(57)【要約】      （修正有）【課題】基板の面内均一性が高いシリコン含有膜のエッチング方法を提供する。【解決手段】表面にシリコン含有膜１３が形成された基板Ｗに、七フッ化ヨウ素ガスと塩基性ガスとを供給して、シリコン含有膜１３をエッチングすることにより、基板の面内均一性が高いエッチングを行うことができる。さらに、基板Ｗにシリコン含有膜１３を残すようにエッチングを行う場合には、残るシリコン含有膜の表面の平坦性を高くすることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にシリコン含有膜が形成された基板に、七フッ化ヨウ素ガスと塩基性ガスとを供給して、当該シリコン含有膜をエッチングする工程を含むことを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記基板に七フッ化ヨウ素ガスが供給される期間と、前記基板に前記塩基性ガスが供給される期間とは、互いに重なることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記基板の温度を８０℃以上にした状態で、
当該基板を格納する処理容器内に、前記塩基性ガスの流量／前記七フッ化ヨウ素ガスの流量が１〜１．８となるように、当該塩基性ガス及び七フッ化ヨウ素ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項２記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記基板の温度が８０℃より低い状態で
当該基板を格納する処理容器内に、前記塩基性ガスの流量／前記七フッ化ヨウ素ガスの流量が１以下となるように、当該塩基性ガス及び七フッ化ヨウ素ガスを供給する工程を含むことを特徴とする請求項２記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記基板への塩基性ガス、七フッ化ヨウ素ガスの供給が、この順番で行われることを特徴とする請求項１記載のエッチング方法。
【請求項６】
前記シリコン含有膜をエッチングする工程は、
前記基板の温度を３０℃〜１２０℃にした状態で、当該基板に前記七フッ化ヨウ素ガスと前記塩基性ガスとを供給する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載のエッチング方法。
【請求項７】
前記シリコン含有膜をエッチングする工程は、
前記処理容器内の圧力を１３．３Ｐａ〜１３３．３Ｐａにして前記七フッ化ヨウ素ガスと前記塩基性ガスとを供給する工程を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載のエッチング方法。
【請求項８】
前記塩基性ガスは、アンモニアガスであることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載のエッチング方法。
【請求項９】
処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、表面にシリコン含有膜が形成された基板を載置する載置部と、
前記処理容器内に七フッ化ヨウ素ガスと塩基性ガスとを供給して、前記シリコン含有膜をエッチングするガス供給部と、
を備えることを特徴とするエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、七フッ化ヨウ素ガスを用いてシリコン含有膜をエッチングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ（以下、ウエハと記載する）の表面に形成されたポリシリコン膜などのシリコン含有膜を除去する処理が行われる場合が有る。特許文献１、２では、ポリシリコン膜をエッチングするにあたり、当該ポリシリコン膜に対してエッチング選択性が高いガスであるとしてＩＦ７（七フッ化ヨウ素）ガスを用いることが示されている。また、特許文献３には、エッチング性能を調整するために、ＩＦ７ガスに酸化性ガスあるいは不活性ガスが添加されたガスをエッチングガスとして用いて、シリコン層をエッチングすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特再公表２０１５−１１５００２号公報
【特許文献２】特再公表２０１５−６００６９号公報
【特許文献３】特許第６０３２０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のＩＦ７ガスなどのエッチングガスを用いてシリコン含有膜のドライエッチングを行う場合、ウエハの面内において均一性高くエッチングを行うことが困難である。また、例えばウエハ表面に埋め込まれたシリコン含有膜をエッチングし、パターンである凹部を形成するように処理を行う場合が有るが、そのようにエッチングの均一性が低いことにより、上記の凹部の側壁付近の底部のシリコン含有膜が比較的多く残るFootingと呼ばれる現象が発生する場合が有る。つまり、縦断側面で見て凹部の側面と底面との直交性が低く、当該直交性が高い良好な形状の凹部を形成することが困難であった。
【０００５】
そこで、例えばプラズマを用いた異方性エッチングによりシリコン含有膜の上部側を除去した後、ウエットエッチングによってシリコン含有膜の下部側を除去する処理が行われる場合が有る。しかし、上記のプラズマエッチングはウエハ表面にダメージを与えてしまう懸念があるし、プラズマエッチング及びウエットエッチングという複数の処理を行うことになるので、手間がかかる。そのために、プラズマを用いない上記のドライエッチングでシリコン含有膜の除去を行いたいという要求が有る。上記の特許文献１〜３に記載される技術は、このような問題を解決できるものでは無い。
【０００６】
