TW202032659A - 蝕刻方法、蝕刻殘渣之去除方法及記憶媒體 - Google Patents

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Abstract

蝕刻方法，係具有：準備具有蝕刻對象部之基板的工程；藉由包含CF系氣體之處理氣體的電漿，將基板之蝕刻對象部電漿蝕刻成預定圖案的工程；及其後，去除殘存為蝕刻殘渣之CF系之沈積物的工程，去除CF系之沈積物的工程，係具有：藉由包含氧的自由基，形成包含CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程；及藉由氣體之化學處理或自由基處理，去除所生成之氧化物的工程。

Description

蝕刻方法、蝕刻殘渣之去除方法及記憶媒體
本揭示，係關於蝕刻方法、蝕刻殘渣之去除方法及記憶媒體。
在半導體元件之製造過程中，係存在有蝕刻氧化膜的工程，為了蝕刻氧化膜，係大多使用藉由包含CF系氣體之處理氣體所進行的電漿蝕刻。
在藉由包含像這樣的CF系氣體之氣體所進行的電漿蝕刻後，係作為蝕刻殘渣之CF系的沈積物(聚合物層)殘存於蝕刻後之圖案。
作為去除像這樣的CF系之沈積物的手法，係已知使用包含O2 氣體之氣體的電漿之方法(例如專利文獻1)或使用氫氟酸或硫酸等的藥液之方法(例如專利文獻2)等。 先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開平6-236864號公報 專利文獻2：日本特開2001-176855號公報
本發明所欲解決之課題
本揭示，係提供如下述技術：可一面抑制對圖案之損傷及圖案倒毀，一面去除作為蝕刻殘渣而殘存於蝕刻後之圖案的CF系沈積物。 用以解決課題之手段
本揭示之一態樣的蝕刻方法，係具有：準備具有蝕刻對象部之基板的工程；藉由包含CF系氣體之處理氣體的電漿，將前述基板之前述蝕刻對象部電漿蝕刻成預定圖案的工程；及其後，去除殘存為蝕刻殘渣之CF系之沈積物的工程，去除前述CF系之沈積物的工程，係具有：藉由包含氧的自由基，形成包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程；及藉由氣體之化學處理或自由基處理，去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程。 發明之效果
根據本揭示，可一面抑制對圖案之損傷及圖案倒毀，一面去除作為蝕刻殘渣而殘存於蝕刻後之圖案的CF系沈積物。
以下，參閱附加圖面，說明關於實施形態。
＜過程及概要＞ 首先，說明關於本發明之實施形態之蝕刻方法的過程及概要｡ 在半導體元件之製造過程中，當藉由CF系氣體之氣體對氧化膜等的非蝕刻膜進行電漿蝕刻時，則作為蝕刻殘渣之CF系的沈積物(聚合物層)殘存於蝕刻後之圖案。
對此，在專利文獻1中，雖係使用包含O2 氣體之氣體的電漿來去除CF系的沈積物，但由於是在收容被處理基板之腔室內生成電漿，因此，有因電漿中之離子造成圖案產生損傷的情形。
又，在專利文獻2中，雖係藉由使用了氫氟酸或硫酸等的藥液之濕處理來去除CF系的沈積物，但當圖案之微細化進一步發展時，則擔心有因藥液造成圖案倒毀之危險性變高的情形。
因此，在一態樣中，係進行：準備具有蝕刻對象部之基板的工程；藉由包含CF系氣體之處理氣體的電漿，將基板之蝕刻對象部電漿蝕刻成預定圖案的工程；及其後，去除殘存為蝕刻殘渣之CF系之沈積物的工程。而且，作為去除該CF系之沈積物的處理，進行：藉由包含氧的自由基，形成包含CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程；及藉由氣體之化學處理或自由基處理，去除包含CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程。
如此一來，由於「藉由包含CF系氣體的處理氣體之電漿進行電漿蝕刻的工程」後之去除CF系之沈積物的後處理工程為乾式處理，因此，可抑制圖案倒毀。又，由於該後處理工程僅藉由自由基處理及使用了氣體的化學處理或自由基處理而進行，因此，可抑制對於圖案之離子損傷。
＜第1實施形態＞ 其次，說明關於具體之第1實施形態。圖1，係表示第1實施形態之蝕刻方法的流程圖。
首先，準備具有蝕刻對象部之基板(步驟1)。基板，係並不特別限定，例示以矽晶圓為代表的半導體晶圓(以下，僅記載為晶圓)。又，作為蝕刻對象部，係例示矽氧化膜(SiO2 膜)。作為SiO2 膜，係可列舉出熱氧化膜或如TEOS膜般的CVD膜。另外，TEOS膜，係使用了四乙氧矽(TEOS)作為Si前驅物的CVD膜。
其次，藉由包含CF系氣體之處理氣體的電漿，將基板之蝕刻對象部電漿蝕刻成預定圖案(步驟2)。藉由該蝕刻，形成微細圖案。CF系氣體，係包含碳(C)與氟(F)之氣體，亦可為CF4 、C4 F6 、C4 F8 等的僅由C及F所構成的氣體，且亦可為CH2 F2 、CHF3 等的由C、F及H所構成的氣體。在處理氣體，係除了CF系氣體以外，亦可包含Ar氣體等的其他氣體。步驟2之蝕刻工程，係可由一般的電漿蝕刻來進行，並可使用平行平板型之電容耦合型電漿蝕刻裝置或微波電漿蝕刻裝置。
藉由該電漿蝕刻對蝕刻對象部進行蝕刻所獲得的微細圖案，係例如具有溝槽或孔洞等的凹部，在蝕刻後，作為蝕刻殘渣之CF系的沈積物(CF聚合物)殘存於該凹部的側面及底面。
因此，在蝕刻後，進行去除殘存為蝕刻殘渣之CF系的沈積物之後處理(步驟3)。
