特開 2023-47481 エッチング方法及びエッチング装置

(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】P2023047481

(43)【公開日】2023-04-06

(54)【発明の名称】エッチング方法及びエッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20230330BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

【審査請求】未請求

【請求項の数】17

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021156416

(22)【出願日】2021-09-27

(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】110002147

【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高田 郁弥

(72)【発明者】

【氏名】瀧野 裕輔

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA09

5F004BA09

5F004BB11

5F004BB13

5F004BB22

5F004BB23

5F004BB25

5F004BB26

5F004CA03

5F004CA06

5F004CA08

5F004DA00

5F004DA01

5F004DA04

5F004DA13

5F004DA14

5F004DA15

5F004DA24

5F004DA26

5F004DA29

5F004DB01

5F004EA05

5F004EA06

5F004EA07

5F004EA28

(57)【要約】

【課題】エッチングにより形成されるパターンの垂直加工性を向上する。
【解決手段】エッチング方法は、工程ａ）と工程ｂ）と工程ｃ）と工程ｄ）と工程ｅ）とを含む。工程ａ）は、酸素及び窒素を含まないシリコン含有膜と、シリコン含有膜上に形成されたマスクとを有する基板を提供する。工程ｂ）は、ハロゲン含有ガスを含む第１処理ガスのプラズマによりシリコン含有膜をエッチングして、凹部を形成する。工程ｃ）は、酸素含有ガスと、炭素、水素及びフッ素を含むガスとを含む第２処理ガスのプラズマにより凹部に酸化膜を形成する。工程ｄ）は、工程ｃ）の後に、第１処理ガスのプラズマによりシリコン含有膜をさらにエッチングする。工程ｅ）は、工程ｃ）及び工程ｄ）を予め設定された回数繰り返し実行する。当該エッチング方法は、工程ｅ）において、工程ｃ）及び工程ｄ）の少なくとも一方の処理条件を変更することにより、形成する酸化膜の厚みを変更する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ａ）酸素及び窒素を含まないシリコン含有膜と、前記シリコン含有膜上に形成されたマスクとを有する基板を提供する工程と、
ｂ）ハロゲン含有ガスを含む第１処理ガスのプラズマにより前記シリコン含有膜をエッチングして、凹部を形成する工程と、
ｃ）酸素含有ガスと、炭素、水素及びフッ素を含むガスとを含む第２処理ガスのプラズマにより前記凹部に酸化膜を形成する工程と、
ｄ）前記ｃ）の後に、前記第１処理ガスのプラズマにより前記シリコン含有膜をさらにエッチングする工程と、
ｅ）前記ｃ）及び前記ｄ）を予め設定された回数繰り返し実行する工程と
を含み、
前記ｅ）において、前記ｃ）及び前記ｄ）の少なくとも一方の処理条件を変更することにより、形成する前記酸化膜の厚みを変更する、エッチング方法。

【請求項2】

前記ｅ）において、前記第２処理ガスにおける前記酸素含有ガスと前記炭素、水素及びフッ素を含むガスとの流量比を前記処理条件として変更することにより、形成する前記酸化膜の厚みを変更する、請求項１に記載のエッチング方法。

【請求項3】

前記ｅ）において、前記ｃ）及び前記ｄ）を少なくともｎ（ｎは２以上の自然数）回以上繰り返し実行し、
（ｎ－１）回目までの前記ｃ）において、前記酸素含有ガスに対する前記炭素、水素及びフッ素を含むガスの流量比を最大値に設定し、
ｎ回目以降の前記ｃ）において、当該流量比を前記最大値よりも低い値に変更することにより、形成する前記酸化膜の厚みを変更する、請求項２に記載のエッチング方法。

【請求項4】

前記酸素含有ガスに対する前記炭素、水素及びフッ素を含むガスの流量比は、０．３以下である、請求項２又は３に記載のエッチング方法。

【請求項5】

前記ｅ）において、前記ｃ）の処理時間と前記ｄ）の処理時間との比を前記処理条件として変更することにより、形成する前記酸化膜の厚みを変更する、請求項１に記載のエッチング方法。

【請求項6】

前記ｅ）において、前記ｃ）及び前記ｄ）を少なくともｎ（ｎは２以上の自然数）回以上繰り返し実行し、
（ｎ－１）回目までの前記ｃ）及び前記ｄ）において、前記ｃ）の処理時間に対する前記ｄ）の処理時間の比を最小値に設定し、
ｎ回目以降の前記ｃ）及び前記ｄ）において、当該比を前記最小値よりも高い値に変更することにより、形成する前記酸化膜の厚みを変更する、請求項５に記載のエッチング方法。

【請求項7】

前記ｃ）の処理時間に対する前記ｄ）の処理時間の比は、０．５以上５．０以下である、請求項５又は６に記載のエッチング方法。

【請求項8】

前記ハロゲン含有ガスは、
塩素含有ガス及び臭素含有ガスからなる群から選択される少なくとも一つのハロゲン含有ガスである、請求項１～７のいずれか一つに記載のエッチング方法。

【請求項9】

前記塩素含有ガスは、
Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４及びＨＣｌからなる群から選択される少なくとも一つの塩素含有ガスである、請求項８に記載のエッチング方法。

