JP7071850B2 - エッチング方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、被処理体に対するエッチング方法に関するものである。
プラズマエッチングがプラズマ処理装置を用いた被処理体のプラズマ処理の一種として知られている。プラズマエッチングに用いられるレジストマスクは、フォトリソグラフィ技術によって形成され、被エッチング層に形成されるパターンの限界寸法は、フォトリソグラフィ技術によって形成されるレジストマスクの解像度に依存する。しかし、レジストマスクの解像度には解像限界がある。電子デバイスの高集積化に対する要求が益々高まっており、レジストマスクの解像限界よりも小さい寸法のパターンを形成することが要求されるようになっている。例えばＳｉＣ（炭化ケイ素）の被処理体に対するエッチングに係る技術が、特許文献１，２、および、非特許文献１に開示されている。特許文献１には、ＣＣｌ２Ｆ２とＡｒとの混合ガスを用いてＳｉＣに対し反応性イオンビームエッチングを行うエッチング方法が開示されている。特許文献２には、ＳＦ６ガスを含むガスを用いてＳｉＣをエッチングする方法が開示されている。非特許文献１には、ＣＦ４ガス、ＳＦ６ガス、Ｎ２ガスを含む混合ガスを用いてＳｉＣをエッチングする技術が開示されている。
特開平０７－１９３０４４号公報 特開平１１－７２６０６号公報
"Reactive Ion Etching of 6H-SiC in SF6/02 and CF4/02 with N2 Additive for Device Fabrication"，R. Wolf and R. Helbig，J. Electrochem. Soc., Vol.143, No.3，March 1996
一方、近年の電子デバイスの高集積化に伴う微細化によって被処理体上のパターン形成を進めて行く場合において、高精度の最小線幅（CD：Critical Dimension）の制御が要求される。ＳｉＣ層に対して細穴スリットを垂直に設ける場合、マスクとの選択比を得るためにＣｌ２系ガスまたはＨＢｒ系ガスを用いる場合があるが、Ｃｌ２系ガスまたはＨＢｒ系ガスによって金属部分が腐食され得る。ＮＦ３系ガスを用いる場合には、金属部分の腐食を抑制し得るが、選択比の低下を招く。堆積性の炭素を含むガスを用いることによってマスクとの選択比を得る場合があるが、炭素を含むガスに起因して生じる堆積物が細穴スリットの開口の閉塞を引き起こし得る。従って、炭化ケイ素を含む被処理体をエッチングする場合において好適に選択比を向上する技術が望まれている。
一態様においては、被処理体に対するエッチング方法が提供される。被処理体は第１の領域と第１の領域に接する第２の領域とを備え、このエッチング方法は、被処理体が収容されているプラズマ処理装置の処理容器内において第１のガスのプラズマを生成し、第１のガスのプラズマに含まれるイオンを含む混合層を第１の領域の露出面の原子層に形成する第１の工程と、第１の工程の実行後に、処理容器内の空間をパージする第２の工程と、第２の工程の実行後に、処理容器内において第２のガスのプラズマを生成し、第２のガスのプラズマに含まれるラジカルによって混合層を除去する第３の工程と、第３の工程の実行後に、処理容器内の空間をパージする第４の工程と、を含むシーケンスを繰り返し実行し、第１の領域を原子層毎に除去することによって、第１の領域をエッチングし、第１の領域は、炭化ケイ素を含み、第２の領域は、窒化ケイ素を含み、第１のガスは、窒素を含み、第２のガスは、フッ素を含む。
上記方法において、まず、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む第１の領域の露出面は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含む第２の領域が第１の領域に接していることにより第２の領域によって画定され得る。炭化ケイ素を含む第１の領域の露出面には、繰返し実行されるシーケンスの第１の工程ａにおいて、窒素を含む第１のガスのプラズマによって、窒素イオンを含有する混合層が形成される。そして、当該シーケンスの第３の工程においては、第１の工程によって形成された混合層がフッ素を含む第２のガスのプラズマに含まれるラジカルを用いて除去されるが、窒化ケイ素を含む第２の領域に対するエッチングについては十分に抑制される。このように、窒素を含む第１のガスが用いられる第１の工程において混合層が第１の領域の露出面の平面形状に詳細に沿って形成され、フッ素を含む第２のガスが用いられる第３の工程において当該混合層のみが第１の領域から除去される。従って、第２の領域に対するエッチングと第１の領域の露出面の上方にある第２の領域の側面等に対する堆積物の形成とを抑制しつつ、第１の領域の露出面の平面形状が詳細に維持された状態において第１の領域に対するエッチングが可能となる。第１の領域の露出面の平面形状に依らず均一に、第１の領域に対するエッチングが可能となる。更に、このような第１の工程および第３の工程を含むシーケンスが繰り返し実行されることによって、第１の領域の露出面の平面形状が詳細に維持された状態において、第１の領域の露出面の平面形状に依らず均一に、所望とする深さに至るまで第１の領域に対するエッチングが可能となる。また、第１のガスおよび第２のガスは、何れもＣｌ２系ガスおよびＨＢｒ系ガスではないので、金属部分に対する腐食が回避され得る。
一実施形態において、第１の工程では、第１のガスのプラズマにバイアス電圧を印加して、第１の領域の露出面の原子層にイオンを含む混合層を形成し得る。このように、第１のガスのプラズマにバイアス電圧が印加されるので、当該プラズマに含まれるイオン（窒素原子のイオン）が第１の領域の露出面に対して異方的に供給され得る。このため、第１の領域のいんｋ露出面に形成される混合層は、第１の領域の露出面上から見て第１の領域の露出面の平面形状と高詳細に一致する形状に形成可能となる。
一実施形態において、第１のガスは、Ｎ２ガスである、または、Ｎ２ガスおよびＯ２ガスを含む混合ガスであり得る。このように窒素を含有する第１のガスが実現され得る。
一実施形態において、第２のガスは、ＮＦ３ガス、Ｈ２ガス、Ｏ２ガスおよびＡｒガスを含む混合ガスであり得る。このように、フッ素を含有する第２のガスが実現され得る。
一態様においては、被処理容器内において被処理体をエッチングする方法が提供される。被処理体はＳｉＣを含む第１の領域とＴｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯｘ、Ｗ、ＷＣ、Ｈｆ、ＨｆＯｘ、Ｚｒ、ＺｒＯｘ、Ｔａ、ＳｉＯ２、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、又はＲｕを含む第２の領域（ｘは正の数）と、を備える。この方法は、窒素を含む第１のガスのプラズマを生成し、第１のガスのプラズマに含まれるイオンを含む混合層を第１の領域に形成する工程と、混合層を形成する工程の実行後に、処理容器内においてフッ素を含む第２のガスのプラズマを生成し、混合層を除去する工程と、を含むシーケンスを繰り返し、第１の領域を除去する。
一実施形態において、混合層を形成する工程と混合層を除去する工程との間に又は混合層を除去する工程の後に、処理容器内の空間をパージする工程を更に備える。
一実施形態において、第１のガスは、Ｎ２ガス，ＮＨ３ガス，ＮＯガス，ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含み、第２のガスは、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガスの少なくとも一のガスを含む。
