JP2017157660A - Method for manufacturing semiconductor device, and substrate processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法および基板処理装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method and a substrate processing apparatus.
大規模集積回路(Large Scale Integrated Circuit:以下LSI)の微細化に伴って、パターニング技術の微細化も進んでいる。パターニング技術として、例えばハードマスク等の用途で基板上に形成されたシリコン(Si)層を除去(エッチング)する工程を実施する際に、Si層をエッチングする特性を有するガスを用いて基板を処理することが行われている(例えば、特許文献1参照)。 With the miniaturization of large scale integrated circuits (hereinafter referred to as LSIs), patterning technology has also been miniaturized. As a patterning technique, for example, when performing a step of removing (etching) a silicon (Si) layer formed on the substrate for use as a hard mask, the substrate is processed using a gas having a characteristic of etching the Si layer. (For example, refer to Patent Document 1).
酸化シリコン(SiO)等の膜をエッチングした際にハードマスクとして用いられたSi層の表面には、SiO等のエッチング対象膜を主成分とする堆積物(ポリマー)が付着することがある。しかしながら、Si層を除去する際に、Si層に対してエッチング選択性を有する例えば七フッ化ヨウ素(IF7)ガスなどのエッチングガスのみでは、この堆積物が残留してしまう。また、例えばフッ化水素(HF)ガスなどのエッチングガスを用いてエッチングを行うと、この堆積物だけでなく、パターンとして形成された他のSiO膜や窒化シリコン(SiN)膜等にまでエッチングによるダメージを与えてしまう。 A deposit (polymer) having an etching target film such as SiO as a main component may adhere to the surface of the Si layer used as a hard mask when a film such as silicon oxide (SiO) is etched. However, when the Si layer is removed, the deposit remains only with an etching gas such as iodine heptafluoride (IF 7 ) gas having etching selectivity with respect to the Si layer. Further, when etching is performed using an etching gas such as hydrogen fluoride (HF) gas, not only this deposit but also other SiO films and silicon nitride (SiN) films formed as patterns are etched. It will cause damage.
本発明は、Si層のエッチング処理において、基板への不要なダメージを最小限に抑えつつ、Si層と堆積物を効率的に除去することができる技術を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a technique capable of efficiently removing the Si layer and deposits while minimizing unnecessary damage to the substrate in the etching process of the Si layer.
本発明の一態様によれば、
シリコン層と、前記シリコン層の一面に形成され露出している第1の酸化シリコン含有膜と、前記シリコン層の他の面に形成され露出している第2の酸化シリコン含有膜と、を有する基板に第1のエッチングガスを供給して、前記第1の酸化シリコン含有膜を除去する工程と、
前記基板に、前記シリコン層を選択的に除去する第2のエッチングガスを供給して、前記シリコン層を除去する工程と、
前記第2の酸化シリコン含有膜を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法が提供される。
According to one aspect of the invention,
A silicon layer; a first silicon oxide-containing film formed and exposed on one surface of the silicon layer; and a second silicon oxide-containing film formed and exposed on the other surface of the silicon layer. Supplying a first etching gas to the substrate to remove the first silicon oxide-containing film;
Supplying a second etching gas for selectively removing the silicon layer to the substrate to remove the silicon layer;
Removing the second silicon oxide-containing film;
A method of manufacturing a semiconductor device having the above is provided.
本発明によれば、シリコン層のエッチング処理において、基板への不要なダメージを最小限に抑えつつ、シリコン層と堆積物を効率的に除去することができる技術が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, in the etching process of a silicon layer, the technique which can remove a silicon layer and a deposit efficiently is provided, minimizing the unnecessary damage to a board | substrate.
次に、本発明の好ましい実施形態について説明する。 Next, a preferred embodiment of the present invention will be described.
