(57)【要約】【課題】マスク選択比を向上させることを目的とする。【解決手段】上部電極と下部電極とが対向して配置された処理容器内において被処理体上の絶縁層をエッチングする方法であって、前記処理容器内にフルオロカーボンガス及び四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）ガスを含む処理ガスを供給し、前記上部電極及び前記下部電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加してプラズマを生成し、生成した前記プラズマによりマスクを介して絶縁層をエッチングする、工程を含むエッチング方法が提供される。【選択図】図３
2017098478.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部電極と下部電極とが対向して配置された処理容器内において被処理体上の絶縁層をエッチングする方法であって、
前記処理容器内にフルオロカーボンガス及び四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）ガスを含む処理ガスを供給し、
前記上部電極及び前記下部電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加してプラズマを生成し、
生成した前記プラズマによりマスクを介して絶縁層をエッチングする、
工程を含むエッチング方法。
【請求項２】
前記処理ガスの全流量に対する四フッ化ケイ素ガスの割合を制御することで、生成した前記プラズマに含まれるＣＦラジカルのＦラジカルに対する割合を増やす、
請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記上部電極に負の直流電圧を供給する、
請求項１又は２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記処理ガスは、四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスを含み、
前記処理容器内に供給する四フッ化ケイ素ガスの、四フッ化炭素ガス及び四フッ化ケイ素ガスに対する割合を１０％〜７５％の範囲に制御する、
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記処理容器内に供給する四フッ化ケイ素ガスの、四フッ化炭素ガス及び四フッ化ケイ素ガスに対する割合を５０％〜７５％の範囲に制御する、
請求項４に記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記絶縁層は、Ｌｏｗ−ｋ膜、シリコン酸化膜又はシリコン含有反射防止膜のいずれかである、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記エッチング方法は、容量結合型プラズマ装置において生成されたプラズマにより被処理体をエッチングする方法である、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記処理ガスは、炭素原子Ｃと酸素原子Ｏとを含むガス及び酸素（Ｏ２）ガスを含まないガスである、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エッチング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エッチング装置を用いて、半導体デバイスの回路パターンを半導体ウェハ（以下、「ウェハ」ともいう。）上に微細加工する技術が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、ウェハ上の絶縁層をエッチングする際にボーイングを抑制する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−６０５６６号公報
【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、近年の更なる微細化の要求に応じるために、高精度のエッチング加工を実現するためには、ウェハに施されるエッチングの面内均一性を保ちつつ、被エッチング対象膜のエッチングに対してマスクがエッチングされる比率を示す選択比（以下、「マスク選択比」ともいう。）を高めることが重要になっている。
【０００５】
上記課題に対して、一側面では、本発明は、マスク選択比を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、一の態様によれば、上部電極と下部電極とが対向して配置された処理容器内において被処理体上の絶縁層をエッチングする方法であって、前記処理容器内にフルオロカーボンガス及び四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）ガスを含む処理ガスを供給し、前記上部電極及び前記下部電極の少なくともいずれかに高周波電力を印加してプラズマを生成し、生成した前記プラズマによりマスクを介して絶縁層をエッチングする、工程を含むエッチング方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
