JP2008166513A - キャパシタ電極の製造方法、エッチング方法およびエッチングシステム、ならびに記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】所望のエッチングレートを確保しつつリーニングの問題を本質的に解消することができるキャパシタ電極の製造方法を提供すること。
【解決手段】ウエハ上に形成されたシリコン酸化膜をエッチングしてホールを形成する工程と、ホールの内面に導電体膜を成膜する工程と、シリコン酸化膜を除去して前記導電体膜を露出させてキャパシタ電極とする工程とを有するキャパシタ電極の製造方法において、シリコン酸化膜を除去して前記導電体膜を露出させる工程は、薬液を用いたウエットプロセスにより前記シリコン酸化膜を途中まで除去した後、ガスを用いたドライプロセスによりシリコン酸化物の残部を除去することにより行われる。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上に形成されたシリコン酸化膜をエッチングしてホールを形成し、ホールの内壁に導電体膜を形成し、シリコン酸化膜を除去して前記導電体膜を露出させてキャパシタ電極とするキャパシタ電極の製造方法、それに用いるエッチング方法およびエッチングシステム、ならびにエッチング方法を行わせるためのプログラムを記憶した記憶媒体に関する。

近時、半導体デバイスの高集積化にともなってパターンサイズが著しく微細化しており、例えば、ＤＲＡＭの製造工程においては、円筒形状（シリンダ型）に形成されるキャパシタ電極は益々細くなり、かつ、その高さはキャパシタンスを増加させるために益々高くなってきている。

このようなシリンダ型のキャパシタ電極を製造する場合、まず、あらかじめ基板に形成したＢＰＳＧ膜などのシリコン酸化膜にストレージノードホールをパターン形成させる。そして、このストレージノードホールの内面にＴｉＮ、ポリシリコンなどの導電性材料を成膜し、円筒形状のキャパシタ電極を形成する。その後、キャパシタ電極の周りに残存するシリコン酸化膜をエッチングにより除去する。この残存するシリコン酸化膜のエッチングは、従来、高いエッチングレートが得られることから、バッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ；Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｏｘｉｄｅ Ｅｔｃｈａｎｔ）や希フッ酸（ＤＨＦ；Ｄｉｌｕｔｅｄ Ｈｙｄｒｏ Ｆｌｕｏｒｉｃ ａｃｉｄ）などの薬液をエッチング液として用いた湿式エッチングが一般に採用されている。

しかしながら、上述のようにシリンダ型のキャパシタ電極は細くかつ高いものであるため、シリコン酸化膜を湿式エッチングしてこのキャパシタ電極を露出させる場合には、エッチング液を除去して乾燥する際に、キャパシタ電極同士がエッチング液の表面張力により引っ張られ、キャパシタ電極の倒れ、いわゆるリーニング（ｌｅａｎｉｎｇ）が発生してしまう。

このようなリーニングの問題を解消するために、特許文献１には、希フッ酸に界面活性剤を添加したものをエッチング液として用いて乾燥時の表面張力を低下させる技術、および隣接するキャパシタ電極の間にＳｉＮ等の窒化膜からなる支持膜を形成する技術が開示されている。

しかしながら、エッチング液に界面活性剤を添加してもエッチング液が除去される際の張力がある程度低減されるに過ぎず、その効果は限定的であり、リーニングの問題を根本的に解決するものではない。また、支持膜を形成する方法は窒化膜を形成する工程が付加されることとなり、スループットの低下および製造コスト上昇につながる。加えて、エッチング液により支持膜がエッチングされ、その効果が不十分になるおそれもある。

このような表面張力に起因するリーニングの問題は、ドライプロセスでは本質的に発生しないが、上述のようにキャパシタ電極の高さが極めて高くなっていることから、従来のドライプロセスではエッチングに時間がかかり現実的ではない。
特開２００５−３２８０６７号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、所望のエッチングレートを確保しつつリーニングの問題を本質的に解消することができるキャパシタ電極の製造方法、それに用いるエッチング方法およびエッチングシステムを提供することを目的とする。
また、このようなエッチング方法を実行させる制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板上に形成されたシリコン酸化膜をエッチングしてホールを形成する工程と、前記ホールの内壁に導電体膜を形成する工程と、前記シリコン酸化膜を除去して前記導電体膜を露出させてキャパシタ電極とする工程とを有するキャパシタ電極の製造方法であって、前記シリコン酸化膜を除去して前記導電体膜を露出させる工程は、薬液を用いたウエットプロセスにより前記シリコン酸化膜を途中まで除去した後、ガスを用いたドライプロセスにより前記シリコン酸化物の残部を除去することにより行われることを特徴とするキャパシタ電極の製造方法を提供する。

