(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の単結晶シリコン層を、当該単結晶シリコン層の上部に形成され所定のパターンにパターニングされた上層を介して処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記単結晶シリコン層のエッチングを行うプラズマエッチング工程を開始する前に、カーボンを含んだガスのプラズマを用いて前記上層の側壁部に保護膜を形成する保護膜形成工程を行い、
前記保護膜形成工程は、処理チャンバー内に配設された載置台に前記被処理基板を載置し、当該載置台に第１の周波数のプラズマ生成用の第１の高周波電力と、前記第１の周波数より低い第２の周波数のバイアス用の第２の高周波電力とを印加して行い、かつ、前記第２の高周波電力を調整することによって、前記単結晶シリコン層の表面に形成される保護膜をスパッタしつつこれを前記上層の側壁部に付着させることにより、前記上層の側壁部に形成される保護膜の厚さを、前記単結晶シリコン層の表面に形成される保護膜の厚さより厚くする
ことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマエッチング方法であって、
前記上層の側壁部に形成される保護膜の厚さを０．５μｍ以上と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】
請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法であって、
前記プラズマエッチング工程の後に、前記上層の側壁部に形成された保護膜を除去するエッチング後保護膜除去工程を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記保護膜形成工程と、前記プラズマエッチング工程との間に、前記上層のパターンの間に露出した前記単結晶シリコン層の表面に形成された前記保護膜の少なくとも一部を除去するエッチング前保護膜除去工程を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項５】
請求項４記載のプラズマエッチング方法であって、
前記上層のパターンの間に露出した前記単結晶シリコン層の表面に形成された前記保護膜の厚さが０．１μｍ以上となった場合に前記エッチング前保護膜除去工程を行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項６】
請求項１〜５いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記単結晶シリコン層のエッチングは、ＳＦ6とＯ2の混合ガスを処理ガスとして使用することを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項７】
請求項６記載のプラズマエッチング方法であって、
前記単結晶シリコン層のエッチングは、前記処理ガスの総流量に対して、Ｏ2の流量が５％以上となる流量比で行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項８】
請求項６又は７記載のプラズマエッチング方法であって、
前記単結晶シリコン層のエッチングは、圧力が１３．３Ｐａ以上となる雰囲気中で行うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項９】
被処理基板を収容する処理チャンバーと、
前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記処理ガス供給手段から供給された前記処理ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理するプラズマ生成手段と、
前記処理チャンバー内で請求項１から請求項８いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるように制御する制御部と
を備えたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
【請求項１０】
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８いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とするコンピュータ記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶シリコン層を処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体装置の製造工程においては、フォトレジスト等をマスクとして、被処理基板としてのシリコンウエハを構成する単結晶シリコン等を処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチングが行われている。
