JP7026237B2 - 3D NANDデバイスアプリケーションのための非プラズマ乾式処理によるSiO2に対するSiN選択的エッチング - Google Patents
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Description
本出願は、あらゆる目的のためにその全体が参照により本明細書に援用される、2017年12月29日出願の米国特許出願第15/858,342号明細書の利益を主張する。
・フッ素含有エッチングガスは、フッ化ニトロシル(FNO)である;
・フッ素含有エッチングガスは、トリフルオロアミン酸化物(F3NO)である;
・フッ素含有エッチングガスは、フッ化ニトリル(FNO2)である;
・フッ素含有エッチングガスは、1つの窒素を含む;
・フッ素含有エッチングガスは、酸素を含む;
・追化のガスを反応室内に導入する;
・追化のガスは、F2、NO、O2、COS、CO2、CO、NO2、N2O、SO2、O3、Cl2、HF、H2及びHBrからなる群から選択される;
・追化のガスは、NOである;
・追化のガスは、F2である;
・追化のガスは、過剰F2である;
・追化のガスは、反応室内に導入されるフッ素含有エッチングガスと追化のガスとの全容積の約0.01容積%~約99.9容積%を含む;
・混合物を生成するために、反応室への導入前にフッ素含有エッチングガスと追加のガスとを混合する;
・混合物を生成するために、反応室への導入前にFNOガスと追加のガスとを混合する;
・混合物を生成するために、反応室への導入前にFNOガスとNOガスとを混合する;
・混合物を生成するために、反応室への導入前にF2ガスとNOガスとを混合する;
・追加のガスとは別にフッ素含有エッチングガスを反応室内に導入する;
・NO及び不活性ガスを反応室内に導入する;
・不活性ガス及び過剰F2を反応室内に導入する;
・フッ素含有エッチングガスと共に不活性ガスを導入する;
・反応室への導入前にフッ素含有エッチングガスと不活性ガスとを混合する;
・不活性ガスとは別にフッ素含有エッチングガスを反応室内に導入する;
・FNOガスと共に不活性ガスを導入する;
・不活性ガスは、N2である;
・不活性ガスは、Arである;
・フッ素含有エッチングガスの濃度は、0.1容積%~20容積%の範囲である;
・FNOガスの濃度は、0.1容積%~20容積%の範囲である;
・HAR開口は、1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロプロパン(C3H2F6)、1,1,2,2,3,3-ヘキサフルオロプロパン(イソ-C3H2F6)、1,1,1,2,3,3,3-ヘプタフルオロプロパン(C3HF7)及び1,1,1,2,2,3,3-ヘプタフルオロプロパン(イソ-C3HF7)からなる群から選択されるプラズマエッチングガスによってプラズマエッチングされる;
・HAR開口は、cC4F8、C4F8、C4F6、C5F8、CF4、CH3F、CF3H、CH2F2、COS、CS2、CF3I、C2F3I、C2F5I、CFN、SO2及びそれらの組み合せからなる群から選択されるプラズマエッチングガスによってプラズマエッチングされる;
・c)不活性ガスで反応室を浄化し、且つd)a)~c)を反復する;
・c)不活性ガスで反応室を浄化し;d)活性化ガスを反応室内に導入し;e)不活性ガスで反応室を浄化し;且つf)a)~eを反復する;
・活性化ガスは、Ar、Kr、Xe、Ne、He及びH2からなる群から選択される;
・c)不活性ガスで反応室を浄化し;d)エッチングガスの混合物を反応室内に導入し;e)第1のシリコン含有層の表面をエッチングから保護し;f)不活性ガスで反応室を浄化し;且つg)a)~f)を反復する;
・エッチングガスの混合物は、FNO、FNO及びNOの混合物又はF2及びNOの混合物である;
・エッチングガスの混合物は、FNOである;
・エッチングガスの混合物は、FNOとNOとの混合物である;
・エッチングガスの混合物は、F2とNOとの混合物である;
・第2のシリコン含有層は、SiNである;
・第2のシリコン含有層は、p-シリコンである;
・SiN対SiO2のエッチング速度の比は、10~3000の範囲である;
