(57)【要約】【課題】シリコンの表面上にシリコン酸化膜が形成された基板をエッチングする方法において、コンタクト抵抗を低くできるエッチング方法を提供する。【解決手段】ハロゲン元素を含むガス、及び塩基性ガスを基板Ｗ上に供給し、シリコン酸化膜にハロゲン元素を含むガス及び塩基性ガスを化学反応させた凝縮層１０５を生成して、シリコン酸化膜１０４をエッチングする。Ｆ２ガス、ＸｅＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの群から選ばれる少なくとも一つを含むシリコンエッチングガスを基板Ｗ上に供給し、シリコンエッチングガスによって基板Ｗ上のシリコンをエッチングする。シリコン酸化膜１０４のエッチング及びシリコンのエッチングの後、基板Ｗ上の凝縮層１０５を加熱して除去する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンの表面上にシリコン酸化膜が形成された基板をエッチングする方法であって、
ハロゲン元素を含むガス、及び塩基性ガスを基板上に供給し、シリコン酸化膜に前記ハロゲン元素を含むガス及び前記塩基性ガスを化学反応させた凝縮層を生成して、シリコン酸化膜をエッチングするシリコン酸化膜エッチング工程と、
Ｆ２ガス、ＸｅＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの群から選ばれる少なくとも一つを含むシリコンエッチングガスを基板上に供給し、前記シリコンエッチングガスによってシリコンをエッチングするシリコンエッチング工程と、
前記シリコン酸化膜エッチング工程及び前記シリコンエッチング工程の終了後、基板上の前記凝縮層を加熱して除去する凝縮層除去工程と、を備えるエッチング方法。
【請求項２】
前記ハロゲン元素を含むガスはＨＦガスであり、
前記塩基性ガスはＮＨ３ガスであり、
前記シリコンエッチングガスはＦ２ガスあることを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記ハロゲン元素を含むガス、前記塩基性ガス、及び前記シリコンエッチングガスを基板上に同時に供給し、
前記シリコン酸化膜エッチング工程及び前記シリコンエッチング工程を同時に行うことを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記シリコン酸化膜エッチング工程の終了後、前記シリコンエッチング工程を行い、
前記シリコンエッチング工程において、前記ハロゲン元素を含むガス、前記塩基性ガス、及び前記シリコンエッチングガスを同時に基板上に供給することがなく、前記シリコンエッチングガスを含むガスを基板上に供給し、前記シリコン酸化膜エッチング工程で生成した前記凝縮層の下側のシリコンをエッチングすることを特徴とする請求項１又は２に記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記シリコン酸化膜エッチング工程と前記シリコンエッチング工程との間に、処理容器内の残留ガスを排気するパージ工程を備えることを特徴とする請求項４に記載の基板のエッチング方法。
【請求項６】
前記シリコンエッチング工程において、前記シリコンエッチングガスとしてのＦ２ガスのみ、前記シリコンエッチングガスとしてのＦ２ガス及びＮＨ３ガス、又は前記シリコンエッチングガスとしてのＦ２ガス及びＨＦガスを基板上に供給することを特徴とする請求項４又は５に記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記シリコン酸化膜が、層間絶縁膜に形成されたコンタクト孔の底部の自然酸化膜であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の基板のエッチング方法。
【請求項８】
前記層間絶縁膜が酸化シリコン系の絶縁膜であることを特徴とする請求項７に記載の基板のエッチング方法。
【請求項９】
シリコンの表面上にシリコン酸化膜が形成された基板をエッチングするエッチングシステムであって、
基板が載置される載置台を有する処理容器、ハロゲン元素を含むガス、塩基性ガス、並びにＦ２ガス、ＸｅＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの群から選ばれる少なくとも一つを含むシリコンエッチングガスを前記処理容器に導入するガス導入ライン、及び前記処理容器内からガスを排気する排気ラインを有するドライエッチング装置と、基板を加熱する熱処理装置と、を備え、
前記ドライエッチング装置において、前記ハロゲン元素を含むガス及び前記塩基性ガスを基板上に供給し、シリコン酸化膜に前記ハロゲン元素を含むガス及び前記塩基性ガスを化学反応させた凝縮層を生成してシリコン酸化膜をエッチングし、前記シリコンエッチングガスを基板上に供給し、前記シリコンエッチングガスによってシリコンをエッチングし、
前記熱処理装置により、基板上の前記凝縮層を加熱して除去するエッチングシステム。
【請求項１０】
前記ドライエッチング装置において、基板上の前記シリコン酸化膜をエッチングした後、前記処理容器内の残留ガスを排気し、その後、基板上の前記シリコンをエッチングすることを特徴とする請求項９に記載のエッチングシステム。
【請求項１１】
前記熱処理装置は、前記ドライエッチング装置内に設けられていることを特徴とする、請求項９又は１０に記載のエッチングシステム。
【請求項１２】
シリコンの表面上にシリコン酸化膜が形成された基板をエッチングするエッチングシステムの制御部によって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって、
前記プログラムは前記制御部によって実行されることにより、前記エッチングシステムに、
ハロゲン元素を含むガス、及び塩基性ガスを基板上に供給し、シリコン酸化膜に前記ハロゲン元素を含むガス及び前記塩基性ガスを化学反応させた凝縮層を生成して、シリコン酸化膜をエッチングするシリコン酸化膜エッチング工程と、
Ｆ２ガス、ＸｅＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの群から選ばれる少なくとも一つを含むシリコンエッチングガスを基板上に供給し、シリコンエッチングガスによってシリコンをエッチングするシリコンエッチング工程と、
前記シリコン酸化膜エッチング工程及び前記シリコンエッチング工程の終了後、基板上の前記凝縮層を加熱して除去する凝縮層除去工程と、を行わせる記録媒体。
【請求項１３】
前記プログラムは前記制御部によって実行されることにより、前記エッチングシステムに、
前記シリコン酸化膜エッチング工程と前記シリコンエッチング工程との間に、処理容器内の残留ガスを排気するパージ工程を行わせる請求項１２に記載の記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン表面にシリコン酸化膜が形成された基板をエッチングするエッチング方法及び装置に関し、特にコンタクト孔の底のシリコン表面上に形成される自然酸化膜をエッチングするエッチング方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路の代表的なデバイスであるトランジスタを製造するにあたり、ソース・ドレインのシリコン領域、及び多結晶シリコンのゲート電極上の層間絶縁膜に、電極引出し用のコンタクト孔を開口する工程が必要になる。シリコン表面と金属電極とを電気的に接続できるように、コンタクト孔は次の工程でタングステンや多結晶シリコン等の導電性材料で埋められる。
