JP2013258244A - エッチング方法及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】多結晶シリコン層のエッチングにおいて酸化シリコンマスクを維持することが可能なエッチング方法を提供する。
【解決手段】多結晶シリコンから構成された第1のマスク部M1、酸化化シリコンから構成された第2のマスク部M2、を形成した後、多結晶シリコンからなる被エッチング層ELをエッチングするための第1のガス(HBr)、マスクに付着する堆積物を除去するための第2のガス(NF3)、及び、第1のマスク部を保護するための第3のガス(O2)を供給し、プラズマを生成し、被エッチング層ELを加工する。
【選択図】図4
【解決手段】多結晶シリコンから構成された第1のマスク部M1、酸化化シリコンから構成された第2のマスク部M2、を形成した後、多結晶シリコンからなる被エッチング層ELをエッチングするための第1のガス(HBr)、マスクに付着する堆積物を除去するための第2のガス(NF3)、及び、第1のマスク部を保護するための第3のガス(O2)を供給し、プラズマを生成し、被エッチング層ELを加工する。
【選択図】図4
Description
本発明の実施形態は、エッチング方法及びプラズマ処理装置に関するものであり、より詳細には、多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法、及び、当該エッチング方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置に関するものである。
半導体装置の製造プロセスにおいては、種々の半導体層に対するエッチングが行われる。このような半導体層の一種として、多結晶シリコン層が用いられることがある。多結晶シリコン層を被エッチング層としてエッチングする際には、一般的に、被エッチング層上に酸化シリコンから構成されたマスクを設け、当該マスクを用いて被エッチング層のエッチングが行われる。このようなエッチング技術は、例えば、特許文献1に記載されている。
より詳細には、特許文献1に記載されたエッチング方法では、多結晶シリコン層である被エッチング層上に酸化シリコン層が設けられ、当該酸化シリコン層上にレジストマスクが設けられる。次いで、レジストマスクを用いて酸化シリコン層をエッチングすることにより、酸化シリコンから構成されたマスクが形成される。次いで、レジストマスクが除去される。そして、酸化シリコンから構成されたマスクを用いて、エッチャントガスのプラズマによる被エッチング層のエッチングが行われる。
近年、半導体装置のサイズの縮小化に伴い、被エッチング層に形成する穴や溝といった形状の微細化が進められている。また、これら穴や溝のアスペクト比は次第に大きくなってきている。即ち、より深い穴や溝が被エッチング層に形成されるようになってきている。
しかしながら、被エッチング層に形成する孔や溝が深くなると、酸化シリコンから構成されたマスクがエッチングによる損傷を受け、エッチングの終点までマスクを維持することができなくなること、或いは、所期の寸法精度でエッチングを行うことができなくなることがある。
かかる背景の下、多結晶シリコン層のエッチングにおいてマスクを維持することが可能なエッチング方法が要請されている。
本発明の一側面は、多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法に関するものである。この方法は、(a)被エッチング層と当該被エッチング層上に設けられたマスクとを有する被処理基体を準備する工程と、(b)当該マスクを用いて、被エッチング層をエッチングする工程と、を含む。マスクは、多結晶シリコンから構成された第1のマスク部、及び、当該第1のマスク部と被エッチング層の間に介在しており酸化シリコンから構成された第2のマスク部を含んでいる。被エッチング層をエッチングする工程では、被処理基体を収容した処理容器内に、被エッチング層をエッチングするための第1のガス、マスクに付着する堆積物を除去するための第2のガス、及び、第1のマスク部を保護するための第3のガスを供給し、処理容器内においてプラズマを生成する。
本方法では、酸化シリコンから構成された第2のマスク部に加えて多結晶シリコンから構成された第1のマスク部を有するマスクを用いて、多結晶シリコン層である被エッチング層がエッチングされる。また、被エッチング層のエッチングの際に、第3のガスから生成されるラジカルにより、第1のマスク部を保護している。したがって、被エッチング層のエッチングの終点までマスクが維持され得る。また、マスクに付着するエッチング副生成物、即ち堆積物を除去するための第2のガスを供給することが可能である。その結果、堆積物によってマスクの開口が閉じられることを抑制することができる。なお、マスクの上部、即ち第1のマスク部に対して第3のガスから生成されるラジカルが吸着する確率よりも、被エッチング層、即ち、孔又は溝の深部では当該ラジカルが吸着する確率が低くなる。これにより、第1のマスク部を保護しつつ、被エッチング層をエッチングすることが可能となる。
