特許 6580215 プラズマ処理方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6580215

(24)【登録日】2019年9月6日

(45)【発行日】2019年9月25日

(54)【発明の名称】プラズマ処理方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20190912BHJP

   H05H 1/46 20060101ALN20190912BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 105A

   !H05H1/46 M

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2018-119547(P2018-119547)

(22)【出願日】2018年6月25日

(62)【分割の表示】特願2017-538254(P2017-538254)の分割

【原出願日】2017年1月31日

(65)【公開番号】特開2018-160689(P2018-160689A)

(43)【公開日】2018年10月11日

【審査請求日】2018年6月25日

(31)【優先権主張番号】特願2016-62977(P2016-62977)

(32)【優先日】2016年3月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】寺倉 聡志

(72)【発明者】

【氏名】森 政士

(72)【発明者】

【氏名】荒瀬 高男

(72)【発明者】

【氏名】岩瀬 拓

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０００５６０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−２２５５０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５０７０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−００７３７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２８３２１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−３０７３２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０５Ｈ １／４６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜を有する積層膜をプラズマエッチングすることによりマスクを形成するプラズマ処理方法において、
Ｏ_２ガスとＣＨＦ_３ガスとＣｌ_２ガスとＳｉＣｌ_４ガスの混合ガスを用いて前記ホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜をプラズマエッチングし、
前記混合ガスに対する前記Ｃｌ_２ガスの流量比率は、前記混合ガスに対する前記ＣＨＦ_３ガスの流量比率より高いことを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項2】

ホウ素が含有されていないアモルファスカーボン膜を有する積層膜をプラズマエッチングすることによりマスクを形成するプラズマ処理方法において、
酸素ガスとフッ素含有ガスとハロゲンガスと四フッ化シリコンガスの混合ガスまたは酸素ガスとフッ素含有ガスとハロゲンガスと四塩化シリコンガスの混合ガスを用いて前記ホウ素が含有されていないアモルファスカーボン膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項3】

請求項２に記載のプラズマ処理方法において、
前記フッ素含有ガスは、ＣＨＦ_３ガス、ＣＨ_２Ｆ_２ガス、ＣＨ_３Ｆガス、ＮＦ_３ガス、ＣＦ_４ガスまたはＳＦ_６ガスであって、
前記ハロゲンガスは、Ｃｌ_２ガス、ＨＢｒガスまたはＨＩガスであることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項4】

請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法において、
前記積層膜が成膜された試料を載置する試料台に１０００Ｗ以上の高周波電力を供給または前記試料台に１３５０Ｖ以上のピーク間高周波電圧を印加することにより前記ホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。

【請求項5】

請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のプラズマ処理方法において、
圧力を４Ｐａ以上として前記ホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜をプラズマエッチングすることを特徴とするプラズマ処理方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体製造に関わるプラズマを用いて試料を処理するプラズマ処理方法、およびその装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

３次元構造を持つフラッシュメモリ(３Ｄ−ＮＡＮＤ等)のゲート製造工程においては、デバイスの大容量化に伴い、特許文献１に開示されているようにポリシリコン膜とシリコン酸化膜のペア層総数が４８層、７２層、９６層、１２０層と増加してきており、プラズマエッチング加工の高アスペクト化が進行している。

【0003】

従来から、これら積層膜をエッチングする際は、パターニングされたフォトレジスト膜(ＰＲ)と反射防止膜(Ｂｏｔｔｏｍ Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｃｏａｔ：ＢＡＲＣ)とアモルファスカーボン膜（Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｃａｒｂｏｎ Ｌａｙｅｒ：ＡＣＬ、以下、ＡＣＬ膜と称する）の積層膜がエッチングマスクとして使用されてきたが、高アスペクト化に伴い、アモルファスカーボン膜のマスクの厚さ不足が顕在化してきた。