本発明はこのような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、基板の面内均一性高くシリコン含有膜をエッチングすることができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエッチング方法は、表面にシリコン含有膜が形成された基板に、七フッ化ヨウ素ガスと塩基性ガスとを供給して、当該シリコン含有膜をエッチングする工程を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明のエッチング装置は、処理容器と、
前記処理容器内に設けられ、表面にシリコン含有膜が形成された基板を載置する載置部と、
前記処理容器内に七フッ化ヨウ素ガスと塩基性ガスとを供給して、前記シリコン含有膜をエッチングするガス供給部と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、表面にシリコン含有膜が形成された基板に対して、七フッ化ヨウ素ガスと塩基性ガスとを供給することで、シリコン含有膜を基板の面内で均一性高くエッチングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】比較例におけるエッチング工程を説明する工程図である
【図２】本発明に係るエッチング工程を説明する工程図である。
【図３】エッチングを行うための基板処理装置の平面図である。
【図４】前記基板処理装置に設けられるエッチングモジュールの縦断側面図である。
【図５】前記基板処理装置によって処理されるウエハの縦断側面図である。
【図６】前記基板処理装置による処理後のウエハの縦断側面図である。
【図７】比較試験におけるウエハの縦断側面を示す模式図である。
【図８】比較試験におけるウエハの縦断側面を示す模式図である。
【図９】評価試験におけるエッチング量についての結果を示すグラフである。
【図１０】評価試験におけるラフネスについての結果を示すグラフである。
【図１１】評価試験におけるエッチング量についての結果を示すグラフである。
【図１２】評価試験におけるラフネスについての結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の処理について説明する前に、比較例の処理についてウエハＷの表面部の縦断側面図である図１を参照しながら説明する。図１（ａ）に示すように、ウエハＷの表面部は、Ｓｉ（シリコン）層１１、酸化シリコン膜１２、ポリシリコン膜１３が下方から上方へ向けてこの順に積層されることで構成されている。この処理例では、ウエハＷにＩＦ７ガスを供給し、酸化シリコン膜１２が露出しないようにシリコン含有膜であるポリシリコン膜１３の上部側をエッチングする。ポリシリコン膜１３には、例えば酸化シリコンによって構成される不純物１４が混入している。
【００１２】
ＩＦ７ガスのシリコン含有膜に対するエッチング選択性は比較的高いため、エッチングレートが比較的高くなる。従って、ポリシリコン膜１３は下方へ向けて急激にエッチングされる（図１（ｂ））。そのエッチングの進行中に上記の不純物１４が露出するが、ＩＦ７ガスの不純物１４に対するエッチング選択性は比較的低いため、この不純物１４がマスクとして作用する。そのために、ウエハＷの面内において不純物１４の下方ではエッチングが進行し難く、不純物１４が存在しない箇所では引き続き急激なエッチングが行われる。図１（ｃ）はエッチング終了後のウエハＷを示している。上記のように不純物１４が存在することによって、ウエハＷの面内各部のエッチング量について比較的大きなばらつきが生じる。また、このＩＦ７ガスによるエッチングを行うと、残留するポリシリコン膜１３の表面の荒れが比較的大きくなってしまうことが確認されている（図１（ｃ））。
【００１３】
続いて本発明の処理の概要と、その処理中に発生すると推定される反応とを図２を参照して説明する。この処理では、塩基性ガスであるＮＨ３（アンモニア）ガスが添加されたＩＦ７ガスをエッチングガスとして、例えば既述の表面部を備えるウエハＷに供給する（図２（ａ））。ＩＦ７ガスとＮＨ３ガスとは、下記の式１で示すように互いに反応し、ＮＨ４Ｆ（フッ化アンモニウム）を生成し、このＮＨ４ＦがウエハＷの表面に付着する付着物となると考えられる。
３ＩＦ７＋ａＮＨ３＝３ＩＦ５＋ｂＨＦ＋ｃＮＨ４Ｆ＋Ｎ２・・・式１
（ただし、ａ＝２〜５、ｂ＝８−ａ（＝０〜６）、ｃ＝ａ−２（＝０〜３））
【００１４】
そして、ウエハＷの表面に付着したＮＨ４Ｆは不純物１４と反応し、当該不純物１４がエッチングされる。またこのＮＨ４ＦがウエハＷに付着した状態でＩＦ７ガスが供給されることになるので、ポリシリコン膜１３のエッチングレートが大きくなりすぎることが抑制される。従って、ウエハＷの表面に露出した不純物１４についてはエッチングにより除去される一方で、不純物１４が存在しない領域では急激なポリシリコン膜１３のエッチングが防がれるように、エッチングが進行する（図２（ｂ））。なお、ウエハＷに付着したＮＨ４Ｆについては後に詳しく述べるように、このエッチング中のウエハＷの加熱温度によっては昇華して除去される。図２（ｃ）はエッチング終了後のウエハＷを示している。既述のようにエッチングが進行した結果として、この図２（ｃ）に示すように、ウエハＷの面内で均一性高くポリシリコン膜１３がエッチングされる。また、このようにエッチングを行うことで、ポリシリコン膜１３の表面の荒れが抑制されることが確認されている。
【００１５】
続いて、上記のＩＦ７ガス及び添加ガスであるＮＨ３ガスを用いてエッチングを行うエッチングモジュール４を含む基板処理装置２について、図２の平面図を参照して説明する。基板処理装置２は、ウエハＷを搬入出するための搬入出部２１と、搬入出部２１に隣接して設けられた２つのロードロック室３１と、２つのロードロック室３１に各々隣接して設けられた、２つの熱処理モジュール３０と、２つの熱処理モジュール３０に各々隣接して設けられた２つのエッチングモジュール４と、を備えている。
