(57)【要約】【課題】  高い精度でシリコン基板に溝を形成するとともに、この溝の肩部に丸み形状を持たせながら迅速な処理が可能なエッチング方法を提供する。【解決手段】  第１のプラズマ処理では、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ等のハイドロフルオロカーボンを含むガスを用い、溝部１１０の少なくとも側壁に堆積物Ｄを形成する。引き続き第２のプラズマ処理では、シリコン基板１０１を、エッチングガスを用いてプラズマエッチングし、トレンチ１２０を形成する。第１のプラズマ処理によって形成された堆積物Ｄが保護膜として機能し、溝１１０の側壁付近ではシリコン基板１０１のエッチングレートが低下するので、形成されたトレンチ１２０の肩部１２０ａは丸みを持つ曲面形状に形成される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、被エッチング層と、該被エッチング層上に形成されパターニングされたマスク層と、を有する被処理体に対してエッチングを行い、前記被エッチング層に前記マスク層のパターンに対応する凹部を形成するプラズマエッチング方法であって、
前記マスク層において前記パターンを構成する開口の少なくとも前記被エッチング層と前記マスク層との境界近傍の被エッチング層上に堆積物を形成する第１のプラズマ処理工程と、
前記第１のプラズマ処理工程の後に、前記被エッチング層に対するエッチングを行なって前記凹部を形成する第２のプラズマ処理工程と、
を含み、
前記第２のプラズマ処理工程では、前記凹部を構成する側壁の上端の角部を曲面形状に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】
前記第１のプラズマ処理工程における処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンを含むガス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】
前記第１のプラズマ処理工程における処理ガスは、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２またはＣＨ３Ｆを含むガス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４】
前記第２のプラズマ処理工程における処理ガスは、ハロゲン含有ガスであることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記ハロゲン含有ガスは、ＨＢｒもしくはＣｌ２、またはこれらの両方を含むガスであることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記第１のプラズマ処理工程における処理時間は、３秒以上６０秒以下であることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記第１のプラズマ処理工程における処理時間により、前記凹部を構成する側壁の上端の角部の曲率半径を調節し、前記第２のプラズマ処理工程における処理温度によって、前記凹部を構成する側壁の角度を調節することを特徴とする、請求項６に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
前記第１のプラズマ処理工程における処理ガスにエッチング作用を有するガスを混合して、前記凹部を構成する側壁の上端の角部の曲率半径を調節することを特徴とする、請求項６または請求項７に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項９】
シャロートレンチアイソレーションにおけるトレンチエッチングに適用されることを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１０】
少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上に形成されたシリコン窒化膜と、を有し、前記シリコン酸化膜と前記シリコン窒化膜がマスク層としてパターニングされて開口を形成している被処理体に対してエッチングを行い、前記シリコン基板に前記マスク層のパターンに対応するトレンチを形成するプラズマエッチング方法であって、
構成元素にＣとＦとＨを含む第１の処理ガスのプラズマによって、前記マスク層において前記パターンを構成する開口の少なくとも前記シリコン基板と前記マスク層との境界近傍のシリコン基板上に堆積物を形成する第１のプラズマ処理工程と、
