JP7099675B1 - エッチング方法、半導体装置の製造方法、プログラムおよびプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属含有マスクの選択比を向上できるエッチング方法、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】エッチング方法は、シリコン酸化層と、シリコン酸化層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスクを備えるロジックデバイス向け基板を提供する工程と、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン酸化層をエッチングする工程と、を有し、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きい。【選択図】図４
Description
本開示は、エッチング方法、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置に関する。
酸化膜などの絶縁膜を炭素とフッ素を含むガス等のプラズマを用いてエッチングする際に、エッチング中に局所的な帯電で生じる形状異常を抑制するために、エッチングガスにＷＦ６ガスを添加することで導電層を形成することが提案されている。
本開示は、金属含有マスクの選択比を向上できるエッチング方法、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置を提供する。
本開示の一態様によるエッチング方法は、シリコン酸化層と、シリコン酸化層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスクを備えるロジックデバイス向け基板を提供する工程と、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン酸化層をエッチングする工程と、を有し、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きい。
本開示によれば、金属含有マスクの選択比を向上できる。
以下に、開示するエッチング方法、半導体装置の製造方法およびプラズマ処理装置の実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。
誘電膜のエッチングにおいて、例えば、炭化タングステン（ＷＣ）等の金属含有マスクを用いる場合、金属含有マスクがエッチングされて選択比（誘電膜のエッチレート／金属含有マスクのエッチレート）が低下する場合がある。半導体プロセスの微細化が進むと、金属含有マスクの選択比の低下が問題となる場合がある。そこで、金属含有マスクの選択比を向上させることが期待されている。
［プラズマ処理装置１０の構成］
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２を備えている。チャンバ１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１２は、その内部空間を処理空間１２ｃとして提供している。チャンバ１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ１２の内壁面には、耐プラズマ性を有する処理が施されている。例えば、チャンバ１２の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。チャンバ１２は、電気的に接地されている。
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理装置の一例を示す概略断面図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマ処理装置である。プラズマ処理装置１０は、チャンバ１２を備えている。チャンバ１２は、略円筒形状を有している。チャンバ１２は、その内部空間を処理空間１２ｃとして提供している。チャンバ１２は、例えばアルミニウムから形成されている。チャンバ１２の内壁面には、耐プラズマ性を有する処理が施されている。例えば、チャンバ１２の内壁面には、陽極酸化処理が施されている。チャンバ１２は、電気的に接地されている。
また、チャンバ１２の側壁には、通路１２ｐが形成されている。被処理体の一例であるウエハ（基板）Ｗは、処理空間１２ｃに搬入されるとき、また、処理空間１２ｃから搬出されるときに、通路１２ｐを通る。この通路１２ｐは、ゲートバルブ１２ｇにより開閉可能となっている。
チャンバ１２の底部上には、支持部１３が設けられている。支持部１３は、絶縁材料から形成されている。支持部１３は、略円筒形状を有している。支持部１３は、処理空間１２ｃ内において、チャンバ１２の底部から鉛直方向に延在している。支持部１３は、ステージ１４を支持している。ステージ１４は、処理空間１２ｃ内に設けられている。ステージ１４は、載置台および基板支持体の一例である。
ステージ１４は、下部電極１８および静電チャック２０を有している。ステージ１４は、電極プレート１６をさらに備え得る。電極プレート１６は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６上に設けられている。下部電極１８は、例えばアルミニウムといった導体から形成されており、略円盤形状を有している。下部電極１８は、電極プレート１６に電気的に接続されている。
