JP7428528B2 - Etching method - Google Patents

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Description

本願は、エッチング方法に関する。 The present application relates to an etching method.

従来から、シリコン酸化膜をエッチングする基板処理装置が提案されている(例えば特許文献1)。特許文献1には、原子層堆積(ALD)法により成膜したシリコン酸化膜を、熱酸化等の他の手法で形成されたシリコン酸化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が記載されている。 Conventionally, a substrate processing apparatus for etching a silicon oxide film has been proposed (for example, Patent Document 1). Patent Document 1 describes an etching method that can etch a silicon oxide film formed by atomic layer deposition (ALD) with a high selectivity relative to a silicon oxide film formed by other methods such as thermal oxidation. is listed.

特開2016-62947号公報JP2016-62947A

しかしながら、特許文献1では、ALD法により成膜されたシリコン酸化膜を、熱酸化により成膜されたシリコン酸化膜に対して選択的にエッチングできるものの、その逆のエッチングはできない。つまり、熱酸化により成膜されたシリコン酸化膜を、他の膜に対して高選択比でエッチングすることはできない。 However, in Patent Document 1, although the silicon oxide film formed by the ALD method can be selectively etched with respect to the silicon oxide film formed by thermal oxidation, the opposite etching cannot be performed. In other words, a silicon oxide film formed by thermal oxidation cannot be etched with a high selectivity with respect to other films.

そこで、本願は、熱酸化により成膜されたシリコン酸化膜を他の膜に対して選択的にエッチングできるエッチング方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present application is to provide an etching method that can selectively etch a silicon oxide film formed by thermal oxidation with respect to other films.

エッチング方法の第1の態様は、基板に形成されたシリコン熱酸化膜をエッチングするエッチング方法であって、前記基板をチャンバ内の載置台に載置する基板載置工程と、前記載置台に載置された前記基板を160度以上に加熱する加熱工程と、前記チャンバ内の真空度を所定の第1真空度に維持する圧力制御工程と、前記チャンバ内に無水フッ化水素ガスを供給して、前記無水フッ化水素ガスと前記シリコン熱酸化膜中の水分とを反応させてフッ化水素イオンを生成し、前記フッ化水素イオンにより前記シリコン熱酸化膜を他の酸化膜に対して選択的にエッチングするフッ化水素ガス供給工程とを備える。 A first aspect of the etching method is an etching method for etching a silicon thermal oxide film formed on a substrate, which includes a substrate mounting step of mounting the substrate on a mounting table in a chamber, and a step of mounting the substrate on the mounting table. a heating step of heating the placed substrate to 160 degrees or more; a pressure control step of maintaining the degree of vacuum in the chamber at a predetermined first degree of vacuum; and supplying anhydrous hydrogen fluoride gas into the chamber. , generating hydrogen fluoride ions by reacting the anhydrous hydrogen fluoride gas with moisture in the silicon thermal oxide film, and selectively forming the silicon thermal oxide film with respect to other oxide films with the hydrogen fluoride ions . and a hydrogen fluoride gas supply step for etching.

エッチング方法の第2の態様は、第1の態様にかかるエッチング方法であって、前記圧力制御工程よりも前に実行され、前記第1真空度よりも高い第2真空度とする減圧工程をさらに備える。 A second aspect of the etching method is the etching method according to the first aspect, which further includes a depressurization step performed before the pressure control step to obtain a second degree of vacuum higher than the first degree of vacuum. Be prepared.

エッチング方法の第3の態様は、第1または第2の態様にかかるエッチング方法であって、前記第1真空度は、前記チャンバ内の圧力が10Torrから600Torrの範囲内である。
エッチング方法の第4の態様は、第1から第3のいずれか一つの態様にかかるエッチング方法であって、前記他の酸化膜は、CVDまたはADLにより形成された酸化膜である。
エッチング方法の第5の態様は、第4の態様にかかるエッチング方法であって、前記他の酸化膜は、CVD法によるTEOS膜、BSG膜およびBPSG膜ならびにALD法によるALD膜のいずれかである。
エッチング方法の第6の態様は、第5の態様にかかるエッチング方法であって、前記他の酸化膜はALD膜である。
A third aspect of the etching method is the etching method according to the first or second aspect, wherein the first degree of vacuum is such that the pressure within the chamber is within a range of 10 Torr to 600 Torr.
A fourth aspect of the etching method is the etching method according to any one of the first to third aspects, in which the other oxide film is an oxide film formed by CVD or ADL.
A fifth aspect of the etching method is the etching method according to the fourth aspect, wherein the other oxide film is any one of a TEOS film, a BSG film, and a BPSG film formed by a CVD method, and an ALD film formed by an ALD method. .
A sixth aspect of the etching method is the etching method according to the fifth aspect, in which the other oxide film is an ALD film.

エッチング方法の第1および第3の態様によれば、基板の温度を140度以上とし、無水フッ化水素ガスを基板に供給することで、熱酸化膜を他の膜に対して選択的にエッチングすることができる。 According to the first and third aspects of the etching method, the thermal oxide film is selectively etched with respect to other films by setting the temperature of the substrate to 140 degrees or higher and supplying anhydrous hydrogen fluoride gas to the substrate. can do.

エッチング方法の第2の態様によれば、無水フッ化水素ガスを供給する前に、チャンバ内の水分を排気することができる。 According to the second aspect of the etching method, moisture in the chamber can be evacuated before supplying anhydrous hydrogen fluoride gas.

エッチング装置の構成の一例を概略的に示す側面図である。FIG. 2 is a side view schematically showing an example of the configuration of an etching apparatus. エッチング装置における基板処理(エッチング処理)の流れの一例を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing an example of the flow of substrate processing (etching processing) in an etching apparatus. 基板の温度とエッチング速度との関係の一例を示すグラフである。3 is a graph showing an example of the relationship between substrate temperature and etching rate. エッチング装置の構成の他の一例を概略的に示す側面図である。FIG. 3 is a side view schematically showing another example of the configuration of the etching apparatus. エッチング装置における基板処理(エッチング処理)の流れの他の一例を示すフローチャートである。7 is a flowchart showing another example of the flow of substrate processing (etching processing) in the etching apparatus.

以下、添付の図面を参照しながら、実施の形態について説明する。なお、この実施の形態に記載されている構成要素はあくまでも例示であり、本開示の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。図面においては、理解容易のため、必要に応じて各部の寸法または数が誇張または簡略化して図示されている場合がある。 Embodiments will be described below with reference to the accompanying drawings. Note that the components described in this embodiment are merely examples, and the scope of the present disclosure is not intended to be limited thereto. In the drawings, dimensions or numbers of parts may be exaggerated or simplified as necessary for easy understanding.

相対的または絶対的な位置関係を示す表現(例えば「一方向に」「一方向に沿って」「平行」「直交」「中心」「同心」「同軸」など)は、特に断らない限り、その位置関係を厳密に表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる範囲で相対的に角度または距離に関して変位された状態も表すものとする。等しい状態であることを示す表現(例えば「同一」「等しい」「均質」など)は、特に断らない限り、定量的に厳密に等しい状態を表すのみならず、公差もしくは同程度の機能が得られる差が存在する状態も表すものとする。形状を示す表現(例えば、「四角形状」または「円筒形状」など)は、特に断らない限り、幾何学的に厳密にその形状を表すのみならず、同程度の効果が得られる範囲で、例えば凹凸または面取りなどを有する形状も表すものとする。一の構成要素を「備える」「具える」「具備する」「含む」または「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的表現ではない。「A,BおよびCの少なくともいずれか一つ」という表現は、Aのみ、Bのみ、Cのみ、A,BおよびCのうち任意の2つ、ならびに、A,BおよびCのすべてを含む。 Expressions indicating relative or absolute positional relationships (e.g., "in one direction," "along one direction," "parallel," "perpendicular," "centered," "concentric," "coaxial," etc.) are used unless otherwise specified. It does not only strictly represent the positional relationship, but also represents the state of relative displacement in terms of angle or distance within a range where tolerance or the same level of function can be obtained. Unless otherwise specified, expressions indicating equal states (e.g., "same," "equal," "homogeneous," etc.) do not only mean quantitatively strictly equal states, but also mean that tolerances or functions of the same degree can be obtained. It also represents a state in which a difference exists. Unless otherwise specified, expressions that indicate a shape (e.g., "quadrangular shape" or "cylindrical shape") do not only strictly represent the shape geometrically, but also include, to the extent that the same degree of effect can be obtained, e.g. Shapes with irregularities, chamfers, etc. are also represented. The expressions "comprising," "comprising," "comprising," "containing," or "having" one component are not exclusive expressions that exclude the presence of other components. The expression "at least one of A, B, and C" includes only A, only B, only C, any two of A, B, and C, and all of A, B, and C.

