(57)【要約】【課題】プラズマエッチング処理により、高アスペクト比のホールやトレンチを形成する。【解決手段】ウェハＷ上に積層されたシリコン酸化膜層３を、当該シリコン酸化膜３上に形成されたシリコンマスクをマスク５としてプラズマエッチング処理する方法であって、ＣＦ含有ガスのプラズマによりシリコン酸化膜層３のエッチング処理を行い、次いで、Ｓｉ含有ガスのプラズマによりマスク５上にＳｉ含有物Ｄを堆積させ、その後、シリコンのマスク５上にＳｉ含有物Ｄを堆積させた状態で、ＣＦ含有ガスのプラズマにより再度シリコン酸化膜層３のエッチング処理を行う。これにより、アスペクト比が６０以上のホール２００を形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に設けられた上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、基板上に積層されているシリコン酸化膜層及び窒化シリコン層を、当該窒化シリコン上に形成されたシリコン層をマスクとしてプラズマエッチング処理する方法であって、
ＣＦ含有ガス及びＣＦＨ含有ガスのプラズマにより前記窒化シリコン層をエッチングする第１のエッチング処理を行い、次いで、ＣＦ含有ガスのプラズマにより前記シリコン酸化膜層をエッチングする第２のエッチング処理を行い、
次いで、Ｓｉ含有ガスのプラズマにより前記マスク上にＳｉ含有物を堆積させ、
その後、前記シリコンマスク上にＳｉ含有物を堆積させた状態で、ＣＦ含有ガスのプラズマにより再度シリコン酸化膜層をエッチングする第３のエッチング処理を行うことで、所定のアスペクト比を有するホールまたはトレンチを形成することを特徴とする、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
前記所定のアスペクト比が６０以上であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記シリコンマスク上へのＳｉ含有物の堆積と、前記ＣＦ含有ガスによりシリコン酸化膜層をエッチングする第３のエッチング処理を繰り返し行うことを特徴とする、請求項１または２のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記シリコン含有ガスは、ＳｉＣｌ４ガスであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記シリコン含有ガスは、ＳｉＣｌ４とＯ２の混合ガスであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記第２のエッチング処理及び前記第３のエッチング処理における前記基板の温度が１２０℃〜２００℃であり、
前記第２のエッチング処理及び前記第３のエッチング処理において、前記下部電極にイオン引き込みのための高周波電力を印加し、
前記印加させる高周波電力の電力密度が１１〜１４．２Ｗ／ｃｍ２であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
基板上に積層されたシリコン酸化膜層及び窒化シリコン層をプラズマエッチングするプラズマ処理装置であって、
前記基板を収容する処理容器と、
前記処理容器内に設けられた上部電極と下部電極に高周波電力を印加する高周波電源と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源を有し、
前記処理ガス供給源は、窒化シリコン膜をエッチング処理するためのＣＦ含有ガス及びＣＨＦ含有ガスと、シリコン酸化膜層をエッチング処理するためのＣＦ含有ガスを供給するエッチングガス供給部と、前記シリコン酸化膜上に形成されたシリコンマスク上にＳｉ含有物を堆積させるためのＳｉ含有ガスを供給するコーティングガス供給部と、を備えていることを特徴とする、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理体をプラズマエッチング処理する方法及び当該プラズマエッチングを実施するプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程においては、例えばプラズマの作用により被処理体上にエッチングや成膜等の微細加工が施される。プラズマエッチングによる微細加工の例としては、例えばトレンチや、キャパシタ用のホールがある。
【０００３】
