特許 6139986 エッチング方法

(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】6139986

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】エッチング方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/302 20060101AFI20170522BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/302 201A

【請求項の数】11

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-115577(P2013-115577)

(22)【出願日】2013年5月31日

(65)【公開番号】特開2014-236055(P2014-236055A)

(43)【公開日】2014年12月15日

【審査請求日】2016年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591036572

【氏名又は名称】レール・リキード−ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード

(74)【代理人】

【識別番号】100099944

【弁理士】

【氏名又は名称】高山 宏志

(72)【発明者】

【氏名】守谷 修司

(72)【発明者】

【氏名】安藤 篤志

(72)【発明者】

【氏名】園部 淳

(72)【発明者】

【氏名】チョパン クリストファー

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００４−５１１０８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１９４３２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１６００００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２３３５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０６０２２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０３９１８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面にシリコン部分を有し、前記シリコン部分に隣接して窒化シリコン部分を有する被処理基板において、前記シリコン部分を選択的にエッチングするエッチング方法であって、
チャンバー内に被処理基板を配置し、
前記チャンバー内にＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを、不活性ガスで希釈して供給し、ＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを前記被処理基板の表面のシリコン部分と反応させ、前記シリコン部分を前記窒化シリコン部分に対して高選択比でエッチングすることを特徴とするエッチング方法。

【請求項2】

前記シリコン部分はポリシリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。

【請求項3】

前記ＦＮＯガスは、Ｆ_２ガスとＮＯガスとの反応により生成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエッチング方法。

【請求項4】

前記ＦＮＯガスの濃度は、体積比率で０．５〜３．０％であり、前記Ｆ_２ガスの濃度は、体積比率で０．０１〜３．０％であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項5】

前記ＦＮＯガスと前記Ｆ_２ガスの体積比率は、３０：１〜１：１の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項6】

前記不活性ガスは、Ｎ_２ガス、Ａｒガス、およびＨｅガスから選択された少なくとも一種であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項7】

前記ＦＮＯガスおよび前記Ｆ_２ガスとの合計と不活性ガスとの体積比率は、１：１５０〜１：１０の範囲であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項の記載のエッチング方法。

【請求項8】

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５０〜２００℃の範囲とすることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項9】

前記エッチングを行う際に、前記チャンバー内の圧力を１〜１００Ｔｏｒｒの範囲とすることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項10】

ＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを前記被処理基板の表面のシリコン部分と反応させた後、前記被処理基板を別のチャンバー内で加熱処理して前記被処理基板上の反応生成物を除去することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のエッチング方法。

【請求項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、請求項１から請求項１０のいずれかの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ことを特徴とする記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板に存在するシリコン部分をエッチングするエッチング方法に関する。

【背景技術】

【0002】

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）と呼ばれるノンプラズマ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（ＳｉＯ_２）をエッチングする場合には、フッ化水素（ＨＦ）ガス単独、またはＨＦガスとアンモニア（ＮＨ_３）ガスとの混合ガスが用いられている。

【0003】

ところで、ＣＯＲは、酸化物をエッチングする技術であるが、最近では、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）のような酸化物のみならず、ポリシリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜等のシリコン（Ｓｉ）をエッチングすることも検討されている。ポリシリコン膜は窒化シリコン（ＳｉＮ）膜等の他の膜と共存した状態で被処理基板である半導体ウエハ（シリコンウエハ）に形成されており、ＳｉＮ膜等に対して高エッチング選択比でエッチングされる必要があり、このような観点からノンプラズマドライエッチングでシリコン（Ｓｉ）をエッチングする場合にはＨＦガス＋Ｆ_２ガスが検討されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−３９１８５号公報

【特許文献2】特開２００８−１６００００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、ＨＦガス＋Ｆ_２ガスによりシリコン（Ｓｉ）をエッチングする場合には、エッチングレートが極めて遅く、量産技術への採用が困難である。

