(57)【要約】【課題】エッチング対象を適切にエッチングするエッチング処理方法およびエッチング処理装置を提供する。【解決手段】エッチング処理方法は、化合物を準備することと、その化合物が存在する環境でエッチング対象をエッチングすることとを備えている。エッチング対象をエッチングすることは、そのエッチング対象が窒化ケイ素ＳｉＮを含有するときに、水素Ｈおよびフッ素Ｆが存在する環境でそのエッチング対象をエッチングする工程を含み、そのエッチング対象がケイ素Ｓｉを含有するときに、窒素Ｎ、水素Ｈおよびフッ素Ｆが存在する環境でそのエッチング対象をエッチングする工程を含んでいる。その化合物は、フッ化水素ＨＦより強い酸の陰イオンを構成する元素を含み、または、アンモニアＮＨ３より強い塩基の陽イオンを構成する元素を含んでいる。【選択図】図１０
2020115538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物を準備することと、
前記化合物が存在する環境でエッチング対象をエッチングすることとを備え、
前記エッチング対象をエッチングすることは、
前記エッチング対象が窒化ケイ素ＳｉＮを含有するときに、水素Ｈおよびフッ素Ｆが存在する環境で前記エッチング対象をエッチングする工程を含み、
前記エッチング対象がケイ素Ｓｉを含有するときに、窒素Ｎ、水素Ｈおよびフッ素Ｆが存在する環境で前記エッチング対象をエッチングする工程を含み、
前記化合物は、フッ化水素ＨＦより強い酸の陰イオンを構成する元素を含み、または、アンモニアＮＨ３より強い塩基の陽イオンを構成する元素を含む
エッチング処理方法。
【請求項２】
化合物を準備することと、
前記化合物が存在する環境でエッチング対象をエッチングすることとを備え、
前記エッチング対象をエッチングすることは、
前記エッチング対象が窒化ケイ素ＳｉＮを含有するときに、水素Ｈおよびフッ素Ｆが存在する環境で前記エッチング対象をエッチングする工程を含み、
前記エッチング対象がケイ素Ｓｉを含有するときに、窒素Ｎ、水素Ｈおよびフッ素Ｆが存在する環境で前記エッチング対象をエッチングする工程を含み、
前記化合物は、塩素Ｃｌと臭素Ｂｒとヨウ素Ｉとからなる集合から選択される少なくとも１つのハロゲン元素を含む
エッチング処理方法。
【請求項３】
前記エッチング対象は、前記化合物を含有する処理ガスが充填される処理空間でエッチングされる
請求項２に記載のエッチング処理方法。
【請求項４】
前記化合物は、前記少なくとも１つのハロゲン元素として、塩素Ｃｌを含む
請求項３に記載のエッチング処理方法。
【請求項５】
前記化合物は、塩素Ｃｌ２である
請求項４に記載のエッチング処理方法。
【請求項６】
前記化合物は、塩素Ｃｌ２よりも塩素基の価数が多い塩素化合物である
請求項４に記載のエッチング処理方法。
【請求項７】
前記塩素化合物は、
四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４とトリクロロシランＳｉＨＣｌ３とヘキサクロロジシランＳｉ２Ｃｌ６と四塩化炭素ＣＣｌ４とクロロホルムＣＨＣｌ３と三塩化ホウ素ＢＣｌ３と三塩化リンＰＣｌ３と五塩化リンＰＣｌ５と塩化ホスホリルＰＯＣｌ３と三塩化窒素ＮＣｌ３とからなる集合から選択される少なくとも１つの塩素化合物である
請求項６に記載のエッチング処理方法。
【請求項８】
前記化合物は、塩素Ｃｌ２よりも塩素ラジカル又は塩素イオンを解離させるための解離エネルギーが低い塩素化合物である
請求項４に記載のエッチング処理方法。
【請求項９】
前記塩素化合物は、
塩化水素ＨＣｌとジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２とジクロロメタンＣＨ２Ｃｌ２とクロロメタンＣＨ３Ｃｌと三フッ化塩素ＣｌＦ３と二塩化硫黄Ｓ２Ｃｌ２と塩化チオニルＳＯＣｌ２と塩化スルフリルＳＯ２Ｃｌ２と二塩化カルボニルＣＯＣｌ２と一塩化臭素ＢｒＣｌと一塩化ヨウ素ＩＣｌとからなる集合から選択される少なくとも１つの塩素化合物である
請求項８に記載のエッチング処理方法。
【請求項１０】
前記化合物は、
塩素Ｃｌ２と四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４と臭素ガスＢｒ２とヨウ素ガスＩ２と塩化水素ＨＣｌと臭化水素ＨＢｒとヨウ化水素ＨＩとトリフルオロヨードメタンＣＦ３Ｉと七フッ化ヨウ素ＩＦ７と五フッ化ヨウ素ＩＦ５とジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２とトリクロロシランＳｉＨＣｌ３とヘキサクロロジシランＳｉ２Ｃｌ６と四塩化炭素ＣＣｌ４とクロロホルムＣＨＣｌ３とジクロロメタンＣＨ２Ｃｌ２とクロロメタンＣＨ３Ｃｌと三塩化ホウ素ＢＣｌ３と三塩化リンＰＣｌ３と五塩化リンＰＣｌ５と塩化ホスホリルＰＯＣｌ３と三塩化窒素ＮＣｌ３と三フッ化塩素ＣｌＦ３と二塩化硫黄Ｓ２Ｃｌ２と塩化チオニルＳＯＣｌ２と塩化スルフリルＳＯ２Ｃｌ２と二塩化カルボニルＣＯＣｌ２と一塩化臭素ＢｒＣｌと一塩化ヨウ素ＩＣｌと五フッ化臭素ＢｒＦ５と三フッ化臭素ＢｒＦ３とからなる集合から選択される少なくとも１つのハロゲン化合物である
請求項３に記載のエッチング処理方法。
【請求項１１】
前記化合物は、
塩素Ｃｌと臭素Ｂｒとヨウ素Ｉのうち少なくとも一つが含まれるハロゲン化炭素とハロゲン化シランとハロゲン化ホウ素とハロゲン化硫黄とハロゲン化リンとハロゲン化ホスホリルとハロゲン化チオニルとハロゲン化スルフリルとハロゲン化カルボニルとからなる集合から選択される少なくとも１つのハロゲン化合物である
請求項３に記載のエッチング処理方法。
【請求項１２】
前記エッチング対象は、一対の電極の間に配置され、
前記一対の電極には、
前記処理空間にプラズマを生起する生起用高周波と、
前記プラズマを加速するバイアス用高周波とが印加され、
前記エッチング対象は、前記プラズマによりエッチングされる
請求項３〜請求項１１のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
【請求項１３】
前記エッチング対象の温度は、シリコンを含む反応生成物が揮発する温度より高く、１００℃以下の範囲に含まれる
請求項３〜請求項１２のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
【請求項１４】
前記反応生成物は、ハロゲン化シリコンである、請求項１３に記載のエッチング処理方法。
【請求項１５】
前記エッチング対象は、窒化ケイ素ＳｉＮと二酸化ケイ素ＳｉＯ２とを含有する
請求項３〜請求項１４のいずれか一項に記載のエッチング処理方法。
【請求項１６】
前記エッチング対象は、
窒化ケイ素ＳｉＮを含有する複数の窒化シリコン層と、
二酸化ケイ素ＳｉＯ２を含有する複数のシリコン酸化膜層とが積層されて形成される
請求項１５に記載のエッチング処理方法。
【請求項１７】
エッチング対象がエッチングされる処理空間を形成するチャンバーと、
化合物を含有する処理ガスを前記処理空間に供給するガス供給源とを備え、
前記化合物は、フッ化水素ＨＦより強い酸の陰イオンを構成する元素を含み、または、アンモニアＮＨ３より強い塩基の陽イオンを構成する元素を含む
エッチング処理装置。
【請求項１８】
前記強い酸は、リン酸Ｈ３ＰＯ４と硝酸ＨＮＯ３と酢酸ＡｃＯＨと硫化水素Ｈ２Ｓとを含み、
前記強い塩基は、水酸化セシウムＣｓＯＨと水酸化カリウムＫＯＨと水酸化ナトリウムＮａＯＨと水酸化リチウムＬｉＯＨとピリジンとアニリンとヒドラジンＮ３Ｈ４とを含む
請求項１７に記載のエッチング処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エッチング処理方法およびエッチング処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン酸化膜と窒化シリコン膜とが積層された半導体ウェハに高アスペクト比のホールを低温環境下でエッチングする方法が知られている（特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−２０７８４０号公報
【特許文献２】特開２０１５−７９８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