【0004】

そのため、ＡＣＬ膜にホウ素元素（Ｂ）をドープ（含有）し、耐プラズマ性を向上させたホウ素を含有するＢ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜が採用されてきている。従来のＡＣＬ膜をエッチングする際は、酸素を主体として、ＣＯＳや窒素を添加、または、アルゴンやヘリウムで希釈したプラズマを用いてレジストのパターンをＡＣＬ膜に転写していたが、１０から４０％程度のホウ素を含有するＢ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜をこのガス系でエッチングすることは困難だった。

【0005】

この問題を解決するため、特許文献２には、ウェハステージの温度を１００℃以上とすることによりホウ素の反応生成物の揮発性を増加させてエッチングを行う方法が開示され、特許文献３には、ＣＨ_４、Ｃｌ_２、ＳＦ_６、Ｏ_２の混合ガスを用いてフッ化ホウ素とすることにより、反応生成物揮発性を増加させるとともにＣｌ_２、ＣＨ_４で加工垂直性を制御することによって、１０〜３０℃の常温でエッチングする方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５−１４４１５８号公報

【特許文献2】特開２０１４−００７３７０号公報

【特許文献3】ＵＳ２０１５／００６４９１４ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献２に開示された方法では、ＰＲ／ＢＡＲＣ／ＳｉＯＮ／Ｂ−ｄｏｐｅｄ ＡＣＬのマスク構造のサンプルをエッチングする際、フォトレジスト膜が高温のため、炭化してパターンが損傷する。また、下層のシリコン／シリコン酸化膜のペア層のエッチ時には５０℃以下の低温側でエッチングする必要があるため、同一チャンバーによるマスクから下地膜までのエッチング(いわゆる一貫処理)が出来ない。たとえ一貫処理が出来たとしても、温度待ち時間が長くエッチング処理のスループットが低下したりするという問題が生じた。

【0008】

また、特許文献３に開示された方法では、従来のＡＣＬ膜のエッチング時より対シリコン酸窒化膜選択比が小さいため、従来のＡＣＬ膜エッチング時に必要とされた３０−４０ｎｍ厚さのシリコン酸窒化膜を使用した場合、下層のＳｉＯ_２膜までエッチングが到達できない、もしくは、エッチング進行中、シリコン酸窒化膜の開口部の際から後退していくファセッティングが発生する問題が発生した。

【0009】

それら問題を回避するため、シリコン酸窒化膜を厚くしたりする方法を採用せざるを得ないが、マスク成膜工程でのスループットが大きく低下、ひいてはＣｏＯ（Ｃｏｓt ｏｆ Ｏｗｅｒｓｈｉｐ）を大きく増加させる問題が発生している。

【0010】

さらに、上下層膜との組み合わせに応じて、ホウ素濃度や使用するステージ温度の中心値を適宜変更する可能性があるため、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜のエッチングする際には、その他の形状異常(サイドエッチ、ボーイング、エッチストップ)を解消できる形状制御性を有し、垂直に近いエッチング加工を実現できる必要がある。

【0011】

以上、本発明は、ホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜を用いた積層膜をエッチングする際、高選択比、高エッチングレートを実現することで一貫加工を可能とし、マスク成膜工程を簡素化することにより前後工程含めた高スループット化を実現し、さらに、垂直加工の形状制御性を有するプラズマ処理方法、およびその処理装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0012】

本発明は、ホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜を有する積層膜をプラズマエッチングすることによりマスクを形成するプラズマ処理方法において、酸素ガスとフッ素含有ガスとハロゲンガスと四フッ化シリコンガスの混合ガスまたは酸素ガスとフッ素含有ガスとハロゲンガスと四塩化シリコンガスの混合ガスを用いて前記ホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜をプラズマエッチングすることを特徴とする。

【0013】

また、本発明は、試料がプラズマ処理される処理室と、前記処理室内にプラズマを生成するための高周波電力を供給する高周波電源とを備えるプラズマ処理装置において、第一のガスと前記第一のガスへ混合されるガスである第二のガスを複数の領域を介して前記処理室内へ供給するガス供給機構をさらに備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0014】

