JP7403314B2 - エッチング方法及びエッチング装置 - Google Patents

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Description

本開示は、エッチング方法及びエッチング装置に関する。
被処理体上に形成された酸化シリコン膜や、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とが交互に積層された多層膜に対して、深いホールを形成する技術がある。
特開２０１６－３９３１０号公報
本開示は、ＣＤ（Critical Dimension）の拡大を抑制しつつ、エッチングレートを向上させることができるエッチング方法及びエッチング装置を提供する。
本開示の一態様によるエッチング方法は、提供する工程と、設定する工程と、エッチングする工程とを有する。提供する工程は、シリコン酸化膜を含む被エッチング膜と、被エッチング膜の上に形成されたマスクとを有する基板を載置台上に提供する。設定する工程は、載置台の温度を０℃以下の温度となるように設定する。エッチングする工程は、フッ素、窒素及び炭素を含み、窒素の数に対するフッ素の数の比率Ｆ／Ｎが０．５～１０の範囲であるガスからプラズマを生成して、マスクを介してシリコン酸化膜をエッチングする。
本開示によれば、ＣＤの拡大を抑制しつつ、エッチングレートを向上させることができる。
図１は、本開示の一実施形態におけるプラズマ処理システムの一例を示す図である。 図２は、本実施形態に係るエッチング装置によってエッチングされる基板の構造の一例を示す図である。 図３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。 図４は、本実施形態におけるエッチングのメカニズムの一例を模式的に説明する図である。 図５は、実験結果におけるエッチングレートの変化を示すグラフである。 図６は、実験結果におけるＣＤの変化を示すグラフである。 図７は、ＨＦ／Ｎ２ガスの流量比を変更した場合の実験結果の一例を示す図である。 図８は、図７の実験結果におけるエッチングレートの変化を示すグラフである。 図９は、図７の実験結果におけるＣＤの変化を示すグラフである。 図１０は、実験結果における温度依存性を示すグラフである。
以下に、開示するエッチング方法及びエッチング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。
基板上に形成されたシリコン酸化膜や、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層された多層膜に対して、高アスペクト比のホールを形成するＨＡＲＣ（High Aspect Ratio Contact）プロセスと呼ばれる技術がある。ＨＡＲＣプロセスでは、三フッ化窒素（ＮＦ３）が用いられる。しかしながら、ＮＦ３は、マスク材料、例えば、ＳＯＣ（Spin On Carbon）やアモルファスカーボン膜（ＡＣＬ：Amorphous Carbon Layer）等との反応性が高く、ＣＤを拡大させる場合がある。そこで、ＣＤの拡大を抑制しつつ、エッチングレートを向上させることが期待されている。
［プラズマ処理システム１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システムの一例を示す図である。図１に示すように、一実施形態において、プラズマ処理システム１は、プラズマ処理装置１ａ及び制御部１ｂを含む。プラズマ処理装置１ａは、シリコン酸化膜をエッチングするエッチング装置の一例である。プラズマ処理装置１ａは、反応チャンバ１０、ガス供給部２０、Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＲＦ）電力供給部３０及び排気システム４０を含む。また、プラズマ処理装置１ａは、支持部１１及び上部電極シャワーヘッド１２を含む。支持部１１は、反応チャンバ１０内のプラズマ処理空間１０ｓの下部領域に配置される。上部電極シャワーヘッド１２は、支持部１１の上方に配置され、反応チャンバ１０の天部（ｃｅｉｌｉｎｇ）の一部として機能し得る。
