(57)【要約】【課題】プラズマエッチングにおける寸法制御及び形状制御を従来に比べて高精度で行うことができ、所望寸法及び所望形状のエッチングパターンを得ることのできるプラズマエッチング方法等を提供する。【解決手段】パターニングしたＳＯＧ膜１０４をマスクとして、下層レジスト１０３をプラズマエッチングし、開口１１２を形成する。このプラズマエッチング工程では、処理ガス（エッチングガス）として、酸素を含むガスと、硫黄を含み酸素を含まないガスを含む混合ガスを使用する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された所定パターンのマスク層を介して当該マスク層の下側に形成された有機膜からなる下層膜を、処理ガスのプラズマによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記処理ガスに、酸素を含むガスと、硫黄を含み酸素を含まないガスを含む混合ガスを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、
前記酸素を含むガスが、Ｏ2ガス、ＣＯガス、ＣＯ2ガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせであ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に記載のプラズマエッチング方法であって、
前記マスク層がシリコン含有無機化合物からなることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項４】
基板に形成された所定パターンのマスク層を介して当該マスク層の下側に形成された窒化シリコン膜からなる下層膜を、処理ガスのプラズマによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記処理ガスに、硫黄を含み酸素を含まないガスを添加する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１〜４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、
前記硫黄を含み酸素を含まないガスが、ＣＳ2ガス、Ｈ2Ｓガス、Ｓ2Ｃｌ2ガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせであることを特徴とするプラズマエッチング方法。
【請求項６】
基板上に形成された被エッチング層を、当該被エッチング層の直上から順に少なくとも、第１シリコン含有無機化合物層と、第１レジスト層と、第２シリコン含有無機化合物層と、第２レジスト層とが積層された多層マスクを用いてエッチングするプラズマエッチング方法であって、
前記第２レジスト層をマスクとしてパターン形成された前記第２シリコン含有無機化合物層をマスクとし、少なくとも、酸素を含むガスと、硫黄を含み酸素を含まないガスとを、含む処理ガスをプラズマ化して前記第１レジスト層をエッチングすることにより、前記第１シリコン含有無機化合物層をエッチングするためのレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクを介して前記第１シリコン含有無機化合物層をエッチングすることにより、ハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクを介して前記被エッチング層をエッチングする工程と
を具備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】
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６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８】
コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項６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制御プログラム。
【請求項９】
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６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、基板に形成された所定パターンのマスク層を介して当該マスク層の下側に形成された有機膜又は窒化シリコン膜からなる下層膜を、処理ガスのプラズマによりプラズマ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、制御プログラム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、マスク層を介してプラズマエッチング処理を行い、有機膜や窒化シリコン膜を所望のパターンに形成することが行われている。また、このようなプラズマエッチングでは、多層レジストマスクを用いることにより、より微細な加工を精度良く行う技術が知られている。
【０００３】
多層レジストマスクを使用する場合、例えば、所定パターンにパターニングされたＡｒＦレジストをマスクとして下層のＳＯＧ膜やＳｉ−ＡＲＣ（Antireflective Coating）等のシリコン含有無機化合膜をプラズマエッチングして所定パターンとし、次に、この所定パターンとしたシリコン含有無機化合膜をマスク層として、有機膜からなる下層レジストをプラズマエッチングすることが行われる。
