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JP6878174B2 - プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置 - Google Patents
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Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置に関するものである。
プラズマによるエッチング工程において被処理膜にホールを形成する場合、被処理膜から生成された反応生成物がホールに付着することにより、ホールが閉塞してしまうことが知られている。ホールの閉塞を防ぐための対策として、特許文献１には、エッチング工程において、被処理体が載置される静電チャックの温度を制御して被処理膜のエッチングレートを調整する技術が開示されている。
特開２０１６−２２５４３７号公報
ところで、静電チャックの温度を制御する上述の技術では、ホールの閉塞をある程度抑えることができるももの、装置構成が複雑化する恐れがある。すなわち、上述の技術では、静電チャックを支持する基台の内部に形成された冷媒流路へ通流させる冷媒の流量を制御することにより静電チャックの温度を制御するので、冷媒の流量制御に適用される装置構成が複雑化する。
そこで、静電チャックの温度制御を行う手法に代えて、ホールに付着した反応生成物を処理ガスのプラズマにより除去する手法を採用することが考えられる。この場合、ホールに付着した反応生成物のうち、特にカーボンを含む反応生成物を除去するために、処理ガスとして、Ａｒ／Ｏ２が用いられるのが一般的である。しかしながら、Ａｒ／Ｏ２のプラズマによりホールに付着した反応生成物を除去する場合、シリコンを含む反応生成物を除去することが難しく、ホールの真円度が劣化してしまう。このため、ホールの形状を改善することが期待されている。
開示するプラズマエッチング方法は、１つの実施態様において、シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングして、深さが前記シリコン酸化膜の厚さよりも小さい凹部を形成する凹部形成工程と、前記凹部に付着した反応生成物をフルオロカーボンガスのプラズマにより除去する除去工程と、前記反応生成物が除去された前記凹部をプラズマによりエッチングして、前記シリコン酸化膜を貫通するホールを形成する貫通工程とを含む。
開示するプラズマエッチング方法の１つの態様によれば、ホールの形状を改善することができるという効果を奏する。
図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。 図２は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置でエッチングされるウエハの構造の一例を説明するための図である。 図３は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 図４は、図３に示した各工程の実行後のウエハＷの断面の一例を示す図である。 図５は、除去工程において用いられる処理ガス毎のホールの形状の一例を示す図である。 図６は、下部電極の温度を変更して除去工程を行った場合の処理ガス毎のホールの形状の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本願の開示するプラズマエッチング方法及びプラズマエッチング装置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付すこととする。
［プラズマエッチング装置の構成］
図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置を示す概略断面図である。図１に示すプラズマエッチング装置は、容量結合プラズマ（ＣＣＰ：Capacitively Coupled Plasma）を用いたプラズマエッチング装置として構成される。図１に示すプラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバ１を有している。この処理チャンバ１は、円筒状とされ、例えば表面に陽極酸化被膜を形成されたアルミニウム等から構成されている。処理チャンバ１内には、被処理体である半導体ウエハ（以下「ウエハ」と呼ぶ）Ｗを水平に支持する載置台２が設けられている。
