WO2015186461A1 - エッチング方法 - Google Patents

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WO2015186461A1
WO2015186461A1 PCT/JP2015/063070 JP2015063070W WO2015186461A1 WO 2015186461 A1 WO2015186461 A1 WO 2015186461A1 JP 2015063070 W JP2015063070 W JP 2015063070W WO 2015186461 A1 WO2015186461 A1 WO 2015186461A1
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WO
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gas
etching
chamber
film
silicon
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Application number
PCT/JP2015/063070
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English (en)
French (fr)
Inventor
信博 ▲高▼橋
哲朗 ▲高▼橋
清水　昭貴
幸一 長倉
斉藤　剛
秀一郎 宇田
Original Assignee
東京エレクトロン株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • the present invention relates to an etching method for etching a silicon nitride film formed on a substrate.
  • COR chemical oxide removal
  • SiO 2 silicon oxide
  • HF hydrogen fluoride
  • NH 3 ammonia
  • COR has been developed as a technique for etching an oxide, but since it is a low-damage etching technique that performs etching without generating plasma in the chamber, this technique has recently been applied to silicon nitride (SiN).
  • SiN silicon nitride
  • Application to film etching is being studied.
  • As an etching gas for etching the SiN film without generating plasma in the chamber HF gas + F 2 gas has been studied (for example, Patent Document 3).
  • the SiN film is often adjacent to silicon (Si) such as a polysilicon (poly-Si) film or a silicon (Si) substrate, or an SiO 2 film.
  • Si silicon
  • the SiO 2 film is etched by NH 3 gas and HF gas generated as reaction products at low temperature, and Si is etched at high temperature.
  • NH 3 gas and HF gas generated as reaction products at low temperature
  • Si is etched at high temperature.
  • an object of the present invention is to provide an etching method capable of etching a silicon nitride film with a high selectivity with respect to a silicon oxide film and / or silicon.
  • a substrate to be processed having a silicon nitride film on the surface and having a silicon and / or silicon oxide film adjacent to the silicon nitride film is disposed in a chamber;
  • a fluorine-containing gas, an alcohol gas, an O 2 gas, and an inert gas are supplied into the chamber in an excited state, whereby the silicon nitride film is selected with respect to the silicon and / or the silicon oxide film.
  • Etching method is provided.
  • an etching process can be performed by further supplying an inert gas.
  • an inert gas In this case, N 2 gas and / or Ar gas can be suitably used as the inert gas.
  • the fluorine-containing gas, the alcohol gas, the O 2 gas, and the inert gas can be introduced into the chamber after being collectively excited by plasma outside the chamber.
  • the alcohol constituting the alcohol gas is at least one selected from ethanol (C 2 H 5 OH), methanol (CH 3 OH), propanol (C 3 H 7 OH), and butanol (C 4 H 9 OH). Further, as the fluorine-containing gas, at least one selected from ClF 3 gas, F 2 gas, SF 6 gas, NF 3 gas, and HF gas can be used.
  • the partial pressure of the alcohol gas when performing the etching can be set to 0.53 to 1.33 Pa.
  • the volume ratio of the fluorine-containing gas to the alcohol gas during the etching can be in the range of 1: 100 to 100: 1.
  • the volume ratio of the fluorine-containing gas and the O 2 gas during the etching can be in the range of 1: 1 to 1: 100.
  • the volume ratio of the inert gas to the other gas during the etching can be in the range of 1: 100 to 100: 1.
  • the temperature of the mounting table on which the substrate to be processed is mounted in the chamber can be set to a range of 10 to 200 ° C.
  • the pressure in the chamber can be set to a range of 13 to 1333 Pa.
  • a storage medium that operates on a computer and stores a program for controlling an etching apparatus, and the program has a silicon nitride film on a surface when executed.
  • a substrate to be processed having a silicon and / or silicon oxide film adjacent to the silicon nitride film is disposed in the chamber; a fluorine-containing gas; an alcohol gas; an O 2 gas; An active gas is supplied in an excited state, whereby an etching method comprising selectively etching the silicon nitride film with respect to the silicon and / or the silicon oxide film is performed on the computer.
  • a storage medium for controlling the etching apparatus is provided.
  • the SiN film on the surface of the substrate to be processed is adjacent.
  • Etching can be performed with a very high selectivity with respect to the SiO 2 film and / or silicon provided.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram which shows an example of the processing system carrying the etching apparatus used in order to implement the etching method which concerns on embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows the heat processing apparatus mounted in the processing system of FIG. It is sectional drawing which shows the etching apparatus mounted in the processing system of FIG. It is a figure which shows the relationship between the ethanol gas flow rate and the etching amount of each film
  • Experimental Example 1 is a diagram showing the relationship between the etching selection ratio of SiN film to a temperature of the mounting table and the relationship between the etching amount of each membrane, and the temperature of the mounting table and Si and SiO 2 film.
  • Experimental Example 1 is a diagram showing the relationship between the relationship between the etching amount of the pressure inside the chamber and each film, and the etching selectivity of the SiN film to the chamber pressure and the Si and SiO 2 film.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a relationship between an ethanol gas partial pressure and an SiN film etching rate and an ethanol gas partial pressure and an SiN film etching selectivity with respect to an SiO 2 film in Experimental Example 2. It is a figure which shows the relationship between the ethanol gas partial pressure and the selection ratio of the SiN film
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a processing system equipped with an etching apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the processing system 1 includes a loading / unloading section 2 for loading / unloading a semiconductor wafer (hereinafter simply referred to as a wafer) W, and two load lock chambers (L / L) 3 provided adjacent to the loading / unloading section 2.
  • a heat treatment apparatus 4 for performing heat treatment on the wafer W provided adjacent to each load lock chamber 3 and a plasma generated in the chamber provided adjacent to each heat treatment apparatus 4 respectively.
  • An etching apparatus 5 according to the present embodiment that performs etching on the wafer W and a control unit 6 are provided.
  • the loading / unloading unit 2 has a transfer chamber (L / M) 12 in which a first wafer transfer mechanism 11 for transferring the wafer W is provided.
  • the first wafer transfer mechanism 11 has two transfer arms 11a and 11b that hold the wafer W substantially horizontally.
  • a mounting table 13 is provided on the side of the transfer chamber 12 in the longitudinal direction. For example, three carriers C capable of accommodating a plurality of wafers W arranged side by side can be connected to the mounting table 13. .
  • an orienter 14 is installed adjacent to the transfer chamber 12 to rotate the wafer W and optically determine the amount of eccentricity.
  • the wafer W is held by the transfer arms 11 a and 11 b, and is moved to a desired position by moving straight and moving up and down substantially in a horizontal plane by driving the first wafer transfer mechanism 11.
  • the transfer arms 11a and 11b are moved forward and backward with respect to the carrier C, the orienter 14 and the load lock chamber 3 on the mounting table 13, respectively.
  • Each load lock chamber 3 is connected to the transfer chamber 12 with a gate valve 16 interposed between the load lock chamber 3 and the transfer chamber 12, respectively.
  • a second wafer transfer mechanism 17 for transferring the wafer W is provided in each load lock chamber 3.
  • the load lock chamber 3 is configured to be evacuated to a predetermined degree of vacuum.
  • the second wafer transfer mechanism 17 has an articulated arm structure and has a pick for holding the wafer W substantially horizontally.
  • the pick is positioned in the load lock chamber 3 with the articulated arm contracted, and the pick reaches the heat treatment apparatus 4 by extending the articulated arm and further extends. It is possible to reach the etching apparatus 5, and the wafer W can be transferred between the load lock chamber 3, the heat treatment apparatus 4, and the etching apparatus 5.
  • the heat treatment apparatus 4 has a chamber 20 that can be evacuated and a mounting table 23 on which the wafer W is mounted.
  • a heater 24 is embedded in the mounting table 23.
  • the wafer W after being subjected to the etching process by the heater 24 is heated to vaporize and remove etching residues present on the wafer W.
