本發(fā)明涉及等離子體蝕刻方法。

背景技術(shù)：

在制造3d－nand閃速存儲器等三維層疊半導(dǎo)體存儲器的過程中，公知有如下方法：通過進(jìn)行等離子體蝕刻，對氧化硅膜與氮化硅膜的層疊膜進(jìn)行蝕刻，形成高縱橫比的孔(hole)、溝槽(槽)。

在該方法中，在氧化硅膜的蝕刻速度與氮化硅膜的蝕刻速度不同的情況下，在氧化硅膜與氮化硅膜之間的界面產(chǎn)生臺階(扇形缺口)。若如此產(chǎn)生臺階，則例如在隨后的工序中形成于孔、溝槽的膜變得容易剝離等，可靠性降低。

因此，以往，通過使用例如nf3氣體與ch3f氣體的混合氣體來進(jìn)行等離子體蝕刻，一邊對臺階的產(chǎn)生進(jìn)行抑制一邊對層疊膜進(jìn)行蝕刻(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2015－144158號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

然而，在上述方法中，在層疊膜的蝕刻之際產(chǎn)生的臺階受到抑制，但對在產(chǎn)生了臺階的情況下去除臺階的方法沒有公開。因此，在上述方法中，在通過對氧化硅膜與氮化硅膜的層疊膜進(jìn)行蝕刻進(jìn)而臺階產(chǎn)生于氧化硅膜與氮化硅膜之間的界面的情況下，蝕刻形狀變差。

針對上述課題，在一方面中，本發(fā)明的目的在于將在氧化硅膜與氮化硅膜之間的界面產(chǎn)生的臺階去除。

用于解決問題的方案

為了解決上述課題，根據(jù)一技術(shù)方案，可提供一種等離子體蝕刻方法，該等離子體蝕刻方法包括：第1工序，在該第1工序中，使用第1高頻電源所輸出的第1高頻電力從含有含氟氣體的第1處理氣體生成等離子體，利用所生成的等離子體對氧化硅膜與氮化硅膜的層疊膜進(jìn)行蝕刻；第2工序，其在所述第1工序之后，在該第2工序中，使用所述第1高頻電力從含有含溴氣體的第2處理氣體生成等離子體，利用所生成的等離子體對所述層疊膜進(jìn)行蝕刻。

發(fā)明的效果

根據(jù)一技術(shù)方案，能夠?qū)⒃谘趸枘づc氮化硅膜之間的界面產(chǎn)生的臺階去除。

附圖說明

圖1是表示本實施方式的等離子體蝕刻裝置的縱截面的一個例子的圖。

圖2是說明蝕刻前后的層疊膜的截面形狀的圖。

圖3是對在氧化硅膜與氮化硅膜之間的界面產(chǎn)生的臺階進(jìn)行說明的圖。

圖4是表示第1實施方式的等離子體蝕刻方法的一個例子的流程圖。

圖5是說明第1實施方式的等離子體蝕刻的效果的圖。

圖6是說明第2實施方式的等離子體蝕刻的效果的圖。

附圖標(biāo)記說明

1、等離子體蝕刻裝置；31、第1高頻電源；32、第2高頻電源；200、層疊膜；201、氧化硅膜；202、氮化硅膜；hf、第1高頻電力；lf、第2高頻電力。

具體實施方式

以下，參照附圖對用于實施本發(fā)明的方式進(jìn)行說明。此外，在本說明書以及附圖中，對于實質(zhì)上相同的結(jié)構(gòu)，通過標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記，省略重復(fù)的說明。

[等離子體蝕刻裝置的整體結(jié)構(gòu)]

首先，基于圖1對本發(fā)明的一實施方式的等離子體蝕刻裝置進(jìn)行說明。圖1是表示本實施方式的等離子體蝕刻裝置的縱截面的一個例子的圖。

等離子體蝕刻裝置1具有由例如表面被鋁陽極化處理(陽極氧化處理)的鋁形成的圓筒形的腔室10。腔室10被接地。

在腔室10的內(nèi)部設(shè)有載置臺12。載置臺12由例如鋁(al)、鈦(ti)、碳化硅(sic)等材質(zhì)形成，借助絕緣性的保持部14支承于支承部16。由此，載置臺12設(shè)置于腔室10的底部。

