(57)【要約】【課題】  プラズマ処理で発生した反応生成物を効率的に除去し、被処理基板表面への付着を防止することの出来る半導体装置の製造方法を提供すること。【解決手段】  本発明の半導体装置の製造方法は、（１）被処理基板が設置された処理容器内で不活性ガスと反応ガスをプラズマ化させて被処理基板のプラズマエッチングを行い、（２）プラズマエッチング後に、反応ガスの供給を実質的に停止し、不活性ガスのプラズマ状態を所定時間継続させて、反応ガスと被処理基板との反応で生じた反応生成物を処理容器外に排出する工程を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）被処理基板が設置された処理容器内で不活性ガスと反応ガスをプラズマ化させて被処理基板のプラズマエッチングを行い、
（２）プラズマエッチング後に、反応ガスの供給を実質的に停止し、不活性ガスのプラズマ状態を所定時間継続させて、反応ガスと被処理基板との反応で生じた反応生成物を処理容器外に排出する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
不活性ガスは、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ及びＸｅの少なくとも１つからなる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程（２）での不活性ガスの流量は、工程（１）での不活性ガスの流量よりも大きい請求項１に記載の方法。
【請求項４】
処理容器は、高周波電力を印加する上部電極及び下部電極を備え、被処理基板は、下部電極に設置され、
工程（２）において下部電極に印加する高周波電力は、０〜５００Ｗである請求項１に記載の方法。
【請求項５】
工程（２）での処理容器内の圧力は、工程（１）での圧力の−５０％〜＋１５０％である請求項１に記載の方法。
【請求項６】
工程（２）の後、不活性ガスの流量を増大させる工程をさらに備える請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関するものであり、特にプラズマエッチング中に発生する反応生成物の被処理基板への付着を防止することを目的とした半導体装置の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を製造する際、微細加工プロセスではエッチング、アッシングなどで、プラズマガスを用いたプラズマエッチングプロセスが広く用いられている。プラズマエッチングプロセスは、まず、処理容器内に導入したエッチングガスを、高周波電力を印加することによりプラズマ化することで反応性の高いイオンやラジカルからなるエッチャントを生成し、被処理基板表面の被エッチング材料と反応させることでこれをエッチングするとともに、この時発生した揮発性の反応生成物を被処理基板表面から除去することにより、加工を行うものである。
【０００３】
プラズマエッチングプロセスでは、処理容器内に揮発性の反応生成物が残留すると、プラズマ終了時にパーティクルとなり被処理基板表面に付着し、配線パターンのショートもしくはオープンとなり、歩留まり低下を引き起こしてしまう。
【０００４】
このようなエッチングでの反応生成物残留に対処する方法として、たとえば、特許文献１には、プラズマ処理を行った後の処理容器内に残留するガスの影響を低減する手法として、プラズマ処理が完了した後に処理ガスを排気する工程を追加する、または排気しながら不活性ガスを導入する工程を追加する、あるいは排気する工程と不活性ガスを導入する工程を繰り返すことが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、プラズマ処理により発生した反応生成物の除去に関する技術が開示されており、プロセスガスからなるプラズマにより被処理基板のエッチングを行う第１工程を実施した後、プラズマ状態を継続させたまま、処理ガスをプロセスガスから非プロセスガスに切り替える第２工程、非プロセスガスからなるプラズマを一定時間維持させる第３工程を実施することにより、反応生成物を気相状態のまま排気している。
