JP7065254B2 - エッチング方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体デバイスを製造する工程において、半導体ウエハ等の基板上の試料上に予め形成された処理対象の酸化シリコン膜をエッチングして除去するエッチング方法に係り、特に上下方向に積層された複数の酸化シリコン膜とこれらの間の層間膜とを有する膜構造において酸化シリコン膜を等方的にドライエッチングするエッチング方法に関する。

記憶装置等に用いられる半導体デバイスでは、低消費電力化や記憶容量増大等の市場からの要求に対応するため、更なる微細化、およびデバイスの構造の３次元化が進んでいる。このような半導体デバイスの製造において、３次元の構造を形成する工程では、当該構造は従来の技術より立体的で複雑であるため、従来行われてきたウエハの上下面に対して垂直方向にエッチングを行う「垂直性(異方性)エッチング」に加え、横方向のエッチングも行う「等方性エッチング」が多用されるようになると考えられている。

このような等方性のエッチングは、従来は、薬液を用いたウエット処理により行われてきた。しかしながら、上記デバイスの構造の微細化の進展により、薬液の表面張力により構造のパターンが倒れたりやパターン同士の隙間のエッチング残りの問題が顕在化している。さらには、大量の薬液処理が必要となる点が問題となっていた。そのため、等方性エッチングでは、薬液を用いたウエット処理を用いるものから、薬液を用いないドライ処理のものに置き換えることが求められている。

半導体デバイス中では、酸化シリコン膜が多く使われることから、そのドライエッチングプロセスも、以前から多数の公知例がある。例えば特許文献１には、アルコールとＣＦ系のガスにより、０℃以下でプラズマを用いて酸化シリコン系材料層をエッチングすることが記載されている。また、特許文献２には、堆積物除去法として、フッ化水素とメタノールの混合ガスを用いて、３０℃以下でエッチングされていることが記載されている。また、特許文献３、４、５、６には、フッ化水素とアルコールにより、０℃～３０℃、あるいは、室温～４０℃のような温度で酸化シリコン膜をエッチングすることが記載されており、特許文献３、４、５には、窒化シリコンに関する記載がある。

さらに特許文献７には、フッ化水素とアルコールから生成したＨＦ_２ ^－により、窒化シリコン膜上に形成された酸化シリコン膜を有する構造体をエッチングすることと、その後、その構造体を加熱すること、さらに冷却することが記載されている。また、特許文献８には、－２０℃以下で、酸素を含む前駆体とフッ素を含む前駆体を用いて、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜が積層した構造から窒化シリコン膜を選択的に横方向にエッチングすることが記載されている。

特開平０７－１６９７３８号公報 特開２０１３－０７４２２０号公報 特開２０１６－０２５１９５号公報 ＵＳ９６１３８２３号公報 特開平０７－１５３７３７号公報 ＵＳ５５７１３７５号公報 特開２００５－１６１４９３号公報 ＵＳ１０３１９６０３号公報

上記の従来の技術は、次の点についての考慮が不十分であったため問題が生じていた。

すなわち、３次元構造の半導体素子である３Ｄ－ＮＡＮＤフラッシュメモリの積層膜加工やＦｉｎ型ＦＥＴのゲート周りの加工においては、酸化膜を多結晶シリコン膜やシリコン窒化膜に対して高選択で、かつ原子層レベルで処理を施す量を制御してエッチングする技術が求められる。このような３Ｄ－ＮＡＮＤフラッシュメモリを製造する工程において処理対象の構造とそのエッチング処理の典型的な例としては、酸化シリコン膜（ＳｉＯｘ膜）と窒化シリコン膜（ＳｉＮ）とが上下方向に交互に複数積層された構造体の最上面から当該上下方向に深い穴や溝の形状が形成された構造であって、穴や溝の構造の側壁面を構成する積層された膜構造の表面から選択的に酸化シリコン膜を横方向にエッチングする工程が考えられる。

背景技術で示したように、フッ酸水溶液やバッファードフッ酸水溶液によるウエット処理によるエッチングでは、微細な間隔を有する溝や微小な径の穴の構造でのエッチング残りや、エッチングの制御性が悪いという問題があった。また、特許文献１乃至７に開示された従来の技術を上記酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とが上下方向に交互に複数積層された膜構造に適用した場合に、前者の後者に対する高い選択性を実現して後者に対して前者を効率的に（高いエッチングレートで）処理することは難しい、という問題が生じていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、酸化シリコン膜を窒化シリコン膜に対して高い選択比で高精度にエッチングするエッチング方法を提供することにある。

上記目的は、処理室内に配置されたウエハ上に予め形成された酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜が上下方向に交互に積層された膜層の端部が溝または穴の側壁を構成する膜構造を、前記処理室内に処理用の気体を供給してエッチングするエッチング方法であって、前記処理室内にフッ化水素及びアルコールの蒸気を供給し、前記ウエハを－２０℃以下、望ましくは－２０乃至－６０℃の温度に維持して、前記酸化シリコン膜を前記端部から横方向にエッチングすることにより達成される。

酸化シリコン膜を高いエッチングレートでエッチングすることと、窒化シリコン膜を低いエッチングレートでエッチングすることを両立することができ、その結果、窒化シリコン膜に対して、高い選択比で酸化シリコン膜を高精度にエッチングに除去することが可能である。

本実施例に係るエッチング処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係るエッチング処理装置において処理されるウエハ上に形成された膜構造の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係るエッチング処理装置において処理されるウエハ上に形成された膜構造に好ましくない端部の形状が生成された状態の断面を模式的に示す縦断面図である。 図１に示す実施例に係るエッチング処理装置において実施されるウエハの処理の流れの概略を示すフローチャートである。 図４に示すウエハの処理の時間の経過に伴う動作の流れの概略を示すタイムチャートである。 本実施例に係るプラズマ処理装置において、処理室内に配置したウエハ上の酸化シリコン膜をフッ化水素とメタノールとの混合ガスを用いてエッチング処理した場合のウエハ温度の変化に対するエッチング速度の変化の参考例を示すグラフである。 図６に示す参考例においてウエハの温度の変化に対する酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との間の選択比の変化を示すグラフである。 複数の種類のアルコール、水、フッ化水素、四弗化シリコンの温度に対する蒸気圧の変化を示すグラフである。 本発明の別の実施例に係るエッチング処理装置の全体の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。 図９に示す別の実施例に係るエッチング処理装置で実施されたエッチング処理における処理対象膜のエッチングレートと処理ガスとして用いられたフッ化水素に対するメタノールの量との関係を示すグラフである。

本発明者は、フッ化水素ガス及びアルコールによる酸化シリコン膜、窒化シリコン膜のエッチングに関して、詳細に検討を行った。酸化シリコン膜をフッ化水素ガス及びアルコールとしてメタノールを用いた場合の反応式は、特許文献７に記載されるように、下記で示される。

