０には、２周波重畳電力を供給する電力供給装置３０が接続されている。電力供給装置３０は、第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生起用高周波電力）を供給する第１高周波電源３２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用高周波電力）を供給する第２高周波電源３４を備える。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して下部電極２０に電気的に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介して下部電極２０に電気的に接続される。

第１整合器３３及び第２整合器３５は、各々、第１高周波電源３２及び第２高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させるためのものである。チャンバ１０内にプラズマが生成されているときには、第１高周波電源３２及び第２高周波電源３４の各々について、内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。

上部電極２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介してチャンバ１０の天井部に取り付けられている。上部電極２５は、図１に示すように電気的に接地されていても良い。あるいは、上部電極２５を図示しない可変直流電源と接続して、所定の直流（ＤＣ）電圧が印加されるように構成しても良い。

上部電極２５には、ガス供給源１５からガスを導入するためのガス導入口４５が形成されている。また、上部電極２５の内部にはガス導入口４５から導入されたガスを拡散する拡散室５０が設けられている。また、上部電極２５には、この拡散室５０からのガスをチャンバ１０内に供給する多数のガス供給孔５５が形成されている。ガス供給孔５５によって、下部電極２０に載置されたウエハＷと上部電極２５との間に、処理ガスが供給される。即ち、ガス供給源１５からの処理ガスは、先ず、ガス導入口４５を介して拡散室５０に供給される。そして、処理ガスは、拡散室５０内で各々のガス供給孔５５に分配され、このガス供給孔５５から下部電極２０に向けて吐出される。以上から、かかる構成の上部電極２５は、ガスを供給するガスシャワーヘッドとしても機能する。

チャンバ１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって排気が行われることによって、チャンバ１０内を所定の真空度に維持することができる。

チャンバ１０の側壁には、ゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、チャンバ１０からウエハＷの搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。

プラズマエッチング装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１１０及びＲＡＭ（Random Access Memory）１１５の記録領域とを有している。

ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従ってプラズマエッチング処理を実行する。レシピにはプロセス条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種プロセスガス流量、チャンバ内温度（例えば、上部電極温度、チャンバの側壁温度、ＥＳＣ温度）等が記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されていても良いし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で、記憶領域の所定位置にセットするように構成されていても良い。

一例として説明した本実施形態に係るプラズマエッチング装置１によって、後述するプラズマエッチング方法が実施される。その場合、先ず、ゲートバルブＧを開き、所定の処理対象膜が形成されたウエハＷを、図示しない搬送アームなどでチャンバ１０に搬入し、下部電極２０上に載置する。次いで、制御部１００にて各部を制御することで所望のプラズマが生成される。生成されたプラズマの作用により所望のプラズマエッチングが実行されることにより、後述するプラズマエッチング方法を実施することができる。以上、本実施形態に係るプラズマエッチング装置１の全体構成について説明した。

（プラズマエッチング方法）
図２に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の一例のフロー図を示す。

本実施形態に係るプラズマエッチング方法は、エッチング対象膜及びパターニングされたマスクを含む被処理体をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、図２に示すように、
前記マスクを用いて前記エッチング対象膜をプラズマエッチングする、第１の工程（Ｓ１０００）と、
前記第１の工程によってエッチングされた前記エッチング対象膜の側壁部の少なくとも一部に、シリコン含有ガスのプラズマによってシリコン含有膜を堆積させる、第２の工程（Ｓ２０００）と、を有する。

各々の工程について、図３を用いて、より詳細に説明する。

図３に、本実施形態のプラズマエッチング方法の一例を説明するための概略図を示す。

図３においては、シリコン基材１５０の表面に、酸化膜１５５、ＡＣＬ膜１６０、シリコン窒化酸化膜（ＳｉＯＮ膜）１６５、反射防止膜１７０（ＢＡＲＣ膜１７０）及びフォトレジスト膜１７５が順次積層された半導体ウエハＷに対して、プラズマエッチング処理を実施する場合について説明する。この半導体ウエハＷの層構造について、簡単に説明する。

