JP4122124B2 - 半導体基板の両面エッチングシステム及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明の分野は、一般的には半導体プロセスに関するものである。更に詳細には、本発明の分野は、半導体基板の両側に堆積した膜を同時にエッチングするシステム及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造では、ウエハ又は他の半導体基板の両側に膜が成長され、及び（又は）堆積される。ウエハの一側でパターニング及びエッチングすることによってデバイス構造を形成した後、これらの膜はしばしば除去される必要がある。デバイスを形成したウエハの一側は通常、ウエハの頂側又は前側と呼ばれている。ウエハの他側、即ちデバイスの形成されていない側をウエハの後側と呼んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハの両側からこれらの膜を同時に除去する一つの方法はウエットエッチング処理液を用いている。例えば、低圧化学蒸着法反応装置で作られた窒化ケイ素膜は、選択酸化法（ＬＯＣＯＳ）や浅いトレンチアイソレーション（ＳＴＩ）の技術における選択酸化のためのマスク膜として使用されてきた。窒化膜は熱リン酸のウエットエッチング処理液を用いて除去され得る。このようなウエット処理液が、どんな下側の膜に対しても高いエッチング速度及び高い選択性のような他の良好な特性を示している間に、ウエハの両側から同時に膜を除去できる。しかしながら、ウエット処理液は、ウエハのサイズが大きくなると共に、デバイスの大きさが小さくなるにつれ、ますます不都合になる。これらの不都合は特に下記の点を含んでいる。（ｉ）安定した処理結果を得るため、頻繁に化学物質を交換する必要があるので、化学物質の使い捨ては不経済であるかもしれない。（ii）通常のウエット処理液からの蒸気は作業者の健康に有害であり、作業のために化学物質を環境的に分離することは高くつくかもしれない。（iii）エッチング処理液は小さな幾何学的デバイスの製造に悪影響を及ぼす粒子や、望ましくない残留物を残すことがある。（iv）ウエットエッチングは、より新しくて小さなサブミクロン構造に共通する高アスペクト比に適さないかもしれない。（ｖ）ドライエッチングは一つの処理室で多層膜を除去できるが、単一のウエットエッチング処理液は多層膜をエッチングすることができないことがある。（vi）典型的には、ウエハの全カセット（又は幾つかのカセット）がウエットエッチングで危険にさらされ、そして、ドライエッチング製法は通常、一度に一つ又は二つのウエハを処理するので、もし製法や自動装置に不具合があったならば、カセットを失う可能性がある。
【０００４】
両面エッチングに使用される一つのタイプのドライエッチングシステムは、バレルエッチャー（barrel etcher）である。このタイプのエッチャーはフォトレジスト除去に用いられたが、次のような欠点を有することがある。即ち、強力なウエハ−ウエハの、又はウエハ内のローディング効果、乏しいエッチングの一様性、真空ロードロック（vacuum load lock）の不足による粉塵発生の影響され安さ、及び、処理の失敗の場合にはウエハのカセット全体、又は多数のカセットにおける損失の危険である。
【０００５】
ウエハのサイズが増大し、デバイスの特性が減少するにつれ、プロセスの要求は益々厳しくなる。その結果、望まれることは次のような等方性エッチャーである。即ち、その等方性エッチャーは、改良された処理性能及び制御と、各ウエハに対して処理持続時間を正しく制御するように本来の立場での終点監視（in-situ end point monitoring）と、低減された粉塵汚染とをもたらす。
【０００６】
典型的なプラズマエッチャーは一回でウエハの一側をエッチングするので、特別な注意を払って前側の感光物質を損傷させることなく後側から不要な物質を除去しなければならない。一つの解決法は、ウエハの前側にフォトレジストを塗布し、ウエハを逆にして後側をエッチングすることである。別の解決法は、ウエハの下方にプラズマ源を置くことである。この後者の方法では、後側をエッチングしている間に、デバイスの特性を保護するため反応しないガスがウエハの前側を横切って流される。後側のエッチングが完了した後、前側が従来方法でエッチングされる。この方法は有効ではあるが、前側と後側とのエッチングが同時になされないので、生産量が制限される。
【０００７】
特に、デバイスの特性が処理条件に影響されやすい時に、ウエハの両面同時エッチングを多くの従来のプラズマエッチャー内で実行することは難しい。例えば、ＬＯＣＯＳ窒化物処理において、ウエハの両側には窒化ケイ素の膜（厚さ約１０００オングストロームである）が堆積される。膜はマスクになる。そして、トランジスタの接点及びゲートに結局なるウエハの前側で表面を保護することによって、フィールド酸化膜の成長場所を明確にするために、その膜が用いられる。露出した及び（又は）下側にある領域は、シリコンのエッチング、イオン衝撃、又は紫外線に非常に影響され易く、これらのいずれもが、発生した機構に損傷を与える。窒化ケイ素を除去するエッチング処理は非常に選択的であり、窒化ケイ素と酸化ケイ素との選択的なエッチング速度は約３０：１又はそれ以上である。他の影響され易い処理は浅いトレンチアイソレーションを含んでいる。その浅いトレンチアイソレーションは、１００：１と同じ窒化物：酸化物の選択性を必要とし、前側又は後側がより早くエッチングされるか否かに依存している。後側を前側より速くエッチングする態様のうち幾つかでは、選択性が約４０：１（ＬＯＣＯＳ処理の場合）であることが必要だけである。
【０００８】
ウエハの両側が同時にエッチングされる両面エッチングでは、ウエハの前側及び後側でエッチングできる平均厚さに略比例して前側と後側とのエッチング速度を有することがしばしば望ましい。そうでなければ、一側を他側より長く過剰にエッチングし、他側上で他の膜への選択性を更に増大させて損傷を避けなければならない。ある応用では、前側のエッチング速度より速い、即ち浅いトレンチアイソレーション又は他の可能な新しい処理内で３倍速い後側のエッチング速度を有することが望まれている。一側だけ（典型的には前側）からウエハまで反応物を供給する時に、単一のウエハプラズマエッチャー内でこの種の制御を得ることは困難である。反応性イオンエッチャーのようなプラズマエッチャーがリフトピン上でのウエハの処理によって両面エッチングを行うことができるが、ウエハの下方のハードウエアが後側のエッチング速度を制限し、又は一様でなくなるかもしれない。また、ウエハがプラズマに直接さらされると、イオン衝撃、ＵＶ露光、及び電荷効果が敏感な特性を傷めることがある。
【０００９】
両面同時エッチング用のシステム及び方法は次の多くの点で望まれている。即ち、（ｉ）イオン衝撃や紫外線光からの低減された損傷、（ii）下側の膜への高度な選択性、（iii）後側：前側の高いエッチング速度の比、（iv）ウエハの両側上での良好なエッチング速度の一様性、（ｖ）高い生産量を備えるための単一処理ステップにおいてウエハの両側上でのエッチングの高い速度である。これらの特徴の各々を適当に組み合わせることが特に望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様は、半導体基板の両面をエッチングする反応装置システムを提供する。典型的な反応装置システムは、反応種を生成する生成室と、生成室にガスを供給するガス入口と、半導体基板を処理する処理室と、処理室からのガスを排気するガス出口とを有している。この反応装置システム内においては、通常、ガスは生成室から処理室へ流れ、それから排気される。処理室内には、基板の前側及び後側を露出させる基板用支持と、次のようなダイバータとがある。即ち、（ａ）ダイバータによって生成室から反応種の流れの第１部分を基板の一側へ流れさせることが可能となる。（ｂ）ダイバータが、自身と基板との周囲における反応種の流れの第２部分を方向転換して基板の他側へ流す。
【００１１】
本発明の別の形態は、次のように形成されたダイバータを提供する。即ち、ダイバータとウエハの第１側との間の領域に到達するように、反応種の流れの第１部分がダイバータを通過し又はある角度までダイバータの周囲を移動するように、或いはその両方であるように、ダイバータが形成されている。これに関連して、ウエハの「第１側」はウエハにおいてダイバータに略対向する側であり、従って、第１側はウエハの前側又は後側のいずれかである。反応種の流れの第２部分はダイバータを迂回し、ダイバータとウエハの第１側との間の領域を避ける。これは一部分で達成される。なぜならば、生成領域からのガス流の幾らかはダイバータと略平行な方向へ方向転換されるので、ダイバータとウエハの第１側との間の領域を通過しないからである。ガス状種の流れの第１及び第２部分はウエハの第２側を通過する。これに関して、用語「第２側」は、ダイバータから離れて略対向するウエハの側である。ウエハの第１及び第２側を通って流れる際に、反応ガス状種によって、ウエハの表面上、即ち第１及び第２側上で材料の幾らかが適切な選択且つ一様な方法でエッチングされる。
【００１２】
本発明の別の態様は、第一組のピン上で基板を処理する方法を提供し、第二組のピンへウエハを移動させずにピンとウエハとの間の材料を充分に除去する。その方法では、第２組の領域接点が第１組の領域接点と重ならない。
【００１３】
本発明の更に別の態様は両面エッチングの方法を提供し、両面エッチングによって次の処理結果が所望の仕方で調和可能となる。即ち、（ｉ）ウエハの第１側上でエッチング速度の一様性とエッチング速度の選択性、（ii）第１側：第２側のエッチング速度比、（iii）第２側におけるエッチング速度の一様性である。
【００１４】
本発明の態様は、半導体基板の両側上で膜を同時にエッチングすることを考慮している。本発明の態様は、反応種における殆ど任意の源（ソース）で使用され、プラズマ源を利用したもの、下流のウエハ処理室へ反応種を供給するものを含んでいる。一つの態様において、基板は先端の尖った３本のピンで支持されているので、基板の両側がエッチング用の反応種へ露出される。反応種の源で発生された反応種の流れの第１部分は反応用の基板の一側（これは前側であるかもしれない）に供給される。反応種の流れの第２部分は他側（後側かもしれない）へ向けて基板の周囲に導かれ、それから第２部分が処理室から汲み上げられる。反応種の充分且つ適切な流れを基板の後側に供給するために、ガス流ダイバータは、反応種生成室と基板との間に置かれ、前側への流れを低減している。これにより、反応種の幾らかが、ウエハの前側に隣接して通過することなくウエハの後側ヘ流れる。それから、流れ絞りが基板と排気口との間に置かれ、ウエハの第２側（後側であるかもしれない）に隣接した反応種の滞留時間と可能性とを増大させる。
【００１５】
本発明の態様では、所望の処理結果を得るために種々のタイプのダイバータと、ダイバータ、整流装置（baffles）、及び絞りの組合せとを使用できる。ある態様で使用されたダイバータは、１つ以上のプレートと、１つの孔又は複数の孔パターンを有する少なくとも１つのプレートとを備えている。ダイバータの直径、孔パターン、孔サイズ、及び、ダイバータと基板との間の分離距離は、所望の処理結果を達成するように調整される。一つの態様では、ダイバータが、プラズマから基板への視線を遮蔽し、ＵＶ放射を最小化し、及び、損傷を負担し、それによりプロセスの最適化に寄与する。ダイバータが一つ以上のプレートから成る場合に、典型的な様態は、ウエハに最も近いダイバータの部分が、ガス状種をウエハへ通す孔を有するような形状である。この多重プレートのダイバータは、生成領域から、プラズマを含んだウエハへの視線を阻止するのに用いられる。
【００１６】
本発明の別の態様は、反応ガスの流れに関してウエハから下流に配置された流れ絞りを備えている。ダイバータと同様に、流れ絞りが、孔パターン（又はガス流を制限する他の機構）を備えたプレートである。そこでは、孔が排気ポンプへの出口通路を与えている。孔のサイズ及び形状は、長い滞留時間を反応種に提供するのに充分小さいだけでなく、十分なガス流コンダクタンスを備えるのに充分に大きくなるように選択されている。基板の直径に関してプレート又は他の制限機構と、基板との間の距離は、所望の後側のエッチング速度及び一様性を達成するように選択されている。底部プレート又は他の機構の形状もまた処理結果を最適化するために変更される。
【００１７】
本発明の前記及び他の態様の利益として、高い選択性、低いイオン損傷、良好なエッチング速度（例えば毎分２００〜１０００オングストローム）、及び、良好な一様性が両面同時エッチング処理において達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の形態は、種々のプラズマ源と連結して用いられ、誘導結合型プラズマ源、らせん型共振器、及び、マイクロ波プラズマ源を用いたものを含んでいる。本発明の形態と連結して用いられた付加的で典型的な反応装置の形状とプロセスとが以下で与えられている。即ち、米国特許第５５３４２３１号、米国特許第５２３４５２９号、米国特許第５８１１０２２号、本出願の譲受人に譲渡されて１９９６年１月２３日に出願された米国特許出願第０８／８１１８９３号、本出願の譲受人に譲渡されて１９９８年１１月１６日に出願された米国特許出願第０９／１９２８１０号、本出願の譲受人に譲渡されて１９９８年１１月２５日に出願された米国特許出願第０９／２００６６０号、及び、本願の譲受人に譲渡されて１９９８年１１月１６日に出願された米国特許出願第０９／１９２８３５号であり、上記のそれぞれは全て本明細書に参照文献として結合されている。特に、商業的な実施の形態では生産量を高め、構成要素の余分を低減するため、米国特許第５８１１０２２号と米国特許出願第０８／８１１８９３号とで開示されているように、二重ウエハ、二重プラズマ生成室の構成を用いている。
【００１９】
本発明の形態を用いて除去された一タイプのマスク膜の一例は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、ＬＯＣＯＳ応用に用いた窒化ケイ素膜である。図１Ａでは、二酸化ケイ素膜１０１が、例えばシリコンウエハの基板１０２上に設けられている。図１Ａのマスク膜１０３は、順に、酸化物膜１０１の頂部に付着され、パターニングされている。マスク膜１０３は、図１Ａで示されるように、窒化ケイ素１０５上で酸窒化ケイ素のデュアル膜１０４から成るが、この例では窒化物マスク膜１０３として一般的に呼ばれている。なお、ウエハの前側に窒化物を付着するという操作はまた、後側に窒化物膜１０６を付着する。
【００２０】
図１Ｂに示すように、保護されていない（マスクしていない）領域で酸化物膜１０１を成長させ、本質的に二つの部分、即ちパッド酸化物１０９とフィールド酸化物１１０とを形成する。窒化物マスク１０３が、ある領域内で酸化物膜１０１を保護するので、パッド酸化物１０９が厚く成長せず、フィールド酸化物１１０ほど厚くならない。パッド酸化物１０９の厚さは１００オングストローム台、又はそれ以下である。
【００２１】
それから、図１Ｃに示すように、ウエハの前側の窒化物膜１０３とウエハの後側の窒化物膜１０６とが除去される。少なくとも窒化物膜１０３を除去した後の段階の間に充分な窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性（例えば約４０：１）を備えることの重要性は、同時に窒化物膜１０３を完全に除去する間ずっと、極端に薄いパッド酸化物１０９のエッチングを最少化することである。ウエハの前側に対して望まれている高い選択性は、後側で適切な窒化物エッチング速度を達成することで釣り合わされなければならない。事実、ウエハの後側における窒化物エッチング速度の一様性が、絶対的なエッチング速度自身と同程度に重要なパラメーターである。これにより、後側の中央部の窒化物１０８が後側の縁部の窒化物１０７と略同程度に速く除去されるのが保証されている。
