TW201930648A - 蝕刻方法及半導體之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種蝕刻方法,該蝕刻方法可同程度地控制矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度,且即使為高縱橫比之孔,亦可以高蝕刻速度而形成為良好的形狀。將具備具有所層積之矽氧化物層(2)與矽氮化物層(3)之層積膜(5)的被處理體,經由含有以化學式C2HxF(3-x)Br(化學式中的x係0、1、或2)所表示之不飽和海龍之蝕刻氣體而進行處理。如此,矽氧化物層(2)與矽氮化物層(3)則以同程度的蝕刻速度而加以蝕刻。

Description

蝕刻方法及半導體之製造方法
本發明係有關蝕刻方法及半導體之製造方法。
在半導體之製造工程中,係有著經由將光阻或有機膜或碳膜作為光罩,將具有所層積之矽氧化物層與矽氮化物層之層積膜,使用蝕刻氣體而進行蝕刻之時,形成連接孔等的孔(貫通孔)之工程。在如此的孔之形成中,其孔的入口部分則容易產生有成為閉塞之形狀的縮口,或孔的長度方向中間部成為桶型形狀之曲折。
另外,Si-N結合係比較於Si-O結合,因結合能量為弱之故,矽氮化物層之蝕刻速度則有成為較矽氧化物層之蝕刻速度為大之傾向。因此,對於上述之層積膜而言施以形成高縱橫比的孔之深挖蝕刻的情況,係因蝕刻矽氮化物層於正交於厚度方向之面方向的速度則成為較蝕刻矽氧化物層於厚度方向之速度為大之故,而有著於面方向過剩地蝕刻矽氮化物層,產生有蝕刻形狀異常之虞。
更且,在高縱橫比的孔中,蝕刻氣體不易到達至深部之故,而蝕刻速度則容易下降。
特別是近年,伴隨著半導體裝置之微細化,連接孔的口徑係變更小,而其縱橫比係有增大的傾向。因而,要求有不降低蝕刻速度,以略垂直,縮口或曲折少之良好的形狀而形成微細口徑、高縱橫比的連接孔之技術。
例如,於專利文獻1中係揭示有使用1,3,3,3-四氟丙烷(CF3 CHCHF)、碳數2~5之不飽和全氟碳化物、氧化性氣體、及非活性氣體所成之蝕刻氣體,同等地控制矽氮化物層與矽氧化物層之蝕刻速度同時,蝕刻上述層積膜之方法。
另外,於專利文獻2係記載有因作為蝕刻氣體而使用稱為三氟溴甲烷(CF3 Br)的具有原子數大之鹵素元素、碳及氟的氣體,使自向異性蝕刻氣體所生成之電漿到達至孔的底部之情況。
更且,於專利文獻3係記載有作為蝕刻氣體而使用稱為1-溴基-3,3,3-三氟丙烷(CF3 CCBr)的具有與原子數大之鹵素元素、碳及氟三重結合之氣體的蝕刻方法。
更且,對於專利文獻4係記載有將一溴三氟乙烯(CBrFCF2 )使用於矽氧化膜之蝕刻的方法。但未有將一溴三氟乙烯使用於矽氮化膜之蝕刻的報告。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本國專利公開公報2017年第50529號
[專利文獻2]日本國專利公開公報2013年第70098號
[專利文獻3]日本國專利公開公報2011年第176293號
[專利文獻4]日本國專利公開公報 平成5年第152255號
[發明欲解決之課題]
但是於上述之以往技術,在形成微細口徑、高縱橫比之連接孔的情況,有著在其連接孔的深部,蝕刻速度下降的問題。另外,堆積效果弱之故,而有容易產生孔的長度方向中間部成為桶型形狀之曲折的問題。更且,碳數少之氟化丙炔類係有著安定性低,處理不易之問題。
本發明之課題係提供:可同程度地控制矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度,且即使為高縱橫比之孔,亦可以高蝕刻速度而形成為良好的形狀之蝕刻方法及半導體的製造方法。

為了解決課題之手段
為了解決前述課題,本發明之一形態係如以下的[1]~[5]。
[1] 一種蝕刻方法,其中,具備:將具備具有所層積之矽氧化物層與矽氮化物層之層積膜的被處理體,經由含有以化學式C2 Hx F(3-x) Br(前記化學式中的x係0、1、或2)所表示之不飽和海龍之蝕刻氣體而進行處理,將前述矽氧化物層與前述矽氮化物層之雙方進行蝕刻之蝕刻工程。
[2] 如記載於[1]之蝕刻方法,其中,前述不飽和海龍則選自一溴三氟乙烯,(E)-1-溴基-2-氟乙烯,及1-溴基-1-氟乙烯所成的群之至少一種。
[3] 如記載於[1]或[2]之蝕刻方法,其中,前述蝕刻氣體則更含有非活性氣體。
[4] 如記載於[1]至[3]任一項之蝕刻方法,其中,在前述蝕刻工程中,使用電漿化前述蝕刻氣體所得到之電漿氣體而進行蝕刻。
[5] 一種半導體之製造方法,其中,包含以如記載於[1]至[4]任一項之蝕刻方法而進行蝕刻者。

