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JP3084497B2 - ＳｉＯ２膜のエッチング方法 - Google Patents

ＳｉＯ２膜のエッチング方法

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Publication number
JP3084497B2
JP3084497B2 JP04098895A JP9889592A JP3084497B2 JP 3084497 B2 JP3084497 B2 JP 3084497B2 JP 04098895 A JP04098895 A JP 04098895A JP 9889592 A JP9889592 A JP 9889592A JP 3084497 B2 JP3084497 B2 JP 3084497B2
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gas
plasma
sio2 film
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JP04098895A
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剛平 川村
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Tokyo Electron Ltd
Original Assignee
Tokyo Electron Ltd
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Publication date
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Priority to US08/036,846 priority patent/US5328558A/en
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/31—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to form insulating layers thereon, e.g. for masking or by using photolithographic techniques; After treatment of these layers; Selection of materials for these layers
    • H01L21/3105—After-treatment
    • H01L21/311—Etching the insulating layers by chemical or physical means
    • H01L21/31105—Etching inorganic layers
    • H01L21/31111—Etching inorganic layers by chemical means
    • H01L21/31116—Etching inorganic layers by chemical means by dry-etching
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスを用いてＳｉＯ2
膜をエッチングするドライエッチング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】Ｓｉ（シリコン）表面は水または酸素と
反応してＳｉＯ2 （二酸化シリコン）膜に変わる。した
がって、Ｓｉ基板の表面には自然酸化によるＳｉＯ2 膜
ができやすく、この自然酸化膜が半導体デバイス製造に
おいて望ましくない場合が多々ある。たとえば、エピタ
キシャル成長において、自然酸化膜は基板表面を汚ごす
ものであり、成長層の品質に悪影響を及ぼす。また、２
５６Ｍビット世代以降のＤＲＡＭ（Dinamic Randam Acc
ess Memory) 製造プロセスにおいて自然酸化膜がゲート
酸化膜の形成あるいは配線コンタクトの形成に悪影響を
及ぼすことも指摘されている。
【０００３】現在、自然酸化膜の最も効果的な除去法
