CN118263113A - 蚀刻方法及等离子体处理装置 - Google Patents

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CN118263113A
CN118263113A CN202311801785.8A CN202311801785A CN118263113A CN 118263113 A CN118263113 A CN 118263113A CN 202311801785 A CN202311801785 A CN 202311801785A CN 118263113 A CN118263113 A CN 118263113A
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region
process gas
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plasma
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桥本笃毅
齐藤翔
昆泰光
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Tokyo Electron Ltd
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

本发明的蚀刻方法包括如下工序：(a)准备基板的工序，基板包括第1区域及第1区域下方的第2区域，第1区域包含第1材料并且具有开口，第2区域包含与第1材料不同并且含有硅的第2材料；(b)使用由第1处理气体生成的第1等离子体，在第1区域上形成含金属沉积物的工序，所述第1处理气体含有碳及氢中的至少1个、卤素及金属；及(c)在(b)之后，使用由与第1处理气体不同的第2处理气体生成的第2等离子体，经由开口对第2区域进行蚀刻的工序。

Description

蚀刻方法及等离子体处理装置
技术领域
本发明的示例性实施方式涉及一种蚀刻方法及等离子体处理装置。
背景技术
日本特开2016-157793号公报公开了一种通过对于基板的等离子体处理，对由氮化硅构成的第2区域选择性蚀刻由氧化硅构成的第1区域的方法。第2区域具有凹部。第1区域被设置为填充凹部并且覆盖第2区域。第1区域通过由含有碳氟的处理气体生成的等离子体进行蚀刻。
发明内容
发明所要解决的技术问题
本发明提供一种能够提高蚀刻选择比的蚀刻方法及等离子体处理装置。
用于解决技术问题的手段
在一示例性实施方式中，蚀刻方法包括如下工序：(a)准备基板的工序，所述基板包括第1区域及所述第1区域下方的第2区域，所述第1区域包含第1材料并且具有开口，所述第2区域包含与所述第1材料不同并且含有硅的第2材料；(b)使用由第1处理气体生成的第1等离子体，在所述第1区域上形成含金属沉积物的工序，所述第1处理气体含有碳及氢中的至少1个、卤素及金属；及(c)在所述(b)之后，使用由与所述第1处理气体不同的第2处理气体生成的第2等离子体，经由所述开口对所述第2区域进行蚀刻的工序。
发明效果
根据一示例性实施方式，提供一种能够提高蚀刻选择比的蚀刻方法及等离子体处理装置。
附图说明
图1是概略地表示一示例性实施方式所涉及的等离子体处理系统的图。
图2是概略地表示一示例性实施方式所涉及的等离子体处理装置的图。
图3是一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的流程图。
图4是能够适用图3的方法的一例的基板的局部放大图。
图5是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图6是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图7是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图8是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图9是一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的流程图。
图10是能够适用图9的方法的一例的基板的剖视图。
图11是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图12是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图13是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图14是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图15是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图16是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图17是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
图18是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图对各种示例性实施方式进行详细地说明。另外，在各附图中，对相同或相等的部分标注相同的符号。
图1是用于说明等离子体处理系统的结构例的图。在一实施方式中，等离子体处理系统包括等离子体处理装置1及控制部2。等离子体处理系统是基板处理系统的一例，等离子体处理装置1是基板处理装置的一例。等离子体处理装置1包括等离子体处理腔体10、基板支承部11及等离子体生成部12。等离子体处理腔体10具有等离子体处理空间。并且，等离子体处理腔体10具有：至少1个气体供给口，用于将至少1种处理气体供给到等离子体处理空间；及至少1个气体排出口，用于从等离子体处理空间排出气体。气体供给口连接于后述的气体供给部20，气体排出口连接于后述的排气系统40。基板支承部11配置于等离子体处理空间内，且具有用于支承基板的基板支承面。
