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(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】
(24)【登録日】2024-07-10
(45)【発行日】2024-07-19
(54)【発明の名称】プラズマ処理方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/76 20060101AFI20240711BHJP
H01L 21/3065 20060101ALI20240711BHJP
【ＦＩ】
H01L21/76 L
H01L21/302 105A
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2023535334
(86)(22)【出願日】2022-07-25
(86)【国際出願番号】 JP2022028584
(87)【国際公開番号】W WO2024023877
(87)【国際公開日】2024-02-01
【審査請求日】2023-06-09
(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
(74)【代理人】
【識別番号】110000062
【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】南 珠鉉
(72)【発明者】
【氏名】石丸 正人
(72)【発明者】
【氏名】田原 正太
【審査官】宇多川 勉
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－０５０４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１００３３８（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－２０４０５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２１－５３４５４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２１－５３４５４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０２１－５０３７００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０６９５４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１４－１０７３６３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５３１７５３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／７６
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎを形成するプラズマ処理方法において、プラズマによりシリコンをエッチングする第一の工程と、
シリコン元素を含有する堆積膜をマスクに堆積させる第二の工程と、
プラズマにより、エッチング形状が垂直となるように前記シリコンをエッチングする第三の工程と、
ＳｉＯを含有する堆積膜をマスクに堆積させる第四の工程とを有し、
前記第一の工程ないし前記第四の工程を所定の回数、繰り返し、
前記第三の工程のプラズマは、第一のパルスにより変調された高周波電力により生成され、
前記第三の工程は、第二のパルスにより変調された高周波電力を前記シリコンを基板とする試料に供給しながら行われ、
前記第三の工程における前記第一のパルスの周波数は、前記第三の工程における前記第二のパルスの周波数より高いことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項2】
請求項１に記載のプラズマ処理方法において、前記第三の工程における前記第一のパルスのオフ時間は、アフターグロー放電が消滅するまでの時間より短い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、前記第三の工程における前記第二のパルスのオフ時間は、前記試料に蓄積した電荷が除去される時間より長いことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項4】
請求項３に記載のプラズマ処理方法において、前記第三の工程における前記第一のパルスのデューティー比は、前記第三の工程における前記第二のパルスのデューティー比より大きいことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項5】
請求項４に記載のプラズマ処理方法において、前記第二の工程は、ＳｉＣｌ４ガスを用いて生成されたプラズマにより前記シリコン元素を含有する堆積膜を堆積させることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項6】
請求項５に記載のプラズマ処理方法において、前記第一の工程における前記第一のパルスのデューティー比は、前記第一の工程における前記第二のパルスのデューティー比より大きいことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項7】
請求項６に記載のプラズマ処理方法において、前記第三の工程における前記第二のパルスの周波数は、前記第一の工程における前記第二のパルスの周波数より低いことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項8】
請求項７に記載のプラズマ処理方法において、前記第三の工程における前記第二のパルスのデューティー比は、前記第一の工程における前記第二のパルスのデューティー比より小さいことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項9】
請求項８に記載のプラズマ処理方法において、前記第二の工程における前記第二のパルスの周波数は、前記第一の工程における前記第二のパルスの周波数より低いことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項10】
請求項９に記載のプラズマ処理方法において、前記第二の工程における前記第二のパルスのデューティー比は、前記第一の工程における前記第二のパルスのデューティー比より小さいことを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項11】
請求項１０に記載のプラズマ処理方法において、前記第三の工程における前記第一のパルスの周波数は、３００ｋＨｚ～２０００ｋＨｚの範囲内の周波数であることを特徴とするプラズマ処理方法。
【請求項12】
請求項１１に記載のプラズマ処理方法において、前記第三の工程における前記第二のパルスの周波数は、１００ｋＨｚ～９００ｋＨｚの範囲内の周波数であ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】