静電チャック２０は、下部電極１８上に設けられている。静電チャック２０の上面の上には、ウエハＷが載置される。静電チャック２０は、誘電体から形成された本体を有する。静電チャック２０の本体内には、膜状の電極が設けられている。静電チャック２０の電極は、スイッチを介して直流電源２２に接続されている。静電チャック２０の電極に直流電源２２からの電圧が印加されると、静電チャック２０とウエハＷとの間で静電引力が発生する。発生した静電引力により、ウエハＷは静電チャック２０に引き付けられ、当該静電チャック２０によって保持される。
下部電極１８の周縁部上には、ウエハＷのエッジを囲むように、フォーカスリングＦＲが配置される。フォーカスリングＦＲは、エッジリングの一例であり、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、限定されるものではないが、シリコン、炭化シリコン、または、石英から形成され得る。
下部電極１８の内部には、流路１８ｆが設けられている。流路１８ｆには、チャンバ１２の外部に設けられているチラーユニット２６から配管２６ａを介して熱交換媒体（例えば冷媒）が供給される。流路１８ｆに供給された熱交換媒体は、配管２６ｂを介してチラーユニット２６に戻される。プラズマ処理装置１０では、静電チャック２０上に載置されたウエハＷの温度が、熱交換媒体と下部電極１８との熱交換により、調整される。
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２０の上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
プラズマ処理装置１０は、上部電極３０をさらに備えている。上部電極３０は、ステージ１４の上方に設けられている。上部電極３０は、部材３２を介して、チャンバ１２の上部に支持されている。部材３２は、絶縁性を有する材料から形成されている。上部電極３０は、天板３４および支持体３６を含み得る。天板３４の下面は、処理空間１２ｃ側の下面であり、処理空間１２ｃを画成している。天板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体から形成され得る。天板３４には、複数のガス吐出孔３４ａが形成されている。複数のガス吐出孔３４ａは、当該天板３４をその板厚方向に貫通している。
支持体３６は、天板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形成され得る。支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。ガス拡散室３６ａからは、複数のガス吐出孔３４ａにそれぞれ連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。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が形成されている。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および流量制御器群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。複数のガスソースは、エッチング処理等で利用される処理ガスを構成する複数のガスのソースを含んでいる。バルブ群４２は、複数の開閉バルブを含んでいる。流量制御器群４４は、複数の流量制御器を含んでいる。複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラまたは圧力制御式の流量制御器である。ガスソース群４０の複数のガスソースは、バルブ群４２の対応のバルブ、および、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。
プラズマ処理装置１０では、チャンバ１２の内壁に沿って、シールド４６が着脱自在に設けられている。シールド４６は、支持部１３の外周にも設けられている。シールド４６は、チャンバ１２にエッチング副生物が付着することを防止する。シールド４６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。
支持部１３とチャンバ１２の側壁との間には、バッフルプレート４８が設けられている。バッフルプレート４８は、例えば、アルミニウム製の母材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成される。バッフルプレート４８には、複数の貫通孔が形成されている。バッフルプレート４８の下方、かつ、チャンバ１２の底部には、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、圧力制御弁、および、ターボ分子ポンプといった真空ポンプを有している。
プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２および第２の高周波電源６４をさらに備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波を発生する電源である。第１の高周波の周波数は、例えば、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。第１の高周波電源６２は、整合器６６および電極プレート１６を介して下部電極１８に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。また、第１の高周波電源６２は、プラズマ生成部の一例である。
