(57)【要約】【課題】形状異常を抑制しつつ同一エッチング条件で一括してエッチングするプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置を提供する。【解決手段】多層膜材料は、ポリシリコン層、該ポリシリコン上に形成された第１金属層、及び、前記第１金属層上に形成されたタングステン層を含むハードマスク層を有する。該方法は、塩素及びケイ素を含有する化合物、塩素及びホウ素を含有する化合物、又は、塩素及び水素を含有する化合物を含む塩化物含有ガスと、塩素を含有する塩素含有ガスと、炭素及びフッ素を含有する処理ガスとを混合させた混合ガスを用いてプラズマを生成し、ハードマスク層をエッチングマスクとして、第１金属層の上面からポリシリコン層の下面までエッチングする。【選択図】図２
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【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及び前記処理空間内にガスを供給するガス供給部を備えるプラズマ処理装置を用いて、多層膜材料をエッチングするプラズマ処理方法であって、
前記多層膜材料は、ポリシリコン層、該ポリシリコン層上に形成された第１金属層、及び、前記第１金属層上に形成されたタングステン層を含むハードマスク層を有し、
塩素及びケイ素を含有する化合物、塩素及びホウ素を含有する化合物、又は、塩素及び水素を含有する化合物を含む塩化物含有ガスと、塩素を含有する塩素含有ガスと、炭素及びフッ素を含有する処理ガスとを混合させた混合ガスを用いてプラズマを生成し、前記ハードマスク層をエッチングマスクとして、前記第１金属層の上面から前記ポリシリコン層の下面までエッチングするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記第１金属層は、チタン、窒化チタン又はチタンシリサイドを含む請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記ポリシリコン層は、第２金属層上に形成される請求項１又は２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記第２金属層は、チタン、窒化チタン又はチタンシリサイドを含む請求項３に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
前記塩化物含有ガスは、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４及びＨＣｌのうち少なくとも１つを含有する請求項１〜４の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項６】
前記処理ガスは、ＣＦ４及びＣ４Ｆ８のうち少なくとも１つを含有する請求項１〜５の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項７】
前記塩化物含有ガスの流量が、前記塩化物含有ガス及び前記塩素含有ガスの総流量に対して、７５．０％以下である請求項１〜６の何れか一項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項８】
前記塩化物含有ガスの流量が、前記塩化物含有ガス及び前記塩素含有ガスの総流量に対して、２５．０％以上である請求項７に記載のプラズマ処理方法。
【請求項９】
多層膜材料をエッチングするプラズマ処理装置であって、
プラズマが生成される処理空間を画成する処理容器と、
前記処理空間内にガスを供給するガス供給部と、
前記ガス供給部を制御する制御部と、
を備え、
前記多層膜材料は、ポリシリコン層、該ポリシリコン層上に形成された第１金属層、及び、前記第１金属層上に形成されたタングステン層を含むハードマスク層を有し、
前記制御部は、
塩素及びケイ素を含有する化合物、塩素及びホウ素を含有する化合物、又は、塩素及び水素を含有する化合物を含む塩化物含有ガスと、塩素を含有する塩素含有ガスと、炭素及びフッ素を含有する処理ガスとを混合させた混合ガスを用いてプラズマを生成し、前記ハードマスク層をエッチングマスクとして、前記第１金属層の上面から前記ポリシリコン層の下面までエッチングする
プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の種々の側面及び実施形態は、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、金属層を含む多層膜をプラズマ処理する方法が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。特許文献１記載のプラズマ処理方法では、ポリシリコン層上に形成された金属層（窒化タングステン層もしくは窒化チタン層）、金属層上に形成されたタングステン層、及び、タングステン層上に形成されたシリコン酸化物を備えた被処理体をエッチング処理する。シリコン酸化物を用いてタングステン層をエッチングした後、フッ素原子、塩素原子及び臭素原子の少なくとも１つを含むガスと酸素原子を含むガスとの混合ガスを用いてポリシリコン層上に形成された金属層をエッチングする。ポリシリコン層は、塩素ガス又は臭化水素ガスでエッチングされる。
【０００３】
特許文献２記載のプラズマ処理方法では、基板上にポリシリコン層、金属層もしくは金属シリサイド層、及び、マスクパターンが順次積層された被処理体をエッチング処理する。そして、該方法では、フッ素、塩素及び臭素を含むガスを用いて金属層又は金属シリサイド層をエッチングする第１工程と、ポリシリコン層に形成されたエッチング妨害膜を除去する第２工程と、塩素を含むガスを用いてポリシリコン層をエッチングする第３工程を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７５９６７号公報
