WO2024117212A1 - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2024117212A1
WO2024117212A1 PCT/JP2023/042868 JP2023042868W WO2024117212A1 WO 2024117212 A1 WO2024117212 A1 WO 2024117212A1 JP 2023042868 W JP2023042868 W JP 2023042868W WO 2024117212 A1 WO2024117212 A1 WO 2024117212A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
silicon
film
etching method
flow rate
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/042868
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
翔太 山崎
裕輔 瀧野
稜 松原
翔 熊倉
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 東京エレクトロン株式会社 filed Critical 東京エレクトロン株式会社
Publication of WO2024117212A1 publication Critical patent/WO2024117212A1/ja

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • An exemplary embodiment of the present disclosure relates to an etching method and a plasma processing apparatus.
  • Patent document 1 discloses a technique for etching silicon-containing films.
  • This disclosure provides a technology that suppresses shape abnormalities caused by etching of silicon films.
  • the etching method includes the steps of: (a) providing a substrate having a silicon film or a silicon-containing conductive film and a mask on the silicon film or the silicon-containing conductive film on a substrate support disposed in a chamber; and (b) supplying a process gas containing a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas into the chamber and generating a plasma from the process gas to etch the silicon film or the silicon-containing conductive film.
  • a technology can be provided that suppresses shape abnormalities caused by etching a silicon film.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a plasma processing system.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a capacitively coupled plasma processing apparatus.
  • 1 is a flowchart illustrating an example of an etching method.
  • 2 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of a substrate W;
  • 1 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of a substrate W being processed in step ST2.
  • FIG. FIG. 1 is a diagram showing the amount of F radicals generated when plasma is generated using various gases.
  • FIG. 1 shows the results of etching a silicon film using PF3 gas and NF3 gas as part of the process gas.
  • an etching method includes the steps of: (a) providing a substrate having a silicon film or a silicon-containing conductive film and a mask on the silicon film or the silicon-containing conductive film on a substrate support disposed in a chamber; and (b) supplying a process gas containing a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas into the chamber and generating a plasma from the process gas to etch the silicon film or the silicon-containing conductive film.
  • the silicon-containing conductive film is a film that includes silicon and germanium or a metal.
  • the mask includes at least one selected from the group consisting of a silicon-containing insulating film, a metal-containing film, and an organic film.
  • the ratio of the flow rate of the phosphorus fluoride gas to the flow rate of the process gas is changed.
  • (b) includes the steps of (b1) etching the silicon film or the silicon-containing conductive film with a first plasma generated from a first process gas containing a phosphorus fluoride gas at a first flow rate ratio, and (b2) etching the silicon film or the silicon-containing conductive film with a second plasma generated from a second process gas that does not contain a phosphorus fluoride gas or contains a phosphorus fluoride gas at a second flow rate ratio that is smaller than the first flow rate ratio.
  • (b1) and (b2) are repeated multiple times.
  • the flow rate of the bromine-containing gas is greater than the flow rate of the fluorinated gas.
  • the flow rate of the bromine-containing gas is greater than or equal to 10% by volume and less than or equal to 99.9% by volume of the process gas flow rate.
  • the flow rate of the phosphorus fluoride gas is greater than or equal to 0.1 volume % and less than or equal to 50 volume % of the flow rate of the treatment gas.
  • the ratio of the flow rate of the bromine-containing gas to the flow rate of the fluorinated phosphorus gas is in the range of 1 to 999.
  • the bromine-containing gas is HBr gas and/or Br2 gas.
  • the fluorinated phosphorus gas is PF3 gas and/or PF5 gas.
  • the oxygen-containing gas is at least one selected from the group consisting of O2 gas, CO gas, and CO2 gas.
  • an etching method includes the steps of: (a) providing a substrate having a silicon film or a silicon-containing conductive film and a mask on the silicon film or the silicon-containing conductive film on a substrate support disposed in a chamber; and (b) supplying a process gas into the chamber, the process gas including a first gas including a first halogen, a second gas including a second halogen and phosphorus, and an oxygen-containing gas, and generating a plasma from the process gas to etch the silicon film or the silicon-containing conductive film.
  • the silicon-containing conductive film is a film that includes silicon and germanium or a metal.
  • step (b) the ratio of the flow rate of the second gas to the flow rate of the process gas is changed.
  • the mask includes at least one selected from the group consisting of a silicon-containing insulating film, a metal-containing film, and an organic film.
  • the mask comprises at least one selected from the group consisting of silicon oxide, SiON, W, WSi, WSiN, WC, TiN, and TiO.
  • the first gas is at least one selected from the group consisting of HBr gas, Br2 gas, and Cl2 gas.
  • the second gas is at least one selected from the group consisting of PF3 gas, PF5 gas, and PCl3 gas.
  • a plasma processing apparatus includes a chamber, a substrate support disposed in the chamber, a plasma generating unit, and a control unit, the control unit being: (a) controlling a substrate having a silicon film or a silicon-containing conductive film and a mask on the silicon film or the silicon-containing conductive film to be provided on a substrate support; (b) supplying a process gas containing a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas into the chamber, and generating plasma from the process gas to etch the silicon film or the silicon-containing conductive film; A plasma processing apparatus is provided.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration example of a plasma processing system.
  • the plasma processing system includes a plasma processing device 1 and a control unit 2.
  • the plasma processing system is an example of a substrate processing system
  • the plasma processing device 1 is an example of a substrate processing device.
  • the plasma processing device 1 includes a plasma processing chamber 10, a substrate support unit 11, and a plasma generation unit 12.
  • the plasma processing chamber 10 has a plasma processing space.
  • the plasma processing chamber 10 also has at least one gas supply port for supplying at least one processing gas to the plasma processing space, and at least one gas exhaust port for exhausting gas from the plasma processing space.
  • the gas supply port is connected to a gas supply unit 20 described later, and the gas exhaust port is connected to an exhaust system 40 described later.
  • the substrate support unit 11 is disposed in the plasma processing space, and has a substrate support surface for supporting a substrate.
  • the plasma generating unit 12 is configured to generate plasma from at least one processing gas supplied into the plasma processing space.
  • the plasma formed in the plasma processing space may be capacitively coupled plasma (CCP), inductively coupled plasma (ICP), ECR plasma (Electron-Cyclotron-resonance plasma), Helicon wave excited plasma (HWP: Helicon Wave Plasma), or surface wave plasma (SWP: Surface Wave Plasma), etc.
  • various types of plasma generating units may be used, including an AC (Alternating Current) plasma generating unit and a DC (Direct Current) plasma generating unit.
  • the AC signal (AC power) used in the AC plasma generation unit has a frequency in the range of 100 kHz to 10 GHz.
  • the AC signal includes an RF (Radio Frequency) signal and a microwave signal.
  • the RF signal has a frequency in the range of 100 kHz to 150 MHz.
  • the control unit 2 processes computer-executable instructions that cause the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described in this disclosure.
  • the control unit 2 may be configured to control each element of the plasma processing apparatus 1 to perform the various steps described herein. In one embodiment, a part or all of the control unit 2 may be included in the plasma processing apparatus 1.
  • the control unit 2 may include, for example, a computer 2a.
  • the computer 2a may include, for example, a processing unit (CPU: Central Processing Unit) 2a1, a storage unit 2a2, and a communication interface 2a3.
  • the processing unit 2a1 may be configured to perform various control operations by reading a program from the storage unit 2a2 and executing the read program. This program may be stored in the storage unit 2a2 in advance, or may be acquired via a medium when necessary.
  • the acquired program is stored in the storage unit 2a2, and is read from the storage unit 2a2 by the processing unit 2a1 and executed.
  • the medium may be various storage media readable by the computer 2a, or may be a communication line connected to the communication interface 2a3.
  • the memory unit 2a2 may include a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a HDD (Hard Disk Drive), a SSD (Solid State Drive), or a combination of these.
  • the communication interface 2a3 may communicate with the plasma processing device 1 via a communication line such as a LAN (Local Area Network).
  • FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the configuration of an inductively coupled plasma processing apparatus.
  • the inductively coupled plasma processing apparatus 1 includes a plasma processing chamber 10, a gas supply unit 20, a power supply 30, and an exhaust system 40.
  • the plasma processing chamber 10 includes a dielectric window 101.
  • the plasma processing apparatus 1 also includes a substrate support unit 11, a gas introduction unit, and an antenna 14.
  • the substrate support unit 11 is disposed in the plasma processing chamber 10.
  • the antenna 14 is disposed on or above the plasma processing chamber 10 (i.e., on or above the dielectric window 101).
  • the plasma processing chamber 10 has a plasma processing space 10s defined by the dielectric window 101, the sidewall 102 of the plasma processing chamber 10, and the substrate support unit 11.
  • the plasma processing chamber 10 is grounded.
  • the substrate support 11 includes a main body 111 and a ring assembly 112.
  • the main body 111 has a central region 111a for supporting the substrate W and an annular region 111b for supporting the ring assembly 112.
  • a wafer is an example of a substrate W.
  • the annular region 111b of the main body 111 surrounds the central region 111a of the main body 111 in a plan view.
  • the substrate W is disposed on the central region 111a of the main body 111
  • the ring assembly 112 is disposed on the annular region 111b of the main body 111 so as to surround the substrate W on the central region 111a of the main body 111. Therefore, the central region 111a is also called a substrate support surface for supporting the substrate W, and the annular region 111b is also called a ring support surface for supporting the ring assembly 112.
  • the main body 111 includes a base 1110 and an electrostatic chuck 1111.
  • the base 1110 includes a conductive member.
  • the conductive member of the base 1110 may function as a bias electrode.
  • the electrostatic chuck 1111 is disposed on the base 1110.
