JP2012114402A - ドライエッチング剤 - Google Patents

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Abstract

【課題】地球環境に対する影響が小さく、かつ必要とされる性能を有するドライエッチング剤を提供する。
【解決手段】（Ａ）１，３，３，３−テトラフルオロプロペンと、（Ｂ）Ｈ２、Ｏ２、ＣＯ、Ｏ３、ＣＯ２、ＣＯＣｌ２、ＣＦ３ＯＦ、ＣＯＦ２、ＮＯ２、Ｆ２、ＮＦ３、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＨＩ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＮＯ、ＮＨ３、及びＹＦｎ（式中、ＹはＣｌ、Ｂｒ、又はＩを表し、ｎは整数を表し、１≦ｎ≦７である。）からなる群より選ばれる少なくとも１種のガスと、（Ｃ）不活性ガスを含むドライエッチング剤を提供する。
これらのエッチング剤を用いることにより飛躍的にプロセスウインドウを広げることができ、特殊な基板の励起操作等なしにサイドエッチ率が小さく高アスペクト比が要求される加工にも対応できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、１，１，１，３−テトラフルオロプロペンを含むドライエッチング剤、及びそれを用いたドライエッチング方法に関する。
今日、半導体製造においては、極めて微細な処理技術が求められており、湿式法に代わりドライエッチング法が主流になっている。ドライエッチング法は、真空空間において、プラズマを発生させて、物質表面上に微細なパターンを分子単位で形成させる方法である。
二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）等の半導体材料のエッチングにおいては、下地材として用いられるシリコン、ポリシリコン、チッ化ケイ素等に対するＳｉＯ２のエッチング速度を大きくするため、エッチング剤として、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ４Ｆ８等のパーフルオロカーボン（ＰＦＣ）類やハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）類が用いられてきた。
しかしながら、これらのＰＦＣ類やＨＦＣ類は、いずれも大気寿命の長い物質であり、高い地球温暖化係数（ＧＷＰ）を有していることから京都議定書（ＣＯＰ３）において排出規制物質となっている。半導体産業においては、経済性が高く、微細化が可能な低ＧＷＰの代替物質が求められてきた。
そこで、特許文献１には、ＰＦＣ類やＨＦＣ類の代替物質として、４〜７個の炭素原子を有するパーフルオロケトンを含有する反応性ガスをクリーニングガスやエッチングガスとして用いる方法が開示されている。しかしながら、これらのパーフルオロケトンの分解物質には少なからず高ＧＷＰのＰＦＣが含まれることや、沸点が比較的高い物質が含まれることから、必ずしもエッチングガスとして好ましくなかった。
特許文献２には２〜６個の炭素原子を有するハイドロフルオロエーテルをドライエッチングガスとして用いる方法が開示されているが、特許文献１と同様、これらのハイドロフルオロエーテルについても総じてＧＷＰが高く、地球環境的には好ましくなかった。
このような背景の下、更なる低ＧＷＰを有し、かつ工業的にも製造が容易な化合物の開発が求められてきており、分子内に二重結合、三重結合を有する不飽和フルオロカーボンを用いてエッチング用途として検討されてきた。これに関連する従来技術として、特許文献３にはＣａＦ２ａ＋１ＯＣＦ＝ＣＦ２を含むエーテル類、ＣＦ３ＣＦ＝ＣＦＨ、ＣＦ３ＣＨ＝ＣＦ２等のフッ素化オレフィン類をＳｉ膜、ＳｉＯ２膜、Ｓｉ３Ｎ４膜、または高融点金属シリサイト膜をエッチングする方法が開示されている。
また、特許文献４に、ヘキサフルオロ−２−ブチン、ヘキサフルオロ−１，３−ブタジエンおよびヘキサフルオロプロペン等をエッチングガスとして用いることを特徴とするプラズマエッチング方法が開示されている。特許文献５には、ａ．ヘキサフルオロブタジエン、オクタフルオロペンタジエン、ペンタフルオロプロペン及びトリフルオロプロピンからなる群より選ばれる不飽和フルオロカーボン、ｂ.モノフルオロメタン又はジフルオロメタン等のヒドロフルオロメタン、ｃ.不活性なキャリアーガス、を含む混合ガスを用いて窒化物層からなる非酸化物層上の酸化物層をエッチングする方法が開示されている。
