JP7398915B2 - 基板処理方法、半導体デバイスの製造方法、及び、プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
本開示の一つの例示的実施形態は、基板処理方法、半導体デバイスの製造方法、及び、プラズマ処理装置に関する。
電子デバイスの製造においては、絶縁層である酸化シリコン膜に対してホールやトレンチ等をエッチングによって形成する処理が行われることがある（特許文献１～３）。
特許文献１にはエッチング方法に係る技術が開示されている。当該方法は、金属を含有するマスク及びシリコンを含有する層上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する工程を含む。更に、当該方法は、堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルによってシリコンを含有する層をエッチングする工程を含む。
特許文献２にはエッチング方法に係る技術が開示されている。当該方法は、酸化シリコンから構成された領域をエッチングし、且つ該領域上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する工程を含む。更に、当該方法は、堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルによって領域をエッチングする工程を含む。
特許文献３にはエッチング処理に係る技術が開示されている。当該エッチング処理は、シリコン含有膜を途中までプラズマによりエッチングする工程と、カーボン含有膜が形成されたシリコン含有膜を更にプラズマによりエッチングする工程とを含む。
本開示は、エッチング処理における選択比を向上させる技術を提供する。
一つの例示的実施形態において、基板処理方法が提供される。基板処理方法は、ａ）及びｂ）の工程を備える。ａ）はチャンバ内に第１領域及び第２領域を有する基板を提供する工程である。ｂ）は第１処理ガスから第１プラズマを生成することによって第１領域上に堆積膜を形成する工程である。第１処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスである。
本開示によれば、エッチング処理における選択比を向上させる技術を提供できる。
以下、種々の例示的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、基板処理方法が提供される。基板処理方法は、下記のａ）及びｂ）の工程を備える。ａ）はチャンバ内に第１領域及び第２領域を有する基板を提供する工程である。ｂ）は第１処理ガスから第１プラズマを生成することによって第１領域上に堆積膜を形成する工程である。第１処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスである。
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一つの例示的実施形態において、堆積膜は、炭素原子及びフッ素原子を含有する。ｂ）の工程は、第１ガス及び第２ガスの流量比を調整することによって、第２領域上に形成される堆積膜の炭素原子及びフッ素原子の組成比を制御する。
一つの例示的実施形態において、第１ガスは、フルオロカーボンガス及び／又はハイドロフルオロカーボンガスである。
一つの例示的実施形態において、第１ガスは、C5F8ガス、C3F8ガス、C4F8ガス、C5F8ガス、C4F6ガス、CF4ガス、CH3Fガス、CHF3ガス及びCH2F2ガスの群から選択される少なくとも一種類を含む。
一つの例示的実施形態において、第２ガスは、SiCl4ガス、SiH4ガス、Si2H6ガス、SiH2Cl2ガス、Si4H10ガス及びSi5H12ガスの群から選択される少なくとも一種類を含む。
一つの例示的実施形態において、第１領域は酸化シリコンを含み、第２領域は窒化シリコンを含む。
一つの例示的実施形態において、ｂ）は、第２ガスの流量を段階的に増減する。
一つの例示的実施形態において、基板処理方法は、下記ｃ）の工程を更に備える。ｃ）は、不活性ガスを含む第２処理ガスから第２プラズマを生成することによって第１領域をエッチングする工程である。ｃ）は、堆積膜と第２プラズマに含まれるイオンとを反応させることによって、第１領域をエッチングする。
一つの例示的実施形態において、第２処理ガスは、希ガス又は窒素ガスである。
一つの例示的実施形態では、ｂ）及びｃ）を含むサイクルを一回以上実行する。
一つの例示的実施形態において、上記の基板処理方法を備える半導体デバイスの製造方法が提供される。
一つの例示的実施形態において、プラズマ処理装置が提供される。プラズマ処理装置は、チャンバとガスソース群と高周波電源と制御部とを備える。ガスソース群は、チャンバに処理ガスを供給するように構成される。高周波電源は、ガスソース群によってチャンバに供給される処理ガスをプラズマ励起させるように構成される。制御部は、ガスソース群及び高周波電源を制御するように構成される。制御部は、下記のａ）及びｂ）の工程を含む処理を実行する。ａ）は、チャンバ内に第１領域及び第２領域を有する基板を提供する工程である。ｂ）は処理ガスからプラズマを生成することによって第１領域上に堆積膜を形成する工程である。処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスである。
