TWI525699B - Silicon dry etching method - Google Patents
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Description
本發明係關於一種使用有七氟化碘之矽之乾式蝕刻方法。
矽化合物係半導體領域中的重要且不可欠缺之材料。例如，於廣泛之領域內被用於作為半導體元件之閘極絕緣膜之矽氧化膜、作為薄膜電晶體之非晶矽膜及氮化矽膜等，以及，MEMS(microelectromechanical system，微機電系統)等三維構造元件所使用之多晶矽材料、低消耗電力之電晶體等用途之碳化矽(SiC)等。尤其是由DRAM(Dynamic Random Access Memory，動態隨機存取記憶體)或快閃記憶體所含之電晶體等所代表之半導體元件的高積體化逐年得到進步，矽半導體器件受到注目。
通常，於半導體製造步驟中矽等之矽化合物係被加工成特定之形狀或者於最終步驟等特定之步驟中去除。於進行此種矽化合物之加工或去除之情形時，自先前以來廣泛使用有乾式蝕刻。再者，於矽化合物之乾式蝕刻中，要求蝕刻之微細化及高精度，且於進行蝕刻時晶圓之大型化得到進步或形成之圖案變得微細化，故而面內均勻性或蝕刻選擇比被視為重要之要素，又，為了獲得較高之生產性而要求蝕刻速度提高。
先前，於矽之蝕刻中廣泛地利用使用有電漿之乾式蝕刻。作為使用之蝕刻氣體，通常為SF6(六氟化硫)或C4F8(全氟環丁烷)等氟系之化合物，但該等蝕刻氣體之暖化係數非常大，為數千至數萬，作為全
球暖化之一個原因而被視為問題。又，已知全球暖化係數相對較低，與矽之反應性較高，故而較為有效的是將作為蝕刻劑之氟系之鹵素間化合物用於矽之蝕刻。
例如，於專利文獻1中，揭示有如下方法：使用包含作為鹵素間化合物之一種之氟化碘之蝕刻氣體，對矽基板進行各向異性電漿蝕刻。然而，於先前之使用有電漿之蝕刻方法中，因電漿所致之對試樣之電損傷較大，故而於對形成於複雜形狀之半導體元件的矽進行蝕刻之情形時，對介電體等耐蝕刻部分亦會造成損傷，從而有所擔心。
作為解決此種問題之一種方法，研究了無需電漿激發等操作的所謂之利用無電漿之矽化合物之蝕刻方法。例如，於專利文獻2中，揭示有如下方法：利用氣體供給管壓力(一次壓)與腔室內壓力(二次壓)之差壓，將使蝕刻氣體急遽隔熱膨脹所形成之反應性氣體簇噴出至試樣表面，在無電漿的條件下加工試樣表面而不會因電或紫外光對試樣造成損傷。
又，於專利文獻3中，提出有使用BrF3、ClF3、XeF2等氟系之鹵素間化合物於無電漿的條件下對矽層進行蝕刻的方法，且記載有：藉由對該等鹵素間化合物添加氮氣或氬氣等稀釋氣體而提高矽層相對於金屬或金屬矽之蝕刻選擇比。
再者，於專利文獻4中，揭示有七氟化碘(以下，有時僅稱為IF7)之製造方法，且記載有七氟化碘可用作蝕刻氣體的內容。又，於專利文獻5中，記載有將氟系之鹵素間化合物用於氧化物、半導體材料之蝕刻的內容，但實際未看到將七氟化碘用於蝕刻用且詳細地對蝕刻條件等進行研究之報告例。
專利文獻1：日本專利特開2008-177209號公報
專利文獻2：國際公開2010/021265號
專利文獻3：美國專利6290864號說明書
專利文獻4：日本專利特開2009-23896號公報
專利文獻5：日本專利特開平3-293726號公報