上記第１の観点において、前記シリコン酸化膜としてはＢおよびＰの少なくとも一方を含むものを用いることができる。また、前記ドライプロセスは、ＨＦを含むガスを用い、プラズマレスで行うことができる。さらに、前記ウエットプロセスは、バッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）を含む処理液を用いて行うことができる。さらにまた、前記ドライプロセスの後、基板を加熱する工程をさらに有することができる。さらにまた、前記キャパシタ電極の典型例としてシリンダ型を挙げることができる。さらにまた、前記ドライプロセスは、減圧下で行うことができる。

本発明の第２の観点では、基板上のシリコン酸化膜に形成されたホールの内壁に導電体膜を形成した後に、前記導電体膜を露出させるために前記シリコン酸化膜をエッチングするエッチング方法であって、薬液を用いたウエットプロセスにより前記シリコン酸化膜を途中まで除去した後、ガスを用いたドライプロセスにより前記シリコン酸化物の残部を除去することを特徴とするエッチング方法を提供する。

上記第２の観点において、前記シリコン酸化膜としてはＢおよびＰの少なくとも一方を含むものを用いることができる。また、前記ドライプロセスは、ＨＦを含むガスを用い、プラズマレスで行うことができる。さらに、前記ウエットプロセスは、バッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）を含む処理液を用いて行うことができる。さらにまた、前記ドライプロセスの後、基板を加熱するようにすることができる。さらにまた、前記エッチング後に残存する導電体によりシリンダ型のキャパシタ電極が形成されるものとすることができる。さらにまた、前記ドライプロセスは、減圧下で行うことができる。

本発明の第３の観点では、基板上のシリコン酸化膜に形成されたホールの内壁に導電体膜を形成した後に、前記導電体膜を露出させるために前記シリコン酸化膜をエッチングするエッチングシステムであって、前記シリコン酸化膜を薬液によるウエットプロセスで除去するウエットエッチング装置と、前記シリコン酸化膜をガスによるドライプロセスで除去するドライエッチング装置と、前記ウエットエッチング装置により前記シリコン酸化膜を途中まで除去した後、前記ドライエッチング装置により前記シリコン酸化物の残部を除去するように制御する制御部とを具備することを特徴とするエッチングシステムを提供する。

上記第３の観点において、前記シリコン酸化膜としてはＢおよびＰの少なくとも一方を用いることができる。また、前記ドライエッチング装置は、基板を収容するチャンバーと、チャンバー内にドライエッチングのためのガスを供給するガス供給機構とを有するものとすることができる。さらに、前記ドライエッチング装置は、ガスとしてＨＦを含むガスを用い、プラズマレスでドライエッチングを行うものとすることができる。さらにまた、前記ウエットエッチングのための薬液としてバッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）を含む処理液を用いることができる。さらにまた、前記ドライプロセスの後、基板を加熱する加熱装置をさらに具備するものとすることができる。さらにまた、前記ドライエッチング装置は、チャンバー内を減圧する減圧機構をさらに有し、前記ドライエッチングプロセスを減圧下で行うものとすることができる。

本発明の第４の観点によれば、コンピュータ上で動作し、エッチングシステムを制御する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、請求項８から請求項１４のいずれかのエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチングシステムを制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体を提供する。

本発明によれば、キャパシタ電極を形成した後にシリコン酸化膜をエッチングする際に、途中までウエットプロセスで行い、その後ドライプロセスで行うので、キャパシタ電極のリーニングが発生しない高さまでウエットプロセスでエッチングを行った後、ドライプロセスでエッチングするといったことが可能となり、所望のエッチングレートを確保しつつリーニングの問題を本質的に解消することが可能となる。

特に、ドライプロセスをＨＦを含むガスを用いてプラズマレスで行うことにより、下地にプラズマダメージを与えることなく高いエッチングレートを得ることができ、より高いエッチングレートで、良好なエッチング特性を得ることができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。ここでは、ＤＲＡＭの製造工程の一部として実施されるキャパシタ電極の製造工程の一例について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るキャパシタ電極の製造工程を示すフローチャート、図２は各工程を説明するための工程断面図である。

まず、被処理体として、図２の（ａ）に示す、半導体ウエハ（以下単にウエハと記す）Ｗの表面にシリコン酸化膜としてＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化膜２００が形成され、このシリコン酸化膜２００に、円柱形状のストレージノードホール２０１がウエハＷの表面のストレージノード２０２に達するようにパターン形成されたものを準備する（ステップ１）。このようなＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化膜２００としては、ＢとＰの両方を含むＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）膜、Ｂを含むＢＳＧ（Boro Silicate Glass）膜、Ｐを含むＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）膜を挙げることができる。以下、このようなシリコン酸化膜としてＢＰＳＧを用いた場合を例に取って説明する。なお、ストレージノードホール２０１は、ウエハＷの表面にＢＰＳＧ膜２００を形成した後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て形成することができる。

