JP6494226B2 - エッチング方法 - Google Patents

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Description

本発明は、基板に形成された酸化シリコン膜をエッチングするエッチング方法に関する。
近時、半導体デバイスの製造過程で、プラズマエッチングに代わる微細化エッチングが可能な方法として、チャンバー内でプラズマを生成することなく化学的にエッチングを行う化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＲ）と呼ばれる手法が注目されている。
ＣＯＲとしては、真空に保持されたチャンバー内で、被処理体である半導体ウエハの表面に存在する酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）に、フッ化水素（ＨＦ）ガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスを吸着させ、これらを酸化シリコン膜と反応させてフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６；ＡＦＳ）を生成させ、次工程で加熱によりこのフルオロケイ酸アンモニウムを昇華させることにより、ＳｉＯ２膜をエッチングするプロセスが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
特開２００５−３９１８５号公報 特開２００８−１６００００号公報
ところで、近時、半導体デバイスの製造過程で形成されるＳｉＯ２膜として、原子層堆積法（ＡＬＤ法）で形成されたもの（ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜）が多用されているが、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜に熱酸化膜等のＡＬＤ法以外の手法で形成された他のＳｉＯ２膜が隣接していることがあり、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を熱酸化膜等に対して高選択比でエッチングすることが望まれる。しかしながら、上記特許文献１、２のようにＨＦガスとＮＨ３ガスを用いた場合には、熱酸化膜等の他のＳｉＯ２膜に対してＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を十分に高選択比でエッチングすることは困難である。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、チャンバー内にプラズマを生成させない手法により、原子層堆積法により成膜した酸化シリコン膜を熱酸化膜等の他の手法で形成された酸化シリコン膜に対して高選択比でエッチングすることができるエッチング方法を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、本発明は、表面に原子層堆積法により形成された第１の酸化シリコン膜を有し、前記第１の酸化シリコン膜に隣接して、原子層堆積法以外の他の手法により形成された第２の酸化シリコン膜を有し、前記第２の酸化シリコン膜の表面に保護層を有しない被処理基板をチャンバー内に配置し、前記チャンバー内に、ＨＦガス、またはＨＦガスおよびＦ２ガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給し、これにより前記第１の酸化シリコン膜を前記第２の酸化シリコン膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法を提供する。
上記エッチング方法において、さらに不活性ガスを供給してエッチング処理を行うことができる。この場合に、前記不活性ガスとしては、Ａｒガス、Ｎ２ガスを好適に用いることができる。
前記第２の酸化シリコン膜としては、熱酸化膜またはＴＥＯＳ膜を用いることができる。
前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を６６．７〜４００００Ｐａの範囲とし、前記チャンバー内で被処理基板を載置する載置台の温度０〜３００℃の範囲とすることが好ましい。これらの中で、他の酸化膜を極力エッチングしない観点からは、前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を６６．７〜１３３３Ｐａの範囲とし、前記チャンバー内で被処理基板を載置する載置台の温度０〜３０℃の範囲とすることが好ましく、原子層堆積法により形成された第１の酸化シリコン膜を高レートでエッチングする観点からは、前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を１３３３〜４００００Ｐａの範囲とし、前記チャンバー内で被処理基板を載置する載置台の温度１００〜３００℃の範囲とすることが好ましい。
前記アルコールガスとして、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）から選択された少なくとも一種からなるものを用いることができる。
前記エッチングを行う際のＦ２ガス＋ＨＦガスの合計に対するＦ２ガスの体積比率は、体積％で０〜８５％の範囲であることが好ましく、前記エッチングを行う際のＦ２ガス＋ＨＦガス＋アルコールガスまたは水蒸気の合計に対するアルコールガスまたは水蒸気の体積比率は、体積％で３〜８５％の範囲であることが好ましい。
