JP2016058544A - Etching method, storage medium and etching device - Google Patents

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信博 ▲高▼橋
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for etching a SiN film 73 with high selection ratio for a SiOfilm 74, without generating plasma, in the etching method of a wafer W having the SiN film 73 and SiOfilm 74 on the surface.SOLUTION: A wafer W having a SiN film 73 and a SiOfilm 74 on the surface is mounted on a stage 4 provided in a processing container 3, and heated by means of a heater 46. After a vacuum atmosphere is brought in the processing container 3, a not yet excited process gas containing ClFgas is supplied from a gas shower head 31 to the wafer W. Although the SiN film 73 reacts quickly on the process gas containing ClFgas, reaction rate of the SiOfilm 74 to the process gas containing ClFgas is much slower. As it can be seen from the experimental results, the SiN film 73 can be etched with high selection ratio for the SiOfilm 74, without generating plasma.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は被処理基板の表面に処理ガスを供給して、エッチング処理を行う技術に関する。   The present invention relates to a technique for performing an etching process by supplying a processing gas to the surface of a substrate to be processed.

半導体製造工程においては、例えば絶縁膜の一部やハードマスクとしてSiN(窒化シリコン)膜が基板である半導体ウエハ(以下「ウエハ」という)上に成膜され、成膜後にSiN膜の一部あるいは全部をエッチングにより除去するプロセスがある。SiN膜のエッチング方法としては、例えば特許文献1に記載されているようにフッ素を含む化合物ガス、例えばClF(三フッ化塩素)ガスをプラズマ化してエッチングを行うプラズマエッチングが知られているが、プラズマエッチングはウエハに損傷を与えやすい問題がある。そのため近年では化学的酸化物除去処理(Chemical Oxide Removal: COR)と呼ばれる方法が注目されており、この手法によりSiN膜をエッチングする方法としては、例えば特許文献2に記載されているようにHF(フッ化水素)ガスとF(フッ素)ガスとを含む処理ガスを用いた方法が知られている。 In a semiconductor manufacturing process, for example, a part of an insulating film or a SiN (silicon nitride) film as a hard mask is formed on a semiconductor wafer (hereinafter referred to as “wafer”) as a substrate, and a part of the SiN film or There is a process in which everything is removed by etching. As a method for etching a SiN film, for example, as described in Patent Document 1, plasma etching is known in which etching is performed by converting a compound gas containing fluorine, for example, ClF 3 (chlorine trifluoride) gas into plasma. However, plasma etching is liable to damage the wafer. Therefore, in recent years, a method called chemical oxide removal (COR) has attracted attention. As a method of etching a SiN film by this method, for example, as described in Patent Document 2, HF ( A method using a processing gas containing hydrogen fluoride gas and F 2 (fluorine) gas is known.

しかしながらウエハには、SiN(窒化シリコン)膜の他にもSiO(酸化シリコン)膜が基板表面に形成され、例えばSiO膜がSiN膜の下地になっていたり、両方の膜が露出している場合がある。このようなウエハに対してSiN膜をHFガス及びFガスでエッチングする場合、反応生成物として生成するNHガスとHFガスによりSiO膜がエッチングされてしまい、SiO膜に対するSiN膜のエッチング選択比を高くすることが困難であるという問題があった。またSiN膜のエッチングの速度が遅くエッチング速度が下がってしまう問題があった。 However, in addition to the SiN (silicon nitride) film, an SiO 2 (silicon oxide) film is formed on the substrate surface on the wafer. For example, the SiO 2 film is the base of the SiN film, or both films are exposed. There may be. When etching the SiN film to such a wafer in HF gas and F 2 gas, the NH 3 gas and HF gas produced as a reaction product SiO 2 film is etched, the SiN film to the SiO 2 film There is a problem that it is difficult to increase the etching selectivity. There is also a problem that the etching rate of the SiN film is slow and the etching rate is lowered.

特開2003−264183号公報JP 2003-264183 A 特開2010−182730号公報JP 2010-182730 A

本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、プラズマを生成することなく、SiO膜に対してSiN膜を高い選択比でエッチングできる技術を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to provide a technique capable of etching a SiN film with a high selectivity with respect to a SiO 2 film without generating plasma.

本発明のエッチング方法は、表面部に窒化シリコン(SiN)膜と酸化シリコン(SiO)膜とを有する被処理基板に対して、窒化シリコン(SiN)膜を選択的にエッチングする方法において、
真空雰囲気中にて、三フッ化塩素(ClF)ガスを含み、励起されていない処理ガスを、加熱された前記被処理基板に供給する工程を行うことを特徴とする。
An etching method of the present invention is a method of selectively etching a silicon nitride (SiN) film with respect to a substrate to be processed having a silicon nitride (SiN) film and a silicon oxide (SiO 2 ) film on a surface portion.
A step of supplying an unexcited processing gas containing chlorine trifluoride (ClF 3 ) gas to the heated substrate to be processed is performed in a vacuum atmosphere.

本発明の記憶媒体は、被処理基板が載置される載置部がその内部に設けられた処理容器を備えたエッチング装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述のエッチング方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。
The storage medium of the present invention is a storage medium storing a computer program used in an etching apparatus provided with a processing container in which a mounting portion on which a substrate to be processed is mounted is provided.
The computer program includes a group of steps so as to perform the above-described etching method.

