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技術 基板処理方法及び基板処理装置

出願人 東京エレクトロン株式会社
発明者 濱康孝野呂基貴木野周
出願日 2019年4月15日 (1年10ヶ月経過) 出願番号 2019-077359
公開日 2020年10月29日 (3ヶ月経過) 公開番号 2020-177958
状態 未査定
技術分野 半導体のドライエッチング 半導体集積回路装置の内部配線 プラズマの発生及び取扱い
主要キーワード 分圧比率 極低温化 調整温度 極低温環境 テーパ形 チャンバー側壁 バルブ群 単一ガス
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年10月29日)のものです。
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図面 (11)

課題

マスクの開口部を閉塞させずに、マスクの下地膜シュリンクさせる。

解決手段

シリコン含有膜である第1の膜と、前記第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜とを有する基板を準備する工程と、基板の温度を−30°以下に制御する工程と、前記第2の開口部を通じて前記第1の膜をエッチングする工程と、を含み、前記第1の膜をエッチングする工程は、フロロカーボンガスを含む第1の処理ガスプラズマを用いて前記第1の膜に形成される第1の開口部の断面の形状が、エッチングが進む程小さくなるように前記第1の膜をテーパ形状に形成する、基板処理方法が提供される。

概要

背景

ウエハ処理における微細化に伴い、ウエハ上に形成する配線線幅コンタクトホールの直径等は小さくなる傾向にある。このため、エッチング対象膜をより微細な線幅やコンタクトホールのパターンエッチングすることのできるプラズマエッチング方法が提案されている。

例えば、特許文献1は、酸化シリコン膜である中間層をエッチングする際、中間層の底部の開口部の寸法を、中間層の上層レジスト層に形成された対応するパターン開口部の寸法よりも小さくすることで、中間層の下層有機膜層を細くエッチングすることを提案している。

概要

マスクの開口部を閉塞させずに、マスクの下地膜シュリンクさせる。シリコン含有膜である第1の膜と、前記第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜とを有する基板を準備する工程と、基板の温度を−30°以下に制御する工程と、前記第2の開口部を通じて前記第1の膜をエッチングする工程と、を含み、前記第1の膜をエッチングする工程は、フロロカーボンガスを含む第1の処理ガスプラズマを用いて前記第1の膜に形成される第1の開口部の断面の形状が、エッチングが進む程小さくなるように前記第1の膜をテーパ形状に形成する、基板処理方法が提供される。

目的

効果

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請求項1

シリコン含有膜である第1の膜と、前記第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜とを有する基板を準備する工程と、基板の温度を−30°以下に制御する工程と、前記第2の開口部を通じて前記第1の膜をエッチングする工程と、を含み、前記第1の膜をエッチングする工程は、フロロカーボンガスを含む第1の処理ガスプラズマを用いて前記第1の膜に形成される第1の開口部の断面の形状が、エッチングが進む程小さくなるように前記第1の膜をテーパ形状に形成する、基板処理方法

請求項2

前記第1の処理ガスは、H2ガスを含む、請求項1に記載の基板処理方法。

請求項3

前記第1の処理ガスは、前記基板の温度をx(℃)、前記第1の処理ガスの総流量に対する前記H2ガスの分圧比率をy(%)としたとき、0≦y≦0.0078×x2−0.3938×x+11.877の条件を満たす流量のH2ガスを含む、請求項2に記載の基板処理方法。

請求項4

前記フロロカーボンガスは、y/x>3を満たすCxFyガスである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の基板処理方法。

請求項5

前記フロロカーボンガスは、CF4ガスである、請求項4に記載の基板処理方法。

請求項6

前記フロロカーボンガスは、プラズマによって解離したときに前駆体としてのCF2の生成量が、他の前駆体の生成量よりも多くなるガスである、請求項1〜5のいずれか一項に記載の基板処理方法。

請求項7

前記フロロカーボンガスは、C2F4ガス、C3F4ガス及びC2F6ガスのいずれかである、請求項6に記載の基板処理方法。

請求項8

前記第1の膜は、有機物を含有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理方法。

請求項9

前記第1の膜は、有機含有シリコン酸化膜である、請求項8に記載の基板処理方法。

請求項10

前記第1の膜は、反射防止膜もしくは低誘電率膜である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の基板処理方法。

請求項11

前記第1の膜は、窒素を含有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の基板処理方法。

請求項12

前記第1の膜は、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の基板処理方法。

請求項13

前記第1の膜の下に形成された第3の膜を有し、前記第1の膜をエッチングする工程の後、前記第1の開口部を通じて、前記第3の膜をエッチングする工程を含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の基板処理方法。

請求項14

前記第3の膜をエッチングする工程は、前記基板の温度を−30℃以下に制御する工程を含む、請求項13に記載の基板処理方法。

請求項15

前記第3の膜をエッチングする工程は、第2の処理ガスのプラズマを用いて前記第1の開口部を通じて前記第3の膜をエッチングする、請求項13又は14に記載の基板処理方法。

請求項16

処理容器内にてプラズマを生成するプラズマ生成部と、制御部とを有し、シリコン含有膜である第1の膜と、前記第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜とを有する基板をエッチングする基板処理装置であって、前記制御部は、シリコン含有膜である第1の膜と、前記第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜とを有する基板を準備する工程と、基板の温度を−30°以下に制御する工程と、前記第2の開口部を通じて前記第1の膜をエッチングする工程と、を制御し、前記第1の膜をエッチングする工程では、フロロカーボンガスを含む第1の処理ガスのプラズマを用いて前記第1の膜に形成される第1の開口部の断面の形状が、エッチングが進む程小さくなるように前記第1の膜をテーパ形状に形成する、基板処理装置。

技術分野

0001

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。

背景技術

0002

ウエハ処理における微細化に伴い、ウエハ上に形成する配線線幅コンタクトホールの直径等は小さくなる傾向にある。このため、エッチング対象膜をより微細な線幅やコンタクトホールのパターンエッチングすることのできるプラズマエッチング方法が提案されている。

0003

例えば、特許文献1は、酸化シリコン膜である中間層をエッチングする際、中間層の底部の開口部の寸法を、中間層の上層レジスト層に形成された対応するパターン開口部の寸法よりも小さくすることで、中間層の下層有機膜層を細くエッチングすることを提案している。

先行技術

0004

特開2007−005377号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、マスクパターン下地膜であるエッチング対象膜に転写する際、堆積性プリカーサを有する処理ガスを用いてパターンに堆積物を付着させながらエッチングすると、マスクの開口の上部に付着した堆積物により、マスクの開口の間口が閉塞する恐れがある。