以下に、本発明の好ましい実施形態について図面を参照してより詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
(1)基板処理装置の構成
図3は半導体デバイスの製造方法を実施するための枚葉式基板処理装置(以下単に、基板処理装置10という)の上面断面図である。本実施形態にかかるクラスタ型の基板処理装置10の搬送装置は、真空側と大気側とに分かれている。また、基板処理装置10では、基板12を搬送するキャリヤとして、FOUP(Front Opening Unified Pod:以下、ポッドという。)100が使用されている。
(1) Configuration of Substrate Processing Apparatus FIG. 3 is a top sectional view of a single-wafer type substrate processing apparatus (hereinafter simply referred to as a substrate processing apparatus 10) for carrying out a semiconductor device manufacturing method. The transfer device of the cluster type
(真空側の構成)
図3に示されているように、基板処理装置10は、真空状態などの大気圧未満の圧力(負圧)に耐え得る第1搬送室103を備えている。第1搬送室103の筐体101は平面視が例えば五角形であり、上下両端が閉塞した箱形状に形成されている。
(Vacuum side configuration)
As shown in FIG. 3, the
第1搬送室103内には、基板12を移載する第1基板移載機112が設けられている。
In the
筐体101の五枚の側壁のうち前側に位置する側壁には、予備室(ロードロック室)122,123がそれぞれゲートバルブ126,127を介して連結されている。予備室122,123は、基板12を搬入する機能と基板12を搬出する機能とを併用可能に構成され、それぞれ負圧に耐え得る構造で構成されている。
Preliminary chambers (load lock chambers) 122 and 123 are connected to the front side walls of the five side walls of the
第1搬送室103の筐体101の五枚の側壁のうち後ろ側(背面側)に位置する四枚の側壁には、基板に所望の処理を行う第1プロセスユニット202aと、第2プロセスユニット202b、第3プロセスユニット202c、第4プロセスユニット202dがゲートバルブ70a,70b,70c,70dを介してそれぞれ隣接して連結されている。
Of the five side walls of the
(大気側の構成)
予備室122,123の前側には、大気圧下の状態で基板12を搬送することができる第2搬送室121がゲートバルブ128、129を介して連結されている。第2搬送室121には、基板12を移載する第2基板移載機124が設けられている。
(Composition on the atmosphere side)
A
第2搬送室121の左側にはノッチ合わせ装置106が設けられている。なお、ノッチ合わせ装置106は、オリエンテーションフラット合わせ装置であってもよい。また、第2搬送室121の上部にはクリーンエアを供給するクリーンユニットが設けられている。
A
第2搬送室121の筐体125の前側には、基板12を第2搬送室121に対して搬入搬出するための基板搬入搬出口134と、ポッドオープナ108と、が設けられている。基板搬入搬出口134を挟んでポッドオープナ108と反対側、すなわち筐体125の外側には、ロードポート(IOステージ)105が設けられている。ポッドオープナ108は、ポッド100のキャップ100aを開閉すると共に基板搬入搬出口134を閉塞可能なクロージャを備えている。ロードポート105に載置されたポッド100のキャップ100aを開閉することにより、ポッド100に対する基板12の出し入れを可能にする。また、ポッド100は図示しない工程内搬送装置(OHTなど)によって、ロードポート105に対して、供給および排出されるようになっている。
A substrate loading /
図1は基板処理装置10が備える第1プロセスユニット202aにおける、基板処理を行う基板処理位置Bにある状態を示す要部断面図である。図2は同じく基板処理装置の概略断面図であり、サセプタが下降して搬送工程を行うことが可能な搬送位置Aにある状態を示す図である。なお、本実施形態では第1プロセスユニット202aにおいて基板処理を行う例について説明するが、第2プロセスユニット202b、第3プロセスユニット202c、第4プロセスユニット202dにおいて、同様の基板処理を行うことができる。以下の説明では、第1〜第4プロセスユニット202a〜202dを単にプロセスユニット202と称する。同様に、ゲートバルブ70a〜70dを単にゲートバルブ70と称する。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the main part of the
(処理容器)
プロセスユニット202は、基板12を処理する処理容器14を備えており、処理容器14はゲートバルブ70を介して第1搬送室103と連通している。
(Processing container)
The
処理容器14は、上部が開口した容器本体18と、容器本体18の上部開口を塞ぐ蓋体20とから構成されて、内部に密閉構造の処理室22を形成している。なお、処理室22を、蓋体20とサセプタ64とで囲まれた空間で形成するようにしても良い。
The
(ガス導入部)
蓋体20にはガス導入部26と、ガス供給部28が設けられている。ガス導入部26は、蓋体20に設けられ、処理室22内の基板12と対向するように配置され、処理室22内に処理ガスを供給するために設けられる。ガス導入部26は、ガス導入上流側に設けられ、複数のガス孔を有するガス分散板30と、ガス分散板30のガス導入下流側に設けられ、多数のガス孔を有してガスをシャワー状に分散するシャワープレート32と、を有するように構成される。
(Gas introduction part)
The
(ガス供給部)
ガス供給部28は、ガス導入部26の上面略中央に形成されたガス導入口34に接続され、ガス導入部26を介して処理室22内に処理ガスを供給するように構成されている。
ガス供給部28は、ガス導入口34に連通されるガス供給管36と、ガス供給管36のガス供給上流側で分岐されるガス供給管38a,38b,38cと、ガス供給管38aのガス供給上流側で分岐されるガス供給管38dと、ガス供給管38a,38b,38c,38dに設けられたガス流路を開閉する開閉弁であるバルブ40a,40b,40c,40d,40e及びガス流量制御器であるマスフロコントローラ(MFC)42a,42b,42c,42dとを備えて、処理室22内に所望の種類のガスを、所望のガス流量、所望のガス比率で供給される。
