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JP6423643B2 - 多層膜をエッチングする方法 - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、多層膜をエッチングする方法に関するものである。
半導体装置の一種として、３次元構造を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリデバイスが知られている。３次元構造を有するＮＡＮＤ型フラッシュメモリデバイスの製造においては、誘電率の異なる二つの層が交互に設けられることによって構成される多層膜のエッチングを行って、当該多層膜に深いホールを形成する工程が行われる。このようなエッチングについては、下記の特許文献１に記載されている。
具体的に、特許文献１には、多層膜上に窒化シリコン製のマスクを有する被処理体を、ＣＨ２Ｆ２ガス、及びＮＦ３ガスを含む処理ガスのプラズマに晒すことによって、当該多層膜のエッチングを行う方法が記載されている。
米国特許出願公開第２０１３／００５９４５０号明細書
上述した多層膜のエッチングにおいては、ホールといったスペースが多層膜の積層方向に高い直進性をもって、即ち高い垂直性をもって被処理体の全領域において形成される必要がある。しかしながら、特許文献１に記載された方法では、被処理体の径方向の一部領域においてスペースの垂直性が損なわれることがある。
したがって、被処理体の一部領域におけるスペースの垂直性の劣化を抑制することが要請されている。
一態様においては、多層膜をエッチングする方法が提供される。多層膜は、互いに異なる誘電率を有し、且つ、交互に積層された第１の膜及び第２の膜を含む。この方法は、（ａ）プラズマ処理装置の処理容器内に、多層膜及び該多層膜上に設けられたマスクを有する被処理体を準備する工程と、（ｂ）プラズマ処理装置の処理容器内においてプラズマを発生させて多層膜をエッチングする工程（以下、「エッチング工程」という）と、を含む。エッチング工程では、被処理体の中央領域に向けてガスを供給するための第１の供給部及び当該中央領域の外側の領域にガスを供給するための第２の供給部から、水素ガス、臭化水素ガス、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、フルオロハイドロカーボンガス、及びフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスを供給し、第１の供給部及び第２の供給部のうち一方から、炭化水素ガス及びフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスを更に供給し、第１の処理ガス及び第２の処理ガスを励起させる。
上記方法では、フルオロカーボンガスに由来するフルオロカーボンを含む保護膜が、エッチングによって形成されたスペースを画成する多層膜の側壁面に形成される。また、炭化水素ガスに由来する水素が過剰な厚みの保護膜の形成を抑制する。これにより、マスクの開口の縮小を抑制し、且つ、多層膜に形成されるスペースの垂直性を向上させている。また、上記方法では、第１の供給部及び第２の供給部のうち一方から炭化水素ガス及びフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスを供給する。したがって、第１の処理ガスの供給のみでは多層膜に形成されるスペースの垂直性が劣化し得る被処理体の一部領域においても、マスクの開口の縮小を抑制し、且つ、スペースの垂直性を向上させることが可能である。
一形態では、第１の供給部は、第２の処理ガスを供給してもよい。一形態では、第２の供給部は、第２の処理ガスを供給してもよい。
一形態では、フルオロカーボンガスは、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、又はＣ４Ｆ８ガスであってもよい。一形態では、フルオロハイドロカーボンガスは、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、又はＣＨＦ３ガスであってもよい。一形態では、フッ素含有ガスは、ＮＦ３又はＳＦ６であってもよい。一形態では、炭化水素ガスは、ＣＨ４であってもよい。