一実施形態においては、第1のガスはHBrガスであってもよい。一実施形態においては、第2のガスはNF3ガスであってもよい。この実施形態では、多結晶シリコン層をHBrガスでエッチングすることにより発生するエッチング副生成物、即ち、SiBr4を、NF3ガスのプラズマにより除去することが可能となる。また、一実施形態においては、第3のガスは酸素ガス(O2ガス)であってもよい。酸素ガスから生成される酸素ラジカルは、第1のマスク部を保護するよう、当該第1のマスク部の多結晶シリコン層を改質することができる。
一実施形態においては、被エッチング層をエッチングする工程において、第1のガスの流量に対する第2のガスの流量が、20:3の第1のガスと第2のガスの流量比で規定される流量より多く、第3のガスの流量が、第2のガスの流量より少なく且つ第2のガスの流量の1/2より多くてもよい。このようにガス流量が制御されることにより、マスクの維持と、マスク開口の閉塞の抑制又は当該開口の寸法変化の抑制とをより効果的に両立することが可能となる。
また、本発明の別の側面は、上述した方法に用いることが可能なプラズマ処理装置に関するものである。このプラズマ処理装置は、処理容器、ガス供給部、及び、プラズマを発生させる手段を備える。ガス供給部は、処理容器内に、多結晶シリコン層をエッチングするための第1のガス、多結晶シリコンのエッチングにより発生する堆積物を除去するための第2のガス、及び、多結晶シリコンを保護するための第3のガスを供給する。前記手段は、第1のガス、第2のガス、及び第3のガスのプラズマを発生させる。かかるプラズマ処理装置によれば、上述したマスクを維持しつつ被エッチング層をエッチングすることが可能である。
一実施形態においては、第1のガスはHBrガスであってもよい。一実施形態においては、第2のガスはNF3ガスであってもよい。また、一実施形態においては、第3のガスは酸素ガス(O2ガス)であってもよい。
一実施形態においては、プラズマ処理装置は、第1のガス、第2のガス、及び第3のガスの流量を制御する制御部を更に備え得る。制御部は、第1のガスの流量に対する第2のガスの流量が、20:3の第1のガスと第2のガスの流量比で規定される流量より多く、第3のガスの流量が第2のガスの流量より少なく且つ第2のガスの流量の1/2より多くなるように、ガス供給部を制御し得る。このようにガス流量を制御することにより、マスクの維持と、マスク開口の閉塞の抑制又は当該開口の寸法変化の抑制をより効果的に両立することが可能となる。
以上説明したように、本発明の種々の側面及び実施形態によれば、マスクを維持することが可能なエッチング方法が提供される。この方法は、高アスペクト比の多結晶シリコン層のエッチングにおいても、マスクを維持し得る。
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。
まず、一実施形態に係るプラズマ処理装置について説明する。図1は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図1では、一実施形態に係るプラズマ処理装置の断面が示されている。図1に示すプラズマ処理装置10は、平行平板型のプラズマ処理装置である。
プラズマ処理装置10は、処理容器12を備えている。処理容器12は、略円筒形状を有しており、その内部に処理空間Sを画成している。処理容器12の側壁には、被処理基体(基板)Wの搬入出口を開閉するゲートバルブ30が取り付けられている。プラズマ処理装置10は、この処理容器12内に、載置台14を備えている。載置台14は、処理空間Sの下方に設けられている。この載置台14は、基台16及び静電チャック18を有している。基台16は、略円板形状を有しており、導電性を有している。基台16は、例えばアルミニウム製であり、下部電極を構成している。
基台16には、高周波電源32が整合器34を介して電気的に接続されている。高周波電源32は、イオン引き込み用の所定の高周波数(例えば、2MHz〜27MHz)の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を下部電極、即ち、基台16に印加する。
