JP2833946B2 - エッチング方法および装置 - Google Patents

エッチング方法および装置

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JP2833946B2
JP2833946B2 JP4327907A JP32790792A JP2833946B2 JP 2833946 B2 JP2833946 B2 JP 2833946B2 JP 4327907 A JP4327907 A JP 4327907A JP 32790792 A JP32790792 A JP 32790792A JP 2833946 B2 JP2833946 B2 JP 2833946B2
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    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造方法
および製造装置、特にエッチング方法および装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年デバイスの高集積化に伴い、ウェハ
ー上に付着するパーティクルを減少させることが重要に
なってきた。これを実現するために気相洗浄法が検討さ
れてきている。特に気相ＨＦ（フッ化水素）処理は、自
然酸化膜を除去しクリーンな表面を得る技術として積極
的に検討されている。これを実現するため、ＰＣＴ国際
公開番号ＷＯ８７／０１５０８（ＰＣＴ出願番号ＰＣＴ
ＮＬ９０／００１６６）公報には、装置構造やエッチン
グ方法が提案されている。
【０００３】一方、気相ＨＦ処理を用いることにより、
酸化膜質によりエッチングレートが大きく変化するとい
う新しい現象も見出されている。Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ，Ｖｏｌ．３
７，Ｎｏ．１（１９９０）において“Ｇａｓ−Ｐｈａｓ
ｅ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｅｔｃｈｉｎｇ ｏｆＮａｔ
ｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ”と題して発表された論文におい
て、気相ＨＦガス中の水分濃度を制御することで酸化膜
質の違いによりエッチングレートが大きく変化するとい
うことが報告された。この論文では、ＨＦガス中の水分
濃度を０．１ｐｐｍ以下といった領域で制御すること
で、熱酸化膜上のＰＳＧ（リンガラス）を選択除去でき
ることが報告されている。この方法は、低ダメージで特
定の膜質の酸化膜の選択エッチングを行えるという非常
に優れた特徴を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法で酸化膜質の違いを利用して選択エッチングを行うた
めには、ＨＦ濃度と水分濃度の厳密な制御が必要とな
る。この論文にあるように水分濃度を常に数ｐｐｍ以下
という極微量の範囲で制御することは非常に難しく、ま
たコスト的にも非常に高くなる。この理由としては、供
給するＨＦガスの不純物濃度を極端に下げなくてはいけ
ないことや、エッチングチャンバー中への大気等の混入
や、エッチングチャンバーに付着する水分の影響を防ぐ
構造を用いなければならないこと等がある。また、ＨＦ
ガスを用いてシリコン酸化膜のエッチングを行った際に
は、反応生成物として水が発生する。従って、エッチン
グ処理によっても水分濃度が増加してしまい、プロセス
を安定に進めることは難しい。
【０００５】本発明の目的は、気相ＨＦによる酸化膜エ
ッチングにおいて、シリコン酸化膜の膜質や膜中不純物
に起因するエッチングレート差を大きくし、選択的に特
定膜質の酸化膜エッチングを広いプロセス条件で安定し
て行うための方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＨＦガスある
いはＨＦ／Ｈ2 Ｏガスを含むエッチングガスでウェハー
上のシリコン酸化膜のエッチングを室温で行うエッチン
グ方法において、シリコン酸化膜の膜質や膜中不純物に
起因するエッチングレート差を大きくし選択的に特定膜
質の酸化膜エッチングを行うため、エッチングガスを２
６００Ｐａ以下の減圧状態にし、一定の水分分圧以下に
保つことを特徴とする。
【０００７】また本発明は、ＨＦガスあるいはＨＦ／Ｈ
2 Ｏガスを含むエッチングガスでウェハー上のシリコン
