JP2009094307A

JP2009094307A - エッチング方法及び記録媒体

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Publication number: JP2009094307A
Application number: JP2007263950A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Muraki; 雄介村木; Shigeki Tozawa; 茂樹戸澤
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2007-10-10
Filing date: 2007-10-10
Publication date: 2009-04-30

Abstract

【課題】深さＤと開口幅Ｗとの比Ｄ／Ｗが大きい溝の内面に形成されたシリコン酸化膜を効率よくエッチングする。
【解決手段】基板Ｗの表面のシリコン酸化膜１０３をエッチングする方法であって、シリコン酸化膜１０３の表面に、フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを供給し、シリコン酸化膜１０３と混合ガスとを化学反応させ、シリコン酸化膜１０３を変質させて反応生成物１０６を生成させる変質工程と、反応生成物１０６を加熱して除去する加熱工程とを有し、変質工程において、シリコン酸化膜１０３の温度を５０℃以上にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、エッチング方法及び記録媒体に関する。

例えばトレンチ型ＤＲＡＭを製造するプロセスでは、半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という。）の表面に形成されたディープトレンチの底部において、自然酸化膜をエッチングにより除去する工程が行われる。かかる自然酸化膜をエッチングする方法としては、薬液を用いるウエットエッチングや、反応性ガスプラズマを利用したプラズマエッチング等が一般に知られている。

しかしながら、ウエットエッチングは、ウェハ上に形成された自然酸化膜以外の膜に、薬液による悪影響が生じやすい問題を有する。また、プラズマエッチングは、プラズマに起因する電気的ダメージ（チャージアップダメージ）をウェハに生じさせる問題がある。

そこで、自然酸化膜をエッチングする方法として、例えば特許文献１、２、３に示されるように、プラズマを用いずにドライエッチングする方法が知られている。かかるドライエッチング方法は、ウェハが収納されたチャンバー内を真空状態に近い低圧状態とし、ウェハを所定温度に温調しながら、チャンバー内にフッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）とを含む混合ガスを供給して、自然酸化膜を変質させて反応生成物を生成する変質工程と、該反応生成物を加熱して気化（昇華）させる加熱工程からなる。このドライエッチング方法は、自然酸化膜を反応生成物に変質させてから加熱により除去することで、自然酸化膜をエッチングするものである。
米国特許出願公開第２００４／０１８２４１７号明細書米国特許出願公開第２００４／０１８４７９２号明細書特開２００５−３９１８５号公報

このプラズマを用いずにドライエッチングする方法によれば、同じシリコン酸化膜であっても、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）酸化膜（熱酸化膜、ＢＰＳＧ等）がエッチングされることを抑制しながら、自然酸化膜のみを効率よく除去することができる。しかしながら、上述のディープトレンチなどのように深さＤと開口幅Ｗとの比Ｄ／Ｗが大きい溝を有するウェハに対してこのドライエッチングを適用した場合、溝の内面に形成された自然酸化膜を十分に除去できなくなるという問題が生じた。

本発明は、ディープトレンチなどのように深さＤと開口幅Ｗとの比Ｄ／Ｗが大きい溝の内面に形成された自然酸化膜などのシリコン酸化膜を効率よくエッチングすることを目的とする。

本発明者らは、ウェハ表面に形成されたディープトレンチの内部において、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）とを含む混合ガスを用いてシリコン酸化膜を除去するに際し、ウェハの温度に着目して検討を行った。

図１（ａ）は、半導体デバイスとしてＤＲＡＭ（ＤｙｎａｍｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）が形成される途中のウェハＷの部分断面図であり、ウェハＷの表面（デバイス形成面）の一部分を示している。ウェハＷは、例えば略円盤形に形成された薄板状をなすシリコンウェハであり、Ｓｉ（シリコン）層１００の表面上には、絶縁膜１０１が形成されている。この絶縁膜１０１は、TEOS（テトラエトキシシラン：Si(OC2H5)4）をソースとして、ＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置等において熱ＣＶＤ法によりウェハＷの表面上に形成されたＣＶＤ系のシリコン酸化膜である。

絶縁膜１０１には、溝としてのディープトレンチ１０２が予め形成されている。ディープトレンチ１０２は、所定のエッチング工程により形成されている。ディープトレンチ１０２は、深さＤと開口幅Ｗとの比Ｄ／Ｗが５以上あり、例えば標準ＣＭＯＳプロセスなどで使用されるシャロウトレンチと比較すると、深さＤと開口幅Ｗとの比Ｄ／Ｗが数倍以上にもなる。