支持部１１は、プラズマ処理空間１０ｓにおいて基板Ｗを支持するように構成される。なお、支持部１１は、載置台とも呼ばれる。一実施形態において、支持部１１は、下部電極１１１、静電チャック１１２、及びエッジリング１１３を含む。静電チャック１１２は、下部電極１１１上に配置され、静電チャック１１２の上面で基板Ｗを支持するように構成される。エッジリング１１３は、下部電極１１１の周縁部上面において基板Ｗを囲むように配置される。また、図示は省略するが、一実施形態において、支持部１１は、静電チャック１１２及び基板Ｗのうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、冷媒、伝熱ガスのような温調流体が流れる。温調モジュールは、ターゲット温度として、例えば、基板Ｗが５０℃～－１００℃の範囲における任意の温度に設定可能である。
上部電極シャワーヘッド１２は、ガス供給部２０からの１又はそれ以上の処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１２は、ガス入口１２ａ、ガス拡散室１２ｂ、及び複数のガス出口１２ｃを有する。ガス入口１２ａは、ガス供給部２０及びガス拡散室１２ｂと流体連通している。複数のガス出口１２ｃは、ガス拡散室１２ｂ及びプラズマ処理空間１０ｓと流体連通している。一実施形態において、上部電極シャワーヘッド１２は、１又はそれ以上の処理ガスをガス入口１２ａからガス拡散室１２ｂ及び複数のガス出口１２ｃを介してプラズマ処理空間１０ｓに供給するように構成される。
ガス供給部２０は、１又はそれ以上のガスソース２１及び１又はそれ以上の流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介してガス入口１２ａに供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、１又はそれ以上の処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。
ＲＦ電力供給部３０は、ＲＦ電力、例えば１又はそれ以上のＲＦ信号を、下部電極１１１、上部電極シャワーヘッド１２、又は、下部電極１１１及び上部電極シャワーヘッド１２の双方のような１又はそれ以上の電極に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された１又はそれ以上の処理ガスからプラズマが生成される。従って、ＲＦ電力供給部３０は、反応チャンバにおいて１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。一実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、２つのＲＦ生成部３１ａ，３１ｂ及び２つの整合回路３２ａ，３２ｂを含む。一実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ信号を第１のＲＦ生成部３１ａから第１の整合回路３２ａを介して下部電極１１１に供給するように構成される。例えば、第１のＲＦ信号は、２７ＭＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。
また、一実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第２のＲＦ信号を第２のＲＦ生成部３１ｂから第２の整合回路３２ｂを介して下部電極１１１に供給するように構成される。例えば、第２のＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有してもよい。代わりに、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて、ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）パルス生成部を用いてもよい。
さらに、図示は省略するが、本開示においては他の実施形態が考えられる。例えば、代替実施形態において、ＲＦ電力供給部３０は、第１のＲＦ信号をＲＦ生成部から下部電極１１１に供給し、第２のＲＦ信号を他のＲＦ生成部から下部電極１１１に供給し、第３のＲＦ信号をさらに他のＲＦ生成部から下部電極１１１に供給するように構成されてもよい。加えて、他の代替実施形態において、ＤＣ電圧が上部電極シャワーヘッド１２に印加されてもよい。
またさらに、種々の実施形態において、１又はそれ以上のＲＦ信号（即ち、第１のＲＦ信号、第２のＲＦ信号等）の振幅がパルス化又は変調されてもよい。振幅変調は、オン状態とオフ状態との間、あるいは、２又はそれ以上の異なるオン状態の間でＲＦ信号振幅をパルス化することを含んでもよい。
