特開 2024-129581 エッチング方法及びエッチング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129581

(43)【公開日】2024-09-27

(54)【発明の名称】エッチング方法及びエッチング装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3065 20060101AFI20240919BHJP

   H01L 21/302 20060101ALI20240919BHJP

【ＦＩ】

H01L21/302 105A

H01L21/302 201A

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023038892

(22)【出願日】2023-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】000219967

【氏名又は名称】東京エレクトロン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002756

【氏名又は名称】弁理士法人弥生特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鄭 雄鉉

(72)【発明者】

【氏名】浅田 泰生

(72)【発明者】

【氏名】旭 健史郎

【テーマコード（参考）】

5F004

【Ｆターム（参考）】

5F004AA09

5F004BA19

5F004CA08

5F004DA00

5F004DA18

5F004DA20

5F004DA29

5F004DB03

5F004EA34

(57)【要約】

【課題】基板に形成された酸化シリコン膜をエッチングするにあたり、エッチング後の酸化シリコン膜の形状を所望のものとすること。
【解決手段】本開示のエッチング方法は、表面に酸化シリコン膜が形成された基板に、ハロゲン含有ガスと、アンモニアガスと、アミンガスとをエッチングガスとして供給して、前記酸化シリコン膜をエッチングするエッチング工程を含む。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に酸化シリコン膜が形成された基板に、ハロゲン含有ガスと、アンモニアガスと、アミンガスとをエッチングガスとして供給して、前記酸化シリコン膜をエッチングするエッチング工程を含むエッチング方法。

【請求項2】

前記基板の表面には、前記酸化シリコン膜と、当該酸化シリコン膜とは種類が異なるシリコン含有膜と、が互いに隣接すると共に、各々露出して設けられ、
前記エッチング工程は、前記酸化シリコン膜及び前記シリコン含有膜のうち、前記酸化シリコン膜を選択的にエッチングする工程を含む請求項１記載のエッチング方法。

【請求項3】

前記酸化シリコン膜とは種類が異なるシリコン含有膜は、シリコン膜である請求項２記載のエッチング方法。

【請求項4】

前記基板の表面には、側壁が前記シリコン膜によって形成される凹部が設けられ、
前記エッチング工程は、当該凹部内に形成された前記酸化シリコン膜をエッチングする工程を含む請求項３記載のエッチング方法。

【請求項5】

前記エッチングガスのうちの少なくともいずれかを前記基板に供給するエッチング期間と、
前記エッチング期間の後で前記各エッチングガスの前記基板への供給を停止し、前記基板の周囲を排気する排気期間と、からなるサイクルが繰り返される請求項１記載のエッチング方法。

【請求項6】

前記ハロゲン含有ガス、前記アンモニアガス、前記アミンガスの各々の前記基板へ供給される期間は互いに重なる請求項５記載のエッチング方法。

【請求項7】

前記アンモニアガス、前記アミンガスの各々の前記基板へ供給される期間は互いに重なり、
前記基板に供給する前記アンモニアガスの流量に対する前記アミンガスの流量の割合は、３より小さい請求項５記載のエッチング方法。

【請求項8】

表面に酸化シリコン膜が形成された基板を格納する処理容器と、
前記酸化シリコン膜をエッチングするために、ハロゲン含有ガスと、アンモニアガスと、アミンガスとをエッチングガスとして供給して、前記酸化シリコン膜をエッチングするガス供給機構と、
を備えるエッチング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、エッチング方法及びエッチング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置の製造工程で、例えば半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）である基板に形成された酸化シリコン膜に対してエッチングが行われる。特許文献１では、当該酸化シリコン膜に対してアミンガスを供給してエッチングを行うことが示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】ＷＯ２０２０/０５４４７６Ａ１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、基板に形成された酸化シリコン膜をエッチングするにあたり、エッチング後の酸化シリコン膜の形状を所望のものとすることができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示のエッチング方法は、表面に酸化シリコン膜が形成された基板に、ハロゲン含有ガスと、アンモニアガスと、アミンガスとをエッチングガスとして供給して、前記酸化シリコン膜をエッチングするエッチング工程を含む。

【発明の効果】

【0006】

本開示は、基板に形成された酸化シリコン膜をエッチングするにあたり、エッチング後の酸化シリコン膜の形状を所望のものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本開示の一実施形態であるエッチング方法を行う対象であるウエハの縦断側面図である。

