(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理容器内に被処理基板を載置する処理台と、
前記被処理基板と対面する位置で電磁波を放射する平面板と、
前記処理容器の外部又は内部にあって前記電磁波と相乗して所定のガスをプラズマ化するための磁場を形成する第１の磁場形成手段と、
前記平面板の中央部上にあって前記第１の磁場形成手段による磁場とは逆極性の磁場を形成する第２の磁場形成手段とを具備し、
前記第１の磁場形成手段による磁場と前記第２の磁場形成手段による磁場との合成により、前記平面板の近傍における磁力線方向を制御するよう構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
前記第１の磁場形成手段は、前記平面板の上下それぞれ５０ｍｍ以内の領域に、前記平面板に供給する電磁波の周波数に対し電子サイクロトロン共鳴条件を満足する磁場強度を生成するよう構成したことを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
前記第１の磁場形成手段で形成される磁場の磁力線の方向が、主に前記平面板から前記被処理基板の方向に向かう磁力線分布であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
前記第２の磁場形成手段が、前記平面板の直上に形成されてなることを特徴とする請求項１記載のプラズマ処理装置。
【請求項５】
処理容器内に被処理基板を載置する処理台と、
前記被処理基板と対面する位置で電磁波を放射する平面板と、
電磁波を発生する電源と、
前記電源により発生した電磁波を前記平面板に伝達する伝達手段と、
前記処理容器内にプラズマを発生するための磁場を形成する第１の磁場形成手段と、
前記伝達手段と前記平面板との結合部に配置され、前記第１の磁場形成手段による磁場とは逆極性の磁場を形成する第２の磁場形成手段とを備え、
前記第１の磁場形成手段による磁場と前記第２の磁場形成手段による磁場との合成により、前記平面板の近傍における磁力線方向を制御するよう構成したことを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原料ガスをプラズマ化し、活性化した粒子の物理又は化学反応により半導体基板（半導体ウエハ）等の表面を処理するためのプラズマ処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＵＨＦ（Ultra High Frequency）を用いた平行平板型ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマ装置が、特開平９−３２１０３１号公報に記載されている。
【０００３】
上記公報に記載された発明によれば、高速、高選択比、高アスペクト加工、長時間安定なエッチング特性を達成することを課題としている。そして、その解決手段は、UHF帯電源による電磁波で電子サイクロトロン共鳴現象を用いてプラズマ形成し、さらに電磁波を被処理基板に対面する位置に配置した円形導体板から放射させるというものである。
【０００４】
なお、永久磁石を用いたエッチング装置としては、例えば1988 DRY PROCESS SYMPOSIUM pp54-57に開示されている。この文献に開示のエッチング装置は、マグネトロンRIE装置と称され、処理室上に永久磁石を配置し、ウエハのみにRFパワー（13.54MHz）が与えられ、ウエハ主面上にプラズマを生成するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
発明者等は上記公報に開示のプラズマ処理装置に基づき、図１３に示す具体的なプラズマエッチング装置を検討した。
【０００６】
図１３は被処理基板（半導体ウエハ）をエッチング加工するための平行平板型ECRプラズマ処理装置の構成図を示す。図１３において、処理室１は、内部に、シャワープレート１０を備えた平面板２、誘電体３、および処理台９が設置されている。プロセスガス（プロセスガス）は、平面板２に設けられたガス導入口５よりシャワープレート１０を通して、処理室１へ導入される。高周波電源１１において生成した３００ＭＨｚから１ＧＨｚの間のＵＨＦ帯電磁波は、チューナー１３を通し、平面板２からエッチング処理室へ導入され、ガスをプラズマ化する。効率よく処理室１にＵＨＦ帯電磁波が伝搬するように、平面板２とアース４の間で高周波が所望のモード（ここでは、ＴＭ01モード）で共鳴するように平面板２の外径と誘電体３の材質が決められている。
【０００７】