等离子体生成部12构成为由供给到等离子体处理空间内的至少1种处理气体生成等离子体。在等离子体处理空间中形成的等离子体可以为电容耦合等离子体(CCP；Capacitively Coupled Plasma)、电感耦合等离子体(ICP；Inductively CoupledPlasma)、ECR等离子体(Electron-Cyclotron-resonance plasma：电子回旋共振等离子体)、螺旋波激发等离子体(HWP：Helicon Wave Plasma)或表面波等离子体(SWP：SurfaceWave Plasma)等。并且，可以使用包括AC(Alternating Current：交流)等离子体生成部及DC(Direct Current：直流)等离子体生成部的各种类型的等离子体生成部。在一实施方式中，在AC等离子体生成部中使用的AC信号(AC功率)具有100kHz～10GHz范围内的频率。因此，AC信号包括RF(Radio Frequency：射频)信号及微波信号。在一实施方式中，RF信号具有100kHz～150MHz范围内的频率。
控制部2对使等离子体处理装置1执行在本发明中叙述的各种工序的计算机可执行命令进行处理。控制部2能够构成为以执行在此叙述的各种工序的方式对等离子体处理装置1的各要件进行控制。在一实施方式中，控制部2的一部分或全部可以包含于等离子体处理装置1中。控制部2可以包括处理部2a1、存储部2a2及通信接口2a3。控制部2例如通过计算机2a来实现。处理部2a1能够构成为从存储部2a2读出程序，并执行所读出的程序，由此进行各种控制工作。该程序可以预先存储于存储部2a2，也可以在需要时经由介质获取。所获取的程序存储于存储部2a2，通过处理部2a1从存储部2a2读取并执行。介质可以是可读取到计算机2a的各种存储介质，也可以是与通信接口2a3连接的通信线路。处理部2a1可以为CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)。存储部2a2可以包含RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory：只读存储器)、HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive：固态驱动器)或它们的组合。通信接口2a3可以经由LAN(Local Area Network：局域网)等通信线路与等离子体处理装置1之间通信。
以下，对作为等离子体处理装置1的一例的电容耦合型等离子体处理装置的结构例进行说明。图2是用于说明电容耦合型等离子体处理装置的结构例的图。
电容耦合型等离子体处理装置1包括等离子体处理腔体10、气体供给部20、电源30及排气系统40。并且，等离子体处理装置1包括基板支承部11及气体导入部。气体导入部构成为将至少1种处理气体导入到等离子体处理腔体10内。气体导入部包括喷淋头13。基板支承部11配置于等离子体处理腔体10内。喷淋头13配置于基板支承部11的上方。在一实施方式中，喷淋头13构成等离子体处理腔体10的顶部(ceiling：天花板)的至少一部分。等离子体处理腔体10具有喷淋头13、等离子体处理腔体10的侧壁10a及基板支承部11所规定的等离子体处理空间10s。等离子体处理腔体10接地。喷淋头13及基板支承部11与等离子体处理腔体10的框体电绝缘。
基板支承部11包括主体部111及环组件112。主体部111具有用于支承基板W的中央区域111a、及用于支承环组件112的环状区域111b。晶圆是基板W的一例。在俯视时，主体部111的环状区域111b包围主体部111的中央区域111a。基板W配置于主体部111的中央区域111a上，环组件112以包围主体部111的中央区域111a上的基板W的方式配置于主体部111的环状区域111b上。因此，中央区域111a也称为用于支承基板W的基板支承面，环状区域111b也称为用于支承环组件112的环支承面。
在一实施方式中，主体部111包括基座1110及静电卡盘1111。基座1110包括导电性部件。基座1110的导电性部件能够作为下部电极发挥作用。静电卡盘1111配置于基座1110上。静电卡盘1111包括陶瓷部件1111a和配置于陶瓷部件1111a内的静电电极1111b。陶瓷部件1111a具有中央区域111a。在一实施方式中，陶瓷部件1111a还具有环状区域111b。另外，环状静电卡盘或环状绝缘部件那样的包围静电卡盘1111的其它部件也可以具有环状区域111b。该情况下，环组件112可以配置于环状静电卡盘或环状绝缘部件上，也可以配置于静电卡盘1111和环状绝缘部件这两者上。并且，与后述的RF电源31和/或DC电源32结合的至少1个RF/DC电极也可以配置于陶瓷部件1111a内。该情况下，至少1个RF/DC电极作为下部电极发挥作用。后述的偏置RF信号和/或DC信号供给到至少1个RF/DC电极的情况下，RF/DC电极也称为偏置电极。另外，基座1110的导电性部件和至少1个RF/DC电极可以作为多个下部电极发挥作用。并且，静电电极1111b可以作为下部电极发挥作用。因此，基板支承部11包括至少1个下部电极。
环组件112包括1个或多个环状部件。在一实施方式中，1个或多个环状部件包括1个或多个边缘环及至少1个盖环。边缘环由导电性材料或绝缘材料形成，盖环由绝缘材料形成。
并且，基板支承部11可以包括温度调节模块，其构成为将静电卡盘1111、环组件112及基板中的至少1个调节为目标温度。温度调节模块可以包括加热器、传热介质、流路1110a或它们的组合。流路1110a中流过如盐水或气体的传热流体。在一实施方式中，流路1110a形成于基座1110内，1个或多个加热器配置于静电卡盘1111的陶瓷部件1111a内。并且，基板支承部11可以包括传热气体供给部，其构成为将传热气体供给到基板W的背面与中央区域111a之间的间隙中。
喷淋头13构成为将来自气体供给部20的至少1种处理气体导入到等离子体处理空间10s内。喷淋头13具有至少1个气体供给口13a、至少1个气体扩散室13b及多个气体导入口13c。供给到气体供给口13a的处理气体通过气体扩散室13b从多个气体导入口13c导入到等离子体处理空间10s内。并且，喷淋头13包括至少1个上部电极。另外，气体导入部除了喷淋头13以外，还可以包括安装于侧壁10a上所形成的1个或多个开口部上的1个或多个侧部气体注入部(SGI：Side Gas Injector)。