・SiN対SiO2のエッチング速度の比は、20~2000の範囲である;
・SiN対SiO2のエッチング速度の比は、30~1000の範囲である;
・熱酸化形成されたSiO2層の選択率は、3000に達する;
・SiN対プラズマ助長CVD SiO2の選択率は、30~1000の範囲である;
・約0.1sccm~約1slmの範囲の流量でフッ素含有エッチングガスを反応室内に導入する;
・反応室は、約1Torr~約400Torrの範囲の圧力を有する;
・反応室は、約1Torr~約250Torrの範囲の圧力を有する;
・反応室は、約1Torr~約100Torrの範囲の圧力を有する;
・エッチング工程は、約-196℃~約1000℃の範囲の温度下で行われる;
・エッチング工程は、約-196℃~室温の範囲の温度下で行われる;
・エッチング工程は、約室温~1000℃の範囲の温度下で行われる;
・エッチング工程は、約室温~400℃の範囲の温度下で行われる;
・エッチング工程は、約室温~250℃の範囲の温度下で行われる;
・フッ素含有エッチングガス及びエッチング面を四重極質量分光計、発光分光計、FTIR又は他の終了点検出測定ツールにより測定する。
・フッ素含有エッチングガスは、FNOである;
・フッ素含有エッチングガスは、F3NOである;
・フッ素含有エッチングガスは、FNO2である;
・フッ素含有エッチングガスは、窒素を含む;
・フッ素含有エッチングガスは、酸素を含む;
・約95容積%~約99.999容積%の範囲の純度を有する;
・微量ガス不純物を約10容積PPT~約5容積%含む;
・微量ガス不純物は、水を含む;
・微量ガス不純物は、CO2を含む;
・微量ガス不純物は、N2を含む;
・フッ素含有エッチングガスは、20ppmw未満の含水量を有する。
以下の詳細な説明及び特許請求の範囲は、当技術分野で一般的によく知られており、且つ以下のものを含む多くの略称、シンボル及び用語を利用する。
表2は、様々な条件下でN2と混合されたFNOによりエッチングされたSiN平坦ウェハとSiO2平坦ウェハとの選択率の概要である。温度は、250℃~400℃の範囲であった。圧力は、100Torr~400Torrの範囲であった。エッチングガス(FNO、N2)の合計流量は、333~1000sccmの範囲であった。FNOの濃度は、1容積%~15容積%の範囲であった。F2は、加えられなかった。エッチング時間は、10~60分の範囲であった。
図5a及び図5bは、N2と混合されたFNOにより平坦SiNと平坦SiO2とをそれぞれエッチングした後の元素の原子百分率対スパッタサイクルの数のXPSグラフである。エッチング条件は、以下のとおりである:温度は、250℃であり;圧力は、400Torrであり;FNO、Ar及びO2の合計流量は、500sccmであり;FNO濃度は、10容積%である;エッチング時間は、30分であった。上記条件下において、N2と混合したFNOによりエッチングした後、SiN対SiO2の選択率は、表2に示すように177.9である。図5a及び図5bに示すように、SiO2のエッチング面上に窒素は存在しなかったが、約3%窒素が9スパッタサイクルにわたってSiNのエッチング面上に残った。酸素は、SiN及びSiO2の両面上の主原子であった。Siは、SiN及びSiO2の両面上で約35%であった。フッ素は、SiN及びSiO2の両面上で約10%~約20%であった。
表3は、サイクルエッチ結果のリストである。サイクルエッチ試験は、エッチング性能を理解するために表面パッシベーションをリフレッシュすることにより行われた。エッチング条件は、以下のとおりである:温度は、250℃であり;圧力は、それぞれ100Torrと400Torrであり;FNO濃度は、N2中で10容積%であり;エッチング時間は、30分でそれぞれ10×3サイクル、5×6サイクルであった。示されるように、サイクルエッチは、SiO2のエッチングを強化し、したがってSiN/SiO2の選択率を低減する。
図6は、平坦ウェハF2/FNOエッチング速度対F2濃度のグラフである。エッチング条件は、以下のとおりである:温度は、250℃であり;圧力は、100Torrであり;FNO濃度は、N2中で10容積%であり;エッチング時間は、30分であり、SiNからの蝕刻を防止するための時間短縮。0.8容積%、2.5容積%及び5容積%のF2などの追加のF2がF2追加なしと比較された。エッチング結果も以下の表4内に列挙される。
