JP2021180281A - エッチング方法およびエッチング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ＳｉとＯとを含有する膜を高い選択性でエッチングすることができるエッチング方法およびエッチング装置を提供する。【解決手段】ＳｉとＯとを含む材料を選択的にエッチングするエッチング方法は、ＳｉとＯとを含む材料を有する基板をチャンバー内に設ける工程と、先に開始される塩基性ガスを供給する第１の期間と、次に開始されるフッ素含有ガスを供給する第２の期間とを繰り返し、第２の期間の少なくとも一部は第１の期間とオーバーラップしないようにする工程と、塩基性ガスおよびフッ素含有ガスの供給により生成された反応生成物を加熱除去する工程とを有する。【選択図】図２

Description

本開示は、エッチング方法およびエッチング装置に関する。
近時、半導体デバイスの製造過程で、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）と呼ばれる手法が知られている。ＣＯＲとしては、基板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、フッ素含有ガスであるフッ化水素（ＨＦ）ガスと塩基性ガスであるアンモニア（ＮＨ３）ガスを用いる技術が知られている（例えば特許文献１、２）。この技術では、ＨＦガスとＮＨ３ガスをシリコン酸化膜と反応させてケイフッ化アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ）を生成させ、加熱によりこのケイフッ化アンモニウムを昇華させることにより、シリコン酸化膜がエッチングされる。
特開２００５−３９１８５号公報 特開２００８−１６００００号公報
本開示は、ＳｉとＯとを含有する膜を高い選択性でエッチングすることができるエッチング方法およびエッチング装置を提供する。
本開示の一態様に係るエッチング方法は、ＳｉとＯとを含む材料を選択的にエッチングするエッチング方法であって、ＳｉとＯとを含む材料を有する基板をチャンバー内に設ける工程と、先に開始される塩基性ガスを供給する第１の期間と、次に開始されるフッ素含有ガスを供給する第２の期間とを繰り返し、前記第２の期間の少なくとも一部は前記第１の期間とオーバーラップしないようにする工程と、前記塩基性ガスおよび前記フッ素含有ガスの供給により生成された反応生成物を加熱除去する工程と、を有する。
本開示によれば、ＳｉとＯとを含有する膜を高い選択性でエッチングすることができるエッチング方法およびエッチング装置が提供される。
一実施形態のエッチング方法を実施するためのエッチング装置の一例を示す断面図である。 一実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。 一実施形態に係るエッチング方法が適用される基板の構造例を模式的に示す図である。 ステップ３の典型例を示す図である。 ステップ３の他の例を示す図である。 ステップ３のさらに他の例を示す図である。 一実施形態に係るエッチング方法のメカニズムを説明するための図である。 一実施形態に係るエッチング方法のメカニズムを説明するための図である。 一実施形態に係るエッチング方法のメカニズムを説明するための図である。 従来のエッチング方法のメカニズムを説明するための図である。 従来のエッチング方法のメカニズムを説明するための図である。 従来のエッチング方法のメカニズムを説明するための図である。エッチング残渣除去の第２工程の加熱処理を行った後の状態を示す模式図である。 一実施形態に係るエッチング方法が適用される基板の他の構造例を模式的に示す図である。 実験例に用いたパターン１（従来例）を示す図である。 実験例に用いたパターン２（ＨＦパルス）を示す図である。 実験例に用いたパターン３（シンクロパルス）を示す図である。 実験例に用いたパターン４（実施形態）を示す図である。 実験例におけるパターン１〜４のエッチング量を示す図である。 実験例におけるパターン１〜４のＳｉＮショルダーロスを示す図である。 実験例におけるパターン１〜４のＳｉＯ２膜のＳｉＮに対する選択比を示す図である。
以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
＜エッチング装置＞
