(57)【要約】【課題】  異なる密度の領域を同等のエッチングレートでエッチング可能なプラズマ処理方法を提供する。【解決手段】  表面波プラズマを用いてエッチングする場合において、各層の材料は、いずれもＳｉ及びＮを含有し、その処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含み、基板側の所定箇所に高周波バイアス電位を印加する。高周波バイアス電位を生成し、基板の単位面積当たりに与えられる電力は、０Ｗ／ｍ２以上、４００Ｗ／ｍ２以下である。【選択図】  図１
2015050433.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる密度を有する第１層及び第２層が形成された基板を用意する工程と、
処理容器内に、前記基板を配置し、エッチング用の処理ガスを導入する工程と、
前記基板から離隔した位置において、前記処理ガスをマイクロ波励起して表面波プラズマを発生させ、プラズマ化した前記処理ガスにより前記第１層及び前記第２層を同時にエッチングする工程と、
を備え、
前記第１層及び前記第２層の材料は、いずれもＳｉ及びＮを含有し、
前記処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含み、
前記エッチング工程において、プラズマ化した前記処理ガスが前記基板に向かうよう前記基板側の所定箇所に高周波バイアス電位を印加し、
前記高周波バイアス電位を生成し、前記基板の単位面積当たりに与えられる電力は、０Ｗ／ｍ２以上、４００Ｗ／ｍ２以下である、
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項２】
前記第１層の製造方法の種類と、前記第２層の製造方法の種類とは異なる、
ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理方法。
【請求項３】
前記第１層の製造方法の種類は、化学的気相成長（ＣＶＤ）法であり、
前記第２層の製造方法の種類は、原子層堆積（ＡＬＤ）法又は分子層堆積（ＭＬＤ）法である、
ことを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理方法。
【請求項４】
前記基板から立設したゲートの頂面上の形成された第１絶縁層を前記第１層とし、
前記ゲートの側方に隣接した第２絶縁層を前記第２層とし、
前記エッチング工程により、前記第１層の全部と、前記第２層の一部を除去する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理方法。
【請求項５】
互いに異なる密度を有する第１領域及び第２領域を含む層を有する基板を用意する工程と、
処理容器内に、前記基板を配置し、エッチング用の処理ガスを導入する工程と、
前記基板から離隔した位置において、前記処理ガスをマイクロ波励起して表面波プラズマを発生させ、プラズマ化した前記処理ガスにより前記層をエッチングする工程と、
を備え、
前記第１領域及び前記第２領域の材料は、いずれもＳｉ及びＮを含有し、
前記処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含み、
前記エッチング工程において、プラズマ化した前記処理ガスが前記基板に向かうよう前記基板側の所定箇所に高周波バイアス電位を印加し、
前記高周波バイアス電位を生成し、前記基板の単位面積当たりに与えられる電力は、０Ｗ／ｍ２以上、４００Ｗ／ｍ２以下である、
ことを特徴とするプラズマ処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラズマ処理方法に関するものであり、より詳細には、表面波プラズマを用いたエッチングによるプラズマ処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のエッチング方法は、例えば、特許文献１又は特許文献２に記載されている。特許文献１は、サンプルにおける第１層にパルスプラズマ処理を適用し、第２層に連続プラズマ処理を適用して、これらの層の一部を除去するエッチング方法を開示している。特許文献１における各層は、互いに組成が異なり、適用されるプラズマ処理も異なっている。特許文献２は、連続プラズマ処理を間欠的に行うエッチング方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許７，７３７，０４２号明細書
【特許文献２】米国特許７，７１８，５３８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、組成が異なれば、密度が異なるため、これらを同時にエッチングしようとすると、エッチングレートに差が生じるという問題がある。近年、フィン型トランジスタなどの電子素子用の製造技術の発達に伴い、密度の異なる領域を、同等のエッチングレートでエッチングする要求が高まっている。
【０００５】
本発明の態様は、このような課題に鑑みてなされたものであり、異なる密度の領域を同等のエッチングレートでエッチング可能なプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明の態様に係るプラズマ処理方法は、互いに異なる密度を有する第１層及び第２層が形成された基板を用意する工程と、処理容器内に、前記基板を配置し、エッチング用の処理ガスを導入する工程と、前記基板から離隔した位置において、前記処理ガスをマイクロ波励起して表面波プラズマを発生させ、プラズマ化した前記処理ガスにより前記第１層及び前記第２層を同時にエッチングする工程と、を備え、前記第１層及び前記第２層の材料は、いずれもＳｉ及びＮを含有し、前記処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含み、前記エッチング工程において、プラズマ化した前記処理ガスが前記基板に向かうよう前記基板側の所定箇所に高周波バイアス電位を印加し、前記高周波バイアス電位を生成し、前記基板の単位面積当たりに与えられる電力は、０Ｗ／ｍ２以上、４００Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする。
【０００７】
このプラズマ処理方法によれば、表面波プラズマを用いた場合、処理ガスに含まれるハイドロフルオロカーボンガスや酸素ガスが、第１層及び第２層に含まれるＳｉやＮと反応し、これらの層をエッチングする。ここで高周波バイアス電位を与える単位面積当たりの電力（パワー密度）を上記所定範囲に設定することで、異なる密度の第１層及び第２層を同等のエッチングレートでエッチングすることが可能である。
【０００８】
なお、ハイドロフルオロカーボンガスとしては、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆなどが挙げられ、これらは単独で又は混合して用いることができる。希ガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ又はＫｒが挙げられ、これらは単独で又は混合して用いることができる。第１層及び第２層のそれぞれの材料としては、ＳｉＮｘ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＮ又はＳｉＯＣＮなどが挙げられる。
【０００９】
また、前記第１層の製造方法の種類と、前記第２層の製造方法の種類とは異なることを特徴とする。すなわち、第１層と第２層は、密度が異なるものであり、これらは異なる製造方法で形成することが可能である。
【００１０】
また、前記第１層の製造方法の種類は、化学的気相成長（ＣＶＤ）法であり、前記第２層の製造方法の種類は、原子層堆積（ＡＬＤ）法又は分子層堆積（ＭＬＤ）法であることを特徴とする。これらの製造方法によって成膜された第１層及び第２層の密度は、異なることとなる。半導体デバイス製造技術の発達に伴い、これらの異なる製造方法を用いて製造される製品が増加しており、かかる場合に、本発明は更に有用である。