は、緩衝フッ酸（ＢＨＦ）溶液によるウェットエッチン
グである。このウェット処理法は、選択比の高いエッチ
ングが可能であるが、高アスペクト比構造のデバイスへ
の適用においては、溝や孔内部へ溶液が浸透しにくいた
めに自然酸化膜の除去が不完全であったり、またエッチ
ング後にトレンチ内から溶液が除去しにくい等の難点が
ある。このような事情から、ドライプロセスによる自然
酸化膜除去法の要請があり、一例としてＨＦ蒸気による
エッチング法が提案されている。
【０００４】一方、半導体デバイス製造のコンタクトや
ヴィアホール形成工程においては、フィールドや層間絶
縁膜のＳｉＯ2 膜がフォトレジストで形成された微細パ
ターンマスクによりエッチングされ、下地膜のところで
エッチングが停止される必要がある。この目的のため、
現在、ＣＦ4 ＋Ｈ2 やＣＨＦ3 ＋Ｏ2 などを用いた反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）が不可欠になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したＨ
Ｆ蒸気によるドライエッチング法においては、エッチン
グ後の基板表面にウエット処理よりも高い濃度のフッ素
（Ｆ）が残留しやすく、この残留フッ素がその後のプロ
セスに悪影響を及ぼすおそれがある。
【０００６】また、ＳｉＯ2 のＲＩＥ法では、一般にＳ
ｉ−Ｏ結合は８８ｋｃａｌ／ｍｏｌとＳｉ−Ｓｉ結合の
４２ｋｃａｌ／ｍｏｌよりもはるかに大きく、この結合
を切るため、約５００ｅＶ以上の高エネルギのフロロカ
ーボンイオン衝撃が必要であり、そのためにＳｉ基板に
誘起される衝撃損傷または照射損傷が大きく、生じた損
傷層やフロロカーボン汚染層の除去に、フッ素原子を用
いたドライエッチングを行うと、Ｓｉ基板に荒れやｐｎ
接合層を突き抜けたり、本ＲＩＥ法の次世代デバイスへ
の適用が危ぶまれている。また、選択比もまだ不十分で
あるのが実情である。
【０００７】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたもので、高選択比が得られ、基板への損傷が少な
く、汚染の少ないＳｉＯ2 膜のエッチング方法を提供す
ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の一態様によるエッチング方法は、被処理
体上のＳｉＯ2 膜をエッチングする方法において、真空
容器内の載置台の上に前記被処理体を載置する工程と、
水素ガスと窒素ガスとを含む第１のガスをプラズマまた
は光で励起して前記被処理体に供給する工程と、フッ素
を含む第２のガスをプラズマまたは光で励起せずに前記
被処理体に供給する工程とを有する方法とした。 本発明
の別の態様によるエッチング方法は、被処理体上のＳｉ
Ｏ2 膜をエッチングする方法において、真空容器内の載
置台の上に前記被処理体を載置する工程と、水素ガスと
窒素ガスとを含む第１のガスをプラズマまたは光で励起
して得られる活性種にフッ素を含む第２のガスを励起せ
ずに導入して前記被処理体に供給する工程とを有する方
法とした。 上記のエッチング方法において、好ましく
は、前記第１のガスを水素ガスと窒素ガスのみで構成し
てよく、前記第２のガスをＮＦ3ガスとしてよい。ま
た、エッチング中は、前記被処理体を常温以下に冷却す
ることとしてよい。
【０００９】本発明の他の態様によるエッチング方法
は、被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングする方法にお
いて、真空容器内の載置台の上に前記被処理体を載置す
る工程と、水素および窒素を含む第１のガスをプラズマ
または光で励起して前記真空容器内の載置台の上方に設
けられた下面に多孔板を有するバッファ室に導入する工
程と、フッ素を含む第２のガスをプラズマまたは光で励
起せずに前記バッファ室に導入する工程とを有し、前記
バッファ室の多孔板より水素活性種、窒素活性種および
フッ素活性種をダウンストリームで前記被処理体に供給
する方法とした。 本発明の更に他の態様によるエッチン
グ方法は、被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングする方
法において、真空容器内の載置台の上に前記被処理体を
載置する工程と、水素を含む第１のガスをプラズマまた