0006

本開示は、マスクの開口部を閉塞させずに、マスクの下地膜をシュリンクさせることができる。

課題を解決するための手段

0007

本開示の一の態様によれば、シリコン含有膜である第1の膜と、前記第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜とを有する基板を準備する工程と、基板の温度を−30°以下に制御する工程と、前記第2の開口部を通じて前記第1の膜をエッチングする工程と、を含み、前記第1の膜をエッチングする工程は、フロロカーボンガスを含む第1の処理ガスのプラズマを用いて前記第1の膜に形成される第1の開口部の断面の形状が、エッチングが進む程小さくなるように前記第1の膜をテーパ形状に形成する、基板処理方法が提供される。

発明の効果

0008

一の側面によれば、エッチングにより形成される膜の開口部を閉塞させずに、開口部の幅を小さくすることができる

図面の簡単な説明

0009

一実施形態に係る基板処理装置の一例を示す断面模式図
一実施形態に係る積層構造1に対するエッチング工程の概要を示す図。
一実施形態に係る積層構造1の各層に対するエッチング工程を順に示す図。
一実施形態に係るエッチング工程の結果の一例を比較例と比較して示す図。
一実施形態に係るエッチング工程におけるH2の添加量と開口閉塞との関係を示す図。
一実施形態に係るエッチング工程に用いるガス種堆積状態を模式的に示した図。
一実施形態に係るエッチング工程における表面反応について説明するための図。
一実施形態に係る基板処理方法の一例を示すフローチャート
一実施形態に係る積層構造2の各層に対するエッチング工程を順に示す図。
一実施形態に係る積層構造3の各層に対するエッチング工程を順に示す図。

実施例

0010

以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

0011

[基板処理装置]
一実施形態に係る基板処理装置1について、図1を用いて説明する。図1は、一実施形態に係る基板処理装置1の一例を示す断面模式図である。

0012

基板処理装置1は、処理容器10を備える。処理容器10は、その中に内部空間10sを提供する。処理容器10は処理容器本体12を含む。処理容器本体12は、略円筒形状を有する。処理容器本体12は、例えばアルミニウムから形成される。処理容器本体12の内壁面上には、耐腐食性を有する膜が設けられている。当該膜は、酸化アルミニウム酸化イットリウムなどのセラミックであってよい。

0013

処理容器本体12の側壁には、通路12pが形成されている。基板Wは、通路12pを通して内部空間10sと処理容器10の外部との間で搬送される。通路12pは、処理容器本体12の側壁に沿って設けられるゲートバルブ12gにより開閉される。

0014

処理容器本体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る。支持部13は、略円筒形状を有する。支持部13は、内部空間10sの中で、処理容器本体12の底部から上方に延在している。支持部13は、上部に載置台14を有する。載置台14は、内部空間10sの中において、基板Wを支持するように構成されている。

0015

載置台14は、下部電極18及び静電チャック20を有する。載置台14は、電極プレート16を更に有し得る。電極プレート16は、アルミニウムなどの導体から形成され、略円盤形状を有する。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、アルミニウムなどの導体から形成されて、略円盤形状を有する。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。

0016

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の上面に基板Wが載置される。静電チャック20は、本体及び電極を有する。静電チャック20の本体は、略円盤形状を有し、誘電体から形成される。静電チャック20の電極は、膜状の電極であり、静電チャック20の本体内に設けられている。静電チャック20の電極は、スイッチ20sを介して直流電源20pに接続されている。静電チャック20の電極に直流電源20pからの直流電圧印加されると、静電チャック20と基板Wとの間に静電引力が発生する。その静電引力により、基板Wが静電チャック20に保持される。

0017

下部電極18の周縁部上には、基板Wのエッジを囲むように、エッジリング25が配置される。エッジリング25はフォーカスリングとも呼ばれる。エッジリング25は、基板Wに対するプラズマ処理の面内均一性を向上させる。エッジリング25は、シリコン炭化シリコン又は石英などから形成され得る。

0018

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、処理容器10の外部に設けられているチラーユニット(図示しない)から配管22aを介して冷却媒体が供給される。流路18fに供給されたブライン等の冷却媒体は、配管22bを介してチラーユニットに戻される。基板処理装置1では、静電チャック20上に載置された基板Wの温度が、冷却媒体と下部電極18との熱交換により、調整される。なお、チラーユニットから供給される冷却媒体は、下部電極18を冷やすだけでなく、下部電極18を温める温度調整用媒体としても機能し得る。また、静電チャック20(もしくは下部電極18)に設けられた温度センサー(図示しない)の値が所定の温度になるように、チラーユニットによって冷却媒体(温度調整用の媒体)の温度が調整される。

0019

基板処理装置1には、ガス供給ライン24が設けられている。ガス供給ライン24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の上面と基板Wの裏面との間に供給する。

0020

基板処理装置1は、上部電極30を更に備える。上部電極30は、載置台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、処理容器本体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る。上部電極30と部材32は、処理容器本体12の上部開口を閉じている。

0021

上部電極30は、天板34及び支持体36を含み得る。天板34の下面は、内部空間10sの側の下面であり、内部空間10sを画成する。天板34は、発生するジュール熱の少ない低抵抗導電体又は半導体から形成され得る。天板34は、天板34をその板厚方向に貫通する複数のガス吐出孔34aを有する。

0022

支持体36は、天板34を着脱自在に支持する。支持体36は、アルミニウムなどの導電性材料から形成される。支持体36の内部には、ガス拡散室36aが設けられている。支持体36は、ガス拡散室36aから下方に延びる複数のガス孔36bを有する。複数のガス孔36bは、複数のガス吐出孔34aにそれぞれ連通している。支持体36には、ガス導入口36cが形成されている。ガス導入口36cは、ガス拡散室36aに接続している。ガス導入口36cには、ガス供給管38が接続されている。

0023

ガス供給管38には、バルブ群42、流量制御器群44、及びガスソース群40が接続されている。ガスソース群40、バルブ群42、及び流量制御器群44は、ガス供給部を構成している。ガスソース群40は、複数のガスソースを含む。バルブ群42は、複数の開閉バルブを含む。流量制御器群44は、複数の流量制御器を含む。流量制御器群44の複数の流量制御器の各々は、マスフローコントローラ又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の各々は、バルブ群42の対応の開閉バルブ、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。

0024

基板処理装置1では、処理容器本体12の内壁面及び支持部13の外周に沿って、シールド46が着脱自在に設けられている。シールド46は、処理容器本体12に反応生成物が付着することを防止する。シールド46は、例えば、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜を形成することにより構成される。耐腐食性を有する膜は、酸化イットリウムなどのセラミックから形成され得る。

