(57)【要約】【課題】  十分な対マスク選択比とエッチングレートを確保しつつレジストをマスクとして積層膜中のシリコン層をエッチングできるプラズマエッチング方法を提供する。【解決手段】  プラズマ処理装置１００の処理室内で、シリコンを主成分とするシリコン層と、該シリコン層より上層に、少なくとも酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜およびレジスト膜が積層形成された被処理体に対して、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガスおよびＯ２ガスを含む処理ガスから生成されるプラズマを用い、レジスト膜をマスクとして窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜およびシリコン層を一括してエッチングする。【選択図】  図１
2007258426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを主成分とするシリコン層と、該シリコン層よりも上層に形成され、かつ予めパターン形成されたレジスト膜と、を有する被処理体に対して、
フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガスおよびＯ２ガスを含む処理ガスから生成されるプラズマを用い、前記レジスト膜をマスクとして前記シリコン層をエッチングする工程を含む、プラズマエッチング方法。
【請求項２】
プラズマ処理装置の処理室内で、シリコンを主成分とするシリコン層と、該シリコン層より上層に、少なくとも酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜および予めパターン形成されたレジスト膜が積層形成された被処理体に対して、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガスおよびＯ２ガスを含む処理ガスから生成されるプラズマを用い、前記レジスト膜をマスクとして前記窒化ケイ素膜、前記酸化ケイ素膜および前記シリコン層を一括してエッチングすることを特徴とする、プラズマエッチング方法。
【請求項３】
前記フルオロカーボンガスが、ＣＦ４ガス、Ｃ２Ｆ６ガス、Ｃ３Ｆ８ガスまたはＣ４Ｆ８ガスである、請求項１または請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項４】
前記ハイドロフルオロカーボンガスが、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガスまたはＣＨ３Ｆガスである、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項５】
前記フルオロカーボンガスの流量が１０〜５０ｍＬ／ｍｉｎである、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項６】
前記Ｏ２ガスの流量が１〜３０ｍＬ／ｍｉｎである、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項７】
前記ハイドロフルオロカーボンガスと前記希ガスとの流量比（ハイドロフルオロカーボンガス流量／希ガス流量）が０．０１９〜０．１７３である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項８】
処理圧力が８〜１２Ｐａである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項９】
前記フルオロカーボンガスまたはＯ２ガスの流量により、前記パターンが疎な部位と密な部位におけるエッチング後の臨界寸法を制御する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１０】
前記フルオロカーボンガスの流量により、被処理体の面内におけるエッチング後の臨界寸法を制御する、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１１】
前記窒化ケイ素膜をエッチングする際の処理圧力に対し、前記シリコン層をエッチングする際の処理圧力を低下させる、請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１２】
前記窒化ケイ素膜をエッチングする際の前記ハイドロフルオロカーボンガスの流量に対し、前記シリコン層をエッチングする際の前記ハイドロフルオロカーボンガスの流量を低下させる、請求項２に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１３】
前記シリコン層は、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンを主成分とするものである、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のプラズマエッチング方法。
【請求項１４】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、制御プログラム。
【請求項１５】
コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
【請求項１６】
被処理体に対しプラズマエッチング処理を行なうための処理室と、
前記処理室内で被処理体を載置する支持体と、
前記処理室内を減圧するための排気手段と、
前記処理室内に処理ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記処理室内で請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載されたプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマを用いて被処理体をエッチングする工程を含むプラズマエッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造過程において、パターン形成されたレジストなどのマスクを用い積層膜をエッチングする工程が繰り返し行なわれる。例えば、ゲート電極の製造過程では、半導体基板上に、下から順に、ゲート絶縁膜となる酸化ケイ素膜や窒化ケイ素膜、ゲート電極となる多結晶シリコン層、窒化ケイ素などからなるハードマスク膜、酸化ケイ素などからなる反射防止膜およびレジスト膜を積層形成したものを準備する。そして、フォトリソグラフィー技術によってパターン形成したレジスト膜をマスクとして反射防止膜およびハードマスクをドライエッチングし、次に、レジスト膜をアッシングにより除去した後、ハードマスク膜をマスクとして多結晶シリコン層をエッチングする、という手順でゲート電極形成が行なわれてきた。
【０００３】
この場合、反射防止膜およびハードマスク膜をエッチングする際には、絶縁膜エッチング専用のプラズマエッチング装置を用い、ポリシリコンをエッチングする際には、シリコンエッチング専用のプラズマエッチング装置を使用していた。また、レジストのアッシング除去は、専用のアッシング装置を用いて行なっていた。
【０００４】
