(57)【要約】【課題】異種酸化膜間のエッチングの選択比を高めることができる技術を提供する。【解決手段】エッチング方法は、吸着工程と、エッチング工程とを有する。吸着工程は、エッチングの対象とされた被処理体が配置された処理空間にＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に処理空間に所定周波数の電力印加して処理空間にプラズマを生成して、処理ガスに基づく吸着物を被処理体に吸着させる。エッチング工程は、処理空間に希ガスのプラズマを生成して吸着物を活性化して、被処理体をエッチングする。【選択図】図５
2019197856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチングの対象とされた被処理体が配置された処理空間にＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給し、前記Ｈ２ガスの供給を停止すると共に前記処理空間に所定周波数の電力を印加して前記処理空間にプラズマを生成して、前記処理ガスに基づく吸着物を前記被処理体に吸着させる吸着工程と、
前記処理空間に希ガスのプラズマを生成して前記吸着物を活性化して、前記被処理体をエッチングするエッチング工程と、
を有することを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記吸着工程は、前記処理空間に前記所定周波数の電力を印加するまでに前記Ｈ２ガスの供給を停止する
ことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記吸着工程は、プラズマ励起のための安定化時間のみに前記Ｈ２ガスを供給する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記被処理体は、シリコン酸化膜に、金属層に到達するビアホールが形成され、該金属層上に自然酸化膜が形成された半導体ウエハである
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記吸着工程と前記エッチング工程とをパージ工程を挟んで、少なくとも１回以上繰り返すことを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記吸着工程の安定化時間に供給されるＢＣｌ３とＨ２のガス流量比は、１．１５〜１．４であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１つに記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記被処理体上に形成されたシリコン酸化膜と、金属層上に形成された金属酸化膜との選択比は、５以上であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記エッチング工程で供給する希ガスは、Ａｒであることを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載のエッチング方法。
【請求項９】
前記吸着工程と前記エッチング工程で印加される電力は、上部および/または下部から印加されることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載のエッチング方法。
【請求項１０】
エッチングの対象とされた被処理体が載置台に配置され、載置台上に処理空間を形成された処理容器と、
前記処理空間に、ＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガス、Ｈ２ガス、希ガスをそれぞれ供給する供給部と、
前記処理空間に所定周波数の電力を印加する電源部と、
前記被処理体をエッチングする際に、前記供給部から前記処理空間にＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給し、前記供給部からの前記Ｈ２ガスの供給を停止すると共に前記電源部から前記処理空間に前記所定周波数の電力を印加して前記処理空間にプラズマを生成して、前記処理ガスに基づく吸着物を前記被処理体に吸着させる吸着工程と、前記供給部から前記処理空間に希ガスのプラズマを生成して前記吸着物を活性化させ、前記被処理体をエッチングするエッチング工程と、を実施するよう制御する制御部と、