【請求項10】

前記臭素含有ガスは、
ＨＢｒ及びＢｒ２からなる群から選択される少なくとも一つの臭素含有ガスである、請求項８に記載のエッチング方法。

【請求項11】

前記酸素含有ガスは、
Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２及びＳＯ２からなる群から選択される少なくとも一つの酸素含有ガスである、請求項１～１０のいずれか一つに記載のエッチング方法。

【請求項12】

前記炭素、水素及びフッ素を含むガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、及びｚは、自然数）ガス、並びにＣｘＦｙ（ｘ及びｙは、自然数）ガス及びＨ２ガスを含む混合ガスの群から選択される少なくとも１種である、請求項１～１１のいずれか一つに記載のエッチング方法。

【請求項13】

前記炭素、水素及びフッ素を含むガスは、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２及びＣＨＦ３からなる群から選択される少なくとも１種である、請求項１～１１のいずれか一つに記載のエッチング方法。

【請求項14】

前記炭素、水素及びフッ素を含むガスは、ＣＦ４ガス及びＨ２ガスである、請求項１～１１のいずれか一つに記載のエッチング方法。

【請求項15】

前記シリコン含有膜は、
シリコン膜、シリコンゲルマニウム膜、ドープシリコン膜、又は、これらの膜からなる群から選択される少なくとも２つの膜を含む積層膜である、請求項１～１４のいずれか一つに記載のエッチング方法。

【請求項16】

前記ドープシリコン膜は、
ボロンドープシリコン膜又はリンドープシリコン膜である、請求項１５に記載のエッチング方法。

【請求項17】

処理空間を提供する処理チャンバと、
前記処理チャンバの内部に設けられ、基板を載置可能な載置台と、
前記処理チャンバの内部に処理ガスを供給するためのガス供給部と、
各部を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
ａ）酸素及び窒素を含まないシリコン含有膜と、前記シリコン含有膜上に形成されたマスクとを有する基板を提供する工程と、
ｂ）ハロゲン含有ガスを含む第１処理ガスのプラズマにより前記シリコン含有膜をエッチングして、凹部を形成する工程と、
ｃ）酸素含有ガスと、炭素、水素及びフッ素を含むガスとを含む第２処理ガスのプラズマにより前記凹部に酸化膜を形成する工程と、
ｄ）前記ｃ）の後に、前記第１処理ガスのプラズマにより前記シリコン含有膜をさらにエッチングする工程と、
ｅ）前記ｃ）及び前記ｄ）を所定回数繰り返し実行する工程と
を実行し、
前記ｅ）において、前記ｃ）及び前記ｄ）の少なくとも一方の処理条件を変更することにより、形成する前記酸化膜の膜厚を変更する、エッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エッチング方法及びエッチング装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、シリコン膜及びパターンマスクが下から順に積層された基板のシリコン膜をハロゲン含有ガスのプラズマによりエッチングする技術がある（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－３７０９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、エッチングにより形成されるパターンの垂直加工性を向上することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様によるエッチング方法は、工程ａ）と工程ｂ）と工程ｃ）と工程ｄ）と工程ｅ）とを含む。工程ａ）は、酸素及び窒素を含まないシリコン含有膜と、シリコン含有膜上に形成されたマスクとを有する基板を提供する工程である。工程ｂ）は、ハロゲン含有ガスを含む第１処理ガスのプラズマによりシリコン含有膜をエッチングして、凹部を形成する工程である。工程ｃ）は、酸素含有ガスと、炭素、水素及びフッ素を含むガスとを含む第２処理ガスのプラズマにより凹部に酸化膜を形成する工程である。工程ｄ）は、工程ｃ）の後に、第１処理ガスのプラズマによりシリコン含有膜をさらにエッチングする工程である。工程ｅ）は、工程ｃ）及び工程ｄ）を予め設定された回数繰り返し実行する工程である。当該エッチング方法は、工程ｅ）において、工程ｃ）及び工程ｄ）の少なくとも一方の処理条件を変更することにより、形成する酸化膜の厚みを変更する。

【発明の効果】

【0006】

本開示によれば、エッチングにより形成されるパターンの垂直加工性を向上することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、実施形態に係るエッチング方法の流れの一例を示すフローチャートである。

【図2A】図２Ａは、実施形態に係るエッチング方法の各工程における基板の状態の一例を示す図である。

【図2B】図２Ｂは、実施形態に係るエッチング方法の各工程における基板の状態の一例を示す図である。

【図2C】図２Ｃは、実施形態に係るエッチング方法の各工程における基板の状態の一例を示す図である。

【図2D】図２Ｄは、実施形態に係るエッチング方法の各工程における基板の状態の一例を示す図である。

【図2E】図２Ｅは、実施形態に係るエッチング方法の各工程における基板の状態の一例を示す図である。

【図3】図３は、酸化膜形成工程の一例を説明する図である。

【図4】図４は、酸化膜形成工程の一例を説明する図である。

【図5】図５は、酸化膜形成工程の一例を説明する図である。

【図6】図６は、実施形態に係るエッチング方法において用いる条件の一例を示す図である。

【図7】図７は、実施形態に係るエッチング装置の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の実施形態により開示技術が限定されるものではない。

【0009】

以下、実施形態の説明において、基板上に形成されるパターンの方向を説明する際には、基板表面に対して略垂直な方向を厚み方向または縦方向と呼ぶ。また、基板表面と略平行な方向を横方向と呼ぶ。基板が略円盤状の場合には、円盤の中心から円周に向かう基板表面と平行な方向を径方向とも呼ぶ。