本発明はプラズマ処理方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、半導体デバイスの高集積化が進み、Fin Field Effect Transistor（以下、「Ｆｉｎ－ＦＥＴ」ともいう。）と呼ばれる３次元構造のトランジスタが実用化されている。またその発展型である、ゲートがチャネルの上面－左面－右面－下面の４面で覆われているGate-All-Around（以下、「ＧＡＡ」ともいう。）構造の開発も進んでいる。このような半導体デバイスの更なる微細化、高アスペクト化が進みより複雑な形状を持つパターンの形成が期待されるようになると、半導体デバイスの製造プロセス、特にドライエッチング技術には、新材料、新構造に対応した高い選択性を持つ垂直加工プロセスを構築することが要求される。
【0003】
例えば、Ｆｉｎ－ＦＥＴのShallow trench isolation（以下、「ＳＴＩ」ともいう。）構造のエッチングでは、断面積が変化する形状を持つため、エッチング領域の形成条件をエッチングの途中で変化させる必要がある。このような形状をドライエッチングで実現するためには、更なるプロセスウィンドウ、すなわち最適なプロセス条件の範囲の拡大が求められる。
【0004】
高精度なプラズマエッチングを実現する技術の一つとして、パルス電源を用いたプラズマエッチング方法がある。例えば、特許文献１に開示された方法では、プラズマによる反応性ガスの分解によって生成されるラジカルの密度および組成が測定される。そして、プラズマ発生装置の電力を一定の周期にてパルス変調し、パルス変調のデューティー比を測定結果に基づいて制御することによって、ラジカルの密度および組成が制御される。
【0005】
また、特許文献２ではプラズマ発生用の高周波コイル（アンテナコイル）に高いパワーの電力と低いパワーの電力を交互に供給し、高いパワーの電力時にスパッタによる保護膜形成を行い、低いパワーの電力時にエッチング処理を行って、エッチング工程と保護膜形成工程を交互に繰り返し実施することでシリコン基板に高アスペクト比のビアを形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平０９―１８５９９９号公報
【文献】特開２０１０―２１４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述した特許文献１に開示されたパルス放電を用いたエッチング方法においては、プラズマ生成された解離度が高い状態のプラズマがエッチングに用いられている。したがってＦｉｎ－ＦＥＴのような３次元構造素子の形成に適し得るエッチング処理、すなわち、エッチング領域の形成条件を途中で変更する必要があるエッチング処理への対応としては、垂直性のエッチングに適した堆積性を持つラジカル量を制御するためのプロセスウィンドウが十分ではない。
【0008】
また、特許文献２に開示されたエッチング処理においては、高周波ＲＦバイアス電力がローカルチャージを引き起こし、ハードマスク材およびシリコン基板の側面が負に帯電してしまう。このため、イオンの軌道が曲げられ、シリコン基板の側面に入射するイオンが増えてしまい、エッチングが横方向に進行するサイドエッチングという現象が発生する。特許文献２に開示されたエッチング処理においては、エッチングの垂直性が損なわれる問題が考慮されていない。
【0009】
本発明の目的は、プロセス条件を制御することによって、垂直性のエッチングを実現することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記の課題を解決するために、代表的な本発明のプラズマ処理方法の一つは、Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎを形成するプラズマ処理方法において、プラズマによりシリコンをエッチングする第一の工程と、シリコン元素を含有する堆積膜をマスクに堆積させる第二の工程と、プラズマにより、エッチング形状が垂直となるように前記シリコンをエッチングする第三の工程と、ＳｉＯを含有する堆積膜をマスクに堆積させる第四の工程とを有し、前記第一の工程ないし前記第四の工程を所定の回数、繰り返し、前記第三の工程のプラズマは、第一のパルスにより変調された高周波電力により生成され、前記第三の工程は、第二のパルスにより変調された高周波電力を前記シリコンを基板とする試料に供給しながら行われ、前記第三の工程における前記第一のパルスの周波数は、前記第三の工程における前記第二のパルスの周波数より高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、プロセス条件を制御することによって、垂直性のエッチングを実現することが可能となる。上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。なお、こ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、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号を付して説明する場合がある。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号を付して説明する場合がある。
図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。
【0014】
また、「パルス変調」（以下、「パルスにより変調」ともいう。）とは、出力がある場合をオン、出力がない場合をオフとし、オンとオフを所定の周波数で繰り返すものである。所定の周波数のことを、「パルス周波数」、「パルスの周波数」や「繰り返し周波数」ともいう。デューティー比は、オンの期間とオフの期間の和、すなわち繰り返しの一周期に対する、オンの期間の比である。
また、「Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ」とは、シリコン基板等をエッチングすることによって形成された素子分離用の溝のことをいう。
また、「Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ」とは、シリコン基板等をエッチングすることによって形成された素子分離用の溝のことをいう。
【0015】
以下、本願発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理方法が実施されるプラズマ処理装置を示す図である。
【0016】
＜第１実施形態＞
（プラズマ処理装置）
プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理が行われる真空処理室１０１を備える。真空処理室１０１内には下部電極１０３が設けられ、下部電極１０３にはウエハ１０２を保持するためのウエハ載置面が設けられている。マイクロ波透過窓１０４は、真空処理室１０１内を気密に保ちつつ、石英などのマイクロ波を透過する材料によって構成されている。マグネトロン（以下、「プラズマ発生装置」ともいう。）１０６から発生したマイクロ波は、導波管１０５を通じてマイクロ波透過窓１０４を透過し、真空処理室１０１内に伝播する。また、ソレノイドコイル１０７は、真空処理室１０１の周りに設けられ、真空処理室１０１内に磁場を発生させる。下部電極１０３は、接続された静電吸着電源１０８から電圧を印加され、ウエハ１０２とウエハ載置面との間に静電力を発生させる。この発生された静電力によって、ウエハ１０２は、ウエハ載置面に固定される。
