(57)【要約】      （修正有）【課題】形状が良好で、深さが深いトレンチをより速い形成速度で得るドライエッチング方法を提供する。【解決手段】処理室において、エッチングガスをプラズマ化して、Ｓｉから成る被処理体をドライエッチングする方法であって、（ａ）第一エッチングガスを用いて、Ｓｉから成る被処理体を、その内壁が逆テーパー形状となるように、エッチングによる前処理を施す工程、及び（ｂ）第二エッチングガスを用いて、更にエッチングを行う第二工程を含んで成るドライエッチング方法である。【選択図】図５
2007141918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理室において、エッチングガスをプラズマ化して、Ｓｉから成る被処理体をドライエッチングする方法であって、
（ａ）第一エッチングガスを用いて、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成する第一エッチング工程、及び
（ｂ）第二エッチングガスを用いて、該前処理部分にエッチングを行う第二エッチング工程
を含んで成るドライエッチング方法。
【請求項２】
前記第一エッチング工程は、該前処理部分の深さが、エッチングにより形成される部分全体の深さの１５％未満となるように施す請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一エッチング工程は、該前処理部分の逆テーパー形状の内壁と被処理体の表面とのなす角αが、７０°＜α＜９０°となるように施す請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
第一エッチングガスは、Ｓｉから成る被処理体と反応し、その反応により生成する反応生成物が、Ｓｉから成る被処理体の側壁の保護膜を形成し得る成分を含んで成る請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
第一エッチングガスは、フッ素化合物及び酸素を含み、場合により希ガスを含んで成る請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
第一エッチングガスに含まれるフッ素化合物は、ＳＦ６、ＮＦ３、ＢＦ３、ＰＦ５及びＦ２から選択される少なくとも一種であり、第一エッチングガスに場合により含まれてよい希ガスは、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種である請求項５に記載のドライエッチング方法。
【請求項７】
第一エッチングガスのフッ素化合物は、ＳＦ６であり、希ガスはヘリウムである請求項６に記載のドライエッチング方法。
【請求項８】
Ｓｉから成る被処理体周辺に電界を発生させ、第一エッチングガスから発生したプラズマ中のイオンを該被処理体に引き寄せ、イオンが被処理体に衝突するエネルギーによって、エッチングによる被処理体の前処理を行う請求項１〜７のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項９】
被処理体周辺に電界を発生させるイオンエネルギー源は、ＲＦジェネレーターである請求項８に記載のドライエッチング方法。
【請求項１０】
上記ＲＦジェネレーターに投入するＲＦ電力は、３０〜２００Ｗである請求項９に記載のドライエッチング方法。
【請求項１１】
第一エッチング工程において、プラズマ中のイオン密度は、被処理体から１０ｍｍの高さで、１×１０１１ｃｍ−３以上である請求項１〜１０のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項１２】
ＩＣＰ方式によってプラズマを発生させる請求項１１に記載のドライエッチング方法。
【請求項１３】
プラズマを発生させるプラズマ生成源は、ＲＦジェネレーターであって、ＲＦジェネレーターの電力は、２０００Ｗ以上である請求項１１又は１２に記載のドライエッチング方法。
【請求項１４】
プラズマ発生部と、被処理体との間の距離は、５０ｍｍ以下である請求項１１又は１２に記載のドライエッチング方法。
【請求項１５】
第一エッチング工程の前記処理室内の圧力は、３０Ｐａ以下である請求項１〜１４のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項１６】
（ｂ）第二エッチング工程は、フッ素化合物及び酸素を含み、場合により希ガスを含んで成る第二エッチングガスを前記処理室に導入して、該前処理部分にエッチングする第二エッチング工程である請求項１〜１５のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項１７】
第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物は、ＳＦ６、ＮＦ３、ＢＦ３、ＰＦ５及びＦ２から選択される少なくとも一種であり、第二エッチングガスに場合により含まれる希ガスは、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種である請求項１６に記載のドライエッチング方法。
【請求項１８】
第二エッチングガスのフッ素化合物の流量と酸素の流量の比（フッ素化合物／酸素）は、１／１〜４／１である請求項１６又は１７に記載のドライエッチング方法。
【請求項１９】
第二エッチングガスのフッ素化合物の流量は、５０〜９００ｓｃｃｍである請求項１６〜１８のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項２０】