  • the electrostatic chuck 1111 includes a ceramic member 1111a and an electrostatic electrode 1111b disposed within the ceramic member 1111a.
  • the ceramic member 1111a has a central region 111a. In one embodiment, the ceramic member 1111a also has an annular region 111b. Note that other members surrounding the electrostatic chuck 1111, such as an annular electrostatic chuck or an annular insulating member, may have the annular region 111b.
  • the ring assembly 112 may be disposed on the annular electrostatic chuck or the annular insulating member, or may be disposed on both the electrostatic chuck 1111 and the annular insulating member.
  • an RF or DC electrode may be disposed within the ceramic member 1111a, in which case the RF or DC electrode functions as a bias electrode. Note that both the conductive member of the base 1110 and the RF or DC electrode may function as two bias electrodes.
  • the ring assembly 112 includes one or more annular members.
  • the one or more annular members include one or more edge rings and at least one cover ring.
  • the edge rings are formed of a conductive or insulating material, and the cover rings are formed of an insulating material.
  • the substrate support 11 may also include a temperature adjustment module configured to adjust at least one of the electrostatic chuck 1111, the ring assembly 112, and the substrate to a target temperature.
  • the temperature adjustment module may include a heater, a heat transfer medium, a flow passage 1110a, or a combination thereof.
  • a heat transfer fluid such as brine or a gas flows through the flow passage 1110a.
  • the flow passage 1110a is formed in the base 1110, and one or more heaters are disposed in the ceramic member 1111a of the electrostatic chuck 1111.
  • the substrate support 11 may also include a heat transfer gas supply configured to supply a heat transfer gas between the back surface of the substrate W and the central region 111a.
  • the gas introduction section is configured to introduce at least one processing gas from the gas supply section 20 into the plasma processing space 10s.
  • the gas introduction section includes a center gas injector (CGI) 13.
  • the center gas injector 13 is disposed above the substrate support section 11 and is attached to a central opening formed in the dielectric window 101.
  • the center gas injector 13 has at least one gas supply port 13a, at least one gas flow path 13b, and at least one gas inlet port 13c.
  • the processing gas supplied to the gas supply port 13a passes through the gas flow path 13b and is introduced into the plasma processing space 10s from the gas inlet port 13c.
  • the gas introduction section may include one or more side gas injectors (SGI) attached to one or more openings formed in the sidewall 102.
  • SGI side gas injectors
  • the gas supply unit 20 may include at least one gas source 21 and at least one flow controller 22.
  • the gas supply unit 20 is configured to supply at least one process gas from a corresponding gas source 21 to the gas inlet via a corresponding flow controller 22.
  • Each flow controller 22 may include, for example, a mass flow controller or a pressure-controlled flow controller.
  • the gas supply unit 20 may include at least one flow modulation device that modulates or pulses the flow rate of the at least one process gas.
  • the power supply 30 includes an RF power supply 31 coupled to the plasma processing chamber 10 via at least one impedance matching circuit.
  • the RF power supply 31 is configured to supply at least one RF signal (RF power), such as a source RF signal and a bias RF signal, to at least one bias electrode and the antenna 14. This causes a plasma to be formed from at least one processing gas supplied to the plasma processing space 10s.
  • the RF power supply 31 can function as at least a part of the plasma generating unit 12.
  • a bias RF signal to at least one bias electrode, a bias potential is generated on the substrate W, and ions in the formed plasma can be attracted to the substrate W.
  • the RF power supply 31 includes a first RF generating unit 31a and a second RF generating unit 31b.
  • the first RF generating unit 31a is coupled to the antenna 14 via at least one impedance matching circuit and configured to generate a source RF signal (source RF power) for plasma generation.
  • the source RF signal has a frequency in the range of 10 MHz to 150 MHz.
  • the first RF generating unit 31a may be configured to generate multiple source RF signals having different frequencies. The generated one or more source RF signals are supplied to the antenna 14.
  • the second RF generating unit 31b is coupled to at least one bias electrode via at least one impedance matching circuit and configured to generate a bias RF signal (bias RF power).
  • the frequency of the bias RF signal may be the same as or different from the frequency of the source RF signal.
  • the bias RF signal has a lower frequency than the frequency of the source RF signal.
  • the bias RF signal has a frequency in the range of 100 kHz to 60 MHz.
  • the second RF generating unit 31b may be configured to generate multiple bias RF signals having different frequencies.
  • the generated one or more bias RF signals are supplied to at least one bias electrode.
  • at least one of the source RF signal and the bias RF signal may be pulsed.
  • the power supply 30 may also include a DC power supply 32 coupled to the plasma processing chamber 10.
  • the DC power supply 32 includes a bias DC generator 32a.
  • the bias DC generator 32a is connected to at least one bias electrode and configured to generate a bias DC signal. The generated bias DC signal is applied to the at least one bias electrode.
  • the bias DC signal may be pulsed.
  • a sequence of DC-based voltage pulses is applied to at least one bias electrode.
  • the voltage pulses may have a rectangular, trapezoidal, triangular, or combination of these pulse waveforms.
  • a waveform generator for generating a sequence of voltage pulses from the DC signal is connected between the bias DC generator 32a and at least one bias electrode.
  • the bias DC generator 32a and the waveform generator constitute a voltage pulse generator.
  • the voltage pulses may have a positive polarity or a negative polarity.
  • the sequence of voltage pulses may include one or more positive voltage pulses and one or more negative voltage pulses within one period.
  • the bias DC generator 32a may be provided in addition to the RF power source 31 or may be provided instead of the second RF generator 31b.
  • the antenna 14 includes one or more coils.
  • the antenna 14 may include an outer coil and an inner coil arranged coaxially.
  • the RF power source 31 may be connected to both the outer coil and the inner coil, or to either the outer coil or the inner coil.
  • the same RF generator may be connected to both the outer coil and the inner coil, or separate RF generators may be connected separately to the outer coil and the inner coil.
  • the exhaust system 40 may be connected to, for example, a gas exhaust port 10e provided at the bottom of the plasma processing chamber 10.
  • the exhaust system 40 may include a pressure regulating valve and a vacuum pump. The pressure in the plasma processing space 10s is adjusted by the pressure regulating valve.
  • the vacuum pump may include a turbomolecular pump, a dry pump, or a combination thereof.
  • FIG. 3 is a flow chart showing an example of an etching method (hereinafter also referred to as "this processing method") according to an illustrative embodiment.
  • this processing method includes a step ST1 of providing a substrate, and a step ST2 of etching.
  • the processing in each step may be performed in the plasma processing system shown in Fig. 2.
  • the control unit 2 controls each part of the plasma processing apparatus 1 to perform this processing method on a substrate W.
  • Step ST1 Providing a substrate
  • the substrate W is provided in a plasma processing space 10s of the plasma processing apparatus 1.
  • the substrate W is provided in a central region 111a of the substrate support 11.
  • the substrate W is then held on the substrate support 11 by an electrostatic chuck 1111.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a cross-sectional structure of a substrate W.
  • the substrate W has a silicon film SiF and a mask MF laminated in this order on a base film UF.
  • the substrate W may be used for manufacturing semiconductor devices.
  • the semiconductor devices include, for example, semiconductor memory devices such as DRAM and 3D-NAND flash memory, and logic devices.
  • the base film UF is, for example, a silicon wafer or an organic film, a dielectric film, a metal-containing film, a semiconductor film, or the like, formed on a silicon wafer.
  • the base film UF may be configured by stacking multiple films.
  • the silicon film SiF is the film that is to be etched in this processing method.
  • the silicon film SiF may be any of a polycrystalline silicon film, a single crystal silicon film, and an amorphous silicon film.
  • the silicon film SiF may contain impurities such as phosphorus, boron, and nitrogen.
  • the mask MF is a film that functions as a mask in etching the silicon film SiF.
  • the mask MF may be a film different from the film to be etched.
  • the mask MF may be at least one selected from the group consisting of a silicon-containing insulating film, a metal-containing film, and an organic film.
  • the silicon-containing insulating film may be a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a silicon oxynitride (SiON) film.
  • the metal-containing film may be a film containing tungsten (W), titanium (Ti), or ruthenium (Ru).
  • the mask MF may include at least one selected from the group consisting of tungsten (W), tungsten silicide (WSi), tungsten silicide nitride (WSiN), tungsten carbide (WC), tungsten silicide carbide (WSiC), titanium nitride (TiN), titanium oxide (TiO), ruthenium (Ru), ruthenium carbide (RuC), ruthenium nitride (RuN), and ruthenium silicide (RuSi).
  • the organic film may be an amorphous carbon film or a spin-on carbon film.
  • the mask MF includes at least one selected from the group consisting of silicon oxide, SiON, W, WSi, WSiN, WC, TiN, and TiO.
  • the mask MF defines at least one opening OP on the silicon film SiF.
  • the opening OP is a space above the silicon film SiF and is surrounded by the sidewalls of the mask MF. That is, the upper surface of the silicon film SiF has an area covered by the mask MF and an area exposed at the bottom of the opening OP.
  • the openings OP may have any shape when viewed from above the substrate W, i.e., when the substrate W is viewed from the top to the bottom in FIG. 4.
  • the shape may be, for example, a circle, an ellipse, a rectangle, a line, or a combination of one or more of these.
  • the mask MF may have multiple side walls that define multiple openings OP.
  • the multiple openings OP may each have a linear shape and be arranged at regular intervals to form a line and space pattern.
  • the multiple openings OP may also each have a hole shape and form an array pattern.
  • Each film constituting the substrate W (undercoat film UF, silicon film SiF, mask MF) may be formed by CVD, ALD, spin coating, or the like.
  • the opening OP may be formed by etching the mask MF.
  • the mask MF may also be formed by lithography.
  • Each of the above films may be flat or uneven.
