JP2021525459A - 非プラズマエッチング方法 - Google Patents
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Abstract
非プラズマエッチング方法であって、それは以下のステップＳ１を含み、Ｓ１、反応チャンバー内にエッチングガス及び触媒ガスを含むガス混合物を注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングし、ここで、エッチングガスは二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングすることに用いられ、触媒ガスはエッチング速度を向上させることに用いられ、ガス混合物中の各ガス成分の流量比は所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定される。該非プラズマエッチング方法は、二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比を広範囲にわたって効果的に調整でき、それにより異なる応用の要件を満たし、プロセスの複雑性及び機器のコストを低減させることができるだけでなく、プラズマ損傷及び微細構造の粘着の発生を回避することができる。
Description
本開示は半導体分野に属し、具体的には非プラズマエッチング方法に関する。
半導体フロントエンドプロセスでは、設計ニーズを満たすために、複数回のエッチングプロセスを行うことによって特定のパターンを形成する必要がある。従来のエッチングプロセスはほとんど二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）及び窒化ケイ素（ＳｉＮ）へのエッチングに集中している。被加工ワークでは、これら２種の薄膜が通常隣接するため、両方ともにエッチングプロセスの影響を受ける。
異なる応用に対しては、エッチングプロセスを行う際に、二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比（ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）に対する要件も異なる。たとえば、ＳｉＮスペーサー（ｓｐａｃｅｒ）を形成する際に、高い窒化ケイ素／二酸化ケイ素エッチング選択比を必要とし、それによってシャロートレンチアイソレーション酸化層（ＳＴＩ ｏｘｉｄｅ）のオーバーエッチングを回避する。またたとえば、自然酸化層（ｎａｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ）を除去する際に、スペーサー上の窒化ケイ素と二酸化ケイ素の厚さが一致することを確保するために、窒化ケイ素／二酸化ケイ素エッチング選択比ができるだけ１：１に達する必要がある。さらにたとえば、ゲート（ｇａｔｅ）表面上の自然酸化層を除去する際に、比較的高い二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比が求められ、それによってＳｉＮスペーサーの損傷をもたらすことを回避する。
従来技術の解決手段はほとんど、そのうちの１種の応用を満たすしかできず、たとえば、従来技術の１種の常用の技術的解決手段は湿式エッチングを採用することである。フッ化水素酸溶液（ＨＦ）及び熱リン酸溶液（Ｈ３ＰＯ４）を利用してそれぞれ二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングする。エッチング生成物はいずれも水溶性物質であり、反応終了後、脱イオン水（ＤＩ ｗａｔｅｒ）を利用して洗浄する。その反応原理は以下の通りである。
ＨＦ＋ＳｉＯ２→ＳｉＦ４＋Ｈ２Ｏ （１）
Ｈ３ＰＯ４（ｈｏｔ）＋ＳｉＮ＋Ｈ２Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）４＋ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４ （２）
Ｈ３ＰＯ４（ｈｏｔ）＋ＳｉＮ＋Ｈ２Ｏ→Ｓｉ（ＯＨ）４＋ＮＨ４Ｈ２ＰＯ４ （２）
二酸化ケイ素をエッチングする際に、被加工ワークをフッ化水素酸溶液内に投入し、生成されるエッチング生成物ＳｉＦ４が該溶液内に溶解し、その後、脱イオン水を利用して洗浄して乾燥させる。窒化ケイ素をエッチングする際に、被加工ワークを熱リン酸溶液内に投入し、生成されるエッチング生成物Ｓｉ（ＯＨ）４及びＮＨ４Ｈ２ＰＯ４が該溶液内に溶解し、その後、脱イオン水を利用して洗浄して乾燥させる。フッ化水素酸溶液及び熱リン酸溶液の腐食時間を変更することによって、二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比（ｎ：１〜１：ｎ、ｎ≧１）を効果的に調整することができる。
このような技術的解決手段における２種のエッチングプロセスはいずれも比較的高い選択比を有し、たとえば、フッ化水素酸溶液が二酸化ケイ素をエッチングする場合、窒化ケイ素に対するエッチング選択比は１０：１に達することができるが、熱リン酸溶液が窒化ケイ素をエッチングする場合、二酸化ケイ素に対するエッチング選択比は１５０：１に達することができる。従って、それぞれ二酸化ケイ素及び窒化ケイ素膜に対するエッチングを実現でき、且つ、これらの２種のエッチングプロセスのエッチング時間を変更することによって、窒化ケイ素及び二酸化ケイ素のエッチング量を効果的に調整することができる。
本開示を実現する過程では、出願人は従来技術に以下の欠陥が存在することを見出した。
湿式エッチングは２種の機器を使用する必要があり、プロセスのステップが比較的複雑で、生産性が比較的低い。また、表面張力の作用があるため、湿式エッチング過程では、被加工ワーク表面の微細構造が粘着を発生させやすく、図１に示される。
