(57)【要約】【課題】プラズマエッチング処理時において形状制御を容易に、かつ、適切に行うことができるプラズマエッチング処理方法を提供する。【解決手段】プラズマエッチング処理方法は、処理容器１２内に設けられた保持台１４上に半導体基板Ｗを保持させる工程と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる工程と、誘電板１６と保持台１４との間隔を１００ｍｍ以上とし、処理容器１２内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上として、誘電板１６を介して処理容器１２内にマイクロ波を導入し、処理容器１２内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、処理容器１２内にプラズマエッチング処理用の反応ガスを供給して、発生させたプラズマで半導体基板Ｗのプラズマエッチング処理を行う処理工程とを含む。【選択図】図１
2009302181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板をプラズマエッチング処理するためのプラズマエッチング処理方法であって、
処理容器内に設けられた保持台上に被処理基板を保持させる工程と、
プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる工程と、
前記保持台に対向する位置に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入して前記処理容器内にプラズマを発生させるための誘電板と前記保持台との間隔を１００ｍｍ以上とし、前記処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上として、前記誘電板を介して前記処理容器内にマイクロ波を導入し、前記処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、
前記処理容器内にプラズマエッチング処理用の反応ガスを供給して、発生させたプラズマで前記被処理基板のプラズマエッチング処理を行う処理工程とを含む、プラズマエッチング処理方法。
【請求項２】
前記プラズマ発生工程は、前記処理容器内の圧力を、２００ｍＴｏｒｒ以下とする工程を含む、請求項１に記載のプラズマエッチング処理方法。
【請求項３】
前記処理工程は、ハロゲン系ガスを含む反応ガスを供給する工程を含む、請求項１または２に記載のプラズマエッチング処理方法。
【請求項４】
前記処理工程は、ポリシリコン系被膜に対するプラズマエッチング処理を行う工程を含む、請求項１〜３のいずれかに記載のプラズマエッチング処理方法。
【請求項５】
その内部で被処理基板にプラズマエッチング処理を行う処理容器と、
前記処理容器内にプラズマエッチング処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部と、
前記処理容器内に配置され、その上に前記被処理基板を保持する保持台と、
プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、
前記保持台と対向する位置に配置され、マイクロ波を前記処理容器内に導入する誘電板と、
前記保持台と前記誘電板との間隔を１００ｍｍ以上とし、プラズマエッチング処理時における前記処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上とするよう制御する制御部とを備える、プラズマエッチング処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プラズマエッチング処理方法およびプラズマエッチング処理装置に関するものであり、特に、半導体装置製造工程において使用されるプラズマエッチング処理方法およびプラズマエッチング処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ）等の半導体装置は、半導体基板にエッチングやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタリング等の複数の処理を施して製造される。エッチングやＣＶＤ、スパッタリング等の処理については、そのエネルギー供給源としてプラズマを用いた処理方法、すなわち、プラズマエッチングやプラズマＣＶＤ、プラズマスパッタリング等がある。
【０００３】
近年のＬＳＩの微細化や多層配線化に伴い、半導体装置を製造する各工程において、上記したプラズマ処理が有効に利用される。例えば、ＭＯＳトランジスタなどの半導体装置の製造工程におけるプラズマ処理には、平行平板型プラズマ、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ−ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏａｎｎｃｅ）プラズマ等、種々の装置で発生させるプラズマが利用される。