は光で励起して前記真空容器内の載置台の上方に設けら
れた下面に多孔板を有するバッファ室に導入する工程
と、フッ素および窒素を含む第２のガスをプラズマまた
は光で励起せずに前記バッファ室に導入する工程とを有
し、前記バッファ室の多孔板より水素活性種、フッ素活
性種および窒素活性種をダウンストリームで前記被処理
体に供給する方法とした。
【００１０】本発明の更に他の態様によるエッチング方
法は、被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングする方法に
おいて、真空容器内の載置台の上に前記被処理体を載置
する工程と、水素および窒素を含む第１のガスをプラズ
マまたは光で励起せずに前記真空容器内の載置台の上方
に設けられた下面に多孔板を有するバッファ室に導入す
る工程と、フッ素を含む第２のガスをプラズマまたは光
で励起して前記バッファ室に導入する工程とを有し、前
記バッファ室の多孔板より水素活性種、窒素活性種およ
びフッ素活性種をダウンストリームで前記被処理体に供
給する方法とした。 本発明の更に他の態様によるエッチ
ング方法は、被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングする
方法において、真空容器内の載置台の上に前記被処理体
を載置する工程と、水素を含む第１のガスをプラズマま
たは光で励起せずに前記真空容器内の載置台の上方に設
けられた下面に多孔板を有するバッファ室に導入する工
程と、フッ素および窒素を含む第２のガスをプラズマま
たは光で励起して前記バッファ室に導入する工程とを有
し、前記バッファ室の多孔板より水素活性種、フッ素活
性種および窒素活性種をダウンストリームで前記被処理
体に供給する方法とした。
【００１１】
【作用】本発明者は、本発明に到達する過程で、次のよ
うな極めて重要な事実を見い出した。つまり、本発明者
は、水素ガスを含む第１のガスとフッ素を含む第２のガ
スとの混合ガスをプラズマで励起して得られる活性種に
よるエッチング特性と基板温度との間に相関関係がある
ことを突き止め、基板温度を常温以下に冷却することに
よって、ＳｉＯ2 膜に対するエッチング特性、特にＳｉ
Ｏ2 ／Ｓｉ選択比を大幅に向上させ得ることを見い出し
た。その後、第１のガスのみをプラズマで励起し、第２
のガスを生で導入しても、またその逆でも、エッチング
速度は若干低いものの、同様の効果を得た。また、プラ
ズマの代わりに、ＡｒＦのエキシマレーザを用いても、
同様の効果が得られたが、プラズマ法が最も効果的だっ
た。Ｓｉがエッチングされないのは、Ｓｉ上に（ＮＨ4)
2 ＳｉＦ6 なる堆積膜が形成され、それがエッチングの
保護膜となっていることが判っている。
【００１２】図３に、本発明のエッチング方法によるエ
ッチング特性例を示す。この例は、第１のガスとしてＨ
2 を、第２のガスとしてＮＦ3 をそれぞれ選択して、両
ガスＮＦ3 、Ｈ2 の混合比を１：２とし、混合ガスの全
圧を０．２Ｔｏｒｒ、プラズマ発生用のマイクロ波出力
を５０Ｗとした条件の下で、プラズマ励起によるＦ，
Ｈ，Ｎの活性種をＳi 基板にダウンストリームで供給
し、Ｓｉ基板を室温以下に冷却した場合のＳｉＯ2 とＳ
ｉのエッチング速度の温度依存性を示す。この特性例に
よれば、室温以下ではどんな温度でもＳｉはエッチング
されないが、ＳｉＯ2 の方はエッチングされ、かつ低温
になるほどエッチング速度が増大することがわかる。本
実験によれば、ＳｉＯ2 のエッチング速度は−１２０゜
Ｃで約８００Å／分に達した。
【００１３】このように、無限大のＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択
比を得ることができる。また、活性種による化学反応の
エッチングであるから、Ｓｉ基板を損傷することがな
い。さらに、カーボンを含まないエッチングガスを用い
るので、その汚染のおそれもない。なお、このエッチン
グ方法は、等方性エッチングであるから、自然酸化膜の
除去に好適なものである。
【００１４】図４に、本発明の別のエッチング方法にお
けるエッチング特性例を示す。この例は、第１のガスと
してＨ2を、第２のガスとしてＮＦ3をそれぞれ選択し、
ＮＦ3 ガスを５０ｍＴｏｒｒ一定にしたとき、プラズマ