專利文獻2中記載之蝕刻方法中，藉由對作為供蝕刻之反應性氣體的鹵素間化合物(ClF3等)添加低沸點之氣體(氬氣或氖氣等稀有氣體)，從而即便設為較高之壓力狀態，亦不會引起混合氣體之液化。即，其特徵在於：藉由對反應性氣體添加難以液化之低沸點之氣體，從而，不會使供給之氣體液化而成為較高之壓力狀態。其結果為，於將高壓狀態之供給氣體供給至減壓狀態之腔室時，可使其急遽地隔熱膨脹，因未產生電漿，故而可進行蝕刻而不會因電氣或紫外光對試樣造成損傷。
然而，專利文獻2中記載之蝕刻方法係對供給之蝕刻氣體添加沸點較低之氣體，因此，為了使其隔熱膨脹而必須對供給氣體施加較高之壓力。例如，於在專利文獻2中記載般之方法中使用ClF3作為蝕刻氣體之情形時，於ClF3：6vol%與Ar：94vol%之混合氣體之情形時，為0.3MPaG以上且1.0MPaG以下之壓力。又，為了將氣體設為高壓狀態，必須將氣體供給管之前端之噴嘴加工成特殊之形狀，噴嘴之特別加工會引起成本增加，故而欠佳。因此，於專利文獻2般之先前之利用隔熱膨脹之方法中，存在如下問題：易於對裝置施加負荷或花費裝置成本，又，於即便欲施加壓力但亦未施加充分之壓力之情形時無法使其隔熱膨脹，蝕刻氣體不會均勻地到達基板，蝕刻量產生不均，從而無法獲得面內分佈之均勻性。
本發明係鑒於上述問題而完成者，其目的在於提供一種矽之乾
式蝕刻方法，其係利用隔熱膨脹之矽之蝕刻方法，且與先前之方法相比蝕刻氣體之供給壓力之條件更溫和，無對裝置之負擔或裝置成本之增加的擔心，且蝕刻量之面內分佈均勻性良好。
本發明者等人為了解決上述課題而進行了銳意研究，結果發現，若將七氟化碘特別指定為供蝕刻之氣體之成分，著眼於作為七氟化碘所持有之特別之化學性質之一的昇華性，使用包含七氟化碘之蝕刻氣體，則無須添加為了防止高壓狀態下之液化而添加之惰性氣體等添加氣體，於對裝置之負荷較少的溫和的較低之壓力條件下可容易地使其隔熱膨脹，從而完成本發明。
即，本發明係一種乾式蝕刻方法，其特徵在於：其係於處理室內對作為處理對象物之矽層進行蝕刻者；且於供給壓力為66kPa~0.5MPa之壓力範圍內自供給源供給包含七氟化碘之蝕刻氣體，將保持於該壓力範圍之蝕刻氣體導入至減壓至低於上述供給壓力之壓力的處理室，對上述矽層進行蝕刻。
根據上述構成，可於減壓至低於供給壓力之壓力之處理室內使蝕刻氣體隔熱膨脹而使蝕刻氣體吸附於矽層之表面。
又，於本發明中，蝕刻氣體較佳為包含至少50體積%以上之七氟化碘。進而，蝕刻氣體尤佳為實質上不含七氟化碘以外之成分。
又，於本發明中，供給壓力(Ps)與處理室內之壓力(Pn)之比率Ps/Pn較佳為20以上、1×109以下，進而較佳為50以上、1×107以下。藉由設為上述比率，可考慮到對裝置之負擔而更有效地使其隔熱膨脹。
又，於本發明中，處理對象物之溫度較佳為-40℃~150℃。
又，於本發明中，處理對象物至少包含矽層與耐蝕刻構件，且亦可利用蝕刻氣體而選擇性地蝕刻上述矽層。耐蝕刻構件較佳為包含選自SiO2、SiN、TiN中之至少1種以上之材料。
根據本發明，由於使用包含七氟化碘之蝕刻氣體，故而可於較先前之方法更溫和的壓力條件下使蝕刻氣體隔熱膨脹。因此，無須將氣體之供給壓力設為較高之壓力條件，不用擔心對裝置之負荷或噴嘴改良等裝置成本之增加，可於溫和的壓力條件下以較高之面內分佈均勻性對作為處理對象物之矽層進行蝕刻。
1‧‧‧反應腔室
5‧‧‧平台
6‧‧‧平台溫度調整器
7‧‧‧試樣
8‧‧‧真空泵
21‧‧‧蝕刻氣體供給系統
23‧‧‧稀釋氣體供給系統
31‧‧‧閥門
32‧‧‧閥門
33‧‧‧閥門
41‧‧‧氣體配管
42‧‧‧氣體配管
圖1係實施例及比較例中使用之蝕刻裝置之概略圖。
圖2係表示蝕刻量之面內分佈之圖表1。
