(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素を含有するエッチングガスを真空槽内に導入し、プラズマ生成手段により該エッチングガスをプラズマ化して基板に凹部を形成する第１のエッチング工程と、
前記真空槽内に存在する前記エッチングガスを連続的に減少させながら、フッ化炭素化合物を含有するデポジションガスを前記真空槽内に間欠的に供給し、プラズマ化した前記エッチングガスにより前記凹部のエッチングを進行させつつ、プラズマ化した前記デポジションガスにより少なくとも前記凹部の内側面に保護膜を形成する第２のエッチング工程とを備えることを特徴とするドライエッチング方法。
【請求項２】
前記プラズマ生成手段に高周波電力を供給する高周波電源のインピーダンスと前記真空槽内のプラズマ生成領域を含めたインピーダンスとの整合をとるとともに、
前記第１のエッチング工程及び前記第２のエッチング工程において、希釈ガスを定常的に前記真空槽内に供給する請求項１に記載のドライエッチング方法。
【請求項３】
前記第２のエッチング工程は、前記エッチングガスを充填したエッチングガス供給源からの供給を該エッチングガス供給源と前記真空槽との間に設けられた供給制御部により停止して、前記供給制御部よりも下流の流路に残留した前記エッチングガスを、前記真空槽内の負圧により前記真空槽内に導くことで残留した前記エッチングガスを前記真空槽に供給することを備える請求項１又は２に記載のドライエッチング方法。
【請求項４】
前記第２のエッチング工程は、前記下流の流路に残留しているエッチングガスを、前記供給制御部が前記エッチングガス供給源を遮断している期間に、前記真空槽内を介して前記真空槽の外部に排気すること、及び、前記デポジションガスの供給源から間欠的に供給された前記デポジションガスを、前記供給制御部が前記エッチングガス供給源を遮断している期間に、前記真空槽内を介して前記真空槽の外部に排気することを備える、請求項３に記載のドライエッチング方法。
【請求項５】
シリコン層と該シリコン層上に形成されたマスクとを有する半導体基板に前記シリコン層を貫通する貫通孔を形成する半導体装置の製造方法において、
前記貫通孔を形成する工程は、
フッ素を含有するエッチングガスをプラズマ化して前記半導体基板に凹部を形成する第１のエッチング工程と、
真空槽内に存在する前記エッチングガスを連続的に減少させながら、フッ化炭素化合物を含有するデポジションガスを前記真空槽内に間欠的に供給し、前記プラズマ化した前記エッチングガスにより前記凹部のエッチングを進行させつつ、プラズマ化した前記デポジションガスにより少なくとも前記凹部の内側面に保護膜を形成する第２のエッチング工程と、
前記凹部が前記シリコン層を貫通した際に、前記保護膜を除去して前記貫通孔を形成する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記凹部が前記シリコン層を貫通するまで、前記第１のエッチング工程と前記第２のエッチング工程が交互に複数回繰り返される請求項５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドライエッチング方法及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりフッ素含有ガスを用いて基板に凹部や貫通孔を形成するドライエッチング方法が知られている。フッ素含有ガスをプラズマ化して基板のシリコン層をエッチングする場合、プラズマ中のフッ素ラジカルとシリコンとの反応は自発的であるため、基板の厚み方向にエッチングが進行するだけでなく、基板の厚み方向と略直交する方向にもエッチングが進行して、等方性エッチング形状となりアスペクト比が高い孔が得られないことが知られている。これに対し、従来より孔の内表面に保護膜を形成して等方性エッチングを抑制する方法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。【０００３】
例えば特許文献１では、ＳＦ６ガスによるエッチング工程と、エッチングにより形成した孔の内表面に保護膜を形成する重合工程とを交互に行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表平０７−５０３８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エッチング工程及び重合工程を交互に行う場合、エッチングガス及びデポジションガスを入れ替えねばならず、目的とする深さの孔を得るために工程数が多くなり生産性が低下することがあった。また、多層配線構造のシリコン基板に貫通孔（Ｔhrough  Ｓilicon  Ｖia）を形成する場合、レジストマスクを１回塗布したのみで貫通孔を形成しなければならないことがあり、レジストマスクに対する選択比の向上が要請される。【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、異方性エッチング形状を得るとともに、生産性及び選択比を向上することができるドライエッチング方法及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題点を解決するために、本発明の一側面に従うドライエッチング方法は、フッ素を含有するエッチングガスを真空槽内に導入し、プラズマ生成手段により該エッチングガスをプラズマ化して前記基板に凹部を形成する第１のエッチング工程と、前記真空槽内に存在する前記エッチングガスを連続的に減少させながら、フッ化炭素化合物を含有するデポジションガスを前記真空槽内に間欠的に供給し、プラズマ化した前記エッチングガスにより前記凹部のエッチングを進行させつつ、プラズマ化した前記デポジションガスにより少なくとも前記凹部の内側面に保護膜を形成する第２のエッチング工程とを備える。
