JP5292450B2

JP5292450B2 - エッチング方法、エッチングシステムおよびエッチング装置

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Publication number: JP5292450B2
Application number: JP2011256191A
Authority: JP
Inventors: 茂樹戸澤; 雄介村木
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: JP2012049566A

Description

本発明は、基板上に形成されたシリコン酸化膜をエッチングしてコンタクト部に到達するストレージノードホールまたはコンタクトホール等のホールを形成するエッチング方法、エッチングシステムおよびエッチング装置に関する。

近時、半導体デバイスの高集積化にともなってパターンサイズが著しく微細化しており、例えば、ＤＲＡＭの製造工程においては、円筒形状（シリンダ型）に形成されるキャパシタ電極は益々細くなり、かつ、その高さはキャパシタンスを増加させるために益々高くなってきており、ストレージノードホールのアスペクト比が極めて高いものとなる。また、コンタクトホールについても益々高アスペクト比化が進んでいる。

このような高アスペクト比のストレージノードホールやコンタクトホールを形状性良く形成する技術が例えば特許文献１に開示されている。

しかしながら、このような深いホールを形成する場合には、ホールがコンタクト部に到達する前に細くなり、その中のコンタクト材料とコンタクト部との間で十分なコンタクトがとれない場合が生じることが懸念される。また、たとえホール形状が良好であってもホール径が小さい場合には、十分なコンタクトをとれないおそれがある。

特開２００２−３１３９５２号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、シリコン酸化膜にコンタクト部に到達する高アスペクト比のホールを形成する際に、ホール内のコンタクト材料とコンタクト部との間で十分なコンタクトがとれるようなホールを形成することができるエッチング方法、エッチングシステムおよびエッチング装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の観点では、基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、さらに前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有する被処理体を準備する工程と、前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜をプラズマエッチングによりエッチングして前記コンタクト部に到達するホールを形成する工程と、ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたプラズマレスエッチングにより前記第１の酸化膜をエッチングし、前記第１の酸化膜の前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる工程とを有し、前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる工程は、減圧下にて、前記ＨＦガスおよび不活性ガスによるプラズマレスエッチングを行った後、それによって被処理体上に形成されたフルオロケイ酸系の反応生成物を除去するために、被処理体を加熱することを特徴とするエッチング方法を提供する。

上記第１の観点において、前記ＨＦガスおよび不活性ガスによるプラズマレスエッチングは、内部に温調機構が設けられたチャンバー内に前記被処理体を収容し、前記チャンバー内にＨＦガスおよび不活性ガスを供給して、前記温調機構の熱を前記被処理体に伝熱させて前記被処理体の温度を制御しながら行い、前記反応生成物を除去するための被処理体の加熱は、内部に温調機構が設けられたチャンバー内に前記被処理体を収容し、前記チャンバー内に不活性ガスを供給して、前記温調機構の熱を前記被処理体に伝熱させて前記被処理体の温度を制御しながら行うことができる。また、前記プラズマレスエッチング終了後、前記ＨＦガスの供給を停止する一方で前記不活性ガスの供給を継続し、前記不活性ガスによって前記チャンバー内をパージするものとすることができる。

本発明の第２の観点では、基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、かつ前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有し、さらに前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜を経て前記コンタクト部に到達するホールが形成された構造物に対し、ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたプラズマレスエッチングにより前記第１の酸化膜をエッチングし、前記第１の酸化膜の前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる工程を行い、前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる工程は、減圧下にて、前記ＨＦガスおよび不活性ガスによるプラズマレスエッチングの後、それによって前記構造物上に形成されたフルオロケイ酸系の反応生成物を除去するために、前記構造物を加熱することを特徴とするエッチング方法を提供する。

上記第２の観点において、前記ＨＦガスおよび不活性ガスによるプラズマレスエッチングは、内部に温調機構が設けられたチャンバー内に前記構造物を収容し、前記チャンバー内にＨＦガスおよび不活性ガスを供給して、前記温調機構の熱を前記構造物に伝熱させて前記構造物の温度を制御しながら行い、前記反応生成物を除去するための前記構造物の加熱は、内部に温調機構が設けられたチャンバー内に前記構造物を収容し、前記チャンバー内に不活性ガスを供給して、前記温調機構の熱を前記構造物に伝熱させて前記構造物の温度を制御しながら行うことができる。また、前記プラズマレスエッチング終了後、前記ＨＦガスの供給を停止する一方で前記不活性ガスの供給を継続し、前記不活性ガスによって前記チャンバー内をパージするようにすることができる。

本発明の第３の観点では、基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、さらに前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有する被処理体に対し、前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜を経て前記コンタクト部に到達するホールを形成するエッチングシステムであって、前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜をプラズマエッチングによりエッチングして前記コンタクト部に到達するホールを形成する第１のエッチング装置と、ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたプラズマレスエッチングにより前記第１の酸化膜をエッチングし、前記第１の酸化膜の前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる第２のエッチング装置と、前記第１のエッチング装置と前記第２のエッチング装置との間で被処理体を搬送する搬送機構と、を具備し、前記第２のエッチング装置は、減圧下で前記プラズマレスエッチングを行うエッチング処理部と、その後前記プラズマレスエッチングにより被処理体上に形成されたフルオロケイ酸系の反応生成物を除去する加熱処理を減圧下で行う加熱処理部とを有することを特徴とするエッチングシステムを提供する。