シリコン基材は１５０には、シリコンから形成される円盤状の薄板であり、例えば熱酸化処理等が施されて、表面に酸化膜（ＳｉＯ_２膜）１５５が形成される。また、酸化膜１５５上には、マスク層であり、下層レジスト膜として機能するＡＣＬ膜１６０が形成される。ＡＣＬ膜１６０上には、例えばＣＶＤ処理又はＰＶＤ処理によって、表面にＳｉＯＮ膜１６５が形成される。このＳｉＯＮ膜１６５上には、例えば塗布処理によってＢＡＲＣ膜１７０が形成され、さらに、例えばスピンコータ等によってフォトレジスト膜１７５が形成される。ＢＡＲＣ膜１７０は、特定の波長の光、例えばフォトレジスト膜１７５に向けて照射されるＡｒＦエキシマレーザ光を吸収する色素を含む高分子樹脂を含んで形成される。このＢＡＲＣ膜１７０は、フォトレジスト膜１７５を透過したＡｒＦエキシマレーザ光がＳｉＯＮ膜１６５又はＡＣＬ膜１６０によって反射されて再びフォトレジスト膜１７５に到達することを防止する役割を果たす。フォトレジスト膜１７５は、例えばポジ型の感光性樹脂を含み、ＡｒＦエキシマレーザ光に照射されるとアルカリ可溶性に変質する。

このような半導体ウエハＷに対して、先ず、図３（ａ）に示すように、フォトレジスト膜１７５をパターニングする。フォトレジスト膜１７５のパターニングは、公知のフォトリソグラフィ技術を利用して実施することができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、パターニングされたフォトレジスト膜１７５をマスクとして、プラズマエッチング処理により、ＢＡＲＣ膜１７０及びＳｉＯＮ膜１６５をエッチングする。

ＢＡＲＣ膜１７０及びＳｉＯＮ膜１６５のエッチング時の処理ガスとしては、特に制限はないが、ＢＡＲＣ膜１７０及びＳｉＯＮ膜１６５を、高アスペクト比、高エッチングレートでエッチングする観点から、四フッ化炭素（ＣＦ_４）等のフルオロカーボン（ＣＦ）系ガス及び酸素（Ｏ_２）ガスの混合ガスを使用することが好ましい。

次に、図３（ｃ）に示すように、ＳｉＯＮ膜１６５をマスクとして、プラズマエッチング処理により、ＡＣＬ膜１６０をエッチングする（Ｓ１０００）。

エッチング時の処理ガスとしては特に制限はないが、ボーイングの発生を抑制して所望の形状の開口部（ホール又はトレンチ）を形成する観点から、酸素ガス（Ｏ_２）及び硫化カルボニル（ＣＯＳ）ガスの混合ガスを使用することが好ましい。

ＡＣＬ膜１６０のエッチング時には、ＡＣＬ膜１６０の厚さ方向に垂直な方向で切断した断面が、ＳｉＯＮ膜１６５の断面に対して広くなる、ボーイングの発生が課題となっている。より具体的な例としては、図３（ｃ）に示すように、ＳｉＯＮ膜１６５に関する開口部の幅Ｈ１よりも、ＡＣＬ膜１６０に関する開口部の幅Ｈ２（図３では開口部の幅が一番大きくなる箇所の幅をＨ２としている）が大きくなる。

ボーイングが発生する理由について、簡単に説明する。エッチングにおいては、処理ガスが高周波電力によってプラズマになってイオン（及びラジカル）が発生し、これが処理対象物と衝突することによって進行する。イオンは、主として、図３における鉛直方向下方向に入射されるが、プラズマ中の分子の衝突によるイオン散乱等によって、前述の鉛直方向下方向に対して入射角を有して入射される。即ち、イオンが、ＡＣＬ膜１６０の側壁部１８０に衝突してボーイングが発生する。一般的には、図３（ｃ）に示すように、ボーイングによって、ＡＣＬ膜１６０の前述の断面の形状は、マスクであるＳｉＯＮ膜１６５に近い側が大きくなる。即ち、ＡＣＬ膜１６０におけるボトム部の断面形状よりも、トップ部の断面形状が大きくなる傾向にある。

半導体デバイスにおける近年の小型化要求を満たすためには、僅かなボーイングであっても、その発生を抑制することが好ましい。ボーイングの発生により、ＡＣＬ膜１６０における、隣り合う開口部間の隔壁の幅が不足し、ＡＣＬ膜１６０が破損するマスクブレイク等の問題が発生する。