【０００３】
ところで、酸素を含む雰囲気中にシリコンを放置しておくと、シリコン表面上に薄ら自然酸化膜が形成されることが知られている。コンタクトとシリコン表面との間に自然酸化膜が存在すると、コンタクトの抵抗が増大し、集積回路の高速化を妨げる。このため、コンタクト孔を導電性材料で埋める前に自然酸化膜を除去する必要がある。
【０００４】
自然酸化膜を除去する方法として、特許文献１には、ＣＦ系のガスをプラズマ化し、エッチャント（ラジカル／イオン）を用いて自然酸化膜をエッチングする方法が開示されている。しかし、プラズマ化したエッチャントを用いたエッチング方法にあっては、エッチングレートが非常に高く、シリコン表面上に薄く形成される自然酸化膜のエッチング量を制御できないという問題や、他のシリコン酸化膜例えばコンタクト孔を形成しているＣＶＤシリコン酸化膜が大きく削れてしまい、形状が変わってしまうという問題がある。また、自然酸化膜の下側のシリコンにもダメージを与えるという問題もあり、エッチング損傷層を除去するためのさらなるエッチング工程が必要になる。
【０００５】
この問題を解決するために、特許文献２及び特許文献３には、エッチングガスをプラズマ化させないで自然酸化膜等の薄いシリコン酸化膜をエッチングする方法が開示されている。かかるエッチング方法は、シリコン酸化膜の表面にＨＦガス及びＮＨ３ガスを含む混合ガスを供給し、シリコン酸化膜と混合ガスとを化学反応させ、シリコン酸化膜を変質させて凝縮層を生成させる凝縮層生成工程と、凝縮層を加熱して昇華させる加熱工程と、を備える。このエッチング方法は、ＣＯＲ(Chemical Oxide Removal)処理（化学的酸化物除去処理）と呼ばれる。エッチングレートが低く、薄いシリコン酸化膜のエッチング量を制御するのに適するので、近年自然酸化膜等のエッチングに多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平２−１１９１３４号公報
【特許文献２】特開２００７−１８０４１８号公報
【特許文献３】特許第２５０１２９５号公報
【特許文献４】特開２００３−２３０００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＣＯＲ処理によってコンタクト孔の底部の自然酸化膜をエッチングすると、自然酸化膜を除去したのにもかかわらず、コンタクト抵抗が高くなることがあった。コンタクトの抵抗はウェットエッチング（ＢＨＦ）と比較して１０１〜５倍程度に大きくなることもあった。
【０００８】
発明者は、コンタクト抵抗が増大する原因を追求した。その結果、コンタクト抵抗が増大する原因は、シリコンに打ち込まれたカーボン、及びプラズマによるシリコン単結晶基板のダメージにあることを知見した。カーボンは層間絶縁膜をドライエッチングするときのＣＦ系のガスやフォトレジスト膜中のカーボンに由来する。
【０００９】
ウェットエッチング（ＢＨＦ）では、シリコンを多少削るので、カーボン層及びシリコン単結晶ダメージ層も除去でき、コンタクト抵抗も低くなると考えられる。ＣＯＲ処理を行うドライエッチング方法では、シリコンを全く削ることができないので、カーボン層も残ったままであり、これが原因でコンタクト抵抗が高くなると考えられる。
【００１０】
特許文献４には、シリコン内部の高抵抗層（ＳｉＣやＳｉＯｘ）を除去する方法が開示されており、プラズマエッチングによりコンタクト孔を形成した後、同一チャンバ内で連続してＨ２プラズマ処理を行っている。Ｈ２プラズマがシリコンをエッチングするので、コンタクト孔底のシリコン内部の高抵抗層を除去することができる。しかし、シリコンに打ち込まれたカーボンを除去できたとしても、Ｈ２プラズマを利用しているので、プラズマによるシリコンのダメージが残ってしまう。
【００１１】
特許文献４の発明においては、プラズマエッチング後にさらにウェットエッチングを行っているので、酸化膜と同時にダメージ層も除去され、ダメージ層が問題になることはない。しかし、前述のとおり、ＣＯＲ処理はシリコンを全くエッチングしないので、特許文献４のプラズマエッチング後にＣＯＲ処理を行っても、プラズマによるシリコンのダメージは残ってしまうことになる。したがって、ＣＯＲによるドライエッチングの他に別途シリコンをウェットエッチングするプロセスが必要になってしまう。
【００１２】
そこで、本発明は、コンタクト抵抗を低くできる新たなエッチング方法及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明の一態様は、シリコンの表面上にシリコン酸化膜が形成された基板をエッチングする方法であって、ハロゲン元素を含むガス、及び塩基性ガスを基板上に供給し、シリコン酸化膜に前記ハロゲン元素を含むガス及び前記塩基性ガスを化学反応させた凝縮層を生成して、シリコン酸化膜をエッチングするシリコン酸化膜エッチング工程と、Ｆ２ガス、ＸｅＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの群から選ばれる少なくとも一つを含むシリコンエッチングガスを基板上に供給し、シリコンエッチングガスによってシリコンをエッチングするシリコンエッチング工程と、前記シリコン酸化膜エッチング工程及び前記シリコンエッチング工程の終了後、基板上の前記凝縮層を加熱して除去する凝縮層除去工程と、を備えるエッチング方法である。
【００１４】
本発明の他の態様は、シリコンの表面上にシリコン酸化膜が形成された基板をエッチングするエッチングシステムであって、基板が載置される載置台を有する処理容器、ハロゲン元素を含むガス、塩基性ガス、並びにＦ２ガス、ＸｅＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの群から選ばれる少なくとも一つを含むシリコンエッチングガスを前記処理容器に導入するガス導入ライン、及び前記処理容器内からガスを排気する排気ラインを有するドライエッチング装置と、基板を加熱する熱処理装置と、を備え、前記ドライエッチング装置において、前記ハロゲン元素を含むガス及び前記塩基性ガスを基板上に供給し、シリコン酸化膜に前記ハロゲン元素を含むガス及び前記塩基性ガスを化学反応させた凝縮層を生成してシリコン酸化膜をエッチングし、前記シリコンエッチングガスを基板上に供給し、前記シリコンエッチングガスによってシリコンをエッチングし、前記熱処理装置により、基板上の前記凝縮層を加熱して除去するエッチングシステムである。
【００１５】