を有することを特徴とするエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エッチング方法およびエッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エッチングの手法の一種として、エッチングの対象膜を原子層単位でエッチングする原子層エッチング（ＡＬＥ：Atomic  Layer  Etching）方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１７−５３５０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、異種酸化膜間のエッチングの選択比を高めることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様によるエッチング方法は、吸着工程と、エッチング工程とを有する。吸着工程は、エッチングの対象とされた被処理体が配置された処理空間にＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に処理空間に所定周波数の電力を印加して処理空間にプラズマを生成して、処理ガスに基づく吸着物を被処理体に吸着させる。エッチング工程は、処理空間に希ガスのプラズマを生成して吸着物を活性化して、被処理体をエッチングする。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、異種酸化膜間のエッチングの選択比を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態に係るエッチング装置の概略構成の一例を示す断面図である。
【図２】図２は、半導体の製造工程の一例を示す図である。
【図３】図３は、比較例の原子層エッチングの流れの一例を示す図である。
【図４】図４は、原子層エッチングによるエッチングの流れの一例を模式的に示した図である。
【図５】図５は、実施形態の原子層エッチングの流れの一例を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは、エッチング量を比較した結果の一例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施形態の原子層エッチングを複数サイクル実施した結果の一例を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは、比較した原子層エッチングの処理を説明する図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、原子層エッチングのエッチング量を比較した結果の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本願の開示するエッチング方法およびエッチング装置の実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、開示するエッチング方法およびエッチング装置が限定されるものではない。
【０００９】
ところで、原子層エッチングでは、処理ガスのプラズマにより、処理ガスに基づく吸着物をエッチング対象膜に吸着させる吸着工程と、希ガスのプラズマにより吸着物を活性化させるエッチング工程と、を繰り返すことにより、エッチング対象膜をエッチングする。半導体の製造では、処理ガスとして、ＢＣｌ３ガスを用いた原子層エッチングの利用が検討されている。例えば、半導体の製造では、ＳｉＯ２などによるシリコン酸化膜に形成されたビアホールやトレンチを埋め込んでビアホールやトレンチの底の金属層と接続する配線層の形成が行われる。ビアホールやトレンチの底の金属層には、自然酸化等により金属酸化膜が形成され、配線層の配線抵抗が増加する。そこで、配線層を形成する前に、ＢＣｌ３ガスを用いた原子層エッチングにより、ビアホールやトレンチの底の金属酸化膜の除去が検討されている。
【００１０】
しかしながら、ＢＣｌ３ガスを用いた原子層エッチングでは、金属酸化膜とシリコン酸化膜とのエッチングレートの差が小さく、十分な選択比を得られない。そこで、異種酸化膜間のエッチングの選択比を高めることが期待されている。
【００１１】
［エッチング装置の構成］
次に、実施形態に係るエッチング装置の構成について説明する。以下では、エッチングの対象の被処理体を半導体ウエハ（以下、ウエハという）とし、半導体ウエハに対してエッチング装置により原子層エッチングを行う場合を例に説明する。図１は、実施形態に係るエッチング装置の概略構成の一例を示す断面図である。エッチング装置１００は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構５と、制御部６とを有している。実施形態では、シャワーヘッド３が供給部に対応する。
【００１２】
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。
【００１３】
処理容器１の側壁には、ウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成されている。搬入出口１１は、ゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。排気ダクト１３と天壁１４の間はシールリング１５で気密に封止されている。
【００１４】