２ＨＦ＋ＣＨ_３ＯＨ → ＨＦ_２ ^－＋ＣＨ_３ＯＨ_２ ^＋ ・・・（式１）
ＳｉＯ_２＋２ＨＦ_２ ^－＋ＣＨ_３ＯＨ_２ ^＋ → ＳｉＦ_４＋２Ｈ_２Ｏ＋２ＣＨ_３ＯＨ・・・（式２）
これらの式に示されるように、フッ化水素（ＨＦ）２分子とメタノール（ＣＨ_３ＯＨ）が反応し、活性種であるＨＦ_２ ^－を生成する（式１）。このＨＦ２－が、ＳｉＯ_２と反応し、ＳｉＦ_４（沸点－９４.８℃）を生成して、それが揮発してエッチングが起きる。反応を担っているのは、ＨＦ２－である。メタノールのようなアルコールは、フッ化水素２分子からＨ＋を引き抜いて、ＨＦ２－を生成させる役割を果たす。

本発明者らは、フッ化水素とメタノールとの混合ガスを用いた場合の、プラズマＣＶＤにより形成された酸化シリコン膜、および窒化シリコン膜のそれぞれの単層膜のエッチングレートについて条件を変えて検討を行った。その結果を図６乃至８を用いて説明する。

図６は、本実施例に係るプラズマ処理装置において、処理室内に配置したウエハ上の酸化シリコン膜をフッ化水素とメタノールとの混合ガスを用いてエッチング処理した場合のウエハ温度の変化に対するエッチング速度の変化の参考例を示すグラフである。図７は、図６に示す参考例においてウエハの温度の変化に対する酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との間の選択比の変化を示すグラフである。図８は、複数の種類のアルコール、水、フッ化水素、四弗化シリコンの温度に対する蒸気圧の変化を示すグラフである。

図６に示した例においては、各々の単層膜をエッチング処理する際に用いたガスは、フッ化水素８００ｓｃｃｍ、メタノール４００ｓｃｃｍ、フッ化水素、メタノールに、さらに希釈ガスであるＡｒをそれぞれ１００ｓｃｃｍずつ合計２００ｓｃｃｍ添加したものが用いられている。また、処理室内でウエハが処理された圧力は３００Ｐａであった。

図６に示すように、ウエハの温度がより低温に変化するに伴って、窒化シリコン膜のエッチング速度（エッチングレート）の変化の量に対して、酸化シリコン膜のエッチング速度（エッチングレート）が大きく変化していることが判る。特に、－１５℃以下では酸化シリコン膜のエッチングレートが急激に大きくなっている。これは、酸化シリコン膜へのフッ化水素やメタノールの吸着量が増えて、（式１）、（式２）で示した反応が起きやすくなったためと考えられる。

これに対して、窒化シリコン膜のエッチングレートは、－１５℃以下の低温でも小さいままで変化しない。結果として、図７に示すように、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との間の選択比は、処理がされる温度が０℃以下の領域においては温度が低くなるに伴って増大する傾向を有し、特に－３０～－４５℃に極大値を含む高い選択比となる範囲を有していることが判る。

一方、図６に示す参考例の複数のデータから導出された実践上の酸化シリコン膜のエッチングレートは、－２５～－３０℃の間で極大値を有してこれより低温、特に－４５℃以下では逆に徐々に低下していく。そして、図７に示す実線上の選択比の値は、－３５～－４０℃の間で極大値となり、これより低温になるに伴って減少していくことが示されている。このように、窒化シリコン膜に対する酸化シリコン膜のエッチングレートの選択比は、－２０℃～－５０℃の範囲で大きく、特に－３０℃～－４５℃が極大値を含んで大きな範囲であることが判った。

ここで、アルコールやフッ化水素ガスの温度に対する蒸気圧の文献値をグラフ化した曲線（図８）を見ると、－５０℃より低温ではアルコールの蒸気圧が低下して、１００Ｐａより小さくなっている。フッ化水素ガスとメタノールを用いるプロセスでは、１００Ｐａから１０００Ｐａ程度を全圧として用いており、分圧として考えた場合、数十から数百Ｐａ程度が必要となる。

例えば、３００Ｐａを全圧として処理をした図６，７で示した例では、分圧としては１００Ｐａ程度が必要となる。これに対して、－５０℃以下では、アルコールの蒸気圧が低くなりすぎることが関係して、エッチングレートが低下すると考えられる。

以上のように、高い酸化シリコン膜のエッチングレートと低い窒化シリコン膜のエッチングレートを両立することができ、窒化シリコン膜に対して、高い選択比で酸化シリコン膜を高精度にエッチングするには、ウエハ温度－２０℃～－６０℃が望ましく、さらにはウエハ温度－３０℃～－４５℃がより望ましいことを見出した。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
［エッチング処理装置］
まず、図１を用いて本発明の実施例１のエッチング処理装置について全体の構成の概略を説明する。図１は、本実施例に係るエッチング処理装置の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。

本図において、エッチング処理装置１００は、上下方向に中心軸を有した円筒形の金属製の真空容器であるベースチャンバ１１を備えた下部ユニット５７と、ベースチャンバ１１の上方に載置されてベースチャンバ１１の円形の天井面を構成する上部ユニット５８とを備えている。さらに下方には、ベースチャンバ１１内部を排気して減圧する排気ポンプを含む真空排気部６３が配置されている。

ベースチャンバ１１の内部には、その側壁と底部とに囲まれた空間であって内側が減圧される処理室１が配置されている。円筒形を有した処理室１の内部には、その上面にウエハ２が載置される円筒形を有した支持台であるウエハステージ３が配置されている。ウエハステージ３の外周側のベースチャンバ１１の底部には、処理室１の内外を連通する貫通孔が少なくとも１つ配置され、これら貫通孔の開口が処理室１の内部のガスや粒子が排出される排気口を構成する。

さらに、処理室１の天井面の中心部であってウエハ２表面の膜層を処理するためのガスが導入される空間を挟んでウエハステージ３の上面上方には、石英等の誘電体製の円板であるシャワープレート２３が当該上面と対向して配置され、上部ユニット５８として処理室１の天面を構成している。シャワープレート２３には複数の貫通孔が備えられ、当該貫通孔を通して処理ガスが処理室１内に供給される。本実施例の処理ガスは、ウエハ２表面に予め配置された処理対象の膜層と反応する少なくとも１種類の反応性ガスとこれを所定の割合に希釈する希ガスとを含む複数種類の元素が混合された混合ガスである。

処理ガスは、シャワープレート２３の貫通孔に連通して配置された処理ガス供給用の管路の上にガス種毎に配置されたマスフローコントローラ５０によってガス種毎にその流量または速度が調整され、複数本のガス用の配管が１つに纏められてガスが合流して処理ガスとしてシャワープレート２３の貫通孔に供給される。また、マスフローコントローラ５０の下流側で合流した処理ガス供給用の管路のさらに下流側には、ガス分配器５１が配置され、ガス分配器５１からシャワープレート２３までの間には、複数本のガス供給用の管路であるガス供給管５６がこれらと連結されて、これらの管路の下端はシャワープレート２３の中心部または外周部に配置された貫通孔に連通して配置されている。

