JP6796519B2

JP6796519B2 - エッチング方法

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Description

本発明の実施形態は、被処理体に対するエッチング方法に関する。

半導体の製造において、高詳細な配線パターンの形成が半導体素子の微細化に伴って要求されている。例えば、特許文献１には、微細加工精度の向上を目的とした誘電体薄膜素子の製造方法に係る技術が開示されている。また、プロセスの複雑化を抑制しつつ選択的なパターン成膜を行うための技術が特願２０１６−１２１８２０号明細書に記載されている。

特開平１１−３５４５０５号公報

高詳細な配線パターンを形成する場合には、例えばＣ_ｘＦ_ｙ系ガス等を用いてエッチング側面にカーボン系の被エッチング膜を形成することによって側面へのエッチングを抑制し垂直方向に対するエッチングを行う技術が知られているが、複数のエッチング工程を通してパターン形状が十分に維持されるよう層間には十分なエッチングレートの差が要求される場合がある。しかしながら、エッチングレートの差を生じさせる層を予め画定された高詳細な配線パターンに沿って形成する場合には、複雑なプロセスが必要となり得る。パターン形状を十分に維持しつつ当該形状に沿った層をパターン上に容易に積層する技術が望まれている。

一態様においては、被処理体に対するエッチング方法が提供される。被処理体は主面と溝部と被エッチング膜とを含み、溝部は主面に設けられており、被エッチング膜は主面と溝部の表面（溝部の表面は、溝部の側面、および、溝部の底面を含む）とを覆う。この方法は、プラズマ処理装置の処理室内に被処理体を収容する第１工程と、第１工程の後に、処理室内に第１のガスの供給を開始する第２工程と、第２工程の後に、第２のガスとプラズマ生成用高周波電力とを処理室内に供給して第２のガスを含む処理室内のガスによるプラズマを処理室内において生成する処理を開始する第３工程と、を備える。第１のガスは、水素原子を含まない酸化剤を含有するガスであり、第２のガスは、ケイ素原子およびフッ素原子を含み水素原子を含まない化合物を含有するガスである。被エッチング膜の材料は、フッ素を用いたドライエッチングが可能な材料であり、被エッチング膜のうち溝部の表面を覆う部分のみが、選択的に除去される。

上記方法において、少なくとも以下の効果が一例として奏され得る。まず発明者は、鋭意研究の結果、水素原子を含まない酸化剤を含有する第１のガスと、ケイ素原子およびフッ素原子を含み水素原子を含まない化合物を含有する第２のガスとを用いてプラズマを生成することによって、被処理体の表面（被処理体の表面は、主面、および、溝部の表面を含み、溝部の表面は、溝部の側面、および、溝部の底面を含む）を覆う被エッチング膜のうち溝部の表面に設けられた部分は除去され、被エッチング膜のうち主面（溝部が除かれた部分）に設けられた部分は残存し、シリコンおよび酸素を含有する膜がこの残存した部分に形成される一方で溝部の表面にはほとんど形成されないことを見い出した。このように、上記方法によれば、水素原子を含まない酸化剤を含有する第１のガスと、ケイ素原子およびフッ素原子を含み水素原子を含まない化合物を含有する第２のガスとを用いてプラズマを生成することのみによって、被エッチング膜のうちパターン形状を画定する溝部の表面に設けられた部分のみが選択的に除去される。

一実施形態において、被エッチング膜の材料は、ＴｉＮまたはＳｉＮであることができる。被エッチング膜の材料がＴｉＮまたはＳｉＮの場合には、溝部の表面に設けられた被エッチング膜に対する選択的なエッチングが可能になると共に、このエッチングによって残存する被エッチング膜上における選択的な膜の形成も可能になる。

一実施形態において、第３工程の実行時における被処理体の温度は、摂氏４５０度未満であることができる。第３工程の実行時における被処理体の温度が摂氏４５０度以上の場合、第３工程において被処理体の主面（溝部を除いた部分）に対する膜の形成が困難となる。

一実施形態において、被エッチング膜の材料がＴｉＮの場合に、第３工程の実行時における被処理体の温度は、摂氏２５０度未満であることができる。被エッチング膜の材料がＴｉＮであって、被処理体の温度が摂氏２５０度以上の場合には、第３工程によって、被エッチング膜のうち溝部の表面に設けられた部分が除去されるだけでなく、被エッチング膜のうち主面（溝部が除かれた部分）に設けられた部分も除去され得る。

一実施形態において、被エッチング膜の材料がＳｉＮの場合に、第３工程の実行時における被処理体の温度は、摂氏２５０度以上且つ摂氏４５０度未満であることができる。被エッチング膜の材料がＳｉＮであって、被処理体の温度が摂氏４５０度以上の場合には、第３工程によって、被エッチング膜のうち溝部の表面に設けられた部分が除去されるだけでなく、被エッチング膜のうち主面（溝部が除かれた部分）に設けられた部分も除去され得る。被エッチング膜の材料がＳｉＮであって、被処理体の温度が摂氏２５０度未満の場合には、第３工程によって、被エッチング膜のうち溝部の表面に設けられた部分の除去が困難になる。