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材２３に支持されている。載置台２は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１と電極２９とが埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御し、これにより、ウエハＷが所定の温度に制御される。
【００１５】
電極２９には、整合器４３を介して第１高周波電源４４が接続されている。整合器４３は、第１高周波電源４４の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１高周波電源４４は、所定周波数の電力を電極２９を介して載置台２に印加する。例えば、第１高周波電源４４は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力を電極２９を介して載置台２に印加する。高周波電力は１３．５６ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、載置台２は、下部電極としても機能する。
【００１６】
また、電極２９は、処理容器１の外側に配置したＯＮ／ＯＦＦスイッチ２０を介して吸着電源４０に接続され、ウエハＷを載置台２に吸着させるための電極としても機能する。
【００１７】
また、シャワーヘッド３には、整合器４５を介して第２高周波電源４６が接続されている。整合器４５は、第２高周波電源４６の内部インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２高周波電源４６は、所定周波数の電力をシャワーヘッド３に印加する。例えば、第２高周波電源４６は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力をシャワーヘッド３に印加する。高周波電力は１３．５６ＭＨｚに限られたものではなく、例えば、４５０ＫＨｚ、２ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、６０ＭＨｚ、１００ＭＨｚなど適宜使用が可能である。このようにして、シャワーヘッド３は、上部電極としても機能する。
【００１８】
載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。載置台２の底面には、上部電極と下部電極の間のギャップＧを調整する調整機構３０が設けられている。調整機構３０は、支持部材２３と昇降機構２４とを有する。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から載置台２を支持する。また、支持部材２３は、処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、下端が昇降機構２４に接続されている。載置台２は、昇降機構２４により、支持部材２３を介して昇降する。調整機構３０は、図１の実線で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置の間で昇降機構２４を昇降させ、ウエハＷの搬入及び搬出を可能にする。
【００１９】
支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
【００２０】
処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。
【００２１】
ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）と載置台２の間でウエハＷの受け渡しが行われる。
【００２２】
シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、載置台２に対向するように設けられており、載置台２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有している。本体部３１とシャワープレート３２の間には、ガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には処理容器１の天壁１４及び本体部３１の中央を貫通するようにガス導入孔３６が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には、下方に突出する環状突起部３４が形成されている。環状突起部３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に存在した状態では、載置台２とシャワープレート３２の間に処理空間３８が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３９が形成される。
【００２３】
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。
【００２４】
