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(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】P2024087498
(43)【公開日】2024-07-01
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/3065 20060101AFI20240624BHJP
H01L 21/31 20060101ALI20240624BHJP
【ＦＩ】
H01L21/302 101G
H01L21/31 C
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022202346
(22)【出願日】2022-12-19
(71)【出願人】
【識別番号】318010018
【氏名又は名称】キオクシア株式会社
(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】西尾 征和
【テーマコード（参考）】
5F004
5F045
【Ｆターム（参考）】
5F004BA04
5F004BB13
5F004BB18
5F004BB22
5F004BB23
5F004BB28
5F004BD01
5F004BD04
5F004CA01
5F004CA06
5F004DB03
5F004DB07
5F004EA28
5F045AA08
5F045DP03
5F045EE19
5F045EF05
5F045EF14
5F045EF20
5F045EG05
5F045EH04
5F045EH05
5F045EH14
5F045EM05
(57)【要約】
【課題】安定ステップを省略した場合でも基板の処理特性を向上させること。
【解決手段】実施形態のプラズマ処理装置は、基板を処理する処理容器と、処理容器内に処理ガスを供給する上部電極と、上部電極に対向して処理容器内に配置され、基板が載置される下部電極と、上部電極および下部電極の少なくともいずれかに電力を供給して処理容器内にプラズマを生成する電源と、処理容器内を排気する排気部と、を備え、上部電極は、下部電極に対向する第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面と、第１及び第２の面の間に介在され、処理ガスが拡散される拡散部と、第１の面に配置され、処理容器内に処理ガスを供給する複数のガス供給孔と、第２の面に配置され、排気部に接続される複数のガス排気孔と、を有し、複数のガス排気孔の総面積は、複数のガス供給孔の総面積よりも大きい。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態のプラズマ処理装置は、基板を処理する処理容器と、処理容器内に処理ガスを供給する上部電極と、上部電極に対向して処理容器内に配置され、基板が載置される下部電極と、上部電極および下部電極の少なくともいずれかに電力を供給して処理容器内にプラズマを生成する電源と、処理容器内を排気する排気部と、を備え、上部電極は、下部電極に対向する第１の面と、第１の面とは反対側の第２の面と、第１及び第２の面の間に介在され、処理ガスが拡散される拡散部と、第１の面に配置され、処理容器内に処理ガスを供給する複数のガス供給孔と、第２の面に配置され、排気部に接続される複数のガス排気孔と、を有し、複数のガス排気孔の総面積は、複数のガス供給孔の総面積よりも大きい。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する上部電極と、
前記上部電極に対向して前記処理容器内に配置され、前記基板が載置される下部電極と、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給して前記処理容器内にプラズマを生成する電源と、
前記処理容器内を排気する排気部と、を備え、
前記上部電極は、
前記下部電極に対向する第１の面と、
前記第１の面とは反対側の第２の面と、
前記第１及び第２の面の間に介在され、前記処理ガスが拡散される拡散部と、
前記第１の面に配置され、前記処理容器内に前記処理ガスを供給する複数のガス供給孔と、
前記第２の面に配置され、前記排気部に接続される複数のガス排気孔と、を有し、
前記複数のガス排気孔の総面積は、
前記複数のガス供給孔の総面積よりも大きい、
プラズマ処理装置。
前記処理容器内に処理ガスを供給する上部電極と、
前記上部電極に対向して前記処理容器内に配置され、前記基板が載置される下部電極と、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給して前記処理容器内にプラズマを生成する電源と、
前記処理容器内を排気する排気部と、を備え、
前記上部電極は、
前記下部電極に対向する第１の面と、
前記第１の面とは反対側の第２の面と、
前記第１及び第２の面の間に介在され、前記処理ガスが拡散される拡散部と、
前記第１の面に配置され、前記処理容器内に前記処理ガスを供給する複数のガス供給孔と、
前記第２の面に配置され、前記排気部に接続される複数のガス排気孔と、を有し、
前記複数のガス排気孔の総面積は、
前記複数のガス供給孔の総面積よりも大きい、
プラズマ処理装置。
【請求項2】
前記複数のガス排気孔の平均直径は、
前記複数のガス供給孔の平均直径よりも大きい、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記複数のガス供給孔の平均直径よりも大きい、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記上部電極は、
前記拡散部を複数の領域に区画する隔壁を更に有し、
前記複数のガス排気孔は、
前記第２の面の前記複数の領域に対応する位置に分散して配置されている、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
前記拡散部を複数の領域に区画する隔壁を更に有し、
前記複数のガス排気孔は、
前記第２の面の前記複数の領域に対応する位置に分散して配置されている、
請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
基板が処理される処理容器内に基板を搬入し、
前記処理容器内の上部電極に対向する下部電極に前記基板を載置し、
前記上部電極の、前記下部電極に対向する第１の面に配置される複数のガス供給孔から第１の処理ガスを供給し、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内に第１の期間、前記第１の処理ガスのプラズマを生成し、
前記第１の期間が経過した後、前記プラズマの生成および前記第１の処理ガスの供給を停止し、
前記第１の面に配置される複数のガス供給孔から第２の処理ガスを供給し、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内に第２の期間、第２の処理ガスのプラズマを生成し、
前記プラズマの生成および前記第１の処理ガスの供給を停止した後、前記第２の処理ガスの供給前に、前記第１の面から前記第１の処理ガスが拡散される拡散部を隔てて、前記第１の面とは反対側に設けられた第２の面に配置される複数のガス排気孔を介して、前記拡散部内の前記第１の処理ガスを排気する、
半導体装置の製造方法。
前記処理容器内の上部電極に対向する下部電極に前記基板を載置し、
前記上部電極の、前記下部電極に対向する第１の面に配置される複数のガス供給孔から第１の処理ガスを供給し、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内に第１の期間、前記第１の処理ガスのプラズマを生成し、