【０００４】
ここで、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）を用いてプラズマエッチング処理を行うプラズマ処理装置が、特開２００２−１３４４７２号公報（特許文献１）および特開平１０−２６１６２９号公報（特許文献２）に開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１３４４７２号公報
【特許文献２】特開平１０−２６１６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、ＩＣＰを用いたエッチング処理装置において、プラズマを発生させるためのコイルと処理対象となる基板との間隔（ギャップ）を８０ｍｍ以上１０００ｍｍ以下とし、反応ガスの圧力を２．７Ｐａ（２０ｍＴｏｒｒ）以上６６．７Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）以下としてシリコン窒化膜のエッチングを行うこととしている。こうすることにより、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の高い選択比を有するようなプラズマエッチング処理を行うこととしている。
【０００６】
また、特許文献２によると、電磁結合プラズマ発生器を用い、少なくとも１種以上のフッ素含有エッチングガスを流し、２００℃の温度でシリコン含有表面を維持しながら、圧力を１〜２００ｍＴｏｒｒの範囲として、プラズマエッチング処理を行うこととしている。
【０００７】
しかし、特許文献１および特許文献２に示すようなプラズマエッチング処理においては、ＩＣＰによりプラズマを発生させている。ＩＣＰにより発生させたプラズマは、プラズマ中の高エネルギー電子の存在確率が高く、電子温度が高くなる。このような高い電子温度を有するプラズマは、エッチングの際に生成するエッチング反応生成物、例えば、ＳｉＢｒを再解離させてしまう。そうすると、半導体基板上の近傍においてＳｉＢｒから再解離により発生したＢｒが再びエッチャントとしてエッチングに寄与したり、意図しないデポジション（堆積物）を生じさせたりすることになる。その結果、マイクロローディング効果、すなわち、穴の口径あるいは溝の縮小するに従いエッチング速度が低下する現象が生じたり、エッチング時における粗密形状差が生じたり、選択比を低下させることになり、プラズマエッチング処理時における形状制御が困難となる。
【０００８】
特に、ポリシリコン層のプラズマエッチング処理においては、反応ガスはＨＢｒ、ＣＬ２、ＣＦ４等の低分子量の反応ガスが用いられるが、反応ガスの解離がエッチング処理に影響を与えることは少なく、半導体基板上の近傍におけるエッチング反応生成物の再解離による影響が大きい。このようなエッチング反応生成物は、蒸気圧が低く、半導体基板上を沿うようにして流れるが、再解離により発生したＢｒ等が半導体基板上の近傍に多く存在すると、上記した傾向が顕著に表れることになる。
【０００９】
従来、ＩＣＰによるプラズマエッチング処理装置において、上記したマイクロローディング効果や粗密形状差、選択比の低下を抑制するためには、極低圧、例えば、数１０ｍＴｏｒｒや数ｍＴｏｒｒの圧力条件下でエッチング処理を行う必要がある。具体的には、ＩＣＰによるプラズマエッチング処理装置においては、２０〜３０ｍＴｏｒｒの圧力でエッチング処理を行う必要がある。なお、上記したＥＣＲプラズマや平行平板型プラズマにおいてもその傾向は同様であり、ＥＣＲプラズマにおいては、さらに極低圧の２〜３ｍＴｏｒｒの圧力でエッチング処理を行う必要がある。このような極低圧を必要とするプロセス条件は、設備都合の観点等からみても好ましくない。
【００１０】
この発明の目的は、プラズマエッチング処理時において形状制御を容易に、かつ、適切に行うことができるプラズマエッチング処理方法を提供することである。
【００１１】
この発明の他の目的は、プラズマエッチング処理時において形状制御を容易に、かつ、適切に行うことができるプラズマエッチング処理装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係るプラズマエッチング処理方法は、被処理基板をプラズマエッチング処理するためのプラズマエッチング処理方法である。ここで、プラズマエッチング処理方法は、処理容器内に設けられた保持台上に被処理基板を保持させる工程と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる工程と、保持台に対向する位置に配置され、マイクロ波を処理容器内に導入して処理容器内にプラズマを発生させるための誘電板と保持台との間隔を１００ｍｍ以上とし、処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上として、誘電板を介して処理容器内にマイクロ波を導入し、処理容器内にプラズマを発生させるプラズマ発生工程と、処理容器内にプラズマエッチング処理用の反応ガスを供給して、発生させたプラズマで被処理基板のプラズマエッチング処理を行う処理工程とを含む。
