特許 6080166 パターン形成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6080166

(24)【登録日】2017年1月27日

(45)【発行日】2017年2月15日

(54)【発明の名称】パターン形成方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/115 20170101AFI20170206BHJP

   H01L 21/336 20060101ALI20170206BHJP

   H01L 29/788 20060101ALI20170206BHJP

   H01L 29/792 20060101ALI20170206BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20170206BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20170206BHJP

【ＦＩ】

   H01L27/10 434

   H01L29/78 371

   H01L21/302 105A

   H01L21/302 201A

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-529988(P2013-529988)

(86)(22)【出願日】2012年8月16日

(86)【国際出願番号】JP2012070847

(87)【国際公開番号】WO2013027653

(87)【国際公開日】20130228

【審査請求日】2015年7月22日

(31)【優先権主張番号】特願2011-183900(P2011-183900)

(32)【優先日】2011年8月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000207551

【氏名又は名称】株式会社ＳＣＲＥＥＮホールディングス

(73)【特許権者】

【識別番号】000002200

【氏名又は名称】セントラル硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087701

【弁理士】

【氏名又は名称】稲岡 耕作

(74)【代理人】

【識別番号】100101328

【弁理士】

【氏名又は名称】川崎 実夫

(72)【発明者】

【氏名】基村 雅洋

(72)【発明者】

【氏名】梅崎 智典

(72)【発明者】

【氏名】菊池 亜紀応

【審査官】 小山 満

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１３６１１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０１０５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１９８６２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−３０２１４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７４０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０６０９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２９５６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１７４２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１１４２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０６９９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０８７０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／８２４７

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５

Ｈ０１Ｌ ２１／３３６

Ｈ０１Ｌ ２７／１１５

Ｈ０１Ｌ ２９／７８８

Ｈ０１Ｌ ２９／７９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上に、絶縁膜およびポリシリコン膜を交互に積層して、前記絶縁膜および前記ポリシリコン膜をそれぞれ少なくとも２層含む積層膜を形成する工程と、
少なくとも２層の前記絶縁膜および少なくとも２層の前記ポリシリコン膜を貫通する孔を前記積層膜に形成する工程と、
フッ素系ハロゲンガスを不活性ガスで希釈したエッチングガスを前記孔内に導入して行う等方的エッチングによって、前記孔の側壁から前記ポリシリコン膜を選択的にエッチングする選択エッチング工程とを含み、
前記フッ素系ハロゲンガスが、ＣｌＦ_３ガス、ＢｒＦ_５ガス、ＩＦ_３ガス、ＩＦ_７ガス、ＣｌＦガス、ＢｒＦ_３ガス、ＩＦ_５ガス、およびＢｒＦガスから選択した一種または２種以上のガスを含み、
前記選択エッチング工程後における前記孔内の壁面の前記ポリシリコン膜のエッチング深さの平均値ｔ_Ａおよび標準偏差σの比σ／ｔ_Ａが９％〜１３％である、パターン形成方法。

【請求項2】

前記選択エッチング工程が、大気圧雰囲気中で行われる、請求項１に記載のパターン形成方法。

【請求項3】

前記選択エッチング工程が、減圧雰囲気中で行われる、請求項１に記載のパターン形成方法。

【請求項4】

前記選択エッチング工程が、前記基板を主面に垂直な回転軸線まわりに回転させる工程を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

【請求項5】

前記選択エッチング工程が、前記基板の温度を制御する工程を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

【請求項6】

前記基板の温度を制御する工程において、エッチング時の基板温度を−３０℃以上３０℃以下に制御する、請求項５に記載のパターン形成方法。

【請求項7】

前記絶縁膜が、酸化膜を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のパターン形成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、基板上にパターンを形成する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、三次元メモリセルアレイの製造方法を開示している。具体的には、導電層と絶縁層とを交互に複数周期繰り返し積層した積層膜に、前記導電層および絶縁層を貫通する孔（ホール）を形成する方法を開示している。前記孔の内周面には、一対のシリコン酸化膜間にシリコン窒化膜を挟んだＯＮＯ(Oxide-Nitride-Oxide)構造の絶縁膜が形成され、その内方にシリコンピラーが埋め込まれる。シリコンピラーはチャネルとして機能し、導電層はコントロールゲートとして機能する。この構成により、孔の深さ方向に関して絶縁層によって分離された複数のメモリセルが形成されている。各メモリセルにおいて、ＯＮＯ構造の絶縁膜に電荷を蓄積して情報を記憶することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−１７７６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