ＵＨＦ帯電磁波は、平面板２とアース４の間で共鳴し、誘電体３の周辺部より処理室１へ伝搬される。高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル１７を処理室１の周辺に配置し、０ガウスから３６０ガウスの間の磁場がシャワープレート１０の直下にくるようにコイル電流を制御し、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いて電子密度が１０11個／ｃｍ3以上の高密度プラズマを発生させる。処理台９上に被処理基板８を設置して、プラズマによりエッチング処理する。エッチングガスは、ガス導入口５を通してエッチング処理室１に導入され、排気ポンプによりエッチング処理室の外に排気される。
【０００８】
被処理基板８を設置する処理台９には、高周波電源１５により１００ｋＨｚから１５ＭＨｚまでの高周波バイアスを、チューナー１６を通して印加される。被処理基板８とシャワープレート１０の距離は、処理台９の上下機構により距離が２０ｍｍから１５０ｍｍの範囲で変化させることができる。処理台９には、被処理基板８の周辺に幅３０ｍｍ程度のフォーカスリング７を設置できる構造になっている。このフォーカスリング７には、被処理基板８に印加される高周波電源１５からでの高周波電力の１０％から５０％程度を分岐して印加される構造となっている。通常、フォーカスリング７は、下部がアルミニウム（Ａｌ）で、上側が結晶シリコン（Ｓｉ）であるが、上側には不純物ドープされたＳｉ、炭化シリコン（ＳｉＣ）、Ａｌを設置することもできる。
【０００９】
平面板２には、高周波電源１１とは異なる周波数（１０ｋHｚから２７ＭＨｚ）を、高周波電源１２からチューナー１４を介して印加できる。シャワープレート１０の材質は、Ｓｉである。このシャワープレート１０は、平面板２に接しており、冷媒入り口６から、冷媒を平面板２内へ導入することにより、シャワープレート１０の温度調整を行う。
【００１０】
図１３に示す装置は、主にソレノイドコイル１７に流す電流を変化させ、ＥＣＲ条件となる磁場強度位置を調整することで均一性を最適化している。
【００１１】
以上の構成により、高効率でプラズマを生成し、かつ、生成したプラズマを磁場により効率よく被処理基板表面に輸送し、高効率な加工を可能としている。さらに磁場により、プラズマが処理容器壁に到達するのを抑制し、処理容器壁状態の変化に伴う加工条件の変動抑制も可能としている。
【００１２】
発明者等の検討によれば、上記プラズマ処理装置において、さらなる解決すべき課題を明らかにした。
【００１３】
図１３に示すプラズマ処理装置は、イオン電流密度が低~中密度域において均一性に問題はなく投入電力に対してリニアな特性を示していた。しかし、投入電力を増加し、プラズマ密度（具体的には１０11個／ｃｍ3またはそれ以上）を得ようとすると、エッチング速度のウエハ面内均一性は１０％以上となり、さらなる改善が必要であった。すなわち、エッチング速度分布は、図５に示されるように、ウエハ中心付近のみレートが遅くなる。これは、プラズマ密度の均一性に起因したものであり、解決すべき課題であった。
【００１４】
図３に、図１３に示したエッチング装置における平面板直下でのソレノイドコイル１７による磁場ベクトル（ａ）と、電磁波の電場ベクトル（ｂ）を示す。図１３に示したエッチング装置によれば、電気力線方向（電場ベクトル(b)）と磁力線（磁場ベクトル(a)）との交わる角度が、平面板中心で小さく、プラズマ生成効率が低いことが明らかとなった。すなわち、平面板中心では磁場ベクトル(a)と電場（電界）ベクトル(b)が一致した部分がある。これが前記した高プラズマ密度時の不均一性の要因となっていることが考えられた。
【００１５】
本発明の目的は、平行平板型ＥＣＲプラズマ装置において、低密度から高密度なプラズマ状態においても被処理基板に均一な加工を施せるプラズマ処理装置を提供することにある。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、半導体ウエハの面内バラツキを低減させることを可能にしたエッチング工程を含む半導体装置の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明の平行平板型ＥＣＲプラズマ装置によれば、ソレノイドコイルを第１の磁場形成手段とし、平面板近傍に局所的な磁場を形成する第２の磁場形成手段が配置される。第１の磁場形成手段により形成される磁場は、その第２の磁場形成手段による磁場の影響を受け、電磁波による電気力線と磁力線の交わる角度が局所的に変わる。結果として、電磁波と磁場の相互作用が平面板下全面でほぼ等しくなり、均一なプラズマ生成が可能となる。
【００１８】
このとき、第１の磁場形成手段により形成される磁場の極性と、第２の磁場形成手段により形成される磁場の極性が逆であると、前記角度を大きくする効果が増す。これにより、平面板中心下での磁場と電磁波の相互作用量が大きくなり、高プラズマ密度（１×１０12/cm3以上）であっても１０％以下の均一性を達成できる。また、プラズマ生成に用いる電磁波周波数を８０ＭＨｚから５００ＭＨｚとすることで、大口径（直径３００mm）の被処理基板に対しても電磁波電界の強度分布を均一にでき、先の磁場制御とあわせ均一なプラズマ生成を可能とする。