【００２２】
次の事項は上記のプロセスにとって重要なパラメーターである。即ち、（ｉ）ウエハの前側における窒化物：酸化物エッチング速度の選択性、（窒化物１０３のエッチング速度：酸化物１０９のエッチング速度の比）、（ii）ウエハの前側におけるエッチングの一様性、（iii）後側：前側の窒化物エッチング速度の比（窒化物１０６のエッチング速度：窒化物１０３のエッチング速度の比）、（iv）ウエハの後側における窒化物エッチング速度の一様性であり、それはエッチングされた窒化物１０８の量から、エッチングされた窒化物１０７の量を引き、平均で割って百分率で定義されている。
【００２３】
もちろん、本発明の形態は種々のプロセスで使用され、そのプロセスでは半導体基板の両側から材質をエッチングすることが望ましい。特に、本発明の形態を使用した膜を含む酸化物膜及び（又は）シリコン含有膜に関して、高い選択性を備えた種々の窒化物膜及び（又は）ポリシリコン膜をエッチングすることが望ましいかもしれない。
【００２４】
図２の反応装置は、例えば上述のサンプルプロセスのように、両面エッチング処理に対して所望の前側の一様性及び選択性と、後側：前側のエッチング速度の比と、後側の一様性とを達成するために用いられている。図２は、本発明の一実施の形態によれば、符号２００で一般に示めされた反応装置の側断面で部分的な概略図である。この実施の形態においては、二つの円筒状プラズマ生成室２０２ａ，２０２ｂが並んで配列されている。類似の構成要素が、二つの円筒状プラズマ生成室２０２ａ，２０２ｂに接続して使用されている。これらの類似な構成要素は図２での各円筒状プラズマ生成室に対して同じ参照番号で呼ばれるが、添字「ａ」及び「ｂ」はプラズマ生成室２０２ａ，２０２ｂの構成要素の間で区別を付けるためにそれぞれ付加されている。これらの構成要素は添字なしの参照番号によって一般に呼ばれる。二つのプラズマ生成室は、ほぼ対の要素を使って略独立的に動作する間に、ガス供給システム２０４、排気システム２０６、ウエハ処理室２０８、及び、制御システム２１０を共有している。第３の実施の形態におけるシステムは、生産量を二倍にするため二つのウエハを同時に処理するように形成されている。
【００２５】
図２の実施の形態では、ガス供給システム２０４が、所望の流速でガス入口２１２ａ，２１２ｂを介してプラズマ生成室２０２へガス混合物を供給するために形成されている。プラズマ生成室はプラズマを発生させてエッチング処理用の活動種（active species）を生成させる。室壁２１４ａ，２１４ｂは、例えば石英やアルミナのような非導電性材料で形成されている。誘導コイル２１６ａ，２１６ｂがプラズマ生成室壁２１４を囲んでいる。これらの誘導コイルは電源システム２１８ａ，２１８ｂ（ＲＦ源と従来のインピーダンス整合回路網とを有する）に接続されている。電源システムは、所望の電力レベル及び周波数で、例えば約５００〜１５００ワットの電力及び１３．５６ＭＨｚの周波数で誘導コイルに無線周波（ＲＦ）電力を供給するために形成されている。もちろん、（本明細書に参照文献として含まれた米国特許出願第０８／７２７２０９号で説明されたように、一定のサイクルの間に高電力を備えたパルス電力のような）特定のプラズマ特性を発生するのに望ましいように、他の電力レベル及び周波数が使用されている。誘導コイルは、プラズマ生成室内のガスにＲＦ電力を誘導的に結合してプラズマを形成し、それにより処理用の活動種を生成する。
【００２６】
図２の実施の形態において、誘導コイルとプラズマとの間に分離ファラデーシールド２２０ａ，２２０ｂが置かれている。分離ファラデーシールドの底部は処理室２０８の頂部２２２（又は接地への他の通路）に結合され、分離ファラデーシールドの全断面に共通接地を与えている。分離ファラデーシールドは、プラズマ生成室への電力の容量型結合（プラズマを変調し、イオンを壁内へ及びウエハに向って駆動できる）を低減する。しかし、分離ファラデーシールドによって電力が、プラズマ生成室に誘導的に結合されてプラズマを生成可能となる。容量型結合及び変調における所望のレベルがプラズマをより容易に燃やし、プラズマの電力、組成、及び他の特性を制御するのを可能とするように、分離ファラデーシールドが形成されている。
【００２７】
例えば次のようなものを含んだ本発明の他の実施の形態では、種々のプラズマ源が使用されている。即ち、（ｉ）米国特許第５８１１０２２号と米国特許第５５３４２３１号とに記載されたような分離ファラデーシールドを備え、又は備えない誘導結合型プラズマ生成室、（ii）マイクロ波プラズマ源、共振空洞、導波管、及び（又は）ＥＣＲ型室、（iii）ＲＦ励振を用いた容量結合型プラズマ、（iv）供給ガスにおける一種又は複数種を分離するＵＶ光源、（ｖ）反応ラジカルを発生するように自然に反応するガスを混合する領域、（vi）一つ又はそれ以上のガスを分離するための高温要素である熱分解セル、及び（又は）（vii）１０ＭＨｚ〜１．０ＧＨｚの励起周波数を用いた超高周波（ＵＨＦ）プラズマ源である。
【００２８】
生成室は処理用のガスから反応種（reactive species）を発生させ、その反応種は処理室２０８内へ基板２２４ａ，２２４ｂの表面を横切って流れる。窒化ケイ素をエッチングするようなＬＯＣＯＳ（選択酸化法）又はＳＴＩ（浅いトレンチアイソレーション）処理用の典型的なガスは次のものを含んでいる。即ち、（ｉ）ＣＦ4のようにフッ素と化合させられた炭化水素、又は、ＮＦ3、又はＳＦ6であるフッ素源、（ii）ＮＨ3、ＣＨ3ＯＨ又はＨ2Ｏ、又は、（例えばＣＨ2Ｆ2又はＣＨＦ3のようなペルフロオロ（perfluoro）成分でない）過フッ化炭化水素から成る水素源（不活性ガス中における稀釈混合物である）、（iii）Ｏ2、Ｈ2Ｏ、又はＮ2Ｏである酸素源である。
【００２９】
ガス流は各成分ガスに対して約十ＳＣＣＭ〜数千ＳＣＣＭの範囲、又はこれに包括された任意の範囲である。ガス出口２２６は、基板下方の処理室の底部に配置され、処理室からガスを排気するためガス排気システム２０６に結合されている。ガス供給システム２０４とガス排気システム２０６とは、一定処理のために処理室内で所望の圧力を維持し、例えば、約０．０３Ｔｏｒｒから大気圧までの範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲に維持するため形成されている。種々のプラズマ源とプラズマ処理とのための典型的な圧力及びガスは更に以下に記載され、そして参照文献として結合された上記の米国出願に開示されている。
【００３０】
図２の実施の形態において、プラズマからの活動種は処理室内の基板の前側及び後側を横切って流れる。活動種は、エッチングすべき窒化物又は他の膜に反応し、それにより基板の両側を同時にエッチングする。その構成が処理室内に置かれ（及び（又は）処理室壁内に組み込まれ）、活動種の流れを制御するので、基板の各側が所望の速度でエッチングされる。特に、後側へ十分な流れを方向転換させることが望ましいので、後側が高速度でエッチングされる（例えば、窒化物膜が後側でより厚い時に）のが望ましい。更に、種が後側の中央部から排出され、そして排気流を制限することによって、種が十分なエッチング期間の間、後側付近に滞留するのが保証される。図２の実施の形態では、流れがガスダイバータ２２８及び（又は）流れ絞り２３０を用いて制御される。ダイバータ２２８によって活動種が基板２２４の前側を横切って流れ、しかも後側に向う流れの一部を方向転換するのが可能となる。図２の実施の形態では、ダイバータは本質的にはプレート（基板の中央部を通ってそれに垂直な軸のまわりで略対称に形成された）であり、そのプレートは孔２３２を有し、その孔によって活動種の一部がダイバータに対向した基板の表面（ここでは前側）に直接流れるのを可能とする。そして、ダイバータはまたその周囲に開口を形成し、その開口によって活動種の一部が、ダイバータから離れて対向する表面（ここでは後側）に向って基板の縁部を過ぎた所に流れる。スカート２２９がダイバータを取り囲んで基板へ向けて周囲の流れを導く。ダイバータ及びスカートを構成する材料の例は、アルミニウム、酸化皮膜を生じさせるアルミニウム、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））及び（又は）石英、又は、金属酸化物を含んだセラミック、又は、活動種でエッチングされないフッ素化合物である。ダイバータはまた、セラミック、安定な金属酸化物、又は、フッ素化合物を含んだ他の材質から形成され、そして、不反応剤、好ましくは、サファイアのような円滑な塗布材料、又は、セラミックのような他の不反応剤で塗布されている。
【００３１】
流れ絞り２３０は基板の第２側（即ち、基板においてダイバータに対向していない側）に対向し、流れ絞り２３０の目的は活動種の充分な滞留時間を提供し、基板の第２側を処理する。流れ絞りは、アルミニウム、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））及び（又は）石英から形成され、或いは、セラミック、不反応性金属酸化物、又はフッ素化合物のような相対的に不反応塗布材料で塗布された他の材料から形成されている。典型的な実施の形態では、流れ絞りは、中央に対称的に集められた孔を備えたプレートである。その孔はガス出口２２６を介してガス流を制限するのに用いられる。孔は基板背後の中央部に数インチの範囲で集中されている。孔は、適切な流れコンダクタンスのため充分に大きいが、所望のエッチングのために基板の第２側上で活動種の充分な滞留時間を可能としている。孔のサイズ及びパターンは、前側エッチング速度と後側エッチング速度との均衡を保つように選択され、ウエハの前側で所望の窒化物：酸化物の選択性を維持している。流れ絞り２３０と基板２２４との間の距離もまた最適な選択性、エッチング速度、及び一様性のために調整されている。
【００３２】
図２の実施の形態では、ダイバータは基板の上方で約０．５〜３インチであり、また絞りは基板の下方で約０．５〜３インチであるが、これらの距離は所望の流れを達成するために調整される。特別な実施の形態においては、ダイバータはウエハの上方に約１インチであり、また絞りはウエハの下方に約３／４インチである。別の実施の形態では、ダイバータはウエハの上方に２．４３インチ又は２．６２インチ（支持ピンの位置に依存する）であり、また絞りはウエハの下方に１．３インチ又は１．１２インチである。代替の実施の形態では、ダイバータは処理室２０８の頂部２２２の一部として形成され、また絞りは処理室の底部内に形成されている。このような実施の形態では、処理室の高さは基板の前側と後側とを横切って所望の流れをもたらすように調整されている。しかしながら、ダイバータ及び絞りを異なる構成に置き換えることによって、及び、基板表面に関してそれらを動かすことによって異なる処理のために流れを調整するには適応性が乏しい。本発明の実施の形態で組合わせて用いられた典型的なダイバータと絞りとは更に以下説明する。
【００３３】
ガス供給システム２０４、排気システム２０６、及び電源システム２１８ａ，２１８ｂは、図２の実施の形態では制御システム２１０に連結されている。制御システムは処理全体を制御するように形成されている。その処理は、ガス流、圧力、電力レベル、電力周波数、電力パルス（存在すれば）、他のパラメータ、及び、構成要素（例えば米国特許出願第０９／２００６６０号に記載されたようにウエハ搬入搬出の自動装置及びロードロック）を含んでいる。制御システムは、それぞれの構成要素の動作を制御するために、一つ以上のコンピューターシステム又は回路に形成されたソフトウエアから成る。また、代替的に種々の反応装置システムと構成要素（例えば、ガス供給システム２０４、排気システム２０６、及び電源システム２１８ａ，２１８ｂ）とに含まれ、又はそれらに関係された制御ソフトウエア及び（又は）回路を横切って制御システムを分配することもまた容易に明らかになるだろう。制御システム（又は分配コントローラ）によって、それぞれの処理パラメータが自動処理のために制御可能となる。
【００３４】
図３は、図２に関して上述されたものと同様な構成をもつ反応装置システムの一部の側断面であり、一般に符号３００で示されている。しかしながら、図３の実施の形態では、ダイバータ３３８は比較的厚く、また処理室３０８の頂部３２２は積極的に冷却される。冷却システム３３４は水又は別の冷却剤を入口３３６へ供給し、そして処理室３０８の頂部３２２におけるパイプ又は通路を介して循環させる。種々の実施の形態において頂板を積極的に冷却する任意の冷却剤又は機構を使用することができる。典型的な実施の形態においては、頂板はその温度を約０〜５０℃の範囲、又はその範囲に包括された任意の範囲、典型的な例では約２５℃の温度を維持するように冷却される。これにより処理室及び反応種の冷却が促進され、酸化物（処理においてエッチングしたくない）に対するエッチング速度を低減できる。窒化物のエッチング速度は、処理の選択性（酸化物に関して窒化物のエッチング速度）が増大するようにように低減されていない。望まれる冷却は、エッチングしたくない膜（例えば酸化物）のエッチング速度が、エッチングしたい膜（例えば窒化物）のエッチング速度以上に低減された時である。それは、選択性が増大されるからである。冷却レベルは選択性と全体のエッチング速度との均衡を保つように選択される。
【００３５】
図４には、図２に関して上述したものと同様な構成をもち符号４００で示された反応装置システムの一部が側横断図で示されている。しかしながら、図４の実施の形態では、ダイバータ４２８及び流れ絞り４３０の構成は異なり、そしてダイバータ４２８は積極的に冷却される。冷却システム（図４に示していない）は入口４３６ａ，４３６ｂに水又は別の冷却剤を供給し、そしてダイバータのパイプ又は通路に循環させる。種々の実施の形態において、ダイバータを積極的に冷却する任意の冷却剤又は機構を使用することができる。典型的な実施の形態においては、ダイバータは、その温度を約０〜５０℃の範囲、又はその範囲に包括された任意の範囲の温度を維持するように冷却される。上記で説明したように、冷却は選択性を高めるために使用される。
【００３６】
更に、図４の実施の形態では、ダイバータ４２８は比較的厚く、そして基板の中央部に向って角度をなした通路を備えている。これにより、基板の前側の中央部における反応種の流れを促進させ、孔を介してのウエハのＵＶ露光及びイオン衝撃を低減する。基板の下方の流れ絞り４３０は凸状形である。ダイバータ及び流れ絞りの両方について、厚さ、ガスを流す通路の角度、基板からの距離、及び曲率は、反応種の所望の流れを促進させて一様性を高め、後側：前側とのエッチング速度の均衡を保つように選択され、且つ調整されている。
【００３７】
上記の各実施の形態において、基板は、選択性を改善するためにエッチングする前に冷却される。例えば、ウエハは処理前に約０〜２５℃の温度に冷却される。これは、各室に搬入する前に、隣接した室内の冷却板上にウエハを置くことにより行われる。こうして、ウエハはエッチング処理における温度より低い温度にされる。この結果、酸化物のエッチング速度はゆっくりになり、窒化物：酸化物の選択性が増大することになる。
【００３８】