  • a loading / unloading port 20 a for transferring a wafer to / from the load locking chamber 3 is provided.
  • the loading / unloading port 20 a can be opened and closed by a gate valve 22.
  • a loading / unloading port 20 b for transferring the wafer W to / from the etching device 5 is provided on the etching device 5 side of the chamber 20, and this loading / unloading port 20 b can be opened and closed by a gate valve 54.
  • the upper portion of the side wall of the chamber 20 is connected to a gas supply passage 25, the gas supply passage 25 is connected to the N 2 gas supply source 30.
  • An exhaust path 27 is connected to the bottom wall of the chamber 20, and the exhaust path 27 is connected to a vacuum pump 33.
  • the gas supply path 25 is provided with a flow rate adjustment valve 31, and the exhaust path 27 is provided with a pressure adjustment valve 32. By adjusting these valves, the inside of the chamber 20 is filled with N 2 gas atmosphere at a predetermined pressure. Then, heat treatment is performed.
  • An inert gas other than N 2 gas such as Ar gas may be used.
  • the control unit 6 includes a process controller 91 including a microprocessor (computer) that controls each component of the processing system 1.
  • a user interface 92 having a keyboard for an operator to input commands and the like for managing the processing system 1 and a display for visualizing and displaying the operating status of the processing system 1.
  • the process controller 91 also includes a control program and a process for realizing various processes executed by the processing system 1, for example, supply of process gas in the etching apparatus 5 described later, exhaust in the chamber, and the like by controlling the process controller.
  • a processing unit that is a control program for causing each component of the processing system 1 to execute a predetermined process according to conditions, and a storage unit 93 that stores various databases and the like are connected.
  • the recipe is stored in an appropriate storage medium (not shown) in the storage unit 93. If necessary, an arbitrary recipe is called from the storage unit 93 and is executed by the process controller 91, whereby a desired process in the processing system 1 is performed under the control of the process controller 91.
  • the wafer W has a SiN film to be etched on the surface, and a SiO 2 film and Si (Si constituting the substrate, poly-Si film, etc.) adjacent thereto.
  • a plurality of such wafers W are stored in the carrier C and transferred to the processing system 1.
  • a single wafer W is loaded from the carrier C of the loading / unloading unit 2 by one of the transfer arms 11 a and 11 b of the first wafer transfer mechanism 11 with the atmosphere side gate valve 16 opened.
  • the gate valve 16 on the atmosphere side is closed and the load lock chamber 3 is evacuated, then the gate valve 54 is opened, the pick is extended to the etching apparatus 5, and the wafer W is transferred to the etching apparatus 5.
  • the pick is returned to the load lock chamber 3, the gate valve 54 is closed, and an etching process is performed in the etching apparatus 5 as described later.
  • the gate valves 22 and 54 are opened, the wafer W after the etching process is transferred to the heat treatment apparatus 4 by the pick of the second wafer transfer mechanism 17, and N 2 gas is introduced into the chamber 20,
  • the wafer W on the mounting table 23 is heated by the heater 24, and the reaction product, etching residue, and the like are removed by heating.
  • the gate valve 22 is opened, and the wafer W after the etching process on the mounting table 23 is retracted to the load lock chamber 3 by the pick of the second wafer transfer mechanism 17 to thereby move the first wafer transfer mechanism.
  • 11 is returned to the carrier C by one of the 11 transfer arms 11a and 11b. Thereby, processing of one wafer is completed. Such processing is performed on a plurality of wafers in the carrier C.
  • the heat treatment apparatus 4 may not be provided.
  • the wafer W after the etching process is completed is transferred to the second wafer transfer mechanism 17. It may be retracted to the load lock chamber 3 by picking and returned to the carrier C by one of the transfer arms 11a and 11b of the first wafer transfer mechanism 11.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the etching apparatus according to this embodiment.
  • the etching apparatus includes a sealed chamber 40, and a mounting table 42 for mounting the wafer W in a substantially horizontal state is provided inside the chamber 40.
  • the etching apparatus 5 includes a gas supply mechanism 43 that supplies an etching gas to the chamber 40 and an exhaust mechanism 44 that exhausts the inside of the chamber 40.
  • the chamber 40 includes a chamber body 51 and a lid 52.
  • the chamber body 51 has a substantially cylindrical side wall portion 51 a and a bottom portion 51 b, and an upper portion is an opening, and the opening is closed by a lid portion 52.
  • the side wall 51a and the lid 52 are sealed by a seal member (not shown), and the airtightness in the chamber 40 is ensured.
  • a gas introduction nozzle 61 is inserted into the top wall of the lid 52 from the upper side into the chamber 40.
  • the side wall 51 a is provided with a loading / unloading port 53 for loading / unloading the wafer W to / from the chamber 20 of the heat treatment apparatus 4.
  • the loading / unloading port 53 can be opened and closed by a gate valve 54.
  • the mounting table 42 has a substantially circular shape in plan view, and is fixed to the bottom 51 b of the chamber 40.
  • a temperature controller 55 that adjusts the temperature of the mounting table 42 is provided inside the mounting table 42.
  • the temperature controller 55 includes, for example, a pipe line through which a temperature adjusting medium (for example, water) circulates, and heat exchange is performed with the temperature adjusting medium flowing in the pipe line, thereby the mounting table 42.
  • the temperature of the wafer W on the mounting table 42 is controlled.
  • the gas supply mechanism 43 has a first gas supply pipe 62 connected to the gas introduction nozzle 61 described above, and the other end of the first gas supply pipe 62 excites a gas by plasma. Connected to the exit side of On the other hand, a second gas supply pipe 64 and a third gas supply pipe 65 are connected to the inlet side of the gas excitation unit 63.
  • the ethanol in the second gas supply pipe 64 fluorine (F) containing ClF 3 gas supply source 66 for supplying ClF 3 gas as a gas is connected to the third gas supply pipe 65 is an alcohol gas ( An ethanol gas supply source 67 that supplies (C 2 H 5 OH) gas is connected.
  • the downstream end of the fourth gas supply pipe 68 is connected to the middle of the second gas supply pipe 64, and Ar gas that is an inert gas is connected to the upstream end of the fourth gas supply pipe 68.
  • An Ar gas supply source 69 is connected.
  • the downstream ends of the fifth gas supply pipe 70 and the sixth gas supply pipe 71 are connected to the middle of the third gas supply pipe 65, and the fifth gas supply pipe 70 and the sixth gas are connected.
  • the upstream end of the supply pipe 71, N 2 gas supplied N 2 gas supply source 73 is connected to an O 2 gas supply source 72 and inert gas supplying O 2 gas, respectively.
  • the second to sixth gas supply pipes 64, 65, 68, 70, 71 are provided with a flow rate controller 80 for opening and closing the flow path and controlling the flow rate.
  • the flow rate controller 80 is constituted by, for example, an on-off valve and a mass flow controller.
  • a ClF 3 gas supply source 66, an ethanol gas supply source 67, an Ar gas supply source 69, an O 2 gas supply source 72, and an N 2 gas supply source 73 are respectively supplied with ClF 3 gas, ethanol gas, Ar Gas, O 2 gas, and N 2 gas are supplied to the gas excitation unit 63, and these gases are excited by the gas excitation unit 63 and supplied into the chamber 40 through the first gas supply pipe 62 and the gas introduction nozzle 61. Is done.
  • the F-containing gas is not limited to ClF 3 gas, and other F 2 gas, SF 6 gas, NF 3 gas, and HF gas can be used, and ClF 3 gas, F 2 gas, SF 6 gas, and NF 3 can be used. At least one selected from gas and HF gas can be used.
  • the alcohol constituting the alcohol gas is not limited to ethanol, and other alcohols can be used.
  • Monovalent alcohols are preferable, and monovalent alcohols include methanol (CH 3 OH) in addition to ethanol.
  • Propanol (C 3 H 7 OH), butanol (C 4 H 9 OH) can be preferably used, and at least one of these can be used.