載置台２は、その基材２ａが導電性の金属、例えばアルミニウム等で構成されており、下部電極としての機能を有する。この載置台２は、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、載置台２の上方の外周には、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、換言すれば、載置台２に支持されたウエハＷと対向するように、上部電極としての機能を有するシャワーヘッド１６が設けられている。シャワーヘッド１６と載置台２は、一対の電極（上部電極と下部電極）として機能するようになっている。載置台２の基材２ａには、第１の整合器１１ａを介して第１の高周波電源１０ａが接続されている。また、載置台２の基材２ａには、第２の整合器１１ｂを介して第２の高周波電源１０ｂが接続されている。第１の高周波電源１０ａは、プラズマ発生用のものであり、この第１の高周波電源１０ａからは所定周波数（例えば１００ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。また、第２の高周波電源１０ｂは、イオン引き込み用（バイアス用）のものであり、この第２の高周波電源１０ｂからは第１の高周波電源１０ａより低い所定周波数（例えば、３．２ＭＨｚ）の高周波電力が載置台２の基材２ａに供給されるようになっている。
載置台２の上面には、ウエハＷを静電吸着するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａを介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷが吸着されるよう構成されている。
載置台２の内部には、冷媒流路２ｂが形成されており、冷媒流路２ｂには、冷媒入口配管２ｃ、冷媒出口配管２ｄが接続されている。そして、冷媒流路２ｂの中にガルデンなどの冷媒を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられている。このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持されたウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。
上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバ１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、絶縁性部材４５を介して処理チャンバ１の上部に支持されている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。上部天板１６ｂは、シリコン含有物質で形成され、例えば石英で形成される。
本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄが設けられ、このガス拡散室１６ｃ，１６ｄの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｅが形成されている。ガス拡散室は、中央部に設けられたガス拡散室１６ｃと、周縁部に設けられたガス拡散室１６ｄとに２分割されており、中央部と周縁部とで独立に処理ガスの供給状態を変更できるようになっている。
また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｆが、上記したガス通流孔１６ｅと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｅ及びガス導入孔１６ｆを介して処理チャンバ１内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部１６ａ等には、図示しないヒータや、冷媒を循環させるための図示しない配管等の温度調整器が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド１６を所望温度に温度制御できるようになっている。
上記した本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃ，１６ｄへ処理ガスを導入するための２つのガス導入口１６ｇ，１６ｈが形成されている。これらのガス導入口１６ｇ，１６ｈにはガス供給配管１５ａ，１５ｂが接続されており、このガス供給配管１５ａ，１５ｂの他端には、エッチング用の処理ガスを供給する処理ガス供給源１５が接続されている。処理ガス供給源１５は、ガス供給部の一例である。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｃ、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。また、ガス供給配管１５ｂには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｄ、及び開閉弁Ｖ２が設けられている。
そして、処理ガス供給源１５からはプラズマエッチングのための処理ガスが、ガス供給配管１５ａ，１５ｂを介してガス拡散室１６ｃ，１６ｄに供給され、このガス拡散室１６ｃ，１６ｄから、ガス通流孔１６ｅ及びガス導入孔１６ｆを介して処理チャンバ１内にシャワー状に分散されて供給される。
