(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜が交互に設けられることによって構成された多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域と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、前記第１領域上及び前記第２領域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、
前記被処理体を収容した前記処理容器内でハイドロフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と、
前記被処理体を収容した前記処理容器内でフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する工程と、
を含み、
前記第１の処理ガスのプラズマを生成する前記工程と前記第２の処理ガスのプラズマを生成する前記工程とが交互に繰り返される、方法。
【請求項２】
前記第１の処理ガスのプラズマを生成する工程において、前記多層膜のエッチングレートは、前記単層のシリコン酸化膜のエッチングレートよりも高く、
前記第２の処理ガスのプラズマを生成する工程において、前記単層のシリコン酸化膜のエッチングレートは、前記多層膜のエッチングレートよりも高い、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記フルオロカーボンガスはＣ４Ｆ６を含む、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の処理ガスは、三フッ化窒素ガスを更に含む、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の処理ガスは、Ｈ２ガスを更に含む、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の処理ガスは、硫化カルボニルガス、炭化水素ガス、及び三塩化ホウ素ガスのうち少なくとも一つのガスを含む、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、エッチング方法に関するものであり、特に、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に設けられることによって構成された多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域の双方にエッチングを行う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、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜と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、処理ガスのプラズマに晒すことによって、当該多層膜のエッチングを行う方法が記載されている。
【０００４】
ところで、エッチングの対象である被処理体には、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とが交互に設けられることによって構成される多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域とを有するものがある。このような被処理体にエッチングを行って、ホールのようなスペースを第１領域と第２領域の双方に形成することが求められている。これら第１領域及び第２領域の双方をエッチングすることが可能な処理ガスとしては、ハイドロフルオロカーボンガスを含む処理ガスが例示される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１３／００５９４５０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した第１領域及び第２領域の双方に対するエッチングでは、第１領域に形成されるスペースの深さと第２領域に形成されるスペースの深さの差異が小さいことが求められる。しかしながら、ハイドロフルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマにより第１領域及び第２領域の双方をエッチングすると、第１領域に形成されるスペースの深さよりも、第２領域に形成されるスペースの深さが小さくなる。
【０００７】
また、第１領域及び第２領域の双方に形成されるスペースの幅が小さいことも求められる。そのための解決策として、通常、マスクの開口幅が狭められるか、或いは、メタンガスといった堆積性のガスが処理ガスに含められる。このような解決策によれば、スペースの幅は小さくなる。しかしながら、スペースは、垂直に形成されず、当該スペースの深さ方向に対して水平な方向に撚れた形状となり得る。即ち、スペースの垂直性に改善の余地がある。
【０００８】
