JPH08264510A - Method and device for etching silicon nitride film - Google Patents

Method and device for etching silicon nitride film

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JPH08264510A
JPH08264510A JP6819095A JP6819095A JPH08264510A JP H08264510 A JPH08264510 A JP H08264510A JP 6819095 A JP6819095 A JP 6819095A JP 6819095 A JP6819095 A JP 6819095A JP H08264510 A JPH08264510 A JP H08264510A
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Japan
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nitride film
silicon nitride
etching
silicon
processing chamber
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Application number
JP6819095A
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Inventor
Akira Kobayashi
Tadashi Niimura
Yasuyuki Taniguchi
亮 小林
忠 新村
泰之 谷口
Original Assignee
Toshiba Corp
株式会社東芝
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Abstract

PURPOSE: To set the selective ratio of a silicon nitride film to a silicon substrate or a silicon oxide film at a relatively high value in the case of removing the silicon nitride film on the silicon substrate or the silicon oxide film by selective etching by using CDE.
CONSTITUTION: In the case of removing a part of or the whole silicon nitride film formed on a silicon substrate or a silicon oxide film, mixed gas, which is composed of a gas containing fluorine, oxygen gas and a gas containing hydrogen atoms, is introduced into a discharge part 2 to generate plasma, and only the radical of the plasma active species is introduced into a process chamber 5 wherein the silicon substrate is stored. Thus, the silicon nitride film on the silicon substrate is selectively removed by etching.
COPYRIGHT: (C)1996,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造に際して使用されるシリコン窒化膜のエッチング方法およびエッチング装置に係り、特にシリコン基体あるいはシリコン酸化膜に対してシリコン窒化膜を選択エッチングする方法および装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an etching method and an etching apparatus of the silicon nitride film used in the production of semiconductor devices, and a method for selective etching of the silicon nitride film, particularly for silicon substrate or a silicon oxide film apparatus on.

【0002】 [0002]

【従来の技術】半導体ウエハー上に形成された絶縁膜や導電性の被エッチング膜を所望のパターンに微細加工する技術として使用されているドライエッチングは、大別するとRIE(リアクティブイオンエッチング)とCD Dry etching the Related Art insulating film formed on a semiconductor wafer or a conductive film to be etched is used as a technique for fine processing to the desired pattern is roughly the RIE (reactive ion etching) CD
E(ケミカルドライエッチング)となる。 To become E (chemical dry etching).

【0003】RIEは、プラズマ中で生成された荷電粒子が自己バイアスにより加速されて被エッチング膜に入射するので、被エッチング膜の下地にイオン打ち込みによる汚染や結晶の乱れ等のダメージが生じる。 [0003] RIE is charged particles generated in the plasma is incident are accelerated by the self-bias film to be etched, damage disturbances such underlying the contamination and crystal by ion implantation of the film to be etched is produced. これは微細素子の生成の妨げになる。 This hinders the production of fine elements.

【0004】CDEは、荷電粒子を用いないので上記したような不都合は生じないが、シリコン窒化膜のエッチング速度がシリコンのエッチング速度より遅くなるので、シリコン対するシリコン窒化膜の選択比が相対的に小さくなる。 [0004] CDE is no inconvenience as described above does not use charged particles, since the etching rate of the silicon nitride film is slower than the etching rate of silicon, relatively the selectivity of the silicon against silicon nitride film smaller. これにより、従来は、シリコン上に形成されたシリコン窒化膜を除去する際に、オーバエッチング中に下地のシリコンが多量にエッチングされてしまうという問題があった。 Thus, conventionally, when removing the silicon nitride film formed on the silicon, the underlying silicon is disadvantageously a large amount etched during overetching.

【0005】また、従来のCDEにおいては、シリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比は5程度であるが、シリコン窒化膜の下地がゲート絶縁膜のように非常に薄い場合には、シリコン窒化膜のオーバーエッチング中に下地の薄いシリコン酸化膜がエッチング除去されるという問題があった。 Further, in the conventional CDE, but selectivity of the silicon nitride film to the silicon oxide film is about 5, when the substrate silicon nitride film is very thin as the gate insulating film, a silicon nitride film thin silicon oxide film underlying there is a problem that is etched away during the over-etching.

【0006】 [0006]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来のCDEを用いたエッチング方法は、シリコン基体あるいはシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比が比較的小さいので、シリコン基体あるいはシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜を除去する際に、オーバエッチング中に下地のシリコンが多量にエッチングされたり、下地の薄いシリコン酸化膜がエッチング除去されてしまうという問題があった。 Etching method using a conventional CDE as described above [0008] Since the selection ratio of the silicon nitride film to the silicon substrate or a silicon oxide film is relatively small, on the silicon substrate or a silicon oxide film when removing the silicon nitride film, or the underlying silicon was heavily etched, thin silicon oxide film underlying there is a problem that is etched away during the over-etching.

【0007】本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、CDEを用いてシリコン基体またはシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜を選択的に除去する際、シリコンまたはシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を比較的高く設定し得るシリコン窒化膜のエッチング方法およびエッチング装置を提供することを目的とする。 [0007] The present invention has been made to solve the above problems, when selectively removing the silicon nitride film on the silicon substrate or a silicon oxide film by using a CDE, silicon nitride to silicon or silicon oxide film and to provide a relatively high etching method and an etching apparatus of a silicon nitride film which can set the selection ratio of the membrane.