上記第３の観点において、前記エッチングシステムは、前記第１のエッチング装置と、前記第２のエッチング装置と、前記搬送機構とを制御する制御部をさらに具備し、前記第２のエッチング装置の前記エッチング処理部は、被処理体を収容する第１チャンバーと、前記第１チャンバー内に設けられ、被処理体を所望の温度に温調する第１温調機構と、前記第１チャンバーに接続され、前記第１チャンバー内に前記ＨＦガスを供給するＨＦガス供給ラインと、前記第１チャンバーに接続され、前記第１チャンバー内に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給ラインとを有し、前記第２のエッチング装置の前記加熱処理部は、被処理体を収容する第２チャンバーと、前記第２チャンバー内に設けられ、被処理体を所望の温度に温調する第２温調機構と、前記第２チャンバーに接続され、前記第２チャンバー内に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給ラインとを有し、前記制御部は、前記第１チャンバー内に被処理体を収容した状態で、前記第１チャンバーにＨＦガスおよび不活性ガスを導入させて、前記第１温調機構の熱を被処理体に伝熱させて前記被処理体の温度を制御しながらプラズマレスエッチングが行われるようにし、かつ前記第２チャンバー内に被処理体を収容した状態で、前記第２チャンバーに不活性ガスを導入させて、前記第２温調機構の熱を被処理体に伝熱させて被処理体の温度を制御しながら被処理体の加熱が行われるようにすることができる。また、前記制御部は、前記エッチング処理部において前記プラズマレスエッチング終了後、前記第１チャンバーへのＨＦガスの供給を停止する一方で不活性ガスの供給を継続し、不活性ガスによって前記第１チャンバー内をパージするように前記第２のエッチング装置を制御する構成とすることができる。さらに、前記第２のエッチング装置の前記エッチング処理部は、前記第１チャンバー内に設けられた、被処理体が載置される第１載置台を有し、前記第１温調機構は前記第１載置台に設けられており、前記第２のエッチング装置の前記加熱処理部は、前記第２チャンバー内に設けられた、被処理体が載置される第２載置台を有し、前記第２温調機構は前記第２載置台に設けられている構成とすることができる。

本発明の第４の観点では、基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、さらに前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有し、さらに前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜を経て前記コンタクト部に到達するホールが形成された構造物に対し、前記第１の酸化膜の前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げるための、ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたプラズマレスエッチングを行うエッチング装置であって、前記エッチング装置は、減圧下で前記プラズマレスエッチングを行うエッチング処理部と、その後前記プラズマレスエッチングにより前記構造物上に形成されたフルオロケイ酸系の反応生成物を除去する加熱処理を減圧下で行う加熱処理部とを有することを特徴とするエッチング装置を提供する。

上記第４の観点において、前記エッチング装置は、制御部をさらに具備し、前記エッチング処理部は、構造物を収容する第１チャンバーと、前記第１チャンバー内に設けられ、前記構造物を所望の温度に温調する第１温調機構と、前記第１チャンバーに接続され、前記第１チャンバー内にＨＦガスを供給するＨＦガス供給ラインと、前記第１チャンバーに接続され、前記第１チャンバー内に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給ラインとを有し、前記加熱処理部は、構造物を収容する第２チャンバーと、前記第２チャンバー内に設けられ、前記構造物を所望の温度に温調する第２温調機構と、前記第２チャンバーに接続され、前記第２チャンバー内に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給ラインとを有し、前記制御部は、前記第１チャンバー内に前記構造物を収容した状態で、前記第１チャンバーにＨＦガスおよび不活性ガスを導入させて、前記第１温調機構の熱を前記構造物に伝熱させて前記構造物の温度を制御しながらプラズマレスエッチングが行われるようにし、かつ前記第２チャンバー内に前記構造物を収容した状態で、前記第２チャンバーに不活性ガスを導入させて、前記第２温調機構の熱を前記構造物に伝熱させて前記構造物の温度を制御しながら前記構造物の加熱が行われるようにする構成とすることができる。また、前記制御部は、前記エッチング処理部において前記プラズマレスエッチング終了後、前記第１チャンバーへのＨＦガスの供給を停止する一方で前記不活性ガスの供給を継続し、前記不活性ガスによって前記第１チャンバー内をパージするように制御する構成とすることができる。さらに、前記エッチング処理部は、前記第１チャンバー内に設けられた、前記構造物が載置される第１載置台を有し、前記第１温調機構は前記第１載置台に設けられており、前記加熱処理部は、前記第２チャンバー内に設けられた、前記構造物が載置される第２載置台を有し、前記第２温調機構は前記第２載置台に設けられている構成とすることができる。