一実施形態において、第２のガスは、Ｓｉ_ｘＦ_ｙ（ｘ，ｙは１以上の整数）の組成を有する一または複数の種類のガスを含有し、例えばＳｉＦ_４を含有するガス、または、ＳｉＦ_４とＳｉ_２Ｆ_６とを共にを含有するガスである場合、第１のガスは、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｎ_ｘＯ_ｙの何れかを含有するガスである場合、第２のガスは、希ガスを更に含有する場合の何れの場合も可能である。

一実施形態において、第３工程において、処理室内への第２のガスの供給を開始する第１の開始タイミングは、処理室内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を開始する第２の開始タイミングの以後の期間内にある。第２工程の開始から第３工程の開始前までの期間内において処理室内における圧力調整が第１のガスの供給によって行われた後に、第３工程において、プラズマ生成用高周波電力の供給の開始によって処理室内においてプラズマが安定的に生成されつつ処理室内への第２のガスの供給が開始されることによって、エッチングが開始される。特に、第１の開始タイミングと第２の開始タイミングとが同時である場合、第１のガスから生成される酸素プラズマによる被処理体の表面への影響が十分に低減され、被処理体の表面において酸化が十分に抑制され得る。

一実施形態において、第３工程の後に、プラズマの生成を終了する第４工程をさらに備える。第４工程において、処理室内への第２のガスの供給を終了する第１の終了タイミングは、処理室内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を終了する第２の終了タイミングの以後であって且つ処理室内への第１のガスの供給を終了する第３の終了タイミングよりも前の期間内にある、または、第２の終了タイミングよりも後であって且つ第３の終了タイミングの以前の期間内にある。第２の終了タイミングにおいてプラズマを失火させエッチングを終了させた後に、第２のガスの供給および第１のガスの供給を終了させる。第１のガスの供給を終了する第３の終了タイミングが第２のガスの供給を終了する第２の終了タイミングの以後にあるので、プラズマ失火後の処理室内が第１のガスによって良好にパージされ得る。

一実施形態において、第１工程において、処理室の内側の表面は、シリコンとフッ素とを含有するプリコート膜で覆われている部分を有することができる。このように、膜の形成を行う処理室の内側の表面に予めシリコンとフッ素とを含有するプリコート膜が形成されている場合には、シリコンとフッ素とを含有する第２のガスだけではなく、第２のガスと当該プリコート膜から分離したシリコンおよびフッ素の各原子とによって、プラズマの生成がより効果的に行われ得る。

以上説明したように、パターン形状を十分に維持しつつ当該形状に沿った層をパターン上に容易に積層する技術が提供される。

図１は、一実施形態に係る方法を示す流れ図である。図２は、図１に示す方法を実施するプラズマ処理装置の一例を断面的に示す図である。図３は、（ａ）部および（ｂ）部を含み、図３の（ａ）部は、図１に示す方法の各工程の実行前の被処理体の状態を模式的に示す断面図であり、図３の（ｂ）部は、図１に示す方法の各工程の実行後の被処理体の状態を模式的に示す断面図である。図４は、図１に示す方法の各工程で実施される種々の処理の実行タイミングを示す図である。図５は、処理室の内側の表面にプリコート膜が形成されている状態を模式的に示す図である。

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また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、一実施形態の方法を示す流れ図である。図１に示す一実施形態の方法ＭＴは、被処理体（以下、「ウエハ」ということがある）に対するエッチング方法である。一実施形態の方法ＭＴにおいて、一連の工程を単一のプラズマ処理装置を用いて実行することが可能である。

図２は、プラズマ処理装置の一例を示す図である。図２には、被処理体に対するエッチング方法の種々の実施形態で利用可能なプラズマ処理装置１０の断面構造が概略的に示されている。図２に示すように、プラズマ処理装置１０は、誘導結合プラズマエッチング装置である。

プラズマ処理装置１０は、処理容器１を備える。処理容器１は、気密に設けられている。処理容器１は、導電性材料を含み、例えば、処理容器１の内壁面は、陽極酸化処理されたアルミニウム等の材料を含み得る。処理容器１は、分解可能に組み立てられており、接地線１ａによって接地されている。処理容器１は、誘電体壁２によって、上下にアンテナ室３と処理室４とに区画されている。誘電体壁２は、処理室４の天井壁を構成している。誘電体壁２は、例えばＡｌ_２Ｏ_３等のセラミックス、石英等で構成されている。

誘電体壁２の下側部分には、処理ガス供給用のシャワー筐体１１が嵌め込まれている。シャワー筐体１１は、十字状に設けられており、誘電体壁２を下から支持する。誘電体壁２を支持するシャワー筐体１１は、複数本のサスペンダ（図示せず）によって、処理容器１の天井に吊されている。

