JP6315809B2

JP6315809B2 - エッチング方法

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Inventors: 幕樹戸村; 昌伸本田
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Description

本発明の実施形態は、エッチング方法に関するものである。

電子デバイスの製造においては、絶縁層であるシリコン酸化膜に対してホールやトレンチ等をエッチングによって形成する処理が行われることがある。シリコン酸化膜のエッチングでは、米国特許第７７０８８５９号明細書に記載されているように、一般的には、フルオロカーボンガスのプラズマに被処理体が晒されることにより、シリコン酸化膜がエッチングされる。

フルオロカーボンガスのプラズマを用いたエッチングでは、フッ素の活性種によってシリコン酸化膜がエッチングされる。また、当該エッチングでは、フルオロカーボンがシリコン酸化膜に付着して堆積物を形成する。

米国特許第７７０８８５９号明細書

上述したシリコン酸化膜のエッチングでは、堆積物の膜厚が序々に増加する。堆積物の膜厚が大きくなると、シリコン酸化膜をエッチングし得る活性種がシリコン酸化膜に到達することが阻害される。これにより、シリコン酸化膜のエッチングが途中で進行しなくなる。結果的に、シリコン酸化膜のエッチングレートが低下することになる。

一方、被処理体には酸化シリコンから構成された第１領域と窒化シリコンから構成された第２領域を有するものがある。このような被処理体の第１領域を第２領域に対して選択的にエッチングすることに対する要求がある。上述したフルオロカーボンガスのプラズマによれば、堆積物が第１領域上よりも第２領域上において厚く形成されるので、第２領域のエッチングレートよりも第１領域のエッチングレートを高めることができる。

しかしながら、エッチングの開始時には、第２領域上には堆積物が形成されていない。したがって、エッチングの開始時に第２領域がエッチングされる。

このような状況から、酸化シリコンから構成された第１領域のエッチングレートの低下を抑制し、且つ、窒化シリコンから構成された第２領域に対する第１領域のエッチングの選択性を向上させることが必要となっている。

一態様においては、酸化シリコンから構成された第１領域を窒化シリコンから構成された第２領域に対して選択的にエッチングする方法が提供される。この方法は、（ａ）第１領域及び第２領域を有する被処理体を、フルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマに晒す第１工程であり、第１領域をエッチングし、且つ第１領域及び第２領域上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する、該第１工程と、（ｂ）堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルにより第１領域をエッチングする第２工程と、を含む。この方法の第１工程では、プラズマがパルス状の高周波電力によって生成される。また、第１工程と第２工程とが交互に繰り返される。

この方法では、堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルによって第１領域がエッチングされるので、当該第１領域のエッチングの停止が抑制される。したがって、第１領域のエッチングレートの低下を抑制することができる。また、第１工程では、プラズマがパルス状の高周波電力によって生成される。このような高周波電力によって生成されるプラズマでは、パルスのオフ時間中にイオンフラックスよりもラジカルフラックスが遅く減衰する。したがって、ラジカルのみが照射される時間が存在することによりイオンフラックスの比率が低くなる。即ち、イオンよりもラジカルが多く生成される。堆積物で覆われていない状態の第２領域がエッチングされることが抑制される。故に、この方法によれば、第１領域のエッチングレートの低下を抑制し、且つ、第２領域に対する第１領域のエッチングの選択性を向上させることが可能となる。

一実施形態の第１工程では、被処理体にイオンを引き込むためにパルス状の高周波バイアス電力が供給されてもよい。一実施形態の第１工程では、高周波バイアス電力と高周波電力が同期していてもよい。

また、一実施形態の第２工程では、連続的に供給される高周波電力によって希ガスのプラズマが生成され得る。

以上説明したように、酸化シリコンから構成された第１領域のエッチングレートの低下を抑制し、且つ、窒化シリコンから構成された第２領域に対する第１領域のエッチングの選択性を向上させることが可能となる。

