JP3568749B2 - 半導体のドライエッチング方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン（Ｓｉ）基板に対してドライエッチングを行い、基板上にトレンチ（深溝）や深孔などを形成する方法に関する。特に、枚葉毎に安定してエッチングできる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン基板上に形成された半導体素子内を絶縁分離するために、エッチングにより基板にトレンチを形成することが行われている。このトレンチは、エッチングにより形成されるが、ＳｉＯ２から成るマスクに対する被エッチング材のエッチング速度比（選択比：（Ｓｉのエッチング速度）／（ＳｉＯ２ のエッチング速度））が高い条件、即ちＳｉＯ２がエッチングされにくい条件に設定し、深さ方向にのみ選択的にエッチングして高アスペクト比の溝形状を得るようにしている。
しかし、この方法では、ＳｉＯ２系の反応生成物を発生させながらエッチングを行うために、（１） 反応生成物の凝集、（２） エッチング室内に堆積した反応生成物の剥離、（３） マスクからのＳｉＯ２の脱離などが主な原因となって被エッチング部分にＳｉＯ２系の異物が堆積し、この異物がエッチングのマスクとなって、エッチングされない部分、即ちブラックシリコン（Ｓｉ）といわれるエッチング残渣が発生するという問題がある。このエッチング残渣の発生過程を図１５に模式的に示す。
【０００３】
シリコン基板２上に形成されたマスク１の所定領域が開口された被エッチング部６（図１５（ａ））をエッチングすることでトレンチ３が形成され、このエッチング中にトレンチ３上に異物５が堆積すると（図１５（ｂ））、以後、異物５がエッチング時にマスクとなって柱状のブラックＳｉ（エッチング残渣）４が発生する（図１５（ｃ））。このブラックＳｉ４の大きさが大きい場合には適正な分離幅が得られず、素子間の絶縁分離が困難になる。又、ブラックＳｉ４の発生量は、異物の発生が多いほど多くなり、これに伴い絶縁不良が発生する確率も高くなる。よって、反応生成物が発生しやすいエッチング条件ほど、ブラックＳｉ４が発生しやすくなる。トレンチエッチングではＳｉＯ２系の反応生成物を発生させながらエッチングするため、ブラックＳｉが発生する確率が高い。従来、基板の外周から数ｍｍの範囲は、マスクのパターン形成工程でレジストを除去するため、マスクに覆われておらず、被エッチング材が露出した状態でエッチングを行っていたので、トレンチ幅と比較して広い部分にブラックＳｉが発生し、それらのブラックＳｉが後工程において折れることにより異物源となる可能性もある。
【０００４】
これを解決するために、基板外周部にＳｉＯ２マスクを残すことにより、異物の発生を抑える方法が考えられる。しかし、基板外周部にＳｉＯ２マスクを残してエッチングを行うことで、基板面積に対する被エッチング部分の面積の割合が小さくなり、反応生成物の生成量が減少するために低選択比となる。よって、ＳｉＯ２マスクのエッチングが多くなるので、これを抑制するためエッチング条件を反応生成物量が多くなるエッチング条件、即ち、高選択比の条件に変更する必要がある。具体的にはＳｉＦ４ガスとＯ２ガスの流量比を増加させる。又、基板の外周部ほどスパッタエッチングの効果でマスクのエッジ部が削られる傾向があるため、基板の径が大きくなるとマスクを保護するために、エッチング条件を高選択比の条件に変更する必要がある。しかし、この選択比の条件変更に伴って、反応生成物の生成量が増加し、被エッチング部に付着する異物の量が増加し、ブラックＳｉの発生量が増え、絶縁不良が発生してしまう。
【０００５】
このようにブラックＳｉの発生を抑えるためには、反応生成物の発生を抑制すればよいが、反応生成物を抑制しようとすれば低選択比となり、高選択比にしようとすれば反応生成物の発生が増加する。これら背反する問題を解決する方法として、例えば特開平８−１７８０４号公報に開示されている技術が知られている。このエッチング方法では、被エッチング基板をチャンバ内に載置し、Ｆ 系ガスを用いたプラズマ放電によりクリーニングを行い、Ｓｉ基板上に露出した自然酸化膜と、前回の基板のトレンチエッチングによりチャンバ内に付着した反応生成物とを除去してから、Ｃｌ系、Ｉ 系、Ｂｒ系を含むガスを用いて次の基板のトレンチエッチングを行う構成としている。この自然酸化膜を除去することにより良好なトレンチ形状が得られ、チャンバ内に付着した反応生成物を除去することにより、反応生成物の堆積を防止し、安定したエッチングを可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｆ系ガスによるエッチングは等方的であるので、被エッチング基板をチャンバ内に設置した状態でクリーニングを行うと、被エッチング基板のトレンチ形状が変化し、精度よくトレンチを形成できないという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、被エッチング基板をチャンバ内から取り出し、ダミーの基板をチャンバ内に設置してクリーニングを行うことにより、被エッチング基板のトレンチを精度よく形成できるようにしたドライエッチング方法を実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の手段によれば、シリコンから成る基板をドライエッチングする方法において、まず、エッチング工程により基板がドライエッチングされる。そして、エッチング工程の終了後、クリーニング工程により基板がエッチング室の外に排出され、代わりにダミー基板がエッチング室内に設置され、エッチング室内に生成された反応生成物がエッチングされる。クリーニング工程の後に、シーズニング工程において、クリーニング工程によりエッチングされた反応生成物をエッチング室内から除去すると共に、エッチング室内の雰囲気及び基板の温度を調整する。シーズニング工程の後に、パージ工程において、プラズマを発生させない状態でエッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成るガスを流し、エッチング室内に浮遊する異物及びダミー基板上に付着した異物を除去する。これら全ての工程の終了後に、次の基板がエッチング室内に設置されて次のドライエッチングが行われる。
このようにクリーニング工程により、ドライエッチングによる反応生成物が枚葉毎に除去されるので、反応生成物の堆積を低減でき、エッチング室内に付着した反応生成物の剥離を起因とした異物の発生量を低減できる。これにより、ブラックシリコンの発生を抑制し、素子間を良好に絶縁できる。又、クリーニング工程では、エッチングされた基板はエッチング室の外に置かれるので、クリーニング工程によりトレンチ形状が変化することがなく、トレンチ形状の精度を高めることができる。また、シーズニング工程により、エッチングされた反応生成物の浮遊物がエッチング室内から除去されるので、浮遊物を起因とした異物の発生量を低減できる。又、エッチング室内の雰囲気及び基板の温度が調整されるので、シーズニング工程の後のエッチング工程を速やかに且つ安定して実行することができる。また、パージ工程により、ダミー基板上に付着した異物やエッチング室内に浮遊する異物をより低減できる。
【０００９】
請求項２に記載の手段によれば、複数回の工程に分割して実行されるエッチング工程と、各エッチング工程間に行われ、基板をエッチング室の外に置き、各エッチング工程によりエッチング室内に生成された反応生成物をエッチングするクリーニング工程とを有し、クリーニング工程の後に基板をエッチング室内に戻して次にエッチング工程を行う。
これにより、エッチング室内に付着した反応生成物がクリーニング工程によりエッチングされることにより、エッチング室内に付着した反応生成物の剥離を起因とした異物の発生量を低減することができる。又、エッチング工程が分割実行されるので、各エッチング工程におけるエッチング時間が短縮され、各エッチング工程において発生する異物の量を低減でき、これによってもブラックＳｉの発生を低減できる。
【００１０】
請求項３に記載の手段によれば、クリーニング工程の後に、クリーニング工程によりエッチングされた反応生成物をエッチング室内から除去すると共に、エッチング室内の雰囲気及び基板の温度を調整するシーズニング工程を備える。これにより、エッチングされた反応生成物の浮遊物がエッチング室内から除去されるので、浮遊物を起因とした異物の発生量を低減できる。又、エッチング室内の雰囲気及び基板の温度が調整されるので、シーズニング工程の後のエッチング工程を速やかに且つ安定して実行することができる。
【００１１】
請求項４に記載の手段によれば、シーズニング工程の後に、プラズマを発生させない状態でガスを流し、エッチング室内に浮遊する異物及びダミー基板上に付着した異物を除去するパージ工程を備える。これにより、ダミー基板上に付着した異物やエッチング室内に浮遊する異物をより低減できる。
【００１２】