発生用のマイクロ波（２．４５ＧＨｚ）出力を５０Ｗと
した条件の下で、プラズマ励起によるＦ，Ｈ，Ｎの活性
種をＳi 基板上にダウンストリームで供給し、Ｓｉ基板
を常温にした場合のＳｉＯ2 とＳｉの各エッチング速度
のＨ2 のＮＦ3 に対する濃度比依存性を示す。この特性
例によれば、Ｓｉのみならず、ＳｉＯ2 も濃度比１６０
で完全にエッチングが停止した。このＳｉＯ2 の自発性
エッチングの停止する理由は、Ｈの添加によってＳｉＯ
2 表面に安定層が形成され、さらにその上にＳｉ上と同
様、（ＮＨ4)2 ＳｉＦ6 と考えられる堆積膜が形成さ
れ、それが保護膜となっているためである。
【００１５】本発明者は、このように自発性エッチング
が停止した状態の下で、不活性原子たとえばアルゴン
（Ａｒ）をプラズマで励起して、その不活性プラズマま
たは低エネルギイオンをＳｉ基板に一定時間だけ照射す
ると、ＳｉはエッチングされずにＳｉＯ2 だけが選択的
にエッチングされることを見い出した。このことは、活
性種がＳｉ基板上に供給されながらも自発性エッチング
が行われないときは、活性種がＳｉＯ2 表面に吸着した
状態となり、そこへ不活性プラズマまたは低エネルギイ
オンが作用することで、活性種が励起されてＳｉＯ2 と
化学反応し、ＳｉＯ2 膜がエッチングされるものと考え
られる。また、図３に示すように、低温にすることによ
って活性種の吸着量を増やし、反応の増速を図ることが
できる。ところで、Ｓｉがエッチングされないのは、図
３の場合と同様に堆積膜の保護効果によるものと考えら
れる。
【００１６】この場合、エッチングの進む方向は不活性
プラズマまたは低エネルギイオンの入射角に依存する。
また、エッチングの際には基板上の堆積膜が側壁に付着
し、横方向のエッチングを防ぐ働きをするために、異方
性エッチングが可能となる。この第２のエッチング方法
による異方性エッチングにおいても、高い選択比が得ら
れるだけでなく、基本的には活性種による化学反応的な
エッチングであるからＳｉ基板の損傷が少なく、またエ
ッチングガスにカーボンが含まれないので、その汚染の
おそれもない。
【００１７】本発明のさらに別のエッチング方法におい
ては、第１のガスとしてＨ2を、第２のガスとしてＮＦ3
をそれぞれ選択し、たとえば、半導体基板にＲＦ（１
３．５６ＭＨｚ）電力を印加してプラズマを発生させ、
それら第１および第２のガスの混合ガスのプラズマある
いは低エネルギイオンを前記基板に照射する。なお、基
板温度は室温以下の所定の温度に維持するものとする。
この方法によれば、基板方向に対して垂直に照射される
イオンが、基板に吸着した活性種の反応を促進するのと
同時に、反応時に生成される（ＮＨ4)2 ＳｉＦ6 なる膜
が、側壁に付着し横方向の自発エッチングを防ぎ、異方
性エッチングを達成することができた。このエッチング
方法による異方性エッチングにおいても、高い選択比が
得られるだけでなく、基本的には活性種による化学反応
的なエッチングであるからＳｉ基板への損傷が少なく、
またエッチングガスにカーボンが含まれないので、その
汚染のおそれもない。
【００１８】
【実施例】以下、図１〜図５を参照して本発明の実施例
によるＳｉＯ2 膜のエッチング方法を説明する。
【００１９】図１は、本発明の一実施例によるＳｉＯ2
膜のエッチング方法を実施するためのエッチング装置の
構成を示す図である。このエッチング装置において、真
空チャンバ１０内の下部中央に円板形のサセプタ１２が
配設され、このサセプタ１２上に被処理体としてのＳｉ
基板つまり半導体ウエハ１４が載置される。サセプタ１
２内には冷却ガスを流すための通路１２ａが設けられて
おり、この通路に配管１６が接続され、冷却媒体供給装
置１８より配管１６を介して冷却ガスたとえば窒素ガス
がサセプタ１２内に供給され、この供給された冷却ガス
によってサセプタ１２が冷却されるようになっている。
【００２０】サセプタ１２の温度ひいてはウエハ１４の
温度は、冷却媒体供給装置１８より供給される冷却ガス
の流量を調整することによって制御される。この温度制
御を行うため、サセプタ１２に温度センサたとえば熱電
対２０が取付され、この熱電対２０の検出温度に応じて
温度制御部２２より流量制御信号が冷却媒体供給装置１
８に与えられ、冷却ガスの供給流量が調整されるように
なっている。また、ウエハ１４表面に均一なエッチング