圖3係表示蝕刻量之面內分佈之圖表2。
圖4係表示七氟化碘之體積比率與蝕刻速度之關係之圖表。
圖5(a)、(b)係實施例及比較例中使用之蝕刻試樣之剖面示意圖。
本發明之乾式蝕刻方法之特徵在於：以特定之供給壓力自儲氣瓶等供給源經由供給管供給包含七氟化碘之蝕刻氣體，進而，將設定為特定之供給壓力之蝕刻氣體導入至減壓至低於蝕刻氣體之供給壓力之壓力的處理室，於處理室內使蝕刻氣體急遽地隔熱膨脹，使蝕刻氣體吸附於作為處理對象物之矽層之表面。再者，本發明之乾式蝕刻方法係無需電漿激發之無電漿蝕刻。
若於處理室內使蝕刻氣體隔熱膨脹，則藉由隔熱膨脹之作用，使蝕刻氣體中之七氟化碘吸附於被蝕刻之作為處理對象物之矽層之表面，進而使蝕刻氣體之成分冷凝而液化。藉此，即便進行蝕刻，亦可遍及基板等處理對象物之整個表面而使被蝕刻之表面上之濃度保持均勻，抑制面內之蝕刻速度之差，且抑制蝕刻量之面內不均。尤其是作為蝕刻氣體成分，其特徵在於：藉由使用七氟化碘作為蝕刻氣體，而使氣體之供給壓力為溫和的壓力條件(供給氣體壓為100kPa左右)從而容易地使其隔熱膨脹。認為其原因係七氟化碘所具有之獨特之化學性
質即昇華性。
以下，對本發明之使用七氟化碘之乾式蝕刻方法詳細地進行說明。
於本發明中使用之七氟化碘能以工業規模製造並購入使用，並無特別限制。又，七氟化碘可利用先前公知之製造方法獲取，例如，可利用本申請人申請之日本專利特開2009-23896號中揭示之製造方法等製造並獲取。
於本發明中，添加氣體並非必需之要件且七氟化碘亦可單獨使用，但亦可於不損害本發明之效果之範疇內，視需要而適當地加入其他添加氣體。通常，七氟化碘係於蝕刻氣體中含有至少50體積%以上，較佳為80體積%以上。尤其是為了兼具較高之面內均勻性與蝕刻速度，更佳為七氟化碘實質上為100體積%，即，實質上不含七氟化碘以外之成分。
再者，所謂「實質上不含七氟化碘以外之成分」係指不另外添加供蝕刻之七氟化碘以外之成分，亦可包含源自在通常之七氟化碘之製造步驟等中混入之原料的微量成分即五氟化碘、氟、氟化氫等。
作為七氟化碘以外添加至蝕刻氣體中之氣體，為了調整蝕刻之性能，視需要亦可加入氧化性氣體或惰性氣體。通常，於添加氣體被加入之情形時，以七氟化碘之含有率成為1~100體積%之範圍之方式適當調整。
作為氧化性氣體，例示有O2、O3、CO2、COCl2、COF2、N2O、NO、NO2等含氧氣體，F2、NF3、Cl2、Br2、I2、YFn(Y=Cl、Br、I，1≦n≦5)等鹵素氣體。該等中，較佳為O2、COF2、F2、NF3、Cl2。再者，氧化性氣體之添加量係取決於使用之蝕刻裝置之性能、形狀及蝕刻條件而適當調整。
作為主要用作現有之矽之蝕刻氣體之ClF3與本發明之七氟化碘在
性質上明顯不同之方面，可列舉：七氟化碘具有昇華性故而易於汽化。七氟化碘具有昇華性，故而於經由供給管供給時，不會液化而可容易使蝕刻氣體隔熱膨脹。又，關於七氟化碘，與現有之矽之蝕刻氣體相比發現，因其化學性質，使得與對矽進行蝕刻加工時之掩膜材料等耐蝕刻構件之選擇比非常優異(詳細情況係於下述中說明)。
成為本發明之乾式蝕刻方法之處理對象物者只要為於半導體元件等構造體中具有矽層者則並無特別限制，較佳為至少包含矽層及實質上不會與七氟化碘反應之耐蝕刻構件的半導體元件等之構造體。又，亦可應用於單獨包含矽之處理對象物，又可用於矽基板之表面加工，例如，亦可用於矽基板上之溝槽或洞孔形成。