【００１１】
また、本発明の態様に係るプラズマ処理方法は、前記基板から立設したゲートの頂面上の形成された第１絶縁層を前記第１層とし、前記ゲートの側方に隣接した第２絶縁層を前記第２層とし、前記エッチング工程により、前記第１層の全部と、前記第２層の一部を除去することを特徴とする。
【００１２】
フィン構造のトランジスタは、フィン型の半導体導電領域と、半導体導電領域の長手方向に直交する方向に延びたゲート電極とを備えている。ゲート電極は、製造途中において、これに対応するダミーのゲートの頂面上に、キャップとしてＣＶＤ法で形成された第１絶縁層を形成し、ゲートの側方にＡＬＤ又はＭＬＤ法で形成された第２絶縁層を形成する。しかる後、これらを第１絶縁層がなくなるまで同時にエッチングし、第１絶縁層の全部を除去し、第２絶縁層の一部を除去する。
【００１３】
上述の第１層及び第２層を同等のエッチングレートでエッチングできるという原理に基づけば、１つの層内において、異なる密度の第１領域と第２領域とかが存在する場合においても、同様にこれらを同等のエッチングレートでエッチングすることが可能である。
【００１４】
すなわち、本発明の態様に係るプラズマ処理方法は、互いに異なる密度を有する第１領域及び第２領域を含む層を有する基板を用意する工程と、処理容器内に、前記基板を配置し、エッチング用の処理ガスを導入する工程と、前記基板から離隔した位置において、前記処理ガスをマイクロ波励起して表面波プラズマを発生させ、プラズマ化した前記処理ガスにより前記層をエッチングする工程と、を備え、前記第１領域及び前記第２領域の材料は、いずれもＳｉ及びＮを含有し、前記処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含み、前記エッチング工程において、プラズマ化した前記処理ガスが前記基板に向かうよう前記基板側の所定箇所に高周波バイアス電位を印加し、前記高周波バイアス電位を生成し、前記基板の単位面積当たりに与えられる電力は、０Ｗ／ｍ２以上、４００Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする。
【００１５】
このプラズマ処理方法によれば、表面波プラズマを用いた場合、処理ガスに含まれるハイドロフルオロカーボンガスや酸素ガスが、第１領域及び第２領域に含まれるＳｉやＮと反応し、これらの領域をエッチングする。ここで高周波バイアス電位を与える単位面積当たりの電力（パワー密度）を上記所定範囲に設定することで、異なる密度の第１領域及び第２領域を同等のエッチングレートでエッチングすることが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の態様に係るプラズマ処理方法によれば、異なる密度の領域を同等のエッチングレートでエッチングすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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断面図である。
【図２】スロット板の一例を示す平面図である。
【図３】誘電体窓の一例を示す平面図である。
【図４】図３のＩＸ−ＩＸ線に沿ってとった断面図である。
【図５】図３に示す誘電体窓上に図２に示すスロット板を設けた状態を示す平面図である。
【図６】第１の流量制御ユニット群、第１のガスソース群、第２の流量制御ユニット群、及び、第２のガスソース群を含むガス供給系を示す図である。
【図７】プラズマ処理方法を用いた金属ゲートの製造工程を説明する図である。
【図８】実施例における領域Ｒ１の拡大図（図８（Ａ）），比較例における素子の部分拡大図(図８（Ｂ）)である。
【図９】水素密度ＤＨ（１０２１ｃｍ−３）とエッチングレートＥＲ（ｎｍ／ｍｉｎ）の関係を示すグラフである。
【図１０】密度の異なる第１領域Ｌ１及び第２領域Ｌ２を含む層の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
実施形態に係るプラズマ処理方法は、出願人らが開発してきたプラズマ処理装置を用いるため、まず、プラズマ処理装置について説明し、しかる後、プラズマ処理方法について説明する。
（プラズマ処理装置）
【００２０】
図１は、一実施形態に係るプラズマ処理装置を概略的に示す断面図である。
【００２１】
図１に示すプラズマ処理装置１０は、処理容器１２を備えている。処理容器１２は、ウエハＷを収容するための処理空間Ｓを画成している。処理容器１２は、側壁１２ａ、底部１２ｂ、及び、天部１２ｃを含み得る。
【００２２】
側壁１２ａは、軸線Ｚが延びる方向（以下、「軸線Ｚ方向」という）に延在する略円筒形状を有している。側壁１２ａの内径は、例えば、５４０ｍｍである。底部１２ｂは、側壁１２ａの下端側に設けられている。側壁１２ａの上端部は開口している。側壁１２ａの上端部開口は、誘電体窓１８によって閉じられている。誘電体窓１８は、側壁１２ａの上端部と天部１２ｃとの間に狭持されている。この誘電体窓１８と側壁１２ａの上端部との間には封止部材ＳＬ１が介在していてもよい。封止部材ＳＬ１は、例えばＯリングであり、処理容器１２の密閉に寄与する。
【００２３】
プラズマ処理装置１０は、載置台２０を更に備えている。載置台２０は、処理容器１２内且つ誘電体窓１８の下方に設けられている。この載置台２０は、プレート２２、及び、静電チャック２４を含んでいる。
【００２４】
プレート２２は、略円盤状の金属製の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。プレート２２は、筒状の支持部ＳＰ１によって支持されている。支持部ＳＰ１は、底部１２ｂから垂直上方に延びている。プレート２２は、高周波電極を兼ねている。プレート２２は、マッチングユニットＭＵ及び給電棒ＰＦＲを介して、高周波バイアス電力を発生する高周波電源ＲＦＧに電気的に接続されている。高周波電源ＲＦＧは、ウエハＷに引き込むイオンのエネルギーを制御するのに適した一定の周波数、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波バイアス電力を出力する。マッチングユニットＭＵは、高周波電源ＲＦＧ側のインピーダンスと、主に電極、プラズマ、処理容器１２といった負荷側のインピーダンスとの間で整合をとるための整合器を収容している。この整合器の中に自己バイアス生成用のブロッキングコンデンサが含まれている。
【００２５】
なお、高周波電源ＲＦＧは、グランドと、所定箇所との間に高周波電圧を供給するものであり、すなわち、所定箇所には高周波電位が与えられる。ここで、所定箇所は、載置台２０であり、これの上に載置されたウエハＷ（基板）である。なお、基板の単位面積当たりに与えられる電力（パワー密度）ＰＤは、０Ｗ／ｍ２以上、４００Ｗ／ｍ２以下である（０Ｗ／ｍ２≦ＰＤ≦４００Ｗ／ｍ２）。ＰＤは、０Ｗ／ｍ２より大きくてもよい。なお、パワー密度ＰＤは、高周波電源ＲＦＧの電力Ｐを載置台２０の面積Ｓで割ることによって得ることができる（ＰＤ＝Ｐ／Ｓ）。なお、プラズマ発生源近傍の電位、すなわち、中央導入部５０のインジェクタ５０ｂの電位は、グランドに設定される。
【００２６】
プレート２２の上面には、静電チャック２４が設けられている。静電チャック２４は、ベースプレート２４ａ及びチャック部２４ｂを含んでいる。ベースプレート２４ａは、略円盤状の金属製の部材であり、例えば、アルミニウムから構成されている。ベースプレート２４ａは、プレート２２上に設けられている。ベースプレート２４ａの上面にはチャック部２４ｂが設けられている。チャック部２４ｂの上面は、ウエハＷを載置するための載置領域ＭＲとなる。チャック部２４ｂは、ウエハＷを静電吸着力で保持する。チャック部２４ｂは、誘電体膜の間に挟まれた電極膜を含んでいる。チャック部２４ｂの電極膜には、直流電源ＤＳＣがスイッチＳＷ及び被覆線ＣＬを介して電気的に接続されている。チャック部２４ｂは、直流電源ＤＳＣから印加される直流電圧により発生するクーロン力によって、その上面にウエハＷを吸着保持することができる。このチャック部２４ｂの径方向外側には、ウエハＷのエッジを環状に囲むフォーカスリングＦＲが設けられている。