【特許文献２】特開平１１−２３３４９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１、２記載のプラズマ処理方法では、ポリシリコン層又は金属層をエッチングする際に発生する反応生成物を除去又は抑制したり、形状を均一化するためにステップ化してエッチングしているため、同一エッチング条件でポリシリコン層及び金属層を一括してエッチングすることができない。本技術分野では、ポリシリコン層／金属層をエッチングする際に、形状異常を抑制しつつ同一エッチング条件で一括してエッチングするプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一側面に係るプラズマ処理方法は、プラズマ処理装置を用いて多層膜材料をエッチングするプラズマ処理方法である。該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及び前記処理空間内にガスを供給するガス供給部を備える。多層膜材料は、ポリシリコン層、該ポリシリコン層上に形成された第１金属層、及び、前記第１金属層上に形成されたタングステン層を含むハードマスク層を有する。該方法は、塩素及びケイ素を含有する化合物、塩素及びホウ素を含有する化合物、又は、塩素及び水素を含有する化合物を含む塩化物含有ガスと、塩素を含有する塩素含有ガスと、炭素及びフッ素を含有する処理ガスとを混合させた混合ガスを用いてプラズマを生成し、ハードマスク層をエッチングマスクとして、第１金属層の上面からポリシリコン層の下面までエッチングする。
【０００７】
このプラズマ処理方法では、塩素含有ガスに含まれる塩素ラジカルにより第１金属層及びポリシリコン層をエッチングする際に、炭素及びフッ素を含有する処理ガスを同時に処理空間へ導入する。これにより、炭素を含む生成物がポリシリコン層の側壁に保護膜として形成されるため、ポリシリコン層の水平方向への不必要なエッチングを抑制することができる。さらに、第１金属層及びポリシリコン層をエッチングする際に、ケイ素、ホウ素又は水素を含有する塩化物含有ガスを同時に処理空間へ導入する。これにより、塩素ラジカルを生成しつつ、塩化物含有ガスに含まれるケイ素、ホウ素又は水素が処理ガスに含まれるフッ素ラジカルと反応するため、フッ素ラジカルがハードマスク層に含まれるタングステン層の側壁をエッチングすることを抑制することができる。このように、マスクの形状を維持しつつ被エッチング材料の形状異常を防止することが可能となるため、形状異常を抑制しつつ同一エッチング条件で一括してエッチングすることができる。
【０００８】
一実施形態では、第１金属層は、チタン、窒化チタン又はチタンシリサイドを含んでもよい。一実施形態では、ポリシリコン層は、第２金属層上に形成されてもよい。一実施形態では、第２金属層は、チタン、窒化チタン又はチタンシリサイドを含んでもよい。このように、半導体材料として既知の多層膜構造に好適に採用することができる。
【０００９】
一実施形態では、塩化物含有ガスは、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４及びＨＣｌのうち少なくとも１つを含有してもよい。処理ガスは、ＣＦ４及びＣ４Ｆ８のうち少なくとも１つを含有してもよい。
【００１０】
一実施形態では、塩化物含有ガスの流量が、塩化物含有ガス及び塩素含有ガスの総流量に対して、７５．０％以下であってもよい。このように構成することで、エッチングレートを維持しながら形状異常を防止することができる。
【００１１】
一実施形態では、塩化物含有ガスの流量が、塩化物含有ガス及び塩素含有ガスの総流量に対して、２５．０％以上であってもよい。少なくとも２５．０％以上含有することで形状異常を防止することができる。
【００１２】
本発明の他の側面に係るプラズマ処理装置は、多層膜材料をエッチングするプラズマ処理装置である。該装置は、処理容器、ガス供給部及び制御部を備える。処理容器は、プラズマが生成される処理空間を画成する。ガス供給部は、処理空間内にガスを供給する。制御部は、ガス供給部を制御する。該多層膜材料は、ポリシリコン層、該ポリシリコン層上に形成された第１金属層、及び、前記第１金属層上に形成されたタングステン層を含むハードマスク層を有する。制御部は、塩素及びケイ素を含有する化合物、塩素及びホウ素を含有する化合物、又は、塩素及び水素を含有する化合物を含む塩化物含有ガスと、塩素を含有する塩素含有ガスと、炭素及びフッ素を含有する処理ガスとを混合させた混合ガスを用いてプラズマを生成し、ハードマスク層をエッチングマスクとして、第１金属層の上面からポリシリコン層の下面までエッチングする。
【００１３】
本発明の他の側面に係るプラズマ処理装置によれば、上述したプラズマ処理方法と同様の効果を奏する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の種々の側面及び一実施形態によれば、形状異常を抑制しつつ同一エッチング条件で一括してエッチングすることができるプラズマ処理方法及びプラズマ処理装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】エッチングの工程を示す概略断面図である。
【図３】一実施形態に係るプラズマ処理方法の作用効果を説明する概要図である。
【図４】多層膜材料の形状に関する指標を説明する図である。
【図５】比較例及び実施例の形状を評価した表である。
【図６】比較例及び実施例の形状を評価した表である。
【図７】比較例及び実施例の形状を評価した表である。
