JP7348672B2 - プラズマ処理方法及びプラズマ処理システム - Google Patents

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Description

本開示の例示的実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理システムに関する。
特許文献1には、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とが交互に積層された多層膜をエッチングする方法が開示されている。
特開2016-39310号公報
本開示は、エッチングの形状異常を抑制する技術を提供する。
本開示の一つの例示的実施形態において、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、(a)シリコン含有膜と前記シリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、(b)タングステン含有ガスとフッ化水素ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程であって、前記フッ化水素ガスは、前記タングステン含有ガスの流量よりも多い流量で前記チャンバ内に供給される、工程と、(c)前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、を含む、プラズマ処理方法が提供される。
本開示の一つの例示的実施形態によれば、エッチングの形状異常を抑制する技術を提供することができる。
例示的なプラズマ処理システムを概略的に示す図である。 本処理方法の一例を示すフローチャートである。 基板Wの断面構造の一例を示す図である。 工程ST32の処理中の基板Wの断面構造の一例を示す図である。 工程ST32の処理後の基板Wの断面構造の一例を示す図である。 実施例及び参考例にかかるエッチングの結果を示す図である。 実施例にかかるエッチングの結果を示す図である。
以下、本開示の各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、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、(a)シリコン含有膜とシリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、(b)タングステン含有ガスとフッ化水素ガスとを含む処理ガスをチャンバ内に供給する工程であって、フッ化水素ガスは、タングステン含有ガスの流量よりも多い流量でチャンバ内に供給される、工程と、(c)処理ガスからプラズマを生成して、シリコン含有膜をエッチングする工程と、を含むプラズマ処理方法が提供される。
一つの例示的実施形態において、タングステン含有ガスは、WFaClb(a及びbはそれぞれ0以上6以下の整数であり、aとbとの和は2以上6以下である)ガスである。
一つの例示的実施形態において、タングステン含有ガスは、WF6ガス及びWCl6ガスの少なくともいずれかのガスである。
一つの例示的実施形態において、処理ガスに含まれるガスのうち、フッ化水素ガスの流量が最も多い。
一つの例示的実施形態において、処理ガスに含まれるガスのうち、タングステン含有ガスの流量が最も少ない。
一つの例示的実施形態において、タングステン含有ガスの流量は、処理ガスの総流量に対して5体積%以下である。
一つの例示的実施形態において、フッ化水素ガスの流量は、タングステン含有ガスの流量の10倍以上である。
一つの例示的実施形態において処理ガスは、炭素含有ガス、酸素含有ガス及びフッ素以外のハロゲン含有ガスの群から選択される少なくとも1種のガスをさらに含む。
一つの例示的実施形態において、処理ガスは、リン含有ガスをさらに含む。
一つの例示的実施形態において、リン含有ガスは、ハロゲン化リンガスである。
一つの例示的実施形態において、炭素含有ガスは、Cxyガス(x、yは正の整数)又はCstuガス(s、t,uは正の整数)である。
一つの例示的実施形態において、(b)において、基板支持部の温度が0℃以下に設定される。
一つの例示的実施形態において、(b)において、基板支持部の温度は-50℃以下に設定される。
一つの例示的実施形態において、チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、(a)シリコン含有膜とシリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、(b)処理ガスをチャンバ内に供給する工程と、(c)処理ガスからプラズマを生成し、プラズマに含まれるHF種により、シリコン含有膜をエッチングする工程と、を含み、(b)において、処理ガスは、タングステン含有ガスを含み、タングステン含有ガスは、処理ガスの総流量に対して5体積%以下の流量でチャンバ内に供給される、プラズマ処理方法が提供される。
一つの例示的実施形態において、HF種は、HFガス及びハイドロフルオロカーボンガスからなる群から選択される少なくとも1種のガスから生成される。
一つの例示的実施形態において、HF種は、炭素数が2以上のハイドロフルオロカーボンガスから生成される。