水素含有ガスを用いて窒化ケイ素ＳｉＮを含有するエッチング対象をエッチングする際に発生する反応生成物が、エッチングの阻害因子となりエッチング時の寸法制御に問題を引き起こす。２００℃以上に加熱することで上記反応生成物を揮発させる手法が公開されているが（特許文献２を参照）、本開示では、加熱することなく上記反応生成物を除去可能なエッチングするエッチング処理方法およびエッチング処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様によるエッチング処理方法は、化合物を準備することと、前記化合物が存在する環境でエッチング対象をエッチングすることとを備えている。エッチング対象をエッチングすることは、そのエッチング対象が窒化ケイ素ＳｉＮを含有するときに、水素Ｈおよびフッ素Ｆが存在する環境でそのエッチング対象をエッチングする工程を含み、そのエッチング対象がケイ素Ｓｉを含有するときに、窒素Ｎ、水素Ｈおよびフッ素Ｆが存在する環境でそのエッチング対象をエッチングする工程を含んでいる。その化合物は、フッ化水素ＨＦより強い酸の陰イオンを構成する元素を含み、または、アンモニアＮＨ３より強い塩基の陽イオンを構成する元素を含んでいる。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、エッチング対象を適切にエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、エッチング処理装置１０の一例を示す縦断面図である。
【図２】図２は、制御装置５１の一例を示す図である。
【図３】図３は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが１５であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。
【図４】図４は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが１６であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。
【図５】図５は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが１７であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。
【図６】図６は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが１９であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。
【図７】図７は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが２０であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。
【図８】図８は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが４７であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。
【図９】図９は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが８５であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハと、比較例２のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハとを比較した比較結果を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例２のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハと、比較例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハとを比較した比較結果を示す図である。
【図１２】図１２は、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面をフッ素Ｆに関してＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。
【図１３】図１３は、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面を窒素Ｎに関してＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。
【図１４】図１４は、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面をフッ素Ｆに関してＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面を窒素Ｎに関してＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。
【図１６】図１６は、比較例４と実施例３と実施例４と実施例５とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面をＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、比較例４と実施例３と実施例６と実施例７とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面をＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。
【図１８】図１８は、比較例５と実施例８と実施例９とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハを比較した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に、開示するエッチング処理方法およびエッチング処理装置の実施例について、図面に基づいて詳細に説明する。
【０００９】
［エッチング処理装置１０の全体構成］
図１は、エッチング処理装置１０の一例を示す縦断面図である。エッチング処理装置１０は、容量結合型プラズマ処理装置であり、チャンバー１と排気装置２とゲートバルブ３とを備えている。チャンバー１は、アルミニウムから形成され、円筒形に形成され、表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されている。チャンバー１は、電気的に接地されている。チャンバー１の内部には、処理空間５が形成されている。チャンバー１は、処理空間５を外部の雰囲気から隔離している。チャンバー１には、排気口６と開口部７とがさらに形成されている。排気口６は、チャンバー１の底面に形成されている。開口部７は、チャンバー１の側壁に形成されている。排気装置２は、排気口６を介してチャンバー１の処理空間５に接続されている。排気装置２は、排気口６を介して処理空間５から気体を排気する。ゲートバルブ３は、開口部７を開放したり、開口部７を閉鎖したりする。
【００１０】
エッチング処理装置１０は、載置台８をさらに備えている。載置台８は、処理空間５に配置され、チャンバー１の底部に設置されている。載置台８は、支持台１１と静電チャック１２とを備えている。支持台１１は、アルミニウムＡｌ、チタンＴｉ、炭化ケイ素ＳｉＣに例示される導体から形成されている。支持台１１は、チャンバー１に支持されている。支持台１１の内部には、冷媒流路１４が形成されている。静電チャック１２は、支持台１１の上側に配置され、支持台１１に支持されている。静電チャック１２は、静電チャック本体１５とチャック電極１６とを備えている。静電チャック本体１５は、絶縁体で形成されている。静電チャック１２は、静電チャック本体１５の内部にチャック電極１６が埋め込まれることにより形成されている。エッチング処理装置１０は、直流電圧源１７をさらに備えている。直流電圧源１７は、チャック電極１６に電気的に接続され、チャック電極１６に直流電流を供給する。
【００１１】
エッチング処理装置１０は、チラー２１と冷媒入口配管２２と冷媒出口配管２３とをさらに備えている。チラー２１は、冷媒入口配管２２と冷媒出口配管２３とを介して冷媒流路１４に接続されている。チラー２１は、冷却水やブラインに例示される冷却媒体を冷却し、その冷却された冷却橋体を、冷媒入口配管２２と冷媒出口配管２３とを介して冷媒流路１４に循環させ、載置台８の静電チャック１２を冷却する。
【００１２】
エッチング処理装置１０は、伝熱ガス供給源２５と伝熱ガス供給ライン２６とをさらに備えている。伝熱ガス供給ライン２６は、一端が静電チャック１２の上面に形成されるように、形成されている。伝熱ガス供給源２５は、ヘリウムガスＨｅやアルゴンガスＡｒに例示される伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン２６に供給し、載置台８に載置されるウェハ２７と静電チャック１２との間に伝熱ガスを供給する。
【００１３】