シャワー筐体１１は、金属等の導電性材料を含み得る。シャワー筐体１１の内面は、汚染物が発生しないように、例えば陽極酸化処理されたアルミニウム等を含み得る。シャワー筐体１１には、誘電体壁２に沿って延びるガス流路１２が形成されており、ガス流路１２には、サセプタ２２に向かって延びる複数のガス供給孔１２ａが連通している。誘電体壁２の上面中央には、ガス流路１２に連通するようにガス供給管２０ａが設けられている。ガス供給管２０ａは、誘電体壁２から処理容器１の外側に延びており、処理ガス供給源およびバルブシステム等を含む処理ガス供給系２０に接続されている。プラズマ処理においては、処理ガス供給系２０から供給される処理ガスは、ガス供給管２０ａを介してシャワー筐体１１内に供給され、シャワー筐体１１の下面（処理室４に向いている面）のガス供給孔１２ａから処理室４内へ吐出される。

処理容器１におけるアンテナ室３の側壁３ａと処理室４の側壁４ａとの間には内側に突出する支持棚５が設けられており、支持棚５の上に誘電体壁２が載置される。

アンテナ室３内には誘電体壁２の上に誘電体壁２に面するように高周波アンテナ１３が配設されている。高周波アンテナ１３は、絶縁部材からなるスペーサ１３ａによって、誘電体壁２から例えば５０［ｍｍ］以下の範囲で離間している。アンテナ室３の中央部付近には、誘電体壁２の上面に垂直な方向に（鉛直方向に）延びる４つの給電部材１６が設けられており、４つの給電部材１６には整合器１４を介して高周波電源１５が接続されている。給電部材１６は、ガス供給管２０ａの周囲に配置されている。

プラズマ処理中において、高周波電源１５からは、誘導電界形成用の例えば１３．５６［ＭＨｚ］程度の周波数のプラズマ生成用高周波電力が高周波アンテナ１３を介して処理室４内に供給される。このように高周波電源１５からプラズマ生成用高周波電力が処理室４内に供給されることによって、処理室４内に誘導電界が形成され、この誘導電界によって、シャワー筐体１１から処理室４内に供給される処理ガスのプラズマが生成される。なお、シャワー筐体１１は、十字状に設けられており、高周波アンテナ１３からの高周波の電力の処理室４内への供給は、シャワー筐体１１が金属であっても妨げられない。

処理室４内の下方（誘電体壁２の反対側）には、サセプタ２２（載置台）が設けられている。サセプタ２２は、誘電体壁２を挟んで高周波アンテナ１３と対向する。サセプタ２２には、被処理体であるウエハＷが載置される。サセプタ２２は、導電性材料を含み得る。サセプタ２２の表面は、例えば陽極酸化処理、または、アルミナ溶射されたアルミニウムを含み得る。サセプタ２２に載置されたウエハＷは、静電チャック（図示せず）によってサセプタ２２に吸着保持される。

サセプタ２２は、絶縁体枠２４内に収納され、支柱２５に支持される。支柱２５は、中空の構造を備える。サセプタ２２を収納する絶縁体枠２４と処理容器１の底部（処理容器１のうち支柱２５が設けられている側）との間には、支柱２５を気密に包囲するベローズ２６が配設されている。処理室４の側壁４ａには、ウエハＷを搬入出するための搬入出口２７ａと、搬入出口２７ａを開閉するゲートバルブ２７とが設けられている。

サセプタ２２は、支柱２５内に設けられた給電棒２５ａによって、整合器２８を介して高周波電源２９に接続されている。高周波電源２９は、プラズマ処理中に、バイアス用高周波電力、例えば４００［ｋＨｚ］〜６［ＭＨｚ］程度の周波数のバイアス用高周波電力をサセプタ２２に印加する。このバイアス用高周波電力によって、処理室４内に生成されたプラズマ中のイオンが効果的にウエハＷに引き込まれ得る。

サセプタ２２内には、ウエハＷの温度を制御することを目的として、セラミックヒータ等の加熱手段および冷媒流路等を備える温度制御機構と、温度センサーとが設けられている（いずれも図示せず）。当該温度制御機構、温度センサ、部材に対する配管および配線は、いずれも支柱２５の内部を通して処理容器１外に導出される。

処理室４の底部（処理室４のうち支柱２５が設けられている側）には、排気管３１を介して真空ポンプ等を含む排気装置３０が接続される。排気装置３０によって、処理室４が排気され、プラズマ処理中において、処理室４内が所定の真空雰囲気（例えば１．３３［Ｐａ］程度の気圧）に設定され、維持される。

高周波アンテナ１３は、四つの給電部（例えば、給電部４１、給電部４３等）を有する。四つの給電部は、給電部材１６に接続される。四つの給電部は、高周波アンテナ１３の中心の周囲において、例えば９０度程度ずつ離間している。四つの給電部のそれぞれからは２本のアンテナ線が外側に延びており、それぞれのアンテナ線は、コンデンサ１８を介して接地される。

プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを備える。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。