本発明のさらに他の態様は、シリコンの表面上にシリコン酸化膜が形成された基板をエッチングするエッチングシステムの制御部によって実行することが可能なプログラムが記録された記録媒体であって、前記プログラムは前記制御部によって実行されることにより、前記エッチングシステムに、ハロゲン元素を含むガス、及び塩基性ガスを基板上に供給し、シリコン酸化膜に前記ハロゲン元素を含むガス及び前記塩基性ガスを化学反応させた凝縮層を生成して、シリコン酸化膜をエッチングするシリコン酸化膜エッチング工程と、Ｆ２ガス、ＸｅＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの群から選ばれる少なくとも一つを含むシリコンエッチングガスを基板上に供給し、シリコンエッチングガスによってシリコンをエッチングするシリコンエッチング工程と、前記シリコン酸化膜エッチング工程及び前記シリコンエッチング工程の終了後、基板上の前記凝縮層を加熱して除去する凝縮層除去工程と、を行わせる記録媒体である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ウェットエッチングと同様にシリコンに打ち込まれたカーボン層を除去できるので、コンタクト抵抗を低くすることができる。シリコンをエッチングするとき、シリコンの表面上のシリコン酸化膜とＨＦ／ＮＨ３による反応・エッチングでシリコン酸化膜が変質した凝縮層が形成されるが、Ｆ２ガス、ＸｅＦ２ガス及びＣｌＦ３ガスの群から選ばれる少なくとも１つを含むシリコンエッチングガスは凝縮層を透過するので、凝縮層の下側のシリコンもエッチングできる。また、ガスを用いたドライエッチングなのでウェットエッチングのウォーターマーク（溶液が蒸発したときにパーティクルが集約した状態）が発生するのも防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第一及び第二の実施形態のエッチング方法を実行することが可能なエッチングシステムを概略的に示す平面図
【図２】ドライエッチング装置の一例を概略的に示す断面図
【図３】熱処理装置の一例を概略的に示す断面図
【図４】本発明の第一の実施形態のエッチング方法の一例を示す工程図
【図５】本発明の第一の実施形態のエッチング方法におけるチャンバ内の圧力、ガスの供給タイミングを示すタイミングチャート
【図６】参考例に係るシリコン酸化物の除去方法に従った場合の、自然酸化膜除去後のウェハの拡大断面図
【図７】本発明の第一の実施形態のエッチング方法の、自然酸化膜除去後のウェハの拡大断面図
【図８】凝縮層がある場合とない場合とでポリシリコンのエッチング量を比較したグラフ
【図９】熱酸化膜、酸化シリコン系絶縁膜及びポリシコンのエッチング量を比較するグラフ
【図１０】エッチング時間と熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）及びポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量との関係を示すグラフ
【図１１】第二の実施形態のドライエッチング方法におけるチャンバ内部の圧力、ガスの供給タイミングを示すタイミングチャート
【図１２】エッチング時間とシリコン酸化膜（熱酸化膜）のエッチング量との関係を示すグラフ
【図１３】エッチング時間とシリコン（ポリシリコン）のエッチング量との関係を示すグラフ
【図１４】ドライエッチング装置の他の例を概略的に示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下添付図面に基づいて本発明の一実施形態のエッチング方法及びシステムを説明する。この説明において、参照する図面全てにわたり、同一の部分については同一の参照符号を附す。
【００１９】
＜本発明の一実施形態のエッチングシステム＞
図１は、一実施形態のエッチングシステム１００を示す。エッチングシステム１００は、被処理体、本実施形態では半導体ウェハ（以下単にウェハという）を搬入・搬出する搬入出部１と、搬入出部１に隣接して設けられるロードロック室２と、ウェハにドライエッチング処理を行うドライエッチング装置としてのドライエッチング部３と、ドライエッチング処理が終了した後、ウェハに加熱処理を行う熱処理装置としての熱処理部４と、エッチングシステム１００の各部を制御する制御部５とを有する。
【００２０】
本実施形態のエッチングシステム１００において、ロードロック室２、ドライエッチング部３、及び熱処理部４が二つずつ設けられる。これらのロードロック室２、ドライエッチング部３、及び熱処理部４は、搬入出部１に対して、ロードロック室２、熱処理部４、及びドライエッチング部３の順に一直線に配置される。搬入出部１とロードロック室２との間、ロードロック室２と熱処理部４との間、熱処理部４とドライエッチング部３との間にはゲートバルブ（図示せず）が設けられる。ゲートバルブにより、搬入出部１とロードロック室２との間、ロードロック室２と熱処理部４との間、熱処理部４とドライエッチング部３との間が開閉可能になる。
【００２１】
搬入出部１は、ウェハを搬送可能な搬送機構（図示せず）が配置される搬送室１１を有する。搬送室１１の長手方向の側部には、載置台１２が設けられる。載置台１２は、複数、本実施形態では３つ設けられる。これら載置台１２には、ウェハを複数並べて収容可能なウェハキャリアＣが載置される。搬送室１１の短手方向の側部には、例えば、ウェハを回転させて偏心量を光学的に求めて位置合わせを行うオリエンタ１３が設けられる。搬送室１１に配置された搬送機構は、ウェハキャリアＣ、オリエンタ１３、及び２つのロードロック室２の間でウェハを例えば１枚ずつ搬送する。
【００２２】
ロードロック室２は、内部の圧力を大気状態と真空状態とで切り替えが可能に構成され、内部には搬送機構（図示せず）が配置される。
【００２３】
ウェハを搬送室１１からロードロック室２に搬送する際には、ロードロック室２の内部の圧力を大気状態とし、搬送室１１側のゲートバルブを開ける。次いで、搬送室１１内に配置された搬送機構を用いて、ウェハをロードロック室２内に配置された搬送機構へと受け渡す。
【００２４】
ウェハをロードロック室２からドライエッチング部３に搬送する際には、搬送室１１側のゲートバルブを閉じ、ロードロック室２の内部の圧力を、熱処理部４の内部及びドライエッチング部３の内部の圧力と同等の圧力（真空状態）とする。次いで、熱処理部４側のゲートバルブ、及び熱処理部４とドライエッチング部３との間のゲートバルブを開ける。次いで、ロードロック室２内に配置された搬送機構を用いて、ウェハをロードロック室２から熱処理部４を通過してドライエッチング部３に搬送する。
【００２５】
ウェハを熱処理部４からロードロック室２に搬送する際には、熱処理部４側のゲートバルブを開け、ロードロック室２内に配置された搬送機構を用いて、ウェハを熱処理部４からロードロック室２に搬送する。
【００２６】
ドライエッチング処理、及び熱処理を終えたウェハをロードロック室２から搬送室１１に戻す際には、搬送室１１側及び熱処理部４側のゲートバルブを閉じ、ロードロック室２の内部の圧力を搬送室１１の内部の圧力と同等の圧力（大気状態）とする。次いで、搬送室１１側のゲートバルブを開け、ウェハをロードロック室２内に配置された搬送機構から搬送室１１内に配置された搬送機構に受け渡す。
【００２７】
図２は、ドライエッチング部３の一例を概略的に示す断面図である。図２に示すように、ドライエッチング部は、ウェハＷを収容する密閉構造のチャンバ３１を備えており、チャンバ３１内には、ウェハＷが水平状態で載置される載置台３２が設けられる。載置台３２には、ウェハＷを冷却したり、加熱したりして所定の温度に調節する温調機構３３が設けられる。チャンバ３１の側壁には熱処理部４との間でウェハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）が設けられる。