【0008】 [0008]

【課題を解決するための手段】本発明のシリコン窒化膜のエッチング方法は、シリコン基体上またはシリコン酸化膜にシリコン窒化膜が形成された半導体ウエハーを処理室内部に収容する工程と、フッ素を含むガスと、酸素ガスと、水素原子を含むガスとを構成元素とする混合ガスを放電部に導入してプラズマを発生させ、プラズマ活性種のラジカルのみを前記処理室内部に導入し、前記シリコン窒化膜の一部またはその全てを選択的にエッチング除去する工程とを具備することを特徴とする。 Etching process of the silicon nitride film SUMMARY OF THE INVENTION The present invention includes the steps of accommodating a semiconductor wafer having a silicon nitride film formed on a silicon substrate or on the silicon oxide film to the processing chamber portion, the fluorine gas, and oxygen gas is introduced into the discharge portion of the mixed gas as a constituent element and a gas containing hydrogen atoms to generate a plasma, and introducing only plasma active species radicals into the processing chamber portion, the silicon nitride characterized by comprising the step of selectively etching and removing a part or all of the membrane.

【0009】また、本発明のシリコン窒化膜のエッチング装置は、シリコン基体上またはシリコン酸化膜にシリコン窒化膜が形成された半導体ウエハーを内部に収容する処理室と、上記処理室の内部に設置され、その上面に前記半導体ウエハーを載置させてその温度を調整するためのステージと、フッ素を含むガスと、酸素ガスと、水素原子を含むガスとを構成元素とする混合ガスが導入され、プラズマを発生する放電部と、上記放電部からプラズマ活性種のラジカルのみを取り出して前記処理室の内部に導入するラジカル導入部とを具備することを特徴とする。 [0009] The etching apparatus of the silicon nitride film of the present invention, a processing chamber for accommodating a semiconductor wafer having a silicon nitride film formed on a silicon substrate or on the silicon oxide film therein, is installed inside of the processing chamber a stage for adjusting the temperature by placing the semiconductor wafer on the upper surface thereof, a gas containing fluorine, and oxygen gas, a mixed gas as a constituent element and a gas containing hydrogen atoms are introduced, plasma a discharge unit for generating, characterized by comprising a radical introducing unit for introducing into the interior of the processing chamber is taken out only plasma active species radicals from the discharge portion.

【0010】 [0010]

【作用】本発明のエッチング方法およびエッチング装置は、フッ素を含むガスと、酸素ガスと、水素原子を含むガスとを構成元素とする混合ガスを放電部に導入してプラズマを発生させ、プラズマ活性種のラジカルのみを取り出し、シリコン基体またはシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜が形成された半導体ウエハーを内部に収容した処理室に導入するものである。 [Action] etching method and an etching apparatus of the present invention, a gas containing fluorine, and oxygen gas, while introducing a mixed gas as constituent elements and the gas in the discharge portion including the hydrogen atom to generate a plasma, plasma activity extracts only species of the radical, is intended to introduce a semiconductor wafer having a silicon nitride film formed on a silicon substrate or a silicon oxide film in the process chamber that accommodates therein.

【0011】これにより、処理室内部でCDE(ケミカルドライエッチング)が行われることにより、シリコン窒化膜の一部またはその全てがシリコン基体に対して選択的にエッチング除去される。 [0011] Thus, by CDE (chemical dry etching) is performed in the processing chamber portion, a part or all of the silicon nitride film is selectively etched with respect to silicon body.

【0012】 [0012]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。 EXAMPLES Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the embodiment of the invention in detail. 図1は、本発明のシリコン窒化膜のエッチング方法で使用されるマイクロ波CDE装置の概略構成の一例を示している。 Figure 1 shows an example of a schematic configuration of a microwave CDE apparatus used in etching process of the silicon nitride film of the present invention.

【0013】このCDE装置において、処理室5の内部には、半導体ウエハー6およびこれを上面に載置するためのステージ7が収容されている。 [0013] In this CDE apparatus, the inside of the processing chamber 5, a stage 7 for mounting the semiconductor wafer 6 and this upper surface is accommodated. 上記ステージ7は、 The stage 7,
温度調節機構を有しており、半導体ウエハー6の温度を制御できるようになっている。 Has a temperature adjusting mechanism, is capable of controlling the temperature of the semiconductor wafer 6.

【0014】処理室5の上面部にはラジカル導入口が設けられており、処理室5の下面部にはガス排気口8が設けられている。 [0014] The upper surface of the processing chamber 5 is provided with a radical inlet, the lower surface portion of the processing chamber 5 gas exhaust port 8 is provided. 上記ラジカル導入口には、反応ガスとして使用されるCF 4 /O 2 /H 2 Oの混合ガスを導入するための輸送管3が接続されている。 The aforementioned radical inlet, the CF 4 / O 2 / H 2 O transport pipe 3 for introducing a gas mixture that is used as a reaction gas is connected. さらに、輸送管3の他端には放電管2が接続されており、この放電管2にはガス導入口1から反応ガスが導入される。 Furthermore, the other end of the transport tube 3 the discharge tube 2 is connected, this discharge tube 2 is introduced reaction gas from the gas inlet 1. 放電管2にはマイクロ波導波管4が接続されている。 Microwave waveguide 4 is connected to the discharge tube 2.

