JP6077354B2 - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents

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Description

本発明の種々の側面及び実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。   Various aspects and embodiments of the present invention relate to a plasma processing method and a plasma processing apparatus.

半導体製造装置におけるトランジスタのゲート電極では、ポリシリコン層の上にバリアメタル層及びタングステン層を積層させた構造のものが使用されている。このような構造のゲート電極を製造する場合に、マスク層を介してバリアメタル層及びタングステン層をエッチングするプラズマ処理方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。   A gate electrode of a transistor in a semiconductor manufacturing apparatus has a structure in which a barrier metal layer and a tungsten layer are stacked on a polysilicon layer. A plasma processing method is disclosed in which a barrier metal layer and a tungsten layer are etched through a mask layer when a gate electrode having such a structure is manufactured (see, for example, Patent Document 1).

特許文献１に記載のプラズマ処理方法では、Ｎ２ガス、Ｏ２ガス及びＮＦ３ガスを含むエッチングガスを用いたプラズマエッチングにより、バリアメタル層及びタングステン層のエッチングが行われている。 In the plasma processing method described in Patent Document 1, the barrier metal layer and the tungsten layer are etched by plasma etching using an etching gas containing N 2 gas, O 2 gas, and NF 3 gas.

特開２００３−１７４７５号公報JP 2003-17475 A

しかしながら、上記のプラズマ処理方法では、タングステン層をエッチングする際に、ゲート電極の縦方向（深さ方向）のエッチングと共に横方向（水平方向）のエッチングが発生する。この横方向のエッチングの結果、メサ形状のゲート電極の幅が細くなってしまい所望のトランジスタ構造が形成できず、結果的にトランジスタの電気特性が得られないおそれがある。   However, in the above plasma processing method, when the tungsten layer is etched, etching in the lateral direction (horizontal direction) occurs along with the etching in the vertical direction (depth direction) of the gate electrode. As a result of this lateral etching, the width of the mesa-shaped gate electrode becomes narrow and a desired transistor structure cannot be formed, and as a result, the electrical characteristics of the transistor may not be obtained.

本技術分野では、プラズマ処理方法においてタングステン層の横方向のエッチングを抑制することが要請されている。   In this technical field, it is required to suppress the lateral etching of the tungsten layer in the plasma processing method.

本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器及び処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部を有するプラズマ処理装置を用いて、ポリシリコン層の上に形成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチングし、タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理方法であって、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層をタングステン層の上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングする第１の工程と、酸素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層を処理する第２の工程と、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層をタングステン層の下面に至るまでエッチングする第３の工程と、を含む。   A plasma processing method according to one aspect of the present invention uses a plasma processing apparatus having a processing container that defines a processing space in which plasma is generated and a gas supply unit that supplies processing gas into the processing space, and a polysilicon layer. A plasma processing method of etching a tungsten layer formed on a mask layer through a mask layer and patterning the tungsten layer into a predetermined pattern, supplying a processing gas containing a fluorine-containing gas to a processing container, And a first step of etching the tungsten layer from the upper surface of the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer, and supplying a processing gas containing an oxygen-containing gas to the processing container to generate plasma, thereby generating the tungsten layer. A second step of treating the substrate and supplying a treatment gas containing a fluorine-containing gas to the treatment vessel, generating plasma, Including stainless layer and a third step of etching down to the lower surface of the tungsten layer.

このプラズマ処理方法によれば、タングステン層をタングステン層の上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングする第１の工程と、タングステン層をタングステン層の下面に至るまでエッチングする第３の工程との間に、酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマエッチングによって、タングステン層を処理する第２の工程を含むことにより、タングステン層の側壁にタングステンの酸化物が形成される。タングステンの酸化物は保護膜として作用するため、タングステン層の横方向のエッチングを抑制することができる。   According to this plasma processing method, the first step of etching the tungsten layer from the upper surface of the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer, and the third step of etching the tungsten layer to the lower surface of the tungsten layer In the meantime, by including a second step of processing the tungsten layer by plasma etching using a processing gas containing an oxygen-containing gas, an oxide of tungsten is formed on the sidewall of the tungsten layer. Since tungsten oxide acts as a protective film, lateral etching of the tungsten layer can be suppressed.

一実施形態においては、ポリシリコン層とタングステン層との間にバリアメタル層が形成され、第３の工程は、バリアメタル層を更にエッチングしてもよい。   In one embodiment, a barrier metal layer is formed between the polysilicon layer and the tungsten layer, and the third step may further etch the barrier metal layer.

一実施形態においては、プラズマ処理装置が、処理容器内に配置される第１電極と、第１電極に対して対向して配置される第２電極と、第２電極に第１周波数の電力を供給する第１電源部と、第２電極に第２周波数の電力を供給する第２電源部と、を備え、第２の工程では、第２電源部から第２電極へ電力が供給されなくてもよい。この形態によれば、タングステン層の側壁が酸化により過剰に変質することを抑制しつつ、タングステン層の横方向のエッチングを抑制することができる。   In one embodiment, a plasma processing apparatus includes a first electrode disposed in a processing container, a second electrode disposed opposite to the first electrode, and power having a first frequency to the second electrode. A first power supply unit that supplies power, and a second power supply unit that supplies power of a second frequency to the second electrode. In the second step, power is not supplied from the second power supply unit to the second electrode. Also good. According to this embodiment, it is possible to suppress the lateral etching of the tungsten layer while suppressing excessive deterioration of the sidewall of the tungsten layer due to oxidation.

一実施形態においては、第２の工程では、第１の工程及び第３の工程よりも処理空間の圧力が高くてもよい。この形態によれば、タングステン層の側壁が酸化により過剰に変質することを抑制しつつ、タングステン層の横方向のエッチングを抑制することができる。   In one embodiment, the pressure in the processing space may be higher in the second step than in the first step and the third step. According to this embodiment, it is possible to suppress the lateral etching of the tungsten layer while suppressing excessive deterioration of the sidewall of the tungsten layer due to oxidation.

一実施形態においては、第２の工程では、第１の工程及び第３の工程よりも処理時間が短くてもよい。この形態によれば、必要以上に時間をかけて処理しなくて済み、生産効率を上げることができる。   In one embodiment, the processing time may be shorter in the second step than in the first step and the third step. According to this form, it is not necessary to spend more time than necessary, and the production efficiency can be increased.

一実施形態においては、酸素含有ガスが、Ｏ２ガス又はＯ３ガスであってもよい。一実施形態においては、フッ素含有ガスが、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガスであってもよい。 In one embodiment, the oxygen-containing gas may be O 2 gas or O 3 gas. In one embodiment, the fluorine-containing gas may be NF 3 gas, CF 4 gas, or SF 6 gas.

本発明の別の一側面に係るプラズマ処理装置は、ポリシリコン層の上に形成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチングし、タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理装置であって、プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、ガス供給部を制御する制御部と、を備え、制御部は、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層をタングステン層の上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングし、酸素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層を処理し、フッ素含有ガスを含む処理ガスを処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、タングステン層をタングステン層の下面に至るまでエッチングする。   A plasma processing apparatus according to another aspect of the present invention is a plasma processing apparatus for etching a tungsten layer formed on a polysilicon layer through a mask layer and patterning the tungsten layer into a predetermined pattern. A processing vessel that defines a processing space in which plasma is generated, a gas supply unit that supplies a processing gas into the processing space, and a control unit that controls the gas supply unit, the control unit comprising a fluorine-containing gas A processing gas containing oxygen is supplied to the processing container, plasma is generated, the tungsten layer is etched from the upper surface of the tungsten layer to before reaching the lower surface of the tungsten layer, and a processing gas containing an oxygen-containing gas is supplied to the processing container, Plasma is generated to process the tungsten layer, a processing gas containing a fluorine-containing gas is supplied to the processing container, plasma is generated, and the tungsten Etching the layers up to the lower surface of the tungsten layer.

このプラズマ処理装置によれば、タングステン層をタングステン層の上面からタングステン層の下面に至る前までエッチングする工程と、タングステン層をタングステン層の下面に至るまでエッチングする工程との間に、酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマエッチングによって、タングステン層を処理する工程を含むことにより、タングステン層の側壁にタングステンの酸化物が形成される。タングステンの酸化物は保護膜として作用するため、タングステン層の横方向のエッチングを抑制することができる。   According to this plasma processing apparatus, an oxygen-containing gas is provided between the step of etching the tungsten layer from the top surface of the tungsten layer to the bottom surface of the tungsten layer and the step of etching the tungsten layer to the bottom surface of the tungsten layer. By including a step of processing the tungsten layer by plasma etching using a processing gas containing, an oxide of tungsten is formed on the sidewall of the tungsten layer. Since tungsten oxide acts as a protective film, lateral etching of the tungsten layer can be suppressed.

以上説明したように、本発明の種々の側面及び形態によれば、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置においてタングステン層の横方向のエッチングを抑制することが可能となる。   As described above, according to various aspects and embodiments of the present invention, it is possible to suppress lateral etching of the tungsten layer in the plasma processing method and the plasma processing apparatus.

一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the structure of the plasma processing apparatus which concerns on one Embodiment. 一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたエッチングの工程を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the process of the etching using the plasma processing method which concerns on one Embodiment. 図２のエッチングの工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the process of the etching of FIG. （ａ）は酸化処理をせずに第２のドライエッチングを行った場合の被処理体の概略断面図、（ｂ）は酸化処理をしてから第２のドライエッチングを行った場合の被処理体の概略断面図である。(A) is a schematic cross-sectional view of the object to be processed when the second dry etching is performed without performing the oxidation process, and (b) is a process when the second dry etching is performed after the oxidation process It is a schematic sectional drawing of a body. 比較例１及び実施例１におけるプラズマ処理後のタングステン層の形状を比較する表である。6 is a table comparing the shapes of tungsten layers after plasma treatment in Comparative Example 1 and Example 1. タングステン層の形状に関する指標を説明する図である。It is a figure explaining the parameter | index regarding the shape of a tungsten layer. 実施例２〜６で測定されたタングステン層の形状を比較する表である。It is a table | surface which compares the shape of the tungsten layer measured in Examples 2-6. 実施例４及び実施例６においてタングステン層の側壁が過剰に酸化されたことを示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows that the side wall of the tungsten layer was oxidized excessively in Example 4 and Example 6.

