特開 2023-127349 ハードマスク、基板処理方法、およびハードマスクの除去方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023127349

(43)【公開日】2023-09-13

(54)【発明の名称】ハードマスク、基板処理方法、およびハードマスクの除去方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230906BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022031091

(22)【出願日】2022-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】李 暁竜

(72)【発明者】

【氏名】前原 大樹

(72)【発明者】

【氏名】石橋 翔太

(72)【発明者】

【氏名】北田 亨

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA02

5F004AA04

5F004BA09

5F004BB13

5F004CA06

5F004DA00

5F004DA04

5F004DA11

5F004DA15

5F004DA18

5F004DA23

5F004DA25

5F004DA26

5F004DB01

5F004DB02

5F004DB03

5F004DB07

5F004DB13

5F004EA03

5F004EA28

(57)【要約】

【課題】加工対象物に対する選択比が高く、薄膜化することが可能なハードマスク、基板処理方法、およびハードマスクの除去方法を提供する。
【解決手段】加工対象物のエッチングに用いられるハードマスクは、ガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物を含む。
【選択図】 図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加工対象物のエッチングに用いられるハードマスクであって、ガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物を含む、ハードマスク。

【請求項2】

前記加工対象物はシリコン含有膜である、請求項１に記載のハードマスク。

【請求項3】

前記加工対象物のエッチングは、フッ素含有ガスを用いて行われる、請求項１または請求項２に記載のハードマスク。

【請求項4】

前記ガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物はアモルファスである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のハードマスク。

【請求項5】

前記ガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物は、ＩｎＧａＺｎＯ_４、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４、Ｇａ_２ＺｎＯ_４、Ｉｎ_２Ｏ_３のいずれかである、請求項４に記載のハードマスク。

【請求項6】

加工対象物を有する基板を準備する工程と、
前記加工対象物の上にガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物を含むハードマスクを形成する工程と、
前記ハードマスクを所望のパターンにエッチングする工程と、
前記ハードマスクをマスクとして前記加工対象物をエッチングする工程と、
を有する基板処理方法。

【請求項7】

前記加工対象物はシリコン含有膜である、請求項６に記載の基板処理方法。

【請求項8】

前記加工対象物をエッチングする工程は、フッ素含有ガスを用いて行われる、請求項６または請求項７に記載の基板処理方法。

【請求項9】

前記ガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物はアモルファスである、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項10】

前記ガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物は、ＩｎＧａＺｎＯ_４、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４、Ｇａ_２ＺｎＯ_４、Ｉｎ_２Ｏ_３のいずれかである、請求項９に記載の基板処理方法。

【請求項11】

前記ハードマスクを成膜する工程は、ＰＶＤにより行われる、請求項６から請求項１０のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項12】

前記ハードマスクをエッチングする工程および前記加工対象物をエッチングする工程は、プラズマを用いた異方性エッチングにより行われる、請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項13】

前記ハードマスクを所望のパターンにエッチングする工程は、フォトリソグラフィによりパターニングを行った後、前記パターニングにより形成されたパターンで前記ハードマスクをエッチングする、請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項14】

前記加工対象物をエッチングする工程の後、前記ハードマスクにＢＣｌ_３とＯ_２との混合ガスを供給して前記ハードマスクを改質した後、純水洗浄することにより前記ハードマスクを除去する工程をさらに有する、請求項６から請求項１３のいずれか一項に記載の基板処理方法。

【請求項15】

加工対象物を、ガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物を含むハードマスクをマスクとしてエッチングした後、前記ハードマスクを除去するハードマスクの除去方法であって、
前記ハードマスクにＢＣｌ_３とＯ_２との混合ガスを供給して前記ハードマスクを改質する工程と、
前記ハードマスクを改質した後、純水洗浄を行い、前記ハードマスクを除去する工程と、
を有する、ハードマスクの除去方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ハードマスク、基板処理方法、およびハードマスクの除去方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、Ｓｉ含有膜等の所定の膜をプラズマエッチングによりトレンチやホール等に加工する工程が存在する。エッチングの際のマスクとしては、従来からレジストマスクが用いられているが、パターンの微細化にともないレジストマスクのみではエッチング耐性が不十分であるため、ハードマスクが用いられるようになっている。