プラズマを用いたエッチング処理によってシリコン層にホールを形成する際には、例えばシリコン酸化膜などがマスクとして用いられるが、当該エッチング処理においてシリコン層のエッチングレートを上げようとすると、シリコン酸化膜のエッチングレートも上がることになる。そのため、エッチングの際の選択比を上げることができず、エッチング深さを深くすることができないという問題がある。マスクがエッチングされ尽されれば、エッチングを停止せざるをえないからである。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、被処理体としてのシリコン層をエッチングする際に、処理ガスとしてＨＢｒガス、Ｏ２ガス、ＳｉＦガス等を用い、基板処理室内に配置された、被処理体を載置する下部電極に、周波数の異なる２つの高周波電力を印加してエッチングを施すことが開示されている。このエッチング方法によれば、シリコン層に高アスペクト比のホールを形成できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００８−５０５４９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで近年、半導体デバイスの微細化、高集積化に伴い、所望の容量を有するキャパシタの形成のために、例えばアスペクト比が６０以上の高アスペクト比のホールやトレンチを形成する必要が生じている。キャパシタの容量はキャパシタを形成する電極の面積に比例して大きくなるが、微細化に伴い、電極の表面積を維持するにためにホールの深さを深くすることで対応することが求められるからである。
【０００７】
しかしながら、特許文献１のエッチング方法では、アスペクト比が６０以上となるような高アスペクト比のホールを形成することはできない。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、プラズマエッチング処理により、高アスペクト比のホールやトレンチを形成することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、処理容器内に設けられた上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、基板上に積層されているシリコン酸化膜層及び窒化シリコン層を、当該窒化シリコン層上に形成されたシリコン層をマスクとしてプラズマエッチング処理する方法であって、ＣＦ含有ガス及びＣＦＨ含有ガスのプラズマにより前記窒化シリコン層をエッチンする第1のエッチング処理を行い、次いで、ＣＦ含有ガスのプラズマにより前記シリコン酸化膜層をエッチングする第２のエッチング処理を行い、次いで、Ｓｉ含有ガスのプラズマにより前記マスク上にＳｉ含有物を堆積させ、その後、前記シリコンマスク上にＳｉ含有物を堆積させた状態で、ＣＦ含有ガスのプラズマにより再度シリコン酸化膜層をエッチングする第３のエッチング処理を行うことで、所定のアスペクト比を有するホールまたはトレンチを形成することを特徴としている。
【００１０】
本発明者らによれば、シリコン層をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチング処理した後にＳｉ含有ガスのプラズマによりＳｉ含有物を堆積させることにより、その後に再度ＣＦ含有ガスのプラズマを用いてエッチング処理を行ってもマスクがエッチングし尽されて消失することがないことが確認された。本発明はこの知見に基づくものであり、本発明によれば、シリコン層をマスクとしてシリコン酸化膜層をエッチング処理した後にＳｉ含有ガスのプラズマによりＳｉ含有物を堆積させる。そしてその後、ＣＦ含有ガスのプラズマを用いて再度エッチング処理を行う。この際、再度のエッチングにおいてもマスクは消失することなく維持されているので、所望のパターンのホールを従来よりもさらに深く掘り下げることができる。その結果、所定のアスペクト比、たとえばアスペクト比が６０以上のホールやトレンチを形成することができる。
【００１１】
前記シリコンマスク上へのＳｉ含有物の堆積と、前記ＣＦ含有ガスによりシリコン酸化膜層をエッチングする第３のエッチングする第３のエッチング処理を繰り返し行ってもよい。
【００１２】
前記第２のエッチング処理及び前記第３のエッチング処理における前記基板の温度が１２０℃〜２００℃であり、前記第２のエッチング処理及び前記第３のエッチング処理において、前記下部電極にイオン引き込みのための高周波電力を印加し、前記印加させる高周波電力の電力密度が１１〜１４．２Ｗ／ｃｍ２であってもよい。
【００１３】
前記シリコン含有ガスは、ＳｉＣｌ４ガスであってもよい。また、前記シリコン含有ガスは、ＳｉＣｌ４とＯ２の混合ガスであってもよい。
【００１４】