上記各実施の形態において、基板２２４は処理中、尖ったピン２３３（尖ったスタンドオフ）で支持される。当然、代替の実施の形態においては、エッチングすべき領域を露出させて支持する縁部支持体、又は他の支持体を使用することができる。エッチングしたい領域が覆われていると、基板は、エッチングする領域を露出させるため同じ又は異なった支持体で位置決めし直さなければならず、ある実施の形態では、二段階エッチング処理が必要となる。
【００３９】
ピン２３３によって、材料の取外しは、基板をピン２３３上の元の位置から第２組のピン（図示していない）へ移さずに行われ、言い換えれば、ピンと基板との間において基板２２４の後側の窒化物材料は、基板をピンに支持した状態で、十分に除去される。基板の縁部に向ってピンを配置することによって、ウエハの前側が後側（ＬＯＣＯＳ応用のように）と同じ、又はそれより速くエッチングされるのに役立っている。それは、一部には、中央部より縁部の方が速いからである。
【００４０】
ピンとウエハとの接触面積は典型的な実施の形態では小さい。ピンは図５に符号５０２で示すように頂部が球状であり、その曲率半径は約３〜５０ミクロンの範囲である。ピンは、サファイヤ又は他の不活性セラミック材料のような耐久不反応性材料で形成され、又は、サファイヤ又は不活性セラミック材料で被覆される。
【００４１】
ある実施の形態では、ピンは、処理する基板の位置を調整するように、又は処理室から基板の搬入及び搬出を容易にするように動くことができる。特別な実施の形態では、ピンは二つの異なった処理位置、即ち「アップ」位置（処理室の底部から約５．５３インチ）と「ダウン」位置（処理室の底部から約５．３５インチ）との間で動かされる。
【００４２】
図６及び図７には、本発明の典型的な実施の形態において使用された典型的なダイバータを示している。図６のダイバータ６２８は丸い形状、又は基板の中央部に垂直でしかも基板の中央部を通る軸線に対して略対称な形状のプレートである。ダイバータ６２８は、プラズマ生成室２０２からのガスを（ダイバータに略垂直な方向に）通す孔パターン６３８を備えている。これにより、ガスは後側に沿っても流れるが、基板の第１側（ダイバータに対向）に集中することになる。孔のない領域に拡散し、その領域のプレートに衝突する反応種はプレートを通過する通路を見出せず、半径方向（プレートに平行でプレートの外縁部に向う）へダイバータを囲んで移動する。プレートの周囲の流れは第１側を迂回し、後側へウエハの縁部の回りに移動する傾向がある。（それにもかかわらず、幾分かのガスは前側に移動する）。孔のサイズ及び配列と、ガスがダイバータをまわって流れた周囲での領域のサイズとは、反応種の所望の流れを達成するように調整されている。図７のダイバータ７２８は、基板の後側への流れを高めるためにダイバータの外側縁部に近接して環状に配列した多数のスロット７４０を備えている点を除いて、ダイバータ６２８と同様である。図７の実施の形態において、ガスは、スロットを通ると共に、ダイバータの周囲をまわって流れ、後側に向う流れを高める。しかしながら、代替の実施の形態では、ダイバータの縁部はプラズマ生成室の壁まで延び、それによりガスは基板を回って流れず，むしろスロットを通ってのみ流れる。
【００４３】
ダイバータの構造の付加的な特徴は、その直径、基板からの分離距離、及び孔のサイズである。図６及び図７に示したダイバータの直径は、少なくとも基板の直径と同じ程度であり、そして４０％以上まで大きくできる。しかしながら、一般には、ダイバータは基板より直径が約５％〜２０％大きい。ダイバータの直径が本質的に基板より約５％〜２０％大きいので、「方向変換された」ガスはプレートをまわって流れ、そして（通常前側を迂回して）基板の縁部を通って後側へ流れる傾向がある。当然、実際のガスの流れは複雑であり、周囲からのガスは最初に前へ流れる。しかしながら、ダイバータの周囲の流れは後側のエッチングを促進させる傾向があるが、中央部における孔を通過する流れは前側のエッチングを促進させる傾向がある。
【００４４】
図６及び図７に示す実施の形態では、孔パターン７３８をもつ孔は約０．２インチ以下の直径をもつ。一般には、図６及び図７に示す実施の形態の場合、孔のサイズは約０．１〜０．２インチの範囲であるが、特別な実施の形態では０．１０インチが用いられる。当然、孔のサイズ及びパターンは、望まれるような流れに調整するために変更される。
【００４５】
上述の典型的な実施の形態では、基板の第１側とダイバータとの間の距離は基板直径の約５〜５０％の範囲である。８インチウエハの場合、一実施の形態では、この距離は約０．２〜１．０インチであり、更に典型的には約０．４〜０．６インチの範囲である。別の実施の形態では、この距離は２〜３インチの範囲である。当然、この距離は、特定のガスと、エッチングされるべき材料と、ウエハのサイズと、ガスの流れ、その圧力、及び、後側からダイバータまでの距離とに依存して、所望の流れ及びエッチング速度になるように変更される。
【００４６】
図８Ａ及び図８Ｂは、典型的なダイバータ８２８の平面図及び斜視図であり、ダイバータ８２８は冷却通路８４２、冷却剤入口８４６、及び冷却剤出口８４４を備えている。図４に関係して説明されたように、ダイバータは選択性を高め、且つ処理中の温度の安定性を改善するために冷却される。水又は別の冷却剤が冷却剤入口８４６に供給され、冷却通路８４２を循環し、そして冷却剤出口８４４から排出される。上記で説明したように、この機構はダイバータを、例えば約２５℃に冷却するのに用いられる。
【００４７】
図８Ａ及び図８Ｂの典型的なダイバータはアルミニウムから成り、そして直径は（８インチウエハを処理するのに使用する場合）略９インチである。３００ｍｍウエハの場合には大きなダイバータが使用される。ウエハはタブ８４８を介してスカート４２９（図４）に接続される。タブ８４８はダイバータの主プレートをスカートから約０．５インチ離し、それによりダイバータの周囲に約１／２インチ幅の通路が形成され、通路を通って基板へガスを流れさせ、それから、主に基板の縁部をまわって後側へ流れさせる。ダイバータの中央部における孔（基板の第１側へ向って主にガスを流れさせる）の直径は約０．１インチであり、また孔は（図４に示すように）基板の中央部に向って垂直線に対して約３０°の角度傾斜している。孔は、直径約１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、及び、５インチのリングに形成されている。ダイバータの厚さは約０．５インチである。図４に示す実施の形態では、このダイバータは、典型的には、基板の前側から約２〜３インチ離間されている。特別な実施の形態では、ピン２３３は二つの異なった処理位置、即ち「アップ」位置と「ダウン」位置との間で動かされる。「アップ」位置では、ダイバータは基板から約２．４３インチにあり、また「ダウン」位置では、ダイバータは基板から約２．６２インチにある。
【００４８】
図９には、ウエハの前側における所望のエッチング速度の選択性と、所望の前側：後側のエッチング速度の比と、ウエハの後側における所望のエッチング速度の一様性とを達成するために、ダイバータがガスの流れをどのように制御するかを示している。反応種９３６はダイバータ９２８の孔９３８を通ってダイバータ９２８に略垂直な方向に流れ、所望の第１側のエッチングを行うようにしている。代替的に、ダイバータを通過したガス９３６はウエハの他側に回り込み（符号９３８で示す）、所望の第２側をエッチングする。同様に、反応種９３９はダイバータ９２８のスロット９４０を通って（ダイバータに略垂直な方向）流れ、符号９４２で示されるようにエッチングした第１側、又は、符号９４４で示されるようにエッチングした第２側のいずれかを達成する。
【００４９】
生成室からの反応種の幾分かは、プレートの孔に設けられてないダイバータの領域に到達する。その結果、ダイバータに平行で半径方向へ流れ、ダイバータの外側縁部をまわって（又は、外側縁部がスカート又は壁で塞がっている場合にはスロット９４０を通って）流れる。このガスは流れ９４２と同様にウエハの第１側へ、又は、流れ９４４と同様にウエハの第２側へ反応種を供給する。孔９３８を通る反応種の主な流れは基板の第１側へ向かい、一方スロット９４０を通り、又はダイバータの周縁部をまわる流れは後側に主に向うことが分かる。
【００５０】
図１０Ａ及び図１０Ｂはそれぞれ、例えば図４に示された実施の形態に関係して使用され、一般に符号１０００で示された典型的な流れ絞りの平面図と正面図とである。流れ絞りはガス出口４２６の上方に配置されている。流れ絞りは各基板処理部の下方に延び、円形排気領域１０５０ａ，１０５０ｂを形成している。これらの円形排気領域を通ってガスはシステムから排出される。各排気領域の中心に対する流れ絞りの中心は、図４に示された実施の形態では、略３．５インチである。排気領域の直径は略４．５インチである。各排気領域には直径約０．１５インチの孔が形成されている。これらの孔は直径約０．９５、１．９５、２．９５、３．９５でリング状に形成されている。図１０Ｂに示すように、排気領域は凸状である。流れ絞りの高さは、各排気領域の頂部において約４．２３インチであり、周囲において約３．９０７インチである。図４に示す実施の形態において、この流れ絞りは、典型的には、基板の後側から約１〜２インチ離間されている。特別な実施の形態では、ピンがアップ位置にある時には流れ絞りが基板から約１．３インチであり、またダウン位置では流れ絞りが基板から約１．１２インチである。
【００５１】
上記の典型的な実施の形態を用いて、種々の両面エッチング処理を本発明の形態に従って実行できる。ある典型的な処理では、選択性を高めるため比較的低い電力で作動するのが望ましいが、これによって処理の開始時にＣＨ2Ｆ2のようなある一定のガスから堆積させる。それを避けるために、初期の処理段階はプラズマ状態を安定させるように約１０秒の間、ＣＨ2Ｆ2なしで実行される。この段階の間ではＯ2とＣＦ4との混合が各々約２５０ＳＣＣＭの流れで使用される。この段階中、７００又は７５０ワットの電力が印加される。
【００５２】
上記の安定化段階の後、典型的な実施の形態においてエッチングを行うために以下の圧力、ガス、及び流れが使用される。ある典型的な処理では、ガス供給システム２０４と排気システム２０６とは、生成室内を約０．５〜２Ｔｏｒｒの圧力の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲に維持され、特別な実施の形態では、０．９、１．０、及び、１．１Ｔｏｒｒの圧力が使用されている。ガス供給システム２０４は、約５００〜１５００ＳＣＣＭの範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲の総流量で、ＣＦ4、Ｎ2、Ｏ2、及び、ＣＨ2Ｆ2を供給し、特別な実施の形態では、９００、１０５０、及び、１２００ＳＣＣＭが用いられる。ＣＦ4は、これらの典型的な実施の形態では、流れの１５％〜３０％の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲を含み、特別な実施の形態では、１８％、２１．５％、及び、２５％が使用される。Ｎ2は、これらの典型的な実施の形態では、流れの２０％〜５０％の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲を含み、特別な実施の形態では、２５％、３２．５％、及び、４０％が使用されている。Ｏ2は、これらの典型的な実施の形態では、流れの２０％〜４０％の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲を含み、特別な実施の形態では、２５％、２８．５％、及び、３３％が使用されている。ＣＨ2Ｆ2は、これらの典型的な実施の形態では、流れの１０％〜２０％の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲を含み、特別な実施の形態では、１３％、１５％、及び、１８％が使用されている。電源システム２１８は５００〜１５００ワットの電力を誘導コイル２１６に供給し、特別な実施の形態では、７５０ワットが使用されている。
【００５３】
上記の範囲内における典型的な処理は、例えば、次のことを提供するために使用されている。即ち、４５０〜８００オングストローム／分以上の窒化物エッチング速度、２０：１から７０：１以上の窒化物：酸化物の選択性（多くの典型的な処理の場合４０：１以上の選択性）、及び、０．９０〜１．０５以上の後側：前側の窒化物エッチング速度の比である。
【００５４】
一つの典型的な処理では、下記の条件が使用されている。即ち、（ｉ）ＣＦ4の２２６ＳＣＣＭ、Ｏ2の３２５ＳＣＣＭ、Ｎ2の３４１ＳＣＣＭ、及び、ＣＨ2Ｆ2の１６８ＳＣＣＭを備えた１０５０ＳＣＣＭの合計流れ速度、（ii）約１．１Ｔｏｒｒの圧力、（iii ）約７５０ワットの電力である。この処理は、約６０５オングストローム／分の窒化物のエッチング速度、約４１：１の選択性、及び、約１．０３の後側：前側のエッチング速度を提供するために使用されている。
【００５５】
別の典型的な処理では、下記の条件が使用されている。即ち、（ｉ）ＣＦ4の３００ＳＣＣＭ、Ｏ2の３９１ＳＣＣＭ、Ｎ2の３００ＳＣＣＭ、及び、ＣＨ2Ｆ2の２０９ＳＣＣＭを備えた１２００ＳＣＣＭの合計流れ速度、（ii）約１．１Ｔｏｒｒの圧力、（iii ）約７５０ワットの電力である。この処理は、約５６７オングストローム／分の窒化物エッチング速度、約４３：１の選択性、及び、約１．０５の後側：前側のエッチング速度を提供するために使用されている。
【００５６】
別の典型的な処理では、下記の条件が使用されている。即ち、（ｉ）ＣＦ4の１６２ＳＣＣＭ、Ｏ2の３３５ＳＣＣＭ、Ｎ2の２２５ＳＣＣＭ、及び、ＣＨ2Ｆ2の１７８ＳＣＣＭを備えた９００ＳＣＣＭの合計流れ速度、（ii）約１．１Ｔｏｒｒの圧力、（iii ）約７５０ワットの電力である。この処理は、約５８３オングストローム／分の窒化物エッチング速度、約４１：１の選択性、及び、約１．０１の後側：前側のエッチング速度を提供するために使用されている。
【００５７】
別の典型的な処理では、下記の条件が使用されている。即ち、（ｉ）ＣＦ4の２１６ＳＣＣＭ、Ｏ2の３２９ＳＣＣＭ、Ｎ2の４８０ＳＣＣＭ、及び、ＣＨ2Ｆ2の１７５ＳＣＣＭを備えた１２００ＳＣＣＭの合計流れ速度、（ii）約１．１Ｔｏｒｒの圧力、（iii ）約７５０ワットの電力である。この処理は、約４８２オングストローム／分の窒化物エッチング速度、約４５：１の選択性、及び、約１．０３の後側：前側のエッチング速度を提供するために使用されている。
【００５８】
より高い選択性の要求される応用では、Ｏ2及びＣＨ2Ｆ2に関してＣＦ4の流れは減少される（これもまた窒化物のエッチング速度を減少させるけれども）。例えば、ＣＦ4は、約０．７〜１．３Ｔｏｒｒの圧力を備えて約７０〜１５０ＳＣＣＭの範囲で使用される。Ｏ2及びＣＨ2Ｆ2の合計の流れは、約５００〜７００ＳＣＣＭの範囲である。窒化物のエッチング速度は、例えば約４００〜１００オングストローム／分以下の範囲であり、また選択性は、例えば５０〜２００以上の範囲である。
【００５９】
他の典型的な処理では、ＣＦ4の代わりにＳＦ6又はＮＦ3が使用されている。ＳＦ6に対する流速は、例えば、一般的である２５〜５０ＳＣＣＭを備えた１０〜１００ＳＣＣＭの範囲である。ＮＦ3に対する流速は、例えば２０〜１００ＳＣＣＭの範囲である。
【００６０】
典型的な処理から観察された処理傾向の一例を以下説明する。７５０ワットの電力及び９００ミリＴｏｒｒの圧力を使用したこの典型的な処理では、エッチング速度は約６２０オングストローム／分以上であり、一様性は約７．５％（１−σ）であり、後側：前側のエッチング速度の比は約８６％であり、そして、窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性は約４０：１以上であった。