本発明により無機膜をマスクとしてホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜を高エッチングレートかつ高選択比でエッチングをすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明に係る平行平板型の有磁場ＶＨＦドライエッチング装置の縦断面図で ある。

【図2】本発明のプラズマ処理方法の一実施例におけるエッチング形状を示す図であ る。

【図3】形状異常を示すエッチング断面の模式図である。

【図4】本発明におけるＢ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬエッチングレート及びマスク選択比 に対するバイアス電力依存性を示す図である。

【図5】本発明におけるＢ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬエッチングレート及びマスク選択比 に対する圧力依存性を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施例を図１ないし図５により説明する。図１は本発明のプラズマ処理装置の一例である平行平板型の有磁場ＶＨＦドライエッチング装置の縦断面図である。

【0017】

円筒状の内部空間を有し処理室である真空容器１０１内の下部には、上面に試料であるウェハ１０２を載置する試料台１０３が設けられている。試料台１０３には第一の整合器１０４を介してバイアス印加用の高周波電源１０５およびウェハ静電吸着用の直流電源１０６が接続されている。また、試料台１０３には温調ユニット１０７が接続されている。
高周波電源１０５は、この場合、周波数４ＭＨｚを用いている。

【0018】

また、真空容器１０１内の下部には、排気口が設けられ、この排気口に図示を省略した排気装置が繋がる。真空容器１０１内の上部には、試料台１０３のウェハ載置面に対向して平板状のアンテナ１０８が設けられ第二の整合器１０９を介してプラズマ生成用の高周波電源１１０が接続されている。高周波電源１１０は、本実施例において周波数２００ＭＨｚのＶＨＦ波を用いている。また、真空容器1外部の上面及び外周には、真空容器１０１内に磁場を形成するソレノイドコイル１１１が設けられている。ソレノイドコイル１１１は、真空容器１０１の軸方向で試料台１０３に向かう発散磁場を形成する。

【0019】

試料台１０３に対向するアンテナ１０８の下面には多数のガス供給孔を有するシャワープレート１１２が設けられ、アンテナ１０８とシャワープレート１１２との間に、内側空間と内側空間を囲む外側空間とが形成され、それぞれの空間にガス供給孔がつながっている。内側空間には内側ガス供給路１１３が設けられ、外側空間には外側ガス供給路１１４が設けられている。内側ガス供給路１１３にはメインガス系統１１５と内側添加ガス系統１１６とを混合して接続し、外側ガス供給路１１４にはメインガス系統１１５と外側添加ガス系統１１７とを混合して接続してある。

【0020】

メインガス系統１１５は、酸素とフッ素含有ガスとハロゲンガスと不活性ガスとから成る混合ガスである第一のガスのガス系統であり、本実施例においては、フッ素含有ガスはＣＨＦ_３であり、ハロゲンガスはＣｌ_２であり、不活性ガスはＮ_２である。メインガス系統１１５は、ガス源Ｏ_２の流量を制御する流量制御器Ａ１１８と、ガス源ＣＨＦ_３の流量を制御する流量制御器Ｂ１１９と、ガス源Ｃｌ_２流量を制御する流量制御器Ｃ１２０と、ガス源Ｎ_２の流量を制御する流量制御器Ｄ１２１ａと、これら流量制御器１１８ないし１２１ａにそれぞれ接続したストップバルブ１２３と、それぞれのストップバルブ１２３を介して混合されたガスが供給されるガス分流器１２４とから成る。