一の側面によれば、マスク選択比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るエッチング装置の縦断面の一例を示す図。
【図２】一実施形態に係るエッチング方法の一例を示すフローチャート。
【図３】一実施形態に係るエッチング方法によるエッチング結果の一例を示す図。
【図４】一実施形態に係るエッチング方法によるエッチング結果の一例を示す図。
【図５】一実施形態に係るエッチング方法によるエッチング結果の一例を示す図。
【図６】ＳＡＶ方式を用いたエッチングを説明する図。
【図７】一実施形態に係るエッチング方法をビアステップに適用した場合のエッチング結果の一例を示す図。
【図８】一実施形態に係るエッチング方法をＳｉ−ＡＲＣのエッチング工程に適用した場合のエッチング結果の一例を示す図。
【図９】一実施形態に係るＳｉＦ４ガスの流量比とマスク選択比の一例を示す図。
【図１０】一実施形態に係るＳｉＦ４ガスの添加とマスク選択比のメカニズムを説明するための図。
【図１１】一実施形態に係るＳｉＦ４ガスの添加量とマスク選択比の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く。
【００１０】
［エッチング装置の全体構成］
まず、本発明の一実施形態にかかるエッチング方法により半導体ウェハ（以下、単に「ウェハ」という。）にプラズマエッチングを実行するエッチング装置１について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるエッチング装置１の縦断面の一例を示す。本実施形態にかかるエッチング装置１は、下部電極としても機能する載置台２０と、上部電極としても機能するガスシャワーヘッド２５とを対向配置した平行平板型のエッチング装置（容量結合型エッチング装置）である。
【００１１】
エッチング装置１は、例えば表面がアルマイト処理（陽極酸化処理）されたアルミニウムからなる円筒形の処理容器１０を有している。処理容器１０は、電気的に接地されている。載置台２０は、処理容器１０の底部に設置され、ウェハＷを載置する。ウェハＷは、被処理体の一例である。載置台２０は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）やチタン（Ｔｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等から形成されている。載置台２０の上面には、ウェハＷを静電吸着するための静電チャック１０６が設けられている。静電チャック１０６は、絶縁体１０６ｂの間にチャック電極１０６ａを挟み込んだ構造になっている。チャック電極１０６ａには直流電圧源１１２が接続され、直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧ＨＶが印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着される。
【００１２】
載置台２０は、支持体１０４により支持されている。支持体１０４の内部には、冷媒流路１０４ａが形成されている。冷媒流路１０４ａには、冷媒入口配管１０４ｂ及び冷媒出口配管１０４ｃが接続されている。チラー１０７から出力された例えば冷却水やブライン等の冷却媒体（以下、「冷媒」ともいう。）は、冷媒入口配管１０４ｂ、冷媒流路１０４ａ及び冷媒出口配管１０４ｃを循環する。冷媒により、載置台２０及び静電チャック１０６は抜熱され、冷却される。
【００１３】
伝熱ガス供給源８５は、ヘリウムガス（Ｈｅ）やアルゴンガス（Ａｒ）等の伝熱ガスをガス供給ライン１３０に通して静電チャック１０６上のウェハＷの裏面に供給する。かかる構成により、静電チャック１０６は、冷媒流路１０４ａに循環させる冷媒と、ウェハＷの裏面に供給する伝熱ガスとによって温度制御される。この結果、ウェハを所定の温度に制御することができる。
【００１４】
載置台２０には、２周波重畳電力を供給する電力供給装置３０が接続されている。電力供給装置３０は、第１周波数の第１高周波電力（プラズマ生成用の高周波電力）を供給する第１高周波電源３２と、第１周波数よりも低い第２周波数の第２高周波電力（バイアス電圧発生用の高周波電力）を供給する第２高周波電源３４とを有する。第１高周波電源３２は、第１整合器３３を介して載置台２０に電気的に接続される。第２高周波電源３４は、第２整合器３５を介して載置台２０に電気的に接続される。第１高周波電源３２は、例えば、６０ＭＨｚの第１高周波電力を載置台２０に印加する。第２高周波電源３４は、例えば、１３．５６ＭＨｚの第２高周波電力を載置台２０に印加する。なお、本実施形態では、第１高周波電力は載置台２０に印加されるが、ガスシャワーヘッド２５に印加されてもよい。
【００１５】
第１整合器３３は、第１高周波電源３２の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第２整合器３５は、第２高周波電源３４の内部（または出力）インピーダンスに負荷インピーダンスを整合させる。第１整合器３３は、処理容器１０内にプラズマが生成されているときに第１高周波電源３２の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。第２整合器３５は、処理容器１０内にプラズマが生成されているときに第２高周波電源３４の内部インピーダンスと負荷インピーダンスとが見かけ上一致するように機能する。