【0006】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、プラズマを用いないドライエッチングにより、高エッチングレートおよび高選択比で被処理基板のシリコン部分を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を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するため、本発明は、表面にシリコン部分を有し、前記シリコン部分に隣接して窒化シリコン部分を有する被処理基板において、前記シリコン部分を選択的にエッチングするエッチング方法であって、チャンバー内に被処理基板を配置し、前記チャンバー内にＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを、不活性ガスで希釈して供給し、ＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを前記被処理基板の表面のシリコン部分と反応させ、前記シリコン部分を前記窒化シリコン部分に対して高選択比でエッチングすることを特徴とするエッチング方法を提供する。

【0008】

前記シリコン部分としてはポリシリコン膜を典型的なものとして挙げることができる。

【0009】

本発明者等の鋭意研究の成果により、シリコン化合物のエッチング速度には、エッチング時の条件、すなわち温度、圧力、ＦＮＯ、Ｆ_２濃度が大きく起因することが判明した。

【0010】

ＦＮＯガスは、シリコン化合物のエッチングに深く寄与し、ＦＮＯ濃度が高いほど、そのエッチング速度が速い傾向にあり、圧力、温度は高いほどそのエッチング速度が速い傾向にある。ただし、この傾向は、エッチング対象物によって異なり、より高い選択比を得るためには、その条件を最適化することが必要となる。

【0011】

前述のように、ポリシリコン膜を窒化シリコンに対して高い選択比でエッチングする場合を考える。本発明のガスを用いると、ポリシリコン膜を高速でエッチングすることができる。窒化シリコンは、ポリシリコン膜に比較するとエッチングされにくいが、高温（＞２００℃）及び高濃度ＦＮＯ（分圧＞１Ｔｏｒｒ）の条件下では、急激にエッチングされ易くなる。本発明者等がこれらの点を元に鋭意研究した結果、窒化シリコン部分がエッチングされず、ポリシリコン膜のみが選択的にエッチングされる条件が見つかった。

【0012】

前記ＦＮＯガスは、Ｆ_２ガスとＮＯガスとの反応により生成することができる。前記ＦＮＯガスの濃度は、体積比率で０．５〜３．０％であり、前記Ｆ_２ガスの濃度は、体積比率で０．０１〜３．０％であることが好ましい。また、前記ＦＮＯガスと前記Ｆ_２ガスの体積比率は、３０：１〜１：１の範囲であることが好ましい。前記不活性ガスは、Ｎ_２ガス、Ａｒガス、およびＨｅガスから好適に用いることができ、前記ＦＮＯガスおよび前記Ｆ_２ガスとの合計と不活性ガスとの体積比率は、１：１５０〜１：１０の範囲であることが好ましい。

【0013】

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５０〜２００℃の範囲とすることが好ましく、また、前記チャンバー内の圧力を１〜１００Ｔｏｒｒの範囲とすることが好ましい。

【0014】

また、ＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを前記被処理基板の表面のシリコン部分と反応させた後、前記被処理基板を別のチャンバー内で加熱処理して前記被処理基板上の反応生成物を除去することが好ましい。

【0015】

また、本発明は、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、上記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ことを特徴とする記憶媒体を提供する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、チャンバー内にＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを、不活性ガスで希釈して供給し、ＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを被処理基板の表面のシリコン部分と反応させる。これにより、被処理基板表面のシリコン部分を高エッチングレートで、かつ被処理基板の他の部分に対して高選択比でエッチングすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】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を示す概略構成図である。

【図2】図１の処理システムに搭載されたＰＨＴ処理装置を示す断面図である。

【図3】図１の処理システムに搭載されたエッチング装置の一例の概略構成を示す断面図である。

【図4】エッチング装置の他の例の概略構成を示す断面図である。

【図5】エッチング装置のさらに他の例の概略構成を示す断面図である。

【図6】反応ガスのＦＮＯ／Ｆ_２比とｐｏｌｙ−Ｓｉ／ＳｉＮ選択比との関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。

【0019】

＜本発明の実施形態に用いる処理システム＞
図１は、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ＰＨＴ（Ｐｏｓｔ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）処理を行なうＰＨＴ処理装置（ＰＨＴ）４と、各ＰＨＴ処理装置４にそれぞれ隣接して設けられた、ウエハＷに対してノンプラズマエッチングを行なうエッチング装置５とを備えている。ロードロック室３、ＰＨＴ処理装置４およびエッチング装置５は、この順に一直線上に並べて設けられている。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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ＰＨＴ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、ＰＨＴ処理装置４、およびエッチング装置５間でのウエハＷを搬送することが可能となっている。

