JP6606464B2 - 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り、特に、複数の被処理体に対するプラズマ処理によって、複数の被処理体のいずれか一つ以上を選択的にエッチングする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、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から構成された領域に対してホール又はトレンチといった開口を形成する処理が行われることがある。このような処理では、特許文献１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て、当該領域がエッチングされる。
また、酸化シリコンから構成された第１領域を、窒化シリコンから構成された第２領域に対して選択的にエッチングする技術が知られている。このような技術の一例としては、ＳＡＣ（Ｓｅｌｆ−Ａｌｉｇｎｄ Ｃｏｎｔａｃｔ）技術が知られている。ＳＡＣ技術については、特許文献２に記載されている。
ＳＡＣ技術の処理対象である被処理体は、酸化シリコン製の第１領域、窒化シリコン製の第２領域、及びマスクを有している。第２領域は、凹部を画成するように設けられており、第１領域は、当該凹部を埋め、且つ、第２領域を覆うように設けられており、マスクは、第１領域上に設けられており、凹部の上に開口を提供している。
従来のＳＡＣ技術では、特許文献２に記載されているように、第１領域のエッチングのために、フルオロカーボンガス、酸素ガス、及び希ガスを含む処理ガスのプラズマが用いられる。この処理ガスのプラズマに被処理体を晒すことにより、マスクの開口から露出した部分において第１領域がエッチングされて上部開口が形成される。さらに、処理ガスのプラズマに被処理体が晒されることにより、第２領域によって囲まれた部分、即ち凹部内の第１領域が自己整合的にエッチングされる。
これにより、上部開口に連続する下部開口が自己整合的に形成される。また、開口の周囲に、プラズマガス中に含まれるカーボンを含有するプラズマガス由来の堆積物を形成するようにすれば、開口端面が保護されるため、開口の内側のみを選択的にエッチングすることが可能である。
その他、関連技術として、ＣＨＦ系ガスのプラズマを用いたＳｉＯ２のエッチング方法（特許文献３）、フルオロハイドロカーボン（ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２）、Ｏ２、カーボンガス（ＣＯ２）を用いた窒化シリコンの選択エッチング方法（特許文献４、特許文献５）、フルオロカーボンを用いたコンタクトホールの形成方法（特許文献６）、ＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆを用いたＳｉＣのエッチング方法などが知られている（特許文献７）。
米国特許第７７０８８５９号明細書 特開２０００−３０７００１号公報 特表２００１−５２１２８３号公報 特開平１１−２６０７９８号公報 特開平１０−３０３１８７号公報 特開２００２−３１９５７４号公報 特開２０１２−１１４４６３号公報
しかしながら、プラズマエッチングにより、パターンを形成する場合、微細化のスケールが小さくなるにつれて、パターン凹部のエッチングができなくなるという問題が生じる。すなわち、凹部の開口端を保護するために、開口端面や凹部の内壁上に、プラズマガス由来の堆積物を形成すると、プラズマガス由来の堆積物の厚みにより、開口が塞がれ、開口内部をエッチングできなくなるという問題である。
したがって、さらに微細化した場合においても、エッチングにより凹部が形成できるような選択エッチング技術が求められている。
一態様に係る第１のエッチング方法は、エッチング方法であって、窒化シリコン又は炭化シリコンの組成からなる一のシリコン含有領域と、当該一のシリコン含有領域と異なる組成を有する他のシリコン含有領域とを含む被処理体を、処理容器内に収容する工程と、前記処理容器内において生成されたハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマにより、前記一のシリコン含有領域及び前記他のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の表面にエッチング補助層を形成する第１工程と、不活性ガスを含むガスからプラズマを生成し、前記エッチング補助層にエネルギーを与える第２工程と、を備え、前記エネルギーは、前記エッチング補助層が除去されるエネルギー以上であって、前記エッチング補助層の直下に位置する領域がスパッタリングされるエネルギーよりも小さく、前記第１工程及び前記第２工程を含むシーケンスが繰り返して実行され、前記処理ガスは、前記一のシリコン含有領域及び前記他のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の前記表面の表層原子との結合により、前記エッチング補助層を形成可能なガスであり、前記一のシリコン含有領域は、前記他のシリコン含有領域に対して選択的にエッチングされる。
このエッチング方法においては、第１工程においてエッチング補助層を形成し、第２工程においてエッチング補助層に適切なエネルギーを与えてエッチング補助層を除去し、これらの工程を繰り返す。シリコン含有領域の組成に応じて、エッチング補助層の厚みや除去される量が異なるため、目的となるシリコン含有領域を選択的にエッチングすることができる。この方法は、エッチングにより凹部を形成する場合においては、凹部の開口端面上にプラズマガス由来の堆積物を積極的に形成して、開口を保護する方法ではないため、要求される開口幅が小さくなった場合においても、開口内のシリコン含有領域を選択的にエッチングすることができる。
第２のエッチング方法においては、前記一のシリコン含有領域は、窒化シリコンからなり、前記他のシリコン含有領域は、酸化シリコンからなり、前記処理ガスは、ハロゲン含有ガス又はこれと酸素含有ガスとの組み合わせを含む。