第二エッチングガスの酸素の流量は、５０〜４５０ｓｃｃｍである請求項１６〜１９のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【請求項２１】
第二エッチングガスのフッ素化合物は、ＳＦ６である請求項１６〜２０のいずれかに記載のドライエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｓｉから成る被処理体にトレンチ等を形成するためのドライエッチング方法に関する。特に、深さが深く形状が良好なトレンチ等を形成するためのドライエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロニクス機器の小型化が進むにつれて、それに使用する半導体デバイス、例えば集積回路及びフラットパネルディスプレイ等もその小型化が要求されている。半導体デバイスを作製するために、シリコン基板にトレンチ（又は溝）、ビアホール（又は穴）及びその他の構造等（以下、これらをまとめて「トレンチ等又は単にトレンチ」ともいう）が形成され得るが、上述のような要求のために、シリコン基板に形成されるトレンチ等は、その全体の深さがより深いもの、例えば、５０μｍ以上の深さを有することが求められるようになった。尚、ここで、全体の深さとは、最終的に形成された目的とするトレンチ等のシリコン基板表面から底までの距離をいい、電子顕微鏡にて測定した値を意味する。
【０００３】
このような深さが深いトレンチ等をシリコン基板に形成する方法として、プラズマ処理室（又は単に「処理室」ともいう）において、シリコン基板のエッチングを行うドライエッチング方法（又はプラズマエッチング方法）が知られている。図１に、そのようなドライエッチング方法に用いられるドライエッチング装置（１００）の一例の模式図を示す。この装置は、ＩＣＰ（inductively Coupled Plasma）型エッチング装置であり、真空のエッチングチャンバ（又はエッチング処理室）（１１０）、エッチングチャンバ内の上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）、高周波電源（１４０）及び（１５０）、ガス導入口（１６０）及びガス排気口（１７０）を備える。
【０００４】
まず、エッチングを行うシリコン基板（２００）を、下部電極（１３０）上に配置する。エッチングチャンバ（１００）にエッチングガスを導入し、それをプラズマ化して活性種（イオン及びラジカル等）を生じさせる。シリコン基板（２００）上に、所望の形状のマスク（例えば、フォトレジスト及びハードマスク等、図示せず）を配置し、そのマスクの開口部を通して活性種をシリコン基板に入射させて、シリコン基板（２００）をエッチングして所望の深さのトレンチ等を形成する。
【０００５】
図２（ａ）及び（ｂ）は、トレンチ等の理想的な断面の輪郭又は形状の模式図を示す。
図２（ａ）及び（ｂ）の各々には、シリコン基板（２００）の上にマスク（２１０）が配置され、マスクの下のシリコン基板内に、トレンチ（２２０）が形成されている。マスク（２１０）の開口部から垂直に下方にトレンチ（２２０）が形成されている。
図２（ａ）に示すトレンチ（２２０）の断面の輪郭は、長方形と成っており、トレンチ（２２０）の幅は一定であり、壁には、凹凸がない。
図２（ｂ）に示すトレンチ（２２０）の断面は、テーパー形状と成っており、トレンチ（２２０）の幅は下方に向かって一定の割合で狭くなり、壁には、凹凸がない。
【０００６】
図３は、現実的なトレンチ等の断面の輪郭又は形状の模式図を示す。図２と同様にシリコン基板（２００）の上にマスク（２１０）が配置され、マスクの下のシリコン基板内に、トレンチ（３２０）が形成されている。しかし、このトレンチの断面の輪郭は、図２のものと大きく異なる。マスク（２１０）の下に、切れ込んでいるエッチング部分（３３０）がある。これをアンダーカットともいう。更に、アンダーカット（３３０）の下のトレンチの壁は、弓状にエッチングされている部分（３４０）がある。これをボーイングともいう。これらの部分を生ずることにより、図３のトレンチの断面の輪郭は、長方形とはならず、マスクの開口部より広い開口部を有し、トレンチの幅がトレンチの深さにより変化し、更に壁に湾曲を有する。このようなトレンチに生じ得るトレンチ形状（又は輪郭）の不規則性は、実際に半導体デバイスを用いる際に、許容できない結果をもたらし得る。
【０００７】
このようなトレンチの形状の不規則性を、式（Ｉ）で定義するサイドエッチング比で規定する。
式Ｉ：サイドエッチング比＝（アンダーカット（３３０）＋ボーイング（３４０））／深さ（ｄ）
即ち、サイドエッチング比は、深さに対して側方方向に最大どれくらいエッチングが進行したかを示す指標であるといえる。
サイドエッチング比は、理想的には０であるが、トレンチの深さを考慮した全体的な形状から、０．０５以下であることが好ましい。
【０００８】
現実のトレンチに、このような形状の不規則性を生ずる理由は次のようなメカニズムによると考えられている。プラズマ処理室に導入されたエッチングガスをプラズマ化すると、イオンとラジカルの二種類のプラズマ種が生ずる。これらの生じた活性種のうち、イオンは負バイアスにより加速されてシリコン基板（２００）に垂直方向から入射して、シリコン基板（２００）の表面に対して垂直方向にエッチングを進行させる、これに対しラジカルは、負バイアスの影響を受けないので、シリコン基板（２００）の表面に対して特定の方向性を有さず、ランダムに、即ち、等方的に入射するので、側方方向のエッチングも進行する。従って、マスク（２１０）の開口部の直下に、アンダーカット（３３０）やボーイング（３４０）等のサイドエッチングを生じさせる。