【００２８】
ドライエッチング部３には、チャンバ３１内にエッチングガスとしてフッ化水素（ＨＦ）ガスを供給するＨＦガス供給ライン３４ａ、アンモニア（ＮＨ３）ガスを供給するＮＨ３ガス供給ライン３４ｂ、フッ素（Ｆ２）ガスを供給するＦ２ガス供給ライン３４ｃ、不活性ガスとして窒素（Ｎ２）ガスを供給するＮ２ガス供給ライン３４ｄ、及びアルゴン（Ａｒ）ガスを供給するＡｒガス供給ライン３４ｅが接続される。
【００２９】
ＨＦガス供給ライン３４ａの一端は、開閉及びＨＦガスの供給流量の調節が可能な流量調節弁３５ａを介してＨＦガス供給源３６ａに接続される。同様に、ＮＨ３ガス供給ライン３４ｂの一端は流量調節弁３５ｂを介してＮＨ３ガス供給源３６ｂに、Ｆ２ガス供給ライン３４ｃの一端は流量調節弁３５ｃを介してＦ２ガス供給源３６ｃに、Ｎ２ガス供給ライン３４ｄの一端は流量調節弁３５ｄを介してＮ２ガス供給源３６ｄに、Ａｒガス供給ライン３４ｅの一端は流量調節弁３５ｅを介してＡｒガス供給源３６ｅに接続される。
【００３０】
チャンバ３１の天壁にはシャワーヘッド３７が設けられる。ＨＦガス供給ライン３４ａ、ＮＨ３ガス供給ライン３４ｂ、Ｆ２ガス供給ライン３４ｃ、Ｎ２ガス供給ライン３４ｄ、及びＡｒガス供給ライン３４ｅのそれぞれの他端は、シャワーヘッド３７に接続される。ＨＦガス、ＮＨ３ガス、Ｆ２ガス、Ｎ２ガス、及びＡｒガスは、シャワーヘッド３７内の拡散空間３７ａに供給され、載置台３２に面して設けられた複数のガス吐出孔３７ｂを介してチャンバ３１の内部の処理空間３１ａに吐出される。
【００３１】
チャンバ３１の底壁には排気ライン３８ａが接続される。排気ライン３８ａには、圧力コントローラ３８ｂ、及び強制排気を行うための排気ポンプ３８ｃが設けられる。チャンバ３１の内部の圧力は、排気ポンプ３８ｃを作動させつつ、圧力コントローラ３８ｂを調整することによって所定の減圧状態に制御することが可能となっている。
【００３２】
図３は熱処理部４の一例を概略的に示す断面図である。図３に示すように、熱処置装置４は、ウェハＷを収容する密閉構造のチャンバ４１を備えており、チャンバ４１内には、ウェハＷが水平状態で載置される載置台４２が設けられる。載置台４２にはウェハＷを所定の温度に加熱するためのヒーター４３が設けられる。チャンバ４１の側壁には、ドライエッチング部３との間でウェハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）と、ロードロック室２との間でウェハＷを搬入出するための搬入出口（図示せず）とが設けられる。
【００３３】
熱処理部４には、チャンバ４１内に雰囲気ガスとしての不活性ガス、例えばＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給ライン４４が接続される。Ｎ２ガス供給ライン４４の一端は、開閉及びＮ２ガスの供給流量の調節が可能な流量調節弁４５を介してＮ２ガス供給源４６に接続される。
【００３４】
チャンバ４１の天壁には、シャワーヘッド４７が設けられる。Ｎ２ガス供給ライン４４の他端は、シャワーヘッド４７に接続される。Ｎ２ガスは、シャワーヘッド４７内の拡散空間４７ａに供給され、載置台４２に面して設けられた複数のガス吐出孔４７ｂを介してチャンバ４１の内部の処置空間４１ａに吐出される。
【００３５】
チャンバ４１の底壁には、排気ライン４８ａが接続される。排気ライン４８ａには、圧力コントローラ４８ｂ、及び強制排気を行うための排気ポンプ４８ｃが設けられる。チャンバ４１の内部の圧力は、排気ポンプ４８ｃを作動させつつ、圧力コントローラ４８ｂを調整することによって所定の減圧状態に制御することが可能になっている。
【００３６】
制御部５は、マイクロプロセッサ（コンピュータ）からなるプロセスコントローラ５１と、オペレータがエッチングシステム１００を管理するためにコマンドに入力操作等を行うキーボードや、エッチングシステム１００の稼動状態を可視化して表示するディスプレイ等を含むユーザーインターフェース５２と、エッチングシステム１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ５１の制御にて実現するための制御プログラムや各種データ、及び処理条件に応じてエッチングシステム１００に処理を実行させるためのプログラム、すなわちレシピが格納された記憶部５３と、を備える。
【００３７】
レシピは記憶部５３の中の記憶媒体に記憶される。記憶媒体は、ハードディスクであってもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等の可搬性のものであってもよい。また、他の装置から例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。必要に応じて、任意のレシピをユーザーインターフェース５２からの指示等にて記憶部５３から呼び出し、プロセスコントローラ５１に実行させることで、プロセスコントローラ５１の制御下でエッチングシステム１００がドライエッチング処理を行う。
【００３８】
＜本発明の第一の実施形態のドライエッチング方法、及びこのドライエッチング方法を組み込んだ半導体装置の製造方法＞
次に、この発明の第一実施形態に係るドライエッチング方法を説明する。図４（a）乃至図４（g）は、ドライエッチング方法を組み込んだ半導体装置の製造方法の一例を示す。この例では、本実施形態のドライエッチング方法を半導体ウェハ、例えばシリコン基板に達するコンタクト孔底部のクリーニングに適用した例を示す。ただし、シリコン基板に達するコンタクト孔底部のクリーニングのみに適用されるものではなく、例えば、シリコン、又はポリシリコンを含む導電体層に達するコンタクト孔の形成や、このようなコンタクト孔の底部のクリーニングにも適用することができる。
【００３９】
まず、図４（a）に示すように、ウェハ（シリコン基板）Ｗ上に、例えば酸化シリコン系の絶縁膜、例えばＢＰＳＧからなる層間絶縁膜１０２を形成する、次いで、層間絶縁膜１０２上にフォトレジストを塗布し、フォトレジスト膜１０３を形成する。次いで、フォトレジスト膜１０３に、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクト孔のパターンに対応した窓１０３ａを形成する。
【００４０】
次に、図４（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜１０３をマスクに用い、例えばＣＦ系のエッチングガスを使用して層間絶縁膜１０２をドライエッチングし、層間絶縁膜１０２にコンタクト孔１０２ａを形成する。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、フォトレジスト膜１０３を例えばアッシングし、除去する。この際、コンタクト孔１０２ａの底に露呈したウェハＷの表面には、自然酸化膜（ＳｉＯ２膜）１０４が形成される。
【００４２】
