(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気密な処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入し、少なくとも前記下部電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行うことにより、被処理体に形成された絶縁膜層上の被処理膜層のうち、ｐ型不純物がドープされたｐ型領域とｎ型不純物がドープされたｎ型領域とを同時にエッチングするエッチング方法において、
前記処理室内の圧力を少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下、前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．１５Ｗ／ｃｍ２以上とし、前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入してマスクパターンをマスクとして前記絶縁膜の一部が露出するまで前記被処理膜層にエッチング処理を施す第１のエッチング工程と、
前記処理ガスとしてさらにＮ２ガスを加え、前記第１のエッチング工程で残った前記被処理膜層の部分を除くエッチング処理を施す第２のエッチング工程と、を有し、
前記第２のエッチング工程では、Ｎ２ガスのＨＢｒガスに対する流量比を少なくとも０．３以下にしたことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記第１のエッチング工程は、前記処理室内の圧力を少なくとも１０ｍＴｏｒｒ以下、前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．３Ｗ／ｃｍ２以上としたことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
気密な処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入し、少なくとも前記下部電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行うことにより、被処理体に形成された絶縁膜層上の被処理膜層のうち、ドープされたドーパントの異なる領域又はドープ量の異なる領域を同時にエッチングするエッチング方法において、
前記処理室内の圧力を少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下、前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．１５Ｗ／ｃｍ２以上とし、前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入してマスクパターンをマスクとして前記絶縁膜の一部が露出するまで前記被処理膜層にエッチング処理を施す第１のエッチング工程と、
前記処理ガスとしてさらにＮ２ガスを加え、前記第１のエッチング工程で残った前記被処理膜層の部分を除くエッチング処理を施す第２のエッチング工程と、を有し、
前記第２のエッチング工程では、Ｎ２ガスのＨＢｒガスに対する流量比を少なくとも０．３以下にしたことを特徴とするエッチング方法。
【請求項４】
気密な処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入し、少なくとも前記下部電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行うことにより、被処理体に形成された絶縁膜層上の被処理膜層のうち、ｐ型不純物がドープされたｐ型領域とｎ型不純物がドープされたｎ型領域とを同時にエッチングするエッチング方法において、
前記処理室内の圧力を少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下、前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．１５Ｗ／ｃｍ２以上とし、前記処理室内に少なくともＨＢｒガスと不活性ガスを含む処理ガスを導入してマスクパターンをマスクとして前記絶縁膜の一部が露出するまで前記被処理膜層にエッチング処理を施す第１のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程で残った前記被処理膜層の部分を除くエッチング処理を施す第２のエッチング工程と、を有し、
前記第１のエッチング工程では、前記不活性ガスとしてＡｒガスを用い、前記Ａｒガスの前記ＨＢｒガスに対する流量比を４以下にしたことを特徴とするエッチング方法。
【請求項５】
前記第１のエッチング工程は、前記ＨＢｒガスの前記処理ガス全流量に対する流量比を０．２〜０．５としたことを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，エッチング方法，さらに詳しくはドーパントの異なる又はドープ量の異なる領域を同時にエッチングするのに適したエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