別の観点による本発明は、処理容器内に設けられた上部電極と下部電極との間に高周波電力を印加して処理ガスをプラズマ化し、基板上に積層されたシリコン酸化膜層及び窒化シリコン層をプラズマエッチングするプラズマ処理装置であって、前記基板を収容する処理容器と、前記処理容器内に設けられた上部電極と下部電極に高周波電力を印加する高周波電源と、前記処理容器内に処理ガスを供給する処理ガス供給源を有し、前記処理ガス供給源は、窒化シリコン層をエッチング処理するためのＣＦ含有ガス及びＣＦＨ含有ガスと、シリコン酸化膜層をエッチング処理するためのＣＦ含有ガスを供給するエッチングガス供給部と、前記シリコン酸化膜上に形成されたシリコンマスク上にＳｉ含有物を堆積させるためのＳｉ含有ガスを供給するコーティングガス供給部と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、プラズマエッチング処理により、高アスペクト比のホールやトレンチを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態にかかるプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】ウェハ上にシリコン酸化膜層と窒化シリコン層とシリコンマスクが形成された状態を模式的に示す断面図である。
【図３】第２のエッチング処理によりウェハにホールを形成した状態を模式的に示す断面図である。
【図４】コーティング処理によりマスクにＳｉ含有物を堆積させた状態を模式的に示す断面図である。
【図５】第３のエッチング処理を行った後のウェハの状態を模式的に示す断面図である。
【図６】確認試験の結果を示す説明図である。
【図７】確認試験の結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態の一例について、図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマ処理装置１の概略の構成を示す縦断面図である。本実施の形態に係るプラズマ処理装置１は例えば平行平板型のプラズマエッチング処理装置でありウェハＷ上に積層されたシリコン酸化膜層のプラズマによるエッチング処理が行われる。また、本実施の形態においてエッチング処理されるウェハＷはシリコン基板であり、その上面には、図２に示すように、シリコン酸化膜層３が形成されている。シリコン酸化膜層３上には、窒化シリコン層４が形成され、窒化シリコン層４上には、例えばポリシリコンからなるマスク５が所定のパターンで形成されている。
【００１８】
プラズマ処理装置１は、ウェハＷを保持するウェハチャック１０が設けられた略円筒状の処理容器１１を有している。処理容器１１は、接地線１２により電気的に接続されて接地されている。また、処理容器１１の内壁は、表面に耐プラズマ性の材料からなる溶射皮膜が形成されたライナ（図示せず）により覆われている。
【００１９】
ウェハチャック１０は、その下面を下部電極としてのサセプタ１３により支持されている。サセプタ１３は、例えばアルミニウム等の金属により略円盤状に形成されている。処理容器１１の底部には、絶縁板１４を介して支持台１５が設けられ、サセプタ１３はこの支持台１５の上面に支持されている。ウェハチャック１０の内部には電極（図示せず）が設けられており、当該電極に直流電圧を印加することにより生じる静電気力でウェハＷを吸着保持することができるように構成されている。
【００２０】
サセプタ１３の上面であってウェハチャック１０の外周部には、プラズマ処理の均一性を向上させるための、例えばシリコンからなる導電性の補正リング２０が設けられている。サセプタ１３、支持台１５及び補正リング２０は、例えば石英からなる円筒部材２１によりその外側面が覆われている。
【００２１】
支持台１５の内部には、冷媒が流れる冷媒路１５ａが例えば円環状に設けられており、当該冷媒路１５ａの供給する冷媒の温度を制御することにより、ウェハチャック１０で保持されるウェハＷの温度を制御することができる。また、ウェハチャック１０と当該ウェハチャック１０で保持されたウェハＷとの間に、伝熱ガスとして例えばヘリウムガスを供給する伝熱ガス管２２が、例えば処理容器１１の底部、サセプタ１３、支持台１５及び絶縁板１４を貫通して設けられている。
【００２２】
サセプタ１３には、当該サセプタ１３に高周波電力を供給してプラズマを生成するための第１の高周波電源３０が、第１の整合器３１を介して電気的に接続されている。第１の高周波電源３０は、例えば２７〜１００ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば１００ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。第１の整合器３１は、第１の高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものであり、処理容器１１内にプラズマが生成されているときに、第１の高周波電源３０の内部インピーダンスと負荷インピーダンとが見かけ上一致するように作用する。
【００２３】
