JP7413093B2 - エッチング方法、半導体製造装置、および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。半導体装置は、例えば3次元メモリである。半導体装置の製造方法例は、準備工程(S1)と、エッチング工程(S2)と、メモリ層形成工程(S3)と、を具備する。
準備工程では、エッチング工程においてエッチング対象である加工対象物を準備する。図2は、加工対象物の構造例を示す断面模式図であり、基板101のX軸とX軸およびX軸に直交するY軸に直交するZ軸とを含むX-Z断面の一部を示す。
(エッチング装置の構成例)
図3は、エッチング工程に使用可能な半導体製造装置(エッチング装置)の構成例を示す模式図である。エッチング装置1は、処理室2と、電極3と、電極4と、ガス供給部5と、ガス排出部6と、冷却装置7と、電源部8と、制御回路9と、を具備する。
エッチング工程は、図1に示すように、加工対象物10の表面に表面層を形成する第1のステップ(S2-1)と加工対象物10をエッチングする第2のステップ(S2-2)とを、例えば開口Hのアスペクト比が所望の値以上になるまで、交互に切り替える工程を含む。
図9はメモリ層形成工程を説明するための断面模式図であり、X-Z断面の一部を示す。メモリ層形成工程では、ブロック絶縁膜193と、電荷蓄積層192と、トンネル絶縁膜191とを含むメモリ膜109と、半導体チャネル層108と、コア絶縁膜107とを開口Hにこの順に形成する。コア絶縁膜107、半導体チャネル層108、メモリ膜109は、メモリセルを構成するメモリ層として機能する。
図10は、半導体装置の製造方法の他の例を説明するためのフローチャートである。半導体装置は、例えば3次元メモリである。半導体装置の製造方法の他の例は、準備工程(S1)と、エッチング工程(S2)と、メモリ層形成工程(S3)と、を具備する。なお、準備工程およびメモリ層形成工程は、第1の実施形態と同じであるため、本実施形態では説明を省略する。
(エッチング装置の他の構成例)
図11は、エッチング工程に使用可能な半導体製造装置(エッチング装置)の他の構成例を示す図である。エッチング装置1は、処理室2と、電極3と、電極4と、ガス供給部5と、ガス排出部6と、冷却装置7と、電源部8と、制御回路9と、光源12と、を具備する。図3に示すエッチング装置1と同じ部分については第1の実施形態の説明を適宜援用する。
エッチング工程は、図10に示すように、第1のステップ(S2-1)と第2のステップ(S2-2)とを、例えば開口Hのアスペクト比が所望の値に到達するまで、交互に切り替える工程と、第1のステップと第2のステップとを交互に切り替える工程の後に、例えば表面層11における第1の領域11aの厚さが所定の値以上になった場合に加工対象物10に向けて光(L)を照射する照射工程(S2-3)と、を含む。
図15は、半導体装置の製造方法の他の例を説明するためのフローチャートである。半導体装置は、例えば3次元メモリである。半導体装置の製造方法の他の例は、準備工程(S1)と、エッチング工程(S2)と、メモリ層形成工程(S3)と、を具備する。なお、準備工程およびメモリ層形成工程は、第1の実施形態と同じであるため、本実施形態では説明を省略する。
(エッチング装置の他の構成例)
図16は、エッチング工程に使用可能な半導体製造装置(エッチング装置)の他の構成例を示す図である。エッチング装置1は、処理室2と、電極3と、電極4と、ガス供給部5と、ガス排出部6と、冷却装置7と、電源部8と、制御回路9と、を具備する。図3に示すエッチング装置1と同じ部分については第1の実施形態の説明を適宜援用する。
エッチング工程は、図15に示すように、第1のステップ(S2-1)と第2のステップ(S2-2)とを、交互に切り替える工程(S2-1、S2-2切替)と、S2-1、S2-2切替後に、第3のステップ(S2-4)と第4のステップ(S2-5)とを交互に切り替えて開口Hの内壁面HAを保護する保護膜を形成する工程(保護工程)と、を含む。図15に示すように、保護工程の後に、再びS2-1、S2-2切替を繰り返しても良いし、第1のステップ(S2-1)と第2のステップ(S2-2)との切替の繰り返し処理と、第3のステップ(S2-4)と第4のステップ(S2-5)との切替の繰り返し処理と、を交互に複数回行うこともできる。なお、第1のステップ(S2-1)と第2のステップ(S2-2)の繰り返し回数、および第3のステップ(S2-4)と第4のステップ(S2-5)の繰り返し回数は、特に限定されない。第3のステップ(S2-4)および第4のステップ(S2-5)は、例えば保護膜の厚さが所望の値以上になるまで交互に繰り返される。
図20は、半導体装置の製造方法の他の例を説明するためのフローチャートである。半導体装置は、例えば3次元メモリである。半導体装置の製造方法の他の例は、準備工程(S1)と、エッチング工程(S2)と、メモリ層形成工程(S3)と、を具備する。なお、準備工程およびメモリ層形成工程は、第1の実施形態と同じであるため、本実施形態では説明を省略する。
(エッチング装置の他の構成例)