气体供给部20可以包括至少1个气体源21及至少1个流量控制器22。在一实施方式中，气体供给部20构成为将至少1种处理气体从各自对应的气体源21经由各自对应的流量控制器22供给到喷淋头13。各流量控制器22可以包括例如质量流量控制器或压力控制型流量控制器。另外，气体供给部20可以包括对至少1个处理气体的流量进行调制或脉冲化的至少1个流量调制器件。
电源30包括经由至少1个阻抗匹配电路结合到等离子体处理腔体10的RF电源31。RF电源31构成为将至少1个RF信号(RF功率)供给到至少1个下部电极和/或至少1个上部电极。由此，由供给到等离子体处理空间10s的至少1种处理气体形成等离子体。因此，RF电源31能够作为等离子体生成部12的至少一部分发挥作用。并且，通过将偏置RF信号供给到至少1个下部电极，在基板W上产生偏置电位，能够将所形成的等离子体中的离子成分吸入到基板W。
在一实施方式中，RF电源31包括第1RF生成部31a及第2RF生成部31b。第1RF生成部31a构成为经由至少1个阻抗匹配电路结合到至少1个下部电极和/或至少1个上部电极，生成用于生成等离子体的源RF信号(源RF功率)。在一实施方式中，源RF信号具有10MHz～150MHz范围内的频率。在一实施方式中，第1RF生成部31a可以构成为生成具有不同频率的多个源RF信号。所生成的1个或多个源RF信号供给到至少1个下部电极和/或至少1个上部电极。
第2RF生成部31b构成为经由至少1个阻抗匹配电路结合到至少1个下部电极、生成偏置RF信号(偏置RF功率)。偏置RF信号的频率可以与源RF信号的频率相同也可以不同。在一实施方式中，偏置RF信号具有低于源RF信号的频率的频率。在一实施方式中，偏置RF信号具有100kHz～60MHz范围内的频率。在一实施方式中，第2RF生成部31b可以构成为生成具有不同频率的多个偏置RF信号。所生成的1个或多个偏置RF信号供给到至少1个下部电极。并且，在各种实施方式中，源RF信号及偏置RF信号中的至少1个可以进行脉冲化。
并且，电源30可以包括结合到等离子体处理腔体10的DC电源32。DC电源32包括第1DC生成部32a及第2DC生成部32b。在一实施方式中，第1DC生成部32a构成为与至少1个下部电极连接而生成第1DC信号。所生成的第1DC信号施加到至少1个下部电极。在一实施方式中，第2DC生成部32b构成为与至少1个上部电极连接而生成第2DC信号。所生成的第2DC信号施加到至少1个上部电极。
在各种实施方式中，第1及第2DC信号可以进行脉冲化。该情况下，电压脉冲序列施加到至少1个下部电极和/或至少1个上部电极。电压脉冲可以具有矩形、梯形、三角形或它们的组合的脉冲波形。在一实施方式中，用于由DC信号生成电压脉冲序列的波形生成部连接在第1DC生成部32a与至少1个下部电极之间。因此，第1DC生成部32a及波形生成部构成电压脉冲生成部。第2DC生成部32b及波形生成部构成电压脉冲生成部的情况下，电压脉冲生成部与至少1个上部电极连接。电压脉冲可以具有正极性，也可以具有负极性。并且，电压脉冲序列在1个周期内可以包括1个或多个正极性电压脉冲和1个或多个负极性电压脉冲。另外，可以在RF电源31的基础上设置第1及第2DC生成部32a、32b，也可以代替第2RF生成部31b而设置第1DC生成部32a。
排气系统40例如能够与设置于等离子体处理腔体10的底部的气体排出口10e连接。排气系统40可以包括压力调节阀及真空泵。通过压力调节阀，调节等离子体处理空间10s内的压力。真空泵可以包括涡轮分子泵、干泵或它们的组合。
图3是一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的流程图。图3所示的蚀刻方法MT1(以下，称为“方法MT1”)能够通过上述实施方式的等离子体处理装置1来执行。方法MT1能够适用于图4的基板W1。
图4是能够适用图3的方法的一例的基板的剖视图。如图4所示，在一实施方式中，基板W1包括第1区域R1及第2区域R2。基板W1还可以包括第3区域。第1区域R1可以作为掩模发挥作用。第1区域R1具有至少1个开口OP。至少1个开口OP可以为孔，也可以为狭缝。第1区域R1可以具有多个开口OP。位于相邻的多个开口OP之间的第1区域R1的宽度可以为20nm以下，也可以为10nm以下。第2区域R2可以位于第1区域R1下方。第3区域R3可以位于第2区域R2下方。第3区域R3可以位于第1区域R1下方。基板W1还可以包括基底区域UR。基底区域UR可以位于第3区域R3下方。在基板W1中，可以依次排列第1区域R1、第2区域R2、第3区域R3及基底区域UR。
第1区域R1包含第1材料。第1材料可以含有金属或硅。金属可以含有钨或钼。硅可以包括多晶硅。第1区域R1可以为多晶硅膜。第1区域R1可以为含硼硅膜、钨膜、钨硅膜或钼膜。第1区域R1可以具有500nm以上的厚度。
第2区域R2包含第2材料。第2材料与第1材料不同并且含有硅。第2材料除了硅还可以含有氮。第2材料可以含有硅氮化物(SiNx)。x为正实数。第2区域R2可以为硅氮化膜。第2区域R2可以具有150nm以上的厚度。第2材料除了硅还可以含有氧。第2材料可以含有硅氧化物(SiOx)。x为正实数。第2区域R2可以为硅氧化膜。第2区域R2可以具有800nm以下的厚度。
第3区域R3包含第3材料。第3材料与第1材料及第2材料不同并且含有硅。第3材料除了硅还可以含有氧。第3材料可以含有硅氧化物(SiOx)。x为正实数。第3区域R3可以为硅氧化膜。第3区域可以具有100nm以上的厚度，也可以具有200nm以上的厚度，也可以具有300nm以上的厚度。第3区域可以具有800nm以下的厚度，也可以具有400nm以下的厚度。在第2材料含有硅及氧的情况下，可以没有第3区域R3。
基底区域UR可以包含金属或硅。基底区域UR可以包含硅氮化物(SiNx)，也可以包含硅氧化物(SiOx)，也可以包含硅氧氮化物(SiON)。基底区域UR可以包含硅氮化膜、硅氧化膜或硅氧氮化膜中的至少1个。
