(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エッチング処理室に、高周波および磁場を発生させてプラズマを生成してシリコン窒化膜上にシリコン酸化膜が形成されたウエハについてエッチング処理するドライエッチング方法において、
前記ウエハの対向面と前記ウエハとの間隔を２０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下に設定し、
前記エッチング処理室の圧力を０．１Ｐａから４Ｐａの範囲の低ガス圧力に設定し、
前記高周波を３００ＭＨｚ以上６００ＭＨｚ以下に設定し、
磁場勾配を４Ｇｃｍ−１から５０Ｇｃｍ−１の低勾配に設定し、
磁場勾配／磁場強度の値を０．１ｃｍ−１から０．０１ｃｍ−１の範囲に設定し、
前記処理室内にフロロカーボンガスを含むガスを導入し、
エレクトロンサイクロトロン共鳴を用いて前記処理室内に導入されたガスのプラズマを形成し、
前記ウエハの対向面と前記ウエハとの間に、垂直方向に第１の電子温度領域と第２の電子温度領域を生成し、前記プラズマに印加する磁場の磁場勾配を変化させることにより第１の電子温度領域および第２の電子温度領域の大きさを変化させ、もって前記プラズマ中のフッ素ラジカル、フロロカーボンラジカルおよびイオンの生成量を各々独立に制御し、
当該制御されたプラズマを利用して前記被処理物のシリコン酸化物をドライエッチングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記フッ素ラジカルおよび前記フロロカーボンラジカルの量は、前記エッチング中に変化することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記プラズマは、前記処理室外部からソレノイドコイルによって形成された磁場を前記処理室に印加することにより形成され、前記磁場の磁場勾配を前記ソレノイドコイルによって制御することにより、フッ素ラジカルとフロロカーボンラジカルの生成比率を制御することを特徴とする請求項１記載の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、半導体装置の微細加工に用いるドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関し、特に酸化ケイ素膜の高精度ドライエッチング加工を実現するドライエッチング装置及びドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置においては、ウエハ上に形成されたトランジスタとメタル配線間およびメタル配線間を電気的に接続するために、トランジスタ構造上および配線間に形成された絶縁膜（ＳｉＯ２を主成分とする薄膜、以後、酸化膜と呼ぶ）に、ドライエッチング方法でコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内に電気伝導体を充填する。ドライエッチングでは、エッチングガスを真空容器に導入し、このガスに高周波バイアスもしくはμ波を印加プラズマを発生させ、プラズマ中で生成した活性種およびイオンによって酸化膜を選択的にエッチングし、コンタクトホールを形成する。このエッチングに際して、ホールパターンを転写したレジスト薄膜が酸化膜上に形成されている。このコンタクトホール加工では、レジスト膜、コンタクトホールの下部にある配線層、およびトランジスタを形成しているシリコンに対し選択的に酸化膜をエッチングする必要がある。この他、ウエハ上に形成された電界効果トランジスタのゲート電極を、配線層間と異なった材質の第２の絶縁膜で覆い、ソースおよびドレイン領域と配線層を接続するドライエッチング方法においては、エッチング中、ホール内に前記第２の絶縁膜が現れるため、第２の絶縁膜に対する選択性も必要となる。このコンタクト加工のことをセルフアラインコンタクト（ＳＡＣ）加工といい、第２の絶縁膜として、窒化ケイ素膜が用いられる。
【０００３】