【0003】

特許文献１には、ハードマスクとして、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ_２膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣ膜、アモルファスＳｉ膜（ａ－Ｓｉ膜）、ＴｉＮ膜のいずれかを組み合わせることが記載されている。一方、特許文献２には、ＳｉＯ_２膜にトレンチ等の凹部を形成する際に用いるハードマスクとして、ａ－Ｓｉ膜やアモルファスカーボン膜（ａ－Ｃ膜）を用いることが記載されている。また、特許文献３には、シリコン含有膜をエッチングする際のハードマスクとして、タングステンを含む膜と、ジルコニウムまたはチタンおよび酸素を含む膜を用いることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３－３７１６２号公報

【特許文献2】特開２０１３－１７９２１８号公報

【特許文献3】特開２０２１－１４１２６０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本開示は、加工対象物に対する選択比が高く、薄膜化することが可能なハードマスク、基板処理方法、およびハードマスクの除去方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係るハードマスクは、加工対象物のエッチングに用いられるハードマスクであって、ガリウム、インジウム、および亜鉛の１種または２種以上を含む酸化物を含む。

【発明の効果】

【0007】

本開示によれば、加工対象物に対する選択比が高く、薄膜化することが可能なハードマスク、基板処理方法、およびハードマスクの除去方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】一実施形態に係るハードマスクを用いて加工対象物をエッチングする一連の工程を有する基板処理方法を示すフローチャートである。

【図2】図１の基板処理方法のステップＳＴ１における基板の一例を示す図である。

【図3】図１の基板処理方法のステップＳＴ２の状態の一例を示す図である。

【図4】図１の基板処理方法のステップＳＴ３の状態の一例を示す図である。

【図5】図１の基板処理方法のステップＳＴ４の状態の一例を示す図である。

【図6】図１の基板処理方法のステップＳＴ５の状態の一例を示す図である。

【図7】図１の基板処理方法のステップＳＴ６の状態の一例を示す図である。

【図8】改質処理と純水洗浄によりハードマスクを除去する方法を説明するための図である。

【図9】ハードマスクの成膜に用いられる成膜装置の一例を示す断面図である。

【図10】ハードマスクのエッチングおよび加工対象物のエッチングに用いられるプラズマエッチング装置の一例を示す断面図である。

【図11】実験例１の結果を示す図である。

【図12】実験例２の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、添付図面を参照して実施の形態について具体的に説明する。

【0010】

＜経緯および概要＞
まず、経緯および概要について説明する。
半導体デバイスの製造プロセスにおいては、微細化が進み、より高アスペクト比のエッチング加工工程が増加している。特に、ＤＲＡＭのキャパシタや３ＤＮＡＮＤでは、極めて高いアスペクト比のエッチング加工が求められる。例えば、ＤＲＡＭのキャパシタでは、ＣＤ（Critical Dimension）が２０ｎｍ以下、深さが１．０μｍ以上であるアスペクト比が５０以上の加工が要求される。

【0011】

高アスペクト比のエッチング工程においては、加工対象物のエッチングレートが下がる傾向があり、ハードマスクの消耗が大きくなるため、ハードマスクを厚く形成する必要がある。しかし、ハードマスクの膜厚を厚くすると、最終的に加工対象物の開口部のラフネスを劣化させてしまう。従来、比較的高い選択比が得られるハードマスクとしてアモルファスシリコン膜、ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜、アモルファスカーボン膜、ＴｉＮ膜、タングステン含有膜（例えばＷＳｉ膜）等が用いられているが、これらよりもさらに高い選択比が得られ、より薄膜化することが可能なハードマスクが求められる。

【0012】

発明者らは、高い選択比が得られ、より薄膜化することが可能なハードマスクを検討した。その結果、ハードマスクとして、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、亜鉛（Ｚｎ）の１種または２種以上を含む酸化物を用いることが有効であることが見出された。

【0013】

このようなハードマスクを用いた処理方法の一例は、基体上に加工対象物が形成された基板を準備する工程と、加工対象物の上にＧａ、Ｉｎ、Ｚｎの１種または２種以上を含む酸化物を含むハードマスクを成膜する工程と、ハードマスクを所望のパターンにエッチングする工程と、エッチングされたハードマスクを用いて加工対象膜をエッチングする工程を有する。このような処理方法により、薄いハードマスクを用いることができ、加工対象膜の開口部におけるラフネスの劣化を抑制することができる。

【0014】

＜具体的な実施形態＞
以下、具体的な実施形態について説明する。
ここでは、一実施形態に係るハードマスクを用いて加工対象物をエッチングする一連の工程を有する基板処理方法について説明する。

