JP6435667B2 - エッチング方法、エッチング装置及び記憶媒体 - Google Patents
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Description
本発明は、被処理基板の表面に処理ガスを供給して、エッチング処理を行う技術に関する。
半導体デバイスは多様化してきているため、半導体製造業界では、種々の新しいプロセスに対応していく必要がある。例えばパターン層であるシリコンの壁部が間隔をあけて平行に並び、これら壁部によりエッチング領域が区画されるＳｉＯ２（酸化シリコン）層をエッチングし、ＳｉＯ２層の途中でエッチングを止めるプロセスがある。
ＳｉＯ２層をエッチングする手法としては、例えば特許文献１に記載されているようにＨＦ（フッ化水素）ガスとＮＨ３（アンモニア）ガスによる化学的酸化物除去処理（Chemical Oxide Removal）を用いた手法が知られている。この手法は半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の表面に形成されたＳｉＯ２層をエッチングするために、ウエハを加熱しながら、処理容器内にＨＦガスとＮＨ３ガスとを供給する手法である。これらのガスはＳｉＯ２と反応し（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（珪フッ化アンモニウム）を生成させるので、この（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を加熱により昇華させることによりＳｉＯ２が除去される。
ＳｉＯ２層をエッチングする手法としては、例えば特許文献１に記載されているようにＨＦ（フッ化水素）ガスとＮＨ３（アンモニア）ガスによる化学的酸化物除去処理（Chemical Oxide Removal）を用いた手法が知られている。この手法は半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の表面に形成されたＳｉＯ２層をエッチングするために、ウエハを加熱しながら、処理容器内にＨＦガスとＮＨ３ガスとを供給する手法である。これらのガスはＳｉＯ２と反応し（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（珪フッ化アンモニウム）を生成させるので、この（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を加熱により昇華させることによりＳｉＯ２が除去される。
この手法を用いてＳｉＯ２層の途中でエッチングを止めるプロセスを行う場合には、エッチング後のＳｉＯ２層の表面の荒れ（ラフネス）が良好であることが要求される場合がある。また上述の例のようにパターン層に沿って、ＳｉＯ２層をエッチングする場合には、パターンの疎密に応じて、エッチング速度に差が生じるマイクロローディングを抑制する必要がある。
本発明はこのような事情の下になされたものでありその目的は、パターン層によりエッチング領域が区画されたＳｉＯ２層を下層に到達する前の途中段階までエッチングするにあたり、ラフネス及びマイクロローディングの改善を行うことのできる技術を提供することにある。
本発明のエッチング方法は、パターン層によりエッチング領域が区画され、単位面積当たりの表面に露出した酸化シリコン層の面積が互いに異なる複数の領域が形成された被処理基板上の酸化シリコン層をエッチングし、当該酸化シリコン層の下層に到達する前にエッチングを停止する方法において、
真空雰囲気中にて被処理基板を加熱する工程と、
フッ化水素ガスとアンモニアガスとを予め混合した処理ガス、及び窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスのうち少なくとも一方のエッチング用の処理ガスを、ガス供給部から前記被処理基板に対して間欠的に複数回供給する工程を行い、
前記被処理基板に対する各回の処理ガスの供給時間の長さは０．５秒〜５秒であり、各回の処理ガスの供給停止時間の長さは１５秒以上であることを特徴とする。
真空雰囲気中にて被処理基板を加熱する工程と、
フッ化水素ガスとアンモニアガスとを予め混合した処理ガス、及び窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスのうち少なくとも一方のエッチング用の処理ガスを、ガス供給部から前記被処理基板に対して間欠的に複数回供給する工程を行い、
前記被処理基板に対する各回の処理ガスの供給時間の長さは０．５秒〜５秒であり、各回の処理ガスの供給停止時間の長さは１５秒以上であることを特徴とする。
本発明の記憶媒体は、処理容器内にて被処理基板に対して真空雰囲気下でエッチング用の処理ガスによりエッチングを行う装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、上述のエッチング方法を実施するためにステップ群が組まれていることを特徴とする。