制御部Ｃｎｔは、入力されたレシピに基づくプログラムに従って動作し、制御信号を送出する。制御部Ｃｎｔからの制御信号によって、処理ガス供給系２０から供給されるガスの選択および流量と、排気装置３０の排気と、高周波電源１５および高周波電源２９からの電力供給と、サセプタ２２の温度と、を制御することが可能である。本明細書において開示される被処理体に対するエッチング方法（方法ＭＴ）の各工程（図１に示す工程Ｓ１〜Ｓ４）は、制御部Ｃｎｔによる制御によってプラズマ処理装置１０の各部を動作させることによって、実行され得る。

再び図１を参照し、方法ＭＴについて詳細に説明する。以下において、方法ＭＴの実施にプラズマ処理装置１０が用いられる例について説明を行う。以下の説明においては、図３の（ａ）部、図３の（ｂ）部、および図４を参照する。図３の（ａ）部は、図１に示す方法ＭＴの各工程の実行前の被処理体の状態を模式的に示す断面図である。図３の（ｂ）部は、図１に示す方法ＭＴの各工程の実行後の被処理体の状態を模式的に示す断面図である。図４は、図１に示す方法ＭＴの各工程で実施される種々の処理の実行タイミングを示す図である。

図１に示す方法ＭＴは、方法ＭＴの主要な工程として、工程Ｓ１〜Ｓ４を備える。工程Ｓ１（第１工程）は、プラズマ処理装置１０の処理容器１の処理室４内にウエハＷを収容する。なお、工程Ｓ１の実施前において、工程Ｓ１の実施に用いる処理室４の内側の表面がシリコンとフッ素とを含有するプリコート膜で覆われている部分を有し得る場合がある。図５は、処理室４の内側の表面にプリコート膜ＰＣが形成されている状態を模式的に示す。図５には、処理室４の内側の表面の全体に形成されているプリコート膜ＰＣが示されているが、プリコート膜ＰＣは、処理室４の内側の表面の一部に形成され得る。プリコート膜ＰＣは、シリコンとフッ素とを含有する膜である。プリコート膜ＰＣにおいて、シリコンの占める割合は、フッ素の占める割合の約１倍以下の程度であり得る。プリコート膜ＰＣの厚みは、略均一であるが、平均して５０〜１００［ｎｍ］以上である。

図４には、処理室４内への第１のガスの供給を開始する（第１のガスの供給をＯＦＦからＯＮにする）タイミング（時刻Ｔ１という）、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を開始する（プラズマ生成用高周波電力の供給をＯＦＦからＯＮにする）タイミング（第２の開始タイミングであり、時刻Ｔ２という）、処理室４内への第２のガスの供給を開始する（第２のガスの供給をＯＦＦからＯＮにする）タイミング（第１の開始タイミングであり、時刻Ｔ３という）、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を終了する（プラズマ生成用高周波電力の供給をＯＮからＯＦＦにする）タイミング（第２の終了タイミングであり、時刻Ｔ４という）、処理室４内への第２のガスの供給を終了する（第２のガスの供給をＯＮからＯＦＦにする）タイミング（第１の終了タイミングであり、時刻Ｔ５という）、処理室４内への第１のガスの供給を終了する（第１のガスの供給をＯＮからＯＦＦにする）タイミング（第３の終了タイミングであり、時刻Ｔ６という）が示されている。

図４において、グラフＧ１は、方法ＭＴにおいて、処理室４内への第１のガスの供給の開始タイミングおよび終了タイミングを示す。処理室４内への第１のガスの供給（ＯＮ状態）は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ６に至るまで継続される。時刻Ｔ６は、時刻Ｔ１の後の時刻である。図４において、グラフＧ２は、方法ＭＴにおいて、処理室４内への第２のガスの供給の開始タイミングおよび終了タイミングを示す。処理室４内への第２のガスの供給（ＯＮ状態）は、時刻Ｔ３から時刻Ｔ５に至るまで継続される。時刻Ｔ５は、時刻Ｔ３の後の時刻である。図４において、グラフＧ３は、方法ＭＴにおいて、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給の開始タイミングおよび終了タイミングを示す。処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給（ＯＮ状態）は、時刻Ｔ２から時刻Ｔ４に至るまで継続される。時刻Ｔ４は、時刻Ｔ２の後の時刻である。

工程Ｓ１において処理室４内に収容されるウエハＷは、図３の（ａ）部に示すように、基体部ＢＡと主面６と表層部ＳＵと溝部ＴＲと被エッチング膜ＰＦとを備える。
表層部ＳＵと溝部ＴＲとは、主面６に設けられている。

被エッチング膜ＰＦは、主面６と、溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）とを覆う。溝部ＴＲの表面は、溝部ＴＲの側面ＴＲ１と溝部ＴＲの底面ＴＲ２とを含む。被エッチング膜ＰＦは、ウエハＷの表面（主面６、溝部ＴＲの側面ＴＲ１および溝部ＴＲの底面ＴＲ２）を覆う。被エッチング膜ＰＦは、工程Ｓ１の前段階おいて、プラズマＣＶＤまたはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等の方法を用いて、予め形成される。被エッチング膜ＰＦは、ウエハＷの全表面のうち少なくとも一部を覆い得るが、ウエハＷの全表面（主面６の全領域および全ての溝部ＴＲの全表面）を覆う場合もあり得る。