【０００４】
上記のように、シリコン含有無機化合膜をマスク層として、有機膜からなる下層レジストをプラズマエッチングする場合、従来は、例えば、ＣＯ＋Ｏ2＋Ｎ2、ＣＯ2＋Ｏ2＋Ｎ2、ＣＯ＋Ｎ2等の処理ガス（エッチングガス)が使用されている。しかしながら、このような処理ガスを用いてプラズマエッチングを行った場合、側壁を保護するための堆積性のガス（デポガス）が含まれていない。このため、形成しようとするラインの幅が細くなったり、ホールの径が拡がってしまう等の問題が生じていた。なお、側壁を保護するための堆積性のガスとしては、通常ＣＨ2Ｆ2、ＣＨＦ3等が使用されるが、このようなフッ素を含むガスは、上記のようにシリコン含有無機化合膜をマスク層として使用する場合、このマスク層がエッチングされてしまうため、使用することができない。
【０００５】
なお、レジストをマスクとして有機膜からなるＢＡＲＣをプラズマエッチングする際に、酸素ガス雰囲気とすると、レジストもエッチングされるためパターン寸法の変化が発生し、寸法制御が困難となるので、主たる処理ガスとしてＳＯ2等の硫黄を含むガスを使用することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−３６３１５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、例えば、シリコン含有無機化合膜をマスク層として、有機膜からなる下層レジストをプラズマエッチングする場合等は、有効な側壁保護手段が無く、形成しようとするラインの幅が細くなったり、ホールの径が拡がってしまう等の問題が生じ、所望の寸法及び所望の形状が得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、プラズマエッチングにおける寸法制御及び形状制御を従来に比べて高精度で行うことができ、所望寸法及び所望形状のエッチングパターンを得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、制御プログラム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、基板に形成された所定パターンのマスク層を介して当該マスク層の下側に形成された有機膜からなる下層膜を、処理ガスのプラズマによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記処理ガスに、酸素を含むガスと、硫黄を含み酸素を含まないガスを含む混合ガスを使用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、前記酸素を含むガスが、Ｏ2ガス、ＣＯガス、ＣＯ2ガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３のプラズマエッチング方法は、請求項１又は２に記載のプラズマエッチング方法であって、前記マスク層がシリコン含有無機化合物からなることを特徴とする。
【００１１】
請求項４のプラズマエッチング方法は、基板に形成された所定パターンのマスク層を介して当該マスク層の下側に形成された窒化シリコン膜からなる下層膜を、処理ガスのプラズマによりプラズマエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記処理ガスに、硫黄を含み酸素を含まないガスを添加することを特徴とする。
【００１２】
請求項５のプラズマエッチング方法は、請求項１〜４いずれか１項記載のプラズマエッチング方法であって、前記硫黄を含み酸素を含まないガスが、ＣＳ2ガス、Ｈ2Ｓガス、Ｓ2Ｃｌ2ガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせであることを特徴とする。
【００１３】
請求項６のプラズマエッチング方法は、基板上に形成された被エッチング層を、当該被エッチング層の直上から順に少なくとも、第１シリコン含有無機化合物層と、第１レジスト層と、第２シリコン含有無機化合物層と、第２レジスト層とが積層された多層マスクを用いてエッチングするプラズマエッチング方法であって、前記第２レジスト層をマスクとしてパターン形成された前記第２シリコン含有無機化合物層をマスクとし、少なくとも、酸素を含むガスと、硫黄を含み酸素を含まないガスとを、含む処理ガスをプラズマ化して前記第１レジスト層をエッチングすることにより、前記第１シリコン含有無機化合物層をエッチングするためのレジストマスクを形成する工程と、前記レジストマスクを介して前記第１シリコン含有無機化合物層をエッチングすることにより、ハードマスクを形成する工程と、前記ハードマスクを介して前記被エッチング層をエッチングする工程とを具備することを特徴とする。
【００１４】
請求項７のプラズマエッチング装置は、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６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８の制御プログラムは、コンピュータ上で動作し、実行時に、請求項１から請求項６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。