以下，对于方法MT1，以方法MT1使用上述实施方式的等离子体处理装置1适用于基板W1的情况为例子，参考图3～图8进行说明。图5～图8是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。在使用等离子体处理装置1的情况下，可以通过由控制部2控制等离子体处理装置1的各部来在等离子体处理装置1中执行方法MT1。在方法MT1中，如图2所示，代替配置于等离子体处理腔体10内的基板支承部11上的基板W，对基板W1进行处理。
如图3所示，方法MT1包括工序ST1～工序ST5。能够依序执行工序ST1～工序ST5。方法MT1可以不包括工序ST4，也可以不包括工序ST5。
(工序ST1)
在工序ST1中，准备图4所示的基板W1。基板W1能够在等离子体处理腔室10内通过基板支承部11支承。
(工序ST2)
如图5所示，在工序ST2中，使用由第1处理气体生成的第1等离子体PL1，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。能够在工序ST2结束时停止第1处理气体的供给。与第2区域R2相比，能够在第1区域R1上优先形成含金属沉积物DP。在此，“与第2区域R2相比，能够在第1区域R1上优先形成含金属沉积物DP”是指，例如第1区域R1上的含金属沉积物DP的厚度大于第2区域R2上的含金属沉积物DP的厚度。更具体而言，“与第2区域R2相比，能够在第1区域R1上优先形成含金属沉积物DP”是指，例如第2区域R2上的含金属沉积物DP的厚度在第1区域R1上的含金属沉积物DP的厚度的50％以下。沉积可以如下进行。首先，通过气体供给部20，将第1处理气体供给到等离子体处理腔体10内。接着，通过等离子体生成部12，在等离子体处理腔体10内由第1处理气体生成第1等离子体PL1。控制部2控制气体供给部20及等离子体生成部12，以使在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。
第1处理气体含有碳及氢中的至少1个、卤素及金属。卤素可以为选自由氟、氯及溴组成的组中的至少1种元素。第1处理气体可以含有含碳气体及含氢气体中的至少1个以及含金属气体。卤素可以包含在含碳气体中，也可以包含在含氢气体中，也可以包含在含金属气体中。第1处理气体中所包含的金属可以含有钼或钨中的至少1个。
能够包含在第1处理气体中的含金属气体可以含有卤化钼气体或卤化钨气体中的至少1个。卤化钼气体可以含有选自由MoF3气体、MoF5气体、MoF6气体、MoCl6气体、MoBr6气体、MoCl2气体、MoBr2气体、MoCl5气体、Mo3Br5气体、Mo6Cl8气体、Mo6Cl12气体、Mo6Br12气体及Mo6Cl14气体组成的组中的至少1种。卤化钨气体可以含有选自由WF6气体、WCl6气体、WBr6气体及WF5Cl气体组成的组中的至少1种。
含金属气体的流量比可以小于含碳气体及含氢气体中的至少1个流量比。在本发明中，各气体的流量比为各气体的流量相对于处理气体的总流量的比例(体积％)。
含金属气体的流量相对于第1处理气体的总流量的比例可以为10体积％以下，也可以为5体积％以下。或者，含金属气体的流量相对于第1处理气体的总流量的比例可以为0.5体积％以上且3体积％以下。
能够包含在第1处理气体中的含碳气体可以含有CH4气体、C2H2气体、C2H4气体、CH3F气体、CH2F2气体、CHF3气体及CO气体中的至少1个。
能够包含在第1处理气体中的含氢气体可以含有H2气体、SiH4气体及NH3气体中的至少1个。
第1处理气体可以含有烃(CxHy)气体或氢碳氟(CxHyFz)气体中的至少1个。x、y及z为1以上的整数。烃气体可以含有CH4气体、C2H2气体、C2H4气体、C2H6气体、C3H6气体及C3H8气体中的至少1个。氢碳氟气体可以含有CH2F2、CHF3气体、CH3F气体及C3H2F4气体中的至少1个。
第1处理气体例如可以含有氩气体、氦气体、氙气体或氖气体等稀有气体。第1处理气体例如可以含有氮(N2)气体。稀有气体的流量比可以大于含碳气体及含氢气体中的至少1个的流量比。
工序ST2的持续时间可以为1秒以上，也可以为10秒以上。工序ST2的持续时间可以为1000秒以下，也可以为100秒以下。
在工序ST2中，基板支承部11的温度可以为50℃以上，也可以为100℃以上，也可以超过100℃，也可以为120℃以上，也可以为130℃以上，也可以超过130℃，也可以为140℃以上，也可以为150℃以上。并且，基板支承部11的温度可以为250℃以下，也可以为220℃以下，也可以为200℃以下。
在工序ST2中，等离子体处理腔体10内的压力可以为10mTorr(1.3Pa)以上。并且，等离子体处理腔体10内的压力可以为100mTorr(13Pa)以下，也可以为50mTorr(6.7Pa)以下。
在工序ST2中，能够对与基板支承部11对置的对置电极赋予RF功率。RF功率可以为100W以上且1000W以下，也可以为200W以上且800W以下，也可以为300W以上且500W以下。RF功率的频率可以为27MHz以上且100MHz以下。
在工序ST2中，可以对基板支承部11(例如，主体部111中的电极)赋予偏置功率，也可以不赋予偏置功率。工序ST2中的偏置功率可以小于工序ST3中的偏置功率，也可以小于100W。
含金属沉积物DP能够形成在第1区域R1的上表面上。含金属沉积物DP可以形成在限定第1区域R1的开口OP的侧壁上。含金属沉积物DP可以形成在限定开口OP的侧壁的上侧部分，也可以形成在限定开口OP的侧壁的上侧部分。含金属沉积物DP含有第1处理气体中所包含的金属。含金属沉积物DP可以含有钼或钨中的至少1个。含金属沉积物DP可以为含钼层，也可以为含钨层。
含金属沉积物DP可以含有碳。含金属沉积物DP可以含有钨碳化物(WCx)。x为正实数。在工序ST2结束时，含金属沉积物DP的厚度的最大值可以为5nm以上。
虽然不受理论的约束，但是能够如下形成含金属沉积物DP。在第1处理气体中含有碳及金属(例如，钨或钼)的情况下，含有第1等离子体PL1中的金属的活性种与含有第1等离子体PL1中的碳的活性种反应。其结果，在第1区域R1的上表面沉积含有金属碳化物(MCx)的含金属沉积物。或者，在第1处理气体中含有氢及金属的情况下，含有第1等离子体PL1中的卤素的活性种通过含有第1等离子体PL1中的氢的活性种被清除。其结果，源自含有残留在第1等离子体PL1中的金属的活性物质的含金属沉积物沉积在第1区域R1的上表面。在第1处理气体中含有碳及氢这两者的情况下，金属与碳的反应与通过氢进行的卤素的清除同时进行。