メモリ，ロジック等の半導体素子の高速化を図るなどのため，同一基板上にドープ種が異なる領域，例えばｎ型不純物であるリン（Ｐ）がドープされたｎ型領域とｐ型不純物であるボロン（Ｂ）がドープされたｐ型領域又は何もドープされてないｐ型領域を設け，各領域にゲート電極を有するデュアルゲート構造を形成する場合がある。
【０００３】
このようなデュアルゲート構造の各領域のゲート電極は，図４（ａ）に示すような膜構造に対し，例えば気密な処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け各電極に高周波電力を印加可能としたプラズマ処理装置でエッチングすることにより形成される。この膜構造は，シリコン基板１０上のゲート酸化膜１２上に形成された多結晶シリコンであるポリシリコン膜１４に対して選択的に上記各不純物をドーピングすることによりｎ型領域１４ａ，ｐ型領域１４ｂが形成され，その上に例えば反射防止膜及びレジスト膜からなるマスクパターン１６ａ，１６ｂが形成されている。
【０００４】
このような膜構造に対してｎ型領域１４ａ，ｐ型領域１４ｂを同時にエッチングする場合，従来は，マスクパターン１６ａ，１６ｂをマスクとして，気密な処理容器内にＨＢｒガス，ＨＢｒガスとＯ２ガスの混合ガス，Ｃｌ２ガスとＨＢｒガスの混合ガス等の処理ガスを導入してプラズマ処理を行っていた（例えば特許文献１，２参照）。
【０００５】
この場合，例えば上述するようなゲート電極を加工する際には下地のゲート酸化膜１２が露出するまでエッチングを行ない（図４（ｂ）），残った部分をオーバーエッチングしていた（図４（ｃ））。
【０００６】
【特許文献１】
特開平４−２９４５３３号公報
【特許文献２】
特開２０００−５８５１１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら，このような従来のプラズマエッチングでポリシリコン膜層１４のｎ型領域１４ａとｐ型領域１４ｂとを同時にエッチングすると，ｎ型領域１４ａとｐ型領域１４ｂとに形成されるゲート電極の形状に差がでるという問題があった。
【０００８】
例えばｎ型不純物やｐ型不純物などのドーパントの違いによりエッチャントとの化学的な自発反応が異なる。すなわちｎ型領域１４ａの方がｐ型領域よりもエッチャントとの自発反応が大きく，ドーパントのドープ量が多いほどこの差が大きくなる。この化学反応によるエッチングの進行が大きいと，図４（ｂ）に示すようにｐ型領域１４ｂよりもｎ型領域１４ａの方がゲート電極の側面部分がエッチング（サイドエッチング）され易くなる。このため，図４（ｃ）に示すようにｐ型領域１４ｂについてのエッチングが終ったときには，ｎ型領域１４ａではさらにサイドエッチングが進んでしまい，ｎ型領域１４ａのゲート電極とｐ型領域のゲート電極との間の形状差が大きくなるという問題があった。
【０００９】
また，ドーパントの違いによりエッチング速度に差が生じる。すなわち，ｎ型領域１４ａの方がｐ型領域１４ｂよりもエッチングレート（エッチング速度）が大きいため，ｐ型領域１４ｂよりもｎ型領域１４ａの方が先にエッチングされてしまう。このため，メインエッチングが終ったときには図４（ｂ）に示すようにｐ型領域１４ｂではポリシリコン膜が残っていてゲート酸化膜１２は露出していないのに対して，ｎ型領域１４ａではゲート酸化膜１２が露出する。従って，ゲート酸化膜１２が薄いほど，ｐ型領域１４ｂでオーバーエッチングが終ったときには図４（ｃ）に示すようにｎ型領域１４ａではゲート酸化膜破れ（ゲートオキサイドブレイク）が生じるおそれが大きいという問題もあった。特に，最近では，半導体装置の集積度の向上に伴う素子の微細化等のために例えばゲート電極を加工する際における下地のゲート酸化膜の膜厚もさらなる薄膜化が図られており，ゲート酸化膜破れが生じ易くなっている。
【００１０】
そこで，本発明は，このような問題に鑑みてなされたもので，その目的とするところは，ｎ型領域とｐ型領域などドープされたドーパントの異なる領域又はドープ量の異なる領域を同時にエッチングする際に，各領域に形成された素子の形状差の発生を極力抑えることができ，ゲート酸化膜破れを防止できるエッチング方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために，本発明によれば，気密な処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入し，少なくとも前記下部電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行うことにより，被処理体に形成された絶縁膜層上の被処理膜層のうち，ｐ型不純物がドープされたｐ型領域とｎ型不純物がドープされたｎ型領域とを同時にエッチングするエッチング方法として新規かつ改良された方法が提供される。
【００１２】
すなわち，本発明のある観点に係る発明は，前記処理室内の圧力を少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下，前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．１５Ｗ／ｃｍ２以上（例えば直径２００ｍｍのウエハの場合には約５０Ｗ以上）とし，前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入してマスクパターンをマスクとして前記絶縁膜の一部が露出するまで前記被処理膜層にエッチング処理を施す第１のエッチング工程と，前記処理ガスとしてさらにＮ２ガスを加え，前記第１のエッチング工程で残った前記被処理膜層の部分を除くエッチング処理を施す第２のエッチング工程とを有することを特徴としている。