【図2】比較例のエッチング工程を示すウエハの縦断側面図である。

【図3】比較例のエッチング工程を示すウエハの縦断側面図である。

【図4】他の比較例のエッチング工程を示すウエハの縦断側面図である。

【図5】本実施形態の概要を示すための説明図である。

【図6】本実施形態のエッチング工程を示すための縦断側面図である。

【図7】本実施形態のエッチング工程を示すチャート図である。

【図8】本実施形態のエッチング工程を実施するための装置の縦断側面図である。

【図9】評価試験の結果を示すグラフ図である。

【図10】評価試験の結果の画像を示す説明図である。

【図11】評価試験の結果の画像を示す説明図である。

【図12】評価試験の結果の画像を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本開示のエッチング方法の一実施形態（実施例）について説明する。このエッチング方法の概要を述べると、ハロゲン含有ガス、ＮＨ_３（アンモニア）ガスと、アミンガスと、をエッチングガスとして基板であるウエハＷに供給して、ウエハＷの表面におけるＳｉＯｘ（酸化シリコン）膜１１をエッチングする。図１に示すように、ウエハＷの表面にはＳｉ膜１２が形成されており、Ｓｉ膜１２には溝が形成されている。従ってＳｉ膜１２と、Ｓｉ膜１２の下方側に形成される下層膜１３とによって、ウエハＷの厚さ方向に開口する凹部１４が形成されており、Ｓｉ膜１２は凹部１４をなす側壁として構成されている。なお、下層膜１３は後述のいくつかの図では表示を省略する。

【0009】

そして上記の凹部１４内に、ＳｉＯｘ膜１１が形成されている。上記のエッチングガスを用いることによって、各々シリコン含有膜であると共にウエハＷの表面に露出するＳｉＯｘ膜１１及びＳｉ膜１２のうち、ＳｉＯｘ膜１１が選択的にエッチングされる。エッチング後にＳｉＯｘ膜１１の一部が凹部１４内に残留するように処理が行われる。

【0010】

実施例のエッチングについてより具体的に述べると、ウエハＷへのエッチングガスの供給と、ウエハＷへのエッチングガスの供給を停止させた状態での反応生成物の昇華（気化も含む）と、を繰り返し行うことで、所望の量のＳｉＯｘ膜１１をエッチングする。なお、本実施例ではエッチングガスの一つであるハロゲン含有ガスとして、例えばＨＦ（フッ化水素）ガスを用いる。

【0011】

上記したようにこのエッチングガスには、各々塩基性ガスであるＮＨ_３ガス及びアミンガスが含まれる。そのようにＮＨ_３ガス及びアミンガスの両方を用いることで、エッチング後に凹部１４内に残留するＳｉＯｘ膜１１の上面（表面）について平坦性を比較的高くし、ウエハＷから製造される半導体デバイスについて、当該平坦性が低いことによる性能の悪化を防止することを目的とする。なおこの実施例では、ハロゲン含有ガスとしてはＨＦガスを用い、アミンガスとしてはトリメチルアミン（ＴＭＡ：trimethylamine）ガスを用いる。

【0012】

以下、実施例におけるエッチングガスの作用効果を明確に示すために、比較例の処理を先に説明する。エッチングガスとしてＨＦガス及びＮＨ_３ガスを用いる処理を比較例１、エッチングガスとしてＨＦガス及びＴＭＡガスを用いてエッチングを行う処理を比較例２とする。先ず比較例１におけるエッチングを説明する。図２、図３は、この比較例１の処理中に発生すると推定されるＳｉＯｘ膜１１の変化を示す、ウエハＷの縦断側面図である。図では、ＨＦガス及びＮＨ_３ガスであるエッチングガスを、エッチングガス２１として示している。なお以下の説明で、ＳｉＯｘ膜１１に関する左右の端部、左右の中央部という記載は特に説明が無い限り、縦断面視での左右の端部、左右の中央部を夫々意味するものとする。

【0013】

上記のエッチングガス２１が所定の温度に加熱された状態のウエハＷに供給されることで（図２（ａ））、凹部１４内のＳｉＯｘ膜１１の表面が当該エッチングガス２１と反応し、反応生成物であるケイフッ化アンモニウム［（ＮＨ_４）ＳｉＦ_６：ＡＦＳ］からなる層１５が形成される。ＳｉＯｘ膜１１上における、左右の端部と中央部との間で、ＡＦＳ層１５の厚さにばらつきが生じる（図２（ｂ））。

【0014】

より詳しくは、ＳｉＯｘ膜１１に対して、左右の端部（即ち、Ｓｉ膜１２との界面に近い領域）よりも左右の中央部（即ちＳｉ膜１２との界面から比較的離れた領域）にエッチングガス２１が比較的多く供給される。それによって、ＡＦＳ層１５において、左右の中央部の厚さが、左右の端部の厚さよりも大きくなる。なお、このようにＳｉＯｘ膜の各部でエッチングガス２１の供給量がばらつく理由はＳｉ膜１２に起因するものであるが、比較例２での説明で詳しく述べる。