積層膜に形成された孔の内周面には、導電層と絶縁層とが交互に露出しており、絶縁層によってメモリセルが分離されている。孔の内周面からのエッチングによって、導電層を選択的にエッチングして内周面から後退させることができれば、孔内に絶縁層が突出し、その突出した絶縁層によって導電層が分離された構造を形成できる。これにより、メモリセル間の分離ができるので、各層を薄く形成して高集積化したときに、メモリセル間のクロストークを抑制できる。

【0005】

しかし、孔内の導電層を、その深さ位置によらずに、均一に後退させることができる技術は、未だ確立されていない。
そこで、この発明の目的は、絶縁膜と導電性膜とを積層した積層膜に形成した孔の内周面から導電性膜を選択的に精度良く後退させたパターンを基板上に形成することができるパターン形成方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、基板上に、絶縁膜およびポリシリコン膜を交互に積層して、前記絶縁膜および前記ポリシリコン膜をそれぞれ少なくとも２層含む積層膜を形成する工程と、少なくとも２層の前記絶縁膜および少なくとも２層の前記ポリシリコン膜を貫通する孔を前記積層膜に形成する工程と、フッ素系ハロゲンガスを不活性ガスで希釈したエッチングガスを前記孔内に導入して行う等方的エッチングによって、前記孔の側壁から前記ポリシリコン膜を選択的にエッチングする選択エッチング工程とを含み、前記フッ素系ハロゲンガスが、ＣｌＦ_３ガス、ＢｒＦ_５ガス、ＩＦ_３ガス、ＩＦ_７ガス、ＣｌＦガス、ＢｒＦ_３ガス、ＩＦ_５ガス、およびＢｒＦガスから選択した一種または２種以上のガスを含み、前記選択エッチング工程後における前記孔内の壁面の前記ポリシリコン膜のエッチング深さの平均値ｔ_Ａおよび標準偏差σの比σ／ｔ_Ａが９％〜１３％である、パターン形成方法である。

【0007】

この方法によれば、基板上に絶縁膜（たとえばシリコン酸化膜）およびポリシリコン膜を交互に積層した積層膜が形成され、この積層膜を貫通する孔が形成される。そして、孔内に、フッ素系ハロゲンガスを不活性ガスで希釈したエッチングガスが導入される。このエッチングガスによって、孔の内周面から等方的なエッチングが進行する。そして、このエッチングガスは、絶縁膜（たとえばシリコン酸化膜）に対するポリシリコン膜のエッチング選択比が高いので、ポリシリコン膜を選択的にエッチングできる。これにより、孔の内周面（側壁）からポリシリコン膜を選択的に後退させることができ、孔の内周面に絶縁膜が突出し、この突出した絶縁膜によってポリシリコン膜が分離された構造を形成できる。ポリシリコン膜は、導電層として用いることができる。

【0008】

フッ素系ハロゲンガスを不活性ガスで希釈したエッチングガスによるエッチングは、孔内において均一に進行する。すなわち、孔内の深さ位置に関係なく、均一なエッチングが可能である。エッチング液を用いるウエットエッチングでは、孔の入口部においてはエッチング液が新液に置換されやすいのに対して、孔の奥部ではエッチング液の置換が進行しにくい。そのため、孔の入口部と奥部とでエッチングの進行速度が相違し、入口部から奥部に向かって狭まるテーパー状のエッチングプロファイルとなりやすい。これに対して、上記のようなエッチングガスを用いたエッチングでは、孔内の至るところで等しくエッチングを進行させることができる。よって、孔内の位置によらずに、ポリシリコン膜を精度良くエッチングして孔の内周面から後退させることができる。