本実施例では、シャワープレート２３の貫通孔に連通して配置された各々のガス供給管５６を通って中心部と外周側部分とで流量や組成を各々で独立に調節された処理ガスが処理室１内に上部中央部から供給され、処理室１の中心付近と外周付近との各々の領域で処理ガスの分圧の分布が所望のものに調節される。なお、図１の例では、処理用ガスの原料となる元素としてＡｒ，Ｎ２，ＨＦ，Ｏ２が記載されているが、他の種類のものから構成された処理ガスも供給しても良い。

さらに、本実施例ではシャワープレート２３の貫通孔を通して、液体の原料を気化させて得られたガスが処理室１内に処理用ガスとして供給される。例えば、液体の原料として所定の種類のアルコールが用いられ、貯留部内に溜められたこれらの原料の液をベーパー供給器４７において気化することで得られたガスが処理用ガスとして用いられる。

ベーパー供給器４７の内部には、原料の液体が貯留されるタンク４５を備えている。当該タンク４５の外壁の周囲を囲んで配置されたヒータ４６に電力が供給されて生じた熱によって液体原料が加熱されてタンク４５内部の上部に原料の蒸気が生成され、タンク４５上部に連結された管路を通って内部に充満した原料の蒸気はマスフローコントローラ５０－２によりその流量または速度が制御されて蒸気用のガス分配器５１に供給され、シャワープレート２３の複数の貫通孔のうちの所定の貫通孔に連通した複数のガス供給管５６のうちの一部に分配される。さらに、これらのガス供給管５６を通ってシャワープレート２３の貫通孔を介して処理室１内に導入される。

原料の蒸気から構成されたこれらの処理ガスが処理室１内に導入されていない間は、ガス分配器５１とタンク４５との間を連結する管路上のバルブ５３，５４の少なくとも１つが閉じられて、液体の原料と処理室１との間が遮断される。本例では、タンク４５の外周囲に加熱用のヒータ４６が備えられているが、原料の蒸気が流れる配管上にもヒータを配置して、当該ヒータからの熱を受けて配管内部を加熱して原料の蒸気が管内部で凝縮しないようにすることが望ましい。

ベースチャンバ１１内の処理室１の下部においてウエハステージ３の下方には処理室１内部を排気して減圧するための排気ポンプを含む排気手段１５が真空排気配管１６を介して連通して接続されている。排気手段１５は、例えば、ターボ分子ポンプやメカニカルブースターポンプやドライポンプ等の処理室１内部を所定の真空度まで減圧できる排気ポンプを備えているものとする。また、処理室１内部の圧力を調節するため、ベースチャンバ１１の底部材を連通した排気口と排気手段１５との間を連結して連通する真空排気配管１６上に調圧手段１４が配置されている。調圧手段１４は、真空排気配管１６の排気が流れる流路を横方向に横切って配置された板状のフラップを少なくとも１つ備えて当該フラップを回転または流路を横切る方向に移動させることで流路断面積を増減することで、内部を流れる排気の流量または速度を増減する構成を備えている。

ベースチャンバ１１とその上方の円筒形の上部ユニット５８とは後者が取り付けられた状態で、ベースチャンバ１１の円筒形の側壁上端の上方に、円筒形の上部ユニット５８の底面の外周端部が、これらの間にＯリング等のシール部材を挟んで処理室１の内外を気密に封止するように載せられて取り付けられる。上部ユニット５８の下部の中央部はシャワープレート２３が配置され、さらにシャワープレート２３の外周側の領域にリング形状を有したＩＲランプユニット５９が配置されると共に、ＩＲランプユニット５９のＩＲ光透過窓７２が上部ユニット５８の下面であって処理室１の天面を構成している。さらに、上部ユニット５８は、ＩＲランプユニット５９及びその中心部に配置されたシャワープレート２３とその上方でこれに連結されたガス供給管５６の周囲をと上方とを囲む金属製の円筒形の上部ユニットカバー６２を備えている。

本例では、ウエハステージ５の上面の外周側領域の上方に、当該上面とこれに載せられたウエハ２をリング状に囲んでＩＲランプユニット５９が設置されて、ＩＲ光透過窓７２を透過して処理室１内に放射された光が周囲からウエハ２に照射される。放射される光は、可視光から赤外光領域の光を主とする光（ここではＩＲ光と呼ぶ）を放出するものとする。

ＩＲランプユニット５９は、シャワープレート２３の周囲にリング状に配置されたＩＲランプ６０と、ＩＲランプ６０の上方でこれを覆って配置され放射されたＩＲ光を処理室１の中央側及び下方向（載置されたウエハ２の方向）に向けて反射するリング形状の反射板６１と、ＩＲランプ６０の下方に配置され石英等のＩＲ光が透過する誘電体製のリング状の部材でシャワープレート２３を囲むＩＲ光透過窓７２を備えている。本例のＩＲランプ６０は、上方から見て、シャワープレート２３または処理室１の上下方向の中心の周囲に複数本が同心状に配置されたサークル型（円形状）のＩＲランプ６０－１，６０－２，６０－３が用いられる。これら複数本のランプに代えて螺旋状に配置された１本のランプが用いられても良い。また本実施例では３周分のランプが設置されているものとしたが、２周、４周などとしてもよい。

ＩＲランプ６０は、電力を供給するＩＲランプ用電源７３が接続されており、これらの間を電気的に接続する給電経路上には高周波電力のノイズが低減してＩＲランプ用電源７３に流入することを抑制するための高周波カットフィルタ７４が配置されている。また、ＩＲランプ用電源７３はＩＲランプ６０－１，６０－２，６０－３の各々に供給される電力を独立に制御できる機能を有している。

リング形状にシャワープレート２３を囲むＩＲランプユニット５９は、ＩＲ光透過窓７２のリング状の処理室１に面した天面部とその内周端部の上方に接続されシャワープレート２３とその背面側で貫通孔に連結されたガス供給管５６を囲む円筒形の内周側壁部とを有している。円筒形の内周側壁部も天面部と同様にＩＲ光が透過する誘電体製の部材で構成されて、放射されるＩＲ光は円筒形部を通してシャワープレート２３に照射されると共に、これを透過して処理室１内に放射される。

ウエハステージ５の円板または円筒形の金属製部材の内部には、ウエハステージ５を冷却して温度を調節するための冷媒が内側を流れる流路３９が配置され、流路３９の出入口と連結されたチラー３８において温度が所定の範囲内の値に調節された冷媒が供給されて循環する。本実施例のチラーは、冷媒または金属製の部材を－２０℃乃至－６０℃の範囲の温度にできるものが用いられる。さらに、金属製の部材の上面には、ウエハ２がその上に載せられる上面を構成する誘電体製の膜が配置され、当該誘電体製の膜内にはウエハ２静電吸着によって固定するための直流電力が供給される複数の板状の電極板３０が内蔵されている。それぞれの電極板３０には、ＤＣ電源３１各々が接続されている。