【００２７】
ベースプレート２４ａの内部には、周方向に延びる環状の冷媒室２４ｇが設けられている。この冷媒室２４ｇには、チラーユニットから配管ＰＰ１，ＰＰ３を介して所定の温度の冷媒、例えば、冷却水が循環供給される。チャック部２４ｂ上のウエハＷの処理温度は、冷媒の温度によって制御され得る。さらに、伝熱ガス供給部からの伝熱ガス、例えば、Ｈｅガスが供給管ＰＰ２を介してチャック部２４ｂの上面とウエハＷの裏面との間に供給される。
【００２８】
載置台２０の周囲には、環状の排気路ＶＬが設けられている。排気路ＶＬの軸線Ｚ方向における中間には、複数の貫通孔が形成された環状のバッフル板２６が設けられている。排気路ＶＬは、排気口２８ｈを提供する排気管２８に接続している。排気管２８は、処理容器１２の底部１２ｂに取り付けられている。排気管２８には、排気装置３０が接続されている。排気装置３０は、圧力調整器、及びターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有している。この排気装置３０により、処理容器１２内の処理空間Ｓを所望の真空度まで減圧することができる。また、排気装置３０を動作させることにより、載置台２０の外周から排気路ＶＬを介してガスを排気することができる。
【００２９】
また、プラズマ処理装置１０は、温度制御機構として、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣ、及び、ＨＥを更に備え得る。ヒータＨＴは、天部１２ｃ内に設けられており、アンテナ１４を囲むように、環状に延在している。また、ヒータＨＳは、側壁１２ａ内に設けられており、環状に延在している。ヒータＨＣは、ベースプレート２４ａ内に設けられている。ヒータＨＣは、ベースプレート２４ａ内において、上述した載置領域ＭＲの中央部分の下方、即ち軸線Ｚに交差する領域に設けられている。また、ヒータＨＥは、ベースプレート２４ａ内に設けられており、ヒータＨＣを囲むように環状に延在している。ヒータＨＥは、上述した載置領域ＭＲの外縁部分の下方に設けられている。
【００３０】
また、プラズマ処理装置１０は、アンテナ１４、同軸導波管１６、誘電体窓１８、マイクロ波発生器３２、チューナ３４、導波管３６、及び、モード変換器３８を更に備え得る。マイクロ波発生器３２は、例えば２．４５ＧＨｚの周波数のマイクロ波を発生する。マイクロ波発生器３２は、チューナ３４、導波管３６、及びモード変換器３８を介して、同軸導波管１６の上部に接続されている。同軸導波管１６は、その中心軸線である軸線Ｚに沿って延在している。一実施形態においては、載置台２０の載置領域ＭＲの中心は、軸線Ｚ上に位置している。
【００３１】
同軸導波管１６は、外側導体１６ａ及び内側導体１６ｂを含んでいる。外側導体１６ａは、軸線Ｚ中心に延在する円筒形状を有している。外側導体１６ａの下端は、導電性の表面を有する冷却ジャケット４０の上部に電気的に接続され得る。内側導体１６ｂは、外側導体１６ａの内側において、当該外側導体１６ａと同軸に設けられている。内側導体１６ｂは、軸線Ｚ中心に延在する円筒形状を有している。内側導体１６ｂの下端は、アンテナ１４のスロット板４４に接続している。
【００３２】
一実施形態においては、アンテナ１４は、ラジアルラインスロットアンテナである。このアンテナ１４は、天部１２ｃに形成された開口内に配置されており、誘電体窓１８の上面の上に設けられている。アンテナ１４は、誘電体板４２及びスロット板４４を含んでいる。誘電体板４２は、マイクロ波の波長を短縮させるものであり、略円盤形状を有している。誘電体板４２は、例えば、石英又はアルミナから構成される。誘電体板４２は、スロット板４４と冷却ジャケット４０の下面の間に狭持されている。アンテナ１４は、したがって、誘電体板４２、スロット板４４、及び、冷却ジャケット４０の下面によって構成され得る。
【００３３】
図２は、スロット板の一例を示す平面図である。スロット板４４は、薄板状であって、円盤状である。スロット板４４の板厚方向の両面は、それぞれ平らである。円形のスロット板４４の中心ＣＳは、軸線Ｚ上に位置している。スロット板４４には、複数のスロット対４４ｐが設けられている。複数のスロット対４４ｐの各々は、板厚方向に貫通する二つのスロット孔４４ａ，４４ｂを含んでいる。スロット孔４４ａ，４４ｂそれぞれの平面形状は、長孔形状である。各スロット対４４ｐにおいて、スロット孔４４ａの長軸が延びる方向と、スロット孔４４ｂの長軸が延びる方向は、互いに交差又は直交している。
【００３４】
図２に示す例では、複数のスロット対４４ｐは、軸線Ｚを中心とする仮想円ＶＣの内側に設けられた内側スロット対群ＩＳＰと仮想円ＶＣの外側に設けられた外側スロット対群ＯＳＰとに大別されている。内側スロット対群ＩＳＰは、複数のスロット対４４ｐを含んでいる。図２に示す例では、内側スロット対群ＩＳＰは、七つのスロット対４４ｐを含んでいる。内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット対４４ｐは、中心ＣＳに対して周方向に等間隔に配列されている。内側スロット対群ＩＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ａは、当該スロット孔４４ａの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ１の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。また、内側スロット対群ＩＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ｂは、当該スロット孔４４ｂの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ２の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。ここで、半径ｒ２は、半径ｒ１より大きい。
【００３５】
外側スロット対群ＯＳＰは、複数のスロット対４４ｐを含んでいる。図２に示す例では、外側スロット対群ＯＳＰは、２８個のスロット対４４ｐを含んでいる。外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット対４４ｐは、中心ＣＳに対して周方向に等間隔に配列されている。外側スロット対群ＯＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ａは、当該スロット孔４４ａの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ３の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。また、外側スロット対群ＯＳＰに含まれる複数のスロット孔４４ｂは、当該スロット孔４４ｂの重心がスロット板４４の中心ＣＳから半径ｒ４の円上に位置するよう、等間隔に配列されている。ここで、半径ｒ３は、半径ｒ２よりも大きく、半径ｒ４は、半径ｒ３よりも大きい。
【００３６】
また、内側スロット対群ＩＳＰ及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ａの各々は、中心ＣＳとその重心とを結ぶ線分に対して、その長軸が同一の角度を有するように、形成されている。また、内側スロット対群ＩＳＰ及び外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ｂの各々は、中心ＣＳとその重心とを結ぶ線分に対して、その長軸が同一の角度を有するように、形成されている。
