WO2014119474A1 - シリコンのドライエッチング方法 - Google Patents

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silicon
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亜紀応 菊池
勇 毛利
仁紀 渉
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セントラル硝子株式会社
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    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • 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
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065—Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • the present invention relates to a silicon dry etching method using iodine heptafluoride.
  • Silicon compounds are important and indispensable materials in the semiconductor field.
  • silicon oxide film as a gate insulating film of a semiconductor element
  • amorphous silicon film and silicon nitride film as a thin film transistor
  • polysilicon material used for a three-dimensional structure element such as MEMS
  • a low power consumption transistor It is used in a wide range of fields such as silicon carbide (SiC).
  • SiC silicon carbide
  • semiconductor elements typified by transistors included in DRAMs and flash memories have been highly integrated year by year, and silicon semiconductor devices have attracted attention.
  • a silicon compound such as silicon is processed into a predetermined shape or removed in a predetermined process such as a final process.
  • dry etching has been widely used for processing and removing such silicon compounds. Note that in dry etching of silicon compounds, miniaturization and high accuracy of etching are required, and since the size of a wafer is advanced during etching and the pattern to be formed is miniaturized, in-plane uniformity and The etching selectivity is regarded as an important factor, and in order to obtain high productivity, an improvement in etching rate is required.
  • etching gases fluorine-based compounds such as SF 6 (sulfur hexafluoride) and C 4 F 8 (perfluorocyclobutane) are generally used, but these etching gases have a global warming coefficient of several thousand. From tens of thousands to very large, it is becoming a problem as a cause of global warming. In addition, since the global warming potential is relatively low and the reactivity with silicon is high, it is known that it is effective to use a fluorine-based interhalogen compound as an etching agent for etching silicon.
  • fluorine-based compounds such as SF 6 (sulfur hexafluoride) and C 4 F 8 (perfluorocyclobutane) are generally used, but these etching gases have a global warming coefficient of several thousand. From tens of thousands to very large, it is becoming a problem as a cause of global warming. In addition, since the global warming potential is relatively low and the reactivity with silicon is high, it is known that it is effective to
  • Patent Document 1 discloses a method of performing anisotropic plasma etching on a silicon substrate using an etching gas containing iodine fluoride which is one of interhalogen compounds.
  • an etching gas containing iodine fluoride which is one of interhalogen compounds.
  • electrical damage to the sample due to the plasma is large, and when etching silicon formed in a semiconductor element having a complicated shape, the etching resistant parts such as dielectrics are also damaged. There is a concern that it may give.
  • Patent Document 2 a reactive gas cluster formed by rapidly adiabatically expanding an etching gas using a differential pressure between a gas supply pipe pressure (primary pressure) and a chamber pressure (secondary pressure) is provided on a sample surface. And a method of processing a sample surface without causing plasma-less damage to the sample by electrical or ultraviolet light.
  • Patent Document 3 proposes a method of etching a silicon layer without plasma using a fluorine-based interhalogen compound such as BrF 3, ClF 3, or XeF 2. It is described that the etching selectivity of a silicon layer to metal or metal silicon is improved by adding a diluent gas such as argon.
  • Patent Document 4 discloses a method for producing iodine heptafluoride (hereinafter sometimes simply referred to as IF 7 ), and describes that iodine heptafluoride can be used as an etching gas. . Further, Patent Document 5 describes that a fluorine-based interhalogen compound is used for etching an oxide or a semiconductor material, but actually using iodine heptafluoride for etching, etching conditions, etc. There is no report that examined in detail.
  • JP 2008-177209 A International Publication No. 2010/021265 US Pat. No. 6,290,864 JP 2009-23896 A JP-A-3-293726
  • a high-pressure state is achieved by adding a low-boiling gas (rare gas such as argon or neon) to an interhalogen compound (ClF 3 or the like) that is a reactive gas used for etching.
  • a low-boiling gas rare gas such as argon or neon
  • an interhalogen compound ClF 3 or the like
  • liquefaction of the mixed gas is prevented from occurring. That is, it is characterized in that the gas to be supplied is brought into a high pressure state without being liquefied by adding a gas having a low boiling point which is difficult to liquefy to the reactive gas.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in a silicon etching method utilizing adiabatic expansion, the supply pressure of an etching gas is milder than that of the conventional method and the burden on the apparatus is reduced.
  • Another object of the present invention is to provide a dry etching method for silicon that is free from an increase in apparatus cost and has a good in-plane distribution uniformity of etching amount.
  • iodine heptafluoride as a gas component used for etching, which is one of the unique chemical properties of iodine heptafluoride.
  • etching gas containing iodine heptafluoride there is no need to add additional gas such as inert gas added to prevent liquefaction at high pressure, and it is mild and low in load on the equipment.
  • additional gas such as inert gas added to prevent liquefaction at high pressure, and it is mild and low in load on the equipment.
  • the inventors have found that it is possible to easily perform adiabatic expansion under pressure conditions, and have reached the present invention.
  • the present invention is a dry etching method for etching a silicon layer to be processed in a processing chamber, wherein an etching gas containing iodine heptafluoride is supplied from a supply source in a pressure range of 66 kPa to 0.5 MPa.
  • the dry etching method is characterized in that an etching gas supplied and held in the pressure range is introduced into a processing chamber whose pressure is lower than the supply pressure to etch the silicon layer.
  • the etching gas can be adiabatically expanded in the processing chamber depressurized to a pressure lower than the supply pressure, and the etching gas can be adsorbed on the surface of the silicon layer.
  • the etching gas contains at least 50 vol% iodine heptafluoride. Furthermore, it is particularly preferable that the etching gas does not substantially contain components other than iodine heptafluoride.
  • the ratio Ps / Pn between the supply pressure (Ps) and the pressure (Pn) in the processing chamber is preferably 20 or more and 1 ⁇ 10 9 or less, and more preferably 50 or more and 1 ⁇ 10 7 or less. It is preferable that By using the above ratio, it is possible to more effectively adiabatic expansion in consideration of the burden on the apparatus.
  • the temperature of the object to be treated is preferably ⁇ 40 ° C. to 150 ° C.
  • the processing object may include at least a silicon layer and an etching-resistant member, and the silicon layer may be selectively etched with an etching gas.
  • the etching resistant member is preferably made of at least one material selected from SiO 2 , SiN, and TiN.
  • the etching gas containing iodine heptafluoride since the etching gas containing iodine heptafluoride is used, the etching gas can be adiabatically expanded under a milder pressure condition than the conventional method. Therefore, there is no need to set the gas supply pressure to a high pressure condition, and there is no concern about an increase in equipment cost such as load on the equipment or improvement of the nozzle, and a uniform in-plane distribution of the silicon layer of the object to be processed under mild pressure conditions. Can be etched.
  • the dry etching method of the present invention supplies an etching gas containing iodine heptafluoride from a supply source such as a cylinder through a supply pipe at a predetermined supply pressure, and further etches the etching gas set at the predetermined supply pressure. It is characterized in that it is introduced into a processing chamber whose pressure is lower than the supply pressure of the gas, and the etching gas is rapidly adiabatically expanded in the processing chamber so that the etching gas is adsorbed on the surface of the silicon layer to be processed.