上記コンタクトホールの加工は、エッチング装置内にＣＦ４，ＣＨＦ３，Ｃ４Ｆ８等のフロロカーボンガスおよびＡｒガスを導入し、４Ｐａから１０Ｐａのガス圧力条件で高周波プラズマ放電して、ウエハに１.５から２.０ｋＶのＶpp電圧が印加される条件でエッチングを行っている。配線層間の酸化膜が厚く、コンタクトホールのアスペクト比（深さ／直径）が高い場合には、ホール開口性を高めるため酸素ガスの添加、ＳＡＣ加工においては、窒化膜に対する選択性を高めるためＣＯガスの添加等が行われてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のエッチング装置では、ガス圧力，プラズマ発生に必要な高周波パワー等のエッチング条件を決めると、プラズマ密度および電子温度が決まってしまうため、ガス解離によるＦとＣＦ２およびイオンの生成量が固定されてしまう。プラズマ中では、ＣＦ２の他、ＣＦ，ＣＦ３，Ｃ２等が存在するが、本明細書では、Ｃ，ＣＦ，ＣＦ２等をＣＦ２ラジカルで代表し、ＣＦ２ラジカルをＣＦ２で、ＦラジカルをＦで表記する。このためＦとＣＦ２の生成量を一定にしたまま、イオン生成量を変えたり、イオン生成量一定の条件で、ＦとＣＦ２の入射量を変えることが難しかった。例えば、平行平板型のエッチング装置の場合、プラズマ生成用の高周波バイアスのパワーを高くするとプラズマ密度が高くなるためイオン生成量が増加し、同時に、プラズマによる解離が進むためＣＦ２に対するＦの生成量も変わってしまう。
【０００５】
このような従来のエッチング装置では、次のような問題が生じる。アスペクト比が高いコンタクト加工する場合、レジスト選択比が高い条件では、コンタクトホール底面でフッ素ラジカルＦが少なくなるため、ＣＦ系のラジカルによりポリマーが形成され、ホールの途中でエッチングが停止してしまう。逆にエッチングが停止しない条件では、酸素ガスの添加やフッ素過剰になり、酸素やフッ素により、レジストマスクがエッチングされるため、レジストに対する選択比が十分に得られなくなってしまう。従来の技術では、プラズマ中のガス解離が固定され、この問題に対応できなかった。
【０００６】
この他、ガス圧力が高い条件（４Ｐａ以上）でアスペクト比の高いコンタクトホールをエッチングする場合、ガス分子との衝突により、ウエハに対し傾め方向から入射するイオンがあるため、酸化膜の一部が横方向にエッチングされてしまい垂直加工することが難しくなる。ガス分子との衝突は、ガス圧力を低くすることにより、低減できるが、従来の装置では、ガス圧力を低くするとプラズマ密度と電子温度が変わってしまうため、Ｆの比率が増えレジストや窒化膜に対する十分な選択比が得られず、低ガス圧力化の障害となっていた。
【０００７】
上記酸化膜のエッチングにおいては、半導体装置の微細化に伴い、加工精度，窒化膜に対する選択比（対窒化膜選択比）およびレジストに対する選択比等の向上、および、半導体装置の平坦化や配線の多層化に伴い、深さ／ホール径比率（アスペクト比）の高いコンタクトホールの加工が必要となってきた。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、プラズマ中でのＣＦ２に対するＦおよびイオンの生成量を制御し、アスペクト比の高いコンタクトホールや窒化ケイ素膜に対して高い選択比が要求される酸化膜の加工を実現することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
電子温度の異なる２以上のプラズマ領域を形成することによって、プラズマ中でのＣＦ２に対するＦおよびイオンの生成量を独立に制御することができる。
【００１０】
フロロカーボンガスを用いた酸化膜エッチングにおいて、ＣＦ２に対するＦの生成量は、プラズマ温度に依存し、イオンの生成量はプラズマ生成に導入したパワーに比例して決まる。Ｃ４Ｆ８の場合、Ｃ４Ｆ８からＦの生成の閾エネルギー６ｅＶ程度であるのに対し、ＣＦ２の生成は１２ｅＶ程度である。このため、電子温度が低い場合（１−４ｅＶ）、Ｆが生成しやすくＦ／ＣＦ２生成比は大きくなる。電子温度が５−２０ｅＶでは、ＣＦ２の生成が促進されるため、Ｆ／ＣＦ２生成比は低電子温度の場合に比べ小さくなる。そこで、２種類の電子温度を用いると、高電子温度領域でＦとＣＦ２を生成させ、低温度領域でＦを生成させることが可能になる。この２つの電子温度領域の大きさを可変させることにより、Ｆ／ＣＦ２比を制御する。これらの電子温度の差は１ｅＶ以上、好ましくは５ｅＶ以上あると良い。