請求項５に記載の手段によれば、クリーニング工程、シーズニング工程及びパージ工程がロット間に行われることにより、エッチング室内に堆積する反応生成物をより効果的に除去できるので、エッチング室を開放して洗浄が不要となり、製造効率が向上する。
【００１３】
請求項６に記載の手段によれば、クリーニング工程では、ダミー基板のエッチング速度は基板のエッチング速度より小さくすることにより、エッチャントの消費量を抑制でき、効果的に反応生成物を除去できる。
【００１４】
請求項７に記載の手段によれば、第１のクリーニング工程と、その第１のクリーニング工程とは異なる圧力で行われる第２のクリーニング工程とでクリーニング工程が構成される。これにより、高圧条件下でクリーニング工程を行うと、等方性エッチングであるのでエッチング室内に堆積した反応生成物が均一に除去され、低圧条件下でクリーニング工程を行うと、方向性が強いので、エッチング室の中央部に堆積した反応生成物が除去される。このように、クリーニング工程を圧力の異なる２つの工程で構成することで、より効果的に反応生成物を除去できる。
【００１５】
請求項８に記載の手段によれば、ＳｉＯ２系の反応生成物をエッチングする条件で各クリーニング工程を行うことにより、エッチング室内に付着した反応生成物をより良好に除去することができる。
【００１６】
請求項９に記載の手段によれば、ＳＦ６ 又はＮＦ３ の少なくとも一種を含有するガスを用いてクリーニング工程を行うことにより、エッチング室内に付着した反応生成物を良好に揮発除去できる。
【００１７】
請求項１０に記載の手段によれば、複数回の工程に分割して実行されるエッチング工程と、各エッチング工程間に行われ、プラズマを発生させない状態で各エッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成るガスを流し、エッチング室内に浮遊する異物及び基板上に付着した異物を除去するパージ工程とを用いて、シリコン基板のドライエッチングを行う。
これにより、各エッチング工程間にパージ工程を設けることで、基板上に付着した異物を除去すると共に、エッチング室内に浮遊する異物をエッチング開始時の状態に低減することができ、異物をマスクとして形成されるブラックＳｉの発生を低減させることができる。又、エッチング工程が分割されるので、各エッチング工程におけるエッチング時間が短縮され、各エッチング工程において発生する異物の量を低減でき、これによってもブラックＳｉの発生を低減できる。また、パージ工程後のエッチング工程を速やかに実行できる。
【００１８】
請求項１１に記載の手段によれば、各エッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成るガスを用いてパージ工程を行うことにより、パージ工程後のエッチング工程を速やかに実行できる。
【００１９】
請求項１２に記載の手段によれば、エッチング工程におけるガス組成及び流量比を同一にして、プラズマを発生させる電力の供給を停止した条件でパージ工程を行うことにより、基板に対するエッチングを抑制して基板に付着した異物及びエッチング室内に浮遊した異物を良好に除去できる。又、エッチング工程とパージ工程とにおいて各ガスの流量比は一定に保持しているので、パージ工程後のエッチング工程をより速やかに且つ当初から安定して実行することができる。
【００２１】
請求項１３に記載の手段によれば、パージ工程が、次のエッチング工程に入る前に圧力の安定化及び流量の安定化を行う工程を有することにより、パージ工程後におけるエッチング工程をさらに速やかに且つ安定して実行することができる。
【００２２】
請求項１４に記載の手段によれば、ダミー基板の表面にＳｉＯ２膜が形成されることにより、ＳＦ６ガスを用いてエッチングを行えば、ＳｉＯ２に対するエッチング速度はＳｉに対するエッチング速度より小さいので、ＳＦ６ガスの消費が抑制され、反応生成物の除去効率を高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ドライエッチング装置として、図１の模式的断面図に示すようなＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ： 反応性イオンエッチング） 装置を用いた。ＲＩＥ の代わりにＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｓｅ） 装置やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ） 装置などを用いてもよい。
図１において、エッチング室３０１内に上部電極３０４と下部電極３０５があり、この下部電極３０５に対象とする基板３０８を配置し、ガス導入口３０２より下記に述べるエッチングガスが導入され、排気口３０３から排出される。基板３０８は、Ｓｉ基板２内に酸化膜７が埋め込まれ、被エッチング領域が開口したＳｉＯ２から成るマスク１がＳｉ基板２上に形成されており（図１５参照）、クランプ３０９（図５参照）により固定される。電極３０４、３０５間には高周波電源３０６より１３．５６ＭＨｚの電力が供給され、電極３０４、３０５間でガスプラズマが生じて基板３０８のエッチングが行われる。尚、このＲＩＥ 装置はエッチング室３０１の周りにマグネットコイル３０７が配置してあるマグネトロン方式である。尚、後述の各実施例においても、図１に示す装置が用いられる。
【００２４】
上記ＲＩＥ 装置において、用いたエッチングガスは、ＨＢｒ 、ＳＦ６ とＳｉＦ４、それからＨｅガスを含むＯ２ガス（ 以下、「Ｈｅ，Ｏ２ ガス」と記す） であり、図３に示す条件にてエッチングを行った。Ｈｅ，Ｏ２ ガスはＨｅ：Ｏ２ が７：３ の構成の混合ガスを使用したが、流量が制御できればＯ２ガス単独でもよく、又、他の不活性ガスを含んでいてもよい。
【００２５】
本実施例では、一枚の基板に対するエッチングを終了する毎に、クリーニング専用のダミー基板を用いたドライクリーニング工程を設けた構成とした。一例として、図２に本実施例における工程フローを示す。
本実施例では、一枚の基板のエッチングの終了後、被エッチング基板３０８をエッチング室３０１内から取り出し、代わりにＳｉ基板上にＳｉＯ２が形成されたクリーニング専用のダミー基板を基板３０８のあった位置に配置し、枚葉クリーニング工程ＣＬ１を行う。この枚葉クリーニング工程ＣＬ１は、クリーニング工程Ｃ１を８０秒間行った後、シーズニング工程Ｓ１を２０秒間行い、その後パージ工程Ｐ１を６０秒間行う構成とした。
【００２６】
各工程Ｃ１、Ｓ１及びＰ１における実施条件を図４に示す。図４に示されるように、クリーニング工程Ｃ１では、ガス組成はＳＦ６ のみであり、上部電極３０４、下部電極３０５、エッチング室３０１の内壁及びクランプ３０９に付着した反応生成物をＳＦ６ を用いたエッチングにより除去する工程である。このクリーニング工程Ｃ１により、エッチング中にエッチング室３０１内に付着したＳｉＯ２系の反応生成物が取り除かれるため、次の基板のエッチング中に、エッチング室３０１内に付着した反応生成物の剥離を起因とした異物の被エッチング部への付着を防止することが可能である。
シーズニング工程Ｓ１は、エッチング条件に類似したガス条件で行い、エッチング室３０１内の雰囲気の調整、基板温度の調整及びクリーニング工程Ｃ１にてエッチングした反応生成物のエッチング室３０１内からの除去を行う。本実施例では、シーズニング工程Ｓ１のガス条件は、エッチング条件と比較して反応生成物の形成に寄与するＨＢｒ 、ＳｉＦ４、及びＯ２のガス供給量を少なくし、新たに発生する反応生成物量が少なくするようにした。
パージ工程Ｐ１は、エッチング条件に類似した条件でガスを供給し、ＲＦパワーを出力せず、磁場を発生しない構成とし、従ってガスプラズマを発生させない状態でガスを流すようにした。パージ工程Ｐ１は、シーズニング工程Ｓ１後に、エッチング室３０１内に浮遊した状態で残留する異物を除去する。
【００２７】
本実施例では、クリーニング専用のダミー基板として、表面がＳｉＯ２である基板を用いている。ＳＦ６ ガスは、ＳｉＯ２に対するエッチング速度よりＳｉに対するエッチング速度の方が大きいので、Ｓｉ基板を用いると、Ｓｉ基板のエッチングによりＳＦ６ が消費されて、反応生成物の除去効率が低下する。よって、表面がＳｉＯ２であるダミー基板を用いることにより、ＳＦ６ ガスの消費が抑制され、反応生成物の除去効率を高めることができる。
又、シーズニング工程Ｓ１においても、Ｓｉのエッチング速度が大きいので、Ｓｉから成るダミー基板を用いると新たに反応生成物が発生しやすくなるので、この場合にも表面がＳｉＯ２であるダミー基板を用いることが望ましい。
【００２８】
本実施例では、ダミー基板は、Ｓｉ基板を熱酸化して０．９５μｍ の厚さのＳｉＯ２を形成後、ＣＶＤ 法により１ μｍ のＳｉＯ２を形成したものを用いた。ダミー基板のＳｉＯ２の削り量は、クリーニング工程Ｃ１で１２５０Å、シーズニング工程Ｓ１で１５Åであった。このため、ダミー基板１枚で、１５回の枚葉クリーニング工程に使用することができる。
【００２９】