前記第１のプラズマ処理工程の後に、第２の処理ガスのプラズマにより前記シリコン基板のエッチングを行なって前記トレンチを形成する第２のプラズマ処理工程と、
を含み、
前記第２のプラズマ処理工程では、前記トレンチを構成する側壁の上端の角部を曲面形状に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１１】
プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理体に対しエッチング処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマエッチング装置。
【請求項１２】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラム。
【請求項１３】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように、プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング方法に関し、詳細には、例えば、半導体装置の製造過程の素子分離技術であるシャロートレンチアイソレーション（Shallow Trench Isolation；ＳＴＩ）におけるトレンチ形成などに適用可能なプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上に形成される素子を電気的に分離する技術として、ＳＴＩが知られている。ＳＴＩでは、シリコン窒化膜などをマスクとしてシリコンをエッチングしてトレンチを形成し、その中にＳｉＯ２などの絶縁膜を埋め込んだ後、化学機械研磨（ＣＭＰ；Chemical Mechanical Polishing）処理によりマスク（シリコン窒化膜）をストッパーとして平坦化する工程が実施される。
【０００３】
ところで、近年では、ＬＳＩの高集積化、高速化の要請からＬＳＩを構成する半導体素子のデザインルールが益々微細化されるとともに、省電力化の要請も高まっている。ＳＴＩにおいて微細なトレンチ形成を行なう場合、エッチングによって形成したトレンチの肩部（溝の側壁の上端の角部）の形状が鋭角的になる傾向がある。その結果、この肩部を介してゲート電極とアクティブ領域間のリーク電流が増大し、消費電力を増加させる要因になるという課題があった。
【０００４】
このため、処理ガスとしてＨＢｒとＮ２を含む混合ガスを用いて溝の側壁の上端に丸みを形成するプラズマ処理を施す第１の工程と、シリコン基板のシリコンに溝を形成するプラズマ処理を施す第２の工程と、処理ガスとしてＨＢｒとＣｌ２を含む混合ガスを導入して溝の底部分に丸みを形成するプラズマ処理を施す第３の工程を行なうエッチング方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−２１８０９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載のエッチング方法は、第１の工程を実施することにより、トレンチの肩部に丸み形状（トップ・ラウンディング）を形成することが可能であり、これによってリーク電流を低減できる優れた技術である。しかし、特許文献1の方法では、第１工程においてシリコン基板をプラズマエッチングして浅い溝を形成し、次いで第２の工程、第３の工程を実施する多段階のプラズマエッチング方法であることから、通算のエッチング時間が長くなることにより、マスクの肩落ちが生じる場合があり、微細加工の精度を高める上で改良の余地が残されていた。また、特許文献１の方法では、肩部に精度良く丸み形状を持たせるべく第１の工程と第２の工程で基板温度（下部電極温度）を変化させるため、この温度調整に時間を要し、連続処理に要する時間が長くなる傾向があった。このため、スループットをより向上させ得るプロセスの提供が求められていた。
【０００６】
従って、本発明の目的は、高い精度でシリコン基板に溝を形成するとともに、この溝の肩部に丸み形状を持たせながら迅速な処理が可能なエッチング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】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点によれば、