一実施形態において、第１のガスは、更に、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含む。
一実施形態において、第２のガスは、更に、Ｈ２ガス、Ｄ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含む。
一態様においてはエッチング方法が提供される。このエッチング方法は、シリコンを含む第１の領域と、第１の領域とは異なる第２の領域とを備える被処理体を準備する工程と、被処理体を窒素プラズマに晒し、第１の領域に窒素を含む層を形成する工程と、層を形成する工程の後に、被処理体をフッ素プラズマに晒し、窒素を含む層を除去する工程と、を有し、層を形成する工程、及び層を除去する工程を繰り返し、第１の領域を除去する。
以上説明したように、炭化ケイ素を含む被処理体をエッチングする場合において好適に選択比を向上する技術が提供される。
図１は、一実施形態に係る方法を示す流れ図である。 図２は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。 図３は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および、（ｄ）を備え、図１に示す各工程の実行前および実行後の被処理体の状態の一例を示す断面図である。 図４は、図１に示す方法の実行中における、被エッチング層に対するエッチング量と被エッチング層に形成される混合層の厚みとの変化を示す図である。 図５は、（ａ）、（ｂ）、および、（ｃ）を備え、図１に示す方法におけるエッチングの原理を示す図である。 図６は、図１に示す方法の実行によって得られる結果の一例を示す図である。 図７は、一実施形態に係る方法の他の形態を被処理体に適用した場合を説明する図である。
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または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。以下、図１を参照して、プラズマ処理装置１０を用いて実施することができるエッチング方法（方法ＭＴ）について説明する。図１は、一実施形態の方法（方法ＭＴ）を示す流れ図である。図１に示す一実施形態の方法ＭＴは、被処理体（以下、「ウエハ」ということがある）を処理する方法である。方法ＭＴは、ウエハをエッチングする方法の一例である。一実施形態の方法ＭＴでは、一連の工程を単一のプラズマ処理装置（例えば、図２に示すプラズマ処理装置１０）を用いて実行することが可能である。
図２は、一実施形態のプラズマ処理装置１０を示す概要図である。図２に示すプラズマ処理装置１０は、Inductively Coupled Plasma（ＩＣＰ）型のプラズマ源を備える。プラズマ処理装置１０は、金属製（例えばアルミニウム製）の筒状（例えば円筒状）に形成された処理容器１９２を備える。処理容器１９２は、プラズマ処理が行われる処理空間Ｓｐを画成する。なお、処理容器１９２の形状は円筒状に限られるものではない。例えば角筒状（例えば箱状）であってもよい。また、プラズマ処理装置１０のプラズマ源は、ＩＣＰ型に限るものではなく、例えばElectron Cyclotron Resonance（ＥＣＲ）型、ＣＣＰ型や、マイクロ波を用いたもの等であることができる。
処理容器１９２の底部には、ウエハＷを載置するための載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、静電チャックＥＳＣ、下部電極ＬＥを備える。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ、第２プレート１８ｂを備える。処理容器１９２は、処理空間Ｓｐを画成する。
支持部１４は、処理容器１９２の内側において、処理容器１９２の底部上に設けられる。支持部１４は、例えば、略円筒状の形状を備える。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成される。支持部１４を構成する絶縁材料は、石英のように酸素を含み得る。支持部１４は、処理容器１９２内において、処理容器１９２の底部から鉛直方向に延在する。
載置台ＰＤは、処理容器１９２内に設けられる。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持される。載置台ＰＤは、載置台ＰＤの上面において、ウエハＷを保持する。ウエハＷは、被処理体である。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥおよび静電チャックＥＳＣを備える。
下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂを含む。第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂは、例えばアルミニウム等の金属から構成される。第１プレート１８ａおよび第２プレート１８ｂは、例えば、略円盤状の形状を備える。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられる。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａに電気的に接続される。
静電チャックＥＳＣは、第２プレート１８ｂ上に設けられる。静電チャックＥＳＣは、一対の絶縁層の間、または、一対の絶縁シートの間において、導電膜の電極が配置された構造を備える。直流電源２２は、スイッチ２３を介して、静電チャックＥＳＣの電極に電気的に接続される。静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧によって生じる静電力によって、ウエハＷを吸着する。これによって、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。
フォーカスリングＦＲは、ウエハＷのエッジおよび静電チャックＥＳＣを囲むように、第２プレート１８ｂの周縁部上に配置される。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられる。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
冷媒流路２４は、第２プレート１８ｂの内部に設けられる。冷媒流路２４は、温調機構を構成する。冷媒流路２４には、処理容器１９２の外部に設けられるチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給される冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するように、供給される。この冷媒の温度を制御することによって、静電チャックＥＳＣによって支持されるウエハＷの温度が制御される。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
ヒータＨＴは、加熱素子である。ヒータＨＴは、例えば、第２プレート１８ｂ内に埋め込まれる。ヒータ電源ＨＰは、ヒータＨＴに接続される。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って、載置台ＰＤの温度が調整され、そして、載置台ＰＤ上に載置されるウエハＷの温度が調整される。なお、ヒータＨＴは、静電チャックＥＳＣに内蔵され得る。