【００１１】
プラズマ中でのＣＦ２に対するＦおよびイオンの生成量を独立に制御すべきであることは以下の理由による。導入したフロロカーボンガスが、プラズマ中でＣＦ２ラジカルとＦラジカルおよびイオンに解離しウエハに入射する。酸化膜のエッチングは、ＣＦ２およびＦが付着した面にイオンが入射することにより、エッチングが進行する。これに対し、レジストや窒化ケイ素膜は、主にＦとイオンによってエッチングされ、ＣＦ２は表面でポリマーを形成するため、レジストや窒化ケイ素膜上では耐エッチング膜として作用する。このため、ＣＦ２に比べイオンやＦの入射量が少ない条件でエッチングすると、レジストや窒化ケイ素膜に対して高い選択比を得ることができる。しかしながら、イオン入射量を少なくすると、酸化膜のエッチング速度が遅くなり、Ｆの入射量が少なくなると、アスペクト比の高いホールではエッチングが停止してしまうという問題が発生する。このように、酸化膜のエッチングプロセスは、おおむねＣＦ２，Ｆ，イオンの入射によって決まり、特にＣＦ２入射量に対するイオンの入射量およびＦ入射量に依存する。したがって、プラズマ中でのＣＦ２に対するＦおよびイオンの生成量を独立に制御できると、プロセス条件が広がり、結果としてより微細で深い酸化膜の加工が可能になる。
【００１２】
しかしながら、２つの電子温度領域でともに、Ｆが生成することから、全体にＦが過剰な条件でＦ／ＣＦ２を制御することになる。Ｆを選択的に除外するには、水素原子を含むガス（Ｈ２，ＣＨ２Ｆ２，ＣＨ４等）を添加しＦをＨラジカルと反応させ除外することができる。この他、内壁材との反応でＦを消費させることができる。具体的には、エッチング装置内壁面にＳｉ板，ＳｉＣ板等のＦと反応する材料を設置し、Ｆ消費を促進するため前記板に高周波バイアスを印加することによりＦを除外する。この他、ＣＦ２が壁に付着して形成されたポリマーとＦを反応させてＦを除外することができる。ウエハと内壁部の距離を近づけると、プラズマの体積に対する内壁面の面積が大きくなるため、エッチング装置内のプラズマで生成したＦが内壁部に入射する割合が高くなる。すなわち、ウエハと内壁部を接近させることによりＦは効率的にポリマーと反応し除外される。具体的には、ウエハとエッチング装置のウエハ対向面との距離を短くすることが上げられる。これらの方法と２種類の電子温度をもつプラズマを用いることにより、Ｆ／ＣＦ２比を広い範囲で制御することが可能になる。
【００１３】
これに対し、イオンの生成量は、プラズマ中の電子密度によって決まり、電子密度は入力する高周波のパワーにほぼ比例する。Ｆ／ＣＦ２の解離はガス分子と電子衝突によって生成するため、高周波のパワーに依存するが、２つの電子温度領域を可変させることにより、イオン生成量とは、独立にＦ／ＣＦ２の生成比率を制御することができる。
【００１４】
２種類の電子温度領域を生成する具体的な方法として、図１に示すようにエレクトロンサイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を用いたエッチング装置の場合、ＥＣＲ領域で電子温度が高く(高電子温度領域１０３)、それ以外の部分では、低電子温度領域１０２を形成する。ＥＣＲ領域は、外部から印加する磁場の磁場勾配を大きくするとＥＣＲ領域は狭くなる。したがって、ＥＣＲ領域の磁場勾配の制御により、Ｆ／ＣＦ２生成比を可変することが可能になる。図２に示すように、磁場勾配が小さい条件では、高電子温度領域が広がるので、Ｆ／ＣＦ２生成比は小さくなり、磁場勾配を大きくすると、高電子温度領域が狭くなるので、Ｆ／ＣＦ２生成比を大きくすることができる。この他、ＥＣＲ領域は導入する高周波の周波数におおむね反比例する。例えば、周波数を２.４５ＧＨｚから４５０ＭＨｚにするとＥＣＲ領域は約５倍に広がる。したがって、導入する高周波の周波数を低くすることによって高電子温度領域を広くし、Ｆ／ＣＦ２生成比を小さくすることができる。