（プラズマ処理装置）
プラズマ処理装置１００は、プラズマ処理が行われる真空処理室１０１を備える。真空処理室１０１内には下部電極１０３が設けられ、下部電極１０３にはウエハ１０２を保持するためのウエハ載置面が設けられている。マイクロ波透過窓１０４は、真空処理室１０１内を気密に保ちつつ、石英などのマイクロ波を透過する材料によって構成されている。マグネトロン（以下、「プラズマ発生装置」ともいう。）１０６から発生したマイクロ波は、導波管１０５を通じてマイクロ波透過窓１０４を透過し、真空処理室１０１内に伝播する。また、ソレノイドコイル１０７は、真空処理室１０１の周りに設けられ、真空処理室１０１内に磁場を発生させる。下部電極１０３は、接続された静電吸着電源１０８から電圧を印加され、ウエハ１０２とウエハ載置面との間に静電力を発生させる。この発生された静電力によって、ウエハ１０２は、ウエハ載置面に固定される。
【0017】
マグネトロン駆動電源（以下、「プラズマ生成用電源」ともいう。）１１３は、プラズマを生成するための高周波電力（以下、「プラズマ生成用電力」ともいう。）をマグネトロン１０６に供給する。プラズマ生成用電力は、第一のパルスにより変調された高周波電力ともいう。また、基板バイアス電源１０９は、試料である基板に供給されるバイアス電力を下部電極１０３に供給する。バイアス電力は、第二のパルスにより変調された高周波電力ともいう。マグネトロン駆動電源１１３と基板バイアス電源１０９は、電力制御部１１４によって制御される。
【0018】
さらに、ウエハ搬入口１１０は、真空処理室１０１にウエハ１０２を搬入し又はそこから搬出するための開口部である。ガス供給口１１１は、真空処理室１０１に供給されるガスが導通する開口部である。
【0019】
なお、プラズマ処理装置１００には真空排気装置も設けられている。真空排気装置は、真空処理室１０１を減圧して所望の圧力にし、プラズマ処理の過程において発生する反応生成物を真空処理室１０１から排気する機能を有する。
【0020】
次に、プラズマ処理装置１００を用いてプラズマ処理をする場合の処理を説明する。プラズマ処理装置１００は、プラズマを生成するための高周波電力と試料にバイアスを印加するためのバイアス電力を用いて、試料にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法を行う。最初に、真空処理室１０１の内部を減圧した後、エッチングガスをガス供給口１１１から真空処理室１０１内に供給し、真空処理室１０１内を所望の圧力に調整する。
【0021】
続いて、静電吸着電源１０８により直流電圧を数百Ｖ印加することで、ウエハ１０２を下部電極１０３の上のウエハ載置面に静電吸着させる。その後、マグネトロン駆動電源１１３からプラズマ生成用電力を供給されたときに、マグネトロン１０６は、周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振する。このマイクロ波は、導波管１０５を通じて真空処理室１０１内に伝播される。プラズマ生成用電力が供給されないときは、マグネトロン１０６はマイクロ波を発振しない。
【0022】
真空処理室１０１内には、ソレノイドコイル１０７によって磁場が発生させられており、この磁場と、発振されたマイクロ波の相互作用により、真空処理室１０１内に高密度のプラズマ１１２が生成される。
【0023】
プラズマ１１２が生成された後、基板バイアス電源１０９から下部電極１０３にバイアス電力が供給される。バイアス電力の供給によってプラズマ中のイオンがウエハへ入射するエネルギーが制御され、ウエハ１０２のエッチング処理が制御される。
【0024】
そして、マグネトロン１０６に供給されるプラズマ生成用電力をパルス変調することで、パルスプラズマを発生させる。パルスプラズマは、プラズマ生成用電力の出力があるオンの場合と出力がないオフの場合を繰り返すことでプラズマの解離を制御し、ラジカルの解離状態やイオン密度を制御するものである。この方式では、パルス変調されたプラズマに関するパルス周波数およびデューティー比が制御パラメータとなる。これらの制御パラメータにより生じるプラズマを、パルスプラズマともいう。
【0025】
また、基板バイアス電源１０９の出力もパルス変調されており、パルス周波数およびデューティー比を制御でき、パルス変調されたバイアス電力を下部電極１０３に印加することができる。プラズマ生成用電力あるいはバイアス電力は、電力制御部１１４によって制御される。
【0026】
なお、プラズマ処理装置１００の仕様条件に合わせて、プラズマ生成用電力のデューティー比は１０％～９０％の範囲内で適宜変更でき、またバイアス電力のデューティー比は２％～９０％の範囲内で適宜変更できる。通常は、プラズマ生成用電力がオンの時のみ、バイアス電力がオンされるように制御される。
【0027】
また、プラズマ処理装置１００の仕様条件に合わせて、プラズマ生成用電力のパルス周波数は１００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲内で適宜変更でき、バイアス電力のパルス周波数は１００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲内で適宜変更できる。
【0028】
（プラズマ生成用電力とバイアス電力のパルス変調）
従来技術において、プラズマ生成用電力とバイアス電力の両方をパルス変調した場合のアンダーカットの生成について、詳細な分析はされていなかった。そこで、発明者は、プラズマ生成用電力およびバイアス電力のいずれもパルス変調した場合に、アンダーカットの発生について検討した。
従来技術において、プラズマ生成用電力とバイアス電力の両方をパルス変調した場合のアンダーカットの生成について、詳細な分析はされていなかった。そこで、発明者は、プラズマ生成用電力およびバイアス電力のいずれもパルス変調した場合に、アンダーカットの発生について検討した。
【0029】
（プラズマ処理）
以下、Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎを形成するプラズマ処理方法を説明する。図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理方法が行われる様子を示す模式図である。図２（ａ）はプラズマ処理をする前のシリコン基板２０１の断面の一部を模式的に示す図である。図２（ａ）に示されるように、シリコン基板２０１の初期構造は、シリコン基板２０１の上にマスク２０２が形成された構造である。マスク２０２は所定間隔の間隙を有するパターンが形成されており、隣り合うマスク２０２の間隙の間隔ｗ１は、ＳＴＩ形成工程に用いる場合は２０ｎｍ以下であり、例えば１０ｎｍ程度である。ＳＴＩ形成工程において、シリコン基板２０１は１３０ｎｍ程度エッチングされ、アスペクト比６．５程度のトレンチが形成される。なお、本実施形態において、マスク２０２はハードマスクが想定されているが、マスクの種類はこれに限定されない。