前記第１の期間が経過した後、前記プラズマの生成および前記第１の処理ガスの供給を停止し、
前記第１の面に配置される複数のガス供給孔から第２の処理ガスを供給し、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内に第２の期間、第２の処理ガスのプラズマを生成し、
前記プラズマの生成および前記第１の処理ガスの供給を停止した後、前記第２の処理ガスの供給前に、前記第１の面から前記第１の処理ガスが拡散される拡散部を隔てて、前記第１の面とは反対側に設けられた第２の面に配置される複数のガス排気孔を介して、前記拡散部内の前記第１の処理ガスを排気する、
半導体装置の製造方法。
【請求項5】
前記拡散部内の前記第１の処理ガスを排気するときは、
前記拡散部内の前記第１の処理ガスの排気と並行して前記処理容器内を排気し、このとき、前記拡散部内の圧力が前記処理容器内の圧力よりも低くなるよう制御する、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記拡散部内の前記第１の処理ガスの排気と並行して前記処理容器内を排気し、このとき、前記拡散部内の圧力が前記処理容器内の圧力よりも低くなるよう制御する、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項6】
前記拡散部内の前記第１の処理ガスを排気するときは、
前記複数のガス排気孔と、前記処理容器内を排気する排気部との間に設けられたバルブを開いて前記第１の処理ガスを排気する、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
前記複数のガス排気孔と、前記処理容器内を排気する排気部との間に設けられたバルブを開いて前記第１の処理ガスを排気する、
請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、プラズマ処理装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体装置の製造工程において、異なる処理ガスでそれぞれ基板を処理するステップを複数回繰り返すサイクル処理が行われる場合がある。このようなサイクル処理において、処理ガスの切り替え時に処理ガスの流量等を安定させる安定ステップを省略することで、生産性を向上させることが可能である。
【0003】
しかしながら、安定ステップの省略により、直前のステップで用いた処理ガスが混入された状態で基板が処理されてしまい、基板の処理特性が悪化してしまうことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２１－１２３７８０号公報
【特許文献2】特許第５４４４０４４号公報
【特許文献3】特許第６０８５１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
１つの実施形態は、安定ステップを省略した場合でも基板の処理特性を向上させることが可能なプラズマ処理装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
実施形態のプラズマ処理装置は、基板を処理する処理容器と、前記処理容器内に処理ガスを供給する上部電極と、前記上部電極に対向して前記処理容器内に配置され、前記基板が載置される下部電極と、前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給して前記処理容器内にプラズマを生成する電源と、前記処理容器内を排気する排気部と、を備え、前記上部電極は、前記下部電極に対向する第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１及び第２の面の間に介在され、前記処理ガスが拡散される拡散部と、前記第１の面に配置され、前記処理容器内に前記処理ガスを供給する複数のガス供給孔と、前記第２の面に配置され、前記排気部に接続される複数のガス排気孔と、を有し、前記複数のガス排気孔の総面積は、前記複数のガス供給孔の総面積よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態にかかるプラズマ処理装置の構成の一例を模式的に示す断面図。
【図2】実施形態にかかるシャワーヘッドの構成の一例を示す模式図。
【図3】実施形態にかかるプラズマ処理装置によるウェハのプラズマ処理について説明する模式図。
【図4】実施形態にかかるプラズマ処理装置による処理を経て製造される半導体装置の構成の一例を示す断面図。
【図5】比較例にかかるプラズマ処理装置によるプラズマ処理のタイミングチャート図。
【図6】実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置によるプラズマ処理のタイミングチャート図。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下に、本発明の実施形態につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記の実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【0009】
（プラズマ処理装置の構成例）
図１は、実施形態にかかるプラズマ処理装置１の構成の一例を模式的に示す断面図である。プラズマ処理装置１は、例えばウェハ１００上に形成された所定の層をエッチング処理するエッチング装置として構成されている。
図１は、実施形態にかかるプラズマ処理装置１の構成の一例を模式的に示す断面図である。プラズマ処理装置１は、例えばウェハ１００上に形成された所定の層をエッチング処理するエッチング装置として構成されている。
【0010】
図１に示すように、プラズマ処理装置１は、基板としてのウェハ１００を処理する処理容器としてのチャンバ１１を備える。チャンバ１１は例えばアルミニウム製であり、気密に封止することが可能である。
【0011】
チャンバ１１の上部には、上部電極として機能するシャワーヘッド１８が設けられている。シャワーヘッド１８は、チャンバ１１内に面する第１の面としての下面１８ａと、下面１８ａの反対側に設けられた第２の面としての上面１８ｂと、を備え、ウェハ１００を処理する際に使用される処理ガスをチャンバ１１内に供給する。シャワーヘッド１８の下面１８ａと上面１８ｂとの間には空隙が介在されており、ウェハ１００を処理する処理ガスを拡散させる拡散部１８ｃとなっている。
【0012】
シャワーヘッド１８の上面１８ｂには、複数のガス導入路１８２と、複数のガス排気孔１８３とが設けられている。
【0013】
複数のガス導入路１８２には、配管を通じてガス供給装置が接続され（いずれも不図示）、複数のガス導入路１８２から拡散部１８ｃへと処理ガスが導入される。
【0014】
複数のガス排気孔１８３は、ガス排気管１８４を介して後述する真空ポンプ１４ｐに接続される。ガス排気管１８４の上流端は複数に分岐しており、複数のガス排気孔１８３にそれぞれ接続される。複数に分岐したガス排気管１８４には、それぞれバルブ１８５が設けられている。ガス排気管１８４の下流端は、ガス排気口１４に設けられた分岐口１４ｂを介して真空ポンプ１４ｐに接続される。
【0015】
シャワーヘッド１８の下面１８ａには、チャンバ１１へと貫通する複数のガス供給孔１８１が設けられている。ガス導入路１８２から拡散部１８ｃへと供給された処理ガスは、ガス供給孔１８１を介してチャンバ１１内に供給される。シャワーヘッド１８の下方には、シャワーヘッド１８に対向するように静電チャック２０が配置されている。
【0016】