前記コンピュータプログラムは、上述のエッチング方法を実施するためにステップ群が組まれていることを特徴とする。
本発明のエッチング装置は、パターン層によりエッチング領域が区画され、単位面積当たりの表面に露出した酸化シリコン層の面積が互いに異なる複数の領域が形成された被処理基板上の酸化シリコン層をエッチングし当該酸化シリコン層の下層に到達する前にエッチングを停止する方法に用いられる装置において、
被処理基板を載置する載置部を有する処理容器と、
前記載置部に載置された被処理基板に対して、フッ化水素ガスとアンモニアガスとを予め混合した処理ガス、及び窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスのうち少なくとも一方のエッチング用の処理ガスを供給するために、被処理基板に対向するように複数のガス供給孔が設けられたガス供給部と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気部と、
前記ガス供給部から前記被処理基板に対して前記エッチング用の処理ガスを間欠的に複数回供給するように制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記被処理基板に対する各回の処理ガスの供給時間の長さは０．５秒〜５秒であり、各回の処理ガスの供給停止時間の長さは１５秒以上であることを特徴とする。
被処理基板を載置する載置部を有する処理容器と、
前記載置部に載置された被処理基板に対して、フッ化水素ガスとアンモニアガスとを予め混合した処理ガス、及び窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスのうち少なくとも一方のエッチング用の処理ガスを供給するために、被処理基板に対向するように複数のガス供給孔が設けられたガス供給部と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気部と、
前記ガス供給部から前記被処理基板に対して前記エッチング用の処理ガスを間欠的に複数回供給するように制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記被処理基板に対する各回の処理ガスの供給時間の長さは０．５秒〜５秒であり、各回の処理ガスの供給停止時間の長さは１５秒以上であることを特徴とする。
本発明は、パターン層によりエッチング領域が区画されたＳｉＯ２層を下層に到達する前の途中段階までエッチングするにあたり、ＨＦガスとＮＨ３ガスとを予め混合した処理ガスをガス供給部から被処理基板に対して間欠的に複数回供給している。ＨＦガスとＮＨ３ガスとを用いると珪フッ化アンモニウムが反応生成物として生成され、エッチングされるべきＳｉＯ２の表面から見るとこの反応生成物が保護膜の役割りを果たす。この保護膜の付着量はパターンの疎密に応じて異なるが、処理ガスを間欠的に供給しているので、保護膜がＳｉＯ２の表面に付いても処理ガスの供給停止期間に真空排気により揮発（昇華）する。このため、パターンの疎密にかかわらず、エッチング速度が揃うので、マイクロローディングが改善される。またＨＦガスとＮＨ３ガスとを予め混合してガス供給部から被処理基板に供給していることから、基板の表面に付着するＨＦ濃度のばらつきが抑えられ、表面の荒れ（ラフネス）が改善されると共に、マイクロローディングのより一層の改善に寄与する。また上述の処理ガスに代えて、ＮＨ４ＦやＮＨ４ＦＨＦなどの窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスを用いても同様の効果が得られる。
本発明の実施の形態にかかるエッチング装置について説明する。図１に示すように、エッチング装置は、横断面形状が概略円形の真空チャンバである処理容器１を備えている。処理容器１の側面には、被処理基板である例えば直径３００ｍｍウエハＷの受け渡しを行うための搬入出口１２が設けられ、搬入出口１２には搬入出口１２を開閉するゲートバルブ１３が設けられている。
処理容器１の内部には、ウエハＷの載置部である円柱形状のステージ２が設けられており、ステージ２の上面には、ウエハＷをステージ２の表面から例えば０．３ｍｍの隙間を介して支持する支持ピン２１が、例えばステージ２の周方向等間隔に７箇所に突出している。またステージ２及び処理容器１の底面を貫通する貫通孔２２が周方向等間隔に３箇所に設けられている。貫通孔２２には、昇降機構２３により、ステージ２の上面から突没するように設けられたウエハＷの受け渡し用の突き上げピン２４が設けられている。また突き上げピン２４の下部側は、処理容器１を気密にするためのベローズ２５により覆われている。このステージ２の内部には加熱部をなすヒータ２６が設けられており、ステージ２に載置されるウエハＷが、設定温度に加熱されるようになっている。