作為矽層，較佳為用於半導體元件形成之矽層，例如，可列舉非晶矽膜、多晶矽膜、單晶矽膜等。又，耐蝕刻構件可列舉：用作用以將矽層加工成特定之形狀之掩膜之情形；或者去除作為處理對象物之矽層而使耐蝕刻構件自身形成為三維構造等特定之形狀，從而將耐蝕刻構件用作半導體元件之構造體的情形。
於將耐蝕刻構件用作掩膜之情形時，可應用如下方法：使用在矽層之表面圖案化為特定形狀之掩膜，使用蝕刻氣體而選擇性地蝕刻矽層。用於掩膜之材料只要為實質上不會與七氟化碘反應之材料則並無特別限制，例如，可列舉：SiO2、SiOC、SiON、SiN、TiN、TiO2、光阻劑、碳系材料，以及，Ru、Cu、Ni、Co、Hf、Zf及該等之氧化物等金屬材料。該等之中，尤佳為SiO2、SiN、TiN等材料(參照實施例)。
又，同樣地，於將耐蝕刻構件自身用作半導體元件之構造體之情形時，耐蝕刻構件之材質可使用實質上不會與七氟化碘反應之材料，且可較佳地使用選自SiO2、SiN、TiN中之至少1種以上之材料。
以下，針對對於至少包含矽層與實質上不會與七氟化碘反應之
耐蝕刻構件的半導體元件等之矽層選擇性地進行蝕刻時的七氟化碘與耐蝕刻構件之反應性進行說明。
如實施例所示，發現，於將七氟化碘用作蝕刻氣體之情形時，使用SiN、TiN等掩膜進行矽之蝕刻之情形時，與ClF3或XeF2等現有之氣體不同，矽蝕刻速度之掩膜選擇比非常優異。與ClF3或XeF2相比，七氟化碘及反應後生成之低價之氟化碘化合物(例如，IF5)之鍵結能較高(參照下述表1)。雖反應機制並未明確，但IF7之鍵結能較高，作為化合物而言較為穩定，故而與ClF3或XeF2相比與掩膜材料之反應性較低，因此，對掩膜材料之反應性較低。又，七氟化碘係藉由隔熱膨脹而吸附於矽層表面並液化，故而蝕刻速度較高。因此，推測蝕刻選擇比較高。再者，表1之出處係J.C.BAILAR JR.,COMREHENSIVE INORGANIC CHEMISTRY(綜合無機化學)，II,PERGAMON PRESS Ltd(培格曼出版公司)，1973,p1491-p1496。
其次，對本發明之乾式蝕刻之反應條件進行說明。
為於腔室等處理室內使蝕刻氣體隔熱膨脹，將蝕刻氣體保持為特定之供給壓力進行供給。蝕刻氣體之供給壓力通常為66kPa以上、0.5MPa，進而較佳為101kPa以上、300kPa以下。若低於66kPa則無法充分使蝕刻氣體隔熱膨脹，故而欠佳，又，於高於0.5MPa之壓力之情形時，自對裝置之負擔等觀點出發無須施加其以上之壓力。
又，為了獲得更高之基板面內均勻性，蝕刻處理之製程壓力尤佳為蝕刻氣體中之七氟化碘通常為1Pa以上、3kPa以下，進而為5Pa
以上、1.5kPa以下。
導入蝕刻氣體前之腔室內之壓力只要為利用真空泵等減壓而使蝕刻氣體隔熱膨脹之程度之壓力範圍內則無限制，為10-5Pa以上、~10kPa以下之範圍，通常於1Pa以上、1.5kPa以下進行即可。
為了有效地進行隔熱膨脹，尤佳為將供給壓力(一次壓)與腔室內壓力(二次壓)之差設為特定之範圍。具體而言，於蝕刻氣體之供給壓力(Ps)與處理室內之壓力(Pn)之比率Ps/Pn通常為20以上、1000000000(1.0×109)以下進行，當考慮到考慮對裝置之負擔而更有效地使蝕刻氣體隔熱膨脹時，較佳為50以上、10000000(1.0×107)以下，進而尤佳為50以上、10000(1.0×104)以下。上述範圍顯示，與先前之利用隔熱膨脹之蝕刻方法相比一次壓與二次壓之差極小，可於溫和的壓力條件下蝕刻。
在關於蝕刻速度獲得更高之面內均勻性之方面尤佳為，使蝕刻氣體與作為處理對象物之矽層接觸而使經過向矽層之吸附過程的蝕刻佔優勢，故而矽基板溫度通常為-40℃以上、150℃以下，進而為-10℃以上、80℃以下(參照實施例)。