一形態では、第１の膜は酸化シリコン膜であり、第２の膜は窒化シリコン膜であってもよい。一形態では、第１の膜は酸化シリコン膜であり、第２の膜はポリシリコン膜であってもよい。一形態では、第１の膜と第２の膜は、合計２４層以上積層されていてもよい。
更に、一形態では、マスクは、アモルファスカーボン製であってもよい。
以上説明したように、被処理体の一部領域におけるスペースの垂直性の劣化を抑制することが可能となる。
一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。 工程ＳＴ１において準備されるウエハの一例を示す図である。 プラズマ処理装置の一例を概略的に示す図である。 工程ＳＴ２においてエッチングされている状態のウエハを示す図である。 実験例及び比較実験例において求めた傾斜角を説明するための図である。 実験例及び比較実験例において求めた中心線のずれ量を説明するための図である。 実験例及び比較実験例において求めた傾斜角及び中心線のずれ量を示す表である。
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、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。
図１は、一実施形態に係る多層膜をエッチングする方法を示す流れ図である。図１に示す方法ＭＴは、例えば、３次元構造を有するＮＡＮＤフラッシュメモリの製造に用いることができるものであり、工程ＳＴ１及び工程ＳＴ２を含んでいる。
工程ＳＴ１は、被処理体（以下、「ウエハＷ」という）を準備する工程である。図２は、工程ＳＴ１において準備されるウエハＷの一例を示す図である。図２に示すウエハＷは、下地層ＵＬ、多層膜ＩＬ、及び、マスクＭＳＫを有する。下地層ＵＬは、基板上に設けられた多結晶シリコン製の層であり得る。この下地層ＵＬ上には、多層膜ＩＬが設けられている。多層膜ＩＬは、誘電率の異なる二つの誘電体膜ＩＬ１及びＩＬ２が交互に積層された構造を有している。一実施形態では、誘電体膜ＩＬ１は酸化シリコン膜であり、誘電体膜ＩＬ２は窒化シリコン膜であり得る。別の一実施形態では、誘電体膜ＩＬ１は酸化シリコン膜であり、誘電体膜ＩＬ２はポリシリコン膜であり得る。誘電体膜ＩＬ１の厚みは、例えば、５ｎｍ〜５０ｎｍであり、誘電体膜ＩＬ２の厚みは、例えば、１０ｎｍ〜７５ｎｍである。誘電体膜ＩＬ１及びＩＬ２は、合計２４層以上積層されていてもよい。多層膜ＩＬ上には、マスクＭＳＫが設けられている。マスクＭＳＫは、多層膜ＩＬにホールといったスペースを形成するためのパターンを有している。マスクＭＳＫは、例えば、アモルファスカーボン製であり得る。或いは、マスクＭＳＫは、有機ポリマーから構成されていてもよい。
再び図１を参照する。方法ＭＴの工程ＳＴ１では、ウエハＷがプラズマ処理装置の処理容器内に準備される。一例においては、プラズマ処理装置は容量結合型プラズマ処理装置であり得る。以下、方法ＭＴの実施に用いることが可能なプラズマ処理装置の一例について説明する。図３は、プラズマ処理装置の一例を概略的に示す図であり、当該プラズマ処理装置の縦断面における構造を示している。
図３に示すプラズマ処理装置１０は、容量結合型プラズマエッチング装置であり、略円筒状の処理容器１２を備えている。処理容器１２の内壁面は、陽極酸化処理されたアルミニウムから構成されている。この処理容器１２は保安接地されている。
処理容器１２の底部上には、絶縁材料から構成された略円筒状の支持部１４が設けられている。支持部１４は、処理容器１２内において、処理容器１２の底部から鉛直方向に延在している。支持部１４は、処理容器１２内に設けられた載置台ＰＤを支持している。具体的には、図３に示すように、支持部１４は、当該支持部１４の内壁面において載置台ＰＤを支持し得る。
載置台ＰＤは、その上面においてウエハＷを保持する。載置台ＰＤは、下部電極１６及び支持部１８を含み得る。下部電極１６は、例えばアルミニウムといった金属から構成されており、略円盤形状をなしている。この下部電極１６の上面の上には、支持部１８が設けられている。