(工序ST3)
如图6所示，在工序ST3中，使用由第2处理气体生成的第2等离子体PL2，并经由开口OP对第2区域R2进行蚀刻。由此，在第2区域R2形成开口。能够在工序ST3结束时停止第2处理气体的供给。工序ST3可以如下进行。首先，通过气体供给部20，将第2处理气体供给到等离子体处理腔体10内。接着，通过等离子体生成部12，在等离子体处理腔体10内由第2处理气体生成第2等离子体PL2。控制部2控制气体供给部20及等离子体生成部12，以使通过第2等离子体PL2对第2区域R2进行蚀刻。
第2处理气体与第1处理气体不同。第2处理气体可以含有含氢气体。含氢气体的例子包括氢碳氟气体。氢碳氟气体的例子与能够包含在第1处理气体中的氢碳氟气体的例子相同。第2处理气体还可以含有含氟气体。含氟气体的例可以包括碳氟(CxFy)气体或NF3气体中的至少1个。x及y为1以上的整数。碳氟气体可以含有CF4气体、C3F6气体、C3F8气体、C4F6气体及C4F8气体中的至少1个。
在工序ST3中，基板支承部11的温度可以为10℃以上且100℃以下。
在工序ST3中，能够去除含金属沉积物DP。在工序ST3中，还能够去除第1区域R1的一部分。
(工序ST4)
如图7所示，在工序ST4中，使用由第1处理气体生成的第1等离子体PL1，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。能够在工序ST4结束时停止第1处理气体的供给。工序ST4能够与工序ST2同样地实施。
(工序ST5)
如图8所示，在工序ST5中，使用由第3处理气体生成的第3等离子体PL3，并经由开口OP对第3区域R3进行蚀刻。由此，在第3区域R3形成开口。能够在工序ST5结束时停止第3处理气体的供给。工序ST5可以如下进行。首先，通过气体供给部20，将第3处理气体供给到等离子体处理腔体10内。接着，通过等离子体生成部12，在等离子体处理腔体10内由第3处理气体生成第3等离子体PL3。控制部2控制气体供给部20及等离子体生成部12，以使通过第3等离子体PL3对第3区域R3进行蚀刻。
第3处理气体与第1处理气体及第2处理气体不同。第3处理气体可以不含有含氢气体。含氢气体的例子与能够包含在第2处理气体中的含氢气体的例子相同。第3处理气体可以含有含氟气体。含氟气体的例子与能够包含在第2处理气体中的含氟气体的例子相同。
在工序ST5中，基板支承部11的温度可以为10℃以上且100℃以下。
在工序ST5中，能够去除含金属沉积物DP。在工序ST5中，也能够去除第1区域R1的一部分。
根据上述MT1，在工序ST2中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。其结果，在工序ST3中，能够提高第2区域R2相对于第1区域R1的蚀刻选择比。另外，在工序ST4中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。其结果，在工序ST5中，能够提高第3区域R3相对于第1区域R1的蚀刻选择比。
并且，根据上述MT1，能够抑制形成在第2区域R2及第3区域R3中的开口的前端变细。即，能够增大开口的下端(第3区域R3与基底区域UR的界面)上的CD相对于开口的上端(第1区域R1与第2区域R2的界面)上的CD(Critical Dimension)的比例。
并且，根据上述MT1，在工序ST4中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP时，或者在工序ST5中去除含金属沉积物DP时，含金属沉积物DP中所包含的金属原子供给到第3区域R3的表面，第3区域R3的一部分硅原子取代为金属原子。金属的原子量大于硅的原子量，因此在第3区域R3中，一部分硅原子被金属原子取代的部分化学上不稳定。第3区域R3除了硅还含有氧的情况下，金属与氧的键合能低于硅与氧的键合能，因此该部分容易被蚀刻。其结果，在工序ST5中，能够提高第3区域R3的蚀刻速度。
图9是一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的流程图。图9所示的蚀刻方法MT2(以下，称为“方法MT2”)能够通过上述实施方式的等离子体处理装置1来执行。方法MT2能够适用于图10的基板W2。
图10是能够适用图9的方法的一例的基板的剖视图。如图10所示，基板W2除了第1区域R1、第2区域R2、第3区域R3及基底区域UR以外，还包括第4区域R4及第5区域R5。第4区域R4可以位于第1区域R1与第2区域R2之间。第5区域R5可以位于第4区域R4与第2区域R2之间。在基板W2中，可以依次排列第1区域R1、第4区域R4、第5区域R5、第2区域R2、第3区域R3及基底区域UR。
第4区域R4包含第4材料。第4材料可以含有硅及氮。第4材料可以含有硅氮化物(SiNx)。第4材料可以与第2材料不同，也可以与第2材料相同。第4区域R4可以为硅氮化膜。第4区域R4的厚度的例子可以与图4的基板W1中的第2区域R2的厚度的例子相同。
第5区域R5包含第5材料。第5材料可以与第4材料不同。第5材料可以含有硅及氧。第5材料可以含有硅氧化物(SiOx)。第5材料可以与第3材料不同，也可以与第3材料相同。第5区域R5可以为硅氧化膜。第5区域R5的厚度的例子可以与图4的基板W1中的第3区域R3的厚度的例子相同。
基板W2的第2区域R2的厚度的例子可以与图4的基板W1中的第2区域R2的厚度的例子相同，也可以为10nm以上且100nm以下。基板W2的第3区域R3的厚度的例子可以与图4的基板W1中的第3区域R3的厚度的例子相同。
以下，对于方法MT2，以方法MT2使用上述实施方式的等离子体处理装置1适用于基板W2的情况为例子，参考图9～图18进行说明。图11～图18是表示一示例性实施方式所涉及的蚀刻方法的一工序的剖视图。在使用等离子体处理装置1的情况下，可以通过由控制部2控制等离子体处理装置1的各部来在等离子体处理装置1中执行方法MT2。在方法MT2中，如图2所示，代替配置于等离子体处理腔体10内的基板支承部11上的基板W，对基板W2进行处理。
