(57)【要約】      （修正有）【課題】酸化層をエッチングする際に、エッチングストップ層の表面に保護膜を形成することができるとともに、ホールの開口の閉塞を抑制することが可能なプラズマ処理方法及びその装置が提供する。【解決手段】プラズマ処理方法は、酸化層１０５、タングステンからなる複数のエッチングストップ層１００、及び、マスク層を有する多層膜に深さの異なる複数のホールを形成する方法である。該方法は、処理容器に処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、酸化層の上面から複数のエッチングストップ層に至るまでエッチングすることにより、酸化層に深さの異なる複数のホールを同時に形成するエッチング工程を備える。ここで、処理ガスは、フルオロカーボン系ガス、希ガス、酸素及び窒素を含む。【選択図】図４
2014090022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、前記処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部と、を備えるプラズマ処理装置を用いて、多層膜に深さの異なる複数のホールを形成するプラズマ処理方法であって、
前記多層膜は、酸化層と、前記酸化層の上面よりも積層方向の下方に配置され、積層方向において異なる位置に配置されたタングステンからなる複数のエッチングストップ層と、を有し、
該方法は、
前記処理容器に処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、前記酸化層の上面から前記複数のエッチングストップ層に至るまでエッチングすることにより、前記酸化層に深さの異なる複数のホールを同時に形成するエッチング工程を備え、
前記処理ガスは、フルオロカーボン系ガス、希ガス、酸素及び窒素を含む、
プラズマ処理方法。
【請求項２】
前記酸化層の上面から最も深いホールの底となるエッチングストップ層の表面までエッチングするまでの間、最も深いホールの底となるエッチングストップ層以外の複数のエッチングストップ層のエッチングを抑制し、かつ、前記複数のホールの開口部の閉塞を抑制するように、前記酸素及び前記窒素の流量が設定される請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記酸素の流量をＸ（Ｘ＞０）、前記窒素の流量をＹ（Ｙ＞０）とすると、Ｙ＝−５Ｘ＋ｂ（但し、数値ｂは３００ｓｃｃｍ＜ｂ＜３７５ｓｃｃｍ）を満たす請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記数値ｂが３２５ｓｃｃｍ≦ｂ≦３５０ｓｃｃｍを満たし、かつ、前記窒素の流量Ｙが５０ｓｃｃｍ≦Ｙ≦１００ｓｃｃｍである請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記多層膜には、最も深いホールの深さが最も浅いホールの深さの２倍以上になるように、複数のエッチングストップ層が配置されている請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
酸化層と、前記酸化層の上面よりも積層方向の下方に配置され、積層方向において異なる位置に配置されたタングステンからなる複数のエッチングストップ層とを有する多層膜に深さの異なる複数のホールを形成するプラズマ処理装置であって、
処理容器と、
下部電極を有し、前記処理容器内に配置された載置台と、
前記下部電極と対面配置された上部電極と、
前記下部電極にプラズマ励起用の高周波電力を印加する高周波電源と、
フルオロカーボン系ガス、希ガス、酸素及び窒素を含む処理ガスを前記処理容器内に供給するガス供給系と、
前記ガス供給系を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記ガス供給系に前記処理容器へ処理ガスを供給させてプラズマを発生させ、前記酸化層の上面から前記複数のエッチングストップ層に至るまでエッチングすることにより、前記酸化層に深さの異なる複数のホールを同時に形成する、
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理方法及びプラズマ処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、プラズマ処理方法として、酸化層を有する多層膜をエッチングする方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１記載の方法は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの製造工程であって、酸化層のエッチング用のハードマスクとしてタングステン薄膜を用いている。タングステン薄膜の厚さは、後続の酸化層エッチング時に十分なエッチングバリアとして耐えられるように５００〜１０００Å程度とされる。
【０００３】