  • the dry etching method of the present invention is plasmaless etching that does not require plasma excitation.
  • iodine heptafluoride in the etching gas is adsorbed on the surface of the silicon layer to be etched, and the etching gas components are condensed and liquefied. .
  • the concentration on the surface to be etched over the entire surface of the processing object such as the substrate is kept uniform, the difference in the etching rate within the surface is suppressed, and the in-plane variation in the etching amount can be suppressed.
  • the gas supply pressure is easily adiabatically expanded under mild pressure conditions (supply gas pressure is about 100 kPa). This is thought to be due to the sublimation property that is the unique chemical property of iodine heptafluoride.
  • iodine heptafluoride used in the present invention is manufactured on an industrial scale and can be purchased and used, and is not particularly limited. Further, iodine heptafluoride can be obtained by a conventionally known production method, for example, it can be produced and obtained by a production method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-23896 according to the applicant's application.
  • the additive gas is not an essential requirement, and iodine heptafluoride can be used alone, but other additive gases may be added as necessary in a category that does not impair the effects of the present invention.
  • iodine heptafluoride is contained in the etching gas at least 50% by volume or more, preferably 80% by volume or more.
  • iodine heptafluoride is substantially 100% by volume, that is, it contains substantially no components other than iodine heptafluoride. preferable.
  • substantially does not contain components other than iodine heptafluoride means that components other than iodine heptafluoride used for etching are not added separately, such as a general manufacturing process of iodine heptafluoride Trace amounts of iodine pentafluoride, fluorine, hydrogen fluoride and the like derived from the raw material mixed in may be contained.
  • an oxidizing gas or an inert gas may be added as necessary to adjust the etching performance.
  • an additive gas is added, the content of iodine heptafluoride is appropriately adjusted to be in the range of 1 to 100% by volume.
  • iodine heptafluoride of the present invention has sublimation properties and is easily vaporized. Since iodine heptafluoride has sublimation properties, when supplied through the supply pipe, the etching gas can be easily adiabatically expanded without being liquefied. In addition, iodine heptafluoride has a very high selectivity ratio against etching-resistant materials such as mask materials when etching silicon due to its chemical properties, compared to existing silicon etching gases. (The details will be described later).
  • the object to be processed by the dry etching method of the present invention is not particularly limited as long as it has a silicon layer in a structure such as a semiconductor element, but at least the silicon layer and substantially iodine heptafluoride.
  • a structure such as a semiconductor element including an etching-resistant member that does not react with the substrate is preferable.
  • the present invention can be applied to a processing object made of silicon alone and can be used for surface processing of a silicon substrate. For example, it can be used for forming a trench or a hole in a silicon substrate.
  • a silicon layer used for forming a semiconductor element is suitable, and examples thereof include an amorphous silicon film, a polysilicon film, and a single crystal silicon film.
  • the etching resistant member is used as a mask for processing the silicon layer into a predetermined shape, or the etching resistant member itself is formed into a predetermined shape such as a three-dimensional structure by removing the silicon layer to be processed. In some cases, the etching resistant member is used as a structure of a semiconductor element.
  • the etching resistant member When the etching resistant member is used as a mask, a method of selectively etching the silicon layer using an etching gas using a mask patterned in a predetermined shape on the surface of the silicon layer can be applied.
  • the material used for the mask is not particularly limited as long as it does not substantially react with iodine heptafluoride.
  • SiO 2 , SiOC, SiON, SiN, TiN, TiO 2 , photoresist, carbon-based material Mention may be made of metal materials such as Ru, Cu, Ni, Co, Hf, Zf and their oxides. Among these, materials such as SiO 2 , SiN, and TiN are particularly preferable (see Examples).
  • the material of the etching resistant member is a material that does not substantially react with iodine heptafluoride, and is selected from SiO 2 , SiN, and TiN. At least one or more materials can be suitably used.
  • iodine heptafluoride when silicon is etched using a mask such as SiN or TiN, silicon is different from existing gases such as ClF 3 and XeF 2. It has been found that the etching rate mask selectivity is very good.
  • Iodine heptafluoride and lower-order iodine fluoride compounds produced after the reaction have higher binding energy than ClF 3 and XeF 2 (see Table 1 below). Although the reaction mechanism is not clear, IF 7 has a high binding energy and is stable as a compound.
  • the etching gas In order to adiabatically expand the etching gas in a processing chamber such as a chamber, the etching gas is supplied while being held at a predetermined supply pressure.
  • the supply pressure of the etching gas is usually 66 kPa or more and 0.5 MPa, and further preferably 101 kPa or more and 300 kPa or less. If the pressure is lower than 66 kPa, the etching gas cannot be sufficiently adiabatically expanded, which is not preferable. If the pressure is higher than 0.5 MPa, it is not necessary to apply a higher pressure from the viewpoint of the burden on the apparatus.
  • the process pressure of the etching treatment is that iodine heptafluoride in the etching gas is usually 1 Pa or more and 3 kPa or less, and further 5 Pa or more and 1.5 kPa or less to provide higher in-plane uniformity. Particularly preferred for obtaining.
  • the pressure in the chamber before the introduction of the etching gas is not limited as long as the pressure is within a range where the pressure is reduced by a vacuum pump or the like to adiabatically expand the etching gas, but is in the range of 10 ⁇ 5 Pa to 10 kPa, Usually, it is good to carry out at 1 Pa or more and 1.5 kPa or less.
  • the ratio Ps / Pn of the supply pressure (Ps) of the etching gas and the pressure (Pn) in the processing chamber is usually 20 or more and 1,000,000 (1.0 ⁇ 10 9 ) or less.
  • it is preferably 50 or more and 10000000 (1.0 ⁇ 10 7 ) or less, and more preferably 50 or more and 10,000 (1.0 ⁇ 10 4 ) or less.
  • the above-mentioned range shows that the difference between the primary pressure and the secondary pressure is extremely small as compared with the conventional etching method by adiabatic expansion, and etching can be performed under mild pressure conditions.
  • the silicon substrate temperature is usually ⁇ 40 ° C. or higher and 150 ° C. or lower in order to make the etching gas come into contact with the silicon layer to be processed and preferentially etch through the adsorption process to the silicon layer, and further ⁇ 10 ° C.
  • the temperature of 80 ° C. or lower is particularly preferable for obtaining higher in-plane uniformity with respect to the etching rate (see Examples).
  • the etching time is not particularly limited, but is preferably within 60 minutes in consideration of the efficiency of the semiconductor element manufacturing process.
  • the etching time refers to the introduction of an etching gas into the process chamber in which the substrate is placed inside the etching process, and then the etching gas in the process chamber is vacuumed to finish the etching process. Indicates the time until exhausting by a pump or the like.