發明效果
如經由本發明之蝕刻方法及半導體之製造方法,蝕刻具備具有所層積之矽氧化物層與矽氮化物層之層積膜的被處理體,可同程度地控制矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度,且即使為高縱橫比的孔,亦可以高蝕刻速度而形成為良好的形狀。
對於本發明之一實施形態,於以下加以說明。然而,本實施形態係顯示本發明之一例,而本發明係未加以限定於本實施形態者。另外,對於本實施形態係可加上種種的變更或改良,而加上如此變更或改良的形態,亦可包含於本發明。
本實施形態之蝕刻方法,係具備:將具備具有所層積之矽氧化物層(SiOy層)與矽氮化物層之層積膜的被處理體,經由含有以化學式C2 Hx F(3-x) Br(化學式中的x係0、1、或2)所表示之不飽和海龍之蝕刻氣體而進行處理,將矽氧化物層與矽氮化物層之雙方進行蝕刻之蝕刻工程。
如經由本實施形態之蝕刻方法,蝕刻具備具有所層積之矽氧化物層與矽氮化物層之層積膜的被處理體,根據蝕刻條件等,可將對於矽氧化物層之蝕刻速度而言之矽氮化物層的蝕刻速度的比([矽氮化物層之蝕刻速度] /[矽氧化物層之蝕刻速度]),在0.8以上,不足1.5之間任意地進行控制者。因而,如根據本實施形態之蝕刻方法,可同程度地控制矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度,而對於矽氧化物層之蝕刻速度而言之矽氮化物層的蝕刻速度的比係作為0.9以上,未達1.2者為佳。
另外,如根據本實施形態之蝕刻方法,即使為高縱橫比的孔,亦可經由接下來所述之堆積效果,以高蝕刻速度而形成為良好的形狀。
當詳述時,以化學式C2 Hx F(3-x) Br所表示之不飽和海龍係因於分子內具有二重結合之故,在電漿中產生聚合而進行高分子化。並且,所生成之高分子則堆積於連接孔等的孔(貫通孔)之側壁,形成保護膜。因經由此堆積效果而抑制等向性之蝕刻之故,可以略垂直形成少有縮口或曲折之良好形狀的孔者。
另外,以化學式C2 Hx F(3-x) Br所表示之不飽和海龍係因於分子內具有較氟原子為重之溴原子之故,即使為高縱橫比的孔,蝕刻氣體則亦容易到達至孔的深部。因此,即使為高縱橫比的孔,亦不易引起蝕刻速度的降低,而可進行以高蝕刻速度的蝕刻。
以化學式C2 Hx F(3-x) Br所表示之不飽和海龍之種類係未特別加以限定,但可使用一溴三氟乙烯(CBrFCF2 ),(E)-1-溴基-2-氟乙烯(CHBrCHF),及1-溴基-1-氟乙烯(CBrFCH2 )所成的群之至少一種。
對於蝕刻氣體係與以化學式C2 Hx F(3-x) Br所表示之不飽和海龍同時含有非活性氣體亦可。經由使非活性氣體共存之同時進行蝕刻,對於光罩,可選擇性地且以高蝕刻速度而蝕刻矽氧化物層及矽氮化物層。非活性氣體的種類係無特別加以限定,但可舉出:氦(He)、氬(Ar)、氖(Ne)、氪(Kr)、氙(Xe)、氮(N2 )。此等之非活性氣體係可單獨使用,或併用2種以上均可。在此等非活性氣體之中,以處理的容易性之觀點,氬為佳。另外,對於含有非活性氣體而稀釋不飽和海龍之情況,稀釋比率係例如,以體積比,可作為前述不飽和海龍:非活性氣體=1:99~80:20,而理想係可作為5:95~50:50,更理想係可作為5:95~20:80。
另外,在蝕刻工程中所採用之蝕刻方法係未特別加以限定,但可採用使用電漿化蝕刻氣體所得到之電漿氣體而進行蝕刻之電漿蝕刻法者。
對於使用於蝕刻之電漿係有電容耦合式電漿(CCP:Capacitively Coupled Plasma)、電子迴旋共振電漿(ECP:Electron Cyclotron resonance Plasma)、螺旋波激發電漿(HWP:Helicon Wave Plasma)、感應耦合式電漿(ICP:Inductively Coupled Plasma)、微波激發表面電漿(SWP:Surface Wave Plasma)等。
如此之本實施形態之蝕刻方法係可使用在例如,三次元NAND型快閃記憶體的製造過程中之一工程,亦即對於交互地多數層積矽氮化物層與矽氧化物層於基板上之層積膜,形成延伸於厚度方向之貫通孔的工程。
將經由本實施形態之蝕刻方法而蝕刻具備具有所層積之矽氧化物層與矽氮化物層之層積膜的被處理體,形成貫通孔於層積膜之方法的一例,參照圖1之同時進行說明。
圖1係形成貫通孔9於層積膜5之被處理體的剖面圖,但此被處理體係交互地多數(在圖1的例中係為各3層)層積有矽氮化物層3與矽氧化物層2之層積膜5被設置於半導體基板1上所構成。然而,於半導體基板1之正上方係層積有層積膜5之矽氧化物層2。
於層積膜5之最上層的矽氮化物層3上係被覆形成有圖案之光罩7,而當經由本實施形態之蝕刻方法進行蝕刻時,加以蝕刻自光罩7露出之層積膜5而形成貫通孔9。
本實施形態之蝕刻方法係因可同程度地控制矽氮化物層3之蝕刻速度與矽氧化物層2之蝕刻速度之故,在形成貫通孔9於層積膜5時,係加以抑制露出於貫通孔9之內面的矽氮化物層3於面方向(正交於厚度方向之方向)被過度地蝕刻。因而,即使對於層積膜5施以形成如超過縱橫比20之高縱橫比的貫通孔9之深掘蝕刻的情況,如圖1所示,亦未有產生層積膜5之層積構造的崩壞或蝕刻形狀異常而可形成貫通孔9。並且,即使對於層積膜5施以形成如超過縱橫比20之高縱橫比的貫通孔9之深掘蝕刻的情況,亦可保持高蝕刻速度同時形成良好形狀之貫通孔9。

