KR102170584B1 - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 플라즈마 처리 방법에 있어서 텅스텐층의 가로 방향의 에칭을 억제하는 것을 과제로 한다.
불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기(12)에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층(W)을 텅스텐층(W)의 상면으로부터 텅스텐층의 하면에 이르기 전까지 에칭하는 제1 에칭 공정(S2)과, 산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기(12)에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층(W)을 처리하는 산화 처리 공정(S3)과, 불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기(12)에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층(W)을 텅스텐층(W)의 하면에 이를 때까지 에칭하는 제2 에칭 공정(S4)을 포함한다.An object of the present invention is to suppress etching of a tungsten layer in the transverse direction in a plasma processing method.
A first etching process in which a processing gas containing a fluorine-containing gas is supplied to the processing vessel 12, plasma is generated, and the tungsten layer (W) is etched from the upper surface of the tungsten layer (W) to the lower surface of the tungsten layer. (S2) and an oxidation treatment step (S3) of supplying a processing gas containing an oxygen-containing gas to the processing vessel 12, generating plasma to treat the tungsten layer (W), and a fluorine-containing gas. And a second etching step (S4) of supplying a processing gas to the processing vessel 12, generating plasma, and etching the tungsten layer (W) until it reaches the lower surface of the tungsten layer (W).

Description

플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}Plasma processing method and plasma processing apparatus TECHNICAL FIELD [Plasma PROCESSING METHOD AND PLASMA PROCESSING APPARATUS}

본 발명의 여러가지의 측면 및 실시형태는 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.Various aspects and embodiments of the present invention relate to a plasma processing method and a plasma processing apparatus.

반도체 제조 장치에 있어서의 트랜지스터의 게이트 전극으로서는, 폴리실리콘층 위에 배리어 메탈층 및 텅스텐층을 적층시킨 구조의 것이 사용되고 있다. 이러한 구조의 게이트 전극을 제조하는 경우에, 마스크층을 통해 배리어 메탈층 및 텅스텐층을 에칭하는 플라즈마 처리 방법이 개시되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).As a gate electrode of a transistor in a semiconductor manufacturing apparatus, a structure in which a barrier metal layer and a tungsten layer are laminated on a polysilicon layer is used. In the case of manufacturing a gate electrode having such a structure, a plasma treatment method in which a barrier metal layer and a tungsten layer are etched through a mask layer is disclosed (see, for example, Patent Document 1).

특허문헌 1에 기재된 플라즈마 처리 방법에서는, N2 가스, O2 가스 및 NF3 가스를 포함하는 에칭 가스를 이용한 플라즈마 에칭에 의해, 배리어 메탈층 및 텅스텐층의 에칭이 행해지고 있다.In the plasma processing method described in Patent Document 1, the barrier metal layer and the tungsten layer are etched by plasma etching using an etching gas containing N 2 gas, O 2 gas and NF 3 gas.

일본 특허 공개 제2003-17475호 공보Japanese Patent Publication No. 2003-17475

그러나, 상기 플라즈마 처리 방법에서는, 텅스텐층을 에칭할 때에, 게이트 전극의 세로 방향(깊이 방향)의 에칭과 함께 가로 방향(수평 방향)의 에칭이 발생한다. 이 가로 방향의 에칭의 결과, 메사 형상의 게이트 전극의 폭이 좁아져 버려 원하는 트랜지스터 구조를 형성할 수 없어, 결과적으로 트랜지스터의 전기 특성이 얻어지지 않을 우려가 있다.However, in the above plasma processing method, when etching the tungsten layer, etching in the horizontal direction (horizontal direction) as well as the etching in the vertical direction (depth direction) of the gate electrode occurs. As a result of this lateral etching, the width of the mesa-shaped gate electrode becomes narrow, and the desired transistor structure cannot be formed, and as a result, there is a fear that the electrical characteristics of the transistor cannot be obtained.

본 기술분야에서는, 플라즈마 처리 방법에 있어서 텅스텐층의 가로 방향의 에칭을 억제하는 것이 요청되고 있다.In the present technical field, it is requested to suppress the etching of the tungsten layer in the transverse direction in the plasma processing method.

본 발명의 일 측면에 따른 플라즈마 처리 방법은, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획하는 처리 용기 및 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖는 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 폴리실리콘층 위에 형성된 텅스텐층을, 마스크층을 통해 에칭하고, 텅스텐층을 정해진 패턴으로 패터닝하는 플라즈마 처리 방법으로서, 불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층을 텅스텐층의 상면으로부터 텅스텐층의 하면에 이르기 전까지 에칭하는 제1 공정과, 산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층을 처리하는 제2 공정과, 불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층을 텅스텐층의 하면에 이를 때까지 에칭하는 제3 공정을 포함한다.A plasma processing method according to an aspect of the present invention includes a tungsten layer formed on a polysilicon layer by using a plasma processing apparatus having a processing container partitioning a processing space in which plasma is generated and a gas supply unit supplying processing gas into the processing space. As a plasma processing method of etching through a mask layer and patterning a tungsten layer in a predetermined pattern, a processing gas containing a fluorine-containing gas is supplied to a processing container, plasma is generated, and the tungsten layer is removed from the upper surface of the tungsten layer. A first step of etching the tungsten layer until it reaches the bottom surface, a second step of supplying a processing gas containing an oxygen-containing gas to the processing container to generate plasma to treat the tungsten layer, and a second step of processing the tungsten layer, and And a third step of supplying the processing gas to the processing container, generating plasma, and etching the tungsten layer until it reaches the lower surface of the tungsten layer.

이 플라즈마 처리 방법에 따르면, 텅스텐층을 텅스텐층의 상면으로부터 텅스텐층의 하면에 이르기 전까지 에칭하는 제1 공정과, 텅스텐층을 텅스텐층의 하면에 이를 때까지 에칭하는 제3 공정 사이에, 산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에 의해, 텅스텐층을 처리하는 제2 공정을 포함함으로써, 텅스텐층의 측벽에 텅스텐의 산화물이 형성된다. 텅스텐의 산화물은 보호막으로서 작용하기 때문에, 텅스텐층의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있다.According to this plasma treatment method, oxygen is contained between the first step of etching the tungsten layer from the upper surface of the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer and the third step of etching the tungsten layer until it reaches the lower surface of the tungsten layer. An oxide of tungsten is formed on the sidewall of the tungsten layer by including a second step of treating the tungsten layer by plasma etching using a processing gas containing gas. Since the tungsten oxide acts as a protective film, etching of the tungsten layer in the transverse direction can be suppressed.

일 실시형태에 있어서는, 폴리실리콘층과 텅스텐층 사이에 배리어 메탈층이 형성되고, 제3 공정은 배리어 메탈층을 더욱 에칭하여도 좋다.In one embodiment, a barrier metal layer is formed between the polysilicon layer and the tungsten layer, and in the third step, the barrier metal layer may be further etched.

일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치가, 처리 용기 내에 배치되는 제1 전극과, 제1 전극에 대하여 대향하여 배치되는 제2 전극과, 제2 전극에 제1 주파수의 전력을 공급하는 제1 전원부와, 제2 전극에 제2 주파수의 전력을 공급하는 제2 전원부를 구비하고, 제2 공정에서는, 제2 전원부로부터 제2 전극에 전력이 공급되지 않아도 좋다. 이 형태에 따르면, 텅스텐층의 측벽이 산화에 의해 지나치게 변질되는 것을 억제하면서, 텅스텐층의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있다.In one embodiment, the plasma processing apparatus includes: a first electrode disposed in a processing container; a second electrode disposed opposite to the first electrode; and a first power supply unit supplying power at a first frequency to the second electrode Wow, a second power supply unit for supplying power of a second frequency to the second electrode is provided, and in the second step, power may not be supplied from the second power supply unit to the second electrode. According to this aspect, while suppressing excessive deterioration of the sidewall of the tungsten layer due to oxidation, etching of the tungsten layer in the transverse direction can be suppressed.

일 실시형태에 있어서는, 제2 공정에서는, 제1 공정 및 제3 공정보다 처리 공간의 압력이 높아도 좋다. 이 형태에 따르면, 텅스텐층의 측벽이 산화에 의해 지나치게 변질되는 것을 억제하면서, 텅스텐층의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있다.In one embodiment, the pressure of the processing space may be higher in the second process than in the first process and the third process. According to this aspect, while suppressing excessive deterioration of the sidewall of the tungsten layer due to oxidation, etching of the tungsten layer in the transverse direction can be suppressed.

일 실시형태에 있어서는, 제2 공정에서는, 제1 공정 및 제3 공정보다 처리 시간이 짧아도 좋다. 이 형태에 따르면, 필요 이상으로 시간을 들여 처리하지 않아도 되어, 생산 효율을 높일 수 있다.In one embodiment, the processing time may be shorter in the second step than in the first step and the third step. According to this aspect, it is not necessary to take more time than necessary to process it, and production efficiency can be improved.

일 실시형태에 있어서는, 산소 함유 가스가 O2 가스 또는 O3 가스여도 좋다. 일 실시형태에 있어서는, 불소 함유 가스가 NF3 가스, CF4 가스 또는 SF6 가스여도 좋다.In one embodiment, the oxygen-containing gas may be O 2 gas or O 3 gas. In one embodiment, the fluorine-containing gas may be NF 3 gas, CF 4 gas, or SF 6 gas.

본 발명의 다른 측면에 따른 플라즈마 처리 장치는, 폴리실리콘층 위에 형성된 텅스텐층을, 마스크층을 통해 에칭하고, 텅스텐층을 정해진 패턴으로 패터닝하는 플라즈마 처리 장치로서, 플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획하는 처리 용기와, 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와, 가스 공급부를 제어하는 제어부를 구비하며, 제어부는, 불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층을 텅스텐층의 상면으로부터 텅스텐층의 하면에 이르기 전까지 에칭하며, 산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층을 처리하며, 불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층을 텅스텐층의 하면에 이를 때까지 에칭한다.A plasma processing apparatus according to another aspect of the present invention is a plasma processing apparatus for etching a tungsten layer formed on a polysilicon layer through a mask layer and patterning the tungsten layer in a predetermined pattern, which partitions a processing space in which plasma is generated. A processing container, a gas supply unit for supplying a processing gas into the processing space, and a control unit for controlling the gas supply unit are provided, and the control unit supplies a processing gas containing a fluorine-containing gas to the processing container and generates plasma to generate tungsten Etching the layer from the upper surface of the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer, supplying a processing gas containing oxygen-containing gas to the processing vessel, generating plasma to treat the tungsten layer, and processing containing fluorine-containing gas Gas is supplied to the processing vessel, plasma is generated, and the tungsten layer is etched until it reaches the lower surface of the tungsten layer.

이 플라즈마 처리 장치에 따르면, 텅스텐층을 텅스텐층의 상면으로부터 텅스텐층의 하면에 이르기 전까지 에칭하는 공정과, 텅스텐층을 텅스텐층의 하면에 이를 때까지 에칭하는 공정 사이에, 산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에 의해, 텅스텐층을 처리하는 공정을 포함함으로써, 텅스텐층의 측벽에 텅스텐의 산화물이 형성된다. 텅스텐의 산화물은 보호막으로서 작용하기 때문에, 텅스텐층의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있다.According to this plasma processing apparatus, between the process of etching the tungsten layer from the upper surface of the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer and the process of etching the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer, an oxygen-containing gas is included. An oxide of tungsten is formed on the sidewalls of the tungsten layer by including a step of treating the tungsten layer by plasma etching using a processing gas. Since the tungsten oxide acts as a protective film, etching of the tungsten layer in the transverse direction can be suppressed.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러가지의 측면 및 형태에 따르면, 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치에 있어서 텅스텐층의 가로 방향의 에칭을 억제하는 것이 가능해진다.As described above, according to various aspects and forms of the present invention, it becomes possible to suppress the etching of the tungsten layer in the transverse direction in the plasma processing method and plasma processing apparatus.

