TW201810429A - 蝕刻處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種蝕刻處理方法，其目的在於維持高蝕刻率，並抑制側蝕刻。 該蝕刻處理方法，在基板的溫度為-35℃以下之極低溫環境中，從第1高頻電源輸出第1高頻的電力；供給含氟化硫氣體及含氫氣體，藉由產生的電漿，蝕刻疊層有組成相異之含矽膜的疊層膜。

Description

蝕刻處理方法
本發明係關於一種蝕刻處理方法。
已知有使用氟碳化合物系(CF系)氣體蝕刻含矽膜之技術。亦知曉進一步添加碳氫化合物系(CH系)氣體，以提高相對於含矽膜的遮罩選擇比之技術。
此外，已知藉由使用含氟化硫氣體取代氟碳化合物系氣體，提高相對於含矽膜的遮罩選擇比之技術(參考例如專利文獻1、2)。 [習知技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平4-84427號公報 [專利文獻2]日本特開2005-72518號公報
[本發明所欲解決的問題] 然而，專利文獻1、2中，以改善遮罩選擇比為課題而選擇蝕刻氣體，並非從抑制側蝕刻，使蝕刻形狀良好的觀點選擇合適的蝕刻氣體及製程條件。
尤其是，在3D NAND快閃記憶體等三維疊層半導體記憶體之製造中，於使用電漿，在疊層有組成相異之含矽膜的疊層膜形成深孔或深溝之蝕刻步驟中，需要寬高比高的蝕刻。例如，為了形成貫通疊層有16層或32層組成相異之含矽膜的疊層膜之全部膜，連通至基底膜所用的孔或溝，蝕刻形狀之垂直性特別重要。
針對上述問題，本發明之一態樣的目的在於維持高蝕刻率，並抑制側蝕刻。 [解決問題之技術手段]
為了解決上述問題，若依照本發明之一態樣，則提供一種蝕刻處理方法，在基板的溫度為-35℃以下之極低溫環境中，從第1高頻電源輸出第1高頻的電力； 供給含氟化硫氣體及含氫氣體，藉由產生的電漿，蝕刻疊層有組成相異之含矽膜的疊層膜。 [本發明之效果]
若依本發明之一態樣，則可維持高蝕刻率，並抑制側蝕刻。
以下，參考附圖，對用以實施本發明之形態予以說明。另，在本說明書及附圖中，對於實質上相同之構造給予相同符號，藉而省略重複的說明。
[電漿處理裝置之全體構造] 首先，參考圖1並對電漿處理裝置1之一例予以說明。本實施形態之電漿處理裝置1，係平行平板型之電漿處理裝置，具有略圓筒形的處理容器10。於處理容器10之內面，施行氧皮鋁處理(陽極氧化處理)。處理容器10之內部，成為以電漿施行蝕刻處理或成膜處理等電漿處理的處理室。
載置台20，載置係基板之一例的晶圓W。載置台20，例如由鋁(Al)、鈦(Ti)、或碳化矽(SiC)等形成。載置台20亦作為下部電極作用。
於載置台20之上側，設置用於將晶圓W靜電吸附的靜電吸盤106。靜電吸盤106，成為在絶緣體106b之間夾入吸盤電極106a的構造。於吸盤電極106a連接直流電壓源112。若從直流電壓源112對吸盤電極106a施加直流電壓，則藉由庫侖力將晶圓W吸附於靜電吸盤106。
於靜電吸盤106的外周上部，以包圍晶圓W之外緣部的方式載置圓環狀之對焦環108。對焦環108，例如以矽形成，在處理容器10中使電漿朝向晶圓W的表面收斂，改善電漿處理之效率而作用。
載置台20，藉由支持體104保持在處理容器10的底部。於支持體104之內部，形成冷媒流路104a。從急冷器107輸出之例如冷卻水或鹽水等冷卻媒體(以下亦稱「冷媒」)，流經冷媒入口配管104b、冷媒流路104a、冷媒出口配管104c而循環。藉由如此地循環的冷媒，將載置台20散熱、冷卻。