ディープトレンチ１０２の底部には、Ｓｉ（シリコン）層１００の表面が酸化された自然酸化膜（シリコン酸化膜）１０３が形成されている。トレンチ型ＤＲＡＭを製造するプロセスでは、ディープトレンチ１０２の底部において、この自然酸化膜１０３をエッチングにより除去する工程が行われる。本発明では、かかるディープトレンチ１０２の底部に形成された自然酸化膜１０３が、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）とを含む混合ガスを用いて除去される。

ここで、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）とを含む混合ガスを供給して、ディープトレンチ１０２の底部の自然酸化膜１０３を反応生成物に変質させる変質工程において、従来一般には、ウェハＷの温度が４０℃程度以下とされていた。しかしながら、ウェハの温度が４０℃以下程度と比較的低温であると、変質工程において、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）が反応して発生されたフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）がディープトレンチの開口部付近に堆積することが予想される。そして、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）が堆積して形成されたフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）層１０５によって、図１（ｂ）に示されるように、ディープトレンチ１０２の開口部が塞がれてしまうことが予想された。その結果、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）がディープトレンチ１０２の内部に十分に供給されなくなり、絶縁膜１０１の上面やディープトレンチ１０２の内側面辺りまでは反応生成物１０６に変質させることができても、ディープトレンチ１０２の底部に存在する自然酸化膜１０３までは、反応生成物１０６に変質されなくなると考えられる。

そこで本発明者らは、かかる課題を解決するために、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）とを含む混合ガスを供給して、ディープトレンチ１０２の底部の自然酸化膜１０３を反応生成物に変質させる変質工程において、ウェハＷの温度を５０℃以上にすることを試みた。その結果、ウェハＷの温度を５０℃以上にした場合は、図１（ｃ）に示されるように、ディープトレンチ１０２の開口部にフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）がほとんど堆積せず、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）層１０５は、ディープトレンチ１０２の開口部を塞ぐほどには成長しなかった。これにより、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）がディープトレンチ１０２の内部に十分に供給され、絶縁膜１０１の上面やディープトレンチ１０２の内側面のみならず、ディープトレンチ１０２の底部に存在する自然酸化膜１０３も、反応生成物１０６に変質させることができた。

また、本発明者らは、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）とを含む混合ガスを供給して、ディープトレンチ１０２の底部の自然酸化膜１０３を反応生成物に変質させる変質工程において、ウェハＷの温度を５０℃以上にする高温工程部と、ウェハＷの温度を５０℃未満にする低温工程部とを、交互に行うことを試みた。その場合も同様に、図１（ｃ）に示されるように、ディープトレンチ１０２の開口部にフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）がほとんど堆積せず、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）層１０５は、ディープトレンチ１０２の開口部を塞ぐほどには成長しなかった。これにより、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）がディープトレンチ１０２の内部に十分に供給され、絶縁膜１０１の上面やディープトレンチ１０２の内側面のみならず、ディープトレンチ１０２の底部に存在する自然酸化膜１０３も、反応生成物１０６に変質させることができた。

本発明はかかる知見に基いて創出されたものである。即ち本発明によれば、基板の表面のシリコン酸化膜をエッチングする方法であって、前記シリコン酸化膜の表面に、フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを供給し、前記シリコン酸化膜と前記混合ガスとを化学反応させ、前記シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成させる変質工程と、前記反応生成物を加熱して除去する加熱工程とを有し、前記変質工程において、前記シリコン酸化膜の温度を５０℃以上にすることを特徴とする、エッチング方法が提供される。

また、本発明によれば、基板の表面のシリコン酸化膜をエッチングする方法であって、前記シリコン酸化膜の表面に、フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを供給し、前記シリコン酸化膜と前記混合ガスとを化学反応させ、前記シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成させる変質工程と、前記反応生成物を加熱して除去する加熱工程とを有し、前記変質工程において、前記シリコン酸化膜の温度を５０℃以上にする高温工程部と、前記シリコン酸化膜の温度を５０℃未満にする低温工程部とを、交互に行うことを特徴とする、エッチング方法が提供される。

ここで、基板の表面に存在するシリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成する処理とは、例えばＣＯＲ（ＣｈｅｍｉｃａｌＯｘｉｄｅＲｅｍｏｖａｌ）処理（化学的酸化物除去処理）である。ＣＯＲ処理は、ハロゲン元素を含むガスと塩基性ガスを処理ガスとして基板に供給することで、基板上のシリコン酸化膜と処理ガスのガス分子とを化学反応させ、反応生成物を生成させるものである。ハロゲン元素を含むガスとは例えばフッ化水素ガス（ＨＦ）であり、塩基性ガスとは例えばアンモニアガス（ＮＨ_３）であり、この場合、主にフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６）や水分（Ｈ_２Ｏ）を含む反応生成物が生成される。また、反応生成物を加熱して除去する処理とは、例えばＰＨＴ（ＰｏｓｔＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ）処理である。ＰＨＴ処理は、ＣＯＲ処理が施された後のウェハを加熱して、フルオロケイ酸アンモニウム等の反応生成物を気化（昇華）させる処理である。

