JP2501300B2 - シリコン窒化膜のドライエッチング方法及びドライエッチング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子製造プロセ
スで用いられるドライエッチング技術に係わり、特にシ
リコン酸化膜に対して高選択比でシリコン窒化膜をエッ
チングするドライエッチング方法及びドライエッチング
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体素子製造プロセス中におい
て、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂ ）に対してシリコン窒化
膜（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ）を選択的にエッチングする場合には、
ＣＦ₄＋０₂ 或いはＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ＋Ｎ₂ 混合ガスを用い
たケミカルドライエッチング（ＣＤＥ）が主に用いられ
ている。このＣＤＥにおける（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂）
のエッチング速度比、つまり選択比は高々１０以下であ
る。ＣＤＥにおいては、シリコンは高速でエッチングさ
れるために、Ｓｉ₃ Ｎ₄ を除去する場合にはシリコン表
面のエッチングを防ぐために、シリコン表面をＳｉＯ₂
で被覆する方法が用いられる。この場合、被覆に用いる
ＳｉＯ₂ の厚さはエッチング速度比、またウェハ内及び
複数枚のウェハを同時に処理する場合には、ウェハ間の
均一性を考慮して決定される。また、ＳｉＯ₂ で被覆さ
れるシリコン表面に段差がある場合、段差のコーナ部で
のＳｉＯ₂ のエッチング速度は平坦部に比べて速くなる
ことが知られており、このような場合には最もエッチン
グ速度の速いコーナ部でＳｉＯ₂ のエッチング速度を代
表させるため、実効的な選択比はより小さいものとな
る。

【０００３】いま、被処理基体として、図５（ａ）に示
す如く、Ｓｉ基板５１の表面にアスペクト比の高い溝５
２が形成され、溝５２内にＳｉＯ₂ 膜５３が被覆されて
おり、さらに平面部にＳｉ₃ Ｎ₄ 膜５４が残っているも
のとする。この被処理基体におけるＳｉ₃ Ｎ₄ 膜５４を
除去するためにＣＤＥを用いた場合、溝５２の上部或い
は底部のコーナ部５５，５６でのＳｉＯ₂ のエッチング
速度が速くなり、図５（ｂ）に示す如く、その部分でＳ
ｉＯ₂ がなくなり、下地のシリコンがエッチングされる
こと等がある。実際、このようなコーナ部のある被処理
基体においては、（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂ ）のエッチン
グ選択比は３程度となり、更に均一なエッチングを行な
うためのオーバエッチング時間等を考慮することによ
り、例えば２０００オングストロームのＳｉ₃ Ｎ₄ を除
去するためには、安全なＳｉＯ₂ の膜厚は１０００オン
グストローム程度のものが要求される。

【０００４】現在、微細な素子を作る工程においては、
ＳｉＯ₂ 膜を形成する等の高温プロセスは、既に形成さ
れた不純物のプロファイルを乱すこと等があり、低温の
プロセス或いは高温のプロセスの短時間化が要求されて
いる。しかし、低温で形成されるＳｉＯ₂ （ＣＶＤＳｉ
Ｏ₂ 等）は耐エッチング性が熱酸化膜により形成された
ＳｉＯ₂ よりも極めて悪い。従って、エッチング保護用
の膜としては用いることができない。さらに、熱酸化で
保護用のＳｉＯ₂ を形成する場合、前述のように不純物
プロファイルの変化等の制約から、安全な耐エッチング
性を有する膜厚まで厚くＳｉＯ₂ 膜を形成することがで
きない場合がある。この場合には、Ｓｉ₃ Ｎ₄ の除去と
してＣＤＥを用いることはできない。

【０００５】一方、熱燐酸溶液を用いるＳｉ₃ Ｎ₄ のエ
ッチングでは、（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂ ）のエッチング
速度比、つまり選択比は極めて高い。しかしながら、熱
燐酸を用いるエッチングでは、Ｓｉ₃ Ｎ₄ のエッチング
速度が数１０［オングストローム／ｍｉｎ］と極めて低
く、生産性が悪く実用的でない。さらに、エッチング中
におけるエッチング液の温度等の条件のコントロール、
またエッチング液の管理等が極めて困難であり、実際の
生産に用いるには適さない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このように従来ドライ
エッチングでは、シリコン窒化膜のエッチング選択比が
低いので、シリコン窒化膜のみを選択的にエッチングす
ることが困難であった。また、溶液を用いたエッチング
では、選択比は高いが、エッチング速度が遅いこと、さ
らにエッチング工程及び工程管理が困難であり、実用性
がなかった。