【図８】比較例及び実施例の形状を評価した表である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す概略図である。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。
【００１８】
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（第２電極）を構成している。
【００１９】
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）Ｘを吸着保持することができる。
【００２０】
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。
【００２１】
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Ｘの温度が制御される。
【００２２】
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Ｘの裏面との間に供給する。
【００２３】
また、処理容器１２内には、上部電極３０（第１電極）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と下部電極を構成する基台１６との間には、被処理体Ｘ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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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、炭素及びフッ素を含有する処理ガスのガス源である。炭素及びフッ素を含有する処理ガスは、例えば、一般式ＣｘＦｙ（ｘ、ｙ：整数）で表記されるガスであり、ＣＦ４及びＣ４Ｆ８のうち少なくとも１つを含有するガスである。ガス源４０ｂは、例えば、塩素及びケイ素を含有する化合物、塩素及びホウ素を含有する化合物、又は、塩素及び水素を含有する化合物を含む塩化物含有ガスのガス源である。塩化物含有ガスは、例えば、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４及びＨＣｌのうち少なくとも１つを含有するガスである。ガス源４０ｃは、例えば、塩素Ｃｌ２を含有する塩素含有ガスのガス源である。ガス源４０ｄは、例えば、パージ用ガスの窒素や不活性ガスのＡｒ等を含むガスのガス源である。これらのガス源４０ａ〜４０ｄからのガスは、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。
【００２７】
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。
【００２８】
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、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。
【００２９】
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。また、処理容器１２の側壁には被処理体Ｘ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。
【００３０】
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Ｘ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。
【００３１】
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。
【００３２】
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（第１電源部）及び第２の高周波電源６４（第２電源部）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（第１周波数の電力）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０〜２０００Ｗ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Ｘにイオンを引き込むための第２の高周波電力（第２周波数の電力）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０〜５０００Ｗである。また、直流電源６０は、ローパスフィルタを介して、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に直流電圧を印加し得る。
【００３３】
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ることができる。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。
【００３４】
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Ｘが載置される。被処理体Ｘは、被エッチング層と、当該被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。
【００３５】
次いで、第１の高周波電源６２が、第１の高周波電力を基台１６に供給する。また、第２の高周波電源６４が、第２の高周波電力を基台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と基台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Ｘの被エッチング層がエッチングされる。