【００１６】
ガスシャワーヘッド２５は、その周縁部を被覆するシールドリング４０を介して処理容器１０の天井部の開口を閉塞するように取り付けられている。ガスシャワーヘッド２５には、可変直流電源７０が接続され、可変直流電源７０から所定の直流（ＤＣ）電圧が印加される。ガスシャワーヘッド２５は、シリコンから形成されてもよい。
【００１７】
ガスシャワーヘッド２５には、ガスを導入するガス導入口４５が形成されている。ガスシャワーヘッド２５の内部にはガス導入口４５から分岐したセンター側の拡散室５０ａ及びエッジ側の拡散室５０ｂが設けられている。ガス供給源１５から出力されたガスは、ガス導入口４５を介して拡散室５０ａ、５０ｂに供給され、拡散室５０ａ、５０ｂにて拡散されて多数のガス供給孔５５から載置台２０に向けて導入される。
【００１８】
処理容器１０の底面には排気口６０が形成されており、排気口６０に接続された排気装置６５によって処理容器１０内が排気される。これにより、処理容器１０内を所定の真空度に維持することができる。処理容器１０の側壁にはゲートバルブＧが設けられている。ゲートバルブＧは、処理容器１０からウェハＷの搬入及び搬出を行う際に搬出入口を開閉する。
【００１９】
エッチング装置１には、装置全体の動作を制御する制御部１００が設けられている。制御部１００は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）１０５、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）１１０及びＲＡＭ（Random  Access  Memory）１１５を有している。ＣＰＵ１０５は、これらの記憶領域に格納された各種レシピに従って、後述されるエッチング等の所望の処理を実行する。レシピにはエッチング条件等の処理条件に対する装置の制御情報であるプロセス時間、圧力（ガスの排気）、高周波電力や電圧、各種ガス流量、処理容器内温度（上部電極温度、処理容器の側壁温度、ウェハＷ温度、静電チャック温度等）、チラー１０７の冷媒温度などが記載されている。なお、これらのプログラムや処理条件を示すレシピは、ハードディスクや半導体メモリに記憶されてもよい。また、レシピは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性のコンピュータにより読み取り可能な記憶媒体に収容された状態で所定位置にセットされ、読み出されるようにしてもよい。
【００２０】
エッチングするときには、ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷが処理容器１０に搬入され、載置台２０に載置される。直流電圧源１１２からチャック電極１０６ａに直流電圧ＨＶが印加されることにより、クーロン力によってウェハＷが静電チャック１０６に吸着され、保持される。
【００２１】
次いで、処理ガス、高周波電力が処理容器１０内に供給され、プラズマが生成される。生成されたプラズマによりウェハＷがプラズマ処理される。プラズマ処理後、チャック電極１０６ａにウェハＷの吸着時とは正負が逆の直流電圧ＨＶが印加され、ウェハＷの電荷が除電され、ウェハＷが静電チャック１０６から剥がされる。ゲートバルブＧの開閉が制御され、ウェハＷが処理容器１０から搬出される。
【００２２】
［エッチング方法］
本実施形態では、上記構成のエッチング装置１を用いて、ポリシリコン（Poly-Si）、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、フォトレジスト（ＰＲ）、窒化チタン（ＴｉＮ）膜等のレジスト膜をマスクにしてシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）をエッチングする。ただし、マスクの種類は上記の例に限られない。また、被エッチング対象膜は、シリコン酸化膜に限らず、Ｌｏｗ−ｋ膜等の絶縁層のエッチングに適用できる。
【００２３】
処理容器１０内にウェハが搬入され、載置台２０に保持されると、制御部１００は、図２に示す本実施形態に係るエッチング方法を開始する。まず、制御部１００は、フルオロカーボンガス（炭素及びフッ素を含むガス）に四フッ化ケイ素（ＳｉＦ４）ガスを添加した混合ガスを、ガス供給源１５から処理容器１０内に供給する(ステップＳ１０)。本実施形態では、炭素（Ｃ）ガス及びフッ素（Ｆ）ガスを含むガスの一例として四フッ化炭素（ＣＦ４）ガスが供給される。ただし、フルオロカーボンガスは、ＣＦ４ガスに限らず、オフタフルオロシクロブタン（Ｃ４Ｆ８）ガス、ヘキサフルオロ−１，３−ブタジエン（Ｃ４Ｆ６）ガス等であってもよい。
【００２４】
次に、制御部１００は、第１高周波電源３２から出力される第１周波数の第１高周波電力ＨＦ（プラズマ生起用高周波電力）を下部電極として機能する載置台２０に印加する（ステップＳ１２）。また、制御部１００は、第２高周波電源３４から出力される第２周波数の第２高周波電力ＬＦ（バイアス電圧発生用の高周波電力）を載置台２０に印加する（ステップＳ１２）。