第３のエッチング方法においては、前記一のシリコン含有領域は、炭化シリコンからなり、前記他のシリコン含有領域は、酸化シリコンからなり、前記処理ガスは、ハロゲン含有ガス又はこれと酸素含有ガスとの組み合わせを含む。
第４のエッチング方法においては、前記一のシリコン含有領域は、窒化シリコンからなり、前記他のシリコン含有領域は、炭化シリコンからなり、前記処理ガスは、ハロゲン含有ガスを含む。
第５のエッチング方法においては、前記一のシリコン含有領域は、炭化シリコンからなり、前記他のシリコン含有領域は、窒化シリコンからなり、前記処理ガスは、ハロゲン含有ガス又はこれと酸素含有ガスとの組み合わせを含む。
第６のエッチング方法においては、エッチング方法であって、炭化シリコンからなる一のシリコン含有領域と、窒化シリコンからなる他のシリコン含有領域とを含む被処理体を、処理容器内に収容する工程と、前記処理容器内において生成されたハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマにより、前記一のシリコン含有領域及び前記他のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の表面にエッチング補助層を形成する第１工程と、不活性ガスを含むガスからプラズマを生成し、前記エッチング補助層にエネルギーを与える第２工程と、前記第１工程の前に酸素ガスを含むガスのプラズマに前記被処理体を晒す前処理工程と、を備え、前記エネルギーは、前記エッチング補助層が除去されるエネルギー以上であって、前記エッチング補助層の直下に位置する領域がスパッタリングされるエネルギーよりも小さく、前記第１工程及び前記第２工程を含むシーケンスが繰り返して実行され、前記処理ガスは、ハロゲン含有ガスを含み、前記一のシリコン含有領域及び前記他のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の前記表面の表層原子との結合により、前記エッチング補助層を形成可能なガスであり、前記一のシリコン含有領域は、前記他のシリコン含有領域と同程度にエッチングされる。
第７のエッチング方法においては、前記エッチング補助層は、前記シリコン含有領域の表面を改質した改質層、又は、前記シリコン含有領域の表面上に極薄の堆積物を堆積させた堆積層である。プラズマ化した処理ガスが、シリコン含有領域に接触すると、シリコン含有領域が改質（変質）し、又は、極薄の堆積物が形成される。なお、極薄の堆積物が形成される場合、その厚みは０．１ｎｍ〜１ｎｍ程度に制御する。
第８のエッチング方法においては、前記酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯＳ又は、ＣＯ２であり、前記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣｘＨｙＦｚ、又は、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）である。
これらのガスは、シリコン原子と結合することができ、上述の改質層又は堆積層を形成することができる。
第９のエッチング方法においては、前記処理ガスは、ＮＦ３又はＣＨＦ３を含む。これらのガスの場合、シリコン含有領域の表層原子との結合によりエッチング補助層が形成され、処理ガスが、ＮＦ３又はＣＨＦ３を含む場合には、選択エッチング性の効果が大きいことが確認された。
以上、説明したように、本発明のエッチング方法によれば、微細化が進行した場合においても、エッチングにより凹部を形成することができるような選択エッチングを行うことができる。
一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。 一実施形態に係るエッチング方法の適用対象である被処理体を例示する断面図である。 図１に示す方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。 工程ＳＴ１１が実行された被処理体の断面図である。 実施例１における各被処理体のエッチング量を示すグラフである。 実施例２における各被処理体のエッチング量を示すグラフである。 実施例３、実施例４における各被処理体のエッチング量を示すグラフである。
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一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、複数の領域を含む被処理体に対するプラズマ処理によって、複数の領域のいずれか一つ以上を選択的にエッチングする方法である。
図２は、一実施形態に係るエッチング方法の適用対象である被処理体を例示する断面図である。図２は、基板ＳＢ上に３つのシリコン含有領域（第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３）が設けられたウエハＷを示している。
一例では、第１領域Ｒ１は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から構成され、第２領域Ｒ２は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）から構成され、第３領域Ｒ３は、炭化シリコン（ＳｉＣ）から構成されている。
