JP7348019B2 - Etching method and etching device - Google Patents
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Description
本発明は、エッチング方法、および、エッチング装置に関する。 The present invention relates to an etching method and an etching apparatus.
シリコン膜とシリコン酸化膜とが露出した処理対象面のエッチングが行われている。処理対象に対するエッチングでは、オゾンガス、無水フッ化水素ガス、および、超純水蒸気を混合した混合ガスが用いられる。混合ガスにおいて、オゾンガス、無水フッ化水素ガス、および、超純水蒸気の組成を変えることによって、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比が調整される(例えば、特許文献1を参照)。 Etching is being performed on the surface to be processed where the silicon film and silicon oxide film are exposed. In etching the object to be processed, a mixed gas containing ozone gas, anhydrous hydrogen fluoride gas, and ultrapure water vapor is used. In the mixed gas, the selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon film is adjusted by changing the composition of ozone gas, anhydrous hydrogen fluoride gas, and ultrapure water vapor (see, for example, Patent Document 1).
ところで、上述したエッチング方法では、オゾンガス、無水フッ化水素ガス、および、超純水蒸気の3種のガスを準備する必要があること、また、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比を変えるごとに、各ガスの流量を変更する必要があることから、選択比の調節には煩雑な処理が必要とされる。そのため、シリコン膜とシリコン酸化膜との選択比をより簡便に調節可能なエッチング方法が求められている。 By the way, in the above-mentioned etching method, it is necessary to prepare three types of gases: ozone gas, anhydrous hydrogen fluoride gas, and ultrapure water vapor, and each time the selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon film is changed, Since it is necessary to change the flow rate of each gas, complicated processing is required to adjust the selection ratio. Therefore, there is a need for an etching method that can more easily adjust the selectivity between a silicon film and a silicon oxide film.
本発明は、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比をより簡便に調整可能としたエッチング方法、および、エッチング装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an etching method and an etching apparatus that enable easier adjustment of the selectivity ratio of a silicon oxide film to a silicon film.
上記課題を解決するためのエッチング方法は、シリコン膜とシリコン酸化膜とを含む処理対象面をエッチングするエッチング方法である。フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントを前記処理対象面に供給し、前記処理対象面と前記エッチャントとを反応させて反応生成物を生成すること、および、前記反応生成物が揮発可能なエネルギーを前記反応生成物に与えることによって、前記反応生成物を揮発させること、を含む。前記反応生成物を生成することと、前記反応生成物を揮発させることとが交互に行われるように、前記反応生成物を生成することと、前記反応生成物を揮発させることとの組を2回以上繰り返す。前記反応生成物を生成することは、前記シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、前記シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間に、前記処理対象面に対する前記エッチャントの供給を終了する。 An etching method for solving the above problem is an etching method that etches a surface to be processed that includes a silicon film and a silicon oxide film. Supplying an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms to the surface to be treated, causing the surface to be treated and the etchant to react to generate a reaction product, and the reaction product generating volatilizable energy. and volatilizing the reaction product by applying the reaction product to the reaction product. Two sets of generating the reaction product and volatilizing the reaction product are arranged such that generating the reaction product and volatilizing the reaction product are performed alternately. Repeat more than once. To generate the reaction product, the supply of the etchant to the surface to be processed is terminated during a period in which the amount of etching of the silicon film is saturated and the amount of etching of the silicon oxide film is monotonically increasing.
上記課題を解決するためのエッチング装置は、シリコン膜とシリコン酸化膜とを含む処理対象面をエッチングするエッチング装置である。フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントを生成して、前記エッチャントを前記処理対象面に供給するエッチャント供給部と、前記処理対象面と前記エッチャントとの反応によって生成された反応生成物に、前記反応生成物が揮発可能なエネルギーを与えるエネルギー供給部と、を備える。前記エッチャント供給部と、前記エネルギー供給部とは、前記処理対象面に対する前記エッチャントの供給と前記エネルギーの供給とを交互に、かつ、2回以上の同数行い、前記エッチャント供給部は、前記シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、前記シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間に、前記処理対象面に対する前記エッチャントの供給を終了する。 An etching apparatus for solving the above problem is an etching apparatus that etches a surface to be processed that includes a silicon film and a silicon oxide film. an etchant supply unit that generates an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms and supplies the etchant to the surface to be treated; and a reaction product generated by the reaction between the surface to be treated and the etchant; an energy supply unit that provides energy that allows the product to volatilize. The etchant supply unit and the energy supply unit supply the etchant and the energy to the surface to be processed alternately and the same number of times, two or more times, and the etchant supply unit supplies the silicon film to the surface to be processed. The supply of the etchant to the surface to be processed is terminated during a period in which the etching amount of the silicon oxide film is saturated and the etching amount of the silicon oxide film is monotonically increasing.
上記各構成によれば、シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する条件を満たす期間において、処理対象面に対するエッチングの供給を終了する。そのため、処理対象面に対してエッチャントを供給する時間を長くするほど、シリコン膜のエッチング量に対するシリコン酸化膜のエッチング量の比が大きくなる。これに対して、処理対象面に対してエッチャントを供給する時間を短くするほど、シリコン膜のエッチング量に対するシリコン酸化膜のエッチング量の比が小さくなる。このように、上記各構成によれば、処理対象面に対するエッチャントの供給を終了する時点によって、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比を調整することが可能である。それゆえに、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比の調整がより簡便である。 According to each of the above configurations, the supply of etching to the surface to be processed is terminated during a period in which the etching amount of the silicon film is saturated and the etching amount of the silicon oxide film is monotonically increasing. Therefore, the longer the time for supplying the etchant to the surface to be processed, the greater the ratio of the amount of etching of the silicon oxide film to the amount of etching of the silicon film. On the other hand, the shorter the time period for supplying the etchant to the surface to be processed, the smaller the ratio of the amount of etching of the silicon oxide film to the amount of etching of the silicon film. In this way, according to each of the above configurations, it is possible to adjust the selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon film depending on the time point at which the supply of etchant to the surface to be processed is ended. Therefore, it is easier to adjust the selection ratio of the silicon oxide film to the silicon film.
上記エッチング方法において、前記反応生成物を生成することは、前記シリコン膜の前記エッチング量が飽和した時点において、前記シリコン酸化膜のエッチング量が、前記シリコン膜の前記エッチング量よりも大きいことを含んでもよい。 In the etching method, generating the reaction product includes making the etching amount of the silicon oxide film larger than the etching amount of the silicon film at the time when the etching amount of the silicon film is saturated. But that's fine.
上記構成によれば、処理対象面に対してエッチャントを供給する時間を長くするほど、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比を1よりも大きい範囲で大きくすることが可能である。 According to the above configuration, the longer the time for supplying the etchant to the surface to be processed, the greater the selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon film can be increased within a range greater than 1.
上記エッチング方法において、前記反応生成物を揮発させることは、前記処理対象面の温度が80℃以下であることを含んでもよい。この構成によれば、処理対象面がエッチングの直後に大気に解放されたとしても、処理対象面が備えるシリコン膜の表面に熱酸化膜が形成されることが抑えられる。 In the etching method described above, volatilizing the reaction product may include that the temperature of the surface to be processed is 80° C. or less. According to this configuration, even if the surface to be processed is exposed to the atmosphere immediately after etching, formation of a thermal oxide film on the surface of the silicon film included in the surface to be processed can be suppressed.