前記シリコン酸化膜が、前記基板の表面に形成された溝の内面に形成されていても良い。また、前記溝の深さＤと開口幅Ｗとの比Ｄ／Ｗが５以上であっても良い。また、前記溝は、例えばディープトレンチである。

また本発明によれば、処理システムの制御コンピュータによって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって、前記プログラムは、前記制御コンピュータによって実行されることにより、前記処理システムに、上記のいずれかのエッチング方法を行わせるものであることを特徴とする、記録媒体が提供される。

本発明によれば、基板の表面に形成された例えばディープトレンチなどの溝の内面に形成されたシリコン酸化膜に対しても、フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを円滑に供給して除去できるようになる。本発明によれば、プラズマを用いないので、ウェハ等に対してプラズマに起因するチャージアップダメージを与えずに処理できる。また、エッチングの対象物以外の他の部分に悪影響を及ぼす心配が無い。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。図１は、基板であるウェハＷの表面に形成されたディープトレンチ１０２の底部に形成された自然酸化膜（シリコン酸化膜）１０３の除去処理を行う処理システム１の説明図である。図３は、加熱工程を行うＰＨＴ処理装置４の構成を示した説明図である。図４は、変質工程を行うＣＯＲ処理装置５の構成を示した説明図である。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

この処理システム１は、ウェハＷを処理システム１に対して搬入出させる搬入出部２、搬入出部２に隣接させて設けられた２つのロードロック室３、各ロードロック室３にそれぞれ隣接させて設けられ、加熱工程としてのＰＨＴ（ＰｏｓｔＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔ）処理工程を行うＰＨＴ処理装置４、各ＰＨＴ処理装置４にそれぞれ隣接させて設けられ、変質工程としてのＣＯＲ（ＣｈｅｍｉｃａｌＯｘｉｄｅＲｅｍｏｖａｌ）処理工程を行うＣＯＲ処理装置５、処理システム１の各部に制御命令を与える制御コンピュータ８を有している。各ロードロック室３に対してそれぞれ連結されたＰＨＴ処理装置４、ＣＯＲ処理装置５は、ロードロック室３側からこの順に一直線上に並べて設けられている。

搬入出部２は、例えば略円盤形状をなすウェハＷを搬送する第一のウェハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室１２を有している。ウェハ搬送機構１１は、ウェハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ、１１ｂを有している。搬送室１２の側方には、ウェハＷを複数枚並べて収容可能なキャリア１３ａを載置する載置台１３が、例えば３つ備えられている。また、ウェハ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うオリエンタ１４が設置されている。

かかる搬入出部２において、ウェハＷは、搬送アーム１１ａ、１１ｂによって保持され、ウェハ搬送装置１１の駆動により略水平面内で回転及び直進移動、また昇降させられることにより、所望の位置に搬送させられる。そして、載置台１０上のキャリア１３ａ、オリエンタ１４、ロードロック室３に対してそれぞれ搬送アーム１１ａ、１１ｂが進退させられることにより、搬入出させられるようになっている。

各ロードロック室３は、搬送室１２との間にそれぞれゲートバルブ１６が備えられた状態で、搬送室１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室３内には、ウェハＷを搬送する第二のウェハ搬送機構１７が設けられている。ウェハ搬送機構１７は、ウェハＷを略水平に保持する搬送アーム１７ａを有している。また、ロードロック室３は真空引き可能になっている。

かかるロードロック室３において、ウェハＷは、搬送アーム１７ａによって保持され、ウェハ搬送機構１７の駆動により略水平面内で回転及び直進移動、また昇降させられることにより搬送させられる。そして、各ロードロック室３に対して縦列に連結されたＰＨＴ処理装置４に対して搬送アーム１７ａが進退させられることにより、ＰＨＴ処理装置４に対してウェハＷが搬入出させられる。さらに、各ＰＨＴ処理装置４を介してＣＯＲ処理装置５に対して、搬送アーム１７ａが進退させられることにより、ＣＯＲ処理装置５に対してウェハＷが搬入出させられるようになっている。

ＰＨＴ処理装置４は、ウェハＷを収納する密閉構造の処理室（処理空間）２１を備えている。また、図示はしないが、ウェハＷを処理室２１内に搬入出させるための搬入出口が設けられており、この搬入出口を開閉するゲートバルブ２２が設けられている。処理室２１は、ロードロック室３との間にそれぞれゲートバルブ２２が備えられた状態で、ロードロック室３に連結されている。