板状誘電体１９４は、載置台ＰＤの上方において、載置台ＰＤと対向配置される。下部電極ＬＥと板状誘電体１９４とは、互いに略平行に設けられる。板状誘電体１９４と下部電極ＬＥとの間には、処理空間Ｓｐが提供される。処理空間Ｓｐは、プラズマ処理をウエハＷに行うための空間領域である。
プラズマ処理装置１０では、処理容器１９２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１９２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。デポシールドは、Ｙ２Ｏ３の他に、例えば、石英のように酸素を含む材料から構成され得る。
排気プレート４８は、処理容器１９２の底部側であって、且つ、支持部１４と処理容器１９２の側壁との間に設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することによって構成され得る。排気口１２ｅは、排気プレート４８の下方において、処理容器１９２に設けられている。排気装置５０は、排気管５２を介して排気口１２ｅに接続される。排気装置５０は、ターボ分子ポンプ等の真空ポンプを備えており、処理容器１９２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、すなわち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００［ｋＨｚ］～４０．６８［ＭＨｚ］の範囲内の周波数、一例においては１３［ＭＨｚ］の高周波バイアス電力を発生する。高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続される。整合器６８は、高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスとを整合させるための回路である。
処理容器１９２の天井部には、例えば石英ガラスやセラミック等で構成された板状誘電体１９４が載置台ＰＤに対向するように設けられている。具体的には、板状誘電体１９４は、例えば円板状に形成され、処理容器１９２の天井部に形成された開口を塞ぐように気密に取り付けられている。処理空間Ｓｐは、プラズマ源によってプラズマが生成される空間である。処理空間Ｓｐは、ウエハＷが載置される空間である。
処理容器１９２には、後述の第１のガスおよび第２のガスを供給するガス供給部１２０が設けられている。ガス供給部１２０は、上述した処理空間Ｓｐへ、第１のガスおよび第２のガスを供給する。処理容器１９２の側壁部にはガス導入口１２１が形成されており、ガス導入口１２１にはガス供給配管１２３を介してガス供給源１２２が接続されている。ガス供給配管１２３の途中には第１のガスおよび第２のガスの流量を制御する流量制御器（例えば、マスフローコントローラ１２４、および、開閉バルブ１２６）が介在している。このようなガス供給部１２０によれば、ガス供給源１２２から出力される第１のガスおよび第２のガスは、マスフローコントローラ１２４によって予め設定された流量に制御されて、ガス導入口１２１から処理容器１９２の処理空間Ｓｐへ供給される。
なお、図２では説明を簡単にするため、ガス供給部１２０を一系統のガスラインを用いて表現しているが、ガス供給部１２０は、複数のガス種（少なくとも、第１のガスおよび第２のガス）を処理ガスとして供給する構成を備える。すなわち、ガス供給部１２０は、第１のガスと第２のガスとが混合されないような配管・機能を有する。また、図２に示すガス供給部１２０は、一例として、処理容器１９２の側壁部からガスを供給する構成を備えているが、ガス供給部１２０は、図２に示す構成に限られない。例えば、ガス供給部１２０は、処理容器１９２の天井部からガスを供給する構成を備えることもできる。ガス供給部１２０がこのような構成を備える場合には、例えば、板状誘電体１９４の例えば中央部にガス導入口が形成され、このガス導入口からガスが供給され得る。
処理容器１９２の底部には、処理容器１９２内の雰囲気を排出する排気装置５０が排気管５２を介して接続されている。排気装置５０は、例えば真空ポンプによって構成され、処理容器１９２内の圧力を予め設定された圧力にし得る。
処理容器１９２の側壁部にはウエハ搬出入口１３４が設けられており、ウエハ搬出入口１３４にはゲートバルブ１３６が設けられている。例えばウエハＷが搬入される際には、ゲートバルブ１３６が開かれ、図示しない搬送アーム等の搬送機構によってウエハＷが処理容器１９２内の載置台ＰＤ上に載置された後に、ゲートバルブ１３６が閉じられて、ウエハＷの処理が開始される。
処理容器１９２の天井部には、板状誘電体１９４の上側面（外側面）に、平面状の高周波アンテナ１４０と、高周波アンテナ１４０を覆うシールド部材１６０とが設けられる。一実施形態における高周波アンテナ１４０は、板状誘電体１９４の中央部に配置されている内側アンテナ素子１４２Ａと、内側アンテナ素子１４２Ａの外周を囲むように配置されている外側アンテナ素子１４２Ｂとを備える。内側アンテナ素子１４２Ａ、外側アンテナ素子１４２Ｂのそれぞれは、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等の導体であり、渦巻きコイル状の形状を備える。
内側アンテナ素子１４２Ａ、外側アンテナ素子１４２Ｂは、共に、複数の挟持体１４４に挟持されて一体となっている。挟持体１４４は、例えば、棒状の形状を備えている。挟持体１４４は、内側アンテナ素子１４２Ａの中央付近から外側アンテナ素子１４２Ｂの外側に張り出すように放射線状に配置されている。
シールド部材１６０は、内側シールド壁１６２Ａと外側シールド壁１６２Ｂとを備える。内側シールド壁１６２Ａは、内側アンテナ素子１４２Ａを囲むように、内側アンテナ素子１４２Ａと外側アンテナ素子１４２Ｂとの間に設けられている。外側シールド壁１６２Ｂは、外側アンテナ素子１４２Ｂを囲むように設けられており、筒状の形状を備える。従って、板状誘電体１９４の上側面は、内側シールド壁１６２Ａの内側の中央部（中央ゾーン）と、内側シールド壁１６２Ａと外側シールド壁１６２Ｂとの間の周縁部（周縁ゾーン）とに分けられる。
内側アンテナ素子１４２Ａ上には、内側シールド壁１６２Ａの開口を塞ぐように円板状の内側シールド板１６４Ａが設けられている。外側アンテナ素子１４２Ｂ上には、内側シールド壁１６２Ａと外側シールド壁１６２Ｂとの間の開口を塞ぐようにドーナツ板状の外側シールド板１６４Ｂが設けられている。
シールド部材１６０の形状は、円筒状に限られるものではない。シールド部材１６０の形状は、例えば、角筒状等の他の形状であることができ、または、処理容器１９２の形状に合わせられたものであることができる。ここでは、処理容器１９２が例えば略円筒状の形状を備えるので、当該円筒形状に合わせてシールド部材１６０も略円筒状の形状を備える。処理容器１９２が略角筒状の形状を備えている場合には、シールド部材１６０も略角筒状の形状を備える。