【００１３】
このようなプラズマエッチング処理方法によると、マイクロ波をプラズマ源としてプラズマを発生させているため、高エネルギー電子の存在確率が少なく電子温度が低い。また、マイクロ波プラズマにおいては、プラズマ発生領域となる誘電板直下からの距離が遠くなるにつれ、プラズマが均一になっていくと共に、プラズマの電子密度が小さくなり、これに合わせて高い電子温度を有するプラズマも少なくなる。また、所定の圧力よりも処理容器内の圧力を高くするにつれ、プラズマの電子密度が小さくなり、これに合わせて高い電子温度を有するプラズマも少なくなる。ここで、保持台と誘電板との間隔を１００ｍｍ以上とし、処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上とすることにより、プラズマエッチング処理に要するプラズマを均一にした状態で、高い電子温度を有するプラズマを少なくして、プラズマエッチング処理を行うことができる。そうすると、エッチングの際に生成される反応生成物の再解離を抑制することができ、プラズマエッチング処理時におけるマイクロローディング効果や粗密形状差を抑制し、選択比の低下を防止することができる。また、このような比較的高圧の条件では、設備都合の観点から、容易にプラズマエッチング処理を行うことができる。したがって、プラズマエッチング処理時における形状制御を容易に、かつ、適切に行うことができる。なお、マイクロ波によるプラズマにおいては、上記した距離、すなわち、誘電板からの距離を１００ｍｍ以上としても、この領域はプラズマ拡散領域であり、十分にプラズマエッチング処理を行うことができるものである。
【００１４】
好ましくは、プラズマ発生工程は、処理容器内の圧力を、２００ｍＴｏｒｒ以下とする工程を含む。このように構成することにより、さらに適切にプラズマエッチング処理を行うことができる。
【００１５】
さらに好ましくは、処理工程は、ハロゲン系ガスを含む反応ガスを供給する工程を含む。好ましい一実施形態として、処理工程は、ポリシリコン系被膜に対するプラズマエッチング処理を行う工程を含む。こうすることにより、ハロゲン系元素とシリコンとが結合したエッチング反応生成物の再解離を効率的に抑制することができる。
【００１６】
この発明の他の局面においては、プラズマエッチング処理装置は、その内部で被処理基板にプラズマエッチング処理を行う処理容器と、処理容器内にプラズマエッチング処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部と、処理容器内に配置され、その上に被処理基板を保持する保持台と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させるマイクロ波発生器と、保持台と対向する位置に配置され、マイクロ波を処理容器内に導入する誘電板と、保持台と誘電板との間隔を１００ｍｍ以上とし、プラズマエッチング処理時における処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上とするよう制御する制御部とを備える。
【００１７】
このようなプラズマエッチング処理装置によると、エッチングの際に生成される反応生成物の再解離を抑制することができ、プラズマエッチング処理時におけるマイクロローディング効果や粗密形状差を抑制し、選択比の低下を防止することができる。また、このような比較的高圧の条件では、設備都合の観点から、容易にプラズマエッチング処理を行うことができる。したがって、プラズマエッチング処理時における形状制御を容易に、かつ、適切に行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