【００２５】
次に、制御部１００は、可変直流電源７０から上部電極として機能するガスシャワーヘッド２５に負の直流電圧ＤＣを出力する（ステップＳ１４）。以上のステップＳ１０〜Ｓ１４に示すエッチング条件の下、プラズマが生成され、そのプラズマの作用により、マスクを介して、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯｘ）等のシリコン含有酸化膜がエッチングされ（ステップＳ１６）、本処理が終了する。
【００２６】
なお、ステップＳ１２において第２高周波電力ＬＦは印加されなくてもよい。また、ステップＳ１４において負の直流電圧ＤＣは印加されなくてもよい。ただし、後述されるように負の直流電圧ＤＣは印加する方が、マスク選択比が向上するため好ましい。
【００２７】
［エッチング結果１］
以上に説明した、本実施形態にかかるエッチング結果１の一例について、図３〜図５に基づき説明する。図３〜図５の各グラフは、以下のエッチング条件により本実施形態に係るエッチング方法によって、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）をエッチングした結果を示す。
【００２８】
（エッチング条件）
・載置台の温度        １０℃
・第１高周波電力ＨＦ  ３００Ｗ
・第２高周波電力ＬＦ  １００Ｗ
・負の直流電圧ＤＣ        印加する場合と、印加しない場合あり
・ガス                ＣＦ４，ＳｉＦ４
・圧力                ８０ｍＴ（１０．６７Ｐａ）
図３のグラフの横軸は、供給するＳｉＦ４ガスの流量を示し、縦軸は、マスク選択比を示す。実線Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、エッチング中、負の直流電圧ＤＣを印加した場合のエッチング結果を示す。具体的には、実線Ａは、ポリシリコンのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。実線Ｂは、窒化チタン（ＴｉＮ）をマスク（メタルハードマスク）としてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。実線Ｃは、フォトレジスト膜（ＰＲ）をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。実線Ｄは、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。
【００２９】
なお、右側の縦軸は、窒化チタンをマスクとした場合のマスク選択比を示し、左側の縦軸は、窒化チタン以外をマスクとした場合のマスク選択比を示す。
【００３０】
一方、点線Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈは、エッチング中、負の直流電圧ＤＣを印加しなかった場合のエッチング結果を示す。点線Ｅは、実線Ａと同じマスクによって酸化シリコン膜をエッチングしたときのマスク選択比である。点線Ｆ，Ｇ，Ｈは、同様に実線Ｂ，Ｃ，Ｄと同じマスクによって酸化シリコン膜をエッチングしたときのマスク選択比である。
【００３１】
図３の結果から、本実施形態にかかるエッチング方法によれば、ＣＦ４ガスにＳｉＦ４ガスを添加することで、マスク選択比を向上させることができることがわかる。また、ＣＦ４ガスに対するＳｉＦ４ガスの添加量が多い程、マスク選択比を向上させることができる。さらに、窒化チタン（ＴｉＮ）の場合、マスク選択比は他の材質をマスクにしてエッチングしたよりも顕著に高くなる。更に、エッチング中にＤＣを印加することでさらにマスク選択比を向上させることができることがわかる。ただし、ＳｉＦ４ガスの流量が過多になると、シリコン酸化膜等のエッチングが困難になる。
【００３２】
図４の横軸は、エッチング中に負の直流電圧ＤＣを印加し、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比を示す。図４の縦軸（左側）は、ＳｉＯ２のエッチングレート（Etching rate）（以下、「ＥＲ」ともいう。）を示す。図４の縦軸（右側）は、マスク選択比を示す。
【００３３】
図４のグラフ中の実線Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍは、ＥＲを示し、点線Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｒは、マスク選択比を示す。実線Ｉは、酸化膜（Ｏｘ）をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのＥＲを示す。実線Ｊは、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのＥＲを示す。実線Ｋは、窒化チタン（ＴｉＮ）膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのＥＲを示す。実線Ｌは、ポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ）をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのＥＲを示す。実線Ｍは、フォトレジスト（ＰＲ）をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのＥＲを示す。