上記エッチング方法において、前記反応生成物を揮発させることは、前記処理対象面をプラズマに曝すことを含んでもよい。この構成によれば、処理対象面の温度が上昇することを抑えつつ、処理対象面に生成された反応生成物に、反応生成物が揮発するために必要なエネルギーを与えることが可能である。 In the above etching method, volatilizing the reaction product may include exposing the surface to be processed to plasma. According to this configuration, it is possible to provide energy necessary for volatilizing the reaction product generated on the surface to be processed while suppressing an increase in the temperature of the surface to be processed.
上記エッチング方法において、前記反応生成物を生成することは、フッ素原子を含むガスと水素原子を含むガスとを用いて、フッ素原子と水素原子とを含む前記エッチャントを生成することを含んでもよい。 In the etching method, generating the reaction product may include generating the etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms using a gas containing fluorine atoms and a gas containing hydrogen atoms.
上記構成によれば、エッチャントを生成するためのフッ素源と水素源とを個別に準備することが可能である。これによって、エッチャントを生成するためのフッ素源と水素源とを1つのガスによって具体化する場合に比べて、処理対象面のエッチングに用いるガスにおける選択の自由度を高めることが可能である。 According to the above configuration, it is possible to separately prepare a fluorine source and a hydrogen source for generating an etchant. This makes it possible to increase the degree of freedom in selecting the gas to be used for etching the surface to be processed, compared to the case where the fluorine source and the hydrogen source for generating the etchant are embodied in one gas.
図1から図3を参照して、エッチング方法、および、エッチング装置の一実施形態を説明する。以下では、エッチング装置の構成、エッチング方法、および、試験例を順に説明する。 An embodiment of an etching method and an etching apparatus will be described with reference to FIGS. 1 to 3. Below, the configuration of the etching apparatus, the etching method, and test examples will be explained in order.
[エッチング装置の構成]
図1を参照して、エッチング装置の構成を説明する。
エッチング装置は、シリコン膜とシリコン酸化膜とを含む処理対象面をエッチングする。エッチング装置は、エッチャント供給部と、エネルギー供給部とを備えている。エッチャント供給部は、フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントを生成して、エッチャントを処理対象面に供給する。エネルギー供給部は、処理対象面とエッチャントとの反応によって生成された反応生成物に、反応生成物が揮発可能なエネルギーを与える。
[Etching equipment configuration]
The configuration of the etching apparatus will be explained with reference to FIG.
The etching device etches a surface to be processed that includes a silicon film and a silicon oxide film. The etching apparatus includes an etchant supply section and an energy supply section. The etchant supply unit generates an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms, and supplies the etchant to the surface to be treated. The energy supply unit provides energy that allows the reaction product to volatilize, to the reaction product generated by the reaction between the surface to be treated and the etchant.
エッチャント供給部と、エネルギー供給部とは、処理対象に対するエッチャントの供給とエネルギーの供給とを交互に、かつ、2回以上の同数行う。エッチャント供給部は、シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間に、処理対象面に対するエッチャントの供給を終了する。以下、図1を参照して、エッチング装置の構成をより詳しく説明する。 The etchant supply unit and the energy supply unit supply etchant and energy to the processing target alternately and the same number of times, two or more times. The etchant supply unit stops supplying the etchant to the surface to be processed during a period in which the amount of etching of the silicon film is saturated and the amount of etching of the silicon oxide film is monotonically increasing. The configuration of the etching apparatus will be described in more detail below with reference to FIG.
図1が示すように、エッチング装置10は、処理対象面Saを含む処理対象Sを収容する真空槽11を備えている。真空槽11内には、真空槽11が区画する空間を二分するシャワープレート12が位置している。真空槽11が区画する空間は、シャワープレート12によって、第1空間11Aと第2空間11Bに区分される。 As shown in FIG. 1, the etching apparatus 10 includes a vacuum chamber 11 that accommodates a processing target S including a processing target surface Sa. A shower plate 12 is located inside the vacuum chamber 11 and divides the space defined by the vacuum chamber 11 into two. The space defined by the vacuum chamber 11 is divided by the shower plate 12 into a first space 11A and a second space 11B.
第2空間11Bには、処理対象Sを支持する支持部13が位置している。支持部13は、例えば処理対象Sが配置されるステージである。第2空間11Bには、真空槽11内を排気する排気部14が接続されている。シャワープレート12は、第1空間11Aと第2空間11Bとを繋ぐ複数の貫通孔を有するため、排気部14は、第1空間11Aと第2空間11Bとの両方を排気する。排気部14が真空槽11内を排気することによって、真空槽11内の流体は、第1空間11Aから第2空間11Bに向かう方向に沿って流れる。排気部14は、例えばポンプとバルブとを含んでいる。 A support section 13 that supports the processing target S is located in the second space 11B. The support section 13 is, for example, a stage on which the processing target S is placed. An exhaust section 14 that exhausts the inside of the vacuum chamber 11 is connected to the second space 11B. Since the shower plate 12 has a plurality of through holes that connect the first space 11A and the second space 11B, the exhaust section 14 exhausts both the first space 11A and the second space 11B. When the exhaust section 14 exhausts the inside of the vacuum chamber 11, the fluid inside the vacuum chamber 11 flows in the direction from the first space 11A to the second space 11B. The exhaust section 14 includes, for example, a pump and a valve.
エッチング装置10は、第1ガス供給部15A、放電管16、および、マイクロ波源17を備えている。第1ガス供給部15Aは、例えば、アンモニア(NH3)ガス、窒素(N2)ガス、および、三フッ化窒素(NF3)ガスを放電管16に供給する。第1ガス供給部15Aは、例えば、各ガスを供給するためのマスフローコントローラーを備えている。第1ガス供給部15Aは、例えば、NH3ガスとN2ガスとを混合した後に、当該混合ガスを放電管16に供給し、かつ、NF3ガスを混合ガスとは別に放電管16に供給する。 The etching apparatus 10 includes a first gas supply section 15A, a discharge tube 16, and a microwave source 17. The first gas supply unit 15A supplies, for example, ammonia (NH 3 ) gas, nitrogen (N 2 ) gas, and nitrogen trifluoride (NF 3 ) gas to the discharge tube 16. The first gas supply unit 15A includes, for example, a mass flow controller for supplying each gas. For example, the first gas supply unit 15A mixes NH 3 gas and N 2 gas, then supplies the mixed gas to the discharge tube 16, and supplies NF 3 gas to the discharge tube 16 separately from the mixed gas. do.
マイクロ波源17は、マイクロ波を励起する。マイクロ波源17は、励起したマイクロ波をNH3ガス、N2ガス、および、NF3ガスが供給された放電管16に照射する。マイクロ波源17は、例えば20MHzまたは2.45GHzの周波数を有したマイクロ波を放電管16に照射する。これにより、放電管16においてNH3ガス、N2ガス、および、NF3ガスからプラズマが生成される。放電管16において生成された生成されたプラズマは、水素ラジカル(H*)、アンモニアラジカル(NH2 *)、および、フッ素ラジカル(F*)などの活性種を含む。 Microwave source 17 excites microwaves. The microwave source 17 irradiates the discharge tube 16 supplied with NH 3 gas, N 2 gas, and NF 3 gas with excited microwaves. The microwave source 17 irradiates the discharge tube 16 with microwaves having a frequency of, for example, 20 MHz or 2.45 GHz. As a result, plasma is generated in the discharge tube 16 from the NH 3 gas, N 2 gas, and NF 3 gas. The generated plasma generated in the discharge tube 16 contains active species such as hydrogen radicals (H * ), ammonia radicals ( NH2 * ), and fluorine radicals (F * ).