【００１５】
ＥＣＲ領域１０１を固定した場合、ウエハ６とウエハ対向面１０３の距離を変えると低電子温度領域１０２の大きさを変えることができる。図２に示すようにウエハ６とウエハ対向面１０３の距離を短くすると低電子温度領域１０２は狭くなるため、Ｆ／ＣＦ２生成比を小さくすることができる。
【００１６】
以上のようにＥＣＲエッチング装置の場合、磁場勾配、導入する高周波の周波数、ウエハとウエハ対向面の距離を制御することにより、イオンの生成量と独立にＦ／ＣＦ２の生成比を制御することができる。
【００１７】
本発明は、具体的には次に掲げる方法を提供する。
【００１８】
本発明は、第１の電子温度領域と、第２の電子温度領域とを有するプラズマを利用して、膜をエッチングするドライエッチング方法を提供する。
【００１９】
本発明は、更に前記第１の電子温度と前記第２の電子温度の差は１ｅＶ以上であるドライエッチング方法を提供する。
【００２０】
本発明は、更に前記第１の電子温度と前記第２の電子温度の差は５ｅＶ以上であるドライエッチング方法を提供する。
【００２１】
本発明は、更に前記第１の電子温度が２ｅＶ以上４ｅＶ以下であって、前記第２の電子温度が５ｅＶ以上であるドライエッチング方法を提供する。
【００２２】
本発明は、更に前記膜は酸化ケイ素膜であり、前記プラズマを発生させるためのガスはフロロカーボンガスであるドライエッチング方法を提供する。
【００２３】
本発明は、更に前記プラズマを発生させるためのガスの圧力は４Ｐａ以下であるドライエッチング方法を提供する。
【００２４】
本発明は、処理室内にフロロカーボンガスを含むガスを導入し、前記ガスをプラズマ化させ、前記プラズマ中のフッ素ラジカル、フロロカーボンラジカルおよびイオンの生成量をエッチング中に独立に制御して、前記プラズマを利用して絶縁膜をドライエッチングするドライエッチング方法を提供する。
【００２５】
本発明は、更に前記フッ素ラジカルおよび前記フロロカーボンラジカルの量は、前記エッチング中に変化するドライエッチング方法を提供する。
【００２６】
本発明は、更に前記プラズマは、前記処理室外部からソレノイドコイルによって形成された磁場を前記処理室に印加することにより形成され、前記磁場の磁場勾配を前記ソレノイドコイルによって制御することにより、Ｆラジカルとフロロカーボンラジカルの生成比率を制御するドライエッチング方法を。
【００２７】
本発明は、更に前記磁場勾配を前記絶縁膜のエッチングの経過とともに大きくするドライエッチング方法を提供する。
【００２８】
本発明は、更に前記処理室内のガス圧力は、４Ｐａ以下であるドライエッチング方法を提供する。
【００２９】
本発明は、更に前記プラズマは高周波を印加することにより形成され、前記高周波の周波数は３００ＭＨｚ以上９００ＭＨｚ以下であるドライエッチング方法を提供する。
【００３０】
本発明は、更に前記プラズマは、入力パワーの異なる高周波を少なくとも２種類印加することにより形成されるドライエッチング方法を提供する。
【００３１】
本発明は、処理室と、前記処理室内に設けられ、ドライエッチングされるべき基体を設置するための台と、前記処理室内にガスを導入する手段と、前記ガスをプラズマ化する手段と、前記プラズマ中に第１及び第２の電子温度領域を形成するドライエッチング装置を提供する。
【００３２】
本発明は、更に前記プラズマ化する手段は、３００ＭＨｚ以上９００ＭＨｚ以下の高周波を印加する手段であるドライエッチング装置を提供する。
【００３３】
本発明は、更に前記処理室の周囲には４つ以上のソレノイドコイルが設置させられているドライエッチング装置を提供する。
【００３４】