図３に示すように、ＰＨＴ処理装置４の処理室２１内には、ウェハＷを略水平にして載置させる載置台２３が設けられている。さらに、処理室２１に例えば窒素ガス（Ｎ_２）などの不活性ガスを加熱して供給する供給路２５を備えた供給機構２６、処理室２１を排気する排気路２７を備えた排気機構２８が備えられている。供給路２５は窒素ガスの供給源３０に接続されている。また、供給路２５には、供給路２５の開閉動作及び窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁３１が介設されている。排気路２７には、開閉弁３２、強制排気を行うための排気ポンプ３３が介設されている。

なお、ＰＨＴ処理装置４のゲートバルブ２２、流量調整弁３１、開閉弁３２、排気ポンプ３３等の各部の動作は、制御コンピュータ８の制御命令によってそれぞれ制御されるようになっている。即ち、供給機構２６による窒素ガスの供給、排気機構２８による排気などは、制御コンピュータ８によって制御される。

図４に示すように、ＣＯＲ処理装置５は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部は、ウェハＷを収納する処理室（処理空間）４１になっている。チャンバー４０の内部には、ウェハＷを略水平にした状態で載置させる載置台４２が設けられている。また、ＣＯＲ処理装置５には、処理室４１にガスを供給する供給機構４３、処理室４１内を排気する排気機構４４が設けられている。

チャンバー４０の側壁部には、ウェハＷを処理室４１内に搬入出させるための搬入出口５３が設けられており、この搬入出口５３を開閉するゲートバルブ５４が設けられている。処理室４１は、ＰＨＴ処理装置４の処理室２１との間にゲートバルブ５４が備えられた状態で、処理室２１に連結されている。チャンバー４０の天井部には、処理ガスを吐出させる複数の吐出口を有するシャワーヘッド５２が備えられている。

載置台４２は、平面視において略円形をなしており、チャンバー４０の底部に固定されている。載置台４２の内部には、載置台４２の温度を調節する温度調節器５５が設けられている。温度調節器５５は、例えば温調用の液体（例えば水など）が循環させられる管路を備えており、かかる管路内を流れる液体と熱交換が行われることにより、載置台４２の上面の温度が調節され、さらに、載置台４２と載置台４２上のウェハＷとの間で熱交換が行われることにより、ウェハＷの温度が調節されるようになっている。なお、温度調節器５５はかかるものに限定されず、例えば抵抗熱を利用して載置台４２及びウェハＷを加熱する電気ヒータ等であっても良い。

供給機構４３は、前述したシャワーヘッド５２、処理室４１にフッ化水素ガス（ＨＦ）を供給するフッ化水素ガス供給路６１、処理室４１にアンモニアガス（ＮＨ_３）を供給するアンモニアガス供給路６２、処理室４１に不活性ガスとしてアルゴンガス（Ａｒ）を供給するアルゴンガス供給路６３、処理室４１に不活性ガスとして窒素ガス（Ｎ_２）を供給する窒素ガス供給路６４を備えている。フッ化水素ガス供給路６１、アンモニアガス供給路６２、アルゴンガス供給路６３、窒素ガス供給路６４は、シャワーヘッド５２に接続されており、処理室４１には、シャワーヘッド５２を介してフッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスが拡散されるように吐出されるようになっている。

フッ化水素ガス供給路６１は、フッ化水素ガスの供給源７１に接続されている。また、フッ化水素ガス供給路６１には、フッ化水素ガス供給路６１の開閉動作及びフッ化水素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７２が介設されている。アンモニアガス供給路６２はアンモニアガスの供給源７３に接続されている。また、アンモニアガス供給路６２には、アンモニアガス供給路６２の開閉動作及びアンモニアガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７４が介設されている。アルゴンガス供給路６３はアルゴンガスの供給源７５に接続されている。また、アルゴンガス供給路６３には、アルゴンガス供給路６３の開閉動作及びアルゴンガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７６が介設されている。窒素ガス供給路６４は窒素ガスの供給源７７に接続されている。また、窒素ガス供給路６４には、窒素ガス供給路６４の開閉動作及び窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁７８が介設されている。

排気機構４４は、開閉弁８２、強制排気を行うための排気ポンプ８３が介設された排気路８５を備えている。排気路８５の端部開口は、チャンバー４０の底部に開口されている。

なお、ＣＯＲ処理装置５のゲートバルブ５４、温度調節器５５、流量調整弁７２、７４、７６、７８、開閉弁７２、排気ポンプ８３等の各部の動作は、制御コンピュータ８の制御命令によってそれぞれ制御されるようになっている。即ち、供給機構４３によるフッ化水素ガス、アンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスの供給、排気機構４４による排気、温度調節器５５による温度調節などは、制御コンピュータ８によって制御される。