また、ウエハ２の温度を効率よく調節するため、ウエハステージ５の誘電体膜の上面には、Ｈｅガスが供給される供給口が配置されウエハ２が載せられた状態でウエハ２の裏面と誘電体膜との間にＨｅガスを供給して、ウエハ２と流路３９との間の熱伝達を促進できるように構成されている。また、誘電体膜はウエハ２を静電気により吸着した状態で加熱や冷却を行っても、ウエハ２の裏面に傷がつくことを抑制するためポリイミド等の樹脂で構成されている。

また、ウエハステージ５の金属製の部材の内部には、ウエハステージ５または金属製の部材の温度を検知する温度検知器（センサ）としての熱電対７０が配置され熱電対温度計７１に接続されている。熱電対温度計７１からの出力は図示しないエッチング処理装置１００の動作を制御する制御部に送信されて、制御部内の演算器が記憶装置内に格納された予め定められたソフトウエアに記載されたアルゴリズムに基づいて、温度の値を検出すると共に、当該検出された値及びこれから得られるウエハ２の径方向の所期の温度の分布との差に応じて、所望のウエハ２の温度の分布となるように、ＩＲランプ用電源７３にＩＲランプ６０－１，６０－２，６０－３各々からのＩＲ光の出力を独立に調節する指令信号を送信する。

なお、本実施例のエッチング処理装置１００では、冷媒が内側を循環する流路３９循環させるもの以外にも、ウエハステージ５内部に供給される電力に応じて温度差を形成する熱電変換デバイスであるペルチェ素子等を用いることもできる。また、フッ化水素ガス及びメタノールガス等の処理ガスに曝される処理室１のウエハステージ５以外の内側壁面を、例えば４０℃乃至１２０℃の範囲内の温度に加熱することができる。これにより、処理室１の内部部材の表面にフッ化水素ガス及びメタノールガスが吸着することを抑制し、内部の部材に腐食が生起することを低減することができる。

図２を用いて、本実施例のエッチング処理装置１００がウエハ２に対して施す処理の対象の膜の構造について説明する。図２は、図１に示す実施例に係るエッチング処理装置において処理されるウエハ上に形成された膜構造の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。図２（ａ）は、当該処理の開始前の、図２（ｂ）は、当該処理の開始から所定時間後の膜構造の縦断面を示している。

図２（ａ）に示すように、本実施例がエッチング処理する対象の膜構造は、基版１０１上に処理対象の膜層である酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）１０３と窒化シリコン膜（ＳｉＮ）１０２とが交互に複数積層された構成を有している。なお、本例では窒化シリコンＳｉＮはＳｉｘＮｙの元素記号で表すことのできる物質を示しており、例えば典型的な物質としてはＳｉ_３Ｎ_４が挙げられる。

さらに、膜構造にはその上面から基板１０１に至る当該膜構造を上下方向に貫通する深さを有した穴形状あるいは溝形状が形成されて、その穴または溝は開口部１０４を有してその側壁面に交互に複数積層された酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）１０３及び窒化シリコン膜（ＳｉＮ）１０２の各々の上下方向の断面（縦断面）が露出している。また、本例では、上記複数の積層膜の下方の基板１０１の上部にも穴または溝構造が形成されて開口部１０４を構成している。

このような膜構造は、３Ｄ－ＮＡＮＤ技術を用いた記憶用半導体デバイスにおいて典型的に用いられる。本例に用いられる酸化シリコン膜１０３の膜厚は数ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲、窒化シリコン膜１００の膜厚は数ｎｍ乃至１００ｎｍの範囲内の値にされている。また、これらの膜構造における積層膜の数は、数十から数百の範囲内の値にされている。さらに、これら積層された膜層の膜構造全体での厚さ１０５は、数μｍ乃至数十μｍにされ、開口部１０４の幅は数十ｎｍ乃至数百ｎｍの範囲内の値を有している。

本実施例のエッチング処理装置１００では、このような膜構造の積層膜に対して、当該積層膜のうちの酸化シリコン膜１０３を開口部１０４の側壁面の断面から、窒化シリコン膜１０２に対して高い選択比で、等方的にエッチングする。この際、窒化シリコン膜１０２がエッチングされる量は酸化シリコン膜１０３に対して著しく小さいため、酸化シリコン膜１０３のエッチングが、窒化シリコン膜１０２の開口部１０４の縦断面に対して横（水平）の方向（図上左右方向）に進行する。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した状態からエッチングが開始されて予め定められた時間経過した際の膜構造の縦断面を示したものであり、この際の酸化シリコン膜１０３のエッチング量１０６は、数ｎｍ乃至数十ｎｍであり、１０ｎｍ程度が最適である。

本実施例のエッチング処理において、酸化シリコン膜１０３の横方向へのエッチング量の窒化シリコン膜に対するに比率（選択比）は１５以上、より望ましくは２０以上にされる。当該選択比が低い場合には、エッチングの対象はない窒化シリコン膜１０２のエッチングが並行して相当量生じるため、図３に示すように、上記予め定められたエッチング時間後の窒化シリコン膜１０２開口部１０４に面した断面の形状は、初期の平坦な面形状（図上では矩形状として示されている）ものから、断面の上下端部が削られ消耗した（丸められた）ものとなり、このような形状を有した加工後の回路の構造を有したデバイスの性能に悪影響を及ぼす虞がある。

図３は、このような好ましくない端部の形状が生成された膜構造の断面を模式的に示している。図３は、図１に示す実施例に係るエッチング処理装置において処理されるウエハ上に形成された膜構造に好ましくない端部の形状が生成された状態の断面を模式的に示す縦断面図である。

経験的には、選択比として、１５以上、より望ましくは２０以上がある場合には、図２（ｂ）で示すような、矩形により近い形状が得られる。また、選択比が１５未満、特に１０以下である場合には、図３に示したような窒化シリコン膜１０２のエッチングされる端部の形状が、膜の上下端部からその中間部分がエッチング方向に凹まされた丸みを帯びたものになってしまい、当該膜を用いて形成される回路の形状として望ましくない。このことから、形成される半導体デバイスの回路の所期の性能を実現する上で必要となる高い選択比（選択性）を得るため、ウエハ２の温度として、－２０℃～－５０℃が好ましい。

図２で示された基板１０１としては、シリコン製のものやシリコンゲルマニウム製またはこれらを含む材料から構成された基板等が好ましいが、これらに限定されるものではない。さらに、本例の処理対象の膜構造として酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）１０３と窒化シリコン膜（ＳｉＮ）１０２が交互に多数積層された構成を有し、これらの膜層はプラズマＣＶＤ等で連続的に上下方向に形成されたものである。これら酸化シリコン膜１０３及び窒化シリコン膜１０２は、その他の方法、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ法）、原子層堆積法（ＡＬＤ法）、スパッタ法、前駆体の塗布法及び焼成法等の方法で形成されても良い。