一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図１に示す方法の各工程の前後の被処理体の状態を示す断面図である。工程ＳＴ１における高周波電力の波形及び高周波バイアス電力の波形を示す図である。図１に示す方法の処理対象の別の一例を示す断面図である。実験結果を示す図である。実験結果を示す図である。

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。

図１は、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴの処理対象である被処理体（以下、「ウエハ」ということがある）は、酸化シリコンから構成された第１領域、及び、窒化シリコンから構成された第２領域を有するウエハである。図１に示す方法ＭＴは、このようなウエハＷに対して工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を交互に適用する。これにより、方法ＭＴは、第２領域に対して第１領域を選択的にエッチングする。

以下、図１に示す方法ＭＴを詳細に説明する前に、当該方法ＭＴの実施に用いることができるプラズマ処理装置について説明する。図２は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図２に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の内壁面は、例えば、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。

処理容器１２の底部上には、略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、例えば、絶縁材料から構成されている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。また、処理容器１２内には、載置台ＰＤが設けられている。載置台ＰＤは、支持部１４によって支持されている。

載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極ＬＥ及び静電チャックＥＳＣを有している。下部電極ＬＥは、第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂを含んでいる。第１プレート１８ａ及び第２プレート１８ｂは、例えばアルミアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。第２プレート１８ｂは、第１プレート１８ａ上に設けられており、第１プレート１８ａに電気的に接続されている。

第２プレート１８ｂ上には、静電チャックＥＳＣが設けられている。静電チャックＥＳＣは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャックＥＳＣの電極には、直流電源２２がスイッチ２３を介して電気的に接続されている。この静電チャックＥＳＣは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着する。これにより、静電チャックＥＳＣは、ウエハＷを保持することができる。

第２プレート１８ｂの周縁部上には、ウエハＷのエッジ及び静電チャックＥＳＣを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。

第２プレート１８ｂの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、温調機構を構成している。冷媒流路２４には、処理容器１２の外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａを介して冷媒が供給される。冷媒流路２４に供給された冷媒は、配管２６ｂを介してチラーユニットに戻される。このように、冷媒流路２４には、冷媒が循環するよう、供給される。この冷媒の温度を制御することにより、静電チャックＥＳＣによって支持されたウエハＷの温度が制御される。

また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャックＥＳＣの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。

また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極ＬＥと上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極ＬＥとの間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが提供されている。

上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。一実施形態では、上部電極３０は、載置台ＰＤの上面、即ち、ウエハ載置面からの鉛直方向における距離が可変であるように構成され得る。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は処理空間Ｓに面しており、当該電極板３４には複数のガス吐出孔３４ａが設けられている。この電極板３４は、一実施形態では、シリコンから構成されている。

電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６には、ガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。

ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。ガスソース群４０は、フルオロカーボンガスのソース、希ガスのソース、及び、酸素（Ｏ_２）ガスのソースといった複数のガスソースを含んでいる。フルオロカーボンガスは、例えば、Ｃ_４Ｆ_６ガス及びＣ_４Ｆ_８ガスのうち少なくとも一種を含むガスである。また、希ガスは、Ａｒガス、Ｈｅガスといった種々の希ガスのうち少なくとも一種を含むガスである。

バルブ群４２は複数のバルブを含んでおり、流量制御器群４４はマスフローコントローラといった複数の流量制御器を含んでいる。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、バルブ群４２の対応のバルブ及び流量制御器群４４の対応の流量制御器を介して、ガス供給管３８に接続されている。

また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。

処理容器１２の底部側、且つ、支持部１４と処理容器１２の側壁との間には排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ_２Ｏ_３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方、且つ、処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内の空間を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。

また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。

第１の高周波電源６２は、高周波電力を連続的に下部電極ＬＥに供給することができる。また、第１の高周波電源６２は、高周波電力をパルス状に下部電極ＬＥに供給することができる。即ち、第１の高周波電源６２は、第１レベルの高周波電力と、当該第１レベルよりも小さい第２レベルの高周波電力とを、交互に下部電極ＬＥに供給することができる。例えば、第２レベルの高周波電力とは、その大きさが「０」の高周波電力であり得る。この場合には、第１の高周波電源６２は、高周波電力のＯＮとＯＦＦとを交互に切り換えて供給することができる。第１のレベルと第２のレベルとを交互に切り換える周波数は、２ｋＨｚ〜４０ｋＨｚであり得る。また、高周波電力が第１のレベルをとる期間と第２のレベルをとる期間とを含む１周期内において高周波電力が第１のレベルをとる期間が占める割合、即ちデューティ比は、２０％以上８０％以下であり得る。