【０００７】本技術は上記事情を考慮してなされたもの
で、その目的とするところは、シリコン酸化膜に対する
シリコン窒化膜のエッチング選択比を十分高くすること
ができ、且つシリコン窒化膜のエッチング速度も十分速
くすることができ、シリコン窒化膜の選択的エッチング
に好適するドライエッチング方法を提供することにあ
る。

【０００８】また本発明の他の目的は、上記方法を実施
するためのドライエッチング装置を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、ＣＤＥ
で用いられるようなＦ元素を含むガスを励起し、そこで
生成されたＦ原子を被処理基体に供給してエッチングを
行なうドライエッチング方法において、Ｆ元素以外のハ
ロゲンガスを別に生ガスのまま被処理基体にＦ原子と同
時に供給することにより、シリコン窒化膜をシリコン酸
化膜に対して高選択比でエッチングすることにある。

【００１０】Ｆ元素を含むガスを用いたＣＤＥでは、前
述した如くシリコン窒化膜のエッチング速度は速いがシ
リコン酸化膜に対する選択比が低い。ところが、Ｆ元素
を含むガスを用いたＣＤＥにおいて、Ｆ元素以外のハロ
ゲンガスを添加することにより、上記選択比が向上する
ことが、本発明者等の実験によって判明した。このメカ
ニズムは明らかでないが、Ｆ元素以外のハロゲンガスの
添加により、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜の各エ
ッチング速度が低下するが、シリコン窒化膜のエッチン
グ速度の低下割合よりもシリコン酸化膜のエッチング速
度の低下割合が大きいことによる。また、この現象は、
Ｃｌ₂ ，Ｂｒ₂ その他の各種ハロゲンガスで確認してい
る。なお、Ｆ以外のハロゲンガスの添加方法としては、
生ガスのまま容器内に導入すればよい。また、Ｆ以外の
ハロゲンガスを用いる代りにハロゲン元素を含むガスを
用いてもよい。さらに、Ｆ元素を含むガスにＦ以外のハ
ロゲンガスを混合する代りに、Ｆ元素及び他のハロゲン
元素との化合物ガスを用いることも可能である。

【００１１】本発明はこのような点に着目してなされた
もので、シリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜を選択
的にエッチングするドライエッチング方法において、被
処理基体を収容した容器内に、弗素元素を含むガスを前
記容器とは別の領域で励起して導入するとともに、弗素
元素以外のハロゲン元素を含むガスを前記容器内に直接
導入するようにした方法である。

【００１２】また本発明は、上記方法を実施するための
ドライエッチング装置において、被処理基体を収容する
第１の容器と、この容器とは別の領域で少なくともＦ元
素を含むガスを励起して、該領域で生成された活性種を
前記容器内に導入する手段と、Ｆ元素以外のハロゲン元
素を含むガスを前記容器内に直接導入する手段と、前記
容器内を排気する手段とを設けるようにしたものであ
る。

【００１３】なお、本発明によるドライエッチング装置
において、前記第１の容器に真空バルブを介して連設さ
れた第２の容器と、この第２の容器を前記第１の容器と
は独立に排気する手段と、前記第１及び第２の容器間で
前記被処理基体を搬送する手段とを具備することが好ま
しい。

【００１４】また、前記第２の容器は複数個設けられて
おり、各容器はそれぞれ真空バルブを介して前記第１の
容器に連設されていることが好ましい。

【００１５】さらに、前記第２の容器には、前記被処理
基体を加熱する手段が設けられていることが好ましい。

【００１６】

【作用】上記の方法であれば、Ｆ原子をエッチャントす
るＣＤＥにＦ以外のハロゲンを反応性ガスとして添加す
ることにより、（Ｓｉ₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂ ）のエッチング
選択比が向上する。即ち、Ｆ原子をエッチャントとする
ＣＤＥにおいて、Ｆ以外のハロゲンガスを添加する場
合、ＳｉＯ₂ のエッチング速度は、Ｆ以外のハロゲンガ
スの添加量に対して単調に減少する。一方、Ｓｉ₃ Ｎ₄
のエッチング速度は、少量のハロゲンガスの添加でエッ
チング速度は上昇するが、多量に添加するとやはり減少
してくる。しかし、等量のハロゲンガスの添加では、Ｓ
ｉＯ₂ のエッチング速度の減少が大きいために、（Ｓｉ
₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂ ）のエッチング選択比は、ハロゲンガ
スの添加量に対して単調に増加する。また、Ｓｉ₃ Ｎ₄
のエッチング速度が２００〜３００［オングストローム
／ｍｉｎ］で選択比を５０以上にすることは容易であ
り、高選択比で高いエッチング速度が得られることにな
る。