エッチング処理装置１０は、ガスシャワーヘッド３１とシールドリング３２とをさらに備えている。ガスシャワーヘッド３１は、導体で形成され、円板状に形成されている。ガスシャワーヘッド３１は、載置台８に対向するように、かつ、ガスシャワーヘッド３１の下面に沿う平面が載置台８の上面に沿う平面に対して概ね平行であるように、配置されている。ガスシャワーヘッド３１は、さらに、チャンバー１の天井部に形成される開口を閉塞するように、配置されている。シールドリング３２は、絶縁体から形成され、リング状に形成されている。シールドリング３２は、ガスシャワーヘッド３１の周縁部を被覆している。ガスシャワーヘッド３１は、ガスシャワーヘッド３１とチャンバー１とが絶縁されるように、シールドリング３２を介してチャンバー１に支持されている。ガスシャワーヘッド３１は、電気的に接地されている。なお、ガスシャワーヘッド３１は、可変直流電源が接続されて、所定の直流電圧が印加されてもよい。
【００１４】
ガスシャワーヘッド３１には、センタ側拡散室３３とエッジ側拡散室３４とガス導入口３５と複数のガス供給孔３６とが形成されている。センタ側拡散室３３は、ガスシャワーヘッド３１の内部のうちの中央に形成されている。エッジ側拡散室３４は、ガスシャワーヘッド３１の内部のうちのエッジ側に形成され、ガスシャワーヘッド３１の縁とセンタ側拡散室３３との間に形成されている。ガス導入口３５は、ガスシャワーヘッド３１のうちのセンタ側拡散室３３とエッジ側拡散室３４とより上側に形成され、センタ側拡散室３３とエッジ側拡散室３４とにそれぞれ連通している。複数のガス供給孔３６は、ガスシャワーヘッド３１のうちのセンタ側拡散室３３とエッジ側拡散室３４とより下側に形成され、センタ側拡散室３３とエッジ側拡散室３４とに連通し、処理空間５に連通している。
【００１５】
エッチング処理装置１０は、処理ガス供給源３７をさらに備えている。処理ガス供給源３７は、ガス導入口３５に接続されている。処理ガス供給源３７は、所定の処理ガスをガス導入口３５に供給する。処理ガスは、四フッ化炭素ＣＦ４と水素Ｈ２とが混合された混合ガスを含有している。処理ガスは、さらに、所定の化合物が添加されている。その化合物としては、塩素ガスＣｌ２、四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４、臭化水素ＨＢｒ、ヨウ化水素ＨＩが例示される。なお、四フッ化炭素ＣＦ４は、六フッ化硫黄ＳＦ６、四フッ化硫黄ＳＦ４に置換されてもよい。
【００１６】
載置台８の支持台１１は、下部電極として利用され、ガスシャワーヘッド３１は、上部電極として利用される。エッチング処理装置１０は、電力供給装置４１をさらに備えている。電力供給装置４１は、第１高周波電源４２と第１整合器４３と第２高周波電源４４と第２整合器４５とを備えている。第１高周波電源４２は、第１整合器４３を介して載置台８に接続されている。第１高周波電源４２は、第１周波数（たとえば、４０ＭＨｚ）の第１高周波を所定の電力で載置台８の支持台１１に供給する。第１整合器４３は、第１高周波電源４２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１整合器４３は、処理空間５にプラズマが生成されているときに第１高周波電源４２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
【００１７】
第２高周波電源４４は、第２整合器４５を介して載置台８に接続されている。第２高周波電源４４は、第１周波数よりも低い第２周波数（たとえば、０．３ＭＨｚ）の第２高周波を所定の電力で載置台８に供給する。第２整合器４５は、第２高周波電源４４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２整合器４５は、処理空間５にプラズマが生成されているときに第２高周波電源４４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。なお、本実施形態では、第１高周波と第２高周波とは、載置台８に印加されるが、ガスシャワーヘッド３１に印加されてもよい。
【００１８】
エッチング処理装置１０には、制御装置５１をさらに備えている。図２は、制御装置５１の一例を示す図である。制御装置５１は、コンピュータ９０により実現されている。コンピュータ９０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）９１とＲＡＭ（Random  Access  Memory）９２とＲＯＭ（Read  Only  Memory）９３とを備えている。ＣＰＵ９１は、コンピュータ９０にインストールされているプログラムに基づいて動作し、コンピュータ９０の各部を制御し、エッチング処理装置１０を制御する。ＲＯＭ９３は、コンピュータ９０の起動時にＣＰＵ９１によって実行されるブートプログラムや、コンピュータ９０のハードウェアに依存するプログラムを記録している。
【００１９】
コンピュータ９０は、補助記憶装置９４と通信インターフェイス９５と入出力インターフェイス９６とメディアインターフェイス９７とをさらに備えている。補助記憶装置９４は、ＣＰＵ９１により実行されるプログラムと、当該プログラムにより使用されるデータとを記録する。補助記憶装置９４としては、ＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）、ＳＳＤ（Solid  State  Drive）が例示される。ＣＰＵ９１は、当該プログラムを、補助記憶装置９４から読み出してＲＡＭ９２にロードし、そのロードされたプログラムを実行する。
【００２０】
通信インターフェイス９５は、ＬＡＮ（Local  Area  Network）に例示される通信回線を介してエッチング処理装置１０との間で通信を行う。通信インターフェイス９５は、通信回線を介してエッチング処理装置１０から受信した情報をＣＰＵ９１へ送り、ＣＰＵ９１が生成したデータをエッチング処理装置１０に通信回線を介して送信する。
【００２１】
コンピュータ９０は、キーボードに例示される入力装置と、ディスプレイに例示される出力装置とをさらに備えている。ＣＰＵ９１は、入出力インターフェイス９６を介して、入力装置と出力装置とを制御する。入出力インターフェイス９６は、入力装置を介して入力された信号をＣＰＵ９１に送信し、ＣＰＵ９１により生成されたデータを出力装置に出力する。
【００２２】
メディアインターフェイス９７は、一時的でない有形の記録媒体９８に記録されたプログラムまたはデータを読み取る。記録媒体９８としては、光学記録媒体、光磁気記録媒体、テープ媒体、磁気記録媒体、または半導体メモリが例示される。光学記録媒体としては、ＤＶＤ（Digital  Versatile  Disc）、ＰＤ（Phase  change  rewritable  Disk）が例示される。光磁気記録媒体としては、ＭＯ（Magneto-Optical  disk）が例示される。
【００２３】
ＣＰＵ９１は、メディアインターフェイス９７を介して記録媒体９８から読み取られたプログラムを実行するが、他の例として、通信インターフェイス９５を介して他の装置から取得されたプログラムを実行してもよい。
【００２４】
［エッチング処理方法］
エッチング処理方法は、エッチング処理装置１０を用いて実行される。エッチング処理方法では、まず、制御装置５１は、ゲートバルブ３を制御することにより、開口部７を開放する。被処理体となるウェハ２７は、開口部７が開放されているときに、開口部７を介してチャンバー１の処理空間５に搬入され、載置台８に載置される。制御装置５１は、ウェハ２７が載置台８に載置された後に、直流電圧源１７を制御することにより、チャック電極１６に直流電圧を印加する。ウェハ２７は、直流電圧がチャック電極１６に印加されるときに、クーロン力により静電チャック１２に保持される。制御装置５１は、さらに、ゲートバルブ３を制御することにより、開口部７を閉鎖する。制御装置５１は、開口部７が閉鎖されているときに、排気装置２を制御することにより、処理空間５の雰囲気が所定の真空度になるように、処理空間５から気体を排気する。
【００２５】
制御装置５１は、ウェハ２７が静電チャック１２に保持されているときに、伝熱ガス供給源２５を制御することにより、伝熱ガスを伝熱ガス供給ライン２６に供給し、伝熱ガスを静電チャック１２とウェハ２７との間に供給する。制御装置５１は、さらに、チラー２１を制御することにより、所定の温度に冷却された冷媒を冷媒流路１４に循環させ、静電チャック１２を冷却する。このとき、ウェハ２７は、静電チャック１２とウェハ２７との間に供給される伝熱ガスを介して、静電チャック１２からウェハ２７に伝熱されることにより、ウェハ２７の温度が所定の温度範囲に含まれるように、温度調整される。
【００２６】
制御装置５１は、ウェハ２７の温度が所定の温度に調整されているときに、処理ガス供給源３７を制御することにより、所定の組成の処理ガスをガス導入口４６に供給する。処理ガスは、ガス導入口４６に供給された後に、センタ側拡散室３３とエッジ側拡散室３４とに供給される、センタ側拡散室３３とエッジ側拡散室３４とで拡散される。処理ガスは、センタ側拡散室３３とエッジ側拡散室３４とで拡散された後に、複数のガス供給孔３６を介してチャンバー１の処理空間５にシャワー状に供給され、処理空間５に充填される。