【0015】

ＳｉＯｘ膜１１における左右の中央部については、比較的厚さが大きいＡＦＳ層１５が形成されたことでエッチングガス２１との接触が妨げられる傾向となる。その一方で、ＳｉＯｘ膜１１の左右の端部の上方に形成されているＡＦＳ層１５の厚さは比較的小さいため、エッチングガス２１に接しやすい。そのためＳｉＯｘ膜１１の左右の中央部よりも左右の端部で反応が進行し、ＳｉＯｘ膜１１の表面の高さは、左右の中央部と左右の端部との間で均される（図２（ｃ））。しかし、後述の評価試験で示すようにＡＦＳはＳｉに対して吸着性が低い一方で、ＡＦＳはＡＦＳに対して吸着性が高く、凝集しやすい。それらのことに起因して、ＡＦＳ層１５を構成するＡＦＳのうち、Ｓｉ膜１２の界面付近のＡＦＳはＡＦＳ層１５から脱離する。即ち、エッチングガス２１の供給が続けられると、ＳｉＯｘ膜１１の左右の端部上のＡＦＳ層１５の厚さが低下する（図２（ｄ））。

【0016】

そのようにＡＦＳ層１５の厚さが低下したことで、ＳｉＯｘ膜１１の左右の端部ではエッチングガス２１との反応が比較的大きく進行するが、左右の中央部では当該反応は比較的抑えられる。そして、ＳｉＯｘ膜１１の左右の端部上、左右の中央部上でＡＦＳ層１５の厚さが大きくなることで、エッチングガス２１との接触が妨げられ、反応が停止する（図３（ａ））。この反応停止時において、これまでに述べたように反応が進行したことで、ＳｉＯｘ膜１１については、その表面が左右の中央部の方が左右の端部よりも高い形状（凸形状とする）となっている。そして、エッチングガス２１のウエハＷへの供給停止後、ウエハＷの加熱とウエハＷの周囲の排気とによりＡＦＳ層１５が除去されるが、ＳｉＯｘ膜１１としては、上記した凸形状のままである（図３（ｂ））。従って、ＳｉＯｘ膜１１の表面の平坦性としては比較的低い。

【0017】

次に比較例２におけるエッチングを、比較例１との差異点を中心に、図４を参照して説明する。図４は、この比較例２の処理中に発生すると推定されるＳｉＯｘ膜１１の変化を示す、ウエハＷの縦断側面図である。図４は、このエッチングにおいて発生すると推定されるウエハＷの変化の様子を示す縦断側面図である。図４では、ＨＦガス及びＴＭＡガスであるエッチングガスを、エッチングガス２２として示している。そのエッチングガス２２が所定の温度に加熱された状態のウエハＷに供給されることで（図４（ａ））、凹部１４内のＳｉＯｘ膜１１の表面が当該エッチングガス２２と反応し、反応生成物１６が生じる。上記したＮＨ_３ガスから生じるＡＦＳと比べて、この反応生成物１６の昇華温度は低い。従って、この反応生成物１６は生成後に速やかに昇華し、エッチングガス２２のＳｉＯｘ膜１１への接触は、この反応生成物１６によって妨げられ難い（図４（ｂ））。

【0018】

そしてエッチングガス２２について、一部は凹部１４の開口方向に沿って下方に供給されるが、他の一部は当該開口方向に対して斜めに供給される。そのように供給されたエッチングガス２２のうちの一部は、下方へ向う途中でＳｉ膜１２に衝突して跳ね返ることによって、縦断面視でＳｉＯｘ膜１１の左右の中央部に供給される。即ち、当該左右の中央部には、エッチングガス２２の分子が直接供給されたり、Ｓｉ膜１２に跳ね返った当該分子が供給されたりする。つまり、ＳｉＯｘ膜１１の左右の中央部には、比較的多くのエッチングガス２２の分子が衝突するが、上記の跳ね返りが起きることで左右の端部には当該分子が衝突しにくい。即ち、分子の衝突確率の違いによって、ＳｉＯｘ膜１１は左右の端部よりも中央部で比較的大きくエッチングが進行する（図４（ｃ））。そのためエッチング終了後においてＳｉＯｘ膜１１は、その表面について縦断面視での左右の中央部の方が、左右の端部よりも低く位置する形状（凹形状とする）となっている（図４（ｄ））。従って、ＳｉＯｘ膜１１の表面の平坦性としては比較的低い。

【0019】

図５は、実施例におけるエッチングを示す概念図である。図中左側は、図２～図４で説明したようにＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスのうちの一方を用いてエッチングされたＳｉＯｘ膜１１を示す。これまでに述べたようにＮＨ_３ガスをエッチングガスとして使用する場合と、ＴＭＡガスをエッチングガスとして使用する場合とで、生じる反応生成物の昇華性が異なることによって、エッチング後のＳｉＯｘ膜１１の中央部及び周縁部のうちのいずれが高くなるかが異なる。そこで実施例では、これらのガスの両方を使用する。そのようにすることで、これらのガスの作用のバランスが取られ、図５の右側下段に示すように、ＮＨ_３ガスを単独で用いる場合よりも左右の中央部が端部に対して高くなることを抑えたり、図５の右側上段に示すようにＴＭＡガスを単独で用いる場合よりも左右の端部が中央部に対して高くなることを抑えたりすることができる。また、図５の右側中央段に示すように、左右の中央部と端部との高さを揃えることも可能となる。