0025

支持部13と処理容器本体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、アルミニウムから形成された母材の表面に耐腐食性を有する膜(酸化イットリウムなどの膜)を形成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、且つ、処理容器本体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、圧力調整弁及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを含む。

0026

基板処理装置1は、第1の高周波電源62及び第2の高周波電源64を備えている。第1の高周波電源62は、第1の高周波電力(以下、「HFパワー」ともいう。)を発生する電源である。第1の高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。第1の高周波電力の周波数は、27MHz〜100MHzの範囲内の周波数であり、例えば40MHzであってもよい。第1の高周波電源62は、整合器66及び電極プレート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負荷側(下部電極18側)のインピーダンス整合させるための回路を有する。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。第1の高周波電源62は、一例のプラズマ生成部を構成している。

0027

第2の高周波電源64は、第2の高周波電力(以下、「LFパワー」ともいう。)を発生する電源である。第2の高周波電力は、第1の高周波電力の周波数よりも低い周波数を有する。第1の高周波電力と共に第2の高周波電力が用いられる場合には、第2の高周波電力は基板Wにイオン引き込むためのバイアス電圧用の高周波電力として用いられる。第2の高周波電力の周波数は、例えば400kHz〜13.56MHzの範囲内の周波数であり、例えば13.56MHzであってもよい。第2の高周波電源64は、整合器68及び電極プレート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)のインピーダンスを整合させるための回路を有する。

0028

なお、第1の高周波電力を用いずに、第2の高周波電力を用いて、即ち、単一の高周波電力のみを用いてプラズマを生成してもよい。この場合には、第2の高周波電力の周波数は、13.56MHzよりも大きな周波数、例えば40MHzであってもよい。また、この場合、第2の高周波電源64は一例のプラズマ生成部を構成し、基板処理装置1は、第1の高周波電源62及び整合器66を備えなくてもよい。

0029

基板処理装置1においてガスが、ガス供給部から内部空間10sに供給されて、プラズマを生成する。また、第1の高周波電力及び/又は第2の高周波電力が供給されることにより、上部電極30と下部電極18との間で高周波電界が生成される。生成された高周波電界によりガスからプラズマが生成される。

0030

基板処理装置1は、電源70を備えている。電源70は、上部電極30に接続されている。電源70は内部空間10s内に存在する正イオンを天板34に引き込むための直流電圧を、上部電極30に印加する。上部電極30に印加する直流電圧は、−1000V以上、0V以下である。

0031

基板処理装置1は、制御部80を更に備え得る。制御部80は、プロセッサメモリなどの記憶部、入力装置表示装置、信号の入出力インターフェイス等を備えるコンピュータであり得る。制御部80は、基板処理装置1の各部を制御する。制御部80では、入力装置を用いて、オペレータが基板処理装置1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、基板処理装置1の稼働状況可視化して表示することができる。さらに、記憶部には、制御プログラム及びレシピデータが格納されている。制御プログラムは、基板処理装置1で各種処理を実行するために、プロセッサによって実行される。プロセッサが、制御プログラムを実行し、レシピデータに従って基板処理装置1の各部を制御する。

0032

[積層構造1を有するウエハをエッチング]
次に、かかる構成の基板処理装置1を用いたウエハWのエッチング処理について、図2及び図3を参照して説明する。図2は、一実施形態に係るエッチング処理を積層構造1に施すときの概要を示す図である。図3は、図2(a)に示した積層構造1の各層へのエッチング工程の一例を示す図である。

0033

図2(a)及び図3(a)に、エッチング処理を施すウエハW上の積層構造1を示す。積層構造1は、ウエハW上に形成された複数膜の構造の一例である。図2(a)に示すように、積層構造1では、シリコン基板90の上に、下から順に、シリコン窒化膜91、シリコン酸化膜92、有機膜93、シリコン含有反射防止膜94、フォトレジスト95が積層される。図3(a)では、シリコン窒化膜91が積層されていないが、シリコン窒化膜91はあってもなくてもよい。

0034

フォトレジスト95、シリコン含有反射防止膜94、有機膜93は、マスクとして機能し得る。フォトレジスト95は、第2の開口部96を有する。第2の開口部96は、フォトレジスト95の上面から見て規則的に配列され、リソグラフィー工程によってパターンニングされる。シリコン含有反射防止膜94は、フォトレジスト95をマスクとしてエッチングされ、これにより、シリコン含有反射防止膜94に第1の開口部97が形成される。シリコン含有反射防止膜94は、シリコン含有膜である第1の膜の一例である。フォトレジスト95は、第1の膜の上に形成され、第2の開口部を有する第2の膜の一例である。

0035

第1の膜であるシリコン含有膜の一例としては、炭化水素などの有機物を含むシリコン酸化膜であってよい。また、SiONのような窒化酸化シリコン膜でもよい。これらは、リソグラフィー工程でフォトレジスト95に露光パターンとして第2の開口部96を形成する際、反射防止膜材料として用いられる。

0036

有機膜93は、スピンオンカーボン(spin on carbon)によりシリコン酸化膜92上に形成されたコーティング膜である。また、有機膜93は、シリコン酸化膜92上に化学気相成長CVD:Chemical Vapor Deposition)法によって堆積したアモルファスカーボンでもよい。有機膜93、シリコン含有反射防止膜94、フォトレジスト95は、マスクとして機能し、シリコン酸化膜92をエッチングする際、エッチングした凹部の底部においてシリコン窒化膜91が露出するまでシリコン酸化膜92をエッチングする。

0037

まず、シリコン含有反射防止膜94を、フォトレジスト95の第2の開口部96を通してエッチングされる。シリコン含有反射防止膜94のエッチング時のプロセス条件を以下に示す。
<シリコン含有反射防止膜94のエッチング時のプロセス条件>
圧力 50mT(6.67Pa)
HFパワー/LFパワー300W/300W
ガス種CF4、H2(H2添加なし、、CF4:H2=25:3又は25:6の割合でH2添加の3種類を実験
ウエハ温度可変

0038

なお、供給されたCF4ガス、およびCF4ガスとH2ガス混合ガスは第1の処理ガスの一例である。CF4ガスにSF6ガス又はNF3ガスといったF含有ガスを添加してもよい。