一実施形態においては、基台16は、静電チャック18の熱を吸熱して、静電チャック18を冷却する機能を有し得る。具体的に、基台16の内部には、冷媒流路16pが形成されており、冷媒流路16pには、冷媒入口配管、冷媒出口配管が接続され得る。載置台14は、冷媒流路16pの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、基台16及び静電チャック18を所定の温度に制御可能な構成とされている。
プラズマ処理装置10では、基台16の上面に静電チャック18が設けられている。静電チャック18は、略円板状の部材であり、絶縁層18a、及び給電層18bを有している。絶縁層18aはセラミック等の絶縁体により形成される膜であり、給電層18bは、絶縁層18aの内層として形成された導電性の膜である。給電層18bには、スイッチSWを介して直流電源56が接続されている。直流電源56から給電層18bに直流電圧が与えられると、クーロン力が発生し、当該クーロン力によって被処理基体Wが静電チャック18上に吸着保持される。
一実施形態においては、静電チャック18の内部には、加熱素子であるヒータHTが埋め込まれていてもよい。この実施形態では、静電チャック18は、ヒータHTにより、被処理基体Wを所定温度に加熱できるように構成されている。このヒータHTは、配線を介してヒータ電源HPに接続されている。
プラズマ処理装置10は、ガス供給ライン58及び60、並びに、伝熱ガス供給部62及び64を更に備え得る。伝熱ガス供給部62は、ガス供給ライン58に接続されている。このガス供給ライン58は、静電チャック18の上面まで延びて、当該上面の中央部分において環状に延在している。伝熱ガス供給部62は、例えばHeガスといった伝熱ガスを、静電チャック18の上面と被処理基体Wとの間に供給する。また、伝熱ガス供給部64はガス供給ライン60に接続されている。ガス供給ライン60は、静電チャック18の上面まで延びて、当該上面においてガス供給ライン58を囲むように環状に延在している。伝熱ガス供給部64は、例えばHeガスといった伝熱ガスを、静電チャック18の上面と被処理基体Wとの間に供給する。
プラズマ処理装置10は、筒状保持部20及び筒状支持部22を更に備え得る。筒状保持部20は、基台16の側面及び底面の縁部に接して、当該基台16を保持している。筒状支持部22は、処理容器12の底部から垂直方向に延在し、筒状保持部20を介して基台16を支持している。プラズマ処理装置10は、この筒状保持部20の上面に載置されるフォーカスリングFRを更に備え得る。フォーカスリングFRは、例えば、石英から構成され得る。
一実施形態においては、処理容器12の側壁と筒状支持部22との間には、排気路24が設けられている。排気路24の入口又はその途中には、バッフル板25が取り付けられている。また、排気路24の底部には、排気口26aが設けられている。排気口26aは、処理容器12の底部に嵌め込まれた排気管26によって画成されている。この排気管26には、排気装置28が接続されている。排気装置28は、真空ポンプを有しており、処理容器12内の処理空間Sを所定の真空度まで減圧することができる。
プラズマ処理装置10は、更に、処理容器12内にシャワーヘッド38を備えている。シャワーヘッド38は、処理空間Sの上方に設けられている。シャワーヘッド38は、電極板40及び電極支持体42を含んでいる。
電極板40は、略円板形状を有する導電性の板であり、上部電極を構成している。電極板40には、複数のガス通気孔40hが形成されている。電極板40は、電極支持体42によって着脱可能に支持されている。電極支持体42の内部には、バッファ室42aが設けられている。プラズマ処理装置10は、ガス供給部44を更に備えており、バッファ室42aのガス導入口42bにはガス供給導管46を介してガス供給部44が接続されている。ガス供給部44は、処理空間Sに第1のガス、第2のガス、及び第3のガスを供給する。
一実施形態においては、ガス供給部44は、ガス源70a、バルブ70b、流量制御器70c、ガス源72a、バルブ72b、流量制御器72c、ガス源74a、及び、バルブ74b、流量制御器74cを有している。ガス源70aは、第1のガスのガス源である。この第1のガスは、プラズマ処理装置10がエッチングする被エッチング層、即ち、多結晶シリコン層用のエッチャントガスであり、一実施形態においては、HBrガスである。ガス源70aは、バルブ70b及びマスフローコントローラといった流量制御器70cを介して、ガス供給導管46に接続されている。