第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３ＭＨｚの高周波バイアス電力を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極ＬＥに接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極ＬＥ側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。

第２の高周波電源６４は、高周波バイアス電力を連続的に下部電極ＬＥに供給することができる。また、第２の高周波電源６４は、高周波バイアス電力をパルス状に下部電極ＬＥに供給することができる。即ち、第２の高周波電源６４は、第１レベルの高周波バイアス電力と、当該第１レベルよりも小さい第２レベルの高周波バイアス電力とを交互に下部電極ＬＥに供給することができる。例えば、第２レベルの高周波バイアス電力とは、その大きさが「０」の高周波バイアス電力であり得る。この場合には、第２の高周波電源６４は、高周波バイアス電力のＯＮとＯＦＦとを交互に切り換えて供給することができる。また、第１のレベルと第２のレベルとを交互に切り換える周波数は、２ｋＨｚ〜４０ｋＨｚでることができ、高周波バイアス電力が第１のレベルをとる期間と第２のレベルをとる期間とを含む１周期内において高周波バイアス電力が第１のレベルをとる期間が占める割合、即ちデューティ比は、２０％以上８０％以下であり得る。なお、高周波バイアス電力の第１レベルは高周波電力の第１レベルとは異なるレベルであり得る。

また、プラズマ処理装置１０は、電源７０を更に備えている。電源７０は、上部電極３０に接続されている。電源７０は、処理空間Ｓ内に存在する正イオンを電極板３４に引き込むための電圧を、上部電極３０に印加する。一例においては、電源７０は、負の直流電圧を発生する直流電源である。別の一例において、電源７０は、比較的低周波の交流電圧を発生する交流電源であってもよい。電源７０から上部電極に印加される電圧は、−１５０Ｖ以下の電圧であり得る。即ち、電源７０によって上部電極３０に印加される電圧は、絶対値が１５０以上の負の電圧であり得る。このような電圧が電源７０から上部電極３０に印加されると、処理空間Ｓに存在する正イオンが、電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４から二次電子及び／又はシリコンが放出される。放出されたシリコンは、処理空間Ｓ内に存在するフッ素の活性種と結合し、フッ素の活性種の量を低減させる。

また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。

以下、再び図１を参照して、方法ＭＴについて詳細に説明する。また、以下の説明では、図１に加えて、図３及び図４を参照する。図３は、図１に示す方法の各工程の前後の被処理体の状態を示す断面図である。図４は、工程ＳＴ１における高周波電力の波形及び高周波バイアス電力の波形を示す図である。

図１に示す方法ＭＴは、図３の（ａ）に示す一例のウエハＷに対して適用され得る。図３の（ａ）に示すウエハＷは、基板ＳＢ、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を含んでいる。第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２は基板ＳＢ上に設けられている。第１領域Ｒ１は酸化シリコンから構成されており、第２領域Ｒ２は窒化シリコンから構成されている。第１領域Ｒ１の表面及び第２領域Ｒ２の表面は、方法ＭＴの適用開始前又は方法ＭＴの実施の途中で同時に露出される。

方法ＭＴでは、まず、工程ＳＴ１（第１工程）が実行される。工程ＳＴ１では、ウエハＷがフルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマに晒される。フルオロカーボンガスは、例えば、Ｃ_４Ｆ_６ガス及びＣ_４Ｆ_８ガスのうち少なくとも一種を含む。また、この処理ガスは、Ａｒガス、Ｈｅガスといった種々の希ガスのうち少なくとも一種の希ガスを含み得る。さらに、この処理ガスは、酸素（Ｏ_２）ガスを含み得る。処理ガスは、プラズマ生成用の高周波電力ＨＦが供給されることにより発生する高周波電界によって励起される。工程ＳＴ１では、処理ガスが励起されることによりプラズマが生成され、生成されたプラズマにウエハＷが晒される。