一つの例示的実施形態において、HF種は、CH22ガス、C324ガス、C326ガス及びC426ガスからなる群から選択される少なくとも1種のガスから生成される。
一つの例示的実施形態において、チャンバ、チャンバ内に設けられた基板支持部、プラズマ生成部、及び、制御部を備え、制御部は、(a)シリコン含有膜とシリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、基板支持部上に提供し、(b)タングステン含有ガスとフッ化水素ガスとを含む処理ガスをチャンバ内に供給し、フッ化水素ガスは、タングステン含有ガスの流量よりも多い流量でチャンバ内に供給され、(c)処理ガスからプラズマを生成して、シリコン含有膜をエッチングする、制御を実行する、プラズマ処理システムが提供される。
以下、図面を参照して、本開示の各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同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。
<プラズマ処理システムの構成例>
以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。図1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。
プラズマ処理システムは、容量結合型のプラズマ処理装置1及び制御部2を含む。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、少なくとも1つの処理ガスをプラズマ処理空間10s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。プラズマ処理チャンバ10は接地される。シャワーヘッド13及び基板支持部11は、プラズマ処理チャンバ10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、エッジリングアセンブリ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。基台1110の導電性部材は下部電極として機能し得る。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。また、RF又はDC電極がセラミック部材1111a内に配置されてもよく、この場合、RF又はDC電極が下部電極として機能する。後述するバイアスRF信号又はDC信号がRF又はDC電極に接続される場合、RF又はDC電極はバイアス電極とも呼ばれる。なお、基台1110の導電性部材とRF又はDC電極との両方が2つの下部電極として機能してもよい。
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、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1又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
電源30は、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ10に結合されるRF電源31を含む。RF電源31は、ソースRF信号及びバイアスRF信号のような少なくとも1つのRF信号(RF電力)を、少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間10sに供給された少なくとも1つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、RF電源31は、プラズマ処理チャンバ10において1又はそれ以上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生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスRF信号を少なくとも1つの下部電極に供給することにより、基板Wにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオン成分を基板Wに引き込むことができる。
一実施形態において、RF電源31は、第1のRF生成部31a及び第2のRF生成部31bを含む。第1のRF生成部31aは、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に結合され、プラズマ生成用のソースRF信号(ソースRF電力)を生成するように構成される。一実施形態において、ソースRF信号は、10MHz~150MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第1のRF生成部31aは、異なる周波数を有する複数のソースRF信号を生成するように構成されてもよい。生成された1又は複数のソースRF信号は、少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に供給される。