  • two types of structural isomers exist in propanol and four types of structural isomers exist in butanol, any structural isomer can be used.
  • Ar gas and N 2 gas as inert gas are used as dilution gases.
  • One of these may be used as the inert gas.
  • these N 2 gas and Ar gas are preferable, but other inert gas such as He may be used.
  • the inert gas can be used as a purge gas for purging the chamber 40 in addition to the dilution gas. In that case, the gas excitation unit 63 is turned off, and Ar gas or N 2 gas as an inert gas is supplied into the chamber 40.
  • the configuration of the gas excitation unit 63 is not particularly limited as long as it can excite the gas.
  • plasma generated by an appropriate method for example, remote plasma that guides microwave plasma or inductively coupled plasma to the chamber 40 can be used.
  • the gas may be excited at a position adjacent to the chamber 40, and the gas excited from a hole formed in the wall that partitions the chamber 40, for example, a ceiling wall, may be introduced into the chamber 40.
  • a method may be used in which a shower head is provided in the upper part of the chamber 40, microwave plasma or inductively coupled plasma is generated in the shower head, and the plasma is introduced into the chamber 40 from the discharge hole of the shower head.
  • the exhaust mechanism 44 has an exhaust pipe 82 connected to an exhaust port 81 formed in the bottom 51 b of the chamber 40, and further, an automatic pressure provided in the exhaust pipe 82 for controlling the pressure in the chamber 40.
  • a control valve (APC) 83 and a vacuum pump 84 for evacuating the chamber 40 are provided.
  • two capacitance manometers 86a and 86b are provided so as to be inserted into the chamber 40 as pressure gauges for measuring the pressure in the chamber 40.
  • the capacitance manometer 86a is for high pressure
  • the capacitance manometer 86b is for low pressure.
  • a temperature sensor (not shown) for detecting the temperature of the wafer W is provided in the vicinity of the wafer W mounted on the mounting table 42.
  • Al is used as the material of various components such as the chamber 40 and the mounting table 42 that constitute the etching apparatus 5.
  • the Al material constituting the chamber 40 may be a solid material, or may be an inner surface (such as the inner surface of the chamber body 51) subjected to an anodizing treatment.
  • the surface of Al constituting the mounting table 42 is required to have wear resistance, it is preferable to perform anodization to form an oxide film (Al 2 O 3 ) having high wear resistance on the surface.
  • ClF 3 gas as an F-containing gas ethanol gas as an alcohol gas
  • O 2 gas ethanol gas as an alcohol gas
  • Ar gas as an inert gas
  • N 2 gas the SiN film is selectively etched.
  • the temperature of the mounting table 42 is adjusted to a predetermined range by the temperature controller 55
  • the pressure in the chamber 40 is adjusted to the predetermined range
  • the ClF 3 gas supply source 66 of the gas supply mechanism 43 ethanol From the gas supply source 67, the Ar gas supply source 69, the O 2 gas supply source 72, and the N 2 gas supply source 73, ClF 3 gas, ethanol gas, Ar gas, O 2 gas, and N 2 gas are respectively supplied from the second to the second.
  • gas supply pipes 64, 65, 68, 70 and 71 are supplied to the gas exciter 63 at a predetermined flow rate and a predetermined ratio, and these gases are excited by plasma to be supplied to the first gas supply pipe 62. Then, the gas is introduced into the chamber 40 through the gas introduction nozzle 61, and the SiN film is etched.
  • the F-containing gas is not limited to ClF 3 gas, ClF 3 gas, F 2 gas, SF 6 gas, NF 3 gas, out of the HF gas may be at least one .
  • the alcohol constituting the alcohol gas can be suitably used monohydric alcohol, other than ethanol, methanol (CH 3 OH), propanol (C 3 H 7 OH), butanol (C 4 H 9 OH ).
  • ClF 3 gas which is an F-containing gas
  • ethanol gas which is an alcohol gas
  • O 2 gas are appropriately diluted with an inert gas so that the SiN film can be etched at a high etching rate and compared with the SiO 2 film and Si. And can be etched with a high selectivity.
  • the pressure in the chamber 40 is preferably in the range of 13 to 1333 Pa (0.1 to 10 Torr). More preferably, it is 66 to 666 Pa (0.5 to 5 Torr), and more preferably 133 to 333 Pa (1 to 2.5 Torr).
  • the temperature of the mounting table 42 (substantially the temperature of the wafer) is preferably low, and good characteristics can be obtained at a temperature of 35 ° C. or lower, for example. On the other hand, if the temperature exceeds 200 ° C., the etching characteristics deteriorate. Therefore, the temperature of the mounting table 42 is preferably in the range of 10 to 200 ° C. More preferably, it is 10 to 100 ° C, and more preferably 15 to 55 ° C.
  • the partial pressure of the alcohol gas is preferably in the range of 0.53 to 1.33 Pa (4 to 10 mTorr), and more preferably in the range of 0.78 to 1.06 Pa (6 to 8 mTorr).
  • the volume ratio (flow rate ratio or partial pressure ratio) between the F-containing gas and the alcohol gas is preferably in the range of 1: 100 to 100: 1, and more preferably in the range of 1:10 to 10: 1.
  • the etching selectivity of the SiN film tends to increase by increasing the O 2 gas.
  • the volume ratio (flow rate ratio or partial pressure ratio) between the F-containing gas and the O 2 gas is preferably in the range of 1: 1 to 1: 100, and more preferably in the range of 1: 1 to 1:20. Further, the volume ratio (flow rate ratio or partial pressure ratio) of the F-containing gas + O 2 gas and the alcohol gas is preferably in the range of 1: 1 to 100: 1, and more preferably in the range of 5: 1 to 50: 1. Furthermore, in order to etch the SiN film at a high etching rate and a high selectivity, it is necessary to contain an inert gas such as Ar gas or N 2 gas to some extent.
  • an inert gas such as Ar gas or N 2 gas
  • the volume ratio (flow rate ratio or partial pressure ratio) between the inert gas and other gas is preferably in the range of 1: 100 to 100: 1, and 1:10 to A range of 10: 1 is more preferred.
  • the SiN film can be etched with an extremely high etching selectivity.
  • SiO 2 can be etched.
  • the etching selectivity with respect to the film and Si can be 50 or more.
  • the etching rate of the SiN film can be as high as 10 nm / min or more, and further 20 nm / min or more.
  • it is possible to obtain an unprecedented excellent etching property such as an etching rate of the SiN film: 40 nm / min or more and an etching selection ratio with respect to the SiO 2 film and Si: 100 or more. .
  • the SiN film existing on the wafer can be adjacently formed without generating plasma in the chamber.
  • Etching can be performed with a high selectivity with respect to the provided SiO 2 film and / or Si.
  • the gate valve 54 is opened, and the wafer W after the etching process on the mounting table 42 is unloaded from the chamber 40 by the pick of the second wafer transfer mechanism 17 and etched. Etching by the apparatus 5 is finished.
  • a SiN film is a SiO 2 film or a sample substrate adjacent to Si is placed on a mounting table in a chamber, and ClF 3 gas, ethanol gas, O 2 gas, Ar gas, N 2 gas is used as an etching gas, These were excited by plasma and introduced into the chamber for etching.
  • the conditions at this time were as follows: chamber internal pressure: 100 to 1000 mTorr (13.3 to 133 Pa), mounting table temperature: 10 to 60 ° C.
  • ClF 3 gas 15 to 25 sccm
  • ethanol gas 3 to 12 sccm
  • O 2 gas 150 to 250 sccm
  • Ar gas 50 to 150 sccm
  • N 2 gas 100 to 500 sccm.
  • the etching time was 6 minutes and the power of the gas excitation part was 600 W.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the ethanol gas flow rate and the etching amount of each film, and the relationship between the ethanol gas flow rate and the etching selectivity of the SiN film to the Si and SiO 2 films.