図１は、一実施形態のエッチング方法を実施するためのエッチング装置の一例を示す断面図である。図１に示すエッチング装置は、基板の例えば表面に存在するシリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）を含有する材料をエッチングする。ＳｉとＯを含有する材料としては、代表例としてＳｉＯ２を挙げることができるが、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣであってもよい。また、ＳｉとＯを含有する材料は、典型的には膜である。
図１に示すように、エッチング装置１は、密閉構造のチャンバー１０を備えており、チャンバー１０の内部には、基板Ｗを略水平にした状態で載置させる載置台１２が設けられている。基板ＷとしてはＳｉウエハ等の半導体ウエハが例示されるが、これに限るものではない。
また、エッチング装置１は、チャンバー１０に処理ガスを供給するガス供給機構１３、チャンバー１０内を排気する排気機構１４を備えている。
チャンバー１０は、チャンバー本体２１と蓋部２２とによって構成されている。チャンバー本体２１は、略円筒形状の側壁部２１ａと底部２１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が内部に凹部を有する蓋部２２で閉止される。側壁部２１ａと蓋部２２とは、シール部材（図示せず）により密閉されて、チャンバー１０内の気密性が確保される。
蓋部２２の内部には、載置台１２に臨むようにガス導入部材であるシャワーヘッド２６がはめ込まれている。シャワーヘッド２６は側壁と上部壁とを有し円筒状をなす本体３１と、本体３１の底部に設けられたシャワープレート３２とを有している。本体３１の外周部とシャワープレート３２とはシールリング（図示せず）によりシールされ密閉構造となっている。また、本体３１の中央部とシャワープレート３２との間にはガスを拡散するための空間３３が形成されている。なお、空間３３は便宜上単純な形状で示している。
蓋体２２の天壁には、第１のガス導入孔３４および第２のガス導入孔３５が垂直に形成されており、これら第１のガス導入孔３４および第２のガス導入孔３５がシャワーヘッド２６の上部壁を貫通して空間３３に接続されている。シャワープレート３２には、空間３３から垂直に延び、貫通してチャンバー１０の内部に臨む、複数のガス吐出孔３７が形成されている。
したがって、シャワーヘッド２６においては、第１のガス導入孔３４および第２のガス導入孔３５から空間３３にガスが供給され、空間３３内で混合されたガスがガス吐出孔３７を介して吐出される。
チャンバー本体２１の側壁部２１ａには、基板Ｗを搬入出する搬入出口４１が設けられており、この搬入出口４１はゲートバルブ４２により開閉可能となっており、隣接する他のモジュールとの間で基板Ｗが搬送可能となっている。
載置台１２は、平面視略円形をなしており、チャンバー１０の底部２１ｂに固定されている。載置台１２の内部には、載置台１２の温度を調節する温調器４５が設けられている。温調器４５は、例えば、温度を調節する温調媒体（例えば水など）が循環する温調媒体流路や、抵抗ヒーターで構成することができる。温調器４５により載置台１２が所望の温度に温調され、これにより載置台１２に載置された基板Ｗの温度制御がなされる。
ガス供給機構１３は、ＨＦガス供給源５１、Ａｒガス供給源５２、ＮＨ３ガス供給源５３、およびＮ２ガス供給源５４を有している。
ＨＦガス供給源５１は、フッ素含有ガスとしてＨＦガスを供給するものである。ここでは、フッ素含有ガスとしてＨＦガスを例示するが、フッ素含有ガスとしては、ＨＦガスの他、Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、ＮＦ３ガスを用いることもできる。
ＮＨ３ガス供給源５３は、塩基性ガスとしてＮＨ３ガスを供給するものである。ここでは、塩基性ガスとしてＮＨ３ガスを例示するが、塩基性ガスとしては、ＮＨ３ガスの他、アミンガスを用いることもできる。アミンとしては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン等を挙げることができる。
Ａｒガス供給源５２およびＮ２ガス供給源５４は、希釈ガス、パージガス、キャリアガスとしての機能を兼ね備えた不活性ガスとして、Ｎ２ガス、Ａｒガスを供給するものである。ただし、両方ともＡｒガスまたはＮ２ガスであってもよい。また、不活性ガスはＡｒガスおよびＮ２ガスに限定されず、Ｈｅガス等の他の希ガスを用いることもできる。