以下、図面を参照して種々の例示的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に示す方法ＭＴは、半導体デバイスの製造方法に適用される基板処理方法の一つの例示的実施形態であり、酸化シリコンの領域をエッチングする方法である。この方法は、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領域とを有する基板に適用され得る。具体的には、例えば、コンタクトホールを自己整合的に形成する場合（SAC：Self-Aligned Contact）に適用され得る。
以下ではまず、図２を参照して方法ＭＴの実行に用いることができるプラズマ処理装置１について説明する。図２に示すプラズマ処理装置１は、容量結合型プラズマエッチング装置である。
プラズマ処理装置１は、チャンバ１０を備える。チャンバ１０は、その中に内部空間１０ｓを提供する。チャンバ１０はチャンバ本体１２を含む。チャンバ本体１２は、略円筒形状を有する。
チャンバ本体１２は、例えばアルミニウムから形成される。チャンバ本体１２の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。当該膜は、酸化アルミニウム、酸化イットリウムなどのセラミックであってよい。
チャンバ本体１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。基板Ｗは、通路１２ｐを通して内部空間１０ｓとチャンバ１０の外部との間で搬送される。通路１２ｐは、チャンバ本体１２の側壁に沿って設けられるゲートバルブ１２ｇにより開閉される。
チャンバ本体１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成される。支持部１３は、略円筒形状を有する。支持部１３は、内部空間１０ｓの中で、チャンバ本体１２の底部から上方に延在している。支持部１３は、上部に支持台１４を有する。
支持台１４は、内部空間１０ｓの中において、基板Ｗを支持するように構成されている。支持台１４は、下部電極１８及び静電チャック２０を有する。支持台１４は、電極プレート１６を更に有し得る。電極プレート１６は、アルミニウムなどの導体から形成され、略円盤形状を有する。
下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、アルミニウムなどの導体から形成されて、略円盤形状を有する。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面に基板Ｗが載置される。静電チャック２０は、本体及び電極を有する。静電チャック２０の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成される。静電チャック２０の電極は、膜状の電極であり、静電チャック２０の本体内に設けられている。
静電チャック２０の電極は、スイッチ２０ｓを介して直流電源２０ｐに接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２０ｐからの電圧が印加されると、静電チャック２０と基板Ｗとの間に静電引力が発生する。その静電引力により、基板Ｗが静電チャック２０に保持される。
下部電極１８の周縁部上には、基板Ｗのエッジを囲むように、エッジリング２５が配置される。エッジリング２５は、基板Ｗに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させる。エッジリング２５は、シリコン、炭化シリコン、又は石英などから形成され得る。
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１０の外部に設けられているチラーユニット（図示しない）から配管２２ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。
流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２２ｂを介してチラーユニットに戻される。プラズマ処理装置１では、静電チャック２０上に載置された基板Ｗの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
プラズマ処理装置１には、ガス供給ライン２４が設けられている。ガス供給ライン２４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２０の上面と基板Ｗの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１は、上部電極３０を更に備える。上部電極３０は、支持台１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ本体１２の上部に支持されている。
部材３２は、絶縁性を有する材料から形成される。上部電極３０と部材３２は、チャンバ本体１２の上部開口を閉じている。
上部電極３０は、天板３４及び支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、内部空間１０ｓの側の下面であり、内部空間１０ｓを画成する。天板３４は、発生するジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から形成され得る。天板３４は、天板３４をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出孔３４ａを有する。