方法ＭＴでは、図２に示す被処理体であるウエハＷ上の各領域がプラズマ処理装置内において処理される。図３は、図１に示す方法の実施に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。図３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、その上面において上述の基板ＳＢ（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とチラーユニットとの間では、冷媒が循環される。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。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、複数のガスソースを含んでいる。一例では、ガスソース群４０は、一以上のフルオロカーボンガスのソース、希ガスのソース、窒素ガス（Ｎ２ガス）のソース、水素ガス（Ｈ２ガス）のソース、及び、酸素含有ガスのソースを含んでいる。一以上のフルオロカーボンガスのソースは、一例では、Ｃ４Ｆ８ガスのソース、ＣＦ４ガスのソース、及び、Ｃ４Ｆ６ガスのソースを含み得る。希ガスのソースは、Ｈｅガス、Ｎｅガス、Ａｒガス、Ｋｒガス、Ｘｅガスといった任意の希ガスのソースであることができ、一例では、Ａｒガスのソースである。また、酸素含有ガスのソースは、一例では、酸素ガス（Ｏ２ガス）のソースであり得る。なお、酸素含有ガスは、酸素を含有する任意のガスであってもよく、例えば、ＣＯガス又はＣＯ２ガスといった酸化炭素ガスであってもよい。本例は、ガスソース群４０に含まれる炭素含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、ハロゲン含有ガス、及び、水素含有ガスからなる群から、必要なガスを選択して用いる。炭素含有ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、又は、フルオロカーボンガスであり、酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、又は、ＣＯ２であり、窒素含有ガスは、ＮＨ３、又は、ＮＦ３であり、ハロゲン含有ガスは、ＮＦ３、ＣｘＨｙＦｚ、又は、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）であり、水素含有ガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）とすることができる。
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、プラズマ生成用の高周波電力を発生する電源であり、例えば、４０〜１００ＭＨｚの周波数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を介して上部電極３０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（上部電極３０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。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極ＬＥに接続されていてもよい。
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高周波バイアス電力を発生する電源であり、例えば、４００ｋＨｚ〜４０ＭＨｚの範囲内の周波数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、実施例に基づき、方法ＭＴについて詳細に説明する。以下の実施例では、図２に示すウエハＷが、図３に示す一つのプラズマ処理装置１０内に搬入され、当該ウエハＷが載置台ＰＤ上に載置されて、当該載置台ＰＤによって保持される。実施例では、一のウエハＷ上に３つの領域が設けられ、第１領域Ｒ１は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から構成され、第２領域Ｒ２は、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）から構成され、第３領域Ｒ３は、炭化シリコン（ＳｉＣ）から構成されている。
（実施例１）
実施例１では、ウエハＷが載置台ＰＤによって保持された後、第１工程ＳＴ１１が実行される。第１工程ＳＴ１１では、ウエハＷが収容された処理容器１２内で、ハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマ、及び不活性ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。このため、第１工程ＳＴ１１では、ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器１２内に処理ガスが供給される。この処理ガスは、ハロゲン含有ガスとして、ＣＨＦ３ガスが利用され、不活性ガスとして、Ａｒガスが利用される。第１工程ＳＴ１１では、排気装置５０が作動され、処理容器１２内の圧力が所定の圧力に設定される。また、工第１程ＳＴ１１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に対して供給される。かかる工程ＳＴ１１における上述したプラズマ処理装置１０の各部の動作は制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
以下に、工程ＳＴ１１における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜６．６７Ｐａ）
処理ガス
・ＣＨＦ３ガス流量：１ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ
・Ａｒガス流量：２００ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
図４は、第１工程ＳＴ１１が実行された領域の断面図である。３つの領域のいずれにおいても、領域の上にエッチング補助層ＭＬが形成されている。エッチング補助層ＭＬは、ハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマ、及び不活性ガスを含む処理ガスのプラズマによって領域が晒され、その結果、シリコン含有領域が改質されて形成された改質層であるが、極薄の堆積層と考えることもできる。第１工程ＳＴ１１の実行時間長は５秒である。