【０００３】
上記のような単結晶シリコンのプラズマエッチングにおいては、ＳＦ6とＯ2の混合ガスを処理ガスとして使用することが知られている。しかしながら、ＳＦ6とＯ2の混合ガスを処理ガスとして使用した単結晶シリコンのプラズマエッチングでは、等方性エッチングによりアンダーカットが生じやすく、垂直な側壁形状を得ることが難しい。このため、単結晶シリコンの側壁に保護膜を形成する保護膜形成とエッチングとを交互に行う方法が知られている。また、酸化シリコン膜をマスクとして単結晶シリコンをエッチングする際に、上記の処理ガスに、フッ化ケイ素ガスを添加し、単結晶シリコンの側壁に保護膜を形成しながらエッチングを進行させることにより、アンダーカットの発生を抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
なお、絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成するプラズマエッチングでは、より微細化を行うために、絶縁膜の上層に形成されたシリコン窒化膜のエッチング中にシリコン窒化膜の側壁部にポリマーを堆積させて開口寸法を小さくし、これをマスクとして絶縁膜をエッチングすることにより、径の小さなコンタクトホールを形成する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。しかしながら、この技術は酸化膜等の絶縁膜をエッチングする技術であり、単結晶シリコンをエッチングする技術ではない。
【特許文献１】特開２００４−８７７３８号公報
【特許文献２】特開平１１−３３０２４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、単結晶シリコンをプラズマエッチングする場合、従来はプラズマエッチングを行う処理ガスに、フッ化ケイ素ガス等を添加し、側壁保護膜を形成しつつエッチングを進行させることによって、アンダーカットの発生を抑制している。
【０００６】
しかしながら、このような従来技術では、堆積性を発揮するガスを処理ガス中に添加するため、単結晶シリコンのエッチング速度が低下することが避けられないという課題があった。
【０００７】
本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、アンダーカットの発生を抑制することができるとともに、従来に比べて高速に単結晶シリコンをエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１のプラズマエッチング方法は、被処理基板の単結晶シリコン層を、当該単結晶シリコン層の上部に形成され所定のパターンにパターニングされた上層を介して処理ガスのプラズマによりエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記単結晶シリコン層のエッチングを行うプラズマエッチング工程を開始する前に、カーボンを含んだガスのプラズマを用いて前記上層の側壁部に保護膜を形成する保護膜形成工程を行い、前記保護膜形成工程は、処理チャンバー内に配設された載置台に前記被処理基板を載置し、当該載置台に第１の周波数のプラズマ生成用の第１の高周波電力と、前記第１の周波数より低い第２の周波数のバイアス用の第２の高周波電力とを印加して行い、かつ、前記第２の高周波電力を調整することによって、前記単結晶シリコン層の表面に形成される保護膜をスパッタしつつこれを前記上層の側壁部に付着させることにより、前記上層の側壁部に形成される保護膜の厚さを、前記単結晶シリコン層の表面に形成される保護膜の厚さより厚くすることを特徴とする。
【０００９】
請求項２のプラズマエッチング方法は、請求項１記載のプラズマエッチング方法であって、前記上層の側壁部に形成される保護膜の厚さを０．５μｍ以上とすることを特徴とする。
請求項３のプラズマエッチング方法は、請求項１又は２記載のプラズマエッチング方法であって、前記プラズマエッチング工程の後に、前記上層の側壁部に形成された保護膜を除去するエッチング後保護膜除去工程を行うことを特徴とする。
【００１０】
請求項４のプラズマエッチング方法は、請求項１〜３いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記保護膜形成工程と、前記プラズマエッチング工程との間に、前記上層のパターンの間に露出した前記単結晶シリコン層の表面に形成された前記保護膜の少なくとも一部を除去するエッチング前保護膜除去工程を行うことを特徴とする。