【００３６】
以下、図２を参照して、上述したプラズマ処理装置１０を用いたプラズマ処理方法の一実施形態について説明する。図２はエッチングの工程を示す概略断面図である。図２に示すエッチングの工程における制御は、制御部Ｃｎｔにより実行される。一実施形態のプラズマ処理方法は、上述したプラズマ処理装置１０を用い、タングステンを含むマスクを介してポリシリコン層及び金属層からなる少なくとも２層構造を被エッチング層として一括でエッチングし、所定のパターンにパターニングする。すなわち、金属層の上面からポリシリコン層の下面に至るまで同一のエッチング条件でエッチングする。以下では、該２層構造を有する３層構造（金属層／ポリシリコン層／金属層）を被エッチング層として一括でエッチングする場合を説明する。
【００３７】
図２に示すように、まず被処理体Ｘが準備され、被処理体Ｘが処理容器１２の静電チャック１８に載置される。図２の（Ａ）に示すように、被処理体Ｘは、基板Ｂ上に、下地層４、第２金属層９、ポリシリコン層８、第１金属層７が順次積層された多層膜材料である。第１金属層７上には、所定の平面形状を有するマスク層３が配置されている。下地層４としては、例えばポリシリコンからなる層が採用され得る。第１金属層７及び第２金属層９としては、例えばチタン又はチタン化合物（窒化チタン又はチタンシリサイド等）を含む層が採用され得る。第１金属層７上には、所定の平面形状を有するマスク層（ハードマスク層）３が配置されている。マスク層３は、最上面の層が酸化物系の層からなるいわゆるハードマスクであり、多層構造を形成している。例えば、マスク層３は、タングステン層６及びシリコン酸化層５を含む。マスク層３は、少なくともタングステン層６を有していればよく、タングステンナイトライド層又はシリコンナイトライド層等を有していてもよい。マスク層３は、所定のガス（例えばＣＦ４及びＯ２の混合ガス）等を用いてエッチングすることによりパターニングされて得られる。以下、図２の（Ａ）に示す被処理体Ｘを例に挙げて、一実施形態のプラズマ処理方法について説明する。
【００３８】
図２の（Ａ）に示す被処理体Ｘが準備されると、エッチング工程を行う。エッチング工程においては、まず、ガス供給部は、処理容器１２へ、塩化物含有ガス（ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４又はＨＣｌ）、塩素含有ガス（Ｃｌ２）、及び、炭素及びフッ素を含有する処理ガス（ＣＦ４又はＣ４Ｆ８）を混合させた混合ガスを供給する。混合比については、例えば、塩化物含有ガスの流量が、塩化物含有ガスの流量及び塩素含有ガスの流量を加算して得られる総流量に対して、７５．０％以下となればよい。７５．０％よりも大きい比率で塩化物含有ガスを供給すると、塩素ラジカルの生成量が小さくなってしまい、エッチングレートが極端に遅くなるおそれがある。なお、塩化物含有ガスについては、混合されていればよいため、塩化物含有ガスの流量及び塩素含有ガスの流量を加算して得られる総流量に対して０％より大きければよく、少なくとも２５．０％以上であればよい。炭素及びフッ素を含有する処理ガス（ＣＦ４又はＣ４Ｆ８）については、混合ガスの総量に対して５．９％〜２０．０％程度の範囲で供給すればよい。
【００３９】
そして、制御部Ｃｎｔがプラズマを発生させるように各構成機器を動作させる。プラズマが発生すると、マスク層３をエッチングマスクとしてエッチングが開始される。プラズマにより生成された塩素ラジカルは、第１金属層７、ポリシリコン層８及び第２金属層９を順にエッチングして、図２の（Ｂ）に示すように下地層４が露出したところでエッチングを終了する。当該エッチング工程では、第１金属層７の上面から第２金属層９の下面に至るまでのエッチング条件（例えば混合ガスの圧力・比率・組成、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の印加電力、基板温度等）は同一である。
【００４０】
以上の工程によって、３層構造（金属層／ポリシリコン層／金属層）のエッチングが終了する。上記工程では、塩素含有ガスに、塩化物含有ガス（ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４又はＨＣｌ）及び処理ガス（ＣＦ４又はＣ４Ｆ８）が混合されているため、ボーイング等の異常形状を抑制することができる。以下、図３を用いて詳細を説明する。
【００４１】
図３は、本実施形態に係る方法及び装置の作用効果を説明する概要図である。対比のために、図３の（Ａ）及び（Ｂ）を用いて比較例から説明する。図３の（Ａ）は、比較例１のエッチングの過程を模式的に示すものである。比較例１は、塩素含有ガス（Ｃｌ２）のみを供給してプラズマエッチングを行う場合である。図３の（Ａ）に示すように、Ｃｌラジカルは、第１金属層７、ポリシリコン層８及び第２金属層９のエッチャントとして機能し、異方的エッチングをする。しかしながら、塩素含有ガスのみを供給してプラズマエッチングする場合、ポリシリコン層８はボーイング形状となり、第１金属層７はテーパー形状となるため、設計値通りにエッチングすることが困難である。
【００４２】
