(57)【要約】【課題】互いに膜質が異なる第１のＳｉＯ２層と第２のＳｉＯ２層をエッチングするにあたり、エッチング後の互いのＳｉＯ２層の表面高さを調整すること。【解決手段】表面に第１のＳｉＯ２層１３と第２のＳｉＯ２膜１４を有するウエハに対して、ＮＨ３ガスとＨＦガスとを含む処理ガスを用いてＣＯＲ処理によりエッチングを行う（第１のエッチング工程）。次いで、ＮＦ３ガスとＮＨ３ガスとの混合ガスから、活性種が主としてラジカルであるプラズマを得て、このラジカルによりエッチングを行う（第２のエッチング工程）。これら第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程は、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４に対するエッチング選択性が互いに異なるので、第１のＳｉＯ２層１３と第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度が夫々制御され、エッチング後の互いのシリコン酸化層の表面高さを調整することができる。【選択図】図２
2017152531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面部に、第１のシリコン酸化層と前記第１のシリコン酸化膜とは膜質が異なる第２のシリコン酸化層とが並んで形成された基板をエッチングする基板処理方法において、
ハロゲンを含むガスを活性化せずに前記基板に供給し、シリコン酸化層と反応して生成された反応生成物を昇華させる第１のエッチング工程と、
ハロゲンを含むガスを活性化して得られたラジカルにより、前記基板に対してエッチングを行う第２のエッチング工程と、を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
前記プラズマは、複数のガス通過用の開口部が形成されたイオントラップ部材を通過した後に前記基板に供給されることを特徴とする請求項１記載の基板処理方法。
【請求項３】
前記第１のシリコン酸化層は、シリコン層を酸化雰囲気で加熱して得られた熱酸化層であることを特徴とする請求項１または２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記第２のシリコン酸化層は、原料ガスと酸化ガスとを反応させて成膜されたシリコン酸化層であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項５】
基板の表面にシリコン層の複数の突壁部が間隔を置いて平行状に配列され、
前記第１のシリコン酸化層は、シリコン層を酸化雰囲気で加熱して得られた熱酸化層であって、前記突壁部の表面を被覆している被覆層であり、
前記第２のシリコン酸化層は、原料ガスと酸化ガスとを反応させて成膜されたシリコン酸化層であって、互に隣接する前記突壁部同士の間に埋め込まれていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【請求項６】
前記第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程が終了した時に、前記第１のシリコン酸化層及び前記第２のシリコン酸化層の各上面の高さが揃うように、前記第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程の各々の処理時間が設定されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面部のシリコン酸化層を処理ガスによりエッチングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは多様化、立体化が進んでいることからデバイス構造が複雑化、微細化しており、半導体製造工程における各プロセスにおいても、種々の新しい表面構造、膜質に対応していく必要がある。例えば処理ガスを用いたエッチング工程においては、基板に対するダメージが小さい手法として、化学的酸化物除去処理(Chemical Oxide Removal:ＣＯＲ)が知られている。
【０００３】
この手法は、例えば各トランジスタを分離する絶縁層であるＳｉＯ２（シリコン酸化）層をエッチングする場合に適用されることがある。ところで回路パターンが三次元構造化、複雑化すると、エッチング対象となるＳｉＯ２層として、互いに異なる膜質であるＳｉＯ２層が基板の表面に並び、これらをエッチングする場合がある。互いに異なる膜質とは、例えば製法が異なるＳｉＯ２層であり、一例としてＣＶＤにより形成したＳｉＯ２層と、酸化雰囲気でＳｉ（シリコン）層を酸化したＳｉＯ２層とが挙げられる。
【０００４】