このようなプラズマエッチング処理方法およびプラズマエッチング処理装置によると、マイクロ波をプラズマ源としてプラズマを発生させているため、高エネルギー電子の存在確率が少なく電子温度が低い。また、マイクロ波プラズマにおいては、プラズマ発生領域となる誘電板直下からの距離が遠くなるにつれ、プラズマが均一になっていくと共に、プラズマの電子密度が小さくなり、これに合わせて高い電子温度を有するプラズマも少なくなる。また、所定の圧力よりも処理容器内の圧力を高くするにつれ、プラズマの電子密度が小さくなり、これに合わせて高い電子温度を有するプラズマも少なくなる。ここで、保持台と誘電板との間隔を１００ｍｍ以上とし、処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上とすることにより、プラズマエッチング処理に要するプラズマを均一にした状態で、高い電子温度を有するプラズマを少なくして、プラズマエッチング処理を行うことができる。そうすると、エッチングの際に生成される反応生成物の再解離を抑制することができ、プラズマエッチング処理時におけるマイクロローディング効果や粗密形状差を抑制し、選択比の低下を防止することができる。また、このような比較的高圧の条件では、設備都合の観点から、容易にプラズマエッチング処理を行うことができる。したがって、プラズマエッチング処理時における形状制御を容易に、かつ、適切に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、この発明の一実施形態に係るプラズマエッチング処理装置の要部を示す概略断面図である。なお、以下に示す図面においては、紙面上を上方向とする。
【００２１】
図１を参照して、プラズマエッチング処理装置１１は、その内部で被処理基板である半導体基板Ｗにプラズマエッチング処理を行う処理容器１２と、複数の開口穴１７を有し、処理容器１２内にプラズマエッチング処理用の反応ガスを供給する反応ガス供給部としてのガスシャワーヘッド１３と、処理容器１２の底面から上方向に延びるように設けられた支持部１８上に配置され、その上に半導体基板Ｗを保持する円板状の保持台１４と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させる図１中の一点鎖線で示すマイクロ波発生器１５と、保持台１４と対向する位置に配置され、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理容器１２内に導入する誘電板１６と、プラズマエッチング処理装置１１全体を制御する制御部（図示せず）とを備える。制御部は、ガスシャワーヘッド１３におけるガス流量、処理容器１２内の圧力等、半導体基板Ｗをプラズマエッチング処理するためのプロセス条件を制御する。プラズマエッチング処理用の反応ガスとしては、例えば、ＨＢｒ、Ｃｌ２、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ６Ｆ６等のハロゲン系ガスを含む混合ガスが用いられる。また、必要に応じて、このようなハロゲン系ガスに所定の割合でＯ２やＡｒ等が混合される。
【００２２】
処理容器１２の上部側は開口しており、処理容器１２の上部側に配置される誘電板１６およびシール部材（図示せず）によって、処理容器１２は密封可能に構成されている。プラズマエッチング処理装置１１は、真空ポンプおよび排気管（いずれも図示せず）等を有し、減圧により処理容器１２内の圧力を所定の圧力とすることができる。
【００２３】
保持台１４の内部には、プラズマエッチング処理時において、半導体基板Ｗを所定の温度とするために加熱するヒータ（図示せず）が設けられている。マイクロ波発生器１５は、高周波電源（図示せず）等から構成されている。なお、保持台１４にも、プラズマエッチング処理時にバイアス電圧を任意に付与する高周波電源（図示せず）が接続されている。
【００２４】
誘電板１６は、円板状であって、誘電体で構成されている。誘電板１６の下部側には、テーパ状に凹んだ複数の環状の凹部１９が設けられている。この凹部１９により、誘電板１６の下部側にマイクロ波によるプラズマを効率的に生成することができる。
【００２５】
プラズマエッチング処理装置１１は、マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波を処理装置１２内に導入する導波管２１と、マイクロ波を伝播する遅波板２２と、複数設けられたスロット穴２３からマイクロ波を誘電板１６に導入する薄板円板状のスロットアンテナ２４とを備える。マイクロ波発生器１５により発生させたマイクロ波は、導波管２１を通って、遅波板２２に伝播され、スロットアンテナ２４に設けられた複数のスロット穴２３から誘電板１６に導入される。誘電板１６に導入されたマイクロ波により、誘電板１６の直下に電界を生じさせ、プラズマ着火により処理容器１２内にマイクロ波によるプラズマが生成される。
【００２６】
次に、上記したプラズマエッチング処理装置１１を用いて、この発明の一実施形態に係る半導体基板Ｗのプラズマエッチング処理方法について説明する。
【００２７】