また、シリコン基板に対し、素子分離用のトレンチを形成するＳＴＩ（Ｓｈａｌｌｏｗ  Ｔｒｅｎｃｈ  Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）では、例えばシリコン基板上に、下から順に、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜、オキサイドマスク膜およびレジスト膜を積層形成したものを準備する。そして、フォトリソグラフィー技術によってパターン形成したレジストをマスクとしてオキサイドマスク膜、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜までをエッチングし、次に、オキサイドマスク、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜および窒化ケイ素膜をマスクとしてシリコン基板をエッチングして、シリコン基板にトレンチを形成していた。この場合も、オキサイドマスク膜、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜、窒化ケイ素膜および酸化ケイ素膜をエッチングする際には、絶縁膜エッチング専用のエッチング装置を用い、シリコン基板をエッチングする際には、シリコンエッチング専用のエッチング装置を使用していた。また、レジストのアッシング除去は、専用のアッシング装置を用いて行なっていた。
【０００５】
以上のように、従来のエッチングプロセスでは、シリコン層をエッチングする前に、まずレジスト膜を用いてハードマスクをエッチングしてレジストパターンをハードマスクに転写し、その次にハードマスクを用いてシリコンエッチングを行なうという、少なくとも２段階のエッチング工程が必要であった。これは、レジストをマスクとしてシリコンをエッチングしようとすると、対マスク選択比が十分に得られず、エッチングレートの確保も困難なことや、ライン＆スペースなどのパターンの疎密や半導体ウエハの中央部と周縁部などの面内位置によって、エッチングにより形成されるトレンチ側壁の角度や臨界寸法（ＣＤ；Critical Dimension）などのエッチング形状に差異が生じるためである。
【０００６】
さらに、絶縁膜エッチングとシリコンエッチングでは使用するガス系が異なり、シリコンエッチングでは主に腐食性の強いガスを使用することや、各ガスの混合によってエッチング精度が低下するなどの理由から、エッチングの対象に応じて、絶縁膜専用のエッチング装置とシリコン専用のエッチング装置とを使い分ける必要があった（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−２６３４１５公報（段落０００６〜００１０）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、十分な対マスク選択比とエッチングレートを確保しつつレジストをマスクとして積層膜中のシリコン層をエッチングできるプラズマエッチング方法を提供することである。また併せて、上記エッチングにおいてパターン疎密や被処理体上の位置によってエッチング形状に差異が生じることがないプラズマエッチング方法を提供することも課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明の第１の観点は、シリコンを主成分とするシリコン層と、該シリコン層よりも上層に形成され、かつ予めパターン形成されたレジスト膜と、を有する被処理体に対して、
フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガスおよびＯ２ガスを含む処理ガスから生成されるプラズマを用い、前記レジスト膜をマスクとして前記シリコン層をエッチングする工程を含む、プラズマエッチング方法を提供する。
【０００９】
また、本発明の第２の観点は、プラズマ処理装置の処理室内で、シリコンを主成分とするシリコン層と、該シリコン層より上層に、少なくとも酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜および予めパターン形成されたレジスト膜が積層形成された被処理体に対して、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガスおよびＯ２ガスを含む処理ガスから生成されるプラズマを用い、前記レジスト膜をマスクとして前記窒化ケイ素膜、前記酸化ケイ素膜および前記シリコン層を一括してエッチングすることを特徴とする、プラズマエッチング方法を提供する。
【００１０】
上記第１の観点および第２の観点において、前記フルオロカーボンガスは、ＣＦ４ガス、Ｃ２Ｆ６ガス、Ｃ３Ｆ８ガスまたはＣ４Ｆ８ガスであることが好ましい。また、前記ハイドロフルオロカーボンガスは、ＣＨＦ３ガス、ＣＨ２Ｆ２ガスまたはＣＨ３Ｆガスであることが好ましい。
また、前記フルオロカーボンガスの流量は、１０〜５０ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましい。また、前記Ｏ２ガスの流量は、１〜３０ｍＬ／ｍｉｎであることが好ましい。さらに、前記ハイドロフルオロカーボンガスと前記希ガスとの流量比（ハイドロフルオロカーボンガス流量／希ガス流量）は０．０１９〜０．１７３であることが好ましい。
さらに、処理圧力は、８〜１２Ｐａであることが好ましい。
【００１１】
また、上記第１の観点および第２の観点において、前記フルオロカーボンガスまたはＯ２ガスの流量により、前記パターンが疎な部位と密な部位におけるエッチング後の臨界寸法を制御することが好ましい。また、前記フルオロカーボンガスの流量により、被処理体の面内におけるエッチング後の臨界寸法を制御することが好ましい。
【００１２】
また、上記第２の観点において、前記窒化ケイ素膜をエッチングする際の処理圧力に対し、前記シリコン層をエッチングする際の処理圧力を低下させるか、あるいは、前記窒化ケイ素膜をエッチングする際の前記ハイドロフルオロカーボンガスの流量に対し、前記シリコン層をエッチングする際の前記ハイドロフルオロカーボンガスの流量を低下させることが好ましい。
【００１３】
また、上記第１の観点および第２の観点において、前記シリコン層は、多結晶シリコンまたは単結晶シリコンを主成分とするものであことが好ましい。
【００１４】
本発明の第３の観点は、コンピュータ上で動作し、実行時に、上記第１の観点または第２の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御する、制御プログラムを提供する。
【００１５】
本発明の第４の観点は、コンピュータ上で動作する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
前記制御プログラムは、実行時に、上記第１の観点または第２の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように前記プラズマ処理装置を制御するものである、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供する。
【００１６】
本発明の第５の観点は、被処理体に対しプラズマエッチング処理を行なうための処理室と、
前記処理室内で被処理体を載置する支持体と、
前記処理室内を減圧するための排気手段と、
前記処理室内に処理ガスを供給するためのガス供給手段と、
前記処理室内で上記第１の観点または第２の観点のプラズマエッチング方法が行なわれるように制御する制御部と、
を備えた、プラズマ処理装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプラズマエッチング方法によれば、処理ガスとしてフルオロカーボンガスとハイドロフルオロカーボンガスと希ガスとＯ２ガスとを含むガスを用いることによって、十分なエッチングレートを確保しつつレジストをマスクとしてシリコンエッチングを行なうことができる。