酸化膜のエッチングを行うエッチング方法において、シ
リコン酸化膜の膜質や膜中不純物に起因するエッチング
レート差を大きくし選択的に特定膜質の酸化膜エッチン
グを行うため、被エッチング物を室温よりも高い温度に
加熱することを特徴とする。
【０００８】また本発明は、ＨＦガスあるいはＨＦ／Ｈ
2 Ｏガスを含むエッチングガスでウェハー上のシリコン
酸化膜のエッチングを行うエッチング方法において、シ
リコン酸化膜の膜質や膜中不純物に起因するエッチング
レート差を大きくし選択的に特定膜質の酸化膜エッチン
グを行うため、加熱したエッチングガスを供給すること
を特徴とする。
【０００９】また本発明は、ＨＦガスあるいはＨＦ／Ｈ
2 Ｏガスを含むエッチングガスでウェハー上のシリコン
酸化膜のエッチングを行うエッチング方法において、シ
リコン酸化膜の膜質や膜中不純物に起因するエッチング
レート差を大きくし選択的に特定膜質の酸化膜エッチン
グを行うため、エッチングガスに水の沸点を降下させる
ガスを添加することを特徴とする。
【００１０】さらに本発明は、ＨＦガスあるいはＨＦ／
Ｈ2 Ｏガスを含むエッチングガスでエッチングを行うエ
ッチング装置において、エッチングを行う反応室と、反
応室内に、複数のウェハーを一定の間隔で積層状に保持
させるウェハーボートと、前記反応室の隣に配置され、
ウェハーボートにウェハーの移載を行う搬送室と、ウェ
ハーボートを搬送室から反応室へ移動させる機構と、反
応室と搬送室を分離させる機構とを備え、ウェハーボー
トが発熱体で構成され、または、ウェハーボートが発熱
体を具備し、反応室が外部反応管とこの外部反応管の内
部に設けられた内部反応管とよりなり、内部反応管内に
ウェハーが配置され、内部反応管と外部反応管の間に供
給されるエッチングガスが内部反応管に設けられた多数
の小孔またはスリットから内部反応管内に供給される
か、または内部反応管内に供給されるエッチングガス
が、内部反応管の上部開口から内部反応管と外部反応管
の間に送り出されるものであることを特徴とする。
【００１１】
【作用】本発明者は、ＨＦガス中の水分濃度を厳密にコ
ントロールすることなく、特定の膜質の酸化膜を選択的
にエッチングできる方法を見出した。以下に、減圧下の
エッチング処理を施すことで、水分濃度の厳密なコント
ロールをすることなく、選択エッチングが可能となる理
由を大気圧エッチングと比較して述べる。
【００１２】大気圧下でシリコン酸化膜エッチングを行
った場合、エッチングガス中の水（供給ガス中の不純物
として存在、またエッチング反応により生成）の分圧
は、エッチングガス中に含まれるＨ2 Ｏの分圧そのもの
である。しかし、本発明の様にエッチング雰囲気を減圧
することで、エッチングガス中のＨ2 Ｏの分圧は極端に
小さくできる。
【００１３】シリコン酸化膜は親水性であるため、基本
的に水に濡れやすい。このため、水の分圧が高ければ、
酸化膜表面にＨ2 Ｏが吸着し、Ｈ2 Ｏの分子層を形成す
る。一方、水の分圧が低ければ、ガスとして存在するの
が安定な状態となる。このため不純物が添加されていな
いＳｉＯ2 膜表面の濡れは、減圧下では起こりにくくな
る。
【００１４】図１および図２に水の分子層が存在した場
合と存在しない場合のエッチングメカニズムを示す。図
１は、Ｈ2 Ｏ分圧が高いためにシリコン基板１上のシリ
コン酸化膜２の表面にＨ2 Ｏ（図中、参照番号４で示
す）が吸着し、水の分子層である水分吸着層３が存在す
る状態を示している。このような水の層が存在した場合
には、ＨＦガス５はこの層で効率良くイオン化される。
このため、高いエッチングレートが観測される。なお、
図中６は、Ｈ2 ＯおよびＳｉＦ4 のエッチング反応物を
示している。
【００１５】一方、図２に示すように、Ｈ2 Ｏ分圧が低
いためにシリコン基板１上のシリコン酸化膜２の表面に
水の分子層が存在しない場合には、ＨＦのイオン化効率
が低下し、エッチングレートは非常に遅くなる。
【００１６】一方、不純物を含むシリコン酸化膜とＨＦ
ガスを反応させると、エッチングガス圧力に関係なく、
膜中の不純物が反応時にフッ素イオンおよびＨ2 Ｏと反
応し水和物を形成する。リンおよびボロンを含む酸化膜
上の水和物の組成は、表１に示すようにＰＨ3 ＯＨを主
成分とするものであることがわかった。
【００１７】
【表１】
【００１８】ＰＨ3 ＯＨの蒸気圧は低いため減圧下でも
揮発しにくい。またＰＨ3 ＯＨは、吸湿性が強いため
に、水分層をも形成しやすくなる。このためＨＦガスが
この層で積極的にイオン化され酸化膜と反応し、高いエ