支持体３６は、天板３４を着脱自在に支持する。支持体３６は、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。支持体３６は、ガス拡散室３６ａから下方に延びる複数のガス孔３６ｂを有する。
複数のガス孔３６ｂは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通している。支持体３６には、ガス導入口３６ｃが形成されている。ガス導入口３６ｃは、ガス拡散室３６ａに接続している。ガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
ガス供給管３８には、バルブ群４１、流量制御器群４２、及びガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０、バルブ群４１、及び流量制御器群４２、は、ガス供給部を構成している。ガスソース群４０は、後述する第１処理ガス及び第２処理ガスをチャンバ１０に供給するように構成される。
ガスソース群４０は、複数のガスソースを含む。バルブ群４１は、複数の開閉バルブを含む。流量制御器群４２は、複数の流量制御器を含む。流量制御器群４２の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器である。
ガスソース群４０の複数のガスソースの各々は、バルブ群４１の対応の開閉バルブ、及び流量制御器群４２の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。
プラズマ処理装置１では、チャンバ本体１２の内壁面及び支持部１３の外周に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、チャンバ本体１２に反応副生物が付着することを防止する。
シールド４６は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。
支持部１３とチャンバ本体１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜（酸化イットリウムなどの膜）を形成することにより構成される。
バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、且つ、チャンバ本体１２の底部には、排気口１２ｅが設けられている。
排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を備えている。第１の高周波電源６２は、第１の高周波電力を発生する電源である。第１の高周波電源６２は、ガスソース群４０によってチャンバ１０に供給される第１処理ガス及び第２処理ガスをプラズマ励起させるように構成される。
第１の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第１の高周波電力の周波数は、例えば27［MHz］～100［MHz］の範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６及び電極プレート１６を介して上部電極３０に接続されている。
整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（上部電極３０側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、下部電極１８に接続されていてもよい。第１の高周波電源６２は、一例のプラズマ生成部を構成している。
第２の高周波電源６４は、第２の高周波電力を発生する電源である。第２の高周波電力は、第１の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第１の高周波電力と共に第２の高周波電力が用いられる場合には、第２の高周波電力は基板Ｗにイオンを引き込むためのバイアス用の高周波電力として用いられる。
第２の高周波電力の周波数は、例えば400［kHz］～13.56［MHz］の範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８及び電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）のインピーダンスを整合させるための回路を有する。
なお、第１の高周波電力を用いずに、第２の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第２の高周波電力の周波数は、13.56［MHz］よりも大きな周波数、例えば40［MHz］であってもよい。
プラズマ処理装置１は、第１の高周波電源６２及び整合器６６を備えなくてもよい。第２の高周波電源６４は一例のプラズマ生成部を構成する。
プラズマ処理装置１においてガスが、ガス供給部から内部空間１０ｓに供給されて、プラズマを生成する。また、第１の高周波電力及び／又は第２の高周波電力が供給されることにより、上部電極３０と下部電極１８との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界がプラズマを生成する。
プラズマ処理装置１は、制御部８０を更に備え得る。制御部８０は、プロセッサ、メモリなどの記憶部、入力装置、表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。