【００６１】
圧力が約１０％（言い換えれば１００ミリＴｏｒｒ）まで増大しても、窒化物及び酸化物のエッチング速度の比は略同じままである。しかしながら、窒化物のエッチング速度の一様性は、エッチング速度がウエハの縁部で速くなるので、約５％まで悪化する。同様に、後側：前側のエッチング速度の比は悪化する（低下する）。窒化物及び酸化物に対する個々のエッチング速度は変わらないので、エッチング速度の選択性もまた一定である。再堆積の形跡はない。
【００６２】
ＣＨ2Ｆ2が合計ガスの流れの約１８％（即ち、８６０ＳＣＣＭの合計ガスの流れのうちでＣＨ2Ｆ2の１６０ＳＣＣＭ）を占めている場合に、典型的な処理傾向について以下説明する。ＣＨ2Ｆ2の流れが約１６０〜約２５５ＳＣＣＭに増加したならば、酸化物のエッチング速度が約２０％まで減少し、窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性は約２０％増加する。メタノールを添加すると、所定の選択性に対する生産量が低下される。窒素ガスを添加すると、窒化ケイ素：二酸化ケイ素のエッチング速度の比が増加される。
【００６３】
プラズマに対する電力が７５０〜１０００ワットまで増加させられると、窒化物のエッチング速度の比が６００〜９００オングストローム／分まで増加する。同様に、７５０〜９００ワットまでの電力増加が選択性を２０：１まで減少させる。
【００６４】
ダイバータに関して、ダイバータの孔の直径が増大するにつれ、エッチング速度の選択性が低下する傾向がある。ダイバータが最適な位置にある時よりウエハに近付けて配置されると、一様性が悪化する。しかし、後側：前側のエッチング速度の比はより良好になる。より大きなダイバータはウエハの縁部におけるエッチング速度を著しく減少させない。
【００６５】
次に、本発明の典型的な実施の形態による付加的且つ代替的なダイバータと反応装置とが以下に説明される。代替的なダイバータは図１１で示されている。そこでは、ダイバータ１１２８は二つの別個の平行プレート１１２８ａ，１１２８ｂを備えている。図１１でのダイバータは、生成室１１０２と基板１１２４との間でまっすぐな視線が存在しないように形成されている。この表示は、ダイバータと基板とに垂直な方向でプレートを通って移動することが不可能な紫外線（又はイオン）１１３６を示している。この構成は基板のイオン衝撃又はＵＶ露光を低減するのに用いられている。
【００６６】
ウエハの第２側に対する別個のガス供給は、図１１での入口１１６０で示されるように、反応装置システムに含まれている。この入口は、符号１１６０で表示されるように、ガス注入リングの形態である。入口１１６０の目的は、ガス流を、基板の第２側に直に、それ故、ウエハのその側における化学的エッチングに供給することである。その化学的エッチングは、即ち、中性ラジカル種、又はイオン化種（プラズマの典型的な成分）を用いずに達成されたエッチングである。第２側のエッチングを促進させるガスは、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、又はＮＯ2、或いはフッ素化合物源又は他の反応ガス源を含んでいる。ガス流は、例えば、処理室１１０８内への合計ガス流の４０％までを有する。そこでは、合計ガス流は、入口１１２０を通る流れに、入口１１６０を通る流れを加えたものである。一般に典型的な後側のガス流は約１００ＳＣＣＭである。ここで説明された代表的な実施の形態のうちの幾つかと連係して、補足的な後側のガス流を使用することが理解されるだろう。基板の後側に隣接して第２のプラズマ源が、後側に反応種を供給するために、使用されている。他の実施の形態では、プラズマ光又は他の源が、基板の両側に入口を介して供給可能な反応種を発生させるために、使用されている。
【００６７】
図１２を参照すると、処理室１２０８は、図１２の符号１２１０で示されたような大きい部屋内に収納されている。その目的は、符号１２０８の大きさによって画定された比較的小さな容積内に反応種を保つことである。円筒状包囲体１２０８は、ダイバータと基板との中心を通ってその中心に垂直な線に略一致する中心線を有する。円筒体（円筒状包囲体）の壁の高さは、通常は、基板の直径より小さい。円筒体の壁は、ウエハに関して反応種の流れを対称に保ち、制限された容積のためウエハに隣接した反応種の僅かな滞留時間を伝える。円筒体は、アルミニウム、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））、及び（又は）石英のような不反応性材料から形成されている。
【００６８】
ダイバータと、部屋内のその配置との代替的な実施の形態は、図１２〜図１６で示されている。図１２には二枚の平行なプレートを備えたダイバータ１２２８が示され、頂部プレート１２２８ａは、固体又はブランケット状のプレートである。図１３はダイバータ１３２８を示し、そのダイバータ１３２８は、図１１で示されたダイバータと類似し、オフセットした孔パターンをもつ二枚の平行プレートを有する。図１３のダイバータでは、ダイバータの頂部プレートから下方へ延びたスカート１３５０が付加されている。このスカートの目的は、基板の第２側へのガス流の方向転換を助けることである。同様に、図１４に示すように、スカート１４５０が底部プレートから下方へ延びている。このスカートもまた単一プレートのダイバータ１４２８と共に用いられ、ウエハに向ってある距離下方へ延びている。スカートは、所望の処理特性を達成するのに必要なように、ウエハまでの距離、ウエハの縁部までの距離、又はウエハを越えた距離より短く延びている。図１５は、スカート１５５０を備えた単一プレートのダイバータ１５２８を示している。図２、図３、及び図４の実施の形態で使用したスカート（例えば図２で符号２２９、図４で符号４２９で示されている）は、ある実施の形態では、基板の縁部に向って、又は基板の縁部を越えて更に下方へ延びていることもまた理解されるだろう。
【００６９】
上記のダイバータ、円筒体、流れ絞り、及び、それらの組合わせは下記の事項を達成するのに用いられる。即ち、１）基板の後側から不要の材料を除去するために、基板の後側へ幾らかのガス流を方向転換し、２）酸化物のエッチング速度を低減するために、基板の前側からプラズマを遮蔽し、それにより窒化物：酸化物の選択性を改善し、３）前側及び後側のエッチング速度の一様性を改善することである。
【００７０】
図１６で示された代替的な実施の形態では、プラズマは基板の下側で発生される。この構成では、生成室１６０２及びダイバータ１６２８が基板の下側に配置されているので、反応種の流れの第１部分が基板の後側へ向き、流れの方向転換された第２部分が基板の前側に向かって基板の回りを移動する。この状態が図１６で示されている。そこでは、供給ガス入口１６１２が反応装置システムの底部に位置している。ガス入口１６１２は生成室１６０２へガスを供給する。部屋３０３で発生された反応種は処理室１６０８へ拡散し、出口１６２６を介して排出される。ダイバータ１６２８は次の点を除いて以前と類似の役割をする。即ち、この時には、ダイバータに略垂直である（即ち、ダイバータを通過する）ガスの流れが、主としてウエハの後側１６２０をエッチングすることの原因となり、そしてダイバータ周囲のガスの流れが、主としてウエハの前側１６２２をエッチングすることの原因となる点である。再び、ウエハはピン１６３３で支持されるので、前側及び後側の同時エッチングが達成される。
【００７１】
本発明の典型的な実施の形態では、少なくとも３０：１の窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性と、基板において少なくとも８５％の第２側：第１側の窒化物のエッチング速度の比とを達成することができる。少なくとも３０：１の窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性と、基板の第２側における２５％以下の窒化物のエッチング速度の一様性とを達成することもできる。
【００７２】
上述された本発明の典型的な実施の形態における多くの変更を、当業者が容易に気づくだろう。従って、本発明は、特許請求の範囲内にある全ての構造及び方法を包含するものと解釈されるべきである。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、高い選択性、低いイオン損傷、良好なエッチング速度（例えば毎分２００〜１０００オングストローム）、及び、良好な一様性が両面同時エッチング処理において達成される。
【００７４】
また、ダイバータ、円筒体、流れ絞り、及び、それらの組合わせは下記の事項を達成するのに用いられる。即ち、１）基板の後側から不要の材料を除去するために、基板の後側へ幾らかのガス流を方向転換し、２）酸化物のエッチング速度を低減するために、基板の前側からプラズマを遮蔽し、それにより窒化物：酸化物の選択性を改善し、３）前側及び後側のエッチング速度の一様性を改善することである。
【００７５】
更に、少なくとも３０：１の窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性と、基板において少なくとも８５％の第２側：第１側の窒化物のエッチング速度の比とを達成することができる。少なくとも３０：１の窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性と、基板の第２側における２５％以下の窒化物のエッチング速度の一様性とを達成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】典型的な窒化物マスク除去プロセスのステップの間での半導体基板の側断面図である。
【図１Ｂ】典型的な窒化物マスク除去プロセスのステップの間での半導体基板の側断面図である。
【図１Ｃ】典型的な窒化物マスク除去プロセスのステップの間での半導体基板の側断面図である。
【図２】本発明の典型的な実施の形態による両面エッチングプラズマ反応装置の側断面で部分的な概略図である。
【図３】本発明の典型的な実施の形態による反応装置の一部の側断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態による反応装置の一部の側断面図である。
【図５】基板を支持するためのピン構造の典型的な実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態による典型的なダイバータを示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態による典型的なダイバータを示す図である。
【図８Ａ】本発明の典型的な実施の形態によるダイバータの平面図である。
【図８Ｂ】本発明の典型的な実施の形態によるダイバータの斜視図である。
【図９】本発明の典型的な実施の形態においてガスの流れを示すダイバータの側断面図である。
【図１０Ａ】本発明の典型的な実施の形態で使用される流れ絞りの平面図である。
【図１０Ｂ】本発明の典型的な実施の形態で使用される流れ絞りの側面図である。
【図１１】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１２】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１３】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１４】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１５】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１６】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【符号の説明】
１０１ 二酸化ケイ素膜
１０２ 基板
１０３ マスク膜
１０４ 酸窒化ケイ素のデュアル膜
１０５ 窒化ケイ素
１０６ 窒化物膜
１０７ 縁部の窒化物
１０８ 中央部の窒化物
１０９ パッド酸化物
１１０ フィールド酸化物
２００ 反応装置
２０２ａ 円筒状プラズマ生成室
２０２ｂ 円筒状プラズマ生成室
２０４ ガス供給システム
２０６ 排気システム
２０８ ウエハ処理室
２１０ 制御システム
２１２ａ ガス入口
２１２ｂ ガス入口
２１４ａ プラズマ生成室壁
２１４ｂ プラズマ生成室壁
２１６ａ 誘導コイル
２１６ｂ 誘導コイル
２１８ａ 電源システム
２１８ｂ 電源システム
２２０ａ 分離ファラデーシールド
２２０ｂ 分離ファラデーシールド
２２２ 頂部
２２４ａ 基板
２２４ｂ 基板
２２６ ガス出口
２２８ ガスダイバータ
２２９ スカート
２３０ 流れ絞り
２３２ 孔
２３３ ピン
３００ 反応装置システム
３０３ 部屋
３０８ 処理室
３２２ 頂部
３３４ 冷却システム
３３６ 入口
３３８ａ ダイバータ
３３８ｂ ダイバータ
４００ 反応装置システム
４２６ ガス入口
４２８ａ ダイバータ
４２８ｂ ダイバータ
４２９ａ スカート
４２９ｂ スカート
４３０ 流れ絞り
４３６ａ 入口
４３６ｂ 入口
５０２ ピン
６２８ ダイバータ
６３８ 孔パターン
７２８ ダイバータ
７３８ 孔パターン
７４０ スロット
８２８ ダイバータ
８４２ 冷却通路
８４４ 冷却剤出口
８４６ 冷却剤入口
８４８ タブ
９２８ ダイバータ
９３６ 反応種
９３８ 孔
９３９ 反応種
９４０ スロット
９４２ 流れ
９４４ 流れ
１０００ 流れ絞り
１０５０ａ 円形排気領域
１０５０ｂ 円形排気領域
１１０２ 生成室
１１０８ 処理室
１１１２ 入口
１１２４ 基板
１１２８ ダイバータ
１１２８ａ 平行プレート
１１２８ｂ 平行プレート
１１３６ 紫外線（又はイオン）
１１６０ 入口
１２０８ 円筒状包囲体
１２１０ 大きな室
１２２８ ダイバータ
１２２８ａ 頂部プレート
１３２８ ダイバータ
１３５０ スカート
１４２８ ダイバータ
１４５０ スカート
１５２８ ダイバータ
１５５０ スカート
１６０２ 生成室
１６０８ 処理室
１６１２ 供給ガス入口
１６２０ ウエハの後側
１６２２ ウエハの前側
１６２６ 出口
１６２８ ダイバータ
１６３３ ピン
【発明の属する技術分野】
本発明の分野は、一般的には半導体プロセスに関するものである。更に詳細には、本発明の分野は、半導体基板の両側に堆積した膜を同時にエッチングするシステム及び半導体装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体の製造では、ウエハ又は他の半導体基板の両側に膜が成長され、及び（又は）堆積される。ウエハの一側でパターニング及びエッチングすることによってデバイス構造を形成した後、これらの膜はしばしば除去される必要がある。デバイスを形成したウエハの一側は通常、ウエハの頂側又は前側と呼ばれている。ウエハの他側、即ちデバイスの形成されていない側をウエハの後側と呼んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ウエハの両側からこれらの膜を同時に除去する一つの方法はウエットエッチング処理液を用いている。例えば、低圧化学蒸着法反応装置で作られた窒化ケイ素膜は、選択酸化法（ＬＯＣＯＳ）や浅いトレンチアイソレーション（ＳＴＩ）の技術における選択酸化のためのマスク膜として使用されてきた。窒化膜は熱リン酸のウエットエッチング処理液を用いて除去され得る。このようなウエット処理液が、どんな下側の膜に対しても高いエッチング速度及び高い選択性のような他の良好な特性を示している間に、ウエハの両側から同時に膜を除去できる。しかしながら、ウエット処理液は、ウエハのサイズが大きくなると共に、デバイスの大きさが小さくなるにつれ、ますます不都合になる。これらの不都合は特に下記の点を含んでいる。（ｉ）安定した処理結果を得るため、頻繁に化学物質を交換する必要があるので、化学物質の使い捨ては不経済であるかもしれない。（ii）通常のウエット処理液からの蒸気は作業者の健康に有害であり、作業のために化学物質を環境的に分離することは高くつくかもしれない。（iii）エッチング処理液は小さな幾何学的デバイスの製造に悪影響を及ぼす粒子や、望ましくない残留物を残すことがある。（iv）ウエットエッチングは、より新しくて小さなサブミクロン構造に共通する高アスペクト比に適さないかもしれない。（ｖ）ドライエッチングは一つの処理室で多層膜を除去できるが、単一のウエットエッチング処理液は多層膜をエッチングすることができないことがある。（vi）典型的には、ウエハの全カセット（又は幾つかのカセット）がウエットエッチングで危険にさらされ、そして、ドライエッチング製法は通常、一度に一つ又は二つのウエハを処理するので、もし製法や自動装置に不具合があったならば、カセットを失う可能性がある。