  • the substrate W may further have another film below the undercoat film UF, and the laminated film composed of the silicon film SiF and undercoat film UF may function as a multilayer mask. That is, the other film may be etched using the laminated film of the silicon film SiF and undercoat film UF as a multilayer mask.
  • At least a part of the process of forming each film of the substrate W may be performed within the space of the plasma processing chamber 10 shown in FIG. 2.
  • the process of etching the mask MF to form the opening OP may be performed in the plasma processing chamber 10. That is, the opening OP and the etching of the silicon film SiF described below may be performed consecutively within the same chamber.
  • the substrate W may be transported into the plasma processing space 10s of the plasma processing apparatus 1 and placed in the central region 111a of the substrate support 11 to provide the substrate.
  • the temperature of the substrate support 11 is adjusted to a set temperature by a temperature control module.
  • the temperature of the substrate support 11 is set, for example, within a range of 10°C to 120°C.
  • adjusting or maintaining the temperature of the substrate support 11 includes adjusting or maintaining the temperature of the heat transfer fluid flowing through the flow path 1110a to a set temperature or a temperature different from the set temperature.
  • adjusting or maintaining the temperature of the substrate support 11 includes controlling the pressure of the heat transfer gas (e.g., He) between the electrostatic chuck 1111 and the back surface of the substrate W.
  • the heat transfer gas e.g., He
  • the timing at which the heat transfer fluid starts to flow through the flow path 1110a may be before or after the substrate W is placed on the substrate support 11, or may be the same as the substrate W.
  • the temperature of the substrate support 11 may be adjusted to a set temperature before step ST1. That is, the substrate W may be provided to the substrate support 11 after the temperature of the substrate support 11 is adjusted to the set temperature. In steps after step ST1, the temperature of the substrate support 11 may be maintained at the set temperature adjusted in step ST1.
  • the temperature of the substrate W on the substrate support 11 may be adjusted, for example, to a range of 10° C. or more and 250° C. or less.
  • the temperature of the substrate W may be adjusted or maintained by adjusting the temperature of the substrate support 11 described above.
  • Step ST2 Etching
  • a processing gas is supplied from the gas supply unit 20 into the plasma processing space 10s.
  • the processing gas may contain a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas.
  • the flow rate of the bromine-containing gas may be the largest relative to the total flow rate of the processing gas.
  • the flow rates of the bromine-containing gas, the phosphorus fluoride gas, and the oxygen-containing gas may be 30 vol.% or more, 50 vol.% or more, 60 vol.% or more, or 70 vol.% or more relative to the total flow rate of the processing gas.
  • the processing gas may not contain a fluorine-containing gas other than phosphorus fluoride.
  • the processing gas may not contain hydrogen fluoride gas, may not contain fluorocarbon gas, and may not contain hydrofluorocarbon gas.
  • the flow rate of the bromine-containing gas may be greater than the flow rate of the fluorophosphorus gas.
  • the flow rate of the bromine-containing gas may be 10 volume % or more and 99 volume % or less of the flow rate of the processing gas (if the processing gas contains other gases such as inert gas, the flow rate excluding the other gases).
  • the flow rate of the bromine-containing gas may be 30 volume % or more or 50 volume % or more of the flow rate of the processing gas.
  • the flow rate of the bromine-containing gas may be 95 volume % or less or 90 volume % or less of the flow rate of the processing gas.
  • the flow rate of the fluorophosphorus gas may be 0.1 volume % or more and 50 volume % or less of the flow rate of the processing gas.
  • the flow rate of the fluorophosphorus gas may be 1 volume % or more, 2 volume % or more, or 3 volume % or more of the flow rate of the processing gas.
  • the flow rate of the fluorophosphorus gas may be 30 volume % or less, 20 volume % or less, 10 volume % or less, or 5 volume % or less of the flow rate of the processing gas.
  • the ratio of the flow rate of the bromine-containing gas to the flow rate of the fluorinated gas (flow rate of the bromine-containing gas/flow rate of the fluorinated gas) may be in the range of 1 to 999.
  • the bromine-containing gas may be at least one of HBr gas, Br2 gas, CBr2F2 gas, and S2Br2 gas , and may be at least one of HBr gas and Br2 gas.
  • the phosphorus fluoride gas is a gas containing fluorine and phosphorus, and may be at least one selected from the group consisting of PF3 gas, PF5 gas, POF3 gas, HPF2 gas, H2PF3 gas, and HPF5 gas.
  • the phosphorus fluoride gas may be at least one of PF3 gas and PF5 gas.
  • the oxygen-containing gas may be, for example , at least one gas selected from the group consisting of O2 gas, CO gas, CO2 gas, H2O gas, and H2O2 gas.
  • the oxygen-containing gas may be at least one gas selected from the group consisting of O2 gas, CO gas, and CO2 gas other than H2O gas and H2O2 gas.
  • the process gas may further include an inert gas.
  • the inert gas may be a rare gas such as Ar gas, He gas, or Kr gas, or nitrogen gas.
  • the process gas may include gases containing halogens other than bromine instead of or in addition to the bromine-containing gas.
  • the process gas may include Cl2 gas.
  • the process gas may include gases containing phosphorus and other halogens different from fluorine instead of or in addition to the fluorine-containing gas.
  • the process gas may include PCl3 gas.
  • step ST2 plasma is then generated from the processing gas, and the silicon film SiF is etched using the plasma.
  • a source RF signal is supplied to the antenna 14. This generates a high-frequency electric field between the antenna 14 and the substrate support 11, and plasma is generated from the processing gas in the plasma processing space 10s.
  • a bias signal may be supplied to the lower electrode of the substrate support 11. In this case, a bias potential is generated between the plasma and the substrate W. Active species such as ions and radicals in the plasma are attracted to the substrate W, and the silicon film SiF is etched by the active species.
  • the bias signal may be a bias RF signal supplied from the RF power supply 31, or a bias DC signal supplied from the DC power supply 32.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the cross-sectional structure of the substrate W during processing in step ST2.
  • the processing in step ST2 etches the portion of the silicon film SiF exposed at the opening OP in the depth direction (from top to bottom in FIG. 5), forming a recess RC.
  • a protective film PF is formed on the sidewall of the recess RC and on the surface of the mask MF.
  • the processing gas contains at least a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas.
  • the active species generated from the bromine-containing gas mainly functions as an etchant that removes the silicon film SiF.
  • the active species generated from the oxygen-containing gas has the function of adjusting the amount of by-products (protective film PF) that accumulate on the sidewalls of the recess RC and the surface of the mask MF.
  • the active species generated from the phosphorus fluoride gas has the function of reducing the amount of by-products (protective film PF) that accumulate near the opening OP of the mask MF.
  • a protective film PF containing silicon-based by-products is formed on the sidewall of the recess RC and the surface of the mask MF by bromine ions (Br + ) derived from the bromine-containing gas and oxygen radicals (O*) derived from the oxygen-containing gas.
  • by-products (excess protective film PF) deposited near the opening OP of the mask MF are removed by fluorinated phosphorus ions (PFx + ) derived from fluorinated phosphorus gas. This prevents the opening OP of the mask MF from being blocked or narrowed.
  • the fluorinated phosphorus gas is less likely to dissociate and the amount of F radicals (F*) is reduced, so that the sidewall of the recess RC is prevented from being scraped (bowing).
  • the protective film PF formed on the bottom of the recess RC is removed by fluorinated phosphorus ions (PFx + ) derived from fluorinated phosphorus gas. This exposes the silicon film SiF at the bottom of the recess RC, and bromine ions (Br + ) promote etching of the silicon film SiF in the depth direction.
  • by-products are deposited on the sidewall of the recess RC due to phosphorus components such as phosphorus fluoride radicals (PFx*) derived from the phosphorus fluoride gas.
  • PFx* phosphorus fluoride radicals
  • the etching method includes a step (ST1) of providing a substrate W having a silicon film SiF and a mask MF on the silicon film SiF on a substrate support 11 in a chamber 10, the mask MF including silicon oxide, and a step (ST2) of supplying a process gas including a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas into the chamber 10, generating a plasma from the process gas, and etching the silicon film SiF.
  • a process gas including a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas into the chamber 10 generating a plasma from the process gas, and etching the silicon film SiF.
  • FIG. 6 is a diagram showing the amount of F radicals generated when plasma is generated using various gases.
  • plasma was generated using a processing gas containing SF6 gas, NF3 gas, CF4 gas, or PF3 gas, and the amount of F radicals generated was measured by an optical emission spectrometer.
  • PF3 gas when PF3 gas was used, the amount of F radicals generated was small.
  • the ionization energy of PF3 gas is lower than that of NF3 gas, and PF3 gas is easily ionized.
  • the amount of F radicals generated from the processing gas containing PF3 gas is smaller than that of the plasma generated from the processing gas containing NF3 gas, and the amount of phosphorus fluoride ions is larger, and the radical/ion ratio is smaller. Due to the small amount of F radicals, the excess protective film PF near the opening OP is removed, while the protective film PF on the side wall of the recess RC located deeper than the opening OP is suppressed from being scraped off. Due to the large amount of phosphorus fluoride ions, the phosphorus fluoride ions can etch the protective film PF formed on the bottom of the recess RC to expose the silicon film SiF, and the bromine ions can reach the silicon film SiF. This can promote etching of the silicon film SiF in the depth direction.
  • Fig. 7 shows the etching results of the silicon film SiF when PF3 gas and NF3 gas are used as part of the processing gas.
  • Fig. 7 is a schematic diagram showing an image of the silicon film SiF after etching taken with a scanning electron microscope. The etching was performed with the set temperature of the substrate support part set to 60°C and the flow rates of various gases set to the flow rate ratios shown in Table 1.
  • the ratio of the flow rate of the phosphorus fluoride gas to the flow rate of the processing gas may be changed.