制御部８０は、プラズマ処理装置１の各部を制御する。制御部８０では、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができる。また、制御部８０では、表示装置により、プラズマ処理装置１の稼働状況を可視化して表示することができる。
更に、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、プラズマ処理装置１で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１の各部を制御する。
制御部８０は、特に、ガスソース群４０、第１の高周波電源６２等を制御するように構成される。制御部８０は、ガスソース群４０、第１の高周波電源６２等を制御することによって、図１のフローチャートに示す方法ＭＴを実行する。
より具体的に例えば、後述するように（図１に示す方法ＭＴを参照）、制御部８０は、図３に示す酸化シリコンを含む第１領域Ｒ１及び窒化シリコンを含む第２領域Ｒ２を有する基板Ｗを、チャンバ１０内に提供する。この後、制御部８０は、第１処理ガスから第１プラズマを生成することによって第１領域Ｒ１上に堆積物ＤＰを形成するように、ガスソース群４０及び第１の高周波電源６２を制御するように構成される。制御部８０によって実行される方法ＭＴについては、下記に示される。
以下、図１を参照して、方法ＭＴについて詳細に説明する。方法ＭＴは、工程ＳＴ１、工程ＳＴ２、工程ＳＴ３、及び工程ＳＴ４を含む。方法ＭＴは、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を交互に繰り返すことによって、酸化シリコンのエッチングを良好な選択比で進行させ得る。
一実施形態において、方法ＭＴは、図３に示す基板Ｗを処理対象として、基板Ｗの一部領域を選択的にエッチングすることができる。具体的に、図３に示す基板Ｗは、基板ＳＢ、第１領域Ｒ１、及び、第２領域Ｒ２を有している。基板ＳＢは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の下地基板である。
第１領域Ｒ１は酸化シリコンを含み、第２領域Ｒ２は窒化シリコンを含む。一実施形態において、第１領域Ｒ１は酸化シリコン（SiO2）であり、第２領域Ｒ２は窒化シリコン（Si3N4）である。
第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は、プラズマに同時に晒される領域である。方法ＭＴは、一実施形態において、第２領域Ｒ２に対して第１領域Ｒ１を選択的にエッチングするために実施される。以下、図３に示す基板Ｗを処理対象として想定し、方法ＭＴについて説明する。
工程ＳＴ１では、チャンバ１０内に第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を有する基板Ｗを提供する。
工程ＳＴ１に続く工程ＳＴ２では、第１処理ガスの第１プラズマに基板Ｗが晒される。より具体的に、工程ＳＴ２では、第１処理ガスが励起されることによって第１プラズマが生成され、生成された第１プラズマに基板Ｗが晒される。工程ＳＴ２は、第１プラズマを生成することによって、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２上に堆積物ＤＰ（堆積膜）を形成する。工程ＳＴ２の実行時のプラズマ処理装置１の各部の動作は、制御部８０によって制御され得る。
第１プラズマは、第１処理ガスから生成される。第１処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスである。堆積物ＤＰは、炭素原子及びフッ素原子を含有する。
第１ガスは、フルオロカーボンガス及び／又はハイドロフルオロカーボンガスである。第１ガスは、例えば、C5F8ガス、C3F8ガス、C4F8ガス、C5F8ガス、C4F6ガス、CF4ガス、CH3Fガス、CHF3ガス、CH2F2ガスの群から選択される少なくとも一種類を含む。第１ガスは、Arガス、Heガス等の種々の希ガスのうち少なくとも一種類を更に含み得る。第１ガスは、O2ガスを更に含み得る。
第２ガスは、例えば、SiCl4ガス、SiH4ガス、Si2H6ガス、SiH2Cl2ガス、Si4H10ガス、Si5H12ガスの群から選択される少なくとも一種類を含む。
プラズマ処理装置１を用いて工程ＳＴ２を実行する場合には、ガスソース群４０からチャンバ本体１２内に第１処理ガスが供給される。工程ＳＴ２では、第１の高周波電源６２からの高周波電力が上部電極３０に供給される。工程ＳＴ２では、第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が下部電極１８に供給され得る。
工程ＳＴ２では、排気装置５０によってチャンバ本体１２の内部空間１０ｓの圧力が所定の圧力に設定される。
以上のように、チャンバ本体１２内において第１処理ガスから第１プラズマが生成され、支持台１４上に載置された基板Ｗが第１プラズマに晒される。このため、炭素原子及びフッ素原子（フルオロカーボン）を含有する堆積物が第１領域Ｒ１に付着する。従って、フルオロカーボンを含む堆積物ＤＰが第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２上に形成される。この結果、後述する工程ＳＴ３において、堆積物ＤＰによって第２領域Ｒ２が保護されつつ、第１領域Ｒ１のエッチングが進行することが可能となる。
