本發(fā)明的實施方式涉及半導體器件的制造方法。

背景技術：

在半導體器件的制造工序中，利用諸如等離子體蝕刻之類的處理。等離子體蝕刻伴隨電子器件的結構的微細化，要求高精度地形成微細的圖案。例如，要求對被蝕刻層高精度地形成深孔。

另外，作為利用形成深孔的等離子體蝕刻制造的半導體器件的一種，已知有具有三維結構的nand型閃存器件。在具有三維結構的nand型閃存器件的制造中，進行通過交替設置不同介電常數(shù)的兩個層而構成的多層膜的蝕刻，進行在該多層膜形成深孔的工序。

作為用于形成這樣的深孔的等離子體蝕刻，已知有專利文獻1中記載的等離子體蝕刻。在專利文獻1的等離子體蝕刻中，由將多種氣體中的至少一種氣體的流量在第一期間內(nèi)設定為第一流量的第一工序和將該氣體的流量在第二期間內(nèi)設定為與第一流量不同的第二流量的第二工序形成的循環(huán)以不使等離子體消失的方式反復進行。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2011－165769號公報

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明想要解決的技術問題

在專利文獻1中記載的等離子體蝕刻中，反應生成物沉積在掩模的表面，由此相對于掩模，能夠以高選擇比對被蝕刻層進行蝕刻，但是具有以下的問題。即，由于反應生成物不均勻地沉積在掩模的表面而發(fā)生在被蝕刻層形成的孔延伸的方向伴隨蝕刻的進行發(fā)生變化的現(xiàn)象。下面，在本說明書中，有時將在被蝕刻層形成的孔等的空間延伸的方向伴隨蝕刻的進行而變化的現(xiàn)象、即該空間延伸的方向從被蝕刻層的膜厚方向的途中開始變化的現(xiàn)象稱為“空間的方向變化”。

根據(jù)這種背景，需要維持被蝕刻層相對于掩模的蝕刻的選擇比且抑制形成于被蝕刻層的空間的方向變化。

用于解決問題的技術方案

本發(fā)明的一個方面的半導體器件的制造方法，用于在等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)，隔著掩模對包含具有相互不同的介電常數(shù)且交替層疊的第一膜和第二膜的多層膜進行蝕刻，該半導體器件的制造方法的特征在于，包括：(a)將含有氟碳化合物(fluorocarbon)氣體、氟代烴(fluorohydrocarbon)氣體和氧氣的第一氣體供給到處理容器內(nèi)，激發(fā)該第一氣體的工序；和(b)將含有氧氣和稀有氣體的第二氣體供給到處理容器內(nèi)，激發(fā)該第二氣體的工序，進行分別包含激發(fā)第一氣體的工序和激發(fā)第二氣體的工序的多個循環(huán)。

在該制造方法中，在激發(fā)第一氣體的工序(a)中，多層膜被蝕刻。在該工序(a)中，產(chǎn)生的反應生成物沉積在掩模的表面。而且，在工序(b)中，將沉積在掩模的表面的反應生成物部分除去，掩模的表面的反應生成物的厚度的不均勻性降低。在本制造方法中，反復進行包含這些工序(a)和(b)的循環(huán)。所以，能夠利用在工序(b)中殘留的反應生成物保護掩模并維持選擇比且降低形成于多層膜的空間的方向變化。

在一個實施方式中，也可以至少在激發(fā)第一氣體的工序中，交替反復進行對設置于處理容器內(nèi)的下部電極的高頻電力的供給和該高頻電力的供給的停止，在高頻電力被供給到下部電極的期間內(nèi)，對與下部電極相對配置的上部電極施加第一負直流電壓，在高頻電力的供給停止的期間內(nèi)，將具有比第一負直流電壓的絕對值大的絕對值的第二負直流電壓施加到上部電極。在該方式中，在不供給高頻電力的期間等離子體消失。另外，在該期間，利用施加于上部電極的第二負直流電壓，將正離子引到上部電極。由此，放出來自上部電極的二次電子。所放出的二次電子照射到包含多層膜的被處理體。其結果，掩模被改性。所以，選擇比被進一步改善。另外，利用二次電子中和被處理體的帶電狀態(tài)。所以，在高頻電力被供給到下部電極的期間產(chǎn)生的等離子體中的正離子的直線傳播性(直進性)提高。其結果，形成于多層膜的空間的垂直性能夠進一步提高。

