(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる誘電率を有し、且つ、交互に積層された第１の膜及び第２の膜を含む多層膜をエッチングする方法であって、
プラズマ処理装置の処理容器内に、前記多層膜及び該多層膜上に設けられたマスクを有する被処理体を準備する工程と、
前記多層膜をエッチングする工程であり、水素ガス、フルオロハイドロカーボンガス、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、三塩化ホウ素ガス、及び窒素ガスを含み、酸素ガスを含まない処理ガスを前記処理容器内で励起させる、該工程と、
を含み、
前記第１の膜は酸化シリコン膜であり、前記第２の膜は窒化シリコン膜であり、
前記多層膜をエッチングする前記工程において、前記多層膜に形成されたスペースを画成する側壁面に、前記三塩化ホウ素中のホウ素を含む保護膜が形成され、前記窒素ガスから生成される窒素の活性種により前記保護膜が窒化される、
方法。
【請求項２】
互いに異なる誘電率を有し、且つ、交互に積層された第１の膜及び第２の膜を含む多層膜をエッチングする方法であって、
プラズマ処理装置の処理容器内に、前記多層膜及び該多層膜上に設けられたマスクを有する被処理体を準備する工程と、
前記多層膜をエッチングする工程であり、水素ガス、フルオロハイドロカーボンガス、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、三塩化ホウ素ガス、及び窒素ガスを含み、酸素ガスを含まない処理ガスを前記処理容器内で励起させる、該工程と、
を含み、
前記第１の膜は酸化シリコン膜であり、前記第２の膜はポリシリコン膜であり、
前記多層膜をエッチングする前記工程において、前記多層膜に形成されたスペースを画成する側壁面に、前記三塩化ホウ素中のホウ素を含む保護膜が形成され、前記窒素ガスから生成される窒素の活性種により前記保護膜が窒化される、
方法。
【請求項３】
前記フルオロハイドロカーボンガスは、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、又はＣＨＦ３ガスである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記フッ素含有ガスは、ＮＦ３ガス又はＳＦ６ガスである、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記炭化水素ガスは、ＣＨ４ガスである、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の膜と前記第２の膜は、合計２４層以上積層されている、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記マスクは、アモルファスカーボン製である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、多層膜をエッチングする方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の一種として、３次元構造を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリデバイスが知られている。３次元構造を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリデバイスの製造においては、誘電率の異なる二つの層が交互に設けられることによって構成される多層膜のエッチングを行って、当該多層膜に深いホールを形成する工程が行われる。このようなエッチングについては、下記の特許文献１に記載されている。
【０００３】
具体的に、特許文献１には、多層膜上にマスクを有する被処理体を、ＨＢｒガス、Ｃ4Ｆ8ガス、及び、ＢＣｌ３ガスを含む処理ガスのプラズマに晒すことによって、当該多層膜をエッチングする方法が記載されている。特許文献１に記載された方法では、ＨＢｒガスに由来する活性種によって多層膜中の多結晶シリコン膜がエッチングされ、Ｃ４Ｆ８ガスに由来する活性種によって多層膜中の酸化シリコン膜がエッチングされ、さらに、多層膜のエッチングによって形成される側壁面にＢＣｌ３ガスに由来する保護膜が形成される。これにより、多層膜がその積層方向（即ち、垂直方向）に対して直交する方向（即ち、水平方向）にエッチングされることを抑制している。これにより、多層膜に形成されるホールといったスペースの垂直性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０１０４９９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のエッチング方法では、マスクの開口のサイズが小さくなり、場合によってはマスクの開口が閉塞してしまうことがある。また、より強固な保護膜を形成することにより、多層膜に形成されるスペースの垂直性を更に向上させる必要がある。
【０００６】
したがって、本技術分野においては、マスクの開口の閉塞を抑制し、且つ、多層膜に形成されるスペースの垂直性を向上させることが要請されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様においては、多層膜をエッチングする方法が提供される。多層膜は、交互に積層された第１の膜及び第２の膜を含み、第１の膜及び第２の膜は互いに異なる誘電率を有する。この方法は、（ａ）プラズマ処理装置の処理容器内に、多層膜及び該多層膜上に設けられたマスクを有する被処理体を準備する工程と、（ｂ）多層膜をエッチングする工程であり、水素ガス、フルオロハイドロカーボンガス、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、三塩化ホウ素ガス、及び窒素ガスを含む処理ガスを前記処理容器内で励起させる、該工程と、を含む。
【０００８】
上記方法で用いられる処理ガスは窒素ガスを含んでいる。この窒素ガスに由来する窒素の活性種は、マスクに堆積する炭素を含有する堆積物を削り、当該堆積物によるマスクの開口の閉塞を抑制する。また、窒素の活性種は、多層膜に形成されるスペースを画成する側壁面に形成された保護膜、即ち、ホウ素を含有する保護膜を窒化させる。これにより、保護膜をより強固な保護膜に変質させる。したがって、多層膜に形成されるスペースの垂直性をより高くすることができる。