<第1の実施の形態>
図1は、エッチング装置1の構成の一例を概略的に示す側面図である。エッチング装置1は、半導体ウェハ等の基板Wを一枚ずつエッチング処理する枚葉式のエッチング装置であり、例えばプラズマを用いない気相エッチング装置である。エッチング装置1は、半導体デバイスを製造する装置の一部に適用され得る。なお、基板Wは必ずしも半導体デバイス用の基板に限らない。基板Wは、例えば、液晶ディスプレイ基板、プラズマディスプレイ用基板、有機EL用基板、FED(Field Emission Display)用基板、光ディスプレイ用基板、有機EL用基板、光磁気ディスク用基板、フォトマスク用基板または太陽電池用基板であってもよい。
<First embodiment>
FIG. 1 is a side view schematically showing an example of the configuration of an etching apparatus 1. As shown in FIG. The etching apparatus 1 is a single-wafer type etching apparatus that etches substrates W such as semiconductor wafers one by one, and is, for example, a vapor phase etching apparatus that does not use plasma. The etching apparatus 1 can be applied to a part of an apparatus for manufacturing semiconductor devices. Note that the substrate W is not necessarily limited to a substrate for semiconductor devices. The substrate W is, for example, a liquid crystal display substrate, a plasma display substrate, an organic EL substrate, an FED (Field Emission Display) substrate, an optical display substrate, an organic EL substrate, a magneto-optical disk substrate, a photomask substrate, or It may also be a substrate for solar cells.

基板Wの表面には、エッチング装置1の搬入前の前工程において、熱酸化膜が形成される。ここでは一例として、基板Wはシリコン基板であり、その表面にはシリコン熱酸化膜が形成される。熱酸化膜は、基板Wの表面から内部にかけて酸化を行っていく方法により形成される。具体的には、基板Wを高温の雰囲気中で酸素または水蒸気に暴露させることにより、シリコン(Si)と酸素(O)とを化学的に反応させて、二酸化シリコン(SiO)の薄膜(熱酸化膜)を形成する。この熱酸化膜は緻密である。つまり、熱酸化膜の密度(膜密度)は高い。 A thermal oxide film is formed on the surface of the substrate W in a pre-process before the etching apparatus 1 is carried in. Here, as an example, the substrate W is a silicon substrate, and a silicon thermal oxide film is formed on the surface thereof. The thermal oxide film is formed by oxidizing the substrate W from the surface to the inside. Specifically, by exposing the substrate W to oxygen or water vapor in a high-temperature atmosphere, silicon (Si) and oxygen (O 2 ) are chemically reacted to form a thin film of silicon dioxide (SiO 2 ). form a thermal oxide film). This thermal oxide film is dense. In other words, the density of the thermal oxide film (film density) is high.

基板Wの表面には、他の膜も形成される。他の膜としては、例えば、化学気相成長法(CVD法)によるTEOS(Tetra Ethoxy Silane)膜、BSG(Boron Silicate Glass)膜、PSG(Phospho Silicate Glass)膜およびBPSG(Boron doped Phospho Silicate Glass)膜ならびに原子層堆積法(ALD法)によるALD酸化膜等の酸化膜を例示できる。これらの酸化膜の密度(膜密度)はいずれも熱酸化膜に比べて小さい。 Other films are also formed on the surface of the substrate W. Other films include, for example, TEOS (Tetra Ethoxy Silane) film, BSG (Boron Silicate Glass) film, PSG (Phospho Silicate Glass) film, and BPSG (Boron doped Phospho Silicate Glass) film by chemical vapor deposition (CVD method). Examples include films and oxide films such as ALD oxide films produced by atomic layer deposition (ALD). The densities (film densities) of these oxide films are all lower than that of thermal oxide films.

CVD法では、例えば目的とする薄膜の成分を含む原料ガスに基板Wを暴露させ、熱またはプラズマを利用して基板W上で化学反応を引き起こす。この化学反応により、目的の薄膜が基板W上に形成される。例えばCVD法によりBSG膜を形成する場合、原料ガスにホウ素(B)が含まれる。 In the CVD method, for example, the substrate W is exposed to a source gas containing components of a target thin film, and a chemical reaction is caused on the substrate W using heat or plasma. A desired thin film is formed on the substrate W by this chemical reaction. For example, when forming a BSG film by the CVD method, boron (B) is included in the source gas.

また、ALD法では、まず、チャンバ内に載置された基板Wが、前駆体Aに暴露される。続いて、パージによりチャンバ内の前駆体Aが除かれた後、基板が別の前駆体B(例えばオゾン)に暴露される。そして、再びパージによりチャンバ内の前駆体Bが除かれる。これらの処理が繰り返し行われることにより、1分子レベルの膜が1層ずつ成膜される。具体的に、ALD酸化膜としてシリコン酸化膜が成膜対象である場合には、原料ガス(前駆体A)としてアミノシランが用いられ、酸化アルミニウム(Al)膜が成膜対象である場合には原料ガスとしてトリメチルアルミニウムが用いられる。 Further, in the ALD method, first, the substrate W placed in the chamber is exposed to the precursor A. Subsequently, after the precursor A in the chamber is removed by purging, the substrate is exposed to another precursor B (eg, ozone). Then, the precursor B in the chamber is removed by purging again. By repeating these processes, a single molecule level film is formed one layer at a time. Specifically, when a silicon oxide film is to be formed as an ALD oxide film, aminosilane is used as the source gas (precursor A), and when an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film is to be formed. Trimethylaluminum is used as a raw material gas.

以下では、一例として、基板Wの表面には、シリコン酸化膜として熱酸化膜およびALD酸化膜が露出しているものとする。エッチング装置1は基板Wの熱酸化膜を他の膜(ここではALD酸化膜)に対して選択的にエッチングする。 In the following, as an example, it is assumed that a thermal oxide film and an ALD oxide film are exposed as a silicon oxide film on the surface of the substrate W. The etching apparatus 1 selectively etches the thermal oxide film of the substrate W with respect to other films (here, the ALD oxide film).

エッチング装置1はチャンバ2および制御部3を含む。チャンバ2は、内部に基板Wを収容可能な中空状に形成されている。チャンバ2の内部空間は、基板Wに対して所定の処理を行う処理室に相当する。制御部3は、バルブ(後述)の開閉など、エッチング装置1に備えられた要素の動作を制御する。 Etching apparatus 1 includes a chamber 2 and a control section 3. The chamber 2 is formed into a hollow shape capable of accommodating the substrate W therein. The internal space of the chamber 2 corresponds to a processing chamber in which a predetermined process is performed on the substrate W. The control unit 3 controls the operations of elements provided in the etching apparatus 1, such as opening and closing of valves (described later).

チャンバ2内には、基板ホルダー4、基板W用の加熱機構5、ガス分散板6および圧力センサ10が設けられている。 Inside the chamber 2, a substrate holder 4, a heating mechanism 5 for the substrate W, a gas distribution plate 6, and a pressure sensor 10 are provided.

基板ホルダー4は、チャンバ2内において、基板Wを略水平姿勢に保持する。「水平姿勢」とは、基板Wが水平面に対して平行な状態をいう。基板Wは、不図示の搬送系によって外部からチャンバ2内に搬入され、基板ホルダー4の上に載置される。基板ホルダー4は、基板Wを吸着保持してもよく、あるいは、複数のチャックピンで基板Wの周縁を挟持してもよい。なお、基板ホルダー4は必ずしも基板Wを保持する必要はなく、単に基板Wを支持してもよい。つまり、基板ホルダー4は、基板Wを載置する載置台であってもよい。 The substrate holder 4 holds the substrate W in a substantially horizontal position within the chamber 2 . “Horizontal posture” refers to a state in which the substrate W is parallel to a horizontal plane. The substrate W is carried into the chamber 2 from the outside by a transport system (not shown) and placed on the substrate holder 4. The substrate holder 4 may hold the substrate W by suction, or may hold the periphery of the substrate W with a plurality of chuck pins. Note that the substrate holder 4 does not necessarily need to hold the substrate W, and may simply support the substrate W. That is, the substrate holder 4 may be a mounting table on which the substrate W is mounted.