図３の（Ｂ）は、比較例２のエッチングの過程を模式的に示すものである。比較例２は、塩素含有ガス（Ｃｌ２）及び処理ガス（ＣＦ４又はＣ４Ｆ８）が混合された混合ガスを採用してプラズマエッチングを行う場合である。図３の（Ｂ）に示すように、Ｃｌラジカルは第１金属層７、ポリシリコン層８及び第２金属層９のエッチャントとして機能し、異方的エッチングをする。このとき、ポリシリコン層８の側壁８ａには、炭素を含む化合物（例えばＣＦ系反応生成物）が保護膜として形成される。したがって、ポリシリコン層８の側壁８ａは、Ｃｌラジカルによってエッチングされることなく、その形状を保持することができる。しかし、ＣＦ４又はＣ４Ｆ８から生成されたＦラジカルが被処理体Ｘの表面に存在する。Ｆラジカルは、金属に対して等方的なエッチャントとして機能するため、マスク層３を構成しているタングステン層６の側壁をエッチングする。このため、タングステン層６の形状が良好でなくなる。特に、タングステン層６の幅方向の厚みが小さくなり、設計値通りとならない。マスク層３に含まれるタングステン層６は、エッチングのための単なるマスク材料ではなく、デバイス製品としての構成要素であるため、タングステン層６の形状が悪化することは好ましくない。このように、塩素含有ガス（Ｃｌ２）及び処理ガス（ＣＦ４又はＣ４Ｆ８）を供給してプラズマエッチングをする場合には、タングステン層６の異常形状の発生という問題がある。
【００４３】
これに対して、本実施形態に係るプラズマ処理方法及び装置１０によれば、上記比較例１及び比較例２と比べて異常形状を抑制することができる。本実施形態に係るプラズマ処理方法及び装置では、塩素含有ガス（Ｃｌ２）、処理ガス（ＣＦ４又はＣ４Ｆ８）及び塩化物含有ガス（ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４又はＨＣｌ）が混合された混合ガスを採用してプラズマエッチングを行う。図３の（Ｃ）に示すように、Ｃｌラジカルは第１金属層７、ポリシリコン層８及び第２金属層９のエッチャントとして機能し、異方的エッチングをする。このとき、ポリシリコン層８の側壁８ａには、炭素を含む化合物（例えばＣＦ系反応生成物）が保護膜として形成される。したがって、ポリシリコン層８の側壁８ａは、Ｃｌラジカルによってエッチングされることなく、その形状を保持することができる。そして、ＣＦ４又はＣ４Ｆ８から生成されたＦラジカルは、塩化物含有ガスに含まれるＢ、Ｓｉ又はＨ（図３の（Ｃ）ではＢを例示）と反応し、揮発性の反応生成物（化合物）となり、排気される。すなわち、いわゆるスカベンジの効果によってＦラジカルを除去することができる。したがって、タングステン層６の側壁は、Ｆラジカルによってエッチングされることなく、その形状を保持することができる。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態に係るプラズマ処理方法及び装置によれば、塩素含有ガス（Ｃｌ２）に含まれる塩素ラジカルにより第１金属層７及びポリシリコン層８をエッチングする際に、炭素及びフッ素を含有する処理ガス（ＣＦ４又はＣ４Ｆ８）を同時に処理空間Ｓへ導入することにより、炭素を含む生成物をポリシリコン層８の側壁に保護膜として形成することができる。よって、ポリシリコン層８の水平方向への不必要なエッチングを抑制することが可能となる。さらに、第１金属層７及びポリシリコン層８をエッチングする際に、ケイ素、ホウ素又は水素を含有する塩化物含有ガス（ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４又はＨＣｌ）を同時に処理空間Ｓへ導入することにより、塩素ラジカルを生成しつつ、塩化物含有ガスに含まれるケイ素、ホウ素又は水素が処理ガスに含まれるフッ素ラジカルと反応させることができる。このため、フッ素ラジカルがハードマスク層に含まれるタングステン層の側壁をエッチングすることを抑制することが可能となる。このように、マスクの形状を維持しつつ被エッチング材料の形状異常を防止することができるため、形状異常を抑制しつつ同一エッチング条件で一括してエッチングすることが可能となる。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。
【００４６】
例えば、上述した実施形態では、下部電極を構成する基台１６に二つの高周波電源が接続されているが、基台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。
【００４７】
［実施例］
以下、上記効果を説明すべく本発明者が実施した実施例について述べるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４８】
（形状改善効果の評価）
実施例１では、図１に示すプラズマ処理装置１０によりプラズマ処理を行った。被エッチング材料としては図２の（Ａ）に示す構成を採用し、図２の（Ｂ）に示す構成となるように、同一の処理条件で第１金属層７、ポリシリコン層８及び第２金属層９を順にエッチングした。実施例１のエッチング工程は、以下に示す処理条件とした。
【００４９】
（実施例１）
処理空間Ｓの圧力：２５ｍＴоｒｒ（３．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：０Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：５００Ｗ（１３ＭＨｚ）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：３０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：５ｓｃｃｍ
なお、バイアス引き込み用の第２の高周波電源６４のみで電力印加しているが、周波数が高いためプラズマ生成可能である。
【００５０】
比較例１では、Ｃｌ２ガスのみ供給した。その他は実施例１と同一とした。
（比較例１）
処理空間Ｓの圧力：２５ｍＴоｒｒ（３．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：０Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：５００Ｗ（１３ＭＨｚ）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：８０ｓｃｃｍ