少なくとも、被エッチング層と、該被エッチング層上に形成されパターニングされたマスク層と、を有する被処理体に対してエッチングを行い、前記被エッチング層に前記マスク層のパターンに対応する凹部を形成するプラズマエッチング方法であって、
前記マスク層において前記パターンを構成する開口の少なくとも前記被エッチング層と前記マスク層との境界近傍の被エッチング層上に堆積物を形成する第１のプラズマ処理工程と、
前記第１のプラズマ処理工程の後に、前記被エッチング層に対するエッチングを行なって前記凹部を形成する第２のプラズマ処理工程と、
を含み、
前記第２のプラズマ処理工程では、前記凹部を構成する側壁の上端の角部を曲面形状に形成することを特徴とする、プラズマエッチング方法が提供される。
【０００８】
上記第１の観点のプラズマエッチング方法において、前記第１のプラズマ処理工程における処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンを含むガスであることが好ましく、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２またはＣＨ３Ｆを含むガスであることがより好ましい。
また、前記第２のプラズマ処理工程における処理ガスは、ハロゲン含有ガスであることが好ましく、ハロゲン含有ガスとしては、ＨＢｒもしくはＣｌ２、またはこれらの両方を含むガスであることが好ましい。
また、前記第１のプラズマ処理工程における処理時間は、３秒以上６０秒以下であることが好ましい。
また、前記第１のプラズマ処理工程における処理時間により、前記凹部を構成する側壁の上端の角部の曲率半径を調節し、前記第２のプラズマ処理工程における処理温度によって、前記凹部を構成する側壁の角度を調節することが好ましい。
また、前記第１のプラズマ処理工程における処理ガスにエッチング作用を有するガスを混合して、前記凹部を構成する側壁の上端の角部の曲率半径を調節することが好ましい。
以上のような第１の観点のプラズマエッチング方法は、シャロートレンチアイソレーションにおけるトレンチエッチングに適用されることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の第２の観点によれば、少なくとも、シリコン基板と、該シリコン基板上に形成されたシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜の上に形成されたシリコン窒化膜と、を有し、前記シリコン酸化膜と前記シリコン窒化膜がマスク層としてパターニングされて開口を形成している被処理体に対してエッチングを行い、前記シリコン基板に前記マスク層のパターンに対応するトレンチを形成するプラズマエッチング方法であって、
構成元素にＣとＦとＨを含む第１の処理ガスのプラズマによって、前記マスク層において前記パターンを構成する開口の少なくとも前記シリコン基板と前記マスク層との境界近傍のシリコン基板上に堆積物を形成する第１のプラズマ処理工程と、
前記第１のプラズマ処理工程の後に、第２の処理ガスのプラズマにより前記シリコン基板のエッチングを行なって前記トレンチを形成する第２のプラズマ処理工程と、
を含み、
前記第２のプラズマ処理工程では、前記トレンチを構成する側壁の上端の角部を曲面形状に形成することを特徴とする、プラズマエッチング方法が提供される。
【００１０】
また、本発明の第３の観点によれば、プラズマを発生させるプラズマ供給源と、
前記プラズマにより、被処理体に対しエッチング処理を行なうための処理室を区画する処理容器と、
前記処理容器内で前記被処理体を載置する支持体と、
前記処理容器内を減圧するための排気手段と、
前記処理容器内にガスを供給するためのガス供給手段と、
上記第１の観点または第２の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする、プラズマエッチング装置が提供される。
【００１１】
また、本発明の第４の観点によれば、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１の観点または第２の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるようにプラズマ処理装置を制御することを特徴とする、制御プログラムが提供される。
【００１２】