表5は、FNOへのNO追加によりエッチングされた平坦ウェハ上のエッチング結果である。エッチング条件は、以下のとおりである:温度は、250℃であり;圧力は、100Torrであり;FNO濃度は、N2中で10容積%であり;エッチング時間は、30分であった。追加のNO(すなわち0容積%のNO、5%容積のNO、10容積%のNO)がそれぞれ加えられた。
図7は、FNOによる等方性エッチング後のパターン化ウェハのSEM像である。エッチング条件は、以下のとおりである:温度は、250℃であり;圧力は、100Torrであり;FNO濃度は、N2中で10容積%であり;エッチング時間は、30分であった。上記条件下でのFNOによるエッチング後、4.95±0.55nm/minの横方向SiNエッチング速度及び0.47±0.38nm/minの横方向SiO2エッチング速度が得られた。したがって、横方向選択率は、10.5±8.6であった。表2を参照すると、同条件下の平面選択率は、63.7であった。
図8a及び図8bは、圧力増加を伴うFNOによる等方性エッチング後のパターン化ウェハのSEM像である。エッチング条件は、以下のとおりである:温度は、250℃であり;圧力は、400Torrであり;FNO濃度は、N2中で10容積%であり;エッチング時間は、30分であった。表3を参照すると、同条件下の横方向選択率は、177.9であった。しかし、これらの条件下において、パターン化ウェハ上のエッチングは、ONON積層を崩壊させ、a-Cマスク層は、エッチングされた。加えて、下層もエッチングされた。
図9a~図9cは、様々な低減エッチング時間を伴うFNOによる等方性エッチング後のパターン化ウェハのSEM像である。エッチング条件は、以下のとおりである:温度は、250℃であり;圧力は、400Torrであり;FNO濃度は、N2中で10容積%であり;エッチング時間は、3分~5分で様々であった。エッチング時間が3分(図9a)であった場合、横方向SiNエッチング速度は、約22.4nm/minであり、エッチング量は、約67.3nmであった。エッチング時間が4分(図9b)であった場合、横方向SiNエッチング速度は、約72.1nm/minであり、エッチング量は、約288.3nmであった。エッチング時間が5分(図9c)であった場合、横方向SiNエッチング速度は、約62.4nm/minであり、エッチング量は、約312nmであった。エッチング速度及びエッチング量は、切断面が変われば変わり得る。4分のエッチ時間により、約72.1nm/minの横方向SiNエッチング速度がONONパターン化ウェハにより得られた。ここで、ONONパターン化ウェハによるエッチング速度は、同条件下の表2に示す平坦ウェハによるものより高かった。
エッチング実験及び分析のためのFNOパッシベーションラインは、図10に示すように用意された。N2中の5容積%のFNOがセットアップのためにガスキャビネットに接続された。<10-1mbaの真空ラインがガスキャビネット内で最初に生成された。NO中の5容積%のFNOがガスキャビネットに入力され、ガスキャビネットの圧力は、1時間にわたって0.01MPaに維持された。以下の工程では、ガスキャビネット内のガスが除去され、NO中の5容積%のFNOが1時間にわたってその中の圧力を0.15MPaに維持するために再びガスキャビネット中に供給された。次に、ガスキャビネット内のガスが除去され、NO中の5容積%のFNOが再びガスキャビネット中に供給された。以下の工程では、NO中の5容積%のFNOがガスキャビネット中に供給され、次にガスキャビネットからまた除去された。毎回、ガスキャビネット内に供給されたNO中の5容積%のFNOによるガスキャビネットの圧力は、8時間にわたって増加及び維持された。4つの圧力(すなわち0.40MPa、1.00MPa、2.00MPa、3.16MPa)が8時間にわたってそれぞれ維持された。ガスは、2つの連続圧力間で除去され、次に、ガスキャビネットは、NO中の新鮮な5容積%のFNOにより再充填された。圧力が1.00MPa、2.00MPa及び3.16MPaなどの高圧範囲に達すると、第2の圧力がガス流量調節器により調節され、0.5MPaに維持された。3.16MPaにおいて8時間後、ガスキャビネットは、真空にされ浄化された。ガスキャビネット内のすべての元素は、金属抽出及びICP-MSにより試験され分析され、すべての元素は、検出器限界未満であった。内部リークは、見出されなかった。