【０００９】
一実施形態では、フルオロハイドロカーボンガスは、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、又はＣＨＦ３ガスであってもよい。一実施形態では、フッ素含有ガスは、ＮＦ３ガス又はＳＦ６ガスであってもよい。一実施形態では、炭化水素ガスは、ＣＨ４ガスであってもよい。
【００１０】
一実施形態では、第１の膜は酸化シリコン膜であり、第２の膜は窒化シリコン膜であってもよい。一実施形態では、第１の膜は酸化シリコン膜であり、第２の膜はポリシリコン膜であってもよい。一実施形態では、第１の膜と第２の膜は、合計２４層以上積層されていてもよい。
【００１１】
更に、一実施形態では、マスクは、アモルファスカーボン製であってもよい。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、マスクの開口の閉塞を抑制し、且つ、多層膜に形成されるスペースの垂直性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。
【図２】工程ＳＴ１において準備されるウエハの一例を示す図である。
【図３】プラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。
【図４】図３に示すバルブ群、流量制御器群、及びガスソース群を詳細に示す図である。
【図５】工程ＳＴ２においてエッチングされているウエハを示す図である。
【図６】実験例及び比較実験例において求めた傾斜角を説明するための図である。
【図７】実験例及び比較実験例において求めた中心線のずれ量を説明するための図である。
【図８】実験例及び比較実験例において求めた傾斜角及び中心線のずれ量を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、例えば、３次元構造を有するＮＡＮＤフラッシュメモリの製造に用いることができるものであり、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含んでいる。
【００１６】
工程ＳＴ１は、被処理体（以下、「ウエハＷ」という）を準備する工程である。図２は、工程ＳＴ１において準備されるウエハＷの一例を示す図である。図２に示すウエハＷは、下地層ＵＬ、多層膜ＩＬ、及び、マスクＭＳＫを有する。下地層ＵＬは、基板上に設けられた多結晶シリコン製の層であり得る。この下地層ＵＬ上には、多層膜ＩＬが設けられている。多層膜ＩＬは、誘電率の異なる二つの誘電体膜ＩＬ１及びＩＬ２が交互に積層された構造を有している。一実施形態では、誘電体膜ＩＬ１は酸化シリコン膜であり、誘電体膜ＩＬ２は窒化シリコン膜であり得る。別の一実施形態では、誘電体膜ＩＬ１は酸化シリコン膜であり、誘電体膜ＩＬ２はポリシリコン膜であり得る。誘電体膜ＩＬ１の厚みは、例えば、５ｎｍ〜５０ｎｍであり、誘電体膜ＩＬ２の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜７５ｎｍである。誘電体膜ＩＬ１及びＩＬ２は、合計２４層以上積層されていてもよい。多層膜ＩＬ上には、マスクＭＳＫが設けられている。マスクＭＳＫは、多層膜ＩＬにホールといったスペースを形成するためのパターンを有している。マスクＭＳＫは、例えば、アモルファスカーボン製であり得る。或いは、マスクＭＳＫは、有機ポリマーから構成されていてもよい。
【００１７】
再び図１を参照する。方法ＭＴの工程ＳＴ１では、ウエハＷがプラズマ処理装置の処理容器内に準備される。一例においては、プラズマ処理装置は容量結合型プラズマ処理装置であり得る。以下、方法ＭＴの実施に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例について説明する。図３は、プラズマ処理装置の一例を概略的に示す図であり、当該プラズマ処理装置の縦断面における構造を示している。
【００１８】
図３に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型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の内壁面は、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。
【００１９】
処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。支持部１４は、処理容器１２内に設けられた載置台ＰＤを支持している。具体的には、図３に示すように、支持部１４は、当該支持部１４の内壁面において載置台ＰＤを支持し得る。
【００２０】
載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極１６及び支持部１８を含み得る。下部電極１６は、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。この下部電極１６の上面の上には、支持部１８が設けられている。
【００２１】
支持部１８は、ウエハＷを支持するものであり、ベース部１８ａ及び静電チャック１８ｂを含んでいる。ベース部１８ａは、例えばアルミニウムといった金属製から構成されており、略円盤形状をなしている。ベース部１８ａは、下部電極１６上に設置されており、下部電極１６に電気的に接続されている。静電チャック１８ｂは、ベース部１８ａの上に設けられている。静電チャック１８ｂは、導電膜である電極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。静電チャック１８ｂの電極には、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１８ｂ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ウエハＷを吸着保持することができる。
【００２２】