また、本発明の第５の観点によれば、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点または第２の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように、プラズマ処理装置を制御するものであることを特徴とする、コンピュータ記憶媒体が提供される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、第１のプラズマ処理で形成された堆積物によって、開口の側壁付近（マスク層との境界近傍）でシリコン基板などの被エッチング層のエッチングの進行が抑制され、凹部の肩部を丸み形状にすることができる。しかも、丸みの大きさ（曲率半径）は、第１のプラズマ処理の時間によって簡単に制御できる。従って、ＳＴＩ等のトレンチ形成において、精度良く、かつ高いスループットで肩部に丸みを持った凹部を形成できる。このエッチング方法によって形成された凹部を利用して素子分離領域を形成した半導体装置においては、例えばゲート電極とアクティブ領域との間のリーク電流が抑制され、省電力化の要請にも対応可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態を説明するため、例えばＳＴＩなどのシリコントレンチエッチング工程における半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗの縦断面の要部を拡大して模式的に示すものである。図１（ａ）に示すとおり、ウエハＷを構成するシリコン基板１０１上には、例えばＳｉＯ２などのシリコン酸化膜１０２が形成され、さらにその上には、例えばＳｉ３Ｎ４などのシリコン窒化膜１０３が形成されている。このシリコン窒化膜１０３は、ハードマスクとして機能する。
【００１５】
シリコン窒化膜１０３およびシリコン酸化膜１０２は、所定形状にパターニングされてマスク層を構成しており、図１（ａ）では、パターンを構成する開口としての溝部１１０が図示されている。なお、シリコン窒化膜１０３とシリコン酸化膜１０２のパターニングは、ここでは図示しない工程で、例えばフォトリソグラフィー技術により形成されたレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことにより実施できる。
【００１６】
第１のプラズマ処理の模様を図１（ｂ）に示す。この第１のプラズマ処理では、溝部１１０の少なくとも側壁付近の被エッチング層上、つまり、被エッチング層であるシリコン基板１０１とマスク層（この例では、シリコン窒化膜１０３およびシリコン酸化膜１０２）との境界近傍のシリコン基板１０１の露出面に堆積物Ｄを形成する。
第１のプラズマ処理における処理ガスとしては、堆積物Ｄを形成できるガス種であればよいが、例えば構成元素に少なくともＣとＦとＨを含む処理ガスを用いることができる。このようなガスの例としては、例えば、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＨ３Ｆ等のハイドロフルオロカーボンを含むガスが好ましい。ハイドロフルオロカーボンは、第１のプラズマ処理によって重合体を生成するため、ウエハＷ上に堆積物Ｄが形成される。この際、第１のプラズマ処理では、例えば、上下部電力印加型プラズマエッチング装置（図３参照）を用い、下部電極に高周波電力を印加してバイアス電圧を発生させることによって、プラズマ中のイオン成分をウエハＷへ入射させることが好ましい。これによって、シリコン基板１０１が露出している溝部１１０の底面では、シリコン基板１０１とマスク層との境界近傍に堆積物Ｄが厚く形成され、溝部１１０の底面の中央付近では堆積物Ｄがあまり形成されない。
【００１７】
第１のプラズマ処理における処理ガスとして、例えばハイドロフルオロカーボンと希ガスやＮ２などの不活性ガス含む混合ガスを用いることも可能である。希ガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｋｒ等が例示される。
また、第１のプラズマ処理における処理ガス中には、エッチング作用を持つガス、例えば、ＣＦ４、Ｏ２、ＳＦ６、ＮＦ３等を混合することができる。処理ガス中にエッチング作用を持つガスを所定比率で混在させて、形成される堆積物Ｄを除去する作用を与えることによって、堆積物Ｄの堆積レートをコントロールすることができる。つまり、エッチング作用を持つガスを混合することによって、ハイドロフルオロカーボンのように堆積性が強いガスを単独で用いる場合に比べ、堆積レートの制御が容易になる。
【００１８】
次に、図１（ｃ）に示すように、第２のプラズマ処理によって、シリコン酸化膜１０２とシリコン窒化膜１０３をマスクとして、シリコン基板１０１にトレンチ１２０を形成するためのエッチングが行なわれる。