静電チャック２０は、チャンバ１１内で処理対象のウェハ１００を水平に支持するとともに、ウェハ１００を静電的に吸着し、また、下部電極としても機能する。チャンバ１１の側面には図示しないウェハ１００の搬入出口が設けられており、ウェハ１００はこの搬入出口より図示しない搬送アームによってチャンバ１１内の静電チャック２０に載置される。
【0017】
静電チャック２０は、チャンバ１１の中央付近の底壁から鉛直上方に筒状に突出する支持部１２上に支持されている。支持部１２は、シャワーヘッド１８から所定の距離を隔てたチャンバ１１の中央付近に、シャワーヘッド１８と平行に対向するように静電チャック２０を支持する。このような構造によって、シャワーヘッド１８と静電チャック２０とは、１対の平行平板電極を構成している。
【0018】
また、静電チャック２０は、ウェハ１００を静電吸着するチャック機構を備える。チャック機構は、チャック電極２４、給電線４５、及び電源４６を備える。チャック電極２４には、給電線４５を介して電源４６が接続されている。このような機構によって、電源４６からチャック電極２４に直流電力が供給されて、静電チャック２０上面が静電的に帯電される。
【0019】
下部電極としての静電チャック２０には、給電線４１が接続されている。給電線４１には、ブロッキングコンデンサ４２、整合器４３、及び高周波電源４４が接続されている。プラズマ処理の際には、高周波電源４４から静電チャック２０に所定の周波数の高周波電力が供給される。このような機構によって、チャンバ１１内に処理ガスのプラズマが生成される。
【0020】
静電チャック２０の外周には、静電チャック２０の側面および底面の周縁部を覆うようにインシュレータリング１５が配置されている。インシュレータリング１５の上方には、静電チャック２０の外周を取り囲むように外周リング１６が設けられている。外周リング１６は、ウェハ１００のエッチング時に、電界がウェハ１００の周縁部で鉛直方向、つまり、ウェハ１００の面に垂直な方向に対して偏向しないように電界を調整する。
【0021】
インシュレータリング１５とチャンバ１１の側壁との間には、バッフルプレート１７が設けられている。バッフルプレート１７は、板厚方向にバッフルプレート１７を貫通する複数のガス排出孔１７ｅを有する。
【0022】
チャンバ１１のバッフルプレート１７よりも下部にはガス排気口１４が設けられている。ガス排気口１４には、チャンバ１１内の雰囲気を排気する真空ポンプ１４ｐが接続されている。ガス排気口１４は、上述のガス排気管１８４が接続される分岐口１４ｂを有する。ここで、真空ポンプ１４ｐは排気部の一例である。
【0023】
チャンバ１１内の静電チャック２０及びバッフルプレート１７と、シャワーヘッド１８とで仕切られた領域は、プラズマ処理室６１となる。シャワーヘッド１８で仕切られたチャンバ１１内上部の拡散部１８ｃはガス供給室となる。静電チャック２０及びバッフルプレート１７で仕切られたチャンバ１１内下部の領域はガス排気室６３となる。
【0024】
プラズマ処理装置１は、真空ポンプ１４ｐ、高周波電源４４、整合器４３、電源４６、バルブ１８５、及びガス供給装置等のプラズマ処理装置１の各部を制御する制御部５０を備える。制御部５０は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備えるコンピュータとして構成されている。制御部５０が、プラズマ処理装置１用途向けの機能を有するＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｕｒｃｕｉｔ）等として構成されていてもよい。
【0025】
ウェハ１００のプラズマ処理時には、制御部５０の制御にしたがって、静電チャック２０上に処理対象であるウェハ１００が載置され、チャック機構によって吸着される。また、ガス排気口１４に接続される真空ポンプ１４ｐでチャンバ１１内が真空引きされる。チャンバ１１内が所定の圧力に達すると、図示しないガス供給装置からシャワーヘッド１８の拡散部１８ｃに処理ガスが供給され、ガス供給孔１８１を介してプラズマ処理室６１に供給される。
【0026】
また、制御部５０の制御にしたがって、上部電極であるシャワーヘッド１８を接地した状態で、下部電極である静電チャック２０に高周波電圧を印加して、プラズマ処理室６１内にプラズマを生成させる。下部電極側には高周波電圧による自己バイアスにより、プラズマとウェハ１００との間に電位勾配が生じ、プラズマ中のイオンが静電チャック２０へと加速されることになり、異方性エッチング処理が行われる。
【0027】
また、制御部５０の制御にしたがって、ガス排気管１８４に接続されるバルブ１８５が開かれることにより、拡散部１８ｃ内の余剰な処理ガスが排気される。
【0028】
【0029】
図２（ａ）は、シャワーヘッド１８の上面１８ｂを上から見た図であるが、上面１８ｂの裏面、つまり、拡散部１８ｃ側の面に設けられた複数の隔壁１８７ａ，１８７ｂを破線で示している。
【0030】
図２（ａ）に示すように、複数の隔壁１８７ａ，１８７ｂは、シャワーヘッド１８の上面１８ｂから拡散部１８ｃ内へと突出し、拡散部１８ｃを複数の領域に区画している。
【0031】
図２（ａ）の例では、２つの隔壁１８７ａ，１８７ｂが、円板状のシャワーヘッド１８の上面１８ｂと同心円状に設けられている。隔壁１８７ａは、上面１８ｂの中心寄りに配置され、比較的小さな径を有する。隔壁１８７ｂは、上面１８ｂの外周寄りに配置され、隔壁１８７ａよりも大きな径を有する。
【0032】
また、中心寄りの隔壁１８７ａにより、拡散部１８ｃの中心領域１８６ａが他の領域から区画される。外周寄りの隔壁１８７ｂにより、拡散部１８ｃの外周領域１８６ｃが他の領域から区画される。隔壁１８７ａと隔壁１８７ｂとにより、中心領域１８６ａと外周領域１８６ｃとの間の中間領域１８６ｂが他の領域から区画される。
【0033】
上述の複数のガス導入路１８２と複数のガス排気孔１８３とは、隔壁１８７ａ，１８７ｂで区画されたそれぞれの領域に対応する上面１８ｂの位置に分散して配置されている。このとき、複数のガス排気孔１８３は、複数のガス導入路１８２との干渉を回避しつつ上面１８ｂに分散配置される。
【0034】
図２（ａ）の例では、複数のガス導入路１８２は、中心領域１８６ａ、中間領域１８６ｂ、及び外周領域１８６ｃに径方向に直線状に並んで分散配置されている。また、複数のガス排気孔１８３は、中心領域１８６ａから中間領域１８６ｂを経て外周領域１８６ｃへと放射状に分散配置されている。
【0035】
これにより、中心領域１８６ａにはガス導入路１８２とガス排気孔１８３とが１つずつ配置される。また、中間領域１８６ｂには、２つのガス導入路１８２と４つのガス排気孔１８３とが配置される。また、外周領域１８６ｃには、２つのガス導入路１８２と８つのガス排気孔１８３とが配置される。
【0036】
図２（ｂ）は、シャワーヘッド１８の下面１８ａを下方から見た図である。
【0037】
図２（ｂ）に示すように、上述の複数のガス供給孔１８１は、シャワーヘッド１８の下面１８ａに分散して配置されている。図２（ｂ）の例では、複数のガス供給孔１８１は、シャワーヘッド１８の下面１８ａの中心寄りと外周寄りとに分かれて、下面１８ａの中心から外周へと放射状に分散配置されている。
【0038】
ここで、複数のガス排気孔１８３の総面積が、複数のガス供給孔１８１の総面積よりも大きくなるよう、複数のガス排気孔１８３の総数および個々の直径が設定されている。図２の例では、総じて数の多いガス供給孔１８１に対し、複数のガス排気孔１８３の直径を大きく構成することで、複数のガス排気孔１８３の総面積を複数のガス供給孔１８１の総面積よりも増大させている。
【0039】