0039

なお、ウエハ温度は、チラーユニットよって所定の温度に調整された静電チャック20の温度が、静電チャック20の表面および伝熱ガスを介してウエハに伝熱されることにより調整される。しかしながら、ウエハはプラズマ励起用の第1高周波電力によって生成されるプラズマに曝され、プラズマからの光やバイアス電圧用の第2高周波電力によって引き込まれたイオンがウエハに照射されるため、ウエハの温度、特にウエハのプラズマに面した表面温度は、調整された静電チャック20の温度より高くなる場合がある。また、温度調整された対向電極チャンバー側壁からの輻射熱によっても、ウエハの温度が上昇する場合がある。そのため、エッチング処理中の実際のウエハの温度を測定することが出来る、もしくは、プロセス条件から静電チャック20の調整温度と実際のウエハの表面温度の温度差が推測出来るならば、予め定められた温度範囲でウエハの温度を調整するために静電チャック20の調整温度の設定を下げてもよい。なお、第1高周波電力および第2高周波電力の出力が小さい条件など、静電チャック20の調整温度と実際のウエハの表面温度の温度差が小さいと推測されるならば、ウエハ温度と静電チャック20の温度は同等と見做してもよい。

0040

シリコン含有反射防止膜94のエッチング後、有機膜93を、シリコン含有反射防止膜94をマスクとしてエッチングする。有機膜93のエッチング時のプロセス条件を以下に示す。

0041

<有機膜93のエッチング時のプロセス条件>
圧力 15mT(2.00Pa)
HFパワー/LFパワー100W/750W
ガス種N2、H2
ウエハ温度可変
なお、以下の説明において「極低温」とは−30℃以下の温度をいい、「常温」とは0℃以上の温度をいう。また、供給されたN2ガスとH2ガスの混合ガスは第2の処理ガスの一例である。第2の処理ガスの他の例として、O2ガス、O2ガスとCO2ガスの混合ガス、O2ガスとSO2ガスの混合ガス、O2ガスとCOSガスの混合ガス等を使用してもよい。

0042

有機膜93のエッチングは、必ずしも極低温で行う必要はなく、常温で行ってもよいが、極低温環境にすることで量産性及びさらなるエッチング時においてCD値のシュリンクの効果を得られる。このため、ウエハ温度は極低温に制御することが好ましい。なお、有機膜93のエッチング時のガス種は、N2ガスとH2ガスの混合ガスに限られず、O2ガスとCO2ガスの混合ガス、O2ガスとSO2ガスの混合ガス、O2ガスとCOSガスの混合ガス等を使用してもよい。

0043

有機膜93のエッチング後、シリコン酸化膜92を、有機膜93をマスクとしてエッチングする。シリコン酸化膜92のエッチング時のプロセス条件を以下に示す。
<シリコン酸化膜92のエッチング時のプロセス条件>
圧力 25mT(3.33Pa)
HFパワー/LFパワー0W/800W
ガス種CF4、H2
ウエハ温度−45℃

0044

シリコン酸化膜92のエッチングは、必ずしも極低温で行う必要はなく、常温で行ってもよい。ただし、極低温環境にすることでエッチング時に生じた反応生成物がエッチングしたシリコン酸化膜92の内壁に付着することによる保護効果が得られ、シリコン酸化膜92の側壁でのエッチングを抑制することができる。このため、ウエハ温度は極低温に制御することが好ましい。シリコン酸化膜92のエッチング形状垂直形状に維持しやすい。このため、エッチング形状のシュリンクの効果を得られるため、極低温行うことが好ましい。なお、シリコン酸化膜92のエッチング時のガス種は、これに限られず、C4F6ガスとO2ガスとArガスの混合ガス、C4F8ガスとO2ガスとArガスの混合ガス等を使用してもよい。

0045

以上のプロセス条件に従い、シリコン含有反射防止膜94→有機膜93→シリコン酸化膜92とエッチングした結果の一例を図2(b)に示す。図2(b)の横軸は、シリコン含有反射防止膜94及び有機膜93のエッチング時のウエハ温度を示す。図2(b)の縦軸は、シリコン窒化膜91が露出するまでシリコン酸化膜92をエッチングした後、更にアッシングによって有機膜93を除去した後の、枠内に示すシリコン酸化膜92の上端の開口部の幅を示すCD(以下「TOP CD」ともいう。)値を示す(図2(a)参照)。

0046

図2(b)に示すAは、シリコン含有反射防止膜94のエッチング工程においてCF4ガスのみ供給し、H2ガスを添加しなかった場合のTOPCD値を示す。Bは、シリコン含有反射防止膜94のエッチング時にCF4ガスにH2ガスをCF4:H2=25:3の比で添加した場合のTOP CD値を示す。Cは、シリコン含有反射防止膜94のエッチング時にCF4ガスにH2ガスをCF4:H2=25:6の比で添加した場合のTOP CD値を示す。

0047

図2(b)に示す結果によれば、破線で示す枠S内の−30℃以下の領域「以下、「極低温領域」ともいう。)において、CD値が約13nm以下になり、常温でエッチングしたときよりもTOP CD値がシュリンクしている。具体的には、図2(a)に示すように、フォトレジスト95の第2の開口部96の幅であるCD値が28nmであったのに対して、TOP CD値は、Aに示すCF4にH2を添加しなかった場合、13.5nm以下となった。つまり、シリコン含有反射防止膜94のエッチング工程において、極低温領域でCF4ガスを含むガス(以下、「第1の処理ガス」ともいう。)を供給することで、TOP CD値をシュリンクさせることができた。

0048

更に、Bに示すCF4にH2を添加した場合、極低温領域においてTOPCD値は10nm未満となった。以上から、シリコン含有反射防止膜94のエッチング工程においてCF4にH2を添加した場合、CF4にH2を添加しなかった場合と比較して顕著にTOP CD値をシュリンクできることがわかった。

0049

これにより、図3(a)の初期状態から図3(b)に示すシリコン含有反射防止膜94をエッチングする工程では、CF4ガスを含む第1の処理ガスのプラズマを用い、ウエハ温度を−30℃以下に制御する。そして、第2の開口部96を通じてシリコン含有反射防止膜94をエッチングする。

0050

これにより、図3(b)に示すように、シリコン含有反射防止膜94に形成される第1の開口部97のCD値が、エッチングが進む程小さくなるようにシリコン含有反射防止膜94の断面をテーパ形状に形成する。つまり、シリコン含有反射防止膜94の第1の開口部97の、フォトレジスト95とは反対側のサイズが、フォトレジスト95側の第1の開口部97のサイズよりも小さくなるように、シリコン含有反射防止膜94の断面をテーパ形状に形成する。これにより、シリコン酸化膜92のエッチングにおけるTOP CD値を、フォトレジスト95の第2の開口部26のCD値の半分以下にシュリンクでき、シュリンクした凹部にスモールコンタクトを形成できる。更に、第1の処理ガスにH2ガスを含めて供給することで、CF4にH2を添加しなかった場合と比較して、シリコン含有反射防止膜94の第1の開口部97の断面の傾斜をより大きくして、さらにTOP CD値をシュリンクさせる効果を高めることができる。