【００３４】
また、図４の点線Ｎは、ポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ）をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。線Ｏは、フォトレジスト（ＰＲ）をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。線Ｐは、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。線Ｒは、窒化チタン（ＴｉＮ）膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。
【００３５】
以上の結果から、点線Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｒに示すいずれの素材をマスクとして選択しても、ＳｉＦ４ガスを添加するとマスク選択比が向上することがわかる。特に、エッチング中にＤＣを印加し、かつ、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比が１０％から７５％までの範囲になるようにＳｉＦ４ガスの添加量を制御することが好ましい。これにより、マスク選択比を高めることができる。
【００３６】
更に、図４の結果から、エッチング中にＤＣを印加し、かつ、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比が５０％から７５％までの範囲になるようにＳｉＦ４ガスの添加量を制御すると、さらにマスク選択比を高めることができるためより好ましい。
【００３７】
また、実線Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍに示すいずれの素材をマスクとして選択しても、ＳｉＦ４ガスを添加すると多少ＥＲが低下するものの、図５に示すように、ウェハＷの径方向にＥＲの面内均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）は保たれていることがわかる。つまり、ＳｉＦ４ガスを添加した場合であっても、ウェハの径方向のＥＲの面内均一性（Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）は「２．７」であり、ＳｉＦ４ガスを添加していない場合のウェハの径方向のＥＲの面内均一性「３．２」と同様に、ＥＲの面内均一性が保たれていることがわかる。
【００３８】
［エッチング結果２］
次に、本実施形態に係るエッチング方法を適用した場合のエッチング結果２について説明する。以上に説明した本実施形態にかかるエッチング方法は、例えば、セルフ−アライメント・ビア（ＳＡＶ:Self-Aligned Via）方式を用いるエッチングに本実施形態にかかるエッチング方法を使用することができる。ＳＡＶ方式を用いる方法では、レジスト等の有機膜と、窒化チタン等の金属含有膜により形成されるハードマスクとをマスクとして、本実施形態にかかるエッチング方法によりエッチングが行われる。これにより、例えば、配線層間膜として用いられる低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）にホールを形成することができる。図６を参照して、ＳＡＶ方式を用いた本実施形態にかかるエッチング方法について説明する。
【００３９】
ＳＡＶ方式を用いるエッチング方法では、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低誘電率膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）をエッチングする際、有機膜及び金属含有膜をマスクとしてエッチングすることで、Ｌｏｗ−ｋ膜にホール等を形成する。なお、Ｌｏｗ−ｋ膜とは、ＳｉＯ２よりも比誘電率が低い膜の総称である。
【００４０】
図６（ａ）に示すように、ウェハＷ上には、被エッチング対象膜であるＬｏｗ−ｋ膜２０１の上に順にテトラエトキシシラン２０２（ＴＥＯＳ）、ＴｉＮ膜２０３が積層されている。ＴｉＮ膜２０３は、金属含有膜の一例である。Ｌｏｗ−ｋ膜２０１は、例えば、ＳｉＯＣＨ膜である。なお、ウェハＷとＬｏｗ−ｋ膜２０１との間には、下地膜が形成されていてもよい。
【００４１】
ＳＡＶ方式を用いてウェハＷをエッチングする場合、まず、図６（ａ）に示すように、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしてＬｏｗ−ｋ膜２０１をエッチングする。これにより、図６（ｂ）に示すように、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１にビアＶが形成される（ビアステップ）。このとき、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１に対するＴｉＮ膜２０３の選択比が十分でないと、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしてプラズマエッチングを行う際に、ＴｉＮ膜２０３の一部が侵食される、所謂、エンクローチメントが発生するおそれがある。