  • the dry etching method of the present invention can be applied to a general etching apparatus used in a semiconductor manufacturing process as shown in FIG. 1, and the configuration of the etching apparatus used is not particularly limited.
  • the configuration of the etching apparatus used is not particularly limited.
  • the positional relationship between the gas supply pipe and the object to be processed such as a semiconductor element disposed in the processing chamber is not particularly limited as long as the adiabatic and expanded etching gas can contact the object to be processed.
  • the processing chamber for performing etching using the method of the present invention is not limited as long as it is resistant to the fluorine-based gas used and can be reduced to a predetermined pressure, but is usually used for etching a semiconductor.
  • a general chamber provided in the apparatus is applied.
  • the supply pipe and other pipes that supply iodine heptafluoride at a predetermined pressure are not particularly limited as long as they are resistant to fluorine-based gas, and general ones can be used.
  • FIG. 1 shows a schematic view of an etching apparatus used in Examples and Comparative Examples of the present invention.
  • the reaction chamber 1 is provided with a stage 5 for supporting the sample 7.
  • Sample 7 was formed by forming a silicon oxide film (20 nm) on a 6-inch silicon substrate and further forming a polysilicon film (30 ⁇ m) thereon.
  • the stage 5 is provided with a stage temperature adjuster 6 that can adjust the temperature of the stage.
  • a gas pipe 41 for introducing gas and a gas pipe 42 for exhausting gas are connected to the reaction chamber 1.
  • the etching gas supply system 21 and the dilution gas supply system 23 are connected to a gas pipe 41 via a valve 31 and a valve 32, respectively.
  • the vacuum pump 8 is connected to a gas pipe 42 via a valve 33 for gas exhaust.
  • the pressure inside the reaction chamber 1 is controlled by a valve 33 based on the indicated value of a pressure gauge (not shown) attached to the reaction chamber 1.
  • the sample 7 is set on the stage 5, and after the reaction chamber 1 and the gas pipes 41 and 42 are vacuum-replaced to 1.5 kPa, the temperature of the stage 5 is set to a predetermined value. After confirming that the temperature of the stage 5 has reached a predetermined value, the valves 31, 32 and 33 are opened, the pressure of the etching gas supply system 21 is set to a predetermined pressure, and the etching gas is introduced into the reaction chamber 1 through the gas pipe 41. . The total flow rate of the etching gas at this time was 100 sccm. In addition, when supply of dilution gas is required, the gas of a predetermined flow is supplied from the dilution gas supply system 23 as needed.
  • etching time 2 minutes
  • the introduction of the etching gas is stopped, the inside of the reaction chamber 1 is replaced with vacuum, and the sample 7 is taken out to obtain the uniformity of in-plane distribution and the etching rate. Measurements were made.
  • the thickness of the polysilicon film before etching and the thickness of the polysilicon film after etching are respectively measured at a plurality of locations, and the etching amount (etching film) at each measurement location is measured. And the difference in film thickness after etching).
  • the etching rate was calculated from the average etching amount at each measurement location and the etching time, and the in-plane distribution of the etching amount was evaluated based on the etching rate.
  • the in-plane distribution of the etching amount is the maximum etching amount Max, the minimum etching amount Min, and the average etching amount among the etching amounts measured for the silicon substrate with the polysilicon film (sample 7).
  • Ave Formula (1): (Max ⁇ Min) / 2Ave ⁇ 100 (1) (Unit:%), the larger the value, the greater the variation in the etching amount.
  • Table 2 shows the results of etching conditions, in-plane distribution evaluation, and etching rate in Examples and Comparative Examples.
  • the relationship of the in-plane distribution of the etching amount is shown in FIGS.
  • the relationship between the volume ratio of iodine heptafluoride and the etching rate is shown in FIG.
  • Example 1-1 The etching test of the sample was performed using an etching gas that does not substantially contain components other than iodine heptafluoride (IF 7 , volume 100%, no dilution gas).
  • IF 7 volume 100%, no dilution gas
  • the supply pressure of the etching gas was 100 Pa
  • the etching process pressure in the chamber was 1 kPa
  • the total flow rate of the etching gas was 100 sccm
  • the silicon substrate temperature was 30 ° C.
  • the in-plane distribution of the sample after etching was 1 to 6%, and the in-plane uniformity of the etching amount was good.
  • the etching rate was 12 ⁇ m / min, which was favorable.
  • the ratio Ps / Pn between the supply pressure (Ps) and the chamber pressure (Pn) in the chamber is 66.
  • Example 1-2 The etching test was performed under the same conditions as in Example 1 except that iodine heptafluoride was 80% by volume (Ar gas, 20% by volume) as an etching gas. As a result, as in Example 1, the in-plane distribution of the sample after etching was 1 to 6%, and the in-plane uniformity of the etching amount was good. The etching rate was 11 ⁇ m / min, which was good.
  • Example 1-3 The etching test was performed under the same conditions as in Example 1 except that iodine heptafluoride was changed to 50% by volume (Ar gas, 50% by volume) as an etching gas.
  • iodine heptafluoride was changed to 50% by volume (Ar gas, 50% by volume) as an etching gas.
  • the in-plane distribution of the sample after etching was 1 to 8%, and the in-plane uniformity of the etching amount was generally good although it was slightly inferior to Examples 1 and 2.
  • the etching rate was 5 ⁇ m / min, which was relatively good.
  • Example 1-4 The etching test was performed under the same conditions as in Example 1 except that iodine heptafluoride was changed to 10% by volume (N 2 gas, 90% by volume) as an etching gas.
  • N 2 gas, 90% by volume 10% by volume
  • the in-plane distribution of the sample after etching was 1 to 11%, and the in-plane uniformity of the etching amount was generally good although it was slightly inferior to Examples 1 and 2.
  • the etching rate was 5 ⁇ m / min, which was relatively good.
  • Example 1-5 The etching test was performed under the same conditions as in Example 1-1 except that the silicon substrate temperature was ⁇ 30 ° C. As a result, the in-plane distribution of the sample after etching was 1 to 8%, and the in-plane uniformity of the etching amount was generally good although it was slightly inferior to Examples 1-1 and 1-2, but the etching rate was It was 5 ⁇ m / min, which was lower than that of Example 1.
  • Example 1-6 The etching test was performed under the same conditions as in Example 1-1 except that the silicon substrate temperature was 110 ° C. As a result, the etching rate was 14 ⁇ m / min, which was the same value as in Example 1-1, but the in-plane distribution of the sample after etching was 1 to 11%, which was compared with Example 1-1. And there was a variation.
  • Example 1-1 The etching test was performed under the same conditions as in Example 1-1 except that the etching gas was not sufficiently adiabatically expanded (supply pressure: 20 Pa). As a result, the etching rate was as good as 12 ⁇ m / min, but the in-plane distribution of the sample after etching was 11 to 25%, and the in-plane etching amount varied greatly. In [Comparative Example 1-1], the ratio Ps / Pn between the supply pressure (Ps) and the processing chamber pressure (Pn) of the chamber is 13.