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波を発生する電源である。第２の高周波の周波数は、第１の高周波の周波数よりも低い。第２の高周波の周波数は、例えば４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数である。第２の高周波電源６４は、整合器６８および電極プレート１６を介して下部電極１８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１８側）の入力インピーダンスを整合させるための回路を有している。
プラズマ処理装置１０は、直流電源部７０をさらに備え得る。直流電源部７０は、上部電極３０に接続されている。直流電源部７０は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極３０に与えることが可能である。
プラズマ処理装置１０は、制御部８０をさらに備え得る。制御部８０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得る。制御部８０は、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。制御部８０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る。また、制御部８０では、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８０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、および、レシピデータが格納されている。制御部８０のプロセッサが制御プログラムを実行して、レシピデータに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御することにより、所望の処理がプラズマ処理装置１０で実行される。
例えば、制御部８０は、後述するエッチング方法を行うようにプラズマ処理装置１０の各部を制御する。詳細な一例を挙げると、制御部８０は、シリコン酸化層と、シリコン酸化層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスクを備えるロジックデバイス向けウエハ（基板）Ｗを提供する工程を実行する。また、制御部８０は、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程を実行する。また、制御部８０は、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン酸化層をエッチングする工程を実行する。また、エッチングする工程において、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きくなるようにする。
［処理対象の基板］
次に、図２および図３を用いてエッチング処理対象の基板について説明する。図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によってエッチングされる基板の構造の一例を模式的に示す図である。図２に示すウエハＷは、シリコン基板１０１上に、シリコン含有層１０２と、マスク１０３とを有する。シリコン含有層（含有膜）１０２としては、例えば、シリコン酸化層（ＳｉＯ２）、シリコン窒化層（ＳｉＮ）、および、Ｌｏｗ－ｋ層等が挙げられる。なお、シリコン含有層１０２は、シリコン含有誘電層の一例である。Ｌｏｗ－ｋ層としては、例えばＳｉＯＣ層が挙げられる。なお、シリコン含有層１０２は、シリコン酸化層とＬｏｗ－ｋ層、シリコン酸化層とシリコン窒化層、または、シリコン窒化層とＬｏｗ－ｋ層を含む積層構造であってもよい。
次に、図２および図３を用いてエッチング処理対象の基板について説明する。図２は、本実施形態に係るプラズマ処理装置によってエッチングされる基板の構造の一例を模式的に示す図である。図２に示すウエハＷは、シリコン基板１０１上に、シリコン含有層１０２と、マスク１０３とを有する。シリコン含有層（含有膜）１０２としては、例えば、シリコン酸化層（ＳｉＯ２）、シリコン窒化層（ＳｉＮ）、および、Ｌｏｗ－ｋ層等が挙げられる。なお、シリコン含有層１０２は、シリコン含有誘電層の一例である。Ｌｏｗ－ｋ層としては、例えばＳｉＯＣ層が挙げられる。なお、シリコン含有層１０２は、シリコン酸化層とＬｏｗ－ｋ層、シリコン酸化層とシリコン窒化層、または、シリコン窒化層とＬｏｗ－ｋ層を含む積層構造であってもよい。
マスク１０３は、所定パターンの開口、例えば、側壁により規定される櫛状の開口を有するマスクパターンが形成された層である。マスク１０３は、例えば金属含有マスクである。金属含有マスクの例は、タングステン、炭化タングステン（ＷＣ）、モリブデンまたは窒化チタン（ＴｉＮ）を含む。マスク１０３の開口間のピッチは、例えば３０ｎｍ程度であり、ラインＣＤ（Critical Dimension）は、例えば１０ｎｍ程度である。また、マスク１０３の厚さは、例えば２０ｎｍ程度であり、シリコン含有層１０２の厚さは、例えば２００ｎｍ程度である。なお、本実施形態では、処理対象のウエハＷとしてロジックデバイス向けの基板を想定している。また、処理対象のウエハＷとしては、ロジックデバイス向け以外の用途であってもよく、例えば、アスペクト比３０以上の高アスペクト比が形成されるメモリ向けの基板にも適用可能である。