請求項５のプラズマエッチング方法は、請求項４記載のプラズマエッチング方法であって、前記上層のパターンの間に露出した前記単結晶シリコン層の表面に形成された前記保護膜の厚さが０．１μｍ以上となった場合に前記エッチング前保護膜除去工程を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項６のプラズマエッチング方法は、請求項１〜５いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記単結晶シリコン層のエッチングは、ＳＦ6とＯ2の混合ガスを処理ガスとして使用することを特徴とする。
【００１２】
請求項７のプラズマエッチング方法は、請求項６記載のプラズマエッチング方法であって、前記単結晶シリコン層のエッチングは、前記処理ガスの総流量に対して、Ｏ2の流量が５％以上となる流量比で行うことを特徴とする。
【００１３】
請求項８のプラズマエッチング方法は、請求項６又は７記載のプラズマエッチング方法であって、前記単結晶シリコン層のエッチングは、圧力が１３．３Ｐａ以上となる雰囲気中で行うことを特徴とする。
【００１４】
請求項９のプラズマエッチング装置は、被処理基板を収容する処理チャンバーと、前記処理チャンバー内に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記処理ガス供給手段から供給された前記処理ガスをプラズマ化して前記被処理基板を処理するプラズマ生成手段と、前記処理チャンバー内で請求項１から請求項８いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるように制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
請求項１０のコンピュータ記憶媒体は、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８いずれか１項記載のプラズマエッチング方法が行われるようにプラズマエッチング装置を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、アンダーカットの発生を抑制することができるとともに、従来に比べて高速に単結晶シリコンをエッチングすることのできるプラズマエッチング方法、プラズマエッチング装置及びコンピュータ記憶媒体を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るプラズマエッチング方法における被処理基板としての半導体ウエハの断面構成を拡大して示すものである。また、図２は、本実施形態のプラズエッチング装置の構成を示すものである。まず、図２を参照してプラズマエッチング装置の構成について説明する。
【００１８】
プラズマエッチング装置は、気密に構成され、電気的に接地電位とされた処理チャンバー１を有している。この処理チャンバー１は、円筒状とされ、例えばアルミニウム等から構成されている。処理チャンバー１内には、被処理基板である半導体ウエハＷを水平に支持する下部電極としての載置台２が設けられている。載置台２は例えばアルミニウム等で構成されており、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、載置台２の上方の外周には、フォーカスリング５が設けられている。さらに、載置台２及び支持台４の周囲を囲むように、例えば石英等からなる円筒状の内壁部材３ａが設けられている。
【００１９】
載置台２には、第１の整合器１１ａを介して第１のＲＦ電源１０ａが接続され、また、第２の整合器１１ｂを介して第２のＲＦ電源１０ｂが接続されている。第１のＲＦ電源１０ａは、プラズマ形成用のものであり、この第１のＲＦ電源１０ａからは所定周波数（例えば２７ＭＨｚ以上）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。また、第２のＲＦ電源１０ｂは、イオン引き込み用のものであり、この第２のＲＦ電源１０ｂからは第１のＲＦ電源１０ａより低い所定周波数（例えば、１３．５６ＭＨｚ以下）の高周波電力が載置台２に供給されるようになっている。一方、載置台２の上方には、載置台２と平行に対向するように、接地電位とされたシャワーヘッド１６が設けられており、これらの載置台２とシャワーヘッド１６は、一対の電極として機能するようになっている。
【００２０】
載置台２の上面には、半導体ウエハＷを静電吸着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を介在させて構成されており、電極６ａには直流電源１２が接続されている。そして電極６ａに直流電源１２から直流電圧が印加されることにより、クーロン力によって半導体ウエハＷが吸着されるよう構成されている。