次に、図２の（ｂ）に示すように、ストレージノードホール２０１の内面に、キャパシタ電極となる、ＴｉＮやポリシリコン等の導電体膜２０３を円筒状に成膜する（ステップ２）。この際の成膜には、この分野において適用可能ないずれの成膜方法をも採用することができ、例えば、ＣＶＤを採用することができる。

その後、導電体膜２０３の周囲に残存するＢＰＳＧ膜２００をエッチングにより除去する。
その際に、本実施形態においては、最初に、図２の（ｃ）に示すように、ウエットプロセスによりＢＰＳＧ膜２００の途中までエッチング除去する（ステップ３）。この際には、導電体膜２０３にリーニングが生じない程度の支持部が残存するような高さまでエッチングを行う。このウエットプロセスにおいては、エッチング液としてバッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）を含む処理液のような従来公知の薬液を用いることができる。このような処理液としては、バッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）を単体で使用してもよいが、これら以外に界面活性剤やその他の薬液を混合して用いてもよい。このウエットプロセスにより、従来と同様の高エッチングレートでＢＰＳＧ膜２００をエッチングすることができるが、スループットの観点からはできるだけこのウエットプロセスを多くすることが好ましく、リーニングが発生しない限界までウエットプロセスを行うことが好ましい。ただし、プロセスマージンの観点からは多少の余裕をもつことが好ましい。

このようなウエットプロセスを行った後、図２の（ｄ）に示すように、ＢＰＳＧ膜の残部をドライプロセスによりエッチングして完全に除去し、導電体膜２０３を完全に露出させ、各ストレージノード２０２に対応した円筒形状のキャパシタ電極２０４が得られる（ステップ４）。

この際のドライプロセスによるエッチングとしては、通常行われているプラズマによるドライエッチングを用いることもできるが、ＨＦを含むガスを用いたプラズマレスエッチングを行うことが好ましい。これにより、ＢＰＳＧ膜を高エッチングレートで選択的にエッチングすることができる。また、プラズマレスであるため、キャパシタ電極２０４や下地にダメージを及ぼさないというメリットも得られる。ＢＰＳＧ膜２００は水分を吸着するのでこの水分の存在下でＨＦガスが供給されて、これらが反応することにより、高いエッチングレートが得られるものと考えられる。ＢＳＧ膜やＰＳＧ膜を用いた場合でも、これらは水分を吸着するので同様に水分とＨＦとの反応により高いエッチングレートでエッチングすることができる。ＨＦを含むガスとしては、ＨＦガス単独であってもよいし、ＨＦガスとＮ_２ガスやＡｒガス等の不活性ガスを混合したものであってもよい。さらに、他のエッチングガスを含んでいてもよい。

以上のようにＢＰＳＧ膜２００をエッチング除去した後、必要に応じてステップ４のドライエッチングで生成した反応生成物の除去を目的として加熱処理を行う（ステップ５）。

このようにしてキャパシタ電極２０４を製造した後は、キャパシタ電極２０４の表面に絶縁膜を成膜し、さらにキャパシタ電極２０４に相対する対向キャパシタ電極を形成することにより、ＤＲＡＭの構成要素であるキャパシタが形成される。この場合に、絶縁膜としては、例えば遷移金属酸化膜、希土類酸化膜などの誘電率の高い、いわゆるＨｉｇｈ−ｋ膜を用いることが好ましい。

次に、このようなキャパシタ電極の製造工程の中で、本発明の特徴部分となる、シリコン酸化膜であるＢＰＳＧ膜のエッチングを行うエッチングシステムの一例について具体的に説明する。図３は、このようなエッチングシステムの概略構成を示す模式図である。

このエッチングシステム１０は、シリコン酸化膜であるＢＰＳＧ膜を薬液によるウエットプロセスで除去するウエットエッチング装置１１と、 ＢＰＳＧ膜をガスによるドライプロセスで除去するドライエッチング装置１２と、これらの間でウエハＷをキャリアＣに収納した状態で搬送する搬送機構１３と、ウエットエッチング装置１１での処理、ドライエッチング装置１２での処理および搬送機構１３での搬送処理を制御するための制御部１４とを有している。

ウエットエッチング装置１１としては、例えば図４に示すような装置を用いることができる。この装置は、ウエハＷを収納するのに充分な大きさを有する箱形の内槽２１と外槽２２とを有する処理槽２０を有しており、搬送機構２３により内槽２１の上部開口から内槽２１に対してウエハＷの出し入れが行われる。ウエハＷは１枚でも２枚以上でもよく、支持部材２４に支持された状態で内槽２１に装入される。内槽２１にはエッチング液供給ノズル２５が挿入されており、このエッチング液供給ノズル２５にはエッチング液供給配管２６が接続されている。そして、エッチング液供給配管２６には、エッチング液として、例えばバッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）のような薬液を供給するエッチング液供給源２７が接続されている。また、エッチング液供給配管２６には開閉バルブ２８が設けられている。外槽２２は、内槽２１の上端からオーバーフローしたエッチング液を受けとめるように、内槽２１の開口部を取り囲んで装着されている。