上記した上部電極としてのシャワーヘッド１６には、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１を介して可変直流電源５２が電気的に接続されている。この可変直流電源５２は、オン・オフスイッチ５３により給電のオン・オフが可能となっている。可変直流電源５２の電流・電圧ならびにオン・オフスイッチ５３のオン・オフは、後述する制御部６０によって制御されるようになっている。なお、後述のように、第１の高周波電源１０ａ、第２の高周波電源１０ｂから高周波が載置台２に印加されて処理空間にプラズマが発生する際には、必要に応じて制御部６０によりオン・オフスイッチ５３がオンとされ、上部電極としてのシャワーヘッド１６に所定の直流電圧が印加される。
処理チャンバ１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバ１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。排気装置７３は、排気部の一例である。一方、処理チャンバ１の側壁には、ウエハＷの搬入出口７４が設けられており、この搬入出口７４には、当該搬入出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。
図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６は、処理チャンバ１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバ１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有している。また、デポシールド７７は、下部電極となる載置台２、内壁部材３ａ及び支持台４の外周面を覆うように設けられている。デポシールド７６のウエハＷと略同じ高さ位置には、直流的にグランドに接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼動状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読み取り可能なコンピュータ記録媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
例えば、制御部６０は、後述するプラズマエッチング方法を実行するようにプラズマエッチング装置の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部６０は、シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングして、深さがシリコン酸化膜の厚さよりも小さい凹部を形成する。そして、制御部６０は、シリコン酸化膜がエッチングされて凹部に付着した反応生成物をフルオロカーボンガスのプラズマにより除去する。そして、制御部６０は、反応生成物が除去された凹部をプラズマによりさらにエッチングして、シリコン酸化膜を貫通するホールを形成する。ここで、上記のシリコン酸化膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜が交互に積層されて形成された多層膜に含まれる。
［ウエハＷの構成］
図２は、本実施形態に係るプラズマエッチング装置でエッチングされるウエハＷの構造の一例を説明するための図である。
ウエハＷは、例えば図２に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板２０１と、Ｓｉ基板２０１上に形成された多層膜２０２とを有する。多層膜２０２上には、所定のパターンを有するカーボン膜２０３が形成されている。
多層膜２０２は、例えば図２に示すように、シリコン酸化膜２０２ａとシリコン窒化膜２０２ｂとが交互に積層された構造を有する。本実施形態において、シリコン酸化膜２０２ａは、多層膜２０２において、一番上と一番下に設けられる。また、本実施形態において、多層膜２０２には、シリコン酸化膜２０２ａが例えば４層設けられ、シリコン窒化膜２０２ｂが例えば３層設けられている。ただし、多層膜２０２に含まれるシリコン酸化膜２０２ａ及びシリコン窒化膜２０２ｂの積層数はこれに限られず、図２に示した積層数よりも多くてもよく、少なくても良い。以下では、説明の便宜上、多層膜２０２に含まれる４層のシリコン酸化膜２０２ａを、上から順に「第１のシリコン酸化膜２０２ａ」、「第２のシリコン酸化膜２０２ａ」、「第３のシリコン酸化膜２０２ａ」及び「第４のシリコン酸化膜２０２ａ」と適宜表記する。また、多層膜２０２に含まれる３層のシリコン窒化膜２０２ｂを、上から順に「第１のシリコン窒化膜２０２ｂ」、「第２のシリコン窒化膜２０２ｂ」及び「第３のシリコン窒化膜２０２ｂ」と適宜表記する。
本実施形態において、第１のシリコン酸化膜２０２ａ、第２のシリコン酸化膜２０２ａ及び第３のシリコン酸化膜２０２ａは、例えば、ＴＥＯＳ（Tetraethoxysilane、テトラエトキシシラン）であり、第４のシリコン酸化膜２０２ａは、例えば、熱酸化膜である。また、本実施形態において、第２のシリコン窒化膜２０２ｂ及び第３のシリコン窒化膜２０２ｂは、例えば、ＳｉＮ（シリコンナイトライド）である。