本発明は、更に前記プラズマ化する手段は、処理室内に設けられたアンテナに高周波を印加する手段であり、前記基体と前記アンテナとの距離は１００ｍｍ以下であるドライエッチング装置を提供する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本発明に用いるドライエッチング装置を図４に示す。この装置ではエッチング処理室１にエッチングガスを導入し、マイクロ波発生器２において９００ＭＨｚから２.４５ＧＨｚの間の高周波を発生させ、この高周波を導波管３を通し、エッチング処理室１に輸送してガスプラズマを発生させる。ＥＣＲ領域の鉛直方向の磁場勾配がＥＣＲ領域の磁場強度に対し、広い範囲で制御できるようにエッチング処理室周辺に磁場発生用のソレノイドコイルを４つ設置する。これらのソレノイドコイル４によって、０から８７５ガウスの間の磁場が処理台のほぼ真上にくるように４つのコイル電流を制御し、エレクトロン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。
【００３６】
ＥＣＲ領域の磁場勾配は、磁場勾配／磁場強度の値が０.１ｃｍ−１から０.０１ｃｍ−１の範囲で制御する。エッチング処理室１には処理台５があり、この上に被処理物６を設置して、ガスプラズマによりエッチング処理する。エッチングガスは、ガス流量制御装置を通してエッチング処理室１に導入され、排気ポンプ７によりエッチング処理室１の外に排気される。被処理物を設置する処理台５には高周波電源１２を備え、４００ＫＨｚから１３.５６ＭＨｚ までの高周波バイアスを印加できる。処理台の位置は、処理台の対向面（ガス導入口１１）から距離が２０ｍｍから１５０ｍｍの範囲で固定することができる。
【００３７】
この装置に、被処理物として８インチシリコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚さ２ｍｍの酸化膜が形成されその上部にはマスクパターンを転写したレジストマスクが形成されている。レジストマスクには、２００ｎｍ径のホールが形成されている。
【００３８】
この装置に、Ａｒ４００sccm、Ｃ４Ｆ８を１０sccm、ＣＨ２Ｆ２を５sccmガス導入口より処理室に導入しガス圧力を２Ｐａにする。２.４５ＧＨｚ ，１ｋＷの高周波をマイクロ波発生器より発生させ、処理台８００ＫＨｚ，１０００Ｗのバイアスを印加し、酸化膜をエッチングする。処理台の位置をマイクロ波導入窓から１００ｍｍとして、ウエハの真上６ｃｍの位置で磁場強度が８７５ガウス、その位置における磁場勾配が５０ガウス／ｃｍとなるようにコイル電流を調整する。その条件で、ＥＣＲ領域の厚さは１０ｍｍ程度で、電子温度は１０ｅＶ程度である。ＥＣＲ領域以外の電子温度は３ｅＶ程度になる。すなわち、約１０ｍｍの厚さの高電子領域と約９０ｍｍの厚さの低電子領域が形成される。Ｆの一部は、ＣＨ２Ｆ２から生成されるＨと反応して除外される。このため、Ｃ４Ｆ８からのＦの生成量はＣＦ２に対し２倍程度であるが、ウエハに入射するＦ／ＣＦ２の比率は、０.６程度になると推定できる。電子密度は３×１０１１個／ｃｍ３程度で、イオン電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２程度になる。この条件で、酸化膜のエッチング速度は約７００ｎｍ／ｍｉｎ で、レジストに対する選択比は５である。加工形状はほぼ垂直な形状が得られるが、同じ条件でガス圧力を５Ｐａまで高くすると、斜めに入射するイオンのため２０ｎｍほど横方向に削れがホール内に見られる。ガス圧力、４Ｐａ以下でほぼ垂直な加工形状になる。
【００３９】
磁場勾配を１５Ｇ／ｃｍにすると、ＥＣＲ領域の厚さは、２０ｍｍ程度に広がる。この結果、ウエハに入射するＦ／ＣＦ２比は０.３程度に小さくなる。一方、プラズマ密度は磁場勾配を変えてもほとんど変化せず、両者の場合、イオン電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２程度になる。このため、酸化膜のエッチング速度は、ほとんど変わらず平面部では７００ｎｍ／ｍｉｎ 程度になる。これに対し、Ｆの比率が小さくなるためレジスト選択比は３０とよくなるが、ＣＦ２が過剰にあるため、酸化膜は深さ約１ｍｍまでエッチングされ停止する。