また、本発明は、コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、上記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。
本発明によれば、チャンバー内に、ＨＦガス、またはＨＦガスおよびＦ２ガスと、アルコールガスまたは水蒸気と、不活性ガスとを供給することにより、チャンバー内にプラズマを生成することなく、被処理基板の表面の原子層堆積法により形成された第１の酸化シリコン膜を、隣接して設けられた原子層堆積法以外の他の手法により形成された第２の酸化シリコン膜に対して極めて高い選択比でエッチングすることができる。
本発明の実施形態に係るエッチング方法を実施するために用いられるエッチング装置を搭載した処理システムの一例を示す概略構成図である。 図１の処理システムに搭載された熱処理装置を示す断面図である。 図１の処理システムに搭載されたエッチング装置を示す断面図である。 実験例１における、従来のガス系と本発明のガス系によりＡＬＤ−ＳｉＯ２およびＴｈ−ＳｉＯ２をエッチングした際のエッチング量とエッチング選択比を示す図である。 実験例２における、エッチングガスとしてＨＦガスを単独で用いた場合と、ＨＦガスにエタノールガスを添加した場合とで、ＡＬＤ−ＳｉＯ２およびＴｈ−ＳｉＯ２のエッチング性を比較した図であり、（ａ）はエッチング量を示す図であり、（ｂ）はエッチング選択比ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２を示す図である。 実験例３における、ＡＬＤ−ＳｉＯ２およびＴｈ−ＳｉＯ２のエッチング性に対するエタノールガス流量依存性を示す図であり、（ａ）はエッチング量を示す図であり、（ｂ）はエッチング選択比ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２を示す図である。 （ａ）は実験例４におけるチャンバー内圧力とＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量との関係を示す図であり、（ｂ）は実験例４におけるチャンバー内圧力とＴｈ−ＳｉＯ２のエッチング量との関係を示す図である。 （ａ）は実験例５におけるチャンバー内圧力とＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量との関係を示す図であり、（ｂ）は実験例５におけるチャンバー内圧力とＰＴＥＯＳのエッチング量との関係を示す図である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
＜本発明の実施形態に用いる処理システムの一例＞
図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置を搭載した処理システムの一例を示す概略構成図である。この処理システム１は、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを搬入出する搬入出部２と、搬入出部２に隣接させて設けられた２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３と、各ロードロック室３にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対して熱処理を行なう熱処理装置４と、各熱処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、チャンバー内でプラズマを生成することなくウエハＷに対してエッチングを行う本実施形態に係るエッチング装置５と、制御部６とを備えている。
搬入出部２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有している。第１ウエハ搬送機構１１は、ウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ，１１ｂを有している。搬送室１２の長手方向の側部には、載置台１３が設けられており、この載置台１３には、ウエハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣが例えば３つ接続できるようになっている。また、搬送室１２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１４が設置されている。
搬入出部２において、ウエハＷは、搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送機構１１の駆動により略水平面内で直進移動、また昇降させられることにより、所望の位置に搬送させられる。そして、載置台１３上のキャリアＣ、オリエンタ１４、ロードロック室３に対してそれぞれ搬送アーム１１ａ，１１ｂが進退することにより、搬入出させられるようになっている。
各ロードロック室３は、搬送室１２との間にそれぞれゲートバルブ１６が介在された状態で、搬送室１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室３内には、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。