在腔室10的底部設(shè)有排氣管26，排氣管26與排氣裝置28連接。排氣裝置28包括渦輪分子泵、干泵等真空泵，將腔室10內(nèi)的處理空間減壓到預(yù)定的真空度，同時將腔室10內(nèi)的氣體向排氣路徑20和排氣口24引導(dǎo)并排氣。在排氣路徑20安裝有用于對氣體的流動進(jìn)行控制的擋板22。

在腔室10的側(cè)壁設(shè)有閘閥30?？赏ㄟ^閘閥30的開閉相對于腔室10進(jìn)行晶圓w的輸入和輸出。

載置臺12借助匹配器33與用于生成等離子體的第1高頻電源31連接，借助匹配器34與用于向晶圓w吸引等離子體中的離子的第2高頻電源32連接。例如，第1高頻電源31為了在腔室10內(nèi)生成等離子體而將適合的第1頻率、例如100mhz的第1高頻電力hf(等離子體生成用的高頻電力)施加于載置臺12。第2高頻電源32將適于向載置臺12上的晶圓w吸引等離子體中的離子的、比第1頻率低的第2頻率、例如3.2mhz的第2高頻電力lf(偏壓產(chǎn)生用的高頻電力)施加于載置臺12。第2高頻電力lf例如與第1高頻電力hf同步地施加。這樣一來，載置臺12載置晶圓w，同時具有作為下部電極的功能。

在載置臺12的上表面設(shè)有用于以靜電吸附力保持晶圓w的靜電卡盤40。靜電卡盤40是將由導(dǎo)電膜形成的電極40a夾入一對絕緣層40b(或絕緣片)之間而成的，電極40a借助開關(guān)43與直流電壓源42連接。靜電卡盤40利用來自直流電壓源42的電壓從而利用庫侖力將晶圓w吸附保持于靜電卡盤上。在靜電卡盤40上設(shè)有溫度傳感器77，以測定靜電卡盤40的溫度。由此，靜電卡盤40上的晶圓w的溫度被測定。

在靜電卡盤40的周緣部以包圍載置臺12的周圍的方式配置有聚焦環(huán)18。聚焦環(huán)18由例如硅、石英形成。聚焦環(huán)18以提高蝕刻的面內(nèi)均勻性的方式發(fā)揮功能。

在腔室10的頂部設(shè)有氣體噴頭38作為接地電位的上部電極。由此，從第1高頻電源31輸出的第1高頻電力hf以電容的方式施加于載置臺12與氣體噴頭38之間。

氣體噴頭38包括具有許多透氣孔56a的電極板56和以能夠裝卸的方式支承電極板56的電極支承體58。氣體供給源62經(jīng)由氣體供給配管64從氣體導(dǎo)入口60a向氣體噴頭38內(nèi)供給處理氣體。處理氣體在氣體擴(kuò)散室57擴(kuò)散，從許多透氣孔56a向腔室10內(nèi)導(dǎo)入。在腔室10的周圍配置有呈環(huán)狀或同心圓狀延伸的磁體66，利用磁力對生成在上部電極與下部電極之間的等離子體生成空間的等離子體進(jìn)行控制。

在靜電卡盤40中也可以埋入有加熱器75。加熱器75也可以替代埋入靜電卡盤40內(nèi)而粘貼于靜電卡盤40的背面。借助供電線從交流電源44輸出來的電流向加熱器75供給。由此，加熱器75對載置臺12進(jìn)行加熱。