【0021】

内側添加ガス系統１１６および外側添加ガス系統１１７は、シリコン含有ガス（四塩化シリコンガスまたは四フッ化シリコンガス）と不活性ガスとから成る混合ガスである第二のガスのガス系統であり、本実施例においては、シリコン含有ガスはＳｉＣｌ_４であり、不活性ガスはＮ_２である。内側添加ガス系統１１６は、ガス源Ｎ_２の流量を制御する流量制御器Ｄ１２１ｂと、ガス源ＳｉＣｌ_４の流量を制御する流量制御器Ｅ１２２ａと、これら流量制御器１２１ｂおよび１２２ａにそれぞれ接続したストップバルブ１２３とから成り、それぞれのストップバルブ１２３を介して混合されたガスを供給する。外側添加ガス系統１１７は、ガス源Ｎ_２の流量を制御する流量制御器Ｄ１２１ｃと、ガス源ＳｉＣｌ_４の流量を制御する流量制御器Ｅ１２２ｂと、これら流量制御器Ｄ１２１ｃおよび１２２ｂにそれぞれ接続したストップバルブ１２３とから成り、それぞれのストップバルブ１２３を介して混合されたガスを供給する。

【0022】

流量制御器１１８ないし１２１ａによって各ガス源からのガス流量を各設定流量に調整された各ガスは、ガス流量分流器１１５によって内側ガス供給路１１３と外側ガス供給路１１４とに所定の比率で分流され流される。流量制御器１２１ｂおよび１２２ａによって各ガス源からのガス流量を各設定流量に調整された各ガスは、ガス流量分流器１１５によって内側ガス供給路１１３へ分流されたガスと混合されてシャワープレート１１２の内側空間に供給され、ガス供給孔を介して真空容器１０１の中央側に供給される。

【0023】

流量制御器１２１ｃおよび１２２ｂによって各ガス源からのガス流量を各設定流量に調整された各ガスは、ガス流量分流器１１５によって外側ガス供給路１１４へ分流されたガスと混合されてシャワープレート１１２の外側空間に供給され、ガス供給孔を介して真空容器１０１の中央部を囲む外側に供給される。

【0024】

すなわち、メインガスはガス流量分流器１２４によってシャワープレートの分離された内外領域に合わせ所定の比率で分割し、それぞれに流量調整した添加ガスを所定比率で分割された各メインガスに合流させて、シャワープレートの内外領域に供給する。これにより、真空容器１０１内のシャワープレート１１２下方半径方向に、各ガス成分を任意に調整した面内分布を得ることができる。

【0025】

なお、本実施例ではシャワープレート１１２内のガス溜め空間を内外の２領域に分離したが、３領域以上でも良く、また、円周方向に複数分離しても良く、分離された数に合わせてガス流量分流器１２４の分割数を設定し、同一ガス種の添加ガス系統の数を設ければ良い。

【0026】

また、このようなガス領域分割の効果は、シャワープレート１１２と試料台１０３との距離が狭いほど効果がある。

【0027】

上述のように構成された装置により次のように処理が行われる。

【0028】

図示省略の搬送装置により真空容器１０１内に搬入されたウェハ１０２が試料台１０３上に配置され、直流電源１０６からの電圧印加によりウェハ１０２が試料台１０３上に静電吸着される。試料台１０３に吸着・保持されたウェハ１０２の裏面には伝熱ガスであるＨ_２ガスが供給され、温調ユニット１０７によって温度調整された試料台１０３との間で熱伝達が行われてウェハ１０２が所定の処理温度に維持される。

【0029】

ウェハ１０２が試料台１０３に保持された後、真空容器１０１内に、メインガス系統１１５、内側添加ガス系統１１６および外側添加ガス系統１１７から内側ガス供給路１１３および外側ガス供給路１１４にそれぞれ流量制御された処理ガスであるＯ_２、ＣＨＦ_３、Ｃｌ_２、ＳｉＣｌ_４、Ｎ_２の混合ガスが供給される。供給された混合ガスは、シャワープレート１１２を介して真空容器内に供給され、真空容器１０１内で所定の処理圧力に維持されて、高周波電源１１０からの２００ＭＨｚの高周波電力とともにソレノイドコイル１１１からの磁場の作用によって混合ガスが励起されプラズマ化される。

【0030】

プラズマが生成された後は、高周波電源１０５により試料台１０３にバイアス用の高周波電力を供給する。これによりプラズマ中のイオンがウェハ２に入射し、ウェハ１０２のエッチング処理が行われる。この時、真空容器１０１内に供給する各ガス成分を半径方向で任意に調整されており、プラズマ中においてはその面内分布に応じて解離されたガス成分のラジカルやイオンが分布し、ウェハ１０２面内のエッチング処理に均一に作用するよう調整されている。

