JP6210039B2 - 付着物の除去方法及びドライエッチング方法 - Google Patents
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Description
反応式 :IF7+nH2O → IxOyFz+HF
Si+2IF7→SiF4+2IF5
エッチングの際に、副生成物や、エッチングガスの分解により、五フッ化ヨウ素(IF5)等のヨウ素化合物がチャンバー内部、及び排気配管の壁面に付着したり、基板の表面に堆積したりする場合があった。
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
本発明の第1の実施形態は、チャンバーを構成する部材または前記チャンバーに接続された配管の表面に付着している、ヨウ素酸化物を含む付着物を、フッ素含有ガスを含むクリーニングガスを用いて除去する付着物の除去方法である。
また、本発明の第2の実施形態は、基板表面をエッチングする工程と付着物を除去する工程を含むドライエッチング方法である。
第2の実施形態に係るドライエッチング方法は、チャンバー内にヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給して基板表面をエッチングするエッチング工程と、前記基板表面をエッチングした後、前記チャンバーの内部に付着したヨウ素酸化物を含む付着物を、少なくともフッ素含有ガスを含むクリーニングガスを用いて除去する付着物除去工程と、を含むことを特徴とする。
エッチング工程では、チャンバー内にヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給して基板表面をエッチングする。ヨウ素含有ガスとしては、シリコンを選択的にエッチングできることから、特に七フッ化ヨウ素を用いることが好ましい。エッチング工程において、七フッ化ヨウ素への添加ガスは必須の要件ではなく七フッ化ヨウ素は単独でも使用できるが、エッチング工程の効果を損じない範疇において、適宜必要に応じて他の添加ガスを加えてもよい。通常、七フッ化ヨウ素はエッチングガス中において、少なくとも50体積%以上、好ましくは80体積%以上含まれる。特に、高い面内均一性とエッチング速度を両立するためには、実質的に七フッ化ヨウ素が100体積%、すなわち、実質的に七フッ化ヨウ素以外の成分を含まないようにするのがより好ましい。
以下、実施例1によって本発明の主に第1の実施形態と第2の実施形態を詳細に説明するが、本発明は係る実施例1に限定されるものではない。
IxOyFz(xは1または2の整数を表し、yは1〜5の整数を表し、zは0または1の整数を表す。)の中で最も安定である、I2O5の反応性調査を実施した。
図2で示すような示差熱・熱重量測定装置内に、試験サンプル22としてI2O5を、参照サンプル23としてAl2O3をそれぞれ秤量してサンプルステージに設置した。以下の条件でガスを流しながらステージ温度を上げ、ステージ温度に対するサンプル温度、重量変化量を測定した。図3〜図5に、I2O5の反応性調査での異なる反応性ガス流通下の重量変化の温度依存性を示し、それぞれの反応性ガス流通下の反応開始温度を表1に示す。
ガス流量:20sccm(standard cubic centimeter per minutes)
ステージ温度:室温→300℃(昇温速度:3℃/min.)
プロセス圧力:760torr(=101kPa)
その結果、以下の表1のように、I2O5はClF3との反応性が最も高く、O2とは300℃でも反応しないことを確認した。
付着物除去工程による効果を確認するため、付着物除去工程とエッチング工程を繰り返す実施例1と、付着物除去工程を行わずにエッチング工程を繰り返した比較例1を行った。図1は、実施例1に使用したエッチング装置1の概略図を示す。尚、実施例1と比較例1の違いは、エッチング工程に付着物除去工程を付加した制御プログラム(以後、第1制御プログラムと称する場合がある)を実行する装置コントローラ17を有する点である。尚、この制御手段としての装置コントローラは、この第1制御プログラムを実行することにより、後述する図6に示すエッチング工程及び付着物除去工程を示すフローを実現する。
本発明の第3の実施形態は、ヨウ素含有ガスによりシリコンを除去するエッチング処理とエッチング処理で生じるヨウ素化合物を除去する後処理と、を含むドライエッチング技術である。
本発明の第3の実施形態は、基板上の膜をヨウ素含有ガスにより除去するエッチング工程と、前記エッチング工程で生成されるヨウ素化合物を除去する後処理工程を有し、後処理工程では、基板の表面にヨウ素(I)を含まないフッ素含有ガスを含む後処理用ガスを接触させて、前記基板の表面に堆積したヨウ素化合物を除去するドライエッチング方法である。特に、ヨウ素含有ガスとして、七フッ化ヨウ素(IF7)が好ましく、また、フッ素含有ガスとして、三フッ化塩素(ClF3)、フッ素(F2)が好ましい。更に、後処理工程において、エッチング工程時よりも基板温度を上昇させるのが好ましい。これは、副生成物として基板上に堆積した五フッ化ヨウ素(IF5)等のヨウ素化合物を効率よく除去できるためである。