排気システム４０は、例えば反応チャンバ１０の底部に設けられた排気口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力弁及び真空ポンプを含んでもよい。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、粗引きポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。
一実施形態において、制御部１ｂは、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１ａに実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部１ｂは、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１ａの各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部１ｂの一部又は全てがプラズマ処理装置１ａに含まれてもよい。制御部１ｂは、例えばコンピュータ５１を含んでもよい。コンピュータ５１は、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５１１、記憶部５１２、及び通信インターフェース５１３を含んでもよい。処理部５１１は、記憶部５１２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部５１２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース５１３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１ａとの間で通信してもよい。
［基板Ｗの構成］
図２は、本実施形態に係るエッチング装置によってエッチングされる基板の構造の一例を示す図である。
基板Ｗは、例えば図２に示すように、被エッチング膜であるシリコン酸化膜１０２をシリコン基板１０１上に有する。また、シリコン酸化膜１０２上には、所定パターンの開口を有するマスク１０３が形成されている。なお、被エッチング膜は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に積層された多層膜であってもよい。また、被エッチング膜は、シリコン酸化膜の他にシリコン（Ｓｉ）膜を含んでもよい。また、被エッチング膜は、シリコン酸化膜に加えＬｏｗ－ｋ膜を含んでもよい。Ｌｏｗ－ｋ膜は、ＳｉＯＣＮ系であってよい。
マスク１０３は、有機系のマスクや金属を含有するマスクであってよい。有機系のマスクは、例えば、フォトレジスト、スピンオンカーボン（ＳＯＣ）膜、アモルファスカーボン（ＡＣＬ）膜である。金属を含有するマスクは、タングステン、炭化タングステン、窒化チタン、酸化チタンなどである。マスク１０３は、処理ガスとして炭素を含まないガスを用いる場合、炭素を含む材料で構成される炭素含有マスクを用いる。
［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３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１ｂは、図示しない開口部を開放し、反応チャンバ１０内に、シリコン酸化膜１０２とその上にマスク１０３が形成された基板Ｗが搬入され、支持部１１の静電チャック１１２に載置される。基板Ｗは、静電チャック１１２に直流電圧が印加されることで静電チャック１１２に保持される。制御部１ｂは、その後、開口部を閉鎖して排気システム４０を制御することにより、プラズマ処理空間１０ｓの雰囲気が所定の真空度になるように、プラズマ処理空間１０ｓから気体を排気する。また、制御部１ｂは、図示しない温調モジュールを制御することにより、基板Ｗの温度が所定の温度、例えば０℃以下となるように、温度調整される（ステップＳ１）。なお、基板Ｗの温度は、より好ましくは－３０℃以下となるように調整される。
次に、制御部１ｂは、ＨＦとＮ２の混合ガス（以下、ＨＦ／Ｎ２ガスという。）をガス入口１２ａに供給する。処理ガスは、ガス入口１２ａに供給された後に、ガス拡散室１２ｂに供給され拡散される。処理ガスは、ガス拡散室１２ｂで拡散された後に、複数のガス出口１２ｃを介して、反応チャンバ１０のプラズマ処理空間１０ｓにシャワー状に供給され、プラズマ処理空間１０ｓに導入される。
制御部１ｂは、ＲＦ電力供給部３０を制御することにより、プラズマ励起用及びバイアス用のＲＦ信号を支持部１１に供給する。プラズマ処理空間１０ｓには、支持部１１にプラズマ励起用のＲＦ信号が供給されることにより、プラズマが発生する。プラズマは、支持部１１にバイアス用のＲＦ信号が供給されることにより、基板Ｗに向かって加速される。基板Ｗは、プラズマ処理空間１０ｓに発生したプラズマにより被エッチング膜であるシリコン酸化膜１０２がエッチングされる（ステップＳ２）。