また、特許文献２には、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの一例が記載されている。このＮＡＮＤ型フラッシュメモリは、メモリセルが半導体基板表面に対して垂直方向に積層された３次元構造を有する。該メモリは、複数の導電膜と複数の絶縁膜が交互に積層された多層配線層を有し、ワード線の電位を供給するためのコンタクトを有している。これらコンタクトを形成するため、複数の多層配線層の端部は階段状に加工されている。すなわち、最下部に位置する多層配線層の長さが最も長く、最上部に位置する多層配線層が最も短く設定され、最下部から最上部へ向かうに従って多層配線層の長さが短くなるように設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２６６５９号公報
【特許文献２】特開２００９−１７０６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献２記載の複数のコンタクトを形成するためには、深さの異なる複数のホールを形成する必要がある。このような複数のホールを形成する方法として、例えば特許文献１のタングステン層を各多層配線層に配置してエッチングストップ層とし、タングステン層上に形成された酸化層をエッチングすることが考えらえる。該方法によって、異なる深さのホールを同時に形成することができる。
【０００６】
上記方法では、積層方向において異なる位置にエッチングストップ層が配置されることになるため、同時にエッチングを行った場合、深さの浅いホールから順にエッチングストップ層に到達することとなる。したがって、深さの浅いホールの底に位置するエッチングストップ層は、より深いホールの形成が完了するまでの時間、エッチングに耐えることが要求される。
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載のプラズマ処理方法のように、エッチングストップ層の厚みを調整することによってエッチングストップ層のオーバーエッチングを回避する場合には、形成すべきホールの深さの差に応じてエッチングストップ層を厚くする必要があるため、デバイスの小型化が阻害されるおそれがある。また、エッチングストップ層の厚さによって形成可能なホール深さの差が決定してしまうため、所望の複数のホールを形成できないおそれがある。
【０００８】
そこで、処理ガスを最適化することでタングステンからなるエッチングストップ層と酸化層との高い選択比を実現することが考えられる。例えば、酸化層をエッチングする工程で用いる処理ガスとして、フルオロカーボン系ガスを用いることが考えられる。フルオロカーボン系ガスは、酸化層のエッチングに寄与するＣＦ系ラジカルを生成するとともに、タングステン表面にＣＦ系の保護膜を形成するため、選択比に優れている。一方、ＣＦ系ラジカルのうちＣＦラジカルがホール開口に付着する反応生成物の前駆体と成り得るため、フルオロカーボン系ガスを用いた場合にはホールの間口に反応生成物が付着してクロッキング（開口の閉塞）が発生するおそれがある。このため、処理ガスに酸素を含めることにより、ホールの間口に付着した反応生成物を除去することが考えられる。しかし、酸素はエッチング性ガスであるため、エッチングストップ層に形成された保護膜を除去してしまい、結果としてエッチングストップ層と酸化層との選択比が低下するおそれがある。
【０００９】
したがって、酸化層をエッチングする際に、エッチングストップ層の表面に保護膜を形成することができるとともに、ホールの開口の閉塞を抑制することが可能なプラズマ処理方法及びその装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、窒素がフルオロカーボン系ガスから生成されるＣＦ、ＣＦ２及びＣＦ３ラジカルの生成比率に影響を与えることに着目し、窒素を利用することで酸素の供給量を抑制することができることを見出し、本発明に至った。
【００１１】
すなわち、本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、多層膜に深さの異なる複数のホールを形成する方法であって、プラズマ処理装置を用いる。プラズマ処理装置は、プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、処理空間内に処理ガスを供給するガス供給部とを備える。多層膜は、酸化層及び複数のエッチングストップ層を有する。複数のエッチングストップ層は、酸化層の上面よりも積層方向の下方に配置され、積層方向において異なる位置に配置されたタングステンからなる。該方法は、処理容器に処理ガスを供給し、プラズマを発生させて、酸化層の上面から複数のエッチングストップ層に至るまでエッチングすることにより、酸化層に深さの異なる複数のホールを同時に形成するエッチング工程を備える。ここで、処理ガスは、フルオロカーボン系ガス、希ガス、酸素及び窒素を含む。
【００１２】
該方法では、酸化層のエッチング用の処理ガスとしてフルオロカーボン系ガス、希ガス、酸素及び窒素を含む。窒素を添加することにより、フルオロカーボン系ガスから生成されるＣＦ、ＣＦ２及びＣＦ３ラジカルのうちＣＦとＣＦ３ラジカルが減少する。ホール開口に付着する反応生成物の前駆体であるＣＦラジカルが減少することで、ホールの開口の閉塞を抑制することができるとともに、反応生成物を除去するための酸素の流量を減少させることが可能となる。酸素の流量を減少させることで、タングステンからなるエッチングストップ層に形成された保護膜がエッチングされることを回避することができる。よって、酸化層をエッチングする際に、エッチングストップ層の表面に保護膜を形成することができるとともに、ホールの開口の閉塞を抑制することが可能となる。