内槽２１の底部には排液ライン２９が接続されており、その途中には開閉バルブ３０が設けられていて、エッチング液交換の際にこの排液ライン２９を介して内槽２１内のエッチング液が排出される。また、外槽２２の底部には、排液ライン３１が接続されており、この排液ライン３１には開閉バルブ３２が設けられていて、外槽２２内の薬液も排出されるようになっている。

支持部材２４は、搬送機構２３により昇降可能となっており、内槽２１内にエッチング液が貯留された状態で、ウエハＷを支持した支持部材２４を下降させることによりウエハＷをエッチング液に浸漬させ、支持部材２４を上昇させることにより、ウエハＷをエッチング液から引き上げることが可能となっている。

したがって、ウエハＷを支持部材２４に支持させた状態で支持部材２４を下降させてウエハＷをエッチング液に浸漬させることにより、ウエハＷのＢＰＳＧ膜のウエットエッチング処理が進行する。

なお、ウエットエッチング後のリンス処理および乾燥処理は、図示しない他の槽により行われる。

ウエットエッチング装置１１としては、図５に示すような枚葉式の装置を用いてもよい。この装置は、チャンバー４１を有し、このチャンバー４１の中には、ウエハＷを水平状態で吸着保持するためのスピンチャック４２設けられている。このスピンチャック４２は、モーター４３により回転されるようになっている。また、チャンバー４１内には、スピンチャック４２に保持されたウエハＷを覆うようにカップ４４が設けられている。カップ４４の底部には、排気および排液のための排気・排液管４４ａが設けられている。

スピンチャック４２に保持されたウエハＷの上方には、エッチング液供給ノズル４５が図示しない駆動機構によって移動可能に設けられている。このエッチング液供給ノズル４５には、エッチング液供給配管４６が接続されており、このエッチング液供給配管４６には、エッチング液として上述したような薬液を供給するエッチング液供給源４７が接続されている。また、エッチング液供給配管４６には開閉バルブ４８が設けられている。エッチング液はモーター４３によりウエハＷを回転させながらウエハＷに供給され、これにより、ウエハＷのＢＰＳＧ膜がウエットエッチングされる。

一方、ウエハＷの上方に移動可能に洗浄・乾燥用ノズル４９が図示しない駆動機構によって移動可能に設けられている。この洗浄・乾燥用ノズル４９には、配管５０が接続されており、この配管５０には開閉バルブ５１が設けられている。また、配管５０の端部には切り換えバルブ５２が設けられており、この切り替えバルブ５２には、リンス液供給源５３から延びる配管５４、ＩＰＡ供給源５５から延びる配管５６が接続されており、切り換えバルブ５３を動作させることにより、リンス液、ＩＰＡのいずれかが配管５０を通って洗浄・乾燥用ノズル４９からウエハＷ上に吐出されるようになっている。そして、モーター４３によりウエハＷを回転させながらノズル４９を介してリンス液、例えば純水をウエハＷに供給することによりウエハＷをリンス処理し、その後、ウエハＷにＩＰＡを供給することにより、ウエハＷを乾燥させる。

なお、ウエットエッチング装置１１は、図示はしていないが、ウエハＷを複数枚収納したキャリアを載置可能な搬入出部を有し、このキャリアから搬送機構により図４または図５に示す装置にウエハを搬入することが可能となっている。

ドライエッチング装置１２としては、図６に示すような装置を用いることができる。この装置は、ウエハＷを搬入出する搬入出部６１と、搬入出部６１に隣接させて設けられたロードロック室６２と、実際のエッチング処理を行うエッチング処理部６３と、エッチングが終了した後に加熱処理を行う熱処理部６４とを有している。

このドライエッチング装置１２は、ロードロック室６２とエッチング処理部６３と熱処理部６４とが２つずつ設けられており、搬入出部６１に対し、ロードロック室６２、熱処理装置部６４、エッチング処理部６３が、この順に一直線上に並べて設けられている。なお、搬入出部６１とロードロック室６２との間、ロードロック室６２と熱処理装置６４との間、熱処理部６４とエッチング処理部６３との間にはゲートバルブ（図示せず）が設けられており、これにより、これらの間が開閉可能となっている。

