TW201937593A - 電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置 - Google Patents

Abstract

本發明抑制交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜所形成之孔洞或溝的撓曲。本發明之電漿蝕刻方法包括：第一蝕刻程序，藉由電漿蝕刻交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜；以及第二蝕刻程序，利用使蝕刻多層膜而形成之孔洞或溝的內側壁中之與矽氮化膜對應之部分之相對於該孔洞或該溝的深度方向之傾斜減少之處理條件，藉由電漿蝕刻多層膜。

Description

電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置

本說明書關於電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置。

以往有一種技術，於將被處理體的溫度維持在0℃以下之低溫環境下，蝕刻被處理體上的矽氧化膜。
[先前技術文獻]
[專利文獻]

專利文獻1：日本特開2016－122774號公報

[發明所欲解決之問題]

本說明書，提供一種技術，可抑制交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜所形成之孔洞或溝的撓曲。
[解決問題之方式]

本說明書揭露的電漿蝕刻方法，於一實施態樣之中包括：第一蝕刻程序，藉由電漿蝕刻交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜；以及第二蝕刻程序，利用使蝕刻前述多層膜而形成之孔洞或溝的內側壁中之前述與矽氮化膜對應之部分之相對於該孔洞或該溝的深度方向之傾斜減少之處理條件，藉由電漿蝕刻前述多層膜。
[發明之效果]

依據本說明書揭露之電漿蝕刻方法的一態樣，則可得到以下效果：抑制交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜所形成之孔洞或溝的撓曲。

[實施發明之較佳形態]

以下，基於圖式詳細說明本說明書揭露之電漿蝕刻方法及電漿蝕刻裝置之實施形態。此外，不因本實施形態而限定本說明書揭露之技術。

以往有一種技術，於將被處理體的溫度維持為0℃以下之低溫環境下，蝕刻被處理體上的矽氧化膜。

然而，將交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜加以蝕刻之情形下，會有所形成之孔洞或溝在中途產生折彎之撓曲之疑慮。例如，於上述低溫環境下來蝕刻多層膜之情形時，吾人知悉多層膜所形成之孔洞或溝的撓曲程度變大，就結果而言，孔洞或溝的垂直性下降。於是，吾人希望抑制多層膜所形成之孔洞或溝之撓曲。

[電漿蝕刻裝置10的構成]
圖1係將本實施形態之電漿蝕刻裝置10的一例加以顯示之縱剖視圖。圖1所示之電漿蝕刻裝置10係電容耦合型電漿蝕刻裝置。電漿蝕刻裝置10具備腔室12。腔室12具有略圓筒形狀。腔室12將其內部空間提供作為處理空間12c。腔室12例如由鋁形成。腔室12的內壁面施行有具耐電漿性之處理。例如，腔室12的內壁面施行有陽極氧化處理。腔室12係電性接地。

又，腔室12的側壁形成有通道12p。被處理體的一例即晶圓W搬入至處理空間12c、或自處理空間12c搬出時，通過通道12p。此通道12p可由閘閥12g而開閉。

腔室12的底部上設有支持部13。支持部13係由絕緣材料形成。支持部13具有略圓筒形狀。支持部13，在處理空間12c內，自腔室12的底部沿鉛直方向延長。支持部13支持基台14。基台14係設在處理空間12c內。

基台14具有下部電極18及靜電夾盤20。基台14可更具備電極板16。電極板16由例如鋁之類的導體所形成，且具有略圓盤形狀。下部電極18係設在電極板16上。下部電極18係由例如鋁之類的導體所形成，且具有略圓盤形狀。下部電極18電性連接至電極板16。

靜電夾盤20設在下部電極18上。在靜電夾盤20的上表面上載置晶圓W。靜電夾盤20具有由介電體形成之本體。靜電夾盤20的本體內設有膜狀的電極。靜電夾盤20的電極經由開關而連接至直流電源22。當將來自直流電源22之電壓施加至靜電夾盤20的電極時，則靜電夾盤20與晶圓W之間產生靜電力。藉由所產生之靜電力，使晶圓W被吸引至靜電夾盤20，並由該靜電夾盤20所固持。

在下部電極18的周緣部上，將聚焦環FR配置成圍繞晶圓W的邊緣。聚焦環FR係為了提昇蝕刻均勻性而設置。聚焦環FR不限定，可由矽、碳化矽、或石英形成。

下部電極18的內部設有流道18f。從設在腔室12的外部之冷卻單元26經由配管26a而將熱交換媒體（例如冷媒）供給至流道18f。供給至流道18f之熱交換媒體經由配管26b而返回冷卻單元26。電漿蝕刻裝置10之中，靜電夾盤20上載置之晶圓W的溫度係藉由熱交換媒體與下部電極18之熱交換來調整。

電漿蝕刻裝置10設有氣體供給管線28。氣體供給管線28將來自傳熱氣體供給機構之傳熱氣體，例如He氣體，供給至靜電夾盤20的上表面與晶圓W的背面之間。

電漿蝕刻裝置10更具備上部電極30。上部電極30設在基台14的上方。上部電極30隔著構件32而由腔室12的上部所支持。構件32係由具有絕緣性之材料來形成。上部電極30可包含頂板34及支持體36。頂板34的下表面係處理空間12c側的下表面，且劃定處理空間12c。頂板34可由焦耳熱小之低電阻的導電體或半導體形成。頂板34形成有複數之氣體噴吐孔34a。複數之氣體噴吐孔34a將該頂板34沿其板厚方向貫穿。