도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 이용한 에칭의 공정을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 도 2의 에칭의 공정을 나타내는 개략 단면도이다.
도 4의 (a)는 산화 처리를 하지 않고 제2 드라이 에칭을 행한 경우의 피처리체의 개략 단면도이고, (b)는 산화 처리를 하고 나서 제2 드라이 에칭을 행한 경우의 피처리체의 개략 단면도이다.
도 5는 비교예 1 및 실시예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후의 텅스텐층의 형상을 비교하는 표이다.
도 6은 텅스텐층의 형상에 관한 지표를 설명하는 도면이다.
도 7은 실시예 2∼6에서 측정된 텅스텐층의 형상을 비교하는 표이다.
도 8은 실시예 4 및 실시예 6에 있어서 텅스텐층의 측벽이 지나치게 산화된 것을 나타내는 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment.
2 is a flowchart showing an etching process using a plasma processing method according to an embodiment.
3 is a schematic cross-sectional view showing an etching process in FIG. 2.
Fig. 4(a) is a schematic cross-sectional view of an object to be processed when a second dry etching is performed without an oxidation treatment, and (b) is a schematic cross-sectional view of an object to be processed when a second dry etching is performed after an oxidation treatment .
5 is a table comparing the shapes of tungsten layers after plasma treatment in Comparative Example 1 and Example 1. FIG.
6 is a diagram for explaining an index relating to the shape of a tungsten layer.
7 is a table comparing the shapes of tungsten layers measured in Examples 2 to 6.
8 is a schematic cross-sectional view showing that the sidewalls of the tungsten layer are excessively oxidized in Examples 4 and 6;

이하, 도면을 참조하여 여러가지의 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 각 도면에 있어서 동일 또는 상당하는 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것으로 한다.Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same reference numerals are assigned to the same or corresponding parts in each drawing.

도 1은 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형 평행판 플라즈마 에칭 장치이며, 대략 원통형의 처리 용기(12)를 구비하고 있다. 처리 용기(12)는, 예컨대 그 표면이 양극 산화 처리된 알루미늄으로 구성되어 있다. 이 처리 용기(12)는 보안 접지되어 있다.1 is a schematic diagram showing a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment. The plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 is a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus, and includes a processing container 12 having a substantially cylindrical shape. The processing container 12 is made of, for example, aluminum whose surface has been anodized. This processing container 12 is securely grounded.

처리 용기(12)의 바닥부 상에는, 절연 재료로 구성된 원통형의 지지부(14)가 배치되어 있다. 이 지지부(14)는, 예컨대 알루미늄과 같은 금속으로 구성된 베이스(16)를 지지하고 있다. 이 베이스(16)는 처리 용기(12) 내에 설치되어 있고, 일 실시형태에 있어서는, 하부 전극(제2 전극)을 구성하고 있다.On the bottom of the processing container 12, a cylindrical support 14 made of an insulating material is disposed. This support 14 supports a base 16 made of a metal such as aluminum, for example. This base 16 is provided in the processing container 12 and, in one embodiment, constitutes a lower electrode (second electrode).

베이스(16)의 상면에는, 정전 척(18)이 설치되어 있다. 정전 척(18)은 베이스(16)와 함께 일 실시형태의 배치대를 구성하고 있다. 정전 척(18)은 도전막인 전극(20)을 한쌍의 절연층 또는 절연 시트 사이에 배치한 구조를 갖는다. 전극(20)에는, 직류 전원(22)이 전기적으로 접속되어 있다. 이 정전 척(18)은 직류 전원(22)으로부터의 직류 전압에 의해 생긴 쿨롱력 등의 정전력에 의해 피처리체(워크 피스)(X)를 흡착 유지할 수 있다.An electrostatic chuck 18 is provided on the upper surface of the base 16. The electrostatic chuck 18 together with the base 16 constitute the mounting table of one embodiment. The electrostatic chuck 18 has a structure in which an electrode 20, which is a conductive film, is disposed between a pair of insulating layers or insulating sheets. A direct current power supply 22 is electrically connected to the electrode 20. The electrostatic chuck 18 can attract and hold the object to be processed (work piece) X by static power such as a Coulomb force generated by a DC voltage from the DC power supply 22.

베이스(16)의 상면으로서, 정전 척(18)의 주위에는, 포커스 링(FR)이 배치되어 있다. 포커스 링(FR)은 에칭의 균일성을 향상시키기 위해 설치되어 있다. 포커스 링(FR)은 피에칭층의 재료에 따라 적절하게 선택되는 재료로 구성되어 있고, 예컨대 실리콘 또는 석영으로 구성될 수 있다.As the upper surface of the base 16, around the electrostatic chuck 18, a focus ring FR is disposed. The focus ring FR is provided to improve the uniformity of etching. The focus ring FR is made of a material appropriately selected according to the material of the layer to be etched, and may be made of, for example, silicon or quartz.

베이스(16)의 내부에는, 냉매실(24)이 마련되어 있다. 냉매실(24)에는, 외부에 설치된 칠러 유닛으로부터 배관(26a, 26b)을 통해 정해진 온도의 냉매, 예컨대 냉각수가 순환 공급된다. 이와 같이 순환되는 냉매의 온도를 제어함으로써, 정전 척(18) 상에 배치된 피처리체(X)의 온도가 제어된다.A refrigerant chamber 24 is provided inside the base 16. To the refrigerant chamber 24, a refrigerant having a predetermined temperature, for example, cooling water, is circulated and supplied from a chiller unit provided outside through pipes 26a and 26b. By controlling the temperature of the refrigerant circulated in this way, the temperature of the object to be processed X disposed on the electrostatic chuck 18 is controlled.

또한, 플라즈마 처리 장치(10)에는, 가스 공급 라인(28)이 설치되어 있다. 가스 공급 라인(28)은 전열(傳熱) 가스 공급 기구로부터의 전열 가스, 예컨대 He 가스를, 정전 척(18)의 상면과 피처리체(X)의 이면 사이에 공급한다.In addition, the plasma processing apparatus 10 is provided with a gas supply line 28. The gas supply line 28 supplies a heat transfer gas from a heat transfer gas supply mechanism, such as He gas, between the upper surface of the electrostatic chuck 18 and the back surface of the object to be processed X.

또한, 처리 용기(12) 내에는, 상부 전극(30)(제1 전극)이 설치되어 있다. 이 상부 전극(30)은 하부 전극인 베이스(16)의 상방에 있어서, 이 베이스(16)와 대향 배치되어 있고, 베이스(16)와 상부 전극(30)은 서로 대략 평행하게 설치되어 있다. 이들 상부 전극(30)과 하부 전극을 구성하는 베이스(16)의 사이에는, 피처리체(X)에 플라즈마 에칭을 행하기 위한 처리 공간(S)이 구획되어 있다.Further, in the processing container 12, an upper electrode 30 (first electrode) is provided. The upper electrode 30 is disposed above the base 16, which is a lower electrode, to face the base 16, and the base 16 and the upper electrode 30 are provided substantially parallel to each other. Between the upper electrode 30 and the base 16 constituting the lower electrode, a processing space S for performing plasma etching on the object to be processed X is partitioned.

상부 전극(30)은 절연성 차폐 부재(32)를 통해, 처리 용기(12)의 상부에 지지되어 있다. 상부 전극(30)은 전극판(34) 및 전극 지지체(36)를 포함할 수 있다. 전극판(34)은 처리 공간(S)에 면해 있으며, 복수의 가스 토출 구멍(34a)을 구획한다. 이 전극판(34)은 줄(Joule) 열이 적은 저저항의 도전체 또는 반도체로 구성될 수 있다.The upper electrode 30 is supported on the upper part of the processing container 12 through the insulating shielding member 32. The upper electrode 30 may include an electrode plate 34 and an electrode support 36. The electrode plate 34 faces the processing space S and partitions a plurality of gas discharge holes 34a. The electrode plate 34 may be formed of a low-resistance conductor or a semiconductor having less Joule heat.

전극 지지체(36)는 전극판(34)을 착탈 가능하게 지지하는 것이며, 예컨대 알루미늄과 같은 도전성 재료로 구성될 수 있다. 이 전극 지지체(36)는 수냉 구조를 가질 수 있다. 전극 지지체(36)의 내부에는, 가스 확산실(36a)이 마련되어 있다. 이 가스 확산실(36a)로부터는, 가스 토출 구멍(34a)에 연통하는 복수의 가스 통류 구멍(36b)이 하방으로 연장되어 있다. 또한, 전극 지지체(36)에는 가스 확산실(36a)에 처리 가스를 유도하는 가스 도입구(36c)가 형성되어 있고, 이 가스 도입구(36c)에는, 가스 공급관(38)이 접속되어 있다.The electrode support 36 supports the electrode plate 34 in a detachable manner, and may be made of, for example, a conductive material such as aluminum. This electrode support 36 may have a water cooling structure. A gas diffusion chamber 36a is provided inside the electrode support 36. From the gas diffusion chamber 36a, a plurality of gas flow holes 36b communicating with the gas discharge holes 34a extend downward. Further, a gas inlet 36c for guiding a processing gas into the gas diffusion chamber 36a is formed in the electrode support 36, and a gas supply pipe 38 is connected to the gas inlet 36c.

가스 공급관(38)에는, 분할기(43), 밸브(42a∼42d) 및 매스 플로우 컨트롤러(MFC)(44a∼44d)를 통해, 가스원(40a∼40d)이 접속되어 있다. 또한, MFC 대신에 FCS가 설치되어 있어도 좋다. 가스원(40a)은, 예컨대 CF4, NF3 또는 SF6 등의 불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스의 가스원이다. 가스원(40b)은, 예컨대 Ar 가스와 같은 희가스를 포함하는 처리 가스의 가스원이다. 가스원(40c)은, 예컨대 O2 또는 O3 등의 산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스의 가스원이다. 가스원(40d)은, 예컨대 질소를 포함하는 처리 가스의 가스원이다. 이들 가스원(40a∼40d)으로부터의 처리 가스는 가스 공급관(38)으로부터 가스 확산실(36a)에 이르며, 가스 통류 구멍(36b) 및 가스 토출 구멍(34a)을 통해 처리 공간(S)에 토출된다. 가스원(40a∼40d), 밸브(42a∼42d), MFC(44a∼44d), 분할기(43), 가스 공급관(38), 및, 가스 확산실(36a), 가스 통류 구멍(36b), 및 가스 토출 구멍(34a)을 구획하는 상부 전극(30)은 일 실시형태에 있어서의 가스 공급부를 구성하고 있다.Gas sources 40a to 40d are connected to the gas supply pipe 38 via dividers 43, valves 42a to 42d, and mass flow controllers (MFCs) 44a to 44d. In addition, FCS may be installed instead of MFC. The gas source 40a is a gas source of a processing gas containing a fluorine-containing gas such as CF 4 , NF 3 or SF 6 . The gas source 40b is a gas source of a processing gas containing a rare gas such as Ar gas. The gas source 40c is a gas source of a processing gas containing an oxygen-containing gas such as O 2 or O 3 . The gas source 40d is, for example, a gas source of a processing gas containing nitrogen. The processing gas from these gas sources 40a to 40d reaches the gas diffusion chamber 36a from the gas supply pipe 38, and is discharged to the processing space S through the gas passage hole 36b and the gas discharge hole 34a. do. Gas sources 40a to 40d, valves 42a to 42d, MFCs 44a to 44d, divider 43, gas supply pipe 38, and gas diffusion chamber 36a, gas flow hole 36b, and The upper electrode 30 partitioning the gas discharge hole 34a constitutes a gas supply unit in one embodiment.

또한, 플라즈마 처리 장치(10)는 접지 도체(12a)를 더 구비할 수 있다. 접지 도체(12a)는 대략 원통형의 접지 도체이며, 처리 용기(12)의 측벽으로부터 상부 전극(30)의 높이 위치보다 상방으로 연장되도록 설치되어 있다.In addition, the plasma processing apparatus 10 may further include a ground conductor 12a. The grounding conductor 12a is a substantially cylindrical grounding conductor, and is provided so as to extend upward from the sidewall of the processing container 12 above the height of the upper electrode 30.

또한, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 처리 용기(12)의 내벽을 따라 디포지션 실드(46)가 착탈 가능하게 설치되어 있다. 또한, 디포지션 실드(46)는 지지부(14)의 외주에도 설치되어 있다. 디포지션 실드(46)는 처리 용기(12)에 에칭의 부생성물(디포지션)이 부착하는 것을 방지하는 것이며, 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다.In addition, in the plasma processing apparatus 10, a deposition shield 46 is detachably provided along the inner wall of the processing container 12. Further, the deposition shield 46 is also provided on the outer periphery of the support portion 14. The deposition shield 46 prevents by-products (deposition) of etching from adhering to the processing container 12, and can be configured by coating an aluminum material with ceramics such as Y 2 O 3 .