放電管16に生成された活性種が反応することによって、フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントが生成される。フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントは、例えばNFxHyである。NFxHyにおいて、例えば、xは1以上3以下であり、yは1以上4以下であってよい。放電管16において生成されたエッチャントは、第1空間11Aに供給される。 When the active species generated in the discharge tube 16 react, an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms is generated. The etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms is, for example, NF x H y . In NF x H y , for example, x may be 1 or more and 3 or less, and y may be 1 or more and 4 or less. The etchant generated in the discharge tube 16 is supplied to the first space 11A.
上述したように、排気部14は、第1空間11Aから第2空間11Bに向かう方向に沿う流体の流れを形成する。そのため、第1空間11Aに供給されたNFxHyは、第1空間11Aと第2空間11Bとを繋ぐシャワープレート12の貫通孔を通じて、第1空間11Aから第2空間11Bに供給される。これにより、処理対象SにNFxHyが供給される。なお、NFxHyは、放電管16において生成されるだけでなく、第1空間11Aから処理対象Sまでの間において生成される。 As described above, the exhaust section 14 forms a fluid flow along the direction from the first space 11A to the second space 11B. Therefore, NF x H y supplied to the first space 11A is supplied from the first space 11A to the second space 11B through the through hole of the shower plate 12 that connects the first space 11A and the second space 11B. As a result, NF x H y is supplied to the processing target S. Note that NF x H y is generated not only in the discharge tube 16 but also between the first space 11A and the processing target S.
本実施形態においては、排気部14、第1ガス供給部15A、放電管16、および、マイクロ波源17が、エッチャント供給部を構成している。このように、エッチャント供給部は、処理対象Sと反応することによって反応生成物を生成するためのエッチャントを処理対象面Saに供給する。 In this embodiment, the exhaust section 14, the first gas supply section 15A, the discharge tube 16, and the microwave source 17 constitute an etchant supply section. In this manner, the etchant supply unit supplies the etchant to the surface Sa to be processed to generate a reaction product by reacting with the object S to be processed.
処理対象面Saは、エッチャント供給部が生成したエッチャントが供給される面である。処理対象面Saには、シリコン膜とシリコン酸化膜とが露出している。処理対象Sの厚さ方向において、シリコン膜がシリコン酸化膜上に積層されていてもよいし、シリコン酸化膜にシリコン膜が積層されていてもよい。処理対象Sの厚さ方向において、シリコン膜における表面の位置と、シリコン酸化膜における表面の位置とは互いに等しくてもよいし、互いに異なってもよい。 The processing target surface Sa is a surface to which the etchant generated by the etchant supply unit is supplied. A silicon film and a silicon oxide film are exposed on the surface Sa to be processed. In the thickness direction of the processing target S, a silicon film may be stacked on a silicon oxide film, or a silicon film may be stacked on a silicon oxide film. In the thickness direction of the processing target S, the surface position of the silicon film and the surface position of the silicon oxide film may be equal to each other or may be different from each other.
シリコン酸化膜は、シリコン酸化物(SiOx)から形成されている。処理対象Sに供給されたNFxHyは、SiOxと反応する。これにより、シリコン酸化膜よりも揮発性が高い反応生成物が生成される。反応生成物は、例えば(NF4)2SiF6である。シリコン膜は、シリコン(Si)から形成されている。処理対象Sに供給されたNFxHyは、Siと反応する。これにより、シリコン膜よりも揮発性が高い反応生成物が生成される。 The silicon oxide film is formed from silicon oxide (SiO x ). NF x H y supplied to the processing target S reacts with SiO x . This produces a reaction product that is more volatile than the silicon oxide film. The reaction product is, for example, (NF 4 ) 2 SiF 6 . The silicon film is made of silicon (Si). NF x H y supplied to the processing target S reacts with Si. This produces a reaction product that is more volatile than the silicon film.
エッチング装置10は、第2ガス供給部15B、高周波アンテナ18、および、高周波電源19をさらに備えている。第2ガス供給部15Bは、例えば希ガスを第1空間11Aに供給する。第2ガス供給部15Bが供給する希ガスは、例えばアルゴン(Ar)ガスである。 The etching apparatus 10 further includes a second gas supply section 15B, a high frequency antenna 18, and a high frequency power source 19. The second gas supply unit 15B supplies, for example, rare gas to the first space 11A. The rare gas supplied by the second gas supply section 15B is, for example, argon (Ar) gas.
高周波アンテナ18は、真空槽11よりも外側に位置している。高周波アンテナ18は、真空槽11の周方向において、真空槽11の外表面を囲む形状を有している。高周波アンテナ18は、シャワープレート12に対して第1空間11Aとは反対側に位置している。言い換えれば、高周波アンテナ18は、シャワープレート12よりも排気部14寄りに位置している。高周波アンテナ18は、第1空間11Aと第2空間11Bとが並ぶ方向において、支持部13が処理対象Sを支持する支持位置と、シャワープレート12との間に位置することが好ましい。 The high frequency antenna 18 is located outside the vacuum chamber 11. The high frequency antenna 18 has a shape that surrounds the outer surface of the vacuum chamber 11 in the circumferential direction of the vacuum chamber 11 . The high frequency antenna 18 is located on the opposite side of the shower plate 12 from the first space 11A. In other words, the high frequency antenna 18 is located closer to the exhaust section 14 than the shower plate 12 is. The high-frequency antenna 18 is preferably located between the shower plate 12 and a support position where the support section 13 supports the processing target S in the direction in which the first space 11A and the second space 11B are lined up.
高周波電源19は、高周波アンテナ18に接続されている。高周波電源19は、所定の周波数を有した電力を高周波アンテナ18に供給する。高周波電源19は、例えば13.56MHzの周波数を有した電力を高周波アンテナ18に供給する。第2ガス供給部15Bが第1空間11AにArガスを供給することによって、第2空間11BにもArガスが供給される。第2空間11BにArガスが供給されている場合に、高周波電源19が高周波アンテナ18に高周波電力を供給することによって、第2空間11Bにおいて、Arガスからプラズマが生成される。 High frequency power source 19 is connected to high frequency antenna 18 . High frequency power supply 19 supplies power having a predetermined frequency to high frequency antenna 18 . The high frequency power supply 19 supplies power having a frequency of, for example, 13.56 MHz to the high frequency antenna 18. When the second gas supply unit 15B supplies Ar gas to the first space 11A, Ar gas is also supplied to the second space 11B. When Ar gas is supplied to the second space 11B, the high frequency power supply 19 supplies high frequency power to the high frequency antenna 18, thereby generating plasma from the Ar gas in the second space 11B.
処理対象SがArガスから生成されたプラズマに暴露されることによって、処理対象面Saの反応生成物に、反応生成物が揮発するためのエネルギーが与えられる。本実施形態では、排気部14、第2ガス供給部15B、高周波アンテナ18、および、高周波電源19が、エネルギー供給部を構成している。 By exposing the processing target S to the plasma generated from Ar gas, energy for volatilizing the reaction product is given to the reaction product on the processing target surface Sa. In this embodiment, the exhaust section 14, the second gas supply section 15B, the high frequency antenna 18, and the high frequency power supply 19 constitute an energy supply section.
エネルギー供給部は、エッチング後の処理対象Sにおける表面を形成するシリコンと酸素とが、大気雰囲気において反応する温度未満の温度に処理対象が加熱されるエネルギーを処理対象Sに与えることが可能である。エネルギー供給部は、処理対象Sの温度が80℃以下の温度に加熱されるエネルギーを処理対象Sに与えることが好ましい。 The energy supply unit is capable of applying energy to the processing object S to heat the processing object to a temperature lower than the temperature at which silicon and oxygen forming the surface of the processing object S after etching react in the atmosphere. . It is preferable that the energy supply unit provides the processing object S with energy to heat the processing object S to a temperature of 80° C. or lower.