また、サセプタ１３には、当該サセプタ１３に高周波電力を供給してウェハＷにバイアスを印加することでウェハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電源４０が、第２の整合器４１を介して電気的に接続されている。第２の高周波電源４０は、例えば４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数、本実施の形態では例えば３．２ＭＨｚの高周波電力を出力するように構成されている。第２の整合器４１は、第１の整合器３１と同様に、第２の高周波電源４０の内部インピーダンスと負荷インピーダンスをマッチングさせるものである。
【００２４】
これら第１の高周波電源３０、第１の整合器３１、第２の高周波電源４０、第２の整合器４１は、後述する制御部１５０に接続されており、これらの動作は制御部１５０により制御される。
【００２５】
下部電極であるサセプタ１３の上方には、上部電極４２がサセプタ１３に対向して平行に設けられている。上部電極４２は、導電性の支持部材５０を介して処理容器１１の上部に支持されている。したがって上部電極４２は、処理容器１１と同様に接地電位となっている。
【００２６】
上部電極４２は、ウェハチャック１０に保持されたウェハＷと対向面を形成する電極板５１と、当該電極板５１を上方から支持する電極支持体５２とにより構成されている。電極板５１には、処理容器１１の内部に処理ガスを供給する複数のガス供給口５３が当該電極板５１を貫通して形成されている。電極板５１には、例えばジュール熱の少ない低抵抗の導電体または半導体により構成され、本実施の形態においては例えばシリコンが用いられる。また、電極支持板５２は導電体により構成され、本実施の形態においては例えばアルミニウムが用いられる。
【００２７】
電極支持体５２内部の中央部には、略円盤状に形成されたガス拡散室５４が設けられている。また、電極支持体５２の下部には、ガス拡散室５４から下方に伸びるガス孔５５が複数形成され、ガス供給口５３は当該ガス孔５５を介してガス拡散室５４に接続されている。
【００２８】
ガス拡散室５４には、ガス供給管７１が接続されている。ガス供給管７１には、図１に示すように処理ガス供給源７２が接続されており、処理ガス供給源７２から供給された処理ガスは、ガス供給管７１を介してガス拡散室５４に供給される。ガス拡散室５４に供給された処理ガスは、ガス孔５５とガス供給口５３を通じて処理容器１１内に導入される。すなわち、上部電極４２は、処理容器１１内に処理ガスを供給するシャワーヘッドとして機能する。
【００２９】
本実施の形態におけるガス供給源７２は、エッチング処理用の処理ガスを供給するエッチングガス供給部７２ａと、コーティング処理を行うためのコーティングガス供給部７２ｂを備えている。また、ガス供給源７２は、各ガス供給部７２ａ、７２ｂとガス拡散室５４との間にそれぞれ設けられたバルブ７３ａ、７３ｂと、流量調整機構７４ａ、７４ｂを備えている。ガス拡散室５４に供給されるガスの流量は、流量調整機構７４ａ、７４ｂによって制御される。
【００３０】
エッチング処理用のエッチングガスとしては、窒化シリコン層４のエッチング用として例えばＣ４Ｆ６／ＣＨ２Ｆ２／Ｏ２の混合ガス、シリコン酸化膜層３のエッチング用としてＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２の混合ガスが用いられる。コーティング処理を行うためのコーティングガスとしては、例えばＳｉＣｌ４含有ガスが用いられ、本実施の形態においては、例えばＳｉＣｌ４／Ｈｅの混合ガスが用いられる。
【００３１】
処理容器１１の底部には、処理容器１１の内壁と円筒部材２１の外側面とによって、処理容器１１内の雰囲気を当該処理容器１１の外部へ排出するための流路として機能する排気流路８０が形成されている。処理容器１１の底面には排気口９０が設けられている。排気口９０の下方には、排気室９１が形成されており、当該排気室９１には排気管９２を介して排気装置９３が接続されている。したがって、排気装置９３を駆動することにより、排気流路８０及び排気口９０を介して処理容器１１内の雰囲気を排気し、処理容器内を所定の真空度まで減圧することができる。
【００３２】
また、処理容器１１の周囲には、当該処理容器１１と同心円状にリング磁石１００が配置されている。リング１００磁石により、ウェハチャック１０と上部電極４２との間の空間に磁場を印加することができる。このリング磁石１００は、図示しない回転機構により回転自在に構成されている。
【００３３】
以上のプラズマ処理装置１には、既述のように制御部１５０が設けられている。制御部１５０は、例えばコンピュータであり、プログラム格納部（図示せず）を有している。プログラム格納部には、各電源３０、４０や各整合器３１、４１及び各流量調整機構７４ａ、７４ｂなどを制御して、プラズマ処理装置１を動作させるためのプログラムも格納されている。
【００３４】