第3の実施形態にかかる基板処理工程は、基板を処理室内に搬入する工程と、処理室内の圧力を所定の圧力に調整する工程と、ヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給して、基板上のシリコン膜を除去するエッチング工程と、前記ヨウ素を含まないフッ素含有ガスを供給して、前記基板の表面に付着したヨウ素化合物を除去する後処理工程と、基板を処理室内から搬出する工程と、を有する。また、後処理工程の後に、基板の温度をヨウ素化合物の昇華温度以上に加熱することにより、前記ヨウ素化合物をより効果的に除去する加熱工程を行うことができる。
Si+2IF7→SiF4+2IF5
エッチング工程後、ヨウ素含有ガスを含むエッチングガス(ここでは、IF7)の供給が、停止される。この際、基板の表面には、五フッ化ヨウ素(IF5)等のヨウ素化合物が堆積される。従い、本実施形態においては、後処理工程を実施し、三フッ化塩素(ClF3)等のフッ素含有ガスを供給することでヨウ素化合物を効率よく除去している。
図9及び図10を用いて、第3の実施形態において使用されるエッチング装置100の概略について説明する。
図9は、半導体装置の製造方法を実施するための枚葉式基板処理装置(以下単に、基板処理装置という)における基板処理容器の概略縦断面図であり、基板処理時の状態を示す。図10は、同じく基板処理容器の概略縦断面図であり、基板搬送時の状態を示す。図10では、サセプタが、下降して搬送工程を行うことが可能な搬送位置にある。
蓋体132には、シャワーヘッド105と、処理ガス供給ライン106a、106bと、不活性ガス供給ライン112とが設けられる。シャワーヘッド105は、処理室50内の基板101と対向して設けられ、処理ガス供給ライン106a、106bからの処理ガスを、処理室50内に供給する。このシャワーヘッド105は、蓋体132の内面上部に設けられ、多数のガス孔を有してガスをシャワー状に分散させるガス分散板(図示省略)と、複数のガスを混合する混合室(図示省略)とを含むように構成される。例えば、処理ガス供給ライン106a、106bから処理ガスを供給する場合は、上記混合室にて不活性ガス等の希釈ガスが混合される。
コントローラ500は、上述の搬入工程、処理工程、搬出工程を行うように、上述の各部を制御する。
図11に示すように、制御部(制御手段)であるコントローラ500は、CPU(Central Processing Unit)500a、RAM(Random Access Memory)500b、記憶装置500c、I/Oポート500dを備えたコンピュータとして構成されている。RAM500b、記憶装置500c、I/Oポート500dは、内部バス500eを介して、CPU500aとデータ交換可能なように構成されている。コントローラ500には、例えばタッチパネル等として構成された入出力装置501が接続されている。
続いて、図8を用いて、本実施形態にかかる半導体製造工程の一工程として実施される基板処理工程(エッチング処理工程)について説明する。かかる工程は、上述の基板処理装置により実施される。なお、以下の説明において、基板処理装置を構成する各部の動作は、コントローラ500により制御される。
まず、シリコンを主成分とする膜を少なくとも有する基板101が、基板搬送室140から搬送機構Tによって、搬送口108を介して、処理室50内に搬送された後、支持ピン104上に支持される。
次に、サセプタ102或いはサセプタ102及び基板支持ピン上下機構111を上昇させ、基板処理位置Bへ移動させ、サセプタ102上に基板101が載置されるようにする。サセプタ102に具備されたヒータHは、予め所定の温度に加熱されており、基板101を所定の基板温度になる様に加熱する。必要に応じて、過剰な熱(反応熱)を排熱するための冷却機構を併用するのが好ましい。
除去工程(エッチング工程)S20の終了後、不活性ガス供給管120から、シャワーヘッド105を介して、基板101上に不活性ガスである例えば窒素ガスが供給される。このとき、供給される窒素ガスは、加熱部123により加熱された状態、例えば90℃以上に加熱されて供給されるのが好ましい。不活性ガスをエッチング工程で発生した副生成物の昇華温度よりも高い温度に加熱することができれば、エッチングの際に発生する副生成物の除去効率を向上させることが可能となる。
パージ工程S30の終了後、不活性ガスの供給を停止するとともに、処理容器130内の雰囲気を、排気口107から排出する。また、支持ピン104を上昇させ、基板101をサセプタ102から離して搬送可能な温度まで冷却する。
基板101が搬送可能な温度まで冷却され、処理室50から搬出する準備が整った後、上述の基板搬入工程S10の逆の手順で搬出する。