エッチング工程に使用可能な半導体製造装置(エッチング装置)は、第1の実施形態の半導体製造装置と同じ構成要素を具備する。図3に示すエッチング装置1と同じ部分については第1の実施形態の説明を適宜援用する。
エッチング工程は、図20に示すように、第1のステップ(S2-1)と第2のステップ(S2-2)とを、例えば開口Hのアスペクト比が所望の値に到達するまで、交互に切り替える工程を含み、第1のステップ(S2-1)が第1のサブステップ(S2-1-1)と、第2のサブステップ(S2-1-2)と、第3のサブステップ(S2-1-3)と、第4のサブステップ(S2-1-4)と、を含む。
Claims (21)
- 高周波電圧を供給せず、フッ素原子を含む第1のガスを導入することにより、前記第1のガスの液化温度以下の温度で冷却された加工対象物の表面に表面層を形成する第1のステップと、
前記第1のガスとは異なり、前記温度で気体状態の第2のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記第2のガスからプラズマを生成して前記プラズマを用いたスパッタリングにより前記加工対象物をエッチングする第2のステップと、
を交互に切り替える工程を具備し、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスを導入する第3のステップと、
水素原子を含む第3のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記表面層を改質する第4のステップと、
を交互に切り替える工程をさらに具備する、エッチング方法。 - 前記第1のステップと前記第2のステップとを交互に切り替える工程の後に、前記加工対象物に向けて光を照射して前記表面層の残存物を気化させる工程をさらに具備する、請求項1に記載のエッチング方法。
- 前記第1のガスは、組成式CxHyFz(Cは炭素を表し、Hは水素を表し、Fはフッ素を表し、xは1以上の整数を表し、yは0以上の整数を表し、zは2以上の整数を表す)により表されるフッ化物ガスを含む、請求項1または請求項2に記載のエッチング方法。
- 前記第3のガスと異なる第4のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより前記表面層の改質部の一部を除去する第5のステップをさらに具備する、請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載のエッチング方法。
- 前記第1のステップは、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの気相領域における第1温度および第1圧力で前記第1のガスを導入する第1のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの液相領域における前記第1温度よりも低い第2温度および第2圧力で前記加工対象物を冷却することにより、液相の前記表面層を形成する第2のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの固相領域における前記第2温度よりも低い第3温度および第3圧力で前記加工対象物を冷却することにより、固相の前記表面層を形成する第3のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記固相領域における第4温度および前記第3圧力よりも低い第4圧力で前記加工対象物を冷却する第4のサブステップと、
を含み、
前記第2のステップは、前記第2のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記固相領域における前記第4温度および前記第4圧力で前記第2のガスから前記プラズマを生成して前記プラズマを用いたスパッタリングにより前記加工対象物をエッチングする、請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載のエッチング方法。 - 前記第2圧力は、前記第1のガスの三重点の圧力よりも高い、請求項5に記載のエッチング方法。
- 処理室と、
前記処理室に配置される加工対象物をフッ素原子を含む第1のガスの液化温度以下の温度で冷却する冷却装置と、
前記処理室に高周波電圧を供給する電源と、
前記高周波電圧を供給せず前記第1のガスを導入する第1の動作と、前記第1のガスとは異なり、前記温度で気体状態の第2のガスを導入して前記高周波電圧を供給する第2の動作と、を交互に切り替える制御回路と、
を具備し、
前記制御回路は、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスを導入する第3の動作と、
水素原子を含む第3のガスを導入し、前記高周波電圧を供給する第4の動作と、
の実行を制御する、半導体製造装置。 - 光を照射する光源をさらに具備する、請求項7に記載の半導体製造装置。
- 前記第1のガスは、組成式CxHyFz(Cは炭素を表し、Hは水素を表し、Fはフッ素を表し、xは1以上の整数を表し、yは0以上の整数を表し、zは2以上の整数を表す)により表されるフッ化物ガスを含む、請求項7または請求項8に記載の半導体製造装置。