図３は、本実施形態における基板のエッチングの進行の一例を模式的に示す図である。本実施形態では、図３の状態１０４～１０６に示すように、ウエハＷのシリコン含有層１０２のエッチングが進行する。状態１０４は、エッチングの開始前の状態である。状態１０５は、エッチングが進行中の状態を示し、マスク１０３の上部（上面）および側壁にタングステンを含有する保護層１０７を形成しつつ、マスク１０３の開口を介して溝１０８が形成されている。このとき、保護層１０７は、マスク１０３の側壁には薄く、マスク１０３の上部には厚く堆積する。つまり、マスク１０３の上部に形成される保護層１０７の厚さは、マスク１０３の側壁に形成される保護層の厚さよりも大きい。例えば、マスク１０３の側壁の保護層１０７の厚さは、１ｎｍ程度であり、側壁に対する上部の膜厚比（上部の膜厚／側壁の膜厚）が２以上５未満であってよい。別の例では、側壁に対する上部の膜厚比（上部の膜厚／側壁の膜厚）が５以上であってもよい。また、別の例では、側壁に対する上部の膜厚比（上部の膜厚／側壁の膜厚）が２未満であってもよい。また、マスク１０３の側壁に形成される保護層１０７の厚さは、マスク１０３の開口の上部から深さ方向に向かって薄くなるように形成されるようにしてもよい。なお、エッチングの工程によっては、マスク１０３の上部に形成される保護層１０７の厚さが、マスク１０３の側壁に形成される保護層の厚さ以下であってもよい。状態１０６は、状態１０５からさらにエッチングが進行し、溝１０８がシリコン基板１０１に達した状態である。状態１０６までエッチングが進行すると、所定の形状（一例では、所定のアスペクト比）が得られたと判定されエッチングが終了する。なお、図３では、２つの溝１０８以外のエッチングの状況は省略している。
［エッチング方法］
次に、本実施形態に係るエッチング方法について説明する。図４は、本実施形態におけるエッチング処理の一例を示すフローチャートである。
次に、本実施形態に係るエッチング方法について説明する。図４は、本実施形態におけるエッチング処理の一例を示すフローチャートである。
本実施形態に係るエッチング方法では、制御部８０は、ゲートバルブ１２ｇを開放するよう制御する。そして、チャンバ１２内に、シリコン含有層１０２の上部にマスク１０３が形成されたウエハＷが搬入され、ステージ１４の静電チャック２０上に載置される。ウエハＷは、静電チャック２０内の吸着電極（図示しない）に直流電圧が印加されることで静電チャック２０上に保持される。制御部８０は、その後、ゲートバルブ１２ｇを閉鎖するよう制御し、排気装置５０を制御することにより、処理空間１２ｃの雰囲気が所定の真空度になるように、処理空間１２ｃから気体を排気する。また、制御部８０は、図示しない温調モジュールを制御することにより、ウエハＷの温度が所定の温度となるように、温度調整される（ステップＳ１）。
次に、制御部８０は、処理ガスの供給を開始するよう制御する（ステップＳ２）。制御部８０は、タングステン含有ガスを含む処理ガスとして、ＷＦ６とＣ４Ｆ６とＯ２とＡｒの混合ガス（以下、ＷＦ６／Ｃ４Ｆ６／Ｏ２／Ａｒガスという。）をガス導入口３６ｃに供給するよう制御する。なお、Ｃ４Ｆ６を一例とする炭素およびフッ素を含有するガスは、フルオロカーボンガスおよびハイドロフルオロカーボンガスのうち１つまたは複数のガスを含むガスであってもよい。つまり、炭素およびフッ素を含有するガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｚは１以上の整数、ｙは０以上の整数）を含むガスである。ＣｘＨｙＦｚは、Ｃ２Ｆ４、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ２Ｆ３、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆ等の炭素－フッ素結合を持つ化合物である。また、酸素含有ガスは、ＣＯガス、ＣＯ２ガス等であってもよい。なお、処理ガスには、Ｏ２等の酸素含有ガスは含まなくてもよい。またＡｒガスは、他の貴ガス、例えば、Ｘｅガスであってよく、貴ガスの代わりにＮ２ガス等の不活性ガスであってもよい。
処理ガスは、ガス導入口３６ｃに供給された後に、ガス拡散室３６ａに供給され拡散される。処理ガスは、ガス拡散室３６ａで拡散された後に、複数のガス吐出孔３４ａを介して、チャンバ１２の処理空間１２ｃにシャワー状に供給され、処理空間１２ｃに導入される。
制御部８０は、第１の高周波電源６２を制御することにより、プラズマ生成用の高周波電力（第１の高周波電力）を下部電極１８に供給する。つまり、処理空間１２ｃでは、プラズマ生成用の高周波電力により、処理ガスからプラズマが生成される。ここで、プラズマ生成用の高周波電力は、５ｋＷ未満であって、５．６Ｗ／ｃｍ２以下であることが好ましい。ウエハＷは、発生したプラズマによってプラズマ処理される。すなわち、制御部８０は、チャンバ１２内にプラズマ生成用の高周波電力を供給して処理ガスからプラズマを生成し、マスク１０３を介してシリコン含有層１０２をエッチング処理するよう制御する（ステップＳ３）。なお、本実施形態では、第２の高周波電源６４からの電気バイアスの電圧（第２の高周波電力）は供給していないが、プラズマ中のイオン等は、下部電極１８に供給されるプラズマ生成用の高周波電力によって、ウエハＷ側に引き込まれてエッチング処理が進行する。
制御部８０は、プラズマ処理装置１０の図示しないセンサから取得した情報やレシピに応じた処理時間等に基づいて、ステップＳ３によって、所定の形状が得られたか否かを判定する（ステップＳ４）。制御部８０は、所定の形状が得られていないと判定した場合（ステップＳ４：Ｎｏ）、処理をステップＳ３に戻す。一方、制御部８０は、所定の形状が得られたと判定した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、処理を終了する。