【特許文献１】特開平６−１７７０９１号公報
【特許文献２】特開２００４−２８８８６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示す方法では、プラズマ処理が完了した後に処理容器内に残留するガスの影響を低減するという効果はあるが、プラズマ状態の終了直後に反応生成物がパーティクルとなって被処理基板表面に付着し、配線パターンのショートもしくはオープンの欠陥を発生させ、歩留まりを低下させるという問題点がある。また、特許文献２に示す方法では、プラズマ処理で発生した反応生成物を気相状態のまま排気することで、発生した反応生成物の被処理基板表面への付着を低減する効果はある。しかし、プラズマ処理で用いているプロセスガスを、プラズマ状態を継続したまま非プロセスガスと切り替える為、切り替え途中ではプラズマ状態が不安定になるという課題がある。この不安定なプラズマ状態では全ての反応生成物が気相状態を保つことは出来ず、一部はパーティクルとなって被処理基板表面へ付着し、配線パターンのショートもしくはオープンとなる欠陥を発生させる。プロセスガスと非プロセスガスを切り替える工程は、プロセスガス流量を減少させていることから、反応性の高いイオンやラジカルからなるエッチャントは減少しており、被処理基板表面に付着した反応生成物を再度エッチャントと反応させて気相状態とすることも困難である。
【０００７】
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、プラズマエッチングの際に発生する反応生成物を効率的に除去し、被処理基板表面への付着を防止することの出来る半導体装置の製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法は、（１）被処理基板が設置された処理容器内で不活性ガスと反応ガスをプラズマ化させて被処理基板のプラズマエッチングを行い、（２）プラズマエッチング後に、反応ガスの供給を実質的に停止し、不活性ガスのプラズマ状態を所定時間継続させて、反応ガスと被処理基板との反応で生じた反応生成物を処理容器外に排出する工程を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、工程（１）で不活性ガスを含んだガスをプラズマ化してエッチングを行い、反応ガスの供給を実質的に停止し、不活性ガスのプラズマ状態を所定時間継続させる。不活性ガスが最初から含まれており、従来例のようにガス交換が行われないから工程（１）から工程（２）に移行する際にプラズマが不安定になりにくい。また、工程（２）では、不活性ガスのプラズマ状態を所定時間継続させているので、反応ガスと被処理基板との反応によって生じた反応生成物を気相状態のまま処理容器から確実に除去することができる。この結果、被処理基板への反応生成物の付着を抑制することができ、配線パターンのショートもしくはオープンとなる欠陥の発生を抑制し、歩留まり及び信頼性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
まず、図１を用いて本発明の実施に使用可能なプラズマエッチング装置の一例について説明する。
このプラズマエッチング装置１は、平行平板型の枚葉式エッチング装置である。プラズマエッチング装置１は、処理容器１０内に、被処理基板１３を設置する下部電極１１と、下部電極１１に対向する上部電極１２とを備えている。下部電極１１は、静電吸着式で被処理基板１３を保持する機構を備えている。上部電極１２には、プラズマ化するガスを導入するガス導入路１４が接続され、導入されたガスが被処理基板１３全面に均一に噴出するように、複数のガス噴出口１７が形成されている。また、上部電極１２及び下部電極１１には、互いに周波数の異なる高周波電源１６ａ，１６ｂがそれぞれ接続されている。処理容器１０の底部には排気口１５が形成されており、処理容器１０内の圧力を制御する為に、スロットルバルブ１９を備えており、真空ポンプ１８で排気されている。