そこで、本実施形態においては、図３（ｄ）に示すように、第２の工程として、少なくともエッチング対象膜（図３の例ではＡＣＬ膜１６０）の側壁部１８０の少なくとも一部に、シリコン含有ガスのプラズマによってシリコン含有膜１８５を堆積させる（Ｓ２０００）。

シリコン含有ガスとしては、このシリコン含有ガスを用いたプラズマＣＶＤ（化学気相成長）によって、エッチング対象膜（図３の例ではＡＣＬ膜１６０）の側壁部１８０の少なくとも一部に、シリコン含有膜を堆積できるものであれば特に制限されない。本実施形態においては、一例として、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ_４）、四フッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）等のシリコン含有ガスと、水素（Ｈ_２）等の還元性ガスと、窒素（Ｎ_２）、希ガス（例えばヘリウム（Ｈｅ））等の不活性ガスを含む希釈ガスと、の混合ガスを使用した。これにより、ＡＬＣ膜１６０の側壁部１８０に、シリコン、酸化シリコン（ＳｉＯ、ＳｉＯ_２等）及び／又は窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｎ_４等）等を含むシリコン含有膜１８５が堆積される。

この第２の工程においては、シリコン含有ガスを含む処理ガスが高周波電力によってプラズマになってイオンやラジカルが発生し、これらが堆積物として寄与する。前述したように、イオンは、プラズマ中の分子の衝突によるイオン散乱等によって、図３（ｃ）の鉛直方向下方向に対して入射角を有して入射される。そのため、ＡＣＬ膜１６０の側壁部１８０における、ボトム部よりもトップ部にシリコン含有膜が堆積しやすいという傾向を有する。つまり、本実施形態の第２の工程は、ボーイング形状の改善に効果的なプロセスであると言え、第２の工程によって、良好な垂直加工形状の開口部を形成することができる。また、ボトム部の線幅（ＣＤ：Critical Dimension）を維持可能である。さらに、ＳｉＯＮ膜１６５上へのシリコン含有膜の堆積量と比して、ボトム部へのシリコン含有膜の堆積量が小さいため、マスクの残存量を大きくすることができ、高アスペクト比を有する開口部を形成することができる。

次に、図３（ｅ）に示すように、このシリコン含有膜１８５、ＳｉＯＮ膜１６５及びＡＣＬ膜１６０等の酸化膜１５５上の膜構造をマスクとして、酸化膜１５５をエッチングする。第２の工程によって、良好な垂直加工形状の開口部が形成されているため、酸化膜１５５のエッチング時においても、ボーイングが抑制された垂直加工形状の開口部を形成することができる。

なお、図３（ｃ）で示される例では、第１の工程におけるＡＣＬ膜１６０のエッチングよって、下層である酸化膜１５５が露出してから、第２の工程が実施される例を示した。しかしながら、本実施形態はこの点において限定されず、第１の工程と第２の工程とを繰り返しながら、ＡＣＬ膜１６０のエッチングを進行させて酸化膜１５５を露出させるプロセスであっても良い。一般化すると、例えば、第１の工程の途中でボーイングが発生した所定の時点で第２の工程を実施してボーイング形状の側壁部形状を改善し、再び第１の工程（更にはその後の第２の工程）を実施しても良い。この場合、第２の工程を開始するタイミングとしては、第１の工程におけるボーイングによって開口部の幅が大きくなり、隣り合う開口部間の隔壁の幅が不足する前であれば、特に限定されない。また、第１の工程及び第２の工程は、繰り返し実施されても良い。

また、図３の例では、エッチング対象膜として、ＡＣＬ膜１６０を選択し、このエッチング時にボーイングが発生して第２の工程でボーイングを改善する実施例について説明したが、本発明はこの点において限定されず、他の膜をエッチング対象膜として使用しても良い。例えば、図３（ｅ）の酸化膜１５５のエッチング時においてボーイングが発生した場合においても、第２の工程によって、この酸化膜１５５の側壁部の少なくとも一部にシリコン含有膜を堆積させて、ボーイングを改善しても良い。