次に、本発明の特徴を以下に列挙する。
【００１９】
本発明は、処理容器内に被処理基板を載置する処理台と、被処理基板と対面する位置で電磁波を放射する平面板と、処理容器の外部又は内部にあって前記電磁波と相乗して所定のガスをプラズマ化するための磁場を形成する第１の磁場形成手段と、平面板の近傍にあって第１の磁場形成手段による磁場とは別の磁場を形成する第２の磁場形成手段とを具備し、第１の磁場形成手段による磁場と第２の磁場形成手段による磁場との合成により、平面板の近傍における磁力線方向を制御するよう構成したことを特徴とする。
【００２０】
また、本発明は、処理容器内に被処理基板を載置する処理台と、被処理基板と対面する位置で電磁波を放射する平面板と、処理容器の外部または内部で前記電磁波と相乗してプラズマを生成するための磁場を形成する磁場形成手段と、平面板の表面に形成される電磁波電界ベクトルの大きさと向きに応じて磁場形成手段で形成される磁場の平面板上での方向を制御する手段とを具備して、所定のガスをプラズマ化して被処理基板に処理を施すよう構成したことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明は、処理容器内に被処理基板を載置する処理台と、被処理基板と対面する位置で電磁波を放射する平面板と、処理容器の外部または内部にあって前記電磁波と相乗してプラズマを生成するための磁場を形成する磁場形成手段と、平面板の表面に形成される電磁波電界と磁場形成手段による磁場との相互作用で形成されるプラズマ生成効率が、平面板の全面の５０％以上の領域において±２０％以内の差となるように、平面板の表面での電磁波電界分布に応じて平面板の表面の磁場分布を制御する手段とを具備して、所定のガスをプラズマ化して被処理基板に処理を施すよう構成したことを特徴とする。
【００２２】
また、本発明は、処理容器内に被処理基板を載置する処理台と、被処理基板と対面する位置で電磁波を放射する平面板と、前記電磁波と相乗してプラズマを生成するための磁場を形成する磁場形成手段と、平面板での前記電磁波電界ベクトルと磁場形成手段で形成される磁場ベクトルとのなす角度の正弦と、平面板の表面に形成される電磁波電界ベクトルの大きさの積が、平面板の全面の５０％以上の領域で±２０％以内の差となるように、平面板上での磁場の分布を制御する手段とを有して、所定のガスをプラズマ化して前記被処理基板に処理を施すよう構成したことを特徴とする。
【００２３】
さらに、本発明は、処理容器内に半導体ウエハを載置するための処理台と、半導体ウエハと対面する位置で電磁波を放射する平面板と、処理容器の外部又は内部にあって前記電磁波と相乗して所定のガスをプラズマ化するための磁場を形成する第１の磁場形成手段と、平面板の近傍にあって第１の磁場形成手段による磁場とは別の磁場を形成する第２の磁場形成手段とを具備し、第１の磁場形成手段による磁場と第２の磁場形成手段による磁場との合成により、平面板の近傍における磁力線方向を制御するプラズマ処理装置を用い、半導体ウエハ主面に形成された絶縁膜をエッチングする工程を含む半導体装置の製造方法にある。
【００２４】
そしてさらに、本発明の半導体装置の製造方法は、（a）半導体基板主面に絶縁膜を形成する工程と、（b）前記絶縁膜上に所定のパターンを有するマスクを形成する工程と、（c）処理容器内であって、前記マスクが形成された半導体基板を処理台に設置し、前記マスクが形成された半導体基板面と対面する平面板より電磁波を放射させ、前記半導体基板面と前記平面板との間に前記電磁波と相乗してプラズマを生成するための磁場を形成し、前記平面板上での前記磁場の方向を制御し、前記マスクが形成されていないところの前記絶縁膜をエッチングし、前記絶縁膜に開口部を形成する工程と、（d）前記開口部内に導体層を埋め込む工程とから成る。
【００２５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１であるプラズマエッチング装置を示す。処理室１は、内部に、シャワープレート１０を備えた平面板２、誘電体３、および処理台９が設置されている。本実施の形態では、平面板２の直径を処理台９に設置される被処理基板（被処理基板）の径と同一とした。プロセスガスは、平面板２に設けられたガス導入口５よりシリコン（Ｓｉ）で形成されたシャワープレート１０を通して、処理室１へ導入される。このシャワープレート１０はウエハ全面に対してガスの流れを均一にするためにあり、複数のガス導入孔（図示せず）が設けられている。高周波電源１１において生成した電磁波は、チューナー１３を通し、平面板２から処理室１へ導入され、ガスをプラズマ化する。ＴＭ01モードで共鳴するように平面板２の外径と誘電体３の材質が決められている。本実施の形態によれば、高周波電源１１により１００ＭＨｚの電磁波を平面板に供給した。