【０００９】
そこで、トレンチの断面形状を良好に保ちつつ、深いトレンチを形成するエッチング方法が検討されている。
特許文献１は、プラズマエッチングの前及び／又はその間に、Ｃ４Ｆ８を用いることにより、トレンチの側壁上にケイ素化合物から成る保護膜を形成することで、良好な形状を有するトレンチを形成する方法を開示する。しかし、この方法は、Ｃ４Ｆ８に由来する保護膜の形成によりトレンチの側壁上に凹凸を生じ得る、Ｃ４Ｆ８を用いるために、エッチングガスの切り替え時間が必要であり全体としてのエッチング速度が遅い、処理室内壁に保護膜が堆積するので、プラズマの状態を不安定にさせ、シリコン基板の処理枚数の増大に伴いエッチング特性が変動する等の問題がある。
【００１０】
特許文献２は、ＳＦ６とＯ２に比較的高流量のヘリウムを添加したエッチングガスを用いてプラズマを発生させてエッチングする方法であって、垂直方向にエッチングする方法が開示する。しかし、この方法には、エッチング速度が十分でない、又は所定の深さに到達する前にシリコン基板上のマスクが消失し得るという問題点がある。エッチング速度が不十分となるのは、高流量のヘリウムを連続的に供給するので、Ｆラジカルの滞在時間が短くなるからと考えられ、マスクが削れて消失することは、マスクが常にイオンによって攻撃されるからと考えられる。
【００１１】
【特許文献１】特表２０００−５０９９１５号公報
【特許文献２】特願２００４−３４０７５２明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたもので、その課題は、形状が良好なトレンチを得られない、深さが深いトレンチを得ることができない、トレンチの形成速度が遅いという問題の少なくとも一つが緩和され、好ましくは実質的に解消され、より好ましくは上述の問題の全てが緩和され、特に好ましくは上述の問題の全てが実質的に解消されるドライエッチング方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者等は、鋭意検討を重ねた結果、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成した後、その前処理部分にエッチングを行って目的とする部分全体を形成することで、驚くべきことに、形状が良好なトレンチを得られない、深さが深いトレンチを得ることができない、トレンチの形成速度が遅いという問題の少なくとも一つが緩和され、好ましくは実質的に解消され、より好ましくは上述の問題の全てが緩和され、特に好ましくは上述の問題の全てが実質的に解消される触媒を得ることができることを見出して本発明を完成するに至ったものである。
【００１４】
本発明の一の要旨によれば、新たなドライエッチング方法が提供され、それは、
処理室において、エッチングガスをプラズマ化して、Ｓｉから成る被処理体をドライエッチングする方法であって、
（ａ）第一エッチングガスを用いて、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成する第一エッチング工程、及び
（ｂ）第二エッチングガスを用いて、該前処理部分にエッチングを行う第二エッチング工程
を含んで成るドライエッチング方法である。
【００１５】
本発明の一の態様において、前記第一エッチング工程は、該前処理部分の深さが、エッチングにより形成される部分全体の深さの１５％未満となるように施すドライエッチング方法を提供する。
【００１６】
本発明の他の態様において、前記第一エッチング工程は、該前処理部分の逆テーパー形状の内壁と被処理体の表面とのなす角αが、７０°＜α＜９０°となるように施すドライエッチング方法を提供する。
【００１７】
本発明の好ましい態様において、第一エッチングガスは、Ｓｉから成る被処理体と反応し、その反応により生成する反応生成物が、Ｓｉから成る被処理体の側壁の保護膜を形成し得る成分を含んで成るドライエッチング方法を提供する。
【００１８】
本発明の更なる態様において、第一エッチングガスは、フッ素化合物及び酸素を含み、場合により希ガスを含んで成るドライエッチング方法を提供する。
【００１９】
本発明の別の態様において、Ｓｉから成る被処理体周辺に電界を発生させ、第一エッチングガスから発生したプラズマ中のイオンを該被処理体に引き寄せ、イオンが被処理体に衝突するエネルギーによって、エッチングによる被処理体の前処理を行うドライエッチング方法を提供する。
【００２０】
本発明の更なる別の態様において、被処理体周辺に電界を発生させるイオンエネルギー源は、ＲＦジェネレーターであるドライエッチング方法を提供する。
【００２１】
本発明の好ましい別の態様において、イオンエネルギー源としての上記ＲＦジェネレーターに投入するＲＦ電力は、３０〜２００Ｗであるドライエッチング方法を提供する。
【００２２】
本発明の好ましい態様において、第一エッチング工程において、プラズマ中のイオン密度は、被処理体から１０ｍｍの高さで、１×１０１１ｃｍ−３以上であるドライエッチング方法を提供する。
【００２３】
本発明の他の好ましい態様において、ＩＣＰ方式によってプラズマを発生させるドライエッチング方法を提供する。
【００２４】