上述したように、第１処理ガスにケイ素原子を含有する第２ガスが含まれる。このため、第１処理ガスから第１プラズマを生成した際、下記式（１）に示す反応により、プラズマ気相中で過剰なフッ素原子がケイ素原子と反応して除去される。
Ｓｉ＋４Ｆ→ＳｉＦ４↑ （１）
結果として、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２上にフッ素原子の組成比に対する炭素原子の組成比の比率（Ｃ／Ｆ比）が高い堆積物ＤＰを形成することができる。なお、工程ＳＴ２において第１ガス及び第２ガスの流量比を調整することによって、堆積物ＤＰのＣ／Ｆ比を制御することが可能である。例えば、第１ガスに対する第２ガスの流量比を大きくすることで、堆積物ＤＰのＣ／Ｆ比を大きくすることができる。
Ｓｉ＋４Ｆ→ＳｉＦ４↑ （１）
結果として、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２上にフッ素原子の組成比に対する炭素原子の組成比の比率（Ｃ／Ｆ比）が高い堆積物ＤＰを形成することができる。なお、工程ＳＴ２において第１ガス及び第２ガスの流量比を調整することによって、堆積物ＤＰのＣ／Ｆ比を制御することが可能である。例えば、第１ガスに対する第２ガスの流量比を大きくすることで、堆積物ＤＰのＣ／Ｆ比を大きくすることができる。
工程ＳＴ２に引き続く工程ＳＴ３では、第２プラズマを生成することによって第１領域Ｒ１をエッチングする。より具体的に、堆積物ＤＰに含まれるフルオロカーボンのラジカルによって第１領域Ｒ１がエッチングされる。工程ＳＴ３の実行時のプラズマ処理装置１の各部の動作は、制御部８０によって制御され得る。
第２プラズマは第２処理ガスから生成され、第２処理ガスは不活性ガスを含む。工程ＳＴ３では、工程ＳＴ２の処理後の基板Ｗが、不活性ガスのプラズマに晒される。工程ＳＴ３において用いられる不活性ガスは、希ガス又は窒素ガスであり得る。
工程ＳＴ２の処理時間と工程ＳＴ３の処理時間とは任意に設定される。一実施形態においては、工程ＳＴ２の処理時間と工程ＳＴ３の処理時間との合計において工程ＳＴ２の処理時間が占める割合は、例えば5～45%の範囲内の割合に設定される。
プラズマ処理装置１を用いて工程ＳＴ３を実行する場合には、ガスソース群４０から不活性ガスが供給される。工程ＳＴ３では、不活性ガスに加えてO2ガスが供給されてもよい。
工程ＳＴ３では、第１の高周波電源６２からの高周波電力が上部電極３０に供給される。工程ＳＴ３では、第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が下部電極１８に供給され得る。
工程ＳＴ３では、排気装置５０によってチャンバ本体１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ３の実行の後、再び、工程ＳＴ２が実行される（工程ＳＴ４：ＮＯ）。このように、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むサイクルが一回以上実行され得る。先の工程ＳＴ３の実行によって堆積物ＤＰの膜厚が減少しているので、再び工程ＳＴ２を実行して上述した第１処理ガスの第１プラズマに基板Ｗを晒すと、第１領域Ｒ１を更にエッチングすることができる。その後、更に工程ＳＴ３を実行することで、堆積物ＤＰ中のフルオロカーボンラジカルにより第１領域Ｒ１をエッチングすることができる。
方法ＭＴでは、工程ＳＴ４において停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、例えば、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むサイクルの繰り返し回数が所定回数に達したときに満たされたものと判定される。停止条件が満たされない場合（工程ＳＴ４：ＮＯ）には、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むサイクルが再び実行される。一方、停止条件が満たされる場合（工程ＳＴ４：ＹＥＳ）には、方法ＭＴが終了する。
以上説明した方法ＭＴでは、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を交互に複数回実行することにより、高い選択比で第２領域Ｒ２に対して第１領域Ｒ１を選択的にエッチングすることができる。
図４は、方法ＭＴの処理対象の別の一例を示す断面図である。図４に示す基板は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を有する基板Ｗ２であり、基板Ｗ２に対して方法ＭＴを用いることができる。具体的に、基板Ｗ２は、下地層１００、複数の隆起領域１０２、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び、マスク１０８を有している。基板Ｗ２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る。
下地層１００は、例えば、多結晶シリコンから構成される。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。隆起領域１０２は、例えば、ゲート領域である。
第２領域Ｒ２の材料は、窒化シリコンである。第２領域Ｒ２は、隆起領域１０２を覆うように設けられている。
隆起領域１０２は、第１領域Ｒ１内に埋め込まれている。即ち、第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２を介して隆起領域１０２を覆うように設けられている。