第2のRF生成部31bは、少なくとも1つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも1つの下部電極に結合され、バイアスRF信号(バイアスRF電力)を生成するように構成される。バイアスRF信号の周波数は、ソースRF信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスRF信号は、ソースRF信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスRF信号は、100kHz~60MHzの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第2のRF生成部31bは、異なる周波数を有する複数のバイアスRF信号を生成するように構成されてもよい。生成された1又は複数のバイアスRF信号は、少なくとも1つの下部電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースRF信号及びバイアスRF信号のうち少なくとも1つがパルス化されてもよい。
また、電源30は、プラズマ処理チャンバ10に結合されるDC電源32を含んでもよい。DC電源32は、第1のDC生成部32a及び第2のDC生成部32bを含む。一実施形態において、第1のDC生成部32aは、少なくとも1つの下部電極に接続され、第1のDC信号を生成するように構成される。生成された第1のバイアスDC信号は、少なくとも1つの下部電極に印加される。一実施形態において、第2のDC生成部32bは、少なくとも1つの上部電極に接続され、第2のDC信号を生成するように構成される。生成された第2のDC信号は、少なくとも1つの上部電極に印加される。
種々の実施形態において、第1及び第2のDC信号のうち少なくとも1つがパルス化されてもよい。この場合、DCに基づく電圧パルスのシーケンスが少なくとも1つの下部電極及び/又は少なくとも1つの上部電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、DC信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部が第1のDC生成部32aと少なくとも1つの下部電極との間に接続される。従って、第1のDC生成部32a及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。第2のDC生成部32b及び波形生成部が電圧パルス生成部を構成する場合、電圧パルス生成部は、少なくとも1つの上部電極に接続される。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、1周期内に1又は複数の正極性電圧パルスと1又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、第1及び第2のDC生成部32a、32bは、RF電源31に加えて設けられてもよく、第1のDC生成部32aが第2のRF生成部31bに代えて設けられてもよい。
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。
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、例えばコンピュータ2aを含んでもよい。コンピュータ2aは、例えば、処理部(CPU:Central Processing Unit)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。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。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。
<プラズマ処理方法の一例>
図2は、一つの例示的実施形態に係るプラズマ処理方法(以下「本処理方法」ともいう。)を示すフローチャートである。図2に示すように、本処理方法は、基板を提供する工程ST1と、基板支持部の温度を設定する工程ST2と、基板上のエッチング対象膜をエッチングする工程ST3とを含む。各工程における処理は、図1に示すプラズマ処理システムで実行されてよい。以下では、制御部2がプラズマ処理装置1の各部を制御して、基板Wに対して本処理方法を実行する場合を例に説明する。
(工程ST1:基板の提供)
工程ST1において、基板Wは、プラズマ処理装置1のプラズマ処理空間10s内に提供される。基板Wは、基板支持部11の上面に、上部電極と対向するように配置され、静電チャック1111により基板支持部11に保持される。
図3は、工程ST1で提供される基板Wの断面構造の一例を示す図である。基板Wは、下地膜UF上に、エッチング対象膜EF及びマスク膜MFがこの順で形成されている。基板Wは、例えば、DRAM、3D-NANDフラッシュメモリ等の半導体メモリデバイスを含む半導体デバイスの製造に用いられてよい。
下地膜UFは、例えば、シリコンウェハやシリコンウェハ上に形成された有機膜、誘電体膜、金属膜、半導体膜等でよい。下地膜UFは、複数の膜が積層されて構成されてよい。