したがって、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が交互に設けられることによって構成される多層膜を有する第１領域と単層のシリコン酸化膜を有する第２領域の双方に対するエッチングよって形成されるスペースの深さの差異を低減し、且つ、当該スペースの垂直性を改善することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様においては、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜が交互に設けられることによって構成された多層膜を有する第１領域と、単層のシリコン酸化膜を有する第２領域とをエッチングする方法が提供される。この方法は、（ａ）プラズマ処理装置の処理容器内に、第１領域上及び第２領域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）被処理体を収容した処理容器内でハイドロフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と、（ｃ）被処理体を収容した処理容器内でフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスのプラズマを生成する工程と、を含む。この方法では、第１の処理ガスのプラズマを生成する工程と第２の処理ガスのプラズマを生成する工程とが交互に繰り返される。
【００１０】
第１の処理ガスのプラズマは、第２領域よりも第１領域を優先的にエッチングする。一方、第２の処理ガスのプラズマは、第１領域よりも第２領域を優先的にエッチングする。上記方法では、このような第１の処理ガスのプラズマによるエッチングと第２の処理ガスのプラズマによるエッチングとを交互に複数回実行することにより、第１領域のエッチングレートと第２領域のエッチングレートとの差異を小さくすることができる。したがって、上記方法によれば、第１領域に形成されるスペースの深さと第２領域に形成されるスペースの深さの差異を低減させることが可能である。
【００１１】
また、第２の処理ガスに含まれるフルオロカーボンは、エッチングによって形成されるスペースを画成する側壁面に堆積して保護膜を形成する。したがって、当該側壁面が水平方向に削られることが抑制される。故に、幅が狭く且つ垂直性の高いスペースを、第１領域及び第２領域の双方に形成することが可能となる。
【００１２】
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。また、一実施形態では、第１の処理ガスは三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスを含んでいてもよい。ＮＦ３からは、フッ素の活性種が生成される。したがって、第１領域及び第２領域のエッチングレートが高められる。また、一実施形態では、第１の処理ガスは、Ｈ２ガスを更に含んでいてもよい。また、一実施形態では、第１の処理ガスは、硫化カルボニルガス、炭化水素ガス、及び三塩化ホウ素ガスのうち少なくとも一つのガスを含んでいてもよい。硫化カルボニルガス、炭化、及び三塩化ホウ素ガスに由来する分子又は原子は、側壁面に堆積し、保護膜を形成する。したがって、第１領域及び第２領域の双方に形成されるスペースの垂直性がより高められる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜が交互に設けられることによって構成される多層膜を有する第１領域と単層のシリコン酸化膜を有する第２領域の双方に対するエッチングよって形成されるスペースの深さの差異を低減し、且つ、当該スペースの垂直性を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。
【図２】図１に示す方法の工程ＳＴ１において準備される被処理体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１に示す方法の実行中の途中段階の被処理体の状態の一例を示す断面図である。
【図５】図１に示す方法の実行後の被処理体の状態の一例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、一実施形態に係るエッチング方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、第１領域及び第２領域の双方にエッチングを行ってホールといったスペースを形成する方法であり、工程ＳＴ１〜工程ＳＴ４を含んでいる。この方法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る。
【００１７】
方法ＭＴの工程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、第１領域Ｒ１、第２領域Ｒ２、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上には第１領域Ｒ１が設けられている。また、この下地層ＵＬ上には第２領域Ｒ２が設けられている。
【００１８】
第１領域Ｒ１は、多層膜から構成されている。多層膜は、シリコン酸化膜ＩＬ１及びシリコン窒化膜ＩＬ２が交互に設けられることによって構成されている。シリコン酸化膜ＩＬ１の厚さは、例えば、５ｎｍ〜５０ｎｍであり、シリコン窒化膜ＩＬ２の厚さは、例えば、１０ｎｍ〜７５ｎｍである。一実施形態では、シリコン酸化膜ＩＬ１及びシリコン窒化膜ＩＬ２は、合計２４層以上積層されていてもよい。