以下、Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎを形成するプラズマ処理方法を説明する。図２は、第１実施形態に係るプラズマ処理方法が行われる様子を示す模式図である。図２（ａ）はプラズマ処理をする前のシリコン基板２０１の断面の一部を模式的に示す図である。図２（ａ）に示されるように、シリコン基板２０１の初期構造は、シリコン基板２０１の上にマスク２０２が形成された構造である。マスク２０２は所定間隔の間隙を有するパターンが形成されており、隣り合うマスク２０２の間隙の間隔ｗ１は、ＳＴＩ形成工程に用いる場合は２０ｎｍ以下であり、例えば１０ｎｍ程度である。ＳＴＩ形成工程において、シリコン基板２０１は１３０ｎｍ程度エッチングされ、アスペクト比６．５程度のトレンチが形成される。なお、本実施形態において、マスク２０２はハードマスクが想定されているが、マスクの種類はこれに限定されない。
【0030】
図２（ｂ）は、シリコン基板２０１のエッチングが進行する様子を示す図である。ここでは、マスク２０２の間隙によって規定されるシリコン基板２０１の部分がエッチングされ、トレンチｔｒが形成される。処理条件としては、例えばハロゲンガスを含む混合ガスが用いられ、圧力は０．５Ｐａ以下とする。
【0031】
図２（ｃ）は、シリコン基板２０１のエッチングがさらに進行した様子を示す図である。ここでは、トレンチｔｒの領域ｒ１の部分がシリコン基板２０１の主面に平行な方向にエッチングされ、ネック形状が生じている。このようなネック形状が生じることを、アンダーカットが発生するという。マスク２０２の間隙の幅ｗ１とし、トレンチｔｒの幅のうちの最も広い幅ｗ２としたとき、アンダーカット量はｗ２－ｗ１として評価することが可能である。
【0032】
（パルス変調とアンダーカットの関係）
図３は、プラズマ生成用電力をパルス変調した場合におけるパルス周波数とアンダーカット量の関係を示す図である。なお、電力値は９００Ｗ、デューティー比は４０％に設定されている。
図３は、プラズマ生成用電力をパルス変調した場合におけるパルス周波数とアンダーカット量の関係を示す図である。なお、電力値は９００Ｗ、デューティー比は４０％に設定されている。
【0033】
ここでは、パルス周波数が大きくなるにつれて、アンダーカット量が小さくなる傾向が示されている。アンダーカット量は１ｎｍ程度に抑えられれば良好なトレンチの形状を得ることができるところ、パルス周波数が１３００Ｈｚ以上の場合にアンダーカット量が１ｎｍ以下に抑えられている。
【0034】
また、図４は、バイアス電力をパルス変調した場合におけるパルス周波数とアンダーカット量の関係を示す図である。なお、電力値は２５Ｗ、デューティー比は２％に設定されている。
【0035】
ここでは、パルス周波数が小さくなるにつれて、アンダーカット量が小さくなる傾向が示されている。また、パルス周波数が５００Ｈｚ以下の場合にアンダーカット量が１ｎｍ程度以下に抑えられている。
【0036】
（作用・効果）
以上に説明したように、発明者は、プラズマ生成用電力とバイアス電力のいずれもパルス変調することによって、アンダーカットが抑えられることを見いだすことができた。プラズマ生成用電力のパルス周波数は、バイアス電力のパルス周波数よりも大きく、パルス変調をする指標としては、プラズマ生成用電力のパルス周波数は１３００Ｈｚ以上、バイアス電力のパルス周波数は５００Ｈｚ以下、とするとトレンチ形状の観点では良好な結果を得ることができた。このように、第１実施形態においては、プラズマ生成用電力とバイアス電力のいずれもパルス変調することによって、垂直性のエッチングを実現することができる。
以上に説明したように、発明者は、プラズマ生成用電力とバイアス電力のいずれもパルス変調することによって、アンダーカットが抑えられることを見いだすことができた。プラズマ生成用電力のパルス周波数は、バイアス電力のパルス周波数よりも大きく、パルス変調をする指標としては、プラズマ生成用電力のパルス周波数は１３００Ｈｚ以上、バイアス電力のパルス周波数は５００Ｈｚ以下、とするとトレンチ形状の観点では良好な結果を得ることができた。このように、第１実施形態においては、プラズマ生成用電力とバイアス電力のいずれもパルス変調することによって、垂直性のエッチングを実現することができる。
【0037】
＜第２実施形態＞
（プラズマのアフターグロー放電の状態）
図５は、第１実施形態において得られた、バイアス電力とウエハ上の飽和イオン電流の関係を模式的に示す図である。実線はバイアス電力を示し、一点鎖線は飽和イオン電流を示す。飽和イオン電流は縦軸を任意の値とし、時間を示す横軸をバイアス電力の横軸と重ねて表示した。期間ｐ１およびｐ３はバイアス電力の出力がオンである期間を示し、期間ｐ２はバイアス電力の出力がオフである期間を示す。期間ｐ１およびｐ３において、飽和イオン電流が上昇しており、プラズマが生成されていることが示唆されている。一方、期間ｐ２においては、飽和イオン電流が減少するものの、続くオンの期間まで完全に消滅していない様子が示唆されている。
（プラズマのアフターグロー放電の状態）
図５は、第１実施形態において得られた、バイアス電力とウエハ上の飽和イオン電流の関係を模式的に示す図である。実線はバイアス電力を示し、一点鎖線は飽和イオン電流を示す。飽和イオン電流は縦軸を任意の値とし、時間を示す横軸をバイアス電力の横軸と重ねて表示した。期間ｐ１およびｐ３はバイアス電力の出力がオンである期間を示し、期間ｐ２はバイアス電力の出力がオフである期間を示す。期間ｐ１およびｐ３において、飽和イオン電流が上昇しており、プラズマが生成されていることが示唆されている。一方、期間ｐ２においては、飽和イオン電流が減少するものの、続くオンの期間まで完全に消滅していない様子が示唆されている。
【0038】
ここで、発明者は、第１実施形態においては、プラズマ生成用電力がオフの期間であっても、プラズマが消滅するまでに残されていたラジカルが反応に用いられているということを推察した。従来から、プラズマ生成用電力をオフにしてからプラズマが消滅するまでの間には、プラズマの解離度が低下した状態であるアフターグロー放電の状態が発生することが知られている。ここで、プラズマによるエッチングプロセスについて考察する。
【0039】
プラズマ生成用電力がオンの期間では、処理ガスと電子の衝突頻度が高くなりガスの解離が進む。この場合、プラズマ中のラジカルは、比較的、付着係数が大きいラジカルが大半を占めようになる。付着係数が大きいと、ラジカルは最初に衝突した面に付着しやすくなる。このため、シリコン基板２０１のプラズマに面した上面側のトレンチ部分にはラジカルが付着しやすくエッチングが進行する一方で、トレンチ奥側にはラジカルが到達しにくくエッチングが進まないことになると考えられる。
【0040】
