JP2021174985A - 基板処理方法、プラズマ処理装置、及びエッチングガス組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施形態に係る基板処理方法の一例を示すフローチャートである。図1に示す方法MT1は、シリコンを含有する膜をエッチングするために実行される。方法MT1は、例えば、3次元構造を有するNANDフラッシュメモリの製造に用いることができる。方法MT1は、プラズマ処理装置を用いて実行される。図2は、一例のプラズマ処理装置を概略的に示す図である。図1に示す方法MT1は、図2に示すプラズマ処理装置1を用いて実行され得る。
以下、方法MT1の評価のために行った実験1の結果について説明する。実験1では、図3に示す基板Wと同じ8つのサンプル基板を準備した。実験1では、プラズマ処理装置1を用いて、8つのサンプル基板の膜SFのプラズマエッチングを行った。プラズマエッチングでは、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、炭素を含まないフッ素含有ガス及びハロゲン含有ガスを含む第1の処理ガスを用いた。8つのサンプル基板のうち第1のサンプル基板のプラズマエッチングに用いた第1の処理ガスは、フッ化水素ガスを含んでいなかった。8つのサンプル基板のうち第2〜第8のサンプル基板のプラズマエッチングに用いた第1の処理ガスでは、第1の処理ガスの全流量に対するフッ化水素ガスの流量は、それぞれ34.2体積%、51.0体積%、80.0体積%、95.2体積%、98.8体積%、99.5体積%、及び100体積%であった。なお、実験1では、プラズマエッチングの開始前に、サンプル基板を載置する静電チャック20の温度を−50℃以下の温度に調整した。
実験2では、図3に示す基板Wと同じ3つのサンプル基板を準備した。実験2では、プラズマ処理装置1を用いて、3つのサンプル基板の膜SFのプラズマエッチングを行った。プラズマエッチングでは、フッ化水素ガス及び炭素含有ガスを含む第1の処理ガスを用いた。第9のサンプル基板に対しては、フッ化水素ガス及びフルオロカーボンガスを含む第1の処理ガスを用いた。第10のサンプル基板に対しては、フッ化水素ガス及び炭素数が1のハイドロフルオロカーボンガスを含む第1の処理ガスを用いた。第11のサンプル基板に対しては、フッ化水素ガス及び炭素数が4のハイドロフルオロカーボンガスを含む第1の処理ガスを用いた。なお、実験2では、プラズマエッチングの開始前に、サンプル基板を載置する静電チャック20の温度を−50℃以下の温度に調整した。
実験3では、プラズマ処理装置1を用い、フッ化水素ガス及びアルゴンガスの混合ガスである処理ガスからプラズマを生成して、シリコン酸化膜をエッチングした。実験4では、プラズマ処理装置1を用い、フッ化水素ガス、アルゴンガス、及びPF3ガスの混合ガスである処理ガスからプラズマを生成して、シリコン酸化膜をエッチングした。実験3及び実験4では、静電チャック20の温度を変更しながら、シリコン酸化膜をエッチングした。実験3及び実験4では、四重極型質量分析計を用いて、シリコン酸化膜のエッチング時の気相中のフッ化水素(HF)の量とSiF3の量を測定した。図8(a)及び図8(b)に実験3及び実験4の結果を示す。図8(a)は、実験3におけるシリコン酸化膜のエッチング時の静電チャック20の温度とフッ化水素(HF)の量及びSiF3の量の各々との関係を示している。また、図8(b)は、実験4におけるシリコン酸化膜のエッチング時の静電チャック20の温度とフッ化水素(HF)の量及びSiF3の量の各々との関係を示している。
第1の実施形態に係る基板処理方法において、処理回数が増加するにつれて、チャンバ10の内壁や支持台14等に付着する反応生成物の付着量が増加する。反応生成物の付着量が増加すると処理環境が変わるため、基板W間での処理の均一性が悪化することがある。また、反応生成物の付着量の増加は、パーティクルの発生要因になる。そこで、クリーニングガスをプラズマ化させたプラズマによりチャンバ内をクリーニングすることが行われる。
第1の実施形態及び第2の実施形態では、いずれも第1の処理ガスにはフッ化水素ガスが含まれる。フッ化水素ガスは腐食性の高いガスであるため、エッチング工程の前に、チャンバ10の内壁にプリコートを形成することが好ましい。特に、フッ化水素ガスが高濃度で使用する場合には、チャンバ10の内壁にプリコートを形成し、チャンバ10の内壁の腐食を抑制することで、メンテナンス頻度を低減することができる。ここで、チャンバ10の内壁には、チャンバ10の側壁及び天井(上部電極30の天板34)のほか、支持台14等が含まれる。
チャンバ内に、シリコン酸化膜を含むシリコン含有膜と、シリコン含有膜上にマスクを有する基板を提供する工程と、
前記基板が載置される基板支持体の温度を0℃以下に制御する工程と、
前記チャンバ内において、フッ化水素ガス、並びにC4F8ガス、C3H2F4ガス及びC4H2F6ガスからなる群から選択される少なくとも1種の炭素含有ガスを含む第1の処理ガスから生成したプラズマにより、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、