また、フルオロカーボンガスやＯ２ガスの流量を調整することによって、パターンの疎密によるエッチング溝側壁の角度差や被処理体上の位置によるエッチング後の臨界寸法差を解消し、エッチング形状の均一化が可能になる。
【００１８】
従って、本発明のプラズマエッチング方法により、シリコンエッチングプロセスにおいて工程数の大幅削減と、処理時間の短縮化を実現することができる。また、本発明のプラズマエッチング方法は、エッチング形状の均一化が可能であるため、信頼性の高い半導体装置を製造する上で有利に利用できるものであり、半導体装置のデザインルールの微細化、高集積化への対応も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい形態について説明する。
図１は、本発明のプラズマエッチング方法に好適に利用可能なマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置１００の概略を示す断面図である。このプラズマエッチング装置１００は、気密に構成され、小径の上部１ａと大径の下部１ｂとからなる段つき円筒状をなし、壁部が例えばアルミニウム製のチャンバー（処理容器）１を有している。
【００２０】
このチャンバー１内には、被処理体として単結晶Ｓｉ基板である半導体ウエハ（以下、単に「ウエハ」と記す）Ｗを水平に支持する支持テーブル２が設けられている。支持テーブル２は例えばアルミニウムで構成されており、絶縁板３を介して導体の支持台４に支持されている。また、支持テーブル２の上方の外周にはＳｉ以外の材料、例えば石英で形成されたフォーカスリング５が設けられている。上記支持テーブル２と支持台４は、ボールねじ７を含むボールねじ機構により昇降可能となっており、支持台４の下方の駆動部分は、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製のベローズ８で覆われている。ベローズ８の外側にはベローズカバー９が設けられている。なお、上記フォーカスリング５の外側にはバッフル板１０が設けられており、このバッフル板１０、支持台４、ベローズ８を通してチャンバー１と導通している。チャンバー１は接地されている。
【００２１】
チャンバー１の下部１ｂの側壁には、排気ポート１１が形成されており、この排気ポート１１には排気系１２が接続されている。そして排気系１２の真空ポンプを作動させることによりチャンバー１内を所定の真空度まで減圧することができるようになっている。一方、チャンバー１の下部１ｂの側壁上側には、ウエハＷの搬入出口を開閉するゲートバルブ１３が設けられている。
【００２２】
支持テーブル２には、整合器１４を介してプラズマ形成用の高周波電源１５が接続されており、この高周波電源１５から所定の周波数例えば１３．３６ＭＨｚの高周波電力が支持テーブル２に供給されるようになっている。一方、支持テーブル２に対向してその上方にはシャワーヘッド２０が互いに平行に設けられており、このシャワーヘッド２０は接地されている。したがって、支持テーブル２およびシャワーヘッド２０は一対の電極として機能する。
【００２３】
支持テーブル２の表面上にはウエハＷを静電吸着して保持するための静電チャック６が設けられている。この静電チャック６は絶縁体６ｂの間に電極６ａが介在されて構成されており、電極６ａには直流電源１６が接続されている。そして電極６ａに電源１６から電圧が印加されることにより、静電力例えばクーロン力によってウエハＷが吸着される。
【００２４】
支持テーブル２の内部には、冷媒室１７が設けられており、この冷媒室１７には、冷媒が冷媒導入管１７ａを介して導入され冷媒排出管１７ｂから排出されて循環し、その冷熱が支持テーブル２を介してウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。
【００２５】
また、チャンバー１が排気系１２により排気されて真空に保持されていても、冷媒室１７に循環される冷媒によりウエハＷを有効に冷却可能なように、冷却ガスが、ガス導入機構１８によりそのガス供給ライン１９を介して静電チャック６の表面とウエハＷの裏面との間に導入される。このように冷却ガスを導入することにより、冷媒の冷熱がウエハＷに有効に伝達され、ウエハＷの冷却効率を高くすることができる。冷却ガスとしては、例えばＨｅなどを用いることができる。
【００２６】
上記シャワーヘッド２０は、チャンバー１の天壁部分に支持テーブル２に対向するように設けられている。このシャワーヘッド２０は、その下面に多数のガス吐出孔２２が設けられており、かつその上部にガス導入部２０ａを有しており、さらにその内部には空間２１が形成されている。ガス導入部２０ａにはバルブ２３を有するガス供給配管２４が接続されており、このガス供給配管２４の他端には、エッチングガスおよび希釈ガスからなる処理ガスを供給する処理ガス供給系２５が接続されている。
【００２７】
処理ガス供給系２５は、図２に示すように、ＣＦ４ガス供給源４１、ＣＨＦ３ガス供給源４２、Ａｒガス供給源４３およびＯ２ガス供給源４４を有しており、これらガス供給源からの配管には、それぞれマスフローコントローラ４５およびバルブ４６が設けられている。そして、エッチングガスとしての、ＣＦ４ガス／ＣＨＦ３ガス／Ａｒガス／Ｏ２ガスが、処理ガス供給系２５のそれぞれのガス供給源からガス供給配管２４、ガス導入部２０ａを介してシャワーヘッド２０内の空間２１に至り、各ガス吐出孔２２から吐出される。
【００２８】
一方、チャンバー１の上部１ａの周囲には、同心状に、ダイポールリング磁石３０が配置されている。ダイポールリング磁石３０は、図３の水平断面図に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石３１がリング状の磁性体のケーシング３２に取り付けられて構成されている。この例では、円柱状をなす１６個の異方性セグメント柱状磁石３１がリング状に配置されている。図３中、異方性セグメント柱状磁石３１の中に示す矢印は磁化の方向を示すものであり、この図に示すように、複数の異方性セグメント柱状磁石３１の磁化の方向を少しずつずらして全体として一方向に向かう一様な水平磁界Ｂが形成されるようになっている。
【００２９】
したがって、支持テーブル２とシャワーヘッド２０との間の空間には、図４に模式的に示すように、高周波電源１５により鉛直方向の電界ＥＬが形成され、かつダイポールリング磁石３０により水平磁界Ｂが形成され、このように形成された直交電磁界によりマグネトロン放電が生成される。これによって高エネルギー状態のエッチングガスのプラズマが形成され、ウエハＷがエッチングされる。
【００３０】
また、プラズマエッチング装置１００の各構成部は、ＣＰＵを備えたプロセスコントローラ５０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ５０には、工程管理者がプラズマエッチング装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、プラズマエッチング装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース５１が接続されている。
【００３１】
また、プロセスコントローラ５０には、プラズマエッチング装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５０の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件データ等が記録されたレシピが格納された記憶部５２が接続されている。
【００３２】