エッチング対象膜EFは、シリコン含有膜でよい。シリコン含有膜SFは、一例では、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜でよい。エッチング対象膜EFは、複数の膜が積層されて構成されてよい。例えば、エッチング対象膜EFは、シリコン酸化膜と多結晶シリコン膜とが交互に積層されて構成されてよい。また例えば、エッチング対象膜EFは、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層されて構成されてよい。
下地膜UF及び/又はエッチング対象膜EFは、CVD法、スピンコート法等により形成されてよい。下地膜UF及び/又はエッチング対象膜EFは、平坦な膜であってよく、また、凹凸を有する膜であってもよい。
マスク膜MFは、エッチング対象膜EF上に形成されている。マスク膜MFは、エッチング対象膜EF上において少なくとも一つの開口OPを規定する。開口OPは、エッチング対象膜EF上の空間であって、マスク膜MFの側壁に囲まれている。すなわち、図3において、エッチング対象膜EFの上面は、マスク膜MFによって覆われた領域と、開口OPの底部において露出した領域とを有する。
開口OPは、基板Wの平面視、すなわち、基板Wを図3の上から下に向かう方向に見た場合において、任意の形状を有してよい。当該形状は、例えば、円、楕円、矩形、線やこれらの1種類以上を組み合わせた形状であってよい。マスク膜MFは、複数の側壁を有し、複数の側壁が複数の開口OPを規定してもよい。複数の開口OPは、それぞれ線形状を有し、一定の間隔で並んでライン&スペースのパターンを構成してもよい。また、複数の開口OPは、それぞれ穴形状を有し、アレイパターンを構成してもよい。
マスク膜MFは、例えば、ポリシリコン膜、ホウ素ドープシリコン膜、タングステン含有膜(例えば、WC膜、WSi膜等)、アモルファスカーボン膜、酸化ズズ膜又はチタン含有膜(例えば、TiN膜等)でよい。マスク膜MFは、1つの層からなる単層マスクでも、2つ以上の層からなる多層マスクであってもよい。マスク膜MFは、CVD法、スピンコート法等により形成されてよい。マスク膜MFは、リソグラフィによって形成されてもよい。開口OPは、マスク膜MFをエッチングすることで形成されてよい。
基板Wの各構成を形成するプロセスの少なくとも一部は、プラズマ処理チャンバ10内で行われてよい。一例では、マスク膜MFをエッチングして開口OPを形成する工程は、プラズマ処理チャンバ10で実行されてよい。すなわち、開口OP及び後述するエッチング対象膜EFのエッチングは、同一のチャンバ内で連続して実行されてよい。また、基板Wの各構成の全部又は一部がプラズマ処理装置1の外部の装置又はチャンバで形成された後、基板Wがプラズマ処理装置1のプラズマ処理空間10s内に搬入され、基板支持部11の上面に配置されてもよい。
(基板ST2:基板支持部の温度設定)
工程ST2において、基板支持部11の温度を目標温度に設定する。目標温度は、例えば、0度以下でよい。目標温度は、-10℃以下、-20℃以下、-30℃以下、-40℃以下、-50℃以下、-60℃以下又は-70℃以下でもよい。
基板支持部11の温度を目標温度に設定することは、基板支持部11の温度を測定して、基板支持部11の温度が目標温度になるように、温調モジュールにより基板支持部11の温度を調整することを含むがこれに限られない。一例では、基板支持部11の温度を目標温度に設定することは、(a)基板支持部11の温度が目標温度になるように、基板Wの温度又は流路1110aを流れる伝熱流体の温度を当該目標温度又は当該目標温度とは異なる温度に設定すること、及び、(b)基板Wの温度が目標温度となるように、基板支持部11又は流路1110aを流れる伝熱流体の温度を、当該目標温度又は当該目標温度とは異なる温度に設定することを含む。また、温度を「設定」することは、制御部2において当該温度が入力、選択又は記憶されることを含む。
なお、本処理方法において、工程ST2は、工程ST1の前に行ってもよい。すなわち、基板支持部11の温度を目標温度に設定した後に、当該基板支持部11に基板Wを提供してよい。
(工程ST3:エッチング対象膜EFのエッチング)
工程ST3において、エッチング対象膜EFがエッチングされる。工程ST3は、処理ガスを供給する工程ST31、及び、処理ガスからプラズマを生成する工程ST32を含む。工程ST3における処理の間、基板支持部11の温度は、工程ST2で設定した目標温度に設定される。
工程ST31において、処理ガスがガス供給部20からプラズマ処理空間10s内に供給される。処理ガスは、フッ化水素(HF)ガスと、タングステン含有ガスとを含む。HFガスは、タングステン含有ガスよりも流量が多い。
処理ガスにおいて、HFガスの流量が最も多くてよい。一例では、HFガスは、処理ガスの総流量に対して70体積%以上でよく、また80体積%以上でもよい。HFガスは、タングステン含有ガスの流量の10倍以上でよく、50倍以上、100倍以上、300倍以上、500倍以上でもよい。