該步驟3之後處理工程，係首先藉由包含氧的自由基進行氧化處理，形成包含CF系之沈積物的氧化物之氧化物(步驟3-1)，其次，藉由氣體之化學處理或自由基處理，去除包含CF系之沈積物的氧化物之氧化物(步驟3-2)。
在被處理基板即晶圓W中，藉由包含CF系氣體的處理氣體，對例如氧化膜進行了電漿蝕刻之際，係如圖2A所示般，在蝕刻後之圖案1之凹部2的內壁(側面、底面)形成有CF系的沈積物3。在本實施形態中，係藉由步驟3-1的氧化處理，如圖2B所示般，形成包含CF系之沈積物的氧化物之氧化物4，並藉由步驟3-2的氧化物去除處理，如圖2C所示般，去除氧化物4。
步驟3-1之CF系沈積物的氧化處理，係可藉由「生成含氧電漿，使電漿中之主要為含氧自由基，典型為O2 自由基或O自由基作用」的方式來進行。像這樣的處理，係使用遙控電漿來進行為較佳。遙控電漿，係藉由「使含氧電漿生成於與配置有基板之處理空間不同的電漿生成空間，並在處理空間搬送電漿」的方式來進行。此時，含氧電漿中之氧離子(O2 離子)等的離子，係易在搬送中去活化，且含氧自由基主要被供給至處理空間。藉由進行以自由基為主體之處理的方式，可對圖案降低損傷。此時之電漿源，係並不特別限定，可使用感應耦合電漿或微波電漿等。
作為用以生成含氧電漿之氣體，係O2 氣體較為適宜。雖亦可單獨為O2 氣體，但亦可將H2 氣體及稀有氣體的至少一者加入O2 氣體。藉由添加H2 氣體的方式，可提高氧化能力。又，藉由加入稀有氣體的方式，可使電漿穩定。稀有氣體，雖係並不特別限定，Ar氣體為較佳。又，作為此時的壓力，係13.3～266.6Pa(100～2000mTorr)的範圍為較佳，26.6～133.3Pa(200～1000mTorr)的範圍為更佳。又，作為此時的基板溫度，係0.1～120℃的範圍為較佳，15～100℃的範圍為更佳。
作為步驟3-2之用於包含CF系沈積物的氧化物之氧化物的去除處理中之使用了氣體的化學處理，係可列舉出使用了包含含氟氣體之處理氣體的化學處理。藉由該處理，使包含CF系沈積物之氧化物與處理氣體發生反應，生成可藉由加熱等去除的化合物。
作為處理氣體中所包含的含氟氣體，係可列舉出氟化氫(HF)氣體等，作為含氟氣體以外的氣體，係可列舉出H2 O氣體及還原氣體。作為還原氣體，係可列舉出氨(NH3 )氣體、胺系氣體。可藉由使含氟氣體、H2 O氣體或還原氣體與包含CF系沈積物之氧化物的氧化物發生反應之方式，生成能比較輕易去除的化合物。
在該些中，係使用HF氣體作為含氟氣體，且使用NH3 氣體作為還原氣體為較佳。藉由HF氣體與NH3 氣體，可進行從以往已知為氧化物去除處理的化學氧化物去除處理(Chemical Oxide Removal；COR)。在COR處理中，係在進行「使HF氣體與NH3 氣體吸附於氧化物之表面，並使該些與氧化物發生反應而生成氟化氨系化合物」的反應處理後，進行藉由加熱使氟化氨系化合物昇華的加熱處理。在矽晶圓的情況下，所形成之氧化物，係以矽氧化物(SiO2 )為主體並在其中存在有CF系沈積物的氧化物者。在該情況下，係藉由HF及NH3 與SiO2 ，形成以矽氟化銨為主體的化合物。
加熱處理，係亦可藉由與反應處理不同的裝置來進行，或亦可在進行反應處理的腔室內重複進行反應處理與加熱處理，使氟化氨系化合物昇華。
在像這樣的COR處理中，壓力，係6.66～400Pa(50～3000mTorr)的範圍為較佳，13.3～266.6Pa(100～2000mTorr)的範圍為更佳。又，此時的基板溫度，係0.1～120℃的範圍為較佳，20～100℃的範圍為更佳。
作為步驟3-2之用於包含CF系沈積物的氧化物之氧化物的去除處理之自由基處理，係可利用「使包含NF3 氣體與NH3 氣體之處理氣體活性化所形成」的F自由基、N自由基來進行。像這樣的處理，係使用遙控電漿來進行為較佳，該遙控電漿，係使包含NF3 氣體與NH3 氣體之氣體的電漿生成於與配置有基板之處理空間不同的電漿生成空間，並在處理空間搬送電漿。除了NF3 氣體、NH3 氣體以外，亦可添加H2 氣體。
作為此時的壓力，係13.3～200Pa(100～1500 mTorr)的範圍為較佳，66.7～160Pa(500～1200mTorr)的範圍為更佳。又，基板溫度，係0.1～120℃的範圍為較佳，15～100℃的範圍為更佳。在以像這樣的自由基處理來進行步驟3-2之情況下，係亦可在與步驟3-1之氧化處理相同的腔室進行。
雖可藉由步驟3-1及步驟3-2去除CF系沈積物，但為了將CF系沈積物更完全地去除，而亦可重複進行步驟3-1與步驟3-2。
根據本實施形態，由於「藉由包含CF系氣體之處理氣體進行電漿蝕刻的工程」後之去除CF系之沈積物的後處理工程為乾式處理，因此，可抑制濕處理時所產生的圖案倒毀。又，由於該後處理工程僅藉由自由基處理+使用了氣體的化學處理或自由基處理而進行，因此，可抑制因電漿中之離子造成之圖案的損傷。
＜第2實施形態＞ 其次，說明關於具體之第2實施形態。圖3，係表示第2實施形態之蝕刻方法的流程圖。
首先，與第1實施形態的步驟1相同地，準備具有蝕刻對象部之基板(步驟11)。作為基板，雖係與第1實施形態相同地並不特別限定，但例示以矽晶圓為代表的半導體晶圓(以下，僅記載為晶圓)，且表面成為含Si部分例如Si或SiGe。又，作為蝕刻對象部，係例示矽氧化膜(SiO2 膜)。
其次，與第1實施形態的步驟2相同地，藉由包含CF系氣體之處理氣體的電漿，將基板之蝕刻對象部電漿蝕刻成預定圖案(步驟12)。藉由該蝕刻，形成微細圖案。