【００２６】
高効率放電のために、第１の磁場形成手段としてソレノイドコイル１７がエッチング処理室１の周辺に配置される。このソレノイドコイル１７のコイル電流は、０ガウスから３６０ガウスの間の磁場がシャワープレート１０の直下に配置されるように制御される。そして、被処理基板８とシャワープレート１０との間に電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）磁場を形成することで、それらの間には１０11／ｃｍ3以上の高密度プラズマがされる。
【００２７】
ソレノイドコイル１７により形成される磁場の主たる向きは、平面板２から被処理基板８の方向である。処理台９上に被処理基板８を設置して、プラズマによりエッチング処理する。エッチング処理の間、エッチングガスは、ガス導入口５を通して処理室１内に導入され、排気ポンプにより処理室１の外に排気される。ガス流量は例えば、５００cc/min.であり、処理室１内の圧力はおよそ２．０Paに維持される。
【００２８】
イオンの引き込みエネルギーを変えて被処理基板表面での反応を促進させることを目的として、被処理基板を設置する処理台９には、高周波電源１５により１００KＨｚから１５ＭＨｚまでの高周波電界を、チューナー１６を通して印加する。処理台９とシャワープレート１０間の距離は、処理台の上下機構により２０ｍｍから９０ｍｍの範囲で変化させることができる。処理台９は、被処理基板８の周辺に幅３０ｍｍ程度のフォーカスリング７を設置できる構造になっている。
フォーカスリング７には、被処理基板８に印加される高周波より分岐された１０％から５０％程度の高周波が印加されるようになっている。通常、フォーカスリング７は、下部がＡｌで、上側が結晶Ｓｉであるが、上側には不純物ドープされたＳｉ、ＳｉＣまたはＡｌを設置することもできる。
【００２９】
シャワープレート１０の材質は、Ｓｉである。このシャワープレート１０は、平面板２に接しており、冷媒入り口６から、冷媒を平面板２内へ導入することにより、シャワープレート１０の温度調整を行う。
【００３０】
また、平面板２には、高周波電源１１とは異なる周波数（ラジオ波帯域：５０ｋＨｚから１５ＭＨｚ）を、高周波電源１２からチューナー１４を介して印加する。この目的は、シャワープレート１０表面における反応性を制御するためである。高周波電源１２によりシリコン(Si)より成るシャワープレート１０とプラズマ中の過剰なイオン(例えば、フッ素イオン)との反応を制御できる。このため、被処理基板８側でのエッチング選択比が制御し易くなる。
【００３１】
そして、平面板２の中心部裏面には、第２の磁場形成手段として、磁石１８（例えば、永久磁石）が配置されている。
【００３２】
図２を参照し、本実施の形態１における電磁波放射部を以下に詳しく説明する。
【００３３】
図２において、平面板２に接してシャワープレート１０が配置されている。平面板２の上側には、高周波を伝達するための同軸線の芯線が結合している。その結合部は円錐形状をしており、内部には磁石１８が配置してある。磁石１８は、ソレノイドコイル１７により形成される磁場と逆の極性となる磁場を発生するように設置されている。本実施の形態では、磁石１８の上側がＮ極であり、その下側がＳ極である。磁石１８は、直径２０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円柱状を成しており、表面の磁束密度が４５００ガウスである。この磁石１８により形成される磁場は、非常に狭い空間にしか影響せず、被処理基板８上での磁束密度は、約２０ガウス以下である。
【００３４】
次に、図１３に示した平面板と本実施の形態１における平面板との作用の比較を以下に説明する。
【００３５】
図３は、図１３に示した平面板２近傍での磁場ベクトルと電場ベクトルの関係を示す説明図である。平面板２に接して配置したシャワープレート（図示せず）直下におけるソレノイドコイル１７による磁場ベクトル（ａ）と、高周波電源１１より供給した電磁波の電場ベクトル（ｂ）とは図３に示すとおりである。電磁波の電場ベクトル（ｂ）とソレノイドコイル１７による磁場ベクトル（ａ）とのなす角度θの正弦と電界ベクトルの大きさの積が平面板２の面内各部におけるプラズマ生成の効率に対応する。すなわち、電界中の電子は磁場ベクトルの作用により充分なエネルギーが与えられることになる。図３に示した平面板の場合には、電場ベクトル（ｂ）と磁場ベクトル（ａ）との交わる角度θが平面中心部で小さい。このことは、平面板２の中央部においてはソレノイドコイル１７から離れているため、ソレノイドコイル１７による磁場のベクトル（ａ）は、電場ベクトル（ｂ）とほぼ一致するような平面板２の面に対して垂直な方向にある。したがって、電界成分と磁場成分との相互作用が起こり難くなり、プラズマ生成効率が低くなる。一方、平面板２の周辺部においては、ソレノイドコイル１７に近接しているため、磁場ベクトル（a）と電場ベクトル（ｂ）との角度θが大きくなる。すなわち、平面板２の周辺部は中央部に比べて電界成分と磁場成分との相互作用により、プラズマ生成の効率が大きくなる。この結果、平面板２下には不均一なプラズマ生成になると考えられる。