従来技術に存在する上記問題を解決するために、本開示は非プラズマエッチング方法を提案し、それは二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比を広範囲にわたって効果的に調整でき、それにより異なる応用の要件を満たし、プロセスの複雑性及び機器のコストを低減させることができるだけでなく、プラズマ損傷及び微細構造粘着の発生を回避することができる。
上記目的を達成するために、本開示は非プラズマエッチング方法を提案し、以下のステップＳ１を含み、Ｓ１、反応チャンバー内にエッチングガス及び触媒ガスを含むガス混合物を注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングし、
ここで、エッチングガスは二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングすることに用いられ、触媒ガスはエッチング速度を向上させることに用いられ、ガス混合物中の各ガス成分の流量比は所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定される。
ここで、エッチングガスは二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングすることに用いられ、触媒ガスはエッチング速度を向上させることに用いられ、ガス混合物中の各ガス成分の流量比は所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定される。
本開示のいくつかの実施例では、エッチングガスはフッ化水素を含み、触媒ガスはフッ化水素と二酸化ケイ素の反応を促進することに用いられる第１触媒ガス、及びフッ化水素と窒化ケイ素の反応を促進することに用いられる第２触媒ガスを含み、ここで、第１触媒ガスはヒドロキシ化合物を含み、第２触媒ガスはフッ素含有ガスを含む。
本開示のいくつかの実施例では、ステップＳ１では、反応チャンバーにフッ化水素、ヒドロキシ化合物及びフッ素含有ガスを同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングする。
本開示のいくつかの実施例では、ステップＳ１はさらに以下のサブステップＳ１１〜Ｓ１２を含み、
Ｓ１１、反応チャンバーにフッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングし、
Ｓ１２、反応チャンバーにフッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングする。
Ｓ１１、反応チャンバーにフッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングし、
Ｓ１２、反応チャンバーにフッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングする。
本開示のいくつかの実施例では、ステップＳ１はさらに以下のサブステップＳ１１〜Ｓ１２を含み、
Ｓ１１、反応チャンバーにフッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングし、
Ｓ１２、反応チャンバーにフッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングする。
Ｓ１１、反応チャンバーにフッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングし、
Ｓ１２、反応チャンバーにフッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングする。
本開示のいくつかの実施例では、ステップＳ１の後、さらに以下のステップＳ２を含み、
Ｓ２、ステップＳ１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
Ｓ２、ステップＳ１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
本開示のいくつかの実施例では、ステップＳ１１とステップＳ１２との間に、さらに以下のステップＳ２１を含み、
Ｓ２１、ステップＳ１１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップＳ１１に戻り、ＹＥＳである場合、ステップＳ１２を行い、
ステップＳ１２の後、さらに以下のステップＳ２２を含み、
Ｓ２２、ステップＳ１２のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップＳ１２に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
Ｓ２１、ステップＳ１１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップＳ１１に戻り、ＹＥＳである場合、ステップＳ１２を行い、
ステップＳ１２の後、さらに以下のステップＳ２２を含み、
Ｓ２２、ステップＳ１２のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップＳ１２に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
本開示のいくつかの実施例では、ステップＳ１１とステップＳ１２との間に、さらに以下のステップＳ３を含み、
Ｓ３、反応チャンバー内にパージガスを注入することで、反応チャンバー内の残留ガスを除去する。
Ｓ３、反応チャンバー内にパージガスを注入することで、反応チャンバー内の残留ガスを除去する。
本開示のいくつかの実施例では、１回又は複数回の二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングによって、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さを最終要件に達させる。