  • SiN E / R is the etching rate of the SiN film
  • SiO 2 E / R is the etching rate of the SiO 2 film
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • Si E / R is the etching rate of Si
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the temperature of the mounting table and the etching amount of each film, and the relationship between the temperature of the mounting table and the etching selectivity of the SiN film to the Si and SiO 2 films.
  • the etching rate of the SiN film can be 40 nm / min or more and the etching selectivity to the SiO 2 film can be 100 or more. It was confirmed that it was possible.
  • the etching selectivity with respect to Si was about 50 at 35 ° C., but when the temperature of the mounting table was lowered to 10 ° C., it became an extremely high value of about 200.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the pressure in the chamber and the etching amount of each film, and the relationship between the pressure in the chamber and the etching selectivity of the SiN film to the Si and SiO 2 films.
  • the etching rate of the SiN film can be set to 40 nm / min or more and the etching selectivity to the SiO 2 film can be set to 100 or more. confirmed. Note that the etching selectivity with respect to Si was about 50 in consideration of other conditions.
  • Example 2 a sample substrate having a pattern different from that of Experimental Example 1 is placed on a mounting table in a chamber, and ClF 3 gas, ethanol gas, O 2 gas, Ar gas, and N 2 gas are used as etching gases. It was excited by plasma and introduced into the chamber for etching.
  • the pressure in the chamber was 100 to 1000 mTorr (13.3 to 133 Pa), and the mounting table temperature was 10 to 60 ° C.
  • ClF 3 gas 5 to 50 sccm
  • ethanol gas 1 to 30 sccm (2.5 to 9.5 mTorr (0.33 to 1.26 Pa) in terms of partial pressure)
  • O 2 gas 100 to 300 sccm
  • Ar gas 20 to 200 sccm
  • N 2 gas 50 to 600 sccm.
  • the etching time was 6 minutes.
  • the power of the gas excitation part was 600W.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the ethanol gas partial pressure and the etching rate of the SiN film, and the relationship between the ethanol gas partial pressure and the etching selectivity of the SiN film with respect to the SiO 2 film, and FIG. It is a figure which shows the relationship between a pressure and the selection ratio of the SiN film
  • both the etching rate of the SiN film and the etching selectivity of the SiN film to the SiO 2 film increase as the partial pressure increases.
  • the partial pressure exceeds 7 mTorr (0.93 Pa)
  • the etching rate of the SiN film tends to decrease, and the value of the etching selectivity of the SiN film to the SiO 2 film is saturated.
  • the SiN film selection ratio with respect to Si is measured up to an ethanol gas partial pressure of 8.5 mTorr (1.13 Pa). A simple increase is confirmed.
  • the ethanol gas partial pressure at 4 mTorr (0.53 Pa) or 9.5mTorr (1.26Pa) the range, the etching rate of the SiN film 10 nm / min or more, of the SiN film to the SiO 2 film and Si It can be seen that values with a selectivity of 50 or more can be obtained.
  • the range of ethanol gas partial pressure is more preferably 6 to 8 mTorr (0.80 to 1.06 Pa).
  • the etching rate of the SiN film is 46 nm / min.
  • the etching selectivity and etching selectivity of the SiN film with respect to the SiO 2 film were 200, and the selectivity of the SiN film with respect to Si was 120.
  • the present invention can be variously modified without being limited to the above embodiment.
  • the apparatus of the above embodiment is merely an example, and the etching method of the present invention can be carried out by apparatuses having various configurations.
  • the case where a semiconductor wafer is used as the substrate to be processed has been described.
  • the substrate is not limited to the semiconductor wafer, and other substrates such as an FPD (flat panel display) substrate typified by an LCD (liquid crystal display) substrate and a ceramic substrate. It may be.

Abstract