第２ウエハ搬送機構１７は、多関節アーム構造を有しており、ウエハＷを略水平に保持するピックを有している。この第２ウエハ搬送機構１７においては、多関節アームを縮めた状態でピックがロードロック室３内に位置し、多関節アームを伸ばすことにより、ピックが熱処理装置４に到達し、さらに伸ばすことによりエッチング装置５に到達することが可能となっており、ウエハＷをロードロック室３、熱処理装置４、およびエッチング装置５間で搬送することが可能となっている。
熱処理装置４は、図２に示すように、真空引き可能なチャンバー２０と、その中でウエハＷを載置する載置台２３を有し、載置台２３にはヒーター２４が埋設されており、このヒーター２４によりエッチング処理が施された後のウエハＷを加熱してウエハＷに存在するエッチング残渣を気化して除去する。チャンバー２０のロードロック室３側には、ロードロック室３との間でウエハを搬送する搬入出口２０ａが設けられており、この搬入出口２０ａはゲートバルブ２２によって開閉可能となっている。また、チャンバー２０のエッチング装置５側にはエッチング装置５との間でウエハＷを搬送する搬入出口２０ｂが設けられており、この搬入出口２０ｂはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。チャンバー２０の側壁上部にはガス供給路２５が接続され、ガス供給路２５はＮ２ガス供給源３０に接続されている。また、チャンバー２０の底壁には排気路２７が接続され、排気路２７は真空ポンプ３３に接続されている。ガス供給路２５には流量調節弁３１が設けられており、排気路２７には圧力調整弁３２が設けられていて、これら弁を調整することにより、チャンバー２０内を所定圧力のＮ２ガス雰囲気にして熱処理が行われる。Ａｒガス等、Ｎ２ガス以外の不活性ガスを用いてもよい。
制御部６は、処理システム１の各構成部を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９１を有している。プロセスコントローラ９１には、オペレータが処理システム１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、処理システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザーインターフェース９２が接続されている。また、プロセスコントローラ９１には、処理システム１で実行される各種処理、例えば後述するエッチング装置５における処理ガスの供給やチャンバー内の排気などをプロセスコントローラ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処理システム１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である処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部９３が接続されている。レシピは記憶部９３の中の適宜の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、処理システム１での所望の処理が行われる。
本実施形態に係るエッチング装置５は、ＨＦガス、アルコールガス等によりＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を所定パターンにエッチングするものであり、その具体的な構成については、後で詳細に説明する。
このような処理システム１では、ウエハＷとして、表面にエッチング対象であるＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を有し、それと隣接して他の手法で形成されたＳｉＯ２膜、例えば熱酸化膜またはＴＥＯＳ膜を有するものを用い、そのようなウエハＷを複数枚キャリアＣ内に収納して処理システム１に搬送する。処理システム１においては、大気側のゲートバルブ１６を開いた状態で搬入出部２のキャリアＣから第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりウエハＷを１枚ロードロック室３に搬送し、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックに受け渡す。
その後、大気側のゲートバルブ１６を閉じてロードロック室３内を真空排気し、次いでゲートバルブ５４を開いて、ピックをエッチング装置５まで伸ばしてウエハＷをエッチング装置５へ搬送する。
その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、エッチング装置５において後述するようにしてエッチング処理を行う。
エッチング処理が終了した後、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックによりエッチング処理後のウエハＷを熱処理装置４に搬送し、チャンバー２０内にＮ２ガスを導入しつつ、ヒーター２４により載置台２３上のウエハＷを加熱して、エッチング残渣等を加熱除去する。
熱処理装置４における熱処理が終了した後、ゲートバルブ２２を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台２３上のエッチング処理後のウエハＷをロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻す。これにより、一枚のウエハの処理が完了する。