  • the ratio (Ra) of the flow rate of the phosphorus fluoride gas to the flow rate of the processing gas may be changed according to the depth of the recess RC of the silicon film SiF.
  • the ratio (Ra) of the flow rate of the phosphorus fluoride gas to the flow rate of the processing gas may be increased as the recess RC of the silicon film SiF becomes deeper.
  • the ratio (Ra) of the flow rate of the phosphorus fluoride gas may be decreased as the recess RC of the silicon film SiF becomes deeper.
  • the etching step ST2 may include a first etching step ST21 and a second etching step ST22.
  • the first etching step ST21 is a step of etching the silicon film SiF with a first plasma generated from a first processing gas containing phosphorus fluoride gas at a first flow rate ratio.
  • the second etching step ST22 is a step of etching the silicon film SiF with a second plasma generated from a second processing gas that does not contain a phosphorus fluoride gas or contains a phosphorus fluoride gas at a second flow rate ratio smaller than the first flow rate ratio.
  • the second etching step ST22 may be performed after the first etching step ST1, the first etching step ST21 may be performed after the second etching step ST22, or the first etching step ST21 and the second etching step ST22 may be repeated multiple times.
  • the first processing gas may be a processing gas containing a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas as described in the above embodiment.
  • the second processing gas may be a processing gas containing a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas as described in the above embodiment, or a processing gas containing a bromine-containing gas and a phosphorus fluoride gas and not containing phosphorus fluoride.
  • the etching step ST2 may include a first period during which no phosphorus fluoride gas is supplied, and a second period during which phosphorus fluoride gas is supplied.
  • plasma may be generated from a process gas containing a bromine-containing gas and an oxygen-containing gas to etch the silicon film SiF, and then during the second period, plasma may be generated from a process gas containing a bromine-containing gas, an oxygen-containing gas, and a phosphorus fluoride gas to etch the silicon film SiF.
  • the first period and the second period may be repeated alternately.
  • the film to be etched is a silicon film, but it may be a silicon-containing conductive film.
  • the silicon-containing conductive film may be a film containing silicon and germanium, or a film containing silicon and a metal.
  • the silicon-containing conductive film may be a metal silicide such as SiGe or WSi.
  • the present processing method is not limited to an inductively coupled plasma processing apparatus, and may be performed in other types of plasma processing apparatus, such as a plasma processing apparatus that generates capacitively coupled plasma, a plasma processing apparatus that generates ECR plasma, a plasma processing apparatus that generates helicon wave excited plasma, or a plasma processing apparatus that generates surface wave plasma.
  • the present disclosure may include, for example, the following configurations:
  • Appendix 1 (a) providing a substrate having a silicon film or a silicon-containing conductive film and a mask on the silicon film or the silicon-containing conductive film on a substrate support disposed in a chamber; (b) supplying a process gas containing a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas into the chamber, and generating plasma from the process gas to etch the silicon film or the silicon-containing conductive film; Etching method.
  • the silicon-containing conductive film is a film containing silicon and germanium or a metal. 2. The etching method of claim 1.
  • the mask includes at least one selected from the group consisting of a silicon-containing insulating film, a metal-containing film, and an organic film. 3. The etching method according to claim 1 or 2.
  • the (b) is (b1) etching the silicon film or the silicon-containing conductive film with a first plasma generated from a first process gas containing a phosphorus fluoride gas at a first flow rate ratio; (b2) etching the silicon film or the silicon-containing conductive film with a second plasma generated from a second process gas that does not contain a fluorinated phosphorus gas or that contains a fluorinated phosphorus gas at a second flow rate ratio that is smaller than the first flow rate ratio; 5.
  • the flow rate of the bromine-containing gas is 10% by volume or more and 99.9% by volume or less of the flow rate of the treatment gas. 10.
  • the bromine-containing gas is at least one of HBr gas and Br2 gas; 13.
  • the etching method according to any one of claims 1 to 12.
  • the phosphorus fluoride gas is at least one of PF3 gas and PF5 gas. 14. The etching method according to any one of claims 1 to 13.
  • the oxygen-containing gas is at least one selected from the group consisting of O2 gas, CO gas, and CO2 gas; 15.
  • (Appendix 16) (a) providing a substrate having a silicon film or a silicon-containing conductive film and a mask on the silicon film or the silicon-containing conductive film on a substrate support disposed in a chamber; (b) supplying a process gas containing a first gas containing a first halogen, a second gas containing a second halogen and phosphorus, and an oxygen-containing gas into the chamber, and generating plasma from the process gas to etch the silicon film or the silicon-containing conductive film. Etching method.
  • the silicon-containing conductive film is a film containing silicon and germanium or a metal. 17. The etching method of claim 16.
  • step (b) a ratio of a flow rate of the second gas to a flow rate of the processing gas is changed. 18. The etching method according to claim 16 or 17.
  • the mask includes at least one selected from the group consisting of a silicon-containing insulating film, a metal-containing film, and an organic film. 19. The etching method according to any one of claims 16 to 18.
  • the mask includes at least one selected from the group consisting of silicon oxide, SiON, W, WSi, WSiN, WC, TiN, and TiO. 20.
  • the etching method according to any one of claims 16 to 19.
  • the first gas is at least one selected from the group consisting of HBr gas, Br2 gas, and Cl2 gas; 21.