次に、図４（ｄ）に示すように、自然酸化膜１０４が形成されたウェハＷを、図１に示したエッチングシステム１００に搬入し、ドライエッチング部３においてコンタクト孔１０２ａの底部のクリーニング（自然酸化膜１０４のドライエッチング）を行う。
【００４３】
この際、本実施形態においては、次のようにしてコンタクト孔１０２ａの底のクリーニングを行う。図５は、クリーニングにおけるチャンバ内部の圧力、ガスの供給タイミングのタイミングチャートの一例を示す。
【００４４】
まず、図４（ｃ）に示した自然酸化膜１０４が形成されたウェハＷをドライエッチング部３のチャンバ３１内に搬入する。次に、チャンバ３１内にＮ２ガスを例えば流量１０００ｓｃｃｍ、及びＡｒガスを例えば流量２００ｓｃｃｍで供給し、チャンバ３１の内部の圧力を例えば２０００ｍＴｏｒｒ、ウェハＷの温度を例えば４０℃とする。この状態を例えば６０秒間保持する（Ｓｔｅｐ１）。Ｎ２ガスやＡｒガスは後から供給されるＨＦガス及びＮＨ３ガスを希釈するために使用される。Ｎ２ガスやＡｒガスが少ないと、シャワーヘッド３７の内でＨＦガスとＮＨ３ガスが反応してＮＨ４Ｆが生成され、ＮＨ４Ｆがガス孔を塞いでしまうおそれがある。
【００４５】
次に、Ｎ２ガスの流量を１０００ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに低下させ、新たにＮＨ３ガスを例えば流量４０ｓｃｃｍで供給する。この状態を例えば３０秒間保持する（Ｓｔｅｐ２）。ＨＦガスよりも前にＮＨ３ガスをウェハＷ上に供給するのは、ウェハＷにＮＨ３ガスを先に吸着させるためである。これにより、ＢＰＳＧ等のＨＦガスに反応する膜を保護することができる。
【００４６】
次に、Ｎ２ガスの供給を止め、Ａｒガスの流量を２００ｓｃｃｍから３４ｓｃｃｍに低下させ、チャンバ３１の内部の圧力を例えば４０ｍＴｏｒｒに減圧する。この状態を例えば１０秒間保持する（Ｓｔｅｐ３）。Ｓｔｅｐ３はＳｔｅｐ４のときの圧力を調整するための前段階である。
【００４７】
次に、新たにＨＦガスを例えば流量４０ｓｃｃｍ、Ｆ２ガスを例えば流量１１３ｓｃｃｍで供給する。この状態を例えば１１０秒間保持する（Ｓｔｅｐ４）。ウェハＷ上にＨＦガス及びＮＨ３ガスを供給することによって、自然酸化膜（ＳｉＯ２）１０４がＨＦガス及びＮＨ３ガスに化学反応し、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６からなる凝縮層１０５がウェハＷ上に形成される。そして、凝縮層１０５の下側のシリコンがＦ２ガスによってエッチングされる。
【００４８】
次に、ＨＦガス及びＦ２ガスの供給を止め、Ａｒガスの流量を３４ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍに増加させる。また、チャンバ３１の内部の圧力をほぼ０ｍＴｏｒｒに減圧する。この状態を例えば５秒間保持する（Ｓｔｅｐ５）。
【００４９】
次に、ＮＨ３ガス及びＡｒガスの供給を止める。この状態を例えば６０秒間保持する（Ｓｔｅｐ６）。
【００５０】
このようなクリーニングによって、図４（ｅ）に示すように、コンタクト孔１０２ａの底部からは自然酸化膜１０４が除去されるとともに、コンタクト孔１０２ａの底部には、シリコン酸化膜にＨＦガス及びＮＨ３ガスを化学反応させた凝縮層であるフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が形成される。
【００５１】
次に、図４（ｅ）に示した凝縮層１０５が堆積したウェハＷを熱処理部４のチャンバ４１内に搬入する。次に、チャンバ４１内にＮ２ガスを供給しつつ、ウェハＷを例えば１００乃至２００℃に加熱し、チャンバ４１内の圧力を５００乃至１０００ｍＴｏｒｒとする。これにより、図４（ｆ）に示すように、凝縮層が昇華し、コンタクト孔１０２ａの底部から除去され、ウェハＷの表面が露出する。
【００５２】
次に、図４（ｇ）に示すように、コンタクト孔１０２ａの内部を導電物１０６、例えば導電性ポリシリコン等で埋め込む。
【００５３】
このような製造方法により、コンタクト孔１０２ａの底部に自然酸化膜１０４が無く、ウェハ（シリコン基板）Ｗと導電物１０６との間のコンタクト抵抗が小さく、良好なコンタクト特性を有した半導体装置を製造することができる。
【００５４】
＜本発明の第一の実施形態のドライエッチング方法の利点＞
次に、本実施形態のドライエッチング方法の利点の一例、及び上記自然酸化膜１０４の除去メカニズムを参考例と対比させながら詳細に説明する。
【００５５】
参考例は自然酸化膜１０４の除去に使用するエッチングガスとしてＨＦガス、及びＮＨ３ガスのみを用いた例である。図６は、参考例のシリコン酸化物の除去方法に従った場合の、自然酸化膜除去直後の断面を拡大して示す図である。
【００５６】
図６に示すように、エッチングガスとしてＨＦガス、及びＮＨ３ガスのみを用いた参考例においては、ウェハ（シリコン基板）Ｗと導電物１０６との間に変質層１０７がある。ＥＤＸ分析をした結果、変質層１０７は炭素（Ｃ）を含んだ物質であることがわかった。変質層１０７がＣを含むことから、変質層１０７は例えばフォトレジスト膜１０３に含まれたＣ、又はコンタクト孔１０２ａを形成する際に使用したＣＦ系のエッチングガスに含まれたＣが、コンタクト孔１０２ａの底部に露呈したウェハ（シリコン基板）Ｗの表面からウェハＷの内部に打ち込まれることで生成される、と推測される。また、変質層１０７が残っていると、自然酸化膜１０４を除去したにも関わらず、コンタクト抵抗の増大を抑制する効果が小さいことも分かった。
【００５７】
そこで、本実施形態のドライエッチング方法においては、自然酸化膜１０４の除去に使用するＨＦガス、ＮＨ３ガスにさらにＦ２ガスを加えている。
【００５８】
図７は、本発明の第一の実施形態のドライエッチング方法に従った場合の、シリコン基板の断面図を示す。図７に示すように、エッチングガスとしてＨＦガス、ＮＨ３ガス及びＦ２ガスを用いた第一の実施形態のドライエッチング方法においては、ウェハ（シリコン基板）Ｗと導電物１０６との間から変質層１０７が除去される。
【００５９】
変質層１０７が除去される理由としては、Ｆ２ガスを加えることで、自然酸化膜１０４のみならず、ウェハＷ、即ちＳｉの表層及び表層に打ち込まれたＣが参考例に比較してより大きくエッチングされたもの、と推測される。反応式は以下のとおりである。
【００６０】
（Ｓｉ（ウェハ）及びＣ（変質層）のエッチング）
Ｓｉ＋Ｃ＋４Ｆ２→ＳｉＦ４＋ＣＦ４
この反応式により、Ｓｉ及びＣがガス化するので、凝縮層１０５の下側のＳｉまでエッチング、さらにはＳｉの内部に打ち込まれたＣまでも除去することができる。Ｓｉの上側には凝縮層１０５が形成されているが、チャンバ３１内の圧力を高くすれば、Ｆ２ガスは凝縮層１０５を透過するので、凝縮層１０５の下側のＳｉをエッチングすることが可能になる。
【００６１】
Ｓｉの上にＳｉＯ２膜があると、シリコンエッチングガス（Ｆ２ガス）がＳｉＯ２膜を透過しないので、下のＳｉをエッチングすることができない。しかし、発明者の鋭意研究の結果、シリコンエッチングガス（Ｆ２ガス）は凝縮層１０５を透過して下のＳｉをエッチングすることが可能であることを見出した。同一チャンバ３１内で、ＣＯＲ（化学反応）工程と同時にＳｉエッチングを行うことができるので、別装置を用意してＳｉエッチングを行う必要がなくなり、トータルのスループットが向上され、デバイスの製造コストも低減することができる。