【００１９】
第２領域Ｒ２は、単層のシリコン酸化膜から構成されている。第２領域Ｒ２の厚さは、第１領域Ｒ１の厚さと略同様である。
【００２０】
第１領域Ｒ１上及び第２領域Ｒ２上には、マスクＭＳＫが設けられている。マスクＭＳＫは、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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を提供している。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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。複数のガスソースは、ハイドロフルオロカーボンガスのソース、及び、フルオロカーボンガスのソースを含んでいる。ハイドロフルオロカーボンガスは、後述する第１の処理ガスに含まれるガスである。ハイドロフルオロカーボンガスとしては、ＣＨ２Ｆ２ガスが例示される。また、フルオロカーボンガスは後述する第２の処理ガスに含まれるガスである。フルオロカーボンガスとしては、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、又はＣ４Ｆ８ガスが例示される。
【００３３】
複数のガスソースは、三フッ化窒素（ＮＦ３）ガスのソース、水素（Ｈ２）ガスのソース、炭化水素ガスのソース、硫化カルボニルガスのソース、三塩化ホウ素（ＢＣｌ３）ガスのソース、希ガスのソース、酸素（Ｏ２）ガスのソースを更に含み得る。炭化水素ガスとしては、メタン（ＣＨ４）ガスが例示される。また、希ガスとしては、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅといった任意の希ガスが例示される。なお、複数のガスソースは、上述したガス以外の別のガスのソースを含んでいてもよい。
【００３４】
一実施形態では、第１の処理ガスは、三フッ化窒素ガスを更に含み得る。また、一実施形態では、第１の処理ガスは、水素ガスを更に含み得る。また、一実施形態では、第１の処理ガスは、炭化水素ガス、硫化カルボニルガス、及び三塩化ホウ素ガスのうち少なくとも一つを更にみ得る。なお、第１の処理ガスは、これらガス以外の別のガスを更に含んでいてもよい。また、第２の処理ガスは、希ガス、及び酸素ガスを更に含み得る。なお、第２の処理ガスは、これらガス以外の別のガスを更に含んでいてもよい。
【００３５】
バルブ群４２は複数のバルブを有している。また、流量制御器群４４は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）といった複数の流量制御器を有している。ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、流量制御器群４４に含まれる対応の流量制御器及びバルブ群４２に含まれる対応のバルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。プラズマ処理装置１０では、複数のガスソースから選択されたガスが、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。例えば、第１の処理ガスが選択的に処理空間Ｓに吐出され、また、第２の処理ガスが選択的に処理空間Ｓに吐出される。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
また、一実施形態において、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。
【００４４】
具体的に、制御部Ｃｎｔ、バルブ群４２に含まれる複数のバルブ、流量制御器群４４に含まれる複数の流量制御器、排気装置５０に制御信号を送出し、第１の処理ガス及び第２の処理ガスが選択的且つ交互に処理容器１２内に供給され、また、当該処理容器１２内の圧力が設定された圧力となるよう、制御を実行する。
【００４５】
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となっている期間に上部電極３０に印加される負の直流電圧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％であり得る。また、直流電源部７０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。
【００４６】
再び図１を参照して、方法ＭＴの説明を続ける。以下、図１と共に、図４及び図５も参照する。図４は、図１に示す方法の実行中の途中段階の被処理体の状態の一例を示す断面図である。また、図５は、図１に示す方法の実行後の被処理体の状態の一例を示す断面図である。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、処理容器１２内に収容されたウエハＷが、載置台ＰＤ上に配置され、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及び工程ＳＴ３を含むシーケンスが複数回実行される。即ち、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３が交互に繰り返される。