【0024】

ＰＨＴ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を加熱してエッチング処理により生成した反応生成物を気化（昇華）させるＰＨＴ処理を行なう。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。さらに、チャンバー２０に例えば窒素ガス（Ｎ_２）などの不活性ガスを供給するガス供給路２５を備えたガス供給機構２６、およびチャンバー２０内を排気する排気路２７を備えた排気機構２８が備えられている。ガス供給路２５は、窒素ガス供給源３０に接続されている。そして、ガス供給路２５には、流路の開閉動作および窒素ガスの供給流量の調節が可能な流量調整弁３１が介設されている。排気機構２８の排気路２７には、開閉弁３２および真空ポンプ３３が設けられている。

【0025】

エッチング装置５は、図３に示すように、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には、チャンバー４０内に、ＦＮＯガス、Ｆ_２ガス、Ｎ_２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が設けられている。

【0026】

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）により封止されて、チャンバー４０内の気密性が確保される。

【0027】

側壁部５１ａには、ＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０に対してウエハ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。

【0028】

蓋部５２は、外側を構成する蓋部材５５と、蓋部材５５の内側に嵌め込まれ、載置台４２に臨むように設けられたシャワーヘッド５６とを有している。シャワーヘッド５６は円筒状をなす側壁５７ａと上部壁５７ｂとを有する本体５７と、本体５７の底部に設けられたシャワープレート５８とを有している。本体５７とシャワープレート５８との間には空間５９が形成されている。

【0029】

蓋部材５５および本体５７の上部壁５７ｂには空間５９まで貫通してガス導入路６１が形成されており、このガス導入路６１にはガス供給機構４３のガス供給配管７１が接続されている。

【0030】

シャワープレート５８には複数のガス吐出孔６２が形成されており、ガス供給配管７１およびガス導入路６１を経て空間５９に導入されたガスがガス吐出孔６２からチャンバー４０内の空間に吐出される。

【0031】

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６５が設けられている。温度調節器６５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。

【0032】

ガス供給機構４３は、Ｆ_２ガス供給源７５、ＦＮＯガス供給源７６、およびＮ_２ガス供給源７７を有しており、これらにはそれぞれＦ_２ガス供給配管７２、ＦＮＯガス供給配管７３、Ｎ_２ガス供給配管７４が接続されている。Ｆ_２ガス供給配管７２、ＦＮＯガス供給配管７３、Ｎ_２ガス供給配管７４は、上記ガス供給配管７１に接続されている。Ｆ_２ガス供給配管７２、ＦＮＯガス供給配管７３、Ｎ_２ガス供給配管７４には流路の開閉動作および流量制御を行う流量制御器７９が設けられている。流量制御器７９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。

【0033】

そして、Ｆ_２ガス供給源７５およびＦＮＯガス供給源７６からＦ_２ガスおよびＦＮＯガスが所定の流量で供給され、ガス供給配管７１内で混合ガスとなり、この混合ガスがＮ_２ガスとともにガス供給配管７１を経てシャワーヘッド５６内に供給され、シャワーヘッド５６からチャンバー４０内へ吐出される。

【0034】

上記ガスのうちＦＮＯガスおよびＦ_２ガスが反応ガスであり、不活性ガスであるＮ_２ガスは希釈ガスである。そして、チャンバー４０内に、反応ガスとしてＦＮＯガスおよびＦ_２ガスを所定流量で、希釈ガスであるＮ_２ガスで希釈された状態で導入して、チャンバー４０内を所定圧力に維持しつつ、ウエハＷ上のＳｉ部分、例えばｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をエッチングする。ＦＮＯガスは、Ｆ_２ガスとＮＯガスとの反応により生成することができる。

【0035】

希釈ガスとして用いる不活性ガスとしては、Ｎ_２ガス以外にＡｒガス、Ｈｅガスを好適に用いることができる。また、Ｎ_２ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスは単独で用いてもよいし、これらの２種以上を用いてもよい。他の希ガスを用いてもよい。