【００１６】
搬入出部２１は、第１の基板搬送機構２２が設けられると共に常圧雰囲気とされる常圧搬送室２３と、当該常圧搬送室２３の側部に設けられた、ウエハＷを収納するキャリア２４が載置されるキャリア用載置台２５と、を備えている。図中２６は常圧搬送室２３に隣接するオリエンタ室であり、ウエハＷを回転させて偏心量を光学的に求め、第１の基板搬送機構２２に対するウエハＷの位置合わせを行うために設けられる。第１の基板搬送機構２２は、キャリア用載置台２５上のキャリア２４とオリエンタ室２６とロードロック室３１との間でウエハＷを搬送する。
【００１７】
各ロードロック室３１内には、例えば多関節アーム構造を有する第２の基板搬送機構３２が設けられており、当該第２の基板搬送機構３２は、ウエハＷをロードロック室３１と熱処理モジュール３０とエッチングモジュール４との間で搬送する。熱処理モジュール３０を構成する処理容器内及びエッチングモジュール４を構成する処理容器内は真空雰囲気として構成されており、ロードロック室３１内は、これらの真空雰囲気の処理容器内と常圧搬送室２３との間でウエハＷの受け渡しを行えるように、常圧雰囲気と真空雰囲気とが切り替えられる。
【００１８】
図中２３は開閉自在なゲートバルブであり、常圧搬送室２３とロードロック室３１との間、ロードロック室３１と熱処理モジュール３０との間、熱処理モジュール３０とエッチングモジュール４との間に各々設けられている。熱処理モジュール３０については、ウエハＷを格納すると共に内部が排気されて真空雰囲気とされる処理容器、及び処理容器内に設けられると共に載置されたウエハＷを加熱可能な載置台などを含む。そのような構成を備えることで、上記のＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスを用いたエッチングを行った後のウエハＷに対して加熱処理を行い、エッチングによりウエハＷに付着した残渣を除去することができるように構成されている。
【００１９】
続いてエッチングモジュール４について、縦断側面図である図４を参照して説明する。エッチングモジュール４は、処理容器４１と、処理容器４１の内部に配置された載置台４２と、処理容器４１の上部にて載置台４２と対向するように配置されたガスシャワーヘッド５と、処理容器４１の内部を排気して当該処理容器４１内の圧力を調整する排気ユニット４３とを備える。図中４０は処理容器４１に形成されたウエハＷの搬送口であり、上記のゲートバルブ３３により開閉される。既述の載置台４２の上面には、ウエハＷが水平に載置される。図中４４は、載置台４２に埋設されたヒーターであり、当該載置台４２に載置されたウエハＷが設定された温度になるように加熱する。載置台４２には、既述の第２の基板搬送機構３２との間でウエハＷの受け渡しを行うために、その上面を突没自在な３本の昇降ピンが設けられるが、図示は省略している。
【００２０】
ガス供給部であるガスシャワーヘッド５は水平な板状体として構成されている。ガスシャワーヘッド５の上側、下側には扁平な拡散空間５１、５２が各々設けられており、これら拡散空間５１、５２は互いに区画されている。ガスシャワーヘッド５の下面には、互いに区画されたガス吐出口５４、５５が各々多数開口しており、ガス吐出口５４は拡散空間５１に、ガス吐出口５５は拡散空間５２に夫々接続されている。
【００２１】
拡散空間５１の上部側にはガス流路５６の下流端が接続されている。ガス流路５６の上流側は分岐してガス流路５７、５８を形成し、ガス流路５７、５８の上流側はＩＦ７ガスの供給源６１、Ａｒ（アルゴン）ガス供給源６２に夫々接続されている。拡散空間５２の上部側には、ガス流路５６に対して区画されたガス流路６３の下流端が接続されている。ガス流路６３の上流側は分岐してガス流路６４、６５を形成し、ガス流路６４、６５の上流側はＮＨ３ガスの供給源６６、Ａｒガス供給源６７に夫々接続されている。ガス流路５７、５８、６４、６５にはバルブやマスフローコントローラーにより構成された流量調整部６８が各々介設されており、各流路の下流側へのガスの給断、及び各流路の下流側へのガスの流量の調整が行われる。上記のＡｒガスは、処理容器４１内のＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスを希釈するための希釈ガスである。上記のようにエッチングモジュール４が構成されることで、ガス供給源６１、６６から供給されたＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスはガスシャワーヘッド５から吐出されるまでは、互いに混合されず、ガスシャワーヘッド５から吐出後に処理容器４１内で互いに混合される。
【００２２】
図３に示すように、基板処理装置２はコンピュータである制御部２０を備えており、この制御部２０は、プログラム、メモリ、ＣＰＵを備えている。プログラムには、既述したウエハＷの処理及びウエハＷの搬送が行われるように命令（各ステップ）が組み込まれており、このプログラムは、コンピュータ記憶媒体、例えばコンパクトディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＤＶＤ等に格納され、制御部２０にインストールされる。制御部２０は当該プログラムにより基板処理装置２の各部に制御信号を出力し、各部の動作を制御する。具体的には、エッチングモジュール４の動作、熱処理モジュール３０の動作、第１の基板搬送機構２２、第２の基板搬送機構３２の動作、オリエンタ室２６の動作が制御信号により制御される。上記のエッチングモジュール４の動作としては、ヒーター４４の出力の調整、各流量調整部６８による各ガスの流量調整及び各ガスの給断、排気ユニット４３による排気流量の調整などの各動作が含まれる。この制御部２０及びエッチングモジュール４により、本発明のエッチング装置が構成されている。