【００１７】

【実施例】以下、本発明装置の一実施例を図１を用いて
説明する。

【００１８】図１は本発明装置の一実施例を示すドライ
エッチング装置の概略構成図である。図中１１は反応室
を形成する第１の真空容器であり、この容器１１内には
複数枚の被処理ウェハ１２を保持した試料台１３が収容
されている。容器１１の上壁にはＦ原子を導入するため
のガス導入口１４があり、この導入口１４はＦ原子を輸
送する放電管１５に接続されている。放電管１５は、マ
イクロ波電源１６から導波管１７を介してマイクロ波が
供給されるアプリケータ１８にカップリングされてい
る。そして、ガス供給口１９から導入されたガス（Ｆ元
素を含むガス）は、マイクロ波放電により励起され、こ
の励起により上記ガスの活性種（Ｆラジカル）が容器１
１内に供給されるものとなっている。また、容器１１の
上壁には、上記ガス導入系とは別に、他のガス導入口２
０が設けられている。このガス導入口２０は、容器１１
内にＦ以外のハロゲンガス（例えばＣｌ₂ 等）を導入す
るためのものである。そして、容器１１内はガス排気口
２１から真空排気されるものとなっている。

【００１９】また、容器１１の右方部には、ゲートバル
ブ２２を介して第２の真空容器２３が連設されている。
この容器２３にはガス排気口２４が設けられており、容
器２３内は容器１１とは独立して真空排気される。容器
２３の右方部には、該容器２３と外部とを遮断するゲー
トバルブ２５が設けられている。また、容器２３内に
は、試料台１３を搬送する搬送機構２６が設置されてい
る。そして、この搬送機構２６により、ゲートバルブ２
２が開いた状態で、試料台１３が第１及び第２の容器１
１，２３間で搬送されるものとなっている。

【００２０】一方、第１の容器１１の左方部には、ゲー
トバルブ２７を介して第３の真空容器２８が連設されて
いる。この容器２８にはガス排気口２９が設けられてお
り、容器２８内は容器１１とは独立して真空排気され
る。容器２８の左方部には、該容器２８と外部とを遮断
するゲートバルブ３０が設けられている。また、容器２
８内には、試料台１３を搬送する搬送機構３１が設置さ
れている。そして、この搬送機構３１により、ゲートバ
ルブ２７が開いた状態で、試料台１３が第１及び第３の
容器１１，２８間で搬送されるものとなっている。ま
た、容器２８の外部には、該容器２８内の被処理ウェハ
１２を加熱するための加熱機構３２が設けられている。

【００２１】第１の実施例（方法） 次に、上記装置を用いたドライエッチング方法について
説明する。ここでは、Ｆ元素を含むガスとしてＮＦ₃ を
用い、Ｆ以外のハロゲンガスとしてＣｌ₂ を用いた場合
について説明する。

【００２２】いま、全てのゲートバルブ２２，２５，２
７，３０は閉じられており、全ての容器１１，２３，２
８内はそれぞれ真空排気されているものとする。この状
態から、ゲートバルブ２５を開き第２の容器２３を大気
解放し、容器２３内に複数の被処理ウェハ１２を保持し
た試料台１３をセットする。次いで、ゲートバルブ２５
を閉じ第２の容器２３内を真空排気したのち、ゲートバ
ルブ２２を開く。次いで、搬送機構２６により、試料台
１３を第１の容器１１内に搬送したのち、ゲートバルブ
２２を閉じる。なお、この後、第２の容器２３内には上
記と同様の手順で次の被処理ウェハ１２をセットする。

【００２３】次いでＮＦ₃ ガスをガス供給口１９から導
入し、マイクロ波放電により放電させ、Ｆの活性種を放
電管１５を介して第１の容器１１内に導入する。これと
同時に、ガス導入口２０からＣｌ₂ ガスを生ガスのまま
第１の容器１１内に導入する。そして、ガス排気口２１
から一定流量でガスを排気し、容器１１内のガス圧を一
定に保持して被処理ウェハ１２のエッチングを行なう。

【００２４】エッチングが終了したら、上記ガスの導入
を停止し、第１の容器１１内を真空に排気する。第１の
容器１１内が十分真空排気された時点でゲートバルブ２
７を開き、搬送機構３１により試料台１３を第３の容器
２８内に搬送する。次いで、ゲートバルブ２７を閉じ、
加熱機構３２により第３の容器２８内に収容された被処
理ウェハ１２を加熱処理する。この加熱処理により、被
処理基体１２表面に付着した残留ハロゲンガス等を除去
し、清浄化する。なお、このとき、第１の容器１１内に
は先と同様の手順で次の被処理ウェハ１２が搬送され、
エッチングされることになる。

【００２５】次いで、ゲートバルブ３０を開き第３の容
器２８内を大気解放したのち、試料台１３を外部に取出
す。これにより、被処理ウェハ１２のエッチング工程が
全て完了することになる。

