JP2016025195A - エッチング方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】チャンバー内にプラズマを生成させない化学的な手法により、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜や自然酸化膜を、熱酸化膜およびＳｉＮ膜に対して高選択比でエッチングする。
【解決手段】表面に化学蒸着法または原子層堆積法により形成された第１の酸化シリコン膜を有し、さらに第１の酸化シリコン膜に隣接して、熱酸化膜からなる第２の酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を有する被処理基板をチャンバー内に配置し、チャンバー内に、ＨＦガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給し、これにより第１の酸化シリコン膜を第２の酸化シリコン膜および窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングする。
【選択図】図３
【解決手段】表面に化学蒸着法または原子層堆積法により形成された第１の酸化シリコン膜を有し、さらに第１の酸化シリコン膜に隣接して、熱酸化膜からなる第２の酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を有する被処理基板をチャンバー内に配置し、チャンバー内に、ＨＦガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給し、これにより第１の酸化シリコン膜を第２の酸化シリコン膜および窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングする。
【選択図】図３
Description
本発明は、基板に形成されたＣＶＤ系のシリコン酸化膜、自然酸化膜をエッチングするエッチング方法に関する。
近時、半導体デバイスの製造過程で、プラズマエッチングに代わる微細化エッチングが可能な方法として、チャンバー内でプラズマを生成することなく化学的にエッチングを行う化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＲ）と呼ばれる手法が注目されている。
ＣＯＲとしては、真空に保持されたチャンバー内で、被処理体である半導体ウエハの表面に存在するシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）に、フッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを吸着させ、これらをシリコン酸化膜と反応させてフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ）を生成させ、次工程で加熱によりこのフルオロケイ酸アンモニウムを昇華させることにより、ＳｉＯ２膜をエッチングするプロセスが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
ところで、半導体デバイスの製造過程において、エッチング対象であるＳｉＯ２膜として、化学蒸着法（ＣＶＤ法）や原子層堆積法（ＡＬＤ法）で形成されたＣＶＤ系ＳｉＯ２膜が用いられるが、半導体ウエハには、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜に隣接して、Ｓｉを熱酸化して形成されたＳｉＯ２膜である熱酸化膜や窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）が隣接している場合があり、熱酸化膜やＳｉＮ膜に対して高い選択比でＣＶＤ系ＳｉＯ２膜をエッチングすることが望まれる。
また、半導体ウエハの表面にはＳｉ系材料が自然酸化して自然酸化膜が形成されているが、半導体ウエハに存在する熱酸化膜やＳｉＮ膜を極力エッチングすることなく自然酸化膜のみをエッチング除去することが望まれる。
しかし、従来のようにエッチングガスとしてＨＦガスとＮＨ３ガスを用いた場合には、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜や自然酸化膜を、熱酸化膜およびＳｉＮ膜に対して十分な選択比でエッチングすることは困難である。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、チャンバー内にプラズマを生成させない化学的な手法により、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜や自然酸化膜を、熱酸化膜およびＳｉＮ膜に対して高選択比でエッチングすることができるエッチング方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明は、表面に化学蒸着法または原子層堆積法により形成された第１の酸化シリコン膜を有し、さらに前記第１の酸化シリコン膜に隣接して、熱酸化膜からなる第２の酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を有する被処理基板をチャンバー内に配置し、前記チャンバー内に、ＨＦガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給し、これにより前記第１の酸化シリコン膜を前記第２の酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法を提供する。