【００１３】
一実施形態では、酸化層の上面から最も深いホールの底となるエッチングストップ層の表面までエッチングするまでの間、最も深いホールの底となるエッチングストップ層以外の複数のエッチングストップ層のエッチングを抑制し、かつ、複数のホールの開口部の閉塞を抑制するように、酸素及び窒素の流量が設定されてもよい。このように、エッチングストップ層のエッチング抑制の観点から酸素と窒素との流量を設定することで、深さの異なるホールを同時に生成することが可能となる。
【００１４】
一実施形態では、酸素の流量をＸ（Ｘ＞０）、窒素の流量をＹ（Ｙ＞０）とすると、Ｙ＝−５Ｘ＋ｂ（但し、数値ｂは３００ｓｃｃｍ＜ｂ＜３７５ｓｃｃｍ）を満たしてもよい。一実施形態では、数値ｂが３２５ｓｃｃｍ≦ｂ≦３５０ｓｃｃｍを満たし、かつ、窒素の流量Ｙが５０ｓｃｃｍ≦Ｙ≦１００ｓｃｃｍであってもよい。上記式を満たす範囲に酸素と窒素との流量を設定することで、エッチングストップ層と酸化層との高い選択比を実現するとともに、形状の優れたホールを形成することができる。
【００１５】
一実施形態では、多層膜には、最も深いホールの深さが最も浅いホールの深さの２倍以上になるように、複数のエッチングストップ層が配置されていてもよい。すなわち、３次元構造を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリを製造する場合において、エッチングストップ層と酸化層との高い選択比を実現するとともに、形状の優れたホールを形成することができる。
【００１６】
本発明の他の側面に係るプラズマ処理装置は、多層膜に深さの異なる複数のホールを形成するプラズマ処理装置である。多層膜は、酸化層及び複数のエッチングストップ層を有する。複数のエッチングストップ層は、酸化層の上面よりも積層方向の下方に配置され、積層方向において異なる位置に配置されたタングステンからなる。該装置は、処理容器、載置台、上部電極、高周波電源、ガス供給系及び制御部を備える。載置台は、下部電極を有し、処理容器内に配置される。上部電極は、下部電極と対面配置される。高周波電源は、下部電極にプラズマ励起用の高周波電力を印加する。ガス供給系は、フルオロカーボン系ガス、希ガス、酸素及び窒素を含むガスを処理容器内に供給する。制御部は、ガス供給系を制御する。該制御部は、ガス供給系に処理容器へ処理ガスを供給させてプラズマを発生させ、酸化層の上面から複数のエッチングストップ層に至るまでエッチングすることにより、酸化層に深さの異なる複数のホールを同時に形成する。
【００１７】
該プラズマ処理装置では、酸化層のエッチング用の処理ガスとしてフルオロカーボン系ガス、希ガス、酸素及び窒素を含む。窒素を添加することにより、フルオロカーボン系ガスから生成されるＣＦ、ＣＦ２及びＣＦ３ラジカルのうちＣＦラジカルとＣＦ３ラジカルが減少する。ホール開口に付着する反応生成物の前駆体であるＣＦラジカルが減少することで、ホールの開口の閉塞を抑制することができるとともに、反応生成物を除去するための酸素の流量を減少させることが可能となる。酸素の流量を減少させることで、タングステンからなるエッチングストップ層に形成された保護膜が大幅にエッチングされることを回避することができる。よって、酸化層をエッチングする際に、エッチングストップ層の表面に保護膜を形成することができるとともに、ホールの開口の閉塞を抑制することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、酸化層をエッチングする際に、エッチングストップ層の表面に保護膜を形成することができるとともに、ホールの開口の閉塞を抑制することが可能なプラズマ処理方法及びその装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す図である。
【図２】３次元構造を有するＮＡＮＤの概略斜視図である。
【図３】メタルコンタクトを説明する断面図である。
【図４】エッチング工程を説明する概要図である。
【図５】実施例及び比較例について、ホール形状の評価、エッチングストップ層の耐エッチング性の評価、及びクロッキングの評価を行った結果を示す表である。
【図６】実施例及び比較例のホール形状を模式的に示す図である。
【図７】実施例及び比較例におけるエッチングストップ層の耐エッチング性の評価結果を酸素及び窒素の関係として示すグラフである。
【図８】実施例及び比較例におけるクロッキングの評価結果を酸素及び窒素の関係として示すグラフである。
【図９】窒素と酸素の流量比の関係を示す図である。
【図１０】窒素と酸素の最適な流量を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
【００２１】
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を示す図である。図１に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型平行平板プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２は、例えば、その表面は陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
【００２２】