しかしながら、これらＳｉＯ２層に対してＣＯＲ処理を行うと、処理ガスによるエッチング速度が互いに異なることから、エッチングが進行するに連れて互いの表面高さが揃わなくなる。このため、例えば後の工程でＳｉＯ２層の上面にゲート電極を形成してトランジスタを構成する場合には、電気的特性に悪影響を及ぼす懸念がある。
【０００５】
特許文献１には、酸化膜をＮＦ３（三フッ化窒素）ガスとＨｅ（ヘリウム）ガスの混合ガスを用いてエッチングし、この混合ガスに含まれるＦ（フッ素）により酸化膜の上面に生じる不純物を、水素プラズマを利用したエッチングにより除去する手法が記載されている。しかしながら、特許文献１は本発明とは構成が異なり、本発明の課題を解決することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−３０３２４７号公報（段落００３２〜００３４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、表面部に、互いに膜質が異なる第１のシリコン酸化層と第２のシリコン酸化層とが並んで形成された基板に対してエッチング処理を行うにあたり、エッチング後の互いのシリコン酸化層の表面高さを調整することができる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の基板処理方法は、
表面部に、第１のシリコン酸化層と前記第１のシリコン酸化膜とは膜質が異なる第２のシリコン酸化層とが並んで形成された基板をエッチングする基板処理方法において、
ハロゲンを含むガスを活性化せずに前記基板に供給し、シリコン酸化層と反応して生成された反応生成物を昇華させる第１のエッチング工程と、
ハロゲンを含むガスを活性化して得られたラジカルにより、前記基板に対してエッチングを行う第２のエッチング工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
表面部に、互いに膜質が異なる第１のシリコン酸化層と第２のシリコン酸化層とが並んで形成された基板に対してエッチング処理を行うにあたり、第１のシリコン酸化層及び第２のシリコン酸化層に対するエッチング選択性が互いに異なる第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とを実施している。これにより、第１のシリコン酸化層と第２のシリコン酸化層のエッチング速度が夫々制御され、エッチング後の互いのシリコン酸化層の表面高さを調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】基板であるウエハの表面構造を示す部分斜視図である。
【図２】本発明の基板処理方法の一実施形態を説明する工程図である。
【図３】エッチング量と時間との関係を示す特性図である。
【図４】本発明の基板処理方法の作用を示す縦断側面図である。
【図５】本発明の第１のエッチング工程を実施するＣＯＲ処理装置の一実施形態を示す縦断側面図である。
【図６】本発明の第２のエッチング工程を実施するラジカル処理装置の一実施形態を示す縦断側面図である。
【図７】ＣＯＲ処理装置とラジカル処理装置とを備えた半導体製造装置の一実施形態を示す平面図である。
【図８】ラジカル処理におけるエッチング量とフッティング量との関係を示す特性図である。
【図９】ウエハ表面におけるエッチング後の様子を示すＳＥＭ画像である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明を三次元構造ＦＥＴのトランジスタの製造工程の途中段階に適用した実施形態について説明する。先ず、ＦＥＴのゲート部分の表面構造について図１に示す。図中１１は、シリコン基板であり、その表面部には、シリコン層の複数の突壁部１２が間隔を置いて平行状に配列されている。この図１中１３は、突壁部１２の表面を被覆するように形成された第１のシリコン酸化層（第１のＳｉＯ２層）、１４は、互に隣接する突壁部１２同士の間に埋め込まれている第２のシリコン酸化層（第２のＳｉＯ２層）である。
【００１２】
第１のＳｉＯ２層１３は、例えばシリコン層を酸化雰囲気で加熱して得られた熱酸化層であり、第２のＳｉＯ２層１４は、原料ガスと酸化ガスとを例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により反応させて成膜されたシリコン酸化層である。このため、第１のＳｉＯ２層１３は、第２のＳｉＯ２層１４に比べて密度が高くて不純物が少ないという膜質を有し、互いの膜質が異なっている。
【００１３】
