JP6396699B2 - エッチング方法 - Google Patents
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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。
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。
したがって、シリコン酸化膜のエッチングを継続して行うために新しいエッチング手法が必要となっている。
一側面においては、酸化シリコンから構成された領域をエッチングする方法が提供される。この方法は、（ａ）酸化シリコンから構成された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工程であり、該領域をエッチングし、且つ該領域上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する、該工程（以下、「工程（ａ）という）と、（ｂ）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領域をエッチングする工程（以下、「工程（ｂ）」という）と、を含み、該方法では、工程（ａ）と工程（ｂ）とが交互に繰り返される。
この方法では、工程（ａ）において生成されるフルオロカーボンガスのプラズマによって酸化シリコンから構成された領域がエッチングされ、当該領域上に堆積物が形成される。次いで、工程（ｂ）において、堆積物に含まれるフルオロカーボンのラジカルを用いて前記領域が更にエッチングされる。また、この工程（ｂ）では、堆積物の量が減少する、したがって、更に工程（ａ）を行うことにより、第１領域のエッチングが更に進行する。かかる工程（ａ）及び工程（ｂ）が交互に繰り返されることにより、前記領域、即ちシリコン酸化膜のエッチングの停止を防止することが可能となる。その結果、シリコン酸化膜のエッチングを継続して行うことが可能となる。
一形態の工程（ｂ）では、希ガスのプラズマに被処理体が晒されてもよい。即ち、希ガスのプラズマに堆積物が晒されてもよい。この形態の方法では、希ガス原子のイオンが堆積物に衝突することにより、当該堆積物中のフルオロカーボンラジカルが前記領域をエッチングする。なお、一形態の工程（ｂ）においては、フルオロカーボンガスが実質的に供給されなくてもよい。
また、一形態において、被処理体は窒化シリコンから構成された別の領域を更に有し得る。この形態によれば、窒化シリコンから構成された別の領域に対して酸化シリコンから構成された領域を高い選択性をもってエッチングすることが可能となる。
また、一形態においては、工程（ａ）及び工程（ｂ）は、上部電極を有する容量結合型のプラズマ処理装置を用いて実行されてもよい。上部電極は、シリコン製の電極板を有し、上部電極には、電極板に正イオンを引き込むための電圧を印加する電源が接続されている。この形態では、工程（ａ）及び工程（ｂ）のうち少なくとも一方において、上部電極に前記電圧が印加される。この形態によれば、電極板に正イオンが衝突することによって、当該電極板からシリコンが放出される。放出されたシリコンは、プラズマ処理装置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減少させる。その結果、窒化シリコンから構成された別の領域のエッチングが抑制され、酸化シリコンから構成された領域を更に高い選択性をもってエッチングすることが可能となる。
以上説明したように、シリコン酸化膜のエッチングの停止を防止することによりシリコン酸化膜のエッチングを継続して行うことが可能となる。
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は、酸化シリコンから構成された領域をエッチングする方法である。この方法は、一例においては、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領域を有する被処理体（以下、「ウエハ」という）に適用されてもよい。
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（Ｏ２）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、Ｃ４Ｆ６ガス及びＣ４Ｆ８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Ｙ２Ｏ３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Ｙ２Ｏ３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、プラズマ生成用の第１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第２の高周波電力、即ち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１３ＭＨｚ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。
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。方法ＭＴは、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含んでおり、これら工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を交互に繰り返すことにより、酸化シリコンから構成された領域のエッチングの停止を防止しつつ、シリコン酸化膜のエッチングを進行させる。
一実施形態においては、方法ＭＴは、図３に示すウエハＷを処理対象として当該ウエハＷの一部領域を選択的にエッチングすることができる。具体的に、図３に示すウエハＷは、基板ＳＢ、第１領域Ｒ１、及び、第２領域Ｒ２を有している。基板ＳＢは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の下地基板である。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及び第２領域は、同時にプラズマで晒される領域である。方法ＭＴは、一実施形態においては、第２領域Ｒ２に対して第１領域Ｒ１を選択的にエッチングするために実施され得る。以下、図３に示すウエハＷを処理対象として想定し、方法ＭＴについて説明する。また、以下の説明では、図４及び図５を参照する。図４は、方法ＭＴにおける第１領域の処理を説明するための図である。また、図５は、方法ＭＴにおける第２領域の処理を説明するための図である。
方法ＭＴの工程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、Ｃ４Ｆ６ガス及びＣ４Ｆ８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を含み得る。さらに、この処理ガスは、酸素（Ｏ２）ガスを含み得る。工程ＳＴ１では、当該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。
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からの高周波電力が下部電極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。さらに、工程ＳＴ１では、上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離が、２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内の距離に設定される。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。なお、工程ＳＴ１では、上部電極３０に電源７０からの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４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、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５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、第２領域Ｒ２の表面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変質領域ＴＲが形成され得る。変質領域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、変質領域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、変質領域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変質領域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。