【００１３】
このような本発明の構成によれば，スパッタ現象によるエッチングが進行し，化学反応によるエッチングがあまり進行しないことから，当該エッチングにより被処理体上の上記各領域に形成される例えばゲート電極などの素子のサイドエッチングもあまり進行しないため，各領域に形成される上記素子の形状差の発生を極力抑えることができる。
【００１４】
また，より実用的には前記第１のエッチング工程において，前記処理室内の圧力を少なくとも１０ｍＴｏｒｒ以下，前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．３Ｗ／ｃｍ２以上（例えば直径２００ｍｍのウエハの場合には約１００Ｗ以上）とすることが好ましい。また前記第２のエッチング工程において，Ｎ２ガスのＨＢｒガスに対する流量比を少なくとも０．５以下（５０％以下）にすることが好ましく，さらに少なくとも０．３以下（３０％以下）にすることがより好ましい。
【００１５】
また，本発明の別の観点に係る発明は，気密な処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入し，少なくとも前記下部電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行うことにより，被処理体に形成された絶縁膜層上の被処理膜層のうち，ドープされたドーパントの異なる領域又はドープ量の異なる領域を同時にエッチングするエッチング方法において，前記処理室内の圧力を少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下，前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．１５Ｗ／ｃｍ２以上とし，前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入してマスクパターンをマスクとして前記絶縁膜の一部が露出するまで前記被処理膜層にエッチング処理を施す第１のエッチング工程と，前記処理ガスとしてさらにＮ２ガスを加え，前記第１のエッチング工程で残った前記被処理膜層の部分を除くエッチング処理を施す第２のエッチング工程とを有することを特徴としている。
【００１６】
また，本発明の別の観点に係る発明は，気密な処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入し，少なくとも前記下部電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行うことにより，被処理体に形成された絶縁膜層上の被処理膜層のうち，ｐ型不純物がドープされたｐ型領域とｎ型不純物がドープされたｎ型領域とを同時にエッチングするエッチング方法において，前記処理室内の圧力を少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下，前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．１５Ｗ／ｃｍ２以上とし，前記処理室内に少なくともＨＢｒガスと不活性ガスを含む処理ガスを導入してマスクパターンをマスクとして前記絶縁膜の一部が露出するまで前記被処理膜層にエッチング処理を施す第１のエッチング工程と，前記第１のエッチング工程で残った前記被処理膜層の部分を除くエッチング処理を施す第２のエッチング工程とを有することを特徴としている。この場合の第１のエッチング工程は，ＨＢｒガスの処理ガス全流量に対する流量比を０．２〜０．５としてもよい。また，第１のエッチング工程は，不活性ガスとしてＡｒガスを用いてもよい。この場合にＡｒガスのＨＢｒガスに対する流量比を４以下とすることが好ましい。
【００１７】
このように，第１のエッチング工程において処理ガスとしてＨＢｒガスを少なくして例えばＡｒガスなどの不活性ガスを加えることにより，ｎ型領域に形成する素子とｐ型領域に形成する素子との形状差をより少なくすることができる。
【００１８】
また，本発明の別の観点に係る発明は，気密な処理室内に互いに対向する上部電極と下部電極を設け前記処理室内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入し，少なくとも前記下部電極に高周波電力を印加してプラズマ処理を行うことにより，被処理体に形成された絶縁膜層上の被処理膜層のうち，ｐ型不純物がドープされたｐ型領域とｎ型不純物がドープされたｎ型領域とを同時にエッチングするエッチング方法において，前記処理室内の圧力を少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下，前記下部電極へ印加する高周波電力を少なくとも０．１５Ｗ／ｃｍ２以上とし，前記処理室内に少なくともＨＢｒガスとＮ２ガスを含む処理ガスを導入してマスクパターンをマスクとして前記絶縁膜の一部が露出するまで前記被処理膜層にエッチング処理を施す第１のエッチング工程と，前記第１のエッチング工程で残った前記被処理膜層の部分を除くエッチング処理を施す第２のエッチング工程とを有することを特徴としている。この場合の第１のエッチング工程は，前記Ｎ２ガスの前記ＨＢｒガスに対する流量比を少なくとも０．１２５以上としてもよい。