【０００４】
両面エッチングに使用される一つのタイプのドライエッチングシステムは、バレルエッチャー（barrel etcher）である。このタイプのエッチャーはフォトレジスト除去に用いられたが、次のような欠点を有することがある。即ち、強力なウエハ−ウエハの、又はウエハ内のローディング効果、乏しいエッチングの一様性、真空ロードロック（vacuum load lock）の不足による粉塵発生の影響され安さ、及び、処理の失敗の場合にはウエハのカセット全体、又は多数のカセットにおける損失の危険である。
【０００５】
ウエハのサイズが増大し、デバイスの特性が減少するにつれ、プロセスの要求は益々厳しくなる。その結果、望まれることは次のような等方性エッチャーである。即ち、その等方性エッチャーは、改良された処理性能及び制御と、各ウエハに対して処理持続時間を正しく制御するように本来の立場での終点監視（in-situ end point monitoring）と、低減された粉塵汚染とをもたらす。
【０００６】
典型的なプラズマエッチャーは一回でウエハの一側をエッチングするので、特別な注意を払って前側の感光物質を損傷させることなく後側から不要な物質を除去しなければならない。一つの解決法は、ウエハの前側にフォトレジストを塗布し、ウエハを逆にして後側をエッチングすることである。別の解決法は、ウエハの下方にプラズマ源を置くことである。この後者の方法では、後側をエッチングしている間に、デバイスの特性を保護するため反応しないガスがウエハの前側を横切って流される。後側のエッチングが完了した後、前側が従来方法でエッチングされる。この方法は有効ではあるが、前側と後側とのエッチングが同時になされないので、生産量が制限される。
【０００７】
特に、デバイスの特性が処理条件に影響されやすい時に、ウエハの両面同時エッチングを多くの従来のプラズマエッチャー内で実行することは難しい。例えば、ＬＯＣＯＳ窒化物処理において、ウエハの両側には窒化ケイ素の膜（厚さ約１０００オングストロームである）が堆積される。膜はマスクになる。そして、トランジスタの接点及びゲートに結局なるウエハの前側で表面を保護することによって、フィールド酸化膜の成長場所を明確にするために、その膜が用いられる。露出した及び（又は）下側にある領域は、シリコンのエッチング、イオン衝撃、又は紫外線に非常に影響され易く、これらのいずれもが、発生した機構に損傷を与える。窒化ケイ素を除去するエッチング処理は非常に選択的であり、窒化ケイ素と酸化ケイ素との選択的なエッチング速度は約３０：１又はそれ以上である。他の影響され易い処理は浅いトレンチアイソレーションを含んでいる。その浅いトレンチアイソレーションは、１００：１と同じ窒化物：酸化物の選択性を必要とし、前側又は後側がより早くエッチングされるか否かに依存している。後側を前側より速くエッチングする態様のうち幾つかでは、選択性が約４０：１（ＬＯＣＯＳ処理の場合）であることが必要だけである。
【０００８】
ウエハの両側が同時にエッチングされる両面エッチングでは、ウエハの前側及び後側でエッチングできる平均厚さに略比例して前側と後側とのエッチング速度を有することがしばしば望ましい。そうでなければ、一側を他側より長く過剰にエッチングし、他側上で他の膜への選択性を更に増大させて損傷を避けなければならない。ある応用では、前側のエッチング速度より速い、即ち浅いトレンチアイソレーション又は他の可能な新しい処理内で３倍速い後側のエッチング速度を有することが望まれている。一側だけ（典型的には前側）からウエハまで反応物を供給する時に、単一のウエハプラズマエッチャー内でこの種の制御を得ることは困難である。反応性イオンエッチャーのようなプラズマエッチャーがリフトピン上でのウエハの処理によって両面エッチングを行うことができるが、ウエハの下方のハードウエアが後側のエッチング速度を制限し、又は一様でなくなるかもしれない。また、ウエハがプラズマに直接さらされると、イオン衝撃、ＵＶ露光、及び電荷効果が敏感な特性を傷めることがある。
【０００９】
両面同時エッチング用のシステム及び方法は次の多くの点で望まれている。即ち、（ｉ）イオン衝撃や紫外線光からの低減された損傷、（ii）下側の膜への高度な選択性、（iii）後側：前側の高いエッチング速度の比、（iv）ウエハの両側上での良好なエッチング速度の一様性、（ｖ）高い生産量を備えるための単一処理ステップにおいてウエハの両側上でのエッチングの高い速度である。これらの特徴の各々を適当に組み合わせることが特に望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様は、半導体基板の両面をエッチングする反応装置システムを提供する。典型的な反応装置システムは、反応種を生成する生成室と、生成室にガスを供給するガス入口と、半導体基板を処理する処理室と、処理室からのガスを排気するガス出口とを有している。この反応装置システム内においては、通常、ガスは生成室から処理室へ流れ、それから排気される。処理室内には、基板の前側及び後側を露出させる基板用支持と、次のようなダイバータとがある。即ち、（ａ）ダイバータによって生成室から反応種の流れの第１部分を基板の一側へ流れさせることが可能となる。（ｂ）ダイバータが、自身と基板との周囲における反応種の流れの第２部分を方向転換して基板の他側へ流す。
【００１１】
本発明の別の形態は、次のように形成されたダイバータを提供する。即ち、ダイバータとウエハの第１側との間の領域に到達するように、反応種の流れの第１部分がダイバータを通過し又はある角度までダイバータの周囲を移動するように、或いはその両方であるように、ダイバータが形成されている。これに関連して、ウエハの「第１側」はウエハにおいてダイバータに略対向する側であり、従って、第１側はウエハの前側又は後側のいずれかである。反応種の流れの第２部分はダイバータを迂回し、ダイバータとウエハの第１側との間の領域を避ける。これは一部分で達成される。なぜならば、生成領域からのガス流の幾らかはダイバータと略平行な方向へ方向転換されるので、ダイバータとウエハの第１側との間の領域を通過しないからである。ガス状種の流れの第１及び第２部分はウエハの第２側を通過する。これに関して、用語「第２側」は、ダイバータから離れて略対向するウエハの側である。ウエハの第１及び第２側を通って流れる際に、反応ガス状種によって、ウエハの表面上、即ち第１及び第２側上で材料の幾らかが適切な選択且つ一様な方法でエッチングされる。
【００１２】
本発明の別の態様は、第一組のピン上で基板を処理する方法を提供し、第二組のピンへウエハを移動させずにピンとウエハとの間の材料を充分に除去する。その方法では、第２組の領域接点が第１組の領域接点と重ならない。
【００１３】
本発明の更に別の態様は両面エッチングの方法を提供し、両面エッチングによって次の処理結果が所望の仕方で調和可能となる。即ち、（ｉ）ウエハの第１側上でエッチング速度の一様性とエッチング速度の選択性、（ii）第１側：第２側のエッチング速度比、（iii）第２側におけるエッチング速度の一様性である。
【００１４】
本発明の態様は、半導体基板の両側上で膜を同時にエッチングすることを考慮している。本発明の態様は、反応種における殆ど任意の源（ソース）で使用され、プラズマ源を利用したもの、下流のウエハ処理室へ反応種を供給するものを含んでいる。一つの態様において、基板は先端の尖った３本のピンで支持されているので、基板の両側がエッチング用の反応種へ露出される。反応種の源で発生された反応種の流れの第１部分は反応用の基板の一側（これは前側であるかもしれない）に供給される。反応種の流れの第２部分は他側（後側かもしれない）へ向けて基板の周囲に導かれ、それから第２部分が処理室から汲み上げられる。反応種の充分且つ適切な流れを基板の後側に供給するために、ガス流ダイバータは、反応種生成室と基板との間に置かれ、前側への流れを低減している。これにより、反応種の幾らかが、ウエハの前側に隣接して通過することなくウエハの後側ヘ流れる。それから、流れ絞りが基板と排気口との間に置かれ、ウエハの第２側（後側であるかもしれない）に隣接した反応種の滞留時間と可能性とを増大させる。
【００１５】
本発明の態様では、所望の処理結果を得るために種々のタイプのダイバータと、ダイバータ、整流装置（baffles）、及び絞りの組合せとを使用できる。ある態様で使用されたダイバータは、１つ以上のプレートと、１つの孔又は複数の孔パターンを有する少なくとも１つのプレートとを備えている。ダイバータの直径、孔パターン、孔サイズ、及び、ダイバータと基板との間の分離距離は、所望の処理結果を達成するように調整される。一つの態様では、ダイバータが、プラズマから基板への視線を遮蔽し、ＵＶ放射を最小化し、及び、損傷を負担し、それによりプロセスの最適化に寄与する。ダイバータが一つ以上のプレートから成る場合に、典型的な様態は、ウエハに最も近いダイバータの部分が、ガス状種をウエハへ通す孔を有するような形状である。この多重プレートのダイバータは、生成領域から、プラズマを含んだウエハへの視線を阻止するのに用いられる。
【００１６】
本発明の別の態様は、反応ガスの流れに関してウエハから下流に配置された流れ絞りを備えている。ダイバータと同様に、流れ絞りが、孔パターン（又はガス流を制限する他の機構）を備えたプレートである。そこでは、孔が排気ポンプへの出口通路を与えている。孔のサイズ及び形状は、長い滞留時間を反応種に提供するのに充分小さいだけでなく、十分なガス流コンダクタンスを備えるのに充分に大きくなるように選択されている。基板の直径に関してプレート又は他の制限機構と、基板との間の距離は、所望の後側のエッチング速度及び一様性を達成するように選択されている。底部プレート又は他の機構の形状もまた処理結果を最適化するために変更される。
【００１７】
本発明の前記及び他の態様の利益として、高い選択性、低いイオン損傷、良好なエッチング速度（例えば毎分２００〜１０００オングストローム）、及び、良好な一様性が両面同時エッチング処理において達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の形態は、種々のプラズマ源と連結して用いられ、誘導結合型プラズマ源、らせん型共振器、及び、マイクロ波プラズマ源を用いたものを含んでいる。本発明の形態と連結して用いられた付加的で典型的な反応装置の形状とプロセスとが以下で与えられている。即ち、米国特許第５５３４２３１号、米国特許第５２３４５２９号、米国特許第５８１１０２２号、本出願の譲受人に譲渡されて１９９６年１月２３日に出願された米国特許出願第０８／８１１８９３号、本出願の譲受人に譲渡されて１９９８年１１月１６日に出願された米国特許出願第０９／１９２８１０号、本出願の譲受人に譲渡されて１９９８年１１月２５日に出願された米国特許出願第０９／２００６６０号、及び、本願の譲受人に譲渡されて１９９８年１１月１６日に出願された米国特許出願第０９／１９２８３５号であり、上記のそれぞれは全て本明細書に参照文献として結合されている。特に、商業的な実施の形態では生産量を高め、構成要素の余分を低減するため、米国特許第５８１１０２２号と米国特許出願第０８／８１１８９３号とで開示されているように、二重ウエハ、二重プラズマ生成室の構成を用いている。
【００１９】
本発明の形態を用いて除去された一タイプのマスク膜の一例は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、ＬＯＣＯＳ応用に用いた窒化ケイ素膜である。図１Ａでは、二酸化ケイ素膜１０１が、例えばシリコンウエハの基板１０２上に設けられている。図１Ａのマスク膜１０３は、順に、酸化物膜１０１の頂部に付着され、パターニングされている。マスク膜１０３は、図１Ａで示されるように、窒化ケイ素１０５上で酸窒化ケイ素のデュアル膜１０４から成るが、この例では窒化物マスク膜１０３として一般的に呼ばれている。なお、ウエハの前側に窒化物を付着するという操作はまた、後側に窒化物膜１０６を付着する。
【００２０】
図１Ｂに示すように、保護されていない（マスクしていない）領域で酸化物膜１０１を成長させ、本質的に二つの部分、即ちパッド酸化物１０９とフィールド酸化物１１０とを形成する。窒化物マスク１０３が、ある領域内で酸化物膜１０１を保護するので、パッド酸化物１０９が厚く成長せず、フィールド酸化物１１０ほど厚くならない。パッド酸化物１０９の厚さは１００オングストローム台、又はそれ以下である。
【００２１】
それから、図１Ｃに示すように、ウエハの前側の窒化物膜１０３とウエハの後側の窒化物膜１０６とが除去される。少なくとも窒化物膜１０３を除去した後の段階の間に充分な窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性（例えば約４０：１）を備えることの重要性は、同時に窒化物膜１０３を完全に除去する間ずっと、極端に薄いパッド酸化物１０９のエッチングを最少化することである。ウエハの前側に対して望まれている高い選択性は、後側で適切な窒化物エッチング速度を達成することで釣り合わされなければならない。事実、ウエハの後側における窒化物エッチング速度の一様性が、絶対的なエッチング速度自身と同程度に重要なパラメーターである。これにより、後側の中央部の窒化物１０８が後側の縁部の窒化物１０７と略同程度に速く除去されるのが保証されている。
【００２２】
次の事項は上記のプロセスにとって重要なパラメーターである。即ち、（ｉ）ウエハの前側における窒化物：酸化物エッチング速度の選択性、（窒化物１０３のエッチング速度：酸化物１０９のエッチング速度の比）、（ii）ウエハの前側におけるエッチングの一様性、（iii）後側：前側の窒化物エッチング速度の比（窒化物１０６のエッチング速度：窒化物１０３のエッチング速度の比）、（iv）ウエハの後側における窒化物エッチング速度の一様性であり、それはエッチングされた窒化物１０８の量から、エッチングされた窒化物１０７の量を引き、平均で割って百分率で定義されている。
【００２３】
もちろん、本発明の形態は種々のプロセスで使用され、そのプロセスでは半導体基板の両側から材質をエッチングすることが望ましい。特に、本発明の形態を使用した膜を含む酸化物膜及び（又は）シリコン含有膜に関して、高い選択性を備えた種々の窒化物膜及び（又は）ポリシリコン膜をエッチングすることが望ましいかもしれない。
【００２４】