【0010】

以下の説明中、「パターン」とは基板上に形成された形状全般を指す。パターンはホール、トレンチ、ラインアンドスペース、マスク、基板上に形成された複数の形状全体を指す。また、「凹部」とは基板上に形成されたパターンのうち、基板の厚み方向に窪んだ形状の部分を指す。また、凹部は、窪んだ形状の内周面である「側壁」、窪んだ形状の底部分である「底部」、および、側壁と連続する、側壁近傍の基板表面である「頂部」を有する。また、頂部の角に囲まれた空間を「開口」と呼ぶ。なお、「開口」という用語は、凹部の底部および側壁により囲まれる空間全体または空間の任意の位置を指すためにも使用する。

【0011】

ところで、高アスペクト比のパターンを形成するためのエッチングを行う際に基板に形状異常が発生することが知られている。例えば、縦方向に凹部を形成する際に凹部の内周面が横方向に膨らむ形状異常が発生することがある。このような形状異常はボーイングと呼ばれる。

【0012】

これに対し、ボーイングの発生を抑制するために凹部側壁に保護膜を形成する手法が提案されている。かかる手法として、例えば、酸素含有ガス及びハイドロフルオロカーボンガスを含む処理ガスのプラズマにより凹部側壁に保護膜である酸化膜を形成する手法がある。

【0013】

ボーイングが発生する位置は、基板上に形成されている膜の種類が変わる位置の直下であることが多い。例えば、エッチング対象であるシリコン膜の上にエッチングの際のマスクとなる層が積層されている場合、マスクとシリコン膜との間でエッチングレートが異なる。すなわち、マスクからシリコン膜に切り替わる位置でエッチング量が増え、マスク直下で横方向に開口が膨らみ、ボーイングが発生してしまう可能性が高い。ボーイングの発生は、エッチングにより形成されるパターンの垂直加工性を悪化させる要因となる。

【0014】

そこで、エッチングにより形成されるパターンの垂直加工性を向上することができる技術が期待されている。

【0015】

（実施形態に係るエッチング方法の流れの一例）
図１は、実施形態に係るエッチング方法の流れの一例を示すフローチャートである。図２Ａ～図２Ｅは、実施形態に係るエッチング方法の各工程における基板の状態の一例を示す図である。

【0016】

まず、基板２００を提供する（ステップＳ１０１、図２Ａ）。基板２００は、積層された複数の層を有する。例えば、基板２００は、シリコン含有膜２０１と、シリコン含有膜２０１上に形成されたマスク２０２とを有する（図２Ａ参照）。シリコン含有膜２０１は、酸素及び窒素を含まないシリコン含有膜である。マスク２０２は、所定パターンを有する膜である。基板２００に対して、複数回数の処理を実行する。図１中、処理の実行回数を「Ｎ」で示し、処理開始時に「Ｎ＝１」と設定されるものとする。

【0017】

次に、ハロゲン含有ガスを含む第１処理ガスのプラズマによりシリコン含有膜２０１をエッチングする（ステップＳ１０２、図２Ｂ）。エッチングにより、シリコン含有膜２０１に凹部３００を含むパターンが形成される。また、パターンが基板２００上に形成される過程で、パターンの頂部にエッチングにより生じた副生成物２５０が付着する。

【0018】

次に、酸素含有ガスと、炭素、水素及びフッ素を含むガスとを含む第２処理ガスのプラズマにより凹部３００に保護膜である酸化膜４００を形成する（ステップＳ１０３、図２Ｃ）。酸化膜４００は、凹部３００の底部及び側壁を被覆するように形成される。酸化膜４００の形成と同時に、第２処理ガスのプラズマに含まれるフッ素ラジカルにより、パターンの頂部から副生成物２５０が除去される。

【0019】

ここで、図３～図５を参照して、酸化膜４００の形成工程（ステップＳ１０３、図２Ｃ）の一例について説明する。図３～図５は、酸化膜形成工程の一例を説明する図である。図３～図５においては、凹部３００内に位置するシリコン含有膜２０１の表面Ｓｆが示されている。

【0020】

図３に示すように、シリコン含有膜２０１は、Ｓｉ－Ｓｉ結合からなるシリコンの結晶格子を構成している。酸素含有ガスと、炭素、水素及びフッ素を含むガスとを含む第２処理ガスのプラズマが生成されると、酸素ラジカル、フッ素ラジカル及び水素ラジカルが酸素含有ガスと、炭素、水素及びフッ素を含むガスとから解離する。酸素ラジカル、フッ素ラジカル及び水素ラジカルは、凹部３００内に位置するシリコン含有膜２０１の表面Ｓｆに吸着する。

【0021】

フッ素ラジカルは、シリコン結晶の格子間距離よりも原子半径が小さいため、表面Ｓｆから深さ方向に侵入する。フッ素ラジカルは、酸素ラジカルよりも電気陰性度が高いため、表面Ｓｆに吸着するとシリコンの結晶格子から電子を引き抜きフッ素の負イオン（Ｆ－）を形成する。フッ素の負イオン（Ｆ－）は、シリコンの結晶格子内部に侵入し、正に荷電したシリコンと反応する。これにより、フッ素の負イオン（Ｆ－）は、Ｓｉ-Ｓｉ結合を切断してイオン性結合であるＳｉ－Ｆ結合を形成する。