【００５１】
比較例２では、Ｃｌ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスを混合させて供給した。その他は実施例１と同一とした。
（比較例２）
処理空間Ｓの圧力：２５ｍＴоｒｒ（３．３３Ｐａ）
第１の高周波電源６２の電力：０Ｗ
第２の高周波電源６４の電力：５００Ｗ（１３ＭＨｚ）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：８０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１０ｓｃｃｍ
【００５２】
上記条件によって得られた実施例１及び比較例１，２の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、タングステン層６の形状、第１金属層（バリアメタル層）７及びポリシリコン層８の形状を評価した。図４は、形状に関する指標を説明する図である。図４に示すように、「Ｔｏｐ  ＣＤ」は、タングステン層６の上端部の幅であり、タングステン層６とシリコン酸化層５と接する側の端部における横方向（水平方向）の幅である。また、「Ｍｉｄ  ＣＤ」は、タングステン層６の中央部における横方向の幅である。ここでは、イニシャルとしてエッチング前のタングステン層６の「Ｍｉｄ  ＣＤ」を測定しておき、エッチング後の「Ｍｉｄ  ＣＤ」を測定し、それらの差分「ΔＭｉｄ  ＣＤ」によってタングステン層６の形状を評価した。また、「Ｂｔｍ  ＣＤ」は、第１金属層７の下端部の横方向の間隔である。また、「ＭＡＸ  ＣＤ」は、ポリシリコン層８の横方向の最大幅である。ここでは、「ＭＡＸ  ＣＤ」と「Ｂｔｍ  ＣＤ」との差を、ボーイングの評価値として採用し、ポリシリコン層８の形状を評価した。実施例１及び比較例１，２の測定結果を図５に示す。
【００５３】
図５は、実施例１及び比較例１，２の測定結果を纏めた表である。図５に示すように、比較例１では、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」は３．７ｎｍとなり良好であったが、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が１８．８ｎｍと大きな値となった。一方、比較例２では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が６．８９ｎｍとなり、Ｃ４Ｆ８ガスを供給することで比較例１と比べてポリシリコン層８の異常形状が抑制されたことが確認された。しかし、比較例２では、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が７．１ｎｍとなり、Ｃ４Ｆ８ガスを供給することで比較例１と比べてタングステン層６の異常形状が発生したことが確認された。すなわち、比較例１、２により、タングステン層６の形状とポリシリコン層８の形状とがトレードオフの関係になっていることが確認された。
【００５４】
これに対して、実施例１では、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」は２．８ｎｍとなり比較例１、２と比べて良好であった。さらに、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が４．０ｎｍとなり比較例１、２と比べて良好であった。よって、Ｃｌ２ガス、ＢＣｌ３ガス及びＣ４Ｆ８ガスの混合ガスによって、タングステン層６の形状とポリシリコン層８の形状との両方が良好となり、トレードオフの関係を解消することが確認された。すなわち、形状異常を抑制しつつ同一エッチング条件で一括してエッチングすることができることが確認された。
【００５５】
（形状改善効果を奏するガス混合比の確認）
以下では、ガスの混合比を変化させて形状改善効果を奏するガス混合比を確認した。実施例２〜４は、Ｃｌ２ガス及びＢＣｌ３ガスの総流量を８０ｓｃｃｍの固定値とし、その中でＣｌ２ガス及びＢＣｌ３ガスの流量比を変化させてエッチングし、形状を評価した。実施例２〜４は、以下の処理条件とし、その他は実施例１と同一とした。処理条件に示すＢＣｌ３ガス流量比とは、ＢＣｌ３ガス流量／（ＢＣｌ３ガス流量＋Ｃｌ２ガス流量）＊１００を意味するものである。
（実施例２）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：３０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝３７．５％
（実施例３）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：３０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝６２．５％
（実施例４）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：３０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：２０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝６２．５％
【００５６】
比較例３では、Ｃｌ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスを混合させて供給した。その他は実施例２〜４と同一とした。