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。   Hereinafter, various embodiments will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型平行板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は、例えば、その表面が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。   FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment. A plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 is a capacitively coupled parallel plate plasma etching apparatus, and includes a substantially cylindrical processing container 12. The processing container 12 is made of, for example, aluminum whose surface is anodized. The processing container 12 is grounded for safety.

処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒上の支持部１４が配置されている。この支持部１４は、例えばアルミニウムといった金属から構成された基台１６を支持している。この基台１６は、処理容器１２内に設けられており、一実施形態においては、下部電極（第２電極）を構成している。   A cylindrical support portion 14 made of an insulating material is disposed on the bottom of the processing container 12. The support portion 14 supports a base 16 made of a metal such as aluminum. The base 16 is provided in the processing container 12 and constitutes a lower electrode (second electrode) in one embodiment.

基台１６の上面には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は基台１６と共に一実施形態の載置台を構成している。静電チャック１８は、導電膜である電極２０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。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８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被処理体（ワークピース）Ｘを吸着保持することができる。   An electrostatic chuck 18 is provided on the upper surface of the base 16. The electrostatic chuck 18 and the base 16 constitute a mounting table according to an embodiment. The electrostatic chuck 18 has a structure in which an electrode 20 that is a conductive film is disposed between a pair of insulating layers or insulating sheets. A DC power source 22 is electrically connected to the electrode 20. The electrostatic chuck 18 can attract and hold the workpiece (workpiece) X by an electrostatic force such as a Coulomb force generated by a DC voltage from the DC power supply 22.

基台１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、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、被エッチング層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、シリコン又は石英から構成され得る。   A focus ring FR is disposed on the upper surface of the base 16 and around the electrostatic chuck 18. The focus ring FR is provided in order to improve the etching uniformity. The focus ring FR is made of a material appropriately selected depending on the material of the layer to be etched, and can be made of, for example, silicon or quartz.

基台１６の内部には、冷媒室２４が設けられている。冷媒室２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１８上に載置された被処理体Ｘの温度が制御される。   A refrigerant chamber 24 is provided inside the base 16. A refrigerant of a predetermined temperature, for example, cooling water, is circulated and supplied to the refrigerant chamber 24 from the chiller unit provided outside via the pipes 26a and 26b. By controlling the temperature of the refrigerant thus circulated, the temperature of the workpiece X placed on the electrostatic chuck 18 is controlled.

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１８の上面と被処理体Ｘの裏面との間に供給する。   The plasma processing apparatus 10 is provided with a gas supply line 28. The gas supply line 28 supplies the heat transfer gas from the heat transfer gas supply mechanism, for example, He gas, between the upper surface of the electrostatic chuck 18 and the back surface of the workpiece X.

また、処理容器１２内には、上部電極３０（第１電極）が設けられている。この上部電極３０は、下部電極である基台１６の上方において、当該基台１６と対向配置されており、基台１６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と下部電極を構成する基台１６との間には、被処理体Ｘにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｓが画成されている。   An upper electrode 30 (first electrode) is provided in the processing container 12. The upper electrode 30 is disposed to face the base 16 above the base 16 that is a lower electrode, and the base 16 and the upper electrode 30 are provided substantially parallel to each other. A processing space S for performing plasma etching on the workpiece X is defined between the upper electrode 30 and the base 16 constituting the lower electrode.

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。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、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。   The upper electrode 30 is supported on the upper portion of the processing container 12 via an insulating shielding member 32. The upper electrode 30 can include an electrode plate 34 and an electrode support 36. The electrode plate 34 faces the processing space S and defines a plurality of gas discharge holes 34a. The electrode plate 34 can be made of a low resistance conductor or semiconductor with little Joule heat.

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。   The electrode support 36 detachably supports the electrode plate 34 and can be made of a conductive material such as aluminum. The electrode support 36 may have a water cooling structure. A gas diffusion chamber 36 a is provided inside the electrode support 36. A plurality of gas flow holes 36b communicating with the gas discharge holes 34a extend downward from the gas diffusion chamber 36a. The electrode support 36 is formed with a gas introduction port 36c for introducing a processing gas to the gas diffusion chamber 36a, and a gas supply pipe 38 is connected to the gas introduction port 36c.

ガス供給管３８には、スプリッタ４３、バルブ４２ａ〜４２ｄ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４４ａ〜４４ｄを介して、ガス源４０ａ〜４０ｄが接続されている。なお、ＭＦＣの代わりにＦＣＳが設けられていてもよい。ガス源４０ａは、例えば、ＣＦ４、ＮＦ３又はＳＦ６等のフッ素含有ガスを含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｂは、例えば、Ａｒガスのような希ガスを含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｃは、例えば、Ｏ２又はＯ３等の酸素含有ガスを含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｄは、例えば、窒素を含む処理ガスのガス源である。これらのガス源４０ａ〜４０ｄからの処理ガスは、ガス供給管３８からガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。ガス源４０ａ〜４０ｄ、バルブ４２ａ〜４２ｄ、ＭＦＣ４４ａ〜４４ｄ、スプリッタ４３、ガス供給管３８、並びに、ガス拡散室３６ａ、ガス通流孔３６ｂ、及びガス吐出孔３４ａを画成する上部電極３０は、一実施形態におけるガス供給部を構成している。 Gas sources 40a to 40d are connected to the gas supply pipe 38 via splitters 43, valves 42a to 42d, and mass flow controllers (MFCs) 44a to 44d. An FCS may be provided instead of the MFC. The gas source 40a is a gas source of a processing gas including a fluorine-containing gas such as CF 4 , NF 3, or SF 6 . The gas source 40b is a gas source of a processing gas containing a rare gas such as Ar gas, for example. The gas source 40c is a gas source of a processing gas including an oxygen-containing gas such as O 2 or O 3 , for example. For example, the gas source 40d is a gas source of a processing gas containing nitrogen. The processing gas from these gas sources 40a to 40d reaches the gas diffusion chamber 36a from the gas supply pipe 38, and is discharged into the processing space S through the gas flow hole 36b and the gas discharge hole 34a. The upper electrodes 30 that define the gas sources 40a to 40d, valves 42a to 42d, MFCs 44a to 44d, splitter 43, gas supply pipe 38, gas diffusion chamber 36a, gas flow hole 36b, and gas discharge hole 34a The gas supply part in one Embodiment is comprised.

また、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。   The plasma processing apparatus 10 may further include a ground conductor 12a. The ground conductor 12 a is a substantially cylindrical ground conductor, and is provided so as to extend above the height position of the upper electrode 30 from the side wall of the processing container 12.

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。また、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、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にエッチングの副生成物（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。 In the plasma processing apparatus 10, a deposition shield 46 is detachably provided along the inner wall of the processing container 12. The deposition shield 46 is also provided on the outer periphery of the support portion 14. The deposition shield 46 is also provided on the outer periphery of the support portion 14. The deposition shield 46 prevents the etching by-product (deposition) from adhering to the processing container 12 and can be configured by coating an aluminum material with ceramics such as Y 2 O 3 .

処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート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の下方において処理容器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の側壁には被処理体Ｘ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。 On the bottom side of the processing container 12, an exhaust plate 48 is provided between the support portion 14 and the inner wall of the processing container 12. The exhaust plate 48 can be configured by, for example, coating an aluminum material with ceramics such as Y 2 O 3 . Below the exhaust plate 48, the processing vessel 12 is provided with an exhaust port 12e. An exhaust device 50 is connected to the exhaust port 12e via an exhaust pipe 52. The exhaust device 50 includes a vacuum pump such as a turbo molecular pump, and can reduce the pressure in the processing container 12 to a desired degree of vacuum. Further, a loading / unloading port 12 g for the object to be processed X is provided on the side wall of the processing container 12, and the loading / unloading port 12 g can be opened and closed by a gate valve 54.

また、処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向において被処理体Ｘと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材５６はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図１に示す位置に限られるものではない。例えば、導電性部材５６は、基台１６の周囲に設けられる等、基台１６側に設けられてもよく、また上部電極３０の外側にリング状に設けられる等、上部電極３０の近傍に設けられてもよい。   In addition, a conductive member (GND block) 56 is provided on the inner wall of the processing container 12. The conductive member 56 is attached to the inner wall of the processing container 12 so as to be positioned at substantially the same height as the workpiece X in the height direction. The conductive member 56 is connected to the ground in a DC manner and exhibits an abnormal discharge prevention effect. The conductive member 56 only needs to be provided in the plasma generation region, and the installation position is not limited to the position shown in FIG. For example, the conductive member 56 may be provided on the base 16 side such as provided around the base 16, or provided in the vicinity of the upper electrode 30 such as provided in a ring shape outside the upper electrode 30. May be.

一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、下部電極を構成する基台１６に高周波電力を供給するための給電棒５８を更に備えている。給電棒５８は、一実施形態に係る給電ラインを構成している。給電棒５８は、同軸二重管構造を有しており、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂを含んでいる。棒状導電部材５８ａは、処理容器１２外から処理容器１２の底部を通って処理容器１２内まで略鉛直方向に延在しており、当該棒状導電部材５８ａの上端は、基台１６に接続されている。また、筒状導電部材５８ｂは、棒状導電部材５８ａの周囲を囲むように当該棒状導電部材５８ａと同軸に設けられており、処理容器１２の底部に支持されている。これら棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの間には、略環状の２枚の絶縁部材５８ｃが介在して、棒状導電部材５８ａと筒状導電部材５８ｂとを電気的に絶縁している。   In one embodiment, the plasma processing apparatus 10 further includes a power supply rod 58 for supplying high frequency power to the base 16 constituting the lower electrode. The power feed rod 58 constitutes a power feed line according to an embodiment. The power feeding rod 58 has a coaxial double tube structure, and includes a rod-shaped conductive member 58a and a cylindrical conductive member 58b. The rod-shaped conductive member 58a extends from the outside of the processing container 12 through the bottom of the processing container 12 to the inside of the processing container 12, and the upper end of the rod-shaped conductive member 58a is connected to the base 16. Yes. The cylindrical conductive member 58b is provided coaxially with the rod-shaped conductive member 58a so as to surround the rod-shaped conductive member 58a, and is supported on the bottom of the processing vessel 12. Between the rod-shaped conductive member 58a and the cylindrical conductive member 58b, two substantially annular insulating members 58c are interposed to electrically insulate the rod-shaped conductive member 58a and the cylindrical conductive member 58b.