また、特許文献６には、炭素数５または６の鎖状パーフルオロアルキンをプラズマ反応ガスとして用いることが、特許文献７では、ドライエッチングガスやＣＶＤガスとして有用であり、また、含フッ素ポリマーの原料としても有用なパーフルオロアルケン化合物等の製造方法が開示されている。
特許文献８には、レーザアシストエッチングにおいてアシストガスとして１，３，３，３−テトラフルオロプロペンが開示されている。レーザアシストエッチングはレーザ光によって材料を熱的に活性化するとともにエッチャントを励起してエッチングする技術であり、基本的には、電気エネルギーによって反応性の気体をつくりだし、基板と反応させて、所望の形状をつくるドライエッチングとは励起方法が異なる技術である。
また、特許文献９において、シリコン酸化膜層に対するエッチング剤として、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンを含むガスが開示されている。
なお、２，３，３，３−テトラフルオロプロペンはカーエアコン用冷媒としても開発されている物質であり、常温、乾燥状態で燃焼範囲を有する可燃性ガス（ＡＳＴＭ Ｅ６８１−０４に準じた方法で測定）である。一方、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンは同条件の測定において燃焼範囲を示さず、より安全性の高い物質である。
更に、非特許文献１では、ヘキサフルオロプロペン、ヘキサフルオロブタジエン等の直鎖不飽和化合物を、酸化シリコン系材料層のエッチングに用いることが開示されている。
特表２００４−５３６４４８号公報 特開平１０−１４０１５１号公報 特開平１０−２２３６１４号公報 特開平９−１９１００２号公報 特表２００２−５３０８６３号公報 特開２００３−２８２５３８号公報 特開２００９−２６９８９２号公報 米国公開２００８／１９１１６３号公報 国際公開２００９／１２２７７１号公報
Ｊ．Ａｐｐｌ．ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４２，５７５９−５７６４頁，２００３年
ＰＦＣ類やＨＦＣ類はＧＷＰが高いため規制対象物質であり、それらの代替物質であるパーフルオロケトン類、ハイドロフルオロエーテル類やハイドロフルオロビニルエーテル類は、分解物質に少なからず高ＧＷＰのＰＦＣが含まれることや製造が難しく経済的でないことから、地球環境に対する影響が小さく、かつ必要とされる性能を有するドライエッチング剤の開発が求められている。
エッチング性能については、プラズマエッチングの場合、例えばＣＦ４のガスからＦラジカルを作り、ＳｉＯ２をエッチングすると等方性にエッチングされる。微細加工が要求されるドライエッチングにおいては、等方性よりも異方性エッチングに指向性をもつエッチング剤が好ましく、さらに地球環境負荷が小さく、かつ経済性の高いエッチング剤が望まれている。
また、これまでのエッチングガスを用いる技術では特許文献５に記載のような複雑な工程や装置、限られた温度条件や基板、ガスへの振動付加等の操作が必要であり、プロセスウインドウが狭いという問題があった。
本発明は、ガスの分子構造及びガス組成を好適化することにより、プロセスウインドウが広く、特殊な装置を使用することなく良好な加工形状が得られるドライエッチング剤、及びそれを用いたドライエッチング方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ドライエッチングにおいて異方性エッチングに好適で、かつ地球環境への影響がより小さい代替物質を見出した。
すなわち、本発明は、以下の［発明１］〜［発明８］に記載した発明を提供する。
［発明１］
１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、添加ガス、及び不活性ガスを含むドライエッチング剤。
［発明２］
添加ガスが酸化性、又は還元性ガスである、発明１に記載のドライエッチング剤。
［発明３］