【0015】

図１はこのような基板処理方法を示すフローチャートである。図１に示すように、この方法では、加工対象物を有する基板を準備し（ステップＳＴ１）、加工対象物の上にハードマスクを成膜し（ステップＳＴ２）、ハードマスクをパターニングし（ステップＳＴ３）、ハードマスクをエッチングし（ステップＳＴ４）、加工対象物をエッチングし（ステップＳＴ５）、ハードマスクを除去する（ステップＳＴ６）。

【0016】

ステップＳＴ１の基板としては、図２に示すように、基体２０１上にエッチングが行われる加工対象物２０２が形成された基板２００が例示される。基体２０１上に加工対象物２０２の下地膜を有していてもよい。基板２００は特に限定されず、例えば、シリコンのような半導体基体を有する半導体ウエハであってよい。加工対象物２０２は特に限定されないが、シリコン（Ｓｉ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸炭窒化シリコン（ＳｉＯＣＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）のようなＳｉ含有膜が好適な例として例示される。Ｓｉは、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）、アモルファスＳｉのいずれであってもよい。例えば、対象デバイスがＤＲＡＭのキャパシタの場合は加工対象物がＳｉＯ_２膜であり、３ＤＮＡＮＤの場合は、ＳｉＯ_２膜およびＳｉＮ膜の積層膜である。

【0017】

ステップＳＴ２では、図３に示すように、図２の加工対象物２０２の上に一実施形態に係るハードマスク２０３を成膜する。ハードマスク２０３は、Ｇａ、Ｉｎ、Ｚｎの１種または２種以上を含む酸化物（ＩＧＺＯ系膜）を含む。本実施形態に係るハードマスク２０３は全部がこのような酸化物で構成されていてもよいし、一部がこのような酸化物であってもよい。

【0018】

このようなハードマスク２０３は、加工対象物２０２を高選択比でエッチングすることが可能である。このため、薄膜化が可能であり、加工対象物の開口部のラフネス劣化が抑制される。特に、加工対象物２０２がＳｉ含有膜である場合に高い選択比で加工対象物２０２をエッチングすることができ、より薄膜化が可能である。

【0019】

また、このようなハードマスク２０３は、加工対象物２０２をエッチングする際のエッチングガスとして、フッ化炭素ガス（Ｃ_ｘＦ_ｙガス）、フッ化炭化水素（Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚ）ガス、六フッ化硫黄（ＳＦ_６）ガスのようなフッ素（Ｆ）含有ガスを使用する場合に高い選択比で加工対象物２０２をエッチングすることが可能である。特に、このようなハードマスク２０３は、加工対象物２０２がＳｉ含有膜で、加工対象物２０２をＦ含有ガスでエッチングする場合に、大きな効果を発揮する。

【0020】

ハードマスク２０３は、エッチングの際の形状性を良好にする観点から、結晶粒界のないアモルファスであることが好ましい。ハードマスク２０３を成膜するための手法は特に限定されず、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ等の薄膜形成技術の全般、および塗布（スピンコート）を用いることができる。アモルファスのハードマスクを得る観点から、ＰＶＤ、例えばスパッタリングを好適に用いることができる。

【0021】

ハードマスク２０３を構成するＧａ、Ｉｎ、Ｚｎの１種または２種以上を含む酸化物（ＩＧＺＯ系膜）としては、ＩｎＧａＺｎＯ_４、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４、Ｇａ_２ＺｎＯ_４、Ｉｎ_２Ｏ_３、ＺｎＯが好ましい。これらは、加工対象物、特にＳｉ含有膜に対して、従来のハードマスクとして用いられているａ－Ｓｉ膜、ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜、ａ－Ｃ膜、ＴｉＮ膜、ＷＳｉ膜等よりも高い選択比を有する。これらの中でＺｎＯは高い選択比が得られるものの、結晶化しやすく、ＰＶＤで成膜しても室温で結晶化してしまい、アモルファスとはなり難い。一方、ＩｎＧａＺｎＯ_４、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４、Ｇａ_２ＺｎＯ_４、Ｉｎ_２Ｏ_３は、アモルファス化しやすく、ＰＶＤにより容易にアモルファスの膜を得ることができるため、より好ましい。

【0022】

ステップＳＴ３のハードマスクのパターニングは、例えば、フォトリソグラフィ技術を用いて行うことができる。具体的には、図４に示すように、ハードマスク２０３の上に防反射膜２０４およびフォトレジスト膜２０５を順に形成後、露光および現像を行うことによりパターニングを行う。このとき、フォトレジスト膜２０５の厚さは、ハードマスク２０３の厚さに応じて調整する。高選択比の加工を行う場合、防反射膜２０４とハードマスク２０３の間に、選択比の高い膜を追加してもよい。