を含み、
不活性ガスを除いた前記第1の処理ガスの中で前記フッ化水素ガスの流量が最も多い、
基板処理方法。
前記第1の処理ガスは、酸素含有ガス、ハロゲン含有ガス及びリン含有ガスからなる群から選択される少なくとも1種の添加ガスをさらに含む、(付記1)に記載の基板処理方法。
フッ化水素ガス、並びにフルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスからなる群から選択される少なくとも1種の炭素含有ガスを含み、不活性ガスを除いた全流量に対する前記フッ化水素ガスの流量が70体積%以上である、エッチングガス組成物。
前記フルオロカーボンガスは、CF4、C2F2、C2F4、C3F8、C4F6、C4F8及びC5F8からなる群から選択される少なくとも1種である、(付記3)にエッチングガス組成物。
前記フルオロカーボンガスは、C4F8ガスである、(付記3)に記載のエッチングガス組成物。
前記ハイドロフルオロカーボンガスは、CHF3、CH2F2、CH3F、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C3HF7、C3H2F2、C3H2F6、C3H2F4、C3H3F5、C4H5F5、C4H2F6、C5H2F10、c−C5H3F7及びC3H2F4からなる群から選択される少なくとも1種である、(付記3)に記載のエッチングガス組成物。
前記ハイドロフルオロカーボンガスは、C3H2F4ガス及びC4H2F6ガスからなる群から選択される少なくとも1種である、(付記3)に記載のエッチングガス組成物。
酸素含有ガス及びハロゲン含有ガスからなる群から選択される少なくとも1種をさらに含む、(付記3)〜(付記7)のいずれか一項に記載のエッチングガス組成物。
リン含有ガス、硫黄含有ガス及びホウ素含有ガスからなる群から選択される少なくとも1種をさらに含む、(付記3)〜(付記8)のいずれか一項に記載のエッチングガス組成物。
前記不活性ガスを除いた全流量に対する前記フッ化水素ガスの流量は96体積%以下である、(付記3)〜(付記9)のいずれか一項に記載のエッチングガス組成物。
(付記3)〜(付記10)のいずれか一項に記載のエッチングガス組成物に用いるためのフッ化水素ガス。
Claims (27)
- チャンバ内に、シリコン酸化膜を含むシリコン含有膜と、前記シリコン含有膜上にマスクとを有する基板を提供する工程と、
前記基板が載置される基板支持体の温度を0℃以下に制御する工程と、
フッ化水素ガス、並びにフルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスからなる群から選択される少なくとも1種の炭素含有ガスを含む第1の処理ガスから生成したプラズマにより、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、
を含み、
不活性ガスを除いた前記第1の処理ガスの中で前記フッ化水素ガスの流量が最も多い、
基板処理方法。 - 不活性ガスを除いた前記第1の処理ガスの全流量に対する前記フッ化水素ガスの流量は70体積%以上である、請求項1に記載の基板処理方法。
- 前記フルオロカーボンガスは、CF4、C2F2、C2F4、C3F8、C4F6、C4F8及びC5F8からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- 前記フルオロカーボンガスは、C4F8ガスである、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- 前記ハイドロフルオロカーボンガスは、CHF3、CH2F2、CH3F、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C3HF7、C3H2F2、C3H2F6、C3H2F4、C3H3F5、C4H5F5、C4H2F6、C5H2F10、c−C5H3F7及びC3H2F4からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- 前記ハイドロフルオロカーボンガスは、C3H2F4ガス及びC4H2F6ガスからなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の基板処理方法。
- 前記第1の処理ガスは、酸素含有ガス及びハロゲン含有ガスからなる群から選択される少なくとも1種をさらに含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第1の処理ガスは、リン含有ガス、硫黄含有ガス及びホウ素含有ガスからなる群から選択される少なくとも1種をさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記不活性ガスを除いた前記第1の処理ガスの全流量に対する前記フッ化水素ガスの流量は96体積%以下である、請求項1〜8のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含む積層膜、並びにシリコン酸化膜及びポリシリコン膜を含む積層膜からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記マスクは、炭素含有マスク又は金属含有マスクである、請求項1〜10のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記炭素含有マスクは、スピンオンカーボン、炭化タングステン、アモルファスカーボン、及び炭化ホウ素からなる群から選択される少なくとも一種から形成される、請求項11に記載の基板処理方法。