また、一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、整合器７０、７１を更に備え得る。整合器７０、７１には、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの下端が接続されている。この整合器７０、７１には、第１の高周波電源６２（第１電源部）及び第２の高周波電源６４（第２電源部）がそれぞれ接続されている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力（第１周波数の電力）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。また、第１の高周波電力は、一例においては０〜２０００Ｗである。第２の高周波電源６４は、基台１６に高周波バイアスを印加し、被処理体Ｘにイオンを引き込むための第２の高周波電力（第２周波数の電力）を発生する。第２の高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。また、第２の高周波電力は、一例においては０〜５０００Ｗである。また、直流電源６０は、ローパスフィルタを介して、上部電極３０に接続されている。この直流電源６０は、負の直流電圧を上部電極３０に出力する。上記構成によって、下部電極を構成する基台１６に二つの異なる高周波電力を供給し、上部電極３０に直流電圧を印加し得る。   In one embodiment, the plasma processing apparatus 10 may further include matching units 70 and 71. The lower ends of the rod-like conductive member 58a and the cylindrical conductive member 58b are connected to the matching units 70 and 71. A first high-frequency power source 62 (first power source unit) and a second high-frequency power source 64 (second power source unit) are connected to the matching units 70 and 71, respectively. The first high-frequency power source 62 is a power source that generates first radio frequency (RF) power (power of a first frequency) for plasma generation, and has a frequency of 27 to 100 MHz, in one example, a high-frequency power of 40 MHz. Is generated. Moreover, 1st high frequency electric power is 0-2000W in an example. The second high-frequency power supply 64 applies a high-frequency bias to the base 16 and generates a second high-frequency power (second-frequency power) for drawing ions into the object X. The frequency of the second high-frequency power is a frequency within the range of 400 kHz to 13.56 MHz, and is 3 MHz in one example. The second high frequency power is 0 to 5000 W in one example. Further, the DC power source 60 is connected to the upper electrode 30 through a low pass filter. The DC power supply 60 outputs a negative DC voltage to the upper electrode 30. With the above configuration, two different high-frequency powers can be supplied to the base 16 constituting the lower electrode, and a DC voltage can be applied to the upper electrode 30.

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、例えば電源系やガス供給系、駆動系及び電源系等を、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の各構成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。   In one embodiment, the plasma processing apparatus 10 may further include a control unit Cnt. The control unit Cnt is a computer including a processor, a storage unit, an input device, a display device, and the like, and controls each unit of the plasma processing apparatus 10, such as a power supply system, a gas supply system, a drive system, and a power supply system. In this control unit Cnt, an operator can perform a command input operation and the like to manage the plasma processing apparatus 10 using the input device, and the operating status of the plasma processing apparatus 10 is visualized by the display device. Can be displayed. Further, the storage unit of the control unit Cnt causes the respective components of the plasma processing apparatus 10 to execute processes according to a control program for controlling various processes executed by the plasma processing apparatus 10 by the processor and processing conditions. A program for processing, that is, a processing recipe is stored.

このプラズマ処理装置１０を用いてエッチングを行うときには、静電チャック１８上に被処理体Ｘが載置される。被処理体Ｘは、被エッチング層と、当該被エッチング層上に設けられたレジストマスクを有し得る。そして、排気装置５０により処理容器１２内を排気しながら、ガス源４０ａ〜４０ｄからの処理ガスを所定の流量で処理容器１２内に供給し、処理容器１２内の圧力を、例えば０．１〜５０Ｐａの範囲内に設定する。   When etching is performed using the plasma processing apparatus 10, the workpiece X is placed on the electrostatic chuck 18. The object to be processed X may include an etching target layer and a resist mask provided on the etching target layer. And while exhausting the inside of the processing container 12 by the exhaust device 50, the processing gas from the gas sources 40a to 40d is supplied into the processing container 12 at a predetermined flow rate, and the pressure in the processing container 12 is set to 0.1 to 0.1, for example. Set within the range of 50 Pa.

次いで、第１の高周波電源６２が、第１の高周波電力を基台１６に供給する。また、第２の高周波電源６４が、第２の高周波電力を基台１６に供給する。さらに、直流電源６０が、第１の直流電圧を上部電極３０に供給する。これにより、上部電極３０と基台１６との間に高周波電界が形成され、処理空間Ｓに供給された処理ガスが、プラズマ化する。このプラズマで生成される正イオンやラジカルによって被処理体Ｘの被エッチング層がエッチングされる。   Next, the first high frequency power supply 62 supplies the first high frequency power to the base 16. In addition, the second high frequency power supply 64 supplies the second high frequency power to the base 16. Further, the DC power supply 60 supplies the first DC voltage to the upper electrode 30. Thereby, a high frequency electric field is formed between the upper electrode 30 and the base 16, and the processing gas supplied to the processing space S is turned into plasma. The etching target layer of the target object X is etched by positive ions and radicals generated by the plasma.

以下、図２及び図３を参照して、上述したプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法の一実施形態について説明する。図２は一実施形態に係るプラズマ処理方法を用いたエッチングの工程を示すフロー図、図３は図２のエッチングの工程を示す概略断面図である。図２に示すエッチングの工程における制御は、制御部Ｃｎｔにより実行される。一実施形態のプラズマ処理方法は、上述したプラズマ処理装置１０を用いて、ポリシリコン層Ｐの上に形成されたタングステン層Ｗを、マスク層１を介してエッチングすることにより、タングステン層Ｗを所定のパターンにパターニングする。   Hereinafter, an embodiment of a plasma processing method using the above-described plasma processing apparatus 10 will be described with reference to FIGS. 2 and 3. FIG. 2 is a flowchart showing an etching process using the plasma processing method according to the embodiment, and FIG. 3 is a schematic sectional view showing the etching process of FIG. The control in the etching process shown in FIG. 2 is executed by the control unit Cnt. In the plasma processing method of one embodiment, the tungsten layer W is formed on the polysilicon layer P by using the plasma processing apparatus 10 described above to etch the tungsten layer W through the mask layer 1. To pattern.

図２に示すように、まず工程Ｓ１において被処理体Ｘが準備され、被処理体Ｘが処理容器１２の静電チャック１８に載置される。図３の（ａ）に示すように、被処理体Ｘは、基板Ｂ上に、ポリシリコン層Ｐ、バリアメタル（例えば、タングステンナイトライド）層ＷＮ及びタングステン層Ｗが積層された多層膜材料である。タングステン層Ｗ上には、所定の平面形状を有するマスク層１が配置されている。マスク層１は、タングステン層Ｗ上に、ＳｉＮ層７、シリコン酸化層（例えば、ＴＥＯＳ層）５及びａ−Ｓｉ層（アモルファスシリコン層）３が積層されて形成されたハードマスクである。以下、図３の（ａ）に示す被処理体Ｘを例に挙げて、一実施形態のプラズマ処理方法について説明する。   As shown in FIG. 2, first, a process target X is prepared in step S <b> 1, and the process target X is placed on the electrostatic chuck 18 of the processing container 12. As shown in FIG. 3A, the object to be processed X is a multilayer film material in which a polysilicon layer P, a barrier metal (for example, tungsten nitride) layer WN, and a tungsten layer W are laminated on a substrate B. is there. On the tungsten layer W, a mask layer 1 having a predetermined planar shape is disposed. The mask layer 1 is a hard mask formed by laminating a SiN layer 7, a silicon oxide layer (for example, a TEOS layer) 5 and an a-Si layer (amorphous silicon layer) 3 on the tungsten layer W. Hereinafter, the plasma processing method of one embodiment will be described by taking the object to be processed X shown in FIG.

第１のエッチング工程Ｓ２（第１の工程：メインエッチング）においては、まず、ガス供給部から処理容器１２にフッ素含有ガスを含む第１の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗを、タングステン層Ｗの下面に至る前までエッチングする。すなわち、バリアメタル層ＷＮが露出し始めるか、露出し始める直前までタングステン層Ｗをエッチングする。この際に用いられる第１の処理ガスは、例えば、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガス等である。第１のエッチング工程Ｓ２において、フッ素含有ガスを含む第１の処理ガスにより、タングステン層Ｗのうち、マスク層１で覆われていない領域がエッチングされる。また、マスク層１の最上位層にあるａ−Ｓｉ層３がエッチングされる。第１のエッチング工程Ｓ２においては、タングステン層Ｗの下面に至る前にエッチングが終了する。このため、第１のエッチング工程Ｓ２が終了した段階で、被処理体Ｘは図３の（ｂ）の構成となる。なお、第１のエッチング工程Ｓ２においてマスク層１がエッチングされる領域は、ａ−Ｓｉ層３の一部であってもよく、ａ−Ｓｉ層３の下面まで至ってもよい。また、後述する第２のエッチング工程Ｓ４においてエッチングに用いるためのマスク層１が確保できる限り、ａ−Ｓｉ層３の下に配置されたＴＥＯＳ層５及びＳｉＮ層７に至ってエッチングされてもよい。 In the first etching step S2 (first step: main etching), first, a first processing gas containing a fluorine-containing gas is supplied from the gas supply unit to the processing container 12, and plasma is generated to form a tungsten layer. W is etched before reaching the lower surface of the tungsten layer W. That is, the tungsten layer W is etched until the barrier metal layer WN starts to be exposed or just before it starts to be exposed. The first processing gas used at this time is, for example, NF 3 gas, CF 4 gas, or SF 6 gas. In the first etching step S2, a region of the tungsten layer W that is not covered with the mask layer 1 is etched by the first processing gas containing the fluorine-containing gas. Further, the a-Si layer 3 in the uppermost layer of the mask layer 1 is etched. In the first etching step S2, the etching is finished before reaching the lower surface of the tungsten layer W. For this reason, the to-be-processed object X becomes a structure of (b) of FIG. 3 in the step which 1st etching process S2 was complete | finished. Note that the region where the mask layer 1 is etched in the first etching step S <b> 2 may be a part of the a-Si layer 3 or may reach the lower surface of the a-Si layer 3. Moreover, as long as the mask layer 1 for use in etching can be secured in the second etching step S4 described later, the TEOS layer 5 and the SiN layer 7 disposed under the a-Si layer 3 may be etched.