蝕刻時間並無特別限制，若考慮到半導體元件製造製程之效率，則較佳為60分鐘以內。此處，所謂蝕刻時間係指向在進行蝕刻處理之內部設置有基板之製程腔室之內部導入蝕刻氣體，其後，為了結束蝕刻處理而利用真空泵等將該製程腔室之內之蝕刻氣體排出為止的時間。
本發明之乾式蝕刻方法可應用於如圖1所示之用於半導體製造步驟之通常之蝕刻裝置，尤其是使用之蝕刻裝置之構成並無限定。例如，無須設置用以使供給之蝕刻氣體隔熱膨脹之特殊形狀之氣體噴出部，可利用通常之氣體供給管。又，氣體供給管與配置於處理室之半導體元件等被處理物之位置關係亦只要可使隔熱膨脹之蝕刻氣體與被
處理物接觸則並無特別限制。
又，作為使用本發明之方法進行蝕刻之處理室，只要為有對使用之氟系氣體之耐受性且可減壓至特定之壓力者則並無限定，通常應用有半導體之蝕刻裝置中所具備之通常之腔室等。又，將七氟化碘保持為特定之壓力而供給之供給管或其他配管等亦只要為對氟系氣體具有耐受性者則並無特別限定，可使用通常者。
以下，利用實施例對本發明詳細地進行說明，但本發明並不限定於該實施例。
首先，對蝕刻裝置之構成進行說明。圖1表示本發明之實施例及比較例中使用之蝕刻裝置之概略圖。
於反應腔室1具備用以支撐試樣7之平台5。試樣7係使用於6英吋之矽基板上形成有矽氧化膜(20nm)、進而於其上形成有多晶矽膜(30μm)者。於平台5具備可調整平台之溫度之平台溫度調整器6。於反應腔室1連接有用以氣體導入之氣體配管41及用以氣體排出之氣體配管42。
蝕刻氣體供給系統21經由閥門31而與氣體配管41連接，稀釋氣體供給系統23經由閥門32而與氣體配管41連接。為了排出氣體，真空泵8經由閥門33與氣體配管42連接。反應腔室1內部之壓力係基於附設於反應腔室1之壓力計(圖中省略)之指示值，而由閥門33進行控制。
其次對蝕刻裝置之操作方法進行說明。於平台5上設置試樣7，將反應腔室1及氣體配管41、42真空置換至1.5kPa後，將平台5之溫度設定為特定值。於確認平台5之溫度達到特定值後，打開閥門31、32、33，使蝕刻氣體供給系統21之壓力成為特定壓力，自氣體配管41將蝕刻氣體導入至反應腔室1。將此時之蝕刻氣體之總流量設為100sccm。再者，於需要稀釋氣體之供給之情形時，視需要，自稀釋氣體
供給系統23供給特定流量之氣體。
於導入蝕刻氣體後經過特定時間(蝕刻時間，2分鐘)後，停止蝕刻氣體之導入，對反應腔室1內部進行真空置換後，取出試樣7，進行面內分佈均勻性與蝕刻速度之測定。
使用上述附多晶矽膜之矽基板(試樣7)，分別測定複數處蝕刻前之多晶矽膜之膜厚與蝕刻後之多晶矽膜之膜厚，求出各測定部位之蝕刻量(蝕刻前與蝕刻後之膜厚差)。由各測定部位之蝕刻量之平均與蝕刻時間算出蝕刻速度，基於此而對蝕刻量之面內分佈進行評價。
再者，所謂蝕刻量之面內分佈，係於將對附多晶矽膜之矽基板(試樣7)進行測定所得之蝕刻量中的蝕刻量之最大值設為Max、蝕刻量之最小值設為Min、蝕刻量之平均值設為Ave時，由計算式(1)：(Max-Min)/2Ave×100 (1)
所表示之值(單位：%)，且表示該值越大則蝕刻量之不均越大。
表2中對實施例及比較例中之各蝕刻條件與面內分佈評價、蝕刻速度之結果進行顯示。又，將蝕刻量之面內分佈之關係示於圖2、3。將七氟化碘之體積比率與蝕刻速度之關係示於圖4。
[實施例1-1]