  • Example 1-2 The etching test was performed under the same conditions as in Example 1-1, except that the existing ClF 3 (chlorine trifluoride) that has been conventionally used for etching the silicon layer was used. As a result, the etching rate was as good as 12 ⁇ m / min. However, the in-plane distribution of the sample after etching was 17 to 28%, and the variation in the in-plane etching amount was large.
  • ClF 3 chlorine trifluoride
  • FIG. 5 A schematic cross-sectional view of the sample is shown in FIG. 5, (a) shows a schematic cross-sectional view of an etching sample used in Examples and Comparative Examples, and (b) shows a schematic cross-sectional view after etching. Note that SiO 2 , SiN, and TiN were used as mask materials.
  • Example 2-1 Using the etching apparatus of FIG. 1 used in [Example 1-1], an etching test of the sample on which the mask of FIG. 5 was formed was performed.
  • As an etching gas 100% by volume of iodine heptafluoride was used.
  • the etching test was performed under the same conditions as [Example 1-1] except that the etching process pressure was 200 Pa.
  • the etching process pressure was 200 Pa.
  • the shoulder of the mask material was not dropped and the formed side wall shape was also good.
  • SiO 2 is used as a mask material
  • the mask material SiO 2 is etched in any gas when IF 7, XeF 2 , ClF 3 , BrF 5 , IF 5 , F 2 are used. Was not.
  • Example 2 except that XeF 2 , ClF 3 , BrF 5 , IF 5 , and F 2 are used as etching gases and the etching process pressure (Pa) is set to 30, 50, 150, 90, and 200 in this order. Etching test was performed under the same conditions as in 1]. Note that the test was performed without diluting any of the gases used with a diluent gas or the like. As a result, XeF 2 had a poor selectivity with respect to either SiN or TiN. ClF 3 and BrF 5 had a good selectivity with respect to TiN but not with SiN. Further, IF 5 and F 2 showed better results than XeF 2 , ClF 3 and BrF 5 , but the selectivity was inferior to IF 7 used in [Example 2-1]. .
  • the iodine heptafluoride of the present invention is compared with the existing fluorine-based etching that has been conventionally used. It was found that the selectivity was good for both SiN and TiN, and that the degree of freedom in selecting a material such as a mask when used as an etching gas when etching the silicon layer was high.
  • the present invention is useful for fine processing by etching a silicon layer in semiconductor manufacturing.

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Abstract

　本発明のドライエッチング方法は、処理室内で処理対象物のシリコン層をエッチングするドライエッチング方法であって、供給源から七フッ化ヨウ素を含むエッチングガスを、供給圧力が６６ｋＰａ～０．５ＭＰａの圧力範囲で供給し、該圧力範囲に保持されたエッチングガスを前記供給圧力より低い圧力に減圧された処理室に導入し、前記シリコン層をエッチングすることを特徴とする。該ドライエッチング方法では、温和な圧力条件でエッチングガスを断熱膨張させてシリコンをエッチングするため、装置への負担や装置コストの増加の懸念がなく、かつ、エッチング量の面内分布均一性が良好となる。

Description

シリコンのドライエッチング方法
　本発明は、七フッ化ヨウ素を用いたシリコンのドライエッチング方法に関する。
　シリコン化合物は半導体分野において重要であり不可欠な材料である。例えば、半導体素子のゲート絶縁膜としてのシリコン酸化膜、薄膜トランジスタとしてのアモルファスシリコン膜および窒化シリコン膜など、また、ＭＥＭＳなどの三次元構造素子に使用されるポリシリコン材料、低消費電力のトランジスタなど用途の炭化珪素（ＳｉＣ）などに幅広い分野において使用されている。特に、ＤＲＡＭやフラッシュメモリに含まれるトランジスタなどに代表される半導体素子は年々高集積化が進んでおり、シリコン半導体デバイスが注目されている。
　通常、半導体製造工程においてシリコンなどのシリコン化合物は所定の形状に加工されるか最終工程など所定の工程にて除去される。このようなシリコン化合物の加工や除去を行う場合、従来からドライエッチングが広く用いられてきた。なお、シリコン化合物のドライエッチングにおいて、エッチングの微細化及び高精度が要求されており、エッチングする際においてウェハの大型化が進んでいることや形成するパターンが微細化しているため面内均一性やエッチング選択比が重要な要素とされており、また高い生産性を得るためにエッチング速度の向上が求められている。