本発明のエッチング装置は、表面部に窒化シリコン(SiN)膜と酸化シリコン(SiO)膜とを有する被処理基板に対して、窒化シリコン(SiN)膜を選択的にエッチングする装置において、
被処理基板を載置する載置部を有する処理容器と、
前記載置部に載置された被処理基板を加熱する加熱部と、
前記加熱部に加熱された被処理基板に対して、三フッ化塩素(ClF)ガスを含み、励起されていない処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気部と、を備えたことを特徴とする。
An etching apparatus of the present invention is an apparatus for selectively etching a silicon nitride (SiN) film with respect to a substrate to be processed having a silicon nitride (SiN) film and a silicon oxide (SiO 2 ) film on the surface portion.
A processing container having a mounting portion for mounting the substrate to be processed;
A heating unit for heating the substrate to be processed placed on the placement unit;
A gas supply unit for supplying a processing gas that contains chlorine trifluoride (ClF 3 ) gas and is not excited to the substrate to be processed heated by the heating unit;
And an evacuation unit for evacuating the inside of the processing vessel.

本発明は、表面部にSiN膜とSiO膜とを有する、加熱した被処理基板に対して、被処理基板をClFガスを含む励起されていない処理ガスに曝すようにしている。従って基板に対する損傷を抑え、後述の実験結果から分かるようにSiN膜をSiO膜に対して高い選択比でエッチングすることができる。 In the present invention, a heated substrate to be processed having a SiN film and a SiO 2 film on the surface is exposed to an unexcited processing gas containing ClF 3 gas. Therefore, damage to the substrate can be suppressed, and the SiN film can be etched with a high selectivity with respect to the SiO 2 film as can be seen from the experimental results described later.

本発明が適用される基板処理装置の平面図である。1 is a plan view of a substrate processing apparatus to which the present invention is applied. 本発明の実施の形態にかかるエッチング装置を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing an etching device concerning an embodiment of the invention. 被処理基板の表面付近を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the surface vicinity of a to-be-processed substrate. 被処理基板の表面付近を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the surface vicinity of a to-be-processed substrate. 実施例にかかるエッチング方法におけるプロセス圧力とエッチング量との特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic of the process pressure and the etching amount in the etching method concerning an Example. 実施例にかかるエッチング方法におけるプロセス圧力とエッチング量との特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic of the process pressure and the etching amount in the etching method concerning an Example. 実施例にかかるエッチング方法におけるプロセス圧力とエッチング量との特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic of the process pressure and the etching amount in the etching method concerning an Example. 実施例にかかるエッチング方法における基板の設定温度とエッチング量との特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the characteristic of the preset temperature and etching amount of a board | substrate in the etching method concerning an Example. 実施例にかかるエッチング方法によりSiN膜を成膜した基板(a)及びSiO膜を成膜した基板(b)をエッチングした時の表面を示すSEM写真である。Is a SEM photograph showing the surface when the substrate was deposited an SiN film (a) and the substrate was deposited an SiO 2 film (b) is etched by the etching method according to the embodiment. 実施例にかかるエッチング方法におけるClFガスの供給時間とエッチング量との特性を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the characteristics of the supply time and the amount of etching of the ClF 3 gas in the etching method according to an embodiment. 実施例にかかるエッチング方法におけるClFガスの供給時間とエッチング量との特性を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the characteristics of the supply time and the amount of etching of the ClF 3 gas in the etching method according to an embodiment. 実施例にかかるエッチング方法におけるClFガスの供給時間とエッチング量との特性を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the characteristics of the supply time and the amount of etching of the ClF 3 gas in the etching method according to an embodiment. 実施例にかかるエッチング方法におけるClFガスの供給流量とエッチング量との特性を示す特性図である。It is a characteristic diagram showing the characteristics of the supply flow rate and the etching amount of ClF 3 gas in the etching method according to an embodiment.

本発明の実施の形態にかかるエッチング方法に用いるエッチング装置10について説明する。まずエッチング装置10を備えた基板処理装置について説明する。図1に示すように基板処理装置は、その内部雰囲気が、例えば窒素ガスにより常圧雰囲気とされる横長の常圧搬送室12を備えている。常圧搬送室12の手前には、例えば被処理基板であるウエハWを搬入するための搬送容器Cに対して基板の受け渡しを行うためのロードポート11が設置されている。   An etching apparatus 10 used in the etching method according to the embodiment of the present invention will be described. First, a substrate processing apparatus provided with the etching apparatus 10 will be described. As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus includes a horizontally long normal pressure transfer chamber 12 whose internal atmosphere is changed to a normal pressure atmosphere by, for example, nitrogen gas. In front of the normal pressure transfer chamber 12, for example, a load port 11 for transferring a substrate to a transfer container C for loading a wafer W as a substrate to be processed is installed.

常圧搬送室12の正面壁には、搬送容器Cに設けられた図示しない蓋部と一緒に開閉される開閉ドア17が取り付けられている。常圧搬送室12内には、ウエハWを搬送するための多関節アームで構成された基板搬送機構である第1の搬送アーム20が設けられている。また常圧搬送室12のロードポート11側から見て左側壁には、ウエハWの向きや偏心の調整を行うアライメント室16が設けられている。さらに常圧搬送室12の底面には、常圧搬送室12内の排気を行うための排気口が設けられており、排気ファンなどの排気手段により排気される構成となっている。   An opening / closing door 17 that is opened and closed together with a lid (not shown) provided in the transfer container C is attached to the front wall of the normal pressure transfer chamber 12. In the normal pressure transfer chamber 12, a first transfer arm 20, which is a substrate transfer mechanism composed of an articulated arm for transferring the wafer W, is provided. An alignment chamber 16 for adjusting the orientation and eccentricity of the wafer W is provided on the left side wall of the normal pressure transfer chamber 12 as viewed from the load port 11 side. Further, an exhaust port for exhausting the inside of the normal pressure transfer chamber 12 is provided on the bottom surface of the normal pressure transfer chamber 12 and is configured to be exhausted by an exhaust means such as an exhaust fan.