ウエハＷは、複数の表層部ＳＵと複数の溝部ＴＲとを備える。
主面６において、表層部ＳＵと溝部ＴＲとは交互に設けられている。
表層部ＳＵの端面ＳＵ１は、ウエハＷの主面６において、パターン形状を画定している。

溝部ＴＲの深さＤＰ（表層部ＳＵの高さ）は、１０〜２５０[ｎｍ]程度であり得る。この場合、表層部ＳＵの幅ＷＤ１と溝部ＴＲの幅ＷＤ２とは概ね同値（１０〜２５０[ｎｍ]程度）であり得る。被エッチング膜ＰＦの材料は、フッ素を用いたドライエッチングが可能な材料である。被エッチング膜ＰＦの材料は、例えばＴｉＮまたはＳｉＮであり得るが、Ｔｉ，ＴｉＮ，Ｗ，Ｔａ，ＴａＮ，Ｓｉ，ＳｉＮ，ＳｉＯＣＨ，Ｍｏ等の何れであってもよい。被エッチング膜ＰＦの厚みＴＨ１は、０[ｎｍ]より大きく且つ１００［ｎｍ］以下の程度である。被エッチング膜ＰＦは、単原子層であることもできる。表層部ＳＵは、絶縁性材料によって構成される。当該絶縁性材料は、例えば、低誘電率の材料であり得る。当該絶縁性材料は、より具体的には、アモルファスカーボンシリコン、シリコン等であり得る。基体部ＢＡは、Ｃｕ等の金属によって構成されることができる。

基体部ＢＡと表層部ＳＵとは、図３の（ａ）部および図３の（ｂ）部に示すように、互いに異なる材料によって構成された別体であり得るが、この構成に限らず、基体部ＢＡと表層部ＳＵとは、同材料から構成された一体であることもできる。基体部ＢＡと表層部ＳＵとが同材料から構成された一体の場合、基体部ＢＡと表層部ＳＵとは、共に、絶縁性材料（例えば低誘電率の材料）によって構成され得る。

工程Ｓ１に引き続き、工程Ｓ２（第２工程）において、処理室４内の圧力をプロセス圧力に調節する。具体的には、処理室４内に第１のガスの供給が開始されることによって、処理室４内の圧力が調節される。図４のグラフＧ１に示すように、工程Ｓ２において、時刻Ｔ１に、処理室４内への第１のガスの供給を開始する（第１のガスの供給をＯＦＦからＯＮにする）。

第１のガスは、水素原子を含まない酸化剤を含有するガスであり得る。第１のガスは、特に、水素原子を含まない酸化剤のうちＯ_２、Ｏ_３、Ｎ_ｘＯ_ｙ（ｘ，ｙは１以上の整数）の何れかを含有するガスであり得る。より具体的には、第１のガスは、水素原子を含まない酸化剤のうち、Ｏ_２ガス、Ｏ_３ガス、Ｎ_ｘＯ_ｙガス（ｘ，ｙは１以上の整数）の何れかであるか、または、Ｏ_２ガス、Ｏ_３ガス、Ｎ_ｘＯ_ｙガス（ｘ，ｙは１以上の整数）の何れかを含有する混合ガスであり得る。

工程Ｓ２に引き続き、工程Ｓ３（第３工程）において、プラズマＣＶＤ（CVD：Chemical Vapor Deposition）を用いて、被エッチング膜ＰＦのうち溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた部分をドライエッチングによって選択的に除去すると共に、被エッチング膜ＰＦのうちウエハＷの主面６（端面ＳＵ１）に設けられた部分をドライエッチングにおいて残存させ、当該残存させた部分に対して膜部ＭＥ（膜）を選択的に形成する。工程Ｓ３において、第２のガスとプラズマ生成用高周波電力とバイアス用高周波電力とを処理室４内に供給して第２のガスを含む処理室４内のガスによるプラズマを処理室４内において生成する処理を開始する。工程Ｓ３において、溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）には膜は形成されず、被エッチング膜ＰＦのうち溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた部分がドライエッチングによって選択的に除去され、被エッチング膜ＰＦのうちウエハＷの主面６（端面ＳＵ１）に設けられた部分がドライエッチングにおいて残存し、当該残存した部分に対して膜部ＭＥ（膜）が選択的に形成される。膜部ＭＥの厚みＴＨ２は、１〜１００[ｎｍ]の程度である。