【0031】

ここで、被エッチング材であるウェハ１０２は、図２（ａ）に示す積層膜を有する。ウェハ基板上にはペア層２０１、本実施例においては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）とポリシリコン膜（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）とを交互に積層した積層膜が設けられ、ペア層２０１上に順次、ＡＣＬ膜（Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜）２０２、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）２０３、反射防止膜（ＢＡＲＣ）２０４、フォトレジスト膜（ＰＲ）２０５が設けられている。

【0032】

次に上述構造の膜のエッチング処理について説明する。まず、図２(ｂ)に示すように、回路パターンを露光されたフォトレジスト膜２０５をマスクとして反射防止膜２０４、シリコン酸窒化膜２０３をエッチングによりパターンを転写する。このシリコン酸窒化膜２０３のエッチング処理では、ＣＨＦ_３ガスとＳＦ_６ガスの混合ガスを用いる。また、この時、フォトレジスト膜２０５及び反射防止膜２０４を除去する処理を入れても良い。続いて図２(ｃ)に示すようにシリコン酸窒化膜２０３をマスクとしてＢ−ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ２０２をエッチングする。

【0033】

本発明では、シリコン酸窒化膜２０３をマスクとしてＡＣＬ膜２０２中のホウ素をエッチングするため、従来ＡＣＬのエッチャントである酸素に加え、フッ素含有ガスとハロゲンガスと四塩化シリコンガス(ＳｉＣｌ_４)または四フッ化シリコンガス(ＳｉＦ_４)の混合ガスを用いることを特徴とする。

【0034】

この時、ガス全体に対するハロゲンガスの割合は、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ２０２に含まれるホウ素の含有量（例えば５−７０％）と温調ユニット１０７の設定温度に応じて適宣設定する。本実施例では、５５％のホウ素濃度のＢ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜をエッチングする場合、温調ユニット１０７の温度を５０℃とし、Ｏ_２ガスとＣＨＦ_３ガスとＣｌ_２ガスとＳｉＣｌ_４ガスの混合ガスを使用した。この場合、各ガス種の傾向は、以下のようになる。

【0035】

まず、ガス全体の流量に対しＣＨＦ_３の割合が高いとフッ素ラジカルの供給が過剰となり、ホウ素はもとより、カーボンとの反応も促進され、図３(ａ)に示すようにＢ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜２０２にサイドエッチ３０１やボーイング３０２が発生する。また、ＣＨＦ_３の割合が低いとエッチングが進行せず、図３(ｂ)に示すようにエッチストップ３０３となる。そして、Ｃｌ_２を添加し、ＣＨＦ_３とのガス比を適宜制御することによりサイドエッチ抑制と高エッチングレートを両立することが可能となる。

【0036】

また、一般に試料台１０３の温度は、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜の上方の膜から下方の膜までの一貫処理において高スループットを維持するため、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜の上方の膜から下方の膜までのエッチングに適切な各々の温度の差が±１０℃以内となるように設定（ステップ間の変化率１℃／sの場合、温度変化待ち時間１０ｓ以内）することが好ましい。また、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜の上方及び下方の層の材質変更に応じて試料台１０３の温度を変化させることが一般的である。

【0037】

従って、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜の上方の膜から下方の膜までを一貫処理する際、試料台１０３の温度を必要に応じて上げ、ＣＨＦ_３の流量比は、それぞれの膜で低下、増加させた上で高エッチレートを維持し、さらにＣＨＦ_３ガスに対するＣｌ_２ガス比率を制御することにより高エッチングレートと垂直性を両立することが可能となる。逆に試料台１０３の温度を低くする場合は、温度低下によりフッ素ラジカルの反応確率が低減することによりサイドエッチを低減させることが出来るため、ＣＨＦ_３ガスに対するＣｌ_２ガス比率は低下させるとよい。すなわち、試料台１０３の温度を調整することによりボーイング形状やテーパ形状の角度の調整をすることも出来る。