従来では、図５（ａ）に示すように、クランプ３０９により基板３０８を固定した状態でエッチングを行うと、図５（ｂ）に示すように、エッチング中にエッチング室３０１（クランプ３０９上を含む）内に反応生成物３１０が堆積し、その反応生成物３１０の剥離がパーティクル源となっていた。本実施例では、ダミー基板３１１を用いて枚葉毎にクリーニングによって反応生成物３１０をエッチングすることにより、図５（ｃ）に示すように反応生成物３１０が堆積せず、パーティクルを低減できる。その結果、パーティクルを起因としたエッチング残渣を低減できる。
図６は、２５枚の基板３０８から成る１ロットのドライエッチング終了後において、クランプ３０９上の反応生成物３１０の堆積領域と、０．３ μｍ 以上の大きさのパーティクルの個数とを示した説明図である。従来では、クランプ３０９上の広い領域に多量の反応生成物３１０が堆積し、その結果、基板３０８の面内で約７００ 個のパーティクルがあったが、本実施例では、クランプ３０９の内周にのみ反応生成物３１０が堆積し、パーティクル数は３０個に低減できた。
【００３０】
（第２実施例）
本実施例の特徴は、２段階のクリーニング工程を設け、エッチング室内に堆積した反応生成物をより良好に除去できるようにした点である。
図７は、本実施例における工程フローを示した模式図である。本実施例では、クリーニング専用のダミー基板を用いて枚葉毎に、枚葉クリーニング工程ＣＬ２を行っている。枚葉クリーニング工程ＣＬ２は、第１クリーニング工程Ｃ２１、第２クリーニング工程Ｃ２２、シーズニング工程Ｓ２及びパージ工程Ｐ２が順に実行される。各工程Ｃ２１、Ｃ２２、Ｓ２及びＰ２では、第１実施例と同様にエッチングの終了した基板３０８がエッチング室３０１内から取り出され、代わりにダミー基板３１１を配置して実行される。
【００３１】
図８は、各工程Ｃ２１、Ｃ２２、Ｓ２及びＰ２の条件を示した図である。第１クリーニング工程Ｃ２１、シーズニング工程Ｓ２及びパージ工程Ｐ２は、それぞれ第１実施例におけるクリーニング工程Ｃ１、シーズニング工程Ｓ１及びパージ工程Ｐ１と同一の条件に設定されている。第２クリーニング工程Ｃ２２は、第１クリーニング工程Ｃ２１に比較して、低圧、高ＲＦパワーの条件で実行される。これにより、プラズマをエッチング室の中央部に集中させて物理的なエッチング効果を高め、基板付近の堆積物の除去を可能としている。
【００３２】
図９は、クリーニングの条件（圧力及び時間）と、２５枚から成るロットのドライエッチング終了後におけるクランプ３０９上に残留した反応生成物３１０の堆積状況を示した関係図である。
この図に見られるように、第１クリーニング工程Ｃ２１で用いた圧力（３００ｍＴｏｒｒ）下でのエッチングだけでは、クランプ３０９の内周に反応生成物３１０が残る。一方、第２クリーニングＣ２２で用いた圧力（１００ｍＴｏｒｒ）下でのエッチングだけでは、クランプ３０９の外周と爪の側面部に反応生成物３１０が残る。この結果より、低圧条件では、エッチング室の中央部の堆積物の除去に有効であるが、周囲のプラズマ密度が低減するため周辺部における堆積物の除去が困難であることがわかる。又、高圧条件では、比較的等方性のエッチングであるため、エッチング室内の堆積物を均一に除去できるが、堆積量が多い基板の中央部における除去が困難であることがわかる。よって、高圧条件下で行う第１クリーニング工程Ｃ２１と、低圧条件下で行う第２クリーニング工程Ｃ２２とを組み合わせることにより、エッチング室内の堆積物を効率よく除去可能である。
【００３３】
低圧条件では、エッチング室の中央での堆積物のエッチング速度が大きくなると同時に、ダミー基板上でのＳｉＯ２のエッチング速度も大きくなる。このため、エッチング時間は必要最小限にすることが望ましい。本実施例では、第２クリーニング工程Ｃ２２の時間を１５秒とした。
又、ダミー基板は、Ｓｉ基板上に熱酸化により０．９５μｍ のＳｉＯ２を形成し、その後、ＣＶＤ 法により２μｍ のＳｉＯ２を形成した基板を用いた。本実施例における枚葉クリーニング工程ＣＬ２でのＳｉＯ２の削れ量は１回当たり１８５０Åであった。このため、ダミー基板１ 枚で、１５回の枚葉クリーニング工程ＣＬ２に用いることができる。このように、２段階のクリーニング工程Ｃ２１、Ｃ２２を設けることによって、図６に示されるように、クランプ３０９上に堆積した反応生成物３１０は目視で確認できない程度に除去できた。又、パーティクル数も、第１実施例よりさらに低減できた。
尚、本実施例では、第１クリーニング工程Ｃ２１を高圧で行い、第２クリーニング工程Ｃ２２を低圧で行ったが、第１クリーニング工程Ｃ２１を低圧で行い、第２クリーニング工程Ｃ２２を高圧で行う構成としてもよい。
【００３４】
（第３実施例）
本実施例では、ロット間のクリーニングに適用した点に特徴がある。このロット間クリーニング工程では、第１実施例と同様に基板がエッチング室内から取り出され、代わりにダミー基板がエッチング室内に配置される。
図２に示されるように、ロット間クリーニング工程Ｒ１は、１ロットのドライエッチング終了後に、エッチング室内に残留している反応生成物の除去に用いられる。このクリーニング工程Ｒ１のフローは第２実施例と同様であり、各工程の条件を図１０に示す。図１０に示されるように、高圧の第１クリーニング工程、低圧の第２クリーニング工程、シーズニング工程及びパージ工程が順次実行されることで、エッチング室内の反応生成物をより良好に除去することができる。
この第３実施例と、上記の第１又は第２実施例とを組み合わせることにより、エッチング室内の反応生成物をより効果的に除去できる。これにより、従来では、エッチング室内の反応生成物が除去しきれない場合に、エッチング室を開放して洗浄していたが、そのような作業の頻度を低減でき、製造効率をより高めることができる。
【００３５】
（第４実施例）
本実施例では、複数回に分割されたエッチング工程間にエッチング室３０１内に付着した反応生成物を除去する工程を設けることによって異物の被エッチング部への堆積量を低減させるようにした点に特徴がある。
図１１（ａ）は本実施例における工程フローを示した模式図である。まず、図３に示す条件でエッチング工程Ｅ１を６００ 秒間行い、この後、基板をエッチング室内から取り出し、代わりに基板上にＳｉＯ２が形成されたダミー基板を配置し、クリーニング工程Ｃ１を８０秒間行う。このクリーニング工程Ｃ１の条件は、図１１（ｂ）に示されるようにガス組成はＳＦ６ のみであり、上部電極、下部電極、エッチング室の内壁に付着した反応生成物をＳＦ６ を用いたエッチングにより除去する工程である。このクリーニング工程Ｃ１によりエッチング工程Ｅ１にてエッチング室内等に付着したＳｉＯ２系の反応生成物が取り除かれるため、後のエッチング工程において、エッチング室内等に付着した反応生成物の剥離を起因とした異物の被エッチング部への堆積を防止することが可能である。
【００３６】
続いて、クリーニング工程Ｃ１の後、シーズニング工程Ｓ１を図１１（ｂ）に示す条件にて２０秒間行う。このシーズニング工程Ｓ１は、エッチング室内の雰囲気の調整、基板温度の調整、及びクリーニング工程Ｃ１にてエッチングした反応生成物の浮遊物をエッチング室内から除去する。このシーズニング工程Ｓ１の実行の後、基板をエッチング室の下部電極上に戻し、エッチング工程Ｅ２を１０００秒間行い、所定のトレンチ形状を得る。
【００３７】
上記の図１１（ａ）に示す工程フローとすることで、エッチング室内の反応生成物が除去されるため、エッチング時における異物の影響を低減でき、ブラックＳｉの発生を抑止し、製品歩留りを向上させることができる。又、シーズニング工程Ｓ１により基板温度及びエッチング室内の雰囲気が調整されるので、シーズニング工程Ｓ１の後工程であるエッチング工程Ｅ２を速やかに行うことができる。又、これら目的（反応生成物の浮遊物の除去、シーズニング工程Ｓ１後の速やかなエッチング工程Ｅ２の実施）を満たせば、図１１（ｂ）に示されるシーズニング工程Ｓ１の各条件を変更することは可能である。又、エッチング室内に浮遊する異物や基板上に付着した異物を除去するために、図１１（ａ）に示される工程フローにパージ工程を加えてもよい。
又、上記のクリーニング工程Ｃ１ではＳＦ６ を用いたが、三フッ化窒素（ＮＦ３） を用いてもエッチング室内に付着した反応生成物を良好に除去できる。
【００３８】
（第５実施例）
本実施例の特徴は、エッチング工程を複数回に分割して行い、各エッチング工程間にパージ工程を設けた点である。一例として、図１２（ａ）に本実施例における工程フローを示す。本実施例では、図３に示す条件でエッチング工程Ｅ１を６００ 秒間行った後に、パージ工程Ｐ１を３００ 秒間行い、このパージ工程Ｐ１の後に工程Ｅ１と同一の条件でエッチング工程Ｅ２を１０００秒間行う構成とした。
パージ工程Ｐ１において用いられたガスの組成は、エッチング工程Ｅ１、Ｅ２で用いられたガスの組成と同様であり、各ガスの条件を図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）に示されるようにパージ工程Ｐ１では、ＲＦパワーを出力せず、磁場を発生しない構成とし、従ってガスプラズマを発生させない状態でガスを流すようにした。