【００４７】
工程ＳＴ２では、プラズマ処理装置の処理容器内に第１の処理ガスが供給され、当該第１の処理ガスのプラズマが生成される。そして、第１の処理ガスに由来する分子又は原子の活性種にウエハＷが晒される。工程ＳＴ２の実行のためにプラズマ処理装置１０を用いる場合には、第１の処理ガスが処理容器１２内に供給され、処理容器１２内の圧力が所定の圧力に設定される。また、下部電極１６に第１の高周波電源６２からの高周波電力、及び第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が供給される。
【００４８】
続く工程ＳＴ３では、プラズマ処理装置の処理容器内に第２の処理ガスが供給され、当該第２の処理ガスのプラズマが生成される。そして、第２の処理ガスに由来する分子又は原子の活性種にウエハＷが晒される。工程ＳＴ３の実行のためにプラズマ処理装置１０を用いる場合には、第２の処理ガスが処理容器１２内に供給され、処理容器１２内の圧力が所定の圧力に設定される。また、下部電極１６に第１の高周波電源６２からの高周波電力、及び第２の高周波電源６４からの高周波バイアス電力が供給される。
【００４９】
方法ＭＴでは、上述した工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含む複数回のシーケンスが実行される。工程ＳＴ２で用いられる第１の処理ガスは、ハイドロフルオロカーボンガスを含む。また、一実施形態では、第１の処理ガスは、三フッ化窒素ガスを更に含み得る。また、一実施形態では、第１の処理ガスは、水素ガスを更に含み得る。さらに、一実施形態では、第１の処理ガスは、炭化水素ガス、硫化カルボニルガス、及び三塩化ホウ素ガスのうち少なくとも一つを更にみ得る。ハイドロフルオロカーボンガスのプラズマは、シリコン酸化膜よりもシリコン窒化膜に対して高いエッチングレートを有する。即ち、第１の処理ガスのプラズマによる第１領域Ｒ１のエッチングレートは、当該第１の処理ガスのプラズマによる第２領域Ｒ２のエッチングレートよりも高い。したがって、工程ＳＴ２では、第２領域Ｒ２よりも第１領域Ｒ１が優先的にエッチングされる。
【００５０】
一方、工程ＳＴ３で用いられる第２の処理ガスは、上述したように、フルオロカーボンガスを含む。一実施形態では、第２の処理ガスは、酸素ガス及び希ガスを更に含み得る。フルオロカーボンガスのプラズマは、シリコン窒化膜よりもシリコン酸化膜に対して高いエッチングレートを有する。即ち、第２の処理ガスのプラズマによる第２領域Ｒ２のエッチングレートは、第２の処理ガスのプラズマによる第１領域Ｒ１のエッチングレートよりも高い。したがって、工程ＳＴ３では、第１領域Ｒ１よりも第２領域Ｒ２が優先的にエッチングされる。
【００５１】
方法ＭＴでは、かかる工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むシーケンスの複数回の繰り返しにより、第１領域Ｒ１のエッチングレートと第２領域Ｒ２のエッチングレートとの差異が低減される。したがって、方法ＭＴによれば、図４に示すように、第１領域Ｒ１に形成されるスペースＳＰの深さと第２領域Ｒ２に形成されるスペースＳＰの深さの差異が低減され得る。
【００５２】
また、第２の処理ガスに含まれるフルオロカーボンは、エッチングによって形成されるスペースＳＰを画成する側壁面ＳＷ及びマスクＭＳＫの表面に堆積して保護膜ＰＦを形成する。したがって、当該側壁面ＳＷが水平方向に削られることが抑制される。故に、方法ＭＴによれば、幅が狭く且つ垂直性の高いスペースを、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の双方に形成することが可能となる。
【００５３】
一実施形態の工程ＳＴ３では、第１の処理ガス中のフルオロカーボンガスは、Ｃ４Ｆ６を含み得る。Ｃ４Ｆ６においては、Ｃ／Ｆ比、即ち、フッ素に対して炭素の比が高い。したがって、Ｃ４Ｆ６を含む第１の処理ガスを用いる工程ＳＴ３では、第２領域Ｒ２のエッチングレートを第１領域Ｒ１のエッチングレートよりも相当に高めることができる。故に、Ｃ４Ｆ６を含む第１の処理ガスを用いた工程ＳＴ３により、工程ＳＴ２において第１領域Ｒ１に形成されるスペースの深さと第２領域Ｒ２に形成されるスペースの深さとの差異をより小さくすることが可能である。なお、第１領域Ｒ１に形成されるスペースの深さと第２領域に形成されるスペースの深さの差異を調整するために、また、これらスペースの開口の形状を調整するために、第１の処理ガスには、Ｃ４Ｆ６に加えて、Ｃ４Ｆ８及び／又はＣＦ４が添加されていてもよい。
【００５４】
