JP6952766B2 - ドライエッチング方法またはドライクリーニング方法 - Google Patents
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Description
[1] XF(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を同時にエッチング装置の反応室内部に導入し、熱によってエッチング対象と、XFおよびNOとの反応を誘起することを特徴とするドライエッチング方法。
[2] XF(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を混合し、加熱することでXFおよびNOの化学反応を誘起し、発生した励起種をエッチング装置内部に供給することを特徴とするドライエッチング方法。
[3] XF(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を同時に成膜装置の反応室内部に導入し、熱によってクリーニング対象と、XFおよびNOとの反応を誘起することを特徴とするドライクリーニング方法。
[4] XF(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を混合し、加熱することでXFおよびNOの化学反応を誘起し、発生した励起種を成膜装置内部に供給することを特徴とするドライクリーニング方法。
[5] [1]もしくは[2]に記載のドライエッチング方法または[3]もしくは[4]に記載のドライクリーニング方法において、XF(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を混合する割合が体積比または流量比でXF:NO=1:Yとした場合、Yが0<Y<2となることを特徴とするドライエッチング方法またはドライクリーニング方法。
[6] [1]もしくは[2]に記載のドライエッチング方法または[3]もしくは[4]に記載のドライクリーニング方法において、モノフルオロハロゲンガスがClFであることを特徴とするドライエッチング方法またはドライクリーニング方法。
[7] [1]に記載のドライエッチング方法において、ドライエッチング時のエッチング装置の反応室内部の温度またはエッチング対象の温度が20〜700℃であることを特徴とするドライエッチング方法。
[8] [3]に記載のドライクリーニング方法において、ドライクリーニング時の成膜装置内部の温度または反応装置壁表面の温度が20〜700℃であることを特徴とするドライクリーニング方法。
[9] [2]に記載のドライエッチング方法または[4]に記載のドライクリーニング方法において、XF(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)の混合物の加熱温度が20〜700℃であることを特徴とするドライエッチング方法またはドライクリーニング方法。
[10] [1]に記載のドライエッチング方法において、エッチング装置反応室内部もしくはエッチング対象を20〜700℃に調節することで、構成する元素の90%以上がSi、Ge、Al、W、Ti、Hfのいずれかである膜、または構成する元素の90%以上がSi、Ge、Al、W、Ti、Hfのうちの2種類以上の元素から構成される膜をSi、Ge、Al、W、Ti、Hfそれぞれの酸化物、窒化物に対して選択的にエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。
[11] [3]に記載のドライクリーニング方法において、成膜装置内部、または成膜装置内部の壁の温度を20〜700℃に調節することで、構成する元素の70%以上がSi、Ge、Al、W、Ti、Hfのいずれかである付着物や堆積物、または構成する元素の70%以上がSi、Ge、Al、W、Ti、Hfのうちの2種類以上の元素から構成される付着物や堆積物を、装置を構成する材質を腐食、劣化することなく除去、クリーニングすることを特徴とするドライクリーニング方法。
[12] [2]に記載のドライエッチング方法または[4]に記載のドライクリーニング方法において、XF(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)の混合物の加熱温度が20〜700℃であることで以下の式1の化学反応を誘起し、
(式1) XF + NO → X + FNO
発生するX(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)原子とフッ化ニトロシル(FNO)を供給することを特徴とするドライエッチング方法またはドライクリーニング方法。
[13] [1]もしくは[2]に記載のドライエッチング方法または[3]もしくは[4]に記載のドライクリーニング方法において、XF(XはCl、Br、Iのうちいずれかのハロゲン元素である)と一酸化窒素(NO)に対してN2、Ar、He、Kr、XeおよびCO2からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性の低いガスを用いて希釈することで、ドライエッチングにおけるエッチングレート、エッチング選択性の制御を行うことを特徴とするドライエッチング方法、または、ドライクリーニングおけるクリーニング時間、成膜装置内部の腐食もしくはダメージを抑制することを特徴とするドライクリーニング方法。
本発明のドライエッチング方法、もしくはドライクリーニング方法は以下の効果を奏する。
(1)F2に比べると反応性が低いXFで示されるモノフルオロインターハロゲンガスを用いるため、比較的安全である。
(2)XFで示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)はF2とNOの反応のように混合しただけで反応が進行するが、F2とNOの反応のように激しい発熱はなく、制御しやすいといった特徴がある。このため、発熱エネルギーを除去する機構も不要であり、加熱機構を有するエッチング装置、または成膜装置では新たな機構の追加無く、既存の状態で運用が可能である。
(3)XFで示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)の反応によって生じるX原子を用いるため、高い温度であってもSiNやSiO2とは反応せず、Siを主要な成分とする膜ないし堆積物のみを選択的にエッチング、もしくはクリーニングすることが可能である。
(4)Si以外にもAlやHfなど、F原子と反応すると沸点が非常に高い化合物を形成し、エッチングやクリーニングが困難な金属材料や、X原子と反応して揮発性の高い化合物を形成するW、Ti、金属材料、SiGeやWSiのような材料を、SiO2やSiN、金属材料の酸化物や窒化物に対して選択的にエッチング、もしくはクリーニングが可能である。
(5)XFで示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)の反応によって生じるX原子は反応活性が高く、20℃でも(4)記載の材料と反応するため、エッチング装置や成膜装置内の加熱が難しい箇所に堆積する堆積物を除去することが可能である。