が行われるよう、サセプタ１２は回転軸２４を介して駆
動モータ２６の回転駆動力で回転するようになってい
る。
【００２１】真空チャンバ１０の上部中央には下面に多
孔板２８を取付したバッファ室３０が設けられ、このバ
ッファ室３０内にたとえばステンレス製の配管３２，３
４の一端部が臨んでいる。一方の配管３２はプラズマ励
起による活性種をチャンバ１０内に導入するためのもの
で、配管３２の他端部には開閉弁３６，３８および流量
制御装置（ＭＦＣ）４０，４２を介してＮＦ3 ガス供給
源４４，Ｈ2 ガス供給源４６が接続され、配管３２の途
中にはプラズマを発生させるためのマイクロ波導波管４
８が容量結合方式で接続されている。
【００２２】他方の配管３４はプラズマ状態のＡｒまた
はプラズマ中のＡｒイオンをチャンバ１０内に導入する
ためのもので、配管３４の他端部には開閉弁５０および
流量制御装置（ＭＦＣ）５２を介してＡｒガス供給源５
４が接続される。プラズマを発生させるための２．４５
ＧＨｚの高周波電源５６は、マッチングボックス５７を
介してバッファ室３０に接続される。また、マグネット
コイル５８が真空チャンバ１０に取付される。
【００２３】真空チャンバ１０の下部にはチャンバ内を
真空排気するための排気口６０が設けられている。この
排気口６０には配管６２の一端部が接続され、配管６２
の他端部は開閉弁６４を介して真空ポンプ６６に接続さ
れている。
【００２４】かかる構成のエッチング装置においては、
自然酸化膜の等方エッチングを行うことが可能であり、
また人工的なＳｉＯ2 膜の選択エッチングまたはパター
ンエッチングを行うことも可能である。
【００２５】先ず、たとえば半導体デバイス製造の前処
理として自然酸化膜を除去する場合のエッチングについ
て説明する。この場合、Ａｒガスは使用しないので、開
閉弁５０を閉じておく。一方、ＮＦ3 ガスを第１のガス
として、Ｈ2 ガスを第２のガスとしてそれぞれ使用する
ので、開閉弁３６，３８を開け、ＭＦＣ４０，４２によ
り各ガスの供給流量を調整して、ＮＦ3 ガスとＨ2 ガス
の混合ガスをたとえばＮＦ3 ／Ｈ2 混合比１：２、全圧
０．２Ｔｏｒｒで送り込む。そして、図示しないマグネ
トロンよりマイクロ波導波管４８を介して周波数２．４
５ＧＨｚ、パワー５０Ｗのマイクロ波を供給し、配管３
２内でプラズマを発生させる。このプラズマによって生
成されたフッ素活性種Ｆ* ，水素活性種Ｈ* ，窒素活性
種Ｎ* は配管３２内を下ってバッファ室３０に入り、そ
こから多孔板２８を通って降り注ぐようにして（ダウン
ストリームで）ウエハ１４に供給される。
【００２６】サセプタ１２上のウエハ１４は、冷却装置
１８によりサセプタ１２を通じて常温以下に冷却されて
いる。活性種Ｆ* ，Ｈ* ，Ｎ* は、このように低温に冷
やされたウエハ１４上に降り、基板表面の自然酸化膜に
吸着されＳｉＯ2 と効率よく反応する。反応生成物は気
化してチャンバ１０底部の排気口６０より外へ排気され
る。
【００２７】このようにして、図３に示すようなエッチ
ング特性を得ることが可能であり、無限大のＳｉＯ2 ／
Ｓｉ選択比で自然酸化膜をエッチングすることができ
る。しかも、このエッチングは、高エネルギのプラズマ
またはイオンを基板に照射する物理的なエッチングとは
違って、活性種Ｆ* ，Ｈ* ，Ｎ* による純粋な化学的エ
ッチングであるから、ウエハ１４が損傷するおそれはな
い。また、使用するエッチングガスＮＦ6 ，Ｈ2 にカー
ボンは含まれないから、カーボン汚染するおそれもな
い。
【００２８】次に、フォトリソグラフィ工程においてＳ
ｉＯ2 膜の選択エッチングつまりパターンエッチングを
行う場合について説明する。この場合でも、上述した自
然酸化膜の除去（等方性エッチング）と同様に、ＮＦ3
ガスおよびＨ2 ガスをそれぞれ第１および第２のガスと
して使用し、その混合ガスをプラズマで励起して活性種
Ｆ* ，Ｈ* ，Ｎ* を生成し、それらの活性種をダウンス
トリームでサセプタ１４上のウエハ１２に供給する。た
だし、ＮＦ3 ガスとＨ2 ガスの混合比を１：１６０に選
ぶ。また、ウエハ１４を約−１００゜Ｃまで冷却する。
かかる条件下においては、上流側のプラズマからダウン
ストリームしてきた活性種Ｆ* ，Ｈ* ，Ｎ* はウエハ１
４表面に吸着されるが、ＳｉＯ2 とは反応しない。つま
り、自発性エッチングは行われない。