支持部１８のベース部１８ａの周縁部上には、ウエハＷの周縁及び静電チャック１８ｂを囲むようにフォーカスリング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、エッチング対象の膜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、石英から構成され得る。
【００２３】
ベース部１８ａの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、一実施形態に係る温調機構を構成している。冷媒流路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、支持部１８上によって支持されたウエハＷの温度が制御される。
【００２４】
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１８ｂの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
【００２５】
また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極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１６との間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが画成されている。
【００２６】
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。この上部電極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。
【００２７】
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。
【００２８】
ガス供給管３８には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。図４は、図３に示すバルブ群、流量制御器群、及びガスソース群を詳細に示す図である。図４に示すように、ガスソース群４０は、Ｎ個（Ｎは自然数）のガスソース４０１〜４０６を含んでいる。ガスソース４０１〜４０６はそれぞれ、水素ガス（Ｈ２ガス）、フルオロハイドロカーボンガス、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガス、及び窒素ガス（Ｎ２ガス）のソースである。フルオロハイドロカーボンガスとしては、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、又はＣＨＦ３ガスが例示される。フッ素含有ガスとしては、ＮＦ３ガス又はＳＦ６ガスが例示される。炭化水素ガスとしては、ＣＨ４が例示される。なお、ガスソース群は、Ａｒガスといった希ガス等の種々のガスのソースを更に有していてもよい。
【００２９】
流量制御器群４４は、Ｎ個の流量制御器４４１〜４４６を含んでいる。流量制御器４４１〜４４６は、対応のガスソースから供給されるガスの流量を制御する。これら流量制御器４４１〜４４６は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）であってもよく、ＦＣＳであってもよい。バルブ群４２は、Ｎ個のバルブ４２１〜４２６を含んでいる。ガスソース４０１〜４０６はそれぞれ、流量制御器４４１〜４４６及びバルブ４２１〜４２６を介して、ガス供給管３８に接続されている。ガスソース４０１〜４０６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。
【００３０】
図３に戻り、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、略円筒状をなしており、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。
【００３１】
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。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にエッチング副生物（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。
【００３２】
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の側壁にはウエハＷ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。
【００３３】
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、高さ方向においてウエハＷ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３に示す位置に限られるものではない。
【００３４】
また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。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。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極１６に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。
【００３５】
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３ＭＨｚの高周波電力を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極１６に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
【００３６】
また、プラズマ処理装置１０は、直流電源部７０を更に備えている。直流電源部７０は、上部電極３０に接続されている。直流電源部７０は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極３０に与えることが可能である。
【００３７】
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。