　従来、シリコンのエッチングにはプラズマを用いたドライエッチングが広く用いられてきた。使用するエッチングガスとしては、ＳＦ6（六フッ化硫黄）やＣ4Ｆ8（パーフルオロシクロブタン）などのフッ素系の化合物が一般的であったが、これらのエッチングガスは温暖化係数が数千から数万と非常に大きく地球温暖化の一因として問題視されるようになってきている。また、地球温暖化係数が比較的低く、シリコンとの反応性が高いことからエッチング剤としてフッ素系のハロゲン間化合物をシリコンのエッチングに使用することが有効であることが知られている。
　例えば、特許文献１には、ハロゲン間化合物の一つであるフッ化ヨウ素を含むエッチングガスを用いて、シリコン基板を異方性プラズマエッチングする方法が開示されている。しかし、従来のプラズマを用いたエッチング方法では、プラズマによる試料への電気的なダメージが大きく、複雑な形状の半導体素子に形成されたシリコンをエッチングする場合、誘電体などの耐エッチング部分にも損傷を与えてしまうことがあり懸念されつつある。
　このような問題点を解決する一つの方法として、プラズマ励起等の操作を必要としない、いわゆるプラズマレスによるシリコン化合物のエッチング方法が検討されている。例えば、特許文献２には、ガス供給管圧力（一次圧）とチャンバー内圧力（二次圧）の差圧を利用してエッチングガスを急激に断熱膨張させて形成した反応性ガスクラスタを試料表面に噴出し、プラズマレスで試料への電気的また紫外光によるダメージを与えることなく試料表面を加工する方法が開示されている。
　また、特許文献３には、ＢｒＦ3、ＣｌＦ3、ＸｅＦ2などのフッ素系のハロゲン間化合物を用いてシリコン層をプラズマレスでエッチングする方法が提案されており、これらのハロゲン間化合物に窒素やアルゴンなどの希釈ガスを添加することによって、金属や金属シリコンに対するシリコン層のエッチング選択比を向上させることについて記載されている。
　尚、特許文献４には、七フッ化ヨウ素（以下、単にＩＦ7と呼ぶことがある）の製造方法が開示されており、七フッ化ヨウ素はエッチングガスとして使用可能なことが記載されている。また、特許文献５には、フッ素系のハロゲン間化合物を酸化物、半導体材料のエッチングに使用することが記載されているが、実際に七フッ化ヨウ素をエッチング用に使用して、エッチング条件などを詳細に検討した報告例は見当たらない。
特開２００８－１７７２０９号公報 国際公開２０１０／０２１２６５号 米国特許６２９０８６４号明細書 特開２００９－２３８９６号公報 特開平３－２９３７２６号公報
　特許文献２に記載のエッチング方法は、エッチングに供する反応性ガスであるハロゲン間化合物（ＣｌＦ3など）に、低沸点のガス（アルゴンやネオンなどの希ガス）を添加することによって高い圧力状態にしても混合ガスの液化が起こらないようにしている。つまり、反応性ガスに液化しにくい低沸点のガスを添加することによって、供給するガスを液化させずに高い圧力状態にすることを特徴としている。その結果、高圧状態の供給ガスを減圧状態のチャンバーに供給した際に急激に断熱膨張させることを可能にしており、プラズマを発生させないため試料に電気的また紫外光によるダメージを与えないでエッチングを行うことができる。
　しかしながら、特許文献２に記載のエッチング方法では、供給するエッチングガスに沸点の低いガスを添加しているため、断熱膨張させるために供給ガスに高い圧力をかけなければならない。例えば、特許文献２に記載のような方法でエッチングガスとしてＣｌＦ3を使用する場合、ＣｌＦ3：６ｖｏｌ％とＡｒ：９４ｖｏｌ％との混合ガスの場合には、０．３ＭＰａＧ以上１．０ＭＰａＧ以下の圧力である。また、ガスを高圧状態にするためにはガス供給管の先端のノズルを特殊な形状に加工する必要があり、ノズルの特注加工はコスト増加に繋がるため好ましくない。そのため、特許文献２のような従来の断熱膨張による方法では、装置に負荷や装置コストがかかりやすいこと、また、圧力を掛けていたつもりでも、十分な圧力が掛かっていない場合に断熱膨張をさせることができず、エッチングガスが基板に均一に到達せず、エッチング量にバラつきが生じ、面内分布の均一性が得られないという問題点があった
　本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、断熱膨張を利用したシリコンのエッチング方法において、エッチングガスの供給圧力が、従来の方法に比べて温和な条件であり装置への負担や装置コストの増加の懸念がなく、かつ、エッチング量の面内分布均一性が良好なシリコンのドライエッチング方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意検討した結果、エッチングに供するガスの成分として七フッ化ヨウ素を特定し、七フッ化ヨウ素の持つ特異な化学的性質の一つである昇華性に着目し、七フッ化ヨウ素を含むエッチングガスを用いると、高圧状態での液化防止のために添加する不活性ガスなどの添加ガスを加える必要なく、装置への負荷の少ない温和な低い圧力条件下で容易に断熱膨張させることが可能なことを見出し、本発明に至った。
　すなわち、本発明は、処理室内で処理対象物のシリコン層をエッチングするドライエッチング方法であって、供給源から七フッ化ヨウ素を含むエッチングガスを、供給圧力が６６ｋＰａ～０．５ＭＰａの圧力範囲で供給し、該圧力範囲に保持されたエッチングガスを前記供給圧力より低い圧力に減圧された処理室に導入し、前記シリコン層をエッチングすることを特徴とするドライエッチング方法である。
　上記の構成により、供給圧力より低い圧力に減圧された処理室内でエッチングガスを断熱膨張させてエッチングガスをシリコン層の表面に吸着させることができる。
　また、本発明において、エッチングガスが、少なくとも５０体積％以上の七フッ化ヨウ素を含むようにすることが好ましい。さらに、エッチングガスが、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ことが特に好ましい。
　また、本発明において、供給圧力（Ｐｓ）と処理室内の圧力（Ｐｎ）の比率Ｐｓ／Ｐｎが、２０以上、１×１０9以下であることが好ましく、さらに、５０以上、１×１０7以下であることが好ましい。上記の比率にすることで、装置への負担を考慮しより効果的に断熱膨張させることができる。
　また、本発明において、処理対象物の温度が－４０℃～１５０℃であることが好ましい。
　また、本発明において、処理対象物が、少なくともシリコン層と耐エッチング部材とを含み、エッチングガスにより前記シリコン層を選択的にエッチングするようにしてもよい。耐エッチング部材は、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＴｉＮから選ばれる少なくとも１つ以上の材料からなることが好ましい。
　本発明によれば、七フッ化ヨウ素を含むエッチングガスを用いるため、従来の方法よりも温和な圧力条件でエッチングガスを断熱膨張させることができる。したがって、ガスの供給圧力を高い圧力条件にする必要がなく装置に対する負荷やノズル改良などの装置コストの増加を懸念せず、温和な圧力条件で、処理対象物のシリコン層を高い面内分布均一性でエッチングできる。
実施例及び比較例で用いたエッチング装置の概略図である。 エッチング量の面内分布を示すグラフ１である。 エッチング量の面内分布を示すグラフ２である。 七フッ化ヨウ素の体積割合とエッチング速度との関係を示すグラフである。 実施例及び比較例で用いたエッチング試料の断面模式図である