【００４０】
エッチング中に磁場勾配を、１５ガウス／ｃｍから５０Ｇ／ｃｍに、毎分１２Ｇ／ｃｍで変化させると、変えるとエッチング速度は７００ｎｍ／ｍｉｎ 程度で、エッチングは停止することなく、３分ほどで終了する。レジストに対する選択比は２０程度になり、磁場勾配５０Ｇ／ｃｍのエッチングに比べレジスト選択比が大きく改善される。
【００４１】
このように磁場勾配を制御するとイオン電流を一定に保ったまま、Ｆ／ＣＦ２比を変えることができる。磁場勾配を小さくすることによってレジストに対する選択比は高くなる。しかしながら、磁場勾配をより小さくするということは、エッチング装置内で均一な磁場を形成することを意味し、これを同じ磁場強度で実現するためには、エッチング装置周辺に多くのコイルを設置する必要がある。これに対し、磁場強度を小さくすると、磁場勾配もそれに比例して小さくなるので、容易に磁場勾配を小さくすることができる。ＥＣＲを形成する磁場強度は、マイクロ波の周波数によって決まるので、磁場強度および磁場勾配を小さくするには、マイクロ波の低周波数化が有利である。
【００４２】
（実施例２）
次に同じ装置を用いてマイクロ波の周波数を９００ＭＨｚにした場合について説明する。ウエハの真上６０ｍｍの位置で磁場強度が３２０ガウス、その位置における磁場勾配が２０ガウス／ｃｍとなるようにコイル電流を調整する。この条件では、ＥＣＲ領域の厚さは２０ｍｍ程度で、磁場勾配／磁場強度がほぼ一定の条件では、２.４５ＧＨｚ の場合に比べ、ＥＣＲ領域は約２倍に広がる。このため、同じ条件でガスを導入した場合、イオン電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２程度と２.４５GHzとほぼ同じであるが、ウエハに入射するＦ／ＣＦ２の比率は、０.７ 程度になると推定できる。このため、酸化膜のエッチング速度は約７００ｎｍ／ｍｉｎ で、レジストに対する選択比は１５になる。
【００４３】
（実施例３）
次に図５の装置を用いた別の実施形態について説明する。この装置ではエッチング処理室１にエッチングガスを導入し、高周波電源５０３において生成した３００ＭＨｚから９００ＭＨｚの間の高周波をアンテナ５０２からエッチング処理室１に導入してガスプラズマを発生させる。高効率放電のために磁場発生用のソレノイドコイル４をエッチング処理室周辺に３つ配置し、０から３２０ガウスの間の磁場が処理台のほぼ真上にくるように２つのコイル電流を制御し、エレクトロン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。エッチング処理室１には処理台５があり、この上に被処理物６を設置して、ガスプラズマによりエッチング処理する。エッチングガスは、ガス流量制御装置を通してエッチング処理室１に導入され、排気ポンプ７によりエッチング処理室１の外に排気される。被処理物を設置する処理台５には高周波電源１２を備え、４００ＫＨｚから１３.５６ＭＨｚ までの高周波バイアスを印加できる。処理台の位置は、マイクロ波導入窓から距離が２０ｍｍから１５０ｍｍの範囲で固定することができる。
【００４４】
この装置に、被処理物として８インチシリコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚さ０.１ｍｍの窒化ケイ素膜、その上に厚さ１.５ｍｍの酸化膜が形成されその上部にはマスクパターンを転写したレジストマスクが形成されている。レジストマスクには、１５０ｎｍ径のホールが形成されている。
【００４５】
この装置に、Ａｒ２００sccm、Ｃ４Ｆ８を１０sccmをガス導入口より処理室に導入しガス圧力を１Ｐａにする。４５０ＭＨｚ，１ｋＷの高周波によりガスプラズマを生成し、処理台に８００ＫＨｚ，８００Ｗのバイアスを印加し、酸化膜をエッチングする。処理台の位置をアンテナ５０２から６０ｍｍとして、ウエハの真上４０ｍｍの位置で磁場強度が１６０ガウス、その位置における磁場勾配が４ガウス／ｃｍとなるようにコイル電流を調整する。この条件で、ＥＣＲ領域の厚さは５０ｍｍ程度で、電子温度は８ｅＶ程度である。ＥＣＲ領域以外の電子温度は２ｅＶ程度になる。Ｃ４Ｆ８の解離により、Ｆ／ＣＦ２の生成比は１.０程度になるが、ウエハ対向面のポリマーとＦとの反応によりＦのウエハ入射量は少なくなる。このため、ウエハに入射するＦ／ＣＦ２の比率は、０.５程度になると推定される。イオン電流密度は５ｍＡ／ｃｍ２程度になる。この条件で、酸化膜のエッチング速度は約７００ｎｍ／ｍｉｎ でレジストに対する選択比は２０、下地の窒素化膜に対する選択比は３０である。