第１領域Ｒ１の材料は、酸化シリコンである。第１領域Ｒ１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。マスク１０８は、有機膜である。マスク１０８は、フォトリソグラフィによって作成され得る。
基板Ｗ２に対して方法ＭＴを実行すると、基板Ｗ２の第１領域Ｒ１を第２領域Ｒ２に対して選択的にエッチングすることができる。隣接する二つの隆起領域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（SAC）。当該ホールは、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。
より具体的に、工程ＳＴ１において、図４に示す基板Ｗ２がチャンバ１０内に提供される。工程ＳＴ１に引き続き、上述した工程ＳＴ２が実行される。工程ＳＴ２で用いられる第１処理ガスは、第１処理ガスについて上述したガス種のガスである。工程ＳＴ２で用いられる内部空間１０ｓの圧力は、工程ＳＴ２における内部空間１０ｓの圧力について上述した圧力である。工程ＳＴ２の実行によって、基板Ｗ２の第１領域Ｒ１上に堆積物ＤＰが形成される。
工程ＳＴ２に引き続き、上述した工程ＳＴ３が実行される。工程ＳＴ３で用いられる第２処理ガスは、第２処理ガスについて上述したガス種のガスである。工程ＳＴ３で用いられる内部空間１０ｓの圧力は、工程ＳＴ３における内部空間１０ｓの圧力について上述した圧力である。工程ＳＴ３の実行によって、基板Ｗ２上に形成された堆積物ＤＰ中のフルオロカーボンラジカルが、基板Ｗ２の第１領域Ｒ１のエッチングを進行させる。
基板Ｗ２に対し、上述した工程ＳＴ４において停止条件が満たされないと判定された場合（工程ＳＴ４：ＮＯ）、工程ＳＴ３の実行の後に再び工程ＳＴ２が実行される。このように、基板Ｗ２に対し工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むサイクルが一回以上実行され得る。
以上説明したように基板Ｗ２に対して工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が繰り返し実行されることによって、図５に示すように、マスク１０８のパターンに沿って第１領域Ｒ１が第２領域Ｒ２に至るまでエッチングされる。
工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が繰り返し実行されることによって第２領域Ｒ２が露出されると、工程ＳＴ２によって第２領域Ｒ２上に堆積物ＤＰが形成され、第２領域Ｒ２が堆積物ＤＰによってエッチングから保護される。
更に工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が繰り返し実行されることによって、図６に示すように、隣接する二つの隆起領域１０２の間の第１領域Ｒ１が，第２領域Ｒ２によって画定される凹部の底面に至るまで、第２領域Ｒ２に対して選択的にエッチングされる。隆起領域１０２は、第２領域Ｒ２上の堆積物ＤＰによってエッチングから保護される。
以下、方法ＭＴの評価のために行った複数の実験例について説明する。以下に説明する複数の実験例は、単に方法ＭＴを例示するために示されるものであり、方法ＭＴを限定するものではない。
方法ＭＴに係る複数の実験例では、レジスト膜を表面に有する基板上に30［mm］角のSiO2チップ（酸化シリコン膜）及び30［mm］角のSiNチップ（窒化シリコン膜）を貼り付けた構造を有する基板を準備した。SiO2チップは第１領域Ｒ１に対応し、SiNチップは第２領域Ｒ２に対応する。これら二つのチップを基板の中心から均等な距離に貼り付けた。この基板に対して、以下に記す処理条件のもとで複数の実験例の処理を行った。
複数の実験例では、2秒間の工程ＳＴ２と、N秒間（Nは正の整数）の工程ＳＴ３とを含むサイクルが30回実行された。複数の実験例において、工程ＳＴ３の実行時間（N秒間）は、5～25秒間における何れかの時間（5≦N≦25）である（図７の横軸を参照）。複数の実験例は、工程ＳＴ３の実行時間の相違のみにおいて、互いに相違する。
工程ＳＴ２で用いられる第１処理ガスの第１ガスは、C4F6ガス及びArガスの混合ガスである。工程ＳＴ２で用いられる第１処理ガスの第２ガスは、SiCl4ガスである。工程ＳＴ２の処理条件は、圧力：20[mTorr]、C4F6ガス流量：4［sccm］、Arガス流量：1188［sccm］、SiCl4ガス流量：2［sccm］、である。工程ＳＴ２の処理条件は、更に、第１の高周波電源６２の高周波電力：60［MHz］，100［W］、第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：40［MHz］，150［W］、直流電圧：-300［V］、である。
工程ＳＴ３で用いられる第２処理ガスの不活性ガスは、Arガスである。工程ＳＴ３の処理条件は、圧力：20[mTorr]、Arガス流量：1188［sccm］、である。工程ＳＴ３の処理条件は、更に、第１の高周波電源６２の高周波電力：60［MHz］，100［W］、第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：40［MHz］，150［W］、直流電圧：0［V］、である。