常圧搬送室12におけるロードポート11の反対側には、ウエハWを待機させた状態で内部の雰囲気を常圧雰囲気と真空雰囲気との間で切り替える、例えば2個のロードロック室13が左右に並ぶように配置され、ドアバルブ18によって、各々を区画している。第1の搬送アーム20は、搬送容器C、アライメント室16及びロードロック室13に対してウエハWの受け渡しを行う役割を果たす。   On the opposite side of the load port 11 in the normal pressure transfer chamber 12, the internal atmosphere is switched between the normal pressure atmosphere and the vacuum atmosphere while the wafer W is waiting, for example, two load lock chambers 13 on the left and right. It arrange | positions so that it may be located in a line and each is divided by the door valve 18. FIG. The first transfer arm 20 plays a role of delivering the wafer W to the transfer container C, the alignment chamber 16 and the load lock chamber 13.

各ロードロック室13の常圧搬送室12側から見て奥側には、夫々エッチング装置10がゲートバルブ23を介して配置されている。各ロードロック室13には、例えばウエハWを略水平に支持する支持部を先端に備えた多関節アームで構成された第2の搬送アーム24を備えている。   Etching devices 10 are arranged through gate valves 23 on the back side of each load lock chamber 13 as viewed from the normal pressure transfer chamber 12 side. Each load lock chamber 13 includes, for example, a second transfer arm 24 configured by an articulated arm having a support portion that supports the wafer W substantially horizontally at the tip.

基板処理装置の全体的なウエハWの処理について説明しておく。例えばOHTなどでロードポート11に搬入された搬送容器C内の処理前のウエハWは、常圧搬送室12を介して、アライメント室16に搬入されてアライメントが行われ、次いでロードロック室13を介して、第2の搬送アーム24を介してエッチング装置10内に搬送されてエッチング処理が行われる。エッチングを終えた処理済みのウエハWは、基板処理装置内を逆の経路(ただしアライメント室16は通らない)で搬送されて、所定の搬送容器Cへと戻される。   The overall processing of the wafer W in the substrate processing apparatus will be described. For example, the unprocessed wafer W in the transfer container C transferred into the load port 11 by OHT or the like is transferred into the alignment chamber 16 through the atmospheric pressure transfer chamber 12 and alignment is performed. Then, it is transferred into the etching apparatus 10 via the second transfer arm 24 and an etching process is performed. The processed wafer W that has been etched is transferred through the reverse path (but not through the alignment chamber 16) in the substrate processing apparatus and returned to the predetermined transfer container C.

本発明の実施の形態にかかるエッチング装置10について説明する。図2に示すようにエッチング装置10は、横断面形状が角型の真空チャンバである処理容器3を備えている。処理容器3の側面には、ウエハWの受け渡しを行うための搬入出口32が設けられ、搬入出口32には搬入出口32を開閉するゲートバルブ23が設けられている。   An etching apparatus 10 according to an embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 2, the etching apparatus 10 includes a processing container 3 that is a vacuum chamber having a square cross section. A loading / unloading port 32 for transferring the wafer W is provided on the side surface of the processing container 3, and a gate valve 23 for opening and closing the loading / unloading port 32 is provided at the loading / unloading port 32.

処理容器3の内部には、ウエハWの載置部である円柱形状のステージ4が設けられている。またステージ4及び処理容器3の底面を貫通する貫通孔40が周方向等間隔に3箇所に設けられている。貫通孔40には、昇降機構43により、ステージ4の上面から突没するようにウエハWの受け渡し用の突き上げピン41が設けられている。また突き上げピン41の下部側は、処理容器3を気密にするためのベローズ44により覆われている。   A cylindrical stage 4, which is a mounting portion for the wafer W, is provided inside the processing container 3. Further, through holes 40 penetrating the bottom surface of the stage 4 and the processing container 3 are provided at three locations at equal intervals in the circumferential direction. The through hole 40 is provided with a push-up pin 41 for transferring the wafer W so as to protrude from the upper surface of the stage 4 by the lifting mechanism 43. The lower side of the push-up pin 41 is covered with a bellows 44 for making the processing container 3 airtight.

このステージ4の内部には加熱部をなすヒータ46が設けられており、ステージ4に載置されるウエハWが設定温度に加熱される。処理容器3の底面には排気口34が設けられている。排気口34には排気管35が接続されており、排気口34側から圧力調整部36、開閉バルブ37が介設され、真空排気機構である真空排気ポンプ38に接続されている。これら排気管35等のパーツは真空排気部を構成している。   A heater 46 serving as a heating unit is provided inside the stage 4, and the wafer W placed on the stage 4 is heated to a set temperature. An exhaust port 34 is provided on the bottom surface of the processing container 3. An exhaust pipe 35 is connected to the exhaust port 34, and a pressure adjusting unit 36 and an opening / closing valve 37 are interposed from the exhaust port 34 side, and are connected to a vacuum exhaust pump 38 that is a vacuum exhaust mechanism. These parts such as the exhaust pipe 35 constitute a vacuum exhaust section.