【0009】

前記選択エッチング工程が、大気圧雰囲気中で行われてもよい。上記のようなエッチングガスを用いれば、大気圧に近い雰囲気中でも、ポリシリコン膜の選択エッチングが可能である。これにより、エッチングを行う処理室内の気圧を制御しなくてもよいので、工程を減らすことができ、それに応じて生産性を向上できる。

【0010】

前記選択エッチング工程が、減圧雰囲気中で行われてもよい。これにより、ポリシリコン膜のエッチングレートおよびエッチング選択比を高めることができる。
前記選択エッチング工程が、前記基板を主面に垂直な回転軸線まわりに回転させる工程を含むことが好ましい。これにより、基板の面内に複数の孔が形成される場合に、基板面内での処理のばらつきを抑制できる。

【0011】

前記選択エッチング工程が、前記基板の温度を制御（加熱または冷却）する工程を含むことが好ましい。これにより、ポリシリコン膜のエッチングレートおよびエッチング選択比を制御することができる。
前記基板の温度を制御（加熱または冷却）する工程において、エッチング時の基板温度を−３０℃以上３０℃以下に制御することが好ましい。これにより、ポリシリコン膜のエッチングレートおよびエッチング選択比を高めることができる。

【0012】

前記絶縁膜が、酸化膜（たとえばシリコン酸化膜）を含んでいてもよい。フッ素系ハロゲンガスを用いた気相エッチングでは、酸化膜に対するポリシリコン膜の選択比を大きくとることができる。したがって、絶縁膜が酸化膜を含む場合に、ポリシリコン膜を一層精度よくエッチングできる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、この発明の一実施形態に係るパターン形成方法が適用される半導体装置の一部の構成を示す断面図である。

【図2A】図２Ａは、前記半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａの次の工程を示す断面図である。

【図2C】図２Ｃは、図２Ｂの次の工程を示す断面図である。

【図3】図３は、孔の内周面（側壁）からポリシリコン膜を選択的にエッチングして後退させる気相エッチング工程を実行するための気相エッチング装置の構成例を示す図解的な断面図である。

【図4】図４は、前記気相エッチング装置による気相エッチングの詳細を説明するためのフローチャートである。

【図5】図５は、エッチング試験を行ったときのエッチング形態を示す模式的な部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係るパターン形成方法が適用される半導体装置の一部の構成を示す断面図である。この半導体装置は、３次元配列されたメモリセルアレイを含む。この半導体装置は、半導体基板１と、半導体基板１上に形成された積層膜２とを含む。積層膜２は、絶縁膜としての酸化膜３と、導体膜としてのポリシリコン膜４とを交互に複数周期積層して構成されている。積層膜２は、酸化膜３を少なくとも２層含む。また、積層膜２は、少なくとも２層のポリシリコン膜４を含む。積層膜２には、複数層の酸化膜３および複数層のポリシリコン膜４を、それらの積層方向に沿って貫通した孔５が形成されている。孔５は、柱状に形成されている。孔５は、円柱状に形成されていてもよいし、角柱（たとえば四角柱）状に形成されていてもよい。孔５の内周面（側壁）では、酸化膜３が、ポリシリコン膜４よりも内方に突出している。換言すれば、ポリシリコン膜４の縁部が酸化膜３の縁部よりも後退している。このような孔５が、半導体基板１の面内に分布するように、積層膜２に複数個形成されている。

【0015】

各孔５の内周面には、ＯＮＯ（Oxide-Nitride-Oxide）構造の電荷蓄積積層膜６が形成されている。電荷蓄積積層膜６は、たとえば、孔５の内周面に接する酸化膜６ａ（たとえばシリコン酸化膜）と、酸化膜６ａに接する窒化膜６ｂ（たとえばシリコン窒化膜）と、窒化膜６ｂに接する酸化膜６ｃ（たとえばシリコン酸化膜）とを積層して構成されている。電荷蓄積積層膜６の内側には、孔５内を充填するようにシリコンピラー７が埋め込まれている。