処理システム１の各機能要素は、処理システム１全体の動作を自動制御する制御コンピュータ８に、信号ラインを介して接続されている。ここで、機能要素とは、例えば前述したウェハ搬送機構１１、ウェハ搬送機構１７、ＰＨＴ処理装置４のゲートバルブ２２、流量調整弁３１、排気ポンプ３３、ＣＯＲ処理装置５のゲートバルブ５４、温度調節器５５、流量調整弁７２、７４、７６、７８、開閉弁７２、排気ポンプ８３等の、所定のプロセス条件を実現するために動作する総ての要素を意味している。制御コンピュータ８は、典型的には、実行するソフトウェアに依存して任意の機能を実現することができる汎用コンピュータである。

図２に示すように、制御コンピュータ８は、ＣＰＵ（中央演算装置）を備えた演算部８ａと、演算部８ａに接続された入出力部８ｂと、入出力部８ｂに挿着され制御ソフトウェアを格納した記録媒体８ｃと、を有する。この記録媒体８ｃには、制御コンピュータ８によって実行されることにより処理システム１に後述する所定の基板処理方法を行わせる制御ソフトウェア（プログラム）が記録されている。制御コンピュータ８は、該制御ソフトウェアを実行することにより、処理システム１の各機能要素を、所定のプロセスレシピにより定義された様々なプロセス条件（例えば、処理室４１の圧力等）が実現されるように制御する。即ち、後に詳細に説明するように、ＣＯＲ処理装置５におけるＣＯＲ処理工程と、ＰＨＴ処理装置４におけるＰＨＴ処理工程とをこの順番に行うエッチング方法を実現する制御命令を与える。

記録媒体８ｃは、制御コンピュータ８に固定的に設けられるもの、あるいは、制御コンピュータ８に設けられた図示しない読み取り装置に着脱自在に装着されて該読み取り装置により読み取り可能なものであっても良い。最も典型的な実施形態においては、記録媒体８ｃは、処理システム１のメーカーのサービスマンによって制御ソフトウェアがインストールされたハードディスクドライブである。他の実施形態においては、記録媒体８ｃは、制御ソフトウェアが書き込まれたＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤ−ＲＯＭのような、リムーバブルディスクである。このようなリムーバブルディスクは、制御コンピュータ８に設けられた図示しない光学的読取装置により読み取られる。また、記録媒体８ｃは、ＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍａｃｃｅｓｓｍｅｍｏｒｙ）又はＲＯＭ（ｒｅａｄｏｎｌｙｍｅｍｏｒｙ）のいずれの形式のものであっても良い。さらに、記録媒体８ｃは、カセット式のＲＯＭのようなものであっても良い。要するに、コンピュータの技術分野において知られている任意のものを記録媒体８ｃとして用いることが可能である。なお、複数の処理システム１が配置される工場においては、各処理システム１の制御コンピュータ８を統括的に制御する管理コンピュータに、制御ソフトウェアが格納されていても良い。この場合、各処理システム１は、通信回線を介して管理コンピュータにより操作され、所定のプロセスを実行する。

次に、以上のように構成された処理システム１におけるウェハＷの処理方法について説明する。先ず、図１（ａ）に示したように、絶縁膜１０１に溝としてのディープトレンチ１０２が形成されたウェハＷが、キャリア１３ａ内に収納され、処理システム１に搬送される。

処理システム１においては、図２に示すように、複数枚のウェハＷが収納されたキャリア１３ａが載置台１３上に載置され、ウェハ搬送機構１１によってキャリア１３ａから一枚のウェハＷが取り出され、ロードロック室３に搬入される。ロードロック室３にウェハＷが搬入されると、ロードロック室３が密閉され、減圧される。その後、ゲートバルブ２２、５４が開かれ、ロードロック室３と、大気圧に対してそれぞれ減圧されたＰＨＴ処理装置４の処理室２１、ＣＯＲ処理装置５の処理室４１が、互いに連通させられる。ウェハＷは、ウェハ搬送機構１７によってロードロック室３から搬出され、処理室２１の搬入出口（図示せず）、処理室２１、搬入出口５３内をこの順に通過するように直進移動させられ、処理室４１に搬入される。

処理室４１において、ウェハＷは、デバイス形成面を上面とした状態で、ウェハ搬送機構１７の搬送アーム１７ａから載置台４２に受け渡される。ウェハＷが搬入されると搬送アーム１７ａが処理室４１から退出させられ、搬入出口５３が閉じられ、処理室４１が密閉される。そして、ＣＯＲ処理工程が開始される。

処理室４１が密閉された後、処理室４１には、アンモニアガス供給路６２、アルゴンガス供給路６３、窒素ガス供給路６４からそれぞれアンモニアガス、アルゴンガス、窒素ガスが供給される。また、処理室４１内の圧力は、大気圧よりも低圧状態にされる。さらに、載置台４２上のウェハＷの温度は、温度調節器５５によって所定の目標値（５０℃以上）に調節される。