図４に示すように、工程ＳＴ１では、処理ガスのプラズマの生成のために、パルス状に高周波電力ＨＦが供給される。図４において、高周波電力ＨＦが高いレベルをとっている期間は、当該高周波電力ＨＦが第１のレベルをとっている期間である。また、高周波電力ＨＦが低いレベルをとっている期間は、当該高周波電力ＨＦが第２のレベルをとっている期間である。工程ＳＴ１において、高周波電力ＨＦの第１のレベルと第２のレベルとを交互に切り換える周波数は、２ｋＨｚ〜４０ｋＨｚであることができ、デューティ比は、２０％以上８０％以下であり得る。デューティ比が２０％以上であることにより、プラズマを維持することが可能となる。また、デューティ比が８０％以下、且つ、より小さい比であることによって、第２領域Ｒ２のエッチングをより効果的に抑制することが可能となる。

一実施形態の工程ＳＴ１では、ウエハＷにプラズマ中のイオンを引き込むための高周波バイアス電力ＬＦが、当該工程ＳＴ１の実行期間中、連続的に供給され得る。別の実施形態の工程ＳＴ１では、高周波バイアス電力ＬＦもパルス状に供給され得る。図４において、高周波バイアス電力ＬＦが高いレベルをとっている期間は、当該高周波バイアス電力ＬＦが第１のレベルをとっている期間である。また、高周波バイアス電力ＬＦが低いレベルをとっている期間は、当該高周波バイアス電力ＬＦが第２のレベルをとっている期間である。工程ＳＴ１において、高周波バイアス電力ＬＦの第１のレベルと第２のレベルとを交互に切り換える周波数は、２ｋＨｚ〜４０ｋＨｚであることができ、デューティ比は、２０％以上８０％以下であり得る。また、工程ＳＴ１において高周波バイアス電力ＬＦは高周波電力ＨＦに同期していてもよい。或いは、工程ＳＴ１において高周波バイアス電力ＬＦは高周波電力ＨＦに同期していなくてもよい。

プラズマ処理装置１０を用いて工程ＳＴ１を実施する場合には、ガスソース群４０から処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、工程ＳＴ１では、第１の高周波電源６２から高周波電力がパルス状に下部電極ＬＥに供給される。また、工程ＳＴ１では、第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が、連続的に或いはパルス状に、下部電極ＬＥに供給され得る。また、工程ＳＴ１では、排気装置５０によって処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。例えば、処理容器１２内の空間の圧力は、２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）〜５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ）の範囲内の圧力に設定される。これにより、処理容器１２内において処理ガスのプラズマが生成され、載置台ＰＤ上に載置されたウエハＷが当該プラズマに晒される。工程ＳＴ１では、上部電極３０に電源７０からの負の直流電圧が印加されてもよい。電源７０によって上部電極３０に印加される電圧は、−１５０Ｖ以下の電圧であり得る。即ち、電源７０によって上部電極３０に印加される電圧は、絶対値が１５０Ｖ以上の負の電圧であり得る。この工程ＳＴ１の実行時のプラズマ処理装置１０の各部の動作は、制御部Ｃｎｔによって制御され得る。

工程ＳＴ１では、初期的には図３の（ａ）に示す状態のウエハＷの第１領域Ｒ１に、フルオロカーボンに由来する原子及び／又は分子の活性種、例えば、フッ素及び／又はフルオロカーボンの活性種が衝突する。これにより、工程ＳＴ１では、第１領域Ｒ１がエッチングされる。また、工程ＳＴ１では、フルオロカーボンを含む堆積物が第１領域Ｒ１に付着する。これにより、図３の（ｂ）に示すように、フルオロカーボンを含む堆積物ＤＰが第１領域Ｒ１上に形成される。この堆積物ＤＰの膜厚は、工程ＳＴ１の実行時間の経過につれて増加する。