【００１１】
次に、本発明の半導体装置の製造方法について説明する。以下、図１の符号を付して説明を進めるが、本発明の方法は、図１以外の装置で実施してもよく、例えば、バレル型やマイクロ波放電型等のプラズマエッチング装置で実施することができる。
【００１２】
本発明の半導体装置の製造方法は、（１）被処理基板１３が設置された処理容器１０内で不活性ガスと反応ガスをプラズマ化させて被処理基板１３のプラズマエッチングを行い、（２）プラズマエッチング後に、反応ガスの供給を実質的に停止し、不活性ガスのプラズマ状態を所定時間継続させて、反応ガスと被処理基板１３との反応で生じた反応生成物を処理容器１０外に排出する工程を備えることを特徴とする。
【００１３】
１．エッチング工程
この工程では、被処理基板１３のプラズマエッチングを行う。プラズマエッチングは、例えば、以下の条件で行う。
不活性ガス：Ａｒガス（流量３００ｓｃｃｍ）
反応ガス：ＣＨ2Ｆ2ガス（流量１０ｓｃｃｍ）、ＣＨＦ3ガス（流量３０ｓｃｃｍ）、Ｏ2ガス（流量２０ｓｃｃｍ）
処理容器１０内の圧力：４．５Ｐａ
上部電極１２への印加電力：１８００Ｗ、下部電極１１への印加電力：１６００Ｗ
【００１４】
被処理基板１３とは、本発明の方法でプラズマエッチングされる基板であり、例えば、被エッチング膜として絶縁膜や導電膜が形成された半導体基板である。処理容器１０とは、プラズマエッチングが行われる容器であり、例えば、真空チャンバーである。処理容器１０内の圧力は、プラズマの生成に適したものにすればよく、例えば、３〜６Ｐａが好ましい。
【００１５】
不活性ガスとは、プラズマ化により発生するイオンやラジカルが被処理基板１３の材料（例えば、被エッチング膜である絶縁膜や導電膜の材料）と実質的に反応しない（すなわち、反応して反応生成物を生じない）ガスであり、例えば、Ａｒ，Ｈｅ，Ｎｅ，Ｋｒ及びＸｅの少なくとも１つからなる。反応ガスとは、プラズマ化により発生するイオンやラジカルが被処理基板１３の材料と反応して、反応生成物を生ずるガスであり、エッチングする材料に応じて適宜選択される。
【００１６】
不活性ガスの流量は、１００〜９００ｃｃ／ｍｉｎが好ましく、１００〜５００ｃｃ／ｍｉｎがさらに好ましい。不活性ガスと反応ガスの割合は特に限定されないが、次工程で反応ガスの供給を停止させた後もプラズマ状態を安定して継続させるために、不活性ガスと反応ガスの割合は、１０：１〜３：１が好ましい。上部電極１２への印加電力は、５００〜２５００Ｗが好ましく、下部電極１１への印加電力は、５００〜２０００Ｗが好ましい。
【００１７】
２．反応ガス供給停止工程
この工程では、プラズマエッチング後に、反応ガスの供給を実質的に停止し、不活性ガスのプラズマ状態を所定時間継続させる。「実質的に停止」には、被処理基板１３への反応生成物の付着量が問題とならない程度の流量（例えば，不活性ガスの５％以下の流量）の反応ガスが供給され続けている場合も含まれる。反応ガスの供給停止は、連続的に又は段階的に流量を減少させることによって行うことができる。
【００１８】
不活性ガスのプラズマ状態を継続させるには、例えば、上部電極１２への印加電力及び処理容器１０内の圧力を前工程の条件のまま保持すればよい。また、被処理基板１３のエッチングを進めないように、下部電極１１への印加電力をエッチング工程の際の値よりも小さくすることが好ましく、具体的には、０〜５００Ｗにすることが好ましく、０〜１００Ｗにすることがさらに好ましい。また、下部電極１１への電力供給を実質的に停止させることがさらに好ましい。この場合、被処理基板１３は、バイポーラタイプの静電吸着方式によって下部電極１１に設置することが好ましい。なぜなら、モノポーラタイプでは、プラズマによるセルフバイアス電圧を利用する為、下部電極電位を決める下部電極印加電力を実質的に停止した場合、静電吸着力が消失してしまう。これに対し、バイポーラタイプでは、下部電極自体に静電吸着力が発生する機構を備えている為、下部電極電位を変化させても静電吸着力は変化しないからである。