実施例１の方法ＭＴでは、次いで、第２工程ＳＴ１２が実行される。第２工程ＳＴ１２では、エッチング補助層ＭＬが除去される量以上であって、エッチング補助層ＭＬの直下に位置する領域がスパッタリングされる量よりも低いエネルギーが、エッチング補助層ＭＬに与えられる。第２工程ＳＴ１２では、ウエハＷが収容された処理容器１２内で、不活性ガスを含む処理ガスのプラズマが生成される。ガスソース群４０の複数のガスソースのうち選択されたガスソースから処理容器１２内に処理ガスが供給される。不活性ガスとして、Ａｒガスが利用される。
第２工程ＳＴ１２では、排気装置５０が作動され、処理容器１２内の圧力が所定の圧力に設定される。また、工程ＳＴ１２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に対して供給される。さらに、工程ＳＴ１２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に供給される。かかる工程ＳＴ１２における上述したプラズマ処理装置１０の各部の動作は制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
以下に、工程ＳＴ１２における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜６．６７Ｐａ）
処理ガス
・Ａｒガス流量：１００〜１５００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
第１工程ＳＴ１１及び第２工程ＳＴ１２からなるシーケンスは、停止条件ＳＴａを満たすまで、５０回繰り返されて実行される。
図５は、実施例１における各領域の５０サイクル時のエッチング量（ｎｍ）を示すグラフである。横軸は第1領域に形成された各シリコン含有膜の種類を示している。第１工程と第２工程のシーケンスを１サイクルとする。表面が削られる量は、領域の種類によって異なり、第２領域Ｒ２の窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が最大値を示し、第３領域Ｒ３の炭化シリコン（ＳｉＣ）が最小値を示している。なお、第３領域Ｒ３のＳｉＣは化学的気相成長（ＣＶＤ）法で形成された炭化シリコンである。
このデータを得るために用いた第１工程Ｓ１１の処理容器内圧力、ＣＨＦ３ガス流量、Ａｒ流量、第１及び第２の高周波電源の電力は、上記の数値範囲の中の２５ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍ、１００Ｗ、０Ｗであり、第２工程ＳＴ１２におけるＡｒガス流量、第１及び第２高周波電源の電力は、上述の数値範囲の中の１０００ｓｃｃｍ、１００Ｗ、１０Ｗであり、各種条件の範囲は、これらのパラメータを変化させた場合にも、同様の効果を起こし得る範囲を示している。
実施例１では、表面が削られる速度は、プラズマに晒される時間が増大するに従って、増加量が減少する傾向がある。この結果は、図４に示されるように、表面領域は、エッチング補助層ＭＬを有しており、エッチング補助層が削られる速度が、改質されていない領域が削られる速度よりも大きいことを示している。
（実施例２）
実施例２では、ウエハＷが載置台ＰＤによって保持された後、第１工程ＳＴ１１が実行される。第１工程ＳＴ１１では、ウエハＷが収容された処理容器１２内で、ハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマと、酸素含有ガス及び不活性ガスを含む処理ガスとのプラズマが生成される。ハロゲン含有ガスとして、ＣＨＦ３ガスが利用され、酸素含有ガスとして、酸素ガスが利用される。不活性ガスとしては、Ａｒガスが利用される。第１工程ＳＴ１１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に対して供給される。
以下に、工程ＳＴ１１における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜６．６７Ｐａ）
処理ガス。
・ＣＨＦ３ガス流量：１ｓｃｃｍ〜５０ｓｃｃｍ
・Ａｒガス流量：２００ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ
・酸素ガス流量：０〜２０ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
実施例２では、第１工程ＳＴ１１の実行時間長は５秒である。
実施例２では、次いで、第２工程ＳＴ１２が実行される。不活性ガスとして、Ａｒガスが利用される。工程ＳＴ１２では、排気装置５０が作動され、処理容器１２内の圧力が所定の圧力に設定される。また、第２工程ＳＴ１２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に対して供給される。さらに、第２工程ＳＴ１２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に供給される。
以下に、第２工程ＳＴ１２における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜６．６７Ｐａ）
処理ガス。
・Ａｒガス流量：２００ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
第１工程ＳＴ１１及び第２工程ＳＴ１２からなるシーケンスは、停止条件ＳＴａを満たすまで、５０回繰り返されて実行される。
図６は、実施例２における各領域の５０サイクル時のエッチング量（ｎｍ）を示すグラフである。実施例２では、Ａｒガスに加えて酸素ガス（Ｏ２）を導入した場合について検証している。
図６では、酸素ガス流量が０ｓｃｃｍのとき（酸素供給無し）のエッチング量（ｎｍ）と、酸素ガス流量が２ｓｃｃｍのとき（酸素供給有り）のエッチング量（ｎｍ）を示している。表面が削られる量は、領域の種類によって異なり、酸素ガス流量が０ｓｃｃｍのとき、第２領域Ｒ２の窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）が最大値を示し、第３領域Ｒ３の炭化シリコン（ＳｉＣ）が最小値を示している。酸素ガス流量が２ｓｃｃｍのとき、表面が削られる量は、第３領域Ｒ３の炭化シリコン（ＳｉＣ）が最大値を示し、第１領域Ｒ１の酸化シリコン（ＳｉＯ２）が最小値を示している。