支持體36將頂板34支持為自由裝卸，且可由例如鋁之類的導電性材料形成。支持體36的內部設有氣體擴散室36a。自氣體擴散室36a起，向下方延伸有分別連通至複數之氣體噴吐孔34a之複數之氣體流通孔36b。支持體36形成有將處理氣體引導至氣體擴散室36a之氣體導入口36c。氣體導入口36c連接有氣體供給管38。

氣體供給管38經由閥群42及流量控制器群44而連接有氣體源群40。氣體源群40含有複數之氣體源。複數之氣體源包含將方法MT利用之處理氣體加以構成之複數之氣體源。閥群42含有複數之開閉閥。流量控制器群44含有複數之流量控制器。複數之流量控制器各自係質流控制器或壓力控制式的流量控制器。氣體源群40的複數之氣體源經由閥群42中之對應的閥、及流量控制器群44中之對應的流量控制器，而連接至氣體供給管38。

在電漿蝕刻裝置10，沿著腔室12的內壁而呈自由裝卸設有障蔽46。障蔽46亦設在支持部13的外周。障蔽46防止蝕刻副產物附著至腔室12。障蔽46例如可藉由將Y₂ O₃ 等陶瓷被覆至鋁材而構成。

支持部13與腔室12的側壁之間設有擋板48。擋板48例如藉由將Y₂ O₃ 等陶瓷被覆至鋁製母材而構成。擋板48形成有複數之貫穿孔。在係擋板48的下方、且係腔室12的底部，設有排氣口12e。排氣口12e經由排氣管52而連接有排氣裝置50。排氣裝置50具有壓力控制閥及渦輪分子泵之類的真空泵。

電漿蝕刻裝置10更具備第一射頻電源62及第二射頻電源64。第一射頻電源62係將電漿生成用之第一射頻加以產發生之電源。第一射頻的頻率係例如27MHz～100MHz範圍內的頻率。第一射頻電源62經由匹配器66及電極板16而連接至下部電極18。匹配器66具有用以使第一射頻電源62的輸出阻抗與負載側（下部電極18側）的輸入阻抗進行匹配之電路。此外，第一射頻電源62亦可經由匹配器66而連接至上部電極30。

第二射頻電源64係產生第二射頻之電源，前述第二射頻用以將離子拉入至晶圓W。第二射頻的頻率低於第一射頻的頻率。第二射頻的頻率係例如400kHz～13.56MHz範圍內之頻率。第二射頻電源64經由匹配器68及電極板16而連接至下部電極18。匹配器68具有用以使第二射頻電源64的輸出阻抗與負載側（下部電極18側）的輸入阻抗進行匹配之電路。

電漿蝕刻裝置10可更具備直流電源部70。直流電源部70連接至上部電極30。直流電源部70可產生負的直流電壓，並將該直流電壓施加至上部電極30。

電漿蝕刻裝置10可更具備控制部80。控制部80可係具備處理器、記憶部、輸入裝置、顯示裝置等之電腦。控制部80控制電漿蝕刻裝置10的各部分。於控制部80之中，操作者可使用輸入裝置而進行指令的輸入操作等，用以管理電漿蝕刻裝置10。又，於控制部80之中，可藉由顯示裝置而將電漿蝕刻裝置10的工作狀況可見化顯示。再者，控制部80的記憶部儲存有：控制程式及配方資料，用以藉由處理器而控制利用電漿蝕刻裝置10執行之各種處理。控制部80的處理器執行控制程式而依循配方資料來控制電漿蝕刻裝置10的各部，藉以利用電漿蝕刻裝置10執行期望的處理。

例如，控制部80將電漿蝕刻裝置10的各部分控制成進行後述電漿蝕刻方法。若例舉詳細一例，則控制部80執行：第一蝕刻程序，藉由電漿蝕刻交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜。而且，控制部80執行：第二蝕刻程序，利用使蝕刻多層膜而形成之孔洞或溝的內側壁中之與矽氮化膜對應之部分之相對於該孔洞或該溝的深度方向之傾斜減少之處理條件，藉由電漿蝕刻多層膜。在此，第一蝕刻程序及第二蝕刻程序，例如於將具有多層膜之被處理體的溫度維持於0℃以下之低溫環境下執行。又，第一蝕刻程序與第二蝕刻程序亦可至少交互重複一次以上。

[晶圓W的構成]
圖2顯示藉由本實施形態之電漿蝕刻裝置10而蝕刻之晶圓W的構造的一例。

晶圓W例如圖2所示，在矽基板201上具有ONON膜202。又，ONON膜202上形成有：光阻203，具有預定圖案之開口。

ONON膜202例如圖2所示，係交互層疊有矽氧化膜211與矽氮化膜212之多層膜。ONON膜202，例如設有五層矽氧化膜211、且例如設有五層矽氮化膜212。但是，ONON膜202所含之矽氧化膜211及矽氮化膜212的層疊數不限於此，可多於、亦可少於圖2所示之層疊數。又，圖2之中，矽基板201上層疊有矽氧化膜211，且進一步在矽氧化膜211上層疊有矽氮化膜212，但不限定於此。