すなわち、単結晶シリコンからなるシリコン基板１０１を、エッチングガスを用いてプラズマエッチングし、同図（ｃ）に示すとおり、シリコン基板１０１に、トレンチ１２０を形成する。この際、第１のプラズマ処理によって形成された堆積物Ｄが存在することにより、溝１１０の側壁付近では溝１１０の底部中央に比べてエッチングが遅くなる。つまり、堆積物Ｄが保護膜として機能し、溝１１０の側壁付近ではシリコン基板１０１のエッチングレートが低下する。その結果、形成されたトレンチ１２０の肩部［図１（ｃ）に符号１２０ａで示す］が丸みを持つ曲面形状に形成される。
【００１９】
第２のプラズマ処理は、例えば通常のＳＴＩにおけるトレンチエッチングと同様の条件で実施することができる。第２のプラズマ処理工程における処理ガスとしては、エッチング作用を有するガスであればよいが、例えばハロゲン含有ガスを用いることが好ましい。ハロゲン含有ガスとしては、例えば、ＨＢｒ、Ｃｌ２等を含むガス、またはこれらの混合ガスを挙げることができる。前記第２のプラズマ処理工程における処理ガスには、必要に応じてＯ２、Ｈｅ、Ａｒ等のガスを混合することもできる。
【００２０】
図２に、第２のプラズマ処理工程後のウエハＷの要部の断面構造を拡大して示す。第２のプラズマ処理工程により形成されたトレンチ１２０は、図２中、円形の破線で囲った部分（肩部１２０ａ）の形状が曲面を持つようになる。図１（ｂ）に示す第１のプラズマ処理で形成される堆積物Ｄが多くなれば、溝部１１０の底部の角付近（被エッチング層であるシリコン基板１０１とマスク層との境界付近）でシリコン基板１０１のエッチングがより多く抑制されるので、トレンチ１２０の肩部１２０ａの丸みも大きく形成される。
【００２１】
堆積物Ｄの量は、同じ条件であれば第１のプラズマ処理工程における処理時間に比例して多くなる。従って、第１のプラズマ処理工程の処理時間をコントロールすることにより肩部１２０ａの丸みの大きさ（曲率半径）をコントロールすることができる。肩部１２０ａの丸みの曲率半径としては、例えば５ｎｍ〜３０ｎｍ程度に調整することが好ましい。このような観点から、第１のプラズマ処理工程における処理時間は、特に限定されるものではないが、例えば、３秒以上６０秒以下の範囲から選択することができ、５秒以上３０秒以下が好ましい。
【００２２】
また、堆積物Ｄの量は、前記したように第１のプラズマ処理における処理ガスの組成、例えば処理ガス中にエッチング作用を持つガスを配合することによって制御できる。従って、処理ガスの組成を選択することによっても肩部の丸みの大きさ（曲率半径）をコントロールすることができる。
【００２３】
第２のプラズマ処理において、温度などの条件を制御することによって、トレンチ１２０の側壁の角度θを変化させ、テーパー状に形成したり、トレンチ１２０の底のコーナー部１２０ｂに丸みを持たせたりすることもできる。トレンチ１２０の側壁の角度θは、例えば８２°〜８８°とすることが好ましい。
また、コーナー部１２０ｂに丸みを持たせることにより、絶縁物埋込み後の応力を緩和するとともにリーク電流を低減し、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【００２４】
図３は、本発明方法の実施に好適に使用可能なプラズマエッチング装置の構成例を模式的に示すものである。このプラズマエッチング装置１は、電極板が上下平行に対向し、双方に高周波電源が接続された容量結合型平行平板エッチング装置として構成されている。
【００２５】
このプラズマエッチング装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形状に成形されたチャンバー２を有しており、このチャンバー２は接地されている。チャンバー２内には、例えばシリコンからなり、その上に被処理体として、所定の膜が形成されたウエハＷを水平に載置し、下部電極として機能するサセプタ５がサセプタ支持台４に支持された状態で設けられている。このサセプタ５にはハイパスフィルター（ＨＰＦ）６が接続されている。
【００２６】
サセプタ支持台４の内部には、温度調節媒体室７が設けられており、導入管８を介して温度調節媒体室７に温度調節媒体が導入、循環され、サセプタ５を所望の温度に制御できるようになっている。
【００２７】
サセプタ５は、その上中央部が凸状の円板状に成形され、その上にウエハＷと略同形の静電チャック１１が設けられている。静電チャック１１は、絶縁材の間に電極１２が介在された構成となっており、電極１２に接続された直流電源１３から例えば１．５ｋＶの直流電圧が印加されることにより、クーロン力によってウエハＷを静電吸着する。