【0036】

なお、Ｆ_２ガス供給源７５として通常用いられるボンベは、Ｆ_２ガスが極めて活性が高いため、不活性ガス、典型的にはＮ_２ガスでＦ_２：Ｎ_２＝１：４の体積比で希釈されている。

【0037】

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。

【0038】

チャンバー４０の側壁からチャンバー４０内に、チャンバー４０内の圧力を計測するための圧力計としての２つのキャパシタンスマノメータ８６ａ，８６ｂが設けられている。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。

【0039】

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、シャワーヘッド５６の下面など）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（Ａｌ_２Ｏ_３）を形成することが好ましい。

【0040】

図１に示すように、処理システム１は制御部９０を有している。制御部９０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４０内の排気などをプロセスコントローラ９１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。

【0041】

＜エッチング方法＞
次に、このような処理システム１を用いた本実施形態のエッチング方法について説明する。

【0042】

ウエハＷとして、表面にエッチング対象であるＳｉ部分であるｐｏｌｙ−Ｓｉ膜を有し、それと隣接してハードマスク膜としてのＳｉＮ膜、電極としてのＴｉＮ膜等が形成されたものを準備し、そのようなウエハＷをキャリア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。

【0043】

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２２および５４を開いて、ピックをエッチング装置５まで伸ばして載置台４２にウエハＷを載置する。

【0044】

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。この状態で、温度調節器６５によって載置台４２上のウエハＷの温度を所定の目標値に調節し、ガス供給機構４３のＦ_２ガス供給源７５、ＦＮＯガス供給源７６、およびＮ_２ガス供給源７７から、Ｆ_２ガス、ＦＮＯガス、Ｎ_２ガスを供給する。Ｆ_２ガスとＦＮＯガスとはガス供給配管７１内で混合されて混合ガスとなり、この混合ガスは、希釈ガスとしての不活性ガスであるＮ_２ガスとともにシャワーヘッド５６の空間５９内に導入され、ガス吐出孔６２からチャンバー４０内の空間に吐出される。

【0045】

エッチングガスであるＦＮＯガスおよびＦ_２ガスの混合ガスによりウエハＷのＳｉ部分、例えばｐｏｌｙ−Ｓｉ膜がエッチングされる。

【0046】

ＦＮＯおよびＦ_２混合ガスは、Ｓｉに対する反応性が極めて高く、低濃度でも極めて高いエッチングレートでＳｉをエッチングすることができる。例えば、膜厚が１５０ｎｍのｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のエッチングに際し、ＨＦガスとＦ_２ガスの混合ガスでは４０分程度かかっていたものが、ＦＮＯとＦ_２の混合ガスでは２分程度でエッチングすることができ、従来の２０倍程度のエッチングレートを得ることができる。

【0047】

また、ＦＮＯとＦ_２の混合ガスは、ＳｉＮやＴｉＮ等、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜に隣接して用いられる膜に対するエッチングレートは低く、これらの膜に対して極めて高いエッチング選択比でｐｏｌｙ−Ｓｉをエッチングすることができる。例えば、ＳｉＮ膜に対して１００〜無限大という極めて高いエッチング選択比を得ることができる。

【0048】

ＦＮＯガスの濃度は体積比率で０．５〜３．０％が好ましい。また、Ｆ_２ガスの濃度は、体積比率で０．０１〜３．０％が好ましい。ＦＮＯガスとＦ_２ガスの体積比率としては、ＦＮＯ：Ｆ_２＝３０：１〜１：１の範囲を用いることができる。また、エッチングガス（ＦＮＯ＋Ｆ_２）と希釈ガスである不活性ガスとの体積比率は、エッチング対象の大きさにもよるが、１：１５０〜１：１０の範囲が好ましい。

【0049】

エッチングの際のウエハＷの載置台４２の温度は、５０〜２００℃の範囲が好ましく、また、チャンバー４０内の圧力は、１〜１００Ｔｏｒｒ（１３３．３〜１３３３０Ｐａ）の範囲が好ましい。