次に、具体的な本実施形態を挙げて、本実施形態のプラズマエッチング方法について、更に詳細に説明する。

（第１の実施形態）
第１の実施形態においては、本実施形態のプラズマエッチング方法がボーイングを改善できることを実証した本実施形態例について、説明する。

本実施形態においては、予めシリコン基材１５０の表面に、酸化膜１５５と、ＡＣＬ膜１６０、ＳｉＯＮ膜１６５、反射防止膜１７０（ＢＡＲＣ膜１７０）及びフォトレジスト膜１７５が順次積層された半導体ウエハＷを使用した。また、本実施形態のプラズマエッチング方法に先立って、フォトレジスト膜１７５を所定のパターンにパターニングし、このフォトレジスト膜１７５をマスクとして反射防止膜１７０及びＳｉＯＮ膜１６５をエッチング（パターニング）した。

この半導体ウエハＷに対して、第１の工程のプラズマエッチング工程及び第２の工程のシリコン含有膜堆積工程を施した。

第１の工程及び第２の工程のプロセス条件としては、
（第１の工程のプロセス条件）
圧力 ：１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１０００Ｗ、
上部電極の電位 ：０Ｖ
ガス流量 ：Ｏ_２ガス／ＣＯＳガス ２００／１７ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：１２０秒
（第２の工程のプロセス条件）
圧力 ：３００ｍＴ（４０Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／２５０Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
ガス流量 ：ＳｉＣｌ_４ガス／Ｈｅガス／Ｈ_２ガス ５０／６００／１５０ｓｃｃｍ
堆積時間 ：６０秒
とした。

図４に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の一例を説明するためのＳＥＭ画像を示す。より具体的には、図４（ａ）は、第１の工程後で第２の工程前のＳＥＭ画像であり、図４（ｂ）は第２の工程後のＳＥＭ画像である。

図４（ａ）と図４（ｂ）とのＳＥＭ画像の比較から明らかであるように、第２の工程を実施することによって、垂直加工形状が良好な開口部（ホール）が得られる。

また、図４（ａ）及び図４（ｂ）の半導体ウエハＷについて、「ボーイングＣＤ」及び「ボトムＣＤ」を求めた。なお、本明細書において、「ボーイングＣＤ」及び「ボトムＣＤ」は、各々、隣り合うＡＣＬ膜１６０のパターン間の幅に関して、最も広い幅を「ボーイングＣＤ」と定義し、開口部の下端の幅を「ボトムＣＤ」と定義した。

図４（ａ）における「ボーイングＣＤ」は１３０ｎｍであり、「ボトムＣＤ」は８６ｎｍであった。一方、図４（ｂ）における「ボーイングＣＤ」は１１０ｎｍであり、「ボトムＣＤ」は７６ｎｍであった。これらの結果から、第２の工程によって、ボーイングを改善可能であることが確認された。また、シリコン含有膜は、ボーイング形状部分に堆積しやすい傾向にあり、ボトム部のＣＤを維持することが可能であることが確認された。

［第１の実施形態の変形例］
第１の実施形態の変形例として、更にＡＣＬ膜１６０をマスクとして酸化膜１５５をエッチングした本実施形態例について、説明する。

本実施形態においては、予めシリコン基材１５０の表面に、酸化膜１５５と、ＡＣＬ膜１６０、ＳｉＯＮ膜１６５、反射防止膜１７０（ＢＡＲＣ膜１７０）及びフォトレジスト膜１７５が順次積層された半導体ウエハＷを使用した。また、本実施形態のプラズマエッチング方法に先立って、フォトレジスト膜１７５を所定のパターンにパターニングし、このフォトレジスト膜１７５をマスクとして反射防止膜１７０及びＳｉＯＮ膜１６５をパターニングした。

この半導体ウエハＷに対して、第１の工程のプラズマエッチング工程及び第２の工程のシリコン含有膜堆積工程を施した。

第１の工程及び第２の工程のプロセス条件としては、
（第１の工程のプロセス条件）
圧力 ：１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１０００Ｗ、
上部電極の電位 ：０Ｖ
ガス流量 ：Ｏ_２ガス／ＣＯＳガス ２００／１７ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：２分
（第２の工程のプロセス条件）
圧力 ：３００ｍＴ（４０Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／２５０Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
ガス流量 ：ＳｉＣｌ_４ガス／Ｈｅガス／Ｈ_２ガス ５０／６００／１５０ｓｃｃｍ
堆積時間 ：１５秒
とした。