처리 용기(12)의 바닥부측에 있어서는, 지지부(14)와 처리 용기(12)의 내벽 사이에 배기 플레이트(48)가 설치되어 있다. 배기 플레이트(48)는, 예컨대 알루미늄재에 Y2O3 등의 세라믹스를 피복함으로써 구성될 수 있다. 이 배기 플레이트(48)의 하방에 있어서 처리 용기(12)에는, 배기구(12e)가 마련되어 있다. 배기구(12e)에는, 배기관(52)을 통해 배기 장치(50)가 접속되어 있다. 배기 장치(50)는 터보 분자 펌프 등의 진공 펌프를 가지며, 처리 용기(12) 내부를 원하는 진공도까지 감압시킬 수 있다. 또한, 처리 용기(12)의 측벽에는 피처리체(X)의 반입반출구(12g)가 마련되어 있고, 이 반입반출구(12g)는 게이트 밸브(54)에 의해 개폐 가능하게 되어 있다.On the bottom side of the processing container 12, an exhaust plate 48 is provided between the support 14 and the inner wall of the processing container 12. The exhaust plate 48 can be configured by, for example, covering an aluminum material with ceramics such as Y 2 O 3 . An exhaust port 12e is provided in the processing container 12 below the exhaust plate 48. The exhaust device 50 is connected to the exhaust port 12e through an exhaust pipe 52. The exhaust device 50 has a vacuum pump such as a turbomolecular pump, and can reduce the inside of the processing vessel 12 to a desired degree of vacuum. Further, a carry-in/out port 12g of the object to be processed X is provided on the side wall of the processing container 12, and the carry-in/out port 12g can be opened and closed by a gate valve 54.

또한, 처리 용기(12)의 내벽에는, 도전성 부재(GND 블록)(56)가 설치되어 있다. 도전성 부재(56)는 높이 방향에 있어서 피처리체(X)와 대략 동일한 높이에 위치하도록, 처리 용기(12)의 내벽에 부착되어 있다. 이 도전성 부재(56)는 그라운드에 DC적으로 접속되어 있고, 이상(異常) 방전 방지 효과를 발휘한다. 또한, 도전성 부재(56)는 플라즈마 생성 영역에 설치되어 있으면 좋고, 그 설치 위치는 도 1에 나타내는 위치에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도전성 부재(56)는 베이스(16)의 주위에 설치되는 등, 베이스(16)측에 설치되어도 좋고, 또한 상부 전극(30)의 외측에 링형으로 설치되는 등, 상부 전극(30)의 근방에 설치되어도 좋다.Further, a conductive member (GND block) 56 is provided on the inner wall of the processing container 12. The conductive member 56 is attached to the inner wall of the processing container 12 so as to be positioned at substantially the same height as the object to be processed X in the height direction. This conductive member 56 is DC-connected to the ground, and exhibits an effect of preventing abnormal discharge. In addition, the conductive member 56 should just be provided in the plasma generation region, and its installation position is not limited to the position shown in FIG. For example, the conductive member 56 may be installed around the base 16, may be installed on the base 16 side, and may be installed in a ring shape outside the upper electrode 30. It may be installed nearby.

일 실시형태에 있어서는, 플라즈마 처리 장치(10)는 하부 전극을 구성하는 베이스(16)에 고주파 전력을 공급하기 위한 급전봉(58)을 더 구비하고 있다. 급전봉(58)은 일 실시형태에 따른 급전 라인을 구성하고 있다. 급전봉(58)은 동축 이중관 구조를 갖고, 막대형 도전 부재(58a) 및 통형 도전 부재(58b)를 포함하고 있다. 막대형 도전 부재(58a)는 처리 용기(12) 밖으로부터 처리 용기(12)의 바닥부를 통하여 처리 용기(12) 내까지 대략 연직 방향으로 연장되어 있고, 이 막대형 도전 부재(58a)의 상단은 베이스(16)에 접속되어 있다. 또한, 통형 도전 부재(58b)는 막대형 도전 부재(58a)의 주위를 둘러싸도록 이 막대형 도전 부재(58a)와 동축으로 설치되어, 처리 용기(12)의 바닥부에 지지되어 있다. 이들 막대형 도전 부재(58a) 및 통형 도전 부재(58b)의 사이에는, 대략 환형의 2장의 절연 부재(58c)가 설치되어, 막대형 도전 부재(58a)와 통형 도전 부재(58b)를 전기적으로 절연시킨다.In one embodiment, the plasma processing apparatus 10 further includes a power supply rod 58 for supplying high-frequency power to the base 16 constituting the lower electrode. The power supply rod 58 constitutes a power supply line according to one embodiment. The power supply rod 58 has a coaxial double tube structure, and includes a rod-shaped conductive member 58a and a cylindrical conductive member 58b. The rod-shaped conductive member 58a extends in a substantially vertical direction from the outside of the processing container 12 through the bottom portion of the processing container 12 to the inside of the processing container 12, and the upper end of the rod-shaped conductive member 58a is It is connected to the base 16. Further, the cylindrical conductive member 58b is provided coaxially with the rod-shaped conductive member 58a so as to surround the rod-shaped conductive member 58a, and is supported on the bottom of the processing container 12. Between the rod-shaped conductive member 58a and the cylindrical conductive member 58b, two substantially annular insulating members 58c are provided to electrically connect the rod-shaped conductive member 58a and the cylindrical conductive member 58b. Insulate.

또한, 일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 정합기(70, 71)를 더 구비할 수 있다. 정합기(70, 71)에는, 막대형 도전 부재(58a) 및 통형 도전 부재(58b)의 하단이 접속되어 있다. 이 정합기(70, 71)에는, 제1 고주파 전원(62)(제1 전원부) 및 제2 고주파 전원(64)(제2 전원부)이 각각 접속되어 있다. 제1 고주파 전원(62)은 플라즈마 생성용의 제1 고주파(RF: Radio Frequency) 전력(제1 주파수의 전력)을 발생시키는 전원이며, 27 ㎒∼100 ㎒의 주파수, 일례에 있어서는 40 ㎒의 고주파 전력을 발생한다. 또한, 제1 고주파 전력은, 일례에 있어서는 0 W∼2000 W이다. 제2 고주파 전원(64)은, 베이스(16)에 고주파 바이어스를 인가하여, 피처리체(X)에 이온을 인입하기 위한 제2 고주파 전력(제2 주파수의 전력)을 발생시킨다. 제2 고주파 전력의 주파수는 400 ㎑∼13.56 ㎒의 범위 내의 주파수이며, 일례에 있어서는 3 ㎒이다. 또한, 제2 고주파 전력은 일례에 있어서는 0 W∼5000 W이다. 또한, 직류 전원(60)은 로우 패스 필터를 통해, 상부 전극(30)에 접속되어 있다. 이 직류 전원(60)은 마이너스의 직류 전압을 상부 전극(30)에 출력한다. 상기 구성에 의해, 하부 전극을 구성하는 베이스(16)에 2개의 상이한 고주파 전력을 공급하고, 상부 전극(30)에 직류 전압을 인가할 수 있다.In addition, in one embodiment, the plasma processing apparatus 10 may further include matching devices 70 and 71. The matching devices 70 and 71 are connected to the lower ends of the rod-shaped conductive member 58a and the cylindrical conductive member 58b. The matching devices 70 and 71 are connected to a first high frequency power source 62 (a first power source) and a second high frequency power source 64 (a second power source), respectively. The first high-frequency power source 62 is a power source that generates a first radio frequency (RF) power (power of a first frequency) for plasma generation, and has a frequency of 27 MHz to 100 MHz, in one example, a high frequency of 40 MHz. Generate power. In addition, the 1st high frequency power is 0 W-2000 W in an example. The second high frequency power supply 64 applies a high frequency bias to the base 16 to generate second high frequency power (power at a second frequency) for introducing ions into the object X to be processed. The frequency of the second high-frequency power is a frequency within the range of 400 kHz to 13.56 MHz, and in an example, it is 3 MHz. In addition, the 2nd high frequency power is 0 W-5000 W in an example. Further, the DC power supply 60 is connected to the upper electrode 30 through a low pass filter. This DC power supply 60 outputs a negative DC voltage to the upper electrode 30. With the above configuration, two different high-frequency powers can be supplied to the base 16 constituting the lower electrode, and a DC voltage can be applied to the upper electrode 30.

또한, 일 실시형태에 있어서, 플라즈마 처리 장치(10)는 제어부(Cnt)를 더 구비할 수 있다. 이 제어부(Cnt)는 프로세서, 기억부, 입력 장치, 표시 장치 등을 구비하는 컴퓨터이며, 플라즈마 처리 장치(10)의 각 부, 예컨대 전원계나 가스 공급계, 구동계 및 전원계 등을 제어한다. 이 제어부(Cnt)에서는, 입력 장치를 이용하여, 오퍼레이터가 플라즈마 처리 장치(10)를 관리하기 때문에 커맨드의 입력 조작 등을 행할 수 있고, 또한, 표시 장치에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)의 가동 상황을 가시화하여 표시할 수 있다. 또한, 제어부(Cnt)의 기억부에는, 플라즈마 처리 장치(10)에서 실행되는 각종 처리를 프로세서에 의해 제어하기 위한 제어 프로그램이나, 처리 조건에 따라 플라즈마 처리 장치(10)의 각 구성부에 처리를 실행시키기 위한 프로그램, 즉 처리 레시피가 저장된다.In addition, in one embodiment, the plasma processing apparatus 10 may further include a control unit Cnt. The control unit Cnt is a computer including a processor, a storage unit, an input device, a display device, and the like, and controls each unit of the plasma processing apparatus 10, such as a power supply system, a gas supply system, a drive system, a power supply system, and the like. In this control unit Cnt, since the operator manages the plasma processing device 10 using an input device, it is possible to input commands, etc., and the plasma processing device 10 is operated by the display device. The situation can be visualized and displayed. In addition, in the storage unit of the control unit Cnt, a control program for controlling various processes executed in the plasma processing apparatus 10 by a processor, or processing is applied to each component of the plasma processing apparatus 10 according to processing conditions. A program to be executed, that is, a processing recipe is stored.

이 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여 에칭을 행할 때에는, 정전 척(18) 상에 피처리체(X)가 배치된다. 피처리체(X)는 피에칭층과, 이 피에칭층 상에 형성된 레지스트 마스크를 가질 수 있다. 그리고, 배기 장치(50)에 의해 처리 용기(12) 내부를 배기하면서, 가스원(40a∼40d)으로부터의 처리 가스를 정해진 유량으로 처리 용기(12) 내에 공급하고, 처리 용기(12) 내의 압력을, 예컨대 0.1 ㎩∼50 ㎩의 범위 내로 설정한다.When etching is performed using the plasma processing apparatus 10, the object to be processed X is disposed on the electrostatic chuck 18. The object to be processed X may have a layer to be etched and a resist mask formed on the layer to be etched. Then, while exhausting the inside of the processing container 12 by the exhaust device 50, the processing gas from the gas sources 40a to 40d is supplied into the processing container 12 at a predetermined flow rate, and the pressure in the processing container 12 For example, it is set within the range of 0.1 Pa to 50 Pa.

이어서, 제1 고주파 전원(62)이 제1 고주파 전력을 베이스(16)에 공급한다. 또한, 제2 고주파 전원(64)이 제2 고주파 전력을 베이스(16)에 공급한다. 또한, 직류 전원(60)이 제1 직류 전압을 상부 전극(30)에 공급한다. 이에 의해, 상부 전극(30)과 베이스(16) 사이에 고주파 전계가 형성되고, 처리 공간(S)에 공급된 처리 가스가 플라즈마화한다. 이 플라즈마에서 생성되는 플러스 이온이나 라디칼에 의해 피처리체(X)의 피에칭층이 에칭된다.Subsequently, the first high frequency power source 62 supplies the first high frequency power to the base 16. In addition, the second high frequency power supply 64 supplies the second high frequency power to the base 16. Further, the DC power supply 60 supplies the first DC voltage to the upper electrode 30. Thereby, a high-frequency electric field is formed between the upper electrode 30 and the base 16, and the processing gas supplied to the processing space S becomes plasma. The etched layer of the object to be processed X is etched by positive ions or radicals generated in this plasma.