(Gas supply part)
The
The
すなわち、ガス供給管38aには、ガス供給上流方向から順に、ガス供給源44a、MFC42a、バルブ40a、及びバルブ40eが設けられている。ガス供給管38bには、ガス供給上流方向から順に、ガス供給源44b、MFC42b、及びバルブ40bが設けられている。ガス供給管38cには、ガス供給上流方向から順に、ガス供給源44c、MFC42c、及びバルブ40cが設けられている。ガス供給管38dには、ガス供給上流方向から順に、ガス供給源44d、MFC42d、及びバルブ40dが設けられてガス供給管38aのバルブ40eの上流側に接続されている。
That is, the
ガス供給管38aからは、第1のエッチングガスである例えばHFガスが、ガス供給源44a、MFC42a、バルブ40a、バルブ40e、ガス供給管36、ガス導入口34及びガス導入部26を介して、処理室22内に供給される。また、ガス供給管38bからは、第2のエッチングガスである例えばIF7ガスが、ガス供給源44b、MFC42b、バルブ40b、ガス供給管36、ガス導入口34及びガス導入部26を介して、処理室22内に供給される。ガス供給管38cからは、不活性ガス及び/又は希釈ガスである例えばN2ガスが、ガス供給源44c、MFC42c、バルブ40c、ガス供給管36、ガス導入口34及びガス導入部26を介して、処理室22内に供給される。また、ガス供給管38dからは、アルコールである例えばメタノールガスが、ガス供給源44d、MFC42d、バルブ40d、バルブ40e、ガス供給管36、ガス導入口34及びガス導入部26を介して、処理室22内に供給される。なお、ガス供給源44a、44b、44c、44dをガス供給ライン(ガス供給部)に含めて構成しても良い。ガス供給源44cから供給されるN2ガスは、後述するパージ工程における不活性ガス(パージガス)として用いてもよく、エッチングガスの希釈ガスとして用いても良い。
From the
(サセプタ周辺)
容器本体18には排気口48、搬送口60、及びヒータ62を内蔵したサセプタ64が設けられる。排気口48は、容器本体18に設けられ、容器本体18の上部内周に形成された環状路66と連通し、環状路66を介して処理室22内を排気するように構成されている。また、搬送口60は、容器本体18の排気口48よりも下方の一側部に設けられている。シリコンウェハ等の処理前の基板12は、第1搬送室103から処理室22内に、搬送口60を介して搬入され、処理後の基板12は、処理室22から第1搬送室103へ、搬送口60を介して搬出される。なお、容器本体18の搬送口60には、第1搬送室103と処理室22との雰囲気隔離を行う開閉弁としてのゲートバルブ70が開閉自在に設けられている。
(Around susceptor)
The container
(サセプタ)
処理容器14の処理室22内に、サセプタ64が昇降自在に設けられ、サセプタ64の表面に基板12が保持される。基板12はサセプタ64を介してヒータ62によって加熱されるようになっている。
(Susceptor)
A
容器本体18の内側底部に複数の支持ピン74が立設され、これらの支持ピン74はヒータ62及びサセプタ64を貫通可能になっており、サセプタ64の昇降に応じて、サセプタ64の表面から出没自在になるように構成されている。
A plurality of support pins 74 are erected on the inner bottom portion of the
プロセスユニット202は、サセプタ64が下降して搬送工程を行うことが可能な位置にあるとき(図2。以下、この位置を搬送位置Aという)、複数の支持ピン74がサセプタ64から突出して複数の支持ピン74上に基板12を支持可能にし、処理室22と第1搬送室103との間で搬送口60を介して基板12の搬送、搬出が行えるように構成されている。また、プロセスユニット202は、サセプタ64が上昇して、搬送位置Aより上方の中間位置を経て処理工程を行うことが可能な位置にあるとき(図1。以下、この位置を基板処理位置Bという)、支持ピン74は関与せず、サセプタ64上に基板12が載置されるように構成されている。
When the
サセプタ64は、その支持軸76が昇降回転機構77に連結されて処理室22内を昇降するように設けられている。支持軸76の外周には支持軸76の直線運動をシールするための図示を省略したベローズが設けられる。昇降回転機構77は、基板搬入工程、基板処理工程、基板搬出工程などの各工程で、処理室22内のサセプタ64の上下方向の位置(搬送位置A及び基板処理位置B等)を多段階に調整できるよう構成されている。
The
また、サセプタ64は回転可能になっている。すなわち、前述した筒状の支持軸76を昇降回転機構77により回転自在として、支持軸76を中心にヒータ62を内蔵したサセプタ64を回転自在に設け、基板12を保持した状態でサセプタ64を任意の速度で回転できるように構成されている。一方、サセプタ64内に設けたヒータ62は固定とし、筒状の支持軸76内に挿通した図示しない固定部によって支持している。このようにサセプタ64を回転自在とし、ヒータ62を固定とすることによって、ヒータ62に対してサセプタ64を相対回転させるようになっている。
Further, the
(排気部)
プロセスユニット202は、処理室22内の雰囲気を排気する排気部46を備えている。排気部46は、処理室22内の排気経路に設けられた環状路66と、排気口48に接続される排気配管50と、排気配管を開閉するエアバルブ54と、処理室22内の圧力を調整する圧力調整器(APC)56と、真空ポンプ58とを備え、排気口48を介して処理室22内の雰囲気を排気する。また、排気配管50には圧力センサ52が設けられ、処理室22内の圧力が監視される。圧力センサ52で取得された圧力値に基づいて、MFC42a,42b、42c、42d、エアバルブ54、APC56等を制御して、ガスの供給量及び排気量を調整することにより、処理室22内の圧力は所望の値に制御される。
(Exhaust part)
The
(制御部)
制御部(制御手段)としてのコントローラ500は、後述の基板処理工程を行うように、上述の各部を制御する。
図4に示すように、コントローラ500は、CPU(Central Processing Unit)500a、RAM(Random Access Memory)500b、記憶装置500c、I/Oポート500dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM500b、記憶装置500c、I/Oポート500dは、内部バス500eを介して、CPU500aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ500には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置501やディスプレイ等の表示装置472が接続されている。