藉由該電漿蝕刻對蝕刻對象部進行蝕刻所獲得的微細圖案，係例如具有溝槽或孔洞等的凹部，在蝕刻後，作為蝕刻殘渣之CF系的沈積物(CF聚合物)殘存於該凹部的側面及底面。又，在電漿蝕刻之際，係存在有「在露出於所形成的凹部之底部的含Si部分例如Si或SiGe中形成有注入了C及F之損傷層」的情形。
在本實施形態中，係在電漿蝕刻後，進行去除殘存為蝕刻殘渣之CF系的沈積物及損傷層之後處理(步驟13)。
損傷層，係其厚度因條件而有所不同。當即便存在有損傷層，厚度亦較薄的情況下，係在未考慮損傷層之第1實施形態中，亦可藉由步驟3，將損傷層與CF系的沈積物一起去除。但是，當損傷層變厚至某一程度時，則第1實施形態的步驟3變得無法去除損傷層。更詳細而言，係當損傷層變厚時，則即便藉由首先的階段即步驟3-1之包含氧的自由基進行氧化處理，包含氧的自由基亦無法充分地到達損傷層內，從而使損傷層內之C或F的氧化變得不充分。其結果，即便進行步驟3-2之去除氧化物的工程，亦難以充分去除損傷層。
因此，在本實施形態的步驟13中，係首先，除了包含氧的自由基以外，另添加包含氟的自由基，進行氧化處理(步驟13-1)。藉此，由於損傷層之表面被包含氟的自由基蝕刻，因此，包含氧的自由基可侵入至損傷層，對損傷層進行氧化改質。而且，其後，藉由氣體之化學處理或自由基處理，去除包含CF系之沈積物的氧化物之氧化物及損傷層之氧化物(步驟13-2)。
具體地進行說明，在本實施形態中，被處理基板即晶圓W，係如圖4A所示般，具有在基體11上形成了例如氧化膜12的構造。而且，在藉由包含CF系氣體之處理氣體，對氧化膜12進行電漿蝕刻而形成了凹部2的情況下，係在凹部2之內壁(側面、底面)形成有CF系的沈積物3，並且在露出於凹部2之底部的基體11表面之含Si部分例如Si或SiGe中形成有注入了C及F的損傷層5。
其次，藉由步驟13-1之包含氧的自由基及包含氟的自由基之處理，如圖4B所示般，形成有包含CF系之沈積物的氧化物之氧化物4，並且形成有損傷層的氧化物6。亦即，損傷層5，係易被蝕刻且其表面被包含氟之自由基蝕刻成較薄，包含氧之自由基充分地到達損傷層5的內部，使損傷層5被改質成氧化物6。
其次，藉由步驟13-2之氧化物去除處理，如圖4C所示般，去除氧化物4及氧化物6。
步驟13-1之處理，係可藉由「生成含有氧及氟之電漿，使電漿中之含氧自由基及含氟自由基作用」的方式來進行。電漿中之含氧自由基，係典型為O2 自由基或O自由基，含氟自由基，係典型為F自由基。像這樣的處理，係與第1實施形態的步驟3-1相同地，使用遙控電漿來進行為較佳。藉由使用遙控電漿的方式，可進行以自由基為主體之處理，並可對圖案降低損傷。電漿源，係並不特別限定，可與步驟3-1相同地，使用感應耦合電漿或微波電漿等。
作為用於電漿之生成的氣體，係可使用含氧氣體及含氟氣體。作為含氧氣體，係O2 氣體較為適宜。與第1實施形態相同地，為了提高氧化能力，而亦可添加H2 氣體。作為含氟氣體，係可使用NF3 氣體、SF6 氣體、F2 氣體等。又，與第1實施形態相同地，為了使電漿穩定，而亦可添加稀有氣體(例如Ar氣體)。該處理之際之含氟氣體相對於含氧氣體的體積比率(含氟氣體/含氧氣體)，係1%(1體積%)以下為較佳。可在像這樣的範圍下，一面較薄地蝕刻損傷層，一面使損傷層等的氧化進行。
又，作為步驟13-1的壓力，係13.3～266.6Pa (100～2000mTorr)的範圍為較佳，26.6～133.3Pa(200～1000mTorr)的範圍為更佳。又，作為此時的基板溫度，係0.1～120℃的範圍為較佳，15～100℃的範圍為更佳。
步驟13-2之去除包含CF系沈積物之氧化物的氧化物與損傷層之氧化物的處理，係可藉由使用了氣體的化學處理或自由基處理來進行，並可與第1實施形態的步驟3-2相同地進行。
雖可藉由步驟13-1及步驟13-2去除CF系沈積物及損傷層，但為了將該些更完全地去除，而亦可重複進行步驟13-1與步驟13-2。
根據本實施形態，與第1實施形態相同地，除了發揮「可一面抑制圖案倒毀及因電漿中之離子造成之圖案的損傷，一面去除CF系之沈積物」的效果，另亦可將CF系之沈積物與損傷層一起去除。
＜處理系統之一例＞ 其次，說明關於用於上述第1及第2實施形態的蝕刻方法之處理系統的一例。圖5，係概略地表示處理系統之一例的水平剖面圖。
如圖5所示般，本例之處理系統100，係具有：真空搬送室101，平面形狀呈七角形。在真空搬送室101之4個壁部，係分別經由閘閥G連接有電漿蝕刻裝置102、氧化處理裝置103、氧化物去除裝置104及加熱裝置105作為處理裝置。真空搬送室101內，係藉由真空泵予以排氣而保持為預定真空度。
又，在真空搬送室101之其他3個壁部，係經由閘閥G1連接有3個裝載鎖定室106。裝載鎖定室106，係當在大氣搬送室107與真空搬送室101之間搬送被處理基板即晶圓W之際，於大氣壓與真空之間進行壓力控制者。隔著裝載鎖定室106，在真空搬送室101之相反側，係設置有大氣搬送室107。3個裝載鎖定室106，係經由閘閥G2被連接於大氣搬送室107。
在大氣搬送室107之與裝載鎖定室106安裝壁部相反側的壁部，係具有3個載體安裝埠108，該載體安裝埠108，係安裝將具有蝕刻對象部之晶圓W收容的載體(FOUP等)C。又，在大氣搬送室107之側壁，係設置有進行矽晶圓W之對準的對準腔室109。在大氣搬送室107內，係形成有潔淨空氣的下降流。
在真空搬送室101內，係設置有晶圓搬送機構110。晶圓搬送機構110，係對電漿蝕刻裝置102、氧化處理裝置103、氧化物去除裝置104、加熱裝置105及裝載鎖定室106搬送晶圓W。晶圓搬送機構110，係具有可獨立移動的2個搬送臂110a，110b。