支持部１８は、ウエハＷを支持するものであり、ベース部１８ａ及び静電チャック１８ｂを含んでいる。ベース部１８ａは、例えばアルミニウムといった金属製から構成されており、略円盤形状をなしている。ベース部１８ａは、下部電極１６上に設置されており、下部電極１６に電気的に接続されている。静電チャック１８ｂは、ベース部１８ａの上に設けられている。静電チャック１８ｂは、導電膜である電極を一対の絶縁層又は絶縁シート間に配置した構造を有している。静電チャック１８ｂの電極には、直流電源２２が電気的に接続されている。この静電チャック１８ｂは、直流電源２２からの直流電圧により生じたクーロン力等の静電力によりウエハＷを吸着保持することができる。
支持部１８のベース部１８ａの周縁部上には、ウエハＷの周縁及び静電チャック１８ｂを囲むようにフォーカスリングＦＲが配置されている。フォーカスリングＦＲは、エッチングの均一性を向上させるために設けられている。フォーカスリングＦＲは、エッチング対象の膜の材料によって適宜選択される材料から構成されており、例えば、石英から構成され得る。
ベース部１８ａの内部には、冷媒流路２４が設けられている。冷媒流路２４は、一実施形態に係る温調機構を構成している。冷媒流路２４には、外部に設けられたチラーユニットから配管２６ａ，２６ｂを介して所定温度の冷媒が循環供給される。このように循環される冷媒の温度を制御することにより、支持部１８上によって支持されたウエハＷの温度が制御される。
また、プラズマ処理装置１０には、ガス供給ライン２８が設けられている。ガス供給ライン２８は、伝熱ガス供給機構からの伝熱ガス、例えばＨｅガスを、静電チャック１８ｂの上面とウエハＷの裏面との間に供給する。
また、プラズマ処理装置１０は、上部電極３０を備えている。上部電極３０は、載置台ＰＤの上方において、当該載置台ＰＤと対向配置されている。下部電極１６と上部電極３０とは、互いに略平行に設けられている。これら上部電極３０と下部電極１６との間には、ウエハＷにプラズマ処理を行うための処理空間Ｓが画成されている。
上部電極３０は、絶縁性遮蔽部材３２を介して、処理容器１２の上部に支持されている。この上部電極３０は、電極板３４及び電極支持体３６を含み得る。電極板３４は、処理空間Ｓに面しており、複数の第１のガス吐出孔３４ａ１及び複数の第２のガス吐出孔３４ａ２を画成している。この電極板３４は、ジュール熱の少ない低抵抗の導電体又は半導体から構成され得る。
電極支持体３６は、電極板３４を着脱自在に支持するものであり、例えばアルミニウムといった導電性材料から構成され得る。この電極支持体３６は、水冷構造を有し得る。電極支持体３６の内部には、第１のガス拡散室３６ａ１及び第２のガス拡散室３６ａ２が形成されている。第１のガス拡散室３６ａ１は、ウエハＷの中央領域の上方、即ち、載置台ＰＤの中央領域の上方において延在する空洞であり、鉛直方向に視たときに略円形の平面形状を有する空洞である。また、第２のガス拡散室３６ａ２は、第１のガス拡散室３６ａ１から分離された空洞であり、第１のガス拡散室３６ａ１の外側において略環状に延在している。
第１のガス拡散室３６ａ１からは、複数の第１のガス吐出孔３４ａ１に連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。第２のガス拡散室３６ａ２からは、複数の第２のガス吐出孔３４ａ２に連通する複数のガス通流孔３６ｂが下方に延びている。第１のガス吐出孔３４ａ１は、載置台ＰＤの略中央領域に対向して配置されている。第１のガス吐出孔３４ａ１は、第１の供給部を構成している。即ち、第１の供給部は、ウエハＷの中央領域に向けてガスを供給するよう構成されている。また、第２のガス吐出孔３４ａ２は、第１のガス吐出孔３４ａ１の外側に配置されている。第２のガス吐出孔３４ａ２は、第２の供給部を構成している。即ち、第２の供給部は、ウエハＷの中央領域よりも外側の領域に向けてガスを供給するよう構成されている。
電極支持体３６には、第１のガス拡散室３６ａ１にガスを導くガス導入口３６ｃ１が形成されており、ガス導入口３６ｃ１には、ガス供給管３７が接続されている。また、電極支持体３６には、第２のガス拡散室３６ａ２にガスを導くガス導入口３６ｃ２が形成されており、ガス導入口３６ｃ２には、ガス供給管３８が接続されている。ガス供給管３７及びガス供給管３８には、フロースプリッタ３９が接続されている。このフロースプリッタ３９には、バルブ群４２及び流量制御器群４４を介して、ガスソース群４０が接続されている。