酸化性、又は還元性ガスがＨ２、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＯＣｌ２、ＣＯＦ２、ＣＦ３ＯＦ、ＮＯ２、Ｆ２、ＮＦ３、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＨＦ、ＨＩ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＮＯ、ＮＨ３、及びＹＦｎ（式中、ＹはＣｌ、Ｂｒ、又はＩを表し、ｎは整数を表し、１≦ｎ≦７である。）からなる群より選ばれる少なくとも１種のガスである、発明２に記載のドライエッチング剤。
［発明４］
不活性ガスがＮ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、及びＫｒからなる群より選ばれる少なくとも１種のガスである、発明１に記載のドライエッチング剤。
［発明５］
１，３，３，３−テトラフルオロプロペンの含有率が、１〜４５体積％である発明１に記載のドライエッチング剤。
［発明６］
ＣＦ４、ＣＦ３Ｈ、ＣＦ２Ｈ２、ＣＦＨ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ４Ｈ２、Ｃ２Ｆ５Ｈ、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｆ７Ｈ、Ｃ３Ｆ６Ｈ２、Ｃ３Ｆ５Ｈ３、Ｃ３Ｆ４Ｈ４、Ｃ３Ｆ３Ｈ５、Ｃ３Ｆ５Ｈ、Ｃ３Ｆ３Ｈ、Ｃ３ＣｌＦ３Ｈ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、及びＣ５Ｆ１０からなる群より選ばれる少なくとも１種のガスをさらに含む、発明１乃至発明５の何れかに記載のドライエッチング剤。
［発明７］
発明１乃至発明６の何れかに記載のドライエッチング剤をプラズマ化して得られるプラズマガスを用いて、二酸化シリコン、窒化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、及び炭化シリコンからなる群より選ばれる少なくとも１種のシリコン系材料を選択的にエッチングするドライエッチング方法。
［発明８］
（Ａ）１，３，３，３−テトラフルオロプロペンと、（Ｂ）Ｈ２、Ｏ２、ＣＯ、及びＣＯＦ２からなる群より選ばれる少なくとも１種以上のガスと、Ａｒを用い、（Ａ）、（Ｂ）、及びＡｒの体積流量比をそれぞれ１〜４５％：１〜５０％：５〜９８％（但し、各々のガスの体積流量比の合計は１００％である。）とし、二酸化シリコン、窒化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン及び炭化シリコンからなる群より選ばれる少なくとも１種のシリコン系材料を選択的にエッチングするドライエッチング方法。
本発明では、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＣＦ３ＣＨ＝ＣＦＨ）を用い、かつ、Ｈ２、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＯＣｌ２、ＣＦ３ＯＦ、ＣＯＦ２、ＮＯ２、Ｆ２、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＨＦ、ＨＩ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＮＯ、ＮＨ３、及びＹＦｎ（式中、ＹはＣｌ、Ｂｒ、又はＩを表し、ｎは整数を表し、１≦ｎ≦７である。）等の添加ガス、及び、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスを添加した混合ガスを用いることで良好な加工形状が得られることを特徴とするドライエッチング剤を提供する。
前述したように、１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペン、ヘキサフルオロ−２−ブチン、ヘキサフルオロ−１，３−ブタジエン、ヘキサフルオロプロペン等をエッチングガスとして用いることは既に知られている。これらのフッ素化オレフィン化合物はそれ自身、多くのフッ素原子を持ち、酸化シリコン系材料に対し高いエッチング速度を有することからも、一見好ましい方法ではあるが、複数の二重結合もしくは三重結合部位を持つ為、これらの化合物を製造するには幾分困難であった。