發(fā)明效果

如以上說明所說明的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面和實施方式，能夠維持被蝕刻層相對于掩模的蝕刻的選擇比且抑制形成于被蝕刻層的空間的方向變化。

附圖說明

圖1是表示一實施方式的半導體器件的制造方法的流程圖。

圖2是表示在工序st1中準備的晶片的一個例子的圖。

圖3是概略地表示等離子體處理裝置的一個例子的圖。

圖4是詳細地表示圖3所示的閥門(valve)組、流量控制器組和氣體源組的圖。

圖5是表示處于在工序st2中被蝕刻的狀態(tài)的晶片的圖。

圖6是表示處于在工序st3中保護膜的厚度的不均勻性降低的狀態(tài)的晶片的圖。

附圖標記說明

10…等離子體處理裝置，12…處理容器，16…下部電極，62…第一高頻電源，64…第二高頻電源，il1…電介質膜(第一膜)，il2…電介質膜(第二膜)，msk…掩模，mt…半導體器件的制造方法。

具體實施方式

以下，參照附圖對各種實施方式進行詳細說明。其中，對各附圖中相同或相應的部分標注相同的附圖標記。

圖1是表示一實施方式的半導體器件的制造方法的流程圖。圖1所示的方法mt例如能夠用于具有三維結構的nand閃存(flashmemory)的制造，包括工序st1、工序st2和工序st3。工序st1為準備被處理體(下面稱為“晶片”)w的工序，工序st2是為了對晶片w的多層膜進行蝕刻而在等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)激發(fā)第一氣體的工序，工序st3是為了將由蝕刻生成的反應生成物部分地除去而在等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)激發(fā)第二氣體的工序。

方法mt在激發(fā)第二氣體的工序st3之后，返回激發(fā)第一氣體的工序st2。即，反復多次進行包含激發(fā)第一氣體的工序st2和激發(fā)第二氣體的工序st3的循環(huán)。

圖2是表示在工序st1中準備的晶片的一個例子的圖。圖2所示的晶片w包括基底層ul、多層膜il和掩模msk。基底層ul能夠為設置在基板上的多晶硅制的層。該基底層ul上設置有多層膜il。多層膜il具有介電常數(shù)不同的兩個電介質膜il1和il2交替層疊而形成的結構。在一實施方式中，電介質膜il1為氧化硅膜，電介質膜il2為氮化硅膜。電介質膜il1的厚度例如為5nm～50nm，電介質膜il2的厚度例如為10nm～75nm。電介質膜il1和il2的層疊數(shù)可以為例如12層的氧化硅膜和12層的氮化硅膜，層疊共計24層以上。多層膜il上設置有掩模msk。掩模msk具有用于在多層膜il形成孔或槽(trench)等深的空間的圖案(pattern)。掩模msk例如能夠為無定形碳制的?；蛘?，掩模msk可以為由有機聚合物(polymer)形成。

再參照圖1。方法mt的工序st1中，在平行平板型等離子體處理裝置的處理容器內(nèi)準備晶片w。下面，對能夠用于方法mt的實施的等離子體處理裝置的一個例子進行說明。圖3是概略地表示等離子體處理裝置的一個例子的圖，表示該等離子體處理裝置的截面圖的結構。

圖3所示的等離子體處理裝置10為電容耦合型平行平板等離子體蝕刻裝置，具有大致圓筒狀的處理容器12。處理容器12的內(nèi)壁面由經(jīng)陽極氧化處理后的鋁形成。該處理容器12安全接地。

處理容器12的底部上設置有由絕緣材料形成的大致圓筒狀的支承部14。支承部14在處理容器12內(nèi)從處理容器12的底部在鉛垂方向上延伸。支承部14支承設置在處理容器12內(nèi)的載置臺pd。具體來說，如圖3所示，支承部14在該支承部14的內(nèi)壁面能夠支承載置臺pd。

載置臺pd在其上表面保持晶片w。載置臺pd能夠包含下部電極(電極部)16和支承部18。下部電極16由例如鋁等的金屬構成，呈大致圓盤形狀。該下部電極16的上表面之上設置有支承部18。

支承部18是支承晶片w的部件，包括基座部18a和靜電吸盤(chuck)18b?；?8a由例如鋁等的金屬構成，呈大致圓盤形狀?；?8a設置在下部電極16上，與下部電極16電連接。靜電吸盤18b設置在基座部18a之上。靜電吸盤18b具有將作為導電膜的電極配置在一對絕緣層或絕緣板間的結構。靜電吸盤18b的電極與直流電源22電連接。該靜電吸盤18b能夠利用由來自直流電源22的直流電壓生成的庫侖力等靜電力來吸附保持晶片w。