【０００８】
上記方法によれば、第１のエッチング工程では、フッ素を含有するエッチングガスをプラズマ化して基板のエッチングを行う。そして、第２のエッチング工程では、エッチングガスを連続的に減少させながら、デポジションガスを真空槽内に供給する。このため、エッチングを進行させつつ、少なくとも凹部の側面に保護膜が形成される。従って、第１のエッチング工程において凹部の側面に形成された保護膜により等方性のエッチングが進行することを抑制し、異方性エッチングを行うとともに、保護膜を形成する第２のエッチング工程においてもエッチングが行われるため、全体としてエッチング速度及びマスク等に対する選択比を向上し、生産性を高めることができる。【００１０】
またデポジションガスはフッ化炭素化合物を有し、第２のエッチング工程の際には、このデポジションガスを間欠的に真空槽内に供給する。このため、真空槽内のデポジションガスが凹部の内表面に堆積する前にフッ素ラジカル等に解離してしまうのを抑制することができる。解離したフッ素ラジカルはエッチングに寄与してしまうため、デポジションガスを速やかに保護膜として凹部の内表面に堆積させることができる。従って強固な保護膜を形成することができる。
【００１１】
一例では、前記プラズマ生成手段に高周波電力を供給する高周波電源のインピーダンスと前記真空槽内のプラズマ生成領域を含めたインピーダンスとの整合をとるとともに、前記第１のエッチング工程及び前記第２のエッチング工程において、希釈ガスを定常的に前記真空槽内に供給する。【００１２】
上記方法によれば、前記第１のエッチング工程及び前記第２のエッチング工程において、希釈ガスを定常的に前記真空槽内に供給する。このため、真空槽内のエッチングガスが連続的に減少したとしても、希釈ガスを定常的に供給することにより、真空槽を含む負荷インピーダンスを安定することができる。このため、インピーダンスの不整合を抑制することができるので、プラズマを安定化することができる。【００１３】
一例では、前記第２のエッチング工程は、前記エッチングガスを充填したエッチングガス供給源からの供給を該エッチングガス供給源と前記真空槽との間に設けられた供給制御部により停止して、前記供給制御部よりも下流の流路に残留した前記エッチングガスを前記真空槽内の負圧により前記真空槽内に導くことで残留した前記エッチングガスを前記真空槽に供給することを備える。【００１４】
上記方法によれば、第２のエッチング工程におけるエッチングガスの供給は、エッチングガス供給源と真空槽との間に設けられた供給制御部によりガスの供給を停止して、供給制御部よりも下流の流路に残留したエッチングガスを真空槽の負圧により真空槽に導くことにより行われる。このため、マスフローコントローラによる流量制御等を必要としないため、工程及び装置の複雑化を抑制することができる。【００１５】
一例では、前記第２のエッチング工程は、前記下流の流路に残留しているエッチングガスを、前記供給制御部が前記エッチングガス供給源を遮断している期間に、前記真空槽内を介して、前記真空槽の外部に排気すること、及び、前記デポジションガスの供給源から間欠的に供給された前記デポジションガスを、前記供給制御部が前記エッチングガス供給源を遮断している期間に、前記真空槽内を介して、前記真空槽の外部に排気することを備える。上記方法によれば、真空槽を排気しながら、残留しているエッチングガスの供給とデポジションガスの供給を行うので、真空槽内部に所望のガス組成を形成することができ、アスペクト比が高い凹部を形成することができる。【００１６】
本発明の別の側面は、シリコン層と該シリコン層上に形成されたマスクとを有する半導体基板に前記シリコン層を貫通する貫通孔を形成する半導体装置の製造方法において、前記貫通孔を形成する工程は、フッ素を含有するエッチングガスをプラズマ化して前記基板
に凹部を形成する第１のエッチング工程と、前記真空槽内に存在する前記エッチングガスを連続的に減少させながら、フッ化炭素化合物を含有するデポジションガスを前記真空槽内に間欠的に供給し、前記プラズマ化した前記エッチングガスにより前記凹部のエッチングを進行させつつ、プラズマ化した前記デポジションガスにより少なくとも前記凹部の内側面に保護膜を形成する第２のエッチング工程と、前記凹部が前記シリコン層を貫通した際に、前記保護膜を除去して前記貫通孔を形成する工程とを備える。
【００１７】