一方、プラズマ生成用電力がオフの期間でアフターグロー放電の状態では、ガスと電子の衝突頻度が減少し、解離が進んでいない状態のガスの割合が大きくなる。プラズマの消失が進みプラズマ密度が低下してくると、電子とラジカルの衝突頻度はいっそう減少する。この場合、プラズマ中に含まれるラジカルは、比較的、付着係数が小さい種類のラジカルが大半を占めるようになる。付着係数が小さいラジカルは、最初に衝突した面に付着せずに、トレンチ奥まで到達する場合が増加する。トレンチの深さ方向でエッチング量の偏りが抑えられるので、シリコン基板２０１の面方向に対して垂直な方向の形状をもつトレンチが得られやすくなると考えられる。
【0041】
発明者は、上述のような考察を行い、第１実施形態においてアンダーカット量が抑えられた要因のひとつとして、アフターグロー放電の状態が活用できたためではないかと推察した。そこで、発明者は、アフターグロー放電の状態を効果的に活用するために、パルス変調の最適な条件を見いだすことにした。なお、第１実施形態と対応する構成には同じ符号を付し、説明は省略する。
【0042】
（プラズマ生成用電力のパルス変調）
発明者は、プラズマ生成用電力をオフにしてから、概ね０．５ｍｓでプラズマが実質的に消滅することを観測した。ガスの種類、ガスの圧力、磁場の有無等の諸条件によって値は異なるものの、消滅するまでの時間に有意な差はなかった。そのため、アフターグロー放電の状態の残存時間を０．５ｍｓとして、以降の検討を進めた。
発明者は、プラズマ生成用電力をオフにしてから、概ね０．５ｍｓでプラズマが実質的に消滅することを観測した。ガスの種類、ガスの圧力、磁場の有無等の諸条件によって値は異なるものの、消滅するまでの時間に有意な差はなかった。そのため、アフターグロー放電の状態の残存時間を０．５ｍｓとして、以降の検討を進めた。
【0043】
垂直方向のエッチングに寄与する付着係数が小さいラジカルを多く生成するためには、アフターグロー放電の状態の延べ時間を最大化する必要がある。表１は、パルス信号のデューティー比を４０％としたときのパルス信号のオンの期間とオフの期間の計算結果を示し、またアフターグロー放電の状態の期間とした０．５ｍｓとを対比させて表示する。ここに示されるように、１３００Ｈｚ以上でプラズマ生成用電力のオフの期間は０．４６ｍｓとなり、アフターグロー放電が消滅する０．５ｍｓよりも短くなる。言い換えると、プラズマ生成用電力を変調するための第一のパルスのオフ時間は、アフターグロー放電が消滅するまでの時間より短い。このため、デューティー比を４０％かつパルス周波数を１３００Ｈｚとしてプラズマ生成用電力をパルス変調する場合、プラズマ生成用電力のオフの期間全体をアフターグローの状態が占めることとなり、付着係数の小さいラジカルを効率的に生成できる。なお、パルス周波数とデューティー比の関係は上記の値に限定されない。ここに示したような考察を行うことで、アフターグロー放電の状態の期間に基づいて、パルス周波数とデューティー比を調整することができる。
【0044】
【表1】
【0045】
パルス周波数とアフターグロー放電の期間の関係を視覚的に示す。図６は、デューティー比を４０％かつパルス周波数を１３００Ｈｚとした場合のプラズマ生成用電力とプラズマ密度の関係を模式的に示す図である。また、図７は、デューティー比を４０％かつパルス周波数を１１００Ｈｚとした場合のプラズマ生成用電力とプラズマ密度の関係を模式的に示す図である。ここで、プラズマ密度は、縦軸を任意の単位で示し、プラズマ生成電力との関係を説明するためにグラフに重ねて表示されている。
【0046】
図６に示されるように、プラズマ生成用電力のオンの期間においてプラズマ密度が上昇して飽和する一方、オフの期間においてプラズマ密度が減少するアフターグロー放電の状態が発生する。プラズマ生成用電力のオフの期間の長さは０．４６ｍｓであり、アフターグロー放電の状態の期間０．５０ｍｓよりも短い。言い換えると、プラズマ生成用電力を変調するための第一のパルスのオフ時間は、アフターグロー放電が消滅するまでの時間より短い。したがって、プラズマ生成用電力がオフとなった期間すべてをアフターグロー放電の状態で占めることができ、付着係数の小さいラジカルを効率的に生成できる。
【0047】
また、図７に示されるように、プラズマ生成用電力のオフの期間の長さは０．５５ｍｓであり、アフターグローの状態の期間０．５ｍｓよりも長い。この場合には、パルス電力がオフの期間中にアフターグロー放電の状態が消滅する。そうすると、ガスと電子の衝突頻度がさらに低下しガスの解離が進まず、供給時の状態のままのガスが増えてくる。ラジカルが生成されないため、エッチングが進行しにくい状態になる。
【0048】
なお、プラズマ生成用電力のデューティー比を４０％に設定したため、アフターグロー放電の状態を最大化するためのプラズマ生成用電力のパルス周波数は１３００Ｈｚ以上となったが、パルス周波数はプラズマ生成用電力のデューティー比に合わせて設定される。例えばプラズマ生成用電力のデューティー比を２０％にした場合、周波数を一定とすると、４０％と比較してオフの時間が大きくなる。このためアフターグローの状態を最大化できる周波数の下限値は、１００Ｈｚ単位でパルス周波数を変化させる場合、高周波電力のデューティー比が４０％の時より高い周波数である１７００Ｈｚとなる。このように、例えば１０％から９０％の間に設定されたデューティー比に応じて、アフターグロー放電の状態を最大化できるプラズマ生成用電力のパルス周波数を、１００Ｈｚ単位でパルス周波数を変更させる場合、３００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲内にする。
【0049】
（バイアス電力のパルス変調）
プラズマ中に存在するほとんどのイオンは、バイアス電力により加速されてウエハに対し垂直方向に入射し、アスペクト比が高いトレンチの底面や微細パターンの底面まで達すると想定される。このため、マスク２０２の側面、またシリコン基板２０１のトレンチの側面に到達するイオンは少ないと考えられる。一方、電子は、さまざまな入射角を持ち等方的にウエハに入射するため、トレンチの底面や微細パターンの底面まで達することはイオンと比較して少ないと想定される。このため、電子は、マスク２０２の側面やシリコン基板２０１に形成されたトレンチの側面に到達して、シリコン基板に蓄積した局所的な電荷であるローカルチャージを引き起こす。このローカルチャージによってイオンの軌道が曲げられると、イオンは側面にも入射するようになりシリコン基板２０１へのサイドエッチング量が多くなり、アンダーカットやボーイング等の異常形状を発生させる原因となっている。
プラズマ中に存在するほとんどのイオンは、バイアス電力により加速されてウエハに対し垂直方向に入射し、アスペクト比が高いトレンチの底面や微細パターンの底面まで達すると想定される。このため、マスク２０２の側面、またシリコン基板２０１のトレンチの側面に到達するイオンは少ないと考えられる。一方、電子は、さまざまな入射角を持ち等方的にウエハに入射するため、トレンチの底面や微細パターンの底面まで達することはイオンと比較して少ないと想定される。このため、電子は、マスク２０２の側面やシリコン基板２０１に形成されたトレンチの側面に到達して、シリコン基板に蓄積した局所的な電荷であるローカルチャージを引き起こす。このローカルチャージによってイオンの軌道が曲げられると、イオンは側面にも入射するようになりシリコン基板２０１へのサイドエッチング量が多くなり、アンダーカットやボーイング等の異常形状を発生させる原因となっている。