これらガス供給源５１〜５４には、それぞれ第１〜第４のガス供給配管６１〜６４の一端が接続されている。ＨＦガス供給源５１に接続された第１のガス供給配管６１は、その他端が第１のガス導入孔３４に接続されている。Ａｒガス供給源５２に接続された第２のガス供給配管６２は、その他端が第１のガス供給配管６１に接続されている。ＮＨ３ガス供給源５３に接続された第３のガス供給配管６３は、その他端が第２のガス導入孔３５に接続されている。Ｎ２ガス供給源５４に接続された第４のガス供給配管６４は、その他端が第３のガス供給配管６３に接続されている。
フッ素含有ガスであるＨＦガスと塩基性ガスであるＮＨ３ガスは、それぞれ不活性ガスであるＡｒガスおよびＮ２ガスとともに第１のガス導入孔３４および第２のガス導入孔３５を介してシャワーヘッド２６に至り、シャワーヘッド２６のガス吐出孔３７からチャンバー１０内に吐出される。
第１〜第４のガス供給配管６１〜６４には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御部６５が設けられている。流量制御部６５は例えば開閉弁およびマスフローコントローラ（ＭＦＣ）またはフローコントロールシステム（ＦＣＳ）のような流量制御器により構成されている。
排気機構１４は、チャンバー１０の底部２１ｂに形成された排気口７１に繋がる排気配管７２を有しており、さらに、排気配管７２に設けられた、チャンバー１０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）７３およびチャンバー１０内を排気するための真空ポンプ７４を有している。
チャンバー１０の側壁には、チャンバー１０内の圧力制御のために高圧用および低圧用の２つのキャパシタンスマノメータ７６ａ，７６ｂが設けられている。載置台１２に載置された基板Ｗの近傍には、基板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１を構成するチャンバー１０、シャワーヘッド２６、載置台１２は、アルミニウムのような金属材料で形成されている。これらの表面には酸化皮膜等の皮膜が形成されていてもよい。皮膜としては、例えば、アルミニウムの場合は陽極酸化皮膜（Ａｌ２Ｏ３）を挙げることができる。セラミックコーティングであってもよい。
エッチング装置１は、さらに制御部８０を有している。制御部８０はコンピュ
ータで構成されており、ＣＰＵを備えた主制御部と、入力装置、出力装置、表示装置、記憶装置（記憶媒体）を有している。主制御部は、エッチング装置１の各構成部の動作を制御する。主制御部による各構成部の制御は、記憶装置に内蔵された記憶媒体（ハードディスク、光デスク、半導体メモリ等）に記憶された制御プログラムに基づいてなされる。記憶媒体には、制御プログラムとして処理レシピが記憶されており、処理レシピに基づいてエッチング装置１の処理が実行される。
なお、図１のエッチング装置は、補助的にプラズマ等によりガスを励起する手段を有していてもよいが、ノンプラズマのエッチング処理を行うものであることが好ましい。
＜エッチング方法＞
次に、上述したエッチング装置１で行われるエッチング方法の一実施形態について説明する。以下のエッチング方法は、制御部８０による制御のもとで行われる。
図２は、一実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャートである。
まず、ＳｉとＯとを含む材料を有する基板Ｗをチャンバー１０内に設ける（ステップ１）。具体的には、基板Ｗをチャンバー１０内に搬入して、温調器４５で温調された載置台１２に載置する。
基板Ｗの構造例としては、例えば、図３に模式的に示すようなものを挙げることができる。図３の例では、基板Ｗは、基体（図示せず）上に、エッチング対象としてのＳｉとＯとを含有する材料であるＳｉＯ２膜１０１と、非エッチング材料としてのＳｉＮ膜１０２とが形成されている。ただし、基板Ｗの構造は図３のものに限るものではない。
なお、図３の例は、ＳｉＯ２膜１０１をＳｉＮ膜１０２に対して所望の選択比でエッチングし得るものである。しかし、ＳｉＯ２膜１０１をエッチングする際に所望の選択比が得られる非エッチング材料としては、ＳｉＮに限らず、ＳｉとＮおよび／またはＣとを含む材料であれば適用可能である。このような材料としては、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣから選択された１種または２種以上を用いることができる。これらは典型的には膜として形成される。