上記方法によれば、第１のエッチング工程では、フッ素を含有するエッチングガスをプラズマ化して基板のエッチングを行う。そして、第２のエッチング工程では、エッチングガスを連続的に減少させながら、デポジションガスを真空槽内に供給する。このため、エッチングを進行させつつ、少なくとも凹部の側面に保護膜が形成される。そして、凹部がシリコン層を貫通すると保護膜を除去して貫通孔とする。従って、第１のエッチング工程において凹部の側面に形成された保護膜により等方性のエッチングが進行することを抑制し、異方性エッチングを行うとともに、保護膜を形成する第２のエッチング工程においてもエッチングが行われるため、全体としてエッチング速度及びマスク等に対する選択比を向上し、生産性を高めることができる。【００１８】
一例では、前記凹部が前記シリコン層を貫通するまで、前記第１のエッチング工程と前記第２のエッチング工程は交互に複数回繰り返される。この方法によれば、アスペクト比が高い貫通孔を比較的厚いシリコン層に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】エッチング装置の概略図。
【図２】（ａ）は基板の模式的部分断面図、（ｂ）〜（ｆ）はエッチング中の基板の模式的部分断面図。
【図３】エッチング方法を説明するためのタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図１に従って説明する。本実施形態のエッチング装置１は、磁石により真空槽内に磁場ゼロとなる磁気中性線を生成するＮＬＤ（Neutral Loop Discharge）プラズマ装置である。
【００２１】
図１に示すように、エッチング装置１は、略有蓋筒状に形成された真空槽１０を有している。真空槽１０は、少なくとも側壁部１０ａ及び上壁部１０ｆが石英等の誘電体で形成されている。また、側壁部１０ａには、隣室からシリコン基板Ｓｂを真空槽内に搬入するための図示しない搬入口が設けられ、この搬入口は図示しないゲートバルブを介して開閉可能となっている。
【００２２】
さらに側壁部１０ａには、真空槽１０内の気体を排気する排気部１０ｂが設けられている。この排気部１０ｂには図示しないターボ分子ポンプ等が接続され、真空槽１０内の流体を所定の真空度に到達するまで排気する。
【００２３】
真空槽１０の下部であって略中央には、シリコン基板Ｓｂを載置するためのステージ１１が設けられている。ステージ１１は導電体からなり、コンデンサ等を含むマッチングボックス１２を介して、ステージ１１に負のバイアスを生成するための第１高周波電源ＲＦ１に接続されている。
【００２４】
また、真空槽１０の例えば上壁部１０ｆには、真空槽１０内に各種ガスを供給するガス供給部１０ｄが形成されている。ガス供給部１０ｄにはガス供給管１５が接続されている。ガス供給管１５には、各種ガスを真空槽１０内に供給するためのガス供給機構１６が設けられている。
【００２５】
本実施形態のガス供給機構１６は、ガス供給源として、希釈ガスを供給する希釈ガス供給源１７と、エッチングガスを供給するエッチングガス供給源１８と、基板Ｓｂに形成された凹部に保護膜を形成するためのデポジションガスを供給するデポジションガス供給源１９とを備える。
【００２６】
本実施形態では、希釈ガス供給源１７には希釈ガスとしてＡｒガスが充填されている。希釈ガス供給源１７は、Ａｒガスを真空槽側に供給する第１供給管２０に接続されている。第１供給管２０は、上記ガス供給管１５に接続されている。第１供給管２０とガス供給管１５との接続部と希釈ガス供給源１７との間には、Ａｒガスの供給を制御する希釈ガス供給バルブ２１と第１マスフローコントローラ２２とが設けられている。第１マスフローコントローラ２２は、流量センサと、該センサの検出結果に基づき流量を制御する流量制御弁とを備え、Ａｒガスの流量を調節する。尚、希釈ガスは、Ａｒガスの他に、Ｘｅガス、Ｋｒガス、Ｎ２を用いてもよい。
【００２７】
エッチングガス供給源１８には、エッチングガスとしてＳＦ６（六フッ化硫黄）ガスが充填されている。エッチングガス供給源１８は、ＳＦ６ガスを真空槽側に供給する第２供給管２３に接続されている。第２供給管２３はガス供給管１５に接続されている。第２供給管２３とガス供給管１５との接続部とエッチングガス供給源１８との間には、ＳＦ６ガスの供給を制御する供給制御部としてのエッチングガス供給バルブ２４と、ＳＦ６ガスの流量を調節する第２マスフローコントローラ２５とが設けられている。尚、エッチングガスは、ＳＦ６ガスの他に、ＮＦ２、Ｆ２、ＳｉＦ４、ＸｅＦ２等の他のフッ素含有ガスを用いてもよい。
【００２８】
また、デポジションガス供給源１９には、デポジションガスとしてＣ４Ｆ８（八フッ化シクロブタン）ガスが充填されている。デポジションガス供給源１９は、Ｃ４Ｆ８ガスを真空槽側に供給する第３供給管２６に接続されている。第３供給管２６はガス供給管１５に接続されている。尚、Ｃ４Ｆ８ガスを供給するデポジションガス供給源１９から第３供給管２６を介して真空槽１０までの流路長は、ＳＦ６ガスを供給するエッチングガス供給源１８から第２供給管２３を介して真空槽１０までの流路長よりも短くなっている。