熱傳氣體供給源85，將氦氣(He)或氬氣(Ar)等熱傳氣體通過氣體供給管線13 0往靜電吸盤106上之晶圓W的背面供給。藉由此一構成，靜電吸盤106，以循環在冷媒流路104a之冷媒、及對晶圓W的背面供給之熱傳氣體予以溫度控制。此一結果，可將晶圓W控制為既定的溫度。
於載置台20，連接供給雙頻疊加電力之電力供給裝置30。電力供給裝置30，具有第1高頻電源32，其供給第1頻率之電漿產生用的高頻電力HF(第1高頻電力)。此外，電力供給裝置30具有第2高頻電源34，其供給較第1頻率更低的第2頻率之偏電壓產生用的高頻電力LF(第2高頻電力)。第1高頻電源32，通過第1匹配器33而與載置台20電性連接。第2高頻電源34，通過第2匹配器35而與載置台20電性連接。第1高頻電源32，例如，對載置台20施加40MHz的高頻電力HF。第2高頻電源34，例如，對載置台20施加3.2MHz的高頻電力LF。
第1匹配器33，將第1高頻電源32之內部(或輸出)阻抗與負載阻抗匹配。第2匹配器35，將第2高頻電源34之內部(或輸出)阻抗與負載阻抗匹配。第1匹配器33， 作用以使在處理容器10內產生電漿時第1高頻電源32之內部阻抗與負載阻抗在外觀上一致。第2匹配器35，作用以使在處理容器10內產生電漿時第2高頻電源34之內部阻抗與負載阻抗在外觀上一致。另，本實施形態，雖對載置台20施加第1高頻電力，但亦可對氣體沖淋頭25施加第1高頻電力。
氣體沖淋頭25，安裝為隔著被覆其外緣部之遮蔽環40，封閉處理容器10的頂棚部之開口。於氣體沖淋頭25，連接可變直流電源70，從可變直流電源70輸出負的DC(直流電壓)。氣體沖淋頭25，可由矽形成。氣體沖淋頭25，亦作為與載置台20(下部電極)相對向之對向電極(上部電極)而作用。
於氣體沖淋頭25，形成導入氣體的氣體導入口45。於氣體沖淋頭25之內部，設置從氣體導入口45分支之中心側的擴散室50a及邊緣側的擴散室50b。從氣體供給源15輸出之氣體，通過氣體導入口45而往擴散室50a、50b供給，在擴散室50a、50b擴散而從多個氣體供給孔55往載置台20導入。
於處理容器10之底面形成排氣口60，藉由與排氣口60連接的排氣裝置65將處理容器10內排氣。藉此，可將處理容器10內維持為既定的真空度。於處理容器10之側壁設置閘閥G。閘閥G，在施行從處理容器10搬入及搬出晶圓W時開閉。
於電漿處理裝置1，設置控制裝置全體之動作的控制部100。控制部100，具備CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)105、ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)110及RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)115。CPU 10 5，依據收納於RAM 115等儲存區的配方，而實行蝕刻等期望的處理。於配方記載：係對於製程條件之裝置控制資訊的處理時間、壓力(氣體之排氣)、高頻電力與電壓、各種氣體流量、處理容器內溫度(上部電極溫度、處理容器之側壁溫度、晶圓W溫度、靜電吸盤溫度等)、從急冷器107輸出之冷媒的溫度等。另，此等程式或表示製程條件之配方，亦可儲存在硬碟或半導體記憶體。此外，亦可將配方，以收納於CD-ROM、DVD等可攜式的能夠藉由電腦讀取之記錄媒體的狀態，裝設於既定位置而讀取。