【0020】

実施例のエッチング工程について、図６の縦断側面図と、図７のタイミングチャートと、を参照して説明する。このタイミングチャートは、ウエハＷへ各ガスを供給するタイミングを示している。後述するようにウエハＷは処理容器内に格納されて処理されるので、図７は処理容器内への各ガスの給断のタイミングを示している。また、この処理容器内は排気されて所定の圧力の真空雰囲気とされると共に、ウエハＷは所定の温度になるように加熱された状態で、エッチングが行われる。

【0021】

そのような処理容器内のウエハＷに対して、エッチングガスとしてＨＦガス、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスを供給する（チャート中、時刻ｔ１）。即ち、図２～図４でエッチングガス２１、２２として示した各ガスをウエハＷに供給する（図６（ａ））。このガスのうち、ＨＦガス及びＮＨ_３ガス（エッチングガス２１）がＳｉＯｘ膜１１に作用し、比較例１で述べたようにＡＦＳ層１５が形成される。ただし、塩基性ガスとしてはＴＭＡガスが含まれることで、ＮＨ_３ガスの分圧を比較的小さくすることができることから、ＡＦＳ層１５の厚さを比較的小さくすることができる。そのようにＡＦＳ層１５の厚さが比較的小さいことにより、各エッチングガスはＡＦＳ層１５を通過し、ＳｉＯｘ膜１１に作用することができる。

【0022】

ＡＦＳ層１５は、比較例１で述べたように左右の中央部の厚さが、左右の端部の厚さよりも大きくなるように形成される。従って、このＡＦＳ層１５のＳｉＯｘ膜１１に対するガスの遮蔽作用について見ると、ＳｉＯｘ膜１１の左右の端部よりも中央部の方が大きく、当該中央部においてエッチングが抑制されることになる。しかし比較例２で述べたようにＳｉ膜１２によって、ＳｉＯｘ膜１１の左右の中央部ではエッチングガス２２の衝突確率が比較的高く、反応生成物１６が生成して昇華が進行する。なお、エッチングガス２１についても、エッチングガス２２と同様に左右の中央部に比較的多く衝突する。

【0023】

このようにＡＦＳ層１５の遮蔽作用の違いと、各ガスの衝突確率の違いとのバランスが取られ、ＳｉＯｘ膜１１の左右の中央部と端部とについて、均一性高く変質が進行する（図６（ｂ））。そしてＨＦガス、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスの各々のウエハＷへの供給が停止する（時刻ｔ２）。そしてウエハＷの加熱と処理容器内の排気とによって、ＡＦＳ層１５が昇華して除去される（図６（ｃ））。なお、ＳｉＯ膜１１上に反応生成物１６等の他の反応生成物が残留している場合、当該他の反応生成物についても昇華して除去され、ＳｉＯ膜１１の表面が露出する。

【0024】

時刻ｔ２から所定の時間が経過すると、再度、エッチングガスであるＨＦガス、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスがウエハＷに供給され（時刻ｔ３）、ＳｉＯｘ膜１１と反応する。然る後、当該エッチングガスのウエハＷへの供給が停止し（時刻ｔ４）、反応生成物の昇華及び処理容器内の排気により、ＳｉＯｘ膜１１上の反応生成物が除去されてエッチングが進行すると共に当該ＳｉＯｘ膜１１が露出する。続いて、時刻ｔ４から所定の時間が経過すると、再度、エッチングガスであるＨＦガス、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスがウエハＷに供給される（時刻ｔ５）。

【0025】

時刻ｔ１～時刻ｔ３の直前における処理を１回目のサイクルとすると、時刻ｔ３～時刻ｔ５の直前では１回目のサイクルと同様の２回目のサイクルが実施されて、ＳｉＯｘ膜１１がエッチングされる。時刻ｔ５以降も同様のサイクルが繰り返し行われ、サイクルが実施される度にエッチングが進行する。サイクルが所定の回数繰り返され、ＳｉＯｘ膜１１について所望の量がエッチングされると、ウエハＷに対する処理が終了する（図６（ｄ））。各サイクルにおいて、ＳｉＯｘ膜１１は、中央部と端部とが均一性高くエッチングされるため、処理終了時のＳｉＯｘ膜１１について、ＳｉＯｘ膜１１の表面の平坦性が比較的高いものとなる。

【0026】

なお、各サイクルにおいてエッチングガスのうちの少なくともいずれかが供給されている期間はエッチング期間に該当し、エッチングガスのいずれも供給されていない期間は排気期間に該当する。従って、この図７のようにエッチング処理を行うにあたっては、時刻ｔ１～ｔ２及び時刻ｔ３～ｔ４がエッチング期間、時刻ｔ２～ｔ３及び時刻ｔ４～ｔ５が排気期間に該当する。