(Control part)
A
As shown in FIG. 4, the
記憶装置500cは、例えばフラッシュメモリ、HDD(Hard Disk Drive)等で構成されている。記憶装置500c内には、基板処理装置の動作を制御する制御プログラムや、後述する基板処理の手順や条件などが記載されたプロセスレシピ等が、読み出し可能に格納されている。なお、プロセスレシピは、後述する基板処理工程における各手順をコントローラ500に実行させ、所定の結果を得ることが出来るように組み合わされたものであり、プログラムとして機能する。以下、このプロセスレシピや制御プログラム等を総称して、単にプログラムともいう。なお、本明細書においてプログラムという言葉を用いた場合は、プロセスレシピ単体のみを含む場合、制御プログラム単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。また、RAM500bは、CPU500aによって読み出されたプログラムやデータ等が一時的に保持されるメモリ領域(ワークエリア)として構成されている。
The
I/Oポート500dは、上述のヒータ62、MFC42a,42b,42c,42d、バルブ40a,40b,40c,40d,40e,54、APC56、真空ポンプ58、ゲートバルブ70、昇降回転機構77、第1基板移載機112等に接続されている。
The I /
CPU500aは、記憶装置500cから制御プログラムを読み出して実行すると共に、入出力装置501からの操作コマンドの入力等に応じて記憶装置500cからプロセスレシピを読み出すように構成されている。そして、CPU500aは、読み出したプロセスレシピの内容に沿うように、ヒータ62による基板12の加熱・冷却動作、APC56による圧力調整動作、MFC42a,42b,42c,42dとバルブ40a,40b,40c,40d,40e,54による処理ガスの流量調整動作、昇降回転機構77によるサセプタ64の上下回転動作等を制御するように構成されている。
The
なお、コントローラ500は、専用のコンピュータとして構成されている場合に限らず、汎用のコンピュータとして構成されていてもよい。例えば、上述のプログラムを格納した外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリ(USB Flash Drive)やメモリカード等の半導体メモリ)123を用意し、係る外部記憶装置123を用いて汎用のコンピュータにプログラムをインストールすること等により、本実施形態に係るコントローラ500を構成することができる。なお、コンピュータにプログラムを供給するための手段は、外部記憶装置123を介して供給する場合に限らない。例えば、インターネットや専用回線等の通信手段を用い、外部記憶装置123を介さずにプログラムを供給するようにしてもよい。なお、記憶装置500cや外部記憶装置123は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体として構成される。以下、これらを総称して、単に記録媒体ともいう。なお、本明細書において記録媒体という言葉を用いた場合は、記憶装置500c単体のみを含む場合、外部記憶装置123単体のみを含む場合、または、その両方を含む場合がある。
Note that the
(2)基板処理工程
続いて、図5〜図7を用いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程について説明する。図5は、本実施形態に係る基板処理工程を示すフロー図である。図6は、本実施形態に係る基板処理工程における、処理室22内の圧力値、第1のエッチングガスとしてのHFガスの供給量、アルコールの供給量、第2のエッチングガスとしてのIF7ガスの供給量、希釈又は不活性ガスの供給量、サセプタの温度の履歴を示す概念図である。図7は、本発明の一実施形態に係る基板処理工程を説明するための概念図である。かかる工程は、上述の基板処理装置10により実施される。なお、本工程において、サセプタ64の温度は一定に保たれている。また、以下の説明において、基板処理装置10を構成する各部の動作は、コントローラ500により制御される。
(2) Substrate Processing Step Next, a substrate processing step performed as one step of the semiconductor manufacturing process according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a flowchart showing a substrate processing process according to this embodiment. FIG. 6 shows the pressure value in the
本実施形態に係る基板処理工程は、Si層をハードマスクとしてSiO層をエッチングした後に、マスクとして用いられたSi層を除去するために行うものである。
本基板処理工程の前に実施される事前エッチング工程では、SiO層上にハードマスクとしてのSi層を形成し、例えばHFガス等のエッチングガスによりSiO層のエッチングが行われる。ハードマスクとして用いられるSi層は、トレンチ状又は柱状の構造を有しており、Si層の高さは例えば1000nm以上であって、SiO層をエッチングした後のSi層のアスペクト比は例えば50:1以上である。この事前エッチング工程の後、Si層の上面には、第1の酸化シリコン含有膜としての自然酸化膜が形成されると共に、Si層の側面(側壁)には、第2の酸化シリコン含有膜としてのSiOを主成分とした堆積物(ポリマー)が付着する。この堆積物は、SiO膜のエッチングの際に付着するもので、エッチング対象であるSiOを主成分とする他に、エッチングガスに含まれる成分も含んでいる。
本実施形態に係る基板処理工程では、ハードマスクとして用いられたSi層の他に、Si層の表面に形成された自然酸化膜及びSiOを主成分とした堆積物であるポリマーを少なくとも除去するものである。
なお、本実施形態に係る基板処理工程が開始される時点においては、このSi層の表面は自然酸化膜と堆積物に覆われているため、実質的に基板の表面において露出していない。
また、SiOを主成分とした堆積物は、結晶構造を有している。
The substrate processing step according to the present embodiment is performed to remove the Si layer used as a mask after etching the SiO layer using the Si layer as a hard mask.