在載置臺12的內(nèi)部形成有制冷劑管70。從冷卻單元71供給來的制冷劑(以下也稱為“鹽水(brine)”。)在制冷劑管70以及制冷劑循環(huán)管73中循環(huán)，對載置臺12進(jìn)行冷卻。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，載置臺12通過預(yù)定溫度的鹽水在載置臺12內(nèi)的制冷劑管70流動而被冷卻。由此，晶圓w被調(diào)整成所期望的溫度。另外，可經(jīng)由傳熱氣體供給管線72向靜電卡盤40的上表面與晶圓w的背面之間供給氦(he)氣體等傳熱氣體。

控制部50具有cpu51、rom(readonlymemory，只讀存儲器)52、ram(randomaccessmemory，隨機(jī)存取存儲器)53以及hdd(harddiskdrive，硬盤驅(qū)動器)54。cpu51按照被記錄于rom52、ram53或hdd54的記錄部的制程所設(shè)定的順序進(jìn)行等離子體蝕刻等蝕刻。另外，后述的數(shù)據(jù)表等各種數(shù)據(jù)記錄于記錄部?？刂撇?0對基于加熱器75的加熱機(jī)構(gòu)的溫度、基于鹽水的冷卻機(jī)構(gòu)的溫度進(jìn)行控制。

在進(jìn)行等離子體蝕刻之際，閘閥30的開閉被控制，晶圓w向腔室10內(nèi)輸入，載置于靜電卡盤40上。閘閥30在輸入晶圓w后關(guān)閉。腔室10內(nèi)的壓力被排氣裝置28減壓成設(shè)定值。通過對靜電卡盤40的電極40a施加來自直流電壓源42的電壓，晶圓w被靜電吸附于靜電卡盤40上。

接下來，預(yù)定的氣體從氣體噴頭38呈噴淋狀向腔室10內(nèi)導(dǎo)入，預(yù)定功率的等離子體生成用的第1高頻電力hf被施加于載置臺12。所導(dǎo)入的氣體被第1高頻電力hf電離以及離解，生成等離子體，在等離子體的作用下，對晶圓w施加等離子體蝕刻等蝕刻。也可以對載置臺12施加偏壓產(chǎn)生用的第2高頻電力lf。在等離子體蝕刻結(jié)束后，晶圓w被輸出到腔室10外。

[等離子體蝕刻方法]

接著，基于圖2對使用了含氟氣體的氧化硅膜(sio2)與氮化硅膜(sin)的層疊膜的蝕刻進(jìn)行說明。圖2是說明蝕刻前后的層疊膜的截面形狀的圖，圖2的(a)表示蝕刻前的層疊膜的概略截面，圖2的(b)表示蝕刻后的層疊膜的概略截面。

如圖2的(a)所示，在晶圓w上形成多層氧化硅膜201和多層氮化硅膜202交替地層疊而成的層疊膜200，在層疊膜200上形成有具有開口300a的掩模膜300。晶圓w例如是硅晶圓。掩模膜300例如是多晶硅膜、有機(jī)膜、非晶碳膜、氮化鈦膜。

如圖2的(b)所示，若將掩模膜300作為蝕刻掩模、利用從含有含氟氣體的第1處理氣體生成的等離子體對層疊膜200進(jìn)行蝕刻，則在層疊膜200形成孔200h。此時，在形成于層疊膜200的孔200h的側(cè)壁200sw上，存在有在氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生臺階(扇形缺口)的情況。其原因在于，在蝕刻之際，氧化硅膜201被蝕刻的速度(蝕刻速度)與氮化硅膜202被蝕刻的速度(蝕刻速度)不同。若如此在氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生臺階，在形成有孔200h之后的工序中，在孔200h形成膜的情況下，所形成的膜變得容易剝離等，可靠性降低。這樣的氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面的臺階于在晶圓w的溫度是－30℃以下的極低溫環(huán)境下進(jìn)行蝕刻的情況下容易產(chǎn)生。此外，第1處理氣體也可以含有含氫氣體。

作為一個例子，說明在下述所示的極低溫環(huán)境下的工藝條件下通過對氧化硅膜201與氮化硅膜202的層疊膜200進(jìn)行蝕刻而形成的孔200h的形狀。工藝條件如下所述。