【００２６】以上の操作を繰返すことにより、複数枚の
被処理ウェハ１２を連続してエッチングすることができ
る。そしてこの場合、第１の容器１１は大気に晒される
ことがないので、装置のメインテナンスが楽になる。即
ち、容器１１内ではＣｌ₂ 等のハロゲンガスを用いるの
で、大気に晒されると残留ハロゲンガスと水分との反応
で容器１１内の構成材料が腐蝕される虞れがあるが、こ
のような問題を未然に防止できる。

【００２７】次に、前記ガス導入口２０から容器内に導
入するＣｌ₂ 等のＦ以外のハロゲンガスの添加理由につ
いて説明する。図２にＮＦ₃ 導入量を３６［ｓｃｃｍ］
一定とし、Ｃｌ₂ 流量を変化させた場合のＳｉ₃ Ｎ₄ ，
ＳｉＯ₂ のそれぞれのエッチング速度の変化を示す。Ｓ
ｉ₃ Ｎ₄ はＣｌ₂ の導入により始めはエッチング速度は
低下する。ＳｉＯ₂ はＣｌ₂ の導入により単調にエッチ
ング速度が低下していく。この場合、容器内での全圧力
は０．２［Ｔｏｒｒ］に保っている。また、エッチング
速度比はＣｌ₂ の導入で単調に増加している。Ｃｌ₂ 流
量が２０［ｓｃｃｍ］以上で選択比は１０以上となり、
Ｃｌ₂ ５６［ｓｃｃｍ］では選択比は５０以上もある。
つまり、Ｃｌ₂ の添加により、Ｓｉ₃ Ｎ₄ のＳｉＯ₂ に
対するエッチング選択比を十分大きくすることが可能と
なる。

【００２８】また、図３にＮＦ₃ の導入量を４０［ｓｃ
ｃｍ］一定とし、Ｆ以外のハロゲンガスとしてのＢｒ₂
流量を変化させた場合のＳｉＮ，ＳｉＯ₂ のそれぞれの
エッチング速度の変化を示す。ＳｉＮはＢｒ₂ の導入に
より始めはエッチング速度が上昇するが、多量のＢｒ₂
の導入によりエッチング速度は低下する。ＳｉＯ₂ はＢ
ｒ₂ の導入により単調にエッチング速度が低下してい
く。この場合、容器内での全圧力は０．２［Ｔｏｒｒ］
に保っている。また、エッチング速度比はＢｒ₂の導入
で単調に増加している。つまり、Ｂｒ₂ の添加により、
図２の場合と同様に、ＳｉＮのＳｉＯ₂ に対するエッチ
ング選択比を十分大きくすることが可能となる。なお、
Ｂｒ₂ では、２０［ｓｃｃｍ］の添加で、選択比は４０
以上ある。

【００２９】図２中、ＮＦ₃ ３６［ｓｃｃｍ］，Ｃｌ₂
５６［ｓｃｃｍ］の条件で、図４（ａ）に示す被処理ウ
ェハをエッチングした。この被処理ウェハは、前記図５
（ａ）に示したものと同様である。即ち、Ｓｉ基板４１
の表面にアスペクト比の高い深い溝４２が形成され、こ
の溝４２内の表面に厚さ２００オングストロームＳｉＯ
₂ 膜４３が被覆されており、さらに平面部には厚さ１８
００オングストロームのＳｉ₃ Ｎ₄ 膜４４が形成されて
いる。この被処理ウェハを上記条件でエッチングしたと
ころ、図４（ｂ）に示す如く、コーナ部４５，４６での
シリコンのエッチング等がなくなり、良好なＳｉ₃ Ｎ₄
剥離を行なうことができた。

【００３０】かくして本実施例によれば、ＮＦ₃ を用い
たＣＤＥにおいて、Ｃｌ₂ ガスを添加することにより、
Ｓｉ₃ Ｎ₄ のＳｉＯ₂ に対するエッチング選択比を十分
大きくすることができる。このため、薄いＳｉＯ₂ を保
護膜としてＳｉ₃ Ｎ₄ の除去を行なうことができ、半導
体素子製造プロセスに極めて有効である。特に、トレン
チを有する試料において、トレンチ内に薄い酸化膜しか
形成できず、その後Ｓｉ₃ Ｎ₄ を剥離する工程において
有効である。この工程を用いることにより、プロセスの
マージンが広がり、酸化膜形成時の不純物プロファイル
の乱れ等がなくなる。また、工程に要する時間が短縮さ
れ、生産性が大幅に向上する。さらに、プロセス自体が
容易であり、制御・管理が簡単であるため、生産性が高
い等の利点がある。