【００２９】
第３供給管２６とガス供給管１５との接続部と、デポジションガス供給源１９との間には、Ｃ４Ｆ８ガスの供給を制御するデポジションガス供給バルブ２７と、Ｃ４Ｆ８ガスの流量を調節する第３マスフローコントローラ２８とが設けられている。この第３マスフローコントローラ２８は、コントローラ（図示略）の制御により、内蔵する流量制御弁（図示略）を制御して、Ｃ４Ｆ８ガスを所定の間隔で間欠的に供給するようになっている。
【００３０】
ガス供給管１５の途中であって、ガス供給管１５と各供給管２０，２３，２６との接続部と真空槽１０との間には、混合ガスを供給及び供給を停止するバルブ２９と、各供給管２０，２３，２６を介して供給された各ガスを含む混合ガスの流量を調整するマスフローコントローラ３０とを備える。例えば、ＳＦ６ガスを供給してエッチングを行う工程の際には、デポジションガス供給バルブ２７によりＣ４Ｆ８ガスの供給は停止される。そして第１マスフローコントローラ２２によって所定の流量に調整されたＡｒガスと、第２マスフローコントローラ２５によって所定の流量に調整されたＳＦ６ガスとからなる混合ガスが、マスフローコントローラ３０によって混合ガスとしての流量を調整されながら真空槽１０に供給される。また、デポジションガスとしてのＣ４Ｆ８ガスを供給する工程では、エッチングガス供給バルブ２４によりＳＦ６ガスの供給が停止される。そして第１マスフローコントローラ２２によって所定の流量に調整されたＡｒガスと、第３マスフローコントローラ２８によって所定の流量に調整されたＣ４Ｆ８ガスとの混合ガスが、マスフローコントローラ３０によって混合ガスとしての流量を調整されながら真空槽１０に供給される。
【００３１】
真空槽１０の外側には、その側壁部１０ａに沿って環状のアンテナ４１が設けられている。このアンテナ４１は、本実施形態では４重のアンテナであって、マッチングボックス４２を介して第２高周波電源ＲＦ２に電気的に接続されている。マッチングボックス４２は、高周波電源ＲＦ２の内部インピーダンスと真空槽１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとの整合をとるブロッキングコンデンサを有している。また、高周波電源ＲＦ２とマッチングボックス４２との間には、高周波の反射波を検出する検出器４４が設けられている。この検出器４４は、上記ブロッキングコンデンサの容量を調整するために、内部インピーダンスと高周波電圧電流の位相とを検知する。また、アンテナ側から反射されてきた反射波の位相を検知する。そして、反射波の位相をマッチングボックスにフィードバックし、マッチングボックス４２はフィードバック値の変動に基づいて上記ブロッキングコンデンサの容量を調節する。
【００３２】
また、アンテナ４１の外周には磁気コイル群４３が設けられている。磁気コイル群４３は、磁場ゼロとなるいわゆる磁気中性線を生成するためのコイルであって、第１磁気コイル４３ａ、第２磁気コイル４３ｂ、第３磁気コイル４３ｃからなる。これらの各磁気コイル４３ａ〜４３ｃは同一径の環状コイルであって、同軸となるように配置されている。
【００３３】
第１磁気コイル４３ａと第３磁気コイル４３ｃとには、それぞれ同一方向に電流が供給され、中央の第２磁気コイル４３ｂには他の磁気コイル４３ａ，４３ｃと逆方向に電流が供給される。これにより、真空槽１０のプラズマ生成領域内に、磁場がゼロとなる磁気中性線ＮＬが環状に連続して形成される。エッチングガス又はデポジションガスが真空槽１０内に導入された状態でアンテナ４１に高周波電力が供給されると、この磁気中性線ＮＬに沿って高密度のプラズマが生成される。
【００３４】
次に、本実施形態のエッチング方法について、図２〜図３に従って詳述する。図３は各バルブ２４，２７の開閉動作及び真空槽１０内のエッチングガス及びデポジションガスの質量（又は体積）変化を示すチャートである。図３（ａ）はＳＦ６ガスの供給を制御するエッチングガス供給バルブ２４の開閉タイミング、図３（ｂ）は真空槽１０内のＳＦ６ガス量、図３（ｃ）は真空槽１０内の希釈ガス量、図３（ｄ）はＣ４Ｆ８ガスを供給を制御するデポジションガス供給バルブ２７の開閉タイミング、図３（ｅ）は真空槽１０内のＣ４Ｆ８ガス量を示す。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、基板Ｓｂは、層間絶縁膜５１上にシリコン層５２が積層された積層構造を有する。層間絶縁膜５１は、ＳｉＯＣ等の低誘電率材料、いわゆるＬｏｗ−ｋ材料からなる。シリコン層５２の上には、貫通孔の形成領域を露出させる開口部５４を有するマスク５３が形成されている。
【００３６】
まず隣室から基板Ｓｂが真空槽１０に搬入され、ステージ１１に載置される。そして、排気部１０ｂにより真空槽１０内が所定圧に減圧されると、第１のエッチング工程が開始される。具体的には、図３（ａ）に示すように、時間ｔ１にて、エッチングガス供給バルブ２４が開状態とされ、マスフローコントローラ２５により一定の流量で真空槽側にＳＦ６ガスが供給される。図３（ｂ）に示すように、真空槽１０内のＳＦ６ガス量は、真空槽１０内の負圧とエッチングガス供給源１８の正圧とによって、ＳＦ６ガスのプラズマを生成するに足りる目標値である第１エッチングガス量Ｅｆに直ちに到達する。