内側アンテナ素子１４２Ａ、外側アンテナ素子１４２Ｂのそれぞれには、高周波電源１５０Ａ、高周波電源１５０Ｂのそれぞれが別々に接続されている。これにより、内側アンテナ素子１４２Ａ、外側アンテナ素子１４２Ｂのそれぞれには、同じ周波数または異なる周波数の高周波を印加できる。例えば、高周波電源１５０Ａから例えば２７［ＭＨｚ］等の周波数の高周波が予め設定されたパワー［Ｗ］で内側アンテナ素子１４２Ａに供給されると、処理容器１９２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１９２内に導入されたガスが励起され、ウエハＷ上の中央部にドーナツ型のプラズマが生成され得る。また、高周波電源１５０Ｂから例えば２７［ＭＨｚ］等の周波数の高周波が予め設定されたパワー［Ｗ］で外側アンテナ素子１４２Ｂに供給されると、処理容器１９２内に形成された誘導磁界によって、処理容器１９２内に導入されたガスが励起され、ウエハＷ上の周縁部に別のドーナツ型のプラズマが生成され得る。高周波電源１５０Ａ、高周波電源１５０Ｂのそれぞれから出力される高周波は、上述した周波数に限られるものではなく、様々な周波数の高周波が、高周波電源１５０Ａ、高周波電源１５０Ｂのそれぞれから供給され得る。なお、高周波電源１５０Ａ、高周波電源１５０Ｂのそれぞれから出力される高周波に応じて、内側アンテナ素子１４２Ａ、外側アンテナ素子１４２Ｂの電気的長さを調整する必要がある。内側シールド板１６４Ａ、外側シールド板１６４Ｂのそれぞれでは、アクチュエータ１６８Ａ、アクチュエータ１６８Ｂによって別々に高さが調整できる。
制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。具体的に、制御部Ｃｎｔは、マスフローコントローラ１２４、開閉バルブ１２６、排気装置５０、高周波電源１５０Ａ、高周波電源１５０Ｂ、高周波電源６４、整合器６８、ヒータ電源ＨＰ、および、チラーユニットに接続されている。
制御部Ｃｎｔは、入力されたレシピに基づくプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。制御部Ｃｎｔからの制御信号によって、少なくとも、ガス供給源１２２から供給されるガスの選択および流量と、排気装置５０の排気と、高周波電源１５０Ａ、高周波電源１５０Ｂ、および、高周波電源６４からの電力供給と、ヒータ電源ＨＰの電力供給と、チラーユニットからの冷媒流量および冷媒温度とを制御することが可能である。なお、本明細書において開示される被処理体に対するエッチング方法（図１に示す方法ＭＴ）の各工程は、制御部Ｃｎｔによる制御によってプラズマ処理装置１０の各部を動作させることによって、実行され得る。
図１に戻って、方法ＭＴについての説明を続ける。以下の説明では、図１と共に、図２、図３、図４、図５を参照して説明する。図３は、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、および、（ｄ）を備え、図１に示す各工程の実行前および実行後の被処理体の状態の一例を示す断面図である。図４は、図１に示す方法の実行中における、被エッチング層に対するエッチング量と被エッチング層に形成される混合層の厚みとの変化を示す図である。図５は、図１に示す方法におけるエッチングの原理を示す図である。
方法ＭＴによって処理される被処理体（ウエハＷ）は、第１の領域と、この第１の領域に接する第２の領域とを備える。第１の領域は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）を含む。第２の領域は、ＳｉＮ（窒化ケイ素）を含む。本実施形態における以下の説明において、方法ＭＴによって処理されるウエハＷの構成は、図３の（ａ）に示されている構成であるとするが、他の構成を有するウエハＷが方法ＭＴによって処理される場合もあり得る。例えば、図３の（ａ）に示されている構成以外に、ＳＡＤＰ（Spacer Aligned Double Patterning）技術が適用され得るウエハＷの構成、ＳＡＱＰ（Spacer Aligned Quadruple Patterning）技術が適用され得るウエハＷの構成、セルフアラインメント（Self-Alignment）技術が適用され得るウエハＷの構成等が、方法ＭＴによって処理されるウエハＷの構成に用いられ得る。ＳＡＤＰ技術が適用され得るウエハＷの構成等の上記の何れの構成も、ＳｉＣを含む第１の領域とＳｉＮを含む第２の領域とを備え、第１の領域が方法ＭＴによるエッチングの対象となる。
一実施形態において、工程ＳＴ１では、図３の（ａ）に示すウエハＷが準備され、ウエハＷがプラズマ処理装置１０の処理容器１９２内に収容され、静電チャックＥＳＣ上に載置される。工程ＳＴ１において図２に示すウエハＷとして図３の（ａ）に示す上記のウエハＷを準備した後に、シーケンスＳＱおよび工程ＳＴ３の各工程を実行する。一実施形態において、図３の（ａ）に示すウエハＷは、図示しない支持基体と、この支持基体上に設けられた被エッチング層ＥＬ（第１の領域）と、被エッチング層ＥＬ上（被エッチング層ＥＬの表面ＳＦ）に設けられたマスクＭＫ（第２の領域）と、マスクＭＫに設けられた開口ＴＲとを備える。開口ＴＲは、マスクＭＫの表面に設けられている。マスクＭＫは、開口ＴＲから被エッチング層ＥＬの表面ＳＦに至る孔を有する。開口ＴＲは、当該孔を介して被エッチング層ＥＬを露出する。すなわち、被エッチング層ＥＬの表面ＳＦの一部（被エッチング層ＥＬの露出面）は、開口ＴＲによって露出されており、開口ＴＲの内側の底面である。一実施形態において、被エッチング層ＥＬの材料は、ＳｉＣを含み、マスクＭＫの材料は、ＳｉＮを含む。
工程ＳＴ１に引き続くシーケンスＳＱおよび工程ＳＴ３の一連の工程は、被エッチング層ＥＬをエッチングする工程である。まず、工程ＳＴ１に引き続きシーケンスＳＱを一回（単位サイクル）以上実行する。シーケンスＳＱは、ＡＬＥ（Atomic Layer Etching）法と同様の方法によって、被エッチング層ＥＬのうちマスクＭＫで覆われていない領域を、マスクＭＫの疎密によらず高選択比で精密にエッチングする一連の工程であり、シーケンスＳＱにおいて順次実行される工程ＳＴ２ａ（第１の工程）、工程ＳＴ２ｂ（第２の工程）、工程ＳＴ２ｃ（第３の工程）、工程ＳＴ２ｄ（第４の工程）を含む。
工程ＳＴ２ａは、ウエハＷが収容されているプラズマ処理装置１０の処理容器１９２内において第１のガスのプラズマを生成し、該第１のガスのプラズマに含まれるイオンを含む混合層ＭＸを、開口ＴＲを介して被エッチング層ＥＬの表面ＳＦ（露出面）の原子層に形成する。例えば、工程ＳＴ２ａでは、第１のガスのプラズマに高周波電源６４を介してバイアス電圧を印加して、被エッチング層ＥＬの表面ＳＦの原子層に対し、第１のガスのプラズマに含まれるイオンを含む混合層ＭＸを形成し得る。工程ＳＴ２ａにおいて、図３の（ｂ）に示すように、ウエハＷが静電チャックＥＳＣ上に載置されている状態で、処理容器１９２内に第１のガスを供給し、当該第１のガスのプラズマを生成する。一実施形態においては、第１のガスは、窒素を含み、具体的にはＮ２ガスを含む。第１のガスは、他に、Ｎ２ガスとＯ２ガスとを含む混合ガスであり得る。図３の（ｂ）に示す黒塗りの円（黒丸）は、第１のガスのプラズマに含まれるイオン（窒素原子のイオン）を示している。具体的には、ガス供給源１２２の複数のガスソースのうち選択したガスソースからＮ２ガスを含む第１のガスを処理容器１９２内に供給する。そして、高周波電源１５０Ａおよび高周波電源１５０Ｂから高周波電力を供給し、高周波電源６４から高周波バイアス電圧を供給し、排気装置５０を動作させることによって処理容器１９２内の処理空間Ｓｐの気圧を予め設定された値に設定する。このようにして、第１のガスのプラズマが処理容器１９２内において生成され、第１のガスのプラズマに含まれるイオン（窒素原子のイオン）が、高周波バイアス電力による鉛直方向への引き込みよって、開口ＴＲを介して被エッチング層ＥＬの表面ＳＦに接触し、開口ＴＲを介して露出されている被エッチング層ＥＬの表面ＳＦ（露出面）が異方的に改質される。このように工程ＳＴ２ａにおいて被エッチング層ＥＬの表面ＳＦのうち異方的に改質された箇所が、混合層ＭＸとなる。