·冷卻單元的設(shè)定溫度：－60℃

·氣體：氫(h2)/四氟化碳(cf4)/三氟甲烷(chf3)

·壓力：60mtorr(8.0pa)

·第1高頻電力hf：2500w、連續(xù)波

·第2高頻電力lf：4000w、脈沖波、頻率0.3khz、占空比55％

圖3是對在氧化硅膜與氮化硅膜之間的界面產(chǎn)生的臺階進(jìn)行說明的圖，下圖表示將上圖中的區(qū)域a放大后的截面。

如圖3所示，在將掩模膜300作為蝕刻掩模、利用從含有含氟氣體的第1處理氣體生成的等離子體對層疊膜200進(jìn)行了蝕刻的情況下，在形成于層疊膜200的孔200h的側(cè)壁200sw上產(chǎn)生了臺階。

因此，以下，對能夠?qū)⒃趯盈B膜200的蝕刻中在氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生的臺階去除的、第1實施方式以及第2實施方式的等離子體蝕刻方法進(jìn)行說明。

＜第1實施方式＞

基于圖4對第1實施方式的等離子體蝕刻方法進(jìn)行說明。圖4是表示第1實施方式的等離子體蝕刻方法的一個例子的流程圖。

如圖4所示，在本實施方式的等離子體蝕刻方法中，首先，將晶圓表面的溫度控制在－30℃以下的極低溫度(步驟s2)。接下來，將含有含氟氣體的第1處理氣體向腔室10內(nèi)供給(步驟s4)。供給含有例如h2/cf4/chf3的處理氣體。

接下來，使用第1處理氣體對氧化硅膜201與氮化硅膜202的層疊膜200進(jìn)行蝕刻(步驟s6：第1工序)。具體而言，從第1高頻電源31輸出(連通)第1高頻電力hf，將等離子體生成用的高頻電力施加于載置臺12。另外，從第2高頻電源32輸出(連通)第2高頻電力lf，將偏壓產(chǎn)生用的高頻電力施加于載置臺12。此時，第1高頻電力hf以及第2高頻電力lf既可以是連續(xù)波，也可以是脈沖波。第1工序的執(zhí)行時間(預(yù)定時間)根據(jù)要在層疊膜200形成的孔200h的深度、第1高頻電力hf的輸出、第2高頻電力lf的輸出等來確定。若經(jīng)過預(yù)定時間，則將第1高頻電力hf以及第2高頻電力斷開(步驟s8)。

接下來，將在含有含氟氣體的第1處理氣體中添加了含溴氣體而成的第2處理氣體向腔室10內(nèi)供給(步驟s10)。供給含有例如h2/cf4/chf3/溴化氫(hbr)的處理氣體。

接下來，使用第2處理氣體對氧化硅膜201與氮化硅膜202的層疊膜200進(jìn)行蝕刻(步驟s12：第2工序)。具體而言，從第1高頻電源31輸出(連通)第1高頻電力hf，將等離子體生成用的高頻電力施加于載置臺12。另外，從第2高頻電源32輸出(連通)第2高頻電力lf，將偏壓產(chǎn)生用的高頻電力施加于載置臺12。此時，第1高頻電力hf既可以是連續(xù)波，也可以是脈沖波，但優(yōu)選第2高頻電力lf是連續(xù)波。第2工序的執(zhí)行時間(預(yù)定時間)根據(jù)第1高頻電力hf的輸出、第2高頻電力lf的輸出等確定。若經(jīng)過預(yù)定時間，則將第1高頻電力hf以及第2高頻電力斷開(步驟s14)。

通過以上步驟，在層疊膜200形成孔200h。

此外，在本實施方式中，在第1工序之后，在將第1高頻電力hf以及第2高頻電力lf暫時斷開后，在第2工序中，將第1高頻電力hf和第2高頻電力lf再次連通，但并不限定于此。例如，也可以在第1工序之后不將第1高頻電力hf以及第2高頻電力lf斷開就繼續(xù)進(jìn)行第2工序。