【0022】

フッ素ラジカルは、図４に示すように、シリコンの未結合手（ダングリングボンド）及びＳｉ－Ｆ結合を形成しながらシリコン含有膜２０１内に侵入する。そして、シリコンの未結合手に対して酸素、水素又はフッ素が結合する。これにより、Ｓｉ-Ｏ結合、Ｓｉ-Ｈ 結合及びＳｉ-Ｆ結合が形成される。

【0023】

酸素を含む結合は、Ｏ-Ｓｉ-Ｏ結合を形成して安定化する。シリコン含有膜２０１内の表層のフッ素は水素と結合してＨＦガスとして取り除かれ、シリコン含有膜２０１の表層に占めるフッ素の割合は減少する。これにより、図５に示すように、シリコン含有膜２０１の表層（つまり、凹部３００の底部及び側壁）には、シリコン及び酸素が主成分である、高純度且つ高品質の酸化膜４００が形成される。また、酸化膜４００の形成工程では、第２処理ガスに酸素含有ガスだけでなく炭素、水素及びフッ素を含むガスが含まれる。これにより、酸化膜４００の形成工程では、Ｏ２ガスのみを用いて酸化膜を形成する場合と比較して、酸化時間を短くすることができることから、トータルのエッチング時間を短くすることができる。その結果、スループットを改善することができる。

【0024】

図１及び図２の説明に戻る。次に、第１処理ガスのプラズマによりシリコン含有膜２０１をさらにエッチングする（ステップＳ１０４、図２Ｄ）。シリコン含有膜２０１をさらにエッチングすることにより、凹部３００がより深くなる。エッチングにより、酸化膜４００のうち、凹部３００の底部を被覆する部分が除去され、凹部３００の側壁を被覆する部分が残存する。

【0025】

次に、実行回数が予め設定された回数に達したか否かを判定する（ステップＳ１０５）。実行回数が予め設定された回数に達したと判定した場合（ステップＳ１０５、Ｙｅｓ）、処理は終了する。実行回数が予め設定された回数に達していないと判定した場合（ステップＳ１０５、Ｎｏ）、回数を更新し（ステップＳ１０６、Ｎ＝Ｎ＋１）、酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）及びエッチング工程（ステップＳ１０４）を再度実行する。

【0026】

その後、実行回数が予め設定された回数に達するまでステップＳ１０３からステップＳ１０４までの処理が繰り返される。実行回数が予め設定された回数に達すると処理は終了する。酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）及びエッチング工程（ステップＳ１０４）が繰り返されることで、図２Ｅに示す形状が得られる。

【0027】

図１の処理中、繰り返し実行される酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）及びエッチング工程（ステップＳ１０４）の少なくとも一方の処理条件は、形成する酸化膜４００の厚みが変更されるように、変更される。具体的には、凹部３００の深さが比較的に浅い段階においては、酸化膜４００の厚みが最大となるようにステップＳ１０３及びステップＳ１０４の少なくとも一方の処理条件を設定する。そして、エッチングの繰り返しにより凹部３００の深さが所定値に達したときに、酸化膜４００の厚みが減少するようにステップＳ１０３及びステップＳ１０４の少なくとも一方の処理条件を変更する。

【0028】

エッチングにおいては、マスク２０２がシリコン含有膜２０１に切り替わる位置（例えば、図２ＣにおいてＲ１に示す位置）においてボーイングが発生することが多い。マスク２０２からシリコン含有膜２０１に切り替わる位置は、凹部３００を含むパターンの開口上部に位置する。そこで、実施形態に係るエッチング方法では、凹部３００の深さが比較的に浅い段階における酸化膜４００の厚みが最大となるように処理条件を変更することにより、エッチング後のボーイングの発生を抑制する。その結果、実施形態に係るエッチング方法によれば、エッチングにより形成されるパターンの垂直加工性を向上することができる。

【0029】

なお、シリコン含有膜２０１は、シリコン膜、シリコンゲルマニウム膜、ドープシリコン膜、又は、これらの膜からなる群から選択される少なくとも２つの膜を含む積層膜であってもよい。ドープシリコン膜は、ボロンドープシリコン膜又はリンドープシリコン膜であってもよい。

【0030】

マスク２０２は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜又はシリコンカーバイド膜であってもよい。マスク２０２は、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）又はハフニウム（Ｈｆ）等の金属を含有してもよい。

【0031】

また、ステップＳ１０２及びステップＳ１０４のエッチング工程においては、第１処理ガスに含まれるハロゲン含有ガスとして、塩素含有ガス及び臭素含有ガスからなる群から選択される少なくとも一つのハロゲン含有ガスを使用することができる。塩素含有ガスは、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４及びＨＣｌからなる群から選択される少なくとも一つの塩素含有ガスを使用することができる。臭素含有ガスは、ＨＢｒ及びＢｒ２からなる群から選択される少なくとも一つの臭素含有ガスを使用することができる。

【0032】

また、ステップＳ１０３の酸化膜形成工程においては、第２処理ガスに含まれる酸素含有ガスとして、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２及びＳＯ２からなる群から選択される少なくとも一つの酸素含有ガスを使用することができる。