本発明の第５の観点では、コンピュータ上で動作し、エッチングシステムを制御するプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第１の観点のエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチングシステムを制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

本発明の第６の観点では、コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記第２の観点のエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチング装置を制御させることを特徴とする記憶媒体を提供する。

ＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物は、水分を吸着するため、この水分の存在下でＨＦガスが供給されてこれらが反応する。このため、ＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物はＨＦガスによりエッチングされる。一方、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物は、水分をほとんど吸着しないため、ＨＦガスを供給してもほとんどエッチングが進行しない。したがって、基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、さらに前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有する被処理体に前記コンタクト部に到達するホールを形成し、その後、ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたドライプロセスにより前記第１の酸化膜をエッチングすれば、第２の酸化膜に形成されたホールをほとんど広げることなく、前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げることができ、ホール内にコンタクト材料を埋め込んだ際に、コンタクト材料とコンタクト部との接触面積を増加させて良好なコンタクトをとることができる。また、ドライプロセスの際にＨＦガスに加えて不活性ガスを用いることにより、被処理体への熱伝達が良好になり、被処理体の温度制御を正確に行うことができる。

本発明の一実施形態に係るエッチング方法を説明するためのフローチャート。本発明の一実施形態に係るエッチング方法の各工程を説明するための工程断面図。コンタクト部に到達する前に細くなったエッチングホールを示す断面図。幅広のホール部分が形成され、ホール内にコンタクト材料が埋め込まれた状態を示す断面図。本発明のエッチング方法を実施するためのエッチングシステムの概略構成を示す模式図。図５のエッチングシステムに搭載されたＨＦ含有ガスエッチング装置の概略構成を示す側面図。図６のＨＦ含有ガスエッチング装置に搭載されたエッチング処理部を示す断面図。図６のＨＦ含有ガスエッチング装置に搭載された熱処理部を示す断面図。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るエッチング方法を示すフローチャート、図２は各工程を説明するための工程断面図である。

まず、被処理体として、図２（ａ）に示す、半導体基板２００の表面にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜２０１が形成され、さらにその上に、ＴＥＯＳやＨＤＰ等のＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜２０２が形成され、第１の酸化膜２０１および第２の酸化膜２０２の界面より下方にコンタクト部２０３が形成されたシリコンウエハ（以下、単にウエハという）Ｗを準備する（ステップ１）。このようなＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物としては、ＢとＰの両方を含むＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicate Glass）、Ｂを含むＢＳＧ（Boro Silicate Glass）、Ｐを含むＰＳＧ（Phospho Silicate Glass）等を挙げることができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、プラズマエッチングにより、レジスト膜等をエッチングマスクとして、第２の酸化膜２０２から第１の酸化膜２０１を経てコンタクト部２０３に至る高アスペクト比のホール２０４を形成する（ステップ２）。この際のエッチングは、フォトリソグラフィ技術によりパターン形成したフォトレジスト等をマスクとして、通常用いられる適宜の処理ガスのプラズマにより行われる。

ところで、高アスペクト比のホール２０４をエッチングにより形成する場合には、エッチングが進むにつれてホール径が小さくなる傾向にあり、コンタクト部２０３までエッチングされた際に、図３に示すように、コンタクト部２０３近傍でホール径が小さくなってしまう場合がある。このような場合には、ホール内にコンタクト材料を埋め込んだ際に、コンタクト材料とコンタクト部２０３との間のコンタクト面積が小さくなり、十分なコンタクトがとれないおそれがある。また、ホール径が小さい場合には、たとえホール形状が良好であってもコンタクトが不十分になる場合もある。

そこで、ＨＦを含むガスを用いたプラズマレスエッチングにより、ＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜２０１をエッチングする（ステップ３）。このエッチングでは、ＢおよびＰを含まない第２の酸化膜２０２はほとんどエッチングされず、ＢおよびＰの少なくとも一方を含む第１の酸化膜２０１が選択的にエッチングされる。このときのエッチングは等方的に進行し、図２（ｃ）に示すように、コンタクト部２０３の上方において横方向に広がるような形状の幅広ホール部分２０４ａが形成される。すなわち、このＨＦを含むガスによるエッチングにより、第２の酸化膜２０２内のホール２０４の形状をほとんど変化させることなく、コンタクト部２０３近傍のみホール径を広げることができる。また、ＨＦを含むガスによるエッチングは、通常のプラズマエッチングよりもエッチングレートを高くすることができる。また、プラズマレスであるため、下地や隣接する素子部分等にダメージを及ぼさないというメリットも得られる。

このように、コンタクト部２０３の近傍に幅広ホール部分２０４ａを形成することにより、ホール２０４内にコンタクト材料２０５を埋め込んだ際に、図４に示すように、コンタクト材料２０５とコンタクト部との接触面積を広くすることができ、良好なコンタクトをとることができる。