【００３１】第２の実施例（方法） 前記第１の実施例による方法に示したように、Ｆ原子を
エッチャントするＣＤＥに、Ｆ以外のハロゲンを反応性
ガスとして添加することにより、Ｓｉ₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂
の選択比が向上し、各々のガス流量、圧力等を適当に選
ぶことによって、Ｓｉ₃ Ｎ₄ のエッチング速度が２００
〜３００オングストローム／ｍｉｎでかつ選択比を５０
以上にすることも容易である。しかしエッチングを長時
間行なうと、エッチングにともなう反応熱あるいは、高
温の放電ガス成分との衝突により、被処理基体の温度は
次第に上昇する。温度の上昇により、ＳｉＯ₂ ，Ｓｉ₃
Ｎ₄ ともにエッチング速度は増加するがその増加の割合
はＳｉＯ₂ の方がより大きいため、温度上昇とともに選
択比は低下する。その結果、エッチング時間が長くなる
に従い、平均的な選択比は低下する。被処理基体の温度
を制御することは、前記温度上昇によるエッチング速度
の変化を防ぎ、エッチング時間による平均的な選択比の
低下をなくすので、厚いＳｉ₃ Ｎ₄ も高い選択比でエッ
チングすることができる。

【００３２】図６は上記被処理基体の温度制御を考慮し
た本発明の第２のシリコン窒化膜のドライエッチング方
法を実施するための装置の一例を示す概略構成図であ
る。図中６１は真空容器であり、ガスは排気口６２から
バルブ６３を介して排気される。この容器内には被処理
基体６４を載置する試料台６５が設置されている。試料
台６５は冷却機構６６が設けられている。冷却は、この
冷却機構６６の内部に設けられたパイプに水或いはＮ₂
ガスを循環させるたとにより行なう。容器６１はガス導
入口６７，６８を有し、一方のガス導入口６７は放電管
６９の一端に接続されている。放電管６９の他端はガス
導入口７０となっており、また放電管６９は、マイクロ
波電源７１に接続した導波管７２にカップリングされて
いる。

【００３３】上記した装置を用いたドライエッチング方
法について説明する。ここではＦ元素を含むガスとして
ＮＦ₃ を用い、Ｆ元素以外のハロゲンガスとしてＣｌ₂
を用いた場合について説明する。

【００３４】試料台６５に被処理基体６４を載置し、容
器６１を真空排気する。次いでＮＦ₃ をガス導入口７０
により、またＣｌ₂ をガス導入口６８より供給し、バル
ブ６３を調節して所定の圧力にした後、マイクロ波放電
を行ないＮＦ₃ を励起してエッチングを行なう。この間
試料台温度または被処理基体温度をモニタしながら温度
が一定になるように、冷却機構６６を用いて冷却を行な
う。

【００３５】次に、温度制御を行なう理由をデータに基
づいて説明する。図７に、ＮＦ₃ ４０ｓｃｃＭ，Ｃ
ｌ₂ ，６０ｓｃｃＭ圧力０．２Ｔｏｒｒの条件で、温度
制御とせず、Ｓｉ基板上にＳｉ₃ Ｎ₄ 膜を形成したもの
を被処理基体としてエッチングを行なったときの、基板
温度の変化を示す。エッチングの進行とともにわずかな
がら基板温度の上昇が見られる。図８には、やはりＮＦ
₃ ４０ｓｃｃＭ，Ｃｌ₂ ６０ｓｃｃＭ，圧力０．２Ｔｏ
ｒｒの条件で、基板温度を変化させた場合のＳｉ
₃Ｎ₄ ，ＳｉＯ₂ それぞれのエッチング速度の変化及び
Ｓｉ₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂ の選択比の変化を示す。温度上昇
により、Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＳｉＯ₂ ともにエッチング速度は
増加するが選択比は急激に低下しており、少なくとも室
温程度に温度制御することが高選択エッチングにとって
必要なことがわかる。

【００３６】ＮＦ₃ ４０ｓｃｃＭ，Ｃｌ₂ ６０ｓｃｃＭ
全圧力０．２Ｔｏｒｒの条件で図９（ａ）に示す被処理
ウェハをエッチングし、温度制御を全く行なわない場合
と、４０℃以下の例えば２０℃±２℃に温度制御を行な
った場合を比較した。この被処理ウェハはＳｉ基板９１
の表面に溝９２が形成され、この溝９２の内側に４００
オングストロームのＳｉＯ₂ 膜９３が形成されており、
さらに平坦部には厚さ４０００オングストロームのＳｉ
₃ Ｎ₄ 膜９４が形成されている。この被処理ウェハを上
記の条件で３０分間エッチングしたところ、温度制御を
行なわない場合は図９（ｃ）に示す如く、コーナ部９
５，９６で下地シリコンがエッチングされたが、温度制
御を行なった場合は厚いＳｉ₃ Ｎ₄ 膜であっても図９
（ｂ）に示す如く、良好なＳｉ₃ Ｎ₄ 剥離を行なうこと
ができた。また、この場合基板温度４０℃以下で実用的
なエッチング速度１２０オングストローム／ｍｉｎ，選
択比３３以上が得られる。