ここで、第１のエッチング工程Ｓ２をプラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件の一例を以下に示す。
（第１のエッチング工程Ｓ２）
処理空間Ｓの圧力：５ｍＴоｒｒ（０．６６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第１の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：２０〜３０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：８０〜１００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒 Here, an example of processing conditions when the first etching step S2 is performed by the plasma processing apparatus 10 is shown below.
(First etching step S2)
Pressure in processing space S: 5 mTorr (0.667 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 100W
Power of second high frequency power supply 64: 200 W
Flow rate of the first processing gas NF 3 gas: 20-30 sccm
Ar gas: 80-100 sccm
O 2 gas: 30-50 sccm
Processing time: 60 seconds

一実施形態のプラズマ処理方法では、続く酸化処理工程Ｓ３（第２の工程：アッシング）において、ガス供給部から処理容器１２に酸素含有ガスを含む第２の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗの側壁を酸化処理する。この際に用いられる第２の処理ガスは、例えば、Ｏ２ガス又はＯ３ガス等である。酸化処理工程Ｓ３において、酸素含有ガスを含む第２の処理ガスにより、タングステン層Ｗの側壁が酸化処理される。酸化処理工程Ｓ３においては、被処理体Ｘはエッチングされていない。このため、酸化処理工程Ｓ３が終了した段階で、被処理体Ｘは図３の（ｂ）に示す構成のままである。ただし、実際には、酸化処理工程を経たことにより、タングステン層Ｗの側壁１１に酸化物が形成されている。このタングステン層Ｗの側壁１１において形成された酸化物の詳細については後述する。 In the plasma processing method of one embodiment, in the subsequent oxidation processing step S3 (second step: ashing), a second processing gas containing an oxygen-containing gas is supplied from the gas supply unit to the processing container 12 to generate plasma. Then, the sidewall of the tungsten layer W is oxidized. The second processing gas used at this time is, for example, O 2 gas or O 3 gas. In the oxidation treatment step S3, the sidewall of the tungsten layer W is oxidized by the second treatment gas containing the oxygen-containing gas. In the oxidation treatment step S3, the workpiece X is not etched. For this reason, at the stage where the oxidation treatment step S3 is completed, the workpiece X remains in the configuration shown in FIG. However, in actuality, an oxide is formed on the sidewall 11 of the tungsten layer W through the oxidation process. Details of the oxide formed on the sidewall 11 of the tungsten layer W will be described later.

ここで、酸化処理工程Ｓ３をプラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件の一例を以下に示す。なお、以下に示す処理条件のように、一実施形態においては、酸化処理工程Ｓ３では、第２の高周波電源６４から電力が供給されていない。
（酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒 Here, an example of processing conditions when the oxidation processing step S3 is performed by the plasma processing apparatus 10 will be shown below. Note that, as in the processing conditions shown below, in one embodiment, power is not supplied from the second high-frequency power source 64 in the oxidation processing step S3.
(Oxidation treatment step S3)
Pressure in the processing space S: 200 mTorr (26.7 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 200W
Power of second high frequency power supply 64: 0W
Second process gas flow rate O 2 gas: 500 sccm
Processing time: 10 seconds

一実施形態のプラズマ処理方法では、続く第２のエッチング工程Ｓ４（第３工程：オーバーエッチング）において、ガス供給部から処理容器１２にフッ素含有ガスを含む第３の処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、タングステン層Ｗを、タングステン層Ｗの下面に至るまでエッチングする。この際に用いられる第３の処理ガスは、例えば、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガス等である。一実施形態においては、タングステン層Ｗの下面に至るまでエッチングされると共に、タングステン層Ｗの下に位置するバリアメタル層ＷＮが更にエッチングされる。第２のエッチング工程Ｓ４において、フッ素含有ガスを含む第３の処理ガスにより、タングステン層Ｗ及びバリアメタル層ＷＮのうち、マスク層１で覆われていない領域がエッチングされる。また、マスク層１のＴＥＯＳ層５の一部がエッチングされる。第２のエッチング工程Ｓ４が終了した段階で、被処理体Ｘは図３の（ｃ）の構成となる。なお、第２のエッチング工程Ｓ４においてマスク層１がエッチングされる領域は、ＴＥＯＳ層５の一部に限らず、ＴＥＯＳ層５の下面まで至ってもよく、タングステン層Ｗに至らない限り更にその下に配置されたＳｉＮ層７まで至ってもよい。また、前述の第１のエッチング工程Ｓ３においてマスク層１がエッチングされた領域に応じて、第２のエッチング工程Ｓ４においてマスク層１がエッチングされる領域は変化する。例えば、第１のエッチング工程Ｓ３においてａ−Ｓｉ層３の全体のうち上層〜中層がエッチングされたとすると、第２のエッチング工程Ｓ４においてはａ−Ｓｉ層３の中層より下側の領域がエッチングされる。 In the plasma processing method of one embodiment, in the subsequent second etching step S4 (third step: over-etching), a third processing gas containing a fluorine-containing gas is supplied from the gas supply unit to the processing vessel 12 to generate plasma. Then, the tungsten layer W is etched to reach the lower surface of the tungsten layer W. The third processing gas used at this time is, for example, NF 3 gas, CF 4 gas, SF 6 gas, or the like. In one embodiment, the etching is performed up to the lower surface of the tungsten layer W, and the barrier metal layer WN located under the tungsten layer W is further etched. In the second etching step S4, regions of the tungsten layer W and the barrier metal layer WN that are not covered with the mask layer 1 are etched by the third processing gas containing the fluorine-containing gas. Further, a part of the TEOS layer 5 of the mask layer 1 is etched. At the stage where the second etching step S4 is completed, the workpiece X has the configuration shown in FIG. Note that the region where the mask layer 1 is etched in the second etching step S4 is not limited to a part of the TEOS layer 5, but may extend to the lower surface of the TEOS layer 5, and further below the tungsten layer W. You may reach to the arranged SiN layer 7. In addition, the region where the mask layer 1 is etched in the second etching step S4 varies depending on the region where the mask layer 1 is etched in the first etching step S3. For example, if the upper to middle layers of the entire a-Si layer 3 are etched in the first etching step S3, the region below the middle layer of the a-Si layer 3 is etched in the second etching step S4. The

ここで、第２のエッチング工程Ｓ４をプラズマ処理装置１０で実施する場合の処理条件の一例を以下に示す。
（第２のエッチング工程Ｓ４）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第３の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：４〜６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００〜１２０ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒 Here, an example of processing conditions when the second etching step S4 is performed by the plasma processing apparatus 10 is shown below.
(Second etching step S4)
Pressure in the processing space S: 10 mTorr (1.33 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 100W
Power of second high frequency power supply 64: 200 W
Flow rate of third processing gas NF 3 gas: 4 to 6 sccm
Ar gas: 100-120 sccm
O 2 gas: 30-50 sccm
Processing time: 30 seconds

上述した工程Ｓ２〜Ｓ４に示すように、一実施形態のプラズマ処理方法では、酸化処理工程Ｓ３における処理時間は、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理時間よりも短くなっている。また、酸化処理工程Ｓ３における処理空間Ｓの圧力は、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理空間Ｓの圧力よりも高くなっている。   As shown in steps S2 to S4 described above, in the plasma processing method of one embodiment, the processing time in the oxidation processing step S3 is shorter than the processing times in the first etching step S2 and the second etching step S4. Yes. Further, the pressure in the processing space S in the oxidation processing step S3 is higher than the pressure in the processing space S in the first etching step S2 and the second etching step S4.

第２のエッチング工程Ｓ４が終了すると、図２に示すエッチングの工程が終了する。このようにして、タングステン層Ｗが所定のパターンにパターニングされる。以上のように、一実施形態のプラズマ処理方法では、エッチングの工程を第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４の二段階に分け、更にこれらの工程の間に、酸化処理工程Ｓ３を追加している。次に、このようなプラズマ処理方法を用いた処理により得られるタングステン層Ｗの形状について、図４を参照して詳細に説明する。   When the second etching step S4 is finished, the etching step shown in FIG. 2 is finished. In this way, the tungsten layer W is patterned into a predetermined pattern. As described above, in the plasma processing method of one embodiment, the etching process is divided into the two stages of the first etching process S2 and the second etching process S4, and the oxidation process S3 is further performed between these processes. It has been added. Next, the shape of the tungsten layer W obtained by the processing using such a plasma processing method will be described in detail with reference to FIG.

図４の（ａ）は酸化処理をせずに第２のドライエッチングを行った場合の被処理体の概略断面図、図４の（ｂ）は酸化処理をしてから第２のドライエッチングを行った場合の被処理体の概略断面図である。図４の（ａ）に示すように、第１のエッチング工程Ｓ２の後、酸化処理工程Ｓ３を経ずに第２のエッチング工程Ｓ４を行った場合には、タングステン層Ｗの上端部の幅が細くなっている。これは、タングステン層Ｗの上端部が下端部に比べてフッ素を含む処理ガスに長く晒されることにより、横方向にもエッチングされたためと考えられる。一方、図４の（ｂ）に示すように、第１のエッチング工程Ｓ２の後、酸化処理工程Ｓ３を経てから第２のエッチング工程Ｓ４を行った場合には、タングステン層Ｗの側壁１１には、酸化物が形成されていると共に、タングステン層Ｗの上端部の幅が細くなっていない。すなわち、酸化処理工程Ｓ３において形成された酸化物が、第２のエッチング工程Ｓ４において保護膜として機能し、タングステン層Ｗの周囲で横方向におけるエッチングを抑制していることにより、タングステン層Ｗの上端部の幅が細くならないようにすることができる。   4A is a schematic cross-sectional view of an object to be processed when the second dry etching is performed without performing the oxidation treatment, and FIG. 4B is a diagram illustrating the second dry etching after the oxidation treatment. It is a schematic sectional drawing of the to-be-processed object at the time of performing. As shown in FIG. 4A, when the second etching step S4 is performed after the first etching step S2 without passing through the oxidation treatment step S3, the width of the upper end portion of the tungsten layer W is as follows. It is getting thinner. This is probably because the upper end portion of the tungsten layer W was etched in the lateral direction by being exposed to the processing gas containing fluorine longer than the lower end portion. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when the second etching step S4 is performed after the first etching step S2 and then through the oxidation step S3, the sidewall 11 of the tungsten layer W is not formed. In addition, the oxide is formed, and the width of the upper end portion of the tungsten layer W is not narrowed. That is, the oxide formed in the oxidation treatment step S3 functions as a protective film in the second etching step S4, and suppresses etching in the lateral direction around the tungsten layer W, so that the upper end of the tungsten layer W is reduced. It is possible to prevent the width of the portion from becoming thin.