このデータを得るために用いた第１工程Ｓ１１の処理容器内圧力、ＣＨＦ３ガス流量、Ａｒ流量、酸素ガス流量、第１及び第２の高周波電源の電力は、上記の数値範囲の中の２５ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍ、１００Ｗ、０Ｗであり、第２工程ＳＴ１２におけるＡｒガス流量、第１及び第２高周波電源の電力は、上述の数値範囲の中の１０００ｓｃｃｍ、１００Ｗ、１０Ｗであり、各種条件の範囲は、これらのパラメータを変化させた場合にも、同様の効果を起こし得る範囲を示している。
（実施例３）
実施例３では、ウエハＷが載置台ＰＤによって保持された後、第１工程ＳＴ１１が実行される。第１工程ＳＴ１１では、ウエハＷが収容された処理容器１２内で、ハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマと、不活性ガスを含む処理ガスとのプラズマが生成される。ハロゲン含有ガスとして、ＮＦ３ガスが利用され、不活性ガスとしては、Ａｒガスが利用される。第１工程ＳＴ１１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に対して供給される。かかる第１工程ＳＴ１１における上述したプラズマ処理装置１０の各部の動作は制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
以下に、第１工程ＳＴ１１における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜２６．６７Ｐａ）
処理ガス。
・ＮＦ３ガス流量：１ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ
・Ａｒガス流量：０ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
実施例３では、工程ＳＴ１１の実行時間長は５秒である。
実施例３では、次いで、第２工程ＳＴ１２が実行される。不活性ガスとして、Ａｒガスが利用される。第２工程ＳＴ１２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に対して供給される。さらに、第２工程ＳＴ１２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に供給される。
以下に、第２工程ＳＴ１２における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜６．６７Ｐａ）
処理ガス
・Ａｒガス流量：２００ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
第１工程ＳＴ１１及び第２工程ＳＴ１２からなるシーケンスは、停止条件ＳＴａを満たすまで、５０回繰り返されて実行される。
図７の左側のグラフは、実施例３における各領域の５０サイクル時のエッチング量（ｎｍ）を示すグラフである。横軸は第１領域に形成された各シリコン含有膜の種類を示している。表面が削られる量は、領域の種類によって異なり、第３領域Ｒ３の炭化シリコン（ＳｉＣ）が最大値を示し、第１領域Ｒ１の酸化シリコン（ＳｉＯ２）が最小値を示している。
なお、このデータを得るために用いた第１工程Ｓ１１の処理容器内圧力、ＮＦ３ガス流量、Ａｒ流量、第１及び第２の高周波電源の電力は、上記の数値範囲の中の６ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍ、１００Ｗ、０Ｗであり、第２工程ＳＴ１２におけるＡｒガス流量、第１及び第２高周波電源の電力は、上述の数値範囲の中の１０００ｓｃｃｍ、１００Ｗ、１０Ｗであり、各種条件の範囲は、これらのパラメータを変化させた場合にも、同様の効果を起こし得る範囲を示している。
（実施例４）
実施例４では、ウエハＷが載置台ＰＤによって保持された後、第１工程ＳＴ１１が実行される前に、前処理工程が行われる。ウエハＷが収容された処理容器１２内で、酸素含有ガスを含む処理ガスのプラズマと、不活性ガスを含む処理ガスとのプラズマが生成される。酸素含有ガスとして、酸素ガスが利用され、不活性ガスとしては、Ａｒガスが利用される。第１工程ＳＴ１１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に対して供給される。かかる第１工程ＳＴ１１における上述したプラズマ処理装置１０の各部の動作は制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
以下に、第１工程ＳＴ１１の前処理工程における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜２６．６７Ｐａ）
処理ガス
・酸素ガス流量：１ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ
・Ａｒガス流量：０ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
実施例４では、第１工程ＳＴ１１の前処理工程の実行時間長は３秒である。
実施例４では、次いで、第１工程ＳＴ１１が実行される。第１工程ＳＴ１１では、ウエハＷが収容された処理容器１２内で、ハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマと、不活性ガスを含む処理ガスとのプラズマが生成される。ハロゲン含有ガスとして、ＮＦ３ガスが利用され、不活性ガスとしては、Ａｒガスが利用される。第１工程ＳＴ１１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に対して供給される。かかる第１工程ＳＴ１１における上述したプラズマ処理装置１０の各部の動作は制御部Ｃｎｔによって制御され得る。
以下に、第１工程ＳＴ１１における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜２６．６７Ｐａ）
処理ガス。