【００３７】
図３は、誘電体窓の一例を示す平面図であり、当該誘電体窓を処理空間Ｓ側から見た状態を示している。図４は、図３のＩＸ−ＩＸ線に沿ってとった断面図である。誘電体窓１８は、略円盤形状を有し、石英又はアルミナといった誘電体から構成されている。誘電体窓１８の上面１８ｕ上には、スロット板４４が設けられている。
【００３８】
誘電体窓１８の中央には、貫通孔１８ｈが形成されている。貫通孔１８ｈの上側部分は、後述する中央導入部５０のインジェクタ５０ｂが収容される空間１８ｓとなり、下側部分は、後述する中央導入部５０の中央導入口１８ｉとなる。なお、誘電体窓１８の中心軸線は、軸線Ｚと一致している。
【００３９】
誘電体窓の上面１８ｕと反対側の面、即ち下面１８ｂは、処理空間Ｓに接しており、プラズマを生成する側の面となる。この下面１８ｂは、種々の形状を画成している。具体的に、下面１８ｂは、中央導入口１８ｉを囲む中央領域において、平坦面１８０を有している。この平坦面１８０は、軸線Ｚに直交する平坦な面である。下面１８ｂは、平坦面１８０の径方向外側領域において、環状に連なり誘電体窓１８の板厚方向内方側に向かってテーパー状に凹む環状の第１凹部１８１を画成している。
【００４０】
第１凹部１８１は、内側テーパー面１８１ａ、底面１８１ｂ、及び、外側テーパー面１８１ｃによって画成されている。底面１８１ｂは、平坦面１８０よりも上面１８ｕ側に設けられており、平坦面１８０と平行に環状に延在している。内側テーパー面１８１ａは、平坦面１８０と底面１８１ｂとの間において環状に延在しており、平坦面１８０に対して傾斜している。外側テーパー面１８１ｃは、底面１８１ｂと下面１８ｂの周縁部との間において環状に延在しており、底面１８１ｂに対して傾斜している。なお、下面１８ｂの周縁領域は、側壁１２ａに接する面となる。
【００４１】
また、下面１８ｂは、平坦面１８０から板厚方向内方側に向かって凹む複数の第２凹部１８２を画成している。複数の第２凹部１８２の個数は、図８及び図９に示す例では、７個である。これら複数の第２凹部１８２は、周方向に沿って等間隔に形成されている。また、複数の第２凹部１８２は、軸線Ｚに直交する面において円形の平面形状を有している。具体的には、第２凹部１８２を画成する内側面１８２ａは、軸線Ｚ方向に延在する円筒面である。また、第２凹部１８２を画成する底面１８２ｂは、平坦面１８０よりも上面１８ｕ側に設けられており、平坦面１８０と平行な円形の面である。
【００４２】
図５は、図３に示す誘電体窓上に図２に示すスロット板を設けた状態を示す平面図であり、誘電体窓１８を下側から見た状態を示している。図５に示すように、平面視において、即ち、軸線Ｚ方向に見ると、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ａ及び複数のスロット孔４４ｂ、並びに内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、第１凹部１８１に重なっている。具体的には、平面視において、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、一部において外側テーパー面１８１ｃに重なっており、一部において底面１８１ｂに重なっている。また、平面視において、外側スロット対群ＯＳＰの複数のスロット孔４４ａは、底面１８１ｂに重なっている。また、平面視において、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ｂは、一部において内側テーパー面１８１ａに重なっており、一部において底面１８１ｂに重なっている。
【００４３】
また、平面視において、即ち、軸線Ｚ方向に見ると、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ａは、第２凹部１８２に重なっている。具体的には、平面視において、複数の第２凹部１８２の底面の重心（中心）それぞれが、内側スロット対群ＩＳＰの複数のスロット孔４４ａ内に位置するように、構成されている。
【００４４】
図１を再び参照する。プラズマ処理装置１０では、マイクロ波発生器３２により発生されたマイクロ波が、同軸導波管１６を通って、誘電体板４２に伝播され、スロット板４４のスロット孔４４ａ及び４４ｂから誘電体窓１８に与えられる。
【００４５】
誘電体窓１８では、上述したように第１凹部１８１を画成する部分の板厚、及び、第２凹部１８２を画成する部分の板厚は、他の部分よりも薄くなっている。したがって、誘電体窓１８では、第１凹部１８１を画成する部分、及び、第２凹部１８２を画成する部分において、マイクロ波の透過性が高められている。また、軸線Ｚ方向に見た場合に、外側スロット対群ＯＳＰのスロット孔４４ａ及び４４ｂ、並びに、内側スロット対群ＩＳＰのスロット孔４４ｂは、第１凹部１８１に重なっており、内側スロット対群ＩＳＰのスロット孔４４ａは、第２凹部１８２に重なっている。したがって、第１凹部１８１及び第２凹部１８２にマイクロ波の電界が集中して、当該第１凹部１８１及び第２凹部１８２にマイクロ波のエネルギーが集中する。その結果、第１凹部１８１及び第２凹部１８２において、プラズマを安定して発生させることが可能となり、誘電体窓１８の直下において径方向及び周方向に分布したプラズマを安定して発生させることが可能となる。
【００４６】
また、プラズマ処理装置１０は、中央導入部５０及び周辺導入部５２を備えている。中央導入部５０は、導管５０ａ、インジェクタ５０ｂ、及び中央導入口１８ｉを含んでいる。導管５０ａは、同軸導波管１６の内側導体１６ｂの内孔に通されている。また、導管５０ａの端部は、誘電体窓１８が軸線Ｚに沿って画成する空間１８ｓ（図９参照）内まで延在している。この空間１８ｓ内且つ導管５０ａの端部の下方には、インジェクタ５０ｂが収容されている。インジェクタ５０ｂには、軸線Ｚ方向に延びる複数の貫通孔が設けられている。また、誘電体窓１８は、中央導入口１８ｉを画成している。中央導入口１８ｉは、空間１８ｓの下方に連続し、且つ軸線Ｚに沿って延びている。かかる構成の中央導入部５０は、導管５０ａを介してインジェクタ５０ｂにガスを供給し、インジェクタ５０ｂから中央導入口１８ｉを介してガスを噴射する。このように、中央導入部５０は、軸線Ｚに沿って誘電体窓１８の直下にガスを噴射する。即ち、中央導入部５０は、電子温度が高いプラズマ生成領域にガスを導入する。
【００４７】
周辺導入部５２は、複数の周辺導入口５２ｉを含んでいる。複数の周辺導入口５２ｉは、主としてウエハＷのエッジ領域にガスを供給する。複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域、又は、載置領域ＭＲの縁部に向けて開口している。複数の周辺導入口５２ｉは、中央導入口１８ｉよりも下方、且つ、載置台２０の上方において周方向に沿って配列されている。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、誘電体窓の直下よりも電子温度の低い領域（プラズマ拡散領域）において軸線Ｚを中心として環状に配列されている。この周辺導入部５２は、電子温度の低い領域からウエハＷに向けてガスを供給する。したがって、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの解離度は、中央導入部５０から処理空間Ｓに供給されるガスの解離度よりも抑制される。
【００４８】