続いて、エッチング処理について図２〜図４を参照して説明する。エッチング処理を行う前の基板である半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）について述べると、シリコン基板１１の突壁部１２の表面を被覆するように第１のＳｉＯ２層１３が形成され、この第１のＳｉＯ２層１３の上面に、互いに隣接する突壁部１２同士の間を埋め込むように第２のＳｉＯ２層１４が形成される。次いで、化学的研磨処理（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing)が行われて、第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４の表面が研磨され、図２（ａ）に示すように、突壁部１２、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４の上面の高さが揃えられる。
【００１４】
そして、例えば先ずウエハＷに対して第１のエッチング工程が実施される。この第１のエッチング工程は、例えばＣＯＲ処理により、プラズマを用いずに第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４をエッチングするものである。ＣＯＲ処理は、ハロゲンを含むガス例えばＨＦ（フッ化水素）ガスとＮＨ３（アンモニア）ガスとを含む処理ガスをウエハＷに供給し、ＳｉＯ２層と反応して生成された反応生成物を昇華することにより行われる。具体的には、後述するＣＯＲ処理装置において、ウエハＷが収納された処理容器内を真空状態に近い低圧状態とし、ウエハＷ温度を例えば２５℃〜１５０℃に加熱した状態で、処理容器内にＨＦガスとＮＨ３ガスとを含む処理ガスを供給する。これにより、第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４は、ＨＦ分子及びＮＨ３分子と化学反応を起こし、反応生成物として、（ＮＨ４）２ＳｉＦ６（珪フッ化アンモニウム）やＨ２Ｏ（水）等を生成する。この反応生成物は、ウエハＷが昇華温度以上に温度に加熱されていることから、昇華して除去され、第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４のエッチングが行われる。
【００１５】
第１のＳｉＯ２層１３は、第２のＳｉＯ２層１４よりも緻密であって、活性化エネルギーが高い。このため、ＳｉＯ２層と処理ガスとを反応させるＣＯＲ処理では、第２のＳｉＯ２層１４の方が第１のＳｉＯ２層１３よりもＮＨ３ガス及びＨＦガスと反応しやすく、エッチング速度が大きくなる。このようにＣＯＲ処理を行う第１のエッチング工程では、第１のＳｉＯ２層１３のエッチング速度が第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度よりも遅い条件でエッチングが行われる。
【００１６】
従って、このＣＯＲ処理を実施すると、図３（ａ）に示すように、第２のＳｉＯ２層１４のエッチング量が第１のＳｉＯ２層１３よりも多くなり、ＣＯＲ処理を所定時間行うと、図２（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２層１３が第２のＳｉＯ２層１４の表面から露出した状態となる。なお、図３（ａ）、（ｂ）では、横軸は「時間」、縦軸は「エッチング量」を夫々示している。「エッチング量」とは、第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４の夫々の上面からエッチングされた深さである。
【００１７】
こうして、第１のエッチング工程を実施した後、第２のエッチング工程を実施する。この工程は、ハロゲンを含むガス例えばＮＦ３ガスとＮＨ３ガスとの混合ガスを活性化して得られたラジカルによりエッチングを行うものである。例えば混合ガスを活性化して得られたプラズマは、例えば導電性のイオントラップ部材を通過することにより、イオンが除去され、活性種が主としてラジカルであるプラズマとして、ウエハＷに供給される。つまり、この工程は、ラジカルによりＳｉＯ２層のエッチングを行うラジカル処理を行うものであり、例えば後述するラジカル処理装置において実施される。
【００１８】
ＮＦ３ガスとＮＨ３ガスの混合ガスを活性化すると、次の（１）式、（２）式により、Ｆラジカル、Ｎラジカル、ＮＨ３やＮＨ４Ｆのイオン成分を含むプラズマが生成されると推察される。
ＮＦ３＋ＮＨ３＋ｅ→３Ｆ＊＋２Ｎ＊＋３Ｈ＊        ・・・（１）
Ｆ＊＋Ｎ＊＋４Ｈ＊→ＮＨ４Ｆ    ・・・（２）
【００１９】
そして、プラズマをイオントラップ部材に通過させることにより、プラズマからイオン成分が除去され、Ｆラジカル（Ｆ＊）やＮラジカル（Ｎ＊）を含むプラズマにより、第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４のエッチングが行われる。ＳｉＯ２層は、プラズマ中に含まれる主としてＦラジカルによりエッチングされ、ＳｉＯ２のエッチングは、次の（３）式、（４）式に従って進行すると推察される。
ＮＦ３＋３ＮＨ３→ＮＨ４Ｆ＋Ｎ２          ・・・（３）
６ＮＨ４Ｆ＋ＳｉＯ２→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ＋４ＮＨ３    ・・・（４）