第１の酸化膜２０１がＨＦによりエッチングされるのは、第１の酸化膜２０１を構成するＢＰＳＧ、ＢＳＧ、ＰＳＧ等のＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物は水分を吸着するので、この水分の存在下でＨＦガスが供給されて、これらが反応することによる。一方、ＢおよびＰを含まないＴＥＯＳやＨＤＰ等のシリコン酸化物は、水分をほとんど吸着しないため、ＨＦを供給してもほとんどエッチングが進行しない。

ＨＦを含むガスとしては、ＨＦガス単独であってもよいし、ＨＦガスとＮ_２ガスやＡｒガス等の不活性ガスを混合したものであってもよい。さらに、他のエッチングガスを含んでいてもよい。

このようなエッチングは、高アスペクト比のストレージノードホールやコンタクトホールの形成に有効である。

次に、このようなエッチング方法を実施するためのエッチングシステムの一例について具体的に説明する。図５は、このようなエッチングシステムの概略構成を示す模式図である。

このエッチングシステム１０は、第１の酸化膜２０１および第２の酸化膜２０２にプラズマエッチングによりホール２０４を形成するプラズマエッチング装置１１と、ＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜２０１をＨＦを含むガスによるプラズマレスプロセスでエッチングするＨＦ含有ガスエッチング装置１２と、これらの間でウエハＷをキャリアＣに収納した状態で搬送する搬送機構１３と、プラズマエッチング装置１１での処理、ＨＦ含有ガスエッチング装置１２での処理および搬送機構１３での搬送処理を制御するための制御部１４とを有している。

プラズマエッチング装置１１としては、例えば平行平板電極を用いた容量結合型のものや、誘導結合型のもの等、この分野で通常用いられるものを用いることができる。

ＨＦ含有ガスエッチング装置１２としては、図６に示すような装置を用いることができる。この装置は、ウエハＷを搬入出する搬入出部６１と、搬入出部６１に隣接させて設けられたロードロック室６２と、実際のエッチング処理を行うエッチング処理部６３と、エッチングが終了した後に加熱処理を行う熱処理部６４とを有している。

このＨＦ含有ガスエッチング装置１２は、ロードロック室６２とエッチング処理部６３と熱処理部６４とが２つずつ設けられており、搬入出部６１に対し、ロードロック室６２、熱処理部６４、エッチング処理部６３が、この順に一直線上に並べて設けられている。なお、搬入出部６１とロードロック室６２との間、ロードロック室６２と熱処理部６４との間、熱処理部６４とエッチング処理部６３との間にはゲートバルブ（図示せず）が設けられており、これにより、これらの間が開閉可能となっている。

搬入出部６１は、ウエハＷを搬送可能な搬送機構（図示せず）を有する搬送室７１を有しており、搬送室７１の長手方向の側部には、載置台７２が設けられており、この載置台７２には、ウエハＷを複数並べて収容可能なキャリアＣが例えば３つ備えられている。また、搬送室７１に隣接して、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行なうオリエンタ７３が設置されている。搬送室７１内の搬送機構は、これら３つのキャリアＣ、オリエンタ７３および２つのロードロック室６２の間でウエハＷを一枚ずつ搬送することが可能となっている。

ロードロック室６２は、内部に搬送機構（図示せず）を有し、大気状態と真空状態との切り替えが可能に構成されている。そして、その内部を大気状態にし、搬入出部６１側のゲートバルブを開けて搬送室７１の搬送機構によりキャリアＣからウエハＷをロードロック室６２の搬送機構に搬送し、搬入出部６１側のゲートバルブを閉じて熱処理部６４と同等の真空度に真空引きしてから、熱処理部６４側のゲートバルブおよび熱処理部６４とエッチング処理部６３との間のゲートバルブを開けて搬送機構によりウエハＷをエッチング処理部６３に搬送可能となっている。また、熱処理部６４で熱処理した後のウエハＷを搬送機構により戻し、熱処理部６４側のゲートバルブを閉じてその中を大気状態にし、その後搬入出部６１側のゲートバルブを開いて搬入出部６１へウエハＷを搬送することが可能となっている。

エッチング処理部６３は、図７に示すように、ウエハＷを収容する密閉構造のチャンバー８０を備えており、チャンバー８０内には、ウエハＷが水平状態で載置される載置台８１が設けられている。載置台８１にはウエハＷを所望の温度に調節する温調機構８２が設けられている。チャンバー８０の側壁には熱処理部６４との間でウエハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）が設けられている。

また、エッチング処理部６３には、チャンバー８０にはエッチングガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスを供給するＨＦガス供給ライン８５と、チャンバー８０内に希釈ガスとして不活性ガス例えば窒素（Ｎ_２）ガスを供給するＮ_２ガス供給ライン８６と、排気ライン８７とが接続されている。ＨＦガス供給ライン８５はＨＦガス供給源９０に接続されており、ＨＦガス供給ライン８５には、開閉およびＨＦガスの供給流量の調節が可能な流量調節弁９１が設けられている。Ｎ_２ガス供給ライン８６はＮ_２ガス供給源９５に接続され、Ｎ_２ガス供給ライン８６には、開閉およびＮ_２ガスの供給流量の調節が可能な流量調節弁９６が設けられている。