【００２１】
支持台４の内部には、冷媒流路４ａが形成されており、冷媒流路４ａには、冷媒入口配管４ｂ、冷媒出口配管４ｃが接続されている。そして、冷媒流路４ａの中に適宜の冷媒、例えば冷却水等を循環させることによって、支持台４及び載置台２を所定の温度に制御可能となっている。また、載置台２等を貫通するように、半導体ウエハＷの裏面側にヘリウムガス等の冷熱伝達用ガス（バックサイドガス）を供給するためのバックサイドガス供給配管３０が設けられており、このバックサイドガス供給配管３０は、図示しないバックサイドガス供給源に接続されている。これらの構成によって、載置台２の上面に静電チャック６によって吸着保持された半導体ウエハＷを、所定の温度に制御可能となっている。
【００２２】
上記したシャワーヘッド１６は、処理チャンバー１の天壁部分に設けられている。シャワーヘッド１６は、本体部１６ａと電極板をなす上部天板１６ｂとを備えており、支持部材４５を介して処理チャンバー１の上部に支持されている。本体部１６ａは、導電性材料、例えば表面が陽極酸化処理されたアルミニウムからなり、その下部に上部天板１６ｂを着脱自在に支持できるように構成されている。
【００２３】
本体部１６ａの内部には、ガス拡散室１６ｃが設けられ、このガス拡散室１６ｃの下部に位置するように、本体部１６ａの底部には、多数のガス通流孔１６ｄが形成されている。また、上部天板１６ｂには、当該上部天板１６ｂを厚さ方向に貫通するようにガス導入孔１６ｅが、上記したガス通流孔１６ｄと重なるように設けられている。このような構成により、ガス拡散室１６ｃに供給された処理ガスは、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給されるようになっている。なお、本体部１６ａ等には、冷媒を循環させるための図示しない配管が設けられており、プラズマエッチング処理中にシャワーヘッド１６を所望温度に冷却できるようになっている。
【００２４】
上記した本体部１６ａには、ガス拡散室１６ｃへ処理ガスを導入するためのガス導入口１６ｄが形成されている。このガス導入口１６ｄにはガス供給配管１５ａが接続されており、このガス供給配管１５ａの他端には、エッチング用の処理ガス（エッチングガス）を供給する処理ガス供給源１５が接続されている。ガス供給配管１５ａには、上流側から順にマスフローコントローラ（ＭＦＣ）１５ｂ、及び開閉弁Ｖ１が設けられている。そして、処理ガス供給源１５からプラズマエッチングのための処理ガスとして、例えばＳＦ6ガスとＯ2ガスとの混合ガスが、ガス供給配管１５ａを介してガス拡散室１６ｃに供給され、このガス拡散室１６ｃから、ガス通流孔１６ｄ及びガス導入孔１６ｅを介して処理チャンバー１内にシャワー状に分散されて供給される。
【００２５】
処理チャンバー１の側壁からシャワーヘッド１６の高さ位置よりも上方に延びるように円筒状の接地導体１ａが設けられている。この円筒状の接地導体１ａは、その上部に天壁を有している。
【００２６】
処理チャンバー１の底部には、排気口７１が形成されており、この排気口７１には、排気管７２を介して排気装置７３が接続されている。排気装置７３は、真空ポンプを有しており、この真空ポンプを作動させることにより処理チャンバー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、処理チャンバー１の側壁には、ウエハＷの搬入・搬出口７４が設けられており、この搬入・搬出口７４には、当該搬入・搬出口７４を開閉するゲートバルブ７５が設けられている。
【００２７】
図中７６，７７は、着脱自在とされたデポシールドである。デポシールド７６は、処理チャンバー１の内壁面に沿って設けられ、処理チャンバー１にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止する役割を有し、このデポシールド７６の半導体ウエハＷと略同じ高さ位置には、グランドにＤＣ的に接続された導電性部材（ＧＮＤブロック）７９が設けられており、これにより異常放電が防止される。
【００２８】
上記構成のプラズマエッチング装置は、制御部６０によって、その動作が統括的に制御される。この制御部６０には、ＣＰＵを備えプラズマエッチング装置の各部を制御するプロセスコントローラ６１と、ユーザインターフェース６２と、記憶部６３とが設けられている。
【００２９】
ユーザインターフェース６２は、工程管理者がプラズマエッチング装置を管理するためにコマンドの入力操作を行うキーボードや、プラズマエッチング装置の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成されている。