- 前記制御回路は、前記第3のガスと異なる第4のガスを導入し、前記高周波電圧を供給する第5の動作の実行を制御する、請求項7ないし請求項9のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
- 前記第1の動作は、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの気相領域における第1温度および第1圧力で前記第1のガスを導入する第1のサブ動作と、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの液相領域における前記第1温度よりも低い第2温度および第2圧力で前記加工対象物を冷却する第2のサブ動作と、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの固相領域における前記第2温度よりも低い第3温度および第3圧力で前記加工対象物を冷却する第3のサブ動作と、
前記高周波電圧を供給せず、前記固相領域における第4温度および前記第3圧力よりも低い第4圧力で前記加工対象物を冷却する第4のサブ動作と、
を含む、請求項7ないし請求項10のいずれか一項に記載の半導体製造装置。 - 前記第2圧力は、前記第1のガスの三重点の圧力よりも高い、請求項11に記載の半導体製造装置。
- 半導体基板の上に設けられた被加工膜を備える加工対象物を準備する工程と、
高周波電圧を供給せず、フッ素原子を含む第1のガスを導入することにより、前記第1のガスの液化温度以下の温度で冷却された前記加工対象物の表面に表面層を形成する第1のステップと、前記第1のガスとは異なり、前記温度で気体状態の第2のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記第2のガスからプラズマを生成して前記プラズマを用いたスパッタリングにより前記加工対象物をエッチングする第2のステップと、を交互に切り替える工程と、
を具備し、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスを導入する第3のステップと、
水素原子を含む第3のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記表面層を改質する第4のステップと、
を交互に切り替える工程をさらに具備する、半導体装置の製造方法。 - 前記第1のステップと前記第2のステップとを交互に切り替える工程の後に、前記加工対象物に向けて光を照射して前記表面層の残存物を気化させる工程をさらに具備する、請求項13に記載の製造方法。
- 前記第1のガスは、組成式CxHyFz(Cは炭素を表し、Hは水素を表し、Fはフッ素を表し、xは1以上の整数を表し、yは0以上の整数を表し、zは2以上の整数を表す)により表されるフッ化物ガスを含む、請求項13または請求項14に記載の製造方法。
- 前記第3のガスと異なる第4のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより前記表面層の改質部の一部を除去する第5のステップをさらに具備する、請求項13ないし請求項15のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記第1のステップは、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの気相領域における第1温度および第1圧力で前記第1のガスを導入する第1のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの液相領域における前記第1温度よりも低い第2温度および第2圧力で前記加工対象物を冷却することにより、前記表面層を形成する第2のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの固相領域における前記第2温度よりも低い第3温度および第3圧力で前記加工対象物を冷却する第3のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記固相領域における第4温度および前記第3圧力よりも低い第4圧力で前記加工対象物を冷却する第4のサブステップと、
を含み、
前記第2のステップは、前記第2のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記固相領域における前記第4温度および前記第4圧力で前記第2のガスから前記プラズマを生成して前記プラズマを用いたスパッタリングにより前記加工対象物をエッチングする、請求項13ないし請求項16のいずれか一項に記載の製造方法。 - 前記第2圧力は、前記第1のガスの三重点の圧力よりも高い、請求項17に記載の製造方法。
- 高周波電圧を供給せず、フッ素原子を含む第1のガスを導入することにより、前記第1のガスの液化温度以下の温度で冷却された加工対象物の表面に表面層を形成する第1のステップと、