【0016】

このような構成により、シリコンピラー７はチャネルとして機能し、ポリシリコン膜４はコントロールゲートとして機能する。こうして、孔５の深さ方向に関して酸化膜３によって分離された複数のメモリセルが形成されている。各メモリセルにおいて、電荷蓄積積層膜６に電荷を蓄積して情報を記憶することができる。メモリセルを分離する酸化膜３がポリシリコン膜４よりも孔５の内方に突出しているので、メモリセル間を確実に分離できる。したがって、各層の酸化膜３およびポリシリコン膜４を薄く形成して高集積化したときに、メモリセル間のクロストークを抑制できる。

【0017】

図２Ａ、図２Ｂおよび図２Ｃは、前記半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
まず、図２Ａに示すように、半導体基板１上に、酸化膜３とポリシリコン膜４とが交互に積層されて、積層膜２が形成される。酸化膜３は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）であってもよく、たとえばＣＶＤ法（化学的気相成長法）で形成されてもよい。ポリシリコン膜４は、たとえばプラズマＣＶＤ法で形成されてもよい。導電性を付与するための不純物を添加しながらポリシリコン膜４を形成することによって、ポリシリコン膜４を導電性膜とすることができる。

【0018】

次に、図２Ｂに示すように、複数層の酸化膜３および複数層のポリシリコン膜４をそれらの積層方向に貫通する孔５が形成される。孔５の形成は、たとえば、反応性イオンエッチングによって行うことができ、より具体的には、特許文献１に記載されている方法が適用されてもよい。
次に、図２Ｃに示すように、孔５内にエッチングガスを導入して行う等方エッチングによって、孔５の内周面（側壁）から各ポリシリコン膜４が選択的にエッチングされる（気相エッチング工程）。これにより、各ポリシリコン膜４が孔５の内周面から後退する。これにより、孔５の内周面（側壁）から各酸化膜３が内方へと突出した構造が得られる。エッチングガスとしては、フッ素系ハロゲンガスを不活性ガスで希釈したガスが用いられる。このようなエッチングガスは、酸化物に対するポリシリコンのエッチング選択比が高いので、ポリシリコン膜４の選択的エッチングが可能となる。

【0019】

前記フッ素系ハロゲンガスとしては、ＣｌＦ_３ガス、ＢｒＦ_５ガス、ＩＦ_３ガス、ＩＦ_７ガス、ＣｌＦガス、ＢｒＦ_３ガス、ＩＦ_５ガス、およびＢｒＦガスから選択した一種または２種以上を用いることができる。このフッ素系ハロゲンガスを希釈する不活性ガスとしては、たとえば、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどを用いることができる。
このようなエッチングガスを用いた気相エッチング工程の後の基板表面にはエッチング残渣が残らないので、純水等のリンス液を用いたリンス工程を行う必要がない。たとえば、ＣｌＦ_３ガスによるシリコンエッチングの反応は次式に示すとおりである。ＳｉＦ_４およびＣｌＦはいずれも揮発性であるので、エッチング残渣を残すことなくシリコンをエッチングできる。

【0020】

Ｓｉ＋２ＣｌＦ_３→ＳｉＦ_４＋２ＣｌＦ
図２Ｃの工程の後は、電荷蓄積積層膜６の形成およびシリコンピラー７の埋め込みを経て、図１に示す構造が得られる。電荷蓄積積層膜６の形成は、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法で行ってもよい。また、シリコンピラー７の埋め込みは、不純物をドーピングしながらＣＶＤ法によってシリコン膜を堆積させることによって行われてもよい。