処理容器3の上面にはガス供給部をなすガスシャワーヘッド31が設けられており、ガスシャワーヘッド31にはステージ4の載置面と対向するように拡散板50が設けられている。拡散板50はステンレスなどの熱伝導率の高い材料を用いて円板状に形成され、厚さ方向に貫通するガス供給孔51が例えば縦横に配列されたパンチングプレートとして構成されている。拡散板50の上方にはバッファ室39が形成されている。   A gas shower head 31 serving as a gas supply unit is provided on the upper surface of the processing container 3, and a diffusion plate 50 is provided on the gas shower head 31 so as to face the mounting surface of the stage 4. The diffusion plate 50 is formed in a disc shape using a material having high thermal conductivity such as stainless steel, and is configured as a punching plate in which gas supply holes 51 penetrating in the thickness direction are arranged vertically and horizontally, for example. A buffer chamber 39 is formed above the diffusion plate 50.

シャワーヘッド31にはバッファ室39に連通するようにClF(三フッ化塩素)ガスを供給するための配管からなるガス供給管60の下流端が接続されている。ガス供給管60には、上流側からClFガス供給源61、流量調整部62、及びバルブV1がこの順に設けられている。ガス供給管60におけるバルブV1の下流側にはパージガス(希釈ガス)であるN(窒素)ガス供給管63の下流端が接続されており、Nガス供給管63には、上流側からNガス供給源64、流量調整部65及びバルブV2がこの順に設けられている。 The shower head 31 is connected to a downstream end of a gas supply pipe 60 formed of a pipe for supplying ClF 3 (chlorine trifluoride) gas so as to communicate with the buffer chamber 39. The gas supply pipe 60 is provided with a ClF 3 gas supply source 61, a flow rate adjusting unit 62, and a valve V1 in this order from the upstream side. A downstream end of an N 2 (nitrogen) gas supply pipe 63 that is a purge gas (dilution gas) is connected to the downstream side of the valve V1 in the gas supply pipe 60, and N 2 gas supply pipe 63 is connected to N 2 from the upstream side. Two gas supply sources 64, a flow rate adjusting unit 65, and a valve V2 are provided in this order.

エッチング装置10は制御部9を備えている。この制御部9は例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、CPUを備えている。プログラムは、後述の作用説明における一連の動作を実施するようにステップ群が組み込まれており、プログラムに従って、各バルブV1、V2の開閉、各ガスの流量の調整、処理容器3内の圧力の調整などを行う。このプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク等に収納され制御部9にインストールされる。   The etching apparatus 10 includes a control unit 9. The control unit 9 is formed of a computer, for example, and includes a program, a memory, and a CPU. The program incorporates a group of steps so as to perform a series of operations in the description of the action described later. According to the program, the valves V1 and V2 are opened and closed, the flow rate of each gas is adjusted, and the pressure in the processing container 3 is adjusted. And so on. This program is stored in a computer storage medium such as a flexible disk, a compact disk, a hard disk, a magneto-optical disk, etc., and is installed in the control unit 9.

続いて本発明の実施の形態の作用について説明するが、まずエッチング装置10に搬入される被処理基板であるウエハWの表面構造の一例について説明する。図3はCMOS(Complementary MOSFET)の製造工程の途中段階におけるウエハWの構造を示している。この表面構造はシリコン71の凸状のパターン76の間にバリア層75を介して絶縁膜72が埋め込まれ、パターン76の頂部には、SiO2膜74及びSiN膜73膜が下からこの順に積層されている。SiN膜73の膜厚は、例えば100nmである。なお窒化シリコンの化学式は化学量論比を考慮せずに「SiN」と略記している。   Subsequently, the operation of the embodiment of the present invention will be described. First, an example of the surface structure of the wafer W, which is the substrate to be processed, carried into the etching apparatus 10 will be described. FIG. 3 shows the structure of the wafer W in the middle stage of a CMOS (Complementary MOSFET) manufacturing process. In this surface structure, an insulating film 72 is buried between a convex pattern 76 of silicon 71 via a barrier layer 75, and a SiO2 film 74 and a SiN film 73 film are laminated in this order from the bottom on the top of the pattern 76. ing. The film thickness of the SiN film 73 is, for example, 100 nm. The chemical formula of silicon nitride is abbreviated as “SiN” without considering the stoichiometric ratio.

ウエハWは、既述のようにロードロック室13に搬入された後、第2の搬送アーム24によりエッチング装置10の処理容器3内に搬入され、第2の搬送アーム24と突き上げピン41との協働作用によりステージ4上に載置され、ヒータ46により例えば120℃に加熱される。一方ゲートバルブ23が閉じられ、処理容器3が密閉にされた後、バルブV1が開かれてClFガスがガスシャワーヘッド31からシャワー状にウエハWに供給される。 After the wafer W is loaded into the load lock chamber 13 as described above, the wafer W is loaded into the processing container 3 of the etching apparatus 10 by the second transfer arm 24, and the second transfer arm 24 and the push-up pin 41 are brought into contact with each other. It is placed on the stage 4 by the cooperative action and heated to, for example, 120 ° C. by the heater 46. On the other hand, after the gate valve 23 is closed and the processing container 3 is sealed, the valve V1 is opened and the ClF 3 gas is supplied from the gas shower head 31 to the wafer W in a shower shape.