【００３０】
記憶部６３には、プラズマエッチング装置で実行される各種処理をプロセスコントローラ６１の制御にて実現するための制御プログラム（ソフトウエア）や処理条件データ等が記憶されたレシピが格納されている。そして、必要に応じて、ユーザインターフェース６２からの指示等にて任意のレシピを記憶部６３から呼び出してプロセスコントローラ６１に実行させることで、プロセスコントローラ６１の制御下で、プラズマエッチング装置での所望の処理が行われる。また、制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータで読取り可能なコンピュータ記憶媒体（例えば、ハードディスク、ＣＤ、フレキシブルディスク、半導体メモリ等）などに格納された状態のものを利用したり、或いは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
【００３１】
このように構成されたプラズマエッチング装置で、半導体ウエハＷの単結晶シリコン等をプラズマエッチングする手順について説明する。まず、ゲートバルブ７５が開かれ、半導体ウエハＷが図示しない搬送ロボット等により、図示しないロードロック室を介して搬入・搬出口７４から処理チャンバー１内に搬入され、載置台２上に載置される。この後、搬送ロボットを処理チャンバー１外に退避させ、ゲートバルブ７５を閉じる。そして、排気装置７３の真空ポンプにより排気口７１を介して処理チャンバー１内が排気される。
【００３２】
処理チャンバー１内が所定の真空度になった後、処理チャンバー１内には処理ガス供給源１５から所定の処理ガス（エッチングガス）が導入され、処理チャンバー１内が所定の圧力、例えば２６．６Ｐａ（２００ｍTorr）に保持され、この状態で第１のＲＦ電源１０ａから載置台２に、周波数の高い高周波電力が供給される。また、第２のＲＦ電源１０ｂからは、イオン引き込みのため、載置台２に第１のＲＦ電源１０ａより周波数の低い高周波電力が供給される。このとき、直流電源１２から静電チャック６の電極６ａに所定の直流電圧が印加され、半導体ウエハＷはクーロン力により吸着される。
【００３３】
この場合に、上述のようにして下部電極である載置台２に高周波電力が印加されることにより、上部電極であるシャワーヘッド１６と下部電極である載置台２との間には電界が形成される。半導体ウエハＷが存在する処理空間には放電が生じ、それによって形成された処理ガスのプラズマにより、半導体ウエハＷ上に形成されたポリシリコン、アモルファスシリコン等のシリコンがエッチング処理される。
【００３４】
そして、上記したエッチング処理が終了すると、高周波電力の供給及び処理ガスの供給が停止され、上記した手順とは逆の手順で、半導体ウエハＷが処理チャンバー１内から搬出される。
【００３５】
次に、図１を参照して、上記したプラズマエッチング装置を用いた本実施形態に係るプラズマエッチング方法について説明する。図１は、本実施形態における被処理基板としての半導体ウエハＷの要部構成を拡大して示すものである。図１（ａ）に示すように、半導体ウエハＷを構成する単結晶シリコン層１０１の表面には、所定のパターンにパターニングされたフォトレジスト層１０２が形成されている。
【００３６】
本実施形態では、まず、図１（ｂ）に示すように、主としてフォトレジスト層１０２のパターンの側壁部分に、保護膜１０３を形成する保護膜形成工程を行う。この工程では、後述する単結晶シリコン層１０１のプラズマエッチングの際に、エッチングされ難い材料からなる保護膜１０３を形成するためのものであり、カーボンを含んだガス、例えばＣＦ系ガス（例えば、Ｃ4Ｆ8）のプラズマを用いて行いて有機系の膜を形成することにより行う。
【００３７】
Ｃ4Ｆ8ガスを用いた場合、圧力範囲を例えば６．６５〜１３３Ｐａ（５０〜１０００mTorr）程度とすることが好ましく、さらには、１３．３〜５３．２Ｐａ（１００〜４００mTorr）程度とすることが好ましい。また、ガス流量は、５０〜１０００ｓｃｃｍ程度とすることが好ましく、さらには、３００〜６００ｓｃｃｍ程度とすることが好ましい。また、必要に応じて他のガス例えばＣＨ4ガス等を添加してもよい。ＣＨ4ガスを添加すると、カーボンリッチな保護膜１０３を形成することができ、フッ素ラジカルに対して強い保護膜１０３を形成することができる。
【００３８】
また、第１のＲＦ電源１０ａから印加するプラズマ生成用の周波数の高い高周波電力の電圧は、例えば１０００〜３０００Ｖ程度とすることが好ましく、さらには、略２０００Ｖ程度とすることが好ましい。一方、第２のＲＦ電源１０ｂから印加するバイアス用の周波数の低い高周波電力の電圧は、例えば１００〜１０００Ｖ程度とすることが好ましく、さらには、略２００Ｖ程度とすることが好ましい。この保護膜形成工程に要する時間は、５〜１２０秒程度である。