【0021】

図３は、孔５の内周面（側壁）からポリシリコン膜４を選択的にエッチングして後退させる工程を実行するための気相エッチング装置の構成例を示す図解的な断面図である。
この気相エッチング装置は、ハウジング２０と、ハウジング２０内に収容された処理ガス導入容器２１と、同じくハウジング２０内に収容された基板保持台２２とを備えている。処理ガス導入容器２１には、処理ガス導入路２３から、処理ガスが導入されるようになっている。処理ガス導入路２３には、フッ素系ハロゲンガス供給路２４および不活性ガス供給路２５が結合されている。フッ素系ハロゲンガス供給路２４には、バルブ２６および流量コントローラ（ＭＦＣ）４６が介装されている。同様に、不活性ガス供給路２５には、バルブ２７および流量コントローラ（ＭＦＣ）４７が介装されている。フッ素系ハロゲンガス供給路２４は、フッ素系ハロゲンガス供給源２８に接続されている。不活性ガス供給路２５は、不活性ガス供給源２９に接続されている。

【0022】

処理ガス導入容器２１は、その底壁部がパンチングプレート３６となっており、このパンチングプレート３６は、基板保持台２２の上方に配置されている。パンチングプレート３６には、その上下の空間を連通させる複数の貫通孔が面内に均一に分布して形成されている。処理ガス導入容器２１に導入された処理ガスは、パンチングプレート３６を通って、基板保持台２２へと向かう。

【0023】

基板保持台２２は、基板Ｗを水平姿勢で保持することができ、かつ基板Ｗを鉛直な回転軸線３０まわりに回転させることができるスピンチャックとしての形態を有している。基板Ｗは、図１等の半導体基板１に相当する。基板保持台２２に保持された基板Ｗには、パンチングプレート３６を通った処理ガスが導かれる。基板保持台２２は、モータ等を含む回転駆動機構３１によって回転軸線３０まわりに回転される回転軸３２の上端に固定されている。さらに、基板保持台２２には、基板Ｗの温度を調節するための温度調節器３５が組み込まれている。温度調節器３５は、基板保持台２２に保持された基板Ｗを加熱したり、その基板Ｗを冷却したりする装置である。

【0024】

基板保持台２２の平面視における外方側には、ハウジング２０の底面に対して上下に収縮するベローズ３８が設けられている。このベローズ３８は、上端縁をパンチングプレート３６の周縁部下面に当接させて、基板保持台２２の周縁の空間を密閉して処理室を形成する密閉位置（図３において実線で示す位置）と、その上端縁が基板保持台２２の上面よりも下方に退避した退避位置（図３において破線で示す位置）との間で、図示しない駆動機構によって伸長／収縮駆動されるようになっている。

【0025】

ベローズ３８の内部空間は、ハウジング２０の底面に接続された排気配管３９を介して、排気手段４０により排気されるようになっている。この排気手段４０は、排気ブロワまたはエジェクタなどの強制排気機構であってもよいし、当該気相エッチング装置が設置されるクリーンルームに備えられた排気設備であってもよい。
基板保持台２２の側方には、基板Ｗを搬入／搬出するための開口４１が、ハウジング２０の側壁に形成されている。この開口４１には、シャッタ４２が配置されている。基板Ｗの搬入時には、ベローズ３８が退避位置（図３の破線の位置）に下降させられるとともに、シャッタ４２が開成され、基板搬送ロボット４３によって、基板保持台２２に基板Ｗが渡される。また、基板Ｗの搬出時には、ベローズ３８が退避位置とされるとともに、シャッタ４２が開成されて、基板保持台２２上の基板Ｗが基板搬送ロボット４３に受け渡されて搬出される。

【0026】

この気相エッチング装置の各部は、マイクロコンピュータ等を含む制御装置５０によって制御されるようになっている。より具体的には、制御装置５０は、バルブ２６，２７の開閉動作、回転駆動機構３１の動作、温度調節器３５の動作、ベローズ３８の昇降、排気手段４０の動作、基板搬送ロボット４３の動作、流量コントローラ４６，４７によって調整される流量等を制御する。

【0027】

基板Ｗに対して気相エッチング処理を行うときには、ベローズ３８はパンチングプレート３６の周縁に密着した密着位置（図３の実線の位置）まで上昇させられるとともに、バルブ２６，２７が開かれる。これにより、フッ素系ハロゲンガス供給路２４から供給されるフッ素系ハロゲンガスが不活性ガス供給路２５から供給される不活性ガス（たとえば窒素ガス）によって希釈されて、エッチングガスが調製される。このエッチングガスは、処理ガス導入路２３から処理ガス導入容器２１内に導入され、パンチングプレート３６へと運ばれる。そして、このパンチングプレート３６に形成された貫通孔を介して、基板Ｗの表面へとエッチングガスが供給される。