ガス源72aは、第2のガスのガス源である。この第2のガスは、被エッチング層である多結晶シリコン層のエッチングにより発生する堆積物を除去するためのガスであり、一実施形態においては、NF3ガスである。ガス源72aは、バルブ72b及びマスフローコントローラといった流量制御器72cを介して、ガス供給導管46に接続されている。また、ガス源74aは、第3のガスのガス源である。この第3のガスは、被エッチング層のエッチング用のマスクに含まれる多結晶シリコンを保護するためのガスであり、一実施形態においては、酸素ガス(O2ガス)である。ガス源74aは、バルブ74b及びマスフローコントローラといった流量制御器74cを介して、ガス供給導管46に接続されている。
電極支持体42には、複数のガス通気孔40hにそれぞれ連続する複数の孔が形成されており、当該複数の孔はバッファ室42aに連通している。したがって、ガス供給部44から供給されるガスは、バッファ室42a、ガス通気孔40hを経由して、処理空間Sに供給される。なお、シャワーヘッド38及びガス供給部44は、一実施形態に係るガス供給部を構成している。
また、電極板40には、高周波電源35が整合器36を介して電気的に接続されている。高周波電源35は、一実施形態においては、プラズマ生成用の所定の高周波数(例えば、27MHz以上)の高周波電力を電極板40に印加する。高周波電源35によって電極板40に高周波電力がそれぞれ与えられると、基台16と電極板40との間の空間、即ち、処理空間Sには高周波電界が形成され、第1のガス、第2のガス、及び第3のガスのプラズマが励起される。したがって、一実施形態においては、基台16、電極板40、及び高周波電源32は、一実施形態において、プラズマを発生させる手段を構成している。
一実施形態においては、処理容器12の天井部に、環状又は同心状に延在する磁場形成機構48が設けられている。この磁場形成機構48は、処理空間Sにおける高周波放電の開始(プラズマ着火)を容易にして放電を安定に維持するよう機能する。
さらに、一実施形態においては、プラズマ処理装置10は、制御部66を更に備えている。この制御部66は、排気装置28、スイッチSW、高周波電源32、整合器34、高周波電源35、整合器36、ガス供給部44、伝熱ガス供給部62及び64、並びにヒータ電源HPに接続されている。制御部66は、排気装置28、スイッチSW、高周波電源32、整合器34、高周波電源35、整合器36、ガス供給部44、伝熱ガス供給部62及び64、並びにヒータ電源HPのそれぞれに制御信号を送出する。制御部66からの制御信号により、排気装置28による排気、スイッチSWの開閉、高周波電源32からの電力供給、整合器34のインピーダンス調整、高周波電源35からの電力供給、整合器36のインピーダンス調整、ガス供給部44による第1〜第3のガスの供給及びそれらの流量、伝熱ガス供給部62及び64それぞれによる伝熱ガスの供給、ヒータ電源HPからの電力供給が制御される。
かかるプラズマ処理装置10では、ガス供給部44から処理空間Sに第1〜第3のガスが供給される。また、電極板40と基台16との間、即ち処理空間Sにおいて高周波電界が形成される。これにより、処理空間Sにおいて、第1のガスのプラズマが発生し、Brイオン又はBrラジカルにより、被処理基体Wの被エッチング層、即ち、多結晶シリコン層がエッチングされる。また、第2のガスのプラズマが発生し、Fイオン又はFラジカルにより、被エッチング層のエッチングにより生じる堆積物が、除去される。さらに、第3のガスのプラズマが発生し、O(酸素)ラジカルにより、被エッチング層のエッチングに用いるマスクの多結晶シリコンが保護される。
以下、プラズマ処理装置10を用いることが可能なエッチング方法について説明する。図2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。また、図3は、図2に示すエッチング方法の詳細を説明するための断面図である。図2に示すエッチング方法では、まず、工程S1において、被処理基体Wが準備される。被処理基体Wは、多結晶シリコン層である被エッチング層ELを有しており、工程S1においては、多結晶シリコン層である被エッチング層EL上にマスクMが作成される。
具体的には、図3の(a)に示すように、被エッチング層EL上に、酸化シリコン層OL、例えば、SiO2層が形成され、当該酸化シリコン層OL上に、多結晶シリコン層PLが形成され、そして、多結晶シリコン層PL上に所定のパターンを有するレジストマスクRMが形成される。酸化シリコン層OL及び多結晶シリコン層PLは、例えば、プラズマCVD装置を用いることにより、形成することが可能である。また、レジストマスクRMは、フォトリソグラフィ技術を用いることで作成することが可能である。