本発明の更に好ましい態様において、プラズマを発生させるプラズマ生成源は、ＲＦジェネレーターであって、ＲＦジェネレーターの電力は、２０００Ｗ以上であるドライエッチング方法を提供する。
【００２５】
本発明の好ましい態様において、プラズマ発生部と、被処理体との間の距離は、５０ｍｍ以下であるドライエッチング方法を提供する。
【００２６】
本発明の更なる態様において、第一エッチング工程の前記処理室内の圧力は、３０Ｐａ以下であるドライエッチング方法を提供する。
【００２７】
本発明のもう一つの態様において、（ｂ）第二エッチング工程は、フッ素化合物及び酸素を含み、場合により希ガスを含んで成る第二エッチングガスを前記処理室に導入して、該前処理部分にエッチングする第二エッチング工程であるドライエッチング方法が提供される。
【００２８】
本発明の他の態様において、第二エッチングガスのフッ素化合物の流量と酸素の流量の比（フッ素化合物／酸素）は、１／１〜４／１であるドライエッチング方法が提供される。
【００２９】
本発明の更なる態様において、第二エッチングガスのフッ素化合物の流量は、５０〜９００ｓｃｃｍであるドライエッチング方法を提供する。
【００３０】
本発明の更に好ましい態様において、第二エッチングガスの酸素の流量は、５０〜４５０ｓｃｃｍであるドライエッチング方法を提供する。
【発明の効果】
【００３１】
本発明に係るドライエッチング方法は、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成した後、更にその前処理部分にエッチングを行うので、形状が良好なトレンチを得られない、深さが深いトレンチを得ることができない、トレンチの形成速度が遅いという問題の少なくとも一つが緩和され、好ましくは実質的に解消され、より好ましくは上述の問題の全てが緩和され、特に好ましくは上述の問題の全てが実質的に解消される。
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を、添付した図面を参照しながら説明する。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
本発明の方法は、本発明の方法を実施することができるドライエッチング装置であれば、いずれのドライエッチング装置を用いても実施することができ、使用する装置により特に制限されるものではない。そのようなドライエッチング装置として、先に例示した図１に示すＩＣＰ型エッチング装置、ＲＩＥ型エッチング装置、２周波平行平板型エッチング装置等を例示することができる。
【００３４】
図１のＩＣＰ型エッチング装置（１００）は、上述したようにエッチングチャンバ（１１０）、エッチングチャンバ内の上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）、高周波電源（１４０）及び（１５０）、ガス導入口（１６０）及びガス排気口（１７０）を備える。本発明のドライエッチング方法を実施するために、図１の装置は更に下記の仕様を有することが好ましい。
【００３５】
エッチングチャンバ（１１０）は、被処理体のエッチングが行われる処理室である。その内壁は、例えば、石英、アルミナ、アルマイト加工されたアルミ母材又は酸化イットリウム等の絶縁材料を用いて形成することが好ましい。
【００３６】
ガス導入口（１６０）を通して、エッチングチャンバ（１１０）内に、エッチングガスは供給され、ガス排気口（１７０）を通して、エッチングチャンバ（１１０）から、エッチングチャンバ（１１０）内のガスは排気される。
【００３７】
次に、トランジスタ等の半導体装置の製造における工程の一部として、上述のドライエッチング装置を用いる本発明のドライエッチング方法について説明する。発明が不明瞭に成ることを避けるため、半導体装置の他の公知の製造工程については、説明を省略する。
【００３８】
初めに、第一エッチングガスを用いて、Ｓｉから成る被処理体に、エッチングによる前処理を施して、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を形成する第一エッチング工程について説明するが、その前に、逆テーパー形状について、説明する。
【００３９】
図４は、内壁が逆テーパー形状にエッチングされたシリコン基板の模式図を示す。シリコン基板（２００）の上のマスク（２１０）の開口部からエッチングされたトレンチの幅が、下に進むにつれて広くなっている。図４は、説明するために、相当逆テーパーを強調して記載しているが、実際は、必ずしもこれほど極端な逆テーパーにする必要はない。
第一エッチング工程で形成する逆テーパーを形成した前処理部分の深さ（ｄｉ：depth of an inversed tapered portion、図４参照）は、最終的に形成する目的とするエッチング部分の全体、即ちトレンチ全体の深さ（例えば、図２（ａ）、２（ｂ）及び３に記載のｄを参照）を基準として、種々選択することができる。逆テーパー形状に形成される前処理部分の深さ（ｄｉ）は、目的とするエッチングにより形成される部分全体の深さ（ｄ）の１５％未満であることが好ましく、１０％未満であることがより好ましく、５％未満であることが特に好ましい。尚、ｄｉは、ｄの０％ではないが、２％以上であることが好ましい。
必要であれば、本発明の方法を用いてトレンチ等の全体を形成後、逆テーパー形状の部分を、全面エッチングやＣＭＰ等の方法を用いて、取り除くことができる。
【００４０】