また、本願発明の対象とする化合物の類似化合物である１，１，１，２，３−ペンタフルオロプロペンについて特許文献３に開示されているが、実際にエッチングを行った実施例の記載がされておらず、本願発明の対象とする化合物が、はたして高い選択比を持ち、かつ各種材料に対し、工業的に採用し得る程度のエッチング速度を有するのかどうか、不明であった。
ところが本発明者らは、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンを用い、かつ特定の添加ガス（詳細は後述）、及び特定の不活性ガスを共存させながらエッチングを行うことで、シリコン系材料層に対し選択性が高く、かつ高いエッチング速度で効率よくエッチングできることを見出した。
なお、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンはＣＦ３ＣＨの構造を含み、ＣＦ３ ＋が形成されやすく、しかも分子中に高分子化しやすい二重結合および水素を有するため壁保護に有利であり、そのため異方性エッチングを達成することができる。
また、添加ガスを特定の量を用いることで、特に好ましい条件も得た。
このように、本発明で用いるエッチング剤は、実用的にも支障なく使用することができ、工業的にも地球環境的にも非常に優位性のあるものである。
本発明におけるドライエッチング剤は、分子内に１個の不飽和の二重結合を有するため、大気中でのＯＨラジカル等による分解性が高く、地球温暖化への寄与もＣＦ４やＣＦ３Ｈ等のＰＦＣ類やＨＦＣ類より格段に低いことから、ドライエッチング剤とした場合、環境への負荷が軽いという効果を奏す。
さらに、これらのエッチング剤に含酸素ガス、含ハロゲンガス等の酸化性ガス、還元性ガスを混合することにより飛躍的にプロセスウインドウを広げることができ、特殊な基板の励起操作等なしにサイドエッチ率が小さく高アスペクト比が要求される加工にも対応できる。
本発明で用いた実験装置の概略図である。 エッチング処理により得られる、シリコンウェハ上の開口部を示す図である。
以下、本発明におけるドライエッチング剤について詳細に説明する。
本発明において使用するドライエッチング剤は、化学式ＣＦ３ＣＨ＝ＣＦＨで表される１，３，３，３−テトラフルオロプロペンを含む。具体的には、本発明に使用するＣＦ３ＣＨ＝ＣＦＨは、他の１種または２種以上の有機化合物または無機化合物と混合して用いることを特徴とする。なお、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンに関しては、立体異性体が存在する。トランス体（Ｅ体）とシス体（Ｚ体）を含むが、本発明においていずれかの異性体もしくは両者の混合物として用いることができる。
なお、本発明で用いる１，３，３，３−テトラフルオロプロペンは従来公知の方法で製造することができる。例えば、本発明者らは、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンの製造法に関し、特許第３４６５８６５号または特許第３８２１５１４号にて、工業的規模で得られる１−クロロ−３，３，３−トリフルオロプロペンを気相フッ素化触媒存在下、ＨＦを作用させることにより得ることができる。また、特許第３４６５８６５号に、１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロパンを気相にて触媒的に分解し得る方法を開示している。
１，３，３，３−テトラフルオロプロペンは、二重結合を分子中に有し、この二重結合が単結合によりトリフルオロメチル基（ＣＦ３基）とつながることで、エッチング効率の高いＣＦ３ ＋イオンが高頻度で発生する一方、二重結合部分は高分子化して堆積するという特徴をもつ。
エッチング剤中の炭素原子が高分子化して被エッチング材の側壁の非選択的なエッチングを防御するためＦ／Ｃ比はできるだけ１に近づくことが好ましい。
本発明に使用する１，３，３，３−テトラフルオロプロペンは、分子中のＦ／Ｃ比が１．３３と小さく、被エッチング材の側壁が高分子の堆積により保護されやすいため、Ｆラジカルによる等方的エッチングに対し、異方性エッチングの選択性を向上すると考えられる。
なお、Ｆ／Ｃ比を下げるには水素を含むフッ素化プロペン類が好ましい。このようなフッ素化プロペン類としては、１，２，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、１，１，３，３，３−ペンタフルオロプロペン、３，３，３−トリフルオロプロペン等が挙げられるが、Ｆ／Ｃ比や燃焼性等の観点から、本願発明で対象とするＣＦ３ＣＨ＝ＣＦＨが好ましい。