処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された円筒上の支持部１４が配置されている。この支持部１４は、例えばアルミニウムといった金属から構成された基台１６を支持している。この基台１６は、処理容器１２内に設けられており、一実施形態においては、下部電極を構成している。
【００２３】
基台１６の上面には、静電チャック１８が設けられている。静電チャック１８は基台１６と共に一実施形態の載置台を構成している。静電チャック１８は、導電膜である電極２０を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。電極２０には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８は、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力により被処理体（ワークピース）Ｗを吸着保持することができる。
【００２４】
基台１６の上面であって、静電チャック１８の周囲には、フォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、被エッチング層の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、シリコン又は石英から構成され得る。
【００２５】
基台１６の内部には、冷媒室２４が設けられている。冷媒室２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒、例えば冷却水が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、静電チャック１８上に載置された被処理体Ｗの温度が制御される。
【００２６】
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８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１８の上面と被処理体Ｗの裏面との間に供給する。
【００２７】
また、処理容器１２内には、上部電極３０が設けられている。この上部電極３０は、下部電極である基台１６の上方において、当該基台１６と対向配置されており、基台１６と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極１６との間には、被処理体Ｗにプラズマエッチングを行うための処理空間Ｓが画成されている。
【００２８】
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数のガス吐出孔３４ａを画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。
【００２９】
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、ガス拡散室３６ａが設けられている。このガス拡散室３６ａからは、ガス吐出孔３４ａに連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。また、電極支持体３６にはガス拡散室３６ａに処理ガスを導くガス導入口３６ｃが形成されており、このガス導入口３６ｃには、ガス供給管３８が接続されている。
【００３０】
ガス供給管３８には、スプリッタ４３、バルブ４２ａ〜４２ｄ及びマスフローコントローラ（ＭＦＣ）４４ａ〜４４ｄを介して、ガス源４０ａ〜４０ｄが接続されている。なお、ＭＦＣの代わりにＦＣＳが設けられていてもよい。ガス源４０ａは、例えば、Ｃ４Ｆ６、Ｃ４Ｆ８ガスのようなフルオロカーボン系ガス（ＣｘＦｙ）を含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｂは、例えば、Ａｒガスのような希ガスを含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｃは、例えば、酸素を含む処理ガスのガス源である。ガス源４０ｄは、例えば、窒素を含む処理ガスのガス源である。これらのガス源４０ａ〜４０ｄからの処理ガスは、ガス供給管３８からガス拡散室３６ａに至り、ガス通流孔３６ｂ及びガス吐出孔３４ａを介して処理空間Ｓに吐出される。ガス源４０ａ〜４０ｄ、バルブ４２ａ〜４２ｄ、ＭＦＣ４４ａ〜４４ｄ、スプリッタ４３、ガス供給管３８、並びに、ガス拡散室３６ａ、ガス通流孔３６ｂ、及びガス吐出孔３４ａを画成する上部電極３０は、一実施形態におけるガス供給部を構成している。
【００３１】
また、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状の接地導体であり、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
【００３２】
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。また、デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチングの副生成物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
【００３３】