さらに、別の問題として、エッチング処理の対象である酸化シリコン膜１０３が窒化シリコン膜１０２に上下に積層された膜層の端部が溝または穴の内側の側壁を構成する膜構造のエッチングに際して、膜構造の表面に堆積物が生じる場合がある。この場合には、ＩＲランプ６０からの電磁波（ＩＲ光）をウエハ２に照射して加熱しこれらの堆積物の帰化する温度以上ウエハ２の温度を上昇させ、生じた堆積物を熱分解し脱離させることができる。なお、本実施例ではウエハ２の加熱にＩＲランプ６０からのＩＲ光による輻射の加熱を用いたが、加熱はこれに限定されるものではなく、例えばウエハステージ３を加熱する、処理室１内部からウエハ２を加熱のみを行う別の装置に搬送し加熱を行ってもよい。また、ＩＲランプ６０を照射する際には、Ａｒガスや窒素ガスを処理室１または別の加熱する装置内に導入しても良い。
［エッチングプロセス］
次に本発明で提案するエッチングプロセスについて図１と共に図４、図５を用いて説明する。図４は、図１に示す実施例に係るエッチング処理装置において実施されるウエハの処理の流れの概略を示すフローチャートである。図５は、図４に示すウエハの処理の時間の経過に伴う動作の流れの概略を示すタイムチャートである。

図５においては、ウエハ２が処理室１内部に搬送されウエハステージ３上に載せられ静電吸着された後に、処理室１内に処理用ガスが導入されて処理が開始される。当該ウエハ２の処理は、ウエハ２上面に予め配置された処理対象の膜層に対して処理室１内に導入した処理ガスによりエッチング処理を実施した後、処理室１内を排気し、ウエハ２を加熱して表面の付着物を除去する工程を１つの纏まりのサイクルとして、このサイクルを少なくとも１回以上行うものである。

すなわち、エッチング処理装置１００は、ベースチャンバ１１の側壁が図示しない別の真空容器である真空搬送容器と接続されており、真空搬送容器及びベースチャンバ１１を貫通するゲートを通して、ウエハ２が真空搬送容器内部の搬送室から処理室１に搬送される。真空搬送容器内部の搬送室内には、ウエハ２をアームの先端のハンド上に保持する搬送用のロボットが配置され、当該ロボットのアームが伸長してハンド上のウエハ２がゲートを通過して搬送室から処理室１内のウエハステージ３の上面上方まで移動した後、ウエハステージ３上にウエハ２が受け渡される。

電極板３０に直流電力が供給されてウエハ２がウエハステージ３上面の誘電体膜上に静電吸着されて保持されると、ウエハ２と誘電体膜との間にＨｅガスが導入されて、ウエハ２とウエハステージ３内部の冷媒が流れる流路３９との間の熱伝達が促進されてウエハ２が冷却され温度が低下する（Ｓ１０１）。

Ｓ１０１のウエハ２を冷却する工程が開始された後、ウエハ２の温度が低下して予め定められた範囲内の温度になったことが、熱電対７１および熱電対温度計７２からの出力を受けた図示しない制御部で検出されると、処理室１内部にウエハ２上面の処理対象の膜層と反応するガスを希釈するための希釈ガスが処理室１内に、ガス供給化５６からシャワープレート２３の貫通孔を通して供給される（Ｓ１０２）。
さらに、その後、ガス供給管５６及びシャワープレート２３の貫通孔を通して、処理室１内に処理ガスとしてフッ化水素のガスおよびアルコール（本例では、メチルアルコール）の蒸気が供給される。供給されたフッ化水素の分子とメチルアルコールの分子とが反応して活性種が形成され、当該活性種がウエハ２表面の処理対象の膜層を構成する材料と反応して形成された物質が気化することで、当該膜層のエッチングが進行する（Ｓ１０３）。この処理ガスの導入は、予め定められた時間だけ行われる。

その後、処理室１内へのフッ化水素（ＨＦ）およびアルコールのガスの供給が停止される。処理ガスの供給の停止は、本実施例では、ガス分配器５１内の原料のガス各々の経路上に配置されたバルブが制御部からの指令信号に基づいて閉塞されることで行われる。あるいは、アルコールはベーパー供給器４７内のバルブ５３または５４が閉塞されることで行われる。Ｓ１０３のエッチングの工程の実施中でも、排気手段１５の真空ポンプによる排気口及び真空排気配管１６を通した処理室１の排気が行われており、処理ガスの導入が停止されると、処理室１内部の気相中に残留しているＨＦおよびアルコールのガスや、ウエハ２の処理中に形成された生成物や気化したガス等の粒子が排気される。

本発明のエッチングに際しては、窒化シリコン膜の表面や、酸化シリコン膜１０３と窒化シリコン膜１０２とが交互に挟まれて上下方向に積層された膜層が溝または穴を有して、当該溝または穴の内側の側壁がこれらの膜層の端部で構成された膜構造の当該側壁や表面に堆積物が生成する場合がある。そこで、この付着物や堆積物を取り除くため、酸化シリコン膜１０３を所定時間のエッチング処理した後に、真空中でウエハ２を加熱して、堆積物や生成物を除去する工程を実施する（Ｓ１０５）。

本例の加熱は、図１に示すＩＲランプ６０からＩＲ光をウエハ２の表面に照射して輻射によるものが用いられる。ウエハ２を加熱する手段はこれに限定されるものではなく、例えばウエハ２を誘電体膜上面に載せて保持した状態でウエハステージ３を加熱して熱伝導でウエハ２を加熱する方法や、別の装置にウエハ２を処理室１から搬送して加熱を行っても良い。また、ＩＲランプ６０からＩＲ光を照射する際には、Ａｒガスや窒素ガスを処理室１や別の装置内部に導入しても良い。

ウエハ２を加熱して膜層または膜構造表面の付着物、堆積物を除去した後、再度ウエハ２を所定の時間冷却して温度を低下させる（Ｓ１０６）。その後、ウエハ２の処理対象の膜層に対する処理の継続及び停止が判定され、制御部により処理の継続を要すると判定された場合にはＳ１０２に戻って次の処理のサイクルが開始されることでエッチング処理が継続される。処理の継続を要しないと判定された場合には、このサイクルで処理が停止され処理対象の膜層の処理が終了される。

すなわち、Ｓ１０５のウエハ２の加熱の工程またはＳ１０６のウエハの冷却の工程が終了後に、処理対象の膜層である酸化シリコン膜１０３のエッチング量１０６が検出され、検出結果を受信した制御部は当該検出されたエッチング量が予め定められた値に達しているか否かを判定する（Ｓ１０７）。達していないと判定された場合には、制御部はＳ１０２の工程に戻り再度処理のサイクルを実施するように指令信号を発信する。達していると判定された場合には、ウエハ２の処理を停止して、ウエハ２をウエハステージ３から脱離させて処理室１の外部に搬送する指令を発信する。