次いで、図3の(b)に示すように、多結晶シリコン層PLがエッチングされる。多結晶シリコン層PLは、プラズマ処理装置10と同様のプラズマ処理装置においてHBrガスをエッチャントガスとして用いることにより、エッチングされ得る。これにより、図3の(b)に示すように、レジストマスクRMの開口に露出する部分において多結晶シリコン層PLがエッチングされ、その結果、マスクMの一部となる第1のマスク部M1が形成される。この後、図3の(c)に示すように、レジストマスクRMは除去される。
次いで、図3の(d)に示すように、酸化シリコン層OLがエッチングされる。酸化シリコン層OLは、プラズマ処理装置10と同様のプラズマ処理装置においてCF4ガスといったフルオロカーボン系ガスをエッチャントガスとして用いることにより、エッチングされ得る。これにより、図3の(d)に示すように、第1のマスク部M1の開口に露出する部分において酸化シリコン層OLがエッチングされ、その結果、マスクMの他の一部となる第2のマスク部M2が形成される。これにより、被エッチング層EL上に、第のマスク部M1及び第2のマスク部M2を含むマスクMが作成される。
再び、図2を参照する。本エッチング方法では、次いで、工程S1において準備された被処理基体Wが、プラズマ処理装置10の静電チャック18上に載置され、吸着される。そして、工程S2において、図3の(e)に示すように、被エッチング層ELのエッチングが行われる。工程S2においては、マスクMの開口に露出する部分において被エッチング層ELがエッチングされる。
工程S2においては、多結晶シリコン層である被エッチング層ELをエッチングするために、上述した第1のガス(HBrガス)、第2のガス(NF3ガス)、及び、第3のガス(O2ガス)が処理容器12内に供給され、これらガスのプラズマが処理容器12内で生成される。
ここで、図4を参照する。図4は、図2の工程S2の原理を説明するための図である。工程S2においては、被エッチング層ELが下記化学式1の反応によりエッチングされる。
[化学式1]
Si+4HBr→SiBr4+Others
ここで、化学式1における「Others」は、Hイオン又はHラジカル等を含む。
[化学式1]
Si+4HBr→SiBr4+Others
ここで、化学式1における「Others」は、Hイオン又はHラジカル等を含む。
即ち、工程S2では、HBrガスが解離することにより発生するBrイオン又はBrラジカルが、図4に示すように、被エッチング層ELの多結晶シリコンと反応して、当該被エッチング層をエッチングする。なお、図4において、円で囲まれた「Br」は、Brイオン又はBrラジカルを示している。
また、工程S2においては、下記化学式2の反応により第1のマスク部M1が保護される。
[化学式2]
Si+2O*→SiO2
即ち、工程S2では、O2ガスが解離することにより発生するOラジカル(O*)が、図4に示すように第1のマスク部M1の表面の多結晶シリコンと反応して、SiO2から構成される保護膜PFを形成する。なお、図4においては、円で囲まれた「O」がOラジカルを表している。
[化学式2]
Si+2O*→SiO2
即ち、工程S2では、O2ガスが解離することにより発生するOラジカル(O*)が、図4に示すように第1のマスク部M1の表面の多結晶シリコンと反応して、SiO2から構成される保護膜PFを形成する。なお、図4においては、円で囲まれた「O」がOラジカルを表している。
ここで、図4に示すように、Oラジカルは、マスクMの上部、即ち、第1のマスク部M1には阻害されることなく到達し得る。一方、被エッチング層ELは、マスクMが画成する空間SP、即ち、マスクMが画成する溝又は孔の底部に存在し、当該空間SPには、被エッチング層ELのエッチングによって発生する揮発性ガスG、例えば、SiBr4等のガスが滞留している。したがって、電気的に中性なOラジカルが被エッチング層ELに到達する確率は、第1のマスク部M1までOラジカルが到達する確率よりも相当に低い。また、Brイオンは、下部電極16に対する高周波バイアス電力の印可により、被エッチング層ELの方へ引き込まれている。この原理により、本エッチング方法では、被エッチング層ELのエッチングを行いつつ、第1のマスク部M1を保護して、当該エッチングの終点まで、マスクMを維持することが可能になるものと考えられる。
また、工程S2においては、エッチング副生成物が堆積物DPとして、マスクMに付着し得る。この堆積物DPは、マスクMが画成する開口の幅を縮めるか、場合によっては、マスクMの開口を閉じることがある。この堆積物DPは、例えば、SiBr4から構成され得る。そこで、本エッチング方法においては、工程S2において、NF3ガスを供給して、下記化学式3の反応により、堆積物DPを除去している。