【0050】

なお、ＦＮＯおよびＦ_２はいずれも沸点が低く、通常の処理条件においては安定的に気体として存在する。

【0051】

以上のようなエッチングにおいて、ＳｉＦ等が反応生成物として生成し、このような反応生成物がウエハＷの表面に付着した状態となる。

【0052】

このため、エッチング装置５によるエッチング処理が終了した後、ウエハＷをＰＨＴ処理装置４に搬送し、ウエハＷを加熱して、ウエハＷ表面の反応生成物を加熱除去する。具体的には、エッチング装置５でのエッチングが終了した後、ゲートバルブ２２、５４を開き、第２ウエハ搬送機構１７のピックにより載置台４２上の処理後のウエハＷをＰＨＴ処理装置４のチャンバー２０内の載置台２３上に載置する。そして、ピックをロードロック室３に退避させ、ゲートバルブ２２、５４を閉じ、チャンバー２０内にＮ_２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を加熱する。これにより、上記エッチング処理によって生じた反応生成物が加熱されて気化し、除去される。

【0053】

このように、ＰＨＴ処理装置４により加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上の加熱処理後のウエハ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。

【0054】

以上のように、本実施形態によれば、エッチング装置５によるウエハＷ上のＳｉ部分、例えばｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をＦＮＯおよびＦ_２を混合したエッチングガスと、Ｎ_２ガスのような不活性ガスからなる希釈ガスとによりエッチングする。これにより、極めて高エッチングレートで、かつ、ＳｉＮ膜やＴｉＮ膜等の隣接した膜に対して高エッチング選択比でＳｉ部分をエッチングすることができる。

【0055】

なお、ガス供給機構４３としては、Ｆ_２ガスとＦＮＯガスの比率が決まっている場合等には、図４に示すように、Ｆ_２ガス供給源７５、ＦＮＯガス供給源７６に代えて、Ｆ_２ガスとＦＮＯの混合ガスを供給する混合ガス供給源８７を設けてもよい。また、混合ガス供給源８７とＦ_２ガス供給源７５とを併用することもできる。なお、図４では、混合ガス供給源８７はガス供給配管７１に直接接続されている。

【0056】

さらに、図５に示すように、ガス供給機構４３として、ＦＮＯガス供給源７６の代わりにＮＯガス供給源８８を設けることもできる。この場合には、Ｆ_２ガスとＮＯガスとがガス供給配管７１内で混合されて反応し、Ｆ_２をＦＮＯの化学量論組成よりも過剰にすることにより、ＦＮＯガスとＦ_２ガスの混合ガスが形成される。そして、ＦＮＯガスとＦ_２ガスが、Ｎ_２ガスとともにガス供給配管７１を経てシャワーヘッド５６内に供給され、シャワーヘッド５６からチャンバー４０内へ吐出される。なお、８９は、ＮＯガス供給配管である。

【0057】

＜実験例＞
次に、実験例について説明する。
本実験例においては、ＳｉＯ_２上に、厚さ２００ｎｍのｐｏｌｙ−Ｓｉ膜と、厚さ３００ｎｍのＳｉＮ膜を形成した複数のサンプルについて、図３に示した構成を有するエッチング装置を用い、ガス供給機構から、ＦＮＯ／Ｆ_２比を変化させて、Ｆ_２ガス、ＦＮＯガス、Ｎ_２ガスを供給し、載置台の温度を５０〜２００℃、チャンバー内の圧力を１〜１００Ｔｏｒｒ（１３３．３〜１３３３０Ｐａ）の範囲でエッチングした。図６にこの際のＦＮＯガスとＦ_２ガスの体積比率とｐｏｌｙ−Ｓｉ膜のＳｉＮ膜に対する選択比との関係を示す。なお、エッチング量は各膜の４点にて測定したこの条件でのＳｉＮのエッチングレートは非常に小さく測定に誤差を含むため、０．１ｎｍ／ｍｉｎとし、ポリシリコンとの選択比を計算した。

【0058】

図６に示すように、エッチングガスとしてＦＮＯおよびＦ_２の混合ガスを用いることにより、ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜をＳｉＮ膜に対して極めて高いエッチング選択比でエッチングできることが確認された。

【0059】

＜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一例に過ぎず、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。

【符号の説明】

【0060】

１；処理システム
２；搬入出部
３；ロードロック室
４；ＰＨＴ処理装置
５；エッチング装置
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
４２；載置台
４３；ガス供給機構
４４；排気機構
９０；制御部
Ｗ；半導体ウエハ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】