制御部８０は、処理を終了する場合、処理ガスの供給を停止するよう制御する。また、制御部８０は、静電チャック２０へ正負が逆の直流電圧を印加して除電するよう制御し、ウエハＷが静電チャック２０から剥がされる。制御部８０は、ゲートバルブ１２ｇを開放するよう制御する。ウエハＷは、通路１２ｐを介してチャンバ１２の処理空間１２ｃから搬出される。
なお、搬出されたウエハＷは、他の基板処理装置等によって、マスク１０３の除去、コンタクトパッドとして機能する導電材料の形成等が行われる。つまり、上述のエッチング方法が適用されたウエハＷを用いた半導体装置が製造される。
［実験結果］
続いて、図５から図７を用いて実験結果について説明する。図５は、本実施形態と参考例とにおける実験結果の一例を示す図である。図５は、処理ガスにＷＦ６を添加しない参考例と、処理ガスにＷＦ６を添加する本実施形態に対応する実施例とにおける実験結果である。また、処理条件は、下記の処理条件を用いた。また、ウエハＷにおいて、シリコン含有層１０２は、シリコン酸化層（ＳｉＯ２）を用いた。また、マスク１０３は、炭化タングステン（ＷＣ）を用いた。
続いて、図５から図７を用いて実験結果について説明する。図５は、本実施形態と参考例とにおける実験結果の一例を示す図である。図５は、処理ガスにＷＦ６を添加しない参考例と、処理ガスにＷＦ６を添加する本実施形態に対応する実施例とにおける実験結果である。また、処理条件は、下記の処理条件を用いた。また、ウエハＷにおいて、シリコン含有層１０２は、シリコン酸化層（ＳｉＯ２）を用いた。また、マスク１０３は、炭化タングステン（ＷＣ）を用いた。
＜処理条件＞
第１の高周波電力（４０ＭＨｚ） ：３００Ｗ
第２の高周波電力（４００ｋＨｚ）：０Ｗ
処理ガス 参考例：Ｃ４Ｆ６／Ｏ２／Ａｒガス
実施例：ＷＦ６／Ｃ４Ｆ６／Ｏ２／Ａｒガス
（ＷＦ６の流量比は１％以下）
処理時間 ：３０秒
第１の高周波電力（４０ＭＨｚ） ：３００Ｗ
第２の高周波電力（４００ｋＨｚ）：０Ｗ
処理ガス 参考例：Ｃ４Ｆ６／Ｏ２／Ａｒガス
実施例：ＷＦ６／Ｃ４Ｆ６／Ｏ２／Ａｒガス
（ＷＦ６の流量比は１％以下）
処理時間 ：３０秒
図５に示すように、マスク１０３の残量は、参考例では１２．５ｎｍであるのに対して、実施例では１４．８ｎｍであった。マスク１０３のロス（消耗量）は、参考例では３．９ｎｍであるのに対して、実施例では１．６ｎｍと減少した。エッチング量は、ほぼ同じ深さとなるように揃えており、参考例が１５．９ｎｍであり、実施例が１５．７ｎｍであった。マスク選択比は、参考例では４．１であるのに対して、実施例では９．８と２倍以上改善した。
図６は、六フッ化タングステンガスの流量とマスク選択比との関係の一例を示す図である。図６のグラフ１１０は、図５の実験結果における、ＷＦ６ガスの流量とマスク選択比との関係を表したものである。グラフ１１０に示すように、ＷＦ６ガスの添加流量が０ｓｃｃｍである参考例では、ＷＣマスク選択比が４．１となり、ＷＦ６ガスの添加流量が５ｓｃｃｍである実施例では、ＷＣマスク選択比が９．８となっている。つまり、ＷＦ６ガスを処理ガスに添加することで、金属含有マスクである炭化タングステン（ＷＣ）のマスク１０３と、シリコン酸化層であるシリコン含有層１０２との選択比を向上（改善）させることができる。また、ＷＦ６ガスの処理ガスの全流量に対する流量の割合（流量比）は、１０％以下であることが好ましく、５％以下であることがより好ましく、１％以下であることがさらに好ましい。
次に、電気バイアスの電圧のマスク選択比への影響について説明する。図７は、バイアス電圧とマスク選択比との関係の一例を示す図である。図７に示すグラフ１１１では、処理ガスにＷＦ６ガスを添加した場合において、電気バイアスの電圧（図７中、バイアス電圧と表す。）を供給しない（０Ｖ）場合と、供給した（－５００Ｖ）場合とにおけるＷＣマスク選択比を示している。また、グラフ１１１では、参考として、処理ガスにＷＦ６ガスを添加しない場合であって、バイアス電圧を供給しない（０Ｖ）場合のＷＣマスク選択比を示している。グラフ１１１に示すように、バイアス電圧を供給しない（０Ｗ）場合、ＷＦ６ガスを添加するとＷＣマスク選択比が改善することがわかる。一方、バイアス電圧を供給した（－５００Ｖ）場合、ＷＦ６ガスを添加してもＷＣマスク選択比が改善しないことがわかる。すなわち、バイアス電圧が小さい方がＷＣマスク選択比の改善効果が大きいことがわかる。
なお、エッチング処理において、エッチング速度の向上等のために、第２の高周波電源６４からイオンを引き込むための電気バイアスの電圧を下部電極１８に供給するようにしてもよい。この場合、電気バイアスの電圧は、－５００Ｖ以上０Ｖ以下であることが好ましい。
上述の本実施形態に示すように、処理ガスに所定量のＷＦ６を添加した上で、バイアス電圧を供給しない、あるいは、低バイアス電圧を供給する場合、マスク選択比が向上する。ＷＦ６は、金属元素同士の親和性が高いために、シリコン含有層（シリコン酸化層、シリコン窒化層およびＬｏｗ－ｋ層等）である被エッチング層より金属含有マスク上により堆積しやすい。一方、バイアス電圧を供給しない、あるいは、低バイアス電圧を供給する場合、基板に入射するイオンエネルギーが０、あるいは、低くなるため、堆積物のエッチングが抑制される。このようなＷＦ６の添加およびバイアス電圧の制御による相互作用により、金属含有マスク上によりＷＦ６が堆積するという効果を有し、それ故、マスク選択比が向上する。なお、ＷＦ６に含有されるタングステンと同種の金属であるタングステンを含有するマスクで金属元素同士の結合がより強くなるが、異種の金属同士であってもその効果を有する。別の例では、添加ガスとしてタングステンを含有するガスを含む処理ガスを使ってタングステン以外の金属を含有するマスクを介して被エッチング層をエッチングしてもよく、添加ガスとしてタングステン以外の金属を含有するガスを含む処理ガスを使ってタングステンを含有するマスクを介して被エッチング層をエッチングしてもよい。またさらに、添加ガスとしてタングステン以外の金属を含有するガスを含む処理ガスを使ってタングステン以外の金属を含有するマスクを介して被エッチング層をエッチングしてもよい。これらの場合も同様に、マスク選択比を向上させることができる。