一例として、ガス供給孔１８１の個々の径が１ｍｍ以下であって例えば０．５ｍｍであり、ガス供給孔１８１が２００個程度設けられているとした場合、ガス排気孔１８３の個々の径を数ｍｍ～数十ｍｍであって例えば１０ｍｍとし、ガス排気孔１８３の個数を例えば十数個～２０個程度とすることができる。
【0040】
なお、図２の例では、複数のガス排気孔１８３の直径は互いに等しく、複数のガス供給孔１８１の直径は互いに等しく、複数のガス排気孔１８３の個々の直径は、いずれもガス供給孔１８１の直径より大きくなるよう設定されている。しかし、複数のガス排気孔１８３の直径は互いに異なっていてもよく、ガス供給孔１８１より直径が小さいガス排気孔１８３が含まれていてもよい。この場合であっても、例えば複数のガス排気孔１８３の平均直径を、複数のガス供給孔１８１の平均直径より大きくなるよう設定するなどして、複数のガス排気孔１８３の総面積が、複数のガス供給孔１８１の総面積より大きくなっていればよい。
【0041】
（プラズマ処理の例）
次に、図３を用いて、実施形態のプラズマ処理装置１によるウェハ１００のプラズマ処理の例について説明する。プラズマ処理装置１によるウェハ１００のプラズマ処理は、例えば半導体装置の製造工程の一環として行われる。
次に、図３を用いて、実施形態のプラズマ処理装置１によるウェハ１００のプラズマ処理の例について説明する。プラズマ処理装置１によるウェハ１００のプラズマ処理は、例えば半導体装置の製造工程の一環として行われる。
【0042】
図３は、実施形態にかかるプラズマ処理装置１によるウェハ１００のプラズマ処理について説明する模式図である。図３（ａ）はプラズマ処理のタイミングチャート図であり、図３（ｂ）はエッチング対象物の断面図である。図３の例では、複数の酸化シリコン層ＯＬと複数の窒化シリコン層ＮＬとが１層ずつ交互に積層された積層体をプラズマ処理装置１によりエッチングする場合について説明する。
【0043】
このとき、エッチング処理の対象領域に開口部ＯＰを有するマスクパターンＭＫを積層体の上面に形成し、第１の処理ガスとしてＣｍＦｎガスを用いたプラズマで第１の層としての酸化シリコン層ＯＬをエッチングするステップと、第２の処理ガスとしてＣｘＨｙＦｚガスを用いたプラズマで第２の層としての窒化シリコン層ＮＬをエッチングするステップとを、交互に複数回繰り返すサイクル処理を行うこととする。
【0044】
酸化シリコン層ＯＬのエッチングにＣｍＦｎガスを用いることで、窒化シリコン層ＮＬに対して酸化シリコン層ＯＬが選択的にエッチングされる。窒化シリコン層ＮＬのエッチングにＣｘＨｙＦｚガスを用いることで、酸化シリコン層ＯＬに対して窒化シリコン層ＮＬが選択的にエッチングされる。
【0045】
図３に示すように、例えば最上層の酸化シリコン層ＯＬをエッチングするため、時刻ｔ１において、ＣｍＦｎガスをガス導入路１８２から拡散部１８ｃに導入し、更にガス供給孔１８１からチャンバ１１内にＣｍＦｎガスを供給する。
【0046】
ＣｍＦｎガスの供給タイミングと同じく、時刻ｔ１において、高周波電源４４から静電チャック２０に高周波電力（ＲＦ）を供給し、チャンバ１１内にＣｍＦｎガスのプラズマを生成する。
【0047】
これにより、最上層の酸化シリコン層ＯＬのエッチングが開始される。なお、ＣｍＦｎガスの供給開始直後、ＣｍＦｎガスの流量は、若干の時間が経過後、所望の値に安定する。
【0048】
その後、例えば第１の期間としての所定期間、ＣｍＦｎガスのプラズマが維持されることで、所定の層厚の酸化シリコン層ＯＬが除去されて、開口部ＯＰの底部に下地の窒化シリコン層ＮＬが露出する。この所定期間が経過し、最上層の酸化シリコン層ＯＬが除去された時刻ｔ２のタイミングで、高周波電源４４からの高周波電力の供給を停止するとともに、ＣｍＦｎガスの供給を停止する。
【0049】
時刻ｔ２におけるＣｍＦｎガスの供給停止後、時刻ｔ３までの間に、チャンバ１１下部に接続された真空ポンプ１４ｐにより、チャンバ１１内に残留するＣｍＦｎガスが排気される。また、チャンバ１１内の排気と並行して、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、複数のバルブ１８５を開き、拡散部１８ｃ内に残留するＣｍＦｎガスが、ガス排気孔１８３からガス排気管１８４を介して真空ポンプ１４ｐへと排気される。
【0050】
ここで、上述のように、複数のガス排気孔１８３の総面積は、複数のガス供給孔１８１の総面積よりも大きくなるよう設計されている。このため、チャンバ１１上部のガス排気孔１８３と、チャンバ１１下部のガス排気口１４とからそれぞれ真空ポンプ１４ｐを用いて排気を行った場合、拡散部１８ｃ内の圧力がチャンバ１１内の圧力よりも低くなる。よって、チャンバ１１内に残留するＣｍＦｎガスは、チャンバ１１下部のガス排気口１４を介して排気され、拡散部１８ｃ内に残留するＣｍＦｎガスは、チャンバ１１内に流入することなく、ガス排気孔１８３を介してチャンバ１１上部から排気される。
【0051】
チャンバ１１内、及び拡散部１８ｃ内からそれぞれＣｍＦｎガスが排気された後、時刻ｔ３にてバルブ１８５を閉じ、拡散部１８ｃ内の排気を停止する。
【0052】
また、例えば最上層の酸化シリコン層ＯＬが除去され、開口部ＯＰに露出した窒化シリコン層ＮＬをエッチングするため、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、ガス導入路１８２から拡散部１８ｃ、及びガス供給孔１８１を介してチャンバ１１内にＣｘＨｙＦｚガスを供給するとともに、高周波電源４４から高周波電力を供給し、チャンバ１１内にＣｘＨｙＦｚガスのプラズマを生成する。
【0053】
これにより、酸化シリコン層ＯＬのエッチングにより露出した窒化シリコン層ＮＬのエッチングが開始される。なお、ＣｘＨｙＦｚガスの供給開始直後、ＣｘＨｙＦｚガスの流量は、若干の時間が経過後、所望の値に安定する。
【0054】
その後、例えば第２の期間としての所定期間、ＣｘＨｙＦｚガスのプラズマが維持されることで、所定の層厚の窒化シリコン層ＮＬが除去されて、開口部ＯＰの底部に下地の酸化シリコン層ＯＬが露出する。この所定期間が経過し、上層の窒化シリコン層ＮＬが除去された時刻ｔ４のタイミングで、高周波電源４４からの高周波電力の供給を停止するとともに、ＣｘＨｙＦｚガスの供給を停止する。
【0055】
時刻ｔ４におけるＣｘＨｙＦｚガスの供給停止後、時刻ｔ５までの期間、チャンバ１１下部に接続された真空ポンプ１４ｐにより、チャンバ１１内に残留するＣｘＨｙＦｚガスを排気するとともに、複数のバルブ１８５を開き、拡散部１８ｃ内に残留するＣｘＨｙＦｚガスを、ガス排気孔１８３から排気する。
【0056】
このときにも、拡散部１８ｃ内の圧力がチャンバ１１内の圧力よりも低くなる。よって、チャンバ１１内に残留するＣｘＨｙＦｚガスは、チャンバ１１下部のガス排気口１４を介して排気され、拡散部１８ｃ内に残留するＣｘＨｙＦｚガスは、チャンバ１１内に流入することなく、ガス排気孔１８３を介してチャンバ１１上部から排気される。
【0057】
チャンバ１１内、及び拡散部１８ｃ内からそれぞれＣｘＨｙＦｚガスが排気された後、時刻ｔ５にてバルブ１８５を閉じ、拡散部１８ｃ内の排気を停止する。
【0058】
その後、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間、チャンバ１１内にＣｍＦｎガスを供給し、高周波電力を供給して、ＣｍＦｎガスのプラズマで次の酸化シリコン層ＯＬをエッチングする。
【0059】
また、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間、チャンバ１１内に残留するＣｍＦｎガスを、ガス排気口１４を介して排気するとともに、バルブ１８５を開いて拡散部１８ｃ内に残留するＣｍＦｎガスを、ガス排気孔１８３を介して排気する。
【0060】