【0023】

ステップＳＴ４では、ステップＳＴ３で形成されたパターンを用いてハードマスクのエッチングを行う。具体的には、図５に示すように、フォトレジスト膜２０５をマスクとして、プラズマを用いた異方性エッチングによりハードマスク２０３のエッチング行う。

【0024】

ＩＧＺＯ系膜で構成されたハードマスク２０３をエッチングする際のエッチングガスとしては、ＨＢｒガス、Ｃｌ_２ガス、ＣＨ_４ガス、ＣＨ_３ＯＨガス、ＢＣｌ_３ガスなどを使用することができる。これらのうちＨＢｒガス、Ｃｌ_２ガスを用いる場合には、ハロゲン系の残留物が残りやすいため、１２０℃程度の高温でエッチングを行い、エッチング後にアッシングを行うことが好ましい。また、このようにエッチングガスとしてＨＢｒまたはＣｌ_２を用いる場合には、Ｏ_２ガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガスの１種または２種以上を添加してもよい。

【0025】

エッチングガスとしてＣＨ_４ガス、ＣＨ_３ＯＨガス、ＢＣｌ_３を用いる場合には、低温処理が可能である。この場合には、Ｈ_２ガスとＣｌ_２ガスを添加してもよい。

【0026】

ステップＳＴ５では、ステップＳＴ４でエッチングされたハードマスクを用いて加工対象物のエッチングを行う。具体的には、図６に示すように、エッチングされたハードマスク２０３をマスクとして、プラズマを用いた異方性エッチングにより加工対象物２０２のエッチングを行う。

【0027】

このときのエッチングガスは特に限定されないが、上述した、Ｃ_ｘＦ_ｙガス、Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚガス、ＳＦ_６のようなＦ含有ガスを好適に用いることができる。Ｆ系ガスにＯ_２ガス、Ｎ_２ガス、Ａｒガス等を添加してもよい。

【0028】

このようなＦ含有ガスは、加工対象物２０２が上述したＳｉ系膜の場合のエッチングガスとして好適に用いることができる。また、ハードマスク２０３を構成するＩＧＺＯ系膜は、このようなＦ含有ガスに対して高い耐性を有する。また、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎは、そのフッ化物の融点・沸点が高いため、これらで構成されるハードマスク２０３は高温であってもＦ含有ガスに対して基本的に高いエッチング耐性を有する。しかし、低温であればあるほどハードマスク２０３がエッチングされ難くなり選択比の優位性が高い。

【0029】

ステップＳＴ６では、図７に示すように、加工対象物２０２をエッチングした後のハードマスク２０３を除去する。ハードマスク２０３の除去は、通常の薬液によるウエット洗浄、または改質処理と純水洗浄により行うことができる。

【0030】

ウエット洗浄は、ハードマスク２０３の下地である加工対象物２０２の材料に応じて適切な薬液を選択して行う。例えば、加工対象物がＳｉの場合は、希フッ酸（ＤＨＦ）（ＨＦ＝１％程度）が好適である。また、加工対象物がＳｉＯ_２の場合には、リン酸、硝酸、酢酸の混合液（ＰＡＮ）が好適である。ウエット洗浄は、容器内に貯留された薬液に基板を浸漬して行ってもよいし、基板上に薬液を塗布して行ってもよい。

【0031】

改質処理と純水洗浄によりハードマスク２０３を除去する方法について図８を参照して説明する。まず、加工対象物２０２のエッチングを行ったエッチングチャンバー内にＢＣｌ_３とＯ_２の混合ガスを導入して改質処理を行う。このとき、ＢＣｌ_３とＯ_２の混合ガスにより、ハードマスク２０３を構成するＩＧＺＯ系膜表面で改質反応が生じる。例えばハードマスク２０３がＧａ、Ｉｎ、およびＺｎの酸化物（ＩＧＺＯ）で構成されている場合、図８（ａ）に示すように、表面でこれらの酸化物がＢＣｌ_３とＯ_２と反応し、Ｚｎ（ＣｌＯ_３）_２、Ｇａ（ＣｌＯ_４）_３、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３に改質される。これらのうち、Ｚｎ（ＣｌＯ_３）_２は揮発性であるため、チャンバー内で揮発する。また、Ｇａ（ＣｌＯ_４）_３、Ｉｎ（ＣｌＯ_４）_３は残存するが、これらは水溶性である。また、Ｚｎ（ＣｌＯ_３）_２の残渣も純水で除去可能である。このため、図８（ｂ）に示すように、改質処理後に基板をチャンバーから搬出し、純水処理を施すことにより、ハードマスク２０３を除去することができる。このような手法は、ＩＧＺＯ系膜に特有の手法であり、薬液処理を好まない場合でもハードマスク２０３を容易に除去できるという大きな効果を有する。また、このような手法により、例えば下地である加工対象物であるＳｉＯ_２膜に対してほぼ無限大の選択比で（ＳｉＯ_２がほぼエッチングされることなく）ハードマスクを除去することができる。