【００２０】
このようにラジカル処理においても、第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４は（ＮＨ４）２ＳｉＦ６やＨ２Ｏ等の反応生成物を生成する。そして、これら反応生成物をラジカルエネルギーにより昇華させて除去することによりエッチングが行われる。このラジカル処理では、第１のＳｉＯ２層１３の方が第２のＳｉＯ２層１４よりもエッチング速度が大きくなる。これはラジカル種が第１のＳｉＯ２層１３の活性化エネルギーを超えるエネルギーを持っており、第１のＳｉＯ２層１３のエッチングが速やかに進行するためと推察される。
【００２１】
こうして、ラジカル処理を行う第２のエッチング工程では、第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度が第１のＳｉＯ２層１３のエッチング速度よりも遅い条件でエッチングが行われる。従って、このラジカル処理を実施すると、図３（ｂ）に示すように、第１のＳｉＯ２層１３のエッチング量が第２のＳｉＯ２層１４よりも多くなり、次第に第１のＳｉＯ２層１３の上面が第２のＳｉＯ２層１４の上面に近付いていく。
【００２２】
以上に記載したように、第１のエッチング工程では、第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度が第１のＳｉＯ２層１３よりも大きく、第２のエッチング工程では、第１のＳｉＯ２層１３のエッチング速度が第２のＳｉＯ２層１４よりも大きい。このため、エッチング条件を設定することにより、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程が終了した時に、図２（ｃ）に示すように、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４の上面の高さを揃えることができる。
【００２３】
具体的には、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程の各々では、処理ガスの種類や流量、処理容器内圧力、ウエハ温度、エッチング処理時間等により、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度が変化する。このため、例えば第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程の各々について、予め処理ガスの種類に応じて、その流量や処理容器内圧力、ウエハ温度を設定し、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２膜１４のエッチング速度を夫々取得しておく。そして、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程が終了した時に、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４の上面の高さを揃えるように、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程の各々のエッチング処理時間を夫々調整する。
【００２４】
図４（ａ）は、ＣＯＲ処理を実施する直前、図４（ｂ）は、ＣＯＲ処理終了時、図４（ｃ）は、ラジカル処理終了時のウエハＷの表面構造を夫々示したものである。ＣＯＲ処理による第１のＳｉＯ２層１３のエッチング量をＤ１、第２のＳｉＯ２層のエッチング量をｄ１とし、ラジカル処理による第１のＳｉＯ２層１３のエッチング量をＤ２、第２のＳｉＯ２層１４のエッチング量をｄ２とする。この（Ｄ１＋Ｄ２）分エッチングした後のＳｉＯ２層の厚さが目標厚さである。
【００２５】
従って、この目標厚さになるまでＳｉＯ２膜をエッチングしたときに、第１のＳｉＯ２層１３と第２のＳｉＯ２層１４の上面の高さが揃うように、つまり（Ｄ１＋Ｄ２）＝（ｄ１＋ｄ２）となるように、ＣＯＲ処理（第１のエッチング工程）とラジカル処理（第２のエッチング工程）の処理時間が夫々決定される。こうして、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程を実施した後、例えばゲート電極が形成され、三次元デバイス構造のＦＥＴのゲート部分が製造される。
【００２６】
続いて、上述の第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程を実施する装置について説明する。先ず、第１のエッチング工程を実施するＣＯＲ処理装置２の一実施形態について図５を参照して説明する。図５中、２０は例えば円筒形状に形成された真空チャンバである処理容器、２１は天板部、２２はウエハの搬入出口、２３はゲートバルブである。処理容器２０の内部には載置部３が設けられており、ウエハＷは載置部３の支持ピン３１上に支持される。この載置部３には加熱部３２が内蔵されると共に、ウエハＷの受け渡し用の突き上げピン３３が昇降機構３３１により昇降自在に設けられている。３３２はベローズである。処理容器２０の底面の排気口２４は、圧力調整バルブ２５１、開閉バルブ２５２が介設された排気管２５により真空排気機構である真空排気ポンプ２６に接続されている。