なお、本実施形態の場合には、エッチング装置５において上記特許文献１や２におけるＣＯＲのような反応生成物が発生しないため、熱処理装置４は必須ではない。熱処理装置を用いない場合には、エッチング処理が終了した後のウエハＷを第２ウエハ搬送機構１７のピックによりロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻せばよい。
＜エッチング装置の構成＞
次に、本実施形態に係るエッチング装置５について詳細に説明する。
図３は、本実施形態に係るエッチング装置を示す断面図である。図３に示すように、エッチング装置は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部には、ウエハＷを略水平にした状態で載置させる載置台４２が設けられている。また、エッチング装置５は、チャンバー４０にエッチングガスを供給するガス供給機構４３、チャンバー４０内を排気する排気機構４４を備えている。
チャンバー４０は、チャンバー本体５１と蓋部５２とによって構成されている。チャンバー本体５１は、略円筒形状の側壁部５１ａと底部５１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部５２で閉止される。側壁部５１ａと蓋部５２とは、シール部材（図示せず）により密閉されて、チャンバー４０内の気密性が確保される。蓋部５２の天壁には上方からチャンバー４０内に向けてガス導入ノズル６１が挿入されている。
側壁部５１ａには、熱処理装置４のチャンバー２０との間でウエハＷを搬入出する搬入出口５３が設けられており、この搬入出口５３はゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
載置台４２は、平面視略円形をなしており、チャンバー４０の底部５１ｂに固定されている。載置台４２の内部には、載置台４２の温度を調節する温度調節器５５が設けられている。温度調節器５５は、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環する管路を備えており、このような管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、載置台４２の温度が調節され、載置台４２上のウエハＷの温度制御がなされる。
ガス供給機構４３は、不活性ガスであるＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源６３、Ｆ２ガスを供給するＦ２ガス供給源６４、ＨＦガスを供給するＨＦガス供給源６５、およびアルコールガスであるエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）ガスを供給するエタノールガス供給源６６を有している。また、Ｎ２ガス供給源６３に接続された第１のガス供給配管６７、Ｆ２ガス供給源６４に接続された第２のガス供給配管６８、ＨＦガス供給源６５に接続された第３のガス供給配管６９、エタノールガス供給源６６に接続された第４のガス供給配管７０、および、これら第１〜第４のガス供給配管６７〜７０が接続される共通ガス供給配管６２を有している。共通ガス配管６２は、上述したガス導入ノズル６１に接続されている。
第１〜第４のガス供給配管６７〜７０には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器８０が設けられている。流量制御器８０は例えば開閉弁およびマスフローコントローラにより構成されている。
Ｆ２ガス供給源６４として通常用いられるボンベは、Ｆ２ガスが極めて活性が高いガスであるため、不活性ガス、典型的にはＮ２ガスやＡｒガスのような不活性ガスでＦ２：不活性ガス＝１：４の体積比で希釈された状態となっている。Ｎ２ガスやＡｒガスの代わりに他の不活性ガスで希釈されていてもよい。
このような構成のガス供給機構４３においては、Ｎ２ガス供給源６３、Ｆ２ガス供給源６４、ＨＦガス供給源６５、およびエタノールガス供給源６６から、それぞれＮ２ガス、Ｆ２ガス、ＨＦガス、エタノールガスが、それぞれ第１〜第４のガス供給配管６７〜７０を経て共通ガス供給配管６２に至り、ガス導入ノズル６１を介してチャンバー４０内に供給される。なお、チャンバー４０の上部にシャワープレートを設け、シャワープレートを介して上記ガスをシャワー状に供給してもよい。
本実施形態では、アルコールガスの一例としてエタノールガスを用いているが、アルコールとしては、エタノールに限定されず他のアルコールを用いることができ、その場合は、エタノールガス供給源６６に代えて、該当するアルコールガスを供給する供給源を用いればよい。アルコールとしては、１価のアルコールが好ましく、１価のアルコールとしては、エタノール以外に、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）を好適に用いることができ、これらの少なくとも一種を用いることができる。なお、プロパノールには２種類の構造異性体が存在し、ブタノールには４種類の構造異性体が存在するが、いずれの構造異性体も使用することができる。アルコールは、その中に含まれるＯＨ基がエッチングに寄与すると考えられるが、ＯＨ基を含む物質としてアルコールの代わりに水を用いることができる。その場合は、エタノールガス供給源６６に代えて、水蒸気供給源を用いて水蒸気を供給するようにすることができる。