また、工程ＳＴ１では、初期的には図３の（ａ）に示す状態のウエハＷの第２領域Ｒ２にも、フルオロカーボンに由来する原子及び／又は分子の活性種、例えば、フッ素及び／又はフルオロカーボンの活性種が衝突する。かかる活性種が第２領域Ｒ２に衝突すると、図３の（ｂ）に示すように、フルオロカーボン堆積物が変質したカーボン含有比率の高い保護膜ＴＲが第２領域Ｒ２の表面に形成され得る。保護膜ＴＲは、第２領域Ｒ２を構成するシリコン及び窒素、処理ガスに含まれる原子及び／又は分子を含有する。例えば、保護膜ＴＲは、シリコン及び窒素に加えて、処理ガスに含まれる炭素、フッ素、及び酸素を含有し得る。また、工程ＳＴ１では、図３の（ｂ）に示すように、保護膜ＴＲ上に堆積物ＤＰが形成される。

なお、工程ＳＴ１において電源７０からの電圧が上部電極３０に印加される場合には、処理空間Ｓに存在する正イオンが、電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４からシリコンが放出される。放出されたシリコンは、処理空間Ｓ内に存在するフッ素の活性種、例えば、フッ素ラジカル及びフッ素イオンと結合し、フッ素の活性種の量を低減させる。これにより、カーボン含有比率の高い保護膜ＴＲの形成速度が増加し、フッ素の活性種による第２領域Ｒ２のエッチングが抑制される。一方、第１領域Ｒ１はプラズマ中のフルオロカーボンの活性種によってエッチングされ、また、当該第１領域Ｒ１上にはフルオロカーボンの活性種によってフルオロカーボンの堆積物ＤＰが形成される。

また、工程ＳＴ１では、上述したように、高周波電力ＨＦがパルス状に供給される。高周波電力ＨＦがパルス状に供給される場合には、パルスのオフ時間中にイオンフラックスよりもラジカルフラックスが遅く減衰する。したがって、ラジカルのみが照射される時間が存在することによりイオンフラックスの比率が低くなる。即ち、イオンよりもラジカルが多く生成される。これにより、堆積物ＤＰに覆われていない状態の第２領域Ｒ２がエッチングされることが抑制される。

このような工程ＳＴ１の処理によって第１領域Ｒ１上に形成された堆積物ＤＰの膜厚が大きくなると、第１領域Ｒ１をエッチングし得る活性種が第１領域Ｒ１に到達することが当該堆積物ＤＰによって阻害される。したがって、工程ＳＴ１を連続的に継続すると、第１領域Ｒ１のエッチングが停止する。このようなエッチングの停止を防止するために、方法ＭＴでは、次いで、工程ＳＴ２（第２工程）が実行される。

工程ＳＴ２では、堆積物ＤＰに含まれるフルオロカーボンのラジカルにより第１領域Ｒ１がエッチングされる。一実施形態の工程ＳＴ２では、工程ＳＴ１の処理後のウエハＷが、希ガスのプラズマに晒される。工程ＳＴ２では、図４に示すように、高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力の双方が、当該工程ＳＴ２の実行期間中に連続的に供給される。この工程ＳＴ２の処理時間と工程ＳＴ１の処理時間は任意に設定され得る。一実施形態においては、工程ＳＴ１の処理時間と工程ＳＴ２の処理時間の合計において工程ＳＴ１の処理時間が占める割合は、３０％〜７０％の範囲内の割合に設定され得る。