【0015】上記構成のCDE装置において、ガス導入口1から導入された反応ガスがプラズマ化されて活性種(イオン、ラジカル)が生成され、寿命が短いイオンは輸送管3内で失活し、寿命の長いラジカルのみが輸送管3を通過して前記処理室5の内部に導入され、半導体ウエハー6と反応してCDEが行われる。 [0015] In CDE device having the above structure, the active species reaction gas introduced from the gas inlet 1 is plasma (ions, radicals) are generated, the short lifetime ions deactivated in the transport pipe 3, only long radical life is introduced into the interior of the processing chamber 5 through the transport pipe 3, CDE is performed by reacting with the semiconductor wafer 6. そして、反応後のガスは排気口8より処理室5の外部に排気される。 The gas after reaction is exhausted to the outside of the processing chamber 5 from the exhaust port 8.

【0016】なお、上記CDE装置におけるラジカル導入部の変形例として、処理室5の直上部に放電部が設けられている場合には、ここで生成されたイオン、ラジカルのうちのイオンをパンチングプレートで遮蔽し、ラジカルのみを処理室5の内部に導入するようにしてもよい。 [0016] As a modification of the radical introduction portion of the CDE apparatus, when the discharge portion directly above the processing chamber 5 is provided, wherein the generated ions, ions punching plate of the radicals in shielded, it may be introduced only radicals into the processing chamber 5.

【0017】図2は、図1に示したCDE装置を用いたCDE方法の第1実施例により得られたシリコン窒化膜(SiN)、シリコン(Si)、シリコン酸化膜(Si [0017] Figure 2 is a first embodiment by the obtained silicon nitride film CDE method using the CDE system shown in FIG. 1 (SiN), silicon (Si), silicon oxide film (Si
2 )のエッチングレートの特性例を示す。 It shows a characteristic example of the etching rate of O 2).

【0018】この第1実施例では、CDEの条件として、高周波電力(Power)=700W、圧力(Pr [0018] In this first embodiment, as a condition of CDE, the high-frequency power (Power) = 700 W, pressure (Pr
ess. ess. )=70Pa、反応ガスであるCF 4 /O 2の各流量=270/270sccm、ステージ温度(Tem ) = 70 Pa, a reaction gas CF 4 / each flow rate of O 2 = 270 / 270sccm, stage temperature (Tem
p. p. )=25℃に固定し、H 2 O添加量を変化させた。 ) = 25 fixed at ° C., was varied of H 2 O amount.

【0019】SiおよびSiO 2のエッチングレートは、H 2 O添加量が増加するにつれて単調に減少するが、SiNのエッチングレートは、H 2 O添加量が10 [0019] Si and SiO 2 etch rate, but adding H 2 O content decreases monotonically with increasing etching rate of SiN, it adding H 2 O amount 10
%、(つまり、H 2 O=60sccm)の場合に最大値をとる。 %, The maximum value in the case of (i.e., H 2 O = 60sccm).

【0020】このようなエッチング速度の違いから、シリコン窒化膜がシリコン基体およびシリコン酸化膜に対して選択的にエッチング除去される。 [0020] From such a difference in etching rate, the silicon nitride film is selectively etched with respect to silicon base and the silicon oxide film. すなわち、上記したように、CF 4ガスおよびO 2ガスにH 2 Oを添加した混合ガスとしてH 2 Oの添加量がCF 4ガスおよびO 2ガスの合計流量よりも少ない混合ガスを放電部に導入してプラズマを発生させ、プラズマ活性種のうちのラジカルのみをエッチング処理室内に導入することにより、シリコン基体上またはシリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜の一部またはその全てを選択的にエッチング除去することが可能になる。 That is, as described above, CF 4 gas and O 2 gas to less mixed gas than the total flow rate of the amount of H 2 O as a mixed gas H 2 O was added the CF 4 gas and O 2 gas to the discharge portion introduced to generate plasma, by introducing only the radical of a plasma-activated species to etching chamber, selectively some or all of the silicon nitride film formed on a silicon substrate or on the silicon oxide film it is possible to etch away the.

【0021】図3は、図2に示した特性と同様にH 2 [0021] FIG. 3, like the characteristic shown in FIG. 2 H 2 O
添加量を変化させた場合のプラズマ発光部での活性種の発光強度の特性例を示す。 It shows a characteristic example of the active species of the emission intensity of the plasma emission portion of the case of changing the addition amount. Fラジカル、Oラジカルの発光強度は、H 2 O添加量の増加につれて低下し、Hラジカルの発光強度は、H 2 O添加量の増加につれて増加する。 F radicals, the emission intensity of O radical is reduced with increasing adding H 2 O amount, the emission intensity of H radicals increases with increasing adding H 2 O amount. この結果から、図2に示したような特性が得られる理由は以下のように考えられる。 This result, why characteristics as shown in FIG. 2 is obtained is considered as follows.

【0022】SiとSiO 2は、Fラジカルのみによってエッチングが進行すると考えられるが、H 2 O添加量を増加させることにより、H 2 Oから生成したHラジカルがCF 4から生成されたFラジカルをスカベンジ(清掃)し、HFが生成される。 [0022] Si and SiO 2 is considered to etching proceeds only by F radicals, by increasing of H 2 O amount, the F radicals H radicals generated from H 2 O is produced from CF 4 scavenge (clean), HF is generated. この反応によって、被処理体に供給されるFラジカル量が減少するので、SiとS This reaction, since the amount of F radicals supplied to the object to be processed is reduced, Si and S
iO 2のエッチングレートは、H 2 O添加量の増加につれて減少する。 the etching rate of iO 2 decreases with increasing adding H 2 O amount.

