硅的干蚀刻方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及使用七氟化碘的硅的干蚀刻方法。
【背景技术】
[0002] 硅化合物在半导体领域中是重要、不可欠缺的材料。例如，作为半导体元件的栅极 绝缘膜的硅氧化膜、作为薄膜晶体管的无定形硅膜以及氮化硅膜等，此外，在用于MEMS等 三维结构元件的多晶硅材料、低功耗的晶体管等用途的碳化硅（SiC)等广泛领域中使用。 尤其是，以DRAM、闪存中所含的晶体管等为代表的半导体元件正在每年推进高集成化，硅半 导体装置受到瞩目。
[0003] 通常，在半导体制造工序中，硅等的硅化合物被加工为规定的形状、或在最终工序 等规定工序中去除。进行这样的硅化合物的加工、去除时，迄今广泛使用干蚀刻。需要说明 的是，在硅化合物的干蚀刻中，要求蚀刻的微细化以及高精度，在进行蚀刻时推进晶片的大 型化、形成的图案微细化，因此面内均匀性、蚀刻选择比是重要的要素，此外，为了得到高生 产率而要求提高蚀刻速度。
[0004] 以往，硅的蚀刻中广泛使用利用了等离子体的干蚀刻。作为所使用的蚀刻气体，通 常为SF6 (六氟化硫）、C4F8 (全氟环丁烷）等氟系的化合物，这些蚀刻气体作为温室效应系 数非常大，从数千乃至数万，作为全球变暖的一个因素而被视作问题。此外，已知由于地球 温室效应系数较低、与硅的反应性高，因此作为蚀刻剂将氟系的卤素互化物用于硅的蚀刻 是有效的。
[0005] 例如，专利文献1中公开了使用包含卤素互化物之一的氟化碘的蚀刻气体，对硅 基板进行各向异性等离子体蚀刻的方法。然而，在使用以往的等离子体的蚀刻方法中，基于 等离子体的对试样的电损伤大、蚀刻复杂形状的半导体元件中所形成的硅时，担心有时也 对电介质等耐蚀刻部分带来损伤。
[0006] 作为解决这样的问题的一个方法，研宄不需要等离子体激发等操作的、所谓利用 无等离子体（plasma-less)的硅化合物的蚀刻方法。例如，专利文献2中公开了，利用气体 供给管压力（一次压）和腔室内压力（二次压）的压力差，将使蚀刻气体剧烈地绝热膨胀 而形成的反应性气体簇喷出到试样表面，通过无等离子体对试样不带来基于电或紫外线光 的损伤地加工试样表面的方法。
[0007] 此外，专利文献3中提出了使用BrF3、ClF3、XeF2等氟系的卤素互化物，通过无等离 子体对硅层进行蚀刻的方法，记载了通过在这些卤素互化物中添加氮气、氩气等稀释气体， 从而提高对于金属、金属硅的硅层的蚀刻选择比。
[0008] 需要说明的是，专利文献4中公开了七氟化碘（以下，有时简称为IF7)的制造方 法，记载了七氟化碘可以用作蚀刻气体。此外，专利文献5中记载了将氟系的卤素互化物用 于氧化物、半导体材料的蚀刻，但未发现实际上将七氟化碘用于蚀刻用途，对于蚀刻条件等 进行详细研宄的报告例。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1 :日本特开2008-177209号公报
[0012] 专利文献2 :国际公开2010/021265号
[0013] 专利文献3 :美国专利6290864号说明书
[0014] 专利文献4 :日本特开2009-23896号公报
[0015] 专利文献5 :日本特开平3-293726号公报
【发明内容】
[0016] 发明要解决的问题
[0017] 对于专利文献2中记载的蚀刻方法，在作为供于蚀刻的反应性气体的卤素互化物 ((：1&等）中添加低沸点的气体（氩气、氖气等稀有气体），从而即便设定为高压力状态也不 会引起混合气体的液化。即，其特征在于，在反应性气体中添加不易液化的低沸点的气体， 从而不使供给的气体液化地设定为高压力状态。其结果，可以实现将高压状态的供给气体 供给到减压状态的腔室时剧烈地使其绝热膨胀，不产生等离子体，因此可以对试样不带来 基于电或紫外线光的损伤来进行蚀刻。
[0018] 然而，专利文献2中记载的蚀刻方法中，为了在供给的蚀刻气体中添加沸点低的 气体，从而使其绝热膨胀，必须对供给气体施加高压力。例如，在如专利文献2中记载的那 样的方法中，作为蚀刻气体使用ClF3时，ClF3:6vol%与Ar:94vol%的混合气体的情况下为 0. 3MPaG以上且I.OMPaG以下的压力。此外，为了将气体设定为高压状态，需要将气体供给 管的前端的喷嘴加工为特殊的形状，喷嘴的特定加工带来成本增加，因此不优选。因此，在 基于专利文献2那样的以往的利用绝热膨胀的方法中，存在容易对装置添加负荷、装置成 本，此外，即便决定施加压力、在不能施加足够的压力的情况下也不能使其绝热膨胀，蚀刻 气体不能均匀地到达基板，在蚀刻量上产生偏差，不能得到面内分布的均匀性的问题