【００２７】
制御装置５１は、第１高周波電源４２と第２高周波電源４４とを制御することにより、プラズマ励起用の第１高周波とバイアス用の第２高周波とを載置台８に供給する。処理空間５には、載置台８に第１高周波が供給されることにより、プラズマが発生し、ラジカルやイオン、光、電子が生成される。プラズマ中のイオンは、載置台８に第２高周波が供給されることにより、ウェハ２７に向かって加速される。ウェハ２７は、処理空間５に発生したプラズマに含まれるラジカルやイオンによりエッチングされる。
【００２８】
制御装置５１は、ウェハ２７がエッチングされた後に、第１高周波電源４２と第２高周波電源４４とを制御することにより、処理空間５に高周波電力が供給されることを停止する。制御装置５１は、さらに、直流電圧源１７を制御することにより、チャック電極１６にウェハ２７の吸着時とは正負が逆の直流電圧を印加する。ウェハ２７は、逆の直流電圧がチャック電極１６に印加されることにより、除電され、静電チャック１２から剥がされる。制御装置５１は、さらに、ゲートバルブ３を制御することにより、開口部７を開放する。ウェハ２７は、静電チャック１２に保持されていない場合で、開口部７が開放されているときに、開口部７を介してチャンバー１の処理空間５から搬出される。
【００２９】
窒化ケイ素ＳｉＮを含有するエッチング対象は、フッ化炭素系のガスを用いてプラズマエッチングされることにより、エッチング対象の表面に改質層が形成されることが知られている。その改質層は、エッチング対象を２００℃程度に加熱することにより、分解または昇華されることが知られている。
【００３０】
既述のエッチング処理方法では、水素Ｈとフッ素Ｆとが存在する雰囲気でウェハ２７がエッチングされる。既述のエッチング処理方法では、ウェハ２７が二酸化ケイ素ＳｉＯ２を含有するときに、次化学反応式に表現される化学反応が進行するものと推定される。
Ｓｉ（ＯＨ）４＋ＨＦ→ＳｉＦ（ＯＨ）３＋Ｈ２Ｏ−０．４０ｅＶ
ＳｉＦ（ＯＨ）３＋ＨＦ→ＳｉＦ２（ＯＨ）２＋Ｈ２Ｏ−０．７８ｅＶ
ＳｉＦ２（ＯＨ）２＋ＨＦ→ＳｉＦ３（ＯＨ）＋Ｈ２Ｏ−１．１１ｅＶ
ＳｉＦ３（ＯＨ）＋ＨＦ→ＳｉＦ４＋Ｈ２Ｏ−１．３８ｅＶ
このような化学反応によれば、水素Ｈとフッ素Ｆとが存在する雰囲気でウェハ２７がエッチングされるときに、四フッ化ケイ素ＳｉＦ４が生成される。四フッ化ケイ素ＳｉＦ４は、揮発性が高い。このため、四フッ化ケイ素ＳｉＦ４は、ウェハ２７が二酸化ケイ素ＳｉＯ２のみから形成されるときに、ウェハ２７がフッ化水素ＨＦによりエッチングされるときに、ウェハ２７の表面に付着し難い。
【００３１】
既述のエッチング処理方法では、ウェハ２７が窒化ケイ素ＳｉＮを含有するときに、次化学反応式に表現される化学反応が進行するものと推定される。
Ｓｉ（ＮＨ２）４＋ＨＦ→ＳｉＦ（ＮＨ２）３＋ＮＨ３−１．０８ｅＶ
ＳｉＦ（ＮＨ２）３＋ＨＦ→ＳｉＦ２（ＮＨ２）２＋ＮＨ３−２．０３ｅＶ
ＳｉＦ２（ＮＨ２）２＋ＨＦ→ＳｉＦ３（ＮＨ２）＋ＮＨ３−２．７７ｅＶ
ＳｉＦ３（ＮＨ２）＋ＨＦ→ＳｉＦ４＋ＮＨ３−３．０４ｅＶ
ＳｉＦ４＋ＨＦ＋ＮＨ３→（ＮＨ４）ＳｉＦ５−３．９０ｅＶ
（ＮＨ４）ＳｉＦ５＋ＨＦ＋ＮＨ３→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６−４．８０ｅＶ
この化学反応に関しても、水素Ｈとフッ素Ｆとが存在する雰囲気で二酸化ケイ素ＳｉＯ２がエッチングされるときと同様に、四フッ化ケイ素ＳｉＦ４が生成される。この化学反応によれば、水素Ｈとフッ素Ｆとが存在する雰囲気でウェハ２７がエッチングされるときに、さらに、アンモニアＮＨ３が生成される。この化学反応によれば、さらに、四フッ化ケイ素ＳｉＦ４とアンモニアＮＨ３とに由来するケイフッ化アンモニウム塩（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（以下で、「塩ＡＦＳ」と記載される。）が生成されるものと推定される。
【００３２】
図３は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７の表面に付着した副生成物をＴＤＳ（Thermal  Desorption  Spectroscopy：昇温脱離ガス分析）分析により質量数ｍ／ｚが１５であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。比較例１のエッチング処理方法では、ウェハ２７が窒化ケイ素ＳｉＮを含有し、以下のプロセス条件で、ウェハ２７をエッチングしている。なお、ＴＤＳ分析は、１枚の未処理のウェハと２枚の処理済みのウェハに関して、合計３回行われた。
処理空間５の圧力  ：８０ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：１００ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：２５００Ｗ（実効）
第２高周波の周波数：４００ｋＨｚ
第２高周波の電力  ：１０００Ｗ
処理ガスの組成    ：ＳＦ６／Ｈ２
ウェハの温度      ：−６０℃
【００３３】
図３のグラフは、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７が２００℃程度に加熱されたときに、質量数ｍ／ｚが１５であるガスがウェハ２７の表面から発生していることを示している。質量数ｍ／ｚが１５であるガスとしては、ＮＨ＋が推定される。このため、図３のグラフは、比較例１のエッチング処理方法によりウェハ２７の表面に付着する副生成物がＮＨ＋を含有している化合物であると推定されることを示している。
【００３４】
図４は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７の表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが１６であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。図４のグラフは、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７が２００℃程度に加熱されたときに、質量数ｍ／ｚが１６であるガスがウェハ２７の表面から発生していることを示している。質量数ｍ／ｚが１６であるガスとしては、ＮＨ２＋が推定される。このため、図４のグラフは、比較例１のエッチング処理方法によりウェハ２７の表面に付着する副生成物がＮＨ２＋を含有している化合物であると推定されることを示している。
【００３５】
図５は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７の表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが１７であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。図５のグラフは、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７が２００℃程度に加熱されたときに、質量数ｍ／ｚが１７であるガスがウェハ２７の表面から発生していることを示している。質量数ｍ／ｚが１７であるガスとしては、ＮＨ３＋が推定される。このため、図５のグラフは、比較例１のエッチング処理方法によりウェハ２７の表面に付着する副生成物がＮＨ３＋を含有している化合物であると推定されることを示している。なお、４００℃付近のピークは、未処理のウェハに関しても観察されることから、基板由来のものと推測される。
【００３６】
図６は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７の表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが１９であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。図６のグラフは、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７が２００℃程度に加熱されたときに、質量数ｍ／ｚが１９であるガスがウェハ２７の表面から発生していることを示している。質量数ｍ／ｚが１９であるガスとしては、Ｆ＋が推定される。このため、図６のグラフは、比較例１のエッチング処理方法によりウェハ２７の表面に付着する副生成物がＦ＋を含有している化合物であると推定されることを示している。
【００３７】