図５は、（ａ）、（ｂ）、および、（ｃ）を備え、図１に示す方法（シーケンスＳＱ）におけるエッチングの原理を示す図である。図５において、白抜きの円（白丸）は、被エッチング層ＥＬを構成する原子（例えばＳｉＣを構成する原子）を示しており、黒塗りの円（黒丸）は、第１のガスのプラズマに含まれるイオン（窒素原子のイオン）を示しており、円で囲まれた「×」は、後述の第２のガスのプラズマに含まれるラジカルを示している。図５の（ａ）および図３の（ｂ）に示すように、工程ＳＴ２ａによって、第１のガスのプラズマに含まれる窒素原子のイオン（黒塗りの円（黒丸））が、開口ＴＲを介して被エッチング層ＥＬの表面ＳＦ（露出面）の原子層に異方的に供給される。このように、工程ＳＴ２ａによって、被エッチング層ＥＬを構成する原子と第１のガスの窒素原子とを含む混合層ＭＸが、開口ＴＲによって露出されている被エッチング層ＥＬの表面ＳＦ（露出面）の原子層に形成される（図５の（ａ）と共に図３の（ｃ）も参照）。
以上のように、第１のガスがＮ２ガスを含むので工程ＳＴ２ａにおいて、被エッチング層ＥＬの表面ＳＦの原子層に窒素原子が供給され、混合層ＭＸが表面ＳＦの原子層に形成され得る。
工程ＳＴ２ａに引き続く工程ＳＴ２ｂでは、処理容器１９２内の処理空間Ｓｐをパージする。具体的には、工程ＳＴ２ａにおいて供給された第１のガスが排気される。工程ＳＴ２ｂでは、パージガスとして希ガス（例えばＡｒガス等）といった不活性ガスを処理容器１９２に供給してもよい。すなわち、工程ＳＴ２ｂのパージは、不活性ガスを処理容器１９２内に流すガスパージ、または真空引きによるパージの何れであってもよい。
工程ＳＴ２ｂに引き続く工程ＳＴ２ｃでは、処理容器１９２内において第２のガスのプラズマを生成し、該プラズマに含まれるラジカルを用いたケミカルエッチングによって、混合層ＭＸを除去する。工程ＳＴ２ｃにおいて、図３の（ｃ）に示すように、工程ＳＴ２ａにおいて混合層ＭＸが形成された後のウエハＷが静電チャックＥＳＣ上に載置されている状態で、処理容器１９２内に第２のガスを供給し、第２のガスのプラズマを生成する。工程ＳＴ２ｃにおいて生成される第２のガスのプラズマは、混合層ＭＸを除去するラジカルを含む。図３の（ｃ）に示す円で囲まれた「×」は、第２のガスのプラズマに含まれるラジカルを示している。第２のガスは、フッ素を含む。第２のガスは、例えば、ＮＦ３ガスおよびＨ２ガスを含む混合ガスであり、例えば、ＮＦ３ガス、Ｈ２ガス、Ｏ２ガス、およびＡｒガスを含む混合ガスであり得る。具体的には、ガス供給源１２２の複数のガスソースのうち選択したガスソースから上記の第２のガスが処理容器１９２内に供給され、高周波電源１５０Ａおよび高周波電源１５０Ｂから高周波電力が供給され、排気装置５０を動作させることによって処理容器１９２内の処理空間Ｓｐの気圧が予め設定された値に設定される。このようにして、第２のガスのプラズマが処理容器１９２内において生成される。工程ＳＴ２ｃにおいて生成された第２のガスのプラズマ中のラジカルは、開口ＴＲを介して被エッチング層ＥＬの表面ＳＦの混合層ＭＸに接触する。図５の（ｂ）に示すように、工程ＳＴ２ｃによって、被エッチング層ＥＬの表面ＳＦに形成された混合層ＭＸに第２のガスの原子のラジカルが供給されて混合層ＭＸがケミカルエッチングによって被エッチング層ＥＬから除去され得る。
以上のように、図３の（ｄ）に示すように、工程ＳＴ２ｃにおいて、被エッチング層ＥＬの表面ＳＦに形成された混合層ＭＸは、第２のガスのプラズマに含まれるラジカルによって、被エッチング層ＥＬの表面ＳＦから除去され得る。
工程ＳＴ２ｃに引き続く工程ＳＴ２ｄでは、処理容器１９２内の処理空間Ｓｐをパージする。具体的には、工程ＳＴ２ｃにおいて供給された第２のガスが排気される。工程ＳＴ２ｄでは、パージガスとして希ガス（例えばＡｒガス等）といった不活性ガスを処理容器１９２に供給してもよい。すなわち、工程ＳＴ２ｄのパージは、不活性ガスを処理容器１９２内に流すガスパージ、または真空引きによるパージの何れであってもよい。
シーケンスＳＱに引き続く工程ＳＴ３では、シーケンスＳＱの実行を終了するか否かを判定する。具体的には、工程ＳＴ３では、シーケンスＳＱの実行回数が予め設定された回数に達したか否かを判定する。シーケンスＳＱの実行回数の決定は、被エッチング層ＥＬに対するエッチング量（エッチングによって被エッチング層ＥＬに形成される溝の深さ）を決定することである。シーケンスＳＱは、被エッチング層ＥＬに対するエッチング量が予め設定された値に至るまで被エッチング層ＥＬがエッチングされるように、繰り返し実行され得る。シーケンスＳＱの実行回数の増加に伴って、被エッチング層ＥＬに対するエッチング量も増加（ほぼ線形的に増加）する。従って、１回（単位サイクル）のシーケンスＳＱの実行によってエッチングされる被エッチング層ＥＬの厚み（１回の工程ＳＴ２ａで形成される混合層ＭＸの厚み）とシーケンスＳＱの実行回数との積が予め設定された値となるように、シーケンスＳＱの実行回数が決定され得る。
図４を参照して、シーケンスＳＱの実行中において生じる被エッチング層ＥＬに対するエッチング量の変化と被エッチング層ＥＬに形成される混合層ＭＸの厚みの変化とについて説明する。図４のグラフＧ１は、シーケンスＳＱの実行中において生じる被エッチング層ＥＬに対するエッチング量（任意単位）の変化を示しており、図４のグラフＧ２は、シーケンスＳＱの実行中において生じる被エッチング層ＥＬに形成される混合層ＭＸの厚み（任意単位）の変化を示している。図４の横軸は、シーケンスＳＱの実行中の時間を表しているが、工程ＳＴ２ｂの実行時間および工程ＳＴ２ｄの実行時間は図示簡略化のために省略されている。図４に示すように、１回（単位サイクル）のシーケンスＳＱの実行において、工程ＳＴ２ａの実行は、グラフＧ２に示すように、混合層ＭＸの厚みが予め設定された値ＴＨになるまで行われる。工程ＳＴ２ａにおいて形成される混合層ＭＸの厚みの値ＴＨは、高周波電源６４によって印加されるバイアス電力の値と、第１のガスのプラズマに含まれているイオンの被エッチング層ＥＬに対する単位時間当たりのドーズ（dose）量と、工程ＳＴ２ａの実行時間とによって決定され得る。
また、図４に示すように、１回（単位サイクル）のシーケンスＳＱの実行において、工程ＳＴ２ｃの実行は、グラフＧ１およびグラフＧ２に示すように、工程ＳＴ２ａにおいて形成された混合層ＭＸが全て除去されるまで行われる。工程ＳＴ２ｂの実行中においてタイミングＴＭに至るまでに、混合層ＭＸがケミカルエッチングによって全て除去される。タイミングＴＭは、工程ＳＴ２ｃにおいて行われるケミカルエッチングのエッチングレートによって決定され得る。タイミングＴＭは、工程ＳＴ２ｂの実行中に生じる。タイミングＴＭから工程ＳＴ２ｂの終了までの間において、混合層ＭＸの除去後における被エッチング層ＥＬは、第２のガスのプラズマによってはエッチングされない（セルフ・リミテッド）。すなわち、第２のガスのプラズマに含まれるラジカルを用いた場合、被エッチング層ＥＬに対するエッチングのエッチングレートは、混合層ＭＸに対するエッチングのエッチングレートに比較して極めて小さい。
工程ＳＴ３においてシーケンスＳＱの実行回数が予め設定された回数に達していないと判定される場合には（工程ＳＴ３：ＮＯ）、シーケンスＳＱの実行が再び繰り返される。一方、工程ＳＴ３においてシーケンスＳＱの実行回数が予め設定された回数に達していると判定される場合には（工程ＳＴ３：ＹＥＳ）、シーケンスＳＱの実行が終了される。シーケンスＳＱおよび工程ＳＴ３の一連の工程は、マスクＭＫを用いてシーケンスＳＱを繰り返し実行して被エッチング層ＥＬを原子層毎に除去することによって、マスクＭＫのパターンの粗密や開口ＴＲの幅の程度（値）によらずに、被エッチング層ＥＬを精密にエッチングする工程である。すなわち、シーケンスＳＱが予め設定された回数だけ繰り返されることによって、被エッチング層ＥＬが、マスクＭＫのパターンの粗密や開口ＴＲの幅の程度（値）によらずに、マスクＭＫが提供する開口ＴＲの幅と同一および均一な幅で詳細にエッチングされ、また、マスクＭＫに対する選択比も向上される。以上のように、シーケンスＳＱおよび工程ＳＴ３の一連の工程は、ＡＬＥ法と同様の方法によって、被エッチング層ＥＬを原子層毎に除去することができる。