従来から、更なる高集積化を図る為にパターンの微細化が進められているが、微細化が進むにつれて、微細化したパターン固有の問題が生じている。その一例として、ウェットエッチング時の液体の表面張力によるパターン倒れが挙げられる。例えば、シリコン(Si)の除去工程では、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液(TMAH)等によるエッチング後に純水洗浄し、純水より表面張力の小さいイソプロピルアルコール(IPA)で置換しながら乾燥を行うことで洗浄液の表面張力によるパターンの倒壊を防止していた。しかしながら、パターンの微細化に伴い、この方法を用いてもパターンの倒壊を防ぎきれなくなっている。この問題を解決する手段として、本発明におけるエッチングガスによってシリコンの除去を行うドライエッチングによれば、今後のパターンの微細化にも適用できる。
以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
本発明の一態様によれば、
チャンバーを構成する部材または前記チャンバーに接続された配管の表面に付着している、ヨウ素酸化物を含む付着物を、フッ素含有ガスを含むクリーニングガスを用いて除去する付着物の除去方法が提供される。
付記1に記載の付着物の除去方法であって、
前記クリーニングガスを、20〜300℃の温度領域かつ66Pa〜101kPaの圧力領域で前記付着物と接触させる付着物の除去方法が提供される。
付記2に記載の付着物の除去方法であって、
前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスがClF3であり、前記温度領域が25〜200℃である付着物の除去方法が提供される。
付記2に記載の付着物の除去方法であって、
前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスがF2であり、前記温度領域が120〜200℃である付着物の除去方法が提供される。
付記2に記載の付着物の除去方法であって、
前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスがIF7であり、前記温度領域が230〜300℃である付着物の除去方法が提供される。
付記1乃至付記5のいずれか一つに記載の付着物の除去方法であって、
前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスは、HF、F2、XFn(XはCl、Br、Iのいずれかを表し、nは1〜7の整数を表す。)からなる群より選ばれる少なくとも一つのフッ素(F)を含むフッ素含有ガスである付着物の除去方法が提供される。
付記1乃至付記6のいずれか一つに記載の付着物の除去方法であって、
前記付着物中に含まれる前記ヨウ素酸化物は、化学式:[IxOyFz(xは1または2の整数を表し、yは1〜5の整数を表し、zは0または1の整数を表す。)]で表されるヨウ素酸化物である付着物の除去方法が提供される。
付記1または付記2または付記7に記載の付着物の除去方法であって、
前記ヨウ素酸化物が、I2O5である付着物の除去方法が提供される。
本発明の別の態様によれば、
チャンバー内にヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給して基板表面をエッチングする工程と、
前記基板表面をエッチングした後、前記チャンバーを構成する部材または前記チャンバーに接続された配管の表面に付着したヨウ素酸化物を含む付着物を、少なくともフッ素含有ガスを含むクリーニングガスを用いて除去する工程と、を含むドライエッチング方法が提供される。
付記9に記載のドライエッチング方法であって、
前記クリーニングガスを、20〜300℃の温度領域かつ66Pa〜101kPaの圧力領域で前記付着物と接触させるドライエッチング方法が提供される。
付記9または付記10に記載のドライエッチング方法であって、
前記クリーニングガスに含まれる前記フッ素含有ガスは、HF、F2、XFn(XはCl、Br、Iのいずれかを表し、nは1〜7の整数を表す。)からなる群より選ばれる少なくとも一つのフッ素(F)を含むフッ素含有ガスであるドライエッチング方法が提供される。
付記11に記載のドライエッチング方法であって、
前記クリーニングガスに含まれる前記フッ素含有ガスは、ClF3であるドライエッチング方法が提供される。
付記9に記載のドライエッチング方法であって、
前記付着物中に含まれる前記ヨウ素酸化物は、化学式:[IxOyFz(xは1または2の整数を表し、yは1〜5の整数を表し、zは0または1の整数を表す。)]で表されるヨウ素酸化物であるドライエッチング方法が提供される。
付記9または付記10に記載のドライエッチング方法であって、