加熱機構5は、基板ホルダー4によって保持された基板Wを加熱する。図1の例では、加熱機構5は基板Wよりも下側に位置しており、例えば基板ホルダー4に内蔵されている。加熱機構5は、例えば抵抗加熱式の電気ヒータである。なお、加熱機構5は、電気ヒータの代わりに、例えばランプなどの光源を含んでいてもよい。当該光源が赤外線を基板Wに照射することにより、基板Wを所定温度に温調してもよい。 The heating mechanism 5 heats the substrate W held by the substrate holder 4. In the example of FIG. 1, the heating mechanism 5 is located below the substrate W, and is built into the substrate holder 4, for example. The heating mechanism 5 is, for example, a resistance heating electric heater. Note that the heating mechanism 5 may include, for example, a light source such as a lamp instead of the electric heater. The temperature of the substrate W may be controlled to a predetermined temperature by irradiating the substrate W with infrared rays from the light source.

チャンバ2には、排気配管7が接続されている。図1の例では、排気配管7は、チャンバ2内と連通状態でチャンバ2の底部に接続されている。排気配管7には、真空ポンプ8も接続されている。真空ポンプ8は、排気配管7を通じてチャンバ2内の気体を吸引することにより、チャンバ2内を減圧する。 An exhaust pipe 7 is connected to the chamber 2 . In the example of FIG. 1, the exhaust pipe 7 is connected to the bottom of the chamber 2 in communication with the inside of the chamber 2. A vacuum pump 8 is also connected to the exhaust pipe 7. The vacuum pump 8 reduces the pressure inside the chamber 2 by sucking the gas inside the chamber 2 through the exhaust pipe 7 .

排気配管7には、APC(Auto Pressure Controller)バルブ9が介装されている。APCバルブ9は、排気配管7内の開度を調節することにより、チャンバ2内の気体の排気流量を調節する。これにより、チャンバ2内の圧力を調節することができる。 The exhaust pipe 7 is provided with an APC (Auto Pressure Controller) valve 9 . The APC valve 9 adjusts the exhaust flow rate of gas in the chamber 2 by adjusting the opening degree in the exhaust pipe 7. Thereby, the pressure within the chamber 2 can be adjusted.

圧力センサ10は、チャンバ2に連結されており、チャンバ2内の圧力を検出する。圧力センサ10は、検出したチャンバ2内の圧力を示す電気信号を制御部3に出力する。圧力センサ10によって検出される圧力が所定の圧力範囲内となるように、制御部3がAPCバルブ9を制御してチャンバ2内の圧力を調節する。 The pressure sensor 10 is connected to the chamber 2 and detects the pressure inside the chamber 2. The pressure sensor 10 outputs an electric signal indicating the detected pressure inside the chamber 2 to the control unit 3. The control unit 3 controls the APC valve 9 to adjust the pressure in the chamber 2 so that the pressure detected by the pressure sensor 10 is within a predetermined pressure range.

基板Wが基板ホルダー4に保持された後、真空ポンプ8が作動してチャンバ2内の真空引きが開始される。本実施の形態においてはチャンバ2内の減圧の手段を真空ポンプ8で記載しているが、これに限るものではない。例えば工場ユーティリティ排気により減圧を行うことも可能である。要するに、チャンバ2内の気体を排出する排気部の具体的な構成は適宜に変更可能である。 After the substrate W is held by the substrate holder 4, the vacuum pump 8 is activated to start evacuation of the chamber 2. In this embodiment, the means for reducing the pressure inside the chamber 2 is described as the vacuum pump 8, but the present invention is not limited to this. For example, it is also possible to reduce the pressure by factory utility exhaust. In short, the specific configuration of the exhaust section that exhausts the gas in the chamber 2 can be changed as appropriate.

チャンバ2には、ガス供給配管11が接続される。図1の例では、ガス供給配管11は、チャンバ2内と連通状態でチャンバ2の上部に接続されている。図1の例では、ガス供給配管11は共通管111と枝管113,114とを含む。共通管111の一端はチャンバ2の上部に接続されている。枝管113は共通管111とHF(フッ化水素)供給源(不図示)とを接続する。HF供給源は枝管113内に無水HFガスを供給する。ここでいう無水HFガスとは、水分をほとんど含まないHFガスであり、例えば水分の含有量(体積比)が数十(例えば10)vol.ppm以下である。以下では、無水HFガスを単にHFガスと呼ぶ。枝管113には、HFガス流量コントローラ14が介装される。HFガス流量コントローラ14はいわゆるマスフローコントローラであって、チャンバ2内に供給されるHFガスの供給流量を制御する。 A gas supply pipe 11 is connected to the chamber 2 . In the example of FIG. 1, the gas supply pipe 11 is connected to the upper part of the chamber 2 in communication with the inside of the chamber 2. In the example of FIG. 1, the gas supply pipe 11 includes a common pipe 111 and branch pipes 113 and 114. One end of the common pipe 111 is connected to the upper part of the chamber 2 . Branch pipe 113 connects common pipe 111 and an HF (hydrogen fluoride) supply source (not shown). The HF source supplies anhydrous HF gas into the branch pipe 113. The term "anhydrous HF gas" here refers to HF gas that contains almost no moisture, and for example, the moisture content (volume ratio) is several tens (for example, 10) vol. ppm or less. Below, anhydrous HF gas will be simply referred to as HF gas. An HF gas flow controller 14 is installed in the branch pipe 113 . The HF gas flow rate controller 14 is a so-called mass flow controller, and controls the flow rate of the HF gas supplied into the chamber 2 .

枝管113には、開閉バルブ17が介装される。開閉バルブ17が開動作することによって、HFガスがガス供給配管11(枝管113および共通管111)からチャンバ2内に供給される。HFガスの供給流量は、HFガス流量コントローラ14によって調節される。 An on-off valve 17 is interposed in the branch pipe 113. When the on-off valve 17 opens, HF gas is supplied into the chamber 2 from the gas supply pipe 11 (branch pipe 113 and common pipe 111). The supply flow rate of HF gas is adjusted by an HF gas flow controller 14.

枝管114は共通管111と窒素供給源(不図示)とを接続する。窒素供給源は枝管114内に窒素ガスを供給する。窒素ガスも水分をほとんど含んでおらず、窒素ガス中の水分の含有量(体積比)は、例えば数十(例えば10)vol.ppm以下である。枝管114には、開閉バルブ18および窒素ガス流量コントローラ15が介装される。開閉バルブ18が開動作することによって、窒素ガスがガス供給配管11(枝管114および共通管111)からチャンバ2内に供給される。窒素ガスの供給流量は、窒素ガス流量コントローラ15により調節される。窒素ガスは、チャンバ2内の圧力調節のため、あるいは、減圧下でのエッチング処理後のチャンバ2内のパージのために、チャンバ2内に供給される。なお、窒素ガスに替えて、希ガス(例えばアルゴンガス)などの不活性ガスを採用してもよい。ここでいう不活性ガスとは、HFガスおよび基板Wの両方に対する反応性に乏しいガスである。 Branch pipe 114 connects common pipe 111 and a nitrogen supply source (not shown). A nitrogen source supplies nitrogen gas into branch pipe 114 . Nitrogen gas also contains almost no moisture, and the moisture content (volume ratio) in nitrogen gas is, for example, several tens (for example, 10) vol. ppm or less. The branch pipe 114 is provided with an on-off valve 18 and a nitrogen gas flow rate controller 15 . By opening the on-off valve 18, nitrogen gas is supplied into the chamber 2 from the gas supply pipe 11 (branch pipe 114 and common pipe 111). The supply flow rate of nitrogen gas is adjusted by a nitrogen gas flow rate controller 15. Nitrogen gas is supplied into the chamber 2 to adjust the pressure inside the chamber 2 or to purge the inside of the chamber 2 after etching processing under reduced pressure. Note that in place of nitrogen gas, an inert gas such as a rare gas (for example, argon gas) may be used. The inert gas referred to here is a gas that has poor reactivity with both the HF gas and the substrate W.

ガス分散板6は、チャンバ2内において基板ホルダー4と、ガス供給配管11の吐出口との間に配設されている。ガス分散板6は、チャンバ2内において水平方向に広がる板状に形成されている。ガス分散板6には、厚さ方向に貫通する複数の開口6Hが、水平面内で分散して形成されている。 The gas distribution plate 6 is disposed within the chamber 2 between the substrate holder 4 and the discharge port of the gas supply pipe 11 . The gas distribution plate 6 is formed into a plate shape that extends horizontally within the chamber 2 . A plurality of openings 6H passing through the gas distribution plate 6 in the thickness direction are formed in a distributed manner within a horizontal plane.