図２の反応装置は、例えば上述のサンプルプロセスのように、両面エッチング処理に対して所望の前側の一様性及び選択性と、後側：前側のエッチング速度の比と、後側の一様性とを達成するために用いられている。図２は、本発明の一実施の形態によれば、符号２００で一般に示めされた反応装置の側断面で部分的な概略図である。この実施の形態においては、二つの円筒状プラズマ生成室２０２ａ，２０２ｂが並んで配列されている。類似の構成要素が、二つの円筒状プラズマ生成室２０２ａ，２０２ｂに接続して使用されている。これらの類似な構成要素は図２での各円筒状プラズマ生成室に対して同じ参照番号で呼ばれるが、添字「ａ」及び「ｂ」はプラズマ生成室２０２ａ，２０２ｂの構成要素の間で区別を付けるためにそれぞれ付加されている。これらの構成要素は添字なしの参照番号によって一般に呼ばれる。二つのプラズマ生成室は、ほぼ対の要素を使って略独立的に動作する間に、ガス供給システム２０４、排気システム２０６、ウエハ処理室２０８、及び、制御システム２１０を共有している。第３の実施の形態におけるシステムは、生産量を二倍にするため二つのウエハを同時に処理するように形成されている。
【００２５】
図２の実施の形態では、ガス供給システム２０４が、所望の流速でガス入口２１２ａ，２１２ｂを介してプラズマ生成室２０２へガス混合物を供給するために形成されている。プラズマ生成室はプラズマを発生させてエッチング処理用の活動種（active species）を生成させる。室壁２１４ａ，２１４ｂは、例えば石英やアルミナのような非導電性材料で形成されている。誘導コイル２１６ａ，２１６ｂがプラズマ生成室壁２１４を囲んでいる。これらの誘導コイルは電源システム２１８ａ，２１８ｂ（ＲＦ源と従来のインピーダンス整合回路網とを有する）に接続されている。電源システムは、所望の電力レベル及び周波数で、例えば約５００〜１５００ワットの電力及び１３．５６ＭＨｚの周波数で誘導コイルに無線周波（ＲＦ）電力を供給するために形成されている。もちろん、（本明細書に参照文献として含まれた米国特許出願第０８／７２７２０９号で説明されたように、一定のサイクルの間に高電力を備えたパルス電力のような）特定のプラズマ特性を発生するのに望ましいように、他の電力レベル及び周波数が使用されている。誘導コイルは、プラズマ生成室内のガスにＲＦ電力を誘導的に結合してプラズマを形成し、それにより処理用の活動種を生成する。
【００２６】
図２の実施の形態において、誘導コイルとプラズマとの間に分離ファラデーシールド２２０ａ，２２０ｂが置かれている。分離ファラデーシールドの底部は処理室２０８の頂部２２２（又は接地への他の通路）に結合され、分離ファラデーシールドの全断面に共通接地を与えている。分離ファラデーシールドは、プラズマ生成室への電力の容量型結合（プラズマを変調し、イオンを壁内へ及びウエハに向って駆動できる）を低減する。しかし、分離ファラデーシールドによって電力が、プラズマ生成室に誘導的に結合されてプラズマを生成可能となる。容量型結合及び変調における所望のレベルがプラズマをより容易に燃やし、プラズマの電力、組成、及び他の特性を制御するのを可能とするように、分離ファラデーシールドが形成されている。
【００２７】
例えば次のようなものを含んだ本発明の他の実施の形態では、種々のプラズマ源が使用されている。即ち、（ｉ）米国特許第５８１１０２２号と米国特許第５５３４２３１号とに記載されたような分離ファラデーシールドを備え、又は備えない誘導結合型プラズマ生成室、（ii）マイクロ波プラズマ源、共振空洞、導波管、及び（又は）ＥＣＲ型室、（iii）ＲＦ励振を用いた容量結合型プラズマ、（iv）供給ガスにおける一種又は複数種を分離するＵＶ光源、（ｖ）反応ラジカルを発生するように自然に反応するガスを混合する領域、（vi）一つ又はそれ以上のガスを分離するための高温要素である熱分解セル、及び（又は）（vii）１０ＭＨｚ〜１．０ＧＨｚの励起周波数を用いた超高周波（ＵＨＦ）プラズマ源である。
【００２８】
生成室は処理用のガスから反応種（reactive species）を発生させ、その反応種は処理室２０８内へ基板２２４ａ，２２４ｂの表面を横切って流れる。窒化ケイ素をエッチングするようなＬＯＣＯＳ（選択酸化法）又はＳＴＩ（浅いトレンチアイソレーション）処理用の典型的なガスは次のものを含んでいる。即ち、（ｉ）ＣＦ4のようにフッ素と化合させられた炭化水素、又は、ＮＦ3、又はＳＦ6であるフッ素源、（ii）ＮＨ3、ＣＨ3ＯＨ又はＨ2Ｏ、又は、（例えばＣＨ2Ｆ2又はＣＨＦ3のようなペルフロオロ（perfluoro）成分でない）過フッ化炭化水素から成る水素源（不活性ガス中における稀釈混合物である）、（iii）Ｏ2、Ｈ2Ｏ、又はＮ2Ｏである酸素源である。
【００２９】
ガス流は各成分ガスに対して約十ＳＣＣＭ〜数千ＳＣＣＭの範囲、又はこれに包括された任意の範囲である。ガス出口２２６は、基板下方の処理室の底部に配置され、処理室からガスを排気するためガス排気システム２０６に結合されている。ガス供給システム２０４とガス排気システム２０６とは、一定処理のために処理室内で所望の圧力を維持し、例えば、約０．０３Ｔｏｒｒから大気圧までの範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲に維持するため形成されている。種々のプラズマ源とプラズマ処理とのための典型的な圧力及びガスは更に以下に記載され、そして参照文献として結合された上記の米国出願に開示されている。
【００３０】
図２の実施の形態において、プラズマからの活動種は処理室内の基板の前側及び後側を横切って流れる。活動種は、エッチングすべき窒化物又は他の膜に反応し、それにより基板の両側を同時にエッチングする。その構成が処理室内に置かれ（及び（又は）処理室壁内に組み込まれ）、活動種の流れを制御するので、基板の各側が所望の速度でエッチングされる。特に、後側へ十分な流れを方向転換させることが望ましいので、後側が高速度でエッチングされる（例えば、窒化物膜が後側でより厚い時に）のが望ましい。更に、種が後側の中央部から排出され、そして排気流を制限することによって、種が十分なエッチング期間の間、後側付近に滞留するのが保証される。図２の実施の形態では、流れがガスダイバータ２２８及び（又は）流れ絞り２３０を用いて制御される。ダイバータ２２８によって活動種が基板２２４の前側を横切って流れ、しかも後側に向う流れの一部を方向転換するのが可能となる。図２の実施の形態では、ダイバータは本質的にはプレート（基板の中央部を通ってそれに垂直な軸のまわりで略対称に形成された）であり、そのプレートは孔２３２を有し、その孔によって活動種の一部がダイバータに対向した基板の表面（ここでは前側）に直接流れるのを可能とする。そして、ダイバータはまたその周囲に開口を形成し、その開口によって活動種の一部が、ダイバータから離れて対向する表面（ここでは後側）に向って基板の縁部を過ぎた所に流れる。スカート２２９がダイバータを取り囲んで基板へ向けて周囲の流れを導く。ダイバータ及びスカートを構成する材料の例は、アルミニウム、酸化皮膜を生じさせるアルミニウム、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））及び（又は）石英、又は、金属酸化物を含んだセラミック、又は、活動種でエッチングされないフッ素化合物である。ダイバータはまた、セラミック、安定な金属酸化物、又は、フッ素化合物を含んだ他の材質から形成され、そして、不反応剤、好ましくは、サファイアのような円滑な塗布材料、又は、セラミックのような他の不反応剤で塗布されている。
【００３１】
流れ絞り２３０は基板の第２側（即ち、基板においてダイバータに対向していない側）に対向し、流れ絞り２３０の目的は活動種の充分な滞留時間を提供し、基板の第２側を処理する。流れ絞りは、アルミニウム、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））及び（又は）石英から形成され、或いは、セラミック、不反応性金属酸化物、又はフッ素化合物のような相対的に不反応塗布材料で塗布された他の材料から形成されている。典型的な実施の形態では、流れ絞りは、中央に対称的に集められた孔を備えたプレートである。その孔はガス出口２２６を介してガス流を制限するのに用いられる。孔は基板背後の中央部に数インチの範囲で集中されている。孔は、適切な流れコンダクタンスのため充分に大きいが、所望のエッチングのために基板の第２側上で活動種の充分な滞留時間を可能としている。孔のサイズ及びパターンは、前側エッチング速度と後側エッチング速度との均衡を保つように選択され、ウエハの前側で所望の窒化物：酸化物の選択性を維持している。流れ絞り２３０と基板２２４との間の距離もまた最適な選択性、エッチング速度、及び一様性のために調整されている。
【００３２】
図２の実施の形態では、ダイバータは基板の上方で約０．５〜３インチであり、また絞りは基板の下方で約０．５〜３インチであるが、これらの距離は所望の流れを達成するために調整される。特別な実施の形態においては、ダイバータはウエハの上方に約１インチであり、また絞りはウエハの下方に約３／４インチである。別の実施の形態では、ダイバータはウエハの上方に２．４３インチ又は２．６２インチ（支持ピンの位置に依存する）であり、また絞りはウエハの下方に１．３インチ又は１．１２インチである。代替の実施の形態では、ダイバータは処理室２０８の頂部２２２の一部として形成され、また絞りは処理室の底部内に形成されている。このような実施の形態では、処理室の高さは基板の前側と後側とを横切って所望の流れをもたらすように調整されている。しかしながら、ダイバータ及び絞りを異なる構成に置き換えることによって、及び、基板表面に関してそれらを動かすことによって異なる処理のために流れを調整するには適応性が乏しい。本発明の実施の形態で組合わせて用いられた典型的なダイバータと絞りとは更に以下説明する。
【００３３】
ガス供給システム２０４、排気システム２０６、及び電源システム２１８ａ，２１８ｂは、図２の実施の形態では制御システム２１０に連結されている。制御システムは処理全体を制御するように形成されている。その処理は、ガス流、圧力、電力レベル、電力周波数、電力パルス（存在すれば）、他のパラメータ、及び、構成要素（例えば米国特許出願第０９／２００６６０号に記載されたようにウエハ搬入搬出の自動装置及びロードロック）を含んでいる。制御システムは、それぞれの構成要素の動作を制御するために、一つ以上のコンピューターシステム又は回路に形成されたソフトウエアから成る。また、代替的に種々の反応装置システムと構成要素（例えば、ガス供給システム２０４、排気システム２０６、及び電源システム２１８ａ，２１８ｂ）とに含まれ、又はそれらに関係された制御ソフトウエア及び（又は）回路を横切って制御システムを分配することもまた容易に明らかになるだろう。制御システム（又は分配コントローラ）によって、それぞれの処理パラメータが自動処理のために制御可能となる。
【００３４】
図３は、図２に関して上述されたものと同様な構成をもつ反応装置システムの一部の側断面であり、一般に符号３００で示されている。しかしながら、図３の実施の形態では、ダイバータ３３８は比較的厚く、また処理室３０８の頂部３２２は積極的に冷却される。冷却システム３３４は水又は別の冷却剤を入口３３６へ供給し、そして処理室３０８の頂部３２２におけるパイプ又は通路を介して循環させる。種々の実施の形態において頂板を積極的に冷却する任意の冷却剤又は機構を使用することができる。典型的な実施の形態においては、頂板はその温度を約０〜５０℃の範囲、又はその範囲に包括された任意の範囲、典型的な例では約２５℃の温度を維持するように冷却される。これにより処理室及び反応種の冷却が促進され、酸化物（処理においてエッチングしたくない）に対するエッチング速度を低減できる。窒化物のエッチング速度は、処理の選択性（酸化物に関して窒化物のエッチング速度）が増大するようにように低減されていない。望まれる冷却は、エッチングしたくない膜（例えば酸化物）のエッチング速度が、エッチングしたい膜（例えば窒化物）のエッチング速度以上に低減された時である。それは、選択性が増大されるからである。冷却レベルは選択性と全体のエッチング速度との均衡を保つように選択される。
【００３５】
図４には、図２に関して上述したものと同様な構成をもち符号４００で示された反応装置システムの一部が側横断図で示されている。しかしながら、図４の実施の形態では、ダイバータ４２８及び流れ絞り４３０の構成は異なり、そしてダイバータ４２８は積極的に冷却される。冷却システム（図４に示していない）は入口４３６ａ，４３６ｂに水又は別の冷却剤を供給し、そしてダイバータのパイプ又は通路に循環させる。種々の実施の形態において、ダイバータを積極的に冷却する任意の冷却剤又は機構を使用することができる。典型的な実施の形態においては、ダイバータは、その温度を約０〜５０℃の範囲、又はその範囲に包括された任意の範囲の温度を維持するように冷却される。上記で説明したように、冷却は選択性を高めるために使用される。
【００３６】
更に、図４の実施の形態では、ダイバータ４２８は比較的厚く、そして基板の中央部に向って角度をなした通路を備えている。これにより、基板の前側の中央部における反応種の流れを促進させ、孔を介してのウエハのＵＶ露光及びイオン衝撃を低減する。基板の下方の流れ絞り４３０は凸状形である。ダイバータ及び流れ絞りの両方について、厚さ、ガスを流す通路の角度、基板からの距離、及び曲率は、反応種の所望の流れを促進させて一様性を高め、後側：前側とのエッチング速度の均衡を保つように選択され、且つ調整されている。
【００３７】
上記の各実施の形態において、基板は、選択性を改善するためにエッチングする前に冷却される。例えば、ウエハは処理前に約０〜２５℃の温度に冷却される。これは、各室に搬入する前に、隣接した室内の冷却板上にウエハを置くことにより行われる。こうして、ウエハはエッチング処理における温度より低い温度にされる。この結果、酸化物のエッチング速度はゆっくりになり、窒化物：酸化物の選択性が増大することになる。
【００３８】
上記各実施の形態において、基板２２４は処理中、尖ったピン２３３（尖ったスタンドオフ）で支持される。当然、代替の実施の形態においては、エッチングすべき領域を露出させて支持する縁部支持体、又は他の支持体を使用することができる。エッチングしたい領域が覆われていると、基板は、エッチングする領域を露出させるため同じ又は異なった支持体で位置決めし直さなければならず、ある実施の形態では、二段階エッチング処理が必要となる。
【００３９】
ピン２３３によって、材料の取外しは、基板をピン２３３上の元の位置から第２組のピン（図示していない）へ移さずに行われ、言い換えれば、ピンと基板との間において基板２２４の後側の窒化物材料は、基板をピンに支持した状態で、十分に除去される。基板の縁部に向ってピンを配置することによって、ウエハの前側が後側（ＬＯＣＯＳ応用のように）と同じ、又はそれより速くエッチングされるのに役立っている。それは、一部には、中央部より縁部の方が速いからである。
【００４０】
ピンとウエハとの接触面積は典型的な実施の形態では小さい。ピンは図５に符号５０２で示すように頂部が球状であり、その曲率半径は約３〜５０ミクロンの範囲である。ピンは、サファイヤ又は他の不活性セラミック材料のような耐久不反応性材料で形成され、又は、サファイヤ又は不活性セラミック材料で被覆される。
【００４１】
ある実施の形態では、ピンは、処理する基板の位置を調整するように、又は処理室から基板の搬入及び搬出を容易にするように動くことができる。特別な実施の形態では、ピンは二つの異なった処理位置、即ち「アップ」位置（処理室の底部から約５．５３インチ）と「ダウン」位置（処理室の底部から約５．３５インチ）との間で動かされる。
【００４２】