在大氣搬送室107內，係設置有晶圓搬送機構111。晶圓搬送機構111，係可對載體C、裝載鎖定室106、對準腔室109搬送矽晶圓W。
處理系統100，係具有整體控制部112。整體控制部112，係具有：主控制部，具有控制處理系統100之各處理裝置、真空搬送室、裝載鎖定室等的各構成部之動作的CPU；輸入裝置；輸出裝置；顯示裝置；及記憶裝置(記憶媒體)。主控制部，係例如以根據被內建於記憶裝置之記憶媒體或被設定於記憶裝置之記憶媒體所記憶的處理配方，使處理系統100的各構成部進行上述之蝕刻方法的方式，執行預定動作。
在像這樣所構成的處理系統100中，係首先，藉由搬送機構111，從被連接於大氣搬送室107之載體C取出晶圓W，並在經由對準腔室109後，開啟任一裝載鎖定室106的閘閥G2，將該晶圓W搬入至其裝載鎖定室106內。在關閉閘閥G2後，對裝載鎖定室106內進行真空排氣，並於其裝載鎖定室106成為了預定真空度的時間點，開啟閘閥G1，藉由搬送機構110之搬送臂110a，110b的任一者，從裝載鎖定室106取出晶圓W。
而且，將搬送臂所保持的晶圓W搬入至電漿蝕刻裝置102，藉由電漿蝕刻裝置102，以包含CF系氣體之處理氣體對晶圓W的蝕刻對象部進行電漿蝕刻。
其次，藉由搬送臂，從電漿蝕刻裝置102搬出電漿蝕刻結束後的晶圓W，並朝氧化處理裝置103搬入。而且，藉由氧化處理裝置103進行氧化處理，形成包含CF系沈積物之氧化物的氧化物。
其次，藉由搬送臂，從氧化處理裝置103搬出氧化處理後的晶圓W，並朝氧化物去除裝置104搬入。而且，藉由氧化物去除裝置104，去除包含CF系沈積物之氧化物的氧化物。
由於在氧化物去除處理使用了HF氣體與NH3 氣體之COR處理的情況下，係在處理後生成有氟化氨系化合物，因此，以氧化物去除裝置104將處理後的晶圓W朝加熱裝置105搬入，並藉由加熱去除反應生成物。
在像這樣地進行電漿蝕刻處理、氧化處理及氧化物去除處理後，藉由搬送臂，將處理後的晶圓W朝任一個裝載鎖定室106搬送。而且，使其裝載鎖定室106內返回到大氣，並藉由搬送機構111，使裝載鎖定室106內的晶圓W返回到載體C。
針對複數個晶圓W同時並行地進行如以上般的處理，便完成預定片數之晶圓W的蝕刻處理。
＜電漿蝕刻裝置＞ 搭載於上述處理系統100之電漿蝕刻裝置102，係只要為可進行一般的電漿蝕刻者即可，例示平行平板型之電容耦合型電漿蝕刻裝置或微波電漿蝕刻裝置。在電漿蝕刻之際，係將包含CF系氣體的處理氣體離子化，並藉由該離子，對氧化膜等的蝕刻對象部進行異向性蝕刻。
＜氧化處理裝置＞ 其次，說明關於被搭載於上述處理系統100之氧化處理裝置103的一例。
圖6，係表示氧化處理裝置之一例的剖面圖。氧化處理裝置103，係進行第1實施形態的步驟3-1、第2實施形態的步驟13-1。如圖6所示般，氧化處理裝置103，係具備有收容晶圓W之密閉構造的處理容器128。處理容器128，係例如由鋁或鋁合金所構成且上端被開放，處理容器128之上端，係被成為頂部的蓋體129封閉。在處理容器128之側壁部128a，係設置有：搬入搬出口130，在與真空搬送室101之間搬入搬出晶圓W，該搬入搬出口130，係可藉由上述的閘閥G進行開關。
又，在處理容器128之內部的底部，係配置有：平台120，以水平狀態載置晶圓W。平台120，係大致呈圓柱狀，並具有：載置板134，直接載置晶圓W；及基塊135，支撐載置板134。在載置板134之內部，係設置有：溫度調節機構136，對晶圓W進行調溫。溫度調節機構136，係例如具有溫度調節用媒體(例如，水或Gulden)進行循環的管路(未圖示)，藉由進行流動於該管路內之溫度調節用媒體與晶圓W之熱交換的方式，進行晶圓W的溫度調整。又，在平台120，係可相對於載置板134之上面突出/沒入地設置有「將晶圓W朝處理容器128之內部搬入搬出時所使用」的複數個升降銷(未圖示)。
處理容器128之內部，係藉由分隔板137被分隔成上方的電漿生成空間P與下方的處理空間S。分隔板137，係具有：板狀構件43及板狀構件44，設置有在從處理空間S觀看分隔板37時不彼此重疊的縫隙。因此，分隔板137，係當在電漿生成空間P生成感應耦合電漿之際會抑制電漿中之離子從電漿生成空間P朝處理空間S穿透，而具有所謂離子捕捉器的功能。電漿生成空間P，係生成電漿的空間，處理空間S，係藉由自由基處理對晶圓W施予蝕刻的空間。在處理容器128之外部，係設置有：第1氣體供給部161，將用於氧化處理之處理氣體供給至電漿生成空間P；及第2氣體供給部162，將調壓氣體、沖洗氣體或稀釋氣體等的不進行電漿化之氣體例如N2 氣體或Ar氣體等的惰性氣體供給至處理空間S。又，在處理容器128之底部，係連接有排氣機構139。排氣機構139，係具有真空泵，進行處理空間S之內部的排氣。
在分隔板137之下方，係以與晶圓W對向的方式，設置有遮熱板148。遮熱板148，係用以藉由在電漿生成空間P中重複電漿生成的方式，抑制被蓄積於分隔板137的熱對處理空間S中之自由基分布造成影響的情形者。遮熱板148，係被形成為比分隔板137的板狀構件144大，構成周緣部之凸緣部148a，係被埋設於處理容器128的側壁部128a。在凸緣部148a，係埋設有冷卻機構150例如冷媒流路、冷卻器或泊耳帖元件。
第1氣體供給部161，係在進行第1實施形態的步驟3-1的情況下，將作為含氧氣體的O2 氣體或者除此之外將H2 氣體、稀有氣體例如Ar氣體供給至電漿生成空間P。該些氣體，係在電漿生成空間P被電漿化，生成含有氧的電漿。另外，稀有氣體，雖係具有電漿生成氣體的功能，但亦具有壓力調整氣體或沖洗氣體等的功能。