工程Ｓ３において用いられる第２のガスは、ケイ素原子およびフッ素原子を含み水素原子を含まない化合物を含有するガスであり得る。この場合、工程Ｓ３で生成されるプラズマにおいて、デポジション種の元素はケイ素（シリコン）であり、エッチング種の元素はフッ素である。第２のガスは、Ｓｉ_ｘＦ_ｙ（ｘ，ｙは１以上の整数）の組成を有する一または複数の種類のガスを含有するガスであって、例えばＳｉＦ_４を含有するガス、または、ＳｉＦ_４とＳｉ_２Ｆ_６とを共にを含有するガス等であり得る。工程Ｓ３における第２のガスの流量は、比較的に少なく、例えば１〜５０[ｓｃｃｍ]の範囲内にある場合が考えられ得る。なお、第２のガスが更に希ガス（例えば、Ｈｅ，Ａｒ、Ｘｅ等）を含む場合も一実施形態に係る方法ＭＴに適用され得る。

工程Ｓ３において、処理室４内への第２のガスの供給を開始する時刻Ｔ３は、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を開始する時刻Ｔ２の以後の期間内にある。すなわち、時刻Ｔ１の値をｔ１、時刻Ｔ２の値をｔ２、時刻Ｔ３の値をｔ３とすると、ｔ１，ｔ２，ｔ３は、ｔ１＜ｔ２≦ｔ３の条件を満たす。

工程Ｓ３の処理によって、図３の（ｂ）部に示すように、ウエハＷの表面（主面６、側面ＴＲ１、底面ＴＲ２）を覆う被エッチング膜ＰＦのうち溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた部分は選択的に除去され、被エッチング膜ＰＦのうち表層部ＳＵの端面ＳＵ１に設けられた部分は選択的に残存する。被エッチング膜ＰＦのうち端面ＳＵ１に設けられた部分には、膜部ＭＥが選択的に形成される。膜部ＭＥは、被エッチング膜ＰＦのうち端面ＳＵ１上の残存部分にのみ形成され、溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）にはほとんど形成されない。このように、工程Ｓ３によって、被エッチング膜ＰＦのうち溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた部分（溝部ＴＲの当該表面を覆う部分）のみが選択的に除去される。

工程Ｓ２において用いられる第１のガスが例えばＯ_２ガスまたはＯ_３ガスであって、工程Ｓ３において用いられる第２のガスが、ＳｉＦ_４ガス、または、ＳｉＦ_４およびＳｉ_２Ｆ_６を含有する混合ガスであり、工程Ｓ３において生成されるプラズマに含まれるエッチング種の元素がフッ素の場合、膜部ＭＥは、シリコンと酸素とを含み、例えばＳｉＯＦ膜であり得る。

工程Ｓ３の実行時において、ウエハＷの温度は、摂氏４５０度未満である。ウエハＷの温度が摂氏４５０度以上の場合、工程Ｓ３においてウエハＷの主面６（主面６において溝部ＴＲが除かれた部分であり、具体的には表層部ＳＵの端面ＳＵ１）に対する膜部ＭＥの形成が困難となる。特に、被エッチング膜ＰＦの材料がＴｉＮの場合には、工程Ｓ３の実行時におけるウエハＷの温度は、摂氏２５０度未満であり、被エッチング膜ＰＦの材料がＳｉＮの場合には、工程Ｓ３の実行時におけるウエハＷの温度は、摂氏２５０度以上且つ摂氏４５０度未満である。

被エッチング膜ＰＦの材料がＴｉＮであって、ウエハＷの温度が摂氏２５０度以上の場合には、工程Ｓ３によって、被エッチング膜ＰＦのうち溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた部分が除去されるだけでなく、被エッチング膜ＰＦのうち主面６（溝部ＴＲが除かれた部分であり、表層部ＳＵの端面ＳＵ１）に設けられた部分も除去され得る。

被エッチング膜ＰＦの材料がＳｉＮであって、ウエハＷの温度が摂氏４５０度以上の場合には、工程Ｓ３によって、被エッチング膜ＰＦのうち溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた部分が除去されるだけでなく、被エッチング膜ＰＦのうち主面６（溝部ＴＲが除かれた部分であり、表層部ＳＵの端面ＳＵ１）に設けられた部分も除去され得る。

工程Ｓ３に引き続き、工程Ｓ４（第４工程）において、工程Ｓ３で開始した処理室４内におけるプラズマの生成を終了する。工程Ｓ４において、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を終了した後に、処理室４内への第１のガスの供給と、処理室４内への第２のガスの供給とを終了する。処理室４内への第２のガスの供給を終了する時刻Ｔ５は、処理室４内へのプラズマ生成用高周波電力の供給を終了する時刻Ｔ４の以後であって且つ処理室４内への第１のガスの供給を終了する時刻Ｔ６よりも前の期間内にある、または、時刻Ｔ４よりも後であって且つ時刻Ｔ６の以前の期間内にある。すなわち、時刻Ｔ４の値をｔ４、時刻Ｔ５の値をｔ５、時刻Ｔ６の値をｔ６とすると、ｔ４，ｔ５，ｔ６は、ｔ４≦ｔ５＜ｔ６の条件、または、ｔ４＜ｔ５≦ｔ６の条件を満たす。