また、本発明は、熱酸化膜および窒化シリコン膜を有し、表面に自然酸化膜が形成された被処理基板をチャンバー内に配置し、前記チャンバー内に、ＨＦガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給し、これにより前記自然酸化膜を前記熱酸化膜および前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングして除去することを特徴とするエッチング方法を提供する。
上記いずれかのエッチング方法において、さらに不活性ガスを供給してエッチング処理を行うことができる。この場合に、前記不活性ガスとしては、Ａｒガス、Ｎ２ガスを好適に用いることができる。
また、上記いずれかのエッチング方法において、前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を６６．７〜１３３３．３Ｐａの範囲とし、前記チャンバー内で被処理基板を載置する載置台の温度を０〜３０℃の範囲とすることが好ましい。
前記アルコールガスとして、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）から選択された少なくとも一種からなるものを用いることができる。
前記エッチングを行う際のＨＦガス＋アルコールガスまたは水蒸気の合計量に対するアルコールガスまたは水蒸気の体積比率は、体積％で、３〜５０％の範囲であることが好ましい。
さらに、本発明は、コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記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装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。
本発明によれば、チャンバー内に、ＨＦガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給することにより、チャンバー内にプラズマを生成することなく、被処理基板の表面に化学蒸着法もしくは原子層堆積法により形成された酸化シリコン膜、または被処理基板の表面に形成された自然酸化膜を、被処理基板に形成された熱酸化膜および窒化シリコン膜に対して極めて高い選択比でエッチングすることができる。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
＜本発明の実施形態に用いる処理システムの一例＞
図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置を搭載した処理システムの一例を示す概略構成図である。この処理システム１は、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを搬入出する搬入出部２と、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（Ｌ／Ｌ）３と、各ロードロック室３にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対して熱処理を行なう熱処理装置４と、各熱処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、チャンバー内でプラズマを生成することなくウエハＷに対してエッチングを行う本実施形態に係るエッチング装置５と、制御部６とを備えている。
図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置を搭載した処理システムの一例を示す概略構成図である。この処理システム１は、被処理基板である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを搬入出する搬入出部２と、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（Ｌ／Ｌ）３と、各ロードロック室３にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対して熱処理を行なう熱処理装置４と、各熱処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、チャンバー内でプラズマを生成することなくウエハＷに対してエッチングを行う本実施形態に係るエッチング装置５と、制御部６とを備えている。
搬入出部２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有している。第１ウエハ搬送機構１１は、ウエハ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の長手方向の側部には、載置台１３が設けられており、この載置台１３には、ウエハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣが例えば３つ接続できるようになっている。また、搬送室１２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１４が設置されている。
搬入出部２において、ウエハＷは、搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送機構１１の駆動により略水平面内で直進移動、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１３上のキャリアＣ、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が進退することにより、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が介在された状態で、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、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。