本発明のエッチング方法は、各種ドライエッチング条件下で実施可能であり、対象膜の物性、生産性、微細精度等によって、種々の添加剤を加えることが可能である。
本発明において使用する１，３，３，３−テトラフルオロプロペンは、１〜４５体積％含有させることが好ましい。また、詳細は後述するが、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンを１〜４５体積％とし、添加ガス（なお、ここで言う「添加ガス」とは、Ｏ２、Ｆ２等の酸化性ガス、若しくはＨ２、ＣＯ等の還元性ガスを示す。なお、本明細書で当該ガスを「酸化性ガス」、「含酸素ガス」、「含ハロゲンガス」、「還元性ガス」と言うことがある。）、及び不活性ガスをそれぞれ後述する体積％の範囲で混合させることが好ましい。
Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ等の不活性ガスは希釈剤としても使用可能であるが、特にＡｒでは１，３，３，３−テトラフルオロプロペンとの相乗効果によって、より高いエッチングレートが得られる。
不活性ガスの添加量は出力、排気量等の装置の形状、性能や対象膜特性に依存するが、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンの流量の１から５０倍が好ましい。
生産性を上げるために、エッチング速度を上げたい時は、酸化性ガスを添加することが好ましい。具体的には、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＯＣｌ２、ＣＯＦ２、ＮＯ２等の含酸素ガスや、Ｆ２、ＮＦ３、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＹＦｎ（Ｙ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、１≦ｎ≦７）等の含ハロゲンガスが挙げられる。この中でも、金属のエッチング速度を更に加速することができることから、Ｏ２、ＣＯＦ２、Ｆ２、ＮＦ３、Ｃｌ２が好ましく、Ｏ２が特に好ましい。
なお、当該ガスについては、１種類、もしくは２種類以上を混合して添加することもでき、当業者が適宜調整することができる。
酸化性ガスの添加量は出力等の装置の形状、性能や対象膜の特性に依存するが、通常、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンの流量に対し１／１０から３０倍であり、好ましくは、1／１０から２０倍である。
もし、３０倍を超える量で添加する場合、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンの優れた異方性エッチング性能が損なわれることがある。前述した酸化性ガスの流量が１／１０より少ない場合には、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンが高分子化した堆積物が著しく増加することがある。酸化性ガスとしては、特に酸素を添加すると選択的に金属のエッチングレートを加速することが可能となる。すなわち、酸化物に対する金属のエッチング速度の選択比を著しく向上でき、金属の選択エッチングが可能となる。
なお、本願発明では、酸化性ガスと共に、Ｎ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、Ｋｒ等の不活性ガスを添加する。
このように、本発明において使用するドライエッチング剤は、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、酸化性ガス、及び、不活性ガスを含むものであるが、当該エッチング剤における好ましい組成を、体積％と共に以下に示す。なお、各ガスの体積％の合計は１００％である。
例えば、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、及び酸化性ガス、及び、不活性ガスを共存させる場合の体積％は、それぞれ当該プロペン：酸化性ガス：不活性ガス＝１〜４５％：１〜５０％：５〜９８％とすることが好ましく、さらに、４〜４０％：４〜４５％：１５〜９２％とすることが特に好ましい。