　本発明のドライエッチング方法は、ボンベなどの供給源から七フッ化ヨウ素を含むエッチングガスを所定の供給圧力で供給管を介して供給し、さらに、所定の供給圧力に設定されたエッチングガスをエッチングガスの供給圧力より低い圧力に減圧された処理室に導入し、処理室内でエッチングガスを急激に断熱膨張させ、エッチングガスを処理対象物のシリコン層の表面に吸着させることを特徴としている。尚、本発明のドライエッチング方法は、プラズマ励起を必要としないプラズマレスエッチングである。
　処理室内でエッチングガスを断熱膨張させると断熱膨張の作用により、エッチングガス中の七フッ化ヨウ素がエッチングされる処理対象物のシリコン層の表面に吸着し、さらにエッチングガスの成分が凝縮し液化する。これによりエッチングが進行しても基板等の処理対象物の全面にわたりエッチングされる表面上の濃度が均一に保たれ面内でのエッチング速度の差が抑制されエッチング量の面内バラつきを抑制できる。特に、エッチングガス成分として、七フッ化ヨウ素をエッチングガスとして使用することによって、ガスの供給圧力を温和な圧力条件（供給ガス圧が１００ｋＰａ程度）で容易に断熱膨張させることを特徴としている。これは七フッ化ヨウ素がもつ独自の化学的性質である昇華性に起因しているものと考えられる。
　以下、本発明の七フッ化ヨウ素を用いたドライエッチング方法について詳細に説明する。
　本発明において使用する七フッ化ヨウ素は、工業的規模で製造されており購入して使用することができ、特に制限されるものではない。また、七フッ化ヨウ素は、従来公知の製造方法で入手できる、例えば、本出願人の出願に係る特開２００９－２３８９６号に開示されている製造方法などで製造して入手することができる。
　本発明において、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、本発明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。
　尚、「実質的に七フッ化ヨウ素以外の成分を含まない」とは、エッチングに供する七フッ化ヨウ素以外の成分を別途添加しないことを意味し、一般的な七フッ化ヨウ素の製造工程等で混入する原料に由来する微量成分の五フッ化ヨウ素、フッ素、フッ化水素などは含まれていてもよい。
　七フッ化ヨウ素以外にエッチングガス中に添加するガスとしては、エッチングの性能を調整するために、必要に応じて、酸化性ガスや不活性ガスを加えてもよい。通常、添加ガスが加えられる場合、七フッ化ヨウ素の含有率は、１～１００体積％の範囲になるように適宜調整される。
　酸化性ガスとしては、Ｏ2、Ｏ3、ＣＯ2、ＣＯＣｌ2、ＣＯＦ2、Ｎ2Ｏ、ＮＯ、ＮＯ2、などの酸素含有ガス、Ｆ2、ＮＦ3、Ｃｌ2、Ｂｒ2、Ｉ2、ＹＦｎ（Ｙ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ、１≦ｎ≦５）などのハロゲンガスが例示される。これらのうち、Ｏ2、ＣＯＦ2、Ｆ2、ＮＦ3、Ｃｌ2が好ましい。なお、酸化性ガスの添加量は、使用するエッチング装置の性能、形状及びエッチング条件に依存して適宜調整される。
　既存のシリコンのエッチングガスとして主に使用されてきたＣｌＦ3と本発明の七フッ化ヨウ素の性質で著しく異なる点として、七フッ化ヨウ素は昇華性を有するため気化しやすいことが挙げられる。七フッ化ヨウ素は昇華性を有しているため、供給管を介して供給する際、液化することがなくエッチングガスを容易に断熱膨張させることができる。また、七フッ化ヨウ素は、既存のシリコンのエッチングガスと比較して、その化学的性質からシリコンをエッチングして加工する際のマスク材料など耐エッチング部材との選択比が非常に優れていることが見出された（詳細は後述にて説明）。
　本発明のドライエッチング方法の処理対象物となるものは、半導体素子などの構造体にシリコン層を有するものであれば特に制限されるものではないが、少なくともシリコン層と実質的に七フッ化ヨウ素と反応しない耐エッチング部材を含む半導体素子などの構造体が好適である。また、シリコン単独からなる処理対象物にも適用可能であり、シリコン基板の表面加工にも用いることができ、例えば、シリコン基板へのトレンチやホール形成にも使用することができる。
　シリコン層としては、半導体素子形成に使用されるシリコン層が好適であり、例えば、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、単結晶シリコン膜などが挙げられる。また、耐エッチング部材は、シリコン層を所定の形状に加工するためのマスクと利用する場合や、処理対象物のシリコン層を除去して、耐エッチング部材自身を三次元構造など所定の形状に形成し、耐エッチング部材を半導体素子の構造体として利用する場合が挙げられる。
　耐エッチング部材をマスクとして利用する場合、シリコン層の表面に所定形状にパターニングされたマスクを用いて、エッチングガスを用いてシリコン層を選択的にエッチングする方法を適用することができる。マスクに用いる材料は、実質的に七フッ化ヨウ素と反応しない材料であれば特に制限されないが、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＯＣ、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＴｉＯ2、フォトレジスト、炭素系材料、また、Ｒｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｈｆ、Ｚｆ及びそれらの酸化物などの金属材料を挙げることができる。それらの中でも、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＴｉＮなどの材料が特に好ましい（実施例参照）。
　また、同様に、耐エッチング部材自身を半導体素子の構造体として利用する場合、耐エッチング部材の材質は、実質的に七フッ化ヨウ素と反応しない材料が用いられ、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＴｉＮから選ばれる少なくとも１つ以上の材料を好適に使用することができる。
　以下、少なくともシリコン層と実質的に七フッ化ヨウ素と反応しない耐エッチング部材を含む半導体素子などのシリコン層を選択的にエッチングする際の、七フッ化ヨウ素と耐エッチング部材との反応性について説明する。
　実施例に示すように、七フッ化ヨウ素をエッチングガスとして使用した場合、ＳｉＮ、ＴｉＮなどのマスクを使用してシリコンのエッチング行った場合、ＣｌＦ3やＸｅＦ2などの既存のガスと異なり、シリコンエッチング速度のマスク選択比が非常に優れていることが見出された。七フッ化ヨウ素及び、反応後に生成される低次のフッ化ヨウ素化合物（例えば、ＩＦ5）はＣｌＦ3やＸｅＦ2と比較して結合エネルギーが高い（下記の表１参照）。反応機構は定かではないが、ＩＦ7は結合エネルギーが高く化合物として安定的なため、ＣｌＦ3やＸｅＦ2と比較してマスク材料との反応性が低いためマスク材料に対しての反応性が低い。また、七フッ化ヨウ素は断熱膨張によりシリコン層表面に吸着して液化するため、エッチング速度が高い。したがって、エッチング選択比が高いと推察される。なお、表１の出典は、J. C. BAILAR JR., COMREHENSIVE INORGANIC CHEMISTRY, II, PERGAMON PRESS Ltd, 1973, p1491-p1496である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　次に、本発明のドライエッチングの反応条件について説明する。
　チャンバーなどの処理室内にてエッチングガスを断熱膨張させるために、エッチングガスを所定の供給圧力に保持して供給する。エッチングガスの供給圧力は、通常、６６ｋＰａ以上、０．５ＭＰａであり、更には１０１ｋＰａ以上、３００ｋＰａ以下であることが好ましい。６６ｋＰａより低いと十分にエッチングガスを断熱膨張させることができなくなるため好ましくない、また、０．５ＭＰａより高い圧力の場合、装置に対する負担などの観点からこれ以上の圧力は掛ける必要がない。