【0028】

一方、前述のようなエッチングガスによるエッチングレートおよびエッチング選択比は、基板温度に依存する。そこで、制御装置５０は、温度調節器３５を制御して、基板Ｗの温度を調節する。
さらに、基板Ｗの面内での処理を均一に行うために、制御装置５０は、回転駆動機構３１を駆動して、基板保持台２２を回転軸線３０まわりに一定速度で回転させる。

【0029】

図４は、前記気相エッチング装置による気相エッチングの詳細を説明するためのフローチャートである。
基板搬送ロボット４３によって開口４１から基板Ｗが搬入され、シャッタ４２が閉じられると、制御装置５０は、ベローズ３８を上昇させてパンチングプレート３６に当接させ、密閉状態の処理室を形成する（ステップＳ１）。次に、制御装置５０は、排気手段４０を作動させて処理室内の雰囲気を排気するとともに、バルブ２７を開いて、処理室に不活性ガスを導入し、処理室内の雰囲気を不活性ガスでパージする（ステップＳ２）。制御装置５０は、処理室内が大気圧雰囲気となるように排気手段４０を制御してもよい。また、制御装置５０は、必要に応じて、処理室内が減圧雰囲気（大気圧よりも低圧の雰囲気）となるように排気手段４０を制御してもよい。さらに、制御装置５０は、温度調節器３５を制御することによって、基板Ｗの温度を制御し（ステップＳ３）、回転駆動機構３１を制御することによって基板保持台２２を回転（すなわち基板Ｗを回転）させる（ステップＳ４）。基板Ｗの温度は、常温〜８０℃程度に制御されるとよい。

【0030】

この状態で、制御装置５０は、バルブ２６を開き、さらに、流量コントローラ４６，４７を制御する。これにより、フッ素系ハロゲンガスと不活性ガスとを所定の流量比で混合したエッチングガスが調製され、このエッチングガスが処理室に導入される（ステップＳ５）。エッチングガスは、基板Ｗの表面に導かれ、基板Ｗの表面に形成された積層膜の孔５内に入り込み、孔５の内周面（側壁）からポリシリコン膜４を選択的にエッチングする。この気相エッチングが所定時間に亘って行われる。

【0031】

次に、制御装置５０は、バルブ２６を閉じて、フッ素系ハロゲンガスの供給を停止する。これにより、エッチングガスの供給が停止され、処理室には不活性ガスだけが導かれる状態となる（ステップＳ６）。さらに、制御装置５０は、温度調節器３５を制御して、基板Ｗを冷却する（ステップＳ７）。これにより、気相エッチングが停止する。
その後、制御装置５０は、回転駆動機構３１を制御して基板Ｗの回転を停止させる（ステップＳ８）。そして、処理室内が不活性ガスでパージされる（ステップＳ９）。気相エッチング処理中に処理室内を減圧雰囲気に制御していた場合は、制御装置５０は、排気手段４０を制御して、処理室内を大気圧に戻す。

【0032】

次いで、制御装置５０は、ベローズ３８を下降させ、シャッタ４２を開く。この状態で、基板搬送ロボット４３によって、処理済みの基板Ｗが搬出される（ステップＳ１０）。
以上のように、この実施形態によれば、積層膜２に形成された孔５内に、フッ素系ハロゲンガスを不活性ガスで希釈したエッチングガスが導入される。このエッチングガスによって、孔５の内周面（側壁）から等方的なエッチングが進行する。このエッチングガスは、酸化膜３に対するポリシリコン膜４のエッチング選択比が高いので、ポリシリコン膜４を選択的にエッチングできる。これにより、孔５の内周面からポリシリコン膜４を選択的に後退させることができる。したがって、孔５の内周面に酸化膜３が突出し、この突出した酸化膜３によってポリシリコン膜４（導電層）が分離された構造を形成できる。