まず、保持台１４と誘電板１６との間隔を所定の間隔に調整した後、保持台１４上に被処理基板である半導体基板Ｗを保持させる。次に、処理容器１２内を所定の圧力に減圧する。その後、プラズマ励起用のマイクロ波をマイクロ波発生器１５により発生させ、誘電板１６を介して処理容器１２内にマイクロ波を導入する。次に、プラズマ着火させ、処理容器１２内にプラズマを発生させる。その後、ガスシャワーヘッド１３により反応ガスを供給し、半導体基板Ｗにプラズマエッチング処理を行う。
【００２８】
プラズマエッチング処理を行うと、エッチング反応生成物が生成される。例えば、半導体基板Ｗのポリシリコンの層に対してＨＢｒを含む反応ガスを用いてプラズマエッチング処理を行った場合、ＳｉＢｒがエッチング反応生成物として生成される。
【００２９】
ここで、エッチング反応生成物の解離度について考える。エッチング反応生成物の解離度は、Ｔｅ×τ×Ｎｅ×（σ×Ｖ）という算出式で表されると考えられる。ここで、Ｔｅはプラズマの電子温度、Ｎｅはプラズマの電子密度を示す。τは、半導体基板上の反応生成物が滞在する空間体積であり、一定である。（σ×Ｖ）は、分子断面積と電子速度の積の平均である。エッチング反応生成物の解離度を低くするためには、すなわち、エッチング反応生成物の再解離を抑制するためには、算出式中の各パラメータの値を小さくすればよいと考えられる。なお、Ｓｉ−Ｓｉの結合エネルギーは、２．３（ｅＶ）であり、代表的なエッチング反応生成物であるＳｉ−Ｂｒの結合エネルギーは、３．２（ｅＶ）である。また、フッ素系ガスを使用した際のエッチング反応生成物であるＳｉＦのうち、Ｓｉ−Ｆの結合エネルギーは、５．９（ｅＶ）である。
【００３０】
ここで、上記したプラズマエッチング処理方法および処理装置において発生させたマイクロ波プラズマの電子エネルギーと電子エネルギー分布関数（ＥＥＤＦ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）との関係を示す。図２は、マイクロ波プラズマの電子エネルギーと電子エネルギー分布関数との関係を示すグラフである。図２において、横軸は電子エネルギー（ｅＶ）を示し、縦軸は、電子エネルギー分布関数ｆ（ε）（ｅＶ−１）を示す。なお、図２中には、比較例として、ＩＣＰによるプラズマの電子エネルギーと電子エネルギー分布関数との関係も示している。図２に示すグラフにおいて、ＩＣＰおよびマイクロ波プラズマのいずれも、電子エネルギーが高くなるに従い、電子エネルギー分布関数が急激に減少する。ここで、ＩＣＰの場合と比べて上記したプラズマエッチング処理方法および処理装置において発生させたマイクロ波プラズマの場合の方が、電子エネルギーが高くなるに従い、急激に電子エネルギー分布関数が減少している。すなわち、上記したようなプラズマエッチング処理方法およびプラズマエッチング処理装置によると、ＩＣＰの場合と比べて反応生成物の再解離を引き起こす高エネルギー電子の存在確率が低くなる。
【００３１】
次に、上記したプラズマエッチング処理方法および処理装置において発生させたマイクロ波プラズマにおいて、処理容器１２内における誘電板１６からの距離とプラズマの電子密度との関係について説明する。図３および図４は、誘電板１６からの距離、すなわち、保持台１４と誘電板１６との間隔とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。図３および図４中、横軸は、半導体基板Ｗが載置されて保持される保持台１４の上面２０ａと誘電板１６の下面２０ｂとの間隔を、誘電板１６からの距離Ｌ（ｍｍ）で示し、縦軸は、プラズマの電子密度（ｃｍ−３）を示している。なお、誘電板１６の下面２０ｂとは、凹部１９が設けられていない部分の面であり、誘電板１６の平らな部分の面を指す。図３および図４は、異なる条件でエッチングを行った場合を示し、図３および図４中、黒四角印は、半導体基板Ｗにおいて、形成されたゲート酸化膜に対してエッチングを行った場合であり、黒丸印は、熱酸化により形成された犠牲酸化膜に対してエッチングを行った場合である。図３は、誘電板１６からの距離Ｌが１００ｍｍまでの場合を示し、図４は、誘電板１６からの距離Ｌが１００ｍｍ以上の場合を示す。
【００３２】
図３および図４を参照して、いずれの条件下においても、誘電板１６からの距離Ｌが長くなるにつれ、プラズマの電子密度は低くなっている。なお、１００ｍｍでは、プラズマの電子密度は、約１．２×１０１１（ｃｍ−３）である。また、本装置構成では、距離Ｌが約４０ｍｍまではいわゆるプラズマ生成領域となり、約４０ｍｍ以上がプラズマ拡散領域となる。
【００３３】