實行電漿處理時，控制閘閥G的開閉，將晶圓W搬入至處理容器10，載置於載置台20。若從直流電壓源112對吸盤電極106a施加直流電壓，則將晶圓W吸附保持於靜電吸盤106。
從氣體供給源15往處理容器10內供給處理氣體。從第1高頻電源32對載置台20施加第1高頻電力，從第2高頻電源34對載置台20施加第2高頻電力。從可變直流電源70對氣體沖淋頭25施加負的DC(直流電壓)。藉此，於晶圓W之上方產生電漿，藉由產生的電漿對晶圓W施行電漿處理。
電漿處理後，從直流電壓源112對吸盤電極106a施加與吸附晶圓W時正負相反的直流電壓，使晶圓W之電荷電性中和。藉此，將晶圓W，從靜電吸盤106剝離，從閘閥G往處理容器10之外部搬出。使用上述說明的電漿處理裝置1，從氣體供給源15供給既定的蝕刻氣體，實行極低溫的蝕刻處理。 ＜第1實施形態＞ [極低溫的蝕刻處理] 以下，對於第1實施形態之極低溫的蝕刻處理予以說明，將該蝕刻處理的結果之一例，與比較例1、2之蝕刻處理的結果之一例比較。
(比較例1) 比較例1，藉由下述製程條件蝕刻疊層有氧化矽膜(SiO2 )與氮化矽膜(SiN)之疊層膜12。疊層膜12，係疊層有組成相異之含矽膜的疊層膜之一例。於疊層膜12的上部形成非晶碳膜11，作為遮罩作用。然則，遮罩並不限為非晶碳膜，亦可為有機膜。 ･製程條件(比較例1) 晶圓溫度 -40℃以下(急冷器溫度 -60℃) 氣體 CF4 (四氟化碳)/CH4 (甲烷)/O2 (氧) 第1高頻電力HF 2500W、連續波 第2高頻電力LF 4000W、連續波 (比較例2) 比較例2，藉由下述製程條件蝕刻疊層膜12。 ･製程條件(比較例2) 晶圓溫度 -40℃以下(急冷器溫度 -60℃) 氣體 H2 (氫)/CF4 (四氟化碳)/CHF3 (三氟甲烷) 第1高頻電力HF 2500W、連續波 第2高頻電力LF 4000W、連續波 圖2(a)，顯示比較例1之蝕刻結果的一例。圖2(b)，顯示比較例2之蝕刻結果的一例。圖2(a)及圖2(b)之各自的結果，顯示將非晶碳膜11作為遮罩蝕刻疊層膜12時的孔之縱剖面的蝕刻形狀、及從上方觀察非晶碳膜11時的非晶碳膜11之開口的形狀。此外，各形狀下的數值，顯示蝕刻之深度(Depth)、遮罩選擇比、蝕刻率(ER)、及弓彎(Bowing)。弓彎，為孔的橫向寬度最寬之部分的數值。
據此，則在圖2(a)及圖2(b)之任一蝕刻結果中，皆維持蝕刻之深度(Depth)與蝕刻率(ER)，並確保良好的遮罩選擇比。另一方面，在圖2(a)及圖2(b)之任一蝕刻結果中，皆促進側蝕刻，發生弓彎。此外，圖2(b)中，非晶碳膜11的開口阻塞。
(第1實施形態) 第1實施形態，藉由下述製程條件施行疊層膜12的蝕刻。 ･製程條件(第1實施形態) 晶圓溫度 -40℃以下(急冷器溫度 -60℃) 氣體 SF6 (六氟化硫)/H2 (氫) 第1高頻電力HF 2500W、連續波 第2高頻電力LF 4000W、連續波 處理容器內的壓力 15~25mTorr(2.0~3.3Pa) 另，第1實施形態及後述實施形態之製程條件，雖施加第1高頻電力HF及第2高頻電力LF，但並不限於此，亦可僅施加第1高頻電力HF。