【００３６】
図４は、本実施の形態１における平面板２近傍での磁場ベクトルと電場ベクトルの関係を示す説明図である。図３に示した平面板構造に比べると、平面板２の中心部において、磁石１８により電場ベクトル（ｂ）と磁場ベクトル（a）との交わる角度θxを大きくできる。この結果、中心部のプラズマ生成効率を向上できる。磁石１８によりシャワープレート１０表面に形成される磁場強度は５０ガウスから６００ガウスの間に設定することで、必要な効果を得ることができる。６００ガウスを超える磁場では、プラズマに与える影響が大きすぎ、逆に、プラズマの不均一を誘発する。このため、第２の磁場形成手段である磁石１８で生成する磁場強度は、シャワープレート１０表面で５０ガウスから６００ガウスが有効である。
【００３７】
平面板２に供給するプラズマ生成用電磁波については、本実施の形態では１００ＭＨｚを用いたが、８０ＭＨｚ以上、５００ＭＨｚ以下の範囲の電磁波を用いることで、平面板表面に均一な電界強度分布が形成される。すなわち、プラズマ処理装置よりも下げたことにより電界の強度差が平面板２の中央部と周辺部とで均一になった。そして、この電界と磁石１８による磁場との相互作用の均一化により、ウエハ全体に及ぶ均一なプラズマ形成が可能となる。特に、直径８インチ以上の被処理基板（半導体ウエハ）に対しては、８０ＭＨｚから２００ＭＨｚの範囲で非常に均一な電界分布と高い磁場との相互作用によるプラズマ形成が両立して得られる。電磁波の周波数を図１３に示した。
【００３８】
次に、本実施の形態１におけるエッチングレートのウエハ面内分布を説明する。
【００３９】
図５は本実施の形態１の場合および図１３に示したプラズマ処理装置を使用した場合のそれぞれにおけるシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）のエッチングレートのウエハ面内分布を示す特性図である。被処理基板は、直径８インチのシリコンウエハ表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ2）が形成されたものである。そして、図中、横軸はウエハ面内における中心部からの位置、縦軸はＳｉＯ2膜のエッチングレートを示す。
【００４０】
図５に示すように、図１３に示すプラズマ処理装置（Ｂ）では、ウエハ中心部のエッチング速度が周辺部に比べて遅い。このことは、図３を参照して説明した理由に起因している。
【００４１】
一方、磁石１８を用いた本実施の形態１（A）によれば、図４を参照して説明した理由により、中心部のエッチング速度が向上し、ウエハ面内で均一にエッチングすることが可能となった。これにより、高プラズマ密度の条件下でもウエハ面内での均一なプラズマ分布が維持できる。この結果、低プラズマ密度によるエッチングプロセスから高プラズマ密度によって高速化を図ったエッチングプロセスまでの広い範囲のプラズマ条件を提供するプラズマ処理装置が実現できる。
【００４２】
また、図５に示すエッチングレートの分布から、磁石１８により電界と磁場の相互作用の効率を平面板面内において均一にすれば、非常に均一な大口径プラズマを形成できることが分かる。なお、実際には平面板面の５０％以上の領域で、前記のプラズマ生成効率が±２０％以内となるように磁場を制御すれば、拡散等の効果により被処理基板８面で必要な均一プラズマを生成できる。
【００４３】
さらに、平面板２に設けられているシャワープレート１０の表面を基準とし、その上下それぞれ５０ｍｍ以内の範囲に第１の磁場形成手段と第２の磁場形成手段による合成磁場の強度が、平面板２に供給するプラズマ生成用電磁波の周波数に対して電子サイクロトロン共鳴条件（本実施例では１００ＭＨｚの電磁波を用いたので、約４０ガウス）となるようにすることでプラズマ生成効率を高めることができる。そしてさらに、電子サイクロトロン共鳴磁場の位置を、ソレノイドコイル１７に流す電流値または磁石１８設置位置で調整することによりプラズマ生成分布を調節できる。
【００４４】
本実施の形態１では、平面板２の表面に配置したシャワープレート１０の材質にシリコンを用いたが、他の材料として石英、酸化アルミニウム、アルミニウム、炭化シリコン、炭素、窒化シリコン、ステンレスを用いても同様の効果がある。
【００４５】
本実施の形態１では、平面板２の径を被処理基板２の径と同一としたが、被処理基板の径の０.７から２倍の径でも同様の効果が期待できる。すなわち、図３を参照して説明したように、プラズマの生成効率の低下は平面板２の中央部で生じる。このため、その中央部でのプラズマの生成効率を高めることで、処理可能な被処理基板（半導体ウエハ）の径の大きさの範囲が広がる。