その後、フッ化水素ガス供給路６１から処理室４１にフッ化水素ガスが供給される。ここで処理室４１には、予めアンモニアガスが供給されているので、フッ化水素ガスを供給することにより、処理室４１の雰囲気はフッ化水素ガスとアンモニアガスとを含む混合ガスからなる処理雰囲気にされる。こうして処理室４１内のウェハＷの表面に混合ガスが供給されることで、ウェハＷに対してＣＯＲ処理が行われる。

処理室４１内の低圧状態の処理雰囲気によって、ウェハＷ表面のディープトレンチ１０２の底部に形成された自然酸化膜１０３は、混合ガス中のフッ化水素ガスの分子及びアンモニアガスの分子と化学反応して、反応生成物１０６に変質させられる（図１（ｃ）参照）。反応生成物としては、フルオロケイ酸アンモニウムや水分等が生成される。なお、この化学反応は等方的に進行するので、ディープトレンチ１０２の底部のみならず、ディープトレンチ１０２の内側面および絶縁膜１０１の上面にも進行する。

ＣＯＲ処理中は、各処理ガスの供給流量、不活性ガスの供給流量、排気流量等を調節することにより、混合ガス（処理雰囲気）が大気圧より減圧された一定の圧力（例えば約８０ｍＴｏｒｒ（約１０．７Ｐａ）程度）に維持されるように調節する。また、混合ガス中のフッ化水素ガスの分圧は、約１５ｍＴｏｒｒ（約２．００Ｐａ）以上になるように調節しても良い。

また、前述のように、ウェハＷの温度は、５０℃以上に維持される。これにより、ディープトレンチ１０２の開口部にフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）がほとんど堆積せず、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）層１０５によって、ディープトレンチ１０２の開口部が塞がれる事態を回避できる。これにより、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）がディープトレンチ１０２の内部に十分に供給され、絶縁膜１０１の上面やディープトレンチ１０２の内側面のみならず、ディープトレンチ１０２の底部に存在する自然酸化膜１０３も、反応生成物１０６に変質させることができる。

なお、反応生成物１０６中のフルオロケイ酸アンモニウムの昇華点は約１００℃であり、ウェハＷの温度を１００℃以上にすると、反応生成物１０６の生成が良好に行われなくなるおそれがある。そのため、ウェハＷの温度は約１００℃以下にすることが好ましい。

ディープトレンチ１０２の底部に存在する自然酸化膜１０３が反応生成物１０６に変質させられ、ＣＯＲ処理が終了すると、処理室４１が強制排気されて減圧される。これにより、フッ化水素ガスやアンモニアガスが処理室４１から強制的に排出される。処理室４１の強制排気が終了すると、搬入出口５３が開口させられ、ウェハＷはウェハ搬送機構１７によって処理室４１から搬出され、ＰＨＴ処理装置４の処理室２１に搬入される。以上のようにして、ＣＯＲ処理工程が終了する。

ＰＨＴ処理装置４において、ウェハＷは表面を上面とした状態で処理室２１内に載置される。ウェハＷが搬入されると搬送アーム１７ａが処理室２１から退出させられ、処理室２１が密閉され、ＰＨＴ処理工程が開始される。ＰＨＴ処理では、処理室２１内が排気されながら、高温の加熱ガスが処理室２１内に供給され、処理室２１内が昇温される。これにより、上記ＣＯＲ処理によって生じた反応生成物１０６が加熱されて気化し、ウェハＷの表面から除去される。これにより、ディープトレンチ１０２の底部において、Ｓｉ層１００の新たな表面が露出させられる。このように、ＣＯＲ処理の後、ＰＨＴ処理を行うことにより、ディープトレンチ１０２の底部において自然酸化膜１０３を除去することができる。

ＰＨＴ処理が終了すると、加熱ガスの供給が停止され、ＰＨＴ処理装置４の搬入出口が開かれる。その後、ウェハＷはウェハ搬送機構１７によって処理室２１から搬出され、ロードロック室３に戻される。こうして、ＰＨＴ処理装置４におけるＰＨＴ処理工程が終了する。

ウェハＷがロードロック室３に戻され、ロードロック室３が密閉された後、ロードロック室３と搬送室１２とが連通させられる。そして、ウェハ搬送機構１１によって、ウェハＷがロードロック室３から搬出され、載置台１３上のキャリア１３ａに戻される。以上のようにして、処理システム１における一連のエッチング工程が終了する。

なお、処理システム１においてエッチング処理が終了した後のウェハＷは、他の処理システムにおいて、例えばＣＶＤ装置等の成膜装置に搬入され、ウェハＷに対して例えばＣＶＤ法等による成膜処理が行われる。かかる成膜処理においては、ディープトレンチ１０２を埋めるように例えばポリシリコンの成膜が行われる。ポリシリコンの下端部はディープトレンチ１０２内においてＳｉ層１００の上面に接続される。