【００２９】このようにして自発性エッチングを停止ま
たは凍結させた状態の下で、開閉弁５０を開けてＡｒガ
ス源５４からのＡｒガスを配管３４に送り込み、配管途
中で高周波電源５６およびマグネットコイル５８により
Ａｒの不活性プラズマを生成せしめ、その不活性プラズ
マないしＡｒイオンをバッファ室３０を介して多孔板２
８よりウエハ１４に一定時間たとえば１０秒だけ照射す
る。この場合、Ａｒイオンのエネルギをたとえば２０ｅ
ｖ程度に抑える。
【００３０】このように、ウエハ１４上に吸着している
活性種Ｆ* ，Ｈ* ，Ｎ* に上方からＡｒの不活性プラズ
マまたは低エネルギイオンを照射することで、それらの
活性種が励起されてＳｉＯ2 と反応し、エッチングす
る。一方、これらの活性種は、照射時間が約１０秒以内
であればＳｉとは反応せず、エッチングしない。このよ
うに、ＳｉはエッチングされずにＳｉＯ2 だけがエッチ
ングされるので、無限大のＳｉＯ2 ／Ｓｉ選択比が得ら
れる。
【００３１】このエッチングの進む方向は不活性プラズ
マまたは低エネルギイオンの照射角によって決まる。し
たがって、照射角を９０゜つまり垂直方向に照射するこ
とで異方性エッチングが可能となる。また、このエッチ
ングは基本的には活性種による化学反応であるから、Ｓ
ｉ基板（ウエハ）１４の損傷が少ない。また、エッチン
グガスＮＦ3 ，Ｈ2 ，Ａｒにカーボンは含まれないの
で、汚染がない。
【００３２】なお、上記のように不活性プラズマまたは
低エネルギイオンの照射を一定周期で繰り返すことによ
って、いわゆるディジタルエッチングも可能である。
【００３３】図２に、ディジタルエッチングを行う場合
の１周期内のタイミング例を示す。この例では、マイク
ロ波導入管４８に、所定時間Ｔa （たとえば１秒）だけ
マイクロ波を与えて活性種をダウンストリームさせてか
ら、いったんチャンバ１０内を排気したうえで、所定時
間（たとえば５秒）だけ高周波電源５６を印加し、その
直後に再び排気する。この１サイクルのエッチングよっ
て、ＳｉＯ2 膜をたとえば４〜１０Åだけエッチングす
ることができる。したがって、このエッチングサイクル
を任意の回数繰り返すことで、ＳｉＯ2 膜を任意の深さ
にエッチングすることができる。
【００３４】図５に異方性エッチングの別の例を示す。
ＮＦ3 ガスおよびＨ2 ガスをそれぞれ第１および第２の
ガスとして使用し、その混合ガスを、ＲＦ（１３．５６
ＭＨｚ）電力を印加してプラズマを発生させ、それら混
合ガスをサセプタ１１２上のウエハ１１４に照射する。
ただし、ＮＦ3 ガスとＨ2 ガスの混合比を１：１６０に
選ぶ。また、ウエハ１１４を約−１００゜Ｃまで冷却す
る。この混合ガス比ではＳｉＯ2 とは反応せず、つまり
自発エッチングは行われない。
【００３５】このプロセスを以下に示す。流量制御装置
１４０，１４２を開けてＮＦ3 供給源１４４およびＨ2
供給源１４６から、ＮＦ3 ガスおよびＨ2 ガスを所定の
流量で、配管１３４からバッファ室１３０を介して多孔
板１２８よりウエハ１１４に供給する。流量比はＨ2 ／
ＮＦ3 ＝１６０：１以上とし、自発エッチングを停止ま
たは凍結させた状態にする。この時、ウエハ１１４を載
置したサセプタ１１２に接続されているＲＦ電源１５６
よりＲＦ電力をマッチングボックス１５７を介して印加
し、これら混合ガスのプラズマを生成せしめ、これらの
プラズマあるいはイオンをウエハ１１４に照射する。
【００３６】このように、ウエハ１１４に吸着されてい
る、プラズマで生成された活性種は低エネルギのイオン
照射で励起されてＳｉＯ2 と反応しエッチングする。こ
のエッチングの進行の際、エッチングの進行方向はイオ
ンの照射角によって決まるが側壁にはこれらエッチング
の反応生成物が付着し、イオンの照射を受けにくい。し
たがって、照射角を９０゜つまり垂直方向に照射するこ
とによって異方性エッチングが可能となる。また、基本
的には活性種による化学反応的なエッチングであるから
Ｓｉ基板（ウエハ）１１４への損傷が少なく、またエッ
チングガスにカーボンが含まれないので、その汚染のお
それもない。
【００３７】なお、プラズマ生成方法は本方法のような
ＲＦ放電に限られたものではない。また、上述した実施
例では第１および第２のガスとしてそれぞれＨ2，ＮＦ3
を使用したが、本発明におけるガスの種類はこれらに