ガス供給配管11を介してチャンバ2内に供給されたHFガスは、ガス分散板6を通過して基板Wに到達する。具体的には、チャンバ2内のガス分散板6よりも上側に供給されたHFガスは、ガス分散板6に設けられた複数の開口6Hを通過することによってガス分散板6よりも下側へ移動する。HFガスは複数の開口6Hを通過することによって整流され、基板W上に均一に供給される。開口6Hの内径は、例えば0.1mmである。また、隣接する開口6H,6Hの間隔は、例えば5mmである。なお、開口6Hの内径および間隔は、これらに限定されない。また、図1に示す例では、チャンバ2に1つのガス分散板6だけが設置されているが、複数のガス分散板6が上下多段に重なるように設置されてもよい。また、チャンバ2内に供給されるHFガスを基板Wに対して均一に作用させる必要性が低い場合、あるいは、ガス分散板6以外の構成によって、HFガスを整流できる場合には、ガス分散板6は不要である。 The HF gas supplied into the chamber 2 via the gas supply pipe 11 passes through the gas distribution plate 6 and reaches the substrate W. Specifically, the HF gas supplied above the gas distribution plate 6 in the chamber 2 passes through the plurality of openings 6H provided in the gas distribution plate 6 to flow below the gas distribution plate 6. Moving. The HF gas is rectified by passing through the plurality of openings 6H, and is uniformly supplied onto the substrate W. The inner diameter of the opening 6H is, for example, 0.1 mm. Further, the interval between adjacent openings 6H, 6H is, for example, 5 mm. Note that the inner diameter and spacing of the openings 6H are not limited to these. Further, in the example shown in FIG. 1, only one gas distribution plate 6 is installed in the chamber 2, but a plurality of gas distribution plates 6 may be installed so as to overlap vertically in multiple stages. In addition, if there is little need for the HF gas supplied into the chamber 2 to act uniformly on the substrate W, or if the HF gas can be rectified by a configuration other than the gas distribution plate 6, the gas distribution plate 6 is unnecessary.

HFガスが基板Wの表面に流れると、基板Wの表面に作用して酸化膜をエッチングする。この酸化膜(シリコン酸化膜)のエッチングには、主にHF (フッ化水素イオン)が寄与することが知られている。このHF は、HFガスと、酸化膜中の水分(HO)との反応により生成される。 When the HF gas flows to the surface of the substrate W, it acts on the surface of the substrate W and etches the oxide film. It is known that HF 2 (hydrogen fluoride ions) mainly contributes to the etching of this oxide film (silicon oxide film). This HF 2 - is generated by a reaction between HF gas and moisture (H 2 O) in the oxide film.

ところで、従来では、チャンバ2内にHFガスのみならず水蒸気を供給することで、HFガスと水蒸気とを反応させてフッ化水素イオンを生成していた。これに対して、本実施の形態では、酸化膜中の水分に着目し、チャンバ2内にHFガスを供給することで、HFガスと酸化膜中の水分との反応によりフッ化水素イオンを生成する。これによれば、チャンバ2内に水蒸気を供給する必要がないので、ランニングコストを低減することができる。また、チャンバ2内に水蒸気を供給するための構成を省略することもできる。この場合には、エッチング装置1の装置サイズおよび製造コストを低減できる。 By the way, conventionally, by supplying not only HF gas but also water vapor into the chamber 2, the HF gas and the water vapor were reacted to generate hydrogen fluoride ions. In contrast, in this embodiment, by focusing on the moisture in the oxide film and supplying HF gas into the chamber 2, hydrogen fluoride ions are generated by the reaction between the HF gas and the moisture in the oxide film. do. According to this, there is no need to supply water vapor into the chamber 2, so running costs can be reduced. Further, the configuration for supplying water vapor into the chamber 2 can also be omitted. In this case, the device size and manufacturing cost of the etching device 1 can be reduced.

さて、本実施の形態の一例では、酸化膜として熱酸化膜およびALD酸化膜が基板Wの表面に形成されている。後述する温度条件を満足することで、HFガスは熱酸化膜をALD酸化膜に対して選択的にエッチングすることができる。 Now, in one example of this embodiment, a thermal oxide film and an ALD oxide film are formed on the surface of the substrate W as oxide films. By satisfying the temperature conditions described below, the HF gas can selectively etch the thermal oxide film with respect to the ALD oxide film.

制御部3は、加熱機構5、真空ポンプ8、APCバルブ9、圧力センサ10、HFガス流量コントローラ14、窒素ガス流量コントローラ15および開閉バルブ17,18を制御する。 The control unit 3 controls the heating mechanism 5, the vacuum pump 8, the APC valve 9, the pressure sensor 10, the HF gas flow controller 14, the nitrogen gas flow controller 15, and the opening/closing valves 17 and 18.

制御部3は電子回路機器であって、例えばデータ処理装置および記憶媒体を有していてもよい。データ処理装置は例えばCPU(Central Processor Unit)などの演算処理装置であってもよい。記憶媒体は非一時的な記憶媒体(例えばROM(Read Only Memory)またはハードディスク)および一時的な記憶媒体(例えばRAM(Random Access Memory))を有していてもよい。非一時的な記憶媒体には、例えば制御部3が実行する処理を規定するプログラムが記憶されていてもよい。処理装置がこのプログラムを実行することにより、制御部3が、プログラムに規定された処理を実行することができる。もちろん、制御部3が実行する処理の一部または全部が、論理回路等のハードウェア回路によって実行されてもよい。 The control unit 3 is an electronic circuit device, and may include, for example, a data processing device and a storage medium. The data processing device may be, for example, an arithmetic processing device such as a CPU (Central Processor Unit). The storage medium may include a non-temporary storage medium (for example, a ROM (Read Only Memory) or a hard disk) and a temporary storage medium (for example, a RAM (Random Access Memory)). The non-temporary storage medium may store, for example, a program that defines the processing that the control unit 3 executes. When the processing device executes this program, the control unit 3 can execute the processing specified in the program. Of course, part or all of the processing executed by the control unit 3 may be executed by a hardware circuit such as a logic circuit.

制御部3は、HFガスおよび窒素ガスの供給流量がそれぞれの範囲内となるように、各流量コントローラ14,15を制御する。これにより、HFガスおよび窒素ガスの供給流量が適切に調節される。HFガスおよび窒素ガスの供給流量は例えば、それぞれ、数千sccm以下(例えば3000sccm)、数万sccm以下(例えば10000sccm)である。これらの供給流量は適宜に変更し得る。 The control unit 3 controls each flow rate controller 14, 15 so that the supply flow rates of HF gas and nitrogen gas are within their respective ranges. Thereby, the supply flow rates of HF gas and nitrogen gas are appropriately adjusted. The supply flow rates of the HF gas and the nitrogen gas are, for example, several thousand sccm or less (for example, 3000 sccm) and tens of thousands of sccm or less (for example, 10,000 sccm), respectively. These supply flow rates can be changed as appropriate.

制御部3は、圧力センサ10によって検出されたチャンバ2内の圧力が所定の圧力範囲内となるようにAPCバルブ9の開度を調節する。これにより、チャンバ2内の圧力が適宜に調節される。基板Wの処理中、チャンバ2内の圧力は、例えば5Torrから600Torrの範囲内の値に維持される。 The control unit 3 adjusts the opening degree of the APC valve 9 so that the pressure inside the chamber 2 detected by the pressure sensor 10 falls within a predetermined pressure range. Thereby, the pressure within the chamber 2 is adjusted appropriately. During processing of the substrate W, the pressure within the chamber 2 is maintained at a value within the range of 5 Torr to 600 Torr, for example.

<基板処理の流れ>
図2は、エッチング装置1における基板処理(エッチング処理)の流れの一例を示すフローチャートである。以下に説明するエッチング処理は、半導体デバイスの製造工程の一部に適用され得る。
<Substrate processing flow>
FIG. 2 is a flowchart showing an example of the flow of substrate processing (etching processing) in the etching apparatus 1. As shown in FIG. The etching process described below can be applied to a part of the manufacturing process of a semiconductor device.

まず、エッチング処理対象である基板Wが準備される(ステップS1:準備工程)。この基板Wの上面には、熱酸化膜およびALD酸化膜が形成されて露出している。 First, a substrate W to be etched is prepared (step S1: preparation step). A thermal oxide film and an ALD oxide film are formed and exposed on the upper surface of the substrate W.