また、上記した実施形態では、下部電極１８にプラズマ生成用の高周波電力と、バイアス電圧とを供給するタイプの容量結合型プラズマ処理装置であるプラズマ処理装置１０を用いたが、これに限定されない。例えば、上部電極３０にプラズマ生成用の高周波電力を供給し、下部電極１８にバイアス電圧を供給するタイプの容量結合型プラズマ処理装置を用いてもよい。
以上、本実施形態によれば、制御部８０は、装置各部を制御して、シリコン酸化層（シリコン含有層１０２）と、シリコン酸化層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスク（マスク１０３）を備えるロジックデバイス向け基板（ウエハＷ）を提供する工程を実行する。制御部８０は、装置各部を制御して、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程を実行する。制御部８０は、装置各部を制御して、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン酸化層をエッチングする工程を実行する。また、エッチングする工程において、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きくなるようにする。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、処理ガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｚは１以上の整数、ｙは０以上の整数）ガスを含む。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、処理ガスは、酸素含有ガスをさらに含む。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、タングステン含有マスクは、タングステンまたは炭化タングステンを含むマスクである。その結果、タングステンまたは炭化タングステンであるタングステン含有マスクと、シリコン含有層１０２との選択比を向上（改善）させることができる。
また、本実施形態によれば、タングステン含有ガスは、ハロゲン化タングステンガスを含んでもよい。ハロゲン化タングステンガスは、六フッ化タングステン（ＷＦ６）ガス、六臭化タングステン（ＷＢｒ６）ガス、六塩化タングステン（ＷＣｌ６）ガス及びＷＦ５Ｃｌガスの少なくとも１つを含んでもよい。タングステン含有ガスは、ヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）ガスを含んでもよい。タングステン含有ガスの流量は、１０ｓｃｃｍ以下であってもよい。タングステン含有ガスを用いる結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、制御部８０は、エッチングする工程において、イオンを引き込むための電気バイアスを供給し、電気バイアスの電圧は、－５００Ｖ以上０Ｖ以下である。その結果、上部電極３０にプラズマ生成用の高周波電力を供給するタイプの容量結合型プラズマ処理装置においても、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、エッチングする工程において、電気バイアスを供給しない。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、ＣｘＨｙＦｚガスは、Ｃ２Ｆ４、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ３、ＣＨ３Ｆからなる群から選択される少なくとも１つのガスを含む。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、生成されるプラズマは、容量結合型プラズマまたは誘導結合型プラズマである。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、生成されるプラズマは、容量結合型プラズマであり、基板は、載置台（ステージ１４）に保持され、プラズマ生成用の高周波電力は、載置台に供給される。その結果、ステージ１４の下部電極１８に供給されたプラズマ生成用の高周波電力によってウエハＷにイオン等が引き込まれることで、エッチングを進行させることができる。