[電漿蝕刻方法]
其次，說明本實施形態之電漿蝕刻方法。圖3係將本實施形態之電漿蝕刻方法的一例加以顯示之流程圖。

本實施形態之電漿蝕刻方法，首先，將成為被處理體之晶圓W搬入至腔室12內並載置在基台14上。其次，將流通在基台14的下部電極18內的流道18f之冷媒的溫度加以調整，藉以將基台14上所載置之晶圓W的溫度維持為0℃以下。因此，其後的處理（步驟S101及S102）係於將晶圓W的溫度維持於0℃以下之低溫環境下執行。

其次，控制部80執行：第一蝕刻程序（步驟S101），藉由電漿蝕刻ONON膜202。具體而言，控制部80，自氣體源群40將處理氣體供給至腔室12內，並將光阻203作為遮罩而藉由處理氣體的電漿蝕刻ONON膜202。

控制部80利用例如以下處理條件而執行步驟S101中之第一蝕刻程序。
腔室12內的壓力：3.333Pa（25mTorr）
第一射頻的功率（40MHz）：4.5kW
第二射頻的功率（400kHz）：7kW
處理氣體：包含H₂ 、CH₂ F₂ 、NF₃ 及HBr之混合氣體
晶圓的溫度：0℃

在此，參照圖4～圖6說明變更晶圓W的溫度而蝕刻ONON膜202之情形下之實驗結果。圖4顯示變更晶圓W的溫度而蝕刻ONON膜202之情形下之ONON膜202的蝕刻速率的變化。圖5顯示變更晶圓W的溫度而蝕刻ONON膜202之情形下之遮罩選擇比的變化。圖6顯示變更晶圓W的溫度而蝕刻ONON膜202之情形下之位移率的3σ的變化。

此外，圖5之中，遮罩選擇比係將ONON膜202的蝕刻速率除以光阻203的蝕刻速率而得之值。就遮罩選擇比而言，其值越大，則表示蝕刻後之光阻203的殘餘量越多，且其值越小，則表示蝕刻後之光阻203的殘餘量越少。

又，圖6之中，位移率係利用下算式（1）表示。
位移率（%）＝（Q－P）/P×100・・・（1）
算式（1）之中，P係初期的光阻203中之相鄰的二個開口的中心間的距離，Q係在此等二個開口的下方藉由蝕刻而形成在ONON膜202之二個孔洞的底部的中心間的距離。又，位移率的3σ係位移率的標準偏差σ的3倍之值。就位移率的3σ而言，其值越大則表示孔洞的撓曲程度越大，且其值越小則表示孔洞的撓曲程度越小。

參照圖4及圖5，則可知悉伴隨晶圓W的溫度下降，而ONON膜202的蝕刻速率及遮罩選擇比上昇。相對於此，參照圖6，則可知悉伴隨晶圓W的溫度下降，而位移率的3σ上漲。亦即，已確認伴隨晶圓W的溫度下降，而孔洞的撓曲程度變大，於是孔洞的垂直性下降。本申請案的發明人，為了探究形成在ONON膜202之孔洞的垂直性下降之原因，進行以下實驗：變更晶圓的溫度而蝕刻單層之矽氧化膜或單層之矽氮化膜。此實驗之中，使用具有單層之矽氧化膜或單層之矽氮化膜之晶圓。

圖7顯示變更晶圓的溫度而蝕刻單層之矽氧化膜或單層之矽氮化膜之情形下之實驗結果。圖7顯示將晶圓的溫度變更為－20℃、0℃或65℃而進行蝕刻之情形下之單層之矽氧化膜（SiO）及單層之矽氮化膜（SiN）各自的剖面。

參照圖7所示之實驗結果，則形成在單層之矽氧化膜之孔洞的剖面形狀，無論晶圓的溫度如何均係略矩形形狀。相對於此，形成在單層之矽氮化膜之孔洞的剖面形狀，於將晶圓的溫度維持為0℃以下之低溫環境下，係錐形形狀。換言之，將晶圓的溫度維持為0℃以下之低溫環境下，形成在單層之矽氮化膜之孔洞的內側壁產生大程度傾斜。由圖7所示之實驗結果已確認：在ONON膜202所形成之孔洞的內側壁中之與矽氮化膜212對應之部分相對於該孔洞的深度方向之傾斜，係引起該孔洞的垂直性下降之主要因素。亦即，吾人知悉：當於殘留有在ONON膜202所形成之孔洞的內側壁中之與矽氮化膜212對應之部分之相對於該孔洞的深度方向之傾斜之狀態下，進行ONON膜202之蝕刻時，則有孔洞的撓曲程度變大之可能性。