【0023】これに対して、SiNは次式(1)に示すような反応でエッチングされる。 [0023] In contrast, SiN is etched by, as shown in the following equation (1) reaction. Si 34 +12F * ↑+12H * ↑ → 3(SiF 4 )↑+4(NH 3 )↑ ……(1) 即ち、SiNのエッチングは、Fラジカル、Hラジカル両者により進行する。 Si 3 N 4 + 12F * ↑ + 12H * ↑ → 3 (SiF 4) ↑ + 4 (NH 3) ↑ ...... (1) i.e., etching of the SiN, F radicals proceeds by H radicals both. 前述したように、H 2 O添加量が増加すると、Fラジカル量は減少し、Hラジカル量は増加するが、SiNのエッチングレートは、Fラジカル、 As described above, when adding H 2 O content increases, F radical amount is reduced, but H radical amount is increased, SiN of the etching rate, F radicals,
Hラジカルの存在量のバランスのとれる条件(図2に示した実施例の場合、H 2 O添加量=60sccm)で、 In take-balanced presence of H radical conditions (the embodiment shown in FIG. 2, H 2 O amount = 60 sccm),
最大となると考えられる。 It is considered to be the maximum.

【0024】図4は、図1に示したCDE装置を用いたCDE方法の第2実施例により得られたSiN、Si、 [0024] Figure 4, SiN obtained by the second embodiment of the CDE method using the CDE system shown in FIG. 1, Si,
SiO 2のエッチングレートの特性例を示す。 It shows a characteristic example of the etching rate of SiO 2. この第2 This second
実施例では、CDEの条件として、高周波電力=700 In the embodiment, as a condition of CDE, the high-frequency power = 700
W、圧力=70Pa、H 2 O添加量=60sccmに固定し、CF 4とO 2との合計流量=540sccmとしてCF 4 /O 2の流量比を変化させた。 W, pressure = 70 Pa, and fixed in H 2 O amount = 60 sccm, was varied the flow ratio of CF 4 / O 2 as the total flow rate = 540Sccm of CF 4 and O 2.

【0025】図4から分るように、O 2流量が増加するにつれて、SiN、Si、SiO 2ともエッチングレートは減少していく。 [0025] As can be seen from FIG. 4, as the O 2 flow rate increases, SiN, Si, SiO 2 both the etching rate decreases. SiNとSiを比較した場合、Si When comparing SiN and Si, Si
の方がエッチングレートの減少度(特性の傾斜)が著しい。 It is the degree of reduction in the etching rate (slope of the characteristic) is remarkable. これにより、O 2の流量比を増加すると、シリコン窒化膜をシリコン基体に対してより高い選択比でエッチング除去できる。 Thus, increasing the flow ratio of O 2, the silicon nitride film can be removed by etching with high selectivity from the silicon substrate.

【0026】すなわち、上記したように、CF 4ガスおよびO 2ガスにH 2 Oを添加した混合ガスとしてCF 4ガスの流量がO 2ガスの流量よりも少ない混合ガスを放電部に導入してプラズマを発生させ、プラズマ活性種のうちのラジカルのみをエッチング処理室内に導入することにより、シリコン基体上またはシリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜の一部またはその全てを選択的にエッチング除去することが可能になる。 [0026] That is, as described above, by introducing CF 4 gas and O 2 gas to CF 4 gas flow rate is small mixed gas than the flow rate of O 2 gas as a mixed gas H 2 O was added to the discharge portion a plasma is generated by introducing only radicals of the plasma active species etching chamber, selectively etching away a portion or all of the silicon nitride film formed on a silicon substrate or on the silicon oxide film it becomes possible to.

【0027】図4に示したような特性が得られる理由は以下のように考えられる。 The reason why the characteristics as shown in FIG. 4 can be obtained is considered as follows. 2の流量比を増加させるにつれて、SiN、Siともにその表面が酸化され易くなるので、エッチングレートは減少していく。 As increasing the flow ratio of O 2, SiN, since Si both its surface is easily oxidized, the etching rate decreases. しかし、S However, S
iNとSiを比較すると、Siの方がより酸化され易い特性を持つので、エッチングレートの減少はより著しい。 Comparing iN and Si, since towards the Si has a more oxidized easily characteristics, reduction of the etching rate is more pronounced. この特性の違いにより、O 2の流量比を増加させることによって、シリコン窒化膜をシリコン基体に対して高い選択比でエッチング除去できる。 This difference in properties, by increasing the flow ratio of O 2, the silicon nitride film can be etched away with a high selectivity to the silicon body. 本実施例では、C In this embodiment for example, C
4 /(CF 4 +O 2 )が10%のところで、SiNをS F 4 / (CF 4 + O 2) at the 10%, the SiN S
iに対して30倍の速度でエッチングできた。 It was etched with 30 times the rate for the i.

【0028】なお、上記実施例においては混合ガスの総流量を1000sccm程度まで変化させても同様の効果が得られるものと思われる。 [0028] In the above embodiments the same effect even by changing the total flow rate of the mixed gas to about 1000sccm is believed to be obtained. 図5は、図1に示したC Figure 5 is shown in FIG. 1 C
DE装置を用いたCDE方法の第3実施例により得られたSiN、Si、SiO 2のエッチングレートの特性例を示す。 The 3 SiN obtained by an embodiment of CDE method using DE devices, Si, a characteristic example of the etching rate of SiO 2 shown.