また、本実施形態において、第１のシリコン酸化膜２０２ａの厚さは、例えば３６５ｎｍであり、第２のシリコン酸化膜２０２ａの厚さは、例えば６１００ｎｍであり、第３のシリコン酸化膜２０２ａの厚さは、例えば２４５ｎｍであり、第４のシリコン酸化膜２０２ａの厚さは、例えば１０ｎｍである。また、本実施形態において、第１のシリコン窒化膜２０２ｂの厚さは、例えば３０ｎｍであり、第２のシリコン窒化膜２０２ｂの厚さは、例えば１１０ｎｍであり、第３のシリコン窒化膜２０２ｂの厚さは、例えば３０ｎｍである。また、本実施形態において、カーボン膜２０３の厚さは、例えば２５００ｎｍである。
［プラズマエッチング方法］
次に、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の各工程について説明する。図３は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。図４は、図３に示した各工程の実行後のウエハＷの断面の一例を示す図である。
本実施形態に係るプラズマエッチング方法では、まず、被処理体となるウエハＷが処理チャンバ１内に搬入されて載置台２上に載置される。この段階では、ウエハＷの断面は、例えば、図４の（ａ）に示す状態である。
続いて、制御部６０は、カーボン膜２０３をマスクとして第１の処理ガスのプラズマにより第１のシリコン酸化膜２０２ａ及び第１のシリコン窒化膜２０２ｂをエッチングして、ホールを形成するホール形成工程を実行する（ステップＳ１０１）。具体的には、制御部６０は、排気装置７３により処理チャンバ１内を所定の圧力まで減圧し、処理ガス供給源１５から第１の処理ガスを処理チャンバ１内に供給し、第１の処理ガスのプラズマにより第１のシリコン酸化膜２０２ａ及び第１のシリコン窒化膜２０２ｂをエッチングする。これにより、カーボン膜２０３のパターンに対応するホールが第１のシリコン酸化膜２０２ａ及び第１のシリコン窒化膜２０２ｂに形成される。
例えば、制御部６０は、以下の条件で、ホール形成工程を実行する。
処理チャンバ１内の圧力：３０ｍＴ
下部電極に供給される第１の高周波電力：４００Ｗ
下部電極に供給される第２の高周波電力：１１０００Ｗ
処理ガス及び流量：Ｃ４Ｆ６／Ｃ４Ｆ８／ＣＨ２Ｆ２／Ａｒ／Ｏ２
＝１０／４０／５０／５００／５０ｓｃｃｍ
下部電極の温度：４０℃
処理時間：７０秒
ステップＳ１０１に示したホール形成工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４の（ｂ）に示す状態となる。すなわち、ホール形成工程が実行されることにより、第１のシリコン酸化膜２０２ａ及び第２のシリコン窒化膜２０２ｂを貫通するホール２５０が形成される。
続いて、制御部６０は、第２の処理ガスのプラズマにより第２のシリコン酸化膜２０２ａをエッチングして、深さが第２のシリコン酸化膜２０２ａの厚さよりも小さい凹部を形成する凹部形成工程を実行する（ステップＳ１０２）。具体的には、制御部６０は、排気装置７３により処理チャンバ１内を排気し、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１内に第２の処理ガスを供給し、第２の処理ガスのプラズマにより第２のシリコン酸化膜２０２ａを途中までエッチングする。これにより、ホール形成工程により第１のシリコン酸化膜２０２ａ及び第１のシリコン窒化膜２０２ｂに形成されたホール２５０が延伸されて、深さが第２のシリコン酸化膜２０２ａの厚さよりも小さい凹部がシリコン酸化膜２０２ａに形成される。
例えば、制御部６０は、以下の条件で、凹部形成工程を実行する。
処理チャンバ１内の圧力：２０ｍＴ
下部電極に供給される第１の高周波電力：３００Ｗ
下部電極に供給される第２の高周波電力：１８０００Ｗ
処理ガス及び流量：Ｃ４Ｆ６／ＣＯ／Ｏ２＝７０／３２０／４８ｓｃｃｍ
下部電極の温度：４０℃
処理時間：２７０秒
ステップＳ１０２に示した凹部形成工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４の（ｃ−１）に示す状態となる。すなわち、凹部形成工程が実行されることにより、第２のシリコン酸化膜２０２ａを貫通しないようにホール２５０が延伸されて、深さが第２のシリコン酸化膜２０２ａの厚さよりも小さい凹部２５１が第２のシリコン酸化膜２０２ａに形成される。ここで、第２のシリコン酸化膜２０２ａは、多層膜２０２に含まれる４層のシリコン酸化膜２０２ａのうち、厚さが最も大きいシリコン酸化膜であるため、第２のシリコン酸化膜２０２ａがエッチングされる際に、シリコンを含む反応生成物が比較的に大量に発生する。第２のシリコン酸化膜２０２ａがエッチングされて発生した反応生成物２５２は、図４の（ｃ−１）に示すように、凹部２５１及び凹部２５１を含むホール２５０の側壁に付着する。