返回圖3之說明。其次，控制部80，利用使蝕刻ONON膜202而形成之孔洞的內側壁中之與矽氮化膜212對應之部分之相對於該孔洞的深度方向之傾斜減少之處理條件，執行藉由電漿蝕刻ONON膜202之第二蝕刻程序（步驟S102）。具體而言，控制部80，自氣體源群40將處理氣體供給至腔室12內，並將光阻203作為遮罩而藉由處理氣體的電漿蝕刻ONON膜202。第二蝕刻程序所使用之處理條件之中，例如使用將含氫氣體與含氟氣體加以包含之混合氣體作為處理氣體。就含氫氣體而言，例如使用H₂ 氣體、CH₄ 氣體、C₂ H₆ 氣體、C₂ H₂ 氣體、C₃ H₆ 氣體等碳氫化合物氣體。就含氟氣體而言，例如使用CF₄ 氣體、NF₃ 氣體、SF₆ 氣體、CHF₃ 氣體、CH₂ F₂ 氣體、C₄ F₈ 氣體、HF氣體、F₂ 氣體等。又，混合氣體亦可含有稀有氣體。就稀有氣體而言，例如使用Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Kr氣體、Xe氣體。

又，於混合氣體含有稀有氣體之情形下，混合氣體之中，稀有氣體的流量對於含氫氣體的流量、含氟氣體的流量、稀有氣體的流量之合計的比值，宜為33%以上。又，於混合氣體含有稀有氣體之情形下，含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值，宜在25%～90%範圍內。

又，第二蝕刻程序係於基於下者而決定之時機開始：相對於通過利用第一蝕刻程序形成之孔洞的開口部的中心位置且沿該孔洞的深度方向延伸之基準軸之、該孔洞的底部的中心位置之位移的位移量。

又，混合氣體亦可含有稀釋氣體（dilution gas）來代替稀有氣體。稀釋氣體例如係含氮氣體、含氧氣體、及稀有氣體中之至少一者。就含氮氣體而言，例如使用N₂ 氣體等。就含氧氣體而言，例如使用CO氣體、CO₂ 氣體、O₂ 氣體等。就稀有氣體而言，例如使用Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Kr氣體、Xe氣體等。此外，就稀釋氣體而言，亦可使用種類不同之複數之稀有氣體。

又，混合氣體亦可含有至少將氟以外之鹵素加以包含之氣體來代替稀有氣體。至少將氟以外的鹵素加以包含之氣體，只要包含氟以外的鹵素即可，亦可係將氟以外的鹵素及氟加以包含之氣體。就至少將氟以外的鹵素加以包含之氣體而言，例如使用HBr氣體、Cl₂ 氣體、HCl氣體、HI氣體、SiCl₄ 氣體、CF₃ I氣體、ClF₃ 氣體、CF₂ Br₂ 氣體、CCl₄ 氣體等。

控制部80，例如利用以下處理條件執行步驟S102中之第二蝕刻程序。
腔室12內的壓力：3.333Pa（25mTorr）
第一射頻的功率（40MHz）：4.5kW
第二射頻的功率（400kHz）：7kW
處理氣體：H₂ /CF₄ /Ar
晶圓的溫度：0℃

[稀有氣體的添加與孔洞的形狀之關係]
在此，進行有關下者的實驗：藉由將含氫氣體與含氟氣體與稀有氣體加以包含之混合氣體電漿來蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞的形狀。實驗之中，使用H₂ 氣體作為含氫氣體，使用CF₄ 氣體作為含氟氣體，使用Ar氣體或He氣體作為稀有氣體，且變更稀有氣體的流量。圖8顯示變更稀有氣體的流量而藉由混合氣體電漿蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞的形狀的變化。此外，因為於流量條件之間進行比較，所以各自的流量條件下所蝕刻之矽氮化膜的深度統一為固定（1100nm）。

圖8之中，「Top CD」表示形成在單層之矽氮化膜之孔洞的開口部的寬度，「Btm CD」表示形成在單層之矽氮化膜之孔洞的底部的寬度。又，「Btm CD/Top CD」表示「Btm CD」對於「Top CD」之比（%）。就「Btm CD/Top CD」而言，其值越接近100%則表示孔洞的剖面形狀越接近矩形形狀，且其值越小則表示孔洞的剖面形狀越接近錐形形狀。

又，圖8的實驗之中，於稀有氣體的流量以外，主要利用以下條件進行。
腔室12內的壓力：3.333Pa（25mTorr）
第一射頻的功率（40MHz）：4.5kW
第二射頻的功率（400kHz）：7kW
處理氣體及流量：H₂ /CF₄ /Ar或He＝150/50/0、100、200、400sccm
晶圓的溫度：0℃
所蝕刻之矽氮化膜的深度：1100nm

參照圖8所示之實驗結果，則伴隨混合氣體中之稀有氣體的添加量之增加，而「Btm CD/Top CD」的值變大，且孔洞的剖面形狀接近矩形形狀。換言之，伴隨混合氣體中之稀有氣體的添加量之增加，而孔洞的內側壁中之傾斜減少。由圖8所示之實驗結果，吾人確認：可藉由將稀有氣體添加至混合氣體，而使形成在ONON膜202之孔洞中之與矽氮化膜212對應之部分之相對於該孔洞的深度方向之傾斜減少。