【0027】

上記の図５を用いて、エッチング後のＳｉＯｘ膜１１の形状について補足して説明する。既述したようにエッチングガスから生じるＡＦＳが、エッチング後のＳｉＯｘ膜１１の平坦性に形状に比較的大きく関与する。図６、図７で説明したように処理を行うにあたり、ＡＦＳについての生成が抑えられるかあるいは昇華性が高い処理条件であれば、図５の右側上段に示すように、ＴＭＡガスの衝突確率の影響が比較的強く表れ、凹形状となりやすい。

【0028】

具体的には、処理容器内を比較的低い圧力とすること、処理容器内に供給するＮＨ_３ガスの流量に対して処理容器内に供給するＴＭＡガスの流量を比較的大きくすること、ウエハＷの温度を比較的高くすること、及び/またはエッチングガスの供給終了から次にエッチングガスを供給するまでの時間（上記した処理の時刻ｔ２～ｔ３、ｔ４～ｔ５の時間）を比較的長くすることで、ＳｉＯｘ膜１１は凹形状となりやすい。反対に、処理容器内を比較的高い圧力とすること、処理容器内に供給するＮＨ_３ガスの流量に対して処理容器内に供給するＴＭＡガスの流量を比較的小さくすること、ウエハＷの温度を比較的低くすること、及び/またはエッチング後の排気時間を比較的短くすることで、図５右側下段に示すようにエッチング後のＳｉＯｘ膜１１は凸形状となりやすい。

【0029】

つまり、エッチングガスとしてアミンガス及びＮＨ_３ガスの両方を使用することの他に、各種の処理条件を調整することによって、エッチング後のＳｉＯｘ膜１１の表面の形状を制御し、平坦性をより高くすることができる。後の評価試験で、ＳｉＯｘ膜１１の表面の平坦性を高くする上で、上記の処理条件のうちＮＨ_３ガスの流量に対してＴＭＡガスの流量の好ましい範囲について説明する。

【0030】

次に、本開示に係るエッチング処理を行うエッチング装置３について、図８の縦断側面図を参照して説明する。図中３１は、エッチング装置３を構成する処理容器である。図中３９は、処理容器３１の側壁に開口するウエハＷの搬送口であり、ゲートバルブ３３により開閉される。処理容器３１内にはウエハＷを載置するステージ４１が設けられており、当該ステージ４１には図示しない昇降ピンが設けられる。その昇降ピンを介して処理容器３１の外に配置された基板搬送機構とステージ４１との間で、ウエハＷの受け渡しが行われる。

【0031】

ステージ４１には温度調整部３２が埋設されており、ステージ４１に載置されたウエハＷが温度調整される。この温度調整部３２は、例えば水などの温度調整用の流体が流通する循環路の一部をなす流路として構成されており、当該流体との熱交換によりウエハＷの温度が調整される。ただし温度調整部３２としては、そのような流体の流路であることに限られず、例えば抵抗加熱を行うためのヒーターにより構成されていてもよい。エッチングガスを供給する際のウエハＷの温度（ステージ４１の表面の温度）は、ＡＦＳの昇華を行うために、例えば－２０℃～１５０℃とすることが好ましい。

【0032】

また、処理容器３１内には排気管３３の一端が開口しており、当該排気管３３の他端は圧力変更機構であるバルブ３４を介して、例えば真空ポンプにより構成される排気機構３５に接続されている。バルブ３４の開度が調整されることによって、処理容器３１内の圧力が所定の圧力とされてウエハＷにエッチング処理が行われる。この圧力は、例えば０．１３３Ｐａ～１．３×１０^４Ｐａである。

【0033】

処理容器３１内の上部側には、ステージ４１に対向するようにガスシャワープレート４６が設けられている。ガスシャワープレート４６には、ガス供給路５１～５４の下流側が接続されており、ガス供給路５１～５４の上流側は流量調整部５０を各々介して、ガス供給源６１～６４に接続されている。各流量調整部５０は、バルブ及びマスフローコントローラを備えている。ガス供給源６１～６４から供給される各ガスについては、当該流量調整部５０に含まれるバルブの開閉によって下流側への給断が行われる。また当該各ガスについて、各流量調整部５０により、下流側へ供給される流量が調整される。シャワープレート４６に設けられるガス流路に供給された各ガスが、シャワープレート４６の下面に設けられる多数の吐出口から下方に吐出される。ガスシャワープレート４６、流量調整部５０及びガス供給源６１～６４により、ガス供給機構が構成される。

【0034】

ガス供給源６１、６２、６３、６４からは、ＨＦガス、ＴＭＡガス、Ｎ_２ガス、ＮＨ_３ガスが夫々供給され、これらの各ガスはガスシャワープレート４６を介して処理容器３１内に供給される。各流量調整部５０により、これらの各ガスの供給は互いに独立して行うことができる。不活性ガスであるＮ_２ガスはキャリアガスとして、エッチングガスと共にガスシャワープレート４６を介して処理容器３１内に供給される。また、Ｎ_２ガスは上記のサイクルの実施時に、エッチングガスが供給されない期間においてもパージガスとして処理容器３１内に供給される。即ち、上記したウエハＷの処理中は常時、処理容器３１内に供給される。