【００３９】
このように複数回に分割されたエッチング工程Ｅ１、Ｅ２を行うことにより、各エッチング工程Ｅ１、Ｅ２におけるエッチング時間を短縮することができ、各工程Ｅ１、Ｅ２における異物の発生量を低減できる。
又、従来では、図１３（ａ）に示すように異物５がエッチング室３０１内を浮遊した状態や、トレンチ３内に付着した状態でエッチングが行われるために、トレンチ３内の異物５がマスクとして機能し、ブラックＳｉ４が形成されるため、トレンチ３の両側を絶縁分離することができなかったが、図１３（ａ）に示すようにエッチング工程を複数の工程Ｅ１、Ｅ２に分割し、その間にパージ工程Ｐ１を設けることによって、図１３（ｂ）に示すように基板表面やエッチング室３０１内を浮遊する異物５が除去されるため、ブラックＳｉの発生が防止され、トレンチ３の両側を良好に絶縁分離することが可能である。
本実施例により、トレンチエッチングにおけるブラックＳｉ４の発生量を低減できるため、図１４に示されるように、トレンチによる絶縁分離の歩留りが約７０％ となり、パージ工程を設けない従来の製造工程における歩留り約０％に比較して大幅に向上させることができた。
【００４０】
本実施例では、パージ工程Ｐ１におけるガス組成及び流量をエッチング工程Ｅ１、Ｅ２におけるガス組成及び流量と同一としているので、パージ工程Ｐ１におけるエッチング室内の雰囲気がエッチング時の条件と変わることがなく、パージ工程Ｐ１後に速やかに且つ当初から安定してエッチング工程Ｅ２を実行することが可能である。
又、パージ工程Ｐ１において、パージ効果を高めるために、選択比の低い条件、即ち保護膜の形成に寄与する０２系、及び基板のエッチングに寄与するＢｒ系のガスを用いずに低選択比のＦ 系のガスを用いて大流量でパージを行う構成としてもよい。
又、パージは長時間実施するほど効果が高いが、基板の温度が低下してエッチング特性が変化する可能性があるので、基板温度が変化しない範囲にパージ工程Ｐ１の実行時間を設定する必要がある。これらの条件（エッチング室内の雰囲気、基板温度の変化）を満たす範囲であれば、パージ時間を変更することが可能である。例えば、１つのエッチング工程の時間ｈ に対して、パージ時間を０．２ｈ〜０．８ｈの範囲にすることができる。
又、本実施例のように、エッチング特性に影響しないようにパージ工程Ｐ１を設定できれば、エッチング工程は時間的に分割されただけなので、各エッチング工程において、高異方性、高選択比、エッチング速度の均一性などのトレンチエッチングに必要な特性は維持される。
【００４１】
上記各実施例では、図３に示す条件でエッチングを行う構成としたが、エッチング条件はこれに限定されるものではない。良好にトレンチエッチングが行われる条件として、例えばＨＢｒ の流量は１０〜１００ｓｃｃｍ 、ＳＦ６ の流量は１ 〜１０ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４の流量は０ 〜２０ｓｃｃｍ、Ｈｅ／Ｏ２ 流量は２ 〜２０ｓｃｃｍの範囲である。又、ＲＦパワーは２００ 〜６００ｗの範囲、磁束密度は０ 〜１００Ｇの範囲が良好な条件として挙げられる。
又、上記各実施例では、図２に示す条件でエッチングを行う構成としたが、ＨＢｒ などの臭素を含むガスと、ＳＦ６ などのハロゲン元素を含むガスと、窒素ガスとから成るガスを用いてエッチングを行ってもよい。これにより、臭素を含むガスによって基板のエッチングが進み、ハロゲン元素を含むガスによってエッチング残留物を揮発させて除去し、窒素ガスによってＳｉＮ を生成し、トレンチの側壁及びＳｉＯ２を保護し、良好なトレンチ形状が得られ、選択比を向上させることができる。
【００４２】
又、塩素又は塩素を含むガスと、酸素を含むガスとから成るガスを用いてエッチングを行う構成としてもよい。塩素又は塩素を含むガスによってエッチング速度を増加させ、酸素を含むガスによって側壁保護膜を形成し、マスクに対する選択比を向上させることができ、高速でトレンチを形成することが可能である。
このようなエッチングに用いられるガス組成の変化に対応して、パージ工程では、エッチング工程で用いられたガスと同等の組成及びガス流量で、電力の供給のみを停止して行えばよい。又、クリーニング工程では、ＳｉＮ 或いはＳｉＯ２系の反応生成物をエッチングするＳＦ６ 又はＮＦ３ の少なくとも１種類のガスを用いて行えばよい。
又、上記各実施例では、表面にＳｉＯ２膜を形成したダミー基板を用いたが、これ以外では例えば石英基板などを用いることができる。
又、上記各実施例において、各工程間にプラズマ安定化、流量安定化の工程を追加することが可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いたマグネトロンＲＩＥ 装置の模式的構造断面図。
【図２】本発明の第一実施例に係わる枚葉クリーニングの工程フローを示した模式図。
【図３】本発明の各実施例に係わるエッチング条件を示した説明図。
【図４】本発明の第１実施例におけるクリーニング、シーズニング及びパージ条件を示した説明図。
【図５】エッチングによりクランプ上に反応生成物が堆積した従来例と、クランプ上に反応生成物が堆積していない第１実施例とを示した模式図。
【図６】エッチング後における反応生成物の堆積領域及びパーティクル数を示した模式図。
【図７】本発明の第２実施例に係わる枚葉クリーニングの工程フローを示した模式図。
【図８】本発明の第２実施例における第１クリーニング、第２クリーニング、シーズニング及びパージ条件を示した説明図。
【図９】クリーニング時における圧力及び時間と、反応生成物の堆積領域との関係を示した模式図。
【図１０】本発明の第３実施例における第１クリーニング、第２クリーニング、シーズニング及びパージ条件を示した説明図。
【図１１】本発明の第４実施例における工程フロー、クリーニング及びシーズニング条件を示した説明図。
【図１２】本発明の第５実施例における工程フロー及びパージ条件を示した説明図。
【図１３】本発明の第５実施例に係わるトレンチ形成時の断面構成を示した模式図。
【図１４】本発明の第５実施例と従来例とにおける歩留りを示した比較図。
【図１５】異物の付着によるブラックシリコンの形成過程を示した模式図。
【符号の説明】
３０１ エッチング室
３０２ ガス導入口
３０３ 排気口
３０４ 上部電極
３０５ 下部電極
３０６ 高周波電源
３０７ マグネットコイル
３０８ 基板
３０９ クランプ
３１０ 反応生成物
３１１ ダミー基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン（Ｓｉ）基板に対してドライエッチングを行い、基板上にトレンチ（深溝）や深孔などを形成する方法に関する。特に、枚葉毎に安定してエッチングできる方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン基板上に形成された半導体素子内を絶縁分離するために、エッチングにより基板にトレンチを形成することが行われている。このトレンチは、エッチングにより形成されるが、ＳｉＯ２から成るマスクに対する被エッチング材のエッチング速度比（選択比：（Ｓｉのエッチング速度）／（ＳｉＯ２ のエッチング速度））が高い条件、即ちＳｉＯ２がエッチングされにくい条件に設定し、深さ方向にのみ選択的にエッチングして高アスペクト比の溝形状を得るようにしている。
しかし、この方法では、ＳｉＯ２系の反応生成物を発生させながらエッチングを行うために、（１） 反応生成物の凝集、（２） エッチング室内に堆積した反応生成物の剥離、（３） マスクからのＳｉＯ２の脱離などが主な原因となって被エッチング部分にＳｉＯ２系の異物が堆積し、この異物がエッチングのマスクとなって、エッチングされない部分、即ちブラックシリコン（Ｓｉ）といわれるエッチング残渣が発生するという問題がある。このエッチング残渣の発生過程を図１５に模式的に示す。
【０００３】
シリコン基板２上に形成されたマスク１の所定領域が開口された被エッチング部６（図１５（ａ））をエッチングすることでトレンチ３が形成され、このエッチング中にトレンチ３上に異物５が堆積すると（図１５（ｂ））、以後、異物５がエッチング時にマスクとなって柱状のブラックＳｉ（エッチング残渣）４が発生する（図１５（ｃ））。このブラックＳｉ４の大きさが大きい場合には適正な分離幅が得られず、素子間の絶縁分離が困難になる。又、ブラックＳｉ４の発生量は、異物の発生が多いほど多くなり、これに伴い絶縁不良が発生する確率も高くなる。よって、反応生成物が発生しやすいエッチング条件ほど、ブラックＳｉ４が発生しやすくなる。トレンチエッチングではＳｉＯ２系の反応生成物を発生させながらエッチングするため、ブラックＳｉが発生する確率が高い。従来、基板の外周から数ｍｍの範囲は、マスクのパターン形成工程でレジストを除去するため、マスクに覆われておらず、被エッチング材が露出した状態でエッチングを行っていたので、トレンチ幅と比較して広い部分にブラックＳｉが発生し、それらのブラックＳｉが後工程において折れることにより異物源となる可能性もある。
【０００４】