このエッチングプロセスにおいて、ウエハWの温度は70℃〜200℃が好ましい。70℃以下であるとエッチング速度が遅くなる。処理雰囲気の圧力は133Pa(1Torr)〜6.67×10Pa(50Torr)が好ましい。圧力が133Pa(1Torr)以下であると、エッチング速度が遅くなる。また667Pa(5Torr)より高い圧力では、圧力が増加するに従いSiN膜74のエッチング速度が遅くなる傾向にあり、6.67×10Pa(50Torr)以下の圧力とすることが好ましい。さらにClFガスの流量は、例えば10sccm〜200sccmに設定される。 In this etching process, the temperature of the wafer W is preferably 70 ° C. to 200 ° C. When it is 70 ° C. or lower, the etching rate becomes slow. The pressure of the processing atmosphere is preferably 133 Pa (1 Torr) to 6.67 × 10 3 Pa (50 Torr). When the pressure is 133 Pa (1 Torr) or less, the etching rate is slow. Further, when the pressure is higher than 667 Pa (5 Torr), the etching rate of the SiN film 74 tends to decrease as the pressure increases, and it is preferable to set the pressure to 6.67 × 10 3 Pa (50 Torr) or less. Furthermore, the flow rate of the ClF 3 gas is set to, for example, 10 sccm to 200 sccm.

ClFガスを設定時間ウエハWに供給した後、バルブV1を閉じてClFガスの供給を停止すると共に、バルブV2を開きパージガスであるNガスを処理容器3内に供給して、処理容器3内のClFガスを置換し、しかる後ウエハWを処理容器3から搬出する。 After supplying the ClF 3 gas to the wafer W for a set time, the valve V1 is closed to stop the supply of the ClF 3 gas, and the valve V2 is opened to supply N 2 gas as a purge gas into the processing container 3, The ClF 3 gas in 3 is replaced, and then the wafer W is unloaded from the processing container 3.

上述の実施の形態では、プラズマ化(励起)しないClFガスをエッチングガスとして用い、加熱されたウエハW上のSiN膜73をエッチングするようにしている。このプロセスは、後述の実験例から裏付けられるようにSiO膜74に対するSiN膜73のエッチングの選択比が高いため、SiN膜73の下地のSiO膜74のオーバーエッチングを抑えながらSiN膜を除去することができる。 In the above-described embodiment, the SiN film 73 on the heated wafer W is etched using a ClF 3 gas that is not plasmatized (excited) as an etching gas. Since this process has a high etching selectivity of the SiN film 73 with respect to the SiO 2 film 74, as will be confirmed from an experimental example described later, the SiN film is removed while suppressing over-etching of the underlying SiO 2 film 74 of the SiN film 73. can do.

また本発明は、エッチング処理を行った後、加熱してエッチング処理後の残渣を飛ばすようにしてもよい。例えばロードロック室13とエッチング装置10の間にウエハWを加熱する加熱ステージを備えた真空チャンバを設ける。ロードロック室13に設けた第2の搬送アーム24を真空チャンバの加熱ステージと、エッチング装置の載置台と、アクセスできるように構成する。そしてエッチング装置10にてClFガスに曝してSiN膜73のエッチングを行ったウエハWを真空チャンバ内の加熱ステージに載置して加熱する。これによりウエハW上の反応生成物の残渣を揮発させて除去するようにしてもよい。 In the present invention, after the etching process is performed, the residue after the etching process may be skipped by heating. For example, a vacuum chamber provided with a heating stage for heating the wafer W is provided between the load lock chamber 13 and the etching apparatus 10. The second transfer arm 24 provided in the load lock chamber 13 is configured to be accessible to the heating stage of the vacuum chamber and the mounting table of the etching apparatus. Then, the wafer W that has been subjected to the etching of the SiN film 73 by being exposed to the ClF 3 gas in the etching apparatus 10 is placed on the heating stage in the vacuum chamber and heated. Thereby, the reaction product residue on the wafer W may be volatilized and removed.

また本発明は、処理容器3内にClFガスを単独で供給せずに、NガスやArガスなどの不活性ガスにより希釈して供給するようにしてもよい。処理容器3内に不活性ガスとClFガスとの混合ガスとして供給する場合には、ClFガスの供給流量が例えば10〜200sccmとなるように設定する。なお明細書で用いているSiO膜74、SiN膜73の「膜」は、薄い層だけを意味するものではなく、ブロック状のものについても含む意味である。 In the present invention, the ClF 3 gas may not be supplied alone into the processing vessel 3 but may be diluted with an inert gas such as N 2 gas or Ar gas. When supplied into the processing chamber 3 as a mixed gas of an inert gas and ClF 3 gas is set so that the supply flow rate of ClF 3 gas is for example 10~200Sccm. The “film” of the SiO 2 film 74 and the SiN film 73 used in the specification does not mean only a thin layer but also includes a block-like one.

本発明の効果を検証するために行った実施例について記載する。
[実施例1]
SiN膜のエッチング量及びSiO膜に対するSiN膜のエッチング選択比についてプロセス圧力(処理容器3内の圧力)の依存性を調べた。
Examples carried out to verify the effects of the present invention will be described.
[Example 1]
The dependence of the process pressure (pressure in the processing vessel 3) on the etching amount of the SiN film and the etching selectivity of the SiN film to the SiO 2 film was examined.