次に、上記したプラズマエッチング処理方法および処理装置において発生させたマイクロ波プラズマにおいて、処理容器１２内の圧力とプラズマの電子密度との関係について説明する。図５は、処理容器１２内の圧力とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。図５中、横軸は、処理容器１２内の圧力（ｍＴｏｒｒ）を示し、縦軸は、プラズマの電子密度（ｃｍ−３）を示す。図５を参照して、プラズマの電子密度は、圧力が３０ｍＴｏｒｒよりも低い領域では、圧力が高くなるに従い、プラズマの電子密度が高くなっていく。しかし、圧力が３０ｍＴｏｒｒよりも高い領域では、圧力が高くなるに従い、プラズマの電子密度は低くなっていく。なお、圧力が５０ｍＴｏｒｒでは、プラズマの電子密度は、約３×１０１１（ｃｍ−３）である。５０ｍＴｏｒｒ以上とすることにより、プラズマの電子密度を確実に低い値とすることができる。
【００３４】
次に、上記したプラズマエッチング処理方法および処理装置において発生させたマイクロ波プラズマにおいて、処理容器１２内の圧力と最大電子温度との関係について説明する。図６は、処理容器１２内の圧力と最大電子温度との関係を示すグラフである。図６中、横軸は、処理容器１２内の圧力（ｍＴｏｒｒ）を示し、縦軸は、最大電子温度（ｅＶ）を示す。図６を参照して、最大電子温度は、圧力が高くなるにつれ、低くなっている。具体的には、５０ｍＴｏｒｒでは、１０ｅＶ未満であり、１００ｍＴｏｒｒ以降では５ｅＶ未満である。２００ｍＴｏｒｒとすれば、確実に５ｅＶ未満とすることができる。
【００３５】
次に、上記したプラズマエッチング処理方法および処理装置において発生させたマイクロ波プラズマにおいて、保持台１４と誘電板１６との間隔、およびプラズマの均一性について説明する。図７、図８、図９および図１０は、所定の条件下におけるプラズマの分布を示す。図７および図９は、間隔が１０５ｍｍの場合を示し、図８および図１０は、間隔が８５ｍｍの場合を示す。また、図７および図８と、図９および図１０はそれぞれ間隔の相違を除いて同じ条件である。また、図７〜図１０中の領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄはそれぞれ、プラズマの濃度がほぼ同じ領域を示す。領域２５ａ、２５ｂ、２５ｃの順、および領域２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄに濃度が濃くなる。
【００３６】
図７および図８を参照して、間隔が８５ｍｍの場合と比較して、間隔が１０５ｍｍの場合の方は、プラズマの濃度分布のばらつきが小さい。また、図９および図１０を参照して、この場合も、間隔が８５ｍｍの場合と比較して、間隔が１０５ｍｍの場合の方は、プラズマの濃度分布のばらつきが小さい。すなわち、間隔を１００ｍｍ以上とすることにより、プラズマの濃度分布を均一にすることができる。
【００３７】
ここで、保持台１４と誘電板１６との間隔を１００ｍｍ以上とし、処理容器１２内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上とする。こうすることにより、プラズマエッチング処理に要するプラズマを均一にした状態で、高い電子温度を有するプラズマを少なくして、プラズマエッチング処理を行うことができる。そうすると、エッチングの際に生成される反応生成物の再解離を抑制することができ、プラズマエッチング処理時におけるマイクロローディング効果や粗密形状差を抑制し、選択比の低下を防止することができる。また、このような比較的高圧の条件では、設備都合の観点から、容易にプラズマエッチング処理を行うことができる。したがって、プラズマエッチング処理時における形状制御を容易に、かつ、適切に行うことができる。
【００３８】
この場合、予め保持台１４と誘電板１６との間隔を１００ｍｍ以上として装置を形成してもよいし、例えば、保持台１４を上下方向に移動可能な構成とし、制御部による制御により保持台１４の上下方向の高さを調整して、保持台１４と誘電板１６との間隔を１００ｍｍ以上としてもよい。
【００３９】
好ましくは、処理容器１２内の圧力を、２００ｍＴｏｒｒ以下とする。このように構成することにより、さらに適切にプラズマエッチング処理を行うことができる。
【００４０】
次に、上記したプラズマエッチング処理を行った際の半導体基板と、平行平板型プラズマＣＣＰ（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）によりエッチング処理を行った際の半導体基板との形状の差異について説明する。図１１、図１２、図１３および図１４は、半導体基板上に形成された突状部を含む層をエッチングした際の半導体基板の一部を示す電子顕微鏡写真である。図１１は、平行平板型のＣＣＰによりエッチング処理を行った場合を示し、図１２は、図１１に示す突状部の拡大写真である。図１３は、上記したプラズマエッチング処理を行った場合を示し、図１４は、図１３に示す突状部の拡大写真である。また、図１１に対応する模式図を図１５に、図１２に対応する模式図を図１６に、図１３に対応する模式図を図１７に、図１４に対応する模式図を図１８に示す。
【００４１】