その後、バルブ１８５を閉じて、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの期間、チャンバ１１内にＣｘＨｙＦｚガスを供給し、高周波電力を供給して、ＣｘＨｙＦｚガスのプラズマで次の窒化シリコン層ＮＬをエッチングする。
【0061】
また、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの期間、チャンバ１１内に残留するＣｘＨｙＦｚガスを、ガス排気口１４を介して排気するとともに、バルブ１８５を開いて拡散部１８ｃ内に残留するＣｘＨｙＦｚガスを、ガス排気孔１８３を介して排気する。
【0062】
その後、バルブ１８５を閉じて、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの期間、チャンバ１１内にＣｍＦｎガスを供給し、高周波電力を供給して、ＣｍＦｎガスのプラズマで次の酸化シリコン層ＯＬをエッチングする。
【0063】
また、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの期間、チャンバ１１内に残留するＣｍＦｎガスを、ガス排気口１４を介して排気するとともに、バルブ１８５を開いて拡散部１８ｃ内に残留するＣｍＦｎガスを、ガス排気孔１８３を介して排気する。
【0064】
その後、バルブ１８５を閉じて、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間、チャンバ１１内にＣｘＨｙＦｚガスを供給し、高周波電力を供給して、ＣｘＨｙＦｚガスのプラズマで次の窒化シリコン層ＮＬをエッチングする。
【0065】
これ以降も、上記と同様に、ＣｍＦｎガスとＣｘＨｙＦｚガスとの供給を交互に繰り返し、これらのガスのプラズマを交互に生成して、酸化シリコン層ＯＬと窒化シリコン層ＮＬとを適宜エッチングしていく。
【0066】
以上により、実施形態のプラズマ処理装置１によるウェハ１００の処理が終了する。
【0067】
なお、図３において、異種ガスを用いた各ステップが図面上で区別しやすいよう、ＣｘＨｙＦｚガスの流量をＣｍＦｎガスの流量より多いこととし、ＣｘＨｙＦｚガスのプラズマ生成時の高周波電力をＣｍＦｎガスのプラズマ生成時の高周波電力より小さいこととした。しかし、図３に示すタイミングチャートは、あくまでも一例であって、ＣｍＦｎガスとＣｘＨｙＦｚガスとの流量比、及び各ガスのプラズマ生成時の高周波電力の大小関係等は様々に設定可能である。
【0068】
（半導体装置の構成例）
次に、図４を用いて、上述のプラズマ処理装置１による処理を含んで製造される半導体装置２の構成例について説明する。ただし、図４においては図面の見やすさを考慮してハッチングを省略する。また、図４において、Ｘ方向およびＹ方向は共に、後述するワード線ＷＬの面の向きに沿う方向であり、Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交する。
次に、図４を用いて、上述のプラズマ処理装置１による処理を含んで製造される半導体装置２の構成例について説明する。ただし、図４においては図面の見やすさを考慮してハッチングを省略する。また、図４において、Ｘ方向およびＹ方向は共に、後述するワード線ＷＬの面の向きに沿う方向であり、Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交する。
【0069】
図４に示すように、半導体装置２は、基板ＳＢ上に、周辺回路ＣＵＡ、メモリ領域ＭＲ、貫通コンタクト領域ＴＰ、及び階段領域ＳＲを備える。
【0070】
基板ＳＢは、例えばシリコン基板等の半導体基板である。基板ＳＢ上にはトランジスタＴＲ及び配線等を含む周辺回路ＣＵＡが配置されている。周辺回路ＣＵＡは、後述するメモリセルの動作に寄与する。
【0071】
周辺回路ＣＵＡは絶縁層４０で覆われている。絶縁層４０上にはソース線ＳＬが配置されている。ソース線ＳＬ上には、それぞれの間に酸化シリコン層等の絶縁層を介在させて複数のワード線ＷＬが積層されている。複数のワード線ＷＬは絶縁層５０で覆われている。絶縁層５０は、複数のワード線ＷＬの周囲にも広がっている。
【0072】
複数のワード線ＷＬには、Ｘ方向に並ぶメモリ領域ＭＲ、階段領域ＳＲ、及び貫通コンタクト領域ＴＰが設けられている。
【0073】
メモリ領域ＭＲは、複数のワード線ＷＬのＸ方向両端部にそれぞれ配置されている。メモリ領域ＭＲには、ワード線ＷＬを積層方向に貫通する複数のピラーＰＬが配置されている。ピラーＰＬとワード線ＷＬとの交差部には複数のメモリセルが形成される。これにより、半導体装置２は、例えばメモリ領域ＭＲにメモリセルが３次元に配置された３次元不揮発性メモリとして構成される。
【0074】
階段領域ＳＲ及び貫通コンタクト領域ＴＰは、Ｘ方向両側のメモリ領域ＭＲの間の位置に配置される。
【0075】
階段領域ＳＲでは、複数のワード線ＷＬが積層方向に階段状に掘り下げられている。すなわち、複数のワード線ＷＬは、階段領域ＳＲにおいて、Ｘ方向側およびＹ方向側から底面に向かって階段状に下降していく。
【0076】
各階層のワード線ＷＬは、階段領域ＳＲを挟んだＸ方向両側で電気的な導通を保っている。複数のワード線ＷＬの各段のテラス部分には、各階層のワード線ＷＬと上層配線とを接続するコンタクトＣＣがそれぞれ配置される。
【0077】
これにより、多層に積層されるワード線ＷＬを個々に引き出すことができる。これらのコンタクトＣＣからは、Ｘ方向両側のメモリ領域ＭＲ内のメモリセルに対し、そのメモリセルと同じ高さ位置のワード線ＷＬを介して書き込み電圧および読み出し電圧等が印加される。
【0078】
貫通コンタクト領域ＴＰには、複数のワード線ＷＬを貫通する貫通コンタクトＣ４が配置されている。貫通コンタクトＣ４は、下方の基板ＳＢ上に配置された周辺回路ＣＵＡと、階段領域ＳＲのコンタクトＣＣに接続される上層配線とを接続する。コンタクトＣＣからメモリセルに印加される各種電圧は、貫通コンタクトＣ４及び上層配線等を介して周辺回路ＣＵＡにより制御される。
【0079】
このような半導体装置２を製造するにあたっては、周辺回路ＣＵＡが形成された基板ＳＢ上にソース線ＳＬを介して、複数の酸化シリコン層と複数の窒化シリコン層とが１層ずつ交互に積層された積層体を形成する。
【0080】
また、この積層体の一部領域を階段状にエッチング加工して階段領域ＳＲを形成する。また、ピラーＰＬを形成するためのメモリホールを同じくエッチング加工により積層体に形成し、メモリホール内にメモリ層および半導体層等を充填する。
【0081】
その後、リプレース処理と呼ばれる処理により、積層体の複数の窒化シリコン層を導電層に置き換えてワード線ＷＬを形成する。また、階段領域ＳＲにコンタクトＣＣを形成し、積層体の上層には上層配線等を形成する。
【0082】
上記製造工程において、リプレース処理前の積層体をエッチング加工する際に、例えば上述のプラズマ処理装置１によるサイクル処理が用いられる。すなわち、積層体の酸化シリコン層ＯＬと窒化シリコン層ＮＬとをガス種を切り替えながらプラズマ処理することで、積層体に所望の構成を形成することができる。
【0083】
（比較例）
半導体装置の製造工程において、複数種類の層が積層された構造を、ガス種を切り替えながらエッチングするプラズマ処理が行われることがある。プラズマ処理装置においては、ガスの切り替え時等、プラズマ処理条件が異なるステップ間に、安定ステップを挿入することが一般的である。安定ステップについて図５に示す。
半導体装置の製造工程において、複数種類の層が積層された構造を、ガス種を切り替えながらエッチングするプラズマ処理が行われることがある。プラズマ処理装置においては、ガスの切り替え時等、プラズマ処理条件が異なるステップ間に、安定ステップを挿入することが一般的である。安定ステップについて図５に示す。