【0050】
このようなローカルチャージによるサイドエッチングを抑制するために、バイアス電力のパルス周波数を低くすることが有効である。パルス周波数が高いほど、１回の立ち上がり・立ち下がりにおける電流の継続時間は短くなる。そのため、パルス周波数が高すぎると、マスク２０２やシリコン基板２０１の側面に蓄積した電荷をウエハ１０２から下部電極１０３まで移動させるのに十分な期間の電流を発生させられなくなる。ウエハ表面の電荷が下部電極１０３へと抜け、ウエハに蓄積した電荷が除去されるまでにサブｍｓからｍｓのオーダーの時間が必要となることから、十分に電荷を下部電極１０３まで移動させるには、バイアス電力の出力がオフとなる時間がｍｓのオーダーとなる必要となる。
【0051】
本実施形態では、デューティー比を２％としたバイアス電力を用いている。表２に算出するように、パルス出力がオフとなる時間を１．０ｍｓより大きくなるようにするには、パルス周波数を９００Ｈｚ以下に設定することが望ましい。言い換えると、バイアス電力を変調するための第二のパルスのオフ時間は、ローカルチャージが除去される時間より長いことが望ましい。
【0052】
【表2】
【0053】
なお、バイアス電力のデューティー比を２％に設定したため、ローカルチャージを解消するのに必要なパルス周波数は９００Ｈｚ以下となったが、パルス周波数の値はデューティー比の設定によって異なる。例えばデューティー比を５０％にした場合、２％の場合と比較して、パルス出力がオフになる期間の比が小さくなる。このため、電荷を電極まで移動させるために必要な時間とするための周波数は、５００Ｈｚ以下の周波数とすればよい。このようにデューティー比の値によって電荷を電極まで移動させるために必要な時間は異なることから、２％～９０％以下の範囲内のデューティー比に対し、パルス周波数はそれぞれ１００Ｈｚ～９００Ｈｚの範囲内にすることが望ましい。
【0054】
【表3】
【0055】
（作用・効果）
発明者は、本実施形態では、パルス変調をする指標として、アフターグローの状態を最大化するためにプラズマ生成用電力のパルス周波数をデューティー比の設定に応じて３００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲内とし、シリコン基板のローカルチャージを解消するためにバイアス電力のパルス周波数をデューティー比の設定に応じて１００Ｈｚ～９００Ｈｚの範囲内とすることを見いだした。また、プラズマ生成用電力のパルス周波数は、より高周波にすることでパルス出力がオフとなる期間が短くなりアフターグローの状態を維持することが容易となる。
発明者は、本実施形態では、パルス変調をする指標として、アフターグローの状態を最大化するためにプラズマ生成用電力のパルス周波数をデューティー比の設定に応じて３００Ｈｚ～２０００Ｈｚの範囲内とし、シリコン基板のローカルチャージを解消するためにバイアス電力のパルス周波数をデューティー比の設定に応じて１００Ｈｚ～９００Ｈｚの範囲内とすることを見いだした。また、プラズマ生成用電力のパルス周波数は、より高周波にすることでパルス出力がオフとなる期間が短くなりアフターグローの状態を維持することが容易となる。
【0056】
また、バイアス電力のパルス周波数は、より低周波数にすることで、パルスオフの期間を長くできローカルチャージで蓄積した電荷をウエハ１０２から下部電極１０３まで移動させるのに有効となる。このことから、プラズマ生成用高周波電力を変調するための第一のパルスの周波数は、高周波バイアスを変調するための第二のパルスの周波数より高く、プラズマ生成用高周波電力を変調するための第一のパルスのデューティー比は、高周波バイアスを変調するための第二のパルスのデューティー比より大きいことが望ましいと考えられる。
【0057】
以上に説明したように、本実施形態によれば、プラズマ生成用電力とバイアス電力をパルス変調するときにデューティー比を適切に設定することによって、プラズマのアフターグローの状態を処理に用いることができ、垂直性のエッチングを実現することができる。
【0058】
＜第３実施形態＞
発明者は、第１実施形態および第２実施形態の検討の結果を踏まえて、ＳＴＩ形成工程を提案する。なお、第１実施形態および第２実施形態と対応する構成には同じ符号を付し、説明は省略する。
発明者は、第１実施形態および第２実施形態の検討の結果を踏まえて、ＳＴＩ形成工程を提案する。なお、第１実施形態および第２実施形態と対応する構成には同じ符号を付し、説明は省略する。
【0059】
（ＳＴＩの形成方法）
以下に、ＳＴＩの形成方法を説明する。図８は、ＳＴＩの形成方法のフローチャートを示す図である。ここに示されるフローチャートは、ＳＴＩを形成するのに必要なマスクが形成された状態のウエハ１０２に行われる。
以下に、ＳＴＩの形成方法を説明する。図８は、ＳＴＩの形成方法のフローチャートを示す図である。ここに示されるフローチャートは、ＳＴＩを形成するのに必要なマスクが形成された状態のウエハ１０２に行われる。
【0060】
第一の工程Ｓ１１において、プラズマにより、シリコンをエッチングする。第一の工程においては、真空処理室１０１内にウエハのエッチングに適したハロゲンガスを含む混合ガスを供給してプラズマを発生させ、プラズマによりシリコンを基板とする試料がエッチングされる。
【0061】
第二の工程Ｓ１２において、シリコン元素を含有する堆積膜をマスクに堆積させる。第二の工程においては、真空処理室１０１内にＳｉＣｌ４を含む混合ガスを供給し、マスク上にシリコン元素を含有する堆積膜を形成する。
【0062】
第三の工程Ｓ１３において、プラズマにより、エッチング形状が垂直となるようにシリコンをエッチングする。第三の工程Ｓ１３においては、真空処理室１０１内にウエハのエッチングに適したハロゲンガスを含む混合ガスを供給してプラズマを発生させ、プラズマによりパターンへのアンダーカットを防ぎながらウエハを垂直方向にエッチングする。
【0063】
第四の工程Ｓ１４において、ＳｉＯを含有する堆積膜をマスクに堆積させる。第四の工程Ｓ１４において、真空処理室１０１内にＯ２を含む混合ガスを供給し、マスクと第二の工程で堆積させた堆積膜の表面を酸化させ、酸化膜を形成する。
【0064】
第一の工程ないし第四の工程を所定の回数、繰り返し、トレンチの深さがＳＴＩを形成するのに必要となる所定の深さかどうか判断し、所定の深さになるまでエッチング処理を繰り返す（工程Ｓ１５）。第一の工程から第四の工程を所定の回数、繰り返す工程をＦｉｎ－ＦＥＴのＳＴＩを形成するＳＴＩ形成工程という。
【0065】
なお、第三の工程Ｓ１３のプラズマは、第一のパルスにより変調された高周波電力（以下、「プラズマ生成用電力」ともいう。）により生成され、第三の工程Ｓ１３は、第二のパルスにより変調された高周波電力（以下、「バイアス電力」ともいう。）をシリコンを基板とする試料に供給しながら行われる。
【0066】
（ＳＴＩを形成方法の時のウエハの模式図）