ガスソース群４０は、複数のガスソースを含んでいる。複数のガスソースは第１の処理ガスに含まれる複数種のガスのソースである。具体的に、ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、水素ガス（Ｈ２ガス）、臭化水素ガス（ＨＢｒガス）、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、フルオロハイドロカーボンガス、及びフルオロカーボンガスのソースである。フッ素含有ガスとしては、ＮＦ３ガス又はＳＦ６ガスが例示される。炭化水素ガスとしては、ＣＨ４ガスが例示される。フルオロハイドロカーボンガスとしては、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、又はＣＨＦ３ガスが例示される。フルオロカーボンガスとしては、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、又はＣ４Ｆ８ガスが例示される。なお、複数のガスソースは、Ａｒガスといった希ガス等の別のガスのソースを含んでいてもよい。
ガスソース群４０の複数のガスソースはそれぞれ、流量制御器群４４に含まれる対応の流量制御器及びバルブ群４２に含まれる対応のバルブを介して、フロースプリッタ３９に接続されている。したがって、ガスソース群４０の複数のガスソースからの第１の処理ガスは、フロースプリッタ３９によって分岐されて、第１のガス吐出孔３４ａ１及び第２のガス吐出孔３４ａ２から処理空間Ｓ内に吐出されるようになっている。なお、流量制御器群４４に含まれる流量制御器は、マスフローコントローラ（ＭＦＣ）であってもよく、ＦＣＳであってもよい。
また、ガス供給管３８には、バルブ群４３及び流量制御器群４５を介してガスソース群４１が接続されている。ガスソース群４１は、二つのガスソース、即ち、炭化水素ガスのソース及びフルオロカーボンガスのソースを含んでいる。炭化水素ガスとしては、ＣＨ４ガスが例示される。フルオロカーボンガスとしては、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、又はＣ４Ｆ８ガスが例示される。
ガスソース群４１の二つのガスソースはそれぞれ、流量制御器群４５に含まれる対応の流量制御器及びバルブ群４３に含まれる対応のバルブを介して、ガス供給管３８に接続されている。したがって、ガスソース群４１の二つのガスソースからの第２の処理ガスは、第２のガス吐出孔３４ａ２から処理空間Ｓ内に吐出されるようになっている。なお、ガスソース群４１は、バルブ群４３及び流量制御器群４５を介して、ガス供給管３７に接続されていてもよい。この場合には、第２の処理ガスは、第１のガス吐出孔３４ａ１から処理空間Ｓ内に吐出される。
図３に戻り、プラズマ処理装置１０は、接地導体１２ａを更に備え得る。接地導体１２ａは、略円筒状をなしており、処理容器１２の側壁から上部電極３０の高さ位置よりも上方に延びるように設けられている。
また、プラズマ処理装置１０では、処理容器１２の内壁に沿ってデポシールド４６が着脱自在に設けられている。デポシールド４６は、支持部１４の外周にも設けられている。デポシールド４６は、処理容器１２にエッチング副生物（デポ）が付着することを防止するものであり、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。
処理容器１２の底部側においては、支持部１４と処理容器１２の内壁との間に排気プレート４８が設けられている。排気プレート４８は、例えば、アルミニウム材にＹ２Ｏ３等のセラミックスを被覆することにより構成され得る。この排気プレート４８の下方において処理容器１２には、排気口１２ｅが設けられている。排気口１２ｅには、排気管５２を介して排気装置５０が接続されている。排気装置５０は、ターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有しており、処理容器１２内を所望の真空度まで減圧することができる。また、処理容器１２の側壁にはウエハＷの搬入出口１２ｇが設けられており、この搬入出口１２ｇはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
処理容器１２の内壁には、導電性部材（ＧＮＤブロック）５６が設けられている。導電性部材５６は、高さ方向においてウエハＷと略同じ高さに位置するように、処理容器１２の内壁に取り付けられている。この導電性部材５６は、グランドにＤＣ的に接続されており、異常放電防止効果を発揮する。なお、導電性部材５６はプラズマ生成領域に設けられていればよく、その設置位置は図３に示す位置に限られるものではない。