　表面に窒化シリコン膜を有し、窒化シリコン膜に隣接してシリコンおよび／または酸化シリコン膜を有する被処理基板（Ｗ）をチャンバー（４０）内に配置し、チャンバー（４０）内に、フッ素含有ガスと、アルコールガスと、Ｏ２ガスと、不活性ガスとを励起した状態で供給し、これにより窒化シリコン膜をシリコンおよび／または酸化シリコン膜に対して選択的にエッチングする。

Description

エッチング方法
　本発明は、基板に形成された窒化シリコン膜をエッチングするエッチング方法に関する。
　近時、半導体デバイスの製造過程で、ドライエッチングやウエットエッチングに代わる微細化エッチングが可能な方法として、化学的酸化物除去処理（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｒｅｍｏｖａｌ；ＣＯＲ）と呼ばれるドライエッチング技術が注目されている（例えば特許文献１、２）。酸化物として酸化シリコン（ＳｉＯ２）をエッチングする場合には、処理ガスとして、フッ化水素（ＨＦ）ガス単独、またはＨＦガスとアンモニア（ＮＨ３）ガスとの混合ガスが用いられている。
　ところで、ＣＯＲは酸化物をエッチングする技術として開発されたものであるが、チャンバー内にプラズマを生成せずにエッチングを行う低ダメージのエッチング技術であるため、最近では、この技術を窒化シリコン（ＳｉＮ）膜のエッチングに適用することが検討されている。チャンバー内にプラズマを生成せずにＳｉＮ膜をエッチングする場合のエッチングガスとしてはＨＦガス＋Ｆ２ガスが検討されている（例えば特許文献３）。
特開２００５－３９１８５号公報 特開２００８－１６００００号公報 特開２０１０－１８２７３０号公報
　しかしながら、半導体ウエハにおいて、ＳｉＮ膜は、ポリシリコン（ｐｏｌｙ－Ｓｉ）膜やシリコン（Ｓｉ）基板等のシリコン（Ｓｉ）や、ＳｉＯ２膜と隣接していることが多く、このような状態でＳｉＮ膜をＨＦガスおよびＦ２ガスでエッチングする場合、低温においては反応生成物として生成するＮＨ３ガスとＨＦガスによりＳｉＯ２膜がエッチングされてしまい、高温においてはＳｉがエッチングされてしまうため、ＳｉＮ膜をＳｉＯ２膜およびＳｉに対して高選択比でエッチングし難いという問題がある。
　したがって、本発明の目的は、窒化シリコン膜を酸化シリコン膜および／またはシリコンに対して高選択比でエッチングすることができるエッチング方法を提供することにある。
　すなわち、本発明の一つの観点によれば、表面に窒化シリコン膜を有し、前記窒化シリコン膜に隣接したシリコンおよび／または酸化シリコン膜を有する被処理基板をチャンバー内に配置することと、前記チャンバー内に、フッ素含有ガスと、アルコールガスと、Ｏ２ガスと、不活性ガスとを励起した状態で供給し、これにより前記窒化シリコン膜を前記シリコンおよび／または前記酸化シリコン膜に対して選択的にエッチングすることとを有するエッチング方法が提供される。
　上記エッチング方法において、さらに不活性ガスを供給してエッチング処理を行うことができる。この場合に、前記不活性ガスとしては、Ｎ２ガスおよび／またはＡｒガスを好適に用いることができる。
　前記フッ素含有ガスと、前記アルコールガスと、前記Ｏ２ガスと、前記不活性ガスとを、前記チャンバー外で一括してプラズマにより励起させた後に前記チャンバー内に導入することができる。
　また、前記アルコールガスを構成するアルコールとして、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）から選択された少なくとも一種を好適に用いることができ、また、前記フッ素含有ガスとして、ＣｌＦ３ガス、Ｆ２ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＨＦガスから選択された少なくとも一種を用いることができる。
　前記エッチングを行う際のアルコールガスの分圧は、０．５３～１．３３Ｐａとすることができる。前記エッチングを行う際のフッ素含有ガスとアルコールガスとの体積比率は、１：１００～１００：１の範囲とすることができる。また、前記エッチングを行う際のフッ素含有ガスとＯ２ガスとの体積比率は、１：１～１：１００の範囲とすることができる。さらに、前記エッチングを行う際の不活性ガスと他のガスとの体積比率は、１：１００～１００：１の範囲とすることができる。
　さらに、前記エッチングを行う際に、前記チャンバー内で前記被処理基板を載置する載置台の温度を１０～２００℃の範囲とすることができる。さらに、前記エッチングを行う際に、前記チャンバー内の圧力を１３～１３３３Ｐａの範囲とすることができる。
　また、本発明の他の観点によれば、コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、表面に窒化シリコン膜を有し、前記窒化シリコン膜に隣接したシリコンおよび／または酸化シリコン膜を有する被処理基板をチャンバー内に配置することと、前記チャンバー内に、フッ素含有ガスと、アルコールガスと、Ｏ２ガスと、不活性ガスとを励起した状態で供給し、これにより前記窒化シリコン膜を前記シリコンおよび／または前記酸化シリコン膜に対して選択的にエッチングすることとを有するエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチング装置を制御させる記憶媒体が提供される。
　本発明によれば、フッ素含有ガスと、アルコールガスと、Ｏ２ガスと、不活性ガスとを、励起した状態でチャンバー内に供給することにより、被処理基板の表面のＳｉＮ膜を、隣接して設けられたＳｉＯ２膜および／またはシリコンに対して極めて高い選択比でエッチングすることができる。
本発明の実施形態に係るエッチング方法を実施するために用いられるエッチング装置を搭載した処理システムの一例を示す概略構成図である。 図１の処理システムに搭載された熱処理装置を示す断面図である。 図１の処理システムに搭載されたエッチング装置を示す断面図である。 実験例１における、エタノールガス流量と各膜のエッチング量との関係、およびエタノールガス流量とＳｉおよびＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比との関係を示す図である。 実験例１における、載置台の温度と各膜のエッチング量との関係、および載置台の温度とＳｉおよびＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比との関係を示す図である。 実験例１における、チャンバー内圧力と各膜のエッチング量との関係、およびチャンバー内圧力とＳｉおよびＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比との関係を示す図である。 実験例２における、エタノールガス分圧とＳｉＮ膜のエッチングレートとの関係、およびエタノールガス分圧とＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比との関係を示す図である。 実験例２における、エタノールガス分圧とＳｉに対するＳｉＮ膜の選択比との関係を示す図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
　＜本発明の実施形態に用いる処理システムの一例＞
　図１は、本発明の一実施形態に係るエッチング装置を搭載した処理システムの一例を示す概略構成図である。この処理システム１は、半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを搬入出する搬入出部２と、搬入出部２に隣接させて設けられた２つのロードロック室（Ｌ／Ｌ）３と、各ロードロック室３にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対して熱処理を行なう熱処理装置４と、各熱処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、チャンバー内でプラズマを生成することなくウエハＷに対してエッチングを行う本実施形態に係るエッチング装置５と、制御部６とを備えている。
　搬入出部２は、ウエハＷを搬送する第１ウエハ搬送機構１１が内部に設けられた搬送室（Ｌ／Ｍ）１２を有している。第１ウエハ搬送機構１１は、ウエハＷを略水平に保持する２つの搬送アーム１１ａ，１１ｂを有している。搬送室１２の長手方向の側部には、載置台１３が設けられており、この載置台１３には、ウエハＷを複数枚並べて収容可能なキャリアＣが例えば３つ接続できるようになっている。また、搬送室１２に隣接して、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行なうオリエンタ１４が設置されている。
　搬入出部２において、ウエハＷは、搬送アーム１１ａ，１１ｂによって保持され、第１ウエハ搬送機構１１の駆動により略水平面内で直進移動、また昇降させられることにより、所望の位置に搬送させられる。そして、載置台１３上のキャリアＣ、オリエンタ１４、ロードロック室３に対してそれぞれ搬送アーム１１ａ，１１ｂが進退することにより、搬入出させられるようになっている。
　各ロードロック室３は、搬送室１２との間にそれぞれゲートバルブ１６が介在された状態で、搬送室１２にそれぞれ連結されている。各ロードロック室３内には、ウエハＷを搬送する第２ウエハ搬送機構１７が設けられている。また、ロードロック室３は、所定の真空度まで真空引き可能に構成されている。