【００３７】
また、希釈ガス供給バルブ２１が開状態とされて、マスフローコントローラ２２により一定の流量で真空槽１０内にＡｒガスが供給される。図３（ｃ）に示すように、真空槽１０内のＡｒガス量は、真空槽１０内の負圧と希釈ガス供給源１７の正圧とによって、Ａｒガスの目標値である第１希釈ガス量Ａｆに到達する。ＳＦ６ガス及びＡｒガスの供給とともに、上記ターボ分子ポンプが駆動され、真空槽１０内が所定圧になるまで排気されている。
【００３８】
また、第１高周波電源ＲＦ１からステージ１１に高周波電力が供給されて、基板Ｓｂに負のバイアス電圧が印加される。
【００３９】
さらに、真空槽１０の周辺に配置された第１及び第３磁気コイル４３ａ，４３ｃに第１の方向に電流が供給され、第２磁気コイル４３ｂにそれらの磁気コイル４３ａ，４３ｃの電流とは逆方向の第２の方向に電流が供給される。これにより、磁場ゼロとなる環状の磁気中性線ＮＬがプラズマ生成領域内に連続して生成される。
【００４０】
また、第２高周波電源ＲＦ２からアンテナ４１に高周波電力が供給される。高周波が供給されたアンテナ４１は、エッチングガスが充満したプラズマ生成領域内に高周波電場を生成することにより、磁気コイル群４３により生成された磁気中性線ＮＬに沿ってプラズマを生成する。
【００４１】
生成されたプラズマ中のフッ素ラジカルやフッ化硫黄系（ＳＦｘ）の正イオンは、シリコン基板Ｓｂに印加された負のバイアス電圧によって、マスク５３の開口部５４からシリコン層５２に引き込まれる。指向性のないラジカルは等方性の高いエッチングを進行させ、シリコンと反応してＳｉＦｘとなり、基板Ｓｂの表面から脱離する。一方、正イオンは基板Ｓｂの厚み方向にエッチングを進行させて、異方性の高いエッチングを行う。これにより、図２（ｂ）に示すように、基板Ｓｂの厚み方向及び厚み方向に直交する方向（面方向ともいう）にエッチングが進行した凹部５５が形成される。
【００４２】
開始時間ｔ１から所定時間が経過した時間ｔ２において、図３（ｄ）に示すようにデポジションガス供給バルブ２７が開状態とされる。その所定時間は、１回目の第１のエッチング工程において、凹部５５が目標となる深さまでエッチングされるのに要する時間であって、予め測定されているものとする。デポジションガス供給バルブ２７が開状態とされると、デポジションガス供給源１９からＣ４Ｆ８ガスがマスフローコントローラ２８により一定の流量に調節されながら真空槽側へ供給される。
【００４３】
図３（ｅ）に示すように、真空槽内１０のＣ４Ｆ８ガス量は、真空槽１０内の負圧とデポジションガス供給源１９の正圧との圧力差により、デポジションガスの目標値である第１デポジションガス量Ｄｆに直ちに到達する。真空槽１０に導入されたＣ４Ｆ８ガスはプラズマ化され、そのプラズマ中のラジカル種及びイオンは重合して、図２（ｃ）に示すように、凹部５５の内表面５６にフッ化炭素化合物（ＣＦ系）からなる保護膜５７を形成する。
【００４４】
図３（ｄ）に示すように時間ｔ２から数百ミリ秒程度であって１秒以下の所定時間ΔＴ１が経過すると、Ｃ４Ｆ８ガスの供給を制御するデポジションガス供給バルブ２７が閉状態とされ、Ｃ４Ｆ８ガスの供給が停止される。ここで、閉状態とされたバルブ２７よりも下流の第３供給管２６及びガス供給管１５内にＣ４Ｆ８ガスが残留しているが、デポジションガス供給バルブ２７の下流の配管長さは比較的短いため、残留した比較的少量のＣ４Ｆ８ガスは真空槽１０内の負圧により直ちに真空槽１０の下流へ排気される。従って、図３（ｅ）に示すように、真空槽１０内のＣ４Ｆ８ガスはバルブ２７を閉状態とした直後に減少する。
【００４５】
さらに所定時間ΔＴ２が経過するとバルブ２７が開状態とされ、Ｃ４Ｆ８ガスが真空槽側に再び供給される。尚、所定時間ΔＴ２は、バルブ２７を開状態から閉状態とする際の上記所定時間ΔＴ１と同一時間であってもよいし、異なっていてもよい。さらに２回目にバルブ２７が開状態とされてから所定時間ΔＴ１が経過すると、バルブ２７が閉状態とされる。以下、バルブ２７の開閉動作が２回繰り返される。即ち、第２エッチング工程である時間ｔ２から時間ｔ４において、バルブ２７が開状態とされ、所定時間ΔＴ１後に閉状態とされる動作が４回繰り返される。
【００４６】
このようにデポジションガスであるＣ４Ｆ８ガスの供給を間欠的に複数回繰り返すことにより、ＡｒガスによるＣ４Ｆ８ガスの希釈率が高くなり、カーボンリッチな強固な保護膜５７を形成することができる。また、Ｃ４Ｆ８ガスを連続的に供給する場合に比べ、ＡｒガスによるＣ４Ｆ８ガスの希釈率が高くなると、Ｃ４Ｆ８ガスが炭素原子と、フッ素原子又はフッ素ラジカル等とに解離する割合を低減することができる。解離する割合が少なくなれば、解離してエッチングに寄与するフッ素ラジカル等が少なくなるため、保護膜５７の成膜速度が低下するのを抑制することができる。また、Ｃ４Ｆ８ガスを間欠的に供給した場合、フッ素の解離が抑制されイオンが主体のプラズマを生成することができるため、より効率的に保護膜を形成することができる。