また、プラズマ処理装置１０は、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４を更に備えている。第１の高周波電源６２は、プラズマ生成用の第１の高周波電力を発生する電源であり、２７〜１００ＭＨｚの周波数、一例においては４０ＭＨｚの高周波電力を発生する。第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して下部電極１６に接続されている。整合器６６は、第１の高周波電源６２の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。なお、第１の高周波電源６２は、整合器６６を介して、上部電極３０に接続されていてもよい。
第２の高周波電源６４は、ウエハＷにイオンを引き込むための第２の高周波電力、即ち高周波バイアス電力を発生する電源であり、４００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの範囲内の周波数、一例においては３ＭＨｚの高周波電力を発生する。第２の高周波電源６４は、整合器６８を介して下部電極１６に接続されている。整合器６８は、第２の高周波電源６４の出力インピーダンスと負荷側（下部電極１６側）の入力インピーダンスを整合させるための回路である。
また、プラズマ処理装置１０は、直流電源部７０を更に備えている。直流電源部７０は、上部電極３０に接続されている。直流電源部７０は、負の直流電圧を発生し、当該直流電圧を上部電極３０に与えることが可能である。
また、一実施形態においては、プラズマ処理装置１０は、制御部Ｃｎｔを更に備え得る。この制御部Ｃｎｔは、プロセッサ、記憶部、入力装置、表示装置等を備えるコンピュータであり、プラズマ処理装置１０の各部を制御する。この制御部Ｃｎｔでは、入力装置を用いて、オペレータがプラズマ処理装置１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うことができ、また、表示装置により、プラズマ処理装置１０の稼働状況を可視化して表示することができる。さらに、制御部Ｃｎｔの記憶部には、プラズマ処理装置１０で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマ処理装置１０の各部に処理を実行させるためのプログラム、即ち、処理レシピが格納される。
具体的に、制御部Ｃｎｔは、流量制御器群４４及び流量制御器群４５に含まれる流量制御器、バルブ群４２及びバルブ群４３に含まれるバルブ、フロースプリッタ３９、排気装置５０に制御信号を送出し、工程ＳＴ２のエッチング時に第１の処理ガス及び第２の処理ガスが処理容器１２内に供給され、且つ、当該処理容器１２内の圧力が設定された圧力となるように、制御を実行する。
また、制御部Ｃｎｔは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４からの高周波電力が下部電極１６に供給されるよう、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４に制御信号を送出することができる。一実施形態では、制御部Ｃｎｔは、高周波電力のＯＮとＯＦＦがパルス状に切り換えられて下部電極１６に供給されるよう、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４に制御信号を送出することができる。また、制御部Ｃｎｔは、高周波電力がＯＮとなっている期間よりも絶対値の大きな負の直流電圧が、高周波電力がＯＦＦになっている期間に上部電極３０に印加されるよう、直流電源部７０に制御信号を送出することができる。なお、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮ及びＯＦＦの周波数は、例えば、１ｋＨｚ〜４０ｋＨｚである。ここで、高周波電力のＯＮ及びＯＦＦの周波数とは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力がＯＮの期間とＯＦＦの期間とからなる期間を１周期とする周波数である。また、１周期において高周波電力がＯＮの期間が占めるデューティー比は、例えば、５０％〜９０％である。また、直流電源部の直流電圧値の切り替えは、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮ及びＯＦＦの切り換えに同期され得る。