【0084】
図５は、比較例にかかるプラズマ処理装置によるプラズマ処理のタイミングチャート図である。図５に示すように、比較例のプラズマ処理では、時刻ｔ１，ｔ５，ｔ９において高周波電力を印加してＣｍＦｎガスのプラズマを生成する前、及び時刻ｔ３，ｔ７，ｔ１１において高周波電力を印加してＣｘＨｙＦｚガスのプラズマを生成する前、時刻ｔｓに、それぞれのＣｍＦｎガス及びＣｘＨｙＦｚガスの供給を開始する。そして、この時刻ｔｓから、それぞれのガス流量、及びチャンバ内の圧力の安定を図る安定ステップが行われる。それぞれのガス流量、及びチャンバ内の圧力が所望の値に安定した後、時刻ｔ１，ｔ５，ｔ９、または、時刻ｔ３，ｔ７，ｔ１１のタイミングで高周波電力を印加してプラズマ処理を開始する。
【0085】
また、比較例のプラズマ処理では、時刻ｔ２，ｔ６，ｔ１０においてＣｍＦｎガスの供給を停止してから次の時刻ｔｓまでの間と、時刻ｔ４，ｔ８，ｔ１２においてＣｘＨｙＦｚガスの供給を停止してから次の時刻ｔｓまでの間とに、チャンバ内から残留ガスを排気するステップが設けられる。
【0086】
ここで、積層構造が多層化するにつれ、プラズマ処理に長時間を要し、スループットが低下してしまうため、例えばガスの切り替え時の安定ステップを省略して生産性の向上が図られる場合がある。各ガスの切り替え時に図５に示す安定ステップを省略することで、多層化した積層構造に対してサイクル処理を行う際などには、スループット向上の効果が得られる。
【0087】
しかしながら、ガス種の切り替え時、前のステップで用いた処理ガスがシャワーヘッドの拡散部に残留していることがある。安定ステップを省略した場合、この残留ガスが次のステップに混入し、プラズマ処理特性を悪化させてしまうことが判った。具体的には、異種層のエッチング処理では、例えばそれぞれ他方の層に対して選択性を有する処理ガスが用いられるため、混入した残留ガスが他方の層に対する選択比を低下させてしまうことが挙げられる。これにより、一方の層を除去する過程で、下地となる他方の層までもが除去されてしまい、プロセスの制御性が低下する。
【0088】
実施形態のプラズマ処理装置１によれば、シャワーヘッド１８は、下面１８ａに配置され、チャンバ１１内に処理ガスを供給する複数のガス供給孔１８１と、上面１８ｂに配置され、真空ポンプ１４ｐに接続される複数のガス排気孔１８３と、を有する。また、複数のガス排気孔１８３の総面積は、複数のガス供給孔１８１の総面積よりも大きい。
【0089】
このような装置構成により、ガス種の切り替え時、拡散部１８ｃに残留した前のステップの処理ガスをチャンバ１１上部から排気することができる。ガス排気孔１８３の総面積をガス供給孔１８１よりも増大させているので、残留した処理ガスがチャンバ１１内に供給されてしまうことも抑制される。これにより、安定ステップを省略した場合でもウェハ１００の処理特性を向上させることができる。
【0090】
実施形態のプラズマ処理装置１によれば、複数のガス排気孔１８３は、隔壁１８７ａ，１８７ｂにより分割された拡散部１８ｃの複数の領域に対応する上面１８ｂの位置に分散して配置されている。これにより、分割された拡散部１８ｃの各領域から残留した処理ガスを排気することができる。
【0091】
実施形態の半導体装置２の製造方法によれば、ＣｍＦｎガスのプラズマ生成およびＣｍＦｎガスの供給を停止した後、ＣｘＨｙＦｚガスの供給前に、シャワーヘッド１８の上面１８ｂに配置される複数のガス排気孔１８３を介して、拡散部１８ｃ内のＣｍＦｎガスを排気する。これにより、安定ステップを省略した場合でもウェハ１００の処理特性を向上させることができる。
【0092】
実施形態の半導体装置２の製造方法によれば、拡散部１８ｃ内のＣｍＦｎガスを排気するときは、拡散部１８ｃ内のＣｍＦｎガスの排気と並行してチャンバ１１内を排気し、このとき、拡散部１８ｃ内の圧力がチャンバ１１内の圧力よりも低くなるよう制御する。
【0093】
これにより、残留したＣｍＦｎガスがチャンバ１１内に供給されてしまうことが抑制され、次のステップのＣｘＨｙＦｚガスにＣｍＦｎガスが混入されてしまうのをいっそう抑制することができる。
【0094】
また、上記のように、ガス排気口１４を介したチャンバ１１内の排気と並行して、拡散部１８ｃの排気を行うので、拡散部１８ｃ内の排気を行っても安定ステップを省略したことによるスループットの向上効果を維持することができる。
【0095】
実施形態の半導体装置２の製造方法によれば、拡散部１８ｃ内のＣｍＦｎガスを排気するときは、複数のガス排気孔１８３と、チャンバ１１内を排気する真空ポンプ１４ｐとの間に設けられたバルブ１８５を開いてＣｍＦｎガスを排気し、ＣｘＨｙＦｚガスの供給前に、バルブ１８５を閉じて拡散部１８ｃの排気を停止する。これにより、シャワーヘッド１８にガス排気孔１８３等を設けたことによって、プラズマ処理に影響を及ぼしてしまうことを抑制することができる。
【0096】
実施形態の半導体装置２の製造方法によれば、酸化シリコン層ＯＬの処理ガスとして、窒化シリコン層ＮＬに対して酸化シリコン層ＯＬが選択的にエッチングされるガス種を選択し、窒化シリコン層ＮＬの処理ガスとして、酸化シリコン層ＯＬに対して窒化シリコン層ＮＬが選択的にエッチングされるガス種を選択する。
【0097】
これらの処理ガスを用い、安定ステップを省略したサイクル処理を行った場合でも、酸化シリコン層ＯＬの処理ガスと窒化シリコン層ＮＬの処理ガスとが混合して各層の選択比が悪化してしまうのを抑制することができる。
【0098】
なお、上述の実施形態では、複数のガス排気孔１８３に対し、ガス排気管１８４の分岐させた上流端のそれぞれにバルブ１８５を設けることとしたが、１つに統合された下流側のガス排気管１８４に少なくともバルブを設けることとしてもよい。また、ガス排気管１８４に設けるバルブは、開度を変化させて残留ガスの排気量を調整可能なバタフライバルブ等であってもよい。
【0099】
また、上述の実施形態では、プラズマ処理装置１において、下部電極である静電チャック２０に高周波電力を印加することとしたが、高周波電力は上部電極であるシャワーヘッド１８に印加されてもよく、上下部電極の両方に印加されてもよい。その他、プラズマ処理装置は、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）等の他のプラズマソースを用いた装置であってもよい。
【0100】
また、上述の実施形態では、プラズマ処理装置１は、ウェハ１００上の所定の層をエッチングするエッチング装置であることとした。しかし、上述の実施形態の構成は、ウェハに所定の層を形成するＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、またはレジスト層等の有機層を除去するアッシング装置等にも適用可能である。
【0101】
（変形例）
次に、図６を用いて、実施形態の変形例のプラズマ処理の例について説明する。変形例のプラズマ処理では、ガス種の切り替え時、次の処理ガスの供給を前倒しで行う点が、上述の実施形態とは異なる。
次に、図６を用いて、実施形態の変形例のプラズマ処理の例について説明する。変形例のプラズマ処理では、ガス種の切り替え時、次の処理ガスの供給を前倒しで行う点が、上述の実施形態とは異なる。
【0102】
【0103】
図６は、実施形態の変形例にかかるプラズマ処理装置によるプラズマ処理のタイミングチャート図である。
【0104】
図６に示すように、変形例のプラズマ処理においても、ＣｍＦｎガスを用いたプラズマで酸化シリコン層ＯＬをエッチングするステップと、ＣｘＨｙＦｚガスを用いたプラズマで窒化シリコン層ＮＬをエッチングするステップとを、交互に複数回繰り返すサイクル処理を行うこととする。
