JPWO2011148985A1 - プラズマエッチング方法 - Google Patents

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Abstract

ボーイング形状を防止し、表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造（穴や溝）を形成することが可能なプラズマエッチング方法を提供する。フッ素系ガス及び窒素ガスを用い、これらのガスを同時にプラズマ化するとともに、プラズマ化した窒素ガスによってシリコン基板Ｋに耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによってシリコン基板Ｋをエッチングする第１工程を実施した後、フッ素系ガス及び酸素系ガスを用い、これらのガスを同時にプラズマ化するとともに、プラズマ化した酸素系ガスによってシリコン基板Ｋに耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによってシリコン基板Ｋをエッチングする第２工程を実施し、シリコン基板Ｋに、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状のエッチング構造Ｈ（穴や溝）を形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、所定の処理ガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングし、当該シリコン基板に、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状（先細り状）のエッチング構造（テーパエッチング構造）を形成するプラズマエッチング方法に関する。
シリコン基板のエッチングによって形成するエッチング構造（穴や溝）の側壁は、図３（ｂ）に示すように、垂直ではなく、傾斜をつけて、上部開口幅が広く、底部幅が狭くなるようにテーパ状にする場合がある。
そして、このようなテーパ状のエッチング構造をシリコン基板に形成するエッチング方法として、従来、例えば、特開平２−８９３１０号公報に開示されたものが知られている。このエッチング方法は、臭化水素及び酸素の混合ガスをエッチングガスとして用い、この混合ガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングするというものである。
このエッチング方法では、酸素ガスのプラズマ化によってシリコン基板に耐エッチング層たる酸化膜が形成され、臭化水素ガスのプラズマ化によってシリコン基板がエッチングされるため、エッチング構造の側壁が酸化膜によって保護されつつエッチングが進行し、これによって、エッチングにより形成されるエッチング構造がテーパ状となる。
日本公開公報 特開平２−８９３１０号公報
しかしながら、上記従来のエッチング方法のように、酸素ガスをプラズマ化することによってシリコン基板に形成される酸化膜により側壁を保護するようにしたのでは、シリコン基板の深さ方向にはエッチングが進みやすいのに対して、マスク直下部がアンダーカットするようなシリコン基板の幅方向にはエッチングが進みにくい。したがって、酸素ガスをプラズマ化するのでは、側壁上部が円弧状にえぐれた形状（ボーイング形状）となり易く（図８参照）、良好なエッチング形状を得ることができない。
そして、ボーイング形状をしたエッチング構造が形成されると、例えば、テーパ状のエッチング構造を形成した後、ＣＶＤ処理で成膜する場合に、ボーイング形状が均質なデポジションの障害となるので、ボーイング形状の部分に薄膜を形成し難くなるという問題を生じる。したがって、ボーイング形状が形成されないように、テーパ状にシリコン基板をエッチングすることが好ましい。
尚、耐エッチング層は、例えば、Ｃ４Ｆ８ガスなどのフルオロカーボンガスをプラズマ化して重合膜を形成することによっても形成することができる。このため、前記酸素ガスに代えてフルオロカーボンガスを用い、フルオロカーボンガスによって形成される重合膜を耐エッチング層としたり、前記酸素ガスに加えてフルオロカーボンガスを用い、酸素ガスによって形成される酸化膜、及びフルオロカーボンガスによって形成される重合膜を耐エッチング層として、シリコン基板をエッチングしたりすることもできる。
しかしながら、フルオロカーボンガスをプラズマ化して重合膜を形成した場合には、側壁の表面が荒れた状態（表面粗さが粗い状態）となり易く（図６参照）、高精度なエッチング構造を得ることができない。これは、プラズマ化したフルオロカーボンガスから形成される耐エッチング層が、シリコン基板の表面に堆積した重合膜であって、例えば、プラズマ化した酸素ガスとシリコン原子との化学反応によってシリコン基板の表面に形成される酸化膜のように均一に形成され難いためだと考えられる。即ち、重合膜が薄い部分（重合物の堆積が少ない部分）ではエッチングされ易く、重合膜の厚い部分（重合物の堆積が多い部分）ではエッチングされ難いため、エッチングが進み易い部分と進み難い部分とで凹凸が生じるのである。このような凹凸が残渣（マイクロマスク）となるので、エッチング状態にむらが生じ、エッチングされた膜表面が荒れた状態（表面粗さの高い状態）になることが知られている。
そして、表面粗さが粗いと、例えば、テーパ状のエッチング構造を形成した後、ＣＶＤ処理で成膜する場合に、均一な膜厚の薄膜を形成することができないといった問題を生じる。したがって、表面粗さが粗くならないようにシリコン基板をエッチングすることが好ましい。
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、ボーイング形状を防止し、表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造を形成することが可能なプラズマエッチング方法の提供をその目的とする。
上記目的を達成するための本発明は、
処理ガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングし、このシリコン基板に、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状の穴又は溝を形成するプラズマエッチング方法であって、
前記処理ガスとして、フッ素系ガス及び窒素ガスを用い、これらのガスをプラズマ化するとともに、プラズマ化した窒素ガスによって前記シリコン基板に耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによって前記シリコン基板をエッチングするようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法に係る。フッ素系ガスと窒素ガスとのプラズマ化は同時であってもなくてもよい。
この発明によれば、フッ素系ガス及び窒素ガスを処理ガスとして用い、これらのガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングする。具体的には、窒素ガスをプラズマ化することによってシリコン基板に耐エッチング層（例えば、ＳｉＮからなる窒化膜）を形成しながら、フッ素系ガスをプラズマ化することによってシリコン基板のエッチングを進行させる。