図７に、上記の複数の実験例によって得られた結果に関するグラフを示す。図７には、工程ＳＴ３におけるSiO2チップのエッチング量とSiNチップのエッチング量とが示されている。図７の横軸は、工程ＳＴ３の合計処理時間を示している。
図７の左側の縦軸は、工程ＳＴ３におけるSiO2チップのエッチング量を示している。図７のＰＴ１ａは、SiO2チップのエッチング量の測定結果を示している。図７の右側の縦軸は、工程ＳＴ３におけるSiNチップのエッチング量を示している。図７のＰＴ２ａは、SiNチップのエッチング量の測定結果を示している。
なお、図８には、図７に示す実験例（方法ＭＴに係る実験例）に対応する実験例によって得られた結果が示されている。図８の実験例では、図７の実験例の工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３のそれぞれに対応する二つの工程が行われた。
図８の実験例の二つの工程のうち工程ＳＴ２に対応する工程（以下、工程ＳＴ２ａという）では、SiCl4ガスを含まない処理ガス（即ちC4F6ガス及びArガスのみを含む処理ガス）が用いられた。図８の実験例は、この点についてのみ図７の実験例と相違する。
図８の横軸、左側の縦軸、及び右側の縦軸は、図７と同様である。図８のＰＴ１ｂは、SiO2チップのエッチング量の測定結果を示している。図８のＰＴ２ｂは、SiNチップのエッチング量の測定結果を示している。
図７に示すように、図７の実験例及び図８の実験例の何れにおいても、工程ＳＴ３の合計処理時間が長くなるにつれて、SiO2チップのエッチング量は増加し、SiNチップのエッチング量は少ない量で一定のままであるという結果が得られた。
更に、SiNチップのエッチング量の平均値は、図７に示す場合に2.3［nm］であり、図８に示す場合に3.1［nm］であった。即ち、工程ＳＴ２においてSiCl4ガスが用いられる実験例では、工程ＳＴ２ａにおいてSiCl4ガスが用いられない実験例に比較して、SiNチップのエッチング量は少ない。
従って、方法ＭＴによれば、比較的高い選択比でSiNの第２領域Ｒ２に対してSiO2の第１領域Ｒ１を選択的にエッチングすることができる。この結果は、図９に示す結果によって裏付けられ得る。
図９には、90秒間の工程ＳＴ２及び90秒間の工程ＳＴ２ａの実行によってSiNチップ（第２領域Ｒ２に対応）上にそれぞれ形成された堆積物ＤＰの原子組成％が示されている。
図９の縦軸は、原子組成％を示している。図９に示すＧＦ１ａは、90秒間の工程ＳＴ２ａ（C4F6ガス及びArガスの混合ガスが第１処理ガスに用いられる場合）による結果を示している。図９に示すＧＦ２ａは、90秒間の工程ＳＴ２（C4F6ガス、Arガス及びSiCl4ガスの混合ガスが第１処理ガスに用いられる場合）による結果を示している。
図９に示す結果によれば、工程ＳＴ２においてSiCl4ガスが用いられる実験例の方が、工程ＳＴ２ａにおいてSiCl4ガスが用いられない実験例に比較して、堆積物ＤＰにおけるＣ／Ｆ比が大きいことがわかる。この結果は、第１処理ガスからプラズマを生成した際、プラズマ気相中で過剰なフッ素原子がケイ素原子と反応して除去されたことによるものと考えられる。
方法ＭＴによれば、工程ＳＴ２においてSiCl4ガスが第２ガスに用いられる場合、第２ガスの流量を調整することによって第２領域Ｒ２上の堆積物ＤＰにおけるＣ／Ｆ比が良好に制御される。このため、堆積物ＤＰのエッチングに対する耐性が増加することによって、高い選択比で第２領域Ｒ２に対して第１領域Ｒ１を選択的にエッチングすることができる。
更に、図１０には、90秒間の工程ＳＴ２及び90秒間の工程ＳＴ２ａの実行によってSiNチップ上にそれぞれ形成された堆積物ＤＰの膜厚が示されている。
図１０によれば、工程ＳＴ２においてSiCl4ガスが用いられる実験例の方が、工程ＳＴ２ａにおいてSiCl4ガスが用いられない実験例に比較して、SiNチップ上に形成された堆積物ＤＰの膜厚が厚い。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる例示的実施形態における要素を組み合わせて他の例示的実施形態を形成することが可能である。
例えば、工程ＳＴ２において用いられる第２ガスの流量は、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が繰り返されるごとに段階的に増減され得る。一例として、工程ＳＴ２の最初の実行時から工程ＳＴ２が繰り返されるごとに第２ガスの流量は低減される。工程ＳＴ２が繰り返されることによって第２ガスのケイ素原子のプラズマによる第２領域Ｒ２の変質領域ＴＲからのフッ素原子の除去が進むからである。
以上の説明から、本開示の種々の例示的実施形態は、説明の目的で本明細書で説明されており、本開示の範囲及び主旨から逸脱することなく種々の変更をなし得ることが、理解されるであろう。したがって、本明細書に開示した種々の例示的実施形態は限定することを意図しておらず、真の範囲と主旨は、添付の特許請求の範囲によって示される。
１…プラズマ処理装置、１０…チャンバ、１００…下地層、１０２…隆起領域、１０８…マスク、１０ｓ…内部空間、１２…チャンバ本体、１２ｅ…排気口、１２ｇ…ゲートバルブ、１２ｐ…通路、１３…支持部、１４…支持台、１６…電極プレート、１８…下部電極、１８ｆ…流路、２０…静電チャック、２０ｐ…直流電源、２０ｓ…スイッチ、２２ａ…配管、２２ｂ…配管、２４…ガス供給ライン、２５…エッジリング、３０…上部電極、３２…部材、３４…天板、３４ａ…ガス吐出孔、３６…支持体、３６ａ…ガス拡散室、３６ｂ…ガス孔、３６ｃ…ガス導入口、３８…ガス供給管、４０…ガスソース群、４１…バルブ群、４２…流量制御器群、４６…シールド、４８…バッフルプレート、５０…排気装置、５２…排気管、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、６６…整合器、６８…整合器、８０…制御部。