図１１、図１２、図１５および図１６を参照して、平行平板型プラズマＣＣＰにおいて、突状部３１ａの側壁３２ａに堆積するデポジションは多く、底面３３ａと側壁３２ａとの角度αは大きな鈍角である。また、隣り合う突状部３１ａ間に形成される凹部３４ａが十分に凹んだ形状となっていない。これに対し、図１３、図１４、図１７および図１８を参照して、上記したマイクロ波プラズマにおいて、突状部３１ｂの側壁３２ｂに堆積するデポジションは少なく、底面３３ｂと側壁３２ｂとの角度βは角度αよりも直角に近くなっている。また、隣り合う突状部３１ｂ間に形成される凹部３４ｂも十分に凹んだ形状となっている。すなわち、ＣＣＰによりエッチング処理を行った場合と比較して、上記したプラズマエッチング処理を行った場合、マイクロローディング効果および粗密形状差が抑制されている。
【００４２】
また、このようなプラズマエッチング処理は、３次元構造を有する半導体基板においても、適用される。図１９は、従来における３次元構造を有する半導体基板の一部を示す電子顕微鏡写真である。図２０は、上記したプラズマエッチング処理を行った半導体基板の一部を示す電子顕微鏡写真である。図１９および図２０を参照して、従来においては、半導体基板３６ａ上のゲート酸化膜３７ａは、大きくエッチングされているのに対し、上記したプラズマエッチング処理においては、半導体基板３６ｂ上のゲート酸化膜３７ｂは、図１９に示すゲート酸化膜３７ａほどエッチングされていない。このようにして、選択比の低下を防止することができる。
【００４３】
ここで、距離Ｌを変更した場合における半導体基板のエッチング処理後の状態の一部を、図２１および図２２の電子顕微鏡写真に示す。図２１は、距離Ｌを１３５ｍｍとした場合、図２２は、距離Ｌを２７５ｍｍとした場合である。図２１および図２２を参照して、距離Ｌを１３５ｍｍとしてエッチング処理を行った場合よりも、距離Ｌを２７５ｍｍとしてエッチング処理を行った場合、突状部の先端の形状が揃っていて均一となる。
【００４４】
なお、このようなプラズマエッチング処理、具体的には、マイクロ波プラズマにより保持台と誘電板との間隔を１００ｍｍ以上とし、処理容器内の圧力を５０ｍＴｏｒｒ以上としたプラズマエッチング処理は、半導体基板へのプラズマダメージが少ない。したがって、後述するプラズマダメージの少ないシリコン層を形成する場合において、非常に有効となる。
【００４５】
図２３は、従来において、ＩＣＰ等のプラズマ処理によりプラズマダメージを受けたシリコン層の上に犠牲酸化膜を形成し、これをエッチングして、プラズマダメージの少ないシリコン層を形成する工程を示す概略図である。図２３中、（Ａ）は、プラズマエッチング処理によりプラズマダメージ層が形成される工程、（Ｂ）は、プラズマダメージ層に犠牲酸化膜を形成する工程、（Ｃ）は、形成した犠牲酸化膜をウェットエッチングにより除去する工程を示す。
【００４６】
図２３を参照して、従来では、シリコン層４１に対してＩＣＰ等によるプラズマエッチング処理を行った後において、プラズマダメージ層４２が形成される（Ａ）。プラズマダメージ層４２を除去するため、プラズマダメージ層４２に対し、熱酸化を行ない、犠牲酸化膜４３を形成する。そして、形成した犠牲酸化膜４３を、フッ酸（ＨＦ）等を用い、ダメージの少ないウェットエッチングによって除去する。このようにして、プラズマダメージの少ない表面４４を有するシリコン層４１を形成することとしている。このような工程では、熱酸化処理を含むため、高温での処理を避けたい場合に適用することが困難である。また、ウェットエッチング工程を含むため、処理装置の構成が複雑化することになる。
【００４７】
ここで、上記したこの発明に係るプラズマエッチング処理方法および処理装置を用いることにより、プラズマダメージの少ないシリコン層を形成する工程を簡素化することができる。
【００４８】
プラズマダメージの少ないシリコン層を形成する第一の実施形態として、従来におけるＩＣＰ等のプラズマを用いたエッチング処理を行い、この後に上記したプラズマエッチング処理を行う。こうすることにより、上記したプラズマエッチング処理を行った後は、プラズマによるダメージの少ないシリコン層を形成することができる。この場合、例えば、ＣＦ４とＯ２の反応ガスを用い、半導体基板にバイアスを加えず、自己バイアスによりプラズマ処理を行うことにより、さらにダメージを少なくすることができる。このような構成によれば、上記した図２３の（Ｂ）工程および（Ｃ）工程を省略することができる。
【００４９】
プラズマダメージの少ないシリコン層を形成する第二の実施形態として、上記したプラズマエッチング処理を行った後、従来における熱酸化およびウェットエッチングを行い、プラズマによるダメージの少ないシリコン層を形成する。この場合、プラズマエッチング処理によるシリコン層のダメージは少ないため、図２３の（Ｂ）工程および（Ｃ）工程の短縮化を図ることができる。