エネルギー供給部が処理対象Sに与えるエネルギーの大きさ、言い換えれば処理対象Sの温度は、例えば、高周波アンテナ18に供給される電力の大きさが大きくなるほど高くなる傾向を有し、また、高周波アンテナ18に電力が供給される時間が長くなるほど高くなる傾向を有する。そのため、エネルギー供給部が処理対象Sに与えるエネルギーの大きさは、高周波アンテナ18に供給される電力の大きさ、および、高周波アンテナ18に電力が供給される時間によって制御することが可能である。 The amount of energy that the energy supply section gives to the processing object S, in other words, the temperature of the processing object S, tends to increase as the amount of power supplied to the high frequency antenna 18 increases, for example. It tends to increase as the time that power is supplied to 18 increases. Therefore, the amount of energy that the energy supply unit gives to the processing target S can be controlled by the amount of power supplied to the high-frequency antenna 18 and the time during which the power is supplied to the high-frequency antenna 18.
[エッチング方法]
図2および図3を参照して、エッチング方法を説明する。
エッチング方法は、シリコン膜とシリコン酸化膜とを含む処理対象面Saをエッチングするための方法である。エッチング方法は、反応生成物を生成すること、および、反応生成物を揮発させることを含んでいる。反応生成物を生成することでは、フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントを処理対象面Saに供給し、処理対象面Saとエッチャントとを反応させて反応生成物を生成する。反応生成物を揮発させることでは、反応生成物が揮発可能なエネルギーを反応生成物に与えることによって、反応生成物を揮発させる。
[Etching method]
The etching method will be explained with reference to FIGS. 2 and 3.
The etching method is a method for etching the processing target surface Sa including a silicon film and a silicon oxide film. The etching method includes producing a reaction product and volatilizing the reaction product. In generating a reaction product, an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms is supplied to the surface Sa to be processed, and the surface Sa to be processed and the etchant are reacted to generate a reaction product. In volatilizing the reaction product, the reaction product is volatilized by providing the reaction product with energy that allows the reaction product to volatilize.
エッチング方法は、反応生成物を生成することと、反応生成物を揮発させることとが交互に行われるように、反応生成物を生成することと、反応生成物を揮発させることとの組を2回以上繰り返す。反応生成物を生成することは、シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間に、処理対象面Saに対するエッチャントの供給を終了する。 The etching method includes two sets of generating a reaction product and volatilizing the reaction product so that generating the reaction product and volatilizing the reaction product are performed alternately. Repeat more than once. To generate the reaction product, the supply of the etchant to the surface Sa to be processed is terminated during a period in which the amount of etching of the silicon film is saturated and the amount of etching of the silicon oxide film is monotonically increasing.
エッチング方法によれば、シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する条件を満たす期間において、処理対象面Saに対するエッチングの供給を終了する。そのため、処理対象面Saに対してエッチャントを供給する時間を長くするほど、シリコン膜のエッチング量に対するシリコン酸化膜のエッチング量の比が大きくなる。これに対して、処理対象面Saに対してエッチャントを供給する時間を短くするほど、シリコン膜のエッチング量に対するシリコン酸化膜のエッチング量の比が小さくなる。このように、エッチング方法によれば、処理対象面Saに対するエッチャントの供給を終了する時点によって、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比を調整することが可能である。それゆえに、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比の調整がより簡便である。以下、図面を参照して、エッチング方法をより詳しく説明する。 According to the etching method, the supply of etching to the surface Sa to be processed is terminated during a period in which the etching amount of the silicon film is saturated and the etching amount of the silicon oxide film is monotonically increasing. Therefore, the longer the time for supplying the etchant to the surface Sa to be processed, the greater the ratio of the amount of etching of the silicon oxide film to the amount of etching of the silicon film. On the other hand, the shorter the time for supplying the etchant to the surface Sa to be processed, the smaller the ratio of the amount of etching of the silicon oxide film to the amount of etching of the silicon film. In this way, according to the etching method, the selection ratio of the silicon oxide film to the silicon film can be adjusted depending on the point in time when the supply of the etchant to the surface Sa to be processed is ended. Therefore, it is easier to adjust the selection ratio of the silicon oxide film to the silicon film. The etching method will be described in more detail below with reference to the drawings.
図2は、フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントを用いた場合のシリコン膜のエッチング量と、シリコン酸化膜のエッチング量との経時変化を示すグラフである。
なお、図2が示すシリコン膜のエッチング量、および、シリコン酸化膜のエッチング量の各々における傾向は、処理対象Sのエッチングが以下の条件にて行われる場合に認められる。また、図2が示すシリコン膜のエッチング量とシリコン酸化膜のエッチング量とは、所定の厚さおよび大きさを有する多結晶シリコン膜およびシリコン酸化膜の各々を同一のエッチング装置内に配置した状態で、これらの膜をエッチングした場合に得られたエッチング量である。
FIG. 2 is a graph showing changes over time in the etching amount of a silicon film and the etching amount of a silicon oxide film when an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms is used.
Note that the trends in the etching amount of the silicon film and the etching amount of the silicon oxide film shown in FIG. 2 are observed when the etching of the processing target S is performed under the following conditions. In addition, the etching amount of the silicon film and the etching amount of the silicon oxide film shown in FIG. 2 are obtained when a polycrystalline silicon film and a silicon oxide film each having a predetermined thickness and size are placed in the same etching apparatus. This is the amount of etching obtained when these films were etched.
・フッ素含有ガス NF3
・フッ素含有ガスの流量 100sccm以上5000sccm以下
・水素含有ガス NH3
・水素含有ガスの流量 10sccm以上100sccm以下
・マイクロ波の周波数 2.45GHz
・マイクロ波源17の出力 2000W以上6000W以下
・真空槽11内の圧力 100Pa以上1300Pa以下
・Fluorine-containing gas NF 3
・Flow rate of fluorine-containing gas: 100 sccm or more and 5000 sccm or less ・Hydrogen-containing gas NH 3
・Flow rate of hydrogen-containing gas: 10 sccm or more and 100 sccm or less ・Microwave frequency: 2.45 GHz
・Output of microwave source 17 2000W or more and 6000W or less ・Pressure in vacuum chamber 11 100Pa or more and 1300Pa or less
図2が示すように、シリコン膜のエッチング量は、処理対象面Saに対するエッチャントの供給を開始した時点から3秒後までの間に急激に増加し、かつ、エッチャントの供給を開始してから3秒後から5秒後までの間にも増加する。ただし、エッチャントの供給を開始した時点から3秒後までの間におけるエッチング速度は、エッチャントの供給を開始してから3秒後から5秒後までの間におけるエッチング速度よりも高い。そして、エッチャントの供給を開始してから5秒後から10秒後までの間は、シリコン膜のエッチング量は、略0.4nmに維持される。つまり、エッチャントの供給を開始してから5秒後から10秒後までの間におけるエッチング速度はほぼ「0」である。 As shown in FIG. 2, the etching amount of the silicon film increases rapidly from the time when the supply of etchant to the surface Sa to be processed is started until 3 seconds after the start of the supply of etchant. It also increases between seconds and five seconds later. However, the etching rate from 3 seconds after starting the etchant supply is higher than the etching rate from 3 seconds to 5 seconds after starting the etchant supply. Then, from 5 seconds to 10 seconds after the start of etchant supply, the etching amount of the silicon film is maintained at approximately 0.4 nm. In other words, the etching rate from 5 seconds to 10 seconds after the start of etchant supply is approximately "0".