処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２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、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。排気装置５０は、処理容器１２内を例えば２０〜４０ｍＴｏｒｒ（２．６６〜５．３２Ｐａ）の真空度に維持する。また、処理容器１２の側壁には被処理体Ｗの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
【００３４】
また、処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向において被処理体Ｗと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材５６はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図１に示す位置に限られるものではない。例えば、導電性部材５６は、基台１６の周囲に設けられる等、基台１６側に設けられてもよく、また上部電極３０の外側にリング状に設けられる等、上部電極３０の近傍に設けられてもよい。
【００３５】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、下部電極を構成する基台１６に高周波電力を供給するための給電棒５８を更に備えている。給電棒５８は、一実施形態に係る給電ラインを構成している。給電棒５８は、同軸二重管構造を有しており、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂを含んでいる。棒状導電部材５８ａは、処理容器１２外から処理容器１２の底部を通って処理容器１２内まで略鉛直方向に延在しており、当該棒状導電部材５８ａの上端は、基台１６に接続されている。また、筒状導電部材５８ｂは、棒状導電部材５８ａの周囲を囲むように当該棒状導電部材５８ａと同軸に設けられており、処理容器１２の底部に支持されている。これら棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの間には、略環状の２枚の絶縁部材５８ｃが介在して、棒状導電部材５８ａと筒状導電部材５８ｂとを電気的に絶縁している。
【００３６】
また、一実施形態において、プラズマ処理装置１０は、整合器７０、７１を更に備え得る。整合器７０、７１には、棒状導電部材５８ａ及び筒状導電部材５８ｂの下端が接続されている。この整合器７０、７１には、第１の高周波電源６２、及び第２の高周波電源６４がそれぞれ接続されている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。また、第１の高周波電力は、一例においては１０００〜２０００Ｗである。第２の高周波電源６４は、基台１６に高周波バイアスを印加し、被処理体Ｗにイオンを引き込むための第２の高周波電力を発生する。第２の高周波電力の周波数は、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数であり、一例においては３ＭＨｚである。また、第２の高周波電力は、一例においては３０００〜５０００Ｗである。また、直流電源６０は、ローパスフィルタ７０を介して、上部電極３０に接続されている。この直流電源６０は、負の直流電圧を上部電極３０に出力する。上記構成によって、下部電極を構成する基台１６に二つの異なる高周波電力を供給し、上部電極３０に直流電圧を印可し得る。
【００３７】
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部、例えば電源系やガス供給系、駆動系、及び電源系等を、制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０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、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示すことができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各構成部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
【００３８】
このプラズマ処理装置１０を用いてエッチングを行うときには、静電チャック１８上に被処理体Ｗが載置される。被処理体Ｗは、被エッチング層と、当該エッチング層上に設けられたレジストマスクを有し得る。そして、排気装置５０により処理容器１２内を排気しながら、ガス源４０ａ〜４０ｄからの処理ガスを所定の流量で処理容器１２内に供給し、処理容器１２内の圧力を、例えば、０．１〜５０Ｐａの範囲内に設定する。
【００３９】
次いで、第１の高周波電源６２が、第１の高周波電力を下部電極１６に供給する。また、第２の高周波電源６４が、第２の高周波電力を下部電極１６に供給する。さらに、直流電源６０が、第１の直流電圧を上部電極３０に供給する。これにより、上部電極３０と下部電極１６との間に高周波電界が形成され、処理空間Ｓに供給された処理ガスが、プラズマ化する。このプラズマで生成される正イオンやラジカルによって被処理体Ｗの被エッチング層がエッチングされる。
【００４０】