不活性ガスであるＮ２ガスは、希釈ガスとして用いられる。不活性ガスとしては、Ａｒガスを用いることもでき、Ｎ２ガスとＡｒガスの両方を用いることもできる。また、不活性ガスとしては、Ｎ２ガス、Ａｒガスが好ましいが、ＨｅのようなＡｒ以外の希ガス等、他の不活性ガスを用いてもよい。なお、不活性ガスは、希釈ガスの他にチャンバー４０内をパージするパージガスとして用いることができる。
排気機構４４は、チャンバー４０の底部５１ｂに形成された排気口８１に繋がる排気配管８２を有しており、さらに、排気配管８２に設けられた、チャンバー４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）８３およびチャンバー４０内を排気するための真空ポンプ８４を有している。
チャンバー４０の側壁には、チャンバー４０内の圧力を計測するための圧力計として２つのキャパシタンスマノメータ８６ａ，８６ｂが、チャンバー４０内に挿入されるように設けられている。キャパシタンスマノメータ８６ａは高圧力用、キャパシタンスマノメータ８６ｂは低圧力用となっている。載置台４２に載置されたウエハＷの近傍には、ウエハＷの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。
エッチング装置５を構成するチャンバー４０、載置台４２等の各種構成部品の材質としては、Ａｌが用いられている。チャンバー４０を構成するＡｌ材は無垢のものであってもよいし、内面（チャンバー本体５１の内面など）に陽極酸化処理を施したものであってもよい。一方、載置台４２を構成するＡｌの表面は耐摩耗性が要求されるので、陽極酸化処理を行って表面に耐摩耗性の高い酸化被膜（Ａｌ２Ｏ３）を形成することが好ましい。
＜エッチング装置によるエッチング方法＞
次に、このように構成されたエッチング装置によるエッチング方法について説明する。
本例では、ゲートバルブ５４を開放した状態で、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックにより、上述した構成、すなわち表面にエッチング対象であるＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を有し、それと隣接して他の手法で形成されたＳｉＯ２膜、例えば熱酸化膜またはＴＥＯＳ膜を有するウエハＷを搬入出口５３からチャンバー４０内に搬入し、載置台４２に載置する。エッチング対象であるＡＬＤ−ＳｉＯ２膜としては、ＳｉプリカーサとしてＳｉＨ４ガスやアミノシラン等のシラン系ガスを用いたものが例示される。なお、ＴＥＯＳ膜とは、Ｓｉプリカーサとして、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）を用いて化学蒸着法（ＣＶＤ法）により形成されたものである。また、ＴＥＯＳ膜は、プラズマＣＶＤ法により形成したＰＴＥＯＳ膜であってもよい。
その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、チャンバー４０内を密閉状態する。
次いで、Ｆ２ガス、ＨＦガス、アルコールガスであるエタノールガスを不活性ガスであるＮ２ガスで希釈してチャンバー４０内へ導入し、ウエハＷのＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を選択的にエッチングする。
具体的には、温度調節器５５によって載置台４２の温度を所定の範囲に調節し、チャンバー４０内の圧力を所定の範囲に調節して、ガス供給機構４３のＮ２ガス供給源６３、Ｆ２ガス供給源６４、ＨＦガス供給源６５、およびエタノールガス供給源６６から、それぞれＮ２ガス、Ｆ２ガス、ＨＦガス、エタノールガスを、それぞれ第１〜第４のガス供給配管６７〜７０、共通ガス供給配管６２、およびガス導入ノズル６１を介してチャンバー４０内へ導入し、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチングを行う。
このとき、Ｆ２ガスは必須ではなく、ＨＦガスおよびＦ２ガスの両方を供給することに代えて、ＨＦガスを単独で供給してもよい。また、上述したように、エタノールガスの代わりに他のアルコールガスを用いてもよく、アルコールとしては、１価のアルコールが好ましく、１価のアルコールとしては、エタノール以外に、メタノール、プロパノール、ブタノールを好適に用いることができる。また、アルコールガスの代わりに水蒸気を用いてもよい。
ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜は、熱酸化膜やＴＥＯＳ膜とはエッチング特性が異なっている。すなわち、本実施形態のように、ＨＦガス（またはＨＦガス＋Ｆ２ガス）、およびアルコールガスまたは水蒸気を、必要に応じて不活性ガスにより適度に希釈したものをエッチングガスとして用いた場合には、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜ではアルコールガスまたは水蒸気中のＯＨ基によりエッチングが進みやすくなるのに対し、熱酸化膜やＴＥＯＳ膜はＡＬＤ−ＳｉＯ２膜より緻密なため、ＯＨ基がエッチングの進行にあまり寄与しないと考えられる。このため、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を熱酸化膜やＴＥＯＳ膜に対して高い選択比でエッチングすることができる。また、条件を選択することにより、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチングレートを高めることができ、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜をエッチングストップすることなく一段階でエッチングすることができる。