이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 전술한 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 플라즈마 처리 방법의 일 실시형태에 대해서 설명한다. 도 2는 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법을 이용한 에칭 공정을 나타내는 흐름도이고, 도 3은 도 2의 에칭 공정을 나타내는 개략 단면도이다. 도 2에 나타내는 에칭 공정에 있어서의 제어는 제어부(Cnt)에 의해 실행된다. 일 실시형태의 플라즈마 처리 방법은 전술한 플라즈마 처리 장치(10)를 이용하여, 폴리실리콘층(P) 위에 형성된 텅스텐층(W)을, 마스크층(1)을 통해 에칭함으로써, 텅스텐층(W)을 정해진 패턴으로 패터닝한다.Hereinafter, an embodiment of a plasma processing method using the plasma processing apparatus 10 described above will be described with reference to FIGS. 2 and 3. 2 is a flowchart showing an etching process using a plasma processing method according to an embodiment, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the etching process of FIG. 2. Control in the etching process shown in Fig. 2 is executed by the control unit Cnt. The plasma processing method of one embodiment is by etching the tungsten layer (W) formed on the polysilicon layer (P) through the mask layer (1) using the above-described plasma processing device (10), thereby forming the tungsten layer (W). Is patterned in a predetermined pattern.

도 2에 나타내는 바와 같이, 우선 공정 S1에 있어서 피처리체(X)가 준비되고, 피처리체(X)가 처리 용기(12)의 정전 척(18)에 배치된다. 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 피처리체(X)는 기판(B) 상에, 폴리실리콘층(P), 배리어 메탈(예컨대, 텅스텐니트라이드)층(WN) 및 텅스텐층(W)이 적층된 다층막 재료이다. 텅스텐층(W) 상에는, 정해진 평면 형상을 갖는 마스크층(1)이 배치되어 있다. 마스크층(1)은 텅스텐층(W) 상에, SiN층(7), 실리콘 산화층(예컨대, TEOS층)(5) 및 a-Si층(비정질 실리콘층)(3)이 적층되어 형성된 하드 마스크이다. 이하, 도 3의 (a)에 나타내는 피처리체(X)를 예로 들어, 일 실시형태의 플라즈마 처리 방법에 대해서 설명한다.As shown in FIG. 2, first, in step S1, the target object X is prepared, and the target object X is disposed on the electrostatic chuck 18 of the processing container 12. As shown in Fig. 3A, the target object X is a polysilicon layer P, a barrier metal (e.g., tungsten nitride) layer WN and a tungsten layer W on the substrate B. This is a laminated multilayer material. On the tungsten layer W, a mask layer 1 having a predetermined planar shape is disposed. The mask layer 1 is a hard mask formed by laminating a SiN layer 7, a silicon oxide layer (e.g., TEOS layer) 5, and an a-Si layer (amorphous silicon layer) 3 on a tungsten layer W to be. Hereinafter, the plasma processing method of one embodiment will be described, taking the object X shown in Fig. 3A as an example.

제1 에칭 공정(S2)(제1 공정: 메인 에칭)에서는, 우선, 가스 공급부로부터 처리 용기(12)에 불소 함유 가스를 포함하는 제1 처리 가스를 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층(W)을, 텅스텐층(W)의 하면에 이르기 전까지 에칭한다. 즉, 배리어 메탈층(WN)이 노출되기 시작하거나, 노출되기 시작하기 직전까지 텅스텐층(W)을 에칭한다. 이때에 이용되는 제1 처리 가스는, 예컨대 NF3 가스, CF4 가스 또는 SF6 가스 등이다. 제1 에칭 공정(S2)에 있어서, 불소 함유 가스를 포함하는 제1 처리 가스에 의해, 텅스텐층(W) 중, 마스크층(1)이 덮이지 않은 영역이 에칭된다. 또한, 마스크층(1)의 최상위층에 있는 a-Si층(3)이 에칭된다. 제1 에칭 공정(S2)에서는, 텅스텐층(W)의 하면에 이르기 전에 에칭이 종료된다. 이 때문에, 제1 에칭 공정(S2)이 종료된 단계에서, 피처리체(X)는 도 3의 (b)의 구성이 된다. 또한, 제1 에칭 공정(S2)에서 마스크층(1)이 에칭되는 영역은 a-Si층(3)의 일부여도 좋고, a-Si층(3)의 하면까지 이르러도 좋다. 또한, 후술하는 제2 에칭 공정(S4)에서 에칭에 이용하기 위한 마스크층(1)을 확보할 수 있는 한, a-Si층(3)의 아래에 배치된 TEOS층(5) 및 SiN층(7)에 이르게 에칭되어도 좋다.In the first etching step (S2) (first step: main etching), first, a first processing gas containing a fluorine-containing gas is supplied from the gas supply unit to the processing container 12, and plasma is generated to generate a tungsten layer ( W) is etched until it reaches the lower surface of the tungsten layer W. That is, the tungsten layer W is etched until the barrier metal layer WN begins to be exposed or just before the barrier metal layer WN begins to be exposed. The first processing gas used at this time is, for example, NF 3 gas, CF 4 gas or SF 6 gas. In the first etching step S2, a region of the tungsten layer W not covered by the mask layer 1 is etched by the first processing gas containing the fluorine-containing gas. Further, the a-Si layer 3 in the uppermost layer of the mask layer 1 is etched. In the first etching step S2, the etching is terminated before reaching the lower surface of the tungsten layer W. For this reason, at the stage in which the first etching process S2 is completed, the object to be processed X has the configuration of Fig. 3B. In addition, the region where the mask layer 1 is etched in the first etching step S2 may be a part of the a-Si layer 3 or may reach the lower surface of the a-Si layer 3. In addition, as long as the mask layer 1 for use in etching can be secured in the second etching process S4 to be described later, the TEOS layer 5 and the SiN layer 5 disposed under the a-Si layer 3 ( It may be etched to reach 7).

여기서, 제1 에칭 공정(S2)을 플라즈마 처리 장치(10)에서 실시하는 경우의 처리 조건의 일례를 이하에 나타낸다.Here, an example of processing conditions in the case where the first etching step S2 is performed in the plasma processing apparatus 10 is shown below.

[제1 에칭 공정(S2)][First etching step (S2)]

처리 공간(S)의 압력: 5 mTorr(0.667 ㎩)Pressure in processing space (S): 5 mTorr (0.667 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 100 WPower of the first high frequency power supply 62: 100 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 200 WPower of the second high frequency power supply 64: 200 W

제1 처리 가스의 유량Flow rate of the first processing gas

NF3 가스: 20 sccm∼30 sccmNF 3 gas: 20 sccm to 30 sccm

Ar 가스: 80 sccm∼100 sccmAr gas: 80 sccm to 100 sccm

O2 가스: 30 sccm∼50 sccmO 2 gas: 30 sccm∼50 sccm

처리 시간: 60초Processing time: 60 seconds

일 실시형태의 플라즈마 처리 방법에서는, 계속되는 산화 처리 공정(S3)(제2 공정: 애싱)에 있어서, 가스 공급부로부터 처리 용기(12)에 산소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스를 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층(W)의 측벽을 산화 처리한다. 이때에 이용되는 제2 처리 가스는, 예컨대 O2 가스 또는 O3 가스 등이다. 산화 처리 공정(S3)에 있어서, 산소 함유 가스를 포함하는 제2 처리 가스에 의해, 텅스텐층(W)의 측벽이 산화 처리된다. 산화 처리 공정(S3)에서는, 피처리체(X)는 에칭되지 않는다. 이 때문에, 산화 처리 공정(S3)가 종료된 단계에서, 피처리체(X)는 도 3의 (b)에 나타내는 구성이 된다. 단, 실제로는, 산화 처리 공정을 거침으로써, 텅스텐층(W)의 측벽(11)에 산화물이 형성된다. 이 텅스텐층(W)의 측벽(11)에 형성된 산화물에 대해서는 이하에 상세하게 설명한다.In the plasma processing method of one embodiment, in the subsequent oxidation processing step (S3) (second step: ashing), a second processing gas containing an oxygen-containing gas is supplied from the gas supply unit to the processing container 12, and plasma Is generated, and the sidewall of the tungsten layer W is subjected to oxidation treatment. The second processing gas used at this time is, for example, O 2 gas or O 3 gas. In the oxidation treatment step S3, the sidewall of the tungsten layer W is subjected to oxidation treatment by the second treatment gas containing an oxygen-containing gas. In the oxidation treatment step S3, the target object X is not etched. For this reason, at the stage in which the oxidation treatment step S3 is completed, the object to be processed X has a configuration shown in Fig. 3B. However, actually, oxide is formed on the sidewall 11 of the tungsten layer W by going through an oxidation treatment process. The oxide formed on the sidewall 11 of the tungsten layer W will be described in detail below.

여기서, 산화 처리 공정(S3)을 플라즈마 처리 장치(10)에서 실시하는 경우의 처리 조건의 일례를 이하에 나타낸다. 또한, 이하에 나타내는 처리 조건과 같이, 일 실시형태에 있어서, 산화 처리 공정(S3)에서는, 제2 고주파 전원(64)으로부터 전력이 공급되지 않는다. Here, an example of the processing conditions in the case of performing the oxidation treatment step S3 in the plasma processing apparatus 10 is shown below. In addition, as in the processing conditions shown below, in one embodiment, power is not supplied from the second high-frequency power supply 64 in the oxidation processing step S3.

[산화 처리 공정(S3)][Oxidation treatment process (S3)]

처리 공간(S)의 압력: 200 mTorr(26.7 ㎩)Pressure in processing space (S): 200 mTorr (26.7 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 200 WPower of the first high frequency power supply 62: 200 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 0 WPower of the second high frequency power supply 64: 0 W

제2 처리 가스의 유량Flow rate of the second processing gas

O2 가스: 500 sccmO 2 gas: 500 sccm

처리 시간: 10초Processing time: 10 seconds

일 실시형태의 플라즈마 처리 방법에서는, 계속되는 제2 에칭 공정(S4)(제3 공정: 오버 에칭)에 있어서, 가스 공급부로부터 처리 용기(12)에 불소 함유 가스를 포함하는 제3 처리 가스를 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 텅스텐층(W)을, 텅스텐층(W)의 하면에 이를 때까지 에칭한다. 이때에 이용되는 제3 처리 가스는, 예컨대 NF3 가스, CF4 가스 또는 SF6 가스 등이다. 일 실시형태에서는, 텅스텐층(W)의 하면에 이를 때까지 에칭되며, 텅스텐층(W)의 아래에 위치하는 배리어 메탈층(WN)이 더욱 에칭된다. 제2 에칭 공정(S4)에서, 불소 함유 가스를 포함하는 제3 처리 가스에 의해, 텅스텐층(W) 및 배리어 메탈층(WN) 중, 마스크층(1)이 덮이지 않은 영역이 에칭된다. 또한, 마스크층(1)의 TEOS층(5)의 일부가 에칭된다. 제2 에칭 공정(S4)이 종료된 단계에서, 피처리체(X)는 도 3의 (c)의 구성이 된다. 또한, 제2 에칭 공정(S4)에서 마스크층(1)이 에칭되는 영역은 TEOS층(5)의 일부에 한정되지 않고, TEOS층(5)의 하면까지 이르러도 좋고, 텅스텐층(W)에 이르지 않는 한 더욱 그 아래에 배치된 SiN층(7)까지 이르러도 좋다. 또한, 전술한 제1 에칭 공정(S3)에서 마스크층(1)이 에칭된 영역에 따라, 제2 에칭 공정(S4)에서 마스크층(1)이 에칭되는 영역은 변화한다. 예컨대, 제1 에칭 공정(S3)에서 a-Si층(3)의 전체 중 상층∼중층이 에칭되었다면, 제2 에칭 공정(S4)에서는 a-Si층(3)의 중층보다 하측의 영역이 에칭된다.In the plasma processing method of one embodiment, in a subsequent second etching step (S4) (third step: overetching), a third processing gas containing a fluorine-containing gas is supplied from the gas supply unit to the processing container 12. , Plasma is generated, and the tungsten layer (W) is etched until it reaches the lower surface of the tungsten layer (W). The third processing gas used at this time is, for example, NF 3 gas, CF 4 gas, or SF 6 gas. In one embodiment, the tungsten layer W is etched until it reaches the lower surface of the tungsten layer W, and the barrier metal layer WN positioned under the tungsten layer W is further etched. In the second etching step S4, a region of the tungsten layer W and the barrier metal layer WN that is not covered by the mask layer 1 is etched by the third processing gas containing a fluorine-containing gas. Further, a part of the TEOS layer 5 of the mask layer 1 is etched. At the stage in which the second etching process S4 is completed, the object to be processed X becomes the configuration of FIG. 3C. In addition, the area where the mask layer 1 is etched in the second etching step (S4) is not limited to a part of the TEOS layer 5, and may reach the lower surface of the TEOS layer 5, and the tungsten layer (W) As long as it does not, it may reach to the SiN layer 7 disposed further below it. In addition, the area in which the mask layer 1 is etched in the second etching process S4 varies depending on the area in which the mask layer 1 is etched in the above-described first etching process S3. For example, if the upper to the middle layer of the entire a-Si layer 3 is etched in the first etching step (S3), in the second etching step (S4), the region below the middle layer of the a-Si layer 3 is etched. do.