【００４６】
本実施の形態１では、平面板２にプラズマを形成するための１００ＭＨｚ電磁波の他に、個別の高周波電源１２により５０ｋＨｚから１５ＭＨｚの高周波電界を印加した。しかし、被処理基板に印加する高周波電源１５からの出力の一部を分岐し、さらにその分岐して印加する高周波電界の位相を、被処理基板８に印加する高周波電界に比べ、１６０度から２００度ずらせて印加することで、平面板２および被処理基板８へのバイアス印加の効果を高めることができる。
【００４７】
本実施の形態１においては、エッチングガスとしてアルゴン（５００cc/min〜１０００cc/min）とＣ5Ｆ8（１０cc/min〜３０cc/min）および酸素の混合ガスを用いた。しかしながら、Ｃ5Ｆ8以外に他の炭化フッ素ガスを用いて同様のシリコン酸化膜（または、シリコン酸化膜を主たる成分とする薄膜）エッチングが可能となる。また、アルゴンと炭化フッ素ガスと一酸化炭素および酸素の混合ガスを用いても同様のシリコン酸化膜（またはシリコン酸化膜を主たる成分とする薄膜）エッチングが可能となる。本実施の形態１によれば、エッチングガスとして使用される主ガスはアルゴンおよび炭化フッ素を含むものである。
【００４８】
本実施の形態１におけるプラズマ処理装置を用い、水素と窒素またはアンモニアを主たる反応ガスとして用いることで、低誘電率を有する有機系膜より成る絶縁膜のエッチングが可能となる。
【００４９】
また、本実施の形態１におけるプラズマ処理装置を用い、塩素、塩素と塩化ホウ素、塩素と塩化ホウ素と酸素、塩素と炭化水素ガスのいずれか１種類のガス系を用いることでシリコン、アルミニウム、タングステン、ルテニウムを主とする材料のエッチングが可能となる。
【００５０】
（実施の形態２）
図６は実施の形態２における電磁波放射部の説明図を示す。
【００５１】
本実施の形態２は、実施の形態１での磁石１８に置き換え、コイル１９とヨーク２０により平面板２の中央近傍に、その平面板の面に沿う方向の磁場ベクトルを与えている。すなわち、コイル１９とヨーク２０を平面板２の中央部上に配置させることにより、平面板２の中央近傍において図４に示すように電場ベクトル（a）と磁場ベクトル（ｂ）との交わる角度θxを大きくできる。
【００５２】
したがって、本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様な効果を得ることができ、被処理基板に対して面内で均一な加工をすることができる。
本実施の形態２によれば、コイル１９は処理室１の外側へ配置される。このため、前記実施の形態１に比べ、平面板２はシンプル(simple)な構成となる。
【００５３】
なお、本実施の形態２によれば、磁石１８を平面板直上へ配置した前記実施の形態１に比べると、コイル１９は平面板２との距離が遠くなる。このため、本実施の形態２では、ヨーク２０を用いることによりコイル１９の磁場を強化し、コイル１９に流す電流を少なくできるようにしている。ヨーク１９の改良により、コイル１９の磁場をさらに強化させることが可能である。
【００５４】
（実施の形態３）
図７（ａ）、（ｂ）は本発明における実施の形態３を示す。図７（ａ）はプラズマ処理装置全体の断面図であり、図７（ｂ）は本実施の形態３における永久磁石配置の説明図である。本実施の形態３は、前記実施の形態１における第１の磁場形成手段として、ソレノイドコイルに代え、同心円状に配置された環状永久磁石２６、２７が用いられている。
【００５５】
図７（ａ）、（ｂ）において、環状永久磁石２６、２７は上下方向に磁化しており、その配置は中心に設置した第２の磁場形成手段である永久磁石１８の極性を含めて交互に配置する構造とした。すなわち、第2の磁場形成手段である中心に配置した永久磁石２８の下部（下側表面）がＳ極である場合、その永久磁石２８の外側に配置された環状永久磁石２６は、下部（下側表面）をＮ極、上部（上側表面）をＳ極にする。そしてさらに、その環状永久磁石２６の外側に配置する環状永久磁石２７は下部をＳ極、上部をＮ極にする。この配置により平面板下面に前記平面板面と平行方向成分をもつ同心円状の軸対称磁場成分をつくることができ、均一かつ高効率なプラズマ形成が可能となる。さらに、ソレノイドコイルを用いないので装置の小型化が可能となる。なお、図７（ａ）において、ガスの排気は排気速度を調整するための排気コンダクタンス３０を通して行われる。
【００５６】
本実施の形態３によれば、磁場形成に永久磁石のみを用いているため非常に局所的な磁場形成となり、プラズマ形成に必要な平面板直下では必要な磁場を形成できると同時に被処理基板であるウエハ面ではほとんど磁場がない状態を実現できる。被処理基板付近に磁場がある場合には電子とイオンの運動差等を起因として生じるデバイスダメージが懸念されるが、本実施の形態３は、効率的なプラズマ形成と両立して低ダメージ性が得られる。
【００５７】