【００６２】
さらに、凝縮層１０５があることによって、凝縮層１０５がない場合よりもＳｉのエッチング量を増やすことができることも分かった。ポリシリコンの上に凝縮層あり・なしの二つの場合において、シリコンエッチング（Ｆ２ガス、ＮＨ３ガスの導入）を全く同一条件で行い、比較した実験が図８である。図８からも明らかなように、ポリシリコンの上に凝縮層があった場合のポリシリコンのエッチング量は、凝縮層がない場合に比べて２倍以上である。これは、凝縮層の内部に含まれるＮＨ３が、シリコンとＦ２との反応を促進させたためと推測される。シリコンの上に凝縮層１０５があっても、透過してエッチングが可能なだけでなく、エッチングを促進させることもできるので、スループットを格段に向上させることができるのである。
【００６３】
自然酸化膜１０４のエッチングの反応式は通常のＣＯＲと同様であり、以下の(1)〜(3)からなる。
（ＳｉＯ２（自然酸化膜）のエッチング）
ＳｉＯ２＋４ＨＦ→ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ…(1)
（凝縮層の生成）
ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６…(2)
（凝縮層の昇華）
（ＮＨ４）２ＳｉＦ６→ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ…(3)
【００６４】
上記(1)の反応は活性化エネルギが高いので、単にＳｉＯ２にＨＦガスを接触させただけでは進行しない。上記(1)の反応を進行させ易くするためには、Ｆ２ガスにＮＨ３ガスを混合し、(2)の反応により凝縮層１０５を生成させる必要がある。(2)の反応式により凝縮層１０５を生成することで、(1)の反応式すなわちＳｉＯ２のエッチングが可能になる。ウェハＷの温度を下げれば、上記(2)の反応式が右方向に進行するのでエッチング量が増加する。ただし、後述するようにウェハＷの温度を上げればエッチング量が増加する場合もある。ウェハＷの温度調節はＳｉＯ２のエッチング量を制御するために行われる。
【００６５】
図９は、エッチングガスとして、ＨＦ／ＮＨ３、Ｆ２、Ｆ２／ＨＦ／ＮＨ３を用いたときの熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）、酸化シリコン系絶縁膜（ＢＰＳＧ）、及びポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量を示すグラフである。この実験では、熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）が形成されたウェハＷ、酸化シリコン系絶縁膜（ＢＰＳＧ）が形成されたウェハＷ、及びポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）が形成されたウェハＷを使用した。熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）を自然酸化膜１０４とみなし、酸化シリコン系絶縁膜（ＢＰＳＧ）を層間絶縁膜とみなし、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）をウェハ（シリコン基板）Ｗとみなすことができる。
【００６６】
図９に示すように、参考例（ＨＦ／ＮＨ３）の場合は、熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）、酸化シリコン系絶縁膜（ＢＰＳＧ）のエッチング量が大きいが、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量は極端に小さく、ほとんど削れていない。
【００６７】
エッチングガスとしてＦ２ガスのみを用いた場合（Ｆ２）は、参考例に比較してポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量が大きくなるものの、熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）、酸化シリコン系絶縁膜（ＢＰＳＧ）のエッチング量は小さくなる。しかも、酸化シリコン系絶縁膜（ＢＰＳＧ）のエッチング量が熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）のエッチング量の約１８倍となる。これでは、例えばコンタクト孔１０２ａの底部のクリーニングに適用してしまうと、層間絶縁膜がエッチングされ、コンタクト孔１０２ａの径が大きく広がってしまう、という事情が生ずる。
【００６８】
これに対して、エッチングガスとしてＦ２ガス、ＨＦガス、ＮＨ３ガスを同時に供給した場合（Ｆ２／ＨＦ／ＮＨ３）は、参考例及びＦ２ガスのみを用いた場合に比較してポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量が大きくなる。Ｆ２ガスのみでエッチングした場合（Ｆ２）に比べてＦ２ガス、ＨＦガス、ＮＨ３ガスでエッチングした場合にポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量が大きくなるのは、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）上に自然酸化膜１０４が形成されている状態でのエッチングだからである。ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）は自然酸化し易い。Ｆ２ガスによるポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチングが自然酸化膜１０４によって阻害されていると考えられる。
【００６９】
また、エッチングガスとしてＦ２ガス、ＨＦガス、ＮＨ３ガスを同時に供給した場合（Ｆ２／ＨＦ／ＮＨ３）は、熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）のエッチング量も大きくなる。逆にいえば、参考例及びＦ２ガスのみを用いた場合には得ることができなかった酸化シリコン系絶縁膜（ＢＰＳＧ）のエッチング量が熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）のエッチング量よりも小さくなる、という利点も得ることができる。ウェットエッチング（ＢＨＦ）を使用すると、酸化シリコン系絶縁膜（ＢＰＳＧ）のエッチング量が熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）のエッチング量の十倍程度に大きくなってしまう。本実施形態のこの利点から層間絶縁膜１０２を殆どエッチングすることなく、コンタクト孔１０２ａの底部に形成された薄い自然酸化膜１０４を取り除くことが可能になる、というさらなる利点が得られる。
【００７０】