処理ガスにおいて、HFガスに代えて又はHFガスとともに、チャンバ内でHF種を生成可能なガスを用いてもよい。HF種は、フッ化水素のガス、ラジカル及びイオンの少なくともいずれかを含む。HF種は、HFガス及びハイドロフルオロカーボンガスからなる群から選択される少なくとも1種のガスから生成されてよい。また、HF種は、炭素数が2以上のハイドロフルオロカーボンガスから生成されてよい。HF種を生成可能なガスとしては、例えば、CH22ガス、C324ガス、C326ガス、C335ガス、C426ガス、C455ガス、C428ガス、C526ガス、C5210ガス及びC537ガスからなる群から選択される少なくとも1種を用いてよい。一例では、HF種を生成可能なガスとして、CH22ガス、C324ガス、C326ガス及びC426ガスからなる群から選択される少なくとも1種が用いられる。
タングステン含有ガスは、タングステンとハロゲンとを含有するガスでよく、一例では、WFaClbガスである(a及びbはそれぞれ0以上6以下の整数であり、aとbとの和は2以上6以下である)。具体的には、タングステン含有ガスとしては、2フッ化タングステン(WF2)ガス、4フッ化タングステン(WF4)ガス、5フッ化タングステン(WF5)ガス、6フッ化タングステン(WF6)ガス等のタングステンとフッ素とを含有するガス、2塩化タングステン(WCl2)ガス、4塩化タングステン(WCl4)ガス、5塩化タングステン(WCl5)ガス、6塩化タングステン(WCl6)ガス等のタングステンと塩素とを含有するガスであってよい。これらの中でも、WF6ガス及びWCl6ガスの少なくともいずれかのガスであってよい。タングステン含有ガスの流量は、処理ガスの総流量に対して、5体積%以下でよく、1体積%以下、0.5体積%以下、0.2体積%以下でもよい。
処理ガスは、炭素含有ガス、酸素含有ガス及びフッ素以外のハロゲン含有ガスの群から選択される少なくとも1種のガスをさらに含でよい。
炭素含有ガスは、Cxyガス(x、yは正の整数)でよい。Cxyガスは、C22ガス、C24ガス、C36ガス、C38ガス、C46ガス、C48ガス及びC58ガスからなる群から選択される少なくとも1種を含んでよい。
炭素含有ガスは、Cstuガス(s、t,uは正の整数)でもよい。Cstuガスは、CHF3ガス、CH22ガス、CH3Fガス、C2HF5ガス、C224ガス、C233ガス、C242ガス、C3HF7ガス、C322ガス、C324ガス、C326ガス、C335ガス、C426ガス、C455ガス、C428ガス、C526ガス、C5210ガス及びC537ガスからなる群から選択される少なくとも1種を含んでよい。処理ガスは、CxyガスとCstuガスとの双方のガスを含んでもよい。
酸素含有ガスは、例えば、O2、CO、CO2、H2O及びH22からなる群から選択される少なくとも1種のガスでよい。一例では、処理ガスは、H2O以外の酸素含有ガス、すなわち、O2、CO、CO2及びH22からなる群から選択される少なくとも1種のガスを含んでよい。酸素含有ガスの流量は、CxyガスやCstuガスの流量に応じて調整してよい。
フッ素以外のハロゲン含有ガスは、塩素含有ガス、臭素含有ガス及び/又はヨウ素含有ガスであってよい。塩素含有ガスとしては、Cl2、SiCl2、SiCl4、CCl4、SiH2Cl2、Si2Cl6、CHCl3、SO2Cl2、BCl3、PCl3、PCl5、POCl3等のガスを使用してよい。臭素含有ガスとしては、Br2、HBr、CBr22、C25Br、PBr3、PBr5、POBr3、BBr3等のガスを使用してよい。ヨウ素含有ガスとしては、HI、CF3I、C25I、C37I、IF5、IF7、I2、PI3等のガスを使用してよい。一例では、ハロゲン含有ガスとして、Cl2ガス、Br2ガス、HBrガスからなる群から選択される少なくとも1種が使用される。他の例では、ハロゲン含有ガスとして、Cl2ガス及びHBrガスが使用される。
処理ガスは、リン含有ガスをさらに含んでよい。リン含有ガスは、PF3ガス、PF5ガス、POF3ガス、HPF6ガス、PCl3ガス、PCl5ガス、POCl3ガス、PBr3ガス、PBr5ガス、POBr3ガス、PI3ガス、P410ガス、P48ガス、P46ガス、PH3ガス、Ca32ガス、H3PO4ガス及びNa3PO4ガスからなる群から選択される少なくとも1種でよい。これらガスの中で、PF3ガス、PF5ガス、PCl3ガス等のハロゲン化リン含有ガスを使用してもよく、また、PF3ガス、PF5ガス等のフッ化リンガスを使用してもよい。
工程ST32において、第1のRF生成部31aからソースRF信号(RF電力)が下部電極及び/又は上部電極に供給される。これにより、処理ガスからプラズマが生成される。またバイアス信号(電力)として、第2のRF生成部31bから、バイアスRF信号が下部電極に供給され、基板にバイアス電位が発生する。これにより、生成されたプラズマ中のイオン、ラジカルといった活性種が基板Wに引きよせられ、マスク膜MFの開口OPを通ってエッチング対象膜EFがエッチングされる。なお、上述のとおり、エッチングの間、基板支持部11の温度は目標温度に設定されている。
なお、バイアス信号の供給を開始するタイミングは、ソースRF信号の供給を開始するタイミングと同時でも異なってもよい。また、バイアス信号(電力)として、バイアスDC信号を用いてよい。すなわち、DC生成部32aから負極性のバイアスDC信号を下部電極に供給して、基板Wにバイアス電位を発生させてよい。ソースRF信号及びバイアス信号は、双方が連続波であってよく、また一方が連続波で他方がパルス波であってよい。またバイアス信号のパルス波のデューティ比は適宜設定してよい。例えば、デューティ比は、30%以下、20%以下でよい。なお、バイアス信号のデューティ比は、パルス波の周期における、電力又は電圧レベルが高い期間が占める割合である。