再び図１を参照して、方法ＭＴの説明を続ける。工程ＳＴ１では、プラズマ処理装置の処理容器内にウエハＷが準備される。プラズマ処理装置１０を用いる場合には、載置台ＰＤ上に配置されたウエハＷが静電チャック１８ｂによって吸着保持される。次いで、方法ＭＴでは、工程ＳＴ２が行われる。
工程ＳＴ２では、多層膜のエッチングが行われる。このため、工程ＳＴ２では、第１の処理ガスが第１の供給部及び第２の供給部の双方からプラズマ処理装置の処理容器内に供給され、第２の処理ガスが第１の供給部及び第２の供給部のうち一方から処理容器内に供給される。また、処理容器内の圧力が所定の圧力に設定される。プラズマ処理装置１０を用いる場合には、第１のガス吐出孔３４ａ１及び第２のガス吐出孔３４ａ２から第１の処理ガスが処理容器１２内に供給され、第１のガス吐出孔３４ａ１及び第２のガス吐出孔３４ａ２のうち一方から第２の処理ガスが処理容器１２内に供給される。また、排気装置５０が作動されることにより、処理容器１２内の空間の圧力が所定の圧力に設定される。
工程ＳＴ２で用いられる第１の処理ガスは、水素ガス（Ｈ２ガス）、臭化水素ガス（ＨＢｒガス）、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、フルオロハイドロカーボンガス、及びフルオロカーボンガスを含む。フッ素含有ガスとしては、ＮＦ３ガス又はＳＦ６ガスが例示される。炭化水素ガスとしては、ＣＨ４ガスが例示される。フルオロハイドロカーボンガスとしては、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、又はＣＨＦ３ガスが例示される。フルオロカーボンガスとしては、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、又はＣ４Ｆ８ガスが例示される。なお、第１の処理ガスは、Ａｒガスといった希ガス等の別のガスを更に含んでいてもよい。
また、工程ＳＴ２で用いられる第２の処理ガスは、炭化水素ガス及びフルオロカーボンガスを含む。炭化水素ガスとしては、ＣＨ４ガスが例示される。フルオロカーボンガスとしては、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、又はＣ４Ｆ８ガスが例示される。
また、工程ＳＴ２では、処理容器内に供給された処理ガスが励起される。プラズマ処理装置１０を用いる場合には、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４からの高周波電力が下部電極１６に与えられる。
工程ＳＴ２における各種条件は、例えば、以下に示される範囲内の条件に設定される。
・第１の処理ガス
Ｈ２ガスの流量：５０〜３００ｓｃｃｍ
ＨＢｒガスの流量：５〜５０ｓｃｃｍ
ＮＦ３ガスの流量：５０〜１００ｓｃｃｍ
ＣＨ４ガスの流量：５〜５０ｓｃｃｍ
ＣＨ２Ｆ２ガスの流量：４０〜８０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガスの流量：５〜２０ｓｃｃｍ
・第２の処理ガス
ＣＨ４ガスの流量：５〜５０ｓｃｃｍ
Ｃ４Ｆ８ガスの流量：５〜２０ｓｃｃｍ
・第１の高周波電源６２の高周波電力の周波数：２７〜１００ＭＨｚ
・第１の高周波電源６２の高周波電力：５００〜２７００Ｗ
・第２の高周波電源６４の高周波電力の周波数：０．４〜１３ＭＨｚ
・第２の高周波電源６４の高周波電力：１０００〜４０００Ｗ
・処理容器１２内の圧力：２．６６〜１３．３Ｐａ （２０〜１００ｍＴ）