第２ウエハ搬送機構１７は、多関節アーム構造を有しており、ウエハＷを略水平に保持するピックを有している。この第２ウエハ搬送機構１７においては、多関節アームを縮めた状態でピックがロードロック室３内に位置し、多関節アームを伸ばすことにより、ピックが熱処理装置４に到達し、さらに伸ばすことによりエッチング装置５に到達することが可能となっており、ウエハＷをロードロック室３、熱処理装置４、およびエッチング装置５間で搬送することが可能となっている。
熱処理装置４は、図２に示すように、真空引き可能なチャンバー２０と、その中でウエハＷを載置する載置台２３を有し、載置台２３にはヒーター２４が埋設されており、このヒーター２４によりエッチング処理が施された後のウエハＷを加熱してウエハＷに存在するエッチング残渣を気化して除去する。チャンバー２０のロードロック室３側には、ロードロック室３との間でウエハを搬送する搬入出口２０ａが設けられており、この搬入出口２０ａはゲートバルブ２２によって開閉可能となっている。また、チャンバー２０のエッチング装置５側にはエッチング装置５との間でウエハＷを搬送する搬入出口２０ｂが設けられており、この搬入出口２０ｂはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。チャンバー２０の側壁上部にはガス供給路２５が接続され、ガス供給路２５はＮ２ガス供給源３０に接続されている。また、チャンバー２０の底壁には排気路２７が接続され、排気路２７は真空ポンプ３３に接続されている。ガス供給路２５には流量調節弁３１が設けられており、排気路２７には圧力調整弁３２が設けられていて、これら弁を調整することにより、チャンバー２０内を所定圧力のＮ２ガス雰囲気にして熱処理が行われる。Ａｒガス等、Ｎ２ガス以外の不活性ガスを用いてもよい。
制御部６は、処理システム１の各構成部を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９１を有している。プロセスコントローラ９１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、処理システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザーインターフェース９２が接続されている。また、プロセスコントローラ９１には、処理システム１で実行される各種処理、例えば後述するエッチング装置５における処理ガスの供給やチャンバー内の排気などをプロセスコントローラ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処理システム１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である処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部９３が接続されている。レシピは記憶部９３の中の適宜の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、処理システム１での所望の処理が行われる。
本実施形態に係るエッチング装置５は、ＨＦガス、アルコールガス等によりＣＶＤ系ＳｉＯ２膜のパターンエッチングや、自然酸化膜のエッチング除去を行うものである。その具体的な構成については、後で詳細に説明する。
このような処理システム１では、ウエハＷとして、表面にエッチング対象であるＣＶＤ法やＡＬＤ法で形成されたＣＶＤ系ＳｉＯ２膜や自然酸化膜を有し、それと隣接して熱酸化膜およびＳｉＮ膜を有するものを用い、そのようなウエハＷを複数枚キャリアＣ内に収納して処理システム１に搬送する。
処理システム１においては、大気側のゲートバルブ１６を開いた状態で搬入出部２のキャリアＣから第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりウエハＷを１枚ロードロック室３に搬送し、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックに受け渡す。
その後、大気側のゲートバルブ１６を閉じてロードロック室３内を真空排気し、次いでゲートバルブ５４を開いて、ピックをエッチング装置５まで伸ばしてウエハＷをエッチング装置５へ搬送する。
その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、エッチング装置５において後述するようにしてエッチング処理を行う。
エッチング処理が終了した後、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックによりエッチング処理後のウエハＷを熱処理装置４に搬送し、チャンバー２０内にＮ２ガスを導入しつつ、ヒーター２４により載置台２３上のウエハＷを加熱して、エッチング残渣等を加熱除去する。
熱処理装置４における熱処理が終了した後、ゲートバルブ２２を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台２３上のエッチング処理後のウエハＷをロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻す。これにより、一枚のウエハの処理が完了する。
なお、本実施形態の場合には、エッチング装置５において上記特許文献１や２におけるＣＯＲのような反応生成物が発生しないため、熱処理装置４は必須ではない。熱処理装置を用いない場合には、エッチング処理が終了した後のウエハＷを第２ウエハ搬送機構１７のピックによりロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻せばよい。
＜エッチング装置の構成＞
次に、本実施形態に係るエッチング装置５について詳細に説明する。
図３は、本実施形態に係るエッチング装置を示す断面図である。図３に示すように、エッチング装置は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部には、ウエハ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、エッチング装置５は、チャンバー４０にエッチングガスを供給するガス供給機構４３、チャンバー４０内を排気する排気機構４４を備えている。
次に、本実施形態に係るエッチング装置５について詳細に説明する。
図３は、本実施形態に係るエッチング装置を示す断面図である。図３に示すように、エッチング装置は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部には、ウエハ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、エッチング装置５は、チャンバー４０にエッチングガスを供給するガス供給機構４３、チャンバー４０内を排気する排気機構４４を備えている。
チャンバー４０は、チャンバー本体５１と蓋部５２とによって構成されている。チャンバー本体５１は、略円筒形状の側壁部５１ａと底部５１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部５２で閉止される。側壁部５１ａと蓋部５２とは、シール部材（図示せず）により密閉されて、チャンバー４０内の気密性が確保される。蓋部５２の天壁には上方からチャンバー４０内に向けてガス導入ノズル６１が挿入されている。
側壁部５１ａには、熱処理装置４のチャンバー２０との間でウエハＷを搬入出する搬入出口５３が設けられており、この搬入出口５３はゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
載置台４２は、平面視略円形をなしており、チャンバー４０の底部５１ｂ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、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環する管路を備えており、このような管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、載置台４２の温度が調節され、載置台４２上のウエハＷの温度制御がなされる。
ガス供給機構４３は、不活性ガスであるＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源６３、ＨＦガスを供給するＨＦガス供給源６４、およびアルコールガスであるエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）ガスを供給するエタノールガス供給源６５を有している。また、Ｎ２ガス供給源６３に接続された第１のガス供給配管６６、ＨＦガス供給源６４に接続された第２のガス供給配管６７、エタノールガス供給源６５に接続された第３のガス供給配管６８、および、これら第１〜第３のガス供給配管６６〜６８が接続される共通ガス供給配管６２を有している。共通ガス供給配管６２は、上述したガス導入ノズル６１に接続されている。
第１〜第３のガス供給配管６６〜６８には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器７０が設けられている。流量制御器７０は例えば開閉弁およびマスフローコントローラにより構成されている。
このような構成のガス供給機構４３においては、Ｎ２ガス供給源６３、ＨＦガス供給源６４、およびエタノールガス供給源６５から、それぞれＮ２ガス、ＨＦガス、エタノールガスが、それぞれ第１〜第３のガス供給配管６６〜６８を経て共通ガス供給配管６２に至り、ガス導入ノズル６１を介してチャンバー４０内に供給される。なお、チャンバー４０の上部にシャワープレートを設け、シャワープレートを介して上記ガスをシャワー状に供給してもよい。
本実施形態では、アルコールガスの一例としてエタノールガスを用いた例を示しているが、アルコールとしては、エタノールに限定されず他のアルコールを用いることができ、その場合は、エタノールガス供給源６５に代えて、該当するアルコールガスを供給する供給源を用いればよい。アルコールとしては、１価のアルコールが好ましく、１価のアルコールとしては、エタノール以外に、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）を好適に用いることができ、これらの少なくとも一種を用いることができる。なお、プロパノールには２種類の構造異性体が存在し、ブタノールには４種類の構造異性体が存在するが、いずれの構造異性体も使用することができる。アルコールは、その中に含まれるＯＨ基がエッチングに寄与すると考えられるが、ＯＨ基を含む物質としてアルコールの代わりに水を用いることができる。その場合は、エタノールガス供給源６５に代えて、水蒸気供給源を用いて水蒸気を供給するようにすることができる。
不活性ガスであるＮ２ガスは、希釈ガスとして用いられる。不活性ガスとしては、Ａｒガスを用いることもでき、Ｎ２ガスとＡｒガスの両方を用いることもできる。また、不活性ガスとしては、Ｎ２ガス、Ａｒガスが好ましいが、ＨｅのようなＡｒ以外の希ガス等、他の不活性ガスを用いてもよい。なお、不活性ガスは、希釈ガスの他にチャンバー４０内をパージするパージガスとして用いることができる。