このエッチング処理におけるチャンバー４０内の圧力は６６．７〜４００００Ｐａ（０．５〜３００Ｔｏｒｒ）の範囲が好ましく、載置台４２の温度（ほぼウエハの温度）は０〜３００℃が好ましい。このような広い圧力および温度条件により、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を熱酸化膜等の他のＳｉＯ２膜に対して高い選択比でエッチングすることができるが、これらの範囲の中で要求されるエッチング特性に応じて適切な条件を選択することができる。
例えば、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチングレートを求めるのではなく、他の酸化膜がほとんどエッチングされないことを求める場合には、低圧かつ低温の範囲が好ましく、６６．７〜１３３３Ｐａ（０．５〜１０Ｔｏｒｒ）、載置台温度範囲が０〜３０℃が好ましい。より好ましくは圧力範囲が１３３〜６６７Ｐａ（１〜５Ｔｏｒｒ）、載置台温度範囲が０〜１５℃、さらには２６７〜５３３Ｐａ（２〜４Ｔｏｒｒ）、０〜１０℃である。
一方、他の酸化膜のエッチングを多少許容してもＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチングレートを高くしてエッチングストップを防止する観点からは、高圧かつ高温の条件が好ましく、例えば、チャンバー４０内の圧力は１３３３〜４００００Ｐａ（１０〜３００Ｔｏｒｒ）の範囲が好ましく、載置台４２の温度（ほぼウエハの温度）は１００〜３００℃が好ましい。より好ましいチャンバー内の圧力範囲は４０００〜１３３３３Ｐａ（３０〜１００Ｔｏｒｒ）であり、また、より好ましい載置台の温度は１５０〜２５０℃である。
Ｆ２ガス＋ＨＦガスの合計に対するＦ２ガスの体積比率（流量比）は、体積％で０〜８５％の範囲であることが好ましく０〜６７％の範囲がより好ましい。また、アルコールガスは熱酸化膜等に対するＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチング選択比を上昇させる傾向があり、Ｆ２ガス＋ＨＦガス＋アルコールガスまたは水蒸気の合計に対するアルコールガスまたは水蒸気の体積比率（流量比）は、体積％で３〜８５％の範囲が好ましい。この中で、熱酸化膜等の他の酸化膜を極力エッチングしない低圧・低温条件では、３〜５０％の範囲が好ましく５〜１５％の範囲がより好ましい。また、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチングレートが高い高圧・高温条件では、１０〜８５％の範囲が好ましく、１７〜６７％の範囲がより好ましい。さらに、Ｎ２ガス等の不活性ガスはＦ２ガス供給源に不可避的に含まれているが、Ｆ２ガスを用いない場合にも、ある程度含まれていることが好ましく、このときのＨＦガス（またはＨＦガス＋Ｆ２ガス）＋アルコールガスまたは水蒸気＋不活性ガスの合計量に対する不活性ガスの体積比率（流量比）は、体積％で８０％以下の範囲が好ましく、５５〜７５％の範囲がより好ましい。
このように、ＨＦガス（またはＨＦガス＋Ｆ２ガス）、アルコールガス等を用い、ガス組成や圧力および温度等の条件を適正化することにより、熱酸化膜やＴＥＯＳ膜に対して、５０程度以上、さらには１００以上という極めて高いエッチング選択比でＡＬＤ−ＳｉＯ２膜をエッチングすることができる。また、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチングレートも１０ｎｍ／ｍｉｎ以上と高い値を得ることができる。
このようにして、エッチング装置５におけるエッチング処理が終了した後、ゲートバルブ５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台４２上のエッチング処理後のウエハＷをチャンバー４０から搬出し、エッチング装置５によるエッチングが終了する。
＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
［実験例１］
ここでは、処理ガスとして、従来のＨＦ／ＮＨ３系ガスを用いた場合と、本発明のＨＦ／エタノール系ガスを用いた場合とについて、エッチング性を比較した。
従来のガス系としてＨＦガスとＮＨ３ガスの合計量に対するＮＨ３ガスの体積比率を体積％で５６．６％、Ｎ２ガス＋Ａｒガスを５００〜１０００ｓｃｃｍ、総ガス流量を１０００〜２０００ｓｃｃｍとしたものを用い、載置台温度を１００〜１５０℃、チャンバー内圧力を２〜４Ｔｏｒｒとして、ＡＬＤ法で成膜されたＳｉＯ２膜（ＡＬＤ−ＳｉＯ２）および熱酸化膜（Ｔｈ−ＳｉＯ２）をエッチングした。一方、本発明のガス系として、ＨＦガスとエタノールガス（Ｅｔ−ＯＨ）の合計量に対するエタノールガスの体積比率を体積％で１０．７％、Ｎ２ガス＋Ａｒガスを５００〜１５００ｓｃｃｍ、総ガス流量を１０００〜２０００ｓｃｃｍとしたものを用い、載置台温度を０〜１０℃、チャンバー内圧力を２〜４Ｔｏｒｒとして、ＡＬＤ−ＳｉＯ２およびＴｈ−ＳｉＯ２をエッチングした。