シャワーヘッド３のガス導入孔３６には、ガス供給ライン３７を介してガス供給機構５が接続されている。ガス供給機構５は、エッチングに用いる各種のガスのガス供給源に、それぞれガス供給ラインを介して接続されている。例えば、ガス供給機構５は、ＢＣｌ３ガス、Ｈ２ガス、希ガスなどの各種のガスを供給するガス供給源とそれぞれガス供給ラインを介して接続されている。各ガス供給ラインは、エッチングのプロセスに対応して適宜分岐し、開閉バルブ、流量制御器が設けられている。ガス供給機構５は、各ガス供給ラインに設けられた開閉バルブや流量制御器を制御することにより、各種のガスの流量の制御が可能とされている。ガス供給機構５は、エッチングの際に、ガス供給ライン３７およびシャワーヘッド３を介して処理容器１内に、エッチングに用いる各種のガスをそれぞれ供給する。
【００２５】
上記のように構成されたエッチング装置１００は、制御部６によって、動作が統括的に制御される。制御部６は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムや、原子層エッチングのプロセス条件に基づいて動作し、装置全体の動作を制御する。例えば、制御部６は、ガス供給機構５からの各種のガスの供給動作、昇降機構２４の昇降動作、排気機構４２による処理容器１内の排気動作、第１高周波電源４４および第２高周波電源４６からの供給電力を制御する。なお、制御に必要なコンピュータに読み取り可能なプログラムは、記憶媒体に記憶されていてもよい。記憶媒体は、例えばフレキシブルディスク、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｄｉｓｃ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フラッシュメモリ或いはＤＶＤ等よりなる。また、制御部６は、エッチング装置１００の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部６が外部に設けられている場合、制御部６は、有線又は無線等の通信手段によって、エッチング装置１００を制御することができる。
【００２６】
次に、制御部６の制御によりエッチング装置１００が実行するエッチングの流れを説明する。エッチング装置１００は、排気機構４２を動作させて、処理容器１内を真空雰囲気に減圧する。エッチング装置１００は、ウエハＷを搬入する際、昇降機構２４を動作させて載置台２を搬送位置まで降下させ、ゲートバルブ１２を開放する。搬入出口１１を介して、不図示のロボットアームなどのウエハ搬送機構によりウエハＷが載置台２に搬入される。ウエハＷには、異種酸化膜が形成されている。例えば、ウエハＷには、図２に示したように、シリコン酸化膜１１０にビアホール１１１が形成されており、ビアホール１１１の下部には、メタルゲートＭＧ、トレンチコンタクトＭＤなどの金属層が設けられている。この金属層には、自然酸化等により金属酸化膜が形成されている。エッチング装置１００は、ゲートバルブ１２を閉じ、昇降機構２４を動作させて載置台２を処理位置まで上昇させる。
【００２７】
エッチング装置１００は、ウエハＷに対して、後述する図５に示した実施形態の原子層エッチングを行う。例えば、エッチング装置１００は、ガス供給機構５を制御して、シャワーヘッド３から、載置台２とシャワープレート３２の間の処理空間３８にＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給する。そして、エッチング装置１００は、ガス供給機構５を制御して、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に、第１高周波電源４４および／または第２高周波電源４６を制御して、処理空間３８に所定周波数の電力を印加して処理空間３８にプラズマを生成し、処理ガスに基づく吸着物をウエハＷに吸着させる吸着工程を行う。また、エッチング装置１００は、ガス供給機構５を制御して、シャワーヘッド３から処理空間３８にＡｒガスを供給すると共に、第１高周波電源４４および／または第２高周波電源４６を制御して、処理空間３８に高周波電力を印加して処理空間３８にプラズマを生成して、ウエハＷに吸着した吸着物を活性化して、ウエハＷをエッチングするエッチング工程を行う。
【００２８】
これにより、エッチング装置１００は、例えば、図２に示したシリコン酸化膜１１０へのダメージを抑えつつ、メタルゲートＭＧ、トレンチコンタクトＭＤなどの金属層の金属酸化膜を除去できる。
【００２９】
図２は、半導体の製造工程の一例を示す図である。ウエハＷには、ＳｉＯ２などによるシリコン酸化膜１１０が形成されている。シリコン酸化膜１１０には、ビアホール１１１が形成されている。ビアホール１１１の下部には、メタルゲートＭＧ、トレンチコンタクトＭＤなどの金属層が設けられている。金属層の材料としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｏ（コバルト）、Ｗ（タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＳｉＮ、ＴｉＡｌＣ、ＴａＮなどが挙げられる。このようなビアホール１１１の底の金属層には、自然酸化等により金属酸化膜が形成される。