排気機構４４は、チャンバー４０の底部５１ｂに形成された排気口８１に繋がる排気配管８２を有しており、さらに、排気配管８２に設けられた、チャンバー４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）８３およびチャンバー４０内を排気するための真空ポンプ８４を有している。
チャンバー４０の側壁には、チャンバー４０内の圧力を計測するための圧力計として２つのキャパシタンスマノメータ８６ａ，８６ｂが、チャンバー４０内に挿入されるように設けられている。キャパシタンスマノメータ８６ａは高圧力用、キャパシタンスマノメータ８６ｂは低圧力用となっている。載置台４２に載置されたウエハＷの近傍には、ウエハＷの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。
エッチング装置５を構成するチャンバー４０、載置台４２等の各種構成部品の材質としては、Ａｌが用いられている。チャンバー４０を構成するＡｌ材は無垢のものであってもよいし、内面（チャンバー本体５１の内面など）に陽極酸化処理を施したものであってもよい。一方、載置台４２を構成するＡｌの表面は耐摩耗性が要求されるので、陽極酸化処理を行って表面に耐摩耗性の高い酸化被膜（Ａｌ２Ｏ３）を形成することが好ましい。
＜エッチング装置によるエッチング方法＞
次に、このように構成されたエッチング装置によるエッチング方法について説明する。
次に、このように構成されたエッチング装置によるエッチング方法について説明する。
本例では、ゲートバルブ５４を開放した状態で、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックにより、上述した構成、すなわち表面にエッチング対象であるＣＶＤ系ＳｉＯ２膜を有し、それと隣接して熱酸化膜およびＳｉＮ膜を有するウエハＷ、または、表面にエッチング対象である自然酸化膜が形成され、熱酸化膜およびＳｉＮ膜を有するウエハＷを搬入出口５３からチャンバー４０内に搬入し、載置台４２に載置する。エッチング対象であるＣＶＤ系ＳｉＯ２膜としては、ＳｉプリカーサとしてＳｉＨ４またはアミノシラン等のシラン系ガスと酸化剤とを用いてＡＬＤ法で成膜したものや、シラン系ガスと酸化剤とボロン系ガスとを用いてＣＶＤ法で成膜したＢＳＧ膜が例示される。もちろん、他のＳｉプリカーサを用いて形成されたものであっても適用可能である。また、ＳｉＮ膜としては、ＣＶＤ法やＡＬＤ法で成膜されたものが例示され、Ｓｉプリカーサとしては、ジクロロシラン（ＤＣＳ；ＳｉＣｌ２Ｈ２）、ヘキサクロロジシラン（ＨＣＤ；Ｓｉ２Ｃｌ６）等を挙げることができる。
その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、チャンバー４０内を密閉状態する。
次いで、ＨＦガス、アルコールガスであるエタノールガスを必要に応じて不活性ガスであるＮ２ガスで希釈してチャンバー４０内へ導入し、ウエハＷのＣＶＤ系ＳｉＯ２膜または自然酸化膜を選択的にエッチングする。
具体的には、温度調節器５５によって載置台４２の温度を所定の範囲に調節し、チャンバー４０内の圧力を所定の範囲に調節して、ガス供給機構４３のＮ２ガス供給源６３、ＨＦガス供給源６４、およびエタノールガス供給源６５から、それぞれＮ２ガス、ＨＦガス、エタノールガスを、それぞれ第１〜第３のガス供給配管６６〜６８、共通ガス供給配管６２、およびガス導入ノズル６１を介してチャンバー４０内へ導入し、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜または自然酸化膜のエッチングを行う。
このとき、上述したように、エタノールガスの代わりに他のアルコールガスを用いてもよく、アルコールとしては、１価のアルコールが好ましく、１価のアルコールとしては、エタノール以外に、メタノール、プロパノール、ブタノールを好適に用いることができる。また、アルコールガスの代わりに水蒸気を用いてもよい。
ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜および自然酸化膜は、熱酸化膜やＳｉＮ膜とはエッチング特性が異なっている。すなわち、本実施形態のように、ＨＦガス、アルコールガスまたは水蒸気を、必要に応じて不活性ガスにより適度に希釈したものをエッチングガスとして用いた場合には、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜および自然酸化膜ではアルコールガスまたは水蒸気中のＯＨ基によりエッチングが進みやすくなるのに対し、熱酸化膜やＳｉＮ膜の場合にはＯＨ基がエッチング進行にほとんど寄与しない。このため、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜および自然酸化膜を熱酸化膜やＳｉＮ膜に対して極めて高い選択比でエッチングすることができる。
このエッチング処理におけるチャンバー４０内の圧力は６６．７〜１３３３．３Ｐａ（０．５〜１０Ｔｏｒｒ）の範囲が好ましく、載置台４２の温度（ほぼウエハの温度）は０〜３０℃が好ましい。より好ましくは圧力範囲が１３３．３〜６６６．７Ｐａ（１．０〜５．０Ｔｏｒｒ）、載置台温度範囲が０〜１５℃である。一層好ましくは、圧力範囲が２６６．６〜５３３．３Ｐａ（２．０〜４．０Ｔｏｒｒ）、載置台の温度範囲が０〜１０℃である。
アルコールガスおよび水蒸気は、上述したように、熱酸化膜およびＳｉＮ膜に対するＣＶＤ系ＳｉＯ２膜や自然酸化膜のエッチング選択比を上昇させる傾向があり、ＨＦガス＋アルコールガス（または水蒸気）の合計量に対するアルコールガス（または水蒸気）の体積比率（流量比率）は、体積％で、３〜５０％の範囲が好ましく、５〜１５％の範囲がより好ましい。さらに、Ｎ２ガス等の不活性ガスはＣＶＤ系ＳｉＯ２膜や自然酸化膜を高選択比でエッチングする上である程度含まれていることが好ましく、このときのＨＦガス＋アルコールガスまたは水蒸気＋不活性ガスの合計量に対する不活性ガスの体積比率（流量比）は、体積％で８０％以下の範囲が好ましく、５５〜７５％の範囲がより好ましい。