処理容器１の底面には排気口１４が設けられている。排気口１４には排気管１５が接続されており、排気口１４側から圧力調整１６バルブ、開閉バルブ１７が介設され、真空排気機構である真空ポンプ１８に接続されている。これら排気管１５等のパーツは真空排気部を構成している。
処理容器１の上面には開口部１１が形成され、開口部１１を塞ぐようにガス供給部３が設けられている。ガス供給部３にはステージ２の載置面と対向するように拡散板３０が設けられている。拡散板３０はアルミニウムなどの熱伝導率の高い材料を用いて円板状に形成され、厚さ方向に貫通する直径０．５〜２．０ｍｍのガス供給孔３１が例えば縦横に配列されたパンチングプレートとして構成されている。拡散板３０の上方には処理容器１内に供給される処理ガスを分散させるための分散室３２が形成されている。
ガス供給部３には分散室３２に連通するように２本のガス供給路３３、３４を備えている。一方のガス供給路３３の上端には、ＮＨ３ガス供給管４０の下流端が接続されており、他方のガス供給路３４の上端にはＨＦガス供給管５０の下流端が接続されている。まずＮＨ３ガス供給管４０側（ＮＨ３ガスの供給系）から説明すると、ＮＨ３ガス供給管４０には、上流側からＮＨ３ガス供給源４１、流量調整部４２、バルブＶ３、及びバルブＶ１がこの順に設けられている。ＮＨ３ガス供給管４０におけるバルブＶ３とバルブＶ１との間にはキャリアガス（希釈ガス）であるＮ２（窒素）ガス供給管４３の下流端が接続されており、Ｎ２ガス供給管４３には、上流側からＮ２ガス供給源４４、流量調整部４５及びバルブＶ５がこの順に設けられている。またＮＨ３ガス供給管４０におけるＮＨ３ガス供給源４１と流量調整部４２との間には、バイパス配管４６の上流端が接続されており、バイパス配管４６の下流端は、排気管１５に接続されている。バイパス配管４６には、上流側から流量調整部４７とバルブＶ７とが設けられている。
次いでＨＦガス供給管５０側（ＨＦガスの供給系）を説明すると、ＨＦガス供給管５０には、上流側からＨＦガス供給源５１、流量調整部５２、バルブＶ４、及びバルブＶ２がこの順に設けられている。ＨＦガス供給管５０におけるバルブＶ４とバルブＶ２との間にはキャリアガス（希釈ガス）であるＡｒ（アルゴン）ガス供給管５３の下流端が接続されており、Ａｒガス供給管５３には、上流側からＡｒガス供給源５４、流量調整部５５及びバルブＶ６がこの順に設けられている。またＨＦガス供給管５０におけるＨＦガス供給源５１と流量調整部５２との間には、バイパス配管５６の上流端が接続されており、バイパス配管５６の下流端は、排気管１５に接続されている。バイパス配管５６には、上流側から流量調整部５７とバルブＶ８とが設けられている。
またガス供給路３３、３４、分散室３２、拡散板３０を囲むようにヒータ３５が設けられており、分散室３２、拡散板３０は、例えば１４０℃±１０℃、ガス供給路３３、３４は、例えば７５℃に設定されている。また処理容器１には図示しないヒータが設けられており、処理容器１の内面の温度が例えば１４０℃±１０℃に設定されている。これにより例えばガス供給路３３、３４の内部等においてＮＨ３ガスとＨＦガスとの反応による副生成物、例えばＮＨ４Ｆの析出を制御でき、パーティクルを抑制する。
さらにエッチング装置は制御部９を備えている。この制御部９は例えばコンピュータからなり、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムは、後述の作用説明における一連の動作を実施するようにステップ群が組み込まれており、プログラムに従って、各バルブＶ１〜Ｖ８の開閉、各ガスの流量の調整、処理容器１内の圧力の調整などを行う。このプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク等に収納され制御部９にインストールされる。
続いて本発明の実施の形態の作用について説明するが、まず処理容器１に搬入される被処理基板であるウエハＷの表面構造の一例について説明する。図２は半導体デバイスの製造工程の途中段階におけるウエハＷの表面構造を示しており、図３はエッチング後のウエハＷの表面構造を示す。この表面構造はＳｉ（シリコン）層６０がエッチングされて互に平行に横方向に伸びる複数の壁部６２が形成されていてこれら壁部６２の間が溝部６３となっており、溝部６３も含めて壁部６２の周囲がＳｉＯ２により埋め尽くされている。そしてＳｉＯ２により埋め尽くされている部位をＳｉＯ２層６１と呼ぶとすると、ＳｉＯ２層６１の表面とＳｉの壁部６２の上面とが面一になっている。前記表面構造を別の表現で表すと、複数のＳｉの壁部６２からなるパターン層に相当する凸部パターンがＳｉＯ２層６１の中に埋設され、ＳｉＯ２層６１の表面と壁部６２の上面とが同じ高さに位置しているということができる。