シリコン膜のエッチング量が特定の量に到達して以降におけるエッチング速度が、シリコン酸化膜のエッチング速度の1/100未満に維持される場合に、シリコン膜のエッチング量が飽和しているといえる。図2が示す例では、シリコン膜のエッチング量は、エッチャントの供給を開始してから5秒後以降において飽和していると認められる。 It can be said that the etching amount of the silicon film is saturated when the etching rate after the etching amount of the silicon film reaches a specific amount is maintained at less than 1/100 of the etching rate of the silicon oxide film. In the example shown in FIG. 2, it is recognized that the etching amount of the silicon film is saturated after 5 seconds after starting the supply of the etchant.
一方で、シリコン酸化膜のエッチング量は、エッチャントの供給を開始した時点からの経過時間にほぼ比例している。すなわち、シリコン酸化膜のエッチング速度は、エッチャントの供給を開始した時点からほぼ一定である。また、シリコン酸化膜のエッチング量は、エッチャントの供給を開始した時点から単調増加する。 On the other hand, the amount of etching of the silicon oxide film is approximately proportional to the elapsed time from the time when the supply of etchant is started. That is, the etching rate of the silicon oxide film is approximately constant from the time when the supply of etchant is started. Further, the amount of etching of the silicon oxide film monotonically increases from the time when the supply of etchant is started.
このように、シリコン膜のエッチング量は、エッチャントの供給を開始した時点から所定の時間が経過した時点において飽和する一方で、シリコン酸化膜のエッチング量は単調増加する。そのため、エッチャントの供給を開始した時点から、エッチャントの供給を停止する時点までの長さ、すなわち、反応生成物を生成する期間を延ばすほど、シリコン膜のエッチング量に対するシリコン酸化膜のエッチング量の比を大きくすることが可能である。言い換えれば、エッチャントの供給の開始から終了までの期間を変更することによって、シリコン膜のエッチング量に対するシリコン酸化膜のエッチング量の比を変更することが可能である。 In this way, the amount of etching of the silicon film becomes saturated after a predetermined period of time has elapsed since the start of supply of etchant, while the amount of etching of silicon oxide film monotonically increases. Therefore, as the length from the time when the etchant supply starts to the time when the etchant supply is stopped, that is, the period during which reaction products are generated, increases, the ratio of the amount of etching of the silicon oxide film to the amount of etching of the silicon film increases. It is possible to increase the In other words, by changing the period from the start to the end of etchant supply, it is possible to change the ratio of the amount of etching of the silicon oxide film to the amount of etching of the silicon film.
また、エッチャントの供給を開始した時点から5秒後において、シリコン酸化膜のエッチング量は、シリコン膜のエッチング量よりも大きい。すなわち、図2が示す例では、シリコン膜のエッチング量が飽和した時点において、シリコン酸化膜のエッチング量が、シリコン膜のエッチング量よりも大きい。そのため、処理対象面Saに対してエッチャントを供給する時間を長くするほど、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比を1よりも大きい範囲で大きくすることが可能である。 Furthermore, 5 seconds after the start of etchant supply, the amount of etching of the silicon oxide film is greater than the amount of etching of the silicon film. That is, in the example shown in FIG. 2, at the time when the amount of etching of the silicon film is saturated, the amount of etching of the silicon oxide film is larger than the amount of etching of the silicon film. Therefore, the longer the time for supplying the etchant to the surface Sa to be processed, the greater the selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon film can be increased within a range greater than 1.
図3は、エッチング方法を説明するためのタイミングチャートである。図3には、第1ガス供給部15AによるNH3ガス、N2ガス、および、NF3ガスの供給、マイクロ波源17によるマイクロ波の照射、第2ガス供給部15BによるArガスの供給、および、高周波電源19による高周波電力の供給の各々におけるタイミングの一例が示されている。 FIG. 3 is a timing chart for explaining the etching method. FIG. 3 shows the supply of NH 3 gas, N 2 gas, and NF 3 gas by the first gas supply unit 15A, the microwave irradiation by the microwave source 17, the supply of Ar gas by the second gas supply unit 15B, and , an example of the timing in each of the supply of high frequency power by the high frequency power supply 19 is shown.
図3が示すように、タイミングT1において、放電管16に対するNH3ガス、N2ガス、および、NF3ガスの供給が開始される。次いで、タイミングT2において、放電管16に対するマイクロ波の照射が開始される。タイミングT1とタイミングT2との間の期間は、放電管16内の圧力がほぼ一定になるまでの期間であり、放電管16内の圧力が安定した後に、放電管16に対してマイクロ波が照射される。これにより、タイミングT2において、シリコン酸化膜に対するエッチャントの供給、および、反応生成物の生成が開始される。なお、上述したように、エッチャントは例えばNFxHyであり、反応生成物は例えば(NF4)2SiF6である。 As shown in FIG. 3, at timing T1, supply of NH 3 gas, N 2 gas, and NF 3 gas to the discharge tube 16 is started. Next, at timing T2, irradiation of the discharge tube 16 with microwaves is started. The period between timing T1 and timing T2 is a period until the pressure inside the discharge tube 16 becomes almost constant, and after the pressure inside the discharge tube 16 becomes stable, the microwave is irradiated to the discharge tube 16. be done. As a result, at timing T2, supply of etchant to the silicon oxide film and generation of reaction products are started. Note that, as described above, the etchant is, for example, NF x H y , and the reaction product is, for example, (NF 4 ) 2 SiF 6 .
このように、本実施形態では、フッ素原子を含むガスと水素原子を含むガスとを用いて、フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントを生成する。そのため、エッチャントを生成するためのフッ素源と水素源とを個別に準備することが可能である。これによって、エッチャントを生成するためのフッ素源と水素源とを1つのガスによって具体化する場合に比べて、処理対象面Saのエッチングに用いるガスにおける選択の自由度を高めることが可能である。 In this manner, in this embodiment, an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms is generated using a gas containing fluorine atoms and a gas containing hydrogen atoms. Therefore, it is possible to separately prepare a fluorine source and a hydrogen source for generating an etchant. As a result, it is possible to increase the degree of freedom in selecting the gas used for etching the surface Sa to be processed, compared to the case where the fluorine source and the hydrogen source for generating the etchant are embodied in one gas.
タイミングT3において、放電管16に対するマイクロ波の照射が停止される。反応生成物を生成するためのエッチャントは、ほぼタイミングT2からタイミングT3の期間において生成される。そのため、タイミングT2からタイミングT3までの期間は、処理対象面Saにおけるシリコン膜のエッチング量とシリコン酸化膜のエッチング量との比に応じて設定される。次いで、タイミングT4において、放電管16に対するNH3ガス、N2ガス、および、NF3ガスの供給が停止される。 At timing T3, irradiation of the microwave to the discharge tube 16 is stopped. Etchant for generating reaction products is generated approximately during the period from timing T2 to timing T3. Therefore, the period from timing T2 to timing T3 is set according to the ratio of the etching amount of the silicon film to the etching amount of the silicon oxide film on the processing target surface Sa. Next, at timing T4, the supply of NH 3 gas, N 2 gas, and NF 3 gas to the discharge tube 16 is stopped.
タイミングT4では、第1空間11Aに対するArガスの供給も開始される。タイミングT4において、第1空間11Aに対するエッチャントの供給を停止することと、Arガスの供給を開始することとが同時に行われる。そのため、エッチャントの供給を停止することと、Arガスの供給を開始することとが互いに異なるタイミングで行われる場合に比べて、真空槽11内の圧力が変動しにくい。 At timing T4, supply of Ar gas to the first space 11A is also started. At timing T4, the supply of etchant to the first space 11A is stopped and the supply of Ar gas is started at the same time. Therefore, the pressure within the vacuum chamber 11 is less likely to fluctuate compared to a case where stopping the supply of etchant and starting supply of Ar gas are performed at different timings.