このように、ＨＦガス、アルコールガス、および必要に応じて不活性ガスを用いることにより、熱酸化膜やＳｉＮ膜に対して高い選択比でＣＶＤ系ＳｉＯ２膜または自然酸化膜をエッチングすることができる。そして、ガス組成や圧力および温度等の条件を適正化することにより、熱酸化膜に対して５０以上さらには１００以上、ＳｉＮ膜に対して５０以上という極めて高いエッチング選択比でＣＶＤ系ＳｉＯ２膜または自然酸化膜をエッチングすることができる。また、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜をエッチングする際にウエハＷ表面に自然酸化膜が形成されている場合には、ＣＶＤ系ＳｉＯ２膜を熱酸化膜およびＳｉＮ膜に対して高選択比でエッチングすると同時に自然酸化膜を高選択比で除去することも可能である。
このようにして、エッチング装置５におけるエッチング処理が終了した後、ゲートバルブ５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台４２上のエッチング処理後のウエハＷをチャンバー４０から搬出し、エッチング装置５によるエッチングが終了する。
＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
次に、実験例について説明する。
［実験例１］
ここでは、処理ガスとして、従来のＨＦ／ＮＨ３系ガスを用いた場合と、本発明のＨＦ／エタノール系ガスを用いた場合とについて、エッチング性を比較した。
従来のガス系としてＨＦガスとＮＨ３ガスの合計量に対するＮＨ３ガスの体積比率を体積％で５６．６％、Ｎ２ガス＋Ａｒガスを５００〜１０００ｓｃｃｍ、総ガス流量を１０００〜２０００ｓｃｃｍとしたものを用い、載置台温度を１００〜１５０℃、チャンバー内圧力を２〜４Ｔｏｒｒとして、ＡＬＤ法で成膜されたＳｉＯ２膜（ＡＬＤ−ＳｉＯ２）および熱酸化膜（Ｔｈ−ＳｉＯ２）をエッチングした。一方、本発明のガス系として、ＨＦガスとエタノールガス（Ｅｔ−ＯＨ）の合計量に対するエタノールガスの体積比率を体積％で１０．７％、Ｎ２ガス＋Ａｒガスを５００〜１５００ｓｃｃｍ、総ガス流量を１０００〜２０００ｓｃｃｍとしたものを用い、載置台温度を０〜１０℃、チャンバー内圧力を２〜４Ｔｏｒｒとして、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２、およびＡＬＤ法で成膜されたＳｉＮ膜（ＡＬＤ−ＳｉＮ）をエッチングした。
ここでは、処理ガスとして、従来のＨＦ／ＮＨ３系ガスを用いた場合と、本発明のＨＦ／エタノール系ガスを用いた場合とについて、エッチング性を比較した。
従来のガス系としてＨＦガスとＮＨ３ガスの合計量に対するＮＨ３ガスの体積比率を体積％で５６．６％、Ｎ２ガス＋Ａｒガスを５００〜１０００ｓｃｃｍ、総ガス流量を１０００〜２０００ｓｃｃｍとしたものを用い、載置台温度を１００〜１５０℃、チャンバー内圧力を２〜４Ｔｏｒｒとして、ＡＬＤ法で成膜されたＳｉＯ２膜（ＡＬＤ−ＳｉＯ２）および熱酸化膜（Ｔｈ−ＳｉＯ２）をエッチングした。一方、本発明のガス系として、ＨＦガスとエタノールガス（Ｅｔ−ＯＨ）の合計量に対するエタノールガスの体積比率を体積％で１０．７％、Ｎ２ガス＋Ａｒガスを５００〜１５００ｓｃｃｍ、総ガス流量を１０００〜２０００ｓｃｃｍとしたものを用い、載置台温度を０〜１０℃、チャンバー内圧力を２〜４Ｔｏｒｒとして、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２、およびＡＬＤ法で成膜されたＳｉＮ膜（ＡＬＤ−ＳｉＮ）をエッチングした。
この際のエッチング量（ＥＡ）とエッチング選択比（Ｓｅｌ）を図４に示す。この図に示すように、従来のＨＦ／ＮＨ３系ガスを用いた場合には、ＡＬＤ−ＳｉＯ２が高エッチング量でエッチングされるが、Ｔｈ−ＳｉＯ２のエッチング量も高く、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のＴｈ−ＳｉＯ２に対するエッチング選択比（ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２）は１．９５と低い値であった。これに対し、本発明のＨＦ／Ｅｔ−ＯＨ系ガスを用いた場合には、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量はＨＦ／ＮＨ３系ガスを用いた場合よりも多少劣っているものの、Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮのエッチング量は極めて少なく、ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２は１１２．８５と１００を超え、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のＡＬＤ−ＳｉＮに対するエッチング選択比（ＡＬＤ−ＳｉＯ２／ＡＬＤ−ＳｉＮ）は５７．２６と５０を超えた。
［実験例２］
ここでは、エッチングに対するエタノールガスの有効性を確認した。
エッチングガスとしてＨＦガスを５００〜１０００ｓｃｃｍとして単独で用いた場合と、エタノールガスをＨＦガスとの合計量に対して体積％で４．６％を添加した場合とで、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２、およびＡＬＤ−ＳｉＮのエッチング性を比較した。なお、載置台温度：０〜１０℃、チャンバー内圧力：０．５〜１．０Ｔｏｒｒとした。
ここでは、エッチングに対するエタノールガスの有効性を確認した。