エッチング装置によりエッチングされるエッチング対象は、ＳｉＯ２層６１であることから、ＳｉＯ２層６１は凸部パターン（壁部）６２によりエッチング領域が区画されていることになる。
エッチング装置によりエッチングされるエッチング対象は、ＳｉＯ２層６１であることから、ＳｉＯ２層６１は凸部パターン（壁部）６２によりエッチング領域が区画されていることになる。
ウエハＷに形成されたＳｉＯ２層６１のエッチング処理について、各ガスの供給（ＯＮ）及び供給休止（ＯＦＦ）のタイムチャートを示す図４も参照しながら説明する。ウエハＷは、例えば図示しない外部の搬送アームと、突き上げピン２４との協働作用によりステージ２上に載置され、ヒータ２６により例えば１１５℃に加熱される。またガス供給部３に設けたヒータ３５により例えばガス供給路３３、３４が７５℃、分散室３２の周壁の温度が、１３０℃に設定される。
そしてゲートバルブ１３が閉じられ、処理容器１が密閉にされた後、図４中の時刻ｔ０において、バルブＶ１及びバルブＶ５が開かれ、Ｎ２ガスが例えば５００ｓｃｃｍの流量で供給される。またバルブＶ２及びバルブＶ６が開かれ、Ａｒガスが例えば５００ｓｃｃｍの流量で供給される。Ｎ２ガスとＡｒガスとは、分散室３２内に広がり、拡散板３０に設けられた各ガス供給孔３１から処理容器１内に供給される。
続いてＨＦガス及びＮＨ３ガスをウエハＷに間欠的に供給する処理を行う。先ず時刻ｔ１にてＮＨ３ガスをオンにする。「オンにする」とは、ＮＨ３ガスをガス供給部３を介して処理容器１内に供給することである。詳しくは時刻ｔ１よりも前の時点で図５に示すようにバルブＶ３を閉じかつバルブＶ７を開いておくことにより、ＮＨ３ガスを処理容器１を迂回してバイパス配管４６を介して排気管１５に流しておく。こうして流量を安定させた状態とし、時刻ｔ１にて図６に示すようにバルブＶ３を開きかつバルブＶ７を閉じる。これによりＮＨ３ガスは、Ｎ２ガスにより希釈されてガス供給路３３から分散室３２内に流入し、ここでガス供給路３４から流入したＡｒガスと混合されてガス供給孔３１から処理容器１の処理雰囲気に吐出され、ウエハＷに供給される。なお、図５以降の作用図において、閉じられているバルブには便宜上ハッチングを記載している。
一方、ＨＦガスの供給系においては、時刻ｔ１よりも前の時点で図５に示すようにバルブＶ４を閉じかつバルブＶ８を開いておくことにより、ＨＦガスを処理容器１を迂回してバイパス配管５６を介して排気管１５に流しておき、流量を安定させておく。そして時刻ｔ１からΔＴだけ遅れた時点、時刻ｔ１から例えば０．５〜１５秒遅れた時刻ｔ２にて図７に示すようにバルブＶ４を開きかつバルブＶ８を閉じ、これによりＨＦガスは、Ａｒガスにより希釈されてガス供給路３４から分散室３２内に流入する。このため分散室３２内には、Ｎ２ガスにより希釈されたＮＨ３ガスとＡｒガスにより希釈されたＨＦガスとが流入するが、ガス供給孔３１の口径が小さくてコンダクタンスが小さいことから、分散室３２内にて両ガスが十分混合され、ガス供給孔３１を介して処理雰囲気に吐出されてウエハＷに供給される。
混合ガスを時間Ｔａ例えば２秒間供給した後である時刻ｔ３にて、バルブＶ３及びＶ４を閉じかつバルブＶ７及びＶ８を開くことにより、ＮＨ３ガス及びＨＦガスの供給を処理容器１側からバイパス配管４６、５６側に切替え、ＮＨ３ガス及びＨＦガスを同時にオフする（両ガスの処理容器１内への供給を同時に停止する）。この一連の供給サイクルを、時刻ｔ３から例えば５〜１５秒経過した後に再度繰り返し、その後同様にして供給サイクルを予め設定した回数だけ繰り返す。この例では、時刻ｔ３から５〜１５秒後に処理容器１内へのＮＨ３ガスの供給が開始され、続くΔＴ後（０．５〜１５秒後）にＨＦガスの供給が開始される。従って、ＮＨ３ガス及びＨＦガスを予め混合した混合ガスを時間Ｔａ例えば２秒間だけウエハＷに供給し、この供給サイクルを時間Ｔｂ例えば５〜２０秒間の間隔で複数回行うと共に、ＮＨ３ガスをＨＦガスよりもΔＴ例えば０．５〜１５秒だけ早く供給していることになる。なお、図４は本発明を実施するときのシーケンスの一例をイメージとして示している。
時刻ｔ０以降、供給サイクルが終了するまでの間、処理容器１内の圧力は、例えば２５０Ｐａ（１．８８Ｔｏｒｒ）に設定されている。またガス流量については、Ｎ２ガス及びＡｒガスは各々５００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスは、１００ｓｃｃｍ、ＨＦガスは２００ｓｃｃｍに設定される。
供給サイクルが設定回数だけ繰り返された後は、Ｎ２ガス及びＡｒガスをしばらく処理容器１内に供給し、その後ウエハＷを処理容器１から搬出する。
供給サイクルが設定回数だけ繰り返された後は、Ｎ２ガス及びＡｒガスをしばらく処理容器１内に供給し、その後ウエハＷを処理容器１から搬出する。