(6)選択性が非常に高いエッチング、クリーニング方法であるため、基板や装置に不要なダメージを与えず、半導体装置やその他デバイスの製造の歩留まりを高めるとともに、製造装置寿命を延ばすことができる。
(7)制御性の高いエッチング、クリーニング方法であるため、プロセス中に局所的に温度が高い箇所が発生した場合であっても、過剰な反応が起こらず、均一な加工が行え、ダメージを抑制することができる。
XF + NO → X + FNO
という反応が効率よく進行するため特に好ましい。NOの割合が多い場合にはX原子の濃度が希釈される場合や、反応にあまり活性ではないXNOが発生しエッチングやクリーニングの効率が低下する。NOの割合が少ない場合にはXFによって過剰な反応が進行することとなり、反応の制御や選択的な反応が困難となる。
装置の材質(チャンバー壁:石英 配管・その他:SUS306 サセプタ・加熱部:Ni)
反応室のサイズ(径:φ222mm、高さ:200mm)
加熱方式(抵抗加熱)
Si基板上に、100nmのSiO2とさらにその上に300nmの多結晶シリコン(Poly−Si)が成膜されたSiウエハサンプル、Si基板上に300nmのSiNが成膜されたSiウエハサンプル、Si基板上に1000nmのSiO2が成膜されたSiウエハサンプルをそれぞれ個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFとNOをそれぞれのボンベからマスフローコントローラーを通じてそれぞれ100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を100℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si膜はオーバーエッチし、エッチングレートは600.0nm/min以上、SiN膜のエッチングレートは1.5nm/min、SiO2膜のエッチングレートは0.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は400.0以上、SiO2に対するPoly−Siの選択性は無限大となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれ個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFとNOをそれぞれのボンベからマスフローコントローラーを通じてそれぞれ100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を200℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si膜はオーバーエッチし、エッチングレートは600.0nm/min以上、SiN膜のエッチングレートは1.7nm/min、SiO2膜のエッチングレートは0.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は352.9以上、SiO2に対するPoly−Siの選択性は無限大となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFとNOをそれぞれのボンベからマスフローコントローラーを通じてそれぞれ100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を300℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si膜はオーバーエッチし、エッチングレートは600.0nm/min以上、SiN膜のエッチングレートは1.2nm/min、SiO2膜のエッチングレートは12.9nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は500.0以上、SiO2に対するPoly−Siの選択性は46.5以上となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFとNOをそれぞれのボンベからマスフローコントローラーを通じてそれぞれ100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を400℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si膜はオーバーエッチし、エッチングレートは600.0nm/min以上、SiN膜のエッチングレートは24.9nm/min、SiO2膜のエッチングレートは0.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は24.1以上、SiO2に対するPoly−Siの選択性は無限大となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFをボンベからマスフローコントローラーを通じて100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を100℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果Poly−Si膜のエッチングレートは2.0nm/min、SiN膜のエッチングレートは1.2nm/min、SiO2膜のエッチングレートは0.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性1.7、SiO2に対するPoly−Siの選択性は無限大となったが、Poly−Siのエッチングレートは実施例1の結果と比べて0.003倍以下となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFをボンベからマスフローコントローラーを通じて100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を200℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果Poly−Si膜のエッチングレートは170.8nm/min、SiN膜のエッチングレートは3.3nm/min、SiO2膜のエッチングレートは0.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は51.8、SiO2に対するPoly−Siの選択性は無限大となったが、Poly−Siのエッチングレートは実施例1の結果と比べて0.285倍以下となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFをボンベからマスフローコントローラーを通じて100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を300℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si膜のエッチングレートは375.4nm/min、SiN膜のエッチングレートは12.5nm/min、SiO2膜のエッチングレートは4.