図６及び図７には、本発明の典型的な実施の形態において使用された典型的なダイバータを示している。図６のダイバータ６２８は丸い形状、又は基板の中央部に垂直でしかも基板の中央部を通る軸線に対して略対称な形状のプレートである。ダイバータ６２８は、プラズマ生成室２０２からのガスを（ダイバータに略垂直な方向に）通す孔パターン６３８を備えている。これにより、ガスは後側に沿っても流れるが、基板の第１側（ダイバータに対向）に集中することになる。孔のない領域に拡散し、その領域のプレートに衝突する反応種はプレートを通過する通路を見出せず、半径方向（プレートに平行でプレートの外縁部に向う）へダイバータを囲んで移動する。プレートの周囲の流れは第１側を迂回し、後側へウエハの縁部の回りに移動する傾向がある。（それにもかかわらず、幾分かのガスは前側に移動する）。孔のサイズ及び配列と、ガスがダイバータをまわって流れた周囲での領域のサイズとは、反応種の所望の流れを達成するように調整されている。図７のダイバータ７２８は、基板の後側への流れを高めるためにダイバータの外側縁部に近接して環状に配列した多数のスロット７４０を備えている点を除いて、ダイバータ６２８と同様である。図７の実施の形態において、ガスは、スロットを通ると共に、ダイバータの周囲をまわって流れ、後側に向う流れを高める。しかしながら、代替の実施の形態では、ダイバータの縁部はプラズマ生成室の壁まで延び、それによりガスは基板を回って流れず，むしろスロットを通ってのみ流れる。
【００４３】
ダイバータの構造の付加的な特徴は、その直径、基板からの分離距離、及び孔のサイズである。図６及び図７に示したダイバータの直径は、少なくとも基板の直径と同じ程度であり、そして４０％以上まで大きくできる。しかしながら、一般には、ダイバータは基板より直径が約５％〜２０％大きい。ダイバータの直径が本質的に基板より約５％〜２０％大きいので、「方向変換された」ガスはプレートをまわって流れ、そして（通常前側を迂回して）基板の縁部を通って後側へ流れる傾向がある。当然、実際のガスの流れは複雑であり、周囲からのガスは最初に前へ流れる。しかしながら、ダイバータの周囲の流れは後側のエッチングを促進させる傾向があるが、中央部における孔を通過する流れは前側のエッチングを促進させる傾向がある。
【００４４】
図６及び図７に示す実施の形態では、孔パターン７３８をもつ孔は約０．２インチ以下の直径をもつ。一般には、図６及び図７に示す実施の形態の場合、孔のサイズは約０．１〜０．２インチの範囲であるが、特別な実施の形態では０．１０インチが用いられる。当然、孔のサイズ及びパターンは、望まれるような流れに調整するために変更される。
【００４５】
上述の典型的な実施の形態では、基板の第１側とダイバータとの間の距離は基板直径の約５〜５０％の範囲である。８インチウエハの場合、一実施の形態では、この距離は約０．２〜１．０インチであり、更に典型的には約０．４〜０．６インチの範囲である。別の実施の形態では、この距離は２〜３インチの範囲である。当然、この距離は、特定のガスと、エッチングされるべき材料と、ウエハのサイズと、ガスの流れ、その圧力、及び、後側からダイバータまでの距離とに依存して、所望の流れ及びエッチング速度になるように変更される。
【００４６】
図８Ａ及び図８Ｂは、典型的なダイバータ８２８の平面図及び斜視図であり、ダイバータ８２８は冷却通路８４２、冷却剤入口８４６、及び冷却剤出口８４４を備えている。図４に関係して説明されたように、ダイバータは選択性を高め、且つ処理中の温度の安定性を改善するために冷却される。水又は別の冷却剤が冷却剤入口８４６に供給され、冷却通路８４２を循環し、そして冷却剤出口８４４から排出される。上記で説明したように、この機構はダイバータを、例えば約２５℃に冷却するのに用いられる。
【００４７】
図８Ａ及び図８Ｂの典型的なダイバータはアルミニウムから成り、そして直径は（８インチウエハを処理するのに使用する場合）略９インチである。３００ｍｍウエハの場合には大きなダイバータが使用される。ウエハはタブ８４８を介してスカート４２９（図４）に接続される。タブ８４８はダイバータの主プレートをスカートから約０．５インチ離し、それによりダイバータの周囲に約１／２インチ幅の通路が形成され、通路を通って基板へガスを流れさせ、それから、主に基板の縁部をまわって後側へ流れさせる。ダイバータの中央部における孔（基板の第１側へ向って主にガスを流れさせる）の直径は約０．１インチであり、また孔は（図４に示すように）基板の中央部に向って垂直線に対して約３０°の角度傾斜している。孔は、直径約１．５、２、２．５、３、３．５、４、４．５、及び、５インチのリングに形成されている。ダイバータの厚さは約０．５インチである。図４に示す実施の形態では、このダイバータは、典型的には、基板の前側から約２〜３インチ離間されている。特別な実施の形態では、ピン２３３は二つの異なった処理位置、即ち「アップ」位置と「ダウン」位置との間で動かされる。「アップ」位置では、ダイバータは基板から約２．４３インチにあり、また「ダウン」位置では、ダイバータは基板から約２．６２インチにある。
【００４８】
図９には、ウエハの前側における所望のエッチング速度の選択性と、所望の前側：後側のエッチング速度の比と、ウエハの後側における所望のエッチング速度の一様性とを達成するために、ダイバータがガスの流れをどのように制御するかを示している。反応種９３６はダイバータ９２８の孔９３８を通ってダイバータ９２８に略垂直な方向に流れ、所望の第１側のエッチングを行うようにしている。代替的に、ダイバータを通過したガス９３６はウエハの他側に回り込み（符号９３８で示す）、所望の第２側をエッチングする。同様に、反応種９３９はダイバータ９２８のスロット９４０を通って（ダイバータに略垂直な方向）流れ、符号９４２で示されるようにエッチングした第１側、又は、符号９４４で示されるようにエッチングした第２側のいずれかを達成する。
【００４９】
生成室からの反応種の幾分かは、プレートの孔に設けられてないダイバータの領域に到達する。その結果、ダイバータに平行で半径方向へ流れ、ダイバータの外側縁部をまわって（又は、外側縁部がスカート又は壁で塞がっている場合にはスロット９４０を通って）流れる。このガスは流れ９４２と同様にウエハの第１側へ、又は、流れ９４４と同様にウエハの第２側へ反応種を供給する。孔９３８を通る反応種の主な流れは基板の第１側へ向かい、一方スロット９４０を通り、又はダイバータの周縁部をまわる流れは後側に主に向うことが分かる。
【００５０】
図１０Ａ及び図１０Ｂはそれぞれ、例えば図４に示された実施の形態に関係して使用され、一般に符号１０００で示された典型的な流れ絞りの平面図と正面図とである。流れ絞りはガス出口４２６の上方に配置されている。流れ絞りは各基板処理部の下方に延び、円形排気領域１０５０ａ，１０５０ｂを形成している。これらの円形排気領域を通ってガスはシステムから排出される。各排気領域の中心に対する流れ絞りの中心は、図４に示された実施の形態では、略３．５インチである。排気領域の直径は略４．５インチである。各排気領域には直径約０．１５インチの孔が形成されている。これらの孔は直径約０．９５、１．９５、２．９５、３．９５でリング状に形成されている。図１０Ｂに示すように、排気領域は凸状である。流れ絞りの高さは、各排気領域の頂部において約４．２３インチであり、周囲において約３．９０７インチである。図４に示す実施の形態において、この流れ絞りは、典型的には、基板の後側から約１〜２インチ離間されている。特別な実施の形態では、ピンがアップ位置にある時には流れ絞りが基板から約１．３インチであり、またダウン位置では流れ絞りが基板から約１．１２インチである。
【００５１】
上記の典型的な実施の形態を用いて、種々の両面エッチング処理を本発明の形態に従って実行できる。ある典型的な処理では、選択性を高めるため比較的低い電力で作動するのが望ましいが、これによって処理の開始時にＣＨ2Ｆ2のようなある一定のガスから堆積させる。それを避けるために、初期の処理段階はプラズマ状態を安定させるように約１０秒の間、ＣＨ2Ｆ2なしで実行される。この段階の間ではＯ2とＣＦ4との混合が各々約２５０ＳＣＣＭの流れで使用される。この段階中、７００又は７５０ワットの電力が印加される。
【００５２】
上記の安定化段階の後、典型的な実施の形態においてエッチングを行うために以下の圧力、ガス、及び流れが使用される。ある典型的な処理では、ガス供給システム２０４と排気システム２０６とは、生成室内を約０．５〜２Ｔｏｒｒの圧力の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲に維持され、特別な実施の形態では、０．９、１．０、及び、１．１Ｔｏｒｒの圧力が使用されている。ガス供給システム２０４は、約５００〜１５００ＳＣＣＭの範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲の総流量で、ＣＦ4、Ｎ2、Ｏ2、及び、ＣＨ2Ｆ2を供給し、特別な実施の形態では、９００、１０５０、及び、１２００ＳＣＣＭが用いられる。ＣＦ4は、これらの典型的な実施の形態では、流れの１５％〜３０％の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲を含み、特別な実施の形態では、１８％、２１．５％、及び、２５％が使用される。Ｎ2は、これらの典型的な実施の形態では、流れの２０％〜５０％の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲を含み、特別な実施の形態では、２５％、３２．５％、及び、４０％が使用されている。Ｏ2は、これらの典型的な実施の形態では、流れの２０％〜４０％の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲を含み、特別な実施の形態では、２５％、２８．５％、及び、３３％が使用されている。ＣＨ2Ｆ2は、これらの典型的な実施の形態では、流れの１０％〜２０％の範囲、又はこの範囲に包括された任意の範囲を含み、特別な実施の形態では、１３％、１５％、及び、１８％が使用されている。電源システム２１８は５００〜１５００ワットの電力を誘導コイル２１６に供給し、特別な実施の形態では、７５０ワットが使用されている。
【００５３】
上記の範囲内における典型的な処理は、例えば、次のことを提供するために使用されている。即ち、４５０〜８００オングストローム／分以上の窒化物エッチング速度、２０：１から７０：１以上の窒化物：酸化物の選択性（多くの典型的な処理の場合４０：１以上の選択性）、及び、０．９０〜１．０５以上の後側：前側の窒化物エッチング速度の比である。
【００５４】
一つの典型的な処理では、下記の条件が使用されている。即ち、（ｉ）ＣＦ4の２２６ＳＣＣＭ、Ｏ2の３２５ＳＣＣＭ、Ｎ2の３４１ＳＣＣＭ、及び、ＣＨ2Ｆ2の１６８ＳＣＣＭを備えた１０５０ＳＣＣＭの合計流れ速度、（ii）約１．１Ｔｏｒｒの圧力、（iii ）約７５０ワットの電力である。この処理は、約６０５オングストローム／分の窒化物のエッチング速度、約４１：１の選択性、及び、約１．０３の後側：前側のエッチング速度を提供するために使用されている。
【００５５】
別の典型的な処理では、下記の条件が使用されている。即ち、（ｉ）ＣＦ4の３００ＳＣＣＭ、Ｏ2の３９１ＳＣＣＭ、Ｎ2の３００ＳＣＣＭ、及び、ＣＨ2Ｆ2の２０９ＳＣＣＭを備えた１２００ＳＣＣＭの合計流れ速度、（ii）約１．１Ｔｏｒｒの圧力、（iii ）約７５０ワットの電力である。この処理は、約５６７オングストローム／分の窒化物エッチング速度、約４３：１の選択性、及び、約１．０５の後側：前側のエッチング速度を提供するために使用されている。
【００５６】
別の典型的な処理では、下記の条件が使用されている。即ち、（ｉ）ＣＦ4の１６２ＳＣＣＭ、Ｏ2の３３５ＳＣＣＭ、Ｎ2の２２５ＳＣＣＭ、及び、ＣＨ2Ｆ2の１７８ＳＣＣＭを備えた９００ＳＣＣＭの合計流れ速度、（ii）約１．１Ｔｏｒｒの圧力、（iii ）約７５０ワットの電力である。この処理は、約５８３オングストローム／分の窒化物エッチング速度、約４１：１の選択性、及び、約１．０１の後側：前側のエッチング速度を提供するために使用されている。
【００５７】
別の典型的な処理では、下記の条件が使用されている。即ち、（ｉ）ＣＦ4の２１６ＳＣＣＭ、Ｏ2の３２９ＳＣＣＭ、Ｎ2の４８０ＳＣＣＭ、及び、ＣＨ2Ｆ2の１７５ＳＣＣＭを備えた１２００ＳＣＣＭの合計流れ速度、（ii）約１．１Ｔｏｒｒの圧力、（iii ）約７５０ワットの電力である。この処理は、約４８２オングストローム／分の窒化物エッチング速度、約４５：１の選択性、及び、約１．０３の後側：前側のエッチング速度を提供するために使用されている。
【００５８】
より高い選択性の要求される応用では、Ｏ2及びＣＨ2Ｆ2に関してＣＦ4の流れは減少される（これもまた窒化物のエッチング速度を減少させるけれども）。例えば、ＣＦ4は、約０．７〜１．３Ｔｏｒｒの圧力を備えて約７０〜１５０ＳＣＣＭの範囲で使用される。Ｏ2及びＣＨ2Ｆ2の合計の流れは、約５００〜７００ＳＣＣＭの範囲である。窒化物のエッチング速度は、例えば約４００〜１００オングストローム／分以下の範囲であり、また選択性は、例えば５０〜２００以上の範囲である。
【００５９】
他の典型的な処理では、ＣＦ4の代わりにＳＦ6又はＮＦ3が使用されている。ＳＦ6に対する流速は、例えば、一般的である２５〜５０ＳＣＣＭを備えた１０〜１００ＳＣＣＭの範囲である。ＮＦ3に対する流速は、例えば２０〜１００ＳＣＣＭの範囲である。
【００６０】
典型的な処理から観察された処理傾向の一例を以下説明する。７５０ワットの電力及び９００ミリＴｏｒｒの圧力を使用したこの典型的な処理では、エッチング速度は約６２０オングストローム／分以上であり、一様性は約７．５％（１−σ）であり、後側：前側のエッチング速度の比は約８６％であり、そして、窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性は約４０：１以上であった。
【００６１】
圧力が約１０％（言い換えれば１００ミリＴｏｒｒ）まで増大しても、窒化物及び酸化物のエッチング速度の比は略同じままである。しかしながら、窒化物のエッチング速度の一様性は、エッチング速度がウエハの縁部で速くなるので、約５％まで悪化する。同様に、後側：前側のエッチング速度の比は悪化する（低下する）。窒化物及び酸化物に対する個々のエッチング速度は変わらないので、エッチング速度の選択性もまた一定である。再堆積の形跡はない。
【００６２】
ＣＨ2Ｆ2が合計ガスの流れの約１８％（即ち、８６０ＳＣＣＭの合計ガスの流れのうちでＣＨ2Ｆ2の１６０ＳＣＣＭ）を占めている場合に、典型的な処理傾向について以下説明する。ＣＨ2Ｆ2の流れが約１６０〜約２５５ＳＣＣＭに増加したならば、酸化物のエッチング速度が約２０％まで減少し、窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性は約２０％増加する。メタノールを添加すると、所定の選択性に対する生産量が低下される。窒素ガスを添加すると、窒化ケイ素：二酸化ケイ素のエッチング速度の比が増加される。
【００６３】
プラズマに対する電力が７５０〜１０００ワットまで増加させられると、窒化物のエッチング速度の比が６００〜９００オングストローム／分まで増加する。同様に、７５０〜９００ワットまでの電力増加が選択性を２０：１まで減少させる。
【００６４】
ダイバータに関して、ダイバータの孔の直径が増大するにつれ、エッチング速度の選択性が低下する傾向がある。ダイバータが最適な位置にある時よりウエハに近付けて配置されると、一様性が悪化する。しかし、後側：前側のエッチング速度の比はより良好になる。より大きなダイバータはウエハの縁部におけるエッチング速度を著しく減少させない。