搬入出部６１は、ウエハＷを搬送可能な搬送機構（図示せず）を有する搬送室７１を有しており、搬送室７１の長手方向の側部には、載置台７２が設けられており、この載置台７２には、ウエハＷを複数並べて収容可能なキャリアＣが例えば３つ備えられている。また、搬送室７１に隣接して、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行なうオリエンタ７３が設置されている。搬送室７１内の搬送機構は、これら３つのキャリアＣ、オリエンタ７３および２つのロードロック室６２の間でウエハＷを一枚ずつ搬送することが可能となっている。

ロードロック室６２は、内部に搬送機構（図示せず）を有し、大気状態と真空状態との切り替えが可能に構成されている。そして、その内部を大気状態にし、搬入出部６１側のゲートバルブを開けて搬送室７１の搬送機構によりキャリアＣからウエハＷをロードロック室６２の搬送機構に搬送し、搬入出部６１側のゲートバルブを閉じて熱処理部６４と同等の真空度に真空引きしてから、熱処理部６４側のゲートバルブおよび熱処理部６４とエッチング処理部６３との間のゲートバルブを開けて搬送機構によりウエハＷをエッチング処理部６３に搬送可能となっている。また、熱処理部６４で熱処理した後のウエハＷを搬送機構により戻し、熱処理部６４側のゲートバルブを閉じてその中を大気状態にし、その後搬入出部６１側のゲートバルブを開いて搬入出部６１へウエハＷを搬送することが可能となっている。

エッチング処理部６３は、図７に示すように、ウエハＷを収容する密閉構造のチャンバー８０を備えており、チャンバー８０内には、ウエハＷが水平状態で載置される載置台８１が設けられている。載置台８１にはウエハＷを所望の温度に調節する温調機構８２が設けられている。チャンバー８０の側壁には熱処理部６４との間でウエハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）が設けられている。

また、エッチング処理部６３には、チャンバー８０内にはエッチングガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスを供給するＨＦガス供給ライン８５と、チャンバー８０内に希釈ガスとして不活性ガス例えば窒素（Ｎ_２）ガスを供給するＮ_２ガス供給ライン８６と、排気ライン８７とが接続されている。ＨＦガス供給ライン８５はＨＦガス供給源９０に接続されており、ＨＦ供給ライン８５には、開閉およびＨＦガスの供給流量の調節が可能な流量調節弁９１が設けられている。Ｎ_２ガス供給ライン８６はＮ_２ガス供給源９５に接続され、Ｎ_２ガス供給ライン８６には、開閉およびＮ_２ガスの供給流量の調節が可能な流量調節弁９６が設けられている。

チャンバー８０の天壁には、ＨＦガス供給ライン８５およびＮ_２ガス供給ライン８６を通って供給されたＨＦガスおよびＮ_２ガスを、載置台８１に載置されたウエハＷの全面に均一に供給させるためのシャワーヘッド９７が設けられている。

排気ライン８７には、圧力コントローラ１００および強制排気を行うための排気ポンプ１０１が設けられている。排気ポンプ１０１を作動させつつ圧力コントローラ１００を調整することによって、チャンバー８０内の圧力が所定の減圧状態に制御可能となっている。

熱処理部６４は、図８に示すように、ウエハＷを収容する密閉構造のチャンバー１１０を備えており、チャンバー１１０内には、ウエハＷが水平状態で載置される載置台１１１が設けられている。載置台には１１１にはウエハＷを所定の温度に加熱するためのヒーター１１２が設けられている。チャンバー１１０の側壁には、エッチング処理部６３との間でウエハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）と、ロードロック室６２との間でウエハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）とが設けられている。

また、熱処理部６４には、チャンバー１１０内に雰囲気ガスとして不活性ガス、例えばＮ_２ガスを供給するＮ_２ガス供給ライン１１５とチャンバー１１０内を排気する排気ライン１１６が接続されている。Ｎ_２ガス供給ライン１１５はＮ_２ガス供給源１２０に接続され、Ｎ_２ガス供給ライン１１５には、開閉およびＮ_２ガスの供給流量の調節が可能な流量調節弁１２１が設けられている。

チャンバー１１０の天壁には、Ｎ_２ガス供給ライン１１５を通って供給されたＮ_２ガスを、載置台１１１に載置されたウエハＷの全面に均一に供給させるためのシャワーヘッド１２２が設けられている。

排気ライン１１６には、圧力コントローラ１２５および強制排気を行うための排気ポンプ１２６が設けられている。排気ポンプ１２６を作動させつつ圧力コントローラ１２５を調整することによって、チャンバー１１０内の圧力が所定の減圧状態に制御可能となっている。