（比較例３）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：８０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝０％
【００５７】
図６は、実施例２〜４及び比較例３の測定結果を纏めた表である。なお、イニシャル（エッチング前）の「Ｍｉｄ  ＣＤ」は、２９．１ｎｍであった。図６に示すように、比較例３（ＢＣｌ３ガス流量比０％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が６．９ｎｍであり、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が５．５ｎｍとなった。一方、実施例２（ＢＣｌ３ガス流量比３７．５％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が７．９ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が３．１ｎｍとなった。すなわち、ＢＣｌ３ガス流量比３７．５％では、ポリシリコン層８の形状についてはＣ４Ｆ８ガスを供給した際に見られる形状改善効果とほぼ同一であり、タングステン層６の形状については大きく改善されていることが確認された。そして、実施例３（ＢＣｌ３ガス流量比６２．５％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が２．０ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が３．５ｎｍとなった。実施例４（ＢＣｌ３ガス流量比６２．５％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が１．０ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が２．５ｎｍとなった。このように、ＢＣｌ３ガス流量比が３７．５〜６２．５％の範囲において形状異常を抑制する度合いは同程度であることが確認された。
【００５８】
次に、実施例２〜４及び比較例３と比べて処理時間を短くした上で、ガスの混合比を変化させて形状改善効果を奏するガス混合比を確認した。実施例５〜７は、Ｃｌ２ガス及びＢＣｌ３ガスの総流量を８０ｓｃｃｍの固定値とし、その中でＣｌ２ガス及びＢＣｌ３ガスの流量比を変化させてエッチングし、形状を評価した。実施例５〜７は、以下の処理条件とし、その他は実施例１と同一とした。
（実施例５）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：３０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝３７．５％
（実施例６）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：５０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：３０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：５ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝３７．５％
（実施例７）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：３０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：５０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：５ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝６２．５％
【００５９】
比較例４では、Ｃｌ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスを混合させて供給した。その他は実施例５〜７と同一とした。
（比較例４）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：８０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：１０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝０％
【００６０】
図７は、実施例５〜７及び比較例４の測定結果を纏めた表である。なお、イニシャル（エッチング前）の「Ｍｉｄ  ＣＤ」は、２８．３ｎｍであった。図７に示すように、比較例４（ＢＣｌ３ガス流量比０％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が６．９ｎｍであり、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が７．１ｎｍとなった。一方、実施例５（ＢＣｌ３ガス流量比３７．５％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が６．９ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が４．３ｎｍとなった。実施例６（ＢＣｌ３ガス流量比３７．５％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が９．９ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が４．２ｎｍとなった。そして、実施例７（ＢＣｌ３ガス流量比６２．５％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が４．０ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が２．８ｎｍとなった。このように、ＢＣｌ３ガス流量比が３７．５〜６２．５％の範囲において形状異常を抑制する度合いは同程度であることが確認された。