また、本実施形態によれば、制御部８０は、装置各部を制御して、シリコン含有誘電層と、シリコン含有誘電層の上に側壁により規定される開口を有する金属を含むマスクを備える基板を提供する工程を実行する。制御部８０は、装置各部を制御して、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程を実行する。制御部８０は、装置各部を制御して、処理ガスからプラズマを生成し、マスクの上部およびマスクの側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、開口を介してシリコン含有誘電層をエッチングする工程を実行する。また、エッチングする工程において、マスクの上部に形成される保護層の厚さは、マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きくなるようにする。その結果、金属含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、マスクの側壁に形成される保護層の厚さは、開口の上部から深さ方向に向かって薄くなるようにする。その結果、金属含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、制御部８０は、装置各部を制御して、シリコン酸化層と、シリコン酸化層の上にタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程を実行する。制御部８０は、装置各部を制御して、タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程を実行する。制御部８０は、装置各部を制御して、処理ガスからプラズマを生成し、タングステン含有マスクを介してシリコン酸化層をエッチングする工程を実行する。その結果、タングステン含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、エッチングする工程は、タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成する。その結果、タングステン含有マスクの上部および側壁を保護することができる。
また、本実施形態によれば、タングステン含有マスクの上部に形成される保護層の厚さは、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さよりも大きくなるようにする。その結果、タングステン含有マスクの上部を保護することができる。
また、本実施形態によれば、タングステン含有マスクの側壁に形成される保護層の厚さは、側壁により規定される開口の上部から深さ方向に向かって薄くなるようにする。その結果、金属含有マスクの選択比を向上できる。
また、本実施形態によれば、基板は、ロジックデバイス向け基板である。その結果、ロジックデバイスに適したエッチングを行うことができる。
また、本実施形態によれば、上述のエッチング方法を適用した半導体装置の製造方法を提供する。その結果、半導体装置を製造することができる。
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形体で省略、置換、変更されてもよい。
また、上記した実施形態では、容量結合型プラズマを用いてウエハＷに対してエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置１０を例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いてウエハＷに対して処理を行う装置であれば、プラズマ源は容量結合プラズマに限られず、例えば、誘導結合プラズマ、マイクロ波プラズマ、マグネトロンプラズマ等、任意のプラズマ源を用いることができる。
以上の実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）エッチング方法であって、
シリコン酸化層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を有する、
エッチング方法。
シリコン酸化層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を有する、
エッチング方法。
（付記２）プラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ内においてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
シリコン酸化層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を前記基板支持体に提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を実行する、
プラズマ処理装置。
チャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ内においてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
シリコン酸化層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を前記基板支持体に提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を実行する、
プラズマ処理装置。
１０ プラズマ処理装置
１２ チャンバ
１４ ステージ
１８ 下部電極
３０ 上部電極
６２ 第１の高周波電源
６４ 第２の高周波電源
８０ 制御部
１０１ シリコン基板
１０２ シリコン含有層
１０３ マスク
１０７ 保護層
Ｗ ウエハ
１２ チャンバ
１４ ステージ
１８ 下部電極
３０ 上部電極
６２ 第１の高周波電源
６４ 第２の高周波電源
８０ 制御部
１０１ シリコン基板
１０２ シリコン含有層
１０３ マスク
１０７ 保護層
Ｗ ウエハ
Claims (22)
- エッチング方法であって、