　また、エッチング処理のプロセス圧力は、エッチングガス中の七フッ化ヨウ素は、通常、１Ｐａ以上、３ｋＰａ以下であり、更には５Ｐａ以上、１．５ｋＰａ以下であることがより高い基板面内均一性を得るためには特に好ましい。
　エッチングガスを導入する前のチャンバー内の圧力は真空ポンプ等により減圧しエッチングガスを断熱膨張させる程度の圧力範囲であれば制限はないが、１０-5Ｐａ以上、～１０ｋＰａ以下の範囲であり、通常、１Ｐａ以上、１．５ｋＰａ以下で行うとよい。
　断熱膨張を効果的に行うには、供給圧力（１次圧）とチャンバー内圧力（２次圧）の差を所定の範囲にすることが特に好ましい。具体的には、エッチングガスを供給圧力（Ｐｓ）と処理室内の圧力（Ｐｎ）の比率Ｐｓ／Ｐｎが、通常、２０以上、１０００００００００（１．０×１０9）以下で行われ、装置への負担を考慮しより効果的に断熱膨張させるには、５０以上、１０００００００（１．０×１０7）以下が好ましく、さらには、５０以上、１００００（１．０×１０4）以下であることが特に好ましい。上述の範囲は従来の断熱膨張によるエッチング方法と比較して一次圧と２次圧の差が極めて小さく、温和な圧力条件でエッチングできることを示している。
　エッチングガスを処理対象物のシリコン層に接触させ、シリコン層への吸着過程を経たエッチングを優勢にするためシリコン基板温度は、通常、－４０℃以上、１５０℃以下であり、さらに、－１０℃以上、８０℃以下であることがエッチング速度に関してより高い面内均一性を得る上で特に好ましい（実施例参照）。
　エッチング時間は特に制限されるものではないが、半導体素子製造プロセスの効率を考慮すると、６０分以内であることが好ましい。ここに、エッチング時間とは、エッチング処理が行われる内部に基板が設置されているプロセスチャンバーの内部にエッチングガスを導入し、その後、エッチング処理を終える為に該プロセスチャンバーの内のエッチングガスを真空ポンプ等により排気するまでの時間を指す。
　本発明のドライエッチング方法は、図１に示されるような半導体製造工程に使用される一般的なエッチング装置に適用することができ、特に使用されるエッチング装置の構成が限定されるものではない。例えば、供給するエッチングガスを断熱膨張させるための特殊な形状のガス噴出部を設ける必要がなく、通常のガス供給管を利用することできる。また、ガス供給管と処理室に配置する半導体素子などの被処理物の位置関係も、断熱膨張させたエッチングガスを被処理物に接触させることができれば特に制限はない。
　また、本発明の方法を用いてエッチングを行う処理室としては、使用するフッ素系ガスに対する耐性があり、所定の圧力に減圧できるものであれば限定されるものではないが、通常、半導体のエッチング装置に備えられた一般的なチャンバーなどが適用される。また、七フッ化ヨウ素を所定の圧力に保ち供給する供給管やその他の配管などもフッ素系ガスに対する耐性にあるものであれば特に限定されるものではなく一般的なものを使用することができる
　以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明は係る実施例に限定されるものではない。
　まず、エッチング装置の構成について説明する。図１に本発明の実施例及び比較例に使用したエッチング装置の概略図を示す。
　反応チャンバー１には試料７を支持するためのステージ５が具備されている。試料７は、６インチのシリコン基板上にシリコン酸化膜（２０ｎｍ）が形成され、さらにその上にポリシリコン膜（３０μｍ）が形成されたものを使用した。ステージ５にはステージの温度を調整可能なステージ温度調整器６が具備されている。反応チャンバー１にはガス導入の為のガス配管４１及びガス排気の為のガス配管４２が接続されている。
　エッチングガス供給系２１、希釈ガス供給系２３は、それぞれバルブ３１、バルブ３２を介してガス配管４１に接続されている。真空ポンプ８はガス排気の為、バルブ３３を介してガス配管４２に接続されている。反応チャンバー１内部の圧力は反応チャンバー１付設の圧力計（図中省略）の指示値を基に、バルブ３３により制御される。
　次にエッチング装置の操作方法について説明する。ステージ５上に試料７を設置し、反応チャンバー１及びガス配管４１、４２を１．５ｋＰａまで真空置換後、ステージ５の温度を所定値に設定する。ステージ５の温度が所定値に達したことを確認後、バルブ３１，３２、３３を開放し、エッチングガス供給系２１の圧力を所定圧力にし、ガス配管４１よりエッチングガスを反応チャンバー１に導入する。この時のエッチングガスの総流量を１００ｓｃｃｍとした。なお、希釈ガスの供給が必要な場合、必要に応じて、希釈ガス供給系２３より所定流量のガスが供給される。
　エッチングガスを導入してから所定時間（エッチング時間、２分）経過後、エッチングガスの導入を停止し、反応チャンバー１内部を真空置換後、試料７を取り出して面内分布均一性とエッチング速度の測定を行った。
　上記のポリシリコン膜付きシリコン基板（試料７）を用いてエッチング前のポリシリコン膜の膜厚とエッチング後のポリシリコン膜の膜厚をそれぞれ複数個所測定し、各測定箇所におけるエッチング量（エッチング膜とエッチング後の膜厚差）を求めた。各測定箇所のエッチング量の平均とエッチング時間からエッチング速度を算出し、それをもとにエッチング量の面内分布を評価した。
　尚、エッチング量の面内分布とは、ポリシリコン膜付きシリコン基板（試料７）について測定されたエッチング量のうち、エッチング量の最大値をＭａｘ、エッチング量の最小値をＭｉｎ、エッチング量の平均値をＡｖｅとしたときに、
計算式（１）：（Ｍａｘ－Ｍｉｎ）／２Ａｖｅ×１００・・・（１）
で表される値のことであり（単位：％）、その値が大きい程エッチング量のばらつきが大きいことを示している。
　表２に実施例及び比較例における各エッチング条件と面内分布評価、エッチング速度の結果について示す。また、エッチング量の面内分布の関係を図２、３に示す。七フッ化ヨウ素の体積割合とエッチング速度との関係を図４に示す。
　［実施例１－１］
　エッチングガスとして、実質的に七フッ化ヨウ素以外の成分を含まないもの（ＩＦ7、体積１００％、希釈ガスなし）を使用して試料のエッチング試験を行った。エッチング条件としては、エッチングガスの供給圧力を１００Ｐａ、チャンバー内のエッチングプロセス圧力を１ｋＰａ、エッチングガスの総流量を１００ｓｃｃｍ、シリコン基板温度を３０℃とした。その結果、エッチング後の試料の面内分布は１～６％でありエッチング量の面内均一性は良好であった。また、エッチング速度は１２μｍ／ｍｉｎであり良好であった。なお、［実施例１－１］において、供給圧力（Ｐｓ）とチャンバーの処理室内圧力（Ｐｎ）の比率Ｐｓ／Ｐｎは、６６である。
　［実施例１－２］
　エッチングガスとして、七フッ化ヨウ素を８０体積％（Ａｒガス、２０体積％）とした以外は、実施例１と同じ条件でエッチング試験を行った。その結果、実施例１と同様に、エッチング後の試料の面内分布は１～６％でありエッチング量の面内均一性は良好であった。また、エッチング速度は１１μｍ／ｍｉｎであり良好であった。
　［実施例１－３］
　エッチングガスとして、七フッ化ヨウ素を５０体積％（Ａｒガス、５０体積％）とした以外は、実施例１と同じ条件でエッチング試験を行った。その結果、実施例１と同様に、エッチング後の試料の面内分布は１～８％であり、実施例１、２に若干劣るもののエッチング量の面内均一性はおおむね良好であった。また、エッチング速度は５μｍ／ｍｉｎであり比較的良好であった。
　［実施例１－４］