プラズマ化した窒素ガスによって耐エッチング層を形成した場合には、プラズマ化した酸素ガスによって耐エッチング層を形成した場合に比べ、マスク直下部がアンダーカットする方向にエッチングされ易い。したがって、プラズマ化した窒素ガスによって耐エッチング層を形成した場合には、ボーイング形状が形成され難い。
また、プラズマ化した窒素ガスによって耐エッチング層を形成した場合には、プラズマ化した窒素ガスとシリコン原子との化学反応によってシリコン基板の表面に形成される耐エッチング層が、シリコン基板の表面に堆積する重合膜のように耐エッチング層の層厚が不均一になり難く、これにより、エッチングによって形成されるエッチング構造の表面の凹凸が少なく、滑らかなものとなる。また、一般には、窒素ガスによって形成される耐エッチング層を用いた方が、酸素ガスによって形成される耐エッチング層を用いるよりも、表面の凹凸が少なく、滑らかなものとなる。
このようにして、シリコン基板がエッチングされ、当該シリコン基板には、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状のエッチング構造が形成される。
斯くして、本発明に係るプラズマエッチング方法によれば、ボーイング形状がなく、しかも、表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造を形成することができる。
また、上記の構成において、エッチング時における窒素ガスの供給流量やエッチング時におけるチャンバ内の圧力を調整することにより、形成されたエッチング構造のテーパ状態を制御することも好ましい。ここで、エッチング構造のテーパ状態とは、形成されたテーパの形状の他、その表面粗さも含まれる。
なお、表面粗さとは、ＪＩＳ規格に従い「対象物の表面からランダムに抜き取った各部分における、表面粗さを表すパラメータである算術平均粗さ(Ra)、最大高さ(Ry)、十点平均粗さ(Rz)、凹凸の平均間隔(Sm)、局部山頂の平均間隔(S)及び負荷長さ率(tp)」の一又はその組み合わせにより表される概念である。
上記の構成によれば、比較的調整しやすいプロセス条件を変更することにより、テーパ状態を簡便に制御することができる。これにより、ボーイング形状がなく、しかも、表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造を形成することが可能となる。
ところで、プラズマ化した窒素ガスによって耐エッチング層を形成した場合、プラズマ化した酸素ガスによって耐エッチング層を形成した場合に比べ、耐エッチング層の強度が低いために、エッチング構造の幅方向へのエッチングが進行し易く、エッチング構造の深さ方向へのエッチングが進行し難い。このため、エッチング構造の深さ方向へのエッチング速度が遅くなり、一定レベル以上のエッチング速度が得られないときがある。
そこで、このようなときには、前記フッ素系ガス及び窒素ガスをプラズマ化して前記シリコン基板をエッチングする工程たる第１工程を実施した後、前記処理ガスとして、フッ素系ガス及び酸素系ガスを用い、これらのガスをプラズマ化するとともに、プラズマ化した酸素系ガスによって前記シリコン基板に耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによって前記シリコン基板をエッチングする第２工程を実施すると良い。フッ素系ガスと酸素系ガスとのプラズマ化は同時であってもなくてもよい。
このようにすれば、プラズマ化した酸素系ガスによって耐エッチング層を形成したときには、プラズマ化した窒素ガスによって耐エッチング層を形成したときよりも、耐エッチング層の強度が高くなるために、エッチング構造の幅方向よりも、エッチング構造の深さ方向にエッチングが進行し易いことから、より効率的に深さ方向へのエッチングを進行させることができる。
その際、第１工程で形成されたエッチング構造の側壁は、窒素ガスのプラズマ化により形成された耐エッチング層によって保護され、ボーイング形状となるのが防止されており、また、第２工程でのエッチングによって新たに形成された側壁が、酸素系ガスのプラズマ化により形成される耐エッチング層（例えば、ＳｉＯ２からなる酸化膜）によって保護されつつエッチングが進行する。また、プラズマ化した酸素系ガスとシリコン原子との化学反応によってシリコン基板の表面に耐エッチング層が形成されるため、シリコン基板の表面に堆積する重合膜のように耐エッチング層の層厚が不均一になり難く、これにより、第２工程で形成されるエッチング構造の表面についても凹凸が少なく、滑らかなものとなる。
このように、二段階でエッチングをして、第１工程で形成されたエッチング構造に対し、第２工程で更に深さ方向にエッチングを進行させれば、上述したように、ボーイング形状がなくて表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造を形成することができる他、より速いエッチング速度が得られることから、深さの深いエッチング構造であっても、より短時間でエッチングを終了させることができる。
また、窒素ガスのプラズマ化によって耐エッチング層を形成する第１工程では、酸素系ガスのプラズマ化によって耐エッチング層を形成する第２工程よりも、エッチング構造の幅方向へのエッチングが進行し易いことから、前記第１工程及び第２工程を順次実施する場合に、第１工程の処理時間が長いと、その分だけエッチング構造の幅方向にエッチングが進行して、第１工程で形成されるエッチング構造の側壁と、第２工程で形成されるエッチング構造の側壁との境界で段差を生じ易い。
そこで、前記第１工程の処理時間を４秒以上とすることが好ましい。そうすれば、第１工程で幅方向へのエッチングを十分に行って、ボーイング形状を防止したテーパ状のエッチング構造を得ることができる。そして、前記第１工程の処理時間を１０秒以下とすることが好ましい。そうすれば、第１工程で形成されるエッチング構造の幅方向へのエッチングを一定範囲内に抑え、その側壁と第２工程で形成されるエッチング構造の側壁との段差を生じ難くする（生じたとしてもごく僅かとする）ことができる。
尚、前記フッ素系ガスとしては、例えば、ＳＦ６ガスやＣＦ４ガスを挙げることができ、前記酸素系ガスとしては、例えば、Ｏ２ガスを挙げることができる。
以上のように、本発明に係るプラズマエッチング方法によれば、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状の穴又は溝をシリコン基板に形成するに当たり、フッ素系ガス及び窒素ガスをプラズマ化して、プラズマ化した窒素ガスによりシリコン基板に耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによりシリコン基板をエッチングするようにしたので、ボーイング形状を防止し、表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造（テーパエッチング構造）を形成することができる。