(実施例1−1)
シリコンからなる2枚の評価用の基板を用い、一方の基板にSiO膜を成膜し、他方の基板にジクロロシランガス及びアンモニアガスを用いてCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりSiN膜を成膜した。これらの基板に対して評価用のエッチング装置によりClFガスを200sccmの流量で供給時間を1分間としてエッチングを行った。
基板の温度は200℃に設定した。プロセス圧力は66.7Pa(0.5Torr)、133Pa(1Torr)、400Pa(3Torr)、667Pa(5Torr)、4.0×10Pa(30Torr)、6.67×10Pa(50Torr)の6通りに設定し、膜厚計によりエッチング量を調べた。
(実施例1−2)
基板の温度を120℃に設定し、ClFガスの供給時間を2分間とした他は実施例1−1と同様にして試験を行った。
(実施例1−3)
基板の温度を70℃に設定し、ClFガスの供給時間を2分間とし、プロセス圧力は533Pa(4Torr)、800Pa(6Torr)、933Pa(7Torr)の3通りを加えた9通りに設定し、他は実施例1−1と同様にして試験を行った。
(Example 1-1)
Using two evaluation substrates made of silicon, a SiO 2 film is formed on one substrate, and a SiN film is formed on the other substrate by CVD (Chemical Vapor Deposition) using dichlorosilane gas and ammonia gas. did. Etching was performed on these substrates using an evaluation etching apparatus at a flow rate of 200 sccm and a supply time of 1 minute for ClF 3 gas.
The temperature of the substrate was set to 200 ° C. The process pressure is 66.7 Pa (0.5 Torr), 133 Pa (1 Torr), 400 Pa (3 Torr), 667 Pa (5 Torr), 4.0 × 10 3 Pa (30 Torr), 6.67 × 10 3 Pa (50 Torr). The etching amount was checked with a film thickness meter.
(Example 1-2)
The test was performed in the same manner as in Example 1-1 except that the temperature of the substrate was set to 120 ° C. and the supply time of the ClF 3 gas was set to 2 minutes.
(Example 1-3)
The substrate temperature was set to 70 ° C., the supply time of ClF 3 gas was set to 2 minutes, and the process pressure was set to nine ways including three ways of 533 Pa (4 Torr), 800 Pa (6 Torr), and 933 Pa (7 Torr), The others were tested in the same manner as in Example 1-1.

(結果及び考察)
図5〜図7は夫々実施例1−1〜実施例1−3におけるSiN膜及びSiO膜の各エッチング量と圧力との関係を示している。なお各グラフの横軸の圧力の単位は「Torr」としている。この結果によれば実施例1−1では、4.0×10Pa(30Torr)及び6.67×10Pa(50Torr)の圧力においてSiN膜のエッチング量が多く、SiO膜に対するSiN膜のエッチング選択比も大きい。400Pa(3Torr)及び667Pa(5Torr)ではSiN膜のエッチング量は多いが前記エッチング選択比は小さい。また133Pa(1Torr)ではSiN膜のエッチング量は400Pa(3Torr)以上の場合に比べて少なくなっているが、前記エッチング選択比は38.2と大きい。
(Results and discussion)
5 to 7 show the relationship between the etching amount and pressure of the SiN film and the SiO 2 film in Example 1-1 to Example 1-3, respectively. The unit of pressure on the horizontal axis of each graph is “Torr”. According to this result, in Example 1-1, the etching amount of the SiN film is large at pressures of 4.0 × 10 3 Pa (30 Torr) and 6.67 × 10 3 Pa (50 Torr), and the SiN film with respect to the SiO 2 film The etching selectivity is also large. At 400 Pa (3 Torr) and 667 Pa (5 Torr), the etching amount of the SiN film is large, but the etching selectivity is small. At 133 Pa (1 Torr), the etching amount of the SiN film is smaller than that at 400 Pa (3 Torr) or more, but the etching selectivity is as large as 38.2.

実施例1−2では、処理時間が実施例1−1の場合の2倍であることを考慮すると、実施例1−1の場合よりもSiN膜のエッチング速度が小さい。前記エッチング選択比については、667Pa(5Torr)においては小さいが、133Pa(1Torr)及び400Pa(3Torr)では15以上であり、4.0×10Pa(30Torr)及び6.67×10Pa(50Torr)では20以上となっている。 In Example 1-2, considering that the processing time is twice that in Example 1-1, the etching rate of the SiN film is lower than that in Example 1-1. The etching selectivity is small at 667 Pa (5 Torr), but 15 or more at 133 Pa (1 Torr) and 400 Pa (3 Torr), and 4.0 × 10 3 Pa (30 Torr) and 6.67 × 10 3 Pa ( 50 Torr) is 20 or more.

実施例1−3では、全般的にすると前記エッチング選択比が大きいがエッチング速度に関してはプロセス温度が低いことから小さいと言える。
以上の実施例1−1〜実施例1−3に関する総合的な考察は、後述の実施例と絡めて述べることとする。
In Example 1-3, the etching selectivity is generally large, but the etching rate is small because the process temperature is low.
General consideration regarding the above Examples 1-1 to 1-3 will be described in conjunction with the examples described later.

[実施例2]
基板の設定温度とSiN膜のエッチング量との関係を調べるため以下の試験を行った。実施例1と同様に評価用の基板に対して評価用のエッチング装置を用いて基板の温度を30℃、70℃、100℃、200℃の4通りに設定し、各々温度毎にClFガスを200sccmの流量で2分間供給しエッチング処理を行った。プロセス圧力は6.67×10Pa(50Torr)に設定した。エッチング量は、SEM(走査型電子顕微鏡)画像の解析により測定した。
[Example 2]
In order to investigate the relationship between the set temperature of the substrate and the etching amount of the SiN film, the following test was performed. In the same manner as in Example 1, the substrate temperature was set to four types of 30 ° C., 70 ° C., 100 ° C., and 200 ° C. using the evaluation etching apparatus for the evaluation substrate, and ClF 3 gas was used for each temperature. Was supplied at a flow rate of 200 sccm for 2 minutes to perform etching. The process pressure was set to 6.67 × 10 3 Pa (50 Torr). The etching amount was measured by analyzing an SEM (scanning electron microscope) image.