【００２７】
天板部２１の下面側中央領域には凹部４１が設けられ、この凹部４１を塞ぎ載置部３と対向するように、ガス供給孔４２１が縦横に配列された拡散板４２が設置されている。図５中４３は、例えば周方向に等間隔に設けられた複数の扁平な円筒形状のガス拡散部、４３１はガス拡散部４３の側面に形成された複数の吐出口である。４４は天板部２１に形成された内部流路、４５はガスを分散するための分散室であり、各内部流路４４に接続されている。４６は突出構造体であり、その内部には上端側が２つに分岐されると共に下端側が分散室に開口する外部流路４７が形成されている。
【００２８】
外部流路４７の一方の分岐には、下流側からバルブＶ１、バルブＶ３、流量調整部５１１を備えたＮＨ３ガス供給路５１を介してＮＨ３ガス供給源５２が接続され、他方の分岐には、下流側からバルブＶ２、バルブＶ４、流量調整部５３１を備えたＨＦガス供給路５３を介してＨＦガス供給源５４が接続されている。ＮＨ３ガス供給路５１におけるバルブＶ１とバルブＶ３との間は、流量調整部５５１及びバルブＶ５を備えた供給路５５により、キャリアガス（希釈ガス）であるＮ２（窒素）ガスの供給源５６に接続されている。ＨＦガス供給路５３におけるバルブＶ２とバルブＶ４との間は、流量調整部５７１及びバルブＶ６を備えた供給路５７により、キャリアガスであるＡｒ（アルゴン）ガスの供給源５８に接続されている。
【００２９】
このＣＯＲ処理装置２では、ウエハＷを、例えば図示しない外部の搬送アームと突き上げピン３３との協働作用により載置部３上に載置し、加熱部３２により例えば２５℃〜１５０℃に加熱する。そして、例えばＮ２ガス及びＡｒガスを供給するが、これらＮ２ガスとＡｒガスは外部流路４７にて合流し、こうして混合されたガスは分散室４５から内部流路４４に分散し、ガス拡散部４３の吐出口４３１から凹部４１内に放射状に吐出していく。凹部４１内に広がったガスは、拡散板４２の各ガス供給孔４２１から処理容器２０内に吐出される。
【００３０】
続いて、ＮＨ３ガス及びＨＦガスを供給する。これらＮＨ３ガスとＨＦガスとは、外部流路４７にて混合されて処理ガスとなり、Ｎ２ガス及びＡｒガスと共に、凹部４１を介してガス供給孔４２１から処理容器２０内に吐出していく。こうしてＮＨ３ガス及びＨＦガスを含む処理ガスをウエハＷに供給し、ウエハＷ上の第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４と処理ガスとを反応させて、反応生成物を生成する。この反応生成物は、ウエハＷが昇華温度以上に加熱されていることから、速やかに昇華し、処理ガスと共に排気口２４を介して処理容器２０から排出して除去される。
【００３１】
このようにして、所定時間ＣＯＲ処理を行なった後、例えばＮＨ３ガス及びＨＦガスの供給を停止し、次いで、例えば所定時間経過後Ｎ２ガス及びＡｒガスの供給を停止して、ウエハＷを処理容器２０から搬出する。次いで、ウエハＷは例えば加熱モジュールに搬送されて、反応生成物の昇華温度以上の温度で加熱され、更に反応生成物の昇華が行われる。
【００３２】
続いて、第２のエッチング工程を実施するラジカル処理装置６の一実施形態について、図６を参照して説明する。図６中、６０は例えば真空チャンバである処理容器、６１は例えば石英よりなる透過窓、６２はウエハの搬入出口、６３はゲートバルブである。処理容器６０の内部にはウエハＷが載置される載置部７が設けられており、例えば載置部７には温調流路７１が形成され、後述するプラズマにより加熱されるウエハＷを例えば１０℃〜１２０℃に温度調整するように構成されている。なお、ウエハＷの受け渡し用の突き上げピンや突き上げピンの昇降機構は図示を省略する。処理容器６０の底面の排気口７２は、圧力調整バルブ７３１、開閉バルブ７３２が介設された排気管７３により真空排気機構である真空排気ポンプ７４に接続されている。
【００３３】
透過窓６１の上方側にはプラズマ発生部をなすＩＣＰアンテナ部６４が設けられている。例えばＩＣＰアンテナ部６４は導電性部材を平面的に渦巻き状に巻回して構成された渦巻きアンテナよりなり、その一端部６４１は整合回路６５を介して高周波電源部６６に接続され、その他端部６４２は接地されている。透過窓６１の下方側には導電性のイオントラップ板６７が透過窓６１と対向すると共に、透過窓６１との間にプラズマ生成室６８を形成するように設けられており、このイオントラップ板６７には複数のガス通過用の開口部６７１が形成されている。
【００３４】