【0032】

改質処理は、高温になると成膜反応が優位になる可能性があるため、６０℃以下で行うことが好ましい。また、改質処理の改質速度はＢＣｌ_３とＯ_２の組成比に依存するため、所望の改質速度が得られるように、これらの組成比を調整することが好ましい。

【0033】

次に、一実施形態に係るハードマスクを成膜する成膜装置の一例について詳細に説明する。
図９は、ハードマスクの成膜に用いられる成膜装置の一例を示す断面図である。成膜装置１は、上述した好適な成膜手法であるスパッタリングにより成膜を行う装置である。成膜装置１は、略円筒状をなし、処理空間１１を画成するチャンバー１０を有している。チャンバー１０は、例えば、アルミニウムのような金属からなり、接地電位に接続されている。

【0034】

チャンバー１０の底部には、排気口１４ａが設けられ、排気口１４ａには排気装置１４が接続されている。排気装置１４は、圧力制御バルブおよび真空ポンプを含み、排気装置１４により、チャンバー１０内を排気するとともに、所望の真空度に制御するようになっている。チャンバー１０の側壁には、チャンバー１０に対して基板Ｗを搬入出するための搬入出口１２が設けられており、搬入出口１２はゲートバルブ１３により開閉される。

【0035】

チャンバー１０の頂部には、処理空間１１にガスを導入するためのガス導入ポート１５が設けられている。ガス導入ポート１５はガス供給部（図示せず）に接続されており、ガス供給部からガス導入ポート１５を介して処理空間１１にガスが供給される。供給されるガスとしてはＡｒガス等の希ガスやＮ_２ガスのような不活性ガスであってよい。

【0036】

チャンバー１０内には、基板Ｗが載置されるステージ１６が設けられている。ステージ１６は、基板Ｗを静電吸着する静電チャックを有していてもよい。また、ステージ１６は、ヒータや冷媒流路のような温調機構を有していてもよい。ステージ１６は、駆動部１８に接続されている。駆動部１８は、支軸１８ａと駆動装置１８ｂを含む。支軸１８ａは、ステージ１６の裏面中央部からチャンバー１０の底部を通って外部まで延びている。駆動装置１８ｂは、支軸１８ａを介してステージ１６を回転および昇降するように構成されている。支軸１８ａとチャンバー１０の底壁との間は、磁性流体シールのような封止部材４０により封止されている。

【0037】

チャンバー１０の天部は円錐状をなし、傾斜面を有しており、傾斜面には、金属製のターゲットホルダ２０およびホルダ２２が、ステージ１６に向けてそれぞれ絶縁部材２４および２６を介して取り付けられている。ターゲットホルダ２０および２２は、互いに対向する位置に設けられ、それぞれターゲット２８および３０を保持する。ターゲットホルダ２０および２２には、それぞれ電源３２および３４が電気的に接続されている。電源３２および３４は、直流電源であってもよく、高周波電源であってもよい。ターゲット２８および３０は、成膜しようとする膜を構成する材料の一部または全部を含む。なお、ターゲットホルダの個数や配置は、本例に限るものではない。

【0038】

ターゲットホルダ２０およびホルダ２２の裏面側には、それぞれ、マグネット３６および３８が設けられている。マグネット３６および３８は、ターゲット２８および３０に漏洩磁場を与え、マグネトロンスパッタを行うためのものである。マグネット３６および３８は、それぞれマグネット駆動部３６ａおよび３８ａによりターゲットホルダ２０および２２の裏面に沿って揺動するように構成されている。

【0039】

このように構成される成膜装置１においては、チャンバー１０内に基板Ｗを搬入しステージ１６上に載置する。そして、駆動部１８によってステージ１６の鉛直方向の位置を調整し、ステージ１６を回転させる。