このような工程ＳＴ１の処理により形成された堆積物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。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（Ｏ２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。さらに、工程ＳＴ２では、上部電極３０と載置台ＰＤの上面との間の距離が、２０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内の距離に設定される。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、図４の（ｃ）に示すように、堆積物ＤＰ中のフルオロカーボンラジカルが、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、堆積物ＤＰの膜厚が減少する。また、工程ＳＴ２では、図５の（ｃ）に示すように、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上には変質領域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。
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。
図６は、方法ＭＴの処理対象の別の一例を示す断面図である。図６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に対して方法ＭＴを用いることができる。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を実施すると、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。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。これにより、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。かかるホールは、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種々の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１〜４及び参考実験例１）
実験例１〜４及び参考実験例１では、レジスト膜を表面に有する基板上に３０ｍｍ角の酸化シリコン製のチップ及び３０ｍｍ角の窒化シリコン製のチップを貼り付けた構造を有するウエハを準備した。これら二つのチップをウエハの中心から均等な距離に貼り付けた。このウエハに対して、以下に記す処理条件の実験例１〜４及び参考実験例１の処理を行った。なお、実験例１では、６秒間の工程ＳＴ１及び６秒間の工程ＳＴ２を含むサイクルを５回実行し、実験例２では、３秒間の工程ＳＴ１及び３秒間の工程ＳＴ２を含むサイクルを１０回実行し、実験例３では、２秒間の工程ＳＴ１及び２秒間の工程ＳＴ２を含むサイクルを１５回実行し、実験例４では、１秒間の工程ＳＴ１及び１秒間の工程ＳＴ２を含むサイクルを３０回実行した。また、参考実験例１では、下記の工程ＳＴ１の処理条件で６０秒間の処理を実行した。
＜処理条件＞
・工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス流量：１６ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス流量：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス流量：１６ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス流量：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
（実験例５〜６及び参考実験例２）
実験例５〜６及び参考実験例２では、実験例１と同様のウエハを準備した。このウエハに対して、以下に記す処理条件の実験例５〜６及び参考実験例２の処理を行った。なお、実験例５では、６秒間の工程ＳＴ１及び６秒間の工程ＳＴ２を含むサイクルを５回実行し、実験例６では、３秒間の工程ＳＴ１及び３秒間の工程ＳＴ２を含むサイクルを１０回実行した。また、参考実験例２では、下記の工程ＳＴ１の処理条件で６０秒間の処理を実行した。
＜処理条件＞
・工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ８ガス流量：８ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ８ガス流量：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ８ガス流量：８ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ８ガス流量：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
（実験例７〜８及び参考実験例３）
実験例７〜８及び参考実験例３では、実験例１と同様のウエハを準備した。このウエハに対して、以下に記す処理条件の実験例７〜８及び参考実験例３の処理を行った。なお、実験例７では、６秒間の工程ＳＴ１及び６秒間の工程ＳＴ２を含むサイクルを５回実行し、実験例８では、３秒間の工程ＳＴ１及び３秒間の工程ＳＴ２を含むサイクルを１０回実行した。また、参考実験例３では、下記の工程ＳＴ１の処理条件で６０秒間の処理を実行した。
＜処理条件＞
・工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス流量：２４ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，１０００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１０００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス流量：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，１０００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１０００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス流量：２４ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，１０００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１０００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
・工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス流量：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，１０００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１０００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