具體而言，利用下述所示的工藝條件，將掩模膜300作為蝕刻掩模對氧化硅膜201與氮化硅膜202的層疊膜200進(jìn)行了等離子體蝕刻。工藝條件如下所述。

(第1工序)

·冷卻單元的設(shè)定溫度：－60℃

·氣體：h2/cf4/chf3

·壓力：60mtorr(8.0pa)

·第1高頻電力hf：2500w、連續(xù)波

·第2高頻電力lf：4000w、脈沖波、頻率0.3khz、占空比55％

(第2工序)

·冷卻單元的設(shè)定溫度：－60℃

·氣體：h2/cf4/chf3/hbr

·壓力：60mtorr(8.0pa)

·第1高頻電力hf：2500w、連續(xù)波

·第2高頻電力lf：5500w、連續(xù)波

此時，作為比較例，在第2工序中，除了不添加hbr以外，利用與第1實施方式同樣的工序進(jìn)行了等離子體蝕刻。工藝條件如下所述。

(第1工序)

·冷卻單元的設(shè)定溫度：－60℃

·氣體：h2/cf4/chf3

·壓力：60mtorr(8.0pa)

·第1高頻電力hf：2500w、連續(xù)波

·第2高頻電力lf：4000w、脈沖波、頻率0.3khz、占空比55％

(第2工序)

·冷卻單元的設(shè)定溫度：－60℃

·氣體：h2/cf4/chf3

·壓力：60mtorr(8.0pa)

·第1高頻電力hf：2500w、連續(xù)波

·第2高頻電力lf：5500w、連續(xù)波

圖5是說明第1實施方式的等離子體蝕刻的效果的圖，下圖表示將上圖中的區(qū)域a放大后的截面。具體而言，圖5的(a)表示在第1工序之后進(jìn)行了本實施方式的第2工序的蝕刻后的層疊膜200的截面，圖5的(b)表示在第1工序之后進(jìn)行了比較例的第2工序的蝕刻后的層疊膜200的截面。

如圖5的(a)所示，在第2工序中，使用含有hbr的第2處理氣體作為蝕刻氣體對層疊膜200進(jìn)行蝕刻，從而能夠?qū)⒃诘?工序中產(chǎn)生于氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面的臺階去除。其原因在于，在第2工序中通過添加hbr，硅被從層疊膜200趕出來，并且作為硅含有物堆積于在氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生的臺階的凹部中，同時臺階的凸部被削掉，臺階被平坦化。此時，出于促進(jìn)臺階的凸部的削掉這樣的觀點，在第2工序中，優(yōu)選施加第2高頻電力lf，特別優(yōu)選的是，第2高頻電力lf比第1高頻電力hf大。另外，通過添加hbr，能夠縮小氧化硅膜201的蝕刻速度與氮化硅膜202的蝕刻速度之差。因此，在第2工序中，與第1工序相比較，難以在氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生臺階。

另外，在第1工序中，不添加hbr就對層疊膜200進(jìn)行蝕刻。因此，不使掩模膜300相對于層疊膜200的選擇比(掩模選擇比)降低，就能夠在層疊膜200形成孔200h。

與此相對，如圖5的(b)所示，在第2工序中，在不添加hbr作為蝕刻氣體的情況下，幾乎沒有發(fā)現(xiàn)在氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生的臺階得到改善。

此外，在本實施方式中，將第2工序中的腔室10內(nèi)的壓力設(shè)為60mtorr(8.0pa)，但腔室10內(nèi)的壓力也可以是60mtorr(8.0pa)以下，例如也可以是25mtorr(3.3pa)、15mtorr(2.0pa)。通過降低第2工序中的腔室10內(nèi)的壓力，能夠擴(kuò)大在層疊膜200形成的孔200h的底部的直徑(底部cd)。其結(jié)果，除了將在氧化硅膜201與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生的臺階去除之外，能夠使在層疊膜200形成的孔200h的側(cè)壁200sw的垂直性提高。