圖2(c)，顯示第1實施形態之蝕刻結果的一例。圖2(c)所示之第1實施形態的蝕刻結果，相較於圖2(a)及圖2(b)的比較例1、2，維持蝕刻之深度(Depth)與蝕刻率(ER)，並抑制側蝕刻，改善蝕刻形狀。此外，圖2(c)所示之第1實施形態的蝕刻處理之結果，非晶碳膜11的開口未阻塞而維持良好的形狀。藉此，提高圖案往疊層膜12之轉印精度，可實現良好的蝕刻。另，遮罩選擇比雖較比較例1、2降低，但於非晶碳膜11消失前形成必要深度的孔。然則，遮罩選擇比，如同後述第2實施形態的蝕刻結果所示，宜為5.0以上。
如同上述說明，依照第1實施形態之蝕刻處理方法，則作為含氟化硫氣體的一例供給SF6 氣體，作為含氫氣體的一例供給H2 氣體。而後，主要藉由以第1高頻電力HF的能量由供給之氣體產生的電漿，蝕刻疊層膜12。據此，則以SF6 之主要F成分促進蝕刻，且以SF6 之主要S成分在經蝕刻的孔之側壁形成保護膜，可抑制側蝕刻。此外，藉由晶圓W的溫度為-35℃以下之極低溫環境中的蝕刻，維持高蝕刻率，藉此，可形成蝕刻形狀良好之深孔。
雖硫S亦附著在蝕刻的孔之底面而形成保護膜，但本實施形態中，將處理容器10內控制為低壓(15~60mTorr(2.0~8.0Pa)程度)，故藉由使電漿中之直進性高的離子到達底面，而促進孔之底面及非晶碳膜11之遮罩表面的蝕刻。
藉此，維持高蝕刻率，並抑制側蝕刻，可使蝕刻形狀良好。此外，可使非晶碳膜11的形狀良好。
此外，若依照第1實施形態之蝕刻處理方法，則供給的氣體不包含C(碳)氣體。 藉此，可減少因蝕刻而產生的反應產物所包含之碳的量，可降低反應產物之往內壁等的附著。此外，可抑制碳所造成之非晶碳膜11的遮罩形狀之粗糙。
此外，藉由將晶圓W的溫度維持為-40℃(-35℃以下)，使因蝕刻而形成的孔之內壁的硫S未揮發而維持為固體，留下作為保護膜，往處理容器10之內壁附著的硫S，藉由使內壁的溫度為70℃以上而使硫S揮發，將其排氣藉以將其去除，可抑制硫S往處理容器10之內壁的附著。
另，藉由與SF6 氣體一同供給H2 氣體，而可提高往處理容器10的外部之氣體的排氣。本實施形態，亦可取代H2 氣體，供給HF(氟化氫)氣體或NH3 (氨)氣體。
(第2實施形態) 第2實施形態，藉由下述製程條件蝕刻疊層膜12。 ･製程條件(第2實施形態) 晶圓溫度 -40℃以下(急冷器溫度 -60℃) 氣體 SF6 (六氟化硫)/CH4 (甲烷) 第1高頻電力HF 2500W、連續波 第2高頻電力LF 4000W、連續波 處理容器內的壓力 15~25mTorr(2.0~3.3Pa) 圖3(c)，顯示第2實施形態之蝕刻結果的一例。圖3(a)及圖3(b)，圖示與圖2(a)及圖2(b)的比較例1、2相同之蝕刻結果。圖3(c)所示之第2實施形態的蝕刻結果，相較於圖3(a)及圖3(b)的比較例1、2，維持蝕刻之深度(Depth)與蝕刻率(ER)，並抑制側蝕刻，改善蝕刻形狀。
若與圖2(c)所示之第1實施形態的蝕刻結果比較，則相較於第1實施形態的蝕刻結果，蝕刻率(ER)變高，蝕刻之深度變得更深。此外，相較於第1實施形態的蝕刻結果，更為抑制側蝕刻，追求蝕刻形狀之進一步的改善。此外，第2實施形態之蝕刻處理的結果中，非晶碳膜11的開口亦未阻塞而維持良好的形狀。藉此，提高圖案往疊層膜12之轉印精度，可實現良好的蝕刻。
此外，遮罩選擇比成為5.0以上。吾人認為此係因在本實施形態中，供給係碳氫化合物氣體之一例的CH4 氣體，故碳沉積在非晶碳膜11上，改善遮罩選擇比。