ッチングレートをもたらす。一方、減圧で不純物の存在
しない酸化膜のエッチングを行った場合には、前述した
ように表面に水分層は形成されないため、エッチングレ
ートは非常に遅くなる。従って、酸化膜表面の水分層の
有無によりＨＦガスのイオン化効率の違いが現れ、選択
性が得られることがわかった。
【００１９】一方、大気圧で気相エッチングを行った場
合、前述した理由により、酸化膜の種類にかかわらずウ
ェハー表面にＨ2 Ｏが吸着しやすくなる。この表面の水
分層を介してＨＦがイオン化し酸化膜と反応する。この
ため酸化膜質の違いによるエッチングレートの違いが小
さくなり、選択性は崩れやすくなる。
【００２０】以下に、被エッチング物質あるいはエッチ
ングチャンバーに供給されるガスを加熱して、エッチン
グ処理を施すことで、水分濃度の厳密なコントロールを
することなく選択エッチングが可能となる理由を、室温
エッチングと比較し述べる。前述したように酸化膜上の
水分吸着層の有無が酸化膜のエッチングレートに大きく
影響を与えている。この水分の吸着層は、減圧状態の方
が形成されにくいことを前提としたが、温度を変化させ
ることでも吸着層の形成されやすさは大きく変化する。
この原因は、被エッチング物質を加熱することで、水分
層あるいはＨ2Ｏガスに熱エネルギーを与えることによ
り、揮発させやすくするためである。従って、温度を上
げることにより酸化膜上には水分層が吸着されにくくな
る。一方、不純物としてリンの様な不純物を含む酸化膜
がエッチングされた場合、蒸気圧の低い水和物層が形成
される。このため、加熱しても、不純物を含む酸化膜の
エッチングレートは、ほぼ維持される。従って、被エッ
チング物あるいはエッチングガスを加熱することで、大
気圧でエッチングしても広いプロセスマージンが確保で
きる。さらに、減圧下で上述の加熱法を用いれば、酸化
膜上の水分層の形成を効果的に抑制でき、著しくプロセ
スマージンは広がる。
【００２１】以下に、水の沸点を降下させるガスをエッ
チング中に添加し、エッチング処理を施すことで、水分
濃度の厳密なコントロールをすることなく、選択エッチ
ングが可能となる理由を述べる。前述したように選択エ
ッチング領域を広い範囲で確保するためには、酸化膜上
の水分層を揮発させることが重要である。本発明の方法
は、この水分層の沸点を下げることで、水を蒸発させや
すくする。水の沸点を下げるガスとしては、水溶性であ
り、水より沸点の低い性質を有していれば種類は問わな
い。この方法を用いても、選択エッチングプロセスマー
ジンは著しく広くなる。
【００２２】以下に、ＨＦガスエッチングを行った後
に、基板を加熱しウェハー表面の反応生成物を除去する
方法、並びにこの加熱の後にハロゲンを含むガスを添加
する方法について述べる。酸化膜エッチングを行った後
には、前述したように酸化膜表面やシリコン表面に、水
分層や不純物の水和物層が形成される。この水分層は、
基板を加熱することで簡単に除去できる。一方、不純物
を含んだ水和層を加熱しただけでは、不純物のみが析出
することがある。この場合には、ハロゲンガスを同時に
添加し、不純物と反応させ、ガスとして揮発させること
が可能となる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【００２４】ＨＦエッチング装置の一実施例を図３に示
す。この装置は反応室（エッチングチャンバー）５０と
搬送室（ハンドリングチャンバー）６０から構成され
る。反応室５０は、外部反応管２０，外部反応管の内部
にある内部反応管１２，これら外部反応管および内部反
応管を固定する反応管ベース１３から構成される。外部
反応管２０には反応室にエッチング用ガス等を供給する
ガス導入口３１が、内部反応管１２には反応室内を排気
するための排気システム（図示せず）につながる排気口
３２が、内部反応管１２の外部には反応室を加熱するた
めの加熱体２１が設けられる。加熱体は電気的なもので
も良いし、温水を循環させても良い。
【００２５】搬送室６０は、搬送室容器１５の中に反応
室５０と搬送室６０を遮断するためのフランジ１４、こ
のフランジを移動させるための機構を収納している。こ
の機構は、フランジ１４に固定された移動体１７と、こ
の移動体を上下に駆動するポールネジ１６とから構成さ
れ、ポールネジを容器外に設けたモーター２２によって
駆動することにより、フランジ１４を上下に移動する。
フランジ１４には複数のウェハー２３を積層状に保持す
るためのボート１８が載せられている。搬送室６０の容
器１５にはボート１８へのウェハー移載を行うための開