かかる処理システム１によれば、ウェハＷ表面のディープトレンチ１０２底部に形成された自然酸化膜１０３を反応生成物１０６に変質させて除去できるようになる。また、プラズマを用いないので、ウェハＷに対してプラズマに起因するチャージアップダメージを与えずに処理できる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

ＣＯＲ処理を行う変質工程において、ウェハＷの温度を５０℃以上にする高温工程部と、ウェハＷの温度を５０℃未満にする低温工程部とを、交互に行うようにしても良い。このようにＣＯＲ中、ウェハＷの温度を５０℃以上にする高温工程部と５０℃未満にする低温工程部とを交互に行うことによっても、ディープトレンチ１０２の開口部にフッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）がほとんど堆積せず、フッ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｆ）層１０５によって、ディープトレンチ１０２の開口部が塞がれる事態を回避できる。これにより、フッ化水素ガス（ＨＦ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）がディープトレンチ１０２の内部に十分に供給され、絶縁膜１０１の上面やディープトレンチ１０２の内側面のみならず、ディープトレンチ１０２の底部に存在する自然酸化膜１０３も、反応生成物１０６に変質させることができる。

更に、ウェハＷの温度を５０℃未満にする低温工程部において、ウェハＷの温度を２５〜３５°にさせる第１の低温工程部と、ウェハＷの温度を３５〜４５°にさせる第２の低温工程部を段階的に行うことも考えられる。

なお、フッ化水素ガスやアンモニアガスの他に処理室４１に供給されるガスの種類は、以上の実施形態に示した組み合わせには限定されない。例えば、処理室４１に供給される不活性ガスはアルゴンガスのみであっても良い。また、かかる不活性ガスは、その他の不活性ガス、例えば、ヘリウムガス（Ｈｅ）、キセノンガス（Ｘｅ）のいずれかであっても良く、または、アルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、キセノンガスのうち２種類以上のガスを混合したものであっても良い。

処理システム１の構造は、以上の実施形態に示したものには限定されない。例えば、ＣＯＲ処理装置、ＰＨＴ処理装置の他に、成膜装置を備えた処理システムであっても良い。例えば図５に示す処理システム９０のように、ウェハ搬送機構９１を備えた共通搬送室９２を、搬送室１２に対してロードロック室９３を介して連結させ、この共通搬送室９２の周囲に、ＣＯＲ処理装置９５、ＰＨＴ処理装置９６、例えばＣＶＤ装置等の成膜装置９７を配設した構成にしても良い。この処理システム９０においては、ウェハ搬送機構９１によって、ロードロック室９２、ＣＯＲ処理装置９５、ＰＨＴ処理装置９６、成膜装置９７に対してウェハＷをそれぞれ搬入出させるようになっている。共通搬送室９２内は真空引き可能になっている。即ち、共通搬送室９２内を真空状態にすることで、ＰＨＴ処理装置９６から搬出されたウェハＷを大気中の酸素に接触させずに、成膜装置９７に搬入できる。従って、ＰＨＴ処理後のウェハＷに自然酸化膜が付着することを防止でき、成膜（キャパシタＣの形成）を好適に行うことができる。

また、処理システム１において処理される基板の構造は、以上の実施形態において説明したものには限定されない。さらに、処理システム１において実施されるエッチングは、実施の形態に示したような、ディープトレンチ１０２の底部の自然酸化膜１０３に行うためのものには限定されず、本発明は、様々な部分のエッチング方法に適用できる。

処理システム１においてエッチングを施す対象物となるシリコン酸化膜も、自然酸化膜１０３には限定されず、例えばＢＰＳＧ膜、ＨＤＰ−ＳｉＯ_２膜等、他の種類のシリコン酸化膜であっても良い。この場合、シリコン酸化膜の種類に応じて、ＣＯＲ処理工程におけるウェハＷの温度、混合ガス中のフッ化水素ガスの分圧等を調節することで、反応生成物が飽和状態になる深さ、エッチング量などを制御することができる。特に、従来の自然酸化膜やケミカル酸化膜において行われていたエッチング方法よりも、反応生成物が飽和状態になる深さを深くし、また、エッチング量を向上させることが可能である。

また、基板に形成されたＣＶＤ系酸化膜については、そのＣＶＤ系酸化膜の成膜に用いられたＣＶＤ法の種類は、特に限定されない。例えば熱ＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等であっても良い。

さらに、本発明は、ＣＶＤ系酸化膜以外のシリコン酸化膜、例えば、自然酸化膜、レジスト除去工程等における薬液処理によって生じたケミカル酸化膜、熱酸化法により形成された熱酸化膜等のシリコン酸化膜のエッチングに適用することもできる。このようなＣＶＤ系酸化膜以外のシリコン酸化膜においても、ＣＯＲ処理におけるフッ化水素ガスの分圧とシリコン酸化膜の温度とを調節することで、エッチング量を増減させることができる。