0051

また、シリコン含有反射防止膜94のエッチング時にCF4にH2を添加しなかった場合及びCF4にH2をCF4:H2=25:3の比で添加した場合のいずれも、図3(c)に示すように、シリコン含有反射防止膜94の第1の開口部97は閉塞しなかった。更に図3(d)に示すシリコン酸化膜92を、有機膜93に形成された開口部98を通してエッチングする工程において、開口部98の間口を閉塞させずにシリコン窒化膜91が露出するまでシリコン酸化膜92をエッチングすることができた。ただし、CF4にH2をCF4:H2=25:6の比で添加した場合、極低温環境においてCD値が小さくなる方向に大きく変動し、シリコン酸化膜92の上端に開口部が形成されなかったため、図2(b)には極低温環境におけるCD値を示すことができなかった。

0052

図4は、一実施形態に係るエッチング工程の結果の一例を比較例と比較して示す図である。図4(a)は、積層構造1の本実施形態に係る各エッチング工程を実行し、図3(d)に示す有機膜93をアッシングにより除去した後のシリコン酸化膜92に形成されたホール99の上面図の一例を示す。図4(b)は、積層構造1の比較例にかかる各エッチング工程を実行し、シリコン酸化膜92に形成されたホール109の上面図の一例を示す。

0053

比較例にかかる積層構造1のシリコン含有反射防止膜94のエッチング工程では、ウエハ温度を−45℃、0℃、30℃にそれぞれ制御し、CHF3ガスとCF4ガスとを供給した点で、CF4ガス又はCF4ガスとH2ガスとを供給した本実施形態と異なる。有機膜93及びシリコン酸化膜92のエッチング工程におけるプロセス条件は、本実施形態に係る対応する有機膜93及びシリコン酸化膜92のエッチング工程のプロセス条件と同じである。

0054

比較例のエッチング工程を実行した結果、ウエハ温度が0℃及び30℃の場合、シリコン酸化膜92のTOPCD値が10nm程度までシュリンク出来ているものの、ホール109の開口部が規則的に配列されておらず、一部のホール109がシリコン酸化膜92に形成されていない形状(ブラインド)が見られた。すなわち、レジストマスク95にパターンニングされた第2の開口部と同じパターンにシリコン酸化膜92がエッチングされていないことを示す。これは、シリコン含有反射防止膜94のエッチング時に生成される反応生成物によって一部のマスクが閉塞したことによるものと考えられる。また、ウエハ温度が−45℃の場合、エッチング時に生成される反応生成物の量が更に増え、シリコン酸化膜92上に形成されるはずのホール109が全く無い状態となった。

0055

これに対して、本実施形態にかかるエッチング工程を実行した結果、ウエハ温度が0℃及び30℃の場合、ホール99の開口部は規則的に配列され、ブラインドは見られなかった。ただし、CF4ガスにH2ガスを添加してもTOPCD値が10nm以下にならず、シュリンク量限界があった。一方、ウエハ温度が−45℃の場合、ホール99のブラインドを回避し、シリコン酸化膜92のTOP CD値を10nmよりも小さくしつつ、レジストマスク95にパターンニングされた第2の開口部と同じパターンにシリコン酸化膜92をエッチングすることができた。

0056

以上から、フォトレジスト95の第2の開口部96を閉塞させずに、シリコン含有反射防止膜94をシュリンクさせるためには、シリコン含有反射防止膜94をエッチングする工程では、ウエハ温度を−30℃以下の極低温に制御する必要がある。一方、有機膜93をエッチングする工程及びシリコン酸化膜92エッチングする工程では、ウエハ温度を必ずしも極低温にする必要はなく、−30℃以下の極低温でも、−30℃以上であってもよい。ただし、上述したように、有機膜93をエッチングする工程及びシリコン酸化膜92エッチングする工程においても、ウエハ温度を極低温に制御することが好ましい。

0057

[H2の添加量]
次に、H2ガスの添加量について、図5を参照しながら説明する。図5は、一実施形態に係るエッチング工程におけるH2の添加量と開口の間口の閉塞との関係を示す図である。図5の横軸は、ウエハ温度を示し、図5の縦軸は、シリコン含有反射防止膜94のエッチング工程においてCF4ガスとH2ガスの総流量(total flow)に対するH2ガスの流量比を示す。

0058

図5のEは、CDのシュリンク且つブラインドが無い場合、つまり、シリコン酸化膜92にシュリンクしたCDのホール99が規則的に配列されて形成されている状態を示す。一方、図5のFは、CDのシュリンクをしつつもブラインドがある場合、つまり、シリコン酸化膜92にシュリンクしたCDのホール99が形成されつつも規則的に配列されておらず、1つ以上のホール99が形成されていない箇所がある、もしくは全面的にホール99が形成されていない状態を示す。

0059

図5に示す結果によれば、CF4ガス及びH2ガスの総流量(第1の処理ガスの総流量)に対するH2ガスの流量比であるH2ガスの分圧比率をy(%)とし、ウエハ温度をxとしたとき、以下の関係式(1)を満たす流量のH2ガスを第1の処理ガスに含ませる。
0≦y≦0.0078×x2−0.3938×x+11.877・・・(1)
これにより、第1の処理ガスにH2ガスを添加していくことで、CDシュリンクの効果をアシストすることができるとともに、シリコン酸化膜92に一部もしくは全面的に形成されていない箇所を生じることなく、レジストマスク95にパターンニングされた第2の開口部と同じく規則的に配列されたホール99を形成することができる。

0060

[ガスと堆積状態]
次に、一実施形態に係るエッチング工程に用いるガス種とエッチング工程における堆積物の堆積状態との関係について、図6及び図7を参照しながら説明する。図6は、一実施形態に係るエッチング工程に用いるガス種と堆積物の堆積状態を模式的に示した図である。図7は、一実施形態に係るエッチング工程における表面反応について説明するための図である。

0061

まず、図6を参照すると、上段のCF4ガスの場合及び下段のCHF3ガスの場合について、エッチングにより生成した反応生成物の堆積状態を、−45℃の極低温のときと0℃の常温のときに分けて示す。

0062

一般にCHxFyガスの堆積性として低いものから、CF4<CHF3<CH2F2<CH3Fと考えられている。この序列を決定しているのは、各分子解離様式及び解離によって生成するラジカル対象膜への付着係数である。