【００２３】
基板処理装置２におけるウエハＷの処理を説明する。ここでは、図５に示すウエハＷを処理するものとして説明する。このウエハＷの表面には酸化シリコン膜１２が設けられている。当該酸化シリコン膜１２には貫通孔１６が形成されており、当該貫通孔１６内に埋め込まれるようにポリシリコン膜１３が形成されている。この処理例では、当該ポリシリコン膜１３の上部側をエッチングする。
【００２４】
図５で説明したウエハＷを格納したキャリア２４がキャリア用載置台２５に載置される。そして、このウエハＷは、常圧搬送室２３→オリエンタ室２６→常圧搬送室２３→ロードロック室３１の順に搬送され、熱処理モジュール３０を介してエッチングモジュール４の処理容器４１内に搬送される。そして、当該ウエハＷは載置台４２に載置されて、例えば８０℃に加熱される。その一方で、処理容器４１内の圧力、つまりウエハＷの周囲の圧力が例えば１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜６６．６Ｐａ（５００ｍＴｏｒｒ）とされる。このような比較的小さい圧力とするのは、既述のようにＩＦ７ガスのシリコン含有膜であるポリシリコン膜１３のエッチングレートが大きくなりすぎることを抑制することを目的としている。
【００２５】
続いて、ガスシャワーヘッド５からＩＦ７ガスとＮＨ３ガスとＡｒガスとが処理容器４１内に供給される。図２で説明したようにＩＦ７ガスとＮＨ３ガスとが互いに反応してＮＨ４Ｆを生じ、当該ＮＨ４ＦがウエハＷに付着する。ウエハＷは８０℃に加熱されており、この温度においてはウエハＷに付着したＮＨ４Ｆガスは昇華する。このようにウエハＷの表面でＮＨ４Ｆの付着と昇華とが行われた状態で、ＩＦ７ガスによるポリシリコン膜１３のエッチングが進行し、当該エッチングによりウエハＷの表面に凹部１８が形成され、その深さが次第に大きくなる。
【００２６】
図２で述べたシリコン酸化物からなる不純物１４がポリシリコン膜１３に含まれていても、当該ポリシリコン膜１３はウエハＷに付着するＮＨ４Ｆにより除去され、また、当該ＮＨ４Ｆによりポリシリコン膜１３のエッチングレートが過剰に大きくなることが抑制される。結果として、図２で述べたポリシリコン膜１３をエッチングする場合と同様に、ウエハＷの面内で均一性高くポリシリコン膜１３がエッチングされる。なお、ＮＨ４Ｆについては不純物１４の他に酸化シリコン膜１２についても作用すると考えられるが、行われた実験により、酸化シリコン膜１２の外形は殆ど変化しない（膜Ｌｏｓｓが無い）ことが確認されている。不純物１４に関しては膜中に含まれる量が微量であるために、当該ＮＨ４Ｆによって十分に除去されるものと考えられる。
【００２７】
然る後、ＩＦ７ガス、ＮＨ３ガス及びＡｒガスの供給開始から所定の時間経過後、ガスシャワーヘッド５からこれらの各ガスの供給が停止し、エッチングが終了する。図６は、エッチングが終了した状態のウエハＷを示している。上記のようにエッチングが進行したことで凹部１８の深さはウエハＷの面内で揃っている。また、凹部の底面をなすポリシリコン膜１３の荒れが抑制されている。従って、この凹部としては、発明が解決しようとする課題の項目で述べたFootingの発生が抑制されている。エッチングが終了したウエハＷは、熱処理モジュール３０に搬送されて所定の温度になるように加熱処理を受けて、エッチング残渣が除去された後、ウエハＷは、ロードロック室３１→常圧搬送室２３の順で搬送されて、キャリア２４に戻される。
【００２８】
このエッチングモジュール４を含む基板処理装置２によれば、ウエハＷの面内で均一性高くポリシリコン膜１３をエッチングし、エッチング後に残るポリシリコン膜１３の表面の荒れを抑制することができる。さらに、上記の処理によればプラズマを用いる必要が無いため、ウエハＷの表面の各膜が当該プラズマからのダメージを受けることが無いので、ウエハＷから形成される半導体装置の信頼性を高くすることができるという利点も有る。ただし、プラズマを用いてエッチングを行う場合も本発明の権利範囲に含まれる。なお、基板処理装置２において図５に示したウエハＷを処理するものとして説明したが、図２（ａ）に示したウエハＷを処理するようにしてもよい。従って、基板処理装置２は孔や凹部内に埋め込まれたシリコン含有膜をエッチングすることには限られない。
【００２９】
また、上記の各処理例についてはポリシリコン膜１３の上側のみをエッチングする例を示したが、ウエハＷ表面に形成されたポリシリコン膜１３全体をエッチングするように処理を行ってもよい。その場合は、ウエハＷの面内各部におけるポリシリコン膜１３のエッチングレートの均一性が高いので、エッチングに要する時間を抑えることができるという効果が得られる。より具体的に述べると、ウエハＷの面内でのエッチングレートのばらつきが大きい場合には、ウエハＷの面内のうちの一の領域ではエッチングが既に終了していても、他の領域ではエッチングレートが低いことによりエッチングが終了していない状態となるため、面内の全ての領域でポリシリコン膜１３がエッチングされるように一の領域がエッチングされた後もエッチングが行われるようにエッチング時間を設定することになる。つまり一の領域についてはオーバーエッチングが行われる時間が設定されることになる。しかしエッチングレートの均一性が高いことにより、そのようなオーバーエッチングの時間を短縮化したり無くしたりすることができるので、上記のようにエッチングに要する時間を抑えることができることになる。
【００３０】
ところで、上記のポリシリコン膜１３をエッチングする処理例ではＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスを同時に処理容器４１内に供給している。即ち、ＩＦ７ガスを供給する期間と、ＮＨ３ガスを供給する期間とが互いに一致するように重なっている。
そのようにＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスを供給しなくてもよい。先ず、ＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスのうち、ＮＨ３ガスのみを処理容器４１内に供給してウエハＷに吸着させる。その後、ＮＨ３ガスの供給を停止し、ＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスのうちＩＦ７ガスのみをウエハＷに供給して、ウエハＷに吸着したＮＨ３ガスと反応させてＮＨ４Ｆを発生させて不純物１４を除去すると共に、ＩＦ７ガスによるポリシリコン膜１３のエッチングが行われるようにしてもよい。つまり、ＮＨ３ガスとＩＦ７ガスとをこの順番でウエハＷに供給して処理を行ってもよい。この順番によるガス供給を繰り返し行ってもよい。即ち、ＮＨ３ガス、ＩＦ７ガスをこの順番に供給した後に、ＮＨ３ガス、ＩＦ７ガスを再びこの順番で供給してもよい。このようにＮＨ３ガスはＩＦ７ガスに添加されるようにウエハＷに供給されることには限られない。その他にも例えば、ＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスを同時にウエハＷに供給開始した後、ＩＦ７ガスの供給が停止されるよりも先にＮＨ３ガスの供給の停止が行われるようにしてもよい。つまり、ＩＦ７ガスを供給する期間と、ＮＨ３ガスを供給する期間とが重なることは、これらの期間が互いに一致することには限られない。
【００３１】
ところでシリコン含有膜はシリコンを主成分として含む膜であり、ポリシリコン膜には限られない。具体的に、例えばアモルファスシリコン膜、単結晶シリコン膜、ＳｉＧｅ膜、ＳｉＣ膜などがシリコン含有膜に含まれる。またＩＦ７ガスの他にウエハＷに供給される塩基ガスとしては、ＩＦ７ガスと反応してＮＨ４Ｆと同様に窒素及びフッ素を含み、酸化物に対してエッチング作用を有する化合物を生成することができればよいと考えられるので、ＮＨ３ガス以外の塩基性ガスを用いるようにしてもよい。具体的に塩基性ガスには、Ｎ２Ｈ４（ヒドラジン）、アミンである（ＣＨ３）ＮＨ２（メチルアミン）や、ブチルアミン、ジメチルアミンなどが含まれる。
【００３２】
上記のエッチングモジュール４において、ＩＦ７ガス、ＮＨ３ガスが例えばガスシャワーヘッド５内の共通の拡散空間に供給されるように構成されていてもよい。詳しく述べると、ガスシャワーヘッド５内でこれらＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスの混合が行われ、この混合ガスがウエハＷに吐出されるように、ガスシャワーヘッド５が構成されていてもよい。また、上記のエッチングモジュール４においては、ガスシャワーヘッド５の代わりに、例えば平面視ウエハＷの周に沿うように同心円状に開口したガスの吐出口を備えるガス供給部を設けて、ウエハＷにガスが供給される構成としてもよい。つまり、ガス供給部としては、ガスシャワーヘッドとして構成されることには限られない。なお、本発明としては既述の実施例や後述の評価試験で述べる例には限られず、各例は適宜変更したり、互いに組み合わせることができる。
【００３３】
（評価試験）
本発明に関連して行われた評価試験について説明する。
評価試験１
評価試験１として、図４で説明したエッチングモジュール４と略同様に構成されたエッチング装置を用いて、図５で説明した構造を有するウエハＷにＩＦ７ガス、ＮＨ３ガス及びＡｒガスを同時に供給して、ポリシリコン膜１３をエッチングした。そして、エッチング後にＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて、ウエハＷの縦断側面の画像を取得した。ＩＦ７ガスの流量は２０〜５００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスの流量は１０〜５００ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は１００〜１０００ｓｃｃｍに設定した。これらのガスの供給時間、即ちエッチング時間は３秒、処理容器４１内の圧力は６．６６〜１９９.９Ｐａ（５０〜１５００ｍＴｏｒｒ）、ウエハＷの温度は２０〜１００℃に夫々設定した。
【００３４】
また評価試験１とは異なる処理条件で、図５で説明した構造を有するウエハＷにおけるポリシリコン膜１３のエッチングを行い、評価試験１と同様にエッチング後のウエハＷの縦断側面の画像を取得する比較試験１−１、１−２を行った。比較試験１−１では、Ｆ２（フッ素）ガスを２００〜１０００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスを５〜１００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスを５０〜１０００ｓｃｃｍで夫々同時に処理容器４１内に供給してエッチングを行った。これらの各ガスは処理容器４１に断続的に７回供給しており、Ｎ回目（Ｎは整数）の供給が行われた後、Ｎ＋１回目の供給が行われる前に、パージガスによる処理容器４１内のパージを行った。また１回のＦ２ガス、ＮＨ３ガス及びＮ２ガスの供給時間は３０秒に設定した。また、処理容器４１内の圧力は１３．３３〜３３３.３Ｐａ（１００〜２５００ｍＴｏｒｒ）、ウエハＷの温度は３０〜１２０℃に夫々設定した。比較試験１−２としては、ＣｌＦ３（三塩化フッ素）ガスを５０〜５００ｓｃｃｍ、Ｎ２ガスを１００〜１５００ｓｃｃｍで処理容器４１内に夫々同時に供給してエッチングを行った。これらのガスの処理容器４１への供給回数は、評価試験１と同じく１回であり、ガスの供給時間は３６．３秒とした。また、処理容器４１内の圧力は１３.３３〜３３３.３Ｐａ（１００〜２５００ｍＴｏｒｒ）、ウエハＷの温度は３０〜１２０℃に夫々設定した。