【0029】この第3実施例では、CDEの条件として、高周波電力=700W、圧力=70Pa、CF 4 [0029] In the third embodiment, as a condition of CDE, the high-frequency power = 700 W, pressure = 70 Pa, CF 4 /
2の各流量=270/270sccm、H 2 O添加量= Each of the O 2 flow rate = 270 / 270sccm, H 2 O amount =
60sccmに固定し、ステージ温度(被処理体の温度)を変化させた。 Was fixed to 60 sccm, it was varied stage temperature (the temperature of the object to be processed).

【0030】図5から分るように、SiとSiO 2は、 [0030] As can be seen from Figure 5, Si and SiO 2 is,
温度上昇させることによって単調にエッチングレートが増加するのに対して、SiNは、50℃以上の温度で著しくエッチングレートが低下する。 Whereas monotonically etching rate by raising the temperature increases, SiN is reduced significantly etch rate of more than 50 ° C. temperature. したがって、シリコン窒化膜をシリコン基体およびシリコン酸化膜に対して選択的にエッチング除去するには、被処理体の温度を5 Therefore, to selectively etch the silicon nitride film is removed to silicon substrate and the silicon oxide film, the temperature of the object to be processed 5
0℃以下に保持する必要がある。 0 ℃ it is necessary to hold below. なお、装置の性能上、 In addition, equipment performance on,
被処理体の温度が−5℃以上の範囲で上記特性を確認した。 The temperature of the object to be processed is confirmed the above properties in a range of more than -5 ° C..

【0031】図5に示したような特性が得られる理由は以下のように考えられる。 The reason why the characteristics as shown in FIG. 5 is obtained is considered as follows. SiとSiO 2は、Fラジカルのみによってエッチングされるが、温度を上昇させることによって、Fラジカルと被処理体との反応確率が上昇し、エッチングレートが単調に増加する。 Si and SiO 2 is etched by only F radicals, by raising the temperature, increases the reaction probability between F radicals and the workpiece, the etching rate increases monotonically. 一方、Si On the other hand, Si
Nのエッチング反応には、Fラジカル、Hラジカルの両者が寄与し、温度によって各ラジカルの反応速度が異なり、適切な温度範囲でないとエッチング反応が進行しなくなってしまう。 The etching reaction of the N, F radicals, both H radicals contributing, different reaction rates of the respective radicals with temperature, not a suitable temperature range when the etching reaction can no longer proceed.

【0032】図6は、上記第3実施例における被処理体の温度とエッチング処理後のSiN表面の元素組成比との関係を示している。 [0032] FIG. 6 shows the relationship between the elemental composition ratio of temperature and SiN surface after the etching treatment of the object to be processed in the third embodiment. 図6から分るように、50℃以上の温度で、Fの組成比が低下し、Oの組成比が急激に増加している。 As can be seen from FIG. 6, in the above 50 ° C. temperature, reduces the proportion of F, the composition ratio of O is increasing rapidly. この結果、50℃以上の温度でSiNの表面の酸化反応が活発になってしまうので、SiNのエッチングレートが急激に低下したものと考えられる。 As a result, since the oxidation reaction of the surface of the SiN at temperatures above 50 ° C. becomes active, it is considered that the etching rate of the SiN is abruptly reduced.

【0033】図7は、本発明の方法によってエッチングしたSiN表面のFT−IR分析結果を示す。 [0033] Figure 7 shows the results of FT-IR analysis of the etched SiN surfaces by the method of the present invention. 図7から分るように、NH 4 +のものだと考えられる吸収ピークが観察され、表面に堆積(変質)層が形成されている。 As can be seen from FIG. 7, the absorption peak is thought to have the NH 4 + is observed, deposited on the surface (alteration) layer is formed. この堆積層は、後述のように水洗することで除去することができるが、その水洗水中からは、表1に示すように、 The deposition layer can be removed by washing with water as described below, from that wash water, as shown in Table 1,
NH 4 + 、F - 、Siがほぼ2:6:1の組成で検出され、堆積層は、(NH 4 )2SiF 6のような構造をもつものと考えられる。 NH 4 +, F -, Si approximately 2: 6: detected in 1 of the composition, the deposition layer is believed to have a structure such as (NH 4) 2SiF 6. この堆積層は、SiN上にのみ形成され、SiやSiO 2上には形成されない。 The deposited layer is formed only on the SiN, not formed on the Si and SiO 2. また、Si In addition, Si
N上の堆積層はSiやSiO 2のエッチング反応に寄与することはない。 Deposited layer on N is not to contribute to the etching reaction of Si and SiO 2.

【0034】 [0034]

【表1】 [Table 1]

【0035】なお、上記したSiN上の堆積層が厚くなった場合、SiNのエッチング反応が阻害されるが、以下に述べるような方法でこの堆積層を除去することにより、エッチングを再び進行させることが可能になる。 [0035] When the thickened sediment layer on the SiN mentioned above is, the etching reaction of SiN is inhibited by removing this deposit layer in a manner described below, thereby advancing the etching again It becomes possible.

【0036】図8は、本発明の方法によるSiNのエッチング前、後、水洗後、加熱後のXPS分析結果を示す。 [0036] FIG. 8 is a method before etching of the SiN according to the present invention, after washed with water, showing the XPS analysis results after heating. 図8から分るように、エッチング後の表面では、S As can be seen from Figure 8, the surface after etching, S
2p 、N 1sの電子ピークに化学シフトがあり、堆積層が形成されている。 i 2p, there is chemical shift in electron peak of N 1s, deposition layer is formed. 水洗後、あるいは、300℃の加熱後では、こうした化学シフトは観察されず、このような処理で堆積層を容易に除去可能である。 After washing with water, or, after the heating of 300 ° C., such chemical shift is not observed, it is possible easily remove the deposited layer in such a process.