上述した実験例及び参考実験例の処理による酸化シリコン製のチップ及び窒化シリコン製のチップそれぞれの膜厚の変化量、即ち、エッチング量を求めた。また、窒化シリコン製のチップのエッチング量に対する酸化シリコン製のチップのエッチング量の比、即ち選択比を求めた。表１に実験例１〜４及び参考実験例１の二つのチップのエッチング量及び選択比を示し、表２に実験例５〜６及び参考実験例２の二つのチップのエッチング量及び選択比を示し、表３に実験例７〜８及び参考実験例３の二つのチップのエッチング量及び選択比を示す。
実験例１〜４の酸化シリコン製のチップのエッチング量と参考実験例１の酸化シリコン製のチップのエッチング量とを比較すると、実験例１〜４の酸化シリコン製のチップのエッチング量は、参考実験例１の酸化シリコン製のチップのエッチング量よりも大きくなっている。この結果から、方法ＭＴの例示的な実験例である実験例１〜４によれば、酸化シリコンから構成された領域のエッチングを継続することが可能なことが確認された。また、実験例１〜４の選択比と参考実験例１の選択比を比較すると、実験例１〜４によれば、選択比も大きくなることが確認された。この結果から、方法ＭＴの例示的な実験例である実験例１〜４によれば、選択比を改善することが可能であることが確認された。
また、実験例５〜６は実験例１〜４からフルオロカーボンガスのガス種を変更した実験例であり、参考実験例２は参考実験例１からフルオロカーボンガスのガス種を変更した実験例である。これら実験例５〜６と参考実験例２を比較しても、実験例１〜４と参考実験例１の比較結果と同様の結果が確認された。即ち、方法ＭＴの例示的な実験例である実験例５〜６によれば、フルオロカーボンガスのガス種を変更しても、酸化シリコンから構成された領域のエッチングを継続することが可能であり、また、選択比を改善することが可能であることが確認された。
また、実験例７〜８は実験例１〜４から高周波電力及び高周波バイアス電力を変更した実験であり、参考実験例３は参考実験例１から高周波電力及び高周波バイアス電力を変更した実験である。これら実験例７〜８と参考実験例３を比較しても、実験例１〜４と参考実験例１の比較結果と同様の結果が確認された。即ち、方法ＭＴの例示的な実験例である実験例７〜８によれば、高周波電力及び高周波バイアス電力を変更しても、酸化シリコンから構成された領域のエッチングを継続することが可能であり、また、選択比を改善することが可能であることが確認された。
（実験例９）
実験例９では、実験例１と同様のウエハを準備した。このウエハに対して、以下に記す処理条件の処理を行った。即ち、実験例９では、工程ＳＴ２において酸素ガス（Ｏ２ガス）を供給しなかった。なお、実験例９では、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の繰り返し回数を可変のパラメータとした。即ち、実験例９では、工程ＳＴ１と工程ＳＴ２の繰り返しによる合計処理時間を可変のパラメータとした。
＜処理条件＞
・工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス流量：１６ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
処理時間：１秒
・工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス流量：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
処理時間：５秒
・工程ＳＴ１
Ｃ４Ｆ６ガス流量：１６ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：１０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
処理時間：１秒
・工程ＳＴ２
Ｃ４Ｆ６ガス流量：０ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：１０００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス流量：０ｓｃｃｍ
第１の高周波電源６２の高周波電力：４０ＭＨｚ，５００Ｗ
第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：１３ＭＨｚ，１００Ｗ
電源７０の直流電圧：−３００Ｖ
処理時間：５秒
図７に、実験例９によって得られた結果に関するグラフを示す。図７には、酸化シリコン製のチップのエッチング量、即ち酸化シリコンのエッチング量と、窒化シリコン製のチップのエッチング量、即ち窒化シリコンのエッチング量が示されている。図７において、横軸は合計処理時間を示しており、縦軸はエッチング量を示している。図７に示すように、実験例９により、合計処理時間が長くなるにつれて、酸化シリコン製のチップのエッチング量は増加し、一方、窒化シリコン製のチップのエッチング量は少ない量で一定のままであるという結果が得られた。即ち、実験例９により、高い選択性が得られることが確認された。例えば、実験例９において６０秒の合計処理時間の処理を行うことにより、６．４の選択比が得られた。この実験例９の選択比は実験例１〜４の選択比よりも高い。したがって、工程ＳＴ２において酸素ガスを供給しないことにより、更に高い選択性が得られることが確認された。
以上、種々の実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した説明では、容量結合型のプラズマ処理装置１０を方法ＭＴの実施に用いることが可能なプラズマ処理装置として例示したが、方法ＭＴの実施には任意のプラズマ源を用いたプラズマ処理装置を利用可能である。例えば、方法ＭＴの実施には、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波といった表面波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置といった種々のプラズマ処理装置を用いることが可能である。
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。
Claims (3)
- 酸化シリコンから構成された第１領域をエッチングする方法であって、
前記第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工程であり、該第１領域及び該第２領域をエッチングし、且つ該第１領域及び該第２領域上にフルオロカーボンを含む堆積物を形成する、該工程と、
前記フルオロカーボンガスから生成された活性種を前記第２領域に衝突させることにより前記第２領域上に前記堆積物から変質領域を形成する工程と、
希ガスを含むガスのプラズマに前記被処理体を晒すことによって、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工程と、
を含み、前記被処理体をフルオロカーボンガスのプラズマに晒す前記工程と、前記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前記工程とが、交互に繰り返される、
方法。 - 前記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前記工程では、フルオロカーボンガスが供給されない、請求項１に記載の方法。
- 前記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前記工程、及び、前記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前記工程は、上部電極を有する容量結合型のプラズマ処理装置を用いて実行され、
前記上部電極は、シリコン製の電極板を有し、
前記上部電極には、前記電極板に正イオンを引き込むための電圧を印加する電源が接続されており、
前記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前記工程、及び、前記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前記工程のうち少なくとも一方において、前記上部電極に前記電圧が印加される、
請求項１又は２に記載の方法。
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