  • the second gas is at least one selected from the group consisting of PF3 gas, PF5 gas, and PCl3 gas; 22.
  • a plasma processing apparatus comprising a chamber, a substrate support unit disposed in the chamber, a plasma generating unit, and a control unit,
  • the control unit is (a) controlling a substrate having a silicon film or a silicon-containing conductive film and a mask on the silicon film or the silicon-containing conductive film to be provided on the substrate support; (b) supplying a process gas containing a bromine-containing gas, a phosphorus fluoride gas, and an oxygen-containing gas into the chamber, and generating plasma from the process gas to etch the silicon film or the silicon-containing conductive film; Plasma processing equipment.
  • the plasma processing apparatus and the plasma processing method may be modified in various ways without departing from the scope and spirit of the present disclosure.
  • some components in one embodiment may be added to another embodiment within the scope of the ordinary creative ability of a person skilled in the art.
  • some components in one embodiment may be replaced with corresponding components in another embodiment.
  • Plasma processing device 1: Plasma processing device, 2: Control unit, 10: Plasma processing chamber, 11: Substrate support unit, 12: Plasma generation unit

Landscapes

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Abstract

シリコン膜に対するエッチングの形状異常を抑制する技術を提供する。エッチング方法は、（ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、シリコン膜又はシリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、チャンバ内に配置される基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスをチャンバ内に供給し、処理ガスからプラズマを生成して、シリコン膜又はシリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む。

Description

エッチング方法及びプラズマ処理装置
　本開示の例示的実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関する。
　特許文献１には、シリコン含有膜をエッチングする技術が開示されている。
米国特許出願公開第２０１６／０３４３５８０号明細書
　本開示は、シリコン膜に対するエッチングの形状異常を抑制する技術を提供する。
　本開示の一つの例示的実施形態におけるエッチング方法は、（ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、シリコン膜又はシリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、チャンバ内に配置される基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスをチャンバ内に供給し、処理ガスからプラズマを生成して、シリコン膜又はシリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む。
　本開示の一つの例示的実施形態によれば、シリコン膜に対するエッチングの形状異常を抑制する技術を提供することができる。
プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。 容量結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。 エッチング方法の一例を示すフローチャートである。 基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。 工程ＳＴ２の処理中の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。 各種ガスを用いてプラズマを生成した場合に発生するＦラジカルの量を示す図である。 処理ガスの一部としてＰＦ３ガスを使用した場合とＮＦ３ガスを使用した場合におけるシリコン膜のエッチングの結果を示す図である。
　以下、本開示の各実施形態について説明する。
　一つの例示的実施形態において、（ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、シリコン膜又はシリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、チャンバ内に配置される基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスをチャンバ内に供給し、処理ガスからプラズマを生成して、シリコン膜又はシリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む、エッチング方法が提供される。
　一つの例示的実施形態において、シリコン含有導電膜は、シリコンと、ゲルマニウム又は金属とを含む膜である。
　一つの例示的実施形態において、マスクは、シリコン含有絶縁膜、金属含有膜及び有機膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む。
　一つの例示的実施形態において、（ｂ）において、処理ガスの流量に対するフッ化リンガスの流量の割合を変更する。
　一つの例示的実施形態において、（ｂ）は、（ｂ１）フッ化リンガスを第１の流量比で含む第１の処理ガスから生成した第１のプラズマにより前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、（ｂ２）フッ化リンガスを含まない又はフッ化リンガスを前記第１の流量比よりも小さい第２の流量比で含む第２の処理ガスから生成した第２のプラズマにより前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む。
　一つの例示的実施形態において、（ｂ１）後に、（ｂ２）を実行する。
　一つの例示的実施形態において、（ｂ２）後に、（ｂ１）を実行する。
　一つの例示的実施形態において、（ｂ１）と（ｂ２）とを複数回繰り返す。
　一つの例示的実施形態において、臭素含有ガスの流量は、フッ化リンガスの流量よりも大きい。
　一つの例示的実施形態において、臭素含有ガスの流量は、処理ガスの流量の１０体積％以上９９．９体積％以下である。
　一つの例示的実施形態において、フッ化リンガスの流量は、処理ガスの流量の０．１体積％以上５０体積％以下である。
　一つの例示的実施形態において、フッ化リンガスの流量に対する臭素含有ガスの流量の比は、１から９９９の範囲内である。
　一つの例示的実施形態において、臭素含有ガスは、ＨＢｒガス及びＢｒ２ガスの少なくともいずれかである。
　一つの例示的実施形態において、フッ化リンガスは、ＰＦ３ガス及びＰＦ５ガスの少なくともいずれかである。
　一つの例示的実施形態において、酸素含有ガスは、Ｏ２ガス、ＣＯガス及びＣＯ２ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。
　一つの例示的実施形態において、（ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、シリコン膜又はシリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、チャンバ内に配置される基板支持部上に提供する工程と、（ｂ）第１のハロゲンを含む第１のガスと、第２のハロゲン及びリンを含む第２のガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスをチャンバ内に供給し、処理ガスからプラズマを生成して、シリコン膜又はシリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む、エッチング方法が提供される。
　一つの例示的実施形態において、シリコン含有導電膜は、シリコンと、ゲルマニウム又は金属とを含む膜である。
　一つの例示的実施形態において、（ｂ）工程において、処理ガスの流量に対する第２のガスの流量の割合を変更する。
　一つの例示的実施形態において、マスクは、シリコン含有絶縁膜、金属含有膜及び有機膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む。
　一つの例示的実施形態において、マスクは、酸化シリコン、ＳｉＯＮ、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、ＷＣ、ＴｉＮ及びＴｉＯからなる群から選択される少なくとも１種を含む。
　一つの例示的実施形態において、第１のガスは、ＨＢｒガス、Ｂｒ２ガス及びＣｌ２ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。
　一つの例示的実施形態において、第２のガスは、ＰＦ３ガス、ＰＦ５ガス及びＰＣｌ３ガスからなる群から選択される少なくとも１種である。
　一つの例示的実施形態において、チャンバと、チャンバ内に配置された基板支持部と、プラズマ生成部と、制御部とを備えるプラズマ処理装置であって、制御部は、
（ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、シリコン膜又はシリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、基板支持部上に提供する制御と、
（ｂ）臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスをチャンバ内に供給し、処理ガスからプラズマを生成して、シリコン膜又はシリコン含有導電膜をエッチングする制御と、を実行する、
プラズマ処理装置が提供される。
　以下、図面を参照して、本開示の各実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づいて上下左右等の位置関係を説明する。図面の寸法比率は実際の比率を示すものではなく、また、実際の比率は図示の比率に限られるものではない。
＜プラズマ処理システムの一例＞
　図１は、プラズマ処理システムの構成例を説明するための図である。一実施形態において、プラズマ処理システムは、プラズマ処理装置１及び制御部２を含む。プラズマ処理システムは、基板処理システムの一例であり、プラズマ処理装置１は、基板処理装置の一例である。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、基板支持部１１及びプラズマ生成部１２を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、プラズマ処理空間を有する。また、プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間に供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。ガス供給口は、後述するガス供給部２０に接続され、ガス排出口は、後述する排気システム４０に接続される。基板支持部１１は、プラズマ処理空間内に配置され、基板を支持するための基板支持面を有する。
　プラズマ生成部１２は、プラズマ処理空間内に供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマを生成するように構成される。プラズマ処理空間において形成されるプラズマは、容量結合プラズマ（ＣＣＰ；Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ－Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ－ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　ｐｌａｓｍａ）、ヘリコン波励起プラズマ（ＨＷＰ：Ｈｅｌｉｃｏｎ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）、又は、表面波プラズマ（ＳＷＰ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ Ｐｌａｓｍａ）等であってもよい。また、ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部及びＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）プラズマ生成部を含む、種々のタイプのプラズマ生成部が用いられてもよい。一実施形態において、ＡＣプラズマ生成部で用いられるＡＣ信号（ＡＣ電力）は、１００ｋＨｚ～１０ＧＨｚの範囲内の周波数を有する。従って、ＡＣ信号は、ＲＦ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号及びマイクロ波信号を含む。一実施形態において、ＲＦ信号は、 １００ｋＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。