以上、一実施形態に係るプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置１０では、タングステン層Ｗをタングステン層Ｗの上面からタングステン層Ｗの下面に至る前までエッチングする第１のエッチング工程Ｓ２と、タングステン層Ｗをタングステン層Ｗの下面に至るまでエッチングする第２のエッチング工程Ｓ４との間に、酸素含有ガスを含む処理ガスを用いたプラズマエッチングによって、タングステン層Ｗを処理する酸化処理工程Ｓ３を含むことにより、タングステン層Ｗの側壁１１にタングステンの酸化物が形成される。タングステンの酸化物は保護膜として作用するため、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができる。これにより、タングステン層Ｗの上端部における幅が細くならないようにすることが可能となる。   As described above, in the plasma processing method and the plasma processing apparatus 10 according to the embodiment, the first etching step S2 for etching the tungsten layer W from the upper surface of the tungsten layer W to the lower surface of the tungsten layer W and the tungsten layer W are performed. By including an oxidation treatment step S3 for treating the tungsten layer W by plasma etching using a treatment gas containing an oxygen-containing gas, between the second etching step S4 for etching up to the lower surface of the tungsten layer W, Tungsten oxide is formed on the sidewall 11 of the tungsten layer W. Since tungsten oxide acts as a protective film, lateral etching of the tungsten layer W can be suppressed. This makes it possible to prevent the width at the upper end portion of the tungsten layer W from becoming narrow.

また、一実施形態に係るプラズマ処理方法では、プラズマ処理装置１０が、処理容器１２内に配置される上部電極３０と、上部電極３０に対して対向して配置される下部電極を構成する基台１６と、基台１６にプラズマ生成用の第１の高周波電力を供給する第１の高周波電源６２と、基台１６に高周波バイアスを印加し、被処理体Ｘにイオンを引き込むための第２の高周波電力を供給する第２の高周波電源６４と、を備え、酸化処理工程Ｓ３では、第２の高周波電源６４から基台１６へ電力が供給されなくなっている。このため、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制しつつ、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができる。なお、酸化処理工程Ｓ３において第２の高周波電力を供給しないことにより、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制できる効果については、後述の実施例において説明する。   In the plasma processing method according to the embodiment, the plasma processing apparatus 10 includes an upper electrode 30 disposed in the processing container 12 and a base that constitutes a lower electrode disposed to face the upper electrode 30. 16, a first high-frequency power source 62 that supplies a first high-frequency power for plasma generation to the base 16, and a second high-frequency bias for applying a high-frequency bias to the base 16 and drawing ions into the workpiece X A second high-frequency power supply 64 that supplies high-frequency power. In the oxidation process S3, power is not supplied from the second high-frequency power supply 64 to the base 16. For this reason, the lateral etching of the tungsten layer W can be suppressed while the side wall 11 of the tungsten layer W is prevented from being significantly altered by oxidation. In addition, the effect which can suppress that the side wall 11 of the tungsten layer W changes significantly by oxidation by not supplying 2nd high frequency electric power in oxidation treatment process S3 is demonstrated in the below-mentioned Example.

また、一実施形態に係るプラズマ処理方法における酸化処理工程Ｓ３では、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４よりも処理空間Ｓの圧力が高くなっている。このため、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制しつつ、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができる。なお、酸化処理工程Ｓ３において第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４よりも処理空間Ｓの圧力を高くすることにより、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制できる効果については、後述の実施例において説明する。   In addition, in the oxidation treatment step S3 in the plasma treatment method according to the embodiment, the pressure in the treatment space S is higher than in the first etching step S2 and the second etching step S4. For this reason, the lateral etching of the tungsten layer W can be suppressed while the side wall 11 of the tungsten layer W is prevented from being significantly altered by oxidation. In addition, by making the pressure of the processing space S higher in the oxidation treatment step S3 than in the first etching step S2 and the second etching step S4, it is possible to suppress the sidewall 11 of the tungsten layer W from being significantly deteriorated due to oxidation. The effect will be described in examples described later.

また、一実施形態に係るプラズマ処理方法における酸化処理工程Ｓ３では、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４よりも処理時間が短くなっている。このため、必要以上に時間をかけて処理しなくて済み、生産効率を上げることができる。なお、酸化処理工程Ｓ３において第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４よりも処理時間を短くできることについては、後述の実施例において説明する。   In addition, in the oxidation treatment step S3 in the plasma treatment method according to the embodiment, the treatment time is shorter than in the first etching step S2 and the second etching step S4. For this reason, it is not necessary to spend more time than necessary, and the production efficiency can be increased. Note that the fact that the treatment time can be shortened in the oxidation treatment step S3 compared to the first etching step S2 and the second etching step S4 will be described in Examples described later.

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment, It changed within the range which does not change the summary described in each claim, or applied to the other thing It may be a thing.

例えば、上述した実施形態では、下部電極を構成する基台１６に二つの高周波電源が接続されているが、基台１６と上部電極３０のうち一方に第１の高周波電源が接続され、他方に第２の高周波電源が接続されていてもよい。   For example, in the above-described embodiment, two high-frequency power sources are connected to the base 16 constituting the lower electrode, but the first high-frequency power source is connected to one of the base 16 and the upper electrode 30 and the other is connected to the other. A second high frequency power supply may be connected.

［実施例］
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例について述べるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 [Example]
Hereinafter, examples carried out by the present inventor to describe the above-described effects will be described, but the present invention is not limited to the following examples.

（酸化処理工程Ｓ３を加えることによる効果の確認）
実施例１では、図１に示すプラズマ処理装置１０により、図２に示すエッチングの工程によりプラズマ処理を行った。実施例１の工程Ｓ２〜Ｓ４は、以下に示す処理条件とした。 (Confirmation of effect by adding oxidation treatment step S3)
In Example 1, plasma processing was performed by the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 through the etching process shown in FIG. Steps S2 to S4 of Example 1 were performed under the following processing conditions.

（実施例１の第１のエッチング工程Ｓ２）
処理空間Ｓの圧力：５ｍＴоｒｒ（０．６６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第１の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：２０〜３０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：８０〜１００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：６０秒
（実施例１の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（実施例１の第２のエッチング工程Ｓ４）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：１００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：２００Ｗ
第３の処理ガスの流量
ＮＦ３ガス：４〜６ｓｃｃｍ
Ａｒガス：１００〜１２０ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：３０〜５０ｓｃｃｍ
処理時間：３０秒 (First etching step S2 of Example 1)
Pressure in processing space S: 5 mTorr (0.667 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 100W
Power of second high frequency power supply 64: 200 W
Flow rate of the first processing gas NF 3 gas: 20-30 sccm
Ar gas: 80-100 sccm
O 2 gas: 30-50 sccm
Treatment time: 60 seconds (oxidation treatment step S3 of Example 1)
Pressure in the processing space S: 200 mTorr (26.7 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 200W
Power of second high frequency power supply 64: 0W
Second process gas flow rate O 2 gas: 500 sccm
Processing time: 10 seconds (second etching step S4 of Example 1)
Pressure in the processing space S: 10 mTorr (1.33 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 100W
Power of second high frequency power supply 64: 200 W
Flow rate of third processing gas NF 3 gas: 4 to 6 sccm
Ar gas: 100-120 sccm
O 2 gas: 30-50 sccm
Processing time: 30 seconds

比較例１では、図２に示すエッチングの工程のうち、酸化処理工程Ｓ３を行わなかった。すなわち、比較例１では、第１のエッチング工程Ｓ２の後、酸化処理工程Ｓ３を経ずに第２のエッチング工程Ｓ４に進む工程によりプラズマ処理を行った。   In Comparative Example 1, the oxidation treatment step S3 was not performed among the etching steps shown in FIG. That is, in Comparative Example 1, plasma processing was performed by the process of proceeding to the second etching process S4 without passing through the oxidation processing process S3 after the first etching process S2.

上記工程によって得られた実施例１及び比較例１の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、タングステン層Ｗの形状を確認した。ここでは、被処理体Ｘの中央部（Ｃｅｎｔｅｒ）及び端部（Ｅｄｇｅ）に形成されたタングステン層Ｗの形状をそれぞれ確認した。測定結果を図５に示す。図５は、比較例１及び実施例１におけるプラズマ処理後のタングステン層Ｗの形状を比較する表である。図５の１〜３列目は、それぞれ、図２に示す第１のエッチング工程Ｓ２を行った後の結果、比較例１を行った後の結果（図４の（ａ）に対応）及び実施例１を行った後の結果（図４の（ｂ）に対応）を示している。図５では、タングステン層Ｗの形状に関する指標として、タングステン層Ｗの上端部の幅（Ｔｏｐ ＣＤ）を用いている。この指標について、図６を参照して説明する。   The cross sections of Example 1 and Comparative Example 1 obtained by the above process were observed with a scanning electron microscope (SEM), and the shape of the tungsten layer W was confirmed. Here, the shape of the tungsten layer W formed in the center part (Center) and the end part (Edge) of the workpiece X was confirmed. The measurement results are shown in FIG. FIG. 5 is a table for comparing the shapes of the tungsten layers W after the plasma processing in Comparative Example 1 and Example 1. The first to third columns in FIG. 5 are the results after performing the first etching step S2 shown in FIG. 2, the results after performing Comparative Example 1 (corresponding to (a) in FIG. 4), and the implementation. The result (corresponding to (b) of Drawing 4) after performing example 1 is shown. In FIG. 5, the width (Top CD) of the upper end portion of the tungsten layer W is used as an index related to the shape of the tungsten layer W. This index will be described with reference to FIG.