また、逆テーパーを形成した内壁の傾斜は、シリコン基板表面と内壁のなす角をαとすると、７０°＜α＜９０°であることが好ましく、７０°＜α＜８５°であることがより好ましく、７０°＜α＜８０°であることが特に好ましい。
α＝９０°又は＞９０°の場合、内壁の傾斜は９０°以上なので、逆テーパーを形成していない。
上記αは、電子顕微鏡によりトレンチ形状を観察することで直接測定してもよいが、逆テーパーを形成することで壁面が後退した距離を（ｗｉ、図４参照）とすると、ｔａｎ（９０−α）＝ｄｉ／ｗｉであるから、電子顕微鏡によりトレンチ形状を観察することで得られるｄｉとｗｉから算出してもよい。
【００４１】
第一エッチング工程を開始する前に、まず、下部電極（１３０）上に、Ｓｉから成る被処理体を配置する。
Ｓｉから成る被処理体は、通常、Ｓｉから成る被処理体として、ドライエッチングに供されているものであれば、特に制限されるものではない。そのようなＳｉから成る被着体として、例えば、シリコン基板等を例示することができる。
【００４２】
次に、エッチングチャンバ（１１０）内を一定の圧力に保ちながら、ガス導入口（１６０）を介して、第一エッチングガスをエッチングチャンバ（１１０）内に導入し、ガス排気口（１７０）から排気する。
次に高周波電源（１４０）及び（１５０）から、各々上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）に、高周波電力を供給して、第一エッチングガスをプラズマ化させる。例えば、第一エッチングガスがフッ素化合物を含む場合、Ｆ＋イオン、Ｆ−イオン、Ｆラジカル等のプラズマ中の活性種は、Ｓｉから成る被処理体、例えばシリコン基板のシリコンと反応して、ＳｉＦ４、ＳｉＯ２等の反応生成物を生成し、シリコン基板をエッチングして、トレンチを形成する。被処理体が、シリコン基板であることを考慮すると、下部電極（１３０）に加えられるＲＦパワーは、低くすることが好ましい。
【００４３】
第一エッチングガスの組成、流量、エッチングチャンバ内部圧力、高周波電源の電力、周波数、上部電極と下部電極の間の距離等のエッチング条件は、目的とする逆テーパー形状を得ることができる条件であればよく、特に限定されるものではない。
【００４４】
但し、第一エッチングガスは、Ｓｉから成る被処理体と反応し、その反応により生成する反応生成物が、Ｓｉから成る被処理体の側壁の保護膜を形成し得る成分を含んで成ることが好ましい。
第一エッチングガスは、フッ素化合物及び酸素を含んで成り、場合により希ガスを含み得るものが好ましい。
上述の第一エッチングガスに含まれるフッ素化合物は、ＳＦ６、ＮＦ３、ＢＦ３、ＰＦ５及びＦ２から選択される少なくとも一種であり、第一エッチングガスに場合により含まれ得る希ガスは、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種であることがより好ましい。
フッ素化合物は、ＳＦ６であり、希ガスはヘリウムであることが特に好ましい。
【００４５】
第一エッチングガスに含まれるフッ素化合物の流量と酸素の流量の比（フッ素化合物／酸素）は、１／１〜４／１であることが好ましく、１／１〜３／１であることがより好ましく、１／１〜２／１であることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれるフッ素化合物の流量は、５０〜９００ｓｃｃｍであることが好ましく、５０〜３００ｓｃｃｍであることがより好ましく、５０〜１５０ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれる酸素の流量は、２５〜４５０ｓｃｃｍであることが好ましく、２５〜１５０ｓｃｃｍであることがより好ましく、２５〜７５ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
【００４６】
第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、第一エッチングガスの総流量の５０〜９５％であることが好ましく、６５〜９０％であることがより好ましく、８０〜９０％であることが特に好ましい。
第一エッチングガスに含まれる希ガスの流量は、２０００ｓｃｃｍ以下であることが好ましく、５００〜１５００ｓｃｃｍであることがより好ましく、８００〜１０００ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
【００４７】
逆テーパー形状を有する前処理部分を形成するために、Ｓｉから成る被処理体周辺に電界を発生させて、第一エッチングガスから発生したプラズマ中のイオンを該被処理体に引き寄せ、イオンが被処理体に衝突するエネルギーによって、エッチングによる被処理体の前処理を行うことが好ましい。より具体的には、プラズマ処理室の下部電極に電界を加えて上記処理を行うことが好ましい。それによって、被処理体に形成される逆テーパー形状を有する前処理部分の内壁の保護を行うことが好ましい。
【００４８】
被処理体周辺に電界を発生させるイオンエネルギー源として、ＲＦジェネレーターを例示できる。
更に、イオンエネルギー源としての上記ＲＦジェネレーターに投入するＲＦ電力は、３０〜２００Ｗであることが好ましく、３０〜１２０Ｗであることがより好ましく、４０〜６０Ｗであることが特に好ましい。
【００４９】
また、逆テーパー形状を有する前処理部分を形成するために、第一エッチング工程において、プラズマ中のイオン密度は、被処理体から１０ｍｍの高さで、１×１０１１ｃｍ−３以上であることが好ましい。