チャンバー８０の天壁には、ＨＦガス供給ライン８５およびＮ_２ガス供給ライン８６を通って供給されたＨＦガスおよびＮ_２ガスを、載置台８１に載置されたウエハＷの全面に均一に供給させるためのシャワーヘッド９７が設けられている。

排気ライン８７には、圧力コントローラ１００および強制排気を行うための排気ポンプ１０１が設けられている。排気ポンプ１０１を作動させつつ圧力コントローラ１００を調整することによって、チャンバー８０内の圧力が所定の減圧状態に制御可能となっている。

熱処理部６４は、図８に示すように、ウエハＷを収容する密閉構造のチャンバー１１０を備えており、チャンバー１１０内には、ウエハＷが水平状態で載置される載置台１１１が設けられている。載置台１１１にはウエハＷを所定の温度に加熱するためのヒーター１１２が設けられている。チャンバー１１０の側壁には、エッチング処理部６３との間でウエハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）と、ロードロック室６２との間でウエハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）とが設けられている。

また、熱処理部６４には、チャンバー１１０内に雰囲気ガスとして不活性ガス、例えばＮ_２ガスを供給するＮ_２ガス供給ライン１１５とチャンバー１１０内を排気する排気ライン１１６が接続されている。Ｎ_２ガス供給ライン１１５はＮ_２ガス供給源１２０に接続され、Ｎ_２ガス供給ライン１１５には、開閉およびＮ_２ガスの供給流量の調節が可能な流量調節弁１２１が設けられている。

チャンバー１１０の天壁には、Ｎ_２ガス供給ライン１１５を通って供給されたＮ_２ガスを、載置台１１１に載置されたウエハＷの全面に均一に供給させるためのシャワーヘッド１２２が設けられている。

排気ライン１１６には、圧力コントローラ１２５および強制排気を行うための排気ポンプ１２６が設けられている。排気ポンプ１２６を作動させつつ圧力コントローラ１２５を調整することによって、チャンバー１１０内の圧力が所定の減圧状態に制御可能となっている。

制御部１４は、エッチングシステム１０のプラズマエッチング装置１１、ＨＦ含有ガスエッチング装置１２、搬送機構１３を実際に制御する、マイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ１５を有している。プロセスコントローラ１５には、オペレータがエッチングシステム１０を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、エッチングシステム１０の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェース１６が接続されている。また、プロセスコントローラ１５には、エッチングシステム１０で実行される各種処理をプロセスコントローラ１５の制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じてエッチングシステム１０の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムすなわちレシピ、さらに各種データベース等が格納された記憶部１７が接続されている。レシピは記憶部１７の中の記憶媒体に記憶されている。記憶媒体は、ハードディスク等の固定的に設けられているものであってもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。

そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース１６からの指示等にて任意のレシピを記憶部１７から呼び出してプロセスコントローラ１５に実行させることで、プロセスコントローラ１５の制御下で、エッチングシステム１０での所望の処理が行われる。

このように構成されたエッチングシステム１０において、図２に示すようにエッチングを行う際には、まず、搬送機構１３によりウエハＷが収納されたキャリアＣをプラズマエッチング装置１１の搬入出部（図示せず）に搬入する。そして、ウエハＷを１枚ずつ取り出して、所定の処理ガスにより第１の酸化膜２０１および第２の酸化膜２０２にプラズマエッチングを施し、コンタクト部２０３に到達するホール２０４を形成する。この際の処理条件は、装置のタイプおよび処理ガスの種類等に応じて適宜決定される。

プラズマエッチングによりホール２０４を形成した後のウエハＷをキャリアＣに収納する。このようにして所定枚数のウエハＷに対してプラズマエッチングが終了した後、搬送機構１３によりキャリアＣをＨＦ含有ガスエッチング装置１２に搬送する。

ＨＦ含有ガスエッチング装置１２においては、キャリアＣを搬入出部６１の載置台７２に載置し、搬送室７１内の搬送機構によりキャリアＣから１枚のウエハＷが取り出され、ロードロック室６２内に搬入される。ロードロック室６２にウエハＷが搬入されるとゲートバルブが閉じられてその中が密閉状態となり、真空排気することにより、エッチング処理部６３のチャンバー８０および熱処理部６４のチャンバー１１０と同等の減圧状態となり、ゲートバルブを開いてこれらと連通することが可能となる。

この状態でウエハＷは、まず、エッチング処理部６３のチャンバー８０内に搬入される。そして、デバイス形成面を上面とした状態で載置台８１上に載置される。その後、ゲートバルブを閉じてチャンバー８０を密閉状態とし、温調機構８２によりウエハＷを例えば４０℃以下の所定の温度に温調される。また、チャンバー８０内は、排気ポンプ１０１と圧力コントローラ１００の調整によって、例えば４００〜４０００Ｐａ（３〜３０Ｔｏｒｒ）に制御される。