以下、工程ＳＴ２ａ、工程ＳＴ２ｃのそれぞれの主なプロセス条件の実施例を示す。
＜工程ＳＴ２ａ＞のプロセス条件について。
・処理容器１９２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：３０［ｍＴｏｒｒ］
・高周波電源１５０Ａおよび高周波電源１５０Ｂの高周波電力の値［Ｗ］：０［Ｗ］（２７［ＭＨｚ］）
・高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］（周波数［ＭＨｚ］）：５０［Ｗ］（１３［ＭＨｚ］）
・第１のガス：Ｎ２ガス。
・第１のガスの流量［ｓｃｃｍ］：２００［ｓｃｃｍ］
・基板温度［℃］：６０［℃］
・処理時間［ｓ］：１５［ｓ］
＜工程ＳＴ２ｃ＞のプロセス条件について。
・処理容器１９２内の圧力［ｍＴｏｒｒ］：４００［ｍＴｏｒｒ］
・高周波電源１５０Ａおよび高周波電源１５０Ｂの高周波電力の値［Ｗ］：６００［Ｗ］（２７［ＭＨｚ］）のプロセス条件について。
・高周波電源６４の高周波電力の値［Ｗ］（周波数［ＭＨｚ］）：０［Ｗ］（１３［ＭＨｚ］）
・第２のガス：ＮＦ３ガス、Ｈ２ガス、Ｏ２ガス、およびＡｒガスを含む混合ガス
・第２のガスの流量［ｓｃｃｍ］：１０［ｓｃｃｍ］（ＮＦ３ガス）、８０［ｓｃｃｍ］（Ｈ２ガス）、１５０［ｓｃｃｍ］（Ｏ２ガス）、４１０［ｓｃｃｍ］（Ａｒガス）
・基板温度［℃］：６０［℃］
・処理時間［ｓ］：５［ｓ］
＜シーケンスＳＱ＞のプロセス条件について。
・繰り返し回数：５～６０回
上記のプロセス条件によって、図６に示す結果が得られる。図６は、ＳｉＣ層（一実施形態に係る被エッチング層ＥＬと同じ材料の層），ＳｉＮ層の各層に対して図１に示す方法を実行することによって得られる結果の一例を示す図である。図６に示すグラフＧ３はＳｉＣ層に対して図１に示す方法を実行することによって得られる結果であり、図６に示すグラフＧ４はＳｉＮ層に対して図１に示す方法を実行することによって得られる結果である。図６に示す横軸はシーケンスＳＱの繰り返し回数を表しており、図６に示す縦軸は方法ＭＴ（シーケンスＳＱおよび工程ＳＴ３）の実行によって除去されるエッチング量［ｎｍ］（厚み）を表している。図６に示すように、ＳｉＣ層、ＳｉＮ層の何れにおいても、シーケンスＳＱの繰り返し回数の増加に伴ってエッチング量［ｎｍ］も増加する。しかし、シーケンスＳＱの繰り返し回数の増加分に対するエッチング量の増加分は、ＳｉＣ層（一実施形態に係る被エッチング層ＥＬと同じ材料の層）の方が、ＳｉＮ層の場合よりも顕著に大きい。グラフＧ３～Ｇ４を例えば直線でフィッティングした場合に、グラフＧ３の傾きは、グラフＧ４，Ｇ４のそれぞれの傾きよりも顕著に大きい。このため、例えば、（ＳｉＣ層の場合のエッチング量）／（ＳｉＮ層の場合のエッチング量）の値（選択比）は、シーケンスＳＱの繰り返し回数が２４回の場合に２３の程度であるが、シーケンスＳＱの繰り返し回数が６０回の場合には３２の程度となり、顕著に増加する。更に、発明者は、鋭意研究の結果、方法ＭＴをＳｉＣ層に用いた場合のエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］が、方法ＭＴをＳｉＮ層等の他の材料の層に用いた場合のエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］に比較して顕著に高く、且つ、工程ＳＴａを行わずに工程ＳＴｃのエッチングのみをＳｉＣ層に行った場合のエッチングレート［ｎｍ／ｍｉｎ］に比較しても顕著に高いことを見出している。従って、ＳｉＣの被エッチング層ＥＬを方法ＭＴによってエッチングする場合には、ＳｉＮ等の材料のマスクＭＫを用いれば、良好な選択比が実現され得る。
更に、発明者は、鋭意研究の結果、（Ａｒガスの流量［ｓｃｃｍ］）／（Ｏ２ガスの流量［ｓｃｃｍ］）の値が４１０／１５０を下回る場合には被エッチング層ＥＬの表面に異物が生じる場合があるので、異物の生成を回避するためには、（Ａｒガスの流量［ｓｃｃｍ］）／（Ｏ２ガスの流量［ｓｃｃｍ］）の値が４１０／１５０以上の値となるように工程ＳＴ２ｃにおけるＡｒガスの流量［ｓｃｃｍ］およびＯ２ガスの流量［ｓｃｃｍ］を設定することが好適であることを見出した。特に、被エッチング層ＥＬがＳｉＣの場合でありマスクＭＫがＳｉＮの場合において、Ｏ２ガスの流量は、ＳｉＣの表面の酸化を十分に低減させ且つＳｉＮの表面の酸化を十分に増加させ得るために必要な流量が好適である。
上記の方法ＭＴにおいて、まず、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む第１の領域（被エッチング層ＥＬ）の露出面（開口ＴＲを介して露出した表面ＳＦの一部）は、窒化ケイ素（ＳｉＮ）を含む第２の領域が第１の領域に接していることにより第２の領域によって画定され得る。炭化ケイ素を含む第１の領域の露出面には、繰返し実行されるシーケンスＳＱの工程ＳＴ２ａにおいて、窒素を含む第１のガスのプラズマによって、窒素イオンを含有する混合層ＭＸが形成される。そして、シーケンスＳＱの工程ＳＴ２ｃにおいては、工程ＳＴ２ａによって形成された混合層ＭＸがフッ素を含む第２のガスのプラズマに含まれるラジカルを用いて除去されるが、窒化ケイ素を含む第２の領域に対するエッチングについては十分に抑制される。このように、窒素を含む第１のガスが用いられる工程ＳＴ２ａにおいて混合層ＭＸが第１の領域の露出面の平面形状（開口ＴＲの形状）に詳細に沿って形成され、フッ素を含む第２のガスが用いられる工程ＳＴ２ｃにおいて混合層ＭＸのみが第１の領域から除去される。従って、第２の領域に対するエッチングと第１の領域の露出面の上方にある第２の領域（マスクＭＫ）の側面（マスクＭＫの開口や側壁）等に対する堆積物の形成を回避しつつ、第１の領域の露出面の平面形状が詳細に維持された状態において第１の領域に対するエッチングが可能となる。第１の領域の露出面の平面形状に依らず均一に、第１の領域に対するエッチングが可能となる。更に、このような工程ＳＴ２ａおよび工程ＳＴ２ｃを含むシーケンスＳＱが繰り返し実行されることによって、第１の領域の露出面の平面形状が詳細に維持された状態において、第１の領域の露出面の平面形状に依らず均一に、所望とする深さに至るまで第１の領域に対するエッチングが可能となる。また、第１のガスおよび第２のガスは、何れもＣｌ２系ガスおよびＨＢｒ系ガスではないので、金属部分に対する腐食が回避され得る。
さらに、第１のガスのプラズマにバイアス電圧が印加される場合には、当該プラズマに含まれるイオン（窒素原子のイオン）が第１の領域（被エッチング層ＥＬ）の露出面（開口ＴＲを介して露出した表面ＳＦの一部）に対して異方的に供給され得る。このため、第１の領域の露出面に形成される混合層ＭＸは、第１の領域の露出面上から見て第１の領域の露出面の平面形状（開口ＴＲの形状）と高詳細に一致する形状に形成可能となる。
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。従って、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