【００３９】
フォトレジスト層１０２のパターンの側壁部分に形成される保護膜１０３は、厚さが０．５μｍ以上となるように形成することが好ましい。この場合、保護膜１０３は、フォトレジスト層１０２の表面及びパターン底部の単結晶シリコン層１０１表面にも形成されるが、このうち、単結晶シリコン層１０１表面に形成される保護膜１０３は、薄い方が好ましく、０．１μｍ未満とすることが好ましい。このように、パターンの側壁部に形成される保護膜１０３を厚くし、底部に形成される保護膜１０３を薄くするには、第２のＲＦ電源１０ｂから印加するバイアス電圧を調整して、底部に形成される保護膜をスパッタしつつこれを側壁に付着させること等によって実現することができる。
【００４０】
なお、単結晶シリコン層１０１表面（パターンの底部）に形成された保護膜１０３の厚さが０．１μｍ以上となった場合は、次の単結晶シリコン層１０１のプラズマエッチング工程を行う前に、この単結晶シリコン層１０１表面に形成された保護膜１０３の少なくとも一部を除去するエッチング前保護膜除去工程を行うことが好ましい。これによって、単結晶シリコン層１０１のプラズマエッチング工程において、単結晶シリコン層１０１のエッチングを迅速に行うことができる。このエッチング前保護膜除去工程は、後述するエッチング後保護膜除去工程と同様なプロセスによって行うことができる。但し、単結晶シリコン層１０１表面（パターンの底部）に形成された保護膜１０３を主として除去するため、第２のＲＦ電源１０ｂから印加するバイアス用の周波数の低い高周波電力の電圧をある程度高くすることが好ましい。
【００４１】
次に、図１（ｃ）に示すように、パターンの側壁部に保護膜１０３が形成されたフォトレジスト層１０２をマスクとして、単結晶シリコン層１０１のプラズマエッチングを行い、フォトレジスト層１０２にマスクの形状に応じた孔又は溝１０４を形成する。この単結晶シリコン層１０１のプラズマエッチング工程では、ＳＦ6とＯ2の混合ガスを処理ガスとして使用する。
【００４２】
図３のグラフは、縦軸をＳｉのエッチングレート及びサイドエッチング値、横軸を圧力として、ＳＦ6とＯ2の混合ガスを処理ガスとして使用したプラズマエッチング工程における圧力とＳｉのエッチングレート及びサイドエッチング値との関係を測定した結果を示すものである。この図３のグラフに示されるように、プラズマエッチング工程における圧力が高い方が、Ｓｉのエッチングレートが高くなるとともに、サイドエッチング量も多くなる。このため、高いエッチングレートで高速にエッチングを行うためには、プラズマエッチング工程における圧力範囲は、例えば１３．３〜１３３Ｐａ（１００〜１０００mTorr）程度とすることが好ましく、さらには、２６．６Ｐａ（２００mTorr）程度とすることが好ましい。この場合、サイドエッチング量も増加するが、本実施形態のように予めレジスト層１０２の側壁部に保護膜１０３を形成することによって、最終的に得られるエッチング形状に与えるサイドエッチングの影響を抑制することができる。
【００４３】
また、ＳＦ6合ガスのガス流量は、１００〜１０００ｓｃｃｍ程度とすることが好ましく、さらには、略４００ｓｃｃｍ程度とすることが好ましい。また、Ｏ2ガスのガス流量は、１０〜５００ｓｃｃｍ程度とすることが好ましく、さらには、略８０ｓｃｃｍ程度とすることが好ましい。また、必要に応じて他のガス、例えばＣＦ4、Ｎ2等を添加してもよい。図４のグラフは、縦軸をＳｉのエッチングレート、横軸をＯ2の流量比（Ｏ2ガス流量／全ガス流量）として、これらの関係を測定した結果を示すものである。この図４のグラフに示すように、Ｏ2の流量比は、ある程度高くした方が、Ｓｉのエッチングレートが高くなり、一定以上Ｏ2の流量比を高くすると逆にＳｉのエッチングレートが低くなる。このため、Ｏ2の流量比（Ｏ2ガス流量／全ガス流量（ＳＦ6ガス流量＋Ｏ2ガス流量））は、５％以上５０％以下の範囲とすることが好ましい。
【００４４】
また、第１のＲＦ電源１０ａから印加するプラズマ生成用の周波数の高い高周波電力の電圧は、例えば５００〜３０００Ｖ程度とすることが好ましく、さらには、略１５００Ｖ程度とすることが好ましい。一方、第２のＲＦ電源１０ｂから印加するバイアス用の周波数の低い高周波電力の電圧は、例えば０〜１０００Ｖ程度とすることが好ましく、さらには、略１００Ｖ程度とすることが好ましい。このプラズマエッチング工程に要する時間は、３０〜１２００秒程度である。
【００４５】