また、一実施形態では、工程ＳＴ２において、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮとＯＦＦがパルス状に切り換えられてもよい。また、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮとＯＦＦの切り換えに同期させて、上述したように、上部電極３０に印加される負の直流電圧の絶対値の大小が切り換えられてもよい。この実施形態では、高周波電力がＯＮであるときにプラズマが生成され、高周波電力がＯＦＦであるときに、ウエハＷ直上のプラズマが消失する。また、高周波電力がＯＦＦであるときに上部電極３０に印加される負の直流電圧により、正イオンが上部電極３０に引き込まれて衝突する。これにより、上部電極３０から二次電子が放出される。放出された二次電子は、マスクＭＳＫを改質し、マスクＭＳＫのエッチング耐性を向上させる。また、二次電子は、ウエハＷの帯電状態を中和し、その結果、多層膜ＩＬに形成されたホール内へのイオンの直進性が高められる。なお、第１の高周波電源６２及び第２の高周波電源６４の高周波電力のＯＮとＯＦＦの切り換えに関する条件、及び、上部電極３０に印加される負の直流電圧の条件は、例えば、次の通りである。
・高周波電力のＯＮとＯＦＦの周波数：１〜４０ｋＨｚ
・一周期において高周波電力がＯＮの期間が占めるデューティー比：５０〜９０％
・高周波電力がＯＮの期間の負の直流電圧の絶対値：１５０〜５００Ｖ
・高周波電力がＯＦＦの期間の負の直流電圧の絶対値：３５０〜１０００Ｖ
この工程ＳＴ２では、第１の処理ガス及び第２の処理ガスが励起され、プラズマが発生する。そして、第１の処理ガスに含まれる分子又は原子の活性種にウエハＷが晒されることにより、図４に示すように、ウエハＷの多層膜ＩＬがエッチングされる。また、工程ＳＴ２のエッチング中には、フルオロカーボンガスに由来するフルオロカーボンを含む保護膜ＰＦが、エッチングによって形成されたスペースＳＰを画成する多層膜ＩＬの側壁面ＳＷに形成される。また、炭化水素ガスに由来する水素が過剰な厚みの保護膜ＰＦの形成を抑制する。これにより、マスクＭＳＫの開口の縮小を抑制し、且つ、多層膜ＩＬに形成されるスペースの垂直性を向上させている。また、工程ＳＴ２では、第１の供給部及び第２の供給部のうち一方から炭化水素ガス及びフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスを供給する。したがって、第１の処理ガスの供給のみでは多層膜ＩＬに形成されるスペースＳＰの垂直性が劣化し得るウエハＷの一部領域においても、マスクＭＳＫの開口の縮小を抑制し、且つ、スペースＳＰの垂直性を向上させることが可能である。
また、工程ＳＴ２で用いられる処理ガスには水素が含まれている。この水素によってマスクＭＳＫが改質される。その結果、工程ＳＴ２のエッチングの終了時まで、マスクの形状を維持することが可能となる。即ち、多層膜ＩＬのエッチングに関するマスク選択比を改善することが可能となる。
（実験例及び比較実験例）
以下、方法ＭＴを用いて行った実験例、及び比較のために行った比較実験例について説明する。
実験例では、図２に示したウエハＷに対して、プラズマ処理装置１０を用いて方法ＭＴを適用した。なお、第２の処理ガスは、第１のガス吐出孔３４ａ１から供給した。一方、比較実験例では、第２の処理ガスを供給せず、第１の処理ガスのみを複数の第１のガス吐出孔３４ａ１及び第２のガス吐出孔３４ａ２から供給して、ウエハＷの多層膜ＩＬのエッチングを行った。なお、比較実験例のエッチングにおける他の条件は、実験例のエッチングの条件と同様とした。
実験例のエッチングを適用したウエハＷ、及び比較実験例のエッチングを適用したウエハＷの双方について、エッチングにより形成されたスペースを含む多層膜ＩＬの断面画像を取得し、当該断面画像を用いてスペースの形状を観察した。具体的には、当該断面画像から、スペースＳＰの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄを求めた。傾斜角θは、図５に示すように、断面画像においてスペースＳＰを画成している一対のラインＬｓ間の中心線Ｌｐと当該スペースの上端開口の中心を垂直方向に通過する仮想線Ｌｉとがなす角度を求めることにより、得た。なお、一対のラインＬｓは、断面画像においてスペースＳＰを両側から画成している多層膜ＩＬの側壁面に対応している。また、中心線のずれ量Ｄは、図６に示すように、中心線Ｌｐと仮想線Ｌｉとの間の水平方向の距離Ｌｄを異なる数個の位置で求めて、求めた距離Ｌｄの３σを算出することにより、得た。また、傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄを、ウエハＷの径方向の中心、エッジ、及び、中心とエッジの中間のそれぞれの位置において求めた。