여기서, 제2 에칭 공정(S4)를 플라즈마 처리 장치(10)에서 실시하는 경우의 처리 조건의 일례를 이하에 나타낸다.Here, an example of processing conditions in the case where the second etching step S4 is performed in the plasma processing apparatus 10 is shown below.

[제2 에칭 공정(S4)][Second etching process (S4)]

처리 공간(S)의 압력: 10 mTorr(1.33 ㎩)Pressure of processing space (S): 10 mTorr (1.33 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 100 WPower of the first high frequency power supply 62: 100 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 200 WPower of the second high frequency power supply 64: 200 W

제3 처리 가스의 유량Flow rate of the third processing gas

NF3 가스: 4 sccm∼6 sccmNF 3 gas: 4 sccm to 6 sccm

Ar 가스: 100 sccm∼120 sccmAr gas: 100 sccm∼120 sccm

O2 가스: 30 sccm∼50 sccmO 2 gas: 30 sccm∼50 sccm

처리 시간: 30초Processing time: 30 seconds

전술한 공정 S2∼S4에 나타내는 바와 같이, 일 실시형태의 플라즈마 처리 방법에서는, 산화 처리 공정(S3)에서의 처리 시간은 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)에서의 처리 시간보다 짧다. 또한, 산화 처리 공정(S3)에서의 처리 공간(S)의 압력은 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)에서의 처리 공간(S)의 압력보다 높다.As shown in the above-described steps S2 to S4, in the plasma treatment method of one embodiment, the treatment time in the oxidation treatment step S3 is the treatment time in the first etching step S2 and the second etching step S4. Shorter than In addition, the pressure of the processing space S in the oxidation treatment process S3 is higher than the pressure of the processing space S in the first etching process S2 and the second etching process S4.

제2 에칭 공정(S4)이 종료되면, 도 2에 나타내는 에칭 공정이 종료된다. 이와 같이 하여, 텅스텐층(W)이 정해진 패턴으로 패터닝된다. 이상과 같이, 일 실시형태의 플라즈마 처리 방법에서는, 에칭 공정을 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)의 2단계로 나누고, 또한 이들 공정 사이에, 산화 처리 공정(S3)을 추가한다. 다음에, 이러한 플라즈마 처리 방법을 이용한 처리에 의해 얻어지는 텅스텐층(W)의 형상에 대해서, 도 4를 참조하여 상세하게 설명한다.When the second etching process S4 is finished, the etching process shown in Fig. 2 is finished. In this way, the tungsten layer W is patterned in a predetermined pattern. As described above, in the plasma processing method of one embodiment, the etching process is divided into two steps of a first etching process (S2) and a second etching process (S4), and an oxidation treatment process (S3) is provided between these processes. Add. Next, the shape of the tungsten layer W obtained by treatment using such a plasma treatment method will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4의 (a)는 산화 처리를 하지 않고 제2 드라이 에칭을 행한 경우의 피처리체의 개략 단면도이고, 도 4의 (b)는 산화 처리를 하고 나서 제2 드라이 에칭을 행한 경우의 피처리체의 개략 단면도이다. 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 제1 에칭 공정(S2) 후, 산화 처리 공정(S3)을 거치지 않고 제2 에칭 공정(S4)을 행한 경우에는, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 가늘어진다. 이것은, 텅스텐층(W)의 상단부가 하단부에 비해서 불소를 포함하는 처리 가스에 오래 노출됨으로써, 가로 방향으로도 에칭되었기 때문이라고 생각된다. 한편, 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이, 제1 에칭 공정(S2) 후, 산화 처리 공정(S3)을 거치고 나서 제2 에칭 공정(S4)을 행한 경우에는, 텅스텐층(W)의 측벽(11)에는, 산화물이 형성되며, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 가늘어 지지 않는다. 즉, 산화 처리 공정(S3)에서 형성된 산화물이 제2 에칭 공정(S4)에서 보호막으로서 기능하여, 텅스텐층(W)의 주위에서 가로 방향에 있어서의 에칭을 억제함으로써, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 가늘어지지 않도록 할 수 있다.Fig. 4(a) is a schematic cross-sectional view of an object to be processed when a second dry etching is performed without an oxidation treatment, and Fig. 4(b) is a schematic cross-sectional view of an object to be processed when a second dry etching is performed after an oxidation treatment It is a schematic cross section. As shown in Fig. 4A, when the second etching step S4 is performed without going through the oxidation treatment step S3 after the first etching step S2, the width of the upper end of the tungsten layer W It becomes thinner. It is considered that this is because the upper end portion of the tungsten layer W is etched in the horizontal direction by being exposed to the processing gas containing fluorine for a longer period than the lower end portion. On the other hand, as shown in Fig. 4(b), when the second etching step S4 is performed after the first etching step S2, after the oxidation treatment step S3, the sidewall of the tungsten layer W In (11), an oxide is formed, and the width of the upper end portion of the tungsten layer W is not thinned. That is, the oxide formed in the oxidation treatment step (S3) functions as a protective film in the second etching step (S4), suppressing the etching in the transverse direction around the tungsten layer (W), and thus the upper end of the tungsten layer (W). The width of the can be prevented from becoming thinner.

이상, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법 및 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 텅스텐층(W)을 텅스텐층(W)의 상면으로부터 텅스텐층(W)의 하면에 이르기 전까지 에칭하는 제1 에칭 공정(S2)과, 텅스텐층(W)을 텅스텐층(W)의 하면에 이를 때까지 에칭하는 제2 에칭 공정(S4) 사이에, 산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 이용한 플라즈마 에칭에 의해, 텅스텐층(W)을 처리하는 산화 처리 공정(S3)을 포함함으로써, 텅스텐층(W)의 측벽(11)에 텅스텐의 산화물이 형성된다. 텅스텐의 산화물은 보호막으로서 작용하기 때문에, 텅스텐층(W)의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있다. 이에 의해, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 가늘어지지 않도록 하는 것이 가능해진다.As described above, in the plasma processing method and plasma processing apparatus 10 according to the embodiment, the first etching step of etching the tungsten layer W from the upper surface of the tungsten layer W to the lower surface of the tungsten layer W ( Between S2) and the second etching process (S4) of etching the tungsten layer (W) until it reaches the lower surface of the tungsten layer (W), the tungsten layer is formed by plasma etching using a process gas containing an oxygen-containing gas. By including the oxidation treatment step (S3) for treating (W), an oxide of tungsten is formed on the sidewall 11 of the tungsten layer (W). Since the tungsten oxide acts as a protective film, etching of the tungsten layer W in the transverse direction can be suppressed. Thereby, it becomes possible to prevent the width of the upper end portion of the tungsten layer W from becoming thin.

또한, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에서는, 플라즈마 처리 장치(10)가, 처리 용기(12) 내에 배치되는 상부 전극(30)과, 상부 전극(30)에 대하여 대향하여 배치되는 하부 전극을 구성하는 베이스(16)와, 베이스(16)에 플라즈마 생성용의 제1 고주파 전력을 공급하는 제1 고주파 전원(62)과, 베이스(16)에 고주파 바이어스를 인가하고, 피처리체(X)에 이온을 인입하기 위한 제2 고주파 전력을 공급하는 제2 고주파 전원(64)을 구비하고, 산화 처리 공정(S3)에서는, 제2 고주파 전원(64)으로부터 베이스(16)에 전력이 공급되지 않게 되어 있다. 이 때문에, 텅스텐층(W)의 측벽(11)이 산화에 의해 현저하게 변질되는 것을 억제하면서, 텅스텐층(W)의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있다. 또한, 산화 처리 공정(S3)에 있어서 제2 고주파 전력을 공급하지 않음으로써, 텅스텐층(W)의 측벽(11)이 산화에 의해 현저하게 변질되는 것을 억제할 수 있는 효과에 대해서는, 후술하는 실시예에서 설명한다.In addition, in the plasma processing method according to the embodiment, the plasma processing apparatus 10 comprises an upper electrode 30 disposed in the processing container 12 and a lower electrode disposed opposite to the upper electrode 30. The base 16 to be processed, the first high-frequency power source 62 for supplying the first high-frequency power for plasma generation to the base 16, and the base 16 are applied with a high-frequency bias, and ions are applied to the object to be processed (X). A second high frequency power supply 64 that supplies a second high frequency power for drawing in is provided, and power is not supplied from the second high frequency power source 64 to the base 16 in the oxidation treatment step S3. . For this reason, it is possible to suppress the etching of the tungsten layer W in the transverse direction while suppressing the remarkable deterioration of the sidewall 11 of the tungsten layer W due to oxidation. In addition, the effect of suppressing remarkable deterioration of the sidewall 11 of the tungsten layer W due to oxidation by not supplying the second high frequency power in the oxidation treatment step S3 will be described later. Explained in an example.

또한, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에서의 산화 처리 공정(S3)에서는, 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)보다 처리 공간(S)의 압력이 높게 되어 있다. 이 때문에, 텅스텐층(W)의 측벽(11)이 산화에 의해 현저하게 변질되는 것을 억제하면서, 텅스텐층(W)의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있다. 또한, 산화 처리 공정(S3)에 있어서 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)보다 처리 공간(S)의 압력을 높게 함으로써, 텅스텐층(W)의 측벽(11)이 산화에 의해 현저하게 변질되는 것을 억제할 수 있는 효과에 대해서는, 후술하는 실시예에서 설명한다.In addition, in the oxidation treatment step S3 in the plasma treatment method according to the embodiment, the pressure of the processing space S is higher than that of the first etching step S2 and the second etching step S4. For this reason, it is possible to suppress the etching of the tungsten layer W in the transverse direction while suppressing the remarkable deterioration of the sidewall 11 of the tungsten layer W due to oxidation. In addition, by increasing the pressure in the processing space S than in the first etching step S2 and the second etching step S4 in the oxidation treatment step S3, the sidewall 11 of the tungsten layer W is prevented from oxidation. The effect of suppressing remarkable deterioration by this will be described in Examples to be described later.

또한, 일 실시형태에 따른 플라즈마 처리 방법에 있어서의 산화 처리 공정(S3)에서는, 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)보다 처리 시간이 짧게 되어 있다. 이 때문에, 필요 이상으로 시간을 들여 처리하지 않아도 되어, 생산 효율을 높일 수 있다. 또한, 산화 처리 공정(S3)에 있어서 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)보다 처리 시간을 짧게 할 수 있는 것에 대해서는, 후술하는 실시예에서 설명한다.In addition, in the oxidation treatment step S3 in the plasma treatment method according to the embodiment, the processing time is shorter than that of the first etching step S2 and the second etching step S4. For this reason, it is not necessary to take more time than necessary to process it, and production efficiency can be improved. In addition, in the oxidation treatment step S3, the processing time which can be made shorter than the 1st etching process S2 and the 2nd etching process S4 is demonstrated in the Example mentioned later.

이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 각 청구항에 기재한 요지를 변경하지 않는 범위에서 변형하고, 또는 다른 것에 적용한 것이어도 좋다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments, and may be modified or applied to others within the scope of not changing the subject matter described in each claim.