エッチングガスとしてＨＦガスを５００〜１０００ｓｃｃｍとして単独で用いた場合と、エタノールガスをＨＦガスとの合計量に対して体積％で４．６％を添加した場合とで、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２、およびＡＬＤ−ＳｉＮのエッチング性を比較した。なお、載置台温度：０〜１０℃、チャンバー内圧力：０．５〜１．０Ｔｏｒｒとした。
図５（ａ）にこの際のエッチング量を示し、図５（ｂ）にこの際のエッチング選択比を示す。図５に示すように、ＨＦガス単独の場合と、エタノールガスを加えた場合とで、Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮのエッチング量はあまり変化しないのに対し、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量はエタノールガスを加えることにより急激に上昇しており、ＨＦガスにエタノールガスを加えることにより、エッチング選択比はＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＯ２／ＡＬＤ−ＳｉＮのいずれも著しく上昇することが確認された。
［実験例３］
ここでは、エッチングに対するエタノールガスの流量依存性について確認した。
エタノールガスの流量比（ＨＦガス＋エタノールガスの合計流量に対するエタノールガスの流量％）を５〜１２％の間で変化させて、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２、およびＡＬＤ−ＳｉＮのエッチング性を求めた。なお、載置台温度：０〜１０℃、チャンバー内圧力：２．０〜３．０Ｔｏｒｒとした。
ここでは、エッチングに対するエタノールガスの流量依存性について確認した。
エタノールガスの流量比（ＨＦガス＋エタノールガスの合計流量に対するエタノールガスの流量％）を５〜１２％の間で変化させて、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２、およびＡＬＤ−ＳｉＮのエッチング性を求めた。なお、載置台温度：０〜１０℃、チャンバー内圧力：２．０〜３．０Ｔｏｒｒとした。
図６（ａ）にこの際のエッチング量を示し、図６（ｂ）にこの際のエッチング選択比を示す。図６に示すように、エタノールガスの流量比が５〜１２％の範囲において、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量が高く、Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮのエッチング量が低い傾向にあり、エッチング選択比については、ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＯ２／ＡＬＤ−ＳｉＮのいずれも著しく高いことが確認された。具体的には、エタノールガスの流量比が５〜１２％の範囲において、ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２がエタノールガスの流量比の上昇にともなって低下する傾向があるものの、その値は１００を超えており、一方、ＡＬＤ−ＳｉＯ２／ＡＬＤ−ＳｉＮは、エタノールガスの流量比に対してほぼフラットであり、５０近傍の値であった。
［実験例４］
ここでは、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮに加えて、ＣＶＤ法で成膜されたＳｉＯ２膜であるＢＳＧについてエッチング性を確認した。
ＨＦガスとエタノールガスの合計量に対するエタノールガスの流量比を体積％で４．６％、ガス総流量を５００〜１０００ｓｃｃｍ、載置台温度：０〜１５℃、チャンバー内圧力：０．５〜１．０Ｔｏｒｒとし、エッチング時間を変化させてエッチングを行った。
ここでは、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮに加えて、ＣＶＤ法で成膜されたＳｉＯ２膜であるＢＳＧについてエッチング性を確認した。
ＨＦガスとエタノールガスの合計量に対するエタノールガスの流量比を体積％で４．６％、ガス総流量を５００〜１０００ｓｃｃｍ、載置台温度：０〜１５℃、チャンバー内圧力：０．５〜１．０Ｔｏｒｒとし、エッチング時間を変化させてエッチングを行った。
図７（ａ）にこの際の各膜におけるエッチング時間とエッチング量との関係を示し、図７（ｂ）にＡＬＤ−ＳｉＯ２およびＢＳＧのＴｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮに対するエッチング選択比をまとめたものを示す。なお、ＢＳＧの初期膜厚は６０ｎｍであり、エッチング量が６０ｎｍを超える場合は測定ができなかった。図７（ａ）に示すように、Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮはエッチング時間が増加してもほとんどエッチングされないのに対し、ＡＬＤ−ＳｉＯ２およびＢＳＧはエッチング時間が増加するに従ってエッチング量が増加しており、図７（ｂ）に示すように、ＡＬＤ−ＳｉＯ２およびＢＳＧはいずれも、Ｔｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮに対するエッチング選択比が極めて高いことが確認された。
［実験例５］
ここでは、ＳｉＮ膜表面の自然酸化膜のエッチング性について確認した。
エッチングガスとしてＨＦガスとエタノールガスの合計量に対してエタノールガスの比率を体積％で１６．７％、Ｎ２ガス＋Ａｒガスの合計流量を５００〜１５００ｓｃｃｍ、ガス総流量を１０００〜２０００ｓｃｃｍとしたものを用い、載置台温度：０〜１５℃、チャンバー内圧力：２．０〜４．０Ｔｏｒｒ、エッチング時間６５ｓｅｃの条件のエッチング処理をＡＬＤ−ＳｉＮに対して複数回繰り返し行った。