【0105】
すなわち、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間、チャンバ１１内にＣｍＦｎガスを供給し、高周波電力を供給して、ＣｍＦｎガスのプラズマで酸化シリコン層ＯＬをエッチングする。
【0106】
また、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間、チャンバ１１内に残留するＣｍＦｎガスを、ガス排気口１４を介して排気するとともに、バルブ１８５を開いて拡散部１８ｃ内に残留するＣｍＦｎガスを、ガス排気孔１８３を介して排気する。
【0107】
変形例のプラズマ処理では、上記のＣｍＦｎガスの排気と並行して、時刻ｔ２において、次のステップの処理ガスであるＣｘＨｙＦｚガスの、ガス導入路１８２から拡散部１８ｃへの導入を開始する。
【0108】
このように、次のプラズマ処理が開始される時刻ｔ３より前のタイミングで、ＣｘＨｙＦｚガスの拡散部１８ｃへの導入を開始することで、例えば時刻ｔ３において次のプラズマ処理が開始されるまでの間に、ＣｘＨｙＦｚガスの流量の安定化を図ることができる。よって、より迅速に次のステップに移行することができ、また、ＣｘＨｙＦｚガスによるプラズマ処理における処理特性が向上する。
【0109】
また仮に、拡散部１８ｃ内の排気時間内である時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間に、ＣｘＨｙＦｚガスの流量を充分に安定させることができなくとも、時刻ｔ３においてプラズマ処理が開始された後に、ＣｘＨｙＦｚガスの流量が安定するまでに要する時間を短縮することができる。これにより、ＣｘＨｙＦｚガスの流量が不安定なままプラズマ処理が進行する時間を短くすることができ、この場合であっても、ＣｘＨｙＦｚガスによるプラズマ処理の処理特性が向上する。
【0110】
このとき、拡散部１８ｃ内はガス排気孔１８３を介して排気中である。したがって、拡散部１８ｃに導入されたＣｘＨｙＦｚガスの大半は、チャンバ１１内に供給されることなく、拡散部１８ｃ内に残留するＣｍＦｎガスとともに、そのままガス排気孔１８３から排気される。これにより、ＣｍＦｎガスの排気中にＣｘＨｙＦｚガスの導入を開始しても、例えばチャンバ１１内および拡散部１８ｃ内からのＣｍＦｎガスの排気が阻害されるのを抑制することができる。
【0111】
その後、ＣｘＨｙＦｚガスの拡散部１８ｃ内への導入を継続したままバルブ１８５を閉じて、ＣｘＨｙＦｚガスのチャンバ１１内への供給を開始し、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間、高周波電力を供給して、ＣｘＨｙＦｚガスのプラズマで窒化シリコン層ＮＬをエッチングする。
【0112】
また、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間、チャンバ１１内に残留するＣｘＨｙＦｚガスを、ガス排気口１４を介して排気するとともに、バルブ１８５を開いて拡散部１８ｃ内に残留するＣｘＨｙＦｚガスを、ガス排気孔１８３を介して排気する。
【0113】
変形例のプラズマ処理では、このときにも、上記のＣｘＨｙＦｚガスの排気と並行して、時刻ｔ４において、次のステップの処理ガスであるＣｍＦｎガスの、ガス導入路１８２から拡散部１８ｃへの導入を開始する。
【0114】
このように、次のプラズマ処理が開始される時刻ｔ５より前のタイミングで、ＣｍＦｎガスの拡散部１８ｃへの導入を開始することで、例えば時刻ｔ５において次のプラズマ処理が開始されるまでの間に、ＣｍＦｎガスの流量の安定化を図ることができ、あるいは、次のプラズマ処理を開始した後、ＣｍＦｎガスの流量が安定するまでに要する時間を短縮することができる。また、より迅速に次のステップに移行することができる。
【0115】
また、拡散部１８ｃに導入されたＣｍＦｎガスの大半は、チャンバ１１内に供給されることなく、拡散部１８ｃ内に残留するＣｘＨｙＦｚガスとともに、そのままガス排気孔１８３から排気される。このため、例えばチャンバ１１内および拡散部１８ｃ内からのＣｘＨｙＦｚガスの排気が阻害されるのを抑制することができる。
【0116】
その後、ＣｍＦｎガスの拡散部１８ｃ内への導入を継続したままバルブ１８５を閉じて、ＣｍＦｎガスのチャンバ１１内への供給を開始し、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間、高周波電力を供給して、ＣｍＦｎガスのプラズマで酸化シリコン層ＯＬをエッチングする。
【0117】
これ以降も、上記と同様に、ＣｍＦｎガスとＣｘＨｙＦｚガスとの供給を交互に繰り返し、これらのガスのプラズマを交互に生成して、酸化シリコン層ＯＬと窒化シリコン層ＮＬとを適宜エッチングしていく。
【0118】
以上により、実施形態のプラズマ処理が終了する。
【0119】
なお、図６の例では、バルブ１８５を開けて拡散部１８ｃ内の排気を開始するタイミングと、ＣｍＦｎガスとＣｘＨｙＦｚガスとの各処理ガスの拡散部１８ｃ内への導入を開始するタイミングとを同時刻とした。しかし、処理ガスの導入開始から流量が安定するまでに要する時間が充分に短い場合には、拡散部１８ｃ内の排気を開始するタイミングより遅れて、各処理ガスの拡散部１８ｃ内への導入を開始してもよい。
【0120】
変形例のプラズマ処理装置によれば、拡散部１８ｃ内のＣｍＦｎガスを排気するときは、拡散部１８ｃ内のＣｍＦｎガスの排気と並行して、拡散部１８ｃ内へのＣｘＨｙＦｚガスの導入を開始する。これにより、迅速に次のステップに移行して、プラズマ処理装置のスループットをよりいっそう向上させることができる。また、次のプラズマ処理時のＣｘＨｙＦｚガスの流量を安定させることができ、よりいっそうウェハの処理特性を向上させることができる。
【0121】
変形例のプラズマ処理装置によれば、その他、上述の実施形態のプラズマ処理装置１と同様の効果を奏する。
【0122】
（付記）
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【0123】
（付記１）
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する上部電極と、
前記上部電極に対向して前記処理容器内に配置され、前記基板が載置される下部電極と、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給して前記処理容器内にプラズマを生成する電源と、
前記処理容器内を排気する排気部と、を備え、
前記上部電極は、
前記下部電極に対向する第１の面と、
前記第１の面とは反対側の第２の面と、
前記第１及び第２の面の間に介在され、前記処理ガスが拡散される拡散部と、
前記第１の面に配置され、前記処理容器内に前記処理ガスを供給する複数のガス供給孔と、
前記第２の面に配置され、前記排気部に接続される複数のガス排気孔と、を有し、
前記複数のガス排気孔の総面積は、
前記複数のガス供給孔の総面積よりも大きい、
プラズマ処理装置が提供される。
本発明の一態様によれば、
基板を処理する処理容器と、
前記処理容器内に処理ガスを供給する上部電極と、
前記上部電極に対向して前記処理容器内に配置され、前記基板が載置される下部電極と、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給して前記処理容器内にプラズマを生成する電源と、
前記処理容器内を排気する排気部と、を備え、
前記上部電極は、
前記下部電極に対向する第１の面と、
前記第１の面とは反対側の第２の面と、
前記第１及び第２の面の間に介在され、前記処理ガスが拡散される拡散部と、