Claims (13)
- 反応室内の基板上に形成された高アスペクト比(HAR)開口の側壁上のシリコン含有層の少なくとも一部分を等方性エッチングする方法であって、前記HAR開口は、SiO 2 層とSiN層との交互層の積層をプラズマエッチングすることによって形成され、前記方法は、
a)フッ化ニトロシル(FNO)、トリフルオロアミン酸化物(F3NO)、フッ化ニトリル(FNO2)及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるフッ素含有エッチングガスを前記反応室内に導入する工程と;
b)前記HAR開口の前記側壁上の前記SiO 2 層間の凹部を生成するために、前記フッ素含有エッチングガスで前記SiO 2 層に対して前記SiN層を選択的にエッチングすることにより、前記SiN層の少なくとも一部分を除去する工程と
を含む、方法。 - 前記フッ素含有エッチングガスと共に追加のガスを導入する工程をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記追加のガスは、F2、NO、O2、COS、CO2、CO、NO2、N2O、SO2、O3、Cl2、HF、H2及びHBrからなる群から選択される、請求項2に記載の方法。
- 前記フッ素含有エッチングガスの濃度は、0.1容積%~20容積%の範囲である、請求項3に記載の方法。
- 前記フッ素含有エッチングガスは、FNOである、請求項1に記載の方法。
- c)不活性ガスで前記反応室を浄化する工程と;
d)a)~c)を反復する工程と
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - c)不活性ガスで前記反応室を浄化する工程と;
d)活性化ガスを前記反応室内に導入する工程と;
e)前記不活性ガスで前記反応室を浄化する工程と;
f)a)~e)を反復する工程と
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記活性化ガスは、Ar、Kr、Xe、Ne、He及びH2からなる群から選択される、請求項7に記載の方法。
- c)不活性ガスで前記反応室を浄化する工程と;
d)エッチングガスの混合物を前記反応室内に導入する工程と;
e)前記SiO 2 層の表面をエッチングから保護する工程と;
f)前記不活性ガスで前記反応室を浄化する工程と;
g)a)~f)を反復する工程と
をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記エッチングガスの混合物は、FNO、FNO及びNOの混合物又は過剰F2及びNOの混合物である、請求項9に記載の方法。
- 前記エッチング工程は、約-196℃~室温の範囲の温度で行われる、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記エッチング工程は、約室温~1000℃の範囲の温度で行われる、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。
- 反応室内の基板上に形成された高アスペクト比(HAR)開口の側壁上のシリコン含有層の少なくとも一部分を等方性エッチングする方法であって、前記HAR開口は、SiO 2 層とSiN層との交互層の積層をプラズマエッチングすることによって形成され、前記方法は、
フッ化ニトロシル(FNO)ガスを前記反応室内に導入する工程と;
前記HAR開口の前記側壁上の前記SiO 2 層間の凹部を生成するために、FNOガスで前記SiO 2 層に対して前記SiN層を選択的にエッチングすることにより、前記SiN層の少なくとも一部分を除去する工程と
を含む、方法。
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