【0033】

また、ステップＳ１０３の酸化膜形成工程においては、炭素、水素及びフッ素を含むガスとして、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、及びｚは、自然数）ガス、並びにＣｘＦｙ（ｘ及びｙは、自然数）ガス及びＨ２ガスを含む混合ガスの群から選択される少なくとも１種を使用することができる。例えば、炭素、水素及びフッ素を含むガスとして、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２及びＣＨＦ３からなる群から選択される少なくとも１種を使用することができる。また、例えば、炭素、水素及びフッ素を含むガスとして、ＣＦ４ガス及びＨ２ガスを使用することができる。

【0034】

（酸化膜の厚みを変更するための処理条件）
上記のように、実施形態に係るエッチング方法では、エッチングの繰り返しにより凹部３００の深さが所定値に達するまでに、形成する酸化膜４００の厚みを変更する。例えば、凹部３００の深さが比較的に浅い段階における酸化膜４００の厚みが最大となるように処理条件を変更する。

【0035】

かかるエッチング方法を実現するために変更すべき処理条件として、例えば、以下の２つの処理条件がある。
（１）第２処理ガスにおける酸素含有ガスと炭素、水素及びフッ素を含むガスとの流量比
（２）酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）の処理時間とエッチング工程（ステップＳ１０４）の処理時間との比

【0036】

まず、処理条件として、第２処理ガスにおける酸素含有ガスと炭素、水素及びフッ素を含むガスとの流量比を変更することにより、形成する酸化膜４００の厚みを変更する場合を説明する。酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）及びエッチング工程（ステップＳ１０４）を少なくともｎ（ｎは２以上の自然数）回以上繰り返し実行する。

【0037】

そして、（ｎ－１）回目までの酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）において、酸素含有ガスに対する炭素、水素及びフッ素を含むガスの流量比を最大値に設定する。その後、ｎ回目以降の酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）において、酸素含有ガスに対する炭素、水素及びフッ素を含むガスの流量比を最大値よりも低い値に変更することにより、形成する酸化膜４００の厚みを変更する（減少させる）。酸素含有ガスに対する炭素、水素及びフッ素を含むガスの流量比は、例えば、０．３以下である。

【0038】

このように、凹部３００の深さが比較的に浅い段階における酸化膜４００の厚みが最大となるように酸素含有ガスに対する炭素、水素及びフッ素を含むガスの流量比を変更することにより、ボーイングが発生しやすい箇所に最大の厚みの酸化膜４００を形成できる。

【0039】

次いで、処理条件として、酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）の処理時間とエッチング工程（ステップＳ１０４）の処理時間との比を変更することにより、形成する酸化膜４００の厚みを変更する場合を説明する。酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）及びエッチング工程（ステップＳ１０４）を少なくともｎ（ｎは２以上の自然数）回以上繰り返し実行する。

【0040】

そして、（ｎ－１）回目までの酸化膜形成工程（ステップＳ１０３）及びエッチング工程（ステップＳ１０４）において、酸化膜形成工程の処理時間に対するエッチング工程の処理時間の比を最小値に設定する。その後、ｎ回目以降の酸化膜形成工程及びエッチング工程において、酸化膜形成工程の処理時間に対するエッチング工程の処理時間の比を最小値よりも高い値に変更することにより、形成する酸化膜４００の厚みを変更する（減少させる）。酸化膜形成工程の処理時間に対するエッチング工程の処理時間の比は、例えば、０．５以上５．０以下である。

【0041】

このように、凹部３００の深さが比較的に浅い段階における酸化膜４００の厚みが最大となるように酸化膜形成工程の処理時間に対するエッチング工程の処理時間の比を変更することにより、ボーイングが発生しやすい箇所に最大の厚みの酸化膜４００を形成できる。

【0042】

（処理条件の変更例）
図６は、実施形態に係るエッチング方法において用いる条件の一例を示す図である。図６の例では条件として、「回数」、「処理時間（酸化膜形成）」、「処理時間（エッチング）」を設定している。「回数」は、処理の回数、すなわち何回目の処理であるかを示す。「処理時間（酸化膜形成）」は、対応する回数の処理における酸化膜形成工程（図１、ステップＳ１０３）の処理時間を示す。「処理時間（エッチング）」は、対応する回数の処理におけるエッチング工程（図１、ステップＳ１０４）の処理時間を示す。

【0043】

図６の例では、回数が１回以上４回以下のときに酸化膜形成工程の処理時間に対するエッチング工程の処理時間の比を最小値である１．５（＝１５／１０）に設定する。その後、回数が５回以上４０回以下のときに酸化膜形成工程の処理時間に対するエッチング工程の処理時間の比を最小値よりも高い３．５（＝３５／１０）に変更する。図６の例は、処理が進んで凹部３００の深さが所定値に達するまで処理時間の比を最小値に設定して酸化膜４００の厚みを最大の厚みに維持し、その後に処理時間の比を下げて酸化膜４００の厚みを減少させる条件である。なお、実施形態に係るエッチング方法において用いる処理時間の比の条件は特に限定されない。例えば、処理が進んで凹部３００の深さが所定値に達するまで処理時間の比を最小値に設定し、その後に処理時間の比を徐々に下げる条件を用いてもよい。