なお、上記のプログラムは、例えばコンピュータ読み取り可能なハードディスク（ＨＤ）、フレキシブルディスク（ＦＤ）、コンパクトディスク（ＣＤ）、マグネットオプティカルデスク（ＭＯ）、メモリーカードなどのコンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、その記憶媒体から制御部１５０にインストールされたものであってもよい。
【００３５】
本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１は以上のように構成されており、次に、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置１におけるプラズマエッチング処理について説明する。
【００３６】
プラズマエッチング処理にあたっては、先ず、処理容器１１内にウェハＷが搬入され、ウェハチャック１０上に載置されて保持される。この際、ウェハＷには、既述のように図２に示すようなシリコン酸化膜層３と窒化シリコン層４と所定パターンのマスク５が形成されている。
【００３７】
ウェハＷがウェハチャック１０に保持されると、排気装置９３により処理容器１１内が排気され、それと共にエッチングガス供給部７２ｂから、先ず窒化シリコン層４のエッチング処理（第１のエッチング処理）を行う処理ガスが所定の流量で処理容器１１内に供給される。この第1のエッチング処理の処理ガスには、Ｃ４Ｆ６／ＣＨ２Ｆ２／Ｏ２の混合ガスが用いられ、それぞれ４２／９０／１００ｓｃｃｍの流量で供給される。
【００３８】
それと共に、第１の高周波電源３０及び第２の高周波電源４０により、下部電極であるサセプタ１３に高周波電力を連続的に印加する。これにより、処理容器１１内に供給されたエッチング処理用の処理ガスは、上部電極４２とサセプタ１３との間でプラズマ化される。この際、プラズマは、リング磁石１００の磁場により、上部電極４２とサセプタ１３の間に閉じ込められる。そして、処理容器１１内のプラズマにより生成されるイオンやラジカルにより、ポリシリコンをエッチングのマスク５として、窒化シリコン層４がエッチングされる。
【００３９】
窒化シリコン層４のエッチングが終了すると、次いで、第２のエッチング処理として、シリコン酸化膜層３のエッチング処理が行われる。エッチング処理においては、エッチングガス供給部７２ｂからエッチングガスとしてＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２が１００／１００／９４ｓｃｃｍの流量で供給され、処理容器１１内のプラズマにより生成されるイオンやラジカルによりマスク５を介してシリコン酸化膜層３がエッチング処理される。これにより、図３に示すように、ホール２００が形成される。また、この窒化シリコン層４及びシリコン酸化膜層３のエッチングの際に、ポリシリコンのマスク５も同時にエッチングされる。
【００４０】
第２のエッチング処理が終了すると、次いでウェハＷのコーティング処理が行われる。コーティング処理においては、コーティングガス供給部７２ａからコーティングガスとしてＳｉＣｌ４／Ｈｅが１８／１００ｓｃｃｍの流量で供給される。なおこの際、第２の高周波電源４０によるサセプタ１３への高周波電力の印加は停止される。そして、処理容器１１内のプラズマにより生成されるイオンやラジカルにより、図４に示すように、ウェハＷ上のマスク５にＳｉ含有化合物Ｄが堆積してマスク５の上面がコーティングされる。
【００４１】
マスク５のコーティング処理が終了すると、次いで再びシリコン酸化膜層３のエッチング処理が行われる。コーティング後のエッチング処理（第３のエッチング処理）においては、エッチングガス供給部７２ｂからエッチングガスとしてＣ４Ｆ６／Ａｒ／Ｏ２が１００／１００／９４ｓｃｃｍの流量で供給される。それにより、Ｓｉ含有化合物Ｄが堆積したマスク５をエッチングマスクとして、シリコン酸化膜層３が再度エッチングされる。この第３のエッチング処理の際、図５に示すように、マスク５も同時にエッチングされるものの、マスク５は、Ｓｉ含有化合物Ｄによりコーティング処理されることで高さ方向の厚みが増加している。そのため、第３のエッチング処理を行った後においてもマスク５がエッチングし尽されて消失することはない。このように、マスク５が残ることで、シリコン酸化膜層３のエッチング処理を再度行うことができ、シリコン酸化膜層３が深さ方向にさらに掘り下げられる。
【００４２】
また、Ｓｉ含有化合物Ｄは図４に示すように、エッチング処理後のマスク５の上面のみではなく、第２のエッチング処理により形成されたシリコン酸化膜層３のホール２００の側面にも堆積する。それによりマスク５の上面のみでなく、シリコン酸化膜層３の側面もコーティングされる。したがって、シリコン酸化膜層３の側面が第３のエッチング処理の際にエッチングされることでエッチングが過剰となり、それによりシリコン酸化膜層３のホール２００の直径が大きくなることを防止できる。そして、このホール２００に、例えば後の工程で金属を埋め込む処理を行ってキャパシタを形成する場合、形成されるキャパシタの容量はホール２００の直径に反比例する。換言すれば、ホール２００の直径を小さく維持することができれば、キャパシタンスの容量の低下を防ぐことができる。