[稀有氣體的流量與孔洞的形狀之關係]
其次，進行有關下者的實驗：將稀有氣體的流量、及含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值加以變更之情形下之孔洞的形狀。實驗之中，使用H₂ 氣體作為含氫氣體，使用CF₄ 氣體作為含氟氣體，使用Ar氣體或He氣體作為稀有氣體，且變更稀有氣體的流量。再者，實驗之中，變更含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值。圖9顯示將稀有氣體的流量、及含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值加以變更之情形下之孔洞的形狀的變化。此外，因為於流量條件之間進行比較，所以各自的流量條件下所蝕刻之矽氮化膜的深度統一為固定（1100nm）。

圖9之中，「Top CD」表示形成在單層之矽氮化膜之孔洞的開口部的寬度，「Btm CD」表示形成在單層之矽氮化膜之孔洞的底部的寬度。又，「Btm CD/Top CD」表示「Btm CD」對於「Top CD」之比（%）。就「Btm CD/Top CD」而言，其值越接近100%表示孔洞的剖面形狀越接近矩形形狀，且其值越接近0%表示孔洞的剖面形狀越接近錐形形狀。又，「H₂ /（H₂ ＋CF₄ ）」表示H₂ 氣體的流量對於H₂ 氣體的流量及CF₄ 氣體的流量之合計的比值（%）。

又，圖9的實驗之中，於稀有氣體的流量、及含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值以外，主要利用以下條件進行。
腔室12內的壓力：3.333Pa（25mTorr）
第一射頻的功率（40MHz）：4.5kW
第二射頻的功率（400kHz）：7kW
處理氣體及流量：H₂ /CF₄ /Ar＝50、100、150、180/150、100、50、20/0、100（將H₂ 氣體的流量、CF₄ 氣體的流量、及Ar氣體的流量之合計定為100%之情形中之33%）、200（將H₂ 氣體的流量、CF₄ 氣體的流量、及Ar氣體的流量的合計定為100%之情形中之50%）、400sccm（將H₂ 氣體的流量、CF₄ 氣體的流量、及Ar氣體的流量的合計定為100%之情形中之66%）
晶圓的溫度：0℃
所蝕刻之矽氮化膜的深度：1100nm

參照圖9所示之實驗結果，於Ar氣體的流量係0之情形、且「H₂ /（H₂ ＋CF₄ ）」係50%～75%之範圍中，「Btm CD/Top CD」的值係0%，且孔洞的剖面形狀係錐形形狀。

相對於此，Ar氣體的流量對於H₂ 氣體的流量、CF₄ 氣體的流量、Ar氣體的流量之合計係33%以上之情形下，無論「H₂ /（H₂ ＋CF₄ ）」如何，「Btm CD/Top CD」的值均大於0%，且孔洞的剖面形狀接近矩形形狀。於是，吾人確認可於Ar氣體的流量對於H₂ 氣體的流量、CF₄ 氣體的流量、及Ar氣體的流量之合計係33%以上之情形下，使形成在ONON膜202之孔洞中之與矽氮化膜212對應之部分之相對於該孔洞的深度方向之傾斜減少。

[含氫氣體的流量與ONON膜202的蝕刻速率及遮罩選擇比之關係]
其次，參照圖10及圖11說明變更含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值來蝕刻ONON膜202之情形下之實驗結果。圖10顯示變更含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值來蝕刻ONON膜202之情形下之ONON膜202的蝕刻速率的變化。圖11顯示變更含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值來蝕刻ONON膜202之情形下之遮罩選擇比的變化。

此外，圖10及圖11的實驗之中，使用H₂ 氣體作為含氫氣體，使用CF₄ 氣體作為含氟氣體，使用Ar氣體作為稀有氣體。又，圖10及圖11之中，「H₂ /（H₂ ＋CF₄ ）」表示H₂ 氣體的流量對於H₂ 氣體的流量及CF₄ 氣體的流量之合計的比值（%）。又，圖11之中，遮罩選擇比係將ONON膜202的蝕刻速率除以光阻203的蝕刻速率而得之值。就遮罩選擇比而言，其值越大表示蝕刻後之光阻203的殘餘量越多，其值越小表示蝕刻後之光阻203的殘餘量越少。

又，圖10及圖11的實驗，於H₂ 氣體的流量及CF₄ 氣體的流量以外，主要利用以下條件進行。
腔室12內的壓力：3.333Pa（25mTorr）
第一射頻的功率（40MHz）：4.5kW
第二射頻的功率（400kHz）：7kW
處理氣體及流量：H₂ /CF₄ /Ar＝50、100、150、180/150、100、50、20/0、200sccm
晶圓的溫度：0℃

參照圖10及圖11，吾人知悉：即使於「H₂ /（H₂ ＋CF₄ ）」係25%～90%範圍內之情形、且添加有Ar氣體之情形下，亦將ONON膜202的蝕刻速率及遮罩選擇比維持為較高的值。

[第二蝕刻程序開始之時機]
在此，更詳細說明第二蝕刻程序開始之時機。圖12用以說明第二蝕刻程序開始之時機的細節。

圖12之中，「孔洞的深度」表示利用第一蝕刻程序形成在ONON膜202之孔洞的深度（nm）。「Top CD」表示利用第一蝕刻程序形成在ONON膜202之孔洞的開口部的寬度（nm），「Top CD－Btm CD」表示「Top CD」與「Btm CD」的差。「位移量的3σ」表示相對於對通過利用第一蝕刻程序形成之孔洞的開口部的中心位置、且沿該孔洞的深度方向延伸之基準軸之該孔洞的底部的中心位置的位移量的3σ。圖12之中以實線表示「位移量的3σ」。