また、エッチング対象の材料としてもＳｉとＯとを含有する材料であればＳｉＯ２に限らず、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣから選択された１種または２種以上を用いることができる。これらは典型的には膜として形成される。これらのうちＳｉＯ２以外の材料についても、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣに対して所望の選択比でエッチングすることが可能である。
ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣは低誘電率（Ｌｏｗ−ｋ）膜であり、これらはエッチング対象膜としても非エッチング膜としても用い得る。例えば、ＳｉＯＣＮ膜、ＳｉＯＣ膜として、Ｃ濃度が低いもの（＜６ａｔ％）をエッチング対象膜とし、Ｃ濃度が高いもの（＜１０ａｔ％）を非エッチング膜として用いることが可能である。
典型例としては、上述したような、エッチング対象としてＳｉＯ２膜、非エッチング材料としてＳｉＮ膜を用いる場合が挙げられるが、非エッチング材料として、Ｌｏｗ−ｋ膜であるＳｉＯＣＮ膜を用いることも好適である。
次いで、ガス供給機構１３から不活性ガス（Ａｒガス、Ｎ２ガス）をチャンバー１０内に供給し、基板Ｗの温度を安定させるとともに、チャンバー１０内の圧力を安定させる安定化を行う（ステップ２）。
次いで、ガス供給機構１３から不活性ガスを供給した状態のまま、先に開始される塩基性ガス、例えばＮＨ３ガスを供給する第１の期間と、次に開始されるフッ素含有ガス、例えばＨＦガスを供給する第２の期間とを繰り返し、第２の期間の少なくとも一部は第１の期間とオーバーラップしないようにする（ステップ３）。
次いで、ステップ３により生成された反応生成物を加熱除去する（ステップ４）。ＮＨ３ガスとＨＦガスとの組み合わせの場合は、反応生成物としてケイフッ化アンモニウム（ＡＦＳ）が生成される。
ステップ３の典型例を図４に示す。図４では、ステップ２およびステップ４も併せて示している。チャンバー内には、ステップ２の安定化に引き続いて不活性ガス（ＡｒガスおよびＮ２ガス）を流し続けた状態で、先に塩基性ガス（ＮＨ３ガス）を供給する第１の期間Ｔ１を開始し、第１の期間Ｔ１が終了後、連続してフッ素含有ガス（ＨＦガス）を供給する第２の期間Ｔ２を開始し、第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２とを繰り返す。そして、ステップ３の後、ステップ４の反応生成物を除去するための加熱処理を行う（第３の期間Ｔ３）。
ステップ３においては、図５に示すように、第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２とを一部オーバーラップさせてもよい。さらに、図６に示すように、第２の期間Ｔ２と次の第１の期間Ｔ１との間にチャンバー１０のパージを行う第４の期間Ｔ４を挿入してもよい。ここでは、パージは不活性ガス（ＡｒガスおよびＮ２ガス）のみを流すことにより行っている。第１の期間Ｔ１の塩基性ガスの供給および第２の期間Ｔ２のフッ素含有ガスの供給を繰り返し行った後、第３の期間Ｔ３の加熱処理を実施する一連の処理は、１回だけでもよいし２回以上繰り返してもよい。
上述したように、典型的には、塩基性ガスとしてＮＨ３ガス、フッ素含有ガスとしてＨＦガスを挙げることができるが、塩基性ガスとして他にアミンガスを用いることもでき、フッ素含有ガスとして他にＦ２ガス、ＣｌＦ３ガス、ＮＦ３ガスを用いることもできる。
このようなステップ３のメカニズムについて、塩基性ガスとしてＮＨ３ガス、フッ素含有ガスとしてＨＦガスを用いて、図３のＳｉＯ２膜１０１をエッチングする場合を例にとって説明する。まず、ＮＨ３ガスを供給する第１の期間Ｔ１においては、図７Ａに示すように、供給されたＮＨ３ガスが基板Ｗの表面に吸着する。次いで、第２の期間Ｔ２においては、図７Ｂに示すように、供給されたＨＦガスが吸着しているＮＨ３ガスおよびＳｉＯ２膜１０１と反応し、反応生成物としてケイフッ化アンモニウム（ＡＦＳ）１０４が生成される。この処理を２回以上繰り返し行うことにより、図７Ｃに示すように所望の深さに反応生成物であるＡＦＳ１０４が形成される。