　第２ウエハ搬送機構１７は、多関節アーム構造を有しており、ウエハＷを略水平に保持するピックを有している。この第２ウエハ搬送機構１７においては、多関節アームを縮めた状態でピックがロードロック室３内に位置し、多関節アームを伸ばすことにより、ピックが熱処理装置４に到達し、さらに伸ばすことによりエッチング装置５に到達することが可能となっており、ウエハＷをロードロック室３、熱処理装置４、およびエッチング装置５間で搬送することが可能となっている。
　熱処理装置４は、図２に示すように、真空引き可能なチャンバー２０と、その中でウエハＷを載置する載置台２３を有し、載置台２３にはヒーター２４が埋設されており、このヒーター２４によりエッチング処理が施された後のウエハＷを加熱してウエハＷに存在するエッチング残渣を気化して除去する。チャンバー２０のロードロック室３側には、ロードロック室３との間でウエハを搬送する搬入出口２０ａが設けられており、この搬入出口２０ａはゲートバルブ２２によって開閉可能となっている。また、チャンバー２０のエッチング装置５側にはエッチング装置５との間でウエハＷを搬送する搬入出口２０ｂが設けられており、この搬入出口２０ｂはゲートバルブ５４により開閉可能となっている。チャンバー２０の側壁上部にはガス供給路２５が接続され、ガス供給路２５はＮ２ガス供給源３０に接続されている。また、チャンバー２０の底壁には排気路２７が接続され、排気路２７は真空ポンプ３３に接続されている。ガス供給路２５には流量調節弁３１が設けられており、排気路２７には圧力調整弁３２が設けられていて、これら弁を調整することにより、チャンバー２０内を所定圧力のＮ２ガス雰囲気にして熱処理が行われる。Ａｒガス等、Ｎ２ガス以外の不活性ガスを用いてもよい。
　制御部６は、処理システム１の各構成部を制御するマイクロプロセッサ（コンピュータ）を備えたプロセスコントローラ９１を有している。プロセスコントローラ９１には、オペレータが処理システム１を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、処理システム１の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等を有するユーザーインターフェース９２が接続されている。また、プロセスコントローラ９１には、処理システム１で実行される各種処理、例えば後述するエッチング装置５における処理ガスの供給やチャンバー内の排気などをプロセスコントローラの制御にて実現するための制御プログラムや処理条件に応じて処理システム１の各構成部に所定の処理を実行させるための制御プログラムである処理レシピや、各種データベース等が格納された記憶部９３が接続されている。レシピは記憶部９３の中の適宜の記憶媒体（図示せず）に記憶されている。そして、必要に応じて、任意のレシピを記憶部９３から呼び出してプロセスコントローラ９１に実行させることで、プロセスコントローラ９１の制御下で、処理システム１での所望の処理が行われる。
　なお、本実施形態に係るエッチング装置５の具体的な構成については、後で詳細に説明する。
　このような処理システム１では、ウエハＷとして、表面にエッチング対象であるＳｉＮ膜を有し、それと隣接してＳｉＯ２膜およびＳｉ（基板を構成するＳｉ、ｐｏｌｙ－Ｓｉ膜等）を有するものを用い、そのようなウエハＷを複数枚キャリアＣ内に収納して処理システム１に搬送する。処理システム１においては、大気側のゲートバルブ１６を開いた状態で搬入出部２のキャリアＣから第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりウエハＷを１枚ロードロック室３に搬送し、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックに受け渡す。
　その後、大気側のゲートバルブ１６を閉じてロードロック室３内を真空排気し、次いでゲートバルブ５４を開いて、ピックをエッチング装置５まで伸ばしてウエハＷをエッチング装置５へ搬送する。
　その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、エッチング装置５において後述するようにしてエッチング処理を行う。
　エッチング処理が終了した後、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックによりエッチング処理後のウエハＷを熱処理装置４に搬送し、チャンバー２０内にＮ２ガスを導入しつつ、ヒーター２４により載置台２３上のウエハＷを加熱して、反応生成物やエッチング残渣等を加熱除去する。
　熱処理装置４における熱処理が終了した後、ゲートバルブ２２を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台２３上のエッチング処理後のウエハＷをロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻す。これにより、一枚のウエハの処理が完了する。このような処理をキャリアＣ内の複数枚のウエハに対して行う。
　なお、反応生成物やエッチング残渣等を除去する必要がない場合には、熱処理装置４を設けなくともよく、その場合には、エッチング処理が終了した後のウエハＷを第２ウエハ搬送機構１７のピックによりロードロック室３に退避させ、第１ウエハ搬送機構１１の搬送アーム１１ａ、１１ｂのいずれかによりキャリアＣに戻せばよい。
　＜エッチング装置の構成＞
　次に、本実施形態に係るエッチング装置５について詳細に説明する。
　図３は、本実施形態に係るエッチング装置を示す断面図である。図３に示すように、エッチング装置は、密閉構造のチャンバー４０を備えており、チャンバー４０の内部には、ウエハＷを略水平にした状態で載置させる載置台４２が設けられている。また、エッチング装置５は、チャンバー４０にエッチングガスを供給するガス供給機構４３、チャンバー４０内を排気する排気機構４４を備えている。
　チャンバー４０は、チャンバー本体５１と蓋部５２とによって構成されている。チャンバー本体５１は、略円筒形状の側壁部５１ａと底部５１ｂとを有し、上部は開口となっており、この開口が蓋部５２で閉止される。側壁部５１ａと蓋部５２とは、シール部材（図示せず）により密閉されて、チャンバー４０内の気密性が確保される。蓋部５２の天壁には上方からチャンバー４０内に向けてガス導入ノズル６１が挿入されている。
　側壁部５１ａには、熱処理装置４のチャンバー２０との間でウエハＷを搬入出する搬入出口５３が設けられており、この搬入出口５３はゲートバルブ５４により開閉可能となっている。
　載置台４２は、平面視略円形をなしており、チャンバー４０の底部５１ｂに固定されている。載置台４２の内部には、載置台４２の温度を調節する温度調節器５５が設けられている。温度調節器５５は、例えば温度調節用媒体（例えば水など）が循環する管路を備えており、このような管路内を流れる温度調節用媒体と熱交換が行なわれることにより、載置台４２の温度が調節され、載置台４２上のウエハＷの温度制御がなされる。
　ガス供給機構４３は、上述したガス導入ノズル６１に接続された第１のガス供給配管６２を有しており、第１のガス供給配管６２の他端はプラズマによりガスを励起するガス励起部６３の出側に接続されている。一方、ガス励起部６３の入側には、第２のガス供給配管６４、第３のガス供給配管６５が接続されている。そして、第２のガス供給配管６４にはフッ素（Ｆ）含有ガスであるＣｌＦ３ガスを供給するＣｌＦ３ガス供給源６６が接続され、第３のガス供給配管６５にはアルコールガスであるエタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）ガスを供給するエタノールガス供給源６７が接続されている。また、第２のガス供給配管６４の途中には、第４のガス供給配管６８の下流端が接続されていて、第４のガス供給配管６８の上流端には、不活性ガスであるＡｒガスを供給するＡｒガス供給源６９が接続されている。また、第３のガス供給配管６５の途中には、第５のガス供給配管７０および第６のガス供給配管７１の下流端が接続されていて、第５のガス供給配管７０および第６のガス供給配管７１の上流端には、それぞれＯ２ガスを供給するＯ２ガス供給源７２および不活性ガスであるＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給源７３が接続されている。
　第２～第６のガス供給配管６４、６５、６８、７０、７１には、流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器８０が設けられている。流量制御器８０は例えば開閉弁およびマスフローコントローラにより構成されている。
　ガス供給機構４３においては、ＣｌＦ３ガス供給源６６、エタノールガス供給源６７、Ａｒガス供給源６９、Ｏ２ガス供給源７２、Ｎ２ガス供給源７３から、それぞれＣｌＦ３ガス、エタノールガス、Ａｒガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスがガス励起部６３に供給され、これらのガスがガス励起部６３により励起されて第１のガス供給配管６２およびガス導入ノズル６１を介してチャンバー４０内に供給される。
　Ｆ含有ガスとしては、ＣｌＦ３ガスに限定されず、他にＦ２ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＨＦガスを用いることができ、ＣｌＦ３ガス、Ｆ２ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＨＦガスから選択された少なくとも一種を用いることができる。