【００３０】
そこで、ＢＣｌ３ガスを用いた原子層エッチングにより、ビアホール１１１の底の金属酸化膜の除去が検討されている。
【００３１】
ここで、ＢＣｌ３ガスを用いた原子層エッチングの流れを説明する。図３は、比較例の原子層エッチングの流れの一例を示す図である。図４は、原子層エッチングによるエッチングの流れの一例を模式的に示した図である。なお、図４の（Ａ）〜（Ｄ）には、金属酸化膜としてＡｌ２Ｏ３（アルミナ）を原子層エッチングでエッチングする流れが示されている。
【００３２】
例えば、図３に示す比較例の原子層エッチングでは、吸着工程Ｓ１と、エッチング工程Ｓ２とを順に実施し、これを所望の回数繰り返す。
【００３３】
吸着工程Ｓ１では、ＢＣｌ３ガスを供給し（図４（Ａ））、高周波電力（RF  Power）を印加してプラズマを生成する。これにより、図４（Ｂ）に示すように、ＢＣｌ３ガスに基づく吸着物がＡｌ２Ｏ３の表面に吸着する。この吸着物は、例えば、ＡｌＣｌ、ＢＯｘである。
【００３４】
エッチング工程Ｓ２では、希ガス、例えば、Ａｒガスを供給し、高周波電力（RF  Power）を印加してプラズマを生成する。これにより、図４（Ｃ）、Ｄ）に示すように、吸着物がＡｒガスにより活性化され、Ａｌ２Ｏ３の表面がエッチングされる。原子層エッチングでは、吸着工程Ｓ１とエッチング工程Ｓ２とを１サイクルとして、必要なエッチング量が得られるまで複数サイクル繰り返す。なお、原子層エッチングでは、吸着工程Ｓ１とエッチング工程Ｓ２と間など、必要なタイミングでパージガスの供給や排気などのパージ工程が行われる。例えば、原子層エッチングでは、吸着工程Ｓ１とエッチング工程Ｓ２とをパージ工程を挟んで、少なくとも１回以上繰り返す。
【００３５】
しかしながら、図３に示す比較例の原子層エッチングでは、金属酸化膜とシリコン酸化膜１１０とのエッチングレートの差が小さく、シリコン酸化膜１１０も過度にエッチングされてシリコン酸化膜１１０に形成されたパターンがダメージを受ける場合がある。換言すれば、選択比が非常に小さくなり、本来、エッチングされない箇所もエッチングされ、形状が崩れてしまう。
【００３６】
そこで、本出願人は、ＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に高周波電力を印加してプラズマを生成することで、異種酸化膜間のエッチングの選択比を高めることができる技術を見出した。本実施形態では、処理ガスとして、ＢＣｌ３ガスのみを供給し、吸着物を活性化に用いる希ガスとして、Ａｒガスを供給する場合を例に説明する。処理ガスは、ＢＣｌ３ガス単ガスに限定されるものではなく、例えば、Ｃｌ２などの塩化物を含んでもよい。また、吸着物を活性化に用いる希ガスは、Ａｒガスに限定されるものではなく、Ｎ２などの他の希ガス、または、混合された希ガスであってもよい。
【００３７】
図５は、実施形態の原子層エッチングの流れの一例を示す図である。実施形態の原子層エッチングでも、吸着工程Ｓ１と、エッチング工程Ｓ２とを順に実施し、これを所望の回数繰り返す。
【００３８】
吸着工程Ｓ１では、ＢＣｌ３ガスとＨ２ガスとを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に高周波電力（RF  Power）を印加してプラズマを生成する。ここで、ＢＣｌ３ガスに対するＨ２ガスの流量比は、１：１．５〜１：４であることが好ましい。また、Ｈ２ガスの供給の停止は、高周波電力を印加する直前であることが好ましいが、これに限定されるものではない。Ｈ２ガスの供給の停止は、高周波電力の印加を開始するタイミングの数秒（例えば、３秒）前から高周波電力の印加を開始するタイミングの数秒（例えば、１秒）後の期間であればよい。例えば、吸着工程Ｓ１では、ガス流量をプラズマ励起に適した流量に安定化させる安定化時間のみにＨ２ガスを供給し、プラズマ励起後、Ｈ２ガスの供給を停止する。
【００３９】
エッチング工程Ｓ２では、パージガスを供給してＢＣｌ３ガスのパージや排気を行った後、図５に示すようにＡｒガスを供給し、高周波電力（RF  Power）を印加してプラズマを生成する。これにより、吸着物がＡｒガスにより活性化され、Ａｌ２Ｏ３の表面がエッチングされる。実施形態の原子層エッチングでも、吸着工程Ｓ１とエッチング工程Ｓ２とを１サイクルとして、必要なエッチング量が得られるまで複数サイクル繰り返す。
【００４０】
次に、比較例の原子層エッチングと実施形態の原子層エッチングによるエッチング結果を比較する。
【００４１】
比較例の原子層エッチングは、以下の条件で実施した。
・吸着工程
圧力：１５〜５００ｍＴｏｒｒ
ＢＣｌ３ガス流量：１０〜２００ｓｃｃｍ
投入高周波電力：２０〜２００Ｗ
プロセス時間：１０〜１２０ｓｅｃ
・エッチング工程
圧力：１５〜５００ｍＴｏｒｒ
Ａｒガス流量：１０〜５００ｓｃｃｍ
投入高周波電力：１０〜２００Ｗ
プロセス時間：５〜１２０ｓｅｃ
【００４２】
一方、実施形態の原子層エッチングは、以下の条件で実施した。
・吸着工程
圧力：１５〜５００ｍＴｏｒｒ