【００２８】
そして、絶縁板３、サセプタ支持台４、サセプタ５、さらには静電チャック１１には、被処理体であるウエハＷの裏面に、伝熱媒体、例えばＨｅガスなどを所定圧力（バックプレッシャー）にて供給するためのガス通路１４が形成されており、この伝熱媒体を介してサセプタ５とウエハＷとの間の熱伝達がなされ、ウエハＷが所定の温度に維持されるようになっている。
【００２９】
サセプタ５の上端周縁部には、静電チャック１１上に載置されたウエハＷを囲むように、環状のフォーカスリング１５が配置されている。このフォーカスリング１５はセラミックスあるいは石英などの絶縁性材料からなり、エッチングの均一性を向上させるように作用する。
【００３０】
サセプタ５の上方には、このサセプタ５と平行に対向して上部電極２１が設けられている。この上部電極２１は、絶縁材２２を介して、チャンバー２の上部に支持されており、サセプタ５との対向面を構成し、多数の吐出孔２３を有する、例えば石英からなる電極板２４と、この電極２４を支持する導電性材料、例えば表面がアルマイト処理されたアルミニウムからなる電極支持体２５とによって構成されている。なお、サセプタ５と上部電極２１との間隔は、調節可能とされておいる。
【００３１】
上部電極２１における電極支持体２５の中央には、ガス導入口２６が設けられ、さらにこのガス導入口２６には、ガス供給管２７が接続されており、さらにこのガス供給管２７には、バルブ２８並びにマスフローコントローラ２９を介して、処理ガス供給源３０が接続され、この処理ガス供給源３０から、プラズマエッチングのためのエッチングガスが供給されるようになっている。なお、図３では、一つの処理ガス供給源３０のみを代表的に図示しているが、処理ガス供給源３０は複数設けられており、例えば、ＣＨＦ３、Ａｒ、Ｃｌ２、ＨＢｒ、Ｏ２等のガスをそれぞれ独立に流量制御して、チャンバー２内に供給できるよう構成されている。
【００３２】
チャンバー２の底部には排気管３１が接続されており、この排気管３１には排気装置３５が接続されている。排気装置３５はターボ分子ポンプなどの真空ポンプを備えており、これによりチャンバー２内を所定の減圧雰囲気、例えば１Ｐａ以下の所定の圧力まで真空引き可能なように構成されている。また、チャンバー２の側壁には、ゲートバルブ３２が設けられており、このゲートバルブ３２を開にした状態でウエハＷが隣接するロードロック室（図示せず）との間で搬送されるようになっている。
【００３３】
上部電極２１には、第１の高周波電源４０が接続されており、その給電線には整合器４１が設けられている。また、上部電極２１にはローパスフィルター（ＬＰＦ）４２が接続されている。この第１の高周波電源４０は、５０〜１５０ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このように高い周波数を印加することにより、チャンバー２内に好ましい解離状態で、かつ高密度のプラズマを形成することができ、低圧条件下でのプラズマ処理が可能となる。この第１の高周波電源４０の周波数は、５０〜８０ＭＨｚが好ましく、典型的には図３中に示すように６０ＭＨｚまたはその近傍の条件が採用される。
【００３４】
下部電極としてのサセプタ５には、第２の高周波電源５０が接続されており、その給電線には整合器５１が設けられている。この第２の高周波電源５０は、数百ｋＨｚ〜十数ＭＨｚの範囲の周波数を有しており、このような範囲の周波数の電力を印加することにより、ウエハＷに対してダメージを与えることなく適切なイオン作用を与えることができる。第２の高周波電源５０の周波数は、例えば図３に示すように１３．５６ＭＨｚ、または８００ＫＨｚ等の条件が採用される。
【００３５】
プラズマエッチング装置１の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ６０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ６０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース６１が接続されている。
【００３６】
また、プロセスコントローラ６０には、プラズマエッチング装置１で実行される各種処理をプロセスコントローラ６０の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部６２が接続されている。