制御部１４は、エッチングシステム１０のウエットエッチング装置１１、ドライエッチング装置１２、搬送機構１３を実際に制御する、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ１５を有している。プロセスコントローラ１５には、オペレータが処理システム１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、エッチングシステム１０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１６が接続されている。また、プロセスコントローラ１５には、エッチングシステム１で実行される各種処理をプロセスコントローラ１５の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じてエッチングシステム１０の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわちレシピ、さらに各種データベース等が格納された記憶部１７が接続されている。レシピは記憶部１７の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスク等の固定的に設けられているものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１６からの指示等にて任意のレシピを記憶部１７から呼び出してプロセスコントローラ１５に実行させることで、プロセスコントローラ１５の制御下で、エッチングシステム１０での所望の処理が行われる。

このように構成されたエッチングシステム１０において、図２に示すようにウエハＷに形成されたＢＰＳＧ膜２００をエッチングしてキャパシタ電極２０４を形成する際には、まず、搬送機構１３によりウエハＷが収納されたキャリアＣをウエットエッチング装置１１の搬入出部（図示せず）に搬入する。そして、ウエハＷを１枚ずつ取り出して、図４または図５のいずれか装置において、所定のエッチング液によりＢＰＳＧ膜２００のウエットエッチングを行う。

この場合に、ウエットエッチングは、上述したようにキャパシタ電極となる導電体膜２０３がリーニングを生じない程度まで露出した状態まで行われるが、このウエットエッチングの停止タイミングはプロセスコントローラ１５により制御される。すなわち、あらかじめ処理時間とエッチング量との関係を求めて記憶部１７に記憶させておき、所望のエッチング量が得られる時間経過した時点でエッチングを停止するようにプロセスコントローラ１５により制御する。

このようにしてウエットエッチング処理を行った後、リンス処理および乾燥処理を行い、処理が終了したウエハＷをキャリアＣに収納する。このようにして所定枚数のウエハＷに対してウエットエッチングが終了した後、搬送機構１３によりキャリアＣをドライエッチング装置１２に搬送する。

ドライエッチング装置１２においては、キャリアＣを搬入出部６１の載置台７２に載置し、搬送室７１内の搬送機構によりキャリアＣから１枚のウエハＷが取り出され、ロードロック室６２内に搬入される。ロードロック室６２にウエハＷが搬入されるとゲートバルブが閉じられてその中が密閉状態となり、真空排気することにより、エッチング処理部６３のチャンバー８０および熱処理部６４のチャンバー１１０と同等の減圧状態となり、ゲートバルブを開いてこれらと連通することが可能となる。

この状態でウエハＷは、まず、エッチング処理部６３のチャンバー８０内に搬入される。そして、デバイス形成面を上面とした状態で載置台８１上に載置される。その後、ゲートバルブを閉じてチャンバー８０を密閉状態とし、温調機構８２によりウエハＷを例えば４０℃以下の所定の温度に温調される。また、チャンバー８０内は、排気ポンプ１０１と圧力コントローラ１００の調整によって、例えば４００〜４０００Ｐａ（３〜３０Ｔｏｒｒ）に制御される。

この状態で、ＨＦガスおよび必要に応じて希釈ガスとしてのＮ_２ガスをチャンバー８０内に供給する。このとき流量調整弁９１によりＨＦガスの供給量が１０００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に調整される。なお、エッチングガスであるＨＦガスに加えてＮ_２ガスチャンバー８０内に供給することにより、載置台８１内の温調機構８２の熱がウエハＷに効率良く伝導され、ウエハＷを正確に温度制御することができる。Ｎ_２ガスを供給する場合には、その供給量を５００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とする。

このようにＨＦガスが減圧下で供給されることにより、ウエットエッチングにより途中まで除去されたＢＰＳＧ膜２００とＨＦガスとが反応し、エッチングが進行する。この際に、反応生成物としてフルオロケイ酸系の反応生成物が生成するが、上述したように、ＢＰＳＧ膜は水分を吸着するので、水の存在下で上記反応が促進され、高エッチングレートでエッチングが進行する。このようなドライエッチング処理が終了後、流量調整弁９１が閉じられ、ＨＦガスの供給が停止される。このときＮ_２ガスの供給は継続され、これによりチャンバー８０内がＮ_２ガスによってパージされる。

このエッチング処理部６３により処理後、ＨＦによって生成された反応生成物は水分の存在により揮発しやすい状態となっており、チャンバー８０内である程度揮発可能であるが、エッチング面に残存する反応生成物を除去する目的で、エッチング処理後のウエハＷを熱処理部６４へ搬送する。この際には、チャンバー８０とチャンバー１１０との間のゲートバルブが開かれてこれらが連通し、この状態でロードロック室６２内の搬送機構によりチャンバー８０内のウエハＷを熱処理部６４のチャンバー１１０に搬送する。