前記フッ素含有ガスが、フッ素(F2)、三フッ化塩素(ClF3)、七フッ化ヨウ素(IF7)から選択される一つであるドライエッチング方法が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、
チャンバーを構成する部材または前記チャンバーに接続された配管の表面に付着している、ヨウ素化合物を含む付着物を、ヨウ素を含まないフッ素含有ガスを含むクリーニングガスを用いて除去する付着物の除去方法が提供される。
付記15に記載の付着物の除去方法であって、
前記クリーニングガスに含まれる前記フッ素含有ガスが、フッ素(F2)、三フッ化塩素(ClF3)である付着物の除去方法が提供される。
付記15に記載の付着物の除去方法であって、
前記付着物に含まれるヨウ素化合物が五フッ化ヨウ素(IF5)である付着物の除去方法が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、
基板上の膜をヨウ素含有ガスを含むエッチングガスにより除去するエッチング工程と、前記エッチング工程で生成されるヨウ素化合物を除去する後処理工程と、を有し、前記後処理工程では、前記基板の表面にヨウ素を含まないフッ素含有ガスを含む後処理用ガスを供給し、前記ヨウ素化合物を除去するドライエッチング方法が提供される。
付記18に記載のドライエッチング方法であって、
前記後処理工程の後に、前記基板を加熱することにより、前記基板表面に堆積したヨウ素化合物を除去する加熱工程をさらに有することを特徴とするドライエッチング方法が提供される。
付記18に記載のドライエッチング方法であって、
前記後処理用ガスに含まれる前記フッ素含有ガスが、フッ素(F2)、三フッ化塩素(ClF3)、七フッ化ヨウ素(IF7)であるドライエッチング方法が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、少なくともシリコンを主成分とするシリコン含有膜が形成された基板を収容するチャンバーと、
前記チャンバー内にヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、
前記チャンバー内にフッ素含有ガスを含むクリーニングガスを供給するクリーニングガス供給部と、
少なくとも前記エッチングガス供給部と前記クリーニングガス供給部とを制御し、前記第1エッチングガスを供給し、前記基板をエッチングした後、前記チャンバーの内部に付着したヨウ素酸化物を含む付着物を前記クリーニングガスを用いて除去する装置コントローラと、を有する基板処理装置が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、少なくともシリコンを主成分とするシリコン含有膜が形成された基板を収容するチャンバーと、
前記基板にヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給するエッチングガス供給部と、
前記基板にフッ素含有ガスを含む後処理用ガスを供給する後処理用ガス供給部と、
少なくとも前記エッチングガス供給部と前記後処理用ガス供給部とを制御し、前記第1エッチングガスを前記チャンバー内へ供給し、前記基板を前記第1エッチングガスに晒して、前記シリコン含有膜を除去し、その後、前記後処理用ガスを前記チャンバー内供給し、前記基板に堆積したヨウ素化合物を除去するよう制御する制御部と、を有する基板処理装置が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、
基板をチャンバー内に搬入する工程と、
チャンバー内の圧力を所定の圧力に調整する工程と、
ヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給して、基板上のシリコン膜を除去するエッチング工程と、
前記エッチングガスとは異なるフッ素含有ガスを供給して、前記基板の表面に付着したヨウ素化合物を除去する後処理工程と、
基板をチャンバー内から搬出する工程と、を有する半導体装置の製造方法が提供される。
付記23の半導体装置の製造方法において、
前記後処理工程では、基板の温度をヨウ素化合物の昇華温度以上にする半導体装置の製造方法が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、
ヨウ素含有ガスを含む第1エッチングガス(エッチングガス)を供給し、基板をエッチングする手順と、
チャンバー内部、及び排気配管に付着したヨウ素酸化物を含む付着物を少なくともフッ素含有ガスを含む第2エッチングガス(クリーニングガス)を用いて除去する手順と、をコンピュータに実行させるプログラム及びプログラムがコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
本発明の更に別の態様によれば、
ヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給して、基板上のシリコン膜を除去する手順と、