又，例如利用以下算式（2）求取「位移量」。
位移量（nm）＝Q－P・・・（2）
算式（2）之中，P係初期之光阻203中之相鄰之二個開口的中心間的距離，Q係在此等二個開口的下方藉由蝕刻而形成在ONON膜202之二個孔洞的底部的中心間的距離。又，位移量的3σ係位移量的標準偏差σ的3倍之值。

本實施形態之中，第二蝕刻程序係於基於下者而決定之時機開始：相對於通過利用第一蝕刻程序形成之孔洞的開口部的中心位置且沿該孔洞的深度方向延伸之基準軸之、該孔洞的底部的中心位置的位移的位移量。例如，第二蝕刻程序開始之時機如圖12所示，係位移量的3σ成為「Top CD－Btm CD」的1/2倍以下之時機。

圖13及圖14用以說明位移量、ToP CD、及Btm CD的關係的一例。於位移量的3σ超過「Top CD－Btm CD」的1/2倍之情形下，形成在ONON膜202之孔洞如圖13所示，於中途折彎。

相對於此，於位移量的3σ係「Top CD－Btm CD」的1/2倍以下之情形下，形成在ONON膜202之孔洞的折彎如圖14所示，相較於圖13所示之孔洞的折彎而言，受到抑制。亦即，參照圖13及圖14，吾人知悉：藉由使第二蝕刻程序開始於位移量的3σ成為「Top CD－Btm CD」的1/2倍以下之時機，而抑制形成在ONON膜202之孔洞的撓曲。

[稀釋氣體的添加與孔洞的形狀之關係]
在此，進行有關下者的實驗：藉由將含氫氣體與含氟氣體與稀釋氣體加以包含之混合氣體電漿蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞的形狀。實驗之中，使用H₂ 氣體作為含氫氣體，使用CF₄ 氣體作為含氟氣體，使用N₂ 氣體、CO氣體、Ar氣體、或He氣體作為稀釋氣體，且變更稀釋氣體的流量。圖15顯示變更稀釋氣體的流量而藉由混合氣體電漿蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞的形狀的變化。此外，因為於流量條件之間進行比較，所以各自的流量條件下所蝕刻之矽氮化膜的深度統一為固定（1100nm）。

圖15之中，「Top CD」表示形成在單層之矽氮化膜之孔洞的開口部的寬度，「Btm CD」表示形成在單層之矽氮化膜之孔洞的底部的寬度。又，「Btm CD/Top CD」表示「Btm CD」對於「Top CD」之比（%）。就「Btm CD/Top CD」而言，其值越接近100%則孔洞的剖面形狀越接近矩形形狀，其值越小則孔洞的剖面形狀越接近錐形形狀。

又，圖15的實驗之中，於稀釋氣體的流量以外，主要利用以下條件進行。
腔室12內的壓力：3.333Pa（25mTorr）
第一射頻的功率（40MHz）：4.5kW
第二射頻的功率（400kHz）：7kW
處理氣體及流量：H₂ /CF₄ /N₂ ＝150/50/0、20、40、100sccm
或H₂ /CF₄ /CO＝150/50/0、100、200、400sccm或H₂ /CF₄ /Ar＝150/50/0、100、200、400sccm或H₂ /CF₄ /He＝150/50/0、100、200、400sccm
晶圓的溫度：0℃
所蝕刻之矽氮化膜的深度：1100nm

參照圖15所示之實驗結果，則伴隨混合氣體中之稀釋氣體的添加量之增加，而「Btm CD/Top CD」之值變大，且孔洞的剖面形狀接近矩形形狀。換言之，伴隨混合氣體中之稀釋氣體的添加量之增加，而孔洞的內側壁中之傾斜減少。由圖15所示之實驗結果，吾人確認可藉由將稀釋氣體添加至混合氣體，而使形成在ONON膜202之孔洞中之與矽氮化膜212對應之部分之相對於該孔洞的深度方向之傾斜減少。

[至少包含氟以外的鹵素之氣體之添加與孔洞的形狀之關係]
在此，進行有關下者的實驗：藉由含有至少將含氫氣體與含氟氣體與氟以外之鹵素加以包含之氣體（以下僅稱作「含鹵素氣體」）之混合氣體電漿來蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞的形狀。實驗之中，使用H₂ 氣體作為含氫氣體，使用CF₄ 氣體作為含氟氣體，使用HBr氣體或Cl₂ 氣體作為含鹵素氣體，且變更含鹵素氣體的流量。圖16顯示變更含鹵素氣體的流量而藉由混合氣體電漿蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞的形狀的變化。此外，因為於流量條件之間進行比較，所以各自的流量條件下所蝕刻之矽氮化膜的深度統一為固定（1100nm）。

圖16之中，「Top CD」表示形成在單層之矽氮化膜之孔洞的開口部的寬度，「Btm CD」表示形成在單層之矽氮化膜之孔洞的底部的寬度。又，「Btm CD/Top CD」表示「Btm CD」對於「Top CD」之比（%）。就「Btm CD/Top CD」而言，其值越接近100%則表示孔洞的剖面形狀越接近矩形形狀，且其值越小則表示孔洞的剖面形狀越接近錐形形狀。