この状態で、ＨＦガスおよび必要に応じて希釈ガスとしてのＮ_２ガスをチャンバー８０内に供給する。このとき流量調整弁９１によりＨＦガスの供給量が１０００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に調整される。なお、エッチングガスであるＨＦガスに加えてＮ_２ガスチャンバー８０内に供給することにより、載置台８１内の温調機構８２の熱がウエハＷに効率良く伝導され、ウエハＷを正確に温度制御することができる。Ｎ_２ガスを供給する場合には、その供給量を５００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）とする。

このようにＨＦガスが減圧下で供給されることにより、ＢおよびＰの少なくとも一方を含有するシリコン酸化物からなる第１の酸化膜２０１とＨＦガスとが反応し、エッチングが進行する。この際に、反応生成物としてフルオロケイ酸系の反応生成物が生成するが、上述したように、ＢおよびＰの少なくとも一方を含有するシリコン酸化物は水分を吸着するので、水の存在下で反応が促進され、高エッチングレートでエッチングが進行する。

このようなＨＦ含有ガスによるドライエッチング処理が終了後、流量調整弁９１が閉じられ、ＨＦガスの供給が停止される。このときＮ_２ガスの供給は継続され、これによりチャンバー８０内がＮ_２ガスによってパージされる。

このエッチング処理部６３により処理後、ＨＦガスによって生成された反応生成物は水分の存在により揮発しやすい状態となっており、チャンバー８０内である程度揮発可能であるが、エッチング面に残存する反応生成物を除去する目的で、エッチング処理後のウエハＷを熱処理部６４へ搬送する。この際には、チャンバー８０とチャンバー１１０との間のゲートバルブが開かれてこれらが連通し、この状態でロードロック室６２内の搬送機構によりチャンバー８０内のウエハＷを熱処理部６４のチャンバー１１０に搬送する。

熱処理部６４において、ウエハＷはデバイス形成面を上面とした状態でチャンバー１１０内の載置台１１１上に載置される。そして、ゲートバルブが閉じられてチャンバー１１０が密閉状態とされ、熱処理工程が開始される。このとき、ヒーター１１２によりウエハＷの温度を１００〜４００℃の所定の温度にされる。また、チャンバー１１０内は、排気ポンプ１２６と圧力コントローラ１２５の調整によって、例えば１３３〜４００Ｐａ（１〜３Ｔｏｒｒ）に制御される。そして、Ｎ_２ガスが所定の流量でチャンバー１１０内に供給される。この時のＮ_２ガスの供給量は、例えば５００〜３０００ｍＬ／ｍｉｎ（ｓｃｃｍ）に調整される。これにより、載置台１１１に設けられたヒーター１１２の熱がウエハＷに効率良く伝達され、ウエハＷの温度が正確に制御される。

このような熱処理が終了すると、流量調整弁１２１が閉じられてＮ_２ガスの供給が停止される。そして、熱処理部６４とロードロック室６２との間のゲートバルブが開かれ、ウエハＷが熱処理部６４からロードロック室６２へ搬入される。そして、ゲートバルブを閉じてロードロック室６２を密閉状態とし、大気圧とされた後、ロードロック室６２と搬入出部６１とを連通してウエハＷを搬入出部６１のキャリアＣ内に収納する。以上のようにして所定枚数のウエハＷの処理が終了すると、処理後のウエハＷを収納したキャリアＣを搬送機構１３によりエッチングシステム１０から搬出する。

以上のようなエッチング処理においては、プラズマエッチングにより第２の酸化膜２０２および第１の酸化膜２０１を経てコンタクト部２０３に至るホール２０４を形成した後、ＨＦ含有ガスによるドライエッチングを行うことにより、第１の酸化膜２０１のコンタクト部２０３の近傍部分がエッチングされ、コンタクト部２０３の近傍に幅広ホール部分２０４ａが形成される。一方、水分の吸着がほとんどないＢおよびＰを含まないＴＥＯＳやＨＤＰ等のシリコン酸化物からなる第２の酸化膜２０２はエッチングがほとんど進行しない。したがって、ホール２０４の第２の酸化膜２０２に対応する部分の形状をほとんど変化させることなく、コンタクト部２０３の近傍に幅広ホール部分２０４ａを形成することができ、その後にホール２０４内にコンタクト材料を埋め込んだ際に良好なコンタクトを確保することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、ホールを形成する際にプラズマエッチングを用いたがこれに限るものではない。また、希釈ガス等に用いる不活性ガスとしてＮ_２ガスを用いたが、その他の不活性ガス、例えばＡｒガス、Ｈｅガス、Ｘｅガス等の他の不活性ガスを用いることができる。

また、上記実施形態ではアプリケーションを特定せずに原理的な説明を行ったが、上記実施形態で説明した工程を含むものである限り、種々のデバイス形成に適用することができる。

本発明は、半導体デバイスの製造工程において、高アスペクト比のホール、例えばストレージノードホールやコンタクトホールを形成してコンタクト部に対するコンタクトをとる用途全般に適用することができる。