次に上述の一連のプロセスとウエハＷの表面状態との関連について説明する。図８〜図１０は、図４に示したガスの供給シーケンスとウエハＷの表面状態とを対応させた模式図（イメージ図）である。なおこの模式図は、ガスの供給シーケンスとエッチングとの対応を直感的に把握できるようにするためのイメージ図であって、表面状態を正確に記載したものではない。
図８は、ＨＦガスをウエハＷに供給する少し前にＮＨ３ガスをウエハＷに供給した状態を示し、ＳｉＯ２層６１の表面にＮＨ３分子８１が吸着された状態である（実際には、表面全体がＮＨ３分子８１に覆われているが、図では模式的に示す）。
そして処理雰囲気がＨＦガスとＮＨ３ガスとが混合された混合ガスに切り替わると、図９に示すように、ＳｉＯ２層６１とＨＦ分子８０及びＮＨ３分子８１とが反応して、例えば（ＮＨ４）２ＳｉＦ６や水などの反応生成物８２が生成される。そしてその後ＮＨ３ガス及びＨＦガスの供給を停止して、Ｎ２ガス及びＡｒガスのみをパージガスとして流している。そのため未反応のＨＦ分子８０及びＮＨ３分子８１がパージガスにより除去される。またこの時、真空排気により図１０に示すように（ＮＨ４）２ＳｉＦ６や水などの反応生成物８２が揮発（昇華）し、パージガスにより除去される。従って反応生成物８２の昇華により、ＳｉＯ２層が除去されていく。
図８は、ＨＦガスをウエハＷに供給する少し前にＮＨ３ガスをウエハＷに供給した状態を示し、ＳｉＯ２層６１の表面にＮＨ３分子８１が吸着された状態である（実際には、表面全体がＮＨ３分子８１に覆われているが、図では模式的に示す）。
そして処理雰囲気がＨＦガスとＮＨ３ガスとが混合された混合ガスに切り替わると、図９に示すように、ＳｉＯ２層６１とＨＦ分子８０及びＮＨ３分子８１とが反応して、例えば（ＮＨ４）２ＳｉＦ６や水などの反応生成物８２が生成される。そしてその後ＮＨ３ガス及びＨＦガスの供給を停止して、Ｎ２ガス及びＡｒガスのみをパージガスとして流している。そのため未反応のＨＦ分子８０及びＮＨ３分子８１がパージガスにより除去される。またこの時、真空排気により図１０に示すように（ＮＨ４）２ＳｉＦ６や水などの反応生成物８２が揮発（昇華）し、パージガスにより除去される。従って反応生成物８２の昇華により、ＳｉＯ２層が除去されていく。
上述の実施の形態では、予めＮＨ３を供給して、ついでＨＦガスを供給している。ＳｉＯ２にＨＦガスを供給した場合にもエッチングは起こるが、ＮＨ３は、いわば触媒（ＮＨ３自体も反応するが、触媒と記載する）として反応するため、反応の速度が速くなる。予めＮＨ３ガスを供給してウエハＷに吸着させ、次いでＨＦガスとＮＨ３ガスとの混合ガスを供給することにより、ＨＦガスとＮＨ３ガスとＳｉＯ２層６１とが、反応しやすくなるため、エッチングが安定して速やかに進行する。
またＳｉＯ２層６１は、混合ガスによりエッチングされるが、この時の反応生成物８２は、エッチングの保護膜となる。パターンが密の領域は、パターンが疎の領域に比べて単位面積当たりの表面に露出したＳｉＯ２層６１の面積が少ないため、ＳｉＯ２層６１に保護膜が厚く付きやすく、エッチングの速度が遅くなりやすい。そのためＨＦガスとＮＨ３ガスとを連続して供給してエッチングを行った場合には、パターンが疎の領域に比べてパターンが密の領域においてエッチング速度が遅くなるマイクロローディングが起こる場合がある。上述の実施の形態では、２秒ごとにＨＦガスとＮＨ３ガスとの供給を停止して、Ｎ２ガスとＡｒガスとによりウエハＷの表面をパージするようにしている。そのためＨＦガスとＮＨ３ガスとの供給の停止期間中に保護膜が昇華され、いわば初期状態に戻る。そのためパターンが疎の領域、密の領域の間でエッチングの速度が揃い、マイクロローディングが生じにくくなる。
更に上述の実施の形態においては、ＮＨ３ガスとＨＦガスとを同時に停止している。そのためＳｉＯ２層６１とＮＨ３ガスとＨＦガスとの反応がウエハＷの全面に亘って同時に停止する。ＮＨ３ガスの供給を停止した後、ＨＦガスの供給を継続した場合には、ＨＦガスによりエッチングが進行してしまう。またＨＦガスの供給を停止した後、ＮＨ３ガスの供給を継続した場合には、ウエハＷ周囲に残存しているＨＦガスと反応する懸念があるため、目標とするエッチング量よりもエッチングされてしまう虞がある。従って両方のガスを同時に止めることにより、想定されるエッチング量との誤差が少なくなり、エッチングの精度を高めることができる。
またＨＦガスとＮＨ３ガスとを予め混合することでマイクロローディングの抑制効果をより一層高めることができる。パターンが密の領域は、溝部６３の容積が狭いため、ＨＦガスとＮＨ３ガスとを混合せずにウエハＷに供給した場合に、一方の処理ガスが先に入り込むと、他方の処理ガスが入り込みにくくなる。そのためＳｉＯ２層とＨＦガス及びＮＨ３ガスとの反応が遅くなり、エッチング速度が落ちると推定される。ＨＦガスとＮＨ３ガスとを予め混合して供給することで、パターンが密の領域における溝部６３にもＨＦガスとＮＨ３ガスとが均一に混ざりあった状態で供給される。従ってパターンの疎密によらず、各溝部６３に埋め込まれたＳｉＯ２層６１のエッチングの速度の差が小さくなり、溝部６３毎のエッチング量の差が小さくなる。