次に、上記プラズマ処理装置１０によりエッチングされる被処理体Ｗの詳細を説明する。被処理体Ｗは、例えば三次元構造の多層膜を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリの構造を形成するために用いられる。図２は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリの概略図である。図２に示すように、各多層配線層２００は、ワード線の電位を供給するためのメタルコンタクトＭＣ１〜ＭＣ４を有している。これらのメタルコンタクトを形成するため、複数の多層配線層２００の端部は階段状に加工されている。図３は、メタルコンタクトＭＣ１〜ＭＣ４が形成される箇所の概略断面図である。図３に示すように、各多層配線層２００ａ〜２００ｄは、例えば絶縁層１０１ａ〜１０１ｄ及び導電膜１００ａ〜１００ｄを有する。最下部に位置する多層配線層２００ｄの長さが最も長く、最上部に位置する多層配線層２００ａが最も短く設定されている。多層配線層２００ａ〜２００ｄの長さが、最下部から最上部の多層配線層２００ａに従って次第に短く設定されている。各多層配線層２００ａ〜２００ｄの上部には、絶縁層１０２、バッファ膜１０３及びＡＣＬ（アモルファスカーボンレイヤー）１０４が形成されている。メタルコンタクトＭＣ１〜ＭＣ４は、ＡＣＬ１０４、バッファ膜１０３及び絶縁層１０２に形成されたホールＨ１〜Ｈ４の内部に金属等の導電性材料を堆積させて形成される。ホールＨ１〜Ｈ４は、導電膜１００ａ〜１００ｄを下地層（エッチングストップ層）として絶縁層１０２やバッファ膜１０３をエッチング処理することにより同時に形成されるものであり、それぞれの深さが異なるホールである。
【００４１】
上記のような深さの異なるホールを同時に形成するエッチング工程を、構造を簡略化させた概要図を用いて説明する。図４は、プラズマ処理方法のエッチング工程を説明する概要図である。図４の（ａ）に示すように、被処理体Ｗは、基板９９、絶縁層（酸化層）１０５、ＡＣＬ１０４及びＳｉＮＯ等のハードマスク１０７を備えている。絶縁層１０５は、基板９９上に形成されており、例えばＳｉＯ２等を用いて形成される。絶縁層１０５の内部には、エッチングストップ層１００ａ、１００ｂが、積層方向に異なる位置となるように配置されている。例えば、絶縁層１０５の上面である１０５ａから深さＤ３の位置にエッチングストップ層１００ａが配置され、絶縁層１０５の上面である１０５ａから深さＤ５の位置にエッチングストップ層１００ｂが配置される。すなわち、エッチングストップ層１００ａ、１００ｂは、絶縁層１０５の上面１０５ａよりも積層方向の下方に配置される。また、例えば、深さＤ３は約１０００〜１５００ｎｍであり、深さＤ５は約３０００〜３５００ｎｍである。すなわち、同時に形成されるホールは、互いに深さが２倍以上異なる複数のホールであり得る。また、エッチングストップ層として、例えばタングステン（Ｗ）が用いられ、その厚さは、例えば約３０〜８０ｎｍである。
【００４２】
絶縁層１０５の上面１０５ａよりも積層方向の上方には、マスク層として、ＡＣＬ１０４及びハードマスク１０７が配置されている。ＡＣＬ１０４及びハードマスク１０７は、積層方向からみて複数のエッチングストップ層１００ａ、１００ｂのそれぞれと重なる位置に形成された直径Ｄ２の開口部Ｋ１，Ｋ２を有している。ここで、マスク層の高さは例えば１０００〜１５００ｎｍであり、開口部Ｋ１，Ｋ２の直径は例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍである。
【００４３】
次に、図４の（ｂ）に示すように、上記マスク層及びエッチングストップ層１００ａ、１００ｂを用いて、絶縁層１０５に深さの異なる複数のホールＨ１，Ｈ２を同時にエッチングする。ここで、絶縁層１０５のエッチング用の処理ガスとしてフルオロカーボン系ガス、希ガス、酸素及び窒素を含む処理ガスを採用する。一実施形態では、酸素の流量をＸ（Ｘ＞０）、窒素の流量をＹ（Ｙ＞０）とすると、Ｙ＝−５Ｘ＋ｂ（但し、数値ｂは３００ｓｃｃｍ＜ｂ＜３７５ｓｃｃｍ）としてもよい。また、一実施形態では、数値ｂが３２５ｓｃｃｍ≦ｂ≦３５０ｓｃｃｍを満たし、かつ、窒素の流量Ｙが５０ｓｃｃｍ≦Ｙ≦１００ｓｃｃｍとなるように酸素と窒素の流量を調整してもよい。
【００４４】
フルオロカーボン系ガスは、酸化膜のエッチングに寄与するガスであり、フルオロカーボン系ガスからＣＦ、ＣＦ２及びＣＦ３ラジカルが生成される。ここで、窒素が添加されていることにより、フルオロカーボン系ガスから生成されるＣＦ、ＣＦ２及びＣＦ３ラジカルのうち、ＣＦラジカルとＣＦ３ラジカルが減少する。ＣＦラジカルは、ホール開口に付着する反応生成物の前駆体であり、ＣＦラジカルが減少することで、クロッキング（ホール開口の閉塞）が抑制されるとともに、ホールのネッキングが改善し、ボーイングも改善され、形状の優れたホールＨ１，Ｈ２を形成することができる。そして、窒素の添加によってホール開口に付着する反応生成物が少なくなることから、反応生成物を除去するための酸素の流量を減少させることが可能となる。酸素の流量を減少させることで、エッチングストップ層１００ａ、１００ｂに形成された保護膜が大幅にエッチングされることを回避することができる。このため、エッチングストップ層１００ａ、１００ｂが長時間のエッチングにも耐えることが可能となる。このように、酸素及び窒素の流量は、絶縁層１０５の上面１０５ａから最も深いホールＨ２の底となるエッチングストップ層１００ｂの表面までエッチングするまでの間、最も深いホールＨ２の底となるエッチングストップ層１００ｂ以外のエッチングストップ層１００ａのエッチングを抑制し、かつ、複数のホールＨ１、Ｈ２の開口部の閉塞を抑制するように、設定される。よって、エッチングストップ層１００ａ、１００ｂの表面に保護膜を形成し、エッチングストップ層１００ａ、１００ｂと絶縁層１０５との高い選択比を実現するとともに、ホールＨ１、Ｈ２の開口の閉塞を抑制しつつ、形状の優れたホールＨ１、Ｈ２を形成することが可能となる。