【００４６】
この条件で、酸化膜の膜厚が３ｍｍ、コンタクトホール径が１５０ｎｍのエッチングを行うと深さ約２ｍｍで停止してしまう。従来技術では、このような場合、酸素ガスを添加しエッチング停止を防止する必要があった。酸素ガスを添加する場合、エッチング停止が起きない条件では、レジストの選択比は、５程度に低下する。これに対し、磁場勾配を４ガウス／ｃｍから１０ガウス／ｃｍに大きくし、Ｆの発生量を増やすと、酸化膜の膜厚が３ｍｍ、コンタクトホールの径が１５０ｎｍのエッチングでは、途中で停止することなくほぼ垂直な加工形状が得られる。このとき、レジストに対する選択比は１０程度に小さくなるが、酸素添加に比べ大きくなる。
【００４７】
このように、同じガス条件でも磁場勾配を変えＦ／ＣＦ２比を制御することにより、異なるエッチング条件に対応することが容易になるとともに、酸素ガス等の添加が不要になる。
【００４８】
プラズマ形成用の高周波電源の周波数を３００ＭＨｚから９００ＭＨｚの範囲内で変えても、磁場勾配を制御することにより、４５０ＭＨｚと同様な結果が得られる。周波数を低くすると、ソレノイドコイルが小さくなり、低磁場勾配の条件が実現しやすいことから、特に、３００ＭＨｚから６００ＭＨｚの周波数が望ましい。ガス圧力については、ガス圧力を５Ｐａ程度に高くすると横方向に酸化膜の削れが見え、０.１Ｐａ 以下の低ガス圧力では、ＣＦ２の入射量が少なくなるため、高い選択比を維持したまま十分なエッチング速度を得ることが難しくなる。したがって、ガス圧力としては特に０.１Ｐａ から４Ｐａが望ましい。
【００４９】
先述のアンテナに印加する高周波の周波数が４５０ＭＨｚ、磁場勾配が４ガウス／ｃｍと同じエッチング条件で、ウエハとアンテナの距離を６０ｍｍから１００ｍｍに変え、１.５ｍｍ の酸化ケイ素膜、コンタクトホールの径１５０ｎｍの加工を行う。距離を長くすることにより、低電子温度領域が増加するとともに、ウエハ対向面におけるＦ消費の影響が小さくなるため、Ｆの相対的な入射量は増加する。このため、レジストや窒素化膜に対する選択比はそれぞれ１０と１２と小さくなる。ウエハとアンテナの距離が１００ｍｍ以上では、選択比の変化は見られなかった。この条件に、ＣＨ２Ｆ２ガスを５sccm程度加えると、レジストの選択比は２０、窒素化膜の選択比は２５程度になるが、ＣＨ２Ｆ２は堆積性が強く内壁面に付着するためクリーニングの頻度が増え、スループットが低下する。すなわち、ウエハとアンテナの距離を６０ｍｍに短くし、選択比を向上させる方がスループットの点で有利になる。逆にウエハとアンテナの距離を４０ｍｍまで短くすると、Ｆの入射量が減り、選択比は大きくなるが、１.２ｍｍ 程度の深さでエッチングが停止する。このように、ウエハとアンテナ距離、磁場勾配の制御によりＦの相対的な入射量を制御することにより、ガスを添加することなく所望のエッチング条件は達成できる。
【００５０】
次に図６の装置を用いた別の実施形態について説明する。この装置ではエッチング処理室１にエッチングガスを導入し、第一の高周波電源６０１および第二の高周波電源６０２において１０−１００ＭＨｚの間の高周波を発生させ、この高周波をリングアンテナ６０３，６０４からそれぞれエッチング処理室１に導入してガスプラズマを発生させる。プラズマの電子密度は１０１１個／ｃｍ３以上の高密度プラズマになる。エッチング処理室１には処理台５があり、この上に被処理物６を設置して、ガスプラズマによりエッチング処理する。エッチングガスは、ガス流量制御装置を通してエッチング処理室１に導入され、排気ポンプ７によりエッチング処理室１の外に排気される。被処理物を設置する処理台５には高周波電源１２を備え、４００ＫＨｚから１３.５６ＭＨｚ までの高周波バイアスを印加できる。