【００１９】
このように，第１のエッチング工程において処理ガスとしてＮ２ガスを加えることにより，ｎ型領域に形成される素子のサイドエッチングを抑えることができるので，ｎ型領域に形成する素子とｐ型領域に形成する素子との形状差をより少なくすることができる。
【００２０】
なお，本明細書中１ｍＴｏｒｒは（１０−３×１０１３２５／７６０）Ｐａ，１ｓｃｃｍは（１０−６／６０）ｍ３／ｓｅｃとする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照しながら，本発明にかかるプラズマ処理装置の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する構成要素については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
以下に，添付図面を参照しながら，本発明にかかるエッチング方法の第１の実施形態について説明する。図１は本実施の形態にかかるエッチング方法を実施するためのエッチング装置の一例としての平行平板型のプラズマエッチング装置の概略構成を示す。
【００２３】
このエッチング装置１００の保安接地された処理容器１０２内には，処理室１０４が形成されており，この処理室１０４内には，上下動自在なサセプタを構成する下部電極１０６が配置されている。下部電極１０６の上部には，高圧直流電源１０８に接続された静電チャック１１０が設けられており，この静電チャック１１０の上面に被処理体，例えば半導体ウェハ（以下，「ウェハ」と称する。）Ｗが載置される。さらに，下部電極１０６上に載置されたウェハＷの周囲には，絶縁性のフォーカスリング１１２が配置されている。また，下部電極１０６には，整合器１１８を介して第２高周波電源１２０が接続されている。
【００２４】
また，下部電極１０６の載置面と対向する処理室１０４の天井部には，多数のガス吐出孔１２２ａを備えた上部電極１２２が配置されている。上部電極１２２と処理容器１０２との間には絶縁体１２３が介装され電気的に絶縁されている。また，上部電極１２２には，整合器１１９を介してプラズマ生成高周波電力を出力する第１高周波電源１２１が接続されている。
【００２５】
なお，上記上部電極１２２には第１高周波電源１２１から例えば３０ＭＨｚ以上，好ましくは６０ＭＨｚの第１高周波電力が供給される。また，下部電極１０６には，第１高周波電力の周波数よりも低い周波数，例えば１０ＭＨｚ以上で，３０ＭＨｚよりも小さい周波数，好ましくは１３．５６ＭＨｚの第２高周波電力が第１高周波電源１２０から供給される。
【００２６】
上記ガス吐出孔１２２ａには，ガス供給管１２４が接続され，さらにそのガス供給管１２４には，例えばＮ２ガスを供給するプロセスガス供給系１２６ａと，Ｏ２ガスを供給するプロセスガス供給系１２６ｂ，少なくともＨとＢｒを含むガスさらに具体的にはＨＢｒガスを供給するプロセスガス供給系１２６ｃが接続されている。
【００２７】
各プロセスガス供給系１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃには，それぞれ開閉バルブ１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃと流量調整バルブ１３４ａ，１３４ｂ，１３４ｃを介して，Ｃｌ２ガス供給源１３６ａ，Ｏ２ガス供給源１３６ｂ，ＨＢｒガス供給源１３６ｃが接続されている。
【００２８】
また，処理容器１０２の下方には，不図示の真空引き機構と連通する排気管１５０が接続されており，その真空引き機構の作動により，処理室１０４内を所定の減圧雰囲気に維持することができる。
【００２９】
次に，上記エッチング装置を用いて本実施の形態にかかるエッチング方法を適用する工程について図２を参照しながら説明する。先ず，本発明にかかるエッチング方法を適用する図２（ａ）に示す膜構造の具体例について説明する。
【００３０】
この膜構造は次のように形成される。シリコンからなるシリコン基板２００の上面に絶縁膜として下地のゲート酸化膜２０２を形成し，このゲート酸化膜２０２上に多結晶シリコン膜であるポリシリコン膜２０４をＣＶＤ（化学気相成長法）などにより積層する。続いて，被処理膜層としてのポリシリコン膜層２０４に対して選択的にｎ型不純物のリン（Ｐ）をドーピングすることによりｎ型領域２０４ａを形成し，またポリシリコン膜層２０４に対して選択的にｐ型不純物のボロン（Ｂ）をドーピングすることによりｐ型領域２０４ｂを形成する。その後，ｎ型領域２０４ａ，ｐ型領域２０４ｂのそれぞれに例えばＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate；テトラエトキシシラン），ＮＳＧ（nondoped silicate glass），ＳｉＮ（シリコンナイトライド）などのいわゆるハードマスクからなるマスクパターン２０６ａ，２０６ｂを形成する。
【００３１】