又，圖16的實驗之中，於含鹵素氣體的流量以外，主要利用以下條件進行。
腔室12內的壓力：3.333Pa（25mTorr）
第一射頻的功率（40MHz）：4.5kW
第二射頻的功率（400kHz）：7kW
處理氣體及流量：H₂ /CF₄ /HBr＝150/50/0、20、40sccm或H₂ /CF₄ /Cl₂ ＝150/50/0、20、40sccm
晶圓的溫度：0℃
所蝕刻之矽氮化膜的深度：1100nm

參照圖16所示之實驗結果，則伴隨混合氣體中之含鹵素氣體的添加量之增加，而「Btm CD/Top CD」的值越大、且孔洞的剖面形狀接近矩形形狀。換言之，伴隨混合氣體中之含鹵素氣體的添加量之增加，而孔洞的內側壁中之傾斜減少。由圖16所示之實驗結果，吾人確認：可藉由將含鹵素氣體添加至混合氣體，而使形成在ONON膜202之孔洞中之與矽氮化膜212對應之部分之相對於該孔洞的深度方向之傾斜減少。

又，當比較圖16所示之實驗結果與圖15所示之實驗結果時，則確認以下事項。亦即，吾人確認混合氣體添加有含鹵素氣體之情形，相較於混合氣體添加有稀釋氣體之情形而言，可利用少程度的氣體流量而使孔洞的剖面形狀接近矩形形狀。吾人認為此係因為於混合氣體添加有含鹵素氣體之情形下，孔洞的內側壁之中，使孔洞的剖面形狀接近錐形形狀之主要因素之一之反應生成物的沉積量減少。或者係因為附著在孔洞的內側壁之反應生成物因含鹵素氣體所含之鹵素而減低或被去除。

返回圖3的說明。其次，控制部80，判斷第一蝕刻程序及第二蝕刻程序的重複次數是否到達預定次數（步驟S103）。控制部80，於第一蝕刻程序及第二蝕刻程序之重複次數未到達預定次數之情形（步驟S103No）下，使處理返回步驟S101。藉此，第一蝕刻程序（步驟S101）與第二蝕刻程序（步驟S102）至少交互重複一次以上。另一方面，控制部80，於第一蝕刻程序及第二蝕刻程序之重複次數已到達預定次數之情形（步驟S103Yes）下，結束處理。

以上，依據本實施形態，則將ONON膜202蝕刻至中途，且利用使形成在ONON膜202之孔洞的內側壁中之與矽氮化膜212對應之部分之相對於該孔洞的深度方向之傾斜減少之處理條件，蝕刻ONON膜202。藉此，可使引起形成在ONON膜202之孔洞的垂直性下降之主要原因即傾斜減少，並且進行ONON膜202之蝕刻。就結果而言，可抑制形成在ONON膜202之孔洞的撓曲。

此外，本說明書揭露的技術不限定於上述實施形態，可在其主旨範圍內進行各種變形。

例如，上述實施形態之中，以藉由蝕刻來將孔洞形成在ONON膜202之情形為例說明，但亦可藉由蝕刻來將溝形成在ONON膜202。

又，上述實施形態之中，以第二蝕刻程序開始之時機係位移量成為「Top CD－Btm CD」的1/2倍以下之時機之情形為例說明，但本說明書揭露的技術不限於此。例如，第二蝕刻程序開始之時機亦可係位移量成為預先制定量（例如10nm）以下之時機。

10‧‧‧電漿蝕刻裝置

12‧‧‧腔室

12c‧‧‧處理空間

12e‧‧‧排氣口

12g‧‧‧閘閥

12p‧‧‧通道

13‧‧‧支持部

14‧‧‧基台

16‧‧‧電極板

18‧‧‧下部電極

18f‧‧‧流道

20‧‧‧靜電夾盤

22‧‧‧直流電源

26‧‧‧冷卻單元

26a、26b‧‧‧配管

28‧‧‧氣體供給管線

30‧‧‧上部電極

32‧‧‧構件

34‧‧‧頂板

34a‧‧‧氣體噴吐孔

36‧‧‧支持體

36a‧‧‧氣體擴散室

36b‧‧‧氣體流通孔

36c‧‧‧氣體導入口

38‧‧‧氣體供給管

40‧‧‧氣體源群

42‧‧‧閥群

44‧‧‧流量控制器群

46‧‧‧障蔽

48‧‧‧擋板

50‧‧‧排氣裝置

52‧‧‧排氣管

62‧‧‧第一射頻電源

64‧‧‧第二射頻電源

66、68‧‧‧匹配器

70‧‧‧直流電源部

80‧‧‧控制部

201‧‧‧矽基板

202‧‧‧ONON膜

203‧‧‧光阻

211‧‧‧矽氧化膜

212‧‧‧矽氮化膜

W‧‧‧晶圓

S101～S103‧‧‧步驟

圖1係將本實施形態之電漿蝕刻裝置的一例加以顯示之縱剖視圖。

圖2顯示藉由本實施形態之電漿蝕刻裝置而蝕刻之晶圓W的構造的一例。

圖3係將本實施形態之電漿蝕刻方法的一例加以顯示之流程圖。

圖4顯示變更晶圓W的溫度而蝕刻ONON膜之情形下之ONON膜的蝕刻速率的變化。

圖5顯示變更晶圓W的溫度而蝕刻ONON膜之情形下之遮罩選擇比的變化。

圖6顯示變更晶圓W的溫度而蝕刻ONON膜之情形下之位移率的3σ的變化。

圖7顯示變更晶圓的溫度而蝕刻單層之矽氧化膜或單層之矽氮化膜之情形下的實驗結果。

圖8顯示將稀有氣體的流量加以變更而藉由混合氣體電漿而蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞形狀的變化。