【００４５】
なお、窒素を導入したことによる作用については上記に限られず、以下の作用が複合的に起こっている場合もあり得る。
【００４６】
例えば、ホールの底のタングステンの表面保護膜となるのはＣＦ２ラジカルである。このＣＦ２ラジカルは、窒素を添加した場合であっても、ＣＦ及びＣＦ３ラジカルと比べて減少しない傾向にある。このため、窒素を添加することで、ＣＦラジカルが減少し、ホールの間口のデポの付着が減少して、ネッキングが回線され、ＣＦ２がホールの底に届き易くなっており、結果としてエッチングストップ層であるタングステン層の表面に良好な保護膜が形成されていると考えられる。あるいは、窒素を添加することで、エッチングストップ層であるタングステン層の表面にＣＦ系の保護膜よりもエッチング耐性を有するＣＮ系の保護膜が形成されていることも考えられる。
【００４７】
また、第１イオン化エネルギーの観点から考察すると、Ｏ：１３．６１８ｅＶ、Ｎ：１４．５３ｅＶ、Ｏ２：１２．０７ｅＶ、Ｎ２：１５．５８ｅＶとなる。このため、Ｎに比べてＯの方が電離しやすく、Ｏイオンがホールの底まで引き込まれやすい。このため、Ｏが多い場合には、エッチングストップ層であるタングステン層の表面保護膜がエッチングされやすい傾向にあると考えられる。一方、Ｎは、Ｏと比較して電離しにくいため、ラジカルとしての作用の割合が大きくなり、ホールの底よりもホールの間口のデポの除去に作用すると考えられる。さらに、Ｎラジカルは、Ｏラジカルと比較して付着係数が高い。このため、ホールの間口のデポと反応し、ホールの底まで到達しにくいと考えられる。このため、窒素を導入し、酸素の割合を減らすことで、良好なホール形状と高い選択比を実現できると考えられる。
【００４８】
以上、種々の実施形態について説明したが、これら実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、上述した実施形態では、下部電極１６に二つの高周波電源が接続されているが、下部電極１６と上部電極３０のうち一方に第１の高周波電源が接続され、他方に第２の高周波電源が接続されていてもよい。
【実施例】
【００４９】
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例及び比較例について述べる。
【００５０】
（実施例１〜７）
エッチングストップ層となるタングステン層上に、絶縁体であるＳｉＯ２層を形成し、ハードマスク層及びＡＣＬからなるマスクを形成し、以下の条件で１つのホールをエッチングにより形成した。
［エッチング条件］
ガスの流量
Ｃ４Ｆ６ガス：５０ｓｃｃｍ
Ａｒガス：６００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガス：４５〜５０ｓｃｃｍ
Ｎ２ガス：５０、１００ｓｃｃｍ
処理時間：３８０ｓｅｃ
ここで、Ｏ２ガス：６０ｓｃｃｍ及びＮ２ガス：５０ｓｃｃｍを実施例１、Ｏ２ガス：５５ｓｃｃｍ及びＮ２ガス：５０ｓｃｃｍを実施例２、Ｏ２ガス：５０ｓｃｃｍ及びＮ２ガス：５０ｓｃｃｍを実施例３、Ｏ２ガス：６０ｓｃｃｍ及びＮ２ガス：１００ｓｃｃｍを実施例４、Ｏ２ガス：５５ｓｃｃｍ及びＮ２ガス：１００ｓｃｃｍを実施例５、Ｏ２ガス：５０ｓｃｃｍ及びＮ２ガス：１００ｓｃｃｍを実施例６、Ｏ２ガス：４５ｓｃｃｍ及びＮ２ガス：１００ｓｃｃｍを実施例７とした。
【００５１】
（比較例１，２）
窒素を含まない処理ガスでエッチングしたものを比較例とした。エッチング条件として、Ｏ２ガス：６５ｓｃｃｍを比較例１、Ｏ２ガス：６０ｓｃｃｍを比較例２とした。その他の条件は、実施例１〜７と同一とした。
【００５２】
（その他の工程）
得られた比較例１，２及び実施例１〜７において、絶縁層に対するアッシング工程、エッチングストップ層に対するアッシング工程を行った。
【００５３】
（結果）
図５は、比較例１，２及び実施例１〜７のホール形状の評価、エッチングストップ層の耐エッチング性の評価、及びクロッキングの評価を行った結果を示す表である。図５では、比較例１，２及び実施例１〜７をＮｏ.で示している。ターゲットは目標値（基準値）である。これらの値はＳＥＭ画像から判断した。図５に示す結果の詳細について、図６〜図８に示す。
【００５４】
（ホール形状の評価）
まず、絶縁層のマスクであるＡＣＬがエッチングされていないか否か、エッチング後のＡＣＬの厚さ及びＳｉＯ２層とＡＣＬとの選択比で評価した。図５に示すように、実施例４、５で多少ＡＣＬがエッチングされているものの、例えば２５４ｎｍ又は３５１ｎｍの厚さのＡＣＬが残っており、マスクとして十分な膜厚が残されていることが確認された。また、比較例１、実施例１，２，４〜６について、ホールの深さの目標深さ３０００〜３２００ｎｍを達成できていることが確認された。