本開示のいくつかの実施例では、ステップＳ１１及びステップＳ１２を少なくとも２回交互に行うことで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さを最終要件に達させる。
本開示のいくつかの実施例では、ステップＳ１１及びステップＳ１２は同一反応チャンバー又は異なる反応チャンバー内で行われる。
本開示のいくつかの実施例では、フッ素含有ガスはＦ２、ＸｅＦ２、及びＣｌＦ３のうちの１種又は複数種を含む。
本開示のいくつかの実施例では、ヒドロキシ化合物はアルコール系化合物又はフェノール系化合物を含む。
本開示のいくつかの実施例では、フッ素含有ガスの流量はフッ化水素の流量の０．５倍である。
本開示のいくつかの実施例では、ヒドロキシ化合物の流量はフッ化水素の流量の１〜２倍である。
本開示のいくつかの実施例では、フッ素含有ガスとヒドロキシ化合物との流量比の値の範囲は１０：１〜１：１０である。
本開示のいくつかの実施例では、フッ素含有ガスの流量は４００ｓｃｃｍ以下である。
本開示のいくつかの実施例では、ヒドロキシ化合物の流量は１０００ｓｃｃｍ以下である。
本開示のいくつかの実施例では、フッ化水素の流量の値の範囲は５０〜１０００ｓｃｃｍである。
本開示のいくつかの実施例では、反応チャンバーの圧力は３００Ｔｏｒｒ以下であり、反応チャンバーの温度は１５〜１０５℃である。
本開示が提供する非プラズマエッチング方法によれば、それは反応チャンバー内にエッチングガス及び触媒ガスを含むガス混合物に注入し、非プラズマの方式を採用して二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングを実現でき、それによって、プラズマ損傷及び微細構造粘着の発生を回避できる。それと同時に、上記ガス混合物中の各ガス成分の流量比が所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定されることによって、二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比を広範囲にわたって効果的に調整でき、さらに異なる応用の要件を満たし、プロセスの複雑性及び機器のコストを低減させることができる。
本開示の目的、技術的解決手段及び利点をさらに明瞭にするために、以下、具体的な実施例に合わせて、且つ図面を参照しながら本開示をさらに詳細に説明する。
図２を参照して、本開示の第１実施例が提供する非プラズマ乾式エッチング方法であり、それは以下のステップＳ１を含み、
Ｓ１、反応チャンバー内にエッチングガス及び触媒ガスを含むガス混合物を注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングする。
Ｓ１、反応チャンバー内にエッチングガス及び触媒ガスを含むガス混合物を注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングする。
ここで、エッチングガスは二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングすることに用いられ、触媒ガスはエッチング速度を向上させることに用いられる。ガス混合物中の各ガス成分の流量比は所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定される。
本開示が提供する非プラズマエッチング方法では、それは反応チャンバー内にエッチングガス及び触媒ガスを含むガス混合物に注入し、非プラズマの方式を採用して二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングを実現でき、それによって、プラズマ損傷及び微細構造粘着の発生を回避できる。それと同時に、上記ガス混合物中の各ガス成分の流量比が所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定されることによって、二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比を広範囲にわたって効果的に調整でき、さらに異なる応用の要件を満たし、プロセスの複雑性及び機器のコストを低減させることができる。
選択可能に、エッチングガスはフッ化水素（ＨＦ）を含む。
フッ化水素は二酸化ケイ素をエッチングすることに用いられてもよく、窒化ケイ素をエッチングすることに用いられてもよい。しかし、フッ化水素単独を採用してエッチングを行う場合、速度が比較的低く、従って、本開示は触媒ガスを利用してエッチング速度を向上させる。
選択可能に、触媒ガスはフッ化水素と二酸化ケイ素の反応を促進することに用いられる第１触媒ガス、及びフッ化水素と窒化ケイ素の反応を促進することに用いられる第２触媒ガスを含み、ここで、第１触媒ガスはヒドロキシ化合物を含む。ヒドロキシ化合物はアルコール系化合物又はフェノール系化合物を含み、ここで、アルコール系化合物はメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、及びイソブタノール等のうちの１種又は複数種を含み、フェノール系化合物はフェノール、ハイドロキノン、及びメチルフェノール等のうちの１種又は複数種を含む。
好適には、第１触媒ガスは、メタノール等のような沸点が比較的低いヒドロキシ化合物を選択して用い、それは反応によって生じる少量の水を取り去り、被加工ワーク表面における水の残存量を減少させ、それにより微細構造粘着の発生を回避できる。たとえば、フッ化水素、メタノール及び二酸化ケイ素の反応原理は以下の通りである。
ＨＦ＋ＣＨ３ＯＨ→ＨＦ２‐＋ＣＨ３ＯＨ２＋ （３）
ＨＦ２‐＋ＣＨ３ＯＨ２＋＋ＳｉＯ２→ＳｉＦ４＋ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ （４）
ＨＦ２‐＋ＣＨ３ＯＨ２＋＋ＳｉＯ２→ＳｉＦ４＋ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ （４）