プラズマ処理装置１０を用いて工程ＳＴ２を実施する場合には、ガスソース群４０から希ガスが供給される。また、工程ＳＴ２では、希ガスに加えて酸素ガス（Ｏ_２ガス）が供給されてもよく、或いは、酸素ガスが供給されなくてもよい。また、工程ＳＴ２では、第１の高周波電源６２からの高周波電力が下部電極ＬＥに連続的に供給される。また、工程ＳＴ２では、第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が下部電極ＬＥに連続的に供給され得る。また、工程ＳＴ２では、排気装置５０によって処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。例えば、処理容器１２内の空間の圧力は、２０ｍＴｏｒｒ（２．６６６Ｐａ）〜５０ｍＴｏｒｒ（６．６６６Ｐａ）の範囲内の圧力に設定される。これにより、処理容器１２内において希ガスのプラズマが生成され、載置台ＰＤ上に載置されたウエハＷが当該プラズマに晒される。なお、工程ＳＴ２では、上部電極３０に電源７０からの負の直流電圧が印加されてもよい。電源７０によって上部電極３０に印加される電圧は、−１５０Ｖ以下の電圧であり得る。即ち、電源７０によって上部電極３０に印加される電圧は、絶対値が１５０Ｖ以上の負の電圧であり得る。この工程ＳＴ２の実行時のプラズマ処理装置１０の各部の動作は、制御部Ｃｎｔによって制御され得る。

工程ＳＴ２では、希ガス原子の活性種、例えば、希ガス原子のイオンが、堆積物ＤＰに衝突する。これにより、堆積物ＤＰ中のフルオロカーボンのラジカルが、第１領域Ｒ１のエッチングを進行させる。また、この工程ＳＴ２により第１領域Ｒ１上の堆積物ＤＰの膜厚が減少する。また、工程ＳＴ２では、第２領域Ｒ２上の堆積物ＤＰの膜厚も減少する。ただし、第２領域Ｒ２上には保護膜ＴＲが存在するので、第２領域Ｒ２のエッチングは抑制される。このような工程ＳＴ２の実行により、ウエハＷは図３の（ｃ）に示す状態となる。

なお、工程ＳＴ２において電源７０からの電圧が上部電極３０に印加される場合には、処理空間Ｓに存在する正イオンが、電極板３４に衝突する。これにより、電極板３４からシリコンが放出される。工程ＳＴ２の実行期間中には、工程ＳＴ１において生成されたフッ素の活性種が除去されずに処理容器１２内に残存し得る。電極板３４から放出されたシリコンは、処理空間Ｓ内に存在するフッ素の活性種と結合し、フッ素の活性種の量を低減させる。これにより、フッ素の活性種による第２領域Ｒ２のエッチングが抑制される。一方、第１領域Ｒ１は堆積物ＤＰ中のフルオロカーボンのラジカルによってエッチングされる。

また、工程ＳＴ２において酸素ガスが供給されない場合には、第１領域Ｒ１が第２領域Ｒ２に対して更に選択的にエッチングされ得る。

方法ＭＴでは、工程ＳＴ２の実行の後、再び、工程ＳＴ１が実行される。先の工程ＳＴ２の実行によって堆積物ＤＰの膜厚が減少しているので、再び工程ＳＴ１を実行して上述した処理ガスのプラズマにウエハＷを晒すと、第１領域Ｒ１を更にエッチングすることができる。その後、更に工程ＳＴ２が実行することで、堆積物ＤＰ中のフルオロカーボンラジカルにより第１領域Ｒ１をエッチングすることができる。

方法ＭＴでは、工程ＳＴ３において停止条件が満たされるか否かが判定される。停止条件は、例えば、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むサイクルの繰り返し回数が所定回数に達したときに満たされたものと判定される。停止条件が満たされない場合には、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むサイクルが再び実行される。一方、停止条件が満たされる場合には、方法ＭＴが終了する。

以上説明した方法ＭＴでは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を交互に複数回実行することにより、第１領域Ｒ１のエッチングの停止を防止することができる。その結果、第１領域Ｒ１のエッチングを継続することができる。さらに、方法ＭＴでは、第１領域Ｒ１を第２領域Ｒ２に対して選択的にエッチングすることができる。特に、方法ＭＴでは、工程ＳＴ１においてパルス状に高周波電力ＨＦが供給されるので、堆積物ＤＰで覆われていない状態の第２領域Ｒ２がエッチングされることが抑制される。したがって、第２領域Ｒ２のエッチングに対する第１領域Ｒ１のエッチングの選択性が高められる。