図６は、タングステン層Ｗの形状に関する指標を説明する図である。図６はタングステン層Ｗの上端部の幅に関する指標を示している。図６に示すように、タングステン層Ｗの上端部の幅（Ｔｏｐ ＣＤ）は、タングステン層ＷのＳｉＮ層７と接する側の端部における横方向の幅である。   FIG. 6 is a diagram illustrating an index related to the shape of the tungsten layer W. FIG. 6 shows an index related to the width of the upper end portion of the tungsten layer W. As shown in FIG. 6, the width (Top CD) of the upper end portion of the tungsten layer W is the lateral width at the end portion of the tungsten layer W on the side in contact with the SiN layer 7.

再び図５に戻り、比較例１及び実施例１におけるプラズマ処理後のタングステン層Ｗの形状について説明する。以下、タングステン層Ｗの下端部と比較して、より誤差が少ない被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅を比較対象とした。なお、タングステン層Ｗの下端部は丸みを帯びているため、その値にばらつきが生じやすい。図５に示すように、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、第１のエッチング工程Ｓ２を行った後は１６．４［ｎｍ］であった。これに対し、比較例１におけるプラズマ処理後は、１４．０［ｎｍ］であった。よって、比較例１におけるプラズマ処理後は、第１のエッチング工程Ｓ２後と比較して、タングステン層Ｗの上端部の幅が２．４［ｎｍ］小さくなった。一方、実施例１におけるプラズマ処理後は、タングステン層Ｗの幅が１６．１［ｎｍ］であった。よって、実施例１におけるプラズマ処理後は、第１のエッチング工程Ｓ２後と比較して、タングステン層Ｗの上端部の幅が０．３［ｎｍ］小さくなった。以上より、実施例１の方が、比較例１よりも、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅が細くならなかった。   Returning to FIG. 5 again, the shape of the tungsten layer W after the plasma processing in Comparative Example 1 and Example 1 will be described. Hereinafter, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the center portion of the workpiece X with less error compared to the lower end portion of the tungsten layer W was set as a comparison target. Since the lower end portion of the tungsten layer W is rounded, the value tends to vary. As shown in FIG. 5, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the central portion of the workpiece X was 16.4 [nm] after the first etching step S2. On the other hand, after the plasma treatment in Comparative Example 1, it was 14.0 [nm]. Therefore, after the plasma treatment in Comparative Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W is 2.4 [nm] smaller than that after the first etching step S2. On the other hand, after the plasma treatment in Example 1, the width of the tungsten layer W was 16.1 [nm]. Therefore, after the plasma treatment in Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W was reduced by 0.3 [nm] compared to after the first etching step S2. As described above, in Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the center portion of the workpiece X was not narrower than that in Comparative Example 1.

同様にして、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅を比較する。図５に示すように、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、第１のエッチング工程Ｓ２を行った後は１６．８［ｎｍ］であった。これに対し、比較例１におけるプラズマ処理後は、１４．４［ｎｍ］であった。よって、比較例１におけるプラズマ処理後は、第１のエッチング工程Ｓ２後と比較して、タングステン層Ｗの上端部の幅が２．４［ｎｍ］小さくなった。一方、実施例１におけるプラズマ処理後は、タングステン層Ｗの幅が１６．３［ｎｍ］であった。よって、実施例１におけるプラズマ処理後は、第１のエッチング工程Ｓ２後と比較して、タングステン層Ｗの上端部の幅が０．５［ｎｍ］小さくなった。以上より、実施例１の方が、比較例１よりも、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅が細くならなかった。   Similarly, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the end portion of the workpiece X is compared. As shown in FIG. 5, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the end portion of the workpiece X was 16.8 [nm] after the first etching step S2. On the other hand, after the plasma treatment in Comparative Example 1, it was 14.4 [nm]. Therefore, after the plasma treatment in Comparative Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W is 2.4 [nm] smaller than that after the first etching step S2. On the other hand, after the plasma treatment in Example 1, the width of the tungsten layer W was 16.3 [nm]. Therefore, after the plasma treatment in Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W was reduced by 0.5 [nm] compared to after the first etching step S2. As described above, in Example 1, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the end portion of the workpiece X was not narrower than that in the comparative example 1.

以上、メインエッチング工程（第１のエッチング工程Ｓ２）とオーバーエッチング工程（第２のエッチング工程Ｓ４）との間に、アッシング工程（酸化処理工程Ｓ３）を行うことで、タングステン層Ｗの上端部の幅の減少を抑制することができることが確認された。また、上記効果は、被処理体Ｘの中央部及び端部において同様であり、タングステン層Ｗの形成位置に依存することなく奏することが確認された。   As described above, the ashing process (oxidation process S3) is performed between the main etching process (first etching process S2) and the overetching process (second etching process S4), so that the upper end portion of the tungsten layer W is formed. It was confirmed that the width reduction can be suppressed. Moreover, it was confirmed that the said effect is the same in the center part and edge part of the to-be-processed object X, and there exists it without depending on the formation position of the tungsten layer W.

（酸化処理工程Ｓ３の処理条件の最適化）
（酸化処理工程Ｓ３の圧力）
酸化処理工程Ｓ３の圧力がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例２は、実施例１と同じ処理条件とした。実施例３及び４は、酸化処理工程Ｓ３のみ、実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例３及び実施例４の酸化処理工程Ｓ３は、それぞれ以下に示す処理条件とした。 (Optimization of processing conditions of oxidation processing step S3)
(Pressure of oxidation treatment step S3)
It was verified whether or not the pressure in the oxidation treatment step S3 affects the shape of the tungsten layer W. In Example 2, the same processing conditions as in Example 1 were used. In Examples 3 and 4, only the oxidation treatment step S3 was set to process conditions different from those in Example 2, and other conditions were the same as those in Example 2. The oxidation treatment step S3 of Example 3 and Example 4 was performed under the following treatment conditions.

（実施例３の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２０ｍＴоｒｒ（２．６７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
（実施例４の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：１０ｍＴоｒｒ（１．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
すなわち、実施例３及び実施例４は、実施例２よりも酸化処理工程Ｓ３の処理空間Ｓの圧力を低くした。 (Oxidation treatment step S3 of Example 3)
Pressure in processing space S: 20 mTorr (2.67 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 200W
Power of second high frequency power supply 64: 0W
Second process gas flow rate O 2 gas: 500 sccm
Treatment time: 10 seconds (oxidation treatment step S3 of Example 4)
Pressure in the processing space S: 10 mTorr (1.33 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 200W
Power of second high frequency power supply 64: 0W
Second process gas flow rate O 2 gas: 500 sccm
Treatment time: 10 seconds In other words, in Example 3 and Example 4, the pressure in the treatment space S of the oxidation treatment step S3 was lower than that in Example 2.

実施例２〜４の断面をＳＥＭで観察し、タングステン層Ｗの形状を確認した。ここでは、被処理体Ｘの中央部及び端部に形成されたタングステン層Ｗの形状をそれぞれ確認した。測定結果を図７に示す。図７は、実施例２〜６で測定されたタングステン層の形状を比較する表である。図７に示すように、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、処理空間Ｓの圧力が２００ｍＴоｒｒの実施例２では１３．６［ｎｍ］であった。一方、処理空間Ｓの圧力が２０ｍＴｏｒｒの実施例３では１４．２［ｎｍ］、処理空間Ｓの圧力が１０ｍＴｏｒｒの実施例４では１４．５［ｎｍ］であった。同様にして、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、処理空間Ｓの圧力が２００ｍＴоｒｒの実施例２では１３．４［ｎｍ］であった。一方、処理空間Ｓの圧力が２０ｍＴｏｒｒの実施例３では１４．１［ｎｍ］、処理空間Ｓの圧力が１０ｍＴｏｒｒの実施例４では１４．２［ｎｍ］であった。よって、処理空間Ｓの圧力を低くした方が、タングステン層Ｗの上端部が細くならなかった。ここで、ＳＥＭの反射電子像を用いて組成を詳細に分析した。その結果を図８に示す。図８は、実施例４及び実施例６においてタングステン層の側壁が過剰に酸化されたことを示す概略断面図である。図８に示すように、処理空間Ｓの圧力を１０ｍＴｏｒｒとした実施例４においては、実施例２，３に比べてタングステン層Ｗの側壁１１がより酸化されていることが確認された。これは、処理空間Ｓの圧力を低くすることによりエッチングの異方性が高まり、処理ガスとしてのＯ２が、より深い位置まで到達することからタングステン層Ｗの側壁１１に届きやすくなり、酸化が進んだためと考えられる。このようにタングステン層Ｗの側壁１１の酸化が顕著となると、タングステン層Ｗ自体の幅が減ってしまうため、設計値通りのデバイスができないこととなり好ましくない。よって、酸化処理工程Ｓ３における処理空間Ｓの圧力を１０ｍＴоｒｒよりも高くしておく必要がある。ここで、一般的に、エッチングの工程は１０ｍＴｏｒｒ以下の低圧において行われるため、酸化処理工程Ｓ３における処理空間Ｓの圧力は、第１のエッチング工程Ｓ２における処理空間Ｓの圧力５ｍＴｏｒｒ及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理空間Ｓの圧力１０ｍＴｏｒｒよりも高くしておく必要がある。以上より、酸化処理工程Ｓ３における処理空間Ｓの圧力を、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理空間Ｓの圧力よりも高くしておくことで、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制しつつ、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができることが確認された。 The cross section of Examples 2-4 was observed with SEM, and the shape of the tungsten layer W was confirmed. Here, the shape of the tungsten layer W formed in the center part and the edge part of the to-be-processed object X was confirmed, respectively. The measurement results are shown in FIG. FIG. 7 is a table comparing the shapes of the tungsten layers measured in Examples 2-6. As shown in FIG. 7, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the center portion of the workpiece X was 13.6 [nm] in Example 2 where the pressure in the processing space S was 200 mTorr. On the other hand, in Example 3 where the pressure in the processing space S was 20 mTorr, it was 14.2 [nm], and in Example 4 where the pressure in the processing space S was 10 mTorr, it was 14.5 [nm]. Similarly, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the end portion of the workpiece X was 13.4 [nm] in Example 2 where the pressure in the processing space S was 200 mTorr. On the other hand, in Example 3 where the pressure in the processing space S was 20 mTorr, it was 14.1 [nm], and in Example 4 where the pressure in the processing space S was 10 mTorr, it was 14.2 [nm]. Therefore, the lower end of the processing space S did not make the upper end of the tungsten layer W thinner. Here, the composition was analyzed in detail using the reflected electron image of SEM. The result is shown in FIG. FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing that the sidewall of the tungsten layer is excessively oxidized in the fourth and sixth embodiments. As shown in FIG. 8, in Example 4 in which the pressure in the processing space S was 10 mTorr, it was confirmed that the sidewall 11 of the tungsten layer W was more oxidized than in Examples 2 and 3. This is because the etching anisotropy is increased by lowering the pressure in the processing space S, and O 2 as the processing gas reaches a deeper position, so that it easily reaches the side wall 11 of the tungsten layer W, and oxidation occurs. It is thought that it was advanced. If the oxidation of the side wall 11 of the tungsten layer W becomes significant in this way, the width of the tungsten layer W itself is reduced, which makes it impossible to achieve a device as designed. Therefore, the pressure of the processing space S in the oxidation processing step S3 needs to be higher than 10 mTorr. Here, since the etching process is generally performed at a low pressure of 10 mTorr or less, the pressure of the processing space S in the oxidation processing step S3 is the pressure of 5 mTorr in the processing space S in the first etching step S2 and the second etching. The pressure in the processing space S in step S4 needs to be higher than 10 mTorr. As described above, the side wall 11 of the tungsten layer W can be formed by keeping the pressure in the processing space S in the oxidation processing step S3 higher than the pressure in the processing space S in the first etching step S2 and the second etching step S4. It was confirmed that the lateral etching of the tungsten layer W can be suppressed while suppressing significant alteration due to oxidation.