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース５１からの指示等にて任意のレシピを記憶部５２から呼び出してプロセスコントローラ５０に実行させることで、プロセスコントローラ５０の制御下で、プラズマエッチング装置１００での所望の処理が行われる。また、前記レシピは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどのコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に格納された状態のものを利用したり、あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させて利用したりすることも可能である。
【００３３】
次に、このように構成されるプラズマエッチング装置１００を用いて、シリコン層（単結晶シリコンまたはポリシリコン）を有するウエハＷに対してプラズマエッチングを行なう本発明のエッチング方法について説明する。
まず、ゲートバルブ１３を開にしてウエハＷをチャンバー１内に搬入し、支持テーブル２に載置した後、支持テーブル２を図示の位置まで上昇させ、排気系１２の真空ポンプにより排気ポート１１を介してチャンバー１内を排気する。
【００３４】
そして処理ガス供給系２５からエッチングガスおよび希釈ガスを含む処理ガスが所定の流量でチャンバー１内に導入され、チャンバー１内を所定の圧力にし、その状態で高周波電源１５から支持テーブル２に所定の高周波電力を供給する。この際に、ウエハＷは、直流電源１６から静電チャック６の電極６ａに所定の電圧が印加されることにより例えばクーロン力により静電チャック６に吸着保持されるとともに、上部電極であるシャワーヘッド２０と下部電極である支持テーブル２との間に高周波電界が形成される。シャワーヘッド２０と支持テーブル２との間にはダイポールリング磁石３０により水平磁界Ｂが形成されているので、ウエハＷが存在する電極間の処理空間には直交電磁界が形成され、これによって生じた電子のドリフトによりマグネトロン放電が生成される。そしてこのマグネトロン放電により形成されたエッチングガスのプラズマによりウエハＷがエッチングされる。
【００３５】
エッチングガスとしては、十分な対マスク選択比とエッチングレートを確保し、かつエッチング形状の制御を行なう観点からＣＦ４とＣＨＦ３とＡｒとＯ２とを含むガスを用いることが好ましい。ＣＦ４ガスは、プラズマ中で主にＣＦ４→ＣＦ３*＋Ｆ*に示す反応により、主としてエッチングに寄与するＦラジカル（Ｆ*）を生成すると考えられる。Ｆラジカルは、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、シリコン層と次の（反応１）〜（反応３）のように反応することによりエッチングを進行させる。
（反応１）ＳｉＯ２＋４Ｆ*  →  ＳｉＦ４↑＋Ｏ２
（反応２）Ｓｉ３Ｎ４＋１２Ｆ*  →  ３ＳｉＦ４↑＋２Ｎ２↑
（反応３）Ｓｉ＋４Ｆ*  →  ＳｉＦ４↑
【００３６】
ＣＨＦ３ガスは、上記ＣＦ４に添加するとＨＦを生成してＦラジカルを減少させるとともに、ＣＨやＣＦ系のポリマーを生成することにより、これらが保護膜として作用し、対レジスト選択比を向上させる。
【００３７】
Ａｒガスは、上記Ｆラジカルを生成する解離反応を促進するとともに、プラズマ中におけるラジカル分布の均一性を維持する作用を持つ。また、エッチング反応をしている膜をスパッタリングにより除去する効果もある。
【００３８】
また、Ｏ２ガスは、エッチングした溝や穴の底に、上記ＣＨやＣＦ系のポリマーが過剰に堆積することを防ぐ作用を有する。
【００３９】
エッチングの形状を良好なものにするためには、ウエハＷの温度を調節することも有効である。そのために冷媒室１７が設けられており、この冷媒室１７に冷媒が循環され、その冷熱が支持テーブル２を介してウエハＷに対して伝熱され、これによりウエハＷの処理面が所望の温度に制御される。
【００４０】
プラズマ生成用の高周波電源１５は、所望のプラズマを形成するためにその周波数および出力が適宜設定される。シリコンエッチングにおいては、ウエハＷの直上のプラズマ密度を高くする観点から、周波数を例えば１３．５６ＭＨｚもしくはそれ以上とすることが好ましい。
【００４１】
ダイポールリング磁石３０は、ウエハＷの直上のプラズマ密度を高くするために、対向電極である支持テーブル２およびシャワーヘッド２０の間の処理空間に磁場を印加するが、その効果を有効に発揮させるためには処理空間に１００００μＴ（１００Ｇ）以上の磁場を形成するような強度の磁石であることが好ましい。磁場は強ければ強いほどプラズマ密度を高くする効果が増加すると考えられるが、安全性の観点から１０００００μＴ（１ｋＧ）以下であることが好ましい。
【００４２】
プラズマエッチング装置１００を用いて積層膜を一括エッチングする際の好適な条件は以下のとおりである。
例えば、処理ガスの流量としては、ＣＦ４は１０〜５０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは２０〜４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、ＣＨＦ３は１０〜１００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは２０〜７０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ａｒは１００〜２０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは３００〜１２００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、Ｏ２は１〜３０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）、好ましくは６〜１５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定することができる。
また、エッチングレートの確保とエッチング形状の均一性確保（つまり、パターンの疎密によるエッチング溝の側壁の傾斜角度差を抑制し、ウエハ面内位置による臨界寸法差を抑制する）の観点から、その流量比をＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２＝１〜３／２〜４／２０〜４０／０．５〜２程度に設定することが好ましい。
処理圧力は、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜およびシリコン層のエッチングにおける対マスク選択比を確保する観点から、１．３〜４０Ｐａが好ましく、５〜１３．３Ｐａとすることがより好ましい。
また、エッチングガスの解離度を高くする観点から、高周波電源１５の高周波の周波数は１３．５６ＭＨｚ、高周波パワーは、下部電極に供給する高周波電力を基板の表面積で除した電力の大きさが３００Ｗ〜５００Ｗ（０．９６Ｗ／ｃｍ２〜１．５９Ｗ／ｃｍ２）となるようにすることが好ましい。
また、エッチング形状つまり異方性を良好に制御する観点から、ウエハＷの温度を例えば４０〜７０℃程度に調整することが好ましい。
【００４３】
＜第１実施形態＞