【００１６】
請求項９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６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】
【００１７】
本発明によれば、プラズマエッチングにおける寸法制御及び形状制御を従来に比べて高精度で行うことができ、所望寸法及び所望形状のエッチングパターンを得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、制御プログラム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】
【００１８】
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、本実施形態に係るプラズマ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。
【００１９】
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、例えば単結晶シリコンで形成されたフォーカスリング５が設けられている。
【００２０】
載置台２には、マッチングボックス１１を介してＲＦ電源１０が接続されている。このＲＦ電源１０からは所定周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）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、シャワーヘッド１６が設けられており、このシャワーヘッド１６は接地されている。したがって、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。
【００２１】
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。
【００２２】
載置台２の内部には、図示しない冷媒流路が形成されており、その中に適宜の冷媒を循環させることによって、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３０ａ、３０ｂが設けられており、これらのバックサイドガス供給配管３０ａ、３０ｂは、バックサイドガス（ヘリウムガス等）供給源３１に接続されている。なお、バックサイドガス供給配管３０ａは、半導体ウエハＷの中央部分にバックサイドガスを供給し、バックサイドガス供給配管３０ｂは、半導体ウエハＷの周縁部分にバックサイドガスを供給するように構成されている。そして、バックサイドガスの圧力を、半導体ウエハＷの中央部分と周縁部分とで、供給エリア毎に別々に制御できるように構成されている。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。
【００２３】
また、上記したフォーカスリング５の外側には排気リング１３が設けられている。排気リング１３は支持台４を通して処理チャンバー１と導通している。
【００２４】
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、その下面に多数のガス吐出孔１８が設けられており、かつその上部にガス導入部１６ａを有している。そして、その内部には空間１７が形成されている。ガス導入部１６ａ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系１５が接続されている。
【００２５】
処理ガス供給系１５から供給される処理ガスは、ガス供給配管１５ａ、ガス導入部１６ａを介してシャワーヘッド１６内部の空間１７に至り、ガス吐出孔１８から半導体ウエハＷに向けて吐出される。
【００２６】
処理チャンバー１の下部には、排気ポート１９が形成されており、この排気ポート１９には排気系２０が接続されている。そして排気系２０に設けられた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の搬入出口を開閉するゲートバルブ２４が設けられている。
【００２７】
処理チャンバー１の周囲には、同心状に、リング磁石２１が配置されており、載置台２とシャワーヘッド１６との間の空間に磁界を及ぼすようになっている。このリング磁石２１は、図示しないモータ等の回転手段により回転可能となっている。
【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に形成された有機膜である下層レジスト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２４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２４を閉じる。そして、排気系２０の真空ポンプにより排気ポート１９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系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１３．３Ｐａ（１００ｍTorr）に保持され、この状態でＲＦ電源１０から載置台２に、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。