ここでは、ＳｉＮ膜表面の自然酸化膜のエッチング性について確認した。
エッチングガスとしてＨＦガスとエタノールガスの合計量に対してエタノールガスの比率を体積％で１６．７％、Ｎ２ガス＋Ａｒガスの合計流量を５００〜１５００ｓｃｃｍ、ガス総流量を１０００〜２０００ｓｃｃｍとしたものを用い、載置台温度：０〜１５℃、チャンバー内圧力：２．０〜４．０Ｔｏｒｒ、エッチング時間６５ｓｅｃの条件のエッチング処理をＡＬＤ−ＳｉＮに対して複数回繰り返し行った。
図８にこの際の処理回数とエッチング量との関係を示す。この図に示すように、１回目のエッチング量が０．２３ｎｍであったのに対して、２回目以降は、０．１４〜０．１５ｎｍと低い値で安定した。これは、１回目のエッチング処理でＡＬＤ−ＳｉＮ表面に存在していたＳｉの自然酸化膜が除去されたためであると考えられる。この結果は、ＨＦガスにエタノールガスを加えたガス系により、Ｓｉの自然酸化膜が迅速に除去されることを示しており、Ｓｉの自然酸化膜がＴｈ−ＳｉＯ２およびＡＬＤ−ＳｉＮに対して高い選択比でエッチングされることを示唆している。
＜本発明の他の適用＞
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、上記実施形態の装置は例示に過ぎず、種々の構成の装置により本発明のエッチング方法を実施することができる。また、上記実施形態では、処理ガスとして、ＨＦガスとアルコールガスまたは水蒸気とを用いたが、さらにＦ２ガスを添加してもよい。さらに、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
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、上記実施形態の装置は例示に過ぎず、種々の構成の装置により本発明のエッチング方法を実施することができる。また、上記実施形態では、処理ガスとして、ＨＦガスとアルコールガスまたは水蒸気とを用いたが、さらにＦ２ガスを添加してもよい。さらに、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
１；処理システム
２；搬入出部
３；ロードロック室
５；エッチング装置
６；制御部
１１；第１ウエハ搬送機構
１７；第２ウエハ搬送機構
４０；チャンバー
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
６１；ガス導入ノズル
６２；共通ガス供給配管
６３；Ｎ２ガス供給源
６４；ＨＦガス供給源
６５；エタノールガス供給源
６６，６７，６８：ガス供給配管
Ｗ；半導体ウエハ
２；搬入出部
３；ロードロック室
５；エッチング装置
６；制御部
１１；第１ウエハ搬送機構
１７；第２ウエハ搬送機構
４０；チャンバー
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
６１；ガス導入ノズル
６２；共通ガス供給配管
６３；Ｎ２ガス供給源
６４；ＨＦガス供給源
６５；エタノールガス供給源
６６，６７，６８：ガス供給配管
Ｗ；半導体ウエハ
Claims (7)
- 表面に化学蒸着法または原子層堆積法により形成された第１の酸化シリコン膜を有し、さらに前記第１の酸化シリコン膜に隣接して、熱酸化膜からなる第２の酸化シリコン膜および窒化シリコン膜を有する被処理基板をチャンバー内に配置し、
前記チャンバー内に、ＨＦガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給し、これにより前記第１の酸化シリコン膜を前記第２の酸化シリコン膜および前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法。 - 熱酸化膜および窒化シリコン膜を有し、表面に自然酸化膜が形成された被処理基板をチャンバー内に配置し、
前記チャンバー内に、ＨＦガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給し、これにより前記自然酸化膜を前記熱酸化膜および前記窒化シリコン膜に対して選択的にエッチングして除去することを特徴とするエッチング方法。 - さらに不活性ガスを供給してエッチング処理を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を６６．７〜１３３３．３Ｐａの範囲とし、前記チャンバー内で被処理基板を載置する載置台の温度を０〜３０℃の範囲とす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項に記載のエッチング方法。
- 前記アルコールガスは、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエッチング方法。
- 前記エッチングを行う際のＨＦガス＋アルコールガスまたは水蒸気の合計量に対するアルコールガスまたは水蒸気の体積比率は、体積％で、３〜５０％の範囲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項に記載のエッチング方法。
- コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項６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装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。
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