本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施するためのエッチング装置の概略構成を示した断面図である。 本実施形態における表面粗さの測定方法を説明するための説明図である。 本実施形態に係るプラズマエッチング方法を説明するための説明図である。 第１エッチング工程の処理時間が長い場合に生じる問題点を説明するための断面図である。 実施例１に係るテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 実施例１に係るテーパエッチング構造の上部を示した顕微鏡写真である。 実施例１に係るテーパエッチング構造の底部を示した顕微鏡写真である。 比較例１に係るテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 比較例１に係るテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 比較例１に係るテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 実施例２に係るテーパエッチング構造の断面を示した顕微鏡写真である。 比較例２に係るエッチング構造の断面を示した顕微鏡写真である。 実施例１及び２，比較例１及び２の実験条件をまとめた表である。 供給する窒素ガスの流量を変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図１０（ａ）のテーパエッチング構造の上部側面を拡大した顕微鏡写真である。 供給する窒素ガスの流量を変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図１１（ａ）のテーパエッチング構造の上部側面を拡大した顕微鏡写真である。 供給する窒素ガスの流量を変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図１２（ａ）のテーパエッチング構造の上部側面を拡大した顕微鏡写真である。 供給する窒素ガスの流量を変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図１３（ａ）のテーパエッチング構造の上部側面を拡大した顕微鏡写真である。 供給する窒素ガスの流量を変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図１４（ａ）のテーパエッチング構造の上部側面を拡大した顕微鏡写真である。 図１０〜図１４の実験結果をまとめた表である。 チャンバ内の圧力を変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図１６（ａ）のテーパエッチング構造の上部側面を拡大した顕微鏡写真である。 図１６（ｂ）のテーパエッチング構造の側面を拡大した顕微鏡写真である。 チャンバ内の圧力を変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図１７（ａ）のテーパエッチング構造の上部側面を拡大した顕微鏡写真である。 図１７（ｂ）のテーパエッチング構造の側面を拡大した顕微鏡写真である。 チャンバ内の圧力を変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図１８（ａ）のテーパエッチング構造の上部側面を拡大した顕微鏡写真である。 図１８（ｂ）のテーパエッチング構造の側面を拡大した顕微鏡写真である。 図１６〜図１８の実験結果をまとめた表である。 テーパエッチング構造断面におけるテーパ角度の決定方法を説明するための模式図である。 プラテンパワーを変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図２１（ａ）のテーパエッチング構造の側面を拡大した顕微鏡写真である。 プラテンパワーを変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図２２（ａ）のテーパエッチング構造の側面を拡大した顕微鏡写真である。 プラテンパワーを変更した実験におけるテーパエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真である。 図２３（ａ）のテーパエッチング構造の側面を拡大した顕微鏡写真である。 図２１〜図２３の実験結果をまとめた表である。
〔１，装置の構成〕
以下、本発明の具体的な実施形態について、添付図面に基づき説明する。
まず、図１を基に、本発明の一実施形態に係るプラズマエッチング方法を実施するためのエッチング装置１について説明する。図１に示すように、このエッチング装置１は、閉塞空間を有する処理チャンバ１１と、処理チャンバ１１内に昇降自在に配設され、シリコン基板Ｋが載置される基台１５と、基台１５を昇降させる昇降シリンダ１８と、処理チャンバ１１内の圧力を減圧する排気装置２０と、処理チャンバ１１内に処理ガスを供給するガス供給装置２５と、処理チャンバ１１内に供給された処理ガスをプラズマ化するプラズマ生成装置３０と、基台１５に高周波ないし低周波電力を供給する電源３５とを備える。
前記処理チャンバ１１は、相互に連通した内部空間を有する下チャンバ１２及び上チャンバ１３から構成され、上チャンバ１３は、下チャンバ１２よりも小さく形成される。前記基台１５は、シリコン基板Ｋが載置される上部材１６と、昇降シリンダ１８が接続される下部材１７とから構成され、下チャンバ１２内に配置されている。
前記排気装置２０は、下チャンバ１２の側面に接続した排気管２１を備え、排気管２１を介して処理チャンバ１１内の気体を排気し、処理チャンバ１１の内部を所定圧力にする。
前記ガス供給装置２５は、ＳＦ６ガスを供給するガス供給部２６と、Ｎ２ガスを供給するガス供給部２７と、Ｏ２ガスを供給するガス供給部２８と、一端が上チャンバ１３の上面に接続し、他端が分岐して各ガス供給部２６，２７，２８にそれぞれ接続した供給管２９とを備えており、各ガス供給部２６，２７，２８から供給管２９を介して処理チャンバ１１内にＳＦ６ガス，Ｎ２ガス，Ｏ２ガスをそれぞれ供給する。
前記ＳＦ６ガス，Ｎ２ガス，Ｏ２ガスは、それぞれ前記処理ガスとして処理チャンバ１１内に供給されるものであり、前記ＳＦ６ガスに代えて、例えば、ＣＦ４ガスなどのフッ素系ガスを供給するようにしても良い。
前記プラズマ生成装置３０は、上チャンバ１３の外周部に上下に並設される、複数の環状をしたコイル３１と、各コイル３１に高周波電力を供給する高周波電源３２とから構成され、高周波電源３２によってコイル３１に高周波電力を供給することで、上チャンバ１３内に供給されたＳＦ６ガス，Ｎ２ガス及びＯ２ガスをプラズマ化する。
前記電源３５は、基台１５に高周波電力を供給することで、基台１５とプラズマとの間に電位差（バイアス電位）を生じさせ、ＳＦ６ガスのプラズマ化により生成されたイオンをシリコン基板Ｋに入射させる。
〔２，エッチング構造の形成〕