一方、処理チャンバー１の内部にはリング磁石２１により水平磁界が形成されているから、半導体ウエハＷが存在する処理空間には電子のドリフトによりマグネトロン放電が生じ、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上に形成された下層レジスト等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、本実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図１（ａ）〜（ｄ）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には、被エッチング層１０１が形成されており、この被エッチング層１０１の上に被エッチング層１０１をエッチングするためのハードマスクを構成するための層として、本実施形態では酸化シリコン層１０２が形成されている。この酸化シリコン層１０２の上には、多層レジストマスクを構成するために、有機膜からなる下層レジスト１０３、ＳＯＧ膜（又はＳｉ−ＡＲＣ（Antireflective Coating）若しくはＣＶＤ−ＳｉＯＮ、以下、同じ）１０４、ＡｒＦレジスト１０５が、下側からこの順で設けられている。
【００３６】
最上層に設けられたＡｒＦレジスト１０５は、精密写真転写工程によりパターニングされ、所定形状（例えば、ライン状又はホール状）の開口１１０が形成されている。
【００３７】
上記構造の半導体ウエハＷを、図２に示した装置の処理チャンバー1内に収容し、載置台２に載置して、図１（ａ）に示す状態から、まず、ＡｒＦレジスト１０５をマスクとして、ＳＯＧ膜１０４をプラズマエッチングし、開口１１１を形成して図１（ｂ）の状態とする。このプラズマエッチング工程では、ＣxＦyガス又はＣxＨyＦzガスと、希ガスと、Ｏ2ガス又はＮ2ガスの混合ガス等を処理ガス（エッチングガス）として使用することができる。
【００３８】
次に、上記のようにしてパターニングしたＳＯＧ膜１０４をマスクとして、下層レジスト１０３をプラズマエッチングし、開口１１２を形成して図１（ｃ）の状態とする。このプラズマエッチング工程では、処理ガス（エッチングガス）として、酸素を含むガスと、硫黄を含み酸素を含まないガスを含む混合ガスを使用する。酸素を含むガスとしては、例えば、Ｏ2ガス、ＣＯ2ガス、ＣＯガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせを使用する。また、硫黄を含み酸素を含まないガスとしては、例えば、ＣＳ2ガス、Ｈ2Ｓガス、Ｓ2Ｃｌ2ガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせを使用する。また、これらのガスに、必要に応じて希ガスを混合したガスを使用することができる。
【００３９】
このプラズマエッチング工程では、有機膜である下層レジスト１０３をプラズマエッチングするための主ガスとして、Ｏ2ガス等の酸素を含むガスを用いている。また、ＣＳ2ガス等の硫黄を含み酸素を含まないガスは、硫黄と炭素との作用により側壁を保護する堆積性ガスとして主ガスに添加して用いている。そして、希ガスは、プラズマの着火性、安定性及びイオンエネルギーの運搬等を目的として用いられており、化学的な作用は行わない。
【００４０】
上記のように、本実施形態では、側壁保護のための堆積性ガスとして、ＣＳ2ガス等の硫黄を含み酸素を含まないガスを用いているので、マスク層としてのＳｉ含有無機化合物であるＳＯＧ膜１０４に対する選択比を低下させることなく、有機膜である下層レジスト１０３の寸法制御及び形状制御を高精度で行うことができ、所望寸法及び所望形状のエッチングパターンを得ることができる。この時、ＣＳ2ガス等の流量を多くして、側壁に対する堆積物の堆積量を多くすれば、ラインの場合線幅を太くするように寸法制御することができ、ホールの場合は孔径を小さくするように寸法制御することができる。
【００４１】
次に、上記のようにしてパターニングした下層レジスト１０３をマスクとして、酸化シリコン層１０２をプラズマエッチングし、開口１１３を形成して図１（ｄ）の状態とする。この酸化シリコン層１０２が、被エッチング層１０１をエッチングするためのハードマスクとなる。このプラズマエッチング工程では、処理ガス（エッチングガス）として、ＣxＦyガス又はＣxＨyＦzガスと、希ガスと、Ｏ2ガス又はＮ2ガスの混合ガス等を使用することができる。
【００４２】
次に、図３を参照して第２の実施形態について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、第２の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３（ａ）に示すように、半導体ウエハＷには、被エッチング層２０１が形成されており、この被エッチング層２０１の上に被エッチング層２０１をエッチングするためのハードマスクを構成するための層として、本実施形態では窒化シリコン層２０２が形成されている。この窒化シリコン層２０２の上には、多層レジストマスクを構成するために、有機膜からなる下層レジスト２０３、ＳＯＧ膜（又はＳｉ−ＡＲＣ（Antireflective Coating）若しくはＣＶＤ−ＳｉＯＮ、以下、同じ）２０４、ＡｒＦレジスト２０５が、下側からこの順で設けられている。
【００４３】