【００４２】
図７は、ビア（Ｖｉａ）ステップにおいて、本実施形態にかかるエッチング方法を適用した場合のエンクローチメントの効果を説明する図である。所定のスペースＳを隔てて整列されたラインＬを含むラインアンドスペース（Ｌ／Ｓ）パターンの概略平面図及び断面図である。図７に示すように、エンクローチメントは、所定のスペースＳを隔てて整列されたラインＬを含むパターンにおいて、ホールＶＨを形成する前のラインＬの幅Ｌ１とホールＶＨを形成した後のラインＬの幅Ｌ２との差であり、（Ｌ１−Ｌ２）で定められる。
【００４３】
図７の左側のビアステップは、比較例であり、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしたＬｏｗ−ｋ膜２０１のエッチングにおいて、フルオロカーボンを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加しなかった場合のエッチング結果の一例を示す。図７の中央は、本実施形態の一例であり、ＴｉＮ膜２０３をマスクとしたＬｏｗ−ｋ膜２０１のエッチングにおいて、フルオロカーボンを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加した場合のエッチング結果の一例を示す。図７の右側は、本実施形態の一例であり、トレンチステップにおいて、フルオロカーボンを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加した場合のエッチング結果の一例を示す。
【００４４】
この結果によれば、ビアステップにおいて、本実施形態のフルオロカーボンを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加した場合のエンクローチメントは「８．２」であり、比較例のＳｉＦ４ガスを添加しなかった場合のエンクローチメントは「１８．４」である。よって、本実施形態に係るエッチング方法をビアステップに適用することにより、ＴｉＮのマスクの一部が殆ど侵食されておらず、エンクローチメントが抑制されていることがわかる。また、図７の太線で囲んだ部分に示すように、ビアステップ及びトレンチステップにおいて、本実施形態のように処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加した場合には、比較例のＳｉＦ４ガスを添加しなかった場合に比べてマスクの残膜が増えている。つまり、マスク選択比が向上していることがわかる。
【００４５】
［エッチング結果３］
図８は、シリコン反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）のエッチング中に、本実施形態にかかるエッチング方法を適用した場合のエッチング結果の一例を示す。図８の（ａ）の左側は、下地膜３０１上のシリコン含有反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）３０２を有機膜のマスクでエッチングする際、フルオロカーボンを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加しなかった場合のエッチング結果の一例を示す。図８の（ａ）の右側は、Ｓｉ−ＡＲＣ３０２を有機膜のマスクでエッチングする際、フルオロカーボンを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加した場合のエッチング結果の一例を示す。
【００４６】
図８は、以下のエッチング条件により本実施形態に係るエッチング方法によって、Ｓｉ−ＡＲＣ３０１をエッチングした結果を示す。
【００４７】
（エッチング条件）
・載置台の温度        １０℃
・第１高周波電力ＨＦ  ３００Ｗ
・第２高周波電力ＬＦ  １００Ｗ
・負の直流電圧ＤＣ        印加する
・ガス                Ｈ２、Ａｒ、ＳｉＦ４ガス
・圧力                ５０ｍＴ（６．６６６１Ｐａ）
図８の（ａ）及び図８の（ｂ）では、比較例（ＳｉＦ４ガス添加なし）にかかるＳｉ−ＡＲＣ３０２は、本実施形態（ＳｉＦ４ガス添加あり）に係るＳｉ−ＡＲＣ３０２よりも先が細くなり、Ｓｉ−ＡＲＣ３０２のトップＣＤ（ＴＣＤ：ホール上部のＣＤ）とボトムＣＤ（ＢＣＤ：ホール底部のＣＤ）との差が大きくのなるＣＤシュリンクが生じている。これに対して、本実施形態では、ＣＤシュリンクは小さくなり、エッチング形状が良好になっている。
【００４８】
また、図８の（ｂ）に示すように、本実施形態（ＳｉＦ４ガス添加あり）に係るＳｉ−ＡＲＣ３０２では、比較例（ＳｉＦ４ガス添加なし）にかかるＳｉ−ＡＲＣ３０２よりも残膜が多くなっており、マスク選択比が向上していることがわかる。
【００４９】
［エッチング結果４］