一方、従来は、図８Ａに示すように、先にＮＨ３ガスの供給を開始した後、ＮＨ３ガスを供給したままの状態でＨＦガスを供給する。これにより、図８Ｂに示すように、連続的にＡＦＳ１０４が生成される反応が生じる。エッチングが進行すると、図８Ｃに示すように、ＡＦＳ１０４の生成量が多くなり、ＡＦＳ１０４と過剰なＮＨ３の反応によるＳｉＮ膜１０２のエッチングが進行して、ＳｉＮ膜１０２に対する選択性が低下する。
本実施形態では、上述したように、第１の期間Ｔ１で吸着したＮＨ３ガスの量でＡＦＳ１０４の生成量が決まるので、ＡＦＳ１０４の量を微量制御しやすい。また、第２の期間Ｔ２では、ほぼＨＦガスのみが供給され、ＮＨ３ガスは供給されないか、供給されたとしてもオーバーラップの分だけである。このため、ＡＦＳの生成量の制御性がよく、従来のようなＡＦＳ１０４とＮＨ３の反応によるＳｉＮ膜１０２のエッチングが抑制され、高選択比でＳｉＯ２膜１０１をエッチングすることができる。また、反応生成物であるＡＦＳの存在下でエッチングを進行させるので、所望のエッチング量を維持することができる。また、表面にＡＦＳが存在した状態は、すでにＮＨ３およびＨＦが表面に吸着している状態と同様とみなすことができ、エッチング反応のインキュベーションタイムが短くなる。
他の塩基性ガスおよびフッ素含有ガスを用いた場合、およびエッチング対象としてＳｉＯ２以外のＳｉとＯを含む材料を用いた場合も同様である。
上述したように、ステップ３では、先に塩基性ガスを供給し、次いでフッ素含有ガスを供給することを繰り返すパルス状のガス供給を行うものであり、フッ素含有ガスを先に供給しない。先にフッ素含有ガスを供給した場合はエッチング量が極めて低いものとなってしまう。また、上述したように、フッ素含有ガスを供給する第２の期間Ｔ２と次の塩基性ガスを供給する第１の期間Ｔ１との間にチャンバー１０のパージを行ってもよいが、第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２の間にはパージは行わない。これは、このタイミングでパージを行うと、表面に吸着した塩基性ガス（ＮＨ３ガス）が除去されてしまい、エッチング反応が生じ難くなるためである。
ステップ３では、第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２の長さ、塩基性ガスおよびフッ素含有ガスの流量、第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２の繰り返し回数、パージの有無等により、エッチング量（エッチングレート）および選択比のバランスを適宜調整することができる。
第１の期間Ｔ１または第２の期間Ｔ２を長くするほどエッチング量（エッチングレート）は増加し、短いほど選択比が大きくなる傾向にある。また、ＡＦＳ等の反応生成物を除去する第３の期間Ｔ３までの第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２の繰り返し回数が多いほどエッチング量（エッチングレート）は増加し、繰り返し回数が少ないほど選択比が大きくなる傾向にある。第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２の長さは、０．５〜１０ｓｅｃであることが好ましく、第３の期間Ｔ３までの第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２の繰り返し回数は、２〜１０回が好ましい。効率を重視してエッチングレートを高くしたいときは、これらの範囲内で第１の期間Ｔ１または第２の期間Ｔ２を長くする、および／または繰り返し回数を多くすることが好ましい。効率よりも選択比を重視する場合は、これらの範囲内で期間Ｔ１または第２の期間Ｔ２を短くする、および／または繰り返し回数を少なくすることが好ましい。
また、ＮＨ３ガス等の塩基性ガスおよびＨＦガス等のフッ素含有ガスの流量が多いほどエッチング量（エッチングレート）は増加し、流量が少ないほど選択比が大きくなる傾向にある。塩基性ガスの流量は２０〜５００ｓｃｃｍの範囲であることが好ましく、フッ素含有ガスの流量は２０〜５００ｓｃｃｍの範囲であることが好ましい。