上記フッ化水素及びメタノールのガス混合物はＳｉＯ２／ＳｉＮのエッチング選択比がｎ：１（ｎ≧１）であることが要求されたプロセスに応用できる。
第２触媒ガスはフッ素含有ガスを含む。フッ素含有ガスはＦ２、ＸｅＦ２、ＣｌＦ３等のうちの１種又は複数種を含む。フッ素含有ガスはエッチング速度を向上させると同時に、二酸化ケイ素に対する窒化ケイ素のエッチング選択比を向上させ、微細構造粘着の発生を回避することができる。たとえば、第２触媒ガスはＦ２である。フッ化水素、Ｆ２及び窒化ケイ素の反応原理は以下の通りである。
ＳｉＮ＋ＨＦ＋Ｆ２→ＳｉＦ４＋Ｎ２ （５）
上記フッ化水素及びＦ２のガス混合物はＳｉＯ２／ＳｉＮのエッチング選択比が１：ｎ（ｎ≧１）であることが要求されたプロセスに応用できる。
本開示の第２実施例が提供する非プラズマ乾式エッチング方法では、それは上記第１実施例をもとに行われるさらなる改良である。具体的には、上記ステップＳ１では、反応チャンバーにフッ化水素、ヒドロキシ化合物及びフッ素含有ガスを同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングする。
同一反応チャンバーでは、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングすることによって、１セットのプロセス機器だけで二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングを実現でき、プロセスの複雑性及び機器コストを低減できるだけでなく、生産性を向上させることができる。
図３を参照して、以下、エッチングガスがフッ化水素、第１触媒ガスがメタノール、第２触媒ガスがＦ２であることを例に、本開示の第２実施例が提供する非プラズマエッチング方法を説明する。具体的には、該非プラズマエッチング方法は以下のステップ１０１〜１０３を含み、
１０１、反応チャンバーにフッ化水素、メタノール及びＦ２を同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングし、
１０２、反応チャンバーへのフッ化水素、メタノール及びＦ２の注入を停止し、
１０３、ステップ１０１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ１０１に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
１０１、反応チャンバーにフッ化水素、メタノール及びＦ２を同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングし、
１０２、反応チャンバーへのフッ化水素、メタノール及びＦ２の注入を停止し、
１０３、ステップ１０１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ１０１に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
上記ステップ１０１では、ガス混合物中の各ガス成分の流量比は所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定される。具体的には、フッ化水素、Ｆ２及びメタノールの流量比を調整することによって、二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比（ｎ：１〜１：ｎ、ｎ≧１）を広範囲にわたって効果的に調整でき、エッチング選択比の範囲がｎ：１〜１：ｎ（ＳｉＯ２／ＳｉＮ、ｎ≧１）であることが要求されたプロセスに応用でき、それによりプロセスの複雑性及び機器のコストを低減させることができる。
実際の応用では、さらにフェノールを利用して上記メタノールを代替してもよく、この場合、同様に微細構造粘着の発生を効果的に回避でき、且つフッ化水素、Ｆ２及びフェノールの流量比を調整することによって、二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比（ｎ：１〜１：ｎ、ｎ≧１）を広範囲にわたって効果的に調整できる。
選択可能に、フッ素含有ガスの流量はフッ化水素の流量の０．５倍である。好適には、フッ素含有ガスの流量は４００ｓｃｃｍ以下であり、さらに好適には２０〜２００ｓｃｃｍである。
選択可能に、ヒドロキシ化合物の流量はフッ化水素の流量の１〜２倍である。好適には、ヒドロキシ化合物の流量は１０００ｓｃｃｍ以下であり、さらに好適には４００ｓｃｃｍｍ以下である。
選択可能に、フッ化水素の流量の値の範囲は５０〜１０００ｓｃｃｍであり、さらに好適には２０〜４００ｓｃｃｍである。
選択可能に、フッ素含有ガスとヒドロキシ化合物の流量比の値の範囲は１０：１〜１：１０であり、好適には２：１〜１：４である。
選択可能に、上記ステップ１０１では、プロセス圧力は０〜３００Ｔｏｒｒであり、好適には２０〜１５０Ｔｏｒｒであり、プロセス温度は１５〜１０５℃であり、好適には６０〜８０℃である。
本実施例では、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さがいずれも最終要件に達するまで、所定の流量比でフッ化水素、ヒドロキシ化合物及びフッ素含有ガスを連続的に注入する。つまり、１回のエッチングによって二酸化ケイ素及び窒化ケイ素の目標エッチング厚さに達する。
本開示の第３実施例が提供する非プラズマエッチング方法では、それは上記第２実施例に比べて、相違点が、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングを複数回のサブステップに分けて行い、サブステップごとに、所定の流量比でフッ化水素、ヒドロキシ化合物及びフッ素含有ガスを所定時間注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素の両方を所定のエッチング厚さに達させることである。複数回のサブステップの完了後、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さがいずれも最終要件に達する。