得られた半導体ウエハＷに対して、ＡＣＬ膜１６０をマスクとしたプラズマエッチング方法により、酸化膜１５５をエッチングした。

エッチング条件としては、
圧力 ：４０ｍＴ（５．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１２００Ｗ、第２高周波電力／３０００Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
ガス流量 ：Ｃ_４Ｆ_６ガス／ＣＦ_４ガス／Ａｒガス／Ｏ_２ガス ３２／２４／６００／４０ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：１５０秒
とした。

図５に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の他の例を説明するためのＳＥＭ画像を示す。より具体的には、図５（ａ）は、第２の工程後のＳＥＭ画像であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の半導体ウエハＷの酸化膜１５５をエッチングした後のＳＥＭ画像である。また、比較例として、図５（ｃ）に、第１の工程直後ＳＥＭ画像を示し、図５（ｄ）に、第１の工程後、第２の工程を経ずに酸化膜１５５をエッチングした後のＳＥＭ画像を示す。

図５（ｂ）と図５（ｄ）との比較から、第２の工程を実施した図５（ｂ）に示される本実施形態では、ボーイング及びネッキング等が改善され、垂直加工形状が良好なホールが得られる。

図５（ｂ）におけるマスク残存量は５０６ｎｍであり、酸化膜１５５の上端における開口幅（以下、Ｔｏｐ ＣＤと呼ぶ）は８７ｎｍであった。また、図５（ｄ）におけるマスク残存量は４４６ｎｍであり、酸化膜１５５のＴｏｐ ＣＤは１００ｎｍであり、ボーイングＣＤは１００ｎｍであった。

以上、第１の実施形態及び第１の実施形態の変形例から、本実施形態のプラズマエッチング方法は、微細孔、高アスペクト比のホールを、略垂直でネッキング及びボーイングの少ない形状で形成することができることがわかった。

（第２の実施形態）
第２の実施形態においては、第２の工程における、シリコン含有ガスの流量と、シリコン含有膜の成膜量との間の関係について確認した本実施形態例について、説明する。

本実施形態においては、予めシリコン基材１５０の表面に、酸化膜１５５と、ＡＣＬ膜１６０、ＳｉＯＮ膜１６５、反射防止膜１７０（ＢＡＲＣ膜１７０）及びフォトレジスト膜１７５が順次積層された半導体ウエハＷを使用した。また、本実施形態のプラズマエッチング方法に先立って、フォトレジスト膜１７５を所定のパターンにパターニングし、このフォトレジスト膜１７５をマスクとして反射防止膜１７０及びＳｉＯＮ膜１６５をパターニングした。

この半導体ウエハＷに対して、第１の工程のプラズマエッチング工程及び第２の工程のシリコン含有膜堆積工程を施した。

第１の工程及び第２の工程のプロセス条件としては、
（第１の工程のプロセス条件）
圧力 ：１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１０００Ｗ、
上部電極の電位 ：０Ｖ
ガス流量 ：Ｏ_２ガス／ＣＯＳガス ２００／１７ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：１２０秒
（第２の工程のプロセス条件）
圧力 ：３００ｍＴ（４０Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／２５０Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
ガス流量 ：ＳｉＣｌ_４ガス／Ｈｅガス／Ｈ_２ガス 可変（１０、３０又は５０ｓｃｃｍ）／６００／１５０ｓｃｃｍ
堆積時間 ：２０秒
とした。

図６に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の他の例を説明するためのＳＥＭ画像を示す。より具体的には、図６（ａ）は、第２の工程時のＳｉＣｌ_４ガスの流量が１０ｓｃｃｍである本実施形態のＳＥＭ画像であり、図６（ｂ）は、ＳｉＣｌ_４ガスの流量が３０ｓｃｃｍである本実施形態のＳＥＭ画像であり、図６（ｃ）は、ＳｉＣｌ_４ガスの流量が５０ｓｃｃｍである本実施形態のＳＥＭ画像である。また、図６（ｄ）に、比較の本実施形態として、第２の工程を実施していない本実施形態のＳＥＭ画像を示した。