続いて、制御部６０は、凹部２５１に付着した反応生成物をフルオロカーボンガスのプラズマにより除去する除去工程を実行する（ステップＳ１０３）。具体的には、制御部６０は、排気装置７３により処理チャンバ１内を排気し、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１内にフルオロカーボンガスを供給し、凹部２５１に付着した反応生成物をフルオロカーボンガスのプラズマにより除去する。フルオロカーボンガスは、例えば、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８又はＣ４Ｆ６である。
例えば、制御部６０は、以下の条件で、除去工程を実行する。
処理チャンバ１内の圧力：３０ｍＴ
下部電極に供給される第１の高周波電力：６００Ｗ
下部電極に供給される第２の高周波電力：１５０Ｗ
処理ガス及び流量：ＣＦ４＝２５０ｓｃｃｍ
下部電極の温度：６０℃
処理時間：８秒
ステップＳ１０３に示した除去工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４の（ｄ−１）に示す状態となる。すなわち、除去工程が実行されることにより、凹部２５１及び凹部２５１を含むホール２５０に付着した反応生成物２５２が除去される。凹部２５１に付着した反応生成物２５２は、シリコンを含む反応生成物であるため、除去工程においてフルオロカーボンガスが用いられることによって、凹部２５１から反応生成物２５２が効率的に除去される。
続いて、制御部６０は、凹部２５１の深さが所定の深さに達したか否かを判定する（ステップＳ１０４）。制御部６０は、例えば、所定の深さまでのエッチングにかかる時間として予め設定された時間が経過したか否かを判定することにより、凹部２５１の深さが所定の深さに達したか否かを判定する。凹部２５１の深さが所定の深さに達していない場合（ステップＳ１０４Ｎｏ）、制御部６０は、ステップＳ１０２に示した凹部形成工程を再実行する。
ステップＳ１０２に示した凹部形成工程の再実行後のウエハＷの断面は、例えば図４の（ｃ−２）に示す状態となる。すなわち、凹部形成工程が再実行されることにより、第２のシリコン酸化膜２０２ａを貫通しないようにホール２５０がさらに延伸されて、凹部２５１の深さが増大する。
その後、制御部６０は、凹部２５１の深さが所定の深さに達するまで、凹部形成工程及び除去工程を交互に複数回繰り返す（ステップＳ１０４Ｎｏ、Ｓ１０２、Ｓ１０３）。このように、凹部形成工程及び除去工程が交互に複数回繰り返されることによって、凹部２５１に付着した反応生成物２５２を除去しつつ、ホール２５０を延伸させることができるので、ホール２５０の真円度をより向上することが可能となる。
一方、凹部２５１の深さが所定の深さに達した場合（ステップＳ１０４Ｙｅｓ）、制御部６０は、反応生成物２５２が除去された凹部２５１をプラズマによりエッチングして、第２のシリコン酸化膜２０２ａを貫通するホール２５０を形成する貫通工程を実行する（ステップＳ１０５）。具体的には、制御部６０は、排気装置７３により処理チャンバ１内を排気し、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１内に第１の処理ガスを供給し、第２の処理ガスのプラズマにより凹部２５１をエッチングする。これにより、凹部２５１が延伸されて、第２のシリコン酸化膜２０２ａを貫通するホールが形成される。
例えば、制御部６０は、以下の条件で、貫通工程を実行する。
処理チャンバ１内の圧力：２０ｍＴ
下部電極に供給される第１の高周波電力：３００Ｗ
下部電極に供給される第２の高周波電力：１８０００Ｗ
処理ガス及び流量：Ｃ４Ｆ６／ＣＯ／Ｏ２＝７０／３２０／４８ｓｃｃｍ
下部電極の温度：４０℃
処理時間：１００秒
ステップＳ１０５に示した貫通工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４の（ｅ）に示す状態となる。すなわち、貫通工程が実行されることにより、第２のシリコン酸化膜２０２ａを貫通するホール２５０が形成され、第２のシリコン酸化膜２０２ａの下層に形成された第２のシリコン窒化膜２０２ｂがホール２５０から露出される。
続いて、制御部６０は、露出される第２のシリコン窒化膜２０２ｂと、第２のシリコン窒化膜２０２ｂの下層に形成されている第３のシリコン酸化膜２０２ａとを第３の処理ガスのプラズマによりエッチングして、ホール２５０を延伸させる第１の延伸工程を実行する（ステップＳ１０６）。具体的には、制御部６０は、排気装置７３により処理チャンバ１内を排気し、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１内に第３の処理ガスを供給し、第３の処理ガスのプラズマにより第２のシリコン窒化膜２０２ｂ及び第３のシリコン酸化膜２０２ａをエッチングする。これにより、貫通工程により形成されたホール２５０が延伸されて、第２のシリコン窒化膜２０２ｂ及び第３のシリコン酸化膜２０２ａを貫通するホール２５０が形成される。
例えば、制御部６０は、以下の条件で、第１の延伸工程を実行する。