又，第1氣體供給部161，係在進行第2實施形態的步驟13-1的情況下，除了O2 氣體等，另將作為含氟氣體的NF3 氣體、SF6 氣體或F2 氣體供給至電漿生成空間P。藉此，生成含有氧與氟的電漿。
又，氧化處理裝置103，係被構成為使用RF天線之感應耦合型的電漿蝕刻裝置。成為處理容器128之頂部的蓋體129，係例如由圓形之石英板所形成，並被構成為介電質窗。在蓋體129上，係形成有用以在處理容器128的電漿生成空間P生成感應耦合電漿之環狀的RF天線140，RF天線140，係經由匹配器141被連接於高頻電源142。高頻電源142，係將適合於「藉由感應耦合的高頻放電生成電漿」之預定頻率(例如13.56MHz以上)的高頻電力以預定輸出值來進行輸出。匹配器141，係具有：電抗可變之匹配電路(未圖示)，用以取得高頻電源142側之阻抗與負荷(RF天線140或電漿)側之阻抗的匹配。
在像這樣所構成的氧化處理裝置103中，係將晶圓W搬入至處理容器128內，並載置於平台120。
其次，一面從第2氣體供給部162，將作為調壓氣體之例如N2 氣體導入至處理容器128內並調整壓力，一面藉由溫度調節機構136，將晶圓W保持在經調溫成0.1～120℃之平台120上一預定時間，使晶圓溫度穩定化成預定溫度。
其次，在對處理容器128內進行沖洗後，將處理容器128內的壓力較佳設成為13.3～266.6Pa(100～2000mTorr)，更佳設成為26.6～133.3Pa(200～1000 mTorr)。又，將平台120的溫度較佳設定為15～100℃。
在進行第1實施形態的步驟3-1之氧化處理的情況下，係將O2 氣體從第1氣體供給部161朝電漿生成空間P供給，並且將高頻電力供給至RF天線140，生成感應耦合電漿即含氧電漿(O2 電漿)。此時，除了O2 氣體，亦可供給H2 氣體及Ar氣體等的稀有氣體之至少1種。此時之氣體流量，係O2 氣體流量：50～500sccm、H2 氣體流量：50～500sccm、稀有氣體(Ar氣體)流量：50～500sccm為較佳，電漿生成功率，係100～1000W為較佳。又，處理時間，係例如30～180sec。
電漿生成空間P中所生成之含氧電漿(O2 電漿)，係被搬送至處理空間S。此時，O2 離子等的離子在分隔板137去活化，電漿中之主要為O自由基、O2 自由基被選擇性地導入至處理空間S。藉由該自由基，對晶圓W施予氧化處理，在圖案凹部的內壁形成包含CF系沈積物之氧化物的氧化物。
在進行第2實施形態的步驟13-1之氧化處理的情況下，係將作為含氧氣體之O2 氣體及作為含氟氣體之NF3 氣體從第1氣體供給部161朝電漿生成空間P供給，並且將高頻電力供給至RF天線140，生成感應耦合電漿即含有氧與氟的電漿。此時，作為含氟氣體，係亦可為SF6 氣體或F2 氣體等。又，除了O2 氣體或NF3 氣體，亦可供給H2 氣體及Ar氣體等的稀有氣體之至少1種。此時之氣體流量，係例如O2 氣體流量：100～2500sccm、NF3 氣體流量：1～20sccm為較佳，NF3 氣體相對於O2 氣體之體積比率(流量比)(NF3 /O2 )，係1%(1體積%)以下為較佳。又，電漿生成功率，係100～1000W為較佳。處理時間，係例如30～180sec。
電漿生成空間P中所生成之含有氧與氟的電漿，係被搬送至處理空間S。此時，離子在分隔板137去活化，電漿中之主要為O自由基、O2 自由基、F自由基被選擇性地導入至處理空間S。此時，存在於凹部的底部之損傷層的表面被F自由基蝕刻，並且圖案凹部之內壁的CF系沈積物及凹部底部之損傷層被O自由基、O2 自由基氧化，形成該些氧化物。
＜氧化物去除裝置＞ 其次，說明關於被搭載於上述處理系統100之氧化物去除裝置104的一例。在本例中，係說明關於進行COR處理之裝置作為氧化物去除處理。
圖7，係表示作為氧化物去除裝置之一例之COR裝置的剖面圖。如圖7所示般，氧化物去除裝置104，係具備有作為規定處理空間之處理容器之密閉構造的腔室170，在腔室170之內部，係設置有以大致水平狀態來載置晶圓W的載置台172。又，氧化物去除裝置104，係具備有：氣體供給部173，對腔室170內供給蝕刻氣體；及排氣部174，對腔室170內進行排氣。
腔室170，係由腔室本體181與蓋部182所構成。腔室本體181，係具有大致圓筒形狀的側壁部181a與底部181b，上部，係形成為開口，該開口被蓋部182關閉。側壁部181a與蓋部182，係被密封構件(未圖示)密封，以確保腔室170內的氣密性。蓋部182之頂壁，係從上方朝向腔室170內插入有第1氣體導入噴嘴191及第2氣體導入噴嘴192。
在側壁部181a，係設置有在與真空搬送室101之間搬入搬出晶圓W的搬入搬出口183，該搬入搬出口183，係可藉由閘閥G開關。
載置台172，係以俯視觀之呈大致圓形，被固定於腔室170的底部181b。在載置台172之內部，係設置有調節載置台172之溫度的溫度調節器195。溫度調節器195，係例如具備有溫度調節用媒體(例如水等)進行循環的管路，藉由與流通於像這樣的管路內之溫度調節用媒體進行熱交換的方式，調節載置台172之溫度，進行載置台172上之晶圓W的溫度控制。