なお、本例ではエッチング量１０６を検出した結果に基づいて、処理のサイクルの継続または停止の判定が行われているが、エッチング量１０６の検出に換えて、制御部においてまたは専用の計数器を具備して処理のサイクル数を計数し、所期のエッチング量が得られるものとして予め定められた回数に達したか否かが制御部で判定されても良い。

図５において、本例のエッチング処理装置１００が図４に示したウエハ２をエッチング処理する工程に沿って行う動作を、時間の経過に伴って概略を説明する。

まず、ウエハ２が搬送ロボットのアームのハンド上に保持された状態で処理室１を囲むベースチャンバ１１の円筒形の側壁部材に配置されたゲートの搬送口（図示省略）を介して処理室１内に搬入され、ウエハステージ３に受け渡される。この後の時刻ｔ１に、静電吸着のためのＤＣ電源３１から電極３０に供給された直流電力によりウエハ２がウエハステージ３上面を構成する誘電体膜上に保持される。

この状態で、ウエハ２の裏面とウエハステージ３の誘電体膜上面との間に熱伝達促進用のＨｅガス５５が供給され、冷媒が流れる流路２７が配置されたウエハステージ３との間で熱伝達が行われて、図４に示すＳ１０１に対応するウエハ２を冷却する工程が行われる。当該冷却の工程は時刻ｔ２まで継続される。

次に、時刻ｔ２において図４のＳ１０２の工程として、Ａｒガス５２、およびＡｒガス５３の両方、あるいはいずれか一方が、各々の供給路上に配置されたマスフローコントローラ５０の各々において流量または速度が調節されて、各々の供給路上のガス分配器５１に導入されこれらのガス分配器５１において複数のガス供給管５６の各々に分配されシャワープレート２３の貫通孔に供給される。さらに、シャワープレート２３から貫通孔を通して処理室１内に、ウエハ２の上面上方から下向きに導入される。これらのＡｒガス５２，５３の各々は、各々が後の工程で処理室１に導入されるＨＦガスを希釈する或いはアルコールガスを希釈するための希釈ガスである。

本例において、処理室１へのこれらの希釈ガスは、酸化シリコン膜１０３のエッチング処理が終了するまでＡｒガス５２，５３の両方あるいは何れか一方を供給しても良く、あるいはエッチング処理中に停止しても良い。また、Ａｒガスの代わりに不活性ガスとして窒素ガスを用いることもできる。本例では、希釈ガスの導入はウエハ２上の膜構造の酸化シリコン膜１０３の処理が終了するまで継続的に行われる。

次に、時刻ｔ３において、図４のＳ１０３の工程として、ＨＦガスおよびアルコールガスが反応性ガスとして所定の流量または速度で所定の時間だけ処理室１に供給される。この状態で、ＨＦおよびアルコールの原子または分子が反応してウエハ２上面の酸化シリコン膜１０３の端面の材料の処理が開始される。

本例において、ＨＦガスとアルコールガスとは同時に供給されても良いし、ＨＦガス、アルコールガスの何れか一方が他方より先に供給されても良い。さらに或いは、ＨＦガスとアルコールガスとが交互に処理室１内に供給されても良い。工程Ｓ１０３は時刻ｔ３から開始されて時刻ｔ４まで継続される。

なお、先に示した反応式から判るように、ＨＦ（フッ化水素）とアルコールとの割合がガス流量（あるいはモル比）として２：１に近い場合に、酸化シリコン膜１０３のエッチングレートが大きくなる。

用いられるアルコールの種類としては、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）、イソプロパノール（（ＣＨ_３）_２ＣＨＯＨ）等を用いることができる。本例では、低温でより高い蒸気圧が得やすいことや実験結果から選択比がより高くなることからメタノールが望ましい。なお、物理的な性質として、メタノールは水と共沸しないのに対して、エタノールは水と共沸する性質を有する。したがって、処理対象の膜中に水を多く含むような場合等では、エタノールを用いることにより当該含まれた水を効果的に除去することが可能である。

本発明では、これらの反応性ガス希釈ガスとして、ＡｒやＮ２等の不活性ガスが用いられる。処理室１内に反応性ガスと共に導入される希釈ガスの量が多いほどエッチング処理される対象膜の処理のレートは低下する傾向がある。このことから、希釈ガスの処理室１内への供給量が、マスフローコントローラ５０により供給路上の流量または速度が調節されることによって、処理対象膜のエッチングレートを所望の範囲内の値に調節することが可能となる。

本実施例の工程Ｓ１０３あるいは工程Ｓ１０５において使用される処理室１内の圧力は、１０Ｐａ乃至２０００Ｐａ程度の範囲内の値が望ましく、特には、１００Ｐａ乃至１０００Ｐａの範囲内の値が望ましい。これらの工程における処理中の処理室１内の圧力が高い程酸化シリコン膜のエッチングレートが高くなる。ただし、処理室１の圧力が高くなるに伴って窒化シリコン膜１０２のエッチングレートも上昇する傾向があり、選択比は大きく向上しない結果となったことから、処理に求められる仕様や処理結果の形状の精度に応じて適切な圧力が選択されることが望ましい。

所定の時間だけ工程Ｓ１０３に係る酸化シリコン膜１０３のエッチング処理が行われた後、時刻ｔ４にＨＦガスおよびアルコールガスを含む反応性ガスの供給が停止され、当該時刻ｔ４から図４の工程Ｓ１０４としての処理室１の排気が開始される。この工程では、処理室１へのガスの供給量が低減される一方で、排気手段１５による処理室１内の真空排気配管１６を介した排気は継続され、処理室１の気相中に残留したＨＦガスおよびアルコールガスが排気される。

時刻ｔ４から排気が継続された後、時刻ｔ５においてウエハ２を冷却するためのＨｅガス５５の供給が停止される。時刻ｔ２から時刻ｔ５までの工程Ｓ１０２乃至Ｓ１０５の間ウエハ２の温度は所期の許容範囲内の値に維持されている。

本実施例のエッチング処理においては、酸化シリコン膜１０３と窒化シリコン膜とが上下方向に交互に積層されて構成された膜層に形成された溝または穴の内側の側壁が当該積層された膜層の端部で構成された膜構造の側壁や、膜層の最上面に配置された窒化シリコン膜１０２の上面に堆積物が生成する場合がある。発明者らが全反射赤外吸収スペクトルを用いて分析した結果、このような堆積物はケイフッ化アンモニウムであることが判明した。

上記の工程Ｓ１０３のエッチング処理ではアンモニアは使われていないが、窒化シリコン膜１０２の表面の一部がエッチングされることにより、窒化シリコン膜１０２の窒素からアンモニアが生成されて、ケイフッ化アンモニウム（ＮＨ_４）_２ＳｉＦ_６が生じると想定される。当該堆積物であるケイフッ化アンモニウムは、安全データシート等では１４５℃で分解することが知られている。