こうして形成された膜構造におけるポリシリコン膜層２０４のｎ型領域２０４ａ，ｐ型領域２０４ｂを同時にエッチングする。本発明においては，メインエッチング（第１のエッチング工程）を行い，続いてオーバーエッチング（第２のエッチング工程）を行う。
【００３２】
先ず，メインエッチング工程では，気密な処理室１０４内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入してゲート酸化膜２０２の一部が露出するまでポリシリコン膜２０４をエッチングする。この場合，シリコン基板上の被処理面とエッチャントとの化学反応によるエッチングよりも，物理的に被処理面をたたくようなエッチング，すなわち処理室１０４内で発生させるプラズマ中のイオンが被処理面に衝突し被処理面の原子をはじき出すスパッタ現象によるエッチングが強くなるような条件でエッチングを行う。具体的にはプラズマ中のイオンエネルギを増大するように例えば処理室１０４内の圧力が少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下の低圧になるようにし，下部電極１０６に印加する高周波電力（バイアス電力）が少なくとも５０Ｗ以上，すなわちウエハの単位面積あたりの高周波電力で表すと０．１５Ｗ／ｃｍ２以上の高バイアスとなるようにしてエッチングを行う。
【００３３】
これにより，スパッタ現象によるエッチングが進行し，化学反応によるエッチングがあまり進行しないことから，当該エッチングによりシリコン基板２００上の各領域２０４ａ，２０４ｂに形成されるゲート電極のサイドエッチングもあまり進行しないため，図２（ｂ）に示すように各ゲート電極の形状差の発生を抑えることができる。
【００３４】
なお，このメインエッチング工程は，ゲート酸化膜２０２の一部が露出するまでのエッチングであって，ポリシリコン膜２０４のゲート酸化膜２０２に対する選択比が小さくなってもゲート酸化膜破れが生じることはない。従って，処理室１０４内をより低圧にし，かつ下部電極１０６に印加する高周波電力をより大きくして高バイアスにするほど，ポリシリコン膜２０４のゲート酸化膜２０２に対する選択比が小さくなるが，ゲート酸化膜破れが発生することはない。これは上記エッチング条件を特にゲート酸化膜破れを気にする必要のないメインエッチング工程で適用するのが有効であることを意味する。
【００３５】
また，たとえゲート酸化膜２０２が多く露出するまで上記の条件でメインエッチングを行ったとしても，各領域２０４ａ，２０４ｂにおけるエッチングレート（エッチング速度）にはあまり差が生じないことから，ポリシリコン膜層２０４は各領域２０４ａ，２０４ｂともに同様にエッチングされるため，酸化膜破れの発生を防止できる。これにより，ゲート酸化膜２０２をいかに薄膜化しても，ドーパントの違いによる酸化膜破れが発生することを防止できる。
【００３６】
ここでエッチングの際の条件として必要なパラメータを変えてポリシリコン膜層２０４のｎ型領域２０４ａ，ｐ型領域２０４ｂのエッチングレートにどのような影響があるかを実験した結果を示す。
【００３７】
ポリシリコン膜のうち各領域２０４ａ，２０４ｂのエッチングレートの比が１であることが理想的であるが，実際にこの比を１にするのは困難である。従って，各エッチングレートの比を１に近づけることができれば，エッチング後の形状差をなくしていくことができ，ゲート酸化膜破れも生じないようにすることができる。
【００３８】
ベースとするエッチングの際の条件（第１のベースとする条件）は，例えば処理室１０４内の圧力が１０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔１００ｍｍ，ＨＢｒガス／Ｏ２ガスの流量比（ＨＢｒガスの流量／Ｏ２ガスの流量）は７８ｓｃｃｍ／２ｓｃｃｍとし，ウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタ，エッジともに３Ｔｏｒｒ，処理室１０４内の設定温度については下部電極を６０℃，上部電極を８０℃，側壁部を６０℃，上部電極１２２に印加する高周波電力を３５０Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力を７５Ｗとする。なお，ゲート酸化膜の膜厚を１５Å（Å：オングストローム）として実験を行った。また，ウエハＷは直径２００ｍｍのものを用いた。
【００３９】
先ず，上記第１のベースとする条件でエッチングを行った場合，ｎ型領域２０４ａとｐ型領域２０４ｂのエッチングレートの比（ｎ型領域２０４ａのエッチングレート／ｐ型領域２０４ｂのエッチングレート）は，１．２５８程度となった。
【００４０】
この第１のベースとする条件のうち，下部電極１０６に印加する高周波電力（バイアス電力）だけを７５Ｗから１５０Ｗに増加してエッチングを行った場合，ｎ型領域２０４ａとｐ型領域２０４ｂのエッチングレートの比（ｎ型領域２０４ａのエッチングレート／ｐ型領域２０４ｂのエッチングレート）は，１．１００程度となり，各領域２０４ａ，２０４ｂのエッチングレートの比が１に近づくことがわかった。すなわち，下部電極１０６に印加する高周波電力（バイアス電力）を増加すれば，スパッタ現象によるエッチングを進行させ，化学反応によるエッチングの進行を抑えることができることがわかった。
【００４１】