【００３７】以上詳述した実施例によれば、Ｓｉ₃ Ｎ₄
／ＳｉＯ₂ の選択比が十分に大きく、かつＳｉ₃ Ｎ₄ の
エッチング速度が十分に速い条件を保ったまま、任意の
時間エッチングを続けることができる。従ってＳｉ₃ Ｎ
₄ の膜厚の大小にかかわらず、再現性よく、Ｓｉ₃ Ｎ₄
の選択エッチングを行なうことができる。

【００３８】第３の実施例（方法） 次にエッチング圧力を好ましい値に設定した実施例を示
す。

【００３９】即ち、この実施例は、エッチング時の圧力
を０．１Ｔｏｒｒよりも下げると、供給するガスの組成
を変化させても選択比を上げることが困難なことが発明
者らの実験によって判明したことに基づいている。

【００４０】また逆に、圧力を高くすると、同じガス組
成でも選択比が大きくなることも見出された。このメカ
ニズムは明らかでないが、例えば、Ｆ元素以外のハロゲ
ンガス或いはこれを出発物質とする反応生成物が、Ｓｉ
Ｏ₂ 上に吸着することにより、ＳｉＯ₂ のエッチングを
制御すると考えれば、実用的な選択比を得るために一定
値以上の圧力が必要なことが理解される。

【００４１】図１０は本発明を実施するためのドライエ
ッチング装置の一例を示す構成図である。図中１００は
真空容器であり、排気口１０２からバルブ１０３を介し
て排気される。この容器１００内には被処理基体１０４
を載置する試料台１０５が設置されている。容器１００
にはガス導入口１０６，１０７が設けられており、一方
のガス導入口１０６は放電管１０８の一端に接続されて
いる。放電管１０８の他端はガス導入口１０９となって
いる。放電管１０８はマイクロ波電源１１０に接続され
た導波管１１１にカップリングされている。

【００４２】次に、上記装置を用いたドライエッチング
方法について説明する。ここでは、Ｆ元素を含むガスと
してＮＦ₃ を用い、Ｆ元素以外のハロゲンガスとしてＣ
ｌ₂を用いた場合について説明する。

【００４３】容器１０１内の試料台１０５に被処理基体
を載置した後、バルブ１０３を開き容器１０１内を真空
排気する。次いでＮＦ₃ をガス導入口１０９より、また
Ｃｌ₂ をガス導入口７より供給して、バルブ１０３を調
節することにより容器１０１内を所定の圧力にした後、
マイクロ波放電を行ないＮＦ₃ を励起してエッチングを
行なう。

【００４４】次に、エッチング時の圧力がＳｉ₃ Ｎ₄ ／
ＳｉＯ₂ 選択比に及ぼす影響について説明する。図１１
にＣｌ₂ 流量を１００ｓｃｃＭ一定とし、ＮＦ₃ 流量を
１００ｓｃｃＭ或いは１５０ｓｃｃＭにした場合の放電
前の圧力による選択比の変化を示した。いずれの場合
も、圧力が高くなるほど選択比は大きくなっている。選
択比１０をＳｉ₃ Ｎ₄ のＳｉＯ₂ に対する高選択エッチ
ングの実用的な意味での目安と考えるならば、圧力０．
２Ｔｏｒｒ以上ではこれを達成できることになる。ま
た、通常ＮＦ₃ を単独で放電する場合には、圧力を０．
２Ｔｏｒｒ以上にしなければ安定なマイクロ波放電を行
なうことはできなかった。しかし、放電を維持できる
０．１Ｔｏｒｒ程度でも選択比５は得られ、この場合圧
力が抑えられているのでエッチング膜の均一性はよくな
る。

【００４５】図１２はＮＦ₃ 流量４６ｓｃｃＭ、Ｃｌ₂
流量３０ｓｃｃＭの混合ガスを放電励起してエッチング
した場合の圧力による選択比の変化を示したものであ
る。やはり、圧力の高いところで選択比が大きくなって
いる。