【0044】

（実施形態に係るエッチング装置の構成例）
図７は、実施形態に係るエッチング装置の一例を示す図である。図７に示すエッチング装置はプラズマ処理システムである。以下に、プラズマ処理システムの構成例について説明する。

【0045】

プラズマ処理システムは、誘導結合プラズマ処理装置（以下、単にプラズマ処理装置ともいう）１及び制御部２を含む。プラズマ処理装置１は、プラズマ処理チャンバ１０、ガス供給部２０、電源３０及び排気システム４０を含む。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０１を含む。また、プラズマ処理装置１は、基板支持部１１、ガス導入部及びアンテナ１４を含む。基板支持部１１は、プラズマ処理チャンバ１０内に配置される。アンテナ１４は、プラズマ処理チャンバ１０上又はその上方（すなわち誘電体窓１０１上又はその上方）に配置される。プラズマ処理チャンバ１０は、誘電体窓１０１、プラズマ処理チャンバ１０の側壁１０２及び基板支持部１１により規定されたプラズマ処理空間１０ｓを有する。プラズマ処理チャンバ１０は、少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓに供給するための少なくとも１つのガス供給口と、プラズマ処理空間からガスを排出するための少なくとも１つのガス排出口とを有する。

【0046】

基板支持部１１は、本体部１１１及びリングアセンブリ１１２を含む。本体部１１１は、基板（ウェハ）Ｗを支持するための中央領域（基板支持面）１１１ａと、リングアセンブリ１１２を支持するための環状領域（リング支持面）１１１ｂとを有する。本体部１１１の環状領域１１１ｂは、平面視で本体部１１１の中央領域１１１ａを囲んでいる。基板Ｗは、本体部１１１の中央領域１１１ａ上に配置され、リングアセンブリ１１２は、本体部１１１の中央領域１１１ａ上の基板Ｗを囲むように本体部１１１の環状領域１１１ｂ上に配置される。一実施形態において、本体部１１１は、基台及び静電チャックを含む。基台は、導電性部材を含む。基台の導電性部材は下部電極として機能する。静電チャックは、基台の上に配置される。静電チャックの上面は、基板支持面１１１ａを有する。リングアセンブリ１１２は、１又は複数の環状部材を含む。１又は複数の環状部材のうち少なくとも１つはエッジリングである。また、図示は省略するが、基板支持部１１は、静電チャック、リングアセンブリ１１２及び基板のうち少なくとも１つをターゲット温度に調節するように構成される温調モジュールを含んでもよい。温調モジュールは、ヒータ、伝熱媒体、流路、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。流路には、ブラインやガスのような伝熱流体が流れる。また、基板支持部１１は、基板Ｗの裏面と基板支持面１１１ａとの間に伝熱ガスを供給するように構成された伝熱ガス供給部を含んでもよい。

【0047】

ガス導入部は、ガス供給部２０からの少なくとも１つの処理ガスをプラズマ処理空間１０ｓ内に導入するように構成される。一実施形態において、ガス導入部は、中央ガス注入部（ＣＧＩ：Ｃｅｎｔｅｒ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）１３を含む。中央ガス注入部１３は、基板支持部１１の上方に配置され、誘電体窓１０１に形成された中央開口部に取り付けられる。中央ガス注入部１３は、少なくとも１つのガス供給口１３ａ、少なくとも１つのガス流路１３ｂ、及び少なくとも１つのガス導入口１３ｃを有する。ガス供給口１３ａに供給された処理ガスは、ガス流路１３ｂを通過してガス導入口１３ｃからプラズマ処理空間１０ｓ内に導入される。なお、ガス導入部は、中央ガス注入部１３に加えて又はその代わりに、側壁１０２に形成された１又は複数の開口部に取り付けられる１又は複数のサイドガス注入部（ＳＧＩ：Ｓｉｄｅ Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）を含んでもよい。

【0048】

ガス供給部２０は、少なくとも１つのガスソース２１及び少なくとも１つの流量制御器２２を含んでもよい。一実施形態において、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスを、それぞれに対応のガスソース２１からそれぞれに対応の流量制御器２２を介して中央ガス注入部１３に供給するように構成される。各流量制御器２２は、例えばマスフローコントローラ又は圧力制御式の流量制御器を含んでもよい。さらに、ガス供給部２０は、少なくとも１つの処理ガスの流量を変調又はパルス化する１又はそれ以上の流量変調デバイスを含んでもよい。

【0049】

電源３０は、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ処理チャンバ１０に結合されるＲＦ電源３１を含む。ＲＦ電源３１は、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のような少なくとも１つのＲＦ信号（ＲＦ電力）を、基板支持部１１の導電性部材及びアンテナ１４に供給するように構成される。これにより、プラズマ処理空間１０ｓに供給された少なくとも１つの処理ガスからプラズマが形成される。従って、ＲＦ電源３１は、プラズマ処理チャンバ１０において１又はそれ以上の処理ガスからプラズマを生成するように構成されるプラズマ生成部の少なくとも一部として機能し得る。また、バイアスＲＦ信号を基板支持部１１の導電性部材に供給することにより、基板Ｗにバイアス電位が発生し、形成されたプラズマ中のイオンを基板Ｗに引き込むことができる。