口部３３と容器内を真空排気するための排気システム
（図示せず）につながる排気口３４が設けられている。
ボート１８はウェハー２３を保持するホルダー部と各ホ
ルダー部を一定の間隔で連結させる脚部から成り、脚部
には加熱体１９が埋め込まれている。加熱体１９を作動
させることにより脚部が加熱され、脚部に連結されたホ
ルダー部と、ホルダー部に保持されたウェハーが加熱さ
れる。薄型のカーボンヒータやＳｉＣヒータを用いれば
ホルダー部を直接加熱させることも可能である。
【００２６】ウェハー２３は搬送室開口部３３から装置
内へ搬入される。もし、開口部３３に連結された環境が
常時大気圧下であれば、この開口部にはゲートバルブの
ような遮断装置が必要である。ボート１８へのウェハー
移載が完了すれば、搬送室内に収納された移動機構１
６，１７によってボート１８は反応室内へ移動させられ
る。フランジ１４が反応室５０と搬送室６０を完全に遮
断した時、ボート１８は反応室内の所定の位置に置かれ
る。反応室とボートは加熱体２１，１９によって所定の
温度に加熱される。ガス導入口３１から反応室５０に導
入されたエッチングガスは、外部反応管２０と内部反応
管１２の間から、内部反応管に設けた多数の小孔２４か
ら内部反応管内へ入り、所定の反応を行い、排気口３２
から排出される。反応終了後、エッチングガスの導入は
停止され、反応室内の残留エッチングガス成分が十分に
下がり、反応室５０と搬送室６０の圧力がほぼ同じ程度
になったとき、フランジ１４は開けられ、ボート１８が
搬送室まで移動する。ウェハー２３は開口部３３から装
置外へ排出される。
【００２７】図４にＨＦエッチング装置の他の実施例を
示す。図３のＨＦエッチング装置とは、内部反応管３５
の構造と、排気口３２の取り付け位置が異なっており、
他の構成は同じである。したがって、図３と同一の部材
には同一の参照番号を付して示している。
【００２８】内部反応管３５は、上部が開いており、外
壁には図３のように小孔は設けられていない。また、排
気口３２は外部反応管２０に設けられている。
【００２９】エッチングガスはガス導入口３１から内部
反応管３５の内側に導入され、内部反応管の上方の開口
部から内部反応管３５と外部反応管２０の間を通り、外
部反応管に設けた排気口３２から排気される。この装置
を用いても、ＨＦガスエッチング時の面内均一性を高く
保つことができる。
【００３０】図５にＨＦエッチングガス供給系の一例を
示す。このガス供給系は、Ｈ2 Ｏガスに対するガス流量
調整器４３ａ，ＨＦガスに対するガス流量調整器４３
ｂ，水の沸点を降下させるガスに対するガス流量調整器
４３ｃと、バルブ４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、ガス混合
室４０とガス加熱室４１と、温度制御系７０とから構成
されている。
【００３１】エッチングガスは反応室５０とは独立した
ガス混合室４０へ導入される。混合されたエッチングガ
スはガス加熱室４１で加熱され反応室５０へ導入され
る。ただし、混合室４０から反応室５０へのガス配管で
加熱したり、反応室５０のガス導入口直近内側に加熱体
を設けて反応室内で加熱すれば、独立したガス加熱室は
必要ない。
【００３２】以上のようなＨＦエッチング装置およびＨ
Ｆエッチングガス供給系を用いて、ウェハー上の酸化膜
のエッチングを行う方法の実施例を説明する。
【００３３】実施例１ 到達真空度０．１Ｐａの反応室５０内にウェハー２３を
導入した後に、バルブ４３ａを開いてＨ2 Ｏガスを所定
の圧力まで導入し、次にバルブ４３ｂを開いてＨＦボン
ベより９９．９９９％の純度のＨＦガスを所定の圧力に
到達するまで導入し反応室５０内に封じ込め、６００Ｐ
ａのエッチング雰囲気を作り、減圧気相ＨＦ処理により
酸化膜エッチングを行った。また水分のエッチングに与
える影響を調べるために、６００ＰａのＨＦガスと３０
０ＰａのＨ2 Ｏガスによりエッチング雰囲気を作り、酸
化膜エッチングを行った。さらに、ＨＦ溶液による酸化
膜エッチングの選択性を調べるためにＨＦ／Ｈ2 Ｏ＝
１：３０の溶液を準備した。
【００３４】酸化膜厚のエッチング速度を調べるパイロ
ットとしては、Ｎ型６インチシリコン基板全面に１００
０オングストロームの熱酸化膜を形成したもの、またＮ
型６インチシリコン基板全面に３００００オングストロ
ームのＰＳＧを成長したものを使用した。
【００３５】図６に各方法でエッチングした時の酸化膜
種類の違いによるエッチング膜厚の違いを示す。これよ