図７は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７の表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが２０であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。図７のグラフは、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７が２００℃程度に加熱されたときに、質量数ｍ／ｚが２０であるガスがウェハ２７の表面から発生していることを示している。質量数ｍ／ｚが２０であるガスとしては、ＨＦ＋が推定される。このため、図７のグラフは、比較例１のエッチング処理方法によりウェハ２７の表面に付着する副生成物がＨＦ＋を含有している化合物であると推定されることを示している。
【００３８】
図８は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７の表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが４７であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。図８のグラフは、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７が２００℃程度に加熱されたときに、質量数ｍ／ｚが４７であるガスがウェハ２７の表面から発生していることを示している。質量数ｍ／ｚが４７であるガスとしては、ＳｉＦ＋が推定される。このため、図８のグラフは、比較例１のエッチング処理方法によりウェハ２７の表面に付着する副生成物がＳｉＦ＋を含有している化合物であると推定されることを示している。
【００３９】
図９は、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７の表面に付着した副生成物をＴＤＳにより質量数ｍ／ｚが８５であるガスに関して分析した結果を示すグラフである。図９のグラフは、比較例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ２７が２００℃程度に加熱されたときに、質量数ｍ／ｚが８５であるガスがウェハ２７の表面から発生していることを示している。質量数ｍ／ｚが８５であるガスとしては、ＳｉＦ３＋が推定される。このため、図９のグラフは、比較例１のエッチング処理方法によりウェハ２７の表面に付着する副生成物がＳｉＦ３＋を含有している化合物であると推定されることを示している。
【００４０】
図３〜図９は、比較例１のエッチング処理方法によりウェハ２７の表面に付着する副生成物がＮＨ＋とＮＨ２＋とＮＨ３＋とＦ＋とＨＦ＋とＳｉＦ＋とＳｉＦ３＋とを含有している化合物であると推定されることを示している。すなわち、図３〜図９は、比較例１のエッチング処理方法により生成される副生成物が塩ＡＦＳであることを示している。
【００４１】
図１０は、実施例１のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ１０１と、比較例２のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ１０２とを比較した比較結果を示す図である。ウェハ１０１は、シリコン基板とシリコン窒化膜とフォトレジストとを備えている。シリコン窒化膜は、窒化ケイ素ＳｉＮから形成されている。シリコン窒化膜は、シリコン基板の一方の表面上に形成されている。フォトレジストは、所定パターンの開口が形成されている。フォトレジストは、シリコン窒化膜がシリコン基板とフォトレジストとの間に挟まれるように、シリコン窒化膜の上に形成されている。
【００４２】
実施例１のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハ１０１をエッチングしている。なお、添加される塩素ガスＣｌ２の流量は、処理ガスの総流量に対する比率で示す。
処理空間５の圧力  ：２５ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：４．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：７ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２／１５％Ｃｌ２
ウェハの温度      ：−６０℃
【００４３】
ウェハ１０２は、ウェハ１０１と同様に形成されている。比較例２のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハ１０２をエッチングしている。すなわち、比較例２のエッチング処理方法では、処理ガスに塩素ガスＣｌ２が添加されておらず、他の条件は、実施例１のエッチング処理方法と同じである。
処理空間５の圧力  ：２５ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：４．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：７ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２
ウェハの温度      ：−６０℃
【００４４】
図１０は、ウェハ１０１の断面を示し、ウェハ１０２の断面を示している。図１０の比較結果は、ウェハ１０１に形成されたエッチング穴１０３の底面の寸法が、ウェハ１０２に形成されたエッチング穴１０４の底面の寸法より大きいことを示している。エッチング穴の開口部の寸法が変わらない場合、エッチング穴の底面の寸法は、大きくなるほど、エッチング穴の断面形状が矩形状に近づくことを表し、小さいほど、エッチング穴の断面形状が先細り形状に近付くことを表している。すなわち、図１０の比較結果は、実施例１のエッチング処理方法が、比較例２のエッチング処理方法と比較して、底面の寸法が大きいエッチング穴を形成することができ、ウェハ１０１をより適切にエッチングすることができることを示している。このことから、図１０の比較結果は、実施例１のエッチング処理方法が、比較例２のエッチング処理方法に比較して、塩ＡＦＳを含むエッチングの副生成物がウェハに付着する量を低減することを示している。
【００４５】
図１１は、実施例２のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ１０５と、比較例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ１０６とを比較した比較結果を示す図である。ウェハ１０５は、ウェハ１０１と同様に形成されている。実施例２のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハ１０５をエッチングしている。
処理空間５の圧力  ：２５ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：４．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：０ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２／１５％Ｃｌ２
ウェハの温度      ：−６０℃
【００４６】
ウェハ１０６は、ウェハ１０１と同様に形成されている。比較例３のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハ１０６をエッチングしている。すなわち、比較例３のエッチング処理方法では、処理ガスに塩素ガスＣｌ２が添加されておらず、他の条件は、実施例２のエッチング処理方法と同じである。
処理空間５の圧力  ：２５ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：４．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：０ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２
ウェハの温度      ：−６０℃
【００４７】
図１１は、ウェハ１０５の断面を示し、ウェハ１０６の断面を示している。図１１の比較結果は、ウェハ１０５に形成されたエッチング穴１０７の内壁面に付着する副生成物の量が、ウェハ１０６に形成されたエッチング穴１０８の内壁面に付着する副生成物の量より少ないことを示している。すなわち、図１１の比較結果は、実施例２のエッチング処理方法が比較例３のエッチング処理方法に比較して、エッチング穴の内壁面に付着する副生成物の量より少なくすることができることを示している。このことから、図１１の比較結果は、実施例２のエッチング処理方法が比較例３のエッチング処理方法に比較して、エッチング穴のベンディングの程度を抑制することができることを示している。
【００４８】