【0037】次に、前述したシリコン窒化膜のエッチング方法を用いて、図9(a)に示すような構造のシリコン窒化膜を実際にエッチングした例を示す。 Next, an example of using an etching method for a silicon nitride film as described above, actually etching the structure silicon nitride film as shown in Figure 9 (a). 図9(a) Figure 9 (a)
において、シリコン基板11は、その上面にバッファ酸化膜13を介してシリコン窒化膜14が形成されており、このシリコン窒化膜14をマスクとしてトレンチがRIE加工されており、トレンチ内に多結晶シリコン1 In the silicon substrate 11 has its upper surface is formed a silicon nitride film 14 through the buffer oxide film 13, the trench a silicon nitride film 14 as a mask are RIE processing, polycrystalline silicon 1 in the trench
2が埋め込まれている。 2 is embedded.

【0038】この状態でシリコン窒化膜14をエッチングする工程に際して、従来のエッチング方法では、シリコンに対するシリコン窒化膜のエッチング選択比は、 [0038] In the step of etching the silicon nitride film 14 in this state, in the conventional etching method, etching selectivity of the silicon nitride film to silicon,
0.3程度しか得られないので、シリコン窒化膜14をエッチング除去した後は、図9(b)中に点線で示すように、埋め込み多結晶シリコン12が例えば870nm Since only obtained about 0.3, after the silicon nitride film 14 is removed by etching, as shown by dotted lines in FIG. 9 (b), the buried polycrystalline silicon 12, for example, 870nm
の深さまで大量にエッチングされてしまう。 It would be a large amount etched up to the depth.

【0039】次に、本発明の方法によりSiNをエッチングした結果を示す。 Next, the results of etching the SiN by the method of the present invention. CDEの条件は、高周波電力=7 CDE conditions, the high-frequency power = 7
00W、圧力=70Pa、CF 4 /O 2の各流量=224 00W, pressure = 70 Pa, the flow rate of CF 4 / O 2 = 224
/316sccm(合計流量=540sccm)、H 2 / 316sccm (total flow = 540sccm), H 2
O添加量=60sccm、ステージ温度=25℃である。 O amount = 60 sccm, a stage temperature = 25 ° C.. この場合、シリコンに対するシリコン窒化膜のエッチング選択比は9である。 In this case, the etching selectivity of the silicon nitride film to the silicon is 9.

【0040】この条件で、図9(a)に示すような構造のシリコン窒化膜14をエッチングした。 [0040] In this condition, to etch the silicon nitride film 14 having a structure as shown in Figure 9 (a). シリコン窒化膜の厚さは200nmであり、30%のオーバーエッチングを行った。 The thickness of the silicon nitride film is 200 nm, was 30% of over-etching. この場合、図9(b)中に実線で示すように、シリコン窒化膜14を除去した後の埋め込み多結晶シリコン12のエッチング量は30nmであり、(従来方法では870nm)、埋め込み多結晶シリコン12 In this case, as shown by a solid line in FIG. 9 (b), the etching amount of the embedded polycrystalline silicon 12 after removal of the silicon nitride film 14 is 30 nm, (870 nm in the conventional method), the embedded polycrystalline silicon 12
のエッチング量を大幅に減少させることができた。 The etching amount can be reduced greatly.

【0041】この条件においても、従来方法と比較して埋め込み多結晶シリコン12のエッチング量を大幅に減少させることができたが、さらにエッチング量を減少させる方法を次に述べる。 [0041] In this condition, it was possible to greatly reduce the amount of etching of the buried polycrystalline silicon 12 as compared with the conventional method, described below how to further reduce the amount of etching.

【0042】CDEの条件は、高周波電力=700W、 The CDE of the conditions, the high-frequency power = 700W,
圧力=70Pa、CF 4 /O 2の各流量=140/400 Pressure = 70Pa, CF 4 / each flow rate of O 2 = 140/400
sccm(合計流量=540sccm)、H 2 O添加量=60sccm、ステージ温度=25℃である。 sccm (total flow rate = 540sccm), H 2 O amount = 60 sccm, a stage temperature = 25 ° C.. この場合、シリコンに対するシリコン窒化膜のエッチング選択比は30である。 In this case, the etching selectivity of the silicon nitride film to the silicon is 30.

【0043】この条件では、前述したようにシリコン窒化膜14のエッチング深さが100nmのところで堆積層の影響によりエッチング反応が進行しなくなってしまうという現象があるので、図9(a)に示すような厚さ200nmのシリコン窒化膜を1回のエッチング処理で除去することはできない。 [0043] Since this condition, there is a phenomenon that the etching reaction due to the influence of the deposition layer in etching depth of the silicon nitride film 14 as described above is at the 100nm can no longer proceed, as shown in Fig. 9 (a) It can not be removed in one etching treatment of the silicon nitride film of a thickness of 200 nm. そこで、エッチングの途中で表面に形成された堆積層を、前述したように水洗や熱処理で除去する工程が必要となる。 Therefore, the deposition layer formed on the surface during the etching, it is necessary to step for removing by washing or heat treatment as described above.

【0044】この方法でシリコン窒化膜14に対して3 [0044] the silicon nitride film 14 in this manner 3
0%のオーバーエッチングを行ったところ、埋め込み多結晶シリコン12のエッチング量は殆んど確認されない状態でシリコン窒化膜14を完全にエッチング除去できた。 Was subjected to 0% over-etching, the etching amount of the embedded polycrystalline silicon 12 is completely removed by etching the silicon nitride film 14 in a state that is not throat confirmed N 殆.