更にＨＦガスとＮＨ３ガスとを夫々混合せずに処理容器１に供給した場合には、ウエハＷの表面において、ＨＦガス及びＮＨ３ガスの混合が不均一な領域が局所的に存在し、その領域のエッチング速度が遅くなる。そのためＳｉＯ２層６１のエッチングを行った時に、同じ溝部６３内においてもエッチングの進行の遅い部分と、速い部分との差が生じやすくなる。従ってＳｉＯ２層６１の表面の凹凸が大きくなって、ラフネスが悪くなる。従ってＨＦガスとＮＨ３ガスとを混合してウエハＷに供給することにより、ラフネスの悪化を抑制することができる
上述の実施の形態は、壁部６２によりエッチング領域が区画されたＳｉＯ２層６１を下層に到達する前の途中段階までエッチングするにあたり、真空雰囲気の処理容器１に載置されたウエハＷに対して、ＨＦガスとＮＨ３ガスとを含む処理ガスを予め混合した混合ガスを間欠的に供給するようにしている。ＨＦガスとＮＨ３ガスとの混合ガスを加熱されたウエハＷに供給すると、これらガスとＳｉＯ２とが反応して反応生成物が生成され、これが昇華することによりエッチングが進むが、反応生成物(保護膜)の付着量はパターンの疎密に応じて異なる。しかし実施形態の手法によれば、反応生成物が処理ガスの供給停止期間に基板の加熱により昇華（揮発）するため、パターンの疎密にかかわらず、エッチング速度が揃うので、マイクロローディングが改善される。またＨＦガスとＮＨ３ガスとを予め混合してガス供給部から被処理基板に供給していることから、既述のように表面の荒れ（ラフネス）が改善されると共に、マイクロローディングのより一層の改善が図られる。
また本発明は、図１１に示すタイムチャートのように、処理容器１内にＨＦガスを時刻ｔ１で供給し、次いでＮＨ３ガスを時刻ｔ２で供給してＨＦガスとＮＨ３ガスとを同時に時刻ｔ３で停止することにより、ＮＨ３ガスとＨＦガスとの混合ガスをパルス状に供給するようにしてもよい。混合ガスの供給時間Ｔａは例えば２秒に設定され、混合ガスの供給停止時間Ｔｂは５秒に設定される。
先の実施の形態では、ウエハＷに対するＨＦガスの供給を停止しているときにはバイパス配管５６側にＨＦガスを流していたが、供給停止時には、ＨＦガス供給源であるフッ酸溶液タンクへのキャリアガスの通流を停止する手法を採用する場合には、図１１の手法はフッ酸の揮発を安定化させる上で、得策である。従って半導体デバイスの製造プロセスに応じて、ＨＦガスを先に流すか、ＮＨ３ガスを先に流すかを選択することが好ましい。
先の実施の形態では、ウエハＷに対するＨＦガスの供給を停止しているときにはバイパス配管５６側にＨＦガスを流していたが、供給停止時には、ＨＦガス供給源であるフッ酸溶液タンクへのキャリアガスの通流を停止する手法を採用する場合には、図１１の手法はフッ酸の揮発を安定化させる上で、得策である。従って半導体デバイスの製造プロセスに応じて、ＨＦガスを先に流すか、ＮＨ３ガスを先に流すかを選択することが好ましい。
図４あるいは図１１に示すシーケンスを採用する場合、ＨＦガスとＮＨ３ガスとの一方の供給を他方の供給よりも早くするタイミングΔＴは、例えば０．５秒から１５秒であることが好ましい。また両方を混合した混合ガスを供給する時間Ｔａは、例えば０．５秒から５秒であることが好ましく、混合ガスの供給停止時間Ｔｂは例えば５秒から２０秒であることが好ましい。
また本発明は、処理容器１内にＮＨ３ガスを連続して供給しながら、ＨＦガスを間欠的に複数回供給するようにしてもよく、更には、ＨＦガスを連続して供給しながら、ＮＨ３ガスを間欠的に複数回供給するようにしてもよい。
また本発明は、処理容器１内にＮＨ３ガスを連続して供給しながら、ＨＦガスを間欠的に複数回供給するようにしてもよく、更には、ＨＦガスを連続して供給しながら、ＮＨ３ガスを間欠的に複数回供給するようにしてもよい。
また本発明は、例えば処理容器１内にＨＦガスとＮＨ３ガスとを同時にパルス状に供給してもよい。この場合のガスの給断はバルブＶ３，Ｖ４、Ｖ７及びＶ８の開閉制御によって行われ、ＨＦガスは供給休止時には、ＮＨ３ガスと同時にバイパス配管５６により処理容器１を迂回して排気される。このようなプロセスにおいて、ウエハＷは、ＨＦガスとＮＨ３ガスとが混合された処理ガスの雰囲気に曝される時間帯と、ＨＦガス及びＮＨ３ガスのいずれにも曝されない時間帯とが交互に複数回行われる。このような手法によってもウエハＷの表面において、ＨＦガス及びＮＨ３ガスの各々の濃度差が少なくなるためＳｉＯ２層６１を均一にエッチングすることができる。
さらにガス供給路３３、３４の下流側に、例えば水平方向に向けて放射状に拡散するための拡散部材を設け、ＨＦガス及びＮＨ３ガスを分散室３２内において拡散するように供給して、混合するようにしてもよい。
パターン層によりエッチング領域が区画された被処理基板上の酸化シリコン層の例としては、図１２に示すように、その上面にＳｉのマスクパターン６６を形成したＳｉＯ２層６１でもよく、この場合にはマスクパターン６６に従ってＳｉＯ２層６１のエッチングが行われ、下層に到達する前にエッチングが停止する。