【００４６】ＮＦ₃ １５０ｓｃｃＭ、Ｃｌ₂ １００ｓｃ
ｃＭ圧力０．３Ｔｏｒｒの条件で被処理ウェハをエッチ
ングした様子を先の図４を引用して示す。このウェハ
は、Ｓｉ基板４１の表面に溝４２が形成され、この溝４
２の表面は厚さ４００オングストロームのＳｉＯ₂ 膜４
３で被覆されている。さらに平坦部には厚さ１５００オ
ングストロームのＳｉ₃ Ｎ₄ 膜が形成されている。この
被処理ウェハを上記条件でエッチングしたところ、図４
（ｂ）に示すようにエッチング時間を１００％オーバー
エッチに設定したにもかかわらず、コーナ部４５，４６
でシリコンがエッチングされることなく、表面のＳｉ₃
Ｎ₄ を除去することができた。

【００４７】上述したように、本発明によれば、ＣＤＥ
によりシリコン窒化膜をエッチングする際のガスとし
て、Ｆ元素及び他のハロゲン元素を含むガスを用い、少
なくともＦ元素を励起して被処理基体を収容した容器内
に導入し、エッチングする場合、圧力を０．２Ｔｏｒｒ
以上にすることによって、シリコン窒化膜のシリコン酸
化膜に対するエッチング選択比を実用上十分大きくする
ことができる。従ってシリコン酸化膜が形成されている
被処理基体に対し、シリコン窒化膜のみを選択的にエッ
チングすることができ、各種半導体素子製造工程に適用
することが可能である。

【００４８】なお、本発明は上述した実施例に限定され
るものではない。例えば、Ｆ元素を含むガスとしては、
ＮＦ₃ の代りに、ＣＦ₄ ，ＣＦ₄ ＋Ｏ₂ ，Ｃ₂ Ｆ₆ ，Ｃ
₂ Ｆ₆ ＋Ｏ₂ ，Ｃ₃ Ｆ₈ ，Ｃ₃ Ｆ₈ ＋Ｏ₂ 或いはＳＦ₆
等を用いることが可能である。また、Ｆ以外のハロゲン
ガスとしては、Ｃｌ₂ の代りに、Ｉ₂ やＢｒ₂ 等を用い
てもよい。さらに、Ｆ以外のハロゲンガスの代りには、
ＣＣｌ₄ ，ＰＣｌ₃ ，ＢＣｌ₃ ，ＣＣｌ₂ Ｆ₂ ，ＨＣ
ｌ，ＨＢｒ，ＣＢｒＦ₃ ，ＣＢｒ₂ Ｃｌ₂ ，ＣＢｒＣｌ
₃ ，ＨＩ，或いはＩＣｌ等を用いることが可能である。
つまり、Ｆ元素を含むガスに添加するガスとしては、Ｆ
以外のハロゲンガス若しくは少なくともＦ以外のハロゲ
ン元素を含むガスであればよい。さらに、上記Ｆ以外の
ハロゲン元素を含むガスは、前記容器内に直接導入する
代りに、Ｆ元素を含むガスとともに励起したのち導入す
るようにしてもよい。

【００４９】また、Ｆ元素を含むガスにＦ以外のハロゲ
ンガスを混合して用いる代りに、Ｆ元素と他のハロゲン
元素との化合物、つまりインターハロゲンを用いること
も可能である。この主のインターハロゲンとしては、Ｆ
Ｃｌ，ＦＣｌ₃ ，ＦＢｒ，ＦＢｒ₃ 等がある。また、装
置としては前記図１に示す構造に何等限定されるもので
はなく、仕様に応じて適宜変更可能である。さらに、表
面に自然酸化膜等が存在する被処理基体においては、始
めにＦ原子のみを被処理基体に供給し、自然酸化膜を除
去したのちに、他のハロゲンガスを混合してエッチング
を行なうことにより、エッチング時間の短縮をはかるこ
とが可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で、種々変形して実施することができる。

【００５０】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、Ｃ
ＤＥによりシリコン窒化膜をエッチングする際のガスと
して、Ｆ元素を含むガス及び他のハロゲン元素を含むガ
スを用い、少なくともＦ元素をラジカルとして被処理基
体を収容した容器内に導入するとともに、他のハロゲン
元素を含むガスを前記容器内に直接導入することによ
り、シリコン窒化膜のシリコン酸化膜に対するエッチン
グ選択比を十分大きくすることができる。しかも、溶液
エッチングに比べてシリコン酸化膜のエッチング速度を
十分速くすることができる。従って、シリコン窒化膜及
びシリコン酸化膜が形成されている被処理基体に対し、
シリコン窒化膜のみを選択的にエッチングすることがで
き、各種半導体素子製造工程に適用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わるドライエッチング
装置を示す概略構成図。