【0050】

一実施形態において、ＲＦ電源３１は、第１のＲＦ生成部３１ａ及び第２のＲＦ生成部３１ｂを含む。第１のＲＦ生成部３１ａは、アンテナ１４に結合され、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介してプラズマ生成用のソースＲＦ信号（ソースＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、ソースＲＦ信号は、１３ＭＨｚ～１５０ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第１のＲＦ生成部３１ａは、異なる周波数を有する複数のソースＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のソースＲＦ信号は、アンテナ１４に供給される。第２のＲＦ生成部３１ｂは、少なくとも１つのインピーダンス整合回路を介して基板支持部１１の導電性部材に結合され、バイアスＲＦ信号（バイアスＲＦ電力）を生成するように構成される。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、ソースＲＦ信号よりも低い周波数を有する。一実施形態において、バイアスＲＦ信号は、４００ｋＨｚ～１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数を有する。一実施形態において、第２のＲＦ生成部３１ｂは、異なる周波数を有する複数のバイアスＲＦ信号を生成するように構成されてもよい。生成された１又は複数のバイアスＲＦ信号は、基板支持部１１の導電性部材に供給される。また、種々の実施形態において、ソースＲＦ信号及びバイアスＲＦ信号のうち少なくとも１つがパルス化されてもよい。

【0051】

また、電源３０は、プラズマ処理チャンバ１０に結合されるＤＣ電源３２を含んでもよい。ＤＣ電源３２は、バイアスＤＣ生成部３２ａを含む。一実施形態において、バイアスＤＣ生成部３２ａは、基板支持部１１の導電性部材に接続され、バイアスＤＣ信号を生成するように構成される。生成されたバイアスＤＣ信号は、基板支持部１１の導電性部材に印加される。一実施形態において、バイアスＤＣ信号が、静電チャック内の電極のような他の電極に印加されてもよい。種々の実施形態において、バイアスＤＣ信号は、パルス化されてもよい。なお、バイアスＤＣ生成部３２ａは、ＲＦ電源３１に加えて設けられてもよく、第２のＲＦ生成部３１ｂに代えて設けられてもよい。

【0052】

アンテナ１４は、１又は複数のコイルを含む。一実施形態において、アンテナ１４は、同軸上に配置された外側コイル及び内側コイルを含んでもよい。この場合、ＲＦ電源３１は、外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、外側コイル及び内側コイルのうちいずれか一方に接続されてもよい。前者の場合、同一のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルの双方に接続されてもよく、別個のＲＦ生成部が外側コイル及び内側コイルに別々に接続されてもよい。

【0053】

排気システム４０は、例えばプラズマ処理チャンバ１０の底部に設けられたガス排出口１０ｅに接続され得る。排気システム４０は、圧力調整弁及び真空ポンプを含んでもよい。圧力調整弁によって、プラズマ処理空間１０ｓ内の圧力が調整される。真空ポンプは、ターボ分子ポンプ、ドライポンプ又はこれらの組み合わせを含んでもよい。

【0054】

制御部２は、本開示において述べられる種々の工程をプラズマ処理装置１に実行させるコンピュータ実行可能な命令を処理する。制御部２は、ここで述べられる種々の工程を実行するようにプラズマ処理装置１の各要素を制御するように構成され得る。一実施形態において、制御部２の一部又は全てがプラズマ処理装置１に含まれてもよい。制御部２は、例えばコンピュータ２ａを含んでもよい。コンピュータ２ａは、例えば、処理部（ＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２ａ１、記憶部２ａ２、及び通信インターフェース２ａ３を含んでもよい。処理部２ａ１は、記憶部２ａ２に格納されたプログラムに基づいて種々の制御動作を行うように構成され得る。記憶部２ａ２は、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。通信インターフェース２ａ３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の通信回線を介してプラズマ処理装置１との間で通信してもよい。

【0055】

（実施形態の効果）
上記実施形態に係るエッチング方法は、工程ａ）と工程ｂ）と工程ｃ）と工程ｄ）と工程ｅ）とを含む。工程ａ）は、酸素及び窒素を含まないシリコン含有膜（例えば、シリコン含有膜２０１）と、シリコン含有膜上に形成されたマスク（例えば、マスク２０２）とを有する基板（例えば、基板２００）を提供する工程である。工程ｂ）は、ハロゲン含有ガスを含む第１処理ガスのプラズマによりシリコン含有膜をエッチングして、凹部（例えば、凹部３００）を形成する工程である。工程ｃ）は、酸素含有ガスと、炭素、水素及びフッ素を含むガスとを含む第２処理ガスのプラズマにより凹部に酸化膜（例えば、酸化膜４００）を形成する工程である。工程ｄ）は、工程ｃ）の後に、第１処理ガスのプラズマによりシリコン含有膜をさらにエッチングする工程である。工程ｅ）は、工程ｃ）及び工程ｄ）を予め設定された回数繰り返し実行する工程である。当該エッチング方法は、工程ｅ）において、工程ｃ）及び工程ｄ）の少なくとも一方の処理条件を変更することにより、形成する酸化膜の厚みを変更する。これにより、実施形態によれば、エッチングにより形成されるパターンの垂直加工性を向上することができる。

【0056】

また、上記実施形態に係るエッチング方法は、工程ｅ）において、第２処理ガスにおける酸素含有ガスと炭素、水素及びフッ素を含むガスとの流量比を処理条件として変更することにより、形成する酸化膜の厚みを変更してもよい。これにより、実施形態によれば、エッチングの繰り返しにより深くなる凹部の深さに応じて、形成する酸化膜の厚みを微細に調整できる。