ここで、プラズマ中のイオン密度は、ラングミュアプローブ法で測定した値をいい、１×１０１１ｃｍ−３以上であることが好ましく、２×１０１１ｃｍ−３以上で有ることがより好ましく、４×１０１１ｃｍ−３以上であることが特に好ましい。
【００５０】
目的とするドライエッチングが可能であれば、いずれの方式を用いて第一エッチングガスからプラズマを発生させてもよい。そのような方式として、例えば、ＩＣＰ方式、ＲＩＥ方式、マグネトロンＲＩＥ方式、二周波ＲＩＥ方式、ＥＣＲ方式、マイクロ波励起方式等を例示することができるが、ＩＣＰ方式が好ましい。
【００５１】
プラズマを発生させるプラズマ生成源として、ＲＦジェネレーターが好ましい。
【００５２】
被処理体から１０ｍｍの高さにてプラズマのイオン密度が１×１０１１ｃｍ−３以上とするためには、プラズマ発生源としてＲＦジェネレーターを用いる場合、ＲＦジェネレーターの電力は、２０００Ｗ以上であることが好ましい。
この場合、プラズマ発生部（例えば、ＲＦジェネレーター）と、被処理体との間の距離は、１５０ｍｍ以下であることが好ましく、１００〜１５０ｍｍであることが特に好ましい。
【００５３】
また、上記第一エッチング工程において、被処理体から１０ｍｍの高さにてプラズマのイオン密度が１×１０１１ｃｍ−３以上とするには、プラズマ発生部（例えば、ＲＦジェネレーター）と、被処理体との間の距離は、５０ｍｍ以下であることが好ましく、２０〜５０ｍｍであることがより好ましく、２０〜３０ｍｍであることが特に好ましい。
この場合、プラズマ発生源としてのＲＦジェネレーターの電力は、５００Ｗ以上３０００Ｗ未満であることが好ましく、５００Ｗ以上２５００Ｗ未満であることがより好ましく、５００以上２０００Ｗ未満であることが特に好ましい。
【００５４】
前記第一エッチング工程において、処理室内の圧力は、３０Ｐａ以下であることが好ましく、１０〜３０Ｐａであることがより好ましく、２５〜３０Ｐａであることが特に好ましい。
【００５５】
第一エッチングガスを用いる第一エッチング工程は、逆テーパー形状の内壁を有する前処理部分を得られるまで、所望の時間行う。例えば、０．５〜３分間行うことが好ましく、０．５〜２分間行うことがより好ましく、０．５〜１分間行うことが特に好ましい。
【００５６】
第一エッチングガスを用いる第一エッチング工程が終了したら、エッチングチャンバ（１１０）内を一定の圧力に保ちながら、ガス導入口（１６０）を介して、第二エッチングガスをエッチングチャンバ（１１０）内に導入し、ガス排気口（１７０）から排気して、第二エッチング工程を行う。
【００５７】
第二エッチング工程は、本発明が目的とする形状が良好なトレンチを得ることができるならば、特に制限されるものではないが、第二エッチング工程として、下記のものを例示することができる。
【００５８】
第二エッチング工程は、フッ素化合物及び酸素を含み及び場合により希ガスを含んで成る第二エッチングガスを前記処理室に導入して、前記被処理体の前処理部分をエッチングすることで行うことが好ましい。
第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物は、ＳＦ６、ＮＦ３、ＢＦ３、ＰＦ５及びＦ２から選択される少なくとも一種であり、第二エッチングガスに場合により含まれる希ガスは、ヘリウム及びアルゴンから選択される少なくとも一種であることが好ましい。
第二エッチングガスのフッ素化合物は、ＳＦ６であることが特に好ましく、希ガスはヘリウムであることが特に好ましいが、希ガスは含まれていないことも特に好ましい。
【００５９】
第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物の流量と酸素の流量の比（フッ素化合物／酸素）は、１／１〜４／１であることが好ましく、３／１〜４／１であることがより好ましく、２／１〜４／１であることが特に好ましい。
第二エッチングガスに含まれるフッ素化合物の流量は、５０〜９００ｓｃｃｍであることが好ましく、１００〜３００ｓｃｃｍであることがより好ましく、１５０〜２５０ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
第二エッチングガスに含まれる酸素の流量は、５０〜４５０ｓｃｃｍであることが好ましく、５０〜２５０ｓｃｃｍであることがより好ましく、５０〜１５０ｓｃｃｍであることが特に好ましい。
エッチングチャンバ（１１０）内の圧力は、１０〜５０Ｐａであることが好ましく、２５〜５０Ｐａであることがより好ましく、３０〜５０Ｐａであることが特に好ましい。
【００６０】
第二エッチングガスも第一エッチングガスと同様にプラズマ化する。
高周波電源（１４０）が、上部電極（１２０）に供給する高周波電力（プラズマ生成用）の周波数は、２〜６０ＭＨｚであることが好ましく、１３．５６ＭＨｚであることが特に好ましい。高周波電源（１４０）が供給する高周波電力の出力は、３００〜３０００Ｗであることが好ましく、１０００〜２５００Ｗであることがより好ましく、１０００〜２２００Ｗであることが特に好ましい。
高周波電源（１５０）が、下部電極（１３０）に供給する高周波電力（イオンエネルギー用）の周波数は、０．５〜６０ＭＨｚであることが好ましく、０．５〜１３．５６ＭＨｚであることがより好ましく、１３．５６ＭＨｚであることが特に好ましい。
高周波電源（１５０）が供給する高周波電力の出力は、５０〜５００Ｗであることが好ましく、７５〜２００Ｗであることがより好ましく、１００〜１５０Ｗであることが特に好ましい。