0063

一例として、CF4ガスとCHF3ガスの解離によりCFxラジカルを生させるために必要なエネルギーは次のとおりである。

0064

CF4ガスからCFラジカル、CF2ラジカル、CF3ラジカルを生成するには、22eV、19eV、14.6eVがそれぞれ必要である。一方、CHF3ガスからCFラジカル、CF2ラジカル、CF3ラジカルを生成するには、17eV、14eV、13.8eVがそれぞれ必要である。つまり、同一のHFパワー及びLFパワーが印加される条件では、CF4ガスを用いた方が生成するラジカル中のCFラジカルの比率が小さくなることが分かる。

0065

よって、CHF3ガスを用いた場合、CF4ガスを用いた場合よりCFラジカルの比率が高くなる。CFラジカルはCF2ラジカル、CF3ラジカルと比べて一桁以上付着確率が大きいため、図6の下段に示すように、常温においてもCHF3ガスを用いた場合膜の上部に堆積物110が付き易い。極低温領域では、さらに反応生成物の量が多くなるため、の上部の堆積物110の量が増えて閉塞(クロッギング)が発生するリスクが高まる。逆に、CF4ガスを用いた場合、CHF3ガスを用いた場合よりもCFラジカルの比率が低くなるため、膜の上部に堆積物110が付き難く、クロッギングが生じ難い。

0066

以上から、CF4ガスは、付着係数が小さく、常温でCF4ガスを使用するとプラズマ中には堆積に寄与しないラジカルしか生じない。このため、図6の上段に示すように、常温でCF4ガスを使用すると、膜に反応生成物がほぼ付着しない。一方、−45℃の極低音でCF4ガスを使用すると、ようやく反応生成物が堆積し始め、第2の開口部96の内壁及び膜の上部に堆積物110がコンフォーマルに薄く堆積する。このとき、CF4ガスのように付着係数が小さいガスは、比較的膜の上部に付き難く、底部に付き易い。よって、クロッギングは生じ難い。

0067

このようにCF4ガスの単一ガスでは反応生成物の堆積性が小さいため、本実施形態にかかるシリコン含有反射防止膜94のエッチングでは、CF4ガスにH2ガスを添加することで堆積性を高めることが好ましい。これにより、CHF3ガスに近いガスの性質を有するようになり、この結果、図6の下段に示すCHF3ガスを用いてエッチングを行った場合と同様に、常温においても堆積物110が付着するようになる。更に、極低温では堆積物110の堆積量が多くなる。

0068

ただし、極低温領域において添加するH2ガスの量が多くなり過ぎると、図5に示したようにCDシュリンクNGの状態(図5のF)、つまり、クロッギングが生じるリスクが高くなる。この結果、図6の下段の極低温の欄の堆積物110の形状のようにホールの閉塞が発生するリスクが高くなる。

0069

次に、シリコン含有反射防止膜94の側壁に堆積する堆積物110について、図7を参照しながら説明する。図7に示すシリコン含有反射防止膜94の側面は、エッチングに生成される反応生成物等の堆積物110が堆積することによりテーパ形状になる。より詳しくは、図7に示す堆積物110にはエッチング時に生成された反応生成物と、プラズマに含まれるラジカルとが含まれる。この2つの物質が堆積することにより、シリコン含有反射防止膜94の側壁がテーパ形状になるテーパエッチングが促進される。ただし、テーパエッチングは、堆積物110がシリコン含有反射防止膜94に堆積する場合に促進されるが、揮発する場合には促進されない。そして、堆積物110がシリコン含有反射防止膜94に堆積するか、揮発するかは、エッチングに寄与するガス種毎蒸気圧曲線にて定まり、温度に依存する。

0070

CF4ガスを含む第1の処理ガスからプラズマが生成されると、プラズマ中のCF2*(ラジカル)やCF2+(イオン)がシリコン含有反射防止膜94のエッチングを促進させる。このときの化学反応式は以下である。

0071

SiO2+2×CF2→SiF4+2CO
SiO−R+CF2→SiFx−R+CO
ここで、SiO−Rは有機物を含むシリコン含有膜の一例であり、SiFx−Rは有機物を含むシリコン含有膜をエッチングしたときの反応生成物の一例である。

0072

以上の化学反応の結果、反応生成物SiFx−Rが側壁に付着して堆積物110となる。蒸気圧曲線によれば図7の右に示す常温ではSiFx−Rは揮発するが、図7の左に示す極低温ではSiFx−Rは堆積する。SiF4及びCOは、常温及び極低温のいずれにおいても揮発する。

0073

以上から、CF4ガスを含む第1の処理ガスを供給してシリコン含有反射防止膜94をエッチングする場合、シリコン含有反射防止膜94をテーパ形状にするためには、−30℃以下の極低温にする必要がある。これにより、堆積物110をシリコン含有膜の側壁に堆積させることができる。

0074

以上では、シリコン含有反射防止膜94をエッチングする工程において、供給する第1の処理ガスとして、CF4ガス又はCF4ガスとH2ガスとの混合ガスを挙げて説明した。ただし、第1の処理ガスは、これに限られず、フロロカーボンガスが含まれるガスであればよい。さらに、第1の処理ガスは、フロロカーボンガスと水素ガスが含まれるガスであることが好ましい。

0075

フロロカーボンガスは、y/x>3を満たすCxFyガスであってもよい。また、フロロカーボンガスは、プラズマによって解離したときに前駆体(プリカーサ)としてのCF2の生成量が、他の前駆体の生成量よりも多くなるガスであることが好ましい。フロロカーボンガスは、C2F4ガス、C3F4ガス及びC2F6ガスのいずれかであってもよいし、CF4ガスであってもよい。

0076

また、本実施形態では、シリコン含有膜である第1の膜の一例として、シリコン含有反射防止膜94を例に挙げたが、これに限らない。第1の膜は、更に有機物を含有してもよいし、有機含有シリコン酸化膜であってもよい。

0077

[エッチング工程]
以上に説明した本実施形態に係るエッチング工程を含む基板処理方法について、図8を参照しながら説明する。図8は、一実施形態に係るエッチング工程を含む基板処理方法の一例を示すフローチャートである。本処理は、制御部80により制御される。

0078

まず、制御部80は、下からエッチング対象膜(第4の膜)の一例であるシリコン酸化膜92、第3の膜の一例である有機膜93、第1の膜の一例であるシリコン含有膜94、第2の膜の一例であるフォトレジスト95の順に積層されたウエハWを用意する。つまり、上記のウエハWを処理容器10内に搬入し、静電チャック20に吸着保持して準備する(ステップS1)。第2の膜(フォトレジスト95)、第1の膜(シリコン含有膜94)、第1の膜(有機膜93)は、マスクとして機能する。