タイミングT5において、高周波アンテナ18に対する高周波電力の供給が開始される。タイミングT4とタイミングT5との間の期間は、真空槽11内の圧力がほぼ一定になるまでの期間であり、真空槽11内の圧力が安定した後に、高周波アンテナ18に対して高周波電力が供給される。また、タイミングT4とタイミングT5との間の期間は、真空槽11内に供給されたエッチャントなどのフッ素原子を含むガスをArガスによって真空槽11外に排気する期間である。これにより、高周波アンテナ18に対して高周波電力が供給される前にフッ素原子を含むガスが真空槽11外に排気されるため、フッ素原子を含むガスからプラズマが生成されることが抑えられる。プラズマ中に含まれるフッ素を含む活性種、例えばフッ素を含むラジカルやフッ素を含むイオンは、処理対象Sの一部を腐食することがある。本実施形態によれば、フッ素原子を含むガスが排気された後にプラズマが生成されるため、処理対象Sの腐食を抑えることができる。 At timing T5, supply of high frequency power to the high frequency antenna 18 is started. The period between timing T4 and timing T5 is a period until the pressure in the vacuum chamber 11 becomes almost constant, and after the pressure in the vacuum chamber 11 becomes stable, high frequency power is supplied to the high frequency antenna 18. be done. Further, the period between timing T4 and timing T5 is a period in which gas containing fluorine atoms, such as an etchant, supplied into the vacuum chamber 11 is exhausted to the outside of the vacuum chamber 11 using Ar gas. As a result, the gas containing fluorine atoms is exhausted to the outside of the vacuum chamber 11 before high frequency power is supplied to the high frequency antenna 18, thereby suppressing the generation of plasma from the gas containing fluorine atoms. Active species containing fluorine contained in the plasma, such as radicals containing fluorine and ions containing fluorine, may corrode a part of the processing target S. According to this embodiment, since plasma is generated after the gas containing fluorine atoms is exhausted, corrosion of the processing target S can be suppressed.
次いで、タイミングT6において、高周波アンテナ18に対する高周波電力の供給が停止される。タイミングT5からタイミングT6までの間の期間は、反応生成物がプラズマに暴露されることによって、反応生成物に反応生成物を揮発させるためのエネルギーが与えられる期間である。そのため、タイミングT5からタイミングT6までの期間は、例えば処理対象S上に生成された反応生成物の量に応じて設定することが可能である。タイミングT7において、第1空間11Aに対するArガスの供給が停止される。 Next, at timing T6, the supply of high frequency power to the high frequency antenna 18 is stopped. The period from timing T5 to timing T6 is a period in which the reaction products are exposed to plasma and energy for volatilizing the reaction products is given to the reaction products. Therefore, the period from timing T5 to timing T6 can be set depending on the amount of reaction products generated on the processing target S, for example. At timing T7, the supply of Ar gas to the first space 11A is stopped.
タイミングT5からタイミングT6の期間において、処理対象の温度が80℃以下であることが好ましい。これにより、処理対象面Saがエッチングの直後に大気に解放されたとしても、処理対象面Saが備えるシリコン膜の表面に熱酸化膜が形成されることが抑えられる。なお、本実施形態では、処理対象Sをプラズマに曝すことによって、処理対象面Saに生成された反応生成物を揮発させる。そのため、処理対象面Saの温度が上昇することを抑えつつ、処理対象面Saに生成された反応生成物に、反応生成物が揮発するために必要なエネルギーを与えることが可能である。 In the period from timing T5 to timing T6, it is preferable that the temperature of the object to be processed is 80° C. or lower. Thereby, even if the processing target surface Sa is exposed to the atmosphere immediately after etching, formation of a thermal oxide film on the surface of the silicon film included in the processing target surface Sa is suppressed. In this embodiment, by exposing the processing target S to plasma, reaction products generated on the processing target surface Sa are volatilized. Therefore, it is possible to provide the reaction products generated on the processing target surface Sa with the energy necessary for the reaction products to volatilize while suppressing the temperature of the processing target surface Sa from increasing.
また、処理対象面Saをプラズマに暴露することによって反応生成物を除去するため、プラズマの生成を開始してから、すなわちタイミングT5から反応生成物の除去が開始されるまでの間の遅れが短い。これに対して、反応生成物を処理対象面Saとともに加熱する場合には、反応生成物が付着した処理対象面Saの温度が、反応生成物を除去する上で目標とされる温度に到達するまでに所定の時間が必要である。この点で、本実施形態によれば、反応生成物にエネルギーの供給を開始してから、反応生成物の除去が開始されるまでの間を短くすることができる。 In addition, since reaction products are removed by exposing the surface Sa to be processed to plasma, the delay from the start of plasma generation, that is, from timing T5 to the start of removal of reaction products, is short. . On the other hand, when the reaction product is heated together with the surface to be processed Sa, the temperature of the surface to be processed Sa to which the reaction product has adhered reaches the target temperature for removing the reaction product. A predetermined amount of time is required. In this respect, according to the present embodiment, the period from the start of supply of energy to the reaction product until the start of removal of the reaction product can be shortened.
本実施形態では、タイミングT1からタイミングT4までの期間が、反応生成物を生成する工程であり、タイミングT4からタイミングT7までの期間が、反応生成物を揮発させる工程である。エッチング方法では、シリコン膜とシリコン酸化膜との間において所望とされる選択比に応じて、タイミングT1からタイミングT4までの期間を調整することが可能である。また、エッチング方法では、シリコン膜とシリコン酸化膜とにおいて所望とされるエッチング量に応じて、反応生成物を生成する工程と、反応生成物を揮発させる工程とを繰り返す回数を2回以上のいずれかの回数に設定することが可能である。 In this embodiment, the period from timing T1 to timing T4 is a process of generating a reaction product, and the period from timing T4 to timing T7 is a process of volatilizing the reaction product. In the etching method, it is possible to adjust the period from timing T1 to timing T4 depending on the desired selectivity between the silicon film and the silicon oxide film. In addition, in the etching method, the number of times of repeating the step of generating a reaction product and the step of volatilizing the reaction product is set to two or more times depending on the desired amount of etching of the silicon film and the silicon oxide film. It is possible to set the number of times.
[試験例]
[試験例1]
多結晶シリコンから形成された第1シリコン基板と、シリコン酸化膜が形成された第2シリコン基板とを準備した。そして、第1シリコン基板と第2シリコン基板とをエッチング装置に配置して、以下の条件にて各シリコン基板のエッチングを行った。
[Test example]
[Test Example 1]
A first silicon substrate made of polycrystalline silicon and a second silicon substrate on which a silicon oxide film was formed were prepared. Then, the first silicon substrate and the second silicon substrate were placed in an etching apparatus, and each silicon substrate was etched under the following conditions.
・フッ素含有ガス NF3
・フッ素含有ガスの流量 1000sccm
・水素含有ガス NH3
・水素含有ガスの流量 50sccm
・マイクロ波の周波数 2.45GHz
・マイクロ波源17の出力 2500W
・真空槽11内の圧力 500Pa
・エッチング時間 50秒
・Fluorine-containing gas NF 3
・Flow rate of fluorine-containing gas 1000sccm
・Hydrogen-containing gas NH3
・Flow rate of hydrogen-containing gas 50sccm
・Microwave frequency 2.45GHz
・Output of microwave source 17 2500W
・Pressure inside vacuum chamber 11 500Pa
・Etching time 50 seconds
試験例1において、第1シリコン基板のエッチング量が0.43nmであり、シリコン酸化膜のエッチング量が6.30nmであることが認められた。また、試験例1において、第1シリコン基板のエッチング量に対するシリコン酸化膜のエッチング量の比である選択比が、14.6であることが認められた。 In Test Example 1, it was found that the etching amount of the first silicon substrate was 0.43 nm, and the etching amount of the silicon oxide film was 6.30 nm. Further, in Test Example 1, the selectivity ratio, which is the ratio of the amount of etching of the silicon oxide film to the amount of etching of the first silicon substrate, was found to be 14.6.