上部電極（１２０）と下部電極（１３０）との間の距離は、１５０ｍｍ以下であることが好ましく、１００〜１５０ｍｍであることが特に好ましい。
【００６１】
第二エッチングガスを用いるエッチング工程は、所望の時間行う。例えば、５〜３０分間行うことが好ましく、５〜２０分間行うことがより好ましく、５〜１２分間行うことが特に好ましい。
【００６２】
尚、第一エッチング工程から第二エッチング工程に切り替えるために、上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）に加えられる電力の出力（例えばＲＦパワー）を、両方ともＯＮのまま、片方のみＯＮのまま、両方ともＯＦＦにして、第一エッチングガスの第二エッチングガスの切り替え等のエッチング条件の変更を行うことで、第一エッチング工程から第二エッチング工程に切り替えることができる。上部電極（１２０）及び下部電極（１３０）に加えられる電力の出力をＯＮのままで、片方のみＯＮのままで、及び両方ともＯＦＦにして第一工程から第二工程に切り替えることは、適宜選択することができるが、両方の電力の出力をＯＮにしたままで、第一エッチング工程から第二エッチング工程に切り替えること、即ち第一エッチングガスから第二エッチングガスへの切り替え等のエッチング条件の変更を行うことが好ましい。
【００６３】
以上説明したように、第一エッチング工程と第二エッチング工程を含んで成る本発明のドライエッチング方法を用いることで、Ｓｉから成る被処理体、例えばシリコン基板に、良好な輪郭又は形状を有するトレンチ及びビアホール等を形成することができる。
【００６４】
得られるトレンチ等のサイドエッチング比は、好ましくは０より大きく０．０５以下であり、より好ましくは０より大きく０．０４以下であり、特に好ましくは０より大きく０．０３以下である。
得られるトレンチ等の深さは、好ましくは５０〜４００μｍであり、より好ましくは５０〜３００μｍであり、特に好ましくは５０〜２２０μｍである。
使用するマスクの開口部の直径は、好ましくは１０〜１００μｍであり、より好ましくは２０〜８０μｍであり、特に好ましくは３０〜５０μｍである。
本発明のドライエッチング方法は、そのようなトレンチ等を、全体として好ましくは５〜２０μｍ／分のエッチング速度で、より好ましくは１０〜２０μｍ／分のエッチング速度で、特に好ましくは１３〜２０μｍ／分のエッチング速度で、例えばシリコン基板に形成することができる。
【００６５】
以上説明したように、本発明に係るドライエッチング方法は、深さが、深く、良好な輪郭を有するトレンチ等を、より速いエッチング速度で形成することができるという、トレンチ形状とエッチング速度のバランスに優れるエッチング方法である。
【００６６】
本発明は、上述した特徴を有し優れた効果を奏するものであるが、その理由については、下記のように考えられる。但し、下記の理由により、本発明は、何ら制限されるものではない。
本発明者等は、種々の検討から、エッチングガスには、シリコンから成る被処理体と反応して、トレンチ等の側壁を保護し得る成分となる反応生成物を生成するものがあることに注目した。
逆テーパーを形成すると、第二エッチング工程において側壁保護成分と成り得る反応生成物が、トレンチ等の底からトレンチの開口部に出て行く場合、側壁に捕らえられやすく、側壁により厚い保護膜を継続して形成し得ると考えられる。これに対し、逆テーパーが形成されていない場合、反応生成物はトレンチの底から出て行く場合、底から開口部へ向けてトレンチの幅は広くなる一方なので、トレンチ内からより排出されやすく、側壁保護膜も薄くなると考えられる。
更に逆テーパーを形成すると、開口部から入射するイオンは、側壁に当たりにくいが、逆テーパーを形成していない場合、開口部から入射するイオンは、側壁に当たりやすいと考えられる。
従って、逆テーパーを形成している場合、より側壁に厚い保護膜ができるが、開口部から入射するイオンは、より側壁に当たりにくく、逆テーパーを形成していない場合、側壁の保護膜はより薄く、開口部から入射するイオンは、より側壁に当たりやすいと考えられる。  その結果、本発明は、深さが、深く、良好な輪郭を有するトレンチ等を、より速いエッチング速度で形成することができるという、トレンチ形状とエッチング速度のバランスに優れるという効果を奏すると考えられる。
【実施例】
【００６７】
本発明を、例を用いて更に詳細に説明する。
実施例１
第一エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２／Ｈｅ＝１２０／６０／８２０ｓｃｃｍを用いた。
第二エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２＝２００／１００ｓｃｃｍを用いた。
被処理体として、直径５０μｍの開口を有するマスクを形成したシリコン基板を用いた。
第一エッチング工程は、系の全圧を２５Ｐａとして、上部電極３０００Ｗ、下部電極５５Ｗ、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍ、下部電極温度１５℃で、１分間行った。このとき、シリコン基板から１０ｍｍの高さのプラズマイオン密度は、ラングミュアプローブ法で測定し、２×１０１１ｃｍ−３であった。
これにより、約７．５μｍの深さ（トレンチの全深さの５％）までエッチングした。
α＝７８°である逆テーパー形状を得た。