なお、酸化性ガスまたは不活性ガスがそれぞれ２種類以上混在している場合は、各々の体積比が前述の割合になるように調整すると良い。
また、ＣＦ４、ＣＦ３Ｈ、ＣＦ２Ｈ２、ＣＦＨ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ４Ｈ２、Ｃ２Ｆ５Ｈ、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｆ７Ｈ、Ｃ３Ｆ６Ｈ２、Ｃ３Ｆ５Ｈ３、Ｃ３Ｆ４Ｈ４、Ｃ３Ｆ３Ｈ５、Ｃ３Ｆ５Ｈ、Ｃ３Ｆ３Ｈ、Ｃ３ＣｌＦ３Ｈ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、Ｃ５Ｆ１０等のガスは、エッチングガスのＦ／Ｃ比を変動することができる。これらの化合物の添加量は、選択的エッチングを阻害しないようにＦ／Ｃ比を変動することが好ましく、１，３，３，３−テトラフルオロプロペンに対し０．０１〜２体積倍が望ましい。なお、１，３，３，３−テトラフルオロプロペン以外の化合物のうち、２，３，３，３−テトラフルオロプロペン等（Ｃ３Ｆ４Ｈ２）は、Ｆ／Ｃ比を変動しないが、側壁保護等に影響するため組み合わせて用いることができる。
また、等方的なエッチングを促進するＦラジカル量の低減を所望するときは、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、Ｃ２Ｈ４、Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＨＦ、ＨＩ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＮＯ、ＮＨ３、Ｈ２に例示される還元性ガスの添加が有効である。
還元性ガスの添加量が多すぎる場合には、エッチングに働くＦラジカルが著しく減量して、生産性が低下することがある。特に、Ｈ２、Ｃ２Ｈ２を添加するとＳｉＯ２のエッチング速度は変化しないのに対して、Ｓｉのエッチング速度は低下し、選択性が上がることから、下地のシリコンに対してＳｉＯ２を選択的にエッチングすることが可能である。
次に、本願発明におけるドライエッチング剤を用いたエッチング方法について説明する。
本発明のドライエッチング剤は、シリコンウェハ、金属板、硝子、単結晶、多結晶等の基板上に重層した、Ｂ、Ｐ、Ｗ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｍｏ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｓｂ、Ｇｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｓ、Ｃｒ及びその化合物、具体的には、酸化物、窒化物、炭化物、フッ化物、オキシフッ化物、シリサイド及びこれらの合金のエッチング等、各種の被加工物に適用可能である。
特に、半導体材料に対して有効に適用できる。半導体材料として、シリコン、二酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコン、酸化フッ化シリコンまたは炭化酸化シリコンのシリコン系材料、タングステン、レニウム、それらのシリサイド、チタンあるいは窒化チタン、ルテニウムあるいはルテニウムシリサイド、ルテニウムナイトライド、タンタル、タンタルオキサイド、オキシタンタルフルオライド、ハフニム、ハフニウムオキサイド、オキシハフニウムシリサイド、ハフニムジルコニムオキサイドを挙げることができる。
また、本発明のドライエッチング剤を用いたエッチング方法は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）プラズマエッチング、マイクロ波エッチング等の各種エッチング方法、並びに反応条件は特に限定せず用いることができる。本発明で用いるエッチング方法は、エッチング処理装置内で対象とするプロペン類のプラズマを発生させ、装置内にある対象の被加工物の所定部位に対してエッチングすることにより行う。例えば半導体の製造において、シリコンウェハ上にシリコン系酸化物膜または窒化珪素膜を成膜し、特定の開口部を設けたレジストを上部に塗布し、シリコン系酸化物または窒化珪素膜を除去するようにレジスト開口部をエッチングする。