[試験例2]
試験例1において、エッチング時間、すなわち各シリコン基板に対してエッチャントを供給する時間を10秒に変更し、かつ、反応生成物を生成する工程と、反応生成物を揮発させる工程とを交互に5回ずつ行った以外は、試験例1と同様の方法によって各シリコン基板をエッチングした。
[Test Example 2]
In Test Example 1, the etching time, that is, the time for supplying the etchant to each silicon substrate, was changed to 10 seconds, and the step of generating reaction products and the step of volatilizing the reaction products were alternately performed for 5 seconds. Each silicon substrate was etched by the same method as in Test Example 1, except that etching was performed twice.
試験例2において、第1シリコン基板のエッチング量が2.01nmであり、シリコン酸化膜のエッチング量が5.96nmであることが認められた。また、試験例2において、第1シリコン基板のエッチング量に対するシリコン酸化膜のエッチング量の比である選択比が、3.0であることが認められた。 In Test Example 2, it was found that the etching amount of the first silicon substrate was 2.01 nm, and the etching amount of the silicon oxide film was 5.96 nm. Further, in Test Example 2, the selectivity ratio, which is the ratio of the amount of etching of the silicon oxide film to the amount of etching of the first silicon substrate, was found to be 3.0.
このように、処理対象に対するエッチャントの供給を停止する時点を、シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間のなかで変更することによって、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比を調整することが可能である。 In this way, by changing the point at which the supply of etchant to the processing target is stopped within the period when the amount of etching of the silicon film is saturated and the amount of etching of the silicon oxide film is monotonically increasing, It is possible to adjust the selectivity of the oxide film.
以上説明したように、エッチング方法、および、エッチング装置の一実施形態によれば、以下に記載の効果を得ることができる。
(1)処理対象面Saに対するエッチャントの供給を終了する時点によって、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比を調整することが可能である。それゆえに、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比の調整がより簡便である。
As explained above, according to one embodiment of the etching method and etching apparatus, the effects described below can be obtained.
(1) The selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon film can be adjusted depending on the time point at which the supply of etchant to the surface Sa to be processed is ended. Therefore, it is easier to adjust the selection ratio of the silicon oxide film to the silicon film.
(2)処理対象面Saに対してエッチャントを供給する時間を長くするほど、シリコン膜に対するシリコン酸化膜の選択比を1よりも大きい範囲で大きくすることが可能である。 (2) The longer the time for supplying the etchant to the surface Sa to be processed, the greater the selectivity ratio of the silicon oxide film to the silicon film can be increased within a range greater than 1.
(3)処理対象面Saがエッチングの直後に大気に解放されたとしても、処理対象面Saが備えるシリコン膜の表面に熱酸化膜が形成されることが抑えられる。 (3) Even if the surface to be processed Sa is exposed to the atmosphere immediately after etching, formation of a thermal oxide film on the surface of the silicon film included in the surface to be processed Sa is suppressed.
(4)処理対象面Saの温度が上昇することを抑えつつ、処理対象面Saに生成された反応生成物に、反応生成物が揮発するために必要なエネルギーを与えることが可能である。 (4) It is possible to provide the reaction products generated on the processing target surface Sa with the energy necessary for the reaction products to volatilize while suppressing the temperature of the processing target surface Sa from increasing.
(5)エッチャントを生成するためのフッ素源と水素源とを個別に準備することが可能である。これによって、エッチャントを生成するためのフッ素源と水素源とを1つのガスによって具体化する場合に比べて、処理対象Sのエッチングに用いるガスにおける選択の自由度を高めることが可能である。 (5) It is possible to separately prepare a fluorine source and a hydrogen source for generating an etchant. This makes it possible to increase the degree of freedom in selecting the gas to be used for etching the processing target S, compared to the case where the fluorine source and the hydrogen source for generating the etchant are embodied in one gas.
なお、上述した実施形態は、以下のように変更して実施することができる。
[エネルギー供給部]
・エネルギー供給部は、処理対象面Saを所定の温度に加熱することによって、反応生成物を揮発させるエネルギーを反応生成物に与えてもよい。この場合には、例えば、エッチング装置10は、支持部13を加熱する加熱部を備えることが可能である。また、エネルギー供給部は、プラズマに対する処理対象の暴露と、処理対象の加熱との両方を行うことによって、反応生成物を揮発させるエネルギーを反応生成物に与えてもよい。
Note that the embodiment described above can be modified and implemented as follows.
[Energy supply section]
- The energy supply unit may provide the reaction product with energy to volatilize the reaction product by heating the processing target surface Sa to a predetermined temperature. In this case, for example, the etching apparatus 10 can include a heating section that heats the support section 13. Further, the energy supply unit may provide the reaction product with energy to volatilize the reaction product by both exposing the processing target to plasma and heating the processing target.
[NF3ガス]
・NF3ガスは、第1空間11Aに供給されてもよい。これにより、放電管16から第1空間11Aに供給された活性種であって、水素を含む活性種とNF3ガス中の分子とから水素原子とフッ素原子とを含むエッチャントを生成することが可能である。
[ NF3 gas]
- NF 3 gas may be supplied to the first space 11A. Thereby, it is possible to generate an etchant containing hydrogen atoms and fluorine atoms from the active species containing hydrogen supplied from the discharge tube 16 to the first space 11A and the molecules in the NF 3 gas. It is.
[ガス]
・フッ素原子を含むガスは、NF3ガス以外のフッ素原子を含むガスであってよく、水素を含むガスは、NH3ガス以外の水素原子を含むガスであってよい。フッ素原子を含むガスは、例えばフッ素(F2)ガスなどであってよい。水素原子を含むガスは、例えば水素(H2)ガスなどであってよい。
[gas]
- The gas containing fluorine atoms may be a gas containing fluorine atoms other than NF 3 gas, and the gas containing hydrogen may be a gas containing hydrogen atoms other than NH 3 gas. The gas containing fluorine atoms may be, for example, fluorine (F 2 ) gas. The gas containing hydrogen atoms may be, for example, hydrogen (H 2 ) gas.
・反応生成物を揮発させる際にプラズマの生成に用いられるガスは、Arガス以外の希ガス例えば、ヘリウム(He)ガス、ネオン(Ne)ガス、クリプトン(Kr)ガス、および、キセノン(Xe)ガスのいずれかであってもよい。 - Gases used to generate plasma when volatilizing reaction products include rare gases other than Ar gas, such as helium (He) gas, neon (Ne) gas, krypton (Kr) gas, and xenon (Xe). It may be any gas.
[処理対象の温度]
・反応生成物を揮発させる際に、処理対象面Saの温度は、80℃よりも高い温度に加熱されてもよい。この場合には、例えば、エッチング装置10が処理対象面Saを冷却する冷却部を備えることによって、処理対象面Saを冷却してもよい。これにより、処理対象面Saに生成された反応生成物を揮発させてから、処理対象面Saの温度が処理対象面Saにおける酸化反応が抑えられる程度に低くなるまでの時間を短くすることが可能である。
[Temperature of processing target]
- When volatilizing the reaction product, the temperature of the surface Sa to be processed may be heated to a temperature higher than 80°C. In this case, for example, the etching apparatus 10 may include a cooling unit that cools the surface Sa to be processed to cool the surface Sa to be processed. This makes it possible to shorten the time from when the reaction products generated on the surface to be processed Sa are volatilized until the temperature of the surface to be processed Sa becomes low enough to suppress the oxidation reaction on the surface to be processed Sa. It is.