下部電極１１への印加電力は、反応ガスの供給停止前、流量減少の最中、供給停止後の何れのタイミングで、低下させてもよい。なお、上部電極１２への印加電力及び処理容器１０内の圧力は、プラズマ状態を継続可能な範囲で変更してもよい。例えば、処理容器１０内の圧力は、前工程での圧力の−５０％〜＋１５０％にすることができる。
【００１９】
不活性ガスの流量は、エッチング工程と実質的に同じにしてもよく、プラズマ状態を継続可能な範囲で増減させてもよい。しかし、不活性ガスの流量は、エッチング工程よりも増大させることが好ましく、エッチング工程での総ガス流量（不活性ガスと反応ガスの流量を合わせた流量）と実質的に同じになるように増大させることがさらに好ましい。例えば、上記例の場合、上記エッチング工程で３００ｓｃｃｍであった不活性ガスの流量を３６０ｓｃｃｍに増大させることによって、不活性ガスの流量をエッチング工程での総ガス流量と実質的に同じすることができる。この場合、スロットルバルブ１９を調節せずに、処理容器１０内の圧力を一定に保つことができ、より安定にプラズマ状態を継続させることができる。また、不活性ガスの流量の増大速度と、反応ガスの流量の減少速度を実質的に同じにすることが好ましい。
【００２０】
不活性ガスのプラズマ状態を継続させる時間は、１〜５秒が好ましい。反応ガスの供給停止からこの程度の時間が経過すれば、反応生成物が十分に処理容器１０の外に排出されるからである。
上記時間経過後、プラズマ状態を停止させる。プラズマ状態の停止は、例えば、上部電極１２及び下部電極１１への高周波電力の供給を停止させることによって行う。
プラズマ状態の停止後、不活性ガスの流量を増大させることが好ましい。この場合、不活性ガスによるパージ効果が増大し、処理容器１０内の反応生成物の影響をさらに低減できるからである。不活性ガスの流量は、具体的には、１００〜１２００ｃｃ／ｍｉｎが好ましく、２００〜７００ｃｃ／ｍｉｎがさらに好ましい。
【実施例】
【００２１】
以下、本発明の実施例について説明する。
減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により窒化珪素膜、酸化珪素膜及び窒化珪素酸化膜を形成し、フォトリソグラフィー技術により所定のレジストパターンを形成した被処理基板１３を準備した。この被処理基板１３の窒化珪素酸化膜を、図１に示す装置を用いて、以下の方法でプラズマエッチングした。
【００２２】
１．エッチング工程
まず、以下の条件で、被処理基板１３のプラズマエッチングを行った。
不活性ガス：Ａｒガス（流量３００ｓｃｃｍ）
反応ガス：ＣＨ2Ｆ2ガス（流量１０ｓｃｃｍ）、ＣＨＦ3ガス（流量３０ｓｃｃｍ）、Ｏ2ガス（流量２０ｓｃｃｍ）
処理容器１０内の圧力：４．５Ｐａ
上部電極１２への印加電力：１８００Ｗ、下部電極１１への印加電力：１６００Ｗ
【００２３】
２．反応ガス供給停止工程
プラズマエッチング後に、上部電極１２への印加電力及び処理容器１０内の圧力を一定に保ち、下部電極１１に印加する高周波電力を１００Ｗへ下げ、反応ガスの供給を停止させた。このとき、上部電極１２に印加されている高周波電力によって、不活性ガスのみでプラズマ状態が継続する。
反応ガスの供給停止から２秒経過後、上部電極１２及び下部電極１１への高周波電力の供給を停止させてプラズマ状態を停止させた。
その後、上記方法によりエッチングした被処理基板を電子線を用いた装置にてパターン確認した結果、反応生成物が被処理基板１３に付着していないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の方法を実施可能なプラズマエッチング装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  プラズマエッチング装置
１０  処理容器
１１  下部電極
１２  上部電極
１３  被処理基板
１４  ガス導入路
１５  排気口
１６ａ，１６ｂ  高周波電源
１７  ガス噴出口
１８  真空ポンプ
１９  スロットルバルブ
【図１】
2006295053.tif 000003