如以上說明那樣，在第1實施方式的等離子體蝕刻方法中，在使用含有含氟氣體的第1處理氣體的等離子體來對層疊膜200進(jìn)行了蝕刻后，使用含有含溴氣體的第2處理氣體的等離子體來對層疊膜200進(jìn)行蝕刻。由此，能夠?qū)⒃谘趸枘?01與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生的臺階去除。

＜第2實施方式＞

說明第2實施方式的等離子體蝕刻方法。在第1實施方式中，對在第2工序中所使用的第2處理氣體是向在第1工序中所使用的第1處理氣體添加了含溴氣體而成的處理氣體的形態(tài)進(jìn)行了說明。與此相對，在第2實施方式中，對在第2工序中所使用的第2處理氣體是向與在第1工序中使用的第1處理氣體不同的處理氣體添加含溴氣體的形態(tài)進(jìn)行說明。

具體而言，利用下述所示的工藝條件，將掩模膜300作為蝕刻掩模對氧化硅膜201與氮化硅膜202的層疊膜200進(jìn)行了等離子體蝕刻。工藝條件如下所述。

(第1工序)

·冷卻單元的設(shè)定溫度：－60℃

·氣體：h2/cf4/chf3

·壓力：60mtorr(8.0pa)

·第1高頻電力hf：2500w、連續(xù)波

·第2高頻電力lf：4000w、脈沖波、頻率0.3khz、占空比55％

(第2工序)

·冷卻單元的設(shè)定溫度：－60℃

·氣體：二氟甲烷(ch2f2)/甲烷(ch4)/三氟化氮(nf3)/hbr

·壓力：60mtorr(8.0pa)

·第1高頻電力hf：2500w、連續(xù)波

·第2高頻電力lf：5500w、連續(xù)波

圖6是說明第2實施方式的等離子體蝕刻的效果的圖，下圖表示將上圖中的區(qū)域a放大了的截面。具體而言，圖6表示在第1工序之后進(jìn)行了本實施方式的第2工序的蝕刻后的層疊膜200的截面。

如圖6所示，通過使用含有hbr的第2處理氣體作為蝕刻氣體對層疊膜200進(jìn)行蝕刻，與第1實施方式同樣地能夠?qū)⒃谘趸枘?01與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生的臺階去除。

如以上說明那樣，在第2實施方式的等離子體蝕刻方法中，在使用含有含氟氣體的第1處理氣體的等離子體來對層疊膜200進(jìn)行了蝕刻后，使用含有含溴氣體的第2處理氣體的等離子體來對層疊膜200進(jìn)行蝕刻。由此，能夠?qū)⒃谘趸枘?01與氮化硅膜202之間的界面產(chǎn)生的臺階去除。

以上，利用上述實施方式對等離子體蝕刻方法進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的等離子體蝕刻方法并不限定于上述實施方式，在本發(fā)明的范圍內(nèi)能夠進(jìn)行各種變形和改良。

例如，本發(fā)明的等離子體蝕刻方法不僅能夠使用于在層疊膜形成孔的情況，也能夠適用于在層疊膜形成溝槽的情況。

另外，例如本發(fā)明的等離子體蝕刻方法不僅能夠適用于電容耦合型等離子體(ccp：capacitivelycoupledplasma)裝置，也能夠適用于其他蝕刻處理裝置。作為其他蝕刻處理裝置，也可以是電感型等離子體(icp：inductivelycoupledplasma)、使用了徑向線縫隙天線的等離子體蝕刻裝置、螺旋波激勵型等離子體(hwp：heliconwaveplasma)裝置、電子回旋共振等離子體(ecr：electroncyclotronresonanceplasma)裝置等。

另外，利用例如本發(fā)明的蝕刻處理裝置處理的基板并不限于晶圓，例如也可以是平板顯示器(flatpaneldisplay)用的大型基板、el(electroluminescence，電致發(fā)光)元件或太陽能電池用的基板。