なお、工程Ｓ４の後に膜部ＭＥを除去し、プラズマＣＶＤまたはＡＬＤ等の方法によって被エッチング膜ＰＦをウエハＷの表面に改めて形成した後に、工程Ｓ１〜工程Ｓ４を再度行ってもよい。このように、工程Ｓ１〜工程Ｓ４を複数回だけ繰り返し実行することによって、パターン形状（具体的には例えば溝部ＴＲの幅ＷＤ２）を十分に維持しつつ、主面６（溝部ＴＲが除かれた部分）上に形成される被エッチング膜ＰＦの膜厚の調節が可能となる。

以上説明した一実施形態に係る方法ＭＴによれば、少なくとも以下の効果が一例として奏され得る。まず発明者は、鋭意研究の結果、水素原子を含まない酸化剤を含有する第１のガスと、ケイ素原子およびフッ素原子を含み水素原子を含まない化合物を含有する第２のガスとを用いてプラズマを生成することによって、ウエハＷの表面（主面６、側面ＴＲ１、底面ＴＲ２）を覆う被エッチング膜ＰＦのうち溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた部分は除去され、被エッチング膜ＰＦのうち表層部ＳＵの端面ＳＵ１に設けられた部分は残存し、シリコンおよび酸素を含有する膜部ＭＥがこの残存した部分（被エッチング膜ＰＦのうち端面ＳＵ１に設けられた部分）に形成される一方で溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）にはほとんど形成されないことを見い出した。

このように、方法ＭＴによれば、水素原子を含まない酸化剤を含有する第１のガスと、ケイ素原子およびフッ素原子を含み水素原子を含まない化合物を含有する第２のガスとを用いてプラズマを生成することのみによって、被エッチング膜ＰＦのうちパターン形状を画定する溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた部分のみが選択的に除去され、被エッチング膜ＰＦのうち端面ＳＵ１に設けられた部分（被エッチング膜ＰＦのうち残存する部分）のみに膜部ＭＥが選択的に形成され得る。従って、パターン形状を十分に維持しつつ当該形状に沿った層をパターン上に容易に積層することが可能となる。

また、一実施形態に係る方法ＭＴは、被エッチング膜ＰＦの材料がＴｉＮまたはＳｉＮである場合に適用され得る。被エッチング膜ＰＦの材料がＴｉＮまたはＳｉＮの場合には、溝部ＴＲの表面（側面ＴＲ１および底面ＴＲ２）に設けられた被エッチング膜ＰＦに対する選択的なエッチングが可能になると共に、このエッチングによって残存する被エッチング膜ＰＦ（端面ＳＵ１上に設けられた被エッチング膜ＰＦ）上における選択的な膜部ＭＥの形成も可能になる。

工程Ｓ２の開始から工程Ｓ３の開始前までの期間内（時刻Ｔ１の以後、且つ、時刻Ｔ２より前の期間内）において処理室内における圧力調整が第１のガスの供給によって行われた後に、工程Ｓ３においてプラズマ生成用高周波電力の供給の開始（時刻Ｔ２）によって処理室４内においてプラズマが安定的に生成されつつ処理室４内への第２のガスの供給が開始（時刻Ｔ３）されることによって、エッチングが開始される。特に、時刻Ｔ３と時刻Ｔ２とが同時である場合、第１のガスから生成される酸素プラズマによるウエハＷの表面への影響が十分に低減され、ウエハＷの表面において酸化が十分に抑制され得る。

また、時刻Ｔ４においてプラズマを失火させエッチングを終了させた後に、第２のガスの供給および第１のガスの供給を終了させる。第１のガスの供給を終了する時刻Ｔ６が第２のガスの供給を終了する時刻Ｔ５の以後にあるので、プラズマ失火後（時刻Ｔ５以後）の処理室内が第１のガスによって良好にパージされ得る。

また、被エッチング膜ＰＦに対するエッチングおよび膜部ＭＥの形成が工程Ｓ１から開始される前に、被エッチング膜ＰＦに対するエッチングおよび膜部ＭＥの形成を行う処理室４の内側の表面に予めシリコンとフッ素とを含有するプリコート膜ＰＣが形成されている場合には、シリコンとフッ素とを含有する第２のガスだけではなく、第２のガスと当該プリコート膜ＰＣから分離したシリコンおよびフッ素の各原子とによって、プラズマの生成がより効果的に行われ得る。

（実施例１）
工程Ｓ２および工程Ｓ３は、例えば以下の条件で実施され得る。なお、以下の条件は、処理室４の内側の表面にプリコート膜ＰＣが形成されていない場合の条件である。
・処理室４内の圧力の値［Ｐａ］：０．６７〜１３．３［Ｐａ］
・高周波電源１５の周波数の値［ＭＨｚ］および高周波電力の値［ワット］：１３．５６［ＭＨｚ］、０〜２００［ワット］
・高周波電源２９の周波数の値［ＭＨｚ］およバイアス電力の値［ワット］：６［ＭＨｚ］、０〜６００［ワット］
・処理ガス：Ｏ_２ガス（第１のガス）、ＳｉＦ_４ガス（第２のガス）