【００４３】
なお、以上の実施の形態においては、コーティング処理の期間において、第２の高周波電源４０によるサセプタ１３への高周波電力の印加は行っていない。そのため、ウェハＷに向かってイオンが引き込まれることがなくなり、コーティング処理の間にマスク５が引き込まれたイオンによりエッチングされることがない。そのため、マスク５の高さ方向の厚みが減少するのを防ぎ、第３のエッチング処理において、シリコン酸化膜層３を深さ方向にさらに掘り下げることができる。
【００４４】
以上の実施の形態によれば、ポリシリコンをマスク５としてシリコン酸化膜層３をエッチング処理した後にＳｉ含有ガスのプラズマによりマスク５上にＳｉ含有物Ｄを堆積させる。そしてその後、ＣＦ含有ガスのプラズマを用いて再度エッチング処理を行う。この際、再度のエッチングにおいてもマスクは消失することなく維持されているので、所望のパターンのホール２００を従来よりもさらに深く掘り下げることができる。その結果、たとえばアスペクト比が６０以上の高アスペクト比のホールを形成することができる。
【００４５】
また、Ｓｉ含有物Ｄは第２のエッチング処理後のマスク５の上面のみではなく、第２のエッチング処理により形成されたホール２００の側面にも堆積するので、第３のエッチング処理の際にホール２００の側面が過剰にエッチングされることを防止できる。その結果、それによりシリコン酸化膜層３のホール２００の直径が大きくなることを防止できる。例えば後の工程でこのホール２００に金属を埋め込む処理を行ってキャパシタを形成する場合、形成されるキャパシタの容量はホール２００の直径に反比例する。そして本発明によれば、ホール２００の直径が大きくなることを防止できる、換言すれば、ホール２００の直径を小さく維持することができるので、その後に形成されるキャパシタの容量の低下を防ぐことができる。
【００４６】
以上の実施の形態では、マスク５とシリコン酸化膜層３の間に窒化シリコン層が形成されている場合について説明したが、本発明は、窒化シリコン層の有無によらずに適用可能である。
【００４７】
以上実施の形態では、Ｓｉ含有ガスとして、ＳｉＣｌ４／Ｈｅの混合ガスを用いたが、当該混合ガスに、Ｏ２を添加してもよく、同様の効果が得られる。本発明者らが後述の比較試験を行って鋭意調査したところ、Ｏ２を添加して、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の混合ガスを供給する場合には、その流量はそれぞれ、２０／１００／１２５ｓｃｃｍとすること好ましい。
【００４８】
なお、本発明者らによれば、マスク５のコーティング処理にＳｉＣｌ４／Ｈｅの混合ガスを用いた場合には、マスク５はシリコン膜によりコーティングされ、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の混合ガスを用いた場合には、マスク５はシリコン酸化膜によりコーティングされることが確認されている。そして、いずれの混合ガスを用いてもマスク５を良好にコーティングすることができ、第３のエッチング処理においてマスク５の消失を防止できることが確認されている。
【００４９】
以上の実施の形態では、コーティング処理を行った後に第３のエッチング処理を行ったが、このコーティング処理と第３のエッチング処理を繰り返し行うようにしてもよい。より具体的には、Ｓｉ含有物Ｄによりコーティングされているマスク５が第３のエッチング処理により消失する前に当該エッチング処理を一旦停止する。そして、再度コーティング処理を行って残存するマスク５をＳｉ含有物Ｄによりコーティングすることで、第３のエッチング処理を再度行うことができる。このように、コーティング処理とエッチング処理を繰り返し行うことで、例えばホール２００をより深く掘り下げることができるので、更に高アスペクト比のホールやトレンチを形成することが可能となる。
【００５０】
また、コーティング処理とエッチング処理を繰り返し行う際に、コーティング処理に用いる混合ガスとしてＳｉＣｌ４／Ｈｅの混合ガスとＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の混合ガスを交互に用いてもよい。
【００５１】
なお、以上の実施の形態では、マスク５としてポリシリコンを用いたが、アモルファスシリコンをマスク５として用いてもよい。
【実施例】
【００５２】