【0040】

ステージ１６を回転させた状態で、ガス供給部からチャンバー１０内にＡｒガス等の不活性ガスをスパッタリングガスとして供給し、排気装置１４によってチャンバー１０内を減圧状態に調圧する。そして、電源３２および３４からターゲット２８および３０に給電するとともに、マグネット３６および３８をマグネット駆動部３６ａおよび３８ａによって駆動する。これにより、プラズマがターゲット２８および３０の近傍に集中し、ターゲット２８および３０にプラズマ中の正イオンが衝突することで、ターゲット２８および３０からそれぞれの構成物質が放出され、放出された物質を基板Ｗ上に堆積させる。これにより、基板Ｗ上にハードマスクとなる膜が成膜される。

【0041】

ターゲット２８および３０は、基板Ｗ上に成膜される膜が所望組成のＩＧＺＯ系膜となるようにその組成が調整される。ターゲット２８および３０は、形成しようとする膜の組成に応じて同じ組成としてもよいし異なる組成にしてもよい。同じ組成の場合には、一方のターゲットのみを用いるようにしてもよい。異なる組成の場合には、両方のターゲットから放出される物質が基板Ｗ上に堆積されることにより、所望の組成の膜が成膜されるようにしてもよい。

【0042】

このような成膜装置１でスパッタリングによりハードマスクを構成するＩＧＺＯ系膜を成膜することにより、エッチングの際の形状性が良好なアモルファスの膜を形成しやすい。

【0043】

次に、以上のような基板処理方法において、ハードマスクのエッチングおよび加工対象物のエッチングに用いられるプラズマエッチング装置の一例について詳細に説明する。

【0044】

図１０は、プラズマエッチング装置の一例を示す断面図である。プラズマエッチング装置１０１は、容量結合プラズマ処理装置として構成される。プラズマエッチング装置１０１は、略円筒状をなし、処理空間１１１を画成するチャンバー１１０を有している。チャンバー１１０は、金属、例えば、表面が陽極酸化処理されたアルミニウムで構成され、保安設置されている。

【0045】

チャンバー１１０の底部には、絶縁板１１２を介して円柱状の金属製の支持台１１４が配置され、この支持台１１４の上に金属例えばアルミニウムで構成された基板Ｗを載置するステージ１１６が設けられている。ステージ１１６は下部電極を構成する。ステージ１１６は上部に静電チャック１１８を有している。静電チャック１１８は、絶縁体の内部に電極１２０が設けられた構造を有し、電極１２０に吸着用直流電源１２２から直流電圧を印加することにより、クーロン力等の静電力により基板Ｗが吸着保持される。

【0046】

静電チャック１１８の周囲部分には、導電性材料、例えばシリコンで構成されたフォーカスリング１２４が配置されている。ステージ１１６および支持台１１４の側面には、絶縁体、例えば石英からなる円筒状の内壁部材１２６が設けられている。

【0047】

支持台１１４の内部には冷媒室１２８が設けられ、冷媒室１２８には、外部に設けられたチラーユニット（図示せず）から配管１３０ａ，１３０ｂを介して冷媒、例えば冷却水が循環供給され、ステージ１１６上の基板Ｗの処理温度が制御される。さらに、伝熱ガス、例えばＨｅガスがガス供給ライン１３２を介して静電チャック１１８の上面と基板Ｗの裏面との間に供給される。

【0048】

下部電極であるステージ１１６には、プラズマ生成用の第１の高周波電源１８８およびバイアス印加用の第２の高周波電源１９１が電気的に接続されている。第１の高周波電源１８８からステージ１１６に給電する給電線１８９には整合器１８７が介装されている。第２の高周波電源１９１からの給電線１９２は、給電線１８９に接続されており、給電線１９２には整合器１９０が介装されている。整合器１８７，１９０は、それぞれ第１および第２の高周波電源１８８，１９１側のインピーダンスに負荷（プラズマ）インピーダンスを整合させるためのものである。プラズマ生成用の第１の高周波電源１８８はバイアス印加用の第２の高周波電源１９１よりも高い周波数を有する。

【0049】

下部電極であるステージ１１６の上方には、ステージ１１６と対向するように上部電極１３４が設けられている。そして、上部電極１３４およびステージ（下部電極）１１６の間にプラズマが生成される。