【００４７】
一方、開始時間ｔ１から所定時間が経過した時間ｔ３において、デポジションガスの供給が実施されている際に、第１のエッチング工程が終了し、第２のエッチング工程に移行する。尚、第１のエッチング工程は、ＳＦ６ガスによりシリコン層５２を比較的高いエッチング速度でエッチングする工程であり、第２のエッチング工程は、第１のエッチング工程よりも緩やかな速度でエッチングを進行させつつ、保護膜５７を生成する別の工程であって、エッチングの回数を区別したものではない。
【００４８】
詳述すると、第２のエッチング工程では、まず図３（ａ）に示すように、エッチングガス供給バルブ２４が閉状態とされる。これにより、エッチングガス供給源１８からＳＦ６ガスの供給が停止されるが、バルブ２４から下流の第２供給管２３にはＳＦ６ガスが残留しており、第２供給管２３よりも下流のガス供給管１５には、Ａｒガス及びＳＦ６ガスの混合ガスが残留している。また、真空槽１０内にもＳＦ６ガスが残留している。Ｃ４Ｆ８ガスを供給する流路であってデポジションガス供給バルブ２７よりも下流の配管長さに比べ、エッチングガス供給バルブ２４の下流の配管長さは短いため、第２供給管２３及びガス供給管１５に残留していたＳＦ６ガスは、エッチングガス供給源１８からの正圧は印加されないため減圧された真空槽１０の負圧のみにより、真空槽側に吸引される。これにより図３（ｂ）に示すように、真空槽１０内のＳＦ６ガス量は急激に下降するのではなく、連続的且つ曲線的に、緩やかに減少していく。
【００４９】
つまり、第２供給管２３及びガス供給管１５に残留したＳＦ６ガスと、真空槽１０内に残留したＳＦ６ガスにより、バルブ２４を閉状態としても直ちにＳＦ６ガスが完全に排気されるわけではない。従って、Ｃ４Ｆ８ガスによる保護膜５７の形成と同時に、ＳＦ６ガスによるエッチングも、第１のエッチング工程よりはエッチング量は少ないものの緩やかに進行し、次第にそのエッチング速度は低下する。そして、所定時間が経過して、エッチングガス量が第２のエッチングガス量Ｅｕ（＞０）程度に到達すると、第２のエッチング工程を終了する。
【００５０】
尚、第２のエッチング工程の所要時間は、Ａｒガス、ＳＦ６ガス及びＣ４Ｆ８ガスが真空槽１０内に同時に存在した状態で、保護膜５７として必要な厚さのフッ化炭素化合物が凹部５５の内表面５６に堆積するまでに必要な時間を予め測定することにより算出されている。また、バルブ２４から下流の第２供給管２３の内径又は管路長は、第２のエッチング工程に亘って保護膜形成を阻害しない範囲内でのエッチングガスの最大量を予め求め、バルブ２４が閉状態となった際に、ガス供給管１５内及びバルブ２４から下流の第２供給管２３内に、その最大量程度のガス量が残留するように調整されている。
【００５１】
従って時間ｔ１から時間ｔ３の間（第１のエッチング工程）において、ＳＦ６ガス量が第１エッチングガス量Ｅｆであって、比較的多い間は、プラズマ生成領域内のフッ素ラジカルが多く、主に基板Ｓｂのエッチングが進行する。そして、保護膜形成を開始する時間ｔ２から第２のエッチング工程が開始される時間ｔ３までは、保護膜５７の成膜速度は低い状態となる。そして、第２のエッチング工程が開始されると（時間ｔ３）、ＳＦ６ガスが連続的に減少するためフッ素ラジカルも減少し、エッチング速度は小さくなる方向へ変化し、保護膜５７の成膜速度が大きくなる方向へ変化する。さらに第２のエッチング工程が終了する際には（時間ｔ５）、保護膜５７の成膜速度が上昇し、エッチング速度は低下して、保護膜形成が主体となっている。これにより、第２のエッチング工程では、保護膜５７が形成されると同時に、第１エッチング工程のみで形成した凹部５５からさらに深さを増した凹部５５が形成されるとともに、その凹部５５の内面に保護膜５７が形成される。また、第２エッチング工程においてエッチングされた凹部５５の深さの増分は、第１のエッチング工程においてエッチングされた凹部５５の深さの増分よりも小さいが、第２のエッチングを第１のエッチング工程から連続して続けることで、第１及び第２のエッチング全体としてエッチング速度及び選択比を向上し、生産性を向上することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、デポジションガス供給バルブ２７を開状態とした（時間ｔ２）後にエッチングガス供給バルブ２４を閉状態としている（時間ｔ３）。バルブ２４，２７の開閉タイミングのずれは、保護膜５７を形成する過程においてもデポジションガスにエッチングガスを積極的に混合し、緩やかではあるがエッチングを進行させるために生じさせているが、これに限られることなくバルブ２７を開くタイミングとバルブ２４を閉じるタイミングを同時にしてもよい。
【００５３】