これを解決するために、基板外周部にＳｉＯ２マスクを残すことにより、異物の発生を抑える方法が考えられる。しかし、基板外周部にＳｉＯ２マスクを残してエッチングを行うことで、基板面積に対する被エッチング部分の面積の割合が小さくなり、反応生成物の生成量が減少するために低選択比となる。よって、ＳｉＯ２マスクのエッチングが多くなるので、これを抑制するためエッチング条件を反応生成物量が多くなるエッチング条件、即ち、高選択比の条件に変更する必要がある。具体的にはＳｉＦ４ガスとＯ２ガスの流量比を増加させる。又、基板の外周部ほどスパッタエッチングの効果でマスクのエッジ部が削られる傾向があるため、基板の径が大きくなるとマスクを保護するために、エッチング条件を高選択比の条件に変更する必要がある。しかし、この選択比の条件変更に伴って、反応生成物の生成量が増加し、被エッチング部に付着する異物の量が増加し、ブラックＳｉの発生量が増え、絶縁不良が発生してしまう。
【０００５】
このようにブラックＳｉの発生を抑えるためには、反応生成物の発生を抑制すればよいが、反応生成物を抑制しようとすれば低選択比となり、高選択比にしようとすれば反応生成物の発生が増加する。これら背反する問題を解決する方法として、例えば特開平８−１７８０４号公報に開示されている技術が知られている。このエッチング方法では、被エッチング基板をチャンバ内に載置し、Ｆ 系ガスを用いたプラズマ放電によりクリーニングを行い、Ｓｉ基板上に露出した自然酸化膜と、前回の基板のトレンチエッチングによりチャンバ内に付着した反応生成物とを除去してから、Ｃｌ系、Ｉ 系、Ｂｒ系を含むガスを用いて次の基板のトレンチエッチングを行う構成としている。この自然酸化膜を除去することにより良好なトレンチ形状が得られ、チャンバ内に付着した反応生成物を除去することにより、反応生成物の堆積を防止し、安定したエッチングを可能としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｆ系ガスによるエッチングは等方的であるので、被エッチング基板をチャンバ内に設置した状態でクリーニングを行うと、被エッチング基板のトレンチ形状が変化し、精度よくトレンチを形成できないという問題がある。
【０００７】
従って、本発明の目的は、上記課題に鑑み、被エッチング基板をチャンバ内から取り出し、ダミーの基板をチャンバ内に設置してクリーニングを行うことにより、被エッチング基板のトレンチを精度よく形成できるようにしたドライエッチング方法を実現することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載の手段によれば、シリコンから成る基板をドライエッチングする方法において、まず、エッチング工程により基板がドライエッチングされる。そして、エッチング工程の終了後、クリーニング工程により基板がエッチング室の外に排出され、代わりにダミー基板がエッチング室内に設置され、エッチング室内に生成された反応生成物がエッチングされる。クリーニング工程の後に、シーズニング工程において、クリーニング工程によりエッチングされた反応生成物をエッチング室内から除去すると共に、エッチング室内の雰囲気及び基板の温度を調整する。シーズニング工程の後に、パージ工程において、プラズマを発生させない状態でエッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成るガスを流し、エッチング室内に浮遊する異物及びダミー基板上に付着した異物を除去する。これら全ての工程の終了後に、次の基板がエッチング室内に設置されて次のドライエッチングが行われる。
このようにクリーニング工程により、ドライエッチングによる反応生成物が枚葉毎に除去されるので、反応生成物の堆積を低減でき、エッチング室内に付着した反応生成物の剥離を起因とした異物の発生量を低減できる。これにより、ブラックシリコンの発生を抑制し、素子間を良好に絶縁できる。又、クリーニング工程では、エッチングされた基板はエッチング室の外に置かれるので、クリーニング工程によりトレンチ形状が変化することがなく、トレンチ形状の精度を高めることができる。また、シーズニング工程により、エッチングされた反応生成物の浮遊物がエッチング室内から除去されるので、浮遊物を起因とした異物の発生量を低減できる。又、エッチング室内の雰囲気及び基板の温度が調整されるので、シーズニング工程の後のエッチング工程を速やかに且つ安定して実行することができる。また、パージ工程により、ダミー基板上に付着した異物やエッチング室内に浮遊する異物をより低減できる。
【０００９】
請求項２に記載の手段によれば、複数回の工程に分割して実行されるエッチング工程と、各エッチング工程間に行われ、基板をエッチング室の外に置き、各エッチング工程によりエッチング室内に生成された反応生成物をエッチングするクリーニング工程とを有し、クリーニング工程の後に基板をエッチング室内に戻して次にエッチング工程を行う。
これにより、エッチング室内に付着した反応生成物がクリーニング工程によりエッチングされることにより、エッチング室内に付着した反応生成物の剥離を起因とした異物の発生量を低減することができる。又、エッチング工程が分割実行されるので、各エッチング工程におけるエッチング時間が短縮され、各エッチング工程において発生する異物の量を低減でき、これによってもブラックＳｉの発生を低減できる。
【００１０】
請求項３に記載の手段によれば、クリーニング工程の後に、クリーニング工程によりエッチングされた反応生成物をエッチング室内から除去すると共に、エッチング室内の雰囲気及び基板の温度を調整するシーズニング工程を備える。これにより、エッチングされた反応生成物の浮遊物がエッチング室内から除去されるので、浮遊物を起因とした異物の発生量を低減できる。又、エッチング室内の雰囲気及び基板の温度が調整されるので、シーズニング工程の後のエッチング工程を速やかに且つ安定して実行することができる。
【００１１】
請求項４に記載の手段によれば、シーズニング工程の後に、プラズマを発生させない状態でガスを流し、エッチング室内に浮遊する異物及びダミー基板上に付着した異物を除去するパージ工程を備える。これにより、ダミー基板上に付着した異物やエッチング室内に浮遊する異物をより低減できる。
【００１２】
請求項５に記載の手段によれば、クリーニング工程、シーズニング工程及びパージ工程がロット間に行われることにより、エッチング室内に堆積する反応生成物をより効果的に除去できるので、エッチング室を開放して洗浄が不要となり、製造効率が向上する。
【００１３】
請求項６に記載の手段によれば、クリーニング工程では、ダミー基板のエッチング速度は基板のエッチング速度より小さくすることにより、エッチャントの消費量を抑制でき、効果的に反応生成物を除去できる。
【００１４】
請求項７に記載の手段によれば、第１のクリーニング工程と、その第１のクリーニング工程とは異なる圧力で行われる第２のクリーニング工程とでクリーニング工程が構成される。これにより、高圧条件下でクリーニング工程を行うと、等方性エッチングであるのでエッチング室内に堆積した反応生成物が均一に除去され、低圧条件下でクリーニング工程を行うと、方向性が強いので、エッチング室の中央部に堆積した反応生成物が除去される。このように、クリーニング工程を圧力の異なる２つの工程で構成することで、より効果的に反応生成物を除去できる。
【００１５】
請求項８に記載の手段によれば、ＳｉＯ２系の反応生成物をエッチングする条件で各クリーニング工程を行うことにより、エッチング室内に付着した反応生成物をより良好に除去することができる。
【００１６】
請求項９に記載の手段によれば、ＳＦ６ 又はＮＦ３ の少なくとも一種を含有するガスを用いてクリーニング工程を行うことにより、エッチング室内に付着した反応生成物を良好に揮発除去できる。
【００１７】
請求項１０に記載の手段によれば、複数回の工程に分割して実行されるエッチング工程と、各エッチング工程間に行われ、プラズマを発生させない状態で各エッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成るガスを流し、エッチング室内に浮遊する異物及び基板上に付着した異物を除去するパージ工程とを用いて、シリコン基板のドライエッチングを行う。
これにより、各エッチング工程間にパージ工程を設けることで、基板上に付着した異物を除去すると共に、エッチング室内に浮遊する異物をエッチング開始時の状態に低減することができ、異物をマスクとして形成されるブラックＳｉの発生を低減させることができる。又、エッチング工程が分割されるので、各エッチング工程におけるエッチング時間が短縮され、各エッチング工程において発生する異物の量を低減でき、これによってもブラックＳｉの発生を低減できる。また、パージ工程後のエッチング工程を速やかに実行できる。
【００１８】
請求項１１に記載の手段によれば、各エッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成るガスを用いてパージ工程を行うことにより、パージ工程後のエッチング工程を速やかに実行できる。