如同上述說明，依照第2實施形態之蝕刻處理方法，則作為含氟化硫氣體的一例供給SF6 氣體，作為含氫氣體的一例供給CH4 氣體。而後，藉由從供給之氣體產生的電漿蝕刻疊層膜12。據此，則以SF6 之主要F成分促進蝕刻，且以SF6 之主要S成分在經蝕刻的孔之側壁形成保護膜，可抑制側蝕刻。此外，藉由晶圓W的溫度為-35℃以下之極低溫環境中的蝕刻，維持高蝕刻率，藉此，可形成蝕刻形狀良好之深孔。
此外，使非晶碳膜11的形狀良好，提高圖案往疊層膜12之轉印精度，可實現良好的蝕刻。
另，本實施形態，不限於CH4 氣體，亦可供給其他碳氫化合物氣體。作為其他碳氫化合物氣體的一例，供給可附著於冷卻至-35℃以下之極低溫的晶圓W之碳氫化合物氣體(Cx Hy Fz )。具體而言，碳氫化合物氣體(Cx Hy Fz )，使用沉積性強、覆蓋性不佳的氣體，宜為不易沉積在孔之底面的氣體。
[極低溫的蝕刻處理] 接著，參考圖4，對於變形例之蝕刻處理的一例予以說明。圖4為，顯示變形例之蝕刻處理的一例之流程圖。開始本處理，則控制部100，將晶圓表面的溫度控制為-35℃以下之極低溫(步驟S10)。接著，控制部100，往處理容器10的內部供給含氟化硫氣體及含氫氣體(步驟S12)。此處供給之氣體，例如，可為第1實施形態中供給的六氟化硫(SF6 )氣體及氫(H2 )氣體，亦可為第2實施形態中供給的六氟化硫(SF6 )氣體及CH4 (甲烷)氣體。
接著，控制部100，從第1高頻電源32輸出第1高頻電力HF，對載置台20施加電漿激發用的高頻電力(ON)，蝕刻疊層膜12(步驟S14)。此時，第1高頻電力HF，可為連續波，亦可為派波。本變形例，雖未從第2高頻電源34輸出第2高頻電力L F，但亦可從第2高頻電源34輸出第2高頻電力LF，對載置台20施加偏壓用的高頻電力。此外，輸出第2高頻電力LF的時間點，可與第1高頻電力HF同步。
接著，控制部100，經過既定時間後，停止第1高頻電力HF的施加(OFF)，而可維持極低溫狀態(步驟S16)。接著，控制部100，判定重複第1高頻電力HF的ON･OFF之次數是否超過既定次數(步驟S18)。既定次數，為預先決定之2次以上的次數。在判定為第1高頻電力HF的重複次數並未超過既定次數之情況，控制部10 0，再度施加第1高頻電力，蝕刻疊層膜12(步驟S20)。重複步驟S16~S20之處理，直至第1高頻電力HF的重複次數超過既定次數，在判定為第1高頻電力HF的重複次數超過既定次數之情況，結束本處理。
圖4所示之蝕刻處理方法，藉由重複第1高頻電力HF的ON･OFF而間歇地施加第1高頻電力。使此時之施加第1高頻電力HF的時間(ON時間)為「Ton」，未施加第1高頻電力HF的時間(OFF時間)為Toff。此一情況，施加1/(Ton+Toff)之頻率的第1高頻電力HF之派波。此外，工作比(Duty ratio)，為相對於ON時間Ton及OFF時間Toff的總時間之ON時間Ton的比率，亦即，以Ton/(Ton+Toff)表示。
[極低溫處理中之晶圓溫度的推移] 圖5，顯示重複施行圖4之第1高頻電力HF的ON･OFF之間歇性蝕刻的晶圓W表面之溫度變遷的一例。若在將晶圓W保持於靜電吸盤106的狀態下施加第1高頻電力HF，則產生電漿，開始蝕刻處理。如此地施加第1高頻電力HF，產生電漿，則因來自該電漿的熱量輸入(電漿ON)而使晶圓W的溫度緩緩上升。然而，吾人已知藉由將急冷器107的溫度控制在-60℃以下，而可將晶圓W的溫度維持為-35℃以下。