【0033】

フッ素系ハロゲンガスを不活性ガスで希釈したエッチングガスによる気相エッチングは、孔５内において均一に進行する。すなわち、孔５内の深さ位置に関係なく、均一なエッチングが可能である。たとえば、ウエットエッチングでは、孔の入口部においてはエッチング液が新液に置換されやすいのに対して、孔の奥部ではエッチング液の置換が進行しにくい。そのため、孔の入口部と奥部とでエッチングの進行速度が相違し、入口部から奥部に向かって狭まるテーパー状のエッチングプロファイルとなりやすい。これに対して、上記のような気相エッチングでは、孔５内の至るところで、等しくエッチングを進行させることができる。よって、孔５内の位置によらずに、ポリシリコン膜４を精度良くエッチングして孔５の内周面から後退させることができる。

【0034】

また、このような気相エッチング工程の後の基板Ｗの表面には、エッチング残渣が残らない。そのため、気相エッチング工程の後に、純水等のリンス液を用いたリンス工程を実行する必要がない。したがって、リンス液を用いた工程を省くことによって、基板Ｗ上の微細パターンがリンス液の表面張力によって倒壊したりする不具合を回避できる。
前述のとおり、気相エッチングは大気圧雰囲気中で行うこともできるし、必要に応じて減圧雰囲気中で行うこともできる。大気圧雰囲気中で気相エッチングを行えば、処理室内の気圧を制御しなくてもよいので、工程を減らすことができ、それに応じて生産性を向上できる。また、減圧雰囲気中で気相エッチングを行えば、ポリシリコン膜のエッチングレートおよびエッチング選択比を高めることができる。

【0035】

また、この実施形態では、気相エッチング工程において、基板Ｗが、その主面に垂直な回転軸線３０まわりに回転される。これにより、基板Ｗの面内に分布するように積層膜２に形成された複数の孔５内において、均一に気相エッチングを行うことができる。よって、その複数の孔５内に均一性の高い構造を精度良く形成できる。
さらに、この実施形態では、気相エッチング工程において、基板Ｗの温度が制御される。ポリシリコン膜のエッチングレートおよびエッチング選択比を高めるためには、基板Ｗの温度は−３０℃以上３０℃以下に制御されることが好ましく、−１０℃以上２０℃以下に制御されることが特に好ましい。これにより、ポリシリコン膜４の選択的エッチングを一層精度よく実行できる。

【0036】

また、ポリシリコン膜４の間に形成される絶縁膜として酸化膜３を用いているため、気相エッチングにおける選択比を大きくとることができる。これにより、ポリシリコン膜４を一層精度よくエッチングできる。
以下、具体的な試験の実施条件とその結果について記載する。
[実施例１〜１５]
図２Ｂに示したパターンが形成された基板を図３の構成の気相エッチング装置の基板保持台２２に設置し、エッチング試験を行った。本試験における、シリコンのエッチング形態を図５に示す。孔５内の壁面の各ポリシリコン膜４のエッチング深さｔを断面ＳＥＭ観察により測定した。さらに、そのエッチング深さｔの平均値ｔ_Ａおよび標準偏差σを求め、σ／ｔ_Ａを求めることにより、孔の深さ方向に対するエッチング深さの均一性を評価した。エッチングガスとして導入したフッ化物ガスの流量はいずれも１００ｓｃｃｍである。

【0037】

この発明の実施例におけるエッチング条件と、その結果を表１に示す。

【0038】

【表1】

【0039】

実施例１では、基板温度を１５℃とし、フッ化物ガスとしてＩＦ_７、希釈ガスとしてＨｅを用いて、ＩＦ_７分圧５Ｐａ、Ｈｅ分圧９５Ｐａに固定した条件で、１０分間エッチング試験を行った。その結果、平均エッチング深さｔ_Ａは２５ｎｍ、標準偏差σは２．８であり、σ／ｔ_Ａは１１％と、均一性は良好であった。
実施例２では、フッ化物ガスとしてＣｌＦ_３を用いた以外は実施例１と同様である。その結果、平均エッチング深さｔ_Ａは２１ｎｍ、標準偏差σは２．６であり、σ／ｔ_Ａは１２％と、均一性は良好であった。