図１２は、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面をフッ素Ｆに関してＸＰＳ（X-ray  Photoelectron  Spectroscopy：X線光電子分光法）分析した結果を示すグラフである。そのウェハは、窒化ケイ素ＳｉＮを含有している。比較例４のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハをエッチングしている。
処理空間５の圧力  ：８０ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：２．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：１ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２
ウェハの温度      ：−７０℃
図１２は、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に所定量のフッ素Ｆが存在していることを示し、フッ素Ｆを含有する所定量の副生成物がウェハの表面に付着していることを示している。
【００４９】
図１３は、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面を窒素Ｎに関してＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。図１３は、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に所定量の窒素Ｎが存在していることを示し、窒素Ｎを含有する所定量の副生成物がウェハの表面に付着していることを示している。
【００５０】
図１４は、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面をフッ素Ｆに関してＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。そのウェハは、比較例４のエッチング処理方法で用いられたウェハと同様に形成され、窒化ケイ素ＳｉＮを含有している。実施例３のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハをエッチングしている。
処理空間５の圧力  ：８０ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：２．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：１ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２／５％Ｃｌ２
ウェハの温度      ：−７０℃
図１４は、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に所定量のフッ素Ｆが存在していることを示し、フッ素Ｆを含有する所定量の副生成物がウェハの表面に付着していることを示している。図１２と図１４とは、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着する副生成物のフッ素Ｆが、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着する副生成物のフッ素Ｆより少ないことを示している。
【００５１】
図１５は、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面を窒素Ｎに関してＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。図１５は、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に所定量の窒素Ｎが存在していることを示し、窒素Ｎを含有する所定量の副生成物がウェハの表面に付着していることを示している。図１３と図１５とは、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着する副生成物の窒素Ｎが、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面に付着する副生成物の窒素Ｎより少ないことを示している。すなわち、図１２と図１３と図１４と図１５とは、実施例３のエッチング処理方法が、比較例４のエッチング処理方法に比較して、ウェハの表面に付着する副生成物の量を低減することができることを示している。なお、図１３と図１５において、３９７ｅＶ付近に見られるピークは、用いたウェハの組成に由来するものと推測される。
【００５２】
塩ＡＦＳは、塩素ガスＣｌ２が入射するときに、次化学反応式により表現される化学反応が進行し、分解され、昇華されるものと推測される。
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６［-2688kJ/mol］＋Ｃｌ２［0kJ/mol］＋７６０kJ/mol（７．８ｅＶ）
→ＮＨ４Ｃｌ［-314kJ/mol］＋ＳｉＦ４↑［-1614kJ/mol］
→ＮＨ３↑［-46kJ/mol］＋ＨＣｌ↑［-92kJ/mol］＋ＳｉＦ４↑［-1614kJ/mol］＋ＳｉＣｌ４↑［-657kJ/mol］
すなわち、既述の実施例のエッチング処理方法は、エッチングにより生成される塩ＡＦＳを分解することにより、ウェハの表面に付着する副生成物の量を低減することができるものと推測される。
【００５３】
実施形態のエッチング処理方法は、塩素ガスＣｌ２を準備することと、塩素ガスＣｌ２が存在する雰囲気でウェハ２７をエッチングすることを備えている。このようなエッチング処理方法は、塩ＡＦＳが分解または昇華される温度（たとえば、２００℃）より低い温度でウェハ２７がエッチングされた場合でも、ウェハ２７に付着する塩ＡＦＳを分解し、ウェハ２７に付着する塩ＡＦＳの量を低減することができる。エッチング処理方法は、ウェハ２７に付着する塩ＡＦＳの量が低減されることにより、ウェハ２７を適切にエッチングすることができる。
【００５４】
なお、塩ＡＦＳが分解されて生じた組成物は、その場にとどまることなく揮発して除去される必要がある。すなわち、塩ＡＦＳが分解することによって生成される成分のうち、比較的蒸気圧が低いＳｉＦ４やＳｉＣｌ４などのハロゲン化シリコンを代表とするシリコンを含む反応生成物が揮発する温度よりもウェハの温度が高いことが望ましい。特に塩ＡＦＳの分解における化学反応が起きるウェハの表面での温度が高いことが望ましい。反応生成物が揮発する温度より高いとは、反応生成物の蒸気圧曲線が示す温度より高いことである。反応生成物に複数の種類が含まれる場合は、高い温度の方が選択される。
【００５５】
ウェハの温度は、所定の温度に冷却された冷媒を循環することによって冷却された静電チャック１２から熱が伝熱ガスを介してウェハに伝達されることにより、調整される。ここで、ウェハがプラズマ励起用の第１高周波電源４２によって発生するプラズマに曝され、プラズマからの光やバイアス用の第２高周波電源４４によって加速されたイオンがウェハに照射されるため、ウェハの温度、特にウェハのプラズマに面した表面温度は、調整された温度より高くなる場合がある。そのため、エッチング処理中の実際のウェハの温度を測定することが出来る、もしくは、プロセス条件からウェハの調整温度と実際のウェハの表面温度との温度差が推測出来るならば、ウェハの表面温度が反応生成物の蒸気圧曲線が示す温度より高い温度になる範囲でウェハの温度を調整するための設定温度を下げてもよい。
【００５６】
また、実施形態のエッチング処理方法では、ウェハ２７は、載置台８の支持台１１とガスシャワーヘッド３１との間に配置されている。このとき、載置台８の支持台１１とガスシャワーヘッド３１とには、処理空間５にプラズマを生起する第１高周波と、プラズマを加速するバイアス用の第２高周波とが印加される。このようなエッチング処理方法は、このようなプラズマによりウェハがエッチングされることにより、高アスペクト比のエッチング穴をウェハに形成することができ、ウェハ２７を適切にエッチングすることができる。
【００５７】
また、実施形態のエッチング処理方法では、ウェハ２７の表面温度が、シリコンを含む反応生成物の蒸気圧曲線が示す温度より高く、１００℃以下の範囲に含まれている。このようなエッチング処理方法は、たとえば、高温で壊れるデバイスがウェハ２７に設けられていた場合でも、ウェハ２７に付着する塩ＡＦＳをウェハ２７から除去することができ、ウェハ２７を適切にエッチングすることができる。
【００５８】
なお、既述の実施例のエッチング処理方法では、ウェハ２７の温度が１００℃以下であるときにウェハ２７がエッチングされているが、ウェハ２７の温度が１００℃以上であるときにウェハ２７がエッチングされてもよい。このような場合も、エッチング処理方法は、ウェハ２７に付着する塩ＡＦＳをウェハ２７から除去することができ、ウェハ２７を適切にエッチングすることができる。