具体的には、制御部１ｂは、処理ガスであるＨＦ／Ｎ２ガスが導入されたプラズマ処理空間１０ｓにおいて、マスク１０３を介してＨＦ／Ｎ２ガスから生成されたプラズマによりシリコン酸化膜１０２をエッチングする。エッチングする工程でシリコン酸化膜１０２に形成されるホールのアスペクト比が所定値（例えば、５以上）となるように、シリコン酸化膜１０２をエッチングする。
ここで、プラズマ処理空間１０ｓに発生したプラズマは、ＨＦ／Ｎ２ガスに由来する水素、フッ素及び窒素と、マスク１０３に由来する炭素とを反応種とするプラズマである。プラズマに含まれる窒素の数に対するフッ素の数の比率Ｆ／Ｎは、ＨＦガスとＮ２ガスの流量比で設定することができる。例えば、ＨＦ／Ｎ２ガスの場合、総流量に対してＮ２ガスが５％～５０％の範囲、つまり、比率Ｆ／Ｎが０．５～１０の範囲に設定する。また、好ましくは、比率Ｆ／Ｎを１．５～１０の範囲に設定する。より好ましくは、比率Ｆ／Ｎを約４．５に設定する。これは、ＨＦ／Ｎ２ガスの場合では、Ｎ２ガスの流量比が５％～２５％の範囲、より好ましくは約１０％に相当する。処理ガスとして他のガスを用いる場合には、比率Ｆ／Ｎに基づいて、処理ガスの流量比を調節する。なお、他の処理ガスとしては、例えば、Ｈ２とＣＦ４とＮ２の混合ガス（以下、Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスという。）を用いることができる。
ここで、図４を用いてＮ系ガスによるエッチングのメカニズムについて説明する。図４は、本実施形態におけるエッチングのメカニズムの一例を模式的に説明する図である。図４の状態２０１では、シリコン酸化膜１０２のホールに、ＨＦ／Ｎ２ガス又はＨ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスのプラズマが照射される。つまり、プラズマ中には、反応種として、シアン化物含有ガス（ＣＮ系ガス）が含まれてよい。すると、状態２０２に示すように、ＣＮ系ラジカルがホール内部（被エッチング部）の領域１０４に吸着する。なお、ＣＮ系ガスは蒸気圧が高いが、基板Ｗの温度を下げることにより、ＣＮ系ラジカルが領域１０４に吸着することができる。なお、シアン化物（ＣＮ基）は、例えば、ＨＣＮ、ＣＮＦ、Ｃ２Ｎ２等が挙げられる。
領域１０４にＣＮ系ラジカルが吸着すると、状態２０３に示すように、Ｎ２＋イオンが衝突した領域１０４及びその下部のシリコン酸化膜１０２である領域１０５が除去される。つまり、イオン衝撃によって生じたＳｉダングリングボンドとＣＮが終端し、ＳｉＯ２の結合が分断されるためエッチングレートが上昇する。また、Ｎ２は、結合が強く解離しづらいためＮラジカルによる等方エッチングを抑制できる。すなわち、状態２０１から状態２０３が繰り返されることで、ＣＤの拡大を抑制しつつ、エッチングレートを向上させることができる。このように、本実施形態では、Ｎ２を添加することで生成されるＣＮ化合物もエッチングレートの向上に寄与している。
図３の説明に戻る。制御部１ｂは、エッチングする工程において、所定の形状が得られたか否かを判定する（ステップＳ３）。制御部１ｂ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Ｓ３：Ｎｏ）、処理をステップＳ２に戻す。一方、制御部１ｂは、所定の形状が得られたと判定した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、処理を終了する。
制御部１ｂは、処理を終了する場合、ＲＦ電力供給部３０を制御することにより、支持部１１へのＲＦ信号の供給を停止する。制御部１ｂは、図示しない開口部を開放する。基板Ｗは、開口部を介して反応チャンバ１０のプラズマ処理空間１０ｓから搬出される。
［実験結果］
続いて、図５から図９を用いて実験結果について説明する。なお、以下の説明において、温度は、基板Ｗのプラズマ処理（エッチング）の開始時点の温度を示している。まず、図５及び図６を用いて、各種ガスを添加した場合のエッチングレートの比較について説明する。各種ガスを添加した場合の各実験結果では、総流量を５００ｓｃｃｍとし、ＨＦガス４５０ｓｃｃｍに各種ガスＸを５０ｓｃｃｍ添加し、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜に対して下記の処理条件でエッチングを行った。なお、図５及び図６では、シリコン酸化膜をＯｘと表記し、シリコン窒化膜をＮｉｔと表記している。ここで、各種ガスＸは、Ｎ２ガス、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス及びＣＦ４ガスのうち、いずれか１つのガスである。なお、各種ガスＸを添加しない場合には、ＨＦガスの流量を５００ｓｃｃｍとしている。また、処理条件において、ＲＦ信号の電力の「ＣＷ」は連続波を示す。