【００３８】
具体的に、制御部Ｃｎｔは、流量制御器４４１〜４４６、バルブ４２１〜４２６、排気装置５０に制御信号を送出し、工程ＳＴ２のエッチング時に処理ガスが処理容器１２内に供給され、且つ、当該処理容器１２内の圧力が設定された圧力となるように、制御を実行する。
【００３９】
また、制御部Ｃｎｔは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４からの高周波電力が下部電極１６に供給されるよう、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４に制御信号を送出することができる。一実施形態では、制御部Ｃｎｔは、高周波電力のＯＮとＯＦＦがパルス状に切り換えられて下部電極１６に供給されるよう、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４に制御信号を送出することができる。また、制御部Ｃｎｔは、高周波電力がＯＮとなっている期間よりも絶対値の大きな負の直流電圧が、高周波電力がＯＦＦになっている期間に上部電極３０に印加されるよう、直流電源部７０に制御信号を送出することができる。なお、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮ及びＯＦＦの周波数は、例えば、１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである。ここで、高周波電力のＯＮ及びＯＦＦの周波数とは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力がＯＮの期間とＯＦＦの期間とからなる期間を１周期とする周波数である。また、１周期において高周波電力がＯＮの期間が占めるデューティー比は、例えば、５０％〜９０％である。また、直流電源部の直流電圧値の切り替えは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮ及びＯＦＦの切り換えに同期され得る。
【００４０】
再び図１を参照して、方法ＭＴの説明を続ける。工程ＳＴ１では、プラズマ処理装置の処理容器内にウエハＷが準備される。プラズマ処理装置１０を用いる場合には、載置台ＰＤ上に配置されたウエハＷが静電チャック１８ｂによって吸着保持される。次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が行われる。
【００４１】
工程ＳＴ２では、多層膜のエッチングが行われる。このため、工程ＳＴ２では、処理ガスがプラズマ処理装置の処理容器内に供給され、処理容器内の圧力が所定の圧力に設定される。プラズマ処理装置１０を用いる場合には、ガスソース群４０からの処理ガスが処理容器１２内に供給され、排気装置５０が作動されることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。
【００４２】
工程ＳＴ２で用いられる処理ガスは、水素ガス（Ｈ２ガス）、フルオロハイドロカーボンガス、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガス、及び窒素ガス（Ｎ２ガス）を含む。フルオロハイドロカーボンガスとしては、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、又はＣＨＦ３ガスが例示される。フッ素含有ガスとしては、ＮＦ３ガス又はＳＦ６ガスが例示される。炭化水素ガスとしては、ＣＨ４が例示される。なお、処理ガスは、Ａｒガスといった希ガスを更に含んでいてもよい。
【００４３】
また、工程ＳＴ２では、処理容器内に供給された処理ガスが励起される。プラズマ処理装置１０を用いる場合には、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４からの高周波電力が下部電極１６に与えられる。
【００４４】
工程ＳＴ２における各種条件は、例えば、以下に示される範囲内の条件に設定される。
・Ｈ２ガスの流量：５０〜３００ｓｃｃｍ
・ＣＨ２Ｆ２ガスの流量：４０〜８０ｓｃｃｍ
・ＮＦ３ガスの流量：５０〜１００ｓｃｃｍ
・ＣＨ４ガスの流量：５〜５０ｓｃｃｍ
・ＢＣｌ３ガスの流量：５〜３０ｓｃｃｍ
・Ｎ２ガスの流量：１０〜２００ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力の周波数：２７〜１００ＭＨｚ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：５００〜２７００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波電力の周波数：０．４〜１３ＭＨｚ
・第２の高周波電源６４の高周波電力：１０００〜４０００Ｗ
・処理容器１２内の圧力：２．６６〜１３．３Ｐａ（２０〜１００ｍＴ）
【００４５】
また、一実施形態では、工程ＳＴ２において、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮとＯＦＦがパルス状に切り換えられてもよい。また、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮとＯＦＦの切り換えに同期させて、上述したように、上部電極３０に印加される負の直流電圧の絶対値の大小が切り換えられてもよい。この実施形態では、高周波電力がＯＮであるときにプラズマが生成され、高周波電力がＯＦＦであるときに、ウエハＷ直上のプラズマが消失する。また、高周波電力がＯＦＦであるときに上部電極３０に印加される負の直流電圧により、正イオンが上部電極３０に引き込まれて衝突する。これにより、上部電極３０から二次電子が放出される。放出された二次電子は、マスクＭＳＫを改質し、マスクＭＳＫのエッチング耐性を向上させる。また、二次電子は、ウエハＷの帯電状態を中和し、その結果、多層膜ＩＬに形成されたホール内へのイオンの直進性が高められる。なお、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮとＯＦＦの切り換えに関する条件、及び、上部電極３０に印加される負の直流電圧の条件は、例えば、次の通りである。