[化学式3]
SiBr4+xF→SiFxBr(4−x)
ここで、xは、1以上3以下の整数である。
[化学式3]
SiBr4+xF→SiFxBr(4−x)
ここで、xは、1以上3以下の整数である。
より具体的に、工程S2では、NF3ガスが解離することにより発生するフッ素イオン又はフッ素ラジカルが、図4に示すように、堆積物DPを構成するSiBr4と反応して、SiFxBr(4−x)を生成し、当該SiFxBr(4−x)が排気されることにより、堆積物が除去される。その結果、本エッチング方法は、マスクMの開口が閉じられることを抑制し、又は、マスクMの開口の幅の変化を抑制することが可能となる。なお、図4においては、円で囲まれた「F」がFイオン又はFラジカルを表している。
一実施形態では、工程S2において、HBrガスの流量に対してNF3ガスの流量が、20:3のHBrガスとNF3ガスの流量比で規定される流量よりも多く、O2ガスの流量が、NF3ガスの流量よりも少なく、且つ、NF3ガスの流量の1/2よりも多くなっていてもよい。HBrガスの流量、NF3ガスの流量、O2ガスの流量は、例えば、制御部66によって流量制御器70c、72c、及び74cを制御することにより、調整することが可能である。このようにHBrガス、NF3ガス、O2ガスを供給することにより、堆積物DPを効率よく除去することが可能となり、マスク開口の閉塞を抑制することができる。また、マスクMの開口の寸法変化をより少なくすることができる。また、過剰な酸素ラジカルの供給を抑制して、マスクMの保護と被エッチング層ELのエッチングを効果的に両立することが可能となる。
以下、プラズマ処理装置10を用いて行った上述のエッチング方法の実験例1〜6について説明する。図5は、実験例1〜6の処理条件を示す表である。実験例1〜6では、図5の表に示すように、処理容器内の圧力を10.6Pa(80mTorr)、高周波電源35の高周波電力(HF電力)を400W、高周波電源32の高周波電力(LF電力)を950W、HBrガスの流量を200sccmに設定した。また、実験例1〜6において、図5の表に示すように、異なるNF3ガスの流量及びO2ガスの流量を用い、146秒のエッチングを行った。また、実験例1〜6では、高周波電源35の高周波電力(HF電力)の周波数は100MHz、高周波電源32の高周波電力(LF電力)の周波数は3.2MHzに設定した。そして、実験例1〜6では、開口幅40nm、第1のマスク部M1の厚み300nm、第2のマスク部M2の厚み1000nmのマスクMを用いて、多結晶シリコン層である被エッチング層ELをエッチングした。
図6は、実験例1〜6のNF3ガスの流量とO2ガスの流量をマッピングしたグラフである。以下、図6を参照して、実験例1〜6の結果を考察する。実験例1、3、6の処理条件は、NF3ガスの流量において相違している。実験例1、3では、HBrの流量に対してNF3ガスの流量が足りず、堆積物DPがマスクMから完全に除去されず、その結果、マスクMの開口の寸法が小さくなり、被エッチング層ELに形成された形状の寸法が所期の寸法よりも小さくなった。一方、実験例6では、マスクMから堆積物DPを除去することができた。したがって、HBrのガス流量に対してNF3ガスの流量は、20:3のHBrのガスとNF3ガスの流量比で規定される流量よりも多いことが好ましいことが確認された。ただし、実験例6では、マスクMの保護が足りず、マスクMが多くエッチングされた。
実験例2、4、5、6の処理条件は、O2ガスの流量において相違している。実験例6では、Oラジカルが不足し、上述したように、マスクMのエッチング量が多くなった。実験例6よりもO2ガスの流量を増加させた実験例5では、マスクMがOラジカルにより保護され、マスクMのエッチング量は少なかった。また、実験例5では、堆積物DPがマスクMから除去され、マスクMの寸法変化が抑制された結果、被エッチング層ELに形成された形状の寸法も所期の寸法となった。実験例5よりもO2ガスの流量を増加させた実験例2及び4では、Oラジカルにより形成された保護膜PFが厚くなり、その結果、マスクMの開口の寸法が小さくなり、被エッチング層ELに形成された形状の寸法が所期の寸法よりも小さくなった。この結果から、O2ガスの流量は、NF3ガスの流量よりも少なく、NF3ガスの流量の1/2より多いことが好適であることが確認された。即ち、NF3ガスの流量とO2ガスの流量は、図6の点線と一点鎖線で囲まれる領域にあることが好ましいことが確認された。なお、図6の点線は、NF3ガスの流量とO2ガスの流量が1:1であることを示しており、図6の一点鎖線は、NF3ガスの流量とO2ガスの流量が2:1であることを示している。