次に、以上のように構成されたエッチング装置１を用い、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状のエッチング構造をシリコン基板Ｋに形成するプラズマエッチング方法について説明する。
まず、シリコン基板Ｋをエッチング装置１内に搬入して基台１５上に載置する搬入工程を実施した後、ＳＦ６ガス及びＮ２ガスの混合ガスをプラズマ化して基台１５上のシリコン基板Ｋをエッチングする第１エッチング工程を、例えば、４秒以上１０秒以下の時間実施する。
この第１エッチング工程では、ガス供給部２６，２７からＳＦ６ガス及びＮ２ガスを処理チャンバ１１内にそれぞれ供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。尚、Ｎ２ガスの好ましい供給流量としては、例えば、ＳＦ６ガスの供給流量の０．７５倍以上１倍以下である。また、後述の実験結果から得られるように、テーパエッチング構造の表面粗さを良好なものとするには、Ｎ２ガスの供給流量を１００〜４００ｓｃｃｍの範囲内とすることが好ましい。
処理チャンバ１１内に供給されたＳＦ６ガス及びＮ２ガスはプラズマ化され、プラズマ化されたＳＦ６ガスによってシリコン基板Ｋがエッチングされ、プラズマ化されたＮ２ガスによってシリコン基板Ｋに耐エッチング層が形成される。また、後述の実験結果から得られるように、テーパエッチング構造の表面粗さを良好なものとするには、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａ〜２５Ｐａの範囲内とすることが好ましい。
以下の実施例において、表面粗さを算出するにあたっては、図２に示すように、顕微鏡の断面写真に基づいて、ＪＩＳ定義の最大高さＲｙに準じ、適当な基準長における山頂線と谷底線との間隔を測定して評価している。ただし、請求の範囲における「表面粗さ」とは、この実施例における評価方法によるものに限定されるものではなく、前述のＪＩＳ規格に従った任意のものを採用することができる。
具体的には、ＳＦ６ガスから生じたラジカルがシリコン原子と化学反応したり、同じくＳＦ６ガスから生じたイオンがバイアス電位によりシリコン基板Ｋに入射したりすることによってシリコン基板Ｋがエッチングされ、Ｎ２ガスから生じたイオンがシリコン原子と化学反応することによって、例えば、ＳｉＮからなる窒化膜が耐エッチング層としてシリコン基板Ｋの表面に形成される。このようにして、シリコン基板Ｋのエッチングと耐エッチング層の形成とが同時進行し、耐エッチング層によって保護されつつシリコン基板Ｋのエッチングが進行する。
ここで、プラズマ化したＮ２ガスによって耐エッチング層を形成した場合には、プラズマ化したＯ２ガスによって耐エッチング層を形成した場合に比べ、耐エッチング層の強度が低いので、マスク直下部がアンダーカットする方向にエッチングされ易い。この結果、ボーイング形状が形成され難く、良好な形状のテーパエッチング構造を得ることが容易となる。
また、プラズマ化したＮ２ガスとシリコン原子との化学反応によって耐エッチング層が形成されるため、シリコン基板Ｋの表面に堆積する重合膜のように耐エッチング層の層厚が不均一になり難く、これにより、エッチングによって形成されるエッチング構造の表面の凹凸が少なく、滑らかなものとなる。
そして、当該第１エッチング工程が終了すると、シリコン基板Ｋは、例えば、図３（ａ）に示すような形状となる。尚、この図３（ａ）において、符号Ｍはマスク、符号Ｈはエッチング構造を示している。
この後、ＳＦ６ガス及びＯ２ガスの混合ガスをプラズマ化して基台１５上のシリコン基板Ｋをエッチングする第２エッチング工程を実施し、第１エッチング工程で形成されたエッチング構造に対し、第２エッチング工程で更に深さ方向にエッチングを進行させる。
この第２エッチング工程では、ガス供給部２６，２８からＳＦ６ガス及びＯ２ガスを処理チャンバ１１内にそれぞれ供給し、排気装置２０によって処理チャンバ１１内を所定圧力とし、高周波電源３２，３５によってコイル３１及び基台１５に高周波電力をそれぞれ供給する。尚、Ｏ２ガスの好ましい供給流量としては、例えば、ＳＦ６ガスの供給流量の０．７５倍以上１倍以下である。
処理チャンバ１１内に供給されたＳＦ６ガス及びＯ２ガスはプラズマ化され、プラズマ化されたＳＦ６ガスによってシリコン基板Ｋがエッチングされ、プラズマ化されたＯ２ガスによってシリコン基板Ｋに耐エッチング層が形成される。
具体的には、上述のように、ＳＦ６ガスから生じたラジカルがシリコン原子と化学反応したり、同じくＳＦ６ガスから生じたイオンがバイアス電位によりシリコン基板Ｋに入射したりすることによってシリコン基板Ｋがエッチングされ、Ｏ２ガスから生じたイオンがシリコン原子と化学反応することによって、例えば、ＳｉＯ２からなる酸化膜が耐エッチング層としてシリコン基板Ｋの表面に形成される。このように、第２エッチング工程においても、シリコン基板Ｋのエッチングと耐エッチング層の形成とが同時進行し、耐エッチング層によって保護されつつシリコン基板Ｋのエッチングが進行する。
ここで、第２エッチング工程において、Ｎ２ガスに代えてＯ２ガスを用いているのは、以下の理由からである。即ち、プラズマ化したＮ２ガスによって耐エッチング層を形成した場合、プラズマ化したＯ２ガスによって耐エッチング層を形成した場合に比べ、エッチング構造の幅方向へはエッチングが進行し易いものの、エッチング構造の深さ方向へはエッチングが進行し難いため、エッチング構造の深さ方向へのエッチング速度が遅くなり、一定レベル以上のエッチング速度が得られないときがあるからである。
したがって、Ｏ２ガスを用いるようにすれば、より効率的に深さ方向にエッチングを進行させることができる。その際、第１エッチング工程で形成されたエッチング構造の側壁は、Ｎ２ガスのプラズマ化により形成された耐エッチング層によって保護され、ボーイング形状となるのがすでに防止されている。
そして、第２エッチング工程でのエッチングによって新たに形成された側壁が、Ｏ２ガスのプラズマ化により形成される耐エッチング層によって保護されつつエッチングが進行する。また、更に、プラズマ化したＯ２ガスとシリコン原子との化学反応によってシリコン基板Ｋの表面に耐エッチング層が形成されるため、シリコン基板Ｋの表面に堆積する重合膜のように耐エッチング層の層厚が不均一になり難く、これにより、第２エッチング工程で形成されるエッチング構造の表面についても凹凸が少なく、滑らかなものとなる。
そして、当該第２エッチング工程が終了すると、シリコン基板Ｋは、例えば、図３（ｂ）に示すような形状となる。尚、この図３（ｂ）において、符号Ｍはマスク、符号Ｈはエッチング構造を示している。
このようにして、第１エッチング工程及び第２エッチング工程を順次実施し、シリコン基板Ｋに、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状のエッチング構造が形成されると、シリコン基板Ｋを外部に搬出する搬出工程を実施する。