限定されるものではなく、たとえば第２のガスとしては
Ｆ2 ガスやＳＦ6 ガス等も可能である。また、第１のガ
スとしてＨ2ガスにＮ2 ガスを組み合わせたものも可能
である。また、Ａｒガスの代わりに、Ｋｒガス、Ｎｅガ
ス、Ｘｅガス等の他の不活性ガスを使用してもよい。ま
た、プラズマの生成法としては、平行平板型，ＲＦ型，
ＥＣＲ型等いずれの型式でも可能である。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるＳ
ｉＯ2膜のエッチング方法によれば、原料ガスとして水
素ガスと窒素ガスとを含む第１のガスとフッ素を含む第
２のガスを使用し、第１のガスはプラズマまたは光で励
起して、第２のガスは励起しないでそれぞれ被処理体に
供給することにより、高選択比で基板への損傷や汚染の
無い等方性エッチングを行うことができる。また、本発
明におけるＳｉＯ2膜のエッチング方法によれば、原料
ガスとして水素および窒素を含む（または水素を含む）
第１のガスとフッ素（またはフッ素および窒素を含む）
を含む第２のガスを使用し、それら第１および第２のガ
スの一方をプラズマまたは光で励起するとともに他方を
生のまま（プラズマまたは光で励起せずに）共通のバッ
ファ室に導入し、該バッファ室の多孔板より水素活性
種、フッ素活性種および水素活性種をダウンストリーム
で被処理体に供給することにより、高選択比で基板への
損傷や汚染の無いエッチングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるＳｉＯ2 膜のエッチン
グ方法を実施するためのエッチング装置の構成を示す図
である。
【図２】実施例においてディジタルエッチングを行う場
合の１周期内のタイミング例を示す図である。
【図３】本発明の第１のエッチング方法によるエッチン
グ特性を示す図である。
【図４】本発明の第２のエッチング方法におけるエッチ
ング特性を示す図である。
【図５】本発明の別の実施例によるＳｉＯ2 膜のエッチ
ング方法を実施するためのエッチング装置の構成を示す
図である。
【符号の説明】
１０ 真空チャンバ １２ サセプタ １４ 半導体ウエハ １８ 冷却媒体供給装置 ４４ ＮＦ3 ガス供給源 ４６ Ｈ2 ガス供給源 ４８ マイクロ波導波管 ５４ Ａｒガス供給源 ５６ 高周波電源 １１０ 真空チャンバ １１２ サセプタ １１４ 半導体ウエハ １１８ 冷却媒体供給装置 １４４ ＮＦ3 ガス供給源 １４６ Ｈ2 ガス供給源 １５６ 高周波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−36825（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−256235（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−276719（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−262334（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−86521（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−99533（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−226917（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/3065

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングす
    る方法において、 真空容器内の載置台の上に前記被処理体を載置する工程
    と、水素ガスと窒素ガスと を含む第１のガスをプラズマまた
    は光で励起して前記被処理体に供給する工程と、 フッ素を含む第２のガスをプラズマまたは光で励起せず
    に前記被処理体に供給する工程とを有することを特徴と
    するＳｉＯ2 膜のエッチング方法。
  2. 【請求項２】 被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングす
    る方法において、 真空容器内の載置台の上に前記被処理体を載置する工程