複数回のサブステップで採用されるフッ化水素、ヒドロキシ化合物及びフッ素含有ガスの流量比は同じであってもよく、又は異なってもよい。
図４を参照して、以下、エッチングガスがフッ化水素、第１触媒ガスがメタノール、及び第２触媒ガスがＦ２であることを例に、本開示の第３実施例が提供する非プラズマエッチング方法を説明する。具体的には、該非プラズマエッチング方法は二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングを複数回のサブステップに分けて行い、それぞれ第１回のサブステップ、第２回のサブステップ、…である。
ここで、第１回のサブステップは以下のステップ２０１〜２０３を含み、
２０１、反応チャンバーにフッ化水素、メタノール及びＦ２を同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングし、
２０２、反応チャンバーへのフッ化水素、メタノール及びＦ２の注入を停止し、
２０３、ステップ２０１のエッチング厚さが第１エッチング厚さに達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ２０１に戻り、ＹＥＳである場合、第２回のサブステップを行う。
２０１、反応チャンバーにフッ化水素、メタノール及びＦ２を同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングし、
２０２、反応チャンバーへのフッ化水素、メタノール及びＦ２の注入を停止し、
２０３、ステップ２０１のエッチング厚さが第１エッチング厚さに達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ２０１に戻り、ＹＥＳである場合、第２回のサブステップを行う。
第２回のサブステップは以下のステップ３０１〜３０３を含み、
３０１、反応チャンバーにフッ化水素、メタノール及びＦ２を同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングし、
３０２、反応チャンバーへのフッ化水素、メタノール及びＦ２の注入を停止し、
３０３、ステップ３０１のエッチング厚さが第２エッチング厚さに達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ３０１に戻り、ＹＥＳである場合、第３回のサブステップを行う。
３０１、反応チャンバーにフッ化水素、メタノール及びＦ２を同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングし、
３０２、反応チャンバーへのフッ化水素、メタノール及びＦ２の注入を停止し、
３０３、ステップ３０１のエッチング厚さが第２エッチング厚さに達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ３０１に戻り、ＹＥＳである場合、第３回のサブステップを行う。
このようにして、複数回のサブステップを完了した後、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さがいずれも最終要件に達するか否かを判断し、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
本開示の第４実施例が提供する非プラズマエッチング方法では、それは上記第２実施例に比べて、相違点が、まず、二酸化ケイ素をエッチングし、その後、窒化ケイ素をエッチングすることである。又は、まず、窒化ケイ素をエッチングし、その後、二酸化ケイ素をエッチングすることである。
具体的には、ステップＳ１はさらに以下のサブステップＳ１１〜Ｓ１２を含み、
Ｓ１１、反応チャンバーにフッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングし、
Ｓ１２、反応チャンバーにフッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングする。
Ｓ１１、反応チャンバーにフッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングし、
Ｓ１２、反応チャンバーにフッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングする。
又は、ステップＳ１はさらに以下のサブステップＳ１１〜Ｓ１２を含み、
Ｓ１１、反応チャンバーにフッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングし、
Ｓ１２、反応チャンバーにフッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングする。
Ｓ１１、反応チャンバーにフッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングし、
Ｓ１２、反応チャンバーにフッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングする。
選択可能に、上記ステップＳ１１とステップＳ１２との間に、さらに以下のステップＳ３を含み、
Ｓ３、反応チャンバー内にパージガスを注入することで、反応チャンバー内の残留ガスを除去する。
Ｓ３、反応チャンバー内にパージガスを注入することで、反応チャンバー内の残留ガスを除去する。
それにより、ステップＳ１２がステップＳ１１における残留ガスの影響を受けないことを確保できる。
選択可能に、パージガスは不活性ガスを含む。
図５を参照して、以下、まず、窒化ケイ素をエッチングし、その後、二酸化ケイ素をエッチングし、及びエッチングガスがフッ化水素、第１触媒ガスがメタノール、及び第２触媒ガスがＦ２であることを例に、本開示の第４実施例が提供する非プラズマエッチング方法を説明する。具体的には、該非プラズマエッチング方法は以下のステップ４０１〜４０７を含み、