ステップS1において、基板Wが準備されると、不図示の搬送系が、基板Wをチャンバ2内に搬送し、基板ホルダー4に載置する(ステップS2:基板載置工程)。基板Wは、熱酸化膜およびALD酸化膜が形成された表面が上側を向く姿勢で載置される。 In step S1, when the substrate W is prepared, a transport system (not shown) transports the substrate W into the chamber 2 and places it on the substrate holder 4 (step S2: substrate mounting step). The substrate W is placed with the surface on which the thermal oxide film and the ALD oxide film are formed facing upward.

制御部3は、基板Wが基板ホルダー4に載置された後、真空ポンプ8を制御することにより、チャンバ2内を高真空状態にまで減圧する(ステップS3:処理室内減圧工程)。減圧の程度は、用いる真空ポンプ8の能力および許容される減圧時間に応じて適宜に決定される。チャンバ2をできるだけ減圧することによって、チャンバ2内の雰囲気をできるだけ排気でき、もって、チャンバ2内の清浄度を高めることができる。また、チャンバ2内の水分も排気できるので、チャンバ2内の水分量を低減することができる。ステップS3では、真空ポンプ8はチャンバ2内の圧力を例えば1Torr以下、より好ましくは0.1Torr以下とする。 After the substrate W is placed on the substrate holder 4, the control unit 3 reduces the pressure inside the chamber 2 to a high vacuum state by controlling the vacuum pump 8 (step S3: process chamber pressure reduction step). The degree of pressure reduction is appropriately determined depending on the capacity of the vacuum pump 8 used and the allowable pressure reduction time. By reducing the pressure in the chamber 2 as much as possible, the atmosphere within the chamber 2 can be exhausted as much as possible, thereby increasing the cleanliness inside the chamber 2. Moreover, since the moisture in the chamber 2 can also be exhausted, the amount of moisture in the chamber 2 can be reduced. In step S3, the vacuum pump 8 sets the pressure in the chamber 2 to, for example, 1 Torr or less, more preferably 0.1 Torr or less.

一旦、チャンバ2内が高真空状態に減圧されると、制御部3は、開閉バルブ18を開けることにより、チャンバ2内に窒素ガスを供給する。これにより、チャンバ2内の圧力は増加する。また、制御部3は、圧力センサ10によって検出された圧力に基づいて、窒素ガス流量コントローラ15を制御して窒素ガスの供給流量を調節するとともに、APCバルブ9の開度を調節する。これらの調節により、制御部3は、チャンバ2内の圧力を所定の圧力範囲内に調節する(ステップS4:圧力制御工程)。チャンバ2内の圧力は、例えば10Torrから600Torrの範囲内である。つまり、ステップS4では、チャンバ2内の真空度をステップS3での真空度よりも低くする。 Once the pressure inside the chamber 2 is reduced to a high vacuum state, the control section 3 supplies nitrogen gas into the chamber 2 by opening the on-off valve 18 . As a result, the pressure within the chamber 2 increases. Further, the control unit 3 controls the nitrogen gas flow rate controller 15 to adjust the supply flow rate of nitrogen gas based on the pressure detected by the pressure sensor 10, and also adjusts the opening degree of the APC valve 9. Through these adjustments, the control unit 3 adjusts the pressure within the chamber 2 within a predetermined pressure range (step S4: pressure control step). The pressure within the chamber 2 is, for example, in the range of 10 Torr to 600 Torr. That is, in step S4, the degree of vacuum in the chamber 2 is made lower than the degree of vacuum in step S3.

また、制御部3は、加熱機構5を制御することにより、基板Wの温度を所定の温度範囲に温調する(ステップS5:加熱工程)。制御部3は、例えばステップS3にてチャンバ2内の減圧を開始するのと略同時に、基板ホルダー4の温調(加熱)を開始するとよい。 Furthermore, the control unit 3 controls the temperature of the substrate W within a predetermined temperature range by controlling the heating mechanism 5 (step S5: heating step). The control unit 3 preferably starts temperature control (heating) of the substrate holder 4 at approximately the same time as starting the pressure reduction in the chamber 2 in step S3, for example.

基板Wの温度は、後に詳述するように、ALD酸化膜に対する熱酸化膜のエッチングの選択比に影響する。この選択比は、ALD酸化膜のエッチング速度に対する熱酸化膜のエッチング速度の比である。ステップS5の加熱工程では、この選択比が所定範囲内となるように、基板Wの温度が所定の温度範囲内に調節される。基板Wの具体的な温度値については後に詳述する。 As will be described in detail later, the temperature of the substrate W affects the etching selectivity of the thermal oxide film to the ALD oxide film. This selectivity is the ratio of the etching rate of the thermal oxide film to the etching rate of the ALD oxide film. In the heating step of step S5, the temperature of the substrate W is adjusted to within a predetermined temperature range so that this selection ratio is within a predetermined range. The specific temperature value of the substrate W will be explained in detail later.

ステップS5の温度制御開始後、制御部3は、開閉バルブ17を開けることにより、HFガスをチャンバ2内に供給する(ステップS6:HFガス供給工程)。これにより、チャンバ2内には、HFガスが供給される。本実施の形態では、チャンバ2内に水蒸気は積極的には供給されておらず、ステップS6におけるチャンバ2内の水分の含有量は非常に小さい。チャンバ2内に供給されたHFガスは、ガス分散板6に形成された複数の開口6Hを通過して、基板Wの全面に略均一に接触する。このとき、HFガスにより、熱酸化膜がALD酸化膜に対して選択的にエッチングされる(エッチング処理)。 After starting the temperature control in step S5, the control unit 3 supplies HF gas into the chamber 2 by opening the on-off valve 17 (step S6: HF gas supply step). As a result, HF gas is supplied into the chamber 2. In this embodiment, water vapor is not actively supplied into the chamber 2, and the content of water in the chamber 2 in step S6 is very small. The HF gas supplied into the chamber 2 passes through the plurality of openings 6H formed in the gas distribution plate 6 and comes into contact with the entire surface of the substrate W substantially uniformly. At this time, the thermal oxide film is selectively etched with respect to the ALD oxide film by the HF gas (etching process).

エッチング処理の開始後、熱酸化膜が除去されるのに適した第1所定時間が経過すると、制御部3は、開閉バルブ17を閉じることにより、HFガスの供給を停止する。これにより、実質的なエッチング処理が終了する。 After the start of the etching process, when a first predetermined time suitable for removing the thermal oxide film has elapsed, the control unit 3 closes the on-off valve 17 to stop the supply of HF gas. This essentially ends the etching process.

HFガスの供給停止から第2所定時間が経過すると、制御部3は、窒素ガスにより、チャンバ2内をパージする(ステップS7:パージ工程)。このとき、制御部3は、窒素ガス流量コントローラ15を制御して、窒素ガスの供給流量を調節する。このように、制御部3は、減圧状態であったチャンバ2内を窒素ガスでパージすることにより、チャンバ2内を大気圧に戻して、基板Wを搬出可能な状態とする。搬出可能となった基板Wは、不図示の搬送系によって、基板ホルダー4から適宜に搬出される。 When a second predetermined time period has elapsed since the supply of HF gas was stopped, the control unit 3 purges the inside of the chamber 2 with nitrogen gas (step S7: purge step). At this time, the control unit 3 controls the nitrogen gas flow rate controller 15 to adjust the supply flow rate of nitrogen gas. In this way, the control unit 3 returns the inside of the chamber 2 to atmospheric pressure by purging the inside of the chamber 2, which has been in a reduced pressure state, with nitrogen gas, so that the substrate W can be unloaded. The substrate W, which can now be carried out, is suitably carried out from the substrate holder 4 by a transport system (not shown).

<選択的エッチングの説明>
次に、熱酸化膜をALD酸化膜に対して選択的にエッチングするためのエッチング条件について述べる。エッチング条件は、基板Wの温度を含む。
<Explanation of selective etching>
Next, etching conditions for selectively etching the thermal oxide film with respect to the ALD oxide film will be described. The etching conditions include the temperature of the substrate W.