【００５１】
この装置に、被処理物として８インチシリコンウエハを搬送する。このシリコンウエハ上には厚さ２ｍｍの酸化膜が形成されその上部にはマスクパターンを転写したレジストマスクが形成されている。レジストマスクには、２００ｎｍ径のホールが形成されている。
【００５２】
この装置に、Ａｒ４００sccm、Ｃ４Ｆ８を１０sccmをガス導入口より処理室に導入しガス圧力を３Ｐａにする。１３.５６ＭＨｚ の１５００Ｗの高周波を第一のリングアンテナ６０３に印加し、１３.５６ＭＨｚ の１０００Ｗの高周波を第二のリングアンテナ６０４に印加し、ガスプラズマを発生させ、処理台に８００ｋＨｚ，１２００Ｗのバイアスを印加し、酸化膜をエッチングする。この条件で、第一のリングアンテナの高さ付近の電子温度は、約１０ｅＶでウエハ付近では４ｅＶになる。酸化膜のエッチング速度は約７００ｎｍ／ｍｉｎ でレジストに対する選択比は２５程度になるが、コンタクトホールの中途でエッチングの停止が見られる。
【００５３】
第二のリングアンテナ６０４に印加する高周波パワーを５００Ｗにすると、ウエハ付近の電子温度は２ｅＶ程度に小さくなる。プラズマ密度は第一のリングアンテナでほぼ決まるため、イオン電流密度は変わらず、酸化膜のエッチング速度は７００ｎｍ／ｍｉｎ であるが、電子温度の低下によりレジストの選択比は１０程度に小さくなる。しかしこの条件では、エッチングの停止は生じない。
【００５４】
エッチング中に、第二のリングアンテナ６０４に印加する高周波パワーを１０００Ｗから５００Ｗにエッチング時間の経過とともに変えていくと、エッチングの停止なく、コンタクトホールが形成され、エッチング中の平均のレジストの選択比は２０程度になる。
【００５５】
【発明の効果】
本発明により、Ｆ／ＣＦ２の生成比が任意に制御できるため、ガス圧力，ガス流量に大きく依存することなく、レジストや窒素化膜に対する選択比が高い、酸化膜エッチングが可能になる。本発明を用いると、アスペクト比の高いコンタクトホールの加工やレジストおよび窒化ケイ素膜に対して高い選択比で酸化膜の加工ができる。１Ｐａから４Ｐａの低ガス圧力条件でも、上記エッチングが可能になるため、アスペクト比の高いコンタクトホールで垂直加工形状が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の２種類の電子温度領域の形成を示す概念図である。
【図２】本発明の磁場勾配の制御による２種類の電子温度領域の形成とＦ／ＣＦ２生成比の関係を示す図である。
【図３】本発明のウエハとウエハ対向面の距離の制御による２種類の電子温度領域の形成とＦ／ＣＦ２生成比の関係を示す図である。
【図４】本発明で用いるドライエッチング装置の断面図である。
【図５】本発明で用いる別のドライエッチング装置の断面図である。
【図６】本発明で用いる別のドライエッチング装置の断面図である。
【符号の説明】
１…エッチング処理室、２…マイクロ波発生器、３…導波管、４…ソレノイドコイル、５…処理台、６…被処理台、７…排気ポンプ、８…排気バルブ、９…コンダクタンスバルブ、１０…ガス流量コントローラ、１１，５０１…ガス導入口、１２…処理台用の高周波電源、１３…石英チャンバー、１０１…高電子温度領域、１０２…低電子温度領域、１０３…ウエハ対向面、２０１…磁場勾配とＦ／ＣＦ２生成比の関係を示す曲線、３０１…高電子温度領域、３０２…エッチング装置のウエハ対向面とウエハ間の距離と、Ｆ／ＣＦ２生成比の関係を示す曲線、５０２…アンテナ、５０３…高周波電源、６０１…第一の高周波電源、６０２…第二の高周波電源、６０３…第一のリングアンテナ、６０４…第二のリングアンテナ。
【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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