４０１、反応チャンバーにフッ化水素及びメタノールを注入することで、窒化ケイ素をエッチングし、
４０２、反応チャンバーへのフッ化水素及びメタノールの注入を停止し、
４０３、ステップ４０１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ４０１に戻り、ＹＥＳである場合、ステップ４０４を行い、
４０４、反応チャンバー内にパージガスを注入することで、反応チャンバー内の残留ガスを除去し、
４０５、反応チャンバーにフッ化水素及びＦ２を注入することで、二酸化ケイ素をエッチングし、
４０６、反応チャンバーへのフッ化水素及びＦ２の注入を停止し、
４０７、ステップ４０５のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ４０５に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
４０１、反応チャンバーにフッ化水素及びメタノールを注入することで、窒化ケイ素をエッチングし、
４０２、反応チャンバーへのフッ化水素及びメタノールの注入を停止し、
４０３、ステップ４０１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ４０１に戻り、ＹＥＳである場合、ステップ４０４を行い、
４０４、反応チャンバー内にパージガスを注入することで、反応チャンバー内の残留ガスを除去し、
４０５、反応チャンバーにフッ化水素及びＦ２を注入することで、二酸化ケイ素をエッチングし、
４０６、反応チャンバーへのフッ化水素及びＦ２の注入を停止し、
４０７、ステップ４０５のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ４０５に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
本実施例では、窒化ケイ素のエッチング厚さが最終要件に達するまで、所定の流量比でフッ化水素及びヒドロキシ化合物を連続的に注入し、つまり、１回のエッチングによって窒化ケイ素の目標エッチング厚さに達する。同様に、二酸化ケイ素のエッチング厚さが最終要件に達するまで、所定の流量比でフッ化水素及びフッ素含有ガスを連続的に注入し、つまり、１回のエッチングによって二酸化ケイ素の目標エッチング厚さに達する。
本開示の第５実施例が提供する非プラズマエッチング方法では、それは上記第４実施例に比べて、相違点が、二酸化ケイ素のエッチングを複数回のサブステップに分けて行い、及び窒化ケイ素のエッチングを複数回のサブステップに分けて行うことである。且つ、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さが最終要件に達するまで、二酸化ケイ素をエッチングする複数回のサブステップと窒化ケイ素をエッチングする複数回のサブステップを交互に行う。
図６を参照して、以下、まず、窒化ケイ素をエッチングし、その後、二酸化ケイ素をエッチングし、エッチングガスがフッ化水素、第１触媒ガスがメタノール、及び第２触媒ガスがＦ２であることを例に、本開示の第５実施例が提供する非プラズマエッチング方法を説明する。具体的には、該非プラズマエッチング方法は以下のステップ５０１〜５０８を含み、
５０１、反応チャンバーにフッ化水素及びメタノールを注入することで、窒化ケイ素をエッチングし、
５０２、反応チャンバーへのフッ化水素及びメタノールの注入を停止し、
５０３、ステップ５０１のエッチング厚さが第１エッチング厚さに達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ５０１に戻り、ＹＥＳである場合、ステップ５０４を行い、
５０４、反応チャンバー内にパージガスを注入することで、反応チャンバー内の残留ガスを除去し、
５０５、反応チャンバーにフッ化水素及びＦ２を注入することで、二酸化ケイ素をエッチングし、
５０６、反応チャンバーへのフッ化水素及びＦ２の注入を停止し、
５０７、ステップ５０５のエッチング厚さが第２エッチング厚さに達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ５０５に戻り、ＹＥＳである場合、ステップ５０８を行い、
５０８、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さがいずれも最終要件に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ５０１に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
５０１、反応チャンバーにフッ化水素及びメタノールを注入することで、窒化ケイ素をエッチングし、
５０２、反応チャンバーへのフッ化水素及びメタノールの注入を停止し、
５０３、ステップ５０１のエッチング厚さが第１エッチング厚さに達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ５０１に戻り、ＹＥＳである場合、ステップ５０４を行い、
５０４、反応チャンバー内にパージガスを注入することで、反応チャンバー内の残留ガスを除去し、
５０５、反応チャンバーにフッ化水素及びＦ２を注入することで、二酸化ケイ素をエッチングし、
５０６、反応チャンバーへのフッ化水素及びＦ２の注入を停止し、
５０７、ステップ５０５のエッチング厚さが第２エッチング厚さに達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ５０５に戻り、ＹＥＳである場合、ステップ５０８を行い、
５０８、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さがいずれも最終要件に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、ステップ５０１に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了する。