図５は、第１実施形態のプラズマエッチング方法が適用される半導体ウエハＷなどの被処理体１１０の断面構造を模式的に示す図面である。この被処理体１１０は、シリコン基板１０１の上に、下から順に、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜１０２、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０３、多結晶シリコン層１０４、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０５、無機系の反射防止膜（Ｂａｒｃ）１０６が形成され、さらにその上に、予めパターン形成されたレジスト（ＰＲ）１０７が形成されている。このエッチング工程は、多結晶シリコン層１０４を電極層としてゲート電極を形成する一工程であり、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜１０２および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０３はゲート絶縁膜となる。
【００４４】
従来のエッチング方法では、図５の状態の被処理体１１０に対し、まずレジスト（ＰＲ）１０７をマスクとして反射防止膜１０６および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０５をエッチングし、次に、レジスト（ＰＲ）１０７をアッシングにより除去した後、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０５をハードマスクとして使用して多結晶シリコン層１０４をエッチングする手法が採られてきた。そして、反射防止膜１０６および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０５をエッチングする際には、絶縁膜エッチング専用のエッチング装置を用い、多結晶シリコン層１０４をエッチングする際には、シリコン専用のエッチング装置を使用していた。また、レジスト（ＰＲ）１０７のアッシング除去は、専用のアッシング装置を用いて行なっていた。
【００４５】
これに対し、本実施形態に係るプラズマエッチング方法では、プラズマエッチング装置１００において、処理ガスとしてフルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガスおよびＯ２を含む処理ガス、例えばＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２を用い、レジスト（ＰＲ）１０７をマスクとしてそのパターンに基づき、反射防止膜（Ｂａｒｃ）１０６、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０５、多結晶シリコン層１０４、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０３、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜１０２までを一気にエッチングする。この積層膜一括エッチングにより、一段階のエッチング工程で、図６に示すように、凹部１０８を形成することができる。
【００４６】
＜第２実施形態＞
図７は、第２実施形態のプラズマエッチング方法が適用される半導体ウエハなどの被処理体２１０の断面構造を模式的に示す図面である。この被処理体２１０は、シリコン基板２０１の上に、下から順に、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０２、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜２０３、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜２０４、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０５が形成され、さらにその上に、予めパターン形成されたレジスト（ＰＲ）２０６が形成されている。このエッチング工程は、ＳＴＩによってシリコン基板２０１に絶縁膜埋込み用のトレンチ２０７を形成するための一工程である。
【００４７】
従来のエッチング方法では、図７の状態の被処理体２１０に対し、まずレジスト（ＰＲ）２０６をマスクとして酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０５、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜２０４、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜２０３および酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０２をエッチングし、次に、レジスト（ＰＲ）２０６をアッシングにより除去した後、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０５、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜２０４および窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜２０３をマスクとして使用し、シリコン基板２０１をエッチングする手法が採られてきた。そして、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０５、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜２０４、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜２０３および酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０２をエッチングする際には、絶縁膜エッチング専用のエッチング装置を用い、シリコン基板２０１をエッチングする際には、シリコン専用のエッチング装置を使用していた。また、レジスト（ＰＲ）のアッシング除去は、専用のアッシング装置を用いて行なっていた。
【００４８】
これに対し、本実施形態に係るプラズマエッチング方法では、プラズマエッチング装置１００を用い、処理ガスとして、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、希ガスおよびＯ２ガスを含む処理ガス、例えばＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２を用いることにより、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０５、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜２０４、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜２０３、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０２およびシリコン基板２０１を一気にエッチングする。この積層膜一括エッチングにより、一回のエッチング工程で、図８に示すようにシリコン基板２０１に絶縁膜埋込み用のトレンチ２０７を形成することができる。
【００４９】
以上の第１および第２の実施形態から明らかなように、上記特定の組合せの処理ガスを使用することにより、少なくともシリコン層と絶縁膜とを含む積層体を、単一のエッチング装置を使用して一度のエッチング工程でエッチング処理できるので、共用化による装置の削減と、工程数および処理時間の大幅な削減が実現する。
【００５０】
次に、実施例、試験例を挙げて本発明をさらに説明するが、本発明はこれらによって制約されるものではない。