【0040】

実施例３、４では、Ｈｅ分圧を１０００Ｐａとした以外は実施例１、２とそれぞれ同様である。その結果、実施例３では、平均エッチング深さｔ_Ａは２３ｎｍ、標準偏差σは２．５であり、σ／ｔ_Ａは１１％、実施例４では、平均エッチング深さｔ_Ａは２０ｎｍ、標準偏差σは２．４であり、σ／ｔ_Ａは１２％と、均一性は良好であった。
実施例５、６では、希釈ガスとしてＡｒを用いた以外は実施例１、２とそれぞれ同様である。実施例７、８では、希釈ガスとしてＮ_２を用いた以外は実施例１、２とそれぞれ同様である。その結果、いずれもσ／ｔ_Ａは１１〜１２％と、均一性は良好であった。

【0041】

実施例９、１０では、フッ化物ガスの分圧を１Ｐａ、希釈ガスの分圧を９９Ｐａとし、エッチング時間を３０分とした以外は実施例１、２とそれぞれ同様である。その結果、いずれもσ／ｔ_Ａは１３％と、均一性は良好であった。
実施例１１，１２では、フッ化物ガスの分圧を５０Ｐａ、希釈ガスの分圧を５０Ｐａとし、エッチング時間を４分とした以外は実施例１，２とそれぞれ同様である。その結果、σ／ｔ_Ａは１１〜１２％と、均一性は良好であった。

【0042】

実施例１３では、基板温度を３０℃とした以外は実施例１と同様である。その結果、σ／ｔ_Ａは１２％と、均一性は良好であった。
実施例１４では、基板温度を０℃とした以外は実施例１と同様である。その結果、σ／ｔ_Ａは１０％と、均一性は良好であった。
実施例１５では、基板温度を−１０℃とした以外は実施例１と同様である。その結果、σ／ｔ_Ａは９％と、均一性は良好であった。
[比較例１]
比較例１におけるエッチング条件と、その結果を表２に示す。

【0043】

【表2】

【0044】

比較例１では、フッ化物ガスとしてＦ_２を用い、その他の条件は実施例１と同様にして、エッチング試験を行った。その結果、ポリシリコン膜のエッチングは進行しなかった。
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は、さらに他の形態で実施することもでき、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
この明細書および添付図面から導き出される特徴の一例を以下に記す。
基板上に、絶縁膜およびポリシリコン膜を交互に積層して、前記絶縁膜および前記ポリシリコン膜をそれぞれ少なくとも２層含む積層膜を形成する工程と、
少なくとも２層の前記絶縁膜および少なくとも２層の前記ポリシリコン膜を貫通する孔を前記積層膜に形成する工程と、
フッ素系ハロゲンガスを不活性ガスで希釈したエッチングガスを前記孔内に導入して行う等方的エッチングによって、前記孔の側壁から前記ポリシリコン膜を選択的にエッチングする選択エッチング工程とを含む、パターン形成方法。

【符号の説明】

【0045】

１，Ｗ 半導体基板
２ 積層膜
３ 酸化膜
４ ポリシリコン膜
５ 孔
６ 電荷蓄積積層膜
７ シリコンピラー
２０ ハウジング
２１ 処理ガス導入容器
２２ 基板保持台
２３ 処理ガス導入路
２４ フッ素系ハロゲンガス供給路
２５ 不活性ガス供給路
２６，２７ バルブ
２８ フッ素系ハロゲンガス供給源
２９ 不活性ガス供給源
３０ 回転軸線
３１ 回転駆動機構
３２ 回転軸
３５ 温度調節器
３６ パンチングプレート
３８ ベローズ
３９ 排気配管
４０ 排気手段
４１ 開口
４２ シャッタ
４３ 基板搬送ロボット
４６，４７ 流量コントローラ
５０ 制御装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3】

【図4】

【図5】