実施例として、ウェハＷに第１のエッチング処理及び第２のエッチング処理を行った後に、ＳｉＣｌ４／Ｈｅの混合ガスまたはＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の混合ガスを用いてマスク５に対してコーティング処理を行い、コーティング後のマスク５を用いて第３のエッチング処理を実施した。その際、コーティング処理の条件や第３のエッチングの時間が、形成されるホール２００の形状に与える影響について確認試験を行った。この際、ウェハＷの直径は３００ｍｍであり、マスク５としてのポリシリコンの膜厚は１２００ｎｍ、窒化シリコン層４の膜厚は３００ｎｍとした。また、ウェハＷに形成されたシリコン酸化膜層３の膜厚は、３５００ｎｍとした。
【００５３】
コーティング処理の際のプラズマ処理の条件は、ＳｉＣｌ４／Ｈｅの混合ガスを用いた場合は、ＳｉＣｌ４の流量を２０ｓｃｃｍとし、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍとした。また、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の混同ガスをコーティング処理に用いた場合は、ＳｉＣｌ４の流量を２０ｓｃｃｍ、Ｈｅの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１２５ｓｃｃｍとした。その際、処理容器１１内の圧力を１．３３Ｐａとし、第１の高周波電源３０の電力を５００Ｗとし、コーティング処理の繰り返し回数を変化させると共に、一回あたりのコーティング処理の時間を５〜２０秒の範囲でそれぞれ変化させた。なお、コーティング処理においては、いずれの場合も第２の高周波電源４０の電力をオフ（０Ｗ）とした。
【００５４】
第１のエッチング処理は、Ｃ４Ｆ６／ＣＨ２Ｆ２／Ｏ２の混合ガスにより行い、Ｃ４Ｆ６の流量を４２ｓｃｃｍ、ＣＨ２Ｆ２の流量を９０ｓｃｃｍ、Ｏ２の流量を１００ｓｃｃｍとした。その際、処理容器１１内の圧力は２．０Ｐａ、第１の高周波電源３０の電力は１４００Ｗ、第２の高周波電源４０の電力は４２００Ｗとし、２０５秒間実施した。また、第２のエッチング処理及び第３のエッチング処理はＣ４Ｆ６／Ｏ２／Ａｒの混合ガスにより行い、Ｃ４Ｆ６ガスの流量を１００ｓｃｃｍ、Ｏ２ガスの流量を９４ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量を１００ｓｃｃｍとした。その際、処理容器１１内の圧力は２．２６Ｐａ、第１の高周波電源３０の電力は１５００Ｗ、第２の高周波電源４０の電力は７８００Ｗ〜１００００Ｗ、ウェハＷの温度４０℃〜２００℃とした。ウェハＷ径が３００ｍｍであるため、単位面積当りの電力密度に換算すると第１の高周波電源３０の電力密度は２．１２Ｗ／ｃｍ２であり、第２の高周波電源４０の電力密度は１１Ｗ／ｃｍ２〜１４．２Ｗ／ｃｍ２となっている。
【００５５】
また、比較例として、第２のエッチング処理のみによりホールを形成した場合についても確認試験を行なった。その際、比較例において行われる第２のエッチング処理の積算時間と、実施例における第２及び第３のエッチング処理の積算時間が同じになるようにした。
【００５６】
確認試験の結果を図６及び図７の表に示す。図６はエッチング処理を行ってシリコン酸化膜層３にホールを形成した状態の断面図を模式的に示したものであり、確認試験における確認項目は、図６に丸数字で示す「１」〜「４」の各寸法である。寸法「１」は窒化シリコン層４の上端部の開口の寸法を、寸法「２」はマスク５における最も幅の狭くなっている部分の寸法を、寸法「３」はホール２００における最も幅が広くなっている部分の寸法をそれぞれ示している。寸法「４」は、エッチング処理により形成されたホール２００の深さ方向の寸法を示している。図６の寸法「１」〜「４」は、図７の表に記載の数字に対応している。また、表の「アスペクト比」は、寸法「１」と寸法「４」との比である。「マスク残膜」は、エッチング処理終了後にウェハＷ上残存するマスク５の厚みである。また、表１の「選択比」は、マスク５の残膜に基づき求めたエッチング処理における選択比である。
【００５７】
ウェハＷの温度は、第１のエッチング処理〜第３のエッチング処理及びコーティング処理の間を通じて４０℃〜２００℃の間で一定とし、試験によりウェハＷの温度を変化させている。また、高周波電源４０の電力の値も第２及のエッチング処理及び第３のエッチング処理において１１W／ｃｍ２〜１４．２W／ｃｍ２の間で一定とし、試験により電力の値を変更している。
【００５８】
図７の表に示すように、ＳｉＣｌ４／Ｈｅの混合ガスを用いた実施例１においては、コーティング処理及び第３のエッチング処理を行っていない比較例よりも、アスペクト比が大きく向上し、６０以上のアスペクト比でエッチングすることが確認できた。また、図７に示す結果においては、実施例１の寸法「４」、即ちホール２００の深さ方向の寸法が比較例の寸法「４」と比較して大幅に増加している。このことから、実施例１においてはエッチングレートの向上も図られていることが確認された。
【００５９】