図６（ａ）〜図６（ｄ）における「ボーイングＣＤ」は、各々、１２０ｎｍ、１１７ｎｍ、１１７ｎｍ、１２４ｎｍであった。また、図６（ａ）〜図６（ｄ）における「ボトムＣＤ」は、各々、８０ｎｍ、７６ｎｍ、７６ｎｍ、８４ｎｍであった。これらの結果から、シリコン含有ガスのガス流量を増加させることにより、堆積されるシリコン含有膜１８５のデポレートが増大することがわかった。しかしながら、図６（ｃ）に示すように、開口部がシリコン含有膜１８５によって閉塞されると共に、ホール内部のデポレートが低下することがわかった。

以上、第２の実施形態から、本実施形態のプラズマエッチング方法の第２の工程において、シリコン含有ガスの流量を大きくすることにより、シリコン含有膜のデポレートが増大することがわかった。

（第３の実施形態）
第３の実施形態においては、エッチング対象膜として、酸化膜１５５を選択した実施形態について、説明する。

本実施形態においては、予めシリコン基材１５０の表面に、酸化膜１５５と、ＡＣＬ膜１６０、ＳｉＯＮ膜１６５、反射防止膜１７０（ＢＡＲＣ膜１７０）及びフォトレジスト膜１７５が順次積層された半導体ウエハＷを使用した。また、本実施形態のプラズマエッチング方法に先立って、フォトレジスト膜１７５を所定のパターンにパターニングし、このフォトレジスト膜１７５をマスクとして反射防止膜１７０及びＳｉＯＮ膜１６５をパターニングした。

この半導体ウエハＷに対して、第１の工程としてＡＣＬ膜１６０のプラズマエッチング工程と、第２の工程としてＡＣＬ膜１６０の側壁部へのシリコン含有膜堆積工程を施し、更に第１'の工程として酸化膜１５５のプラズマエッチング工程と、第２'の工程としてＡＣＬ膜１６０及び酸化膜１５５の側壁部へのシリコン含有膜堆積工程を施した。

各々の工程のプロセス条件としては、
（第１の工程のプロセス条件）
圧力 ：１０ｍＴ（１．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１０００Ｗ、
上部電極の電位 ：０Ｖ
ガス流量 ：Ｏ_２ガス／ＣＯＳガス ２００／１７ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：１２０秒
（第２の工程のプロセス条件）
圧力 ：３００ｍＴ（４０Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／２５０Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
ガス流量 ：ＳｉＣｌ_４ガス／Ｈｅガス／Ｈ_２ガス ５０／６００／１５０ｓｃｃｍ
堆積時間 ：１５秒
（第１'の工程のプロセス条件）
圧力 ：４０ｍＴ（５．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１２００Ｗ、第２高周波電力／３０００Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
ガス流量 ：Ｃ_４Ｆ_６ガス／ＣＦ_４ガス／Ａｒガス／Ｏ_２ガス ３２／２４／６００／４０ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：１６０秒
（第２'の工程のプロセス条件）
圧力 ：３００ｍＴ（４０Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／２５０Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
ガス流量 ：ＳｉＣｌ_４ガス／Ｈｅガス／Ｈ_２ガス ５０／６００／１５０ｓｃｃｍ
堆積時間 ：２０秒
とした。

得られた半導体ウエハＷに対して、酸化膜１５５をプラズマエッチングした。

エッチング条件としては、
圧力 ：４０ｍＴ（５．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１２００Ｗ、第２高周波電力／３０００Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
ガス流量 ：Ｃ_４Ｆ_６ガス／ＣＦ_４ガス／Ａｒガス／Ｏ_２ガス ３２／２４／６００／４０ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：５０秒
とした。

図７に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の他の例を説明するためのＳＥＭ画像を示す。より具体的には、図７（ａ）は、第２'の工程後に、上述の酸化膜１５５に関するプラズマエッチング処理を施した後のＳＥＭ画像であり、図７（ｂ）は、参考例としての、第２'の工程を施さなかった場合のＳＥＭ画像である。

図７（ａ）における隣り合うパターン間の最大幅は９７ｎｍであり、マスク残存量は４１４ｎｍであった。一方、図７（ｂ）における隣り合うパターン間の最大幅は１０７ｎｍであり、マスク残存量は４１０ｎｍであった。