また、フッ素含有ガスを供給する第２の期間Ｔ２の後にチャンバー１０内のパージを行うことにより、余分なガスが排出されるため、エッチング量を維持したまま選択比をより高めることができる。ただし、パージを行う第４の期間Ｔ４の分だけ処理時間が長くなる。上述の例では、パージは、チャンバー１０内を真空引きしながらＡｒガスやＮ２ガス等のパージガスを供給しているが、チャンバー１０内の真空引きのみであってもよい。パージを行う場合は、パージを実施する第４の期間Ｔ４は、０．５〜５ｓｅｃが好ましい。
ステップ２の第１の期間Ｔ１および第２の期間Ｔ２で行われる塩基性ガスおよびフッ素含有ガスによるエッチングの際の温度は、８０℃以下が好ましく、６０〜８０℃がより好ましい。この際の温度を８０℃以下とすることにより、ＡＦＳ等の反応生成物を残存させて、上述のような制御性のよいエッチングを行うことができる。また、エッチングの際の圧力は２．６７〜６６６６Ｐａ（０．０２〜５０Ｔｏｒｒ）の範囲であることが好ましい。圧力が高いほどエッチング量（エッチングレート）が増加し、選択比が低下する傾向となる。
ステップ４の反応生成物を除去するための加熱処理は、ステップ３が終了後、基板Ｗを加熱し、ＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスを供給しつつ、チャンバー１０を真空引きすることにより行うことができる。このときの加熱温度はステップ３と同じ温度でもよいが、より高い温度で行うことにより除去効率を高めることができる。ステップ４は、チャンバー１０と別個のチャンバーで行ってもよい。反応生成物を除去するための加熱処理の時間は、生成される反応生成物の量により変化するが、１５〜１２０ｓｅｃが好ましい。反応生成物を除去するための加熱処理を定期的に行うことにより、反応生成物（ＡＦＳ）が完全に除去され、チャンバー１０内がリフレッシュされてプロセス安定性が向上する。
ステップ３では、上述のように、塩基性ガスを供給する第１の期間Ｔ１とフッ素含有ガスを供給する第２の期間Ｔ２とをパルス状に実施することにより、ＳｉＯ２膜等を高選択比でエッチング可能であるが、条件によっては表面ラフネスやローディングが問題となる場合がある。
表面ラフネスが問題となる場合には、第１の期間Ｔ１と第２の期間Ｔ２の繰り返し数の増加や、処理の際の圧力を上昇させることが有効である。ただし、繰り返し数の増加や高圧化は選択比低下（ショルダーロスの上昇）の方向であるため、要求される特性に応じて条件を適宜設定する必要がある。最後の数回のみ高圧化する等の条件変更（マルチステップ化）によりこれらの特性を両立させることも可能である。
ローディングは、パターンが密（Ｄｅｎｓｅ）の場合と粗（Ｉｓｏ）の場合とでエッチング量が異なる現象である。ローディングが問題となる場合には、繰り返し数の増加、第１の期間Ｔ１および／または第２の期間Ｔ２の延長、塩基性ガスおよび／またはフッ素含有ガスの流量増加、圧力上昇等が有効である。
なお、上述したように、基板Ｗの構造は図３のものに限らず、種々の構造のものであってよく、例えば、図９に示すように、Ｓｉ等の基体２０１上にＳｉＮ膜２０２とＳｉＯ２膜２０３とを交互に複数積層したものであってもよい。このような構造の基板Ｗでは、ＳｉＯ２膜２０３が１〜５ｎｍ程度と薄い場合に、従来のように選択性が低いとＳｉＯ２膜２０３を十分に抜くことが困難であるが、本実施形態のエッチング方法では良好な抜け性が得られる。
＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
ここでは、図９の構造の基板に対し、図１の装置により、ＮＨ３ガスとＨＦガスを用いて、以下に説明するパターン１〜４にてＳｉＯ２膜のエッチングを行った。ＳｉＯ２膜の厚さは、３ｎｍ、５ｎｍとした。共通条件として、基板温度を６０〜８０℃、圧力を２．６７〜６６６６Ｐａ（０．０２〜５０Ｔｏｒｒ）、ＮＨ３ガス流量を２０〜５００ｓｃｃｍ、ＨＦガス流量を２０〜５００ｓｃｃｍ、Ａｒガス流量を１０〜５０００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス流量を１０〜１００００ｓｃｃｍとした。
パターン１は、図１０に示すように、最初にＡｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガスを流して安定化させた後、これらのガスを流したまま、ＨＦガスを３．０ｓｅｃの間供給し、その後、ＡＦＳ除去処理を６０ｓｅｃの間行うシーケンスである。（従来パターン）パターン１ではこのシーケンスを１８回繰り返した。