[0019] 本发明是鉴于上述的问题而成的，其目的在于提供在利用绝热膨胀的硅的蚀刻方 法中，蚀刻气体的供给压力与以往的方法相比是温和的条件，不担心对装置的负担、装置成 本的增加，并且，蚀刻量的面内分布均匀性良好的硅的干蚀刻方法。
[0020] 用于解决问题的方案
[0021] 本发明人等为了解决上述的课题而进行深入研宄，结果发现作为供给于蚀刻的气 体的成分，特定七氟化碘，关注七氟化碘具有的特异的化学性质之一的升华性，使用包含七 氟化碘的蚀刻气体时，不需要加入为了在高压状态下的防液化而添加的非活性气体等添加 气体，可以在对装置的负荷少的温和的低压力条件下容易使其绝热膨胀，从而完成了本发 明。
[0022] S卩，本发明为一种干蚀刻方法的特征在于，其为在处理室内蚀刻处理对象物的硅 层的干蚀刻方法，以供给压力为66kPa~0? 5MPa的压力范围从供给源供给包含七氟化碘的 蚀刻气体，将保持在该压力范围的蚀刻气体导入到减压至比前述供给压力低的压力的处理 室，蚀刻前述硅层。
[0023] 如上述的结构，在减压至比供给压力低的压力的处理室内使蚀刻气体绝热膨胀， 可以使蚀刻气体吸附到硅层的表面。
[0024] 此外，在本发明中，蚀刻气体优选包含至少50体积％以上的七氟化碘。进而，蚀刻 气体特别优选实质上不含除七氟化碘以外的成分。
[0025] 此外，在本发明中，供给压力（Ps)与处理室内的压力（Pn)的比率Ps/Pn优选为20 以上且IXlO9以下，进而，优选50以上且IXlO7以下。通过设定为上述的比率，从而考虑 对装置的负担可以更有效地使其绝热膨胀。
[0026] 此外，在本发明中，处理对象物的温度优选为_40°C~150°C。
[0027] 此外，在本发明中，处理对象物至少包含硅层和耐蚀刻构件，可以利用蚀刻气体选 择性地蚀刻前述硅层。耐蚀刻构件优选包含选自Si02、SiN、TiN的至少1个以上的材料。
[0028] 根据本发明，使用包含七氟化碘的蚀刻气体，因此即便利用以往的方法也可以在 温和的压力条件下使蚀刻气体绝热膨胀。因此，不需要将气体的供给压力设为高压力条件， 不担心对于装置的负荷、喷嘴改良等装置成本的增加，在温和的压力条件下，可以以高面内 分布均匀性蚀刻处理对象物的硅层。
【附图说明】
[0029] 图1为实施例以及比较例中使用的蚀刻装置的示意图。
[0030] 图2为表示蚀刻量的面内分布的曲线图1。
[0031] 图3为表示蚀刻量的面内分布的曲线图2。
[0032] 图4为表示七氟化碘的体积比例与蚀刻速度的关系的曲线图。
[0033] 图5为实施例以及比较例中使用的蚀刻试样的截面示意图。
【具体实施方式】
[0034] 本发明的干蚀刻方法的特征在于，从储气罐等供给源在规定的供给压力下介由供 给管供给包含七氟化碘的蚀刻气体，进而，将设定到规定的供给压力的蚀刻气体导入到减 压至比蚀刻气体的供给压力低的压力的处理室，在处理室内使蚀刻气体剧烈地绝热膨胀， 使蚀刻气体吸附于处理对象物的硅层的表面。需要说明的是，本发明的干蚀刻方法为不需 要等离子体激发的无等离子体蚀刻。
[0035] 在处理室内使蚀刻气体绝热膨胀时，由于绝热膨胀的作用，使蚀刻气体中的七氟 化碘吸附到被蚀刻的处理对象物的硅层的表面，进而，蚀刻气体的成分凝缩、液化。由此，即 便进行蚀刻，也可以在基板等处理对象物的整面保持所蚀刻的表面上的浓度均匀，抑制在 面内的蚀刻速度之差，抑制蚀刻量的面内偏差。尤其是，其特征在于，作为蚀刻气体成分，使 用七氟化碘作为蚀刻气体，从而在温和的压力条件（供给气体压为IOOkPa左右）下使气体 的供给压力容易地绝热膨胀。认为这是由于七氟化碘具备的、作为独特的化学性质的升华 性。
[0036] 以下，对于本发明的使用七氟化碘的干蚀刻方法进行详细地说明。
[0037] 在本发明中，使用的七氟化碘可以以工业规模制造、购入来使用，没有特别限制。 此外，七氟化碘可以由以往公知的制造方法获得，例如，可以由本申请人申请的日本特开 2009-23896号所公开的制造方法等制造而获得。
[0038] 在本发明中，添加气体不是必要特征，七氟化碘也可以单独使用，在不损害本发明 的效果的范畴，也可以适宜地根据需要添加其它的添加气体。通常，七氟化碘在蚀刻气体中 至少包含50体积％以上、优选包含80体积％以上。尤其是，为了兼具高面内均匀性和蚀刻 速度