圖9顯示將含氫氣體的流量對於稀有氣體的流量與含氫氣體的流量與含氟氣體的流量的合計之比加以變更之情形下之孔洞形狀的變化。

圖10顯示將含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值加以變更而蝕刻ONON膜之情形下之ONON膜的蝕刻速率的變化。

圖11顯示將含氫氣體的流量對於含氫氣體的流量與含氟氣體的流量之合計的比值加以變更而蝕刻ONON膜之情形下之遮罩選擇比的變化。

圖12顯示用以說明第二蝕刻程序開始之時機的細節。

圖13用以說明位移量、Top CD及Btm CD的關係的一例。

圖14用以說明位移量、Top CD及Btm CD的關係的一例。

圖15顯示變更稀釋氣體的流量而藉由混合氣體電漿蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞形狀的變化。

圖16顯示變更含鹵素氣體的流量而藉由混合氣體電漿蝕刻單層之矽氮化膜之情形下之孔洞形狀的變化。

Claims (14)

1. 一種電漿蝕刻方法，包括： 第一蝕刻程序，藉由電漿對於交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜進行蝕刻；以及 第二蝕刻程序，利用使蝕刻該多層膜而形成之孔洞或溝的內側壁中之與該矽氮化膜對應之部分之相對於該孔洞或該溝的深度方向之傾斜減少之處理條件，藉由電漿蝕刻該多層膜。
2. 如申請專利範圍第1項之電漿蝕刻方法，其中， 該第一蝕刻程序及該第二蝕刻程序，係於將具有該多層膜之被處理體的溫度維持於0℃以下之低溫環境下執行。
3. 如申請專利範圍第1或2項之電漿蝕刻方法，其中， 該第二蝕刻程序，係在基於下述位移量而決定之時機開始進行：相對於通過藉由該第一蝕刻程序形成之該孔洞或該溝的開口部的中心位置且沿該孔洞或該溝的深度方向延伸之基準軸之、該孔洞或該溝的底部之中心位置的位移之位移量。
4. 如申請專利範圍第3項之電漿蝕刻方法，其中， 該第二蝕刻程序開始之時機，係該位移量的3σ成為該孔洞或該溝之開口部的寬度與該孔洞或該溝的底部的寬度之差值的1/2倍以下之時機。
5. 如申請專利範圍第3或4項之電漿蝕刻方法，其中， 該第二蝕刻程序開始之時機，係該位移量的3σ成為10nm以下之時機。
6. 如申請專利範圍第1～5項中任一項之電漿蝕刻方法，其中， 該第一蝕刻程序與該第二蝕刻程序，至少交互重複一次以上。
7. 如申請專利範圍第1～6項中任一項之電漿蝕刻方法，其中， 該處理條件之中，使用包含含氫氣體與含氟氣體之混合氣體。
8. 如申請專利範圍第7項之電漿蝕刻方法，其中， 該混合氣體更包含稀有氣體。
9. 如申請專利範圍第8項之電漿蝕刻方法，其中， 該稀有氣體的流量相對於該含氫氣體的流量、該含氟氣體的流量、及該稀有氣體的流量之合計的比值係33%以上。
10. 如申請專利範圍第8或9項之電漿蝕刻方法，其中， 該含氫氣體的流量相對於該含氫氣體的流量及該含氟氣體的流量之合計的比值係25%～90%範圍內。
11. 如申請專利範圍第7項之電漿蝕刻方法，其中， 該混合氣體更包含稀釋氣體（dilution gas）。
12. 如申請專利範圍第11項之電漿蝕刻方法，其中， 該稀釋氣體，係含氮氣體、含氧氣體、及稀有氣體中之至少一者。
13. 如申請專利範圍第7項之電漿蝕刻方法，其中， 該混合氣體更包含至少含有氟以外的鹵素之氣體。
14. 一種電漿蝕刻裝置，其特徵為，具備： 腔室； 排氣部，用以使該腔室的內部減壓； 氣體供給部，用以將處理氣體供給至該腔室的內部；以及 控制部，執行第一蝕刻程序與第二蝕刻程序；該第一蝕刻程序，藉由電漿對於交互層疊有矽氧化膜與矽氮化膜之多層膜進行蝕刻；該第二蝕刻程序，利用使蝕刻該多層膜而形成之孔洞或溝的內側壁中之與該矽氮化膜對應之部分之相對於該孔洞或該溝的深度方向之傾斜減少之處理條件，藉由電漿蝕刻該多層膜。