　また、アルコールガスを構成するアルコールとしては、エタノールに限定されず他のアルコールを用いることができるが、１価のアルコールが好ましく、１価のアルコールとしては、エタノール以外に、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）を好適に用いることができ、これらの少なくとも一種を用いることができる。なお、プロパノールには２種類の構造異性体が存在し、ブタノールには４種類の構造異性体が存在するが、いずれの構造異性体も使用することができる。
　不活性ガスとしてのＡｒガスおよびＮ２ガスは、希釈ガスとして用いられる。不活性ガスとしては、これらの一方であってもよい。また、不活性ガスとしては、これらのＮ２ガス、Ａｒガスが好ましいが、Ｈｅ等の他の不活性ガスを用いてもよい。なお、不活性ガスは、希釈ガスの他にチャンバー４０内をパージするパージガスとして用いることができる。その場合には、ガス励起部６３をオフにして不活性ガスとしてのＡｒガスまたはＮ２ガスをチャンバー４０内に供給する。
　ガス励起部６３は、ガスを励起することができればその構成は特に限定されない。例えば、その中で適宜の手法で生成したプラズマ、例えばマイクロ波プラズマや誘導結合プラズマをチャンバー４０に導くリモートプラズマを用いることができる。また、チャンバー４０に隣接した位置でガスを励起して、チャンバー４０を区画する壁部、例えば天壁に形成された孔から励起したガスをチャンバー４０内に導入するようにしてもよい。例えば、チャンバー４０の上部にシャワーヘッドを設け、シャワーヘッド内でマイクロ波プラズマや誘導結合プラズマを生成して、そのプラズマをシャワーヘッドの吐出孔からチャンバー４０内に導入する手法を用いることもできる。
　排気機構４４は、チャンバー４０の底部５１ｂに形成された排気口８１に繋がる排気配管８２を有しており、さらに、排気配管８２に設けられた、チャンバー４０内の圧力を制御するための自動圧力制御弁（ＡＰＣ）８３およびチャンバー４０内を排気するための真空ポンプ８４を有している。
　チャンバー４０の側壁には、チャンバー４０内の圧力を計測するための圧力計として２つのキャパシタンスマノメータ８６ａ，８６ｂが、チャンバー４０内に挿入されるように設けられている。キャパシタンスマノメータ８６ａは高圧力用、キャパシタンスマノメータ８６ｂは低圧力用となっている。載置台４２に載置されたウエハＷの近傍には、ウエハＷの温度を検出する温度センサ（図示せず）が設けられている。
　エッチング装置５を構成するチャンバー４０、載置台４２等の各種構成部品の材質としては、Ａｌが用いられている。チャンバー４０を構成するＡｌ材は無垢のものであってもよいし、内面（チャンバー本体５１の内面など）に陽極酸化処理を施したものであってもよい。一方、載置台４２を構成するＡｌの表面は耐摩耗性が要求されるので、陽極酸化処理を行って表面に耐摩耗性の高い酸化被膜（Ａｌ２Ｏ３）を形成することが好ましい。
　＜エッチング装置によるエッチング方法＞
　次に、このように構成されたエッチング装置によるエッチング方法について説明する。
　本例では、ゲートバルブ５４を開放した状態で、ロードロック室３内の第２ウエハ搬送機構１７のピックにより、上述した構成、すなわち表面にエッチング対象であるＳｉＮ膜を有し、それと隣接してＳｉＯ２膜およびＳｉを有する構成のウエハＷを搬入出口５３からチャンバー４０内に搬入し、載置台４２に載置する。
　その後、ピックをロードロック室３に戻し、ゲートバルブ５４を閉じ、チャンバー４０内を密閉状態する。
　次いで、Ｆ含有ガスであるＣｌＦ３ガス、アルコールガスであるエタノールガス、Ｏ２ガス、不活性ガスであるＡｒガスおよびＮ２ガスを、ガス励起部６３でプラズマにより励起させてチャンバー４０内へ導入し、ＳｉＮ膜を選択的にエッチングする。具体的には、温度調節器５５によって載置台４２の温度を所定の範囲に調節し、チャンバー４０内の圧力を所定の範囲に調節して、ガス供給機構４３のＣｌＦ３ガス供給源６６、エタノールガス供給源６７、Ａｒガス供給源６９、Ｏ２ガス供給源７２、Ｎ２ガス供給源７３から、ＣｌＦ３ガス、エタノールガス、Ａｒガス、Ｏ２ガス、Ｎ２ガスを、それぞれ第２～第６のガス供給配管６４、６５、６８、７０、７１を介して所定の流量および所定の比率でガス励起部６３に供給し、そこでこれらガスをプラズマにより励起させて、第１のガス供給配管６２およびガス導入ノズル６１を介してチャンバー４０内へ導入し、ＳｉＮ膜のエッチングを行う。
　このとき、上述したように、Ｆ含有ガスとしては、ＣｌＦ３ガスに限定されず、ＣｌＦ３ガス、Ｆ２ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＨＦガスのうち、少なくとも一種を用いることができる。また、アルコールガスを構成するアルコールとしては、一価のアルコールを好適に用いることができ、エタノール以外に、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）を挙げることができる。
　これにより、Ｆ含有ガスであるＣｌＦ３ガス、アルコールガスであるエタノールガス、およびＯ２ガスが不活性ガスにより適度に希釈されて、ＳｉＮ膜を高エッチングレートで、かつＳｉＯ２膜およびＳｉに対して高選択比でエッチングすることができる。
　このエッチング処理におけるチャンバー４０内の圧力は１３～１３３３Ｐａ（０．１～１０Ｔｏｒｒ）の範囲が好ましい。さらに好ましくは、６６～６６６Ｐａ（０．５～５Ｔｏｒｒ）であり、一層好ましくは、１３３～３３３Ｐａ（１～２．５Ｔｏｒｒ）である。また、載置台４２の温度（ほぼウエハの温度）は、低温が好ましく、例えば３５℃またはそれよりも低い温度で良好な特性を得ることができる。一方、２００℃を超えるとエッチング特性が低下する。このため、載置台４２の温度は１０～２００℃の範囲が好ましい。さらに好ましくは１０～１００℃であり、一層好ましくは１５～５５℃である。
　Ｆ含有ガスの比率を増加させることによりＳｉＮ膜のエッチングレートが上昇する傾向があり、アルコールガスの比率を増加させることによりＳｉＮ膜のエッチング選択比が上昇する傾向がある。アルコールガスの分圧は、０．５３～１．３３Ｐａ（４～１０ｍＴｏｒｒ）の範囲が好ましく、０．７８～１．０６Ｐａ（６～８ｍＴｏｒｒ）の範囲がより好ましい。また、Ｆ含有ガスとアルコールガスとの体積比率（流量比または分圧比）は、１：１００～１００：１の範囲が好ましく、１：１０～１０：１の範囲がより好ましい。また、Ｏ２ガスを増加させることによってもＳｉＮ膜のエッチング選択比が上昇する傾向がある。Ｆ含有ガスとＯ２ガスとの体積比率（流量比または分圧比）は、１：１～１：１００の範囲が好ましく、１：１～１：２０の範囲がより好ましい。さらに、Ｆ含有ガス＋Ｏ２ガスとアルコールガスとの体積比率（流量比または分圧比）は、１：１～１００：１の範囲が好ましく、５：１～５０：１の範囲がより好ましい。さらにまた、ＳｉＮ膜を高エッチングレートかつ高選択比でエッチングするためには、ＡｒガスやＮ２ガス等の不活性ガスをある程度含有させる必要がある。このとき、不活性ガスと他のガス（Ｆ含有ガス＋アルコールガス＋Ｏ２ガス）との体積比率（流量比または分圧比）は、１：１００～１００：１の範囲が好ましく、１：１０～１０：１の範囲がより好ましい。
　このように、Ｆ含有ガス、アルコールガス、Ｏ２ガス、不活性ガスを用い条件を適正化することにより、極めて高いエッチング選択比でＳｉＮ膜をエッチングすることができ、具体的には、ＳｉＯ２膜およびＳｉに対するエッチング選択比を５０以上とすることができる。また、ＳｉＮ膜のエッチングレートも１０ｎｍ／ｍｉｎ以上、さらには２０ｎｍ／ｍｉｎ以上と高い値を得ることができる。そして、さらに条件の最適化を行うことにより、ＳｉＮ膜のエッチングレート：４０ｎｍ／ｍｉｎ以上、ＳｉＯ２膜およびＳｉに対するエッチング選択比：１００以上といった、これまでにない優れたエッチング性を得ることができる。また、Ｆ含有ガス、アルコールガス、Ｏ２ガス、不活性ガスを励起した状態でチャンバー内に供給することにより、チャンバー内でプラズマを生成することなく、ウエハに存在するＳｉＮ膜を、隣接して設けられたＳｉＯ２膜および／またはＳｉに対して高い選択比でエッチングすることができる。
　このようにして、エッチング装置５におけるエッチング処理が終了した後、ゲートバルブ５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台４２上のエッチング処理後のウエハＷをチャンバー４０から搬出し、エッチング装置５によるエッチングが終了する。
　＜実験例＞
　次に、実験例について説明する。
　［実験例１］
　ここでは、ＳｉＮ膜がＳｉＯ２膜やＳｉに隣接するサンプル基板をチャンバー内の載置台に載置し、エッチングガスとしてＣｌＦ３ガス、エタノールガス、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガスを用い、これらをプラズマにより励起させてチャンバー内に導入し、エッチングを行った。この際の条件としては、チャンバー内圧力：１００～１０００ｍＴｏｒｒ（１３．３～１３３Ｐａ）、載置台温度：１０～６０℃とした。ガス流量については、ＣｌＦ３ガス：１５～２５ｓｃｃｍ、エタノールガス：３～１２ｓｃｃｍ、Ｏ２ガス：１５０～２５０ｓｃｃｍ、Ａｒガス：５０～１５０ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス：１００～５００ｓｃｃｍの範囲とした。また、エッチング時間を６分、ガス励起部のパワーを６００Ｗとした。