氣體供給部173，係具有被連接於上述之第1氣體導入噴嘴191及第2氣體導入噴嘴192的第1氣體供給配管201及第2氣體供給配管202，更具有被分別連接於該些第1氣體供給配管201及第2氣體供給配管202的HF氣體供給源203及NH3 氣體供給源204。又，在第1氣體供給配管201，係連接有第3氣體供給配管205，在第2氣體供給配管202，係連接有第4氣體供給配管206。在該些第3氣體供給配管205及第4氣體供給配管206，係分別連接有Ar氣體供給源207及N2 氣體供給源208。第1～第4氣體供給配管201、202、205、206，係設置有進行流路之開關動作及流量控制的流量控制器部209。流量控制部209，係例如由開關閥及質流控制器所構成。
而且，HF氣體及Ar氣體，係經由第1氣體供給配管201、第1氣體導入噴嘴191朝腔室170內供給，NH3 氣體及N2 氣體，係經由第2氣體供給配管202及第2氣體導入噴嘴192朝腔室170內吐出。
上述氣體中，HF氣體與NH3 氣體，係反應氣體，該些，係分別從第1氣體導入噴嘴191及第2氣體導入噴嘴192被個別地吐出至腔室170內，並在腔室170內開始混合。Ar氣體及N2 氣體，係稀釋氣體。而且，將反應氣體即HF氣體及NH3 氣體與稀釋氣體即Ar氣體及N2 氣體導入至腔室170內，使HF氣體及NH3 氣體與氧化物發生反應，生成氟化氨系化合物作為反應生成物。作為稀釋氣體，係亦可僅為Ar氣體或僅為N2 氣體，又，亦可使用其他惰性氣體，或亦可使用Ar氣體、N2 氣體及其他惰性氣體的2種以上。
另外，亦可在腔室170之上部設置噴淋板，經由噴淋板噴灑狀地供給經激發的氣體。
排氣部174，係具有：排氣配管212，與被形成於腔室170之底部181b的排氣口211連接。排氣部174，係更具有被設置於排氣配管212之用以控制腔室170內的壓力之自動壓力控制閥(APC)213及用以對腔室170內進行排氣的真空泵214。
在腔室170之側壁，係以被插入至腔室170內的方式，分別設置有高壓用及低壓用的2個電容式壓力計216a，216b，該電容式壓力計，係作為用以計測腔室170內之壓力的壓力計。在被載置於載置台172之晶圓W的附近，係設置有檢測晶圓W之溫度的溫度感測器(未圖示)。
在像這樣所構成的氧化物去除裝置104中，係將晶圓W搬入至腔室170內，並載置於載置台172。而且，將腔室170內的壓力較佳設成為6.66～400Pa(50～3000 mTorr)的範圍，更佳設成為13.3～266.6Pa(100～2000 mTorr)的範圍。又，藉由載置台172的溫度調節器195，將晶圓W較佳設成為0.1～120℃，更佳設成為20～100℃。
其次，藉由氣體供給機構173，在被Ar氣體及N2 氣體稀釋後的狀態下，將HF氣體及NH3 氣體分別朝腔室170內供給。稀釋氣體即Ar氣體、N2 氣體，係亦可為任一者。此時之氣體流量，係HF氣體流量：50～500sccm、NH3 氣體流量：50～500sccm、Ar氣體流量：100～600 sccm、N2 氣體流量：100～600sccm為較佳。
藉此，HF氣體及NH3 氣體吸附於晶圓W，且該些與存在於圖案之凹部的包含CF系沈積物之氧化物的氧化物或包含CF系沈積物之氧化物的氧化物及損傷層的氧化物發生反應，生成氟化氨系化合物。
反應生成物即氟化氨系化合物，係可藉由熱進行昇華去除，並可藉由加熱裝置105進行去除。但是，亦可在本例之氧化物去除裝置104的腔室170內重複進行反應處理與加熱處理，使氟化氨系化合物昇華。
作為氧化物去除裝置104之其他例，係可列舉出「利用使包含NF3 氣體與NH3 氣體之處理氣體活性化所形成的F自由基、N自由基來進行氧化物去除處理」的自由基處理裝置。作為像這樣的裝置，係可使用「藉由與圖6所示之氧化處理裝置103相同的構成，將從第1氣體供給部161所供給之氣體置換成包含NF3 氣體與NH3 氣體的處理氣體」者。又，只要可從氧化處理裝置103之構成的裝置之第1氣體供給部161供給氧化處理用的氣體及氧化物去除處理用的氣體，則能實現可在一個處理容器內進行氧化處理及氧化物去除處理兩者的裝置。
＜加熱裝置＞ 搭載於上述處理系統100之加熱裝置105，係可用一般的構成者。例如，可使用「與被構成為圖4所示之COR裝置的氧化物去除裝置104相同地，具有腔室、在腔室內載置晶圓的載置台、將載置台之溫度加熱至預定溫度的溫度調節機構及供給熱處理用之處理氣體的氣體供給機構」者。作為處理氣體，例如可使用N2 氣體等的惰性氣體。
另外，在上述例子中，雖係表示關於藉由處理系統100，在in-situ進行電漿蝕刻處理、氧化處理、氧化物去除處理等的例子，但亦可分別單獨使用電漿蝕刻蝕刻裝置、氧化處理裝置、氧化物去除裝置等。又，作為處理系統，亦可使用具有氧化處理裝置、氧化物去除裝置、加熱裝置者，對電漿蝕刻後的晶圓進行氧化處理及氧化物去除處理。
＜實驗例＞ 以下，說明關於實驗例。
[實驗例1] 在此，係對在未形成圖案之裸矽晶圓上形成了厚度100nm熱氧化膜的樣本，進行電漿蝕刻處理、自由基氧化處理、氧化物去除處理，並針對各處理後的表面進行了XPS分析。各處理之條件，係設成為如以下。
(電漿蝕刻處理) ・裝置：平行平板型 ・壓力：1.33～13.3Pa(10～100mTorr) ・氣體：C4 F6 10～50sccm CF4 50～200sccm Ar 300～600sccm ・高頻電力：上部200～700W 下部2000～3000W ・蝕刻：全蝕刻
(氧化處理) ・裝置：圖4所示之氧化處理裝置 ・壓力：40～93.3Pa(300～700mTorr) ・溫度：60～100℃ ・氣體：O2 200～500sccm Ar 50～200sccm ・高頻電力：300～800W ・時間：100～150sec