【0035】

また、エッチング装置３は、コンピュータである制御部３０を備えており、この制御部３０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、既述したウエハＷの処理及びウエハＷの搬送が行われるように命令（各ステップ）が組み込まれており、このプログラムは、記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ等に格納され、制御部３０にインストールされる。制御部３０は当該プログラムによりエッチング装置３の各部に制御信号を出力し、各部の動作を制御する。具体的には、そのように制御される上記のエッチング装置３の動作としては、例えばステージ４１に供給される流体の温度、ガスシャワープレート４６からの各ガスの給断、バルブ３４による排気流量の調整などの各動作が含まれる。

【0036】

なお上記の処理において、アミンガスとしてＴＭＡガスを用いているが、ＴＭＡガス以外のアミンガスを用いてもよい。具体的には、ジメチルアミン、ジメチルエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノターシャリーブチルアミン、ピロリジン、ピリジンなどの各種のアミン化合物のガスを用いることができる。従って、１級、２級、３級のうちいずれのアミンをエッチングガスとして用いてもよい。そしてエッチングガスについては、エッチング対象の膜の材料に応じて適宜選択すればよい。ＳｉＯｘ膜１１をエッチングする場合には、例えばハロゲン含有ガスとして、ＨＦ以外にはＨＣｌ、ＨＢｒ、ＨＩ、ＳＦ_６などの各ガスを用いることができる

【0037】

図７のチャートで示した処理ではサイクルを複数回繰り返し行っているが、必要なエッチング量が微量である場合にはサイクルは繰り返さず、１回のみ行うようにしてもよい。また、そのタイムチャートで示した例では、ＨＦガスの供給期間と、ＴＭＡガスの供給期間と、ＮＨ_３ガスの供給期間とが、互いに重なるように各ガスを供給しているが、これらのガスの供給期間が重ならないようにしてもよい。従って例えば、ＨＦガス、ＴＭＡガス、ＮＨ_３ガスについて順番に１つずつウエハＷに供給してもよい。また、この３つのエッチングガスのうちの２つを先にウエハＷに供給してから残りの１つを供給してもよい。つまり、３つのうちの２つのガスのみ、供給期間が互いに重なるようにしてもよい。

【0038】

そのように３種のエッチングガスについての供給期間にずれが生じる場合であっても、１つのサイクルとしては、各エッチングガスのウエハＷへの供給後、ウエハＷ上の反応生成物を昇華させるために各エッチングガスを供給しない排気期間が設けられるようにすればよい。つまり、３種のうちの少なくともいずれかのエッチングガスが供給されるエッチング期間と、そのエッチング期間の後の排気期間と、からなるサイクルを繰り返すことでＳｉＯｘ膜１１のエッチングが行われるようにすればよい。

【0039】

なお、そのように３種のエッチングガスについて供給期間をずらしてもよいが、ウエハＷの周囲におけるエッチングガスの分圧を高くしてエッチングレートを高くする観点から、３つのエッチングガスの供給期間を重ねることが好ましく、図７で示したように当該３つのエッチングガスの供給が同時に行われる（供給期間の開始時点が揃い、且つ供給停止時点が揃う）ことがより好ましい。

【0040】

ところで、エッチングガスについては成分としてハロゲン、アミン、ＮＨ_３が含有されることを述べてきた。本明細書で、そのようにエッチングガスや、エッチング対象となる膜がある特定の成分を含有するとは、当該成分を不純物として含有するという意味では無く、構成成分として含有する意味である。

【0041】

装置の構成としては任意であり、例えばエッチングガスの流路をなすガス供給路５１～５３について、ガスを貯留する貯留部としてタンクを介設すると共に当該タンクの下流側にバルブを介設する。当該バルブが閉鎖された状態でタンクにガスを貯留し、タンク内が加圧された状態でバルブを開くことで、各エッチングガスを処理容器３１内に比較的短い期間に比較的大きな流量で供給可能な装置構成としてもよい。なお、ガス供給路５２、５３の下流側の部位は合流して共通化され、この共通化された部位に上記のタンクとバルブとを設けることで、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスについては共通のタンクに貯留され、共通のバルブを介して処理容器３１内に供給されるようにしてもよい。そしてＨＦガスについては、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスに対して不要な反応が起きることを防止するために、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスが貯留されるタンクとは別のタンクに貯留されて処理容器３１内に供給する構成とすることが好ましい。つまり、ガス供給路５１のタンクに貯留され、ガス供給路５１のバルブを介して処理容器３１内に供給されるようにすればよい。