【0038】

ＣＨＦ_３ガスに対するＣｌ_２ガス比率を高く設定することにより異方性の高い形状を得ることが出来るが、さらに高バイアス電力、高圧力領域を使用することにより従来のＡＣＬエッチングと同等以上の高レートな処理が可能となる。また、高バイアス化は、反応生成物の増加による側壁保護増加の効果があり、サイドエッチングやボーイング形状となるのを抑制する効果がある。さらに図４に示すようにＢ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜のエッチングレート４０１は、バイアス電力が１０００Ｗ以下の領域においてバイアス電力の増加に伴い、大きく増加するが、１０００Ｗ以上の領域では緩やかに増加する。

【0039】

また、マスク選択比４０２は、バイアス電力の増加に伴い、緩やかに減少するが、減少幅は、小さい。すなわち、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜を高エッチングレートで処理するには、バイアス電源の電力設定は１０００Ｗ以上とすることが好ましい。この時、４ＭＨｚの１０００Ｗでは、正弦波のピーク間電圧であるＶｐｐが１３５０Ｖであるため、バイアス周波数が異なる場合は、このＶｐｐ以上となる電源電力、もしくは直接Ｖｐｐ制御することにより調整できる。

【0040】

さらに高圧化は、ラジカルフラックスが増加し、プラズマ密度が低下するため、図５に示すように高圧化に伴い、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜のエッチングレート５０１は増加し、選択比も増加する。選択比５０２は、圧力が４Ｐａ以上の領域では飽和しているため、圧力設定は４Ｐａ以上とすることが好ましい。

【0041】

そして、本発明では、四塩化シリコンガスまたは四フッ化シリコンガスを添加することによりシリコン酸化化合物がマスクであるシリコン酸窒化膜２０３に堆積し、シリコン酸窒化膜２０３のエッチング量が減少するため、選択比を増加させることが出来る。また、マスクの残り量が増加するため、マスクの後退を減少させることが出来、図３(ｃ)に示すように形状の上部のファセッティング３０４を抑制することや、マスク膜厚を例えば、３０−４０ｎｍといった従来のＡＣＬエッチング処理程度の厚さにすることが出来る。このことによりマスク成膜工程の複雑化を回避し、スループット、ＣｏＯ向上することが可能となる。

【0042】

以上のようにＣｌ_２ガスに対するＣＨＦ_３ガスの比とバイアス電力により垂直性の調整は可能であるため、ウェハステージは１００℃以下であれば良い。しかし、Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜の上方及び下方の積層膜を１チャンバーで一貫加工して高スループットを維持するためには、０℃以上６０℃以下とすることが好ましい。

【0043】

また、本実施例ではフッ素含有ガスとしてＣＨＦ_３ガスを使用したが、その他ＣＨ_２Ｆ_２ガス、ＣＨ_３Ｆガス、ＮＦ_３ガス、ＣＦ_４ガス、ＳＦ_６ガスを使用しても良い。また、Ｃｌ_２ガスの他にＢｒ含有ガスのＨＢｒガス、ＨＩガスを使用しても良い。さらにＳｉＣｌ_４ガスのほかにＳｉＦ_４ガスを使用してもよい。例えば、ＣＨＦ_３ガスより多量のフッ素を発生させるＮＦ_３ガス、ＣＦ_４ガス、ＳＦ_６ガス等を使用した場合、フッ素系ガス比をＣＨＦ_３ガスの使用時より低下させる、または、試料台１０３の設定温度を低下させることにより垂直形状を維持することができる。