出願人は、エッチング条件を異ならせつつ、熱酸化膜のエッチング速度およびALD酸化膜のエッチング速度を測定する実験を行った。具体的には、表面の全面に熱酸化膜が形成された第1基板と、表面の全面にALD酸化膜が形成された第2基板に対して、それぞれ、同じ処理時間だけエッチング処理を行って、そのエッチング量を測定し、当該エッチング量からエッチング速度を算出した。エッチング条件としては、HFガスの供給流量および窒素ガスの供給流量をそれぞれ3000sccmおよび10000sccmとし、チャンバ2内の圧力を80Torrとし、基板Wの温度を変化させた。基板Wの温度は加熱機構5によって調節される。 The applicant conducted an experiment to measure the etching rate of a thermal oxide film and the etching rate of an ALD oxide film while changing etching conditions. Specifically, etching is performed for the same processing time on a first substrate on which a thermal oxide film is formed on the entire surface and a second substrate on which an ALD oxide film is formed on the entire surface. The etching amount was measured, and the etching rate was calculated from the etching amount. As etching conditions, the supply flow rates of HF gas and nitrogen gas were set to 3000 sccm and 10000 sccm, respectively, the pressure inside the chamber 2 was set to 80 Torr, and the temperature of the substrate W was changed. The temperature of the substrate W is adjusted by a heating mechanism 5.

図3は、実験結果を示すグラフであり、熱酸化膜およびALD酸化膜に対するエッチング速度の温度依存性を示している。図3の例では、熱酸化膜に対するエッチング速度が黒丸で示され、ALD酸化膜に対するエッチング速度が黒四角で示されている。図3に例示するように、温度がおおよそ140度未満である場合には、熱酸化膜に対するエッチング速度はALD酸化膜に対するエッチング速度よりわずかに低いのに対して、温度が140度以上であるときには、熱酸化膜のエッチング速度はALD酸化膜のエッチング速度よりも高くなる。しかも、温度が140度以上となる高温領域では、熱酸化膜に対するエッチング速度は温度の増加に対して急峻に増加するのに対して、ALD酸化膜に対するエッチング速度は温度の増加に対して少しずつしか増加しない。よって、温度が高くなるほど、ALD酸化膜に対して高い選択性で熱酸化膜をエッチングすることができることが分かる。 FIG. 3 is a graph showing the experimental results, showing the temperature dependence of the etching rate for a thermal oxide film and an ALD oxide film. In the example of FIG. 3, the etching rate for the thermal oxide film is shown by a black circle, and the etching rate for the ALD oxide film is shown by a black square. As illustrated in Figure 3, when the temperature is approximately below 140 degrees, the etch rate for thermal oxide is slightly lower than that for ALD oxide, whereas when the temperature is above 140 degrees, the etch rate is slightly lower than that for ALD oxide. , the etching rate of the thermal oxide film is higher than the etching rate of the ALD oxide film. Furthermore, in a high temperature region of 140 degrees or higher, the etching rate for a thermal oxide film increases sharply with an increase in temperature, whereas the etching rate for an ALD oxide film gradually increases with an increase in temperature. only increases. Therefore, it can be seen that the higher the temperature, the more selectively the thermal oxide film can be etched with respect to the ALD oxide film.

熱酸化膜に対するエッチング速度が温度の増加に対して急峻に増加し、ALD酸化膜に対するエッチング速度が温度の増加に対してあまり増加しない理由は以下のように考察できる。 The reason why the etching rate for a thermal oxide film increases sharply as the temperature increases, and the etching rate for an ALD oxide film does not increase much with an increase in temperature can be considered as follows.

まず、HFガスによる酸化膜の除去反応について考える。HFガスが酸化膜の表面に付着すると、HFガスが酸化膜中の水分と反応してフッ化水素イオンを生成し、主として当該フッ化水素イオンが酸化膜の除去に寄与する。 First, let us consider the oxide film removal reaction using HF gas. When the HF gas adheres to the surface of the oxide film, the HF gas reacts with moisture in the oxide film to generate hydrogen fluoride ions, and the hydrogen fluoride ions mainly contribute to the removal of the oxide film.

HFガスが酸化膜の表面に付着して酸化膜中の水分と反応するためにはHFガスは酸化膜中の水分まで進入する必要がある。HFガスの酸化膜中への進入のしやすさが、後述のように、熱酸化膜とALD酸化膜とで異なるものと考えられる。 In order for the HF gas to adhere to the surface of the oxide film and react with the moisture in the oxide film, the HF gas needs to penetrate to the moisture in the oxide film. It is thought that the ease with which HF gas enters the oxide film is different between the thermal oxide film and the ALD oxide film, as will be described later.

さて、HFガスは、HF分子どうしが会合している多量体(例えば2量体、4量体および8量体を含む)と、HF分子どうしが会合していない単量体とを含む。多量体のHFガスはそのサイズが大きいので、酸化膜中に進入しにくいのに対して、単量体のHFガスはそのサイズが小さいので、酸化膜中に進入しやすいと考察される。HFガスは、温度が高いほど、単量体として存在する割合が高くなるので、温度が高いほど、サイズという観点では、酸化膜中に進入しやすくなる。 Now, HF gas includes multimers (including, for example, dimers, tetramers, and octamers) in which HF molecules are associated with each other, and monomers in which HF molecules are not associated with each other. It is considered that multimeric HF gas has a large size and therefore has difficulty penetrating into the oxide film, whereas monomeric HF gas has a small size and therefore has difficulty penetrating into the oxide film. The higher the temperature, the higher the proportion of HF gas present as a monomer, so the higher the temperature, the easier it is to enter the oxide film in terms of size.

ところで、熱酸化膜はALD酸化膜よりも緻密であり、熱酸化膜の膜密度はALD酸化膜の膜密度よりも高い。逆にいえば、ALD酸化膜は熱酸化膜に比べてポーラスな膜であり、また、ALD酸化膜中のダングリングボンドの数は熱酸化膜中のダングリングボンドの数よりも多い。このダングリングボンドは、酸化膜中に進入したHFガスと反応して当該HFガスをトラップすることができると考察される。 Incidentally, the thermal oxide film is denser than the ALD oxide film, and the film density of the thermal oxide film is higher than that of the ALD oxide film. Conversely, the ALD oxide film is a more porous film than the thermal oxide film, and the number of dangling bonds in the ALD oxide film is greater than the number of dangling bonds in the thermal oxide film. It is considered that this dangling bond can react with the HF gas that has entered the oxide film and trap the HF gas.

上述のように、HFガスは温度が高くなるほど単量体の割合が高くなり、サイズという観点では熱酸化膜の内部に入り込みやすくなる。そして、熱酸化膜は緻密であり、ダングリングボンドの数が少ないので、HFガスはダングリングボンドによってトラップされにくく、熱酸化膜の表面からその内部に入り込みやすい。よって、基板Wの温度が高くなると、HFガスが熱酸化膜の内部にも進入し、HFガスが熱酸化膜中の内部の水分とも反応して、熱酸化膜を速やかにエッチングすることができると考察される。 As mentioned above, the higher the temperature of HF gas, the higher the proportion of monomers, and from the viewpoint of size, it becomes easier to enter the inside of the thermal oxide film. Since the thermal oxide film is dense and has a small number of dangling bonds, HF gas is difficult to be trapped by the dangling bonds and easily enters the inside of the thermal oxide film from the surface. Therefore, when the temperature of the substrate W increases, the HF gas also enters the inside of the thermal oxide film, and the HF gas also reacts with the moisture inside the thermal oxide film, making it possible to quickly etch the thermal oxide film. It is considered that.

一方で、ALD酸化膜中のダングリングボンドの数は熱酸化膜よりも多い。よって、温度が高くなってHFガスが単量体で存在する割合が増加しても、HFガスはALD酸化膜中のダングリングボンドでトラップされて、その内部に入り込みにくい。これにより、温度が高くなっても、ALD酸化膜に対するエッチング速度はさほど増加しない、と考察される。 On the other hand, the number of dangling bonds in the ALD oxide film is greater than that in the thermal oxide film. Therefore, even if the temperature rises and the proportion of HF gas existing as a monomer increases, the HF gas is trapped by the dangling bonds in the ALD oxide film and is difficult to enter into the film. Therefore, it is considered that even if the temperature increases, the etching rate of the ALD oxide film does not increase much.

そこで、本実施の形態では、加熱機構5はステップS5の加熱工程において、基板Wの温度が140度以上となるように基板Wを加熱する。加熱機構5は好ましくは、基板Wの温度を160度以上、さらに好ましくは180度以上に昇温する。基板Wの温度の上限値としては例えば200度を採用できる。基板Wの温調は、ステップS6のHFガス供給工程においても行われる。 Therefore, in the present embodiment, the heating mechanism 5 heats the substrate W so that the temperature of the substrate W becomes 140 degrees or higher in the heating process of step S5. The heating mechanism 5 preferably raises the temperature of the substrate W to 160 degrees or more, more preferably 180 degrees or more. For example, 200 degrees can be adopted as the upper limit value of the temperature of the substrate W. The temperature control of the substrate W is also performed in the HF gas supply process of step S6.