上記したように本実施形態では、このようにＳＦ６ガスが徐々に減少する過程で、Ｃ４Ｆ８ガスを間欠的に真空槽１０に供給している。もし、Ｃ４Ｆ８ガスを連続的に供給した場合、マッチングポイントの変動が問題となる。即ち、第２のエッチング工程の際、Ｃ４Ｆ８ガスの導入に伴い、検出器４４は、高周波電源ＲＦ２が出力した高周波電力の反射波の電流電圧をモニタし、その値をマッチングボックス４２にフィードバックする。マッチングボックス４２は、フィードバック値に基づいてブロッキングコンデンサの容量を調節して高周波電力を供給するが、そのブロッキングコンデンサの容量調節が完了した際には、反射波検出時よりもＳＦ６ガスは大きく減少している。このため、各時点で必要とされるマッチングポイントとは、全く異なるマッチングポイントで高周波電力が供給されることとなる。その結果、供給される高周波電力が不安定になるため、プラズマも安定して生成されなくなる。
【００５４】
これに対し、本実施形態のようにＣ４Ｆ８ガスを間欠的に真空槽１０に供給すると、検出器４４からマッチングボックス４２へのフィードバックが、間欠的なＣ４Ｆ８ガスの供給に追従できないため、マッチングが追いつかずブロッキングコンデンサの容量は大きく変化しない。このため、マッチングポイントは若干ずれるものの、Ｃ４Ｆ８ガスを連続的に供給する場合に比べてプラズマが安定しやすい。また、本実施形態では、真空槽１０内のインピーダンスを支配するＡｒガスを一定の導入量で連続的に供給している。従ってＣ４Ｆ８ガスを間欠的に供給させたとしても、真空槽１０内のＡｒガス量がほぼ一定であるため、必要とされるマッチングポイントは、Ｃ４Ｆ８ガスの供給前後で大きく変動することはない。このため、プラズマの安定化を図ることができる。
【００５５】
第２のエッチング工程が完了すると（時間ｔ５）、図２（ｃ）に示すように、凹部５５に保護膜５７が形成される。そして時間ｔ５においては、デポジションガス供給バルブ２７は閉状態とされており、エッチングガス供給バルブ２４が開状態とされ、第１エッチング工程が再び繰り返される（時間ｔ５〜時間ｔ７）。このとき、図２（ｄ）に示すように、凹部５５の内面に形成された保護膜５７もまたエッチングされるが、凹部５５の底面では正イオンの入射効率が高くなり、凹部５５の側面においては正イオンの入射効率が低くなる。或いは、凹部５５の底面においてはエッチング耐性が高いか、厚い膜厚を有する保護膜５７が形成されており、凹部５５の側面においてはエッチング耐性が低いか、薄い膜厚を有する保護膜５７が形成されている。このため、底面に形成された保護膜５７が先に除去されるようになり、側面に形成された保護膜５７が残存しやすくなる。凹部５５の底面において、シリコン層５２のエッチングが再び進行し、保護膜５７が形成された側面においてはシリコン層５２のエッチングが抑制される。これにより、図２（ｄ）に示すように、第１のエッチング工程で形成された凹部５５の側面は保護膜５７で保護され、保護膜５７よりも下方のシリコン層５２は、異方性エッチング及び等方性エッチングが進行して、厚み方向及び面方向に凹部５５が深くなる。
【００５６】
また、時間ｔ５から所定時間が経過すると、デポジションガス供給バルブ２７が開状態となり、上記したようにバルブ２７の開閉動作が４回繰り返され、Ｃ４Ｆ８ガスが間欠的に真空槽内１０に供給される。そして第１のエッチング工程が完了すると、再び第２のエッチング工程が実行され、ＳＦ６ガスの供給を制御するバルブ２４が閉状態とされる。
【００５７】
こうして、第１エッチング工程及び第２エッチング工程を所定回数繰り返すことにより、図２（ｅ）に示すように、シリコン層５２を厚み方向に貫通し、その底部が層間絶縁膜５１に到達する貫通孔５８が形成される。上記したように貫通孔５８を形成するエッチングでは、保護膜５７によりシリコン層５２の等方性エッチングが抑制されるため、異方性エッチング形状が得られる。その後、シリコン層５２に積層されたマスク５３と、貫通孔５８に残存する保護膜５７とが除去されて、貫通孔５８が形成される（図２（ｆ）参照）。
【００５８】
このように本実施形態では、保護膜５７を形成する際にも緩やかなエッチングが進行するため、１回塗布したマスク５３のみでも所望の貫通孔５８を形成することができる。このため、多層配線構造の基板Ｓｂを用いてシリコン貫通ビアを形成する場合でも、レジストマスクに対する選択比を向上することができる。
【００５９】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００６０】
（１）上記実施形態のドライエッチング方法では、基板Ｓｂをエッチングする工程は、真空槽１０内にＳＦ６からなるエッチングガスを導入し、エッチングガスをプラズマ化して基板Ｓｂに凹部５５を形成する第１のエッチング工程を有する。また、真空槽１０内に存在するエッチングガスを連続的に減少させながら、デポジションガスを真空槽１０内に供給し、プラズマ化したエッチングガスにより凹部５５のエッチングを進行させつつ、プラズマ化したデポジションガスにより凹部５５の内表面５６に保護膜５７を形成する第２のエッチング工程を有する。凹部５５の内表面５６に形成された保護膜５７により等方性のエッチングが進行することを抑制して異方性エッチングを行うことができる。また、第２のエッチング工程では、保護膜５７を形成しつつ、緩やかにエッチングが行われる。第１及び第２のエッチング工程全体としてエッチング速度及び選択比を向上し、生産性を高めることができる。
【００６１】