【図２】 Ｃｌ₂ 流量に対するＳｉ₃ Ｎ₄ 及びＳｉＯ₂
のエッチング速度変化を示す特性図。

【図３】 Ｂｒ₂ 流量に対するＳｉＮ及びＳｉＯ₂ のエ
ッチング速度変化を示す特性図。

【図４】 本発明の一実施例に係る方法によりＳｉ₃ Ｎ
₄ 膜をエッチングした際の工程断面図。

【図５】 従来の問題点を説明するための工程断面図。

【図６】 本発明の第２の実施例方法に用いる装置の一
例を示す概略構成図。

【図７】 エッチングにより基板温度が上昇することを
示す特性図。

【図８】 基板温度によるＳｉ₃ Ｎ₄ 及びＳｉＯ₂ のエ
ッチング速度の変化を示す特性図。

【図９】 上記第２の実施例に係る方法によりＳｉ₃ Ｎ
₄ 膜をエッチングした際の工程断面図。

【図１０】 本発明の第３の実施例方法に用いる装置の
一例を示す概略構成図。

【図１１】 圧力に対するＳｉ₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂ 選択比
の変化を示す特性図。

【図１２】 圧力に対するＳｉ₃ Ｎ₄ ／ＳｉＯ₂ 選択比
の変化を示す特性図。

【符号の説明】

１１…第１の真空容器 １２…被処理基体 １４，２０…ガス導入口 １５…放電管 １６…マイクロ波電源 １７…導波管 １８…アプリケータ １９…ガス供給口 ２１，２４，２９…ガス排気口 ２２，２５，２７，３０…ゲートバルブ ２３…第２の真空容器 ２６，３１…搬送機構 ２８…第３の真空容器 ３２…加熱機構 ４１，９１…Ｓｉ基板 ４２，９２…溝 ４３，９３…ＳｉＯ₂ 膜 ４４，９４…Ｓｉ₃ Ｎ₄ 膜 ４５，９５，４６，９６…コーナ部

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被処理基体を収容した容器内に、弗素元素
   を含むガスを前記容器とは別の領域で励起して導入する
   とともに、弗素元素以外のハロゲン元素を含むガスを前
   記容器内に直接導入して、前記被処理基体に形成された
   シリコン窒化膜をシリコン酸化膜に対して選択的にエッ
   チングすることを特徴とするシリコン窒化膜のドライエ
   ッチング方法。
2. 【請求項２】前記弗素元素を含むガスとして、ＣＦ₄ と
   Ｏ₂ との混合ガス、或いはＮＦ₃ ガスを用いたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン窒化膜の
   ドライエッチング方法。
3. 【請求項３】前記弗素元素以外のハロゲン元素を含むガ
   スとして、Ｃｌ₂ ガス、或いはＢｒ₂ ガスを用いたこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン窒化
   膜のドライエッチング方法。
4. 【請求項４】前記被処理基体は、シリコン基板表面に溝
   を形成し、その内面を薄いシリコン酸化膜で被覆し、さ
   らに溝以外の基板表面にシリコン窒化膜を形成したもの
   であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシ
   リコン窒化膜のドライエッチング方法。
5. 【請求項５】前記弗素元素を含むガスをまず前記容器内
   に導入し、その後、前記弗素元素以外のハロゲン元素を
   含むガスを前記容器内に導入することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のシリコン窒化膜のドライエッチ
   ング方法。
6. 【請求項６】前記エッチングを０．２Ｔｏｒｒ以上のガ
   ス圧力下で行なうことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のシリコン窒化膜のドライエッチング方法。
7. 【請求項７】前記被処理基体の温度は４０℃以下である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のシリコン
   窒化膜のドライエッチング方法。
8. 【請求項８】被処理基体を収容する第１の容器と、この
   容器とは別の領域で弗素元素を含むガスを励起して、該
   領域で生成された活性種を前記容器内に導入する手段
   と、弗素元素以外のハロゲン元素を含むガスを前記容器
   内に直接導入する手段と、前記容器内を排気する手段と
   を具備してなることを特徴とするドライエッチング装
   置。
9. 【請求項９】前記第１の容器に真空バルブを介して連設
   された第２の容器と、この第２の容器を前記第１の容器
   とは独立に排気する手段と、前記第１及び第２の容器間
   で前記被処理基体を搬送する手段とを具備してなること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項記載のドライエッチ
   ング装置。
10. 【請求項１０】前記第２の容器は複数個設けられてお
    り、各容器はそれぞれ真空バルブを介して前記第１の容
    器に連設されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    ９項記載のドライエッチング装置。
11. 【請求項１１】前記第２の容器には、前記被処理基体を
    加熱する手段が設けられていることを特徴とする特許請
    求の範囲第９項記載のドライエッチング装置。