前記エッチングガスとは異なるフッ素含有ガスを供給して、前記基板の表面に付着したヨウ素化合物を除去する手順と、をコンピュータに実行させるプログラム及びプログラムがコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
好ましくは、付記26記載のプログラム及びプログラムがコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記基板の温度を上昇させて、前記ヨウ素化合物の昇華温度以上にする手順と、を有するプログラム及びプログラムがコンピュータ読み取り可能な記録媒体が提供される。
2・・・チャンバー
3・・・試料
4・・・ステージ
5・・・圧力計
6・・・エッチングガス供給系
7・・・バルブ
8・・・クリーニングガス供給系
9・・・バルブ
10・・・不活性ガス供給系
11・・・バルブ
12・・・排気配管
13・・・バルブ
14・・・圧力コントローラ
15・・・真空ポンプ
16・・・温度コントローラ(温度調整器)
17・・・装置コントローラ
21・・・示差熱・熱重量測定装置
22・・・試験サンプル
23・・・参照サンプル
24・・・熱電対
25・・・天秤部
26・・・ガス導入口
27・・・排気口
28・・・ヒータ
50・・・処理室
100・・・エッチング装置
101・・・基板
102・・・サセプタ
130・・・チャンバー(処理容器)
142・・・排気配管
500・・・コントローラ
Claims (13)
- チャンバーを構成する部材または前記チャンバーに接続された配管の表面に付着している、ヨウ素酸化物を含む付着物を、フッ素含有ガスを含むクリーニングガスを用いて除去する付着物の除去方法。
- 前記クリーニングガスを、20〜300℃の温度領域かつ66Pa〜101kPaの圧力領域で前記付着物と接触させることを特徴とする請求項1に記載の付着物の除去方法。
- 前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスがClF3であり、前記温度領域が25〜200℃であることを特徴とする請求項2に記載の付着物の除去方法。
- 前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスがF2であり、前記温度領域が120〜200℃であることを特徴とする請求項2に記載の付着物の除去方法。
- 前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスがIF7であり、前記温度領域が230〜300℃であることを特徴とする請求項2に記載の付着物の除去方法。
- 前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスは、HF、F2、XFn(XはCl、Br、Iのいずれかを表し、nは1〜7の整数を表す。)からなる群より選ばれる少なくとも一つのフッ素(F)を含むフッ素含有ガスであることを特徴とする請求項1に記載の付着物の除去方法。
- 前記付着物中に含まれる前記ヨウ素酸化物は、化学式:[IxOyFz(xは1または2の整数を表し、yは1〜5の整数を表し、zは0または1の整数を表す。)]で表されることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の付着物の除去方法。
- 前記ヨウ素酸化物が、I2O5であることを特徴とする、請求項7に記載の付着物の除去方法。
- チャンバー内にヨウ素含有ガスを含むエッチングガスを供給して基板表面をエッチングする工程と、
前記基板表面をエッチングした後、前記チャンバーを構成する部材または前記チャンバーに接続された配管の表面に付着したヨウ素酸化物を含む付着物を、フッ素含有ガスを含むクリーニングガスを用いて除去する工程と、を含むドライエッチング方法。 - 前記クリーニングガスを、20〜300℃の温度領域かつ66Pa〜101kPaの圧力領域で前記付着物と接触させることを特徴とする請求項9に記載のドライエッチング方法。
- 前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスは、HF、F2、XFn(XはCl、Br、Iのいずれかを表し、nは1〜7の整数を表す。)からなる群より選ばれる少なくとも一つのフッ素(F)を含むフッ素含有ガスであることを特徴とする請求項9または請求項10に記載のドライエッチング方法。
- 前記クリーニングガスに含まれるフッ素含有ガスは、ClF3である請求項11に記載のドライエッチング方法。
- 前記付着物中に含まれる前記ヨウ素酸化物は、化学式:[IxOyFz(xは1または2の整数を表し、yは1〜5の整数を表し、zは0または1の整数を表す。)]で表され
ることを特徴とする請求項9に記載のドライエッチング方法。
Priority Applications (5)
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