（酸化処理工程Ｓ３の処理時間）
酸化処理工程Ｓ３の処理時間がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例５は、酸化処理工程Ｓ３のみ実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例５の酸化処理工程Ｓ３は、以下に示す処理条件とした。 (Processing time of oxidation process S3)
It was verified whether or not the treatment time of the oxidation treatment step S3 affects the shape of the tungsten layer W. In Example 5, only the oxidation treatment step S3 was treated differently from Example 2, and the other conditions were the same as in Example 2. The oxidation treatment step S3 of Example 5 was performed under the following treatment conditions.

（実施例５の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：０Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：２０秒
すなわち、実施例５では、実施例２よりも酸化処理工程Ｓ３の処理時間を長くした。 (Oxidation treatment step S3 of Example 5)
Pressure in the processing space S: 200 mTorr (26.7 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 200W
Power of second high frequency power supply 64: 0W
Second process gas flow rate O 2 gas: 500 sccm
Treatment time: 20 seconds In other words, in Example 5, the treatment time of the oxidation treatment step S3 was made longer than that in Example 2.

実施例５の断面をＳＥＭで観察し、タングステン層Ｗの形状を確認した。ここでは、被処理体Ｘの中央部及び端部に形成されたタングステン層Ｗの形状をそれぞれ確認した。測定結果を図７に示す。図７に示すように、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、処理時間が１０秒の実施例２では１３．６［ｎｍ］であった。一方、処理時間が２０秒の実施例５では１３．３［ｎｍ］であった。同様に、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、処理時間が１０秒の実施例２では１３．４［ｎｍ］であった。一方、処理時間が２０秒の実施例５では１４．２［ｎｍ］であった。よって、処理時間が１０秒でも２０秒でも同様にタングステン層の上端部が細くならなかった。すなわち、一般的なエッチングの工程における処理時間よりも短い１０秒でも２０秒でも十分に効果が得られた。よって、スループットの観点から、必要以上に時間をかけて処理するよりも、第１のエッチング工程Ｓ２及び第２のエッチング工程Ｓ４における処理時間よりも短い時間で処理することで、生産効率を上げることができることが確認された。   The cross section of Example 5 was observed with SEM, and the shape of the tungsten layer W was confirmed. Here, the shape of the tungsten layer W formed in the center part and the edge part of the to-be-processed object X was confirmed, respectively. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the central portion of the workpiece X was 13.6 [nm] in Example 2 where the processing time was 10 seconds. On the other hand, in Example 5 where the processing time was 20 seconds, it was 13.3 [nm]. Similarly, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the end portion of the workpiece X was 13.4 [nm] in Example 2 where the processing time was 10 seconds. On the other hand, in Example 5 where the treatment time was 20 seconds, it was 14.2 [nm]. Therefore, the upper end portion of the tungsten layer was not thinned even when the processing time was 10 seconds or 20 seconds. That is, a sufficient effect was obtained even at 10 seconds or 20 seconds shorter than the processing time in the general etching process. Therefore, from the viewpoint of throughput, it is possible to increase the production efficiency by performing the processing in a time shorter than the processing time in the first etching step S2 and the second etching step S4 rather than performing the processing more than necessary. It was confirmed that

（酸化処理工程Ｓ３の印加電力）
酸化処理工程Ｓ３の印加電力がタングステン層Ｗの形状に影響するか否か検証した。実施例６は、酸化処理工程Ｓ３のみ実施例２と異なる処理条件とし、その他の条件は実施例２と同一とした。実施例６の酸化処理工程Ｓ３は、以下に示す処理条件とした。 (Applied power in the oxidation treatment step S3)
It was verified whether or not the applied power in the oxidation treatment step S3 affects the shape of the tungsten layer W. In Example 6, only the oxidation treatment step S3 was treated differently from Example 2, and the other conditions were the same as in Example 2. The oxidation treatment step S3 of Example 6 was performed under the following treatment conditions.

（実施例６の酸化処理工程Ｓ３）
処理空間Ｓの圧力：２００ｍＴоｒｒ（２６．７Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：２００Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：１００Ｗ
第２の処理ガスの流量
Ｏ２ガス：５００ｓｃｃｍ
処理時間：１０秒
すなわち、実施例６では、第２の高周波電力（イオン引き込み用のバイアス）を供給した。 (Oxidation treatment step S3 of Example 6)
Pressure in the processing space S: 200 mTorr (26.7 Pa)
Power of first high frequency power supply 62: 200W
Power of second high frequency power supply 64: 100 W
Second process gas flow rate O 2 gas: 500 sccm
Processing time: 10 seconds In other words, in Example 6, the second high-frequency power (bias for ion attraction) was supplied.

実施例６の断面をＳＥＭで観察し、タングステン層Ｗの形状を確認した。ここでは、被処理体Ｘの中央部及び端部に形成されたタングステン層Ｗの形状をそれぞれ確認した。測定結果を図７に示す。図７に示すように、被処理体Ｘの中央部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、第２の高周波電力を供給しない実施例２では１３．６［ｎｍ］であった。一方、第２の高周波電力を１００Ｗとした実施例６では１４．７［ｎｍ］であった。同様に、被処理体Ｘの端部におけるタングステン層Ｗの上端部の幅は、第２の高周波電力を供給しない実施例２では１３．４［ｎｍ］であった。一方、第２の高周波電力を１００Ｗとした実施例６では１６．６［ｎｍ］であった。よって、第２の高周波電力を供給した方が、タングステン層Ｗの上端部が細くならなかった。ここで、ＳＥＭの反射電子像を用いて組成を詳細に分析した。その結果、第２の高周波電力を供給した実施例６においては、図８に示すように実施例２に比べてタングステン層Ｗの側壁１１がより酸化されていることが確認された。これは、第２の高周波電力を供給することによりエッチングの異方性が高まり、処理ガスとしてのＯ２が、より深い位置まで到達することからタングステン層Ｗの側壁１１に届きやすくなり、酸化が進んだためと考えられる。実施例４と同様、このようにタングステン層Ｗの側壁１１の酸化が顕著となると、タングステン層Ｗ自体の幅が減ってしまうため、設計値通りのデバイスができないこととなり好ましくない。よって、酸化処理工程Ｓ３における第２の高周波電力を供給しないことが必要である。よって、酸化処理工程Ｓ３における第２の高周波電力を供給しないことにより、タングステン層Ｗの側壁１１が酸化により顕著に変質することを抑制しつつ、タングステン層Ｗの横方向のエッチングを抑制することができることが確認された。 The cross section of Example 6 was observed by SEM, and the shape of the tungsten layer W was confirmed. Here, the shape of the tungsten layer W formed in the center part and the edge part of the to-be-processed object X was confirmed, respectively. The measurement results are shown in FIG. As shown in FIG. 7, the width of the upper end portion of the tungsten layer W in the central portion of the workpiece X was 13.6 [nm] in Example 2 in which the second high-frequency power was not supplied. On the other hand, in Example 6 in which the second high frequency power was 100 W, it was 14.7 [nm]. Similarly, the width of the upper end portion of the tungsten layer W at the end portion of the workpiece X was 13.4 [nm] in Example 2 in which the second high-frequency power was not supplied. On the other hand, in Example 6 in which the second high frequency power was 100 W, it was 16.6 [nm]. Therefore, the upper end portion of the tungsten layer W did not become thinner when the second high frequency power was supplied. Here, the composition was analyzed in detail using the reflected electron image of SEM. As a result, in Example 6 to which the second high-frequency power was supplied, it was confirmed that the side wall 11 of the tungsten layer W was more oxidized than Example 2 as shown in FIG. This is because the etching anisotropy is increased by supplying the second high-frequency power, and O 2 as the processing gas reaches a deeper position, so that it easily reaches the side wall 11 of the tungsten layer W, and oxidation is caused. It is thought that it was advanced. As in the fourth embodiment, if the oxidation of the side wall 11 of the tungsten layer W becomes significant in this way, the width of the tungsten layer W itself is reduced. Therefore, it is necessary not to supply the second high-frequency power in the oxidation treatment step S3. Therefore, by not supplying the second high frequency power in the oxidation treatment step S3, it is possible to suppress the lateral etching of the tungsten layer W while suppressing the sidewall 11 of the tungsten layer W from being significantly deteriorated by oxidation. It was confirmed that it was possible.