【0042】

ところでＳｉＯｘ膜１１が設けられる凹部１４について、上方（基板の厚さ方向）へ向けて開口することには限られず、側方に向けて開口する構成であってもよい。また、ＳｉＯｘ膜１１とＳｉ膜１２との位置関係については、ＳｉＯｘ膜１１と、Ｓｉ膜１２とが隣接すると共に、各々基板Ｗの表面に露出していれば、Ｓｉ膜１２の界面付近の領域と、当該界面から比較的離れた領域との間でのＳｉＯｘ膜１１のエッチング量を、本技術によって制御することができる。つまり、ＳｉＯｘ膜１１についてはＳｉ膜１２が側壁をなす凹部１４内に設けられることには限られない。なお、本技術はこのように基板の表面にＳｉＯｘ膜と、他の種類のシリコン含有膜との両方が共に露出して形成される場合に適用されることには限られず、基板の表面全体にＳｉＯｘ膜１１が設けられ、このＳｉＯｘ膜１１をエッチングする場合に適用してもよい。

【0043】

なお、ＳｉＯｘ膜１１が設けられる凹部１４の側壁はＳｉ膜１２によって構成され、このＳｉ膜１２の反応生成物に対する吸着性の低さが、既述したようにＳｉＯｘ膜１１のエッチング後の形状に関与すると推定される。ＳｉＧｅ膜などのＳｉ膜１２以外のシリコン含有膜についても、Ｓｉ膜１２と同様に反応生成物に対する吸着性は低く、既述したエッチングガス（ハロゲン含有ガス及び塩基性ガス）に対する耐性は高い。そのため凹部１４の側壁がＳｉ膜１２の代わりに、これらのＳｉ膜１２以外のシリコン含有膜によって構成されている場合についても、当該エッチングガスを用いたエッチングが有効であると考えられる。

【0044】

今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の特許請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更、組み合わせがなされてもよい。

【0045】

本技術に関連して行われた評価試験について、以下に説明する。
［評価試験１］
評価試験１として、シミュレーションによってＨＦ、ＮＨ_３、ＴＭＡ、ＡＦＳの各々におけるＳｉＮ（窒化シリコン）、ＳｉＯ、Ｓｉ、ＡＦＳに対する吸着に要するエネルギー量（ΔＧ/ｅＶ）を算出した。その結果を表１として示す。表中の各数値がそのエネルギー量であって、その値が小さいほど吸着性が高い。

【0046】

【表1】

【0047】

この表１に示すようにＡＦＳ同士の吸着性は高く、互いに分子が集まりやすい傾向が有る。そして、ＳｉＯに対してはＡＦＳ及びＮＨ_３が吸着されやすいが、Ｓｉに対してはＡＦＳ及びＮＨ_３が吸着されにくい。そのため、エッチングガスとしてＮＨ_３ガスが含まれる場合には、図２等で説明したように反応が進行すると推定される。即ち、Ｓｉ膜１２に対するＳｉＯｘ膜１１の選択的なエッチングが行われること、及びＡＦＳ層１５について図２（ｄ）で示すように、ＳｉＯｘ膜１１の左右の端部では厚さが比較的小さくなることが考えられる。

【0048】

また、ＳｉＯに対するＴＭＡの吸着性は比較的高いが、Ｓｉに対するＴＭＡの吸着性は比較的低い。ＮＨ_３のＳｉＯ、Ｓｉに対する吸着性も、ＴＭＡのＳｉＯ、Ｓｉに対する吸着性と同様の傾向にある。そのため図６で説明したように、ＴＭＡガス及びＮＨ_３ガスの両方をエッチングガスとして用いた場合において、Ｓｉ膜１２に対して選択性をもってＳｉＯｘ膜１１をエッチングできることが分かる。

【0049】

さらに表１に示すように、ＳｉＮについてはＳｉに比べてＡＦＳに対する吸着性が高い。従って図２で説明したようにＮＨ３ガスを用いてエッチングするにあたり、仮に凹部１４の側壁をＳｉＮ膜で形成した場合にはＡＦＳの剥がれが起こり難く、左右の端部でのエッチング量が抑えられることが推定される。従って、凹部１４の側壁について、ＳｉＮ膜により構成されていてもよいが、Ｓｉ膜により構成されている場合の方が、より本技術の有効性が高いと考えられる。

【0050】

［評価試験２］
評価試験２としてエッチング装置３と同様の試験装置を用いて、図１で示したように各膜が形成された基板に対して、実施例として説明したようにＨＦガス、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスを供給し、凹部１４におけるＳｉＯｘ膜１１のエッチングを行った。これらのＨＦガス、ＮＨ_３ガス及びＴＭＡガスについては図７のチャートで示したように処理容器３１内に供給した。従って、各ガスについて、互いに同時に基板に供給した。