【００３５】
評価試験１については、凹部１８の底部をなすエッチング後のポリシリコン膜１３の表面の平坦性は高く、Footingは見られなかった。従って、ウエハＷの面内各部で均一性高くエッチングが行われたことが確認された。そして、凹部１８の深さ＝エッチング量は５０ｎｍであった。なお、既述した図６は、この評価試験１で取得されたＴＥＭ画像を概略図として表したものである。また、図７は比較試験１−１から得られたＴＥＭ画像を、図８は比較試験１−２から得られたＴＥＭ画像を夫々概略図として表したものである。これらの図７、８に示すように、比較試験１−１、１−２では評価試験１に比べてポリシリコン膜１３の表面の平坦性は低く、Footingが見られた。また、比較試験１−１ではエッチング量は３０ｎｍであり、比較試験１−２ではエッチング量は３６．３ｎｍであった。従って、エッチングレートについて、比較試験１−１、１−２よりも評価試験１の方が大きい。このように、評価試験１の結果からは、ＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスを用いることで、ウエハＷの面内で均一性高く、エッチング後のポリシリコン膜１３の荒れが抑制されるように当該ポリシリコン膜１３のエッチングを行うことができ、且つ高いエッチングレートが得られることが示された。
【００３６】
また、評価試験１ではＩＦ７ガスに対するＮＨ３ガスの流量比（＝ＮＨ３ガスの流量／ＩＦ７ガスの流量）は０．６である。ウエハＷの温度は２０〜１００℃、処理容器４１内の圧力は６．６６〜１９９.９Ｐａ（５０〜１５００ｍＴｏｒｒ）に設定されている。従って、このような流量比、ウエハＷの温度及び処理容器４１内の圧力に設定して処理を行うことで、既述のようにウエハＷの面内で均一性高くエッチングを行うことができ、且つ高いエッチングレートが得られることが確認された。なお、本発明者は処理容器４１内の圧力について２６．６Ｐａ以外の値に設定して評価試験１と同様の試験を行っており、処理容器４１内の圧力を１３．３Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ）〜１３３．３Ｐａ（１０００ｍＴｏｒｒ）の範囲内に設定した場合に、評価試験１の結果と同様に良好な凹部１８の形状が得られることが確認されている。従って、処理容器４１内の圧力は、この１３．３Ｐａ〜１３３．３Ｐａに設定することが好ましい。
【００３７】
評価試験２
評価試験２−１として、ウエハＷの表面にアモルファスシリコン膜を膜厚が２００ｎｍとなるように成膜し、図４で説明したエッチングモジュール４と略同様に構成されたエッチング装置を用いてＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスを共に８秒供給して、当該アモルファスシリコン膜のエッチングを行った。評価試験１と同じく処理容器４１内の圧力は５０〜１５００ｍＴｏｒｒとした。エッチング後は、ウエハＷに残留しているアモルファスシリコン膜の表面の画像を取得し、当該アモルファスシリコン膜のエッチング量（２００ｎｍ−残留しているアモルファスシリコン膜の膜厚）と、ウエハＷに残留しているアモルファスシリコン膜の表面のラフネスとを測定した。処理条件のうち、ＮＨ３ガスの流量及び載置台４２表面の温度（＝ウエハＷの温度）の組み合わせについては処理毎に変更した。ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比（＝ＮＨ３ガスの流量／ＩＦ７ガスの流量）としては、０．２、０．４、０．６、１．２または１．８に設定し、ウエハＷの温度については、３５℃、６０℃、８０℃、１００℃または１２０℃に設定した。ＩＦ７ガスの流量は２０〜５００ｓｃｃｍに設定した。また、エッチングを行う前におけるアモルファスシリコン膜の表面のラフネスは２．５３ｎｍであり、このラフネスの値については小さいほど平坦性が高いことを示す。
【００３８】
また、評価試験２−２として、ウエハＷの表面にアモルファスシリコン膜の代わりにポリシリコン膜を成膜し、このポリシリコン膜に対してエッチングを行ったことを除いて、評価試験２−１と同様の試験を行った。そして、ポリシリコン膜のエッチング量（２００ｎｍ−残留しているポリシリコン膜の膜厚）と当該ポリシリコン膜の表面のラフネスとを測定した。エッチングを行う前のアモルファスシリコン膜のラフネスは７．４６ｎｍである。
【００３９】
図９、図１０の各グラフは評価試験２−１の結果を示しており、図１１、図１２の各グラフは評価試験２−２の結果を示している。図９〜図１２の各グラフの縦軸は、ウエハＷが載置されるステージの温度＝ウエハＷの温度を示している。また図９〜図１２の各グラフの横軸は、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比である。図９、図１１のグラフは、エッチング量についての結果を示している。詳しく述べると、グラフ内において等高線を付すことでエッチング量が近似する領域を囲むと共にエッチング量が比較的離れた領域を互いに区画して示している。そして、等高線に囲まれた各領域を互いに区別するために、当該各領域に互いに異なる模様を付して示している。
【００４０】
図１０、図１２のグラフは、ラフネスについての結果を示している。詳しく述べると、グラフ内において等高線を付すことでラフネスの値が近似する領域を囲むと共にラフネスの値が比較的離れた領域を互いに区画して示している。そして、図９、図１１のグラフと同様、等高線に囲まれた各領域を互いに区別するために、当該各領域に互いに異なる模様を付して示している。なお、実際には図９〜図１２のグラフはコンピュータグラフィクスにより、エッチング量あるいはラフネスについての分布をカラーのグラデーションによって表示したものであるが、図示の便宜上、既述のように示している。