よって、本実施形態のドライエッチング方法はコンタクト孔１０２ａの底部のクリーニングの適用に有利である、といえる。しかも、本実施形態のドライエッチング方法においては、エッチングガスを途中でパージし、他のエッチングガスに切り替えることなく、連続して処理することが可能である。さらに熱処理のみでプラズマを用いることがないので、層間絶縁膜１０２等の周囲の構造へのダメージも軽減した上で自然酸化膜１０４を除去することが可能である。このように、本実施形態のドライエッチング方法によれば、処理ガスの切り替えが不要、かつ層間絶縁膜等の周囲の構造へのダメージも軽減できる。
【００７１】
＜本発明の第二の実施形態のドライエッチング方法＞
第一の実施形態のドライエッチング方法のように、エッチングガスとしてＦ２ガス、ＨＦガス、ＮＨ３ガスを同時に供給した場合（Ｆ２／ＨＦ／ＮＨ３）、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）をエッチングできるもののそのエッチング量を制御できないことが分かった。図１０は、エッチング時間（図５のＳｔｅｐ．４の時間）と熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）及びポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量との関係を示すグラフである。この図１０に示すように、エッチング時間を長くすると、熱酸化膜（Ｔ−Ｏｘ）のエッチング量が増加する。しかし、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量はいくら時間を長くしようとも殆ど変化せずに、約０．３９ｎｍで止まってしまう。カーボンが打ち込まれた変質層１０７は、厚いもので１０ｎｍ程度ある。エッチング量が約０．３９ｎｍだと厚い変質層１０７を除去することができない。そこで、ポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）のエッチング量を制御するために本発明の第二の実施形態のエッチング方法が考案された。
【００７２】
第二の実施形態のドライエッチング方法の特徴は、Ｆ２ガス、ＨＦガス、ＮＨ３ガスを同時に供給することなく、まずＨＦガス及びＮＨ３ガスを供給して自然酸化膜１０４をエッチングする工程を行い、その後、Ｆ２ガスを供給してシリコンをエッチングする工程を行うことにある。
【００７３】
図１１は、第二の実施形態のドライエッチング方法におけるチャンバ内部の圧力、ガスの供給タイミングのタイミングチャートの一例を示す。自然酸化膜１０４が形成されたウェハＷをドライエッチング部３のチャンバ３１内に搬入した後、チャンバ３１内に希釈用のＮ２ガスを例えば流量２０００ｓｃｃｍ、及び希釈用のＡｒガスを例えば流量２００ｓｃｃｍ供給し、チャンバ３１の内部の圧力を例えば２０００ｍＴｏｒｒ、ウェハＷの温度を例えば４０℃に設定する。この状態を例えば１０秒間保持する（Ｓｔｅｐ１）。Ｎ２ガスやＡｒガスは後から供給されるＨＦガス及びＮＨ３ガスを希釈するために使用される。
【００７４】
次に、Ｎ２ガスの流量を２０００ｓｃｃｍから１５００ｓｃｃｍに低下させ、新たにＮＨ３ガスを例えば流量８０ｓｃｃｍで供給する。この状態を例えば３０秒間保持する（Ｓｔｅｐ２）。ＨＦガスよりも前にＮＨ３ガスをウェハＷ上に供給するのは、ウェハＷにＮＨ３ガスを先に吸着させるためである。
【００７５】
次に、Ｎ２ガスの供給を止め、Ａｒガスの流量を２００ｓｃｃｍから８０ｓｃｃｍに低下させ、チャンバ３１の内部の圧力を例えば２０ｍＴｏｒｒに減圧する。この状態を例えば１０秒間保持する（Ｓｔｅｐ３）。Ｓｔｅｐ３はＳｔｅｐ４の圧力に調整するための前段階になる。
【００７６】
次に、新たにＨＦガスを例えば流量８０ｓｃｃｍ供給する。この状態を例えば６０秒間保持する（Ｓｔｅｐ４）。このＳｔｅｐ４において自然酸化膜１０４のエッチングが行われる。
【００７７】
すなわち、
ＳｉＯ２＋４ＨＦ→ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ…(1)
ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６…(2)
上記反応から自然酸化膜（ＳｉＯ２）１０４がＨＦガス及びＮＨ３ガスに化学反応し、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６からなる固体の凝縮層１０５がウェハＷ上に形成される。
【００７８】
次に、ＨＦガスの供給を止め、Ａｒガスの流量を８０ｓｃｃｍから２００ｓｃｃｍに増加させ、チャンバ３１の内部の圧力を例えばほぼ０ｍＴｏｒｒに減圧する（Ｓｔｅｐ５）。Ｓｔｅｐ５はＳｔｅｐ６の圧力まで減圧するための前段階になる。
【００７９】
次に、ＮＨ３ガス及びＡｒガスの供給を止め、チャンバ３１内の圧力をほぼ０ｍＴｏｒｒに減圧し、この状態を例えば２０秒間保持する（Ｓｔｅｐ６）。真空ポンプを作動させているので、ＮＨ３ガス及びＡｒガスの供給を止めると、チャンバ３１からＨＦガス、ＮＨ３ガスが排気される。チャンバ３１内を排気するのは凝縮層１０５の上に堆積したＮＨ４Ｆを昇華させるため、及び残留ガスを除去し、次のＳｔｅｐのガスとの反応を防ぐためである。
【００８０】
Ｓｔｅｐ４の自然酸化膜１０４のエッチング工程において、ＮＨ３ガス及びＨＦガスが同時に供給される。このため、
ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６…(2)
上記(2)の反応式により（ＮＨ４）２ＳｉＦ６からなる凝縮層１０５が生成されると共に、
ＮＨ３＋ＨＦ→ＮＨ４Ｆ…(4)
上記(4)の反応式によりＮＨ４Ｆが生成される。
【００８１】
このＮＨ４Ｆが凝縮層１０５の上に堆積し、Ｆ２ガスによるシリコンのエッチングを阻害していると推測される。Ｆ２ガスはＮＨ４Ｆを透過しにくいからである。ＮＨ３ガス及びＨＦガスを供給している限り、ＮＨ４Ｆが生成され、凝縮層１０５の上に堆積する。Ｓｔｅｐ６のパージ工程によって、凝縮層１０５の上に堆積したＮＨ４Ｆを容易に昇華させることができる。凝縮層１０５は高温にしない限り昇華することはなく、Ｓｔｅｐ６のパージ工程でもウェハＷ上に残ったままになる。
【００８２】
次に、Ｎ２ガスを流量１０００ｓｃｃｍ供給し、チャンバ３１の内部の圧力を例えば１０００ｍＴｏｒｒに高める（Ｓｔｅｐ７）。Ｓｔｅｐ７では、チャンバ３１内の圧力をＳｔｅｐ８のエッチングの圧力まで高めてからＦ２ガスを供給する。
【００８３】
次に、Ｎ２ガスを止め、Ｆ２ガスをＳｔｅｐ７のＮ２ガスと同じ流量１０００ｓｃｃｍ供給し、チャンバ３１の内部の圧力を例えば１０００ｍＴｏｒｒに保つ（Ｓｔｅｐ８）。この状態を例えば６０秒間保持する。Ｆ２ガスを供給することにより、
Ｓｉ＋Ｃ＋４Ｆ２→ＳｉＦ４＋ＣＦ４
上記反応により、Ｓｉ及びＣがガス化するので、凝縮層１０５の下側のシリコンをエッチングすることができる。Ｓｔｅｐ４の酸化膜エッチング工程で自然酸化膜１０４はすでに除去されており、さらにチャンバ３１内の圧力が十分に高く、Ｆ２ガスが凝縮層１０５を透過するので、凝縮層１０５の下側のシリコンをエッチングすることが可能である。
【００８４】