0079

次に、制御部80は、ウエハ温度を−30℃以下に設定する(ステップS2)。ウエハ温度は、チラーユニットから図1に示す配管22a、22bを介して流路18fに流される冷却媒体の温度を制御して−30℃以下の所定温度に設定される。

0080

次に、制御部80は、CF4ガスとH2ガスとの混合ガスを処理容器10内に供給する(ステップS3)。H2ガスの流量は、式(1)により定められる。次に、制御部80は、HFパワー及びLFパワーを下部電極18に印加し、プラズマ生成部が生成したプラズマにより、第2の膜の第2の開口部96を通じて第1の膜をエッチングする(ステップS4)。本実施形態では、フォトレジスト95の第2の開口部96を通じてシリコン含有膜94がテーパ形状にエッチングされる。

0081

次に、制御部80は、第1の膜のエッチングを終了した後、N2ガスとH2ガスとの混合ガスを処理容器10内に供給する(ステップS5)。

0082

次に、制御部80は、HFパワー及びLFパワーを下部電極18に印加し、プラズマ生成部が生成したプラズマにより、第1の膜に形成された第1の開口部97を通じて、第3の膜をエッチングする(ステップS6)。本実施形態では、シリコン含有膜94に形成された第1の開口部97を通じて、有機膜93がエッチングされる。

0083

次に、制御部80は、第1の膜のエッチングを終了した後、CF4ガスとH2ガスとの混合ガスを処理容器10内に供給する(ステップS7)。そして、HFパワー及びLFパワーを下部電極18に印加し、プラズマ生成部が生成したプラズマにより、第3の膜に形成された開口部98を通じて、第4の膜をエッチングする(ステップS8)。本実施形態では、有機膜93に形成された開口部98を通じて、下地膜であるシリコン酸化膜92がエッチングされる。

0084

次に、制御部80は、第3の膜をアッシングする(ステップS9)。これにより、シリコン酸化膜92をエッチングする際にマスクとして機能した有機膜93が除去される。次に、シリコン酸化膜92に形成されたホールに金属を埋め込む(ステップS10)。これにより、シリコン含有膜94の第1の開口部97によりCD値がシュリンクされたホールに金属を埋め込むことにより、CD値が10nmよりも小さい、例えば6nm程度のスモールコンタクトを形成することができる。

0085

[積層構造2を有するウエハをエッチング]
次に、本実施形態に係るエッチング工程を含む基板処理方法を、積層構造2を有するウエハWに利用する例について、図9を参照しながら説明する。図9は、一実施形態に係る積層構造2の各層に対するエッチング工程を順に示す図である。

0086

積層構造2を有するウエハWに対して本実施形態に係るエッチング工程である図9(b)〜図9(f)を実行する。その後、かかるエッチング工程によりシュリンクされたホールに金属配線を埋め込む工程を実行する。本実施形態に係るエッチング工程を含む基板処理方法の全工程を行った結果の状態を図9(g)に示す。

0087

図9(b)〜図9(f)のエッチング工程について具体的に説明する。図9(b)に示すように、積層構造2のシリコン基板100には不純物がドープされた不純物層101が形成され、不純物層101に隣接してゲート102が形成されている。不純物層101及びゲート102には、保護膜として機能するシリコン窒化膜103がコーティングされている。シリコン窒化膜103の上部には、シリコン酸化膜104bとシリコン酸化膜104aとが中間層のシリコン窒化膜107を挟んで形成されている。シリコン酸化膜104aの上にはマスク層106が形成されている。マスク層106の最上層には第2の開口部105が形成されている。

0088

図9(b)に示す初期状態の積層構造2において、シリコン窒化膜107は、シリコン含有膜である第1の膜の一例である。シリコン酸化膜104a及びマスク層106は、第1の膜の上に形成され、第2の開口部105を有する第2の膜の一例である。シリコン窒化膜107の下のシリコン酸化膜104bは、第1の膜の下に形成された第3の膜の一例である。

0089

積層構造2の場合、図8に示す一実施形態に係る基板処理方法が開始されると、制御部80は、積層構造2の第1の膜〜第3の膜を有するウエハWを準備する。次に、図9(c)及び(d)に示すように、制御部80は、N2ガスとH2ガスとの混合ガスを供給し、、第2の開口部105を通してマスク層106をエッチングし、次にCF4ガスとH2ガスとの混合ガスを供給し、シリコン酸化膜104aをエッチングする。その後、シリコン窒化膜107をテーパ形状にエッチングする。

0090

シリコン窒化膜107をテーパ形状にエッチングする工程では、制御部80は、ウエハの温度を−20℃以下に設定する。次に、制御部80は、CF4ガスとH2ガスとの混合ガスを処理容器10内に供給する。次に、制御部80は、HFパワー及びLFパワーを下部電極18に印加する。

0091

次に、制御部80は、プラズマ生成部が生成したプラズマにより、シリコン窒化膜107をエッチングする。このエッチング工程では、SiN(シリコン窒化膜107)と、供給したCF4ガス及びH2ガスとの化学反応により、ケイフッ化アンモニウム((NH4)2SiF6)の反応生成物が堆積物110になり、テーパ形状のエッチングが形成される。このようにしてテーパエッチングを行いたい箇所にシリコン窒化膜107を形成し、CD値をシュリンクさせる。

0092

次に、図9(e)に示すように、制御部80は、CF4ガスとH2ガスとの混合ガスを供給し、シリコン窒化膜107に形成されたテーパ形状の第1の開口部を通してシリコン酸化膜104bをシリコン窒化膜103が露出するまでエッチングする。このとき、ウエハ温度を−30℃以下に制御することが好ましい。これにより、ウエハを−30℃以下に冷却した状態でCF4ガスとH2ガスのプラズマによりエッチングすることでホールに垂直形状のエッチングを施すことができる。これにより、ゲート102とホールとの間に所定以上の距離を保つことができる。なお、供給されたCF4ガスとH2ガスは第2の処理ガスの一例である。第2の処理ガスの他の例として、C4F8ガスとO2ガスとArとの混合ガス、C4F6ガスとO2ガスとArとの混合ガス等を使用してもよい。続いて、制御部80は、CH2F2ガスとO2ガスとArとの混合ガスを供給し、シリコン窒化膜103を不純物層101が露出するまでエッチングする。

0093

次に、図9(f)に示すように、制御部80は、O2ガスもしくはN2ガスとH2ガスとの混合ガスを供給し、マスク層106をアッシングにより除去する。次に、図9(g)に示すように、制御部80は、エッチングされたホールに金属を埋め込み、配線層111を形成する。なお、マスク層106を除去する工程は、エッチングと同じ装置でなくても構わず、別装置である高温プラズマアッシング装置によって行ってもよく、ウェット洗浄によって剥離除去されてもよい。