예컨대, 전술한 실시형태에서는, 하부 전극을 구성하는 베이스(16)에 2개의 고주파 전원이 접속되어 있지만, 베이스(16)와 상부 전극(30) 중 한쪽에 제1 고주파 전원이 접속되고, 다른쪽에 제2 고주파 전원이 접속되어 있어도 좋다.For example, in the above-described embodiment, two high-frequency power sources are connected to the base 16 constituting the lower electrode, but the first high-frequency power source is connected to one of the base 16 and the upper electrode 30, and the other A second high frequency power supply may be connected.

[실시예][Example]

이하, 상기 효과를 설명하기 위해 본 발명자가 실시한 실시예에 대해서 기술하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것이 아니다.Hereinafter, examples implemented by the present inventors will be described to explain the above effects, but the present invention is not limited to the following examples.

[산화 처리 공정(S3)을 추가한 것에 따른 효과의 확인][Confirmation of the effect of adding the oxidation treatment process (S3)]

실시예 1에서는, 도 1에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)에 의해, 도 2에 나타내는 에칭 공정에 의해 플라즈마 처리를 행하였다. 실시예 1의 공정 S2∼S4는, 이하에 나타내는 처리 조건으로 하였다.In Example 1, plasma treatment was performed by the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 by the etching process shown in FIG. 2. Steps S2 to S4 of Example 1 were set as the treatment conditions shown below.

[실시예 1의 제1 에칭 공정(S2)][First Etching Step (S2) of Example 1]

처리 공간(S)의 압력: 5 mTorr(0.667 ㎩)Pressure in processing space (S): 5 mTorr (0.667 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 100 WPower of the first high frequency power supply 62: 100 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 200 WPower of the second high frequency power supply 64: 200 W

제1 처리 가스의 유량Flow rate of the first processing gas

NF3 가스: 20 sccm∼30 sccmNF 3 gas: 20 sccm to 30 sccm

Ar 가스: 80 sccm∼100 sccmAr gas: 80 sccm to 100 sccm

O2 가스: 30 sccm∼50 sccmO 2 gas: 30 sccm∼50 sccm

처리 시간: 60초Processing time: 60 seconds

[실시예 1의 산화 처리 공정(S3)][Oxidation treatment step (S3) of Example 1]

처리 공간(S)의 압력: 200 mTorr(26.7 ㎩)Pressure in processing space (S): 200 mTorr (26.7 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 200 WPower of the first high frequency power supply 62: 200 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 0 WPower of the second high frequency power supply 64: 0 W

제2 처리 가스의 유량Flow rate of the second processing gas

O2 가스: 500 sccmO 2 gas: 500 sccm

처리 시간: 10초Processing time: 10 seconds

[실시예 1의 제2 에칭 공정(S4)][Second etching step (S4) of Example 1]

처리 공간(S)의 압력: 10 mTorr(1.33 ㎩)Pressure of processing space (S): 10 mTorr (1.33 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 100 WPower of the first high frequency power supply 62: 100 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 200 WPower of the second high frequency power supply 64: 200 W

제3 처리 가스의 유량Flow rate of the third processing gas

NF3 가스: 4 sccm∼6 sccmNF 3 gas: 4 sccm to 6 sccm

Ar 가스: 100 sccm∼120 sccmAr gas: 100 sccm∼120 sccm

O2 가스: 30 sccm∼50 sccmO 2 gas: 30 sccm∼50 sccm

처리 시간: 30초Processing time: 30 seconds

비교예 1에서는, 도 2에 나타내는 에칭 공정 중, 산화 처리 공정(S3)을 행하지 않았다. 즉, 비교예 1에서는, 제1 에칭 공정(S2) 후, 산화 처리 공정(S3)을 거치지 않고 제2 에칭 공정(S4)으로 진행하는 공정에 따라 플라즈마 처리를 행하였다.In Comparative Example 1, the oxidation treatment step (S3) was not performed during the etching step shown in FIG. 2. That is, in Comparative Example 1, after the first etching step (S2), plasma treatment was performed according to the step of proceeding to the second etching step (S4) without going through the oxidation treatment step (S3).

상기 공정에 의해 얻어진 실시예 1 및 비교예 1의 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하고, 텅스텐층(W)의 형상을 확인하였다. 여기서는, 피처리체(X)의 중앙부(Center) 및 단부(Edge)에 형성된 텅스텐층(W)의 형상을 각각 확인하였다. 측정 결과를 도 5에 나타낸다. 도 5는 비교예 1 및 실시예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후의 텅스텐층(W)의 형상을 비교하는 표이다. 도 5의 제1∼제3 열은 각각 도 2에 나타내는 제1 에칭 공정(S2)을 행한 후의 결과, 비교예 1을 행한 후의 결과[도 4의 (a)에 대응] 및 실시예 1을 행한 후의 결과[도 4의 (b)에 대응]를 나타내고 있다. 도 5에서는, 텅스텐층(W)의 형상에 관한 지표로서, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭(Top CD)을 이용하고 있다. 이 지표에 대해서, 도 6을 참조하여 설명한다.The cross-sections of Example 1 and Comparative Example 1 obtained by the above process were observed with a scanning electron microscope (SEM), and the shape of the tungsten layer (W) was confirmed. Here, the shapes of the tungsten layer W formed in the center and the edge of the object to be processed X were respectively confirmed. Fig. 5 shows the measurement results. 5 is a table comparing the shapes of the tungsten layer W after plasma treatment in Comparative Example 1 and Example 1. FIG. The first to third columns of Fig. 5 are the results after performing the first etching step (S2) shown in Fig. 2, the results after performing the comparative example 1 (corresponding to Fig. 4(a)) and the example 1 The following result [corresponds to Fig. 4(b)] is shown. In FIG. 5, as an index regarding the shape of the tungsten layer W, the width (Top CD) of the upper end portion of the tungsten layer W is used. This index will be described with reference to FIG. 6.

도 6은 텅스텐층(W)의 형상에 관한 지표를 설명하는 도면이다. 도 6은 텅스텐층(W)의 상단부의 폭에 관한 지표를 나타내고 있다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭(Top CD)은, 텅스텐층(W)의 SiN층(7)과 접하는 쪽의 단부에 있어서의 가로 방향의 폭이다.6 is a diagram for explaining an index relating to the shape of the tungsten layer W. 6 shows an index related to the width of the upper end of the tungsten layer W. As shown in FIG. 6, the width (Top CD) of the upper end portion of the tungsten layer W is the width in the transverse direction at the end of the tungsten layer W in contact with the SiN layer 7.

재차 도 5로 되돌아가서, 비교예 1 및 실시예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후의 텅스텐층(W)의 형상에 대해서 설명한다. 이하, 텅스텐층(W)의 하단부와 비교하여, 보다 오차가 적은 피처리체(X)의 중앙부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭을 비교 대상으로 하였다. 또한, 텅스텐층(W)의 하단부는 둥그스름한 모양을 하고 있기 때문에, 그 값에 변동이 생기기 쉽다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 피처리체(X)의 중앙부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭은, 제1 에칭 공정(S2)을 행한 후는 16.4[㎚]였다. 이에 비해, 비교예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후는, 14.0[㎚]이었다. 따라서, 비교예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후는, 제1 에칭 공정(S2) 후와 비교하여, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 2.4[㎚] 작아졌다. 한편, 실시예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후는, 텅스텐층(W)의 폭이 16.1[㎚]이었다. 따라서, 실시예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후는, 제1 에칭 공정(S2) 후와 비교하여, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 0.3[㎚] 작아졌다. 이상으로부터, 실시예 1 쪽은 비교예 1보다, 피처리체(X)의 중앙부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 가늘어지지 않았다.Returning to FIG. 5 again, the shape of the tungsten layer W after plasma treatment in Comparative Example 1 and Example 1 will be described. Hereinafter, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the center portion of the target object X with less error compared to the lower end portion of the tungsten layer W was used as a comparison object. Further, since the lower end of the tungsten layer W has a rounded shape, fluctuations in its value are likely to occur. As shown in FIG. 5, the width of the upper end of the tungsten layer W in the central portion of the object to be processed X was 16.4 [nm] after performing the first etching step S2. In contrast, after the plasma treatment in Comparative Example 1, it was 14.0 [nm]. Therefore, after the plasma treatment in Comparative Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W was reduced by 2.4 [nm] compared to after the first etching step S2. On the other hand, after the plasma treatment in Example 1, the width of the tungsten layer W was 16.1 [nm]. Accordingly, after the plasma treatment in Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W was reduced by 0.3 [nm] compared to after the first etching step S2. From the above, in Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the central portion of the object to be processed X was not thinner than in Comparative Example 1.

동일하게 하여, 피처리체(X)의 단부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭을 비교한다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 피처리체(X)의 단부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭은, 제1 에칭 공정(S2)을 행한 후는 16.8[㎚]이었다. 이에 비해, 비교예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후는, 14.4[㎚]였다. 따라서, 비교예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후는, 제1 에칭 공정(S2) 후와 비교하여, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 2.4[㎚] 작아졌다. 한편, 실시예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후는, 텅스텐층(W)의 폭이 16.3[㎚]이었다. 따라서, 실시예 1에 있어서의 플라즈마 처리 후는, 제1 에칭 공정(S2) 후와 비교하여, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 0.5[㎚] 작아졌다. 이상으로부터, 실시예 1 쪽은 비교예 1보다, 피처리체(X)의 단부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭이 가늘어지지 않았다.Similarly, the width of the upper end of the tungsten layer W at the end of the object X is compared. As shown in FIG. 5, the width of the upper end of the tungsten layer W at the end of the object to be processed X was 16.8 [nm] after performing the first etching step S2. In contrast, after the plasma treatment in Comparative Example 1, it was 14.4 [nm]. Therefore, after the plasma treatment in Comparative Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W was reduced by 2.4 [nm] compared to after the first etching step S2. On the other hand, after the plasma treatment in Example 1, the width of the tungsten layer W was 16.3 [nm]. Therefore, after the plasma treatment in Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W was reduced by 0.5 [nm] compared to after the first etching step S2. From the above, in Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the end portion of the object to be processed X was not thinner than in Comparative Example 1.

이상, 메인 에칭 공정[제1 에칭 공정(S2)]과 오버 에칭 공정[제2 에칭 공정(S4)] 사이에, 애싱 공정[산화 처리 공정(S3)]을 행함으로써, 텅스텐층(W)의 상단부의 폭의 감소를 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 또한, 상기 효과는 피처리체(X)의 중앙부 및 단부에 있어서 동일하며, 텅스텐층(W)의 형성 위치에 의존하는 일없이 나타나는 것이 확인되었다.As described above, by performing an ashing process [oxidation process (S3)] between the main etching process (first etching process (S2)) and the over etching process (second etching process (S4)), the tungsten layer (W) is It was confirmed that the reduction in the width of the upper part can be suppressed. In addition, it was confirmed that the above effect is the same at the center portion and the end portion of the object to be processed X, and does not depend on the formation position of the tungsten layer W.

[산화 처리 공정(S3)의 처리 조건의 최적화][Optimization of treatment conditions in the oxidation treatment step (S3)]

[산화 처리 공정(S3)의 압력][Pressure of oxidation treatment process (S3)]

산화 처리 공정(S3)의 압력이 텅스텐층(W)의 형상에 영향을 끼치는지의 여부를 검증하였다. 실시예 2는 실시예 1과 동일한 처리 조건으로 하였다. 실시예 3 및 4는 산화 처리 공정(S3)만, 실시예 2와 상이한 처리 조건으로 하며, 그 외의 조건은 실시예 2와 동일하게 하였다. 실시예 3 및 실시예 4의 산화 처리 공정(S3)은, 각각 이하에 나타내는 처리 조건으로 하였다.It was verified whether the pressure of the oxidation treatment step S3 affects the shape of the tungsten layer W. Example 2 was made into the same processing conditions as Example 1. In Examples 3 and 4, only the oxidation treatment step (S3) was used, and the treatment conditions were different from those of Example 2, and other conditions were the same as those of Example 2. The oxidation treatment process (S3) of Example 3 and Example 4 was set to the treatment conditions shown below, respectively.