図５は、図１に示す方法の処理対象の別の一例を示す断面図である。図５に示すウエハは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を有するウエハＷ２であり、このウエハＷ２に対しても方法ＭＴを適用することができる。具体的に、ウエハＷ２は、下地層１００、複数の隆起領域１０２、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、及び、マスク１０８を有している。このウエハＷ２は、例えば、フィン型電界効果トランジスタの製造中に得られる生産物であり得る。

下地層１００は、例えば、多結晶シリコンから構成され得る。下地層は、一例においてはフィン領域であり、略直方体形状を有している。複数の隆起領域１０２は、下地層１００上に設けられており、互いに略平行に配列されている。これら隆起領域１０２は、例えば、ゲート領域であり得る。第２領域Ｒ２は、窒化シリコンから構成されており、隆起領域１０２を覆うように設けられている。また、複数の隆起領域１０２は、第１領域Ｒ１内に埋め込まれている。即ち、第１領域Ｒ１は、第２領域Ｒ２を介して隆起領域１０２を覆うように設けられている。この第１領域Ｒ１は、酸化シリコンから構成されている。第１領域Ｒ１上には、マスク１０８が設けられている。マスク１０８は、隣接する隆起領域１０２間の上方において開口するパターンを有している。このマスク１０８は、有機膜から構成されている。なお、マスク１０８は、フォトリソグラフィによって作成することが可能である。

このウエハＷ２に対して方法ＭＴを適用すると、ウエハＷ２の第１領域Ｒ１を第２領域Ｒ２に対して選択的にエッチングすることができ、隣接する隆起領域１０２の間の領域においてホールを自己整合的に形成することができる。特に、エッチングの進行に伴い第２領域Ｒ２が露出した際には当該第２領域Ｒ２上には堆積物ＤＰが形成されていないが、工程ＳＴ１において高周波電力ＨＦをパルス状に供給することにより、堆積物ＤＰによって覆われていない当該第２領域Ｒ２のエッチングを抑制することができる。また、第１領域Ｒ１のエッチングの停止を防止しつつ、当該第１領域Ｒ１のエッチングを進行させることができる。かかる方法ＭＴにより形成されたホールは、隣接する隆起領域１０２の間の領域を通って下地層１００の表面まで延在する。当該ホールは、例えば、フィン領域のソース又はドレインに接続するコンタクト用のホールとなり得る。

以下、方法ＭＴの評価のために行った実験例について説明する。以下に説明する実験例は単に例示のために示されるものであって、本発明を限定するものではない。

実験例では、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２を有するウエハに、プラズマ処理装置１０を用いて方法ＭＴを適用した。実験例では、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含むサイクルの実行回数、即ち、サイクル数を種々に変更した。以下に実験例の処理条件を記す。

［実験例の処理条件］
＜工程ＳＴ１＞
・高周波電力ＨＦ：周波数４０ＭＨｚ，５００Ｗ
・高周波バイアス電力ＬＦ：周波数３ＭＨｚ、５０Ｗ
・電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力ＬＦのパルス状の供給の周波数：２０ｋＨｚ
・高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力ＬＦのパルス状の供給のデューティ比：６０％
・処理ガス
Ｃ_４Ｆ_６ガス：３２ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１５００ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガス：２０ｓｃｃｍ
・１サイクル中の工程ＳＴ１の実行時間：１秒
＜工程ＳＴ２＞
・高周波電力ＨＦ：周波数４０ＭＨｚ，５００Ｗ
・高周波バイアス電力ＬＦ：周波数３ＭＨｚ、５０Ｗ
・電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力ＬＦのパルス状の供給の周波数：２０ｋＨｚ
・高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力ＬＦのパルス状の供給のデューティ比：６０％
・ガス
Ｃ_４Ｆ_６ガス：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１５００ｓｃｃｍ
Ｏ_２ガス：０ｓｃｃｍ
・１サイクル中の工程ＳＴ２の実行時間：５秒