そこで、本実施例では工程Ｓ１０３のエッチング処理の終了後に、図４のＳ１０５の工程として、所定の真空度に減圧された処理室１内部でウエハ２の加熱を行うことにより、生成され堆積したケイフッ化アンモニウムを除去する工程を実施する。時刻ｔ５において制御部からの指令信号に応じてＩＲランプ６０に電力が供給されてＩＲ光の照射が開始される。本例のウエハ２の加熱では、ＩＲ（赤外）ランプ６０のＩＲ光の輻射が用いられウエハ２の温度を１４５℃以上に上昇させるが、加熱方法はこれに限定されるものではなく、例えばウエハステージ３を加熱する方法や、処理室１外部に配置された加熱のみを行う別の装置にウエハ２を搬送して加熱処理を行ってもよい。

また、本工程Ｓ１０５におけるＩＲランプ６０からのＩＲ光のウエハ２への照射の際には、Ａｒガスや窒素ガス等の希ガスが処理室１内に導入されても良い。また、ウエハ２の加熱は、必要に応じて、複数回行っても良く、堆積物の生成が無いか少ない場合には行なわずに次の工程に進んでも良い。本実施例のＩＲランプ６０のＩＲ光の輻射によるウエハ２の加熱は時刻ｔ６まで行われる。

時刻ｔ６において制御部からの指令信号に応じてＩＲランプ６０への電力の供給が停止されてＩＲ光の照射が停止された後、図４のＳ１０６の工程として、ウエハ２の裏面とウエハステージ３の誘電体膜上面との間の隙間にＨｅガス５５の供給が開始され、所定の時間だけウエハ２とウエハステージ３との間の熱伝達が促進されてウエハ２の冷却が行われる。この後の時刻ｔ７において、ウエハ２の温度が所定の範囲内の値に低減されたことが熱電対７０および熱電対温度計７１からの出力により検出されると、図４のＳ１０７に示すエッチング量１０６が目標の値に到達したか否かが判定され、目標の値に到達したことが判定された場合に酸化シリコン膜１０３の処理が終了される。

エッチング量１０６が目標の値に到達していないと判定された場合には、Ｓ１０３に戻りＳ１０３乃至Ｓ１０６に示した工程が繰り返して行なわれる。この場合には、図５のタイムチャートの時刻ｔ２乃至ｔ７に示された工程が１つのサイクルとして、当該サイクルが目標の到達を判定されるまで複数の回数繰り返される。このような複数回のサイクルの繰り返しにより、前述したエッチングの際の堆積物が多い場合等に、短い時間のＳ１０３のエッチング工程やＳ１０５の真空中のウエハ２の加熱による堆積物の除去を繰り返すことにより、ウエハ２の処理後に堆積物の残留する量が低減され処理の結果としての加工形状の精度が向上する。

次に、図９を用いて本発明の別の実施例を説明する。図９は、本発明の別の実施例に係るエッチング処理装置の全体の構成の概略を模式的に示す縦断面図である。

本例のエッチング処理装置２００は、図１に示す実施例のエッチング処理装置１００とは、ベースチャンバ１１を含む下部ユニット５７を有する点で構成を同じくしている。一方で、図１の実施例の上部ユニット５８に代えて上部ユニットカバー６１内部のＩＲランプユニット５９及びシャワープレート２３の上方で複数のガス供給管５６の下方に、内部にプラズマが形成される円筒形の放電領域１３を有する容器を含む放電部を備えた上部ユニット５８’を有する点が、異なっている。以下の説明では、図１に示した実施例で説明した部分については、特に必要のない限り説明を省略する。

本図において、エッチング処理装置２００は、下部ユニット５７のベースチャンバ１１内部に配置された処理室１の上方には、放電領域１３内部でプラズマが形成されるプラズマ源を内包する上部ユニット５８’が配置されて。本例の放電領域１３内でのプラズマの形成にはＩＣＰ放電方式が用いられる。ＩＣＰ放電によるプラズマ源は、プラズマによる放電領域１３を囲む石英チャンバ１２の内壁のクリーニングやプラズマによる反応性ガスの生成に用いることができる。

ＩＣＰプラズマ源を構成する外周及び内周が円筒形を有した石英チャンバ１２が、処理室３の上方の円板形状を有したスリット板２６の周囲に配置されたリング状のＩＲランプユニット５９の上方に下端部を載せられて配置されている。円筒形状を有した金属製の上部ユニットカバー６２の内部の石英チャンバ１２の外側には、ＩＣＰコイル２０が石英チャンバ１２の外周側壁の周囲に隙間を開けて複数段巻かれて配置されている。

ＩＣＰコイル２０には、放電領域１３内にプラズマを生成する誘導磁界を形成するための高周波電力を供給する高周波電源２１が整合機２２を介して接続されている。高周波電力の周波数は１３．５６ＭＨｚなど、数十ＭＨｚの周波数帯が用いられるものとする。なお、高周波電源２１の端子の一方は接地箇所に電気的に接続されている。

石英チャンバ１２の円筒形の側壁の上端上方には、円板形状を有した天板２５の外周縁部の下面がＯリング等のシール部材を挟んで載せられて、石英チャンバ１２内部の放電領域と外部の大気圧の雰囲気との間が気密に封止されている。天板２５の下方の放電領域１３の上方にはこれを覆って円板形状を有したガス分散板２４及びその下方のシャワープレート２３が配置されている。一方、放電領域１３の下方には、中央部にスリット板２６が配置され放電領域１３と処理室１とを連通する円筒形の流路２７が、この流路２７の外周側にはこれを囲むリング状のＩＲランプユニット５９が配置されており、放電領域１３の底面の中央部は流路２７の上端の開口で構成されている。

天板２５にはその上方に配置された複数のガス供給管５６と連結され、これらのガス供給管５６はガス分散板２４を上下に貫通する貫通孔と連通されている。図１に示す実施例のエッチング処理装置１００と同様に複数のガス分配器５１で分配されガス供給管５６を通して供給される希釈ガスあるいは処理ガスは、ガス分散板２４の複数の貫通孔を分散して通過し下方のシャワープレート２３の複数の貫通孔を通して石英チャンバ１２内部の放電領域１３内に上方から導入される。

放電領域１３ないに導入されたガスの粒子は、ＩＣＰコイル２０からの誘導磁界により形成された誘導電流によって、励起され電離、解離を生起して放電領域１３内にプラズマが生成される。プラズマ中の粒子は下方に移動して、スリット板２６に複数配置された貫通孔を通って処理室１内に流入する際に、プラズマ中の荷電粒子の処理室１への移動が妨げられて、電気的に中性の活性化された粒子（ラジカル）が処理室１内に多く導入される。