熱処理部６４において、ウエハＷはデバイス形成面を上面とした状態でチャンバー１１０内の載置台１１１上に載置される。そして、ゲートバルブが閉じられてチャンバー１１０が密閉状態とされ、熱処理工程が開始される。このとき、ヒーター１１２によりウエハＷの温度を１００〜４００℃の所定の温度にされる。また、チャンバー８０内は、排気ポンプ１０１と圧力コントローラ１００の調整によって、例えば１３３〜４００Ｐａ（１〜３Ｔｏｒｒ）に制御される。そして、Ｎ_２ガスが所定の流量でチャンバー１１０内に供給される。この時のＮ_２ガスの供給量は、例えば５００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に調整される。これにより、載置台１１１に設けられたヒーター１１２の熱がウエハＷに効率良く伝達され、ウエハＷの温度が正確に制御される。

このような加熱処理を行うことにより、その前のエッチング処理の際に生成したフルオロケイ酸系の反応生成物が加熱により分解されて気化し、導電体膜２０３の周りから除去される。これによりＢＰＳＧ膜２００が完全に除去されて、各ストレージノード２０２に対応した円筒形状のキャパシタ電極２０４が得られる。

このような熱処理が終了すると、流量調整弁１２１が閉じられてＮ_２ガスの供給が停止される。そして、熱処理部６４とロードロック室６２との間のゲートバルブが開かれ、ウエハＷが熱処理部６４からロードロック室６２へ搬入される。そして、ゲートバルブを閉じてロードロック室６２を密閉状態とし、大気圧とされた後、ロードロック室６２と搬入出部６１とを連通してウエハＷを搬入出部６１のキャリアＣ内に収納する。以上のようにして所定枚数のウエハＷの処理が終了すると、処理後のウエハＷを収納したキャリアＣを搬送機構１３によりエッチングシステム１０から搬出する。

以上のようなＢＰＳＧ膜エッチング処理においては、最初にウエットエッチングによりリーニングが生じない程度まで高速でエッチングし、次いでリーニングの懸念がないドライプロセスにより最後までエッチングを行うので、実用的なエッチングレートを保持しつつ、リーニングの問題を解消することができる。

また、ドライエッチング装置１２においては、ＨＦを含むガスを用いてプラズマレスでドライエッチングを行うので、下地にプラズマダメージを与えることなく高いエッチングレートを得ることができ、より高いエッチングレートで、良好なエッチング特性を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、シリコン酸化膜としてＢＰＳＧ膜を用いた場合について示したが、シリコン酸化膜としては他のものを用いてもよい。上述したように、ＢＰＳＧ膜の場合には、水分を介在させたＨＦガスとの反応により高速でエッチングが可能であるが、同様に水分含有量の多いＴＥＯＳを原料にして成膜されたシリコン酸化膜もＨＦガスにより高速でエッチングが可能である。また、水分の吸着の少ない熱酸化膜の場合には、ＨＦガス単独では反応生成物が気化しにくいものとなるが、ＨＦガスにＮＨ_３ガスを加えることによって、より気化しやすいフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）を生成させることができ、エッチング除去が容易となる。ＮＨ_３ガスは、エッチング処理部６３で導入してもよいし、熱処理部６４で導入してもよい。

また、上記実施形態では、希釈ガス等に用いる不活性ガスとしてＮ_２ガスを用いたが、その他の不活性ガス、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｘｅガス等の他の不活性ガスを用いることができる。

さらに、上記実施形態ではウエットエッチング後のドライエッチングにおいて、ＨＦを含むガスを用いたプラズマレスプロセスを用いた場合について示したが、他のガスを用いてもよいし、プラズマを用いるものであってもよい。

本発明は、半導体デバイスの製造工程におけるキャパシタ電極の製造に好適である。

本発明の一実施形態に係るキャパシタ電極の製造工程を示すフローチャート。 キャパシタ電極を製造する際の各工程を説明するための工程断面図。 キャパシタ電極を製造する際のシリコン酸化膜のエッチングを行う際のエッチングシステムの概略構成を示す模式図。 図３のエッチングシステムに搭載されたウエットエッチング装置の一例を示す断面図。 図３のエッチングシステムに搭載されたウエットエッチング装置の他の例を示す断面図。 図１のエッチングシステムに搭載されたドライエッチング装置の概略構成を示す側面図。 図６のドライエッチング装置に搭載されたエッチング処理部を示す断面図。 図６のドライエッチング装置に搭載された熱処理部を示す断面図。

符号の説明

１０；エッチングシステム
１１；ウエットエッチング装置
１２；ドライエッチング装置
１３；搬送機構
１４；制御部
１５；プロセスコントローラ
６１；搬入出部
６２；ロードロック室
６３；エッチング処理部
６４；熱処理部
８０；チャンバー
８１；載置台
８２；温調機構
９０；ＨＦガス供給原
２００：ＢＰＳＧ膜（シリコン酸化膜）
２０１；ストレージノードホール
２０２；ストレージノード
２０３；導電体膜
２０４；キャパシタ電極
Ｗ；ウエハ