(結果及び考察)
図8は実施例2の結果を示したグラフであり、縦軸にエッチング量、横軸に温度をとっている。この結果によれば基板の温度が100℃を超えるとSiNのエッチング量は急激に増加し、基板の温度を200℃に設定した場合には、エッチング量は294nmであった。
(Results and discussion)
FIG. 8 is a graph showing the results of Example 2, with the vertical axis representing the etching amount and the horizontal axis representing the temperature. According to this result, when the substrate temperature exceeded 100 ° C., the etching amount of SiN increased rapidly, and when the substrate temperature was set to 200 ° C., the etching amount was 294 nm.

また図9は実施例2において基板の温度を200℃に設定してエッチングを行った後に(a)SiN膜が成膜されている基板と(b)SiO膜が成膜されている基板との各々について斜め上方から撮影した表面及び側面を示すSEM画像である。画像から分かるようにSiN膜がすべてエッチングされ、更に基板本体のシリコン層までエッチングされているが、SiO膜はほとんどエッチングされていない。 FIG. 9 shows (a) a substrate on which an SiN film is formed and (b) a substrate on which an SiO 2 film is formed after etching with the substrate temperature set to 200 ° C. in Example 2. It is a SEM image which shows the surface and side surface image | photographed from diagonally upward about each of these. As can be seen from the image, the entire SiN film is etched, and further the silicon layer of the substrate body is etched, but the SiO 2 film is hardly etched.

[実施例3]
ClFガスの供給時間とエッチング量との関係を調べるため以下の試験を行った。
(実施例3−1)
実施例1と同様に評価用の基板に対して評価用のエッチング装置を用いる。
ClFガスを200sccmの流量で、供給時間を60、80、100、120秒に設定してエッチング処理を行った。基板の温度は200℃に設定し、プロセス圧力は6.67×10Pa(50Torr)に設定した。エッチング量は、膜厚計により測定した。
(実施例3−2)
プロセス圧力を133Pa(1Torr)に設定し、ClFガスの供給時間を60、120秒に設定した他は実施例3−1と同様にして試験を行った。
(実施例3−3)
基板の温度を70℃に設定し、プロセス圧力を667Pa(5Torr)に設定し、ClFガスの供給時間を120、240秒に設定した他は実施例3−1と同様にして試験を行った。
[Example 3]
In order to investigate the relationship between the supply time of the ClF 3 gas and the etching amount, the following test was performed.
(Example 3-1)
As in Example 1, an evaluation etching apparatus is used for the evaluation substrate.
Etching was performed with a ClF 3 gas flow rate of 200 sccm and a supply time of 60, 80, 100, and 120 seconds. The substrate temperature was set to 200 ° C., and the process pressure was set to 6.67 × 10 3 Pa (50 Torr). The etching amount was measured with a film thickness meter.
(Example 3-2)
The test was performed in the same manner as in Example 3-1, except that the process pressure was set to 133 Pa (1 Torr) and the ClF 3 gas supply time was set to 60 and 120 seconds.
(Example 3-3)
The test was performed in the same manner as in Example 3-1, except that the substrate temperature was set to 70 ° C., the process pressure was set to 667 Pa (5 Torr), and the ClF 3 gas supply time was set to 120 and 240 seconds. .

(結果及び考察)
図10〜図12は実施例3−1〜実施例3−3におけるSiN膜及びSiO膜の各エッチング量とClFの供給時間との関係を示している。この結果によれば実施例3−1では、ClFを60秒供給した場合のSiN膜のエッチング量は21.9nmであり、120秒間供給した場合のエッチング量は、310.4nmであった。実施例3−2では、ClFを60秒供給した場合のSiN膜のエッチング量は11.1nmであり、120秒間供給した場合のエッチング量は、15.3nmであった。実施例3−3では、ClFを120秒供給した場合のSiN膜のエッチング量は15.2nmであり、240秒間供給した場合のエッチング量は、35.2nmであった。
(Results and discussion)
10 to 12 show the relationship between the etching amounts of the SiN film and the SiO 2 film and the supply time of ClF 3 in Example 3-1 to Example 3-3. According to this result, in Example 3-1, the etching amount of the SiN film when supplying ClF 3 for 60 seconds was 21.9 nm, and the etching amount when supplying ClF 3 for 120 seconds was 310.4 nm. In Example 3-2, the etching amount of the SiN film when ClF 3 was supplied for 60 seconds was 11.1 nm, and the etching amount when it was supplied for 120 seconds was 15.3 nm. In Example 3-3, the etching amount of the SiN film when supplying ClF 3 for 120 seconds was 15.2 nm, and the etching amount when supplying ClF 3 for 240 seconds was 35.2 nm.

実施例1〜実施例3の結果から見ると、基板の温度は70℃〜200℃が有利である。またClFガスの供給時間が、ある時間(図10の例では100秒)を越えると、SiO膜のエッチング量は増加しないが、SiN膜のエッチング量が増加しており、この点をも考慮すると、基板の温度やガスの供給時間を調整することにより、プロセス圧力が133Pa(1Torr)〜6.67×10Pa(50Torr)の範囲において、SiN膜のエッチング量が多くかつ前記エッチング選択比の大きいプロセスが期待できるといえる。また総合的に見てプロセス圧力は400Pa(3Torr)以上が好ましく、4.0×10Pa(30Torr)以上がより好ましいと言える。 From the results of Examples 1 to 3, the substrate temperature is advantageously 70 ° C. to 200 ° C. When the supply time of ClF 3 gas exceeds a certain time (100 seconds in the example of FIG. 10), the etching amount of the SiO 2 film does not increase, but the etching amount of the SiN film increases. In consideration, by adjusting the temperature of the substrate and the gas supply time, the etching pressure of the SiN film is large and the etching selection is performed in the process pressure range of 133 Pa (1 Torr) to 6.67 × 10 3 Pa (50 Torr). A process with a large ratio can be expected. Moreover, it can be said that the process pressure is preferably 400 Pa ( 3 Torr) or higher, and more preferably 4.0 × 10 3 Pa (30 Torr) or higher.