    と、水素ガスと窒素ガスと を含む第１のガスをプラズマまた
    は光で励起して得られる活性種にフッ素を含む第２のガ
    スを励起せずに導入して前記被処理体に供給する工程と
    を有することを特徴とするＳｉＯ2 膜のエッチング方
    法。
  3. 【請求項３】 前記第１のガスが水素ガスと窒素ガスの
    みで構成されることを特徴とする請求項１または２に記
    載のＳｉＯ2 膜のエッチング方法。
  4. 【請求項４】 前記第２のガスがＮＦ3ガスであること
    を特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＳｉＯ2
    膜のエッチング方法。
  5. 【請求項５】 前記被処理体を常温以下に冷却しながら
    エッチングを行うことを特徴とする請求項１〜４のいず
    れかに記載のＳｉＯ2 膜のエッチング方法。
  6. 【請求項６】 被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングす
    る方法において、 真空容器内の載置台の上に前記被処理体を載置する工程
    と、 水素および窒素を含む第１のガスをプラズマまたは光で
    励起して前記真空容器内の載置台の上方に設けられた下
    面に多孔板を有するバッファ室に導入する工程と、 フッ素を含む第２のガスをプラズマまたは光で励起せず
    に前記バッファ室に導入する工程と を有し、前記バッフ
    ァ室の多孔板より水素活性種、窒素活性種およびフッ素
    活性種をダウンストリームで前記被処理体に供給するこ
    とを特徴とするＳｉＯ2 膜 のエッチング方法。
  7. 【請求項７】 被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングす
    る方法において、 真空容器内の載置台の上に前記被処理体を載置する工程
    と、 水素を含む第１のガスをプラズマまたは光で励起して前
    記真空容器内の載置台の上方に設けられた下面に多孔板
    を有するバッファ室に導入する工程と、 フッ素および窒素を含む第２のガスをプラズマまたは光
    で励起せずに前記バッファ室に導入する工程と を有し、
    前記バッファ室の多孔板より水素活性種、フッ素活性種
    および窒素活性種をダウンストリームで前記被処理体に
    供給することを特徴とするＳｉＯ2 膜のエッチング方
    法。
  8. 【請求項８】 被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングす
    る方法において、 真空容器内の載置台の上に前記被処理体を載置する工程
    と、 水素および窒素を含む第１のガスをプラズマまたは光で
    励起せずに前記真空容器内の載置台の上方に設けられた
    下面に多孔板を有するバッファ室に導入する工程と、 フッ素を含む第２のガスをプラズマまたは光で励起して
    前記バッファ室に導入する工程と を有し、前記バッファ
    室の多孔板より水素活性種、窒素活性種およびフッ素活
    性種をダウンストリームで前記被処理体に供給すること
    を特徴とするＳｉＯ2 膜のエッチング方法。
  9. 【請求項９】 被処理体上のＳｉＯ2 膜をエッチングす
    る方法において、 真空容器内の載置台の上に前記被処理体を載置する工程
    と、 水素を含む第１のガスをプラズマまたは光で励起せずに
    前記真空容器内の載置台の上方に設けられた下面に多孔
    板を有するバッファ室に導入する工程と、 フッ素および窒素を含む第２のガスをプラズマまたは光
    で励起して前記バッファ室に導入する工程と を有し、前
    記バッファ室の多孔板より水素活性種、フッ素活性種お
    よび窒素活性種をダウンストリームで前記被処理体に供
    給することを特徴とするＳｉＯ2 膜のエッチング方法。
  10. 【請求項１０】 前記載置台上で前記被処理体を常温以
    下に冷却することを特徴とする請求項６〜９のいずれか
    に記載のＳｉＯ2 膜のエッチング方法。
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