【００６５】
次に、本発明の典型的な実施の形態による付加的且つ代替的なダイバータと反応装置とが以下に説明される。代替的なダイバータは図１１で示されている。そこでは、ダイバータ１１２８は二つの別個の平行プレート１１２８ａ，１１２８ｂを備えている。図１１でのダイバータは、生成室１１０２と基板１１２４との間でまっすぐな視線が存在しないように形成されている。この表示は、ダイバータと基板とに垂直な方向でプレートを通って移動することが不可能な紫外線（又はイオン）１１３６を示している。この構成は基板のイオン衝撃又はＵＶ露光を低減するのに用いられている。
【００６６】
ウエハの第２側に対する別個のガス供給は、図１１での入口１１６０で示されるように、反応装置システムに含まれている。この入口は、符号１１６０で表示されるように、ガス注入リングの形態である。入口１１６０の目的は、ガス流を、基板の第２側に直に、それ故、ウエハのその側における化学的エッチングに供給することである。その化学的エッチングは、即ち、中性ラジカル種、又はイオン化種（プラズマの典型的な成分）を用いずに達成されたエッチングである。第２側のエッチングを促進させるガスは、ＮＯ、Ｎ2Ｏ、又はＮＯ2、或いはフッ素化合物源又は他の反応ガス源を含んでいる。ガス流は、例えば、処理室１１０８内への合計ガス流の４０％までを有する。そこでは、合計ガス流は、入口１１２０を通る流れに、入口１１６０を通る流れを加えたものである。一般に典型的な後側のガス流は約１００ＳＣＣＭである。ここで説明された代表的な実施の形態のうちの幾つかと連係して、補足的な後側のガス流を使用することが理解されるだろう。基板の後側に隣接して第２のプラズマ源が、後側に反応種を供給するために、使用されている。他の実施の形態では、プラズマ光又は他の源が、基板の両側に入口を介して供給可能な反応種を発生させるために、使用されている。
【００６７】
図１２を参照すると、処理室１２０８は、図１２の符号１２１０で示されたような大きい部屋内に収納されている。その目的は、符号１２０８の大きさによって画定された比較的小さな容積内に反応種を保つことである。円筒状包囲体１２０８は、ダイバータと基板との中心を通ってその中心に垂直な線に略一致する中心線を有する。円筒体（円筒状包囲体）の壁の高さは、通常は、基板の直径より小さい。円筒体の壁は、ウエハに関して反応種の流れを対称に保ち、制限された容積のためウエハに隣接した反応種の僅かな滞留時間を伝える。円筒体は、アルミニウム、フッ素樹脂（テフロン（登録商標））、及び（又は）石英のような不反応性材料から形成されている。
【００６８】
ダイバータと、部屋内のその配置との代替的な実施の形態は、図１２〜図１６で示されている。図１２には二枚の平行なプレートを備えたダイバータ１２２８が示され、頂部プレート１２２８ａは、固体又はブランケット状のプレートである。図１３はダイバータ１３２８を示し、そのダイバータ１３２８は、図１１で示されたダイバータと類似し、オフセットした孔パターンをもつ二枚の平行プレートを有する。図１３のダイバータでは、ダイバータの頂部プレートから下方へ延びたスカート１３５０が付加されている。このスカートの目的は、基板の第２側へのガス流の方向転換を助けることである。同様に、図１４に示すように、スカート１４５０が底部プレートから下方へ延びている。このスカートもまた単一プレートのダイバータ１４２８と共に用いられ、ウエハに向ってある距離下方へ延びている。スカートは、所望の処理特性を達成するのに必要なように、ウエハまでの距離、ウエハの縁部までの距離、又はウエハを越えた距離より短く延びている。図１５は、スカート１５５０を備えた単一プレートのダイバータ１５２８を示している。図２、図３、及び図４の実施の形態で使用したスカート（例えば図２で符号２２９、図４で符号４２９で示されている）は、ある実施の形態では、基板の縁部に向って、又は基板の縁部を越えて更に下方へ延びていることもまた理解されるだろう。
【００６９】
上記のダイバータ、円筒体、流れ絞り、及び、それらの組合わせは下記の事項を達成するのに用いられる。即ち、１）基板の後側から不要の材料を除去するために、基板の後側へ幾らかのガス流を方向転換し、２）酸化物のエッチング速度を低減するために、基板の前側からプラズマを遮蔽し、それにより窒化物：酸化物の選択性を改善し、３）前側及び後側のエッチング速度の一様性を改善することである。
【００７０】
図１６で示された代替的な実施の形態では、プラズマは基板の下側で発生される。この構成では、生成室１６０２及びダイバータ１６２８が基板の下側に配置されているので、反応種の流れの第１部分が基板の後側へ向き、流れの方向転換された第２部分が基板の前側に向かって基板の回りを移動する。この状態が図１６で示されている。そこでは、供給ガス入口１６１２が反応装置システムの底部に位置している。ガス入口１６１２は生成室１６０２へガスを供給する。部屋３０３で発生された反応種は処理室１６０８へ拡散し、出口１６２６を介して排出される。ダイバータ１６２８は次の点を除いて以前と類似の役割をする。即ち、この時には、ダイバータに略垂直である（即ち、ダイバータを通過する）ガスの流れが、主としてウエハの後側１６２０をエッチングすることの原因となり、そしてダイバータ周囲のガスの流れが、主としてウエハの前側１６２２をエッチングすることの原因となる点である。再び、ウエハはピン１６３３で支持されるので、前側及び後側の同時エッチングが達成される。
【００７１】
本発明の典型的な実施の形態では、少なくとも３０：１の窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性と、基板において少なくとも８５％の第２側：第１側の窒化物のエッチング速度の比とを達成することができる。少なくとも３０：１の窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性と、基板の第２側における２５％以下の窒化物のエッチング速度の一様性とを達成することもできる。
【００７２】
上述された本発明の典型的な実施の形態における多くの変更を、当業者が容易に気づくだろう。従って、本発明は、特許請求の範囲内にある全ての構造及び方法を包含するものと解釈されるべきである。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、高い選択性、低いイオン損傷、良好なエッチング速度（例えば毎分２００〜１０００オングストローム）、及び、良好な一様性が両面同時エッチング処理において達成される。
【００７４】
また、ダイバータ、円筒体、流れ絞り、及び、それらの組合わせは下記の事項を達成するのに用いられる。即ち、１）基板の後側から不要の材料を除去するために、基板の後側へ幾らかのガス流を方向転換し、２）酸化物のエッチング速度を低減するために、基板の前側からプラズマを遮蔽し、それにより窒化物：酸化物の選択性を改善し、３）前側及び後側のエッチング速度の一様性を改善することである。
【００７５】
更に、少なくとも３０：１の窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性と、基板において少なくとも８５％の第２側：第１側の窒化物のエッチング速度の比とを達成することができる。少なくとも３０：１の窒化物：酸化物のエッチング速度の選択性と、基板の第２側における２５％以下の窒化物のエッチング速度の一様性とを達成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】典型的な窒化物マスク除去プロセスのステップの間での半導体基板の側断面図である。
【図１Ｂ】典型的な窒化物マスク除去プロセスのステップの間での半導体基板の側断面図である。
【図１Ｃ】典型的な窒化物マスク除去プロセスのステップの間での半導体基板の側断面図である。
【図２】本発明の典型的な実施の形態による両面エッチングプラズマ反応装置の側断面で部分的な概略図である。
【図３】本発明の典型的な実施の形態による反応装置の一部の側断面図である。
【図４】本発明の別の実施の形態による反応装置の一部の側断面図である。
【図５】基板を支持するためのピン構造の典型的な実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の一実施の形態による典型的なダイバータを示す図である。
【図７】本発明の一実施の形態による典型的なダイバータを示す図である。
【図８Ａ】本発明の典型的な実施の形態によるダイバータの平面図である。
【図８Ｂ】本発明の典型的な実施の形態によるダイバータの斜視図である。
【図９】本発明の典型的な実施の形態においてガスの流れを示すダイバータの側断面図である。
【図１０Ａ】本発明の典型的な実施の形態で使用される流れ絞りの平面図である。
【図１０Ｂ】本発明の典型的な実施の形態で使用される流れ絞りの側面図である。
【図１１】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１２】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１３】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１４】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１５】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【図１６】本発明の代替の実施の形態によるダイバータを備えた反応装置の側断面図である。
【符号の説明】
１０１ 二酸化ケイ素膜
１０２ 基板
１０３ マスク膜
１０４ 酸窒化ケイ素のデュアル膜
１０５ 窒化ケイ素
１０６ 窒化物膜
１０７ 縁部の窒化物
１０８ 中央部の窒化物
１０９ パッド酸化物
１１０ フィールド酸化物
２００ 反応装置
２０２ａ 円筒状プラズマ生成室
２０２ｂ 円筒状プラズマ生成室
２０４ ガス供給システム
２０６ 排気システム
２０８ ウエハ処理室
２１０ 制御システム
２１２ａ ガス入口
２１２ｂ ガス入口
２１４ａ プラズマ生成室壁
２１４ｂ プラズマ生成室壁
２１６ａ 誘導コイル
２１６ｂ 誘導コイル
２１８ａ 電源システム
２１８ｂ 電源システム
２２０ａ 分離ファラデーシールド
２２０ｂ 分離ファラデーシールド
２２２ 頂部
２２４ａ 基板
２２４ｂ 基板
２２６ ガス出口
２２８ ガスダイバータ
２２９ スカート
２３０ 流れ絞り
２３２ 孔
２３３ ピン
３００ 反応装置システム
３０３ 部屋
３０８ 処理室
３２２ 頂部
３３４ 冷却システム
３３６ 入口
３３８ａ ダイバータ
３３８ｂ ダイバータ
４００ 反応装置システム
４２６ ガス入口
４２８ａ ダイバータ
４２８ｂ ダイバータ
４２９ａ スカート
４２９ｂ スカート
４３０ 流れ絞り
４３６ａ 入口
４３６ｂ 入口
５０２ ピン
６２８ ダイバータ
６３８ 孔パターン
７２８ ダイバータ
７３８ 孔パターン
７４０ スロット
８２８ ダイバータ
８４２ 冷却通路
８４４ 冷却剤出口
８４６ 冷却剤入口
８４８ タブ
９２８ ダイバータ
９３６ 反応種
９３８ 孔
９３９ 反応種
９４０ スロット
９４２ 流れ
９４４ 流れ
１０００ 流れ絞り
１０５０ａ 円形排気領域
１０５０ｂ 円形排気領域
１１０２ 生成室
１１０８ 処理室
１１１２ 入口
１１２４ 基板
１１２８ ダイバータ
１１２８ａ 平行プレート
１１２８ｂ 平行プレート
１１３６ 紫外線（又はイオン）
１１６０ 入口
１２０８ 円筒状包囲体
１２１０ 大きな室
１２２８ ダイバータ
１２２８ａ 頂部プレート
１３２８ ダイバータ
１３５０ スカート
１４２８ ダイバータ
１４５０ スカート
１５２８ ダイバータ
１５５０ スカート
１６０２ 生成室
１６０８ 処理室
１６１２ 供給ガス入口
１６２０ ウエハの後側
１６２２ ウエハの前側
１６２６ 出口
１６２８ ダイバータ
１６３３ ピン
Claims (2)
- 半導体基板の両面をエッチングするための反応装置システムであって、
前記反応装置が、反応種を生成する生成室と、
該生成室にガスを供給するガス入口と、
内部で半導体基板を処理する処理室と、
前記処理室から前記ガスを排気し、前記反応種を前記生成室から前記処理室を通して誘導するガス出口と、
前記生成室と前記半導体基板との間のダイバータと、
冷却システムとを備え、
前記半導体基板が前記ダイバータに向かって略対向する第１側と、前記ダイバータから離れて略対向する第２側とを有し、
プレートが、前記半導体基板の前記第２側に対向して設けられ、
前記プレートが、その中央に対称的に設けられた孔を有し、
前記ダイバータが前記反応種の一部を方向転換するように形成され、前記半導体基板の前記第１側を迂回し、前記半導体基板の前記第２側の処理を促進し、
前記ダイバータが、前記半導体基板の前記第１側への前記ガスの流入を可能とする孔を有するプレートの形状であり、前記孔が水平から３０度の角度であり、
前記ダイバータが冷却通路、冷却剤入口、及び冷却剤出口を有し、前記冷却システムが、処理の間に前記ダイバータを介して冷却剤をポンピングすることを特徴とする半導体基板の両面エッチングシステム。 - 反応種生成室と処理室と排気部とを備えたエッチングシステムを用いて半導体基板の第１面及び第２面をエッチングする半導体装置の製造方法であって、
前記反応種生成室でエッチングのための反応種を生成する工程と、
前記処理室内において、前記半導体基板と前記反応種生成室との間に設けられたダイバータを用いて前記反応種の一部は前記半導体基板の前記第１面へ導き、残りの反応種は前記半導体基板の前記第１面を迂回するように方向転換させる工程と、
前記半導体基板の前記第１面に導かれた前記反応種の一部により前記半導体基板の前記第１面をエッチングし、前記半導体基板の前記第２面に回り込んだ前記残りの反応種により前記半導体基板の前記第２面をエッチングする工程と、
を有し、
前記ダイバータが、前記半導体基板の前記第１側への前記ガスの流入を可能とする孔を有するプレートの形状であり、前記孔が水平から３０度の角度であり、
前記半導体基板と前記排気部との間に、中央に対称的に設けられた孔を有するプレートからなる流れ絞りを配置することにより、前記半導体基板の前記第２面に回り込んだ前記残りの反応種の滞在時間を増大させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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| US09/351257 | 1999-07-12 |
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|---|---|---|---|
| JP2000211129A Expired - Lifetime JP4122124B2 (ja) | 1999-07-12 | 2000-07-12 | 半導体基板の両面エッチングシステム及び半導体装置の製造方法 |
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- 2000-07-12 JP JP2000211129A patent/JP4122124B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JP2001060570A (ja) | 2001-03-06 |
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