中央導入部５０には、第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１を介して第１のガスソース群ＧＳＧ１が接続されている。また、周辺導入部５２には、第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２を介して第２のガスソース群ＧＳＧ２が接続されている。図６は、第１の流量制御ユニット群、第１のガスソース群、第２の流量制御ユニット群、及び、第２のガスソース群を含むガス供給系を示す図である。図６に示すように、第１のガスソース群ＧＳＧ１は、複数の第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１５を含んでいる。第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１５はそれぞれ、Ａｒガスのソース、Ｈｅガスのソース、Ｃ４Ｆ６ガスのソース、ＣＨ３Ｆガスのソース、Ｏ２ガスのソースである。第１のガスソース群ＧＳＧ１は、これらガスとは異なるガスのソースを更に含んでいてもよい。
【００４９】
第１の流量制御ユニット群ＦＣＧ１は、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５を含んでいる。複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５の各々は、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。複数の第１のガスソースＧＳ１１〜ＧＳ１５はそれぞれ、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５を介して、共通ガスラインＧＬ１に接続されている。この共通ガスラインＧＬ１は、中央導入部５０に接続されている。
【００５０】
第２のガスソース群ＧＳＧ２は、複数の第１のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２５を含んでいる。第２のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２５はそれぞれ、Ａｒガスのソース、Ｈｅガスのソース、Ｃ４Ｆ６ガスのソース、ＣＨ３Ｆガスのソース、Ｏ２ガスのソースである。第２のガスソース群ＧＳＧ２は、これらガスとは異なるガスのソースを更に含んでいてもよい。
【００５１】
第２の流量制御ユニット群ＦＣＧ２は、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５を含んでいる。複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５の各々は、例えば、二つのバルブと、当該二つのバルブ間に設けられた流量制御器を含んでいる。流量制御器は、例えば、マスフローコントローラである。複数の第２のガスソースＧＳ２１〜ＧＳ２５はそれぞれ、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５を介して、共通ガスラインＧＬ２に接続されている。この共通ガスラインＧＬ２は、周辺導入部５２に接続されている。
【００５２】
このように、プラズマ処理装置１０では、複数の第１のガスソース及び複数の第１の流量制御ユニットが中央導入部５０専用に設けられており、これら複数の第１のガスソース及び複数の第１の流量制御ユニットとは独立した複数の第２のガスソース及び複数の第２の流量制御ユニットが周辺導入部５２専用に設けられている。したがって、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入されるガスの種類、中央導入部５０から処理空間Ｓに導入される一以上のガスの流量を独立して制御することができ、また、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの種類、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入される一以上のガスの流量を独立して制御することができる。
【００５３】
一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、図１に示すように、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。制御部Ｃｎｔは、プログラム可能なコンピュータ装置といった制御器であり得る。制御部Ｃｎｔは、レシピに基づくプログラムに従ってプラズマ処理装置１０の各部を制御し得る。例えば、制御部Ｃｎｔは、複数の第１の流量制御ユニットＦＣ１１〜ＦＣ１５に制御信号を送出して、中央導入部５０に供給するガス種及びガスの流量を調整することができる。また、制御部Ｃｎｔは、複数の第２の流量制御ユニットＦＣ２１〜ＦＣ２５に制御信号を送出して、周辺導入部５２に供給するガス種及びガスの流量を調整することができる。また、制御部Ｃｎｔは、マイクロ波のパワー、ＲＦバイアスのパワー及びＯＮ／ＯＦＦ、並びに、処理容器１２内の圧力を制御するよう、マイクロ波発生器３２、高周波電源ＲＦＧ、排気装置３０に制御信号を供給し得る。さらに、制御部Ｃｎｔは、ヒータＨＴ、ＨＳ、ＨＣ、及びＨＥの温度を調整するために、これらヒータに接続されたヒータ電源に制御信号を送出し得る。
【００５４】
一実施形態においては、周辺導入部５２は、環状の管５２ｐを更に含む。この管５２ｐには、複数の周辺導入口５２ｉが形成されている。環状の管５２ｐは、例えば、石英から構成され得る。図１に示すように、環状の管５２ｐは、一実施形態においては、側壁１２ａの内壁面に沿って設けられている。換言すると、環状の管５２ｐは、誘電体窓１８の下面と載置領域ＭＲ、即ちウエハＷとを結ぶ経路上には配置されていない。したがって、環状の管５２ｐは、プラズマの拡散を阻害しない。また、環状の管５２ｐが側壁１２ａの内壁面に沿って設けられているので、当該環状の管５２ｐのプラズマによる消耗が抑制され、当該環状の管５２ｐの交換頻度を減少させることが可能となる。さらに、環状の管５２ｐは、ヒータによる温度制御が可能な側壁１２ａに沿って設けられているので、周辺導入部５２から処理空間Ｓに導入されるガスの温度の安定性を向上させることが可能となる。
【００５５】
また、一実施形態においては、複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域に向けて開口している。即ち、複数の周辺導入口５２ｉは、ウエハＷのエッジ領域に向けてガスを噴射するよう、軸線Ｚに直交する平面に対して傾斜している。このように周辺導入口５２ｉが、ウエハＷのエッジ領域に向けて傾斜するように開口しているので、当該周辺導入口５２ｉから噴射されたガスの活性種は、ウエハＷのエッジ領域に直接的に向かう。これにより、ガスの活性種をウエハＷのエッジに失活させずに供給することが可能となる。その結果、ウエハＷの径方向における各領域の処理速度のばらつきを低減することが可能となる。
（プラズマ処理方法）
【００５６】
次に、プラズマ処理方法について説明する。
【００５７】
上述のように、図１のプラズマ処理装置１０は、処理容器１２内に、ウエハ(基板)Ｗを配置し、エッチング用の処理ガスをそれぞれ中央導入部５０及び周辺導入部５２を介して処理容器１２内に供給することができる。ウエハＷから離間した位置には誘電体窓１８が、設けられており、誘電体窓１８の下面において、処理ガスをマイクロ波励起し、表面波プラズマを発生させている。プラズマ化した処理ガスは高周波バイアス電位に導かれ、ウエハＷに至り、ウエハＷにおける第１層及び第２層がエッチングされる。エッチングが行われるプラズマ処理の条件は、以下の通りである。
・処理対象の第１層：Ｓｉ及びＮを含有する層
・処理対象の第２層：Ｓｉ及びＮを含有する層
・中央導入部５０に供給されるガス種Ｇ５０：ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含む
・周辺導入部５２に供給されるガス種Ｇ５２：ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含む