この条件からさらに処理室１０４内の圧力を１０ｍＴｏｒｒから５ｍＴｏｒｒに低下してエッチングを行った場合，ｎ型領域２０４ａとｐ型領域２０４ｂのエッチングレートの比（ｎ型領域２０４ａのエッチングレート／ｐ型領域２０４ｂのエッチングレート）は，実用的な１．０４９程度となり，各領域２０４ａ，２０４ｂのエッチングレートの比は，さらに１に近づくことがわかった。すなわち，処理室１０４内の圧力を低下すれば，スパッタ現象によるエッチングを進行させ，化学反応によるエッチングの進行をさらに抑えることができることがわかった。
【００４２】
このような実験を重ねると，スパッタ現象によるエッチングを進行させ，化学反応によるエッチングの進行を抑えるような条件，例えば処理室１０４内の圧力が少なくとも２０ｍＴｏｒｒ以下より実用的には１０ｍＴｏｒｒ以下の低圧になるようにし，下部電極１０６に印加する高周波電力が少なくとも０．１５Ｗ／ｃｍ２以上（例えば直径２００ｍｍのウエハの場合には５０Ｗ以上）以上となるようにし，またより実用的には０．３Ｗ／ｃｍ２以上（例えば直径２００ｍｍのウエハの場合には１００Ｗ以上）の高バイアスとなるような条件でエッチングを行うことにより，各領域２０４ａ，２０４ｂのエッチングレートの比を実用的な値にすることができることがわかる。
【００４３】
次に，気密な処理室１０４内に少なくともＨＢｒガスを含む処理ガスを導入して最終的に残った部分（ゲート電極の下部のテーパ部分など）のポリシリコン膜２０４をエッチングするオーバーエッチング（第２のエッチング工程）を行う。ここでは，処理ガスとしてさらにＮ２ガスを添加する。これにより，Ｎ２ガスによりゲート電極の側壁が保護され，既にエッチングされたゲート電極の側壁における化学反応によるエッチングの進行が抑えられ，オーバーエッチングの段階でもゲート電極のサイドエッチングを抑えることができる。但し，Ｎ２ガスのＨＢｒガスに対する流量比が多すぎるとエッチストップやゲート酸化膜に対する選択比の低下を引き起してしまうので，具体的にはゲート電極の側壁にサイドエッチングが進行を抑えることができる程度で，しかもゲート電極の下部などその他のエッチングの進行がストップしない程度，例えばＮ２ガスのＨＢｒガスに対する流量比が少なくとも０．５以下（５０％以下）とするのが好ましく，より実用的には０．３以下（３０％以下）とするのがより好ましい。
【００４４】
また，このオーバーエッチング工程においても，さらに化学的な反応を抑えてスパッタ力を高めるため，処理室１０４内の圧力を２０ｍＴｏｒｒ以下の低い圧力にすることがより好ましい。
【００４５】
また，この場合は下部電極に印加する高周波電力を大きくしないで済むことから，ポリシリコン膜２０４のゲート酸化膜２０２に対する選択比の低下を抑えることができるので，オーバーエッチングにおいてゲート酸化膜破れを防止できる。
【００４６】
このようなオーバーエッチングの際の条件としては，例えば処理室１０４内の圧力が１０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔１２０ｍｍ，ＨＢｒガス／Ｏ２ガス／Ｎ２ガスの流量比（ＨＢｒガスの流量／Ｏ２のガス流量／Ｎ２ガスの流量）は３０ｓｃｃｍ／２ｓｃｃｍ／５ｓｃｃｍとし，ウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタ，エッジともに２０Ｔｏｒｒ，処理室１０４内の設定温度については下部電極を６０℃，上部電極を８０℃，側壁部を６０℃，上部電極１２２に印加する高周波電力を１００Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力を７５Ｗとする。
【００４７】
このようなオーバーエッチングを施すことにより，図２（ｃ）に示すようにｎ型領域２０４ａとｐ型領域２０４ｂにほとんど形状差のないゲート電極を形成することができる。
【００４８】
次に，上記メインエッチング（第１のエッチング工程）において，ＨＢｒガスの流量を少なくするとともに不活性ガスを加えた処理ガスを用いた場合について説明する。上述したようにメインエッチングでは，エッチング条件として下部電極１０６に印加する高周波電力，処理室１０４内の圧力を適切に選ぶことにより，ｎ型領域に形成する素子とｐ型領域に形成する素子との形状差を少なくすることができる。
【００４９】
ところが，エッチング条件としてさらにＨＢｒガスの流量を少なくするとともに不活性ガスを加えた処理ガスを用いることにより，ｎ型領域に形成する素子とｐ型領域に形成する素子との形状差をより一層少なくすることができる。これは，例えばＨＢｒガスを少なくすると，ＨＢｒラジカルが少なくなり化学反応によるエッチングを抑えることができ，処理ガスにＡｒガスなどの不活性ガスをさらに加えることにより，スパッタ現象によるエッチングを進行させることができると考えられるからである。
【００５０】
以下に，図２（ａ）と同様の膜構造に対して，メインエッチング（第１のエッチング工程）を行った場合の実験結果を説明する。ベースとするエッチングの際の条件（第２のベースとする条件）は，例えば処理室１０４内の圧力が５ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔１００ｍｍ，ＨＢｒガス／Ｏ２ガスの流量比（ＨＢｒガスの流量／Ｏ２ガスの流量）は９９ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍとし，ウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタ，エッジともに１０Ｔｏｒｒ，処理室１０４内の設定温度については下部電極を７０℃，上部電極を８０℃，側壁部を６０℃，上部電極１２２に印加する高周波電力を１００Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力を１００Ｗとする。また，ウエハＷは直径２００ｍｍのものを用いた。