１０；エッチングシステム
１１；プラズマエッチング装置
１２；ＨＦ含有ガスエッチング装置
１３；搬送機構
１４；制御部
１５；プロセスコントローラ
６１；搬入出部
６２；ロードロック室
６３；エッチング処理部
６４；熱処理部
８０；チャンバー
８１；載置台
８２；温調機構
９０；ＨＦガス供給源
２００：シリコン基板
２０１；第１の酸化膜
２０２；第２の酸化膜
２０３；コンタクト部
２０４；ホール
２０４ａ；幅広ホール部分
２０５；コンタクト材料
Ｗ；ウエハ

Claims

基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、さらに前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有する被処理体を準備する工程と、
前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜をプラズマエッチングによりエッチングして前記コンタクト部に到達するホールを形成する工程と、
ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたプラズマレスエッチングにより前記第１の酸化膜をエッチングし、前記第１の酸化膜の前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる工程と
を有し、
前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる工程は、減圧下にて、前記ＨＦガスおよび不活性ガスによるプラズマレスエッチングを行った後、それによって被処理体上に形成されたフルオロケイ酸系の反応生成物を除去するために、被処理体を加熱することを特徴とするエッチング方法。
前記ＨＦガスおよび不活性ガスによるプラズマレスエッチングは、内部に温調機構が設けられたチャンバー内に前記被処理体を収容し、前記チャンバー内にＨＦガスおよび不活性ガスを供給して、前記温調機構の熱を前記被処理体に伝熱させて前記被処理体の温度を制御しながら行い、前記反応生成物を除去するための被処理体の加熱は、内部に温調機構が設けられたチャンバー内に前記被処理体を収容し、前記チャンバー内に不活性ガスを供給して、前記温調機構の熱を前記被処理体に伝熱させて前記被処理体の温度を制御しながら行うことを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
前記プラズマレスエッチング終了後、前記ＨＦガスの供給を停止する一方で前記不活性ガスの供給を継続し、前記不活性ガスによって前記チャンバー内をパージすることを特徴とする請求項２に記載のエッチング方法。
基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、かつ前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有し、さらに前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜を経て前記コンタクト部に到達するホールが形成された構造物に対し、
ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたプラズマレスエッチングにより前記第１の酸化膜をエッチングし、前記第１の酸化膜の前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる工程を行い、
前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる工程は、減圧下にて、前記ＨＦガスおよび不活性ガスによるプラズマレスエッチングの後、それによって前記構造物上に形成されたフルオロケイ酸系の反応生成物を除去するために、前記構造物を加熱することを特徴とするエッチング方法。
前記ＨＦガスおよび不活性ガスによるプラズマレスエッチングは、内部に温調機構が設けられたチャンバー内に前記構造物を収容し、前記チャンバー内にＨＦガスおよび不活性ガスを供給して、前記温調機構の熱を前記構造物に伝熱させて前記構造物の温度を制御しながら行い、前記反応生成物を除去するための前記構造物の加熱は、内部に温調機構が設けられたチャンバー内に前記構造物を収容し、前記チャンバー内に不活性ガスを供給して、前記温調機構の熱を前記構造物に伝熱させて前記構造物の温度を制御しながら行うことを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
前記プラズマレスエッチング終了後、前記ＨＦガスの供給を停止する一方で前記不活性ガスの供給を継続し、前記不活性ガスによって前記チャンバー内をパージすることを特徴とする請求項５に記載のエッチング方法。
基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、さらに前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有する被処理体に対し、前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜を経て前記コンタクト部に到達するホールを形成するエッチングシステムであって、
前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜をプラズマエッチングによりエッチングして前記コンタクト部に到達するホールを形成する第１のエッチング装置と、
ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたプラズマレスエッチングにより前記第１の酸化膜をエッチングし、前記第１の酸化膜の前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げる第２のエッチング装置と、
前記第１のエッチング装置と前記第２のエッチング装置との間で被処理体を搬送する搬送機構と、
を具備し、
前記第２のエッチング装置は、減圧下で前記プラズマレスエッチングを行うエッチング処理部と、その後前記プラズマレスエッチングにより被処理体上に形成されたフルオロケイ酸系の反応生成物を除去する加熱処理を減圧下で行う加熱処理部とを有することを特徴とするエッチングシステム。