若在蝕刻中停止第1高頻電力HF的施加，則晶圓W的溫度急遽地降低。另，圖5所示之晶圓W表面的溫度變遷，在關閉第1高頻電力HF後，搬出晶圓W。因此，關閉第1高頻電力HF後之晶圓W表面的溫度上升。另，變形例之間歇性蝕刻，因應第1高頻電力HF的ON･OFF而重複圖5之電漿ON･OFF。
[極低溫處理] 圖6(c)顯示，藉由將急冷器107的溫度控制為-70℃，而將晶圓W的溫度控制為-40℃以下時之一實施形態的極低溫處理之蝕刻結果的一例。本實施形態，藉由下述製程條件，以非晶碳膜11作為遮罩，施行疊層有氧化矽膜與氮化矽膜之疊層膜12的蝕刻。 ･製程條件(第1實施形態) 晶圓溫度 -40℃以下(急冷器溫度 -70℃) 氣體 SF6 (六氟化硫)/H2 (氫)/CH4 (甲烷) 第1高頻電力HF 2500W、連續波 第2高頻電力LF 4000W、連續波 處理容器內的壓力 15~25mTorr(2.0~3.3Pa)
圖6(a)，顯示將急冷器107的溫度控制為25℃時之蝕刻結果的一例；圖6(b)，顯示將急冷器107的溫度控制為-40℃時之蝕刻結果的一例。
圖6(a)及圖6(b)，無法將晶圓W的溫度維持為-40℃以下。亦即，圖6(a)及圖6 (b)，為非極低溫處理環境時之蝕刻結果的一例。
蝕刻之結果，相較於圖6(a)及圖6(b)，得知圖6(c)的晶圓W溫度為-40℃以下之極低溫環境中獲得高蝕刻率，改善遮罩選擇比。
具體而言，圖6(c)所示之極低溫環境下的蝕刻，相較於圖6(a)所示之常溫環境下的蝕刻，蝕刻率成為約3倍，遮罩選擇比成為約2倍；相較於圖6(b)所示之低溫環境下的蝕刻，蝕刻率成為約1.7倍，遮罩選擇比成為約1.5倍。
因此，上述說明之各實施形態及變形例，供給含氟化硫氣體及含氫氣體，藉由產生的電漿對晶圓W施行蝕刻處理時，在晶圓W的溫度為-35℃以下之極低溫環境施行蝕刻，此係為了獲得上述效果之必要條件。
[蒸氣壓曲線] 上述各實施形態及變形例之蝕刻處理，作為含氫氣體的一例供給H2 氣體及CH4 氣體之至少任一，作為含氟化硫氣體的一例供給SF6 氣體。此一結果，藉由H2 氣體與CH4 氣體所包含的H(氫)、及疊層膜12中之氧化矽膜所包含的O(氧)，產生H2 O作為反應產物。
於圖7顯示蒸氣壓曲線。蒸氣壓曲線上成為液體與氣體混合的狀態。若依照圖7的水H2 O之蒸氣壓曲線，則H2 O之飽和蒸氣壓低。例如，吾人認為若將蝕刻時的壓力保持為3.3Pa(25mTorr)，使急冷器溫度為-60℃~-70℃程度之極低溫則飽和，而疊層膜12的表面之H2 O以液體的狀態存在。
存在於疊層膜12的表面之液體，除了反應產物的水以外，含有從SF6 氣體反應而產生的F自由基。因此，藉由F系自由基與H2 O(水)產生氟化氫酸(HF)。藉此，藉由在氧化矽膜的表面溶解於水之氟化氫酸，而促進主要為化學反應造成的蝕刻，蝕刻率明顯上升。亦即，得知藉由在極低溫環境施行蝕刻，由於存在於氧化矽膜的表面之氟化氫酸液體的作用，使主要藉由化學反應的蝕刻率，成為圖6 (a)之常溫環境下的蝕刻之約3倍，成為圖6(b)之低溫環境下的蝕刻之約1.7倍。
此外，依照圖7的硫S之蒸氣壓曲線，得知將處理容器10內，例如控制為15~25 mTorr(2.0~3.3Pa)之高真空，使晶圓W的溫度為0℃以下，藉而將硫S維持為固體，保留在蝕刻壁。此外，依照圖7的硫S之蒸氣壓曲線，得知若使處理容器10之內壁的溫度為70℃程度，則硫S揮發。藉此，孔內藉由硫S之保護膜而追求側蝕刻的抑制，並可藉由使附著於處理容器10之內壁的硫S揮發，將其排氣，而將附著於內壁的硫去除。