【００３７】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース６１からの指示等にて任意のレシピを記憶部６２から呼び出してプロセスコントローラ６０に実行させることで、プロセスコントローラ６０の制御下で、プラズマ処理装置１での所望の処理が行われる。また、前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、不揮発性メモリなどに格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３８】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置１によって、シリコン単結晶からなるウエハＷをエッチングし、図２に示すようなトレンチ１２０を形成する工程について説明する。
【００３９】
まず、シリコン酸化膜１０２およびシリコン窒化膜１０３が形成されたウエハＷを、ゲートバルブ３２を開放して、図示しないロードロック室からチャンバー２内へ搬入し、静電チャック１１上に載置する。そして、直流電源１３から直流電圧を印加することによって、ウエハＷを静電チャック１１上に静電吸着する。
【００４０】
次いで、ゲートバルブ３２を閉じ、排気装置３５によって、チャンバー２内を所定の真空度まで真空引きする。その後、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０から第１のプラズマ処理の処理ガスとして、例えばＣＨＦ３をマスフローコントローラ２９によって所定の流量、例えば５０〜３００ｍＬ／ｍｉｎ、好ましくは１５０〜２５０ｍＬ／ｍｉｎに調整しつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６、上部電極２１の中空部へと導入し、電極板２４の吐出孔２３を通じて、図３に矢印で示すように、ウエハＷに対して均一に吐出させる。
【００４１】
この第１のプラズマ処理において、チャンバー２内の圧力は、所定の圧力、例えば１．３〜１３．３Ｐａ（１０〜１００ｍＴｏｒｒ）程度、好ましくは３．３〜１０Ｐａ（２５〜７５ｍＴｏｒｒ）の圧力に維持し、第１の高周波電源４０から上部電極２１に１００〜７００Ｗ、好ましくは２００〜４００Ｗ、第２の高周波電源５０から下部電極としてのサセプタ５に１００〜７００Ｗ、好ましくは２００〜４００Ｗ、の高周波電力をそれぞれ印加し、処理ガスをプラズマ化してウエハＷ上に形成されたパターンの溝部１１０に堆積物Ｄを堆積させる。処理時間は、特に限定されないが、好適には例えば５〜３０秒とすることができる。なお、他の条件として、チャンバー内の温度は、例えば、上部電極２１が６０〜９０℃、側壁が５０〜７０℃、サセプタ５（ウエハＷ）が２０〜８０℃とすることができる。
【００４２】
次に、第２のプラズマ処理では、シリコン基板１０１にトレンチ１２０を形成する。すなわち、バルブ２８を開放し、処理ガス供給源３０からエッチング用のガスとして、例えば、Ｃ１２および／またはＨＢｒを含むガスを、マスフローコントローラ２９によって所定の流量比に調整しつつ、処理ガス供給管２７、ガス導入口２６、上部電極２１の中空部へと導入し、電極板２４の吐出孔２３を通じて、図３に矢印で示すように、ウエハＷに対して均一に吐出させる。この第２のプラズマ処理における処理圧力、高周波パワー、処理温度などの条件は、通常のシリコントレンチエッチングと同様の条件で行なうことができる。
【００４３】
第２のプラズマ処理が終了した後は、通常のＳＴＩの工程、すなわち、酸化膜の埋め込み、ＣＭＰによる平坦化を実施することにより、素子分離が行なわれる。
【００４４】
次に、本発明の効果を確認するための実験結果について説明する。
まず、以下のようにしてテストサンプルの作製を行なった。
シリコン基板１０１上に、熱酸化処理により５．５ｎｍの膜厚でＳｉＯ２膜（シリコン酸化膜１０１）を形成し、その上にＬＰＣＶＤ法（減圧化学気相成長法）により６０ｎｍの膜厚でＳｉ３Ｎ４膜（シリコン窒化膜）を形成した。その上に、６０ｎｍの膜厚で反射防止膜（ＢＡＲＣ）を形成し、さらにその上層に１６６ｎｍの膜厚でフォトレジスト層を形成した。フォトリソグラフィー技術により、フォトレジスト層をパターニングし、さらに、フォトレジスト層をマスクとしてシリコン基板１０１が露出するまでＳｉ３Ｎ４膜およびＳｉＯ２膜をエッチングすることにより、開口部１１０を形成した。次いで、酸素ガスのプラズマによりフォトレジスト層と反射防止膜をアッシングした後、溝部１１０内のシリコン基板１０１の露出面に生じた自然酸化膜をＨＢｒガスのプラズマ処理によって除去し、溝部１１０の底面にシリコン基板１０１が露出したテストサンプルとした。