コーティング処理及び第３のエッチング処理を繰り返し行った実施例２及び実施例３においても、実施例１と同様、比較例よりもアスペクト比が向上していることが確認された。また、実施例２及び実施例３においては、寸法「３」が比較例よりも小さくなっていることが確認された。これは、ホール２００の側面がシリコン含有物Ｄによりコーティング処理されることで、後に続く第３のエッチング処理においてホール２００の側面が過剰にエッチングされることが抑制されるためと考えられる。そして、コーティング処理を一回のみ行いその後第３のエッチング処理を行う実施例１に対して、実施例２と実施例３では、第３のエッチング処理を複数回行い、複数回の第３のエッチング処理の都度コーティング処理を行うので、ホール２００の側面の保護がより厳密に行なわれていると考えられる。つまり、コーティング処理とエッチング処理を繰り返すことでより高いアスペクト比でエッチングすることができる。そして、寸法３が小さくなることで、例えばホール２００にキャパシタを形成する際に、電極間の距離を小さくすることができるので、実施例２及び実施例３においては比較例よりも容量の大きなキャパシタを形成することができる。
【００６０】
ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の混合ガスを用いた実施例４においても、コーティング処理及び第３のエッチング処理を行っていない比較例よりも、アスペクト比が大きく向上し、アスペクト比６０以上でエッチングすることが確認できた。
【００６１】
実施例５は、コーティング処理において、ＳｉＣｌ４／Ｈｅの混合ガスにより５秒間コーティング処理を行なった後、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２の混合ガスを用いて更に２０秒間コーティング処理を行った場合の結果を示す。かかる場合においても、比較例よりも、アスペクト比が大きく向上することが確認できた。また、実施例６においては、選択比についても比較例よりも大幅に向上している。これは、ＳｉＣｌ４／Ｈｅ／Ｏ２によるＯ（酸素）を含んだＳｉコーティング膜とＳｉＣｌ４／ＨｅによるＳｉコーティング膜により、効果的に側壁のエッチングを抑制した為と考えられる。
【００６２】
実施例６は、実施例１のウェハＷの温度４０℃に比べて、ウェハＷの温度を２００℃と変更した以外は全て同じとした場合の結果を示す。かかる場合においても、比較例よりもアスペクト比が大きく向上していることが確認できた。これは、寸法２の細くなる部分が、高温になると相対的に広がるためホール２００の深い部分までエッチングできるためである。寸法２が広がる理由はウェハＷの温度が高温になったほうがラジカルによる化学反応が促進されるためである。
【００６３】
実施例７は、実施例１のウェハＷの温度４０℃に比べて、ウェハＷの温度を１２０℃と変更し、第２及び第３のエッチング処理時の第２の高周波電源４０の電力の値を７８００Ｗから１００００Ｗに変更した場合の結果を示す。すなわち、単位面積当たりの電力密度を１１W／ｃｍ２から１４．２W／ｃｍ２に変更した。かかる場合においても、比較例よりもアスペクト比が大きく向上していることが確認できた。これは、高温による寸法２の広がりとイオンを引き込むための電力密度が高くなったためであると考えられる。つまり、実施例６及び実施例７によれば、アスペクト比を６０以上とするためにはウェハＷの温度は１２０℃〜２００℃とすることが望ましく、更に第２の高周波電源４０の電力密度は１１W／ｃｍ２〜１４．２W／ｃｍ２とすることが望ましいことがわかる。
【００６４】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００６５】
１    プラズマ処理装置
１０  ウェハチャック
１１  処理容器
１２  接地線
１３  サセプタ
１４  絶縁板
１５  支持台
２０  補正リング
２１  円筒部材
２２  伝熱ガス管
３０  第１の高周波電源
３１  第１の整合器
４０  第２の高周波電源
４１  第２の整合器
４２  上部電極
５０  支持部材
５１  電極板
５２  電極支持板
５３  ガス供給口
５４  ガス拡散室
５５  ガス孔
７２ａ  コーティングガス供給部
７２ｂ  エッチングガス供給部
７３ａ、７３ｂ  バルブ
７４ａ、７４ｂ  流量調整機構
８０  排流路
９０  排気口
９１  排気室
９２  排気管
９３  排気装置
１００  リング磁石
１５０  制御部
Ｗ    ウェハ
Ｒ  レジストパターン
Ｈ  残膜厚さ
Ｄ  Ｓｉ含有化合物
Ｍ  エッチングマスク
【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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