パターン層によりエッチング領域が区画された被処理基板上の酸化シリコン層の例としては、図１２に示すように、その上面にＳｉのマスクパターン６６を形成したＳｉＯ２層６１でもよく、この場合にはマスクパターン６６に従ってＳｉＯ２層６１のエッチングが行われ、下層に到達する前にエッチングが停止する。
更にＳｉＯ２層６１は、窒素、水素フッ素を含む化合物を含む処理ガス、例えばフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）ガスを用いてエッチングすることができ、この場合にもこのガスがＳｉＯ２層６１と反応して（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を生成する。従って、ＳｉＯ２層６１を有するウエハＷにフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）ガスを間欠的に複数回供給することにより、同様にＳｉＯ２層６１の表面のラフネスを抑えマイクロローディングを改善することができる。
即ち、本発明は、被処理基板を、ＮＨ３ガス及びＨＦガスの混合ガスを含む処理ガスまたは窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスである、ＮＨ４ＦガスまたはＮＨ４ＦＨＦを含む処理ガスに間欠的に複数回曝す手法である。なお、処理ガスがＮＨ３ガス、ＨＦガス及びＮＨ４Ｆガス（または、ＮＨ４ＦＨＦ）の混合ガスであってもよい。
即ち、本発明は、被処理基板を、ＮＨ３ガス及びＨＦガスの混合ガスを含む処理ガスまたは窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスである、ＮＨ４ＦガスまたはＮＨ４ＦＨＦを含む処理ガスに間欠的に複数回曝す手法である。なお、処理ガスがＮＨ３ガス、ＨＦガス及びＮＨ４Ｆガス（または、ＮＨ４ＦＨＦ）の混合ガスであってもよい。
本発明の効果を検証するためにウエハＷにエッチング処理を行い、表面の均一性の評価を行った。ウエハＷは、図１３に示すようにウエハＷは、ＳｉＯ２層６１の中に互いに平行に伸びるＳｉからなる壁部６２の群が形成されている領域であって、互いに隣接する壁部６２の離間間隔が３０ｎｍである領域６４と、互いに隣接する壁部６２の離間間隔が９０ｎｍである領域６５と、を備えている。被エッチング対象であるＳｉＯ２層６１から見れば、壁部６２の離間間隔が狭い（３０ｎｍ）領域６４は、エッチング領域を区画するパターンが密の領域６４となり、また壁部６２の離間間隔が広い（９０ｎｍ）領域６５は、エッチング領域を区画するパターンが疎の領域６５ということができる。実施例として、ウエハＷに対して、図１に示す装置を用い、図４に示すシーケンスによりエッチングを行った。時間Ｔａ、Ｔｂ、ΔＴの値は実施の形態に記載したように、夫々２秒、１５秒、１０秒であり、供給サイクルを１２回繰り返した。比較例として、図１に示したプリミックス型の装置に代えて、ＨＦガスとＮＨ３ガスとがガス供給部３のガス供給孔３１から別々に処理容器１内に供給されるポストミックス型の装置を用いて、実施例と同じシーケンスで評価用のウエハＷに対してエッチングを行った。
図１４は、実施例に係るエッチング処理を行った後のウエハＷの断面図を示し、図１５は比較例に係るエッチング処理を行った後のウエハＷの断面図を示す。この断面図は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像により観察した結果に基づいている。また図１６は、実施例に係る、エッチング処理後におけるウエハＷの表面の荒れの様子を示し、図１７は比較例に係る、エッチング処理後におけるウエハＷの表面の荒れの様子を示す。実施例では、図１２に示すようにパターンが密の領域６４と疎の領域６５との間で、ＳｉＯ２層６１の表面の高さ位置がほとんど揃っており、パターンが密の領域６４の掘り込み深さの平均値とパターンが疎の領域６５の掘り込み深さの平均値との差異は１ｎｍ以下であってゼロに近い。
一方、比較例では、図１３に示すようにパターンが密の領域６４の掘り込みの深さは、パターンが疎の領域６５の掘り込みの深さよりも浅く、パターンが密の領域６４の掘り込み深さの平均値とパターンが疎の領域６５の掘り込み深さの平均値との差異は、１０ｎｍを越えていた。
一方、比較例では、図１３に示すようにパターンが密の領域６４の掘り込みの深さは、パターンが疎の領域６５の掘り込みの深さよりも浅く、パターンが密の領域６４の掘り込み深さの平均値とパターンが疎の領域６５の掘り込み深さの平均値との差異は、１０ｎｍを越えていた。