このように、本例のプラズマエッチング方法によれば、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状のエッチング構造をシリコン基板Ｋに形成するに当たり、ＳＦ６ガス及びＮ２ガスの混合ガスをプラズマ化してシリコン基板Ｋをエッチングする第１エッチング工程と、ＳＦ６ガス及びＯ２ガスの混合ガスをプラズマ化してシリコン基板Ｋをエッチングする第２エッチング工程とを順次実施するようにしたので、ボーイング形状がなく、しかも、表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造を形成することができる。
また、第２エッチング工程において、エッチング構造の深さ方向に速いエッチング速度でエッチングすることができるため、深さの深いエッチング構造であっても、より短時間でエッチングを終了させることができる。
また、第１エッチング工程の処理時間を４秒以上１０秒以下の範囲としているので、第１エッチング工程の処理時間が長くなるのを防止することができる。これは、Ｎ２ガスのプラズマ化によって耐エッチング層を形成する第１エッチング工程では、Ｏ２ガスのプラズマ化によって耐エッチング層を形成する第２エッチング工程よりも、エッチング構造Ｈの深さ方向へのエッチングが進行し難く、エッチング構造Ｈの幅方向へのエッチングが進行し易いことから、第１エッチング工程の処理時間が長いと、その分だけエッチング構造Ｈの幅方向にエッチングが進行して、第１エッチング工程で形成されるエッチング構造Ｈの側壁と、第２エッチング工程で形成されるエッチング構造Ｈの側壁との境界で段差Ｓを生じ易いという問題を生じるからである（図４参照）。したがって、上記のようにすることで、エッチング構造Ｈの幅方向へのエッチングを一定範囲内に抑えることができ、段差Ｓを生じ難くする（生じたとしてもごく僅かとする）ことができる。
因みに、実施例１として、本例のプラズマエッチング方法を適用してシリコン基板Ｋをエッチングし、このシリコン基板Ｋに、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状の穴を形成したところ、図５の顕微鏡写真に示すように、ボーイング形状が形成されることもなく、また、表面が荒れず、滑らかな表面のテーパエッチング構造が形成された。具体的には、側壁の表面粗さが０．１５μｍであり、テーパ角度が８４°であった。尚、第１エッチング工程の処理条件は、処理時間を０．０８分と、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する電力を８５Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を２００ｓｃｃｍと、Ｎ２ガスの供給流量を１５０ｓｃｃｍとし、第２エッチング工程の処理条件は、処理時間を３分と、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する電力を８５Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を２００ｓｃｃｍと、Ｏ２ガスの供給流量を１５０ｓｃｃｍとした。また、図５（ａ）は、形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図５（ｂ）は、形成されたエッチング構造の上部を拡大して示した顕微鏡写真であり、図５（ｃ）は、形成されたエッチング構造の底部を拡大して示した顕微鏡写真である。
また、比較例１として、処理時間を３．５分と、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する電力を１５Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を２４０ｓｃｃｍと、Ｏ２ガスの供給流量を１２０ｓｃｃｍと、Ｃ４Ｆ８ガスの供給流量を１８０ｓｃｃｍとした処理条件の第１エッチング工程と、処理時間を５．５分と、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する電力を８５Ｗ〜１４０Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を２００ｓｃｃｍと、Ｏ２ガスの供給流量を１５０ｓｃｃｍとした処理条件の第２エッチング工程とを順次実施したところ、図６に示すように、開口部（上部）表面が荒れた穴が形成された。具体的には、側壁上部の表面粗さが０．３μｍであった。尚、図６（ａ）は、形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図６（ｂ）は、形成されたエッチング構造の上部を拡大して示した顕微鏡写真であり、図６（ｃ）は、形成されたエッチング構造の底部を拡大して示した顕微鏡写真である。
また、実施例２として、処理時間を３分と、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を２５００Ｗと、基台１５に供給する電力を８５Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を２００ｓｃｃｍと、Ｎ２ガスの供給流量を１５０ｓｃｃｍとした処理条件でシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、図７の顕微鏡写真に示すように、表面が荒れず、滑らかな表面の穴が形成された。
一方、比較例２として、処理時間を６．５分と、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａと、コイル３１に供給する高周波電力を３５００Ｗと、基台１５に供給する電力を１００Ｗと、ＳＦ６ガスの供給流量を１８０ｓｃｃｍと、Ｏ２ガスの供給流量を８０ｓｃｃｍとした処理条件でシリコン基板Ｋをエッチングしたところ、図８の顕微鏡写真に示すように、穴の側壁にボーイング形状が形成された。
前記比較例１から分かるように、Ｃ４Ｆ８ガスのプラズマ化によって形成される耐エッチング層で側壁を保護すると、Ｃ４Ｆ８ガスを使用する第１エッチング工程で形成されたエッチング構造の側壁表面（穴の上部側壁表面）が荒れている。前記比較例２から分かるように、当初からＯ２ガスのプラズマ化によって形成される耐エッチング層で側壁を保護すると、ボーイング形状が形成される。
その一方、前記実施例１及び２から分かるように、Ｎ２ガスのプラズマ化によって形成される耐エッチング層で側壁を保護すれば、ボーイング形状がなく、表面が滑らかなテーパエッチング構造を形成することができる（テーパとは、上部開口幅が広く、底部幅が狭い形状であれば、椀状など、あらゆる先細り形態を含む）。また、前記実施例２からは、Ｎ２ガスのプラズマ化によって形成される耐エッチング層で側壁を保護すれば、表面が滑らかなエッチング構造を形成可能であることが分かる。
これらの実施例１及び２，比較例１及び比較例２からも、Ｎ２ガスのプラズマ化によって形成される耐エッチング層で側壁を保護すれば、ボーイング形状が形成されることがなく、また、表面が荒れず、滑らかな表面のテーパエッチング構造が形成されることが明らかである。参照の便宜のために、実施例１及び２，比較例１及び２の条件表を図９として掲げておく。
〔３，Ｎ２ガスエッチングにおけるプロセス条件の適正化〕