処理チャンバ１内の圧力：２５ｍＴ
下部電極に供給される第１の高周波電力：２０００Ｗ
下部電極に供給される第２の高周波電力：３００Ｗ
処理ガス及び流量：Ｃ４Ｆ８／ＣＨ２Ｆ２／Ａｒ＝５０／１００／１５０ｓｃｃｍ
下部電極の温度：８０℃
処理時間：３０秒
ステップＳ１０６に示した第１の延伸工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４の（ｆ）に示す状態となる。すなわち、第１の延伸工程が実行されることにより、第２のシリコン窒化膜２０２ｂ及び第３のシリコン酸化膜２０２ａを貫通するホール２５０が形成され、第３のシリコン酸化膜２０２ａの下層に形成された第３のシリコン窒化膜２０２ｂがホール２５０から露出される。
続いて、制御部６０は、延伸したホール２５０から露出される第３のシリコン窒化膜２０２ｂと、第３のシリコン窒化膜２０２ｂの下層に形成されている第４のシリコン酸化膜２０２ａとを第４の処理ガスのプラズマによりエッチングして、ホール２５０をさらに延伸させる第２の延伸工程を実行する（ステップＳ１０７）。具体的には、制御部６０は、排気装置７３により処理チャンバ１内を排気し、処理ガス供給源１５から処理チャンバ１内に第４の処理ガスを供給し、第４の処理ガスのプラズマにより第３のシリコン窒化膜２０２ｂ及び第４のシリコン酸化膜２０２ａをエッチングする。これにより、第１の延伸工程により延伸されたホール２５０がさらに延伸されて、第３のシリコン窒化膜２０２ｂ及び第４のシリコン酸化膜２０２ａを貫通するホール２５０が形成される。
例えば、制御部６０は、以下の条件で、第２の延伸工程を実行する。
処理チャンバ１内の圧力：１５ｍＴ
下部電極に供給される第１の高周波電力：１５００Ｗ
下部電極に供給される第２の高周波電力：２７５０Ｗ
処理ガス及び流量：Ｃ４Ｆ８／ＣＨ２Ｆ２／Ａｒ／Ｏ２
＝５０／３０／５０／３２ｓｃｃｍ
下部電極の温度：８０℃
処理時間：９０秒
ステップＳ１０７に示した第２の延伸工程の実行後のウエハＷの断面は、例えば図４の（ｇ）に示す状態となる。すなわち、第２の延伸工程が実行されることにより、第３のシリコン窒化膜２０２ｂ及び第４のシリコン酸化膜２０２ａを貫通するホール２５０（つまり、多層膜２０２を貫通するホール２５０）が形成され、Ｓｉ基板２０１がホール２５０から露出される。
［ホールの形状の比較］
図５は、除去工程において用いられる処理ガス毎のホール２５０の形状の一例を示す図である。図５において、「Ｔｏｐ」は、多層膜２０２を貫通するホール２５０の頂部の横断面を示し、「Ｂｏｔｔｏｍ」は、多層膜２０２を貫通するホール２５０の底部の横断面を示す。以下では、多層膜２０２を貫通するホール２５０を単に「ホール２５０」と表記する。
除去工程において反応生成物の除去用の処理ガスとしてＡｒ／Ｏ２を用いた場合、ホール２５０の底部においてホール２５０の真円度が劣化した。これは、除去工程においてＡｒ／Ｏ２を用いた場合、第２のシリコン酸化膜２０２ａの凹部２５１に付着した、シリコンを含む反応生成物を除去することが難しく、凹部２５１に反応生成物が残留したためであると考えられる。
これに対し、本実施形態のように、除去工程において反応生成物の除去用の処理ガスとしてＣＦ４を用いた場合、ホール２５０の底部においてホール２５０の真円度の劣化が抑制された。すなわち、除去工程において反応生成物の除去用の処理ガスとしてＣＦ４を用いた場合、Ａｒ／Ｏ２を用いた場合と比較して、ホール２５０の形状を改善することができた。これは、除去工程においてＣＦ４を用いた場合、第２のシリコン酸化膜２０２ａの凹部２５１に付着した、シリコンを含む反応生成物を効率的に除去することができたためであると考えられる。
なお、図５の比較例は、反応生成物の除去用の処理ガス以外は、主に以下の条件で行われたものである。
処理チャンバ１内の圧力：３００ｍＴ
下部電極に供給される第１の高周波電力：４００Ｗ
下部電極に供給される第２の高周波電力：０Ｗ
処理ガス及び流量：Ａｒ／Ｏ２＝３００／２００ｓｃｃｍ
下部電極の温度：６０℃
処理時間：６秒
図６は、下部電極の温度を変更して除去工程を行った場合の処理ガス毎のホール２５０の形状の一例を示す図である。図６において、「Ｂｏｔｔｏｍ」は、図５と同様に、ホール２５０の底部の横断面を示す。また、図６において、「Ｂｔｍ Ｔｅｍｐ」は、下部電極の温度を示す。図６のプロセス条件は、下部電極の温度を６０℃から４０℃に変更した点以外の点において、図５のプロセス条件と同様である。
除去工程において下部電極の温度が４０℃に変更された状態でＡｒ／Ｏ２を用いた場合、ホール２５０の底部においてホール２５０の真円度が劣化した。
これに対し、除去工程において下部電極の温度が４０℃に変更された状態でＣＦ４を用いた場合、ホール２５０の底部においてホール２５０の真円度の劣化が抑制された。