以上，依照各實施形態及變形例之蝕刻處理方法，則可在-35℃以下之極低溫環境中良好地保持遮罩形狀，並維持高蝕刻率，且抑制側蝕刻，可獲得良好的蝕刻形狀。藉此，依照各實施形態及變形例之蝕刻處理方法，則亦適合例如蝕刻寬高比為20以上的小孔之製程。
以上，雖藉由上述各實施形態及變形例說明蝕刻處理方法，但本發明之蝕刻處理方法並未限定於上述實施形態及變形例，在本發明之範圍內可進行各種變形及改良。上述複數實施形態及變形例所記載之事項，可在不矛盾的範圍內彼此組合。
例如，蝕刻所使用之含氟化硫氣體，宜為SF6 氣體，但並不限於此，可利用Sx Fy 氣體。作為含氟化硫氣體(Sx Fy )的例子，列舉S2 F2 、SF3 、SF6 、SF4 、S8 F10 。
此外，亦可供給含碳氫化合物氣體作為含氫氣體。此時，含碳氫化合物氣體，亦可為CH4 (甲烷)、C2 H2 (乙炔)、C2 H4 (乙烯)、C2 H6 (乙烷)、C3 H6 (丙烯)、C3 H8 (丙烷)、C3 H4 (丙炔)之至少任一者。
此外，亦可供給含氫氟碳化合物氣體作為含氫氣體。此時，含氫氟碳化合物氣體，亦可為CH2 F2 (二氟甲烷)、CH3 F(氟甲烷)、CHF3 (三氟甲烷)之至少任一者。
此外，可將含氟碳化合物氣體添加於含氟化硫氣體及含氫氣體而供給。此時，含氟碳化合物氣體，亦可為CF4 (四氟化碳)、C3 F8 (八氟丙烷)、C2 F4 (四氟乙烯)、C3 F6 (六氟丙烯)、C4 F6 (六氟-1,3-丁二烯)、C4 F8 (八氟環丁烷)之至少任一者。
此外，疊層有氧化矽膜(SiO2 )與氮化矽膜(SiN)之疊層膜，係疊層有組成相異之含矽膜的疊層膜的一例，並未限定於此，例如，亦可為多晶矽與SiO2 之疊層膜。
此外，本發明之蝕刻處理方法，雖可應用於圖1之平行平板型雙頻施加裝置， 但亦可應用於其他電漿處理裝置。作為其他電漿處理裝置，列舉：電容耦合型電漿(CCP：Capacitively Coupled Plasma)裝置、電感耦合型電漿(ICP：Inductively Coupled Plasma)處理裝置、利用輻射狀線槽孔天線之電漿處理裝置、螺旋波激發型電漿(HWP：Helicon Wave Plasma)裝置、電子迴旋共振電漿(ECR：Electron Cyclotron Resonance Plasma)裝置、表面波電漿處理裝置等。
本說明書中，作為蝕刻對象之基板雖對半導體晶圓W進行說明，但並不限於此一型態，亦可為LCD(Liquid Crystal Display，液晶顯示器)、FPD(Flat Panel Display，平板顯示器)等使用之各種基板、光罩、CD基板、印刷基板等。
尤其是，本發明之蝕刻處理方法，例如在寬高比為20以上之3D NAND快閃記憶體等三維疊層半導體記憶體的製造中，適合如下蝕刻步驟：利用由含氟化硫氣體及含氫氣體產生之電漿，在疊層有組成相異之含矽膜的疊層膜形成深孔或深溝。
1‧‧‧電漿處理裝置
10‧‧‧處理容器
11‧‧‧非晶碳膜
12‧‧‧疊層膜
15‧‧‧氣體供給源
20‧‧‧載置台
25‧‧‧氣體沖淋頭
30‧‧‧電力供給裝置
32‧‧‧第1高頻電源
33‧‧‧第1匹配器
34‧‧‧第2高頻電源
35‧‧‧第2匹配器
40‧‧‧遮蔽環
45‧‧‧氣體導入口
50a、50b‧‧‧擴散室