図4は、工程ST32の処理中の基板Wの断面構造の一例を示す図である。図4に示すように、マスク膜MF上にタングステンを含有する保護膜PFが形成される。保護膜PFは、例えば、タングステン含有ガス中のタングステンが、プラズマ中の水素の活性種により還元され、マスク膜MF上に付着、堆積して形成される。保護膜PFは、少なくともマスク膜MFの側壁に形成される。保護膜PFは、マスク膜MFの上面にも形成されてよい。
保護膜PF中のタングステンは、プラズマ中のHF種との反応性が低い。そのため、工程ST32の実行中にマスク膜MFの側壁がエッチングにより除去されることが抑制される。これにより、マスク膜MFのボーイングCDが拡大することが抑制される(すなわち、ボーイングが抑制される)。一例として、ボーイングCDは、マスク膜MFにおける開口OP又は保護膜PFにおける凹部RCの最大幅であってよい。
図5は、工程ST32の処理後の基板Wの断面構造の一例を示す図である。図5に示すように、エッチングによりエッチング対象膜EFに形成される凹部RCの底部BTが下地膜UFに到達し、下地膜UFの表面が露出すると、工程ST32が終了する。工程ST32の実行中にマスク膜MFのボーイングが抑制されるので、エッチング対象膜EFに形成される凹部RCのボーイングも抑制される。これにより、本処理方法は、エッチング対象膜EFに形成される凹部RCの形状不良を抑制することができる。なお、凹部RCのアスペクト比は、20以上であってよく、30以上、40以上、50以上、又は100以上であってもよい。
<実施例>
次に、本処理方法の実施例について説明する。本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
(実施例1及び2)
実施例1及び2では、プラズマ処理装置1を用いて本処理方法を適用し、図3に示す基板Wと同様の構造を有する基板をエッチングした。マスク膜MFとしては、ポリシリコン膜を用いた。エッチング膜EFとしては、シリコン酸化膜上にシリコン窒化膜が形成された2層膜を用いた。処理ガスは、HFガス、WF6ガス、C48ガス及びO2ガスを含んでいた。実施例1の処理ガスは、HFガスを85体積%以上含み、WF6ガスを0.2体積%含んでいた。実施例2の処理ガスは、HFガスを85体積%以上含み、WF6ガスを0.5体積%含んでいた。エッチング中の基板支持部の目標温度は-70℃に設定した。またバイアス信号として、バイアスDC信号のパルス波をデューティ比20%で下部電極に供給した。
(参考例1)
プラズマ処理装置1を用いて、実施例1及び2と同様の基板をエッチングした。参考例1にかかる処理ガスは、HFガス、C48ガス及びO2ガスを含んでおり、WF6ガスを含んでいなかった。この点を除き、実施例1及び実施例2と同一のエッチング条件でエッチングをおこなった。
図6は、実施例1、実施例2及び参考例1にかかるエッチングの結果を示す図である。図6において縦軸は、マスク膜MFの開口OP及びエッチング対象膜EFに形成された凹部の深さD[μm]を示す。縦軸の0μm付近はマスク膜MFとシリコン窒化膜(SiN)との間の境界である。縦軸の-0.2μm付近は、シリコン窒化膜(SiN)とシリコン酸化膜(SiOx)との境界である。図6において、横軸は、マスク膜MFの開口OP及びエッチング対象膜EFに形成された凹部RCの開口幅CD[nm]を示す。
図6に示すように、処理ガスとしてWF6ガスを含む実施例1及び実施例2は、WF6ガスを含まない参考例1に比べて、マスク膜MF及びシリコン酸化膜(SiOx)のボーイングが抑制されていた。具体的には、実施例1のマスク膜MF及びシリコン酸化膜(SiOx)のボーイングCDは、それぞれ、41、39であった。実施例2のマスク膜MF及びシリコン酸化膜(SiOx)のボーイングCDは、それぞれ、43、39であった。これに対し、参考例1のマスク膜MF及びシリコン酸化膜(SiOx)のボーイングCDは、それぞれ、45及び42であった。シリコン酸化膜(SiOx)のボーイングCDは、WF6ガスの含有量がより少ない実施例1(WF6ガス:0.2体積%)でも、実施例2(WF6ガス:0.5体積%)と同程度に抑えられていた。
(実施例3及び4)
プラズマ処理装置1を用いて本処理方法を適用し、実施例1及び実施例2と同様の基板をエッチングした。実施例3及び実施例4にかかる処理ガスは、WF6ガスを0.3体積%含むことを除き、実施例1及び実施例2と同一である。実施例3では、バイアスDC信号のパルス波のデューティ比を30%とした。また実施例4では、バイアスDC信号のパルス波のデューティ比を20%とした。この点を除き、実施例1及び実施例2と同一のエッチング条件でエッチングをおこなった。
図7は、実施例3及び実施例4にかかるエッチングの結果を示す図である。図7の縦軸及び横軸は、図6と同様である。図7に示すように、実施例3及び実施例4ともに、マスク膜MF及びシリコン酸化膜(SiOx)のボーイングが抑制されていた。バイアスDC信号のデューティ比が20%の実施例4は、デューティ比が30%の実施例3に比べて、ボーイングの抑制効果がより大きかった。これは、デューティ比が低いことで、基板Wに衝突するイオンの量が相対的に減少し、保護膜PFによるマスク膜MFの保護効果がより大きく現れたためと考えられる。