如图9所示，方法MT2可以包括工序ST11～工序ST19。能够依序执行工序ST11～工序ST19。方法MT2可以不包括工序ST12，也可以不包括工序ST14，也可以不包括工序ST18。方法MT2可以不包括工序ST12、工序ST14、工序ST16及工序ST18中的至少1个。
(工序ST11)
在工序ST11中，准备图10所示的基板W2。基板W2能够在等离子体处理腔室10内通过基板支承部11支承。
(工序ST12)
如图11所示，在工序ST12中，使用由第1处理气体生成的第1等离子体PL1，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。能够在工序ST12结束时停止第1处理气体的供给。工序ST12能够与工序ST2同样地实施。
(工序ST13)
如图12所示，在工序ST13中，使用由第4处理气体生成的第4等离子体PL4，并经由开口OP对第4区域R4进行蚀刻。由此，在第4区域R4形成开口。能够在工序ST13结束时停止第4处理气体的供给。工序ST13可以如下进行。首先，通过气体供给部20，将第4处理气体供给到等离子体处理腔体10内。接着，通过等离子体生成部12，在等离子体处理腔体10内由第4处理气体生成第4等离子体PL4。控制部2控制气体供给部20及等离子体生成部12，以使通过第4等离子体PL4对第4区域R4进行蚀刻。
第4处理气体可以为与第2处理气体相同的处理气体，也可以为与第2处理气体不同的处理气体。第4处理气体的例子可以与第2处理气体的例子相同。在工序ST13中，可以使用由第2处理气体生成的第2等离子体PL2，并经由开口OP对第4区域R4进行蚀刻。
(工序ST14)
如图13所示，在工序ST14中，使用由第1处理气体生成的第1等离子体PL1，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。能够在工序ST14结束时停止第1处理气体的供给。工序ST14能够与工序ST2同样地实施。
(工序ST15)
如图14所示，在工序ST15中，使用由第5处理气体生成的第5等离子体PL5，并经由开口OP对第5区域R5进行蚀刻。由此，在第5区域R5形成开口。能够在工序ST15结束时停止第5处理气体的供给。工序ST15可以如下进行。首先，通过气体供给部20，将第5处理气体供给到等离子体处理腔体10内。接着，通过等离子体生成部12，在等离子体处理腔体10内由第5处理气体生成第5等离子体PL5。控制部2控制气体供给部20及等离子体生成部12，以使通过第5等离子体PL5对第5区域R5进行蚀刻。
第5处理气体可以为与第3处理气体相同的处理气体，也可以为与第3处理气体不同的处理气体。第5处理气体的例子可以与第3处理气体的例子相同。在工序ST15中，可以使用由第3处理气体生成的第3等离子体PL3，并经由开口OP对第5区域R5进行蚀刻。
(工序ST16)
如图15所示，在工序ST16中，使用由第1处理气体生成的第1等离子体PL1，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。能够在工序ST16结束时停止第1处理气体的供给。工序ST16能够与工序ST2同样地实施。
(工序ST17)
如图16所示，在工序ST17中，使用由第2处理气体生成的第2等离子体PL2，并经由开口OP对第2区域R2进行蚀刻。由此，在第2区域R2形成开口。能够在工序ST17结束时停止第2处理气体的供给。工序ST17能够与工序ST3同样地实施。
(工序ST18)
如图17所示，在工序ST18中，使用由第1处理气体生成的第1等离子体PL1，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。能够在工序ST18结束时停止第1处理气体的供给。工序ST18能够与工序ST2同样地实施。
(工序ST19)
如图18所示，在工序ST19中，使用由第3处理气体生成的第3等离子体PL3，并经由开口OP对第3区域R3进行蚀刻。由此，在第3区域R3形成开口。能够在工序ST19结束时停止第3处理气体的供给。工序ST19能够与工序ST5同样地实施。
根据上述MT2，在工序ST12中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。其结果，在工序ST13中，能够提高第4区域R4相对于第1区域R1的蚀刻选择比。在工序ST14中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。其结果，在工序ST15中，能够提高第5区域R5相对于第1区域R1的蚀刻选择比。在工序ST16中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。其结果，在工序ST17中，能够提高第2区域R2相对于第1区域R1的蚀刻选择比。在工序ST18中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP。其结果，在工序ST19中，能够提高第3区域R3相对于第1区域R1的蚀刻选择比。
并且，根据上述MT2，能够抑制形成在第2区域R2、第3区域R3、第4区域R4及第5区域R5中的开口的前端变细。即，能够增大开口的下端(第3区域R3与基底区域UR的界面)上的CD相对于开口的上端(第1区域R1与第4区域R4的界面)上的CD的比例。
并且，根据上述MT2，在工序ST14中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP时，或者在工序ST15中去除含金属沉积物DP时，含金属沉积物DP中所包含的金属原子供给到第5区域R5的表面，第5区域R5的一部分硅原子取代为金属原子。同样地，在工序ST18中，在第1区域R1上形成含金属沉积物DP时，或者在工序ST19中去除含金属沉积物DP时，含金属沉积物DP中所包含的金属原子供给到第3区域R3的表面，第3区域R3的一部分硅原子取代为金属原子。金属的原子量大于硅的原子量，因此在第5区域R5及第3区域R3中，一部分硅原子被金属原子取代的部分化学上不稳定。第5区域R5及第3区域R3除了硅还含有氧的情况下，金属与氧的键合能低于硅与氧的键合能，因此该部分容易被蚀刻。其结果，在工序ST15中，能够提高第5区域R5的蚀刻速度，在工序ST19中，能够提高第3区域R3的蚀刻速度。