パターン２は、図１１に示すように、最初に、Ａｒガス、Ｎ２ガス、ＮＨ３ガスを流して安定化させた後、これらのガスを流したまま、ＨＦガスを供給時間１．５ｓｅｃとしてパルス状に２回供給し、その後、ＡＦＳ除去処理を６０ｓｅｃの間行うシーケンスである（ＨＦパルス）。パターン２ではこのシーケンスを２２回繰り返した。
パターン３は、図１２に示すように、最初に、Ａｒガス、Ｎ２ガスを流して安定化させた後、これらのガスを流したまま、ＮＨ３ガスおよびＨＦガスを同時に供給時間１．５ｓｅｃでパルス状に２回供給し、その後、ＡＦＳ除去処理を６０ｓｅｃの間行うシーケンスである（シンクロパルス）。パターン３ではこのシーケンスを２１回繰り返した。
パターン４は、図１３に示すように、最初に、Ａｒガス、Ｎ２ガスを流して安定化させた後、これらのガスを流したままの状態として、ＮＨ３ガスとＨＦガスを供給時間１．５ｓｅｃで交互に２回ずつ供給し、その後、ＡＦＳ除去処理を６０ｓｅｃの間行うシーケンスである（実施形態）。パターン４ではこのシーケンスを６１回繰り返した。
これらパターン１〜４でエッチングした際のエッチング量、ＣＤ差異から算出されるＳｉＮ膜のショルダーロス（ＳｉＮショルダーロス）、ＳｉＮ膜に対するＳｉＯ２膜の選択比を、それぞれ図１４、図１５、図１６に示す。図１４に示すように、エッチング量はパターン１〜４で大きな差がなかった。これに対し、図１５に示すように、ＣＤ差異から算出されるＳｉＮショルダーロスについて、実施形態であるパターン４が他のものと比較して非常に小さい値となった。また、図１６に示すように、選択比についても、実施形態であるパターン４では１００以上の値が得られており、２０程度のパターン１〜３に比べて著しく大きくなることが確認された。
＜他の適用＞
以上、実施形態について説明したが、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲およびその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
例えば、上記実施形態の装置は例示に過ぎず、種々の構成の装置を適用することができる。また、基板として半導体ウエハを例示したが、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；エッチング装置
１０；チャンバー
１２；載置台
１３；ガス供給機構
１４；排気機構
２６；シャワーヘッド
４５；温調器
５１；ＨＦガス供給源
５３；ＮＨ３ガス供給源
８０；制御部
１０１，２０３；ＳｉＯ２膜
１０２，２０２；ＳｉＮ膜
２０１；基体
Ｗ；基板

Claims (20)

  1. ＳｉとＯとを含む材料を選択的にエッチングするエッチング方法であって、
    ＳｉとＯとを含む材料を有する基板をチャンバー内に設ける工程と、
    先に開始される塩基性ガスを供給する第１の期間と、次に開始されるフッ素含有ガスを供給する第２の期間とを繰り返し、前記第２の期間の少なくとも一部は前記第１の期間とオーバーラップしないようにする工程と、
    前記塩基性ガスおよび前記フッ素含有ガスの供給により生成された反応生成物を加熱除去する工程と、
    を有するエッチング方法。
  2. 前記第１の期間と前記第２の期間とを繰り返す工程は、前記塩基性ガスを供給する前記第１の期間が終了後、連続して前記フッ素含有ガスを供給する前記第２の期間を開始する、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 前記第１の期間と前記第２の期間とを繰り返す工程と、前記反応生成物を加熱除去する工程とを複数回繰り返す、請求項１または請求項２に記載のエッチング方法。
  4. 前記第１の期間と前記第２の期間とを繰り返す工程は、前記第２の期間が終了した後、前記第１の期間が開始される前に、前記チャンバーのパージを行う、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  5. 前記フッ素含有ガスは、ＨＦガス、Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、ＮＦ３ガスから選択される少なくとも一種であり、前記塩基性ガスは、ＮＨ３ガス、アミンガスから選択される少なくとも一種である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  6. 前記フッ素含有ガスはＨＦガスであり、前記塩基性ガスはＮＨ３ガスであり、前記反応生成物はケイフッ化アンモニウムである、請求項５に記載のエッチング方法。