１…マスク層、１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…基台（第２電極）、３０…上部電極（第１電極）、３４ａ…ガス吐出孔，３６ａ…ガス拡散室，３６ｂ…ガス通流孔，３８…ガス供給管，４０ａ〜４０ｄ…ガス源，４２ａ〜４２ｄ…バルブ，４３…スプリッタ，４４ａ〜４４ｄ…ＭＦＣ（ガス供給部）、６２…第１の高周波電源（第１電源部）、６４…第２の高周波電源（第２電源部）、Ｓ…処理空間、Ｐ…ポリシリコン層、Ｗ…タングステン層、ＷＮ…バリアメタル層、Ｓ２…第１のエッチング工程（第１の工程）、Ｓ３…酸化処理工程（第２の工程）、Ｓ４…第２のエッチング工程（第３の工程）。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Mask layer, 10 ... Plasma processing apparatus, 12 ... Processing container, 16 ... Base (2nd electrode), 30 ... Upper electrode (1st electrode), 34a ... Gas discharge hole, 36a ... Gas diffusion chamber, 36b ... Gas flow hole 38 ... Gas supply pipe 40a-40d ... Gas source 42a-42d ... Valve 43 ... Splitter 44a-44d ... MFC (gas supply part) 62 ... First high frequency power source (first power source) Part), 64 ... second high frequency power supply (second power supply part), S ... processing space, P ... polysilicon layer, W ... tungsten layer, WN ... barrier metal layer, S2 ... first etching step (first Step), S3 ... oxidation treatment step (second step), S4 ... second etching step (third step).

Claims (11)

プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器及び前記処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部を有するプラズマ処理装置を用いて、ポリシリコン層の上に形成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチングし、前記タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理方法であって、
フッ素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の上面から前記タングステン層の下面に至る前までエッチングする第１の工程と、
酸素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を処理する第２の工程と、
フッ素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の下面に至るまでエッチングする第３の工程と、を含み、
前記プラズマ処理装置が、前記処理容器内に配置される第１電極と、前記第１電極に対して対向して配置される第２電極と、前記第２電極に第１周波数の電力を供給する第１電源部と、前記第２電極に第２周波数の電力を供給する第２電源部と、を備え、
前記第２の工程では、前記第１電源部から前記第２電極へ電力が供給されるとともに前記第２電源部から前記第２電極へ電力が供給されず、かつ、前記第１の工程及び前記第３の工程よりも前記処理空間の圧力が高い、
プラズマ処理方法。 A tungsten layer formed on a polysilicon layer is masked using a plasma processing apparatus having a processing container that defines a processing space in which plasma is generated and a gas supply unit that supplies processing gas into the processing space. A plasma processing method of etching through a layer and patterning the tungsten layer into a predetermined pattern,
A first step of supplying a processing gas containing a fluorine-containing gas to the processing container, generating plasma, and etching the tungsten layer from the top surface of the tungsten layer to the bottom surface of the tungsten layer;
Supplying a processing gas containing an oxygen-containing gas to the processing container, generating a plasma, and processing the tungsten layer;
The treatment gas containing fluorine-containing gas is supplied into the processing chamber, plasma is generated, seen including a third step of etching down to the tungsten layer on the lower surface of the tungsten layer,
The plasma processing apparatus supplies first frequency power to the first electrode disposed in the processing container, the second electrode disposed to face the first electrode, and the second electrode. A first power source, and a second power source that supplies power of a second frequency to the second electrode,
In the second step, power is supplied from the first power supply unit to the second electrode and power is not supplied from the second power supply unit to the second electrode, and the first step and the step The pressure in the processing space is higher than in the third step,
Plasma processing method. 前記マスク層は、ＳｉＮ層、シリコン酸化層、及びアモルファスシリコン層が積層されたハードマスクである、請求項１に記載のプラズマ処理方法。   The plasma processing method according to claim 1, wherein the mask layer is a hard mask in which a SiN layer, a silicon oxide layer, and an amorphous silicon layer are stacked. 前記ポリシリコン層と前記タングステン層との間にバリアメタル層が形成され、
前記第３の工程では、前記バリアメタル層を更にエッチングする請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。 A barrier metal layer is formed between the polysilicon layer and the tungsten layer;
The plasma processing method according to claim 1, wherein the barrier metal layer is further etched in the third step. 前記第２の工程では、前記第１の工程及び前記第３の工程よりも処理時間が短い請求項１〜３の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to any one of claims 1 to 3, wherein a processing time is shorter in the second step than in the first step and the third step. 前記酸素含有ガスが、Ｏ２ガス又はＯ３ガスである請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the oxygen-containing gas is O 2 gas or O 3 gas. 前記フッ素含有ガスが、ＮＦ３ガス、ＣＦ４ガス又はＳＦ６ガスである請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1 , wherein the fluorine-containing gas is NF 3 gas, CF 4 gas, or SF 6 gas. プラズマ処理装置の処理容器内で、ポリシリコン層、タングステン層、及び、パターンを有するマスク層を含む被処理体をプラズマ処理し、前記マスク層を介して前記タングステン層をエッチングして、前記タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理方法であって、
前記被処理体を前記処理容器内へ準備する工程と、
フッ素含有ガスを含む第１の処理ガスを前記処理容器へ供給し、前記第１の処理ガスのプラズマを発生させて、前記マスク層の前記パターンを転写するように前記タングステン層を前記タングステン層の上面から前記タングステン層の下面に至る前までエッチングして、該エッチングを終了する第１の工程と、
酸素含有ガスを含む第２の処理ガスを前記処理容器へ供給し、前記第２の処理ガスのプラズマを発生させて、前記タングステン層の表面を酸化処理する第２の工程と、
前記第１の処理ガスと同一種類の処理ガスを前記処理容器へ供給し、前記第１の処理ガスのプラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の下面に至るまでエッチングする第３の工程と、を含み、
前記プラズマ処理装置が、前記処理容器内に配置される第１電極と、前記第１電極に対して対向して配置される第２電極と、前記第２電極に第１周波数の電力を供給する第１電源部と、前記第２電極に第２周波数の電力を供給する第２電源部と、を備え、
前記第２の工程では、前記第１電源部から前記第２電極へ電力が供給されるとともに前記第２電源部から前記第２電極へ電力が供給されず、かつ、前記第１の工程及び前記第３の工程よりも前記処理容器内の圧力が高い、
プラズマ処理方法。 In a processing container of a plasma processing apparatus, a target object including a polysilicon layer, a tungsten layer, and a mask layer having a pattern is subjected to plasma processing, the tungsten layer is etched through the mask layer, and the tungsten layer Is a plasma processing method for patterning into a predetermined pattern,
Preparing the object to be processed in the processing container;
A first processing gas containing a fluorine-containing gas is supplied to the processing container, plasma of the first processing gas is generated, and the tungsten layer is formed on the tungsten layer so as to transfer the pattern of the mask layer. Etching from the top surface to the bottom surface of the tungsten layer and ending the etching;
Supplying a second processing gas containing an oxygen-containing gas to the processing container, generating a plasma of the second processing gas, and oxidizing the surface of the tungsten layer;
A process gas of the same type as the first process gas is supplied to the process container, a plasma of the first process gas is generated, and the tungsten layer is etched down to the lower surface of the tungsten layer. and the process, only including,
The plasma processing apparatus supplies first frequency power to the first electrode disposed in the processing container, the second electrode disposed to face the first electrode, and the second electrode. A first power source, and a second power source that supplies power of a second frequency to the second electrode,
In the second step, power is supplied from the first power supply unit to the second electrode and power is not supplied from the second power supply unit to the second electrode, and the first step and the step The pressure in the processing container is higher than in the third step,
Plasma processing method. 前記マスク層は、ＳｉＮ層、シリコン酸化層、及びアモルファスシリコン層が積層されたハードマスクである、請求項７に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 7 , wherein the mask layer is a hard mask in which a SiN layer, a silicon oxide layer, and an amorphous silicon layer are stacked. 前記ポリシリコン層と前記タングステン層との間にバリアメタル層が形成され、
前記第３の工程では、前記バリアメタル層を更にエッチングする請求項７又は８に記載のプラズマ処理方法。 A barrier metal layer is formed between the polysilicon layer and the tungsten layer;
The plasma processing method according to claim 7 or 8 , wherein in the third step, the barrier metal layer is further etched. 前記第２の工程では、前記第１の工程及び前記第３の工程よりも処理時間が短い請求項７〜９の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to any one of claims 7 to 9 , wherein a processing time is shorter in the second step than in the first step and the third step. ポリシリコン層の上に形成されたタングステン層を、マスク層を介してエッチングし、前記タングステン層を所定のパターンにパターニングするプラズマ処理装置であって、
プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、
前記処理容器内に配置される第１電極と、
前記第１電極に対して対向して配置される第２電極と、
前記第２電極に第１周波数の電力を供給する第１電源部と、
前記第２電極に第２周波数の電力を供給する第２電源部と、
前記処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
フッ素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の上面から前記タングステン層の下面に至る前までエッチングする第１の工程と、
酸素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を処理する第２の工程と、
フッ素含有ガスを含む処理ガスを前記処理容器へ供給し、プラズマを発生させて、前記タングステン層を前記タングステン層の下面に至るまでエッチングする第３の工程と、を実行し、
前記第２の工程では、前記第１電源部から前記第２電極へ電力が供給されるとともに前記第２電源部から前記第２電極へ電力が供給されず、かつ、前記第１の工程及び前記第３の工程よりも前記処理空間の圧力が高い、
プラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for etching a tungsten layer formed on a polysilicon layer through a mask layer and patterning the tungsten layer into a predetermined pattern,
A processing vessel defining a processing space in which plasma is generated;
A first electrode disposed in the processing container;
A second electrode disposed opposite to the first electrode;
A first power supply for supplying power of a first frequency to the second electrode;
A second power supply for supplying power of a second frequency to the second electrode;
A gas supply unit for supplying a processing gas into the processing space;
A control unit for controlling the gas supply unit,
The controller is
The treatment gas containing fluorine-containing gas is supplied into the processing chamber, a first step to generate plasma, etching the tungsten layer from the upper surface of the tungsten layer until reaching the lower surface of the tungsten layer,
Supplying a processing gas containing an oxygen-containing gas to the processing container, generating a plasma, and processing the tungsten layer;
Performing a third step of supplying a processing gas containing a fluorine-containing gas to the processing container, generating plasma, and etching the tungsten layer down to the bottom surface of the tungsten layer ;
In the second step, power is supplied from the first power supply unit to the second electrode and power is not supplied from the second power supply unit to the second electrode, and the first step and the step The pressure in the processing space is higher than in the third step,
Plasma processing equipment.
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