【0050】

上部電極１３４は、絶縁性遮蔽部材１４３を介して、チャンバー１１０の上部に支持されている。上部電極１３４は、ステージ１１６との対向面を構成しかつ多数のガス吐出孔１３７を有する電極板１３６と、電極板１３６を着脱自在に支持する水冷構造の電極支持体１３８とによって構成されている。電極板１３６は導電体、例えば、シリコンで構成される。上部電極１３４は接地電位に接続されている。電極支持体１３８の内部には、ガス拡散室１４０が設けられ、ガス拡散室１４０からはガス吐出孔１３７に連通する多数のガス通流孔１４１が下方に延びている。電極支持体１３８にはガス拡散室１４０へ処理ガスを導くガス導入口１４２が形成されており、このガス導入口１４２には後述するガス供給部１５０から延びるガス配管１５１が接続されている。すなわち、上部電極１３４はシャワーヘッドとして構成される。

【0051】

ガス供給部１５０は、ハードマスクや加工対象物に応じて適切なエッチングガスを供給するものである。また、ガス供給部１５０からは、パージガスやプラズマ生成ガスとしての不活性ガスも供給される。エッチングガスとしては、ハードマスクをエッチングする際には、上述したように、ＨＢｒガス、Ｃｌ_２ガス、ＣＨ_４ガス、ＣＨ_３ＯＨガス、ＢＣｌ_３ガスなどを好適に用いることができる。エッチングガスとしてＨＢｒガス、Ｃｌ_２ガスを用いる場合には、添加ガスとして、Ｏ_２ガス、Ａｒガス、Ｎ_２ガスを用いてもよく、ＣＨ_４ガス、ＣＨ_３ＯＨガス、ＢＣｌ_３を用いる場合には、添加ガスとして、Ｈ_２ガスとＣｌ_２ガスを用いてもよい。また、加工対象物をエッチングするには、エッチングガスとして、上述したように、Ｃ_ｘＦ_ｙガス、Ｃ_ｘＨ_ｙＦ_ｚガス、ＳＦ_６のようなＦ含有ガスを好適に用いることができる。Ｆ含有ガスにＯ_２ガス、Ｎ_２ガス、Ａｒガス等を添加してもよい。

【0052】

チャンバー１１０の底部には排気口１６０が設けられ、排気口１６０には排気管１６２を介して排気装置１６４が接続されている。排気装置１６４は、圧力制御バルブおよび真空ポンプを含み、排気装置１６４によりチャンバー１１０内を排気するとともに、所望の真空度に制御するようになっている。チャンバー１１０の側壁には、チャンバー１１０に対して基板Ｗを搬入出するための搬入出口１６５が設けられており、搬入出口１６５はゲートバルブ１６６により開閉される。

【0053】

このように構成されるエッチング装置１０１においては、基板Ｗをチャンバー１１０内に搬入し、ステージ１１６上に載置する。そして、ガス供給部１５０からチャンバー１１０内に不活性ガスを供給し、排気装置１６４によってチャンバー１１０内を減圧状態に調圧する。この状態で、ガス供給部１５０からエッチングガスを供給しつつ、下部電極であるステージ１１６に、第１の高周波電源１８８からのプラズマ生成用高周波電力を印加するとともに、第２の高周波電源１９１からステージ１１６にバイアス印加用高周波電力を印加する。これにより、上部電極１３４と下部電極であるステージ１１６の間に容量結合プラズマが形成され、プラズマ中のイオンがステージ１１６に引き込まれ、基板Ｗ上のハードマスクまたは加工対象物が異方性エッチングされる。

【0054】

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。

【0055】

［実験例１］
実験例１では、ＤＲＡＭの形成工程等に用いられるＳｉＯ_２膜のエッチングについて実験を行った。ここでは、ハードマスクとして各種ＩＧＺＯ系膜および従来のｐｏｌｙ－Ｓｉ膜、ＷＳｉ膜をハードマスクとして用いてＳｉＯ_２膜のエッチングを行って選択比を求めた。ＩＧＺＯ系膜としては、ＩｎＧａＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４膜、Ｇａ_２ＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２Ｏ_３膜、ＺｎＯ膜を用いた。ハードマスクの成膜は、図９の成膜装置を用いてスパッタリングにより行った。また、加工対象物のエッチングは、図１０の装置を用い、エッチングガスとしてＣ_４Ｆ_８ガス、Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｏ_２ガスを用いて行った。