次に、絶縁層に対するアッシング工程を行った後、ホール開口付近の幅Ｔｏｐ、ホールの最大の幅Ｂｏｗ．、及び差分Δ（Ｂｏｗ．−Ｔｏｐ）を測定した。図５に示すように、比較例１は、差分Δが５１となり、ホール形状が良好でないことが確認された。一方、実施例１，２，４〜６は差分Δが６〜３２の範囲となっていた。したがって、窒素の添加効果として、ホール形状が良好となることが確認された。
次に、エッチングストップ層に対するアッシング工程を行い、ホール開口付近の幅をＴｏｐ、ホール底の幅をＢｔｍ、ホールの最大の幅をＢｏｗ．として測定した。結果を図６に示す。図６は比較例１、実施例１，４〜５の断面ＳＥＭ像の画像を模式的に示す図である。図６に示すように、ホール開口付近の幅をＴｏｐ、ホール底の幅をＢｔｍ、ホールの最大の幅をＢｏｗ．として測定した。そして、図６に示すＴｏｐ及びＢｏｗ.から明らかなように、実施例１，４〜６は、比較例１に比べて差分Δ（Ｂｏｗ．−Ｔｏｐ）が小さいことが確認された。したがって、窒素の添加効果として、ホール形状が良好となることが再確認された。
【００５５】
（エッチングストップ層の耐エッチング性の評価）
エッチングストップ層に対するアッシング工程を行った後に、エッチングストップ層であるタングステン層のロス（タングステン層上面からのエッチング深さ）及び選択比（ＳｉＯ２／Ｗ）を評価した。図５に示すように、実施例１，２，４〜６は、比較例１に比べてタングステン層のロスが少なく、かつ、選択比も大きいことが確認された。図７は、図５の数値を確認した比較例１及び実施例１，２，４〜６の断面ＳＥＭ像の模式図と、酸素及び窒素の流量の関係を示すグラフである。横軸が酸素の流量で縦軸が窒素の流量である。図７に示されるように、酸素の量が小さくなるほど、タングステン層のロスが少なくなることが確認された。
【００５６】
（クロッキングの評価）
アッシング工程前に、閉塞したホールが存在するか否か、撮像されたＳＥＭ像の１３２個のホールに対して目視で確認した。結果を図５に示す。なお、図５では、閉塞したホールが存在しなかった場合には、Ｆｒｅｅと表示した。図５に示すように、比較例２及び実施例３でクロッキングが確認された。比較例１及び実施例１、２、４〜７については、閉塞したホールが存在しなかった。図８は、図５の結果を確認した比較例１，２及び実施例１〜７のＳＥＭ像の模式図と、酸素及び窒素の流量の関係を示すグラフである。横軸が酸素の流量で縦軸が窒素の流量である。模式図では、基板上方からみたホールＨを表現しており、略円形で示される部分がホールＨとして開口されている部分である。そして、灰色のホールはクロッキングが発生しているホールである。図８に示されるように、窒素が多くなるほど、そして酸素が多くなるほどクロッキングが改善されることが確認された。
【００５７】
（酸素及び窒素の流量の関係）
図９は、図５〜図８に示した実験結果から得られる傾向を示すグラフであり、横軸が酸素の流量で縦軸が窒素の流量である。図９に示すように、窒素の流量を増加するとクロッキングが改善され、酸素の量を少なくすると、クロッキングが悪化するもののタングステン層のロスが改善されることがわかる。このため、タングステン層のロスとクロッキングとのトレードオフを解決する酸素及び窒素の関係があることがわかる。この関係を詳細に検討したものが図１０である。図１０は、図５〜図８に示した実験結果から得られる傾向を詳細に示すグラフであり、横軸が酸素の流量で縦軸が窒素の流量である。図１０の黒い円は、タングステン層のロスとクロッキングの何れもが改善された条件、黒い三角は、クロッキングが発生した条件、白い三角はタングステン層のロスが発生した条件である。すなわち、図中の斜線で示す領域がタングステン層のロスとクロッキングとのトレードオフを解決する酸素及び窒素の流量となる。該領域は、図中の実線で示す直線からの距離で規定することができる。実験結果より、酸素の流量をＸ（Ｘ＞０）、窒素の流量をＹ（Ｙ＞０）とすると、Ｙ＝−５Ｘ＋ｂ（但し、数値ｂは３００ｓｃｃｍ＜ｂ＜３７５ｓｃｃｍ）となった。そして、数値ｂが３２５ｓｃｃｍ≦ｂ≦３５０ｓｃｃｍを満たし、かつ、前記窒素の流量Ｙが５０ｓｃｃｍ≦Ｙ≦１００ｓｃｃｍであってもよいことがわかる。このように、エッチングストップ層の表面に保護膜を形成することができるとともに、ホールの開口の閉塞を抑制することが可能な酸素及び窒素の流量の関係が特定された。
【符号の説明】
【００５８】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…基台（下部電極）、１８…静電チャック、３０…上部電極、４０…ガス源、５８…給電棒（給電ライン）、６０…直流電源、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、Ｗ…被処理体。
【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９】
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【図１０】
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【図８】
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