【００１９】
請求項１２に記載の手段によれば、エッチング工程におけるガス組成及び流量比を同一にして、プラズマを発生させる電力の供給を停止した条件でパージ工程を行うことにより、基板に対するエッチングを抑制して基板に付着した異物及びエッチング室内に浮遊した異物を良好に除去できる。又、エッチング工程とパージ工程とにおいて各ガスの流量比は一定に保持しているので、パージ工程後のエッチング工程をより速やかに且つ当初から安定して実行することができる。
【００２１】
請求項１３に記載の手段によれば、パージ工程が、次のエッチング工程に入る前に圧力の安定化及び流量の安定化を行う工程を有することにより、パージ工程後におけるエッチング工程をさらに速やかに且つ安定して実行することができる。
【００２２】
請求項１４に記載の手段によれば、ダミー基板の表面にＳｉＯ２膜が形成されることにより、ＳＦ６ガスを用いてエッチングを行えば、ＳｉＯ２に対するエッチング速度はＳｉに対するエッチング速度より小さいので、ＳＦ６ガスの消費が抑制され、反応生成物の除去効率を高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
（第１実施例）
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ドライエッチング装置として、図１の模式的断面図に示すようなＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ： 反応性イオンエッチング） 装置を用いた。ＲＩＥ の代わりにＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｓｅ） 装置やＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ） 装置などを用いてもよい。
図１において、エッチング室３０１内に上部電極３０４と下部電極３０５があり、この下部電極３０５に対象とする基板３０８を配置し、ガス導入口３０２より下記に述べるエッチングガスが導入され、排気口３０３から排出される。基板３０８は、Ｓｉ基板２内に酸化膜７が埋め込まれ、被エッチング領域が開口したＳｉＯ２から成るマスク１がＳｉ基板２上に形成されており（図１５参照）、クランプ３０９（図５参照）により固定される。電極３０４、３０５間には高周波電源３０６より１３．５６ＭＨｚの電力が供給され、電極３０４、３０５間でガスプラズマが生じて基板３０８のエッチングが行われる。尚、このＲＩＥ 装置はエッチング室３０１の周りにマグネットコイル３０７が配置してあるマグネトロン方式である。尚、後述の各実施例においても、図１に示す装置が用いられる。
【００２４】
上記ＲＩＥ 装置において、用いたエッチングガスは、ＨＢｒ 、ＳＦ６ とＳｉＦ４、それからＨｅガスを含むＯ２ガス（ 以下、「Ｈｅ，Ｏ２ ガス」と記す） であり、図３に示す条件にてエッチングを行った。Ｈｅ，Ｏ２ ガスはＨｅ：Ｏ２ が７：３ の構成の混合ガスを使用したが、流量が制御できればＯ２ガス単独でもよく、又、他の不活性ガスを含んでいてもよい。
【００２５】
本実施例では、一枚の基板に対するエッチングを終了する毎に、クリーニング専用のダミー基板を用いたドライクリーニング工程を設けた構成とした。一例として、図２に本実施例における工程フローを示す。
本実施例では、一枚の基板のエッチングの終了後、被エッチング基板３０８をエッチング室３０１内から取り出し、代わりにＳｉ基板上にＳｉＯ２が形成されたクリーニング専用のダミー基板を基板３０８のあった位置に配置し、枚葉クリーニング工程ＣＬ１を行う。この枚葉クリーニング工程ＣＬ１は、クリーニング工程Ｃ１を８０秒間行った後、シーズニング工程Ｓ１を２０秒間行い、その後パージ工程Ｐ１を６０秒間行う構成とした。
【００２６】
各工程Ｃ１、Ｓ１及びＰ１における実施条件を図４に示す。図４に示されるように、クリーニング工程Ｃ１では、ガス組成はＳＦ６ のみであり、上部電極３０４、下部電極３０５、エッチング室３０１の内壁及びクランプ３０９に付着した反応生成物をＳＦ６ を用いたエッチングにより除去する工程である。このクリーニング工程Ｃ１により、エッチング中にエッチング室３０１内に付着したＳｉＯ２系の反応生成物が取り除かれるため、次の基板のエッチング中に、エッチング室３０１内に付着した反応生成物の剥離を起因とした異物の被エッチング部への付着を防止することが可能である。
シーズニング工程Ｓ１は、エッチング条件に類似したガス条件で行い、エッチング室３０１内の雰囲気の調整、基板温度の調整及びクリーニング工程Ｃ１にてエッチングした反応生成物のエッチング室３０１内からの除去を行う。本実施例では、シーズニング工程Ｓ１のガス条件は、エッチング条件と比較して反応生成物の形成に寄与するＨＢｒ 、ＳｉＦ４、及びＯ２のガス供給量を少なくし、新たに発生する反応生成物量が少なくするようにした。
パージ工程Ｐ１は、エッチング条件に類似した条件でガスを供給し、ＲＦパワーを出力せず、磁場を発生しない構成とし、従ってガスプラズマを発生させない状態でガスを流すようにした。パージ工程Ｐ１は、シーズニング工程Ｓ１後に、エッチング室３０１内に浮遊した状態で残留する異物を除去する。
【００２７】
本実施例では、クリーニング専用のダミー基板として、表面がＳｉＯ２である基板を用いている。ＳＦ６ ガスは、ＳｉＯ２に対するエッチング速度よりＳｉに対するエッチング速度の方が大きいので、Ｓｉ基板を用いると、Ｓｉ基板のエッチングによりＳＦ６ が消費されて、反応生成物の除去効率が低下する。よって、表面がＳｉＯ２であるダミー基板を用いることにより、ＳＦ６ ガスの消費が抑制され、反応生成物の除去効率を高めることができる。
又、シーズニング工程Ｓ１においても、Ｓｉのエッチング速度が大きいので、Ｓｉから成るダミー基板を用いると新たに反応生成物が発生しやすくなるので、この場合にも表面がＳｉＯ２であるダミー基板を用いることが望ましい。
【００２８】
本実施例では、ダミー基板は、Ｓｉ基板を熱酸化して０．９５μｍ の厚さのＳｉＯ２を形成後、ＣＶＤ 法により１ μｍ のＳｉＯ２を形成したものを用いた。ダミー基板のＳｉＯ２の削り量は、クリーニング工程Ｃ１で１２５０Å、シーズニング工程Ｓ１で１５Åであった。このため、ダミー基板１枚で、１５回の枚葉クリーニング工程に使用することができる。
【００２９】
従来では、図５（ａ）に示すように、クランプ３０９により基板３０８を固定した状態でエッチングを行うと、図５（ｂ）に示すように、エッチング中にエッチング室３０１（クランプ３０９上を含む）内に反応生成物３１０が堆積し、その反応生成物３１０の剥離がパーティクル源となっていた。本実施例では、ダミー基板３１１を用いて枚葉毎にクリーニングによって反応生成物３１０をエッチングすることにより、図５（ｃ）に示すように反応生成物３１０が堆積せず、パーティクルを低減できる。その結果、パーティクルを起因としたエッチング残渣を低減できる。
図６は、２５枚の基板３０８から成る１ロットのドライエッチング終了後において、クランプ３０９上の反応生成物３１０の堆積領域と、０．３ μｍ 以上の大きさのパーティクルの個数とを示した説明図である。従来では、クランプ３０９上の広い領域に多量の反応生成物３１０が堆積し、その結果、基板３０８の面内で約７００ 個のパーティクルがあったが、本実施例では、クランプ３０９の内周にのみ反応生成物３１０が堆積し、パーティクル数は３０個に低減できた。
【００３０】
（第２実施例）
本実施例の特徴は、２段階のクリーニング工程を設け、エッチング室内に堆積した反応生成物をより良好に除去できるようにした点である。
図７は、本実施例における工程フローを示した模式図である。本実施例では、クリーニング専用のダミー基板を用いて枚葉毎に、枚葉クリーニング工程ＣＬ２を行っている。枚葉クリーニング工程ＣＬ２は、第１クリーニング工程Ｃ２１、第２クリーニング工程Ｃ２２、シーズニング工程Ｓ２及びパージ工程Ｐ２が順に実行される。各工程Ｃ２１、Ｃ２２、Ｓ２及びＰ２では、第１実施例と同様にエッチングの終了した基板３０８がエッチング室３０１内から取り出され、代わりにダミー基板３１１を配置して実行される。
【００３１】
図８は、各工程Ｃ２１、Ｃ２２、Ｓ２及びＰ２の条件を示した図である。第１クリーニング工程Ｃ２１、シーズニング工程Ｓ２及びパージ工程Ｐ２は、それぞれ第１実施例におけるクリーニング工程Ｃ１、シーズニング工程Ｓ１及びパージ工程Ｐ１と同一の条件に設定されている。第２クリーニング工程Ｃ２２は、第１クリーニング工程Ｃ２１に比較して、低圧、高ＲＦパワーの条件で実行される。これにより、プラズマをエッチング室の中央部に集中させて物理的なエッチング効果を高め、基板付近の堆積物の除去を可能としている。
【００３２】
図９は、クリーニングの条件（圧力及び時間）と、２５枚から成るロットのドライエッチング終了後におけるクランプ３０９上に残留した反応生成物３１０の堆積状況を示した関係図である。