なお、環状永久磁石２６、２７は、その反対の極性で交互に配置しても上記同様の効果がある。また、環状永久磁石２６、２７を２重に配置したがさらに複数の環状永久磁石を同心円状に配置してもよい。
【００５８】
（実施の形態４）
図８（ａ）、（ｂ）に本実施の形態４であるプラズマ処理装置を示す。本実施の形態は前記実施の形態３において中心部に配置した第２の磁場形成手段である永久磁石を用いない場合の実施例である。図８（ｂ）は永久磁石配置の詳細な説明図である。図８（ｂ）に示すように、内側の環状永久磁石２６はＮ極が下側に、Ｓ極が上側に向いて配置される。一方、外側の環状永久磁石２７はＳ極が下側に、Ｎ極が上側に向いて配置される。この配置により平面板下面に前記平面板面と平行方向成分をもつ同心円状の軸対称磁場成分をつくることができ、均一かつ高効率なプラズマ形成が可能となる。
【００５９】
なお、本実施の形態４において、環状永久磁石２６、２７は、その反対の極性で交互に配置してもよい。また、環状永久磁石２６、２７を２重に配置したがさらに複数の環状永久磁石を同心円状に配置してもよい。
【００６０】
（実施の形態５）
図９（ａ）、（ｂ）は、実施の形態５におけるプラズマ処理装置を示す。本実施の形態は、前記実施の形態３を基本構成にし、アンテナ（すなわち平面板２）に印加する高周波電力の供給方式に特徴がある。
【００６１】
図９（ａ）に示すように、平面板２に印加するための高周波電力はウエハに印加するためのバイアス用電源１５から分岐し、電力分配手段２８を介してその平面板２に供給される。永久磁石２６、２７は、図９（ｂ）に示すように、前記実施の形態３と同様な配置を成している。
【００６２】
本実施の形態によれば、アンテナへのバイアス印加用高周波電源、コイルおよびコイル用電源が不用となり低コストな装置構成が可能となる。
【００６３】
なお、本実施の形態は、前記実施の形態４へ適用可能である。
【００６４】
（実施の形態６）
本発明のプラズマ処理装置を用いた半導体装置の製造方法を、図１０〜図１２を参照し、以下に説明する。
【００６５】
図１０は、例えば、２５６メガビット・ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）に代表される半導体装置の部分断面図である。図１０において、Ｐ型シリコン半導体基板２３の主面にはメモリセルアレイ(MCA)と周辺回路(P C)とが形成されている。メモリセルアレイMCAは、Ｐ型ウエル領域(P-Well)内に形成されたＮチャネル型MOSFET M1(M2)と、層間絶縁膜21A内に形成されたキャパシタC1(C2)とから成るセルが、アレイ状に複数配列されている。ビット線ＢＬは隣り合うメモリセル間のMOSFET M1(M2)のN+共通領域（ソース・ドレイン領域）に電気的接続されている。キャパシタC1(C2)は、容量を増大にするため、ビット線BL上に位置した層間絶縁膜21Aの深い孔に形成されている。周辺回路PCは複数のＮチャネル型MOSFET Mnが配置されている。なお、図示していないが、この周辺回路には複数のＰチャネル型MOSFETが配置され、Ｎチャネル型MOSFET MnとともにCMOS回路を構成している。そして、層間絶縁膜２１A上には回路間を接続するための上層配線層L2がパターン形成されている。
【００６６】
本発明は、図１０に示す半導体装置の製造過程において、層間絶縁膜２１Aに対する高アスペクト比のスルーホールＴＨの形成、また層間絶縁膜２１Ｂに対する自己整合コンタクトホールSAC(self-aligned contact hole)の形成に適用して有効である。
【００６７】
図１１は、例えば図１に示したプラズマ処理装置を用い、図１０に示すスルーホールＴＨの形成例を説明する部分断面図である。層間絶縁膜２１A上にホトレジストマスク膜２２がパターン形成された半導体ウエハを図１に示したプラズマ処理装置内に配置する。そして、ホトレジストマスク膜２２をマスクとして層間絶縁膜２１Aを選択的にエッチングし、下層配線層L1の一部が露出された孔径（ｄ）０.１５〜０.１μｍで、深さ（ｈ）１〜３μｍの高アスペクト比（h/d）のスルーホールＴＨを形成する。
本実施の形態によれば、図１に示したプラズマ処理装置を用いたことにより、半導体ウエハの面内バラツキを低減したエッチング加工が可能になる。すなわち、半導体ウエハ中央部と周辺部とのエッチング加工のバラツキを低減できる。このため、チップ（IC単位）間におけるエッチングのバラツキが低減され、半導体装置の製造歩留まりが向上する。
【００６８】
また、深さは加工時間を決める要素として大きく、２μｍ以上の深さを加工するのには、８００ｎｍ／分以上の高速加工を実現しないと，量産コストの上昇につながる。本発明を用いることで、エッチング速度を８００〜１０００ｎｍ／分の高速加工が可能となる。このため、半導体装置の低コスト製造が実現できる。スルーホールＴＨを形成工程の後、図１０に示すように、そのスルーホールＴＨ内には導体プラグＰが形成される。そして、その導体プラグＰに接続された上層配線L2が層間絶縁膜21A上にパターン形成される。