Ｓｉの上にＳｉＯ２膜があると、シリコンエッチングガス（Ｆ２ガス）がＳｉＯ２膜を透過しないので、下のＳｉをエッチングすることができない。しかし、上述のとおり、発明者の鋭意研究の結果、シリコンエッチングガス（Ｆ２ガス）は凝縮層１０５を透過して下のＳｉをエッチングすることが可能であることを見出した。同一チャンバ３１内で、ＣＯＲ（化学反応）工程に連続してＳｉエッチングを行うことができるので、別装置を用意してＳｉエッチングを行う必要がなくなり、トータルのスループットが向上され、デバイスの製造コストも低減することができる。さらに、上述のとおり、凝縮層１０５があることによって、凝縮層１０５がない場合よりもＳｉのエッチング量を増やすことができる。シリコンの上に凝縮層１０５があっても、透過してエッチングが可能なだけでなく、エッチングを促進させることもできるので、スループットを格段に向上させることができる。
【００８５】
このようなクリーニングによって、コンタクト孔１０２ａの底部からは自然酸化膜１０４が除去されるとともに、コンタクト孔１０２ａの底部には、シリコン酸化膜にＨＦガス及びＮＨ３ガスを化学反応させた凝縮層１０５であるフルオロケイ酸アンモニウム（（ＮＨ４）２ＳｉＦ６）が形成される（図４（ｅ）参照）。
【００８６】
凝縮層１０５が堆積したウェハＷを熱処理部４のチャンバ３１内に搬入し、凝縮層１０５を昇華させ、コンタクト孔１０２ａの底部から除去する点は第一の実施形態のドライエッチング方法と同一である。
【００８７】
図１２はＳｔｅｐ４におけるエッチング時間とシリコン酸化膜（熱酸化膜）のエッチング量との関係を示し、図１３はＳｔｅｐ８におけるエッチング時間とシリコン（ポリシリコン）のエッチング量との関係を示す。これらの図１２及び図１３に示すように、Ｓｔｅｐ４のエッチングとＳｔｅｐ８のエッチングに分けることで、シリコン酸化膜（熱酸化膜）のエッチング量及びシリコン（ポリシリコン）のエッチング量を別々に制御できるようになる。
【００８８】
表１は、Ｓｔｅｐ８のシリコンのエッチング工程において、エッチングガスとして、Ｆ２ガスのみ、Ｆ２ガス及びＨＦガス、ＮＨ３ガス及びＦ２ガスを使用したときの各膜の選択比（Ｓｉを１とした場合）を示す。この表に示すように、Ｆ２ガス、ＨＦガス、及びＮＨ３ガスを同時に供給することがなければ、Ｆ２ガス以外にＦ２ガスとＨＦガス又はＮＨ３ガスを混合したガスを使用することもできる。
【００８９】
【表１】
2010245512.tif 000003
【００９０】
層間絶縁膜１０２が存在する場合、Ｆ２ガスにＮＨ３ガスを混合するのが望ましい。ＮＨ３が層間絶縁膜１０２に吸着するので、層間絶縁膜１０２上に保護膜が形成され、層間絶縁膜１０２のエッチング量を抑えつつシリコンをエッチングできるようになる。また、ＳｉＮをエッチングしたくないときはＦ２ガス単独でエッチングするのが望ましく、ＳｉＮをエッチングしたいときは、Ｆ２ガスにＨＦガスを混合するのが望ましい。ＨＦガスはＳｉＮ膜の反応を促進させる効果を有している。
【００９１】
以上、本発明を第一及び第二の実施形態のドライエッチング方法を通して説明したが、本発明は上記第一及び第二の実施形態に限られることはなく種々変更可能である。
【００９２】
例えば、上記第一の実施形態では、ウェハＷの温度を４０℃にしてクリーニングを行ったが、ウェハの温度は４０℃に限られるものではなく、例えば１０℃以上６０℃以下の範囲で選ばれればよい。また、ＨＦガス、ＮＨ３ガス、及びＦ２ガスが供給されている間、チャンバの内部の圧力は４０ｍＴｏｒｒとされているが、４０ｍＴｏｒｒに限定されるものではなく、例えば１０ｍＴｏｒｒ以上４０ｍＴｏｒｒ以下の範囲で選択されればよい。さらに、Ｆ２ガスの流量も１１３ｓｃｃｍに限られるものではなく、例えばＨＦガス、ＮＨ３ガス、Ｆ２ガスの合計流量の５％以上２５％以下の範囲で選択されれば良い。Ｆ２ガスの流量がＨＦガス、ＮＨ３ガス、Ｆ２ガスの合計流量の２５％を超えると、Ｆ２ガスによるＳｉＯ２のエッチング反応が促進してしまい、例えば層間絶縁膜の削れが大きくなってしまう。また、５％を下回ると、Ｓｉのエッチング量がＦ２ガスを添加しない場合と同等のレベルまで低下してしまう。さらに、ＨＦガスとＮＨ３ガスとのガス比は１：１であることが望ましい。この条件に付加して、例えばＮ２ガス、Ａｒガス等の不活性ガスの流量を調節し、圧力を調整してもよい。
【００９３】
また、第二の実施形態のドライエッチング方法において、Ｓｔｅｐ６のパージ工程は必ずしも設ける必要はない。ＮＨ３ガス又はＨＦガスの供給を止めれば、Ｓｔｅｐ８のエッチング工程で、Ｆ２ガス、ＨＦガス、及びＮＨ３ガスを同時に供給することがなくなるので、シリコンのエッチングが可能になる。
【００９４】
さらに、上記第一及び第二の実施形態のドライエッチング方法において、ウェハに形成されたコンタクト孔の底部から自然酸化膜を除去する工程を説明したが、自然酸化膜の除去であればコンタクト孔の底部から自然酸化膜を除去する工程以外にも適用することができる。コンタクト孔に限らず、配線どうしを接続するヴィア孔や、電極若しくは配線を埋め込む開孔にも適用することができる。さらに、自然酸化膜のエッチング工程において、ＨＦガスの替わりにハロゲン元素を含むガスを使用し、ＮＨ３ガスの替わりに塩基性ガスを用いてもよいし、シリコンのエッチング工程において、Ｆ２ガスの替わりに、ＸｅＦ２ガス又はＣｌＦ３ガスを用いてもよい。
【００９５】
さらに上記実施形態のドライエッチング部においては、Ｎ２ガス供給源をドライエッチング部と熱処理部とで別々に持つ例を記載したが、Ｎ２ガス供給源はドライエッチング部と熱処理部とで共用されてもよい。ドライエッチング部と熱処理部とを兼用させ、ドライエッチング部で基板を熱処理して凝縮層を除去してもよい。この場合は、ドライエッチング部内の載置台にヒーターを配置すれば、凝縮層の形成された基板を加熱することができる。あるいは図１４に示すように、ドライエッチング部３のチャンバ３１内に別途、熱処理装置としてのランプヒータ６１を設けて、輻射熱により基板Ｗを直接加熱するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９６】
３…ドライエッチング部（ドライエッチング装置）
４…熱処理部（熱処理装置）
５…制御部
３１…チャンバ（処理容器）
３４ａ〜３４ｅ…ガス導入ライン
３８ａ…排気ライン
１００…エッチングシステム
１０２…層間絶縁膜
１０２ａ…コンタクト孔
１０３…フォトレジスト膜
１０４…自然酸化膜（シリコン酸化膜）
１０５…凝縮層
１０６…導電物
Ｗ…ウェハ（基板）
【図１】
2010245512.tif 000004
【図２】
2010245512.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2010245512.tif 000009
【図７】
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【図８】
2010245512.tif 000011
【図９】
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【図１０】
2010245512.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2010245512.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
2010245512.tif 000017