この図に見られるように、第１クリーニング工程Ｃ２１で用いた圧力（３００ｍＴｏｒｒ）下でのエッチングだけでは、クランプ３０９の内周に反応生成物３１０が残る。一方、第２クリーニングＣ２２で用いた圧力（１００ｍＴｏｒｒ）下でのエッチングだけでは、クランプ３０９の外周と爪の側面部に反応生成物３１０が残る。この結果より、低圧条件では、エッチング室の中央部の堆積物の除去に有効であるが、周囲のプラズマ密度が低減するため周辺部における堆積物の除去が困難であることがわかる。又、高圧条件では、比較的等方性のエッチングであるため、エッチング室内の堆積物を均一に除去できるが、堆積量が多い基板の中央部における除去が困難であることがわかる。よって、高圧条件下で行う第１クリーニング工程Ｃ２１と、低圧条件下で行う第２クリーニング工程Ｃ２２とを組み合わせることにより、エッチング室内の堆積物を効率よく除去可能である。
【００３３】
低圧条件では、エッチング室の中央での堆積物のエッチング速度が大きくなると同時に、ダミー基板上でのＳｉＯ２のエッチング速度も大きくなる。このため、エッチング時間は必要最小限にすることが望ましい。本実施例では、第２クリーニング工程Ｃ２２の時間を１５秒とした。
又、ダミー基板は、Ｓｉ基板上に熱酸化により０．９５μｍ のＳｉＯ２を形成し、その後、ＣＶＤ 法により２μｍ のＳｉＯ２を形成した基板を用いた。本実施例における枚葉クリーニング工程ＣＬ２でのＳｉＯ２の削れ量は１回当たり１８５０Åであった。このため、ダミー基板１ 枚で、１５回の枚葉クリーニング工程ＣＬ２に用いることができる。このように、２段階のクリーニング工程Ｃ２１、Ｃ２２を設けることによって、図６に示されるように、クランプ３０９上に堆積した反応生成物３１０は目視で確認できない程度に除去できた。又、パーティクル数も、第１実施例よりさらに低減できた。
尚、本実施例では、第１クリーニング工程Ｃ２１を高圧で行い、第２クリーニング工程Ｃ２２を低圧で行ったが、第１クリーニング工程Ｃ２１を低圧で行い、第２クリーニング工程Ｃ２２を高圧で行う構成としてもよい。
【００３４】
（第３実施例）
本実施例では、ロット間のクリーニングに適用した点に特徴がある。このロット間クリーニング工程では、第１実施例と同様に基板がエッチング室内から取り出され、代わりにダミー基板がエッチング室内に配置される。
図２に示されるように、ロット間クリーニング工程Ｒ１は、１ロットのドライエッチング終了後に、エッチング室内に残留している反応生成物の除去に用いられる。このクリーニング工程Ｒ１のフローは第２実施例と同様であり、各工程の条件を図１０に示す。図１０に示されるように、高圧の第１クリーニング工程、低圧の第２クリーニング工程、シーズニング工程及びパージ工程が順次実行されることで、エッチング室内の反応生成物をより良好に除去することができる。
この第３実施例と、上記の第１又は第２実施例とを組み合わせることにより、エッチング室内の反応生成物をより効果的に除去できる。これにより、従来では、エッチング室内の反応生成物が除去しきれない場合に、エッチング室を開放して洗浄していたが、そのような作業の頻度を低減でき、製造効率をより高めることができる。
【００３５】
（第４実施例）
本実施例では、複数回に分割されたエッチング工程間にエッチング室３０１内に付着した反応生成物を除去する工程を設けることによって異物の被エッチング部への堆積量を低減させるようにした点に特徴がある。
図１１（ａ）は本実施例における工程フローを示した模式図である。まず、図３に示す条件でエッチング工程Ｅ１を６００ 秒間行い、この後、基板をエッチング室内から取り出し、代わりに基板上にＳｉＯ２が形成されたダミー基板を配置し、クリーニング工程Ｃ１を８０秒間行う。このクリーニング工程Ｃ１の条件は、図１１（ｂ）に示されるようにガス組成はＳＦ６ のみであり、上部電極、下部電極、エッチング室の内壁に付着した反応生成物をＳＦ６ を用いたエッチングにより除去する工程である。このクリーニング工程Ｃ１によりエッチング工程Ｅ１にてエッチング室内等に付着したＳｉＯ２系の反応生成物が取り除かれるため、後のエッチング工程において、エッチング室内等に付着した反応生成物の剥離を起因とした異物の被エッチング部への堆積を防止することが可能である。
【００３６】
続いて、クリーニング工程Ｃ１の後、シーズニング工程Ｓ１を図１１（ｂ）に示す条件にて２０秒間行う。このシーズニング工程Ｓ１は、エッチング室内の雰囲気の調整、基板温度の調整、及びクリーニング工程Ｃ１にてエッチングした反応生成物の浮遊物をエッチング室内から除去する。このシーズニング工程Ｓ１の実行の後、基板をエッチング室の下部電極上に戻し、エッチング工程Ｅ２を１０００秒間行い、所定のトレンチ形状を得る。
【００３７】
上記の図１１（ａ）に示す工程フローとすることで、エッチング室内の反応生成物が除去されるため、エッチング時における異物の影響を低減でき、ブラックＳｉの発生を抑止し、製品歩留りを向上させることができる。又、シーズニング工程Ｓ１により基板温度及びエッチング室内の雰囲気が調整されるので、シーズニング工程Ｓ１の後工程であるエッチング工程Ｅ２を速やかに行うことができる。又、これら目的（反応生成物の浮遊物の除去、シーズニング工程Ｓ１後の速やかなエッチング工程Ｅ２の実施）を満たせば、図１１（ｂ）に示されるシーズニング工程Ｓ１の各条件を変更することは可能である。又、エッチング室内に浮遊する異物や基板上に付着した異物を除去するために、図１１（ａ）に示される工程フローにパージ工程を加えてもよい。
又、上記のクリーニング工程Ｃ１ではＳＦ６ を用いたが、三フッ化窒素（ＮＦ３） を用いてもエッチング室内に付着した反応生成物を良好に除去できる。
【００３８】
（第５実施例）
本実施例の特徴は、エッチング工程を複数回に分割して行い、各エッチング工程間にパージ工程を設けた点である。一例として、図１２（ａ）に本実施例における工程フローを示す。本実施例では、図３に示す条件でエッチング工程Ｅ１を６００ 秒間行った後に、パージ工程Ｐ１を３００ 秒間行い、このパージ工程Ｐ１の後に工程Ｅ１と同一の条件でエッチング工程Ｅ２を１０００秒間行う構成とした。
パージ工程Ｐ１において用いられたガスの組成は、エッチング工程Ｅ１、Ｅ２で用いられたガスの組成と同様であり、各ガスの条件を図１２（ｂ）に示す。図１２（ｂ）に示されるようにパージ工程Ｐ１では、ＲＦパワーを出力せず、磁場を発生しない構成とし、従ってガスプラズマを発生させない状態でガスを流すようにした。
【００３９】
このように複数回に分割されたエッチング工程Ｅ１、Ｅ２を行うことにより、各エッチング工程Ｅ１、Ｅ２におけるエッチング時間を短縮することができ、各工程Ｅ１、Ｅ２における異物の発生量を低減できる。
又、従来では、図１３（ａ）に示すように異物５がエッチング室３０１内を浮遊した状態や、トレンチ３内に付着した状態でエッチングが行われるために、トレンチ３内の異物５がマスクとして機能し、ブラックＳｉ４が形成されるため、トレンチ３の両側を絶縁分離することができなかったが、図１３（ａ）に示すようにエッチング工程を複数の工程Ｅ１、Ｅ２に分割し、その間にパージ工程Ｐ１を設けることによって、図１３（ｂ）に示すように基板表面やエッチング室３０１内を浮遊する異物５が除去されるため、ブラックＳｉの発生が防止され、トレンチ３の両側を良好に絶縁分離することが可能である。
本実施例により、トレンチエッチングにおけるブラックＳｉ４の発生量を低減できるため、図１４に示されるように、トレンチによる絶縁分離の歩留りが約７０％ となり、パージ工程を設けない従来の製造工程における歩留り約０％に比較して大幅に向上させることができた。
【００４０】
本実施例では、パージ工程Ｐ１におけるガス組成及び流量をエッチング工程Ｅ１、Ｅ２におけるガス組成及び流量と同一としているので、パージ工程Ｐ１におけるエッチング室内の雰囲気がエッチング時の条件と変わることがなく、パージ工程Ｐ１後に速やかに且つ当初から安定してエッチング工程Ｅ２を実行することが可能である。
又、パージ工程Ｐ１において、パージ効果を高めるために、選択比の低い条件、即ち保護膜の形成に寄与する０２系、及び基板のエッチングに寄与するＢｒ系のガスを用いずに低選択比のＦ 系のガスを用いて大流量でパージを行う構成としてもよい。
又、パージは長時間実施するほど効果が高いが、基板の温度が低下してエッチング特性が変化する可能性があるので、基板温度が変化しない範囲にパージ工程Ｐ１の実行時間を設定する必要がある。これらの条件（エッチング室内の雰囲気、基板温度の変化）を満たす範囲であれば、パージ時間を変更することが可能である。例えば、１つのエッチング工程の時間ｈ に対して、パージ時間を０．２ｈ〜０．８ｈの範囲にすることができる。
又、本実施例のように、エッチング特性に影響しないようにパージ工程Ｐ１を設定できれば、エッチング工程は時間的に分割されただけなので、各エッチング工程において、高異方性、高選択比、エッチング速度の均一性などのトレンチエッチングに必要な特性は維持される。
【００４１】