本開示の実施形態は、以下の態様をさらに含む。
(付記1)
タングステン含有ガスと、当該タングステン含有ガスよりも流量の多いフッ化水素ガスとを含む、エッチングガス組成物。
(付記2)
チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるデバイス製造方法であって、
(a)シリコン含有膜と前記シリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、
(b)タングステン含有ガスと、当該タングステン含有ガスよりも流量の多いフッ化水素ガスとを含む処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、
を含む、デバイス製造方法。
(付記3)
チャンバ、前記チャンバ内に設けられた基板支持部及びプラズマ生成部を備えるプラズマ処理システムのコンピュータに、
(a)シリコン含有膜と前記シリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、前記基板支持部上に提供し、
(b)前記プラズマ生成部から供給する電力により、タングステン含有ガスと、当該タングステン含有ガスよりも流量の多いフッ化水素ガスとを含む処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン含有膜をエッチングする、
制御を実行させる、プログラム。
(付記4)
付記3に記載のプログラムを格納した、記憶媒体。
本開示の実施形態は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく種々の変形をなし得る。例えば、本処理方法は、容量結合型のプラズマ処理装置1以外にも、誘導結合型プラズマやマイクロ波プラズマ等、任意のプラズマ源を用いたプラズマ処理装置を用いて実行してよい。
1……プラズマ処理装置、2……制御部、10……プラズマ処理チャンバ、10s……プラズマ処理空間、11……基板支持部、13……シャワーヘッド、20……ガス供給部、31a……第1のRF生成部、31b……第2のRF生成部、32a……第1のDC生成部、EF…エッチング対象膜、MF…マスク膜、OP…開口、PF…保護膜、RC…凹部、UF…下地膜、W…基板

Claims (23)

  1. チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
    (a)シリコン含有膜と前記シリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、
    (b)タングステン含有ガスとフッ化水素ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
    (c)前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、を含み、
    前記(c)において、前記タングステン含有ガス中のタングステンにより前記マスク膜上に保護膜を形成しつつ、前記シリコン含有膜をエッチングする、
    プラズマ処理方法。
  2. 前記タングステン含有ガスは、WFaClb(a及びbはそれぞれ0以上6以下の整数であり、aとbとの和は2以上6以下である)ガスである、請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記タングステン含有ガスは、WF6ガス及びWCl6ガスの少なくともいずれかのガスである、請求項1又は請求項2のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記処理ガスに含まれるガスのうち、前記フッ化水素ガスの流量が最も多い、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  5. チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
    (a)シリコン含有膜と前記シリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、
    (b)タングステン含有ガスと、フッ化水素ガスと、リン含有ガスと、炭素含有ガス、酸素含有ガス及びフッ素以外のハロゲン含有ガスの群から選択される少なくとも1種のガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
    (c)前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、
    を含み、
    前記処理ガスに含まれるガスのうち、前記タングステン含有ガスの流量が最も少なく、前記タングステン含有ガスの流量は、前記処理ガスの総流量に対して1体積%以下である、プラズマ処理方法。