図７に、実験例及び比較実験例において求めた傾斜角θと中心線のずれ量Ｄとを示す。図７に示すように、比較実験例のエッチングによって形成されたスペースの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄはウエハ中の径方向の領域によって相当に異なっていた。これは、第１の処理ガスの供給のみでは、ウエハの一部領域においてスペースを画成する側壁面に十分な保護膜が形成されず、スペースに対して斜め方向に入射するイオンによって多層膜に形成された側壁面が水平方向に削られたことによるものと推測される。一方、実験例のエッチングによって形成されたスペースの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄは、比較実験例のエッチングによって形成されたスペースの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄよりも相当に小さく、且つ、スペースの傾斜角θ及び中心線のずれ量Ｄのウエハの径方向の領域による相違も小さくなっていた。このことから、第２の処理ガスをウエハＷの適宜の領域に向けて供給することにより、被処理体の一部領域におけるスペースの垂直性の劣化を抑制することが可能であることが確認された。
以上、実施形態について説明してきたが、上述した実施形態に限定されることなく種々の変形態様を構成可能である。例えば、プラズマ処理装置は、容量結合型プラズマ処理装置に限定されるものではなく、誘導結合型プラズマ処理装置であってもよく、或いは、マイクロ波を導波管及びアンテナを介して処理容器内に導入してプラズマを形成するプラズマ処理装置であってもよい。
１０…プラズマ処理装置、１２…処理容器、１６…下部電極、３０…上部電極、６２…第１の高周波電源、６４…第２の高周波電源、Ｃｎｔ…制御部、Ｗ…ウエハ、ＭＳＫ…マスク、ＩＬ…多層膜、ＩＬ１…誘電体膜、ＩＬ２…誘電体膜、ＳＰ…スペース、ＳＷ…側壁面、ＰＦ…保護膜。

Claims (9)

  1. 互いに異なる誘電率を有し、且つ、交互に積層された第１の膜及び第２の膜を含む多層膜をエッチングする方法であって、前記第１の膜は酸化シリコン膜であり、前記第２の膜は窒化シリコン膜又はポリシリコン膜であり、該方法は、
    プラズマ処理装置の処理容器内に、前記多層膜及び該多層膜上に設けられたマスクを有する被処理体を準備する工程と、
    前記プラズマ処理装置の前記処理容器内においてプラズマを発生させて前記多層膜をエッチングする工程と、
    を含み、
    前記多層膜をエッチングする前記工程では、前記被処理体の中央領域に向けてガスを供給するための第１の供給部及び前記中央領域の外側の領域にガスを供給するための第２の供給部から、水素ガス、臭化水素ガス、フッ素含有ガス、炭化水素ガス、フルオロハイドロカーボンガス、及びフルオロカーボンガスを含む第１の処理ガスを供給し、前記第１の供給部及び前記第２の供給部のうち一方から、炭化水素ガス及びフルオロカーボンガスを含む第２の処理ガスを更に供給し、前記第１の処理ガス及び前記第２の処理ガスを励起させる、
    方法。
  2. 前記第１の供給部が前記第２の処理ガスを供給する、請求項１に記載の方法。
  3. 前記第２の供給部が前記第２の処理ガスを供給する、請求項１に記載の方法。
  4. 前記フルオロカーボンガスは、Ｃ３Ｆ８ガス、Ｃ４Ｆ６ガス、又はＣ４Ｆ８ガスである、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
  5. 前記フルオロハイドロカーボンガスは、ＣＨ２Ｆ２ガス、ＣＨ３Ｆガス、又はＣＨＦ３ガスである、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
  6. 前記フッ素含有ガスは、ＮＦ３又はＳＦ６である、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。
  7. 前記炭化水素ガスは、ＣＨ４である、請求項１〜６の何れか一項に記載の方法。
  8. 前記第１の膜と前記第２の膜は、合計２４層以上積層されている、請求項１〜７の何れか一項に記載の方法。
  9. 前記マスクは、アモルファスカーボン製である、請求項１〜８の何れか一項に記載の方法。
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