＜処理条件＞
（エッチング）
反応チャンバ１０内の圧力 ：２５ｍＴｏｒｒ（３．３３３Ｐａ）
第１のＲＦ信号の電力（４０ＭＨｚ） ：４．４ｋＷ（ＣＷ）
第２のＲＦ信号の電力（４００ｋＨｚ）：７．０ｋＷ（ＣＷ）
処理時間 ：３０秒
温度 ：－７０℃
処理ガス ：ＨＦ／各種ガスＸ＝４５０／５０ｓｃｃｍ
図５は、実験結果におけるエッチングレートの変化を示すグラフである。図６は、実験結果におけるＣＤの変化を示すグラフである。図５及び図６では、ＨＦガスの場合を基準として増減を表している。また、図５のエッチングレートの差分（ΔＥ／Ｒ）の単位は［ｎｍ／ｍｉｎ］であり、図６のΔＣＤの単位は［ｎｍ］である。図５及び図６に示すように、Ｎ系ガス（Ｎ２ガス、ＮＦ３ガス）では、シリコン酸化膜のエッチングレートの差分（増加量）は、Ｎ２ガスが「５０８」、ＮＦ３ガスが「５３０」と、大幅に増加していることがわかる。一方、ＳＦ６ガス、ＣＦ４ガスでは、シリコン酸化膜のエッチングレートの差分（増加量）は、ＳＦ６ガスが「２１４」、ＣＦ４ガスが「８６」と、小さいことがわかる。なお、シリコン窒化膜では、Ｎ２ガス、ＮＦ３ガス、ＳＦ６ガス及びＣＦ４ガスの全てのガスでエッチングレートが増加している。また、ＣＤについては、図６に示すように、他のガスに比べて、ＮＦ３が大きく悪化していることがわかる。このように、ＨＦ／Ｎ２ガスでは、ＣＤの拡大を抑制しつつ、シリコン酸化膜のエッチングレートを向上させることができる。
次に、図７から図９を用いて、ＨＦ／Ｎ２ガスの流量比を変化させた場合のエッチングレートの比較について説明する。図７は、ＨＦ／Ｎ２ガスの流量比を変更した場合の実験結果の一例を示す図である。図７の各実験結果では、総流量を２００ｓｃｃｍとし、Ｎ２ガスの流量比を０％、５％、１０％、２５％、５０％とし、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜に対して下記の処理条件でエッチングを行った。また、処理条件において、ＲＦ信号の電力の「ＣＷ」は連続波を示す。なお、図７から図９では、シリコン酸化膜をＯｘと表記し、シリコン窒化膜をＮｉｔと表記している。また、図７には、流量比ごとにマスクエッチングレート（マスクＥＲ）、シリコン酸化膜エッチングレート（ＯｘＥＲ）、シリコン窒化膜エッチングレート（ＮｉｔＥＲ）、選択比を示す。なお、エッチングレートの単位は、［ｎｍ／ｍｉｎ］である。
＜処理条件＞
（エッチング）
反応チャンバ１０内の圧力 ：２５ｍＴｏｒｒ（３．３３３Ｐａ）
第１のＲＦ信号の電力（４０ＭＨｚ） ：４．４ｋＷ（ＣＷ）
第２のＲＦ信号の電力（４００ｋＨｚ）：７．０ｋＷ（ＣＷ）
処理時間 ：３０秒
温度 ：－７０℃
処理ガス（ＨＦ／Ｎ２）の流量 ：２００／０ｓｃｃｍ（０％）
：１９０／１０ｓｃｃｍ（５％）
：１８０／２０ｓｃｃｍ（１０％）
：１５０／５０ｓｃｃｍ（２５％）
：１００／１００ｓｃｃｍ（５０％）
図８は、図７の実験結果におけるエッチングレートの変化を示すグラフである。図９は、図７の実験結果におけるＣＤの変化を示すグラフである。図８及び図９では、Ｎ２ガスの流量比が０％の場合を基準として増減を表している。また、図８のエッチングレートの差分（ΔＥ／Ｒ）の単位は［ｎｍ／ｍｉｎ］であり、図９のＣＤの差分（ΔＣＤ）の単位は［ｎｍ／ｍｉｎ］である。図７から図９に示すように、シリコン酸化膜に対しては、Ｎ２ガスの流量比が１０％のときにエッチングレートの差分が「４６０」と最大となることがわかる。一方、シリコン窒化膜に対しては、シリコン酸化膜と同様にＮ２ガスの流量比が１０％のときにエッチングレートの差分が「３３０」と最大となるものの、Ｎ２ガスの流量比が５０％では「－２２６」と、０％の場合よりも低下することがわかる。また、ＣＤは、図９に示すように、シリコン酸化膜では、Ｎ２ガスの流量比が５％～５０％において拡大しないことがわかる。また、ＣＤは、シリコン窒化膜では、Ｎ２ガスの流量比が５％～２５％において拡大せず、５０％において若干拡大する程度であることがわかる。すなわち、Ｎ２ガスの流量比の変化は、エッチングレートにだけ影響があることがわかる。