りＨＦ／Ｈ2 Ｏ＝１：３０の溶液では、ＰＳＧと熱酸化
膜のエッチングレート差は２０程度であることがわか
る。ところが減圧気相ＨＦ処理を行えば熱酸化膜のエッ
チング速度を大幅に低減できＨＦあるいはＨＦ／Ｈ2 Ｏ
（６００／３００Ｐａ）どちらのガスでも選択比を１０
００倍以上にすることができることがわかる。
【００３６】本実施例ではエッチングガスを反応室内に
減圧状態で封じ込めたが、エッチングガスを減圧下で供
給および排気処理する方法を用い、ガス流の中でエッチ
ング処理しても良い。
【００３７】実施例２ ＨＦ／Ｈ2 Ｏガスによるエッチングにおいて、Ｈ2 Ｏ：
３００Ｐａおよび６００Ｐａの分圧下で、ＨＦガス分圧
を変化させた場合の、ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチング
レートの比を図７に示す。これより、ＨＦガス分圧を高
くすることで、ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチング選択性
が崩れやすいことがわかる。これより、ＨＦあるいはＨ
Ｆ／Ｈ2 Ｏガスエッチングを減圧下で行うことで、ＨＦ
分圧を容易に低減できるため、広いプロセス範囲で選択
エッチングが実現できることがわかる。
【００３８】実施例３ 水分濃度の影響を調べるために、到達真空度０．１Ｐａ
の反応室内に０〜２０００ＰａのＨ2 Ｏガスを導入し、
引続きＨＦガスを６００Ｐａ導入し、酸化膜エッチング
を１０℃で行った。
【００３９】このときの酸化膜は図８に示すように積層
構造膜とした。この積層膜の形成方法を以下に示す。Ｎ
型シリコン基板１を１０００オングストローム熱酸化し
てシリコン熱酸化膜２を形成した後、シリコン膜７をス
パッタリングにより２００オングストローム形成し、さ
らにボロンシリケートガラス（ＢＳＧ）膜８をＬＰＣＶ
Ｄ法により１０００オングストローム堆積した後にシリ
コン膜７を２００オングストローム堆積し、さらにＬＰ
ＣＶＤ法によりＣＶＤシリコン酸化膜９を形成した後に
シリコン膜７を２００オングストローム堆積し、さらに
ＬＰＣＶＤ法によりボロンフォスフォシリケートガラス
（ＢＰＳＧ）膜１０を１０００オングストローム堆積し
た後にシリコン膜７を２００オングストローム堆積し、
ＰＳＧ膜１１を１０００オングストローム堆積した後に
シリコン膜７を５００オングストローム堆積し８００℃
で６０分間アニール処理した。これをリソグラフィーと
ドライエッチングにより形状加工を施した。
【００４０】図９にＨＦ／Ｈ2 Ｏ＝６００／３００Ｐａ
で３０秒間気相エッチング処理を行った後の、断面ＳＥ
Ｍ写真を示す。ＰＳＧおよびＢＰＳＧ膜が他の膜に比較
し大きくエッチングされていることがわかる。
【００４１】図１０にこの積層構造膜をエッチング処理
した時の、ＢＰＳＧやＰＳＧおよび熱酸化膜のエッチン
グレートと、ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチングレート比
を示した。これより、ＢＰＳＧおよびＰＳＧ膜のエッチ
ングレートは、水分濃度の増加に伴い単純に増加してい
ることがわかる。一方、熱酸化膜のエッチングレート
は、水分分圧６００Ｐａ以上導入した時、急激に増加し
ていることがわかる。しかし、厳密にいうと水分分圧６
００Ｐａで、急激に熱酸化膜のエッチングが始まるわけ
ではない。本実施例の様な多層構造膜をエッチングした
時には、ＨＦガスはＢＰＳＧやＰＳＧの様な高いエッチ
ングレートを有する膜と積極的に反応を開始する。反応
時には、ＨＦの水素とシリコン酸化膜の酸素が反応し、
Ｈ2 Ｏをウェハー表面で生成する。従ってウェハー近傍
の水分分圧が増加し、選択性は崩れやすくなる。本実施
例ではエッチングガスを反応室内に減圧状態で封じ込め
る方法を用いた。このために、反応で生成したＨ2 Ｏが
エッチングガス中の水分分圧を増加させ、エッチング機
構にも影響を与えてしまった。そこで、エッチングガス
を減圧下で供給および排気処理する方法を用いて、ガス
流の中でエッチング処理を行った。この方法を用いるこ
とで、エッチング反応で生ずる水分のエッチングに及ぼ
す影響は除去できた。実際、ＨＦ分圧６００ＰａでＨ2
Ｏが８５０Ｐａ程度まで、ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチ
ングレート比が１０００程度に保たれた。ただし、実施
例２で述べたように、選択性は水分分圧だけで決まるの
ではなく、ＨＦの分圧にも強く依存する。実際のプロセ