以上、第３の実施形態から、エッチング対象膜として、ＡＣＬ膜以外の膜をエッチングした場合であっても、第２の工程によって開口部の側壁部にシリコン含有膜を堆積させることで、ボーイング形状を改善できることがわかった。

（第４の実施形態）
第４の実施形態においては、１つのエッチング対象膜に対して、複数の第１の工程及び第２の工程を実施する実施形態について、説明する。

第３の実施形態で得られた半導体ウエハＷに対して、第１''の工程（特許請求の範囲における、第３の工程に対応）として酸化膜１５５のプラズマエッチング工程と、第２''の工程（特許請求の範囲における、第４の工程に対応）としてＡＣＬ膜１６０及び酸化膜１５５の側壁部へのシリコン含有膜堆積工程とを施した。

プロセス条件としては、
（第１''の工程のプロセス条件）
得られた半導体ウエハＷに対して、酸化膜１５５をプラズマエッチングした。

エッチング条件としては、
圧力 ：４０ｍＴ（５．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１２００Ｗ、第２高周波電力／３０００Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
ガス流量 ：Ｃ_４Ｆ_６ガス／ＣＦ_４ガス／Ａｒガス／Ｏ_２ガス ３２／２４／６００／４０ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：５０秒
（第２''の工程のプロセス条件）
圧力 ：３００ｍＴ（４０Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／２５０Ｗ、第２高周波電力／３００Ｗ
ガス流量 ：ＳｉＣｌ_４ガス／Ｈｅガス／Ｈ_２ガス 可変（１０、３０又は５０ｓｃｃｍ）／６００／１５０ｓｃｃｍ
堆積時間 ：２０秒
とした。

また、第２''の工程の後の半導体ウエハＷに対して、酸化膜１５５をプラズマエッチングした。

エッチング条件としては、
圧力 ：４０ｍＴ（５．３３Ｐａ）
パワー ：第１高周波電力／１２００Ｗ、第２高周波電力／３０００Ｗ
上部電極の電位 ：３００Ｖ
ガス流量 ：Ｃ_４Ｆ_６ガス／ＣＦ_４ガス／Ａｒガス／Ｏ_２ガス ３２／２４／６００／４０ｓｃｃｍ
エッチング時間 ：５０秒
とした。

図８に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の効果の他の例を説明するためのＳＥＭ画像を示す。より具体的には、図８（ａ）は、第２''の工程後に、上述の酸化膜１５５に関するプラズマエッチング処理を施した後のＳＥＭ画像であり、図８（ｂ）は、参考例としての、第２''の工程を施さなかった場合のＳＥＭ画像である。

図８（ａ）における隣り合うパターン間の最大幅は１０３ｎｍであった。一方、図８（ｂ）における隣り合うパターン間の最大幅は１１７ｎｍであった。

以上、第４の実施形態から、第１の工程及び第２の工程を繰り返すことにより、ボーイング形状を改善しながら、プラズマエッチングを進行させることが可能であることがわかった。

なお、上記本実施形態に挙げた構成等に、その他の要素との組み合わせなど、ここで示した構成に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１ プラズマエッチング装置
１０ チャンバ
１５ ガス供給源
２０ 下部電極
２５ 上部電極
３０ 電力供給装置
３２ 第１高周波電源
３３ 第１整合器
３４ 第２高周波電源
３５ 第２整合器
４０ シールドリング
４５ ガス導入口
５０ 拡散室
５５ ガス供給孔
６０ 排気口
６５ 排気装置
１００ 制御部
１０５ ＣＰＵ
１１０ ＲＡＭ
１５０ シリコン基材
１５５ 酸化膜
１６０ ＡＣＬ膜
１６５ ＳｉＯＮ膜
１７０ 反射防止膜
１７５ フォトレジスト膜
１８０ 側壁部
１８５ シリコン含有膜
Ｇ ゲートバルブ
Ｗ ウエハ

Claims (11)