本実施例が提供する非プラズマエッチング方法は、比較的良い柔軟性を有し、且つ、窒化ケイ素及び二酸化ケイ素のエッチングを同一反応チャンバー内で行うことができ、すなわち、１セットのプロセス機器だけで二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングを実現でき、プロセスの複雑性及び機器のコストを低減できるだけでなく、生産性を向上させることができる。勿論、１つの反応チャンバー内で窒化ケイ素をエッチングし、次に被加工ワークをもう１つの反応チャンバー内に投入して二酸化ケイ素をエッチングするようにしてもよい。
また、二酸化ケイ素のエッチングを行う際に、フッ化水素及びフッ素含有ガスのみを注入するが、ヒドロキシ化合物を注入していないため、この場合、窒化ケイ素に対するエッチング速度が比較的遅く、それにより二酸化ケイ素の窒化ケイ素に対するエッチング選択比を大幅に向上させることができ、逆には、フッ化水素及びヒドロキシ化合物のみを注入する場合、窒化ケイ素の二酸化ケイ素に対するエッチング選択比を大幅に向上させることができる。
なお、本開示の第３〜第５実施例が提供する非プラズマ乾式エッチング方法のほかの技術的解決手段は本開示の第２実施例が提供する非プラズマ乾式エッチング方法と同じであり、ここでは重複説明をしない。
以上のように、本開示の上記各実施例が提供する非プラズマエッチング方法では、それは反応チャンバー内にエッチングガス及び触媒ガスを含むガス混合物に注入し、非プラズマの方式を採用して二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングを実現でき、それによって、プラズマ損傷及び微細構造粘着の発生を回避できる。それと同時に、上記ガス混合物中の各ガス成分の流量比が所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定されることによって、二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比を広範囲にわたって効果的に調整でき、さらに異なる応用の要件を満たし、プロセスの複雑性及び機器のコストを低減させることができる。
上記具体的な実施例は、本開示の目的、技術的解決手段及び有益な効果をさらに詳細に説明したが、理解すべきことは、上記は単に本開示の具体的な実施例であり、本開示を限定することに使用されず、本開示の精神及び原則内で行われる任意の変更、同等置換、改良等はいずれも本開示の保護範囲に含まれるべきである。
なお、実施例に言及されている方向用語、たとえば「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」等は、単に図面を参照する方向であり、本開示の保護範囲を限定することに使用されない。図面を通して、同一の要素は同一又は類似の符号で示される。本開示の理解に曖昧さをもたらす可能性がある場合、通常の構成又は構造を省略する。
反対の意味と知られていない限り、本明細書及び添付請求項における数値パラメータは近似値であり、本開示の内容によって得られる所要の特性に応じて変更可能である。具体的には、明細書及び請求項で成分の含有量、反応条件等を示すためのすべての数値は、すべての場合に「約」の用語で修飾されると理解すべきである。一般には、それが表現する意味とは、特定の数について、いくつかの実施例では±１０％の変化、いくつかの実施例では±５％の変化、いくつかの実施例では±１％の変化、いくつかの実施例では±０．５％の変化を含むことである。
また、単語「含む」は請求項に列挙されていない素子又はステップを除外しない。素子の前にある単語「一」又は「１つ」はこのような素子が複数存在することを除外しない。
明細書及び請求項に使用される序数、たとえば「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、対応する素子を修飾するためであり、それ自体は該素子が何らかの序数を有することを意味及び代表せず、ある１つの素子ともう１つの素子の順序、又は製造方法での順序を代表することもなく、これらの序数は単にある名称を有する１つの素子を同一名称を有するもう１つの素子と明確に区別できるために使用される。
同様に、理解すべきなのは、本開示を簡略化し、且つ各開示の態様のうちの１つ又は複数を理解することに寄与するために、以上の本開示の例示的な実施例についての説明では、本開示の各特徴がともに１つの実施例、図、又はその説明にグループ化される場合がある。しかしながら、該開示の方法を、以下の意図を反映すると解釈すべきではない。すなわち、保護を要求する本開示は各請求項に明確に記載される特徴よりも多い特徴を要求する。より正確には、以下の特許請求の範囲に反映されるように、開示の態様はその前に開示されている１つの実施例のすべての特徴よりも少ないことである。従って、具体的な実施形態に遵守する特許請求の範囲はそれにより該具体的な実施形態に明確に組み込まれ、そのうち、各請求項自体はいずれも本開示の単独実施例とする。
Claims (20)
- 非プラズマエッチング方法であって、
反応チャンバー内にエッチングガス及び触媒ガスを含むガス混合物を注入することにより、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングするステップＳ１を含み、
ここで、前記エッチングガスは二酸化ケイ素及び窒化ケイ素をエッチングすることに用いられ、前記触媒ガスはエッチング速度を向上させることに用いられ、前記ガス混合物中の各ガス成分の流量比は所要の二酸化ケイ素／窒化ケイ素のエッチング選択比に応じて決定されることを特徴とする方法。 - 前記エッチングガスはフッ化水素を含み、