例えば処理容器６０の側壁部６０１には、プラズマ生成室６８にガスを供給するガス供給管７５が設けられている。このガス供給管７５は、例えばバルブＶ１１、流量調整部７６１を介してＮＦ３ガス供給源７６に、バルブＶ１２、流量調整部７７１を介してＮＨ３ガス供給源７７に、バルブＶ１３、流量調整部７８１を介して添加ガスである例えばＡｒガスの供給源７８に夫々接続されている。
【００３５】
このラジカル処理装置６では、ウエハＷを、例えば図示しない外部の搬送アームと、突き上げピンとの協働作用により載置部７上に載置し、温調流路７１に温調流体を通流させることにより例えば１０℃〜１２０℃に温度調整する。また、処理容器６０内の圧力を例えば１３．３Ｐａ〜３９９Ｐａ（１００ｍＴｏｒｒ〜３０００ｍＴｏｒｒ）に調整し、高周波電源部６６からＩＣＰアンテナ部６４１に例えば１００Ｗ〜１２００Ｗの高周波電力を供給する。そして、ＮＦ３ガス、ＮＨ３ガス及びＡｒガスをガス供給管７５の途中にて混合してプラズマ生成室６８に供給する。ＮＦ３ガス及びＮＨ３ガスの流量は例えば夫々５０ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量は例えば５０ｓｃｃｍ〜２０００ｓｃｃｍである。
【００３６】
プラズマ生成室６８では、供給されたガスが透過窓６１の下方側に生成されるＩＣＰプラズマにより活性化され、このプラズマはイオントラップ板６７の開口部６７１を介して下方側の載置部７側へ向かうが、導電性のイオントラップ板６７を通過する際に、プラズマ中のイオン成分がトラップされて除去される。これにより処理容器６０内のウエハＷは、活性種が主としてラジカルであるプラズマによりエッチングが行われる。ウエハＷ上の第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４は主としてＦラジカルと反応して反応生成物を生成するが、この反応生成物はラジカルエネルギーにより昇華され、排気口７２を介して排出されて除去される。こうして所定時間例えば１０秒〜１８０秒ラジカル処理を行なった後、例えば高周波電源部６６からの高周波電力の供給、ＮＦ３ガス、ＮＨ３ガス及びＡｒガスの供給を停止し、ウエハＷを処理容器６０から搬出する。
【００３７】
続いて、ＣＯＲ処理装置２及びラジカル処理装置６を備えた半導体製造装置８について、図７を参照して簡単に説明する。この半導体製造装置８は、ウエハＷのロード、アンロードを行う大気搬送室８１と、大気雰囲気と真空雰囲気とを切り替えられるように構成されたロードロック室８２、８３と、真空搬送室８４と、を備えている。真空搬送室８４には、既述のＣＯＲ処理装置２及びラジカル処理装置６、加熱モジュール等の基板処理装置８５が夫々気密に接続され、大気搬送室８１及び真空搬送室８４には、それぞれ第１の搬送機構８６及び第２の搬送機構８７が設けられている。図中ＣはウエハＷが収納されたキャリア、ＧＴ、Ｇはゲートドアであり、例えばキャリアＣ内には、例えば図２（ａ）に示す表面構造を備えたウエハＷが収納されている。
【００３８】
この半導体製造装置８には、例えばコンピュータからなる制御部１００が設けられている。この制御部１００はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、プログラムには制御部１００から半導体製造装置８の各部に制御信号を送り、例えばＣＯＲ処理やラジカル処理を実行する各ステップを進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。このプログラムは、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部に格納されて制御部１００にインストールされる。
【００３９】
このような半導体製造装置８では、キャリアＣ内のウエハＷを大気搬送室８１を介して第１の搬送機構８６により大気雰囲気の例えばロードロック室８２に搬送し、次いで、ロードロック室８２を真空雰囲気に切り替える。この後、ウエハＷを第２の搬送機構８７によりＣＯＲ処理装置２に搬送し、既述のＣＯＲ処理（第１のエッチング工程）を実行する。続いて、ウエハＷを第２の搬送機構８７により例えば加熱モジュール８５に搬送し、ウエハＷを加熱してさらに反応生成物を昇華させた後、ウエハＷを第２の搬送機構８７によりラジカル処理装置６に搬送し、既述のラジカル処理（第２のエッチング工程）を実行する。こうして第１及び第２のＳｉＯ２層１３、１４がエッチングされたウエハＷを、第２の搬送機構８７により真空雰囲気の例えばロードロック室８３に搬送し、次いで、ロードロック室８３を大気雰囲気に切り替えた後、ウエハＷを第１の搬送機構８６により、例えば元のキャリアＣに戻す。
【００４０】
本発明は、互いに膜質が異なる第１のＳｉＯ２層１３と第２のＳｉＯ２層１４とが並んで形成されたウエハＷに対してエッチング処理を行うにあたり、ＣＯＲ処理とラジカル処理とでは、第１のＳｉＯ２層１３と第２のＳｉＯ２層１４のエッチング選択性が逆転することを見出すことにより成されたものである。  