（２）上記実施形態では、Ｃ４Ｆ８からなるデポジションガスを用い、このデポジションガスを間欠的に真空槽１０内に供給する。このため、希釈ガスによるデポジションガスの希釈率が高められるので、カーボンリッチな強固な保護膜５７を形成することができる。また、デポジションガスの希釈率を高めることにより、真空槽１０内のデポジションガスが保護膜５７となる前にフッ素ラジカル等に解離してしまうのを抑制することができる。従ってエッチングに寄与するフッ素ラジカルを抑制し、デポジションガスを速やかに保護膜５７とすることができる。
【００６２】
（３）上記実施形態では、マッチングボックス４２及び検出器４４により、アンテナ４１に高周波電力を供給する高周波電源ＲＦ２の内部インピーダンスと真空槽１０内のプラズマを含めた負荷インピーダンスとの整合をとるようにした。また、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程において、Ａｒガスを定常的に真空槽１０内に供給するようにした。このため、デポジションガスを間欠的に供給したとしても、インピーダンスを主に支配するＡｒガスを定常的に供給することにより、真空槽１０を含む負荷インピーダンスの大きな変動を抑制することができる。このため、マッチングポイントの大きな変動を抑制することができるので、プラズマを安定化することができる。
【００６３】
（４）上記実施形態では、第２のエッチング工程の際に、エッチングガス供給源１８からのエッチングガスの供給を、該エッチングガス供給源１８と真空槽１０との間に設けられたエッチングガス供給バルブ２４により停止した。このバルブ２４よりも下流の第２供給管２３及びガス供給管１５に残留したエッチングガスを、真空槽１０内の負圧により真空槽１０内に導くことで供給した。このように、エッチングガスを連続的に減少させるためのマスフローコントローラによる流量制御や特殊な流量制御機構等を必要としないため、工程及び装置の複雑化を抑制することができる。
【００６４】
尚、本実施形態は以下のように変更してもよい。
【００６５】
・上記実施形態では、エッチング装置１をＮＬＤプラズマ装置に具体化したが、この型のエッチング装置に限定されず、他のエッチング装置に具体化してもよい。要はエッチングガスをプラズマ化してエッチングを行うとともに、デポジションガスにより保護膜を形成できる装置であればよく、容量結合型エッチング装置、誘導結合型エッチング装置等でもよい。
【００６６】
・上記実施形態では、エッチングガス供給バルブ２４を閉状態とすることにより第２のエッチング工程を行うようにしたが、マスフローコントローラ２５により流量を徐々に少なくすることにより真空槽１０内のエッチングガスを連続的に減少させるようにしてもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、デポジションガスを間欠的に真空槽１０内に供給するようにしたが、マスフローコントローラ２８により流量を徐々に多くしてもよい。
【００６８】
・上記実施形態では、凹部５５の内表面５６全体に保護膜５７を形成したが、第２のエッチング工程によるエッチングにより底面の保護膜５７を除去して凹部５５の側面にのみ保護膜５７が形成されるように、デポジションガス及びエッチングガスの真空槽１０内のガス量等を調整するようにしてもよい。
【００６９】
・上記実施形態では、バルブ２４を閉状態とすることのみによりエッチングガスを連続して減少させるようにしたが、第２供給管２３にエッチングガスが残留しやすいような構造のバッファを設けるようにしてもよい。或いは、第２供給管２３の内径（又は長さ）が、他の供給管２０，２６よりも大きくなるようにしてもよい。このようにするとエッチングガスの残留量が多くなるため、第２のエッチング工程において、よりエッチングを進行させることができる。
【００７０】
・上記実施形態では、エッチングガス供給バルブ２４を閉状態とする前に、デポジションガスを供給するようにしたが、エッチングガス供給バルブ２４を閉状態とした後にデポジションガスを供給するようにしてもよい。
【００７１】
・上記のエッチング方法は、プログラムコードとしてコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納させることができる。
【００７２】
・上記のエッチング方法は、制御装置によって自動的に実施することができる。この制御装置は、メモリにロードされたプログラムコードに従い、バルブ２１、２４、２７、２９を制御することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１…エッチング装置、１０…真空槽、１８…エッチングガス供給源、２４…供給制御部としてのエッチングガス供給バルブ、４１…プラズマ生成手段としてのアンテナ、５２…シリコン層、５３…マスク、５５…凹部、５７…保護膜、５８…貫通孔、Ｓｂ…半導体基板を構成する基板、ＲＦ１，ＲＦ２…高周波電源。
【図１】
0005416280.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005416280.tif 000004