[實施例]
於以下顯示實施例及比較例,更詳細地說明本發明。

[實施例1]
參照圖2之同時,說明實施例1之試驗片的製造方法。經由電漿化學氣相沉積法,於未圖示之Si基板上,將矽氮化物所成之矽化合物層21進行成膜。矽化合物層21之膜厚係作為2000nm。接著,於矽化合物層21上,形成光阻膜點圖案光罩23,得到試驗片A。點圖案之開口部23a的直徑係作為50nm~200nm。另外,光阻膜點圖案光罩23之膜厚係作為1000nm。
接著,取代由矽氮化物所成之矽化合物層21,將矽氧化物所成之矽化合物層21成膜於Si基板上的點以外,係與上述同樣作為,得到試驗片B。
於此等試驗片A、B施以感應耦合式電漿蝕刻(ICP蝕刻),蝕刻矽化合物層21(矽氮化物層或矽氧化物層)而形成孔。蝕刻條件係如以下。
蝕刻裝置:SUMCO股份有限公司製之ICP蝕刻裝置RIE-200iP
蝕刻時間 :10分鐘
ICP電力 :500W
偏壓電力 :200W
壓力 :2Pa
蝕刻氣體:一溴三氟乙烯(以下記述為「BTFE」)1體積分與氬9體積分之混合氣體
蝕刻氣體的流量:100SCCM
當蝕刻結束之後,在沿著Si基板、矽化合物層21,及光阻膜點圖案光罩23之層積方向的平面,各切斷試驗片A、B,經由日本電子股份有限公司製之電場放射形掃描電子顯微鏡(FE-SEM裝置)而觀察其剖面。並且,從其觀察結果,各測定矽化合物層21(矽氮化物層及矽氧化物層)之蝕刻速度,和所形成的孔之縱橫比及側蝕率。
蝕刻速度係從在由光阻膜點圖案光罩23所被覆之被覆部與開口部23a之矽化合物層21的膜厚差(即,在圖2之蝕刻深度c)與蝕刻時間算出。另外,孔的縱橫比係開口部23a的口徑b與蝕刻深度c的比c/b。更且,孔的側蝕率係孔的側壁之削量a與開口部23a的口徑b之比a/b。此外,孔的側壁之削量a係如圖2所示,意味在削去略垂直地延伸的孔之側壁而孔的長度方向中間部成為桶型形狀之情況,正交於削去部分的孔之長度方向之方向的長度。
[實施例2]
將蝕刻氣體中的不飽和海龍,自BTFE取代為1-溴基-1-氟乙烯(以下,記述為「1B1FE」)的點以外,係與實施例1同樣,進行蝕刻及顯微鏡觀察,各測定矽化合物層21(矽氮化物層及矽氧化物層)之蝕刻速度,和所形成的孔之縱橫比及側蝕率。
[實施例3]
將蝕刻氣體中的不飽和海龍,自BTFE取代為(E)-1-溴基-2-氟乙烯(以下,記述為「1B2FE」)的點以外,係與實施例1同樣,進行蝕刻及顯微鏡觀察,各測定矽化合物層21(矽氮化物層及矽氧化物層)之蝕刻速度,和所形成的孔之縱橫比及側蝕率。
(比較例1)
將蝕刻氣體,取代為(E)-1,3,3,3-四氟丙烷(以下、記述為「HFO-1234ze」)1體積分與氧氣1體積分與氬8體積分之混合氣體的點以外,係與實施例1同樣,進行蝕刻及顯微鏡觀察,各測定矽化合物層21(矽氮化物層及矽氧化物層)之蝕刻速度,和所形成的孔之縱橫比及側蝕率。
(比較例2)
將蝕刻氣體,取代為HFO-1234ze1體積分與六氟丙烯(C3 F6 )0.5體積分與氧氣0.6體積分與氬7.9體積分之混合氣體的點以外,係與實施例1同樣,進行蝕刻及顯微鏡觀察,各測定矽化合物層21(矽氮化物層及矽氧化物層)之蝕刻速度,和所形成的孔之縱橫比及側蝕率。
(比較例3)
將蝕刻氣體,取代為三氟溴甲烷(CBrF3 )的點以外,係與實施例1同樣,進行蝕刻及顯微鏡觀察,各測定矽化合物層21(矽氮化物層及矽氧化物層)之蝕刻速度,和所形成的孔之縱橫比及側蝕率。