スに適用するためのスループット等を考慮した場合、こ
のＨＦ分圧として１００Ｐａ程度でも適用可能となる。
実際に、ＨＦ分圧１００Ｐａでは、酸化膜の選択性は２
０００Ｐａ程度まで十分に保たれる。
【００４２】実施例４ 大気圧において、ＨＦ（純度：９９．９９９％）ガスあ
るいはＨＦ／Ｈ2 Ｏガスによるエッチングを行う際に、
被エッチング物質の温度を変化させ、ＢＰＳＧと熱酸化
膜のエッチングレート比を調べた。３０℃程度までは、
ＨＦガスだけを導入しても２０倍程度のエッチングレー
ト比しか得られなかった。一方、７０℃に加熱した場合
には、水分を５％導入しても１０００倍程度のエッチン
グレート比が確認できた。このことから、被エッチング
物質の温度を上昇させるに従い、熱酸化膜がほとんどエ
ッチングされない領域が広くなり、選択エッチングが実
現できることがわかる。
【００４３】実施例５ 減圧下において、７０℃の基板温度でＨＦ／Ｈ2 Ｏの分
圧を（６００／０Ｐａ，６００／６００Ｐａ，６００／
１２００Ｐａ）にし、積層膜のエッチングを行った時の
選択比を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】２０℃で減圧エッチングを施した場合に
は、水分分圧９００Ｐａ程度以上になると、ＢＰＳＧと
熱酸化膜のエッチングレート比は数十倍程度以下になる
ことを確認した。一方、７０℃でエッチングした場合に
は、水分分圧を１２００ＰａにしてもＢＰＳＧと熱酸化
膜のエッチングレート比は１０００倍以上であることが
確認できる。このことから、減圧気相ＨＦガスエッチン
グの際に、被エッチング物質を加熱することで選択エッ
チングが可能なプロセス領域が広くなることがわかる。
【００４６】実施例６ 大気圧において、ＨＦ（純度：９９．９９９％）ガスあ
るいはＨＦ／Ｈ2 Ｏガスを導入する配管を加熱しガスの
温度を上げ、酸化膜エッチングを行った時のＢＰＳＧと
熱酸化膜のエッチングレート比を調べた。これによれ
ば、ガス加熱を行わなかった時の選択比は１０倍程度で
あったが、ガス加熱を行った場合の選択比は１５００倍
程度であった。これよりガスをヒータ加熱することで、
ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチングレート比を１０００倍
程度に保てる領域が広くなることがわかる。実際に、ガ
ス配管を加熱することで、１分間のエッチングでウェハ
ー温度も５０℃程度まで上昇した。ガス加熱の方法とし
ては、加熱体２１により反応室全体を加熱しても同様の
効果が得られることも確認できた。
【００４７】実施例７ 減圧下において、ＨＦ／Ｈ2 Ｏ（６００／６００Ｐａ）
ガスを導入する配管を加熱し、ガスの温度を上げ酸化膜
エッチングを行った時の、ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチ
ングレート比を調べた。この結果、ガス加熱を行わなか
った場合のエッチングレート比は３０倍程度であった
が、ガス加熱を行うことで１０００倍以上の高い選択性
が確認できた。これより、ガスをヒータ加熱した時の方
がＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチングレート比を１０００
倍程度に保てる領域が広くなることがわかる。ガス加熱
の方法としては、加熱体２１により反応室全体を加熱し
ても同様の効果が得られることが確認できた。
【００４８】実施例８ 大気圧において、ＨＦ（純度：９９．９９９％）ガスあ
るいはＨＦ／Ｈ2 Ｏ（Ｈ2 Ｏ：５％）ガスエッチングを
行う際に、バルブ４３ｃを開いて水の沸点を降下させる
働きのあるＣ2 Ｈ5 ＯＨガスをガス全体の１０％にあた
る量で導入した。このＣ2 Ｈ5 ＯＨガスを添加しなかっ
た時には、ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチングレート比は
１０倍程度であった。Ｃ2 Ｈ5 ＯＨガスを添加したとき
には、１０００倍程度であった。これより水の沸点を降
下することで、ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチングレート
比を１０００倍程度に保てる領域が広くなることがわか
る。本実施例では大気圧でのエッチングを示したが、減
圧にすることでこの効果は、さらに顕著となる。実際に
ＨＦ／Ｈ2 Ｏ（６００／６００Ｐａ）ガス＋Ｃ2 Ｈ5 Ｏ
Ｈ（２００Ｐａ）ガスによるエッチングでは、室温にお
いてＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチングレート比は１００
０倍以上となった。またエッチング装置およびガス系を
７０℃程度に加熱した場合には、ＨＦ／Ｈ2 Ｏ（６００
／１０００Ｐａ）ガス＋Ｃ2 Ｈ5 ＯＨ（２００Ｐａ）ガ
スによるエッチングでは、ＢＰＳＧと熱酸化膜のエッチ
ングレート比は１０００倍以上となった。
【００４９】実施例９ ＨＦガスエッチングを行っている時に、ウェハー表面に
Ｈ2 Ｏ層が形成されることを前述した。この水分層をエ
ッチング終了後に除去するために、加熱体１９によりウ
ェハー加熱を行った。この処理により、水分層は揮発し
ていることが確認できた。
【００５０】実施例１０ ウェハー表面にＨ2 Ｏのみが吸着している時は、実施例
９で述べたように単なる加熱で良い。しかし、ＰＳＧ膜
をエッチングした場合、リンが水分層中に存在する。こ
の場合には、加熱だけではリンが析出する。そこで、フ
ッ素ガスを加熱時に導入した。この処理を施すことで、
リンはフッ化物として揮発し、ウェハー表面が清浄に維
持できることがわかった。
【００５１】
【発明の効果】本発明によれば、膜質の異なる酸化膜の
選択的エッチングが容易に実現できる。またこの方法を
可能とする装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水分分圧が高い状態で気相ＨＦ処理した時のエ
ッチングメカニズムを示す概略図である。
【図２】水分分圧が低い状態で気相ＨＦ処理した時のエ
ッチングメカニズムを示す概略図である。
【図３】気相ＨＦ処理装置の一実施例を示す図である。
【図４】気相ＨＦ処理装置の他の実施例を示す図であ
る。
【図５】ＨＦエッチングガス供給系の一例を示す図であ
る。
【図６】熱酸化膜とＰＳＧ膜の気相及び液相におけるエ
ッチング膜厚の関係を示した図である。
【図７】ＨＦ分圧を変えた時の、ＢＰＳＧとＳｉＯ2 の
エッチングレート比を示す図である。
【図８】エッチング膜厚をモニターした積層酸化膜構造
を示す図である。
【図９】積層膜を気相ＨＦ処理した時の一例を示す図で
ある。
【図１０】水分分圧を変えて積層構造膜をエッチングし
た時の、エッチング膜厚とＢＰＳＧとＳｉＯ2 のエッチ
ングレート比を示す図である。
【符号の説明】
１ シリコン基板 ２ シリコン熱酸化膜 ３ 水分吸着層 ４ Ｈ2 Ｏ ５ ＨＦ ６ エッチング反応物 ７ ＣＶＤシリコン膜 ８ ＢＳＧ膜 ９ ＣＶＤシリコン酸化膜 １０ ＢＰＳＧ膜 １１ ＰＳＧ膜 １２ 内部反応管 １３ 反応管ベース １４ フランジ １５ 搬送室容器 １６ ポールネジ １７ 移動体 １８ ウェハーボート １９ 加熱体 ２０ 外部反応管 ２１ 加熱体 ３１ ガス導入口 ３２ 排気口 ３３ 開口部 ３４ 排気口 ４０ ガス混合室 ４１ ガス加熱室 ４２ａ，４２ｂ，４２ｃ バルブ ４３ａ，４３ｂ，４３ｃ ガス流量調整器 ５０ 反応室 ６０ 搬送室
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 京極 光祐 東京都多摩市永山６丁目23番１ 日本エ ー・エス・エム株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−296021（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−204930（ＪＰ，Ａ)

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】不純物を含んだシリコン酸化膜と含まない
    シリコン酸化膜が形成されたウェハーに、ＨＦガスある
    いはＨＦ／Ｈ2Ｏガスを含むエッチングガスを流して、
    前記不純物を含んだシリコン酸化膜を室温で選択的にエ
    ッチングを行う方法において、 エッチングを２６００Ｐａ以下の減圧状態で行い、しか
    も水分分圧を２０００Ｐａ以下に保つことを特徴とする
    エッチング方法。
  2. 【請求項２】ＨＦガスあるいはＨＦ／Ｈ2Ｏガスを含む
    エッチングガスでウェハー上のシリコン酸化膜のエッチ
    ングを行うエッチング方法において、 シリコン酸化膜中の膜質や膜中不純物に起因するエッチ
    ングレート差を大きくし選択的に特定膜質の酸化膜エッ
    チングを行うため、被エッチング物を室温よりも高い温
    度に加熱ししかもエッチングを２６００Ｐａ以下の減圧
    状態で行うことを特徴とするエッチング方法。