- 前記チャンバ内において、第2の処理ガスからプラズマを生成し、前記チャンバ内をクリーニングする工程をさらに含む、請求項1〜12のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第2の処理ガスは、フッ素含有ガス、酸素含有ガス、水素含有ガス及び窒素含有ガスからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項13に記載の基板処理方法。
- 前記基板を提供する工程の前に、前記チャンバ内において、第3の処理ガスからプラズマを生成し、前記チャンバの内壁にプリコートを形成する工程をさらに含む、請求項1〜14のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記第3の処理ガスは、炭素含有ガスを含む、請求項15に記載の基板処理方法。
- チャンバ内に、シリコン含有膜、並びに前記シリコン含有膜上にマスクを有する基板を提供する工程と、
フッ化水素ガスを含む第1の処理ガスから生成したプラズマにより、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、
を含み、
不活性ガスを除いた前記第1の処理ガスの全流量に対する前記フッ化水素ガスの流量は70体積%以上96体積%以下である、
基板処理方法。 - 前記第1の処理ガスは、炭素含有ガス、並びに酸素含有ガス及びハロゲン含有ガスからなる群から選択される少なくとも1種を含む、請求項17に記載の基板処理方法。
- 前記炭素含有ガスは、フルオロカーボンガス、ハイドロフルオロカーボンガス、及びハイドロカーボンガスからなる群から選択される少なくとも一種を含む、請求項18に記載の基板処理方法。
- 前記フルオロカーボンガスは、CF4、C2F2、C2F4、C3F8、C4F6、C4F8及びC5F8からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項19に記載の基板処理方法。
- 前記ハイドロフルオロカーボンガスは、CHF3、CH2F2、CH3F、C2HF5、C2H2F4、C2H3F3、C2H4F2、C3HF7、C3H2F2、C3H2F6、C3H2F4、C3H3F5、C4H5F5、C4H2F6、C5H2F10、c−C5H3F7及びC3H2F4からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項19に記載の基板処理方法。
- 前記ハイドロカーボンガスは、CH4、C2H6、C3H6、C3H8及びC4H10からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項19に記載の基板処理方法。
- 前記炭素含有ガスは、炭素数が3以上のハイドロフルオロカーボンガスである、請求項18に記載の基板処理方法。
- 前記シリコン含有膜は、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜を含む積層膜、ポリシリコン膜、低誘電率膜、並びにシリコン酸化膜及びポリシリコン膜を含む積層膜からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項17〜23のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記マスクは、炭素含有マスク又は金属含有マスクである、請求項17〜24のいずれか一項に記載の基板処理方法。
- 前記エッチングする工程の前に、前記基板が載置される基板支持体の温度を0℃以下に調整する工程をさらに備える、請求項17〜25のいずれか一項 に記載の基板処理方法。
- ガス供給口及びガス排出口を有するチャンバと、
プラズマ生成部と、
制御部と、
を含むプラズマ処理装置であって、
前記制御部は、
前記チャンバ内に、シリコン酸化膜を含むシリコン含有膜と、前記シリコン含有膜上に設けられた炭素含有マスクとを有する基板を配置する工程と、
前記基板が載置される基板支持体の温度を0℃以下に制御する工程と、
フッ化水素ガス、並びにフルオロカーボンガス及びハイドロフルオロカーボンガスからなる群から選択される少なくとも1種の炭素含有ガスを含む第1の処理ガスから生成したプラズマにより、前記シリコン含有膜をエッチングする工程と、
を含む処理を実行し、
前記エッチングする工程において、不活性ガスを除いた前記第1の処理ガスの中で前記フッ化水素ガスの流量が最も多くなるように制御する、
プラズマ処理装置。
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