また図１７に示すように、比較例においては、溝部６３の底部が波状に彫り込まれてエッチングされていたが、図１６に示すように実施例においては、比較例と比べて掘り込みが小さく、平坦性が高い。従って、上述の実験例から本発明の方法によれば、ＳｉＯ２層６１をエッチングするにあたって、マイクロローディング及び表面の荒れ(ラフネス)を改善できることが分かる。
１ 処理容器
２ ステージ
３ ガス供給部
９ 制御部
２６ ヒータ
３０ 拡散板
３１ ガス供給孔
３２ 分散室
３３、３４ ガス供給路
３５ ヒータ
４０ ＮＨ３供給管
５０ ＨＦ供給管
６１ ＳｉＯ２層
６２ 壁部
６３ 溝部
６４ パターンが密の領域
６５ パターンが疎の領域
２ ステージ
３ ガス供給部
９ 制御部
２６ ヒータ
３０ 拡散板
３１ ガス供給孔
３２ 分散室
３３、３４ ガス供給路
３５ ヒータ
４０ ＮＨ３供給管
５０ ＨＦ供給管
６１ ＳｉＯ２層
６２ 壁部
６３ 溝部
６４ パターンが密の領域
６５ パターンが疎の領域
Claims (7)
- パターン層によりエッチング領域が区画され、単位面積当たりの表面に露出した酸化シリコン層の面積が互いに異なる複数の領域が形成された被処理基板上の酸化シリコン層をエッチングし、当該酸化シリコン層の下層に到達する前にエッチングを停止する方法において、
真空雰囲気中にて被処理基板を加熱する工程と、
フッ化水素ガスとアンモニアガスとを予め混合した処理ガス、及び窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスのうち少なくとも一方のエッチング用の処理ガスを、ガス供給部から前記被処理基板に対して間欠的に複数回供給する工程を行い、
前記被処理基板に対する各回の処理ガスの供給時間の長さは０．５秒〜５秒であり、各回の処理ガスの供給停止時間の長さは１５秒以上であることを特徴とするエッチング方法。 - 前記窒素、水素、フッ素を含む化合物は、ＮＨ４ＦまたはＮＨ４ＦＨＦのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
- エッチング用の処理ガスとしてフッ化水素ガスとアンモニアガスとを予め混合した処理ガスを用いるときには、フッ化水素ガス及びアンモニアガスのうちの一方のガスをガス供給部から他方のガスよりも先に被処理基板に供給し、続いて両方のガスを予め混合したガスを前記ガス供給部から被処理基板に供給し、次に両方のガスの供給を同時に停止する一連の供給サイクルを間欠的に複数回繰り返すことにより、エッチング用の処理ガスを被処理基板に対して間欠的に複数回供給する工程が行われることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング方法。
- 前記ガス供給部は、処理容器内に載置された被処理基板に対向する複数のガス供給孔を有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 処理容器内にて被処理基板に対して真空雰囲気下でエッチング用の処理ガスによりエッチングを行う装置に用いられるコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体であって、
前記コンピュータプログラムは、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のエッチング方法を実施するためにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。 - パターン層によりエッチング領域が区画され、単位面積当たりの表面に露出した酸化シリコン層の面積が互いに異なる複数の領域が形成された被処理基板上の酸化シリコン層をエッチングし当該酸化シリコン層の下層に到達する前にエッチングを停止する方法に用いられる装置において、
被処理基板を載置する載置部を有する処理容器と、
前記載置部に載置された被処理基板に対して、フッ化水素ガスとアンモニアガスとを予め混合した処理ガス、及び窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスのうち少なくとも一方のエッチング用の処理ガスを供給するために、被処理基板に対向するように複数のガス供給孔が設けられたガス供給部と、
前記処理容器内を真空排気するための真空排気部と、
前記ガス供給部から前記被処理基板に対して前記エッチング用の処理ガスを間欠的に複数回供給するように制御信号を出力する制御部と、を備え、
前記被処理基板に対する各回の処理ガスの供給時間の長さは０．５秒〜５秒であり、各回の処理ガスの供給停止時間の長さは１５秒以上であることを特徴とするエッチング装置。 - 前記窒素、水素、フッ素を含む化合物は、ＮＨ４ＦまたはＮＨ４ＦＨＦのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載のエッチング装置。
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