上述したように、本実施形態によれば、シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングして、深さがシリコン酸化膜の厚さよりも小さい凹部を形成し、凹部に付着した反応生成物をフルオロカーボンガスのプラズマにより除去し、反応生成物が除去された凹部をプラズマによりエッチングして、シリコン酸化膜を貫通するホールを形成する。このため、本実施形態によれば、シリコン酸化膜を貫通するホールの真円度の劣化を抑制することが可能となる。さらに、そのシリコン酸化膜の下層に形成されている膜をエッチングすることにより、良好な形状のホールを形成することが可能となる。結果として、ホールの形状を改善することが可能となる。
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、上記した実施形態では、ウエハＷが、Ｓｉ基板２０１上に形成された多層膜２０２を有する例を示したが、ウエハＷの構造はこれに限定されない。例えば、ウエハＷにおいて、Ｓｉ基板２０１上に単体のシリコン酸化膜が形成されていても良い。この場合、制御部６０は、凹部形成工程において、単体のシリコン酸化膜をプラズマによりエッチングして、深さが単体のシリコン酸化膜の厚さよりも小さい凹部を形成する。
また、上記した実施形態では、プラズマエッチング装置は、ＣＣＰタイプのプラズマエッチング装置であったが、任意のプラズマ源がプラズマエッチング装置に採用され得る。例えば、プラズマエッチング装置に採用されるプラズマ源として、Inductively Coupled Plasma（ＩＣＰ）、Radial Line Slot Antenna、Electron Cyclotron Resonance Plasma（ＥＣＲ）、Helicon Wave Plasma（ＨＷＰ）などが挙げられる。
２０１ Ｓｉ基板
２０２ 多層膜
２０２ａ シリコン酸化膜
２０２ｂ シリコン窒化膜
２０３ カーボン膜
Ｗ ウエハ

Claims (21)

  1. 第１のシリコン酸化膜を第１の処理ガスから生成される第１のプラズマによりエッチングして、深さが前記第１のシリコン酸化膜の厚さよりも小さい凹部を形成する凹部形成工程であって、シリコン含有反応生成物が前記第１のプラズマにより形成され、前記凹部に付着する前記凹部形成工程と、
    前記シリコン含有反応生成物を第２の処理ガスから生成される第２のプラズマにより除去する除去工程と、
    前記シリコン含有反応生成物が除去された前記凹部を前記第１のシリコン酸化膜の下に形成された膜が露出されるまで前記第１のプラズマによりエッチングして、前記第１のシリコン酸化膜を貫通するホールを形成する貫通工程と
    を含み、
    前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスは、フルオロカーボンガスを含み、
    前記第２の処理ガスの前記フルオロカーボンガスの流量は、前記第１の処理ガスの前記フルオロカーボンガスの流量よりも大きいことを特徴とするプラズマエッチング方法。
  2. 前記凹部形成工程及び前記除去工程は、前記凹部の深さが所定の深さに達するまで、交互に複数回繰り返され、その後、
    前記貫通工程は、実行されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  3. 前記第１のシリコン酸化膜の下に形成された前記膜は、第１のシリコン窒化膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法。
  4. 前記第１のシリコン窒化膜と、前記第１のシリコン窒化膜の下に形成されている第２のシリコン酸化膜とを第３の処理ガスから生成される第３のプラズマによりエッチングして、前記ホールを延伸させる第１の延伸工程と、
    延伸した前記ホールから露出される第２のシリコン窒化膜と、前記第２のシリコン窒化膜の下に形成されている第３のシリコン酸化膜とを第４の処理ガスから生成される第４のプラズマによりエッチングして、前記ホールをさらに延伸させる第２の延伸工程と
    をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載のプラズマエッチング方法。
  5. 前記フルオロカーボンガスは、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８又はＣ４Ｆ６であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
  6. 前記凹部形成工程、前記除去工程及び前記貫通工程において、第１の高周波電力と、前記第１の高周波電力よりも周波数が低い第２の高周波電力とが印可されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  7. 前記除去工程において印可される前記第２の高周波電力のパワーは、前記凹部形成工程において印可される前記第２の高周波電力のパワーよりも小さいことを特徴とする請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