続いて、エッチングレートの第２のＲＦ信号の電力（ＬＦパワー）への依存性について説明する。ＨＦガスにＮ２ガスを添加しない場合と、Ｎ２ガスを添加した場合とにおけるエッチングレートの差分（ΔＥ／Ｒ）は、第２のＲＦ信号の電力に依存する。当該エッチングレートの差分と、第２のＲＦ信号の電力とをグラフにプロットし、「０ｋＷ」と「７ｋＷ」の２点を外挿したとき、グラフはエッチングレートの差分（ΔＥ／Ｒ）の「－８００」と「２００」を結ぶ直線状となる。なお、エッチングレートの差分（ΔＥ／Ｒ）の単位は、［ｎｍ／ｍｉｎ］である。このグラフでは、エッチングレートの差分が「０」を超える第２のＲＦ信号の電力は６ｋＷ程度となり、規格化すると約８．４９Ｗ／ｃｍ２程度となる。つまり、第２のＲＦ信号の電力が６ｋＷ以上である場合、Ｎ２ガスを添加することによりＮ２ガスを添加しない場合と比較してエッチングレートが上昇する効果がある。また、イオンのパワーが約８．４９Ｗ／ｃｍ２程度を超えると、窒化領域が除去され底部（Ｂｏｔｔｏｍ）のエッチングが進む。
次に、Ｈ２／ＣＦ４ガスにＮ２ガスを添加した場合における温度依存性について説明する。温度を変更した場合の各実験結果では、エッチング前の基板Ｗを－７０℃、－４０℃及び２０℃とし、処理ガスをＨ２／ＣＦ４ガス及びＨ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスとし、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜に対して下記の処理条件でエッチングを行った。なお、処理条件において、ＲＦ信号の電力の「ＣＷ」は連続波を示す。
＜処理条件＞
（エッチング）
反応チャンバ１０内の圧力 ：２５ｍＴｏｒｒ（３．３３３Ｐａ）
第１のＲＦ信号の電力（４０ＭＨｚ） ：４．４ｋＷ（ＣＷ）
第２のＲＦ信号の電力（４００ｋＨｚ）：７．０ｋＷ（ＣＷ）
処理時間 ：３０秒
温度 ：－７０℃，－４０℃，２０℃
処理ガス ：Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２＝１５０／５０／０ｓｃｃｍ
：Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２＝１５０／５０／２０ｓｃｃｍ
図１０は、実験結果における温度依存性を示すグラフである。図１０に示すグラフ２３０は、実験結果のうち、シリコン酸化膜に対するエッチングレートをグラフ化したものである。グラフ２３１は、Ｈ２／ＣＦ４ガスの場合におけるエッチングレートの温度依存性を示す。グラフ２３２は、Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスの場合におけるエッチングレートの温度依存性を示す。グラフ２３１に示すＨ２／ＣＦ４ガスの場合と、グラフ２３２に示すＨ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスの場合とにおけるエッチングレートの温度依存性を比較する。なお、エッチングレートの単位は、［ｎｍ／ｍｉｎ］である。Ｈ２／ＣＦ４ガスの場合、－７０℃で「４６０」、－４０℃で「２９４」、２０℃で「４４４」であった。一方、Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスの場合、－７０℃で「６４２」、－４０℃で「４８８」、２０℃で「２２２」であった。すなわち、－７０℃から－４０℃を経て０℃付近までは、Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスがＨ２／ＣＦ４ガスよりもエッチングレートが高い。一方、０℃付近から２０℃では反対に、Ｈ２／ＣＦ４ガスがＨ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスよりもエッチングレートが高い。つまり、Ｎ２添加によるエッチングレート向上の効果は、低温領域で発動することがわかる。一方、室温では、効果が逆転していることがわかる。