【0045】以上詳述したように、フッ素を含むガスと、酸素ガスと、水素原子を含むガスとで構成される混合ガスを用いたCDEにより、シリコン窒化膜をシリコンに対して選択的にエッチング除去することができた。 [0045] As described above in detail, a gas containing fluorine, and oxygen gas, by CDE using a gas mixture composed of a gas containing hydrogen atom, selectively etching the silicon nitride film to silicon It could be removed.

【0046】また、上記各実施例では、F *を生成するための原料ガスとしてCF 4を用いたが、NF 3 、S [0046] In the above-described embodiments, although CF 4 was used as the raw material gas to produce F *, NF 3, S
6 、XeF、F 2のようにFを含むガスならいずれでもよい。 F 6, XeF, may be any if the gas containing F as F 2. また、上記各実施例では、Hを含むガスとしてH Further, in the above embodiments, H as a gas containing H
2 Oを用いたが、H 2 、NH 3のようにHを含むガスならいずれでもよい。 Was used 2 O, may be any if gas containing H as H 2, NH 3.

【0047】また、前記各実施例において、処理室の圧力は70Paに限定されるものではなく、90Paまで変化させても同様の効果が得られることを確認しており、1Torr程度(ほぼ133Pa)まで変化させても同様の効果が得られるものと思われる。 Further, in the above respective embodiments, the pressure of the processing chamber is not intended to be limited to 70 Pa, have confirmed that similar effects can be obtained by changing to 90 Pa, about 1 Torr (approximately 133 Pa) until varied is considered that the same effect can be obtained.

【0048】 [0048]

【発明の効果】上述したように本発明のシリコン窒化膜のエッチング方法およびエッチング装置によれば、CD Effects of the Invention] According to the etching method and an etching apparatus of the silicon nitride film of the present invention as described above, CD
Eを用いてシリコン基体またはシリコン酸化膜上のシリコン窒化膜を選択的に除去する際、シリコンまたはシリコン酸化膜に対するシリコン窒化膜の選択比を比較的高く設定できる。 When selectively remove the silicon nitride film on the silicon substrate or a silicon oxide film with E, it set relatively high selectivity of the silicon nitride film to the silicon or silicon oxide film.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明のシリコン窒化膜のエッチング方法で使用されるCDE装置の概略構成の一例を示す図。 It illustrates an example of a schematic configuration of FIG. 1 CDE apparatus used in the etching process of the silicon nitride film of the present invention.

【図2】本発明のシリコン窒化膜のエッチング方法の第1実施例における各被処理体のエッチング速度のH 2 [Figure 2] of H 2 O etching rate of the target object in the first embodiment of the etching method of the silicon nitride film of the present invention
流量の依存性を示す図。 Shows a flow-dependent.

【図3】第1実施例における各ラジカルの発光強度のH [Figure 3] H of the emission intensity of each radical in the first embodiment
2 O流量の依存性を示す図。 It shows the dependence of the 2 O flow rate.

【図4】本発明のシリコン窒化膜のエッチング方法の第2実施例における各被処理体のエッチング速度のCF 4 [Figure 4] of the etching rate of the workpiece in a second embodiment of the etching method of the silicon nitride film of the present invention CF 4
/(CF 4 +O 2 )流量比の依存性を示す図。 / (CF 4 + O 2) shows the dependence of the flow ratio.

【図5】本発明のシリコン窒化膜のエッチング方法の第3実施例における各被処理体のエッチング速度の温度依存性を示す図。 5 is a diagram showing the temperature dependency of the etching rate of the object to be processed in the third example of the etching process of the silicon nitride film of the present invention.

【図6】第3実施例におけるエッチング後の表面元素組成比の処理温度依存性を示す図。 6 shows the processing temperature dependence of the surface element composition ratio after etching in the third embodiment.

【図7】本発明方法におけるエッチング後のSiN表面のFT−IR分析結果を示す図。 7 is a diagram showing the results of FT-IR analysis of the SiN surface after etching in the present invention method.

【図8】本発明方法におけるエッチング後のSiN表面のXPS分析結果を示す図。 It shows XPS analysis results of the SiN surface after etching in [8] the method of the present invention.

【図9】本発明方法が適用される被処理体の構造の一例を概略的に示す断面図。 Figure 9 is a sectional view schematically showing an example of the structure of the object of the present invention method is applied.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1…反応ガス導入口、2…放電管、3…輸送管、4…マイクロ波導波管、5…処理室、6…半導体ウエハー、7 1 ... reaction gas inlet, 2 ... discharge tube, 3 ... transporting pipe, 4 ... microwave waveguide, 5 ... processing chamber, 6 ... semiconductor wafer, 7
…ステージ、8…排気口、11…シリコン基板、12… ... stage, 8 ... the exhaust port, 11 ... silicon substrate, 12 ...
埋込み多結晶シリコン、13…バッファ酸化膜、14… Buried polycrystalline silicon, 13 ... buffer oxide film, 14 ...
シリコン窒化膜。 Silicon nitride film.