これにより、エッチング装置1は、ステップS6のHFガス供給工程において、熱酸化膜をALD酸化膜に対して高い選択性でエッチングすることができる。 Thereby, the etching apparatus 1 can etch the thermal oxide film with high selectivity with respect to the ALD oxide film in the HF gas supply process of step S6.

以上のように、本実施の形態では、水蒸気を供給せずに酸化膜中の水分を利用して酸化膜をエッチングするに際して、HFガスにおける単量体の存在割合が温度の増加に対して増加すること、および、熱酸化膜およびALD酸化膜のダングリングボンド数の差に着目し、基板Wの温度を高めることにより、熱酸化膜をALD酸化膜よりもエッチングできることを説明した。 As described above, in this embodiment, when etching an oxide film using moisture in the oxide film without supplying water vapor, the proportion of monomers in the HF gas increases as the temperature increases. It has been explained that by paying attention to the difference in the number of dangling bonds between the thermal oxide film and the ALD oxide film, the thermal oxide film can be etched more than the ALD oxide film by increasing the temperature of the substrate W.

さて、従来では、HFガスおよび水蒸気をチャンバ2内に供給し、十分な水分量で酸化膜をエッチングしていた。しかしながら、HFガスおよび水蒸気を供給すると、膜密度の高い熱酸化膜よりも膜密度の低いALD酸化膜に対するエッチング速度が高くなり、熱酸化膜をALD酸化膜に対して選択的にエッチングすることができなかった。 Conventionally, HF gas and water vapor were supplied into the chamber 2 to etch the oxide film with a sufficient amount of water. However, when HF gas and water vapor are supplied, the etching rate for an ALD oxide film with a low film density is higher than that for a thermal oxide film with a high film density, and it is difficult to selectively etch the thermal oxide film with respect to the ALD oxide film. could not.

これに対して、本実施の形態では、水蒸気を供給せずに酸化膜中に含まれる水分を利用して酸化膜のエッチングを行っている。これは、従来のように単に水分量のみを考慮した技術思想からは到底導けるものではない。なぜなら、熱酸化膜に含まれる水分の含有量はALD酸化膜に含まれる水分の含有量よりも非常に少ないからである。具体的には、熱酸化膜には1018/cmのオーダーの水分が含まれており、ALD酸化膜には1020/cmのオーダーの水分が含まれている。よって、水蒸気の供給を中止して酸化膜中の水分を利用してエッチングを行うことを想定すると、水分量の多いALD酸化膜が熱酸化膜よりもエッチングされることを予想する。したがって、従来の技術思想では、水蒸気の供給を中止することすら、想到できるものではない。 On the other hand, in this embodiment, the oxide film is etched using moisture contained in the oxide film without supplying water vapor. This cannot be derived from conventional technical ideas that simply consider the amount of water. This is because the content of water contained in the thermal oxide film is much smaller than the content of water contained in the ALD oxide film. Specifically, the thermal oxide film contains water on the order of 10 18 /cm 3 , and the ALD oxide film contains water on the order of 10 20 /cm 3 . Therefore, assuming that the supply of water vapor is stopped and etching is performed using moisture in the oxide film, it is expected that the ALD oxide film, which has a higher moisture content, will be etched more than the thermal oxide film. Therefore, with conventional technical thinking, it is impossible to even imagine stopping the supply of water vapor.

これに対して、本実施の形態では、上述のようにHFガスの単量体の存在割合の温度依存性と酸化膜中のダングリングボンドの差とに着目することにより、初めて、熱酸化膜をALD酸化膜に対して選択的にエッチングできる可能性に想到できたのである。 On the other hand, in this embodiment, as mentioned above, by focusing on the temperature dependence of the monomer abundance ratio of HF gas and the difference in dangling bonds in the oxide film, a thermal oxide film can be formed for the first time. This led us to the possibility of selectively etching the ALD oxide film.

なお、上述の例では、チャンバ2内に水蒸気を供給していないものの、チャンバ2の微小な隙間を介して極小の水分がチャンバ2内に進入してもよい。あるいは、上述した温度範囲での選択比を損なわない限りにおいて、チャンバ2内に微小な供給流量で水蒸気を供給しても構わない。より具体的には、チャンバ2内の水分の含有量が例えば1vol%以下、より好ましくは、1000vol.ppm、さらに好ましくは10vol.ppmを満たす程度において、水蒸気がわずかに供給されてもよい。 In the above example, although water vapor is not supplied into the chamber 2, a very small amount of water may enter the chamber 2 through a small gap in the chamber 2. Alternatively, water vapor may be supplied into the chamber 2 at a small flow rate as long as the selectivity in the above-mentioned temperature range is not impaired. More specifically, the moisture content in the chamber 2 is, for example, 1 vol% or less, more preferably 1000 vol. ppm, more preferably 10 vol. Water vapor may be supplied in small amounts to meet the ppm.

また、上述の例では、ステップS3において、真空ポンプ8はチャンバ2内の真空度を高くする。これにより、チャンバ2内の水分を排気することができ、ステップS5のHF供給工程におけるチャンバ2内の水分の含有量も低くすることができる。一方で、ステップS4では、チャンバ2内の真空度はステップS3よりも低く調節され、ステップS5のHF供給工程でも真空度がステップS3よりも低く調節される。これによれば、エッチングを行うためのHFガスの量を確保することができる。つまり、チャンバ2内の真空度が高いままであると、ステップS5においてもHFガスが排気されてHFガスの量が少なくなるのに対して、ステップS4で真空度を低くすることにより、ステップS5におけるチャンバ2内のHFガスの量を確保しているのである。これにより、熱酸化膜に対するエッチング速度を向上することができる。 Further, in the above example, the vacuum pump 8 increases the degree of vacuum in the chamber 2 in step S3. Thereby, the moisture in the chamber 2 can be exhausted, and the moisture content in the chamber 2 in the HF supply process of step S5 can also be reduced. On the other hand, in step S4, the degree of vacuum in the chamber 2 is adjusted to be lower than that in step S3, and in the HF supply step of step S5, the degree of vacuum is also adjusted to be lower than that in step S3. According to this, it is possible to secure the amount of HF gas for etching. In other words, if the degree of vacuum in the chamber 2 remains high, the HF gas will be exhausted in step S5 and the amount of HF gas will decrease, but by lowering the degree of vacuum in step S4, step S5 This ensures the amount of HF gas in the chamber 2. Thereby, the etching rate for the thermal oxide film can be improved.

また、上述の例では、ALD酸化膜に対する熱酸化膜の選択比を考慮している。しかしながら、熱酸化膜は上述の他の種類の酸化膜に比べても緻密であるので、ALD酸化膜以外の酸化膜についても同様の傾向を示すと考えられる。例えば、熱酸化膜は、ALD法以外のCVD法によって成膜された酸化膜よりも緻密であり、また、SoC(Spin on Dielectrics)などの塗布法によって成膜された酸化膜よりも緻密である。よって、基板Wの温度を140度以上に昇温し、無水HFガスを基板Wに供給することにより、熱酸化膜を、これらの他の酸化膜に対して選択的にエッチングすることができる。 Further, in the above example, the selection ratio of the thermal oxide film to the ALD oxide film is taken into consideration. However, since thermal oxide films are denser than the other types of oxide films mentioned above, it is thought that oxide films other than ALD oxide films exhibit a similar tendency. For example, a thermal oxide film is denser than an oxide film formed by a CVD method other than the ALD method, and is also denser than an oxide film formed by a coating method such as SoC (Spin on Dielectrics). . Therefore, by raising the temperature of the substrate W to 140 degrees or more and supplying anhydrous HF gas to the substrate W, the thermal oxide film can be etched selectively with respect to these other oxide films.