【００５１】
先ず，上記第２のベースとする条件でエッチングを行った場合，ｎ型領域２０４ａとｐ型領域２０４ｂのエッチングレートの比（ｎ型領域２０４ａのエッチングレート／ｐ型領域２０４ｂのエッチングレート）は，１．１１程度となった。
【００５２】
第２のベースとする条件のうち，ＨＢｒガスの流量を少なくし，その分Ａｒガスを追加する。例えばＡｒガス／ＨＢｒガスの流量比（Ａｒガスの流量／ＨＢｒガスの流量）を５０ｓｃｃｍ／４９ｓｃｃｍとしてメインエッチングを行ったところ，ｎ型領域２０４ａとｐ型領域２０４ｂのエッチングレートの比（ｎ型領域２０４ａのエッチングレート／ｐ型領域２０４ｂのエッチングレート）は，７５６（Å／ｍｉｎ）／７３３（Å／ｍｉｎ），すなわち１．０３程度となり，各領域２０４ａ，２０４ｂのエッチングレートの比がさらに１に近づくことがわかった。
【００５３】
続いて，さらにＨＢｒガスの流量を少なくし，その分Ａｒガスを追加する。例えばＡｒガス／ＨＢｒガスの流量比（Ａｒガスの流量／ＨＢｒガスの流量）を８０ｓｃｃｍ／２０ｓｃｃｍとしてメインエッチングを行ったところ，ｎ型領域２０４ａとｐ型領域２０４ｂのエッチングレートの比（ｎ型領域２０４ａのエッチングレート／ｐ型領域２０４ｂのエッチングレート）は，５３３（Å／ｍｉｎ）／５２１（Å／ｍｉｎ），すなわち１．０２程度となり，各領域２０４ａ，２０４ｂのエッチングレートの比がさらに１に近づくことがわかった。
【００５４】
このようにＨＢｒガスを少なくすることにより化学反応によるエッチングを抑えることができるが，あまり少なくしすぎると，エッチングがストップ又はエッチングの進行が遅くなってしまうので，実用的にはＨＢｒガスの処理ガス全流量に対する流量比は，２０％〜５０％（０．２〜０．５）とし，またＡｒガスのＨＢｒガスに対する流量比を４以下とすることが好ましい。
【００５５】
次に，上記メインエッチング（第１のエッチング工程）においても，処理ガスにＮ２ガスを加えた処理ガスを用いた場合について説明する。上述したようにオーバーエッチングにおいて，処理ガスにＮ２ガスを加えることにより，ｎ型領域に形成する素子とｐ型領域に形成する素子との形状差を少なくすることができる。ところが，メインエッチングにおいても，処理ガスにＮ２ガスを加えることにより，ｎ型領域に形成する素子とｐ型領域に形成する素子との形状差をより少なくすることができる。これはメインエッチングにおいてＮ２ガスを加えることにより，例えばゲート電極の側壁にＳｉＮの保護膜が形成されることが要因の１つと考えられるからである。
【００５６】
以下に，図２（ａ）と同様の膜構造に対して，ポリシリコン膜２０４の露出面の自然酸化膜を除去するエッチング処理を行うブレークスルーエッチングを行った後に，メインエッチング（第１のエッチング工程）を行った場合の実験結果を説明する。ブレークスルーエッチングの際の条件は，例えば処理室１０４内の圧力が１０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔８０ｍｍ，処理ガスとしてＣＦ４ガス，Ａｒガスの混合ガスを用い，そのＣＦ４ガス／Ａｒガスの流量比（ＣＦ４ガスの流量／Ａｒガスの流量）は５０ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍとし，ウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタ，エッジともに３Ｔｏｒｒ，処理室１０４内の設定温度については下部電極を７５℃，上部電極を８０℃，側壁部を６０℃，上部電極１２２に印加する高周波電力を３５０Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力を１５０Ｗとする。ブレークスルーエッチングは５ｓｅｃの時間だけ行う。
【００５７】
また，メインエッチングにおけるベースとするエッチングの際の条件（第３のベースとする条件）は，例えば処理室１０４内の圧力が１０ｍＴｏｒｒ，上部電極１２２と下部電極１０６との間隔１００ｍｍ，処理ガスとしてＨＢｒガス，Ｏ２ガス，Ａｒガスを用い，ＨＢｒガス／Ｏ２ガス／Ａｒガスの流量比（ＨＢｒガスの流量／Ｏ２ガスの流量／Ａｒガスの流量）は１２０ｓｃｃｍ／１ｓｃｃｍ／１８０ｓｃｃｍとし，ウェハ裏面冷却ガス圧力はセンタを３Ｔｏｒｒ，エッジを１０Ｔｏｒｒとし，処理室１０４内の設定温度については下部電極を７０℃，上部電極を８０℃，側壁部を６０℃，上部電極１２２に印加する高周波電力を１００Ｗ，下部電極１０６に印加する高周波電力を１２０Ｗとする。メインエッチングは４３ｓｅｃの時間だけ行う。なお，ウエハＷは直径２００ｍｍのものを用いた。
【００５８】