より具体的に、ＳＴＩを形成する工程を説明する。なお、本実施形態において、ウエハ１０２としてシリコン基板を例にとって説明しているが、本発明はこれに限定されない。ウエハ１０２としてシリコン基板以外の材料で形成された基板を用いてもよいし、またシリコン基板上に半導体構造を形成したあとに本実施形態のプラズマ処理をするようにしてもよい。
より具体的に、ＳＴＩを形成する工程を説明する。なお、本実施形態において、ウエハ１０２としてシリコン基板を例にとって説明しているが、本発明はこれに限定されない。ウエハ１０２としてシリコン基板以外の材料で形成された基板を用いてもよいし、またシリコン基板上に半導体構造を形成したあとに本実施形態のプラズマ処理をするようにしてもよい。
【0067】
図９は、ＳＴＩ形成工程が行われる前のシリコン基板２０１の一部を模式的に示す図である。ここに示されるように、シリコン基板２０１の初期構造は、シリコン基板２０１の上にマスク２０２が形成された構造である。マスク２０２は所定間隔にパターニングされており、隣り合うマスク２０２の間隔ｗ１は、２０ｎｍ以下であり、例えば１０ｎｍ程度である。ＳＴＩの形成を通じて、シリコン基板は１３０ｎｍ程度エッチングされ、アスペクト比６．５程度のトレンチが形成される。なお、マスク２０２の材料および膜厚は適宜選択することができる。本実施形態においては、シリコン基板２０１をエッチングするためシリコンとの選択比、マスク上に形成される層、マスク上に行われるアッシングなどの条件を考慮して選択する。
【0068】
続いて、図８に示されるＳＴＩの形成工程が行われる。ここで、表４に、ＳＴＩ形成工程に含まれる各工程におけるプラズマ生成用電源１１３と基板バイアス電源１０９の設定条件の一例を示す。第一の工程Ｓ１１と第三の工程Ｓ１３は、プラズマ生成用電源１１３と基板バイアス電源１０９のいずれもパルス変調をする。第二の工程Ｓ１２と第四の工程Ｓ１４は、プラズマ生成用電源１１３の出力はオンのままのＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）動作をし、基板バイアス電源１０９はパルス変調をする。
【0069】
【表4】
【0070】
図１０は、第一の工程Ｓ１１を実行した場合のシリコン基板２０１の一部を模式的に示す図である。第一の工程Ｓ１１でマスク２０２を形成した初期構造を持つシリコン基板２０１に第一の工程Ｓ１１に係るエッチングを行うことにより、マスク２０２の間隙によって規定された部分にトレンチｔｒを形成する。処理条件としてハロゲンガスを含む混合ガスを用い、圧力を０．５Ｐａ以下とすることが望ましい。表１に示される例では、圧力を０．４５Ｐａとした。
【0071】
第一の工程Ｓ１１は、パルス変調されたバイアス電力をウエハ１０２が載置されている下部電極１０３に供給しながら行われる。またプラズマを生成するためのプラズマ生成用電力を変調するための第一のパルスのデューティー比は、下部電極１０３に供給されたバイアス電力を変調するための第二のパルスのデューティー比より大きいことが好ましい。
【0072】
表４に示されるように、プラズマ生成用電源１１３は、電力値を１２００Ｗとする。また、プラズマ生成用電源１１３から出力される高周波電力を変調するための第一のパルスは、デューティー比を３５％、パルス周波数を２０００Ｈｚとする。基板バイアス電源１０９は、電力値を３８０Ｗとする。また、基板バイアス電源１０９から出力される高周波電力を変調するための第二のパルスは、デューティー比を２５％、パルス周波数を２０００Ｈｚとする。プラズマ生成用電力とバイアス電力のいずれもパルスによる変調がされた。なお、表４に示される他の値について説明すると、第一の工程Ｓ１１における第一のパルスのデューティー比（３５％）は、第一の工程Ｓ１１における第二のパルスのデューティー比（２５％）より大きい。第三の工程Ｓ１３における第二のパルスの周波数（１００Ｈｚ）は、第一の工程Ｓ１１における第二のパルスの周波数（２０００Ｈｚ）より低い。第三の工程Ｓ１３における第二のパルスのデューティー比（２％）は、第一の工程Ｓ１１における第二のパルスのデューティー比（２５％）より小さい。第二の工程Ｓ１２における第二のパルスの周波数（１００Ｈｚ）は、第一の工程Ｓ１１における第二のパルスの周波数（２０００Ｈｚ）より低い。第二の工程Ｓ１２における第二のパルスのデューティー比（５％）は、第一の工程Ｓ１１における第二のパルスのデューティー比（２５％）より小さい。
【0073】
ここで、第一の工程をプラズマ生成用電力とバイアス電力をパルス変調させる工程とすることで、プラズマ電力がオフの時にエッチング中に発生した反応生成物が真空排気装置を介して排気されるため、マスク２０２とシリコン基板２０１に反応生成物が付着し堆積物となることを抑制することができる。また、ガス圧力を低くする場合、エッチング中の反応生成物はいっそう減少させることが可能である。このため、反応生成物によってエッチングが妨げられることが抑制されるため、シリコン基板の垂直方向のエッチングを進行させることができる。
【0074】
図１１は、第二の工程Ｓ１２を実行した場合のシリコン基板２０１の一部を模式的に示す図である。第二の工程において、ＳｉＣｌ４ガスが供給されＳｉＣｌ４ガスを用いてプラズマが生成され、マスク２０２の上面にシリコン元素を含むシリコン系の堆積膜２０３が形成される。マスク２０２上面に堆積膜２０３が設けられることによって、その後シリコン基板２０１を更に深くエッチングする際、マスク２０２の上面および側面のダメージを抑えることができ、マスクが有するパターンの崩壊を防ぐことができる。なお、第二の工程Ｓ１２においては、プラズマ中に含まれるＣｌイオンのサイズが大きく、トレンチｔｒ内に堆積膜が堆積するのを抑える働きをする。このため、マスク２０２以外の箇所に堆積膜は堆積しうるもののその量は影響を無視できるほど少ないため、図１１においては考慮されていない。このことは、後述の第四の工程Ｓ１４における酸化膜２０４についても同様であり、プラズマ中にＣｌイオンが含まれるようにしている。
【0075】
表４に示されるように、プラズマ生成用電源１１３は、電力値を１２００Ｗとし、パルス変調はしない。基板バイアス電源１０９は、電力値を６０Ｗ、デューティー比を５％、パルス周波数を１００Ｈｚとする。
【0076】
図１２は、第三の工程Ｓ１３を実行した場合のシリコン基板２０１の一部を模式的に示す図である。ここでは、トレンチｔｒは、シリコン基板２０１に垂直な方向に形成されている。第三の工程の処理条件として、真空処理室１０１内にシリコン基板のエッチングに適したハロゲンガスを含む任意の混合ガスを用いる。なお、ハロゲンガスとして、例えばフッ素ガスは反応性が高いため、多く利用される。
【0077】
表４に示されるように、プラズマ生成用電源１１３は、電力値を９００Ｗとする。プラズマ生成用電源１１３から出力されるプラズマ生成用電力を変調するための第一のパルスは、デューティー比を４０％、パルス周波数を１８００Ｈｚとする。基板バイアス電源１０９は、電力値を５０Ｗとする。基板バイアス電源１０９から出力される高周波電力を変調するための第二のパルスは、デューティー比を２％、パルス周波数を１００Ｈｚとする。
【0078】