【００５９】
なお、既述の実施例のエッチング処理方法では、窒化ケイ素ＳｉＮを備えるウェハ、もしくは、複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜とが積層された多層膜を備えるウェハがエッチングされるが、このような窒化ケイ素ＳｉＮや多層膜が形成されていないエッチング対象をエッチングしてもよい。エッチング対象としては、窒化ケイ素ＳｉＮと二酸化ケイ素ＳｉＯ２とを含有するもの、窒化炭化ケイ素ＳｉＣＮや窒化酸化ケイ素ＳｉＯＮから形成されるものが例示される。実施形態のエッチング処理方法は、このようなエッチング対象をエッチングする場合も、エッチング対象に付着する塩ＡＦＳの量を低減することができ、エッチング対象を適切にエッチングすることができる。
【００６０】
なお、既述の実施例のエッチング処理方法では、処理ガスに塩素ガスＣｌ２が添加されているが、塩素Ｃｌを含む他の化合物が添加されてもよい。塩素Ｃｌを含む他の化合物は、塩素ガスＣｌ２よりも塩素基の価数が多い塩素化合物である。その塩素化合物としては、四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４が例示される。その塩素化合物としては、さらに、トリクロロシランＳｉＨＣｌ３とヘキサクロロジシランＳｉ２Ｃｌ６と四塩化炭素ＣＣｌ４とクロロホルムＣＨＣｌ３と三塩化ホウ素ＢＣｌ３と三塩化リンＰＣｌ３と五塩化リンＰＣｌ５と塩化ホスホリルＰＯＣｌ３と三塩化窒素ＮＣｌ３とが例示される。また、塩素Ｃｌを含む他の化合物は、塩素ガスＣｌ２よりも塩素ラジカル又は塩素イオンを解離させるための解離エネルギーが低い塩素化合物であってもよい。その塩素化合物としては、塩化水素ＨＣｌとジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２とジクロロメタンＣＨ２Ｃｌ２とクロロメタンＣＨ３Ｃｌと三フッ化塩素ＣｌＦ３と二塩化硫黄Ｓ２Ｃｌ２と塩化チオニルＳＯＣｌ２と塩化スルフリルＳＯ２Ｃｌ２と二塩化カルボニルＣＯＣｌ２と一塩化臭素ＢｒＣｌと一塩化ヨウ素ＩＣｌとが例示される。
【００６１】
図１６は、比較例４と実施例３と実施例４と実施例５とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面をＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。そのウェハは、窒化ケイ素ＳｉＮを含有している。実施例４のエッチング処理方法のプロセス条件は、実施例３のエッチング処理方法のプロセス条件のうちの処理ガスの組成がＣＦ４／Ｈ２／２．５％ＳｉＣｌ４置換され、他の条件が実施例３のエッチング処理方法のプロセス条件と同じである。実施例５のエッチング処理方法のプロセス条件は、実施例３のエッチング処理方法のプロセス条件のうちの処理ガスの組成がＣＦ４／Ｈ２／５％ＳｉＣｌ４に置換され、他の条件が実施例３のエッチング処理方法のプロセス条件と同じである。
【００６２】
図１６のグラフは、実施例４と実施例５とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面のフッ素Ｆの量が、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面のフッ素Ｆの量より少ないことを示している。図１６のグラフは、塩素Ｃｌを含む他の化合物が添加された処理ガスが利用される場合でも、実施形態のエッチング処理方法が、ウェハ２７の表面に付着する塩ＡＦＳの量を低減することができることを示している。すなわち、図１６のグラフは、塩素Ｃｌを含む他の化合物が添加された処理ガスが利用される場合でも、実施形態のエッチング処理方法がウェハ２７を適切にエッチングすることができることを示している。
【００６３】
図１６のグラフは、さらに、実施例４と実施例５とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面のフッ素Ｆの量が、実施例３のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面のフッ素Ｆの量より少ないことを示している。すなわち、図１６のグラフは、四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４が添加された処理ガスが利用される場合に、塩素ガスＣｌ２が添加された処理ガスに比較して、実施形態のエッチング処理方法がエッチング対象を適切にエッチングすることができることを示している。
【００６４】
図１６のグラフは、さらに、実施例５のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面のフッ素Ｆの量が、実施例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面のフッ素Ｆの量より少ないことを示している。すなわち、図１６のグラフは、四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４が処理ガスに添加される量が多いときに、実施形態のエッチング処理方法がエッチング対象の表面に付着する塩ＡＦＳの量をより低減することができることを示している。
【００６５】
図１８は、比較例５と実施例８と実施例９とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ１０９〜１１１を比較した結果を示す図である。比較例５のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ１０９は、シリコン基板と多層膜とフォトレジストとを備えている。多層膜は、複数のシリコン酸化膜と複数のシリコン窒化膜とが交互に積層されることにより形成されている。複数のシリコン酸化膜は、二酸化ケイ素ＳｉＯ２から形成されている。複数のシリコン窒化膜は、窒化ケイ素ＳｉＮから形成されている。多層膜は、シリコン基板の一方の表面上に形成されている。フォトレジストは、所定パターンの開口が形成されている。フォトレジストは、多層膜がシリコン基板とフォトレジストとの間に挟まれるように、多層膜の上に形成されている。比較例５のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハ１０９をエッチングしている。
処理空間５の圧力：２０ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：４．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：５ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２／Ｏ２
ウェハの温度      ：−４０℃
【００６６】
実施例８のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ１１０は、ウェハ１０９と同様に形成されている。実施例８のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハ１１０をエッチングしている。すなわち、実施例８のエッチング処理方法では、処理ガスに塩素ガスＣｌ２が添加されており、他の条件は、比較例５のエッチング処理方法と同じである。
処理空間５の圧力：２０ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：４．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：５ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２／Ｏ２／２％Ｃｌ２
ウェハの温度      ：−４０℃
【００６７】
実施例９のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハ１１１は、ウェハ１０９と同様に形成されている。実施例９のエッチング処理方法では、以下のプロセス条件でウェハ１１１をエッチングしている。すなわち、実施例９のエッチング処理方法では、処理ガスに四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４が添加されており、他の条件は、比較例５のエッチング処理方法と同じである。
処理空間５の圧力：２０ｍＴｏｒｒ
第１高周波の周波数：４０ＭＨｚ
第１高周波の電力  ：４．５ｋＷ
第２高周波の周波数：０．４ＭＨｚ
第２高周波の電力  ：５ｋＷ
処理ガスの組成    ：ＣＦ４／Ｈ２／Ｏ２／１％ＳｉＣｌ４