[실시예 3의 산화 처리 공정(S3)][Oxidation treatment step (S3) of Example 3]

처리 공간(S)의 압력: 20 mTorr(2.67 ㎩)Pressure in processing space (S): 20 mTorr (2.67 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 200 WPower of the first high frequency power supply 62: 200 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 0 WPower of the second high frequency power supply 64: 0 W

제2 처리 가스의 유량Flow rate of the second processing gas

O2 가스: 500 sccmO 2 gas: 500 sccm

처리 시간: 10초Processing time: 10 seconds

[실시예 4의 산화 처리 공정(S3)][Oxidation treatment step (S3) of Example 4]

처리 공간(S)의 압력: 10 mTorr(1.33 ㎩)Pressure of processing space (S): 10 mTorr (1.33 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 200 WPower of the first high frequency power supply 62: 200 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 0 WPower of the second high frequency power supply 64: 0 W

제2 처리 가스의 유량Flow rate of the second processing gas

O2 가스: 500 sccmO 2 gas: 500 sccm

처리 시간: 10초Processing time: 10 seconds

즉, 실시예 3 및 실시예 4는 실시예 2보다 산화 처리 공정(S3)의 처리 공간(S)의 압력을 낮게 하였다.That is, in Examples 3 and 4, the pressure in the processing space S in the oxidation treatment process S3 was lower than in Example 2.

실시예 2∼4의 단면을 SEM으로 관찰하고, 텅스텐층(W)의 형상을 확인하였다. 여기서는, 피처리체(X)의 중앙부 및 단부에 형성된 텅스텐층(W)의 형상을 각각 확인하였다. 측정 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7은 실시예 2∼6에서 측정된 텅스텐층의 형상을 비교하는 표이다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 피처리체(X)의 중앙부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭은, 처리 공간(S)의 압력이 200 mTorr인 실시예 2에서는 13.6[㎚]이었다. 한편, 처리 공간(S)의 압력이 20 mTorr인 실시예 3에서는 14.2[㎚], 처리 공간(S)의 압력이 10 mTorr인 실시예 4에서는 14.5[㎚]였다. 동일하게 하여, 피처리체(X)의 단부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭은, 처리 공간(S)의 압력이 200 mTorr인 실시예 2에서는 13.4[㎚]였다. 한편, 처리 공간(S)의 압력이 20 mTorr인 실시예 3에서는 14.1[㎚], 처리 공간(S)의 압력이 10 mTorr인 실시예 4에서는 14.2[㎚]였다. 따라서, 처리 공간(S)의 압력을 낮게 한 쪽은 텅스텐층(W)의 상단부가 가늘어지지 않았다. 여기서, SEM의 반사 전자상(像)을 이용하여 조성을 상세하게 분석하였다. 그 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8은 실시예 4 및 실시예 6에 있어서 텅스텐층의 측벽이 지나치게 산화된 것을 나타내는 개략 단면도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 처리 공간(S)의 압력을 10 mTorr로 한 실시예 4에 있어서는, 실시예 2, 3에 비해서 텅스텐층(W)의 측벽(11)이 보다 산화된 것이 확인되었다. 이것은, 처리 공간(S)의 압력을 낮게 함으로써 에칭의 이방성이 높아지며, 처리 가스로서의 O2가 보다 깊은 위치까지 도달함으로써 텅스텐층(W)의 측벽(11)에 닿기 쉬워져, 산화가 진행되기 때문이라고 생각된다. 이와 같이 텅스텐층(W)의 측벽(11)의 산화가 현저해지면, 텅스텐층(W) 자체의 폭이 감소해 버리기 때문에, 설계값대로의 디바이스가 될 수 없게 되어 바람직하지 못하다. 따라서, 산화 처리 공정(S3)에서의 처리 공간(S)의 압력을 10 mTorr보다 높게 해 둘 필요가 있다. 여기서, 일반적으로, 에칭 공정은 10 mTorr 이하의 저압에서 행해지기 때문에, 산화 처리 공정(S3)에서의 처리 공간(S)의 압력은, 제1 에칭 공정(S2)에서의 처리 공간(S)의 압력 5 mTorr 및 제2 에칭 공정(S4)에서의 처리 공간(S)의 압력 10 mTorr보다 높게 해 둘 필요가 있다. 이상으로부터, 산화 처리 공정(S3)에서의 처리 공간(S)의 압력을, 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)에서의 처리 공간(S)의 압력보다 높게 해 둠으로써, 텅스텐층(W)의 측벽(11)이 산화에 의해 현저하게 변질되는 것을 억제하면서, 텅스텐층(W)의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.The cross-sections of Examples 2 to 4 were observed by SEM, and the shape of the tungsten layer (W) was confirmed. Here, the shapes of the tungsten layer W formed on the central portion and the end portion of the object to be processed X were confirmed, respectively. Fig. 7 shows the measurement results. 7 is a table comparing the shapes of tungsten layers measured in Examples 2 to 6. As shown in FIG. 7, the width of the upper end of the tungsten layer W in the central portion of the object X was 13.6 [nm] in Example 2 in which the pressure in the processing space S was 200 mTorr. On the other hand, in Example 3 where the pressure of the processing space S was 20 mTorr, it was 14.2 [nm], and in Example 4 where the pressure of the processing space S was 10 mTorr, it was 14.5 [nm]. Similarly, the width of the upper end of the tungsten layer W at the end of the object X was 13.4 [nm] in Example 2 in which the pressure of the processing space S was 200 mTorr. On the other hand, in Example 3 where the pressure of the processing space S is 20 mTorr, it was 14.1 [nm], and in Example 4 in which the pressure of the processing space S is 10 mTorr, it was 14.2 [nm]. Therefore, in the case where the pressure in the processing space S was lowered, the upper end portion of the tungsten layer W was not thinned. Here, the composition was analyzed in detail using the reflection electron image of the SEM. The results are shown in FIG. 8. 8 is a schematic cross-sectional view showing that the sidewalls of the tungsten layer are excessively oxidized in Examples 4 and 6; As shown in FIG. 8, in Example 4 in which the pressure of the processing space S was 10 mTorr, it was confirmed that the sidewall 11 of the tungsten layer W was more oxidized compared to Examples 2 and 3. This is because the anisotropy of etching is increased by lowering the pressure of the processing space S, and when O 2 as the processing gas reaches a deeper position, it is easy to reach the side wall 11 of the tungsten layer W, and oxidation proceeds. I think it is. When the oxidation of the sidewall 11 of the tungsten layer W becomes remarkable in this way, the width of the tungsten layer W itself decreases, and thus the device cannot be obtained as the design value, which is not preferable. Therefore, it is necessary to set the pressure of the processing space S in the oxidation treatment step S3 higher than 10 mTorr. Here, generally, since the etching process is performed at a low pressure of 10 mTorr or less, the pressure of the processing space S in the oxidation process S3 is the pressure of the processing space S in the first etching process S2. It is necessary to set the pressure higher than 5 mTorr and the pressure of the processing space S in the second etching step S4 of 10 mTorr. From the above, by making the pressure of the processing space S in the oxidation treatment step S3 higher than the pressure of the processing space S in the first etching step S2 and the second etching step S4, It was confirmed that etching of the tungsten layer W in the transverse direction can be suppressed while suppressing the remarkable deterioration of the sidewall 11 of the tungsten layer W due to oxidation.

[산화 처리 공정(S3)의 처리 시간][Treatment time of oxidation treatment step (S3)]

산화 처리 공정(S3)의 처리 시간이 텅스텐층(W)의 형상에 영향을 끼치는지의 여부를 검증하였다. 실시예 5는 산화 처리 공정(S3)만 실시예 2와 상이한 처리 조건으로 하고, 그 외의 조건은 실시예 2와 동일하게 하였다. 실시예 5의 산화 처리 공정(S3)은, 이하에 나타내는 처리 조건으로 하였다.It was verified whether or not the treatment time of the oxidation treatment step (S3) affects the shape of the tungsten layer (W). In Example 5, only the oxidation treatment step (S3) was used as a treatment condition different from that in Example 2, and other conditions were the same as in Example 2. The oxidation treatment step (S3) of Example 5 was set as the treatment conditions shown below.

[실시예 5의 산화 처리 공정(S3)][Oxidation treatment step (S3) of Example 5]

처리 공간(S)의 압력: 200 mTorr(26.7 ㎩)Pressure in processing space (S): 200 mTorr (26.7 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 200 WPower of the first high frequency power supply 62: 200 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 0 WPower of the second high frequency power supply 64: 0 W

제2 처리 가스의 유량Flow rate of the second processing gas

O2 가스: 500 sccmO 2 gas: 500 sccm

처리 시간: 20초Processing time: 20 seconds

즉, 실시예 5에서는, 실시예 2보다 산화 처리 공정(S3)의 처리 시간을 길게하였다.That is, in Example 5, the processing time of the oxidation treatment step (S3) was made longer than Example 2.

실시예 5의 단면을 SEM으로 관찰하고, 텅스텐층(W)의 형상을 확인하였다. 여기서는, 피처리체(X)의 중앙부 및 단부에 형성된 텅스텐층(W)의 형상을 각각 확인하였다. 측정 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 피처리체(X)의 중앙부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭은, 처리 시간이 10초인 실시예 2에서는 13.6[㎚]이었다. 한편, 처리 시간이 20초인 실시예 5에서는 13.3[㎚]이었다. 마찬가지로, 피처리체(X)의 단부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭은, 처리 시간이 10초인 실시예 2에서는 13.4[㎚]였다. 한편, 처리 시간이 20초인 실시예 5에서는 14.2[㎚]였다. 따라서, 처리 시간이 10초여도 20초여도 동일하게 텅스텐층의 상단부가 가늘어지지 않았다. 즉, 일반적인 에칭 공정에 있어서의 처리 시간보다 짧은 10초여도 20초여도 충분히 효과가 얻어졌다. 따라서, 작업 처리량의 관점에서, 필요 이상으로 시간을 들여 처리하기보다, 제1 에칭 공정(S2) 및 제2 에칭 공정(S4)에 있어서의 처리 시간보다 짧은 시간으로 처리함으로써, 생산 효율을 높일 수 있는 것이 확인되었다.The cross section of Example 5 was observed by SEM, and the shape of the tungsten layer (W) was confirmed. Here, the shapes of the tungsten layer W formed on the central portion and the end portion of the object to be processed X were confirmed, respectively. Fig. 7 shows the measurement results. As shown in FIG. 7, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the central portion of the object to be processed X was 13.6 [nm] in Example 2 in which the processing time was 10 seconds. On the other hand, in Example 5 in which the treatment time was 20 seconds, it was 13.3 [nm]. Similarly, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the end of the object to be processed X was 13.4 [nm] in Example 2 in which the processing time was 10 seconds. On the other hand, in Example 5 in which the treatment time was 20 seconds, it was 14.2 [nm]. Accordingly, even if the treatment time was 10 seconds or 20 seconds, the upper end portion of the tungsten layer did not become thinner. That is, even if it is 10 seconds or 20 seconds shorter than the processing time in a general etching process, a sufficient effect was obtained. Therefore, from the viewpoint of the throughput, production efficiency can be improved by treating with a shorter time than the treatment time in the first etching step (S2) and the second etching step (S4), rather than taking more time than necessary. It was confirmed that there is.

[산화 처리 공정(S3)의 인가 전력][Applied power in the oxidation treatment step (S3)]

산화 처리 공정(S3)의 인가 전력이 텅스텐층(W)의 형상에 영향을 끼치는지의 여부를 검증하였다. 실시예 6은 산화 처리 공정(S3)만 실시예 2와 상이한 처리 조건으로 하고, 그 외의 조건은 실시예 2와 동일하게 하였다. 실시예 6의 산화 처리 공정(S3)은, 이하에 나타내는 처리 조건으로 하였다.It was verified whether or not the power applied in the oxidation treatment step S3 affects the shape of the tungsten layer W. In Example 6, only the oxidation treatment step (S3) was set to be different treatment conditions from Example 2, and other conditions were the same as in Example 2. The oxidation treatment step (S3) of Example 6 was set as the treatment conditions shown below.

[실시예 6의 산화 처리 공정(S3)][Oxidation treatment step (S3) of Example 6]

처리 공간(S)의 압력: 200 mTorr(26.7 ㎩)Pressure in processing space (S): 200 mTorr (26.7 Pa)

제1 고주파 전원(62)의 전력: 200 WPower of the first high frequency power supply 62: 200 W

제2 고주파 전원(64)의 전력: 100 WPower of the second high frequency power supply 64: 100 W

제2 처리 가스의 유량Flow rate of the second processing gas

O2 가스: 500 sccmO 2 gas: 500 sccm

처리 시간: 10초Processing time: 10 seconds

즉, 실시예 6에서는, 제2 고주파 전력(이온 인입용 바이어스)을 공급하였다.That is, in Example 6, the second high-frequency electric power (ion intake bias) was supplied.