在支承部18的基座部18a的周緣部上以包圍晶片w的周緣和靜電吸盤18b的方式配置有聚焦環(huán)(focusring)fr。聚焦環(huán)fr設置為用于提高蝕刻的均勻性。聚焦環(huán)fr由根據(jù)蝕刻對象的膜的材料適當選擇的材料構成，例如能夠由石英構成。

在基座部18的內(nèi)部設置有制冷劑流路24。制冷劑流路24構成一實施方式的溫度調節(jié)機構。規(guī)定溫度的制冷劑從設置在外部的冷卻單元(chillerunit)經(jīng)由配管26a、26b循環(huán)供給到制冷劑流路24。這樣，通過控制循環(huán)的制冷劑的溫度，能夠控制支承于支承部18上的晶片w的溫度。

另外，在等離子體處理裝置10設置有氣體供給線路(line)28。氣體供給線路28將來自傳熱氣體供給機構的傳熱氣體、例如he氣體供給到靜電吸盤18b的上表面與晶片w的背面之間。

另外，等離子體處理裝置10具有上部電極30。上部電極30在載置臺pd的上方與該載置臺pd相對配置(面對配置)。下部電極16和上部電極30設置成相互大致平行。在這些上部電極30與下部電極16之間，劃分(界定)有用于對晶片w進行等離子體處理的處理空間s。

上部電極30隔著絕緣性遮蔽部件32支承于處理容器12的上部。該上部電極30能夠包括電極板34和電極支承體36。電極板34面向處理空間s，劃分出(界定出)多個氣體排出孔34。該電極板34能夠由焦耳熱少的低電阻的導電體或半導體構成，

電極支承體36裝卸自如地支承電極板34，能夠由例如鋁等的導電性材料構成。該電極支承體36能夠具有水冷結構。電極支承體36的內(nèi)部設置有氣體擴散室36a。與氣體排出孔34a連通的多個氣體通流孔36b從該氣體擴散室36a向下方延伸。另外，在電極支承體36形成有向氣體擴散室36a導入處理氣體的氣體導入口36c，該氣體導入口36c與氣體供給管38連接。

氣體供給管38經(jīng)由閥門組42和流量控制器組44與氣體源組40連接。圖4是詳細表示圖3所示的閥門組、流量控制器組和氣體源組的圖。如圖4所示，氣體源組40包含多個(n個)氣體源401～404。氣體源401～404分別為c4f6氣體、ch2f2氣體、o2氣體和ar氣體的源。此外，氣體源401能夠為任意的氟碳化合物氣體的源，氣體源402能夠為任意的氟代烴氣體的源。作為氟碳化合物氣體，除了c4f6氣體之外，還能例示c4f8氣體、cf4氣體，作為氟代烴氣體，除了ch2f2氣體之外，還能例示ch3f氣體、chf3氣體。另外，氣體源403能夠為任意的氧氣的源，氣體源404能夠為任意的稀有氣體的源。

流量控制器組44包含多個(n個)流量控制器441～444。流量控制器441～444控制從對應的氣體源供給的氣體的流量。這些流量控制器441～444可以為質量流量控制器(mfc：massflowcontroller)，也可以為fcs。閥門組42包含多個(n個)閥門421～424。氣體源401～404分別經(jīng)由流量控制器441～444和閥門421～424與氣體供給管38連接。氣體源401～404的氣體從氣體供給管38到達氣體擴散室36a，經(jīng)由氣體通流孔36b和氣體排出孔34a排出到處理空間s。

返回圖3，等離子體處理裝置10還能夠具有接地導體12a。接地導體12a呈大致圓筒狀，設置成從處理容器12的側壁延伸至比上部電極30的高度位置靠上方的位置。

另外，在等離子體處理裝置10中，沿著處理容器12的內(nèi)壁，裝卸自如地設置有沉積物遮擋件(デポシールド；depositionshield)46。沉積物遮擋件46也設置在支承部14的外周。沉積物遮擋件46防止蝕刻副產(chǎn)物(沉積物(デポ))附著在處理容器12，其能夠通過在鋁材上被覆(包覆)y2o3等的陶瓷而構成。