・ＮＦ３ガス流量：１ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍ
・Ａｒガス流量：０ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
実施例４では、工程ＳＴ１１の実行時間長は５秒である。
実施例４では、次いで、工程ＳＴ１２が実行される。不活性ガスとして、Ａｒガスが利用される。工程ＳＴ１２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に対して供給される。さらに、工程ＳＴ１２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に供給される。
以下に、工程ＳＴ１２における各種条件を例示する。
処理容器内圧力：１０ｍＴｏｒｒ〜５０ｍＴｏｒｒ（１．３３Ｐａ〜６．６７Ｐａ）
処理ガス。
・Ａｒガス流量：２００ｓｃｃｍ〜１５００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：６０ＭＨｚ、５０Ｗ〜５００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波バイアス電力：４０ＭＨｚ、０Ｗ〜５０Ｗ
第１工程ＳＴ１１及び第２工程ＳＴ１２からなるシーケンスは、停止条件ＳＴａを満たすまで、５０回繰り返されて実行される。
実施例４では、各領域の５０サイクル時のエッチング量（ｎｍ）が図７の右側に示されている。
実施例４は、前処理によって実施例３のエッチングを抑制した実験結果を示している。
このように、表層のエッチング補助層を用いたエッチングの場合、表面の状態によってエッチングをＯＮ／ＯＦＦすることが可能である。
なお、実施例４のデータを得るために用いた第１工程Ｓ１１の処理容器内圧力、酸素ガス流量、Ａｒガス流量、第１及び第２の高周波電源の電力は、上記の数値範囲の中の６ｓｃｃｍ、１０００ｓｃｃｍ、１００Ｗ、０Ｗであり、第２工程ＳＴ１２におけるＡｒガス流量、第１及び第２高周波電源の電力は、上述の数値範囲の中の１０００ｓｃｃｍ、１００Ｗ、１０Ｗであり、各種条件の範囲は、これらのパラメータを変化させた場合にも、同様の効果を起こし得る範囲を示している。
以上、説明したように、上述の実施形態に係るエッチング方法は、互いに異なる組成を有する複数のシリコン含有領域（第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、第３領域Ｒ３）を含む被処理体（ウエハＷ）を、処理容器内に収容し、複数のシリコン含有領域のいずれか一つ以上を選択的にエッチングする方法であって、処理容器内において生成された処理ガスのプラズマにより、複数のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の表面にエッチング補助層ＭＬを形成する第１工程ＳＴ１１と、エッチング補助層ＭＬにエネルギーを与える第２工程ＳＴ１２と、を備え、このエネルギーＥｇは、エッチング補助層ＭＬが除去されるエネルギーＥｅ以上であって、エッチング補助層ＭＬの直下に位置する領域がスパッタリングされるエネルギーＥｓよりも小さく（Ｅｅ≦Ｅｇ＜Ｅｓ）、第１工程ＳＴ１１及び第２工程ＳＴ１２を含むシーケンスが繰り返して実行される。
このエッチング方法においては、第１工程においてエッチング補助層を形成し、第２工程においてエッチング補助層に適切なエネルギーを与えてエッチング補助層を除去し、これらの工程を繰り返す。シリコン含有領域の組成に応じて、エッチング補助層の厚みや除去される量が異なるため、目的となるシリコン含有領域を選択的にエッチングすることができる。この方法は、エッチングにより凹部を形成する場合においては、凹部の開口端面上にプラズマガス由来の堆積物を積極的に形成して、開口を保護する方法ではないため、要求される開口幅が小さくなった場合においても、開口内のシリコン含有領域を選択的にエッチングすることができる。
また、上述のエッチング補助層は、シリコン含有領域の表面を改質した改質層、又は、シリコン含有領域の表面上に極薄の堆積物を堆積させた堆積層である。プラズマ化した処理ガスが、シリコン含有領域に接触すると、シリコン含有領域が改質（変質）し、又は、極薄の堆積物が形成される。なお、極薄の堆積物が形成される場合、その厚みは０．１ｎｍ〜１ｎｍ程度となる。
なお、個々の前記シリコン含有領域は、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＣＮ、及びＳｉＯ２からなる群から選択される１種を含む。これらのシリコン含有領域は、上述の工程により、エッチングされる量が明らかに異なるため、目的のシリコン含有領域を確実に選択エッチングすることができる。なお、上記実施例では、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯ２について検証したが、その他の材料についても、Ｓｉが含有されていれば、エッチング補助層が形成され、エッチング速度は異なるため、上述の実施例の場合と同様の効果を奏する。
また、上述の処理ガスは、いずれも、シリコン含有領域の表層原子との結合により、エッチング補助層を形成可能なガスであり、炭素含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、ハロゲン含有ガス、及び、水素含有ガスからなる群から選択される少なくともいずれか１種のガスを含む。
すなわち、様々なガスが、シリコン含有領域の表層原子と結合して、エッチング補助層を形成できる。具体的には、炭素含有ガス、酸素含有ガス、窒素含有ガス、ハロゲン含有ガス、又は、水素含有ガスは、シリコン原子と結合することが可能である。