次に、実験結果のうち、シリコン窒化膜に着目して、Ｈ２／ＣＦ４ガスの場合と、Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスの場合とにおけるエッチングレートの温度依存性を比較する。なお、エッチングレートの単位は、［ｎｍ／ｍｉｎ］である。Ｈ２／ＣＦ４ガスの場合、－７０℃で「２１０４」、－４０℃で「２３５０」、２０℃で「１７９０」であった。一方、Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスの場合、－７０℃で「１９２０」、－４０℃で「９６」、２０℃で「７１４」であった。すなわち、－４０℃、Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスの条件においてシリコン窒化膜のエッチングレートは「９６」であり、シリコン酸化膜のエッチングレートの「４８８」よりも低下している。このことから、－４０℃、Ｈ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスの条件は、ＳＡＣ（Self-Aligned Contact）プロセスに適用可能であることがわかる。つまり、当該条件では、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）とシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とが積層されている多層膜に対するＳＡＣプロセスにおいて、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を選択的にエッチングすることができる。なお、ＳＡＣプロセスに適用する場合、温度条件としては、－５０℃～－３０℃の範囲が好ましく、－４０℃がより好ましい。
なお、上記した実施形態では、プラズマ処理システム１は、シリコン酸化膜をエッチングするエッチング装置の一例であるプラズマ処理装置１ａと制御部１ｂとを含む形態としたが、プラズマ処理装置１ａと制御部１ｂとを含む形態でシリコン酸化膜をエッチングするエッチング装置としてもよい。
以上、本実施形態によれば、シリコン酸化膜をエッチングするエッチング装置（プラズマ処理システム１）は、反応チャンバと、載置台（支持部１１）と、プラズマ生成部と、制御部１ｂとを有する。制御部１ｂは、シリコン酸化膜１０２を含む被エッチング膜と、被エッチング膜の上に形成されたマスク１０３とを有する基板Ｗを載置台上に提供するよう装置を制御するように構成される。制御部は、載置台の温度を０℃以下の温度となるように装置を制御するように構成される。制御部１ｂは、フッ素、窒素及び炭素を含み、窒素の数に対するフッ素の数の比率Ｆ／Ｎが０．５～１０の範囲であるガスからプラズマを生成して、マスク１０３を介してシリコン酸化膜１０２をエッチングするよう装置を制御するように構成される。その結果、ＣＤの拡大を抑制しつつ、エッチングレートを向上させることができる。
また、本実施形態によれば、マスク１０３は、炭素含有マスクである。その結果、ＨＦ／Ｎ２ガスを用いるエッチングにおいて、プラズマに炭素を供給できる。
また、本実施形態によれば、ガスは、さらに水素含有ガスを含む。その結果、低温環境においてエッチングレートを向上させることができる。
また、本実施形態によれば、ガスは、炭素含有ガスを含む。その結果、炭素を含まないマスク１０３を用いることができる。
また、本実施形態によれば、ガスは、ＨＦ及びＮ２含有ガスを含む。その結果、ＣＤの拡大を抑制しつつ、エッチングレートを向上させることができる。
また、本実施形態によれば、エッチング前の基板Ｗ（載置台の温度）が－３０℃以下の温度となるように設定する。その結果、よりエッチングレートを向上させることができる。
また、本実施形態によれば、被エッチング膜は、さらにシリコン窒化膜を含む積層膜である。その結果、積層膜においてもエッチングレートを向上させることができる。
また、本実施形態によれば、ガスは、シアン化物含有ガスを含む。その結果、よりエッチングレートを向上させることができる。
また、本実施形態によれば、シリコン酸化膜１０２の最終アスペクト比が５以上となるようにエッチングする。その結果、深穴加工において、ＣＤの拡大を抑制しつつ、エッチングレートを向上させることができる。
以上、種々の例示的実施形態について説明してきたが、上述した例示的実施形態に限定されることなく、様々な追加、省略、置換、及び変更がなされてもよい。また、異なる実施形態における要素を組み合わせて他の実施形態を形成することが可能である。
なお、上記した実施形態では、処理ガスとして、フッ素及び窒素含有ガスであるＨＦ／Ｎ２ガスを用いたが、これに限定されない。例えば、ＮＦ３ガスを除いて、実験結果の一部で用いたＨ２／ＣＦ４／Ｎ２ガスや、ＨＣＮ、ＣＮＦ、Ｃ２Ｎ２等のシアン化物（ＣＮ基）を含有するガスなど各種ガスを用いることができる。また、例えば、被エッチング膜やマスクの材質に応じて、ケイ素及びフッ素含有ガスや、金属元素（Ｔｉ，Ｗ）及び塩素含有ガスを用いてもよい。