  8. 前記除去工程は、前記凹部形成工程よりも高温の状態で実行されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  9. 前記第１の処理ガスに含まれる前記フルオロカーボンガスは、前記第２の処理ガスに含まれる前記フルオロカーボンガスとは異なることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  10. 前記第１の処理ガスに含まれる前記フルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ６であり、前記第２の処理ガスに含まれる前記フルオロカーボンガスは、ＣＦ４であることを特徴とする請求項９に記載のプラズマエッチング方法。
  11. 前記第１の処理ガスは、Ｃ４Ｆ６、ＣＯ及びＯ２であり、前記第２の処理ガスは、ＣＦ４であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  12. 前記第２の処理ガスは、Ｏ２及びＡｒを含まないことを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  13. 前記第２の処理ガスは、前記フルオロカーボンガスから成ることを特徴とする請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
  14. 前記第１の延伸工程及び前記第２の延伸工程において、第１の高周波電力と、前記第１の高周波電力よりも周波数が低い第２の高周波電力とが印可されることを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
  15. 前記第１の延伸工程において印可される前記第２の高周波電力のパワーは、前記第２の延伸工程において印可される前記第２の高周波電力のパワーよりも小さいことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマエッチング方法。
  16. 前記第１のシリコン酸化膜は、前記第２のシリコン酸化膜、前記第３のシリコン酸化膜、前記第１のシリコン窒化膜及び前記第２のシリコン窒化膜よりも厚さが厚いことを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
  17. 前記第３の処理ガスは、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２及びＡｒであり、前記第４の処理ガスは、Ｃ４Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、Ａｒ及びＯ２であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
  18. シリコン酸化膜をプラズマによりエッチングして、深さが前記シリコン酸化膜の厚さよりも小さい凹部を形成する凹部形成工程と、
    前記凹部に付着した反応生成物をフルオロカーボンガスのプラズマにより除去する除去工程と、
    前記反応生成物が除去された前記凹部をプラズマによりエッチングして、前記シリコン酸化膜を貫通するホールを形成する貫通工程と
    を含み、
    前記シリコン酸化膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜が交互に積層されて形成された多層膜に含まれることを特徴とするプラズマエッチング方法。
  19. 前記シリコン酸化膜を貫通する前記ホールから露出されるシリコン窒化膜と、当該シリコン窒化膜の下層に形成されているシリコン酸化膜とをプラズマによりエッチングして、前記ホールを延伸させる第１の延伸工程と、
    延伸した前記ホールから露出されるシリコン窒化膜と、当該シリコン窒化膜の下層に形成されているシリコン酸化膜とをプラズマによりエッチングして、前記ホールをさらに延伸させる第２の延伸工程と
    をさらに含むことを特徴とする請求項１８に記載のプラズマエッチング方法。
  20. 前記フルオロカーボンガスは、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８又はＣ４Ｆ６であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載のプラズマエッチング方法。
  21. 前記凹部形成工程及び前記除去工程は、前記凹部の深さが所定の深さに達するまで、交互に複数回繰り返され、
    前記貫通工程は、前記凹部の深さが所定の深さに達した場合に、前記反応生成物が除去された前記凹部をプラズマによりエッチングして前記ホールを形成することを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一つに記載のプラズマエッチング方法。
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