ここで、炭素含有ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス（ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、又はＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、ｚは自然数））、又は、フルオロカーボンガス（Ｃ４Ｆ８、又はＣｘＦｙ（ｘ、ｙは自然数））であり、酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯＳ又は、ＣＯ２であり、窒素含有ガスは、Ｎ２、ＮＨ３、又は、ＮＦ３であり、ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣｘＨｙＦｚ、又は、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）であり、水素含有ガスは、Ｈ２等が挙げられる。
すなわち、上記ガスの具体的な例は、上記の通りであり、これらのガスは、シリコン原子と結合することができ、上述の改質層又は堆積層を形成することができるため、上述の実施例と同様の効果を奏する。
また、具体的には、上記処理ガスは、ＮＦ３又はＣＨＦを含む。これらのガスの場合、シリコン表面上のシリコン原子を確実に反応し、エッチング補助層が形成され、選択性に優れたエッチングが可能である。
なお、凹部を形成する場合には、縦断面構造において、上述のエッチング速度の高いシリコン含有領域の両側に、エッチング速度の低いシリコン含有領域を配置すればよい。この場合、エッチング速度の高い領域が、選択的にエッチングされ、凹部を形成することができる。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、３０…上部電極、ＰＤ…載置台、ＬＥ…下部電極、ＥＳＣ…静電チャック、４０…ガスソース群、４２…バルブ群、４４…流量制御器群、５０…排気装置、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ、Ｒ１…第１領域、Ｒ２…第２領域、Ｒ３…第３領域、ＭＬ…エッチング補助層。

Claims (9)

  1. エッチング方法であって、
    窒化シリコン又は炭化シリコンの組成からなる一のシリコン含有領域と、当該一のシリコン含有領域と異なる組成を有する他のシリコン含有領域とを含む被処理体を、処理容器内に収容する工程と、
    前記処理容器内において生成されたハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマにより、前記一のシリコン含有領域及び前記他のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の表面にエッチング補助層を形成する第１工程と、
    不活性ガスを含むガスからプラズマを生成し、前記エッチング補助層にエネルギーを与える第２工程と、
    を備え、
    前記エネルギーは、前記エッチング補助層が除去されるエネルギー以上であって、前記エッチング補助層の直下に位置する領域がスパッタリングされるエネルギーよりも小さく、
    前記第１工程及び前記第２工程を含むシーケンスが繰り返して実行され、
    前記処理ガスは、前記一のシリコン含有領域及び前記他のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の前記表面の表層原子との結合により、前記エッチング補助層を形成可能なガスであり、
    前記一のシリコン含有領域は、前記他のシリコン含有領域に対して選択的にエッチングされるエッチング方法。
  2. 前記一のシリコン含有領域は、窒化シリコンからなり、前記他のシリコン含有領域は、酸化シリコンからなり、
    前記処理ガスは、ハロゲン含有ガス又はこれと酸素含有ガスとの組み合わせを含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記一のシリコン含有領域は、炭化シリコンからなり、前記他のシリコン含有領域は、酸化シリコンからなり、
    前記処理ガスは、ハロゲン含有ガス又はこれと酸素含有ガスとの組み合わせを含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  4. 前記一のシリコン含有領域は、窒化シリコンからなり、前記他のシリコン含有領域は、炭化シリコンからなり、
    前記処理ガスは、ハロゲン含有ガスを含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  5. 前記一のシリコン含有領域は、炭化シリコンからなり、前記他のシリコン含有領域は、窒化シリコンからなり、
    前記処理ガスは、ハロゲン含有ガス又はこれと酸素含有ガスとの組み合わせを含む、請求項１に記載のエッチング方法。
  6. エッチング方法であって、
    炭化シリコンからなる一のシリコン含有領域と、窒化シリコンからなる他のシリコン含有領域とを含む被処理体を、処理容器内に収容する工程と、
    前記処理容器内において生成されたハロゲン含有ガスを含む処理ガスのプラズマにより、前記一のシリコン含有領域及び前記他のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の表面にエッチング補助層を形成する第１工程と、
    不活性ガスを含むガスからプラズマを生成し、前記エッチング補助層にエネルギーを与える第２工程と、
    前記第１工程の前に酸素ガスを含むガスのプラズマに前記被処理体を晒す前処理工程と、
    を備え、
    前記エネルギーは、前記エッチング補助層が除去されるエネルギー以上であって、前記エッチング補助層の直下に位置する領域がスパッタリングされるエネルギーよりも小さく、
    前記第１工程及び前記第２工程を含むシーケンスが繰り返して実行され、
    前記処理ガスは、ハロゲン含有ガスを含み、前記一のシリコン含有領域及び前記他のシリコン含有領域のいずれか一つ以上の前記表面の表層原子との結合により、前記エッチング補助層を形成可能なガスであり、
    前記一のシリコン含有領域は、前記他のシリコン含有領域と同程度にエッチングされるエッチング方法。
  7. 前記エッチング補助層は、
    前記シリコン含有領域の表面を改質した改質層、又は、
    前記シリコン含有領域の表面上に堆積物を堆積させた堆積層、