前記エッチングシステムは、前記第１のエッチング装置と、前記第２のエッチング装置と、前記搬送機構とを制御する制御部をさらに具備し、
前記第２のエッチング装置の前記エッチング処理部は、
被処理体を収容する第１チャンバーと、
前記第１チャンバー内に設けられ、被処理体を所望の温度に温調する第１温調機構と、
前記第１チャンバーに接続され、前記第１チャンバー内に前記ＨＦガスを供給するＨＦガス供給ラインと、
前記第１チャンバーに接続され、前記第１チャンバー内に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給ラインと
を有し、
前記第２のエッチング装置の前記加熱処理部は、
被処理体を収容する第２チャンバーと、
前記第２チャンバー内に設けられ、被処理体を所望の温度に温調する第２温調機構と、
前記第２チャンバーに接続され、前記第２チャンバー内に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給ラインと
を有し、
前記制御部は、前記第１チャンバー内に被処理体を収容した状態で、前記第１チャンバーにＨＦガスおよび不活性ガスを導入させて、前記第１温調機構の熱を被処理体に伝熱させて前記被処理体の温度を制御しながらプラズマレスエッチングが行われるようにし、かつ前記第２チャンバー内に被処理体を収容した状態で、前記第２チャンバーに不活性ガスを導入させて、前記第２温調機構の熱を被処理体に伝熱させて被処理体の温度を制御しながら被処理体の加熱が行われるようにすることを特徴とする請求項７に記載のエッチングシステム。
前記制御部は、前記エッチング処理部において前記プラズマレスエッチング終了後、前記第１チャンバーへのＨＦガスの供給を停止する一方で不活性ガスの供給を継続し、不活性ガスによって前記第１チャンバー内をパージするように前記第２のエッチング装置を制御することを特徴とする請求項８に記載のエッチングシステム。
前記第２のエッチング装置の前記エッチング処理部は、前記第１チャンバー内に設けられた、被処理体が載置される第１載置台を有し、前記第１温調機構は前記第１載置台に設けられており、
前記第２のエッチング装置の前記加熱処理部は、前記第２チャンバー内に設けられた、被処理体が載置される第２載置台を有し、前記第２温調機構は前記第２載置台に設けられていることを特徴とする請求項８に記載のエッチングシステム。
基板上にＢおよびＰの少なくとも一方を含むシリコン酸化物からなる第１の酸化膜と、その上に形成された、ＢおよびＰを含まないシリコン酸化物からなる第２の酸化膜とを有し、さらに前記第１の酸化膜および第２の酸化膜の界面より下方に形成されたコンタクト部を有し、さらに前記第２の酸化膜と前記第１の酸化膜を経て前記コンタクト部に到達するホールが形成された構造物に対し、前記第１の酸化膜の前記コンタクト部上方領域のホール部分を広げるための、ＨＦガスおよび不活性ガスを用いたプラズマレスエッチングを行うエッチング装置であって、
前記エッチング装置は、減圧下で前記プラズマレスエッチングを行うエッチング処理部と、その後前記プラズマレスエッチングにより前記構造物上に形成されたフルオロケイ酸系の反応生成物を除去する加熱処理を減圧下で行う加熱処理部とを有することを特徴とするエッチング装置。
前記エッチング装置は、制御部をさらに具備し、
前記エッチング処理部は、
構造物を収容する第１チャンバーと、
前記第１チャンバー内に設けられ、前記構造物を所望の温度に温調する第１温調機構と、
前記第１チャンバーに接続され、前記第１チャンバー内に前記ＨＦガスを供給するＨＦガス供給ラインと、
前記第１チャンバーに接続され、前記第１チャンバー内に不活性ガスを供給する第１不活性ガス供給ラインと
を有し、
前記加熱処理部は、
構造物を収容する第２チャンバーと、
前記第２チャンバー内に設けられ、前記構造物を所望の温度に温調する第２温調機構と、
前記第２チャンバーに接続され、前記第２チャンバー内に不活性ガスを供給する第２不活性ガス供給ラインと
を有し、
前記制御部は、前記第１チャンバー内に前記構造物を収容した状態で、前記第１チャンバーにＨＦガスおよび不活性ガスを導入させて、前記第１温調機構の熱を前記構造物に伝熱させて前記構造物の温度を制御しながらプラズマレスエッチングが行われるようにし、かつ前記第２チャンバー内に前記構造物を収容した状態で、前記第２チャンバーに不活性ガスを導入させて、前記第２温調機構の熱を構造物に伝熱させて前記構造物の温度を制御しながら前記構造物の加熱が行われるようにすることを特徴とする請求項１１に記載のエッチング装置。
前記制御部は、前記エッチング処理部において前記プラズマレスエッチング終了後、前記第１チャンバーへのＨＦガスの供給を停止する一方で前記不活性ガスの供給を継続し、前記不活性ガスによって前記第１チャンバー内をパージするように制御することを特徴とする請求項１２に記載のエッチング装置。
前記エッチング処理部は、前記第１チャンバー内に設けられた、前記構造物が載置される第１載置台を有し、前記第１温調機構は前記第１載置台に設けられており、
前記加熱処理部は、前記第２チャンバー内に設けられた、前記構造物が載置される第２載置台を有し、前記第２温調機構は前記第２載置台に設けられていることを特徴とする請求項１２に記載のエッチング装置。
コンピュータ上で動作し、エッチングシステムを制御するプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項３のいずれかのエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチングシステムを制御させることを特徴とする記憶媒体。
コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するプログラムが記憶されたコンピュータ読取可能な記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項４から請求項６のいずれかのエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチング装置を制御させることを特徴とする記憶媒体。