被エッチング層ＥＬの材料が他の材料（例えばＳｉＮ等）である場合、および、マスクＭＫの材料が他の材料（例えば、Ｓｉを含有する他の材料等）である場合にも、方法ＭＴの実行は可能であるが、被エッチング層ＥＬの材料およびマスクＭＫの材料に応じて第１のガス種および第２のガス種の選択を含むプロセス条件の好適な調節が必要となる（例えば、後述の実施形態を参照）。
（他の実施形態）
一実施形態に係る方法ＭＴにおいて、被エッチング層ＥＬ（第１の領域）の材料がＳｉＣの場合、第２の領域の材料は、ＳｉＮに限らず、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯｘ、Ｗ、ＷＣ、Ｒｕ、Ｈｆ、ＨｆＯｘ、Ｚｒ、ＺｒＯｘ、Ｔａ、ＳｉＯ２，Ｓｉ，ＳｉＧｅ，Ｇｅの少なくとも一の材料が用いられ得る（ｘは１以上の数である。以下同様。）。
被エッチング層ＥＬの表面ＳＦの原子層に混合層ＭＸを形成する第１のガスは、Ｎ（窒素）を有するガス、具体的には、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含み得る。第１のガスは、このようなＮを有するガスと共に、更に、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガス等のＯ（酸素）を有するガスの少なくとも一のガスを含み得る。
混合層ＭＸの除去に用いる第２のガスは、Ｆ（フッ素）を有するガス、具体的には、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガスの少なくとも何れか一のガスを含み得る。第２のガスは、更に、Ｈ２ガス、Ｄ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｏを有するガス（例えば、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガス等）の少なくとも一のガスを含み得る。
プラズマソースは、下部へのイオンエネルギーが比較的に低いものであればよい。例えば、ＩＣＰ、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ、イオントラップする構成、ＲＬＳＡ（Radial Line Slot Antenna）を用いて生成されるプラズマ等が用いられる。
Ｏを有するガスは、第１のガス、第２のガス、または第１のガスと第２のガス両方に添加され得る。Ｏを有するガスを添加するタイミングは、第１のガスの供給期間、第２のガスの供給期間のそれぞれ一部の期間であってもよい。
なお、マスクＭＫの材料がＲｕを含む場合には、Ｏを有するガスの添加は行われない。Ｏを有するガスは、第２のガスを用いて混合層ＭＸの除去を行う工程ＳＴ２ｃの実行前に添加されることができる。
なお、当該方法ＭＴは、図７に示すウエハＷ１において、被エッチング層ＥＬ１（第１の領域）をエッチングする場合にも適用可能である。被エッチング層ＥＬ１は、図３に示すウエハＷの被エッチング層ＥＬに対応している。図７に示すウエハＷ１は、被エッチング層ＥＬ１、領域ＡＲａ（第２の領域）、領域ＡＲ１ｂ（第２の領域）を備える。被エッチング層ＥＬ１、領域ＡＲａ、領域ＡＲｂは、ウエハＷ１の表面ＳＦ１に沿って形成されている。表面ＳＦ１には、被エッチング層ＥＬ１、領域ＡＲａ、領域ＡＲｂが露出されている。領域ＡＲａ上には、マスクＭＫ１（第２の領域）が設けられている。
被エッチング層ＥＬ１の材料は、ＳｉＣを含む。領域ＡＲａの材料および領域ＡＲｂの材料は、例えばＳｉ、ＳｉＮ、ＳｉＯ２、金属、有機物を含む。マスクＭＫ１の材料は、例えば有機物またはＳｉＯ２を含む。このような構成のウエハＷ１は、エッチング前の状態ＣＤ１から、方法ＭＴのエッチングの実行によって、エッチング後の状態ＣＤ２に至る。方法ＭＴは、被エッチング層ＥＬ１の表面に窒素を含む層（図２に示す混合層ＭＸに対応する層）を形成する工程ＳＴ２ａと窒素を含む層を除去する工程ＳＴ２ｃとを含むシーケンスＳＱを繰り返し実行する。これにより、状態ＣＤ１のウエハＷ１において被エッチング層ＥＬ１のみが選択的にエッチングされ、状態ＣＤ２のウエハＷ１が形成される。工程ＳＴ２ａでは、高周波バイアス電圧を印加して行ってよい。工程ＳＴ２ｃでは、高周波バイアスを印加しないで行ってよい。工程ＳＴ２ｃで高周波バイアスを印加しない場合、エッチング選択比を向上できる。
（更に他の実施形態）
更に、酸化ケイ素を含む被処理体をエッチングする場合において好適に選択比を向上する技術も望まれている。以下に説明する他の実施形態に係る方法ＭＴは、ＳｉＯ２を有する被エッチング層ＥＬ（第１の領域）を選択的にエッチングする方法である。この方法ＭＴにおいて、第２の領域の材料は、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯｘ、Ｗ、ＷＣ、Ｒｕ、Ｈｆ、ＨｆＯｘ、Ｚｒ、ＺｒＯｘ、Ｔａの少なくとも一の材料が用いられ得る。
被エッチング層ＥＬの表面ＳＦの原子層に混合層ＭＸを形成する第１のガスはＮを有するガス、具体的には、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含み得る。第１のガスは、このようなＮを有するガスと共に、更に、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガス等のＯを有するガスの何れか一のガスを含み得る。
混合層ＭＸの除去に用いる第２のガスは、Ｆを有するガス、具体的には、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガスの少なくとも一のガスを含み得る。第２のガスは、更に、Ｈ２ガス、Ｄ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｏを有するガス（例えば、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガス等）の少なくとも一のガスを含み得る。
プラズマソースは、下部へのイオンエネルギーが比較的に低いものであればよく、例えば、ＩＣＰ、ＥＣＲプラズマ、イオントラップし得る構成、ＲＬＳＡ、等が用いられる。
Ｏを有するガスは、第１のガス、第２のガス、又は両方に添加され得る。Ｏを有するガスを添加するタイミングは、第１のガスの供給期間、第２のガスの供給期間のそれぞれ、一部の期間であってもよい。
なお、マスクＭＫの材料がＲｕを含む場合には、Ｏを有するガスの添加は行われない。Ｏを有するガスは、第２のガスを用いて混合層ＭＸの除去を行う工程ＳＴ２ｃの実行前に添加されることができる。
また、上記のように開示した全ての実施形態に係る方法ＭＴ（図１参照）において、工程ＳＴ１は、第１の材料を含む被エッチング層（例えば被エッチング層ＥＬ、被エッチング層ＥＬ１）と、被エッチング層とは異なる材料を含む領域（例えば、マスクＭＫ、領域ＡＲ１ａ、領域ＡＲ１ｂ、マスクＭＫ１）とを備える被処理体（例えば、ウエハＷ、ウエハＷ１）を準備する。更に、この方法ＭＴにおいて、工程ＳＴ２ａは、被処理体を窒素プラズマに晒し、被エッチング層に窒素を含む層（例えば、混合層ＭＸ）を形成する。工程ＳＴ２ｂは、窒素を含む層を形成する工程ＳＴ２ａの後に、被処理体をフッ素プラズマに晒し、窒素を含む層を除去する。そして、この方法ＭＴでは、工程ＳＴ２ａ及び工程ＳＴ２ｃを繰り返し、被エッチング層を除去する。工程ＳＴ２ａでは、高周波バイアス電圧を印加して行ってよい。工程ＳＴ２ｃでは、高周波バイアスを印加しないで行ってよい。工程ＳＴ２ｃで高周波バイアスを印加しない場合、エッチング選択比を向上できる。