In the pre-etching process performed before the substrate processing process, a Si layer as a hard mask is formed on the SiO layer, and the SiO layer is etched by an etching gas such as HF gas. The Si layer used as a hard mask has a trench-like or columnar structure, the height of the Si layer is, for example, 1000 nm or more, and the aspect ratio of the Si layer after etching the SiO layer is, for example, 50: 1 or more. After this pre-etching step, a natural oxide film as a first silicon oxide-containing film is formed on the upper surface of the Si layer, and a second silicon oxide-containing film is formed on the side surface (side wall) of the Si layer. A deposit (polymer) having SiO as a main component adheres. This deposit adheres at the time of etching the SiO film, and contains the component contained in the etching gas in addition to the main component of the SiO to be etched.
In the substrate processing step according to the present embodiment, in addition to the Si layer used as a hard mask, a natural oxide film formed on the surface of the Si layer and a polymer that is a deposit mainly composed of SiO are removed. It is.
Note that when the substrate processing step according to the present embodiment is started, the surface of the Si layer is covered with a natural oxide film and deposits, and thus is not substantially exposed on the surface of the substrate.
Further, the deposit mainly composed of SiO has a crystal structure.
(基板搬入工程S10)
まず、図2に示すように、Si層を有する基板12が、第1搬送室103から基板搬送ロボット(第1基板移載機112)によって、搬送口60を介して、処理室22内に搬送される。処理室22内に搬入された基板12は、支持ピン74上に載置される。このとき、排気部46から処理室22内の雰囲気を排気しつつ、基板12の搬入経路は減圧下で不活性ガス(例えばN2ガス)によってパージされている。
(Substrate carrying-in process S10)
First, as shown in FIG. 2, the
(パージ・加熱工程S20)
次に、ゲートバルブ70が閉じられた後、図1に示す基板処理位置Bまでサセプタ64が昇降回転機構77の作用により上昇され、基板12がサセプタ64上に載置される。このとき、処理室22内は不活性ガスによってパージされており、処理室22内の雰囲気ガスが排気され、基板12が搬入された際に処理室22内に入り込んだ不要な水分等が排気される。必要に応じて一旦、到達真空まで真空引きしても良い。又、サセプタ64に内包されたヒータ62は予め所定の温度に設定されており、基板12を0℃〜100℃程度の範囲の内、所定の温度になる様に加熱する。また、過剰な熱を排熱するための冷却機構を併用してもよい。なお、所定の基板の温度とは室温未満であっても良く、この場合基板12はサセプタ64によって冷却されることとなる。基板12を冷却する場合には搬出時等に結露しない様に、基板温度と雰囲気の露点に注意する。
(Purge / Heating Step S20)
Next, after the
(自然酸化膜除去工程S30)
基板12が所定の温度になったところで、図7(a)に示すように、Si層上に形成された自然酸化膜を除去する処理を実施する。このときSi層は露出しておらず、上面に自然酸化膜が形成されている。本工程では、SiOを主成分とする堆積物は除去対象とせず、自然酸化膜のみをターゲットにした条件で、図7(b)に示すように、処理室22内へHFガスを供給する。このときの処理室圧力P1は、例えば10〜1000Pa、本実施形態では500Paであり、ガス供給管38aから供給されるHFガス供給量X1は、例えば50〜500sccm、本実施形態では50sccmであり、HFガスの供給時間は、例えば10〜180sec、本実施形態では60secである。また、このときのHFガス供給量X1は、後述するSiOを主成分とする堆積物の除去工程S50におけるHFガス供給量X2より少なく、供給時間も短く、処理室圧力P1は、S50における処理室圧力P3よりも低いことが望ましい。これにより、自然酸化膜やSiOを主成分とする堆積物とは異なるSiO層又はSiN層の少なくとも一方を含むパターンへのダメージを抑制しつつ、自然酸化膜を除去することができる。自然酸化膜は、SiOを主成分とする堆積物や、パターン中の他部分のSiO層、SiN層等に比べて薄い。また、一般的に当該堆積物は、自然酸化膜に比べてHFガスによりエッチングされにくい性質を有している。すなわち、自然酸化膜に対するエッチングレートの方が、当該堆積物に対するものよりも高い。これは、当該堆積物が事前エッチング工程において用いられたエッチングガスに含まれる成分等も含んでいるためであると推測される。従って、処理室22内へ供給するガスの供給量、処理時間等の調整により、自然酸化膜のみをターゲットにした条件で除去することが可能である。
(Natural oxide film removal step S30)
When the
なお、SiOを主成分とする堆積物は、自然酸化膜よりも厚く、また、一般的に自然酸化膜よりも除去されにくい性質を備えているため、上記条件において処理した結果、SiOを主成分とする堆積物は、少なくとも一部が除去されずに残存するが、自然酸化膜の除去と同時にエッチングされたり、表面改質を起こしてもよい。本工程において堆積物に対するエッチングや表面改質が進むことにより、後述するSiOを主成分とする堆積物の除去工程S50における除去を促進し、処理に好適な影響を及ぼすこととなる。 The deposit containing SiO as the main component is thicker than the natural oxide film and generally has a property that it is harder to remove than the natural oxide film. However, at least a portion of the deposit remains without being removed, but may be etched at the same time as the removal of the natural oxide film or may undergo surface modification. The progress of etching and surface modification of the deposit in this step promotes the removal in the step S50 of removing the deposit mainly composed of SiO, which will be described later, and has a favorable influence on the processing.