上記では、Ｎ２ガスのプラズマ化によって形成される耐エッチング層で側壁を保護することにより、ボーイング形状がなく、表面が滑らかなテーパエッチング構造を形成することができる方法を説明したが、本願発明者らは、更なる鋭意検討の結果、Ｎ２ガスの流量や反応チャンバの圧力によっても、形成されるテーパエッチング構造の状態（形状やその表面粗さを含む）が大きく変化することを実験により発見した。このことは、Ｎ２ガスを用いたエッチング時に、これらプロセス条件を適正化することにより、テーパ状態を制御することが可能になったことを意味する。以下、この実験結果について説明する。
〔３−１，第３の実施例〕
まず、実施例３として、本願発明者らは、Ｎ２ガスエッチング時において供給するＮ２の量を変化させることによって、テーパ状態がどのように変化するかを実験した。
図１０〜図１４は、他のプロセス条件を同一として、Ｎ２ガスの流量を次第に増やしたときに、エッチング構造の様子がどのように変化するかを示す顕微鏡写真である。各図（ｂ）は、各図（ａ）の側壁部分を拡大した顕微鏡写真であり、表面荒れの様子が比較的わかりやすいものとなっている。各図で共通するプロセス条件は、エッチング処理時間は７分、処理チャンバ１１内の圧力は１２Ｐａ、基台温度は１０℃、コイル３１に供給する高周波電力は２５００Ｗ、基台１５に供給する電力は５０Ｗ、ＳＦ６ガスの供給流量は３００ｓｃｃｍである。そして、本願発明者らは、Ｎ２ガスの供給流量を５０〜４００ｓｃｃｍの範囲内で変化させた。
図１０（ａ）は、Ｎ２ガスの供給流量を５０ｓｃｃｍとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図１０（ｂ）は、形成されたエッチング構造の側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。図１０（ｂ）の様子からエッチング構造側部の表面は荒れていることが読み取れる。同図における表面粗さの計測結果は、１５４ｎｍであり、エッチングレートは、１６．２μｍ／分であった。
図１１（ａ）は、Ｎ２ガスの供給流量を１００ｓｃｃｍとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図１１（ｂ）は、形成されたエッチング構造の側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、７５ｎｍであり、エッチングレートは、１４．６μｍ／分であった。
図１２（ａ）は、Ｎ２ガスの供給流量を２００ｓｃｃｍとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図１２（ｂ）は、形成されたエッチング構造の側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、７１ｎｍであり、エッチングレートは、１２．３μｍ／分であった。
図１３（ａ）は、Ｎ２ガスの供給流量を３００ｓｃｃｍとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図１３（ｂ）は、形成されたエッチング構造の側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、５４ｎｍであり、エッチングレートは、１２．１μｍ／分であった。
図１４（ａ）は、Ｎ２ガスの供給流量を４００ｓｃｃｍとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図１４（ｂ）は、形成されたエッチング構造の側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、６０ｎｍであり、エッチングレートは、１２．７μｍ／分であった。
図１０から図１４の実験結果を表にまとめたものが図１５である。図１５をみると、Ｎ２ガスの供給流量が増えるに従って、表面粗さが概ね減少することがわかる。これは、より多くのＮ２ガスのプラズマ化によって耐エッチング層が形成されることにより、エッチング構造の側壁保護が行われるからであると考えられる。Ｎ２ガスの供給流量を１００〜４００ｓｃｃｍの範囲内で調整すれば、Ｎ２ガスの流量を５０ｓｃｃｍとした場合と比較して、半分以下の良好な表面粗さの値を得ることができて好ましい。なお、Ｎ２ガスの供給流量が増えるに従って、エッチングレートが下がる傾向にあるのは、ＳＦ６ガスがＮ２ガスに希釈されているからだと考えられる。
〔３−２，第４の実施例〕
次に、実施例４として、本願発明者らは、Ｎ２ガスエッチング時においてチャンバ内の圧力を変化させることによって、テーパ状態がどのように変化するかを実験した。
図１６〜図１８は、他のプロセス条件を同一として、Ｎ２ガスエッチング時のチャンバ内圧力を次第に増やしたときに、エッチング構造の様子がどのように変化するかを示す顕微鏡写真である。各図（ａ）は、形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、各図（ｂ）は、形成されたエッチング構造の上部を拡大した顕微鏡写真であり、各図（ｃ）は、形成されたエッチング構造の底部を拡大して示した顕微鏡写真である。
図１６〜図１８で共通するプロセス条件は、エッチング処理時間は４分、基台温度は１０℃、コイル３１に供給する高周波電力は２５００Ｗ、基台１５に供給する電力は１０Ｗ、ＳＦ６ガスの供給流量は２００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスの供給流量は３００ｓｃｃｍとした。そして、本願発明者らは、処理チャンバ１１内の圧力を１２〜２５Ｐａの間で変化させた。
図１６（ａ）は、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図１６（ｂ）は、形成されたエッチング構造の側壁を拡大して示した顕微鏡写真であり、図１６（ｃ）は、さらに、図１６（ｂ）の側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、４４ｎｍであり、エッチングレートは、１０．１μｍ／分であった。
図１７（ａ）は、処理チャンバ１１内の圧力を１６Ｐａとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図１７（ｂ）は、形成されたエッチング構造の側壁を拡大して示した顕微鏡写真であり、図１７（ｃ）は、さらに、図１７（ｂ）の側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、６７ｎｍであり、エッチングレートは、１０．４μｍ／分であった。
図１８（ａ）は、処理チャンバ１１内の圧力を２５Ｐａとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図１８（ｂ）は、形成されたエッチング構造の側壁を拡大して示した顕微鏡写真であり、図１８（ｃ）は、さらに、図１８（ｂ）の側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、８３ｎｍであり、エッチングレートは、１０．９μｍ／分であった。