先ず，上記第３のベースとする条件でエッチングを行った場合には，図３（ａ）に示すように，ｎ型領域３０４ａのゲート電極の上部側壁がサイドエッチングされるのに対して，ｐ型領域３０４ｂのゲート電極はサイドエッチングされない点で形状に差がある。
【００５９】
ところが，第３のベースとする条件のうち，Ｎ２ガスを加え，さらにＮ２ガスの流量を９ｓｃｃｍ，１２ｓｃｃｍ，１５ｓｃｃｍと増加していくに連れて形状差がなくなっていく。例えばＮ２ガスの流量が９ｓｃｃｍ，１２ｓｃｃｍ程度では未だ形状差が残るものの，Ｎ２ガスの流量が１５ｓｃｃｍとなると，図３（ｂ）に示すようにｎ型領域３０４ａのゲート電極の上部側壁３０４ｗはサイドエッチングされなくなり，ｐ型領域３０４ｂのゲート電極もサイドエッチングされないので，ほとんど形状差がなくなることがわかった。このように，メインエッチングの場合においても処理ガスにＮ２ガスを追加することにより，ｎ型領域に形成する素子とｐ型領域に形成する素子との形状差をより少なくすることができる。
【００６０】
このように，Ｎ２ガスを多くした方がより形状差がなくなる。但し，実用的には，Ｎ２ガスのＨＢｒガスに対する流量比を少なくとも０．１２５以上とすれば十分である。また，メインエッチングであるので，Ｎ２ガスの流量はオーバーエッチングの場合よりも多くすることができる。これはメインエッチングの場合には酸化膜破れなどを気にする必要がないので，下部電極へ印加する高周波電力など他の条件をある程度可変できるためである。
【００６１】
以上，説明したようにメインエッチングの段階とオーバーエッチングの段階それぞれにおける処理条件を的確に設定することにより，ｎ型領域とｐ型領域を同時にエッチングする際の各領域に形成される素子の形状差の発生を極力抑えることができ，結果的にゲート酸化膜破れを防止することができる。
【００６２】
以上，添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが，本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６３】
例えば，本実施の形態では，上部電極１２２と下部電極１０６にそれぞれ高周波電力を印加するプラズマエッチング処理装置について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，例えば下部電極のみに高周波電力を印加するプラズマエッチング装置に適用してもよい。
【００６４】
また，本実施の形態において，絶縁膜上の被処理膜層であるポリシリコン膜層をエッチングする場合について説明したが，必ずしもこれに限定されるものではなく，被処理膜層としてはその他の多結晶シリコンや例えばＷＳｉ／Ｐｏｌｙ／Ｏｘ構造などのポリサイド膜層等のシリコン系膜層に適用してもよく，また，Ｗ／ＷＮ／Ｐｏｌｙ／Ｏｘ構造などのメタル層をメタルエッチングする場合に適用してもよい。
【００６５】
また，本実施の形態では，ｎ型不純物としてリンをドープしてｎ型領域としｐ型不純物としてボロンをドープしてｐ型領域とした場合について説明したが，ｎ型不純物やｐ型不純物としてはこれに限定されるものではなく，またドープ量の異なる領域として，例えばｎ型不純物としてリンをドープした領域をｎ型領域とし何もドープしていない領域をｐ型領域とした場合や，同じリンをドープした領域であってもドープ量の異なる領域を有する場合であってもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば，被処理体に形成された絶縁膜層上の被処理膜層のうち，例えばｐ型不純物がドープされたｐ型領域とｎ型不純物がドープされたｎ型領域のようにドープされたドーパントの異なる領域，又は例えばｎ型不純物がドープされたｎ型領域と何もドープされていないｐ型領域などのようにドープ量の異なる領域を同時にエッチングして各領域にゲート電極などの素子を形成する際，各領域に形成された素子の形状差の発生を極力抑えることができ，ゲート酸化膜破れを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるエッチング方法を適用可能なエッチング装置の概略構成図。
【図２】同実施の形態におけるエッチング方法の工程を示す模式図。
【図３】同実施の形態においてＮ２ガスを加えてメインエッチングした場合のゲート電極の形状を示す図。
【図４】従来のプラズマ処理を行った場合の工程を示す模式図。
【符号の説明】
１００…エッチング装置
１０２…処理容器
１０４…処理室
１０６…下部電極
１０８…高圧電流電源
１１０…静電チャック
１１２…フォーカスリング
１１８…整合器
１１９…整合器
１２０…高周波電源
１２１…高周波電源
１２２…上部電極
１２２ａ…ガス供給孔
１２３…絶縁体
１２４…ガス供給管
１２６ａ，１２６ｂ，１２６ｃ…ガス供給系
１３２ａ〜１３２ｃ…開閉バルブ
１３４ａ〜１３４ｃ…流量調整バルブ
１２６ａ〜１２６ｃ…ガス供給源
１５０…排気管
２００…シリコン基板
２０２…ゲート酸化膜
２０４ａ…ｎ型領域
２０４ｂ…ｐ型領域
２０６ａ…マスクパターン
２０６ｂ…マスクパターン
３０４ａ…ｎ型領域
３０４ｂ…ｐ型領域
Ｗ…ウェハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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