このため、上述の実施形態では、第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度が第１のＳｉＯ２層１３のエッチング速度よりも大きいＣＯＲ処理（第１のエッチング工程）と、第１のＳｉＯ２層１３のエッチング速度が第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度よりも大きいラジカル処理（第２のエッチング工程）と、を行っている。これにより、第１のＳｉＯ２層１３と第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度を制御して、エッチング後の互いのＳｉＯ２層の表面高さを調整することができる。
【００４１】
従って、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程の各々の処理時間を調整することにより、第１のエッチング工程及び第２のエッチング工程が終了した時に、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４の各上面の高さが揃うように、エッチング後の互いのＳｉＯ２層の表面高さを調整することができる。これにより、第１のＳｉＯ２層１３が突壁部１２を被覆する熱酸化膜であり、第２のＳｉＯ２膜が突壁部１２同士の間に埋め込まれるＣＶＤにより成膜されたＳｉＯ２膜である場合には、その後の工程においてゲート酸化膜を積層してゲート電極を形成したときに、所定の電気的特性を確保することができる。また、突壁部１２の左右のゲート長を揃えることができるため、トランジスタの電気的特性のばらつきの発生を抑えることができる。
【００４２】
以上において、第１のエッチング工程において、処理ガスとして用いられるＮＨ３ガスの代わりに、エタノール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）の蒸気や水蒸気（Ｈ２Ｏ）などを用いてもよい。そして第１のエッチング工程は、既述のＨＦガスとＮＨ３ガスとを含む処理ガスの代わりに、窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガス、例えばフッ化アンモニウム（ＮＨ４Ｆ）ガスを用いてエッチングすることができ、この場合にもこのガスがＳｉＯ２膜と反応して（ＮＨ４）２ＳｉＦ６を生成する。また、ＨＦガスとＮＨ３ガスとを含む処理ガスと、窒素、水素、フッ素を含む化合物を含む処理ガスとの両方をウエハＷに供給して行ってもよい。  
ここで挙げた処理ガスは、ハロゲンとしてフッ素を含むガスの例であるが、フッ素の代わりに臭素（Ｂｒ）を含むガスを用いてもよい。具体的にはＨＦガスに代えてＨＢｒガスを用いる例、ＮＨ４Ｆガスに代えてＮＨ４Ｂｒガスを用いる例などを挙げることができる。
【００４３】
さらに、第１のエッチング工程は、ＣＯＲ処理装置にて、常温にて処理ガスとＳｉＯ２層とを反応させた後、ウエハＷを加熱チャンバに搬送して、反応生成物の昇華を行ってもよいし、ＣＯＲ処理装置にて、ある程度高い温度（反応生成物が昇華する温度）にて処理ガスとＳｉＯ２層とを反応させて反応生成物の生成と昇華とを行ってもよい。さらに、ＣＯＲ処理装置にて、ある程度高い温度で処理ガスとＳｉＯ２層とを反応させて反応生成物を生成して昇華させ、さらにウエハＷを加熱チャンバに搬送して加熱処理を行い、反応生成物の昇華をさらに進めるようにしてもよい。
【００４４】
さらにまた、第２のエッチング工程は、ＮＦ３ガスとＮＨ３ガスとの混合ガスの他に、ＨＦガスとＮＨ３ガスの混合ガスやＣｌＦ３ガスとＮＨ３ガスの混合ガス  を用いて行うようにしてもよい。この場合においても、活性種が主として、Ｆラジカルであるプラズマを得て、当該プラズマにより、例えば次の（５）式、（６）式に従って、ウエハＷに対してエッチングが行われる。
ＳｉＯ２＋４ＨＦ→ＳｉＦ４＋２Ｈ２Ｏ            ・・・（５）
ＳｉＦ４＋２ＮＨ３＋２ＨＦ→（ＮＨ４）２ＳｉＦ６  ・・・（６）
ＮＦ３ガスやＨＦガスと混合されるガスとしては、ＮＨ３ガスに限らずエタノールの蒸気や水蒸気などであってもよい。
また、上述の実施形態では、第１のエッチング工程の後に第２のエッチング工程を実施したが、第２のエッチング工程を先に実施し、次いで第１のエッチング工程を実施するようにしてもよい。
【００４５】
さらに、本発明では、第１のエッチング工程であるＣＯＲ処理と第２のエッチング工程であるラジカル処理とを同じ装置にて実施するようにしてもよい。例えば上述の図６に示すラジカル処理装置の載置部７に加熱機構を設けると共に、プラズマ生成室６８又はイオントラップ板６７の下方側に、例えばＨＦガスとＮＨ３ガスを供給するためのガス供給管を設ける。そして、例えば載置部７を加熱し、この載置部７に載置されたウエハＷに対してＨＦガスとＮＨ３ガスを供給して、ＳｉＯ２層と反応させて反応生成物を生成し、この反応生成物を昇華させることにより第１のエッチング工程を実施する。しかる後、第１のエッチング工程に引き続いて、既述の手法にて、第２のエッチング工程を実施するようにしてもよい。