ウェハの温度      ：−４０℃
【００６８】
図１８は、左側から、ウェハ１０９の断面、ウェハ１１０の断面、ウェハ１１１の断面を示している。図１８の比較結果は、ウェハ１１０に形成されたエッチング穴１１３のベンディングの程度が、ウェハ１０９に形成されたエッチング穴１１２のベンディングの程度よりも抑制されていることを示している。また、図１８の比較結果は、ウェハ１１１に形成されたエッチング穴１１４のベンディングの程度が、ウェハ１０９に形成されたエッチング穴１１２のベンディングの程度よりも抑制されていることを示している。すなわち、図１８の比較結果は、実施例８のエッチング処理方法及び実施例９のエッチング処理方法が比較例５のエッチング処理方法に比較して、エッチング穴のベンディングの程度をより抑制することができることを示している。
【００６９】
図１８の比較結果は、さらに、実施例９のエッチング処理方法で用いられる四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４の量が、実施例８のエッチング処理方法で用いられる塩素ガスＣｌ２の量よりも少ないことを示している。すなわち、図１８の比較結果は、実施例９のエッチング処理方法が実施例８のエッチング処理方法に比較して、処理ガスに添加される塩素化合物の量をより少なくすることができることを示している。このことから、図１８の比較結果は、四塩化ケイ素ＳｉＣｌ４が添加された処理ガスが利用される場合に、塩素ガスＣｌ２が添加された処理ガスに比較して、処理ガスに含まれるエッチャントガスの分圧の低下を抑制することができることを示している。
【００７０】
なお、既述の実施例のエッチング処理方法では、塩素Ｃｌを含む化合物が処理ガスに添加されているが、塩素Ｃｌと異なる他のハロゲン元素を含む分子ガスや化合物が添加されてもよい。そのハロゲン元素としては、臭素Ｂｒとヨウ素Ｉとが例示され、分子ガスとしては、臭素ガスＢｒ２とヨウ素ガスＩ２とが例示され、化合物としては、臭化水素ＨＢｒとヨウ化水素ＨＩとが例示される。化合物としては、さらに、トリフルオロヨードメタンＣＦ３Ｉと七フッ化ヨウ素ＩＦ７と五フッ化ヨウ素ＩＦ５とジクロロシランＳｉＨ２Ｃｌ２とトリクロロシランＳｉＨＣｌ３とヘキサクロロジシランＳｉ２Ｃｌ６と四塩化炭素ＣＣｌ４とクロロホルムＣＨＣｌ３とジクロロメタンＣＨ２Ｃｌ２とクロロメタンＣＨ３Ｃｌと三塩化ホウ素ＢＣｌ３と三塩化リンＰＣｌ３と五塩化リンＰＣｌ５と塩化ホスホリルＰＯＣｌ３と三塩化窒素ＮＣｌ３と三フッ化塩素ＣｌＦ３と二塩化硫黄Ｓ２Ｃｌ２と塩化チオニルＳＯＣｌ２と塩化スルフリルＳＯ２Ｃｌ２と二塩化カルボニルＣＯＣｌ２と一塩化臭素ＢｒＣｌと一塩化ヨウ素ＩＣｌと五フッ化臭素ＢｒＦ５と三フッ化臭素ＢｒＦ３とが例示される。
【００７１】
また、処理ガスに添加される化合物はこれらに限定されるものではなく、ハロゲン元素として塩素Ｃｌと臭素Ｂｒとヨウ素Ｉのうち少なくとも一つのハロゲンが含まれるハロゲン化炭素（ＣＸ４など。Ｘは任意の元素（以下、同様））、ハロゲン化シラン（ＳｉＸ４など）、ハロゲン化ホウ素（ＢＸ３など）、ハロゲン化硫黄（Ｓ２Ｘ２など）、ハロゲン化リン（ＰＸ３など）、ハロゲン化ホスホリル（ＰＯＸ３など）、ハロゲン化チオニル（ＳＯＸ２など）、ハロゲン化スルフリル（ＰＯ２Ｘ２など）、ハロゲン化カルボニル（ＣＯＸ２など）であってよい。例えば、塩素Ｃｌと臭素Ｂｒとヨウ素Ｉのうち少なくとも一つのハロゲンが含まれるハロゲン化炭素として、ＣＨＢｒＣｌＦやＣ２ＨＣｌ２Ｆ３などが挙げられ、ハロゲン化シランとして、ＳｉＣｌＦ３やＳｉＨ３Ｉ、Ｓｉ３Ｃｌ８などが挙げられる。
【００７２】
図１７は、比較例４と実施例３と実施例６と実施例７とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面をＸＰＳ分析した結果を示すグラフである。そのウェハは、窒化ケイ素ＳｉＮを含有している。実施例６のエッチング処理方法のプロセス条件は、実施例３のエッチング処理方法のプロセス条件のうちの処理ガスの組成がＣＦ４／Ｈ２／ＨＢｒに置換され、他の条件が実施例３のエッチング処理方法のプロセス条件と同じである。実施例７のエッチング処理方法のプロセス条件は、実施例３のエッチング処理方法のプロセス条件のうちの処理ガスの組成がＣＦ４／Ｈ２／ＨＩに置換され、他の条件が実施例３のエッチング処理方法のプロセス条件と同じである。
【００７３】
図１７のグラフは、実施例６と実施例７とのエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面のフッ素Ｆの量が、比較例４のエッチング処理方法を用いてエッチングされたウェハの表面のフッ素Ｆの量より少ないことを示している。図１７のグラフは、臭素Ｂｒまたはヨウ素Ｉを含む他の化合物が添加された処理ガスが利用される場合でも、実施形態のエッチング処理方法が、エッチング対象の表面に付着する塩ＡＦＳの量を低減することができることを示している。すなわち、図１７のグラフは、臭素Ｂｒまたはヨウ素Ｉを含む他の化合物が添加された処理ガスが利用される場合でも、実施形態のエッチング処理方法がウェハ２７を適切にエッチングすることができることを示している。
【００７４】
なお、既述のエッチング処理方法では、シリコン窒化膜のようなケイ素Ｓｉと窒素Ｎを含有するエッチング対象がエッチングされているが、窒素Ｎが含有されていないケイ素Ｓｉを含有するエッチング対象がエッチングされてもよい。このようなエッチング対象としては、シリコン酸化膜、シリコンカーバイド、シリコン含有低誘電率膜、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンなどのシリコン含有膜が例示される。このとき、処理ガスは、窒素Ｎを含む化合物がさらに混合されている。その化合物としては、アンモニアＮＨ３、三フッ化窒素ＮＦ３が例示される。この場合も、エッチングの副生成部として塩ＡＦＳが生成される。このため、エッチング処理方法は、塩ＡＦＳを分解することにより、エッチング対象の表面に付着する副生成物の量を低減することができ、エッチング対象を適切にエッチングすることができる。
【００７５】
なお、既述のエッチング処理方法では、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively  Coupled  Plasma)が用いられてウェハ２７がエッチングされるが、他のプラズマが用いられてもよい。プラズマとしては、誘導結合型プラズマ（ＩＣＰ：Inductively  Coupled  Plasma）、ラジアルラインスロットアンテナを用いたプラズマが例示される。プラズマとしては、電子サイクロトロン共鳴プラズマ（ＥＣＲ：Electron  Cyclotron  Resonance  Plasma）、ヘリコン波励起型プラズマ（ＨＷＰ：Helicon  Wave  Plasma）がさらに例示される。
【００７６】
なお、既述の実施例のエッチング処理方法では、プラズマが用いられているが、液体が用いられてもよい。この場合も、エッチング処理方法は、エッチング対象の表面に付着する塩ＡＦＳの量を低減することができ、エッチング対象を適切にエッチングすることができる。
【００７７】
なお、既述の実施例のエッチング処理方法では、エッチング対象がエッチングされる環境にハロゲン元素を含む化合物が添加されているが、ハロゲン元素を含まない化合物が添加されてもよい。その化合物は、フッ化水素ＨＦより強い酸の陰イオン（共役塩基）を構成する元素を含み、または、アンモニアＮＨ３より強い塩基の陽イオン（共役酸）を構成する元素を含んでいる。その強い酸としては、リン酸Ｈ３ＰＯ４、硝酸ＨＮＯ３、酢酸ＡｃＯＨ、硫化水素Ｈ２Ｓが例示される。その強い塩基としては、水酸化セシウムＣｓＯＨ、水酸化カリウムＫＯＨ、水酸化ナトリウムＮａＯＨ、水酸化リチウムＬｉＯＨ、ピリジン、アニリン、ヒドラジンＮ３Ｈ４が例示される。この場合も、エッチング処理方法は、エッチング対象の表面に付着する塩ＡＦＳの量を低減することができ、エッチング対象を適切にエッチングすることができる。
【００７８】
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。
【符号の説明】
【００７９】
１      ：チャンバー
５      ：処理空間
８      ：載置台
１０    ：エッチング処理装置
１１    ：支持台
１２    ：静電チャック
２１    ：チラー
２７    ：ウェハ
３１    ：ガスシャワーヘッド
３７    ：処理ガス供給源
４１    ：電力供給装置
４２    ：第１高周波電源
４４    ：第２高周波電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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