실시예 6의 단면을 SEM으로 관찰하고, 텅스텐층(W)의 형상을 확인하였다. 여기서는, 피처리체(X)의 중앙부 및 단부에 형성된 텅스텐층(W)의 형상을 각각 확인하였다. 측정 결과를 도 7에 나타낸다. 도 7에 나타내는 바와 같이, 피처리체(X)의 중앙부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭은, 제2 고주파 전력을 공급하지 않는 실시예 2에서는 13.6[㎚]이었다. 한편, 제2 고주파 전력을 100 W로 한 실시예 6에서는 14.7[㎚]이었다. 마찬가지로, 피처리체(X)의 단부에 있어서의 텅스텐층(W)의 상단부의 폭은, 제2 고주파 전력을 공급하지 않는 실시예 2에서는 13.4[㎚]였다. 한편, 제2 고주파 전력을 100 W로 한 실시예 6에서는 16.6[㎚]이었다. 따라서, 제2 고주파 전력을 공급한 쪽은 텅스텐층(W)의 상단부가 가늘어지지 않았다. 여기서, SEM의 반사 전자상을 이용하여 조성을 상세하게 분석하였다. 그 결과, 제2 고주파 전력을 공급한 실시예 6에서는, 도 8에 나타내는 바와 같이 실시예 2에 비해서 텅스텐층(W)의 측벽(11)이 보다 산화된 것이 확인되었다. 이것은, 제2 고주파 전력을 공급함으로써 에칭의 이방성이 높아지며, 처리 가스로서의 O2가 보다 깊은 위치까지 도달함으로써 텅스텐층(W)의 측벽(11)에 닿기 쉬워져, 산화가 진행되기 때문이라고 생각된다. 실시예 4와 마찬가지로, 이와 같이 텅스텐층(W)의 측벽(11)의 산화가 현저해지면, 텅스텐층(W) 자체의 폭이 감소해 버리기 때문에, 설계값대로의 디바이스가 될 수 없게 되어 바람직하지 못하다. 따라서, 산화 처리 공정(S3)에 있어서의 제2 고주파 전력을 공급하지 않는 것이 필요하다. 따라서, 산화 처리 공정(S3)에 있어서의 제2 고주파 전력을 공급하지 않음으로써, 텅스텐층(W)의 측벽(11)이 산화에 의해 현저하게 변질되는 것을 억제하면서, 텅스텐층(W)의 가로 방향의 에칭을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.The cross section of Example 6 was observed by SEM, and the shape of the tungsten layer (W) was confirmed. Here, the shapes of the tungsten layer W formed on the central portion and the end portion of the object to be processed X were confirmed, respectively. Fig. 7 shows the measurement results. As shown in Fig. 7, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the central portion of the object to be processed X was 13.6 [nm] in Example 2 in which the second high frequency power was not supplied. On the other hand, it was 14.7 [nm] in Example 6 in which the second high frequency power was 100 W. Similarly, the width of the upper end of the tungsten layer W at the end of the object to be processed X was 13.4 [nm] in Example 2 in which the second high frequency power was not supplied. On the other hand, it was 16.6 [nm] in Example 6 in which the second high frequency power was 100 W. Therefore, the upper end portion of the tungsten layer W did not become thinner on the side to which the second high frequency power was supplied. Here, the composition was analyzed in detail using the reflective electron image of SEM. As a result, in Example 6 to which the second high-frequency power was supplied, it was confirmed that the sidewall 11 of the tungsten layer W was more oxidized than in Example 2, as shown in FIG. 8. This is thought to be because the anisotropy of etching increases by supplying the second high-frequency power, and when O 2 as the processing gas reaches a deeper position, it becomes easier to reach the side wall 11 of the tungsten layer W, and oxidation proceeds. . As in Example 4, when the oxidation of the sidewall 11 of the tungsten layer W becomes remarkable in this way, the width of the tungsten layer W itself decreases, and thus the device cannot be obtained as the design value, which is not preferable. Can not do it. Therefore, it is necessary not to supply the second high-frequency power in the oxidation treatment step (S3). Therefore, by not supplying the second high-frequency power in the oxidation treatment step (S3), the sidewall 11 of the tungsten layer W is suppressed from being significantly deteriorated by oxidation, while It was confirmed that directional etching can be suppressed.

1…마스크층 10…플라즈마 처리 장치
12…처리 용기 16…베이스(제2 전극)
30…상부 전극(제1 전극) 34a…가스 토출 구멍
36a…가스 확산실 36b…가스 통류 구멍
38…가스 공급관 40a∼40d…가스원
42a∼42d…밸브 43…분할기
44a∼44d…MFC(가스 공급부) 62…제1 고주파 전원(제1 전원부)
64…제2 고주파 전원(제2 전원부) S…처리 공간
P…폴리실리콘층 W…텅스텐층
WN…배리어 메탈층 S2…제1 에칭 공정(제1 공정)
S3…산화 처리 공정(제2 공정) S4…제2 에칭 공정(제3 공정)One… Mask layer 10... Plasma processing equipment
12... Processing container 16... Base (second electrode)
30... Upper electrode (first electrode) 34a... Gas discharge hole
36a... Gas diffusion chamber 36b... Gas through hole
38... Gas supply pipe 40a to 40d... Gas source
42a~42d... Valve 43... divider
44a~44d... MFC (gas supply) 62... First high frequency power supply (first power supply)
64... 2nd high frequency power supply (2nd power supply part) S... Processing space
P… Polysilicon layer W… Tungsten layer
WN... Barrier metal layer S2... 1st etching process (1st process)
S3... Oxidation treatment process (2nd process) S4... 2nd etching process (third process)

Claims (8)

플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획하는 처리 용기 및 상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부를 갖는 플라즈마 처리 장치를 이용하여, 폴리실리콘층 위에 형성된 텅스텐층을, 마스크층을 통해 에칭하고, 상기 텅스텐층을 정해진 패턴으로 패터닝하는 플라즈마 처리 방법으로서,
불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 상기 텅스텐층을 상기 텅스텐층의 상면으로부터 상기 텅스텐층의 하면에 이르기 전까지 에칭하는 제1 공정과,
산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 상기 텅스텐층을 처리하는 제2 공정과,
불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 상기 텅스텐층을 상기 텅스텐층의 하면에 이를 때까지 에칭하는 제3 공정
을 포함하고,
상기 플라즈마 처리 장치는, 상기 처리 용기 내에 배치되는 제1 전극과, 상기 제1 전극에 대하여 대향하여 배치되는 제2 전극과, 상기 제2 전극에 제1 주파수의 전력을 공급하는 제1 전원부와, 상기 제2 전극에 제2 주파수의 전력을 공급하는 제2 전원부를 구비하고, 상기 제2 공정에서는, 상기 제1 전원부로부터 상기 제2 전극에 전력이 공급됨과 동시에 상기 제2 전원부로부터 상기 제2 전극에 전력이 공급되지 않고, 또한 상기 제1 공정 및 상기 제3 공정보다 상기 처리 공간의 압력이 높은 것인, 플라즈마 처리 방법.A tungsten layer formed on the polysilicon layer is etched through a mask layer using a plasma processing apparatus having a processing container partitioning a processing space in which plasma is generated and a gas supply unit supplying a processing gas in the processing space, and the tungsten As a plasma processing method for patterning a layer in a predetermined pattern,
A first step of supplying a processing gas containing a fluorine-containing gas to the processing container, generating plasma, and etching the tungsten layer from the upper surface of the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer;
A second step of supplying a processing gas containing an oxygen-containing gas to the processing container, generating plasma, and treating the tungsten layer;
A third step of supplying a processing gas containing a fluorine-containing gas to the processing container, generating plasma, and etching the tungsten layer until it reaches the lower surface of the tungsten layer.
Including,
The plasma processing apparatus includes: a first electrode disposed in the processing container; a second electrode disposed opposite to the first electrode; and a first power supply for supplying power of a first frequency to the second electrode; And a second power supply for supplying power of a second frequency to the second electrode, and in the second process, power is supplied from the first power supply to the second electrode and the second electrode from the second power supply The plasma processing method, wherein no power is supplied to the device, and a pressure in the processing space is higher than that of the first step and the third step. 제1항에 있어서, 상기 폴리실리콘층과 상기 텅스텐층 사이에 배리어 메탈층이 형성되고,
상기 제3 공정은 상기 배리어 메탈층을 더욱 에칭하는 것인 플라즈마 처리 방법.The method of claim 1, wherein a barrier metal layer is formed between the polysilicon layer and the tungsten layer,
The third process is a plasma processing method of further etching the barrier metal layer. 삭제delete 삭제delete 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 공정에서는, 상기 제1 공정 및 상기 제3 공정보다 처리 시간이 짧은 것인 플라즈마 처리 방법.The plasma processing method according to claim 1 or 2, wherein in the second step, a processing time is shorter than that in the first step and the third step. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산소 함유 가스는 O2 가스 또는 O3 가스인 것인 플라즈마 처리 방법.The plasma processing method according to claim 1 or 2, wherein the oxygen-containing gas is an O 2 gas or an O 3 gas. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 불소 함유 가스는 NF3 가스, CF4 가스 또는 SF6 가스인 것인 플라즈마 처리 방법.The plasma processing method according to claim 1 or 2, wherein the fluorine-containing gas is NF 3 gas, CF 4 gas, or SF 6 gas. 폴리실리콘층 위에 형성된 텅스텐층을, 마스크층을 통해 에칭하고, 상기 텅스텐층을 정해진 패턴으로 패터닝하는 플라즈마 처리 장치로서,
플라즈마가 생성되는 처리 공간을 구획하는 처리 용기와,
상기 처리 용기 내에 배치되는 제1 전극과,
상기 제1 전극에 대향 배치되는 제2 전극과,
상기 제2 전극에 제1 주파수의 전력을 공급하는 제1 전원부와,
상기 제2 전극에 제2 주파수의 전력을 공급하는 제2 전원부와,
상기 처리 공간 내에 처리 가스를 공급하는 가스 공급부와,
상기 가스 공급부를 제어하는 제어부
를 구비하며,
상기 제어부는,
불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 상기 텅스텐층을 상기 텅스텐층의 상면으로부터 상기 텅스텐층의 하면에 이르기 전까지 에칭하는 제1 공정과,
산소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 상기 텅스텐층을 처리하는 제2 공정과,
불소 함유 가스를 포함하는 처리 가스를 상기 처리 용기에 공급하고, 플라즈마를 발생시켜, 상기 텅스텐층을 상기 텅스텐층의 하면에 이를 때까지 에칭하는 제3 공정을 수행하고,
상기 제2 공정에서는, 상기 제1 전원부로부터 상기 제2 전극에 전력이 공급됨과 동시에 상기 제2 전원부로부터 상기 제2 전극에 전력이 공급되지 않고, 또한 상기 제1 공정 및 상기 제3 공정보다 상기 처리 공간의 압력이 높은 것인, 플라즈마 처리 장치.A plasma processing apparatus for etching a tungsten layer formed on a polysilicon layer through a mask layer and patterning the tungsten layer in a predetermined pattern,
A processing container that partitions a processing space in which plasma is generated;
A first electrode disposed in the processing container,
A second electrode disposed opposite to the first electrode,
A first power supply for supplying power of a first frequency to the second electrode,
A second power supply for supplying power of a second frequency to the second electrode,
A gas supply unit for supplying a processing gas into the processing space;
A control unit that controls the gas supply unit
And,
The control unit,
A first step of supplying a processing gas containing a fluorine-containing gas to the processing container, generating plasma, and etching the tungsten layer from the upper surface of the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer;
A second step of supplying a processing gas containing an oxygen-containing gas to the processing container, generating plasma, and treating the tungsten layer;
A third process of etching the tungsten layer until it reaches the lower surface of the tungsten layer by supplying a processing gas containing a fluorine-containing gas to the processing container, generating plasma, and performing a third process,
In the second process, power is supplied from the first power supply to the second electrode, and power is not supplied from the second power supply to the second electrode, and the processing is performed more than the first and third processes. The plasma processing apparatus that the pressure of the space is high.
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