・高周波電源ＲＦＧの周波数：１３．５６ＭＨｚ
・高周波電源ＲＦＧによる高周波電位のグランドに対する振幅：１３０〜３５０Ｖ
・高周波電源ＲＦＧのパワー密度ＰＤ：０Ｗ／ｍ２≦ＰＤ≦４００Ｗ／ｍ２
・マイクロ波発生器３２のマイクロ波周波数：２．４５ＧＨｚ
・処理容器１２内の圧力：１気圧
【００５８】
第１層及び第２層のそれぞれの材料としては、ＳｉＮｘ、ＳｉＣＮ、ＳｉＯＮ又はＳｉＯＣＮなどが挙げられる。
【００５９】
ガス種Ｇ５０又はＧ５２に含まれるハイドロフルオロカーボンガスとしては、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２又はＣＨ３Ｆなどが挙げられ、これらは単独で又は混合して用いることができる。なお、ガス種Ｇ５０又はＧ５２には、Ｃ４Ｆ６などのフルオロカーボンガスを含むことができる。フルオロカーボンは、炭素及びフッ素を含むものであれば、任意の比率で炭素とフッ素を含んでいてもよい。また、プラズマ化によって、フルオロカーボンが解離すると活性種（ＣｘＦｙ活性種）が生成され、フルオロハイドロカーボンが解離すると水素の活性種が生成される。
【００６０】
ガス種Ｇ５０又はＧ５２に含まれる希ガスとしては、Ａｒ、Ｈｅ、Ｘｅ又はＫｒが挙げられ、これらは単独で又は混合して用いることができる。
【００６１】
以上の前提条件のもと、個別の実験条件は、以下の通りである。なお、第１層及び第２層を構成するシリコン窒化物においては、その一般的な結晶の化学量論的組成はＳｉ３Ｎ４であるが、組成比の異なるものを考慮してＳｉＮｘと表記するものとする。
（実施例１）
・処理対象の第１層：ＳｉＮｘ
・処理対象の第２層：ＳｉＮｘ
・中央導入部５０に供給されるガス種Ｇ５０：
ＣＨ３Ｆ（流量＝２．３ｓｃｃｍ）
Ａｒ（流量＝１０ｓｃｃｍ）
Ｏ２（流量＝１．６ｓｃｃｍ）
・周辺導入部５２に供給されるガス種Ｇ５２：
ＣＨ３Ｆ（流量＝４２．７ｓｃｃｍ）
Ａｒ（流量＝１９０ｓｃｃｍ）
Ｏ２（流量＝３０．４ｓｃｃｍ）
・高周波電源ＲＦＧのパワー密度ＰＤ：０Ｗ／ｍ２
【００６２】
サンプル数は４であり、第１層は化学的気相成長（ＣＶＤ）法により製造し、第２層は、低圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）法又は分子層堆積（ＭＬＤ）法により製造することができる。なお、ＭＬＤ法に代えてＡＬＤ法を用いても、ＣＶＤ法と比較した場合の体積密度の関係は同様となる。
（１）ＣＶＤ法
【００６３】
第１層の形成に用いられたＣＶＤ法の形成条件は、以下の通りである。
【００６４】
ＣＶＤ法では、原材料としてＳｉＨ４、ＮＨ３を用い、キャリアガスとしてＡｒ及びＮ２を用いる。チャンバ内の圧力を３０ｍＴｏｒｒ（＝４Ｐａ）に設定し、基板の温度は２００℃、３００℃、４００℃とし、総形成時間は約８０ｓｅｃとした。形成された第１層の厚みは、５０ｎｍとなる。
【００６５】
なお、このＣＶＤ法に用いた製造装置は、東京エレクトロン株式会社製のラジアルスロットルアンテナを使ったプラズマＣＶＤ装置等を対象とする。この装置の基本構造は、上述のプラズマ処理装置と同一であり、１３．５６ＭＨｚのマイクロ波のパワーを４０００Ｗに設定し、基板に与えられる４００ｋＨｚの高周波バイアス電圧のパワーを１００Ｗに設定する。
（２）ＬＰＣＶＤ法
第２層の形成に用いられたＬＰＣＶＤ法の形成条件は、以下の通りである。
【００６６】
ＬＰＣＶＤ法により、基板の温度を７００℃として、第２層を形成する。第２層の厚みが２５０ｎｍになるまで形成を行う。基板の温度は７５０℃など７００℃以上の温度に設定することもできる。
（３）ＭＬＤ法
【００６７】
第２層の形成に用いられたＭＬＤ法の形成条件は、以下の通りである。
【００６８】
ＭＬＤ法に用いた製造装置では、Ｓｉソースガスと窒化ガスとを交互に基板に供給して、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）を形成する。ＭＬＤ法では、Ｓｉソースとして吸着性の良好なジクロロシラン（ＤＣＳ；ＳｉＨ２Ｃｌ２）が用いられ、窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）が用いられる。最初に、チャンバ内にアンモニアを流量１０００ｓｃｃｍで２．５分間供給し（圧力７００Ｐａ）、しかる後、チャンバ内の圧力が２５０Ｐａ以下まで排気し、続いて、流量１０００ｓｃｃｍでＤＳＣを３．５分間供給する（圧力７００Ｐａ）。第２層の厚みが５０ｎｍになるまで、この堆積サイクルを繰り返す。
（４）ＡＬＤ法
【００６９】
なお、第２層の形成に適用できるＡＬＤ法は、ＭＬＤ法と比較して、堆積サイクルの時間が短いが、ＡＬＤ法と同様に、Ｓｉソースガスと窒化ガスとを交互に基板に供給し、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）を形成する。例えば、Ｓｉソースとしてジクロロシラン（ＤＣＳ：ＳｉＨ２Ｃｌ２）が使用され、窒化ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）をプラズマ化したものが使用される。最初にプラズマ化したアンモニアを基板表面に吸着させ、続いて、ＤＣＳを供給するという堆積サイクルを繰り返す。形成温度は３００〜６００℃、圧力は１０〜１００Ｐａに設定される。例えば、１つのガス供給時間は１サイクル当たり２〜４秒とすることができる。第２層の厚みが５０ｎｍになるまで、この堆積サイクルを繰り返すことができる。
【００７０】
また、各サンプルの個別の条件は、例えば以下の通りである。なお、各サンプルにおける水素密度ＤＨは、各層の製造時の基板の温度に依存し、温度が高いほど、水素密度は低くなる（各層の（体積）密度は高くなる）。
【００７１】
（サンプル１：第２層）
・製法：ＬＰＣＶＤ法
・製造時の温度：７００℃
・水素密度ＤＨ：４×１０２１ｃｍ−３
【００７２】
（サンプル２：第２層）
・製法：ＭＬＤ法
・製造時の温度：５５０℃
・水素密度ＤＨ：９×１０２１ｃｍ−３
【００７３】
（サンプル３：第１層）
・製法：ＣＶＤ法
・製造時の温度：４００℃
・水素密度ＤＨ：１９×１０２１ｃｍ−３
【００７４】
（サンプル４：第１層）
・製法：ＣＶＤ法
・製造時の温度：２００℃
・水素密度ＤＨ＝２２×１０２１ｃｍ−３
（実施例２）
【００７５】
実施例２は、実施例１において、高周波電源ＲＦＧのパワー密度ＰＤを３１０Ｗ／ｍ２としたものである。
（比較例１）
【００７６】
比較例１は、実施例１において、高周波電源ＲＦＧのパワー密度ＰＤを５２０Ｗ／ｍ２としたものである。
（比較例２）
【００７７】
比較例２は、実施例１において、高周波電源ＲＦＧのパワー密度ＰＤを１０４０Ｗ／ｍ２としたものである。
【００７８】
このプラズマ処理方法によれば、表面波プラズマを用いた場合、処理ガスに含まれるハイドロフルオロカーボンガスや酸素ガスが、第１層及び第２層に含まれるＳｉやＮと反応し、これらの層をエッチングする。
【００７９】
なお、実施例１〜２、比較例１〜２は、フィン型のＭＯＳ電界効果トランジスタの製造工程の一部の処理工程（キャップ絶縁層の除去）に適用されたが、説明の明瞭化のため、まず、エッチングによる実験結果について説明し、当該処理工程については、後述する。
（実験結果）
【００８０】
図９は、第１層及び第２層内の水素密度ＤＨ（１０２１ｃｍ−３）とエッチングレートＥＲ（ｎｍ／ｍｉｎ）の関係を示すグラフである。なお、実際の実験では、１５秒間のエッチングを行っており、同グラフは、１５秒間のエッチング量を４倍にして１分間当たりのエッチング量を示している。
【００８１】
第１層及び第２層を構成するＳｉＮｘは、アンモニア（ＮＨ３）を用いて形成されるため、膜の密度が低い場合には、構成元素（Ｓｉ、Ｎ）の代わりに水素原子が他の原子に結合するため、水素密度が高くなり、膜の密度が高い場合には水素密度は低くなる。