使用實質上不含七氟化碘以外之成分者(IF7，體積100%，無稀釋氣體)作為蝕刻氣體，對試樣進行蝕刻試驗。作為蝕刻條件，將蝕刻氣體之供給壓力設為100Pa、腔室內之蝕刻製程壓力設為1kPa、蝕刻氣體之總流量設為100sccm、矽基板溫度設為30℃。其結果為，蝕刻後之試樣之面內分佈為1~6%而蝕刻量之面內均勻性良好。又，蝕刻速度為12μm/min，係良好。再者，於[實施例1-1]中，供給壓力(Ps)與腔室之處理室內壓力(Pn)之比率Ps/Pn為66。
[實施例1-2]
將七氟化碘設為80體積%(Ar氣體，20體積%)作為蝕刻氣體，除
此以外，以與實施例1相同之條件進行蝕刻試驗。其結果為，與實施例1同樣，蝕刻後之試樣之面內分佈為1~6%而蝕刻量之面內均勻性良好。又，蝕刻速度為11μm/min，係良好。
[實施例1-3]
將七氟化碘設為50體積%(Ar氣體，50體積%)作為蝕刻氣體，除此以外，以與實施例1相同之條件進行蝕刻試驗。其結果為，與實施例1同樣地，蝕刻後之試樣之面內分佈為1~8%，雖稍微遜於實施例1、2但蝕刻量之面內均勻性大致良好。又，蝕刻速度為5μm/min，相對較良好。
[實施例1-4]
將七氟化碘設為10體積%(N2氣體，90體積%)作為蝕刻氣體，除此以外，以與實施例1相同之條件進行蝕刻試驗。其結果為，與實施例1同樣地，蝕刻後之試樣之面內分佈為1~11%，雖稍微遜於實施例1、2但蝕刻量之面內均勻性大致良好。又，蝕刻速度為5μm/min，相對較良好。
[實施例1-5]
將矽基板溫度設為-30℃，除此以外，以與實施例1-1相同之條件進行蝕刻試驗。其結果為，蝕刻後之試樣之面內分佈為1~8%，雖稍微遜於實施例1-1、1-2但蝕刻量之面內均勻性大致良好，但蝕刻速度為5μm/min，與實施例1相比較低。
[實施例1-6]
將矽基板溫度設為110℃，除此以外，以與實施例1-1相同之條件進行蝕刻試驗。其結果為，蝕刻速度為14μm/min，為與實施例1-1同等之值，但蝕刻後之試樣之面內分佈為1~11%，與實施例1-1相比可看到不均。
[比較例1-1]
設為無法使蝕刻氣體充分隔熱膨脹之條件(供給壓力20Pa)，除此以外，以與實施例1-1相同之條件進行蝕刻試驗。其結果為，蝕刻速度為12μm/min，係良好，但蝕刻後之試樣之面內分佈為11~25%，面內之蝕刻量之不均較大。再者，於[比較例1-1]中，供給壓力(Ps)與腔室之處理室內壓力(Pn)之比率Ps/Pn為13。
[比較例1-2]
使用自先前以來用於矽層之蝕刻之現有之ClF3(三氟化氯)，除此以外，以與實施例1-1相同之條件進行蝕刻試驗。其結果為，蝕刻速度為12μm/min，係良好，但蝕刻後之試樣之面內分佈為17~28%，面內之蝕刻量之不均較大。
由表2之[實施例1-1]~[實施例1-6]之結果可知，若使用包含七氟化碘之蝕刻氣體進行蝕刻，則於100Pa左右之未對裝置施加負荷之溫和的壓力條件下容易使蝕刻氣體隔熱膨脹而可蝕刻矽層。又，由[實施例1-1]~[實施例1-4]之結果可知，蝕刻氣體中之七氟化碘之體積比率越多則越可獲得良好的蝕刻速度與蝕刻量之面內均勻性。
根據[比較例1-1]之結果可知，於供給壓力為20kPa之條件下無法使其隔熱膨脹，從而無法獲得良好之面內分佈。又，[比較例1-2]等先前使用之蝕刻氣體(ClF3)係於溫和的壓力條件下面內分佈之不均較多。可認為其原因在於：無法充分使其隔熱膨脹。
顯示將本發明之乾式蝕刻方法用於矽層之形狀加工而對試樣之矽層進行蝕刻的實驗例。作為試樣，使用如下的試樣：於矽基板上形成矽氧化膜(20nm)、進而於其上形成多晶矽膜(3μm)、於該多晶矽膜之表面形成作為蝕刻掩膜之掩膜材料50nm。將試樣之剖面示意圖示於圖5。於圖5中，(a)表示實施例、比較例中使用之蝕刻試樣之剖面示意圖，(b)表示蝕刻後之剖面示意圖。再者，作為掩膜材料，使用有SiO2、SiN、TiN。