【００４５】
このテストサンプルに対して、図３のプラズマエッチング装置１を用い、以下の条件で、第１のプラズマ処理と第２のプラズマ処理を連続的に実施した。ここでは、第１のプラズマ処理の時間と、処理温度を変化させ、トレンチ１２０の肩部の丸み（曲率半径）とトレンチ壁の角度（テーパー角）への影響を調べた。その結果を表１に示した。
【００４６】
＜第１のプラズマ処理条件＞
処理ガス：ＣＨＦ３、流量２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
チャンバー内圧力：６．７Ｐａ（５０ｍＴｏｒｒ）
高周波電力：上部電極３００Ｗ、下部電極３００Ｗ
電極間ギャップ：１５０ｍｍ
処理時間：５秒、７．５秒または１０秒
バックプレッシャー：ウエハＷのセンター部／エッジ部＝１３３３／１３３３Ｐａ（１０／１０Ｔｏｒｒ）
チャンバー内温度：上部電極８０℃、側壁６０℃、ウエハＷ４０℃、５０℃または６０℃
【００４７】
＜第２のプラズマ処理条件＞
処理ガスとして、Ｃ１２および／またはＨＢｒを含むガスを用い、ＳＴＩにおける通常のエッチング条件に準じて実施した。なお、チャンバー内温度は、第１のプラズマ処理と同様に、上部電極が８０℃、側壁が６０℃、ウエハＷが４０℃、５０℃または６０℃とした。
【００４８】
【表１】
2006203035.tif 000003
【００４９】
表１から、シリコン基板１０１に形成されたトレンチ１２０の肩部１２０ａの丸み（曲率半径）は、温度および処理時間への依存性が高く、主としてこれらの条件によってコントロールできることがわかる。また、トレンチ１２０のテーパー角度θは、主に温度によってコントロールできることが示された。
【００５０】
以上の結果から、トレンチ１２０の肩部１２０ａの丸みを第１のプラズマ処理工程の処理時間により調節し、トレンチ１２０のテーパー角度θは温度によって調節することが特に有利であることが理解される。第１のプラズマ処理において、温度によって丸み形状の大きさ（曲率半径）を制御しようとすれば、同一温度で第２のプラズマ処理を行なう場合にはテーパー角度θの制御幅が自ずと限定されてしまい、異なる温度で第２のプラズマ処理を行なう場合には、第２のプラズマ処理までの間に下部電極５の温度調整をする必要が生じ、そのための時間が必要になる。これに対し、トレンチ１２０の肩部１２０ａの丸みを第１のプラズマ処理工程の処理時間により調節し、トレンチ１２０のテーパー角度θは温度によって調節するようにすれば、一定温度でスループットを向上させながらテーパー角度θ調節の自由度を大きくすることができる。このように、本発明によれば、第１および第２のプラズマ処理において温度を一定に維持したまま肩部１２０ａの丸みと、トレンチ１２０のテーパー角度を同時にコントロールすることが可能になる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では上部電極２１と下部電極としてのサセプタ５にそれぞれ高周波電力を印加する容量結合型の平行平板型プラズマエッチング装置を用いたが、例えば下部電極のみに高周波電力を印加するプラズマエッチング装置を使用してもよい。
また、上記実施形態ではＳＴＩにおけるトレンチ形成を例に挙げて説明したが、エッチングによって凹部の側壁の上端（肩部）に丸み形状を形成する目的であれば、ＳＴＩに限定されることなく適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の一実施形態の工程例を説明するためウエハ断面の構成を模式的に示す図面。
【図２】トレンチが形成されたウエハ断面の構成を模式的に示す図面。
【図３】本発明の実施に用いるプラズマエッチング装置の概要を示す図面。
【符号の説明】
【００５３】
１；プラズマエッチング装置
２；チャンバー
６０；プロセスコントローラ
６１；ユーザーインターフェース
６２；記憶部
１０１；シリコン基板
１０２；シリコン酸化膜
１０３；シリコン窒化膜
１１０；溝部
１２０；トレンチ
１２０ａ；肩部
１２０ｂ；コーナー部
【図１】
2006203035.tif 000004
【図２】
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【図３】
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