例えば前の処理工程（レジスト除去工程等）で処理された後、次の処理工程（成膜工程）が行われるまでの間に、ウェハＷが長時間放置され、ウェハＷ上に自然酸化膜が厚く形成されてしまった場合でも、次の処理工程を行う直前に、本発明にかかるエッチング方法による自然酸化膜の除去工程を行うことにより、自然酸化膜を十分に除去することができる。従って、前の処理工程が終了した後、自然酸化膜の除去工程や次の処理工程を実施するまでの待ち時間を延長することが可能である。そのため、管理時間（Ｑ−ｔｉｍｅ）に自由度を持たせることができる。

本発明者らは、図６（ａ）に示すような、ウェハＷ表面に形成されたディープトレンチ１０２の内面をエッチングする場合の、ＣＯＲ処理工程における温度の影響を検討する実験を行った。エッチングを施すウェハＷは、Ｓｉ（シリコン）層１００の表面上に、絶縁膜１０１が形成され、絶縁膜１０１には、ディープトレンチ１０２が予め形成されている。ＣＯＲ処理工程におけるウェハＷの温度を２５〜６０℃に変化させ、ディープトレンチ１０２の内面における上位置１５０、中間高さ位置１５１、下位置（底部）１５２でのエッチング量をそれぞれ測定した。その結果を図６（ｂ）のグラフに示す。なお、図６（ｂ）の縦軸は、ウェハＷの温度を６０℃としてＣＯＲ処理工程を行った場合の上位置１５０でのエッチング量を１とし、それに対する比率を示している。ＣＯＲ処理工程におけるウェハＷの温度が４０℃以下の範囲では、ディープトレンチ１０２の内面における下位置（底部）１５２でのエッチング量が特に低くなった。一方、ＣＯＲ処理工程におけるウェハＷの温度を５０℃以上とした場合は、ディープトレンチ１０２の内面における下位置（底部）１５２でのエッチング量を、上位置１５０および中間高さ位置１５１でのエッチング量に近付けることができた。

本発明は、エッチング方法及び記録媒体に適用できる。

ディープトレンチが形成されたウェハの表面の構造を示した概略縦断面図である。（ａ）はＣＯＲ処理を行う前の状態、（ｂ）は従来技術によるＣＯＲ処理を行った状態、（ｃ）は本発明によるＣＯＲ処理を行った状態を示している。処理システムの概略平面図である。ＰＨＴ処理装置の構成を示した説明図である。ＣＯＲ処理装置の構成を示した説明図である。別の実施形態にかかる処理システムの概略平面図である。実施例の説明図である。（ａ）は実験に用いたウェハの説明図、（ｂ）はウェハ温度とエッチング量比の関係を示すグラフである。

符号の説明

Ｗウェハ
１処理システム
４ＰＨＴ処理装置
５ＣＯＲ処理装置
８制御コンピュータ
４０チャンバー
４１処理室

Claims

基板の表面のシリコン酸化膜をエッチングする方法であって、
前記シリコン酸化膜の表面に、フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを供給し、前記シリコン酸化膜と前記混合ガスとを化学反応させ、前記シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成させる変質工程と、
前記反応生成物を加熱して除去する加熱工程とを有し、
前記変質工程において、前記シリコン酸化膜の温度を５０℃以上にすることを特徴とする、エッチング方法。
基板の表面のシリコン酸化膜をエッチングする方法であって、
前記シリコン酸化膜の表面に、フッ化水素ガス及びアンモニアガスを含む混合ガスを供給し、前記シリコン酸化膜と前記混合ガスとを化学反応させ、前記シリコン酸化膜を変質させて反応生成物を生成させる変質工程と、
前記反応生成物を加熱して除去する加熱工程とを有し、
前記変質工程において、前記シリコン酸化膜の温度を５０℃以上にする高温工程部と、前記シリコン酸化膜の温度を５０℃未満にする低温工程部とを、交互に行うことを特徴とする、エッチング方法。
前記シリコン酸化膜が、前記基板の表面に形成された溝の内面に形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のエッチング方法。
前記溝の深さＤと開口幅Ｗとの比Ｄ／Ｗが５以上であることを特徴とする、請求項３に記載のエッチング方法。
前記溝がディープトレンチであることを特徴とする、請求項４に記載のエッチング方法。
処理システムの制御コンピュータによって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって、
前記プログラムは、前記制御コンピュータによって実行されることにより、前記処理システムに、請求項１〜５のいずれかに記載のエッチング方法を行わせるものであることを特徴とする、記録媒体。