（実施例２）
工程Ｓ１で用いられる処理室４の内側の表面には、シリコンとフッ素とを含有するプリコート膜ＰＣが形成されている場合がある。プリコート膜ＰＣの膜厚は約１００［ｎｍ］以下である。またプリコート膜ＰＣの形成場所は処理室４内のほぼ全面である。

以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。

１…処理容器、１０…プラズマ処理装置、１１…シャワー筐体、１２…ガス流路、１２ａ…ガス供給孔、１３…高周波アンテナ、１３ａ…スペーサ、１４…整合器、１５…高周波電源、１６…給電部材、１８…コンデンサ、１ａ…接地線、２…誘電体壁、２０…処理ガス供給系、２０ａ…ガス供給管、２２…サセプタ、２４…絶縁体枠、２５…支柱、２５ａ…給電棒、２６…ベローズ、２７…ゲートバルブ、２７ａ…搬入出口、２８…整合器、２９…高周波電源、３…アンテナ室、３０…排気装置、３１…排気管、３ａ…側壁、４…処理室、４１…給電部、４３…給電部、４ａ…側壁、５…支持棚、６…主面、ＢＡ…基体部、Ｃｎｔ…制御部、ＤＰ…深さ、ＭＴ…方法、ＰＣ…プリコート膜、ＳＵ…表層部、ＴＲ…溝部、ＴＲ１…側面、ＴＲ２…底面、ＳＵ１…端面、ＭＥ…膜部、ＰＦ…被エッチング膜、ＴＨ１…厚み、ＴＨ２…厚み、Ｗ…ウエハ、ＷＤ１…幅、ＷＤ２…幅。

Claims

被処理体に対するエッチング方法であって、該被処理体は主面と溝部と被エッチング膜とを含み、該溝部は該主面に設けられており、該被エッチング膜は該主面と該溝部の表面とを覆い、該方法は、
プラズマ処理装置の処理室内に前記被処理体を収容する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記処理室内に第１のガスの供給を開始する第２工程と、
前記第２工程の後に、第２のガスとプラズマ生成用高周波電力とを前記処理室内に供給して該第２のガスを含む該処理室内のガスによるプラズマを該処理室内において生成する処理を開始する第３工程と、
を備え、
前記第１のガスは、水素原子を含まない酸化剤を含有するガスであり、
前記第２のガスは、ケイ素原子およびフッ素原子を含み水素原子を含まない化合物を含有するガスであり、
前記被エッチング膜の材料は、フッ素を用いたドライエッチングが可能な材料であり、
前記被エッチング膜のうち前記溝部の前記表面を覆う部分のみが、選択的に除去される、
方法。
前記被エッチング膜の材料は、ＴｉＮまたはＳｉＮである、
請求項１に記載の方法。
前記第３工程の実行時における前記被処理体の温度は、摂氏４５０度未満である、
請求項１または請求項２に記載の方法。
前記被エッチング膜の材料がＴｉＮの場合に、前記第３工程の実行時における前記被処理体の温度は、摂氏２５０度未満である、
請求項１に記載の方法。
前記被エッチング膜の材料がＳｉＮの場合に、前記第３工程の実行時における前記被処理体の温度は、摂氏２５０度以上且つ摂氏４５０度未満である、
請求項１に記載の方法。
前記第２のガスは、Ｓｉ_ｘＦ_ｙ（ｘ，ｙは１以上の整数）の組成を有する一または複数の種類のガスを含有する、
請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
前記第２のガスは、ＳｉＦ_４を含有するガス、または、ＳｉＦ_４とＳｉ_２Ｆ_６とを共にを含有するガスである、
請求項６に記載の方法。
前記第１のガスは、Ｏ_２、Ｏ_３、Ｎ_ｘＯ_ｙ（ｘ，ｙは１以上の整数）の何れかを含有するガスである、
請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
前記第２のガスは、希ガスを更に含有する、
請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
前記第３工程において、前記処理室内への前記第２のガスの供給を開始する第１の開始タイミングは、該処理室内への前記プラズマ生成用高周波電力の供給を開始する第２の開始タイミングの以後の期間内にある、
請求項１〜９の何れか一項に記載の方法。
前記第３工程の後に、プラズマの生成を終了する第４工程をさらに備え、
前記第４工程において、前記処理室内への前記第２のガスの供給を終了する第１の終了タイミングは、該処理室内への前記プラズマ生成用高周波電力の供給を終了する第２の終了タイミングの以後であって且つ該処理室内への前記第１のガスの供給を終了する第３の終了タイミングよりも前の期間内にある、または、該第２の終了タイミングよりも後であって且つ該第３の終了タイミングの以前の期間内にある、
請求項１〜１０の何れか一項に記載の方法。
前記第１工程において、前記処理室の内側の表面は、シリコンとフッ素とを含有するプリコート膜で覆われている部分を有する、
請求項１〜１１の何れか一項に記載の方法。