本例においても、ベースチャンバ１１の下部に処理室１内部を排気して減圧するため真空排気部６３が配置され、真空排気配管１６を介して処理室１と連通して接続された排気手段１５が配置されている。排気手段１５の駆動により処理室１内部が排気されて減圧されると共に、処理室１と流路２７の内部に配置されたスリット板２６の貫通孔と介して連通された放電領域１３内部が排気されて減圧される。
［エッチングプロセス］
本例においても、実施例１と同様の処理の条件でウエハ２上面に配置された酸化シリコン膜１０３及び窒化シリコン膜１０２が上下方向に交互に積層された膜構造の酸化シリコン膜１０３を対象としてエッチング処理が行われる。エッチング処理装置２００では、ＩＣＰ放電方式のプラズマの生成機構を搭載していることから、エッチングプロセス前に、酸素を用いたプラズマを形成し当該酸素プラズマの粒子による石英チャンバ１２内部の表面をクリーニングする工程を３００秒行う。この工程によって、石英チャンバ１２内部の表面から放電領域１３内に遊離して処理室１内に移動しウエハ２の表面やその処理に悪影響を生じるパーティクルを減少させることができる。

エッチングのプロセスの好ましい例として、ウエハ２の温度－３０℃でフッ化水素（ＨＦ）ガス及びメタノールガスを用いて、ウエハ２上面に予めプラズマＣＶＤにより形成された酸化シリコン膜１０３および窒化シリコン膜１０２のエッチングが行われる。エッチングの際に用いられるガスの組成、流量は、フッ化水素４００ｓｃｃｍに対して、メタノールを１００，２００，３００，４００，５００，６００，８００ｓｃｃｍの各々の値が用いられる。また、メタノールに対する希釈ガスであるＡｒガスが１００ｓｃｃｍで処理室１内に導入され、さらに、処理室１内にフッ化水素ガスの導入が開始されて１秒後にメタノールガスの導入が開始される。

エッチング中の処理室１内の圧力は３００Ｐａを含む許容範囲内の値に維持され、１２０秒間のエッチング処理が実施される。さらに、酸化シリコン１０３のエッチング処理の工程の終了後に３０秒間処理室１内部が排気されて処理室１内部に残留して浮遊している処理ガスや反応生成物の粒子が排出される。その後、ＩＲランプ６０に直流の電力が供給されて放射されるＩＲ光をウエハ２の表面に５０秒間照射して行うウエハ２の加熱が２回行われる。本例における、当該ウエハ２加熱の工程でのウエハ２の最高温度は約２５０℃であった。ＩＲランプ６０からの照射が停止され加熱の工程が終了した後に、ウエハ２の温度を低下させる冷却の工程が１２０秒間行われた後に処理室１内でのウエハ２の処理が終了する。この後、ウエハ２が処理室１内に進入した搬送用ロボットのアーム先端のハンド部に受け渡されて処理室１外に搬出される。

発明者らは、上記のエッチング処理装置２００内部でのウエハ２表面の積層膜のエッチング処理の終了後、残り膜厚さを検出しエッチングレートを算出した。当該エッチングレートと処理ガスとして用いられたフッ化水素に対するメタノールの量との関係を図１０を用いて説明する。図１０は、図９に示す別の実施例に係るエッチング処理装置で実施されたエッチング処理における処理対象膜のエッチングレートと処理ガスとして用いられたフッ化水素に対するメタノールの量との関係を示すグラフである。

図１０に示すように、フッ化水素ガスに対するメタノールガスの量が少ないときに酸化シリコン膜のエッチングレートが大きく、窒化シリコン膜のエッチングレートは、メタノールガスの比率にあまり影響を受けないことがわかった。特にフッ化水素ガスに対するメタノールガスの量が２５％～５０％の場合に、窒化シリコン膜に対する酸化シリコン膜のエッチングの選択比が１５以上になることがわかった。

上記のフッ化水素ガスに対するメタノールガスの量が２５％～５０％の条件で、－３０℃で、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜を先に示したプロセスでエッチングしたところ、図２Ｂに示すエッチング結果の例のように、膜構造の膜層、少なくとも処理対象膜の酸化シリコン膜１０３の端面は、その断面が矩形に近い形状で選択的にエッチングできることがわかった。

１…処理室、
２…ウエハ、
３…ウエハステージ、
１１…ベースチャンバ、
１２…石英チャンバ、
１３…放電領域、
１４…調圧手段、
１５…排気手段、
１６…真空排気配管、
２０…ＩＣＰコイル、
２１…高周波電源、
２２…整合機、
２３…シャワープレート、
２４…高ガス分散版、
２５…天板、
２６…スリット板、
２７…流路、
３０…電極、
３１…ＤＣ電源、
３８…チラー、
３９…冷媒の流路、
４５…液体タンク、
４６…ヒータ、
４７…ベーパー供給器、５０，５０－２…マスフローコントローラ、
５１…ガス分配器、
５２…Ａｒガス、
５３，５４…バルブ、
５５…Ｈｅガス、
５６…ガス供給管、
５７…下部ユニット、
５８，５８’…上部ユニット、
５９…ＩＲランプユニット、
６０－１，６０－２，６０－３…ＩＲランプ、
６１…反射板、
６２…上部ユニットカバー、
６３…真空排気部、
６４…ＩＲランプ用電源、
７０…熱電対、
７１…熱電対温度計、
７２…ＩＲ光透過窓、
７３…ＩＲランプ用電源、
７４…高周波カットフィルタ、
１０１…基板、
１０２…窒化シリコン膜、
１０３…酸化シリコン膜、
１０４…開口部、
１０５…積層膜。

Claims (6)

1. 処理室内に配置されたウエハ上に予め形成された酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜が上下方向に交互に積層された膜層の端部が溝または穴の側壁を構成する膜構造を、前記処理室内に処理用の気体を供給してエッチングするエッチング方法であって、
   前記処理室内にフッ化水素及びアルコールの蒸気を供給し、前記ウエハの温度を－５０乃至以下－３０℃の範囲の温度に維持して、前記酸化シリコン膜を前記端部から横方向にエッチングするエッチング方法。
2. 請求項１に記載のエッチング方法であって、
   前記蒸気を供給して前記酸化シリコン膜をエッチングする工程の後に前記ウエハを真空中で加熱する工程を行うエッチング方法。
3. 請求項１または２に記載のエッチング方法であって、
   前記フッ化水素及びアルコールの蒸気を供給して前記酸化シリコン膜をエッチングする工程と前記ウエハを加熱する工程とを含む複数の工程を１つのサイクルとして当該サイクルを複数回繰り返して前記酸化シリコン膜をエッチングするエッチング方法。
4. 請求項１または２に記載のエッチング方法であって、
   前記アルコールがメタノールであるエッチング方法。
5. 請求項１または２に記載のエッチング方法において、
   前記フッ化水素及びアルコールの蒸気と共に不活性ガスを前記処理室内に供給するエッチング方法。
6. 請求項２に記載のエッチング方法において、
   前記ウエハを加熱する工程において、ランプから光を照射して前記ウエハを加熱するエッチング方法。

Images