また、本工程において、HFガスに適切な混合比でアルコールである例えばメタノールを添加しても良い。アルコールを添加することによりSiOに対するエッチングレートを上げ、本工程でSiOを主成分とした堆積物もできるだけ除去することにより後の工程でのエッチング時間を短縮できる。 In this step, alcohol such as methanol may be added to the HF gas at an appropriate mixing ratio. By adding alcohol, the etching rate for SiO is increased, and by removing as much as possible the deposits mainly composed of SiO in this step, the etching time in the subsequent steps can be shortened.
また、本工程において、自然酸化膜を完全に除去できなくとも、Si層の少なくとも一部が露出するように除去できればよく、後述するSi層除去工程S40において、エッチングガスがSi層まで到達し、反応できる程度の除去が行われていればよい。但し、Si層の露出面積をより多くするため、自然酸化膜はできるだけ除去されることが望ましい。また、本工程においては、必要に応じて希釈ガスや不活性ガスを導入してもよい。
そして、本工程終了時に一旦処理室22内の雰囲気を排気する。
Further, in this step, even if the natural oxide film cannot be completely removed, it is sufficient if it can be removed so that at least a part of the Si layer is exposed. In the Si layer removing step S40 described later, the etching gas reaches the Si layer, It is sufficient that the removal is performed to such an extent that the reaction is possible. However, it is desirable to remove the natural oxide film as much as possible in order to increase the exposed area of the Si layer. Moreover, in this process, you may introduce | transduce dilution gas and an inert gas as needed.
At the end of this process, the atmosphere in the
(Si層除去工程S40)
本工程では、図7(c)に示すように、Si層に対して、本格的なSi層の除去(エッチング)を行う。具体的には、SiエッチングガスであるIF7ガスを処理室22内に供給し、所定の基板温度、ガス流量、圧力を所定の時間保持することでSi層の除去を行う。このときの処理室圧力P2は、例えば10〜1000Pa、本実施形態では500Paであり、ガス供給管38bから供給されるIF7ガス供給量Z1は、例えば100〜1000sccm、本実施形態では200sccmであり、IF7ガスの供給時間は、例えば10〜180sec、本実施形態では60secである。IF7ガスは、Siに対して高い選択性を有し、選択的に除去する。ここで、「選択的」とは、Si層に対するエッチングレートが他の種類の層に対するエッチングレートよりも高いことを言う。例えば、IF7ガスによる、SiO層、SiN層、TiN層のエッチングレートに対するSi層のエッチングレートの比率はそれぞれ、1E+5(=1×105)、1E+5(=1×105)、1E+3(=1×103)である。すなわち、IF7ガスは、SiOに対するエッチングレートよりもSiに対するエッチングレートの方が高い。この結果、Si層が選択的に除去されるため、Si層の側面に付着していたSiOを主成分とする堆積物のみが残される。すなわち図7(c)に示すように、本工程前にSi層と接することで露出していなかった堆積物の面が、Si層が除去されることにより露出される。これにより、SiOを主成分とする堆積物の体積当たりの露出面積が増加するため、その後のSiOを主成分とする堆積物の除去工程S50において、処理時間を短くし、ガス供給量を少なくし、圧力を小さく抑えて、効率よく堆積物を除去することができる。
なお、本工程においても、必要に応じて希釈ガスや不活性ガスを供給しても良い。
そして、本工程終了時に一旦処理室22内の雰囲気を排気する。
(Si layer removal step S40)
In this step, as shown in FIG. 7C, the Si layer is completely removed (etched) from the Si layer. Specifically, the Si layer is removed by supplying IF 7 gas, which is a Si etching gas, into the
Also in this step, a dilution gas or an inert gas may be supplied as necessary.
At the end of this process, the atmosphere in the
(SiOを主成分とする堆積物の除去工程S50)
本工程では、図7(d)に示すように、HFガスにアルコールである例えばメタノールを添加して供給し、Si層の側面に堆積していたSiOを主成分とする堆積物の除去を行う。このときの処理室圧力P3は、例えば10〜1000Pa、本実施形態では500Paであり、ガス供給管38aから供給されるHFガス供給量X2は、例えば50〜500sccm、本実施形態では50sccmであり、ガス供給管38dから供給されるメタノール供給量Y1は、例えば250〜1000sccm、本実施形態では250sccmであり、HFガス及びメタノールの供給時間は、例えば10〜180sec、本実施形態では60secである。メタノールは、パターン中の他部分の構造との選択性に優れており、蒸気圧が比較的高い。上述したSi層除去工程S40において、Si層は除去されているので、SiOを主成分とする堆積物は、露出面積(表面積)が大きい状態になっており、エッチングガスに曝される体積当たりの表面積を大きくすることができる。すなわち、SiOを主成分とする堆積物を内側と外側との両側から除去することができ、メタノールを添加したHFガスとの反応がより進みやすく、本工程において処理時間を短くし、ガス供給量を少なくし、圧力を小さく抑えて、効率よく除去することができる。
結果として、基板上の自然酸化膜やSiOを主成分とする堆積物とは異なるSiO層又はSiN層の少なくとも一方を含むパターンへのエッチングダメージを抑制しながら、Si層とその表面上の堆積物を除去することができる。なお、この時、必要に応じて希釈ガスや不活性ガスを供給してもよい。また、本工程では、HFガスにメタノールを添加した例について説明したが、これに限らず、HFガスのみを供給するようにしてもよい。
(Deposit removal step S50 containing SiO as a main component)
In this step, as shown in FIG. 7 (d), an alcohol such as methanol is added to the HF gas and supplied to remove deposits mainly composed of SiO deposited on the side surfaces of the Si layer. . The processing chamber pressure P 3 at this time is 10 to 1000 Pa, for example, 500 Pa in this embodiment, and the HF gas supply amount X 2 supplied from the
As a result, the Si layer and the deposit on the surface thereof are suppressed while suppressing the etching damage to the pattern including at least one of the SiO layer and the SiN layer different from the natural oxide film on the substrate and the deposit mainly composed of SiO. Can be removed. At this time, a dilution gas or an inert gas may be supplied as necessary. Moreover, although the example which added methanol to HF gas was demonstrated in this process, you may make it supply not only this but HF gas.