Claims (8)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 シリコン基体上またはシリコン酸化膜上にシリコン窒化膜が形成された半導体ウエハーを処理室内部に収容する工程と、フッ素を含むガスと、酸素ガスと、水素原子を含むガスとを構成元素とする混合ガスを放電部に導入してプラズマを発生させ、プラズマ活性種のラジカルのみを前記処理室内部に導入し、前記シリコン窒化膜の一部またはその全てを選択的にエッチング除去するエッチング工程とを具備することを特徴とするシリコン窒化膜のエッチング方法。 And 1. A process for accommodating a semiconductor wafer having a silicon nitride film formed on a silicon substrate or on the silicon oxide film to the interior of the processing chamber, a gas containing fluorine, and oxygen gas and a gas containing hydrogen atoms a mixed gas as a constituent element is introduced into the discharge section to generate plasma, only plasma active species radicals introduced into the processing chamber portion, is selectively removed by etching a part or all of the silicon nitride film etching process of the silicon nitride film, characterized by comprising an etching step.
  2. 【請求項2】 請求項1記載のシリコン窒化膜のエッチング方法において、前記水素を含むガスとして、H 2. A method of etching a silicon nitride film according to claim 1, as a gas containing hydrogen, H
    2 O、H 2 、NH 3のいずれかを使用することを特徴とするシリコン窒化膜のエッチング方法。 2 O, the etching process of the silicon nitride film, characterized by using one of H 2, NH 3.
  3. 【請求項3】 前記シリコン窒化膜のエッチング途中で、その表面に生成した変質堆積層を除去する工程をさらに具備することを特徴とする請求項1記載のシリコン窒化膜のエッチング方法。 Wherein in the course etching of the silicon nitride film, an etching method of a silicon nitride film according to claim 1, characterized by further comprising a step of removing the altered deposition layer formed on the surface thereof.
  4. 【請求項4】 前記シリコン窒化膜の表面に生成した変質堆積層を除去する工程は、水洗あるいは熱処理により行うことを特徴とする請求項3記載のシリコン窒化膜のエッチング方法。 Wherein the step of removing the altered deposition layer formed on the surface of the silicon nitride film, an etching method for the silicon nitride film according to claim 3, characterized in that the washing or heat treatment.
  5. 【請求項5】 シリコン基体上またはシリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜の一部またはその全てを選択的に処理室内でエッチング除去処理する際、CF 4ガスおよびO 2ガスにH 2 Oを添加した混合ガスとしてH 2 Wherein when etching removal process with part or all of selectively processing chamber of a silicon nitride film formed on a silicon substrate or on a silicon oxide film, a CF 4 gas and O 2 gas H 2 O H 2 as a mixed gas obtained by adding
    Oの添加量がCF 4ガスおよびO 2ガスの合計流量よりも少ない混合ガスを放電部に導入してプラズマを発生させ、プラズマ活性種のうちのラジカルのみを前記処理室内に導入することを特徴とするシリコン窒化膜のエッチング方法。 Amount of O is introduced into the discharge section less mixed gas than the total flow rate of CF 4 gas and O 2 gas to generate plasma, only radicals of the plasma activated species characterized by introducing into the processing chamber etching process of the silicon nitride film to.
  6. 【請求項6】 シリコン基体上またはシリコン酸化膜上に形成されたシリコン窒化膜の一部またはその全てを選択的に処理室内でエッチング除去処理する際、CF 4ガスおよびO 2ガスにH 2 Oを添加した混合ガスとしてCF Wherein when selectively processing chamber by etching removal process some or all of the silicon nitride film formed on a silicon substrate or on a silicon oxide film, a CF 4 gas and O 2 gas H 2 O CF as a mixed gas obtained by adding
    4ガスの流量がO 2ガスの流量よりも少ない混合ガスを放電部に導入してプラズマを発生させ、プラズマ活性種のうちのラジカルのみを前記処理室内に導入することを特徴とするシリコン窒化膜のエッチング方法。 4 the flow rate of the gas is introduced into the discharge section less mixed gas than the flow rate of O 2 gas to generate plasma, a silicon nitride film only radical of the plasma-activated species and introducing into the processing chamber the method of etching.
  7. 【請求項7】 シリコン基体上またはシリコン酸化膜にシリコン窒化膜が形成された半導体ウエハーを内部に収容する処理室と、上記処理室の内部に設置され、その上面に前記半導体ウエハーを載置させてその温度を調整するためのステージと、フッ素を含むガスと、酸素ガスと、水素原子を含むガスとを構成元素とする混合ガスが導入され、プラズマを発生する放電部と、上記放電部からプラズマ活性種のラジカルのみを取り出して前記処理室の内部に導入するラジカル導入部とを具備することを特徴とするシリコン窒化膜のエッチング装置。 7. A process chamber for accommodating a semiconductor wafer having a silicon nitride film formed on a silicon substrate or on the silicon oxide film therein, is installed inside of the processing chamber, by placing the semiconductor wafer on the upper surface a stage for adjusting the temperature Te, a gas containing fluorine, and oxygen gas, mixed gas as a constituent element and a gas containing hydrogen atoms are introduced, and a discharge section for generating a plasma from the discharge portion etching apparatus of the silicon nitride film, which comprises a radical introducing unit for introducing into the interior of the processing chamber is taken out only plasma active species radicals.
  8. 【請求項8】 前記ラジカル導入部は、前記放電部と前記処理室のラジカル導入部との間に輸送管が配設されてなることを特徴とする請求項7記載のシリコン窒化膜のエッチング装置。 Wherein said radical introduction section, the discharge section and the treatment chamber transport pipe etching apparatus of the silicon nitride film according to claim 7, wherein the is disposed between the radical introduction of .
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