Claims (12)
- ａ）チャンバ内に第１領域及び第２領域を有する基板を提供する工程と、
ｂ）第１処理ガスから第１プラズマを生成することによって前記第１領域及び前記第２領域上に堆積膜を形成する工程と、
ｃ）不活性ガスを含む第２処理ガスから第２プラズマを生成することによって前記第１領域をエッチングする工程と、
を備え、
前記第１処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスであり、
前記ｃ）は、前記堆積膜と前記第２プラズマに含まれるイオンとを反応させることによって、前記第１領域をエッチングする、
基板処理方法。 - ａ）チャンバ内に第１領域及び第２領域を有する基板を提供する工程と、
ｂ）第１処理ガスから第１プラズマを生成することによって前記第１領域及び前記第２領域上に堆積膜を形成する工程と、
ｃ）不活性ガスを含む第２処理ガスから第２プラズマを生成することによって前記第１領域をエッチングする工程と、
を備え、
前記第１処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスであり、
前記堆積膜は、炭素原子及びフッ素原子を含有し、
前記ｂ）は、前記第１ガス及び前記第２ガスの流量比を調整することによって、前記第１領域及び前記第２領域上に形成される堆積膜の炭素原子及びフッ素原子の組成比を制御する、
基板処理方法。 - ａ）チャンバ内に第１領域及び第２領域を有する基板を提供する工程と、
ｂ）第１処理ガスから第１プラズマを生成することによって前記第１領域及び前記第２領域上に堆積膜を形成する工程と、
ｃ）不活性ガスを含む第２処理ガスから第２プラズマを生成することによって前記第１領域をエッチングする工程と、
を備え、
前記第１処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスであり、
前記第２処理ガスは、希ガス又は窒素ガスである、
基板処理方法。 - 前記第１ガスは、フルオロカーボンガス及び／又はハイドロフルオロカーボンガスである、請求項１～３の何れか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第１ガスは、C5F8ガス、C3F8ガス、C4F8ガス、C5F8ガス、C4F6ガス、CF4ガス、CH3Fガス、CHF3ガス及びCH2F2ガスの群から選択される少なくとも一種類を含む、
請求項１～３の何れか一項に記載の基板処理方法。 - 前記第２ガスは、SiCl4ガス、SiH4ガス、Si2H6ガス、SiH2Cl2ガス、Si4H10ガス及びSi5H12ガスの群から選択される少なくとも一種類を含む、
請求項１～５の何れか一項に記載の基板処理方法。 - 前記第１領域は酸化シリコンを含み、前記第２領域は窒化シリコンを含む、
請求項１～６の何れか一項に記載の基板処理方法。 - 前記ｂ）は、前記第２ガスの流量を段階的に増減する、
請求項１に記載の基板処理方法。 - 前記ｂ）及び前記ｃ）を含むサイクルを一回以上実行する、
請求項１～８の何れか一項に記載の基板処理方法。 - 請求項１～９の何れか一項に記載の基板処理方法を備える半導体デバイスの製造方法。
- チャンバと、
前記チャンバに処理ガスを供給するように構成されるガスソース群と、
前記ガスソース群によって前記チャンバに供給される前記処理ガスをプラズマ励起させるように構成される高周波電源と、
前記ガスソース群及び前記高周波電源を制御するように構成される制御部と、
を備え、
前記制御部は、
ａ）前記チャンバ内に第１領域及び第２領域を有する基板を提供する工程と、
ｂ）前記処理ガスからプラズマを生成することによって前記第１領域上に堆積膜を形成する工程と、
ｃ）不活性ガスを含む第２処理ガスから第２プラズマを生成することによって前記第１領域をエッチングする工程と、
を含む処理を実行し、
前記処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスであり、
前記第２処理ガスは、希ガス又は窒素ガスである、
プラズマ処理装置。 - チャンバと、
前記チャンバに処理ガスを供給するように構成されるガスソース群と、
前記ガスソース群によって前記チャンバに供給される前記処理ガスをプラズマ励起させるように構成される高周波電源と、
前記ガスソース群及び前記高周波電源を制御するように構成される制御部と、
を備え、
前記制御部は、
ａ）前記チャンバ内に第１領域及び第２領域を有する基板を提供する工程と、
ｂ）前記処理ガスからプラズマを生成することによって前記第１領域上に堆積膜を形成する工程と、
ｃ）不活性ガスを含む第２処理ガスから第２プラズマを生成することによって前記第１領域をエッチングする工程と、
を含む処理を実行し、
前記処理ガスは、炭素原子及びフッ素原子を含有する第１ガスとケイ素原子を含有する第２ガスとを含む混合ガスであり、
前記ｃ）は、前記堆積膜と前記第２プラズマに含まれるイオンとを反応させることによって、前記第１領域をエッチングする、
プラズマ処理装置。
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