なお、本発明に係るエッチング方法は、機械要素部品、センサー、アクチュエータ、電子回路を一つのシリコン基板、ガラス基板、有機材料等の上に積層した構造、いわゆる微小電気機械システム（ＭＥＭＳ；Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓの略）の製造時におけるエッチングにも適用できる。また、本発明の方法を応用することにより、ＭＥＭＳを利用した磁気記録ヘッド、圧力センサー、加速度センサー等の既存製品における半導体の製造も可能となる。
エッチングを行う際のプラズマ発生装置に関しては、特に限定はないが、例えば、高周波誘導方式及びマイクロ波方式の装置等が好ましく用いられる。
エッチングを行う際の圧力は、異方性エッチングを効率よく行うために、ガス圧力は０．１３３〜１３３Ｐａの圧力で行うことが好ましい。０．１３３Ｐａより低い圧力ではエッチング速度が遅くなり、一方、１３３Ｐａを超える圧力ではレジスト選択比が損なわれることがある。
エッチングを行う際の１，３，３，３−テトラフルオロプロペン、及び、添加ガス、及び、不活性ガスそれぞれの体積流量比率は、前述した体積％と同じ比率でもってエッチングを行うことができる。
また、使用するガス流量は、エッチング装置のサイズに依存する為、当業者がその装置に応じて適宜調整することができる。
また、エッチングを行う際の温度は３００℃以下が好ましく、特に異方性エッチングを行うためには２４０℃以下とすることが望ましい。３００℃を超える高温では等方的にエッチングが進行する傾向が強まり、必要とする加工精度が得られないこと、また、レジストが著しくエッチングされるために好ましくない。
エッチング処理を行う反応時間は、特に限定はされないが、概ね５分〜３０分程度である。しかしながらエッチング処理後の経過に依存する為、当業者がエッチングの状況を観察しながら適宜調整するのが良い。
なお、前述した還元性ガス等と混合して使用したり、圧力、流量、温度等を最適化することにより、例えばコンタクトホールの加工時のシリコンとシリコン酸化膜とのエッチング速度の選択性を向上させたりすることができる。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。
本発明のドライエッチング剤をコンタクトホール加工に適用し、層間絶縁膜（ＳｉＯ２）または窒化珪素膜をエッチングした例を［実施例１］〜［実施例１０］に示す。また、比較例としてパーフルオロカーボンであるＣＦ４やＦ２、そしてジオレフィンであるＣ４Ｆ６（ＣＦ２＝ＣＦ−ＣＦ＝ＣＦ２）をそれぞれ使用した場合を［比較例１］〜［比較例１２］として示す。
本実施例に用いる実験装置の概略図を図１に示す。
チャンバー１内の上部電極５に接続されたガス導入口６からプロセスガスを導入後、チャンバー１内圧力を２Ｐａに設定し、高周波電源３（１３．５６ＭＨｚ、０．２２Ｗ／ｃｍ２）によりプロセスガスを励起させ生成した活性腫を、下部電極４上に設置した試料８に対し供給しエッチングを行った。
試料８としては、単結晶シリコンウェハ上にＳｉＯ２膜または窒化珪素膜を５μｍ成膜し、膜上に線幅０．３μｍの開口部を設けたレジストを塗布したものを用いた。試料８に対して、Ｃ４Ｆ６、ＣＦ４、Ｆ２、並びにトランス−１，３，３，３−テトラフルオロプロペン（１２３４ｚｅ（Ｅ）と略す）、または１２３４ｚｅ（Ｅ）と２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（１２３４ｙｆと略す）との混合ガス（体積比８０／２０）の各々と酸素の混合ガスにてプロセス圧力２Ｐａにてエッチングを３０分間行った。エッチング処理後、シリコンウェハ断面をＳＥＭ観察することで、エッチング速度、アスペクト比及びサイドエッチ（側壁の削れ量）の開口部線幅との比率を比較した。サイドエッチ率Ｒ（％）は図２に示すように、Ｒ＝（ａ／ｂ）×１００で表わされる。
エッチング試験結果を表１に示す。
Figure 2012114402
［実施例１］、［実施例２］、［実施例５］、［実施例７］、［実施例９］より、本発明におけるドライエッチング剤は［比較例１］、［比較例２］、［比較例５］、［比較例６］、［比較例９］、［比較例１１］に示すＣＦ４、Ｃ４Ｆ６，Ｆ２と比較して、ＳｉＯ２に対し高アスペクト比、低サイドエッチ率であり、良好なコンタクトホール加工形状が得られている。