以下，对为了评价方法MT1及方法MT2而进行的各种实验进行说明。以下所说明的实验并不限定本发明。
(第1实验)
在第1实验中，准备了包括具有开口的掩模、掩模下方的含硅膜及含硅膜下方的基底区域的基板。含硅膜包括硅氮化膜及硅氧化膜。之后，使用由含有WF6气体、CH4气体及Ar气体的处理气体生成的等离子体，在掩模上形成了含钨沉积物。之后，经由掩模的开口对含硅膜进行了蚀刻。由此，在含硅膜形成了开口。使用TEM(Transmission ElectronMicroscopy：透射电子显微镜)装置的EDX(Energy Dispersive X-ray spectroscopy：能量色散X射线光谱仪)确认了含钨沉积物的形成。
(第2实验)
除了未形成含钨沉积物以外，以与第1实验相同的方式进行了第2实验。
(第1实验及第2实验的结果)
在第1实验及第2实验的每一个中，观察蚀刻后的基板的截面，并测定了掩模的厚度。其结果可知，通过含钨沉积物的形成，由蚀刻带来的掩模的减少量变小。
在第1实验及第2实验的每一个中，观察蚀刻后的基板的截面，并测定了形成在含硅膜上的开口的CD。具体而言，测定了开口的上端(掩模与含硅膜的界面)上的CD(TopCD)和开口的下端(含硅膜与基底膜的界面)上的CD(BottomCD)。在第1实验中，BottomCD相对于TopCD的比例为73％。另一方面，在第2实验中，BottomCD相对于TopCD的比例为66％。由此可知，通过含钨沉积物的形成，抑制BottomCD相对于TopCD的比例变大，即开口的前端变细。
(第3实验)
在第3实验中，准备了包含硅氧化膜的基板。相对于该硅氧化膜，使用由含有WF6气体、CH4气体及Ar气体的处理气体生成的等离子体，形成了含钨沉积物。之后，对硅氧化膜进行了蚀刻。
(第4实验)
除了未形成含钨沉积物以外，以与第3实验相同的方式进行了第4实验。
(第3实验及第4实验的结果)
在第3实验及第4实验的每一个中，观察蚀刻后的基板的截面，并测定了硅氧化膜的厚度。其结果可知，形成含钨膜时的硅氧化膜的蚀刻量大于未形成含钨膜时的硅氧化膜的蚀刻量。
(第5实验)
在第5实验中，准备了包含多晶硅膜的基板。相对于该多晶硅膜，使用由含有WF6气体、CH4气体及Ar气体的处理气体生成的等离子体，形成了含钨沉积物。之后，对多晶硅膜进行了蚀刻。
(第6实验)
除了未形成含钨沉积物以外，以与第5实验相同的方式进行了第6实验。
(第5实验及第6实验的结果)
在第5实验及第6实验的每一个中，观察蚀刻后的基板的截面，并测定了多晶硅膜的厚度。其结果可知，形成含钨膜时的多晶硅膜的蚀刻量小于未形成含钨膜时的多晶硅膜的蚀刻量。
以上，对各种示例性实施方式进行了说明，但是并不限定于上述示例性实施方式，可以进行各种各样的追加、省略、替换及变更。并且，能够组合不同的实施方式中的要素来形成其它实施方式。
在此，包括在本发明中的各种示例性实施方式记载于以下[E1]～[E19]。
[E1]
一种蚀刻方法，其包括如下工序：
(a)准备基板的工序，所述基板包括第1区域及所述第1区域下方的第2区域，所述第1区域包含第1材料并且具有开口，所述第2区域包含与所述第1材料不同并且含有硅的第2材料；
(b)使用由第1处理气体生成的第1等离子体，在所述第1区域上形成含金属沉积物的工序，所述第1处理气体含有碳及氢中的至少1个、卤素及金属；以及
(c)在所述(b)之后，使用由与所述第1处理气体不同的第2处理气体生成的第2等离子体，经由所述开口对所述第2区域进行蚀刻的工序。
根据蚀刻方法[E1]，在(c)中，能够提高蚀刻选择比。
[E2]
根据[E1]所述的蚀刻方法，其中，
所述基板还包括所述第2区域下方的第3区域，所述第3区域包含与所述第1材料及所述第2材料不同并且含有硅的第3材料，
所述方法还包括(d)工序，其在所述(c)之后，使用由与所述第1处理气体及所述第2处理气体不同的第3处理气体生成的第3等离子体，并经由所述开口对所述第3区域进行蚀刻。
[E3]
根据[E2]所述的蚀刻方法，其中，
在所述(c)与所述(d)之间实施所述(b)。
根据蚀刻方法[E3]，在(d)中，能够提高蚀刻选择比。
[E4]
根据[E1]至[E3]中任一项所述的蚀刻方法，其中，
所述金属含有钼或钨中的至少1个。
[E5]
根据[E4]所述的蚀刻方法，其中，
所述第1处理气体含有卤化钼气体或卤化钨气体中的至少1个含金属气体。
[E6]
根据[E5]所述的蚀刻方法，其中，
所述卤化钼气体含有选自由MoF3气体、MoF5气体、MoF6气体、MoCl6气体、MoBr6气体、MoCl2气体、MoBr2气体、MoCl5气体、Mo3Br5气体、Mo6Cl8气体、Mo6Cl12气体、Mo6Br12气体及Mo6Cl14气体组成的组中的至少1种。
[E7]
根据[E5]所述的蚀刻方法，其中，
所述卤化钨气体含有选自由WF6气体、WCl6气体、WBr6气体及WF5Cl气体组成的组中的至少1种。
[E8]
根据[E5]至[E7]中任一项所述的蚀刻方法，其中，
所述含金属气体的流量相对于所述第1处理气体的总流量的比例为10体积％以下。
[E9]
根据[E1]至[E8]中任一项所述的蚀刻方法，其中，
所述第1处理气体含有烃气体或氢碳氟气体中的至少1个。
[E10]
根据[E1]至[E9]中任一项所述的蚀刻方法，其中，
所述第2处理气体含有含氢气体。
[E11]
根据[E2]或引用[E2]的[E3]至[E10]所述的蚀刻方法，其中，
所述第3处理气体不含有含氢气体。
[E12]
根据[E1]至[E11]中任一项所述的蚀刻方法，其中，
所述第2材料含有硅氮化物。
[E13]
根据[E2]或引用[E2]的[E3]至[E12]所述的蚀刻方法，其中，
所述第3材料含有硅氧化物。
[E14]
根据[E2]或引用[E2]的[E3]至[E13]中任一项所述的蚀刻方法，其中，
所述第3区域具有100nm以上的厚度。
[E15]
根据[E1]至[E14]中任一项所述的蚀刻方法，其中，
在所述(a)中，所述基板还包括所述第1区域与所述第2区域之间的第4区域、所述第4区域与所述第2区域之间的第5区域，所述第4区域包含第4材料，所述第5区域包含第5材料，
所述蚀刻方法还包括如下工序：