【0044】

さらに本実施例では、酸素ガスとフッ素含有ガスとハロゲンガスと四塩化シリコンガスの混合ガスまたは酸素ガスとフッ素含有ガスとハロゲンガスと四フッ化シリコンガスの混合ガスを用いてホウ素を含有するアモルファスカーボン膜をプラズマエッチングする例であったが、酸素ガスとフッ素含有ガスとハロゲンガスと四塩化シリコンガスの混合ガスまたは酸素ガスとフッ素含有ガスとハロゲンガスと四フッ化シリコンガスの混合ガスをＮ_２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｘｅガス、Ｋｒガス等の不活性ガスにより希釈しても本実施例と同等の効果を奏することができる。

【0045】

また、ＨＢｒガスを使用した場合は、Ｃｌ_２ガスより反応性が低いため、Ｃｌ_２ガスより小流量で調整可能である。ＳｉＦ_４ガスを使用した際は、酸化膜の前駆体であると同時にフッ素元素の供給源でもあるため、フッ素系ガスの量を低下させつつ、適宜流量を調整することにより高選択比を実現できる。

【0046】

また、本実施例では、ホウ素が含有されたアモルファスカーボン膜であるＢ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜のマスク形成例であったが、本発明に係るドライエッチングをホウ素が含有されていないアモルファスカーボン膜に適用しても本実施例と同等の効果を得ることができる。つまり、本発明に係るドライエッチングを従来のアモルファスカーボン膜に適用しても本実施例と同等の効果を得ることができる。

【0047】

なぜならば、ホウ素が含有されていないアモルファスカーボン膜の主成分がホウ素を含有するアモルファスカーボン膜の主成分と同じ有機材であり、四塩化シリコンガスまたは四フッ化シリコンガスを添加することによりシリコン酸化化合物がマスクであるシリコン酸窒化膜２０３に堆積し、シリコン酸窒化膜２０３のエッチング量が減少することによって選択比を向上させているからである。

【0048】

さらに本発明に係るドライエッチング方法を実施するには、上述したガス種を備え、かつ３０００Ｗ程度のバイアスが印加でき、４Ｐａ以上の高圧力で均一なエッチング装置が必要である。本実施例では、図１に示した平行平板構造のＶＨＦエッチング装置を用いたが、他のＣａｐａｓｉｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ(ＣＣＰ）、Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ(ＩＣＰ）、Ｍｉｃｒｏ Ｗａｖｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ(μ波ＥＣＲ）等の他のプラズマ源を用いたプラズマエッチング装置においても、圧力、ガス流量、ガス比、バイアス電力、周波数、ステージ温度等を調整することにより本実施例と同様な効果を得ることが出来る。

【0049】

以上、本発明により、無機膜をマスクとしてアモルファスカーボン膜を高エッチングレートかつ高選択比でエッチングをすることが出来るため、前後工程含めた一貫エッチング処理を可能とし、マスク成膜工程を簡素化することによる前後工程含めた高スループット化を実現することが可能となる。

【符号の説明】

【0050】

１０１：真空容器
１０２：ウェハ
１０３：試料台
１０４：第一の整合器
１０５：バイアス印加用の高周波電源
１０６：直流電源
１０７：温調ユニット
１０８：アンテナ
１０９：第二の整合器
１１０：プラズマ生成用の高周波電源
１１１：ソレノイドコイル
１１２：シャワープレート
１１３：内側ガス供給路
１１４：外側ガス供給路
１１５：メインガス系統
１１６：内側添加ガス系統
１１７：外側添加ガス系統
１１８：流量制御器Ａ
１１９：流量制御器Ｂ
１２０：流量制御器Ｃ
１２１ａ：流量制御器Ｄ
１２１ｂ：流量制御器Ｄ
１２１ｃ：流量制御器Ｄ
１２２ａ：流量制御器Ｅ
１２２ｂ：流量制御器Ｅ
１２３：ストップバルブ
１２４：ガス分流器
２０１：シリコン酸化膜とポリシリコン膜のペア層
２０２：Ｂ−Ｄｏｐｅｄ ＡＣＬ膜
２０３：シリコン酸窒化膜
２０４：反射防止膜
２０５：フォトレジスト膜
３０１：サイドエッチ
３０２：ボーイング
３０３：エッチストップ
３０４：ファセッティング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】