また、比較例として、1000nmの酸化シリコン層から形成された第2のマスク部と同様のマスクのみをその上に有する多結晶シリコン製の被エッチング層を、第2のガス及び第3のガスを流さず、その他の条件においては実験例5と同様にエッチングした。その結果、エッチング終了時の実験例5のマスクの厚みは、エッチング終了時の比較例のマスクの厚みよりも290nm厚くなっていた。したがって、実験例5では、エッジングの終点までマスクがより大きな厚みで維持さ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、第2のガスには、NF3ガスに代えて、SF6ガス、SiF4ガス、C4F8ガス、又はCF4ガスを用いることが可能である。また、第3のガスには、O2ガスに変えて、O2ガスとN2ガスの混合ガス、又はN2ガスを用いることが可能である。
また、プラズマ処理装置10は、平行平板型のプラズマ処理装置であるが、本発明には、誘導結合型のプラズマ処理装置、マイクロ波をプラズマ源とす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適用することが可能である。
10…プラズマ処理装置、12…処理容器、14…載置台、16…基台(下部電極)、18…静電チャック、28…排気装置、32…高周波電源(高周波バイアス)、35…高周波電源(プラズマ生成)、38…シャワーヘッド、40…電極板、44…ガス供給部、66…制御部、W…被処理基体、EL…被エッチング層、M…マスク、M1…第1のマスク部、M2…第2のマスク部、PF…保護膜、DP…堆積物、G…揮発性ガス。
Claims (10)
- 多結晶シリコンを含む被エッチング層をエッチングする方法であって、
前記被エッチング層と該被エッチング層上に設けられたマスクとを有する被処理基体を準備する工程と、
前記マスクを用いて、前記被エッチング層をエッチングする工程と、
を含み、
前記マスクは、多結晶シリコンから構成された第1のマスク部、及び、該第1のマスク部と前記被エッチング層の間に介在しており酸化シリコンから構成された第2のマスク部を含んでおり、
前記被エッチング層をエッチングする工程では、前記被処理基体を収容した処理容器内に、前記被エッチング層をエッチングするための第1のガス、前記マスクに付着する堆積物を除去するための第2のガス、及び、前記第1のマスク部を保護するための第3のガスを供給し、該処理容器内においてプラズマを生成する、
方法。 - 前記第1のガスは、HBrガスである、請求項1に記載の方法。
- 前記第2のガスは、NF3ガスである、請求項2に記載の方法。
- 前記第3のガスは、酸素ガスである、請求項2又は3に記載の方法。
- 前記第2のガスはNF3ガスであり、前記第3のガスは酸素ガスであり、
前記被エッチング層をエッチングする工程において、前記第1のガスの流量に対する前記第2のガスの流量が、20:3の前記第1のガスと前記第2のガスの流量比で規定される流量より多く、前記第3のガスの流量が、前記第2のガスの流量より少なく且つ前記第2のガスの流量の1/2より多い、
請求項1又は2に記載の方法。 - 処理容器と、
前記処理容器内に、多結晶シリコン層をエッチングするための第1のガス、多結晶シリコンのエッチングにより発生する堆積物を除去するための第2のガス、及び、多結晶シリコンを保護するための第3のガスを供給するガス供給部と、
前記第1のガス、前記第2のガス、及び前記第3のガスのプラズマを発生させる手段と、
を備える、プラズマ処理装置。 - 前記第1のガスは、HBrガスである、請求項6に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第2のガスは、NF3ガスである、請求項7に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第3のガスは、酸素ガスである、請求項7又は8に記載のプラズマ処理装置。
- 前記第1のガス、前記第2のガス、及び前記第3のガスの流量を制御する制御部を更に備え、
前記第2のガスはNF3ガスであり、前記第3のガスは酸素ガスであり、
前記制御部は、前記第1のガスの流量に対する前記第2のガスの流量が、20:3の前記第1のガスと前記第2のガスの流量比で規定される流量より多く、前記第3のガスの流量が前記第2のガスの流量より少なく且つ前記第2のガスの流量の1/2より多くなるように、前記ガス供給部を制御する、
請求項6又は7に記載のプラズマ処理装置。
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