上述の通り、HFガスによるSiOを主成分とする堆積物に対するエッチングレートは、自然酸化膜に対するエッチングレートよりも低い。従って、自然酸化膜除去工程S30においてエッチングレートの高い自然酸化膜を先に除去し、SiOを主成分とする堆積物の除去工程S50において、エッチングレートの低い当該堆積物を、露出面積の増大した除去効率がより良好な状態で全て除去するので、自然酸化膜除去工程S30においては、基板12上へ他の構造物へのエッチングダメージを抑えることができ、例えばHFガスの処理時間、供給流量、供給圧力等を小さく抑えることができる。
As described above, the etching rate for deposits mainly composed of SiO by HF gas is lower than the etching rate for natural oxide films. Accordingly, the natural oxide film having a high etching rate is first removed in the natural oxide film removing step S30, and the deposit having a low etching rate is increased in the deposit removing step S50 mainly composed of SiO. Since all removal is performed with better removal efficiency, in the natural oxide film removal step S30, etching damage to other structures on the
(パージ・冷却工程S60)
次に、メタノールを添加したHFガスの供給を停止し、処理室22内の雰囲気ガスを排気する。この時、パージ用の希釈ガスや不活性ガスである例えばN2ガスを供給しながら排気しても良い。エッチングガスを処置室22内に残留させない為に充分なパージを行う。また、図2の搬送位置Aまでサセプタ64を降下させ、基板12を支持ピン74上に載置してサセプタ64から離して、搬送可能な温度まで冷却する。また、本工程までに基板12がサセプタ64によって冷却されていた場合には、本工程において基板温度は上昇することになる。基板温度が低い場合には搬出した際に結露が起きない様に搬出時の基板温度に留意する。
(Purge / cooling step S60)
Next, the supply of HF gas to which methanol has been added is stopped, and the atmospheric gas in the
(基板搬出工程S70)
次に、基板12が冷却され、処理室22内から搬出する準備が整ったら、希釈ガスや不活性ガスである例えばN2ガスを供給しながら、上述の基板搬入工程S10の逆の手順で搬出する。
(Substrate unloading step S70)
Next, when the
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、基板の同時処理枚数、基板を保持する向き、希釈用ガスやパージ用ガスの種類、HFガスに添加するアルコールの種類、基板処理室や加熱機構及び冷却機構の形状等で、実施範囲を限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。 As described above, the embodiment of the present invention has been specifically described. However, the number of simultaneously processed substrates, the direction in which the substrate is held, the type of dilution gas or purge gas, the type of alcohol added to the HF gas, the substrate processing chamber, The scope of implementation is not limited by the shape of the heating mechanism and the cooling mechanism, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention.
また、本発明において用いられる第1のエッチングガスは、HFガスに限られず、他のエッチングガスを用いることも可能である。例えば、フッ化アンモニウム水溶液や、水素プラズマなどを用いた方法がある。 In addition, the first etching gas used in the present invention is not limited to HF gas, and other etching gas may be used. For example, there is a method using an ammonium fluoride aqueous solution, hydrogen plasma, or the like.
また、上述の実施形態においては、SiO膜のエッチングにより付着したSiOを主成分とする堆積物の除去を行うが、本発明はSiN膜のエッチングにより付着したSiNを主成分とする堆積物の除去について適用することも可能である。 In the above-described embodiment, the deposit mainly composed of SiO attached by etching the SiO film is removed. However, the present invention removes the deposit mainly composed of SiN adhered by etching the SiN film. It is also possible to apply.
また、本発明において用いられる第2のエッチングガスは、IF7ガスに限られず、他のエッチングガスを用いることも可能である。例えばハロゲン元素を含むガス、特にフッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)の中から選択される2つ以上のハロゲン元素を含むガスが好ましい。例えば、五フッ化ヨウ素(IF5)、七フッ化ヨウ素(IF7)、三フッ化臭素(BrF3)、五フッ化臭素(BrF5)、二フッ化キセノン(XeF2)、三フッ化塩素(ClF3)などが有る。さらに好ましくは、Si層を高い選択性をもって除去させることができる特性を有しているIF7ガスが用いられる。 Further, the second etching gas used in the present invention is not limited to the IF 7 gas, and other etching gases may be used. For example, a gas containing a halogen element, particularly a gas containing two or more halogen elements selected from fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), and iodine (I) is preferable. For example, iodine pentafluoride (IF 5 ), iodine heptafluoride (IF 7 ), bromine trifluoride (BrF 3 ), bromine pentafluoride (BrF 5 ), xenon difluoride (XeF 2 ), trifluoride There is chlorine (ClF 3 ). More preferably, IF 7 gas having a characteristic capable of removing the Si layer with high selectivity is used.