　制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２からプログラムを読み出し、読み出されたプログラムを実行することにより種々の制御動作を行うように構成され得る。このプログラムは、予め記憶部２ａ２に格納されていてもよく、必要なときに、媒体を介して取得されてもよい。取得されたプログラムは、記憶部２ａ２に格納され、処理部２ａ１によって記憶部２ａ２から読み出されて実行される。媒体は、コンピュータ２ａに読み取り可能な種々の記憶媒体であってもよく、通信インターフェース２ａ３に接続されている通信回線であってもよい。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ　Ｄｉｓｋ　Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ　Ｓｔａｔｅ　Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ　Ａｒｅａ　Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。
　以下に、プラズマ処理装置１の一例としての誘導結合型のプラズマ処理装置の構成例について説明する。図２は、誘導結合型のプラズマ処理装置の構成例を説明するための図である。誘導結合型のプラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０１を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１、ガス導入部及びアンテナ１４を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。アンテナ１４は、プラズマ処理チャンバ１０上又はその上方（すなわち誘電体窓１０１上又はその上方）に配置される。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０１、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０２及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は接地される。
　基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板Ｗを支持するための中央領域１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域１１１ｂとを有する。ウェハは基板Ｗの一例である。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。従って、中央領域１１１ａは、基板Ｗを支持するための基板支持面とも呼ばれ、環状領域１１１ｂは、リングアセンブリ１１２を支持するためのリング支持面とも呼ばれる。
　一実施形態において、本体部１１１は、基台１１１０及び静電チャック１１１１を含む。基台１１１０は、導電性部材を含む。基台１１１０の導電性部材はバイアス電極として機能し得る。静電チャック１１１１は、基台１１１０の上に配置される。静電チャック１１１１は、セラミック部材１１１１ａとセラミック部材１１１１ａ内に配置される静電電極１１１１ｂとを含む。セラミック部材１１１１ａは、中央領域１１１ａを有する。一実施形態において、セラミック部材１１１１ａは、環状領域１１１ｂも有する。なお、環状静電チャックや環状絶縁部材のような、静電チャック１１１１を囲む他の部材が環状領域１１１ｂを有してもよい。この場合、リングアセンブリ１１２は、環状静電チャック又は環状絶縁部材の上に配置されてもよく、静電チャック１１１１と環状絶縁部材の両方の上に配置されてもよい。また、ＲＦ又はＤＣ電極がセラミック部材１１１１ａ内に配置されてもよく、この場合、ＲＦ又はＤＣ電極がバイアス電極として機能する。なお、基台１１１０の導電性部材とＲＦ又はＤＣ電極との両方が２つのバイアス電極として機能してもよい。
　リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。一実施形態において、１又は複数の環状部材は、１又は複数のエッジリングと少なくとも１つのカバーリングとを含む。エッジリングは、導電性材料又は絶縁材料で形成され、カバーリングは、絶縁材料で形成される。
　また、基板支持部１１は、静電チャック１１１１、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路１１１０ａ、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路１１１０ａには、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。一実施形態において、流路１１１０ａが基台１１１０ 内に形成され、１又は複数のヒータが静電チャック１１１１のセラミック部材１１１１ａ内に配置される。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と中央領域１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。
　ガス導入部は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。一実施形態において、ガス導入部は、中央ガス注入部（ＣＧＩ：Ｃｅｎｔｅｒ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）１３を含む。中央ガス注入部１３は、基板支持部１１の上方に配置され、誘電体窓１０１に形成された中央開口部に取り付けられる。中央ガス注入部１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス流路１３ｂ、及び少なくとも１つのガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス流路１３ｂを通過してガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。なお、ガス導入部は、中央ガス注入部１３に加えて又はその代わりに、側壁１０２に形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ　Ｇａｓ　Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。
　ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してガス導入部に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する少なくとも１つの流量変調デバイスを含んでもよい。
　電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、少なくとも１つのバイアス電極及びアンテナ１４に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ生成部１２の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を少なくとも１つのバイアス電極に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオンを基板Ｗに引き込むことができる。
　一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してアンテナ１４に結合され、プラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１０ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、アンテナ１４に供給される。
　第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して少なくとも１つのバイアス電極に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。バイアスＲＦ信号の周波数は、ソースＲＦ信号の周波数と同じであっても異なっていてもよい。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号の周波数よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、１００ｋＨｚ～６０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、少なくとも１つのバイアス電極に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。
　また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、バイアスＤＣ生成部３２ａを含む。一実施形態において、バイアスＤＣ生成部３２ａは、少なくとも１つのバイアス電極に接続され、バイアスＤＣ信号を生成するように構成される。生成されたバイアスＤＣ信号は、少なくとも１つのバイアス電極に印加される。
　種々の実施形態において、バイアスＤＣ信号は、パルス化されてもよい。この場合、ＤＣに基づく電圧パルスのシーケンスが少なくとも１つのバイアス電極に印加される。電圧パルスは、矩形、台形、三角形又はこれらの組み合わせのパルス波形を有してもよい。一実施形態において、ＤＣ信号から電圧パルスのシーケンスを生成するための波形生成部がバイアスＤＣ生成部３２ａと少なくとも１つのバイアス電極との間に接続される。従って、バイアスＤＣ生成部３２ａ及び波形生成部は、電圧パルス生成部を構成する。電圧パルスは、正の極性を有してもよく、負の極性を有してもよい。また、電圧パルスのシーケンスは、１周期内に１又は複数の正極性電圧パルスと１又は複数の負極性電圧パルスとを含んでもよい。なお、バイアスＤＣ生成部３２ａは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。
　アンテナ１４は、１又は複数のコイルを含む。一実施形態において、アンテナ１４は、同軸上に配置された外側コイル及び内側コイルを含んでもよい。この場合、ＲＦ電源３１は、外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、外側コイル及び内側コイルのうちいずれか一方に接続されてもよい。前者の場合、同一のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、別個のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルに別々に接続されてもよい。
　排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
＜エッチング方法の一例＞
　図３は、一つの例示的実施形態に係るエッチング方法（以下「本処理方法」ともいう。）の一例を示すフローチャートである。図３に示すように、一実施形態において、本処理方法は、基板を提供する工程ＳＴ１と、エッチングをする工程ＳＴ２とを含む。各工程における処理は、図２に示すプラズマ処理システムで実行されてよい。以下では、制御部２がプラズマ処理装置１の各部を制御して、基板Ｗに対して本処理方法を実行する場合を例に説明する。
（工程ＳＴ１：基板の提供）
　工程ＳＴ１において、基板Ｗは、プラズマ処理装置１のプラズマ処理空間１０ｓ内に提供される。一実施形態において、基板Ｗは、基板支持部１１の中央領域１１１ａに提供される。そして、基板Ｗは、静電チャック１１１１により基板支持部１１に保持される。
　図４は、基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。基板Ｗは、下地膜ＵＦ上に、シリコン膜ＳｉＦ及びマスクＭＦがこの順で積層されている。基板Ｗは、半導体デバイスの製造に用いられてよい。半導体デバイスは、例えば、ＤＲＡＭ、３Ｄ－ＮＡＮＤフラッシュメモリ等の半導体メモリデバイス及びロジックデバイスを含む。
　下地膜ＵＦは、一例では、シリコンウェハやシリコンウェハ上に形成された有機膜、誘電体膜、金属含有膜、半導体膜等である。下地膜ＵＦは、複数の膜が積層されて構成されてよい。
　シリコン膜ＳｉＦは、本処理方法において、エッチングの対象となる膜である。シリコン膜ＳｉＦは、多結晶シリコン膜、単結晶シリコン膜及びアモルファスシリコン膜のいずれかであってよい。シリコン膜ＳｉＦは、リン、ボロン、窒素等の不純物を含んでもよい。
　マスクＭＦは、シリコン膜ＳｉＦのエッチングにおいてマスクとして機能する膜である。マスクＭＦはエッチング対象となる膜と異なる膜であってよい。マスクＭＦは、シリコン含有絶縁膜、金属含有膜及び有機膜からなる群から選択される少なくとも１種であってよい。シリコン含有絶縁膜は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜又は酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜であってよい。金属含有膜は、タングステ（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）又はルテニウム（Ｒｕ）を含む膜であってよい。マスクＭＦは、タングステン（Ｗ）、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、タングステンシリサイドナイトライド（ＷＳｉＮ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）、タングステンシリサイドカーバイド（ＷＳｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、酸化チタン（ＴｉＯ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ルテニウムカーバイド（ＲｕＣ）、ルテニウムナイトライド（ＲｕＮ）及びルテニウムシリサイド（ＲｕＳｉ）からなる群から選択される少なくとも１種を含むものであってよい。有機膜は、アモルファスカーボン膜又はスピンオンカーボン膜であってよい。一実施形態において、マスクＭＦは、酸化シリコン、ＳｉＯＮ、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、ＷＣ、ＴｉＮ及びＴｉＯからなる群から選択される少なくとも１種を含む。