図１６から図１８の実験結果を表にまとめたものが図１９である。図１９をみると、処理チャンバ１１内の圧力を１２Ｐａ〜２５Ｐａとしたときには、圧力が高まるにつれて表面粗さの値は大きくなるものの、いずれの圧力においても１００ｎｍ未満の比較的良好な表面粗さが得られることがわかった。
なお、各図の顕微鏡写真から微妙なテーパ形状を直接読み取るのは難しいが、図１６から図１８へとチャンバ内圧力が高まるにつれて、テーパの形状がより直線的になっているので、それについて説明する。その前提として、図２０を用いて、テーパ角度の決定方法を説明しておく。
図２０は、エッチング構造（テーパエッチング構造）の断面を示す模式図である。同図に示すように、エッチング構造の側壁部（テーパ部）は一般に弧を描くが、そのテーパ部に接線Ｌを引き、エッチング構造の端部（上端部と下端部すなわち底部との２カ所）がこの接線Ｌからどの程度離れているかを、それぞれΔＸで定義する。そして、エッチング構造物の上端のΔＸ１と下端（底部）のΔＸ２とが等しくなるように接線Ｌの角度を調整して、その接線Ｌが水平線となす角度をθと称し、これをテーパ角度と定義する。
このように定義したテーパ角度を図１６〜図１８について検証すると、図１６の場合で５７．４度（Δｘ＝１１μｍ）、図１７の場合で５６．８度（Δｘ＝８μｍ）、図１８の場合で５４．１度（Δｘ＝７μｍ）となっていた。すなわち、図１６から図１８へとチャンバ内圧力が高まるにつれて、接線Ｌとエッチング構造物の上端および下端（底部）との距離が小さくなっていることが読み取れる。
図１６から図１８へとチャンバ内圧力を上げることによりテーパ角度θの角度が小さくなるのは、チャンバ内圧力を上げることにより、全方位的にエッチングが進むので、相対的に、エッチング構造の深さ方向より幅方向へのエッチング速度が高まるからであると考えられる。
なお、本明細書において、テーパとは、上部開口幅が広く、底部幅が狭い形状であれば、椀状など、あらゆる先細り形態を含み、実施態様や用途により好適なテーパ角度は様々である。半導体製造プロセスなどにおいては、典型的には、テーパ角度が５０〜６０度程度を有し、できるだけ直線状に近いテーパが好まれる。このように、直線状テーパが好まれる場合には、図１６〜図１８の中で比較すると、Δｘの値が小さく、より直線的なテーパ形状を有する図１８のものが好まれることになる。
〔３−３，第５の実施例〕
次に、実施例５として、本願発明者らは、Ｎ２ガスエッチング時において基台１５に供給する電力（プラテンパワー）を次第に増やしたとき、テーパ状態がどのように変化するかを実験した。
図２１〜図２３は、他のプロセス条件を同一として、基台１５に供給する電力（プラテンパワー）を次第に増やしたとき、エッチング構造の様子がどのように変化するかを示す顕微鏡写真である。各図（ａ）は、形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、各図（ｂ）は、形成されたエッチング構造の上部を拡大した顕微鏡写真である。
各図で共通するプロセス条件は、エッチング処理時間は７分、処理チャンバ１１内の圧力は１２Ｐａ、基台温度は１０℃、コイル３１に供給する高周波電力は２５００Ｗ、ＳＦ６ガスの供給流量は２００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスの供給流量は３００ｓｃｃｍとした。そして、本願発明者らは、基台１５に供給する電力を３０〜７０Ｗまで変化させた。
図２１（ａ）は、基台１５に供給する電力を３０Ｗとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図２１（ｂ）は、形成されたエッチング構造の上部側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、７６ｎｍであり、エッチングレートは、１８．０μｍ／分であった。
図２２（ａ）は、基台１５に供給する電力を５０Ｗとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図２２（ｂ）は、形成されたエッチング構造の上部側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、５４ｎｍであり、エッチングレートは、１２．１μｍ／分であった。
図２３（ａ）は、基台１５に供給する電力を７０Ｗとしたときに形成されたエッチング構造の断面全体を示した顕微鏡写真であり、図２３（ｂ）は、形成されたエッチング構造の上部側壁を拡大して示した顕微鏡写真である。同図における表面粗さの計測結果は、５４ｎｍであり、エッチングレートは、１２．０μｍ／分であった。
図２１から図２３の実験結果を表にまとめたものが図２４である。前記実施例４の実験では、基台１５に供給する電力（プラテンパワー）を１０Ｗとしていたが、図２１〜図２３に示されるように、本実施例のように、３０〜７０Ｗの範囲内においても、表面粗さ、形状ともに良好なテーパエッチング構造が得られることがわかる。
以上のように、本願発明者らは、Ｎ２ガスの流量や反応チャンバの圧力によっても、形成されるテーパエッチング構造の状態（形状やその表面粗さを含む）は、大きく変化することを実験により発見した。このことは、Ｎ２ガスを用いたエッチング時に、これらプロセス条件を適正化することにより、テーパ状態を制御することが可能になったことを意味する。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。
上例では、前記第１エッチング工程及び第２エッチング工程を順次実施するようにしたが、これに限られるものではなく、形成すべきエッチング構造の深さが浅いときには、前記第１エッチング工程のみを実施し、前記第２エッチング工程を省略しても良い。
また、上例では、Ｎ２ガスの流量や反応チャンバの圧力など、Ｎ２ガスエッチング時において適正化することが好適なプロセス条件を示したが、適正化するプロセス条件は、これらに限られるものでなく、プラテンパワーや他のプロセス条件、または複数のプロセス条件の任意の組み合わせであってもよい。
また、前記エッチング装置１を用いて本発明に係るプラズマエッチング方法を実施したが、このプラズマエッチング方法の実施には、他の構造を備えたエッチング装置を用いるようにしても良い。
１ エッチング装置
１１ 処理チャンバ
１５ 基台
２０ 排気装置
２５ ガス供給装置
２６，２７，２８ ガス供給部
３０ プラズマ生成装置
３１ コイル
３２ コイル用高周波電源
３５ 電源
Ｋ シリコン基板
Ｍ マスク
Ｈ エッチング構造
【０００３】
み易い部分と進み難い部分とで凹凸が生じるのである。このような凹凸が残渣（マイクロマスク）となるので、エッチング状態にむらが生じ、エッチングされた膜表面が荒れた状態（表面粗さの高い状態）になることが知られている。
［００１０］
そして、表面粗さが粗いと、例えば、テーパ状のエッチング構造を形成した後、ＣＶＤ処理で成膜する場合に、均一な膜厚の薄膜を形成することができないといった問題を生じる。したがって、表面粗さが粗くならないようにシリコン基板をエッチングすることが好ましい。
［００１１］