また、本発明において第1のエッチングガスに添加されるアルコールとして、メタノールを用いる例について説明したが、これに限らず、エタノール、イソプロピルアルコール(IPA)等を用いることができる。アルコールを添加することで、HFがアニオン(HF2 -:ビフルオリド)となり、SiOとの反応性が向上する。 Moreover, although the example using methanol as alcohol added to 1st etching gas in this invention was demonstrated, not only this but ethanol, isopropyl alcohol (IPA), etc. can be used. By adding alcohol, HF becomes an anion (HF 2 − : bifluoride), and the reactivity with SiO is improved.
また、本発明は、本実施形態に係る基板処理装置のような半導体ウエハを処理する半導体製造装置等に限らず、ガラス基板を処理するLCD(Liquid Crystal Display)製造装置、太陽電池製造装置等の基板処理装置、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)製造装置におけるエッチング処理にも適用できる。 Further, the present invention is not limited to a semiconductor manufacturing apparatus that processes a semiconductor wafer such as the substrate processing apparatus according to the present embodiment, but an LCD (Liquid Crystal Display) manufacturing apparatus that processes a glass substrate, a solar cell manufacturing apparatus, or the like. The present invention can also be applied to an etching process in a substrate processing apparatus and a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) manufacturing apparatus.
(3)本実施形態に係る効果
本実施形態によれば、少なくとも以下に示す効果を奏する。
(3) Effects according to the present embodiment According to the present embodiment, at least the following effects are provided.
(a)本実施形態によれば、Si層のドライエッチングにおいて、Si層の側面に堆積したSiOを主成分とする堆積物(SiO含有膜)をパターンの他部分に与えるダメージを抑制しながら除去することができる。 (A) According to this embodiment, in dry etching of the Si layer, deposits (SiO-containing films) mainly composed of SiO deposited on the side surfaces of the Si layer are removed while suppressing damage to other portions of the pattern. can do.
(b)本実施形態によれば、第2のエッチングガスとしてIF7ガスを用いることで、Si層を高い選択性で除去することができる。 (B) According to the present embodiment, the Si layer can be removed with high selectivity by using IF 7 gas as the second etching gas.
(c)本実施形態によれば、第1のエッチングガスに添加するアルコールとしてメタノールを用いることで、パターン中の他部分との選択性を最も高めた条件で処理することができる。 (C) According to the present embodiment, by using methanol as the alcohol added to the first etching gas, it is possible to perform the processing under the condition where the selectivity with respect to the other part in the pattern is maximized.
(d)本実施形態によれば、第1のエッチングガスに添加するアルコールとしてメタノールを用いることで、気化効率を高め簡便な供給が可能となる。 (D) According to the present embodiment, by using methanol as the alcohol added to the first etching gas, the vaporization efficiency is increased and simple supply is possible.
10 基板処理装置
12 基板
14 処理容器
18 容器本体
22 処理室
26 ガス導入部
28 ガス供給部
46 排気部
48 排気口
52 圧力センサ
60 搬送口
64 サセプタ
500 コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記基板に、前記シリコン層を選択的に除去する第2のエッチングガスを供給して、前記シリコン層を除去する工程と、
前記第2の酸化シリコン含有膜を除去する工程と、
を有する半導体装置の製造方法。 A silicon layer; a first silicon oxide-containing film formed and exposed on one surface of the silicon layer; and a second silicon oxide-containing film formed and exposed on the other surface of the silicon layer. Supplying a first etching gas to the substrate to remove the first silicon oxide-containing film;
Supplying a second etching gas for selectively removing the silicon layer to the substrate to remove the silicon layer;
Removing the second silicon oxide-containing film;
A method for manufacturing a semiconductor device comprising:
前記処理室に第1のエッチングガスを供給する第1ガス供給部と、
前記処理室に、前記シリコン層を選択的に除去する第2のエッチングガスを供給する第2ガス供給部と、
前記処理室に前記第1のエッチングガスを供給して、前記第1の酸化シリコン含有膜を除去する工程と、前記処理室に前記第2のエッチングガスを供給して、前記シリコン層を除去する工程と、前記第2の酸化シリコン含有膜を除去する工程と、を実行するように前記第1ガス供給部と前記第2ガス供給部を制御するよう構成される制御部と、
を有する基板処理装置。 A silicon layer; a first silicon oxide-containing film formed and exposed on one surface of the silicon layer; and a second silicon oxide-containing film formed and exposed on the other surface of the silicon layer. A processing chamber in which substrates are accommodated;
A first gas supply unit for supplying a first etching gas to the processing chamber;
A second gas supply unit for supplying a second etching gas for selectively removing the silicon layer into the processing chamber;
Supplying the first etching gas to the processing chamber to remove the first silicon oxide-containing film; and supplying the second etching gas to the processing chamber to remove the silicon layer. A control unit configured to control the first gas supply unit and the second gas supply unit to perform a step and a step of removing the second silicon oxide-containing film;
A substrate processing apparatus.
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