(氧化物去除處理) ・裝置：圖5所示之COR裝置 ・壓力：40～93.3Pa(300～700mTorr) ・溫度：60～100℃ ・氣體：HF 100～200sccm NH3 100～200sccm Ar 100～300sccm ・時間：120～500sec
圖8A～8C，係表示藉由各處理結束後的XPS所進行之表面之元素分析之結果的圖。如圖8B所示般，已知O藉由自由基氧化處理而增加，O及F藉由其後之氧化物去除處理(COR處理)而減少。
圖9A～9C，係表示在各處理結束後，藉由XPS掃描了C1s波峰附近之結果的圖。如圖9A所示般，確認到：在電漿蝕刻後檢測到CF2 波峰，且藉由電漿蝕刻生成CF系沈積物(CF聚合物)。又，如圖9B所示般、可知：在氧化處理後觀察到C=O鍵結之波峰，且CF系沈積物被氧化。而且，如圖9C所示般，可知：在氧化物去除處理後，係CF2 之波峰下降，CF系沈積物被去除。由於殘留有CF2 之波峰，因此，雖未達到CF系沈積物的完全去除，但可藉由條件之調校或重複氧化處理與氧化物去除處理的方式，進行完全去除。
[實驗例2] 在此，係以與實驗例1相同的條件進行電漿蝕刻處理，從而在被形成於矽上之氧化膜形成了縱橫比40～70的凹部圖案。此時，確認到：CF系聚合物殘存於凹部的壁部，在凹部之底部，係形成有損傷層。
其次，藉由以下的條件進行氧化處理。 ・裝置：圖4所示之氧化處理裝置 ・壓力：6.7～93.3Pa(50～700mTorr) ・溫度：15～100℃ ・氣體：O2 100～2500sccm NF3 1～20sccm Ar 50～200sccm NF3 /O2 0.2～1.0體積% ・高頻電力：100～1000W ・時間：100～150sec
其後，以與實驗例1相同的條件，進行氧化物去除處理。 其結果，確認到：凹部之壁部的CF系聚合物殘渣及凹部之底部的損傷層幾乎被完全去除。
＜其他應用＞ 以上，雖說明了關於實施形態，但此次所揭示之實施形態，係所有的要點均為例示，不應被認為限制性之內容。上述之實施形態，係亦可不脫離添附之申請專利範圍及其主旨，以各種形態進行省略、置換、變更。
例如，上述實施形態之裝置，係僅為例示，可使用各種構成的裝置。又，雖表示了關於使用半導體晶圓作為被處理基板的情形，但並不限於半導體晶圓，亦可為以LCD(液晶顯示器)用基板為代表之FPD(平板顯示器)基板或陶瓷基板等的其他基板。
1:圖案 2:凹部 3:CF系沈積物 4:包含CF系沈積物之氧化物的氧化物 5:損傷層 6:損傷層之氧化物 100:處理系統 102:電漿蝕刻裝置 103:氧化處理裝置 104:氧化物去除裝置 105:加熱裝置 W:半導體晶圓(基板)
[圖1]表示第1實施形態之蝕刻方法的流程圖。 [圖2A]表示第1實施形態中之電漿蝕刻後之晶圓之狀態的示意圖。 [圖2B]表示第1實施形態中之藉由包含氧的自由基所處理後之晶圓之狀態的示意圖。 [圖2C]表示第1實施形態中之氧化物去除處理後之晶圓之狀態的示意圖。 [圖3]表示第2實施形態之蝕刻方法的流程圖。 [圖4A]表示第2實施形態中之電漿蝕刻後之晶圓之狀態的示意圖。 [圖4B]表示第2實施形態中之藉由包含氧的自由基及包含氟的自由基所處理後之晶圓之狀態的示意圖。 [圖4C]表示第2實施形態中之氧化物去除處理後之晶圓之狀態的示意圖。 [圖5]概略地表示使用於一實施形態之蝕刻方法之處理系統之一例的水平剖面圖。 [圖6]概略地表示被搭載於圖5之處理系統之氧化處理裝置之一例的剖面圖。 [圖7]概略地表示被搭載於圖5之處理系統之氧化物去除裝置之一例的剖面圖。 [圖8A]表示藉由電漿蝕刻處理後的XPS所進行之表面之元素分析之結果的圖。 [圖8B]表示藉由氧化處理後的XPS所進行之表面之元素分析之結果的圖。 [圖8C]表示藉由氧化物去除處理後的XPS所進行之表面之元素分析之結果的圖。 [圖9A]表示在電漿蝕刻處理後，藉由XPS掃描了C1s波峰附近之結果的圖。 [圖9B]表示在氧化處理後，藉由XPS掃描了C1s波峰附近之結果的圖。 [圖9C]表示在氧化物去除處理後，藉由XPS掃描了C1s波峰附近之結果的圖。

Claims (27)

  1. 一種蝕刻方法，其特徵係，具有： 準備具有蝕刻對象部之基板的工程； 藉由包含CF系氣體之處理氣體的電漿，將前述基板之前述蝕刻對象部電漿蝕刻成預定圖案的工程；及 其後，去除殘存為蝕刻殘渣之CF系之沈積物的工程， 去除前述CF系之沈積物的工程，係具有： 藉由包含氧的自由基，形成包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程；及 藉由氣體之化學處理或自由基處理，去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程。
  2. 如請求項1之蝕刻方法，其中， 前述蝕刻對象部，係矽氧化膜。
  3. 如請求項1或2之蝕刻方法，其中， 形成前述氧化物之工程，係單獨使用O2 氣體或使用O2 氣體與H2 氣體及稀有氣體之至少一種所生成的電漿來進行。
  4. 如請求項1或2之蝕刻方法，其中， 前述蝕刻對象部，係被形成於含矽部分上， 藉由前述電漿蝕刻的工程，在露出於前述圖案底部的前述含矽部分形成有注入了C及F之損傷層， 去除前述CF系之沈積物的工程，係指將前述CF系之沈積物與前述損傷層一起去除的工程， 形成前述氧化物的工程，係除了包含前述氧之自由基，另供給包含氟之自由基，藉由包含前述氟之自由基，去除前述損傷層的表面，並且藉由包含前述氧之自由基，形成包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物及前述損傷層之氧化物， 去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程，係亦去除前述損傷層的氧化物。