第二エッチング工程は、系の全圧を４０Ｐａとして、上部電極１５００Ｗ、下部電極１００Ｗで、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍで、５分間行った。
尚、第１工程〜第２工程の間の切り替えの際、上部電極及び下部電極に加える電力をＯＦＦにしないで（即ち、両方ともＯＮのままで）、第一エッチング条件から第二エッチング条件に変更した。
深さ＝１４８μｍ、サイドエッチング比＝０．０１１のトレンチを、全体としてエッチング速度＝１８．４μｍ／分で、形成することができた。
上述の実施例１に記載の方法で形成されたトレンチの模式図を図５に示した。尚、図５のトレンチの開口部に逆テーパー形状が認められる。
【００６８】
実施例２
第一エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２／Ｈｅ＝６０／４０／９００ｓｃｃｍを用いた。
第二エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２＝２００／１００ｓｃｃｍを用いた。
被処理体として、直径５０μｍの開口を有するマスクを形成したシリコン基板を用いた。
第一エッチング工程は、系の全圧を３０Ｐａとして、上部電極１５００Ｗ、下部電極５０Ｗ、上部電極と下部電極の電極間距離２０ｍｍ、下部電極温度１５℃で、３０秒間行った。このとき、シリコン基板から１０ｍｍの高さのプラズマイオン密度は、ラングミュアプローブ法で測定し、４×１０１１ｃｍ−３であった。
これにより、約２０μｍの深さ（トレンチの全深さの１０％）までエッチングした。α＝７４°である逆テーパー形状を得た。
第二エッチング工程は、系の全圧を５０Ｐａとして、上部電極２２００Ｗ、下部電極１００Ｗで、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍ、１２分間行った。
尚、第１工程〜第２工程の間の切り替えの際、上部電極及び下部電極に加える電力をＯＦＦにしないで（即ち、両方ともＯＮのままで）、第一エッチング条件から第二エッチング条件に変更した。
深さ＝２０２μｍ、サイドエッチング比＝０．０２９のトレンチを、エッチング速度＝１４．３μｍ／分で、形成することができた。
【００６９】
比較例１
エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２＝２００／１００ｓｃｃｍを用いた。
被処理体として、直径５０μｍの開口を有するマスクを形成したシリコン基板を用いた。
エッチング工程は、系の全圧を４０Ｐａとして、上部電極１５００Ｗ、下部電極１００Ｗ、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍ、下部電極温度１５℃で、連続して７．５分間行った。
深さ＝１５５μｍ、サイドエッチング比＝０．０８１のトレンチを、エッチング速度＝１８．６μｍ／分で、形成することができた。
上述の比較例１に記載の方法で形成されたトレンチの模式図を図６に示した。
比較例１の方法は、実施例１の第二エッチング工程のみを実質的に行ったものである。図５と図６を比較することで、逆テーパー形状の前処理部を形成後エッチングすると、形状の良好なトレンチを形成することができることがわかった。
【００７０】
比較例２
エッチングガスとして、ＳＦ６／Ｏ２／Ｈｅ＝６０／４０／９００ｓｃｃｍを用いた。
被処理体として、直径５０μｍの開口を有するマスクを形成したシリコン基板を用いた。
エッチング工程は、系の全圧を３０Ｐａとして、上部電極１５００Ｗ、下部電極１００Ｗ、上部電極と下部電極の電極間距離１２２ｍｍ、下部電極温度１５℃で、連続して７．５分間行った。
サイドエッチング比＝０．０２５のトレンチを、エッチング速度＝５．２μｍ／分で、形成することができたが、マスクの消失速度が大きく、深さが８５μｍまでしか到達できなかった。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】図１は、本発明を実施する装置の一例の模式図を示す。
【図２（ａ）】図２（ａ）は、シリコン基板に形成される理想的なトレンチの断面の模式図であって、トレンチの断面が長方形の場合を示す。
【図２（ｂ）】図２（ｂ）は、シリコン基板に形成される理想的なトレンチの断面の模式図であって、トレンチの断面がテーパー形状の場合を示す。
【図３】図３は、シリコン基板に形成される、サイドエッチングを有する現実的なトレンチの断面の模式図を示す。
【図４】図４は、内壁が逆テーパー形状にエッチングされたシリコン基板の模式図を示す。
【図５】図５は、実施例１に記載の方法で形成されたトレンチの模式図を示す。
【図６】図６は、比較例１に記載の方法で形成されたトレンチの模式図を示す。
【００７２】
１００  ドライエッチング装置
１１０  エッチングチャンバ
１２０  上部電極
１３０  下部電極
１４０  高周波電源
１５０  高周波電源
１６０  ガス導入口
１７０  ガス排出口
２００  シリコン基板
２１０  マスク
２２０  トレンチ
３２０  トレンチ
３３０  アンダーカット
３４０  ボーイング
【図１】
2007141918.tif 000003
【図２（ａ）】
2007141918.tif 000004
【図２（ｂ）】
2007141918.tif 000005
【図３】
2007141918.tif 000006
【図４】
2007141918.tif 000007
【図５】
2007141918.tif 000008
【図６】
2007141918.tif 000009