シリコン含有層と、前記シリコン含有層の上に側壁により規定される開口を有するタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクの上部および前記側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、前記開口を介して前記シリコン含有層をエッチングする工程と、を有し、
前記タングステン含有マスクの上部に形成される前記保護層の厚さは、前記タングステン含有マスクの側壁に形成される前記保護層の厚さよりも大きい、
エッチング方法。 - 前記処理ガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｚは１以上の整数、ｙは０以上の整数）ガスを含む、
請求項１に記載のエッチング方法。 - 前記ＣｘＨｙＦｚガスは、ＣＦ４、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨＦ３、ＣＨ３Ｆからなる群から選択される少なくとも１つのガスを含む、
請求項２に記載のエッチング方法。 - 前記処理ガスは、酸素含有ガスをさらに含む、
請求項１～３のいずれか１つに記載のエッチング方法。 - 前記タングステン含有マスクは、タングステンまたは炭化タングステンを含むマスクである、
請求項１～４のいずれか１つに記載のエッチング方法。 - 前記タングステン含有ガスは、六フッ化タングステンガスである、
請求項１～５のいずれか１つに記載のエッチング方法。 - 前記エッチングする工程は、イオンを引き込むための電気バイアスを供給し、
前記電気バイアスの電圧は、－５００Ｖ以上０Ｖ以下である、
請求項１～６のいずれか１つに記載のエッチング方法。 - 前記エッチングする工程において、前記電気バイアスを供給しない、
請求項７に記載のエッチング方法。 - 生成される前記プラズマは、容量結合型プラズマまたは誘導結合型プラズマである、
請求項１～８のいずれか１つに記載のエッチング方法。 - 生成される前記プラズマは、容量結合型プラズマであり、前記基板は、載置台に保持され、
プラズマ生成用の高周波電力は、前記載置台に供給される、
請求項１～９のいずれか１つに記載のエッチング方法。 - エッチング方法であって、
シリコン含有誘電層と、前記シリコン含有誘電層の上に側壁により規定される開口を有する金属を含むマスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記マスクの上部および前記マスクの前記側壁にタングステンを含有する保護層を形成しつつ、前記開口を介して前記シリコン含有誘電層をエッチングする工程と、を有し、
前記マスクの上部に形成される前記保護層の厚さは、前記マスクの側壁に形成される前記保護層の厚さよりも大きい、
エッチング方法。 - 前記マスクの側壁に形成される前記保護層の厚さは、前記開口の上部から深さ方向に向かって薄くなる、
請求項１１に記載のエッチング方法。 - エッチング方法であって、
シリコン含有層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を有し、
前記エッチングする工程は、前記タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成する、
エッチング方法。 - 前記タングステン含有マスクの上部に形成される前記保護層の厚さは、前記タングステン含有マスクの側壁に形成される前記保護層の厚さよりも大きい、
請求項１３に記載のエッチング方法。 - 前記タングステン含有マスクの側壁に形成される前記保護層の厚さは、前記側壁により規定される開口の上部から深さ方向に向かって薄くなる、
請求項１３または１４に記載のエッチング方法。 - 請求項１～１５のいずれか１つに記載のエッチング方法を含む半導体装置の製造方法。
- 請求項１～１５のいずれか１つに記載のエッチング方法をプラズマ処理装置に実行させるプログラム。
- プラズマ処理装置であって、
チャンバと、
前記チャンバ内に配置された基板支持体と、
前記チャンバ内においてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
制御部と、
を備え、
前記制御部は、
シリコン含有層を含むエッチング対象層と、前記エッチング対象層の上にタングステン含有マスクを備える基板を前記基板支持体に提供する工程と、
タングステン含有ガスを含む処理ガスを供給する工程と、
前記処理ガスからプラズマを生成し、前記タングステン含有マスクを介して前記エッチング対象層をエッチングする工程と、を実行し、
前記エッチングする工程は、前記タングステン含有マスクの上部および側壁にタングステンを含有する保護層を形成する、
プラズマ処理装置。 - 前記エッチングする工程は、イオンを引き込むための電気バイアスを供給し、
前記電気バイアスの電圧は、－５００Ｖ以上０Ｖ以下である、
請求項１８に記載のプラズマ処理装置。 - 前記エッチングする工程において、前記電気バイアスを供給しない、
請求項１９に記載のプラズマ処理装置。 - 生成される前記プラズマは、容量結合型プラズマまたは誘導結合型プラズマである、
請求項１８～２０のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。 - 生成される前記プラズマは、容量結合型プラズマであり、前記基板は、載置台に保持され、
プラズマ生成用の高周波電力は、前記載置台に供給される、
請求項１８～２１のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。
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