実施例１
図５に示す積層構造を有する被処理体１１０に対して、プラズマエッチング装置１００を使用し、エッチングガスとしてＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２を用いてエッチングを実施し、レジスト（ＰＲ）１０７をマスクとして、凹部１０８を形成した。ここで、レジスト（ＰＲ）１０７としては、膜厚４００ｎｍで元素組成がＣ、Ｈ、ＦおよびＯからなる材料を用い、反射防止膜（Ｂａｒｃ）１０６の膜厚は５８ｎｍ、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜１０５の膜厚は６０ｎｍ、多結晶シリコン層１０４の膜厚６５ｎｍのものを使用した。また、レジスト（ＰＲ）１０７のパターンは、ライン０．６μｍ、スペース０．２４μｍのライン＆スペースとした。
【００５１】
エッチング条件は下記のとおりである。
ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２＝２０／２５／３００／１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
圧力＝１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）
ＲＦ周波数（高周波電源１５）＝１３．５６ＭＨｚ
ＲＦパワー＝４００Ｗ（１．２７Ｗ／ｃｍ２）
背圧（センター部／エッジ部）＝１０６６Ｐａ／２０００Ｐａ（８／１５Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
上部及び下部電極間距離＝２７ｍｍ
温度（上部電極／チャンバ側壁／下部電極）＝６０℃／６０℃／３０℃
エッチング時間＝１１１秒
【００５２】
エッチングの結果を表１に示す。
上部ＣＤ（反射防止膜（Ｂａｒｃ）１０６と窒化ケイ素膜１０５との界面のＣＤ；Critical Dimension）は、ウエハＷのセンター部およびエッジ部［図９（ｃ）参照］のいずれにおいても２７０ｎｍであり、ウエハＷの面内において均一なエッチングが可能であった。また、レジスト（ＰＲ）１０７の残存膜厚から、レジストマスクとの選択比を十分に確保できたことが確認された。なお、表中のレジスト残存膜厚における「フラット」はレジスト（ＰＲ）１０７の平坦面の膜厚（レジストの全厚み）であることを意味し、「ファセット」は、レジスト（ＰＲ）１０７の角部にイオンスパッタ等の作用によって削れ（いわゆる肩落ち）が発生した場合に、レジスト（ＰＲ）膜１０７の全厚みから肩落ち部分の厚みを差し引いた膜厚であることを意味する。
【００５３】
【表１】
2007258426.tif 000003
【００５４】
実施例２
図７に示す積層構造を有する被処理体２１０に対して、プラズマエッチング装置１００を使用し、エッチングガスとしてＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２を用いてエッチングを実施し、レジスト（ＰＲ）２０６をマスクとして、トレンチ２０７を形成した。ここで、レジスト（ＰＲ）２０６としては、膜厚３２０ｎｍで元素組成がＣ、Ｈ、ＦおよびＯからなる材料を用い、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０５は膜厚２０ｎｍ、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜２０４は膜厚３２ｎｍ、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜２０３は膜厚２６５ｎｍ、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜２０２は膜厚８ｎｍのものを使用した。また、レジスト（ＰＲ）２０６のパターンは、ライン幅０．１７μｍ、トレンチ幅０．１８μｍとした。
【００５５】
エッチング条件は下記のとおりである。
ＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２＝２０／２５／３００／１０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）
圧力＝１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）
ＲＦ周波数（高周波電源１５）＝１３．５６ＭＨｚ
ＲＦパワー＝４００Ｗ（１．２７Ｗ／ｃｍ２）
背圧（センター部／エッジ部）＝９３３Ｐａ／５３３２Ｐａ（７／４０Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）
上部及び下部電極間距離＝２７ｍｍ
温度（上部電極／下部電極）＝６０℃／３０℃
エッチング時間＝１３０秒
【００５６】
エッチングの結果を表２に示す。
ウエハＷのセンター部およびエッジ部のいずれにおいても、上部ＣＤ（本試験では、酸化ケイ素膜２０２と窒化ケイ素膜２０３の界面のＣＤ）は２０６ｎｍであり、トレンチ２０７の底部のＣＤは１７４ｎｍであったことから、ウエハＷの面内において均一なエッチングが可能であった。
また、シリコン基板２０１に形成されたトレンチ深さおよび側壁角度（１８０°−θ；図８参照）もウエハＷのセンター部およびエッジ部で同じであり、エッチング形状について高い面内均一性が得られることが示された。
【００５７】
【表２】
2007258426.tif 000004
【００５８】
次に、エッチング条件がエッチングレート、対マスク選択比およびエッチング形状に与える影響について試験を行なった。この試験では、図９（ａ）に示す積層構造を有するサンプルウエハを使用した。このサンプルウエハは、シリコン基板３０１に、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜３０２、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３およびレジスト膜３０４が積層された構造を有している。そして、処理ガスとしてＣＦ４／ＣＨＦ３／Ａｒ／Ｏ２を用い、表３に示すように実験計画法に基づいてエッチング条件を変えてエッチングを行ない、凹部３０５を形成した。その際のエッチングレート、対レジストマスク選択比およびエッチング形状を測定して比較した。
なお、エッチングにおける他の条件としてＲＦ周波数（高周波電源１５）は１３．５６ＭＨｚ、ＲＦパワーは３００Ｗ（０．９６Ｗ／ｃｍ２）、背圧（センター部／エッジ部）は９３３Ｐａ／２６６６Ｐａ（７／２０Ｔｏｒｒ；Ｈｅガス）、上部及び下部電極間距離＝２７ｍｍ、温度（上部電極／下部電極）は６０℃／３０℃で行なった。
【００５９】
エッチングレート、対レジストマスク選択比の結果を表４および図１０〜図１３に示した。また、エッチング形状の結果を表５および図１４〜図２１に示した。なお、図１０〜図１３では、横軸がＣＨＦ３／Ａｒの流量比であり、縦軸が処理圧力である。
【００６０】
【表３】
2007258426.tif 000005
【００６１】
【表４】
2007258426.tif 000006
【００６２】
【表５】
2007258426.tif 000007
【００６３】
図１０は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３のレジスト膜３０４に対するエッチング選択比を示している。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３をエッチングする際の対マスク選択比は１以上あればよいため、この図１０から、設定した条件範囲内であれば概ね十分な対マスク選択比が得られることがわかる。また、ＣＨＦ３／Ａｒの流量比が大きく、かつ処理圧力が高い条件（図１０の右上の領域）を選択することによって、対マスク選択比をさらに改善できることがわかる。