［実施例３］、［実施例４］、［実施例６］、［実施例８］、［実施例１０］より、本発明におけるドライエッチング剤は［比較例３］、［比較例４］、［比較例７］、［比較例８］、［比較例１０］、［比較例１２］に示すＣＦ４，Ｃ４Ｆ６，Ｆ２と比較して、窒化ケイ素に対し高アスペクト比、低サイドエッチ率であり、良好なコンタクトホール加工形状が得られている。
また、［実施例５］、［実施例６］、［実施例９］、［実施例１０］に示すように、１２３４ｚｅ（Ｅ）と１２３４ｙｆとの混合ガスを用いたドライエッチング剤の場合、酸素との反応性が高く、可燃性であり、かつ使用上安全性に問題があった１２３４ｙｆが、１２３４ｚｅ（Ｅ）と混合させることで、安全性を高めることができ、また、流量並びに酸素流量を下げても、他の実施例と同様、アスペクト比、サイドエッチ率の良好なコンタクトホール加工形状が得られている。
上記試験と同条件でのエッチング試験を０．１μｍの開口幅を持つ試料で実施したところ、同様の結果を得た。
［実施例１］〜［実施例１０］より、本発明におけるドライエッチング剤は、［比較例１］〜［比較例１２］の従来知られたＣＦ４、Ｃ４Ｆ６に比べて、アスペクト比が、サイドエッチ率が小さい、良好なコンタクトホール加工形状が得られている。
本発明で対象とする１，１，１，３−テトラフルオロプロペンを含む剤は、ドライエッチング剤として利用できる。また、それを用いたエッチング方法は、半導体の製造方法としても利用できる。
［図１の説明］
１． チャンバー
２． 圧力計
３． 高周波電源
４． 下部電極
５． 上部電極
６． ガス導入口
７． 排ガスライン
８． 試料
［図２の説明］
a. 側壁の削れ量
b. 開口部線幅

Claims (8)

  1. １，３，３，３−テトラフルオロプロペン、添加ガス、及び不活性ガスを含むドライエッチング剤。
  2. 添加ガスが酸化性、又は還元性ガスである、請求項１に記載のドライエッチング剤。
  3. 酸化性、又は還元性ガスがＨ２、Ｏ２、Ｏ３、ＣＯ、ＣＯ２、ＣＯＣｌ２、ＣＯＦ２、ＣＦ３ＯＦ、ＮＯ２、Ｆ２、ＮＦ３、Ｃｌ２、Ｂｒ２、Ｉ２、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２，Ｃ２Ｈ４，Ｃ２Ｈ６、Ｃ３Ｈ４、Ｃ３Ｈ６、Ｃ３Ｈ８、ＨＦ、ＨＩ、ＨＢｒ、ＨＣｌ、ＮＯ、ＮＨ３、及びＹＦｎ（式中、ＹはＣｌ、Ｂｒ、又はＩを表し、ｎは整数を表し、１≦ｎ≦７である。）からなる群より選ばれる少なくとも１種のガスである、請求項２に記載のドライエッチング剤。
  4. 不活性ガスがＮ２、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎｅ、及びＫｒからなる群より選ばれる少なくとも１種のガスである、請求項１に記載のドライエッチング剤。
  5. １，３，３，３−テトラフルオロプロペンの含有率が、１〜４５体積％である請求項１に記載のドライエッチング剤。
  6. ＣＦ４、ＣＦ３Ｈ、ＣＦ２Ｈ２、ＣＦＨ３、Ｃ２Ｆ６、Ｃ２Ｆ４Ｈ２、Ｃ２Ｆ５Ｈ、Ｃ３Ｆ８、Ｃ３Ｆ７Ｈ、Ｃ３Ｆ６Ｈ２、Ｃ３Ｆ５Ｈ３、Ｃ３Ｆ４Ｈ４、Ｃ３Ｆ３Ｈ５、Ｃ３Ｆ５Ｈ、Ｃ３Ｆ３Ｈ、Ｃ３ＣｌＦ３Ｈ、Ｃ４Ｆ８、Ｃ４Ｆ６、Ｃ５Ｆ８、及びＣ５Ｆ１０からなる群より選ばれる少なくとも１種のガスをさらに含む、請求項１乃至請求項５の何れかに記載のドライエッチング剤。
  7. 請求項１乃至請求項６の何れかに記載のドライエッチング剤をプラズマ化して得られるプラズマガスを用いて、二酸化シリコン、窒化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、及び炭化シリコンからなる群より選ばれる少なくとも１種のシリコン系材料を選択的にエッチングするドライエッチング方法。
  8. （Ａ）１，３，３，３−テトラフルオロプロペンと、（Ｂ）Ｈ２、Ｏ２、ＣＯ、及びＣＯＦ２からなる群より選ばれる少なくとも１種以上のガスと、Ａｒを用い、（Ａ）、（Ｂ）、及びＡｒの体積流量比をそれぞれ１〜４５％：１〜５０％：５〜９８％（但し、各々のガスの体積流量比の合計は１００％である。）とし、二酸化シリコン、窒化シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、及び炭化シリコンからなる群より選ばれる少なくとも１種のシリコン系材料を選択的にエッチングするドライエッチング方法。
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