1. 酸化膜と、前記酸化膜の上に形成されたアモルファスカーボン層膜とを含むエッチング対象膜、及び前記エッチング対象膜の上に形成され所定のパターンにパターニングされた無機膜のマスクを含む被処理体をプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
   前記マスクを用いて前記エッチング対象膜をプラズマエッチングする、第１の工程と、
   前記第１の工程によって前記エッチング対象膜の開口部の一部の幅が前記無機膜のマスクの開口部の幅よりも大きくなるようにエッチングされた前記エッチング対象膜の側壁部に対して、前記エッチング対象膜の開口部が垂直形状になるように、もしくは、前記エッチング対象膜の開口部の一部の幅が前記無機膜のマスクの開口部の幅と同じサイズになるように、エッチングされた前記エッチング対象膜の側壁部の少なくとも一部に、シリコン含有ガスのプラズマによってシリコン含有膜を堆積させる、第２の工程と、
   を有する、
   プラズマエッチング方法。
2. 前記第２の工程は、前記酸化膜が露出してから実行される、
   請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
3. 前記シリコン含有ガスは、四塩化ケイ素又は四フッ化ケイ素と、還元性ガスと、を含む、
   請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法。
4. 前記第１の工程は、酸素ガス及び硫化カルボニルガスを含む処理ガスのプラズマによって、前記無機膜を含む前記マスクを用いて前記アモルファスカーボン層膜をエッチングする工程を含む、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
5. 前記アモルファスカーボン層膜を含むマスクを用いて前記酸化膜をプラズマエッチングする第３の工程と、
   前記第３の工程によってエッチングされた前記酸化膜の側壁部の少なくとも一部に、シリコン含有ガスのプラズマによってシリコン含有膜を堆積させる、第４の工程と、
   を更に有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
6. 前記第３の工程は、フルオロカーボン系ガスを含む処理ガスのプラズマを用いてプラズマエッチングする、
   請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
7. 前記第３の工程及び前記第４の工程は、繰り返される、
   請求項５又は６に記載のプラズマエッチング方法。
8. 前記被処理体は、前記無機膜の前記アモルファスカーボン層膜の反対側の面に反射防止膜と、所定のパターンにパターニングされたレジスト膜と、が順次形成されており、
   前記第１の工程の前に、フルオロカーボン系ガスを含む処理ガスのプラズマによって、前記レジスト膜をマスクとして、前記反射防止膜及び前記無機膜をエッチングする工程を含む、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
9. 前記第２の工程は、さらに被処理体に向かう鉛直方向下方向に対して入射角を有して入射されるイオンを有するシリコン含有ガスのプラズマによってシリコン含有膜を堆積させる、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のプラズマエッチング方法。
10. 酸化膜と、前記酸化膜の上に形成されたアモルファスカーボン層膜とを含むエッチング対象膜、及び前記エッチング対象膜の上に形成され所定のパターンにパターニングされた無機膜のマスクを含む被処理体をプラズマエッチングするプラズマエッチング装置であって、
    処理容器と、
    前記処理容器内に設けられた、被処理体を保持する保持部と、
    前記処理容器内に設けられた、前記保持部と対向する電極板と、
    前記保持部と前記電極板とに挟まれた空間に処理ガスを供給するガス供給部と、
    前記保持部又は前記電極板の少なくとも一方に第１周波数の第１高周波電力を供給することによって、前記ガス供給部により前記空間に供給された前記処理ガスをプラズマ化する第１高周波電源と、
    前記プラズマエッチング装置を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記エッチング対象膜を前記酸化膜が露出するまでプラズマエッチングさせた後、前記プラズマエッチングによって前記エッチング対象膜の開口部の一部の幅が前記無機膜のマスクの開口部の幅よりも大きくなるようにエッチングされた前記エッチング対象膜の側壁部に対して、前記エッチング対象膜の開口部が垂直形状になるように、もしくは、前記エッチング対象膜の開口部の一部の幅が前記無機膜のマスクの開口部の幅と同じサイズになるように、エッチングされた前記エッチング対象膜の側壁部の少なくとも一部に、シリコン含有ガスのプラズマによってシリコン含有膜を堆積させる、
    プラズマエッチング装置。
11. 前記保持部に前記第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力を供給することによって、前記被処理体を保持する前記保持部にバイアス電圧を発生させる第２高周波電源を有し、
    前記制御部は、シリコン含有膜を堆積させる間、前記第２高周波電力を供給する、
    請求項１０に記載されるプラズマエッチング装置。