55‧‧‧氣體供給孔
60‧‧‧排氣口
65‧‧‧排氣裝置
70‧‧‧可變直流電源
85‧‧‧熱傳氣體供給源
100‧‧‧控制部
104‧‧‧支持體
104a‧‧‧冷媒流路
104b‧‧‧冷媒入口配管
104c‧‧‧冷媒出口配管
105‧‧‧CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)
106‧‧‧靜電吸盤
106a‧‧‧吸盤電極
106b‧‧‧絶緣體
107‧‧‧急冷器
108‧‧‧對焦環
110‧‧‧ROM(Read Only Memory，唯讀記憶體)
112‧‧‧直流電壓源
115‧‧‧RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)
130‧‧‧氣體供給管線
G‧‧‧閘閥
W‧‧‧晶圓
S10~S20‧‧‧步驟
【圖1】係顯示一實施形態之電漿處理裝置的縱剖面之圖。 【圖2】(a)~(c)係顯示比較例1、2及第1實施形態之氣體所進行的疊層膜之蝕刻結果的一例之圖。 【圖3】(a)~(c)係顯示比較例1、2及第2實施形態之氣體所進行的疊層膜之蝕刻結果的一例之圖。 【圖4】係顯示變形例之蝕刻處理的一例之流程圖。 【圖5】係顯示一實施形態之極低溫環境中的晶圓溫度之一例的圖。 【圖6】(a)~(c)係顯示一實施形態之極低溫環境中的疊層膜之蝕刻結果的一例之圖。 【圖7】係顯示蒸氣壓曲線之圖。
11‧‧‧非晶碳膜
12‧‧‧疊層膜

Claims (9)

  1. 一種蝕刻處理方法， 在基板的溫度為-35℃以下之極低溫環境中，從第1高頻電源輸出第1高頻的電力； 供給含氟化硫氣體及含氫氣體，藉由產生的電漿，將疊層有組成相異之含矽膜的疊層膜予以蝕刻。
  2. 如申請專利範圍第1項之蝕刻處理方法，其中， 供給含碳氫化合物氣體，作為該含氫氣體。
  3. 如申請專利範圍第2項之蝕刻處理方法，其中， 該含碳氫化合物氣體，為CH4 (甲烷)、C2 H2 (乙炔)、C2 H4 (乙烯)、C2 H6 (乙烷)、C3 H6 (丙烯)、C3 H8 (丙烷)、C3 H4 (丙炔)之至少任一者。
  4. 如申請專利範圍第1項之蝕刻處理方法，其中， 供給含氫氟碳化合物氣體，作為該含氫氣體。
  5. 如申請專利範圍第4項之蝕刻處理方法，其中， 該含氫氟碳化合物氣體，為CH2 F2 (二氟甲烷)、CH3 F(氟甲烷)、CHF3 (三氟甲烷)之至少任一者。
  6. 如申請專利範圍第1項之蝕刻處理方法，其中， 將含氟碳化合物氣體添加於該含氟化硫氣體及含氫氣體而供給。
  7. 如申請專利範圍第6項之蝕刻處理方法，其中， 該含氟碳化合物氣體，為CF4 (四氟化碳)、C3 F8 (八氟丙烷)、C2 F4 (四氟乙烯)、C3 F6 (六氟丙烯)、C4 F6 (六氟-1,3-丁二烯)、C4 F8 (八氟環丁烷)之至少任一者。
  8. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之蝕刻處理方法，其中， 該含氟化硫氣體，為SF6 (六氟化硫)。
  9. 如申請專利範圍第1至7項中任一項之蝕刻處理方法，其中， 將施行該疊層膜之蝕刻的處理容器之內部，控制為15~25mTorr(2.0~3.3Pa)。
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