[実施例4]
ClFの供給量とエッチング量との関係を調べるため以下の試験を行った。実施例1と同様に評価用の基板に対して評価用のエッチング装置を用い、ClFの供給流量を10、50、100、200sccmに設定する。基板の温度は120℃に設定し、プロセス圧力は667Pa(5Torr)に設定した。エッチング量は膜厚計により測定した。
(結果及び考察)
[Example 4]
The following test was conducted to examine the relationship between the supply amount of ClF 3 and the etching amount. In the same manner as in Example 1, the evaluation etching apparatus is used for the evaluation substrate, and the supply flow rate of ClF 3 is set to 10, 50, 100, and 200 sccm. The substrate temperature was set to 120 ° C., and the process pressure was set to 667 Pa (5 Torr). The etching amount was measured with a film thickness meter.
(Results and discussion)

図13は実施例4の結果を示したグラフであり、縦軸にエッチング量、横軸にClF3の供給流量をとっている。この結果によれば、ClFの供給流量を10sccmから200sccmの範囲に設定した場合には、SiN膜のエッチング量は35nm以上であった。一方SiOのエッチング量は5.3nm以下であった。また10sccmから200Sccmの範囲では、ClFの供給流量が増加するに従って、前記エッチング選択比が小さくなる傾向があった。 FIG. 13 is a graph showing the results of Example 4. The vertical axis represents the etching amount, and the horizontal axis represents the supply flow rate of ClF 3. According to this result, when the supply flow rate of ClF 3 was set in the range of 10 sccm to 200 sccm, the etching amount of the SiN film was 35 nm or more. On the other hand, the etching amount of SiO 2 was 5.3 nm or less. In the range from 10 sccm to 200 Sccm, the etching selectivity tends to decrease as the supply flow rate of ClF 3 increases.

3 処理容器
4 ステージ
10 エッチング装置
23 搬入出口
31 ガスシャワーヘッド
34 排気口
39 バッファ室
46 ヒータ
50 拡散板
51 ガス供給孔
60 ガス供給管
71 シリコン基板
72 絶縁膜
73 SiN膜
74 SiO
3 Processing Vessel 4 Stage 10 Etching Device 23 Carry In / Out Port 31 Gas Shower Head 34 Exhaust Port 39 Buffer Room 46 Heater 50 Diffusion Plate 51 Gas Supply Hole 60 Gas Supply Pipe 71 Silicon Substrate 72 Insulating Film 73 SiN Film 74 SiO 2 Film

Claims (5)

表面部に窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを有する被処理基板に対して、窒化シリコン膜を選択的にエッチングする方法において、
真空雰囲気中にて、三フッ化塩素ガスを含み、励起されていない処理ガスを、加熱された前記被処理基板に供給する工程を行うことを特徴とするエッチング方法。
In a method of selectively etching a silicon nitride film on a substrate to be processed having a silicon nitride film and a silicon oxide film on the surface portion,
An etching method comprising a step of supplying an unexcited processing gas containing chlorine trifluoride gas to a heated substrate to be processed in a vacuum atmosphere.
前記工程を行うときの被処理基板の温度は70℃以上200℃以下であることを特徴とする請求項1記載のエッチング方法。   The etching method according to claim 1, wherein the temperature of the substrate to be processed when performing the step is 70 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. 前記工程を行うときの処理雰囲気の圧力は133Pa(1Torr)以上、6.67×10Pa(50Torr)以下の圧力で行う工程であ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。 3. The etching method according to claim 1, wherein the process atmosphere is performed at a pressure of 133 Pa (1 Torr) or more and 6.67 × 10 3 Pa (50 Torr) or less. . 被処理基板が載置される載置部がその内部に設けられた処理容器を備えたエッチング装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項1ないし3のいずれか一項に記載のエッチング方法を実施するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。
A storage medium storing a computer program used in an etching apparatus provided with a processing container in which a mounting portion on which a substrate to be processed is mounted is provided;
A storage medium in which the computer program has a set of steps so as to implement the etching method according to any one of claims 1 to 3.
表面部に窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを有する被処理基板に対して、窒化シリコン膜を選択的にエッチングする装置において、
被処理基板を載置する載置部を有する処理容器と、
前記載置部に載置された被処理基板を加熱する加熱部と、
前記加熱部に加熱された被処理基板に対して、三フッ化塩素ガスを含み、励起されていない処理ガスを供給するためのガス供給部と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気部と、を備えたことを特徴とするエッチング装置。
In an apparatus for selectively etching a silicon nitride film on a substrate to be processed having a silicon nitride film and a silicon oxide film on the surface portion,
A processing container having a mounting portion for mounting the substrate to be processed;
A heating unit for heating the substrate to be processed placed on the placement unit;
A gas supply unit for supplying a processing gas that contains chlorine trifluoride gas and is not excited to the substrate to be processed heated by the heating unit;
An etching apparatus comprising: an evacuation unit for evacuating the inside of the processing container.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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