0094

図9(a)に示すように、本実施形態に係るエッチング工程を実行することで形成されたホールのCD値は、ホール上部のCD値であるCD1よりもホール下部のCD値であるCD2が小さくなっており、エッチング工程においてホールがシュリンクされている。これにより、ゲート102とホールの間の距離Qを確保できる。

0095

以上に説明したエッチング工程を含む基板処理方法によれば、エッチングされたホールの上端のCD値は、ゲート102付近のホールのCD値よりも大きい。なお、ホールの上端のCD値は、隣接配線により制限される。

0096

例えば、シリコン酸化膜104a、104bのエッチングを、シリコン窒化膜107のエッチングにおけるプロセス条件と同一プロセス条件により行い、テーパエッチングを実行する。そうすると、図9(a)に示すようにホールのテーパ部分広がり、ゲート102とホールの間の距離を確保できない場合がある。

0097

そこで、本実施形態に係るエッチング工程では、−20℃以下の極低温化で、水素フッ素とが存在するプラズマで、中間層であるシリコン窒化膜107のみをテーパエッチングする。これにより、シリコン窒化膜107のエッチングにおいてケイフッ化アンモニウムが生成され、シリコン窒化膜107の表面に付着して堆積物110を形成する。この結果、シリコン窒化膜107をテーパ形状にエッチングできる。その後のエッチングは垂直形状になるようにプロセス条件を変える。

0098

このように、シリコン窒化膜107を中間層として、シリコン窒化膜107にケイフッ化アンモニウムを堆積させ、テーパのエッチングを形成する。これにより、図9(g)に示すように、ゲート102とホールとの距離Qを所定以上離すことができる。

0099

なお、積層構造2の中間層としてシリコン窒化膜を用いたが、エッチングにおいてケイフッ化アンモニウムが生成されるならば、これに限定されない。例えば、SiONといった窒化酸化シリコン膜などのように窒素を含有するシリコン膜であれば同様な効果が期待できる。

0100

[積層構造3を有するウエハをエッチング]
次に、本実施形態に係るエッチング工程を含む基板処理方法を、積層構造3を有するウエハWに利用する例について、図10を参照しながら説明する。図10は、一実施形態に係る積層構造3の各層に対するエッチング工程を順に示す図である。

0101

図10(a)に示すように、積層構造3は、Low−k膜122の底部にゲート120及びゲート120を囲む保護膜としてのシリコン窒化膜121が形成されている。Low−k膜122は同一膜であるが、説明の便宜上、Low−k膜122a、122b、122cの3つの層に分けて説明する。Low−k膜122bは、テーパ形状にエッチングする第1の膜の一例である。Low−k膜122aは、第2の開口部124を有する第2の膜の一例である。Low−k膜122cは、第1の膜の下地膜となる第3の膜の一例である。Low−k膜122aの上部にはマスク123が形成されている。

0102

積層構造3においても、制御部80は、C4F8ガスとArガスとN2ガスとの混合ガスを供給し、Low−k膜122aをエッチングする。次に、制御部80は、Low−k膜122bのエッチング工程のときのみ、CF4ガスとH2ガスを供給し、ウエハ温度を−30℃以下の極低温に設定し、HFパワー及びLFパワーを印加してエッチングを行う。これにより、Low−k膜122bがテーパ形状にエッチングされ、図10(b)に示すように、エッチング中に堆積物110が堆積し、Low−k膜122bの上端のCD値に対して、Low−k膜122bの下端(底部)のCD値を小さくすることができる。次に、制御部80は、再びC4F8ガスとArガスとN2ガスとの混合ガスを供給し、Low−k膜122cをエッチングする。これにより、Low−k膜122cが垂直にエッチングされ、図10(c)に示すように、ゲート120とホールとの距離Pを所定以上離すことができる。なお、Low−k膜122cをエッチングする時に供給されたC4F8ガスとArガスとN2ガスとの混合ガスは第2の処理ガスの一例である。

0103

以上に説明したように、本実施形態に係るエッチング処理方法によれば、積層構造1〜3において、エッチングにより形成される膜の開口部を閉塞させずに、開口部のCD値を小さくすることができる。

0104

なお、テーパエッチングが施される第1の膜は、図10のLow−k膜122を一例とする低誘電率膜であってもよいし、図2及び図3のシリコン含有反射防止膜94を一例とする反射防止膜であってもよい。また、第1の膜は、図9のシリコン窒化膜107を一例とするように、窒素を含有してもよい。第1の膜は、窒化シリコン膜又は窒化酸化シリコン膜であってもよい。

0105

第1の膜のエッチング時、極低温に設定する際のウエハ温度は、−30℃以下であればよい。下限値は特に限定されるものではないが、例えば装置構成上の制約から−60℃以上であってもよい。

0106

第1の膜の下に形成された第3の膜を、第1の膜のエッチング工程の後、第1の膜に形成された第1の開口部を通じてエッチングする工程では、ウエハ温度を−30℃以下に制御することが好ましいが、これに限られない。

0107

第3の膜をエッチングする工程は、第2の処理ガスのプラズマを用いて第1の開口部を通じて第3の膜をエッチングしてもよい。

0108

第3の膜をエッチングする工程は、第1の膜をエッチングする工程にて設定されるウエハ温度(第1の温度)と同じでもよいし、異なってもよい。

0109

なお、第1の膜をテーパ形状にエッチングする際のVDC(セルフバイアス)は制御性の観点から例えば2000Vである。

0110

今回開示された一実施形態に係る基板処理方法及び基板処理装置は、すべての点において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、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で他の構成も取り得ることができ、また、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。

0111

本開示の基板処理装置は、Atomic Layer Deposition(ALD)装置、Capacitively Coupled Plasma(CCP),Inductively Coupled Plasma(ICP),Radial Line Slot Antenna(RLSA), Electron Cyclotron Resonance Plasma(ECR),Helicon Wave Plasma(HWP)のいずれのタイプの装置でも適用可能である。

0112

W基板
1基板処理装置
10処理容器
10s 内部空間
14 載置台
30 上部電極
32 部材
34天板
36支持体
38ガス供給管
40ガスソース群
42バルブ群
44流量制御器群
46シールド
48バッフルプレート
80 制御部
92シリコン酸化膜
93有機膜
94シリコン含有反射防止膜
95フォトレジスト
96、105、124 第2の開口部
97 第1の開口部
110 堆積物

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