ＢＣｌ３ガス流量：１０〜２００ｓｃｃｍ
Ｈ２ガス流量：１０〜２００ｓｃｃｍ
投入高周波電力：２０〜２００Ｗ
プロセス時間：１０〜１２０ｓｅｃ
・エッチング工程
圧力：１５〜５００ｍＴｏｒｒ
Ａｒガス流量：１０〜５００ｓｃｃｍ
投入高周波電力：１０〜２００Ｗ
プロセス時間：５〜１２０ｓｅｃ
【００４３】
図６Ａは、エッチング量を比較した結果の一例を示す図である。図６Ａの左側には、吸着の際にＢＣｌ３ガスを用いた比較例の原子層エッチングによるＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３のエッチング量が示されている。また、図６Ａの右側には、吸着の際にＢＣｌ３ガスとＨ２ガスを用いた実施形態の原子層エッチングによるＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３のエッチング量が示されている。
【００４４】
図６Ａの左側に示すように、比較例の原子層エッチングは、ＳｉＯ２のエッチング量が０．５７ｎｍであり、Ａｌ２Ｏ３のエッチング量が０．９４ｎｍである。この結果から、Ａｌ２Ｏ３のエッチング量／ＳｉＯ２のエッチング量にて選択比を求めると、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の選択比が１．６５であった。
【００４５】
一方、図６Ａの右側に示すように、実施形態の原子層エッチングは、ＳｉＯ２のエッチング量が０．０１ｎｍ以下に低下しており、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３の選択比は、１４３となった。ＳｉＯ２のエッチング量が低下するメカニズムは、次にように推測される。ＳｉＯ２上では、ＢＣｌ３ガスとＨ２ガスの導入によって表面にＨ−Ｃｌ膜が成膜され、Ｈ−Ｃｌ膜が保護膜の効果をしてエッチングされないと推測される。また、Ａｌ２Ｏ３上では、結合エネルギーの観点からＨ−Ｃｌよりエネルギーの高いＡｌ−Ｃｌになるためにエッチングされると推測される。
【００４６】
このように、実施形態の原子層エッチングは、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３などの異種酸化膜間のエッチングの選択比を高めることができる。例えば、実施形態の原子層エッチングは、被処理体上に形成されたシリコン酸化膜と、金属層上に形成された金属酸化膜との選択比を、５以上とすることができる。
【００４７】
図６Ｂは、実施形態の原子層エッチングを複数サイクル実施した結果の一例を示す図である。図６Ｂには、原子層エッチングを４サイクル実施した場合と１５サイクル実施した場合のＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３のエッチング量の平均値が示されている。図６Ｂに示すようにＡｌ２Ｏ３は、サイクル数に応じてエッチング量が増加している。一方、ＳｉＯ２は、サイクル数が増えてもエッチング量がほとんど増加しない。なお、図６Ｂでは、１５サイクルでのＳｉＯ２のエッチング量がマイナスとなっている。この理由は、ＳｉＯ２の膜に反応物が堆積したため、測定誤差と推測される。
【００４８】
次に、原子層エッチングの一部の処理を変更してエッチング量を比較する。図７Ａは、比較した原子層エッチングの処理を説明する図である。図７Ａの比較例（１）は、ＢＣｌ３ガスを供給しつつ高周波電力を印加してプラズマを生成し、その後、Ａｒガスを供給し、高周波電力を印加してプラズマを生成したものであり、図３に示した比較例の原子層エッチングである。比較例（１）は、比較の基準となる。比較例（２）は、ＢＣｌ３ガスとＨ２ガスとを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に高周波電力を印加してプラズマを生成し、その後、Ａｒガスを供給し、高周波電力を印加してプラズマを生成したものであり、図５に示した実施形態の原子層エッチングである。比較例（３）は、ＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給しつつ高周波電力を印加してプラズマを生成し、その後、Ａｒガスを供給し、高周波電力を印加してプラズマを生成したものである。すなわち、比較例（３）は、図５に示した実施形態の原子層エッチングの吸着工程Ｓ１において、高周波電力（RF  Power）を印加してプラズマを生成している間もＨ２ガスを供給したものである。比較例（４）は、Ｈ２ガスを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共にＢＣｌ３ガスを供給し、高周波電力を印加してプラズマを生成し、その後、Ａｒガスを供給し、高周波電力を印加してプラズマを生成したものである。すなわち、比較例（４）は、図５に示した実施形態の原子層エッチングの吸着工程Ｓ１において、プラズマを生成する前にＢＣｌ３ガスを供給せず、Ｈ２ガスを供給し、プラズマを生成する際にＨ２ガスの供給を停止し、ＢＣｌ３ガスを供給したものである。比較例（５）は、ＢＣｌ３ガスとＨ２ガスとを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に高周波電力を印加してプラズマを生成し、その後、Ａｒガスを供給してプラズマの生成を行わなかったものである。すなわち、比較例（５）は、図５に示した実施形態の原子層エッチングのエッチング工程Ｓ２を行わなかったものである。比較例（６）は、ＢＣｌ３ガスとＨ２ガスとを供給し、その後、Ａｒガスを供給し、高周波電力を印加してプラズマを生成したものである。すなわち、比較例（６）は、図５に示した実施形態の原子層エッチングの吸着工程Ｓ１において、高周波電力を印加せず、プラズマの生成を行わなかったものである。