図９の（ａ）の横軸は、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比を示す。図９の（ａ）の縦軸は、プラズマ中のＳｉＦ，ＣＦ２、ＣＦ、Ｆの強度の比率を示す。なお、強度の測定において、ＣＦ２の強度は２５２ｎｍの波長の光を検出することにより得られる。ＣＦの強度は２５６ｎｍの波長の光を検出することにより得られる。Ｆの強度は７０４ｎｍの波長の光を検出することにより得られる。
【００５０】
この結果によれば、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比を変えることで、プラズマの組成を変えることができることがわかる。具体的には、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比が高くなる程、高次のＣＦ成分（ＣＦ２）が低次のＣＦ成分やＦ成分よりも相対的に増えることがわかる。
【００５１】
図９の（ｂ）の横軸は、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比を示す。図９の（ｂ）の縦軸(左側)は、マスク選択比を示し、図９の（ｂ）の縦軸(右側)は、プラズマ中のＦに対するＣＦ２の強度の割合を示す。
【００５２】
図９の（ｂ）の実線Ｓは、ポリシリコンのレジスト膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。実線Ｔは、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。実線Ｕは、フォトレジスト膜（ＰＲ）をマスクとしてシリコン酸化膜をエッチングしたときのマスク選択比を示す。実線Ｖは、ＯＥＳ（Optical Emission Spectroscopy）により得られる，プラズマ中のＣＦ２/Ｆの発光強度比を示す。ＯＥＳとは、放電プラズマ中より得られる元素固有の輝線スペクトル(原子スペクトル)の波長を定性し、発光強度から定量を行う手法のことである。
【００５３】
これによれば、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比が高くなる程、マスク選択比が向上することがわかる。以上から、処理ガス中のＳｉＦ４ガスの流量比を高くすることで、マスク選択比が向上することがわかる。そして、全処理ガス（ＣＦ４＋ＳｉＦ４）に対するＳｉＦ４ガスの流量比が高くなる程、プラズマ中の高次のＣＦ成分（ＣＦ２）が低次のＣＦ成分やＦ成分よりも相対的に増えていることがわかる。
【００５４】
［ＳｉＦ４ガスの添加とマスク選択比］
次に、ＳｉＦ４ガスの添加とマスク選択比について説明する。上記エッチング結果から、プラズマ中の高次のＣＦ成分（ＣＦ２）が低次のＣＦ成分やＦ成分よりも相対的に増えると、マスク選択比が向上するという関係が想定される。
【００５５】
前提として、プラズマ中のレジデンスタイム（プラズマ空間にラジカルが滞留する時間）が長い程、ＣＦラジカルからＦラジカルに解離し、ＣＦラジカルよりもＦラジカルの比率が相対的に高いプラズマになることがわかっている。
【００５６】
ここでは、窒化チタン（ＴｉＮ）をマスクとし、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）をエッチングする場合を例に挙げて、ＳｉＦ４ガスからＦリッチなプラズマ（ＣＦラジカルよりもＦラジカルの比率が相対的に高いプラズマ）を生成したときの化学反応式を示す。
・ＳｉＦ４ガスからＦリッチなプラズマ
ＴｉＮ＃＋２Ｆ２  →  ＴｉＦ４＋Ｎ２・・・（１−１）
ＳｉＯ２＋２Ｆ２  →  ＳｉＦ４＋Ｏ２・・・（１−２）
同様に、ＳｉＦ４ガスからＣＦリッチなプラズマ（ＦラジカルよりもＣＦラジカルの比率が相対的に高いプラズマ）を生成したときの化学反応式を示す。
・ＳｉＦ４ガスからＣＦリッチなプラズマ
ＴｉＮ＃＋２ＣＦ２  →  ＴｉＦ４＋Ｎ２＋Ｃ＃Ｎ＃＋Ｃ・・・（２−１）
ＳｉＯ２＋２ＣＦ２  →  ＳｉＦ４＋２ＣＯ・・・（２−２）
以上の二組の化学式を比較すると、ＣＦリッチなプラズマでは、式（２−１）に示すように、炭素Ｃが窒化チタンのマスクの表面に堆積することがわかる。エッチング装置１内のウェハＷ上のプラズマ空間を模式的に示した図１０を参照して、ＣＦリッチなプラズマの作用により、炭素Ｃが窒化チタンのマスクの表面に堆積するメカニズムを説明する。
【００５７】
処理容器１０内に供給されるフルオロカーボンガスを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加すると、電子、イオン、ＣＦラジカル（ＣＦ＊）、Ｆラジカル（Ｆ＊）、ＳｉＦラジカル（ＳｉＦ＊）が含まれるプラズマが生成される。プラズマ中のＳｉＦラジカルは、Ｆラジカルと化学反応してＳｉＦ４となる。ＳｉＦ４は蒸気圧が高く、直ぐに揮発する。そのため、ＳｉＦ４はガスとなって処理容器１０外に排気される。
【００５８】
一方、ＳｉＦラジカルは、ＣＦラジカルとは反応しない。その結果、プラズマ中のＦラジカルの濃度は上がらず、かつ、ＣＦラジカルの濃度は下がらない。このため、プラズマ中のレジデンスタイムが長くなってもＦラジカルよりもＣＦラジカルの比率が相対的に高いＣＦリッチなプラズマの状態が維持される。これにより、プラズマ中の炭素Ｃが窒化チタンのマスクの表面に堆積し、炭素層がマスクをコーティングする。本実施形態にかかるエッチング方法では、エッチング中、マスク表面の炭素層が保護膜として機能するため、マスク選択比が向上すると考えられる。