前記触媒ガスは、前記フッ化水素と二酸化ケイ素の反応を促進することに用いられる第１触媒ガス、及び前記フッ化水素と窒化ケイ素の反応を促進することに用いられる第２触媒ガスを含み、ここで、前記第１触媒ガスはヒドロキシ化合物を含み、前記第２触媒ガスはフッ素含有ガスを含むことを特徴とする請求項１に記載の非プラズマエッチング方法。 - 前記ステップＳ１では、前記反応チャンバーに前記フッ化水素、ヒドロキシ化合物及びフッ素含有ガスを同時に注入することで、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素を同時にエッチングすることを特徴とする請求項２に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記ステップＳ１は
前記反応チャンバーに前記フッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングするサブＳ１１と、
前記反応チャンバーに前記フッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングするサブＳ１２と、
をさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載の非プラズマエッチング方法。 - 前記ステップＳ１は、
Ｓ１１、前記反応チャンバーに前記フッ化水素及びヒドロキシ化合物を注入することで、窒化ケイ素をエッチングするサブＳ１１と、
Ｓ１２、前記反応チャンバーに前記フッ化水素及びフッ素含有ガスを注入することで、二酸化ケイ素をエッチングするサブＳ１２と、
をさらに含む、ことを特徴とする請求項２に記載の非プラズマエッチング方法。 - 前記ステップＳ１の後、
前記ステップＳ１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、前記ステップＳ１に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了するステップＳ２をさらに含む、ことを特徴とする請求項３に記載の非プラズマエッチング方法。 - 前記ステップＳ１１と前記ステップＳ１２との間に、
前記ステップＳ１１のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、前記ステップＳ１１に戻り、ＹＥＳである場合、前記ステップＳ１２を行うステップＳ２１をさらに含み、
前記ステップＳ１２の後、前記ステップＳ１２のエッチング厚さが所定範囲に達するか否かを判断し、ＮＯである場合、前記ステップＳ１２に戻り、ＹＥＳである場合、プロセスが終了するステップＳ２２をさらに含む、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の非プラズマエッチング方法。 - 前記ステップＳ１１と前記ステップＳ１２との間に、前記反応チャンバー内にパージガスを注入することで、前記反応チャンバー内の残留ガスを除去するステップＳ３をさらに含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の非プラズマエッチング方法。
- １回又は複数回の二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチングによって、前記二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さを最終要件に達させることを特徴とする請求項３に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記ステップＳ１１及び前記ステップＳ１２を少なくとも２回交互に行うことで、前記二酸化ケイ素及び窒化ケイ素のエッチング厚さを最終要件に達させることを特徴とする請求項４又は５に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記ステップＳ１１及び前記ステップＳ１２は同一反応チャンバー又は異なる反応チャンバー内で行われることを特徴とする請求項４又は５に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記フッ素含有ガスはＦ２、ＸｅＦ２、及びＣｌＦ３のうちの１種又は複数種を含むことを特徴とする請求項２に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記ヒドロキシ化合物はアルコール系化合物又はフェノール系化合物を含むことを特徴とする請求項２に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記フッ素含有ガスの流量は前記フッ化水素の流量の０．５倍であることを特徴とする請求項２に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記ヒドロキシ化合物の流量は前記フッ化水素の流量の１〜２倍であることを特徴とする請求項２に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記フッ素含有ガスと前記ヒドロキシ化合物との流量比の値の範囲は１０：１〜１：１０であることを特徴とする請求項２に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記フッ素含有ガスの流量は４００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記ヒドロキシ化合物の流量は１０００ｓｃｃｍ以下であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記フッ化水素の流量の値の範囲は５０〜１０００ｓｃｃｍであることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれか一項に記載の非プラズマエッチング方法。
- 前記反応チャンバーの圧力は３００Ｔｏｒｒ以下であり、前記反応チャンバーの温度は１５〜１０５℃であることを特徴とする請求項１に記載の非プラズマエッチング方法。
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