この際のエッチング量（ＥＡ）とエッチング選択比（Ｓｅｌ）を図４に示す。この図に示すように、従来のＨＦ／ＮＨ３系ガスを用いた場合には、ＡＬＤ−ＳｉＯ２が高エッチング量でエッチングされるが、Ｔｈ−ＳｉＯ２のエッチング量も高く、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のＴｈ−ＳｉＯ２に対するエッチング選択比（ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２）は１．９５と低い値であった。これに対し、本発明のＨＦ／Ｅｔ−ＯＨ系ガスを用いた場合には、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量はＨＦ／ＮＨ３系ガスを用いた場合よりも多少劣っているものの、Ｔｈ−ＳｉＯ２のエッチング量は極めて少なく、ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２は１１２．８５と１００を超えた。
［実験例２］
ここでは、エッチングに対するエタノールガスの有効性を確認した。
エッチングガスとしてＨＦガスを５００〜１０００ｓｃｃｍとして単独で用いた場合と、エタノールガスをＨＦガスとの合計量に対して体積％で４．６％を添加した場合とで、ＡＬＤ−ＳｉＯ２、Ｔｈ−ＳｉＯ２のエッチング性を比較した。なお、載置台温度：０〜１０℃、チャンバー内圧力：０．５〜１．０Ｔｏｒｒの低圧・低温の条件とした。
図５（ａ）にこの際のエッチング量を示し、図５（ｂ）にこの際のエッチング選択比を示す。図５に示すように、ＨＦガス単独の場合と、エタノールガスを加えた場合とで、Ｔｈ−ＳｉＯ２のエッチング量はあまり変化しないのに対し、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量はエタノールガスを加えることにより急激に上昇しており、ＨＦガスにエタノールガスを加えることにより、エッチング選択比ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２が著しく上昇することが確認された。
［実験例３］
ここでは、エッチングに対するエタノールガスの流量依存性について確認した。
エタノールガスの流量比（ＨＦガス＋エタノールガスの合計流量に対するエタノールガスの流量％）を５〜１２％の間で変化させて、ＡＬＤ−ＳｉＯ２およびＴｈ−ＳｉＯ２のエッチング性を求めた。なお、載置台温度：０〜１０℃、チャンバー内圧力：２．０〜３．０Ｔｏｒｒとした。
図６（ａ）にこの際のエッチング量を示し、図６（ｂ）にこの際のエッチング選択比を示す。図６に示すように、低圧・低温の条件において、エタノールガスの流量比が５〜１２％の範囲において、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量が高く、Ｔｈ−ＳｉＯ２のエッチング量が低い傾向にあり、エッチング選択比ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２が著しく高いことが確認された。具体的には、エタノールガスの流量比が５〜１２％の範囲において、ＡＬＤ−ＳｉＯ２／Ｔｈ−ＳｉＯ２がエタノールガスの流量比の上昇にともなって低下する傾向があるものの、その値は１００を超えていた。
［実験例４］
ここでは、Ｔｈ−ＳｉＯ２を形成したチップおよびＡＬＤ−ＳｉＯ２膜を形成したチップを貼り付けたウエハを準備し、ＨＦガス流量：１０００ｓｃｃｍ、Ｆ２ガス流量（換算値）：２００ｓｃｃｍ（Ａｒガス：８００ｓｃｃｍ）、Ｎ２ガス：２００ｓｃｃｍ、エタノールガス：５００ｓｃｃｍ、載置台温度：２００℃、チャンバー内圧力を３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）、５０Ｔｏｒｒ（６６６５Ｐａ）の高圧・高温の条件でエッチングを行った。ＡＬＤ−ＳｉＯ２は、Ｓｉプリカーサとしてアミノシランを用いて形成した。
その結果を図７（ａ），（ｂ）に示す。（ａ）はチャンバー内圧力とＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチング量との関係を示す図、（ｂ）はチャンバー内圧力とＴｈ−ＳｉＯ２のエッチング量との関係を示す図である。これらの図に示すように、圧力３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）において、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチング量が２１５．４０ｎｍ、Ｔｈ−ＳｉＯ２のエッチング量が０．５２ｎｍとなった。これらからエッチング選択比を計算すると４１４．２３となる。また、５０Ｔｏｒｒ（６６６５Ｐａ）において、ＡＬＤ−ＳｉＯ２膜のエッチング量が１２０８．２８ｎｍ、Ｔｈ−ＳｉＯ２のエッチング量が１３．１６ｎｍとなった。これらからエッチング選択比を計算すると９１．８１となる。このように、高圧・高温の条件下で、ＡＬＤ−ＳｉＯ２を、極めて高レートで、かつＴｈ−ＳｉＯ２に対して極めて高い選択比でエッチングできることが確認された。
［実験例５］
ここでは、ＡＬＤ−ＳｉＯ２を形成したブランケットウエハと、ＣＶＤ法で成膜されたＳｉＯ２膜（ＣＶＤ−ＳｉＯ２）であるＰＴＥＯＳ膜（ＰＴＥＯＳ）を形成したブランケットウエハを準備し、実験例１と同様の条件でエッチングを行った。