最上層に設けられたＡｒＦレジスト２０５は、精密写真転写工程によりパターニングされ、所定形状（例えば、ライン状又はホール状）の開口２１０が形成されている。
【００４４】
上記構造の半導体ウエハＷを、図２に示した装置の処理チャンバー1内に収容し、載置台２に載置して、図３（ａ）に示す状態から、まず、ＡｒＦレジスト２０５をマスクとして、ＳＯＧ膜２０４をプラズマエッチングし、開口２１１を形成して図３（ｂ）の状態とする。このプラズマエッチング工程では、ＣxＦyガス又はＣxＨyＦzガスと、希ガスと、Ｏ2ガス又はＮ2ガスの混合ガス等を処理ガス（エッチングガス）として使用することができる。
【００４５】
次に、上記のようにしてパターニングしたＳＯＧ膜２０４をマスクとして、下層レジスト２０３をプラズマエッチングし、開口２１２を形成して図３（ｃ）の状態とする。このプラズマエッチング工程では、処理ガス（エッチングガス）として、酸素を含むガスと、硫黄を含み酸素を含まないガスを含む混合ガスを使用する。酸素を含むガスとしては、例えば、Ｏ2ガス、ＣＯ2ガス、ＣＯガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせを使用する。また、硫黄を含み酸素を含まないガスとしては、例えば、ＣＳ2ガス、Ｈ2Ｓガス、Ｓ2Ｃｌ2ガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせを使用する。また、これらのガスに、必要に応じて希ガスを混合したガスを使用することができる。
【００４６】
このプラズマエッチング工程では、有機膜である下層レジスト２０３をプラズマエッチングするための主ガスとして、Ｏ2ガス等の酸素を含むガスを用いている。また、ＣＳ2ガス等の硫黄を含み酸素を含まないガスは、硫黄と炭素との作用により側壁を保護する堆積性ガスとして主ガスに添加して用いている。そして、希ガスは、プラズマの着火性、安定性及びイオンエネルギーの運搬等を目的として用いられており、化学的な作用は行わない。
【００４７】
上記のように、本実施形態では、側壁保護のための堆積性ガスとして、ＣＳ2ガス等の硫黄を含み酸素を含まないガスを用いているので、マスク層としてのＳｉ含有無機化合物であるＳＯＧ膜２０４に対する選択比を低下させることなく、有機膜である下層レジスト２０３の寸法制御及び形状制御を高精度で行うことができ、所望寸法及び所望形状のエッチングパターンを得ることができる。この時、ＣＳ2ガス等の流量を多くして、側壁に対する堆積物の堆積量を多くすれば、ラインの場合線幅を太くするように寸法制御することができ、ホールの場合は孔径を小さくするように寸法制御することができる。
【００４８】
次に、上記のようにしてパターニングした下層レジスト２０３をマスクとして、窒化シリコン層２０２をプラズマエッチングし、開口２１３を形成して図３（ｄ）の状態とする。この窒化シリコン層２０２が、被エッチング層２０１をエッチングするためのハードマスクとなる。このプラズマエッチング工程では、処理ガス（エッチングガス）として、ＣxＦyガス又はＣxＨyＦzガスと、希ガスと、Ｏ2ガス又はＮ2ガスと、硫黄を含み酸素を含まないガス（例えば、ＣＳ2ガス、Ｈ2Ｓガス、Ｓ2Ｃｌ2ガスのいずれか一種又はこれらの組み合わせ）等を使用する。
【００４９】
このように、第２実施形態では、窒化シリコン層２０２のプラズマエッチングの際にも、側壁保護用の堆積性ガスとして、ＣＳ2ガス等の硫黄を含み酸素を含まないガスを添加する。これによって、窒化シリコン層２０２のプラズマエッチングにおける寸法制御及び形状制御を従来に比べて高精度で行うことができ、所望寸法及び所望形状のエッチングパターンを得ることができる。なお、この場合も、ＣＳ2ガス等の流量を多くして、側壁に対する堆積物の堆積量を多くすれば、ラインの場合線幅を太くするように寸法制御することができ、ホールの場合は孔径を小さくするように寸法制御することができる。
【００５０】
以上説明したとおり、上記した各実施形態によれば、プラズマエッチングにおける寸法制御及び形状制御を従来に比べて高精度で行うことができ、所望寸法及び所望形状のエッチングパターンを得ることができる。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１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２周波印加型のプラズマエッチング装置等の他、ＩＣＰ、ＴＣＰ、ＥＣＲ等の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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【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】本発明の第２の実施形態に係る半導体ウエハの断面構成を示す図。
【符号の説明】
【００５２】
Ｗ……半導体ウエハ、１０１……被エッチング層、１０２……酸化シリコン層、１０３……下層レジスト、１０４……ＳＯＧ膜（又はＳｉ−ＡＲＣ（Antireflective Coating）若しくはＣＶＤ−ＳｉＯＮ）、１０５……ＡｒＦレジスト、１１０，１１１，１１２，１１３……開口。
【図１】
2009200080.tif 000003
【図２】
2009200080.tif 000004
【図３】
2009200080.tif 000005