【0051】

この評価試験２では、基板毎に処理容器３１内に供給するＮＨ_３ガスとＴＭＡガスとの流量比を変更して処理を行った。そして、エッチング後に各基板のＳＥＭ画像を取得し、凹部１４の状態を観察した。具体的には、Ｓｉ膜１２の頂部とＳｉＯｘ膜１１の左右の中央部との高さの差（中央エッチング深さとする）、Ｓｉ膜１２の頂部とＳｉＯｘ膜１１の左右の端部との高さの差（端部エッチング深さとする）を各々取得した。そしてエッチング深さの差として、端部エッチング深さ－中央エッチング深さを算出した。従って、エッチング深さの差の絶対値が小さいほど、ＳｉＯｘ膜１１の表面の高さの均一性が高い。即ち、ＳｉＯｘ膜の表面におけるエッチングの均一性が高い。以降の説明では、処理容器３１に供給したＴＭＡガスの流量を、処理容器３１に供給したＮＨ_３ガスの流量で除した値（即ち、アンモニアガスの流量に対する前記アミンガスの流量の割合）について、「ＴＭＡガス流量/ＮＨ_３ガス流量」として表記する場合が有る。

【0052】

上記したＴＭＡガス流量/ＮＨ_３ガス流量について、評価試験２－１では１１：１、評価試験２－２では９：３、評価試験２－３では７：５、評価試験２－４では１：１、評価試験２－５では５：７、評価試験２－６では３：９、評価試験２－７では１：１１とした。従って流量比について、評価試験２－１では１１（＝１１/１）、評価試験２－２では３（＝９/３）、評価試験２－３では１．４（＝７/５）、評価試験２－４では１（＝１/１）、評価試験２－５では０．７１（＝５/７）、評価試験２－６では０．３３（＝３/９）、評価試験２－７では０．０９（＝１/１１）である。

【0053】

図９のグラフ及び図１０、図１１の画像は、評価試験２の結果を示したものである。グラフについては代表して評価試験２－１、２－３、２－５、２－７の結果についてのみ示している。グラフの横軸はＴＭＡガス/ＮＨ_３ガス流量比であり、縦軸は上記したエッチング深さの差を示しており、所定の数値（図中ではＡとして表記）の刻みで目盛りを付している。グラフより、評価試験２－１ではエッチング深さの差の絶対値が比較的大きいが、評価試験２－３、２－５、２－７ではこのエッチング深さの差の絶対値が比較的小さく、ＳｉＯｘ膜１１の高さの均一性が高いことが分かる。

【0054】

また各画像より、ＳｉＯｘ膜１１についてはＴＭＡガス流量/ＮＨ_３ガス流量が小さいほどＳｉＯｘ膜１１の表面については左右の中央部に対して左右の端部が低い凸形状となる。そして、ＴＭＡガス流量/ＮＨ_３ガス流量が大きいほど、ＳｉＯｘ膜１１の表面については左右の中央部に対して左右の端部が高い凹形状となることが分かる。評価試験２－１、２－２ではＳｉＯｘ膜１１について顕著な凹形状となっており、左右の中央部と、左右の端部との差が比較的大きいが、評価試験２－３～２－７では左右の中央部と、左右の端部との差が抑えられており、ＳｉＯｘ膜１１の表面の平坦性は比較的高い。画像から、特に評価試験２－３～２－５での当該平坦性が高いことが分かる。従ってこの評価試験２からは、ＴＭＡガス、ＮＨ_３ガスに関して供給期間が互いに重なるように基板に供給するにあたり、ＴＭＡガス流量/ＮＨ_３ガス流量を３より小さい値とすることが好ましく、０．３３～１．４とすることがより好ましいことが分かる。

【0055】

［評価試験３］
評価試験３として、評価試験２と同様に図７のチャートに示したように各エッチングガスを複数の基板に各々供給して、ＳｉＯｘ膜１１のエッチングを行った。この評価試験３では、ＴＭＡガス流量/ＮＨ_３ガス流量については基板毎に一定とする代わりに、各基板の温度を互いに異なる温度に設定してエッチングを行った。具体的には評価試験３－１、３－２、３－３として、基板の温度を夫々８０℃、９０℃、１００℃に設定した。

【0056】

図１２の画像は、評価試験３の結果を示したものである。評価試験３－３で凹形状となる傾向が最も大きく現れる一方、評価試験３－１で凹形状となる傾向が最も小さかった
これは実施形態で説明したように、ＡＦＳの昇華性に起因すると考えられる。そして、評価試験３－１、３－２ではＳｉＯｘ膜１１の表面の平坦性は比較的高い。従ってこの評価試験３からは、エッチング処理時における基板の温度としては、１００℃より小さくすることが好ましく、９０℃以下とすることがより好ましいことが確認された。

【符号の説明】

【0057】

Ｗ ウエハ
１１ ＳｉＯｘ（酸化シリコン）膜
２１ エッチングガス（ＨＦガス、ＮＨ_３ガス）
２２ エッチングガス（ＨＦガス、ＴＭＡガス）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】