【００８２】
実施例１、２及び比較例１，２におけるエッチングレートＥＲの範囲は、以下の通りである。
・実施例１：２０．０ｎｍ／ｍｉｎ≦ＥＲ≦２１．６ｎｍ／ｍｉｎ
・実施例２：３９．８ｎｍ／ｍｉｎ≦ＥＲ≦４３．９ｎｍ／ｍｉｎ
・比較例１：４７．０ｎｍ／ｍｉｎ≦ＥＲ≦６１．２ｎｍ／ｍｉｎ
・比較例２：６４．９ｎｍ／ｍｉｎ≦ＥＲ≦８７．５ｎｍ／ｍｉｎ
【００８３】
また、エッチングレートＥＲのバラつき量ＶＥ（＝エッチングレートＥＲの最大値―最小値）は、以下の通りである。
・実施例１：ＶＥ≦１．６ｎｍ／ｍｉｎ
・実施例２：ＶＥ≦４．１ｎｍ／ｍｉｎ
・比較例１：ＶＥ≦１４．２ｎｍ／ｍｉｎ
・比較例２：ＶＥ≦２２．６ｎｍ／ｍｉｎ
【００８４】
実施例１及び実施例２においては、所定の水素密度ＤＨの範囲（４×１０２１ｃｍ−３〜２２×１０２１ｃｍ−３）において、エッチングレートのバラつき量ＶＥが小さい。一方、比較例１及び比較例２においては、所定の水素密度ＤＨの範囲（４×１０２１ｃｍ−３〜２２×１０２１ｃｍ−３）において、エッチングレートのバラつき量ＶＥが大きくなる。特に、比較例１，２では、水素密度ＤＨが高くなる場合、すなわち、体積密度が低くなる場合（疎になる場合）には、エッチングレートＥＲが上昇する。
【００８５】
実施例１，２のように、高周波バイアス電位を与える単位面積当たりの電力（パワー密度）ＰＤを０Ｗ／ｍ２≦ＰＤ≦４００Ｗ／ｍ２に設定することで、異なる密度（組成）の第１層（サンプル３，４）及び第２層（サンプル１，２）を同等のエッチングレートでエッチングすることが可能であった。パワー密度ＰＤが上記範囲の場合、所定密度範囲におけるエッチングレートのバラつき量ＶＥを上限値ＵＬ１（４．１ｎｍ／ｍｉｎ以下に抑えることができ、したがって、膜質の違う複数のＳｉＮｘ膜をほぼ同じエッチング速度でエッチングできるという技術的な優位性を達成することができる。なお、所定密度範囲とは、水素密度ＤＨが、４×１０２１ｃｍ−３〜２２×１０２１ｃｍ−３の範囲のことである。近年の電子デバイスにおいては、品質管理の点から、エッチングのバラつき量ＶＥを上限値ＵＬ１に抑えることが好ましい。すなわち、実験の範囲では、パワー密度ＰＤは、０Ｗ／ｍ２≦ＰＤ≦３１０Ｗ／ｍ２を満たすことが好ましい。
【００８６】
なお、パワー密度ＰＤが４００Ｗ／ｍ２の場合、実験データはないが、データ補完によりエッチングレートＥＲを求めることができる。このエッチングレートＥＲは、目的の水素密度における実施例２のデータと比較例１のデータとの平均値よりも小さく、この場合、所定密度範囲におけるエッチングレートのバラつき量ＶＥを、上述の上限値ＵＬ１以下に抑えることはできないと考えられるが、比較例１よりもバラつき量ＶＥは十分に小さいと考えられ、この場合であっても、比較例よりは高品質の電子デバイスを製造することが可能である。
【００８７】
次に、キャップ絶縁層の除去工程を含むトランジスタの金属ゲートの製造工程について、簡単に、説明する。この工程により、上述の実験が行われた。
【００８８】
図７は、プラズマ処理方法を用いた金属ゲートの製造工程を説明する図である。
【００８９】
まず、図７（Ａ）に示すように、シリコンからなる基板表面上に立設したフィン型の半導体導電領域を形成される。半導体導電領域の一方端はソース領域Ｓとなり、他方の領域はドレイン領域となる。半導体導電領域は、公知のリソグラフィ技術を用いて形成することができる。
【００９０】
基板ＳＢ上には、後で除去されるダミーのゲート電極Ｇ’が形成されている。ゲート電極Ｇ’はＣＶＤ法により形成されたポリシリコンからなり、基板ＳＢ上に立設したゲートである。このゲート電極Ｇ’の頂面上にはキャップ絶縁層として第１層Ｌ１がＣＶＤ法により形成される。これらも公知のリソグライー技術によって形成することができる。
【００９１】
ゲート電極Ｇ’と第１層Ｌ１とからなる構造物及び基板ＳＢの表面は、ＡＬＤ法によって形成された第２層Ｌ２によって被覆される。なお、必要に応じて、第１層Ｌ１の直上に位置する第２層Ｌ２の部分は、適当なドライエッチング法やイオンミリング法により、除去される。なお、ゲート電極Ｇ’と、ソース領域Ｓ及びドレイン領域Ｄを含むフィン型の半導体導電領域との間にはゲート絶縁層が介在している。
【００９２】
次に、図７（Ｂ）に示すように、基板ＳＢ及びゲートを含む構造物を被覆するように絶縁層ＰＦを構造物が完全に埋まるまで堆積する。絶縁層ＰＦはＳｉＯ２からなり、ＣＶＤ法により形成される。ＳｉＯ２を形成するＣＶＤ法では、Ｓｉ原材料として、シラン（ＳｉＨ４）、テトラエトキシシラン〔Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４〕又は四塩化シリコン（ＳｉＣｌ４）が使われ、酸素原料として、Ｏ２又はＯ３が使われる。
【００９３】
しかる後、図７（Ｃ）に示すように、絶縁層ＰＦ上にレジストＲＧをパターニングし、これをマスクとして絶縁層ＰＦの一部領域を、第１層Ｌ１が露出するまでエッチングする。エッチング方法としては、ＨＦを用いたウエットエッチングや、Ａｒ等を用いたイオンミリング法、反応性イオンエッチング法等のドライエッチング法があるが、本例のエッチングＥｔ１では、ＣＨＦ３をエッチングガスとして用いたドライエッチング法を用いた。
【００９４】
次に、図７（Ｄ）に示すように、上述のプラズマ処理方法により、第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２を同時にエッチングした。このエッチングＥｔ２により、第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２は、同等のエッチングレートＥＲでエッチングされる。特に、表面波プラズマを用いたエッチングであるため、エッチングされた面の平坦性も高くなる。このエッチングにおいては、ＳｉＮｘは除去されるものの、絶縁層ＰＦは除去されない。このエッチングは、第１層Ｌ１が完全に除去され、ゲート電極Ｇ’の頂面（又はエッチングストップ膜の表面）が露出するまで行われる。
【００９５】
次に、図７（Ｅ）に示すように、ポリシリコンからなるゲート電極Ｇ’をエッチングＥｔ３により除去する。ポリシリコンのエッチングは、Ａｒ／ＨＢｒ／Ｏ２を用いて行った。なお、第２層Ｌ２は除去されず残留する。
【００９６】
最後に、図７（Ｆ）に示すように、ポリシリコンが抜けた孔内に金属を埋め込み、ゲート電極Ｇを完成する。ゲート電極Ｇの材料は、ＴｉＮ、ＴａＮ、Ａｌ、Ｗ等であり、これはスパッタ法あるいはＣＶＤ法により形成された。
【００９７】
図８は、実施例における領域Ｒ１の拡大図（図８（Ａ）），比較例における素子の部分拡大図(図８（Ｂ）)である。
【００９８】
本実施例のプラズマ処理方法によれば、プラズマ化したエッチング用の活性種が第１層及び第２層と反応し、第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２が同等のエッチングレートで、且つ、エッチングされた露出面が平坦となるようにエッチングされた（図８（Ａ））。
【００９９】
なお、ポリシリコンからなるゲート電極Ｇ’の頂面上には、エッチングストップ膜ＴＰを形成しておくことができる。これにより、エッチングを希望の位置で停止させることができ易くなる。エッチングストップ膜ＴＰは、絶縁層ＰＦと同じ材料（ＳｉＯ２）を採用することができる。絶縁層ＰＦは、当該プラズマ処理においてはエッチングされないので、領域Ｒ２で示す角部はシャープな形状を保持したままである。すなわち、当該プラズマ処理を用いたエッチングにおいては、活性種のイオンがＳｉＮｘ表面に垂直に衝突する場合には、ＳｉＯ２の側面には衝突せず、パワー密度（エネルギー）も比較的低いので、その角部形状を保持することができ、また、ＳｉＯ２に対するＳｉＮｘのエッチングの選択比を高くすることができる。
【０１００】