使用圖5之試樣進行蝕刻試驗，對矽層之蝕刻速度、與對掩膜材料之矽蝕刻速度之選擇比(方便起見，存在稱為選擇比之情形)進行評價。將其結果示於表3。再者，作為比較例，使用先前主要用作蝕刻氣體之各種氟系氣體進行評價。
[實施例2-1]
使用[實施例1-1]中使用之圖1之蝕刻裝置，對於形成有圖5之掩膜之試樣進行蝕刻試驗。作為蝕刻氣體，使用100體積%之七氟化碘。作為蝕刻條件，除將蝕刻製程之壓力設為200Pa以外，以與[實施例1-1]相同之條件進行蝕刻試驗。其結果可知，若使用七氟化碘作為蝕刻氣體，則對SiN、TiN、SiO2而言矽層蝕刻之選擇比優異。又，觀察掩膜開口部周邊之加工形狀之結果，掩膜材料無上端脫落，所形成之側壁形狀亦良好。再者，於使用SiO2作為掩膜材料之情形時，當分別使用IF7、XeF2、ClF3、BrF5、IF5、F2時，就任一氣體而言作為掩膜材料之SiO2均未受到蝕刻。
[比較例2-1]~[比較例2-5]
作為使用之蝕刻氣體，設為XeF2、ClF3、BrF5、IF5、F2，將各自之蝕刻製程壓力(Pa)依序設為30、50、150、90、200，除此以外，以與[實施例2-1]相同之條件進行蝕刻試驗。再者，使用之氣體均未利用稀釋氣體等進行稀釋而進行試驗。其結果為，XeF2對SiN、TiN之任一
者而言選擇比並不良好。ClF3、BrF5對TiN而言選擇比良好，但對SiN並不良好。進而，IF5、F2係與XeF2、ClF3、BrF5相比顯示良好之結果，但若與[實施例2-1]中使用之IF7相比則為選擇比較差者。
由[實施例2-1]及[比較例2-1]~[比較例2-5]之結果可知，本發明之七氟化碘係與先前使用之現有之氟系之蝕刻相比，對SiN、TiN之任一者而言選擇比均良好，且蝕刻矽層時用作蝕刻氣體時之掩膜等材料選擇之自由度較高。
本發明對半導體製造中之矽層之利用蝕刻而進行之微細加工而言有用。
1‧‧‧反應腔室
5‧‧‧平台
6‧‧‧平台溫度調整器
7‧‧‧試樣
8‧‧‧真空泵
21‧‧‧蝕刻氣體供給系統
23‧‧‧稀釋氣體供給系統
31‧‧‧閥門
32‧‧‧閥門
33‧‧‧閥門
41‧‧‧氣體配管
42‧‧‧氣體配管
Claims (7)
- 一種乾式蝕刻方法，其特徵在於：其係於處理室內對作為處理對象物之矽層進行無電漿蝕刻者；且於供給壓力為66kPa~0.5MPa之壓力範圍內自供給源供給包含七氟化碘之蝕刻氣體，將保持於該壓力範圍之蝕刻氣體導入至減壓至低於上述供給壓力之壓力的處理室，對上述矽層進行蝕刻。
- 如請求項1之乾式蝕刻方法，其中蝕刻氣體包含至少50體積%以上之七氟化碘。
- 如請求項1或2之乾式蝕刻方法，其中蝕刻氣體實質上不含七氟化碘以外之成分。
- 如請求項1或2之乾式蝕刻方法，其中供給壓力(Ps)與處理室內之壓力(Pn)之比率Ps/Pn為20以上、1×109以下。
- 如請求項1或2之乾式蝕刻方法，其中處理對象物之溫度為-40℃~150℃。
- 如請求項1或2之乾式蝕刻方法，其中處理對象物至少包含矽層與耐蝕刻構件，且利用蝕刻氣體而選擇性地蝕刻上述矽層。
- 如請求項6之乾式蝕刻方法，其中耐蝕刻構件包含選自SiO2、SiN、TiN中之至少1種以上之材料。
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