また、上述の例では、熱酸化膜を他の酸化膜に対して選択的にエッチングしているものの、窒化膜(シリコン窒化膜)に対しても選択的にエッチングすることができる。例えば、基板Wの温度が140度以上かつ例えば200度以内において、熱酸化膜のエッチング速度は窒化膜のエッチング速度よりも十分に高い。具体的な一例として、シリコン窒化膜に対するエッチング速度は基板Wの温度が140度であるときに0.8nm/minであった。 Further, in the above example, the thermal oxide film is selectively etched with respect to other oxide films, but the nitride film (silicon nitride film) can also be selectively etched. For example, when the temperature of the substrate W is 140 degrees or more and, for example, 200 degrees or less, the etching rate of the thermal oxide film is sufficiently higher than the etching rate of the nitride film. As a specific example, the etching rate for a silicon nitride film was 0.8 nm/min when the temperature of the substrate W was 140 degrees.

<第2の実施の形態>
図4は、エッチング装置1Aの構成の一例を概略的に示す図である。エッチング装置1Aは、チャンバ2用の加熱機構30の有無を除いてエッチング装置1と同様の構成を有している。加熱機構30はチャンバ2を加熱する。図4の例では、加熱機構30はチャンバ2の側壁に取り付けられている。より具体的な例として、加熱機構30は、チャンバ2の側壁の外壁面に全周に亘って取り付けられている。
<Second embodiment>
FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of the configuration of the etching apparatus 1A. The etching apparatus 1A has the same configuration as the etching apparatus 1 except for the presence or absence of the heating mechanism 30 for the chamber 2. Heating mechanism 30 heats chamber 2 . In the example of FIG. 4, the heating mechanism 30 is attached to the side wall of the chamber 2. As a more specific example, the heating mechanism 30 is attached to the outer wall surface of the side wall of the chamber 2 over the entire circumference.

加熱機構30は、例えば抵抗加熱式の電気ヒータである。なお、加熱機構30は、電気ヒータの代わりに、例えばランプを備えていてもよい。当該ランプが赤外線を基板Wに照射することにより、基板Wを所定温度に温調してもよい。あるいは、加熱機構30は、熱媒体とチャンバ2との間で熱を交換するヒートポンプユニットであってもよい。加熱機構30は制御部3によって制御される。加熱機構30はチャンバ2の温度を水の沸点以上に昇温する。例えば、加熱機構30はチャンバ2の温度が100℃以上かつ200度以下となるようにチャンバ2を加熱する。 The heating mechanism 30 is, for example, a resistance heating electric heater. Note that the heating mechanism 30 may include, for example, a lamp instead of the electric heater. The temperature of the substrate W may be controlled to a predetermined temperature by irradiating the substrate W with infrared rays from the lamp. Alternatively, the heating mechanism 30 may be a heat pump unit that exchanges heat between the heat medium and the chamber 2. The heating mechanism 30 is controlled by the control section 3. The heating mechanism 30 raises the temperature of the chamber 2 above the boiling point of water. For example, the heating mechanism 30 heats the chamber 2 so that the temperature of the chamber 2 is 100 degrees Celsius or more and 200 degrees Celsius or less.

図5は、エッチング装置1Aの動作の一例を示すフローチャートである。この動作によれば、エッチング装置1の動作に比してステップS5Aがさらに実行される。ステップS5Aは例えばステップS5,S6の間で実行される。ステップS5Aでは、制御部3は加熱機構30を制御してチャンバ2の温度を100℃以上とする(チャンバ温度制御工程)。チャンバ2の温度は、より具体的には、例えばチャンバ2の内壁面の温度である。なお、チャンバ温度制御工程(ステップS5A)は圧力制御工程(ステップS3)と略同時に開始してもよい。 FIG. 5 is a flowchart showing an example of the operation of the etching apparatus 1A. According to this operation, step S5A is further executed compared to the operation of the etching apparatus 1. Step S5A is executed, for example, between steps S5 and S6. In step S5A, the control unit 3 controls the heating mechanism 30 to increase the temperature of the chamber 2 to 100° C. or higher (chamber temperature control step). More specifically, the temperature of the chamber 2 is, for example, the temperature of the inner wall surface of the chamber 2. Note that the chamber temperature control step (step S5A) may start approximately at the same time as the pressure control step (step S3).

これによれば、チャンバ2内に若干の水蒸気が含まれていたとしても、当該水蒸気が液化してチャンバ2の内壁面に付着する可能性を低減することができる。これにより、チャンバ2が腐食する可能性を低減することができる。 According to this, even if some water vapor is contained in the chamber 2, the possibility that the water vapor will liquefy and adhere to the inner wall surface of the chamber 2 can be reduced. Thereby, the possibility that the chamber 2 will corrode can be reduced.

以上のように、このエッチング装置1,1Aは詳細に説明されたが、上記の説明は、すべての局面において、例示であって、このエッチング装置1,1Aがそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。上記各実施の形態および各変形例で説明した各構成は、相互に矛盾しない限り適宜組み合わせたり、省略したりすることができる。 As mentioned above, the etching apparatuses 1 and 1A have been described in detail, but the above description is in all aspects just an example, and the etching apparatuses 1 and 1A are not limited thereto. It is understood that countless variations not illustrated can be envisioned without departing from the scope of this disclosure. The configurations described in each of the above embodiments and modifications can be appropriately combined or omitted as long as they do not contradict each other.

1,1A エッチング装置
2 チャンバ
5 加熱機構
W 基板
S2 基板載置工程(ステップ)
S3 減圧工程(ステップ)
S4 圧力制御工程(ステップ)
S5 加熱工程(ステップ)
S6 フッ化水素ガス供給工程(ステップ)
1,1A Etching apparatus 2 Chamber 5 Heating mechanism W Substrate S2 Substrate mounting process (step)
S3 Decompression process (step)
S4 Pressure control process (step)
S5 Heating process (step)
S6 Hydrogen fluoride gas supply process (step)

Claims (6)

基板に形成されたシリコン熱酸化膜をエッチングするエッチング方法であって、
前記基板をチャンバ内の載置台に載置する基板載置工程と、
前記載置台に載置された前記基板を160度以上に加熱する加熱工程と、
前記チャンバ内の真空度を所定の第1真空度に維持する圧力制御工程と、
前記チャンバ内に無水フッ化水素ガスを供給して、前記無水フッ化水素ガスと前記シリコン熱酸化膜中の水分とを反応させてフッ化水素イオンを生成し、前記フッ化水素イオンにより前記シリコン熱酸化膜を他の酸化膜に対して選択的にエッチングするフッ化水素ガス供給工程と
を備える、エッチング方法。
An etching method for etching a silicon thermal oxide film formed on a substrate, the method comprising:
a substrate mounting step of mounting the substrate on a mounting table in a chamber;
a heating step of heating the substrate placed on the mounting table to 160 degrees or more;
a pressure control step of maintaining the degree of vacuum in the chamber at a predetermined first degree of vacuum;
Anhydrous hydrogen fluoride gas is supplied into the chamber to cause the anhydrous hydrogen fluoride gas to react with moisture in the silicon thermal oxide film to generate hydrogen fluoride ions, and the hydrogen fluoride ions cause the silicon to react with water in the silicon thermal oxide film. An etching method comprising a step of supplying hydrogen fluoride gas to selectively etch a thermal oxide film with respect to other oxide films .
請求項1に記載のエッチング方法であって、
前記圧力制御工程よりも前に実行され、前記第1真空度よりも高い第2真空度とする減圧工程をさらに備える、エッチング方法。
The etching method according to claim 1,
The etching method further comprises a depressurization step performed before the pressure control step to achieve a second degree of vacuum higher than the first degree of vacuum.
請求項1または請求項2に記載のエッチング方法であって、
前記第1真空度は、前記チャンバ内の圧力が10Torrから600Torrの範囲内である、エッチング方法。
The etching method according to claim 1 or 2,
In the etching method, the first degree of vacuum is such that the pressure within the chamber is within a range of 10 Torr to 600 Torr.
請求項1から請求項3のいずれか一つに記載のエッチング方法であって、 The etching method according to any one of claims 1 to 3,
前記他の酸化膜は、CVDまたはADLにより形成された酸化膜である、エッチング方法。 In the etching method, the other oxide film is an oxide film formed by CVD or ADL.
請求項4に記載のエッチング方法であって、 The etching method according to claim 4,
前記他の酸化膜は、CVD法によるTEOS膜、BSG膜およびBPSG膜ならびにALD法によるALD膜のいずれかである、エッチング方法。 In the etching method, the other oxide film is any one of a TEOS film, a BSG film, and a BPSG film formed by a CVD method, and an ALD film formed by an ALD method.
請求項5に記載のエッチング方法であって、 The etching method according to claim 5,
前記他の酸化膜はALD膜である、エッチング方法。 An etching method, wherein the other oxide film is an ALD film.
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