上記各実施例では、図３に示す条件でエッチングを行う構成としたが、エッチング条件はこれに限定されるものではない。良好にトレンチエッチングが行われる条件として、例えばＨＢｒ の流量は１０〜１００ｓｃｃｍ 、ＳＦ６ の流量は１ 〜１０ｓｃｃｍ、ＳｉＦ４の流量は０ 〜２０ｓｃｃｍ、Ｈｅ／Ｏ２ 流量は２ 〜２０ｓｃｃｍの範囲である。又、ＲＦパワーは２００ 〜６００ｗの範囲、磁束密度は０ 〜１００Ｇの範囲が良好な条件として挙げられる。
又、上記各実施例では、図２に示す条件でエッチングを行う構成としたが、ＨＢｒ などの臭素を含むガスと、ＳＦ６ などのハロゲン元素を含むガスと、窒素ガスとから成るガスを用いてエッチングを行ってもよい。これにより、臭素を含むガスによって基板のエッチングが進み、ハロゲン元素を含むガスによってエッチング残留物を揮発させて除去し、窒素ガスによってＳｉＮ を生成し、トレンチの側壁及びＳｉＯ２を保護し、良好なトレンチ形状が得られ、選択比を向上させることができる。
【００４２】
又、塩素又は塩素を含むガスと、酸素を含むガスとから成るガスを用いてエッチングを行う構成としてもよい。塩素又は塩素を含むガスによってエッチング速度を増加させ、酸素を含むガスによって側壁保護膜を形成し、マスクに対する選択比を向上させることができ、高速でトレンチを形成することが可能である。
このようなエッチングに用いられるガス組成の変化に対応して、パージ工程では、エッチング工程で用いられたガスと同等の組成及びガス流量で、電力の供給のみを停止して行えばよい。又、クリーニング工程では、ＳｉＮ 或いはＳｉＯ２系の反応生成物をエッチングするＳＦ６ 又はＮＦ３ の少なくとも１種類のガスを用いて行えばよい。
又、上記各実施例では、表面にＳｉＯ２膜を形成したダミー基板を用いたが、これ以外では例えば石英基板などを用いることができる。
又、上記各実施例において、各工程間にプラズマ安定化、流量安定化の工程を追加することが可能であるのは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に用いたマグネトロンＲＩＥ 装置の模式的構造断面図。
【図２】本発明の第一実施例に係わる枚葉クリーニングの工程フローを示した模式図。
【図３】本発明の各実施例に係わるエッチング条件を示した説明図。
【図４】本発明の第１実施例におけるクリーニング、シーズニング及びパージ条件を示した説明図。
【図５】エッチングによりクランプ上に反応生成物が堆積した従来例と、クランプ上に反応生成物が堆積していない第１実施例とを示した模式図。
【図６】エッチング後における反応生成物の堆積領域及びパーティクル数を示した模式図。
【図７】本発明の第２実施例に係わる枚葉クリーニングの工程フローを示した模式図。
【図８】本発明の第２実施例における第１クリーニング、第２クリーニング、シーズニング及びパージ条件を示した説明図。
【図９】クリーニング時における圧力及び時間と、反応生成物の堆積領域との関係を示した模式図。
【図１０】本発明の第３実施例における第１クリーニング、第２クリーニング、シーズニング及びパージ条件を示した説明図。
【図１１】本発明の第４実施例における工程フロー、クリーニング及びシーズニング条件を示した説明図。
【図１２】本発明の第５実施例における工程フロー及びパージ条件を示した説明図。
【図１３】本発明の第５実施例に係わるトレンチ形成時の断面構成を示した模式図。
【図１４】本発明の第５実施例と従来例とにおける歩留りを示した比較図。
【図１５】異物の付着によるブラックシリコンの形成過程を示した模式図。
【符号の説明】
３０１ エッチング室
３０２ ガス導入口
３０３ 排気口
３０４ 上部電極
３０５ 下部電極
３０６ 高周波電源
３０７ マグネットコイル
３０８ 基板
３０９ クランプ
３１０ 反応生成物
３１１ ダミー基板
Claims (14)
- シリコンから成る基板をドライエッチングする方法において、
前記基板をドライエッチングするエッチング工程と、
前記エッチング工程の終了後に行われ、前記基板をエッチング室の外に排出し、ダミー基板を前記エッチング室内に設置し、前記エッチング工程により前記エッチング室内に生成された反応生成物をエッチングするクリーニング工程と、
前記クリーニング工程の後に行われ、前記クリーニング工程によりエッチングされた前記反応生成物を前記エッチング室内から除去すると共に、前記エッチング室内の雰囲気及び前記基板の温度を調整するシーズニング工程と、
前記シーズニング工程の後に行われ、プラズマを発生させない状態で前記エッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成るガスを流し、前記エッチング室内に浮遊する異物及び前記ダミー基板上に付着した異物を除去するパージ工程とを備え、
前記クリーニング工程の終了後に、次にエッチングする基板を前記エッチング室内に設置して、次のドライエッチングを行うことを特徴とする半導体のドライエッチング方法。 - シリコンから成る基板をドライエッチングする方法において、
一つのドライエッチング処理を複数回の工程に分割して実行するエッチング工程と、
前記各エッチング工程間に行われ、前記基板をエッチング室の外に置き、ダミー基板を前記エッチング室内に設置し、前記各エッチング工程によりエッチング室内に生成された反応生成物をエッチングするクリーニング工程と
を有し、前記クリーニング工程の後に前記基板を前記エッチング室内に戻して次のエッチング工程を行うこと
を特徴とする半導体のドライエッチング方法。 - 前記クリーニング工程の後に行われ、前記クリーニング工程によりエッチングされた前記反応生成物を前記エッチング室内から除去すると共に、前記エッチング室内の雰囲気及び前記基板の温度を調整するシーズニング工程を備えたことを特徴とする請求項２に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記シーズニング工程の後に行われ、プラズマを発生させない状態でガスを流し、前記エッチング室内に浮遊する異物及び前記ダミー基板上に付着した異物を除去するパージ工程を備えたことを特徴とする請求項３に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記クリーニング工程、シーズニング工程及びパージ工程は、ロット間においても行われることを特徴とする請求項１又は４に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記クリーニング工程において、前記ダミー基板のエッチング速度は、前記基板のエッチング速度より小さいことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記クリーニング工程は、第１のクリーニング工程と、該第１のクリーニング工程とは異なる圧力で行われる第２のクリーニング工程とから成ることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記クリーニング工程は、酸化シリコン（ＳｉＯ2）系の前記反応生成物をエッチングする条件で行われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記クリーニング工程は、六フッ化硫黄（ＳＦ6）又は三フッ化窒素（ＮＦ3）の少なくとも一種を含有するガスを用いたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体のドライエッチング方法。
- シリコンから成る基板をドライエッチングする方法において、
複数回の工程に分割して実行されるエッチング工程と、
前記各エッチング工程間に行われ、プラズマを発生させない状態で前記各エッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成るガスを流し、エッチング室内に浮遊する異物及び前記基板上に付着した異物を除去するパージ工程と
を備えたことを特徴とする半導体のドライエッチング方法。 - 前記パージ工程で用いられるガスは、前記各エッチング工程で用いられるガスと略同等の組成から成ることを特徴とする請求項４に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記パージ工程は、前記エッチング工程におけるガス組成及び流量比を同一にして、プラズマを発生させる電力の供給を停止した条件で行われることを特徴とする請求項１，４，５，１０又は１１に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記パージ工程は、次のエッチング工程に入る前に圧力の安定化及び流量の安定化を行う工程を有することを特徴とする請求項１，４，５，１０乃至１２のいずれか１項に記載の半導体のドライエッチング方法。
- 前記ダミー基板の表面には、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体のドライエッチング方法。
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