　図４は、エタノールガス流量と各膜のエッチング量との関係、およびエタノールガス流量とＳｉおよびＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比との関係を示す図である。なお、図４中、「ＳｉＮ　Ｅ／Ｒ」はＳｉＮ膜のエッチングレート、「ＳｉＯ２　Ｅ／Ｒ」はＳｉＯ２膜のエッチングレート、「Ｓｉ　Ｅ／Ｒ」はＳｉのエッチングレート、「Ｓｅｌ　ｔｏ　ＳｉＯ２」は、ＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比、「Ｓｅｌ　ｔｏ　Ｓｉ」は、Ｓｉに対するＳｉＮ膜のエッチング選択比である（図５、図６も同じ）。この図に示すように、エタノールガスが５ｓｃｃｍまでは、ＳｉＮ膜のエッチングレートおよびエッチング選択比の両方が上昇し、エタノールガスの流量が５ｓｃｃｍを超えると、ＳｉＮ膜のエッチングレートは若干低下する傾向があるものの、エッチング選択比はさらに上昇することが確認された。エタノールガスの流量が１２ｓｃｃｍにおいては、ＳｉＮ膜のエッチングレートが４６ｎｍ／ｍｉｎであり、Ｓｉに対するエッチング選択比およびＳｉＯ２膜に対するエッチング選択比がいずれも２００と非常に高い値であった。
　図５は、載置台の温度と各膜のエッチング量との関係、および載置台の温度とＳｉおよびＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比との関係を示す図である。この図に示すように、載置台の温度を最適化（本例では３５℃）することにより、ＳｉＮ膜のエッチングレートを４０ｎｍ／ｍｉｎ以上、ＳｉＯ２膜に対するエッチング選択比を１００以上とすることができることが確認された。なお、Ｓｉに対するエッチング選択比は３５℃では５０程度であったが、載置台の温度１０℃まで低下させると２００程度と極めて高い値となった。
　図６は、チャンバー内圧力と各膜のエッチング量との関係、およびチャンバー内圧力とＳｉおよびＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比との関係を示す図である。この図に示すように、チャンバー内圧力を最適化（本例では５００ｍＴｏｒｒ）することにより、ＳｉＮ膜のエッチングレートを４０ｎｍ／ｍｉｎ以上、ＳｉＯ２膜に対するエッチング選択比を１００以上とすることができることが確認された。なお、他の条件との兼ね合いでＳｉに対するエッチング選択比は５０程度であった。
　［実験例２］
　ここでは、実験例１とはパターンのみが異なるサンプル基板をチャンバー内の載置台に載置し、エッチングガスとしてＣｌＦ３ガス、エタノールガス、Ｏ２ガス、Ａｒガス、Ｎ２ガスを用い、これらをプラズマにより励起させてチャンバー内に導入し、エッチングを行った。チャンバー内圧力：１００～１０００ｍＴｏｒｒ（１３．３～１３３Ｐａ）、載置台温度：１０～６０℃とした。ガス流量については、ＣｌＦ３ガス：５～５０ｓｃｃｍ、エタノールガス：１～３０ｓｃｃｍ（分圧換算で２．５～９．５ｍＴｏｒｒ（０．３３～１．２６Ｐａ））、Ｏ２ガス：１００～３００ｓｃｃｍ、Ａｒガス：２０～２００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガス：５０～６００ｓｃｃｍの範囲とした。また、エッチング時間は６分とした。また、ガス励起部のパワーを６００Ｗとした。
　図７は、エタノールガス分圧とＳｉＮ膜のエッチングレートとの関係、およびエタノールガス分圧とＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比との関係を示す図であり、図８は、エタノールガス分圧とＳｉに対するＳｉＮ膜の選択比との関係を示す図である。
　図７に示すように、エタノールガス分圧が７ｍＴｏｒｒ（０．９３Ｐａ）までは、分圧上昇に従ってＳｉＮ膜のエッチングレートおよびＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比がともに上昇するが、エタノールガスの分圧が７ｍＴｏｒｒ（０．９３Ｐａ）を超えると、ＳｉＮ膜のエッチングレートが低下する傾向にあり、ＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比の値は飽和する。また、図８に示すように、Ｓｉに対するＳｉＮ膜の選択比は、エタノールガス分圧が８．５ｍＴｏｒｒ（１．１３Ｐａ）まで測定しているが、測定範囲において、Ｓｉに対するＳｉＮ膜の選択比が単純に増加していることが確認される。これらの図から、エタノールガス分圧が４ｍＴｏｒｒ（０．５３Ｐａ）以上９．５ｍＴｏｒｒ（１．２６Ｐａ）以下の範囲で、ＳｉＮ膜のエッチングレートが１０ｎｍ／ｍｉｎ以上、ＳｉＯ２膜およびＳｉに対するＳｉＮ膜の選択比が５０以上の値が得られることがわかる。また、エタノールガス分圧の範囲としては、６～８ｍＴｏｒｒ（０．８０～１．０６Ｐａ）がより好ましく、エタノールガス分圧が７ｍＴｏｒｒ（０．９３Ｐａ）付近で、ＳｉＮ膜のエッチングレートが４６ｎｍ／ｍｉｎ、ＳｉＯ２膜に対するＳｉＮ膜のエッチング選択比が２００、Ｓｉに対するＳｉＮ膜の選択比が１２０と極めて高いエッチングレートおよびエッチング選択比が得られた。
　＜本発明の他の適用＞
　なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態の装置は例示に過ぎず、種々の構成の装置により本発明のエッチング方法を実施することができる。また、被処理基板として半導体ウエハを用いた場合について示したが、半導体ウエハに限らず、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ）用基板に代表されるＦＰＤ（フラットパネルディスプレイ）基板や、セラミックス基板等の他の基板であってもよい。
　１；処理システム
　２；搬入出部
　３；ロードロック室
　５；エッチング装置
　６；制御部
１１；第１ウエハ搬送機構
１７；第２ウエハ搬送機構
４０；チャンバー
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
６１；ガス導入ノズル
６２，６４，６５，６８，７０，７１；ガス供給配管
６３；ガス励起部
６６；ＣｌＦ３ガス供給源
６７；エタノールガス供給源
６９；Ａｒガス供給源
７２；Ｏ２ガス供給源
７３；Ｎ２ガス供給源
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (11)

  1. 　表面に窒化シリコン膜を有し、前記窒化シリコン膜に隣接したシリコンおよび／または酸化シリコン膜を有する被処理基板をチャンバー内に配置することと、
    　前記チャンバー内に、フッ素含有ガスと、アルコールガスと、Ｏ２ガスと、不活性ガスとを励起した状態で供給し、これにより前記窒化シリコン膜を前記シリコンおよび／または前記酸化シリコン膜に対して選択的にエッチングすることと
    を有するエッチング方法。
  2. 　前記フッ素含有ガスと、前記アルコールガスと、前記Ｏ２ガスと、前記不活性ガスとを、前記チャンバー外で一括してプラズマにより励起させた後に前記チャンバー内に導入する、請求項１に記載のエッチング方法。
  3. 　前記アルコールガスを構成するアルコールは、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）、プロパノール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）、ブタノール（Ｃ４Ｈ９ＯＨ）から選択された少なくとも一種である、請求項１に記載のエッチング方法。
  4. 　前記フッ素含有ガスは、ＣｌＦ３ガス、Ｆ２ガス、ＳＦ６ガス、ＮＦ３ガス、ＨＦガスから選択された少なくとも一種である、請求項１に記載のエッチング方法。
  5. 　前記エッチングを行う際のアルコールガスの分圧は、０．５３～１．３３Ｐａである、請求項１に記載のエッチング方法。
  6. 　前記エッチングを行う際のフッ素含有ガスとアルコールガスとの体積比率は、１：１００～１００：１の範囲である、請求項１に記載のエッチング方法。
  7. 　前記エッチングを行う際のフッ素含有ガスとＯ２ガスとの体積比率は、１：１～１：１００の範囲である、請求項１に記載のエッチング方法。
  8. 　前記エッチングを行う際の不活性ガスと他のガスとの体積比率は、１：１００～１００：１の範囲である、請求項１に記載のエッチング方法。
  9. 　前記エッチングを行う際に、前記チャンバー内で前記被処理基板を載置する載置台の温度を１０～２００℃の範囲とする、請求項１に記載のエッチング方法。
  10. 　前記エッチングを行う際の前記チャンバー内の圧力は、１３～１３３３Ｐａの範囲である、請求項１に記載のエッチング方法。
  11. 　コンピュータ上で動作し、エッチング装置を制御するためのプログラムが記憶された記憶媒体であって、前記プログラムは、実行時に、表面に窒化シリコン膜を有し、前記窒化シリコン膜に隣接したシリコンおよび／または酸化シリコン膜を有する被処理基板をチャンバー内に配置することと、前記チャンバー内に、フッ素含有ガスと、アルコールガスと、Ｏ２ガスと、不活性ガスとを励起した状態で供給し、これにより前記窒化シリコン膜を前記シリコンおよび／または前記酸化シリコン膜に対して選択的にエッチングすることとを有するエッチング方法が行われるように、コンピュータに前記エッチング装置を制御させる記憶媒体。
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