Claims (22)

1. 基板上に形成されたシリコン酸化膜をエッチングしてホールを形成する工程と、
   前記ホールの内面に導電体膜を成膜する工程と、
   前記シリコン酸化膜を除去して前記導電体膜を露出させてキャパシタ電極とする工程と
   を有するキャパシタ電極の製造方法であって、
   前記シリコン酸化膜を除去して前記導電体膜を露出させる工程は、薬液を用いたウエットプロセスにより前記シリコン酸化膜を途中まで除去した後、ガスを用いたドライプロセスにより前記シリコン酸化物の残部を除去することにより行われることを特徴とするキャパシタ電極の製造方法。
2. 前記シリコン酸化膜はＢおよびＰの少なくとも一方を含むものであることを特徴とする請求項１に記載のキャパシタ電極の製造方法。
3. 前記ドライプロセスは、ＨＦを含むガスによりプラズマレスで行われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のキャパシタ電極の製造方法。
4. 前記ウエットプロセスは、バッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）を含む処理液を用いて行われることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のキャパシタ電極の製造方法。
5. 前記ドライプロセスの後、基板を加熱する工程をさらに有することを特等とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のキャパシタ電極の製造方法
6. 前記キャパシタ電極はシリンダ型であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のキャパシタ電極の製造方法。
7. 前記ドライプロセスは、減圧下で行われることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のキャパシタ電極の製造方法。
8. 基板上のシリコン酸化膜に形成されたホールの内壁に導電体膜を形成した後に、前記導電体膜を露出させるために前記シリコン酸化膜をエッチングするエッチング方法であって、
   薬液を用いたウエットプロセスにより前記シリコン酸化膜を途中まで除去した後、ガスを用いたドライプロセスにより前記シリコン酸化物の残部を除去することを特徴とするエッチング方法。
9. 前記シリコン酸化膜はＢおよびＰの少なくとも一方を含むものであることを特徴とする請求項８に記載のエッチング方法。
10. 前記ドライプロセスは、ＨＦを含むガスでプラズマレスで行われることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のエッチング方法。
11. 前記ウエットプロセスは、バッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）を含む処理液を用いて行われることを特徴とする請求項８から請求項１０のいずれか１項に記載のエッチング方法。
12. 前記ドライプロセスの後、基板を加熱することを特等とする請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載のエッチング方法。
13. 前記エッチング後に残存する導電体によりシリンダ型のキャパシタ電極が形成されることを特徴とする請求項８から請求項１２のいずれか１項に記載のエッチング方法。
14. 前記ドライプロセスは、減圧下で行われることを特徴とする請求項８から請求項１３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
15. 基板上のシリコン酸化膜に形成されたホールの内壁に導電体膜を形成した後に、前記導電体膜を露出させるために前記シリコン酸化膜をエッチングするエッチングシステムであって、
    前記シリコン酸化膜を薬液によるウエットプロセスで除去するウエットエッチング装置と、
    前記シリコン酸化膜をガスによるドライプロセスで除去するドライエッチング装置と、
    前記ウエットエッチング装置により前記シリコン酸化膜を途中まで除去した後、前記ドライエッチング装置により前記シリコン酸化物の残部を除去するように制御する制御部と
    を具備することを特徴とするエッチングシステム。
16. 前記シリコン酸化膜はＢおよびＰの少なくとも一方を含むものであることを特徴とする請求項１５に記載のエッチングシステム。
17. 前記ドライエッチング装置は、基板を収容するチャンバーと、チャンバー内にドライエッチングのためのガスを供給するガス供給機構とを有することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載のエッチングシステム。
18. 前記ドライエッチング装置は、ガスとしてＨＦを含むガスを用い、プラズマレスでドライエッチングを行うことを特徴とする請求項１５から請求項１７のいずれか１項に記載のエッチングシステム。
19. 前記ウエットエッチングのための薬液としてバッファードオキサイドエッチャント（ＢＯＥ）または希フッ酸（ＤＨＦ）を含む処理液を用いることを特徴とする請求項１５から請求項１８に記載のエッチングシステム。
20. 前記ドライプロセスの後、基板を加熱する加熱装置をさらに具備することを特徴とする請求項１５から請求項１９のいずれか１項に記載のエッチング方法。
21. 前記ドライエッチング装置は、チャンバー内を減圧する減圧機構をさらに有し、前記ドライエッチングプロセスを減圧下で行うことを特徴とする請求項１５から請求項２０のいずれか１項に記載のエッチングシステム。
22. コンピュータ上で動作し、エッチングシステムを制御する制御プログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記制御プログラムは、実行時に、請求項８から請求項１４のいずれかのエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチングシステムを制御させることを特徴とするコンピュータ読取可能な記憶媒体。

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