【００６１】
次に、さらにガスの混合比を変化させて形状改善効果を奏するガス混合比を確認した。実施例８，９は、Ｃｌ２ガス及びＢＣｌ３ガスの総流量を８０ｓｃｃｍの固定値とし、その中でＣｌ２ガス及びＢＣｌ３ガスの流量比を変化させてエッチングし、形状を評価した。実施例８，９は、以下の処理条件とし、その他は実施例１と同一とした。
（実施例８）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：６０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：２０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：２０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝２５．０％
（実施例９）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：２０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：６０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：２０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝７５．０％
【００６２】
比較例５では、Ｃｌ２ガス及びＣ４Ｆ８ガスを混合させて供給した。その他は実施例５〜７と同一とした。
（比較例５）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：８０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス：０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：２０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガス流量比＝０％
【００６３】
図８は、実施例８，９及び比較例５の測定結果を纏めた表である。なお、イニシャル（エッチング前）の「Ｍｉｄ  ＣＤ」は、３１．６ｎｍであった。図８に示すように、比較例５（ＢＣｌ３ガス流量比０％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が６．９ｎｍであり、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が５．０ｎｍとなった。一方、実施例８（ＢＣｌ３ガス流量比２５．０％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が８．９ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が３．５ｎｍとなった。実施例９（ＢＣｌ３ガス流量比７５．０％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が３．０ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が１．３ｎｍとなった。すなわち、ＢＣｌ３ガス流量比が２５．０〜７５．０％の範囲においても、形状異常を抑制する度合いは同程度であることが確認された。なお、ＢＣｌ３ガス流量比７５．０％よりも大きくした場合には、エッチングレートが極端に低下するため評価していない。
【００６４】
（塩化物含有ガスの確認）
実施例１０は、塩化物含有ガスとしてＳｉＣｌ４ガスを採用した。以下の処理条件とし、その他は実施例１と同一とした。
（実施例１０）
混合ガスの流量
Ｃｌ２ガス：６０ｓｃｃｍ
ＳｉＣｌ４ガス：２０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガス：２０ｓｃｃｍ
ＳｉＣｌ４ガス流量比＝２５．０％
【００６５】
実施例１０の結果を図８に示す。なお、イニシャル（エッチング前）の「Ｍｉｄ  ＣＤ」は、３１．６ｎｍであった。図８に示すように、実施例１０（ＳｉＣｌ４ガス流量比２５．０％）では、ポリシリコン層８のボーイングの評価値が１２．９ｎｍ、タングステン層６の「ΔＭｉｄ  ＣＤ」が３．５ｎｍとなった。すなわち、ＳｉＣｌ４ガスを採用した場合であっても、ＢＣｌ３ガスと同様に、形状異常を抑制しつつ同一エッチング条件で一括してエッチングすることができることが確認された。
【符号の説明】
【００６６】
１０…プラズマ処理装置、３…マスク層、４…下地層、５…シリコン酸化層、６…タングステン層、７…第１金属層、８…ポリシリコン層、９…第２酸化層、１２…処理容器、１６…基台（第２電極）、３０…上部電極（第１電極）、４４ａ〜４４ｄ…ＭＦＣ（ガス供給部）、６２…第１の高周波電源（第１電源部）、６４…第２の高周波電源（第２電源部）、Ｓ…処理空間。
【図１】
2014203912.tif 000003
【図２】
2014203912.tif 000004
【図３】
2014203912.tif 000005
【図４】
2014203912.tif 000006
【図５】
2014203912.tif 000007
【図６】
2014203912.tif 000008
【図７】
2014203912.tif 000009
【図８】
2014203912.tif 000010