[エッチャントを供給する期間]
・処理対象面Saに対してエッチャントが供給される期間は、複数回にわたって同一であってもよいし、複数回には、エッチャントが供給される期間が異なる回が含まれてもよい。いずれの場合であっても、シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間に、処理対象面Saに対するエッチャントの供給が停止されることによって、上述した(1)に準じた効果を得ることはできる。
[Period of supplying etchant]
- The period during which the etchant is supplied to the processing target surface Sa may be the same for multiple times, or the multiple times may include times during which the etchant is supplied for different periods. In either case, the above-mentioned ( It is possible to obtain an effect similar to 1).
[エッチング量]
・シリコン酸化膜のエッチング量が飽和した時点において、シリコン酸化膜のエッチング量は、シリコン膜のエッチング量以下であってもよい。この場合であっても、シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間に、処理対象面Saに対するエッチャントの供給が停止されることによって、上述した(1)に準じた効果を得ることはできる。
[Etching amount]
- At the time when the amount of etching of the silicon oxide film is saturated, the amount of etching of the silicon oxide film may be equal to or less than the amount of etching of the silicon film. Even in this case, the above-mentioned (1 ) can achieve similar effects.
[エッチング装置]
・エッチング装置10は、第1真空槽と第2真空槽とを備え、第1真空槽と第2真空槽とがゲートバルブによって隔てられていてもよい。この場合には、第1真空槽において反応生成物を生成する工程が行われ、かつ、第2真空槽において反応生成物を揮発させる工程が行われる。こうしたエッチング装置によれば、例えば、反応生成物の加熱によって反応生成物を揮発させる場合であっても、第1真空槽は加熱されないため、真空槽の温度によって、処理対象Sをエッチングする処理が律速されることが抑えられる。
[Etching equipment]
- The etching apparatus 10 may include a first vacuum tank and a second vacuum tank, and the first vacuum tank and the second vacuum tank may be separated by a gate valve. In this case, a step of generating a reaction product is performed in the first vacuum tank, and a step of volatilizing the reaction product is performed in the second vacuum tank. According to such an etching apparatus, for example, even when the reaction product is volatilized by heating the reaction product, the first vacuum chamber is not heated. This prevents speed-limiting.
10…エッチング装置、11…真空槽、11A…第1空間、11B…第2空間、12…シャワープレート、13…支持部、14…排気部、15A…第1ガス供給部、15B…第2ガス供給部、16…放電管、17…マイクロ波源、18…高周波アンテナ、19…高周波電源、S…処理対象、Sa…処理対象面。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Etching device, 11... Vacuum chamber, 11A... First space, 11B... Second space, 12... Shower plate, 13... Support part, 14... Exhaust part, 15A... First gas supply part, 15B... Second gas Supply unit, 16...discharge tube, 17...microwave source, 18...high frequency antenna, 19...high frequency power supply, S...processing target, Sa...processing target surface.
Claims (6)
フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントを前記処理対象面に供給し、前記処理対象面と前記エッチャントとを反応させて反応生成物を生成すること、および、
前記反応生成物が揮発可能なエネルギーを前記反応生成物に与えることによって、前記反応生成物を揮発させること、を含み、
前記反応生成物を生成することと、前記反応生成物を揮発させることとが交互に行われるように、前記反応生成物を生成することと、前記反応生成物を揮発させることとの組を2回以上繰り返し、
前記反応生成物を生成することは、前記シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、前記シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間に、前記処理対象面に対する前記エッチャントの供給を終了し、
前記エッチャントの供給の開始から終了までの期間を変更することによって、前記シリコン膜の前記エッチング量に対する前記シリコン酸化膜の前記エッチング量の比を変更する
エッチング方法。 An etching method for etching a surface to be processed including a silicon film and a silicon oxide film,
supplying an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms to the surface to be treated, and causing the surface to be treated and the etchant to react to generate a reaction product;
volatilizing the reaction product by imparting energy to the reaction product that allows the reaction product to volatilize;
Two sets of generating the reaction product and volatilizing the reaction product are arranged such that generating the reaction product and volatilizing the reaction product are performed alternately. Repeat more than once,
Generating the reaction product includes terminating the supply of the etchant to the surface to be processed during a period in which the etching amount of the silicon film is saturated and the etching amount of the silicon oxide film is monotonically increasing;
An etching method, wherein the ratio of the etching amount of the silicon oxide film to the etching amount of the silicon film is changed by changing the period from the start to the end of the supply of the etchant.
前記エッチャントの供給の開始から終了までの期間は、50秒以下である
請求項1に記載のエッチング方法。 Generating the reaction product includes that the etching amount of the silicon oxide film is larger than the etching amount of the silicon film at a time when the etching amount of the silicon film is saturated ;
The period from the start to the end of the supply of the etchant is 50 seconds or less
The etching method according to claim 1.
請求項1または2に記載のエッチング方法。 The etching method according to claim 1 , wherein volatilizing the reaction product includes keeping the temperature of the surface to be processed at 80° C. or lower.
請求項1から3のいずれか一項に記載のエッチング方法。 The etching method according to any one of claims 1 to 3, wherein volatilizing the reaction product includes exposing the surface to be processed to plasma.
請求項1から4のいずれか一項に記載のエッチング方法。 Any one of claims 1 to 4, wherein generating the reaction product includes generating the etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms using a gas containing fluorine atoms and a gas containing hydrogen atoms. The etching method described in item 1.
フッ素原子と水素原子とを含むエッチャントを生成して、前記エッチャントを前記処理対象面に供給するエッチャント供給部と、
前記処理対象面と前記エッチャントとの反応によって生成された反応生成物に、前記反応生成物が揮発可能なエネルギーを与えるエネルギー供給部と、を備え、
前記エッチャント供給部と、前記エネルギー供給部とは、前記処理対象面に対する前記エッチャントの供給と前記エネルギーの供給とを交互に、かつ、2回以上の同数行い、
前記エッチャント供給部は、前記シリコン膜のエッチング量が飽和し、かつ、前記シリコン酸化膜のエッチング量が単調増加する期間に、前記処理対象面に対する前記エッチャントの供給を終了し、
前記エッチャントの供給の開始から終了までの期間を変更することによって、前記シリコン膜の前記エッチング量に対する前記シリコン酸化膜の前記エッチング量の比を変更する
エッチング装置。 An etching apparatus for etching a surface to be processed including a silicon film and a silicon oxide film,
an etchant supply unit that generates an etchant containing fluorine atoms and hydrogen atoms and supplies the etchant to the surface to be treated;
an energy supply unit that supplies energy that allows the reaction product to volatilize to a reaction product generated by the reaction between the surface to be treated and the etchant;
The etchant supply unit and the energy supply unit supply the etchant and the energy to the surface to be treated alternately and the same number of times, two or more times,
The etchant supply unit stops supplying the etchant to the surface to be processed during a period in which the amount of etching of the silicon film is saturated and the amount of etching of the silicon oxide film is monotonically increasing;
An etching apparatus, wherein the ratio of the etching amount of the silicon oxide film to the etching amount of the silicon film is changed by changing the period from the start to the end of the supply of the etchant.
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