  3. 【請求項３】ＨＦガスあるいはＨＦ／Ｈ2Ｏガスを含む
    エッチングガスでウェハー上のシリコン酸化膜のエッチ
    ングを行うエッチング方法において、 シリコン酸化膜中の膜質や膜中不純物に起因するエッチ
    ングレート差を大きくし選択的に特定膜質の酸化膜エッ
    チングを行うため、加熱したエッチングガスを供給しし
    かもエッチングを減圧状態で行うことを特徴とするエッ
    チング方法。
  4. 【請求項４】ＨＦガスあるいはＨＦ／Ｈ2Ｏガスを含む
    エッチングガスでウェハー上のシリコン酸化膜のエッチ
    ングを行うエッチング方法において、 シリコン酸化膜中の膜質や膜中不純物に起因するエッチ
    ングレート差を大きくし選択的に特定膜質の酸化膜エッ
    チングを行うため、エッチングガスに水の沸点を降下さ
    せるガスを添加することを特徴とするエッチング方法。
  5. 【請求項５】エッチングを減圧状態で行うことを特徴と
    する請求項４記載のエッチング方法。
  6. 【請求項６】エッチングガスを加熱することを特徴とす
    る請求項４または５記載のエッチング方法。
  7. 【請求項７】エッチングを行った後に、ウェハーを加熱
    することを特徴とする請求項１〜６記載のエッチング方
    法。
  8. 【請求項８】ウェハーを加熱するときハロゲンを流すこ
    とを特徴とする請求項７記載のエッチング方法。
  9. 【請求項９】ＨＦガスあるいはＨＦ／Ｈ2Ｏガスを含む
    エッチングガスでウェハー上のシリコン酸化膜のエッチ
    ングを行うエッチング装置において、 エッチングを行う反応室と、 反応室内に、複数のウェハーを一定の間隔で積層状に保
    持させるウェハーボートと、 前記反応室の隣に配置され、ウェハーボートの移載を行
    う搬送室と、 ウェハーボートを搬送室から反応室へ移動させる機構
    と、 反応室と搬送室を分離する機構とを備え、 ウェハーボートが発熱体で構成され、または、ウェハー
    ボートが発熱体を具備し、 反応室が外部反応管とこの外部反応管の内部に設けられ
    た内部反応管とよりなり、内部反応管内にウェハーが配
    置され、内部反応管と外部反応管の間に供給されるエッ
    チングガスが、内部反応管に設けられた多数の小孔また
    はスリットから内部反応管内に供給されることを特徴と
    するエッチング装置。
  10. 【請求項１０】ＨＦガスあるいはＨＦ／Ｈ 2 Ｏガスを含
    むエッチングガスでウェハー上のシリコン酸化膜のエッ
    チングを行うエッチング装置において、 エッチングを行う反応室と、 反応室内に、複数のウェハーを一定の間隔で積層状に保
    持させるウェハーボートと、 前記反応室の隣に配置され、ウェハーボートの移載を行
    う搬送室と、 ウェハーボートを搬送室から反応室へ移動させる機構
    と、 反応室と搬送室を分離するさせる機構とを備え、 ウェハーボートが発熱体で構成され、または、ウェハー
    ボートが発熱体を具備し、 反応室が外部反応管とこの外部反応管の内部に設けられ
    た内部反応管とよりなり、内部反応管内にウェハーが配
    置され、内部反応管内に供給されるエッチングガスが、
    内部反応管の上部開口から内部反応管と外部反応管の間
    に送り出されることを特徴とするエッチング装置。
  11. 【請求項１１】反応室を加熱する手段を有することを特
    徴とする請求項９または１０記載のエッチング装置。
  12. 【請求項１２】反応室へ導入されるガスの供給ライン上
    に、ガスを加熱する手段を有することを特徴とする請求
    項９または１０記載のエッチング装置。
  13. 【請求項１３】反応室へ導入口内側に、反応室へ導入さ
    れるガスを加熱させる手段を有することを特徴とする請
    求項９または１０記載のエッチング装置。
  14. 【請求項１４】反応室と独立したガス混合室を設け、エ
    ッチングガスをガス混合室に供給してガスの混合を行っ
    た後、その混合ガスを反応室へ供給することを特徴とす
    る請求項９〜１３のいずれかに記載のエッチング装置。
  15. 【請求項１５】エッチングガスに水の沸点を低下させる
    ガスを添加する手段を有することを特徴とする請求項９
    〜１４のいずれかに記載のエッチング装置。
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