(e)在所述(b)与所述(c)之间，使用由第4处理气体生成的第4等离子体，并经由所述开口对所述第4区域进行蚀刻；及
(f)在所述(e)与所述(c)之间，使用由与所述第4处理气体不同的第5处理气体生成的第5等离子体，并经由所述开口对所述第5区域进行蚀刻。
[E16]
根据[E15]所述的蚀刻方法，其中，
在所述(e)与所述(f)之间或所述(f)与所述(c)之间中的至少1个中实施所述(b)。
根据蚀刻方法[E16]，在(e)或(f)中的至少1个中，能够提高蚀刻选择比。
[E17]
根据[E15]或[E16]所述的蚀刻方法，其中，
所述第4材料含有硅氮化物。
[E18]
根据[E15]至[E17]中任一项所述的蚀刻方法，其中，
所述第5材料含有硅氧化物。
[E19]
一种等离子体处理装置，其具备：
腔体；
基板支承部，其用于在所述腔体内支承基板，所述基板包括第1区域及所述第1区域下方的第2区域，所述第1区域包含第1材料并且具有开口，所述第2区域包含与所述第1材料不同并且含有硅的第2材料；
气体供给部，其构成为向所述腔体内供给第1处理气体及第2处理气体，所述第1处理气体含有碳及氢中的至少1个、卤素及金属，所述第2处理气体与所述第1处理气体不同；
等离子体生成部，其构成为在所述腔体内由所述第1处理气体生成第1等离子体且由第2处理气体生成第2等离子体；及
控制部，
所述控制部构成为控制所述气体供给部及所述等离子体生成部，以使执行如下工序：
(b)使用所述第1等离子体，在所述第1区域上形成含金属沉积物；及
(c)在所述(b)之后，使用所述第2等离子体，并经由所述开口对所述第2区域进行蚀刻。
根据以上说明可以理解，在本说明书中出于说明的目的对本发明的各种实施方式进行了说明，在不脱离本发明的范围及要旨的情况下可以进行各种变更。因此，在本说明书中所公开的各种实施方式无意加以限制，真正的范围和主旨由所附的权利要求书表示。

Claims (19)

1.一种蚀刻方法，其包括如下工序：
(a)准备基板的工序，所述基板包括第1区域及所述第1区域下方的第2区域，所述第1区域包含第1材料并且具有开口，所述第2区域包含与所述第1材料不同并且含有硅的第2材料；
(b)使用由第1处理气体生成的第1等离子体，在所述第1区域上形成含金属沉积物的工序，所述第1处理气体含有碳及氢中的至少1个、卤素及金属；以及
(c)在所述(b)之后，使用由与所述第1处理气体不同的第2处理气体生成的第2等离子体，经由所述开口对所述第2区域进行蚀刻的工序。
2.根据权利要求1所述的蚀刻方法，其中，
所述基板还包括所述第2区域下方的第3区域，所述第3区域包含与所述第1材料及所述第2材料不同并且含有硅的第3材料，
所述方法还包括(d)工序，其在所述(c)之后，使用由与所述第1处理气体及所述第2处理气体不同的第3处理气体生成的第3等离子体，并经由所述开口对所述第3区域进行蚀刻。
3.根据权利要求2所述的蚀刻方法，其中，
在所述(c)与所述(d)之间实施所述(b)。
4.根据权利要求1或2所述的蚀刻方法，其中，
所述金属含有钼或钨中的至少1个。
5.根据权利要求4所述的蚀刻方法，其中，
所述第1处理气体含有卤化钼气体或卤化钨气体中的至少1个含金属气体。
6.根据权利要求5所述的蚀刻方法，其中，
所述卤化钼气体含有选自由MoF3气体、MoF5气体、MoF6气体、MoCl6气体、MoBr6气体、MoCl2气体、MoBr2气体、MoCl5气体、Mo3Br5气体、Mo6Cl8气体、Mo6Cl12气体、Mo6Br12气体及Mo6Cl14气体组成的组中的至少1种。
7.根据权利要求5所述的蚀刻方法，其中，
所述卤化钨气体含有选自由WF6气体、WCl6气体、WBr6气体及WF5Cl气体组成的组中的至少1种。
8.根据权利要求5所述的蚀刻方法，其中，
所述含金属气体的流量相对于所述第1处理气体的总流量的比例为10体积％以下。
9.根据权利要求1或2所述的蚀刻方法，其中，
所述第1处理气体含有烃气体或氢碳氟气体中的至少1个。
10.根据权利要求1或2所述的蚀刻方法，其中，
所述第2处理气体含有含氢气体。
11.根据权利要求2或3所述的蚀刻方法，其中，
所述第3处理气体不含有含氢气体。
12.根据权利要求1或2所述的蚀刻方法，其中，
所述第2材料含有硅氮化物。
13.根据权利要求2或3所述的蚀刻方法，其中，
所述第3材料含有硅氧化物。
14.根据权利要求2或3所述的蚀刻方法，其中，
所述第3区域具有100nm以上的厚度。
15.根据权利要求1或2所述的蚀刻方法，其中，
在所述(a)中，所述基板还包括所述第1区域与所述第2区域之间的第4区域、所述第4区域与所述第2区域之间的第5区域，所述第4区域包含第4材料，所述第5区域包含第5材料，
所述蚀刻方法还包括如下工序：
(e)在所述(b)与所述(c)之间，使用由第4处理气体生成的第4等离子体，并经由所述开口对所述第4区域进行蚀刻；及
(f)在所述(e)与所述(c)之间，使用由与所述第4处理气体不同的第5处理气体生成的第5等离子体，并经由所述开口对所述第5区域进行蚀刻。
16.根据权利要求15所述的蚀刻方法，其中，
在所述(e)与所述(f)之间或所述(f)与所述(c)之间中的至少1个中实施所述(b)。
17.根据权利要求15所述的蚀刻方法，其中，
所述第4材料含有硅氮化物。
18.根据权利要求15所述的蚀刻方法，其中，
所述第5材料含有硅氧化物。
19.一种等离子体处理装置，其具备：
腔体；
基板支承部，其用于在所述腔体内支承基板，所述基板包括第1区域及所述第1区域下方的第2区域，所述第1区域包含第1材料并且具有开口，所述第2区域包含与所述第1材料不同并且含有硅的第2材料；
气体供给部，其构成为向所述腔体内供给第1处理气体及第2处理气体，所述第1处理气体含有碳及氢中的至少1个、卤素及金属，所述第2处理气体与所述第1处理气体不同；
等离子体生成部，其构成为在所述腔体内由所述第1处理气体生成第1等离子体且由第2处理气体生成第2等离子体；及
控制部，
所述控制部构成为控制所述气体供给部及所述等离子体生成部，以使执行如下工序：
(b)使用所述第1等离子体，在所述第1区域上形成含金属沉积物；及
(c)在所述(b)之后，使用所述第2等离子体，并经由所述开口对所述第2区域进行蚀刻。
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