【００６４】
図１１は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３のエッチングレートを示している。この図１１から、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３のエッチングレートを向上させる条件としては、処理圧力はあまり効果が無く、むしろ設定した条件範囲の中でＣＨＦ３／Ａｒの流量比を大きくすることが有効であることがわかる。
【００６５】
図１２は、シリコン基板３０１のレジスト膜３０４に対するエッチング選択比を示している。シリコンエッチングの対マスク選択比は１以上あればよいため、図１２から、設定した条件範囲の中であれば概ね十分な対マスク選択比が得られていることがわかる。また、ＣＨＦ３／Ａｒの流量比が大きく、かつ処理圧力が高い条件（図１２の右上の領域）を選択することによって、シリコンエッチングにおける対マスク選択比をさらに改善することができる。
【００６６】
図１３は、シリコン基板３０１のエッチングレートを示している。この図１３から、設定した条件範囲の中で、ＣＨＦ３／Ａｒの流量比が大きい場合には、処理圧力が小さい方が高いエッチングレートが得られ、ＣＨＦ３／Ａｒの流量比が小さい場合には、処理圧力が大きい方が高いエッチングレートが得られることが示された。
【００６７】
以上の結果を総合すると、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３およびシリコン基板３０１をエッチングする際の対マスク選択比をより改善したい場合には、表３の条件範囲の中で圧力を高く設定し、かつＣＨＦ３／Ａｒ流量比を高く設定することが有効である。この場合、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３のエッチングレートも高めることができる。一方、シリコン基板３０１のエッチングレートを重視する場合には、図１３に示すようにＣＨＦ３／Ａｒの流量比が大きい場合には処理圧力が小さい方が良く、ＣＨＦ３／Ａｒの流量比が小さい場合には処理圧力が大きい方が良いことを考慮して、エッチング途中でＣＨＦ３の流量または処理圧力を変化させることが好ましい。
【００６８】
例えば、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３をエッチングする段階では、十分な対マスク選択比とエッチングレートを得るべく、表３の条件範囲の中で圧力およびＣＨＦ３／Ａｒ流量比を高く設定しておき、凹部３０５がシリコン基板３０１に達した後のシリコンエッチングの段階で、ＣＨＦ３流量はそのままにして処理圧力を低下させるか、あるいは逆に、処理圧力はそのままにしてＣＨＦ３流量を低下させることにより、シリコン基板３０１のエッチングレートを改善できる。これらの場合、シリコンエッチングの対マスク選択比は１以上あればよいことから、図１２の結果より、対マスク選択比を大きく損なう心配はないと考えられる。
なお、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３をエッチングする段階で、表３の条件範囲の中で処理圧力およびＣＨＦ３／Ａｒ流量比をともに低く設定することも可能であり、この場合には、凹部３０５がシリコン基板３０１に達した後のシリコンエッチングの段階で、例えばＣＨＦ３流量はそのままにして処理圧力を上昇させるか、あるいは逆に、処理圧力はそのままにしてＣＨＦ３流量を増加させることにより、シリコン基板３０１のエッチングレートを改善できる。
【００６９】
次に、表５における「疎密パターン間の側壁の傾斜角度差」と、それに対応する図１４〜図１７の結果について説明する。
表５の結果は、ウエハＷ上のエッチング形状の均一性を確認するため、以下の方法でデバイスにおける溝の側壁の傾斜角度差を計測したものである。側壁傾斜角度差は、図９（ｂ）に示す密な部位の凹部３０５の側壁の傾斜角度θ１と疎な部位の凹部３０５の側壁の傾斜角度θ２とを測定し、その差［（疎な部位の側壁傾斜角度θ２）−（密な部位の側壁傾斜角度θ１）］から算出した。
【００７０】
上記側壁傾斜角度差に関する結果の表５に対して、分散分析を行なったものが図１４〜図１７である。これによって各プロセスパラメータ（圧力、ＣＦ４流量、ＣＨＦ３／Ａｒ流量比、Ｏ２流量）の変動に対する側壁傾斜角度差の変動傾向がわかる。
より具体的には、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、ウエハＷのセンター部とエッジ部におけるパターンが疎な部位（ｉｓｏ）の側壁傾斜角度を各３箇所計測し、その平均値を求めた。同様に、ウエハＷのセンター部とエッジ部におけるパターンが密な部位（ｄｅｎｓｅ）の側壁傾斜角度を３箇所計測し、その平均値を求めた。そして、疎な部位の側壁傾斜角度の平均値と、密な部位の側壁傾斜角度の平均値との差を求め、図１４〜図１７のグラフの縦軸とした（単位；度）。縦軸の絶対値が小さいほど、側壁傾斜角度の疎密差が少ないことを示している。
【００７１】
図１４より、圧力については、設定した条件範囲の中で９．３〜１０．６Ｐａ（７０〜８０ｍＴｏｒｒ）が良好であり、圧力がそれよりも大きい場合あるいは小さい場合には、パターンの疎密による側壁傾斜角度差が拡大する傾向が示された。
【００７２】
図１５より、ＣＨＦ３とＡｒの流量比ＣＨＦ３／Ａｒについては、流量比が大きくなると（つまり、ＣＨＦ３流量を増加させると）、パターンの疎密による側壁傾斜角度差が拡大する傾向があり、流量比ＣＨＦ３／Ａｒにより上記側壁傾斜角度差を解消することは困難であることが判明した。
【００７３】
図１６より、ＣＦ４流量については、設定した条件範囲の中で流量を増加させるに従い、パターンの疎密による側壁傾斜角度差が縮小する傾向が確認できた。同様に、図１７より、Ｏ２流量についても設定した条件範囲の中で流量を増加させるに従い、上記側壁傾斜角度差が縮小する傾向が確認できた。従って、ＣＦ４流量および／またはＯ２流量を調整することによって、パターンの疎密による側壁傾斜角度差を制御できることが判明した。
【００７４】
次に、表５における「ウエハ面内のＣＤの差」とそれに対応する図１８〜図２１の結果について説明する。
この表５に示す結果は、ウエハＷ上のエッチング形状の均一性を確認するため、以下の方法でウエハ面内の臨界寸法（ＣＤ；critical dimension)の差を計測したものである。ＣＤは、図９（ｂ）に示すように、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜３０２と窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜３０３との界面において、その幅を計測して求めた。
より具体的には、ウエハＷのセンター部とエッジ部におけるＣＤを各３箇所計測し、それぞれの平均値を求めた。そして、センター部のＣＤの平均値と、エッジ部のＣＤの平均値との差を求めたものが、表５における「ウエハ面内のＣＤ差」である。その表５におけるＣＤ差の結果に対して分散分析を行なったものが、図１８〜図２１である。これによって各プロセスパラメータ（圧力、ＣＦ４流量、ＣＨＦ３／Ａｒ流量比、Ｏ２流量）の変動に対するウエハ面内のＣＤの差の変動傾向がわかる。各グラフの縦軸は、ウエハ面内のＣＤ差とした（単位ｎｍ）。
【００７５】