【００４１】
エッチング量について、評価試験２−１においては概ね４〜５４ｎｍの範囲内の値、評価試験２−２においては概ね４〜４４ｎｍの範囲内の値であった。ラフネスについて、評価試験２−１においては概ね２．５〜５．５ｎｍの範囲内の値、評価試験２−２においては概ね４．０〜８．０ｎｍの範囲内の値であった。従って、評価試験２−１、２−２においてエッチング後に残留したアモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜の表面のラフネスの値は、エッチング前のラフネスの値に比べて大きく上昇していない。従って、ウエハＷの温度を３５℃〜１２０℃にしてＩＦ７ガス及びＮＨ３ガスを供給するときにおいて、ウエハＷの面内で均一性高くエッチングすることができるという本発明の効果が得られることが、この評価試験２の結果から確認された。また、ウエハＷの温度が３５℃の場合ラフネスの値について、評価試験２−１では４．２以下、評価試験２−２では７．２以下と、エッチング前のラフネスの値からの上昇が比較的抑制されている。この３５℃よりウエハＷの温度が若干低い値であっても、ラフネスの値は大きく変動しないと考えられることから、ウエハＷの温度が例えば３０℃〜１２０℃であるときには、上記のエッチングの均一性を高くすることができる効果が得られると推定される。
【００４２】
さらに、図９に示されるように、評価試験２−１についてはウエハＷの温度が３５℃、６０℃である場合、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が比較的大きいと、エッチング量が比較的小さい。しかし、ウエハＷの温度が８０℃以上である場合にはＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比に関わらず、エッチング量が比較的高い値となっており、具体的には３０ｎｍ以上であった。そして図１０に示されるようにラフネスについては、ウエハＷの温度及びＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比に関わらず比較的低く、具体的には５．６ｎｍ以下であった。
【００４３】
また、図１１に示されるように、評価試験２−２についてはウエハＷの温度が３５℃、６０℃である場合、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が比較的大きいと、エッチング量が比較的小さい。しかし、ウエハＷの温度が８０℃以上である場合にはＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比に関わらず、エッチング量が比較的高い値となっており、具体的には２９ｎｍ以上であった。そして、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が０．２、０．６、１．２、１．８である場合に、ウエハＷの温度を１２０℃とするよりもウエハＷの温度を１００℃とした方が、エッチング量が大きい。従って、ウエハＷの温度については１２０℃とするよりも１００℃とした方が、エッチング量について大きくなる傾向が有ることが分かる。そして図１２から明らかなように、ラフネスについては、ウエハＷの温度及びＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比に関わらず比較的低く、具体的には９ｎｍ以下であった。このような評価試験２−１、２−２の結果から、アモルファスシリコン膜及びポリシリコン膜について、高いエッチングレートを得ると共にエッチング後のラフネスを抑制するためには、エッチング時のウエハＷの温度を８０℃〜１００℃とすることが、より好ましいことが分かる。
【００４４】
さらに、評価試験２−１、２−２において、ウエハＷの温度が８０℃の場合と１００℃の場合とを比較すると、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が同じであるときには、ウエハＷの温度が８０℃である場合の方が、エッチング量が大きい。また、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が０．２、０．４であるときには、ウエハＷの温度が８０℃の場合の方がラフネスの値が小さい。また、評価試験２−２において、ウエハＷの温度が８０℃の場合と１００℃の場合とを比較すると、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が同じであるときには、ウエハＷの温度が８０℃である場合の方が、エッチング量が大きく且つラフネスの値が小さい。このように評価試験２で設定されたウエハＷの温度の中では８０℃が、エッチングレートを高くし、且つエッチング後のラフネスを抑制する観点から最も好ましい値となった。
【００４５】
ところでエッチング時の処理容器４１内の圧力を上記のように設定しているため、ウエハＷの温度が８０℃以上であるときに、ＮＨ４ＦはウエハＷから昇華する。評価試験２−１、２−２でウエハＷの温度が８０℃以上である場合にエッチング量が比較的大きいのは、ＮＨ４Ｆが付着してもそのように昇華が起きるため、ＩＦ７ガスのエッチング作用が当該ＮＨ４Ｆにより大きく妨げられないためであると考えられる。ただし、ＮＨ３ガス及びＮＨ４ＦがウエハＷに吸着する確率は、ウエハＷの温度が低いほど高くなる。従って、エッチング時にウエハＷの温度が高すぎると、当該ＮＨ４Ｆの作用が弱くなる。そのような理由により、ウエハＷの温度が１２０℃である場合よりも１００℃である場合の方が好ましく、ウエハＷの温度が８０℃である場合の方がより好ましい結果になったと推定される。そして、この８０℃から若干変動した温度であってもエッチングレートが高く且つラフネスが低くなると考えられる。上記のようにウエハＷの温度が８０℃以上であるときにＮＨ４Ｆを昇華させることができることを考えると、特に好ましいウエハＷの温度範囲はその８０℃以上の温度であり１００℃より低い温度、具体的には８０℃〜９０℃であると考えられる。