  7. 前記前記第１の期間と前記第２の期間とを繰り返す工程は、８０℃以下の温度で行われる、請求項６に記載のエッチング方法。
  8. 前記前記第１の期間と前記第２の期間とを繰り返す工程は、６０〜８０℃の範囲の温度で行われる、請求項７に記載のエッチング方法。
  9. 前記基板は、ＳｉとＮおよび／またはＣとを含む材料をさらに有し、前記ＳｉとＯとを含む材料は、前記ＳｉとＮおよび／またはＣとを含む材料に対して選択的にエッチングされる、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  10. 前記ＳｉとＯとを含む材料は、ＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣから選択されたものであり、前記ＳｉとＮおよび／またはＣとを含む材料は、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＳｉＯＣＮ、ＳｉＯＣ、ＳｉＣＮ、ＳｉＣから選択されたものである請求項９に記載のエッチング方法。
  11. 前記ＳｉとＯとを含む材料はＳｉＯ２膜であり、前記ＳｉとＮおよび／またはＣとを含む材料はＳｉＮ膜またはＳｉＯＣＮ膜である、請求項１０に記載のエッチング方法。
  12. 前記反応生成物を加熱除去する工程は、前記チャンバー内で前記基板を加熱しつつ、前記チャンバー内を真空引きすることにより行われる、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  13. 前記反応生成物を加熱除去する工程は、前記チャンバーとは別のチャンバーで行われる、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のエッチング方法。
  14. ＳｉとＯとを含む材料を選択的にエッチングするエッチング装置であって、
    ＳｉとＯとを含む材料を有する基板を収容するチャンバーと、
    前記チャンバー内で前記基板を載置する載置台と、
    前記チャンバー内に塩基性ガスとフッ素含有ガスを供給するガス供給部と、
    前記チャンバー内を排気する排気部と、
    前記載置台上の基板の温度を調節する温調部と、
    制御部と、
    を具備し、
    前記制御部は、先に開始される前記塩基性ガスを供給する第１の期間と、次に開始される前記フッ素含有ガスを供給する第２の期間とを繰り返し、前記第２の期間の少なくとも一部は前記第１の期間とオーバーラップしないようにし、前記塩基性ガスおよび前記フッ素含有ガスの供給により生成された反応生成物を加熱除去するように、前記ガス供給部と、前記排気部と、前記温調部とを制御する、エッチング装置。
  15. 前記フッ素含有ガスは、ＨＦガス、Ｆ２ガス、ＣｌＦ３ガス、ＮＦ３ガスから選択される少なくとも一種であり、前記塩基性ガスは、ＮＨ３ガス、アミンガスから選択される少なくとも一種である、請求項１４に記載のエッチング装置。
  16. 前記フッ素含有ガスはＨＦガスであり、前記塩基性ガスはＮＨ３ガスであり、前記反応生成物はケイフッ化アンモニウムである、請求項１５に記載のエッチング装置。
  17. 前記制御部は、前記温調部により前記基板の温度を８０℃以下に制御する、請求項１６に記載のエッチング装置。
  18. 前記制御部は、前記温調部により前記基板の温度を６０〜８０℃の範囲に制御する、請求項１７に記載のエッチング装置。
  19. 前記基板は、ＳｉとＮおよび／またはＣとを含む材料をさらに有し、前記ＳｉとＯとを含む材料は、前記ＳｉとＮおよび／またはＣとを含む材料に対して選択的にエッチングされる、請求項１４から請求項１８のいずれか一項に記載のエッチング装置。
  20. 前記ＳｉとＯとを含む材料はＳｉＯ２膜であり、前記ＳｉとＮおよび／またはＣとを含む材料はＳｉＮ膜またはＳｉＯＣＮ膜である、請求項１９に記載のエッチング装置。
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