　図４に示すとおり、マスクＭＦは、シリコン膜ＳｉＦ上において少なくとも一つの開口ＯＰを規定する。開口ＯＰは、シリコン膜ＳｉＦ上の空間であって、マスクＭＦの側壁に囲まれている。すなわち、シリコン膜ＳｉＦの上面は、マスクＭＦによって覆われた領域と、開口ＯＰの底部において露出した領域とを有する。
　開口ＯＰは、基板Ｗの平面視、すなわち、基板Ｗを図４の上から下に向かう方向に見た場合において、任意の形状を有してよい。当該形状は、例えば、円、楕円、矩形、線やこれらの１種類以上を組み合わせた形状であってよい。マスクＭＦは、複数の側壁を有し、複数の側壁が複数の開口ＯＰを規定してもよい。複数の開口ＯＰは、それぞれ線形状を有し、一定の間隔で並んでライン＆スペースのパターンを構成してもよい。また、複数の開口ＯＰは、それぞれ穴形状を有し、アレイパターンを構成してもよい。
　基板Ｗを構成する各膜（下地膜ＵＦ、シリコン膜ＳｉＦ、マスクＭＦ）は、それぞれ、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法、スピンコート法等により形成されてよい。開口ＯＰは、マスクＭＦをエッチングすることで形成されてよい。またマスクＭＦは、リソグラフィによって形成されてもよい。なお、上記各膜は、平坦な膜であってよく、また、凹凸を有する膜であってもよい。また基板Ｗが下地膜ＵＦの下に他の膜をさらに有し、シリコン膜ＳｉＦ及び下地膜ＵＦから構成される積層膜が多層マスクとして機能してもよい。すなわち、シリコン膜ＳｉＦ及び下地膜ＵＦの積層膜を多層マスクとして、当該他の膜がエッチングされてもよい。
　基板Ｗの各膜を形成するプロセスの少なくとも一部は、図２に示すプラズマ処理チャンバ１０の空間内で行われてよい。一例では、マスクＭＦをエッチングして開口ＯＰを形成する工程は、プラズマ処理チャンバ１０で実行されてよい。すなわち、開口ＯＰ及び後述するシリコン膜ＳｉＦのエッチングは、同一のチャンバ内で連続して実行されてよい。また、基板Ｗの各膜の全部又は一部がプラズマ処理装置１の外部の装置やチャンバで形成された後、基板Ｗがプラズマ処理装置１のプラズマ処理空間１０ｓ内に搬入され、基板支持部１１の中央領域１１１ａに配置されることで、基板が提供されてもよい。
　一実施形態において、基板Ｗが基板支持部１１の中央領域１１１ａに提供された後、基板支持部１１の温度が温調モジュールにより設定温度に調整される。基板支持部１１の温度は、例えば、１０℃以上１２０℃以下の範囲内に設定される。一例では、基板支持部１１の温度を調整又は維持することは、流路１１１０ａを流れる伝熱流体の温度を設定温度又は設定温度と異なる温度に調整又は維持することを含む。一例では、基板支持部１１の温度を調整又は維持することは、静電チャック１１１１と基板Ｗの裏面との間の伝熱ガス（例えばＨｅ）の圧力を制御することを含む。なお、流路１１１０ａに伝熱流体が流れ始めるタイミングは、基板Ｗが基板支持部１１に載置される前でも後でもよく、また同時でもよい。また、本処理方法において、基板支持部１１の温度は、工程ＳＴ１の前に設定温度に調整されてよい。すなわち、基板支持部１１の温度が設定温度に調整された後に、基板支持部１１に基板Ｗが提供されてよい。工程ＳＴ１の以降の工程において、基板支持部１１の温度は、工程ＳＴ１で調整した設定温度に維持されてよい。また、基板支持部１１上の基板Ｗの温度は、例えば、１０℃以上２５０℃以下の範囲に調整されてもよい。基板Ｗの温度を調整又は維持することは、上述の基板支持部１１の温度を調整することによって行ってよい。
（工程ＳＴ２：エッチング）
　工程ＳＴ２において、先ず、ガス供給部２０から処理ガスがプラズマ処理空間１０ｓ内に供給される。処理ガスは、臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含んでいてよい。処理ガスの総流量に対して、臭素含有ガスの流量が最も多くてよい。処理ガスの総流量に対して、臭素含有ガス、フッ化リンガス及び酸素含有ガスの流量は、３０体積％以上であってよく、５０体積％以上であってよく、６０体積％以上であってよく、７０体積％以上であったよい。また、処理ガスは、フッ化リン以外のフッ素含有ガスを含まなくてよい。処理ガスは、フッ化水素ガスを含まなくてもよく、フルオロカーボンガスを含まなくてもよく、ハイドロフルオロカーボンガスを含まなくてもよい。
　臭素含有ガスの流量は、フッ化リンガスの流量よりも大きくてよい。臭素含有ガスの流量は、処理ガスの流量（処理ガスが、不活性ガスなどの他のガスを含む場合は当該他のガスを除いた流量）の１０体積％以上９９体積％以下であってよい。臭素含有ガスの流量は、処理ガスの流量の３０体積％以上又は５０体積％以上であってよい。臭素含有ガスの流量は、処理ガスの流量の９５体積％以下又は９０体積％以下であってよい。フッ化リンガスの流量は、処理ガスの流量の０．１体積％以上５０体積％以下であってよい。フッ化リンガスの流量は、処理ガスの流量の１体積％以上、２体積％以上又は３体積％以上であってよい。フッ化リンガスの流量は、処理ガスの流量の３０体積％以下、２０体積％以下、１０体積％以下又は５体積％以下であってよい。フッ化リンガスの流量に対する臭素含有ガスの流量の比（臭素含有ガスの流量／フッ化リンガスの流量）は、１から９９９の範囲内であってよい。
　臭素含有ガスは、ＨＢｒガス、Ｂｒ２ガス、ＣＢｒ２Ｆ２ガス及びＳ２Ｂｒ２ガスの少なくともいずれかであってよく、ＨＢｒガス及びＢｒ２ガスの少なくともいずれかであってよい。
　フッ化リンガスは、フッ素とリンとを含むガスであり、一例では、ＰＦ３ガス、ＰＦ５ガス、ＰＯＦ３ガス、ＨＰＦ２ガス、Ｈ２ＰＦ３ガス及びＨＰＦガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。一例では、フッ化リンガスは、ＰＦ３ガス及びＰＦ５ガスの少なくともいずれかであってよい。
　酸素含有ガスは、例えば、Ｏ２ガス、ＣＯガス、ＣＯ２ガス、Ｈ２Ｏガス及びＨ２Ｏ２ガスからなる群から選択される少なくとも１種のガスでよい。一例では、酸素含有ガスは、Ｈ２Ｏガス及びＨ２Ｏ２ガス以外の酸素含有ガス、例えばＯ２ガス、ＣＯガス及びＣＯ２ガスからなる群から選択される少なくとも１種でよい。
　処理ガスは、不活性ガスをさらに含んでよい。不活性ガスは、一例では、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｋｒガス等の希ガス又は窒素ガスでよい。
　処理ガスは、臭素含有ガスに代えて又は臭素含有ガスに加えて、臭素と異なる他のハロゲンを含むガスを含んでいてよい。一例では、処理ガスは、Ｃｌ２ガスを含んでいてよい。
　処理ガスは、フッ化リンガスに代えて又はフッ化リンガスに加えて、フッ素と異なる他のハロゲン及びリンを含むガスを含んでいてよい。一例では、処理ガスは、ＰＣｌ３ガスを含んでいてよい。
　工程ＳＴ２において、次に、処理ガスからプラズマが生成され、当該プラズマを用いて、シリコン膜ＳｉＦがエッチングされる。まず、アンテナ１４にソースＲＦ信号が供給される。これにより、アンテナ１４と基板支持部１１との間で高周波電界が生成され、プラズマ処理空間１０ｓ内の処理ガスからプラズマが生成される。このとき、基板支持部１１の下部電極にバイアス信号が供給されてよい。この場合、プラズマと基板Ｗとの間にバイアス電位が発生する。プラズマ中のイオン、ラジカル等の活性種は、基板Ｗに引きよせられ、当該活性種によってシリコン膜ＳｉＦがエッチングされる。バイアス信号は、ＲＦ電源３１から供給されるバイアスＲＦ信号又は、ＤＣ電源３２から供給されるバイアスＤＣ信号であってよい。
　図５は、工程ＳＴ２の処理中の基板Ｗの断面構造の一例を示す図である。図５に示すように、工程ＳＴ２による処理により、シリコン膜ＳｉＦのうち、開口ＯＰにおいて露出した部分が深さ方向（図５で上から下に向かう方向）にエッチングされ、凹部ＲＣが形成される。凹部ＲＣの側壁やマスクＭＦの表面には、保護膜ＰＦが形成される。
　本処理方法において、処理ガスは、少なくとも、臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含んでいる。臭素含有ガスから生成される活性種は、主に、シリコン膜ＳｉＦを除去するエッチャントとして機能する。酸素含有ガスから生成される活性種は、凹部ＲＣの側壁やマスクＭＦの表面に堆積する副生成物（保護膜ＰＦ）の量を調整する機能を有する。フッ化リンガスから生成される活性種は、マスクＭＦの開口ＯＰ付近に堆積する副生成物（保護膜ＰＦ）を減らす機能を有する。
　一例において、臭素含有ガス由来の臭素イオン（Ｂｒ＋）や酸素含有ガス由来の酸素ラジカル（Ｏ*）により、凹部ＲＣの側壁やマスクＭＦの表面には、シリコン系の副生成物（ＳｉＢｒＯ）を含む保護膜ＰＦが形成される。一例において、フッ化リンガス由来のフッ化リンイオン（ＰＦｘ＋）により、マスクＭＦの開口ＯＰ付近に堆積する副生成物（過剰な保護膜ＰＦ）が除去される。これにより、マスクＭＦの開口ＯＰ付近が閉塞したり狭くなることが抑制される。また、フッ化リンガスが解離しづらく、Ｆラジカル（Ｆ*）の量が少なくなるため、凹部ＲＣの側壁が削れること（ボーイング）が抑制される。一例において、フッ化リンガス由来のフッ化リンイオン（ＰＦｘ＋）により、凹部ＲＣの底に形成された保護膜ＰＦが除去される。これにより、凹部ＲＣの底のシリコン膜ＳｉＦが露出し、臭素イオン（Ｂｒ＋）によってシリコン膜ＳｉＦの深さ方向のエッチングが促進される。一例において、フッ化リンガス由来のフッ化リンラジカル（ＰＦｘ*）等のリン成分により、凹部ＲＣの側壁に副生成物が堆積する。これにより、凹部ＲＣの側壁が削れること（ボーイング）が抑制され、エッチング選択比が向上する。
　本例示的実施形態によれば、エッチング方法が、シリコン膜ＳｉＦと、シリコン膜ＳｉＦ上のマスクＭＦとを有する基板Ｗを、チャンバ１０内の基板支持部１１上に提供する工程であって、マスクＭＦは酸化シリコンを含む、該工程（ＳＴ１）と、臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスをチャンバ１０内に供給し、処理ガスからプラズマを生成して、シリコン膜ＳｉＦをエッチングする工程（ＳＴ２）と、を含む。これにより、マスクＭＦの開口ＯＰ付近が狭くなることやシリコン膜ＳｉＦの凹部ＲＣの側壁が削れることが抑制されるので、シリコン膜ＳｉＦに対するエッチングの形状異常を抑制することができる。
＜実施例＞
　図６は、各種ガスを用いてプラズマを生成した際に発生するＦラジカルの量を示す図である。実験は、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＰＦ３ガスを含有する処理ガスを使用してプラズマを生成し、発光分光分析装置により、発生したＦラジカルの量を測定した。図６に示すように、ＰＦ３ガスを使用した場合に、Ｆラジカルの発生量が少なかった。また、ＰＦ３ガスのイオン化エネルギーは、ＮＦ３ガスのイオン化エネルギーよりも低く、ＰＦ３ガスはイオン化しやすい。よって、ＰＦ３ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマでは、ＮＦ３ガスを含む処理ガスから生成されたプラズマよりも、Ｆラジカルの量が少なく、フッ化リンイオンの量が多くなり、ラジカル／イオンの比が小さくなることが分かる。Ｆラジカルが少ないことにより、開口ＯＰ付近の過剰な保護膜ＰＦが除去される一方で、開口ＯＰより深い位置にある凹部ＲＣの側壁の保護膜ＰＦが削れることが抑制される。フッ化リンイオンが多いことにより、フッ化リンイオンが、凹部ＲＣの底に形成された保護膜ＰＦをエッチングしてシリコン膜ＳｉＦを露出させ、臭素イオンをシリコン膜ＳｉＦに到達させることができる。これにより、シリコン膜ＳｉＦの深さ方向のエッチングを促進することができる。
　図７は、処理ガスの一部としてＰＦ３ガスを使用した場合とＮＦ３ガスを使用した場合におけるシリコン膜ＳｉＦのエッチング結果を示す。図７は、エッチング後のシリコン膜ＳｉＦを走査電子顕微鏡で撮像した画像を模式的に示した図である。エッチングは、基板支持部の設定温度を６０℃にし、各種ガスの流量を表１に示す流量比にして行った。
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　ＰＦ３ガスを使用した場合において、マスクＭＦの開口ＯＰ付近には、開口を塞ぐような堆積物がなかった。ＮＦ３ガスを使用した場合とＰＦ３ガスを使用した場合のそれぞれについて、シリコン膜ＳｉＦの上部、中間、下部の線幅の寸法を測定した結果、ＰＦ３ガスを使用した場合は、ＮＦ３ガスを使用した場合よりも、シリコン膜ＳｉＦの線幅の寸法にばらつきがなく、形状異常が抑制されることが確認された。ＮＦ３ガスを使用した場合とＰＦ３ガスを使用した場合のそれぞれについて、エッチングレート（ＥＲ）を算出した結果、ＰＦ３ガスを使用した場合は、ＮＦ３ガスを使用した場合よりも、エッチングレートが向上することが確認された。ＮＦ３ガスを使用した場合とＰＦ３ガスを使用した場合のそれぞれについて、シリコン膜ＳｉＦの穴の深さとマスクの厚みを測定した結果、ＰＦ３ガスを使用した場合は、ＮＦ３ガスを使用した場合よりも、エッチング選択比が向上することが確認された。
　以上の実施形態において、エッチング工程ＳＴ２において、処理ガスの流量に対するフッ化リンガスの流量の割合を変更してよい。一実施形態において、シリコン膜ＳｉＦの凹部ＲＣの深さに応じて、処理ガスの流量に対するフッ化リンガスの流量の割合（Ｒａ）を変更してよい。一実施形態において、シリコン膜ＳｉＦの凹部ＲＣが深くなるにつれて、フッ化リンガスの流量の割合（Ｒａ）を増やしてよい。シリコン膜ＳｉＦの凹部ＲＣが深くなるにつれて、フッ化リンガスの流量の割合（Ｒａ）を減らしてよい。一実施形態において、エッチング工程ＳＴ２は、第１エッチング工程ＳＴ２１と、第２エッチング工程ＳＴ２２とを含んでよい。第１エッチング工程ＳＴ２１は、フッ化リンガスを第１の流量比で含む第１の処理ガスから生成した第１のプラズマによりシリコン膜ＳｉＦをエッチングする工程である。第２エッチング工程ＳＴ２２は、フッ化リンガスを含まない又はフッ化リンガスを第１の流量比よりも小さい第２の流量比で含む第２の処理ガスから生成した第２のプラズマによりシリコン膜ＳｉＦをエッチングする工程である。第１エッチング工程ＳＴ１後に第２エッチング工程ＳＴ２２を実行してもよく、第２エッチング工程ＳＴ２２後に第１エッチング工程ＳＴ２１を実行してもよく、第１エッチング工程ＳＴ２１と第２エッチング工程ＳＴ２２とを複数回繰り返してもよい。第１の処理ガスは、以上の実施の形態で記載した、臭素含有ガスとフッ化リンガスと酸素含有ガスとを含む処理ガスであってよい。第２の処理ガスは、以上の実施の形態で記載した、臭素含有ガスとフッ化リンガスと酸素含有ガスとを含む処理ガスであってよいし、臭素含有ガスと素含有ガスとを含み、フッ化リン含まない処理ガスであってよい。