    である請求項１〜６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  8. 前記酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯＳ又は、ＣＯ２であり、
    前記ハロゲン含有ガスは、Ｃｌ２、ＨＢｒ、ＮＦ３、ＣｘＨｙＦｚ、又は、ＣｘＦｙ（ｘ、ｙ、ｚは自然数）である、
    請求項２、請求項３又は請求項５に記載のエッチング方法。
  9. 前記処理ガスは、ＮＦ３又はＣＨＦ３を含む、
    請求項１〜８のいずれか一項のいずれか一項に記載のエッチング方法。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019235196A1 (ja) * 2018-06-08 2019-12-12 株式会社アルバック 酸化膜除去方法、および、酸化膜除去装置
WO2020005394A1 (en) * 2018-06-29 2020-01-02 Tokyo Electron Limited Method of isotropic etching of silicon oxide utilizing fluorocarbon chemistry
JP7138529B2 (ja) * 2018-09-28 2022-09-16 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP7174634B2 (ja) * 2019-01-18 2022-11-17 東京エレクトロン株式会社 膜をエッチングする方法
US10629451B1 (en) * 2019-02-01 2020-04-21 American Air Liquide, Inc. Method to improve profile control during selective etching of silicon nitride spacers
JP7190938B2 (ja) * 2019-02-27 2022-12-16 東京エレクトロン株式会社 プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0770513B2 (ja) * 1985-05-13 1995-07-31 株式会社日立製作所 エッチングの方法およびエッチング装置
JPH0770513A (ja) * 1993-08-02 1995-03-14 Kansai Paint Co Ltd 上塗用塗料組成物
JP3681533B2 (ja) 1997-02-25 2005-08-10 富士通株式会社 窒化シリコン層のエッチング方法及び半導体装置の製造方法
US5965035A (en) 1997-10-23 1999-10-12 Applied Materials, Inc. Self aligned contact etch using difluoromethane and trifluoromethane
US6656375B1 (en) 1998-01-28 2003-12-02 International Business Machines Corporation Selective nitride: oxide anisotropic etch process
JP2000307001A (ja) 1999-04-22 2000-11-02 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP2002319574A (ja) 2001-04-23 2002-10-31 Nec Corp 窒化シリコン膜の除去方法
US7708859B2 (en) 2004-04-30 2010-05-04 Lam Research Corporation Gas distribution system having fast gas switching capabilities
JP2006024730A (ja) * 2004-07-08 2006-01-26 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP4301146B2 (ja) * 2004-11-09 2009-07-22 ソニー株式会社 絶縁膜の加工方法
JP4470717B2 (ja) * 2004-12-07 2010-06-02 富山県 プラズマエッチング方法
US9666414B2 (en) * 2011-10-27 2017-05-30 Applied Materials, Inc. Process chamber for etching low k and other dielectric films
JP5580844B2 (ja) 2012-03-06 2014-08-27 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
US9620382B2 (en) * 2013-12-06 2017-04-11 University Of Maryland, College Park Reactor for plasma-based atomic layer etching of materials
JP6396699B2 (ja) * 2014-02-24 2018-09-26 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP6230954B2 (ja) * 2014-05-09 2017-11-15 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法
JP6235981B2 (ja) * 2014-07-01 2017-11-22 東京エレクトロン株式会社 被処理体を処理する方法
JP6315809B2 (ja) * 2014-08-28 2018-04-25 東京エレクトロン株式会社 エッチング方法

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