  6. 前記タングステン含有ガスの流量は、前記処理ガスの総流量に対して5体積%以下である、請求項1乃至請求項のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  7. 前記フッ化水素ガスの流量は、前記タングステン含有ガスの流量の10倍以上である、請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  8. 前記処理ガスは、炭素含有ガス、酸素含有ガス及びフッ素以外のハロゲン含有ガスの群から選択される少なくとも1種のガスをさらに含む、請求項1乃至請求項7のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  9. 前記炭素含有ガスは、Cxyガス(x、yは正の整数)又はCstuガス(s、t,uは正の整数)である、請求項8に記載のプラズマ処理方法。
  10. 前記フッ素以外のハロゲン含有ガスは、塩素含有ガスである、請求項8に記載のプラズマ処理方法。
  11. 前記処理ガスは、リン含有ガスをさらに含む請求項1乃至請求項10のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
  12. 前記リン含有ガスは、ハロゲン化リンガスである、請求項11に記載のプラズマ処理方法。
  13. 前記(c)において、前記基板支持部の温度が0℃以下に設定される、請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  14. 前記(c)において、前記基板支持部の温度は-50℃以下に設定される、請求項13に記載のプラズマ処理方法。
  15. 前記マスク膜は、タングステン含有膜である、請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  16. 前記マスク膜は、WC膜又はWSi膜である、請求項15に記載のプラズマ処理方法。
  17. 前記(c)において、前記タングステン含有ガス中のタングステンが、前記プラズマ中の水素の活性種により還元されて、前記マスク膜上に保護膜を形成しつつ、前記シリコン含有膜をエッチングする、請求項1乃至請求項16のいずれか1項に記載のプラズマ処理方法。
  18. チャンバを有するプラズマ処理装置において実行されるプラズマ処理方法であって、
    (a)シリコン含有膜と前記シリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、チャンバ内の基板支持部上に提供する工程と、
    (b)処理ガスを前記チャンバ内に供給する工程と、
    (c)前記処理ガスからプラズマを生成し、前記プラズマに含まれるHF種により、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、を含み、
    記処理ガスは、タングステン含有ガスを含み、前記(c)において、前記タングステン含有ガス中のタングステンにより前記マスク膜上に保護膜を形成しつつ、前記シリコン含有膜をエッチングする、
    プラズマ処理方法。
  19. 前記HF種は、HFガス及びハイドロフルオロカーボンガスからなる群から選択される少なくとも1種のガスから生成される、請求項18に記載のプラズマ処理方法。
  20. 前記HF種は、炭素数が2以上のハイドロフルオロカーボンガスから生成される、請求項18に記載のプラズマ処理方法。
  21. 前記HF種は、CH22ガス、C324ガス、C326ガス及びC426ガスからなる群から選択される少なくとも1種のガスから生成される、請求項18に記載のプラズマ処理方法。
  22. チャンバ、前記チャンバ内に設けられた基板支持部、プラズマ生成部、及び、制御部を備え、
    前記制御部は、
    (a)シリコン含有膜と前記シリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、前記基板支持部上に配置し、
    (b)タングステン含有ガスとフッ化水素ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給し
    (c)前記処理ガスからプラズマを生成して、前記タングステン含有ガス中のタングステンにより前記マスク膜上に保護膜を形成しつつ、前記シリコン含有膜をエッチングする、
    制御を実行する、プラズマ処理システム。
  23. チャンバ、前記チャンバ内に設けられた基板支持部、プラズマ生成部、及び、制御部を備え、
    前記制御部は、
    (a)シリコン含有膜と前記シリコン含有膜上のマスク膜とを有する基板を、前記基板支持部上に配置し、
    (b)処理ガスを前記チャンバ内に供給し、
    (c)前記処理ガスからプラズマを生成し、前記プラズマに含まれるHF種により、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、を含み、
    前記処理ガスは、タングステン含有ガスを含み、
    前記(c)において、前記タングステン含有ガス中のタングステンにより前記マスク膜上に保護膜を形成しつつ、前記シリコン含有膜をエッチングする、
    制御を実行する、プラズマ処理システム。
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