【0057】

また、上記実施形態に係るエッチング方法は、工程ｅ）において、工程ｃ）及び工程ｄ）を少なくともｎ（ｎは２以上の自然数）回以上繰り返し実行してもよい。また、エッチング方法は、（ｎ－１）回目までの工程ｃ）において、酸素含有ガスに対する炭素、水素及びフッ素を含むガスの流量比を最大値に設定してもよい。また、エッチング方法は、ｎ回目以降の工程ｃ）において、当該流量比を最大値よりも低い値に変更することにより、形成する酸化膜の厚みを変更してもよい。また、酸素含有ガスに対する炭素、水素及びフッ素を含むガスの流量比は、０．３以下であってもよい。これにより、実施形態によれば、エッチングによりパターンのボーイングが発生しやすい箇所に最大の厚みの酸化膜を形成できる。

【0058】

また、上記実施形態に係るエッチング方法は、工程ｅ）において、工程ｃ）の処理時間と行程ｄ）の処理時間との比を処理条件として変更することにより、形成する酸化膜の厚みを変更してもよい。これにより、実施形態によれば、エッチングの繰り返しにより深くなる凹部の深さに応じて、形成する酸化膜の厚みを微細に調整できる。

【0059】

また、上記実施形態に係るエッチング方法は、工程ｅ）において、工程ｃ）及び工程ｄ）を少なくともｎ（ｎは２以上の自然数）回以上繰り返し実行してもよい。また、上記実施形態に係るエッチング方法は、（ｎ－１）回目までの工程ｃ）及び工程ｄ）において、工程ｃ）の処理時間に対する行程ｄ）の処理時間の比を最小値に設定してもよい。また、上記実施形態に係るエッチング方法は、ｎ回目以降の工程ｃ）及び工程ｄ）において、当該比を最小値よりも高い値に変更することにより、形成する酸化膜の厚みを変更してもよい。また、工程ｃ）の処理時間に対する行程ｄ）の処理時間の比は、０．５以上５．０以下であってもよい。これにより、実施形態によれば、エッチングによりパターンのボーイングが発生しやすい箇所に最大の厚みの酸化膜を形成できる。

【0060】

また、上記実施形態において、ハロゲン含有ガスは、塩素含有ガス及び臭素含有ガスからなる群から選択される少なくとも一つのハロゲン含有ガスであってよい。また、塩素含有ガスは、Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４及びＨＣｌからなる群から選択される少なくとも一つの塩素含有ガスであってよい。また、臭素含有ガスは、ＨＢｒ及びＢｒ２からなる群から選択される少なくとも一つの臭素含有ガスであってよい。また、酸素含有ガスは、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２及びＳＯ２からなる群から選択される少なくとも一つの酸素含有ガスであってよい。また、炭素、水素及びフッ素を含むガスは、ＣｘＨｙＦｚ（ｘ、ｙ、及びｚは、自然数）ガス、並びにＣｘＦｙ（ｘ及びｙは、自然数）ガス及びＨ２ガスを含む混合ガスの群から選択される少なくとも１種であってよい。また、炭素、水素及びフッ素を含むガスは、ＣＨ３Ｆ、ＣＨ２Ｆ２及びＣＨＦ３からなる群から選択される少なくとも１種であってよい。また、炭素、水素及びフッ素を含むガスは、ＣＦ４ガス及びＨ２ガスであってよい。また、シリコン含有膜は、シリコン膜、シリコンゲルマニウム膜、ドープシリコン膜、又は、これらの膜からなる群から選択される少なくとも２つの膜を含む積層膜であってよい。また、ドープシリコン膜は、ボロンドープシリコン膜又はリンドープシリコン膜であってよい。これにより、実施形態によれば、エッチングにより基板上の種々のシリコン含有膜に形成されるパターンの垂直加工性を向上することができる。

【0061】

以上、実施形態について説明してきたが、今回開示された実施形態は、全ての点で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。実に、上述した実施形態は、多様な形態で具現され得る。また、上述した実施形態は、請求の範囲及びその趣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。

【符号の説明】

【0062】

１ プラズマ処理装置
２ 制御部
２ａ コンピュータ
２ａ１ 処理部
２ａ２ 記憶部
２ａ３ 通信インターフェース
１０ プラズマ処理チャンバ
１０ｅ ガス排出口
１０ｓ プラズマ処理空間
１１ 基板支持部
１３ 中央ガス注入部
１３ａ ガス供給口
１３ｂ ガス流路
１３ｃ ガス導入口
１４ アンテナ
２０ ガス供給部
２１ ガスソース
２２ 流量制御器
３０ 電源
３１ ＲＦ電源
３１ａ 第１のＲＦ生成部
３１ｂ 第２のＲＦ生成部
３２ ＤＣ電源
３２ａ バイアスＤＣ生成部
４０ 排気システム
１０１ 誘電体窓
１０２ 側壁
１１１ 本体部
１１１ａ 中央領域
１１１ｂ 環状領域
１１２ リングアセンブリ
２００ 基板
２０１ シリコン含有膜
２０２ マスク
２５０ 副生成物
３００ 凹部
４００ 酸化膜

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】