一方、図８（Ｂ）に示すように、誘導結合プラズマエッチング法を用いてエッチングを行った場合には、絶縁層ＰＦの角部もエッチングされ、また、第２層Ｌ２の露出表面も均等にはエッチングされない。角部がシャープでない場合には、デバイスの故障等の原因になる場合がある。
【０１０１】
第２層Ｌ２は、ＡＬＤ法又はＭＬＤ法で形成された複数の絶縁層Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２３からなり、基板ＳＢの主表面に平行な方向に積層されている。第２層Ｌ２を介して基板ＳＢ内にイオン注入を行うことができる。第２層Ｌ２の露出表面が平坦であれば、これらの制御性の高いイオン注入を行うことが可能である。
【０１０２】
また、フィン構造を有さず、断面構造が図７のような第１層と第２層を含む形状のＭＯＳ電界効果トランジスタであっても、上述の方法は適用することができる。
【０１０３】
以上、説明したように、上述のプラズマ処理方法は、（１）互いに異なる密度を有する第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２が形成された基板ＳＢを用意する工程と、（２）処理容器１２内に、基板ＳＢを配置し、エッチング用の処理ガスを導入する工程と、（３）基板ＳＢから離隔した位置において、処理ガスをマイクロ波励起して表面波プラズマを発生させ、プラズマ化した処理ガスにより第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２を同時にエッチングする工程と、を備えている。
【０１０４】
そして、第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２の材料は、いずれもＳｉ及びＮを含有し、処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含み、エッチング工程において、プラズマ化した処理ガスが基板に向かうよう基板側の所定箇所に高周波バイアス電位を印加し、高周波バイアス電位を生成し、基板の単位面積当たりに与えられる電力は、０Ｗ／ｍ２以上、４００Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする。
【０１０５】
また、上述の実施形態では、第１層Ｌ１の製造方法の種類と、第２層Ｌ２の製造方法の種類とは異なることを特徴とする。すなわち、第１層Ｌ１と第２層Ｌ２は、密度が異なるものであり、これらは異なる製造方法で形成することが可能である。
【０１０６】
また、上述の実施形態では、第１層Ｌ１の製造方法の種類は、化学的気相成長（ＣＶＤ）法であり、第２層Ｌ２の製造方法の種類は、原子層堆積（ＡＬＤ）法又は分子層堆積（ＭＬＤ）法であることを特徴とする。これらの製造方法によって成膜された第１層Ｌ１及び第２層Ｌ２の密度は、異なることとなる。半導体デバイス製造技術の発達に伴い、これらの異なる製造方法を用いて製造される製品が増加しており、かかる場合に、当該プラズマ処理方法は更に有用である。
【０１０７】
また、上述の実施形態では、図７に示したように、基板ＳＢから立設したゲートの頂面上の形成された第１絶縁層を第１層Ｌ１とし、ゲートの側方に隣接した第２絶縁層を第２層Ｌ２とし、エッチング工程により、第１層Ｌ１の全部と、第２層Ｌ２の一部を除去することを特徴とする。
【０１０８】
フィン構造のトランジスタは、フィン型の半導体導電領域と、半導体導電領域の長手方向に直交する方向に延びたゲート電極Ｇとを備えている。ゲート電極Ｇは、製造途中において、これに対応するダミーのゲート電極Ｇ’の頂面上に、キャップとしてＣＶＤ法で形成された第１絶縁層（第１層Ｌ１）を形成し、ゲートの側方にＡＬＤ又はＭＬＤ法で形成された第２絶縁層（第２層Ｌ２）を形成する。しかる後、これらを第１絶縁層がなくなるまで同時にエッチングし、第１絶縁層の全部を除去し、第２絶縁層の一部を除去するため、かかる構造を形成する場合に、本実施形態は有用である。
【０１０９】
上述の第１層及び第２層を同等のエッチングレートでエッチングできるという原理に基づけば、１つの層内において、異なる、密度の第１領域と第２領域とかが存在する場合においても、同様にこれらを同等のエッチングレートでエッチングすることが可能である。
【０１１０】
図１０は、密度（組成）の異なる第１領域Ｌ１及び第２領域Ｌ２を含む層の図である。
【０１１１】
１つの層の中には、基板を構成する層の主要部をなす第１領域Ｌ１と、層内に分散した第２領域Ｌ２とが存在している。この場合、上述のプラズマ処理方法を適用すれば、第１領域Ｌ１と第２領域Ｌ２とは、同様のエッチングレートでエッチングされるはずである。すなわち、この基板を、上述のプラズマ処理装置にウエハＷとして設置し、上述のプラズマ処理を行うことができる。上述の実施形態の構造、材料、作用、機能、方法は、本実施形態にも適用することができる。
【０１１２】
以上、説明したように、この実施形態のプラズマ処理方法は、（１）互いに異なる密度を有する第１領域Ｌ１及び第２領域Ｌ２を含む層を有する基板を用意する工程と、（２）処理容器１２内に、基板を配置し、エッチング用の処理ガスを導入する工程と、（３）基板から離隔した位置において、処理ガスをマイクロ波励起して表面波プラズマを発生させ、プラズマ化した処理ガスによりこの層をエッチングする工程とを備えている。
【０１１３】
そして、第１領域Ｌ１及び第２領域Ｌ２の材料は、いずれもＳｉ及びＮを含有し、処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガス及び酸素ガスを含み、エッチング工程において、プラズマ化した処理ガスが基板に向かうよう基板側の所定箇所に高周波バイアス電位を印加し、高周波バイアス電位を生成し、基板の単位面積当たりに与えられる電力ＰＤは、０Ｗ／ｍ２以上、４００Ｗ／ｍ２以下であることを特徴とする。
【０１１４】
このプラズマ処理方法によれば、表面波プラズマを用いた場合、処理ガスに含まれるハイドロフルオロカーボンガスや酸素ガスが、第１領域Ｌ１及び第２領域Ｌ２に含まれるＳｉやＮと反応し、これらの領域をエッチングする。ここで高周波バイアス電位を与える単位面積当たりの電力（パワー密度）を上記所定範囲に設定することで、異なる密度の第１領域Ｌ１及び第２領域Ｌ２を同等のエッチングレートでエッチングすることが可能である。
【０１１５】
なお、上述の電力（パワー密度）ＰＤは、０Ｗ／ｍ２であっても、エッチングレートの観点からは効果が得られるが、エッチングされる第１層及び第２層の表面が酸化等をして表面状態が悪い等の場合には、十分に異方性のあるエッチングができない。したがって、上述のパワー密度ＰＤは、０Ｗ／ｍ２よりも大きく、４００Ｗ／ｍ２以下であることが好ましい。すなわち、０Ｗ／ｍ２＜ＰＤ≦４００Ｗ／ｍ２満たすことがより好ましい。なお、パワー密度ＰＤが大きいほど、エッチングレートＥＲのバラつき量ＶＥが大きくなるため、かかる観点からは、ＰＤ≦３５０Ｗ／ｍ２が好ましく、ＰＤ≦３１０Ｗ／ｍ２が更に好ましい。なお、上述の場合において、パワー密度ＰＤが小さい場合には、エッチングの異方性が小さくなるため、実用的な観点からは、１０Ｗ／ｍ２＜ＰＤであることが好ましく、５０Ｗ／ｍ２＜ＰＤであることが更に好ましい。
【符号の説明】
【０１１６】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１４…アンテナ、１８…誘電体窓、２０…載置台、３０…排気装置、３２…マイクロ波発生器、４２…誘電体板、４４…スロット板、５０…中央導入部、５２…周辺導入部、Ｗ…ウエハ、ＳＢ…基板、Ｌ１…第１層（第１領域）、Ｌ２…第２層（第２領域）。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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