【００５９】
［エッチング結果５］
最後に、図１１を参照して、本実施形態に係るエッチング方法を適用した場合のエッチング結果５について説明する。図１１の左側は、ビアステップ及びトレンチステップにおいて、ＣＦ４ガス及びＡｒガスにＳｉＦ４ガスを添加量Ａだけ添加した場合のエッチング結果の一例を示し、図１１の右側は、ＣＦ４ガス及びＡｒガスを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加量Ａよりも多い添加量Ｂだけ添加した場合のエッチング結果の一例を示す。
【００６０】
いずれの場合にも、直径が３００ｍｍのウェハＷのエッジからの距離が３０ｍｍのウェハ位置及びエッジからの距離が５ｍｍのウェハ位置におけるエッチング結果が示されている。これによれば、ウェハＷの外周３０ｍｍおよび最外周５ｍｍにおいてマスク（例えば、ＴｉＮ膜２０３）のマスク選択比が向上し、被エッチング対象膜（例えば、Ｌｏｗ−ｋ膜２０１）が先細りせず、良好なエッチング形状となっている。
【００６１】
また、図１１の右側のようにＳｉＦ４ガスの添加量を増やすことで、ウェハＷの外周３０ｍｍ及び最外周５ｍｍのいずれにおいても、トップＣＤ（ＴＣＤ：ホール上部のＣＤ）、ミドルＣＤ（ＭＣＤ：ホール中央部のＣＤ）、ボトムＣＤ（ＢＣＤ：ホール底部のＣＤ）の差がより小さくなっていることがわかる。このように、本実施形態にかかるエッチング方法によれば、均一なエッチングが得られにくいウェハＷの外周側においてもエッチングの垂直性が確保される。これにより、本実施形態にかかるエッチング方法によれば、ウェハの外周側においても内周側と同様に均一にマスク選択比を向上させることができる。
【００６２】
以上から、フルオロカーボンを含む処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加することにより、ウェハＷのマスク選択比を外周側も含めて全体的に向上させることができる。
【００６３】
ただし、処理ガスに二酸化炭素（ＣＯ２）ガスと、一酸化炭素（ＣＯ）ガスと、酸素（Ｏ２）ガスを含むと、ＳｉＯと言われる酸化膜が生成され、エッチング中に堆積されるため、エッチングが困難になる。よって、本実施形態にかかるエッチング方法に使用する処理ガスは、炭素Ｃと酸素Ｏとの両方を含むガスを含まない。また、本実施形態にかかるエッチング方法に使用する処理ガスは、酸素Ｏ２ガスを含まない。
【００６４】
以上、エッチング方法を上記実施形態により説明したが、本発明にかかるエッチング方法は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能である。上記複数の実施形態に記載された事項は、矛盾しない範囲で組み合わせることができる。
【００６５】
例えば、本発明にかかるエッチング方法は、容量結合型プラズマ（ＣＣＰ:Capacitively Coupled Plasma)装置に適用可能である。本発明にかかるエッチング方法は、その他のプラズマ装置として誘導結合型プラズマ(ＩＣＰ:Inductively Coupled Plasma)装置には適用は難しい。
【００６６】
ＩＣＰ装置は、処理容器の上部にプラズマが生成され、処理用以内に広がっておらず、処理容器の下方に載置された載置台側にプラズマを引き寄せる仕組みになっている。一方、図１のエッチング装置１に一例が示されるＣＣＰ装置は、生成されたプラズマが、処理容器１０内の上部、下部、側壁等に広がっている。このようにＣＣＰ装置では、プラズマがプラズマ空間に広がっているため、ウェハＷのエッジ側に対するプラズマの寄与率がＩＣＰ装置よりも高くなる。このため、本発明にかかるエッチング方法は、ＣＣＰ装置にて使用されることで、ＩＣＰ装置にて使用される場合と比べて、処理ガスにＳｉＦ４ガスを添加することによるウェハＷの外周側へのマスク選択比の向上等の影響はＩＣＰ装置の場合よりも大きくなる。
【００６７】
本明細書では、エッチング対象として半導体ウェハＷについて説明したが、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＦＰＤ（Flat Panel Display）等に用いられる各種基板や、フォトマスク、ＣＤ基板、プリント基板等であっても良い。
【符号の説明】
【００６８】
１：エッチング装置
２  ＡｒＦレジスト膜
３  シリコン反射防止膜
４  有機層
７  保護膜
１０  処理容器
１５  ガス供給源
２０  載置台（下部電極）
２５  ガスシャワーヘッド（上部電極）
３０  電力供給装置
３２  第１高周波電源
３４  第２高周波電源
７０  可変直流電源
１００  制御部
１０６  静電チャック
２０１  Ｌｏｗ−ｋ膜
２０３  ＴｉＮ膜
３０２  シリコン含有反射防止膜（Ｓｉ−ＡＲＣ）
【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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【図１１】
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