また、参考のため比較実験例１、比較実験例２、及び比較実験例３を行った。比較実験例１では、工程ＳＴａ及び工程ＳＴｂを含む方法を、当該工程ＳＴａ及び工程ＳＴｂを含むサイクルの実行回数を種々に変更して、実験例のウエハと同様のウエハに対して適用した。なお、工程ＳＴａは、高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力ＬＦの双方を連続的に供給した点のみ実験例の工程ＳＴ１とは異なる工程とした。また、工程ＳＴｂは、実験例の工程ＳＴ２と同様の工程とした。即ち、比較実験例１では、工程ＳＴａ及び工程ＳＴｂの双方において高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力ＬＦを連続的に供給した。

比較実験例２では、工程ＳＴｃ及び工程ＳＴｄを含む方法を、当該工程ＳＴｄ及び工程ＳＴｄを含むサイクルの実行回数を種々に変更して、実験例のウエハと同様のウエハに対して適用した。なお、工程ＳＴｃは、実験例の工程ＳＴ１と同様の工程とした。また、工程ＳＴｄは、高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力ＬＦの双方をパルス状に供給した点のみ実験例の工程ＳＴ２とは異なる工程とした。即ち、比較実験例２では、工程ＳＴｃ及び工程ＳＴｄの双方において高周波電力ＨＦ及び高周波バイアス電力ＬＦをパルス状に供給した。

比較実験例３では、工程ＳＴａの実行時間を１．５秒に設定し、その他の処理条件は比較実験例１の処理条件と同様の処理条件の方法を、実験例と同様のウエハに適用した。

そして、実験例、比較実験例１、比較実験例２、及び比較実験例３のそれぞれを適用した後のウエハから第１領域Ｒ１のエッチング量、即ち第１領域Ｒ１の膜厚減少量と、第２領域Ｒ２の膜厚減少量を求めた。図６及び図７は実験結果を示す図である。図６において横軸はサイクル数であり、縦軸は第１領域のエッチング量である。また、図７において横軸はサイクル数であり、縦軸は第２領域の膜厚減少量である。

図６に示すように、実験例、即ち、工程ＳＴ１のみにおいて高周波電力ＨＦをパルス状に供給する方法ＭＴによれば、比較実験例２及び比較実験例３よりも第１領域のエッチング量を大きく維持することができることが確認された。即ち、実験例によれば、比較実験例１と略同等の第１領域のエッチング量を得ることができた。また、図７に示すように、実験例によれば、第２領域の膜厚減少量を、比較実験例１よりも相当に低減することが可能であることが確認された。したがって、実験例によれば、第１領域のエッチングレートの低下を抑制し、且つ、第２領域に対する第１領域のエッチングの選択性を向上させることが可能であることが確認された。

１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、ＰＤ…載置台、ＥＳＣ…静電チャック、ＬＥ…下部電極、３０…上部電極、４０…ガスソース群、５０…排気装置、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、７０…電源、Ｗ，Ｗ２…ウエハ、ＤＰ…堆積物、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、ＨＦ…高周波電力、ＬＦ…高周波バイアス電力、Ｗ…ウエハ、Ｗ２…ウエハ、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、ＤＰ…堆積物。

Claims

酸化シリコンから構成された第１領域を窒化シリコンから構成された第２領域に対して選択的にエッチングする方法であって、
前記第１領域及び前記第２領域を有する被処理体を、フルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマに晒す第１工程であり、前記第１領域をエッチングし、且つ前記第１領域及び前記第２領域上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する、該第１工程と、
前記堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルにより前記第１領域をエッチングする第２工程と、
を含み、
前記第１工程では、前記プラズマがパルス状の高周波電力によって生成され、
前記第１工程と前記第２工程とが交互に繰り返される、
方法。
前記第１工程において前記被処理体にイオンを引き込むためにパルス状の高周波バイアス電力が供給される、請求項１に記載の方法。
前記高周波バイアス電力と前記高周波電力が同期する、請求項２に記載の方法。
前記第２工程では、連続的に供給される高周波電力によって希ガスのプラズマが生成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。