また、第一の工程Ｓ１１と同様にプラズマ生成用電力とバイアス電力をパルス変調することで、プラズマ電力がオフの時にエッチング中に発生した反応生成物が真空排気装置を介して排気され、マスク２０２とシリコン基板２０１に付着する堆積物を抑制することができる。さらに、ガス圧力を低くすることでエッチング中の反応生成物は減少し、シリコン基板を垂直方向にエッチングすることができる。
【0079】
図１３は、第四の工程Ｓ１４を実行した場合のシリコン基板２０１の一部を模式的に示す図である。第四の工程Ｓ１４では、ＡｒとＯ２を含む混合ガスを供給し、マスク２０２と第二の工程Ｓ１２で生成した堆積膜２０３の表面を酸化させて酸化膜２０４を形成する。図１３に示すように、酸化膜２０４を堆積膜２０３上に設けることで、シリコン基板を更に深くエッチングする際、よりマスク２０２の上面および側面のダメージを抑えることができ、マスク２０２のパターンが損傷を受けることを防ぐことができる。なお、酸化膜２０４は、ＳｉＯを含有するがこれに限定されない。ＳｉＯ２を含むこととしてもよいし、そのほかの酸化物を含むこととしてもよい。
【0080】
表４に示されるように、プラズマ生成用電源１１３は、電力値を７００Ｗとし、パルス変調はしない。基板バイアス電源１０９は、電力値を６０Ｗ、デューティー比を２５％、パルス周波数を１０００Ｈｚとする。
【0081】
図１４は、第一の工程Ｓ１１から第四の工程Ｓ１４が繰り返され、トレンチｔｒが所定の深さｄ１までエッチングされた場合のシリコン基板の一部を模式的に示す図である。ここでトレンチｔｒは、ＳＴＩ形成工程を通じて、深さｄ１がＳＴＩを形成するのに必要となる値まで到達できた。
【0082】
なお、本実施形態では、第一の工程Ｓ１１から第四の工程Ｓ１４を６回繰り返してエッチングを行い、それによりトレンチの深さを１３０ｎｍとした。なお、本実施形態ではトレンチの深さが１３０ｎｍとなるまでエッチング処理したが、これに限らずＦｉｎを形成できる所定の深さまでエッチング処理すれば足りる。トレンチの深さと製造条件、ＳＴＩ形成工程の繰り返し回数を予め調べておき、所定の回数だけＳＴＩ形成工程をした場合にトレンチが所望の深さとなることを対応付けておくこともできる。
【0083】
図１５は、第一の工程Ｓ１１から第四の工程Ｓ１４が繰り返し行われる様子を模式的に示した図である。第一の工程Ｓ１１において、トレンチｔｒが形成される。第二の工程Ｓ１２において、マスク２０２上に堆積膜２０３が形成される。第三の工程Ｓ１３において、エッチング形状が垂直となるようにエッチングが行われる。第四の工程Ｓ１４において、堆積膜２０３に酸化膜２０４を形成する。第一の工程Ｓ１１に戻ると、マスク２０２上に形成された堆積膜２０３および酸化膜２０４がエッチングされる。第一の工程Ｓ１１は、堆積膜２０３および酸化膜２０４がエッチングされる程度の時間だけ行われるように設定されている。第一の工程Ｓ１１から第四の工程Ｓ１４までの工程を、トレンチが所定の深さｄ１になるまで行う。本実施形態では、第一の工程から第四の工程までを６回繰り返すことで、トレンチｔｒの深さｄ１を１３０ｎｍにすることができた。
【0084】
（作用・効果）
図１６は、比較例としてのエッチング工程におけるシリコン基板２０１の一部を模式的に示す図である。ここでは、エッチング工程におけるトレンチ形状が不良の場合を示す。図１６（ａ）はアンダーカットが生じる場合である。アンダーカットは、等方性のエッチングの影響が強く生じた場合に起こると考えられる。一方、図１６（ｂ）は、付着係数が大きいラジカルによってエッチングが進行した場合に生じる形状である。付着係数が大きいと、ラジカルは最初に衝突した面に付着しやすくなる。シリコン基板２０１のプラズマに面した上面側のトレンチ部分に付着しエッチングが進行する一方、トレンチ奥側にはラジカルが付着しにくくエッチングが進まない。また、トレンチが高アスペクト比の形状を有する場合、トレンチ奥側にはラジカルが侵入しにくくなる。そのため、トレンチ奥側になるにつれてエッチングが進まず、あたかもトレンチ側壁が太るような形状になり、図１６（ｂ）に示されるようにシリコン基板２０１のトレンチｔｒがテーパ形状になる。
図１６は、比較例としてのエッチング工程におけるシリコン基板２０１の一部を模式的に示す図である。ここでは、エッチング工程におけるトレンチ形状が不良の場合を示す。図１６（ａ）はアンダーカットが生じる場合である。アンダーカットは、等方性のエッチングの影響が強く生じた場合に起こると考えられる。一方、図１６（ｂ）は、付着係数が大きいラジカルによってエッチングが進行した場合に生じる形状である。付着係数が大きいと、ラジカルは最初に衝突した面に付着しやすくなる。シリコン基板２０１のプラズマに面した上面側のトレンチ部分に付着しエッチングが進行する一方、トレンチ奥側にはラジカルが付着しにくくエッチングが進まない。また、トレンチが高アスペクト比の形状を有する場合、トレンチ奥側にはラジカルが侵入しにくくなる。そのため、トレンチ奥側になるにつれてエッチングが進まず、あたかもトレンチ側壁が太るような形状になり、図１６（ｂ）に示されるようにシリコン基板２０１のトレンチｔｒがテーパ形状になる。
【0085】
これに対し、本実施形態においては、第三の工程において付着係数が抑えられたラジカルがエッチングに用いられている。これにより、図１２に示すように、トレンチｔｒの形状を良好に保ちつつ、垂直方向のエッチングをすることが可能となる。
【0086】
また、本実施形態においては、第四の工程において、マスク２０２上の堆積膜２０３に酸化膜２０４を形成している。これによって、トレンチｔｒを深くエッチングする間にも堆積膜２０３やマスク２０２がエッチングされて損傷を受けることを防止することができる。
【0087】
以上に説明したように、本実施形態によれば、付着係数の小さい種類のラジカルを用いるプロセス条件を設定することによって、垂直性のエッチングを実現することができる。
【0088】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態における構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態における構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【符号の説明】
【0089】
１０１ 真空処理室
１０２ ウエハ
１０３ 下部電極
１０４ マイクロ波透過窓
１０５ 導波管
１０６ マグネトロン
１０７ ソレノイドコイル
１０８ 静電吸着電源
１０９ 基板バイアス電源
１１０ ウエハ搬入口
１１１ ガス供給口
１１２ プラズマ
１１３ プラズマ生成用電源
１１４ 電力制御部
２０１ シリコン基板
２０２ マスク
２０３ 堆積膜
２０４ 酸化膜
１０２ ウエハ
１０３ 下部電極
１０４ マイクロ波透過窓
１０５ 導波管
１０６ マグネトロン
１０７ ソレノイドコイル
１０８ 静電吸着電源
１０９ 基板バイアス電源
１１０ ウエハ搬入口
１１１ ガス供給口
１１２ プラズマ
１１３ プラズマ生成用電源
１１４ 電力制御部
２０１ シリコン基板
２０２ マスク
２０３ 堆積膜
２０４ 酸化膜
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】