(比較例4)
將蝕刻氣體,取代為四氟化碳(CF4 )的點以外,係與實施例1同樣,進行蝕刻及顯微鏡觀察,各測定矽化合物層21(矽氮化物層及矽氧化物層)之蝕刻速度,和所形成的孔之縱橫比及側蝕率。
將實施例1~3及比較例1~4的結果,示於表1及圖3~6的圖表。自表1及圖3~6的圖表了解到,使用含有具有F與Br之乙烯衍生物的蝕刻氣體而進行蝕刻的實施例1~3係比較於比較例1~4,可以高蝕刻速度而形成高縱橫比的孔,且可形成側蝕率低,良好形狀的孔。更且,實施例1~3係同程度地加以控制矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度。
比較例1係側蝕率係雖為低,但在形成高縱橫比的孔時之蝕刻速度則並不充分。另外,矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度的差為大。
比較例2係側蝕率為低,當比較於比較例1時,矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度則雖成為相同程度,但在形成高縱橫比的孔時之蝕刻速度則並不充分。
比較例3係同程度地控制矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度,而在形成高縱橫比的孔時之蝕刻速度亦雖為良好的等級,但側蝕率為高。
比較例4係矽氮化物層之蝕刻速度與矽氧化物層之蝕刻速度的差為大,而側蝕率亦為高。
1‧‧‧半導體基板
2‧‧‧矽氧化物層
3‧‧‧矽氮化物層
5‧‧‧層積膜
7‧‧‧光罩
9‧‧‧貫通孔
21‧‧‧矽化合物層
23‧‧‧光阻膜點圖案光罩
23a‧‧‧開口部
圖1係說明有關本發明之一實施形態的蝕刻方法之被處理體的剖面圖。
圖2係說明使用於實施例及比較例之試驗片的構造之模式圖。
圖3係顯示蝕刻速度的測定結果之圖表。
圖4係顯示蝕刻速度比的測定結果之圖表。
圖5係顯示縱橫比的測定結果之圖表。
圖6係顯示側蝕率的測定結果之圖表。

Claims (5)

  1. 一種蝕刻方法,其特徵為具備:將具備具有所層積之矽氧化物層與矽氮化物層之層積膜的被處理體,經由含有以化學式C2 Hx F(3-x) Br(前記化學式中的x係0、1、或2)所表示之不飽和海龍之蝕刻氣體而進行處理,將前述矽氧化物層與前述矽氮化物層之雙方進行蝕刻之蝕刻工程。
  2. 如申請專利範圍第1項記載之蝕刻方法,其中,前述不飽和海龍則選自一溴三氟乙烯,(E)-1-溴基-2-氟乙烯,及1-溴基-1-氟乙烯所成的群之至少一種。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載之蝕刻方法,其中,前述蝕刻氣體則更含有非活性氣體。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項任一項記載之蝕刻方法,其中,在前述蝕刻工程中,使用電漿化前述蝕刻氣體所得到之電漿氣體而進行蝕刻。
  5. 一種半導體之製造方法,其特徵為包含以如申請專利範圍第1項至第4項任一項之蝕刻方法而進行蝕刻者。
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