【００４９】
図７Ｂは、原子層エッチングのエッチング量を比較した結果の一例を示す図である。図７Ｂの比較例（１）〜比較例（６）には、図７Ａに示した比較例（１）〜比較例（６）の原子層エッチングによるＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３のエッチング量が示されている。比較例（１）は、図３に示した比較例の原子層エッチングによるエッチング量であり、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とのエッチング量の差が小さく、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との選択比も小さい。比較例（２）は、図５に示した実施形態の原子層エッチングによるエッチング量であり、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とのエッチング量の差が大きく、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との選択比も大きい。比較例（３）は、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とのエッチング量がマイナスとなっており、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の膜が堆積している。よって、吸着工程Ｓ１のプラズマを生成する間にＨ２ガスの供給を継続した場合、膜が堆積している。比較例（４）は、比較例（１）ほどではないが、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とのエッチング量の差が小さく、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との選択比も小さく、十分な選択比とは言えない。比較例（５）は、Ａｌ２Ｏ３はエッチングされているものの、ＳｉＯ２のエッチング量がマイナスとなっており、ＳｉＯ２の膜が堆積している。比較例（６）は、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とのエッチング量がマイナスとなっており、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の膜が堆積している。
【００５０】
図７Ｂの比較例（１）から、プラズマを生成する前にＢＣｌ３ガスを供給し、Ｈ２ガスを供給しない場合、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との選択比が小さい。また、図７Ｂの比較例（４）から、プラズマを生成する前にＨ２ガスを供給し、ＢＣｌ３ガスを供給しない場合も、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との選択比が小さい。よって、プラズマを生成する前にＢＣｌ３ガスとＨ２ガスとを供給する必要がある。
【００５１】
また、図７Ｂの比較例（５）から、Ａｒガスのプラズマを生成せず、エッチング工程Ｓ２を行わない場合、ＳｉＯ２の膜が堆積する。また、図７Ｂの比較例（６）から、吸着工程Ｓ１において、プラズマの生成しない場合、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の膜が堆積する。よって、吸着工程Ｓ１およびエッチング工程Ｓ２においてそれぞれプラズマを生成する必要がある。
【００５２】