一実施形態の工程ＳＴ２では、第１の処理ガスに三フッ化窒素ガスが含められる。三フッ化窒素ガスに由来するフッ素の活性種によれば、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２のエッチングレートが高められる。また、一実施形態の工程ＳＴ２では、第１の処理ガスに水素ガスが含められる。水素ガスに由来する水素の活性種は、保護膜ＰＦを改質する。したがって、エッチングによるマスクＭＳＫの膜厚の減少を抑制することができ、マスクＭＳＫの開口の拡大を抑制することができる。また、一実施形態の工程ＳＴ２では、第１の処理ガスに、炭化水素ガス、硫化カルボニルガス、及び三塩化ホウ素ガスのうち少なくとも一つが含められる。炭化水素ガス、硫化カルボニルガス、及び三塩化ホウ素ガスに由来する分子又は原子は、第２の処理ガスのフルオロカーボンと共に保護膜ＰＦを形成する。したがって、保護膜ＰＦが更に強化される。
【００５５】
なお、硫化カルボニルガスは、ハイドロフルオロカーボンに由来する活性種に対して側壁面ＳＷを保護する保護膜を形成するが、当該硫化カルボニルガスに由来する活性種は、マスクＭＳＫをエッチングし得る。しかしながら、方法ＭＴでは、工程ＳＴ３において形成されるフルオロカーボンの保護膜により、硫化カルボニルガスに由来する活性種からマスクＭＳＫが保護される。
【００５６】
方法ＭＴでは、工程ＳＴ４において、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むシーケンスの実行を終了するか否かが判定される。例えば、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むシーケンスの実行回数が所定回数に至ったか否かが判定される。工程ＳＴ４において、上記シーケンスの実行を終了しないものと判定されると、再び工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むシーケンスが実行される。一方、工程ＳＴ４において、当該シーケンスの実行を終了するものと判定されると、方法ＭＴは終了する。これにより、図５に示すように、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の双方に、例えば下地層ＵＬまで達するスペースＳＰが形成される。なお、工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３を含むシーケンスの実行回数は、各シーケンスでの工程ＳＴ２の実行時間及び工程ＳＴ３の実行時間、並びに、第１領域Ｒ１の厚さ及び第２領域Ｒ２の厚さといった種々の要件によって変更し得るものであるが、例えば、６回である。
【００５７】
以下、方法ＭＴの工程ＳＴ２及び工程ＳＴ３の各種条件を例示する。工程ＳＴ２の各種条件は、例えば、以下に示される範囲内の条件に設定される。
＜工程ＳＴ２の各種条件＞
・第１の処理ガス
ＣＨ２Ｆ２ガスの流量：５０〜１５０ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガスの流量：５０〜１５０ｓｃｃｍ
Ｈ２ガスの流量：５０〜３００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガスの流量：５０〜１５０ｓｃｃｍ
ＣＯＳガスの流量：５〜２０ｓｃｃｍ
ＢＣｌ３ガスの流量：５〜２０ｓｃｃｍ
・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：１０００〜７０００Ｗ
・処理容器１２内の圧力：２．６６〜１３．３Ｐａ （２０〜１００ｍＴ）
・処理時間：１８０秒〜６００秒
【００５８】
工程ＳＴ３の各種条件は、例えば、以下に示される範囲内の条件に設定される。
＜工程ＳＴ３の各種条件＞
・第２の処理ガス
Ｃ４Ｆ６の流量：２０〜１００ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８の流量：２０〜１００ｓｃｃｍ
Ｏ２ガスの流量：２０〜１００ｓｃｃｍ
Ａｒガスの流量：１００〜５００ｓｃｃｍ
・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：１０００〜７０００Ｗ
・処理容器１２内の圧力：２．６６〜１３．３Ｐａ（２０〜１００ｍＴ）
・処理時間：１８０秒〜６００秒
【００５９】
以上、種々の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、方法ＭＴの実行に用いられる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、マイクロ波をプラズマ源として用いるプラズマ処理装置であってもよい。また、上述した方法ＭＴでは工程ＳＴ２が工程ＳＴ３よりも先に実行されているが、工程ＳＴ３が工程ＳＴ２よりも先に実行されてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…下部電極、１８ｂ…静電チャック、３０…上部電極、３４ａ…ガス吐出孔、４０…ガスソース群、５０…排気装置、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、Ｒ１…第１領域、ＩＬ１…シリコン酸化膜、ＩＬ２…シリコン窒化膜、Ｒ２…第２領域、ＭＳＫ…マスク、ＰＦ…保護膜、ＳＰ…スペース。
【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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