　エッチングガスとして、七フッ化ヨウ素を１０体積％（Ｎ2ガス、９０体積％）とした以外は、実施例１と同じ条件でエッチング試験を行った。その結果、実施例１と同様に、エッチング後の試料の面内分布は１～１１％であり、実施例１、２に若干劣るもののエッチング量の面内均一性はおおむね良好であった。また、エッチング速度は５μｍ／ｍｉｎであり比較的良好であった。
　［実施例１－５］
　シリコン基板温度を－３０℃とする以外は、実施例１－１と同じ条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング後の試料の面内分布は１～８％であり、実施例１－１、１－２に若干劣るもののエッチング量の面内均一性はおおむね良好であったが、エッチング速度は５μｍ／ｍｉｎであり、実施例１と比較して低かった。
　［実施例１－６］
　シリコン基板温度を１１０℃とする以外は、実施例１－１と同じ条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング速度は、１４μｍ／ｍｉｎであり、実施例１－１と同等な値であったが、エッチング後の試料の面内分布は１～１１％であり、実施例１－１と比較してバラつきがみられた。
　［比較例１－１］
　エッチングガスを十分に断熱膨張させることができない条件（供給圧力２０Ｐａ）とした以外は実施例１－１と同じ条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング速度は１２μｍ／ｍｉｎと良好であったが、エッチング後の試料の面内分布は１１～２５％であり面内のエッチング量のバラつきが大きかった。なお、［比較例１－１］において、供給圧力（Ｐｓ）とチャンバーの処理室内圧力（Ｐｎ）の比率Ｐｓ／Ｐｎは、１３である。
　［比較例１－２］
　従来からシリコン層のエッチングに使用されてきた既存のＣｌＦ3（三フッ化塩素）を用いる以外は実施例１－１と同じ条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチング速度は１２μｍ／ｍｉｎと良好であったが、エッチング後の試料の面内分布は１７～２８％であり面内のエッチング量のバラつきが大きかった。
　表２の［実施例１－１］～［実施例１－６］の結果より、七フッ化ヨウ素を含むエッチングガスを用いてエッチングを行うと１００Ｐａ程度の装置に負荷の掛からない温和な圧力条件下で容易にエッチングガスを断熱膨張させてシリコン層のエッチングが可能なことが分かった。また、［実施例１－１］～［実施例１－４］の結果より、エッチングガス中の七フッ化ヨウ素の体積割合が多いほど良好なエッチング速度とエッチング量の面内均一性を得られることが分かった。
　［比較例１－１］の結果より、供給圧力が２０ｋＰａの条件では断熱膨張させることができず良好な面内分布を得られなかった。また、［比較例１－２］のような従来使用されてきたエッチングガス（ＣｌＦ3）では温和な圧力条件下では面内分布にバラつきが多かった。これは十分に断熱膨張させることができなかったためと考えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　本発明のドライエッチング方法をシリコン層の形状加工に使用し、試料のシリコン層をエッチングした実験例を示す。試料として、シリコン基板上にシリコン酸化膜（２０ｎｍ）を形成し、さらにその上にポリシリコン膜（３μｍ）を形成し、そのポリシリコン膜の表面にエッチングマスクとしてマスク材料を５０ｎｍ形成した試料を用いた。試料の断面模式図を図５に示す。図５において、（ａ）は実施例、比較例で用いたエッチング試料の断面模式図を示し、（ｂ）は、エッチング後の断面模式図を示す。なお、マスク材料としては、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＴｉＮを使用した。
　図５の試料を用いてエッチング試験を行い、シリコン層のエッチング速度、マスク材料に対するシリコンエッチング速度との選択比（便宜上、選択比という場合がある）を評価した。その結果を表３に示す。なお、比較例として、従来エッチングガスとして主に使用されてきた種々のフッ素系ガスを使用して評価した。
　［実施例２－１］
　［実施例１－１］にて使用した図１のエッチング装置を用いて、図５のマスクを形成した試料のエッチング試験を行った。エッチングガスとしては、１００体積％の七フッ化ヨウ素を使用した。エッチング条件として、エッチングプロセスの圧力は２００Ｐａとする以外は、［実施例１－１］と同じ条件でエッチング試験を行った。その結果、エッチングガスとして、七フッ化ヨウ素を使用すると、ＳｉＮ、ＴｉＮ、ＳｉＯ2に対してシリコン層エッチングの選択比が優れていることが分かった。また、マスク開口部周辺の加工形状を観察したところ、マスク材料の肩落ちがなく、形成した側壁形状も良好であった。尚、マスク材料としてＳｉＯ2を使用した場合、ＩＦ7、ＸｅＦ2、ＣｌＦ3、ＢｒＦ5、ＩＦ5、Ｆ2、それぞれを用いた場合、何れのガスにおいても、マスク材料であるＳｉＯ2はエッチングされていなかった。
　［比較例２－１］～［比較例２－５］
　使用するエッチングガスとして、ＸｅＦ2、ＣｌＦ3、ＢｒＦ5、ＩＦ5、Ｆ2とし、それぞれのエッチングプロセス圧力（Ｐａ）を順に３０、５０、１５０、９０、２００とする以外は［実施例２－１］と同じ条件でエッチング試験を行った。なお、使用したガスは何れも希釈ガス等による希釈は行わず試験を行った。その結果、ＸｅＦ2はＳｉＮ、ＴｉＮの何れに対して選択比が良好でなかった。ＣｌＦ3、ＢｒＦ5はＴｉＮに対して選択比は良好であったが、ＳｉＮに対しては良好でなかった。さらに、ＩＦ5、Ｆ2は、ＸｅＦ2、ＣｌＦ3、ＢｒＦ5に比べて良好な結果を示すが、［実施例２－１］で使用したＩＦ7と比較すると選択比は劣るものであった。
　［実施例２－１］と［比較例２－１］～［比較例２－５］の結果より、本発明の七フッ化ヨウ素は従来使用されてきた既存のフッ素系のエッチングに比べて、ＳｉＮ、ＴｉＮの何れに対しても選択比が良好であり、シリコン層をエッチングする際にエッチングガスとして使用する際のマスクなどの材料選択の自由度が高いことが分かった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　本発明は、半導体製造におけるシリコン層のエッチングによる微細加工に有用である。

Claims (7)

  1. 処理室内で処理対象物のシリコン層をエッチングするドライエッチング方法であって、供給源から七フッ化ヨウ素を含むエッチングガスを、供給圧力が６６ｋＰａ～０．５ＭＰａの圧力範囲で供給し、該圧力範囲に保持されたエッチングガスを前記供給圧力より低い圧力に減圧された処理室に導入し、前記シリコン層をエッチングすることを特徴とする、ドライエッチング方法。
  2. エッチングガスが、少なくとも５０体積％以上の七フッ化ヨウ素を含む、請求項１に記載のドライエッチング方法。
  3. エッチングガスが、実質的に七フッ化ヨウ素以外の成分を含まない、請求項１又は２に記載のドライエッチング方法。
  4. 供給圧力（Ｐｓ）と処理室内の圧力（Ｐｎ）の比率Ｐｓ／Ｐｎが、２０以上、１×１０9以下である、請求項１から３の何れかに記載のドライエッチング方法。
  5. 処理対象物の温度が、－４０℃～１５０℃である、請求項１から４の何れかに記載のドライエッチング方法。
  6. 処理対象物が、少なくともシリコン層と耐エッチング部材とを含み、エッチングガスにより前記シリコン層を選択的にエッチングする、請求項１から５の何れかに記載のドライエッチング方法。
  7. 耐エッチング部材が、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＴｉＮから選ばれる少なくとも１つ以上の材料からなる、請求項６に記載のドライエッチング方法。
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