【００４６】
ところで評価試験２−１においてウエハＷの温度が３５℃または６０℃である場合の結果を見ると、ＮＨ３ガスの流量がＩＦ７ガスの流量よりも大きいとき、つまりＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が１．２、１．８であるときには、エッチング量は比較的小さい。しかし、ＮＨ３ガスの流量がＩＦ７ガスの流量よりも小さいとき、つまりＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が０．２〜０．６であるとき、ウエハＷの温度が３５℃且つＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が０．６である場合の結果を除いてエッチング量が比較的大きい結果となっている。
【００４７】
また評価試験２−２においてウエハＷの温度が３５℃または６０℃である場合の結果を見ると、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が１．２、１．８であるときには、エッチング量が比較的小さい。そして、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が０．２〜０．６であるとき、ウエハＷの温度が３５℃且つＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が０．６である場合を除いてエッチング量が比較的大きい結果となっている。
【００４８】
このような結果となったのは、上記のようにＮＨ４ＦがウエハＷから昇華する温度は８０℃以上であり、この昇華が起こらない３５℃、６０℃の場合はＮＨ３ガスの流量が比較的大きいとＮＨ４ＦのウエハＷへの付着量が過剰となることで、ＩＦ７ガスによるエッチング量が低下したためであると考えられる。従って、この評価試験２の結果からは、ウエハＷの温度が８０℃より低い場合、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比を０．６以下とすることが好ましいことが確認された。
【００４９】
また、評価試験２−１、２−２において、ウエハＷの温度を８０℃以上に設定した場合、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比によってラフネスの値は大きく変化していないが、エッチング量については、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比を０．６に設定するよりも、１．２または１．８とした方が大きい。従って、ウエハＷの温度が８０℃以上である場合においては、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比については１．２〜１．８であると、高いエッチングレートを得ると共にエッチング後のラフネスを大きく抑制することができることが確認された。つまり、ＮＨ３ガスの流量／ＩＦ７ガスの流量については、１．２〜１．８の範囲内とすることが好ましいことが確認された。
【００５０】
ところで、ウエハＷの温度が８０℃以上である場合、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が１．２よりも若干小さい値であってもエッチング作用は大きく変動しないと考えられ、ウエハＷの温度が８０℃より低い場合ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比が０．６より若干大きい値であってもエッチング作用は大きく変動しないと考えられる。具体的にウエハＷの温度が８０℃以上である場合、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比については例えば１以上、ウエハＷの温度が８０℃より低い場合、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比については例えば１以下であれば、エッチング作用の変動は少ないと考えられる。従ってウエハＷの温度が８０℃以上である場合、ＮＨ３ガス／ＩＦ７ガスの流量比については、１〜１．８とすることが好ましく、８０℃より低い場合、ＮＨ３ガスの流量／ＩＦ７ガスの流量については、１以下とすることが好ましいと推定される。
【符号の説明】
【００５１】
Ｗ            ウエハ
１４          ポリシリコン膜
２            基板処理装置
２０          制御部
４            エッチングモジュール
４２          載置台
５            シャワーヘッド
【図１】
2019125715.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2019125715.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019125715.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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