１０…プラズマ処理装置、１２０…ガス供給部、１２１…ガス導入口、１２２…ガス供給源、１２３…ガス供給配管、１２４…マスフローコントローラ、１２６…開閉バルブ、１２ｅ…排気口、１３４…ウエハ搬出入口、１３６…ゲートバルブ、１４…支持部、１４０…高周波アンテナ、１４２Ａ…内側アンテナ素子、１４２Ｂ…外側アンテナ素子、１４４…挟持体、１５０Ａ…高周波電源、１５０Ｂ…高周波電源、１６０…シールド部材、１６２Ａ…内側シールド壁、１６２Ｂ…外側シールド壁、１６４Ａ…内側シールド板、１６４Ｂ…外側シールド板、１６８Ａ…アクチュエータ、１６８Ｂ…アクチュエータ、１８ａ…第１プレート、１８ｂ…第２プレート、１９２…処理容器、１９４…板状誘電体、２２…直流電源、２３…スイッチ、２４…冷媒流路、２６ａ…配管、２６ｂ…配管、２８…ガス供給ライン、４６…デポシールド、４８…排気プレート、５０…排気装置、５２…排気管、６４…高周波電源、６８…整合器、ＡＲａ…領域、ＡＲｂ…領域、ＣＤ１…状態、ＣＤ２…状態、Ｃｎｔ…制御部、ＥＬ…被エッチング層、ＥＬ１…被エッチング層、ＥＳＣ…静電チャック、ＦＲ…フォーカスリング、Ｇ１…グラフ、Ｇ２…グラフ、Ｇ３…グラフ、Ｇ４…グラフ、ＨＰ…ヒータ電源、ＨＴ…ヒータ、ＬＥ…下部電極、ＭＫ…マスク、ＭＫ１…マスク、ＭＴ…方法、ＭＸ…混合層、ＰＤ…載置台、ＳＦ…表面、ＳＦ１…表面、Ｓｐ…処理空間、ＳＱ…シーケンス、ＴＨ…値、ＴＭ…タイミング、ＴＲ…開口、Ｗ…ウエハ、Ｗ１…ウエハ。

Claims (11)

  1. 被処理体に対するエッチング方法であって、該被処理体は第１の領域と該第１の領域に接する第２の領域とを備え、該方法は、
    前記被処理体が収容されているプラズマ処理装置の処理容器内において第１のガスのプラズマを生成し、該第１のガスのプラズマに含まれるイオンを含む混合層を前記第１の領域の露出面の原子層に形成する第１の工程と、
    前記第１の工程の実行後に、前記処理容器内の空間をパージする第２の工程と、
    前記第２の工程の実行後に、前記処理容器内において第２のガスのプラズマを生成し、該第２のガスのプラズマに含まれるラジカルによって前記混合層を除去する第３の工程と、
    前記第３の工程の実行後に、前記処理容器内の空間をパージする第４の工程と、
    を含むシーケンスを繰り返し実行し、前記第１の領域を原子層毎に除去することによって、該第１の領域をエッチングし、
    前記第１の領域は、炭化ケイ素を含み、
    前記第２の領域は、窒化ケイ素を含み、
    前記第１のガスは、窒素を含み、
    前記第２のガスは、フッ素を含む、
    エッチング方法。
  2. 前記第１の工程では、前記第１のガスのプラズマにバイアス電圧を印加して、前記第１の領域の露出面の原子層に前記イオンを含む前記混合層を形成する、
    請求項１に記載の方法。
  3. 前記第１のガスは、Ｎ２ガスである、または、Ｎ２ガスおよびＯ２ガスを含む混合ガスである、
    請求項１または請求項２に記載の方法。
  4. 前記第２のガスは、ＮＦ３ガス、Ｈ２ガス、Ｏ２ガスおよびＡｒガスを含む混合ガスである、
    請求項１～３の何れか一項に記載の方法。
  5. 処理容器内において被処理体をエッチングする方法であって、該被処理体はＳｉＣを含む第１の領域と、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯｘ、Ｗ、ＷＣ、Ｈｆ、ＨｆＯｘ、Ｚｒ、ＺｒＯｘ、Ｔａ、ＳｉＯ２、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、又はＲｕを含む第２の領域（ｘは正数）と、を備え、該方法は、
    窒素を含む第１のガスのプラズマを生成し、該第１のガスのプラズマに含まれるイオンによって前記第１の領域の露出面に、窒素、ケイ素及び炭素を含む混合層を形成する工程と、
    前記混合層を形成する前記工程の実行後に、前記処理容器内においてフッ素を含む第２のガスのプラズマを生成し、前記混合層を除去する工程と、
    を含むシーケンスを繰り返し、前記第１の領域を除去する、
    エッチング方法。
  6. 前記混合層を形成する前記工程と前記混合層を除去する前記工程との間に又は前記混合層を除去する前記工程の後に、前記処理容器内の空間をパージする工程を更に備える、
    請求項５に記載のエッチング方法。
  7. 前記第１のガスは、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含み、
    前記第２のガスは、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガスの少なくとも一のガスを含む、
    請求項５または６に記載のエッチング方法。
  8. 処理容器内において被処理体をエッチングする方法であって、該被処理体はＳｉＣを含む第１の領域と、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＯｘ、Ｗ、ＷＣ、Ｈｆ、ＨｆＯｘ、Ｚｒ、ＺｒＯｘ、Ｔａ、ＳｉＯ２、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、Ｇｅ、又はＲｕを含む第２の領域（ｘは正数）と、を備え、該方法は、
    窒素を含む第１のガスのプラズマを生成し、該第１のガスのプラズマに含まれるイオンによって前記第１の領域の露出面を改質し、窒素、ケイ素及び炭素を含む混合層を前記第１の領域に形成する工程と、
    前記混合層を形成する前記工程の実行後に、前記処理容器内においてフッ素を含む第２のガスのプラズマを生成し、前記混合層を除去する工程と、
    を含むシーケンスを繰り返し、前記第１の領域を除去し、
    前記第１のガスは、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含み、
    前記第２のガスは、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガスの少なくとも一のガスを含み、
    前記第１のガスは、更に、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含む、
    エッチング方法。
  9. 前記混合層を形成する前記工程と前記混合層を除去する前記工程との間に又は前記混合層を除去する前記工程の後に、前記処理容器内の空間をパージする工程を更に備える、
    請求項８に記載のエッチング方法。
  10. 前記第２のガスは、更に、Ｈ２ガス、Ｄ２ガス、ＮＨ３ガス、Ｏ２ガス、ＣＯ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガスの少なくとも一のガスを含む、
    請求項８または９に記載のエッチング方法。
  11. エッチング方法であって、
    炭化ケイ素を含む第１の材料からなる第１の領域と、前記第１の材料とは異なる材料を含む第２の領域とを備える被処理体を準備する工程と、
    前記被処理体を窒素プラズマに晒し、前記第１の領域の露出面に、窒素、ケイ素及び炭素を含む層を形成する工程と、
    前記層を形成する前記工程の後に、前記被処理体をフッ素プラズマに晒し、窒素を含む前記層を除去する工程と、
    を有し、
    前記層を形成する前記工程及び前記層を除去する前記工程を繰り返し、前記第１の領域を除去する、
    エッチング方法。
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