在處理容器12的底部側，在支承部14與處理容器12的內(nèi)壁之間設置有排氣板48。排氣板48例如能夠通過在鋁材上被覆y2o3等的陶瓷而構成。在該排氣板48的下方，在處理容器12設置有排氣口12e。排氣口12e經(jīng)由排氣管52與排氣裝置50連接。排氣裝置50具有渦輪分子泵等真空泵，能夠將處理容器12內(nèi)減壓至所期望的真空度。另外，在處理容器12的側壁設置有晶片w的搬入搬出口12g，該搬入搬出口12g能夠通過門閥(gatevalve)54打開和關閉。

在處理容器12的內(nèi)壁設置有導電性部件(gnd塊)56。導電性部件56以在高度方向上位于與晶片w大致相同高度的方式安裝于處理容器12的內(nèi)壁。該導電性部件56與地(ground)dc(直流)連接，發(fā)揮防止異常放電的效果。此外，導電性部件56設置在等離子體生成區(qū)域即可，該設置位置不限于圖3所示的位置。

另外，等離子體處理裝置10還具備第一高頻電源62和第二高頻電源64。第一高頻電源62為產(chǎn)生等離子體生成用的第一高頻(rf：radiofrequency；射頻)電力的電源，產(chǎn)生27～100mhz的頻率、在該例中為40mhz的高頻電力。第一高頻電源62經(jīng)由匹配器66與下部電極16連接。匹配器66是用于使第一高頻電源62的輸出阻抗與負載側(下部電極16側)的輸入阻抗匹配的電路。

第二高頻電源64為產(chǎn)生用于將離子引入到晶片w的第二高頻電力、即高頻偏置電力的電源，產(chǎn)生400khz～13.56mhz的范圍內(nèi)的頻率，一例中為3mhz的高頻電力。第二高頻電源64經(jīng)由匹配器68與下部電極16連接。整合器68是用于使第二高頻電源64的輸出阻抗與負載側(下部電極16側)的輸入阻抗匹配的電路。

另外，等離子體處理裝置10還具有直流電源部70。直流電源部70與上部電極30連接。直流電源70產(chǎn)生負直流電壓，能夠將該直流電壓施加到上部電極30。

另外，在一實施方式中，控制部cnt能夠對第一高頻電源62和第二高頻電源64送出控制信號，使得來自第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力以該高頻電力的接通(on)和斷開(off)脈沖狀地切換的方式供給至下部電極16。另外，控制部cnt能夠對直流電源部70送出控制信號，使得具有比在高頻電力為接通(on)的期間(供給高頻電力的期間)的第一負直流電壓的絕對值大的絕對值的第二負直流電壓，在高頻電力為斷開(off)的期間(停止高頻電力的供給的期間)被施加到上部電極30。此外，第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力的接通(on)和斷開(off)的頻率為例如1hz～40hz。在此，高頻電力的接通(on)和斷開(off)的頻率是以由第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力為接通(on)的期間和斷開(off)的期間構成的期間為一個周期的頻率。另外，一個周期中高頻電力占接通(on)的期間的占空比為例如50％～90％。另外，直流電源部的直流電壓值的切換能夠與第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力的接通(on)和斷開(off)的切換同步。

再參照圖1，繼續(xù)說明方法mt。工序st1中，搬送至處理容器12內(nèi)的晶片w配置在載置臺pd上，由靜電吸盤18b吸附保持。接著，在方法mt中，進行工序st2。

在工序st2中，第一氣體在處理容器12內(nèi)被激發(fā)。因此，來自氣體源組40的處理氣體供給至處理容器12內(nèi)，處理容器12內(nèi)的壓力設定成規(guī)定的壓力。該處理氣體是包含氟碳化合物氣體、氟代烴氣體和氧氣的第一氣體。例如第一氣體包含c4f6氣體、ch2f2氣體和o2氣體。另外，在工序st2中，來自第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力被施加到下部電極16。工序st2中的各種條件例如設定為以下所示的范圍內(nèi)的條件。

·c4f6氣體的流量：15～150sccm

·ch2f2氣體的流量：15～150sccm

·o2氣體的流量：20～200sccm

·第一高頻電源62的高頻電力的頻率：27～100mhz

·第一高頻電源62的高頻電力：500～2700w

·第二高頻電源64的高頻電力的頻率：400k～13mhz

·第二高頻電源64的高頻電力：5000～7800w

·處理容器12內(nèi)的壓力：2.00～5.32pa(15mt～40mt)