前記第１の面に配置され、前記処理容器内に前記処理ガスを供給する複数のガス供給孔と、
前記第２の面に配置され、前記排気部に接続される複数のガス排気孔と、を有し、
前記複数のガス排気孔の総面積は、
前記複数のガス供給孔の総面積よりも大きい、
プラズマ処理装置が提供される。
【0124】
（付記２）
上記の付記１に記載のプラズマ処理装置において、
前記上部電極は、
前記第２の面に配置され、前記拡散部および前記ガス供給孔を介して前記処理容器内に前記処理ガスを供給する複数のガス導入路を更に有し、
前記複数のガス排気孔は、
前記複数のガス導入路との干渉を回避しつつ前記第２の面に分散して配置されている。
上記の付記１に記載のプラズマ処理装置において、
前記上部電極は、
前記第２の面に配置され、前記拡散部および前記ガス供給孔を介して前記処理容器内に前記処理ガスを供給する複数のガス導入路を更に有し、
前記複数のガス排気孔は、
前記複数のガス導入路との干渉を回避しつつ前記第２の面に分散して配置されている。
【0125】
（付記３）
本発明の他の態様によれば、
基板が処理される処理容器内に基板を搬入し、
前記処理容器内の上部電極に対向する下部電極に前記基板を載置し、
前記上部電極の、前記下部電極に対向する第１の面に配置される複数のガス供給孔から第１の処理ガスを供給し、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内に第１の期間、前記第１の処理ガスのプラズマを生成し、
前記第１の期間が経過した後、前記プラズマの生成および前記第１の処理ガスの供給を停止し、
前記第１の面に配置される複数のガス供給孔から第２の処理ガスを供給し、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内に第２の期間、第２の処理ガスのプラズマを生成し、
前記プラズマの生成および前記第１の処理ガスの供給を停止した後、前記第２の処理ガスの供給前に、前記第１の面から前記第１の処理ガスが拡散される拡散部を隔てて、前記第１の面とは反対側に設けられた第２の面に配置される複数のガス排気孔を介して、前記拡散部内の前記第１の処理ガスを排気する、
半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の他の態様によれば、
基板が処理される処理容器内に基板を搬入し、
前記処理容器内の上部電極に対向する下部電極に前記基板を載置し、
前記上部電極の、前記下部電極に対向する第１の面に配置される複数のガス供給孔から第１の処理ガスを供給し、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内に第１の期間、前記第１の処理ガスのプラズマを生成し、
前記第１の期間が経過した後、前記プラズマの生成および前記第１の処理ガスの供給を停止し、
前記第１の面に配置される複数のガス供給孔から第２の処理ガスを供給し、
前記上部電極および前記下部電極の少なくともいずれかに電力を供給し、前記処理容器内に第２の期間、第２の処理ガスのプラズマを生成し、
前記プラズマの生成および前記第１の処理ガスの供給を停止した後、前記第２の処理ガスの供給前に、前記第１の面から前記第１の処理ガスが拡散される拡散部を隔てて、前記第１の面とは反対側に設けられた第２の面に配置される複数のガス排気孔を介して、前記拡散部内の前記第１の処理ガスを排気する、
半導体装置の製造方法が提供される。
【0126】
（付記４）
上記の付記３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記拡散部内の前記第１の処理ガスを排気するときは、
前記複数のガス排気孔と、前記処理容器内を排気する排気部との間に設けられたバルブを開いて前記第１の処理ガスを排気する。
上記の付記３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記拡散部内の前記第１の処理ガスを排気するときは、
前記複数のガス排気孔と、前記処理容器内を排気する排気部との間に設けられたバルブを開いて前記第１の処理ガスを排気する。
【0127】
（付記５）
上記の付記４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の処理ガスを排気した後、前記第２の処理ガスの供給前に、前記バルブを閉じて前記拡散部の排気を停止する。
上記の付記４に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の処理ガスを排気した後、前記第２の処理ガスの供給前に、前記バルブを閉じて前記拡散部の排気を停止する。
【0128】
（付記６）
上記の付記３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の処理ガスのプラズマ生成と、前記第２の処理ガスのプラズマ生成とを複数回繰り返し、
前記第２の処理ガスのプラズマを生成した後に前記第１の処理ガスのプラズマを生成するときは、
前記第２の期間が経過して、前記プラズマの生成および前記第２の処理ガスの供給を停止した後、前記第１の処理ガスの供給前に、前記複数のガス排気孔を介して前記拡散部内の前記第２の処理ガスを排気する。
上記の付記３に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の処理ガスのプラズマ生成と、前記第２の処理ガスのプラズマ生成とを複数回繰り返し、
前記第２の処理ガスのプラズマを生成した後に前記第１の処理ガスのプラズマを生成するときは、
前記第２の期間が経過して、前記プラズマの生成および前記第２の処理ガスの供給を停止した後、前記第１の処理ガスの供給前に、前記複数のガス排気孔を介して前記拡散部内の前記第２の処理ガスを排気する。
【0129】
（付記７）
上記の付記６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の処理ガスのプラズマにより第１の層をエッチングし、
前記第２の処理ガスのプラズマにより第２の層をエッチングし、
前記第１の処理ガスとして、
前記第１の処理ガスのプラズマによって、前記第２の層に対して前記第１の層が選択的にエッチングされるガス種を選択し、
前記第２の処理ガスとして、
前記第２の処理ガスのプラズマによって、前記第１の層に対して前記第２の層が選択的にエッチングされるガス種を選択する。
上記の付記６に記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の処理ガスのプラズマにより第１の層をエッチングし、
前記第２の処理ガスのプラズマにより第２の層をエッチングし、
前記第１の処理ガスとして、
前記第１の処理ガスのプラズマによって、前記第２の層に対して前記第１の層が選択的にエッチングされるガス種を選択し、
前記第２の処理ガスとして、
前記第２の処理ガスのプラズマによって、前記第１の層に対して前記第２の層が選択的にエッチングされるガス種を選択する。
【0130】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0131】
１…プラズマ処理装置、２…半導体装置、１４ｐ…真空ポンプ、１８…シャワーヘッド、１８ａ…下面、１８ｂ…上面、１８ｃ…拡散部、２０…静電チャック、４４…高周波電源、１８１…ガス供給孔、１８２…ガス導入路、１８３…ガス排気孔、１８４…ガス排気管、１８５…バルブ、１８６ａ…中心領域、１８６ｂ…中間領域、１８６ｃ…外周領域、１８７ａ，１８７ｂ…隔壁、ＮＬ…窒化シリコン層、ＯＬ…酸化シリコン層。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】