本発明は、以上の実情に鑑みなされたものであって、ボーイング形状を防止し、表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造を形成することが可能なプラズマエッチング方法の提供をその目的とする。
課題を解決するための手段
［００１２］
上記目的を達成するための本発明は、
処理ガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングし、このシリコン基板に、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状の穴又は溝を形成するプラズマエッチング方法であって、
前記処理ガスとして、フッ素系ガス及び窒素ガスを用い、これらのガスをプラズマ化するとともに、プラズマ化した窒素ガスによって前記シリコン基板に耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによって前記シリコン基板をエッチングする第１工程を実施した後、前記処理ガスとして、フッ素系ガス及び酸素系ガスを用い、これらのガスをプラズマ化するとともに、プラズマ化した酸素系ガスによって前記シリコン基板に耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによって前記シリコン基板をエッチングする第２工程を実施するようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法に係る。フッ素系ガスと窒素ガスとのプラズマ化は同時であってもなくてもよい。
［００１３］
この発明によれば、フッ素系ガス及び窒素ガスを処理ガスとして用い、これらのガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングする。具体的には、窒素ガスをプラズマ化することによってシリコン基板に耐エッチング層（例えば、ＳｉＮからなる窒化膜）を形成しながら、フッ素系ガスをプラズマ化することによってシリコン基板のエッチングを進行させる。
［００１４］
プラズマ化した窒素ガスによって耐エッチング層を形成した場合には、プ
【０００５】
［００２０］
上記の構成によれば、比較的調整しやすいプロセス条件を変更することにより、テーパ状態を簡便に制御することができる。これにより、ボーイング形状がなく、しかも、表面が滑らかなテーパ状のエッチング構造を形成することが可能となる。
［００２１］
ところで、プラズマ化した窒素ガスによって耐エッチング層を形成した場合、プラズマ化した酸素ガスによって耐エッチング層を形成した場合に比べ、耐エッチング層の強度が低いために、エッチング構造の幅方向へのエッチングが進行し易く、エッチング構造の深さ方向へのエッチングが進行し難い。このため、エッチング構造の深さ方向へのエッチング速度が遅くなり、一定レベル以上のエッチング速度が得られないときがある。
［００２２］
そこで、前述のように、前記フッ素系ガス及び窒素ガスをプラズマ化して前記シリコン基板をエッチングする工程たる第１工程を実施した後、前記処理ガスとして、フッ素系ガス及び酸素系ガスを用い、これらのガスをプラズマ化するとともに、プラズマ化した酸素系ガスによって前記シリコン基板に耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによって前記シリコン基板をエッチングする第２工程を実施すると良い。フッ素系ガスと酸素系ガスとのプラズマ化は同時であってもなくてもよい。
［００２３］
このようにすれば、プラズマ化した酸素系ガスによって耐エッチング層を形成したときには、プラズマ化した窒素ガスによって耐エッチング層を形成したときよりも、耐エッチング層の強度が高くなるために、エッチング構造の幅方向よりも、エッチング構造の深さ方向にエッチングが進行し易いことから、より効率的に深さ方向へのエッチングを進行させることができる。
［００２４］
その際、第１工程で形成されたエッチング構造の側壁は、窒素ガスのプラズマ化により形成された耐エッチング層によって保護され、ボーイング形状となるのが防止されており、また、第２工程でのエッチングによって新たに形成された側壁が、酸素系ガスのプラズマ化により形成される耐エッチング層（例えば、ＳｉＯ２からなる酸化膜）によって保護されつつエッチングが進行する。また、プラズマ化した酸素系ガスとシリコン原子との化学反応によ

Claims (9)

  1. 処理ガスをプラズマ化してシリコン基板をエッチングし、このシリコン基板に、上部開口幅が広く、底部幅が狭いテーパ状のエッチング構造を形成するプラズマエッチング方法であって、
    前記処理ガスとして、フッ素系ガス及び窒素ガスを用い、これらのガスをプラズマ化するとともに、プラズマ化した窒素ガスによって前記シリコン基板に耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによって前記シリコン基板をエッチングするようにしたことを特徴とするプラズマエッチング方法。
  2. 上記エッチング時における窒素ガスの供給流量を調整することにより、形成されるエッチング構造のテーパ状態を制御することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  3. 前記テーパ状態とは、該テーパ領域の表面粗さであることを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
  4. 上記窒素ガスの供給流量は、１００〜４００ｓｃｃｍの範囲内であることを特徴とする請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
  5. 上記エッチング時におけるチャンバ内の圧力を調整することにより、形成されるエッチング構造のテーパ状態を制御することを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  6. 前記テーパ状態とは、該テーパ領域の表面粗さであることを特徴とする請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
  7. 上記チャンバ内の圧力は、１２Ｐａ〜２５Ｐａであることを特徴とする請求項５に記載のプラズマエッチング方法。
  8. 前記フッ素系ガス及び窒素ガスをプラズマ化して前記シリコン基板をエッチングする工程たる第１工程を実施した後、
    前記処理ガスとして、フッ素系ガス及び酸素系ガスを用い、これらのガスをプラズマ化するとともに、プラズマ化した酸素系ガスによって前記シリコン基板に耐エッチング層を形成しつつ、プラズマ化したフッ素系ガスによって前記シリコン基板をエッチングする第２工程を実施するようにしたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
  9. 前記第１工程の処理時間を４秒以上１０秒以下の範囲としたことを特徴とする請求項８記載のプラズマエッチング方法。
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