另外，在一實施方式中，第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力的接通(on)和斷開(off)可以按脈沖狀同步地切換。另外，也可以與第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力的接通(on)和斷開(off)的切換同步地，如上所述那樣切換施加于上部電極30的負直流電壓的絕對值的大小。在該方式中，在高頻電力為接通(on)時生成等離子體，在高頻電力為斷開(off)時，晶片w正上方的等離子體消失。另外，由于在高頻電力為斷開(off)時施加于上部電極30的負直流電壓，正離子被引入到上部電極30而發(fā)生碰撞。由此，從上部電極30放出二次電子，所放出的二次電子將掩模msk改性。所以，使掩模msk的蝕刻耐性提高，選擇比進一步被改善。另外，二次電子中和晶片w的帶電狀態(tài)，其結果是，在后續(xù)的蝕刻時，離子向形成于多層膜il的孔或槽(trench)等空間內(nèi)的直線傳播性提高。所以，形成于多層膜il的空間的垂直性進一步提高。此外，關于第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力的接通(on)和斷開(off)的切換的條件和施加于上部電極30的負直流電壓的條件例如如下所示。

·高頻電力的接通(on)和斷開(off)的頻率：1～40hz

·一周期中高頻電力為接通(on)的期間所占的占空比：50～90％

·高頻電力為接通(on)的期間的負直流電壓的絕對值：－150～－500v

·高頻電力為斷開(off)的期間的負直流電壓的絕對值：－350～－1000v

在該工序st2中，通過在處理容器12內(nèi)激發(fā)第一氣體，生成等離子體。由此，多層膜il被蝕刻。圖5是表示處于在工序st2中蝕刻的狀態(tài)的晶片的圖。如圖5所示，在掩模msk的開口部的下方，多層膜il被蝕刻。另外，在該工序st2中，含有處理氣體所含的碳的保護膜pf附著于掩模msk的表面。此時，保護膜pf在掩模msk的表面以不均勻的厚度沉積。接著，在方法mt中，進行工序st3。

在工序st3中，第二氣體在處理容器12內(nèi)被激發(fā)。因此，來自氣體源組40的處理氣體供給至處理容器12內(nèi)，處理容器12內(nèi)的壓力設定成規(guī)定的壓力。該處理氣體是包含氧氣和稀有氣體的第二氣體。例如第二氣體包含o2氣體和ar氣體。另外，在工序st3中，來自第一高頻電源62和第二高頻電源64的高頻電力被施加到下部電極16。工序st3中的各種條件例如設定為以下所示的范圍內(nèi)的條件。

·o2氣體的流量：10～1000sccm

·ar氣體的流量：0～1000sccm

·第一高頻電源62的高頻電力的頻率：27～100mhz

·第一高頻電源62的高頻電力：200～2700w

·第二高頻電源64的高頻電力的頻率：400k～13mhz

·第二高頻電源64的高頻電力：0～3000w

·處理容器12內(nèi)的壓力：1.33～13.3pa(10mt～100mt)

在該工序st3中，通過在處理容器12內(nèi)激發(fā)第二氣體，生成等離子體。由此，在掩模msk的表面以不均勻的厚度沉積的保護膜pf被部分地去除。圖6是表示處于在工序st3中保護膜的厚度的不均勻性降低的狀態(tài)的晶片的圖。如圖6所示，在掩模msk的表面以不均勻的厚度沉積的保護膜pf被部分地去除，由此，殘留的保護膜pf的厚度的不均勻性降低。接著，在方法mt中，返回工序st2再次進行晶片w的蝕刻。

再反復的工序st2中，利用在工序st3中厚度的不均勻性降低的保護膜pf，能夠保護掩模msk，維持選擇比。而且，保護膜pf的厚度的不均勻性降低，所以，能夠抑制形成于多層膜il的孔或槽(trench)等的空間延伸的方向因該保護膜pf的厚度的不均勻性而從多層膜il的膜厚方向的途中開始變化。在該工序st2中，含有處理氣體所含的碳的保護膜pf再次附著于掩模msk的表面，保護膜pf以不均勻的厚度沉積。接著，在方法mt中，再進行工序st3，將保護膜pf部分地除去。

這樣，在方法mt中，能夠多次進行包含進行晶片w的蝕刻的工序st2和將沉積在掩模msk的表面的保護膜pf部分地除去的工序st3的循環(huán)。所以，能夠利用在工序st3中厚度的不均勻性降低的保護膜pf保護掩模msk，維持選擇比，并且抑制形成于多層膜il的空間的方向變化。

以上，對本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式進行了說明，但是，本發(fā)明不限定于上述實施方式，可以在不改變各權利要求所記載的主旨的范圍內(nèi)進行變形，或者應用于其它的范圍。