その結果を図８（ａ），（ｂ）に示す。（ａ）はチャンバー内圧力とＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチングレートとの関係を示す図、（ｂ）はチャンバー内圧力とＰＴＥＯＳ膜のエッチングレートとの関係を示す図である。これらの図に示すように、圧力３０Ｔｏｒｒ（４０００Ｐａ）において、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量が２２．４８ｎｍ、ＰＴＥＯＳのエッチング量が０．７４ｎｍとなった。これらからエッチング選択比を計算すると３９．３８となる。また、５０Ｔｏｒｒ（６６６５Ｐａ）において、ＡＬＤ−ＳｉＯ２のエッチング量が４４３ｎｍＰＴＥＯＳのエッチング量が１．３ｎｍとなった。これらからエッチング選択比を計算すると３４０．７７となる。このように、高圧・高温条件下で、ＡＬＤ−ＳｉＯ２を、極めて高レートで、かつＰＴＥＯＳに対して極めて高い選択比でエッチングできることが確認された。
＜本発明の他の適用＞
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、上記実施形態の装置は例示に過ぎず、種々の構成の装置により本発明のエッチング方法を実施することができる。また、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
１；処理システム
２；搬入出部
３；ロードロック室
５；エッチング装置
６；制御部
１１；第１ウエハ搬送機構
１７；第２ウエハ搬送機構
４０；チャンバー
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
６１；ガス導入ノズル
６２；共通ガス供給配管
６３；Ｎ２ガス供給源
６４；Ｆ２ガス供給源
６５；ＨＦガス供給源
６６；エタノールガス供給源
６７，６８，６９，７０：ガス供給配管
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (10)

  1. 表面に原子層堆積法により形成された第１の酸化シリコン膜を有し、前記第１の酸化シリコン膜に隣接して、原子層堆積法以外の他の手法により形成された第２の酸化シリコン膜を有し、前記第２の酸化シリコン膜の表面に保護層を有しない被処理基板をチャンバー内に配置し、
    前記チャンバー内に、ＨＦガス、またはＨＦガスおよびＦ２ガスと、アルコールガスまたは水蒸気とを供給し、これにより前記第１の酸化シリコン膜を前記第２の酸化シリコン膜に対して選択的にエッチングすることを特徴とするエッチング方法。
  2. さらに不活性ガスを供給してエッチング処理を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。
  3. 前記第２の酸化シリコン膜は、熱酸化膜またはＴＥＯＳ膜であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング方法。
  4. 前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を６６．７〜４００００Ｐａの範囲とし、前記チャンバー内で被処理基板を載置する載置台の温度０〜３００℃の範囲とすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  5. 前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を６６．７〜１３３３Ｐａの範囲とし、前記チャンバー内で被処理基板を載置する載置台の温度０〜３０℃の範囲とすることを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
  6. 前記エッチングの際に、前記チャンバー内の圧力を１３３３〜４００００Ｐａの範囲とし、前記チャンバー内で被処理基板を載置する載置台の温度１００〜３００℃の範囲とすることを特徴とする請求項４に記載のエッチング方法。
  7. 前記アルコールガスは、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）から選択された少なくとも一種からなることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  8. 前記エッチングを行う際のＦ２ガス＋ＨＦガスの合計に対するＦ２ガスの体積比率は、体積％で０〜８５％の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  9. 前記エッチングを行う際のＦ２ガス＋ＨＦガス＋アルコールガスまたは水蒸気の合計に対するアルコールガスまたは水蒸気の体積比率は、体積％で３〜８５％の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のエッチング方法。
  10. コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、請求項１から請求項９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。
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