【００４６】
［実施例］
本発明の実施の形態の効果を検証するために行った実施例について記載する。  
（実施例１）
図２（ａ）に示す表面構造のウエハに対してＣＯＲ処理（第１のエッチング工程）を実施したものを用いて、図６に示すラジカル処理装置にて、ＮＦ３ガスとＮＨ３ガスの混合ガスを用いて、ラジカル処理（第２のエッチング工程）を実施した。そのときのエッチング条件は、ウエハＷ温度：２５℃〜１５０℃、ＮＦ３ガスの流量：５０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ、ＮＨ３ガスの流量：１００ｓｃｃｍ〜１０００ｓｃｃｍ、Ａｒガスの流量：５０ｓｃｃｍ〜５００ｓｃｃｍ、処理容器内の圧力：３０Ｐａ〜２００Ｐａ、高周波電力：１００Ｗ〜１２００Ｗである。
【００４７】
このラジカル処理を所定時間行い、所定のタイミングでＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）により、ウエハＷの表面構造を観察した。ラジカル処理におけるエッチング量（エッチング深さ）と、フッティング量との関係を図８に、ＳＥＭ画像を図９に夫々示す。フッティング量とはエッチング後の形状の指標であり、マイナスになると下に凸の曲面形状、プラスになると上に凸の曲面形状になることを示している。ＳＥＭ画像は、図９（ａ）にラジカル処理を行う前の状態、図９（ｂ）はエッチング量が１０．２ｎｍ（ラジカル処理時間７秒）の状態、図９（ｃ）はエッチング量が１３．６ｎｍ（ラジカル処理時間１２秒）の状態を夫々示す。
【００４８】
この結果、エッチング量が０のとき、つまりラジカル処理を実施する前は、フッティング量がマイナス３であり、ＳＥＭ画像からもエッチング形状が下に凸の曲面状になることが認められた。この下に凸の曲面状とは、第１のＳｉＯ２層１３の表面高さが第２のＳｉＯ２層１４の表面高さよりも大きいため、突壁部１２近傍に比べて突壁部１２から離れた領域の表面高さが小さくなることに起因して形成される。従って、ＣＯＲ処理により、第１のＳｉＯ２層１３よりも第２のＳｉＯ２層１４のエッチング量が多くなることが確認された。そして、ＳＥＭ画像から、ラジカル処理を行うに連れて、エッチング形状が平坦化されながら、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４のエッチングが進行することが認められた。エッチング形状の平坦化は、第１のＳｉＯ２層１３の表面高さが第２のＳｉＯ２層１４の表面高さに近付くことを示しており、ラジカル処理により、第２のＳｉＯ２層１４よりも第１のＳｉＯ２層１３のエッチング量が多くなることが理解される。
【００４９】
エッチング量が１３．６ｎｍのときには、エッチング形状がかなり平坦になっているが、さらにラジカル処理を進めると、上に凸の曲面状のエッチング形状になることが確認された。上に凸の曲面状とは、第１のＳｉＯ２層１３のエッチングが進行し過ぎて、第１のＳｉＯ２層１３の表面高さが第２のＳｉＯ２層１４の表面高さよりも小さく、突壁部１２から離れた領域の表面高さが大きくなることを意味する。
【００５０】
以上のことから、ＣＯＲ処理とラジカル処理とを組み合わせることにより、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４のエッチング速度を制御してＳｉＯ２の表面高さを調整できることが認められた。また、ＣＯＲ処理とラジカル処理の各々の処理時間の調整により、第１のＳｉＯ２層１３及び第２のＳｉＯ２層１４の上面の高さが揃うように、互いのＳｉＯ２層の表面高さを調整できることが確認された。
【符号の説明】
【００５１】
１１            シリコン基板
１２            突壁部
１３            第１のシリコン酸化層（ＳｉＯ２層）
１４            第２のシリコン酸化層
２              ＣＯＲ処理装置
６              ラジカル処理装置
【図１】
2017152531.tif 000003
【図２】
2017152531.tif 000004
【図３】
2017152531.tif 000005
【図４】
2017152531.tif 000006
【図５】
2017152531.tif 000007
【図６】
2017152531.tif 000008
【図７】
2017152531.tif 000009
【図８】
2017152531.tif 000010
【図９】
2017152531.tif 000011