【0056】

その結果を図１１に示す。図１１は、各種ハードマスクの加工対象物であるＳｉＯ_２に対する選択比を、ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜の選択比を１として規格化して示す図である。図１１に示すように、ＳｉＯ_２膜のエッチングを行うハードマスクとして、本実験例で用いたＩＧＺＯ系膜はいずれも、従来のｐｏｌｙ－Ｓｉ膜、ＷＳｉ膜よりも高い選択比が得られた。すなわち、本実施形態のＩＧＺＯ系膜をＤＲＡＭの形成工程においてＳｉＯ_２膜をエッチングする際のハードマスクとして用いることにより、従来よりも加工対象物に対する選択比が高く薄膜化が可能であることが確認された。また、これらのＩＧＺＯ系膜のうち、ＩｎＧａＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４膜、Ｇａ_２ＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２Ｏ_３膜は成膜したままの状態でアモルファスであり、ＺｎＯ膜は成膜したままの状態で結晶となった。このことから、ＩｎＧａＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４膜、Ｇａ_２ＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２Ｏ_３膜が形状性の点でより好ましいことが確認された。

【0057】

［実験例２］
実験例２では、３ＤＮＡＮＤの形成工程等に用いられるＳｉＯ_２／ＳｉＮ積層膜のエッチングについて実験を行った。ここでは、ハードマスクとして各種ＩＧＺＯ系膜および従来のアモルファスカーボン（ＡＣＬ）膜、ＷＳｉ膜をハードマスクとして用いてＳｉＯ_２／ＳｉＮ積層膜のエッチングを行って選択比を求めた。ＩＧＺＯ系膜としては、ＩｎＧａＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４膜、Ｇａ_２ＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２Ｏ_３膜、ＺｎＯ膜を用いた。ハードマスクの成膜は、図９の成膜装置を用いてスパッタリングにより行った。また、加工対象膜のエッチングは、図１０の装置を用い、エッチングガスとしてＣ_４Ｆ_８ガス、Ｃ_４Ｆ_６ガス、Ｏ_２ガス、ＣＨ_２Ｆ_２ガスを用いて行った。

【0058】

その結果を図１２に示す。図１２は、各種ハードマスクの加工対象物であるＳｉＯ_２／ＳｉＮ積層膜に対する選択比を、ＡＣＬ膜の選択比を１として規格化して示す図である。図１２に示すように、ＳｉＯ_２／ＳｉＮ積層膜のエッチングを行うハードマスクとして、本実験例で用いたＩＧＺＯ系膜はいずれも、従来のＡＣＬ膜、ＷＳｉ膜よりも高い選択比が得られた。すなわち、本実施形態のＩＧＺＯ系膜を３ＤＮＡＮＤの形成工程においてＳｉＯ_２／ＳｉＮ積層膜をエッチングする際のハードマスクとして用いることにより、従来よりも加工対象物に対する選択比が高く薄膜化が可能であることが確認された。また、実験例１と同様、これらのＩＧＺＯ系膜のうち、ＩｎＧａＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４膜、Ｇａ_２ＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２Ｏ_３膜は成膜したままの状態でアモルファスであり、ＺｎＯ膜は成膜したままの状態で結晶となった。このことから、ＩｎＧａＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２ＺｎＯ_４膜、Ｇａ_２ＺｎＯ_４膜、Ｉｎ_２Ｏ_３膜は形状性の点でより好ましいことが確認された。

【0059】

＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点において例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。

【0060】

例えば、上記実施形態では、成膜装置として図９に示すスパッタリング装置を例示したが、これに限るものではない。異なる構造のＰＶＤ装置であってもよいし、ＣＶＤやＡＬＤ等の他の成膜技術を用いた成膜装置であってもよく、さらに、塗布（スピンコート）を行う装置であってもよい。

【0061】

また、上記実施形態では、エッチング装置として図１０に示す容量結合プラズマ処理装置を例示したが、これに限るものではない。異なる構造の容量結合プラズマ装置であってもよいし、誘導結合プラズマ処理装置やマイクロ波プラズマ処理装置等の他のプラズマを用いる装置であってもよい。

【符号の説明】

【0062】

１；成膜装置
１０；チャンバー
１６；ステージ
３２，３４；電源
２８，３０；ターゲット
１０１；プラズマエッチング装置
１１０；チャンバー
１１６；ステージ（下部電極）
１３４；上部電極
１５０；ガス供給部
１８８；第１の高周波電源
１９１；第２の高周波電源
２００；基板
２０１；基体
２０２；加工対象物
２０３；ハードマスク
Ｗ；基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】