図１８および図２１より、処理圧力およびＯ２流量については、設定した条件範囲の中で大きな差異は認められなかった。図１９より、流量比ＣＨＦ３／Ａｒについては、設定した条件範囲の中で流量比が増加するほど（つまり、ＣＨＦ３が増加するほど）、ＣＤの差が縮小する傾向が確認され、流量比ＣＨＦ３／Ａｒを調節することにより、ＣＤの面内差を制御できる可能性が示唆された。
【００７６】
また、図２０より、ＣＦ４流量については、設定した条件範囲の中で流量を増加させるに従い、ＣＤの面内差が縮小する傾向が確認できた。よって、ＣＦ４流量を調整することによって、ＣＤの面内差を制御できることが判明した。
【００７７】
以上の結果（図１４〜図２１）を総合すると、パターンの疎密による側壁傾斜角度差および面内位置におけるＣＤ差を改善するためには、ＣＦ４の流量を調節することが有効であり、この目的のためには例えばＣＦ４の流量を２０〜４０ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定することが望ましい。また、パターンの疎密による側壁傾斜角度差を改善するためには、Ｏ２の流量を調節することも有効であり、この目的のためには例えばＯ２の流量を６〜１５ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に設定することが望ましい。
【００７８】
以上のように、本発明のプラズマエッチング方法によれば、レジストをマスクとして絶縁膜とシリコン層を含む積層膜を一括してエッチングすることが可能になる。これにより、例えばトランジスタのゲート電極形成や、ＳＴＩによる素子分離用トレンチ形成などの工程を大幅に短縮することが可能になる。
また、ウエハＷの面内におけるエッチング形状の変動や、パターンの疎密によるエッチング形状の変動を抑制して、エッチング形状の均一性を確保することが可能になる。
従って、本発明のプラズマエッチング方法は、各種半導体の製造において好適に利用できるものである。
【００７９】
以上、本発明の実施形態を述べたが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態ではマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置の磁場形成手段としてダイポールリング磁石を用いたが、これに限るものではなく、磁場の形成も必須なものではない。また、本発明のガス種によってプラズマを形成することができれば装置は問わず、容量結合型や誘導結合型等の種々のプラズマエッチング装置を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、例えばトランジスタなどの各種半導体装置を製造する過程において好適に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明方法の実施に好適なマグネトロンＲＩＥプラズマエッチング装置を示す断面図。
【図２】図１における処理ガス供給系の構造図。
【図３】図１の装置のチャンバーの周囲に配置されたダイポールリング磁石を模式的に示す水平断面図。
【図４】チャンバー内に形成される電界および磁界を説明するための模式図。
【図５】本発明方法が適用される半導体ウエハの積層構造を示す断面の模式図。
【図６】エッチング後の半導体ウエハの断面を示す図面。
【図７】本発明方法が適用される別の例の半導体ウエハの積層構造を示す断面の模式図。
【図８】エッチング後の半導体ウエハの断面を示す図面。
【図９】試験に使用したサンプルウエハを示し（ａ）はエッチング前の断面を示し、（ｂ）はエッチング後の断面を示し、（ｃ）はサンプルウエハ表面のＣＤの測定位置を示す。
【図１０】ガス流量比と圧力を変化させた場合の窒化ケイ素膜のレジストマスクに対するエッチング選択比を示す図面。
【図１１】ガス流量比と圧力を変化させた場合の窒化ケイ素膜のエッチングレートを示す図面。
【図１２】ガス流量比と圧力を変化させた場合のシリコンのレジストマスクに対するエッチング選択比を示す図面。
【図１３】ガス流量比と圧力を変化させた場合のシリコンのエッチングレートを示す図面。
【図１４】圧力を変化させた場合のパターンの疎密による側壁傾斜角度差の変化を示す図面。
【図１５】ＣＨＦ３／Ａｒ流量比を変化させた場合のパターンの疎密による側壁傾斜角度差の変化を示す図面。
【図１６】ＣＦ４流量を変化させた場合のパターンの疎密による側壁傾斜角度差の変化を示す図面。
【図１７】Ｏ２流量を変化させた場合のパターンの疎密による側壁傾斜角度差の変化を示す図面。
【図１８】圧力を変化させた場合のウエハ面内位置による臨界寸法差の変化を示す図面。
【図１９】ＣＨＦ３／Ａｒ流量比を変化させた場合のウエハ面内位置による臨界寸法差の変化を示す図面。
【図２０】ＣＦ４流量を変化させた場合のウエハ面内位置による臨界寸法差の変化を示す図面。
【図２１】Ｏ２流量を変化させた場合のウエハ面内位置による臨界寸法差の変化を示す図面。
【符号の説明】
【００８２】
１；チャンバー（処理容器）
２；支持テーブル（電極）
１２；排気系
１５；高周波電源
１７；冷媒室
１８；ガス導入機構
２０；シャワーヘッド（電極）
２５；処理ガス供給系
３０；ダイポールリング磁石
１０１；シリコン基板
１０２；酸化ケイ素膜（ＳｉＯ２）
１０３；窒化ケイ素膜（Ｓｉ３Ｎ４）
１０４；多結晶シリコン層
１０５；窒化ケイ素膜（Ｓｉ３Ｎ４）
１０６；反射防止膜（Ｂａｒｃ）
１０７；レジスト（ＰＲ）
１１０；被処理体
２０１；シリコン基板
２０２；酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜
２０３；窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜
２０４；酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）膜
２０５；酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜
２０６；レジスト（ＰＲ）
３０１；シリコン基板
３０２；酸化ケイ素（ＳｉＯ２）膜
３０３；窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）膜
３０４；レジスト（ＰＲ）
Ｗ；ウエハ
【図１】
2007258426.tif 000008
【図２】
2007258426.tif 000009
【図３】
2007258426.tif 000010
【図４】
2007258426.tif 000011
【図５】
2007258426.tif 000012
【図６】
2007258426.tif 000013
【図７】
2007258426.tif 000014
【図８】
2007258426.tif 000015
【図９】
2007258426.tif 000016
【図１０】
2007258426.tif 000017
【図１１】
2007258426.tif 000018
【図１２】
2007258426.tif 000019
【図１３】
2007258426.tif 000020
【図１４】
2007258426.tif 000021
【図１５】
2007258426.tif 000022
【図１６】
2007258426.tif 000023
【図１７】
2007258426.tif 000024
【図１８】
2007258426.tif 000025
【図１９】
2007258426.tif 000026
【図２０】
2007258426.tif 000027
【図２１】
2007258426.tif 000028