【００５０】
プラズマダメージの少ないシリコン層を形成する第三の実施形態として、一般的なマイクロ波プラズマ処理を行った後、上記したプラズマエッチング処理を行う。こうすることによっても、プラズマによるダメージの少ないシリコン層を形成することができる。この場合も上記した図２３の（Ｂ）工程および（Ｃ）工程を省略することができる。
【００５１】
なお、上記の実施の形態においては、プラズマエッチング処理に用いる反応ガスとして、ハロゲン系ガスを含む反応ガスを用いることにしたが、これに限らず、ハロゲン系ガスを含まないガスを反応ガスとする場合についても適用される。
【００５２】
また、上記の実施の形態においては、シリコン層に対してプラズマエッチング処理を行う場合について説明したが、これに限らず、その他の層に対してプラズマエッチング処理を行う場合についても適用される。
【００５３】
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】この発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の要部を示す概略断面図である。
【図２】マイクロ波プラズマおよびＩＣＰの電子温度と電子エネルギー分布関数との関係を示すグラフである。
【図３】誘電板からの距離とプラズマの電子密度との関係を示すグラフであり、距離が１００ｍｍ未満の場合を示す。
【図４】誘電板からの距離とプラズマの電子密度との関係を示すグラフであり、距離が１００ｍｍ以上の場合を示す。
【図５】処理容器内の圧力とプラズマの電子密度との関係を示すグラフである。
【図６】処理容器内の圧力とプラズマの最大電子温度との関係を示すグラフである。
【図７】所定の条件下において間隔を１０５ｍｍとした場合のプラズマの分布を示す図である。
【図８】所定の条件下において間隔を８５ｍｍとした場合のプラズマの分布を示す図である。
【図９】所定の条件下において間隔を１０５ｍｍとした場合のプラズマの分布を示す図である。
【図１０】所定の条件下において間隔を８５ｍｍとした場合のプラズマの分布を示す図である。
【図１１】ＣＣＰによりエッチング処理を行った場合の半導体基板の一部を示す電子顕微鏡写真である。
【図１２】図１１に示す突状部の拡大写真である。
【図１３】この発明の一実施形態に係るプラズマエッチング処理を行った場合の半導体基板の一部を示す電子顕微鏡写真である。
【図１４】図１３に示す突状部の拡大写真である。
【図１５】図１１に示す部分の模式図である。
【図１６】図１２に示す部分の模式図である。
【図１７】図１３に示す部分の模式図である。
【図１８】図１４に示す部分の模式図である。
【図１９】従来における３次元構造を有する半導体基板の一部を示す電子顕微鏡写真である。
【図２０】この発明の一実施形態に係るプラズマエッチング処理方法を行った３次元構造を有する半導体基板の一部を示す電子顕微鏡写真である。
【図２１】距離を１３５ｍｍとしてエッチング処理を行った半導体基板の一部の電子顕微鏡写真である。
【図２２】距離を２７５ｍｍとしてエッチング処理を行った半導体基板の一部の電子顕微鏡写真である。
【図２３】従来において、ＩＣＰ等のプラズマ処理によりプラズマダメージを受けたシリコン層の上に犠牲酸化膜を形成し、これをエッチングして、プラズマダメージの少ないシリコン層を形成する工程を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５５】
１１  プラズマエッチング処理装置、１２  処理容器、１３  ガスシャワーヘッド、１４  保持台、１５  マイクロ波発生器、１６  誘電板、１７  開口穴、１８  支持部、１９  凹部、２０ａ  上面、２０ｂ  下面、２１  導波管、２２  遅波板、２３  スロット穴、２４  スロットアンテナ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ  領域、３１ａ，３１ｂ  突状部、３２ａ，３２ｂ  側壁、３３ａ，３３ｂ  底面、３４ａ，３４ｂ  凹部、３６ａ，３６ｂ  半導体基板、３７ａ，３７ｂ  ゲート酸化膜、４１  シリコン層、４２  プラズマダメージ層、４３  犠牲酸化膜、４４  表面。
【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１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２３】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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