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は30.0、SiO2に対するPoly−Siの選択性は93.9となった。Poly−Siのエッチングレートは実施例1の結果と比べて0.626倍以下となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFをボンベからマスフローコントローラーを通じて100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を400℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si膜はオーバーエッチし、エッチングレートは600.0nm/min以上、SiN膜のエッチングレートは141.7nm/min、SiO2膜のエッチングレートは0.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は4.2以上、SiO2に対するPoly−Siの選択性は無限大となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFとNOをそれぞれのボンベからマスフローコントローラーを通じてそれぞれClF:100sccm、NO:300sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を200℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si膜のエッチングレートは501.4nm/min、SiN膜のエッチングレートは2.1nm/min、SiO2膜のエッチングレートは0.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は238.8となり、実施例2と比べて低下した。SiO2に対するPoly−Siの選択性は無限大となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスとしてClFを用いた。ClFとNOをそれぞれのボンベからマスフローコントローラーを通じてそれぞれClF:100sccm、NO:100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を20℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si膜のエッチングレートは29.4nm/min、SiN膜のエッチングレートは0.4nm/min、SiO2膜のエッチングレートは0.0nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は73.5、SiO2に対するPoly−Siの選択性は無限大となった。
実施例1と同様のPoly−Si、SiN、SiO2サンプルを用い、それぞれのサンプルを個別に加熱可能な真空装置の処理容器内に設置し、モノフルオロハロゲンガスのかわりにF2を用い、F2とNOをそれぞれのボンベからマスフローコントローラーを通じてそれぞれ100sccmの流量で処理容器内に供給し、同時にN2を希釈用不活性ガスとして400sccmの流量で供給した。装置内部の温度を200℃、圧力を100Torrとし、30秒間処理した。その結果、Poly−Si、SiNともにオーバーエッチし、Poly−Si膜のエッチングレートは600.0nm/min以上、SiN膜のエッチングレートは600.0nm/min以上、SiO2膜のエッチングレートは24.2nm/minであった。SiNに対するPoly−Siの選択性は不明であるが、SiO2に対するPoly−Siの選択性は24.8以上となった。
Claims (5)
- XF(XはClである)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を同時にエッチング装置の反応室内部に導入し、熱によってエッチング対象と、XFおよびNOとの反応を誘起することを特徴とするドライエッチング方法であって、エッチング装置反応室内部もしくはエッチング対象を20〜700℃に調節することで、構成する元素の90%以上がSi、Ge、Al、W、Ti、Hfのいずれかである膜、または構成する元素の90%以上がSi、Ge、Al、W、Ti、Hfのうちの2種類以上の元素から構成される膜をSi、Ge、Al、W、Ti、Hfそれぞれの酸化物、窒化物に対して選択的にエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法。
- XF(XはClである)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を混合し、加熱することでXFおよびNOの化学反応を誘起し、発生した励起種をエッチング装置内部に供給することを特徴とするドライエッチング方法であって、XF(XはClである)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)の混合物の加熱温度が20〜700℃であることで以下の式1の化学反応を誘起し、
(式1) XF + NO → X + FNO
発生するX(XはClである)原子とフッ化ニトロシル(FNO)を供給することを特徴とするドライエッチング方法。 - XF(XはClである)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を混合し、加熱することでXFおよびNOの化学反応を誘起し、発生した励起種を成膜装置内部に供給することを特徴とするドライクリーニング方法であって、XF(XはClである)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)の混合物の加熱温度が20〜700℃であることで以下の式1の化学反応を誘起し、
(式1) XF + NO → X + FNO
発生するX(XはClである)原子とフッ化ニトロシル(FNO)を供給することを特徴とするドライクリーニング方法。 - 請求項1もしくは請求項2に記載のドライエッチング方法または請求項3に記載のドライクリーニング方法において、XF(XはClである)で示されるモノフルオロインターハロゲンガスと一酸化窒素(NO)を混合する割合が体積比または流量比でXF:NO=1:Yとした場合、Yが0<Y<2となることを特徴とするドライエッチング方法またはドライクリーニング方法。
- 請求項1もしくは請求項2に記載のドライエッチング方法または請求項3に記載のドライクリーニング方法において、XF(XはClである)と一酸化窒素(NO)に対してN2、Ar、He、Kr、XeおよびCO2からなる群から選ばれる少なくとも1種の反応性の低いガスを用いて希釈することで、ドライエッチングにおけるエッチングレート、エッチング選択性の制御を行うことを特徴とするドライエッチング方法、または、ドライクリーニングおけるクリーニング時間、成膜装置内部の腐食もしくはダメージを抑制することを特徴とするドライクリーニング方法。
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