また、図７Ｂの比較例（２）から、ＢＣｌ３ガスとＨ２ガスとを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に高周波電力を印加してプラズマを生成した場合、ＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３との選択比が大きい。しかし、図７Ｂの比較例（３）から、吸着工程Ｓ１のプラズマを生成する期間までＨ２ガスの供給を継続した場合、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３の膜が堆積する。よって、Ｈ２ガスの供給停止のタイミングは、高周波電力を印加する前であることが好ましく、高周波電力を印加する直近であることがより好ましい。しかし、Ｈ２ガスの供給停止のタイミングは、これに限定されるものではない。プラズマを生成の初期段階でＨ２ガスが若干供給されていてもエッチングへの影響は少ない。Ｈ２ガスの供給停止のタイミングは、高周波電力の印加を開始するタイミングの数秒（例えば、３秒）前から高周波電力の印加を開始するタイミングの数秒（例えば、１秒）後の期間であればよい。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係るエッチング方法は、吸着工程Ｓ１と、エッチング工程Ｓ２と、を有する。吸着工程Ｓ１は、エッチングの対象とされた被処理体としてウエハＷが配置された処理空間３８にＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給し、Ｈ２ガスの供給を停止すると共に処理空間３８に所定周波数の電力を印加して処理空間３８にプラズマを生成し、処理ガスに基づく吸着物を被処理体に吸着させる。エッチング工程Ｓ２は、処理空間３８に希ガスのプラズマを生成して吸着物を活性化して、ウエハＷをエッチングする。これにより、本実施形態に係るエッチング方法は、異種酸化膜間のエッチングの選択比を高めることができる。
【００５４】
また、本実施形態に係るエッチング方法は、吸着工程Ｓ１において、処理空間３８に高周波電力を印加するまでにＨ２ガスの供給を停止する。これにより、本実施形態に係るエッチング方法は、プラズマを生成した際の膜の堆積を抑制でき、異種酸化膜間で高いエッチングの選択比を得ることができる。
【００５５】
また、本実施形態に係るエッチング方法は、吸着工程Ｓ１において、プラズマ励起のための安定化時間のみにＨ２ガスを供給する。これにより、本実施形態に係るエッチング方法は、適切なタイミングでＨ２ガスを供給でき、異種酸化膜間のエッチングの選択比をより高めることができる。
【００５６】
また、本実施形態に係るウエハＷは、シリコン酸化膜１１０に、金属層に到達するビアホール１１１が形成され、該金属層上に自然酸化膜が形成されている。これにより、本実施形態に係るエッチング方法は、シリコン酸化膜１１０に形成されたビアホール１１１などのパターンに与えるダメージを抑えて、金属層に形成された自然酸化膜を除去できる。
【００５７】
また、本実施形態に係るエッチング装置１００は、処理容器１と、供給部としてのシャワーヘッド３と、電源部としての第１高周波電源４４および第２高周波電源４６と、制御部６とを有する。処理容器１は、エッチングの対象とされた被処理体として、ウエハＷが載置台２に配置され、載置台２上に処理空間３８を形成されている。シャワーヘッド３は、処理空間３８に、ＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガス、Ｈ２ガス、希ガスをそれぞれ供給する。第１高周波電源４４および第２高周波電源４６は、処理空間３８に所定周波数の電力を印加する。制御部６は、ウエハＷをエッチングする際に、シャワーヘッド３から処理空間３８にＢＣｌ３ガスを含んだ処理ガスとＨ２ガスとを供給し、シャワーヘッド３からのＨ２ガスの供給を停止すると共に第１高周波電源４４および第２高周波電源４６から処理空間３８に所定周波数の電力を印加して処理空間３８にプラズマを生成して、処理ガスに基づく吸着物をウエハＷに吸着させる吸着工程Ｓ１と、シャワーヘッド３から処理空間３８に希ガスのプラズマを生成して吸着物を活性化させ、ウエハＷをエッチングするエッチング工程Ｓ２と、を実施するよう制御する。これにより、エッチング装置１００は、異種酸化膜間のエッチングの選択比を高めることができる。
【００５８】
以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上記の実施形態は、請求の範囲およびその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
【００５９】
例えば、実施形態では、エッチングの対象とされた被処理体を半導体ウエハとした場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。被処理体は、ガラス基板など、他の基板であってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１  処理容器
２  載置台
３  シャワーヘッド
４  排気部
５  ガス供給機構
６  制御部
３８  処理空間
４２  排気機構
４４  第１高周波電源
４６  第２高周波電源
１００  エッチング装置
１１０  シリコン酸化膜
１１１  ビアホール
ＭＤ  トレンチコンタクト
ＭＧ  メタルゲート
Ｓ１  吸着工程
Ｓ２  エッチング工程
Ｗ  ウエハ
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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