【００６９】
本発明においては図１０に示したスルーホールＴＨの形成前でのセルフアラインコンタクトホール（ＳＡＣ）の形成にも適用可能である。
【００７０】
図１０において、層間絶縁膜２１Bにはセルフアラインコンタクトホール（ＳＡＣ）が形成され、そしてこのセルフアラインコンタクトホール内にプラグと称される導体膜が埋め込まれる。このセルフアラインコンタクトホール（ＳＡＣ）の形成について以下に説明する。
【００７１】
図１２は、図１に示したプラズマ処理装置を用い、セルフアラインコンタクトホール（ＳＡＣ）の形成例を説明する部分断面図である。
【００７２】
パターン形成されたホトレジストマスク膜２２をマスクとし、そのマスク膜が形成されていない酸化膜（具体的にはシリコン酸化膜）２１をプラズマエッチングすることにより、酸化膜２２にコンタクトホールを形成する。
【００７３】
ＳＡＣ形成では孔底部の窒化膜（具体的にはシリコン窒化膜）２４の肩部２５をエッチングしないようにコンタクトを形成することが要求され、窒化膜２４の肩部２５に対する酸化膜（シリコン酸化膜）２１のエッチング選択性向上が重要となる。窒化膜２４の肩部２５は、形状的に物理的スパッタリングの影響を受けやすく、プラズマからのイオンの入射エネルギーが高いほど選択性が不利となる。一方、イオンの入射エネルギーをウエハに与えるバイアス（高周波電源１５）により低下させると、酸化膜のエッチング速度も低下してしまうため量産性が低下する。それゆえ、酸化膜のエッチング速度を低下させずに、酸化膜２１Ｂと窒化膜２４の肩部２５との選択比を向上させるためには、イオン電流密度、すなわちプラズマ密度の向上が有効となる。本実施の形態によれば、高プラズマ密度が得られるとともに半導体ウエハ面内へのプラズマ密度の均一化が図れる。このため、図１２に示すＳＡＣの形成において、酸化膜２１Ｂと窒化膜２４の肩部２５との選択比を２０以上とすることが可能となる。そして、半導体ウエハ内のチップ間においてエッチングのバラツキを低減したSAC形成が可能となる。したがって、半導体装置の製造歩留まりの向上が図れる。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、平行平板型ＥＣＲプラズマ装置において、平面板下での電磁波と磁場の相互作用を制御し、低密度から高速加工が可能な高密度域まで広範なプラズマ状態で被処理基板に均一な加工を施せるプラズマ処理装置を提供することができ、さらに半導体装置等の製造方法に適用して有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるプラズマ処理装置を示す図。
【図２】本発明の実施の形態２における第２の磁場形成手段の具体的構成図。
【図３】図１３に示すプラズマ処理装置における平面板下の磁場分布を示す図。
【図４】本発明の実施の形態１における平面板下の磁場分布を示す図。
【図５】ウエハ面内における位置とシリコン酸化膜のエッチングレートとの関係を示す特性図。
【図６】本発明の実施の形態３における第２の磁場形成手段の具体的構成図。
【図７】本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置を示す図。
【図８】本発明の実施の形態４におけるプラズマ処理装置を示す図。
【図９】本発明の実施の形態５におけるプラズマ処理装置を示す図。
【図１０】本発明の実施の形態６における半導体装置を示す断面図。
【図１１】本発明の実施の形態６における半導体装置の製造工程を示す部分断面図。
【図１２】本発明の実施の形態６における半導体装置の他の製造工程を示す部分断面図。
【図１３】本発明者等によって検討されたプラズマ処理装置を示す図。
【符号の説明】
１…エッチング処理室、２…平面板、３…誘電体、４…アース、５…ガス導入口、６…冷媒入り口、７…フォーカスリング、８…被処理基板、９…処理台、１０…シャワープレート、１１…高周波電源、１２…高周波電源、１３…チューナー、１４…チューナー、１５…高周波電源、１６…チューナー、１７…ソレノイドコイル、１８…磁石、１９…コイル、２０…ヨーク、２１…酸化膜、２２…レジストマスク、２３…シリコン基板、２４…窒化膜、２５…窒化膜肩部、２６…環状永久磁石、２７…環状永久磁石、２８…電力分配手段。
【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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【図１２】
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【図１３】
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