また、上記した実施形態では、プラズマ源として容量結合型プラズマを用いて基板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１ａを例に説明したが、開示の技術はこれに限られない。プラズマを用いて基板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。
１ プラズマ処理システム
１ａ プラズマ処理装置
１ｂ 制御部
１０ 反応チャンバ
１１ 支持部
２０ ガス供給部
３０ ＲＦ電力供給部
４０ 排気システム
１０２ シリコン酸化膜
１０３ マスク
Ｗ 基板

Claims (10)

  1. エッチング方法であって、
    シリコン酸化膜を含む被エッチング膜と、前記被エッチング膜の上に形成された炭素含有マスクとを有する基板を載置台上に提供する工程と、
    前記載置台の温度を０℃以下の温度となるように設定する工程と、
    ＨＦ及びＮ２含有ガスを含むガスであって、フッ素、窒素及び炭素を含み、前記窒素の数に対する前記フッ素の数の比率Ｆ／Ｎが０．５～１０の範囲である前記ガスからプラズマを生成して、前記炭素含有マスクを介して前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
    を有するエッチング方法。
  2. エッチング方法であって、
    シリコン酸化膜を含む被エッチング膜と、前記被エッチング膜の上に形成されたマスクとを有する基板を載置台上に提供する工程と、
    前記基板が－３０℃以下の温度となるように、前記載置台の温度を－３０℃以下の温度となるように設定する工程と、
    フッ素、窒素及び炭素を含み、前記窒素の数に対する前記フッ素の数の比率Ｆ／Ｎが０．５～１０の範囲であるガスからプラズマを生成して、前記マスクを介して前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
    を有するエッチング方法。
  3. 前記ガスは、さらに水素含有ガスを含む、
    請求項１又は２に記載のエッチング方法。
  4. 前記ガスは、炭素含有ガスを含む、
    請求項１～３のいずれか１つに記載のエッチング方法。
  5. 前記ガスは、ＨＦ及びＮ２含有ガスを含む、
    請求項２～４のいずれか１つに記載のエッチング方法。
  6. 前記設定する工程は、前記基板が－３０℃以下の温度となるように設定する、
    請求項１，３～５のいずれか１つに記載のエッチング方法。
  7. 前記被エッチング膜は、さらにシリコン窒化膜を含む積層膜である、
    請求項１～６のいずれか１つに記載のエッチング方法。
  8. エッチング方法であって、
    シリコン酸化膜を含む被エッチング膜と、前記被エッチング膜の上に形成されたマスクとを有する基板を載置台上に提供する工程と、
    前記載置台の温度を０℃以下の温度となるように設定する工程と、
    シアン化物含有ガスを含むガスであって、フッ素、窒素及び炭素を含み、前記窒素の数に対する前記フッ素の数の比率Ｆ／Ｎが０．５～１０の範囲である前記ガスからプラズマを生成して、前記マスクを介して前記シリコン酸化膜をエッチングする工程と、
    を有するエッチング方法。
  9. 前記エッチングする工程は、前記シリコン酸化膜の最終アスペクト比が５以上となるようにエッチングする、
    請求項１～８のいずれか１つに記載のエッチング方法。
  10. シリコン酸化膜をエッチングする装置であって、
    反応チャンバと、
    前記反応チャンバ内に設けられた載置台と、
    前記反応チャンバ内にプラズマを生成するプラズマ生成部と、
    制御部とを有し、
    前記制御部は、シリコン酸化膜を含む被エッチング膜と、前記被エッチング膜の上に形成された炭素含有マスクとを有する基板を前記載置台上に提供するよう前記装置を制御するように構成され、
    前記制御部は、前記載置台の温度を０℃以下の温度となるように設定するよう前記装置を制御するように構成され、
    前記制御部は、ＨＦ及びＮ２含有ガスを含むガスであって、フッ素、窒素及び炭素を含み、前記窒素に対する前記フッ素の比率Ｆ／Ｎが０．５～１０の範囲である前記ガスからプラズマを生成して、前記炭素含有マスクを介して前記シリコン酸化膜をエッチングするよう前記装置を制御するように構成される、装置。
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