  5. 如請求項4之蝕刻方法，其中， 形成前述氧化物的工程，係使用由含氧氣體與含氟氣體所生成的電漿來進行。
  6. 如請求項5之蝕刻方法，其中， 前述含氧氣體，係O2 氣體， 前述含氟氣體，係NF3 氣體、SF6 氣體或F2 氣體。
  7. 如請求項5或6之蝕刻方法，其中， 前述含氟氣體相對於前述含氧氣體的體積比率，係1體積%以下。
  8. 如請求項3～7中任一項之蝕刻方法，其中， 形成前述氧化物的工程，係藉由遙控電漿來進行，該遙控電漿，係使前述電漿生成於與配置有前述基板之處理空間不同的電漿生成空間。
  9. 如請求項3～8中任一項之蝕刻方法，其中， 形成前述氧化物的工程，係以13.3～266.6Pa之範圍的壓力來進行。
  10. 如請求項3～9中任一項之蝕刻方法，其中， 形成前述氧化物的工程，係以0.1～120℃之範圍的溫度來進行。
  11. 如請求項1～10中任一項之蝕刻方法，其中， 去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程，係藉由包含有含氟氣體之處理氣體的化學處理來進行。
  12. 如請求項11之蝕刻方法，其中， 包含前述含氟氣體之處理氣體，係包含有含氟氣體與H2 O氣體或還原氣體。
  13. 如請求項12之蝕刻方法，其中， 包含前述含氟氣體之氣體，係包含氟化氫氣體作為前述含氟氣體，並包含NH3 氣體作為還原氣體。
  14. 如請求項13之蝕刻方法，其中， 去除前述氧化物的工程，係以6.66～400Pa之範圍的壓力來進行。
  15. 如請求項13或14之蝕刻方法，其中， 去除前述氧化物的工程，係以0.1～120℃之範圍的溫度來進行。
  16. 如請求項13～15中任一項之蝕刻方法，其中， 去除前述氧化物的工程，係在前述化學處理後，加熱去除所生成之氟化氨系化合物。
  17. 如請求項1～10中任一項之蝕刻方法，其中， 去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程，係藉由「利用了使包含NF3 氣體與NH3 氣體之處理氣體活性化所形成的F自由基、N自由基」的自由基處理來進行。
  18. 一種蝕刻殘渣之去除方法，係去除「作為蝕刻殘渣而殘存於基板」之CF系的沈積物，該基板，係藉由包含CF系氣體之處理氣體的電漿而被電漿蝕刻成預定圖案，該蝕刻殘渣之去除方法，其特徵係，具有： 藉由包含氧的自由基，形成包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程；及 藉由氣體之化學處理或自由基處理，去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程。
  19. 如請求項18之蝕刻殘渣之去除方法，其中， 形成前述氧化物之工程，係單獨使用O2 氣體或使用O2 氣體與H2 氣體及稀有氣體之至少一種所生成的電漿來進行。
  20. 如請求項18之蝕刻殘渣之去除方法，其中， 前述基板之前述經電漿蝕刻的對象部，係被形成於含矽部分上，藉由前述電漿蝕刻，在露出於前述圖案底部的前述含矽部分形成有注入了C及F之損傷層， 去除前述CF系之沈積物的工程，係指將前述CF系之沈積物與前述損傷層一起去除的工程， 形成前述氧化物的工程，係除了包含前述氧之自由基，另供給包含氟之自由基，藉由包含前述氟之自由基，去除前述損傷層的表面，並且藉由包含前述氧之自由基，形成包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物及前述損傷層之氧化物， 去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程，係亦去除前述損傷層的氧化物。
  21. 如請求項20之蝕刻殘渣之去除方法，其中， 形成前述氧化物的工程，係使用由含氧氣體與含氟氣體所生成的電漿來進行。
  22. 如請求項21之蝕刻殘渣之去除方法，其中， 前述含氧氣體，係O2 氣體， 前述含氟氣體，係NF3 氣體、SF6 氣體或F2 氣體。
  23. 如請求項21或22之蝕刻殘渣之去除方法，其中， 前述含氟氣體相對於前述含氧氣體的體積比率，係1體積%以下。
  24. 如請求項18～23中任一項之蝕刻殘渣之去除方法，其中， 形成前述氧化物的工程，係藉由遙控電漿來進行，該遙控電漿，係使前述電漿生成於與配置有前述基板之處理空間不同的電漿生成空間。
  25. 如請求項18～24中任一項之蝕刻殘渣之去除方法，其中， 去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程，係藉由包含有HF氣體及NH3 氣體之處理氣體的化學處理來進行。
  26. 如請求項18～25中任一項之蝕刻殘渣之去除方法，其中， 去除包含前述CF系之沈積物的氧化物之氧化物的工程，係藉由「利用了使包含NF3 氣體與NH3 氣體之處理氣體活性化所形成的F自由基、N自由基」的自由基處理來進行。
  27. 一種記憶媒體，係在電腦上動作，並記憶有用以控制處理系統的程式，該記憶媒體，其特徵係， 前述程式，係在執行時，以進行如請求項1～17中任一項之蝕刻方法的方式，使電腦控制前述處理系統。
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