・高周波電力のＯＮとＯＦＦの周波数：１〜４０ｋＨｚ
・一周期において高周波電力がＯＮの期間が占めるデューティー比：５０〜９０％
・高周波電力がＯＮの期間の負の直流電圧の絶対値：１５０〜５００Ｖ
・高周波電力がＯＦＦの期間の負の直流電圧の絶対値：３５０〜１０００Ｖ
【００４６】
この工程ＳＴ２では、処理ガスが励起され、プラズマが発生する。そして、処理ガスに含まれる分子又は原子の活性種にウエハＷが晒されることにより、図５に示すように、ウエハＷの多層膜ＩＬがエッチングされる。また、工程ＳＴ２のエッチング中には、処理ガスに含まれる炭素に由来する堆積物ＤＰがマスクＭＳＫ上に堆積する。この堆積物ＤＰは、マスクＭＳＫの開口を閉塞させ得る。しかしながら、処理ガスに含まれる窒素により堆積物ＤＰの厚みが減少する。その結果、マスクＭＳＫの開口の閉塞が抑制される。
【００４７】
また、工程ＳＴ２のエッチング中には、三塩化ホウ素中のホウ素、多層膜を構成する原子、例えば、酸素及び／又は窒素との化合物が生成され、多層膜ＩＬに形成されたスペースＳＰを画成する側壁面ＳＷに当該化合物を含む保護膜ＰＦが形成される。また、この保護膜ＰＦは、処理ガスに含まれる窒素により窒化される。したがって、多層膜ＩＬのエッチングに寄与する活性種に対してより優れた耐性を有する、即ち、より強固な保護膜ＰＦが形成される。これにより、多層膜ＩＬに形成されるスペースＳＰの垂直性を向上させることができる。
【００４８】
また、工程ＳＴ２で用いられる処理ガスには水素が含まれている。この水素によってマスクＭＳＫが改質される。その結果、工程ＳＴ２のエッチングの終了時まで、マスクの形状を維持することが可能となる。即ち、多層膜ＩＬのエッチングに関するマスク選択比を改善することが可能となる。
【００４９】
（実験例及び比較例）
以下、方法ＭＴを用いて行った実験例、及び比較のために行った比較実験例について説明する。
【００５０】
実験例では、図２に示したウエハＷに対して、プラズマ処理装置１０を用いて方法ＭＴを適用した。一方、比較実験例では、Ｎ２ガスを含まず、ＢＣｌ３ガスに代えてＨＢｒガスを含む処理ガスを用いて、図２に示したウエハＷの多層膜ＩＬのエッチングを行った。なお、比較実験例のエッチングにおける他の条件は、実験例のエッチングの条件と同様とした。
【００５１】
実験例のエッチングを適用したウエハＷ、及び比較実験例のエッチングを適用したウエハＷの双方について、エッチングにより形成されたスペースを含む多層膜ＩＬの断面画像を取得し、当該断面画像を用いてスペースの形状を観察した。具体的には、当該断面画像から、スペースＳＰの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄを求めた。傾斜角θは、図６に示すように、断面画像においてスペースＳＰを画成している一対のラインＬｓ間の中心線Ｌｐと当該スペースの上端開口の中心を垂直方向に通過する仮想線Ｌｉとがなす角度を求めることにより、得た。なお、一対のラインＬｓは、断面画像においてスペースＳＰを両側から画成している多層膜ＩＬの側壁面に対応している。また、中心線のずれ量Ｄは、図７に示すように、中心線Ｌｐと仮想線Ｌｉとの間の水平方向の距離Ｌｄを異なる数個の位置で求めて、求めた距離Ｌｄの３σを算出することにより、得た。また、傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄを、ウエハＷの径方向の中心、エッジ、及び、中心とエッジの中間のそれぞれの位置において求めた。
【００５２】
図８に、実験例及び比較実験例において求めた傾斜角θと中心線のずれ量Ｄとを示す。図８に示すように、比較実験例のエッチングによって形成されたスペースの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄは相当に大きい値になっていた。比較実験例において形成されたスペースの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄが大きくなった原因は、保護膜による側壁面の保護が十分ではなく、スペースに対して斜め方向に入射するイオンによって多層膜に形成された側壁面が水平方向に削られたことによるものと推測される。また、比較実験例において形成されたスペースの中心線のずれ量Ｄが大きくなった原因は、エッチング時間の経過とつれてマスクの開口のサイズが小さくなり、多層膜の深部に進むにつれてスペースの幅が小さくなったことによるものと推測される。一方、実験例のエッチングによって形成されたスペースの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄは、比較実験例のエッチングによって形成されたスペースの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄよりも相当に小さくなっていた。このことから、ＨＢｒではなく、ＢＣｌ３及びＮ２ガスを含む処理ガスを用いることにより、マスクの開口の縮小を抑制しつつ、多層膜に形成されるスペースの垂直性を高めることが可能であることが確認された。
【００５３】
以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、プラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ処理装置に限定されるものではなく、誘導結合型プラズマ処理装置であってもよく、或いは、マイクロ波を導波管及びアンテナを介して処理容器内に導入してプラズマを形成するプラズマ処理装置であってもよい。
【符号の説明】
【００５４】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…下部電極、３０…上部電極、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ、ＭＳＫ…マスク、ＩＬ…多層膜、ＩＬ１…誘電体膜、ＩＬ２…誘電体膜、ＳＰ…スペース、ＳＷ…側壁面、ＰＦ…保護膜。
【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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