前記第1のガスとは異なり、前記温度で気体状態の第2のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記第2のガスからプラズマを生成して前記プラズマを用いたスパッタリングにより前記加工対象物をエッチングする第2のステップと、
を交互に切り替える工程を具備し、
前記第1のステップは、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの気相領域における第1温度および第1圧力で前記第1のガスを導入する第1のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの液相領域における前記第1温度よりも低い第2温度および第2圧力で前記加工対象物を冷却することにより、液相の前記表面層を形成する第2のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの固相領域における前記第2温度よりも低い第3温度および第3圧力で前記加工対象物を冷却することにより、固相の前記表面層を形成する第3のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記固相領域における第4温度および前記第3圧力よりも低い第4圧力で前記加工対象物を冷却する第4のサブステップと、
を含み、
前記第2のステップは、前記第2のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記固相領域における前記第4温度および前記第4圧力で前記第2のガスから前記プラズマを生成して前記プラズマを用いたスパッタリングにより前記加工対象物をエッチングする、エッチング方法。 - 処理室と、
前記処理室に配置される加工対象物をフッ素原子を含む第1のガスの液化温度以下の温度で冷却する冷却装置と、
前記処理室に高周波電圧を供給する電源と、
前記高周波電圧を供給せず前記第1のガスを導入する第1の動作と、前記第1のガスとは異なり、前記温度で気体状態の第2のガスを導入して前記高周波電圧を供給する第2の動作と、を交互に切り替える制御回路と、
を具備し、
前記第1の動作は、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの気相領域における第1温度および第1圧力で前記第1のガスを導入する第1のサブ動作と、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの液相領域における前記第1温度よりも低い第2温度および第2圧力で前記加工対象物を冷却する第2のサブ動作と、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの固相領域における前記第2温度よりも低い第3温度および第3圧力で前記加工対象物を冷却する第3のサブ動作と、
前記高周波電圧を供給せず、前記固相領域における第4温度および前記第3圧力よりも低い第4圧力で前記加工対象物を冷却する第4のサブ動作と、
を含む、半導体製造装置。 - 半導体基板の上に設けられた被加工膜を備える加工対象物を準備する工程と、
高周波電圧を供給せず、フッ素原子を含む第1のガスを導入することにより、前記第1のガスの液化温度以下の温度で冷却された前記加工対象物の表面に表面層を形成する第1のステップと、前記第1のガスとは異なり、前記温度で気体状態の第2のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記第2のガスからプラズマを生成して前記プラズマを用いたスパッタリングにより前記加工対象物をエッチングする第2のステップと、を交互に切り替える工程と、
を具備し、
前記第1のステップは、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの気相領域における第1温度および第1圧力で前記第1のガスを導入する第1のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの液相領域における前記第1温度よりも低い第2温度および第2圧力で前記加工対象物を冷却することにより、前記表面層を形成する第2のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記第1のガスの固相領域における前記第2温度よりも低い第3温度および第3圧力で前記加工対象物を冷却する第3のサブステップと、
前記高周波電圧を供給せず、前記固相領域における第4温度および前記第3圧力よりも低い第4圧力で前記加工対象物を冷却する第4のサブステップと、
を含み、
前記第2のステップは、前記第2のガスを導入し、前記高周波電圧を供給することにより、前記固相領域における前記第4温度および前記第4圧力で前記第2のガスから前記プラズマを生成して前記プラズマを用いたスパッタリングにより前記加工対象物をエッチングする、半導体装置の製造方法。
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