しかる後、図１（ｄ）に示すように、フォトレジスト層１０２及び保護膜１０３を除去するエッチング後保護膜除去工程を行う。この工程は、処理ガスとしてＯ2ガスを使用した酸素プラズマによるアッシング等によって行うことができる。この場合、エッチング後保護膜除去工程における圧力範囲は、例えば１３．３〜１０６Ｐａ（１００〜８００mTorr）程度とすることが好ましく、さらには、略２６．６Ｐａ（２００mTorr）程度とすることが好ましい。また、Ｏ2ガスのガス流量は、２００〜２０００ｓｃｃｍ程度することが好ましく、さらには、略６００ｓｃｃｍ程度とすることが好ましい。また、必要に応じて他のガス、例えばＣＦ4、Ｎ2等を添加してもよい。
【００４６】
また、第１のＲＦ電源１０ａから印加するプラズマ生成用の周波数の高い高周波電力の電圧は、例えば５００〜３０００Ｖ程度とすることが好ましく、さらには略１０００Ｖ程度とすることが好ましい。一方、第２のＲＦ電源１０ｂから印加するバイアス用の周波数の低い高周波電力の電圧は、例えば０〜５００Ｖ程度とすることが好ましく、さらには略１００Ｖ程度とすることが好ましい。このエッチング後保護膜除去工程に要する時間は、０〜３００秒程度である。
【００４７】
以上のように、本実施形態では、保護膜形成工程によってパターンの側壁部に保護膜１０３を形成したフォトレジスト層１０２をマスクとして、単結晶シリコン層１０１のプラズマエッチングを行う。このため、高いエッチングレートで単結晶シリコン層１０１のプラズマエッチングを行うことによって、単結晶シリコン層１０１のフォトレジスト層１０２直下の部分にサイドエッチングが進行しても、予め保護膜１０３によって、パターンの開口部分の寸法（図１（ｂ）に示すｄ２）が小さくなっているので、サイドエッチングされた部分の寸法（図１（ｄ）に示すｄ３）を、目的とした最初のパターンの寸法（図１（ａ）に示すｄ１）に近づけることができる。
【００４８】
すなわち、予めフォトレジスト層１０２の側壁部に保護膜１０３を形成しておくことによって、フォトレジスト層１０２直下の部分に生じるサイドエッチングによるアンダーカットが最終的なエッチング形状に与える影響を、軽減することができる。
【００４９】
実施例として、実際に上記の実施形態の工程によるプラズマエッチングを行ったところ、単結晶シリコン層１０１のプラズマエッチング工程における圧力を２６．６Ｐａ（２００mTorr）、Ｏ2ガスの流量比を２１％とすることにより、３１μｍ／ｍｉｎという高いエッチングレートで、単結晶シリコン層１０１をエッチングすることができた。また、サイドエッチングによるアンダーカット（上記したｄ１に対するｄ３の拡がり）も略０とすることができた。
【００５０】
以上説明したとおり、本実施形態によれば、アンダーカットの発生を抑制することができるとともに、従来に比べて高速に単結晶シリコンをエッチングすることができる。なお、本発明は上記の実施形態及び実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。例えば、プラズマエッチング装置は、図２に示した平行平板型の下部２周波印加型に限らず、上下２周波印加型のプラズマエッチング装置や、下部１周波印加型のプラズマエッチング装置等の他、各種のプラズマエッチング装置を使用することができる。
【００５１】
また、上記の実施形態では、単結晶シリコン層１０１の上にフォトレジスト層１０２が形成されている場合について説明したが、図５に示すように、単結晶シリコン層１０１とフォトレジスト層１０２との間に他の材料からなる層、例えば多層膜１０５が介在している場合であってもよい。この場合、多層膜１０５をエッチングした後、フォトレジスト層１０２の側壁部と多層膜１０５の側壁部に保護膜１０３を形成し、この後、単結晶シリコン層１０１のエッチングを行う。また、単結晶シリコン層１０１の上に形成されているパターニングされた層は、フォトレジスト層１０２に限らず、他の材料からなるハードマスク等であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のプラズマエッチング方法の実施形態に係る半導体ウエハの断面構成を示す図。
【図２】本発明の実施形態に係るプラズマエッチング装置の概略構成を示す図。
【図３】プラズマエッチング工程における圧力とＳｉのエッチングレート及びサイドエッチング値との関係を測定した結果を示すグラフ。
【図４】ＳｉのエッチングレートとＯ2の流量比（Ｏ2ガス流量／全ガス流量）との関係を測定した結果を示すグラフ。
【図５】変形例に係る半導体ウエハの断面構成を示す図。
【符号の説明】
【００５３】
１０１……単結晶シリコン層、１０２……フォトレジスト層、１０３……保護膜、１０４……孔又は溝。
【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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