　以上の実施形態において、エッチング工程ＳＴ２は、フッ化リンガスを供給しない第１の期間と、フッ化リンガスを供給する第２の期間を含んでいてよい。一実施形態において、エッチング工程ＳＴ２の第１の期間において、臭素含有ガスと酸素含有ガスとを含む処理ガスからプラズマを生成して、シリコン膜ＳｉＦをエッチングし、その後、第２の期間において、臭素含有ガスと、酸素含有ガスと、フッ化リンガスを含む処理ガスからプラズマを生成して、シリコン膜ＳｉＦをエッチングしてよい。第１の期間と第２の期間は交互に繰り返されてよい。
　以上の実施形態において、エッチングの対象膜がシリコン膜であったが、シリコン含有導電膜であってよい。シリコン含有導電膜は、シリコンとゲルマニウムとを含む膜、又は、シリコンと金属とを含む膜であってよい。すなわち、シリコン含有導電膜は、ＳｉＧｅや、ＷＳｉなどの金属シリサイドであってよい。
　以上の実施形態において、本処理方法は、誘導結合型のプラズマ処理装置に限られず、他の種類のプラズマ処理装置、例えば容量結合プラズマを生成するプラズマ処理装置、ＥＣＲプラズマを生成するプラズマ処理装置、ヘリコン波励起プラズマを生成するプラズマ処理装置又は、表面波プラズマを生成するプラズマ処理装置で行われてよい。
　本開示は、例えば、以下の構成を含み得る。
（付記１）
（ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、チャンバ内に配置される基板支持部上に提供する工程と、
（ｂ）臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む、
エッチング方法。
（付記２）
　前記シリコン含有導電膜は、シリコンと、ゲルマニウム又は金属とを含む膜である、
付記１に記載のエッチング方法。
（付記３）
　前記マスクは、シリコン含有絶縁膜、金属含有膜及び有機膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む、
付記１又は２に記載のエッチング方法。
（付記４）
　前記（ｂ）において、前記処理ガスの流量に対する前記フッ化リンガスの流量の割合を変更する、
付記１から３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記５）
　前記（ｂ）は、
（ｂ１）フッ化リンガスを第１の流量比で含む第１の処理ガスから生成した第１のプラズマにより前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、
（ｂ２）フッ化リンガスを含まない又はフッ化リンガスを前記第１の流量比よりも小さい第２の流量比で含む第２の処理ガスから生成した第２のプラズマにより前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、
を含む、付記１から４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記６）
　前記（ｂ１）後に、前記（ｂ２）を実行する、付記５に記載のエッチング方法。
（付記７）
　前記（ｂ２）後に、前記（ｂ１）を実行する、付記５に記載のエッチング方法。
（付記８）
　前記（ｂ１）と前記（ｂ２）とを複数回繰り返す、付記５から７のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記９）
　前記臭素含有ガスの流量は、前記フッ化リンガスの流量よりも大きい、
付記１から８のいずれか一項に記載のエチング方法。
（付記１０）
　前記臭素含有ガスの流量は、前記処理ガスの流量の１０体積％以上９９．９体積％以下である、
付記１から９のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記１１）
　前記フッ化リンガスの流量は、前記処理ガスの流量の０．１体積％以上５０体積％以下である、
付記１から１０のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記１２）
　前記フッ化リンガスの流量に対する前記臭素含有ガスの流量の比は、１から９９９の範囲内である、
付記１から１１のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記１３）
　前記臭素含有ガスは、ＨＢｒガス及びＢｒ２ガスの少なくともいずれかである、
付記１から１２のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記１４）
　前記フッ化リンガスは、ＰＦ３ガス及びＰＦ５ガスの少なくともいずれかである、
付記１から１３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記１５）
　前記酸素含有ガスは、Ｏ２ガス、ＣＯガス及びＣＯ２ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、
付記１から１４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記１６）
（ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、チャンバ内に配置される基板支持部上に提供する工程と、
（ｂ）第１のハロゲンを含む第１のガスと、第２のハロゲン及びリンを含む第２のガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む、
エッチング方法。
（付記１７）
　前記シリコン含有導電膜は、シリコンと、ゲルマニウム又は金属とを含む膜である、
付記１６に記載のエッチング方法。
（付記１８）
　前記（ｂ）工程において、前記処理ガスの流量に対する前記第２のガスの流量の割合を変更する、
付記１６又は１７に記載のエッチング方法。
（付記１９）
　前記マスクは、シリコン含有絶縁膜、金属含有膜及び有機膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む、
付記１６から１８のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記２０）
　前記マスクは、酸化シリコン、ＳｉＯＮ、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、ＷＣ、ＴｉＮ及びＴｉＯからなる群から選択される少なくとも１種を含む、
付記１６から１９のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記２１）
　前記第１のガスは、ＨＢｒガス、Ｂｒ２ガス及びＣｌ２ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、
付記１６から２０のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記２２）
　前記第２のガスは、ＰＦ３ガス、ＰＦ５ガス及びＰＣｌ３ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、
付記１６から２１のいずれか一項に記載のエッチング方法。
（付記２３）
　チャンバと、前記チャンバ内に配置された基板支持部と、プラズマ生成部と、制御部とを備えるプラズマ処理装置であって、
　前記制御部は、
（ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、前記基板支持部上に提供する制御と、
（ｂ）臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする制御と、を実行する、
プラズマ処理装置。
　以上の例示的実施形態において、プラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、本開示の範囲及び趣旨から逸脱することなく種々の変形をなし得る。例えば、当業者の通常の創作能力の範囲内で、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態に追加することができる。また、ある実施形態における一部の構成要素を、他の実施形態の対応する構成要素と置換することができる。
１……プラズマ処理装置、２……制御部、１０……プラズマ処理チャンバ、１１……基板支持部、１２……プラズマ生成部

Claims (23)

  1. （ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、チャンバ内に配置される基板支持部上に提供する工程と、
    （ｂ）臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む、
    エッチング方法。
  2. 　前記シリコン含有導電膜は、シリコンと、ゲルマニウム又は金属とを含む膜である、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 　前記マスクは、シリコン含有絶縁膜、金属含有膜及び有機膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  4. 　前記（ｂ）において、前記処理ガスの流量に対する前記フッ化リンガスの流量の割合を変更する、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  5. 　前記（ｂ）は、
    （ｂ１）フッ化リンガスを第１の流量比で含む第１の処理ガスから生成した第１のプラズマにより前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、
    （ｂ２）フッ化リンガスを含まない又はフッ化リンガスを前記第１の流量比よりも小さい第２の流量比で含む第２の処理ガスから生成した第２のプラズマにより前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、
    を含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  6. 　前記（ｂ１）後に、前記（ｂ２）を実行する、請求項５に記載のエッチング方法。
  7. 　前記（ｂ２）後に、前記（ｂ１）を実行する、請求項５に記載のエッチング方法。
  8. 　前記（ｂ１）と前記（ｂ２）とを複数回繰り返す、請求項５に記載のエッチング方法。
  9. 　前記臭素含有ガスの流量は、前記フッ化リンガスの流量よりも大きい、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  10. 　前記臭素含有ガスの流量は、前記処理ガスの流量の１０体積％以上９９体積％以下である、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  11. 　前記フッ化リンガスの流量は、前記処理ガスの流量の０．１体積％以上５０体積％以下である、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  12. 　前記フッ化リンガスの流量に対する前記臭素含有ガスの流量の比は、１から９９９の範囲内である、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  13. 　前記臭素含有ガスは、ＨＢｒガス及びＢｒ２ガスの少なくともいずれかである、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  14. 　前記フッ化リンガスは、ＰＦ３ガス及びＰＦ５ガスの少なくともいずれかである、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  15. 　前記酸素含有ガスは、Ｏ２ガス、ＣＯガス及びＣＯ２ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、
    請求項１に記載のエッチング方法。
  16. （ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、チャンバ内に配置される基板支持部上に提供する工程と、
    （ｂ）第１のハロゲンを含む第１のガスと、第２のハロゲン及びリンを含む第２のガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする工程と、を含む、
    エッチング方法。
  17. 　前記シリコン含有導電膜は、シリコンと、ゲルマニウム又は金属とを含む膜である、
    請求項１６に記載のエッチング方法。
  18. 　前記（ｂ）工程において、前記処理ガスの流量に対する前記第２のガスの流量の割合を変更する、
    請求項１６に記載のエッチング方法。
  19. 　前記マスクは、シリコン含有絶縁膜、金属含有膜及び有機膜からなる群から選択される少なくとも１種を含む、
    請求項１６に記載のエッチング方法。
  20. 　前記マスクは、酸化シリコン、ＳｉＯＮ、Ｗ、ＷＳｉ、ＷＳｉＮ、ＷＣ、ＴｉＮ及びＴｉＯからなる群から選択される少なくとも１種を含む、
    請求項１６に記載のエッチング方法。
  21. 　前記第１のガスは、ＨＢｒガス、Ｂｒ２ガス及びＣｌ２ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、
    請求項１６に記載のエッチング方法。
  22. 　前記第２のガスは、ＰＦ３ガス、ＰＦ５ガス及びＰＣｌ３ガスからなる群から選択される少なくとも１種である、
    請求項１６に記載のエッチング方法。
  23. 　チャンバと、前記チャンバ内に配置された基板支持部と、プラズマ生成部と、制御部とを備えるプラズマ処理装置であって、
    　前記制御部は、
    （ａ）シリコン膜又はシリコン含有導電膜と、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜上のマスクとを有する基板を、前記基板支持部上に提供する制御と、
    （ｂ）臭素含有ガスと、フッ化リンガスと、酸素含有ガスとを含む処理ガスを前記チャンバ内に供給し、前記処理ガスからプラズマを生成して、前記シリコン膜又は前記シリコン含有導電膜をエッチングする制御と、を実行する、
    プラズマ処理装置。
     
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